espectroscopia optogalvânica de érbio i na região de 582 a 600 nm eclética química, 38, 85-89, 2013 85 espectroscopia optogalvânica de érbio optogalvanic spectroscopy of erbium patricia bueno 1 *; maria esther sbampato 2 ; josé wilson neri²; luiz felipe nardin barreta 1 ; jhonatha ricardo dos santos²; alessandro rogério victor¹; marcelo geraldo destro 2 [1] instituto tecnológico de aeronáutica – ita, são josé dos campos [2] instituto de estudos avançados – ieav, são josé dos campos, sp os elementos das terras-raras vêm gerando interesse por suas aplicações em diversas áreas da ciência e tecnologia. o presente trabalho apresenta alguns espectros obtidos pela técnica de espectroscopia optogalvânica em lâmpada de catodo oco de érbio, a fim de obter informações sobre o átomo, necessárias para a sua separação isotópica. palavras-chave: espectroscopia optogalvânica, érbio, terras-raras. abstract the rare earth elements have been creating a large interest due to their applications in several areas of science and technology. this paper presents some spectra obtained by the optogalvanic spectroscopy technique with an erbium hollow cathode lamp, in order to gather information about the atom, necessary for the isotope separation. 1. introdução o instituto de estudos avançados ieav tem interesse na pesquisa de separação isotópica de terras-raras. os elementos químicos conhecidos como terras-raras incluem a série dos lantanídeos além do ítrio e o escândio e, apesar do seu nome sugerir, não são raros como outros metais e possuem diversas aplicações em áreas como: biologia, medicina, eletrônica, aeronáutica e nuclear. entre as terras-raras pesquisadas, encontra-se o érbio (er), que pode ser aplicado, por exemplo, na indústria nuclear e como dopante em amplificadores ópticos [1,2]. o érbio possui número atômico z = 68, potencial de ionização de 49262 cm -1 (6,1077 ev) e configuração eletrônica [xe]4f 12 6s 2 [3,4]. para a separação isotópica via lasers, é necessário o conhecimento da espectroscopia do átomo para um correto ajuste na sintonia do laser. os níveis de energia podem ser identificados por algumas técnicas. neste trabalho, são investigadas as transições eletrônicas do érbio através da espectroscopia optogalvânica em lâmpada comercial de catodo oco (lco), na região de 582 nm a 600 nm. 2. espectroscopia optogalvânica eclética química, 38, 85-89, 2013 86 a espectroscopia optogalvânica é uma importante ferramenta de espectroscopia e tem como princípio o efeito optogalvânico. o efeito optogalvânico pode ser resumido como a variação da impedância de um plasma por fotoindução, ou seja, tal efeito ocorre quando uma descarga autossustentável é iluminada com uma radiação ressonante às transições atômicas e moleculares presentes no gás, gerando alterações em suas propriedades elétricas que podem ser observadas por essas variações de impedância. contudo, existe uma dificuldade em definir tal efeito minuciosamente, pois, para compreendê-lo, é necessário um grande conhecimento de física atômica e de interação com a matéria, bem como a dinâmica de plasmas [1,5,6]. em 1978 k. c. smyth e p. k. schenck apresentaram uma descrição dos processos envolvendo o efeito optogalvânico a partir de experimentos com lâmpada de catodo oco contendo neônio e iluminada por um laser de corante. foram considerados os seguintes processos responsáveis pela ionização na descarga: i) ionização por impacto de elétrons em um passo: impacto direto com os átomos presentes no gás com liberação de elétrons secundários:   eeaea . ii) ionização colisional elétron-metaestável: correspondente ao processo anterior, mas com a presença de estados metaestáveis na descarga: .* ;*     eeaea eaea iii) ionização colisional entre metaestáveis: esse tipo de colisão provoca a ionização de um estado metaestável e a desexcitação de outro: .**   eaaaa iv) ionização penning: ocorre, preferencialmente, em correntes mais altas, quando átomos do catodo lançados na descarga se ionizam ao colidirem com os átomos do gás hospedeiro: .*  ebaba v) ionização associativa: ocorre quando um átomo altamente excitado colide com outro átomo do gás, formando um íon molecular com liberação de um elétron na descarga: .* 2   eaaa as teorias para determinar a polaridade do sinal optogalvânico ainda são incompletas devido à dificuldade em resolver as equações de maxwell, do plasma e de taxa simultaneamente. smyth e schenck analisaram a polaridade do sinal optogalvânico em função da influência do nível inferior da absorção do laser, variando a taxa de ionização estabelecida na descarga. a absorção de radiação envolvendo níveis inferiores nãometaestáveis favorece os processos de ionização direta e associativa, gerando um aumento na corrente e diminuição na voltagem da descarga, produzindo um sinal optogalvânico negativo. para níveis inferiores metaestáveis, é possível que a absorção de radiação promova a depopulação desses estados, diminuindo a ocorrência dos mecanismos ii, iii e iv. a diminuição da taxa de ionização resulta no aumento da voltagem e, consequentemente, em um sinal optogalvânico positivo. contudo, com aumento da corrente os elétrons adquirem maior energia cinética e a ionização direta dos estados excitados pelo laser passa a ser competitiva. assim, para correntes elevadas, o sinal pode diminuir sua magnitude, anular-se ou ainda mudar sua polaridade para um sinal negativo [5,7]. existem algumas vantagens na espectroscopia optogalvânica quando comparada às demais técnicas de espectroscopia, como, por exemplo: os elementos de análise não estão restritos aos de baixo ponto de fusão, visto que o processo de evaporação no catodo oco ocorre também com metais refratários; o arranjo experimental, bem como a construção do elemento detector, são eclética química, 38, 85-89, 2013 87 relativamente simples, além dessa técnica possibilitar o estudo das transições nos átomos do metal constituinte e do gás de preenchimento usado para a descarga [8]. comparada com a espectroscopia por fluorescência, a espectroscopia optogalvânica apresenta vantagem por não sofrer influências do espalhamento do sinal de excitação e nem do sinal de fundo devido à própria luminosidade da lâmpada de catodo oco [1]. 3. arranjo experimental o arranjo experimental para obtenção dos espectros optogalvânicos é composto, essencialmente, por um laser de bombeio (nd – yag, edgewave nm de pulsos < 9 ns), um laser de corante, um par de espelhos para direcionar o feixe do laser de bomba para o laser de corante, uma lente para focalizar o feixe na lâmpada de catodo oco, uma fonte de tensão estabilizada tectrol modelo tc 400-0015, um amplificador lock-in, dois computadores, sendo um conectado aos controladores dos lasers e outro conectado ao amplificador e um osciloscópio. a lâmpada de catodo oco é um modelo comercial composto por érbio e neônio como gás de preenchimento. a figura 1 ilustra o arranjo experimental utilizado no laboratório. além do espectro optogalvânico, foi obtido, previamente, o espectro de emissão da lco para a identificação das linhas do érbio e do neônio. para tanto, foi utilizado um espectrômetro triax 550 acoplado a uma câmara iccd dicampro, que permite a obtenção de espectros com resolução de 0,025 nm. figura 1: arranjo experimental da espectroscopia optogalvânica da lâmpada de catodo oco (lco) de érbio. lc: laser de corante, lb: laser de bombeio. 4. resultados e discussão o érbio possui linhas de absorção na faixa entre 336,9 nm e 877,1 nm, porém este trabalho restringe-se à região de operação do laser presente no laboratório: 582 nm a 600 nm. a partir da base de dados do nist [9] e utilizando um programa de simulação que gera gráficos por meio de lorentzianas, foi possível obter o espectro simulado para esta região, considerando os elementos presentes na lâmpada de catodo oco analisada (neônio e érbio). para a separação isotópica, as transições de maior relevância são aquelas que partem do estado fundamental. na região analisada, foram identificadas três transições que podem ser atribuídas a este tipo de transição: 582,842 nm e 585,693 nm, apresentadas nas figuras 2 e 3 respectivamente, e a transição 587,232 nm, esta última não presente na literatura consultada e apresentada na figura 4. eclética química, 38, 85-89, 2013 88 figura 2: espectro optogalvânico da lco de érbio e espectro simulado com dados de literatura de 582,0 nm a 583,0 nm. figura 3: espectro optogalvânico da lco de érbio e espectro simulado com dados de literatura de 585,0 nm a 586,0 nm. figura 4: espectro optogalvânico da lco de érbio e espectro simulado com dados de literatura de 587,1 nm a 587,7 nm. foram realizadas diversas varreduras na mesma região com intensidade da corrente na fonte igual a 10 ma e constante de tempo no lock-in de 300 ms. constatou-se que a polaridade do sinal capturado pelo lock-in depende da fase selecionada no aparelho para realizar a varredura, indicando que este é útil na obtenção do centro das transições, mas não para a sua polaridade. os espectros apresentados nas figuras 2, 3 e 4 foram adquiridos a partir de uma varredura com fase 180º. a tabela 1 sumariza as transições que podem ser identificadas como transições de estado fundamental para a região e seus respectivos comprimentos de onda. tabela 1: transições do érbio na região de 582 nm a 600 nm que podem ser identificadas como transições de estado fundamental. vácuo (nm) ar (nm) e i f (cm -1 ) j i – f 582,842 582,684 0 – 17157,31 6 – 7 585,693 585,533 0 – 17073,80 6 – 6 587,232 587,072 0 – 17029,06 6 – 5 na figura 5, é apresentado um espectro de emissão na região de 582 a 600 nm. nessa varredura, foi possível identificar apenas a transição 582,842 nm. eclética química, 38, 85-89, 2013 89 figura 5: espectro de emissão da lco de érbio na região de 582 a 600nm. as linhas destacadas são atribuídas ao átomo de érbio, sendo que a linha 582,842 nm é atribuída ao érbio neutro. as demais são atribuídas ao átomo de neônio. recentemente foram finalizados estudos e análises de sequências de absorção em múltiplos passos até um segundo nível excitado, partindo desses primeiros níveis observados durante este trabalho. para obter as transições de segundo passo, dois sistemas de lasers são utilizados, sendo que o primeiro laser é fixado nos comprimentos de onda equivalentes aos primeiros níveis excitando-os e um segundo laser realiza a varredura. oito transições de múltiplos passos até um segundo nível foram identificadas, entretanto estes resultados são segmentos de outro trabalho. 5. conclusões neste trabalho, por meio da espectroscopia optogalvânica, foram identificadas três transições do átomo de érbio que podem ser atribuídas a transições partindo do estado fundamental: 582,842, 585,693 e 587,232 nm. a espectroscopia optogalvânica mostrou-se uma técnica eficiente na detecção das transições do metal constituinte da lâmpada e possui vantagens se comparada com outras técnicas por apresentar grande sensibilidade e montagem relativamente simples. recentemente foram finalizados estudos e análises de oito sequências de absorção em múltiplos passos até um segundo nível excitado, partindo desses primeiros níveis observados durante este trabalho. agradecimentos agradecemos o apoio dado pela coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior – capes e pelo conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico – cnpq. referências [1] a.r. victor, espectroscopia optogalvânica de neodímio em lâmpada de catodo oco. dissertação de mestrado (2010). instituto tecnológico de aeronáutica (ita), são josé dos campos (sp). 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[9] yu. ralchenko, et al. national institute of standards and technology, nist atomic spectra database, gaithersburg, md. disponível em: <http://physics.nist.gov/asd3>. acesso em: 18 apr. 2011. introduction compounds containing a chain with three nitrogen atoms, the triazenes, are largely described on the literature [1,2]. among other uses, they were studied as chemotherapeutic agents. triazenes and anionic triazenide ligands can show different types of coordination in metal complexes [1-5]. they can be monodentate, (n1,n3)-chelating towards one metal atom or (n1,n3)-bridging over two metal atoms. compounds containing two chains of three nitrogen atoms, the bistriazenes, are also known [6-14]. the possibilities of coordination are enhanced when two nitrogen chains are present on the ligand. complexes of ortho-, metaand para-bis(phenyltriazene)benzenes ligands were synthesized and characterized. as expected, several different coordination types were observed. bistriazenes show the coordination properties of triazenes and also the capacity to force close contacts between metal atoms. although the structure of complexes with bistriazene ligands have been described, no reports were found in the literature related to electrochemical properties of these compounds. these studies are important for characterization and to a better understanding of their reactivity, stability and possible applications. the 1,2-bis(phenyltriazene)benzene ligand, c6h5nnn(h)c6h4nnn(h)c6h5, was used to synthesize the complex bis-(µ2-oxo)-tetrakis{[143ecl. quím., são paulo, 33(3): 43-46, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 electrochemical properties of cu4[phn3c6h4n3(h)ph]4(µo)2, a tetranuclear copper(ii) complex with 1-phenyltriazenido-2-phenyltriazene-benzene as ligand a. hermann1, l. s. silva1, c. r. m. peixoto1*, a. b. de oliveira2, j. bordinhão3 and m. hörner2 1departamento de biologia e química, universidade regional do noroeste do estado do rio grande do sul (unijui), rua do comércio, 3000, bairro universitário, 98.700-000 ijui, rs, brazil 2departamento de química, universidade federal de santa maria (ufsm), campus universitário, 97.105-900 santa maria, rs, brazil 3 instituto de química, universidade federal do rio de janeiro (ufrj), cidade universitária ct bloco a-641, 21945-970 rio de janeiro, rj, brazil *carlosp@unijui.edu.br abstract: bis-(µ2-oxo)-tetrakis{[1-feniltriazene-1,3-diil)-2-(phenyltriazenil)benzene copper(ii) is a tetranuclear complex which shows four cu(ii) ions coordinated by four 1,2-bis(phenyltriazene)benzene bridged ligands, with one diazoaminic deprotonated chain, and two o2ligands. the complex reduces at e1/2 = -0.95 v vs fc+/fc, a two electrons process. cyclic voltammetric and spectroelectrochemical studies showed a reversible process. when immobilized on carbon paste electrode, the complex electrocatalyses the reduction of o2 dissolved on aqueous solution at –0.3 v vs sce potential. the obtained current shows linearity with o2 concentration. keywords: copper(ii) complex; 1,2-bis(phenyltriazene)benzene ligand; spectroelectrochemical characterization; electrochemical sensor, oxygen reduction. eq06-af 21/8/14 6:08 page 43 l-1. ferrocene (merck) 1 mmol l-1 was added to the cu4l4 solution in the final of the experiment of cyclic voltammetry in tetrahydrofuran medium to use its potential of oxidation as an internal potential standard. for oxygen reduction reaction studies, a carbon paste electrode was constructed by mixing 20 mg of graphite powder (merck), 5 mg of cu4l4 complex and one drop of mineral oil (nujol). for electrochemical measurements, aqueous solution, at ph 4.5, containing potassium chloride (reagen) 1 mol l-1 as supporting electrolyte, was used. dissolved oxygen concentration was controlled by bubbling n2 or atmospheric air. oxygen concentrations were determined by winkler method [15]. results and discussion electrochemical characterization the cyclic voltammogram of cu4l4 complex is represented in fig. 1a. it was observed a reversible reduction process at e1/2 = –0.95 v vs fc+/fc. in the cyclic voltammogram of the free ligand 1,2-bis(phenyltriazene)benzene no redox process occurs at this potential, indicating that this is due to copper(ii) ions (figure 1b). two electrons transfer was determined by controlled potential electrolyses. as there are four copper(ii) ions, it may occur the process cu(ii)4 cu(ii)2cu(i)2, with localization of the two electrons in two copper ions, or delocalization of them around the copper tetramer. phenyltriazene-1,3-diil)-2-(phenyltriazenil)benzene copper(ii), cu4[phn3c6h4n3(h)ph]4(µ2-o)2, (which will be represented by cu4l4). this molecule is formed by a tetramer of four copper(ii) ions and four 1-phenyltriazenido-2-phenyltriazene benzene anions, [c6h5nnnc6h4nnn(h)c6h5]-. each ligand chelates one metal ion by the deprotonated n3 chain and coordinates monodentate to the neighboring one, using the protonated n3 chain. the p-oxo ligands occupy the twofold axis and bridge two opposite edges of the cu4 tetrahedron. the crystal structure of this complex was determined by x-ray crystallography and was described elsewhere [12]. the objective of this work was the characterization of the electrochemical, spectroelectrochemical and electrocatalytic properties of the cu4l4 complex. for electrocatalytic studies the complex was incorporated on a carbon paste electrode, and used as electrocatalyst for the o2 reduction reaction in aqueous solution. experimental synthesis the ligand 1,2-bis(phenyltriazene)benzene and the complex cu4l4 were prepared as described on the literature [12]. electrochemical measurements cyclic voltammetry was carried out with a microquímica instrument, consisting of a mqpg01 potentiostat. a platinum disc and saturated calomel (sce) were used as working and reference electrodes. a platinum sheet was used as the auxiliary electrode. for controlled potential electrolyses, cylindrical pt grids were used as working and auxiliary electrodes and the potential was fixed at 0.4 v vs sce. for spectroelectrochemical measurements the microquímica potentiostat was used in parallel with a pharmacya biotech, ultrospec 2000 spectrophotometer. a three-electrode system was designed for a rectangular quartz cell of 0.03 cm internal path-length. a gold minigrid was used as a transparent working electrode, in the presence of a small saturated calomel reference and a platinum auxiliary electrode. tetrahydrofuran p.a. (vetec) was used as solvent and 0.1 mol l-1 tetrabutylammonium hexafluorophosphate (sigma), as supporting electrolyte, in nitrogen atmosphere. the concentration of the cu4l4 complex was 1 mmol 44 ecl. quím., são paulo, 33(3): 43-46, 2008 figure 1. cyclic voltammogram of the 1 mmol l-1 cu4l4 complex (a) and 1 mmol l-1 1,2bis(phenyltriazene)benzene ligand (b), in tetrahydrofuran, containing tetrabutylammonium hexafluorphosphate 0.1 mol l-1 at a scan rate of 100 mv s-1. eq06-af 21/8/14 6:08 page 44 45ecl. quím., são paulo, 33(3): 43-46, 2008 figure 2. electronic spectra of 1 mmol l-1 cu4l4 at 0.5 v (a) and –1.0 v vs sce (b) applied potentials, and of the ligand 1,2-bis(phenyltriazene)benzene (c) in tetrahydrofuran, containing tetrabutylammonium hexafluorphosphate 0.1 mol l-1. spectroelectrochemistry the reversibility of the cu4l4 redox process was also observed by spectroelectrochemistry. the electronic spectrum of the ligand 1,2-bis(phenyltriazene)benzene shows an intense band at 378 nm (ε=32120 mol-1 l cm-1) (fig. 2c) due to transitions in the triazene group [2,13,14]. in the complex this band appears at 388 nm (ε=33860 mol-1 l cm-1) (fig. 2a). the spectrum of the complex also shows a broad and low intense band in the 600-800 nm region, due to d-d transitions in the copper(ii) ion [16]. the intensity of this band decreases and the band at 388 nm is shifted to 395 nm when the complex is reduced at –1.0 v vs sce (fig. 2b). when the complex is oxidized again at 0.5 v vs sce the initial spectrum is observed (fig. 2a), indicating that there was no decomposition of the reduced form. figure 3. cyclic voltammogram of the cu4l4 complex incorporated on a carbon paste electrode in aqueous solution at n2 atmosphere (a) and saturated with o2 (b), and of the carbon paste electrode without cu4l4 incorporated in o2 saturated solution (c), containing kcl 1 mol l-1 at a scan rate of 25 mv s-1. the current, obtained by chronoamperometry, for oxygen reduction at a fixed potential (-0.30 v vs sce), is shown in fig. 5. it was obtained a linear relationship with the concentration of dissolved oxygen in aqueous solution, represented by the equation i = 1.056[o2] + 1.365, with a linear correlation coefficient of 0.9967, for oxygen concentrations between 1.1 and 5.2 ppm. in accord with this result, it is possible the use of this electrode as a sensor for o2 in aqueous solution. due to the insolubility of cu4l4 in aqueous medium the electrode achieved high stability. it was used continuously and maintained the response for at least 180 hours. oxygen reduction reaction the cu4l4 complex incorporated on carbon paste electrode shows the reduction process at e1/2 = -0.17 v vs sce (fig. 3a). when oxygen was dissolved in the aqueous solution, it was observed an increase in the cathodic and decrease in the anodic peak current (fig. 3b), indicating electron transfer from reduced immobilized cu4l4 to dissolved o2. in the fig. 4 it is shown the intensity of the current observed for o2 reduction by cu4l4 as a function of the applied potential, obtained by chronoamperometry. it is observed that the electrocatalytic process begins at -0.1 v, and the current increases until -0.3 v vs sce. in the carbon paste electrode with no cu4l4 complex incorporated the oxygen reduction begins only at -0.4 v. figure 4. current for o2 reduction by cu4l4 complex incorporated in a carbon paste electrode as a function of the applied potential, obtained by chronoamperometry, in o2 saturated aqueous solution, containing kcl 1 mol l-1. eq06-af 21/8/14 6:08 page 45 references [1] d. s. moore, s. d. robinson, adv. inorg. chem. radiochem. 30 (1998) 1. 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ligante 1,2-bis(feniltriazeno)benzeno; espectroeletroquímica; redução de oxigênio. conclusions this is the first study about electrochemieq06-af 21/8/14 6:08 page 46 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 20 | eclética química, vol. 40, 186-191, 2015. 186 thermomechanical treatment of a fe-mn-al alloy waldir gárlipp 1 ____________________________________________________________________________ resumo: análises da dureza e da estrutura metalografica mostraram em uma liga de fe-mn-al a existencia de fase γ e de precipitado β pela ativação do si, durante o rapido esfriamento do material fundido. durante o tratamento térmico nas temperaturas de recuperação e de recristalização são formadas franjas, grãos maiores do precipitado β e da fase recristalizada γ. o tratamento termomecânico dá ao material excelentes propriedades de resistência mecânica e de ductilidade, sem a colaboração do precipitado β. palavras-chave: liga, tratamento termomecânico, metalografia, microscopia óptica ____________________________________________________________________________ abstract: analysis of the hardnees and the metalographic struture, show in a femnal alloy the existence of a γ fase and a β precipitate, activitate by si during the casting processes. during the recovery and recrystalisation temperatures there are the formation of fringes, coarsed grains of γ fase and β precipitate . the thermomechanical treatments give to the material excellent properties of mechanical resistance and good ductility, without the β collaboration. keywords: alloy, thermomechanical treatment, metallography and optical microscopy 1 prof. titular aposentado do departamento.de materiais – usp são carlos. file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 186-191, 2015. 187 187 introduction studies of ordered alloys fe3al and fe3si [6,12] has enabled the development of the fe-(5w%al)(1.5w%si) magnetic alloy itself, with excellent resistance to corrosion and high resistance to oxidation at high temperatures, by forming a thin surface layer of alumina, al2o3. the composition limit for the alloy is 1.5w%si and 5w%al [1,17], which allows their use as well as resistors (80 μωcm), combined with moderate mechanical strength properties and resistance to oxidation. their mechanical fragility is attributes to the structure bcc and to the interstitial defects of the alloy. because their fcc structure the (55w%fe35w%mn-10w%al) alloy [1,16], presents at high temperatures a better mechanical and a good plasticity properties. a combination of (35w%-40w%mn) and 15w%al of that alloy produces an improper structure β-mn, and a lamellar ferritic structure b2 that do not maintain their austenitic structure at high temperature [2,13,17]. the addition of carbon to the alloy [8] stabilizes the austenite, gives inoxidizable property up to 650◦c, similar to the inox steel fe-ni-cr, and superior mechanical conditions up to 815c [7,10] to the carbon steels 304 aisi and 347 aisi. during cold rolling operation that alloy hardens quickly wanting intermediate thermal anneals. today a nominal composition proposal to agree mechanical properties and corrosion resistance for the alloy [1,2,3], is 53w%fe, 35w%mn, (8 9w%)al, 2w%si, (0.7-1.0w%)c. addition of 3w% of elements as b, cr, mo, ni, nb, ti, do not improve the best properties of this alloy [3,14,1518]. *corresponding the table 1 shows for example some mechanical properties of different fe cast-alloys, table 1 (weight%) fe-cast-alloy σr(mpa) σe(mpa) elong. (%) hv refer. 30mn-10al-1.3si 605 -----10 381vickers 9 30mn-7al-1.25si 550 ----- 11 166vickers 9 30mn-8al-1c* 890 495 54 ------------ 9 31.22mn -7.54al-1.34si-0.93c 738 401 50 234vickers 10 30mn-8al-1.5si-1c 800 574 72 ------------- 3 some properties of the austenitic alloy (56w%fe. 30w%mn, 10w%al, 3w%si, 1.0w%c) [4] are presented here: remarkable corrosion resistance to boiling sea water during 118 hours [9], what is adequate to use as helix for vessels long journey; imperceptible superficial corrosion after to be into sea water during 32 days at room temperature, as show similar works [1,5,9,10]; their properties σr (mpa), σe(mpa), between 24° c and 815° c, and of cold reduction increment, are higher than that austenitic fe-ni-cr steels [10]; their ductility is similar to traditional inox steels, which permits various percentages of reduction; the σe of the alloy can reach to high values of 1660(mpa) for 80% of cold reduction [10]; studies of that fe-mn-al-si-c austenitic steel, at three dynamic strain aging rates in the range of 172345◦c, show the occurrence of peaks in strength, in ductility and work hardening parameters, the three well-defined peaks for the work hardening were displaced to higher temperatures with increase in strain rate, and the activation energy involved was determined and the possible mechanism of strain ageing was proposed [4]; eclética química, vol. 40, 186-191, 2015. 188 188 the oxidization resistance of the alloy at 700° c for 70 hours is almost the same for the inox aisi 304 at 800° c for 40 hours with an stable oxidized superficial layer [11]; their electrical resistivity varies from 168 μωcm to 180 μωcm between 80◦c and 800° c, values that are superior on the ni-cr and kanthal alloys [11]. material & method the following alloy was cast using purest components, fe(58.8w%)-mn(30.2w%)-al(8.6w%)si(1.30w%)-c(0.63w%)-cr(0.40w%)-ni(0.05w%) chemical analysis of the cast-alloy indicated a composition close to the nominal one, with cr, ni as main impurities. the existence of two metallographic structures β and γ, was revealed by the optical metallography and the scanning electronic microscope (sem-instituto de quimica-unesp), having the β phase a little concentration of cr and a smallest concentration of fe and mn than in the γ phase. the existence of β phase it is attributed to the si influence on the casting procedure. these two phases stay inside the (γ+β) band of the horizontal section at 7600c of the fe-mn-al ternary equilibrium diagram [2]. analytical programs two programs were settled, trough micro hardness and micrographic analysis, to determine the temperatures of stress relief, and of re-crystallization, as well as to evaluate the mechanical properties for technological applications. 1º) program – sequence of thermomechanical treatments; a)cold rolling to 40% of reduction (0.2 cm thickness), b) anneal at 1473k, 1 hour and quench to normal temperature, c) anneal from 300k to 1200k, in successive steps of 100k for 1 hour to measure the respectives micro-hardness, figure 1, and metallographic structure observation, table 2. table 2 micrographic observation of annealed samples temperature (k) gamaphase(γ) beta phase (β) observation micrography (figure) 300 coarse grains with l of 44μm to 800 μm few grains bordering γ phase lm=30 μm fine fringes drawn on all the optical field lengths l and medium lm iii 640 larger granulation than at the 300k lm=44 μm more grains bordering γ phase idem iv 660 some sub-grains lm=150 μm spreaded and bordering γ lm=60 μm long size due on the pre-cold rolling v (3) 800 decomposition of grains and creation of sub-grains idem idem vi (4) eclética química, vol. 40, 186-191, 2015. 189 189 1000 decomposition of more grains lm≈150 μm long and cracked in various parts decomposition of fringes into spheres and small batons vii 1180 scattered decomposition lm≈15 μm scattered decomposition lm≈15 μm ____________ viii (5) figures 3, 4, 5 respectively micrographics of v,vi,viii from table 2 2◦) program – sequence of thermomechanical treatments; a) cold rolling to 40% of reduction (0.2 cm thickness), b) anneal at 1473k, 1 hour and quench to normal temperature, c) another cold rolling to 40% of reduction (0,2 cm of thickness), d) anneal from 300k to 1200k, in successive steps of 100k for 1 hour to measure the respectives micro hardness, figure 2, and metallographic structure observation, table 3. table 3 micrographic observation of annealed samples temperature(k) gama phase (γ) beta phase (β) observation micrography (figure) 423 grain boundary not observed lengthened by initial cold rolling lm =70 μm fringes at some regions. lengths l and medium lm ______ 461 idem idem fringes and initial cold rolling with directions of 90◦ ______ 521 small numbers of grains with lm=500μm dm=150 μm some grains bordering the γ phase existence of depressed γ phase with internal fringes lüders bands? xi 683 large grains idem nitid fringes or lüders bands! xii 768 the number of grains is greater than that at 683k idem in some places an high density of fringes xiii-xiv eclética química, vol. 40, 186-191, 2015. 190 190 880 poly crystals lm=800μm interstitials grains on the γ phase borderline elongated black fringes filaments xv 1010 more polycrystals lm = 400 μm 450 μm interstitials cracked grains on the γ phase borderline small lm black filaments inside the γ phase and serrated traces xvi 1155 decomposition of grains with lm<5 μm to 15 μm in distints regions cracked grains ausence of fringes xvii (6) 1245 polyhedrical crystals lm ≈ 12 μm and twins bands decayed with lm≈60 μm idem xviii conclusion under the metallographic point of view the component si during the cooling speed of the molten state alloy produces a blend of γ phase and β precipitates [2]. the calculated grain proportion of γ and β was γ ∕ β = 522. micrographic photos, of (1◦) and (2◦) programs, show that the heat treatments produce, coarse grains of γ and β phases , fringes during the stress relief, figures 3, 4, 5 and re-crystallized γ, figures 6, 7. by collaboration of the fringes the recrystallization of γ phase grains starts at temperature of 800k (1◦) program) and at 1000k (2◦) program) with dimensions less than 12 μm. the β phase starts to be multi-fractured at 1000k and no collaborates on the hardness of the material. under the technological point of view 1◦) program in the range of 600k800k the heat treatment ensures to the alloy an excellent strength, hardness of 385vickers, with a adequate grain sizes, and at 1180k, an hardness of 250 vickers, a favourable mechanical conditions to produce by cold rolling process, plates blades, wires, nuts or bolts. 2◦) program internal stress relieves is proven in the heat treatment (range 600k 700k), because the low hardness, 337vickers. the alloy hardens from 800k (337vickers) to 1000k (422vickers), and softens to 1250k (220vickers), which recommends to be good for cold metal-forming. for technical applications the higher hardness recommended is 422vickers, despite of more energy consumption and less resistance to oxidation, figure 4 general hardness values, here marked, agree with the data contained in the works cited on the bibliography. acknowledgement support from the canadian executive services overseas (project 3677), in behalf of the honourables professors h. w. king (dalhousie university) and c. r. whittemore (metallurgical consultant), of the eng. paulo altomani (engemasa director), of the eng. josé d´amico (tecnident director). references [1] d. j. schmatz and v. f. zackay, trans asm, 51(1959) 299 [2] d. j. schmatz, trans aime, 215 (1959) 112 eclética química, vol. 40, 186-191, 2015. 191 191 [3] d. j. schmatz, trans. structure and properties of austenitic alloys containing aluminum and silicon, asm, 52 (1960) 898 [4] d. spinelli, i. m. muller, l. c. casteletti, envelhecimento dinâmico de um aço austenitico do sistema fe-mn-al, anais do 7◦ cbecimat, ufsc, florianópolis, sc, (dezembro 1986), 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7-aminocephalosporanic acid, which is formed by hydrolysis of cephalosporin c produced by fermentation [1]. afew thousand semisynthetic cephalosporins have been described in the scientific literature, but only a small number of these has shown clinical importance. cefotaxime, ceftriaxone, cefradine and cephalexin are β-lactam antibiotics possessing a broad spectrum of antibacterial properties [2,3]. several methods have been reported for the quantitative determination of cephalosporins. these include fluorimetric [4], polarographic [5] and isotachophoretic methods [6]. some reported spectrophotometric methods for the determination of these analytes are chloranilic acid [3], paramolybdate anion [7], molybdophosphoric acid [8] formation of a complex with cu(ii) [9], a reaction with potassium iodate in acidic medium [10]. cefotaxime, ceftriaxone and cefradine were also determined in pharmaceuticals preparations [11-15], urine [14,16-19] and human serum [20]. recently a rapid development of chromatographic determination methods of pharmaceuticals has been observed too [21,22]. the hydrolysis of ß-lactum ring, which is the common feature for cephalosporins and pencillins, has been achieved by the sodium hydroxide addition. major difficulties in the determination of cephalosporin have been encountered at the β-lactum ring hydrolysis step [23]. a β-lactum enzyme 41ecl. quím., são paulo, 33(2): 41-46, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 a simple method for the spectrophotometric determination of cephalosporins in pharmaceuticals using variamine blue c. pasha and b. narayana* department of post graduate studies and research in chemistry, mangalore university, mangalagangothri – 574 199, karnataka, india. * n_badiadka@yahoo.co.uk abstract: a simple spectrophotometric method for the determination of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin with variamine blue is presented. the determination is based on the hydrolysis of β-lactam ring of cephalosporins with sodium hydroxide which subsequently reacts with iodate to liberate iodine in acidic medium. the liberated iodine oxidizes variamine blue to violet colored species of maximum absorption at 556 nm. the absorbance is measured within the ph range of 4.04.2. beer’s law is obeyed in the range of 0.5-5.8 µg ml–1, 0.2-7.0 µg ml–1, 0.2-5.0 µg ml–1 and 0.58.5 µg ml–1 for cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin respectively. the analytical parameters were optimized and the method is successfully applied for the determination of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin in pharmaceuticals. keywords: cephalosporins determination; spectrophotometry; variamine blue. eq06-af 26/6/08 11:45 page 41 [24] has been used for the hydrolysed product of the analyte reacts with iodate in acid medium and liberates iodine. the liberated iodine oxidizes variamine blue to the violet colored species is the basis for the spectrophotometric determination of the analytes. the reaction mechanism followed the course similar to the one described for pencillins [25]. the proposed method has been successfully applied for the determination of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin in pharmaceuticals. experimental apparatus a systronics 2201 uv-vis double beam spectrophotometer with 1 cm quartz cell was used for the absorbance measurements and a wtw ph 330, ph meter was used. reagents and solutions all chemicals used were of analytical grade and doubly distilled water was used for dilution of the reagents and samples. cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil, and cephalexin stock solutions (1000 µg ml–1) were prepared by dissolving standard sodium cefotaxime (alkem lab. ltd. mumbai) or sodium ceftriaxone (aristo pharmaceuticals ltd. mumbai) or standard cefadroxil (alkem lab. ltd. mumbai) or standard cephalexin (ranbaxy, india) in water. these compounds chosen to represent cephalosporins. they were prepared freshly, as required, by dissolving an appropriate amount of each antibiotic in water to provide a 1 µg ml–1 solution. the standard solution must be protected from contact with light. the structures of the cephalosporins studied are listed in table 1. sodium hydroxide 0.1 mol l–1 aqueous solution, hydrochloric acid (merck limited, mumbai) 1 mol l–1 aqueous solution, potassium iodate (s.d. fine – chem limited, mumbai) 0.1 mol l–1 aqueous solution were used through out. taxim (alkem lab. ltd. mumbai), monocef (aristo pharmaceuticals ltd. mumbai), cefadrox (aristo pharmaceuticals ltd. mumbai) and sporidex (ranbaxy, india) were examined. a 0.05% solution of variamine blue (e-merck limited, mumbai) in (75: 25) water-ethanol mixture was used and stored in an amber bottle. 42 ecl. quím., são paulo, 33(2): 41-46, 2008 table 1. structures of the cephalosporins studied. procedure an aliquot of a sample solution containing 0.5 – 5.8 µg ml–1 of cefotaxime, 0.2-7.0 µg ml–1 of ceftriaxone, 0.2-5.0 µg ml–1 of cefadroxil and 0.5-8.5 µg ml–1 of cephalexin was transferred into a series of 25 ml calibrated flasks, 1 ml of 0.1 mol l–1 sodium hydroxide were added and the mixture was kept on a water bath (80°c) for 10 min. after being cooled to room temperature (27 ± 2°c), 1.5 ml of 0.1 mol l–1 potassium iodate and 2 ml of 1 mol l–1 hydrochloric acid were added the mixture was gently shaken until the appearance of yellow color, indicating the liberation of iodine, 1 ml of 0.05 % of variamine blue was then added to it followed by the addition 2 ml of 1 mol l–1 of acetate buffer of ph 4 and the reaction mixture was shaken for 2 min. the contents were diluted up to 25 ml with distilled water and mixed well. the absorbance of the oxidized species variamine blue formed was then measured at 556 nm against the reagent blank prepared in the same manner, without the analyte. the amount of the cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin present in the volume taken was computed from the calibration graph. eq06-af 26/6/08 11:45 page 42 analysis of injection solution an appropriate amount of each antibiotic was dissolved in water so as to prepare 1mg ml–1 solution and then the recommended procedure was followed without modification. the presence of other substances caused no significant interference with the determination of antibiotics. analysis of formulations weighed an amount of the sample equivalent to about 250 mg cephalosporin and was dissolve in a sufficient amount of distilled water. the solution was shaken and filtered off through whatman no. 1 filter paper and washed with water. the filtrate was diluted up to the mark with distilled water and made upto 100 ml. the general procedure was applied with no modification and the presence of excipients in the sample such as glucose, fructose, lactose, sucrose, calcium or starch caused no interference in the determination and process of separation was not required. results and discussion this method is based on the hydrolysis of ß-lactum ring of the analytes on heating with sodium hydroxide and the reaction of the hydrolysed product with potassium iodate in acidic medium to which liberates iodine. the liberated iodine oxidizes variamine blue to violet colored species of maximum absorption at 556 nm. the reagent blank had negligible absorbance at this wavelength. beer’s law is obeyed in the range of 0.5-5.8 µg ml–1, 0.2-7.0 µg ml–1, 0.2-5.0 µg ml–1 and 0.5-8.5 µg ml–1 for cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin respectively. determination of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil, and cephalexin are represented in scheme 1. the absorption spectra of the oxidized form of variamine blue are presented in figure 1, the absorption spectra of colored species of variamine blue with cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin against reagent blank in the range 300 – 800 nm are illustrated in figure 2. the maximum absorption is at 556 nm and reaction systems are presented in scheme 2. 43ecl. quím., são paulo, 33(2): 41-46, 2008 figure 1. absorption spectra of the oxidized form of variamine blue with reagent blank. effect of sodium hydroxide concentration the effect of sodium hydroxide concentration on the absorbance was studied with 2 µg ml– 1 of cephalosporins. volumes from 0.5 – 2.0 ml of 0.1 mol l–1 naoh solutions were examined. the investigation showed that 1.0 – 1.5 ml of 0.1 mol l–1 naoh solution gave maximum absorbance and 1.0 ml of 0.1 mol l–1 naoh solution was chosen for the procedure. figure 2. absorption spectra of colored species of variamine blue with cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin against reagent blank: c (variamine blue) = 0.05%, c (cephalosporins) = 2 µg ml-1. eq06-af 26/6/08 11:45 page 43 effect of temperature, time and ph the effect of different variables such as temperature, time and ph on the coloration was studied with 2 µg ml–1 of cephalosporins. it was observed that the optimum reaction temperature is 80°c – 90°c, lower or higher temperature gives inaccurate results, and the reaction time for complete hydrolysis of ß-lactum ring was 10–15 min. constant and maximum absorbance values were obtained in the ph = 4.0 – 4.2 hence the ph of the reaction system was maintained at ph = 4.0–4.2 throughout the study by adding 2 ml of 1 mol l–1 sodium acetate solution. effect of ph on color stability is presented in figure 3. 44 ecl. quím., são paulo, 33(2): 41-46, 2008 scheme 1. determination of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin. eq06-af 26/6/08 11:45 page 44 calibration graph to the aqueous sample solutions containing 0.5 – 5.8 µg ml–1, 0.2-7.0 µg ml–1, 0.2-5.0µg ml–1 and 0.5-8.5 µg ml–1 of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin respectively, the reagents were added as described above. within the studied concentration ranges, the measured absorbance values changed linearly. the correlation coefficients for cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin were found to be 0.9980, 0.9992, 0.9996 and 0.9991 respectively. the following regression coefficients were calculated: for cefotaxime α = 0.2239 b = 0.014, for ceftriaxone ? =0.1809 b = 0.0129, for cefadroxil α = 0.1622 b = 0.0065 and for cephalexin α = 0.1630 b = 0.0080. the following relative molar absorption coefficients were obtained: 1.07 x 105 lmol-1cm–1, 1.02 x 105 lmol1cm–1, 2.68 x 104 lmol-1cm–1 and 5.90 x 104 lmol1cm–1 for cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin respectively. calibration graphs for the determination of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin are presented in figure 4. 45ecl. quím., são paulo, 33(2): 41-46, 2008 scheme 2. figure 3. effect of ph on color intensity for cefotaxime (2 µg ml-1). effect of foreign substances the influence of foreign substances was examined by the proposed method. the maximum tolerance (in mg) in the determination of 100 µg ml– 1 cephalosporins was 54.0 for glucose, 35.5 for fructose, 56.5 for lactose, 32.4 for sucrose, 8.4 for starch and 22.0 for calcium. the tolerance limits of foreign substances are summarized in table 2. figure 4. calibration graphs of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil and cephalexin: c (cefotaxime) = 0.5 – 5.8 µg ml-1, c ( ceftriaxone) = 0.2 – 7.0 µg ml-1, c (cefadroxil) = 0.2 – 5.0 µg ml-1, c (cephalexin) = 0.5 – 8.5 µg ml-1. table 2. maximum amount tolerance of excipients for the determination of cephalosporins. common excipient tolerance limit (mg) glucose 54.0 fructose 35.5 lactose 56.5 sucrose 32.4 starch 8.4 calcium 22.0 eq06-af 26/6/08 11:45 page 45 of high stability of the reaction system (4 hours). the proposed method was applied to the determination of cephalosporins in pharmaceuticals. acknowledgements authors are thankful to the department of science and technology, new delhi for financial support through fist. received 10 march 2008 accepted 20 may 2008 references [1] w.o. foye, ‘principles of medicinal chemistry’, lea and febiger, philadelpia, usa, (1975) p.726. 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[26] f. buhl, b.s. sroka, chem. anal., (warsaw) 48 (2003) 145. application the proposed method has been successfully applied to the determination of studied antibiotics in pharmaceuticals. cefotaxime was determined in 1 gvials of taxim, ceftriaxone in 250 mg vials of monocef, cefadroxil in 250 mg tablets of cefodrox and cephalexin in 125 mg tablets of sporidex. their contents in the investigated drug samples were calculated from the calibration curves mentioned above are found to be in a good agreement with the labelled amounts (table 3). the results, listed in the table 3 compared favorably with those from a reference method [26]. the precision of the proposed method was evaluated by replicate analysis of 3 samples containing cephalosporins at different concentrations. conclusions a simple method for the determination of ß -lactum antibiotics is described. the method is based on the reaction of iodate with the hydrolysed product of ß -lactum antibiotics which liberates iodine, subsequently oxidizes variamine blue into violet colored species, and measured at 556nm. the developed method does not involve any stringent reaction conditions and offers the advantages 46 ecl. quím., são paulo, 33(2): 41-46, 2008 table 3. determination of cefotaxime, ceftriaxone, cefadroxil, cephalexin and cephalexin in pharmaceuticals preparations. pharmaceutical declared found in the quantity sample a (µg ml–1 ) (µg ml–1 ) ± s.d taxim 1 2.00 1.984 ± 0.03 taxim 2 4.00 3.975 ± 0.02 taxim 3 5.50 5.454 ± 0.02 monocef 1 1.00 0.986 ± 0.03 monocef 2 3.00 2.992 ± 0.04 monocef 3 5.00 4.954 ± 0.02 monocef 4 7.00 6.966 ± 0.025 cefadrox 1 2.00 1.994 ± 0.01 cefadrox 2 4.00 3.986 ± 0.02 sporidex 1 2.00 1.984 ± 0.015 sporidex 2 4.00 3.896 ± 0.01 sporidex 3 6.00 5.982 ± 0.04 sporidex 4 8.00 7.940 ± 0.08 a average of three determinations. eq06-af 26/6/08 11:45 page 46 1018.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 81 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 4: 81 86, 2010 potentiometric and conductimetric studies of chemical equilibria for pyridoxine hydrochloride in aqueous solutions: simple experimental determination of pka values and analytical applications to pharmaceutical analysis 1 1thiago de almeida drumond dos santos , diego oliveira da costa , 2 1*samuel silva da rocha pita , felipe silva semaan 1departamento de química analítica, instituto de química da universidade federal fluminense, outeiro de são joão batista, s/n, 24020-150, niterói, rj, brasil 2instituto de biofísica carlos chagas filho, universidade federal do rio de janeiro, avenida carlos chagas filho, s/n, 21941-902, rio de janeiro, rj, brasil *author to whom correspondence should be addresses (fax: +55 21 2629-2129; e-mail semaan@vm.uff.br) abstract: the combination of two low-cost classical procedures based on titrimetric techniques is presented for the determination of pyridoxine hydrochloride in pharmaceuticals samples. initially some experiments were carried out aiming to determine both pka1 and pka2 values, being those compared to values of literature and theoretical procedures. commercial samples containing pyridoxine hydrochloride were electrochemically analysed by exploiting their acid-base and precipitation reactions. potentiometric titrations accomplished the reaction between the ionizable hydrogens present in pyridoxine hydrochloride, being naoh used as titrant; while the conductimetric method was based on the chemical precipitation between the chloride of pyridoxine hydrochloride molecule and ag+ ions from de silver nitrate, changing the conductivity of the solution. both methods were applied to the same commercial samples leading to concordant results when compared by statistical tests (95 and 98% confidence levels). recoveries ranging from 99.0 to 108.1% were observed, showing no significant interference on the results. keywords: pharmaceuticals; pyridoxine hydrochloride; potentiometric titration; conductimetric titration. introduction thsince 18 century many concepts on chemistry had been based on or changed by the application of classical procedures. these had been applied for both qualitative and quantitative purposes for at least two centuries [1,2] but, although their contribution is simply undeniable, the application of classical procedures decreased substantially from their first developments to nowadays. despite their reliability, accuracy, precision and costs, classical methods had been neglected in many analytical fields which demand differentiated care and preparation from the analyst, specially due to the possibility of implementation of instrumental analysis. even if the chemical basis are almost the same, many operators feel more comfortable on controlling sophisticated equipments than in developing classical analysis based on mass and/or volume measurements. 82 artigo article among the classical procedures, volumetric titrations are, certainly, the most common and exploited, not only with basic purposes but also on a practical analytical point of view. regarding to these procedures we can summarize a volumetric titration as a procedure in which accurate aliquots of a wellknown solution is added to a system, the reaction is accomplished and the end-point is defined by measuring some reliable property [3,4]. nowadays these procedures based on fast and stoichiometric reactions among accurate volumes and/or masses of reactants are basically applied to check the concentration of solutions prepared with other objectives, being rarely applied to the analysis of real samples. few reports showed some interesting applications of volumetric titration on pharmaceutical analysis, being them based on different reactions [5,6] and ways of detection. in this sense a special role is played by spectrophotometric [5,7], potentiometry [8,9] and conductimetry [10]. although some remarks had being described concerning to the determination of pyridoxine by potentiometric titration according to the european pharmacopoeia 4.0 (2002) [11], this procedure, which consists in titrate the analyte with sodium hydroxide in ethanolic media was carried out by [12], in this case, the impossibility of making corrections due to the presence of alcohol lead to the adaptation of this method to another based on chloride as a base in a mixture of formic acid/acetic anhydride, using as standard perchloric acid. aiming to overcome some observed drawbacks of potentiometric titrimetry many different approaches were done, specially intending to speed up the analysis and to improve both selectivity and sensitivity. in this sense, different electrodes and strategies were described. plasticized electrodes showed to be the most used with the intention of modification. using poly(vinyl chloride, pvc) as plasticizer different strategies of modifications were reported; an interesting approach is described by [13]. in this case, sensors were prepared by using the ionassociation complexes of the pyridoxine cation with molibdophosphate and tungstophosphate counter anions as ion pairs. another report, also using pvc as plasticizer, exploited â-cyclo dextrins as ionophores in a carboxilated support matrix [14]. changing the plasticizer to di-isooctyl phthalate, [15] proposed a method based on the use of calyx-8-arene as a neutral carrier in presence of phosphotungstic acid as an ion extruder. in all these cases electrodes reached nernstinian responses and good stability. other examples of solid electrodes with these goals are phosphorus-doped and undoped glassy carbon indicator electrodes, applied under controlled-current conditions by [16]. taking into account the applicability of such concepts in both basic and applied analytical chemistry, the present report intends to show some adaptations of acid-base and argentimetric titrations with potentiometric and conductimetric detections to the study of chemical equilibria and to quantify the analyte in pharmaceutical samples comparing with some theoretical classical calculations. experimental details reagents and solutions standard solutions of naoh and agno with 3 different concentrations were prepared by direct dissolution of respective salts in analytical grade of purity (both from merck, germany) in bi-distilled water. the standardization of each was done by using proper primary standards, following previously described procedures [2-4]. pyridoxine hydrochloride was obtained in its pure form (99.8%) from ®pharmanostra (italy), being used as received, without further purification steps. all solutions were prepared just before use. ®commercial samples of dramin b , 6 ®nycomed , consisting in tablets (in an average weigh of 0.2086 g each tablet, n = 16 units) containing 10 mg pyridoxine hydrochloride and 50 mg dimenhydrinate, apart the excipients, were pulverized until the obtainment of an homogeneous fine powder; suitable amounts of this powder were taken and prepared, regarding to the average mass of a tablet and the procedure to be carried out. apparatus according to the proposed goals some experiments were done by potentiometric and conductimetric titrimetry using an analyser 300 m ph-meter equipped with a combined glassy electrode and a digimed conductivimeter equipped 2with a 1 cm platinum cell. in both cases previous steps of calibration were carried out by using suitable buffers and/or solutions at room temperature (25 ± 1ºc). ecl. quím., são paulo, 35 4: 81 86, 2010 artigo article 83 procedures all titrations were realized by adding small aliquots (100 – 250 ìl) from suitable standards over 50 ml aliquots of standards/samples under a constant and slight stirring, being the homogenization step interrupted at the moment of detection. depending on the reaction to be accomplished concentrations of samples and standards were optimized in order to better exploit the analytical signals. corrections of the analytical signals in order to minimize effects of dilution were done according to [7,10]. theoretical and experimental determinations of pka the ionization constant (k ) is obtained from a the activity ratio of conjugated base and conjugated acid multiplied with proton activity. the protonation (or deprotonation) in molecules depend significantly on the position disturbed by proton transfer, which modifies the partial charge of the molecule being this change measurable. by observing pyridoxine structure (figure 1) it is possible to identify a phenol and a nitrogen group, suggesting possibilities of proton transfer in aqueous media. this way, the first step taken was the comparison between pk values obtained from two a distinct analyis: theoretical calculations, applying molecular modeling software marvin [17], and experimental techniques. results and discussions theoretical and experimental determinations of pk a chemical properties of molecules depend largely on their ionized state and most organic molecules (such as pyridoxine) are capable of transferring a proton to aqueous solution. according to brönsted's rule, acidic character is assigned to any molecule due to its capability of donate a proton when facing a solvent (mainly water). the protonation (or deprotonation) in molecules depend signififigure 1. ionic equilibria of pyridoxine hydrochloride in aqueous solution. nh+ oh ho ho clnh+ oh ho ho + clnh+ oh ho ho n oh ho ho + h2o + na+ n oh ho ho n oh ho -o + h2o + na k + a1 ka2 + naoh + naoh ecl. quím., são paulo, 35 4: 81 86, 2010 84 artigo article cantly on the position disturbed by proton transfer, which modifies the partial charge of the molecule being this change measurable. by observing pyridoxine structure it is possible to identify a phenol and a nitrogen group, suggesting possibilities of proton transfer in aqueous media. this way, the first step taken was the comparison between pk values obtained from two distinct a analysis: theoretical calculations, applying molecular modeling software marvin [17], and experimental techniques. the marvin software indicated seven possible forms for pyridoxine from 1 to 14 in ph scale; we focused in the first three ones due to their abundance (> 95% species). this fact can be explained by their fast proton exchange when surrounded by water, whereas other species could not be significantly measured in such conditions (figure 1). moreover, by using potentiometric titration, values for acidic dissociations were experimentally defined. at first, aliquots of pyridoxine hydrochloride 10 mm (50 ml) were titrated with standard naoh 0.2 m (prepared or corrected before use) as presented by figure 2. considering henderson-hasselback equation and all events from the starting point to the end (neutralization, buffer formation and hydrolysis) it was possible to calculate values for both involved pk .a values obtained from both theoretical and experimental procedures are presented in table 1, and both are well compared to those expected for phenol group and pyridine ring [18]. variations in experimental and theoretical values can be attributed to the different points considered in each procedure: in theoretical calculations, no solvent effect is considered, on the other hand, in experimental techniques, both solvent and intramolecular inductive effects take place and lead to more realistic data in such conditions. aiming to better understand the fractional distribution (á) of the analyte in aqueous media in function of ph, each component was calculated and plotted by using experimentally determined values of pk and pk (figure 3). a1 a2 table 1. expected and determined pka for pyridoxine in aqueous media. marvin software [17] potentiometric titration* expected [18] nytrogen of pyridine ring 5.6 5.1 ± 0.02 5.2 phenol group 8.6 9.0 ± 0.03 9.8 * n = 3 figure 2. acid-base potentiometric titration curve for 50 ml pyridoxine hydrochloride standard (10 mm) by naoh 0.2 m and its firt derivative. 0 1 2 3 4 5 6 7 3 4 5 6 7 8 9 10 11 vol naoh / ml ph 0 1 2 3 4 5 dph /dv figure 3. fractional distribution of pyridoxine hydrochloride in its possible forms according to ph values, according to the experimentally determined k and k values.a1 a2 0 2 4 6 8 10 12 14 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 n oh ho -o n oh ho ho nh+ oh ho ho á ph ecl. quím., são paulo, 35 4: 81 86, 2010 artigo article 85 potentiometric titration of samples at an analytical point of view, the knowledge of the analyte´s acidic behavior and its distribution allow its determination by a simple potentiometric acid-base titration. in this case, suitable amounts of the previously obtained power were taken and dissolved in water, being this filtered and adjusted in order to reach 1 mm in pyridoxine hydrochloride; some aliquots (50 ml) of the resultant solution were titrated with standard naoh 0.02 m (also prepared and corrected before use). although found results are in good agreement to those expected for the commercial samples, it is well known that some other substances present in tablets can represent interferences on the final result; this way in the persent work we proposed another procedure, based in the stoichiometric proportion between chloride ions and pyridoxine in aqueous solutions. conductimetric titration of samples based on the stoichiometry between chloride ions and pyridoxine in aqueous media, a conductimetric procedure exploited the precipitation of agcl by adding aliquots of agno 0.015 m on suitable 3 volumes of prepared samples. in this case, masses of powder were solubilized in water and filtered as cited before, being the expected final concentration of -4chloride correspondent to 6 x 10 m. changes on conductivity were accomplished and corrected before results analysis. the parallel analysis of the sample by both procedures showed good agreement, demonstrating the applicability of classical reactions on pharmaceutical analysis. recovery tests based on both proposed procedures the assessment of matrix effects on the final results was carried out by some recovery tests. in both cases (potentiometry and conductimetry) solutions were prepared aiming to reach the same previously cited concentrations of analite but, in this case, two different proportions between real sample and standard pyridoxine hydrochloride (25:75 and 50:50, % m:m) were evaluated. titrations were carried out as cited before, showing no significant interference from matrix. all results found for both procedure and recovery tests, as well as labeled values, are presented in table 2. statistical analysis by t -tests pointed to a pooled good agreement between the results for both experimental techniques (98% confidence level), as well as the comparison of them to the recovery tests, which confirms their applicability to commercial samples. conclusions in this work experiments were carried out in order to define values for pk (referent to the nitrogen a and phenol groups) being the results, in this case, compared to those found in a theoretical model and in literature. concerning to the analytical point of view both proposed procedures, potentiometric and conductimetric titration, had demonstrated reliability, accuracy, precision and cost-effective, specially when combined. despite the possibilities of interference by other components from the sample, such as dimenhydrinate and excipients, the combination between the applied reactions showed good agreement at 95 and 98% levels of confidence (t -tests), pooled pointing to their application to some real samples. acknowledgements diego oliveira da costa is grateful to table 2. values found for a commercial sample. labeled* sample titration * recovery tests* (%) 50:50** 25:75** potentiometry 10 10.70 ± 0.04 (n = 3) 10.30 (103.0 %) 9.90 (99.0%) conductimetry 10 10.56 ± 0.06 (n = 3) -10.81 (108.1%) * mg per tablet ** sample:standard, % ecl. quím., são paulo, 35 4: 81 86, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 4: 81 86, 201086 artigo article faperj (e-26/100.401/2010) and samuel silva da rocha pita to brazilian research council cnpq (141810/2008-4), for financial support. sincere acknowledgements are also addressed to gqa-uff. references [1] j. a. goldman, l. meites, analytica chimica acta, 30 (1964) 28. 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[22] g. ramachandran, a. k. hemanthkumar, v. kumaraswami, s. swaminathan, j. chromatogr. b 843 (2006) 339. [23] g. r. da silva, g. p. lages, g.a. pianetti, e.d.a. nunan, c. d. v. soares, l. m. m. de campos, quimica nova 29 (2006) 1159. [24] c. f. silverthorn, t. l. parsons, biomed. chromatogr. 20 (2006) 23. [25] p. lemmer, s. schneider, m. schuman, c. omes, v. arendt, j.-c. tayari, l. fundira, r. wennig, therapeutic drug monitoring 27 (2005) 521. [26] u. s. pharmacopeia 29 nf 24 (2006) 29 15-19-1520. bound state solutions of schrödinger equation for a more general exponential screened coulomb potential via nikiforovuvarov method benedict i. ita, p. ekuri quantum chemistry group, department of pure and applied chemistry, university of calabar, p. o. box 3700, calabar, crs, nigeria (corresponding author: e-mail: iserom 2001@yahoo.com) idongesit o. isaac department of mathematics/statistics and computer science, university of calabar, calabar, cross river state, nigeria. abosede o. james department of pure and industrial chemistry, university of port harcourt, nigeria abstract: the arbitrary angular momentum solutions of the schrödinger equation for a diatomic molecule with the general exponential screened coulomb potential of the form ( ) ( ) ( ){ }br2ebr11r/arv −++−= has been presented. the energy eigenvalues and the corresponding eigenfunctions are calculated analytically by the use of nikiforov-uvarov (nu) method which is related to the solutions in terms of jacobi polynomials. the bounded state eigenvalues are calculated numerically for the 1s state of n2 co and no keywords: nikiforov-uvarov method, eigenvalues, eigenfunctions, general exponential screened coulomb potential. introduction the exact analytic solutions of the wave equations (non-relativistic and relativistic) are only possible for certain potentials of physical interest under consideration since they contain all the necessary information on the quantum system [1]. it is known that for certain potentials, the schrödinger equation can be solved for the angular momentum quantum numbers 0= [2]. however, in some cases, like for the 0≠ states, some approximations are often used to obtain analytic solutions of the schrödinger equation [3 – 5]. a more general exponential screened coulomb (mgesc) potential used in this paper is of the form [6]: ( ) ( ) ( ){ }br2expbr11 r a rv −++⎟ ⎠ ⎞⎜ ⎝ ⎛−= (1) where a is the strength coupling constant and b is the screened parameter. the potential in equation (1) is known to describe adequately the effective interaction in many-body environments of a variety of fi elds [6]. in this paper, we have decided to explore the possibility of also using it in obtaining bound state solutions of the schrödinger equation for diatomics using nikiforov-uvarov (nu) method. ecl. quím., são paulo, 35 3: 103 107, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 103 107, 2010104 ecl. quím., são paulo, 35 3: 103 107, 2010 105 artigo article artigo article overview of nikiforov-uvarov (nu) method the nu method is based on the solutions of general second order linear differential equations with some orthogonal functions [7]. for the given potential, the schrödinger equation in the spherical coordinates is reduced to a generalized equation of hyper-geometric type with an appropriate )r(ss = coordinate transformation. thus, it has the form [8]: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0s s s s s s s 2 =ψ σ σ+ψ′ σ τ+ψ ′′ (2) , where ( )sσ and ( )sσ are polynomials, at most second-degree, and ( )sτ is a fi rst-degree polynomial. to fi nd a particular solution of equation (2), we use the following transformation [9]: ( ) ( ) ( )syss φ=ψ (3) this reduces schrödinger equation (2) to an equation of hyper-geometric type: ( ) ( ) 0yysys =λ+′τ+′′σ (4) where ( )sφ satisfi es ( ) ( ) ( ) ( )s/ss/s σπ=φφ′ , y(s) is the hyper-geometric type function whose polynomial solutions are given by the rodrigues relation: ( ) ( ) ( ) ( )[ ]ss ds d s b sy n n n n n ρσ ρ = (5) where nb is a normalization constant and the weight function ρ must satisfy the condition [9]: ( ) ( )[ ] ( ) ( )ssss ρτ=′ρσ (6) the function π and the parameter λ required for this method are defi ned as: σ+σ−⎟ ⎠ ⎞⎜ ⎝ ⎛ τ−σ′ ±τ−σ′ =π k 22 2 (7) and π′+=λ k (8) here, ( )sπ is a polynomial with the parameter s and the determination of k is necessary for ( )sπ to be obtained. to fi nd k, the expression under the square root must be square of a polynomial. a new eigenvalue equation for the schrödinger equation thus becomes: ( ) ( ),,2,1,0n, 2 1nn nn =σ′′−−τ′−=λ=λ (9) where ( ) ( ) ( )s2ss π+τ=τ (10) and ( )sτ′ must be negative. bound state solutions via nikiforov-uvarov (nu) method the potential in equation (1) is substituted into the radial schrödinger equation given as: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ),rrrerrrv r2 h1 dr d r dr d r 1 2 h nnn2 2 2 2 2   = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + μ ++⎟ ⎠ ⎞⎜ ⎝ ⎛ μ − (11) where n denotes the radial quantum number which together with  are both named as the vibration-rotation quantum numbers in molecular chemistry, r is the internuclear separation, ne is the exact bound state energy eigenvalues and v(r) is the internuclear potential energy function and we obtain: ( ) ( ) ( ) ( ) .0rr r2 h1 abee r a r a e h 2 dr rdr r 2 dr rrd n2 2 br2br2 n2 n 2 n 2 = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ μ +−+++μ++ −−    (12) equation (12) can be rearranged to give: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) .0rr 2 h1 raearabee h 2 r 1 dr rdr r 2 dr rrd n 2 br22br2 n22 n 2 n 2 = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ μ +−+++μ++ −−    (13) introducing the following dimensional parameters: [ ] ,abee h 2 br2 n2 2 −+μ=ε  (14) [ ]br2 2 aea h 2 −+μ=β− (15) ( )1+=γ  (16) equation (13) is written as: ( ) ( ) ( ) ( ) .0rrrr r 1 dr rdr r 2 dr rrd n 22 2 n 2 n 2 =γ−β−ε++   (17) a comparison of equations (2) and (17) reveals the following polynomials: ( ) ,2r =τ ( ) ,rr =σ ( ) γ−β−ε=σ rrr 22 (18) substituting these polynomials into equation (7), we get ( )rπ as: ( ) ( ) 14rk4r4 2 1 2 1 r 22 +γ+β++ε−±−=π (19) and ( )rσ′ is taken equal to 1. the discriminant of the expression under the square root in equation (19) has to be zero for it to have equal roots. therefore, we get: ( )[ ] ( )( ) 01444k4 22 =+γε−−β+ . (20) on solving equation (20) for k we get: 14ik +γε±β−=± , (21) where 14ik +γε−β−=− (22) and .14ik +γε+β−=+ (23) substituting ±k into equation (19), gives the following four possible solutions obtained for ( )rπ as: ( ) ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ +γε+β−=+γ+ε +γε−β−=+γ−ε ±−=π + − .14ikfor,14 2 1 ri 14ikfor,14 2 1 ri 2 1 r (24) from the four possible forms of ( )rπ in equation (24), we select the one for which the function ( )sτ in equation (10) has a negative derivative. ( )sτ satisfi es these requirements with: ( ) 14ri21r +γ+ε−=τ (25) and ( ) 0i2r <ε−=τ′ (26) from equation (8), we obtain: ε−+γε−β−=λ i14i (27) and also .,3,2,1,0n,ni2n =ε=λ=λ (28) we then obtain the parameters 2ε as: . 14n21 2 2 ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ +γ++ β−=ε (29) substituting the values of 2ε , β and γ from equations (14) – (16) into equation (29), yields: ( ) ( )[ ] 2 br2 2 br2 n 114n21 aea h 2 abee ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ++++ +μ+−= − −   . (30) to fi nd y(r), we fi rst obtain ( )rρ from equation (6) as: ecl. quím., são paulo, 35 3: 103 107, 2010106 ecl. quím., são paulo, 35 3: 103 107, 2010 107 artigo article artigo article ( ) ri2141 err ε−+γ+=ρ . (31) substituting this into the rodrigues relation given in equation (5), we get: ( ) ( ) ( ) ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡= ε−+γ++ε+γ+− ri2141n n n ri2141 nn er ds d erbry  , (32) nb is the normalization constant. the polynomial solutions of ( )ryn in equation (32) are expressed in terms of the associated laguerre polynomials, which is one of the orthogonal polynomials. we write: ( ) ( )vlry 141 nn +γ+= , (33) where ,ri2v ε= therefore, ( ) vi2r 1−ε= . (34) by substituting ( )rπ and ( )rσ into the expression ( ) ( ) ( ) ( )r/rr/r σπ=φφ′ and solving the resulting differential equation, the other part of the wave function in equation (3) is obtained as: ( ) ri14 err 2 1 2 1 ε−−+γ=φ (35) or in terms of v, ( ) ( ) 2 v 2 1 2 1 2 1 2 3 evi2v 1414 −+γ+−+γ+−ε=φ . (36) combining the laguerre polynomials and ( )vφ in equation (3), enables the radial wave function to be constructed as: ( ) ( )rarr nnn  ψ= (37) ( ) ( ) ( )vlevi2arr 141 n 1414 nn 2 v 2 1 2 1 2 1 2 3 +γ+−+γ+−+γ+−ε=∴  . (38) if we introduce the variable 14 2 1 +γ=α , equation (38) becomes: ( ) ( ) ( )vlevi2arr 21 nnn 2 v 2 1 2 3 α+−α+−α+−ε=  . (39) to fi nd na , a new normalization constant, we write: ( )∫ ∞ = 0 2 n .1drrr  (40) therefore, ( ) ( )[ ] .1dvvlevi2a 0 212 n v12322 n =ε ∫ ∞ +α−−α−α  (41) the above integral can be evaluated by using the recursion relation for laguerre polynomials and na is found to be: ( ) ( ) ( )( ) 2 1 3 23 n !n22n2 i2!12n a ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ +α− ε+α−= α−  . (42) therefore, ( )rrn becomes: ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ).vlevi2 !n22n2 i2!12n rr 12 n3 23 n 2 v 2 1 2 3 2 1 +α−−αα+− α− ε ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ +α− ε+α−= (43) conclusion the analytical solutions of the schrödinger equation for the general exponential screened coulomb potential has been presented. the nikiforov-uvarov method employed in the solutions enables us to explore an effective way of obtaining the eigenvalues and corresponding eigenfunctions of the schrödinger equation for any  state. finally, we calculate the energies of the exponential screened coulomb potential for diatomic molecules by means of equation (30) for the  state. the explicit values of the energy at different values of the screened parameter are shown in table 1. table 1. bound state eigenvalues for 05.0b0 ≤≤ for the 1s state of diatomic molecules in atomic units ( )1ah ==μ= b e1s(ev) 2n co no 0.01 0.2348302 0.2346764 0.2345716 0.02 0.2202668 0.2199730 0.2197791 0.03 0.2062752 0.2058684 0.2056002 0.04 0.1928410 0.1932419 0.1920133 0.05 0.1799455 0.17937370 0.1789975 note: the r values for 2n (1.0940), co (1.21282) and no (1.1508) were adapted from m. karplus and r. n. porter, atoms and molecules: an introduction for student’s of physical chemistry, benjamin, menlo park, ca, 1970. references [1] s. m. ikhdair and r. sever (2008). improved analytical approximation to arbitrary  state solutions of the schrödinger equation for the hyperbolical potentials. personal communication. 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of chloromethylfuran (cmf) oligomers. it was observed that wavelength shifted to longer wavelength with the increase in chlorine atoms [11]. therefore, the aim of this present study is to theoretically study the structural and electronic properties of oligomers including dimer, trimer and tetramer of fluoromethylfurans (fmfs) for introduction in particular, organic π-electron systems have received attention as potential photoand electro active materials [1-4]. the task of materials development encompasses a suitable selection of structural units (monomers) either with charge transport property or optical properties. the fundamental requirement for all these organic materials is the ability to form stable and smooth filling either via vapour deposition or by solution coating methods. however, the electronic and optical properties of π-conjugated polymers results from a limited number of states around highest occupied and the lowest unoccupied level [5]. the task of materials development encompasses a suitable selection of structural units (monomers) either with charge transport property or optical properties. conjugated conducting polymers have been a subject of intense experimental and theoretical studies since 1977 when this class of material was fully tested [6]. in intrinsic conducting polymers, the conductivity is assigned to the delocalization of π-bonded electrons over the polymeric backbone, exhibiting unusual electronic characteristics, such as low energy optical transitions, low ionization structural and electronic properties of oligomers of fluoromethylfurans (fmfs), oc4h4-chnf3-n with n = 1, 2, 3 and 4 have been studied using zindo/am1 and b3lyp/6-31g(d) basis set. preliminary study using am1 and ab initio (hf) 6-31g(d) with medium basis set was carried out on di-, triand tetramer fmfs in order to investigate the stability of configuration of the polymer chains and conformation analysis of the dimers. there is noticeable effect of substituents on the geometries of fmfs as compared to polyfuran, polymethylfuran and chloromethylfuran (cmf) analogues [11]as well as improved characteristics as conducting polymers compared polymethylfurans and cmfs. the most stable conformation is the anti-planar conformation except in fluoromethylfuran in which antigauche conformation is most stable. the energy band gaps, electronic spectroscopy and electronic dipole moment vectors of the compounds are presented. generally fmfs present lower energy band gaps, longer wavelength and higher electric dipole moments and are therefore more suitable as monomer for conducting polymer especially trifluoromethylfuran. keywords: fluoromethylfurans, electronic properties, zindo and dft. comformational analysis and electronic properties of fluoromethylfuran oligomers: semiempirical and dft study. banjo semire*a, isaiah ajibade adejorob and olusegun abayomi odunola*a adepartment of pure and applied chemistry, ladoke akintola university of technology, ogbomoso, nigeria. bdepartment of chemistry, university of ibadan, ibadan, nigeria. semireban@yahoo.com, odunola@yahoo.com decreases when the number of monomers increase in an oligomer chain. the dihedral angle defining torsion between an adjacent pair ring plane of an extended chain, dri– rj values for furan, methylfuran and fu-cf3 oligomers show that they are more planar than other fmfs and cmfs [11]. as expected of conducting polymers the distortions decrease with increase in the length of a polymer chain. since, the planarity of polymers chain is a necessary factor for electrical conducting of polymers [8, 18, 19]. the fmfs would be more conductive as compared to corresponding cmfs [11] but less conductive than fluoromethylpyrroles due to higher dri–rj values [20]. however, the results show that the fu–cf3 oligomer would be more preferable structure for electro-polymerization synthesis of conducting polymer of furan derivatives as compared to furan and chloromethylfuran. the values of bond lengths obtained from zindo/am1 are shorter than that of dft/631g(d) whereas dihedral angles from zindo/am1 are larger that the corresponding dft/6-31g(d). table 1: selected bond lengths (ǻ) and dihedral angles (˚c) of fmf oligomers obtained at b3lyp/6-31g(d) and zindo/am1 (bold) methods. oligomer r1-r2 r2-r3 r3-r4 dr1-r2 dr2-r3 dr3-r4 *di-fu 1.4480 (1.4440) 0 *di-fuch3 1.4482 (1.4440) 0.6 (4.6) di-fuch2f 1.4484 (1.4440) 23.4 (28.2) di-fuchf2 1.4486 (1.4442) 24.5 (30.4) di-fucf3 1.4487 (1.4442) -0.4 (0.8) *tri-fu 1.4446 (1.4439) 1.4449 (1.4439) -0.6 (0.4) 2.0 (-2.4) *tri-fuch3 1.4455 (1.4435) 1.4458 (1.4446) 0.4 (10.4) -0.5 (9.8) tri-fuch2f 1.4464 (1.4478) 1.4465 (1.4458) 21.9 (26.6) 24.5 (31.2) tri-fuchf2 1.4479 (1.4448) 1.4478 (1.4446) 22.4 (16.8) 25.2 (30.4) tri-fucf3 1.4476 (1.4446) 1.4474 (1.4446) 1.4 (0.2) -0.3 (6.8) *tetra-fu 1.4452 (1.4443) 1.4432 (1.4439) 1.4453 (1.4439) 0.0 (-0.4) -0.6 (2.6) 0.6 (3.8) *tetra-fuch3 1.4455 (1.4446) 1.4436 (1.4439) 1.4457 (1.4439) 0.0 (-1.2) -1.4 (0.8) -0.6 (2.6) tetra-fuch2f 1.4432 (1.4444) 1.4453 (1.4442) 1.4483 (1.4441) 39.1 (52.4) 23.4 (36.4) 33.7 (28.2) tetra-fuchf2 1.4474 (1.4449) 1.4456 (1.4443) 1.4484 (1.4442) 26.0 (41.4) 20.4 (14.2) 25.0 (35.8) tetra-fucf3 1.4472 (1.4446) 1.4456 (1.4445) 1.4465 (1.4443) -0.4 (-5.6) 2.6 (8.2) 0.8 (10.4) r: bond length between an adjacent pair monomers ring of an extended chain. dri-rj: dihedral angle between an adjacent pair monomers ring of an extended chain. *data from [6] for effective comparison. the preparation of corresponding conducting polymers with improved electrical and mechanical properties. the results will be compared with chloromethylfuran analogues (cmfs). however, conformational analysis will be carried out on fmf dimmers. the structures and the numbering scheme used for fmf monomers and their oligomers in this study are arranged in head-tail and head-tail fashion in the oligomer chain as illustrated in figure 1. figure 1. structure of the fmfs monomers and their oligomers with –cx3; where –cx3 stands for –ch2f, –chf2, –cf3. methods of calculation quantum chemical calculations were performed at zindo based on optimized geometry from am1 implemented on hyperchem program [12] and b3lyp level of theory with 6–31g(d) basis set [13]. all the parameters were allowed to relax and all the calculations converged to an optimized geometry. the zindo/cis was used for calculation of uv-spectra since it has been proved to be good enough to describe uv-spectral of organic molecules [14-16]. the conformational analysis for the neutral structures was carried out by changing the torsional angle (θ, dihedral angle between central two furan rings, (o-c-c-o) by 10 steps in the opposite direction between 0° (syn-planar) and 180° (antiplanar). the b3lyp/6-31g* method was employed as implemented in spartan program [17]. geometries of fluoromethylfurans the connecting bond length between an adjacent pair monomer ring of an extended chain, ri–rj is slightly affected by substituent groups (table 1). fluorine substitutions in the fmf oligomers slightly increase the ri–rj with respect to the furan, methylfuran oligomers and chloromethylfuran (cmf) analogues [11]. this is due to the higher polarity of fluorine substitutions in the oligomer chains as compared to chlorine. also, the geometrical data (table 1) show that the ri–rj bond o cx3 a) o o cx3 cx3 b) o cx3 o o cx3 cx3 c) o o cx3 cx3 o o cx3 cx3 d) 27eclética química, 36 (3), 26-30, 2011. conformation holds a larger conjugation between dienic structures. as expected, the degree of conjugation changes with oligomers conformations being minimal at θ =90° and maximal at planar conformations (antiplanar conformation, figure 3). 1.445 1.45 1.455 1.46 1.465 1.47 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 mf 1-cmf 2-cmf 3-cmf θ (˚) figure 3: inter-ring bond length as function of torsion angle θ for the fmf dimmers: 1-fmf is fluoromethylfuran, 2-fmf is difluoromethylfuran and 3-fmf is trifluoromethylfuran. electronic characteristics of oligomers it is known that energy gap between the highest occupied molecular orbital (homo) and the lowest unoccupied molecular orbital (lumo), or simply homo-lumo gap (hlg; δeg), is a key parameter which determines the molecular admittance because it is a measure of the electron density hardness [21,22]. the hlg values of fmf oligomers, defined in figure 4, are calculated at b3lyp/6-31g(d) level of theory. the hlg values of the furan and methylfuran monomers are lower than that of monofluoro-, difluoroand trifluoromethylfuran monomers; however the hlg values decrease slowly with the increase in number of fluorine atoms. therefore, it is predicted that the oligomers consisting of fu–cf3 monomer will have the highest conductivity. this is proved by comparing the trend of the hlg values of the fmf oligomers which have same number of monomers. as seen from figure 4, the hlg values for the fu–cf3 tetramers are considerably lower than that of the other fmf tetramers. conformational analysis the results of the torsion potential of the fmt dimers are presented in figure 2. the rotational profiles obtained show the existence of the syn– gauche conformer for all fmf dimers (except trifluoromethylfuran) corresponding to average values of θ with 30.10° (see table 2). the rotational barrier present four extrema, three maxima situated at 0°, 90° and 180° and a minimum located at about 30.10°. however fluoromethylfuran has additional minimum at about 160° (anti-gauche). the most significant result found with hybrid b3lyp functional is the presence of a minimum for methylfuran and 2difluoromethylfuran in the syn-gauche region corresponding to θ=30°. in fluoromethylfuran, two minima are presented; the syngauche conformer at θ =30° and anti-gauche conformer at θ =160° which most stable by about 1.10 kcal/mol than syn-gauche conformer (table 2). generally, the most stable conformation is anti conformer. table 2: relative energy (kcal/mol) and torsional angle of fluoromethylfuran dimmers obtained at b3lyp/6-31g(d) level. compound syn syn-gauche perpendicular anti-gauche anti-plane mf 1-fmf 2.fmf 3-fmf 1.98 2.00 2.42 1.09 30.20˚ (1.75)* 30.20˚ (1.10) 30.00˚ (1.15) a 3.75 4.10 4.55 4.00 a 160.00 (0.00) a a 0.00 0.97 0.00 0.00 *relative energies of syn-gauche conformers: ano minimum or minima are found in the curves 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 mf 1-fmf 2-fmf 3-fmf θ (˚) figure 2: torsion potential of fluoromethylfuran dimers obtained by b3lyp/6-31g(d) level. the variation of inter-ring c-c bond as a function of θ is showed in figure 3. all curves have similar look, and the shorter interring bond corresponds to conformation planar syn and anti, indicating that this 28eclética química, 36 (3), 26 -30, 2011. table 2. the total dipole moments (in debye, m) of the fmf monomers and their oligomers obtained with b3lyp/6-31g(d) method furan fuch3 fuch2f fuchf2 fucf3 monomer 0.46 0.69 1.92 2.28 3.85 dimer 0.00 0.12 1.79 2.48 2.75 trimer 0.61 0.74 2.20 3.46 4.03 tetramer 0.00 0.17 1.70 3.36 4.57 uv-visible of the oligomers the electronic spectra involving transition of valence electrons that occur in the uv-vis absorption was studied theoretically, in order to investigate the effect of fluorine substituent on oligomethylfurans. table 5 shows some selected absorption λmax and their oscillator strength for the oligomethylfurans. the oscillator strength values (o.s) showing the probability of the transition (corresponding to a fraction of negative charges (electrons) which accomplish the transition in question (oscillate). the electron donating effect of methyl group reduces as the number of fluorine atoms increases with increase in the chain length of the oligomers . the λmax values for fluoro-, difluoroand trifluoromethylfuran monomers are 172.22, 174.81 and 179.18nm respectively, which are longer than the corresponding chlorine analogues [11]. this shows that the number of fluorine atoms on methylfuran affect the electronic properties of the polymer than chlorine. it is noticed that with increasing chain length of the oligomers the λmax shift to a longer wavelength due to enlargement of p-conjugation in the systems. for example, the calculated λmax are 172.22, 324.02, 372.06 and 421.25nm, going from monomer, dimer, trimer to tetramer for fluoromethylfuran (table 3). 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 0.25 0.33 0.5 1 fu fuch3 fuch2f fuchf2 fucf3 linear (fuchf2) linear (fuch2f) linear (fu) linear (fuch3) figure 4. the hlg (δeg) values obtained for all fmf oligomersb3lyp/6-31g* dipole moments of the oligomers the orientation of the electric dipole moment vector (m) of the oligomers with respect to the direction of the polymer chain determines electrochemical characteristics of the polymer on the electrode surface. in addition to their orientations, size of the electric dipole moment vector of the monomers and their interactions with the solvent and support electrolyte are the key factors in their selection for electro-polymerization. furthermore, the structure of the electrical double layer at the surface of electrodes which determines the kinetics of the diffusion-controlled electrode reactions depends on the dipole moment of the solute molecules [20,23]. thus, the calculated values of the electric dipole moment vectors for fmf monomers and their corresponding oligomers have been listed in table 3. the data presented in this table show that the number fluorine atoms determines the values of electric dipole moment vector. the comparative size of the dipole moment vectors for all of monomers and their oligomers with the same size follows: fu-ch2f < fu-chf2 < fucf3 according to this trend, the oligomers consisting of fu–cf3 oligomers are expected to be more soluble in polar solvents because of the larger electric dipole moments. also, it is observed (table 4) that the electron donor characters of the –ch3 substituent decreases the dipole moment vector of the methylfuran oligomers, if the furan oligomers are taken as references as it was observed for fluoromethylpyrrole [20] and cmfs [11]. 29eclética química, 36 (3), 26-30, 2011. references [1] y.h. sung, bull. korean chem. 20(1) (1999) 42. [2] z lei, d.m. mcculloush, adv. matt. 14(12) (2002) 109. ++[3] j.h. schon, p a. dodabala, c.h. baot-kloc, o. schanker, b. batloge, 410 189 [4] o. kalisky, organics for electro-optical applications. business communication, inc gb-253 (2006). [5] d. sardar, theoretical investigation of approaches for obtaining narrow band gaps in conducting polymers, m.sc thesis, bikent university, turkey. (2004). [6] h. shirakawa, e.j. louis, a.g. mac-diarmid, c.k. chiang, c.k. heeger, j. am chem. soc. chem. commun. (1977) 578. [7] s. sadki, p. scottland, n. brodie, g. sabouraud, chem. soc. rev. 29 (2000) 283. [8] t. scotheim, handbook of conducting polymers, dekker m. new york. 2nd ed. 1998, p. 993 [9] j.l. bredas, r.r. chance, conjugaed polymeric materials: opportunities in electronic, optoelectronics and molecular electronics. kluver, academic publishers, london, 2001. [10] t. ohsawa, k kaneto, k. yoshino. j. appl. phys. 23 (1984) 126. +++[11] b. semire, o.a. odunola, oriental j. chem. 25 (2009) . 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[23] w.h. meyer, h. kiess, b. binggeli, e. meier, g. harbeke, synth. met. 10 (1985) 255. table 3: the wave lengths (λ) and oscillation strength (o.s) calculated for fmf monomers and their oligomers at zindo/s-ci oligomer λ nm o. s fu 154.77 1.107 fuch3 161.08 0.962 fuch2f 172.22 0.899 fuchf2 174.81 0.669 fucf3 179.18 0.876 di-fu 169.82 1.134 di-fuch3 176.03 1.136 di-fuch2f 324.02 0.532 di-fuchf2 335.37 0.662 di-fucf3 406.42 0.676 oligomer λ nm o. s tri-fu 347.16 0.814 tri-fuch3 351.68 0.786 tri-fuch2f 372.06 0.840 tri-fuchf2 391.22 0.698 tri-fucf3 416.76 0.667 tetra-fu 374.82 1.075 tetra-fuch3 322.33 0.839 tetra-fuch2f 421.25 0.653 tetra-fuchf2 577.89 0.592 tetra-fucf3 656.35 0.603 conclusion the results of this study show that the fmf oligomers can be regarded as the possible candidates for the synthesis of corresponding conducting polyfuran derivatives with improved properties as compared to the polymers of chloromethylmethylfuran and methylfuran. in this series of fmf oligomers, the py– cf3 oligomers have the higher capability as building blocks for modified conducting polymers because these oligomers have higher planarity, lower hlg values and higher dipole moment vectors, which are all in favour of electro-polymerization. the most stable conformation is the anti-planar conformation except for fluoromethylfuran in which anti-gauche conformation is most stable. it is also found that the increase in the number of monomers of a fmf oligomer chain provides a better condition for modifying fmf polymers. 30eclética química, 36 (3), 26-30, 2011. eq8-af introduction in the last two decades a considerable attention has been devoted to the preparation of immobilized organic groups on silica gel surfaces that can be used as sorbent materials. the primary grafting reaction has been well studied [1-4]. this technique involves the immobilization of the organic group using an organosilane as a coupling reagent [5-7]. the resulting solids present a strong covalent bonded organic phase [7]. however, in the last decade hybrid materials obtained by using the solgel method became as an alternative to obtain organofunctionalized silicas [8-10]. the sol-gel synthesis for this kind of materials is based on the hydrolysis and polycondensation of organosilanes in the presence of tetraethylorthosilicate or tetramethylorthosilicate [11]. the hybrids obtained present also a strongly bonded organic phase [12,13] and they show some advantages when compared with the grafted materials, since the synthesis can be performed at room temperature and the resulting solids have good homogeneity and purity. additionally some properties like organic content, surface area, pore size and particle size can be controlled starting from the choice of the synthesis conditions [13,14]. among the sol-gel silica based materials the silsesquioxanes are an interesting class of materials that contain a high degree of pendant or bridged organic groups [15,16]. in previous papers, the preparation of a silsesquioxane water soluble material was reported [17]. it was obtained by using n-propylpyridinium chloride as pendant group. besides its high water solubility, a very important characteristic of this material was its capacity for forming a stable thin film on surfaces containing aluminum oxide [18]. recently, we have obtained another water soluble material, the 3-n-propyl-1-azonia-4azabicyclo[2.2.2]octanechloride silsesquioxane 53ecl. quím., são paulo, 31(2): 53-58, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 a water soluble 3-n-propyl-1-azonia-4azabicyclo[2.2.2]octanechloride silsesquioxane grafted onto al/sio2 surface. chromium adsorption study l. t. arenas1, n. m. simon1, y. gushikem2, t. m. h. costa1, e. c. lima1*, e. v. benvenutti1 1instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, cp 15003, 91501-970 porto alegre rs, brazil. 2instituto de química, unicamp, caixa postal 6154, 13083-970 campinas-sp, brazil. *corresponding author: e-mail: ederlima@iq.ufrgs.br abstract: the water soluble material, 3-n-propyl-1-azonia-4-azabicyclo[2.2.2]octanechloride silsesquioxane (dabcosil silsesquioxane) was obtained. the dabcosil silsesquioxane was grafted onto a silica surface, previously modified with aluminum oxide. the resulting solid, dabcosil-al/sio2, presents 0.15 mmol of dabco groups per gram of material. the product of the grafting reaction was analyzed by infrared spectroscopy and n2 adsorption-desorption isotherms. the dabcosil-al/sio2 material was used as sorbent for chromium (vi) adsorption in aqueous solution. keywords: dabco; sol-gel; chromium (vi). (dabcosil silsesquioxane) [19,20]. it was observed that this material is constituted by oligomeric species and its solubility is a consequence of the ion dipole interactions between the azonia salt with water molecules [20]. in the present work we have combined the sol-gel method and the grafting technique in the preparation of new hybrid materials. the dabcosil silsesquioxane was synthesized by using the sol-gel process and subsequently it was grafted onto a silica gel surface, previously modified with aluminum oxide. the resulting material was characterized by using infrared spectroscopy, n2 adsorption-desorption isotherms and its sorption capacity was evaluated for chromium (vi) uptake in aqueous solution. experimental synthesis of 3-n-propyl-1-azonia-4-azabicyclo[2.2.2]octanechloride silsesquioxane (dabcosil) an amount of 2.244 g (10 mmol) of 1,4diazabicyclo[2.2.2]octane (dabco, acros), previously sublimed, were dissolved in 40 ml of an ethanol:acetone (merck) solution (1:1), and 20 mmol (3.8 ml) of 3-cloropropyltrimethoxysilane (cptms, acros) were added. this mixture was refluxed, in argon atmosphere under stirring, at near 90 ºc for 48 h. the product of reaction, 3-npropyltrimethoxysilane-1-azonia-4-azabicyclo[2.2.2] octanechloride was used as organic precursor in the sol-gel synthesis. in the previous solution it was added, under stirring, tetraethylorthosilicate (teos, acros) (3.7 ml), twice distilled water (3.9 ml) and hf (0.1 ml). the mixture was stored for 15 days, just covered without sealing. the gel was then washed with acetone and dried at 90 oc for 1.5 h. synthesis of aluminum oxide grafted onto silica gel surface (al/sio2) aluminum isopropoxide (aldrich) (1.24 g) were dissolved in 50 ml of hot toluene (merck). an amount of 10 g of silica gel (merck) was previously activated in vacuum at 150 ºc. the silica was added to aluminum isopropoxide solution. the mixture was stirred for 24 h, in argon atmosphere, under reflux conditions. the resulting product was filtered, washed with toluene, ethanol, ethyl ether and evaporated in vacuum at 110 ºc. to promote the hydrolysis, the product was immersed in twice distilled water and promptly filtrates, washed with water and finally dried in vacuum at 120 ºc. synthesis of dabcosil silsesquioxane grafted onto al/sio2 surface (dabcosil-al/sio2) the dabcosil silsesquioxane (300 mg) was dissolved in twice distilled water (100 ml) and soon it was added to 5 g of al/sio2. the mixtures were shaken for 15 min and the water was then evaporated, in vacuum, at temperature of 120 ºc. elemental analysis the organic phase content on dabcosil silsesquioxane was obtained using a chn perkin elmer m chns/o analyzer, model 2400. the analysis was made in triplicate, after heating the material at 100 oc, under vacuum, for 1 hour. the amount of dabcosil groups presents on the dabcosil-alsio2 surface was estimated as follows: the material was immersed in hno3 solution, under stirring, the acid solution was then submitted to chloride potentiometric titration with silver nitrate, using calomel electrode, as reference. the aluminum content in the al/sio2 was estimated employing eds (electron dispersive spectroscopy) analysis using a noran detector in jeol equipment, model jsm 5800, with 20 kv and acquisition time of 100 s and 800x of magnification. ftir analysis samples of silica gel, aluminum oxide grafted onto silica gel (al/sio2) and dabcosil silsesquioxane grafted onto al/sio2 materials were submitted to transmission ftir using an ir cell described elsewhere in detail [7]. self-supporting disks of materials with an area of 5 cm2, weighing ca. 100 mg, were prepared. the disks were heated for 1 hour at 150 oc, under vacuum of 1 pa (near 10-2 torr). the spectra were obtained using a shimadzu equipment model ftir 8300, with 4 cm-1 of resolution and 100 scans. pore size distribution the pore size distribution was obtained by the n2 adsorption-desorption isotherm, determined at liquid nitrogen boiling point, using a homemade 54 ecl. quím., são paulo, 31(2): 53-58, 2006 volumetric apparatus, connected to turbo molecular edwards vacuum line system, employing a hg capillary barometer. the apparatus is frequently checked with alumina standard reference. the hybrid material was previously degassed at 150 oc, in vacuum, for 2 h. the data analysis was made using the bjh (barret, joyner, and halenda) method [21]. surface area the specific surface area of the previous degassed solid at 150 oc, under vacuum, was determined by the bet (brunauer, emmett and teller) multipoint technique [22], in the volumetric apparatus cited above, using nitrogen as probe, in triplicate. chromium (vi) uptake by the dabcosil-al/sio2 an aliquot of 20.00 ml of 20.00 – 1000.0 mg l-1 cr (vi) (in cro4 2form at ph 6.0) was added to a conical plastic tube (117mm height, 30 mm diameter) containing 50.0 mg of dabcosilal/sio2. the flasks were capped, in poured horizontally in a horizontal shaker and agitated for 3 h. afterwards the flasks were filtered, using glass filter provided with whatman filter paper, in order to separate the adsorbent from the aqueous solution, and aliquots of 1-5 ml the supernatant were properly diluted to 50-100 ml in calibrated flasks using water. the chromium final concentrations were spectrophotometrically determined using diphenylcarbazide at 540 nm [23], after multiplying the measured concentration value found in the solution after the adsorption procedure, by the proper dilution factor. the amount of cr (vi) uptaken by the adsorbent is given by the equation 1. (1) where nf is the amount of metallic ion uptaken by the adsorbent (mmol g-1); co is the initial cr (vi) concentration put in contact with the adsorbent (mmol l-1), cf is the cr (vi) concentrations (mmol l-1) after the batch adsorption procedure, m is the mass of adsorbent (g) and v is the volume of cr (vi) solution put in contact with the adsorbent (l). 55ecl. quím., são paulo, 31(2): 53-58, 2006 results and discussion the synthesis of the dabcosil silsesquioxane was carried out in two steps. firstly the 3-n-propyltrimethoxysilane-1-azonia-4azabicyclo[2.2.2]octanechloride was obtained from a presumable sn2 reaction of dabco with cptms. in a second step, this compound was added to a teos solution to gelation, as already reported [19]. the product of the gelation reaction, 3-n-propyl t r imethoxysi lane-1-azonia-4azabicyclo[2.2.2]octanechloride silsesquioxane (dabcosil silsesquioxane) was submitted to chn elemental analysis and the estimated organic phase content was 3.3 mmol of dabcosil groups per gram. considering the high water solubility of the dabcosil silsesquioxane [20] it could be immobilized on the al/sio2 matrix having an al/si atomic ratio of 0.21, determined by eds analysis. the dabcosil groups present on dabcosil-al/sio2, estimated by using chloride potentiometric titration, was 0.28 mmol of dabcosil pendant groups per gram of alsio2 matrix. the infrared spectra of the pure silica (sio2), aluminum oxide grafted onto silica surface (al/sio2) and dabcosil grafted onto al/sio2 surface (dabcosil-al/sio2) are shown in the figure 1. it is possible to observe in the pure figure 1. infrared absorbance spectra obtained at room temperature after being heated at 150 oc, in vacuum, for two hours. a) sio2; b) al/sio2; c) dabcosil-al/sio2. the bar value is 0.5. silica spectrum (spectrum a) that the band at 976 cm-1, assigned to si-oh stretching mode [24], disappears after the grafting reaction with the aluminum oxide (spectrum b). this result is an indication that the silanol groups of the original silica surface were covered by the aluminum oxide [25]. in the spectrum obtained for dabcosilal/sio2 (spectrum c) it is possible to observe the organics presence identified by the bending ch2 modes of the dabco group in 1466 cm-1 [26]. the grafting reactions could also be evidenced on the pore size distribution obtained from the n2 adsorption-desorption isotherms, showed in figure 2. it is possible to observe that pure silica (sio2), aluminum oxide grafted onto silica surface (al/sio2) and dabcosil grafted onto al/sio2 surface (dabcosil-al/sio2) present similar pore size distribution with a maximum near to 8 nm. the bet surface area values were also very similar: 200, 200 and 190 m2 g-1 for sio2, al/sio2 and dabcosil-al/sio2, respectively. considering a deviation of 5 % in these measurements, the surface areas are constant and indicate that the grafting reactions occur homogeneously in the surface, possibly forming monolayer. the dabcosil-al/sio2 material obtained was used as adsorbent for chromium (vi) uptake from aqueous solution. the monolayer langmuir model was applied to the system using the langmuir linearized model (equation 2), where nf is the amount adsorbed of cr (vi) (mmol g-1) at the equilibrium, ce is the concentration of cr 56 ecl. quím., são paulo, 31(2): 53-58, 2006 figure 2. pore size distribution, obtained from n2 desorption isotherms, by using bjh method. (vi) not adsorbed left in the solution after the equilibration (mmol l-1), qmax is the maximum adsorptive capacity of the cr (vi) (mmol g-1), b is the langmuir constant related to the energy of adsorption (l mmol-1) (2) by applying this linear model (ce/nf versus ce) the qmax obtained was 0.144 mmol g-1 and b was 0.305 l mmol-1, with r= 0.9932 (see fig 3). figure 3. linearized langmuir model for cr (vi) uptake by dabcosil-al/sio2. taking into account the amount of dabcosil groups present on the material which was 0.28 mmol g-1 and the maximum amount of cr (vi) as chromate uptaken by the adsorbent (0.144 mmol g-1), it could be inferred that the mechanism for cr (vi) uptake by the adsorbent was a ion exchange of two clanion by one cro4 2. each cro4 2replaced two clpresent in the adsorbent. it should be mentioned that at ph 6.0, cr(vi) is mainly present in cro4 2form and it is present in small amounts as hcro4 and cr2o7 2-. however the isotherm fits very well the langmuir model, it is expected that only cro4 2is the chemical specie that is being adsorbed by the dabco groups. considering the maximum amount of cr(vi) uptaken and the amount of dabco groups obtained in elemental analysis, all dabcosil groups were available on the surface of the material that were able for ion exchange. on the other hand, in previous reports of synthesis of dabco by the solgel method [14], the dabco groups were not completely available for adsorption that resulted in a decrease in the maximum amount of metallic ion uptake by the adsorbent. conclusion the water soluble 3-n-propyl-1-azonia-4azabicyclo[2.2.2]octanechloride silsesquioxane was immobilized on silica previously modified with aluminum oxide in a highly dispersed form. the dabcosil-al/sio2 material showed to be a good adsorbent for cr (vi) uptake from aqueous solution, where for each two mmol dabcosil group grafted at the al/sio2 matrix was able to adsorb one mmol of cr (vi) as chromate from aqueous solution, suggesting an ion exchange mechanism. acknowledgement we tank to capes, cnpq and fapergs for financial support and grants. recebido em: 05/04/2006 aceito em: 31/05/2006 57ecl. quím., são paulo, 31(2): 53-58, 2006 l. t. arenas, n. m. simon, y. gushikem, t. m. h. costa, e. c. lima, e. v. benvenutti. silsesquioxano solúvel em água, cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano, enxertado sobre a superfície de al/sio2. estudo da adsorção de cromo. resumo: o material octanocloreto de 3-n-propil-1-azonia-4-azabiciclo[2.2.2] silsesquioxano (dabcosil silsesquioxano) solúvel em água foi obtido. o dabcosil silsesquioxano foi enxertado na superfície da sílica, previamente modificada com óxido de alumínio. o material sólido resultante dabcosil-al/sio2, apresentou 0,15 mmol de grupamentos dabco por grama do material. o produto enxertado foi caracterizado por espectroscopia de infravermelho, e isotermas de adsorção-dessorção de n2. o material dabcosilal/sio2 foi utilizado como sorvente para a adsorção de chromium(vi) em soluções aquosas. palavras-chave: dabco; sol-gel; cromo (vi). references [1] u. deschler, p. kleinschmit, p. panster, angew. chem. int. ed. engl. 25 (1986) 236. 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33(4): 79-84, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 degradação hidrolítica e fotoquímica da amoxicilina na presença de β-ciclodextrina r. a. bariccatti*, c. silva, m. l. souza, c. a. lindino, m. f. rosa centro de engenharias e ciências exatas – universidade estadual do oeste do paraná – cep85903-000 – toledo – pr – brasil *reinaldo0207@brturbo.com.br resumo: este trabalho tem como propósito monitorar a degradação do fármaco amoxicilina na presença e ausência de β-ciclodextrina através de técnicas espectroscópicas. para isto, foi acompanhada a hidrólise do fármaco protegido da luz por cerca de 400 horas. os resultados obtidos indicam que, inicialmente, a ciclodextrina não altera a hidrólise da amoxicilina, entretanto, após 250 horas de monitoramento há um aumento acentuado na hidrólise da amoxicilina quando presente a ciclodextrina. ao irradiar a amostra com radiação uv, verificamos que as soluções contendo β-ciclodextrina sofrem uma fototransformação mais lenta (26,8%) que as soluções sem β-ciclodextrina.. palavras-chave: amoxicilina; β-ciclodextrina; fotodegradação. água, a inclusão pode melhorar sua solubilidade ou sua cinética de dissolução. uma elevada constante de estabilidade do complexo favorece a passagem do princípio ativo através da membrana celular, aumentando sua atividade biológica[3]. as cds são capazes de complexar e de estabilizar um largo espectro de substâncias, essa característica, associada às outras propriedades das cds já citadas, faz delas uma grande atração para um variado número de aplicações industriais. as vantagens em potencial do uso e da disponibilidade das cds têm tido papel decisivo no crescente interesse pelas mesmas, podendo ser usadas em fármacos, alimentos, cosméticos, etc, para estabilizar frente à radiação uv[4], temperatura, oxidação e hidrólise; aumentar a solubilidade em água[5]; mudanças de propriedades reológicas; liberação controlada de ingredientes ativos; mascarar odores e gostos desagradáveis; aumentar a biodisponibilidade; modelo de enzieq010-af 12/12/08 11:04 page 79 ma[6]; extração seletiva, adsorção de poluentes[7] e reatores moleculares[8]. a amoxicilina (am) é um antibiótico semisintético com estrutura básica da penicilina g que atua em bactérias gram positivas e gram negativas. formam vários complexos com íons metálicos[9], tais como fe(ii), ni(ii), zn(ii) etc. estes íons atuam como catalisadores, degradando a amoxicilina por meio de um processo de solvólise. ela também é rapidamente degradada sob condições ácidas por causa do anel β-lactâmico que é sucessível a degradação hidrolítica quando o ph desvia significativamente do ponto isoelétrico (ph 4,8). devido portanto a esta baixa estabilidade propõese estudar o efeito da adição de ciclodextrina na degradação da amoxicilina em meio aquoso protegido da luz e sob irradiação uv. procedimento foram preparadas soluções no ph 7,3 utilizando soluções de na2hpo4 e kh2po4 0,1 mol/l segundo morita[10].a amoxicilina foi obtida junto à empresa farmacêutica prati-donadutti. para os estudos de concentração foram preparadas soluções mãe de amoxicilina em água destilada e por diluição obteve-se a concentração desejada. no estudo de fotodegradação foi preparada uma solução conforme procedimento anterior, sendo que, antes de se completar o volume com água foi adicionado um volume de solução aquosa de ciclodextrina, que em seguida foi exposta à irradiação proveniente de uma lâmpada de mercúrio de 80w de potência. resultados e discussão inicialmente, alterou-se a concentração da amoxicilina para se determinar o coeficiente de absorção molar e verificar a formação de agregados. não foram verificadas alterações no formato e posição das bandas de absorção com a variação na concentração do fármaco, indicando que na faixa de concentração de interesse (1,0x10-5 até 4,0x10-4 mol l-1) não houve formação de agregados ou excímeros do fármaco e sim apenas 80 ecl. quím., são paulo, 33(4): 79-84, 2008 figura 1. gráfico com as absorbâncias, em 230 nm (") e 273 nm (#), das soluções de amoxicilina em várias concentrações. aumento da intensidade devido ao efeito da concentração (lei de beer), as absorbâncias molares em 228 e 273nm são 7.440±180 e 870±11 mol1.l.cm-1 (figura 1), respectivamente. os resultados de estabilidade da amoxicilina, na ausência de irradiação uv, em função do tempo, em solução aquosa são apresentados na figura 2. observa-se o surgimento de uma nova banda de absorção centrada em 350nm que aumenta em função do tempo. os estudos da alteração espectral, no comprimento de onda de 350nm, em função do tempo (de 15 a 20 dias) foram feitos em triplicata e em figura 2. gráfico com as absorbâncias da solução de amoxicilina pura em função do tempo (horas), [am]= 2,0x10-3 mol l-1. eq010-af 12/12/08 11:04 page 80 três períodos distintos sem o controle de temperatura, representando o que normalmente ocorreria ao fármaco caso o mesmo fosse estocada em solução aquosa na prateleira e são mostrados na figura 3. observa-se um aumento inicial que segue um comportamento linear nas 150 horas iniciais com a equação da reta de y=0,34t. após este período temos um comportamento linear com equação de y=-175+1,10t, onde y é a relação entre a absorbância e a concentração da amoxicilina e t o tempo em horas. 81ecl. quím., são paulo, 33(4): 79-84, 2008 navarro[11] estudou o efeito da temperatura na solvólise da amoxicilina catalisada por íons metálicos em metanol e verificou o surgimento de um produto fluorescente com máximo de excitação em 362nm e de emissão em 442nm que sofre catálise pelos íons cd2+, zn2+ e co2+. segundo este autor o íon que fornece a menor energia de ativação é o íon zn2+, cujo valor é 34,6kj mol-1, e na ausência deste íon a energia de ativação é de 114,6 kj mol-1. em outro artigo o mesmo autor[12] estuda a formação de complexo de 1:1 e 2:1 de (ampilicilina/cádmio) e a constante de velocidade de degradação do complexo 1:1. além disto, o autor estuda as alterações estruturais por meio de rmn e verifica o surgimento de grupamento éster e quebra do anel β-lactâmico. pelo espectro de massas de impacto de elétron verifica a formação de um produto que é a união de dois fragmentos da molécula de ampilicilina. estudos realizados por nägele e moritz[13] fornecem resultados semelhantes do espectro de massas para a degradação da amoxicilina em meio ácido e em dimetil sulfóxido. segundo os autores, inicialmente, há formação de dois produtos, ácido penicilóico amoxicilínico e 4hidroxifeniglil amoxicilina. o ácido penicilóico amoxicilínico origina mais duas outras substâncias, ácido penilóico amoxicilínico e a amoxicilina dicetopiperazina. segundo estes autores, a solvólise da amoxicilina leva à formação de um éster ou ácido da amoxicilina, dependendo do solvente, e a formação de um produto que se origina de dois fragmentos da amoxicilina. assim, as modificações espectrais observadas nas figuras 2 e 3 podem ser atribuídas a estas modificações estruturais, onde há formação de um produto final que absorve em 350nm. o efeito da adição de β-cd na solução de amoxicilina é mostrado na figura 4. segundo os resultados a ciclodextrina causa um aumento considerável na absorbância após um período de incubação de cerca de 250 horas. yannakopoulou[14], estudando a hidrólise da ampilicilina e amoxicilina, não verificou a alteração da velocidade de hidrólise dos antibióticos na presença de ciclodextrina. aki[15], em estudos calorimétricos, não verificou alteração na velocidade de hidrólise na presença de derivados da ciclodextrina em ph 6, mas em ph 2 verificou alteração significativa na velocidade de hidrólise. os resultados mostrados na figura 4 concordam com os resultados dos ambos os autores, já que estes estudaram a hidrólise em uma faixa de tempo inferior à observada neste trabalho. entretanto, o forte aumento observado em 350nm após um período de cerca de 250 h. não foi relatado por estes autores e está sendo associado a uma autocatálise ácida também observada para a solução de amoxicilina pura (figura 3), na qual, a β-cd favorece este processo acentuadamente. a estrutura da amoxicilina permite o encapsulamento por ambos os lados da molécula, o que poderia influenciar a degradação de cada um dos cromóforos de forma diferente. assim, caso o encapsulamento ocorresse apenas no anel benzênico este seria protegido da degradação ao passo que o segundo cromóforo não o seria, bem como, o figura 3. gráfico com as absorbâncias em 350nm, normalizada pela concentração das soluções de amoxicilina puras em função do tempo (horas), realizadas em triplicata (2,0; 2,1 e 3,6.10-3 mol l-1). eq010-af 12/12/08 11:04 page 81 82 ecl. quím., são paulo, 33(4): 79-84, 2008 absorbância em 228 nm com irradiação de 3 em 3 minutos durante 21 minutos iniciais, este resultados são apresentados na figura 6. as retas ajustadas para estes valores possuem inclinações diferentes, indicando diferentes velocidades de formação desta banda. a inclinação da reta para a solução de amoxicilina é de 0,0041±0,0003 unidades de absorbância por minuto, para a solução de amoxicilina/β-cd a inclinação é de 0,0030±0,0001 unidades de absorbância por minuto, ou seja, há uma redução na velocidade de oposto também poderia ocorrer. as transições associada ao anel benzênico (π-π*) fornece bandas mais intensas e em comprimento próximo de 200nm, já a carbonila ocorrem em comprimento de onda superior a 250nm e são bandas de baixa intensidades, assim, monitorando os diferentes comprimentos de onda podemos verificar a transformação de diferentes cromóforos. a figura 5 apresenta o efeito da radiação uv nas soluções de amoxicilina e amoxicilina/βcd, dentre outras alterações, observa-se mudanças na intensidade de absorção nas regiões de 195 e 225 nm. para a região de 195nm, ocorre uma redução contínua da absorção para as soluções com amoxicilina e amoxicilina/β-cd, esta redução foi de 45,2% na solução de amoxicilina (absorbância de 1,99-1,09) e na solução amoxicilina/β-cd foi de 36,3% (absorbância de 2,04?1,30), após 120 minutos de irradiação. em valores absolutos, houve uma redução na degradação do cromóforo que absorve em 195nm de 9%. possivelmente, nesta região espectral ocorre a absorção de luz dos derivados benzênicos que são encapsulados e estabilizados pela ciclodextrina. para a região de 225nm (figura 5) observa-se um aumento na absorbância nos primeiros 30 minutos de irradiação para em seguida ocorrer uma redução contínua da absorbância desta região, tanto na solução de amoxicilina e amoxicilina/β-cd. para registrar este aumento de absorbância foi monitorado o aumento da figura 4. gráfico com a absorbância em 350nm das soluções de amoxicilina sem β-cd ($) e amocixilina com β-cd (") em função do tempo (horas). figura 5. gráficos mostrando as absorbâncias das soluções de amoxicilina com diferentes tempos de irradiação. gráfico principal, soluções contendo amoxicilina sem β-cd e gráfico inserido soluções de amoxicilina com β-cd, [am]=5,0x10-5 mol l-1 e [β-cd]=4,0x10-3 mol l-1. figura 6. gráfico com a absorbância em 228nm da solução de amoxicilina sem β-cd (") e com β-cd (#), [amox.]= 9,8x10-5 mol l-1 e [βcd]=4,0x10-3 mol l-1. eq010-af 12/12/08 11:04 page 82 formação desta banda de cerca de 26,8%, quando comparada com a solução sem β-cd. ou seja, ao irradiar a amoxicilina ocorre uma fototransformação nos primeiros 21 minutos que induz um aumento de absorbância em 228nm, entretanto, este aumento ocorre de maneira mais lenta na solução contendo β-cd. conclusão nestes estudos observaram-se dois efeitos distintos. na ausência de irradiação a amoxicilina não é estabilizada pela β-cd, não alterando o comportamento da absorbância em 350 nm num período de 250 horas, após este período verifi83ecl. quím., são paulo, 33(4): 79-84, 2008 cou-se um aumento da absorbância em 350nm que é intensificado pela adição de β-cd. na presença de irradiação uv, verificouse que a β-cd causa uma estabilização na amoxicilina de aproximadamente 26,8%, reduzindo a velocidade de transformação desta substância em um fotoproduto, que possui uma banda mais intensa em 228nm. para a parte aromática da amoxicilina ocorre um processo de degradação fotoquímica contínua, reduzindo sua absorbância na região de 190 nm, entretanto, a β-cd possui um efeito estabilizador neste cromóforo na ordem de 9%. recebido em 23 de maio de 2008 aceito em 05 de novembro de 2008 r. a. bariccatti, c. silva, m. l. souza, c. a. lindino, m. f. rosa. hydrolytic and photochemistry degradation of the amoxicillin in β-cyclodextrin. abstract: this work has like purpose monitors the degradation of the drug amoxicillin in the presence and absence of β-cyclodextrin, through techniques spectroscopy. for this, there was accompanied the hydrolysis of the drug protected of the light for around 400 hours. the results indicate that, initially, the cyclodextrin does not alter the hydrolysis of the amoxicillin, however, after 250 hours there is an increase of the hydrolysis of the amoxicillin when present at cyclodextrin. another variable was the irradiation of the sample with radiation in the region of the uv, we see that the solutions containing βcyclodextrin suffer a slower phototransformation (26,8%) than the solutions without β-cyclodextrin, when irradiated by uv radiation. keywords: amoxicillin; β-cyclodextrin; photodegradation. referências [1] y. d. lee, h. s. kim, biotechnology and bioengineering 37 (1991) 795–801. 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condensation with hydrazine, to get a new modified diammine adding to the previous ones we reported so far [22-24]. all these various studies forced us to make complexes of such compounds and to study the effect on their bioassay studies. introduction methyl anthranilate is an aromatic ester, and is widely used in the synthesis of biologically active alkaloids. these alkaloids include quinazoline, quinaxaline, cinnoline, phthalazine and other three or four membered ring azaheterocycles such as, pteridine, alloxazine, isoalloxazine [1]. it is also used as repellents for deterring wildlife entrance into an area. the primary component of synthetic grape flavoring, methyl anthranilate, has been identified to be a powerful avian irritant [2]. it has been successfully tested as a topical repellent, to deter goose grazing on grass [3], to reduce bird damage to blueberries [4], and to repel birds at landfills and standing water on airports [5]. methyl anthranilate is a substrate reacted with nboc protected amino aldehydes to get the product 5-oxo-1,2,3,4-tetrahydro-5h-1,4-benzodiazepine. the resulting product was further alkylated and acylated by reacting with phenylalanine and tryptophan to get the derived product which show significant abstract: the present report is concerned with the synthesis and coordination compounds of 2-amino-(n-aminobezoyl)benzohydrazide[abh]. the ligand was charcterized by proton nmr, mass spectrometry, elemental and infrared studies. the ligand has got –nh2 moeity which is capable of chelation. therefore complexes of ni, cu, and zn were prepared. these complexes were characterized by elemental, infrared, thermal, conductance, and magnetic susceptibility studies. infrared spectra shows that the ligand form complexes through –nh2 moeity, while the elemental studies suggest m(abh)x2 composition of the coordination compounds. knowing about the importance of -n-nlinkage in the biologically active compounds, the synthesized complexes were studied for their biological activities against gram negative bacteria which include e. coli, salmonella typhi, enterobacter aerogenes, proteus vulgaris and pseudomonas aeruginosa, selected gram positive bacterial strain is staph aureus and fungus like candida albican. these activities show that the hydrazide containing metal complexes become more potentially resistive to the microbial activities as compared to the sole ligand. keywords: aminobenzohydrazine, coordination compounds, bioassay studies. effect on the inhibitory activity of potential microbes on the complexation of methyl anthranilate derived hydrazide with cu, ni and zn(ii) metal ions saeed-ur-rehman*1, mazhar-ul-islam1, muhammad ikram1, sadia rehman1, syed muhammad shah1, kamran mahdi 1 and farhat ullah2 1institute of chemical sciences, university of peshawar, peshawar, pakistan 2department of biochemistry, quaid-i-azam university, islamabad, pakistan *1corresponding author. e-mail address: srachem@yahoo.com , tele phone: 0092 91-5641658/915843456 9eclética química, 36 (3), 9-14, 2011. drug gentamycin for bacterial strains and mystasin for fungal species. in order to clarify any participating role of dmso in the biological screening, separate studies were carried out with the solutions alone of dmso and they showed no activity against any bacterial strains. all these complexes were found to be potentially active against these bacterial strains. preparation of ligand according to the procedure adopted by shadia a. galal [8,9,28], 0.060 mole of methyl anthranilate was mixed with 0.022 mole of hydrazine monohydrate in a round bottom flask, the resulting reaction mixture was refluxed at 80-90 ºc for 1 hour with constant stirring. needle type crystals of the prepared ligand appeared by keeping the reaction mixture for about two hours in a refrigerator. crystals were washed with n-hexane and recrystallized with dry ethanol. the yield was 48%. 2.4 general preparation of the solid complexes all complexes of 2-aminobenzohydrazide (abh) were prepared using the same general procedure. the required amount of partially dehydrated salts were dissolved in a minimum amount of anhydrous ethanol or methanol. dehydration of the metal salts was carried out by reacting with the calculated amount of 2,2-dimethoxy propane as dehydrating agent. the solution was stirred up for about half an hour in order to ensure complete dehydration. dissolved ligand was added slowly to the metal salt solution with constant stirring. the solid complex was formed immediately on mixing the two solutions or in either case complex was obtained by reducing the volume of the solution on a rotary evaporator. the products were filtered through sintered glass crucible, washed several times with n-hexane or dried ethanol and dried under vacuum. results and discussions the abh is characterized by elemental analyses, mass spectrum and nmr (proton and 13c). the mass spectrum of abh shows a peak at m/z 270. this is due to abh+. elemental analytical data of abh and its complexes are very close to the theoretical values as shown in table1. abh ligand experimental materials and methods all chemicals and solvents used were of analar grade. salts of transition metals were obtained from riedelde-haen, germany and used without further purification. the partial dehydration of the salts was carried out by drying the hydrated salts in a vacuum oven for several hours at 80 – 100o c. methyl anthranilate was obtained from across organics, usa and hydrazine monohydrate from panreac quimica sa, barcelona, espania. solvents were distilled twice before use. instrumentation infrared spectra were taken in the range of 4000-600 cm on pye unicam infrared spectrophotometer in kbr disc. the far ir spectra were examined in kbr discs in the region of 400200 cm-1(tir shimadzu) . the absorption spectra of solution of complexes in the range of 200900 nm using different solvents were obtained on jasco dec-1 spectrophotometer with 1 cm matched quartz –cells. molar conductances of the solution of the metal complexes were determined with a conductivity meter type hi 8333. all measurements were carried out at room temperature at 30 oc with freshly prepared solution. magnetic susceptibilities were measured by gouy method at room temperature using hg[co[scn]4 as a standard [25], magnetic moments were thus calculated. the cations and anions were estimated by using typical analytical procedure [26]. bioactivities were investigated using agar-well diffusion method [27]. two to eight hours old bacterial strains in column containing approximately 104–106 colony forming units (cfu)/ml were used in these assays. the wells were dug in the media with the help of a sterile metallic borer with centers at least 24 mm. recommended concentration (100 μl) of the test sample 1 mg/ml in dmso was introduced in the respective wells. other wells supplemented with dmso and reference antibacterial drug, gentamycin served as negative and positive controls, respectively. the plates were incubated immediately at 37◦c for 20 hours. activity was determined by measuring the diameter of zones showing complete inhibition (mm). growth inhibition was compared with the standard 10eclética química, 36 (3), 10-14, 2011. the 1h-nmr show doublet of doublet for protons located at 3 and 19, 4 and 18, 5 and 17, 6 and 16, which all are observed at 6.7ppm to 7.5 ppm in a very complex form. while the protons located at positions 10 and 11 are observed around 9ppm [28]. while the protons at 7 and 20 positions give a singlet at around 6.3ppm. 13c-nmr show seven peaks for all the seven identical carbons viz., 12 and 8, 1 and 15, 2 and 14, 3 and 19, 4 and 18, 5 and 17, 6 and 16 respectively. *calculated values are given in parenthesis elemental analysis show that the metal to ligand ratio is 1:1 and the composition of metal complex is m(abh)x2 (where x is cl-, i-, and no3-). conductance and melting points of the complexes are given in table.2, conductance data show that the metal complexes are non-electrolyte indicating the halide or nitrate ions are located inside the coordination sphere. all the complexes are magnetic susceptible except zn(ii) complexes as shown in table. 2. ir data which is shown in table. 3 shows broadening of -nh2 peak, which suggest coordination through this site. while the carbonyl peak and of hydrazide –nh remain unaltered. table 2. conductance, melting points and magnetic moments data 11eclética química, 36 (3), 11-14, 2011. complex is non-electrolytic. zinc complexes the conductance data of zn(ii) complexes indicate the non-ionic species. as the complexes of the cyclic diamines have not been reported so far, however, they can be compared with cyclic amidines. in view of the well-known tendencies of zn(ii) to form tetrahedral complexes [6,29,30], same structure may be proposed for zn(ii) abh complexes with abh acting as bidentate ligand. trzaskowski et al observed by density functional calculations that deprotonated serine and cystein, which are close in structural features to abh, forms tetrahedral geometry around the zinc(ii) ion with only four ligands around the metal ion [31]. these calculations are in agreement with the known experimental crystal structures of some zinc-containing complexes. dudev et al using continuum dielectric calculations showed that zinc monochloride and dichloride tetrahedral complexes were calculated to be more stable than the respective octahedral complexes by -4.5 and -8.6 kcal/mol, respectively, at the b3lyp/6-31++g(2d,2p) level. furthermore, stationary points for zinc octahedral complexes containing three or four clcould not be found since they isomerized table 3. ir spectra for abh and its complexes (cm-1) of selected region nickel complexes the visible absorption spectra of ni(ii) complexes (table 3 and fig.2) show broad peak around 17,800 cm-1 with shoulder around 16,600 cm-1, assigned to (f)®3t1(p) and 3t1(f)®3t2(f) transition probably indicating tetrahedral geometry. the magnetic moment (3.06 b.m for [ni(no3)2 (c14h14n4o2)] and 3.09 b.m for [nii2(c14h14n4o2)]) and non-electrolytic behavior of these complexes are consistent with distorted tetrahedral symmetry of [ni(abh)x2]. copper complexes the complexes of cu (ii) show an absorption band in the region 13000-15000cm-1(table 3 and fig.3). the envelopes of these bands are generally unsymmetrical, seeming to encompass several overlapping transitions. this band is similar to absorption maximum at 16,000cm-1 observed in the case of [cu(daco-diac)2x2], a well known tetrahedral structure [15]. the magnetic moment is around 2.0 b.m; which is very close to the spin only value for the the unpaired electron. the conductance behaviour shows that the 12eclética química, 36 (3), 12-14, 2011. tially active against these bacterial strains. it is evident that the overall potency of the ligand was enhanced on coordination as shown in comparative graphs in fig. 1-5. fig.1 comparative graph for activity shown by [ni(no3)2 (c14h14n4o2)] against microbes into tetrahedral (4 + 2) complexes during optimization [32]. roe et al also showed that tetrahedral geometry for the zinc+2 complexes are the most stable ones [30]. this geometry would also be consistent with the non-electrolytic behavior of the complexes [32]. bio-assay investigations the complexes of abh were investigated for their bioactivity against various available microorganisms. these microorganisms include gram positive and gram negative bacteria along with a selected species of fungi. gram negative bacteria include e. coli, salmonella typhi, enterobacter aerogenes, proteus vulgaris and pseudomonas aeruginosa, selected gram positive bacterial strain is staph aureus and fungus like candida albican. these studies show that the metal complexes become more biologically active as compared to neat organic moiety. the results are reported in table 6. table 4. biological activities of complexes against gram negative, gram positive and fungus gram negative: e.coli, salmonella typhi, enterobacter aerogenes, proteus vulgaris and pseudomonas aeruginosa, gram positive: staph aureus, fungus:candida albican all these complexes were found to be poten13eclética química, 36 (3), 13-14, 2011. fig.5 comparative graph for activity shown by [zncl2(c14h14n4o2)] against microbes 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 400 450 500 550 600 650 700 750 800 wa veleng th, nm a bs or ba nc e, a u fig. 6 visible spectrum of [cu(no3)2 (c14h14n4o2)] 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 450 500 550 600 650 700 750 800 wavelength, nm ab so rb an ce , a u fig.7 visible spectra of nickel complexes (x x x x x for [ni(no3)2 (c14h14n4o2)] and □ □ □ □ □ for [nii2 (c14h14n4o2)]) conclusion the synthesized complexes of abh ligand show tetrahedral geometries. magnetic moment studies prove the assigned geometries. the synthesized hydrazine derived ligand showed antibacterial/ antifungal properties. in comparison, the copper(ii), nickfig.2 comparative graph for activity shown by [nii2 (c14h14n4o2)] against microbes fig.3 comparative graph for activity shown by [cu(no3)2 (c14h14n4o2)] against microbes fig.4 comparative graph for activity shown by [zn(no3)2 (c14h14n4o2)] against microbes 14eclética química, 36 (3), 14-14, 2011. and raul sanmartin, tetrahedron 62 (48), 1110011105 (2006). 12. hoose c., eberhardt k., hartmann w. and wosniok w., pneumologie, 44(1), 458 (1990). 13. saliaev v.n., titov n.s. and ermolaev v.p., farmaologiia i toksikologiia, 43(4), 327 (1980). 14. vidrio h., fernandez g., medina m., alvarez e. and orallo f., vasc. pharmacol., 40(1), 13 (2003). 15. delaney j. and timbrell j.a., xenobiotica, 25(12), 1399 (1995). 16. macrae w.d. and stich h.f., mutat. res., 68(4), 351 (1979). 17. strolin-benedetti m. and tipton k.f., j. neural transm. suppl., 52, 149 (1998). 18. saunders s.r. and karo w., “organic functional groups”, academic press new york & london (1968) pp 363-384. 19. holla b.s., 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www.ecletica.iq.unesp.br volume 36, número 3, 2011 el(ii), and zinc(ii) metal complexes of this compound showed more activity against one or more bacterial/ fungal strains, thus introducing a novel class of metal-based bactericidal and fungicidal agents. acknowledgment we are grateful to higher education pakistan for providing the funding facilities, to hej research institute of chemistry, university of karachi, pakistan, for providing us the facility of mass spectrum and we are also grateful to chemistry department of quaid-i-azam university, islamabad for providing nmr facilities. our gratitude also goes to the department of environmental sciences, university of peshawar for providing ftir facility. recebido em : 29/02/2010 aceito em: 13/06/2012 references 1. i.l. finar, organic chemistry, vol.2 , 4th edition, longmans &green ltd. 2. kare, m.r., 1961. bird repellent. us patent 2967128. 3. john l. cummings, michael l. avery, patricia a. pochop, james e. davis jr, david g. decker, 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www.scielo.br/eq volume 35, número 2, 2010 45ecl. quím., são paulo, 35 2: 45 49, 2010 artigo/article comparação de técnicas analíticas para a extração de potássio de amostras de tecido vegetal com água e soluções ácidas concentrada e diluída alberto c. c. bernardi1, sílvia harumi oka2 e gilberto b. de souza1 1 embrapa pecuária sudeste, caixa postal 339, 13560-970 − são carlos, sp. e-mail: alberto@cppse.embrapa.br. 2 química – ufscar, são carlos, sp. resumo: o aprimoramento dos métodos analíticos faz com que a busca por novas tecnologias rápidas, exatas e de custo reduzido estejam constantemente sendo revistas e avaliadas. o objetivo deste trabalho foi comparar três formas de extração de k (decomposição nítro-perclórica, extração com água e extração com solução diluída de hcl) de amostras da parte aérea de capim-tanzânia (panicum maximum cv. tanzânia) e de alfafa (medicago sativa cv. crioula). os métodos de extração de k de amostras de tecido vegetal de capim-tanzânia e alfafa com solução ácida diluída ou com água apresentaram-se equivalentes ao método tradicional da decomposição nítro-perclórica e podem substituí-lo. palavras-chave: decomposição nitro-perclórica, hcl 1 mol l-1, extração com água. introdução no metabolismo vegetal, o potássio (k) atua na regulação do potencial osmótico celular e é muito importante no balanço das cargas negativas dos ácidos orgânicos dentro das células e no balanço dos ânions absorvidos pelas raízes. este macronutriente é também ativador de várias enzimas e portanto requerido em numerosos processos metabólicos. o potássio é absorvido pelas plantas na forma catiônica (k+) e mantém-se nesta forma; ele não é metabolizado e forma complexos instáveis com ligações fracas [1]. dessa forma, a quantidade da fração solúvel desse nutriente aproxima-se da fração total e pode ser um indicativo adequado do estado nutricional da cultura. a análise química quantitativa de tecidos vegetais é um dos métodos utilizados para avaliar o estado nutricional das plantas, pois constitui uma medida direta da disponibilidade de nutrientes no solo, uma vez que os resultados correspondem à quantidade de nutrientes absorvida pelas plantas. dessa forma, o teor de nutrientes nos tecidos vegetais reflete sua real disponibilidade no solo, porque existe relação direta entre o fornecimento de um nutriente pelo solo ou por um fertilizante e sua concentração na folha, e há relação também direta entre essa concentração e a produção da cultura. tal técnica pode estar sujeita a limitações, tais como: épocas de amostragem, interpretação, contaminação da amostra, e deficiências e excessos de nutrientes. apesar disso, é uma das melhores ferramentas disponíveis para avaliar o estado nutricional de plantas e para orientar programas de adubação, em associação com os resultados da análise de solo [2]. para a determinação dos teores de k nas plantas, normalmente é necessária a transformação da matriz orgânica (amostra de tecidos vegetais) em uma forma inorgânica simples. o ácido nítrico é freqüenecl. quím., são paulo, 35 2: 45 49, 201046 artigo article temente usado nesse processo de decomposição devido sua manipulação simples, fácil purificação e eficiência na oxidação dos compostos orgânicos presentes na amostras biológicas [3]. assim, o método tradicional utilizado para a decomposição do material vegetal é a via úmida. mediante aplicação de uma solução concentrada de ácidos oxidantes (nítro-perclórica − hno3 + hclo4 −, na proporção de 4:1, v.v-1), a matéria orgânica da amostra é totalmente oxidada. os elementos a serem determinados são solubilizados em meio ácido, em formas inorgânicas simples e adequadas para análise [4]. no entanto, o constante aprimoramento dos métodos analíticos para tecidos vegetais faz com que a busca por novas técnicas de análise rápidas, exatas, de custo reduzido e baixo impacto ambiental sejam constantemente revistas e avaliadas. por isso, nos últimos anos, pesquisas e trabalhos têm avançado significativamente nessa área, sendo que os procedimentos atualmente atendem a uma gama maior de elementos, as técnicas de determinação ganharam em agilidade e confiabilidade e também tornaram-se mais rápidas e precisas [5]. o método empregado, depende dos objetivos do estudo, dos elementos ou compostos a serem analisados e, inclusive, das potencialidades do laboratório [6], da simplicidade, do custo e da segurança operacional [7]. dessa forma, existem métodos alternativos, que consistem na extração de k com água [8, 9, 10] ou com solução ácida diluída, como o hcl na concentração de 1,0 mol.l-1 [5, 7]. nesses métodos, apesar de não haver decomposição completa da matéria orgânica, o k e outros elementos são solubilizados; além disso, verifica-se alta correlação com outros métodos em que a decomposição da matéria orgânica é total [11]. no entanto, a literatura ainda é relativamente escassa com trabalhos sobre análise de elementos químicos sem o uso de digestão. o objetivo deste trabalho foi comparar três formas de extração de k (decomposição nítro-perclórica, extração com água e extração com solução diluída de hcl) de amostras da parte aérea de capim-tanzânia (panicum maximum cv. tanzânia) e de alfafa (medicago sativa cv. crioula). material & métodos foram utilizadas 300 amostras da parte aérea de plantas de alfafa e 101 amostras da parte aérea de plantas de capim-tanzânia, oriundas de experimentos com aplicação de doses de potássio. as amostras foram secadas em estufa de circulação forçada de ar, a 65oc, moídas em moinho de facas de aço inoxidável do tipo wiley, passadas em peneira de 1 mm e armazenadas em frascos plásticos. os procedimentos analíticos adotados foram baseados em nogueira et al. [4] e miyazawa et al. [7]. o extrato de k da decomposição nítro-perclórica foi obtido mediante adição de 6 ml da mistura de hno3 + hclo4 na relação de 4:1 (v.v-1) a 500 mg (± 0,1 mg) de material seco. a extração com água constou do de aquecimento por 30 min em banhomaria a 80ºc de 500 mg (± 0,1 mg) de amostra em 25 ml de água ultrapura, seguida de agitação por 20min e filtragem. o extrato da solução ácida diluída foi obtido da adição de 25 ml de hcl na concentração de 1,0 mol.l-1 a 500 mg (± 0,1 mg) de matéria seca, seguida de aquecimento por 30min em banho-maria a 80ºc, com posterior agitação por 20min e filtragem em papel-filtro quantitativo de filtração rápida. em todos os extratos a determinação do k ocorreu por fotometria de chama. para o estudo de concordância entre os métodos da decomposição nítro-perclórica, com água e com solução diluída de hcl utilizou-se a técnica de análise de correlação, o gráfico de dispersão e o ajuste de modelo por meio de regressão linear simples. resultados & discussão a figura 1 representa a comparação das três formas de extração de k de amostras de tecido vegetal da alfafa, pelos métodos da decomposição nítro-perclórica, e da extração com água e com solução extratora de hcl na concentração de 1,0 mol.l-1. a figura 1c mostra a correlação linear positiva e significativa entre o métodos com água e com hcl no intervalo de confiança de 95% (t = 1,68). quando comparados os dois métodos alternativos (hcl e água) com a decomposição nítroperclórica obteve-se correlações lineares positivas ecl. quím., são paulo, 35 2: 45 49, 2010 47 artigo article com intervalos de confiança de 95% (t = −2,81 e t = −4,01, respectivamente; figuras 2a e 2b). 10 1 2 figura 1. comparação de três formas de extração de k (nítro-perclórica  no3:clo4, 3 água  h2o e hcl na concentração de 1,0 mol.l-1  hcl) de amostras da parte aérea 4 de alfafa. (n = 300). 5 6 y = 0,789x + 4,6386 r2 = 0,553 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 k_h2o (g kg-1) k _n o 3: c lo 4 (g k g1) b y = 0,778x + 4,0955 r2 = 0,5702 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 k_hcl (g kg-1) k _n o 3: c lo 4 (g k g1) a y = 0,9749x + 1,9287 r2 = 0,9038 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 k_hcl (g kg-1) k _h 2o (g k g-1 ) c figura 1. comparação de três formas de extração de k (nítro-perclórica − no3:clo4, água − h2o e hcl na concentração de 1,0 mol.l-1 − hcl) de amostras da parte aérea de alfafa. (n = 300). a figura 2 representa a comparação de três formas de extração de k de amostras da parte aérea do capim-tanzânia, pelos métodos da decomposição nítro-perclórica, e da extração com água e com solução extratora diluída de hcl. os resultados seguiram a mesma tendência observada com a alfafa. na comparação entre os métodos de extração com água e com solução diluída de hcl e a decomposição nítro-perclórica (figuras 2a e 2b), não houve diferença estatística significativa, obtendo-se correlações lineares com intervalos de confiança de 95% (t = 1,064 e t = 0,389, respectivamente). a melhor correlação foi obtida na comparação dos dois métodos alternativos (água e hcl − figura 1c), da qual resultou correlação linear positiva e com diferença estatística não significativa, no intervalo de confiança de 95% (t = 1,501). 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 figura 2. comparação de três formas de extração de k (nítro-perclórica  no3:clo4, 24 água  h2o e hcl na concentração de 1,0 mol.l-1  hcl) de amostras da parte aérea 25 de capim-tanzânia. (n = 101). 26 27 y = 0,9754x + 0,3218 r2 = 0,627 10 15 20 25 30 35 40 45 10 15 20 25 30 35 40 45 k_h2o (g kg-1) k _n o 3: c lo 4 (g k g1) y = 0,9103x + 2,4163 r2 = 0,604 10 15 20 25 30 35 40 45 10 15 20 25 30 35 40 45 k_hcl (g kg-1) k _n o 3: c lo 4 (g k g1) y = 0,9986x 0,1998 r2 = 0,901 10 15 20 25 30 35 40 45 10 15 20 25 30 35 40 45 k_h2o (g kg-1) k _h c l ( g kg -1 ) figura 2. comparação de três formas de extração de k (nítro-perclórica − no3:clo4, água − h2o e hcl na concentração de 1,0 mol.l-1 − hcl) de amostras da parte aérea de capim-tanzânia. (n = 101). ecl. quím., são paulo, 35 2: 45 49, 201048 artigo article estes resultados confirmam a alta mobilidade nos tecidos do k, uma vez que o cátion não participar de compostos orgânicos estáveis, acumulando-se no suco vacuolar, o que o torna facilmente lixiviável e de fácil translocação dentro da planta [1]. heinrichs & malavolta [9] e reissmann et al. [10], utilizando a água quente, também haviam demonstrado que é possível extrair quantidades substanciais de k de amostras de tecidos foliares de erva-mate (ilex paraguariensis st. hil). e radomski & winiewski [8] observaram uma alta correção entre os teores solúveis e totais de k (91%) extraídos de folhas de espinheira-santa (maytenus ilicifolia (schrad.) planch). os resultados indicaram também que a extração sem digestão com hcl mostrou-se eficiente pela rapidez, simplicidade e elevado grau de solubilização. carneiro et al [5] havia comparado a digestão nitro-perclórica e a extração em hcl 1mol l-1 obtendo altas solubilizações e correlações entre os métodos foram significativas para os elementos k, mg e al. provavelmente, a menor linearidade entre o método padrão (nítro-perclórico) e os métodos alternativos, nas amostras de ambas as espécies, ocorreu em virtude da formação do perclorato de potássio (kclo4). apesar de os percloratos de metais serem prontamente solúveis em água, o kclo4 é uma exceção e apresenta baixa solubilidade. esse fator pode ter contribuído para a baixa recuperação deste elemento e assim influenciado a correlação com os procedimentos de extração em água e em solução de hcl [12, 13], uma vez que recuperação do k nos métodos com h2o e hcl foram melhores do que a com digestão nitro-perclórica. apesar de o método da decomposição por via úmida com a mistura ácida nítro-perclórica ser o mais utilizado na dissolução de tecidos vegetais e de solubilizar quase totalmente a amostra, ele apresenta algumas limitações, como a emissão de vapores tóxicos, a necessidade de utilização de equipamentos especiais (capelas de gases e blocos digestores) e de reagentes de difícil aquisição (controlados pelo ministério do exército, pela polícia civil e pela polícia federal), além do perigo de explosão pelo emprego do ácido perclórico na forma oxidada e a quente. já o método com solução de hcl diluído apresenta as vantagens de gerar menos poluição do ambiente (pela menor geração de gases e de vapores tóxicos ou corrosivos), de não requerer equipamentos específicos e de ser um método simples, rápido, de baixo custo e de fácil adaptação para análises de rotina. porém, ele possui como limitação a extração parcial de alguns elementos, p. ex., al, fe e s [11]. os resultados indicaram que o método de extração de k de amostras de tecido vegetal de capim-tanzânia e de alfafa com água quente pode ser utilizado, com a vantagem de ser uma extração que não gera resíduos tóxicos ao ambiente. conclusões os métodos de extração de k de amostras de tecido vegetal de capim-tanzânia e alfafa com solução ácida diluída ou eventualmente com água apresentaram-se equivalentes ao método tradicional da decomposição nítro-perclórica e podem substituí-lo. agradecimentos ao international potash institute ipi pelo apoio financeiro na execução deste trabalho. ecl. quím., são paulo, 35 2: 45 49, 2010 49 artigo article abstract: the improvement of analytical methods makes the search for new technologies fast, accurate and low cost are constantly being reviewed and evaluated. the main objective of this research was to compare three forms of extraction of potassium (nitro-perchloric decomposition, extraction with water and extraction with diluted solution of hcl) of plant tissues samples of tanzania grass (panicum maximum cv. tanzania) and alfalfa (medicago sativa cv. crioula). the methods of k extraction of tanzania grass and alfalfa plant tissue samples in acid solution or diluted with water were equivalent to the traditional method of nitro-perchloric decomposition and can replace it. keywords: nitro-perchloric decomposition, hcl 1 mol l-1, water extraction, referências h. marschner, mineral nutrition of higher plants. academic [1] press, new york, 1995. 889 p. e. malavolta, g. c. vitti, s. a. oliveira, avaliação do [2] estado nutricional das plantas: princípios e aplicações. potafos, piracicaba: 2. ed. 1997. m. wϋrfels, e. jackwerth, m. stoeppler, anal. chim. acta [3] 226(1) (1989) 1. a. r. a. nogueira, a. o. matos, c. a. f. s. carmo, d. j. 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caffeine extraction; capillary electrophoresis 3 resumo este estudo avaliou técnicas de extração de cafeína a partir de amostras de café descafeinado, para aplicação no controle de qualidade dos processos industriais de descafeinização. a extração foi estudada utilizando dois métodos, um aquoso e outro através de partição líquido-líquido com clorofórmio. o objetivo foi extrair a quantidade máxima de cafeína com o mínimo de interferência da matriz e boa repetibilidade de extração. após comparar a extração aquosa e a extração com clorofórmio, um planejamento fatorial 23 foi executado para otimizar a extração líquido-líquido. os parâmetros analisados no planejamento fatorial foram a relação solvente:amostra, o tempo de extração e a presença ou ausência de filtração 285 após a extração. o eclética química, 38, 45-53, 2013. 46 ponto ótimo de extração foi definido usando a quantidade de cafeína extraída como resposta. os teores de cafeína foram quantificados por eletroforese capilar. a melhor condição de extração foi obtida através da partição líquido-líquido com clorofórmio, usando 30 ml de solvente, agitação durante 7 minutos, sem filtração. esta condição demonstrou boa repetibilidade (2,8%, n = 7), recuperação entre 96,7 e 107,4% e remoção dos interferentes da matriz. o método foi aplicado em amostras comerciais de café descafeinado torrado e moído e de café descafeinado instantâneo. palavras-chave: otimização por planejamento fatorial; extração de cafeína; eletroforese capilar 1. introduction caffeine (1,3,7-trimethylxanthine) is an alkaloid from the xanthine group, that occurs in coffee, tea, mate, cocoa products, and cola beverages. the caffeine content of arabica and robusta roasted beans is 1% and 2%, respectively. other substances from this group, such as theobromine and theophylline, with molecular structures very similar to that of caffeine, are also present [1,2]. caffeine is a mild central nervous system stimulant. at sufficiently high doses, it may produce flushing, chills, agitation, irritability, loss of appetite, weakness, and tremor. in cases of overdose, hypertension, tachycardia, vomiting, fever, delusions, hallucinations, arrhythmia, cardiac arrest, coma, and even death have been reported. its principal mechanism of action is antagonism related to adenosine, which has inhibitory functions (caffeine has the potential to occupy adenosine receptor sites) [3]. it should be noted that caffeine also has beneficial effects. epidemiological and experimental studies have shown positive effects of regular coffee drinking on various health aspects, such as psychoactivity (alertness and mood change), neurological conditions (infant hyperactivity, parkinson’s disease), metabolic disorders (diabetes), gonad and liver functions [3]. for many consumers, the answer to supposed or true adverse effects of caffeine ingestion is to consume decaffeinated coffee [4]. even so, the established idea that levels of caffeine typically found in decaffeinated coffee have no behavioral effects has been revised. on the basis of studies developed by haskell et al. [5], it was discovered that even low doses, such as 9 mg, it has psychoactive properties which can last for several hours. brazilian regulations allow at most 0.1% of residual caffeine in decaffeinated roasted and ground (powder) coffee and 0.3% in soluble coffee products [6]. due to the low levels allowed by legislation, it is necessary to study methods for total extraction of caffeine 54 from decaffeinated coffee for an accurate analysis of decaffeinated coffee by the industry. caffeine in foods and beverages can be determined by various methods, such as uv spectrophotometry, gas chromatography (gc), high-performance liquid chromatography (hplc), and capillary electrophoresis (ce), among others [7]. the investigational use of ce has increased. the main advantages of ce are its high efficiency of separation, good resolution and selectivity, fast analysis (up to 20 min), low cost of the reagents, and the need for small amounts of sample. the instrument is versatile and shows fast stabilization in the analysis conditions. it should be noted that minimum waste is generated and in most cases it does not need a specific treatment because it is constituted of simple buffers [8,9]. among the extraction methodologies developed for hydrosoluble compound, such as caffeine, water extraction becomes an interesting alternative due to low waste generation and ease of handling during analysis. however, for some matrices, the aqueous extraction can load many interferants, which cause difficulties in repeatability or even cause erroneous quantification. eclética química, 38, 45-53, 2013. 47 in such cases, another possibility is to evaluate the extraction with organic solvents to obtain a more selective extract. chloroform has been found to be the most suitable solvent to extract caffeine from an aqueous solution. the reason is the high solubility of caffeine in chloroform, which is nine times higher than in water at room temperature [10]. liquid–liquid extraction is an attractive method because it operates at atmospheric pressure, it is easy to control, and the equipment cost is low. hu et al. [11] observed that caffeine is more soluble in chloroform when the partition is performed in basic medium. multivariate studies have been increasingly used to improve extraction 77 processes with excellent results and significant reduction in numbers of tests [12-14]. in the literature researched, any studies were found about optimization of caffeine extraction in samples of decaffeinated coffee. the present study evaluated two systems for caffeine extraction from decaffeinated coffee samples (aqueous and organic system), with the multivariate optimization of the organic system. the objective was to extract as much caffeine as possible with minimal interference of the matrix and to obtain good extraction method repeatability. 2. experimental details 2.1. samples and chemicals the analysis samples consisted of commercial decaffeinated ground roasted coffee and soluble coffee purchased from local markets in campinas, sp, brazil. the water used in all studies was ultrapure (18 mω cm) obtained from a direct-q 3 uv ultrapure water system (millipore corporation, france). caffeine was from sigma aldrich (st. louis, usa), chloroform (pro analysis grade) from merck (rio de janeiro, brazil), sodium carbonate from synth (são paulo, brazil), and sodium dodecyl sulfate (sds) from riedel dehaën (germany). all other reagents and solvents were of analytical grade. all the solutions were degassed by ultrasonication (microsonic sx-20, arruda ultrasons ltda, brazil). running electrolytes and samples were filtered through 0.45 μm millex filters (millipore corporation, france). running buffer was centrifuged at 5,000 rpm for 5 min (excelsa ii, model 206 bl, fanem, sp, brazil). stock solutions of caffeine (1.000 mg.l −1 ) were maintained under refrigeration 99 until use in preparation of standard solutions and spike analysis. 2.2. capillary electrophoresis apparatus and operating conditions experiments were performed in an agilent g1600ax (agilent technologies, germany) capillary electrophoresis (ce) system equipped with a diode array detector. separation was performed in a fused-silica capillary (agilent technologies, germany) with a 48 cm total length and 50 μm i.d. the ce operation parameters were as follows: detection was performed at 206 nm, the capillary temperature was maintained at 25oc, and voltage was set at 15 kv. samples were pressure-injected at the anodic side at 50 mbar for 7 s. to achieve high reproducibility of migration times and to avoid solute adsorption, the capillary was washed between analyses with the running buffer, consisting of 50 mmol l–1 sodium dodecyl sulfate (sds) and 10 mmol l–1 sodium carbonate buffer (ph 11.0) for 1 min. the quantification method was previously optimized and validated [15]. 2.3. extraction optimization initially, studies with aqueous extraction, using 1.0 g of sample and 10 ml of water were performed. the samples were ultrasonicated 4, 7, and 30 min. then the extracts were filtered through a 0.45 mm cellulose membrane and injected in the ce equipment. the aqueous extraction results were compared to the liquid-liquid extraction. an amount of 1,0 g of the decaffeinated roasted eclética química, 38, 45-53, 2013. 48 ground coffee sample was weighed and transferred to a 125 ml separatory funnel with 10 ml of 0.2 mol l-1 naoh and 20 ml of chloroform. the system was lightly shaken for 7 min and the organic phase was collected in a 50 ml 122 flask. the aqueous phase was then washed three times with 5 ml of chloroform, always collecting the organic phase. chloroform was evaporated from the extracts in a water bath at 60°c and the residue was resuspended in 10 ml of ultrapure water, shaken in a vortex for 2 min and filtered through a 0.45 μm millex filter (millipore corporation, france). both techniques were also evaluated based on caffeine levels extracted, the presence of interferants, and repeatability. the liquid-liquid extraction, which showed the best results was optimized by a 23 factorial design, in which the amount of chloroform, the extraction time and the use of filter after extraction were the parameters analyzed (table 1). all the tests were performed in duplicate. the optimum extraction point was defined using the amount of caffeine extracted as the response factor.after defining the optimum point, the extraction was tested using 40 and 50 ml of chloroform in order to compare with the factorial results. the experimental design and data analysis were performed using the statistica version 7.0 software (statsoft, usa). 2.4. validation the repeatability was determined by performing seven replicate extractions of the same decaffeinated coffee sample. in order to study the extraction efficiency in the optimal point, recovery tests were performed using decaffeinated coffee samples spiked before the extraction with caffeine standard at three levels: 5.0, 10.0, and 100.0 mg.g -1 . the validation was performed on samples of roasted ground coffee and instant coffee. the linearity was evaluated between 2 and 200 mg.l -1 of caffeine. the statistical model was validated 146 by analysis of variance, lack of fit study, and by the model residuals. 2.5. commercial samples after optimization and validation of the optimal extraction condition, samples from seven commercial brands, three of roasted ground coffee and four of soluble coffee, were analyzed. 3. results and discussion 3.1. extraction conditions in the aqueous extraction experiments, no significant difference in the levels of caffeine extracted was observed when employing different stirring times (4, 7, and 30 min). quantities of 12.5 ± 0.7 mg of caffeine per 100 g of sample were extracted when agitation was performed for 30 min. a large number of interferences that caused an elevation of the baseline were observed, as shown in figure 1a. another important aspect in the aqueous extraction was the absence of repeatability during injection of the same sample ten consecutive times, generating a relative standard deviation (rsd) of 9% for migration time and 21% in the peak area. time and area variations can be caused by other compounds present in the matrix, which adsorb on the active sites of the capillary, as described by other authors in studies of complex matrices [16]. figure 1. electropherogram for the sample extracted using the aqueous system (a) and organic system in the optimized conditions (b). caffeine is the peak identified with number 1. eclética química, 38, 45-53, 2013. 49 therefore, cleaning systems between analysis with naoh 1 mol 169 l-1 and water were tested, but no improvement was observed in the variations. the baseline increases, allied with changes in migration times and areas, made it impossible to validate the method, which could lead to erroneous measurements and make the extraction system unreliable for the sample studied. for liquid-liquid partition studies with chloroform, 12.78 ± 1.28 mg of caffeine were quantified in the same sample of roasted ground coffee used in the aqueous extraction experiments. it is important to note that there was no statistical difference between caffeine levels extracted by the two techniques. however, no baseline increase was observed in the extraction with chloroform, probably due to the removal of water-soluble interferants from the sample. the repeatability for the injection of the same sample consecutively (n = 10) was 5.3% (rsd) for the area, showing favorable results for this extraction system. based on these results, the liquid-liquid partition offered better conditions for the extraction and analysis of caffeine from decaffeinated coffee. hence, a multivariate factorial design was performed for optimization of the extraction conditions. figure 2 shows the results for caffeine levels obtained in the factorial design assays. for each level, the results represent the average of two extractions. none of the studied parameters was significant at 95% of confidence by the analysis of variance (anova). the linear model did not show lack of fit (mslof/mspe = 0.005, < fcritic (1, 7) = 5.59). this means that the two populations can be described with the same parameters and used for residuals calculation. the residuals plot distribution was normal and the regression equation was significant (msr/msr = 10.933 > fcritic (6, 8) = 3.58). figure 2. amounts of caffeine (mg 100 g-1) extracted in each factorial design level. the regression coefficients of the model are in table 2. these coefficients were not significant at 95% of confidence. however, with 90% of confidence, the variable extraction time was significant, indicating that the extraction was more effective when the extraction time was the highest (7 min). some tests with an extraction time higher than 7 min were performed, but the formation of emulsion did not allow the liquidliquid partition. a better repeatability was achieved in the experiments without filter, since the retention of caffeine residues in the filter was avoided. during factorial design extractions, it was observed that the use of chloroform in lower levels (20 ml) was prejudicial to extraction repeatability, probably due to saturation of the organic phase by the matrix components. when 30 ml of chloroform was used, the repeatability showed better results. higher amounts of chloroform were tested (40 ml) without significant difference in repeatability and the extracted caffeine concentration. the best extraction condition was achieved using 30 ml of chloroform, 7 min of extraction time, and no filtration. the electropherogram of eclética química, 38, 45-53, 2013. 50 the sample extracted in optimum conditions is shown in figure 1b. 3.2. validation the repeatability was determined by performing replicated extractions (n = 7) of the same decaffeinated coffee sample. the rsd value for caffeine content was 2.80%. the accuracy of extraction was evaluated by calculating the percentage 216 of recovery. the results, summarized in table 3 show that it is not possible to detect loss of the analyte in the procedure. the linearity of the method was evaluated between 2.0 and 200.0 mg l-1, and the model was validated using anova (95% confidence), as shown in table 4. it should be noted that the model showed no lack of fit, since the p value for this parameter was equal to 0.1011 (greater than 0.05). thus, this mathematical model can be used to evaluate the samples, as it showed an error below the statistical limits (95% confidence). the regression was significant for the linear model (table 4), indicating that the model can be used to quantify caffeine in the samples. 3.3. caffeine quantification the caffeine content was quantified in seven different samples, three of roasted ground coffee and four of soluble coffee; the results are presented in table 5. the caffeine levels found in samples of decaffeinated, roasted ground 237 coffee ranged between 11.6 and 20.0 mg of caffeine per 100 g of sample, while caffeine levels in soluble coffee were between 22.3 and 138.0 mg of caffeine per 100 g of sample. in all samples, the levels found were below the limits required by brazilian regulations. eclética química, 38, 45-53, 2013. 51 eclética química, 38, 45-53, 2013. 52 eclética química, 38, 45-53, 2013. 53 4. conclusions the quantified caffeine extraction levels in aqueous solution were the same as those observed in liquid-liquid partition with chloroform. however, the aqueous extract showed high amounts of interferants and low repeatability, indicating possible adsorption of solutes in the capillary. on the other hand, solvent extraction showed lower amounts of interferants and better repeatability during the analysis, ensuring greater reliability of the analytical method. the experimental design proved to be an efficient tool for the extraction optimization, with a reduced number of experiments and, consequently, shorter analysis time. acknowledgements this work was supported by fapesp (fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo), capes (coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior), and cnpq (conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico). references [1] g. a. spiller, caffeine, crc press, new york, 1998. 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[16] t. soga, m. serwe, food chem. 69(3) (2000) 339. introduction vancomycin is a glycopeptidic antibiotic very efficient against a number of gram positive microorganisms, inhibiting the synthesis of the bacterial wall [1,2]. it is produced by the fermentation of the actinobacteria species amycolatopsis orientalis formerly nocardia orientalis [3]. its molecule shows a complex tricycle structure containing amino acids and sugars [4,5]. it was discovered in 1956 and its use in medicine began in 1959, after researches developed by the laboratories lilly in the united states [5]. problems with vancomycin use, resulting in the clinical treatments via parenteral, are related to its nefrotoxicity, neurotoxicity and auditive damages [6]. the use of vancomycin was inhibited in the years 1960 and 1970 as the discovering of semi-synthetic varieties of penicillin which were presenting smaller side effects. with the appearance of resistant microorganisms in the years 1980, and with the improvement of the processes of preparing and purifying, vancomycin acquired again an important role in the combat to the systemic staphylococcic infections in allergic patients to penicillin and in infections caused by staphylococci resistant to methicillin. it presents efficacy, administrated orally, to the combat of clostridium difficile, responsible for colitis that resulted from the use of antibiotics [1,2,7,8]. there are, in the literature, several methods for the determination of vancomycin in biological fluids and in pharmaceutical products [9], however only few spectrophotometric methods are reported for the analysis of vancomycin. recently we proposed a green and simple spectrophotometric batch procedure based in the reaction of this antibiotic with ions copper (ii) in 67ecl. quím., são paulo, 33(2): 67-72, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 flow injection analysis of vancomycin m. m. d. c. vila1, a. a. salomão2, m. tubino*,2 1curso de farmácia, universidade de sorocaba, sorocaba, sp, brazil 2instituto de química, universidade de campinas, caixa postal 6154, 13083-970, campinas, sp, brazil *tubino@iqm.unicamp.br abstract: a flow injection method for the quantitative analysis of vancomycin hydrochloride, c66h75cl2n9o24.hcl (hvcm), based on the reaction with copper (ii) ions, is presented. hvcm forms a lilac-blue complex with copper ions at ph≅4.5 in aqueous solutions, with maximum absorption at 555 nm. the detection limit was estimated to be about 8.5×10-5 mol l-1; the quantitation limit is about 2.5×10-4 mol l-1 and about 30 determinations can be performed in an hour. the accuracy of the method was tested through recovery procedures in presence of four different excipients, in the proportion 1:1 w/w. the results were compared with those obtained with the batch spectrophotometric and with the hplc methods. statistical comparison was done using the student’s procedure. complete agreement was found at a 0.95 significance level between the proposed flow injection and the batch spectrophotometric methods, which present similar precision (rsd: 2.1 % vs. 1.9%). keywords: vancomycin; flow injection analysis; spectrophotometry; copper (ii) ions. eq10-af 26/6/08 11:49 page 67 ethanol/water solution [10]. in this opportunity we are reporting a green flow injection analysis (fia) procedure where it was used the same reaction of the antibiotic with copper, but now in aqueous solution. as it is known, fia methods present some interesting qualities as, for instance, high analytical frequency, low cost and use of small aliquots [11]. experimental materials all the reagents used in this work were of analytical grade except the vancomycin hydrochloride, a pharmaceutical certificated product with 96.8 % purity, gently furnished by the laboratório antibióticos do brasil ltda. distilled water was obtained from a glass distiller device. solutions vancomycin solutions: were daily prepared dissolving 0.7670 g of the 96.8 % purity vancomycin hydrochloride in 50 ml of distilled water, in order to obtain a 1.00 × 10-2 mol l–1 concentration. from this solution, by appropriate dilutions, the other solutions of the antibiotic were prepared. copper acetate: 0.5989 g of cu(ch3coo)2.h2o in 100.0 ml of water in order to obtain a 3.00?10-2 mol l-1 solution. influence of excipients despite the fact that vancomycin is more used in the pure form, in order to test the recovery from samples, it was studied the influence of four common excipients, in the proposed method. aliquots of 1.0 g of vancomycin were separately mixed with 1.0 g of each one of the following excipients: starch, cellulose, lactose or silica. these mixtures were carefully triturated and homogenized in a mortar and then kept in closed glass flasks. the sample containing lactose, as this excipient is soluble, was dissolved directly in water. aliquots of about 145 mg, exactly weighed to 0.1 mg, were dissolved and diluted to 10.0 ml in a volumetric flask. in the cases of the non soluble (silica and cellulose) or partially soluble (starch), the aliquot was dissolved in 2 ml of water in a glass test tube, following vigorous manual shacking during 1 minute and centrifugation for 3 minutes at 3000 rpm. the supernatant was separated with the aid of a pipette and put in a 10.0 ml volumetric flask. this operation was repeated twice. the volume in the volumetric flask was completed with water to the mark. these solutions presented a concentration of about 5×10-3 mol l-1 of vancomycin hydrochloride and they were used for the proposed method and hplc method [12]. apparatus spectrophotometers-uv-vis pharmacia biotech ultrospec 2000 to obtain the spectra. femto model 600s to perform the analyses. cells all the measurements were made with hellma glass cells of 1.000 cm of path. hplc waters 600 e with uv-vis waters 484 detector. phmeter analyser ph 300. centrifuge fanem excelsa ii model 206 bl. peristaltic pump cole parmer masterflex l/s model 7519-25. magnetic stirrer ika model tab disc. magnetic mixer – previously described [13]. potentiometric recorder linear model 92425. sample valve – previously described [14]. polyethylene tubes – 1 mm i.d. tygon® tubes (1.75 mm i.d. ismatec two –stop / bluegren). methods flow injection the method is based on the spectrophotometric detection of a colored complex formed between vancomycin and ions copper (ii) [15]. the flow injection manifold is depicted in figure 1. the aqueous solutions of vancomycin (ph≅ 3.5) were mixed with the reagent solution, copper (ii) acetate aqueous solution (ph ≅ 6.0), in the mixer with magnetic stirring. the resulting solution, containing the complex, presents a ph ≅ 4.5. chromatographic (hplc) reference method as reference method was used the hplc procedure described by lunn [12] which is equivalent to that recommended by the united states pharmacopeia [16]. 68 ecl. quím., são paulo, 33(2): 67-72, 2008 eq10-af 26/6/08 11:49 page 68 hplc experiments were performed on a hplc waters 600e with uv-vis waters 484 detector operated at 280 nm, injector rheodyne and interface waters 746. the column used was a c18 nova park 25 cm ? 4.6 mm i.d. the mobile phase, consisted of acetonitrile: triethylamine: buffer (7:1:92), was pumped at a flow-rate of 1 ml min-1. the buffer was prepared with 4 ml of triethylamine in 2 liters of water; the ph was adjusted to 3.2 with phosphoric acid. the calibration curve was constructed between 1.0×10-5 mol l-1 and 5.0×10-4 mol l-1 of vancomycin. results and discussion the method is based on the measurement of the absorbance of the complex formed between vancomycin and copper (ii) ions. the maximum absorption occurs at 555 nm [10]. for this work 525 nm was selected to monitor the signal in order to avoid the small absorption of the copper (ii) acetate at 555 nm. the adoption of this wavelength means a decrease of about 10% in the absorbance signal fact that is counterbalanced by the absence of the small interference by the residual copper (ii) acetate solution. the optimization of the molar proportion copper: vancomycin was studied and the minimal relation 3:1 was found to be adequate as it 69ecl. quím., são paulo, 33(2): 67-72, 2008 figure 1. scheme of the flow manifold used. a1 = flow of water; a2 = flow of water; r = introduction of the copper (ii) solution 3.0×10-2 mol l-1; s = introduction of vancomycin solution 1.0×10-2 mol l-1; flow rate a1 = flow rate a2; b = peristaltic pump; w = waste; ri = reagent injection loop; si = sample injection loop; v = sampling valve [4,5]; m = mixer with stirring; l = reaction bobbin (50 cm); e = spectrophotometer; re = chart recorder. was observed an enough high analytical signal with none interference from the excess of copper (ii) acetate. therefore this relation was adopted in this work. it was used ethanol-water solution in the batch method [10] in order to avoid the precipitation of the copper-vancomycin complex and to increase its absorbance in the visible region of the spectrum (555 nm). in the present case, however, as the flow method conducts the complex to the detector immediately after the reaction, no precipitation was observed. also, the molar absorbance in water solution is quite enough for the analysis of pharmaceutical products. therefore, in order to obtain a greener method even ethanol was avoided. in the batch method it was also necessary to adjust the ph at about 4.5 with acetic acid/acetate buffer in order to optimize the reaction mainly in the case of vancomycin base. in the present case however, working only with the main form of vancomycin, i.e., the hydrochloride (hvcm) and with copper (ii) acetate, the final ph falls in the optimal region, between 4 and 5. therefore, the buffer was not added in for minimizing the use of reagents. parameters as flow rate, aliquot volume and volume of the copper (ii) acetate solution were also studied. as it was used a mixer with magnetic stirring that causes complete mixing of the solutions and increases the residence time due to its volume (113 µl), the length of the reaction bobbin showed to be not important and 50 cm was the size chosen for the connection to the flow cell in the spectrophotometer. equal flow rates were used for the two lines, one for the aliquot and the other for the reagent. the influence of the total flow rate was studied from 1.3 ml min-1 to 3.0 ml min-1. only a small decrease of the signal occurred in going from 1.3 ml min-1 to 2.0 ml min-1. after this flow rate a rapid decrease was observed. therefore the flow rate of 2.0 ml min-1 was adopted for this work, combining signal intensity with analytical frequency. the aliquot volume was studied from 50 µl to 250 µl using always 250 µl of the reagent solution. it was observed an important increase of the signal up to 150 µl. with 200 µl only an increase of 1% was observed, the signal remaining of the eq10-af 26/6/08 11:49 page 69 same intensity beyond this volume. therefore, for the aliquots, 150 µl was used in this work. the influence of the volume of the reagent solution was studied form 50 µl to 250 µl. as expected, an important increase of the signal was observed with the rise of the volume of the reagent but only up to 200 µl. with 250 µl only a small increase of about 2% occurred. the volume of 200 µl was adopted. therefore, the following conditions were used in the flow system: total flow rate 2.0 ml min-1; aliquot volume 150 µl; reagent solution volume 200 µl; length of the connection tube from the mixer to the spectrophotometric cell 50 cm; minimal molar proportion of the solutions copper (ii) vancomycin 3:1. the experiments were all done at the room temperature (mean of 25 oc). the calibration curve was obtained using vancomycin hydrochloride solutions from 1.0×10-3 mol l-1 to 5.0×10-3 mol l-1. the calibration curve is described by the equation h=0.50+3532c, (r= 0.995) where h is the signal height in centimeters (1 cm = 0.8 mv) and c the antibiotic concentration. the detection limit was estimated to be about 8.5×10-5 mol l-1; the quantitation limit is about 2.5×10-4 mol l-1. usually vancomycin hydrochloride is applied in the pure form, therefore, pharmaceutical preparations of this antibiotic are not common. in order to check the performance of the proposed method with respect to the recovery in presence of excipients, it was tested in presence of four different excipients; lactose, starch, silica and cellulose in the proportion 1:1 w/w. the results of those recovery experiments are shown in table 1 together with the results obtained with the batch [10] and with the hplc method [12]. in the three methods the extraction of vancomycin from the sample was performed in the same way, i.e., according to the procedure described above in the experimental section. in the hplc method, however, those solutions were diluted in order to obtain a final concentration of about 1.0×10–4 mol l-1, adequate to be introduced in the chromatograph. from this point each method was performed using the specific procedure. 70 ecl. quím., são paulo, 33(2): 67-72, 2008 table 1. vancomycin hydrochloride recovery from samples containing pharmaceutical excipients. comparison between the results obtained with the proposed, with the batch [10] and with the hplc method [12] using the statistical student’s t test and the f test. excipient proposeda batch methoda calculated calculated hplcb calculated calculated ± sd ± sd tc fd ± sd tc fd % % % starch 98.2±1.4 99.2 ± 0.6 0.93 5.4 99.8±2.3 0.84 2.7 cellulose 102.6±0.9 103.7 ± 0.2 1.69 20.3 98.0± 1.3 4.11 2.1 silica 98.1±1.8 100.4 ±1.3 1.46 1.9 109.2±3.8 3.73 4.5 lactose 98.3±1.3 98.7 ±0.2 0.43 42.3 93.7±1.8 2.93 1.9 meane 99.3±2.1 100.4±1.9 1.29 1.27 100.2±6.1 0.46 8.4 n=12 n=12 n=12 aproposed and batch methods: hvcm concentrations in the final solution before reacting with copper (ii) were 5.0×10-3 mol l-1. bhplc method: hvcm concentration after extraction was 2.1×10-3 mol l-1; this solution was diluted to 1.0×104 mol l–1 to be injected in the chromatograph. ctheoretical student’s t = 2.78 (α=0.05) and 4.60 (α=0.01) for the degree of freedom ν= 4 (ν= n1 + n2 -2); n1 = n2 = 3. dtheoretical f = 19.00 (α=0.05) and f = 99.00 (α=0.01) (ν1=ν2=2) [17]. efor (ν1=ν2=11; n1=n2 =12) f = 2.87 (α=0.05) and f = 4.44 (α=0.01). theoretical student’s t = 2.07 (α=0.05) and 2.81 (α=0.01) for the degree of freedom ν= 22 (ν= n1 + n2 -2); n1 = n2 = 12. the experimental analytical data were statistically treated as a whole, independently of the present excipient. eq10-af 26/6/08 11:49 page 70 in table 1, in order to give an idea of the average result, independently of the used excipient, the means of the recoveries were calculated for the three methods and for the four different excipients. comparing the results obtained with the proposed method with that of the batch method, based on the student’s t test [17], they can be considered statistically equal for the 0.95 (a=0.05) significance level. the f test shows a small difference with respect to the precision for a=0.05 for the samples containing cellulose and lactose but, in the 0.99 (a=0.01) significance level there is concordance in all cases. for the means, complete concordance is observed for the 0.95 significance level. comparing the results obtained with the flow method with those obtained with hplc, based on the student’s t values only in the case of starch is observed concordance for the 0.95 (α=0.05) significance level. the f test shows agreement between the methods in terms of precision. for α=0.01 both student’s t and f test show that there is statistical equivalence between the two methods. if it is considered that a tolerance of 5% in the precision of the quantitative analysis of vancomycin is allowed (18), complete coherence among the three methods is observed. in order to test the specificity of the method [19] some aliquots (ca. 75 mg) of the samples were submitted to stress conditions with heating: base (0.1 mol l-1 naoh); oxidant (3% h2o2 w/v); acid (0.1 mol l-1 hcl); water. vancomycin chloridrate was dissolved in the respective medium and the obtained solutions were heated to 80 oc for 30 minutes. after this treatment the obtained solution was mixed with copper (ii) acetate solution according to the explained above in samples treatment. in all cases no reaction was observed. conclusion the proposed method, applied to pure vancomycin hydrochloride or in presence of starch, lactose, cellulose or silica, offers analytical quantitative results of good precision and accuracy; it can be considered a green procedure as it avoids the use of organic solvent and of potentially toxic reagents; the used volumes are relatively small; it is very simple to be performed; the instrumentation used is of relatively low cost; the results can be obtained in about 3 minutes for the bulk antibiotic (in comparison with 20 minutes in hplc method), including the dissolution of the aliquot, or in about 9 minutes, including the extraction procedure in presence of the excipients; in the flow system about 30 determinations can be performed in an hour. based on these results the method can be recommended for the quantitative analysis of hvcm in the conditions presented in this article. acknowledgments the authors are grateful to capes, coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior, to cnpq, conselho nacional de pesquisa científica e tecnológica, and to fapesp, fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo, for the financial support. received 14 may 2008 accepted 11 june 2008 71ecl. quím., são paulo, 33(2): 67-72, 2008 eq10-af 26/6/08 11:49 page 71 72 ecl. quím., são paulo, 33(2): 67-72, 2008 m. m. d. c. vila; a. a. salomão; m. tubino. análise de vancomicina por injeção em fluxo. resumo: este trabalho apresenta um método de análise por injeção em fluxo para determinação quantitativa de cloridrato de vancomicina, c66h75cl2n9o24.hcl (hvcm), baseado na reação com íons cobre (ii). ? hvcm na presença de íons cobre, em ph≅4,5 e solução aquosa forma um complexo azullilás, com absorção máxima em 555 nm. o limite de detecção estimado foi de 8.5×10-5 mol l-1; e o limite de quantificação de 2.5×10-4 mol l-1 com cerca de 30 determinações por hora. a exatidão do método foi determinada através de ensaio de recuperação na presença de quatro diferentes excipientes na proporção de 1:1 p/p. os resultados do método espectrofotométrico por injeção em fluxo foram comparados com resultados obtidos pelo método espectrofotométrico por batelada e por hplc, através de método estatístico t de student. obteve-se completa concordância com nível de significância de 0,95 e similar precisão (rsd: 2,1 % vs. 1,9%). palavras-chave: vancomicina; análise por injeção em fluxo; espectrofotometria; íons de cobre ii. references [1] w.tavares, manual de antibióticos e quimioterápicos antiinfecciosos, atheneu, são paulo, 3ª ed., 2001. 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zinc(ii); alizarin red s; spectrophotometry; ophthalmic formulations. introduction zinc compounds have bactericidal activity since they can precipitate and denature several bacterial proteins. for this reason, they have been employed as antiseptic and disinfectant agents in pharmaceutical products such as creams, ointments and eye drops [1,2]. the antibacterial activity is enhanced in the mixture with quaternary ammonium compounds. thus, the determination of zn(ii) in pharmaceutical preparations is an important analytical task. the usp xxiii pharmacopoeia recommends the determination of zn(ii) by atomic absorption spectrometry (aas) or by an extractive spectrophotometric method [3]. several spectrophotometric procedures reported in the literature for the determination of zn(ii) are summarized by bhalotra et al.[4] and a previous solvent extraction step is required in other spectrophotometric methods [5-9]. electroanalytical methods such as potentiometry [1012], potenciometric stripping analysis [13,14] and anodic redissolution stripping voltammetry also were described [15]. several flow injection methods have been proposed employing different detections such as optosensor [16-19], anodic stripping voltammetry [20], diode array [21] and electrothermal atomic absorption spectrometry [22]. a multicommutation flow procedure [23] and a sequential injection analysis system [20] were described for the determination of zn(ii) in pharmaceutical formulations the development of automated flow procedures are of the great interest to quality control laboratories due the high number of analysis and possibility of data acquisition. in this work we present a simple flow injection method for determining zn(ii) in pharmaceutical solutions based on the formation of a water ecl. quím., são paulo, 34(2): 67 72, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 67 72, 200968 soluble complex between alizarin red s (alz) and zn2+ [24]. experimental apparatus a model 8452a hewlett-packard (boise, id, usa) uv-visible spectrophotometer was used in a comparative spectrophotometric method for zn2+ in the ophthalmic formulations samples [8]. a peristaltic pump supplied with tygon® pump tubing was used for the propulsion of the solutions. the manifold was constructed with polyethylene tubing (0.8 mm i.d.). the solutions were injected using an injector-commutator 2-32 made of perspex® [25]. the detection was performed using a spectrophotometer (femto, model 435, são paulo) equipped with a glass flow-cell (optical path, 10 mm). the absorbance was recorded using a two-channel strip-charter recorder model 1202-0000 cole parmer (chicago, il, usa) connected to spectrophotometer. reagents and solutions all reagents used were of analytical grade and water from a millipore (usa) milli-q system was used throughout. zinc sulphate heptahydrate and borax were obtained from mallinckrodt. red alizarin red s was purchase from vetec® (são paulo, brazil). the 1.60x10-2 mol l-1 borate buffer solution (ph 9.0) was prepared by dissolving 1.55 g of na2b4o7·10h2o with desionized water and completing the volume in a 250 ml calibrated flask. the 0.100 mol l-1 zn2+ stock solution was prepared by dissolving 2.874 g zn(so4).7h2o with desionized water in 100 ml calibrated flask. this solution was standardized volumetrically as described elsewhere [26]. working solutions containing concentration range of zn2+ between 6.05x10-6 to 1.50x10-4 mol l-1 were prepared by the appropriated dilution of the stock solution with desionized water and the volume was completed in 25 ml calibrated flask. the 1.00x10-2 mol l-1 alizarin red s standard solution was prepared by dissolving 900 mg of monosodium salt (c.i. 58005) with 1.6x10-2 mol l-1 borate buffer solution (ph 9.0) in a 250.0 ml calibrated flask and the volume was completed with the same buffer solution. the 3.00x10-4 mol l-1 alizarin red s working solution was prepared by diluting 3.0 ml in the 100.0 ml calibrated flask and the volume was completed with the same 1.6x10-2 mol l-1 buffer solution (ph 9.0). flow injection system a schematic diagram of the flow manifold in injection position is shown in figure 1. the carrier stream (h2o) merges downstream with the alizarin red s solution where both are pumped at 1.2 ml min-1 generating a stable baseline. when a 250 µl (50 cm) sample volume containing zn2+ reference or sample solution was injected, occur the formation of the soluble complex between alizarin red s and zn2+ in the reactor coil (150 cm), which was monitored spectrophotometrically at 520 nm. the analytical signal (absorbance) was proportional to zn(ii) concentration in the injected solution. c w pp w l i d rc s y r figure 1. flow injection manifold for the determination of zn2+ in pharmaceutical solutions. pp represents peristaltic pump; i: injector-commutator, d: spectrophotometer (520 nm); c: carrier (h2o: 1.2 ml min-1); r: alizarin red s solution (3.0x10-4 mol l-1: 1.2 ml min-1); l: sample loop (250 µl); y: confluence point; rc: reactor coil length; s: samples or references solutions. all experiments were done under ambient temperature. the length between the injector-commutator and confluence y was 5 cm. the arrow indicates the stream direction. ecl. quím., são paulo, 34(2): 67 72, 2009 69 preparation of pharmaceutical samples three brazilian pharmaceutical formulations containing zn(ii) such as moura brasil® (aventis pharma ltda.), lerin® (allergan produtos farmacêuticos ltda) and zincolok®(allergan produtos farmacêuticos ltda) were analyzed using a proposed flow injection procedure. eye drops formulations were appropriately diluted with desionized water to obtain a concentration of ca. 5.0 x 10-5 mol l-1 of zn(ii) in the diluted solution of samples. the results obtained by the proposed flow injection method were compared with the results obtained by a spectrophotometric batch procedure described by manouri et al. [8]. results and discussion the proposed flow injection procedure for the determination of zn2+ was based on the formation of complex with alizarin red s in borate buffer (ph 9.0). the optimization of chemical and flow injection parameters were performed using a univariate method in order to achieve a best compromise between the peak height, sample throughput, reproducibility and baseline stability. chemical parameters to establish the best conditions for the zn(ii) determination, some chemical parameters such as carrier solution and alizarin red s concentration were investigated. the optimized values studied and selected were showed in the table 1. table 1. optimized flow injections and chemical parameters. parameter studied range selected value sample loop length /µl alz concentration / mol l-1 alz flow rate / ml min-1 carrier flow rate / ml min-1 ph buffer reactor coil length / cm 100 to 350 7.5 x 10-5 to 4.7 x 10-4 0.7 to 1.7 0.7 to 1.7 7.1 to 9.8 50 to 230 250 3.0 x 10-4 1.2 1.2 9.0 150 alz = alizarin red s. initially, the effect of the carrier solution on the analytical signal was studied using 0.01 mol l-1 buffer solutions (acetate and borate buffers) in the ph range from 7.1 to 9.8. the buffer solution that promoted the highest analytical signals was 0.01 mol l-1 borate buffer at ph 9.0. thus, the 1.6x10-2 mol l-1 borate buffer at ph 9.0 was selected for further experiments. the effect of alizarin red s solution on the analytical signal was studied between 7.5x10-5 and 4.7x10-4 mol l-1 using a 1.6x10-2 mol l-1 borate buffer (ph 9.0). the analytical signal increased with the increases of alizarin red s concentration up to 4.7x10-4 mol l-1. the highest concentrations of reagent promotes intense oscillation of baseline with severe increase of the washing time. the increase of washing time to highest concentrations was due the impregnation of zn2+-alizarin complex in the flow cell. thus, considering the best compromise between height peaks and repeatability, the 3.0x10-4 mol l-1 alizarin red s solution was selected for further experiments. flow injection parameters to determine the optimum flow procedure parameters, the sample volume, carrier and reagent flow rate and reactor coil length were investigated. the parameters range studied and selected are shown in table 1. the effect of sample volume from 100 to 350 µl (50 to 70 cm) on the analytical signal was evaluated by injection of 6.0 x 10-4 mol l-1 zn2+ solution in 0.01 mol l-1 borate buffer (ph 9.0). the analytical signal increased with the increasing of sample volumes up to 250 µl above which it remained constant. thus, the volume of 250 µl was selected as optimum. ecl. quím., são paulo, 34(2): 67 72, 200970 the effect of the alizarin red s flow rate and the carrier flow rate on the analytical signal were studied from 0.7 to 1.7 ml min-1 each one. the flow rates of 1.2 ml min-1 were selected to each channels because promotes the higher analytical signals. the influence of tubular coiled reactor length on the absorbance was also evaluated in the range from 50 to 230 cm using a 4.0x10-5 mol l-1 zn2+ reference solution. the analytical signal increased gradually with increase of length up to 230 cm. to the highest reactor lengths, the baseline was achieved slowly due the impregnation of complex on the glass flow cell. this impregnation was not observed up to 150 cm reactor length. thus, the 150 cm reactor coil length was chosen, taking account height of the analytical signal and analytical frequency. recoveries and interferences studies the recovery study was examined by adding zn2+ reference solution at three levels (1.33, 2.66 and 4.00 mg l-1) to the samples solution containing ca. 2.0x10-5 mol l-1 zn2+ concentration. the results of zn2+ determination obtained of theses solutions were compared with the results of reference solutions without addition of the sample solutions. recoveries from 96.3 to 105 % of zn2+ from three pharmaceutical formulations were obtained using the optimized flow procedure. the results are shown in the table 2 and suggests no significant matrix effect in the samples studied. table 2. study of the recovery experiments samples zn2+ (mg l-1) recovery (%)added founda a 1.33 2.66 4.00 1.38 ± 0.04 2.81 ± 0.03 4.18 ± 0.02 104 105 104 b 1.33 2.66 4.00 1.31 ± 0.04 2.64 ± 0.02 3.97 ± 0.06 98.5 99.2 99.2 c 1.33 2.66 4.00 1.34 ± 0.03 2.68 ± 0.02 3.98 ± 0.05 101 101 99.2 a n=3, mean ± standard deviation. the interference of some compounds commonly founded in eye drop formulations was studied with the proposed flow procedure. chloride sodium, benzalkonium chloride, citric acid, cuso4 and edta were tested. in this study, aliquots of solutions containing the interferences at three concentration levels were added to 5.0x10-5 mol l-1 zn2+ reference solution. the results obtained in zn2+ determination in theses solutions were compared with those obtained of the reference solutions without interference added. the tolerated concentration was that promote the signal variation of ±5 %. in these group of substances studied, only the benzalkonium chloride causes severe interference on the response of proposed procedure at same concentration that zn(ii) standard solution. the cationic surfactant, such as benzalkonium chloride promotes a hyperchromic shift of the complex spectrum [27]. this benzalkonium chloride concentration was not founded in the analyzed commercial formulations. to others substances, no interference was observed in the response of flow system procedure in the presence of 10-fold excess of these studied substances. cu2+ causes severe interference due the formation of stable complex with alizarin red s with considerable overlapping of the spectra of their of zn(ii)-alizarin complex [24]. the use of thiosulphate and thiourea as the masking reagent for cu2+ do not eliminated the cu2+ interference in the zn2+ determination, because the cu(ii)-alizarin complex is much more stable. ecl. quím., são paulo, 34(2): 67 72, 2009 71 analytical curve and applications in the optimized conditions, the analytical curve was linear in the concentration range from 6.0x10-6 to 1.5x10-4 mol l-1 (abs = 0.013 + 4 508.2 x c, r = 0,999; where abs is the absorbance and c is the zn2+ concentration in mol l-1). the relative standard deviation (r.s.d.) for a solution containing 5.5x10-5 mol l-1 zn2+ of 1.2% (n = 10) and the detection limit of 3.60x10-6 mol l-1 were obtained (three times blank standard deviation/ slope of analytical curve). the sampling rate of 60 h-1 was attained. the relative standard deviation of 3.5% (n=6) for the slope of analytical curve to zn2+ determination was obtained at different working days. the proposed flow procedure was applied to determine zn2+ in eye drops under conditions fixed and shown in the table 1. the results obtained in the determination of zn2+ employing the proposed procedure are presented in table 3. the results obtained using the proposed flow procedure are in good agreement with the results obtained by batch procedure [8] at 95% confidence level (t-paired test) [28]. table 3. determination of zn2+ in commercial formulations by using flow procedure and comparative batch procedure [29] samples zn2+ (mg ml-1) relative error (%)comparative proposed flow procedure a b c 0.069 ± 0.003 0.602 ± 0.003 0.126 ± 0.002 0.071 ± 0.001 0.585 ± 0.002 0.129 ± 0.001 2,9 -2.8 2.4 n=3, mean ± standard deviation; re1, relative error between proposed flow procedure vs. comparative method. sample composition: zinc sulphate or zinc phenolsulphonate, sodium borate, acid boric, potassium chloride, citric acid, disodium edetate dehydrated, thimerosa conclusions the flow injection procedure proposed was applied to the determination of zn2+ contained in eye drop solutions. the automatized procedure is simple, precise and has sensitive enough for the analysis of a variety of ophthalmic solutions with high sample throughput. thus, the developed flow injection procedure is very suitable for routine analytical applications. acknowledgements the authors are gratefully acknowledged to cnpq, capes and fapesp by financial support. sistema de análise por injeção em fluxo com detecção espectrofotométrica para a determinação de zn2+ em colírios empregando vermelho de alizarina s como reagente. received august 04 2008 accepted november 13 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 67 72, 200972 resumo: um método de análise por injeção em fluxo para determinação de zn2+ em colírios foi descrito. neste trabalho, o íon zn2+ foi complexado com vermelho de alizarina s em tampão borato (ph 9,0) e o cromóforo formado foi monitorado espectrofotometricamente em 520 nm. a curva analítica foi linear no intervalo de concentração de zn2+ de 6,05 x 10-6 a 1,50 x 10-4 mol l-1, com um limite de detecção de 3,60 x 10-6 mol l-1. as recuperações variaram de 96,3 a 105% e o desvio padrão relativo foi de 1,2 % (n = 10) para uma solução padrão de zn2+ de 5,5x10-5 mol l-1. a freqüência analítica de 60 h-1 foi obtida. os resultados obtidos para determinação de zn2+ em colírios empregando-se o procedimento proposto estão em concordância com os resultados obtidos empregando-se um procedimento comparativo a um nível de confiança de 95%. palavras-chave: análise por injeção em fluxo; zinco; vermelho de alizarina s; espectrofotometria; colírio. references [1] c.p. gonçalves, oftalmologia, são paulo, livraria atheneu, 1979. 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[29] o.c. manouri, n.d. papadimas, s.e. salta, g.c. ragos, m.a. demertzis, p.b. issopoulos, farmaco 53 (1998) 563. introdução a terapia fotodinâmica (pdt – do inglês photodynamic therapy) é uma técnica que vem sendo utilizada no tratamento do câncer, bem como em outras doenças não oncológicas [1-4], baseada na administração sistêmica de um fotossensibilizador que se acumula preferencialmente nos tecidos doentes [5], em razão da formação de complexos intravasculares entre as substâncias fotossensíveis e lipoproteínas de baixa densidade (ldl) [6]. devido à maior concentração de receptores desta lipoproteína nas células neoplásicas (em comparação com as normais), há o acúmulo preferencial dos fotossensibilizadores sobre este tecido, de modo que a seletividade tumoral aumenta com o caráter lipofílico do agente fotossensibilizador [7,8]. o tumor é então irradiado, utilizando-se uma fonte de luz na região do vermelho ou infravermelho próximo, a fim de que a radiação penetre efetivamente no tecido neoplásico, já que emissões abaixo de 600 nm são absorvidas por cromóforos bioendogênicos e/ou espalhadas pelos tecidos, o que torna a fotoxidação apenas superficial [9]. a irradiação do tumor provoca a excitação do fotossensibilizador a um estado eletrônico de maior energia, do qual pode 7ecl. quím., são paulo, 32(1): 7-14, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 avaliação da atividade fotodinâmica de porfirinas para uso em terapia fotodinâmica através da fotoxidação de triptofano j. n. ribeiro1*, r. a. jorge2, a. r. da silva2, a. v. flores3, l. m. ronchi1, a. c. tedesco4 1laboratório de química médica ambiental, departamento de ciências fisiológicas, centro biomédico, universidade federal do espírito santo-ufes, vitória-es 2departamento de fisico-química, instituto de química, universidade estadual de campinas – unicamp, campinas-sp 3faculdade de filosofia, ciências e letras de ribeirão preto, universidade de são paulo usp, ribeirão preto-sp 4centro federal de educação tecnológica do espírito santo – cetetes, vitória-es *nariber@ig.com.br resumo: neste trabalho investigou-se a atividade fotodinâmica de octaetilporfirina (oep), octaetilporfirina de vanadil (vooep) e meso-tetramesitilporfirina (m-tmp). este estudo foi realizado através da determinação da constante da velocidade de fotoxidação (kf) do aminoácido triptofano (trp). a participação do oxigênio singlete nesta fotoxidação foi determinada através da adição de azida de sódio e água deuterada no meio de reação. os valores de kf/10-4s-1 para a fotoxidação de trp demonstraram que oep (2,80 ± 0.05) é mais eficiente do que m-tmp (1,62 ± 0,07) e vooep (0,81 ± 0,08). os valores de kf foram menores na presença de azida de sódio e maiores na presença de água deuterada, sugerindo que o oxigênio singlete é o responsável pela atividade fotodinâmica de oep, vooep e m-tmp. estes resultados sugerem também que as diferenças na atividade fotodinâmica entre as porfirinas podem ser associadas com as diferenças na estrutura molecular das mesmas. a presença do grupo vanadil (v=o) interfere claramente na atividade fotodinâmica de oep causando considerável redução na sua eficiência. palavras-chave: terapia fotodinâmica; porfirinas; oxigênio singlete. retornar ao estado fundamental via processos radioativos (como fluorescência ou fosforescência) ou não radioativos (como conversão interna, cruzamento intersistema ou relaxações vibracionais). dentre estes processos de decaimento energético, o cruzamento intersistema é fundamental para a terapia fotodinâmica (transição proibida por spin, onde o fotossensibilizador no estado eletrônico singlete excitado (s1) sofre uma transição para o estado triplete excitado (t1)). o fotossensibilizador no estado triplete excitado apresenta um tempo de vida maior do que no estado singlete excitado, em razão da transição t1→so ser proibida por spin. dessa forma, o fotossensibilizador no estado t1 pode interagir fotoquimicamente com moléculas de oxigênio, localizadas próximas à região irradiada, gerando espécies reativas que oxidam biomoléculas e danificam o tecido irradiado (figura 1) [10-12]. 8 ecl. quím., são paulo, 32(1): 7-14, 2007 figura 1. mecanismos (tipo ι e ιι) de geração de ros pela combinação de luz, fotossensibilizador (fts) e oxigênio no estado fundamental (3o2). a fotodestruição dos tecidos pode ocorrer através da geração de radicais livres extremamente reativos (mecanismo tipo i) ou de oxigênio singlete (mecanismo tipo ii) [13-15]. no mecanismo tipo i, o fotossensibilizador no estado excitado interage diretamente com um substrato orgânico e/ou outras moléculas vizinhas (preferencialmente o2), produzindo radicais ou íons radicais através de reações de transferência de átomos de hidrogênio ou de elétrons [8-14]. a maioria destes radicais reage instantaneamente com o o2, gerando uma mistura complexa de espécies reativas de oxigênio (ros), tais como o peróxido de hidrogênio (h2o2), radical superóxido (o2 • −) e hidroxila (•oh) [14], os quais são capazes de oxidar uma variedade de biomoléculas [16]. no mecanismo tipo ii obtém-se oxigênio singlete (1∆g o2 ou 1o2), altamente reativo, através da transferência de energia do fotossensibilizador no estado triplete excitado para o estado triplete fundamental do oxigênio (3∑g – o2 ou 3o2). em razão das reações de transferência de energia serem mais rápidas do que as reações de transferência de elétrons, o mecanismo tipo ii é geralmente favorecido nas reações de fotoxidação [17-20]. como o tempo de vida do oxigênio singlete é muito curto (~ 2 µs), esta espécie reativa reage no seu sítio de formação. isto significa que moléculas do fotossensibilizador não ligadas às células não serão fototóxicas. o oxigênio singlete, quando gerado, pode reagir com lipídeos insaturados (incluindo colesterol), aminoácidos (como o triptofano, histidina e metionina) e ácido nucléicos1. lipídeos insaturados e proteínas são os principais constituintes das membranas biológicas. portanto, as reações fotoxidativas ocasionam alterações da permeabilidade celular [10], provocando a morte do tecido tumoral via necrose ou apoptose [3,11,21]. o primeiro fts a ser aprovado pela fda para o tratamento de câncer através da pdt foi um derivado de hematoporfirina (photofrin) produzido pela qlt inc. e atualmente vendido pela axcan scandipharm inc. outras variantes comerciais são: photosan, photogem e photocarcinorin [7]. embora o photofrin represente um importante progresso na pesquisa de novas terapias oncológicas, principalmente devido aos pequenos efeitos colaterais, há algumas desvantagens a serem citadas como: pequena absorção na região da “janela terapêutica”, limitando sua eficiência na pdt e excreção lenta pelo organismo, resultando em uma prolongada fotossensibilidade da pele, exigindo que o paciente permaneça ao abrigo do sol por vários dias. além disso, este fotossensibilizador é constituído por uma mistura complexa de derivados de hematoporfirinas, de maneira que a purificação da droga não é um procedimento simples nem barato, sendo, portanto, pouco acessível economicamente (75mg de photofrin custam aproximadamente u$ 2.200) [8]. em vista disto, vários outros fotossensibilizadores têm sido investigados [8,22,23]. alguns trabalhos têm mostrado que a retenção de fotossensibilizadores em células tumorais aumenta com a diminuição da polaridade da molécula, fato que eleva a eficiência do fotossensibilizador [24,25]. em razão dos fatos citados acima, nós avaliamos, in vitro, a capacidade de 3 compostos de baixa polaridade (meso-tetramesitilporfirina (m-tmp), octaetilporfirina (oep) e vanadil octaetilporfirina (vooep) (figura 2) de fotoxidar triptofano (trp) na presença de luz e oxigênio. além disso, experimentos foram realizados para avaliar a participação do oxigênio singlete no processo fotoxidativo. 9ecl. quím., são paulo, 32(1): 7-14, 2007 material e métodos material as porfirinas m-tmp, oep e vooep foram obtidas da porphyrin product, inc. (logan utah, usa). o aminoácido triptofano (trp) e o surfactante polioxietilenosorbitan monolaurato (tween 20) foram obtidos da sigma chemical company (st. louis, usa). o nacl, nah2po4, na2hpo4 e a azida de sódio (nan3) foram obtidos da merck (darmstald, alemanha). o solvente acetato de etila foi obtido da synth (diadema, brasil). a água deuterada (d2o) foi obtida da aldrich chemical company, inc (milwaukee, usa). para irradiação das porfirinas foram utilizados uma lâmpada de mercúrio philips hpln 80w e um filtro oriel bg 38 para permitir a passagem de radiação na faixa de 400-600 nm. as intensidades de fluorescência de trp foram obtidas através de um espectrofluorímetro perkin elmer ls55. métodos soluções aquosas contendo 50 µm do aminoácido trp foram preparadas em tampão fosfato salino (pbs: 0,15 m de nacl, 1,9 mm nah2po4, 8,1 mm na2hpo4, ph 7,4) contendo surfactante tween 20 0,6% (m/v), acetato de etila 2% (v/v) e diferentes concentrações de oep ou vooep ou m-tmp (0 10 µm). estas soluções foram saturadas com oxigênio e irradiadas com lâmpada de mercúrio durante 60 minutos à temperatura ambiente (25 ± 2oc). as intensidades de fluorescência de trp foram obtidas através da excitação deste aminoácido em 280 nm, sendo a emissão monitorada entre 300-500 nm. esta fluorescência foi monitorada em intervalos de 10 minutos para se determinar a constante de velocidade de foto-oxidação (kf) de trp na presença de oxigênio, luz e porfirinas. a lei de velocidade integrada para a fotoxidação de triptofano pode ser escrita, considerando-se a relação linear entre a fluorescência e a concentração da biomolécula [26], conforme a equação abaixo: ln (f/f0)= -kft onde f0= fluorescência inicial de trp em 360 nm, figura 2. estruturas de oep (a), vooep (b) e mtmp (c). f= fluorescência de trp no tempo t, kf= constante de velocidade de foto-oxidação de trp. a partir de um gráfico de ln (f/fo) versus t é possível determinar o valor da constante kf através do coeficiente angular. posteriormente, foram acrescentadas a estas soluções diferentes concentrações de nan3 (0 – 3000 µm) ou d2o (0 – 50% v/v) para se verificar a participação do oxigênio singlete na fotoxidação do trp por oep, vooep e m-tmp. resultados e discussão espécies reativas de oxigênio como o oxigênio singlete podem destruir o anel indol do trp [6] (figura 3). tal evento pode ser detectado por decaimentos na intensidade de fluorescência deste aminoácido [11]. os resultados deste trabalho demonstraram que as três porfirinas foram capazes de fotoxidar trp, sendo oep mais eficiente do que m-tmp e ambas mais eficientes do que vooep. isto pode ser confirmado através do decaimento na intensidade de fluorescência de trp, que é maior na presença de oep (figura 4). os valores das constantes de velocidade de fotoxidação (tabela 1) indicam que o oep foi 1,7 vezes mais eficiente que o m-tmp, enquanto este foi 2,0 vezes mais eficiente que o vooep. o grupo vanadil (v=o) interfere na atividade de oep, provocando uma redução considerável em sua eficácia. este evento pode ser decorrente da natureza paramagnética de vooep, o que pode resultar em um menor tempo de vida no estado triplete, comprometendo a geração de espécies reativas de oxigênio. no caso de m-tmp, a presença de fenilas ligadas a grupos metilas no anel porfirínico também reduz a eficiência desta porfirina devido ao aumento de decaimentos não radioativos por processos roto-vibracionais [27]. no entanto, esta redução é menos acentuada do que a que ocorre com vooep. 10 ecl. quím., são paulo, 32(1): 7-14, 2007 figura 4. decaimento na intensidade dos espectros de fluorescência de trp na presença de 10 µm de oep (a), vooep (b), m-tmp (c), luz e oxigênio. figura 3. mecanismo de ação do oxigênio singlete sobre o aminoácido triptofano [6]. (a) (b) (c) pode-se observar pela figura 5 que os valores de kf aumentam com o aumento das concentrações das porfirinas (figura 5). no entanto, este aumento não é linear, provavelmente devido à formação de agregados das porfirinas avaliadas. a formação de agregados provoca a diminuição do tempo de vida do fotossensibilizador no estado triplete em razão do aumento dos decaimentos não radiativos por conversão interna, tornando mais difícil a transferência de energia do fotossensibilizador do estado triplete excitado para o 3o2, o que diminui a eficiência do fotossensibilizador [28, 29]. karns et al. [29] sugeriram que a agregação das porfirinas está associada à resistência do meio aquoso em abrir cavidades para as moléculas hidrofóbicas, resultando na 11ecl. quím., são paulo, 32(1): 7-14, 2007 justaposição das superfícies hidrofóbicas para minimizar a área exposta ao meio aquoso, fato que poderia estar acontecendo neste trabalho. entretanto, não é conveniente propor uma estrutura ou conformação do agregado das porfirinas estudadas neste sistema complexo, constituído de surfactante, tampão e solvente orgânico, sem utilizar técnicas adequadas. reinhard schmidt [30] demonstrou que a água deuterada (d2o) diminui a energia vibracional das moléculas de oxigênio, fato que causa um aumento no tempo de vida do oxigênio singlete de 10 a 26 vezes, comparado à água não deuterada (2-3 µs) [31,32]. a azida de sódio (nan3), ao contrário de d2o, é um eficiente supressor de oxigênio singlete [30-32]. portanto, é esperado que a presença de d2o no meio reacional aumente a constante de velocidade da reação de fotoxidação do triptofano, enquanto que a azida de sódio cause uma diminuição, caso o mecanismo preponderante seja do tipo ii. os gráficos apresentados na figura 6 demonstram que os valores de kf referentes à fotoxidação ocasionada por oep (a), vooep (b) e m-tmp (c), decrescem na presença de nan3. ao contrário, a presença de d2o (figura 7) provoca um aumento considerável nestes valores. tais dados sugerem que o mecanismo predominante na fotoxidação de trp pelas três porfirinas é do tipo ii, ou seja, com destacada participação do oxigênio singlete. no entanto, deve-se ressaltar que não apenas o mecanismo tipo ii pode estar envolvido, já que vários trabalhos têm demonstrado que a fotoxidação de biomoléculas pode ocorrer pelos dois mecanismos simultaneamente [20,32]. segundo ochsner [14], na presença de baixas concentrações de triptofano (≤ 0,1 mm), o mecanismo do tipo ii compete com o mecanismo do tipo i, mesmo em soluções altamente polares onde há o favorecimento das reações que envolvem espécies radicalares. do ponto de vista clínico, a participação do oxigênio singlete é preferível em terapia fotodinâmica devido à extrema reatividade desta espécie e ao seu tempo de vida extrememente curto, fato que evita danos aos tecidos sadios adjacentes ao tumor [33]. tabela 1. valores das constantes de velocidade de foto-oxidação (kf) de trp na presença de 10 µm de oep, vooep, m-tmp, luz e oxigênio. os valores representam a média de três medidas ± desvio padrão amostral. porfirinas kf para trp / 10-4s-1 oep 2,80 ± 0,05 vooep 0,81 ± 0,08 m-tmp 1,62 ± 0,07 figura 5. valores de kf em função das concentrações das porfirinas. os valores representam a média de três medidas ± desvio padrão amostral. 12 ecl. quím., são paulo, 32(1): 7-14, 2007 figura 6. influência de nan3 na fotoxidação de trp mediada por 10 µm de oep (a), vooep (b), m-tmp (c), luz e oxigênio. os valores apresentados representam a média de três medidas ± desvio padrão amostral. (a) (b) (c) figura 7. influência de d2o na fotoxidação de trp mediada por 10 µm de oep (a), vooep (b), m-tmp (c), luz e oxigênio. os valores apresentados representam a média de três medidas ± desvio padrão amostral. (a) (b) (c) conclusões os resultados deste trabalho demonstraram que as três porfirinas são capazes de fotoxidar trp. além disso, os efeitos supressor e estimulador de nan3 e d2o, respectivamente, na fotoxidação, sugerem que o oxigênio singlete seja a espécie reativa de oxigênio predominante neste processo. as diferenças observadas na atividade fotodinâmica das três porfirinas podem ser associadas com as diferenças em suas estruturas moleculares. o grupo vanadil (v=o) interfere na atividade de oep, provocando uma redução considerável em sua eficiência. a presença de fenilas, ligadas a grupos metilas, no anel porfirínico de m-tmp, também reduz a eficácia desta porfirina. no entanto, esta redução é menos acentuada do que a que ocorre com vooep. portanto, os dados obtidos neste estudo estimulam a continuidade dos trabalhos com oep e m-tmp, visando a futura aplicação das mesmas em terapia fotodinâmica. recebido em: 14/08/2006. aceito em: 17/01/2007. 13ecl. quím., são paulo, 32(1): 7-14, 2007 j. n. ribeiro, r. a. jorge, a. r. da silva, a. v. flores, l. m. ronchi, a. c. tedesco. evaluation of photodynamic activity of porphyrins for use in photodynamic therapy through tryptophan photo-oxidation. abstract: in this work an investigation of the photodynamic efficiency of octaethylporphyrin (oep), vanadyl octaethylporphyrin (vooep), and meso-tetramesitylporphyrin (m-tmp) was done. this study was performed by the determination of photoxidation rate constants (kf) of the tryptophan amino acid (trp). the mechanism involved in the photoxidation of trp was also studied using sodium azide (singlet oxygen scavenger) and deuterium oxide. the values of kf/10-4s-1 for trp photoxidation demonstrated that oep (2.80 ± 0.05) is more efficient than m-tmp (1.62 ± 0.07) and vooep (0.81 ± 0.08). the values of kf were reduced by the presence of sodium azide and increased by deuterium oxide indicating that singlet oxygen is responsible by oep, vooep, and m-tmp photoactivity. these results indicated that differences in the photodynamic activity between porphyrins could be associated with differences in their molecular structures. the presence of vanadyl group (v=o) interferes clearly in the photodynamic activity of oep causing a considerable reduction in its efficiency. keywords: photodynamic therapy; porphyrins; singlet oxygen. referências [1] e.s. nyman, p.h. hynninen, j. photoch. photobio. b 73 (2004) 28 [2] e.f.g. dickson, r.l. goyan, r.h. pottier, cell. mol. biol. 48 (2003) 939 [3] i.j. mac donald, t.j. doughert, j. porphy. phthalocya. 5(2) (2001) 105 [4] m.a. calin, s.v. parasca, j. optoelectro. adv. mat. 8(3) (2006) 1173 [5] y.n. konan, r. gurny, e. allemann, j. photoch. photobio. b 66 (2002)106 [6] s. michels, s.u. schmidt-erfurth, invest. ophth. vis. sci. 44 (2003)-2154 [7] f.i. simplicio, f. maionchi, n. hioka, quím. nova 25 (2002) 801 [8] l.v. via, s.m. magno, curr. med. chem. 8 (2001) 1405 [9] r.b. ostler, a.d. scully, a.g. taylor, i.r. gould, t.a. smith, a. waite, d. phillips, photochem. photobiol. 71 (2000) 397 [10] a. gorman, j. killoran, c. o’shea, t. kenna, w.m. gallagher, d.f. o’shea, j. am. chem. soc. 126 (2004) 10619 [11] n.l. oleinick, r.l. morris, i. belichenko, photochem. photobiol. sci. 1 (2002) 1 [12] c.f. van nostrum, adv. drug deliver. rev. 56 (2004) 9 [13] r. bonnett, chem. soc. rev. 24 (1995) 19 [14] m. ochsner, j. photoch. photobio. b. 39 (1997) 1 [15] c.h. sibata, v.c. colussi, n.l. oleinick, t.j. kinsella, braz. j. med. biol. res. 33 (2000) 880 [16] j.n. ribeiro, a.v. flores, r. mesquita, j.h. nicola, e.m. nicola, physicae, 5 (2) (2004) 31 [17] s.p. songca, b. mbatha, j. pharm. pharmacol. 52 (2000) 1361 [18] e. zenkevich, e. sagun, v. knyukshto, s.p. shulga, a. mironov, o. efremova, r. bonnett, s.p. songca, m. kassem, j. photoch. photobio. b 33 (1996) 171 [19] l. howe, j.z. zhang, photochem. photobiol. 67 (1998) 90 [20] l.i. grossweiner, a.s. patel, j.b. grossweiner, photochem. photobiol. 36 (1982) 159 [21] j.n. ribeiro, a.r. silva, r.a. jorge, j. bras. patol. med. lab. 40(6) (2004) 385 [22] j.c. lai, p.c. lo, d.k.p. ng, w.h. ko, s.c.h. leung, k.p. fung, w.p. fong, cancer biol. therapy 5 (4) (2006) 413 [23] n.e. stavropoulos, a. kim, u.u. nseyo, i. tsimaris, t.d. chung, t.a. miller, m. redlak, u.o. nseyo, d. skalkos, photochem. photobiol. b-biol. 84 (1) (2006) 64 [24]. d. kessel, photodynamic therapy of neoplasic disease, crc press, london, 1999. 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author: sandra matias damasceno, e-mail address: sandra.matias@ict.ufvjm.edu.br article info article history: received: march 12, 2018 accepted: may 14, 2018 published: may 29, 2018 keywords: 1. adsorbent 2. textile industry 3. isotherms 4. wastewater 1. introduction the scarcity of some natural resources, including water and feedstock, has been a major problem for textile industries. the search for alternative methods of their treatment and reuse has been growing, as it can reduce industrial costs and reduce hazardous impacts to the environment. the increasing consumption of industrial textile dyes has been responding for major environmental problems issued from industrial activities. textile dyes are often complex organic molecules, which are usually difficult to be biologically broken down. they are to be attached to the fabric fiber to confer color to them. if these more commonly organic compounds are discharged into water bodies, they may mean real sources of pollution. due to their recalcitrant nature, they impart long term color to the aqueous industrial effluent and reduce the penetration of sunlight, which compromises the aquatic life1, 2. the textile industries face enormous difficulty related with the great consumption of water to accomplish several chemical processes, including those of dyeing and rinsing the fabrics. the treatment of effluents in these processes implies three main stages: primary, secondary and tertiary. in the primary treatment, the larger particles in suspension are removed by decantation. in the secondary, microorganisms are used to remove suspended particles and biodegradable matter and, finally, in the tertiary treatment, dissolved solids and residual color and odor are removed by means electrochemical process, membranes technologies, ion exchange and other technologies3. however, since the primary and secondary treatments are not efficient enough to separate very small particles, the treated fluid still leaves with staining. the steps of the textile abstract: the textile industries face difficulties in removing dyes from the liquid effluent, even after what is thought to be conventional cleaning treatments. the use of adsorbents to retain dyes in textile effluents has been showing to be a simple and promisingly efficient method. the objective of this research was to test the macaúba (acrocomia aculeata) kernel cake as adsorbent to remove remazol brilliant blue dye in batch adsorption tests. the obtained adsorption kinetic data at equilibrium were modeled by assuming both the langmuir and the freundlich isotherms. the values were better fitted with the langmuir model (r2 = 0.983), with a maximum adsorption capacity of 3.5 mg g-1 monolayer. this essay showed that the macaúba cake is an effective adsorbent to remove remazol brilliant blue textile dye and it is a good alternative for treatment of textile liquid effluents. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 mailto:sandra.matias@ict.ufvjm.edu.br http://orcid.org/0000-0002-8491-4891 original article 49 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 48-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 processing are high costly and are not efficient enough to degrade the dye molecules. thus, new technologies have been developed in an attempt to solve the problem of the residual staining in such effluents, even after conventional cleaning treatment. adsorption is putatively one of the most prospective way to treat effluents and consists of the physical or chemical interaction between the surface of a porous solid and molecules components from the fluid phase4, 5. the adsorption process is mainly governed by the adsorbent properties (surface area, pore size, density, surface functional groups and hydrophobicity) of the solid material and by the adsorbate (polarity, molecule size, solubility and acidity or basicity) in the fluid, but also by some process conditions such as system temperature, the nature of the solvent and the ph of the medium5. the solid adsorbent materials are characterized by their porous structure, which determines their high surface area. the larger the surface, the greater the adsorption efficiency6, 7. activated charcoal has been the most widely used adsorbent, regarding its high internal surface area and microporous structure, which render its high degree of surface reactivity8. although, activated charcoal is very efficient and has many technological advantages, its use is high costly, mainly taking into account that it needs to be chemically treated to get it suitably functional. as an alternative way of minimizing process costs, agriculture crop staying or agro-industrial rejects, such as waste generated from pressing oilseed for oil extraction, sugarcane bagasse, among others have been evaluated as adsorbent for aqueous effluent due to their availability and low cost6, 9-13. the remazol brilliant blue r (rbbr) dye is in the class of anthraquinone synthetic dyes and it is one of the most important dyes in the textile industry, which has been also used as a general compound model in essays of degradation studies. it is an anthracene-derived compound, highly toxic due to its polycyclic aromatic hydrocarbons (pah), which are very difficult to be biologically metabolized14, 15. the figure 1 shows the chemical structure of rbbr dye. figure 1. chemical structure of remazol brilliant blue r dye16. the macaúba palm (acrocomia aculeata) is a tree that can be found in several edaphoclimatic conditions of brazil, with some predominance the cerrado biome, in minas gerais. the fruit is composed of the bark, the pulp, the seed (kernel) and the endocarp. two types of oil, pulp oil and kernel oil can be extracted from macaúba fruits. it is estimated an average productivity of approximately 5 t ha-1 of pulp oil along with 1.4 t ha-1 of kernel oil for a density of 200 plants ha-1 17. high productivity, low production cost and good oil characteristics make it an attractive raw material for biodiesel production, generating a large amount of fruit cake from the oil press-extraction (macaúba cake)18. in this context, this research had as objective to evaluate the residue generated in the extraction of the oil of the macaúba (acrocomia aculeata) as adsorbent for the removal of the remazol brilliant blue r (rbbr) dye in a simulated solution. 2. materials and methods 2.1 preparation and characterization of the oil extraction residue the cake generated press-extracting the kernel oil of the macaúba (the macaúba cake, mc) used as adsorbent in these essays was provided by the cooperativa de agricultores familiares e agroextrativistas grande sertão ltda, located in montes claros, minas gerais, brazil. initially, the cake material was washed, dried and sieved on a set of bertel sieves; the fraction of particles larger than 212 μm and smaller than 300 μm was separated. the zero-charge potential (phpzc) of the mc was determined in duplicate by adding 50 mg of the adsorbent material to 12.5 ml of the kcl solution (0.1 mol l-1). the ph was then varied from 1 to 14, adjusted with dilute hcl (0.1 mol l-1) or naoh (0.1 mol l-1) solution, under constant stirring was for 24 h, at 25 °c. after 24 h, the final ph at equilibrium https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 original article 50 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 48-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 was determined with a bench phmeter. the zero-load potential of each sample was estimated by the method obtained in the range of constant ph (buffer effect). 2.2 batch adsorption essays the tests to check for the influence of the rbbr adsorbate concentration on the adsorption process with the macaúba cake were carried out with solutions of the dye in different concentrations (5, 10, 20, 30, 40, 50 mg l-1) in a fixed mass of the adsorbent. the samples were placed on an orbital shaker for 24 h under 100 rpm. the equilibrium concentrations of the samples were measured using a uv-visible spectrophotometer. the experiment was done at constant temperature (25 °c). the data for kinetic study of the adsorption process were collected at constant temperature with fixed mass of adsorbent and dye solution. the samples were collected at different contact times (5 to 1440 min) between the adsorbent and the adsorbate; the concentrations of rbbr were monitored with a uv visible spectrophotometer. 3. results and discussion 3.1 characterization of the adsorbent the phpzc is one of the factors that most influence the adsorption process. the phpzc of the adsorbent material was approximately 5.70, as shown in figure 2. figure 2. point of zero charge (phpzc) for the macaúba kernel cake. this result indicates that the surface charges of the adsorbent become more positive as the ph decreases: below 5.70, the adsorbent presents a positive surface charge, favoring the adsorption of anionic species. the rbbr dye presents three sulfonated groups that give them an anionic character, possibly in the adsorption process interaction between the dye anion groups and protonated groups of the adsorbent surface, which may explain the high efficiency on removing the dye at ph below 5.7. the maximum initial ph of the solution employed in the present study was 5.0. 3.2 adsorption isotherms the adsorption capacity of the mc was determined the equation 1, qe = c0 − ce m v (1) where, qe is the dye concentration adsorbed onto the cake material (mg g-1); c0 is initial concentration of the textile dye in the liquid phase (mg l-1); ce is equilibrium concentration of the textile dye in the liquid phase (mg l-1); m is the mass of the cake and v is the volume of solution (l)19. the adsorption isotherm for textile dye onto the macaúba cake is shown in figure 3. the curve describes the distribution of the dye molecules between the liquid and solid phases when the adsorption process reached the steady state. at equilibrium, the amount of the adsorbed dye was approximately 98 %. figure 3. adsorption isotherm for remazol brilliant blue r on macaúba kernel cake two adsorption isotherm models, langmuir and freundlich, were used in this study to evaluate the equilibrium data. the applicability of the equation that best fitted the isotherm describing the adsorption process was indicated by the regression coefficient (r2) criterion. the equation 2 corresponds to the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 original article 51 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 48-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 langmuir model. in the equation, qe is the adsorbate concentration at equilibrium in adsorbent (mg g-1); ka is langmuir constant (l mg-1); qm is the adsorbate concentration when the monolayer is formed on the adsorbent (mg g-1) surface and ce is adsorbate concentration at equilibrium in solution (mg l-1)8, 20. q𝑒= 𝑞𝑚𝑘𝑎c𝑒 1 + 𝑘𝑎𝐶𝑒 (2) the langmuir isotherm is one of the most used equations for the representation of adsorption processes. this model assumes that there is a given number of sites with equivalent energy and the adsorbed molecules do not interact with one another. although the adsorption process occurs in a monolayer, each site contains only one adsorbed molecule. the empirical model proposed by freundlich presumes non-ideal systems, heterogeneous surfaces and multilayer adsorption. the freundlich isotherm is described by equation 3, qe = kf ce n (3) where kf is the sorption capacity and n is the sorption intensity. results from linear regression analysis of adsorption isotherms are shown in table 1. the choice of the isotherm model was based on the highest r2 value. table 1. parameters of the langmuir and freundlich isotherms models for the adsorption of the rbbr dye on macaúba cake model isotherm equation parameters determination coefficient for the linear regression langmuir qe= qmkace 1 + kace ka = 2.985 qm = 1.523 0.983 freundlick qe = kf ce n kf = 0.721 1/n = 3.798 0.965 these coefficients provide values for qm (mg g1), which indicates the maximum adsorption capacity of the mc, and ka (adsorption constant), which is related to adsorption energy. the essential characteristic of the langmuir isotherm can be expressed in terms of a dimensionless equilibrium parameter (rl), given by equation 4, where rl is the magnitude that determines the viability of the adsorption process. 𝑅𝐿 = 1 1 + 𝑘𝑎 𝐶0 (4) values of rl = 1 indicate a linear adsorption process of langmuir, rl > 1 and rl < 1 refer to unfavorable and favorable adsorption, respectively, whereas the adsorption would be irreversible for rl = 0. from this study, the found value of rl = 0.870, indicating a favorable adsorption21. the 1/n parameter of the freundlick equation ranged from 0 to 1; it is a measure of the adsorption intensity or of the surface heterogeneity, becoming more heterogeneous as the value approaches zero. the found value of 1/n from this study indicates that the adsorption process of the dye on the mc was not heterogeneous, consistently with the result obtained for the langmuir model. 4. conclusions the adsorption of the remazol brilliant blue r dye, in this solution model of an industrial dye aqueous effluent, onto the surface of particles from the macaúba kernel cake was investigated in a https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 original article 52 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 48-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.48-53 batch arrangement. the charge zero point (pzc) is a convenient reference for predicting the chargedependent behavior of adsorbents and their suspensions. it was found that the langmuir isotherm provides the best fit to the experimental data. the value of the dimensionless parameter was evaluated as rl = 0.870, indicating that the adsorption of rbbr on mc is a spontaneous favorable process. the adsorption isotherm for the adsorption of rbbr in mc can be well modeled by the langmuir isotherm, with a linear regression determination coefficient of approximately r2 = 0.98. it can be concluded that the macaúba kernel cake has homogeneous surface energy and can be a good alternative for the cleaning treatment of textile effluents. 5. references [1] wong, y. c., szeto, y. s., cheung, w. h., mckay, g., adsorption of acid dyes on chitosan equilibrium isotherm analyses, process biochem. 39(6) (2004) 695-704. https://doi.org/10.1016/s0032-9592(03)00152-3. 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como amida [1]. ela é uma das fontes de nitrogênio mais utilizadas para suprir parcialmente as deficiências protéicas das gramíneas constituintes das pastagens, e apresentando tal potencial, substitui parcialmente as fontes alimentícias protéicas usuais à base de farelos e tortas oleaginosas [2]. o fornecimento adequado de uréia estabelece um bom equilíbrio protéico energético dos alimentos. a uréia foi identificada quimicamente em 1770, mas foi apenas em 1891 que se descobriu que os ruminantes sintetizavam proteína a partir dela [3]. a falta de alimento para o rebanho bovino durante a primeira guerra mundial propagou o uso da uréia pela europa, estados unidos, e outras regiões do planeta. biureto (nh2conhconh2) é um composto orgânico formado durante a produção da uréia [4] e pode estar presente em uréia agrícola empregada na lavoura como fertilizante e na pecuária, neste caso como suplemento alimentar. contudo, biureto é classificado como contaminante da uréia por apresentar toxicidade para os ruminantes e também para as plantas [5]. métodos analíticos simples, robustos e de fácil implantação em laboratórios de análise química são de interesse acadêmico, contudo podem beneficiar os setores industriais e comerciais em geral e dos consumidores em particular pela disponibilidade desse tipo de serviço. entre os vários métodos desenvolvidos para a determinação de proteínas totais, destaca-se o do biureto que se baseia na reação do reativo do biure43ecl. quím., são paulo, 32(1): 43-48, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 determinação de biureto em uréia agroindustrial por espectrofotometria r. b. ferreira, v. p. franzini, j. a. gomes neto* departamento de química analítica, instituto de química, universidade estadual paulista, cp 355, 14801-970 araraquara sp *anchieta@iq.unesp.br resumo: foi desenvolvido um método espectrofotométrico para a determinação de biureto em fertilizantes à base de uréia empregando cu(oh)2(s) como reagente analítico. o método se baseia na reação entre biureto e cu(oh)2(s) e formação do complexo cu(c2n3o2h5)2 de coloração violeta cujo espectro apresenta máximo de absorção em 510 nm. após o estabelecimento das melhores condições analíticas, o método proposto foi aplicado na determinação de biureto em duas amostras comerciais de uréia, uma para pecuária e outra para agricultura. curvas analíticas construídas no intervalo de concentrações de 0,1 a 0,5% (m/v) em biureto produziram coeficientes de correlação típicos ≥ 0,9990. os resultados obtidos pelo método proposto foram concordantes ao nível de 95% de confiança com os obtidos por um método alternativo empregando espectrometria de absorção atômica. a exatidão do método foi também avaliada por meio de testes de adição e recuperação de padrão. recuperações de 92 a 100% foram obtidas e o desvio padrão relativo calculado para 12 medidas sucessivas de uma amostra contendo 0,31% (m/v) foi 2%. palavras-chave: biureto; fertilizantes; espectrofotometria. to, que é uma mistura de íons cu2+, cu(oh)2 e tartarato de sódio, sendo este último um complexante que estabiliza cu2+ em solução [6]. em meio alcalino cu(ii) reage com proteínas formando um complexo quadrado planar com a ligação peptídica. o produto de reação na fase solúvel apresenta duas bandas de absorção, com máximos em 270 nm e 540 nm. apesar de o primeiro máximo ser cerca de seis vezes mais sensível [7], o segundo é o mais utilizado para fins analíticos porque diversas substâncias, normalmente presentes na maioria dos meios analisados, absorvem na região do ultravioleta causando interferências. o biureto em solução de sulfato de cobre resulta em uma solução violeta [8] e este é o princípio do método utilizado para determinar biureto em fertilizantes e suplementos alimentares animais e é o recomendado pela aoac como método oficial [9]. este método é suscetível à interferência de amônia e de fosfatos, que pode ser minimizada pela substituição de íons cu2+ por ni2+, mas nesse caso outros cátions interferem [15]. outro ponto a ser considerado é a produção de quantidades consideráveis de resíduos de cu(oh)2(s), que devem ser tratados adequadamente para eventual reaproveitamento. a titulação por edta do complexo cu2+biureto é proposta na literatura para a determinação de biureto, mas o tratamento prévio da amostra visando a separação do complexo por extração é requerido [10]. biureto pode ser também determinado indiretamente por espectrometria de absorção atômica [11]. esse método se baseia na determinação do cobre presente na solução do sobrenadante após a mistura da amostra com o reagente (solução alcalina e etanólica de hidróxido de cobre). com base nos métodos existentes na literatura e levando-se em consideração a possibilidade de minimizar a geração de resíduos, um dos princípios da química verde [12], estudou-se o desempenho de dois métodos analíticos para a determinação de biureto por espectrofotometria e por espectrometria de absorção atômica empregando como reagente analítico o cu(oh)2(s). nessa proposta, o resíduo final gerado é totalmente aproveitado, após secagem, como reagente analítico. material e métodos reagentes e soluções as soluções foram preparadas com água de alta pureza (resistividade = 18,2 m.ω.cm) purifica44 ecl. quím., são paulo, 32(1): 43-48, 2007 da em sistema de osmose reversa millipore rios 5® combinado com desionisador millipore milli-q academic®. as soluções analíticas de biureto [0,1 – 0,2 – 0,3 – 0,4 – 0,5% (m/v)] foram preparadas respectivamente pela dissolução de 100, 200, 300, 400 e 500 mg de biureto (carlo erba, # 428432) em solução contendo cerca de 20 ml de água + 25 ml de etanol (mallinckrodt) + 1 ml de solução 1% (m/v) de amido + 10 ml de solução 5% (m/v) kcl + 10 ml de solução 5% (m/v) koh. a solução resultante foi transferida para balões de 100 ml e estes avolumados para 100 ml com água. a suspensão de goma de amido estabiliza o complexo cu(c2n3o2h5)2 na solução. a estrutura polimérica helicoidal do amido permite que moléculas do complexo se ajustem no seu centro, formando cadeias de ligações cobre-nitrogênio, fazendo com que a coloração do complexo permaneça por muito mais tempo. o meio etanol-água tem a função de aumentar a solubilidade do biureto, enquanto o cloreto de potássio atua no ajuste da força iônica do meio. suspensão 1% (m/v) de amido foi preparada pela mistura de 1 g de amido e algumas gotas de água até a formação de uma pasta, e posterior adição de 100 ml de água fervente, seguida de 2 g ki, agitando para dissolução e homogeneização [13]. esta suspensão foi armazenada em frasco âmbar. o hidróxido de cobre foi preparado pela dissolução de 12 g cuso4 em aproximadamente 100 ml de água seguida da adição lenta de 20 ml de solução 4 mol l-1 naoh sob lenta agitação. o precipitado de cu(oh)2 é separado por meio de filtração à vácuo após lavagem abundantemente com água fria (cerca de 500 ml) para remover resíduos de sulfato de cobre. determinação da estequiometria do complexo a estequiometria do complexo cubiureto foi determinada pelo método de job ou método das variações contínuas [14]. foram preparadas 13 soluções contendo diferentes concentrações de cu2+ e biureto, sendo que a concentração final (soma da concentração de biureto e de cu2+) constante e igual a 0,15 mol l-1. a absorbância medida é colocada em gráfico versus fração molar do metal. influência do tempo de reação na absorbância para se determinar o tempo ótimo de reação entre biureto e hidróxido de cobre, foram preparadas seis soluções contendo 25%(v/v) de etanol, 5% (m/v) de koh, 5% (m/v) kcl, 1% (v/v) amido, 0,3 % (m/v) de biureto e 600 mg de cu(oh)2. o branco foi preparado nas mesmas condições, porém sem o biureto. retirou-se alíquotas de 5 ml de cada frasco a diferentes períodos (5 – 15 – 30 – 45 60 minutos), filtrando-as em algodão e coletando-as diretamente na cubeta do espectrofotômetro para a leitura. influência da quantidade de cu(oh)2 a influência da quantidade de hidróxido de cobre na absorbância foi estudada medindo-se a absorbância de uma solução padrão de biureto contendo 0,3% (m/v) e diferentes (0,1 0,2 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0% m/v) de cu(oh)2(s). análise das amostras a exatidão do método proposto foi verificada por meio de testes de adição e recuperação do analito. cinco soluções 40% (m/v) de amostras de uréia pecuária e de uréia fertilizante foram preparadas de modo a conter 0% 0,10% 0,15% 0,20% 0,40% m/v de biureto + 25% v/v de etanol + 0,01% (m/v) de amido + 0,5% (m/v) kcl + 0,5% (m/v) koh + 1,2% (m/v) cu(oh)2. deve ser comentado que o hidróxido de cobre é o último reagente a ser adicionado. asuspensão é agitada por 30 minutos e em seguida uma alíquota de aproximadamente 2 ml é filtrada em algodão e coletada diretamente na célula do espectrofotômetro. o teste de adição e recuperação foi feito também com a técnica espectrometria de absorção atômica em chama para verificar o potencial desta técnica para eventual determinação de biureto. uma solução analítica foi preparada pela dissolução de 400 mg de biureto, seguida da adição de 25 ml de etanol, 1 ml de solução 1% (m/v) de amido, 10 ml de solução 5% (m/v) kcl, 10 ml de solução 5% (m/v) koh, 1,2 g cu(oh)2, e o volume completado a 100 ml. agitou-se a suspensão por 30 minutos, e em seguida uma alíquota de aproximadamente 10 ml é filtrada em algodão e coletada em balão de 100 ml. adiciona-se cerca de 50 ml de água, 8 ml de hcl concentrado e avoluma-se até a marca com água. esta solução apresenta concentração de biureto igual a 40 mg l-1. soluções analíticas de calibração de 4,0 8,0 – 12,0 15,0 20,0 mg l-1 foram preparadas por diluição apropriada do padrão de 40,0 mg l-1, sempre acidificadas a 0,5 mol l-1 hcl. em relação às amostras, as alíquotas filtradas eram diluídas na ordem de 100 vezes para atender ao intervalo de resposta linear da curva analítica da aas. deste modo as soluções das amostras foram analisadas no espectrômetro de absorção atômica 45ecl. quím., são paulo, 32(1): 43-48, 2007 de chama, tendo como comprimento de onda mais sensível λ=324,8 nm para cu e a mistura dos gases ar/acetileno foi emprega para a atomização. as soluções das duas amostras que não sofreram adição serviram para a análise das amostras. instrumentos e acessórios os instrumentos utilizados foram um espectrofotômetro fento modelo 482, equipado com cubeta de vidro de 10 mm de caminho óptico, operado a 510 nm, e um espectrômetro de absorção atômica com fonte contínua e alta resolução analytikjena modelo contraa 300 equipado com lâmpada gle (berlin, alemanha) de arco curto de xenônio de 300 w de potência e 17 atm de pressão interna, operante no modo “hot spot”, levando a um aumento na potência de radiação, especialmente em comprimentos de onda < 280 nm, foi empregado para determinar cobre no comprimento de onda 324,8 nm. outros equipamentos utilizados foram os de uso rotineiro em laboratórios de análise química como agitador magnético corning model pc-320, balança analítica sartórius bl 2110s, estufa de circulação e renovação de ar tecnal te-394/2. resultados e discussão espectro de absorção do complexo cu(ii)-biureto inicialmente foi feito um estudo para determinar o comprimento de onda nominal do equipamento de medida associado ao comprimento de onda de máxima absorção do complexo cu(ii)-biureto. o espectro de absorção molecular foi construído no intervalo de 400 a 800 nm e um máximo de absorção foi obtido em 510 nm, o comprimento de onda escolhido para efetuar as medidas subseqüentes por espectrofotometria. determinação da estequiometria do complexo cu(ii)-biureto o experimento seguinte foi planejado para determinar a estequiometria do complexo. o conhecimento da estequiometria da reação permite calcular a massa molar e a absortividade molar do complexo. o gráfico ilustrando a variação da absorbância em função da variação da fração molar (x) do metal revelou que no ponto de máximo, onde dc/dx =0 e que corresponde a xmax, obteve-se uma relação metal (m) para ligante (n) igual a 0,33, que substituído na equação 1-xmax/xmax [14] forneceu uma estequiometria 2:1 (ligante:metal). a possível estrutura do complexo cu(c2n3o2h5)2, ilustrada na figura 1, está coerente com o número de coordenação do íon cobre divalente e com a classificação da força relativa dos ácidos e bases [15]. influência do tempo de reação na absorbância a estratégia de adicionar cu(oh)2 (s) como reagente requer a otimização da massa de hidróxido de cobre e do tempo de reação entre esse reagente e o analito. para avaliar a influência do tempo de reação na formação do complexo, avaliou-se a influência da variação (5 a 60 minutos) do tempo de 46 ecl. quím., são paulo, 32(1): 43-48, 2007 figura 3. influência da massa de cu(oh)2(s) na absorbância. sinais referem-se a uma solução 0,3% (m/v) de biureto medida por espectrofotometria (λ= 510nm). agitação de uma suspensão contendo 400 mg cu(oh)2 e 0,3% (m/v) de biureto na absorbância (fig. 2). análise desta figura revela que a absorbância aumenta com o aumento do tempo de agitação até 30 minutos, a partir do qual permanece constante. sendo assim, 30 minutos foi o tempo de agitação escolhido para dar continuidade aos estudos. influência da quantidade de cu(oh)2 na absorbância definido o tempo de agitação, o estudo seguinte foi avaliar a influência da variação da massa de hidróxido de cobre (100 a 2000 mg) na absorbância. a figura 3 ilustra o aumento da absorbância com o aumento da massa de cu(oh)2 até aproximadamente 1200 mg, a partir da qual a absorbância praticamente permanece constante. levando em consideração a minimização de geração de resíduos e eficiência de reação, a massa de reagente selecionada foi 1200 mg. deve ser comentado que o método da aoac [8] aproveita cerca de 2% do total do sulfato de cobre adicionado, se levarmos em consideração uma solução padrão contendo 0,4% (m/v) em biureto e uma concentração de sulfato de cobre igual a 1,5% (m/v). nesse caso o excesso de íons cu2+ é convertido no respectivo hidróxido, e a solução remanescente da amostra não pode ser utilizada diretamente para outras determinações. no método proposto no presente trabalho, um padrão de biureto de 0,4% (m/v) consume estequiometricamente 188 mg cu(oh)2(s) das 1200 mg utilizadas. o excesso de aproximadamente 1000 mg pode ser reaproveitado após separação, secagem etc. figura 1. estrutura do complexo cu(c2n3o2h5)2. figura 2. influência do tempo de reação na absorbância. sinais referem-se a uma solução 0,3% (m/v) de biureto medida por espectrofotometria (λ= 510nm). análise de amostras comerciais dada a inexistência de material de referência para biureto para comprovar a exatidão analítica, esta foi avaliada por meio da análise de duas amostras comerciais pelo método proposto e por outra técnica analítica. duas amostras de uréia agrícola, uma empregada como suplemento alimentar para bovinos e outra para uso na agricultura como fertilizante foram preparadas e analisadas pelo método proposto e por espectrometria de absorção atômica em chama (aas). os resultados foram analisados por testes estatísticos bem estabelecidos, com ênfase na precisão e exatidão das medidas, estabelecendo-se os intervalos de confiança da média. a precisão das medidas foi estimada por meio do cálculo do desvio padrão das mesmas. a avaliação da existência de uma diferença significativa na precisão entre o conjunto de dados obtido pelo método proposto e o conjunto obtido pelo método comparativo foi feita pelo teste f [16], por meio da equação f = s2 1 / s2 2, na qual s2 são as variâncias que sempre são dispostas de modo que o valor de f seja ≥ 1. para a comparação entre as médias experimentais dos métodos citados, utilizou-se o teste t pareado que serve para indicar se existe ou não diferença significativa entre as médias e suas incertezas para os diferentes métodos [16], conforme a equação t = dna qual d é a média da diferença entre os valores que formam cada par, s.d. é o desvio padrão da média das diferenças (d) e n é o número de repetições. em relação ao método proposto, curvas analíticas construídas no intervalo de concentrações de 0,1 a 0,5% (m/v) em biureto produziram coeficientes de correlação típicos ≥ 0,9990 (figura 4). os resultados analíticos estão na tabela 1 e análise desta tabela revela que os valores obtidos para as duas amostras foram concordantes com os obtidos por aas ao nível de 95% de confiança. a exatidão do método foi também avaliada por meio de testes de adição e recuperação de padrão. aexatidão foi também avaliada por meio de teste de adição e recuperação do analito. esse teste foi feito com amostras de fertilizantes preparadas de modo a conter 0 – 0,1 – 0,15 – 0,2 – 0,4% (m/v) de biureto. recuperações entre 92 e 100% foram obtidas para o método proposto e para aas. a principal contribuição observada para o método com detecção por faas refere-se à possibilidade de determinar um composto orgânico com uma técnica elementar via determinação indireta de cobre. determinando o teor total de cobre, um outro aspecto que merece destaque para a faas é que eventu47ecl. quím., são paulo, 32(1): 43-48, 2007 al decomposição do complexo cu-biureto não influencia a determinação do biureto, diferentemente do que ocorre com a espectrofotometria. o desvio padrão relativo calculado para 12 medidas sucessivas de uma amostra contendo 0,31% (m/v) foi 2%. o limite de detecção (l.d.) e o limite de quantificação (l.q.) foram calculados de acordo com a recomendação da iupac [17] e apresentaram os seguintes valores 0,011 e 0,04 % (m/v) de biureto, respectivamente. figura 4. curva analítica empregada para determinar biureto por espectrofotometria. tabela 1. resultados comparativos (n=3) da determinação de biureto em uréia pecuária (a1) e uréia fertilizante (a2) e da recuperação (a1.1 – a1.4; a2.1-a2.4) obtidos pelo método proposto (uv-vis) e por espectrometria de absorção atômica em chama (aas). as incertezas estão expressas em desvio padrão. referências 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[17] nomenclature, symbols, units and their usage in spectrochemical analysis-ii. data interpretation analytical chemistry division, spectrochimica acta part b, 33 (6) (1978) 241. conclusões o emprego de cu(oh)2(s) como reagente analítico foi eficaz na determinação de biureto em uréias comerciais por espectrofotometria e por espectrometria de absorção atômica e minimizou a geração de resíduos. um aspecto positivo a ser destacado é a possibilidade de reciclar o reagente analítico cu(oh)2(s) mediante simples secagem. reagentes sólidos empacotados são facilmente utilizáveis em associação com sistemas de análises químicas por injeção em fluxo. como cu(oh)2(s) foi viável da determinação de biureto 48 ecl. quím., são paulo, 32(1): 43-48, 2007 r. b. ferreira, v. p. franzini, j. a. gomes neto. determination of biuret in agroindustrial urea by spectrophotometry. abstract: a spectrophotometric method for the determination of biuret in urea-based fertilizers using cu(oh)2(s) as analytical reagent is proposed. the principle of the method is the reaction between biuret and cu(oh)2 (s) and formation of the purple complex cu(c2n3o2h5)2 that presents absorption maximum at 510 nm. after establishment of analytical conditions, the method was applied to the determination of biuret in two commercial urea samples used as fertilizer and foodstuffs in agriculture. for analytical solutions prepared in the 0.1 – 0.5% (m/v) biuret, analytical curves with typical correlation coefficient of 0.9990 were always obtained. results obtained by the proposed procedure were in agreement with those obtained by atomic absorption spectrometry at 95% confidence level. accuracy was also evaluated by means of addition and recovery tests using spiked samples with biuret. recoveries in the 92 – 100% were obtained and the calculated relative standard deviation of a sample containing 0.31% (m/v) biuret after twelve successive measurements was 2%. keywords: biuret; fertilizer; spectrophotometry. por batelada, visualiza-se como promissor a automatização desse método mediante o emprego de colunas empacotadas com cu(oh)2(s). agradecimentos os autores agradecem a fapesp o auxílio financeiro concedido, a capes pela bolsa de v.p.f. e ao cnpq pela bolsa de j.a.g.n. recebido em: 15/12/2006 aceito em: 23/02/2007 1028-novo.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 93 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 synthesis, characterization and thermal behaviour of heavy trivalent lanthanide malonates 1 2 3 30j. r. locatelli , c. t. carvalho , f. j. caires , m. ionashiro 1academia da força aérea (afa), pirassununga, sp, brazil. 2universidade federal da grande dourados, cep 79.804-970, dourados, ms, brazil. 3instituto de química, unesp, cp 355, 14801-970, araraquara, sp, brazil abstract: solid-state ln-l compounds, where ln stands for heavy trivalent lanthanides (tb-lu) and l is malonate, have been synthesized. simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, tg-ftir system, elemental analysis and complexometry were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. the dehydration of the compounds begins at 303 k and the anhydrous compounds are stable up to 548 k. the results also provided information concerning the ligand’s denticity, thermal behaviour and identification of some gaseous products evolved during the thermal decomposition of these compounds. keywords: heavy lanthanides, malonate, thermal behaviour. introduction lanthanide compounds have a numerous applications in various industrial and technological fields, in materials science, principally due to luminescence and/or magnetic properties. in search of new materials the malonate ions arouse a great interest because it exhibits a rather flexible stereochemistry at variable mode of binding with metal ion [1]. the malonate ions are employed in the controlled assembly of malonates and ions into strategies for supramolecular synthesis and crystal engineering purposes [2, 3], for designing complexes with desired magnetic properties [3, 4] and so on. preparation and investigation of several metal-ion malonates have also been investigated in the solid-state using thermoanalytical techniques, xray diffractometry and infrared spectroscopy. the papers published are concerned with the influence of the lanthanide contraction in the dehydration of malonates in solid state, discussed on the basis of tg curves [5]; the onset temperatures of dehydration and decomposition which measures the relative stability of anhydrous and hydrated compounds varying according to some physical parameters of lanthanides and lanthanide malonates [6]; studies on double malonates (potassium rare earth malonates) k ln(c h o ) of gadolinium to holmium and 5 3 2 4 4 yttrium [7]; study of thermal decomposition of transition metal malonates [8,9]. in this paper, the object of the present research was to prepare solid state compounds of heavy trivalent lanthanide ions (i.e. tb to lu) with malonate and to characterize and to investigate by means of complexometry, elemental analysis, x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), differential scanning calorimetry (dsc) and tg-ftir system. the thermal studies were performed in dynamical air atmosphere. 94 artigo article experimental the sodium malonate monohydrated, na ch c o .h o with 99.6% purity was obtained 2 2 2 4 2 -1from sigma, and aqueous solution of 0.1 mol l was prepared, by direct weighing of the salt. lanthanide(iii) chlorides were prepared from the corresponding metal oxides by treatment with concentrated hydrochloric acid. the resulting solutions were evaporated to near dryness; the residues were again dissolved in distilled water, transferred to a volumetric flask and diluted in order -1to obtain ca. 0.1 mol l solutions, whose ph were adjusted to 5.0 by adding diluted sodium hydroxide solution. the solid state compounds were prepared by adding slowly, with continuous stirring, the aqueous solutions of the ligand (na ch c o ) to the respecti-2 2 2 4 ve metal chloride solutions until total precipitation of the metal ions. the precipitates were washed with distilled water until elimination of chloride ions, filtered through and dried on whatman no. 42 filter paper and kept in desiccator over anhydrous calcium chloride. in the solid state compounds hydration water, ligand and metal ion contents were determined from tg curves. the metal ions were also determined by complexometric tritrations with standard edta solution using xylenol orange, as indicator [10]. carbon and hydrogen contents were determined by microanalytical procedures, with an ea 1110 chns-o elemental analyser from ce instruments. x-ray powder patterns were obtained using a siemens d-5000 x-ray diffractometer, employing cuká radiation (ë = 1.541å) and a setting of 40 kv and 20 ma. the attenuate total reflectance infrared spectra for sodium malonate, as well as for its metal-ion compounds were run on a nicolet is10 ftir spectrophotometer, using an atr accessory with ge window. simultaneous tg-dta and dsc curves were obtained with two thermal analysis system, model sdt 2960 and dsc q10, both from ta instruments. the purge gas was an air with a flow rate of 100 ml -1 -1min for tg-dta and 50 ml min for dsc experi-1ments. a heating rate of 20 k min was adopted, with sample masses about 7 mg for tg-dta and 2 mg for dsc runs. alumina and aluminium crucibles, the latter with perforated cover, were used for tg-dta and dsc, respectively. the measurements of the gaseous products were carried out using a thermogravimetric analyzer mettler tg-dta coupled to a ftir spectrophotometer nicolet with gas cell and dtgs kbr detector. the furnace and the heated gas cell (523 k) were coupled through a heated (t = 473 k) 120 cm stainless steel line transfer with diameter 2 -1mm both purged with dry air (50 ml min ). the ftir spectra were recorded with 32 scans per spectrum at a -1 resolution of 4 cm . results and discussion the analytical and thermoanalytical (tg) results of the synthesized compounds are shown in table 1. these results permitted to establish the stoichiometry of these compounds, which is in a g r e e m e n t w i t h t h e g e n e r a l f o r m u l a : ln (ch c o ) ·nh o, where ln = tb to lu and 2 2 2 4 3 2 ch c o is malonate, with n = 7.5 (tb, dy, ho) and 7 2 2 4 (er, tm, yb, lu). x-ray diffractometry the x ray powder patterns fig. 1 show that all the compounds have a crystalline structure without evidence for formation of an isomorphous series. the x-ray powder patherns also show that the final residues of these compounds are: tb o and 4 7 ln o (ln = dy to lu).2 3 ftir of the compounds in the solid state the attenuate total reflectance spectroscopic data on malonate and its compounds with the metal ions considered in this work are shown in table 2. the investigation was focused mainly within 1700-11400 cm range because this region is potentially most informative in attempting to assign coordination sites. -1in na ch c o , strong band at 1582 cm and 2 2 2 4 -1a medium intensity band located at 1352 cm are attributed to the anti-symmetrical and symmetrical frequencies of the carboxylate groups, respectively. the band assigned to the anti-symmetrical stretching carboxylate frequencies are shifted to lower values relative to the corresponding frequencies in ch c o 2 2 4 itself (sodium salt) and dn(oco) significantly less than ionic value. this behavior indicates that the coordination carried out through the carboxylate group [11] and the infrared spectra data suggests that the bonding of the carboxylate group to the metal is chelating bidentate and/or bridging in these comecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 artigo article 95 table 1. analytical data for the ln2l3·nh2o compounds ln: trivalent lanthanides, l: malonate. compounds lanthanide oxide (%) ligand lost (%) water (%) carbon (%) hydrogen (%) final residue calcd. tg edta calcd. tg ca lcd. tg calcd. ea calcd. e. a. tb2l3·7.5h2o 49.25 48.89 49.40 32.95 33.38 17.80 17.73 14.24 14.01 2.26 2.52 tb4o7 dy2l3·7.5h2o 48.68 48.33 49.01 33.68 34.15 17.64 17.52 14.11 14.32 2.24 2.46 dy2o3 ho2l3·7.5h2o 49.00 48.95 48.65 33.47 34.00 17.53 17.05 14.02 13.80 2.23 2.11 ho2o3 er2l3·7h2o 49.88 49.38 49.50 33.67 33.85 16.45 16.77 14.10 13.89 2.11 2.34 er2o3 tm2l3·7h2o 50.10 49.85 49.80 33.52 33.56 16.38 16.59 14.03 14.35 2.10 2.35 tm2o3 yb2l3·7h2o 50.63 49.98 49.70 33.16 33.41 16.21 16.61 13.89 14.30 2.08 1.95 yb2o3 lu2l3·7h2o 50.87 50.09 50.62 33.00 33.53 16.13 16.38 13.82 13.50 2.07 1.90 lu2o3 pounds [12]. the appearance of two n (oco) sym bands in the spectrum of these compounds probably is due to different types of interaction between the carboxylate groups of malonate and lanthanide ions. this conclusion is supported at least in the case of the dy compound by the results of the crystal structure determination [13]. simultaneous tg-dta curves of the compounds are shown in fig.2. these curves exhibit mass losses in three or four consecutive steps and thermal events corresponding to these losses. a close similarity is noted concerning the tg-dta profiles of these compounds. these curves also show that the first mass loss occurs within the same temperature range for tb, dy, ho and tm compounds (i.e. 303 – 473 k) and for er, yb and lu ones (i.e. 303 – 453 k), in spite of the compounds have been maintained in a forced circulation oven at 323 k during 12 h and removed to a desiccator over anhydrous calcium chloride. the second mass loss for all the compounds also begins at the same temperature (548 k), showing that the thermal behaviour up to this step is not dependent on the nature of the lanthanide ion. however the temperature range as shown by the next steps of thermal decomposition, as well as the mass lost in each step are characteristic of each compound. for all the compounds the first mass loss that begin through a slow process followed by a fast one, associated to endothermic peak at 409 – 413 k, is attributed to dehydration, which occurs in a single step. once dehydrated, the anhydrous compounds are stable up to 548 k, and above this temperature up to 653 k (tb), 673 k (dy, ho, er) and 693 k (tm to lu), the mass losses corresponding to exothermic events are attributed to the oxidation of the organic matter. the similarity of the tg-dta curves up to this point suggests that the decomposition mechanism is the same for these compounds. for each of the considered compounds, the oxidation of the organic matter yields on intermediate derivative of carbonate, accompanied by a carbonaceous residue. the intermediate is probably the corresponding dioxycarbonate, as already observed for the compounds of phenyl-substituted derivatives of benzalpyruvates with trivalent lanthanides [14] and lanthanide malonates [6]. tests with hydrochloric acid solution on samples heated up to the temperatures of formation of these intermediates, as indicated by the corresponding tg-dta curves, confirmed in all cases evaluation of co and 2 presence of the carbonaceous residues. the small mass loss observed above 673 k (dy, ho, er) or 693 k (tm, yb, lu), that occurs slowly, is attributed to the thermal decomposition of the carbonaceous residues. the small mass gain observed between 823 – 898 k (er), 813 – 943 k (tm), 798 – 910 k (yb) and 803 – 948 k (lu) is ecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 96 artigo article figure 1. x ray tb(l) ·7.5h o, dy(l) ·7.5h o, 3 2 3 2 ho(l) ·7.5h o, er(l) ·7h o, tm(l) ·7h o, 3 2 3 2 3 2 yb(l) ·7h o and lu(l) ·7h o. (l = malonate).3 2 3 2 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 t b d y h o e r t m y b l u 2 è i/i 0 attributed to the formation of more derivative of carbonate due to the carbon dioxide evolved during the oxidation of the carbonaceous residues. no peak corresponding to the mass loss or gain is observed in the dta curve, which is probably due to the small heat effect of these steps. the mass loss above 793 k (tb), 873 k (dy, ho), 898 k (er), 910 k (yb) and 948 k (tm, lu), corresponding to the exothermic followed by endothermic events (tb-er) or endothermic one (tm-lu) is attributed to the oxidation of the remaining carbonaceous residues and thermal decomposition of the intermediate derivative of carbonate, with formation of the respective oxides, tb o and ln o 4 7 2 3 (ln = dy to lu). for tm to lu, no exothermic event is observed, probably because of the small amount of carbonaceous residues remaining. the mass losses or gain, temperature ranges and the peak or thermal event temperatures observed for each step of the tg-dta curves are shown in table 3. the tg-dta profiles, as well as the temperature range and the mass losses observed in each step of the tg curve are in disagreement with the results reported by muraishi and co-workers [6]. these disagreements undoubtedly are due to the different experimental conditions, principally the static air atmosphere used to obtain the tg and dta curves. for the dynamic atmosphere the evolved products of the thermal decompositions are continuously changed while in the static atmosphere the same is table 2. spectroscopic data for sodium malonates (na ch c o ) and compounds with heavy trivalent 2 2 2 4 lanthanides. -1 -1compound n (coo ) cm (coo ) cm ( )as sym as sym na l·h o 1582(vs) 1352(m) 2302 2 tb l ·7.5h o 1568 1378 1902 3 2 f m dy l ·7.5h o 1565 1376 1892 3 2 f m ho l ·7.5h o 1567 1375 1922 3 2 f m er l ·7h o 1569 1378 1912 3 2 f m tm l ·7h o 1570 1378 1922 3 2 f m yb l ·7h o 1572 1378 1942 3 2 f m lu l ·7h o 1573 1379 1942 3 2 f m l = malonate s = strong; m = médium; vs = very strong as (coo-) and ísym (coo-); anti-symmetrical and symmetrical vibrations of the coogroup, respectively n nnnd ecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 artigo article 97 not observed. on that account the disagreements are observed. the dsc curves of the compounds are shown in fig. 3. these curves show endothermic and exothermic peaks that all are in agreement with the mass losses observed in the tg curves. small differences observed concerning the peak temperatures obtained by tg-dta and dsc are undoubtedly due to the perforated cover used to obtain the dsc curves, while tg-dta ones are obtained without cover, beyond other experimental conditions that was not the same. compound steps first second third fourth tb(l)3 . 7.5h2o è k 303-473 548-653 793-1023 loss (%) 1.73 20.97 12.41 peak (k) 413(endo) 638(exo) 853(exo) dy(l )3 .7.5h2o è k 303-4733 548-673 673-823 873-1053 loss (%) 17.52 21.11 2.92 10.12 peak (k) 413(endo) 648(exo) 908(exo), 917(endo) ho(l)3 . 7.5h2o è k 303 473 548 673 673 783 873 -1048 loss (%) 17.05 22.28 2.57 9.15 peak (k) 410(endo) 648(exo) 926(exo), 1013(endo) er (l)3 . 7h2o è k 303-473 548-673 673-898 898-1023 loss (%) gain(%) 16.67 23.86 2.13 0.11 7.96 peak (k) 412(endo) 648(exo) 941(exo), 1019(endo) tm(l)3 . 7h2o è k 303-473 548-693 693-943 943-1053 loss (%) gain(%) 16.59 24.76 1.59 0.33 7.21 peak (k) 410(endo) 655(exo) 1023(endo) yb(l)3 . 7h o è2 k 303-453 548-693 693-910 910-1033 loss (%) gain(%) 16.61 25.48 0.98 0.52 6.95 peak (k) 409(endo) 648(exo) 1012(endo) lu(l)3 . 7h o è2 k 303-453 548-693 693-948 948-1053 loss (%) 16.38 26.15 1.11 0.66 6.27 peak (k) 410(endo) 655(exo) 1033(endo) table 3. temperature ranges ? , mass losses or gain (%) and peak temperatures observed for each step of the tg-dta curves of the compounds ln (l) ·nh o, where ln = heavy 2 3 2 trivalent lanthanides and l is malonate. ecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 98 artigo article . figure 2. tg-dta curves of the compounds: tb(l)3 . 7.5h o (m = 5.26 mg), dy(l) 7.5h o (m = 5.09 2 3 2 . . mg), ho(l) 7.5h o (m = 5.04 mg), er(l) 7h o (m 3 2 3 2 . . = 5.16 mg), tm(l) 7h o (m = 5.87 mg), yb(l)3 2 3 . 7h o (m = 5.02 mg) and lu(l) 7h o (m = 5.22 2 3 2 mg). (l = malonate) 50 75 100 00 3 66 12731073973873773673573373473 m as s lo ss ( % ) temperature / k 373 ä t ( k /m g) tg dta exo up tb 50 75 100 0 5 m as s lo ss ( % ) ä t ( k /m g) 373 473 373 573 673 773 873 973 1073 1273 temperature/ k tg dta exo up dy 50 75 100 0 5 m as s lo ss ( % ) temperature / k ä t ( k /m g) 373 473 373 573 673 773 873 973 1073 1273 tg dta exo up ho 50 75 100 0 5 373 473 373 573 673 773 873 973 1073 1273 exo up ä t ( k /m g) temperature /k m as s lo ss ( % ) er tg dta 50 75 100 0 5 temperature/k 373 473 373 573 673 773 873 973 1073 1273 ä t ( k /m g) m as s lo ss ( % ) tm exo up tg dta 50 75 100 0 3 6 m as s lo ss ( % ) temperature/ k 373 473 373 573 673 773 873 973 1073 1273 tg dta exo up ä t ( k /m g) yb 50 75 100 0 5 m as s lo ss ( % ) temperature/k 373 473 373 573 673 773 873 973 1073 1273 exo up ä t ( k /m g) lu tg dta ecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 the endothermic peaks within 420-430 k range are due to dehydration, which occurs in a single step. the dehydration enthalpies found for tb to lu compounds were: 357.2, 366.3, 369.4, 363.5, 336.3, -1368.8 and 388.1 kj mol , respectively. monitoring of gaseous products by tg-ftir system the gaseous products evolved during the thermal decomposition in an air atmosphere of the compounds studied in this work were monitored by ftir, and it has acetone and carbon dioxide as main product due to decarboxylation and oxidation of the organic matter. the ir spectra of the gaseous products evolved during the thermal decomposition of ytterbium malonate as representative of all the compounds are shown in fig. 4. the spectra of the -1gaseous products evolved show peaks at 2360 cm , -1 -12345 cm and 666 cm , being the first two due to antisymmetrical stretching and scissoring (degenerated), respectively attributed to carbon dioxide. the peaks -1 -1 -1at 1737 cm , 1366 cm and 1215cm , corresponding to axial deformation of c = o, angular symmetric deformation of ch and axial and angular deformati-3 on of c – co – c, respectively are attributed to acetone. conclusion from tg, complexometry and elemental analysis data, a general formula could be established for the compounds involving heavy lanthanides ions. the x-ray powder patterns pointed out that the synthesized compounds have a crystalline structure and the infrared spectroscopic data suggests that ch c o acts as a chelating bidentate and/or briding 2 2 4 bidentate ligand towards the metal ions considered in this work. the tg-dta and dsc curves provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds in dynamic air atmosphere. the gaseous evolved during the thermal decomposition of the compounds have acetone, co 2 and co as main products. acknowledgements the authors thank, afa, fapesp, cnpq and capes foundations for financial support. artigo article 99 100 200 300 400 500 600 dy tb ho h ea t fl o w /( w /g ) er tm yb lu temperature/ºc exo up figure 3. dsc curves of the compounds: tb(l) ·7.5h o (m = 2.17 mg), dy(l) ·7.5h o 3 2 3 2 (m = 2.08 mg), ho(l) ·7.5h o (m = 2.40 mg), 3 2 er(l) ·7h o (m = 2.00 mg), tm(l) ·7h o 3 2 3 2 (m = 2.22 mg), yb(l) ·7h o (m = 2.09 mg) and 3 2 lu(l) ·7h o (m = 2.10 mg). (l = malonate)3 2 ecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 100 artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 93 100, 2010 resumo: compostos ln-l no estado sólido, em que ln representa os lantanídeos trivalentes (tb – lu) e l é malonato, foram sintetizados neste trabalho. a termogravimetria e análise térmica diferencial simultânea (tgdta), calorimetria exploratória diferencial (dsc), difratometria de raios x pelo método do pó, espectroscopia na região do infravermelho (ftir), tg-ftir, análise elementar e complexometria foram utilizadas para caracterizar e estudar o comportamento desses compostos. a desidratação desses compostos começa em 303 k e os compostos anidros são estáveis até 548 k. os resultados também proporcionaram informações com respeito à denticidade do ligante, comportamento térmico e a identificação de alguns produtos gasosos eliminados durante a decomposição térmica desses compostos. palavras-chave: lantanídeos pesados, malonato, comportamento térmico. 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 66 6 12 15 13 66 17 37 23 4 5 23 60 wavernumber / cm -1 t ra ns m it ta nc e / % 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 66 6 23 4 5 2 36 0 wavernumber / cm -1 figure 4. ftir spectra of gaseous products evolved during the decomposition of the ytterbium malonate, as representative of the all compounds. references [1] a. karipides, j. ault, a. thomas reed, inorg chem. 16 (1977) 3299. 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13083-970 campinas sp, brasil *gracito@ufpi.br abstract: propolis is a sticky, gummy, resinous substance collected by honeybees (apis mellifera l.) from various plant sources, which has excellent medicinal properties. this paper describes the isolation and identification of triterpenoids and anacardic acid derivatives from brazilian propolis and their antibacterial activity. their structures were elucidated by 1h and 13c nmr, including uniand bidimensional techniques; in addition, comparisons were made with data from academic literature. these compounds were identified as: cardanols (1a + 1b), cardols (2a + 2b), monoene anacardic acid (3), αamirine (4), β-amirine (5), cycloartenol (6), 24-methylene-cycloartenol (7) and lupeol (8). the determination of the position of the double bond after a reaction with dimethyl disulfide (dmds) is described for the phenol derivatives. the ethanolic extract was tested in vitro for antimicrobial activity by using the disc diffusion method and it showed significant results against escherichia coli, staphylococcus aureus, pseudomonas aeruginosa and shigella spp. keywords: anacardic acid; antibacterial activity; triterpenoids; brazilian propolis; alkylthiolation. eq08-af 21/8/14 6:11 page 53 brazilian propolis [8-9] and many new compounds have been identified [10]. because most of these studies used propolis from brazil’s south and southeast, we decided to carry out a study on northeastern propolis from the state of piauí. this paper describes the isolation and identification of the triterpenoids α-amyrin, β-amyrin, lupeol, cycloartenol and 24-methylenecycloartanol and the phenolic derivatives cardanol, cardol and anacardic acid from propolis produced by apis mellifera. these compounds are characteristic of anacardium occidentale l., a family of trees that produces cashew nuts and is commonly called “cajueiro”. this paper also describes in vitro evaluation of the antibacterial activity of the ethanolic propolis extract against escherichia coli, staphylococcus aureus, pseudomonas aeruginosa and shigella spp. experimental propolis origins the sample of propolis, produced by bees of the species apis mellifera, was collected in the apiary of the center for agrarian sciences of the federal university of piauí, in the city of teresina pi (northeastern brazil). chemical analyses chromatography was carried out on vetec silica gel 60 (0.063-0.200 mm); merck silica gel 60 (0.2-0.5 mm) and sigma sephadex lh-20 columns. hexane, ethyl acetate, methanol, dichloromethane and acetone were obtained from merck (analytical grade), vetec (analytical grade) and synth (analytical grade). the 1h and 13c nmr spectra were recorded on a bruker avance drx 500 spectrometer in cdcl3 using tms as the internal standard (δ=0). chromatographic analysis analysis of the fractions was performed on shimadzu gc-17a / ms qp5050a (gc/ms system): db-5ht capillary column (30 m x 0.251 mm, 0.1 µm film thickness); carrier gas: helium 1.7 ml/min; column inlet pressure 107.8 kpa; column flow = 1.7 ml/min; linear velocity = 47.3 cm/sec; total flow 24 ml/min; carrier flow 24 ml/min; injector temperature 300 °c; detector temperature 310 °c; column temperature 100 (1 min) 310 °c at 10 °c/min (15 min). mass spectrometer operating conditions 70 ev of ionization energy. extraction and isolation of the compounds constituents from a 5.0g sample collected in january were isolated by extraction using 50 ml of methanol in a soxhlet apparatus for two hours. the extract was filtered while hot, diluted with 25 ml of water and extracted successively with petroleum ether (3×75 ml) and diethyl ether (3×75 ml). the diethyl ether extract (3.29 g) was concentrated and subsequently chromatographed on a silica gel column with mixtures of hexane and diethyl ether of increasing degrees of polarity. sixty fractions (100 ml each) were collected. the fractions f-4, f-5 and f-13 eluted with hexane-diethyl ether (3:1) and f51 with hexane-diethyl ether (1:1) were analyzed by 1h and 13c nuclear magnetic resonance (nmr) spectroscopy. another propolis sample was collected in the same apiary in june and used in an ethanolic extraction carried out by maceration, at room temperature. it was then divided into two parts: one was analyzed to confirm the presence of anacardic acid derivatives and the other part was submitted to antibacterial activity tests. methylation the fraction containing anacardic acid was subjected to methylation with diazomethane [11]. methyl esters were prepared by treatment with an excess of previously prepared ethereal diazomethane and maintained at –20 °c. the reaction, after 3 hours, yielded methyl esters quantitatively, and took place at 5 °c. the solvent was then evaporated in a vacuum. a small portion of the crude reaction was analyzed in gc-ms. alkylthiolation reaction the position of the double bonds of unsaturated hydrocarbons was determined by iodinecatalyzed methylthiolation using dimethyl disulphide – dmds [12-14, 22-23]. approximately 50 mg of the phenolic fraction was kept dehydrated using anhydrous calcium chloride for 24 hours and then incubated with 0.3 ml of dmds containing 10 mg/ml in ethyl ether of i2 at 25 oc, for 4 hours. after reduction of the excess i2 with a saturated nahso3 aqueous solution, 3 ml of hexane was added into the mixture. 1 µl of the hexanic phase was injected into the gc-ms. antibacterial activity the ethanolic extract of the propolis studied was tested against the following micro-organ54 ecl. quím., são paulo, 33(3): 53-58, 2008 eq08-af 21/8/14 6:11 page 54 isms: escherichia coli (atcc 25922), pseudomonas aeruginosa (atcc 26753), staphylococcus aureus (atcc 25923) and shigella sp. the microbiological experiments were carried out using the disc diffusion technique [15]. the inoculations were standardized to 106 cfu (colony former unit), using the macfarland scale. in a petri dish, a volume of 1 ml of each suspension was added to 20 ml of the medium bhi (brain heart infusion), which had been previously melted and subsequently cooled, and homogenized until it solidified. after the medium solidified, filter paper discs (cecon) impregnated with 0.01 ml of the sample was placed on top of the medium. the plates containing the culture medium were incubated for 24 hours. the results measured the inhibition halos using calipers or an ordinary ruler. results and discussion the structures were elucidated by 1h and 13c nmr, including uniand bidimensional techniques, and also compared with data from scientific literature. it was concluded that fraction f5 is a mixture of triterpenoids: α-amyrin (4); β-amyrin (5); cycloartenol (6); 24-methylenecycloartanol (7) and lupeol (8) [9.16-19]. the fractions f4, f-13 and f-51 are composed of a mixture of cardanols (1a+1b), cardols (2a+2b) and anacardic acid (3), respectively (figure 1). 55ecl. quím., são paulo, 33(3): 53-58, 2008 figure 1. compounds isolated and/or identified in the methanolic extract of brazilian propolis (apis mellifera). the 1h nmr spectrum of fraction f-5 showed signals of between δ 5.15 and 5.06 of olefinic hydrogens, two signals of δ 3.20 and 3.18 of hydroxymethine groups, singlets of methyl hydrogens and allylic methyl group (δ 0.6-2.0) of triterpenoids and characteristic signals of cyclopropane methylene hydrogens (δ 0.28 and 0.52, d, j = 4.1 hz). the structures were also suggested based on some c-13 data, such as 17.5 (c-29), 21.4 (c30), 124.4 (c-12) and 139.6 (c-13) to α-amyrin (4); 121.7 (c-12) and 145.2 (c-13), 33.3 (c-29), 23.7 (c-30) to β-amyrin (5); 20.4 (c-9), 26.0 (c-10), 125.3 (c-24), 130.9 (c-25) to cycloartenol (6); 20.4 (c-9), 26.0 (c-10), 156.9 (c-24) and 105.9 (c-31) to 24-methylenecycloartanol (7); 16.1 (c-25), 150.9 (c-20), 109.3 (c-29) and 19.7 (c-30) to lupeol (8). the nmr 1h and 13c data coincides with that found in other studies [16, 18]. the 1h nmr spectrum of f-4 fraction presented four signals in the aromatic region with the pattern of a 1.3-disubstituted ring, δ 6.75 (d, h-4) 6.64 (d, h-6), δ 6.68 (s, h-2) and δ 7.12 (t, h-5). signals at δ 5.53-5.42, δ 2.54 – 2.59 and δ 2.79 were assigned to olefinic, benzylic and double allylic hydrogens, respectively. the 1h nmr spectrum of f-13 showed two singlets (δ 6.22 and 5.15) with a relative integration of 2:1, respectively. these nmr signals are characteristic of hydrogen nuclei in a 1, 3, 5-trisubstituted aromatic ring with two of them being equivalent. signals due to olefinic (δ 5.33), double allylic (δ 2.77-2.74), benzylic (δ 2.54) and allylic eq08-af 21/8/14 6:11 page 55 56 ecl. quím., são paulo, 33(3): 53-58, 2008 hydrogens (δ 2.04-1.98) were also observed. comparison with data found in other studies [20], showed that fractions f-4 and f-13 are composed of mixtures of cardanols and cardols, respectively. from the relative integration between aromatic hydrogen (h-2) and allylic hydrogen, it was concluded that the mixtures only contained the monoene and the diene. because of the double allylic hydrogen signal integration, it was concluded that the mixture is composed of 27% of diene and 73% of monoene for the cardols and 60% of monoene and 40% of diene for cardanols. this analysis was confirmed by 13c nmr spectroscopy (table 1) which showed a good correlation between observed and calculated 13c chemical shifts, using the principle of substituent additivity [21]. the 1h nmr spectrum of the f-51 fraction showed it is composed of the anacardic acid monoene. the spectrum consists of three signals for a 1,2,3-trisubstituted aromatic ring at δ 7.30 (t, j=7.9 hz, h-4) δ 6.83 (d, j=8.3, h-5) and δ 6.72 (d, j=7.4, h-3). all the other signals are compatible with the structure (3). according to academic literature, the methylenic benzylic hydrogens of anacardic acid, due to the presence of the ortho carboxylic group, appear more deshielded (δ 2.94) than those in cardol (δ 2.56) and cardanol (δ 2.54) [24]. the 13c nmr and gc-ms data confirm this analysis. the cardanolic fractions (f4) were submitted to alkylthiolation reaction, while the methylated acid anacardic fraction (f-51) was submitted to methylation with diazomethane followed by alkylthiolation reaction, according to experimental. both the phenolic hydroxyl and carboxylic group were methylated. mass spectra (figure 2) were present as main fragments: m/z 374 (m+), m/z 314 (mclafferty), m/z 343 (m+ ch3o) and m/z 180 (benzylic rearrangement, cleavage at 1.2). the determination of the positions of double bonds after the addition of dimethyl disulfide (dmds) is described for cardanol (1a) and anacardic acid (3a) as ester. the mass spectra (electron impact 70 ev) show molecular ions (m+) and give key fragments that permit one to determine the position of the original double bond. cleavage between the sulfur-substituted carbons leads to key fragments which allow one to determine the position of the double bond in the original mono-unsaturated phenolic compound. the spectrometer was set to scan ions of m/z 396, 381, 154 and 107 to cardanol fraction (with the double bond at c-8), while for methylated anacardic acid fraction we detected ions m/z 468 (m+), 453 (m+ 15) 323 table 1. 13c nmr data for cardanols (1a + 1b), cardols (2a + 2b) and anacardic acid (3) (125 mhz, cdcl3). c 1a + 1b* 2a + 2b** 3*** 1 155.5 156.6 111.1 2 115.4 100.2 163.4 3 145.0 156.6 115.7 4 121.0 108.1 134.9 5 129.4 146.2 122.6 6 112.5 108.1 147.6 1’ ---------35.9 36.5 8’ 129.9 129.9 129.9 9’ 130.1 129.9 129.9 13’ 31,7 31,7 31,7 14’ 22,5 22,5 22,5 15’ 14.0 14.1 14.1 c=o ------------------175.2 * δ 130.1 (c8’); 130.2 (c9’); 128.2 (c-11’), 128,4 (c12’); 35.8 (c-13’); 23,1 (c-14) in 1b; ** δ 130.3 (c8’); 130.2 (c9’); 128.1 (c-11’); 128.0 (c12’ in 2b) *** δ 30,9 (c2’); 29.0 (c3’); 29.5 (c-4’); 29.5 (c5’), 29.5 (c5’), 29.7 (c6’), 33.4 (c7’) in 3. figure 2. mass spectrum of the methyl ester of the anacardic acid, gc/ei-ms (70 ev). eq08-af 21/8/14 6:11 page 56 (fragment a), 145 (fragment b) as the main fragments. we presented typical mass spectra to cardanolic fraction (1a). this fraction gave a low relative abundance of cardol (2b), and it was not possible to determine the position of the double bonds in this experiment. according to other reports [14,2223], if the double bonds are interrupted with more than four carbon atoms, an independent derivation of the alkenes occurs. when the double bonds are closer together, (such as in cardol, and alkene units interrupted by one methylene group) a complex product mixture is formed. derivation reactions at higher temperatures (60 °c) and longer reaction periods (40 h) result in cyclizations and give complicated heterocyclic compounds. the presence of anacardic acid derivatives in propolis has not been previously reported and may have occurred because of the presence of several cashew trees (anacardium occidentale) in the apiary neighborhood. these results were confirmed by analysis of propolis samples collected in the same apiary, but in another season, which also contained these compounds. the plant source is of crucial importance for the chemical composition and thus, for the biological activity of propolis from a particular region [25]. the biological activities of the anacardic acid derivatives have attracted considerable attention for acting as molluscicides [26], anti-tumour agents [27-28], antimicrobes [29-32], antioxidants [33] and xanthine oxidase inhibitiors [34]. it was shown that the ethanolic extract has an antibacterial effect against escherichia coli (zone of inhibition = 11 mm); pseudomonas aeruginosa (zone of inhibition 12 mm, staphylococcus aureus (zone of inhibition = 11 mm) and shigella spp (zone of inhibition = 10 mm). standard dmso (dimethylsulfoxide) was used as a negative control. this class of compounds, present in anacardium occidentale, is also present in ginkgo extracts; in the former they are called anacardic acids and in the latter ginkgolic acids, but both classes are 6-alkylsalicylic acids or 2-hydroxy-6alkylbenzoic acids. although the anacardium extracts are reported to be antitumour agents [27,28,30,31] and non-carcinogenic, the ginkgo extracts are reported to be cytotoxic agents [35,36,37]. however, it should be noted that there is no solid proof of a strong allergic reaction to these alkyl-phenols when taken orally [38]. conclusion the propolis samples obtained in different seasons from an apis mellifera apiary at the federal university of piauí showed the unusual presence, among other terpenic compounds, of anacardic acid derivatives. the position of the double bonds of the cardanol and anacardic acid, in c-8, was confirmed by iodine-catalysed methylthiolation using dimethyl disulphide. the ethanolic extract had an antibacterial effect against escherichia coli, pseudomonas aeruginosa, staphylococcus aureus and shigella spp. acknowledgements the authors acknowledge the financial support of capes (coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior) and cenauremn – ufc, for providing the nmr spectra. received 15 february 2008 accepted 19 june 2008 57ecl. quím., são paulo, 33(3): 53-58, 2008 figure 3. mass spectrum of the cardanol (1a), gc/ei-ms (70 ev), after lkylthiolation reaction of the fraction f-4. eq08-af 21/8/14 6:11 page 57 references [1] e. l. ghisalbert, bee world. 60 (1979) 59. 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(8). a determinação da posição da ligação dupla após reação com dissulfeto de dimetila (dmds) é descrita para os derivados fenólicos. o extrato etanólico foi testado in vitro para atividade anti-bacterina pelo método de difusão em disco e mostrou resultados significativos contra escherichia coli, staphylococcus aureus, pseudomonas aeruginosa e shigella spp. palavras-chave: ácido anacárdico; atividade anti-bacteriana; triterpenóides, própolis brasileira, alquiltiolação. eq08-af 21/8/14 6:11 page 58 eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 9 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 2010 titrimetric and spectrophotometric assay of bupropion hydrochloride in pharmaceuticals using mercury(ii) nitrate m. a. sameer abdulaziz, k. basavaiah* and k. b. vinay department of chemistry, university of mysore, manasagangotri, mysore-570006, india *email: basavaiahk@yahoo.co.in abstract: two simple, rapid and accurate methods for the determination of bupropion hydrochloride (bup) in pure and in pharmaceutical preparations are described. both methods are based on the measurement of the chloride of its hydrochloride. in the titrimetric method, the chloride content of bupropion hydrochloride is determined by titrating with mercury(ii)nitrate using diphenylcarbazone–bromophenol blue as indicator. titrimetric method is applicable over a range 2–20 mg of bup and the reaction stoichiometry is found to be 2:1 (bup: hg(no3)2). the spectrophotometric method involves the addition of a measured excess of mercury(ii) nitrate reagent in formate buffer to the drug, and after ensuring the reaction had gone to completion, the unreacted mercury(ii) is treated with a fixed amount of diphenylcarbazone, and absorbance measured at 515 nm. the absorbance is found to decrease linearly with increasing concentration of bup and the calibration curve is linear over 1.0–15.0 μg ml–1 bup. the proposed methods were successfully applied to the determination of bup in commercially available dosage forms with good accuracy and precision, and without detectable interference by excipients. the accuracy was further ascertained by placebo blank and synthetic mixture analyses and also by recovery experiments via standard-addition procedure. keywords: titrimetry; spectrophotometry; bupropion hydrochloride; mercury(ii)nitrate; diphenylcarbazone. introduction bupropion hydrochloride (bup), chemically known as 1-(3-chlorophenyl)-2-[(1, 1-dimethylethyl) amino]-1-propanone hydrochloride (fig. 1) [1], is the water soluble salt of an aminoketone [2], with a pka of 7.9 [3] and it is known also with the generic name of amfebutamone hydrochloride. bupropion is structurally related to phenylethylamines, cathinone (a cns stimulant from leaves of catha edulis) and to the anorectic drug diethylpropion [4, 5]. bupropion is a second-generation antidepressant agent that is also used in the management of smoking cessation [6]. since its introduction in 1989, the most extensively used technique for the quantitation of bup is hplc but, most of the procedures using this technique are devoted to biological fl uids like plasma [7, 8, 9], plasma and serum [10] and dog plasma [11]. even such techniques as radioimmunoassay [12], gc [13], lc [14, 15], lc/esi/ms/ms [16], lc-ms [17] and lc-ms/ms [18, 19] are also confi ned to biological fl uids including dog plasma [12], human plasma [13, 14, 15], waste water [16], rat everted gut sacs [17], plasma and urine [18] and human, mouse and rat plasma [19]. a limited number of methods have been reported for the quantitation of bup in dosage forms. methods based on several techniques such as non aqueous titration [20], hplc [20, 21, 22], and glc [23] ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 201010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 2010 11 artigo article artigo article are found in the literature for the determination of bup in pure form and in tablets. o ch3 h n ch3 ch3 ch3 cl . hcl figure 1. structure of bupropion hydrochloride there is only one report on the titrimetric [20] determination of bup, which involves neutralization of the drug with perchloric acid in non aqueous medium. as per our literature survey, no visible spectrophotometric method has ever been reported for the determination of bup in pharmaceuticals. the purpose of this investigation was to develop simple, rapid, accurate and inexpensive procedures for the quantitation of bup in pure form and in pharmaceutical formulations. the titrimetric procedure involves the titration of the chloride content of the hydrochloride of the drug in acidic condition with mercury(ii) nitrate while the spectrophotometric method uses an indirect procedure based on the measurement of the decrease in absorbance of mercury(ii)–diphenylcarbazone complex at 515 nm in acidic condition. experimental details apparatus a systronics model 106 digital spectrophotometer provided with 1-cm matched quartz cells was used for all absorbance measurements. materials pharmaceutical grade bupropion hydrochloride (bup) pure was received from glaxosmithkline pharmaceuticals, mumbai, india. the following pharmaceutical preparations were purchased from commercial sources in the local market and subjected to analysis: bupron-sr-150 from sun pharmaceutical industries, jammu, india, and ession-er-150 from psycoremedies, ludhiana, punjab, india. reagents all the reagents used were of analytical-reagent grade and double distilled water was used throughout the investigation. mercury(ii) nitrate (0.01 mol l-1). prepared by dissolving 1.713 g of the chemical (s.d fi ne-chem. ltd., mumbai, india) in distilled water and diluting to 500 ml. the solution was standardized using pure potassium chloride [24]. the stock solution was diluted to 0.005 mol l−1 for the titrimetric work and diluted stepwise to obtain 50 μg ml−1 hg(ii) for the spectrophotometric work. diphenylcarbazone–bromophenol blue mixed indicator for titrimetry. the mixed indicator was prepared by dissolving 0.25 g of diphenylcarbazone (the british drug houses ltd, poole, england) and 0.025 g of bromophenol blue (loba chemie pvt ltd, mumbai, india) in 50 ml of ethanol. diphenylcarbazone for spectrophotometry (0.02 %). prepared by dissolving 20 mg of the reagent in 15 ml of ethanol and diluting to 100 ml with distilled water. formate buffer. it was prepared by dissolving 0.52 g sodium formate (loba chemie pvt ltd, mumbai, india, assay 99.0 %) in 70 ml of distilled water, ph adjusted to 3.4 with 0.5 mol l−1 nitric acid and fi nally diluted to 100 ml with water. nitric acid (0.05 mol l-1). concentrated nitric acid (merck, mumbai, india; sp. gr. 1.41) was diluted appropriately with water to get 0.05 mol l-1. gum arabic (2 %). prepared by dissolving 2 g of acacia (loba chemie pvt ltd, mumbai, india) in 100 ml of hot water and the solution was fi ltered when it is turbid. standard solution of bupropion hydrochloride. a stock standard solution equivalent to 2.0 mg ml-1 of bup was prepared by dissolving accurately weighed 200 mg of pure drug in water and diluting to the mark in a 100 ml calibrated fl ask with water. this solution was used in titrimetric work. the stock solution equivalent to 2000 μg ml-1 of bup was diluted appropriately with water to get a working concentration of 100 μg ml-1 bup for use in spectrophotometric work. assay procedures titrimetry. a 10 ml aliquot of the drug solution containing 2–20 mg bup was transferred into a 100 ml conical fl ask and two drops of diphenylcarbazone–bromophenol blue mixed indicator were added. nitric acid (0.05 mol l−1) was added dropwise to obtain the yellow color. the contents were then titrated by adding mercury(ii) nitrate (0.005 mol l−1) slowly from a 10 ml burette with continuous stirring by a magnetic stirrer to a blue-violet end-point. the drug content in the aliquot was calculated from: where v = volume of mercury(ii) nitrate consumed in ml; mw = molecular weight of the drug and r = molarity of mercury(ii) nitrate solution. spectrophotometry. different aliquots of a standard bup solution (0.00–1.50 ml, 100 μg ml-1) were accurately transferred into a series of 10 ml volumetric fl asks and the total volume was adjusted to 1.5 ml by adding requisite volume of water. then, 1 ml of the formate buffer and fi ve drops of gum arabic stabilizer (2%) were added. to each fl ask was then added 2 ml of 50 μg ml-1 mercury(ii) solution. the fl asks were stoppered, the contents mixed well and allowed to stand for 10 min with occasional shaking. finally, 2 ml of diphenylcarbazone reagent (0.02 %) was added to each fl ask, diluted to the mark with water, mixed well and the absorbance of each solution was measured at 515nm. assay procedure for tablets. ten tablets were weighed accurately and ground into a fi ne powder. an amount of the powder equivalent to 200 mg of bup was accurately weighed into a 100 ml calibrated fl ask containing about 60 ml of water. the solution was shaken thoroughly for about 15 min, diluted to the mark with water, and fi ltered using a whatman no. 42 fi lter paper. first 10 ml portion of the fi ltrate was rejected and a convenient aliquot of fi ltrate (containing 2.0 mg ml-1 bup) was taken for assay by titrimetric procedure. another convenient aliquot of fi ltrate (containing 2000 μg ml-1 bup) was diluted with water to get 100 μg ml-1 of bup for use in spectrophotometric method. suitable aliquots were then subjected to analysis following the procedures described earlier. results and discussion the proposed methods, in essence, are based on the determination of the chloride content of the bupropion hydrochloride. method development titrimetric method. in this procedure, the drug was determined by measuring its chloride content by titrating with mercury(ii) nitrate using diphenylcarbazone–bromophenol blue as indicator to a blue-violet end-point [25]. this has served as a basis for the assay of many pharmaceuticals [26-29]. this principle is used in the determination of the bup which ionizes in aqueous solution to give the chloride ion which can be titrated with mercuric ion (e.g., with a solution of mercury(ii) nitrate acidifi ed with nitric acid) as follow: this reaction is essentially stoichiometric, since slightly dissociated mercuric chloride is produced. the end point may be detected with diphenylcarbazone, which forms a blue-violet complex with mercuric ion [24] as in fig. 2. ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 201012 ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 2010 13 artigo article artigo article hg2+ + o c hn n nh n c6h5 c6h5 2 o c n hn n n c6h5 c6h5 oc n h n n n c6h5 c6h5 hg diphenylcarbazonemercuric ion blue-violet complex of mercuricdiphenylcarbazone + 2 h+ figure 2. formation of mercury(ii)-diphenylcarbazone complex although diphenylcarbazone is a suitable indicator for the titration of chloride with hg2+ [30] diphenylcarbazone– bromophenol blue mixed indicator was found to give better results as reported by clarke [31]. best results were obtained at ph 3.2–3.4 which was adjusted by adding a requisite amount of 0.05 mol l−1 nitric acid. bromophenol blue indicator covers the same ph range (3.0 to 3.6) and makes the fi rst detectable change from its alkaline blue to acid yellow at approximately ph 3.6. it therefore can serve the dual purpose of masking premature colour and adjusting ph [31]. the reaction stoichiometry was calculated to be 2:1 (bup: hg2+) in the 2-20 mg range investigated and the quantitative calculations were based on this ratio. spectrophotometric method. the spectrophotometric method is based on the reaction of the chloride ion of the drug by a known excess of mercury(ii) to form soluble mercuric chloride, and the subsequent determination of the unreacted mercury(ii) by interacting with diphenylcarbazone under acidic ph conditions (fig. 3), and measuring the absorbance at 515 nm (fig. 4). bup + known excess of hg2+ hgcl2 + unreacted hg2+ unreacted hg2+ + diphenylcarbazone h+ blue violet complex of hg(ii)-diphenylcarbazone (absorbance measured at 515 nm) figure 3. reaction scheme for spectrophotometric method figure 4. absorption spectra for mercury(ii)-diphenylcarbazone complex in the presence of reaction product (10 μg ml-1 bup) in this method, the absorbance decreased linearly with increasing concentration of drug. bup when added in increasing concentrations to a fi xed concentration of hg(ii) consumes the latter and there will be a concomitant decrease in the concentration of hg(ii). when a fi xed concentration of diphenylcarbazone is added to decreasing concentration of hg(ii), a concomitant fall in the concentration of mercury(ii)-diphenylcarbazone complex is obtained. this is observed as a proportional decrease in the absorbance of the reaction mixture on increasing the concentration of bup. the fi rst step in the spectrophotometric method was to evaluate the upper limit of mercury(ii) which can be determined using diphenylcarbazone and this was found by treating different amounts of mercury(ii) with diphenylcarbazone under the conditions described under the “ assay procedures”. the study showed that beer’s law is obeyed up to 10 μg ml−1 of mercury(ii) at room temperature (30°c). hence, different amounts of the drug were treated with 2 ml of 50 μg ml−1 mercury(ii) solution and the unreacted mercury(ii) was determined following the procedure described earlier. since the various parameters involved in the determination of chloride using the hg(ii)–diphenylcarbazone system are well established [25], the procedure for the determination of bup was optimized. since the useful ph range for chloride determination is very narrow (the optimum lies between 3.3 and 3.5), the formate–formic acid buffer of ph 3.4, which neither complexes mercury nor contains chloride ions, was used, and one ml of buffer was found optimum for the reaction between the drug and hg(ii) in a reasonable time of 10 min. a very small amount of gum arabic was necessary to stabilize the mercury–diphenylcarbazone complex. the color development was instantaneous and the developed color found to be stable for one hour even in the presence of reaction product, and after that very small particles were found to be formed. ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 201014 ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 2010 15 artigo article artigo article method validation analytical parameters. a linear relation is found between absorbance and concentration of bup in 1-15 μg ml-1 range, and beer’s law is obeyed in the reverse manner; the equation of the line being y = 0.6588 + (0.0331) x where y is the absorbance and x is concentration in μg ml-1. the correlation coeffi cient (r) of the calibration plot is calculated to be (-0.9996) confi rming a linear decrease in absorbance with increasing the concentration. the molar absorptivity is calculated to be 8.6 x 103 l mol-1cm-1, and sandell sensitivity being 0.0321 μg cm-2. the limits of detection (lod) and quantifi cation (loq) are calculated to be 0.33 and 1.00 μg ml-1, respectively. accuracy and precision. the accuracy of an analytical method expresses the closeness between the reference value and the found value [32]. accuracy was evaluated as percentage relative error between the measured concentrations and taken concentrations for bup (bias %). the results obtained are compiled in table 1 and showed that the accuracy is good for both methods. the precision of the methods was calculated in terms of intermediate precision (intra-day and inter-day) [33]. three different concentration of bup (within the working limits) were analysed in seven replicates during the same day (intra-day precision) and fi ve consecutive days (inter-day precision). the rsd (%) values of intra-day and inter-day studies showed that the precision was good for both methods (table 1). table 1. evaluation of intra-day and inter-day precision and accuracy method* bup taken intra-day (n=7) inter-day inter-day (n=5) bup founda precisionb accuracyc bup founda precisionb accuracyc titrimetric method 5.00 10.0 15.0 4.95 9.91 14.89 1.54 0.63 0.66 1.00 0.90 0.73 5.06 10.11 15.20 2.24 1.68 1.39 1.20 1.10 1.33 spectrophotometric method 4.0 8.0 12.0 3.94 7.75 11.91 2.74 2.25 1.24 1.50 3.12 0.75 4.09 8.14 12.26 3.15 2.86 2.32 2.25 1.75 2.17 * bup taken / found in titrimetric method is in mg and the same in spectrophotometric method is in μg ml-1, a. mean ± standard error, b. relative standard deviation (%), c. relative error (%) selectivity. to determine the selectivity of the methods, the analytical placebo was prepared and subjected to analysis by the proposed methods. it was confi rmed that the change in the titrant value and absorbance with respect to the water blank was caused only by the analyte. to identify the interference by common tablet excipients, a synthetic mixture with the composition: bup (200 mg), talc (80 mg), starch (160 mg), calcium gluconate (80 mg), lactose (80 mg), sodium alginate (40 mg) and magnesium stearate (40 mg), was prepared and subjected to analysis by the proposed methods after solution preparation using the procedure described for tablets. the percent recoveries of bup were 101.20 ± 0.83 (n =5) and 103.50 ± 1.49 (n =5) by titrimetry and spectrophotometry, respectively, suggesting no interference by the excipients in the assay of bup under the described optimum conditions. application to formulations. the proposed methods were successfully applied to the determination of bup in two representative tablets bupron-sr-150 and ession-er-150. the results obtained are shown in table 2 and were compared with those obtained by the offi cial method [20] by means of student’s tand f-tests at 95 % confi dence level. the offi cial method involves the visual titration of the drug with acetous perchloric acid in non aqueous medium using crystal violet indicator. in all cases, the average results obtained by the proposed methods and offi cial method were statistically identical, as the difference between the average values had no signifi cance at 95 % confi dence level with respect to accuracy and precision. table 2. comparison of assay results by proposed and offi cial methods tablet brand name nominal amount, mg found (% of nominal amount ± sd)* offi cial method proposed methods titrimetric method spectrophotometric method bupron sr 150 150 97.65±0.72 98.33±1.26 t = 1.08 f= 3.06 97.94±1.43 t = 0.43 f= 3.94 ession er 150 150 100.3±0.64 101.4±1.35 t = 1.75 f= 4.45 99.68±1.48 t = 0.92 f= 5.35 *mean value of five determinations, tabulated t-value at the 95% confidence level is 2.78; tabulated f-value at the 95% confidence level is 6.39 recovery study. to ascertain the accuracy and validity of the proposed methods, recovery experiment was performed via standard addition technique. to a fi xed and known amount of bup in tablet powder (pre-analysed), pure drug was added at three levels (50, 100 and 150 % of the level present in the tablet) and the total was found by the proposed methods. results of this study presented in table 3 indicate that the commonly added excipients such as talc, starch, lactose, sodium alginate, magnesium stearate, calcium gluconate and calcium dihydrogen orthophosphate did not interfere in the assay. table 3. results of recovery study by standard-addition method formulation studied titrimetric method spectrophotometric method bup in tablet, mg pure bupadded, mg total found, mg pure bup recovered*, percent ±sd bup in tablet, μg ml-1 pure bup added, μg ml-1 total found, μg ml-1 pure bup recovered*, percent ± sd bupron sr 150 7.87 7.87 7.87 4.0 8.0 12.0 11.89 16.02 20.10 100.50±2.51 101.88±0.87 101.92±1.02 4.90 4.90 4.90 2.5 5.0 7.5 7.37 9.75 12.26 98.80±1.93 97.00±2.08 98.13±1.65 ession er 150 8.11 8.11 8.11 4.0 8.0 12.0 12.18 16.09 20.20 101.75±2.31 99.75±1.08 100.75±0.81 4.98 4.98 4.98 2.5 5.0 7.5 7.46 10.24 12.68 99.20±2.06 105.20±2.05 102.67±1.44 *mean value of three determinations eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 17 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 9 16, 201016 artigo article conclusions two useful methods for the determination of bup have been developed and validated. the assay results demonstrate that it is possible to use mercury(ii) nitrate, which is stable enough and need no special precautions during storage or use, as a reagent for determination of bup in authentic samples. the only titrimetric method currently available [20] uses non aqueous medium. the proposed titrimetric method is simple, rapid, free from critical experimental variables, uses aqueous medium and applicable over a wide range (2-20 mg). the spectrophotometric method is the fi rst visible spectrophotometric method for determination of bup and it is free from the usual analytical complications like heating and extraction. moreover, the methods are accurate, reproducible, adequately sensitive and free from interference by common additives and excipients. the wide applicability of the new procedures for routine quality control is well established by the assay of bup in pure form and in pharmaceutical preparations. acknowledgements one of the authors (masa) wishes to express his thanks to thamar university, republic of yemen for awarding research fellowship and two of the authors (masa and kbv) thank the authorities of the university of mysore for permission and facilities to carryout the research work. references [1] the merck index: an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals, merck & co., inc., whitehouse station, new jersey, usa, 14th edn., 2006, p. 246. 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[33] g. a. shabir, j. chromatogr. a, 987 (2003) 57. biorremediação de solos contaminados por petróleo e seus derivados jul iano de almeida andrade1, fabio augusto2 & isabel cristina sales fontes jardim3 1 laboratório de pesquisas em cromatografi a líquida (labcrom), departamento de química analítica (dqa), instituto de química (iq), universidade estadual de campinas (unicamp), caixa postal 6154, cep 13084-971, campinas, sp, brasil. e-mail: jaa1000@ gmail.com. 2 laboratório de cromatografi a gasosa (lcg), dqa, iq, unicamp. 3 labcrom, dqa, iq, unicamp. resumo: em vista da eficiência comprovada da biorremediação na degradação de compostos tóxicos ao ser humano, como o benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (btex), diversas empresas, principalmente as relacionadas com consultorias e remediação ambiental, têm despertado grandes interesses pela implantação da biorremediação como opção para a reabilitação de áreas contaminadas. em países desenvolvidos, como os estados unidos, canadá e vários países da europa, a técnica bioquímica de remediação vem sendo amplamente utilizada em trabalhos que se baseiam, por exemplo, no tratamento de solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo. porém, ao contrário do que se tem notado nesses países, no brasil, os projetos de biorremediação ainda estão no campo da teoria, com poucos casos práticos, embora exista uma probabilidade real de expansão. a esse despeito, uma das maiores pertinências dessa revisão é elucidar as vantagens que essa técnica pode oferecer quando é utilizada para a degradação de compostos, como os btex, em solos tipicamente brasileiros, cujas características físico-químicas contribuem, em muito, para a degradação desses contaminantes. nessa conjuntura, pesquisas revelam que os fatores ambientais (como teores de umidade e oxigênio) e a disponibilidade de nutrientes nos solos, além das condições climáticas do brasil, são bastante adequadas para o emprego dessa técnica. isso pode trazer como vantagens, ótima relação custo-benefício e maior eficiência na degradação de compostos tóxicos e recalcitrantes frente à maioria das técnicas convencionais de remediação. em síntese, a presente revisão busca enfocar o estado da arte das técnicas de biorremediação de contaminantes em solos, apresentando as mais atuais e recentes aplicações e inovações, tanto no âmbito nacional quanto no internacional. termos de indexação: biorremediação; degradação; contaminantes; hidrocarbonetos de petróleo – btex; solos; tratamento de áreas contaminadas. contaminação de solos por petróleo e seus derivados o mundo atual está cada vez mais dependente do petróleo e de seus derivados para a manutenção de sua atividade industrial. durante a exploração, o refi no, o transporte e as operações de armazenamento do petróleo e/ou de seus derivados podem vir a ocorrer derramamentos acidentais ocasionando a contaminação de solos, rios, etc. tais ocorrências vêm motivando, principalmente, a realização de pesquisas relacionadas com a remediação de sítios contaminados (aislabie et al., 2004; marín et al., 2006). o que se tem notado, nas duas últimas décadas, é que a poluição causada por petróleo e ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 10 | eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 95 avaliação quantitativa da susceptibilidade do crescimento de staphylococcus aureus na presença de sistemas antimicrobianos de alta complexidade saulo s. garrido 1 , isabelle c. de oliveira 1 , carolina reis zambom 1 , aline b. dos santos vaz 1 , reinaldo marchetto 1 , luiz carlos bertucci barbosa 2 ____________________________________________________________________________ resumo: peptídeos antimicrobianos (pams) encontrados naturalmente em organismos vivos são uma grande promessa para o combate a doenças infecciosas, especialmente provocadas por micro-organismos multirresistentes aos antibióticos comerciais disponíveis no mercado, devido à intensa e inadequada aplicação dessas substâncias. no entanto, algumas características particulares que podem estar presentes em pams (tamanho grande, baixa solubilidade, existência de carga efetiva, elevada complexidade estrutural, etc.) representam dificuldade no uso desta classe de substâncias para aplicação clínica. como uma abordagem para resolver esta barreira técnica para aplicação dos pams, diferentes formulações de lipossomas luv foram preparadas com a intenção de promover a encapsulação de ccdbet2, um pam com ação comprovada, e promover a sua entrega no ambiente intracelular. ccdbet2 foi sintetizado por metodologia de fase sólida e os lipossomas de 100 nm de diâmetro por extrusão. os sistemas peptídeolipossomas foram testados contra staphylococcus aureus por uma metodologia quantitativa utilizando mtt para testar a sua capacidade em promover a interrupção do crescimento celular. é possível sugerir que o sistema lipossomal é responsável por interagir com a membrana bacteriana permitindo que ccdbet2 exerça sua atividade antimicrobiana. palavras-chave: peptídeos antimicrobianos, lipossomas luv, staphylococcus aureus ____________________________________________________________________________ abstract: antimicrobial peptides (pams) found naturally in living organisms are a great promise for the fight against infectious diseases specially by microorganisms multiresistant to the commercial antibiotics available on the market due to intensive and inadequate applying of those substances. however, some particular characteristics that may be present in pams (big size, low solubility, the existence of effective load, high structural complexity, etc.) pose difficulty vis-à-vis the use of this class of substances for clinical application. as an approach to solve this technical barrier to application of pams, different formulations of luv liposomes were prepared with the intent to promote the encapsulation of ccdbet2, a proven pam, and promote its delivery in the intracellular environment. ccdbet2 was synthesized by solid-phase methodology and the 100 nm liposomes by extrusion. the peptide-liposomes systems were tested against staphylococcus aureus by a quantitative methodology using mtt to test their ability in promote the interruption of cell growth. it is possible 1 unesp universidade estadual paulista "júlio de mesquita filho", departamento de bioquímica e tecnologia química, instituto de química, caixa postal 355, araraquara 14800-900, são paulo, brasil. 2 unifei universidade federal de itajubá, instituto de recursos naturais, av. bps n°1303, itajubá 37500-903, minas gerais, brasil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 96 96 to suggest that the liposomal system is responsible to interact with the bacterial membrane allowing ccdbet2 to exert its antimicrobial activity. keywords: antimicrobial peptides, luv liposomes, staphylococcus aureus introdução o combate a doenças infecciosas vem sendo o objetivo de muitos estudos atuais já que as mesmas estão entre as principais causas de morte da população humana. este fato ocorre, em grande parte, pelo surgimento de micro-organismos multiresistentes aos agentes antimicrobianos disponíveis no mercado, devido a uma combinação de fatores que incluem mutações em genes de resistência comuns, troca de informações genéticas entre micro-organismos, seletividade de espécies multiresistentes em ambiente hospitalar facilitando a propagação desses microorganismos, bem como a incapacidade de técnicas laboratoriais para detectar fenótipos de resistência emergentes(1). apesar da frequência cada vez maior e da gravidade da resistência antimicrobiana, grandes empresas farmacêuticas vêm perdendo o interesse no investimento para o desenvolvimento de novos agentes anti-infecciosos(2). neste sentido, é de extrema necessidade pesquisas que visam a busca por novas substâncias naturais ou sintéticas que exibam atividades antimicrobianas específicas e, acima de tudo, que as exerçam através de mecanismos de ação alternativos aos agentes antimicrobianos comerciais. as etapas de desenvolvimento de um quimioterápico antimicrobiano envolvem desde a definição de um alvo celular que é um componente celular que, quando sob efeito deste fármaco, irá resultar na interrupção do desenvolvimento celular ou mesmo na morte celular, até estudos de design molecular, os quais são de fundamental importância para que o fármaco apresente a melhor interação possível com seu alvo celular(3). muitos produtos de origem natural ou mesmo com estrutura química derivada de produtos naturais vêm apresentando bastante destaque como agentes antimicrobianos mais eficientes quando comparados aos fármacos comerciais, principalmente no que se refere ao combate de espécies de micro-organismos que adquiriram multiresistência a esses fármacos(4). esta característica deve-se principalmente ao mecanismo altamente específico que estes compostos apresentam em relação à interação com seus alvos celulares, possibilitando caminhos alternativos de combate a esses micro-organismos. dentre a grande variedade de produtos naturais, alguns peptídeos antimicrobianos (pams) com ação tóxica a diferentes espécies bacterianas, vêm sendo amplamente estudados como potenciais agentes antimicrobianos. pams produzidos por plantas, animais e micro-organismos estão sendo utilizados como modelos para o desenvolvimento de novos medicamentos com aplicações na área da saúde humana e animal(5). as toxinas intracelulares como ccdb, produzidas por sistemas de morte pós-segregacional (psk) em bactérias, constitui um exemplo importante da riqueza química e biológica associada a antibióticos de origem natural com potencial considerável. estas toxinas exercem sua função sobre um grupo alvo de enzimas denominadas dna topoisomerases(6). nosso grupo de pesquisa vem desenvolvendo derivados peptídicos baseados na estrutura primaria da toxina ccdb (fig. ia), os quais apresentam atividade inibitória potencializada em dna topoisomerases bacterianas como a dna girase e a topoisomerase iv(7). por outro lado, esses análogos não são capazes de inibir a ação de dna topoisomerases humanas como a topoisomerase ii-α e topoisomerase i. esta característica é essencial para um agente farmacológico específico ao combate bacteriano sem provocar efeitos colaterais em células humanas. para avaliar a eficácia dos pams derivados da toxina ccdb, ensaios de susceptibilidade de crescimento microbiano em meio líquido são realizados na presença desses compostos. no entanto, para que esses peptídeos consigam acessar o ambiente intracelular, onde encontram-se as enzimas alvo dna topisomerases, é necessário a associá-los a sistemas de liberação lipossomais, já que os mesmos são incapazes de permear as membranas celulares quando livres em solução(8). neste trabalho os peptídeos eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 97 97 foram encapsulados em lipossomas do tipo luv(9) (large unilamellar vesicles) com diâmetro médio de 100 nm. sendo assim, o sistema a ser testado é uma associação de característica bastante complexa envolvendo a molécula peptídica e os componentes lipídicos variados utilizados para o preparo dos lipossomas. esta alta complexidade estrutural do agente antimicrobiano, dificulta a escolha de uma metodologia confiável para avaliação do potencial de inibição de crescimento bacteriano. os métodos desenvolvidos para investigações in vitro da presença de células viáveis de mircrorganismos, utilizados para confirmar a atividade antimicrobiana de determinadas moléculas e/ou sistemas, tem provocado uma preocupação principalmente com relação à confiabilidade, reprodutibilidade e validade dos dados. em estudos da atividade antimicrobiana in vitro de plantas do semiárido sobre espécies do gênero de streptococcus e candida, foi utilizado o corante de rezasurina em ensaios para confirmar a presença de células viáveis. este composto cora as células viáveis de vermelho, sendo possível fazer uma diferenciação qualitativa das células mortas que permanecem azuis, como a cor do corante. no entanto, este é um exemplo de um método "tudo ou nada", já que não permite identificar e, principalmente quantificar uma mistura de células inviáveis com viáveis por ser um teste unicamente visual. o corante 2, 3, 5 trifenil cloreto de tetrazólio, o qual reflete a atividade das enzimas desidrogenases envolvidas no processo de respiração celular microbiana, foi utilizado para a confirmação da presença de células viáveis de candida spp após tratamento in vitro com óleo essencial de eucalyptus globulus(10). a hidrogenação do 2, 3, 5 trifenil cloreto de tetrazólio produz nas células vivas uma substância vermelha, estável e não difusa, o trifenil formazan. isto torna possível distinguir as amostras vivas, coloridas de vermelho, daquelas mortas, que mantêm a sua cor. a desvantagem deste método é quantificar as células viáveis, já que as mesmas estariam misturadas com as mortas em quantidades variáveis. ensaio colorimétrico de xtt (2 methoxy 4 nitro 5 sulfophenyl 5 phenylamino carbonyl 2h tetrazolium hydroxide), foi utilizado para avaliar biofilmes mistos de várias espécies do gênero candida associados à lipopolissacarídeos (lps) extraídos de bactérias gram-negativas (escherichia coli)(11). o método xtt mede a atividade mitocondrial, por meio da redução intracelular do sal formando um composto denominado formazan, que pode ser quantificado pela alteração de cor para laranja(12). assim, nesta pesquisa buscou-se minimizar tais problemas a partir da escolha de um método para determinação da viabilidade celular utilizando mtt (brometo de 3-4,5-dimetil-tiazol-2-il-2,5difeniltetrazólio). este composto é reduzido pelo efeito da atividade metabólica celular ligada ao nadh e nadhp, formando cristais insolúveis de formazan, de cor azul. dessa maneira a quantidade de formazan, que pode ser quantificada espectrofotometricamente, é diretamente proporcional ao número de células viáveis, já que as mesmas apresentam ativo tal atividade metabólica. além disso, essa quantificação de células viáveis não sofre interferência alguma das células mortas, já que o composto a ser quantificado é um sal insolúvel ao meio aquoso que se forma indiretamente em solução devido a ação metabólica das células viáveis. no final do processo, todas as células e outros interferentes do meio são separados e descartados para não interferirem na quantificação do formazan. procedimentos experimentais material e reagentes reagentes gerais e solventes foram utilizados n-α-fluorenilmetiloxicarbonilaminoácidos (fmoc-aminoácido), fmoc-ile-wang resina, com grau de substituição inicial de 0,69 mmol/g, n-hidroxibenzotriazol (hobt) da novabiochem®; n,n’-diisopropilcarbodiimida (dic), diclorometano (dcm), dimetilformamida (dmf) e ácido trifluoracético (tfa) da fluka®; etanoditiol (edt), novobiocina (n1628), ciprofloxacina e mtt da sigma®; tioanisol e fenol da acros®; ácido acético glacial, anidrido acético, diisopropiletilamina (diea), dimetilformamida (dmf), dimetil sulfóxido (dmso), eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 98 98 hexafluoroisopropanol, n-metilpirrolidona (nmp) e acetonitrila (acn) grau hplc da merck®. material biológico a cepa de staphylococcus aureus (atcc 14458) foi obtida do laboratório de microrganismos de referência da fundação oswaldo cruz (fiocrus) por meio de doação para a unidade de síntese, estudos e aplicações de peptídeos e proteínas. métodos síntese e purificação o peptídeo utilizado neste estudo foi o mimético da toxina ccdb denominados ccdbet2(7) (fig. ib), o qual foi sintetizado manualmente pelo método de síntese em fase sólida(13) de acordo com o protocolo padrão que emprega o grupamento 9fluorenilmetiloxicarbonil (fmoc) como protetor baselábil dos α-amino grupos, e derivados t-butílicos (t-bu) para proteção das cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos trifuncionais. a resina de partida foi uma resina de wang com grau de substituição inicial de 0,69 mmol.g-1, já contendo o primeiro aminoácido da sequência (isoleucina ile) previamente incorporado. durante os acoplamentos dos aminoácidos subsequentes, utilizou-se diisopropilcarbodiimida (dic) e 1-hidroxibenzotriazol (hobt) como agentes de condensação. na etapa de acoplamento de cada aminoácido, foi empregado um excesso molar de 3 vezes, em relação a quantidade inicial de resina, tanto para fmoc-aminoácidos quanto para os agentes de condensação, aplicando-se inicialmente como solvente, uma mistura de dcm/dmf 1:1, v/v, por um período de 2 horas. a desproteção dos grupos α-amino (remoção da base lábil fmoc), após o acoplamento de cada aminoácido, foi realizada empregando-se uma solução 20% de piperidina em dmf. a) 1 mqfkvytykresryrlfvdvqsdiidtpgrrmviplasarllsdkvsrelypvvhigdeswr mmttdmasvpvsvigeevadlshrendiknainlmfwgi 101 ccdb b) 1 mqfkvytyk 9 -z40 rllsdkvsrel 50 -z84 shrendiknainlmfwgi 101 ccdbet2 figura i. estrutura primária da toxina natural ccdb e do análogo peptídico ccdbet2 sintetizado quimicamente pela metodologia da fase sólida. a eficiência das etapas de acoplamento de cada aminoácido foi monitorada pelo teste de ninidrina(14) e, quando positivo (presença de amino grupos livres), o processo foi repetido com 50% da quantidade inicial dos reagentes. acetilação, quando necessária, foi feita com anidrido acético e diea (10 equivalentes cada) em dmf, por 30 minutos. a etapa final da síntese dos peptídeos foi a clivagem de cada peptídeo da resina concomitante com a desproteção dos grupos protetores das cadeias laterais. para esta etapa foi utilizada uma sulução de clivagem contendo tfa (94,5%), água deionizada (2,5%), etanoditiol (2,5%) e tri-isopropilsilano (0,5%). a quantidade solução de clivagem utilizada seguiu um padrão de 2 ml para cada 100 mg de peptidil-resina a ser clivada. a reação de clivagem foi realizada a 25 ºc durante 3 h. os peptídeos pós-clivagem foram precipitados com éter dietílico gelado (0 ºc) e centrifugados, eliminando o conteúdo sobrenadante. este procedimento foi repetido por 4 vezes. em seguida, dissolveu-se os peptídeos em solução aquosa de ácido acético 10%, realizando posteriormente uma filtração para remoção da resina. por fim, a solução resultante contendo os peptídeos pós-clivagem foram liofilizados e posteriormente pesados obtendo-se um rendimento em massa entre 80 e 90%. eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 99 99 a purificação do peptídeo foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência (clae) em escala semipreparativa em um cromatógrafo beckman system gold, equipado com coluna de fase reversa júpiter phenomenex c18 (250 x 10 mm; diâmetro de partícula 15 μm; porosidade 300 å) com um gradiente de 20 a 50% de solvente b (a: água, 0,045 % tfa; b: acetonitrila, 0,036 % tfa) em 120 min. o fluxo foi de 4,0 ml.min-1, com detecção em uv a 220 nm. análises das frações foram feitas em um cromatógrafo shimadzu lc-20at operando em escala analítica, empregando uma coluna de fase reversa júpiter phenomenex c18 (250 x 4,6 mm; diâmetro de partícula 5 μm; porosidade 300 å), com um gradiente linear de 5 a 95% de solvente b em 30 min, fluxo de 1,0 ml.min-1 e detecção a 220 nm. a caracterização do peptídeo foi realizada por espectrometria de massas com ionização por electrospray em modo positivo (esims+) por injeção direta das frações puras em um espectrômetro de massas ion trap amazon sl brucker®. encapsulação dos peptídeos em lipossomas tipo suv e caracterização física dos lipossomas os lipossomas do tipo suv (small unilamellar vesicles) apresentando diâmetros próximos a 100 nm foram sintetizados através da metodologia de extrussão-evaporação(15). as formulações propostas foram: 1) dppc:chol:sa (10:2:1); 2) dppc:chol:peg (10:2:1); 3) dppc:chol:popg (10:2:1); 4) dppc:sa (10:1), onde dppc: dipalmitoilfosfatidilcoina de soja; chol: colesterol; sa: estearilamina; peg: polietilenoglicol; popg:1palmitoil-2-oleoil-sn-glicero-3-fosfo-rac-1-glicerol) cujas quantidades estão expressas como uma proporção molar. basicamente, as misturas de lipídeos correspondentes a cada uma das formulações, foram dissolvidas em clorofórmio em tubo de vidro. o solvente foi evaporado lentamente, sob fluxo de nitrogênio, para possibilitar a formação de um fino filme lipídico na parede do tubo. posteriormente, o excesso de solvente foi eliminado sob vácuo por aproximadamente 18 h. em seguida, o filme lipídico foi hidratado com tampão tris hcl, 10 mm, ph 7,4 contendo o peptídeo em concentrações de 100 µm. para conseguir o desprendimento total do lipídeo das paredes do tubo, foram feitas agitações suaves (manualmente), alternadas com agitações vigorosas (mecanicamente em agitador tipo vortex), obtendo desta forma uma suspensão de vesículas multilamelares grandes (mlv). para a sua conversão em vesículas unilamelares grandes (luv), os mlv foram submetidos à extrusão (40 ciclos), utilizando extrusor equipado com filtro de policarbonato com poros de 100 nm de diâmetro. a quantidade de ciclos de extrusão foi fixada a partir de protocolos previamente desenvolvidos, onde foi feito um acompanhamento do diâmetro dos lipossomas por espalhamento de luz obtido pelo equipamento beckman coulter (modelo n5), sendo as amostras previamente diluídas de modo a se obter um índice de polidispersão adequado (entre 104 e 106). a luz espalhada foi captada por um fotomultiplicador posicionado a 90º do feixe de laser que aumentou o sinal captado e o enviou para um sistema correlator de onde os dados gerados foram para um computador. a temperatura foi mantida a 25ºc e o comprimento de onda do laser foi de 520 nm. nestas condições, o tamanho médio de 100 nm dos lipossomas era obtido após 30 ciclos de extrusão, mantendo-se constante mesmo após 60 ciclos. em seguida, análise de distribuição de tamanho e determinação do diâmetro médio dos lipossomas, contendo ou não o peptídeo encapsulado, foi realizada através da técnica de espalhamento dinâmico de luz (ligth scattering), a qual fornece o raio hidrodinâmico de partículas coloidais, calculado pela equação de einsten-stokes. o cálculo é obtido pela equação de einsten-stokes: d=kt/6 πnrh, onde k é a constante de boltzmann, t a temperatura absoluta, η a viscosidade e rh o raio hidrodinâmico. esta técnica consiste em atravessar determinada amostra com um feixe de laser, de modo que as gotículas presentes no meio espalhem a luz. a luz espalhada é captada em sinal que é enviado ao correlator no qual é feito o processamento dos dados, que são processados em um software fornecendo os valores de diâmetro médio e índice de polidispersão(16). ensaio de viabilidade celular eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 100 100 os ensaios foram realizados utilizando bactérias gram positiva staphylococcus aureus atcc 14458 como modelo experimental quantitativo para o método proposto. para o início do procedimento, foi reservado em um tubo de ensaio estéril, 7 ml de meio de cultura líquido (mueller hinton 22 g.l-1 – biolog mhb 10608). com uma alça de platina flambada e resfriada à temperatura ambiente, foi dissolvido nos 7 ml de meio de cultura uma pequena alíquota de bactérias (repique recente 24 horas). tal alíquota foi coletada de uma cultura realizada em meio sólido (agar bacteriológico acumedia®). após o meio turvo, a absorbância foi medida num espectrofotômetro kasuaki (modelo il-227) utilizando comprimento de onda de 600 nm (do600nm). a absorbância inicial obtida estava sempre dentro do intervalo de 0,1 0,18 unidades de absorbância (au)(17), indicando a presença de aproximadamente 1,5.108 ufc.ml-1. como branco foi utilizado 1 ml de meio de cultura livre de suspensão bacteriana. a suspensão bacteriana foi transferida para micro tubos de centrífuga para a realização do ensaio. para as amostras de controle negativo de crescimento, o antibiótico novobiocina e ciprofloxacina foram utilizados numa contração de 100 µm. em seguida à adição dos compostos, as amostras foram colocadas em uma estufa com temperatura e agitação controladas (54 rpm/37 ºc) por um período de 3 horas. para avaliação da atividade antimicrobiana dos sistemas lipossomais contendo o peptídeo encapsulado, utilizamos a reação de redução do composto mtt e formação dos cristais de formazam. para isto, 20 µl de uma solução de mtt 5,0 mg.ml-1 foram adicionados em cada micro tubo. as amostras foram novamente colocadas na estufa, com a mesma agitação e temperaturapor 15 minutos. ao término de incubação, os micro tubos foram centrifugados à 10.000 rpm por 30 segundos, o sobrenadante foi retirado cuidadosamente e os cristais foram ressuspensos com 500 µl de dmso e agitados manualmente até a dissolução completa dos cristais. a suspensão foi transferida para tubos de ensaio estéreis e em cada tubo foi adicionado mais 2000 µl de dmso, obtendo-se um volume final de 2500 µl. para que houvesse a dissolução completa dos cristais de formazan, foi necessário deixar a suspensão reagindo durante 10 minutos em temperatura ambiente. ao término da reação, foi feito a leitura das absorbâncias a 550 nm das suspensões de cada tubo de ensaio em espectrofotômetro utilizando dmso como branco. plaqueamento diferencial e contagem de células viáveis: após cada ensaio de viabilidade celular, foram realizados estudos de plaqueamento diferencial e contagem do número de colônias viáveis das espécies bacterianas testadas. para estes estudos, uma amostra de 0,5 ml da solução do sobrenadante de cada eppendorf foi retirado, assepticamente, e colocados em 19,5 ml de água esterilizada peptonada a 0,1%. em seguida a solução resultante foi homogeneizada e mantida em banho de gelo. para a contagem de células viáveis, inoculou-se 1 ml da solução em placas de petri estéreis contendo ágar padrão mueller hinton. as placas foram incubadas a 37 °c por 24h. após o período de incubação, foi feita a contagem das colônias típicas (18). resultados e discussão rendimento da síntese do peptídeo ccdbet2 para a síntese do peptídeo ccdbet2 partiu-se de 1,0 g de uma resina fmoc-ile-wang (0,69 mmol/g) e dic/hobt como agentes de condensação para o acoplamento dos resíduos de cada aminoácido da sequência primária. após desproteção do grupo fmoc do primeiro aminoácido (ile), já acoplado na resina de partida, iniciou-se o acoplamento dos demais, seguindo sempre os passos de lavagens e desproteções, conforme descrito na parte experimental. ao final da síntese, obteve-se aproximadamente 3,0 g de peptidil resina. apenas parte dessa massa (900 mg) foi submetida ao procedimento de clivagem, obtendo-se 367 mg de peptídeo no estado bruto. do extrato bruto do peptídeo liofilizado, 50 mg foi dissolvido em 5,0 ml de solvente a (água ultrapura + tfa 0,036%) e submetida a purificação conforme descrito na parte experimental. no final do processo de purificação foi eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 101 101 obtido 6 mg de ccdbet2 com grau de pureza de 95%, representando um rendimento de 12% no processo de purificação. a massa molar teórica do peptídeo (4871,8 g/mol) foi confirmada por espectrometria de massas com ionização por electrospray em modo positivo (esims+): m/z (m + 4h)+ = 1219. a barreira terapêutica do análogo estrutural da toxina natural ccdb o peptídeo ccdbet2 é um análogo estrutural da toxina ccdb, o qual é constituído da sequência nterminal contendo nove resíduos de aminoácidos (met-1 a lys-9), além da região c-terminal que corresponde à sequência que vai do resíduo de ser-84 a ile-101, importante por estruturar-se como a única região em α-hélice da toxina nativa e por conter os resíduos trp-99, gly-100 e ile-101, os quais são importantes para a interação dos peptídeos com a dna gyrase(19). na região central o peptídeo possui a região arg-40 a leu-50, conhecida como região de reconhecimento da antitoxina ccda(20). para conectar cada uma das regiões, foi utilizado ε-amino hexanóico (z) como espaçador. estudos demonstraram a habilidade desse peptídeo na inibição da ação das enzimas bacterianas dna girase e topoisomerase iv em concentrações de 10 µm e 5 µm, respectivamente(7). no entanto, ao aplicar este peptídeo em ensaios de viabilidade celular utilizando diferente espécies bacterianas, não foi observado efeito antibiótico associado a este composto quando livre em solução (dados não mostrados). por se tratar de um análogo que apresentou excelentes resultados de inibição da atividade enzimática, principalmente em relação à inibição da topoisomerase iv, esperava-se que a inibição ocorresse também em ensaios de crescimento bacteriano, o que não ocorreu mesmo utilizando elevadas concentrações do peptídeo (100 µm). esta ausência de atividade pode ser atribuída a características particulares de alguns peptídeos antimicrobianos como: tamanho, baixa solubilidade, existência de carga efetiva, alta complexidade estrutural, entre outras, gerando uma série de dificuldades de aplicação terapêutica relacionada a estes compostos. certamente no caso do peptídeo ccdbet2, as características estruturais e físicoquímicas do mesmo dificultam ou até mesmo impossibilitam a penetração do mesmo ao meio intracelular bacteriano, onde se localizam seus alvos celulares. diante deste contexto, nosso grupo de pesquisa vem desenvolvendo estudos que visam encontrar métodos, sistemas ou mecanismos que sejam suficientemente adequados e eficientes para estabilizar moléculas peptídicas em solução e promover a acessibilidade dessas moléculas ao meio intracelular e, consequentemente, aos seus respectivos alvos como as enzimas dna girase e topoisomerase iv. dentre esses métodos, os lipossomas do tipo luv de 100 nm de diâmetro médio vêm demonstrando resultados bastante promissores(21), inclusive quando associados ao peptídeo ccdbet2. caracterização física dos sistemas lipossomais contendo o peptídeo ccdbet2 para cada formulação, foi feito um estudo de caracterização, utilizando lipossoma branco e lipossoma com o peptídeo ccdbet2 encapsulado, com o intuito de avaliar se o diâmetro da vesícula lipossomal sofreria alteração após a encapsulação dos peptídeos. os estudos de caracterização das diferentes formulações de lipossomas desenvolvidas neste trabalho foram realizados pela técnica de espalhamento dinâmico de luz (ligth scattering) conforme descrito na parte experimental. para todas as formulações de lipossomas preparadas, foi possível observar o mesmo comportamento com um aumento médio de 20% no tamanho dos lipossomas na presença do peptídeo, sugerindo que o peptídeo realmente foi compartimentalizado durante o processo de extrusão. acredita-se ainda que a velocidade no processo de extrusão e o número de ciclos de extrusão são fatores que podem influenciar no tamanho final da partícula. nesse sentido, nosso protocolo de preparo dos lipossomas utiliza 40 ciclos de extrusão de maneira lenta e contínua. eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 102 102 ensaio de viabilidade celular e contagem de células viáveis os ensaios de viabilidade foram realizados conforme metodologia desenvolvida, a qual utiliza o sal mtt que irá funcionar como um revelador indireto do ensaio. este sal de coloração amarela quando dissolvido em solução aquosa, possui a capacidade de sofrer redução, quando em contato com células vivas, as quais estão consumindo o oxigênio do meio para realizar suas atividades metabólicas. desse modo o mtt ao ser reduzido, produz um sal de coloração púrpura, insolúvel ao meio aquoso, o qual se deposita no fundo do recipiente, no caso deste teste, no tubo do tipo eppendorf. esses cristais são separados do sobrenadante por centrifugação e, em seguida dissolvidos utilizando dmso. a absorbância da solução resultante é então lida em espectrofotometro de uv-visível a absorbância de 550 nm, obtendo diferentes valores dependendo da quantidade de cristais produzidos, o que está diretamente relacionado com a viabilidade celular. os valores são comparados aos controles positivo e negativo de crescimento celular, o último contendo um antibiótico convencional (novobiocina ou ciprofloxacina). os ensaios com cada um dos sistemas produzidos foram feitos em triplicata, e a média das absorbâncias para cada grupo foi plotada, levando em consideração o desvio padrão, afim de facilitar a observação da inibição de crescimento bacteriano frente ao microorganismo staphylococcus aureus atcc 14458 (fig. 2). houve inibição de crescimento relevante a partir da adição de 50 µl de solução lipossomal contendo o peptídeo encapsulado, indicando que o sistema peptídeo-lipossoma é eficaz para causar a morte dessa espécie bacterina. as melhores formulações que promoveram o controle de crescimento desta espécie bacteriana foram as formulações neutra e positiva com colesterol. é importante destacar nos resultados mostrados a incapacidade do peptídeo livre em solução, isto é, não encapsulado em lipossoma, em inibir o crescimento dessa espécie bacteriana. o mesmo pode ser observado com as formulações lipossomais estudadas na ausência do peptideo encapsulado (lipossoma branco). isto é mais um indicativo de que os sistemas lipossomais são responsáveis por promover o carreamento do peptídeo para o meio intracelular. eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 103 103 figura 2. ensaio de viabilidade de crescimento celular com e sem os sistemas lipossomais. os controles positivo e negativo de crescimento de staphylococcus aureus são mostrados nas barras azuis. cada barra colorida representa um tipo diferente de formulação de lipossoma suv (100 nm) conforme legenda. cada conjunto de barras representa a adição de volumes variados de lipossoma (10, 50, 100 e 150 µl) contendo o peptídeo ccdbet2 encapsulada na concentração 100 µm; adição de 100 µl de lipossoma branco (ausência de peptídeo encapsulado); adição de peptídeo livre em solução na concentração 100 µm. conclusões os sistemas peptídeo-lipossomas testados neste trabalho são eficazes contra a espécie bacteriana gram-positiva staphylococcus aureus, a qual se caracteriza por apresentar uma membrana externa que serve como barreira seletiva para a entrada e saída de alguns componentes. no entanto, foi demonstrado que os sistemas lipossomais podem interagir com esta membrana promovendo o carreamento do peptídeo para o meio intracelular. todas as formulações testadas diminuíram a quantidade de células inicial, sendo destacada a formulação neutra que apresentou inibição acima de 80% com adição de 100 µl de formulação. para a formulação de lipossoma que contem peg (polietilenoglicol), observou-se que com adição de 150 µl de formulação, houve inibição total do crescimento bacteriano. este resultado é bastante surpreendente já que a presença de peg confere maior estabilidade ao sistema lipossomal, podendo auxiliar para uma possível aplicação em estudos in vivo. os ensaios de caracterização de lipossomas, indica que as vesículas sofrem um aumento do tamanho do diâmetro médio na ordem de 20% após a encapsulação do peptídeo, o que é uma evidência da eclética química, vol. 40, 95-105, 2015. 104 104 eficácia desses sistemas na associação com peptídeos antimicrobianos. neste trabalho, o aumento relativo no tamanho dos lipossomas não interferiu a eficiência dos sistemas lipossomas-peptídeo nos ensaios de inibição de crescimento bacteriano. os ensaios com lipossomas na ausência do peptídeo ccdbet2 (lipossoma branco) de todas as formulações mostraram que os mesmos não são capazes de inibir o crescimento bacteriano, indicando que de fato, o que provoca a inibição é o peptídeo. este mesmo comportamento foi observado nos ensaios realizados com o peptídeo livre em solução, mostrando que sem estar associado aos lipossomas, não possui capacidade de inibir o crescimento bacteriano. agradecimentos este trabalho foi apoiado pela fapesp na forma de auxílio regular à pesquisa (processo 2013/193702), bolsas de ic (processo 2012/23576-2 – c. r. zambom) e mestrado (processo 2012/20342-0 – i. c. oliveira) e pela capes na forma de bolsa de doutorado (a. b. s. vaz). referências [1] tenover, f. c. clinical infectious diseases, 2001; 33 (suppl 3); 108. 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(*)claudece@ufrnet.br resumo ____________________________________________________________________________ iodato pode ser reduzido em solução tampão b-r ph 2,0 por ação da hidroxilamina. dependendo da concentração do agente redutor é possível gerar iodo molecular ou o complexo triiodeto. iodo apresenta um conjunto de três picos de absorção, enquanto o complexo somente dois na região do ultravioleta. utilizando excesso de hidroxilamina é possível monitorar o triiodeto em max. 352 nm e max. 288 nm. empregando as melhores condições experimentais, curvas de calibração lineares entre 2,3x10-4 mol l-1 a 5,0x10-4 mol l-1 foram obtidas para a determinação de iodato. a metodologia foi aplicada em amostras de sais de cozinha de supermercados da cidade de natal, rn. palavras-chave: iodato, triiodeto, hidroxilamina. palavras chaves: cromo, retenção, gibbsita, peneira molecular introdução www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 94 a fim de controlar muitos casos endêmicos de bócio, especialmente em habitantes de áreas montanhosas em várias regiões do mundo, a adição de iodo, ou sais derivados, na dieta humana, tem sido uma prática universal. a organização mundial da saúde (oms) recomenda a adição de 10mg do elemento a 1 kg de sal de cozinha (o correspondente a 10 ppm). em determinados países, este procedimento não é apenas opcional, mas obrigatório. nos estados unidos, sais iodados apresentam 100 mg por kg do sal de cozinha, enquanto na suiça é de somente 5 mg por kg. no brasil, o conteúdo de iodo (na forma de iodato de potássio) é controlado oficialmente em produtos comerciais, e pode ser encontrado na faixa de concentração entre 10 a 30 mg por kilograma nos sais de cozinha, [1]. iodo é um elemento traço essencial e necessário às funções normais da tireóide. o mesmo é empregado na síntese da tiroxina (t4) e triiodotironina (t3) pela glândula da tireóide. uma pessoa adulta requer, diariamente, uma ingestão de cerca de 100-300µg. quando as necessidades de suprimento de iodo não são encontradas na alimentação diária, uma série de desordens podem se desenvolver. a administração de iodo, em valores inferiores a 0,05 mg ao dia, resulta na hipertrofia da tireóide (bócio endêmico) e, caso esta deficiência seja prolongada, pode resultar em hipotiroidismo. por outro lado, o excesso de iodo ou iodeto também pode provocar o bócio, bem como o hipertiroidismo. portanto, a ingestão de iodo, proveniente de comidas, drogas e águas, pode apresentar pronunciados efeitos no status da glândula da tireóide de um individuo [2]. de acordo com a oms, cerca de 2 bilhões de pessoas, ou 35,2% da população global, apresenta deficiência de iodo em suas necessidades diárias. o espectro da desordem na deficiência de iodo (ddi) no organismo humano, se estende por toda a vida e se manifesta através de aborto, anomalias congênitas, aumento na mortalidade perinatal, cretinismo endêmico, aumento da glândula da tireóide, hipotiroidismo neonatal, retardo mental, desenvolvimento físico retardado, dentre outras. a importância do iodo em países desenvolvidos tem aumentado significativamente nos últimos 10 anos [3, 4]. a insuficiente administração de iodo é a causa principal da ddi. esta constatação tem levado a uma tendência global no sentido de iodizar o sal de cozinha para destinação ao público consumidor. o uso de sal iodizado é considerado o mais eficiente veículo de biodisponibilidade de comida rica em iodo. além desta fonte, porém em menor proporção, também é possível utilizar peixes do mar, leite e determinadas forragens contendo altos teores de iodo [5]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 95 atualmente, a fortificação dos sais de cozinha com iodo tem sido prática corriqueira ao redor do mundo. em geral, esta adição ocorre através da inserção de iodato de potássio ou sódio e, em poucos casos, com iodeto. apesar das controvérsias sobre a adição de iodeto de sódio ou potássio nesta matriz; iodeto apresenta a propriedade de sua oxidação a iodo e severas perdas por sublimação durante os processos de industrialização e longos períodos de estocagem deste produto, além de termodinamicamente instável em águas do mar; especialmente na presença de oxigênio dissolvido. uma vez que iodato de potássio é mais estável e, portanto, menos susceptível a reações em meio neutro ou alcalino, o mesmo é, preferencialmente, empregado nos processos de iodização do sal de cozinha [1]. não existem dados que demonstrem alta biodisponibilidade de iodo proveniente de alimentos. existem somente algumas evidências de que, iodo proveniente de plantas exibe baixa absorção, possivelmente devido à pobre liberação da substância durante sua digestão. alguns estudos envolvendo a aplicação de processos de cozimento prolongado de determinadas plantas existentes no japão, têm mostrado altos valores de excreção urinária de iodo em grupos de voluntários estudados. esta avaliação foi realizada através da comparação de ingestão destes alimentos na forma crua e cozida [6]. devido a presença de vários agentes redutores e oxidantes em determinados alimentos, existe uma grande possibilidade de interações do iodo e iodato com estas espécies redox. contudo, não há estudos científicos que avaliem a interação do iodato em uma matriz alimentar, ou in vivo, durante os processos de digestão ou absorção do alimento. como exemplo clássico, cita-se o caso de alguns sais de cozinha que, além de serem fortificados com iodato, também recebem porções generosas de sais de ferro para combater anemias. ocorre que, tanto iodo como iodato, pode reagir com ferro, ou impurezas nesta matriz, provocando perdas do produto iodo [7]. durante a manufatura do sal de cozinha é adicionado uma quantidade de iodo que pode varia entre 20 a 40 mg por kilograma do sal. este valor corresponde a cerca de 20 a 40 ppm de iodo, capaz de fornecer 150 µg de iodo por dia a um indivíduo. esta adição ocorre na forma de iodato de sódio ou potássio. nestas circunstâncias, os níveis de excreção urinária de iodo situamse entre 100 a 200 µg l-1 [8]. no ano de 1991, o comitê que avalia aditivos em alimentos da oms, considerou que iodato de potássio exibe um longo histórico no seu emprego como fortificante, sem apresentar efeitos ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 96 adversos à saúde humana. em adição, nenhuma evidência científica indica perigo toxicológico por ingestão deste sal acima do nível de tolerabilidade (1 mg de iodo). dados deste estudo mostram que, de 38 países da europa e adjacências, 5 permitem o uso somente de iodato; outros 20, tanto aceitam iodato como iodeto e 13 somente iodeto. em função de recomendações de autoridades da saúde, o uso de iodato prevalece em detrimento ao iodeto. o mesmo é largamente empregado como fonte de iodo na dieta alimentar das pessoas [9]. a toxicidade e outros perigos do iodato não são reportados por agências regulatórias. a união européia considera iodato não tóxico, enquanto os estados unidos não efetuam qualquer registro sobre os cuidados em relação ao mesmo. como aditivo em alimentos é geralmente reconhecido como seguro, e pode ser adicionado em farinhas até 0,0075% (75ppm). baixos limites de iodato também são aceitos em suplementos minerais para animais [9]. não existem dados sobre a genotoxicidade para iodato. raros trabalhos têm mostrado que ele não induz mutações em salmonella typhimurium ou não aumenta a freqüência de nucleação em células de medula de ratos contaminados com drosophila melanogaster. outros registros têm reportado a atividade anti-mutagênica de iodato, em relação a aflatoxina b1, através de testes envolvendo a bactéria salmonella. não existem dados sobre a carcinogenicidade para iodado [9]. normalmente as medidas quantitativas para iodato, em amostras alimentares, são realizadas iodometricamente, via titulação com tiossulfato, após sua liberação em reações redox em meio ácido. distintos protocolos têm sido elaborados para a análise de iodato, tais como, espectrofotometria [1, 10-21]; métodos em fia [22-27]; cromatografia iônica [28, 29]; cromatografia gasosa [2, 30]; cromatografia liquida [31]; eletroquímica [23, 24, 32-37] e quimiluminescência [38]. assim, e considerando a importância de métodos analíticos capazes de monitorar iodato, o presente trabalho descreve as melhores condições experimentais para a sua determinação em sais de cozinha, após reação com hidroxilamina, e monitoramento do produto empregando técnica espectrofotométrica. experimental equipamentos espectrofotômetro uv-vis 1650 pc da marca shimadzu. todos os experimentos foram conduzidos com cubetas de quartzo com 1 cm de caminho ótico. para a preparação das soluções ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 97 de trabalho foi empregada uma balança analítica da marca marte mict. todos os valores de ph das soluções utilizadas foram ajustados com um phmetro da marca marconi pa200, modelo rs232. antes de seu uso, o eletrodo combinando de vidro foi previamente calibrado com as soluções fornecidas pelo fabricante. reagentes iodato de potássio (merck), iodeto de potássio (merck), cloridrato de hidroxilamina (nh2oh.hcl) (vetec), iodo, ácido acético (vtec), ácido fosfórico (merck), ácido bórico (merck), ácido nítrico (merck), hidróxido de sódio (merck), cobre metálico. todos os reagentes apresentavam grau analítico. procedimentos experimentais soluções tampão britton e robinson (b-r) foram obtidas através da mistura dos ácidos acético, fosfórico e bórico. o ph das soluções, no intervalo de 2 a 12, foi ajustado pela adição de hidróxido de sódio. soluções dos sais utilizados foram obtidas através da sua dissolução diretamente em água. todas as soluções foram preparadas utilizando água bidestilada. solução de triiodeto foi obtida pela dissolução de iodo molecular (i2) em excesso de solução de iodeto de potássio. solução de iodo (i2) foi gerada através da dissolução do composto em água (solubilidade do i2= 0,030g em 100 ml de água a 25oc, correspondente a m(i2)= 1,18x10-3 mol l-1). testes envolvendo o gás no (óxido nítrico) foram realizados após a geração de no, através da dissolução de cobre metálico em ácido nítrico concentrado. o gás foi borbulhado em água, em soluções de iodo molecular e em soluções de triiodeto. todas os sistemas encontravam-se tamponados em b-r ph 2,0. as amostras analisadas foram os sais marlin, nevado e leste. todos comprados nos supermercados da cidade de natal-rn. uma massa de 32g de cada marca foi dissolvida em água para um volume final de 100 ml, e analisadas de acordo com as melhores condições experimentais inferidas no presente trabalho. resultados e discussões ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 98 o comportamento espectrofotométrico do io3 foi inicialmente investigado para valores de concentração de 2x10-6 mol l-1 a 6x10-6 mol l-1 em solução tampão b-r em valores de ph de 2 a 12,0. para estas condições experimentais, iodato não exibe nenhum máximo de absorção que possibilite sua análise espectrofotométrica em toda a região de comprimento de onda de 200 a 800 nm. estes resultados estão de acordo com a literatura que reporta que iodato não pode ser analisado diretamente através desta técnica [39]. considerando que io3 não apresenta um sinal analítico que permita seu monitoramento e, uma vez que o mesmo é um forte agente oxidante (eo= 1,194 v em meio ácido) [40], avaliou-se, a seguir, a possibilidade do emprego de um agente redutor capaz de interagir com iodato, com a finalidade de desenvolver um método derivatizado que permita o seu monitoramento espectrofotométrico. de acordo com a literatura [41, 42], hidroxilamina é um forte agente redutor capaz de reduzir várias espécies químicas. dentro deste contexto, soluções de nh2oh, em concentrações de 4x10-3 mol l-1 e 8x10-3 mol l-1 foram submetidas a uma avaliação espectrofotométrica em solução tampão b-r ph 2 a 4. nenhum sinal foi observado para estas condições experimentais. em seguida, foram misturadas alíquotas de soluções de io3 -, em concentração de 8x10-4 mol l-1, e nh2oh.hcl em valores crescentes de concentração entre 8x10-4 mol l-1 e 2x10-3 mol l-1 em solução tampão b-r ph 2,0. os resultados desta avaliação preliminar são mostrados na figura 1. 300 400 500 600 0,0 0,4 0,8 1,2 v iv iii ii a b a b s o rb a n c ia λ (nm) i ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 99 figura 1: espectros de absorção molecular obtidos da mistura de 8x10-4 mol l-1 de io3 e adições de nh2oh.hcl em 8x10-4 mol l-1 (curva “a”) e 2x10-3 mol l-1 (curva “b”) em solução tampão b-r ph 2,0. a referida figura mostra que, o produto da reação entre io3 e nh2oh, ambos em concentração de 8x10-4 mol l-1, (curva “a”) apresenta um conjunto de picos em λmax. 460 nm (pico i), λmax. 352 nm (pico ii) e λmax. 285 nm (pico iii). por outro lado, a curva espectral correspondente a mistura de io3 em concentração de 8x10-4 mol l-1 e nh2oh em concentração de 2x10-3 mol l-1 (curva “b”), exibe um par de picos em valores de λmax. 352 nm (pico iv) e λmax. 289 nm (pico v). segundo a literatura [43], os parâmetros extraídos dos resultados acima apresentados são característicos de sistema redox, cujo produto pode ser iodo (i2) (curva “a”) e triiodeto (curva “b”). na ordem de testar se estes produtos são i2 e i3 foram realizados testes, em separado, com soluções de 1,0x10-3 mol l-1 de iodo e 1,0x10-3 mol l-1 de iodo (na presença de excesso de iodeto). a investigação foi conduzida em solução tampão b-r ph 2,0. os resultados são mostrados na figura 2. 300 400 500 600 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 a b v ii iii iv a b s o rb a n c ia λ (nm) i ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 100 figura 2: espectros uv-vis obtidos em b-r ph 2,0. curva “a”: 1,0x10-3 mol l-1 de iodo e curva “b”: triiodeto (1,0x10-3 mol l-1 de iodo em excesso de iodeto). o espectro obtido para iodo (curva “a”) é caracterizado por um conjunto de três picos centrados em λmax. 460 nm (pico i), λmax. 350 nm (pico ii) e λmax. 285 nm (pico iii). estes achados corroboram com a literatura que estabelece este comportamento espectrofotométrico como sendo para a substância molecular iodo [43]. por sua vez, os resultados do ensaio para triiodeto (curva “b”) indica uma curva que apresenta duas bandas de absorção centradas em λmax. 352 nm (pico iv) e λmax. 287 nm (pico v). este comportamento está associado ao complexo triiodeto [43]. outros experimentos foram realizados mantendo estas condições constantes e variando o ph da solução tampão no intervalo entre 2,0 ≤ ph ≤ 5,0. os resultados apresentaram o mesmo perfil. diante destes dados é possível depreender que hidroxilamina (nh2oh) é capaz de reduzir iodato (io3 -) a iodo (i2) e, este produto, sofrer novo processo sendo convertido a triiodeto (i3 -). a expressão química para a conversão do iodato a iodo pode ser representado pela equação (1): 6io3 + 6h+ + 10nh2oh → 3i2 + 18h2o + 10no (1). assim, e considerando os resultados mostrados na figura 1 (curva a), onde as concentrações de io3 e nh2oh.hcl são iguais em 8x10-4 mol l-1 é possível postular que o produto, expresso na equação 1, é o iodo, uma vez que as concentração são iguais e não sobra reagente para converter o iodo a seu complexo. para a conversão estequiométrica (io3 -→i2) a razão molar é de 5/3 de nh2oh em relação ao io3 -. neste caso, conclui-se que toda a nh2oh foi consumida no processo de conversão do iodato a iodo. a expressão química que poderia expressar a conversão do iodo a seu complexo pode ser representada pela relação 2. 2nh2oh + 9i2 → 2no + 6h+ + 6i3 (2). uma avaliação nos resultados já apresentados, é possível constatar que o produto da reação final (curva “b” da figura 1) é o complexo triiodeto. neste caso a concentração de nh2oh é 2,5 vezes maior (2x10-3 mol l-1) em relação ao iodato (mantida constante em 8x10-4 mol l-1). assim, existe um excesso de nh2oh, proveniente da reação 1, capaz de provocar a formação do complexo triiodeto (equação 2), uma vez que a quantidade estequiométrica para o primeiro ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 101 processo requer somente uma relação de (1,666...) de nh2oh para cada iodato. o excedente dos 2,5 é a quantidade de matéria necessária para provocar o segundo evento químico. a seguir, efetuou-se uma investigação sobre a influência no aumento na concentração de iodato, na faixa entre 8x10-4 mol l-1 a 5x10-3 mol l-1, sobre uma concentração fixa de hidroxilamina (3x10-3 mol l-1) em solução tampão b-r ph 2,0. os resultados são mostrados na figura 3. figura 3a: espectros uv-vis obtidos em solução tampão b-r ph 2,0 para as misturas de 3x10-3 mol l-1 de nh2oh.hcl e adições de io3 -. curvas (a) 8x10-4 mol l-1, (b)= 1x10-3 mol l-1, (c)= 2x10-3 mol l-1 e (d)= 5x10-3 mol l-1 de io3 -. figura 3b: ampliação da curva “d” da figura 3a. os resultados evidenciam que, quando a concentração do redutor (nh2oh) é majoritária, todo o iodato adicionado, é convertido, instantaneamente, a triiodeto. esta relação pode ser vislumbrada no espectro (a), onde a concentração da nh2oh é 3x10-3 mol l-1 e io3 8x10-4 mol l-1. mantendo constante a concentração da nh2oh e aumentando a concentração de io3 para 1x10-3 mol l-1 (curva b), novamente observa-se que a intensidade do sinal do i3 é aumentado. neste 300 400 500 600 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 300 450 600 0,0 0,3 0,6 0,9a a b c d a b s o rb a n c ia λ (nm) b a b s o rb a n c ia λ (nm) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 102 contexto é possível postular uma equação química, para a direta conversão do io3 a i2, representado pela expressão: 9io3 + 6h+ + 16nh2oh → 3i3 + 27h2o + 16no (3) considerando que a relação de hidroxilamina e iodato, para a conversão direta de io3 a i3 é (1,77....) pode-se perceber que as razões de concentração de hidroxilamina/iodato nos resultados mostrados nas curvas (a e b) da figura 3a são 3,75 e 3,0, respectivamente. assim, existe nh2oh suficiente para a conversão do iodato a triiodeto, diretamente. todavia, quando a relação molar entre hidroxilamina e iodato é diminuída a valores abaixo de (1,77....), é possível constatar outros processos químicos no meio reacional. por exemplo, a curva (c) da figura 3a, corresponde a mistura de 3x10-3 mol l-1 de nh2oh e 2x10-3 mol l-1 de io3 -. nestas condições, a razão molar entre hidroxilamina e iodato assume valor de 1,5; valor esse, menor que o necessário para a total conversão do io3 a i3 -. neste caso, o sinal espectrofotométrico do triiodeto é atenuado, enquanto observa-se a formação do iodo molecular (i2). de acordo com a equação 1, a razão molar entre hidroxilama e iodato, para a conversão do agente oxidante a iodo molecular, seria (1,666....). como esse valor é muito próximo da relação de 1,5; a curva espectral mostrada em (c) assume as características do produto iodo. quando se incrementa a concentração de iodato no meio reacional, para valor de concentração de 5x10-3 mol l-1 ou superior (figura 3b), observa-se a geração de outros produtos. o correspondente espectro mostra uma intensa banda de absorção em λmax. 460 nm, seguido de pequenos eventos ópticos em λ de 387 nm, 371 nm, 358 nm e 346 nm. segundo a literatura [44], iodo molecular (i2) reage com óxido nítrico (no), formando iodeto de nitrosila, segundo a equação 4. i2 + 2no → 2noi (4). na ordem de confirmar esta possibilidade, no foi gerado a partir da dissolução de cobre metálico e ácido nítrico concentrado, de acordo com a equação 5. 3cu + 8hno3 → 3cu+2 + 6no3 + 4h2o + 2no (5). o óxido nítrico obtido foi borbulhado, em distintos tempos de borbulhamento, em solução saturada de iodo no sistema tampão b-r ph 2,0. os resultados são mostrados na figura 4a. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 103 figura 4a: espectros uv-vis obtidos de solução saturada de i2 em tampão b-r ph 2,0 (curva a), seguido de borbulhamento de no em tempos de: 60segundos (curva b) e 180segundos (curva c). figura 4b: espectros uv-vis obtidos de solução de 1x10-2 mol l-1 de io3 em tampão b-r ph 2,0, seguido da adição de nh2oh. curvas: (a)= 5x10-3 mol l-1, (b)= 8x10-3 mol l-1 e (c)= 1x10-2 mol l-1. a curva “a” da figura 4a mostra o espectro uv-vis da solução saturada de iodo. as características são similares àquelas mostradas na figura 2. em seguida, efetuou-se o borbulhamento de no, obtendo-se os resultados mostrados nas curvas “b e c” da referida figura. é possível observar a formação de um produto entre o no e i2. esta nova substância apresenta um conjunto de novos picos de absorção em λmax. 386 nm, 371 nm, 358 nm e 346 nm, além daqueles previamente conhecidos. o sinal deste composto aumenta em função do tempo de exposição do no à solução de iodo (curva c na figura 4a). a seguir, uma nova solução de 1x10-2 mol l-1 de io3 em tampão b-r ph 2,0, foi submetida a adição de nh2oh na faixa de concentração entre 5x10-3 mol l-1 a 1x10-2 mol l-1. os resultados são mostrados na figura 4b. a análise desta figura permite depreender que, a adição de alíquota de 5x10-3 mol l-1 de nh2oh (curva a) é capaz de gerar o produto iodo. contudo, para esta condição, não existe nh2oh suficiente para a conversão de i2 ao seu complexo [i3 -]. todavia, uma fração do iodo produzido, reage com no formando o iodeto de nitrosila, segundo a equação 300 400 500 600 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 300 450 600 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0a a b c a b s o rb a n c ia λ (nm) b a b c a b s o rb a n c ia λ (nm) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 104 4, e os sinais deste produto são visíveis nos λmax. de 387 nm, 371 nm, 358 nm e 346 nm. adições posteriores de nh2oh (curvas b e c) promovem a formação de mais noi e os sinais aumentam em função dos incrementos de nh2oh. também é possível observar que o sinal do iodo, em λmax. 460 nm aumenta a medida que novas alíquotas de nh2oh são adicionadas ao meio reacional. a comparação das intensidades dos sinais do produto (noi), gerado através da reação da nh2oh com io3 -, mostra que a redução do hno3 com cu (equação 5), é capaz de gerar uma quantidade maior de no e, sua subseqüente interação com i2. a seguir efetuo-se uma investigação sobre a influência na variação de ph, em sistema tamponado b-r, sobre os sinais espectrofotométricos da mistura de 5x10-4 mol l-1 de iodato, e hidroxilamina em valores de concentração entre 4x10-4 mol l-1 a 3,0x10-3 mol l-1. para estas condições experimentais, somente em ph 2,0, foram observados resultados. a figura 5 mostra os dados deste experimento. figura 5 (a): espectros de absorção uv-vis da mistura em b-r ph 2,0 de 5,0x10-4 mol l-1 de iodato e hidroxilamina em valores de concentração de: curva (a) 4,0x10-4 mol l-1, (b) 6,0x10-4 mol l-1, (c) 1,0x10-3 mol l-1 e (d) 1,5x10-3 mol l-1. (b): espectros de absorção uv-vis da mistura em b-r ph 2,0 de 5,0x10-4 mol l-1 de iodato e hidroxilamina em 300 400 500 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 300 400 500 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 b a b c d a b s o rb a n c ia λ (nm) i ii iii a a b c a b s o rb a n c ia λ (nm) iii ii i ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 105 valores de concentração de: curva (a) 2,0x10-3 mol l-1, (b) 2,5x10-3 mol l-1 e (c) 3,0x10-3 mol l-1. os resultados mostrados na figura 5a indicam que, quando as concentrações de io3 e nh2oh estão na proporção de 5:4 e 5:6 (curvas “a” e “b”), respectivamente, os espectros acusam os sinais do produto iodo (picos i, ii e iii). a medida que a concentração de agente redutor aumenta, o iodo é convertido ao complexo triiodeto (picos ii e iii) e, os sinais aumentam até a relação de iodato e hidroxilamina na proporção de 1:2 e 1:3 (curvas “c” e “d”), respectivamente. estes achados estão em consonância com discussão prévia. todavia, quando a relação entre iodato e hidroxilamina é inferior a 1:3 os sinais do complexo (picos ii e iii) tendem a sofrer rebaixamento, conforme mostram as curvas da figura 5b, onde a concentração de iodato é 5,0x10-4 mol l-1 e da hidroxilamina 2,0x10-3 mol l-1 (curva “a”), 2,5x10-3 mol l-1 (curva “b”) e 3,0x10-3 mol l-1 (curva “c”), respectivamente. estes resultados mostram que é importante a relação molar entre os reagentes empregados para a análise do produto desejado (o complexo triiodeto). assim, escolheu-se a relação de 1:3 entre iodato e hidroxilamina, respectivamente, para estudos futuros. uma curva de calibração para iodato foi obtida, em solução tampão b-r ph 2,0, através de misturas iodato e hidroxilamina na proporção 1:3. os resultados são mostrados na figura 6. 300 400 500 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 0,0 1,8x10 -4 3,6x10 -4 5,4x10 -4 0,0 0,4 0,8 1,2 a b c d e a b s o rb a n c ia io 3 (mol l -1 ) a b biii a b s o rb a n c ia λ (nm) ii a ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 106 figura 6a: espectros de absorção uv-vis obtidos em b-r ph para misturas de: (curva “a”) 2,3x10-4 mol l-1 de io3 e 7,0x10-4 mol l-1 de nh2oh; (curva “b”) 3,0x10-4 mol l-1 de io3 e 9,0x10-4 mol l-1 de nh2oh; (curva “c”) 3,7x10-4 mol l-1 de io3 e 1,1x10-3 mol l-1 de nh2oh; (curva “d”) 4,3x10-4 mol l-1 de io3 e 1,3x10-3 mol l-1 de nh2oh e (curva “e”) 5,0x10-4 mol l-1 de io3 e 1,5x10-3 mol l-1 de nh2oh. figura 6b: curvas analíticas obtidas de 6a. curva “a” pico ii e “b” pico iii. as curvas espectrais da figura 6a mostram que os sinais dos picos i e ii aumentam em função do aumento da concentração de io3 -. todavia, estes resultados foram obtidos quando se mantém constante a relação de 1:3 entre as concentrações de iodato e hidroxilamina, ou seja, também é necessário o incremento constante de nh2oh nos aumentos da concentração de io3 -. duas curvas retilíneas (figura 6b) foram obtidas a partir dos espectros mostrados em 6a. as curvas podem ser representadas pelas equações: (pico ii), y= -0,28 + 2,13x103 [io3 -], r= 0,9992, n= 5 e (pico iii), y= -0,40 + 3,18x103 [io3 -], r= 0,9995, n= 5, onde [io3 -] é a concentração de iodado (mol l-1), “r” o coeficiente de correlação e “n” o número de medidas. a avaliação destes dados indica que os sinais observados para o pico iii (λ=288 nm) apresentam maior sensibilidade analítica em comparação com o pico ii (λ=352 nm). a aplicação da metodologia desenvolvida foi realizada em amostras comerciais, facilmente encontradas nos supermercados da cidade de natal-rn. as marcas selecionadas foram os sais: marlin, nevado e leste. os resultados obtidos para cada amostra são mostrados na tabela 1. tabela 1: valores de iodato encontrados nas amostras comerciais selecionadas. amostras iodato encontrado (mg kg-1) desvio-padrão * ( ± ) marlin 40 0,5 nevado 42 0,8 leste 45 0,2 (*) para 3 medidas. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 107 de acordo com a anvisa [45], somente será considerado próprio para consumo humano, o sal que contiver teor igual ou superior a 20 (vinte) miligramas, até o limite máximo de 60 (sessenta) miligramas de iodo por quilograma de produto. os resultados encontrados, para iodato de potássio nas matrizes analisadas, apresentaram valores que atendem as exigências da legislação especifica. todo o tratamento estatístico foi realizado com o auxilio da literatura [46, 47]. conclusões a redução de iodato, na presença de excesso de hidroxilamina (1:3) em meio ácido, promove a formação do complexo triiodeto, o qual pode ser monitorado espectrofotometricamente através de duas bandas de absorção na região do ultravioleta. utilizando as condições ótimas de trabalho, foi possível a construção de duas curvas analíticas empregando os picos em λmax. 352 nm e λmax. 285 nm. a aplicação da metodologia em amostras comerciais permitiu a determinação de iodato em sais de cozinha e, a comparação dos valores obtidos com àqueles discriminados na legislação vigente, mostrou que o sistema proposto é viável para a análise quantitativa de iodato. referências [1] r. l. g. n. p. silva, a. f. oliveira, e. a. neves, j. braz. chem. soc., 9(2) (1998) 171. 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later the nmp and the residue is discarded or managed in a biologically equipped industrial waste treatment units which itself requires extra process and financial resources (5,6,7). recently, however, efforts have been invested in reviewing and revising the current method. our goal in this study was to find a way to extract nmp from the discarding residue of 1,3-butadiene line to a higher percentage. experimental instruments and reagents all chemicals methanol, benzene, toluene, chloroform, carbon tetrachloride, xylene, ethyl ecl. quím., são paulo, 35(1): 85 89, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 85 89, 201086 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 85 89, 2010 87 artigo article acetate, n-heptane, and petroleum ether used were from merk, and the hplc was from shimadzo. a 25 cm. shimadzo ods column was used with the packing size of 5qm.water was deionized by millipore milli-q water purifier. the bd unit purpose is to separate 1, 3-butadiene from the compounds with close boiling points with a 99% purity yields. this process is done with combination of distillation and extractions using nmp having 8.3% water content. once the separation process is over, the un-evaporated residue from the solvent poses a great threat to the environment. our first priority was to determine the amount of nmp in the residue then to devise a proper regeneration process and eventually a suitable discarding method. results and discussion extractions the residue had some dissolution in various solvents such as water, methanol, benzene, toluene, chloroform, carbon tetrachloride, acetone, xylene, ethyl acetate, n-heptane, and petroleum ether which prompted further analyses of each solvent. first, the residue was dissolved in water, then liquidliquid extractions proceeded using non-polar solvents. extractions with xylene produced three phases, thus rendering an unsuccessful extraction. the same procedures were used with toluene, ethyl acetate methanol, and chloroform which all proved to be unacceptable where in each extraction, the amount of nmp entering the organic phase was too little or in a trace amount thus unsuccessful. the extraction with nheptane, however, produced better results. though nmp is sparingly soluble in n-heptane, the yield was exceptionally pure, therefore, we decided to further improve the extraction using different temperatures. three different temperatures were determined to be used, at room, near the boiling point, and post boiling point. extraction at room temperature 10.0 grams of residue was mixed with 20.0 grams of nheptane at 25°c. only 1.05 grams residue was dissolved in n-heptane. the dissolution formed two phases. the upper phase identified as e25°c contained 23ml. (9.47gr.), and the lower phase s25°c contained 3.5ml. (0.52gr.) n-heptane respectively. table1. n-heptane extraction of nmp at 25 sample sample weight gr %nmp weight in sample % impurities in sample % n-heptane in sample s25°c 0.5185 91.80 0.66 7.54 e25°c 9.4713 6.01 0.04 93.95 shows the hplc analyses of both phases, as it can be seen, the impurities present in both phases have been reduced in such a way that in the s25°c phase, 0.66 and the e25°c phase, 0.04% weight is present while the amount of nmp in s25°c is 91.80 and in e25°c is 6.01% weight. therefore ,n-heptane has selectively separated nmp from the impurities. extraction at near the boiling point 10.0 gram residue was refluxed in 20.0 gram n-heptane at 70°c for three hours. as expected, more residue material about 4.08 grams was dissolved in n-heptane at higher temperature. again two different phases were identified, the rich organic phase e70°c containing 19.32 gram nheptane and nmp rich s70°c containing 1.11gr. the e70°c phase was allowed to form two phases itself as the temperature lowered to ambient. the newly formed two phases of e′ 70°c (18.26gr.) and s′ 70°c (1.06gr.) were also analyzed using hplc table2. n-heptane extraction of nmp at 70 °c sample sample weight gr %nmp weight in sample %impurities in sample %n-heptane in sample s70°c 1.1086 85.85 0.75 13.40 ś70°c 1.0641 85.51 0.17 14.32 é 70°c 18.250 9.2 0.01 79 it can be seen from the table that the amount of impurities in extracted material is lower than the residue. the impurities in s70°c phase is 0.75 weight percent whereas the nmp in the sample s70°c and s′ 70°c are similar in amount to the residue. therefore, the n-heptane has selectively extracted nmp from the residue. extraction at post boiling point again in this stage, 10.0 gr. residue was mixed with 20.0 gram n-heptane, and the mixture was refluxed at 100°c. since n-heptane boils at 98.42°c, a condenser was used to insure a successful condensation back to the solution. in this condition, about 6.43 gram residue was dissolved in the solvent, and the phases of e100°c (21.86 gr.) and s100°c (0.58 gr.) were identified. at lower temperature, e100°c phase itself was divided to two other nmp and n-heptane rich phases, e′ 100°c and the s′ 100°c with 17.38 and 4.48gr.respectively, table3. n-heptane extraction of nmp at 100 °c sample sample weight gr %nmp weight in sample %impurities in sample %n-heptane in sample s100°c 0.5795 89.12 4.41 6.74 ś 100°c 4.4794 90.89 1.18 7.93 é 100°c 17.2297 6.59 0.08 93.33 shows the hplc analyses for s′ 100°c , s ′ 100°c and e”100°c in which the amount of impurities have been reduced dramatically. the impurities in s100°c which holds the highest amount is 4.41 percent weight and the s’100°c phase which holds most efficient extraction contains1.18percent weight impurities. the amount of nmp in s100°c and s’100°c are similar, therefore, it can be said that n-heptane is very selective toward nmp and doesn’t extract impurities. ecl. quím., são paulo, 35(1): 85 89, 201088 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 85 89, 2010 89 artigo article table 4. summary of the nmp extraction in n-heptane in different temperatures. extraction temperature °c nmp efficiency total efficiency %sample extraction %nmp by weight 25 5.53 10.49 0.5185 9.80 70 21.64 40.79 2.1723 85.68 100 53.26 64.23 5.0589 90.69 shows the summary of the different temperatures used. as it can be seen with the increase in temperature more of the residue is dissolved in n-heptane also more nmp is extracted which results in the increase of the efficiency of the process. optimization of the extraction by increasing solvent residue ratio once the optimum temperature was determined, it was necessary to determine the effect of solvent residue ratio on the efficiency of the extraction. four sets of weight percent rations 1:1, 2:1, 4:1, 6:1 were prepared in such a way that 10 gr. residue and equal or increasing amount of n-heptane were mixed at 100c.there was no separate phase formation as previous sections, however, as the mixture cooled phases began to form. the results are summarized in table5. table 5. n-heptane extraction of nmp in different ratios. solvent residue ratio nmp efficiency total efficiency weight of extracted sample %nmp by weight %impurity by weight 2:1 53.26 64.28 5.0589 90.69 1.55 4:1 47.66 77.73 4.4521 92.23 0.59 6:1 30.43 83.38 3.2001 82.28 0.37 8:1 25.27 85.29 3.0101 81.15 0.31 9:1 20.18 86.97 2.9862 80.27 0.28 as it evident from the table, with the increase in solvent, total efficiency is also increased, however, because the nmp solubility in n-heptane is constant at set temperature, by the reduction in temperature, the nmp rich phase is reduced, therefore, the more solvent is used the more nmp remains in solvent thus reduces nmp weight percent which is our goal. however, at higher solvent-residue ratio, this process renders inefficient with an intangible reduction in total efficiency and nmp weight percent. therefore, a 6:1 solvent ratio seems to be optimum, and since this ratio tends to hold the highest acceptable total efficiency, and since the separation of nmp and n-heptane both having two very different boiling points, this method could save large amount of very valuable solvent. references r.w.phillips, chemical cleaning and surface preparation [1] in aqua and solvent based processes, marrich associates, 2000. j.m butter, etal, water miscible cleaning of printed wire [2] assemblies proceedings of inter cfc& halton alter conference oct, 93. n-methylpyrrroliodone, storage and handling basf corp. 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s/n, cep 13630-000 pirassununga, sp, brazil. 2instituto de química, unesp, c. p. 355, cep 14801 – 970 araraquara, sp, brazil *massaoi@yahoo.com.br abstract: solid-state ln-bz compounds, where ln stands for trivalent lanthanides and bz is benzoate have been synthesized. simultaneous thermogravimetric and differential thermal analysis in a co2 atmosphere were used to study the thermal decomposition of these compounds. keywords: lanthanides; benzoate; thermal decomposition; co2 atmosphere. 44 ecl. quím., são paulo, 33(1): 43-48, 2008 figure 1. tg-dta curves of the compounds: (a) la(l)3.2h2o (m = 7.014 mg), (b) ce(l)3.2h2o (m = 6.937 mg), (c) pr(l)3.2h2o (m = 7.156 mg), (d) eu(l)3.1.5h2o (m = 6.806 mg), (e) gd(l)3.1.5h2o (m = 7.022 mg), (f) ho(l)3 (m = 7.062mg), (g) yb(l)3 (m = 7.108 mg). l= benzoate. corresponding to these losses or due to physical phenomenon, table 2. for the lanthanum to dysprosium compounds, the first mass loss (range: 130 – 90ºc), associated to endothermic peaks at 120 – 80 ºc, is ascribed to the dehydration, which occurs in a single step. no influence of the atmosphere (co2 or air) was observed in the dehydration process of these compounds. once dehydrated, the anhydrous compounds are stable up to 350 ºc (la to sm), 375 ºc (eu), 385 ºc (er, tm) and 400 ºc (gd to ho, yb, lu, y), showing that the anhydrous compounds are more stable in co2 than in an air atmosphere. above these temperatures the tg – dta curves show mass losses in steps characteristic of each compound and the general aspect of these curves allows the division into the four groups; first group: la, pr, nd; second group: ce, sm, gd, tb; third group: eu and fourth group: dy to lu and y. thus the feature of each of these compounds are discussed on the base of their similar thermal profiles. lanthanum, praseodymium and neodymium compounds the tg-dta curves of the lanthanum and praseodymium as representative of these compounds are shown in fig. 1. the first mass loss up to 130 ºc (la) and 120 ºc (pr, nd) with the corresponding endothermic peaks at 120 ºc (la) and 110 ºc (pr, nd) is due to the release of 2.5h2o (nd) and 2h2o (la, pr). after their dehydration the anhydrous compounds are stable up to 350 ºc, and the endothermic peaks at 250 ºc (la), 245 ºc (pr) and 240 ºc (nd) are atributed to the reversible crystalline phase transition, in agreement with the thermal decomposition of these compounds in an air atmosphere [25]. the thermal decomposition of the anhydrous compounds occurs in three (la, pr) and four (nd) steps. the first one corresponding to endothermic peaks is attributed to thermal decomposition of these compounds and tests with hydrochloric acid solution on samples heated up to the final temperature of this step, showed in all 45ecl. quím., são paulo, 33(1): 43-48, 2008 cases, the presence of carbonaceous residue and evolution of co2, indicating the formation of carbonate or a derivative of carbonate, as intermediate. the formation of carbonate or derivative carbonate and carbonaceous residue, undoubtedly was favoured by co2 used as purge gas. the for46 ecl. quím., são paulo, 33(1): 43-48, 2008 mation of intermediate derivative of carbonate had already been observed during the thermal decomposition of other lanthanide compounds [26, 27]. the second step corresponding to endothermic peaks is attributed to the thermal decomposition of the intermediate and carbonaceous residue to lanthanide dioxycarbonate [26, 27]. the last (la, pr) or the two last (nd) steps corresponding to endothermic peaks are attributed to the thermal decomposition of the dioxycarbonate to the respective oxide, la2o3, pr6o11, nd2o3. cerium, samarium, gadolinium and terbium compounds the tg-dta curves of the cerium and gadolinium as representative of these compounds are shown in fig. 1. the first mass loss up to 120 ºc (ce), 110 ºc(sm), 105 ºc (gd) and 95 ºc (tb) with the corresponding endothermic peak at 115 ºc (ce), 105 ºc (sm), 100 ºc (gd) and 90 ºc (tb) is due to the dehydration with loss of 2h2o (ce, sm), 1.5h2o (gd) and 1h2o (tb). the anhydrous compounds are stable up to 350 ºc (ce, sm) and 400 ºc (gd, tb) and the endothermic peak at 250 ºc (ce, gd), 230 ºc (sm) and 265 ºc (tb) is ascribed to the reversible crystalline phase transition, as already observed [25]. the thermal decomposition of the anhydrous compounds takes place in two steps. the first one accompanied by a small endothermic peak is attributed to the thermal decomposition of these compounds with the formation of a mixture of carbonaceous residue and carbonate or a derivative of carbonate, as intermediate. the last mass loss corresponding to the endothermic peaks is attributed to the thermal decomposition of the carbonaceous residue and of the intermediate to the respective oxide; ceo2, sm2o3, gd2o3 and tb4o7. europium compound the tg-dta curves of the europium compound are shown in fig. 1. the first mass loss up to 110 ºc with the corresponding endothermic peak at 105 ºc is due to the dehydration with loss of 1.5h2o. the anhydrous compound is stable up to 375 ºc and the endothermic peak at 245 ºc is attributed to the reversible crystalline phase transition [25]. the thermal decomposition of the anhydrous compounds takes place in three steps with the two last overlapping ones. the first step corresponding to endothermic peak is attributed to the thermal decomposition of the compound with the formation of a mixture of carbonaceous residue and a derivative of carbonate, as intermediate. the two last overlapping mass losses corresponding to the endothermic peaks are attributed to the thermal decomposition of the carbonaceous residue and of the intermediate to the respective oxide, eu2o3. dysprosium to lutetium and yttrium compounds the tg-dta curves of the holmium and ytterbium as representative of these compounds are shown in fig. 1. these curves show that all the compounds were obtained in the anhydrous state and stable up to 385 ºc (eu, tm) 400 ºc (dy, ho, yb, lu) and 420 ºc (y) and the endothermic peak at 270 ºc (dy), 275 ºc (lu) and 280 ºc (ho, to yb, y) is ascribed to the reversible crystalline phase transition [25]. the thermal decomposition of these compounds occurs in three (ho to lu) or four (dy, y) steps. the first one corresponding to endothermic peaks is attributed to the thermal decomposition of these compounds with the formation of an intermediate derivative of carbonate and carbonaceous residue. above 620 ºc (dy to yb) and 630 ºc (lu, y) the mass losses corresponding to endothermic peaks are attributed to the thermal decomposition of the intermediate derivative of carbonate followed by the carbonaceous residue, with formation of the respective oxide, ln2o3 (ln= dy to lu, y). for these compounds the thermal decomposition of the intermediate derivative of carbonate occurs before of the carbonaceous residue, due to the decreasing thermal stability of these intermediates with increasing atomic number of the lanthanide ions, as had already been observed [28]. for this reason the large endothermic event between 850 – 1100 ºc attributed to the thermal decomposition of the carbonaceous residue is not observed for the light lanthanide compounds since the carbonaceous residue is evolved before the thermal decomposition of the intermediate derivative of the carbonate. 47ecl. quím., são paulo, 33(1): 43-48, 2008 references [1]. s. j. yun, s. k. kang, s. s.yun. thermochim. acta, 331 (1999) 13. 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[28]. l. moscardini d’ assunção, i. giolito, m. ionashiro, thermohim. acta, 137 (1989) 319. conclusions in the dehydration process of these compounds, no influence of the atmosphere (co2 or air) is observed in tg-dta curves, however the thermal decomposition of the anhydrous compounds significative differences is observed. the thermal decomposition in air atmosphere, the tg-dta curves suggest the formation of dioxycarbonate or a mixture of dioxycarbonate and oxide only for la, nd, sm and eu compounds, while in a co2 atmosphere the tg-dta curves suggest for all the compounds the formation of a mixture of carbonate, oxy or dioxycarbonate, as intermediate. these curves also show that the thermal stability of the anhydrous compounds is greater in co2 than in an air atmosphere. acknowledgements the authors thank fapesp, cnpq and capes foundations (brazil) for financial support. recebido em 30 de janeiro de 2008 aceito em 04 de março de 2008. 48 ecl. quím., são paulo, 33(1): 43-48, 2008 j. r. locatelli, a. b. siqueira , c. t. carvalho, m. ionashiro. decomposição térmica dos benzoatos de lantanídeos e ítrio no estado sólido em atmosfera de co2. resumo: foram sintetizados no estado sólido os compostos ln-bz, onde ln representa lantanídeos trivalentes e bz benzoato. análise termogravimétrica e análise térmica diferencial (tg/dta) foi usada para estudar a decomposição térmica destes compostos em atmosfera de co2. palavras chaves: lantanídeos, benzoato, decomposição térmica, atmosfera de co2. eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 141 artigo/article permeabilidade e autoindução magnética do níquel e da platina em função da temperatura waldir garlipp; mario cilense resumo: efeito da temperatura sobre a autoindução magnética do níquel e da platina e a permeabilidade magnética do níquel, no intervalo de temperatura de 525k a 620k, confirma dados encontrados na literatura. palavras chave: propriedades magnéticas, ni, pt, autoindução magnética, permeabilidade magnética, susceptibilidade magnética, domínios magnéticos, parede de bloch, magnetostrição, lei de lenz. introdução a pesquisa da permeabilidade e da histerese magnética, dos metais e ligas ferromagnéticas, com a aplicação do campo magnético, da temperatura, da tensão e deformação mecânicas e da magnéto-mecanica, apresentam propriedades de grande interesse cientifi co e tecnológico (9). em particular a permeabilidade magnética é medida e analisada em função da temperatura por meio de dispositivos eletroeletrônicos (7) em amostras com varias dimensões e formatos. a permeabilidade magnética μ de um fi o metálico retilíneo e delgado ferromagnético é calculada pelo produto da auto indução magnética (vmag/i0)×τ pelo fator π/l. (4), onde vmag é a força eletromotriz induzida.nas suas extremidades, quando a corrente contínua circulante io é desligada abruptamente, τ é o tempo de relaxação do circuito elétrico utilizado e l o seu comprimento. conforme o método experimental e sistema de unidades adotado, outros fatores são adotados como por exemplo, 0,5/l (5), (2l/c2 ×ln(2l/ea))-1 (10) e onde e é o numero natural, a o diâmetro da amostra, e c a velocid ade da luz. objetivo da pesquisa calcular a auto-indutância magnética transversal em amostras em forma de fi os delgados e retilineos de ni e pt por meio da expressão (vmag/i0)×τ em função da temperatura. experimental fios de níquel e platina com comprimento de 0,19 m, e diâmetro de 0,0004 m, para evitar o efeito pele, “skin effect”, foi recosido em atmosfera neutra a 873k durante 5 horas e esfriado, na velocidade de 4,6 10-1 k/min até a temperatura ambiente. as amostras foram colocadas no interior de um tubo de vidro pyrex, selado em atmosfera rarefeita de argônio, juntamente com um par termoelétrico mostrado na fi gura 1. ecl. quím., são paulo, 35 3: 141 145, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 141 145, 2010142 ecl. quím., são paulo, 35 3: 141 145, 2010 143 artigo article artigo article figura 1. amostra encerrada no tubo de vidro pyrex em atmosfera rarefeita de ar gônio; conectada ao circuito elétrico de medida de vmag : k chave interruptora, f fonte de tensão continua (6,0 volt), m1 e m2 semi-telas do osciloscópio com imagem permanente, rf resistência interna da fonte, r resistência variável e a amperímetro. 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 autoindução magnética(henry) niquel 99,5% pureza au to in du çã o (h en ry )x 10 3 temperatura (k) ni figure 2. autoindução do ni em função da temperatura absoluta. figura 3. autoindução do ni e da pt relativas a autoindução no ponto curie, em função da temperatura absoluta. discussão na fi gura 2 o comportamento da curva, no intervalo de 525k a 620k é semelhante ao da fi gura, literatura (8), a menos do fator π/2, e na fi gura 3, por analogia ao trabalho teoricamente analisado por mott (11) e outros (6), sobre a resistência elétrica do ni, em função da temperatura e do campo magnético. segundo esses autores, a partir da temperatura ambiente, a ``metade´´ dos elétrons de condução que transitam da banda ns2 para a banda md8 da confi guração eletrônica do ni tabela 1, tem seus momentos magnéticos, spins emparelhados sob a ação do campo magnético, porem a medida que a vibração iônica cresce com a temperatura, a propriedade intrínseca ferromagnético tende a desaparecer, liberando esses elétrons e contribuindo para a elevação da resistência elétrica até o ponto curie. a ampola foi colocada no interior de um forno elétrico e conectada ao circuito elétrico mostrado na fi gura 1. os dados experimentais foram obtidos das amostras nas temperaturas entre 525k e 750k mantendo uma oscilação térmica de ± 0,4k. operação do circuito elétrico após aquecer o fi o (ni ou pt) por 20 minutos em cada patamar sucessivo de 15k, no intervalo de 525k a 750k, a corrente elétrica continua i0 é ligada durante alguns segundos e bruscamente desligada pela chave interruptora k. esta operação produz, em cada semi-tela do osciloscópio, uma curva exponencial decrescente da força eletromotriz vmag no níquel e no shunt de carbono, em função do tempo, que permite avaliar os seus valores máximos e calcular os respectivos tempos de relaxação τ2 e τ1. sendo para o níquel e sendo para o shunt de carbono onde r é a resistência elétrica do shunt de carbono. pela aplicação da relação onde l é a autoindução magnética e demonstrado experimentalmente que τ2 = τ1 = τ resulta solução que justifi ca nesse trabal ho sua aplicação como a adoção dos valores vmag2, i0 e τ. a fi gura 2 mostra a autoindução do eleme nto ni, a fi gura 3 a autoindução dos elementos ni e pt relativas ao ponto de curie, em função da temperatura. tabela 1. extraído de “periodic chart of the atoms , 1947 ed. h. d. hubbard and w. f. meggers nº tômico elemento k l m n o p 1 2 3 4 5 6 s s p s p d s p d f s p d f s p d f 28 ni 2 2 6 2 6 8 2 78 pt 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 9* 1 melhor interpretação do comportamento da autoindução do níquel, é feita hoje pela teoria dos domínios magnéticos que são compostos por grupos de momentos magnéticos, spins, separados entre si por paredes de transição magnética (parede de bloch). nesses grupos a orientação paralela de spins dos elétrons dos átomos vizinhos na rede cristalina, é vantajosa sob o ponto de vista energético, resultando numa magnetizaçã o espontânea, que é acentuada com a aplicação externa de um campo magnético. com a temperatura crescente cada vez mais spins perdem as orientações paralelas, liberando mais elétrons livres, favorecendo o crescimento da autoindução até a temperatura de curie. é o que indica a curva da fi gura 2, que entre as temperaturas de 525k a 750k indica a existência de um ponto de infl exão a 575k, ponto de alteração de equilíbrio na orientação de uma parcela de domínios magnéticos, (8), e outro a 620k em que hà uma desordem na ori entação dos domínios com a reação ferromagnético ⇔ paramagnética. ecl. quím., são paulo, 35 3: 141 145, 2010144 ecl. quím., são paulo, 35 3: 141 145, 2010 145 artigo article artigo article na fi gura 3 as curvas referentes ao ni e a pt foram obtidas pelo quociente vmag/vcurie em função da temperatura no sentido de analisar o estado auto indutivo do níquel em relação ao da platina. até as proximidades do ponto curie o ni é ferromagnético, mantendo seu baixo valor de autoindução em relação ao da pt, e além desse ponto torna-se paramagnético, com a mesma autoindução da pt, como se nota com o mutuo posicionamento das duas curvas. alem do efeito térmico, o campo magnético h normal ao fi o, gerado pela corrente elétrica que atua sobre a orientação dos domínios magnéticos pode deformar, aniquilar, nuclear as paredes de bloch, alterando as dimensões e a autoindução do fi o. o fenômeno da variação relativa da dimensão l do fi o, δl/l, denominado de λ é chamado de magnetostrição. ele altera o tempo médio de relaxação dos spins dos elétrons livres e portanto afeta a autoindução do ni. neste trabalho o campo magnético médio no interior do fi o do ni, onde h = i/2πr foi calculado pela expressão, para a corrente elétrica i = 0,4 a e para r variando de , a = 2 10-4 m a n = 10-8 m. o valor obtido de hm = 17 oe permite obter λ = 2,0.10-5 (7) e a força de ≈ 0,2n normal ao fi o. segundo a referencia (13), essa força praticamente não atua sobre as medidas de autoindução neste trabalho. com o conhecimento da magnetostrição, em função do campo magnético e da temperatura, pode-se avaliar a porcen tagem média de domínios magnéticos em processo de orientação, de crescimento, nucleação e aniquilamento (1 ) conclusão na fi gura 2, a autoindução magnética normal a direção longitudinal do fi o do níquel, criada pela brusca interrupção da cor rente elétrica, cresce com a temperatura no intervalo de 525k a 750k. nesse intervalo de temperatura a curva correspondente apresenta uma alteração de equilíbrio de orientação dos domínios magnéticos a 575k, e uma desordem na orientação dos domínios na transformação ferromagnética paramagnética a 620k. no intervalo de temperatura de 525k a 620k, fi gura 3, mostra que a auto indução do ni ferromagnético, devido a contribuição dos domínios magnéticos, é inferior ao da pt paramagnética. acima de 620k, ponto de curie, a autoindução desses elementos se confunde no estado paramagnético. não se encontrou na literatura uma justifi cativa teórica para esse comportamento, conforme o trabalho com a resistividade elétrica do níquel e do paládio (5). a autoindução magnética transversal do níquel aqui calculada e multiplicada por 16,6 m-1 (π/l), fornece uma permeabilidade magnética, com valor superior ao obtido por kirkham (8), no mesmo intervalo de temperatura. essa diferença pode ser explicada por muitas causas como, pureza, formato, tratamento térmico, estrutura micrografi ca do corpo de prova, da densidade da corrente elétrica, do efeito da magnetostricção e outras (13 ). agradecimento ao professor doutor holland, l. r., pela discussão sobre as características desta pesquisa e resultados experimentais. abstract: effect of temperature on the magnetic permeability and magnetic self induction of nickel and platinum in the range 525k-620k. keywords: magnetic properties of ni and pt, magnetic self induction, magnetic dominion, magnetic permeability, magnetic susceptibility, bloch wall, magnetostriction, lenz´s law. bibliografi a [1] bohn, f., magnetostrição e ruído barkhausen nos aços elétricos de grão não orientado. 2005. 112 p. dissertação (mestrado em física) universidade federal de santa maria, santa maria – r.g. do sul. 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molecular é essencial para o entendimento dos processos bioquímicos nos quais ela está envolvida. o estudo de geometrias de equilíbrio é realizado com o auxílio de aproximações quânticas que conseguem determinar estruturas de menor estado energético. a importância desse tipo de trabalho é verificada quando há reprodutibilidade dos dados experimentais pelos cálculos quânticos. nesse trabalho foram realizados cálculos de estrutura eletrônica com diferentes aproximações para tentar reproduzir os dados de difração de raios x. o método semiempírico pm6 foi aquele que mostrou maior reprodutibilidade dos dados experimentais. esse resultado otimiza ainda a relação entre esforço computacional e reprodutibilidade de dados, pois o método semiempírico pm6 é sabidamente mais barato computacionalmente que aqueles ditos que foram usados neste trabalho. palavras-chave: azadiractina, ab initio, semiempírico, pm6 ____________________________________________________________________________ abstract: the azadiracthin is a molecule with many biological applications in the pest control and in the treatment of human diseases. for this reason the geometry study of this molecular structure is essential to understand the biochemical process which it is involved. the study of equilibrium geometries was performed with the aid of quantum mechanics approach that can determine the structures with the least energetic state. the importance of this kind of study is verified when there is experimental data reproducibility by quantum calculations. in this work it was performed calculations of electronic structure with different approaches in order to try reproducing the experimental data base in x ray. the pm6 semi-empirical method was that showed the highest reproducibility of the experimental data. this result optimized yet the relation between computational cost and the good data reproducibility, because it is known that the pm6 semi-empirical method has the computationally less cost that the ab initio approaches that were used in this study. keywords: azadiracthin, ab initio, semi-empirical, pm6 1 fundação universidade federal do tocantins. campus universitário araguaína. rua paraguaia s/n 77838-824 araguaina, to e-mail: danielchem@uft.edu.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p94-100 mailto:danielchem@uft.edu.br eclética química journal, vol. 41, 94-100, 2016. 95 95 introdução o uso de plantas com aplicabilidade medicinal tem crescido nos dias atuais. dentre aquelas com potencial medicamentoso e repelente se destaca o neem, que é uma árvore de origem asiática e que hoje se encontra difundida em países de clima tropical. o seu óleo apresenta ação repelente contra o mosquito aedes aegypti com duração de vários minutos a depender das condições físico-químicas. o uso combinado do óleo com outros repelentes e inseticidas conhecidos no mercado pode melhorar a sua atividade biológica 1 . é sabido na literatura que o óleo de neem apresenta propriedades antifúngicas 2 , e que parte dos seus compostos bioativos está sendo estudados como potenciais fármacos para o tratamento e prevenção do câncer 2 . aplicações antimaláricas têm sido descritas na literatura recente 3 . a extração do neem usando um solvente polar como a água permite a obtenção de quantidades de moléculas bioativas suficiente para o controle de pragas 4 . ensaios biológicos demostraram que as moléculas bioativas presentes no extrato de neem, como a azadiractina, nibina e 6-desacetilnibina inibem a atividade da enzima 20monooxigenase, que está relacionada à ecdise em insetos 5 . estudos mostram ainda a aplicabilidade do óleo de neem no combate ao vírus da dengue tipo 2 6 . a separação de cada composto com potencial biológico do óleo de neem foi realizada utilizando a técnica de cromatografia líquida de alta eficiência. destas moléculas a mais representativa é a azadiractina. no extrato obtido do fruto desta árvore encontram-se oito tipos de azadiractina a,b,c,d,e,f,g e i 7 . a azadiractina a possui ampla aplicação na inibição do crescimento de insetos, bem como pode ser usada como inseticida natural tendo a vantagem de ser uma molécula biodegradável. na literatura consta ainda que esta molécula pode ter propriedades inflamatórias, antifúngicas bem como pode ser utilizada no tratamento de neoplasias 8 . devido a sua ampla utilidade em diferentes tipos de doenças em humanos e animais, ley e colaboradores propuseram uma síntese completa dessa molécula, que perdurou 22 anos na universidade de cambridge 9 . a demora na síntese desta molécula foi resultado da presença de 16 carbonos assimétricos na estrutura da molécula, que pode apresentar conformações de equilíbrio complexas. estudos conformacionais são de fundamental importância para a construção e aplicação de possíveis inibidores, pois a inibição de biomoléculas se dá pela complementariedade estrutural do inibidor com o sítio catalítico do alvo enzimático 10 . tendo em vista a relação estrutura e atividade da molécula azadiractina, baldone e colaboradores realizaram uma análise quantitativa multidimensional a fim de determinar geometrias de equilíbrio, que ajudariam no entendimento do comportamento da molécula de azadiractina. nesse trabalho foram computados ângulos diedros e distância entre átomos das estruturas de equilíbrio usando o método am1 11 . estudos teóricos recentes 15 utilizando a distribuição de boltzman com o método monte carlo para a procura de geometrias de equilíbrio associados com cálculos de estrutura eletrônica com funcionais híbridos, foram comparados com aqueles provenientes de dados experimentais 13 , refinando desse modo os resultados de baldone e colaboradores 11 . esses estudos mostram o interesse crescente em elucidar a geometria da molécula azadiractina com mais acurácia em relação aos dados experimentais. entretanto, como são métodos mais refinados demandam maior custo e tempo computacional. no que tange ao estudo de geometrias de equilíbrio deve-se otimizar a relação esforço computacional com a reprodutibilidade de dados experimentais, como aqueles provenientes de técnicas espectroscópicas. em busca da relação entre esforço computacional e qualidade dos métodos de cálculo de estrutura eletrônica, foram obtidas estruturas de equilíbrio utilizando aproximações semiempíricas (pm6, am1, pm3, pm3/mm) e aquelas provenientes de cálculos estritamente quânticos com funcionais de densidade e o método hartree-fock, e pós hartree-fock mp2. nossos resultados de distância de ligação entre átomos de carbono e oxigênio, utilizando o método semiempírico pm6, mostram que o método eclética química journal, vol. 41, 94-100, 2016. 96 96 reproduz de maneira satisfatória os dados experimentais de difração de raios x, embora não sejam observadas a mesma correlação em relação aos ângulos diedros. estes resultados poderão ser utilizados em futuros estudos de docking molecular e sar (relação estrutura e atividade) com alvos enzimáticos específicos 5 . procedimentos experimentais a estrutura da molécula de azadiractina foi desenhada no programa hyperchem 13 . em uma etapa posterior, a estrutura molecular foi otimizada utilizando os seguintes cálculos de estrutura eletrônica: semiempíricos, (pm6, am1, pm3, pm3/mm), teoria do funcional de densidade (b3lyp/sto-3g, b3lyp/6-31g) e ab initio (hf/sto-3g, hf/6-31g, mp2/6-31g). estes cálculos foram realizados no programa gaussian 2009 14 . os dados resultantes dos cálculos de estrutura eletrônica foram correlacionados com os dados experimentais de difração de raios x da literatura 12 . as distâncias de ligação obtidas com cálculos de estrutura eletrônica foram correlacionadas com aquelas obtidas experimentalmente com a técnica de difração de raios x. os ângulos diedros obtidos teoricamente também foram correlacionados com os dados experimentais. para efeito comparativo com os dados do experimento, os átomos foram numerados conforme a figura 1 12 . a escolha da numeração objetivou seguir o modus operandi do artigo que contém os dados experimentais 12 . o coeficiente de correlação r foi utilizado como medida de acurácia dos métodos testados. a confirmação dos mínimos energéticos obtidos foi feita pelo cálculo das frequências. figura 1. molécula de azadiractina com os átomos numerados para computação das distâncias e ângulos diedros. resultados e discussão comparação com os dados experimentais os resultados inerentes às otimizações com diferentes métodos são mostrados na tabela 1, que diz respeito às distâncias de ligação. o método semiempírico pm6 apresentou maior correlação com os dados experimentais com um coeficiente de correlação r igual 0,91 conforme tabela 1. os métodos semiempíricos am1, pm3 e pm3/mm apresentaram coeficientes de correlação bem próximos com uma ligeira vantagem para o método am1, que apresentou r=0,84 enquanto os demais apresentaram um valor de r=0,82. os métodos ab initio hartree-fock e mp2 exibiram baixa reprodutibilidade dos dados com coeficientes de correlação variando entre 0,80 para o método hf com a função de base sto-3g e r=0,67 para o método hf combinado com o funcional 6-31g e o método pós hartree-fock mp2 combinado com funcional 6-31g. o funcional b3lyp apresentou melhor correlação com os dados experimentais quando foi utilizado o funcional sto-3g com correlação igual a 0,70. uma ligeira piora no coeficiente de correlação (r=0,67) é observada com o uso da função de base 6-31g para o funcional b3lyp. esses resultados demonstram a vantagem do uso do método semiempírico pm6 na descrição da estrutura da molécula de azadiractina. a vantagem então está no baixo custo computacional do método pm6 aliada com a boa reprodutibilidade das distâncias de ligação. eclética química journal, vol. 41, 94-100, 2016. 97 97 tabela 1. distâncias de ligação calculadas teoricamente no que se refere aos ângulos diedros, não há boa concordância para nenhum dos métodos de cálculo de estrutura eletrônica utilizados, conforme pode ser visualizado na tabela 2. alguns ângulos particulares são reproduzidos pelos métodos quânticos, outros mostram demasiada discordância com os métodos experimentais. para o diedro associado aos átomos c18-c13-c14-c15 verificase uma boa concordância do funcional b3lyp com a função de base 6-31g com os dados experimentais. para o funcional b3lyp o diedro calculado é de 153,18 o enquanto no experimento é de 157,95 o . outro ângulo diedro que apresenta boa correlação com os dados experimentais é aquele associado aos átomos c13-c14-c15-c16. o método mp2 (29,9 o apresenta melhor correlação com os dados experimentais 29,77 o ), seguido dos métodos hf (28,4 o ) com a função de base 6-31g e o método semiempírico am1 e o funcional de densidade b3lyp com a função de base 6-31g. para ambos o diedro obtido foi de 28,2 o . neste ponto não é observada correlação entre o método de cálculo de estrutura eletrônica e a qualidade dos resultados quando comparados aos dados experimentais, havendo como já citado ligeiras concordâncias e muitas discordâncias com os métodos experimentais de difração de raios x. em vista dos resultados há uma evidente vantagem do método semiempírico pm6 concernente à reprodução de dados de distâncias de ligação para a molécula de azadiractina. porém, a reprodutibilidade dos dados de ângulos diedros para a molécula azadiractina não pode ser confiada a uma otimização com cálculos de estrutura eletrônica. esse problema se dá pelos elevados graus de liberdade conformacional existente na molécula de azadiractina, o que pode levar como consequência a uma complexa superfície de potencial energético com diversos mínimos energéticos que é demasiada complexa para ser explorada. o...o distância angstrons pm6 am1 pm3 p3mm hf sto3 g b3lyp (sto-3g) mp2 631g hf631g b3l yp631g exp 13 21 -15 2,25 2,21 2,16 2,16 2,32 2,4 2,29 2,29 2,33 2,27 21-13 4,49 4,45 4,47 4,47 4,51 4,5 4,23 4,12 4,2 5,39 15-13 3,15 3,13 3,17 3,17 3,16 2,84 2,62 2,62 2,69 3,62 13-19 6,09 5,78 6 6 5,87 5,52 5,11 5,07 5,19 5,9 136 5,82 5,78 6,01 6,01 6,1 6,07 6 5,98 6,05 5,08 196 5,67 4,55 4,6 4,6 4,48 4,38 4,44 4,41 4,43 5,76 76 2,51 2,51 2,53 2,53 2,35 3,72 3,53 3,54 3,58 2,96 1112 2,5 2,55 2,6 2,6 2,58 2,62 2,59 2,6 2,64 2,65 r 0,91 0,84 0,82 0,82 0,80 0,70 0,68 0,67 0,67 eclética química journal, vol. 41, 94-100, 2016. 98 98 tabela 2. ângulos diedros obtidos por diversos métodos de cálculo de estrutura eletrônica comparados com os dados provenientes da difração de raios x ângulo diedro pm6 am1 pm3 p3mm hf sto3g b3lyp (sto3g) mp2 6-31g hf-631g b3lyp6-31g exp. 13 o6-c6-c7-o7 -127,3 -127,9 -121,8 -121,8 -125,4 -36,9 -123,3 -125,7 125,2 59,2 c7-c8-c14c13 -80,2 -82,9 -96,6 -96,6 -83,6 -69,6 -88 -85,3 -84,6 110,52 c7-c8-c14c15 66,9 63 46 46 62 74,4 57,8 62,5 60,9 89,3 c13-c14-c15c16 25,3 28,2 31 31 28,8 24,6 29,9 28,4 28,2 29,77 o13-c14-c15o15 -30,4 -28,3 -27,5 -27,5 -29,6 -33,7 -26,3 -25,5 -25,6 -147,8 o13-c13-c17c16 -90,9 -88,2 -89,4 -89,4 -89,5 -93,7 -90,2 -91,3 -91,8 39,39 c13-c17-c20c22 175,9 176,7 179 179 171,3 169,3 174 174 173,6 177,48 c4-c5-c6-o6 45,7 44,5 42,6 42,6 47,3 50,6 47,9 46,3 48,1 39,74 c10-c9-c11o19 -32,8 -28,8 -30,5 -30,5 -32,1 -34,1 -30 -31,4 -32,5 14,96 o7-c7-c8c30 -48,4 -43,9 -51 -51 -47,8 -39,7 -50,6 -49,8 -50,4 173,11 o20-c20-c22c23 -114,7 -116,5 -177 -177 -121,9 -125,5 -114,1 -113,1 112,9 108,37 c18-c13-c14c15 -149,5 -151,8 -149,7 -149,7 -151,1 -143,8 -154,8 -154,7 153,8 157,95 o7-c7-c8-c9 -168,5 -164,6 -170 -170 -169,1 -159,9 -171 -170,1 170,9 62,6 o11-c11-c12o12 -14,6 -11,2 -2,9 -2,9 -12 -17 -14,1 -17,8 -13,7 -24,71 conclusões os resultados de cálculos de estrutura eletrônica demonstraram que há uma vantagem no uso do método semiempírico pm6 para a reprodução de distâncias de ligação na molécula de azadiractina. a vantagem se dá pela boa correlação com os dados experimentais de difração de raios x e pelas características do método que possui menor custo computacional quando comparado aos cálculos ab initio e de funcional de densidade. dessa forma o uso do método semiempírico é altamente recomendável eclética química journal, vol. 41, 94-100, 2016. 99 99 para o tratamento desse tipo de problema. o mesmo não ocorre com a reprodução dos ângulos diedros. há concordâncias de alguns métodos com alguns ângulos pontuais e discordância na maior parte dos resultados. esse problema pode ser decorrente da complexa superfície energética da molécula de azadiractina. referências [1] y. mukesh, p. savitri, r. kaushik, n. p. singh, studies on repellent activity of seed oils alone and in combination on mosquito, aedes aegypti, journal of environmental biology., 2014, 35, 917-922. 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[14] m. j. frisch, g. w. trucks, h. b. schlegel, g. e. scuseria, m. a. robb, j. r. cheeseman, g. scalmani, v. barone, g. a. petersson, h. nakatsuji, x. li, m. caricato, a. marenich, j. bloino, b. g. janesko, r. gomperts, b. mennucci, h. p. hratchian, j. v. ortiz, a. f. izmaylov, j. l. sonnenberg, d. williams-young, f. ding, f. lipparini, f. egidi, j. goings, b. peng, a. petrone, t. henderson, d. ranasinghe, v. g. zakrzewski, j. gao, n. rega, g. zheng, w. liang, m. hada, m. ehara, k. toyota, r. fukuda, j. hasegawa, m. ishida, t. nakajima, y. honda, o. kitao, h. nakai, t. vreven, k. throssell, j. a. montgomery, jr., j. e. peralta, f. ogliaro, m. bearpark, j. j. heyd, e. brothers, k. n. kudin, v. n. staroverov, t. keith, r. kobayashi, j. normand, k. raghavachari, a. rendell, j. c. burant, s. s. iyengar, j. tomasi, m. cossi, j. m. millam, m. klene, c. adamo, r. cammi, j. w. ochterski, r. l. martin, k. morokuma, o. farkas, j. b. foresman, and d. j. fox, gaussian program, inc., wallingford ct, 2016. [15] e. a. s. de castro, d. a. b. de oliveira, s. a. s. farias, r. gargano, j. b. l. martins, structure and electronic properties of azadirachtin, journal of molecular modeling, 2014, 20:2084, 1-7. http://www.jstor.org/stable/24098757 http://www.jstor.org/stable/24098757 https://link.springer.com/journal/894 1059.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 107 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 4: 107 112, 2010 determinação de coeficiente de expansão térmica do biodiesel e seus impactos no sistema de medição volumétrico douglas queiroz santos, daniela franco vieira universidade federal de uberlândia – avenida engenheiro diniz, 1178 – caixa postal: 593 – cep 38.400-902 – uberlândia – minas gerais – brasil e-mail: douglasqueiroz@petrobras.com.br;danielafranco.tecline@petrobras.com.br resumo: o objetivo deste trabalho foi determinar o coeficiente de expansão térmica do biodiesel a partir de dados experimentais de densidade em função da temperatura. para tanto, foram utilizados alguns fundamentos da termodinâmica. o valor obtido para o coeficiente de expansão térmica após regressão linear para o biodiesel -4 -1foi de 8,49 × 10 ºc , com um coeficiente de correlação igual a 0,9978. palavras-chaves: coeficiente de expansão térmica, dilatação térmica, biodiesel introdução o aumento da demanda mundial por combustíveis líquidos, aquecimento global, segurança energética, vontade política por desenvolvimento nos campos agrícola, social e também energético são pontos que abrem novas áreas de interesse e oportunidades para pesquisas e desenvolvimento na academia e na indústria, pois são as forças motoras responsáveis pelo renovado interesse na produção de biocombustíveis [1,2]. com a inclusão do biodiesel na matriz energética do brasil se faz necessário conhecer a magnitude do coeficiente de expansão, já que este é de extrema importância no calculo do faturamento do biodiesel nas indústrias e/ou bases de carregamento. cada material reage diferentemente a uma variação de temperatura [3]. alguns materiais apresentam uma grande variação nas suas dimensões com o aumento da temperatura, enquanto outros praticamente não mudam suas dimensões [4], tal fato é explicado pelo coeficiente de expansão volumétrica [5]. uma área promissora de estudos para caracterizar este bio-material é a medida das suas propriedades térmicas. estas propriedades revelam informações importantes sobre o comportamento físico-químico no material e certamente pode ser um caminho adicional nas metodologias de caracterização de biodiesel [6]. o coeficiente de expansão térmica (â) também chamado de coeficiente de expansão volumétrica ou expansividade volumétrica indica a variação de volume (v) provocada pela variação da temperatura (t) enquanto a pressão (p) permanece constante [4,7]: o coeficiente de expansão térmica (â) também chamado de compressibilidade isobárica [8,9], uma vez que a pressão é constante. entre o coeficiente de expansão térmica e a energia de ligação química entre os átomos existe uma boa correlação, onde materiais em que as ligações químicas são fortes apresentam o coeficiente de expansão térmica baixo. isto porque a dilatação térmica está associada à variação assimétrica da energia (ou força) de ligação com a distância entre os t v v ¶ ¶ x= 1 b (i) 108 artigo article átomos. ou seja, durante o aquecimento os átomos do material aumentam a freqüência e a amplitude de vibração e como as forças de repulsão são sempre maiores que as de atração, a distância média entre os átomos também aumenta [7]. material e métodos durante os meses de abril, maio, junho e julho do ano de 2009 coletaram-se amostras de biodiesel das seguintes empresas agrosoja, fiagril, caibiense, bracol, binatural, caramuru, granol, biopar e fertibom. com essas empresas de acordo com a anp, temos biodiesel de rota etilíca e metílica com origem vegetal e animal, ou seja, temos uma grande variabilidade nas origens. a tabela 1 indica os dados experimentais de densidade do biodiesel em função da temperatura, nestes dados foi aplicado os testes de chauvenet, dixox e grubbs para verificação de outliers. após este procedimento, os dados foram aplicados à equação (viii) onde foi possível determinar o coeficiente de expansão térmica a partir da análise de regressão linear, sendo o coeficiente angular da reta obtida pelo gráfico de ln (d0/d) versus (t-t0) corresponde numericamente ao valor do coeficiente de expansão térmica para o biodiesel. nos cálculos, consideraram-se como t0 as temperaturas de 10,0ºc e d0, as densidades dos biodiesel nesta temperatura. 3densidade (kg × m ) 889,9 886,2 882,1 878,2 874,9 871,3 867,7 864,1 860,4 2 890,0 886,4 882,2 878,7 875,0 871,5 867,9 864,2 860,6 3 890,3 886,5 882,7 878,9 875,3 871,7 868,1 864,5 860,9 4 890,5 886,6 882,1 878,8 875,2 871,6 868,0 864,4 860,7 5 890,5 886,3 882,6 878,9 875,3 871,5 868,0 864,4 860,7 6 890,1 886,4 882,7 879,2 874,8 871,2 867,6 863,9 860,3 7 889,2 885,3 881,7 878,7 874,3 870,6 867,0 863,4 859,7 8 890,6 886,6 882,6 878,9 875,4 871,7 868,1 864,4 860,8 9 890,7 887,0 882,7 879,1 875,3 871,7 868,1 864,5 860,9 10 890,3 886,3 882,4 879,5 875,3 871,5 867,9 865,5 860,7 11 889,1 885,4 881,7 878,3 874,4 870,8 867,2 863,6 860,0 12 890,0 886,3 882,4 878,7 875,1 871,5 867,8 864,2 860,6 13 889,8 886,1 882,3 878,7 875,0 871,4 867,3 864,2 860,6 14 889,8 885,9 882,1 878,5 874,9 871,2 867,6 864,0 860,4 15 890,1 885,8 882,0 878,4 874,8 871,2 867,5 863,9 860,3 16 889,5 885,5 881,8 878,1 874,5 870,9 867,3 863,7 860,0 17 889,5 885,4 881,4 877,8 874,2 870,5 867,0 863,3 859,7 18 889,3 885,3 881,7 878,6 874,3 870,7 867,0 863,4 859,8 19 889,1 885,4 881,7 878,0 874,5 870,8 867,2 863,6 860,3 20 889,4 885,6 881,6 878,0 874,4 870,7 867,1 863,4 859,8 21 889,2 885,1 881,5 877,8 874,2 870,5 866,9 863,2 859,6 22 889,8 886,2 881,8 878,1 874,4 871,1 867,2 863,5 860,0 23 889,7 886,2 881,8 878,1 874,5 870,8 867,3 863,6 860,0 24 889,7 886,0 881,7 878,0 874,4 870,7 867,1 863,5 859,9 25 889,7 886,0 881,6 878,0 874,4 870,7 867,1 863,5 859,9 26 889,6 885,8 881,6 878,0 874,4 870,7 867,1 864,2 859,8 27 889,5 885,6 881,5 877,8 874,2 870,6 867,0 863,3 859,7 28 889,8 885,8 881,7 878,1 874,5 870,8 867,2 863,6 860,0 29 889,6 886,0 881,7 878,0 874,4 870,8 867,2 863,5 859,9 30 889,7 885,9 881,7 878,1 874,5 870,8 867,3 863,5 860,6 31 890,0 886,1 882,1 878,5 875,1 871,4 867,9 864,2 860,7 1 tabela 1. efeito da temperatura sobre a densidade do biodiesel. temperatura (ºc) 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 amostra ecl. quím., são paulo, 35 4: 107 112, 2010 artigo article 109 889,6 885,9 881,9 878,1 874,5 870,8 867,2 863,5 859,9 32 889,1 885,4 881,7 878,1 874,5 870,8 867,3 863,6 860,0 33 889,8 885,9 881,7 877,9 874,3 870,7 867,1 863,5 859,9 34 889,8 885,9 881,7 878,1 874,5 870,8 867,2 863,6 860,0 35 889,5 885,6 881,4 877,7 874,0 870,4 866,8 863,1 859,6 36 889,1 885,3 881,6 878,0 874,3 870,7 867,1 863,4 859,8 37 889,0 885,3 881,6 877,9 874,3 870,7 867,1 863,4 859,8 38 889,2 885,3 881,6 878,7 874,4 870,8 867,1 863,5 859,9 39 889,0 885,1 881,2 877,5 873,9 870,2 866,6 863,0 859,3 40 888,7 884,7 880,8 877,1 873,5 869,9 866,3 862,7 859,0 41 889,2 885,5 881,8 878,1 874,5 870,8 867,3 863,7 860,0 42 889,1 885,4 881,5 877,8 874,2 870,5 867,0 863,4 859,7 43 888,2 884,6 880,9 877,3 873,6 870,0 866,4 862,8 859,2 44 888,6 885,3 881,3 877,7 874,1 870,4 866,8 863,2 859,6 45 888,9 885,5 881,6 878,0 874,3 870,7 867,1 863,5 859,8 46 889,1 885,5 881,7 878,1 874,4 870,8 867,2 863,6 860,0 47 889,0 885,5 881,7 878,1 874,4 870,8 867,3 863,6 860,0 48 889,1 885,3 881,8 878,1 874,5 870,9 867,3 863,7 860,1 49 888,9 885,3 881,7 878,0 874,4 870,8 867,2 863,5 860,0 50 889,1 885,5 881,8 877,9 874,5 870,9 867,3 863,6 860,0 51 889,0 885,4 881,7 878,0 874,3 870,7 867,1 863,5 859,8 52 888,5 884,8 881,2 877,4 873,8 870,1 866,6 862,9 859,3 53 889,2 885,8 881,7 878,1 874,5 870,8 867,2 863,6 860,0 54 888,7 885,2 881,4 877,8 874,1 870,5 866,9 863,2 859,7 55 888,9 885,3 881,6 877,8 874,4 870,7 867,1 863,5 859,9 56 888,6 884,9 881,3 877,7 874,1 870,5 866,8 863,2 859,6 57 888,9 885,2 881,7 878,1 874,4 870,8 867,1 863,5 859,9 58 889,0 885,4 881,8 878,1 874,5 870,8 867,2 863,6 860,0 59 889,1 885,4 881,7 878,0 874,4 870,7 867,1 863,5 859,9 60 889,1 885,6 881,8 878,1 874,5 870,8 867,3 863,6 860,0 61 888,1 884,5 880,9 877,1 873,5 869,9 866,3 862,6 859,0 62 889,0 885,4 881,7 878,1 874,0 870,8 867,2 863,6 860,0 63 889,3 885,3 881,7 878,1 874,5 870,8 867,2 863,6 860,0 64 888,9 885,7 881,6 878,0 874,3 870,7 867,0 863,5 859,9 65 889,1 885,5 881,8 878,1 874,5 870,9 867,3 863,7 860,1 66 883,7 879,7 875,9 873,2 868,8 865,1 861,5 857,8 854,2 67 889,3 885,5 881,3 877,7 874,0 870,4 866,8 863,2 859,6 68 889,2 885,3 881,3 877,6 874,0 870,4 866,7 863,1 859,5 69 888,6 884,7 880,6 877,0 873,3 869,7 866,1 862,4 858,9 70 890,0 886,0 881,9 878,3 874,6 871,0 867,4 863,8 860,1 71 883,5 879,3 875,6 871,9 868,3 864,7 861,0 857,4 853,8 72 884,4 879,6 876,1 872,4 868,9 865,2 861,7 858,0 854,3 73 883,7 879,1 875,4 871,7 868,1 864,4 860,9 857,2 853,5 74 884,5 879,8 876,2 872,5 868,9 865,3 861,7 858,1 854,4 75 888,1 884,6 880,9 877,3 873,7 870,0 866,4 862,8 859,1 76 888,1 884,5 880,7 877,0 873,5 869,8 866,3 862,5 859,0 77 888,2 884,7 880,9 877,3 873,7 870,1 866,5 862,7 859,2 78 888,5 884,6 880,9 877,2 873,6 870,1 866,4 862,7 859,2 79 887,8 885,0 880,6 876,9 873,3 869,6 866,0 862,4 858,8 80 continuação da tabela 1. efeito da temperatura sobre a densidade do biodiesel. temperatura (ºc) 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 amostra ecl. quím., são paulo, 35 4: 107 112, 2010 110 artigo article resultados e discussão conforme figura 1 a análise de regressão linear forneceu como resultado para o coeficiente de -4 expansão térmica (â) do biodiesel o valor de 8,49 × 10 -1ºc , com um coeficiente de correlação igual a 0,9978. o coeficiente de correlação tem por objetivo avaliar a "qualidade" do ajuste. assim para um coeficiente de correlação mais próximo a 1, melhor a "qualidade" do ajuste da função aos pontos do diagrama de dispersão. pela figura 3 podemos observar que os erros de ajustamento estão independentes e normalmente distribuídos em torno da reta. quanto mais próximos os pontos experimentais estiverem da linha contínua, mais válida a suposição de normalidade dos resíduos. figura 1. gráfico de ln (d /d) versus (t-t ) para 0 0 biodiesel. observa-se na figura 2 que não existe padrão de comportamento, podendo-se concluir que a variância dos erros é constante. figura 2. resíduo versus valor previsto para os dados da tabela 1. figura 3. distribuição dos resíduos em torno da reta que indica normalidade. conclusões a utilização de dados experimentais de densidade em função da temperatura associada a alguns conceitos da termodinâmica permitiu predizer o coeficiente de expansão térmica do biodiesel, parâmetro este de extrema importância para estimar outras propriedades físico-químicas entre elas a entalpia de vaporização [5,10]. considerando que o coeficiente de expansão -4 -1térmica do biodiesel é 8,49 × 10 ºc , para um aumento de temperatura de 10,0ºc, o aumento no volume do biodiesel é da ordem de 8,5 litros para cada mil litros. sendo assim o volume ocupado pelo biodiesel no interior de tanques sofre forte influência da temperatura e para viabilizar o comércio destes produtos e valorizar todas as operações comerciais e estabelecer os preços com os volumes referidos à temperatura de 20,0ºc, temperatura de referência no brasil, se faz necessário corrigir o volume à temperatura ambiente para a temperatura de referência, sendo necessário para isso o coeficiente de expansão térmica neste trabalho. ecl. quím., são paulo, 35 4: 107 112, 2010 artigo article 111 referências [1] i. p. lôbo, s. l. c. ferreira, r. s. cruz, química nova 32(6) (2009) 1596-1608. 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[10] r. e. sonntag, c. borgnakke, g. j. v. wylen, fundamentos da termodinâmica, edgard blücher, são paulo, 1998, p.57. douglas queiroz santos, daniela franco vieira. determination of coefficient of thermal expansion of biodiesel and their impacts on system volumetric measurement. abstract: the purpose of this study was to determine the coefficient of thermal expansion of the biodiesel from the experimental data of density as a function of temperature. for this, we used some fundamentals of thermodynamics. the value obtained for the coefficient of thermal expansion after the linear regression for -4 -1biodiesel was 8.49 × 10 ° c , with a correlation coefficient equal to 0.9978. keywords: coefficient of thermal expansion, thermal expansion, biodiesel. ecl. quím., são paulo, 35 4: 107 112, 2010 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | 54 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 54-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 complexations of divalent metallic ions with fulvic acids denise de oliveira vaz1+, andreia neves fernandes2 , bruno szpoganicz1 1 federal university of santa catarina (ufsc), university campus reitor joão david ferreira lima, florianópolis, santa catarina, brazil 2 federal university of rio grande do sul (ufrgs), 9500 bento gonçalves av, porto alegre, rio grande do sul, brazil + corresponding author: denise de oliveira vaz, e-mail address: denisevaz.business@gmail.com article info article history: received: september 4, 2017 accepted: may 23, 2018 published: may 29, 2018 keywords: 1. fulvic acids 2. srfa 3. copper 4. cadmium 5. zinc 1. introduction the study of the complexation of potential toxic metals at natural systems by substances as fulvic acids, which are in fresh-waters, for example, is important because these reactions can determine the metal speciation and bioavailability of the metal species. the metal speciation also can determine the mobility of trace metals in the ecosystems1, 2. free metal ions are more toxic to aquatic biota than metal ions bound to organic molecules like the fulvic acids3. the zinc, for example, is one of the essential metals for the cycle of life of the organisms, but it can be harmful when its concentrations overpass the limits required for a healthy nutrition4. heavy metals, as zinc, have the ability to accumulate in living tissues throughout the food chain. fish can become the main form of population transfer to these elements, since they are capable of bioaccumulation and bioconcentration5. copper and cadmium appear in the ecosystems as contaminants independent of their concentration or oxidation number. cadmium, copper and zinc are prevalent in nature due to their high industrial use, and they can affect growth of plants, according their metal concentration. their bioavailability is influenced by physical factors such as temperature, phase association, adsorption and sequestration. these metallic elements are considered systemic toxicants that are known to induce multiple organ damage, even at lower levels of exposure. being classified as human carcinogens according to the u.s. environmental protection agency6-11. one of the best manners to study the metals interactions with fulvic acids is the using of analyses techniques in solution, as potentiometric titration, because it abstract: in this work, the interactions of the functional groups of fulvic acids with copper, cadmium and zinc bivalent ions was investigated by potentiometry. the best7 software was employed to investigate the interactions of the functional groups. the software spe and speplot were used to generate and to plot the species diagrams. it was used the suwannee river fulvic acid (srfa) of the ihss (international humic substances society) to illustrate the process. the values of the proton dissociation and complexation constants with the divalent ions for each functional group were calculated and their values were very close to those previously published. the functional group present in the highest quantity in the complexes was catechol, and it is complexed with all the divalent ions, although with cu(ii). according to the results obtained by potentiometry, the reactivity series for the divalent ions and the srfa is: cu(ii) >> cd(ii) > zn(ii). thus, the method employed could be useful to estimate the role of fulvic acids in the transport of metals in the aquatic environments. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 mailto:denisevaz.business@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6993-8740 https://orcid.org/0000-0002-5345-7341 original article 55 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 54-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 can reproduce as closer as possible what occurs in the nature systems. in this work, to elucidate the titration curves of the fulvic acids and zinc (ii), cadmium (ii) and copper (ii) ion complexation it was used the best7 software and the software spe and speplot. 2. experimental setup all the reagents were analytical grade and were used without purification. it was used the srfa (suwannee river fulvic acid, ir101f) purchased from the ihss. the solutions of srfa (80.00 mg l-1) were prepared in the titration cell, dissolving the quantity of srfa in water, adding 8.00 ml of 0.01 mol l-1 hcl and completing the volume with double distilled water to 50.00 ml. the stock solutions of 0.01 mol l-1 cucl2.2h2o, cdcl2.h2o and zn(no3)2.6h2o (vetec química fina ltda.) were standardized by titration with edta (merck), 1.0x10-2mol l-1 using murexide as indicator and buffer solution ph=8. the titration agent was carbonate-free solution of 0.100 mol l-1 koh. the titrations were carried out in a thermostated bath (25.00 ± 0.05 °c) sealed cell, in an inert atmosphere (argon gas). the experiments started in ph 3.0 (triplicates). the ph values of titrations were read using a phmeter (corning 350). it was used the best7 software to resolve the equilibrium data because it was developed to can be useful to refine the stability constants from potentiometric data of any kind of system with any number of interactions components. to generate the species diagrams it was used the spe software and to plot them it was used the speplot software 3. results and discussion in the previous paper12, it was determined the quantities of the functional groups of the srfa. in this paper and using those values, it was determined by potentiometry titrations the complexations with divalent metallic ions. in the table 1, is presented the values of the complexation constants of the ions cu(ii), zn(ii) and cd(ii) to the functional groups of the srfa. table 1. equilibrium constants (log k) to the ions cu(ii), cd(ii) and zn(ii) and to the ligands phenol (a), benzoic (b), catechol (c), phthalic (d) and salicylic (e) of the srfa species a (log k) b (log k) c (log k) d (log k) e (log k) cu(ii) [cul]/[cu].[l] 7.62 0.07 (*) (-) (1.60 0.01) 13.42 0.05 (13.00 0.06) (-) (3.22 0.03) 11.13 0.02 (10.62 0.02) [cul2]/[cu].[l2] (-) (-) 25.39 0.08 (24.90 0.10) (-) (5.46 0.04) 18.95 0.05 (18.45 0.01) cd(ii) [cdl]/[cd].[l] (-) (-) (1.40 0.01) 8.81 0.03 (8.20 0.01) 2.60 0.05 (2.50 0.01) (-) [cdohl].[h]/[cdl (-) (-) 0.28 0.02 (*) (-) (-) [cdl2]/[cd].[l2] (-) (-) 16.78 0.03 (*) (-) (-) zn(ii) [znl]/[zn].[l] (-) (-) (0.90 0.02) 10.05 0.02 (9.90 0.01) (-) (-) [znohl].[h]/[znl] (-) (-) 0.48 0.09 (*) (-) (-) [znl2]/[zn].[l2] (-) (-) 17.91 0.09 (17.40 0.30) (-) (-) where l (represents = a, b, c, d and e). the values of the literature are listed between parenthesis13, 14. note: the symbol (-) represents that the respective values were not observed experimentally and (*) are the values not published. the values of the complexation constants to the cu(ii) and the values of the literature were similar7, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 original article 56 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 54-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 8 although the values of the log k to the salicylate groups are slightly higher when are connected to the structure of the fulvic acids. it can be the factor on why the experimental values are higher than the values of the salicylic acid groups (simple substance). at this way, some differences are previewed due to the fact of the srfa is a mixture so complex. the phenolic ligands are important as constituents of the complexes humic substances, on which are the main ligands, getting responsible in the transport and taking part in the transport and accumulation of the nutrients. describe that in humic substances can exist functional groups as salicylate and the strong acidity of the salicylic groups can be due by the formation of structures of five member with intermolecular hydrogen bonds between the phenolic groups and the anion carboxylate. evidences of this would be the fact that log k of the ml species (salicylate) diminishes 1.5 units and the log k of the ml2 species (salicylic) increases 3 units, increasing the ionization of the first proton and weakening the acidity of the second proton. steric effects are significant in the increase of the influence of the hydrogen linkages in the srfa percentage. in figure 1 is presented the graphic of distribution percentage of species of the srfa complexed with cu(ii) versus p[h]. figure 1. the percentage of species of srfa with the cu (ii) versus p[h] in vsol cucl2 = 2 (a) and in vsol cucl2= 0.5 ml, where: phenol groups (a); benzoic groups (b); catechol groups (c); phthalic groups (d) and salicylic groups (e). (conditions: µ = 0.100 mol l-1 kcl; t = 25º c; csrfa = 93 mg l-1; csol cucl2 = 10 -2 mol l-1). in figure 1, at p[h]= 4 its begins the complex cue (where: e = salicylic) reaching its maximum amount of 48 % at p[h] = 6.5. after appearing the cua species (where: a = phenolic), at p[h]= 6.5 it has 11 %. the specie cuc (where: c = catechol) is at p[h] = 5.5 with the maximum of concentration of 22 % at p[h]= 7.0. the specie cuc2 begins at p[h] 6.6 ranging the maximum of 58 % at p[h] = 9. the specie cue2 begins at p[h] = 9.0 and is on the top of 20 % at p[h] =10.8. at p[h] 10 begins the hydroxide species with cu(ii). in figure 1 (b) it is possible to observe the complexation with cu(ii) begin at p[h] 4, beginning the cue and cua species reaching their maximum at p[h] = 6.5 (38 %) and p[h] = 6.2 (25 %). the specie cuc begins its formation at p[h] = 5, reaching its maximum at p[h] = 7.0 (43 %). the specie cuc2 begins at p[h] = 6.0 reaching the maximum at p[h] = 8 (98 %). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 original article 57 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 54-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 in figure 2, it can be observed 4 complexes for the zn(ii) and the functional groups of srfa. at p[h] = 4 appears the znd species (22 % at p[h] = 6.5), at p[h] = 6.8 is formed the znc species (75 % at p[h] = 8.5). at p[h] 7.8 the hydroxy species znohc (maxim 33 % at p[h] = 10. the znc2 species is formed after p[h] = 8 (maximum 60 % at p[h] =10.5). figure 2. percentage of srfa species with zn(ii) versus p[h], where the ligands are represented by phenol (a), benzoic (b), catechol (c), phthalic (d) and salicylic (e). (conditions: μ = 0.100 mol l-1 kcl; t = 25 °c; csrfa = 93 mg l-1, csol zn(no3)2 =10-2 mol l-1). the figure 3 shows the graphic of distribution of species of the fulvic acid complexed with the cd(ii) in percentage versus p[h]. the cd(ii) presented a chemical behavior very similar to the zn(ii) forming the same type of forming. the species formed with the cd(ii) are the cdd (where: d = phthalic) reaching its maximum of 7 % at p[h] = 7; at p[h] = 7.2 is formed the cdc species (where: c = catechol), reaching its maximum 28 % at p[h] = 8.8; at p[h] = 8 it was formed the hydroxy species cdohc, reaching its maximum of 80 % at p[h] = 8.0, over the p[h] = 8.2 it was formed the cdc2 species reaching its maximum of 30 % at p[h] = 10.9. the catechol was the functional group more reactive with all the divalent ions studied, it has complexed with all the ions. at second place, it was the salicylic group complexed in great quantity with the ions cu(ii). according the results of this work, this is the series of reactivity to the bivalents ions and the srfa: cu (ii) >> cd(ii) > zn (ii). figure 3. percentage of species of the srfa with cd (ii) versus p[h]. where: phenol (a), benzoic (b), catechol (c), phthalic (d) and salicylic (e). (conditions: µ = 0.100 mol l-1 kcl; t = 25 ºc; csrfa = 93 mg l-1; csol cdcl2 = 10-2 mol l-1). 4. conclusions the values of the proton dissociation and complexation constants with the divalent ions for each functional group were calculated and their values were very close to those of the literature. the functional group present in the highest quantity in the complexes was catechol, and it complexed with all the divalent ions, although to a greater extend with cu(ii). according to the results obtained by potentiometry, the reactivity series for the divalent ions and the srfa is: cu(ii) >> cd(ii) > zn(ii). 5. acknowledgments thanks to cnpq (conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico) and funcitec (foundation of science and technology). 6. references [1] ephraim, j. h. heterogeneity as a concept in the interpretation of metal ion binding by humic substances. the binding of zinc by aquatic fulvic acid. analytica chimica acta 267 (1) (1992) 3945. https://doi.org/10.1016/0003-2670(92)85004-p [2] bacstrom, m, dario, m, karlsson, s, allard, b. effects of a fulvic acid on the adsorption of mercury and cadmium on goethite. science of the total environment 364 (1-3) (2003) 257-268. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 https://doi.org/10.1016/0003-2670(92)85004-p https://doi.org/10.1016/0003-2670(92)85004-p https://doi.org/10.1016/0003-2670(92)85004-p https://doi.org/10.1016/0003-2670(92)85004-p https://doi.org/10.1016/0003-2670(92)85004-p https://doi.org/10.1016/s0048-9697(02)00573-9 https://doi.org/10.1016/s0048-9697(02)00573-9 https://doi.org/10.1016/s0048-9697(02)00573-9 https://doi.org/10.1016/s0048-9697(02)00573-9 original article 58 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 54-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.54-58 https://doi.org/10.1016/s0048-9697(02)00573-9. 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https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.10.043 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.10.043 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.03.063 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.03.063 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.03.063 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.03.063 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.03.063 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.03.063 https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.013 https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.013 https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.013 https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.013 https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.013 https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.013 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.021 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422001000300010 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.10.020 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.10.020 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.10.020 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.10.020 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.10.020 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.10.020 https://doi.org/10.1590/s0100-46702010000400019 https://doi.org/10.1590/s0100-46702010000400019 https://doi.org/10.1590/s0100-46702010000400019 https://doi.org/10.1590/s0100-46702010000400019 https://doi.org/10.1590/s0100-46702010000400019 https://doi.org/10.1590/s0100-46702010000400019 https://doi.org/10.1590/s0100-46702010000400019 15eclética química, 36 (3), 15-20, 2011. sodium diethyldithiocarbamate method cu, bi, co and fe are interferents and should be removed by the prior extraction with dimethylglyoxime. the method presents ε = 35 x 103 l mol-1 cm-1 but in ultra-violet region (325 nm). the method is time consuming and use extractions with carbon tetrachloride [3]. the method using titriplex® iii gives a coloured complex utilized for determination of nickel by spectrophotometric observation of the band at 1000 nm [4]. the 2,2’-furil dioxime forms with nickel a yellow, water insoluble complex which is extractable with chloroform and it can be utilized for photometric determination [5]. the method utilizing dithiooxamide is very sensitive (limit of detection about 0.01μg nickel) but copper and cobalt interfere seriously in the method [6]. others analytical procedures have been proposed including voltammetry [7, 8], ion selective electrodes [9,10], polarography [11], derivative spectrophotometry [12], fluorescence spectrometry [13,14] and inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy icp-aes [15,16]. the search for new chromogenintroduction nickel determination is important in metallurgy, biological sciences and environmental analytical chemistry. there is a growing need for the development of analytical procedures with high sensitivity for nickel determination. the usual methods for determination of nickel using chemical reagents like; dimethylglyoxime, sodium diethyldithiocarbamate, (ethylenedinitrilo) tetraacetica acid disodium salt (titriplex® iii), 2,2’-furil dioxime and dithioxamide [1]. the dimethylglyoxime method present ε = 14 x 103 l mol-1 cm-1 at 450 nm and co, cr(iii) cu(ii), mn(ii), fe and zn higher 1 μg ml-1 interfere and it is advisable to isolate the nickel by extraction with dimethylglyoxime/chloroform before the determination in aqueous solution. the method involves the addition of various chemical reagents (hydrochloric acid, bromine water and ammonia) and the times stated for which addition are to be strictly adhered [2]. in the abstract: a simple and sensitive uv-vis spectrophotometric method was developed using a new chromogenic reagent, l-dopasemiquinone, for the quantification of ni(ii) in metallic alloys: inox, co-cr, and ni-ti. the complex [ni(ii)(l1-)3] 1presents an intense band at 591 nm, ε = 2.4 x 103 l mol-1 cm-1. beer’s law is obeyed from 4.02 x 10-5 to 2.01 x 10-4 mol l-1 with limits of detection and quantification of 4.15 x 10-5 mol l-1 and 5.02 x 10-5 mol l-1, respectively. the method was compared with atomic absorption spectrophotometry and inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy obtaining good results. cobalt and titanium cause low interference in the method. determination of ni(ii) in alloys using a new reagent derived from l-dopa wagner josé barreto*+, herica aparecida magosso*, miriam fátima soares*, bruno marco oliveira silveira*, ieda spacino scarminio+, dílson norio ishikawa**, sônia regina giancoli barreto* *laboratory of environmental physical chemistry, department of chemistry, cce, londrina state university, londrina, pr, 86051990, brazil. +laboratory of chemometrics in natural sciences, department of chemistry, cce, londrina state university, londrina, cp 6001, 86051-990, brazil. **department of chemistry, cce, londrina state university, londrina, cp 6001, 86051-990, brazil +barreto@uel.br 16eclética química, 36 (3), 15-20, 2011. the aim of this study was to develop a uv-vis spectrophotometric methodology for determination of ni(ii) using a new reagent, prepared from l-dopa, and to test it in the determination of ni(ii) in three commercial metallic alloys; inox, nickel-titanium (ni-ti), and nickel-cobalt (ni-co). the results are compared with those of the established methods of atomic absorption spectroscopy (aas) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (icp-aes). experimental preparation of the chromogenic reagent (l-dopasemiquinone) all of the solutions were prepared with ultra-pure water (helga). sodium thiosulfate (0.3131 g) (aldrich chemical 99.9%) was dissolved in 500 ml of water (3.96 10-3 mol l-1), following by 0.1008 g of l-dopa [(s)-2-amino-3-(3,4-dihydroxyphenyl) propanoic acid, c9h11no4 ] (aldrich chemical 99.9%) (1.06 10-3 mol l-1) with o2 bubbling at a constant flow of 0.5 l min-1. after 48 hours of reaction the absorption band at 278 nm, a characteristic electronic transition of the l-dopa, disappeared and a band at 337 nm, characteristic of the l-dopasemiquinona, emerged (fig. 2). the resulting dark green solution was stored in polyethylene flasks at 4°c. stock solution of nicl2 a stock solution of ni(ii) was prepared dissolving nickel chloride (aldrich chemical 99.9%) in water (1.00 x 10-3 mol l-1). aliquots were transferred to 25 ml volumetric flasks and completed with buffer solution ph 7.5 (kh2po4/naoh) resulting in solutions with concentrations of 4.02 x 10-5, 8.04 x 10-5, 1.206 x 10-4, 1.608 x 10-4, and 2.01 x 10-4 mol l-1. the solutions were standardized with edta. ic reagents for spectrophotometric methods is important because these methods have the advantages of simplicity, rapidity, low costs and wide application [17-23]. the chemical behaviors of nickel, iron and cobalt are very similar, and these elements are frequently found together in real samples, notably in metal alloys used to improve the material properties, for example, the mechanical and chemical resistance of steel. the inox used in orthodontics has an austenitic structure, with a composition of 18% chromium, 8% nickel, and 0.08 to 0.15% carbon, the remaining content being iron. the chromium-cobalt alloy contains 40% cobalt, 20% chromium, 15% nickel, 15.8% iron, 7% molybdenum, 2% manganese, 0.16% carbon and 0.04% beryllium and its properties are very similar to those of the steel, however, with greater formability. catecholates, semiquinones and quinones are highly reactive dioxolenes, with important participation in biological structures performing essential functions in living organisms. the dioxolene molecules show interesting magnetic and redox behaviors, forming colorful complexes with heavy metals [24, 25]. studies on the preparation and spectrophotometric (uv-vis, ir, epr and raman) analysis of the co(ii), ni(ii), zn(ii) and fe(iii) water soluble compounds with dioxolene derived from dopamine oxidation in a sodium thiosulfate environment, have shown that l-dopa-semiquinone has a high affinity for the transition metals under study [26]. the compound resulting from the complexation reaction of the l-dopa-semiquinone and ni(ii) at a ph of 7 was proposed to be a soluble [ni(ii)(l1-)3] 1anion with the structure showed in figure 1. the absorption spectrum shows an intense absorption band at 591 nm with ε = 2.4 x 103 l mol-1 cm-1, assigned to an inter-ligand charge transfer [26]. figure 1. proposed structure for the soluble [(ni(ii)(l1-)3]1anion complex where l1is the l-dopasemiquinone radical. 17eclética química, 36 (3), 15-20, 2011. digestion of the alloys samples of the metallic alloys ( 0.055g of inox, 0.035 g of co-cr and 0.0135 g of ni-ti) were digested in 10 ml of aqua regia solution (3:1 hcl:hno3) at 105 ± 5 °c. two blanks containing all reagents but not including the samples, accompanied the alloys digestion. after complete digestion, the resulting solutions were maintained under heating until they were almost dried. the obtained residues were redissolved with water and completed up to 50 ml in volumetric flasks. for the spectrophotometric determination of ni(ii) in the alloys, 1 ml of the digested solution of inox was transferred to 100 ml volumetric flask and for the co-cr or ni-ti 2 ml of the digested solutions were transferred for 25 ml of volumetric flask and the volumes completed with buffer solution ph 7.5. the procedure for the spectrophotometric determination of ni(ii) followed the same procedure used to obtain the analytical curve. the analytical curve y = -0.0572 + 2483 x (n=5) was used to determinate the ni(ii). aliquots of the same solutions of ni(ii) were used to determine ni(ii) using atomic absorption atomic spectrophotometry (aas) and inductively coupled plasma (icp-aes). study of interference from metals after the determination of the best conditions for the complexation reaction between ni(ii) and dopa-semiquinone, the possibility of interference from the transition metals co, cr, cu, fe, mn, cd, pb and zn in the determination of ni(ii) was studied. the solutions used in the interference studies to determinate 8.04 x 10-5 mol l-1 of ni(ii) were prepared by the addition of aliquots of 1000 mg l-1 standard solutions of cr(iii), co(ii), cu(ii), fe(iii), mn(ii), zn(ii), cd(ii), pb(ii) (merck) and zn(ii) (carlo erba) with a 7.5 ph buffer. the solution of ni(ii) with the interfering metal was prepared adding to a test tube 5 ml of the nickel solution, 5 ml of the metal interfering solution and 5 ml of the chromogenic solution. the mixture was maintained at 25 °c by 30 minutes. a blank was prepared in the same conditions with 5 ml of buffer ph 7.5 and 5 ml of chromogenic solution. aliquots of 3 ml were transferred to a quartz cuvette figure 2. uv-vis absorption spectra obtained during the reaction to obtain the chromogenic reagent (l-dopasemiquinone). aqueous solution containing 1.06 10-3 mol l-1 l-dopa and 3.96 10-3 mol l-1 of na2s2o3 with o2 bubbling at a constant flow of 0.5 l min-1. reaction times (h): (a) 0; (b) 24; (c) 48; (d) 72; (e) 96. obtaining the analytical curves the analytical curves (n=5) (y = -0.0572 + 2483 x, r = 0.998) were obtained mixing 5 ml of the chromogenic solution with 5 ml of ni(ii) solution. a blank was obtained using 5 ml of buffer solution ph 7.5 and 5 ml of the chromogenic solution. the test tubes were sealed and the homogenized mixtures were placed in ultra-thermostatic bath at 25 ± 0.01 °c, for 30 min. aliquots (3 ml) were transferred to a quartz cuvette (10 mm) and the absorbances were measured at 591 nm (thermo scientific, genesys 2). determination of the limits of detection (lod) and quantification (loq) to seven test tubes were added 5 ml of buffer 7.5 and 5 ml of chromogenic solution. after 30 minutes at 25 °c the absorbances were measured at 591 nm. the limit of detection (lod) was calculated using the equation lod = x + 3 s, where x is the mean of the measured values and s is standard deviations. the limit of quantification (loq) was determinate using the expression loq= x + 10 s. 18eclética química, 36 (3), 15-20, 2011. figure 3. uv-vis absorption spectrum of the complex [(ni(ii)(l1)3]1 formed in aqueous solution, ph 7.5 (buffer kh2po4/naoh), temperature of 25 ºc, reaction time of 30 minutes and 1.16 10-4 mol l-1 of ni(ii). the results showed that the effects of reaction time, ph and concentration of nickel were significant for obtaining high absorbance (analytical signal). the analytical signal increased at higher ph values and concentration of ni(ii) and shorter reaction times. it was verified that the analytical signal showed little variation with temperature, and therefore a temperature of 25 °c was used for subsequent experiments. the results of the factorial design, with the temperature fixed at 25 °c, showed that the best reaction conditions in terms of the analytical signal were: 30 minutes of reaction time, ph 7.5 and ni(ii) concentration range of 1.00 x 10-5 to 2.00 x 10-5 mol l-1. the limits of detection and quantification of the method were 4.15 x 10-5 mol l-1 and 5.02 x 10-5 mol l-1 respectively. the maximum concentrations (mol l-1) of metals that can be present without interfering in the determination of ni(ii) were: 6.81 x 10-7 for co(ii), 7.65 x 10-7 for cr(iii), 8.10 x 10-8 for cu(ii), 6.50 x 10-8 for mn(ii), 1.23 x 10-6 for zn(ii), 6.00 x 10-7 for fe(iii), 1.07 x 10-4 for cd(ii), 5.74 x 10-5 for pb(ii). the salicylate, nitrate, carbonate, sulfate, citrate, tartrate, oxalate and acetate anions do not cause interference until they are present in the same concentration as the ni(ii) to be determined, in the case studied this being 8.04 x 10-5 mol l-1. one of the major problems with spectrophotometric methods for ni(ii) determination is cobalt interference, because many of the reagents used when working with nickel also react with cobalt. in general, this interference is eliminated by procedures involv(10 mm) and the absorbances measured at 591 nm. all experiments were carrying out in duplicates. a study on the interference of anions was also performed. solutions 1 10-3 mol l-1 of salicylate, nitrate, carbonate, sulfate, citrate, tartrate, oxalate and acetate were prepared from their sodium salts. to 25 ml volumetric flasks were added 2 ml of 1.00 x 10-3 mol l-1 nicl2, the anion solutions and completed with buffer ph 7.5. aliquots of 5 ml of the solution were mixed with 5 ml of chromogenic solution at 25°c for 30 minutes. a blank was prepared using 5 ml of buffer ph 7.5 without the anions. several solutions for each anion were prepared growing the concentration until to observe interference in ni(ii) determination. all the experiments were made in duplicates. nickel determination by atomic spectroscopy (aas and icp-oes) the determination of ni(ii) in the metallic alloys by aas (shimadzu aa-6601f) was carried out using a nickel hollow cathode lamp and atomic transition at 232 nm. the analytical curve from 8.50 x 10-6 to 4.25 x 10-5 mol l-1 was obtained diluting 1.70 x 10-2 mol l-1 of ni(ii) stock solution previously standardized with edta. the icp-aes (perkin elmer optima 5200dv) analysis was performed with the same solutions used for the spectrophotometric and aas methods with the quantification limits of: fe (0.0012 mg l-1), ni (0.0018 mg l-1), co (0.0015 mg l-1), ti (0.001 mg l-1) and cr (0.0019 mg l-1). the analytical curves were obtained using the 1000 mg l-1 standard solutions for each metal from 0.1 to 10.0 mg l-1. results and discussion the complex formed between ni(ii) and the chromogenic reagent, formulated as the soluble anion [ni(ii)(l1-)3] 1(fig. 1) presents an intense interligand charge transfer at 591 nm (ε = 2.4 x 103 l mol-1 cm-1) resulting in an intense blue coloration ( fig. 3 ) [26]. the complex is stable at ph 7.5 and 25 oc. the best reaction parameters for obtaining higher absorbance values were determined using a 24 factorial design. 19eclética química, 36 (3), 15-20, 2011. conclusion the results obtained showed that the spectrophotometric method is sensitive, fast, can be used at room temperature ( 25 °c ) and does not require solvent extraction. the preparation of the new chromogenic is simple and safe, and complex experimental procedures or equipment are not needed. the study of metal interferences showed that mn(ii) and cu(ii) interfere more significantly, whereas the traditionally most problematic metal in terms of interference in nickel determination, that is, cobalt, showed low interference. the methodology was tested on real complex samples, inox, ni-ti and co-cr alloys, and good results were obtained. references [1] j. fries, h. getrost, organic reagents for trace analysis, e. merck darmstadt, 1977. [2] h. specker, h. kartkamp, z. anal. chem. 145 (1955) 260 ing operations such the extraction, ion exchange and precipitation of nickel with dimethylglyoxime. however, the methodology developed has a very low level of interference from co(ii), being significant only at ca. 7.0 x 10-7 mol l-1, corresponding to 0.04 mg l-1. table 1 gives the recovery test results for ni(ii) in very complex samples (orthodontic alloys). icp-aes analysis was used to determine the major elements contained in the alloys, and it showed the complexity of the samples. the following contents were found (mass percentage, %): 69.4 % ni and 30.6 % ti for the ni-ti alloy; 8.97 % ni, 73.0 % fe and 18.3 % co for the inox; and 18.0% ni, 15.8% fe, 45.4% co and 20.8% cr for the co-cr alloy. table 1. mass percentage (%) of ni(ii) in metallic alloys determinate by the spectrophotometric, atomic absorption spectrophotometry (aas) and inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (icp-aes) methods. the results were compared to those obtained with aas and icp-aes, two very widely used methodologies, and the results showed that the spectrophometric method was able to quantify ni(ii) in alloys, including the co-cr alloy, which presents high levels of the cobalt. the results indicated that the other elements that comprise the alloys did not interfere to a great extent in the determination of ni(ii). 20eclética química, 36 (3), 15-20, 2011. [21] s. k. kumar, p. s. rao, l. krishnaiah, b. jayaraj, p. chiranjeevi, anal. sci. 20 (2004) 951. [22] z. j. li, j. m. pan, j. tang, anal. lett. 35 (2002) 167. [23] y. liu, x. chang, s. wang, y. guo, b. din, s. meng, talanta 64 (2004) 160. [ 24]. u. elayaan, e. herlinger, r. f. jameson, w. linert, j. chem. soc., dalton trans., (1997) 2813 (1997). [25]. r. c. hider, b. howlin, j. r. miller, a. r. mohdnor, j. silver, inorg. chim. acta, 80 (1983), 51(1983). [26] w. j. barreto, r. a. ando, p. s. santos, w. p. silva, spectrochim. acta a 68 (2007) 612. [3] o. r. alexander, e. m. godar, n. j. linde, ind. eng. chem. anal. ed. 18 (1946) 206. [4] l. d. brake, w. m. mcnabb, j. f. hazel, anal. chim. acta 19 (1958) 42. [5] a. r gabler, a. m. mitchel, m. g mellon, anal. chem. 23 (1951) 500. [6] w. d. jacobs, j. h.yoe, anal. chim. acta, 20 (1959) 332. [7] m. korolczuk, talanta, 53 (2000) 679. [8] d.v.vukomanovic, j. a. page, g. w. vanloon, anal. chem. 68 (1996) 829. 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[20] q. hu, g. yang, z. huang, j. yin, anal. sci. 19 (2003) 1449. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 19 | eclética química, vol. 40, 180-185, 2015. 180 síntese de novos complexos de platina(ii) de interesse biológico. um novo complexo dinuclear de platina(ii) com 5-fluorouracil m. cavicchioli 1 ; f. b. payolla 2 ; a. c. massabni 3 ____________________________________________________________________________ resumo: várias estratégias têm sido utilizadas no tratamento do câncer e, seguindo o sucesso da cisplatina e da carboplatina, os complexos metálicos têm se destacado e apresentado eficácia no tratamento de vários tipos de câncer. o uso de ligantes que já possuem atividade antitumoral pode permitir um aumento na eficiência destes fármacos. nesse trabalho foi obtido um composto binuclear de platina e 5-fluorouracil. o composto foi caracterizado por análise elementar e os resultados indicam a proporção molar 2:1 (m:l). os espectros de absorção no infravermelho mostram a complexação dos ligantes ao metal pelos átomos de n do ligante. no espectro do ligante livre é possível observar as bandas do estiramento n-h na região de 3160cm -1 . os deslocamentos das bandas do estiramento dos grupos c=o nas regiões de 1720cm -1 e 1652cm -1 para 1575cm -1 e 1504cm -1 , respectivamente, ocorrem devido à coordenação do metal pelos átomos de n vizinhos do ligante. palavras-chave: complexo platina(ii), fluorouracil, antitumoral ____________________________________________________________________________ abstract: phasellus many strategies have been used for the treatment of cancer and, following the success of cisplatin and carboplatin, metal complexes have been excelled and showed efficiency on the treatment of many types of cancer. the use of ligands that already have antitumor activity allows an increase on the drugs efficiency. in this work, synthesis of obtained a binuclear compound of platinum and 5-fluorouracil is described. the compound was characterized by elemental analysis and the results show a molar ratio of 2:1 (m:l). the ir spectra shows the complexation of the ligands to the metal by the n atoms of the ligand. on the free ligand spectrum, it is possible to note the n-h bond stretch at 3160 cm-1. the displacements of the frequencies of the c=o groups on the region of 1720cm -1 and 1652cm -1 to 1575cm -1 and 1504cm -1 , respectively, occur because of the coordination of the metal to the n neighbour atoms of the ligand. keywords: complex platinum(ii), fluorouracil, antitumoral 1 autor correspondente instituto de química, unesp, araraquara 2 universidade de araraquara uniara 3 instituto de química, unesp, araraquara e universidade de araraquara uniara file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 180-185, 2015. 181 181 introdução o câncer é uma das doenças que mais causa mortes no mundo. estatísticas dos estados unidos publicadas em 2016 projetam aproximadamente 1,7 milhões de novos casos de câncer e aproximadamente 600 mil pessoas poderão morrer por causa dessa doença. o número de mortes era 23% maior na década de 90 e graças à utilização de novos quimioterápicos esse número está diminuindo gradativamente. apesar disso, a ocorrência de alguns tipos de câncer continua aumentando[1]. várias estratégias têm sido utilizadas no tratamento do câncer e, seguindo o sucesso da cisplatina e da carboplatina [2], os complexos metálicos têm se destacado [3] e apresentado eficácia no tratamento de vários tipos de câncer. uma estratégia válida na síntese de novos complexos com potencial ação antitumoral é a utilização de ligantes que já possuem atividade antitumoral ou que já estão sendo utilizados como quimioterápicos. diversos compostos antineoplásicos foram pesquisados e alguns deles apresentam estrutura química que permite sua utilização como ligantes para a formação de complexos com pt(ii), pd(ii) e au(i)[4]. a apresenta a estrutura do 5-fluorouracil que pertence à classe dos agentes quimioterapêuticos antimetabólitos [5]. figura 1: estrutura do 5-fluorouracil. um quimioterápico utilizado no tratamento de diversos tipos de câncer o uso de ligantes que já possuem atividade antitumoral pode permitir um aumento na eficiência (menor concentração a ser utilizada) destes fármacos no tratamento do câncer, visto que, tanto os complexos de platina quanto os ligantes, são ativos e ocorreria um efeito de sinergia, ou seja, a soma de suas atividades antitumorais [6]-[8]. a metilação do dna parece ser o mecanismo principal da ação da termozolomida [9]. se estiver coordenada a um complexo de platina a molécula continua sua ação e, ao mesmo tempo, a platina bloqueia o dna. a sinergia das duas ações permitiria uma maior eficácia no tratamento e com menor dose dos fármacos separadamente. drogas antimetabólitos agem inibindo processos biossintéticos essenciais, ou sendo incorporadas em macromoléculas, como dna e rna, e impedem seu funcionamento normal. o composto fluoropirimidina 5-fluorouracil (5-fluorouracil) age das duas formas [10]. o mecanismo de citotoxicidade do 5-fluorouracil é descrito como uma incorporação incompleta de fluoronucleotídeos no rna e dna e a inibição da enzima timidalatossintase (ts). materiais e métodos o 5-fluorouracil (sigma-aldrich, 99%, código f6627) e o sal de platina k2ptcl4 (sigma-aldrich, 99%, código 206075) foram utilizados sem etapas prévias de purificação. a síntese do complexo de pt(ii) com 5fluorouracil foi realizada de acordo com o procedimento de mogilevkina e colaboradores [11]. nesse trabalho, é descrita a síntese de um complexo de platina com um ligante derivado do 5-fluorouracil, o n 1 -(2’-tetrahidrofuranil)-5-fluorouracil [11]. no presente trabalho, foi sintetizada a cisplatina que foi utilizada para a síntese do complexo de pt(ii) com 5-fluorouracil. síntese da cisplatina, cis-[pt(nh3)2]cl2. a cisplatina foi obtida seguindo a metodologia descrita por dhara [12]. eclética química, vol. 40, 180-185, 2015. 182 182 etapa 1síntese do complexo cis-diamindiiodoplatina(ii): inicialmente preparou-se uma solução aquosa contendo 3,000g (7,23mmol) de k2ptcl4 (cerca de 10ml de h2o por grama de cisplatina). esta solução foi filtrada para separar o sal de platina que não solubilizou. em seguida, preparou-se uma solução aquosa contendo 8 equivalentes de ki (9,5982 g, 57,8 mmol). adicionou-se a solução de ki sobre o filtrado da solução de k2ptcl4, sob agitação por 15 minutos. a solução adquiriu uma coloração vermelha escura quase imediatamente. a seguir adicionou-se 3 equivalentes de nh4oh (2,62ml) e deixou-se a mistura em agitação por cerca de 5 horas, à temperatura ambiente. a precipitação de um sólido laranja-amarelado ocorreu após alguns instantes de agitação. após a agitação, filtrou-se e separou-se o precipitado, que foi lavado com água e metanol. o sólido foi seco sob vácuo. rendimento: 95%. equações da síntese: k2ptcl4 + ki k2pti4 k2pti4 + nh4oh pt i i nh3 nh3 t amb, 15 min t amb, 4h etapa 2-síntese do cis-diamindicloroplatina(ii): inicialmente, preparou-se uma suspensão aquosa (4 a 5 ml/g) contendo 3,1427g (6,90 mmol) de [ptnh3i2]. a esta suspensão adicionou-se 1,96 equivalentes de agno3 (2,3001g, 13,5mmol) e deixou-se a mistura protegida da luz sob agitação por 6 horas. após esse período, deixou-se a solução em repouso e fez-se o teste da prata com a solução sobrenadante, ou seja, tomou-se uma alíquota da solução e adicionou-se algumas gotas de uma solução de nacl. como não se formou precipitado, a reação foi completa. caso contrário, deve-se prolongar a agitação por mais 2 ou 3 horas. após o término da reação, filtrou-se o agi (coloração marrom clara) e lavou-se com um pouco de água. ao filtrado, adicionou-se uma solução aquosa (1,0ml/g) contendo 3 equivalentes de kcl (1,5450g ou 20,7mmol). deixou-se esta mistura sob agitação por 14 horas, em ausência de luz, para a formação do sólido amarelo (cisplatina). o sólido foi lavado com uma pequena quantidade de água e de acetona e seco sob vácuo. rendimento:77%. equações da etapa 2 das reações de síntese da cisplatina pt i i nh3 nh3 6h+ agno 3 pt o3n o3n nh3 nh3 + 2 agi + kcl pt cl cl nh3 nh3 pt o3n o3n nh3 nh3 ausência de luz 14h ausência de luz cisplatina síntese do complexo de pt(ii) com 5-fluorouracil, [pt2cl2(nh3)4(c4hn2o2f)] 5-fluorouracil (0,200 g, 1 mmol), ag2o (0,16 g, 0,50 mmol), e cis-[pt(nh3)2cl2] (0,300 g, 1 mmol) foram colocados em um béquer com 16 ml de água. a mistura foi aquecida em banho-maria por 1h. após resfriar, o agcl precipitado foi separado e o filtrado foi evaporado em rotavapor, seco a vácuo sob p4o10. eclética química, vol. 40, 180-185, 2015. 183 183 equações de síntese do complexo de pt(ii) com 5-fluorouracil caracterização dos compostos os compostos foram parcialmente caracterizados através das seguintes técnicas: análise elementar (c, h, n, s, o) as análises de carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e oxigênio foram realizadas no departamento de química da ufscar, utilizando-se o analisador chns-o ea 1110, ce instruments. o método consiste na incineração das amostras a 1000 o c, em presença de catalisador, usando-se cisteína como material de referência, devido à sua composição similar à dos compostos estudados. espectroscopia ft-ir os espectros de infravermelho foram obtidos no instituto de química de araraquara – unesp, utilizando-se o espectrofotômetro ftir vertex 70 / bruker, com fonte de laser de hene (emite radiação na região do infravermelho médio), detector dlatgs e faixa de leitura: 4000 a 370 cm -1 . foi utilizado o acessório de atr (attenuated total reflectance) para a obtenção do espectro diretamente do filme das resinas, sem a necessidade de preparação de pastilhas. os espectros foram obtidos no intervalo 4.000400 cm -1 , com 32 varreduras, resolução de 2 cm -1 e intervalo de 0,5 cm -1 . resultados e discussão os resultados da análise elementar do complexo obtido são compatíveis com uma estequiometria 2:1 (m:l) e os valores calculados e experimentais foram agrupados na tabela 1. é possível observar que os valores experimentais são muito próximos dos valores calculados e, pela análise dos espectros no infravermelho, propõe-se a formação de um complexo binuclear de pt(ii) de fórmula [pt2cl2(nh3)4(c4hn2o2f)]. análise elementar para o complexo dinuclear (mm = 657,24g.mol -1 ) valores calculados e experimentais: calc.: %c 7,3; %h 1,99; %n 12,8 exp.: %c 7,3; %h 2,72; %n 11,9 no espectro do ligante livre (5-fluorouracil), figura 2, verifica-se as bandas localizadas na região de 3160cm -1 características de estiramento n-h. esta banda está ausente no complexo devido à coordenação da platina aos nitrogênios do ligante. as bandas em 1720cm -1 e 1652cm -1 são referentes aos estiramentos dos grupos c=o do ligante. estas bandas sofrem deslocamentos para 1575cm -1 e 1504cm -1 , devido à coordenação da pt(ii) aos átomos de n vizinhos ao grupo c=o. nhnh o o f + ag2o + nn o o f pt pt cl h3n h3n nh3 cl nh3 pt cl h3n h3n cl 2 + 2 agcl + h 2o eclética química, vol. 40, 180-185, 2015. 184 184 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 in te n s id a d e ( u .a .) numero de onda (cm -1 ) 1504 1575 5-fluorouracil 3160 1652 1720 figura 2: espectro de absorção na região do infravermelho para o 5fluorouracil e complexo de platina com 5-fluorouracil. fórmula estrutural proposta para o complexo dinuclear de platina tendo em vista os resultados de análise elementar e análise dos espectros no infravermelho nhnh o o f + ag 2o + nn o o f pt pt cl h3n h3n nh3 cl nh3 pt cl h3n h3n cl 2 + 2 agcl . conclusões foi obtido um composto binuclear de platina e 5fluorouracil utilizando-se uma rota sintética similar à proposta por dhara [12]. o composto foi caracterizado por análise elementar e os resultados indicam a proporção molar 2:1 (m:l). os espectros de absorção no infravermelho mostram a complexação dos ligantes ao metal pelos átomos de n do ligante. no espectro do ligante livre é possível observar as bandas do estiramento n-h na região de 3160cm -1 . os deslocamentos das bandas do estiramento dos grupos c=o nas regiões de 1720cm -1 e 1652cm -1 para 1575cm -1 e 1504cm -1 , respectivamente, indicam a coordenação do metal pelos átomos de n vizinhos do c=o do ligante. referências [1] r. l. siegel, k. d. miller, and a. jemal, “cancer statistics, 2016,” ca. cancer j. clin., vol. 66, no. 1, pp. 7–30, jan. 2016. 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emerging environmental micropollutants, such as pharmaceuticals and personal care products, are potentially toxic substances of recent interest to academics, regulatory agencies, and sectors of society1, 2. information on the occurrence and effects of such micropollutants in environmental compartments is critical to assess their risks under natural conditions. although there are some isolated requirements for surface water monitoring in brazil, as a result of the first studies published in the country during the last decade, there are still no quality standards that guarantee the safe use of water for different purposes3. among the many uses of water is the protection of aquatic life, probably one of the most noble since it aims to guarantee the integrity and survival of organisms from different trophic levels. for most micropollutants, legislated or not, restrictive criteria have been reported to protect aquatic life, since the protection targets are organisms extremely sensitives to changes in water quality caused by the input of exogenous substances, even at trace concentrations4, 5. there are many strategies described in the literature to assess environmental risks of chemicals6-8. one of them, as well as the simplest, is based on the comparison of predicted or measured environmental concentrations with predicted no-effect concentration (pnec) for a given substance9, 10. the pnec can be described as the concentration limit which harmful effects on organisms will most likely not occur. for aquatic systems, a pnec should be derived that, if not exceeded, ensures an overall protection of the abstract: this work aimed to present a preliminary snapshot on the contamination and risks of brazilian surface waters concerning the presence of hormones, pharmaceuticals and personal care products. data gathered in the literature for measured environmental concentrations (mec) in brazilian surface waters were compared with the most restrictive predicted no-effect concentration (pnec) available in the literature. a risk assessment was performed revealing that hormones, antibiotics drugs and triclosan should be prioritized to subsidize the generation of water quality standards to protect aquatic life. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 mailto:ffsodre@unb.br https://orcid.org/0000-0001-7697-8492 https://orcid.org/0000-0002-3017-7697 https://orcid.org/0000-0001-9848-9315 original article 23 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 environment11. in the literature, as well as in many reports produced by environmental organizations, several approaches to derive pnec are described. most of them are based on a primordial data, mainly obtained from acute or chronic toxicity tests. standard acute toxicity tests, based on shortterm exposure, are commonly expressed as ec50 or lc50, i.e., the concentration required to cause short-term effects or to kill, respectively, half the organisms of a tested population after a specified exposure time. on the other hand, long-term exposure tests provide toxicity data related to the lowest observable effect concentrations (loec) or to no-observable effect concentrations (noec). for some emerging micropollutants, data from both short and long-term toxicity tests can be assessed. however, for other substances, only acute toxicity data may be available. considering the availability of toxicological data, some extrapolation concerning the aquatic environment has to be done to represent the whole ecosystem sensitivity. under these circumstances, assessment factors (af) are used to derive pnec as follows: 𝑃𝑁𝐸𝐶 = 𝑇𝑜𝑥𝑖𝑐𝑜𝑙𝑜𝑔𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝐴𝐹 (1) both acute (ec50 or lc50) and chronic (loec or noec) toxicological data, derived from singlespecies toxicity tests, are used in the literature to calculate pnec for aquatic systems. in this case, the lowest figures for these tests, representing the worst-case scenario, are commonly be used. the use of af was advocate to establish a concentration below which adverse effects will most likely not occur. the magnitude of af is inversely proportional to the amount and quality of toxicological data available. for example, according to the european commission technical guidelines11, 12 an af of 1000 is often used when at least one short-term data is available for one of the three organisms representing different aquatic trophic levels, i.e., a fish, a microcrustacean (generally daphnia), and an alga. when one longterm noec data for either fish or daphnia is available, an af of 100 or 50 is used. assessment factors varying from 1 to 10 are used as more longterm noecs from two to three trophic levels are available. when species sensitivity distribution (ssd) for multi-species data is available the af must be reviewed on a case by case basis. the same approach is used when field or model ecosystems data are assessed. for the latter approach, modeling software such as qsar or ecosar, based on structure activity relationships (sar), generate pnecs assuming a common mode of action (narcosis) and may be useful to identify links between micropollutant groups and environmental toxicity6, 13. in the literature, risk assessment using pnecs are commonly investigated by the risk quotient (rq) calculated between the predicted environmental concentration (pec) and pnec6,9,14. when available, measured environmental concentrations (mec) reported in the literature may also be used (equation 2), but in most cases mec data are scarce for a meaningful analysis9. 𝑅𝑄 = 𝑃𝐸𝐶 𝑜𝑟 𝑀𝐸𝐶 𝑃𝑁𝐸𝐶 (2) the predicted concentration of a micropollutant in surface waters can be calculated using information such as the amount of the target substance used per year, the removal efficiency in wastewater treatment plants (wwtp), the volume of wastewater entering a wwtp for a given period, a dilution factor in the environment, amid others15, 16. simple pec calculation may assume that the amount used/consumed is equally distributed over the year, the target substance is used/consumed throughout the region investigated (city, hydrographic basin, country, etc.), it is constantly diluted in the environment without metabolization, transformation, sorption, etc. on the other hand, as pointed out by de bruijn et al.11, data on measured levels provides useful information regarding specific steps of the exposure assessment, such as background levels, concentration ranges and distribution. also, although measured data present uncertainties associated with temporal and spatial variations, the concentration range may reflect different patterns observed during manufacturing or use of the target substances that are not considered in the modelling procedures. in summary, both pec and mec data are important for risk assessment complementing each other during the analysis. in 2009, souza et al.17 carried out an environmental risk assessment of antibiotics using pec estimates for 21 substances in brazil. consumption data was assessed from reports of an intensive care unit and from hospital pharmacies of the city of curitiba. one can consider that the most challenging aspect in order to calculate pec values for pharmaceuticals and personal care https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 original article 24 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 products in brazil is the assessment of consumption data. baldoni et al.18 reviewed 620 pharmacoepidemiologic studies produced in brazil and observed that forms and interviews were frequently used as the main source instead of secondary sources such as prescription data and electronic databases. locatelli et al.19 investigated environmental concentrations for the eight most consumed antibiotics in brazil according to data obtained from the national health surveillance agency (anvisa). however, as pointed out by the authors, there is a large number of pharmacies and drugstores selling controlled drugs without prescription throughout the country making the available data uncertain. in the face of the problems surrounding data gathering for pec calculations, this work aimed to provide a snapshot on the environmental contamination and risks of pharmaceuticals and personal care products in brazil, based on the few data available for mec in surface waters throughout the country. therefore, our intention is not to perform a complete risk assessment of emerging micropollutants, but rather to provide a scenario consistent with the contamination of brazilian waters considering the concentration ranges of the most investigated substances as well as their possible risks to the aquatic life. 2. experimental the most restrictive pnec values reported in the literature, at the best of our knowledge were selected. in some cases, pnecs were estimated in this work using assessment factors suggested by the european commission11 as well as toxicological data available elsewhere20-24. table 1 shows a list of the most commonly investigated emergent micropollutants in brazil and pnec values obtained in the literature or estimated in the present work. table 1. substances selected in this work and their respective pnec values. main group substance pnec (ng/l) pnec calculation reference hormone estrone 3 noec and loec; af=5 25 17β-estradiol 1 loec; af=10 25 estriol 60 vitellogenin assay; af=10 26 17α-ethinylestradiol 0.1 noec e loec; af=5 25 antibiotic amoxicillin 100000 noec; af=10 14 azithromycin 19 derived from ec50 20; af=1000 this work cephalexin 100000 noec; af=10 14 ciprofloxacin 50 derived from noec21; af=100 this work erythromycin 27530 ec50; af=1000 27 norfloxacin 20 derived from noec21; af=100 this work sulfamethoxazole 10 derived from noec21; af=100 this work oxytetracycline 230 ecosar database 15 tetracycline 5 derived from noec21; af=100 this work trimethoprim 16 derived from noec21; af=100 this work antiinflammatory acetylsalicylic acid 61000 derived from ec50; af=100. 16 diclofenac 1000 derived from noec22; af=100 this work ibuprofen 2300 derived from ec50 20; af=1000 this work naproxen 2000 derived from noec23; af=10 this work acetaminophen 1000 derived from noec23; af=10 this work antidepressant carbamazepine 250 noec; af=10 28 citalopram 360 ecosar database 10, 29 sertraline 43 derived from ec50; af=1000 30 anthelmintic mebendazole 98000 derived from lc50 24; af=1000. this work anxiolytic diazepam 14100 ec50; af=1000. 16 beta blocker atenolol 77700 ecosar database 15 metoprolol 7900 ec50; af=1000. 31 propranolol 10 noec; af=50 22 losartan 78000 noec; af=10 32 stimulant caffeine 5200 noec; af=100 28 personal care product triclosan 12 derived from ec50 20; af=1000 this work galaxolide 310 ecosar database 33 tonalide 4000 noec; af=100 34 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 original article 25 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 details on the toxicological assays used to estimate the pnec values portrayed in table 1 can be obtained from the respective references. table 2 shows a compendium of results generated in brazil from 1999 to 2018 on the presence of emerging micropollutants in surface waters, notably hormones, pharmaceuticals and personal care products19, 35-59. the total number of samples and the concentrations reported above limits of quantification (loq) is shown. table 2 also shows the concentration range and the classification of the samples in the three different ranges referring to the risk quotients calculated according equation 2. table 2. concentration and risks of emerging micropollutants frequently investigated in brazilian surface waters. main group substance total samplesa positivee resultsb minc maxc medianc rqd≥1 1>rqd≥0,1 rqd<1 hormone estrone 278 57 0.21 1800 7.7 49 7 1 17β-estradiol 324 81 0.21 13450 51 68 13 0 estriol 30 9 1.5 182 7.7 1 4 4 17αethinylestradiol 190 44 3.0 5900 305 44 0 0 antibiotic amoxicillin 10 5 1.3 1284 8.9 0 0 5 azithromycin 8 8 10 313 26.2 5 3 0 cephalexin 19 11 2.4 2422 150 0 0 11 ciprofloxacin 18 12 0.6 350 208 9 0 3 erythromycin 8 4 35.3 1586 66 0 0 4 norfloxacin 18 13 0.5 276 114 9 1 3 sulfamethoxazole 42 13 1.1 1529 106 10 3 0 oxytetracycline 24 1 44 44 44 0 1 0 tetracycline 18 7 11 153 104 7 0 0 trimethoprim 18 14 2.3 6376 150 9 5 0 antiinflammatory acetylsalicylic acid 89 15 12.2 20960 2096 0 3 12 diclofenac 196 54 0.02 8250 118 5 24 25 ibuprofen 28 10 326 2094 1659 0 10 0 naproxen 80 28 0.02 21285 174 1 12 15 acetaminophen 99 17 13.4 13440 35 1 5 11 antidepressant carbamazepine 33 17 0.12 652 58 3 6 8 citalopram 16 5 48 79 55 0 5 0 sertraline 16 8 30 164 62 6 2 0 anthelmintic mebendazole 10 1 14 14 14 0 0 1 anxiolytic diazepam 17 12 0.38 0.71 0.52 0 0 12 beta blocker atenolol 28 25 0.48 90 7.1 0 0 25 metoprolol 19 7 1.3 28 14 0 0 7 propranolol 3 1 0.56 0.56 0.56 0 0 1 losartan 10 3 12 32 16 0 0 3 stimulant caffeine 175 162 0.02 41590 3.1 6 13 143 personal care product triclosan 151 85 2.2 415 77 72 13 0 galaxolide 17 17 2.4 53 5.6 0 1 16 tonalide 17 17 2.8 28 6.3 0 0 17 atotal of samples investigated. bnumber of samples with concentrations reported above method loq. creported data considering only positive results. drisk quocient = mec/pnec. 3. results and discussion figure 1 portrays the most frequently quantified emerging micropollutants reported in studies carried out in brazilian surface waters between 1999 and 2018. the personal care products galaxolide and tonalide, together with the antimicrobial azithromycin, were in the top of the list. however, is important to point out that the number of samples investigated for the abovementioned substances is relatively low in comparison with data available for substances such https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 original article 26 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 caffeine and triclosan. also, in the present work, the characteristics of the different sampling points, such as land use and potential pollution sources were not explored. thus, aquatic systems with different degrees of anthropic impact were selected without distinction. consequently, it is possible that the most frequently quantified substances were investigated only in a few samples as well as in more polluted aquatic systems. figure 1. percentage of samples presenting results reported above loq. the total of samples investigated (n) for each substance is also shown. in figure 1, it is also noticed that caffeine was the most frequently quantified substance (92.6 %) among the most investigated ones, followed by triclosan (56.3 %) and naproxen (35 %). the higher frequency of quantification for caffeine is in accordance with the important role of this stimulant drug as an indicator of anthropic activities, notably in brazilian urban regions60-62. another important aspect is the diversity of analytical methods and techniques employed in the studies carried out in brazil. as a result, different method loqs are reported, which may imply in a possible underestimation of the contamination degree. for example, figure 2 shows the evolution of method loqs reported for the determination of 17α-ethinylestradiol and 17βestradiol in surface waters from the region of campinas (são paulo) using different analytical techniques. figure 2. method limits of quantification (loq) for 17β-estradiol and 17α-ethinylestradiol obtained in different analytical systems. gc-ms: gas chromatography coupled to mass spectrometry, lc-flu: liquid chromatography with fluorescence detector, lc-ms/ms: liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry36, 45, 60. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 original article 27 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (lc-ms/ms) provides higher quantification capacity, i.e., lower loq values, when compared to other analytical techniques. among the 25 studies selected in the present work, 60 % used lc-ms/ms systems to assess the concentrations of the target substances. others employ liquid chromatography with fluorescence (lc-flu) or diode array detectors (lc-dad) as well as gas chromatography coupled to mass spectrometry (gc-ms) with or without derivatization steps. considering the information portrayed in figure 2, it is expected higher frequencies of quantification when data were produced using only lc-ms/ms systems. on the other hand, one can consider that the frequency of quantification may also vary if more studies were selected covering different brazilian regions and aquatic systems with different degrees of pollution. finally, it is important to mention that the studies developed in brazil are not yet equally distributed throughout the country territory. most of the data generated, about 44 %, was obtained in the state of são paulo, followed by the states of rio grande do sul (15 %), minas gerais (11 %) and rio de janeiro (11 %). these four states are among the most populous in brazil, accounting for 45 % of the country’s population. the rest of the work was developed in paraná, mato grosso do sul, federal district and amazonas. it is interesting to note that, to the best of our knowledge, no scientific paper has yet been published on the presence of pharmaceuticals and personal care products in surface waters from northeast region of brazil. this region has nine states and accounts for 28 % of the brazilian population, being the second most populous. the southeast region, where the states of são paulo, minas gerais, rio de janeiro and espírito santo are located, is the most densely populated one. in a recent work, machado et al.42 aimed to perform a nationwide survey on the presence of emerging micropollutants in drinking and source waters. although data on the presence of caffeine and atrazine were produced for drinking water samples from almost all brazilian capitals, only surface waters from são paulo, minas gerais and rio grande do sul were investigated. figure 3 portrays the concentrations of pharmaceuticals and personal care products in brazilian surface waters. figure 3. box-plots of pharmaceuticals and personal care products concentrations in brazilian surface waters. open circles are the arithmetic means. the large box represents the 25th percentile, median, and 75th percentile; error bars indicate the 5th and 95th percentiles; ×-symbols represent the 1st and 99th percentiles; whiskers are the minimum and maximum values. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 original article 28 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 concentration ranges for the majority of the micropollutants present in figure 3 had high amplitude, evidencing the diversity of polluted aquatic environments investigated in brazil so far. for many substances, mean and median values are coincident or close together, whereas for the drugs amoxicillin and caffeine, for example, mean values are up to two orders of magnitude higher than medians. this behavior shows that some of the concentrations reported are exceptionally high, reflecting the influence of more polluted aquatic environments. it is interesting to note that caffeine, investigated in 175 samples and quantified in most of them, presents the highest variability of concentrations, corroborating with its role as an indicator of anthropic activities, since it differentiates aquatic environments with different degrees of pollution. in general, the levels of pharmaceuticals and personal hygiene products in brazilian surface waters are higher than those found in other countries, as already reported in recent literature reviews1, 63. higher median concentrations are noticed for acetylsalicylic acid, followed by ibuprofen and 17α-ethinylestradiol. the first two substances have been found at high concentrations not only in brazilian waters, but also in other countries64-66. the same observation, however, cannot be made for 17α-ethinylestradiol, as well as for other substances investigated in brazil. quadra et al.63 evidenced that brazilian surface waters present higher concentrations of 17αethinylestradiol, 17β-estradiol, and caffeine in comparison with other locations. in the present study, it should be noted that most of the results involving the occurrence of hormones were obtained by machado et al.53 and montagner et al.36 in the upper iguaçu river basin (paraná) and in the region of campinas (são paulo), respectively. in both studies, mean concentrations of 17α-ethinylestradiol and 17β-estradiol were 1916 and 3689 ng/l, respectively. these values are also higher than those reported in other brazilian regions. for example, in minas gerais, the average concentration of 17α-ethinylestradiol in waters nearby the capital, belo horizonte, is 206 ng/l, considering 15 positive data (34 % of the total)46, 47. in the region of são carlos (são paulo), campanha et al.39 reported an average value of 2 ng/l for 17β-estradiol in 24 positive data out of a total of 81 (30 %). again, these results demonstrate the great variability of brazilian surface waters concerning their degree of pollution, certainly influenced by sewage discharges, as pointed out earlier1, 42, 60. data for mec portrayed in figure 3 can be used to perform a preliminary risk assessment on the presence of pharmaceuticals and personal care products in brazilian surface waters using equation 2, as well as pnec data presented in table 1. as suggested by komori et al.28 risk quotients (mec/pnec) greater than 1 imply risk while values lower than 0.1 indicate no-risk. intermediate values indicate potential risk and, consequently, the need for further studies. figure 4 shows individual mec/pnec ratios for the substances selected in the present work. figure 4. environmental risk quotients of pharmaceuticals and personal care products in brazilian waters. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 original article 29 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p22-34 higher risk quotients are noticed in figure 4 for hormones and antibiotic drugs, evidencing that micropollutants of both classes should be prioritized to ensure the protection of aquatic life. most of the risk quotients for the hormones 17αethinylestradiol, 17β-estradiol and estriol are 1000 to 10000 times greater than the first threshold (mec/pnec > 1), due to consequence of their high concentrations as well as to the risk that these substances may pose to aquatic biota. triclosan should also be prioritized, since all results generated in the country so far evidence risk or possible risk. an extensive investigation on triclosan in brazilian waters has already put this substance as a strong candidate in a priority list that must be regulated in brazil to preserve aquatic environments57. non-prescribed drugs such as acetaminophen, diclofenac and naproxen, as well as the antidepressants carbamazepine and sertraline are not in the top of the rank but may also be candidates to further investigations. galaxolide and tonalide present the highest frequencies of quantification but are not in the top of rank due to their high pnecs which leads, therefore, to low risk quotients. these substances, however can be used as indicators of anthropic pollution, as pointed out by glassmeyer et al.67. caffeine is also frequently quantified in brazilian waters but presents low risk to aquatic biota. it is true that some risk quotients for caffeine were above the first threshold, certainly due to extremely high values reported in waters impacted by direct inputs of domestic sewage. although most mec/pnec values indicate low risk for caffeine, it is important to reinforce the role of this substance as an indicator of anthropic pollution. in addition to this use approach, caffeine has recently been used to rank brazilian surface waters presenting different levels of estrogenic activity61. finally, figure 4 shows positive risk in all samples investigated for tetracycline and 17αethinylestradiol. in this case, it is important to mention that the former presented a frequency of quantification of 39 % while the hormone 17αethinylestradiol could be quantified in 23 % of the samples. even so, for both substances, all samples reported with positive values (>loq) present risk. thus, although such substances are obviously of concern in terms of aquatic life protection, representative results may be obtained by improving method loqs. 4. conclusions data on the occurrence of pharmaceuticals and personal care products in brazilian surface waters were gathered in order to provide a preliminary snapshot on environmental contamination and risks. although substances such as tonalide, galaxolide, atenolol and caffeine were frequently quantified, higher risks were accounted for hormones and antibiotics, as well as for triclosan, a biocide present in personal hygiene products. key aspects including the behavior of micropollutants, as well as the influence of land use and occupation, degree of anthropic pollution, diffuse and point sources, among others, may be considered in future investigations. however, such discussions may be improved as a more uniform and broad database is available. thus, it is evidenced the need for more studies on the diagnosis of brazilian surface waters for the presence of several micropollutants of recent interest, legislated or not. it should be mentioned that other emerging micropollutants, such as pesticides, illicit drugs, and industrial-derived substances, were not included in this study, but they can be evaluated in future investigations using the same strategy presented here. 5. acknowledgements this work was supported by the federal district research foundation (fapdf 193.000.714/2016). references [1] montagner, c. c., vidal, c., acayaba, r. d., contaminantes emergentes em matrizes aquáticas do brasil: cenário atual e aspectos analíticos, ecotoxicológicos e regulatórios, quim. nova 40 (9) (2017) 1094–1110. https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170091. 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https://doi.org/10.1039/c4em00058g https://doi.org/10.1039/c4em00058g https://doi.org/10.1039/c4em00058g https://doi.org/10.1590/s0102-311x2005000600038 https://doi.org/10.1590/s0102-311x2005000600038 https://doi.org/10.1590/s0102-311x2005000600038 https://doi.org/10.1590/s0102-311x2005000600038 https://doi.org/10.1590/s0102-311x2005000600038 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7789-4 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7789-4 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7789-4 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7789-4 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7789-4 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7789-4 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7789-4 https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.06.012 https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.06.012 https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.06.012 https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.06.012 https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.06.012 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.105 https://doi.org/10.1080/03067319.2015.1085520 https://doi.org/10.1080/03067319.2015.1085520 https://doi.org/10.1080/03067319.2015.1085520 https://doi.org/10.1080/03067319.2015.1085520 https://doi.org/10.1080/03067319.2015.1085520 https://doi.org/10.1080/03067319.2015.1085520 https://doi.org/10.1021/es048120k https://doi.org/10.1021/es048120k https://doi.org/10.1021/es048120k https://doi.org/10.1021/es048120k https://doi.org/10.1021/es048120k https://doi.org/10.1021/es048120k https://doi.org/10.1021/es048120k https://doi.org/10.1021/es048120k a02v33n1.pdf introduction the alteration of the bulk electronic structure of nanosized materials causes change in the total energy of the system, so that, ignoring entropy considerations, it will thermodynamically stabilize the reduced scale system relative to that of normal bulk crystals. such alterations may change the most energetically stable form of a particular material, as when small nanoparticles or nanodimensional layers adopt a crystal structure different from that of the normal bulk material. the surface area to volume ratio (s/v) and the specific surface area of a system are inversely proportional to particle size. both s/v and specific surface area increase drastically for particles less than 100 nm in diameter. reduction of the system size may change the chemical reactivity and physical properties such as electrical, thermal, optical and magnetic characteristics [1, 2]. due to their different physical and chemical properties, nano-structured materials have received increasing attention in various fields of science and technology [3–5]. a variety of physicochemical methods, including metal evaporation [6], spray pyrolysis [7], sol–gel [8], hydrothermal synthesis [9] and electrochemical methods [10], have been used to produce nanometer-sized materials. recently, the sonochemical methods have been shown to be very promising in the preparation of a variety of materials with nanometer dimensions, including nanochalcogenides [11, 12], metallic nanoparticles [13, 14] and nanosized metal oxides [15, 16]. these materials possess improved magnetic properties [17], energy storage capacities [18–20] and photocatalytic [21] and catalytic properties [22]. 15ecl. quím., são paulo, 33(1): 15-20, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 1, 2008 preparation of nano-mgo using ultrasonic method and its characteristics zhen-xing tang*, lu-e shi college of pharmaceutical science, zhejiang university of technology, 310014, hangzhou, zhejiang, p r china *tangzhenxing@126.com abstract: mgo is an important inorganic material, which can be used in many aspects, such as catalyst, toxic-waste remediation agent, adsorbent, and others. in order to make use of mgo, nano-mgo was prepared by ultrasonic method using mg (ch3coo)2.2h2o as precursor, naoh aqueous solution as precipitant in this paper. effect factors on mgo nano-particle size were investigated. characteristics of samples were measured by tga, xrd, tem, and others techniques. the results showed that the size of nano-mgo about 4 nm could be obtained under the following conditions (ultrasonic time 20 min, ultrasonic power 250 w, titration rate of naoh 0.25 ml/min, naoh concentration 0.48 mol/l, calcinations temperature 410 °c, calcination time 1.5 h, heating rate of calcination 5 °c/min). it was a very simple and effective method to prepare nano-mgo. keyword: mgo; nano-particle size; ultrasonic method. mgo is an exceptionally important material, which used in catalyst, toxic-waste remediation agent, or as an additive in refractory, paint as well as for fundamental and application studies [23]. ultra-fine metal oxide particles can be used as bactericide, adsorbent, and catalyst. mgo in particular has shown great promising application as a destructive adsorbent for toxic chemical agent [24]. this paper presented an ultrasonic route for preparing mgo nano-particles. effect factors on mgo nano-particle size were investigated. it is a good method to prepare nano-mgo. experimental details materials mg (ch3coo)2. 2h2o (mallinkrodt baker inc, acs); sodium hydroxide (bmd chemicals inc, acs); other reagents were gotten from local supplies. preparation of mgo nano-particles mg (ch3coo)2. 2h2o was dissolved in ethanol solution. then naoh solution was titrated into the above solution under ultrasound. after it being sonicated about 20 min, the transparent solution could be gotten. all organic substances were removed by reduced distillation. then it was dried at 50 °c for about 1.5 h under vacuum condition. finally, mgo nano-particles with different sizes could be obtained through calcining. analysis methods tga measurements were carried out using netzsch sta 409 apparatus; the size and particle size distribution in ethanol was recorded on submicron particle sizer (nicomp 370, usa); tem photomicrographs were obtained using philips 201 transmission electron microscope. the pictures were taken at 80 kv. the deposit was scraped away from the support and then transferred to the fromvar 1595 e (merck) membrane coated cu grid (mesh 400); rigaku geiferflex x-ray diffractometer with ni-filtered cu ka radiation (40 kv, 30 ma) was used to determine the crystallinity and phase of the samples. 16 ecl. quím., são paulo, 33(1): 15-20, 2008 results and discussion tga study of the intermediate figure 1. tga of mg(oh)2 -conditions: hold for 1 min at 50 °c; heat from 50 °c to 1000 °c at the rate 10 °c/min; hold for 1 h at 1000 °c. decomposition temperatures are different for different intermediates. decomposition temperature of the same intermediates is relative to the precursors [25-27]. for example, mg(oh)2 can be obtained from the precursor mgso4.7h2o, mg(ch3co3)2.4h2o and mg(no3)2.6h2o. decomposition temperature of mg(oh)2 is about 920 °c, 310 °c, 390 °c, respectively. the last two intermediates can be decomposed into mgo below 400 °c. but, for the first intermediate, mgo can be obtained when the temperature is more than 900 °c. to further characterize the intermediate, tga profiles was measured. according to tga of the intermediate (fig. 1), we could know the sample was mgo. mgo nano-particles could be gotten at 410 °c through calcining of the intermediate in our paper. the calcinations temperature was lower than the results reported by wu shan [27]. ethanol mediated magnesium intermediate showed a weight loss in two steps at 80 and 410 °c, respectively. the corresponding dta showed endothermic peaks at 80 °c was due to removal of ethanol from magnesium intermediate. the dta peak at 410 °c was due to the decomposition of magnesium intermediate to form mgo. using tga data, magnesium intermediate obtained was decomposed at 410 °c. effect of factors on mgo nano-particle size effect of naoh concentration on the size for precipitant method, the ratio (the nucleant rate: the crystal growth rate) is increased with the increasing of reactant concentration when reactant concentration is at certain concentration scope. nano-particle size turns smaller along with the increasing of reactant concentration at this concentration scope too. when the reactant concentration oversteps this certain concentration, although the nucleant rate is very fast, it is easy to get big size nano-particle due to high particle density, high impact probability and the serious aggregation of particles. so with the increasing of reactant concentration, the trend of particle size is decreased first, and then increased [28]. when the ultrasound is introduced into this method, the nucleant rate is further increased [29-32]. vast amount of micro air bubble is formed due to ultrasonic cavitate. these micro air bubbles can disturb the ordered crystal sequence. it will affect the crystal growing further. shock wave with high pressure and micro-emission fluid produced by ultrasonic cavitate, can bring comminution and emulsification, stir, and others mechanical influences. it can effectively prevent the crystal growth and aggregation. this influence makes the nucleant rate far higher than precipitant method’s. the small size nano-particle with uniform size distribution is easy to be obtained [30-33]. however, this influence is relative to super-saturation solution. if the super-saturation degree is low, it can be effective. if the super-saturation degree is high, the crystal growth rate is too 17ecl. quím., são paulo, 33(1): 15-20, 2008 figure 2. effect of naoh concentration on the size. conditions: ultrasonic time: 20 min; ultrasonic power: 250 w; titration rate of naoh: 0.25 ml/min; calcinations temperature: 410 °c; heating rate of calcinations: 5 °c/min; calcinations time: 1.5 h. fast. the ultrasound has little effect on the crystal growth rate. but the mechanical influence produced by ultrasonic cavitate can prevent the crystal growing. when super-saturation is increased further, both have little influence on the crystal growth rate. this phenomenon is the same with general precipitant method [34]. from fig.2, we could know the smallest size was about 5 nm when naoh concentration was 0.48 mol/l. effect of titration rate of naoh on the size figure 3. effect of titration rate on the size. conditions: ultrasonic time: 20 min; ultrasonic power: 250 w; naoh concentration: 0.48 mol/l; calcinations temperature: 410 °c; heating rate of calcinations: 5 °c/min; calcinations time: 1.5 h. from figure 3, the size was similar when titration rate of naoh was below 0.25 ml/min. with the decrease of titration rate, the size of nanoparticles became smaller. the concentration of nano-particles was low. and vast amount of crystal were formed due to ultrasonic cavitate. at the same time, the mechanical influence produced by ultrasonic cavitate such as comminution, emulsification, stir, and others, was increased with prolonging of titration rate. thus, it could prevent the nanoparticle growing and aggregating. effect of ultrasonic time on the size the mechanical influence produced by ultrasonic cavitate such as comminution, emulsification, stir, and others, could prevent the crystal growth and aggregation. but when the ultrasonic time was too long, shock wave with high pressure, micro-emission fluid and “brown phenomenon” of nano-particle itself could make nano-particles aggregated. the longer the ultrasonic time was, the more serious the aggregation was. from fig.4, the optimal ultrasonic time was about 20 min. 18 ecl. quím., são paulo, 33(1): 15-20, 2008 figure 4. effect of ultrasonic time on the size. conditions: titration rate of naoh: 0.25 ml/min; ultrasonic power: 250 w; naoh concentration: 0.48 mol/l; calcinations temperature: 410 °c; heating rate of calcinations: 5 °c/min; calcinations time: 1.5 h. effect of ultrasonic power on the size from figure 5, we could know when ultrasonic power was low (about 250 w), the influence on the size was little. with the increasing of power, the temperature of the system was increased. the adverse effect of ultrasonic power on nano-particles nucleation, growth and formation appeared. the big size nano-particle was easy to obtain. so the optimized ultrasonic power was 250 w. effect of calcinations temperature and calcinations time on the size calcinations techniques are crucial to get nano-mgo with small size and high surface area. when calcinations temperature is low, the intermediate might not be decomposed completely. it must prolong calcinations time to make the intermediate figure 5. effect of ultrasonic power on the size. conditions: titration rate of naoh: 0.25 ml/min; ultrasonic time: 20 min; naoh concentration: 0.48 mol/l; calcinations temperature: 400 °c; heating rate of calcinations: 5 °c/min; calcinations time: 1.5 h. figure 6. effect of calcinations temperature on the size. conditions: titration rate of naoh: 0.25 ml/min; ultrasonic time: 20 min; naoh concentration: 0.48 mol/l; ultrasonic power: 250 w; heating rate of calcinations: 5 °c/min; calcinations time: 1.5 h. decomposed. different size crystal has different vapour pressure. vapour pressure of small size crystal is high. and vapour pressure of big size crystal is low. so the process that small size crystal turn into big size crystal will happen automatically. the process (small size crystal is disappeared and big size crystal grow bigger than before) proceeds very quickly, especially at high temperature. with the calcinations time being prolonged, the process will be achieved completely. because the crystal exists for a long time at high calcinations temperature, the crystal size is easy to become bigger. thus, nano-particles with big size and wide size distribution can be gotten. for the same reason, although the intermediate can be completely decomposed quickly at high calcinations temperature, nano-particle with big size is easy to be obtained due to aggregation. so, in order to get nano-particle having small size and high surface area, calcinations temperature should not be too high and calcinations time should not be too long. effect of calcinations temperature and calcinations time on the size was presented in fig. 6 and fig. 7. from fig. 6, we could know the size of nano-mgo was increased with the increase of calcinations temperature. for nano-mgo, the smallest size was 4 nm. the size was increased to about 16 nm when calcinations temperature was increased to 700 °c. from fig. 7, with increase of calcinations time (more than 1.5 h), the size of nano-mgo was increased too. when calcinations time reached 3.0 h, the size was about 18 nm. when calcinations time was below 1.5 h, nano-mgo with big size could be obtained. the reason might be the intermediate was not decomposed completely. thus, through controlling calcinations temperature and calcinations time, nano-mgo with different sizes could be obtained. in order to get smaller size particles, calcinations temperature was about 410 °c and calcinations time was 1.5 h. 19ecl. quím., são paulo, 33(1): 15-20, 2008 figure 7. effect of calcinations time on the size. conditions: titration rate of naoh: 0.25 ml/min; ultrasonic time: 20 min; naoh concentration: 048 mol/l; ultrasonic power: 250 w; calcinations temperature: 410 °c; heating rate of calcinations: 5 °c/min. effect of heating rate of calcinations on the size heating rate of calcinations can affect nanoparticle size. when heating rate of calcinations is very fast, big size nano-mgo aggregation is easy to be gotten due to urgent collapse of the intermediate. when heating rate of calcinations is low, nanomgo may exist for a long time at high calcinations temperature. what’s more, it will decrease production efficiency. so, optimized heating rate of calcinations must exist. effect of heating rate of calcinations on the size of nano-mgo was presented in fig. 8. from fig. 8, we could know that heating rate of calcinations had little effect on the size. with the increased heating rate, the size of nano-mgo was decreased. when heating rate was in the range of 510 °c/min, the size nearly did not change. thus, optimized heating rate was 5-10 °c/min. the sizes distribution was presented in fig.9. from fig.9, the sizes distribution was narrow. nano-mgo size was between 12 nm and 18 nm. the distribution was consistent with xrd result. figure 8. effect of heating rate of calcinations on the size. conditions: titration rate of naoh: 0.25 ml/min; ultrasonic time: 20 min; naoh concentration: 0.48 mol/l; ultrasonic power: 250 w; calcinations temperature: 410 °c. structural and morphologies characterizations of nano-mgo tem of mgo nano-particles were illustrated in fig.10. from fig.10, mgo nano-particles could be dispersed very well in ethanol. few aggregate could be found. mgo powder appeared with an figure 9. the sizes distribution of mgo nano-particles. nano-particles were obtained at calcinations temperature 650 °c, calcinations time 1.5 h, heating rate 5 °c/min. figure 10. tem of nano-mgo. nano-particles were obtained at calcinations temperature 650 °c, calcinations time 1.5 h, heating rate 5 °c/min. 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(ch3coo)2.2h2o as precursor, naoh aqueous solution as precipitant. through experiments research, the size of nano-mgo about 4 nm could be obtained under the following conditions (ultrasonic time 20 min, ultrasonic power 250 w, titration rate of naoh 0.25 ml/min, naoh concentration 0.48 mol/l, calcinations temperature 410 °c, calcination time 1.5 h, heating rate of calcination 5 °c/min). it was simple and effective method to prepare mgo nano-particles. received 18 july 2007 accepted 25 september 2007 references [1] r.w. kelsall, i.w. hamley, m. geoghegan, nanoscale science and technology, john wiley and sons inc., 2005 20 ecl. quím., são paulo, 33(1): 15-20, 2008 figure 11. xrd of nano-mgo. nano-particles were obtained at calcinations temperature 410 °c, calcinations time 1.5 h, heating rate 5 °c/min. original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | 26 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 26-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 photocatalytic degradation of methylene blue using tio2 supported in ceramic material raul fernando de mello peters1 , pâmela andréa mantey dos santos1 , tiele caprioli machado2 , diosnel antonio rodriguez lopez1, 2 , ênio leandro machado1, 3 , adriane de assis lawisch rodriguez1, 2+ 1 university of santa cruz do sul, postgraduate program in environmental technology, 2293 independência av, 96815-900 santa cruz do sul, rio grande do sul, brazil 2 university of santa cruz do sul, department of engineering, architecture and agricultural science, 2293 independência av, 96815-900 santa cruz do sul, rio grande do sul, brazil 3 university of santa cruz do sul, department of chemistry and physics, 2293 independência av, 96815-900 santa cruz do sul, rio grande do sul, brazil + corresponding author: adriane de assis lawisch rodriguez, phone: +55 51 3717-7545, e-mail address: adriane@unisc.br article info article history: received: january 24, 2018 accepted: april 16, 2018 published: may 29, 2018 keywords: 1. porous ceramic 2. residue 3. degradation 4. methylene blue 1. introduction in the midst of a wide range of pollutants and contaminants from a large variety of sources, there is a need for the development of effluent remediation systems, whether liquid or gaseous. among these pollutants are dyes, which are widely used in the textile, rubber, paper, plastic, and cosmetic industries. dyes provide a significant share of environmental contamination, since they alter the natural coloration of the ecosystem to which they are released1. about 30 % of the synthetic dyes used in industry are discarded in the form of residues2. it is also estimated that 280,000 tons of textile dyes are discharged as industrial effluents worldwide each year3. effluents containing dyes are commonly characterized as having high quantities of salts and organic matter and high toxicity, and a low potential for biodegradation4. different techniques have been developed for the removal of dyes, including chemical precipitation, chemical oxidation, adsorption, and membrane-based biological treatment techniques5. however, these techniques mostly result in environmental liabilities when the dye is inadequately disposed of, therefore generating abstract: the present work evaluates the use of ceramic material, produced with the aid of industrial waste through the gelcasting method, as a support for catalysts in the photocatalytic degradation of methylene blue. the analysis was carried out in a reactor containing uvc lamps through batch processing. the results show that the reaction of photocatalytic degradation of the dye presents pseudo-first order kinetics, with values of degradation between 60 and 70 %. the study evaluated the deactivation of the catalysts synthesized and supported in the ceramic material. in this case, it was observed that the larger the mass of deposited catalyst on the ceramic support, the longer the lifespan of the sample, since a larger mass takes longer to deactivate. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 mailto:adriane@unisc.br http://orcid.org/0000-0003-4057-5047 http://orcid.org/0000-0003-1302-9454 http://orcid.org/0000-0003-3787-7976 http://orcid.org/0000-0002-4620-715x http://orcid.org/0000-0003-0140-4966 http://orcid.org/0000-0003-2923-6677 original article 27 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 26-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 damages to the environment. one promising alternative for the treatment of water and industrial effluents, which is especially useful for compounds resistant to conventional technologies, are advanced oxidative processes (aops). aops are based on the generation of hydroxyl radicals, which are a highly oxidizing and low selective species. several aops have been used for dye degradation, among them heterogeneous photocatalysis. the heterogeneous photocatalytic processes occur when a light energy falls on a semiconductor, with a wavelength equal to or greater than the bandgap energy of this semiconductor. this generates electron pairs that can undergo subsequent oxidation and reduction reactions with some species. these species can then be adsorbed on the semiconductor surface, generating the necessary products6. titanium dioxide (tio2) has attracted a great deal of attention because of its semiconductor properties, since it is a non-toxic, stable photo, with high photocatalytic ability to decompose organic compounds present in air or water7. for the tio2 fixation, ceramic supports are widely used, due to their properties of mechanical resistance, high surface area, and other properties that favor their use8. in this context, this work aims to produce a porous ceramic material, with the aid of industrial waste, impregnated with tio2 and applied in the photocatalytic degradation of dye. methylene blue was used as a model molecule, as it shows similarities with industrial wastewater and is widely used for analysis in bench tests, aiming to observe the behavior and efficiency of photocatalytic systems9. furthermore, the deactivation of the synthesized catalysts was evaluated. 2. materials and methods 2.1 synthesis of the ceramic material and impregnation of tio2 the tio2 catalyst was prepared by the sol-gel method using titanium tetraisopropoxide/iv-tipt (sigma-alrdrich), as titanium precursor material, and isopropanol pa (nuclear), which were mixed in a 2:1 ratio and kept under stirring at 60 °c for 1 h on a hotplate (78 hw-1, biomixer). after, deionized water was added and the mixture was stirred until dry at a temperature of 100 °c. subsequently, the material was ground in a mortar and placed in an oven (mb150/6, marte) at 100 °c for 1 h, and finally calcined at 500 °c for 2 h. the ceramic materials that served as support for the synthesized tio2 catalyst were produced from the gel-casting method, a process developed by the oak ridge national laboratory10. green sand (5.5 % w/w), clay (27.5 % w/w), corn starch (16.5 % w/w), tobacco powder, 75 % w/w), sunflower stem (0.44 % w/w) and water (47.3 % w/w) were used for the synthesis of the ceramic material. also, residues were used in the manner in which they were available. it should be noted that green sand, tobacco powder, and sunflower stem are considered waste in industrial processes, originating from the foundry industry, tobacco industry, and biodiesel production, respectively. however, when added to the ceramic support composition, the amount of clay (raw material) used decreases, mitigating the environmental impacts from the extraction and transport of the same concomitant to the aggregation of the value of the waste generated by the industries. the materials were mixed in a mechanical mixer (q-250m2, quimis), poured into molds (62 x 62 x 16 mm) and passed through the greenhouse gelling processes (mb150/6, marte) to 80 °c for 24 h and quenched in a muffle type oven (9813, jung ltda.) at 1175 °c for 2 h. after the heat treatment process, the synthesized ceramic samples were sanded with a file, in order to reveal the porosity of the material and, consequently, to increase the surface area. finally, the ceramic material was weighed and divided into 3 groups of approximately 50 g each. for impregnation of the tio2 in the ceramic supports, a solution containing 5 g of tio2 in 100 ml of deionized water was prepared. for the impregnation of the catalyst in the ceramic material a dip-coating device was used. the ceramic samples (50 g) were immersed several times in the tio2 solution, for 1 min, in order to standardize the thickness and amount of catalyst adhered to the porous surface of the ceramic materials. after impregnation, the samples were calcined in a muffle type oven (9813, jung ltda.) at a temperature of 600 ºc for 1 h. water absorption (wa) tests were performed by immersing the ceramic samples in water for 24 h. the masses were analyzed before immersion, after immersion and still saturated, with the mass measurement of the sample immersed in water. for this analysis, equation 1 was used: https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 original article 28 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 26-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 (eq. 1) where mu (g) is the mass of the sample saturated with water and ms (g) is the mass of the sample after drying. for the apparent porosity (ap) tests, the same mass measurements were used that were performed in the water absorption analysis for the samples. the analysis is done based on equation 2: (eq. 2) where mu (g) is the mass of the sample saturated in water, ms (g) is the mass of the sample after drying and mi (g) is the mass of the sample immersed in water. 2.2 photocatalytic degradation tests of dye the tests were carried out in a vertical batch reactor irradiated with a 254 nm ultraviolet lamp (uvc) arranged in the center of the reactor in order to obtain better use of the irradiation area by the dye solution to be tested. a peristaltic pump (awg 4000, provitec) was used to inject air into the reactor, which is necessary for a photocatalytic reaction and keeps the dye solution under stirring. figure 1 shows a schematic of the assembly system used for the degradation assays. the vertical reactor was covered with aluminum foil. for the reactions of photocatalytic degradation, 3 ceramic samples supported with a photocatalyst were used, labeled samples 1a, 2a, and 3a. these samples were placed in the vertical reactor and added to 300 ml of 5 mg l-1 aqueous methylene blue solution. the analysis of each of the samples lasted 60 minutes and, every ten minutes, aliquots of the material containing the dye were collected using a syringe and analyzed in a spectrophotometer (v1200, pró-análise) through measurements of absorbance, at the wavelength of 665 nm (maximum absorbance of methylene blue). in addition, the deactivation of the synthesized catalysts was evaluated, for which 3 subsequent reactions were carried out with the same catalyst. figure 1. photo of the vertical reactor used in the experiments: a) peristaltic pump and b) vertical reactor containing the uvc lamp (schematic). 3. results and discussion 3.1 synthesized catalysts the ceramic samples were weighed before and after impregnation with tio2 (figure 2) to determine the mass of catalyst adhered to the carrier. the mass values before and after the impregnation are presented in table 1. it can be seen that, on average, 0.4 g of tio2 mass was deposited in each of the samples. figure 2. ceramic samples impregnated with tio2. table 1. mass values of samples before and after impregnation sample weight of ceramic material (g) weight of tio2 (g) sample 1a without tio₂ 50.37 0.38 with tio₂ 50.75 sample 2a without tio₂ 50.36 0.39 with tio₂ 50.75 sample 3a https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 original article 29 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 26-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 without tio₂ 50.34 0.47 with tio₂ 50.81 the mean values of absolute porosity and water absorption for the synthesized catalysts are approximately 35.0 % and 22.5 %, respectively. sifontes et al.11, in his study, achieved a porosity of approximately 67 % for ceramic supports obtained from the replica method with polyurethane foam. this difference in the porosity is mainly due to the method for obtaining the samples. in the method used in the present study, the porosity is obtained by burning the loading material and also by the organization of the structure in the burning process. however, in the replicate method, the ceramic material copies the porosity already existing in the base material, thus leaving it with greater porosity. according to menezes, neves and ferreira12 the water absorption of ceramic materials, where there are ceramic flux residues, is between 5 and 18 %. the value obtained in this work is due to the fact that it contains other elements in the composition that alter its absorption property. 3.2 photocatalytic degradation tests of methylene blue the process of direct photolysis with ultraviolet radiation is one in which the only source capable of decomposing or dissociating the dye is light. experiments were performed with the methylene blue only in the presence of uvc radiation, without the presence of the catalyst, to quantify the contribution of photolysis. the results are shown in figure 3. the degradation of the methylene blue by photolysis was observed to be approximately 16 %. figure 3. percentage of color removal for methylene blue due to photolysis. for the photocatalytic degradation reactions of methylene blue, the three ceramic material supported with synthesized catalyst tio2 were used, labeled 1a, 2a and 3a. figure 4 presents the triplicate data analyzes for tio2 supported in ceramic material. for each one of the three analyzes were used ceramic material with tio2 supported without previous use, under uvc radiation. the methylene blue photocatalytic degradation values for the synthesized catalyst samples were between 60 and 70 % for 60 minutes of reaction, that is, on average 65 % of degradation. these results show a good reproducibility in the synthesis of these ceramic samples supported with tio2 photocatalyst. xu, rangaiah and zhao13 also studied the photocatalytic degradation of methylene blue with a tio2 catalyst and obtained values of dye degradation of approximately 100 % for 65 minutes of reaction. this difference of degradation is possibly due to ultraviolet radiation used in the experiments. the results of these authors were obtained through the use of a 500 w mercury vapor lamp with a wavelength of 365 nm. according to lan, lu and ren14, the activation range of the tio2 catalyst is 280-400 nm and in the present work a uvc lamp with a wavelength of 254 nm was used, which probably explains the lower degradation obtained, on average 65 %. figure 4. photocatalytic degradation of methylene blue for samples 1a, 2a, and 3a without prior use. in order to evaluate the kinetics of the photocatalytic degradation reaction of methylene blue, it was hypothesized that this reaction follows pseudo-first order kinetics, since the dye is sufficiently diluted. figure 5 shows the results obtained for photocatalytic degradation of the dye in the presence of the synthesized catalyst 3a and uvc radiation. this is verified with a line that passes through the origin, with a coefficient of adjustment equal to 0.9923, proving that the 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60c o lo r r em o va l ( % ) time (min) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 original article 30 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 26-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 hypothesis is true. thus, the specific rate of reaction, k, for these conditions is 0.0155 min-1. figure 5. pseudo-first order kinetics for photocatalytic degradation of the dye: (a) variation of the absorbance of the dye with the reaction time (b) linear adjustment of a pseudo-first order reaction. the catalysts lose their activity during the reaction time. catalytic deactivation can be caused by aging or sintering, clogging or coke formation, or by poisoning15. in order to evaluate the deactivation of the synthesized catalysts, three subsequent tests were carried out with each sample of ceramic material supported with tio2 (figure 6). figure 6. influence of reuse cycles for ceramics material supported with tio2 for degradation of new solutions of methylene blue. figure 6 presents the results of photocatalysis for tio2 supported in ceramic materials previously used and now in a second and third reuse cycle to verify their potential and behavior for photocatalysis. it is possible to observe that the samples 1a, 2a and 3a presented a very similar behavior concerning their reuse cycles for methylene blue degradation. the sample 1a presented higher percentage for degradation of methylene blue in the first use and presented greater deactivation, losing about 24 % of its photocatalytic activity in the second use and 45 % in the third use. however, sample 3a, which presented lower degradation of the dye in the first use, maintained higher photocatalytic activity during reuse, obtaining in the third use a dye degradation of 44 %, comparable to the degradation obtained by sample 1a in the second use (45 %). the difference of the percentage of degradation of methylene blue for the three samples is due the heterogeneity of the ceramic samples produced. the porosity is an important factor for supporting photocatalytic material as well as the parameters related to operational control and sample reconditioning. also, it is possible that saturation of adsorbed species that are usually ions do not desorb and are associated as by products in photocatalysis. according to rodrigues16, the higher the mass of catalyst deposited on the support, the longer the lifespan of the sample, since a larger mass takes more time to deactivate, justifying the smaller deactivation of the synthesized catalyst in sample 3a, which presented a higher impregnated tio2 mass than catalysts 1a and 2a. 4. conclusions the present work studied the application of a porous ceramic material produced from the use of industrial waste and supported with a tio2 photocatalyst in the photocatalytic degradation of methylene blue. furthermore, the deactivation of the synthesized catalysts was evaluated. the experiments were carried out in a batch reactor irradiated by a uvc lamp. the results show that the reaction of photocatalytic degradation of the dye followed pseudo-first order kinetics, with degradation values between 60 and 70 % of the dye in 60 minutes of reaction. the evaluation of the deactivation of the catalysts synthesized showed that catalyst 1a, which obtained the greatest https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 original article 31 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 26-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.26-32 degradation, presented the greatest loss of photocatalytic activity, about 45 % in the third use. while catalyst 3a, with a higher impregnated tio2 mass, maintained greater photocatalytic activity during the second and third uses, losing only 15 % of the activity in the third use. ceramic material was an important factor for supporting tio2 and was easy to handle avoiding its use in liquid media and porosity of ceramic material plays an important role to operational control and sample reconditioning for reuse cycles for methylene blue degradation. 5. acknowledgments the authors would like to thanks brazilian funding agencies capes and cnpq (proc. nº 427402/2016-6) for financial support. 6. references [1] galindo, c., jacques, p., kalt, a., photooxidation of the phenylazonaphthol ao20 on tio2: kinetic and mechanistic investigations, chemosphere, 45 (2001) 997-1005. 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[14] lan, y., lu, y., ren, z., mini review on photocatalysis of titanium dioxide nanoparticles and their solar applications, nano energy, 2 (2013) 1031-1045. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2013.04.002. [15] fogler, h. s., elementos de engenharia das reações químicas: comsol multiphysics, ltc2009. 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a new editorial board, with brazilian and foreign scientists, are assuming the new challenges to move the now called eclética química journal (eqj) forward. an online process has been implemented through the open journal system (ojs) that will allow handling all processes from the manuscript submission to the online publication in a secure, agile, consistent and low cost system. starting 2017, the journal publishes only in english, with a new structure and layout. we are in the process to attributing a digital object identification (doi) to all articles published since 1976 that still do not have one. doi is now required for bibliographic references, the corresponding open researcher and contributor id (orcid) is being linked to the authors full names, and the reference number cited in the text is now linked to the references list. eclética química journal is a peer-reviewed scientific journal that does not charge authors article processing fees. all information about the journal as well as instructions on how to create an account and submit an article through the submission online system are available at eqj’s website. the journal page can also be visited through the website of the institute of chemistry and ulrichs web. with the affiliation of the institute of chemistry unesp araraquara to the brazilian association of scientific editors abec, on 09/19/2017, eclética química journal can be visited on the abec portal (click on popa). eqj can also be found in google scholar and in google analytics. we hope you join us in this new endeavor and kindly invite you to submit your manuscripts to eclética química journal. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ http://www.iq.unesp.br/ https://www.abecbrasil.org.br/novo https://scholar.google.com.br/citations?user=-j-ppugaaaaj&hl=pt-br 9eclética química, 37, 9-22, 2012. bacias hidrográficas, como é o caso da bacia da represa dr. joão penido, situada do município de juiz de fora (minas gerais). não há estudos sistematizados sobre a qualidade das águas do manancial, tornando-o desconhecido para a comunidade científica. o reservatório foi construído em 1934 e desde então, vem sofrendo processos de degradação através das interferências antrópicas, apesar de estar protegido por leis municipais, estaduais e federais. este fato pode ser evidenciado através das ocupações irregulares às margens dos corpos d’água, erosões, ausência de mata ciliar, assoreamento, bem como a proliferação de macrófitas aquáticas nas regiões de entrada dos tributários e em vários pontos do espelho d’água, indicando possível estado de eutrofização. este fato vem causando grande preocupação, uma vez que o manancial é responsável por 65 % do abastecimento público de água potável da cidade [6]. tendo em vista a sua importância e o cenário atual em que se encontra a represa dr. joão penido, este trabalho foi estruturado apresentando o objetivo principal de verificar a interferência antrópica na qualidade de suas águas. para isso, foram delineados quatro objetivos específicos: caracterizar a qualidade das águas introdução o constante crescimento pela demanda de água implica na necessidade de aumentar a disponibilidade deste recurso, tendo em vista os seus múltiplos usos. por um lado, isso representa o progresso através da construção de barragens para diversas finalidades. em contraposição, acarreta uma série de impactos nos ecossistemas naturais decorrentes da transformação de um ambiente lótico em lêntico, provocando alterações no comportamento natural e na qualidade hídrica dos rios e córregos represados [1]. embora o uso mais nobre que se possa dar a um recurso hídrico seja o consumo humano, os mananciais para abastecimento público no brasil têm apresentado progressiva deterioração da qualidade de suas águas [2]. dentre as práticas que comprometem a qualidade da água de bacias hidrográficas, podem ser citados o despejo de efluentes domésticos, o uso de fertilizantes, agrotóxicos e pesticidas, dentre outros [3-5]. desta forma, a preocupação com a degradação dos ambientes aquáticos tem crescido no meio científico. outra questão relevante é que existe uma grande carência de informações a respeito de pequenas dr. joão penido dam is the main reservoir for water supply of juiz de fora (mg). the forms of land use and occupation have produced negative impacts on the aquatic ecosystem. the general objective of this study was to assess the anthropogenic impact on water quality of the watershed. to this was done to characterize the quality of its waters and the parameters measured were compared with conama resolution 357/2005. it was also calculated the water quality index (wqi) and the trophic state index (tsi). the monitoring tool has proved essential in actions involving preservation of the watershed. ouvir ler foneticamente key words: monitoring; trophic state index; water quality index. a interferência das atividades antrópicas na qualidade da água em reservatório de abastecimento urbano. estudo de caso: represa dr. joão penido (juiz de fora, mg) maria magaly heidenreich silva bucci 1 e luiz fernando cappa de oliveira 2 1 programa de pós-graduação em ecologia – pgecol, instituto de ciências biológicas, universidade federal de juiz de fora, 36036900, juiz de fora, mg. 2 núcleo de espectroscopia e estrutura molecular, instituto de ciências exatas, departamento de química, universidade federal de juiz de fora, 36036-900, juiz de fora, mg. 10eclética química, 37, 9 -22, 2012. as características de degradação citadas para a represa também fazem parte da realidade dos afluentes. as interferências antrópicas advindas do próprio represamento se refletem através da diminuição da vazão dos cursos d’água, abundância de plantas aquáticas e assoreamento, dentre outras. pontos de coleta foram definidos cinco pontos de coleta, que podem ser visualizados na figura 1: pt1: ponto localizado à montante da foz do córrego da grama na represa. pt2: ponto localizado entre as macrófitas, à montante da foz do ribeirão dos burros (principal tributário) na represa. pr1: ponto 1 da represa, localizado na região de entrada dos principais tributários, próximo à zona fluvial. pr2: ponto 2 da represa, localizado próximo à zona intermediária. pr3: ponto 3 da represa, localizado próximo à barragem e à estação de tratamento de água (eta), ou seja, à zona lacustre. figura 1: ortofoto do voo aerofotogramétrico, datada de 2007, indicando os pontos de coleta: pt1: ponto do tributário 1 córrego da grama; pt2: ponto do tributário 2 ribeirão dos burros; pr1: ponto 1 da represa; pr2: ponto 2 da represa; pr3: ponto 3 da represa. fonte: prefeitura de juiz de fora. secretaria de planejamento e desenvolvimento econômico (spde) [10]. do reservatório e de dois principais tributários (córrego da grama e ribeirão dos burros), através de análises físico-químicas e microbiológicas de amostras de água; verificar o atendimento dos parâmetros analisados aos limites definidos pela resolução 357/05 do conama [7]; investigar a qualidade da água através do cálculo do índice de qualidade da água (iqa); investigar o grau de trofia através do cálculo do índice de estado trófico (iet). localização e caracterização da área município de juiz de fora juiz de fora localiza-se na zona da mata do estado de minas gerais. o município está inserido na bacia do médio do rio paraibuna, que pertence à bacia hidrográfica do rio paraíba do sul. a região caracteriza-se por ser montanhosa, com altitudes médias entre 700 e 900 metros. dentre os principais tipos de solos encontrados, podem ser citados os latossolos vermelho-amarelo, dos tipos álico e distrófico. o clima do município apresenta duas estações bem definidas: uma, que vai de outubro a abril, com temperaturas mais elevadas e maiores índices pluviométricos, e outra de maio a setembro, que se caracteriza por ser mais fria e com menor presença de chuvas. o clima da região, de acordo com a classificação de w. koppen, é do tipo cwa, ou seja, mesotérmico com verões quentes e úmidos. o município está enquadrado na região fitoecológica denominada floresta estacional semidecidual (formação do bioma mata atlântica), típica de climas com duas estações bem definidas [6]. represa dr. joão penido e tributários (córrego da grama e ribeirão dos burros) apesar de estar localizado na área urbana do município, o bairro no qual está inserido o manancial apresenta características rurais, sendo formado, em sua maioria por granjas, sítios, fazendas e casas de veraneio. o bairro não possui rede de água e as famílias utilizam poços, inclusive artesianos. não existe rede coletora de esgotos, sendo utilizados métodos rudimentares para destino final dos dejetos [6]. a área da bacia hidrográfica da represa é de 68 km2. a vazão regularizada do reservatório é 750 l/s e o volume de água armazenada é aproximadamente 14.094.000 m3 (dado de 1985) [8]. trata-se de um sistema raso, com profundidade média de 6,53 metros e máxima, de 10,90 metros, cuja área superficial é 370 ha (valores aproximados) [9]. 11eclética química, 37, 9 -22, 2012. cujo cálculo é baseado em nove parâmetros, com pesos diferenciados: od, coliformes termotolerantes, ph, nitrato, fósforo total, dbo, temperatura da água, turbidez e sólidos totais. as fórmulas estão de acordo com a proposta do igam e do ministério de meio ambiente (mma) [15]. neste trabalho, foi utilizada planilha de cálculo do excel, gentilmente cedida pelo igam. resultados e discussão resultados dos parâmetros e atendimento aos limites definidos pelo conama os córregos estudados e a represa estão contidos na sub bacia (sb) do ribeirão dos burros [6]. de acordo com a deliberação normativa 16/96 do copam [16], que dispõe sobre o enquadramento dos corpos d’água da bacia do rio paraibuna, as águas desta sb no trecho estudado, são classe 1. os resultados dos parâmetros analisados nos pontos amostrais, a estatística descritiva, bem como os limites definidos pela resolução 357/05 do conama [7], estão apresentados na tabela 2. os parâmetros coliformes totais e termotolerantes foram determinados em número mais provável por 100 ml (nmp/100 ml). o método utilizado não permitiu a quantificação exata na maioria das análises parte experimental material e métodos foram realizadas campanhas mensais durante um ano (período de julho de 2009 a junho de 2010). as técnicas de coleta e amostragem seguiram a nbr 9898 da abnt [11]. os parâmetros avaliados e seus respectivos métodos de ensaio encontram-se na tabela1. tabela 1parâmetros analisados e seus respectivos métodos de ensaio. o índice de estado trófico (iet) foi calculado no período de julho de 2009 a junho de 2010, de acordo com a metodologia proposta por lamparelli [14], que é utilizada pela companhia de saneamento do estado de são paulo (cetesb) na rede de monitoramento do referido estado. a escolha é justificada por se referir a ambientes tropicais, ser de fácil aplicação e baixo custo, considerando as análises de fósforo total e clorofila a, necessárias para sua utilização. as fórmulas de cálculo estão descritas na obra de lamparelli [14]. o índice de qualidade da água (iqa) foi calculado no período de dezembro de 2009 a junho de 2010, de acordo com a metodologia proposta pelo instituto mineiro de gestão das águas (igam) [15], utilizada no projeto “águas de minas”, referente ao monitoramento das águas superficiais do estado de minas gerais. o iqa corresponde a um número que varia de 0 a 100, 12eclética química, 37, 9 -22, 2012. tabela 2 resultados obtidos nos pontos amostrados nos tributários e na represa. 13eclética química, 37, 9 -22, 2012. oxigênio dissolvido (od) a represa apresentou melhores índices de od que os afluentes, fato também observado na rede de monitoramento das águas superficiais do estado de são paulo [14]. as menores médias obtidas nos pontos dos tributários podem ser indicativas de entradas de carga orgânica provenientes de efluentes domésticos e/ou escoamento superficial. acredita-se também que as macrófitas interferem nesses resultados, pois são abundantes nessas regiões. essas plantas fornecem grande quantidade de oxigênio para o meio aquático, porém, após completarem seu ciclo de vida, entram em processo de decomposição e podem passar a ser consumidoras de od da massa líquida. além disso, elas também podem aumentar a resistência à livre movimentação de ar, diminuindo a ação dos ventos sobre o espelho d’água e, contribuindo desta forma, para a redução da concentração de od. outro ponto que deve ser considerado é que as macrófitas possibilitam maior retenção de material orgânico transportado de locais à montante da bacia hidrográfica, que ao ser degradado pelos micro-organismos aeróbios, proporcionam consumo de od. a menor média de todos os pontos (tabela 2) e a maior porcentagem de resultados em desconformidade com os limites estabelecidos pelo conama [7] (figura 2) ocorreram no ribeirão dos burros (pt2). além do od, os outros parâmetros que estiveram em desacordo com esta norma (pt, ph, dbo e turbidez) indicaram grande impacto neste ambiente (figura 2). a justificativa está na rede de esgotos clandestina construída pelos moradores do local, direcionando os efluentes domésticos para o ribeirão, à montante do pt2. laboratoriais realizadas, mas observou-se que sua presença na água é baixa. por este motivo, não foi apresentada estatística descritiva dos mesmos. os resultados encontram-se na tabela 3. tabela 3 resultados de coliformes termotolerantes (cter) e totais (ctot) (nmp/100 ml) em águas de tributários e represa. o período de monitoramento de cada parâmetro teve início conforme a logística e recursos disponíveis para cada um. desta forma, as análises foram realizadas no período de julho de 2009 a junho de 2010, exceto para os parâmetros a seguir: amônio, nt e nitrito, que tiveram o início, respectivamente em agosto, setembro e outubro de 2009; sólidos totais e coliformes, em dezembro de 2009; nitrato, em janeiro de 2010. os parâmetros que estiveram em desconformidade com a resolução 357/05 do conama [7] e suas respectivas porcentagens nos pontos amostrais estão apresentadas na figura 2. os demais parâmetros analisados, quando contemplados por esta norma estiveram de acordo com os limites estabelecidos. análise dos parâmetros individuais e as possíveis relações com as atividades antrópicas nos ambientes estudados temperatura da água observou-se homogeneidade nas temperaturas da água do reservatório, com média superior às temperaturas das águas dos afluentes. isso se deve ao grande volume de água armazenada no mesmo e ao seu alto calor específico, que permite maior conservação do calor e menor variação de temperatura ao longo do tempo. 14eclética química, 37, 9 -22, 2012. teriais de origem alóctone provenientes do talude desprovido de vegetação em sua margem esquerda. potencial hidrogeniônico (ph) o ph pode ser considerado como uma das variáveis ambientais mais importantes e ao mesmo tempo, uma das mais difíceis de se interpretar, devido a inúmeros fatores que podem influenciá-lo. normalmente o ph de águas doces é mantido em torno da neutralidade [19], através do sistema de tamponamento baseado nas concentrações carbonato e bicarbonato em solução, provenientes do co2. as florações de algas ou macrófitas no ambiente interferem nesse sistema tampão, podendo-se observar aumento de acidez ou alcalinidade da água. se há aumento da fotossíntese, o ph tende a aumentar, pois há consumo de co2 no processo. porém, os íons carbonato ou bicarbonato existentes no meio o tampona, mantendo o ph em torno de 6,5. por outro lado, os organismos heterotróficos tendem a baixar o ph da massa líquida, pois os processos de decomposição e respiração liberam co2 [19], dentre outras substâncias no ambiente. na análise dos resultados obtidos neste trabalho, observou-se que a variação sazonal foi bastante significativa. nas medições feitas no período de estiagem, todos os parâmetros estiveram em conformidade com os limites definidos pelo conama [7]. entre dezembro de 2009 e abril de 2010 (cheia), o pt2 apresentou ph em desconformidade com esta norma em todas as medições, sendo obtidos valores que variaram de 5,0 a 5,9. dezembro foi o primeiro mês com maior impacto de águas de chuva, sendo registrados 315,6 mm, de acordo com a estação pluviométrica da represa dr. joão penido (eprjp). em janeiro, apenas o pt1 esteve em conformidade e em fevereiro, os ambientes retornaram ao equilíbrio, exceto o pt2, onde o ph se normalizou somente em maio. águas de chuva podem interferir no ph dos ecossistemas aquáticos continentais, pois normalmente são ácidas [20], com ph entre 5,0 e 6,0. o efeito é mais acentuado, quando os ambientes possuem baixa capacidade de tamponamento e isso foi observado no pt2, entre dezembro e abril. este ponto de coleta localiza-se entre as plantas e provavelmente isso está interferindo no sistema tampão do ecossistema aquático. sendo assim, a represa e o córrego da grama (pt1) demonstraram melhor capacidade de recuperação do equilíbrio iônico do sistema, após o stress provocado pela água de chuva. ainda com relação ao ribeirão dos burros, as reações de degradação da matéria orgânica presente nestes resíduos consome od do meio. os resultados obtidos mostram claramente a interferência antrópica provocando deterioração do ecossistema aquático, que fica mais vulnerável devido à ausência de mata ciliar. as concentrações mínimas observadas no reservatório ocorreram no período de estiagem (maio a julho) devido a menor diluição de matéria orgânica e outras substâncias na água. nos afluentes, as mínimas ocorreram em mês de cheia (dezembro) devido ao escoamento superficial da bacia de drenagem. figura 2: porcentagens de resultados dos parâmetros analisados em desconformidade com os limites definidos pelo conama [7] nos pontos amostrais estudados. condutividade elétrica o conama [7] não estabelece limites para a condutividade. então, adotou-se neste trabalho o valor de referência utilizado pela cetesb, que considera níveis superiores a 100 µs/cm (microsiemens por centímetro) como indicativo de ambientes impactados [17]. os valores máximos foram observados no período chuvoso e não atingiram este limite (tabela 2). estes resultados podem estar relacionados com os máximos obtidos para cor e turbidez nas mesmas amostras (exceto para o pt2). também houve coincidência entre os máximos registrados para os três parâmetros citados, no mês de novembro para o pt1, e em abril para os pontos da represa. estas observações evidenciam o transporte de íons, além de inúmeras substâncias através dos sedimentos, para os corpos d’água através do runoff [18] da bacia de drenagem. os valores mínimos registrados foram observados no período de estiagem. a maior média observada ocorreu no córrego da grama (pt1). este tributário recebe diretamente ma0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 110,00 pt1 pt2 pr1 pr2 pr3 % e m d es ac or do c om a r es ol uç ão co n am a 35 7/ 05 pontos de coleta od ph turbidez dbo pt 15eclética química, 37, 9 -22, 2012. tra a grande variação sazonal para estes parâmetros. ainda em relação ao ribeirão dos burros, foi feita uma observação referente à interferência antrópica no córrego, nas campanhas de dezembro de 2009 e janeiro de 2010. as macrófitas haviam sido arrancadas ou cortadas e deixadas na água, à montante do ponto de coleta. foram observados na análise das amostras, respectivamente, em dezembro e janeiro: menores valores de od (3,00 e 5,10 mg/l) e ph (5,0 e 5,7), maiores valores para a cor (97,0 e 85,0 mg pt/l) e turbidez (30,0 e 25,0 unt) do que os outros pontos de coleta. acredita-se que a retirada das plantas provocou revolvimento e ressuspensão de sedimentos do fundo, alterando na qualidade da água do ribeirão. nos meses seguintes à ocorrência, no período de fevereiro a maio, foram observados respectivamente, os maiores valores obtidos para a cor (173,0; 171,0; 106,0 e 155,0 mg pt/l) e turbidez (121,0; 120,3; 126,7 e 105,4 unt) no pt2. em fevereiro e março, também houve incremento de pt (0,11 e 0,10 mg/l), nitrato (0,49 e 1,14 mg/l) e nt (0,84 e 1,54 mg/l), respectivamente. acredita-se que os nutrientes que tinham sido absorvidos pelas plantas foram sendo disponibilizados para o ambiente, à medida que as mesmas foram deixadas na água. estas observações indicam que a capacidade das macrófitas funcionarem como um filtro para o corpo hídrico ficou prejudicada. para a represa, as maiores médias de cor e turbidez foram obtidas no pr1 (tabela 2), justificado por localizar-se em uma região de grande mistura [18]. apesar de pouca diferença significativa, os valores decrescentes das médias relativas a estes parâmetros obtidas do pr1 para o pr3 (tabela 2), refletem a tendência geral do efeito da diminuição da sedimentação proveniente da zonação longitudinal ao longo da represa, da zona fluvial para a lacustre [18]. os valores máximos obtidos para a cor e turbidez nos três pontos do reservatório ocorreram em abril (tabela 2). este fato pode estar associado à formação de produtos provenientes de reações químicas relativas ao metabolismo do ecossistema, que intensificam a cor da água. levando-se em conta que a represa é um ambiente raso, fatores como correntes de vento que revolvem os sedimentos do fundo podem também ter sido a causa do processo [21]. na represa dr. joão penido, os valores de turbidez variaram de 1,00 a 41,80 unt, sendo que a mesma é desprovida de mata ciliar em quase toda a sua extensão. estes valores são considerados altos, se comparados com bacias hidrográficas recobertas por floresta de mata atlântica, que são da ordem de 0,15 a 4,9 unt acredita-se que outros fatores além das águas pluviais, contribuíram para a diminuição do ph do meio aquático. foi observada uma relação entre ph, cor e turbidez, no referido período chuvoso. associada às maiores médias para a cor e turbidez, observou-se menor média para o ph do que os outros pontos amostrais. a justificativa pode estar abundância de plantas aquáticas em torno do pt2. o incremento na cor e diminuição do ph pode ser explicado pela presença de colóides orgânicos, como os ácidos húmico e fúlvico, substâncias naturais resultantes da decomposição parcial de compostos orgânicos presentes em folhas de vegetais e em outros substratos [17]. com o aumento das chuvas, o transporte de materiais ficou mais intenso justificando o aumento da turbidez. os efeitos são potencializados pela disposição inadequada de esgotos no córrego. a menor média obtida (tabela 2) e a maior porcentagem de medições referentes ao ph em desacordo com o conama [7] (figura 2), foram obtidas para o ribeirão dos burros (pt2) pelos motivos já explanados. para o reservatório, a menor média foi obtida no pr1 (tabela 2), por sofrer forte influência das águas tributárias. cor verdadeira e turbidez esses parâmetros serão discutidos em conjunto, uma vez que foi observada uma variação semelhante entre os mesmos nos resultados. a cor de uma amostra de água está associada à presença de sólidos dissolvidos, principalmente material em estado coloidal orgânico e inorgânico. substâncias presentes na água, como substâncias húmicas, compostos de ferro [19], ou produtos resultantes de reações químicas provenientes do metabolismo do ecossistema, também provocam alterações na cor da água. a turbidez relaciona-se à presença de sólidos em suspensão, tais como, partículas inorgânicas (areia, argila e silte), detritos orgânicos, algas, bactérias, plâncton, dentre outros [20]. as médias relativas aos dois parâmetros foram maiores nos tributários, se comparadas ao reservatório, fato também constatado na rede de monitoramento do estado de são paulo [14]. as maiores médias para a cor e turbidez, bem como a maior porcentagem de resultados de turbidez em desacordo com o conama [7] foram obtidas no ribeirão dos burros (pt2) (tabela 2 e figura 2), justificado pelas características lóticas deste ambiente e pela presença de esgotos no córrego (o conama [7] não estabelece limites para a cor, referente a águas doces classe 1). o grande desvio padrão demons16eclética química, 37, 9 -22, 2012. rego da grama (pt1), em abril (tabela 2). as intensas chuvas de março (320,6 mm, de acordo com a eprjp) provocaram o revolvimento e ressuspensão de sedimentos acumulados em toda a área brejosa coberta por macrófitas na margem direita e à montante do ponto de coleta, bem como o aumento do volume da água do córrego. o transporte foi facilitado pelo maior fluxo, incrementando o teor de carga orgânica na água. este afluente também apresentou a maior média e a justificativa está na vulnerabilidade deste ambiente ao escoamento superficial. sua margem esquerda possui um pequeno talude que frequentemente sofre capina e remoção de vegetação ciliar, pelos moradores do entorno, fato que compromete a qualidade hídrica deste córrego. as características lênticas proporcionadas pela proliferação de macrófitas em sua margem direita, também favorecem o acúmulo de nutrientes e carga orgânica na água. a influência da estiagem sobre a dbo pode ser percebida em setembro de 2009. fazendo uma análise espacial, neste mês todos os pontos apresentaram altos valores de dbo, inclusive foi obtido o máximo para a represa no pr2 (tabela 2). no mês anterior choveu apenas 7,25 mm (eprjp), levando a uma maior concentração de carga orgânica na água. em janeiro de 2010, interferências antrópicas provocaram erosões na margem direita da represa à montante do pr3. as alterações na qualidade da água foram percebidas, fato que causa preocupação por estar próximo à eta. além da concentração máxima de dbo para este ponto (tabela 2), também houve valores em desacordo o conama [7] para o ph (5,8), od (5,8 mg/l) e pt (0,033 mg/l), na mesma amostra. íons amônio (nh4+), nitrito (no2-) e nitrato (no3-). o nitrogênio pode ser encontrado nas águas basicamente em duas formas: reduzida (nitrogênio orgânico e amoniacal) e oxidada (nitrito e nitrato). diversas são as fontes que contribuem para a presença deste elemento nas águas naturais, mas geralmente, os esgotos sanitários constituem a principal [17]. neste estudo, todos os resultados referentes a estes parâmetros estiveram em conformidade com os limites estabelecidos pelo conama [7]. através das formas de nitrogênio presentes no meio aquático, pode-se associar a proximidade da fonte de poluição. se a análise de uma amostra de água de um corpo hídrico demonstrar predominância de nitrogênio orgânico e amoniacal, significa que as descargas de esgotos estão próximas. se prevalecerem os íons nitrito e nitrato, pode-se inferir que estão distantes, pois es[22]. isso mostra que a floresta protege o solo contra a erosão, preservando os corpos d’água. os valores máximos para cor e turbidez (tabela 2) foram obtidos nos afluentes, no período de cheia e a ausência de mata ciliar contribuiu para este resultado. considerando que os valores máximos para o reservatório ocorreram no período de estiagem, pode-se inferir que a pluviosidade interfere mais na cor e turbidez dos afluentes do que no reservatório. sólidos totais todos os resultados obtidos neste estudo atenderam aos padrões definidos pelo conama [7]. os máximos para todos os pontos (tabela 2) foram registrados em dezembro, fato associado à alta pluviosidade deste mês (315,6 mm, de acordo com a eprjp). na represa, a ocorrência foi no pr3 e foi constatado à montante deste ponto amostral, movimento de terra e assoreamento na margem direita em novembro e dezembro. neste último mês, a máxima concentração de sólidos totais pode estar relacionada ao alto valor para a dbo (13,09 mg/l), baixo índice de od (5,60 mg/l) e mínimo valor para o ph (5,20), obtidos para a mesma amostra. fato semelhante ocorreu à montante do pr1, também em dezembro. observou-se movimento de terra e queima de vegetação na margem direita, que deixaram o solo exposto. neste mês, a máxima concentração de sólidos totais para o pr1 também pode estar associada aos baixos índices de od (5,90 mg/l) e ph (5,80), bem como altos valores para a dbo (10,66 mg/l). as intensas chuvas de dezembro potencializaram os efeitos das interferências antrópicas observadas no entorno do manancial para os dois pontos citados. a maior média de todos os pontos foi observada no pr3 (tabela 2). isso demonstra que a região próxima à barragem da represa é receptora de sedimentos provenientes de processos erosivos das margens à montante, bem como do escoamento superficial de toda a bacia de drenagem. esta zona deveria apresentar menores concentrações de sólidos totais, uma vez que está próxima à zona lacustre e à captação de água (eta). demanda bioquímica de oxigênio (dbo) todos os resultados estão em desacordo com o conama [7] (figura 2), exceto no mês de janeiro para o pr2, onde foi obtido o valor mínimo de 2,70 mg/l (tabela 2). o valor máximo registrado ocorreu no cór17eclética química, 37, 9 -22, 2012. queima de vegetação à montante, na margem direita da represa. esta prática é considerada crime ambiental, conforme artigo 41 da lei nº 9605/98 (lei de crimes ambientais [23]). o solo ficou exposto, facilitando o aporte de material alóctone para a represa. a maior média registrada para os afluentes foi no pt1, justificado pela presença de esgotos no córrego, e para a represa ocorreu no pr1, por estar próximo à zona fluvial. os valores máximos obtidos para o nt coincidiram com os máximos para o nitrato em todos os pontos amostrais e ocorreram em período de cheia, exceto no pr1, onde o máximo do nt ocorreu na estiagem (junho). fósforo total (pt) diversas são as fontes de fósforo em águas naturais, mas as principais são os esgotos sanitários. as águas drenadas em áreas agrícolas e urbanas também podem provocar a presença excessiva deste elemento nos corpos hídricos [17]. a literatura informa que as maiores elevações de pt em rios do canadá estão relacionadas ao escoamento superficial provocado por eventos de chuvas após épocas secas, sendo que o incremento está relacionado às fontes não pontuais de poluição [24]. os picos de pt observados em julho de 2009 nos cinco pontos amostrais (tabela 2) ocorreram após curto período de seca, seguido de eventos de chuvas. este fato, aliado às fontes difusas de poluição contribuíram para esta ocorrência. a concentração máxima (tabela 2) e a maior porcentagem de resultados em desacordo com o conama [7] (figura 2) ocorreram no pt1, justificado pelas características lênticas deste ambiente que favorecem o acúmulo de nutrientes. na represa, a máxima se deu no pr1, o que era de se esperar, por estar próximo à zona fluvial. porém, fato que chamou a atenção foi que, apesar da pouca diferença, a maior média dos pontos da represa foi obtida no pr3 (os parâmetros sólidos totais e condutividade elétrica também apresentaram a maior média da represa, no pr3) (tabela 2). isso indica que a zona lacustre está sendo impactada por fontes de fósforo. estas regiões, geralmente são pobres em relação a este nutriente [25, 26], porém, isso não foi observado para a represa dr. joão penido. conforme já foi comentado, esta zona da represa é região receptora de sedimentos e como eles transportam fósforo, ocorre o incremento deste parâmetro na água. as médias dos afluentes foram maiores, se tas são as formas finais de oxidação do nitrogênio [17]. os resultados indicaram que todos os valores de nitrato foram superiores aos de amônio, no período monitorado. isso significa que próximo aos pontos amostrais, provavelmente não existe fonte pontual de poluição por efluentes domésticos nos corpos d’água [17]. o ponto de lançamento clandestino de esgotos citado anteriormente, à montante do pt2, não é próximo o suficiente para que o amônio prevaleça sobre o nitrato na água. devem existir condições favoráveis no meio que promovem a oxidação do amônio a nitrato, até atingir o pt2. apesar da pouca diferença significativa, os resultados das médias de nitrato e amônio (tabela 2) dos pontos amostrais do reservatório refletem a tendência geral de diminuição da concentração destes íons na água, da região fluvial para a lacustre, proveniente da zonação longitudinal ao longo do mesmo [18]. algumas observações feitas em campo relativas à represa indicam a interferência antrópica na qualidade da água. a máxima concentração para o nitrato (pr1) em março (tabela 2) coincidiu com valores acima da média para este ponto em relação aos seguintes parâmetros: cor (83,0 mg pt/l), turbidez (35,0 unt), dbo (12,15 mg/l), pt (0,074 mg/l) e nt (1,35 mg/l). o fato pode estar relacionado ao assoreamento proveniente de movimentações de terra observadas em vários locais da margem direita, à montante deste ponto amostral, indicando o aporte de materiais presentes no solo para a represa. o maior índice pluviométrico do período também foi registrado neste mês, o que agravou a situação. nitrogênio total (nt) o nt corresponde à soma das concentrações de nitrogênio orgânico, amônio, nitrito e nitrato. a resolução 357/05 do conama [7] determina em seu artigo 10, limites para águas doces enquadradas nas classes 1 e 2, quando o nitrogênio for fator limitante para eutrofização. como não há estudos para saber se os ambientes monitorados são limitados por fósforo ou nitrogênio, não foi possível verificar se os valores encontrados atendem à referida norma. na represa, alterações na qualidade da água puderam ser percebidas na zona próxima à eta (pr3) e acredita-se que possuem relação com alguns parâmetros. em fevereiro, foram obtidos valores máximos para o nt e nitrato (tabela 2), bem como valores acima da média para a cor (86,0 mg pt/l), turbidez (35,0 unt) e pt (0,11 mg/l). o fato pode estar associado com a 18eclética química, 37, 9 -22, 2012. proveniente de capina e remoção da vegetação ciliar. as análises da amostra de água indicaram valor mínimo para a clorofila a (tabela 2) e valores acima da média para a cor (75,0 mg pt/l), turbidez (40,0 unt) e nt (1,12 mg/l). as alterações na qualidade hídrica também puderam ser percebidas através de valores que não atenderam aos limites estabelecidos pelo conama [7], como pt (0,05 mg/l), dbo (9,46 mg/l) e od (4,5 mg/l). coliformes termotolerantes e coliformes totais as bactérias do grupo coliformes são consideradas as principais indicadoras de contaminação fecal [17]. foi verificado que todas as amostras apresentaram resultados bem inferiores aos limites definidos pelo conama [7, 27], sendo todas consideradas “próprias” e de “excelente” qualidade, em relação a este parâmetro (tabela 3). sua origem na água é proveniente de prováveis contaminações por esgotos domésticos e de material fecal oriundo da criação de animais no entorno do manancial. esses micro-organismos ficam armazenados no solo e com as chuvas são carreados para os corpos d’água. as resoluções 357/05 e 274/00 do conama [7, 27] não determinam limites para coliformes totais, mas alguns pontos devem ser considerados. houve incremento deste parâmetro durante os meses de fevereiro e março de 2010 (tabela 3), indicando relação direta com o período chuvoso, fato também observado por haddad [24] no monitoramento do rio são miguel (mg). constatou-se também que os pontos localizados na parte alta da represa (pt1, pt2 e pr1) indicaram maior contaminação por este micro-organismo. índice de qualidade da água (iqa) mensal para cada ponto uma forma de verificar e monitorar os efeitos das atividades antrópicas sobre a qualidade hídrica de um ecossistema é o emprego de índices de qualidade da água (iqa), que se baseiam principalmente em fatores limnológicos e físico-químcos [4]. através dos resultados do iqa obtidos neste estudo, foi feita uma análise espacial por ponto amostrado, avaliando e caracterizando a qualidade da água de cada um. com relação ao parâmetro coliformes termotolerantes, onde os valores não foram determinados exatamente (< 3), foi utilizado o valor 3,0 para os cálculos do iqa. no mês de dezembro, o parâmetro nitrato não foi monitorado, e por isto, seu peso foi redistribuído para os outros parâmetros e o iqa foi calculado. escomparadas ao reservatório, fato também observado por lamparelli [14] na rede de monitoramento do estado de são paulo. clorofila a a clorofila a é um dos pigmentos responsáveis pelo processo fotossintético. representa aproximadamente de 1 a 2% do peso seco do material orgânico em todas as algas planctônicas. por isso, é considerada a principal variável indicadora de estado trófico dos ambientes aquáticos [17]. todos os resultados obtidos neste estudo atenderam aos limites do conama [7]. pagioro et al. [26] citam que existe uma relação positiva entre a clorofila a e o pt, indicando que ele estimula a biomassa fitoplanctônica. esta abordagem foi evidenciada neste estudo, através dos picos registrados para o pt em todos os pontos em julho de 2009, coincidindo com as concentrações máximas para a clorofila a no pt1, pr2 e pr3 (tabela 2). o pr1 teve concentração de clorofila a próxima à máxima obtida para esta mesma amostra (4,55 µg/l). nesse mês, somente para o pt2, a relação entre os parâmetros foi inversa, sendo obtida a mínima da clorofila a na mesma amostra em que foi registrada a máxima para o pt (tabela 2). lamparelli [14] cita que vários fatores influenciam a produtividade do fitoplâncton, além da disponibilidade de nutrientes. fatores físicos, como a velocidade da água, e as consequentes taxas de sedimentação, influenciam a transparência da água e a turbulência do ambiente. o maior fluxo de água neste ponto amostral pode explicar esta relação inversa ocorrida em julho para os parâmetros pt e clorofila a no pt2. a represa apresentou maiores médias para a clorofila a, se comparada aos córregos, fato também observado nos corpos d’água do estado de são paulo [14]. por ser ambiente lêntico, o reservatório proporciona maior incidência de luz e acúmulo de nutrientes, favorecendo o incremento da concentração de clorofila a. a maior média dos córregos ocorreu no pt1, justificada pelas características lênticas deste curso d’água. a maior média da represa ocorreu no pr1, demonstrando maior tendência à eutrofização deste ponto, inclusive por estar mais próximo da entrada dos tributários. interferências antrópicas puderam ser observadas no córrego da grama (pt1) em junho de 2010. sua margem esquerda apresentou muita terra exposta 19eclética química, 37, 9 -22, 2012. (maio e junho de 2010). neste período, o ph foi próximo à neutralidade e a temperatura da água foi menor. ponto pr2: os valores de iqa variaram de 70,8 a 79,0. nesta zona, o nível de qualidade no período estudado foi “bom”, em 100,00 % do total de amostras analisadas. os parâmetros de maior peso que contribuíram positivamente para esses resultados foram: bons índices de od (exceto em dezembro de 2009, janeiro e junho de 2010) e valores de ph próximos à neutralidade (exceto em janeiro de 2010), bem como menores valores de dbo (exceto em junho de 2010). este ponto da represa apresentou águas de melhor qualidade, se comparadas com pr1 e pr3. acredita-se que as margens preservadas na direção e à montante do pr2 contribuíram para a manutenção da qualidade hídrica nesta zona. a margem direita, apesar das ocupações, possui mata densa e preservada. a margem esquerda não possui ocupações e não apresentou sinais de erosões. apesar da ausência de mata ciliar, a cobertura do solo com gramíneas nesta margem ofereceu proteção, dificultando o carreamento de sedimentos para a água. ponto pr3: os valores de iqa variaram de 61,6 a 75,2 e o comportamento do pr3 foi semelhante ao pr1. considerando o total analisado, o nível de qualidade foi “médio” em 71,43 % das amostras, no período de cheia (dezembro de 2009 a abril de 2010). os parâmetros que tiveram maior peso nestes resultados foram altos valores de dbo e maiores temperaturas da água. o nível foi “bom” em 28,57 %, nos meses de estiagem (maio e junho de 2010). contribuíram positivamente para esse resultado, os valores de ph mais próximos à neutralidade e menores valores de dbo e temperatura da água. esta deveria ser uma zona com águas de melhor qualidade, porém isso não foi observado. acredita-se que esta região próxima à barragem sofre influência de processos que ocorrem à montante da represa, principalmente na margem direita entre o pr2 e o pr3, além de todas as interferências que ocorrem em toda a bacia. índice de estado trófico (iet) mensal para cada ponto carlson [29] afirma que o iet não equivale a um índice de qualidade de água. o termo qualidade está mais relacionado aos seus usos múltiplos e implica em um julgamento que deve ser separado do estado trófico. tes procedimentos também são adotados pelo igam no monitoramento das águas superficiais de minas gerais. o iqa excelente não foi observado em nenhum ponto, assim como ocorre no estado de minas gerais. esta condição vem sendo observada no desenvolvimento do projeto “águas de minas” desde 1997, na maioria dos corpos d’água monitorados pelo igam [28]. análise dos tributários em uma análise mais ampla, o nível de qualidade da água dos afluentes variou de “ruim” a “bom”. córrego da grama (pt1): os valores de iqa variaram de 61,6 a 72,5. este tributário apresentou predominância do nível de qualidade “médio” em 85,71 % dos resultados. levando-se em conta os pesos de cada parâmetro, a influência maior neste resultado deve-se aos altos valores de dbo e pt observados. o nível “bom” foi obtido em janeiro, correspondendo a 14,29 % dos resultados. os parâmetros que influenciaram neste resultado foram os bons índices de od e ph. ribeirão dos burros (pt2): os valores de iqa variaram de 47,0 a 72,9. o principal afluente da represa apresentou 57,14% dos resultados com nível de qualidade classificado como “médio”. a predominância de baixos valores de od e ph, além de altos valores para a dbo contribuíram para este resultado. em fevereiro e março, a qualidade foi “ruim”, correspondendo a 28,58% do total analisado. além dos parâmetros já citados, tiveram peso neste resultado, os altos valores para o pt. em janeiro, a qualidade da água foi “boa”, correspondendo a 14,28 % dos resultados obtidos, sendo que s parâmetros de maior influência foram os baixos teores de nitrato e pt. análise do reservatório de uma maneira geral, o nível de qualidade da água da represa variou de “médio” a “bom”. a influência sazonal foi mais evidente no reservatório do que nos tributários. ponto pr1: os valores de iqa variaram de 63,6 a 72,2. este ponto apresentou predominância do nível “médio” no período de cheia (dezembro de 2009 a abril de 2010), representando 71,43% do total de amostras analisadas. valores que não atenderam à resolução 357/05 do conama [7], como aqueles referentes à dbo, ph e pt influenciaram nestes resultados. a água esteve com qualidade classificada como “boa” em 28,57% do total analisado, correspondendo aos meses de estiagem 20eclética química, 37, 9 -22, 2012. pede o curso normal do córrego, porém, o maior fluxo de água no ponto de coleta influenciou nos baixos índices de clorofila a obtidos. consequentemente, houve menor tendência à eutrofização e os resultados do iet foram menores do que o pt1. análise do reservatório todos os pontos do reservatório foram classificados como lênticos para o cálculo do iet. em uma primeira análise, o grau de trofia da represa variou de “oligotrófico” a “eutrófico”. porém, observou-se que a maior porcentagem dos resultados para cada ponto amostral demonstra o estado “mesotrófico” como característica predominante, indicando produtividade intermediária, com possíveis implicações sobre a qualidade e o uso da água. ao estudar os reservatórios de billings, barra bonita, itupararanga, jaguari e guarapiranga do estado de são paulo, lamparelli [14] observou que próximo à chegada dos rios formadores, os valores de iet foram superiores aos pontos próximos às barragens. no monitoramento da represa dr. joão penido, houve somente três ocorrências deste tipo nos meses de novembro e dezembro de 2009 e junho de 2010, com valores decrescentes de iet do pr1 ao pr3, apesar da pouca diferença significativa entre os valores. portanto, a tendência geral de apresentar características eutróficas na parte alta do reservatório e oligotróficas na zona próxima à barragem [ 14, 25, 26] não foi observada. as tendências de eutrofização puderam ser evidenciadas no mês de julho, representando 8,33% das amostras analisadas em cada ponto, demonstrando alta produtividade do ecossistema em relação às suas condições naturais. os picos de pt observados neste mês, aliados aos valores de clorofila a acima da média para todos os pontos do reservatório, justificaram a classificação “eutrófico” verificada. xavier, dias e brunkow [31] citam que o desenvolvimento da eutrofização em reservatórios, apesar de não impedir a utilização da água, encarece o tratamento e pode oferecer riscos à saúde humana, além das restrições aos seus usos múltiplos. desta forma, considerando apenas a região próxima à eta (pr3), a ocorrência do estado “eutrófico” em julho de 2009 indicou que o uso da água para abastecimento não foi aceitável. considerando que os afluentes são fontes de abastecimento da represa, e que as comunidades podem utilizar essas águas para consumo, a abordagem feita pelos autores acima referidos [31] também foi utilizaem virtude da variabilidade sazonal dos processos ambientais que influenciam o grau de eutrofização dos corpos d’água, o iet pode apresentar variações no decorrer do ano. sendo assim, na interpretação e análise das observações, é interessante considerar os resultados mensais para cada ponto amostral [30]. os resultados de iet referentes aos tributários e à represa, bem como suas respectivas porcentagens, estão demonstrados na tabela 4. tabela 4 resultados de iet e porcentagens obtidas para cada estado trófico nos pontos amostrais dos tributários e da represa. análise dos tributários córrego da grama (pt1): neste ponto, as águas do córrego e represa parecem se misturar. as características intermediárias entre os ambientes lótico e lêntico dificulta sua classificação em uma das categorias. no entanto, apesar do movimento lento de suas águas, as maiores médias de pt e menores médias de clorofila a (bases de cálculo do iet) levaram a classificar este ambiente em lótico, para fins de cálculo do iet (comparação feita com as médias do reservatório, sem considerar os desvios padrão). o pt1 apresentou predominância do estado “mesotrófico” durante o período observado (tabela 4). em julho de 2009, a classificação foi “supereutrófico”, justificado pelo pico observado para o pt em todos os pontos, além do valor de clorofila a acima da média para este ponto, na mesma amostra. ribeirão dos burros (pt2): o pt2 foi classificado como lótico para fins de cálculo do iet e apresentou estado “mesotrófico” predominante (tabela 4). a infestação de macrófitas im21eclética química, 37, 9 -22, 2012. dbo, pt, ph e turbidez, que apresentaram desconformidades com a resolução 357/05 do conama [7] no período observado. ● além da ocupação ilegal no entorno do manancial, as principais interferências antrópicas identificadas que possivelmente provocaram alterações na qualidade da água foram: movimentos de terra às margens da represa, remoção de macrófitas, lançamento inadequado de efluentes domésticos no tributário principal, retirada e queima de vegetação ciliar. ● os resultados mostraram uma maior sensibilidade e vulnerabilidade dos afluentes em relação ao impacto das águas pluviais, se comparados ao reservatório. ● os pontos próximos às zonas fluvial e lacustre são os mais impactados da represa, apresentando predominância do nível “médio” de qualidade da água. o ponto próximo à zona intermediária apresentou águas de melhor qualidade, com nível considerado “bom”. ● a represa apresentou característica dominante de estado “mesotrófico” e seus usos múltiplos podem ter ficado comprometidos. para abastecimento de água potável, foi considerado tolerável, na maior parte do período monitorado. ● é preciso adotar medidas mitigadoras visando a redução e controle do aporte de carga orgânica, nutrientes e sedimentos para a água, bem como a contenção do assoreamento e eutrofização dos corpos hídricos. além de outras medidas, deve-se realizar o plantio de espécies adequadas, promovendo a recomposição da mata ciliar do manancial. disciplinar e fiscalizar com mais rigor o uso e a ocupação do solo da bacia também é uma das importantes tarefas que devem ser promovidas para a sua preservação. ● é necessário dar prosseguimento aos estudos aqui apresentados para continuar avaliando os impactos provocados pelas interferências antrópicas. o monitoramento demonstrou ser ferramenta fundamental para a gestão integrada do manancial. espera-se que este trabalho de pesquisa seja útil para elaborar e executar planos de gestão ambiental integrada para a represa dr. joão penido, conforme prevê a política nacional dos recursos hídricos [32]. instituir programas de conservação é fundamental, porém, de nada adianta se as ações propostas não forem executadas realmente. existem inúmeras leis que protegem os mananciais, mas aplicá-las efetivamente é muito mais importante. constitui tarefa imprescindível das autoridades competentes e responsabilidade de todos nós, para que possamos garantir água de boa qualidade para os atuais e futuros usuários. da como referência para verificar se os usos múltiplos foram comprometidos com relação aos estados tróficos. o grau “supereutrófico” observado em julho de 2009 para o ribeirão dos burros (pt2) indicou uso tolerável da água apenas para a criação de espécies de peixes resistentes. na maior parte do período, o estado “mesotrófico” indicou que o uso para abastecimento de água potável foi tolerável para córregos e represa. o uso da água para processamento industrial, recreação de contato primário, criação de peixes sensíveis e paisagismo foi desejável, de acordo com a abordagem feita acima. os períodos em que o estado “oligotrófico” foram observados indicaram que o uso da água para abastecimento foi desejável. a análise ambiental de todos os resultados obtidos neste estudo ficou a cargo das observações e registros fotográficos feitos durante o monitoramento. envolveu análises de natureza física, química e biológica, em relação às condições naturais e aos efeitos das ações antrópicas que puderam causar danos à saúde humana e aos ecossistemas estudados. as observações relacionadas neste estudo ficaram restritas às margens do manancial, porém, as alterações verificadas nas variáveis, podem não estar associadas a eventos de pequena magnitude e/ou esporádicos. cabe evidenciar que tudo o que ocorre na bacia de drenagem reflete diretamente na qualidade dos corpos hídricos. é pertinente ressaltar que a eficácia desta tentativa de se mensurar a qualidade da água, muitas vezes não corresponde à expectativa, pois a natureza apresenta a capacidade de resposta que nem sempre pode ser numericamente controlada pelo homem [22]. conclusões diante de tudo o que foi exposto neste estudo, constatou-se que as formas de uso e ocupação do solo na área da bacia da represa dr. joão penido, não têm sido adequadas para que o manancial seja utilizado para abastecimento de água de juiz de fora. abaixo estão apresentadas diversas conclusões, de acordo com as abordagens na discussão dos resultados. ● a água demonstrou ser uma excelente indicadora da saúde sanitária e ambiental do ecossistema. ● os resultados mostraram que o manancial vem sofrendo deterioração da qualidade das águas, provocada pelas ações antrópicas realizadas na região da bacia da represa, principalmente em suas margens. os parâmetros que evidenciaram este fato foram: od, 22eclética química, 37, 9 -22, 2012. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq pelo auxílio financeiro, e à quarta companhia de polícia militar independente de meio ambiente e trânsito (4ª cia pm ind mat) de juiz de fora, pelo auxílio na coleta das amostras. referências [1] von sperling, e., morfologia de lagos e represas, departamento de engenharia sanitária e ambiental da universidade federal de minas gerais (desa/ufmg), 1999. 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[32] brasil, lei nº 9433, de 08 de janeiro de 1997. original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | special issue | 2018 | 70 eclética química journal, 43, special number, 2018, 70-78 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 determination of lead (pb) in feces of lontra longicaudis (olfers, 1818) by flame atomic absorption spectrometry (f aas) nubya gonçalves cavallini1+ , rodrigo arantes reis1 , juliana quadros1 , andrea oliveira1 , mariana gallucci nazário1 , liliani marilia tiepolo1 1 federal university of paraná (ufpr), litoral campus, 512 jaguariaíva st, matinhos, paraná, brazil +corresponding author: nubya gonçalves cavallini, e-mail address: nubyacavallini@gmail.com article info article history: received: february 11, 2018 accepted: april 25, 2018 published: june 28, 2018 keywords: 1. f aas 2. stools of lontra longicaudis 3. (olfers, 1818) 4. lead 1. introduction the guaraguaçu river basin is an area characterized by divergent configurations of space where there are discordant relationships between social and natural determinants in relation to land occupation and the economic aspects of its use1, 2. the set of actions developed in its area of insertion destined to the production, distribution, consumption and financial market, mainly related to the agribusiness sector associated with the largest port complex in the region, represent a serious indication of environmental crisis1-4. thus, the problem that drives the development of this work is based on the contamination of the physical and biological compartments of the guaraguaçu river by metallic ions from the productive, logistic and operational processes of the port of paranaguá, located in the homonymous bay, on the coast of parana. also, it is considered that the coast of parana does not currently present detailed knowledge about sanitary problems and ecological imbalance arising from metallic ions resulting from this type of contamination5. the analytical knowledge about the dynamism between the socioeconomic and socioenvironmental establishment for the occupation and use of the coastal space contributes to identify and to characterize territorial tendencies of risks to the ecosystemic health by productive processes potentially polluting. as a abstract: the determination of metallic ions by flame atomic absorption spectrometry reaffirms the success of the technique for ecological and toxicological studies of environmental contamination. in order to contribute to the scientific research on anthropogenic contamination, the study of lead in feces of lontra longicaudis (olfers, 1818) in the guaraguaçu river basin aims to understand the anthropogenic environmental contamination of the local ecosystem, located in one of the largest port areas in brazil. six samples were collected along the guaraguaçu river. to determine the lead concentration by flame atomic absorption spectrometry method, samples were extracted with hno3 1 % v/v. lead concentration values about 1 mg l-1 were detected in feces samples, indicating abnormalities. thus, the analytical method allows the interpolation of fecal analysis of l. longicaudis in order to quantify the inorganic contaminants in water, secondary food web items and complementary data of elements that do not yet exist in normative tables. thus, it converges to deepen the development of possible actions to control, monitor and inspect this element in the environment and in its main anthropogenic sources of contamination and for the presentation of possible conservation strategies of the ecosystemic biodiversity. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 mailto:nubyacavallini@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-0261-8280 http://orcid.org/0000-0002-8082-1591 http://orcid.org/0000-0002-2176-5497 http://orcid.org/0000-0003-4381-9908 http://orcid.org/0000-0001-7205-1681 http://orcid.org/0000-0002-4488-2768 original article 71 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 70-78 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 primary condition for the search for territorial development and quality of the natural space, such knowledge is strategic so that preventive, control, monitoring, inspection and remediation procedures are desired at the local level. thus, the use of biological material from the bioindicator species allowed not only to carry out the quantitative determinations of contamination by pb from the productive activities of the local agricultural and port sector, but also to expose the understanding of the complexity and inseparability of the environmental impacts over the use and the disorderly and indiscriminate exploitation of common property. with all the progress recently achieved, atomic absorption spectrometry is reaffirmed as an important and successful technique for the determination of metals and semi-metals in biological and environmental samples6, 7. as an available tool for assessing the environmental and toxicological effects of individual metallic ions available in water, sedimentological and/or biological compartments, its use has been widely inserted in environmental monitoring and control contexts. in this scenario, through the use of the flame atomic absorption spectrometry technique in the determination and analysis of lead in the stools samples of lontra longicaudis, the objective of this study was to quantify the impacts of the environmental contamination originated from the port of paranaguá in the study area, as well as their direct and indirect interference relations on the organisms of the local ecosystem. it is possible to provide such a diagnosis considering that the bioindicator species, as a carnivorous predator of the chain, has its biological and ethological data coinciding space-temporally with other groups of species in the regional scope. its traces reveal the integrality of the flows and dynamics of the metals in the environmental compartments in which it inhabits and shares with other groups of organisms. therefore, the research had a quantitative support and a qualitative understanding regarding the contamination of the guaraguaçu river by inorganic contaminants from the use of an animal bioindicator and, according to the trophic web, in a regional way, of the animal species. that is, the results included the provision of data applicable to environmental surveillance and ecosystem health in the areas of direct and indirect influence of the guaraguaçu river basin, and the identification of irregular aspects for the future development of conservation strategies of specific and ecosystem diversity. therefore, it subsidizes the continuity of studies that aim at monitoring ecosystem and species conservation actions at a regional level, taking into account conservation plans for the species at the state and national levels. 2. experimental 2.1 study area and sampling points fieldwork and sampling campaigns consisted of the active fecal search along the 60 km of guaraguaçu river, which were classified according to the influence of the tides. in order to understand quantitatively the impact of the environmental contamination originating from the port of paranaguá and, consequently, the possible scenarios under the different physicochemical conditions related to the local dynamics of tidal intake and tide, the points of collection were segmented according to a division in five areas: area 1, control, mountain slope: without tidal influence; area 2: low tidal influence; area 3: intermediate tidal influence; area 4, mouth in estuarine environment of the bay of paranaguá: high tidal influence; and, area 5, ditch or watercourse dnos: high tidal influence (figure 1). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 original article 72 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 70-78 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 figure 1. map of location of the guaraguaçu river in the coastal basin and sampling areas numbered from 1 to 5. each fecal sample found was referenced in a field book, identified and stored in plastic bags. all handling procedures ensured that samples were not contaminated by the use of utensils, packaging and tools. after the collection, identification and storage, the samples were sent to the laboratories of chemical and biological pre-analysis and physical-chemical analysis of the federal university of paraná littoral sector for the appropriate specific laboratory procedures. 2.2 sample preparation samples of feces of lontra longicaudis contain variable water contents in their composition, as well as a great heterogeneity of components. as a result, the samples were dried in a conventional oven at 80 ºc until constant weight, fragmented and homogenized. the treatment procedures of the samples were established from the development complete factorial design 2³ 8. the multivariate statistical technique is based on the application of a fixed effects model for the optimization of factors and levels from a small number of experimental trials, as well as in the evaluation of interdependence effects and interrelations that they can cause in response of the final combinations8, 9. in the present work, the procedure of the purpose method was based on an experiment employing three factors (milling, hno3 volume and digestion time) and with each one of the variables tested in two levels. the response variable was evaluated from duplicate experiments leading to the 16 experiments. replicas are of significant importance since they serve to determine experimental errors that can be evaluating the reproducibility of the method, as well as of the instrumental analysis8. the table 1 indicates the factors and levels chosen to define the factorial design, and table 2 shows the experimental conditions performed randomly as indicated by software statistica® 7.0. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 original article 73 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 70-78 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 table 1. factorial design 2³ for optimization of the conditions of sample treatment. milling hno3 ml digestion time/h levels hammer + strainer 4 3 willey type knife mill 2 1.5 table 2. full factor design (2³) for reactional conditions optimization in the sample treatment. experiments milling hno3 ml time digestion/h 1 hammer + strainer 2 1.5 9 hammer + strainer 2 1.5 5 willey type knife mill 2 1.5 13 willey type knife mill 2 1.5 7 hammer + strainer 2 3 15 hammer + strainer 2 3 3 willey type knife mill 2 3 11 willey type knife mill 2 3 2 willey type knife mill 4 1.5 10 willey type knife mill 4 1.5 6 hammer + strainer 4 1.5 14 hammer + strainer 4 1.5 4 hammer + strainer 4 3 12 hammer + strainer 4 3 8 willey type knife mill 4 3 16 willey type knife mill 4 3 the results of the lead concentrations obtained from random variables showed no significant difference between the levels tested. the feces samples were fragmented and homogenized by automated method of the willey-type knife mill, due to its greater agility, economy and safety. sample treatment step was also optimized employing full factorial design 23 (table 1). again, due to significant non-differentiation between the volumes tested, the sample treatment with 2.00 ml of hno3 65 % (v/v) during 1.5 h in a digestion block was chosen due to the characteristics of economy and agility. the previously prepared samples were directed to the wet decomposition step with oxidant acid hno3 65 % (v/v) and hydrogen peroxide h2o2 30 % (m/m). after optimized conditions the samples, about 450 mg, were treated with 2.00 ml of hno3 65 % (v/v) and allowed to stand for 30 minutes at room temperature. then, 1.00 ml of 30 % h2o2 (w/w) and 2.00 ml h2o were added on. the flasks were semi-sealed with parafilm protector and placed in a digester block at 80 °c for 1.5 h. after complete mineralization and cooling, the extracts were diluted to 10.00 ml with ultrapure water, filtered with 0.45 μm teflon membrane filter and kept under refrigeration until the analysis of the samples by f aas. automated instrumental analysis f aas after the acid digestion process, the extracts were sent to the automated instrumental analysis laboratory of the federal university of parana litoral sector for analysis on aa240 varian atomic absorption spectrometer and determination of the flame pb contents in the following operating conditions: gas compressed air and acetylene in flow of 5 l min-1; lamp current equal to 12 ma; wavelength equal to 217 nm; slit equal to 1 nm and background correction with deuterium lamp. the atomic absorption spectrophotometer analyzes followed the basic protocols of analytical chemistry and previous validation of the method, considering that the whole experimental process was reproducible, sensitive, precise, accurate and linear in the range of the analytical calibration curve. the range of the analytical calibration curve constructed using lead standard solutions in hno3 1 % v/v at eight calibration levels, were: 0.25; 0.50; 0.75; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0 mg l-1. the linearity was evaluated by linear regression equation obtaining the determination coefficient  0.995 (figure 2). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 original article 74 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 70-78 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 figure 2. analytical calibration curve for the lead (pb) in hno3 1 % (v/v). 2.3 sample treatment from the data shown by the graph, the functional relationship between the variables was characterized and expressed by the present calibration analytical curve which, as a straight equation, is calculated from the measured signals at concentrations previously established through the linear regression model7, 10, 11, 12. thus, it was possible to determine the concentrations of pb in the sample, since its results were totally dependent and directly proportional to the concentration of the analyte in the sample7, 10, 11, 12. in all cases, the correlation coefficients showed a satisfactory linearity. that is, it showed direct proportionality to the concentration of the analyte in the sample, within the specific concentration range, and it can be proved from the values presented by the determination coefficients (r2 = 0.9996). 3. results and discussion the results of the concentrations obtained through the f aas technique are presented in table 3. table 3. values of lead concentrations (pb) obtained in the feces samples of lontra longicaudis by f aas samples area pb mg l-1 mean ± std dev pb mg kg-1 mean ± std dev 1 intermediate tide influence 0.89 0.98 ± 0.09 19.78 22 ± 2 2 intermediate tide influence 1.06 23.58 3 without tide influence 1 22.22 4 without tide influence 0.90 20.05 5 without tide influence 0.94 20.87 6 without tide influence 1.11 24.66 the analysis of the results of the concentration values was based on comparative checks and knowledge of acknowledgments with the legislation of reference organisms, such as anvisa10, mapa11, conama12 and mercosul13 (table 4 and 5). these legislations with their respective standards and values regarding inorganic contaminants in water and food samples are used as guiding parameters since specimens of this nature make reference to the biology, habitat and way of life of the species. in addition, there is still no data to ensure the maximum limits allowed in lontra longicaudis feces. that is, the comparative proposal is based on confronting the concentration values found in feces with the maximum values allowed by current legislation in samples that incorporate part of the ecosystem, biology and ethology of the bioindicator species. therefore, the determination and analysis of the pb ions metal in the feces samples of lontra longicaudis involved a certain complexity about the concentrations as a function of the different spatialities between the areas determined as points of sampling and collection, as well as in relation to the nature of the samples and the comparative values of the reference legislations. despite the gap in the results, significant nondifferentiation points to the fact that environmental contamination in the study area may not be only timely for the activities of the port of paranaguá. there are also some other activities such as agriculture, livestock, fish farming, tourism, leisure and navigation, which are already described in the literature as potentially contaminating activities due to their uncontrolled and irrational use1-4. this context of insertion of the collection and sampling points will be investigated through the study between detailed examinations of the region of the study area and their respective surroundings, concomitantly with the data obtained by the analytical technique of flame atomic absorption spectrometry. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 original article 75 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 70-78 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 table 4. guidelines and guidelines on maximum lead limits (pb) in foods. part regulatory agency normative samples maximum mercosul13 ministério da saúde (ms) resolution nº 12/11 fishes 0.3 mg kg-1 cephalopod mollusks 1 mg kg-1 agência nacional de bivalve mollusks 1.5 mg kg-1 vigilância sanitária (anvisa)10 crustaceans 0.5 mg kg-1 sda/mapa11 defesa agropecuária (sda) catch fish 0.3 mg kg-1 ministério da agricultura, normative instruction growing fish 0.3 mg kg-1 pecuária e abastecimento (mapa)11 nº 09/17 shrimp 0.5 mg kg-1 present study feces extract 21.9 mg kg-1 table 5. guidance standards and values on lead limits (pb) in fresh, salt and brackish water. part regulatory agency normative samples maximum limit conama12 resolution nº 357/05 class sweet waters 1 and 2 0.01 mg l-1 conselho nacional class sweet waters 3 0.033 mg l-1 do meio ambiente salt water class 1 0.01 mg l-1 (conama) salt water class 2 0.21 mg l-1 brackish water class 1 0.01 mg l-1 brackish water class 2 0.21 mg l-1 present study feces extract 21.86 mg kg-1 it is also known that in matrices of different natures there are variations to the maximum limits allowed by virtue of the unique biogeochemical and physicochemical characteristics. in sediment samples and organic materials, the tendency is to have higher concentrations due mainly to the adsorption process, because the adsorption variability influences the mobility, availability, retention and, therefore, the concentration of metallic ions and their toxicity. in the case of lead, toxicology consists of the interaction of its ionic form with organic groups present in the soil, sediments and biological tissues, and the introduction into the organism through atmospheric air, contact with soil, water and through skin14. the toxicity of lead results mainly from its interference in the functioning of cell membranes and enzymes, since it is capable of forming stable complexes with binders containing sulfur, phosphorus, nitrogen or oxygen, for example with the groups -sh2, -h2po3, -nh2 and -oh, which function as electron donors14, 15. in this way, most of the lead, initially present in the blood, goes up to reach a plateau. the excess penetrates the soft tissues and organs, among which the brain stands out, and finally it deposits in the bones, teeth and hair14, 15, where it replaces the calcium due to the similarity of size between the pb2+ and ca2+ 15. from this perspective, therefore, the high concentrations of lead in the samples of this work are consistent when considering that the constitution of the feces samples is mostly composed of bones and scales originating from the food items of a diet such as otter, predominantly piscivorous. in this way, it is possible to provide a diagnosis considering the absorption by the alternative routes to the digestive route and, finally, the incorporation of metallic ions in the food web since the bioindicator species is a chain-top carnivore. when comparing the results and comparing the pb analyzed in related studies, a significant equivalence of the data can be observed when analyzed on the normalized form of minimum and maximum values of the determined concentrations: the routing to a worsening of the ecosystem health due to natural processes and/or potentially polluting. as with the guideline values of the maximum limits allowed and established by sda/mapa11, conama12 and mercosul13, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 original article 76 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 70-78 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p70-78 the presence of irregularities is mainly correlated with the determinations obtained in all mentioned studies (table 6)14. table 6. pb concentrations in lontra longicaudis in related studies species matrix el conc. (min. max.) references lutra lutra feces pb 12.4 20.9 mg kg-1 mason and macdonald (1986)16 crysocyon brachyurus pelage 0 4.3 mg kg-1 brait, antoniosi filho and furtado (2009)17 cerdocyon thous pelage 0.9 3.6 mg kg-1 brait, antoniosi filho and furtado (2009)17 leopardus pardalis pelage 0.3 2.5 mg kg-1 brait, antoniosi filho and furtado (2009)17 cathorops spixii dorsal muscle 0.004 0.48 mg kg-1 trevizani (2011)18 lontra longicaudis feces 1.35 27.327 mg kg-1 present study (2018) in order to emphasize the study developed by trevizani (2011)18 in comparison with the present study (2018), both carried out in the bay of paranaguá, it is possible to investigate and recognize the minimization of the threats and risks involved, as well as the concealment for future trends and projections regarding territorial development and the quality of natural territorial spaces. in addition, the analytical knowledge about the dynamism between the socioeconomic and socioenvironmental establishment for the occupation and use of the coastal space contributed to identify and characterize the externalities to the ecosystemic health by potentially polluting productive processes, as is the case of the port terminal of paranaguá. thus, the use of biological samples from the bioindicator species allowed not only to carry out the quantitative determinations of pb contamination from the productive activities of the local port sector, but also to explain the understanding of the complexity and inseparability of environmental impacts for long periods in the disorganized and indiscriminate use and exploitation of natural property in common use. therefore, the importance of detailed knowledge about sanitary problems and ecological imbalance from metallic ions that rely on the direct and indirect relations of interference on all the environmental segments of the territory, among them the hydric, sedimentological and/or biological compartments. 4. conclusions quantitatively, there are no significant differences in the pb concentrations between collection points. this requires more in-depth studies based on a larger sample size as a function of the main anthropogenic sources of contamination for each of the sampling and collection areas. it also needs to investigate potential contaminants in water, sediment, food items such as fish and crustaceans, and biological tissues such as liver, brain, kidneys and lungs of dead animals. as well, to identify individuals or populations through dna analysis aiming the clarification of the mobility by a certain area and, consequently, of the provenance of the feces. however, the determination of lead in feces of lontra longicaudis by flame atomic absorption spectrometry (f aas) was adequate to determine concentrations of metal ions in biological samples of the bioindicator species. this fact makes it possible to use these procedures to extend the analytical studies on contamination in animal samples present in the territory. 5. acknowledgements to the araucaria foundation for the grant of technical support granted to the student n. g. cavallini. to proap/capes for financial assistance. to support the prolontra project, financed by the fbpn and coordinated by prof. dr. juliana quadros. 6. references [1] estades, n. p. o litoral do paraná: entre a riqueza natural e a pobreza social, desenvolvimento e meio ambiente, 8 (2003) 2542. https://doi.org/10.5380/dma.v8i0.22047. 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the equation: δabs = 0.1778ccu + 0.0048 (r2 = 0.9999), and limits of detection and quantification (calculated using the standard deviation of the blank) were 0.01 and 0.05 mg l-1 of copper, respectively. use of the proposed homogeneous ternary solvent system provided good stability and a significant increase in sensitivity compared to reference methodology. this increase in sensitivity enables the detection of smaller quantities of copper in sugarcane spirit. the method was applied to determine copper in commercial brands of sugarcane spirits. the results obtained by the proposed method were favorably compared with those given by the reference method. determination of copper in sugarcane spirit by flame atomic absorption spectrometry using a ternary solvent mixture (water-ethanol-acetone) joão carlos de souza1+ , aline theodoro toci2 , maísa azevedo beluomini1 , sebastião de paula eiras3 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, araraquara, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo 14800-060, brazil 2 federal university for latin american integration, centro de ciências da natureza, 1842 silvio américo sasdelli av, foz do iguaçu, paraná 85867-970, brazil 3 universidade federal de uberlândia, campus santa mônica, instituto de química, departamento de química analítica, 2121 joão naves de ávila av, uberlândia, minas gerais 38400-902, brazil + corresponding author: joão carlos de souza, phone: +55 16 3301-9519, e-mail address: souza_jc33@yahoo.com.br article info article history: received: october 09, 2017 accepted: november 10, 2017 published: december 30, 2017 keywords: 1. copper 2. sugarcane spirit 3. homogeneous ternary solvent mixture 4. flame atomic absorption spectrometry 5. single phase solution 1. introduction it is important to be able to determine metals at trace levels in different matrices, because although at low concentrations many elements are essential in human biological processes, at higher concentrations they can act as toxins and become prejudicial to health 1 . in the human organism, copper plays a fundamental role as a cofactor of several enzymes, as well as in the uptake of iron 2-6 . at normal concentrations, it participates in activities involving tyrosinase, cytochrome oxidase, and ceruloplasmin 7-10 . on the other hand, an excess of copper in the organism causes interference in the catalytic activities of several enzymes, and can lead to neurodegenerative diseases such as wilson’s disease, menkes syndrome, aceruloplasminemia, sclerosis, rheumatoid arthritis, alzheimer’s disease, and autism death 7-16 . in excess, copper can also be carcinogenic and cause melanoma, a malignant cancer characterized by the appearance of black growths on the skin, leading to blindness and death 7-10 . in brazil, sugarcane spirit is defined by normative instruction n° 13 of 29 july 2005, of the ministry of agriculture, livestock and supply (mapa), as a drink with an alcohol content between 38 and 54% (v/v) at 20 °c, obtained by the simple alcoholic distillation of http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 mailto:souza_jc33@yahoo.com.br https://orcid.org/0000-0002-0784-3030 https://orcid.org/0000-0003-0939-490x https://orcid.org/0000-0003-3441-1572 original article 34 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 sugarcane, or by distillation of the fermented must of sugarcane 17 . it is normally produced using copper stills, which provides a better quality product, compared to stills manufactured using other materials such as stainless steel. many studies have described a catalytic role of copper during the distillation process, contributing to the elimination of undesirable odors found in spirits distilled using equipment composed of other materials. nevertheless, the use of copper stills can result in contamination of the product with the metal, especially following inappropriate cleaning procedures 18-20 . the contamination occurs during the distillation process, when the copper that comprises the internal walls of the still is exposed to humid air containing carbon dioxide, becoming slowly oxidized and coated with a greencolored layer of copper(ii) dihydroxycarbonate (cuco3cu(oh)2), commonly known as verdigris. this compound can be dissolved by the acidic and alcoholic vapors, hence contaminating the distillate 11,18,20-22 . for these reasons, the copper content of sugarcane spirit is regulated by national legislation, with a maximum concentration of 5.00 mg l -1 permitted in commercial products 17,23 . in the european community, for example, the maximum content of copper permitted in alcoholic distillates is 2.00 mg l -1 24 . organic solvents can be used to increase the sensitivity of analytical measurements performed using flame atomic absorption spectrometry (faas), by improving the processes of nebulization and combustion of the sample 25-27 . however, if the organic solvent is simply inserted into originally aqueous samples, the measurements can show poor reproducibility and operational errors can occur when solvents are changed 28 . the use of a homogeneous mixture of solvents, also called a single phase solution, is advantageous, because the single phase then presents mixed properties analogous of both water and organic solvents, and has the capacity to dissolve both organic and inorganic compounds 29 . this type of single phase solution can be used in a variety of different analytical techniques. ternary solvent mixtures have been used in faas analyses 28,29 , providing a significant increase in sensitivity and good reproducibility for a single phase system composed of the solvents water, ethanol, and acetone, compared to purely aqueous systems. an additional benefit is that the use of ternary solvent systems substantially reduces the cost of analysis, avoiding the use of pure solvents 29 . to the best of our knowledge, there is not report on the use of the ternary solvent mixture combined with faas analytical method for the determination of copper in sugarcane spirits. thus, the aim of the present study was to improve the methodology for detection of copper in sugarcane spirit, employing faas with a homogeneous ternary mixture of the solvents water, ethanol, and acetone. 2. materials and methods 2.1. apparatus the absorbance measurements were performed using a hitachi z-8200 flame atomic absorption instrument (mitorika, ibaraki, japan) equipped with polarized zeeman effect background correction and a hollow cathode copper lamp (hitachi model 208-2011). the operating conditions were: lamp current of 10 ma, wavelength of 324 nm, slit width of 1.3 nm, burner height of 7.5 mm, oxidizing gas (air) flow rate of 15 l min -1 , and fuel gas (acetylene) flow rate of 2.2 l min -1 . all the absorbance measurements were performed in triplicate. 2.2. phase diagram and determination of proportions of solvents in the ternary system ten different proportions of solvents were chosen to produce the water-ethanol-acetone phase diagram, according to the figure 1, as recommended by cornell 30 for this type of study. the compositions of the mixtures of solvents were determined such that the individual points were distributed symmetrically throughout the ternary solvent diagram. the concentration of copper was maintained constant at 2.50 mg l -1 (inserted using the aqueous fraction of the solvent mixture). the results of the absorbance measurements were treated according to the procedure described by arthur system 31,32 . in the phase diagram obtained, the working region was demarcated considering the range of alcohol contents of sugarcane spirit (38-54%, v/v). within this region, selection was made of the composition of the single phase solution of the three solvents that provided best sensitivity. the absorbance measurements were performed using a hitachi z-8200 flame atomic absorption instrument (mitorika, ibaraki, japan) equipped with polarized zeeman effect background correction and a hollow cathode copper lamp (hitachi model 208-2010). the operating conditions were: wavelength of 324 nm, slit width of 1.0 nm, burner height of 7.4 mm, oxidizing gas (air) flow rate of 12 l min -1 , and fuel gas (acetylene) flow rate of 2.0 l min -1 . all the absorbance measurements were performed in triplicate. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 original article 35 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 figure 1. water-ethanol-acetone phase diagram indicating the points corresponding to the different proportions of solvents employed (%, w/w). 2.3. analytical calibration curves calibration curves were constructed using six points, with the concentration of copper varied from 1.00 to 6.00 mg l -1 . the first curve was prepared using the methodology for analysis of alcoholic distillates, with aqueous solutions containing 50.0% (v/v) ethanol (reference method) [33]. the second curve was constructed using the homogeneous ternary waterethanol-acetone solvent mixture, employing the proportions of solvents established in the preceding step (5.0:5.0:15.0, v/v, respectively), with the copper being introduced in the aqueous portion of the single phase system. all the absorbance measurements were performed using the same instrumental conditions described previously. 2.4. evaluation of the precision and accuracy of the method four samples of sugarcane spirit were simulated in the laboratory, using an aqueous solution containing around 50% (v/v) of ethanol. the alcohol content was measured using a densitometer specific for alcohol. the samples were spiked with different concentrations of copper (1.00, 3.00, 5.00 and 6.00 mg l -1 ) and analyzed using the single phase methodology, and the reference methodology in quintuplicate, under the instrumental conditions described above (section 2.1.). in the case of the reference method, prior to analysis the samples were analyzed directly, without prior treatment (association of official analytical chemists) 33 . for the single phase procedure, an aliquot of 10.0 ml of each simulated sugarcane spirit sample was transferred to a beaker. considering that the samples consisted of a mixture of water and ethanol, a 15.0 ml volume of acetone was added in order to comply with the proportions of solvents established previously (5.0:5.0:15.0, v/v, of water-ethanol-acetone). 2.5. determination of copper in commercial samples of sugarcane spirit analysis was made of seven samples of sugarcane spirit brands commonly available in local supermarkets. the alcohol contents were determined using an alcohol densitometer, and each sample was analyzed by both methods, in quintuplicate, under the conditions described above (section 2.1.). for analysis using the reference method, the samples were analyzed directly, without prior treatment, and in the single phase procedure, an aliquot of 10.0 ml of each sample was transferred to a beaker, followed by addition of 15.0 ml of acetone. 3. results and discussion 3.1. phase diagram and determination of the proportions of solvents in the ternary system the influence of the solvents was evaluated using the contours of the phase diagram (figure 2), as described by arthur system 31,32 . from the response surface curves, it can be seen that the absorbance increased from region “a” to region “i”, according to the figure 2. the region corresponding to the alcohol content of sugarcane spirit (38-54%, v/v, equivalent to water content between 62 and 46%, (v/v) is indicated by the dashed lines in the phase diagram. within this region, the space delimited by curve “f” indicates the greatest sensitivity. the point corresponding to a water-ethanol-acetone composition of 24.0:19.0:57.0% (w/w) (indicated in the phase diagram) was therefore adopted as providing the highest sensitivity. this composition was equivalent to a 5.0:5.0:15.0 (v/v) mixture of water-ethanol-acetone. figure 2. response surface curves for absorbance as a function of the composition of the water-ethanol-acetone solvent mixture (%, w/w). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 original article 36 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 3.2. analytical calibration curves the calibration curves obtained for the reference and single phase methodologies are shown in figure 3. figure 3. calibration curves for copper using the reference and single phase solution methods. the analytical curve for single phase method presented linearity up to 6.00 mg l -1 , and could be described by the equation: δabs = 0.1778 ccu + 0.0048 (r 2 = 0.9999). the detection and quantification limits were 0.01 and 0.05 mg l -1 , respectively, calculated using the standard deviation of the reagent blank by the equations 34 : lod = 3 x (blank standard deviation) / slope (equation 1) 34 loq = 10 x (blank standard deviation) / slope (equation 2) 34 note: lod: limit of detection loq: limit of quantification slope: angular coefficient of the analytical curve comparison of the two analytical curves revealed that use of the single phase solution resulted in a significant gain in sensitivity, of 90.0% (calculated using the angular coefficients of the straight lines), relative to the reference method. this gain in sensitivity was due to improvement in the sample nebulization process caused by the presence of acetone, which increased the flame temperature of the faas system. this confirmed the advantages of the single phase methodology for the detection of copper at lower concentrations in sugarcane spirit. 3.3. precision and accuracy of the method the precision and accuracy of the determinations of copper using the reference and single phase methodologies were evaluated by spiking simulated samples of sugarcane spirit prepared in the laboratory. the alcohol content used was 50% (v/v), which was approximately equivalent to the average alcohol content of commercial products. table 1 provides the recovery results, together with the associated standard deviations and analytical errors. table 1. recoveries of copper from the simulated samples of sugarcane spirit together with associated standard deviations and relative errors. simulated samples [cu] added (mg l -1 ) [cu] reference method (mg l -1 ) [cu] single phase method (mg l -1 ) 1 1.00 0.98 ± 0.12 1.01 ± 0.06 2 3.00 3.11 ± 0.15 3.04 ± 0.08 3 5.00 4.89 ± 0.11 5.07 ± 0.01 4 6.00 5.95 ± 0.05 5.92 ± 0.03 it can be seen that at both 1.00 mg l -1 and the maximum concentration established according to brazilian legislation (5.00 mg l -1 ), the relative error obtained for both methodologies was within the acceptable range (≤5.0%). the accuracy of the single phase solution method was also satisfactory, with errors below 2.0% for copper concentrations between 1.00 and 5.00 mg l -1 . the proposed method therefore provided greater accuracy than the reference method, for which average relative errors were ≥ 2.0%, according to the table 1. the new method also showed standard deviation values below 0.1, while the values obtained for the standard method were between 0.11 and 0.22. 3.4. application of the methodology in the determination of copper in samples of commercial sugarcane spirit seven commercial brands of sugarcane spirit available in supermarkets and specialized shops were used to compare the proposed single phase methodology with the reference method, according to the table 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 original article 37 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p33-39 table 2. concentrations of copper in samples of commercial sugarcane spirit. sample alcohol content (% v/v) [cu] reference method (mg l -1 ) [cu] single phase method (mg l -1 ) test “t” value* 1 40.0 2.51 ± 0.02 2.54 ± 0.01 1.94 2 42.0 1.13 ± 0.03 1.11 ± 0.04 1.73 3 46.0 0.74 ± 0.01 0.72 ± 0.02 1.40 4 38.0 0.69 ± 0.02 0.71 ± 0.03 1.88 5 39.0 1.23 ± 0.03 1.20 ± 0.02 1.68 6 40.0 0.97 ± 0.04 1.00 ± 0.08 1.18 7 42.0 0.84 ± 0.03 0.86 ± 0.04 0.96 *note: test “t” performed at 95% confidence level, n=5; critical value of “t” at 95% confidence level = 2,776. the results obtained by the proposed method showed good agreement with those obtained by the official method, according to the table 2. for all analyzed formulations, the results obtained by both methods were compared using t-tests at 95% confidence level. for all cases, calculated “t” values did not exceed the critical values, indicating that there was no significant difference between both methods in concerning precision and accuracy. considering that the determination of copper in sugarcane spirit is needed due to the toxicity of copper to the human organism, and that the quantities of the drink consumed in brazil and elsewhere 35 are increasing, it should be noted that none of the samples analyzed contained copper at concentrations exceeding the limit established by brazilian legislation (5.00 mg l -1 of copper) [17]. these results are indicative of satisfactory care and cleaning of the stills used to produce sugarcane spirit (for the brands analyzed). nonetheless, the copper concentrations measured (using the reference method) in sample 1 was 2.51 mg l -1 , respectively, which exceeded the acceptable limit of 2.00 mg l -1 established by the european union 25 (which would make the products unsuitable for the export market). 4. conclusions the proposed method, using the addition of acetone to sugarcane spirit to produce a mixture of solvents, resulted in a significant 90% gain in sensitivity, relative to the reference method. this gain in sensitivity enables the quantification of lower concentrations of copper in sugarcane spirit. the reliability of the new method was satisfactory, since it provided good accuracy, and measurement stability. the values obtained for all of these parameters were superior to those achieved using the reference method. the use of a solvent consisting of a single phase solution of water-ethanol-acetone, in a ratio of 5.0:5.0:15.0 (v/v), offers significant advantages for the analysis of copper in samples of sugarcane spirit using flame atomic absorption spectrometry. the commercial samples of sugarcane spirit analyzed did not contain levels of copper that exceeded the limit set by brazilian legislation. nonetheless, some of the samples contained copper at concentrations above the european union limit value, and these products would therefore not be suitable for export. 5. acknowledgments the authors do sincerely acknowledge their indebtedness and gratitude to the institute of chemistry of the universidade federal de uberlândia for the provision of resources. 6. references [1] bispo, m. s., korn, m. g. a., boa morte, e. s., teixeira, l. s. g., determination of lead in seawater by inductively 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raman studies suggest that wo3 incorporation breaks the primary network, constituted by antimony oxide, while a second network containing wo6 octahedral units is built up. thermal and structural properties were evaluated by differential scanning calorimetry, infrared and raman spectroscopies, 31p magic angle spinning nmr and x-ray absorption near edge structure (xanes) at l1 and l3 edges of sb and l1 edge of w atoms. glass formation and the structural study of the sb2o3-sbpo4-wo3 system douglas faza franco1, hssen fares1, antônio eduardo de souza1, silvia helena santagneli2 , marcelo nalin1+ 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, department of general and inorganic chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo 14800-060, brazil 2 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, department of physical chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo 14800-060, brazil + corresponding author: marcelo nalin, phone: +55-16-3301-9560, e-mail address: mnalin@iq.unesp.br article info article history: received: october 09, 2017 accepted: november 27, 2017 published: december 30, 2017 keywords: 1. antimony 2. tungsten 3. glasses 4. raman spectroscopy 5. structural properties 1. introduction antimony oxide based glasses have been the subject of interesting studies in the last years 1-11 and have been claimed to be useful in important fields of the materials science, such as photonics 12-16 and plasmonics 17-19 . these materials present low phonon energy (~600-700 cm -1 ) due to low energy stretching vibrations of sb-o-sb band 20,21 , high linear and nonlinear refractive indexes 3-5 and the possibility of modulation of their optical constants, (refractive index, n, and absorption coefficient, ) under laser irradiation 22 what make them promising materials for 3d optical storage 23,24 as well as, for holographic data storage 25 . recently, some papers have demonstrated that the addition of wo3 can improve considerably the thermal stability against devitrification, non-linear and photosensitive properties of oxide and fluorophosphate glasses 26-28 . in order to improve the photosensitive and optical properties of sb-based glasses, wo3 was added to the binary system sb2o3-sbpo4. such system was previously characterized with respect to its thermal, and structural properties 4 , as well as, by their photosensitive response under laser irradiation 29 . http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 mailto:mnalin@iq.unesp.br https://orcid.org/0000-0002-5456-6347 http://orcid.org/0000-0002-7971-6794 original article 52 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 considering both, antimony and tungsten glasses, the comprehension of the special properties of such materials requires a detailed description of the structure of the glass network. in this paper, a systematic structural investigation of the glass series (0.6-x)sb2o30.4sbpo4-xwo3 (with 0.1  x  0.5 in mol%) was performed using thermal analysis, ftir, raman, 31 p magic angle spinning nuclear magnetic resonance (mas) nmr spectroscopies and x-ray absorption near edge structure (xanes) recorded at sb-l1 and sb-l3 edges as well as at the w-l1 edge. 2. experimental 2.1. glass preparation starting materials used for glass synthesis were sb2o3, wo3 (grade purity 99%) and sbpo4, prepared as reported previously 1 . syntheses were carried out by melting starting materials in glassy carbon crucibles in electrical furnace for 10 min between 800 and 1100 °c, depending on the glass composition, under a constant flow of n2. the melts were cast and glass samples were obtained upon cooling. for less stable glasses, melts were quenched between two copper plates leading to samples around 1 mm in thickness. for more stable compositions, samples with 10 mm in thickness were obtained. for bulk synthesis, the melt was poured into a pre-heated mold (at tg – 10 °c) and kept 2 h at this temperature for annealing. this procedure was done in order to eliminate the residual stress induced by the quenching process. 2.2. characterization characteristic temperatures of the glasses, glass transition (tg), onset of crystallization (tx), maximum of crystallization (tp) and thermal stability parameter (tx–tg) were obtained by differential scanning calorimetry, using a seiko ssc/5200 calorimeter with heating rate of 10 °c min -1 , under n2 atmosphere. the experimental errors for characteristic temperatures are 2 °c for tg and tx and 1 °c for tp. x-ray diffraction (xrd) was used to confirm the amorphous character and was performed using a siemens crystalloflex diffratometer with cuk radiation equipped with a ni filter, in the 2 range from 4 to 70 degrees. ftir (fourier transform infrared) spectroscopy was performed using a perkin elmer ft-ir spectrum 2000 from powdered glasses dispersed in kbr pellets, operating at wavenumbers ranging from 400 to 4000 cm -1 . raman scattering spectra, recorded from 200 to 1300 cm -1 were obtained from the powdered glasses using a micro-raman renishaw, equipped with a microscope, using he/ne laser excitation (632.5 nm) with 30 mw cw power and a spot size around 5 µm. the deconvolutions of the samples sbpw5 and sbpw9 were done using gaussian functions. solid state 31 p mas-nmr spectroscopy was used to characterize the local phosphorous environment. the glasses were crushed and ground into powders before filling a zirconia tube. 31 p solid state nmr spectra were obtained on an inova varian-300 spectrometer, operated at a spinning frequency of 6 khz at pulse length of /2 and a repetition time between each acquisition of 100 s. chemical shifts were referenced to an external sample of 85% h3po4 solution. xanes at the sb-l1 and l3 edges, as such as, at w-l1 measurements have been carried out at lure (orsay, france) on the d44 bean line using a si (111) double crystal monochromator detuned by 60 % in order to reject the harmonics. measurements have been done in tey (total electron yield) mode. energy calibration has been checked by using a titanium foil (4966.0 ev) recorded between each glassy sample. sbl3 edge (4132 ev) spectra were collected over 340 ev with an energy step of 0.3 ev and counting time of 3 s whereas sb-l1 edge spectra (4698 ev) were recorded over 100 ev with an energy step of 0.3 ev and counting time of 1 s. w-l1 edge (10180 ev) spectra were collected over 180 ev with an energy step of 0.5 ev and counting time of 3 s. for each sample several scans were recorded to improve the signal-to-noise ratio. sb2o3, sbpo4 and wo3 powdered samples prepared as pellets were recorded in tey as reference compounds. xanes data analysis from w-l1, sb-l1 and l3 edges were done subtracting the absorption background from the rough spectra using a linear function. then, the spectra were normalized far from the edge in a range of pure atomic absorption. 3. results and discussion 3.1. thermal analysis stable compositions against devitrification have been obtained into the ternary sb2o3-sbpo4-wo3 glass system. figure 1 illustrates the glass-forming domain for the system and the glass-forming region appears like a hatched green color area. all samples shown in https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 original article 53 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 the diagram were obtained by fast quenching. glasses containing less than 40 mol% in wo3 are yellow, while dark green colours are observed for higher concentrations. x-ray powder diffraction of the glasses confirms the amorphous character of the samples showing the characteristic broad diffraction profile halo (not shown here). figure 1. glass domain of sb2o3-sbpo4-wo3 system. hatched grey region refers to glassy compositions. black dots represent ceramic compositions. glass compositions, characteristic temperatures of the glasses, as well as, the stability parameter (tx-tg) are summarized in the table 1. tx-tg is the parameter commonly used to estimate the thermal stability of the glasses against devitrification. usually, values higher than 100 °c enable the preparation of large samples. in this work, glasses containing 40 mol% of sbpo4 showed to be the most stable compositions with tx-tg value of 141 °c for the composition 50sb2o340sbpo4-10wo3. due to the higher thermal stability of the compositions containing 40 mol% of sbpo4, the series (sb2o3)(0.6-x)(sbpo4)(0.4)(wo3)(x) was chosen to study the influence of the substitution of sb2o3 by wo3, with respect to the structural changes in the glassy network. table 1. composition and characteristic temperatures of the glass samples for the three series studied samples composition (mol%) characteristic temperatures ( o c) sb2o3 sbpo4 wo3 tg tx tp tx-tg sbpw1 40 10 50 379 441 460 62 sbpw2 40 20 40 369 436 464 67 sbpw3 40 30 30 360 458 492 98 sbpw4 40 50 10 342 443 465 101 sbpw5 10 40 50 436 535 542 99 sbpw6 20 40 40 396 524 542 128 sbpw7 30 40 30 370 499 509 129 sbpw8 40 40 20 346 477 492 131 sbpw9 50 40 10 329 470 492 141 sbpw10 80 10 10 287 344 357 57 sbpw11 70 20 10 300 373 392 73 sbpw12 60 30 10 319 411 441 92 sbpw13 30 60 10 346 435 449 89 thermal analysis (figure 2a) shows that the addition of wo3 increases tg almost linearly for all compositions. on the other hand, while tx-tg increases for the sample containing 10 mol % of wo3, further addition of tungsten oxide decreases the thermal stability. classically, tx-tg have been used for comparison purposes in order to determine the most stable composition in a given glass system 30 and it states that higher is the difference lower is the tendency to devitrification. the relationship between tg and the content of wo3 will be better discussed in the next section. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 original article 54 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 0 10 20 30 40 50 100 120 140 320 360 400 440 tg tx-tg t e m p e ra tu re ( ° c ) wo3 (mol %) b figure 2. a) dsc curves for the compositions studied. b) evolution of tg and tx-tg for (sb2o3)(0.6+x)(sbpo4)(0.4)(wo3)(x) glass samples. the 0 mol% corresponds to the data obtained for the binary glass system 60sb2o3-40sbpo4. the lines connecting points are just guides for the eyes. 3.2. infrared and raman spectroscopies ftir spectra of the glasses are shown in figure 3. the attributions of the bands were done based on the spectra of crystalline reference compounds, i.e., sb2o3 (cubic, c, and orthorhombic, o, forms), sbpo4 and wo3 also presented in figure 3. the broad absorption bands of the glass samples make difficult a quantitative assignment. the spectrum of sbpw9 (sample containing 10 mol% of wo3) presents two main absorption bands: the first one centered at about 1010 cm -1 and the second around 610 cm -1 . the higher energy band includes three asymmetric and one symmetric stretching vibrations of po4 units (1140, 1068, 1035 and 990 cm -1 respectively) as well as one weak shoulder corresponding to the vibrations of w-ot (terminal) bonds (920 cm -1 ). on the other hand, the lower energy bands envelop the stretching modes from the wo6 units (as 815 cm -1 and s at 780 cm -1 ), the bending mode as p-o-sb (643 cm -1 ) from sbpo4 and the asymmetric stretching as sb-o (544 cm -1 ) arising from sb2o3. for glass samples, with increase of wo3 content (from sbpw9 to sbpw5), both bands become broader. 1400 1200 1000 800 600 400 9 8 2 8 2 8 4 5 2 5 9 0 5 5 4 6 9 0 6 4 3 7 4 0 7 8 09 2 0 1 0 3 5 1 0 6 8 1 1 4 0 sbpw9 sbpw8 sbpw7 sbpw6 sbpw5 wo 3 sbpo 4 sb 2 o 3 (c) % t ra n sm it ta n ce ( a. u .) wavenumber (cm -1 ) sb 2 o 3 (c + o) figure 3. infrared spectra of the reference compounds and glass samples. the curves were vertically translated for a better view. in figure 4a are shown the raman spectra obtained for glasses and for reference compounds. detailed assignments of the raman bands for crystalline references were given elsewhere 31 . the intensities of the bands at 205 and 440 cm -1 decrease with increasing wo3 content. a third band, appears at 360 cm -1 , and its intensity increases for richer tungsten oxide samples. the two first bands were assigned to sbo4 and sbo3 units from sbpo4 and sb2o3 compounds respectively, while the band centered at 360 cm -1 was assigned to bending of the w-o modes 32 . the band at 815 cm -1 is characteristic of stretching w-o-w modes arising from wo6 octahedra and its intensity increases with wo3 content. a band, close to 910 cm -1 , appears for all samples. this band has been attributed to (w-o t) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 original article 55 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 terminal bonds 32 . however, the wo3 monoclinic crystalline phase does not present such band, once, all corners of the wo6 polyhedron are shared with other five wo6 units. w-ot band is present in compounds like na2wo4 and na2w2o7 27,32 . in na2wo4, the w atoms are assumed to be in a tetrahedral environment of four oxygen atoms while in na2w2o7 the tungsten atoms are in an octahedral geometry, however, in the last case, only the four oxygen atoms in the plane of the octahedral are bonded to other wo6 units, forming a linear-like chain. indeed, na2w2o7 presents vibrations like those observed for octahedral wo6 besides those present in tetraedraly wo4 units. it is needed to point out that both w=o and w-o are equivalent from the resonance point of view 33 . the intensity of the band at 910 cm -1 , compared to that at 830 cm -1 , decreases when the wo3 content rises up. in fact, the broad band observed for sbpw5 and extending from 550 to 1200 cm -1 is the convolution of, at least, six distinct vibrations coming from tungsten oxide and antimony phosphate counterparts. deconvolution of the lower (sbpw9) and upper (sbpw5) samples are shown in figure 4b and 4c. figure 4. a) raman spectra of glass samples and reference compounds. b) gaussian deconvolution of the p-o and w-o raman bands for sbpw9 (b) and sbpw5 (c) glasses. the curves were vertically translated for a better view. 3.3. 31 p mas-nmr spectroscopy 31 p mas-nmr measurements of the crystalline antimony phosphate reference compound and glass compositions are shown in figure 5. the sbpo4 crystalline is formed by po4/4 units bonded by four sbo4/4 tetraedra, forming p-o-sb linkage and showing the chemical shift at -18.0 ppm. the spectra of the glasses present a broad lineshape near −13 ppm, characteristic of the q4 phosphate units, which are linked to four antimony tetrahedra. the assignement was based on previous study in the sbpo4-wo3 glass system 30 and the results show that the substitution of the sb2o3 by wo3 in the glassy matrix has no influence on the chemical environment of the q4 phosphate units, which are bonded to four antimony tetrahedra suggesting that wo6 units are randomly distributed in the network. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 original article 56 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 sbpw9 sbpw8 sbpw7 sbpw6 * * * * * ** * * * * ( 31 p) chemical shift / ppm * sbpw5 sbpo 4 figure 5. 31p nmr spectra of the glasses and the sbpo4 crystalline. the (*) in the spectra are spinning sidebands. the curves were vertically translated for a better view. 3.4. x-ray absorption spectroscopies absorption data from sb-l3-edge (figure 6) refer to transition from 2p3/2 level towards empty d and s states. the pre-peak in the rising edge (~4138 ev) is attributed to 2p3/25s* transition, where * designates the antibonding level related to the bonding level, which is responsible from the binding between sb and o 29 . the vacant density of states at the 5s* level depends on the oxygen polyhedron around sb (iii). indeed, the steric hindrance of the lone pair leads to a decrease in the vacant density of states for the 5s* level when the symmetry changes from sb2o3 (symmetry sbo3e) to sbpo4 (symmetry sbo4e , where e represents the lone pair) 4 . accordingly, the intensity of the pre-peak is lower for sbpo4 than for sb2o3. the main absorption at higher energy (4145 ev) can be interpreted as a 2p3/25d transition. according to the figure 6, no drastic change is observed in the pre-peak with increases of the wo3 content. these results support the observation done for 31 p nmr and reinforce the hypothesis that the substitution of sb2o3 by wo3 does not influence the sb environment significantly. the insert present in figure 6 shows the typical absorption curves for sb-l1 edge. absorption at sb-l1-edge refers to transitions from 2s level towards empty p states and are sensible to oxidation state of the cation. the peak centered at 4303 ev corresponds to sb 3+ species 34 . no absorption was found at 4707 ev indicating the absence of sb 5+ species in glasses. figure 6. sb l3-edge spectra from glass samples. insert: sb l1-edge spectra from glass samples showing only the presence of sb+3 species. xanes data at w-l1 edge obtained for both glasses and reference compounds are shown in figure 7. the main difference between wo3 and na2wo4 is the presence of the peak around 12108 ev which is attributed to the w ions in a tetrahedral environment in the sodium tungstate crystals 32 while, in tungsten oxide, w ions are surrounded by six oxygen atoms in a distorted octahedral structure. one must point out that, in both, tetrahedral and octahedral structures, w ions have the 6+ oxidation state. results from figure 7 suggest that the local structure around w for glasses is closest to that observed in wo3 crystals with distorted octahedral arrangement. in fact, by the analysis of the pre-peak of w-l1 edge, it can be said that the wo6 units present in glasses are less distorted than those observed in wo3 crystals, supposing to be arranged in a less compact structure than that observed for crystalline wo3. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 original article 57 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 12100 12120 12140 12160 12180 sbpw9 sbpw8 sbpw7 sbpw6 sbpw5 wo3 in te n si ty ( a. u .) energy (ev) l1-w na2wo4 figure 7. w-l1 edge data from the glass samples and reference compounds. the weak shoulder absorption at 12108 ev is similar to that observed for crystalline wo3. 4. discussion the glasses in the series (sb2o3)(0.6x)(sbpo4)(0.4)(wo3)(x) present good thermal properties. as observed in figure 2b, the incorporation of wo3 into the binary sb2o3-sbpo4 system increases the glass transition temperature. in fact, with respect to tg, it was verified that the subsequent addition of wo3 to the binary composition, raise up the values of tg from 318 °c (binary) to 436 °c (sbpw5). this behavior may be a consequence of an increase of the connectivity and/or of the disorder of the glass network. similar aspect was observed by m. maczka et al., in cesium magnesium tungsten phosphate glasses 35 . the criterion to consider the structure more or less disordered comes from the fact that addition of wo3 to the binary system incorporates one more component in the glass composition what is consistent with the “confusion principle”, which states that the larger number of components in a glass system destabilizes competing crystalline phases which may forming during cooling 36 . on the other hand, the behavior of tx tg parameter is not regular. compared to the binary, the tx-tg value for the sample containing 10 mol% of wo3, jumps from 106 (binary) to 141 °c. however, for further wo3 contents, tx-tg decreases to 99 °c destabilizing the glass structure (sbpw5). it looks reasonable to assume that for sample sbpw16 the wo6 units are quite dispersed into the glass matrix. for samples with higher wo3 contents, the octahedral wo6 units begin to link to each other forming a parallel structure that is similar to that of the monoclinic form of wo3. this affirmation is supported by infrared, raman and w-l1 xanes measurements and will be discussed below. although, the bands of the glasses in the infrared region present a broad profile, it is possible to notice that for sbpw16 sample the p-o stretching bonds, arising from orthophosphate, are slightly shifted to lower frequencies compared to the reference compound. this feature suggests that in the glassy form, the antimony orthophosphate is present in a less compact (or less connected) structure when the content of wo3 is low. however, increasing the wo3 content, the p-o bonds shift for higher frequencies suggesting that sbpo4 is in a more distorted (more connected) arrangement. the same behavior occurs with respect to w-ot bonds. this fact is attributed to the substitution of trigonal sbo3 units (from sb2o3) for more voluminous octahedral wo6 units. raman results reinforce the structural model assumed for sbpw9 sample, as discussed above. the emerging band at 910 cm -1 supports the existence of w-ot bonds coming from isolated wo6 units into the glass matrix. in fact, it means that there is almost no formation of wo6-wo6 units, what is evidenced by the low intensity of the w-o-w bond at 810 cm -1 . in this sense, the increase of wo3 content leads to formation of such bonds and the relative intensity of the bond at 810 cm -1 increases compared to that at 910 cm -1 . therefore, the formation of wo6-wo6 bonds does not rule out the possibility of formation of structures like those described for na2w2o7 32 . in the figure 4b and 4c is shown a tentative deconvolution of the spectra from samples sbpw9 (a) and sbpw5 (b) which correspond to the lower and upper concentration limits of wo3, respectively. for sample sbpw9 it is not possible to observe the presence of the band around 720 cm -1 (which corresponds to the symmetric stretching of w-o-w bonds) as observed in crystalline wo3. on the other hand, in the upper concentration limit, the large band observed for sample sbpw5, could be deconvoluted in six bands. for sbpw5 it is observed the presence of the bond attributed to the bending mode of the po4 group at 638 cm -1 7 , as well as, the band centered at 725 cm -1 which corresponds to the symmetric stretching of the w-o-w bond. the other four bands (816, 918, 970 and 1100 cm -1 ) are https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 original article 58 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p51-59 present in both samples. after the raman study we can verify the intermediary character of wo3. for lower contents it acts as a modifier and for higher contents (consequently, lower content of sb2o3) it has an important role as a glass former. with respect to the chemical environment around antimony and phosphorous atoms, both 31 p mas nmr and xanes sb-edges data show no substantial changes. nmr data show no anisotropy around the p atoms while just a small chemical shift was observed. xanes data from sb-l1 edge do not emphasize any significant change in the electronic density around the sb atoms but rather shows the small increase of the intensity of the white line (insert of figure 6). this effect is observed because antimony atoms in sbpo4 have four neighbors, while in sb2o3 they are surrounded by only three oxygen atoms. the picture obtained from xanes is the average of both sbo3e and sbo4e contributions 29 . replacing sb2o3 by wo3, the sbo4e species plays a more important role in the intensity of the white line. with respect to the tungsten environment, the scenario discussed above is also supported by xanes results at w-l1 edge. the absence of the pre-peak 12108 ev in glasses confirms that tungsten atoms are present in the wo6 form. the sample sbpw9 presents a less pronounced shoulder at around 12111 ev according with the model proposed when wo6 units are dispersed in the glass matrix. in the same direction the sample sbpw14, present a more pronounced shoulder closest to that observed in wo3. 5. conclusions glasses have been prepared in a new ternary system sb2o3-sbpo4-wo3. the incorporation of wo3 enhances the thermal stability of the glasses against devitrification when compared to the binary sb2o3(0.6)-sbpo4(0.4) composition. the connectivity of the network increases with wo3 content which is consistent with the high values of the glass transition temperature. raman studies suggest that wo3 incorporation depolymerises the network constituted by antimony oxide while a second network containing wo6 octahedral units is build up. xanes in the w-l1 edge for glasses confirms the presence of only octahedral units like those observed in crystalline wo3. such characteristics make these glasses suitable for studies for photo and electrochromic applications, as well as for solid state batteries. both possibilities are currently under consideration. 6. acknowledgments the authors are grateful to grants #2013/07793-6, #2016/16343-2 and #2016/16900-9 são paulo research foundation fapesp and capes for financial support. 7. references [1] m. nalin, m. poulain, mi. poulain, s. j. l. ribeiro, y. messaddeq, j. non-cryst. sol. 284 (2001) 110-116. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(01)00388-x. 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https://doi.org/10.4236/njgc.2011.12006 https://doi.org/10.4236/njgc.2011.12006 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.106 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.106 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.106 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.02.019 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.02.019 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.02.019 https://doi.org/10.1039/c5tc00102a https://doi.org/10.1039/c5tc00102a https://doi.org/10.1039/c5tc00102a https://doi.org/10.1016/j.optmat.2008.06.018 https://doi.org/10.1016/j.optmat.2008.06.018 https://doi.org/10.1016/0584-8539(82)80146-3 https://doi.org/10.1016/0584-8539(82)80146-3 https://doi.org/10.1016/0584-8539(82)80146-3 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2006.03.087 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2006.03.087 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2006.03.087 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2006.03.087 https://doi.org/10.1016/0925-3467(94)00089-1 https://doi.org/10.1016/0925-3467(94)00089-1 https://joam.inoe.ro/arhiva/pdf7_4/strand https://joam.inoe.ro/arhiva/pdf7_4/strand https://doi.org/10.1109/2.65291 https://doi.org/10.1109/2.65291 http://www.ingentaconnect.com/content/sgt/pcg/2001/00000042/f0020004/4204307 http://www.ingentaconnect.com/content/sgt/pcg/2001/00000042/f0020004/4204307 http://www.ingentaconnect.com/content/sgt/pcg/2001/00000042/f0020004/4204307 http://www.ingentaconnect.com/content/sgt/pcg/2001/00000042/f0020004/4204307 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.11.017 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.11.017 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.11.017 https://doi.org/10.1016/j.ssi.2007.01.012 https://doi.org/10.1016/j.ssi.2007.01.012 https://doi.org/10.1016/j.ssi.2007.01.012 http://hdl.handle/11449/32534 http://hdl.handle/11449/32534 http://hdl.handle/11449/32534 https://pure.tue.nl/ws/files/1766128/23899 https://pure.tue.nl/ws/files/1766128/23899 ttps://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.01.031 ttps://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.01.031 ttps://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.01.031 ttps://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.01.031 https://doi.org/10.1007/s100080050049 https://doi.org/10.1007/s100080050049 https://doi.org/10.1007/s100080050049 https://doi.org/10.1007/s100080050049 https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00507-2 https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00507-2 https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00507-2 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.06.064 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.06.064 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.06.064 https://doi.org/10.1038/366303a0 https://doi.org/10.1038/366303a0 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 3 | 2018 | 30 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 validation of analytical methodology for determination of personal care products in environmental matrix by gc-ms/ms tais cristina filippe1+ , franciane de almeida brehm goulart1 , alinne mizukawa1 , júlio césar rodrigues de azevedo1 1 universidade tecnológica federal do paraná (utfpr), rua deputado heitor alencar furtado, 5000, curitiba, paraná, brazil + corresponding author: tais cristina filippe, e-mail address: taisfilippe@gmail.com article info article history: received: december 29, 2017 accepted: september 18, 2018 published: october 07, 2018 keywords: 1. environmental analysis 2. chromatography 3. micropollutants 1. introduction personal care products (pcps) are used at scale and their presence in aquatic environments has received increasing attention from the scientific community with recent studies indicating the toxic potential to the environment1-3. pcps are present in uv filters (benzophenones), preservatives (parabens), antimicrobials (triclosan), fragrances, repellents among others. one of the most studied pcps and among the ten organic compounds normally detected in water is triclosan4, 5. it has been used in a large number of pcps, and can be found in soaps, deodorants, body moisturizers, toothpastes and also a component of polymers and fibers6. parabens also comprise a group that is currently under study, most are part of the formulation of various cosmetics and are also used as preservatives in the food industry7. abstract: the presence of personal care products in the environment is recent and few researches work with the quantification of this class of emerging contaminants in brazil variety of these products is released into the aquatic environment. the growing interest in these substances occurs mainly because they exhibit biological activity in very low concentrations, which gives a great environmental relevance. the present study aims to validate a methodology and verify its efficiency in the determination of six personal care products, among them parabens and triclosan. the samples were submitted to the solid phase extraction process and were later analyzed by gas chromatography coupled with mass spectrometry for the determination of personal care products. the validation of the methodology used was based on the standards established by the national health surveillance agency. the method showed good recoveries (56 117%) and the limits of detection of the method ranged between 0.9 and 14.6 ng l-1, while the limits of quantification were within the 3.148.7 ng l-1. reproducibility and repeatability, expressed as coefficient of variation, had satisfactory values (<15%). the extraction and quantification method were efficient for the determination of these analytes in water samples. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 mailto:taisfilippe@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9487-0477 https://orcid.org/0000-0001-7114-6312 https://orcid.org/0000-0002-2831-6694 https://orcid.org/0000-0001-5358-0713 original article 31 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 as for the instrumental analytical technique, the most used for the determination of parabens and other classes of contaminants in waters is the chromatography, being able to be used both gas and liquid, both of which can be coupled to different types of detectors to obtain methods even more sensitive and selective8. another analytical method that is being used is the capillary electrophoresis, due to the low cost and the possibility to determine the concentration of the compound of interest directly in the sample, without pre-treatments or previous separations9. the concern of the scientific community with the damages that these contaminants can cause, especially in aquatic environments, the current research has been aimed at implementing and validating new analytical methods that are more sensitive and precise, allowing the advancement of research related to the evaluation of the quality of water resources in terms of micropollutants10-12. the aim of this study was validated an analytical methodology applied in the determination of pcps in surface water by gas chromatography coupled to mass spectrometry (gc-ms/ms). 2. experimental 2.1 reagents, solvents and analytical standards all analytical standards (mep (99%), etp (99%), prp (99%), buthylparaben (bup, 99%), triclosan (97%)), n,obis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide (bstfa) + 1% trimethylchlorosilane (tmcs, 98.5%) and solvents were purchased from sigma aldrich (steinnheim, germany). the spe c18 6 ml cartridges with 1000 mg of adsorbent phase were provided from hexis (jundiaí, sp). the solvents used in sample preparation and chromatography analysis (methanol, hexane, ethyl acetate, acetonitrile, and acetone), were hplc-grade, from sigma aldrich. merck (darmstadt, germany) supplied hydrochloric acid (hcl, analytical grade) and porosity membranes of cellulose acetate were acquired from millipore (billerica, ma). ultrapure water was prepared using a water purification system from millipore. n2 and he gases (purchased from white martins, rio de janeiro, brazil) were 5.0 purity grade. 2.2 extraction the pcps analyzed in this work are present in table 1, with their respective classes. these compounds were chosen because of the large production and the wide consumption by the population in general. in order to apply the methodology to the real matrices, samples were collected at seven points in the palmital river basin, located in the state of paraná, specifically in the metropolitan region of curitiba (mrc). surface water samples were collected in four campaigns performed in october/2016, february/2017, may/2017 and july/2017. the methodology used for the extraction of pcps was adapted from ide, cardoso e marques (2013)13. first, 1 liter of sample was filtered on 0.45 μm cellulose acetate membranes to remove particulate matter. then the ph of the sample was adjusted to 3 with addition of hcl 6 mol l-1. for the solid phase extraction (spe), c18 (agila sampliq 1000 mg c18 6 ml) cartridges were preconditioned with 6 ml of hexane, 6 ml of acetone, 6 ml of methanol and 6 ml of ultra-water -pure. samples were run through the cartridges in a continuous stream and then dried for 30 min. elution of the analytes was done using 6 ml of acetonitrile and 6 ml of acetone, collected in round bottom flasks. the samples were taken to dry in a rotary evaporator and then reconstituted with 1 ml of acetonitrile and then subjected to ultrasound equipment. following the procedures mentioned above, 200 μl of the extracted sample was separated for the derivatization process for further analysis by gas chromatography. to carry out the derivatization process, the samples were first evaporated in 350 μl inserts in a 40 °c oven, after being completely evaporated, 50 μl of the derivatization agent (bstfa + 1% tmcs) was added at a temperature of 60 °c for 30 min for the reaction. after this step, 150 μl of ethyl acetate was added for sample reconstitution. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 original article 32 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 table 1. compounds studied compound structures acronym class a log kow methylparaben mep preservative 1.96 ethylparaben etp preservative 2.47 propylparaben prp preservative 3.04 butylparaben bup preservative 3.57 benzylparaben bzp preservative 3.59 triclosan tcs antibacterial 4.76 alog kow: octanol/water partition coefficient. source: toxnet, 201711. 2.3 chromatographic analysis the compounds were analyzed on a 7890a gcms/ms (agilent technologies), equipped with a hp-5msi (30 m, 0.25 mm, 0.25 μm) silica capillary column coupled to a triple mass spectrometer quadruple model 7000 with automatic sampler (pal sampler). the chromatographic conditions applied were based on the method proposed by mizukawa (2018)14. the injection was performed in splitless mode. the temperature of the injection door was 280 °c and 2 µl of each sample were injected. a constant flow of 1 ml min-1 of helium was used as carrier gas. the temperature of the oven was set at 100 °c (maintaining this temperature during 2 min), followed by an elevation of 15 °c min-1 until 180 °c, 6 °c min-1 until 270 ºc, and 5 °c min 1 until 310 °c, maintaining this temperature during 3 min. the resulting run time was 33.33 min. temperatures of the transference line and the ionization source were 280 °c. nitrogen was used as a collision gas in a flux of 1.5 ml min-1. detection and quantification by ms/ms were performed in monitoring reaction mode. 2.4 validation of the chromatographic method in this study, the following parameters were evaluated: linearity, sensitivity, limit of detection (lod), limit of quantification (loq), accuracy and precision. the methodology used to validate the analytical method was based on anvisa resolutions 475/0215 and 899/0316 and inmetro's doqcgcre-008/0317. 2.4.1 linearity and sensitivity an external standardization was used for the quantification of the compounds. individual https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 original article 33 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 standard stock solutions were prepared in methanol with a concentration of 1000 mg l-1 and stored in a freezer. the mixed stock solutions were prepared diluting the standard individual stock solutions. working solutions for the calibration solutions were prepared by direct dilution of the 10 mg l-1 mix. linearity was obtained by constructing an analytical curve with at least five concentrations, ranged between 0.05 – 1.0 mg l-1. the sensitivity was expressed by the slope of the linear regression analytical curve and determined simultaneously with the linearity tests. 2.4.2 limits of detection and quantification lod and loq were determined by equations 1 and 2: 𝐿𝑂𝐷 = 3 𝑆𝑎 𝐼𝐶 (1) 𝐿𝑂𝑄 = 10 𝑆𝑎 𝐼𝐶 (2) where sa is the estimate of the standard deviation of at least three whites and ic is the slope of the analytical curve. 2.4.3 accuracy accuracy was assessed by ultrapure water recovery test. the value can be estimated by equation 3: %𝑟𝑒𝑐𝑜𝑣𝑒𝑟𝑦 = 𝑋𝑔𝑜𝑡 𝑋𝑎𝑑𝑑𝑒𝑑 𝑥 100 (3) 2.4.4 precision precision was evaluated in terms of repeatability and intermediate precision by calculating the absolute standard deviation and coefficient of variation for a minimum of six replicates. 3. results and discussion the quality control parameters for the compounds analyzed are present in table 1. the linearity of the method was measured by the linear regression coefficient and all the analytical curves had a minimum correlation coefficient equal to 0.99, so they are in accordance with what is recommended by anvisa resolution 899/0316. the sensitivity was expressed by the angle coefficient of the calibration curve that is, by the slope of the analytical curve and through it was possible to verify the tendencies of the sensitivity for each analyte. it is observed that propylparaben (prp) was the compound that presented the highest sensitivity among the six personal care products analyzed by this analytical method. however, the sensitivity is not directly related to low detection limit values, but with a better precision in the quantification of values with similar concentrations18. the lowest lod and loq were found for benzylparaben (0.5 and 1.6 ng l-1, respectively) and the highest for methylparaben (14 and 48 ng l 1). the limits of quantification were comparable to other studies that used the same type of detection and were satisfactory. the accuracy of the proposed method was obtained from the analyte recovery test, which determines the recovery of the solid phase extraction by means of known concentrations of the compounds (0.1, 0.2, 0.4, 0.8 and 1.0 μg l-1). table 2 shows the mean values obtained in the recovery test of the compounds worked. table 2. linear range, analytical curve, correlation coefficient (r2), sensitivity (slope), method limits of detection and quantification for selected compounds and recovery rates (r%). compound linear range (ng l -1 ) analytical curve r 2 slope lod (ng l -1 ) loq (ng l -1 ) recovery rates (%) mep 50 – 1000 y = 174225x 1617 0.9956 1.7 x 105 14 48 56.8 etp 50 – 1000 y = 158440x 3018 0.9972 1.5 x 105 3.2 10 78.5 prp 50 – 1000 y = 203131x 4872 0.9981 2.0 x 105 0,9 3.2 111.4 bup 50 – 1000 y = 141603x 3667 0.9984 1.4 x 105 6.9 23 113.5 bzp 50 – 1000 y = 126372x 4773 0.9943 1.2 x 105 0.5 1.6 117.9 tcs 50 – 1000 y = 79002x 2086 0.9984 7.9 x 104 7.9 26 114 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 original article 34 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 the method proved to be efficient for most of the compounds analyzed. with the exception of mep and etp, all other compounds recovered 100%. the low recovery rates of mep and etp can be justified by their low log kow values (1.96 and 2.47 respectively). according to the literature, the more polar the compounds (log kow ≤ 3), the efficiency of spe is usually lower due to the solid phase used, octadecylsilane, that has a non-polar character19. the results concerning repeatability and reproducibility are present, respectively, in table 3. anvisa (2003)16 does not admit, in precision analysis, coefficient of variance (cv) values higher than 5% for detection of drugs in pharmaceutical products, but for complex matrices this value does not apply. in resolution 475/02 of anvisa (2002)14 it is stated that for more complex samples (blood, serum or plasma) cv values of up to 15% are allowed. in turn, inmetro (2003)17 allows a cv of up to 20% for precision analysis of the method. in this work, the mean values of cv for analysis of repeatability and intermediate precision are within the established limit (15% 20%), and therefore the method can be considered accurate for the analysis of the five pcps. for etp only, the reproducibility at the lowest concentration was above 15%. the best result among the pcps studied was for the bzp, with average values 1.3% in intraday and 7.5% in between subsequent days. table 3. coefficient of variance expressed as percentage of the intraday and between subsequent days assay of the compounds studied at three different concentrations (n=5) repeatability reproducibility analitos 0.05 mg l -1 0.2 mg l -1 1.0 mg l -1 average 0.05 mg l -1 0.2 mg l -1 1.0 mg l -1 average mep 2.8 1.1 4.6 2.8 10.3 5.1 10.8 8.7 etp 1.4 2.5 2.0 2.0 18.0 2.9 6.1 9.0 prp 2.7 6.0 4.9 4.5 14.9 10.5 8.6 11.3 bup 0.9 1.2 4.4 2.2 15.7 7.0 3.6 8.8 bzp 1.2 1.4 1.2 1.3 7.7 5.6 9.2 7.5 tcs 1.9 1.7 0.5 1.4 10.4 9.6 9.8 9.9 3.1 determination of parabens and triclosan in surface waters of the palmital river with the determination and evaluation of the main validation parameters, it was possible to apply the proposed chromatographic method in the analysis of pcps in samples collected in the palmital river. in every sample analyzed in this research at least one of the parabens and triclosan were detected. table 4 shows the concentration range found during the four sampling campaigns in the palmital river. mep and prp were the parabens detected with the highest concentrations during the sampling campaign, reaching 0.40 and 0.22 μg l-1. differently from the parabens, the tcs was determined with greater frequency and in greater concentrations in the campaign of october of 2016, being that the greater concentration of this compound was of 0.19 μg l-1. from the results quoted above it was verified that the method was efficient to quantify the low concentrations detected in the palmital river. table 4. concentration range and average concentration of pcbs on the palmital river. compound concentration (µg l -1 ) average conc. (µg l -1 ) met 0.05 – 0.40 0.07 etp 0.05 0.01 prp 0.004 – 0.22 0.04 bup 0.02 – 0.04 0.01 bzp 0.003 – 0.13 0.04 tcs 0.03 – 0.21 0.06 4. conclusions the results obtained in the validation of the chromatographic method were satisfactory and provided its reliability. all the parameters of merit worked had results according to the norms used for validation of analytical methods. the limits of detection and quantification were satisfactory and allowing the quantification of analytes at traces levels, in the ng l-1 range. with the application of the methodology, all the compounds studied were https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 original article 35 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p30-36 quantified in the palmital river, at least once at in trace levels. the proposed methodology applies perfectly in the purpose initially established the detection of pcps in surface waters and, finally, this method can be used as a basis for future monitoring of these compounds in environmental samples. 5. acknowledgements financial support from capes foundation, ministry of education of brazil, for scholarship and ppgcta post-graduation program in environmental science and technology of utfpr. support ct-infra 2010/ finep, resources fndct, subproject nipta interdisciplinary nucleus of research in environmental technologies. 6. references [1] brausch, j. m., rand, g. m., a review of personal care products in the aquatic environment: environmental concentrations and toxicity, chemosphere 82 (11) (2011) 1518-1532. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.11.01 8. 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patricia carvalho dos reis(1), e-mail: pcreis@inpi.gov.br douglas alves santos(1), e-mail: dsaints@inpi.gov.br willibaldo schmidell netto(2), e-mail: wschmidell@enq.ufsc.br (1) diretoria de patentes – instituto nacional da propriedade industrial (inpi) rua mayrink veiga, nº 9 (19° andar) centro rio de janeiro/rj 20090-910 (2) universidade federal de santa catarina campus universitário: trindade caixa postal:476 – florianópolis/sc 88010-970 resumo um estudo da fermentação submersa não aerada por saccharomyces cerevisiae foi realizado avaliando a influência do ph nos coeficientes: (i) da equação de pirt; e, (ii) do modelo de garden. nos ensaios realizados, o aumento do ph retardou o consumo da glicose, e, o crescimento celular e a produção de etanol diminuíram com o aumento do ph de 4,5 para 8,0. especificamente, em relação ao etanol, os elevados valores de coeficiente associado ao eclética química, 39, 91-106, 2014. 92 crescimento em relação ao coeficiente não associados ao crescimento indicam produção associada ao crescimento. entretanto, para a produção máxima de glicerol houve uma queda nos valores de coeficiente associado ao crescimento e um aumento nos valores de coeficiente não associado ao crescimento. o consumo de glicose para manutenção celular foi significativo (0,2gglicose/(gcelula.h)) para ph 7,0 e 7,5, onde houve a maior produção de glicerol. como conclusão foi possível observar a existência de uma relação entre o stress salino e osmótico no metabolismo da saccharomyces cerevisiae através do aumento do consumo de glicose para manutenção celular, e a desassociação da produção do glicerol ao crescimento celular, indicando o acúmulo de glicerol intra e extra celular. palavras-chave: fermentação, parâmetros, glicerol, etanol, saccharomyces cerevisiae. study of non-aerated submerged fermentation by saccharomyces cerevisiae to determine glucose consumption and glycerol and ethanol production parameters abstract eclética química, 39, 91-106, 2014.92abstract: a study of non-aerated submerged fermentation by saccharomyces cerevisiae was carried out evaluating the effect of ph on the coefficients: (i) of pirt equation; and (ii) of garden model. in the tests performed, increasing the ph slowed glucose consumption, and cell growth and ethanol production decreased with increasing ph from 4.5 to 8.0. specifically, about ethanol, the high coefficient values associated with the growth from the non-associate growth factor production indicate growth. however, for maximum production of glycerol, there was a decrease in the coefficient values associated with growth and an increase in coefficient values not associated with the growth. glucose consumption for cellular maintenance was significant (0,2gglucose/ (gcell.h)) to ph 7.0 and 7.5, where there was a greater production of glycerol. in conclusion, it was possible to eclética química, 39, 91-106, 2014. 93 observe the existence of a relationship between the saline and osmotic stress in the metabolism of saccharomyces cerevisiae by increasing the maintenance in glucose consumption, and glycerol production disassociation cell growth, indicating the intra and extracellular glycerol accumulation keywords: fermentation, parameters, glycerol, ethanol, saccharomyces cerevisiae introdução a produção de glicerol é fundamental para o microrganismo, pois regenera o nad+, recicla o fosfato inorgânico, protege contrachoque osmótico e seu precursor (glicerol-3fosfato) é um intermediário essencial na síntese de lipídios de membranas [1]. durante o crescimento, a célula produz e excreta substâncias que abaixam o ph do meio, gerando assim a necessidade, em fermentações realizadas em ph elevado, de adicionar soluções básicas para neutralizar as substâncias excretadas pela célula, acarretando um acúmulo de sais no meio. na literatura, este acúmulo é denominado “stress” salino, e seus efeitos são: toxicidade de íons intracelulares e “stress” osmótico (variação da pressão de turgor, ou seja, pressão exercida na parede celular e perda de água). as leveduras respondem ao “stress” salino sintetizando substâncias osmolíticas e pela exclusão do íon sódio através da bomba sódio/potássio [2]. por exemplo, o saccharomyces cerevisiae acumula glicerol (intracelular) em resposta ao “stress” osmótico [3] [4]. a produção e o acúmulo intracelular de glicerol são uma resposta fisiológica ao “stress” osmótico. o glicerol serve como soluto compatível no controle da pressão osmótica do citoplasma em relação ao meio. em leveduras osmotolerantes a relação entre a concentração de glicerol intra/extracelular pode chegar a 10, indicando uma grande capacidade para manter o glicerol intracelular [1]. o glicerol produzido por leveduras pode passar pela membrana citoplasmática, ser reutilizado como fonte de carbono ou acumulado como osmoprotetor [1]. a conversão de glicerol é influenciada pela alcalinidade do meio e no seu valor ótimo pode atingir a conversão de 20 a 25% do açúcar a glicerol [5]. eclética química, 39, 91-106, 2014. 94 o “stress” salino, induzido com adição cloreto de sódio no meio de cultura do saccharomyces cerevisiae, resulta num decréscimo da concentração intracelular do íon potássio e um aumento na concentração intracelular do íon sódio. no entanto, a quantidade total de íons não é suficiente para balancear a pressão osmótica com o meio, sendo necessária a produção de glicerol [6]. segundo bellinger [7], o cultivo de saccharomyces cerevisiae em meio contendo 1,5m de cloreto de sódio resulta num aumento na concentração de glicerol intracelular em 50 vezes e na extracelular em 9 vezes. a célula gasta uma parcela do substrato para se manter viável, ou seja, para síntese de ácidos nucleícos, proteínas e constituintes celulares, bem como, para manter o gradiente de concentração interior/exterior. a equação que considera esta parcela é a equação devida a pirt [8], ou seja: s g s m y +=  1 equação 1 segundo o modelo proposto por gaden [9] a formação de produtos pode ou não estar associada ao crescimento segundo a equação:  +=p equação 2 neste trabalho foi realizado um estudo da fermentação submersa não aerada por saccharomyces cerevisiae, avaliando a influência do ph nos coeficientes: (i) da equação de pirt: fator conversão verdadeiro (yg) e velocidade específica de consumo de glicose para manutenção (ms); e, (ii) do modelo de garden: fatores de produção associados () e não associados () ao crescimento, respectivamente tanto para o glicerol quanto para o etanol. eclética química, 39, 91-106, 2014. 95 procedimentos experimentais microrganismo nos ensaios foi utilizada a levedura saccharomyces cerevisiae isolada do fermento biológico fresco, fermento fleishmman®. meio de cultivo nos ensaios em fermentador, empregou-se o meio de cultivo líquido glicosado [10], com a seguinte composição: 100g/l de glicose; 0375g/l de mgso4.7h2o, 1,5g/l de nah2.po4.h2o, 4,5g/l de extrato de levedura, 2,73g/l de uréia e ph aproximado de 4,5. fermentação a fermentação foi realizada em fermentadores biolafitte® de 15l de capacidade, com volume útil de 10l, equipados com três turbinas “flat-blade” (com quatro pás cada uma) e quatro chicanas. o fermentador dispunha de sondas de medida de ph, temperatura, pressão e oxigênio dissolvido, além dos módulos de controle de agitação (300 rpm), temperatura (30 °c) e ph (conforme o ensaio a ser realizado). o ph foi mantido constante pela adição de naoh ou hcl. metodologias analíticas as amostras retiradas periodicamente do fermentador eram resfriadas em banho de água e gelo e mensurado o ph. após filtrado a vácuo, o sedimento era seco em microondas por 15min a 180w e permanecendo mais 15min no dessecador antes de ser pesado e se determinar a concentração celular (x). o filtrado era dividido em 3 partes. a primeira parte do filtrado era destilada por 4min em destilador de arraste, depois reagida com solução de dicromato de potássio (33,678g k2cr2o7; 325ml h2so4 concentrado e 500ml água destilada) por 30min a 60°c, resfriada e medido a transmitância em 600nm e determinado a concentração de etanol (e). a segunda parte do filtrado era utilizada na determinação da concentração de glicose (s) pelo o método eclética química, 39, 91-106, 2014. 96 enzimático da glicose oxidase implantado em um aparelho technicon auto-analyzer ii®. e com a terceira parte do filtrado era determinado a concentração de glicerol (g) com o uso do kit merck 1.19706. cálculo das velocidades específicas de crescimento, consumo de glicose, produção de glicerol e etanol os dados utilizados para o cálculo foram obtidos pela equação polinomial de 4o grau que melhor se ajustava aos dados experimentais. as velocidades específicas, poderiam ter sido calculadas por derivação da equação polinomial, mas foram calculadas segundo as equações do método geométrico de cálculo de derivadas proposto por le duy & zajic [11]. td md x m 1 = equação 3 cálculo do fator de conversão verdadeiro e da velocidade específica de consumo de glicose para manutenção para este cálculo foi utilizada a equação 1 onde, foi realizado o ajuste linear dos valores de s em função de , permitindo a obtenção dos parâmetros yg e ms. cálculo dos fatores de produção associado e não associado ao crescimento para este cálculo foi utilizada a equação 2 onde, foi realizado o ajuste linear dos valores de p em função de , permitindo a obtenção dos parâmetros p e p; onde p pode ser glicerol ou etanol. resultados e discussão foram realizados ensaios com aeração em diferentes valores de ph, são estes: 4,5 (fn1); 6,0 (fn2); 6,5 (fn3); 7,0 (fn4); 7,5 (fn5) e 8,0 (fn6). eclética química, 39, 91-106, 2014. 97 nestes experimentos foram obtidos os dados de concentração celular (x), de etanol (e), de glicose (s) e de glicerol (g) em função do tempo, mostrado na figura 1. a variação da concentração celular em ensaios não aerados, ao longo do tempo conforme apresentada na figura 1, foi semelhante para valores de ph entre 4,5 e 6,5, apresentando crescimento menor para valores de ph 7,0 e 8,0. para ph=7,5, contrariamente ao esperado, foram observados valores surpreendentemente elevados. o aumento do ph favorece o crescimento celular para valores de ph entre 4,5 e 7,0. já para valores de ph superiores a 7,0 o aumento do valor do ph acarreta uma diminuição no crescimento celular devido a um maior consumo de energia para manter a célula viável. o perfil do consumo de glicose, figura 1, foi o mesmo para valores de ph entre 4,5 e 6,5 sendo totalmente consumida entre 16 e 18 horas. entretanto, para ph entre 7,0 e 8,0 o consumo de glicose foi mais lento terminando entre 26 e 28 horas. pode-se observar também que o término da fonte de carbono (glicose) coincide com a fase estacionária do crescimento celular. isto demonstra que o aumento do ph torna o consumo de glicose mais lento. em relação ao etanol, sua maior concentração ocorreu a ph 4,5 (cerca de 37g/l) e menor a ph 7,5 e 8,0 (cerca de 27g/l). com o aumento do ph houve diminuição na produção de etanol. a fase estacionária em relação a produção de etanol ocorreu juntamente com o término da glicose. eclética química, 39, 91-106, 2014. 98 figura 1: concentração celular (x), de etanol (e), de glicose (s) e de glicerol (g) versus tempo já para o glicerol, a menor concentração foi obtida a ph=4,5 e a maior para valores de ph entre 6,5 e 7,5 (em torno de 16g/l). a fase estacionária em relação a produção de glicerol ocorreu juntamente com o término da glicose . para valores de ph 7,0 e 7,5 a fase estacionária de produção de glicerol ocorre posteriormente a fase estacionária do crescimento celular, indicando produção de glicerol parcialmente não associada ao crescimento. dos experimentos representados na figura 1 foram obtidos os seguintes dados: tempo final de fermentação (tf), concentração de células e glicose, inicial e final; tempo máximo (tm), concentração inicial e máxima de glicerol e etanol; apresentados na tabela 1 e ilustrados na figura 2. eclética química, 39, 91-106, 2014. 99 tabela 1: resultados experimentais do tempo final de fermentação, concentração de células e glicose, inicial e final; tempo máximo, concentração inicial e máxima de glicerol e etanol os resultados apresentaram tendências de comportamento bem definidas, apesar de terem sido utilizados valores de ph diferentes durante a fermentação, como pode-se observar os valores apresentados na tabela 1 e na figura 2. no que se refere ao etanol houve uma clara tendência de declínio com o aumento do ph. quanto à concentração celular, pode-se dizer que se mantem constante com ligeiro declínio para valores de ph superiores a 6,5. para o glicerol, a tendência foi aumento na produção de glicerol até ph=7,0-7,5 seguido de declínio a ph=8,0. a produção de etanol caiu de 36,8g/l (ph=4,5) para 26,0g/l (ph=8,0) enquanto que concentração célular caiu de 6,9g/l a 4,2g/l e a produção de glicerol teve seu máximo de 15,9g/l (ph=7,0). eclética química, 39, 91-106, 2014. 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 ph e m e g m ( g /l ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x f( g /l ) etanol glicerol células figura 2: concentrações máximas obtidas de células (xf), etanol (em) e glicerol (gm) em função dos valores de ph a partir dos dados da figura 1 foram calculadas as velocidades especificas de crescimento celular (x), consumo de glicose experimental (s), formação de etanol (e) e glicerol (g) permitindo, assim, obter os valores do fator conversão verdadeiro (yg), velocidade específica de consumo de glicose para manutenção (ms), fatores de produção associados () e não associados () ao crescimento, respectivamente, para o glicerol e etanol. pode-se observar a tendência linear entre a velocidade específica de crescimento (x) e as velocidades específicas de consumo de glicose (s), produção de glicerol (g) e etanol (e), ilustrada pela figura 3. foi realizado o ajuste linear e obtido as equações lineares incorporadas, por exemplo, na figura 3, permitindo a obtenção dos valores de , , ms e yg que são mostrados na tabela 2. eclética química, 39, 91-106, 2014. 101 figura 3: velocidade específica de consumo de glicose, s, (experimenal), de produção de etanol (e) e glicerol (g) versus velocidade específica de crescimento celular (x) nos ensaios fn1, fn2, fn4 e fn6. tabela 2: resultados globais dos ensaios não aerados em fermentador (grupo fa). eclética química, 39, 91-106, 2014. 102 0 1 2 3 4 5 6 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 ph  g ( g g /g x ) e  e ( g e /g x ) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25  g ( g g /( g x .h )) e  e ( g e /( g x .h )) alfa glicerol alfa etanol beta glicerol beta etanol figura 4: parâmetros de produção de etanol e glicerol associados ao crescimento () e não associados ao crescimento () em função do ph. 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 ph m s ( g s /( g x .h )) 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 y g ( g x /g s ) ms experimental yg experimental figura 5: velocidade específica de consumo de glicose para manutenção (ms) e fator de conversão verdadeiro (yg) experimental em função do ph. eclética química, 39, 91-106, 2014. 103 na figura 4 observa-se que a produção de etanol e glicerol foi associada ao crescimento, uma vez que  é bem maior que . exceto para ph 7,0 e 7,5 nos quais g é maior que g, concluindo que a produção de glicerol, nestes casos, é não associada ao crescimento. no que se refere aos parâmetros da equação de pirt (equação 1), verifica-se na figura 5 que para valores de ph entre 7,0 e 8,0 houve um elevado consumo para manutenção, com os valores máximos de 0,6 a 0,7 gglicose/(gcélula.h). para valores de ph entre 4,5 e 6,5 o fator de conversão verdadeiro (yg) foi próximo ao fator de conversão substrato a célula (yx/s), confirmando o baixo consumo para manutenção celular (valores inferiores a 0,2 gglicose/(gcélula.h)). conclusão nos ensaios realizados em fermentador sem aeração, o aumento do ph retardou o consumo da glicose. para valores de ph entre 4,5 e 6,5 a glicose foi totalmente consumida em torno 18 horas e para valores de ph entre 7,0 e 8,0 em torno de 26 horas. de uma forma geral, o crescimento celular e a produção de etanol diminuíram com o aumento do ph de 4,5 para 8,0. entretanto, a concentração celular atingiu seu menor valor a ph 7,0, no qual houve maior produção de glicerol. as velocidades específicas de produção de glicerol e crescimento celular são lineares, para cada ensaio em valores de ph 4,5 a 8,0, com exceção do ensaio realizado a ph 7,5. para os demais valores de ph, a produção de glicerol é parcialmente associada ao crescimento, pois os valores de  e  são da mesma ordem de grandeza. em relação ao etanol, os elevados valores de  (coeficiente associado ao crescimento) em relação a  (coeficientes não associados ao crescimento) indicam produção associada ao crescimento. já para valores de ph 7,0 e 7,5 (valores para produção máxima de glicerol) houve uma queda nos valores de  e um aumento nos valores de . eclética química, 39, 91-106, 2014. 104 o consumo de glicose para manutenção celular foi significativo (0,2gglicose/(gcelula.h)) para ph 7,0 e 7,5, onde houve a maior produção de glicerol. o estudo realizado através da fermentação submersa não aerada por saccharomyces cerevisiae em conseqüência a determinação dos parâmetros de consumo de glicose e produção de glicerol e etanol mostra que existe uma relação entre o stress salino e osmótico no metabolismo da saccharomyces cerevisiae através do aumento do consumo de glicose para manutenção celular, e a desassociação da produção do glicerol ao crescimento celular, indicando o acúmulo de glicerol intra e extracelular. lista nomenclatura e (g/l): concentração de etanol g (g/l): concentração de glicerol ms (gs/(gx.h)): velocidade específica de consumo de gliose para a manutenção s (g/l): concentração de glicose t (h): tempo x (g/l): concentração celular yg (gs/gx): fator de conversão verdadeiro : coeficiente de produção de p associado ao crescimento : coeficiente de produção de p não associado ao crescimento  (h-1): velocidade específica de crescimento celular  (h-1): velocidade específica de crescimento celular m (gm/(gx.h)): velocidade específica de variação de m com o tempo p (gp/(gx.h)): velocidade específica de produção de p eclética química, 39, 91-106, 2014. 105 s (gs/(gx.h)): velocidade específica de consumo de glicose com o tempo sub-escrito: 0: inicial e: etanol f: final g: glicerol m (g/l): pode ser concentração celular (x), glicose (s), glicerol (g) e etanol (e) m: máximo p: pode ser glicerol ou etanol s: glicose referências [1] zimmermann,f.k., eutian,k.d., et. al.; yeast sugar metabolism; pág. 313-337; 1997. 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belém, pa. resumo ______________________________________________________________________________ neste trabalho avaliou-se o potencial alelopático de extratos orgânicos obtidos a partir das folhas de calopogonium mucunoides sobre a germinação de sementes de algumas plantas daninhas comumente encontradas em áreas de pastagens cultivadas da amazônia brasileira, as quais causam grandes danos à produtividade: cassia tora (mata-pasto), mimosa pudica (malícia) e cassia occidentalis (fedegoso). compostos secundários foram identificados e quantificados nos extratos brutos utilizando eletroforese capilar. após identificar e quantificar os compostos presentes nos extratos realizaram-se novos bioensaios com os padrões dos compostos identificados a fim de verificar se os mesmos poderiam atuar como inibidores na germinação das sementes das plantas daninhas em estudo. calopogonium mucunoides apresentou potencial www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 52 alelopático o qual variou com a espécie de planta daninha estudada. os protocolos desenvolvidos utilizando eletroforese capilar se mostraram eficientes e bastante específicos, sendo possível a separação e identificação de 5 classes de compostos nos extratos brutos sem necessidade de “clean up” ou fracionamento dos mesmos, com análises rápidas (em menos de 20 minutos) e baixas quantidades de solventes utilizadas quando comparadas aos métodos tradicionais de análises. vários dos compostos identificados apresentaram potencial de inibição de germinação nas sementes estudadas, sendo malícia a mais sensível, os bioensaios também indicaram certo efeito sinérgico ao utilizar a mistura de compostos. palavras chave: alelopatia, eletroforese capilar, plantas daninhas introdução vários fatores têm limitado um maior desenvolvimento da bovinocultura no brasil dentre eles destacam-se: conhecimento precário da ecologia e do valor nutritivo de forrageiras, limitada tecnologia, falta de conhecimento das características do solo, má qualidade das pastagens, incluindo aí o aparecimento de plantas daninhas, as quais causam consideráveis perdas refletindo na redução da produtividade e qualidade do produto, afetando, desta forma, o mercado consumidor. com o intuito de eliminar plantas daninhas, insetos e outras pragas, os criadores utilizam vários agroquímicos sintéticos. muitos pesticidas são altamente tóxicos ao homem e a outros animais, seja por exposição direta ou devido à acumulação no organismo mediante a ingestão de alimentos contaminado. além de problemas ambientais e da toxicidade desses compostos ao homem, muitos sistemas agrícolas têm apresentado redução expressiva no poder de controle dos herbicidas sintéticos [1]. neste sentido, a alelopatia pode ser de grande importância, pois possibilita a identificação de compostos, os quais poderão servir como base para a produção de herbicidas mais específicos e menos prejudiciais ao ambiente quando comparados àqueles em uso atualmente na agricultura [2-5]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 53 entre a grande variedade de metabólitos secundários encontrados nas plantas, os fenólicos e terpenóides apresentam a maior parte dos compostos com atividades alelopáticas identificados. compostos aromáticos tais como fenóis, ácidos fenólicos, derivados do ácido cinâmico, cumarinas, flavonóides, catequinas, quinonas e taninos também têm sido identificados como agentes alelopáticos [3,5-8]. as técnicas analíticas normalmente empregadas nas análises de extratos vegetais são as cromatográficas. a aplicação de tais técnicas, porém, constitui-se, ainda, em um procedimento que consome tempo razoável podendo tornar-se tedioso, especialmente quando se envolvem misturas complexas como extratos de plantas. a eletroforese capilar (ce) tem sido considerada para análise de extratos de plantas e óleos essenciais, principalmente porque permite a injeção direta dos extratos sem necessidade de purificação dos princípios ativos, utilização de volumes reduzidos de amostras, baixo consumo de reagentes e automação das análises [9-11]. a configuração instrumental básica consiste de uma fonte de alta tensão, capilares (o mais utilizado é o de sílica fundida), eletrodos (usualmente, platina) e um detector apropriado. as extremidades do capilar são imersas em reservatórios contendo um eletrólito adequado, sendo preenchidas com o mesmo. uma fonte de alta tensão é usada para estabelecer o campo elétrico, sendo conectada através dos eletrodos aos dois reservatórios [11-14]. protocolos em eletroforese capilar estão sendo aplicados à extratos vegetais com o objetivo de identificar e quantificar várias classes de metabólitos secundários, mostrando-se bastante específicos [15,16]. o procedimento consiste em injetar o extrato vegetal sem purificação prévia, sob determinadas condições, as quais favoreçam a ionização e separação de determinadas classes de compostos. a seguir apresenta-se uma breve descrição dos protocolos utilizados na identificação de algumas classes de metabólitos secundários estudados neste trabalho. -protocolo i – tampão fosfato de sódio ph 2,5 neste valor de ph espera-se separar e identificar compostos que absorvem luz na região uv-vis e apresentem carga positiva. compostos de caráter básico como é o caso dos alcalóides, vitaminas e aminoácidos podem ser separados e identificados. -protocolo ii 3,5-dinitrobenzoato, ctab, ph 3,7 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 54 esta condição de análise pode ser utilizada para separar compostos os quais não absorvem na região uv-vis e apresentem valores de pka menores que 5. neste caso um agente cromóforo é utilizado como parte do eletrólito, para que seja possível a detecção indireta do analito pelo detector de uv/vis. ácidos orgânicos de baixa massa molar são separados utilizando tal procedimento. -protocolo iii – tampão fosfato de sódio, ph 6,5. utilizando este protocolo, compostos aniônicos que apresentem absorção na região uv-vis e valores de pka menores ou próximos de 6,5 (ânions orgânicos) podem ser separados. compostos com grupos hidroxila vicinais podem ser analisados nesta condição. exemplo: ácido ferúlico, clorogênico, cafeico, p-anísico entre outros -protocolo iv – tampão tetraborado de sódio, ph 9,4. sob tal condição é possível separar compostos aniônicos que absorvam luz uv-vis e apresentam valores de pka menores ou próximos de 9,4, isto aqueles compostos que possam ser ionizados neste valor de ph. quercetina, rutina, naringenina entre outros, são exemplos de flavonóides separados e detectados de acordo com este protocolo. -protocolo v – tampão tetraborato de sódio, sds, ph 9,4. pode-se separar compostos neutros os quais absorvem na região uv-vis por partição entre a solução aquosa e a micelar (sds). esta análise é feita em modo meck, no qual se adiciona uma solução de surfactante acima de sua concentração micelar crítica. separam-se e identificam-se nestas condições terpenos tais como: linalol e geraniol entre outros. calopogonium mucunoides, mais conhecido como calopo ou calopogônio, é uma planta nativa da américa do sul tropical da família das leguminiosas. é utilizado para pastoreio com gramíneas, mas também como pasto de corte ou para feno; pode ser utilizado, também, no combate à erosão, quando incorporado ao solo [17]. no ambiente, tal planta é relativamente livre do ataque de pragas e doenças, o que a torna um interessante objeto de estudo. bioensaios realizados por souza filho demonstraram que calopogônio apresenta potencialidades ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 55 alelopáticas em níveis que possibilitam reduções expressivas na germinação de três espécies de plantas daninhas: desmodium adscendens (desmódio), sida rhombifolia (guanxuma) e vernonia polyanthes (assa peixe) [18,19]. assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial alelopático de extratos provenientes das folhas de calopogônio frente a algumas sementes de plantas daninhas comumente encontradas em pastagens cultivadas na amazônia utilizando bioensaios de germinação bem como apresentar a técnica de eletroforese capilar como uma alternativa na identificação e quantificação de compostos secundários com atividade alelopática avaliando o efeito desses compostos na germinação das sementes das plantas daninhas estudadas. material e métodos i-reagentes todos os reagentes utilizados foram de grau analítico. os padrões dos compostos secundários foram obtidos da sigma-aldrich (st. louis, mo, usa). os solventes (hexano, diclorometano, acetato de etila e metanol) foram grau hplc, obtidos da mallinkrodt (paris, kentucky), e a água utilizada no preparo das soluções foi desionizada pelo sistema milli-q (millipore, bedford, ma, usa). ii-coleta do material o material vegetal foi cultivado no município de paragominas – pará, em solo latossolo amarelo, sem utilização de adubo, durante 3 meses. após esse período, a parte aérea (folhas+ colmo) foi cortada rente ao solo, efetuando-se, então, a secagem do material em estufa com circulação de ar forçada (39 °c ± 1 °c) e posterior trituração em moinho tipo willey. o material foi acondicionado em sacos plásticos para posterior extração. as sementes das plantas daninhas utilizadas nos bioensaios foram coletadas em áreas de pastagens nos municípios de castanhal e paragominas, centros bem representativos da pecuária no pará. ii-obtenção dos extratos brutos com solventes de diferentes constantes dielétricas. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 56 foram distribuídos 6,7 kg de folhas de calopogônio previamente secas e moídas, no interior de 5 erlenmeyers com 6 litros de capacidade, adicionando-se em seguida hexano. durante 15 dias procederam-se trocas diárias no solvente, concentrando o extrato obtido em rotoevaporador e recuperando o solvente, repondo, desta forma, o volume de hexano nos erlenmeyers. passados 15 dias, filtrou-se a mistura (folhas+solvente) utilizando funil de buchner acoplado a bomba de vácuo, recolocando as folhas após secas (sem resíduo de hexano) de volta nos erlenmeyers e efetuando a troca do solvente por diclorometano. nos próximos 15 dias foram realizadas trocas diárias no diclorometano concentrando os extratos e recuperando o solvente. passadas as duas semanas filtrou-se a mistura trocando o diclorometano por acetato de etila. este procedimento também foi realizado com metanol. desta forma foram obtidos 4 extratos brutos os quais foram posteriormente testados em bioensaios com o objetivo de identificar aqueles que apresentassem atividade inibidora na germinação de sementes das plantas daninhas. iii-bioensaios cada placa de petri de 9,0 cm de diâmetro, forrada com uma folha de papel de filtro, recebeu 5,0 ml do extrato (2% m/v), adicionando-se posteriormente, após evaporação do solvente, 2,0 ml de uma solução 0,2% de micostatin (para evitar proliferação de fungos nas placas) em água destilada, recebendo, então, 25 sementes. para efeitos de comparação, foi realizado um tratamento testemunha (controle) no qual utilizaram-se apenas 5,0 ml do solvente utilizado nas soluções dos extratos e após a evaporação do mesmo, 2 ml da solução 0,2% de micostatin em água destilada, seguindo a partir daí o mesmo procedimento realizado nas placas onde se aplicaram os extratos. o bioensaio foi desenvolvido em câmara de germinação à temperatura constante de 25 °c e fotoperíodo de 12 horas. a germinação foi monitorada por um período de 15 dias, com contagem diária e eliminação das sementes germinadas. a germinação das sementes das plantas daninhas: malícia, mata pasto e fedegoso foi analisada sob o aspecto percentual. os bioensaios foram realizados em triplicata. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 57 como plantas receptoras (plantas daninhas) foram utilizadas aquelas com maior freqüência de ocorrência em áreas de pastagens da região amazônica: cassia tora (mata-pasto), mimosa pudica (malícia) e cassia occidentalis (fedegoso). nos bioensaios utilizando os padrões dos compostos identificados nos extratos brutos utilizaramse soluções na concentração 5 mg l-1. os extratos e padrões foram adicionados apenas uma vez, no início dos bioensaios, sendo adicionada, a partir de então, apenas a solução de micostatin em água destilada. iv-instrumentação as análises foram realizadas em um equipamento de eletroforese capilar modelo hp3dce (agilent technologies, palo alto, ca, usa), equipado com um detector de arranjo de diodos, um controlador de temperatura e um sistema para aquisição e tratamento de dados. os capilares de sílica fundida foram obtidos da polymicro technologies (phoenix, az, u.s.a). as dimensões do capilar foram: 75 µm de diâmetro interno, 375 µm de diâmetro externo e 58,0 cm de comprimento total (50,0 cm até o detector). no início de cada dia, o capilar foi condicionado com solução de naoh 1 mol l-1 (5 min), seguido de água desionizada (5 min) e eletrólito (20 min). resultados e discussão i-avaliação do potencial alelopático de extratos de calopogonium mucunoides. o extrato obtido com acetato de etila foi mais ativo no que diz respeito à inibição da germinação das sementes, 68,2%, 57,9%, e 33,7% foram os resultados obtidos para malícia, fedegoso e mata pasto, respectivamente. o extrato obtido com diclorometano também apresentou atividade alelopática. observou-se: 42,1% de inibição para malícia, 37,6% para sementes de fedegoso e 10,3% de inibição para mata pasto. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 58 as sementes submetidas ao bioensaio na presença do extrato metanólico apresentaram inibições menores do que 10%. o extrato obtido com hexano apresentou a mais baixa atividade, os valores de inibição ficaram abaixo de 5%, não sendo, portanto, considerado potencialmente alelopático . as sementes apresentaram diferentes comportamentos frente aos extratos. as sementes de malícia mostraram-se mais sensíveis e as sementes de mata pasto as menos sensíveis à ação dos extratos, apontando com isto certa especificidade dos mesmos. ii-separação e identificação de compostos secundários utilizando protocolos em eletroforese capilar. os métodos desenvolvidos em cada protocolo foram propostos com base nas estruturas, nos valores de pka, no comprimento de onda máximo de absorção e em curvas de mobilidade versus ph dos compostos em estudo. os compostos secundários utilizados neste trabalho foram escolhidos com base na participação destes em fenômenos alelopáticos descritos em literatura. a identificação dos compostos secundários nas amostras fez-se mediante a comparação dos tempos de migração com um padrão apropriado, por comparação dos espectros em uv/vis dos picos obtidos nas amostras com os espectros dos padrões e por fim, adição de padrão nas amostras a fim de se confirmar a presença e a identidade dos compostos. a utilização dos protocolos mostrou-se bastante satisfatória, uma vez que foi possível separar e identificar 5 classes de compostos utilizando as mesmas amostras dos extratos brutos, sem tratamentos prévios, reduzindo significativamente o tempo de análise total. os limites de detecção para os compostos estudados foram satisfatórios e variaram de 0,06 mg l1 para o ácido clorogênico a 4,04 mg l-1 para ácido succínico. já os limites de quantificação ficaram entre 0,18 mg l-1 e 21,19 mg l-1. as figuras 1 e 2 mostram os eletroferogramas da solução padrão dos compostos secundários estudados submetida ás condições de análises dos protocolos utilizando detecção direta e indireta respectivamente. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 59 figura 1 – eletroferogramas da solução padrão submetida às condições descritas nos protocolos utilizando detecção direta. alcalóides: 1-quinina, 2-cinconidina, 2-pilocarpina, 4atropina, ácidos fenólicos: 5-ácido clorogênico, 6-ácido ferúlico, 7-ácido cafeico, 8ácido panísico, flavonóides: 9-genisteína, 10-rutina, 11-naringenina,12-canferol, 13-quercetina, terpenos: 14-nerolidol, 15-terpineol, 16-linalol, 17-geraniol, 18-t-anetol ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 60 figura 2 – eletroferogramas da solução padrão submetida ao protocolo ii (detecção indireta). ácidos carboxílicos: 1-ácido oxálico, 2-ácido maleico, 3-ácido malônico, 4-ácido tartárico, 5ácido málico, 6-ácido aspártico, 7-ácido cítrico e 8-ácido succínico a tabela 1 apresenta os compostos identificados nos extratos bem como as concentrações encontradas. compostos extrato/diclorometano (mg.g-1) extrato/acetato de etila (mg.g-1) atropina nd 4,28 ± 0,53 cinconidina nd nd pilocarpina nd nd quinina nd nd ácido oxálico nd nd ácido maleico nd 1,32 ± 0,07 ácido malônico nd nd ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 61 ácido tartárico nd 4,32 ± 0,91 ácido málico nd 0,21 ± 0,06 ácido aspártico nd 6,47 ± 1,01 ácido cítrico nd 0,87 ± 0,18 ácido succínico nd nd ácido clorogênico nd 0,50 ± 0,02 ácido ferúlico nd 0,75 ± 0,03 ácido cafeico nd 0,36 ± 0,11 ácido p-anísico nd 0,56 ± 0,01 genisteína nd 4,83 ± 1,02 rutina nd 1,42 ± 0,07 naringenina nd 1,16 ± 0,10 canferol nd 1,70 ± 0,15 quercetina nd 2,01 ± 0,31 nerolidol nd nd terpineol nd nd linalol nd nd geraniol nd nd t-anetol nd nd ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 62 tabela 1 – quantificação dos compostos secundários identificados nos extratos obtidos a partir das folhas de calopogonium mucunoides as concentrações dos compostos identificados variaram de 0,21 mg g-1 para ácido málico a 4,83 mg g-1 para genisteína. nenhum dos compostos estudados foram identificados no extrato obtido em diclorometano. não foram identificados terpenos nos extratos, tal fato já era esperado uma vez que terpenos são compostos de caráter apolar. provavelmente tais compostos foram extraídos ao realizar a primeira extração no material vegetal utilizando hexano, solvente de baixa constante dielétrica, porém, ao realizarmos os bioensaios a fim de verificar quais extratos apresentariam atividade alelopática na inibição da germinação das sementes das plantas daninhas, observou-se que apenas os extratos de caráter mais polar: diclorometano e acetato de etila foram eficazes na inibição da germinação. conclui-se então, que terpenos não estão envolvidos na inibição da germinação das sementes estudadas neste trabalho. iii-potencial alelopático dos compostos secundários identificados. após identificação dos compostos presentes nos extratos realizaram-se bioensaios com os mesmos a fim de verificar se tais metabólitos poderiam estar atuando na inibição da germinação das sementes de plantas daninhas estudadas. os bioensaios foram realizados utilizando soluções de cada composto e soluções com misturas dos compostos identificados na concentração 5 mg l1 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 63 a figura 3 mostra os resultados obtidos nos bioensaios de germinação ao utilizar solução com os alcalóides identificados nos extratos. figura 3 – inibição da germinação das sementes das plantas daninhas frente aos alcalóides identificados nos extratos: 1.cinconidina, 2.atropina, 3.mistura dos padrões de alcalóides atropina foi mais eficaz na inibição da germinação das sementes de plantas daninhas quando comparada a cinconidina, as sementes de malícia e mata pasto foram as mais sensíveis a ambos os compostos. ao realizarmos bioensaio utilizando uma solução na qual se acrescentaram os dois compostos, observa-se um ligeiro aumento do efeito inibitório sobre as sementes de mata pasto e fedegoso. ao utilizar ácidos fenólicos foi observada maior sensibilidade das sementes de malícia, os valores de inibição variaram de: 5,1% para as sementes de mata pasto a 53,4% para sementes de malícia submetidas à solução de ácido ferúlico. as sementes de fedegoso não sofreram inibição quando expostas aos ácidos: cafeico e p-anísico. observa-se aumento de inibição de germinação de todas as sementes ao utilizar uma mistura com os ácidos fenólicos detectados nos extratos. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 64 a figura 4 apresenta os resultados obtidos com ácidos fenólicos. figura 4 – inibição da germinação das sementes das plantas daninhas frente aos ácidos fenólicos identificados nos extratos: 1.ácido clorogênico, 2.ácido cafeico, 3.ácido ferúlico, 4.ácido p-anísico, 5.mistura dos padrões de ácidos fenólicos com relação aos ácidos carboxílicos, não foi constatada inibição de germinação ao utilizar-se o ácido malêico e aspártico para nenhuma das sementes utilizadas nos bioensaios. os ácidos tartárico, málico e cítrico mostraram-se ativos no que diz respeito à inibição de germinação apenas das sementes de malícia, sendo os valores de inibição menores que 20%. ao utilizarmos a mistura de todos os ácidos carboxílicos, observou-se inibição da germinação de todas as sementes utilizadas, os valores obtidos foram: 26, 30 e 35% para as sementes de malícia, mata pasto e fedegoso respectivamente. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 65 a figura 5 apresenta os resultados obtidos ao utilizarmos ácidos carboxílicos nos bioensaios. figura 5 – inibição da germinação das sementes das plantas daninhas frente aos ácidos carboxílicos identificados nos extratos: 1.ácido malêico, 2.ácido tartárico, 3.ácido málico, 4.ácido aspártico, , 5.ácido cítrico, 6.mistura de padrões de ácidos carboxílicos a figura 6 apresenta os resultados obtidos ao utilizar soluções dos flavonóides identificados. figura 6 – inibição da germinação das sementes das plantas daninhas frente aos flavonóides identificados nos extratos: 1.genisteína, 2.rutina, 3.naringenina, 4.caempferol, 5.quercetina, 6.mistura dos padrões de flavonóides ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 66 ao observar a figura 6 constata-se que genisteína, naringenina e quercetina foram eficazes na inibição da germinação de todas as sementes, os valores de inibição variaram de 10,6 ao utilizar naringina em sementes de fedegoso a 42,6 quando utilizou-se naringenina nas sementes de malícia. rutina e canferol não se mostraram ativas na inibição da germinação das sementes de fedegoso. para este caso também observa-se aumento na porcentagem de inibição de germinação ao utilizarmos a mistura dos flavonóides quando comparado aos bioensaios utilizando soluções de apenas um dos compostos identificados nos extratos. conclusão concluímos com este trabalho que a leguminosa calopogonium mucunoides apresenta potencial alelopático. o potencial alelopático observado variou com a espécie de planta daninha estudada, sendo a espécie mimosa pudica (malícia) a mais sensível, o que demonstrou especificidade dos extratos. a utilização de protocolos em eletroforese capilar para separação e identificação de compostos secundários em plantas mostrou-se satisfatória uma vez que obtivemos baixos limites de detecção e quantificação e boas separações dos compostos. foram detectados e identificados com sucesso, flavonóides, alcalóides, ácidos fenólicos e ácidos carboxílicos nos extratos brutos sem necessidade de “clean up” ou fracionamento dos mesmos, com análises rápidas (em menos de 20 minutos) e baixas quantidades de solventes utilizadas quando comparadas aos métodos tradicionais de análises. com relação às atividades alelopáticas dos compostos, observaram-se valores de inibição de germinação menores que 50% para quase todos os compostos com exceção de ácido ferúlico aplicado em sementes de malícia e atropina nos bioensaios com sementes de malícia e mata pasto. para todos os compostos estudados observou-se aumento na inibição da germinação de todas as sementes ao utilizar soluções com misturas dos mesmos quando comparados aos bioensaios nos quais utilizou-se soluções contendo apenas um dos compostos identificados nos extratos. exceção ocorreu apenas para as sementes de fedegoso, nas quais a inibição de germinação ao utilizar solução de ácido ferúlico foi um pouco maior (26,9%) do que quando utilizou-se a solução padrão mista de todos os ácidos fenólicos (22,8%). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 67 confirmou-se o potencial alelopático dos flavonóides (genistein, quercetina, naringenina, caempferol rutina) bem como dos ácidos fenólicos (clorogênico, p anísico, ferúlico e cafeico) descritos em literatura . agradecimentos os autores agradecem á fapesp (01/14123-0) e capes pelo suporte financeiro. referências bibliográficas [1] p.j. christoffoleti; f.j. ovejero; j.c. carvalho, aspectos de resistência de plantas daninhas a herbicidas. s.ed., campinas, 2004. 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[19] a.p.s. souza filho; s.m. alves; f.j.c. figueiredo, planta daninha 21 2 (2003) 211. abstract in this paper we describe the assessment of the possible allelopathic potential of organic extracts obtained from leaves of calopogonium mucunoides under laboratory conditions, after that some secondary compounds were identified and quantified using capillary electrophoresis. after the identification and quantification of the compounds, we studied the effects of these compounds on the germination of some common weed, which are actually becoming a real problem in pastures in the state of pará – brazil. calopogônio presented allelopathic potential. the organic crude extracts obtained from solvents with high dielectric constants (dichloromethane and ethyl acetate) were the most efficient in the inhibition of the weed germination. seeds of mimosa pudica were more affected by the extracts; this fact reveals the specificity of the organic extracts obtained. capillary electrophoresis protocols were highly specific, which makes it possible to identify 5 classes of compounds using the same crude extract samples and analyze them fartly (up to 20min). many of identified compounds show inhibitory effect in the weeds germination, seeds of malicia were the most sensible, the bioassays with the misture of compounds indicated the possibility of synergic effect. key words: allelopathy, capillary electrophoresis, weeds 1 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 42 | 2017 | 60 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 abstract: species of the genus begonia are expensive ornamental plants. there have been few reports of chemical studies with the begonia species. here we report the first chemical and biological study of essential oil for a species of begonia. the essential oil of the begonia reniformis leaf obtained by hydrodistillation was analyzed via gc-ms and twenty-one compounds were identified. sesquiterpenes silphiperfol-4,7(14)-diene and β-vetispirene were the major ones with a percentage of 15.7 and 21.0%, respectively. the oil showed weak activity against bacteria bacillus subtilis and pseudomonas aeruginosa with minimum inhibitory concentrations of 625μg/ml for each of the two bacteria. the first report of chemical and biological study of essential oil from begonia reniformis leaf (begoniaceae) anne gabrielle marques da silva1, marcilio wagner fontes silva1, giselle barbosa bezerra1, clécio souza ramos1+ 1 rural federal university of pernambuco, department of chemistry, manoel de medeiros st., dois irmãos, recife 52171-030, brazil +corresponding author: clécio souza ramos, phone: +55-81-3320-6379, e-mail address: clecio.ufrpe@gmail.com article info article history: received: september12, 2017 accepted: november 27, 2017 published: december 30, 2017 keywords: 1. begoniaceae 2. begonia reniformis 3. antimicrobial 4. essential oil 1. introduction the family begoniaceae is characterized by flowering plants that consist of two genera, begonia and hillebrandia, with about 1500 species occurring in all parts of the world 1,2 . the genus hillebrandia is classified as monotypic because it consists of only one specie hillebrandia sandwicensis, a plant endemic of the hawaiian islands 3 . the species of the genus begonia can be native or horticultural hybrids and are popular as houseplants due to the diversity in their floral form and leaf shape which adds commercial value to their species 4 . in brazil there are about 213 begonia species, mainly found in the atlantic forest, of which 186 are endemic 5,6 . the chemistry and biological potential of the begonia species is poorly explored with rare studies available in the literature. in an investigation of the phytochemistry of leaf extracts of begonia malabarica, the compounds friedelin, epi-friedelinol, β-sitosterol, luteolin, quercetin and β-sitosterol-3-β-dglucopyranoside were isolated 7 . from the begonia picta species, the following flavonoids were isolated: vitexin, iso-vitexin, orientin, iso-orientin and 1,3dihydroxy-6,7-dimethoxyxanthone. the compounds orientin and iso-orientin were also identified, both of which showed potent antioxidant activity with ic50 values of 54.0 and 53.4 μmol/l, respectively, when compared with a trolox positive control with an ic50 value of 96.1 μmol/l 8 . in other phytochemical studies, different classes of anthocyanins were isolated from the extracts of flowers of the begonia sp species, while several steroids and flavonoids were isolated from b. evansiana and b. malaba-rica species 7,9,10 . despite limited studies of the chemistry of the begonia species, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 mailto:clecio.ufrpe@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-9177-4524 original article 61 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 the few reports available point to flavonoids and steroids as chemotaxonomic metabolites for the genus. in relation to studies on the chemistry of the essential oil obtained from the begonia species, to our knowledge there are no reports, this work is the first to describe the chemical constituents of the essential oil for a begonia species, the begonia reniformis, a species that is part of the brazilian flora. to date, we have found no chemical study previously reported for this plant. 2. experimental 2.1. material botanic begonia reniformis specimens were collected on the campus of the rural federal university of pernambuco, in the city of recife, state of pernambuco in the northeastern of brazil, in august 2016. the instituto agronômico de pernambuco – ipa was asked to make the botanical identification and a voucher specimen was deposited at the dárdano de andrade lima herbarium of the ipa (90664). 2.2. obtaining of essential oils the essential oil was obtained from fresh leaf (250 g) via hydrodistillation using a clevenger-type apparatus. the distillation was carried out for 3 h. the oil obtained was treated with na2so4. 2.3. analysis of essential oil the essential oil was analyzed by gc-ms with a programmed temperature of 60-240ºc at 3ºc min rate in a gas chromatograph (varian 431-gc) equipped with a fused-silica capillary column (30 m × 0.25 mm i.d. × 0.25 μm) coated with db-5 and coupled to a mass spectrometer (varian 220-ms). the detailed conditions of gc-ms analysis have been previously reported by our research group 11,12 . identification of the chemical constituents was carried out using the van den dool and kratz 13 equation and comparing with published mass spectra 14 . 2.4. in vitro assay for antimicrobial activity the antimicrobial potential of essential oil obtained of b. reniformis leaves was evaluated against the bacteria staphylococcus aureus (atcc 6538), bacillus subtilis (atcc 6633), escherichia coli (ufpeda 224) and pseudomonas aeruginosa (atcc 416) as well as against the fungi candida albicans (atcc 1007) and candida utilis (atcc 1009). the microorganisms were maintained in nutrient agar (na), stored at 4 °c. the antimicrobial activity evaluation was performed by determination of the values of minimum inhibitory concentrations (mic) as previously reported 11,12 . the antimicrobials metronidazol and fluconazol were used as the positive control. 3. results and discussion essential oil (78 mg) from a mass of the fresh leaves of b. reniformis (250 g) was obtained with a yield of 0.03%. the chemical profile of essential oil of b. reniformis leaves obtained by gc-ms showed two major peaks at 22.2 and 28.1 minutes with relative concentrations of 15.7 and 21.0%, respectively (figure 1). major peaks at 22.2 and 28.1 minutes were identified as sesquiterpenes silphiperfol-4,7(14)-diene and β-vetispirene, respectively. a total of 21 compounds were identified representing 84.8% of the analyzed oil (table 1), such as (-)-cis-cadine-1(6),4diene (7.1%), ishwarane (3.9%), guaiol (8.0%), cismuurola-3,5-diene (3.5%), trans-muurola-3,5-diene (3.7%), dauca-5,8-diene (4.3%) and β-atlantol (2.9%). to our knowledge there has been no report of chemical and biological studies of the essential oils of species from begoniaceae family that has included the genera begonia and hillebrandia. the major compound of essential oil from b. reniformis leaves, sesquiterpene βvetispirene, has been previously reported in the essential oils from vetiveria zizanioides (poaceae) roots 15 , and its occurrence in other plant species is rare. the second major oil compound has been reported in about fifteen plant species, such as remirea maritima (cyperaceae), piper amalago (piperaceae), artemisia vulgaris (asteraceae), clinopodium vulgare (labiatae) and lomatium rigidum (apiaceae) 16-20 . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 original article 62 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 figure 1. chromatogram of essential oil of the b. reniformis leaf obtained via gc-ms. table 1.chemical constituents identified in the essential oil of the b. reniformis leaf. compounds a ai b ai c relative amount (%) 1. silphiperfol-4,7(14)-diene 1356 1358 15.7 2. cyclosativene 1363 1369 1.5 3. isobazzanene 1432 1436 1.0 4. cis-muurola-3,5-diene 1448 1448 3.5 5. trans-muurola-3,5-diene 1454 1451 3.7 6. (-)-cis-cadina-1(6),4-diene 1455 1461 7.1 7. ishwarane 1460 1465 3.9 8. cis-muurola-4(14),5-dieno 1465 1465 1.0 9. dauca-5,8-diene 1471 1471 4.3 10. trans-cadina-1(6),4-diene 1474 1475 2.0 11. β-vetispirene 1490 1493 21.0 12. trans-muurola-4(14),5-diene 1493 1493 1.2 13. epizonarene 1502 1501 1.0 14. vanillin acetate 1518 1524 1.8 15. raspberry ketone 1549 1545 1.3 16. β-copaen-4-α-ol 1586 1590 1.1 17. carotol 1593 1594 1.2 18. guaiol 1587 1600 8.0 19. β-atlantol 1608 1608 2.9 20. 1,10-di-epi-cubenol 1611 1618 1.0 21. cis-cadin-4-en-7-ol 1634 1635 0.6 unidentified terpenes d 10.5 unidentified fatty acids e 1.1 unknown compounds 3.6 total of compounds identified: 84.8 % acompounds are listed in ascending order of their retention times. ai: arithmetic index. barithmetic index as determined on non-polar db-5 column. carithmetic index of the literature. d,edetermined by the fragmentation pattern of their respective mass spectra. silphiperfol-4,7(14)diene β-vetispirene https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 original article 63 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 the essential oil of b. reniformis leaf was evaluated against six microorganisms including fungi, grampositive bacteria and gram-negative bacteria to determine the mic values by the agar dilution method. the samples of natural source as extract and essential oil that show mic values lower than100 μg/ml are characterized as strong antimicrobial agent. the samples with mic values ranging from 100-500, 5001000 and over 1000 μg/ml are considered to be moderately weak, or non-active, respectively, against fungi and bacteria according to criteria in the literature 21 . the results in table 2 show that the oil was biologically active against gram-positive bacteria b. subtilis and gram-negative bacteria p. aeruginosa with mic of 625μg/ml for each of the two bacteria, this is considered to be weak activity. table 2. values of the mic obtained for essential oil from the b. reniformis leaf towards bacteria and fungi bacteria gram-positive bacteria staphylococcus aureus ˃2500μg/ml bacillus subtilis 625μg/ml gram-negative bacteria escherichia coli ˃2500μg/ml pseudomonas aeruginosa 625μg/ml fungi candida albicans ˃2500μg/ml candida utilis ˃2500μg/ml 4. conclusions the first study on the chemical composition of the essential oil for a species of the begoniaceae family showed sesquiterpenes as the major constituents in the b. reniformis leaf. the sesquiterpenes silphiperfol4,7(14)-diene and β-vetispirene were the majority and these are rare in the essential oil of plant. the essential oil showed weak antimicrobial activity against the bacteria b. subtilis and p. aeruginosa. 5. acknowledgments the authors are indebted to the centro de apoio a pesquisa (cenapesq), ufrpe, for the laboratory facilities. agms thanks capes for providing a scholarship. 6. references [1] forrest, l. l., hughes, m., hollingsworth, p. m.,a 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file:///c:/users/catia/google%20drive%20(revistaecleticaquimica@gmail.com)/eclética%20química%20journal/volumes/vol.%2042%202017/41%20-%20cramos/christenhusz,%20m.%20j.%20m.,%20byng,%20j.%20w.,%20the%20number%20of%20known%20plants%20species%20in%20the%20world%20and%20its%20annual%20increase,%20phytotaxa%20261(2016)%20201–217.%20https:/doi.org/10.11646/phytotaxa.261.3.1 file:///c:/users/catia/google%20drive%20(revistaecleticaquimica@gmail.com)/eclética%20química%20journal/volumes/vol.%2042%202017/41%20-%20cramos/christenhusz,%20m.%20j.%20m.,%20byng,%20j.%20w.,%20the%20number%20of%20known%20plants%20species%20in%20the%20world%20and%20its%20annual%20increase,%20phytotaxa%20261(2016)%20201–217.%20https:/doi.org/10.11646/phytotaxa.261.3.1 file:///c:/users/catia/google%20drive%20(revistaecleticaquimica@gmail.com)/eclética%20química%20journal/volumes/vol.%2042%202017/41%20-%20cramos/christenhusz,%20m.%20j.%20m.,%20byng,%20j.%20w.,%20the%20number%20of%20known%20plants%20species%20in%20the%20world%20and%20its%20annual%20increase,%20phytotaxa%20261(2016)%20201–217.%20https:/doi.org/10.11646/phytotaxa.261.3.1 https://doi.org/10.3732/ajb.91.6.905 https://doi.org/10.3732/ajb.91.6.905 https://doi.org/10.3732/ajb.91.6.905 https://doi.org/10.3732/ajb.91.6.905 https://doi.org/10.3732/ajb.91.6.905 https://doi.org/10.3732/ajb.91.6.905 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.04.012 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.04.012 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.04.012 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.04.012 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.04.012 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.04.012 https://doi.org/10.1590/2175-7860201667522 https://doi.org/10.1590/2175-7860201667522 https://doi.org/10.1590/2175-7860201667522 https://doi.org/10.1590/2175-7860201667522 https://doi.org/10.1590/s2175-78602014000100013 https://doi.org/10.1590/s2175-78602014000100013 original article 64 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p60-64 ocorrência de quatro espécies de begonia da floresta atlântica brasileira, rodriguésia 65 (2014)193-200. https://doi.org/10.1590/s2175-78602014000100013 [7] ramesh, n., viswanathan, m. b., saraswathy, a., balakrishna, k., brindha, p., lakshmanaperumalsamy, p., phytochemical and antimicrobial studies of begonia malabarica, j. ethnopharmacol. 79(2002) 129–132. https://doi.org/10.1016/s03788741(01)00352-x [8] joshi, k. r., devkota, h. p., nakamura, t., watanabe, t., yahara,s.,chemical constituents and their pph radical scavenging activity of nepa-lese crude drug begonia picta, rec. nat. prod. 9(2015) 446-450. http://www.acgpubs.org/rnp/2015/volume9/issue%2 01/56-rnp-1407-160.pdf [9] nadine, c., maurice, j., acylated anthocyanins from 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https://doi.org/10.1080/10412905.2006.9699129 https://doi.org/10.1080/10412905.2006.9699129 https://doi.org/10.1080/10412905.2006.9699129 https://doi.org/10.1080/10412905.2006.9699129 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/10412905.2004.9698801 https://doi.org/10.1080/0972060x.2013.794021 https://doi.org/10.1080/0972060x.2013.794021 https://doi.org/10.1080/0972060x.2013.794021 https://doi.org/10.1080/0972060x.2013.794021 https://doi.org/10.1080/0972060x.2013.794021 https://doi.org/10.1080/0972060x.2013.794021 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.09.007 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.09.007 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.09.007 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.09.007 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.09.007 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.09.007 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.09.007 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1186/1472-6882-14-514 https://doi.org/10.1080/10412905.2009.9700100 https://doi.org/10.1080/10412905.2009.9700100 https://doi.org/10.1080/10412905.2009.9700100 https://doi.org/10.1080/10412905.2009.9700100 https://doi.org/10.1590/s0074-02762002000700017 https://doi.org/10.1590/s0074-02762002000700017 https://doi.org/10.1590/s0074-02762002000700017 https://doi.org/10.1590/s0074-02762002000700017 https://doi.org/10.1590/s0074-02762002000700017 https://doi.org/10.1590/s0074-02762002000700017 uso agrícola de resíduos siderúrgicos no cultivo de arroz inundado eclética química, 38, 61-75, 2013. 61 aplicação de resíduo da indústria de eletrodo no cultivo de arroz de sequeiro: análise físico-química do solo e da planta ana rosa ribeiro bastos1 , francisco g. e. nogueira1, luiz c. a. oliveira1, guilherme amaral de souza2, janice guedes de carvalho2. , 1 departamento de química, universidade federal de lavras, caixa postal 3037, cep 37200-000 lavras, minas gerais, brasil. 2 departamento de ciência do solo, universidade federal de lavras, caixa postal 3037, cep 37200-000, lavras, minas gerais, brasil, procurou-se estudar a disponibilidade de nutrientes e elementos não essenciais em amostras de um latossolo vermelho, tratadas com resíduos de eletrodo, através de solução extratora; bem como avaliar a produtividade de arroz cultivado neste solo e verificar a absorção destes elementos na parte aérea, panículas (grão+casca) do arroz. os tratamentos foram: doses do resíduo (1; 2; 4; 8; 16 e 32 t ha -1 ) e tratamentos comparativos sem resíduo. a aplicação do resíduo proporcionou uma produção de grãos pelos tratamentos 1, 2 e 4 t ha -1 , porém inferiores ao tratamento convencional. as doses maiores desse resíduo afetaram severamente a produção de matéria seca e de grãos, bem como nos teores e acúmulos de nutrientes. keywords: waste electrode, mineral nutrition, oryza sativa l. introdução o descarte ambiental de resíduos industriais tem sido fator de preocupação em todo o mundo, pois pode causar danos muitas vezes irreversíveis para o meio ambiente e para a saúde humana [1]. nos dias atuais, a quantidade de resíduos gerados principalmente por atividades industriais é cada vez maior sendo responsável pela geração de resíduos que por muito tempo foram descartados indiscriminadamente no ambiente, provocando danos muitas vezes irreversíveis e de difícil recuperação [2]. o uso agronômico deles como fonte de nutrientes às plantas e como condicionadores dos solos, tem se constituído em alternativa viável na preservação da qualidade ambiental [3]. o uso dos resíduos dessas indústrias consideradas potencialmente poluidoras poderia diminuir a exigência de fertilizantes minerais, o que, além de contribuir para a diminuição de custos também poderia aumentar a vida útil das fontes de minerais não renováveis e dos aterros sanitários [4]. a sociedade brasileira está tomando consciência do conceito de desenvolvimento sustentável. a noção de sustentabilidade é entendida como o novo paradigma do desenvolvimento humano, cujo objetivo é conciliar justiça social, equilíbrio ambiental e eficiência econômica. eclética química, 38, 61-75, 2013. 62 assim, o desenvolvimento de tecnologias que propiciem um melhor aproveitamento desses resíduos visando agregar valor a esses materiais e possibilitando sua utilização em diversos ramos da agropecuária e da indústria, constitui atualmente um tópico de grande importância ambiental, tecnológica e econômica [5]. entretanto, no caso especial de uso agrícola de resíduos de qualquer natureza são necessárias pesquisas visando esclarecer quais as doses mais apropriadas para cada solo, forma de aplicação adequada do resíduo, impacto no ambiente e o efeito residual, auxiliando desse modo na elaboração de normas técnicas sustentáveis [6]. sendo assim, o estudo integrado e aprofundado desses aspectos, contribuirá para o estabelecimento de valores limite para as doses utilizáveis em cenários reais, o que poderá viabilizar uma gestão sustentável destes resíduos. a exigência por produtos derivados de ferro e aço tem impulsionado o crescimento do setor siderúrgico nacional e, conseqüentemente, a geração de resíduos industriais. no entanto, a maioria destes resíduos apresenta em sua composição, além de micronutrientes, altos teores de cádmio, níquel, cromo e chumbo, metais pesados potencialmente prejudiciais ao ambiente [7]. silva et al. comentam em sua publicação que os metais pesados ocorrem naturalmente nos solos e alguns deles, tais como cobre (cu), zinco (zn) e cobalto (co), desempenham importante papel na nutrição de plantas e animais, enquanto outros, como cádmio (cd), chumbo (pb), arsênio (as) e selênio (se), exercem efeitos deletérios sobre vários componentes da biosfera [8,9,10]. o acúmulo de metais pesados em solos agrícolas é um aspecto de grande preocupação quanto à segurança ambiental. esses elementos podem expressar seu potencial poluente diretamente nos organismos do solo, pela disponibilidade às plantas em níveis fitotóxicos, além da possibilidade de transferência para a cadeia alimentar, por meio das próprias plantas, ou pela contaminação das águas de superfície e subsuperfície oferecendo assim risco à saúde humana [11,12]. no sentido de minimizar o impacto desses resíduos sobre o meio ambiente e que obedeçam à legislação ambiental brasileira (lei 9605/98, que definiu o crime de poluição) objetivou-se com este trabalho estudar a disponibilidade de nutrientes e elementos não essenciais em amostras de um latossolo vermelho, distrófico típico, textura muito argilosa, tratadas com resíduos de eletrodo, através de solução extratora; bem como avaliar a produtividade de arroz cultivado neste solo e verificar a absorção de elementos-traço na parte aérea, panículas (grão+casca) do arroz. material e métodos caracterização do resíduo de eletrodo o resíduo foi coletado em empresa que trata de serviços de coleta, transporte e destinação final dos resíduos industriais localizado às margens da rodovia fernão dias, no município de lavras. dentre os critérios utilizados para a escolha deste resíduo destacaram-se a grande produção e o potencial de uso agrícola associado a possíveis problemas ambientais. o resíduo foi caracterizado quanto ao teor de nutrientes e quanto ao teor de elementos-traço pelo método usepa 3051 [13]. os elementos analisados foram: p, s, mg, k, ca, cr, mn, fe, ni, cu, zn, cd e pb. caracterização da área experimental o presente estudo foi conduzido em casa de vegetação, no departamento de ciências do solo da universidade federal de lavras. foram utilizadas amostras da camada superficial (0–0,2 m) de um latossolo vermelho, distrófico típico, textura muito argilosa, coletadas no município de lavras-mg. as amostras foram caracterizadas física e quimicamente segundo embrapa (1997) e os eclética química, 38, 61-75, 2013. 63 teores de elementos-traço foram analisados segundo usepa (1998) [14,15]. na tabela 1 são apresentadas as propriedades químicas e físicas do solo em estudo. delineamento experimental e tratamentos utilizou-se delineamento inteiramente casualizado, com três repetições e oito tratamentos, constituídos de seis doses do resíduo (1; 2; 4; 8; 16 e 32 t ha -1 ), as quais correspondem às doses do resíduo de 0,5; 1; 2; 4; 8 e 16 g kg -1 de solo, sendo, portanto, 2,75; 5,5; 11; 22; 44 e 88 g vaso -1 (vasos com 5,5 kg de solo). foram chamados de t1, t2, t3, t4, t5 e t6, respectivamente. os outros dois tratamentos foram: controle t7, usado como referência, feito em uma amostra de solo sem adubo e sem resíduo, e outro, completo t8, com a adubação convencional para a cultura de arroz (utilizada em experimentos realizados em casa de vegetação). instalação e condução do experimento as amostras foram primeiramente pesadas e misturadas de forma homogênea em sacos plásticos e encubados durante 30 dias. após este período, as amostras foram adubadas com 200 mg kg -1 de p na forma de kh2po4 e cah4o8p2.h2o e armazenadas em vasos com capacidade de 5,5 l. visando verificar o comportamento do resíduo, foi escolhida a cultura do arroz (oryza sativa l.) cultivar canastra para este experimento. foram semeadas aproximadamente 10 sementes de arroz em cada vaso, sendo que ficaram apenas quatro mudas por vaso. análise de fertilidade nas amostras de solo coletadas antes da montagem do ensaio, após o primeiro corte das plantas e após o término do cultivo do arroz, foram realizadas análises de fertilidade (ph, al, h+al, ca, mg, k, p, p-rem, mo, zn, cu, fe e mn). tais análises foram feitas conforme métodos propostos pela embrapa (1997) [14]. matéria seca, teores de nutrientes e elementostraço na cultura do arroz transcorridos 100 dias após o plantio do arroz, fase conhecida como vegetativa, em que ocorre a germinação e diferenciação da panícula, foi realizado um desbaste para análise diagnóstica da parte aérea do arroz, bem como a coleta de solo, para determinação dos teores de macro e micronutrientes presentes e de elementos não essenciais às plantas. depois disso foram mantidas duas plantas até o final do cultivo, ou seja, até a produção de grãos. a partir daí foi realizado o corte das plantas que foram separadas em parte aéreas e em grãos + cascas (panículas) para posterior análise química. o material vegetal foi seco em estufa de circulação forçada de ar a 65ºc até massa constante. logo após foi determinada a matéria seca referente à produção de parte aérea (perfilhamento e colheita), casca + grão (panículas) do arroz. em seguida, o material foi moído em moinho tipo wiley e submetido à digestão nitro-perclórica. o extrato obtido foi então utilizado para a determinação de ca, mg, cu, fe, mn, zn, cd, cr, ni e pb em espectrofotômetro de absorção atômica, o teor de p foi determinado utilizando um espectrofotômetro de uv-visível (shimadzu, uv-160 1 pc), no comprimento de onda de 420 nm, de s em turbidímetro e de k foi analisado por fotometria de emissão por chama (micronal b262), no comprimento de onda de 767 nm. o nitrogênio total presente no material, foi determinado pelo método micro-kjedahl, conforme procedimento da association of analytical communities (aoac) (1992) [15]. com base nas concentrações dos elementos e na produção de matéria seca, foram calculadas as quantidades acumuladas (acúmulo) dos nutrientes e dos elementos não essenciais na parte aérea (colmos+folhas) no perfilhamento e na colheita e nas panículas (casca+grãos), pela seguinte fórmula: eclética química, 38, 61-75, 2013. 64 qa = c x ms/1000, em que: qa é a quantidade acumulada em miligrama por vaso (para macronutrientes) e micrograma por vaso (para micronutrientes); c é a concentração na planta em g kg -1 (para macronutrientes) e mg kg -1 (para micronutrientes) e ms é a matéria seca produzida por vaso, em gramas. resultados e discussão caracterização do resíduo de eletrodo embora não exista uma legislação específica para a utilização de resíduos na agricultura, tem sido usado, como referência a revisão da instrução normativa n o 27 de 05 de junho de 2006 para fertilizantes, que contêm os limites máximos de metais pesados tóxicos admitidos para os fertilizantes minerais [16]. os resultados referentes ao teor de macro e micronutrientes, ph e metais pesados encontrados nos resíduos estão apresentados na tabela 2. de acordo com os dados obtidos, observa-se elevados teores de cr e ni presentes no resíduo de eletrodo. os teores de cd e pb estão abaixo dos permitidos na instrução normativa (in) n o 27 de 5 junho de 2006 [16]. os teores de zn estão dentro dos limites podendo assim ser utilizado como fonte de micronutrientes para plantas, já os teores de p, mg e s foram considerados baixos nesse resíduo em comparação com os fertilizantes comerciais. caracterização do solo após o primeiro corte (perfilhamento) e na colheita os dados mostrados na tabela 3 referem-se aos resultados analíticos do solo cultivado com arroz após o 1º corte das plantas (perfilhamento) e também ao final do cultivo, 2º corte (colheita). observa-se no 2º corte (colheita) que os valores de ph se mantiveram entre o intervalo de 5,6 a 7,4 para todos os tratamentos. meurer (2006) comenta que em condições relativamente úmidas, o ph ideal para o arroz é de aproximadamente 6,6, pois, nesse valor, as reações para liberação de n e p são favorecidas, sendo que todos os tratamentos realizados nesses experimentos apresentaram ph próximos ao ideal [17]. os suprimentos de cu, fe, mn e zn encontradas no solo após a colheita estão dentro dos limites adequados para esta cultura e a concentração de elementos potencialmente tóxicos, como al, fe, mn, co2, ácidos orgânicos e h2s, estão abaixo dos teores tóxicos. os teores de p e s no solo por ocasião da colheita estiveram baixos. de acordo com malavolta (1980) uma proporção relativamente alta (da ordem de 50%) de nitrogênio, fósforo e enxofre são transloucadas do solo para os grãos do arroz [18]. já os teores de k estavam mais altos. isso se deve provavelmente a aplicação contínua desse nutriente ao longo do ciclo da cultura. para o ca e mg não foi observada queda desses nutrientes no solo após a colheita das plantas de arroz. os micronutrientes b, cu, mn e zn tiveram seus teores no solo diminuídos ao final do ciclo da cultura. já os teores de fe não se elevaram, muito provavelmente em função dos phs encontrados. com relação aos teores de cd e ni esses mostraram pequena elevação em relação ao início do cultivo. o pb teve seus teores no solo diminuídos na colheita. já o cr se manteve com teores bem elevados muito provavelmente em função da presença do mesmo no resíduo aplicado. deve ser ressaltado que até a dose de 8 t ha -1 esses teores estiveram próximos aos dos tratamentos controle, somente em doses mais elevadas é que esses teores estavam mais altos (16 e 32 t ha -1 de resíduo). os teores permissíveis para área agrícola, conforme a cetesb (2005) extraídos pelo método usepa 3051 seriam: cd, 3 mg kg -1 ; pb, 180 mg kg 1 ; cr, 450 mg kg -1 e ni, 70 mg kg -1 . somente os teores de cr estavam acima desses limites permissíveis ao final do cultivo. isso se deve aos eclética química, 38, 61-75, 2013. 65 altos teores iniciais desse elemento no resíduo original [19]. deve ser ressaltado que os teores de ni no solo estão abaixo dos teores permissíveis para área agrícola. segundo cfsemg (1999), são considerados teores altos de cu, fe, mn e zn no solo extraídos por mehlich -1 valores acima de 1,8, 45, 12 e 2,2 mg dm -3 , respectivamente e b em água quente acima de 0,9 mg dm -3 [20]. ao final do cultivo os teores de cu estavam acima dessa faixa, os de fe somente na dose mais alta do resíduo de eletrodo (32 t ha -1 ), o mn nas aplicações de 4 a 32 t ha -1 também estiveram acima da faixa considerada alta para esse nutriente. para o zn, em todos os tratamentos, os teores estavam acima da faixa proposta. para o b, somente o tratamento de 32 t ha -1 o teor esteve acima, muito provavelmente pelo fato das plantas não terem crescido com a alta dose do resíduo adicionada. rendimentos das plantas de arroz os valores médios para a altura das plantas, e produção de matéria seca da parte aérea da fase diagnóstica (pafd) podem ser observados na figura 1. observou-se que não houve grande alteração na altura das plantas após (fase diagnóstica) primeiro corte para os tratamentos t1, t2, t3 e t4 sendo muito próximos ao t8 (controle). os tratamentos t5 e t6, doses mais elevadas de resíduo de eletrodo, afetaram de maneira severa o crescimento das plantas de arroz, possivelmente devido à presença de elevados teores de metais no solo como cd e cr (figura 1a). quanto à produção de matéria seca da parte aérea por ocasião do perfilhamento (ms pa perf) foi afetada negativamente com a elevação das doses do resíduo de eletrodo. somente o tratamento t1 não alterou a produção sendo muito próxima a encontrada no t8. os tratamentos t5 e t6 não foram colhidos pelo fato das plantas estarem muito pequenas no t5 e nem terem germinado no t6, nessa ocasião. (a) (b) figura 1. (a) altura das plantas de arroz submetidas a diferentes doses de resíduo de eletrodo e tratamentos comparativos (fase diagnóstica) primeiro corte e (b) matéria seca de parte aérea produzida por plantas de arroz submetidas a diferentes doses de resíduo de eletrodo e tratamentos comparativos (fase diagnostica) – primeiro corte. para o número de perfilhos por ocasião da colheita, observou-se um elevado incremento do perfilhamento (figura 2a). nota-se que o número de perfilhos produzidos pelo t1 (menor dose do resíduo) foi praticamente igual ao do t8 (tratamento com adubação convencional). o t2 e t3 também produziram quantidades significativas de perfilhos, porém inferiores ao t1 e t8. é importante ressaltar que de maneira geral, houve produção de grãos eclética química, 38, 61-75, 2013. 66 pelos tratamentos com resíduo de eletrodo (t1, t2 e t3), porém inferiores ao tratamento controle. as doses maiores desse resíduo afetaram drasticamente a produção de matéria seca e de grãos (figura 2a). (a) (b) figura 2. teores e quantidade acumulada de nutrientes e elementos não essenciais no perfilhamento e colheita detectaram-se efeitos significativos das doses do resíduo, bem como dos tratamentos adicionais, sobre os teores de nutrientes e elementos tóxicos na matéria seca da parte aérea, por ocasião do primeiro (perfilhamento) e segundo (colheita) cortes das plantas de arroz. a quantidade de nutrientes removidos do solo pelas plantas de arroz é muito variável e depende da quantidade de matéria seca produzida e seu teor nas plantas que, por sua vez, varia segundo a disponibilidade de nutrientes no solo. segundo malavolta et al., (1997) a amostragem para diagnose foliar para a cultura do arroz está situada na época do meio do perfilhamento [21]. em geral, as folhas mais novas, que tenham completado seu desenvolvimento normal, mas que ainda não entraram em senescência, situadas pouco abaixo do ponto terminal de crescimento, refletem com maior precisão o estado nutricional da planta. as faixas de teores de macro e micronutrientes consideradas adequadas para a cultura do arroz na época do meio do perfilhamento, são as seguintes: macronutrientes em g kg -1 : n (40-48); p (2,5-4,0); k (25-35); ca (7,5-10); mg ( 5-7); s (1,5-2); micronutrientes em mg kg -1 : b (40-70); cu (10-20); fe (200-300); mn (100-150); zn (25-35) [22]. kabata-pendias & pendias (2001) estabeleceram faixas aproximadas de concentração de elementos-traço, sem considerar a espécie vegetal, para tecido de folhas maduras [10]. os autores citam concentrações aproximadas de elementos-traço que vão da faixa deficiente, suficiente ou normal, excessivo ou tóxico e a tolerável em culturas agronômicas. para esta última faixa são citados os valores em mg kg -1 : 100; 0,050,5; 2; 5-20; 300; 1-10; 0,5-10 e 50-100 para b, cd, cr, cu, mn, ni, pb e zn respectivamente. a aplicação do resíduo de eletrodo proporcionou teores de n por ocasião do perfilhamento próximos ao tratamento completo, t8 (com adubação mineral) (tabela 3). é importante destacar que o nitrogênio aumenta o número de perfilhos, aumentando, dessa forma, o número de panículas; aumenta o teor de proteínas dos grãos, o número e o tamanho dos grãos. porém sabe-se que o nitrogênio estimula o crescimento das plantas, mas nem sempre aumenta a produção de grãos [21]. neste experimento o fornecimento de todos os eclética química, 38, 61-75, 2013. 67 nutrientes de forma adequada (t8) proporcionou uma maior produção de grãos. a presença de elementos tóxicos vindo do resíduo pode ter acarretado menor absorção de nitrogênio. isso é válido, na medida em que se aumentou a dose do mesmo e pode ser melhor visualizado na tabela 3 onde o acúmulo de n foi maior no t8 e praticamente igual ao t1 e t2 onde foram aplicadas 1 e 2 t ha -1 do resíduo. na colheita os teores de n foram mais baixos na parte vegetativa e um pouco superiores nas panículas (tabela 5) pelo fato da análise ter sido feita no final do ciclo e também devido à maior translocação desse nutriente das folhas para os grãos [18]. já o acumulado foi maior na colheita em relação a ocasião do perfilhamento. isso ocorreu em função da maior produção de matéria seca de parte aérea e panículas (tabela 4) comportamento semelhante ao do n foi também para os teores de p, ou seja, teores de p mais baixos na parte vegetativa e um pouco superiores nas panículas (tabela 4). de acordo com malavolta (1980) uma proporção relativamente alta (da ordem de 50%) do nitrogênio, fósforo e enxofre estão presentes nos grãos de arroz, o que provoca uma maior exportação desses nutrientes do solo. os teores de potássio nas plantas de arroz indiferentemente da parte analisada esteve abaixo dos teores adequados propostos em literatura. notase que no solo (tabela 3) os teores estavam relativamente altos. esses baixos teores podem ser devido à presença dos elementos contaminantes do resíduo diminuindo a absorção do k, competindo por sítios de absorção. estes resultados estão de acordo com a literatura em que são verificados menores teores nas panículas, já que o potássio tende a ficar mais na parte vegetativa das plantas (tabelas 4 e 5) [18]. já os teores de ca, mg e s estiveram próximos aos teores considerados como adequados para a cultura do arroz conforme fageria et al. (1995), tendo pouca influência, a presença dos elementos contaminantes do resíduo [20]. os teores de micronutrientes b, cu, fe, mn e zn também se encontraram dentro da faixa tida como adequada para a cultura em questão. ressalta-se que para o mn os teores estiveram mais altos nos tratamentos em que o resíduo de eletrodo foi aplicado. foram verificados teores de cu, fe e mn mais altos na parte aérea e mais baixos nas panículas (tabelas 4 e 5). levando em consideração as faixas de concentrações estabelecidas por kabata-pendias & pendias (2001), nota-se que as concentrações de cr, pb e cd encontraram-se abaixo da faixa considerada como excessiva ou tóxica [10]. no tratamento controle (t7) onde nada foi adicionado ao solo, esses teores estavam elevados. isso pode explicado pelo efeito de concentração dos elementos, ou seja, não houve crescimento da planta. mas, quando se verifica a quantidade acumulada (tabelas 4 e 5) desses elementos por matéria seca produzida verifica-se que no caso do t7 (controle sem adubação) praticamente nada foi acumulado, pois não foi produzida praticamente nenhuma matéria seca. já o t8 (completo) esse acumulado foi mais alto em função da matéria seca produzida, que foi a mais elevada e assim, justificando altos acúmulos nesse tratamento. daí a importância de verificar não somente os teores dos elementos por si só em uma análise e sim outros fatores tal como a matéria seca produzida . eclética química, 38, 61-75, 2013. 68 tabelas tabela 1. propriedades químicas e físicas do solo em estudo. tabela 2. caracterização química dos resíduos pelo método método 3051 (usepa, 1998). parâmetro unidade resultado ph em água 9,5 ph em cacl2 9,2 capacidade de retenção de água cra % 197 condutividade elétrica ds m -1 9,89 umidade atual % nitrogênio total (n) % fósforo total (p) g kg -1 traço potássio total (k) g kg -1 traço cálcio (ca) mg kg -1 <0,5 sódio (na) g kg -1 6 magnésio (mg) mg kg -1 19 enxofre (s) g kg -1 boro (b) mg kg -1 cobre (cu) mg kg -1 15 ferro (fe) mg kg -1 72971 manganês (mn) mg kg -1 1875 zinco (zn) mg kg -1 16 níquel (ni) mg kg -1 278 cádmio (cd) mg kg -1 0,86 cromo (cr) mg kg 13038 atributos valores atributos valores ph h2o (1:2,5) 5,1 m.o. (dag kg -1 ) (4) 1,4 p (mg dm -3 ) (1) 0,4 areia (g kg -1 ) (5) 780 k (mg dm -3 ) (1) 0,03 silte (g kg -1 ) (5) 30 ca 2+ (cmolc dm -3 ) (2) 1,2 argila (g kg -1 ) (5) 190 mg 2+ (cmolc dm -3 ) (2) 0,1 cu (1) (mg dm -3 ) 1,2 al 3+ (cmolc dm -3 ) (2) 0 fe (1) (mg dm -3 ) 35,7 h + al (cmolc dm -3 ) (3) 2,9 mn (1) (mg dm -3 ) 2,5 ctc efetiva (cmolc dm -3 ) 1,3 zn (1) (mg dm -3 ) 0,9 ctc a ph 7 (cmolc dm -3 ) 4,2 cr (1) (mg dm -3 ) 1,5 v (%) 31,4 cr (6) (mg dm -3 ) 250 m (%) 0 eclética química, 38, 61-75, 2013. 69 tabela 3. propriedades químicas do solo em estudo após o 1º corte das plantas (perfilhamento) e por ocasião do 2º corte das plantas (colheita). (1) mehlich-1, ataque ácido menos enégico. (2) método 3051 (usepa, 1998), análise ambiental de metais pesados. atributos perfilhamento valores t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 ph h2o (1:2,5) 7,2 7,4 7,7 7,7 8,3 7,9 4,6 7,6 p (mg dm-3) (1) 27,7 39,6 37,1 22,3 42,2 14,51 1,7 7,4 k (mg dm-3) (1) 243 250 262 259 293 237 27 246 ca2+ (cmolc dm-3) 1,9 1,7 1,7 1,8 1,5 1,9 0,1 1,9 mg2+ (cmolc dm-3) 1,0 1,3 1,5 1,4 2,1 0,7 0,1 0,7 al3+ (cmolc dm-3) 0 0 0 0 0 0 1,8 0 h + al (cmolc dm-3) 1,7 1,5 1,3 1,2 0,8 1,3 15,3 1,5 ctc efetiva (cmolc dm-3) 3,5 3,6 3,9 3,9 4,3 3,2 2,1 3,2 ctc a ph 7 (cmolc dm-3) 5,2 5,1 5,2 5,1 5,1 4,5 15,6 4,7 v (%) 67,4 70,8 74,9 76,3 84,5 71,2 1,7 68,3 m (%) 0 0 0 0 0 0 87 0 m.o. (g kg-1) 0,8 0,8 0,6 0,6 0,8 0,5 2,1 0,5 b (mg dm-3) 1,0 1,5 2,0 1,9 5,2 6,3 0,9 0,5 s (mg dm-3) 30,9 30,1 21,4 21,4 20,1 20,1 43,7 20,1 cu(1) (mg dm-3) 4,9 3,8 5,1 3,1 5,5 1,9 0,4 5,0 fe(1) (mg dm-3) 15,8 18,4 18,2 26,3 49,3 17,7 153,1 18,0 mn(1) (mg dm-3) 12,5 32,3 59,4 93,8 263,2 5,2 4,9 5,7 zn(1) (mg dm-3) 21,6 14,9 21,7 8,0 20,7 4,5 1,0 21,4 cu(2) (mg dm-3) 19 20 24 19 23 28 22 14 mn(2) (mg dm-3) 106 126 204 224 488 773 10 62 fe(2) (mg dm-3) 190,9 152,4 201,4 194,9 196,5 209,7 187,3 95,4 zn(2) (mg dm-3) 29 22 28 18 28 32 29 11 cd(2) (mg dm-3) <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 pb(2) (mg dm-3) 11 14 15 15 16 17 17 12 ni(2) (mg dm-3) 20 26 26 21 22 30 22 16 cr(2) (mg dm-3) 310 297 435 374 524 1101 361 261 ca(2) (mg dm-3) 261 299 322 371 731 1008 247 262 mg(2) (mg dm-3) 211 220 525 561 1298 1626 209 138 colheita t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 ph h2o (1:2,5) 5,7 5,6 5,7 6,1 6,3 7,2 7,4 6,6 p (mg dm-3) (1) 3,7 5,2 7,1 14,5 16,4 8,9 4,9 5,8 p-rem (mg l-1) 3,7 2,7 3,3 3,9 3,3 2,0 2,6 2,6 k (mg dm-3) (1) 599 593 574 772 618 387 281 612 ca2+ (cmolc dm-3) 2,4 2,1 2,3 3,1 2,0 2,1 1,9 2,4 mg2+ (cmolc dm-3) 1,2 1,5 1,8 2,8 2,2 1,8 0,8 0,8 al3+ (cmolc dm-3) 0 0 0 0 0 0 0 0 h + al (cmolc dm-3) 2,3 2,6 2,6 2,1 1,7 1,2 1,7 1,9 ctc efetiva (cmolc dm-3) t 5,1 5,1 5,6 7,9 5,8 4,9 3,4 4,8 ctc a ph 7 (cmolc dm-3) t 7,4 7,7 8,2 10,0 7,5 6,1 5,1 6,7 sb(cmolc dm-3) 5,1 5,1 5,6 7,9 5,8 4,9 3,4 4,8 v (%) 69 66,3 68,2 78,9 77,3 80,3 66,8 71,5 m (%) 0 0 0 0 0 0 0 0 m.o. (dag kg-1) 1,1 1,0 1,1 1,0 1,2 1,0 1,0 1,1 b (mg dm-3) 0,5 0,9 0,6 0,9 1,9 2,4 0,3 0,4 s (mg dm-3) 20,7 17,7 17,7 23,4 24,1 51,4 51,4 28,5 cu(1) (mg dm-3) 2,7 2,5 2,6 2,8 2,7 2,9 2,0 2,4 fe(1) (mg dm-3) 21,4 19,8 19,9 31,4 32,8 65,0 21,5 21,9 eclética química, 38, 61-75, 2013. 70 mn(1) (mg dm-3) 10,1 13,4 26,2 86,2 116,9 165,6 5,3 6,1 zn(1) (mg dm-3) 10,6 8,4 10,5 12,4 8,3 5,6 4,5 7,2 cd(2) (mg dm-3) 0,03 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,01 0,01 pb(2) (mg dm-3) 5,87 5,60 6,00 6,03 7,0 7,2 6,0 4,0 ni(2) (mg dm-3) 28,0 29,8 29,0 27,0 35,0 38,0 22,0 12,0 cr(2) (mg dm-3) 498 497 485 473 593 660 478 482 t1= 1 t ha-1; t2= 2 t ha-1;t3= 4 t ha-1; t4= 8 t ha-1; t5= 16 t ha-1e t6= 32 t ha-1; t7= controle sem adubo e sem resíduo; t8= completocom adubo e sem resíduo. tabela 4. teores e quantidade acumulada de nutrientes e elementos não essenciais na parte aérea de plantas de arroz submetidas a diferentes doses de resíduo de eletrodo e tratamentos comparativos (fase diagnóstica perfilhamento) teores perfilhamento tratamentos n p k ca mg s g kg -1 t1 25,51 1,27 14,00 2,97 3,27 2,44 t2 30,30 1,31 13,40 2,46 3,81 2,78 t3 30,03 1,22 16,20 2,49 3,50 2,43 t4 26,68 1,46 21,80 2,99 3,96 3,43 t5 t6 t7 12,05 1,80 18,60 1,97 2,02 1,85 t8 27,89 1,30 22,00 2,76 3,13 2,76 b cu fe mn zn cd cr pb mg kg -1 t1 22,32 8,46 89,82 114,89 40,48 0,74 2,08 13,31 t2 26,78 10,25 85,42 142,08 46,45 0,89 1,42 13,46 t3 30,39 9,53 129,19 145,49 46,66 0,91 1,52 14,98 t4 34,42 11,56 91,51 763,80 53,25 1,19 1,21 9,83 t5 t6 t7 15,00 5,27 96,07 45,22 26,51 1,31 0,60 11,80 t8 19,42 9,15 60,13 55,27 31,14 1,38 1,05 13,92 quantidade acumulada perfilhamento n p k ca mg s mg vaso -1 t1 128,57 6,39 70,56 14,95 16,48 12,30 t2 104,52 4,50 46,23 8,48 13,15 9,60 t3 87,28 3,54 47,09 7,25 10,17 7,06 t4 38,42 2,11 31,39 4,31 5,70 4,94 t5 t6 t7 7,83 1,17 12,09 1,28 1,31 1,20 t8 128,65 6,02 101,49 12,72 14,43 12,73 b cu fe mn zn cd cr pb µg vaso -1 t1 112,50 42,62 452,67 579,03 204,01 3,72 10,50 67,09 eclética química, 38, 61-75, 2013. 71 t2 92,38 35,35 294,69 490,18 160,26 3,07 4,91 46,45 t3 88,33 27,70 375,52 422,88 135,62 2,65 4,43 43,53 t4 49,57 16,65 131,78 1099,88 76,68 1,72 1,74 14,16 t5 t6 t7 9,75 3,43 62,44 29,39 17,23 0,85 0,39 7,67 t8 89,59 42,22 277,42 254,99 143,66 6,37 4,84 64,20 t1= 1 t ha-1; t2= 2 t ha-1;t3= 4 t ha-1; t4= 8 t ha-1; t5= 16 t ha-1e t6= 32 t ha-1; t7= controle sem adubo e sem resíduo; t8= completocom adubo e sem resíduo. tabela 5. teores de nutrientes e elementos não essenciais na parte aérea (pa) e na panícula (pn) de plantas de arroz submetidas a diferentes doses de resíduo de eletrodo e tratamentos comparativos (fase colheita). teores colheita tratamentos n p k ca mg s g kg -1 t1 pa 20,00 0,83 14,60 3,00 2,00 1,57 t2 pa 22,00 0,81 18,00 2,58 2,50 1,53 t3 pa 18,00 0,78 15,80 3,00 3,00 1,59 t4 pa 14,00 0,58 15,80 3,10 3,00 1,66 t5 pa 12,00 0,39 9,40 2,78 2,00 1,05 t6 pa t7 pa 25,00 2,36 16,00 2,00 1,50 3,15 t8 pa 30,00 1,14 16,20 4,00 3,50 1,89 t1 pn 25,00 2,01 5,80 2,50 3,00 1,29 t2 pn 24,00 1,77 4,60 2,10 3,50 1,11 t3 pn 20,00 1,63 5,00 2,80 3,00 1,19 t4 pn 19,00 1,48 5,60 2,40 3,00 1,03 t5 pn 19,00 2,06 4,20 1,50 2,00 0,89 t6 pn t7 pn 19,00 2,24 3,40 1,50 2,00 0,72 t8 pn 39,00 2,62 5,20 3,50 4,50 1,29 b cu fe mn zn cd cr pb mg kg -1 t1 pa 25,00 10,01 65,34 490,45 44,21 1,49 2,33 16,43 t2 pa 27,00 10,60 92,10 560,68 42,83 2,12 2,41 17,24 t3 pa 34,00 8,64 85,71 550,99 33,74 1,96 2,33 18,57 t4 pa 34,00 9,00 92,89 458,06 34,56 2,16 2,28 21,12 t5 pa 27,00 6,20 75,39 284,87 31,11 2,14 6,18 17,04 t6 pa t7 pa 20,00 5,59 104,66 60,80 30,73 2,60 6,38 17,75 t8 pa 40,00 10,04 80,33 144,20 41,32 2,89 6,22 20,92 t1 pn 30,00 6,31 38,53 168,06 44,15 2,87 5,77 15,30 t2 pn 31,00 6,15 35,91 139,99 38,95 2,89 5,77 17,04 t3 pn 29,00 5,52 35,66 144,39 37,76 2,98 5,74 15,61 t4 pn 31,00 6,22 35,50 122,09 39,26 3,28 6,11 18,47 eclética química, 38, 61-75, 2013. 72 t5 pn 30,00 6,33 39,81 118,65 46,81 4,07 6,05 24,18 t6 pn t7 pn 25,00 3,03 37,41 22,07 22,59 4,16 6,10 23,98 t8 pn 48,00 6,15 43,91 78,55 37,22 3,86 6,13 21,83 quantidade acumulada colheita n p k ca mg s mg vaso -1 t1 pa 325,73 13,60 238,06 48,86 32,57 25,53 t2 pa 263,78 9,80 215,84 30,93 29,98 18,27 t3 pa 186,90 8,07 163,86 31,15 31,15 16,14 t4 pa 95,29 4,30 106,83 21,10 20,42 11,27 t5 pa 24,92 1,22 34,02 5,77 4,15 4,06 t6 pa t7 pa 35,67 3,38 23,25 2,85 2,14 4,41 t8 pa 546,20 20,93 297,25 72,83 63,72 34,33 t1 pn 223,42 17,99 51,08 22,34 26,81 11,48 t2 pn 205,52 15,31 39,43 17,98 29,97 9,61 t3 pn 155,27 12,70 38,44 21,74 23,29 9,27 t4 pn 69,16 5,38 19,62 8,74 10,92 3,68 t5 pn 16,09 1,74 3,56 1,27 1,69 0,75 t6 pn t7 pn 16,91 2,07 3,13 1,34 1,78 0,66 t8 pn 451,10 30,32 59,97 40,48 52,05 14,90 b cu fe mn zn cd cr pb µg vaso -1 t1 pa 407,17 163,48 1079,94 7957,89 714,84 24,29 37,91 268,70 t2 pa 323,73 126,52 1085,54 6524,66 518,26 25,59 28,64 212,11 t3 pa 353,03 90,50 893,11 5781,36 356,35 20,49 24,19 192,66 t4 pa 231,4267 62,44 648,26 3326,89 250,35 14,60 15,76 139,74 t5 pa 56,07 23,00 218,90 922,66 110,23 3,87 13,12 38,34 t6 pa t7 pa 28,53 7,85 147,10 83,18 43,60 3,69 9,16 25,02 t8 pa 728,27 182,62 1457,00 2619,47 741,06 52,72 113,17 380,72 t1 pn 268,1 56,69 343,71 1515,09 391,71 25,62 51,71 136,53 t2 pn 265,46 52,95 308,48 1192,94 336,49 24,70 49,38 144,35 t3 pn 225,14 43,18 276,50 1129,81 297,81 23,09 44,61 119,77 t4 pn 112,84 22,95 129,10 457,02 143,90 11,79 22,28 66,86 t5 pn 25,4 5,36 33,71 100,46 39,64 3,44 5,12 20,47 t6 pn t7 pn 22,25 2,72 33,52 19,27 20,69 3,76 5,44 21,12 t8 pn 555,2 70,87 506,73 908,06 431,41 44,37 70,98 253,25 t1= 1 t ha-1; t2= 2 t ha-1;t3= 4 t ha-1; t4= 8 t ha-1; t5= 16 t ha-1e t6= 32 t ha-1; t7= controle, sem adubo e sem resíduo; t8= completo, com adubo e sem resíduo. conclusões a aplicação de resíduo de eletrodo proporcionou uma produção de grãos pelos tratamentos 1, 2 e 4 t ha -1 , porém inferiores ao tratamento com adubação convencional. as doses maiores desse resíduo afetaram severamente a produção de matéria seca e de grãos, bem como nos teores e acúmulos de nutrientes. eclética química, 38, 61-75, 2013. 74 em longo prazo, atenção especial deve ser dada ao resíduo de eletrodo quando adicionado em altas quantidades ao solo. testes dessa natureza são de grande importância para direcionar o melhor caminho de um resíduo. muitas vezes o solo tem sido utilizado como meio para descarte ou disposição de materiais considerados poluentes. essa prática pode ser viável em solos que apresentam características apropriadas. dentre estas, destaca-se a presença de matéria orgânica e de óxidos de ferro, alumínio e manganês, pois estes são capazes de complexar e de reter diversos metais e moléculas orgânicas, impedindo a sua percolação no perfil do solo. a reciclagem destes resíduos se faz necessária. contudo, torna-se indispensável verificar o comportamento de possíveis elementostraço oriundos de tais resíduos e a possibilidade de uso dos mesmos na agropecuária, considerando a legislação vigente e os critérios técnicos que norteiam o uso desses materiais na adubação das lavouras. referências bibliográficas [1] m. mazzanti, r. zoboli, r. resour. conserv. recy. 52 (2008) 1221. 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niobium(v) complexes with biheterocyclic ligand [13]. six-coordination octahedral structures for some transition metal ions complexes of biheterocyclic ligands were determined by magnetic susceptibility measurements, and infrared and electronic spectral data [14]. in 1999, the synthesis of the biheterocyclic compounds of interest, bis(4-amino-5mercapto-1,2,4-triazol-3-yl) alkanes, (bats) were first reported [7] by p. f. xu et al . the characteristic structure of the bats (i.e. bat1, bat2, 29ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 biheterocyclic ligands: synthesis, characterization and coordinating properties of bis(4-amino-5-mercapto-1,2,4triazol-3-yl) alkanes with transition metal ions and their thermokinetic and biological studies h. m. al-maydama*, t. e. y. al-ansi, y. m. jamil and a. h. ali chemistry deparment, faculty of science, sana’a university p.o. box 12286 sana’a republic of yemen *hmaydama@yahoo.com abstract: the co(ii), ni(ii) and cu(ii) metal ions complexes of bis(4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazol-3-yl) alkanes (bats) have been prepared and characterized by elemental analysis, conductivity measurements infrared, magnetic susceptibility, the electronic spectral data and thermal studies. based on spectral and magnetic results, the ligands are tetradentate coordinating through the n and s-atoms of bats; six-coordinated octahedral or distorted octahedral and some times four-coordinated square planar were proposed for these complexes. activation energies computed for the thermal decomposition steps were compared. the ligands and their metal complexes were tested in vitro for their biological effects. their activities against two gram-positive, two gram-negative bacteria and two fungal species were found to vary from moderate to very strong. keywords: biheterocyclic ligands; co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes; synthesis; characterization; thermal degradation; kinetic parameters; biological activities. eq05-af 21/8/14 6:02 page 29 bat3 and bat4) is apparent in the existence of the sulfur of thione and nitrogen of amino groups on both sides of a molecule. this makes the compounds (bats) electron-rich ligands. however, literature survey has revealed that no attempt has been made to study the complexes of some transition metal ions with the above mentioned ligand compounds. it is a thought of interest to study the synthesis and characterization of the co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes of bats ligands. the processes of thermal degradation of these metal complexes have been investigated by thermoanalytical (tg, dtg) and coats-redfern integral method [15] has been used to determine the associated kinetic parameters for the successive steps in the decomposition sequence. some literatures [16-18] indicated that in some transition metal complexes with heterocyclic or biheterocyclic are biologically more active than the free ligands. therefore, the biological activities of the ligands bats and their metal complexes of the co(ii), ni(ii) and cu(ii) are tested against four strains of bacteria (i.e. two gram-positive and two gram-negative bacteria) and against two fungal species. the effect of the methylene group number between two heterocyclic rings on the biological activity [19] is considered. experimental materials all chemicals, solvents, indicators, metal(ii) chlorides, and starting materials required and used as appropriate, were commercially available from bdh and aldrich chemical co. synthesis of the ligands the ligands 1,1 bis(4-amino-5-mercapto1,2,4-triazol-3-yl)methane (bat1), 1,2 bis(4amino-5-mercapto-1,2,4-triazol-3-yl)ethane (bat2), 1,3 bis(4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazol-3-yl)propane (bat3) and 1,4 bis(4-amino-5mercapto-1,2,4-triazol-3-yl)butane (bat4) were prepared and purified according to the procedures reported in the literature [7]. all the prepared ligands collected after recrystallization show single spots on their thin layer chromatography with satisfactory rf values. these ligands are stable in atmospheric conditions, insoluble in water, completely soluble in dimethylformamide (dmf) and dimethylsulphoxide (dmso) and partially soluble in ethanol, acetone and carbon tetrachloride. the elemental data and physical properties of these ligands are given in table (1). the chemical structures of the ligands of interest under investigation are: when n = 1: 1,1 bis(4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazol3-yl)methane (bat1) n = 2: 1,2 bis(4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazol3-yl)ethane (bat2) n = 3: 1,3 bis(4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazol3-yl)propane (bat3) n = 4: 1,4 bis(4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazol3-yl)butane (bat4) preparation of the complexes for metal ion of co(ii), ni(ii) and cu(ii), complexes with the various ligands of interest (bat1, bat2, bat3 and bat4) were synthesized and collected pure after recrystallization. in general, 0.01 mol of each ligand (bat1=2.44 g, bat2=2.58 g, bat3=2.72 g and bat4=2.86 g) was dissolved warm in 100 ml ethanol by warming up the solution. as 1: 2 mole ratio was adopted, a 0.02 mol metal chloride (cocl2.6h2o=4.758 g, nicl2.6h2o=4.754 g and cucl2.2h2o= 3.4108 g) in 50 ml ethanol was added dropwise to the 0.01 mol ligand solution. the solution mixture was refluxed (3-4 hours) until precipitation occurred. the precipitates obtained were filtered off and recrystallized from ethanol and their yield percent are given in table 1. chemical and physical measurements stuart scientific electrothermal melting point apparatus was used in measuring the melting point of the ligands and their complexes. metal content was estimated using perkin-elmer 2380 atomic absorption spectrophotometer, and chloride was determined gravimetrically using standard method [20]. carbon, hydrogen, nitro30 ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 eq05-af 21/8/14 6:02 page 30 gen and sulfur analysis were determined microanalytically using a vario el fab. chns nr.11042023 instrument. thin layer chromatography (tlc) was carried out on silica gel gf254 plates (mn-kieselgel g., 0.2 mm thickness) with a 3:1 v/v ethylacetate / petroleum ether solution as eluent. the plates were scanned under ultraviolet light 254 nm lamp [21]. the molar conductance of 10-3 m solutions of the ligands and their metal complexes in dmf solvent were measured on a hach conductivity meter model sens ion 5. all the measurements were taken at room temperature on freshly prepared solutions. the electronic spectra of the ligands and their complexes were recorded in nujol mulls in the range 200-1100 nm on a perkin elmer lambda 35 uv/vis spectrometer. ir spectra of these compounds were recorded on shimadzu dr-8001 infrared spectrophotometer in kbr pellets. magnetic susceptibility measurements of the solid complexes were carried out at room temperature using a johnson metthey and sherwood magnetic susceptibility balance, and the data collected were processed in accordance with an earlier report [22]. diamagnetic corrections were carried out using standard pascal’s constants. thermogravimetric analysis (tga) experiment was conducted using tga-50h thermal analyzers. all experiments were performed using a single use top loading platinum sample pan under nitrogen atmosphere at a flow rate of 30 ml/min and a 10°c/min heating rate in the temperature range 25-800°c. the data were extracted from the tg curves for each decomposition step with the assistance of the dtg curves and hence kinetic parameters of decomposition were evaluated using the coats-redfern method [15], as appropriate. 31ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 table 1. analytical and physical data of the bats ligands and their co(ii), ni(ii) and cu (ii) complexes. eq05-af 21/8/14 6:02 page 31 biological screening the ligands and their metal complexes were tested for their antimicrobial activity against four species of bacteria (staphylococcus aureus, streptococcus pyogenes, haemophilus influenzae, pseudomonas aeruginosa), and two fungal species (aspergillus flavus and candida albicans) using filter paper disc method [23].the diameters of inhibition zones (mm) were measured at the end of an incubation period of 24 hours at 37 °c for bacteria, and 4 days at 28 °c for fungi. discs saturated with dmso are used as solvent control. ampicillin 25 µg/ml was used as a reference substance for bacteria and 30 µg/ml mycostatin for fungi [6, 21]. results and discussion table 1 compares the elemental analysis, molar conductance and some other physical properties of the bats ligands and their metals complexes under investigation. the prepared metals complexes show single spots on their thin layer chromatography with satisfactory rf values (table 1), indicating their purity [24]. all the complexes are colored, quite stable in atmospheric conditions and insoluble in water and ethanol, but most of them are partially soluble in acetone, chloroform, carbon tetrachloride, dmf and dmso. most of the complexes have high melting points (>350°c) and do not melt but decompose at higher temperature. however, few of them melt and their melting points appear at the 242-320°c range. the proposed empirical formulae of the complexes are in good agreement with the stoichiometry of 2:1, metal : ligand concluded from their analytical data (table 1) and the thermogravimetric analysis results (tables 4 and 5). the molar conductance values (table 1) of 10-3m solutions in dmf solvent are in the range of 3.7-10.9 ms cm2mol-1, indicating a non-electrolytic behavior of these metal complexes and clearly suggest the coordination of the anions with the metal ions [25]. the ligands and their metal ions complexes are characterized by elemental analysis, molar conductance, ir spectra, electronic spectra, magnetic susceptibility and with assistance of thermal analysis (tables 1-5). infrared spectra studies table 2 shows the significant ir absorp32 ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 table 2. significant ir spectral bands (cm-1) of the bats and their metal complexes eq05-af 21/8/14 6:02 page 32 tion bands of the bats ligands and their twelve complexes. the ir spectra of bat1, bat2, bat3 and bat4 accord with the literature [7]. a broad ir band in the range 3142-3474 cm-1 in the complexes is attributed to the overlapping vibration of νnh(nh2) with that of νoh(h2o) of coordinated water [26]. coordinated water shows metal-oxygen ν(m-o) stretching vibration in the 426-480 cm-1 [27]. the appearance of the four thioamide bands (i-iv) at 1570 1581, 1302 1327, 920 982 and 745 781 cm-1 [27], refutes the presence of the bands in the 2400-2600 cm-1 regions and at 606 cm-1 due to ν(sh) and ν(c-s), respectively [28] confirming that the ligands of bats exist mainly in the thione form [5].these four thioamide bands of the ligands are compared with those of their complexes in table 2, indicating the shift due to complexation. the bands at 12401253 cm-1 in the spectra of the ligands assigned to ν(c=s) is lowered by 8-88 cm-1 in the spectra of the complexes, indicating involvement of thione groups sulfur in the coordination. this leads to new bands in the region 350-385 cm-1 tentatively assigned to m-s vibration [27]. the shift to lower frequency of the amino group by 20-124 cm-1 may suggest the participation of the nitrogen atom in the complexation. the bands at 1027-1044 cm-1 due to ν(n-n) in the free ligands are shifted to lower frequencies by 27-120 cm-1 in the complexes formation spectra [29], confirming the coordination through the nitrogen atoms . in addition, the shift in ν(c=n), for c=n being adjacent to n-n in the molecular structure, is to lower frequency by 4-108 cm-1 [13]. coordination through the amino groups nitrogen is consistent with new bands in the 400406 cm-1, assignable to the ν(m-n) vibration [23, 27, 30]. the new band at the low frequency 325359 cm-1 is assigned to ν(m-cl). the above findings indicate the tetradentate (n and s donor atoms) nature of ligands, enhancing the coordination of two metal ions with one ligand molecule. electronic and magnetic studies table 3 compares the magnetic moments, electronic spectral data and ligand field parameters of the co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes with the ligands of bats. the electronic spectrum of the ligands bat2 and bat3 exhibit their two absorption maxima in the ranges 42194 33333 cm-1 and 42373-33112 cm-1, assignable to π→π* (k-band) and n→π* (r-band) transitions [27], respectively, (table 3). from the electronic spectra and magnetic moment data the structures and geometries of these co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes are identified and interpreted, as illustrated in structures i and ii and given in table (3). the electronic spectrum of the co(ii) complexes, 33ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 table 3. magnetic moment, electronic spectral data in nujol mull and ligand field parameters for the bats and their complexes. eq05-af 21/8/14 6:03 page 33 [co2(bat3)(h2o)4cl4]·1/4h2o·1/3c2h5oh is indicated by the absorption bands at 19231 cm-1 and 14837 cm-1 due to the 4t1g→ 4t1g(p) (ν3) and 4t1g→ 4a2g (ν2) transitions [31], respectively, suggesting octahedral geometry (structure i). due to instrumental limitation, the values of ν2 and ν3 obtained from the electronic spectra are used to calculate the third transition, 4t1g→4t2g(f) (ν1) band by the equations used for the d7 system [32] and found to be 6948 cm-1. from these transition bands the ligands field parameters (table 3) calculated for the co(ii) complex of bat3 ligand are b = 889 cm-1, β = 0.92, 10dq = 7889 cm-1 and ν2/ν1 = 2.14 , respectively. reduction of the b value of the free ion from 971 cm-1 to 889 cm-1 (i.e. β from 1 to 0.92) on the complexation indicates the covalent character of metal-to-ligand bonds [33]. the lower is the value the greater is the covalency. the co(ii) complexes, [co2(bat3) (h2o)4cl4]·1/4h2o·1/3c2h5oh] and co2(bat4) (h2o)4cl4]·c2h5oh have magnetic moments of 4.27 and 4.82 b.m., respectively, which lie in the range reported [34] for an octahedral geometry around the co(ii) ion (structure i). however, the subnormal magnetic moments of the co(ii) chelates reflect a behavior of the binuclear complexes [30]. the 4.27 b.m. value is lower than that previously reported [35]. however, magnetic moments lower than 4.80 b.m for the octahedral co(ii) complexes has been observed [36]. the anomalous magnetic moment suggests a lowsymmetry around the cobalt (ii) ion [37]. moreover, the gray and brown colors of the complexes are in good agreement with those reported for octahedral co(ii) complexes [33]. the observed charge transfer band recorded for the complex of bat3 at 25,000 cm-1 is mainly due to s→co [27, 32]. this charge transfer transitions probably from the π-orbitals of the donor atoms to the metal ion. the uv bands, π→ π* and n→π*, of the ligand most likely moves to lower energy on complexation [29]. the other co(ii) complexes, [co2(bat1) cl4]·h2o·1/3c2h5oh and [co2(bat2)cl4]·3/4h2o·1/2c2h5oh have a magnetic moments (2.67 and 2.10 b.m, respectively) which fall in the region reported for one unpaired electron existing in both square-planer and low spin octahedral geometries [27]. the absence of octahedral characteristic bands spectra excludes the low spin octahedral configuration, whereas the existence of a broad band at 20,000 cm-1 in the [co2(bat2)cl4]·3/4h2o·1/2c2h5oh electronic spectrum may suggest a square-planer geometry (structure ii). also, the existence of the three bands at 12,255, 14,881 and 16,779 cm-1 confirms the proposed geometry [27, 32]. these observations together with the magnetic moment value (2.10 b.m.) support the presence of a square planar environment around the cobalt (ii) ion [32]. structure i structure ii nickel(ii) complexes the complexes [ni2(bat2)(h2o)4cl4] ·3/4h2o·c2h5oh], [ni2(bat3)(h2o)4cl4]·h2o· 1/5c2h5oh and [ni2(bat4)(h2o)4cl4]·1/2h2o· 1/2c2h5oh] have magnetic moments of 3.08, 2.86 and 3.00 b.m., respectively. they lie in the range 34 ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 eq05-af 21/8/14 6:03 page 34 reported [34] for an octahedral geometry around the ni(ii) ion with a 3a2g ground term (structure i). the nickel (ii) complexes, [ni2(bat2) (h2o)4cl4]·3/4h2o·c2h5oh and [ni2(bat3) (h2o)4cl4]·h2o·1/5c2h5oh, electronic spectra indicate two absorption bands in the regions 22831-25000 and 14577-18797 cm-1 for ν3 and ν2 transitions [ 3a2g→ 3t1g(p) (ν3) and 3a2g→ 3t1g(f) (ν2)] and the third ν1 transition [3a2g→ 3t2g (ν1)] band is estimated (8767-9901cm-1) using equations for the d8 system [32]. these transitions suggest an octahedral geometry (structure i) for ni (ii) complex [31]. the ligand field parameters: (b =795-885 cm-1 , β = 0.76-0.85, 10dq = 8767-9901 cm-1 and ν2/ν1 = 1.66-1.89) worked out for this complex (table 3) lie in the same range as reported for an octahedral structure around ni(ii) ions [32]. reduction of the b value of the free ion from 1041 cm-1 to 795-885 cm-1 due to complex formation indicates the covalent character of metalto-ligand bonds [33]. the green color of this complex is an additional evidence for an octahedral structure [27]. the [ni2(bat1)cl4]·h2o complex is diamagnetic, which factually supports (structure ii) square-planar geometry [30]. the commonly square-planar ni(ii) complexes are orange or red but a few have purple or green colors [32]. copper(ii) complexes the complexes [cu2(bat3) (h2o)4cl4]· 3/2h2o·1/4c2h5oh and [cu2(bat4)(h2o)4cl4]· 1/4h2o possess magnetic moments (1.45 and 1.58 b.m., respectively) found to be within the range reported for the d9-system containing one unpaired electron [38], and assignable to a distorted octahedral geometry (structure i). the dark brown color of these complexes supports the proposed geometry [38]. the electronic spectrum of [cu2(bat3) (h2o)4cl4]·3/2h2o·1/4c2h5oh, show weak shoulders at 18,797 cm-1 and 13,736 cm-1. these bands are due to 2b1g→ 2eg and 2b1g→ 2a1g transitions in a distorted octahedral geometry [30, 32]. the broadness of the observed band may be due to jahn-teller effect [39], which enhances the distortion of the octahedral geometry. the magnetic moments of the [cu2(bat1) cl4]·3/2h2o and [cu2(4bat2)cl4.]·5/2 h2o complexes are 1.85 and 1.41 b.m., respectively. these values lie in the range reported [39] for a squareplanar geometry (structure ii). the lower value of µeff (1.45, 1.58 and 1.41 b.m.) than that calculated (1.73b.m.) for one unpaired electron is normal and expected if binuclear complexes are considered [30]. thus, in general a decrease in the magnetic moment below the spin-only value (1.73b.m.) may be attributed to molecular association taking place to form bi-or poly nuclear molecules [40]. little changes in the ligands bands (π→π* and n→π*) energies are detected on complexation [29]. it is proved that the bands observed at 20661 and 21736 cm-1 are assigned to s→cu(ii) transition [27], and that at 28421 and 28409 cm-1 may be assigned to d→π* [41]. thermal analysis tables 4 and 5 compare the characteristic thermal and kinetic parameters determined for each step in the decomposition sequence of the complexes. it can be seen clearly (tables 4 and 5) that the mass losses (∆m%) obtained from the tg curves and that calculated for the corresponding molecule or molecules are in good agreement as is the case for all of these complexes. however, as the compositions of the final decomposition products (i.e. final residues) are not proved, illdefined final states are considered for the thermal decomposition of these six complexes. the integral method used is the coats-redfern equation [15] for reaction order n ≠1, which when linearised for a correctly chosen n yields the activation energy from the slope; where: α = fraction of weight loss, t = temperature (k), n = order of reaction, z = pre-exponential factor, r = molar gas constant, ea = activation energy and q = heating rate. the tga (tg and dtg) curves recorded for the bat2 and bat3 ligands are given in figure 1.the bat2 and bat3 ligands exhibit almost similar thermal decomposition process and the resulting mass loss (∆m %), order reaction (n), activation energy (ea), initial (ti), final 35ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 eq05-af 21/8/14 6:03 page 35 (tf) and maximum rate (tdtg) temperatures of mass loss are given in tables 4 and 5. the ligands bat2 and bat3 start losing 43% and 49% of their masses in two rapid and consecutive steps in the 130-414°c range, followed by slow and continuous bleeding of 41.5% and 29.8% mass losses in the 262-800°c range with 15.5% and 21.2% residual mass at the end of the reaction (800°c), respectively. in the two apparent consecutivesteps, the strongly sharp peaks (tdtg) at 249°c and 324°c due to the rapid and consecutive 19% and 24% mass losses with activation energies 234 kj mol-1 and 201 kj mol-1 observed for the bat2 ligand are more or less comparable with that at 230°c and 295°c with 19% and 30% mass losses and activation energies of 186 kj mol-1 and 184 kj mol-1 observed for bat3 ligand. the tg/dtg curves of the metal-complexes in figures 2 and 3 reveal that with overlapping steps being various, three, four or five steps in the sequential decomposition of bat2 and bat3 metal-complexes are observed. the 36 ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 table 4. characteristic parameters of thermal decomposition (10°c min-1) for co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes of bat2. eq05-af 21/8/14 6:03 page 36 first decomposition steps of both ligands complexes between 23-275°c with mass losses ranging from 5.60 to 15.70% correspond to the coevolution of solvent with various number of adsorbed or/and coordinated water molecules (cal. 5.70-15.80%), and as a result broad peaks either due to peaks overlapping or a gradual extending end (tf) is observed. the corresponding activation energy values of these steps range between 53 to 94 kj mol-1. the second-step of decomposition in the 112-400°c range indicates the mass losses between 5.57 and 27.70% may be due to either the release of various ratio of coordinated water molecules 37ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 table 5. characteristic parameters of thermal decomposition (10°c min-1) for co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes of bat3. eq05-af 21/8/14 6:03 page 37 together with chloride atoms or various number of chloride atoms (cal. 5.62-27.38%). these secondsteps show overlapping steps of either a very rapid or a gradual mass loss with activation energy falls in the 53-198 kj mol-1 range. the third-step of these complexes occurs at the 315-608°c range with a gradual mass loss ranging from 10.60 to 35.30%. this corresponds to either the release of two chloride atoms, one chloride atom along with various percent of backbone components or various percent of backbone components (cal. 10.70 to 35.29%) with activation energies between 109-282 kj mol-1. the third-step (400-608°c) is an end of reaction step for the decomposition of ni-bat2 complex leaving a 27.90% mass loss that is in consistent with the final product (cal. 28.04%) of an ill-defined final state. the fourth-step at the 414-648°c range is assigned to the removal of one chloride atom along with 15.5% of the backbone components (found 12.60%, cal. 12.50%), one chloride atom along with 16.2% of the backbone components (found 12.63%, cal. 12.61%) and 23% of the backbone components (found 10.80%, cal. 10.70%) in the decomposition process of co-bat3, ni-bat3 and co-bat2 complexes with activation energy of 233, 314 and 237 kj mol-1, respectively. 38 ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 figure 1. the tg and dtg thermograms of the bat2 and bat3 ligands in nitrogen at the heating of 10°c min-1. in the contrary, this fourth-step in the 499800°c range is the end of decomposition of cubat2 and cu-bat3 complexes for eliminating the remaining 52% (found 23.40%, cal. 23.50%) and 58% (found 24.20%, cal. 24.22%) of the backbone components with the deposition of illdefined final residues 32.70% (cal. 32.10%) and 28.80% (cal. 28.70%) at the end of the reactions, respectively. their activation energies found to figure 2. the tg and dtg thermograms of the co, ni and cu complexes with bat2 ligand in nitrogen at the heating of 10°c min-1. eq05-af 21/8/14 6:03 page 38 be 98 and 242 kj mol-1, respectively. it is found that the release of the coordinated water molecules and chloride atoms fairly accord with literature [42, 43]. however, in the fifth-step of the 526800°c range, the co-bat2, co-bat3 and nibat3 decompose completely by losing the remaining 28% (found 13.0%, cal 13.0%), 67.5% 39ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 figure 3. the tg and dtg thermograms of the co, ni and cu complexes with bat3 ligand in nitrogen at the heating of 10°c min-1. (found 29.40%, cal 29.50%) and 59% (found 25.60%, cal 25.50%) of their backbone components with the deposition of ill-defined final products 33.20% (cal. 33.40%), 26.30% (cal. 26.10%) and 29.30% (cal. 29.17%), and the associated activation energies are 316, 141 and 170 kj mol-1, respectively. it can be concluded that the thermal decomposition of these six complexes is of a variety of degrees of similarity (table 4 and 5). for instant, the first, second and third steps in the sequential decomposition of the square-planar complexes of co-bat2 and cu-bat2 are of very close thermal and kinetic parameters. this is, maybe, due to similar nature of decomposition process, i.e. similar mechanism and kinetics of the decomposition reaction that took place in the first three steps of the co-bat2 and cu-bat2 complexes. acceptable similarities in the thermal and kinetic parameters are observed for the five steps in the decomposition sequence of the cobat3 and ni-bat3 octahedral complexes. however, this is inconsistent with the thermal decomposition of the octahedral complexes of ni-bat2 and cu-bat3 with their three and four steps in the decomposition process. biological activity the ligands bat1, bat2, bat3 and bat4 under investigation and their co(ii) ni(ii) and cu(ii) complexes were screened in vitro for their antibacterial activity against four strains of bacteria, i.e. two gram-positive bacteria (staphylococcus aureus, streptococcus pyogenes) and two gram-negative bacteria (haemophilus influenzae, pseudomonas aeruginosa), and two fungal species (aspergillus flavus and candida albicans). discs saturated with dmso solvent, which show no zone of inhibition (-) were used as control and the results of the antibacterial and antifungal activities were summarized in table 6. the ligands bat1, bat2, bat3 and bat4 and their co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes are found to possess various antibacterial and antifungal activities towards the strains of the bacteria and the fungal species used. however, no inhibition zone is observed for the ligands bat3 and bat4 against the gram-posieq05-af 21/8/14 6:03 page 39 40 ecl. quím., são paulo, 33(3): 29-42, 2008 table 6. effect of the ligands and their co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes on the growth of bacteria and fungi (zone of inhibition in mm). eq05-af 21/8/14 6:03 page 40 tive bacteria and only for the complex cu-bat3 against streptococcus pyogene. the highest activity observed is for the bat2 against staphylococcus aureus and for the co(ii) and ni(ii) complexes of bat2 towards streptococcus pyogene. apart from the above-mentioned ligands and complexes, the remaining ligands and metal complexes exhibit moderate to high antibacterial activity. apart from the ligands and metal complexes that possess a high activity against aspergillus flavus and candida albicans, all the rest of the ligands and the complexes exhibit moderate antifungal activities against the fungi tested. it has been reported [16-18] that complexes of some heterocyclic ligands with transition metals increase their biological activities. this can be seen relatively more in the higher activity of the metals complexes towards staphylococcus aureus than the free ligands, but slightly less against streptococcus pyogene. in contrast, increasing the number of methylene groups between two heterocyclic rings may decrease the antibacterial activity of these compounds [19]. close examination of the antibacterial activity of the ligands and their metal complexes reveals that the ligand bat4 with the highest methylene groups and its metal complexes possess the lowest antibacterial activity against gram-positive bacteria than the others. conclusion based on the analytical data and the tga results, the formulae and the stoichiometry of the prepared bats ligands and their co( ii) , ni(ii) and cu(ii) metal complexes are suggested. the ir spectral studies indicate neutral tetradentate behavior of the ligands coordinating through the amine group nitrogen and thione form sulphur. the molar conductance values show the nonelectrolytic nature of the complexes. the spectral and magnetic results reveal an octahedral geometry (structure i) for some of the complexes and a square-planer (structure ii) for the others. generally, the metal-complexes of a particular ligand with various metals exhibit various thermal decomposition behavior, and the kinetic parameters for the successive steps in the decomposition sequence are determined. the inconsistent biological activities observed again the four strains of bacteria and the two fungal species reflect various degrees effect nature of these metal-complexes. received may 15 2008 accepted august 26 2008 references [1] d.-k. kim, j. kim, and h.-j. park, bioorganic & medicinal chemistry letters. 14(10) (2004) 2401. 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e/ou energia para o oxigênio, no estado fundamental, gerando espécies reativas de oxigênio como o radical superóxido e oxigênio singlete. o primeiro é gerado no mecanismo tipo i, pela transferência de elétrons, e o segundo no mecanismo tipo ii, pela transferência de energia. estas espécies reativas geram um estresse oxidativo, no tecido tumoral, levando as células cancerígenas à morte. neste trabalho, foram avaliadas as propriedades fotossensibilizadoras de três porfirinas e constatou-se que as mesmas são capazes de destruir células, na presença de luz e oxigênio. este evento foi mais pronunciado, na presença de água deuterada, e inibido por supressores de oxigênio singlete, indicando predominância do mecanismo tipo ii. palavras-chave: terapia fotodinâmica, porfirinas, espécies reativas de oxigênio. introdução a terapia fotodinâmica (tfd) é um tratamento clínico que requer oxigênio molecular, uma substância fotossensibilizadora (fts) e luz visível, para tratar diversos tipos de tumores. nesta técnica, o paciente recebe uma certa dosagem do fts que, depois de um certo tempo, se acumula preferencialmente no tecido tumoral. em seguida irradia-se, este tecido, com luz visível, para excitar o fts. o fts, no estado singlete excitado, pode decair para o estado fundamental ou passar ao estado triplete excitado. neste último, o fts pode transferir energia e/ou elétrons para o oxigênio, no estado fundamental (3o2), e gerar espécies reativas de oxigênio (eros). estas eros induzem uma seqüência de eventos oxidativos que resultam na morte das células cancerígenas por apoptose e/ou necrose [1]. a geração de eros pode ocorrer através de dois mecanismos conhecidos como tipo i e tipo ii. no mecanismo tipo i, o fts transfere elétrons para o 3o2 gerando o radical superóxido (o2 · -) [2]. o o2 ·, por sua vez, pode reagir com o peróxido de hidrogênio (h2o2), presente no meio celular, e gerar o radical hidroxila (ho·), um potente agente oxidante [3]. no mecanismo tipo ii, o fts transfere energia para o 3o2 e gera uma espécie extremamente reativa, conhecida como oxigênio singlete (1o2) (fig.1) [2]. 8 ecl. quím., são paulo, 30(1): 7-13, 2005 figura 1. esquema de excitação do fts com luz visível. o fts excitado transfere elétrons para o 3o2 gerando o2 · (mecanismo tipo i) e/ou transfere energia, também para 3o2, gerando 1o2 (mecanismo tipo ii). atualmente o agente anticancerígeno fototerapêutico mais empregado para uso clínico é o photofrinò, cujo princípio ativo é uma mistura complexa de hematoporfirinas que, quando irradiadas, geram eros que destroem o tecido tumoral. este medicamento é utilizado para tratamento profilático de câncer de bexiga no canadá, de pulmão, trato digestivo e urinário na holanda, frança, alemanha e japão [4] e de esôfago e pulmão nos estados unidos [5,6]. apesar de ser um medicamento bastante eficiente, o photofrinò apresenta alguns inconvenientes. ele é tido como uma complexa mistura de hematoporfirinas das quais muitas não foram ainda identificadas, é pouco seletivo em relação ao tecido tumoral e seu baixo coeficiente de extinção molar revela que são necessárias altas dosagens para se obter uma resposta terapêutica satisfatória. além disso, acumula-se em grande quantidade na pele fazendo com que o paciente tenha que ficar ao abrigo da luz natural por várias semanas após o tratamento [1,2]. os problemas encontrados com o photofrinò têm levado vários laboratórios a buscarem fotossensibilizadores alternativos e mais eficientes para uso em tfd. neste estudo, foram avaliadas as propriedades fotossensibilizadoras de três substâncias conhecidas como meso-tetramesitilporfirina (mtmp), octaetilporfirina (oep) e octaetilporfirina de vanadil (vooep). para isso, foi verificada a capacidade, destas substâncias, de destruir células em presença de luz e oxigênio, bem como o principal mecanismo (tipo i ou tipo ii) envolvido neste processo. as células utilizadas, como modelo, foram células vermelhas de sangue humano (eritrócitos). a facilidade e o baixo custo dos procedimentos justificam a utilização deste tipo de célula como modelo para se avaliar o potencial fototerapêutico de várias substâncias. material e métodos material os compostos m-tmp, oep e vooep foram obtidos da porphyrin product, inc. (logan utah, usa). o polioxietilenosorbitan monolaurato (tween 20ò), acetato de etila, l-histidina e manitol foram obtidos da sigma chemical company (st. louis, usa). a azida de sódio, cloreto de sódio, fosfato monohidrogeno de sódio e fosfato dihidrogeno de sódio foram obtidos da merck (darmstald, alemanha). a água deuterada (d2o) foi obtida da aldrich chemical company, inc. (milwaukee, usa). o sangue humano foi doado pelo hemocentro do hospital das clínicas da unicamp. a lâmpada de mercúrio, utilizada para excitar m-tmp, oep e vooep, foi da marca philips modelo hpln 80w com filtro para bloqueio das emissões abaixo de 400 nm e acima de 600 nm. as leituras de absorbância de hemoglobina, para determinar a fotodestruição de eritrócitos, foram realizadas em um espectrofotômetro uv/vis da marca hewlett packard modelo 8453. utilizou-se, também, uma microcentrífuga revan 14000d (revan instrumentos científicos,), balança analítica mettler ae200, microbalança perkin elmer ad6, além de um banho se ultra-som modelo 8890rmt cole-parmer. métodos para verificar a fotodestruição de eritrócitos bem como o mecanismo predominante, neste processo, foram preparadas amostras contendo 0,7% (v/v) de eritrócitos, tampão fosfato salino (pbs: 0,15 m de nacl, 1,9 µm nah2po4, 8,1 µm na2hpo4, ph 7,4), tween 20ò 0,1% (m/v), acetato de etila 0,1% (v/v), 10 µm de m-tmp ou oep ou vooep, além de 50% de d2o e diferentes concentrações de manitol, azida e l-histidina. as amostras foram saturadas com oxigênio e irradiadas com lâmpada de mercúrio (filtro de 400-600 nm) durante 60 minutos. a cada 10 minutos de irradiação uma 9ecl. quím., são paulo, 30(1): 7-13, 2005 alíquota de 550 ml foi retirada da amostra e centrifugada a 2000 g e o sobrenadante, contendo hemoglobina, foi separado para a análise da fotodestruição. a quantificação da fotodestruição foi realizada através da leitura de absorbância, em 542 nm, da hemoglobina liberada, por eritrócitos destruídos, no meio de reação. para o cálculo da porcentagem de fotodestruição (fd), das células, foi utilizada a seguinte equação: a542nm, fd = a542nm, amostra – a542nm, branco – a542nm, fts (1) onde a542nm, fd é a absorbância da hemoglobina liberada por eritrócitos destruídos, a542nm, amostra é a absorbância total da amostra, a542nm, branco é a absorbância do branco e a542nm, fts é a absorbância de m-tmp ou oep ou vooep. o branco continha todos os componentes da amostra, com exceção dos fts. a solução onde se obteve a absorbância dos fts (a542nm, fts) continha todos os componentes da amostra, com exceção dos eritrócitos. a concentração de eritrócitos destruídos foi obtida através da lei de lambert-beer: a542nm, fd = e.b.c (2) onde: e = coeficiente de extinção molar da fotodestruição [(cm%)-1], b = caminho ótico (0,5 cm) e c = concentração de eritrócitos destruídos [% (v/v)]. o coeficiente de extinção molar da fotodestruição [(2,6 ± 0,2)/(cm.%)-1] foi obtido utilizando-se a lei de lambert-beer, medindo-se a absorbância da hemoglobina de uma amostra contendo 0,7% (v/v) de eritrócitos em pbs ph 7,4, tween 20ò 0,1% (m/v), acetato de etila 0,1% (v/v) e m-tmp ou oep ou vooep 10 µm. esta amostra foi previamente submetida a um banho de ultrasom durante 10 minutos com o objetivo de se obter 100% dos eritrócitos destruídos. determinando-se a concentração de eritrócitos destruídos, a partir da equação 2, foi possível determinar a porcentagem de fotodestruição através da equação 3: % de fotodestruição = (c x100)/0,7 (3) onde c = concentração de eritrócitos destruídos, nas amostras, dada em % e 0,7 = concentração inicial de eritrócitos, antes da irradiação, dada em % (v/v). resultados e discussão os resultados, deste trabalho, demonstraram que as três substâncias foram capazes de causar a destruição de eritrócitos, na presença de luz e oxigênio, sendo que, m-tmp e oep foram consideravelmente mais eficientes do que vooep (fig.2). esta menor eficiência de vooep pode ser devida à formação de agregados por parte desta substância. os agregados são caracterizados por interações entre as próprias moléculas do fotossensibilizador. a formação destas estruturas ocorre, geralmente, quando fotossensibilizadores hidrofóbicos estão presentes em meio aquoso. tal evento diminui o tempo em que a substância fotossensibilizadora permanece no estado triplete excitado, acarretando diminuição na geração de eros e conseqüentemente redução na porcentagem de fotodestruição de células [7,8]. figura 2. porcentagem de fotodestruição, de eritrócitos, em função do tempo de irradiação com luz visível, na presença de vooep ( ), oep ( ) e mtmp ( ). a fotodestruição de eritrócitos ocorre devida a fotoxidação de proteínas e fosfolipídios presentes na membrana do eritrócito. esta fotoxidação, ocasionada por eros, resulta na formação de poros e no aumento da mobilidade dos fosfolipídios, o que provoca a ruptura da membrana e liberação de hemoglobina para o meio extracelular [9]. 10 ecl. quím., são paulo, 30(1): 7-13, 2005 a figura 3 demonstra que a adição de manitol, no meio de reação, provocou uma certa queda na porcentagem de fotodestruição, de eritrócitos, mediada pelas três porfirinas. sendo o manitol, um supressor de ho·, pode-se deduzir que houve participação do o2 · e, portanto, ocorrência do mecanismo tipo i. no entanto, deve-se ressaltar, que o ho· não é gerado somente no mecanismo tipo i. o 1o2, gerado no mecanismo tipo ii, pode, também, provocar a geração de ho· através, por exemplo, da inibição da enzima catalase [10]. esta enzima, presente nas células, é responsável pela conversão de h2o2 em h2o e o2. este processo protege as células dos efeitos deletérios ocasionados pelo h2o2 e impede a transformação desta espécie em ho· [11]. figura 3. efeito de diferentes concentrações de manitol na porcentagem de fotodestruição de eritrócitos ocasionada por m-tmp (a), oep (b) e vooep (c). uma forte evidência da participação do 1o2, neste trabalho, reside no fato de que a adição de d2o provocou aumento na porcentagem de fotodestruição celular, ocasionada pelas três porfirinas (fig.4). o tempo de vida do oxigênio singlete é profundamente influenciado pela natureza do solvente [12-14]. em água comum, por exemplo, é cerca de 4,0 ms, já em água deuterada, este tempo de vida situa-se em torno de 70 ms. em geral, em solventes que não possuem ligações c-h e grupos hidroxila na sua estrutura, o tempo de vida do 1o2 tende a valores mais elevados. por exemplo, para o tetracloreto de carbono, o tempo de vida do 1o2 é de cerca de 30 ms, e em clorofórmio é de 250 ms [14]. em sistemas biológicos, o oxigênio singlete apresenta tempos de vida extremamente baixos, inferiores a 0,04 ms, o que faz com que seu raio de ação seja extremamente reduzido [4,15,16]. isto é muito importante, em tratamentos com tfd, pois o 1o2 acaba agindo somente na região do tecido tumoral, evitando a destruição desnecessária de tecido sadio, vizinho do tumor. a razão para certos grupos funcionais suprimirem o 1o2, encontra-se na possibilidade de transferência de energia eletrônica do 1o2 para certos estados vibracionais associados às espécies supressoras. no caso de d2o, utilizado neste estudo, pode-se afirmar que como esta molécula possui uma energia vibracional menor do que a água comum, isso favorece um aumento de 10 vezes no tempo de vida do 1o2 em relação à h2o [17] e conseqüentemente aumenta a porcentagem de fotodestruição de eritrócitos. 11ecl. quím., são paulo, 30(1): 7-13, 2005 figura 4. efeito de d2o 50% na porcentagem de fotodestruição de eritrócitos ocasionada por m-tmp (a), oep (b) e vooep (c). além do aumento, da porcentagem de fotodestruição, proporcionado por d2o, outro fato que reforçou a participação do 1o2, neste estudo, foi a diminuição, da fotodestruição, provocada por azida e l-histidina (figuras 5 e 6) a azida transfere elétrons para o 1o2 regenerando o oxigênio no estado fundamental o que faz diminuir a quantidade de 1o2 no meio de reação. a l-histidina, por sua vez, diminui a quantidade de 1o2, reagindo com o mesmo para formar endoperóxidos que se decompõem em uma mistura complexa de produtos [18]. figura 5. efeito de diferentes concentrações de azida de sódio na porcentagem de fotodestruição de eritrócitos ocasionada por m-tmp (a), oep (b) e vooep (c). 12 ecl. quím., são paulo, 30(1): 7-13, 2005 figura 6. efeito de diferentes concentrações de l-histidina na porcentagem de fotodestruição de eritrócitos ocasionada por m-tmp (a), oep (b) e vooep (c). conclusão pode-se concluir, que tanto m-tmp quanto oep e vooep foram capazes de causar a destruição de eritrócitos na presença de luz e oxigênio. este processo ocorreu, principalmente, via mecanismo tipo ii, ou seja, com participação do 1o2. os resultados, deste trabalho, demonstram que as substâncias, investigadas, possuem propriedades fotossensibilizantes e estimulam estudos, posteriores, que visem a aplicação, das mesmas, em terapia fotodinâmica. agradecimentos os autores agradecem a capes e fapesp pelo apoio financeiro e a dilmara lopes vicentim, michele goulart e heloisa cristina acosta, do hemocentro do hospital das clínicas da unicamp, pela doação de sangue. recebido em 03/05/2004 aceito em 11/09/2004 13ecl. quím., são paulo, 30(1): 7-13, 2005 j. n. ribeiro, r. a. jorge. determination of the mechanism of destruction of cell mediated by mesotetramesitylporphyrin, octaethylporphyrin, vanadyl octaethylporphyrin and visible light. abstract: photodynamic therapy is a clinical treatment that employs a combination of a photosensitizer, oxygen, and visible light for the therapy of cancer. this technique is characterized by the systemic administration of photosensitizer, which is preferentially retained by tumoral tissue. the subsequent irradiation, with visible light, cause excitation of the photosensitizer resulting in the production of reactive oxygen species such as superoxide radical and singlet oxygen. these reactive species generate a sequence of oxidative events resulting in cancer cell death. the superoxide is generated in the type i mechanism by electron transference from excited photosensitizer to ground-state oxygen. singlet oxygen is generated in the type ii mechanism by energy transference from excited photosensitizer to ground-state oxygen. in this study we investigated the photosensitizing properties of three porphyrins. the results allow for the conclusion that the three porphyrins caused the destruction of cells in the presence of light and oxygen. this event was increased by deuterium oxide and inhibited by singlet oxygen scavengers indicating the predominance of type ii mechanism. keywords: photodynamic therapy; porphyrins; reactive oxygen species. referências [1]. i. a. macdonald, t. j. dougherty, j. porphyr. phtalocya. 5 (2001) 105. 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[18]. b. halliwell, j. m. c. gutteridge. free radicals in biology and medicine, third edition, oxford university press, new york, 936p, 1999. eclética química, 38, 37-44, 2013. 37 oils from different vegetal sources as precursor materials influencing essential physicochemical characteristics of the biodiesel obtained via the transesterification reaction. manuel gonzalo hernández-terrones (1) , flaysner magayver portela (1) , patrícia gontijo melo (1) , douglas santos queiroz (1) , waldomiro borges neto (1) , josé domingos fabris (2) (1) universidade federal de uberlândia, instituto de química, campus santa mônica, 38408-100 uberlândia, minas gerais, brazil. e-mail addresses: mhernandez@iqufu.ufu.br, flaysner@yahoo.com.br, tissamelo@hotmail.com, quimicodouglas@yahoo.com.br, wbn@iqufu.ufu.br . (2) universidade federal do vale jequitinhonha e mucuri (ufvjm), departamento de química, 39100-000 diamantina, minas gerais, brazil. e-mail: jdfabris@ufmg.br a set of physicochemical properties, viz acidity, color, density, saponification, kinematic viscosity, free glycerol, carbon residue and oxidation stability, were determined for transesterification products from methyl and ethyl alcohol reactions with triacylglycerides of oil-rich natural substrates extracted from fruits of traditionally cultivated plants, namely corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus), and from three other species: physic nut (jatropha curcas), pequi (caryocar brasiliense) and macaúba palm (acrocomia aculeate), which are of potential commercial value for the industrial production of biodiesel. the obtained data were compared with the main officially recommended certification indexes. oils from the two native species from the brazilian flora, acrocomia aculeate and caryocar brasiliense, were confirmed to have real commercial potentiality to produce biodiesel. index terms: jatropha curcas, caryocar brasiliense, acrocomia aculeate, pequi, macaúba introduction recent scientific and technological efforts devoted to improve the chemical and physical characteristics and the energetic performance of biofuels have been gaining growing attention from academics, industry engineers, government policy makers and environmentalists worldwide [1-5]. this is accompanied by an increasing interest in the search of new oil plant sources, particularly of a given regional native flora, in order to identify starting oil material to produce biofuel, or, more specifically, biodiesel. the priority focus on native plants arises from several strategic reasons, as they (i) prevent investing efforts and money on plant species that are already traditionally cultivated as food crops, being, directly or indirectly, destined to humans [6-9]; (ii) tend to minimize environmental and ecological impacts in large oil plant-based agriculture systems [10-12]; (iii) represent efforts to reduce economic investments on their cropping, by taking advantages of the naturally adapted native plants to soil and climate, as, for instance, those prevailing in tropical regions, to putatively reduce needs to chemically control plagues or diseases [4,8,13]; (iv) allow a continuous supply of oil for the biodiesel industry, by diversifying the biomass yields of crops, in different seasons [4,14] and (v) tend to maximize productivity of the agriculture eclética química, 38, 37-44, 2013. 38 system for the biodiesel industry, by stimulating the identification of new oil-richer vegetal sources that could be bio-prospected under a chemicallybased criterion [15-17]. in this work, some chemically-based assessments of two oil-rich native plants of the brazilian flora, namely caryocar brasiliense and acrocomia aculeate, were carried out, by probing some physical and chemical characteristics of the products resulting from transesterification reactions in bench-scale, by keeping similar conditions to those used to produce industrial biodiesel. the starch-rich fraction of the pequi cake, a sub-product from pressing the pequi nuts, to extract its oil, may be converted into reducing sugars and fermented to produce bioethanol. this process was reportedly found to convert as much as 60 % of initial amount of starch [18]. these characteristics are conventionally taken as essential criteria to certificate the marketable biofuel [19-21]. the exotic oil-rich plant species jatropha curcas is not yet used to produce directly any human food derivative, but is widely considered to be a strong candidate, and has been representing, though yet sparsely, a primary source, for the industrial production of biodiesel [22,23]. for these reasons, it is included in our comparative study with other four plants, for which seed-oils are traditionally used for both human food consumption and industrial production of biodiesel: corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus) [24-27]. materials and methods the raw oil samples from the two native plants were obtained from their ripened fruits collected from trees, in three areas of the state of minas gerais, brazil: (i) caryocar brasiliense, from native plant trees in paracatu (17 o 13’ 21.02’’ s 46 o 52’ 32.85’’ w) and (ii) independent oil fractions of acrocomia aculeate, as obtained by pressing two separate parts of the fruits, specifically the nut and the mesocarp, from native trees found in the city of carmo do paranaíba (19 o 00’ 22.85’’ s 46 o 14’ 53.12’’ w). the oil samples from jatropha curcas were obtained from fruits of trees of an experimental parcel installed near the city of viçosa (20 o 45’ 15.60’’ s 42 o 52’ 56.10’’ w). the raw oils from fruits of those three species were purified through conventional solvent extraction with n-hexane, followed by solvent removal in a rotary evaporator. the other four oil samples, specifically from corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus) were directly taken as aliquots from commercial products destined to domestic use. the transesterification was conducted by reacting each oil sample with either analytical grade ethanol or methanol, according to reported procedures [28]. the essential physicochemical parameters were measured following recommended standard protocols, as listed in table 1. results and discussion the composition profiles in fatty acids (figure 1) for the oils of all studied plants and for the commercial products were found to be roughly comparable, except for few remarkable differences. for pequi (or “souari nut”; caryocar brasiliense), the content in palmitic acid (16:0; table 1) of the oil was comparatively higher and so was the content in lauric acid (12:0) of the oil from acrocomia aculeate, particularly in the mesocarp. these different composition profiles, showing that they are oils richer in relatively lighter fatty acids, may account for the relatively lower viscosity (figure 2) of the transesterification products from both its nut and the mesocarp oils. however, biodiesel from oils from these hitherto non-cropped plants, caryocar brasiliense, acrocomia aculeate and jatropha curcas, displayed viscosity values well within the recommended limiting values for kinematic eclética química, 38, 37-44, 2013. 39 viscosity of 3.0 and 6.0 mm 2 s -1 , at 40 o c (table 2). figure 1. main characteristics of oils from caryocar brasiliense, jatropha curcas, acrocomia aculeate (n = nut; m = mesocarp), corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus) by their chemical nature by composition in fatty acids (for the used nomenclature, see table 1). the combustion of biodiesels rich in methyl esters from oil extracted from grains of zea mays and from both ethylic and methylic transesterification of oil from seeds of helianthus annuus produced relatively higher residual carbon, among all oil sources tested (figure 2(a)), but the corresponding reaction products present lower saponification index, indicating a high conversion of oils (figure 2(b)). it is also interesting to observe that the ethylic transesterification tended to produce biodiesels with higher viscosity than those obtained through the methylic counterpart (figure 2(c)). an inverse trend was observed for density, except for the transesterification product starting with triglycerides from the jatropha curcas oil (figure 2(d)). figure 2. determined physicochemical parameters of (a) carbon residue, (b) saponification index, (c) viscosity and (d) density for biodiesel produced via methylic or ethylic transesterification of triacylglycerides in oils from caryocar brasiliense, jatropha curcas, acrocomia aculeate (n = nut; m = mesocarp), corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus). from data in figure 3(a) and (b), the physical chemical characteristics of transesterification products from all these oils are well comparable, except for the acidity index for the biodiesel from oil of acrocomia aculeate, which is the lowest, comparatively to the products from other oils. from figure 3(c), the biodiesel derived caryocar brasiliense presents the highest astm color index. the caryocar brasiliense biodiesel presented a noticeable oxidative stability (figure 3(d)). this behavior cannot be explained only on basis of the chemical nature of the fatty acids, but suggests the occurrence of an extra chemical compositional factor controlling the chemical stability. ethylic biodiesels from oils of acrocomia aculeate and jatropha curcas showed the lowest oxidative stability (figure 3(d)). c o m p o s it io n ( m a s s % ) eclética química, 38, 37-44, 2013. 40 figure 3. determined physicochemical parameters of (a) free glycerol, (b) acidity index, (c) astm color and (d) oxidative stability for biodiesel produced via methylic or ethylic transesterification of triacylglycerides in oils from caryocar brasiliense, jatropha curcas, acrocomia aculeate (n = nut; m = mesocarp), corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus). for all studied species, except caryocar brasiliense, there was no apparent correlation between oil composition in saturated fatty acids and the oxidative stability of their corresponding transesterification products. any plausible chemical mechanism for the oxidative processes of the biodiesels requires therefore further investigation. from figure 4, oils from the two native plants of the brazilian flora, caryocar brasiliense and mesocarp of acrocomia aculeate, were richer in total saturated fatty acids than those from the oily grains of traditionally cropped plants (corn, soybean, sunflower and rapeseed). the relative content of saturated fatty acid for the nut of acrocomia aculeate was comparable to that of caryocar brasiliense. figure 4. determined relative contents in unsaturated and saturated fatty acids for oils from caryocar brasiliense, jatropha curcas, acrocomia aculeate (n = nut; m = mesocarp), corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus). for the acrocomia aculeate-derived biodiesel, the values of free glycerol content and acidity index (nut) were the lowest among all studied samples. acrocomia aculeate produces a comparatively remarkable amount of oil per unit of land area [29]. but, in the context of this work, to effectively think of acrocomia aculeate as an oilsource plant in an industrial scale, some biological and agronomical aspects must be seriously taken into account. for instance: (i) the size of an adult palm tree of acrocomia aculeate is too high (the upper part of an adult tree usually reaches to 15 m in height), making it more difficult to harvest its fruits, in any large commercial agriculture systems and (ii) raw oils either from the wild specimen of acrocomia aculeate [33] and caryocar brasiliense [34] are reported to contain relatively high amounts of free fatty acids. as a consequence, all efforts of research and development directed to this purpose should include plant genetic breeding and design and optimization of the chemical industrial processes, in order to improve biodiesel yields, by preventing further side saponification reactions. possible alternative industrial routes to use highly acid raw oils would be (i) pre-refining the starting oil, in order to remove as much as possible free fatty acids, prior to pump it into the industrial line, or (ii) preserving their original compositions in fatty acids to process directly the raw oils via a eclética química, 38, 37-44, 2013. 41 two-steps catalysis [35-38], involving both esterification through acid catalysis, followed by separation of products, and subsequent transesterification, with an alkaline catalyst. this second alternative would prevent loosing starting material, as it would occur by pre-refining the crude vegetal oil. eclética química, 38, 37-44, 2013. 42 table 1. limiting values and reference of analytical protocols as recommended by the brazilian association for technical specifications [29], american society for testing and materials [30] and european committee for standardization [31] used to determine characteristic parameters of these plant oils [32] and their corresponding biodiesel. parameter unit recommended limiting values abnt astm cen density at 20º c kg m -3 850 – 900 nbr 7148 nbr 14065 d-1298 d-4052 en iso 3675 en iso 12185 kinematic viscosity at 40º c mm 2 s -1 3.0 6.0 nbr 10441 d-445 en iso 3104 maximum acidity index mg koh g -1 0.50 nbr 14448 d-664 en 14104 minimum stability to oxidation at 110ºc h 6 en 14112 residue carbon mass% 0.050 d-4530 free glycerol mass% 0.02 15341 d-6584 en 14105 en 14106 astm color d-1500 saponification index mb-75 table 2. molecular chain size (number of carbon atoms:double bond position) and chemical nomenclature for selected fatty acids. molecular chain fatty acid chemical nomenclature 8:0 caprylic octanoic 10:0 capric decanoic 12:0 lauric dodecanoic 14:0 myristic tetradecanoic 16:0 palmitic hexadecanoic 16:1 palmitoleic cis-9-hexadecenoic 18:0 stearic octadecanoic 18:1 oleic cis-9 octadecenoic 18:2 linoleic cis-9, cis-12 octadecadienoic 18:3 linolenic cis-9,cis-12,cis-15-octadecatrienoic 20:0 arachidic eicosanoic eclética química, 38, 37-44, 2013. 43 conclusions the present work was focused on a primary chemical characterization of biodiesel produced via transesterification reaction of triacylglycerides of oils from fruits of traditional grains, namely corn (zea mays), soybean (glycine max), sunflower (helianthus annuus) and rapeseed (brassica napus), and from two native plants, pequi (caryocar brasiliense) and macaúba palm (acrocomia aculeate) of the brazilian flora. oil from fruits of a third non-traditionally cropped plant for food production was also studied: physic nut (jatropha curcas), which is an exotic plant that is becoming more and more an important commercial source of oil, to industrially produce biodiesel, in brazil. these results recommend looking for future viable alternatives to the currently dominant use of oilrich grains from traditionally cropped plants (soybean, sunflower and rapeseed). the regular and massive use of food-grains would tend to deepen the threatening competition between the biofuel production, based on traditional agriculture crops, to respond to the increasing demand of energy, and the global food availability to a growing human population. from these data, acrocomia aculeate is a native plant with the best potentiality of the two studied, to serve as an oil source for biodiesel, but the caryocar brasiliense biodiesel also presents good chemical characteristics. in general, it follows that they constitute native plants that should be genetically bred, in the coming future, in an effort to improve their agronomic characteristics and the chemical quality of their oil for this purpose. from a broader view at the present stage and as far as the officially recommended chemical standards are concerned, the jatropha curcas oil itself is a source of a high quality biodiesel, particularly through methylic transesterification, even though its acidity is relatively high and the oxidative stability is low. raw oils with high acidity may alternatively be processed via a specific route involving two-steps catalysis [35,37,38], meaning direct esterification through acid catalysis, separation of products and subsequent transesterification, with an alkaline catalyst [36]. acknowledgments work financially supported by the brazilian agencies cnpq (including grant 302479/2010-4) and fapemig (grant # ppm 00419/10). capes (brazil) grants the visiting professor pvns fellowship to jdf at ufvjm. nomenclature anp – national agency of petroleum, natural gás e biofuels astm – american society for testing and materials cen – european committee for standardization abnt – brazilian association for technical specifications references j. v. gerpen, fuel processing technology. 86 (2005) 1097-1107. m. r. monteiro, a. r. p. ambrozin, l. m. lião, a. g. ferreira, talanta. 77 (2008) 593-605. a. demirbas, progress in energy and combustion science. 33 (2007) 1-18. a. demirbas, energy conversion and management. 50 (2009)14-34. m. j. dabdoub, j. l. bronzel, química nova. 32 (2009) 776-792. http://www.foreignaffairs.com/articles/62609/cford-runge-and-benjamin-senauer/how-biofuelscould-starve-the-poor, acessada em julio 2011. e. c. petrou, c. p. pappis, energy fuels. 23 (2009) 1055-1066. s. pinzi, i. l. garcia, f. j. lopez-gimenez, m. d. l. castro, g. dorado, m. p. dorado, energy fuels. 23 (2009) 2325-2341. d. graham-rowe, nature. 474 (2011) s6. j. p. szybist, s. r. kirby, a. l. boehman, energy 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limnologia da ufrj claudio cardoso marinho * , reinaldo luiz bozelli e francisco de assis esteves laboratório de limnologia, departamento de ecologia, instituto de biologia, universidade federal do rio de janeiro av. rodolpho paulo rocco, s/n. centro de ciências da saúde, bloco a, sala a-08 cep 21.941-902, rio de janeiro, rj. ana claudia braga gonçalves, vanessa de almeida rocha e wesley higino da silva instituto federal de educação, ciência e tecnologia do rio de janeiro rua lúcio tavares, 1045. 26530-060, nilópolis, rj julio carlos afonso departamento de química analítica, instituto de química da universidade federal do rio de janeiro av. athos da silveira ramos, 149 bloco a, sala a-509. 21941-909 rio de janeiro, rj * clcamar@biologia.ufr.br www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 86 chemical waste management in a teaching and research laboratory: the experience of the laboratory of limnology of ufrj ______________________________________________________________________________ this work describes the waste management system developed at the laboratory of limnology of federal university of rio de janeiro. the initial challenge was to identify and treat a great variety of wastes generated in the analytical procedures performed in the laboratory. since many of the students and researchers are not chemists, an intensive training was performed during the establishment of the management system. after three years, there was a deep change of attitude of the professionals involved. the present experience may be useful for other laboratories with a profile similar to the one under study. keywords: chemical wastes; waste management; laboratory wastes 1. introdução os resíduos químicos de laboratório gerados por atividades de pesquisa e/ou ensino nas universidades e centros de pesquisa passaram a ser uma preocupação no brasil a partir da década de 1990 face a até então falta de um gerenciamento adequado para os mesmos. essa questão não se restringe apenas à adoção de práticas que visem à minimização e ao tratamento dos resíduos produzidos nas atividades laboratoriais, mas também a conscientização e treinamento do fator humano [1,2], já que não basta apenas dispor de rotas de tratamento de resíduos se as pessoas não são parte ativa e integrante da gestão dos mesmos. com o aumento e a diversificação das discussões relativas a problemas e impactos ambientais decorrentes das atividades humanas tornou-se intolerável a falta de compromisso com a gestão dos resíduos químicos gerados nas instituições de ensino e pesquisa, locais por excelência de formação de novos recursos humanos [3]. outra característica dessas instituições é que elas não eram habitualmente consideradas unidades poluidoras. culturalmente sempre se buscou apenas focar o ensino e a instrução técnica dos alunos. por isso, durante décadas, muitos dos procedimentos nessas instituições geraram quantidades desnecessárias de resíduos por empregarem grandes quantidades de reagentes, e que ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 87 eram descartados sem critério algum [4]. isso reflete bem o modelo que vigorou por muito tempo, o do desenvolvimento sem qualquer noção de sustentabilidade ambiental [5,6]. a literatura mostra diversos trabalhos envolvendo resíduos químicos de laboratório, os quais se enquadram em dois tipos básicos: o estabelecimento de rotas de gestão, focando o tratamento de correntes residuais para um descarte final adequado e/ou a recuperação de elementos de elevado valor agregado [2,3,7-13], e a avaliação do impacto desses programas de gestão sobre as pessoas envolvidas nos mesmos, com ênfase na percepção e assimilação de uma nova cultura comprometida com o meio ambiente e a gestão dos resíduos gerados por eles mesmos [3,7,9,10,14-16]. a grande parte dessas experiências se ambienta em laboratórios de ensino e pesquisa em química. parecem existir poucos relatos em laboratórios de áreas correlatas como farmácia, biologia e nutrição [17]. naturalmente, nestes laboratórios, também existe toda uma variedade de análises químicas. da mesma forma, as pessoas que trabalham nesses locais precisam conscientizar-se e ser formadas para gerir de forma efetiva os resíduos. o estabelecimento desses programas de gestão é uma excelente oportunidade de aprendizagem, formação e sensibilização para alunos, professores e técnicos. o fator humano deve ser valorizado, na medida em que todos os usuários são parte integrante do programa e corresponsáveis pelos resultados e avaliações a serem obtidos [1]. o tratamento de um resíduo aquoso de laboratório exige a aplicação dos conhecimentos básicos de equilíbrio químico [18]: neutralização ácido-base; escolha do agente precipitante de metais pesados e/ou de ânions presentes no resíduo, minimizando riscos de solubilização dos mesmos por complexação; aplicação de reações de oxirredução para oxidar/reduzir espécies presentes no resíduo. o efluente final deve ser límpido e incolor, ter ph em torno de 7 e apresentar caráter redox indiferente [8,9,19]. o laboratório de limnologia da universidade federal do rio de janeiro (ufrj), criado em 1989, caracteriza-se pela realização de várias atividades de pesquisa em virtude do grande número de alunos de doutorado e de mestrado, de programas de estágio para alunos de iniciação científica, e de projetos junto a agências de fomento e à iniciativa privada. além disso, outra atividade geradora de resíduos é as aulas práticas de graduação para os cursos de bacharelado em ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 88 ecologia do instituto de biologia da ufrj e do programa de pós graduação em ecologia da mesma universidade. o tratamento dos resíduos gerados em atividades de pesquisa pode, a princípio, ser difícil em virtude da complexidade do universo de trabalho [11.20]. no caso do laboratório de limnologia, as características das amostras podem variar bastante em função do local de coleta, do tipo de amostra e da natureza da análise. variáveis como ph, salinidade, potencial redox e a quantidade ou qualidade da matéria orgânica (mo) variam enormemente em função da condição do ambiente [21]. além da análise de água, o laboratório realiza também análises de sedimento e de plantas aquáticas, aumentando ainda mais a diversidade de análises realizadas. a implementação de um programa de gerenciamento de resíduos passa por uma tomada de consciência acerca da necessidade de adotar novos hábitos no sentido de atender não só a legislação vigente, mas principalmente a uma nova mentalidade que se preocupe não apenas com a qualidade das análises, mas também com a gestão dos resíduos. essa visão passa pela identificação, tratamento e encaminhamento dos mesmos, de forma a diminuir os possíveis impactos ao meio ambiente. com o objetivo de servir como uma experiência-modelo para laboratórios congêneres, este trabalho descreve a implementação de um programa de gestão de resíduos no laboratório de limnologia da ufrj. a primeira fase foi o mapeamento dos diversos procedimentos geradores de resíduos, primordial para a identificação das diversas correntes residuais. a partir dessa identificação adotaram-se estratégias de tratamento de cada corrente com vistas a eliminar as características perigosas (corrosividade, metais pesados em solução, reagentes orgânicos de elevada toxicidade e etc.) ou então definir uma destinação final adequada (incineração, coprocessamento etc.). ao longo de todo esse processo, as pessoas envolvidas receberam treinamento adequado. este trabalho também aborda a receptividade dessas pessoas frente à implementação do programa de gestão. 2. materiais e métodos ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 89 2.1 origem das correntes residuais do laboratório todo processo de implementação de um sistema de gestão de resíduos exige como prérequisito a identificação dos procedimentos laboratoriais que geram as diversas correntes residuais. isso se reveste de capital importância porque a identificação dessas correntes previne alguns problemas que podem ocorrer na estocagem (como a reação entre componentes incompatíveis oriundos de correntes misturadas), bem como permite muitas vezes planejar a mistura de determinadas correntes de modo a eliminar muitas de suas características tóxicas (por exemplo, a mistura de uma corrente ácida com uma alcalina evita o uso de reagentes para neutralização individual e permite a precipitação direta de metais pesados). via de regra os resíduos químicos são classificados como perigosos (classe i) segundo a norma nbr 10004 [22] porque quase sempre apresentam pelo menos uma das seguintes características: reatividade, inflamabilidade, corrosividade e toxicidade. a norma nbr 12235 (armazenamento de resíduos perigosos) explicita as regras a serem seguidas para evitar situações de incompatibilidade química [23]. o manejo de resíduos é um exemplo de atividade insalubre, de acordo com a nr15 do ministério do trabalho [24], exigindo para tal o emprego de equipamentos de proteção individual (epis) adequados. uma vez explicado ao pessoal do laboratório as regras básicas, foi feito o processo de identificação dos procedimentos geradores de resíduos. esses últimos correspondem à análise de águas, sedimentos ou plantas aquáticas de vários ecossistemas aquáticos brasileiros (como lagoas costeiras, rios e lagos amazônicos). as análises químicas nas amostras de água são: (a) fósforo total, fósforo dissolvido e ortofosfato, através da reação de formação do complexo com ácido fosfomolíbdico [25]; (b) nitrogênio amoniacal pelo método de kejdahl [26]; (c) clorofila, realizada através de extração com etanol 90% a 80 o c em material particulado [25]; (d) oxigênio dissolvido na água (od) segundo método de winkler, modificado por golterman [25]; (e) fixação de amostras com zncl2, com o objetivo de inibir qualquer atividade biológica [27]. em relação ao sedimento e às plantas aquáticas utilizam-se os seguintes métodos: (a) fósforo total, realizado através de digestão obtida através de mistura de ácidos a 300 oc, e posterior reação através da formação de complexo azul de fosfomolíbdico [28]; (b) nitrogênio amoniacal (kejdahl), através da digestão a 350 o c com ácido sulfúrico em presença de catalisador à base de cu e se [29]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 90 a composição exata das correntes residuais não pode ser totalmente conhecida, em função da diversidade das amostras ambientais que são analisadas por cada metodologia. contudo, a tabela 1 fornece as principais características de cada corrente identificada, enquanto que a tabela 2 lista os ânions e cátions presentes em cada resíduo. todas as informações se baseiam nas quantidades dos reagentes adicionadas para cada ensaio acima descrito. a figura 1 mostra um exemplo de um fluxograma descritivo de como cada corrente residual é gerada. a figura 2 mostra uma atitude muito importante na fase inicial de um programa de gestão: a identificação das diversas correntes residuais com as informações básicas necessárias ao seu processamento. tabela 1: dados de caracterização visual e físico-química dos resíduos iniciais elemento ou composto de interesse descrição ph volume tratado (ml) caráter redox mo e sb solução azul sem precipitado 2 15000 redutor hg solução incolor + precipitado escuro 0 10000 redutor etanol solução verde sem precipitado 2 2000 redutor zn solução incolor + precipitado claro 6 5000 indiferente cu e se solução incolor + precipitado escuro 8-9 10000 redutor mn e i solução amarela sem precipitado 2 5000 redutor ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 91 tabela 2: lista de espécies químicas presentes nas correntes de resíduos identificadas elemento ou composto de interesse outros cátions ânions outros compostos mo e sb h + po4 3, so4 2 ácido ascórbico, íon tartarato e mo* hg na + , k + , nh4 + so4 2 mo etanol h+ clmo e pigmentos zn cl mo cu e se na + , k + cl , so4 2, oh mo mn e i na + , k + so4 2, so3 2, oh , s4o6 2 mo * mo: matéria orgânica ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 92 figura 1: exemplo de fluxograma utilizado em cada análise, exemplificado para o caso da determinação de fosfato, com objetivo de identificar os rejeitos produzidos no procedimento 30ml amostra, branco, padrão resíduo padrão kh2po4 descarte direto autoclave ler no espectrofôtometro resíduo fosfato amostra+ persulfato + h2so4 + reagente misto adicionar 3 ml persulfato adicionar 3 ml de reagente misto ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 93 figura 2: exemplo de rótulo para identificação das correntes de resíduos 2.2 seleção das rotas de tratamento de cada corrente residual identificada análise de clorofila. o tratamento consiste na destilação do resíduo para o isolamento do etanol. o material não destilado, de consistência aquosa, foi neutralizado com naoh 12,5 mol.l -1 até ph 7-8; o precipitado, marrom, decantou rapidamente. o sobrenadante foi retirado através de um sifão, e a massa pastosa foi filtrada em um papel de filtro. o precipitado foi colocado em recipiente plástico. o sobrenadante era esverdeado. análise de fósforo. a neutralização foi o método escolhido, o que permite não só eliminar a corrosividade do resíduo, mas também separar por precipitação os metais pesados presentes no mesmo. para cada 1 l de resíduo adicionou-se cerca de 30 ml de naoh 50% (12,5 mol.l-1) até ph 8, para que o antimônio precipitasse na forma de sais do íon antimonila (sbo + ). a adição de 350 ml de bacl2 2 mol.l -1 completou a precipitação dos íons sbo + , moo4 2 (molibdato) e do fósforo. caso haja coloração azul (azul de molibdênio), deve-se adicionar um pouco de h2o2 a 3% a fim de oxidar todo o molibdênio a molibdato. a decantação total do sólido (branco) produzido ocorreu em 24 h. o sobrenadante foi tratado com solução de na2so4 0,5 mol.l-1 para laboratório de limnologia resíduos análise: fosfato dissolvido nome: resíduo fosfato composição: amostra/branco/padrão, h2so4, persulfato, reagente misto características: resíduo redutor, ph ácido, metais pesados solúveis observações: ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 94 remoção do excesso de ba +2 . os precipitados foram armazenados em local à parte para a destinação final. as reações que ocorrem nos procedimentos acima são as seguintes: sbo + + oh → sbooh↓ (1) 2 sbo + + bacl2 → 2 sbocl↓ + ba +2 (2) moo4 2 + bacl2 → bamoo4↓ + 2 cl (3) 2 po4 3 + 3 bacl2 → ba3(po4)2↓ + 6 cl (4) so4 2 + bacl2 → baso4↓ + 2 cl (5) análise de nitrogênio em água. este resíduo tem características que o diferenciam dos demais por conta da presença do mercúrio. a neutralização da solução ácida com naoh 12,5 mol.l -1 até ph 8 precipitou o mercúrio como hg(oh)2, que foi filtrado em papel de filtro. o sobrenadante e o precipitado foram encaminhados para a destinação final. análise de nitrogênio em sedimento e macrófita. este resíduo foi tratado com solução de naoh 12,5 mol.l-1 até ph entre 10 e 12, onde o cobre precipita como cu(oh)2. o selênio, presente como selenito (seo3 2), permaneceu em solução [30]. a solução alcalina de selênio foi tratada com sulfito de sódio (na2so3), ocorrendo a precipitação de um sólido vermelho: 8 h2o + 8 seo3 2 + 16 so3 2 → se8↓ + 16 so4 2 + 16 oh (6) o selênio vermelho é uma das formas alotrópicas desse elemento, tendo uma estrutura semelhante àquela do enxofre amarelo (s8) [30]. o selênio é um elemento relativamente raro na crosta terrestre, e seus compostos têm alto valo agregado, daí a decisão de recuperá-lo do resíduo. o resíduo líquido final foi tratado com h2so4 2 mol.l -1 até ph entre 6 e 8. oxigênio dissolvido na água (od). este resíduo foi processado em duas etapas: ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 95 1 a etapa – remoção do manganês. esse elemento foi precipitado mediante adição de naoh 12,5 mol.l -1 até ph em torno de 10. a adição de solução de peróxido de hidrogênio (h2o2) a 3% acelerou o escurecimento do precipitado inicial devido à oxidação de mn(ii) a mn(iv) pelo oxigênio atmosférico: mn +2 + 2 oh → mn(oh)2↓ (7) mn (oh)2↓ + ½ o2 → mno(oh)2↓ (8) o precipitado contendo manganês é filtrado em papel de filtro, e o sobrenadante foi encaminhado para a segunda etapa. 2a etapa remoção do iodeto. parte do iodeto pode ser oxidado a iodo pelo h2o2, caso este seja adicionado. mesmo não sendo o caso, o oxigênio do ar oxida este íon lentamente, especialmente na presença de luz. a melhor forma de descartar o iodo é na forma do íon iodeto. então, ao sobrenadante, adicionou-se sulfito de sódio (na2so3) sólido, aos poucos, até a desaparição da cor castanha característica do iodo em solução aquosa: h2o + i2 + so3 2 → so4 2+ 2 i+ 2 h+ (9) na sequência, o sobrenadante foi neutralizado com h2so4 2 mol.l -1 até ph em torno de 7. cloreto de zinco. esse resíduo foi tratado com naoh 12,5 mol.l -1 , precipitando o metal na forma de hidróxido. o sobrenadante apresentava ph em torno de 8; se necessário, ajustou-se o ph com h2so4 2 mol.l -1 para mantê-lo em torno de 7. zncl2 + 2 oh → zn(oh)2↓ + 2 cl (10) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 96 deve-se evitar excesso de naoh para que o ph, ainda que localmente, fique acima de 13, permitindo a redissolução do zn(oh)2 como complexo solúvel tetraidroxizincato, [zn(oh)4 2] [30]. 2.3 análise de dos efluentes finais com base na resolução 357/05 do conselho nacional do meio ambiente (conama) [31], após os tratamentos apresentados anteriormente, os efluentes foram analisados quanto a quatro requisitos que devem ser satisfeitos simultaneamente para que ele possa ser descartado na pia: a) caráter redox indiferente (placa de toque com ki + h2so4 diluído numa cavidade, e kmno4 + h2so4 diluído numa outra); b) ph entre 5 e 9 (papel indicador universal); ausência de sólidos em suspensão (observação visual de turbidez ou deposição de sólidos após 1 h); d) ausência de cor (inspeção visual). em seguida, os efleuntes foram analisados por fluorescência de raios-x (equipamento bruker axsd5005) para deecção qualitativa dos elementos principais presentes em cada uma das correntes residuais tratadas (o limite de detecção é 0,1 mg.l -1 ). em caso de detecção, cada elemento identificado será quantificado por meio de uma curva de calibração. 3. resultados e discussão 3.1 caracterização visual e físico-química dos efluentes finais dos tratamentos todos os efluentes finais oriundos dos tratamentos aplicados às correntes residuais estão listados na tabela 3. exceto no caso do cobre e do manganês, que foram isolados antes de se chegar à etapa final de processamento, a recuperação dos demais elementos sempre deixou como resultado final um efluente tratado. dentro das condições experimentais deste trabalho, todos esses efluentes atendiam às quatro condições básicas necessárias para descartar um efluente tratado na pia. para que isso seja possível, é importante ter em mente os seguintes critérios: a) escolha de um agente adequado para isolar o(s) elementos(s) presentes no resíduo. o mais das vezes isso se faz via precipitação de sais ou hidróxidos de produtos de solubilidade muito baixos; b) ajuste do ph à faixa ideal mediante adição de ácido ou base forte, o que muita vezes serve ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 97 também para precipitar os metais pesados solúveis eventualmente presentes; c) filtração em meio adequado, evitando que parte do precipitado possa passar pelo meio filtrante, o que leva à presença de sólidos em suspensão, turbidez e coloração. as características e a quantidade de preciptiado a ser obtido determinarão a escolha do método de separação sólido-líquido; d) a presença de redutores ou oxidantes no efluente deve ser eliminada de modo a não causar eventuais impactos ambientais no momento do descarte. para resíduos redutores, h2o2 e naclo (hipoclorito de sódio) são agentes oxidantes adequados pois não geram resíduos de processo. no caso de resíduos oxidantes, sulfito de sódio (na2so3), metabissulfito de sódio (na2s2o5), ácido fórmico, ácido oxálico e ácido ascórbico são agentes redutores que não geram resíduos finais de processo. o conhecimento da composição de cada uma das correntes residuais é de fundamental importância para o gerenciamento dos resíduos químicos produzidos, definindo a forma de estocagem e de tratamento dos mesmos. além das espécies químicas oriundas de cada resíduo em função da análise que lhe deu origem, outros compostos são adicionados durante o processo de tratamento. no tratamento do resíduo da análise de fosfato, por exemplo, são adicionadas compostos para neutralização (naoh), precipitação das espécies (bacl2) e posterior eliminação de excesso dos elementos adicionados em solução (na2so4). deve-se tomar cuidado para que nehuma das espécies químicas reconhecidamente poluidoras sejam descartadas em uma ou várias das etapas do tratamento de um resíduo químico. de um modo geral, não se recomenda a adição de metal pesado para tratamento de resíduos, exceto se ele é oriundo de uma outra corrente residual (quando os resíduos se tratam mutuamente). a fluorescência de raios-x não acusou nenhum dos elementos de interesse em concntração detectáveis (< 0,1 mg/l), salvo no caso do iodo (que é descartado junto com o efluente tratado) e do etanol (substância líquida). esse resultado enquadra os efluentes para descarte segundo a resolução 357/05 do conama [31]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 98 tabela 3: caracterização dos produtos finais após os tratamentos elemento ou composto de interesse aspecto visual do efluente tratado aspecto do produto contendo o elemento ou composto de interesse mo solução incolor não foi isolado o produto (bamoo4) sb solução incolor não foi isolado o produto (sbooh + sbocl) hg solução incolor preciptiado branco (hg(oh)2) etanol solução verde liquido transparente e incolor zn solução incolor preciptiado branco (zn(oh)2) cu não houve preciptiado azul (cu(oh)2) se solução incolor preciptiado vermelho (se8) mn não houve preciptiado marrom (mno(oh)2) i solução incolor não foi isolado o produto (i ) 3.2 volume final dos efluentes tratados um dos aspectos mais importantes no tratamento de quaisquer resíduos químicos é o efeito de diluição durante as várias etapas do tratamento. em geral, o volume do efluente final é maior do que o do resíduo inicial (15-20% em nosso caso). por isso, sempre que possível, devese utilizar soluções mais concentradas do agente de tratamento. por exemplo, no caso da neutralização, pode-se utilizar naoh, na2co3 ou nahco3 sólidos, exigindo apenas uma agitação efetiva para homogeneização e controlar o efeito da formação de espuma. para soluções alcalinas, podem-se empregar ácidos de maior concentração apesar da manipulação ser mais ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 99 delicada. na neutralização, deve-se seguir esta regra: a solução mais concentrada é adicionada paulatinamente e sob agitação à solução mais diluída. a única exceção a essa tendência foi o resíduo de etanol; a recuperação desse solvente levou à redução do volume de resíduo final. esse comportamento ocorre quando da recuperação de solventes ou da evaporção de soluções para cristalização de algum soluto dissolvido [2,3,6-9]. 3.3 destino final dos produtos sólidos e líquidos isolados o etanol recuperado foi rotulado como solvente de lavagem e limpeza. os precipitados de hidróxido de zinco (ou de cobre) foram utilizados na síntese de cloretos desses metais (mediante adição da quantidade adequada de hcl para dissolução); eles foram encaminhados a laboratórios de ensino de química analítica qualitativa e química geral. o selênio foi encaminhado a grupos de pesquisa que sintetizaram o seo2 (reagente útil em sínteses orgânicas). os resíduos contendo mo, sb e mn podem tanto ser enviados à incineração (as cinzas são destinadas a aterros industriais classe i) [32], como a coprocessamento em fornos de cimenteiras (material mineralizante), segundo a resolução 264/99 do conama [33]. o resíduo contendo mercúrio somente pode ser enviado diretamente a aterro industrial para resíduos classe i, devendo ainda ser encapsulado antes dessa destinação final [32]. o laboratório de limnologia da ufrj encaminha o material identificado de acordo com as recomendações da comissão de biossegurança do centro de ciências da saúde (ccs) da universidade, que realiza duas vezes ao ano uma coleta dos resíduos químicos dos laboratórios deste centro, de acordo com a seguinte classificação: a) resíduos inorgânicos sólidos ou pastosos; b) resíduos orgânicos sólidos ou líquidos (isentos de compostos halogenados e/ou fosforados); c) resíduos orgânicos sólidos ou líquidos halogenados e/ou fosforados; d) resíduos não identificados. 3.4 o comportamento do fator humano no processo de gestão ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 100 com a progressiva implementação do programa de gerenciamento de resíduos químicos no laboratório de limnologia, observou-se uma mudança de postura pelos seus membros, que abandonaram o procedimento de descarte puro e simples na pia ou no lixo comum, cultura estabelecida quando eles eram alunos de disciplinas experimentais de cursos de nível técnico e mesmo superior. a realização de seminários e reuniões internas, o mapeamento das fontes geradoras, o estabelecimento de um sistema de identificação de cada corrente, e o estabelecimento de roteiros de tratamento testados, reavaliados e aprimorados foram fundamentais para o envolvimento de todos com esta atividade. os resultados iniciais do programa de gestão sempre foram colocados de forma clara para todos, valorizando o esforço individual e coletivo, identificando casos de estratégias bem sucedidas e outros em que ainda são necessários estudos adicionais. na área da saúde a gestão dos resíduos químicos é parte integrante de um universo mais amplo, que é a gestão dos resíduos de saúde (rss). de acordo com a resolução rdc 306/04 da agência nacional de vigilância sanitária (anvisa) [34] e a resolução 358/05 do conama [35], os rss são compostos por cinco tipos de resíduos, sendo que os químicos integram o grupo b. portanto, uma boa gestão dos rss exige a implementação de um programa que contemple os resíduos químicos. da mesma forma, a gestão desses resíduos minimiza possíveis impactos ambientais, dentro das diretrizes da norma abnt iso 14001 [17,36]. esses fatos foram colocados de forma bem objetiva, incentivando a todos a manter e a aprimorar as rotas de tratamento desenvolvidas. uma vez cumprida essa etapa busca-se agora minimizar a geração dos resíduos, tendo como foco a redução da toxicidade e/ou do volume de geração. uma menor geração de resíduos reduz o custo de tratamento do mesmo, independente da destinação final a ser dada a ele. para isso, uma possibilidade é reduzir a escala de trabalho em um dado procedimento, o que nem sempre é possível. outra possibilidade, dentro da filosofia da chamada “produção mais limpa” (p+l), é a substituição de metodologias de análise por outras que usem reagentes menos tóxicos e/ou menores quantidades de amostra. este campo demanda pesquisa e desenvolvimento para se chegar a um resultado concreto. o laboratório de limnologia disponibilizou seus resíduos na bolsa de resíduos da federação das indústrias do estado do rio de janeiro (firjan) [37]. de acordo com a própria firjan, trata-se de uma iniciativa que busca promover a livre negociação ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 101 entre indústrias, conciliando ganhos econômicos com ganhos ambientais, a partir da troca de informações sobre os resíduos disponíveis. esta é uma prática corrente nos estados unidos, europa e japão. 4. conclusões diferente de muitas experiências sobre tratamento de resíduos químicos que trabalham com material de aulas práticas ou de rotinas de laboratório de pesquisa em química, este trabalho apresenta um caráter diferenciado na medida em que a diversidade de amostras analisadas pelos métodos empregados no laboratório de limnologia gera também uma diversidade de resíduos dentro da mesma corrente. isso exige a adoção de procedimentos que possibilitem uma padronização dos tratamentos em função das análises que originaram tais resíduos, independente de sua origem. para alcançarmos esta condição, foi fundamental a adoção de uma postura participativa por parte de todos os membros do laboratório, em que todos assimilassem os princípios fundamentais da gestão adequada dos resíduos que eles mesmos produziam. sendo assim, o princípio da corresponsabilidade, no qual o gerador do resíduo, em vários níveis de escala de participação, deve participar e acompanhar todo o processo de tratamento e/ou destinação final do resíduo químico produzido, leva à necessidade de que toda a hierarquia do laboratório (coordenadores, docentes, técnicos e alunos) se envolva neste sistema. como os rss englobam cinco tipos distintos, a experiência com os resíduos químicos pode servir para melhorar ou mesmo implementar sistemas semelhantes de gestão para os demais tipos de resíduos. agradecimentos os autores agradecem a toda equipe do laboratório de limnologia, pela dedicação e colaboração na implementação do sistema de gerenciamento de resíduos químicos. a finep, faperj, cnpq e petrobras, através dos recursos disponibilizados para realização destas atividades. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 102 referências [1] a. f. silva, t. r. s. soares; j. c. afonso; química nova na escola, (32) (2010) 37. 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[37] http://www.firjan.org.br/notas/cgi/cgilua.exe, acessada em maio de 2010. síntese e caracterização de titanato de bário, dopados com európio e neodímio eclética química, 38, 54-60, 2013. 54 síntese e caracterização de titanato de bário, dopados com európio e neodímio fernanda l.c.sousa 1* , alciney m. cabral 1 , ademir o. silva 1 e joão b.l.oliveiro 1 1 instituto de química (iq), universidade federal do rio grande do norte (ufrn). *nanda_louise@yahoo.com.br introdução cerâmicas avançadas ferroelétricas apresentam propriedades piezolétricas, dielétricas e eletro-ópticas e suas incomparáveis características as tornam bastante aplicadas em tecnologia de comunicação. cerâmicas avançadas com estrutura da peroviskita de titanato de bário (atio3), onde a pode ser cátions como ba 2+ , sr 2+ e ca 2+ ou até lantanídeos la 3+ , la 2+ , nd 3+ , nd 2+ , eu 3+ e eu 2+ se enquadram na classe das chamadas cerâmicas eletroeletrônicas. a potencialidade dessas estruturas dopadas com as “terras-raras” as torna boas candidatas para o emprego com material a base para capacitores e antenas ressoadoras dielétricas (dra), além de serem utilizadas em sensores de temperatura, por possuir o denominado efeito ptc (coeficiente positivo de temperatura) [1]. materiais que exibem capacidade de apresentar um comportamento dielétrico tornando-se bons candidatos para aplicação na construção de antenas ressoadora dielétricas (dra), que são materiais de altas tecnologias, fabricadas a partir de materiais dielétricos [2]. elas filtram, selecionam, sintonizam frequências em osciladores e amplificadores de circuitos de microondas, apresentam baixas perdas e a frequência de ressonâcia estar em função do seu tamanho e forma, operam na faixa de (8 – 14 ghz) a mesma das “bluetooth e wi-fi”, para projeto de antena deve possuir um alto valor da permissividade eletrica (constante dielétrica) εr > 10 [3]. o presente trabalho adota a estratégia para se entender o efeito da dopagem de lantanídeos európio e neodímio em titanato de bário utilizando a síntese dos precursores poliméricos [4], para a formação dos óxidos mistos e nd0,05ba0,05ti1,4375o3. objetivo o presente trabalho tem como objetivo em sintetizar e caracterizar dos óxidos mistos na matriz de titânio de bário em dopagem com neodímio e európio analisando a curvas termogravimétricas, bandas características na região do infravermelho do complexo polimérico, que são intermediários aos óxidos mistos e identificar a formação dos mesmos e cristalinidade através das análises de drx. com melhor aplicação para antenas dielétricas. metodologia experimental os óxidos de titanato de bário dopados com európio ou neodímio foram sintetizados pelo eclética química, 38, 54-60, 2013. 55 método de pechini. utilizando os reagentes contidos na tabela 1. ao termina o processo de síntese, o composto foi aquecido em uma mufla, até 300°c por duas horas e analisado através das curvas termogravimétricas e os espectros de infravermelho. o restante deixou em aquecimento até 700°c por duas horas sendo realizadas as curvas tg, os espectros de iv, difratometria de raio-x e permissividade elétrica . resultados e discussões analisando a figura 1, observa-se que as duas primeiras perdas são referentes à água, totalizando 1 mol desse composto na amostra. na seguinte perda se caracteriza pela saída do dióxido de carbono apresentando 4,7 mols na porção poliéster formados e da ultima, também é dióxido de carbono, contendo 9,5 mols. restando apenas o óxido misto eu0,05ba0,05ti1,4375o3. na figura 2, temos duas perdas de massa associada aos resíduos de carbono e umidade do composto. assim, sobrando o composto mais estável eu0,05ba0,05ti1,4375o3. a banda característica de infravermelho médio, na figura 3, para o eu0,05ba0,05ti1,4375o3. o complexo polimérico metálico formado a 300 °c (“puff”), e as suas respectivas associações de seus grupos funcionais, estão listadas na tabela 2. analisando a figura 4, para o óxido dopado com neodímio, observe que primeira perda é referente à água, totalizando 1 mol desses na amostra. na segunda perda se caracteriza pela saída do dióxido de carbono em 160 °c a 400 °c, apresentando 2,31 mols e a ultima em 402°c e 550,29 °c também dióxido de carbono, caracterizada pela saída de contendo 5,55 mols. as perdas de massa características são referentes à decomposição do grupo poliéster, assim no final restando apenas o óxido misto nd0,05ba0,05ti1,4375o3. a curva tg, na figura 5, apresenta duas perdas de massa associada aos resíduos de carbono e umidade do composto, obtendo-se assim o nd0,05ba0,05ti1,4375o3. a banda característica de infravermelho médio está presente na figura 6 para o nd0,05ba0,05ti1,4375o3.do complexo polimérico metálico formado a 300° c (“puff”), e as suas respectivas associações de seus grupos funcionais, estão listadas na tabela 3. em relação à permissividade elétrica, foi utilizada com objetivo de avaliar como cada material se comporta numa determina frequência. no trabalho variamos a frequência de 2 ghz a 45 ghz no qual estas variações estão aplicadas a antenas dielétricas como mostram a figura 7 e 8. no tocante as análises estruturais dos materiais cerâmicos temos que os dois difratogramas de raio-x presentes nas figuras 9 e 10, referentes ao nd0,05ba0,05ti1,4375o3 e , respectivamente, observamos a prioridade da fase de óxido de titânio na fase “anatáse”, e a presença dos dopantes na estrutura que foi monofásica nesta matriz. o grau de cristalinidade das estruturas e os parâmetros microestruturais do európio e do neodímio na matriz de titânio de bário podem ser vistos na figura 11 e tabela 3. nota-se que na figura, o material dopado com európio e sintetizado a 900°c é cerca de 3% mais cristalino que o dopado com neodímio. eclética química, 38, 54-60, 2013. 56 imagens figura 1 curva da termogravimétrica do eu0,05ba0,05ti1,4375o3 à 300°c “puff”. figura 2 curva da termogravimétrica do eu0,05ba0,05ti1,4375o3 de 700 ° c. -0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 t emp [c] 40.00 60.00 80.00 100.00 % t ga -0.20 -0.10 0.00 0.10 mg/min drt ga 28.15x100c -1.524x100% 106.52x100c -0.312x100% 266.04x100c -22.091x100% 413.51x100c -42.729x100% 544.28x100c file name: eubapuff.d00 detec tor: t ga50h acquis ition date12/03/20 acquis ition t ime10:48:15 sample name: euxbapuff sample weight:2.888[mg] annotation: eubapuff.d00 eubapuff.d00 t g dt g -0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 t emp [c] 50.00 100.00 150.00 % t ga -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 mg/min drt ga 30.36x100c -13.988x100% 92.94x100c -2.556x100% 476.75x100c file name: euxbayt i.d00 detec tor: t ga50h acquis ition date12/03/20 acquis ition t ime13:46:41 sample name: euxbayt izo3 sample weight:4.225[mg] annotation: euxbayt i.d00 euxbayt i.d00 t g dt g figura 3 infravermelho médio do à 300°c “puff” eu0,05ba0,05ti1,4375o3. figura 4 curva da termogravimétrica do nd0,05ba0,05ti1,4375o3 à 300°c “puff”. -0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 t emp [c] 40.00 60.00 80.00 100.00 % t ga -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 mg/min drt ga 27.63x100c -3.274x100% 153.51x100c -18.489x100% 401.54x100c -44.423x100% 555.29x100c file name: puff.d00 detec tor: t ga50h acquis ition date12/03/19 acquis ition t ime10:31:05 sample name: puff sample weight:4.581[mg] annotation: puff.d00 puff.d00 t g dt g figura 5 curva da termogravimétrica do nd0,05ba0,05ti1,4375o3 à 700 °c. figura 6 infravermelho médio do à nd0,05ba0,05ti1,4375o3 300°c “puff”. -0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 t emp [c] 50.00 100.00 150.00 % t ga -2.00 0.00 2.00 mg/min drt ga 28.12x100c -2.792x100% 190.88x100c -0.396x100% file name: ndxbayt .d00 detec tor: t ga50h acquis ition date12/03/19 acquis ition t ime14:04:15 sample name: ndxbayt izo3 sample weight:4.800[mg] annotation: ndxbayt .d00 ndxbayt .d00 t g dt g eclética química, 38, 54-60, 2013. 57 figura 7 permissividade elétrica do eu0,05ba0,05ti1,4375o3. figura 8 permissividade elétrica do nd0,05ba0,05ti1,4375o3. figura 9difratograma de raios-x do nd0,05ba0,05ti1,4375o3. figura 10difratograma de raios-x do eu0,05ba0,05ti1,4375o3. eclética química, 38, 54-60, 2013. 58 figura 11cristalinidade do eu0,05ba0,05ti1,4375o3. e nd0,05ba0,05ti1,4375o3. eclética química, 38, 54-60, 2013. 59 tabelas tabela 1 reagentes utilizados. tabela 2 associação das bandas de infravermelho médio do eu0,05ba0,05ti1,4375o3 “puff” à 300°c. numero de onda associação grupo funcional 3427,42cm -1 (3.600 3.200 cm -1 ) o-h (associado) 2926,03 cm -1 (2.960 2.850 cm -1 ) c-h alifáticos 1731,11 cm -1 (1.740 1.720 cm -1 ) c=o de aldeídos 1559,64 cm -1 (1.590 1.550 cm -1 ) 1406,93 cm -1 ch2 adjacente a carbonila 1250,38 cm -1 c-o de éteres 1170,92 cm -1 c-o de ésteres 910,05 cm -1 (990 e 910 cm -1 ) rch=ch2 deformação angular fora do plano. 766,98 cm -1 (730 675 cm -1 ) -ch=ch c-h fora do plano. 638,48 cm -1 estiramento ti-o, ba-o e eu-o tabela 3 associação das bandas de infravermelho médio do nd0,05ba0,05ti1,4375o3 “puff” à 300°c. numero de onda associação grupo funcional 3427,42cm -1 (3.600 3.200 cm -1 ) o-h (associado) 2926,03 cm -1 (2.960 2.850 cm -1 ) c-h alifáticos reagentes formula molecular massa molar g/mol fornecedor pureza isopropóxido de titânio iv (ti(oc3h7)4) 284,02 aldrich pa/97% nitrato de neodímio nd(no3)3 ◦ 6h2o 438.3493 g/mol aldrich 99% nitrato de bário ba(no3)2 261.3377 g/mol vetec 98% nitrato de európio eu(no3)3 ◦ 5h2o 428.0557 g/mol aldrich 99% etileno glicol c2h6o2 62,07 vetec pa/99% acido cítrico c6h8o7 192,13 vetec pa/99,5% eclética química, 38, 54-60, 2013. 60 1731,11 cm -1 (1.740 1.720 cm -1 ) c=o de aldeídos 1559,64 cm -1 (1.590 1.550 cm -1 ) 1406,93 cm -1 ch2 adjacente a carbonila 1250,38 cm -1 c-o de éteres 1170,92 cm -1 c-o de ésteres 910,05 cm -1 (990 e 910 cm -1 ) rch=ch2 deformação angular fora do plano. 766,98 cm -1 (730 675 cm -1 ) -ch=ch c-h fora do plano. 638,48 cm -1 estiramento ti-o, ba-o e nd-o conclusão sabendo-se que os materiais utilizados em antenas devem possuir um valor da constante dielétrica maior que 10, podemos concluir que os complexos sintetizados nesse trabalho podem ser utilizados como antenas de comunicação movel. e o uso de lantanideos podem aperfeiçoar as propriedades elétricas para a performase da antena desejada. agradecimento ao prh-pb 22, inct-csf, cnpq e tr-2012. referencias bibliográficas [1] pereira, r. a síntese e caracterização de titanato de bário hidrotérmico dopado com lantânio e manganês. ouro preto: escola de minas, redemat, universidade federal de ouro preto, 2004. 91 f. 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[co(h2o)5l]l and [ni(h2o)5l]l both are isostructural, space group p212121. the crystals of [zn(h2o)l2] h2o are monoclinic, space group pc. mn(ii) ion is positioned at the crystallographic symmetry center. mn(ii) and co(ii) ions adopt the distorted octahedral coordination but zn(ii) tetrahedral one.the carboxylate groups in the complexes with m(ii) cations function as monodentate, bidentate and/or free coo-groups. the ligands exist in the crystals as aquaanions. the complexes of 5-chloro-2-methoxybenzoates with mn(ii), co(ii) and zn(ii) form bilayer structure. keywords: crystal structure; 5-chloro-2-methoxybenzoates; magnetic moment; introduction 5-chloro-2-methoxybenzoic acid having formula c 8 h 7 clo 3 is a white crystalline solid sparingly soluble in cold water, that is stable up to 199°c after which it decomposes with the melting point temperature [1]. the complexes of 5-chloro-2methoxybenzoic acid with mn(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii) were obtained and some of their physicochemical properties such as: thermal stability in air and nitrogen atmospheres and magnetic properties in the range of 80–300 k were studied. the results of elemental and thermal analyses suggest that these complexes are di-, tetraand pentahydrates, and the water molecules are released only in one step with the rise of temperature. the ftir and fir spectra analysis reveals the carboxylate group to be monodentate and bidentate ligands. the magnetic measurement results suggest, that the mn(ii), co(ii) and ni(ii) are high-spin complexes. the ligands form the weak electrostatic field in the coordination sphere of the central ions. the zn(ii) complex is diamagnetic as may be expected from zn(ii) closed shell electronic configuration and the absence of unpaired electrons [2-5]. in order to explain the physico-chemical properties of the complexes, to elucidate the ways of coordinations of mn(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii) ions with 5-chloro-2-methoxybenzoate ligand and to determine the positions of water molecules in the crystal lattice their structures were determined by single-crystal x-ray analysis. experimental details preparation of complexes the 5-chloro-2-methoxybenzoates of mn(ii), co(ii), ni(ii), and zn(ii) were prepared by the addition of equivalent quantities of 0.1m ammonium 5-chloro-2-methoxybenzoate (ph~5) to a hot solution containing the nitrates(v) of those elements and crystallizing at 293k. the solids were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions and dried at 303k to a constant mass. suitable crystals of the title compounds for x-ray diffraction were grown by ecl. quím., são paulo, 32(2): 23-28, 2007 volume 32, número 2, 2007 the recrystallization process evaporating an aqueous solution of the salts at 293 k. the contents of carbon and hydrogen in complexes were determined by elemental analysis using a chn 2400 perkin elmer analyser and the content of chlorine by schöniger method. the contents of m2+ metals were established by asa method and tg curves. anal. calcd. for c 16 h 20 cl 2 o 10 mn (m r = 498): c, 38.56; h, 4.02; cl, 14.06; mn 11.03%; found: c, 38.85; h, 3.96; cl, 14.61; mn 10.95%. calcd. for c 16 h 22 cl 2 o 11 co (m r = 519.9): c, 36.93; h, 4.23; cl, 13.46; co 11.33%; found: c, 37.25; h, 4.13; cl, 13.71; co 11.43%. calcd. for c 16 h 22 cl 2 o 11 ni (m r = 519.7): c, 36.95; h, 4.23; cl, 13.66; ni, 11.29%; found: c, 37.03; h, 4.09; cl, 13.30; ni, 11.40%. calcd. for c 16 h 16 cl 2 o 8 zn (m r = 472): c, 40.64; h, 3.39; cl, 14.82; zn 13.84%; found: c, 40.67; h, 3.32; cl, 14.12; zn 13.86%. x-ray structure determination x-ray diffraction data for title compounds were measured at 100 k on a km4 ccd the atomic coordinates of non-hydrogen atoms with their isotropic temperature factors after the final refinement are given in table 2. crystal structure was solved by direct method, using the shelxs-97 program [6] and refined by full matrix least-squares method on f2 using the shelxl-97 program [7]. the nonhydrogen atoms were refined with anisotropic displacement parameters. positions of ligand hatoms were calculated from the geometry assuming the trigonal or tetragonal configuration of respective non-h atoms, while that of water molecules were located in difference maps. hatoms were given isotropic factors of 1.2u eq and their positions are refined. diffractometer with mokα radiation (λ = 0.710073å). the data were corrected for empirical absorption. the crystal and experimental data are collected in table 1. ecl. quím., são paulo, 32(2): 23-28, 200724 25 magnetism the magnetic susceptibilities of samples of 5-chloro-2-methoxybenzoates of mn(ii), co(ii) and ni(ii) at 4.4–294 k were measured using an ac lake shore 7225 magnetometer. the magnetic susceptibilities of these complexes were also determined by gouy method using a sensitive cahn rm-2 balance. the measurements were made at a magnetic field strength of 9.9 kqe. the calibrant employed was hg[co(scn) 4 ] for which the magnetic susceptibility of 1.644×10-5 cm3g-1 was taken and then the effective magnetic moment values were calculated for 5-chloro-2methoxybenzoates of mn(ii), co(ii) and ni(ii). correction for diamagnetism of the constituent atoms was calculated by the use of pascal¢s constants [8]. results and discussions the complexes of 5-chloro-2methoxybenzoates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii) were obtained as crystalline products with a metal to ligand ratio of 1:2 and a general formula m(c 8 h 6 clo 3 ) 2 ·nh 2 o, where m = mn, co, ni, zn and n=4 for mn(ii), n=5 for co(ii), ni(ii), and n=2 for zn(ii). the colour of the complexes is typical of the particular divalent ion salts, i.e., is slightly pink in the case of mn(ii), pink for co(ii), green for ni(ii), and white for zn(ii) and originates from d®d electronic transitions of the central ions. molecular and crystal structure structure of 5-chloro-2-methoxybenzoate aquaanion 5-chloro-2-methoxybenzoate ligands exist as aquaanions in the complexes with mn(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii). the scheme of aquaanion with atom numberings is shown in figure 1. as it is seen, the water molecule as proton donor interact with o2 and o3 oxygen atoms of the ligands as proton acceptors through threecentered intermolecular hydrogen bonds and forms 6)(r 2 1 motives. the phenyl rings of all ligands are planar within the experimental error. the c7–o1 and c7– ecl. quím., são paulo, 32(2): 23-28, 2007 226 o2 bond values in the carboxylate group lie in the range 1.255(5) 1.269(2) å in the mn(ii) and co(ii) complexes, and 1.248(4) 1.287(4) å in the zn(ii) complex, and are typical for the delocalized bonds. the coogroups are approximately coplanar with the benzene ring plane. torsion angles c2-c1-c7o2 change from -0.4(6) in mn(h 2 o) 4 l 2 to -1.7(3)º (a ligand) and 8.7(3)º(b ligand) of the [co(h 2 o) 5 l]l complexes. however, in the zn(ii) complex it rotates around c1–c7 bond, and the values of c2–c1– c7–o2 torsion angles are -43.4(3) and -24.7(5)º in the a and b ligands, respectively. the methoxy groups in all complexes are approximately coplanar with benzene ring planes. fig.1. view of the 5-chloro-2-methoxybenzoate anion showing the atom-numbering scheme. the dashed lines indicate hydrogen bonds. structure of mn(h 2 o) 4 l 2 the perspective view of the mn(h 2 o) 4 l 2 complex is shown in figure 2a. fig. 2. perspective view of the mn(ii), co(ii), zn(ii) coordination spheres in the: (a) mn(h 2 o) 4 l 2 , (b) [co(h 2 o) 5 l]l, (c) [zn(h 2 o)l 2 ]·h 2 o complexes with atom numbering. thermal ellipsoids at the 50% probability level.the values of mn-o bond lengths and omn-o angles in the cation coordination spheres are given in table 3. the mn(ii) ion is positioned on the symmetry center and bonded to four oxygen atoms of water molecules and two of monodentate carboxylate groups (figure 2a). two independent mn-o w (o w oxygen atom of water molecule) bond lengths are almost equal (table 3) and longer than mn-o c (o c oxygen atom of carboxylate group). the coordination geometry would be the best described by the distorted octahedral whose base contains water molecules and the vertices are occupied by symmetrically equivalent oxygen atoms of monodentate carboxylate groups. the mno 6 spheres are linked through o1wh1w1···o2wi (i -x, y 0.5, -z + 0.5) intermolecular hydrogen bonds and build two-dimensional hydrophilic cation-layers parallel to (100) lattice plane. also, there are three types of intermolecular hydrogen bonds within cation-layers in which water molecule acts as the proton donor and the uncoordinating o2 carboxyl oxygen atom and o3 ecl. quím., são paulo, 32(2): 23-28, 200726 the methyl group of the monodentate ligands forms c8-h8···cliv (iv x, y-1, z) hydrogen bonds with neighbouring anions and build ribbons parallel to a axis. moreover, p···p stacking was found to exist among the 5-chloro-2methoxybenzoate aquaanions, the distances between the centroid of the benzene ring planes are 3.34 å. structure of [co(h 2 o) 5 l]l the co(ii) complex consists of two discrete units: [co(h 2 o) 5 l]+ cations and free ligands las anions (figure 2b). the co(ii) cation occurs in distorted octahedral coordination (table 3). the coordination sphere of co(ii) ion contains one oxygen atom of monodentate carboxylate group of a ligand and five water molecules completing octahedral coordination. in this complex there are intramolecular o w -h...o c (i.e., o5w-h1w5...o2a) and c-h...o m (o m oxygen atom of methoxy group; i.e., c8a-h8a3...o3b) hydrogen bonds, and moreover intramolecular c7b...o3a electrostatic interaction (table iv). the benzene ring plane of the coordinating (a) and uncoordinating (b) ligands are not entirely parallel, the values of the bond angles are 7.4(1)º. the first coordination spheres of the cations are connected through o w h...o w (i.e., o1w-h1w4...o2wvii and o2wh1w2...o5wiii) hydrogen bonds and build cationlayer parallel to (001) lattice plane with co...co distances 5.92 and 5.94å. free anions are connected via c8b-h8b...cl1bxi weak hydrogen bonds along a axis. structure of {[zn(h 2 o)l 2 ]·h 2 o} n the zn(ii) cations function in distorted tetrahedral zno 4 coordination (figure 2c). their coordination spheres contain one oxygen atom of monodentate carboxylate group of b ligand, two oxygen atoms of bidentatebridging carboxylate group of a ligand and one ecl. quím., são paulo, 32(2): 23-28, 2007 27 ortho-methoxy oxygen atom are proton acceptors. mn(ii)···mn(ii) separations within cation-layers are 5.887 å (table 4). 2828 water molecule. coordination spheres are connected by bridging carboxylate groups forming the {[zn(h 2 o)l 2 ]·h 2 o} n polymeric chains along the [100] direction. the magnetic susceptibility of 5-chloro-2methoxybenzoates of mn(ii), co(ii) and ni(ii) was determined in 4.4–294 k. all complexes show paramagnetic properties and they obey the curieweiss law. the effective magnetic moment values experimentally determined for 5-chloro-2methoxybenzoates of mn(ii) and ni(ii) change from 5.28 m b (at 4.5 k) to 6.13 m b (at 291 k) and from 2.80 m b (at 4.3 k) to 3.04 m b (at 293 k) for those of two appropriate complexes, respectively. the experimental data reveal that the magnetic moments of mn2+ and ni2+ ions in the complexes are connected with spin-only moments. their theoretical values at room temperature are equal to 5.92 m b for the mn2+ and 2.83 m b for the ni2+, respectively. these spin – only values of magnetic moments of mn(ii) and ni(ii) indicate that they are high-spin d5 and d8 ions, respectively. in the case of 5-chloro-2-methoxybenzoate of co(ii) the effective magnetic moments of cobalt ion determined in 4.6–294 k are in the range of 4.08 – 4.64 m b . the magnetic moment measured at room temperature for the co2+ ion is equal to 4.64 m b . this value differs from that of the spin-only moment which amounts to 3.88 m b . the relatively large difference between measured and calculated values results from a spin-orbital coupling. the obtained values indicate that the studied compounds are high-spin complexes with octahedral coordination and the ligands form the weak electrostatic field in the coordination sphere of the central ions. the zn(ii) complex is diamagnetic as may be expected from its closed shell electronic configuration and the absence of unpaired electrons [2, 4, 8-14]. supplementary data the lists of the atomic coordinates, displacement parameters and complete geometry have been deposited with the cambridge crystallographic data centre as supplementary material no. ccdc 610630-610632. copies of the data can be obtained free of charge on application to the director, ccdc, 12 union road, cambridge cb2 1ez, uk, (fax: +44-(0) 1223-336033; or e-mail: deposit@chemcrys.cam.ac.uk). the list of f o /f c data is available from the author. conclusions the complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii), and zn(ii) with 5-chloro-2-methoxybenzoic acid anion were synthesized as hydrated salts. they form tetra-, penta-, and dihydrates, respectively. their crystal structures were determined. the crystals of zn(ii) complex are monoclinic. mn(ii) and co(ii) ions adopt the distorted octahedral coordination but zn(ii) the tetrahedral one. complexes of co(ii) and ni(ii) are isostructural. the carboxylate anion in the analysed complexes function as monodentate, bidentate and/or free coogroups. the mn(ii), co(ii), and ni(ii) compounds are high-spin complexes with octahedral coordination and the ligands form the weak electrostatic field in the coordination sphere of the central ions. references [1] beilsteins handbuch der organischen chemie, bd. x, springer-verlag, berlin 1949, 62. [2] w. ferenc, b. bocian; b. czajka, acta chim. hung. 137 (2000) 659-670. [3] b. bocian, b. czajka, w. ferenc, j. therm.anal. cal. 66 (2001) 729-741. [4] b. bocian, w. ferenc, j. serb. chem. soc. 67 (2002) 605-615. [5] w. ferenc, b. bocian, j. therm. anal. cal. 74 (2003) 521-527. [6] g. m. sheldrick shelxs97, university of göttingen, germany, (1997). [7] g. m. sheldrick shelxl97, university of göttingen, germany, (1997). [8] e. könig, magnetic properties of coordination and organometallic transition metal compounds, berlin 1966, 24-29. [9]a. ernshaw, introduction to magnetochemistry, academic press, london 1968, 1-112. [10] j. mroziñski, material science14 (1988) 23-30. [11] j. mroziñski, l. natkaniec, materials science 14 (1988) 69-80. [12] m. hvastijova, j. kohout, j. mroziñski, l. jäger, polish j. chem. 69 (1995) 852-857. [13] b. korybut-daszkiewicz, d. mroziñska, j. mroziñski: j. coord. chem. 15 (1987) 357-365. [14] b. korybut-daszkiewicz, j. mroziñski, bull. pol.acad. sc. chem. 33 (1985) 412-419. received 16 april 2007 accepted 17 may 2007 ecl. quím., são paulo, 32(2): 23-28, 2007 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 3 | 2018 | 19 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 antioxidant capacity of melissa officinalis l. on biological systems juliana metzner franco1, silvana marina piccoli pugine1 , antônio márcio scatoline1, mariza pires de melo1+ 1 faculty of animal science and food engineering (fzea), university of são paulo, pirassununga, são paulo, brazil + corresponding author: mariza pires de melo, e-mail address: mpmelo@usp.br article info article history: received: april 26, 2018 accepted: september 18, 2018 published: october 07, 2018 keywords: 1. adsorbent 2. textile industry 3. isotherms 4. wastewater 1. introduction melissa officinalis l. (lemon balm) is a plant of the laminacea family originated from the mediterranean, east asia, southeast siberia and north africa but has adapted throughout the world1. studies show the benefits of m. officinalis as antioxidant2-4 which were used for the symptomatic treatment of gastrointestinal disturbances, adjuvant therapy for pain associated to functional dyspepsia, neurological diseases associated with oxidative stress5. the rosmarinic acid is the major compound present in the ethanol extract of m. officinalis3, 6, 7. some properties of m. officinalis are related to the high levels of polyphenolic compounds as quercetin, caffeic acid and rosmarinic acid with antioxidant properties3, 8. antioxidants are compounds with protective action on deleterious effect of reactive species such as reactive oxygen species (ros) and reactive nitrogen species (rns)9. reactive species are atoms or molecules that have high oxidizing power and can be a radical with unpaired electron as superoxide anion (o2 •-), hydroxyl radical (ho•) and nitric oxide (no• or no) or non-radicalar forms as hydrogen peroxide (h2o2) or peroxynitrite anion (onoo-)9, 10. ros can be formed in the cellular environment primarily as result of aerobic metabolism. nitric oxide, a natural free radical, whose generation is related to normal physiological parameters; but when combined with ros has potent pro oxidant effects11. exacerbated reactive species in the cellular medium can be due to an unbalanced diet and xenobiotics exposure12. for food processing the oxygen level, the presence of transition metals and high temperatures are important to the reactive species generation11, 12. macromolecules oxidation abstract: the aim of the present study was to evaluate in vitro antioxidant capacity of melissa extract (me) (melissa officinalis l.) and its protective effect on peroxyl radical-induced oxidative damage in erythrocytes. me used in the present study was obtained by rotary evaporation of the crude extract (ethanol:water/dried leaves). total phenolic and flavonoids determined were 177 ± 13 mg gae/g dried weight (dw) and 26 ± 3 mg qe/g dw, respectively. total equivalent antioxidant activities, teac in mg te/g dw, were 61 ± 6 and 512 ± 77 respectively for frap assay and dpph• radical-scavenging. the me acts as an antioxidant on no and o2 •-, whereas me exerted a higher antioxidant action on no scavenging compared to the ascorbic acid (1.9 times). however, the antioxidant capacity of me on o2 •was 5.6 times lower than ascorbic acid. the values of hemolysis inhibition from me (ic50, 2.0 ± 0.5 g ml-1) were higher than ascorbic acid (ic50, 7 ± 2 g ml-1). extract of melissa was able to eliminate biological free radicals, suggesting a potential to prevent oxidative damage in vivo. in fact, the me exerted protective action on cell membrane lysis in situ. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 mailto:mpmelo@usp.br https://orcid.org/0000-0002-9563-1088 https://orcid.org/0000-0003-0275-575x original article 20 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 by reactive species can cause serious problems in biological systems by ultracellular damage or in food industry by off flavor, changes in nutritional properties and shelf life; so, the use of antioxidants is an important mechanism against reactive species. in recent years the interest for natural antioxidant has intensified for food manufactures and both human and animal diet13, 14. different species of herbs have been investigated by the chemical composition, antioxidant activity and antimicrobial action, among them m. officinalis. antioxidant activity can be evaluated by radical scavenging using non-biological radicals such as dpph• (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) and abts•+ (2,2’-azino-bis-3-ethylbenzthiazoline)15. however, recently, radicals with biological characteristics as o2 •and no have been employed to evaluate antioxidant activity16. thermal decomposition of aaph (2,2'-azobis-2amidinopropane dihydrochloride) in vitro generates peroxyl radical that has been used to verify the antioxidant activity against oxidative erythrocytes damage induced by this radical17. reactive species such as peroxyl radical and others as o2 •and no are important for antioxidant assays by simulating a biological process. the aim of this study was to evaluate the antioxidant activity of extract of melissa officinalis l. on biological systems. for this purpose the aqueous m. officinalis extract obtained by ethanol:water (70:30) extraction was used to determinate: i) total phenolic by folin-ciocalteau method and total flavonoids by aluminum chloride reaction; ii) antioxidant activity on non-biological species as ferric ion reducing (frap assay) and dpph• scavenging; iii) antioxidant activity on free radical with biological characteristics, o2 •and no scavenging and iv) antioxidant activity on hemolytic aaph-induced. 2. materials and methods 2.1 plant and chemicals dried leaves of m. officinalis were acquired from florien (piracicaba, são paulo, brazil). all chemicals compounds were obtained from sigmaaldrich (st. louis, eua). 2.2 obtainment of extract dried leaves of melissa officinalis were micronized using a micro mill willye (te-648, tecnal) and stored in amber vial. micronized sample (10 g) was subjected to lipids removal using n-hexane (300 ml) on soxhlet extractor for 6 h18. subsequently, the bioactive compounds from each sample was extracted with ethanol:water (70:30, v:v) by stirring (170 rpm) (shaker te-420, tecnal), at 25 oc for 24 h, in the dark. after extraction, the solution was centrifuged for 10 min at 4000 rpm (centrifuge ct-500, cientec), filtered whatman no.1 (11 µm) and the solvent was evaporated under reduced pressure with the temperature not exceeding 50 °c (rotary evaporator sl-126, solab). the concentrated extract was diluted in ultrapure water, sonicated 3 times for 20 s at 90 hz (ultrasonic cell disrupter, unique) and centrifuged at 4000 rpm for 5 min. the supernatant was frozen and freeze-dried (lyophilizer k-202, liobras) and finally, the sample was resuspended in ultrapure water and used in all assays. to assay with cells the final extract concentration was adjusted to 10 mm phosphate buffer saline, ph 7.4, (pbs). dry weight (dw) of aqueous extract was evaluated for results expression. the procedure described above was performed in triplicate (n=3). 2.3. estimation of total phenolic and total flavonoids total phenolics were estimated using folinciocalteau reagent19. in this technique, the extract was pre-incubated with 10% (v/v) folin-ciocalteu reagent for 2 min and 7.5% (w/v) sodium carbonate was added. after 1 h at 25 oc, absorbance at 760 nm was measured in a spectrophotometer (du800, beckman coulter®). assays were performed in triplicate and results were expressed as mg of gallic acid equivalents (gae)/g dw, using a standard curve of gallic acid (0.5 to 6.0 µg ml-1). total flavonoids were carried in accordance with the colorimetric method20. assay was performed in ethanol:water 70:30 (v:v) in the presence of 2% (w/v) aluminum chloride and extract. absorbance at 415 nm was determinate, after 40 min of incubation at 25 oc in the dark, using a spectrophotometer (du-800, beckman coulter®). assays were performed in triplicate and results were expressed in mg of quercetin equivalent (qe)/dw, using a standard curve of quercetin (0.6 to 9.6 µg ml-1). 2.4. ferric reducing antioxidant power (frap) assay the reduction power of extract on ferric ion was described previously21. the reaction between extract and frap reagent produces a blue compound and absorbance was measured at 593 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 original article 21 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 nm (du-800, beckman coulter®). frap reagent was prepared by mixing acetate buffer (300 mm, ph 3.6), 10 mm tripiridiltriazine in 40 mm hcl, and 20 mm fecl3 at ratio 10:1:1 (v:v:v). a standard curve was prepared with trolox (0.63 to 3.78 µg ml-1). assays were performed in triplicate and results were expressed as mg trolox equivalente (te)/g dw. 2.5. radical dpph• scavenging antioxidant activity of extract on dpph• radical (2,2-diphenyl-1-picryl-hidrazil) was described above22. a methanol solution of dpph• (65 mm) and extract at different concentrations (2.5 to 16.5 mg ml-1) were used to determine the ec50 (concentration required to reduce 50% of dpph• inhibition). a control assay was performed in the absence of extract to obtain the initial absorbance at zero time. after 3 h of incubation at 25 oc, the absorbance at 515 nm was determined (du-800, beckman coulter®). the antioxidant activity was assessed by reduction of absorbance value from dpph• compared to the initial absorbance from control assay. the results were expressed as inhibition percentage of dpph• in equation 1. assays were performed in triplicate and results were expressed as mean ± standard deviation mg te/g dw, calculated from a standard trolox curve with concentrations 0.32 to 6.3 mg ml-1. ec50 values were expressed in mg ml-1 of extract. ( ) ( )  100/1% 0 −=• ca aainhibitiondpph (1) where: ac0 = absorbance at 515 nm from control assay at initial time; aa = absorbance at 515 nm from assay in the presence of extract after 3 h of incubation. 2.6. superoxide anion (o2 •-) and nitric oxide (no) scavenging the antioxidant activity on o2 •was determined according to the methodology proposed previously8, 23, 24. the assay used nadh (166 µm), nbt (43 µm), pms (2.7 µm) and extract at different concentrations (20 to 600 µg ml-1). all reagents were prepared in pbs. after incubation for 2 min at 25 °c, the absorbance was determined at 540 nm on microplate reader (thermo scientific uniscience®). a control assay (without extract) was performed under the same conditions. inhibition percentage of o2 •is described in equation 2. assays were performed in triplicate and results were expressed as mean ± standard deviation as inhibition percentage compared to control assay. ascorbic acid, as standard antioxidant was used in similar conditions. ( ) ( )  100/1% 02 −= −• ca aainhibitiono (2) where: ac0 = absorbance at 540 nm from control assay; aa = absorbance at 540 nm from assay in the presence of extract. for nitric oxide (no) assay was used the proposed method25, with modifications8, 26. assay performed in pbs containing 10 mm sodium nitroprusside and extract (2.5 to 100 µg ml-1) were incubated at 25 °c for 3 h. control assay (without extract) was performed under the same conditions, when 100% nitrite formation was observed. each 1 h, aliquot from each assay was transferred to 96well plate containing sulfanilamide (1%, w/v). after 5 min, n-(1-naphthyl)ethylenediamine dihydrochloride (0.1%, w/v) has been added, incubated for 5 min and absorbance at 540 nm evaluated using a microplate reader (thermo scientific uniscience®). the concentration of sodium nitrite (µmol l-1) in the assays was calculated from a standard curve of sodium nitrite (1.56 to 100 µmol l-1). the no inhibition percentage by the extract was determined after 2 h of incubation and was calculated relative to the control assay (equation 3). assays were performed in triplicate and results were expressed as mean ± standard deviation. ascorbic acid, as standard antioxidant was used in similar conditions. ( ) ( )  100/1% 0 −= ca aanoinhibition (3) where: ac0 = absorbance at 540 nm from control assay; aa = absorbance at 540 nm from assay in the presence of extract. 2.7. protective effect on hemolytic aaph-induced in human erythrocytes to evaluate the extract action on hemolysis induced by aaph was employed the method described above8, 27, 28. human erythrocytes, from venous blood, were obtained from healthy and nonsmokers people using vacutainer tubes containing ethylenediamine tetraacetic acid (edta). the cell suspension was prepared according to gião et al.17 and this suspension was kept at 4 °c and used within 4 h. the volunteers https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 original article 22 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 signed consent and informed, previously approved by the local committee of ethics in human research (number: 493.382). the erythrocytes suspensions (1%) were incubated for 30 min in the absence (control assay) as well in the presence of the extract (0.25 to 15 mg ml-1) at 37 °c under agitation at 100 rpm (shaker te 420 tecnal®). so, each assay received 5 mmol l-1. aaph and the incubation proceeded for 6 h. simultaneous, assays in the absence of aaph were performed, under same conditions, to evaluate spontaneous hemolysis; the effect of extract alone on cell lyses was also tested. the complete hemolysis (100%) was established by incubating erythrocytes (1%) in water at 37 °c for 10 min. hemolysis was measured, at each 1 h, by hemoglobin absorbance in the extracellular medium at 540 nm using a microplate reader (thermo scientific uniscience®). assays were performed in duplicate and the results expressed as percentage of hemolysis according to equation 4. the percentage of hemolysis inhibition related to the control assay was obtained according to equation 5. ascorbic acid, as standard antioxidant was used in similar conditions. ( ) ( ) 100% %100 = aahemolysis a (4) ( ) ( )  1001% −= ca aainhibitionhemolysis (5) where: aa = absorbance at 540 nm from assay in the presence of extract; a100% = absorbance at 540 nm from complete hemolytic assay (100%); ac = absorbance at 540 nm from control assay. 2.8 statistic analysis the data were evaluated by analysis of variance (anova), t-test and tukey’s test for comparison of means, with a significance level of 5%, using minitab® software 16.2.2 (2010 minitab inc.). 3. results and discussion 3.1 total phenolic and flavonoid contents and antioxidant activity against ferric reducing power (frap) and free radical scavenging (dpph•, no and o2 •-) the present study determined the antioxidant properties of m. officinalis and its action on reactive species. total phenolic and flavonoids content on me, evaluated by spectrophotometry, were 177 ± 13 mg gae/g dw and 26 ± 3 mg qe/g dw, respectively. results expressed by mean and standard deviation (n=3). lamiaceae family, including the m. officinalis species, has been studied for polyphenolic presence and total antioxidant properties2. results from folinciocalteau assays reflect the reducing power of the sample, including total polyphenols and other compounds such as: aromatic amines; ascorbic acid; sugars; organic acids and some inorganic compounds12. however, folin-ciocalteau method has been used to estimate total phenolic compounds. folin-ciocalteau values, in the present study, were similar the ethanolic (98%) m. officinalis extract (175 ± 11 mg gae/g of dry extract) and slightly higher for the content of flavonoid (54 ± 4 mg catechin equivalent/g of dried extract)4. however, lower values using ethanolic (80%) m. officinalis extract by folin-ciocalteau assay (13.2 mg gae/100 g dw) were found6. another study showed the total polyphenols around 69.49–76.43 mg gae/g dry plant and total flavonoids 7.0-10.0 mg qe/g dry plant from ethanolic (70%) m. officinalis extract, dependent of the harvesting period and hour7. fernandes et al.2 evaluated six families of aromatic herbs and the lamiaceae family showed higher values of total phenolic by folin-ciocalteau assay, compared to other families. these authors found 42.86 mg gae/g dw for me using acetone:water:acetic acid (70:28:2) as extractor solvent. so, aqueous extracts of m. officinalis prepared by decoction were 1245 mg gae/g dw and by infusion mode were 267 mg gae/g dw3. rababah et al. (2015)29 studying methanolic extract from leaves of m. officinalis found 303.2 mg gae/100 g fresh plant and 252.9 mg of cathequin equivalent/100 g fresh plant. thus, several factors may affect the absolute values of total phenolics and flavonoids contents, including genotype, growing conditions, parts tested, time of taking sample and extraction methods. recently, the content of total flavonoids by spectrophotometric method was evaluated in different plants extracts and m. officinalis specie showed high flavonoids content30. in the present study, the obtained total antioxidant activity of me measured by frap assay was 61 ± 6 mg te/g dw, result expressed by mean and standard deviation (n=3). a proportional decrease in the absorbance versus the sample concentration was observed (data not show). for dpph• radical scavenging, 3 h were necessary to reach an absorbance plateau, thus ensured that the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 original article 23 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 derivative zero of the absorbance by time (figure 1a). non-linear decay behavior of the absorbance versus time using some extract concentrations was observed, the stability achieved after 3 h of reaction. dose-response on dpph radical scavenging by extract after 3 h of reaction was studied (figure 1b). high linear correlation coefficient (r2 = 0.9935) was found for dpph• scavenging and extract concentration (0.5-17.0 µg ml-1). similar behavior was presented by trolox, a standard antioxidant, at concentration of 1.0-6.0 µg ml-1 (r2 = 0.9826) (figure 1b). ic50 values were 9 ± 1 g ml-1 and 5.5 ± 0.2 g ml-1 to extract and trolox, respectively. these results suggest that the me has antioxidant activity on non-biological radical dpph•, but slightly less efficient than trolox. total antioxidant activity of me measured by dpph• scavenging was 512 ± 77 mg te/g dw, as mean and standard deviation. figure 1. antioxidant activity of me on dpph• scavenging. (a) absorbance versus reaction time in absence of extract (only dpph•) and presence of extract (2.2, 4.4, 8.8, 15.5 µg). (b) dpph• scavenging by me (0.5 at 17.0 µg ml-1) and by trolox (1.0 at 6.0 µg ml1), after 3 h of incubation mean  standard deviation for assay made in triplicate from 3 extractions (n=3). frap assay is based on the ability of different antioxidants, including phenolics, to reduce fe3+ to fe2+ in the presence of frap-reagent, forming a blue chromophore. results obtained here indicating that me had effective reducing power and showed similar characteristic when compared to the standard ascorbic acid. total antioxidant activity of me measured by frap assay was 61 ± 6 te/g dw, in the present study, contrasting with the results found in previous study using another extractor solvent (464.8 μmol te/g dw that correspond 117 mg te/g dw)2. in the present study, frap assay corroborates the folin-ciocalteau values and can indicate high reducing power of the sample, suggesting great antioxidant potential from the me. reducing power can be associated with antioxidant activity of plant extract31. the reduction power indicates that the antioxidant compounds present in the sample are electron donors and can react with free radicals to stabilize and block chain reactions1. antioxidant compounds can act on free radicals by scavenging mechanisms, which may be attributed to its hydrogen and/or electron donating; thus, they might prevent reactive radical species from reaching biomolecules such as lipoproteins, polyunsaturated fatty acids, dna, amino acids, proteins and food systems32. it is well described that dpph• radical is a good model for assessing antioxidant activity22. here, m. officinalis showed a concentration-dependent dpph• radical scavenging. the dpph• radical assay is based on the reduction of dpph• radical to a non-radical compound by antioxidant agents, e.g. m. officinalis extract. in the present study, the extract showed a potent action on the dpph• scavenging which ic50 is similar to other studies of aqueous and methanol extract of m. officinalis (18.74 μg ml-1 and 13.74 μg ml-1, respectively)33. studies with aqueous me exhibited ic50 to dpph• scavenging from 1.53-1.62 µg ml-1 7. results presented here show values 10 higher than antioxidant activity of me against dpph• radical scavenging found previously (5.57 g te/100 g dw, that correspond 55.7 mg te/g dw)2. there is a large variation in the absolute values for the dpph• radical scavenging by me. however, this found suggests that the me can eliminate free radicals at physiological ph and can be of beneficial interest in preservation of biological systems, where free radical mediates some reactions including lipid oxidation. dpph• radicalscavenging from me ethanolic (80%) shows ic50 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 original article 24 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 equal 48.76 µg ml-1, which is less efficient than ascorbic acid (6.64 µg ml-1)34. antioxidant activity of me on dpph• radical scavenging was 3.03-6.34 µmol trolox/ml of water extract, depending on the extraction procedure as temperature and ultrasound bath35. to nitric oxide assay, the antioxidant activity of extract was measured by decrease of nitrite (no2 -) concentration over reaction time (figure 2a). melissa extract activity on no radical scavenging was estimated by the decreasing of no2 concentration. after 3 h of reaction, no inhibition by extract in different concentrations (0.5-100 µg ml-1) was studied (figure 2b). however, a good linear correlation coefficient (r2 = 0.9895) was found for no radical scavenging and extract concentration (0.5-17.0 µg ml-1). similar characteristic was found by ascorbic acid evaluated in a concentration range of 0.5-200 µg ml-1 (figure 2b); and good linear correlation coefficient (r2 = 0.9901) between this radical scavenging and ascorbic acid concentration (0.5-25 g ml-1) was observed. so, ic50 value for the me (35 ± 12 g ml-1) was better than ascorbic acid (68 ± 17 g ml-1). figure 2. antioxidant activity of me on no scavenging. (a) no2 concentration versus reaction time in the absence of extract (control) and the presence of extract (2.5 at 100 µg ml-1). (b) no scavenging by me (2.5 at 100 µg ml-1) and by ascorbic acid (aa, 2.5 at 200 µg ml-1), after 3 h of incubation. mean  standard deviation for assay made in triplicate from 3 extractions (n=3). the no radical-scavenging by antioxidants is performed by the quantification of nitrite ions (no2 -) generated by reaction between no and molecular oxygen25. however, the antioxidant action of me on no can be deduced by the low concentration of no2 -. other studies show that plant extracts were effective for no scavenging, when ic50 values from 18 different plant species on no inhibition were 51-604 g ml-1 10. so, ic50 for the me was 35 ± 12 g/ml in present study. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 original article 25 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 normally, the reaction mechanism to no radical scavenging by plants extracts involves phenolic compounds36. me has shown various phenolic compounds such as rosmarinic acid and others10, in fact, these compounds can be related to the no radical scavenging. the no is a natural compound produced in vivo by variety of cells and is an important bio-regulatory molecule with several physiological functions11,.37. however, under oxidative stress this reactive species combines with other reactive species to produce more toxic effects11. therefore, the scavenging effect of me was assessed against this radical. no radical scavenging by extract has an interest in human health. it is well known that no plays an important role in the prevention of various pathologies such as atherosclerosis, ischemia reperfusion, neurodegenerative diseases such as alzheimer's and parkinson's disease, cancer and diabetes11, 37-39. a relationship between the concentration of me and o2 •inhibition was obtained in 0.5-600 µg ml1 range to extract and 0.5-200 µg ml-1 to ascorbic acid (figure 3). however, linear correlation between o2 •scavenging and me extract at 0.5-80 µg ml-1 (r2 = 0.9781) was obtained; and for ascorbic acid in the range 0.5-25 µg ml-1 (r2 = 0.9879). therefore, the effect of extract on o2 • scavenging was 5.6 lower than for ascorbic acid, observed, respectively, by ic50 values, 247 ± 43 g ml-1 and 44 ± 18 g ml-1. figure 3. antioxidant activity on o2 •scavenging by me (20 at 600 µg ml-1) and by ascorbic acid (aa, 10 at 200 µg ml-1). mean  standard deviation for assay made in triplicate from 3 extractions (n=3). the o2 •radical scavenging determination is based on the formazan chromophore formation by reaction between this radical and nitro blue tetrazolium, at physiological ph; antioxidant compound reacts with o2 •and chromophore formation is inhibited24. in the present study, the o2 •radical scavenging by me was 5.6 lower than ascorbic acid. other authors showed ic50 variation from 44 to 386 g ml-1 for o2 •scavenging in aqueous me from several cultivars30; our results are within the reported range (247 ± 43 g ml-1). recent studies reported that o2 •radical scavenging by plant aqueous extracts can be due to the presence of hydroxyl groups in phenolic compounds38. the o2 •is an important reactive oxygen species in vivo and can generate highly toxic species through reactions with other reactive species or by enzymatic reactions or metal catalyzed processes. the o2 •mediated oxidative stress and it is believed to be involved in pathogenesis disorders such as diabetes mellitus, alzheimer’s and parkinson’s diseases39. 3.2. anti-hemolytic action on aaph-induced lysis results from action of me on hemolysis inhibition are shown in figure 4. the hemolysis percentage induced by aaph has a sigmoidal characteristic over time (figure 4a). when low hemolysis percentages up to 2 h and after 5 h of incubation 30% hemolysis was seen, compared to 100% hemolysis induced by water. however, mes at 1-10 μg ml-1 were antihemolytic on aaphinduced lysis following a dose-dependent characteristic. no hemolysis by the extract (10 μg ml-1) alone, in the absence of aaph, was detected. figure 4b shows dose-dependence of antioxidant concentration and inhibition hemolysis percentage after 4 h of erythrocytes incubation in the presence of extract or ascorbic acid in a concentration range from 0.5 to15 µg ml-1. linear correlation between hemolysis inhibition and antioxidant concentration (0.5-8 g ml-1) showed r2 = 0.9987 and r2 = 0.7899 for melissa extract and ascorbic acid, respectively. ic50 values indicated that the extract was more efficient in protecting red blood cell lysis, since ic50 for extract was 2.0 ± 0.5 g ml-1 and for ascorbic acid 7 ± 2 g ml-1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 original article 26 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 19-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p19-29 figure 4. antihemolytic action of me. (a) percentage of aaph-induced hemolysis over time evaluated in absence and presence of me (1 at 10 µg ml-1), in relation with 100% hemolysis induced by water. a control test (only erythrocytes) in the absence of me and aaph was made (control). (b) hemolysis inhibition by me and ascorbic acid (aa, 0.5 at 15 µg ml-1) after 4 h of incubation, in relation with control assay (absence of antioxidant). mean  standard deviation for assay made in triplicate from 3 extractions (n=3). aaph decomposition in the presence of oxygen generates peroxyl radical causing oxidative damage in cell membranes. erythrocytes are very susceptible to oxidative damage by the high content of polyunsaturated fatty acids in their membranes and high cell concentrations of oxygen and hemoglobin28. thus, peroxyl radical, generated by the decomposition of aaph, attacks cell membranes of erythrocytes induced by lipid peroxidation and protein conformational changes, leading to hemolysis8, 40. similarly, in the present study, it was observed effects of peroxyl radicals initiated by aaph on human erythrocytes lyses. a lag phase in the progress curve of hemolysis during incubation with aaph was observed, suggesting a complex mechanism in the oxidative damage process. our findings indicated that the antihemolytic effect was more efficient by me than by ascorbic acid. in addition, flavonoid compounds showed protective effect against hemolysis induced by aaph in erythrocytes of rats41. the possible mechanisms of these protective effects of flavonoid-rich fractions may be through their radical scavenging, metal chelating and reducing power activities41. 4. conclusions the antioxidant action found in this study clearly demonstrates that me is able to eliminate synthetic and naturally occurring free radicals, suggesting its potential to prevent oxidative damage in vivo as well as in foodstuffs. in fact, the me exerted protective action on erythrocytes membrane lysis. 5. acknowledgments the authors thank prof. dr. olga maria m. de faria-oliveira for her collaboration in the standardization of the techniques employed in the present study. 6. references [1] chanda, s., dave, r., in vitro models for antioxidant activity evaluation and some medicinal plants possessing antioxidant properties: an overview, afr. j. microbiol. res. 3 (2009) 981-996. 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https://doi.org/10.5897/ajb10.101 https://doi.org/10.5897/ajb10.101 https://doi.org/10.5897/ajb10.101 https://doi.org/10.5897/ajb10.101 https://doi.org/10.5897/ajb10.101 https://doi.org/10.1016/s0165-0173(00)00051-5 https://doi.org/10.1016/s0165-0173(00)00051-5 https://doi.org/10.1016/s0165-0173(00)00051-5 https://doi.org/10.1016/s0165-0173(00)00051-5 https://doi.org/10.1016/s0165-0173(00)00051-5 https://doi.org/10.1016/j.jacme.2013.06.003 https://doi.org/10.1016/j.jacme.2013.06.003 https://doi.org/10.1016/j.jacme.2013.06.003 https://doi.org/10.1016/j.jacme.2013.06.003 https://doi.org/10.1016/j.jacme.2013.06.003 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 https://doi.org/10.1155/2016/8590578 file:///c:/documentos/ecletica%20quimica/vols%2043_2018/volume%2043-3/editing/https/doi.org/10.1016/s0024-3205(01)01112-2 file:///c:/documentos/ecletica%20quimica/vols%2043_2018/volume%2043-3/editing/https/doi.org/10.1016/s0024-3205(01)01112-2 file:///c:/documentos/ecletica%20quimica/vols%2043_2018/volume%2043-3/editing/https/doi.org/10.1016/s0024-3205(01)01112-2 file:///c:/documentos/ecletica%20quimica/vols%2043_2018/volume%2043-3/editing/https/doi.org/10.1016/s0024-3205(01)01112-2 file:///c:/documentos/ecletica%20quimica/vols%2043_2018/volume%2043-3/editing/https/doi.org/10.1016/s0024-3205(01)01112-2 file:///c:/documentos/ecletica%20quimica/vols%2043_2018/volume%2043-3/editing/https/doi.org/10.1016/s0024-3205(01)01112-2 https://doi.org/10.3109/13880209.2012.676050 https://doi.org/10.3109/13880209.2012.676050 https://doi.org/10.3109/13880209.2012.676050 https://doi.org/10.3109/13880209.2012.676050 https://doi.org/10.3109/13880209.2012.676050 https://doi.org/10.3109/13880209.2012.676050 https://doi.org/10.3109/13880209.2012.676050 eletrodos de feltro de carbono modificados com filme dimérico de rutênio: aplicação em eletrooxidações de álcoois eletrodos de feltro de carbono modificados com filme dimérico de rutênio: aplicação em eletrooxidações de álcoois claudemir batalini 1, wagner ferraresi de giovani 2 1 ufmt – universidade federal de mato grosso – icet/cua – pontal do araguaia (mt). 2 usp – universidade de são paulo departamento de química ribeirão preto (sp). * e-mail: pirapotimao@msn.com resumo: foram preparados filmes poli-[(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)] 4+ (l=4-metil-4´-pirrol-1-il-butil-2,2´bipiridina) (poli-dim.), em eletrodos de feltro de carbono, por eletropolimerização anódica direta do monômero. esses eletrodos de feltro de carbono modificados por deposição desses filmes foram utilizados como eletrocatalisadores em oxidações de álcoois, a potencial constante de +1,15 v (vs ecs), em phs 1,0 e 6,8. os álcoois utilizados e seus produtos de oxidação foram: álcool benzílico (benzaldeído), cicloexanol (cicloexanona), 1-feniletanol (acetofenona) e álcool p-metoxibenzílico (p-metoxibenzaldeído). as reações revelaram-se seletivas na obtenção dos produtos, com bons rendimentos. palavras-chave: eletrodos modificados, eletrooxidação, rutênio. felt carbon electrodes modified with ruthenium dimeric film: application in alcohol electrooxidations claudemir batalini 1, wagner ferraresi de giovani 2 1 ufmt – universidade federal de mato grosso – icet/cua – pontal do araguaia (mt). 2 usp – universidade de são paulo departamento de química ribeirão preto (sp). * e-mail: pirapotimao@msn.com abstract: modified films were prepared by deposition of poli-[(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)] 4+ (l=4-methyl4´-pyrrol-1-yl-buthyl-2,2´-bipyridine) (poly-dim.), in felt carbon electrodes, by direct anodic electropolymerization of the monomer. the electrocatalyst activity of these modified carbon-felt carbon electrodes was tested in alcohols oxidations, at constant potential +1.15 v (vs sce), in 1.0 and 6.8 phs. the started alcohols and the products were: benzyl alcohol (benzaldehyde), cycloexanol (cyclohexanone), 1 2 phenylethanol (acetophenone) and p-methoxybenzyl alcohol (p-methoxybenzaldehyde). the reactions showed very selectivity and good yields were observed to the products. key words: modified electrodes, electrooxidation, ruthenium. introdução a preparação de eletrodos com superfícies modificadas surgiu no início da década de 70. parece ter sido atribuído a murray e col. [1] a introdução do termo “eletrodo quimicamente modificado” no meio eletroquímico, em 1975. a possibilidade de utilização em eletrocatálise [1-3] vem fazendo da preparação de eletrodos modificados uma área de grande interesse de pesquisadores nas três últimas décadas. em 1979 são descritos na literatura os primeiros trabalhos envolvendo a formação de filmes polipirrólicos condutores e estáveis [4,5], por oxidação anódica do pirrol sobre eletrodo de platina, em acetonitrila. um dos mais eficientes e seletivos processos para se incorporar eletrocatalisadores num filme eletroativo é a eletropolimerização de complexos metálicos contendo ligantes substituídos por grupos pirrólicos, onde estudos já mostraram a alta estabilidade destes filmes [6,7]. embora haja várias funções químicas possíveis de sofrer eletropolimerização, o grupo pirrol parece excepcionalmente conveniente para a modificação de superfícies de eletrodos pela não passivação do eletrodo por filmes poliméricos contendo centros ativos, especialmente complexos de metais de transição [6,8]. apesar de alguns trabalhos relatarem que ligantes pirrólicos substituídos na posição 3 dão origem a filmes mais condutores que os obtidos a partir de pirróis n-substituídos [7], poucos exemplos de ligantes pirrólicos com a posição 3 substituída são conhecidos na literatura, devido suas preparações envolverem muitas etapas, algumas delas complexas. para pirróis n-substituídos, geralmente as preparações são mais simples, o que explicaria o volume bem maior de trabalhos com eletrodos modificados empregando esses ligantes. pirróis n-substituídos são excelentes monômeros eletropolimerizáveis para a preparação de filmes poliméricos contendo centros ativos. contudo, a condutividade desses polímeros é menor quando comparada com o polímero não contendo substituição no átomo de nitrogênio, devido a não planaridade das cadeias polipirrólicas, induzidas pelo efeito estérico dos n-substituintes [9]. apesar disso, a condutividade remanescente da cadeia polimérica é grande o suficiente para permitir o crescimento do filme, sem a ajuda da eletroatividade de alguns grupos redox ligados. existe na literatura um grande número de trabalhos sobre a eletropolimerização de unidades monoméricas de pirrol n-substituídos com piridina, 2,2”-bipiridina e 2,2’:6’,2’’-tripiridina acoplados a um centro metálico. dentre eles incluem-se complexos polipiridínicos de rutênio (ii) [10], rênio (i) [11,12], cobre (ii) [13] e zinco (ii) [14], por exemplo. destes estudos verificou-se que o grupo pirrol, ligado a vários tipos de sistemas redox, permite uma deposição em um grande número de 3 superfícies: metálicas, óxidos ou carbono, e que a polimerização não requer uma alta concentração do monômero [15]. geralmente a derivação se inicia pela substituição no átomo de nitrogênio por um ligante apropriado, seguida pela complexação com o metal desejado e a eletropolimerização do complexo resultante. uma grande variedade de complexos tem sido imobilizados via esta estratégia, dentre os quais, o apresentado neste trabalho. buscando combinar as propriedades oxidantes de sistemas aqua/oxocomplexos de rutênio com as vantagens oferecidas pelos eletrodos modificados, foram preparados filmes poli-[(h2o)(l)2ru-oru(l)2(oh2)] 4+ (poli-dim.) (figura 1), em eletrodos de feltro de carbono, para aplicação como potenciais eletrocatalisadores em reações de oxidação de álcoois em fase aquosa. figura 1. estrutura química do dímero poli-[(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)]4+ (poli-dim.). material e métodos preparação dos eletrodos modificados: 4 empregou-se aparelho potenciostato/galvanostato eg&g par 273-a, acoplado a um registrador x-y 100 record da houston instruments, numa célula eletroquímica contendo eletrodo de calomelano saturado como referência e duas placas de platina (área 1,00 cm2, espessura 0,20 cm) como eletrodo auxiliar, dispostas uma de cada lado do eletrodo de trabalho. utilizou-se feltros de carbono com área de 1,00 cm2 e espessura de 0,60 cm, realizando-se 35 varreduras sucessivas para as eletropolimerizações. os experimentos de eletrooxidação foram realizados à temperatura e pressão atmosféricas, em aparelho potenciostato/galvanostato fac-200 a, acoplado a um registrador de corrente intralab. foi usada uma célula eletroquímica de dois compartimentos, contendo calomelano saturado como eletrodo de referência, placa de platina (área 1,00 cm2, espessura 0,20 cm) como eletrodo auxiliar, dentro de um tubo de vidro sinterizado. como eletrodo de trabalho usou-se o próprio feltro de carbono modificado com o complexo polimérico depositado. espectros no visível foram obtidos em aparelho hewlett packard modelo 8452, em células de quartzo de 1,00 cm de caminho ótico. para as análises por cromatografia gasosa foi usado aparelho varian 3400 com detector de ionização de chama, usando as colunas metálicas ov-17 w-hp (3% em cromosorb w, 80-100 mesh) e carbowax 20m (10% em cromosorb w, 80-100 mesh), ambas de 2,00 m de comprimento e 3,00 mm de diâmetro. método geral das eletrooxidações: para cada experimento de eletrooxidação foi usado um único eletrodo de feltro de carbono modificado como eletrodo de trabalho. antes de cada oxidação, manteve-se o eletrodo preparado mergulhado em solução aquosa 0,10 mol l-1 de cf3so3h, sem agitação, à temperatura ambiente por uma noite. a estabilidade de cada eletrodo preparado foi investigada por voltametria cíclica antes e depois de cada experimento, também em meio ácido, observando-se que os filmes não perderam suas características após o uso. nas eletrooxidações foram empregados 50,00 mmol l-1 do substrato. o potencial aplicado foi de +1,15 v vs ecs, potencial próximo ou acima onde se assume o rutênio no seu estado de oxidação mais alto. inicialmente mediu-se a carga do eletrodo modificado, ciclando a 0,05 v s-1 entre 0,00 e +1,00 v, num ciclo de oxidação, em solução aquosa 0,10 mol l-1 de cf3so3h (ci). logo após, com a solução sob agitação, adicionou-se o substrato e deixou-se passar um determinado número de coulombs, representado nas tabelas 1 e 2 a seguir como porcentagem de carga. após cessada a eletrooxidação, fez-se a medida da carga do eletrodo (cf) como comentado anteriormente para a carga inicial. para toda extração da fase orgânica, repetiu-se o procedimento cinco vezes com porções de 5 ml de éter etílico e os extratos etéreos reunidos foram secos com mgso4. as extrações dos produtos das eletrólises do cicloexanol e 1-feniletanol foram efetuadas no mesmo meio reacional dos experimentos, enquanto as extrações dos produtos das eletrólises do álcool benzílico e álcool pmetoxibenzílico foram primeiramente realizadas em ph~10 (pela adição de solução 1,00 mol l-1 de naoh) e a seguir, suas fases aquosas restantes foram acidificadas com ácido clorídrico fumegante até ph~2,0 para investigação de possível presença de ácido benzóico e ácido p-metoxibenzóico no processo. após evaporação 5 do solvente, calculou-se o rendimento das reações através de cromatografia gasosa, empregando quantidade conhecida de cicloexanol como padrão interno para todas as eletrólises, com exceção da eletrólise do cicloexanol, onde foi empregado álcool benzílico. para a determinação dos produtos das eletrólises do álcool benzílico e cicloexanol, foi usado coluna ov-17 w-hp e para a determinação dos produtos das eletrólises de 1-feniletanol e álcool p-metoxibenzílico empregou-se coluna carbowax 20m. sínteses: síntese do complexo cis-[ru(l)2(oh2)2](pf6)2 (l=4-metil-4’-pirrol-1-il-butil-2,2’-bipiridina) [16]: o complexo cis-[ru(l)2(oh2)2](pf6)2 foi preparado a partir de cis-[ru(l)2cl2], cuja síntese é descrita na literatura [17]. 0,07g (0,09 mmol) de cis-[ru(l)2cl2], fornecidos pelo laboratoire d’electrochimie organique et photochimie rédox, université joseph fourier, grenoble (frança), foram dissolvidos em 2,5 ml de dmf desaerado com n2. adicionou-se 27 ml de água bidestilada e a solução resultante foi mantida em refluxo por 2 horas sob atmosfera de n2. a mistura foi resfriada à temperatura ambiente e filtrada. à solução vermelha restante adicionou-se 3 ml de solução saturada de nh4pf6, havendo precipitação instantânea de cristais vermelhos que foram então filtrados, lavados com várias porções de 5 ml de água bidestilada e secos em dessecador. o mesmo procedimento foi repetido, refluxando por 30 minutos, para evitar a possível presença de impurezas de complexo monocloro. o complexo cis-[ru(l)2(oh2)2](pf6)2 foi mantido em dessecador na geladeira. síntese do dímero [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 (l=4-metil-4’-pirrol-1-il-butil-2,2’-bipiridina) [18]: 0,06 g (0,06 mmol) de cis-[ru(l)2(oh2)2](pf6)2, preparado anteriormente, foram dissolvidos em 15 ml de ch2cl2 desaerado com n2 e rapidamente adicionados sobre uma solução aquosa (usou-se água mili-q) de agno3 2%. a mistura foi mantida sob agitação à temperatura ambiente por 5 horas. a seguir, a fase orgânica foi separada, filtrada e concentrada até ~2 ml e foram adicionados 100 ml de éter etílico, precipitando imediatamente cristais verdes. o dímero [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 foi então filtrado e mantido em dessecador na geladeira. resultados e discussão síntese do complexo cis-[ru(l)2(oh2)2](pf6)2 (l=4-metil-4’-pirrol-1-il-butil-2,2’-bipiridina): 6 obteve-se 0,07 g do complexo (rendimento reacional de 74%). a caracterização foi feita em diclorometano, por voltametria cíclica e espectroscopia no visível, com os dados a seguir:  voltametria cíclica: e1/2 = +0,70 v, referente ao par ruiii/ii (figura 2).  espectroscopia no visível: máx.= 344 nm (= 13500 mol-1.l.cm-1) e máx.= 490 nm (= 11400 mol-1.l.cm-1) (figura 3). síntese do dímero [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 (l=4-metil-4’-pirrol-1-il-butil-2,2’-bipiridina): obteve-se 0,03g do complexo dimérico (rendimento reacional de 24%). o baixo rendimento pode ser justificado por polimerização parcial do dímero, já observado anteriormente [18]. a caracterização foi feita em diclorometano, por voltametria cíclica e espectroscopia no visível, com os dados a seguir:  voltametria cíclica: e1/2 = +0,86v, referente ao sistema ruiv/iii-o-ruiii/iii (figura 4).  espectroscopia no visível: máx.= 658 nm (= 11000 mol-1.l.cm-1) (figura 5). 7 filmes poli-[(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)] 4+ (l=4-metil-4’-pirrol-1-il-butil-2,2’-bipiridina) (poli-dim.): a eletrodeposição do dímero (poli-dim.) em eletrodo de feltro de carbono foi obtida ciclando entre +0,60 e +1,20 v, em ch2cl2 sob atmosfera de n2, observando um crescimento contínuo e regular do par redox ruiv/iii-o-ruiii/iii (figura 6a). o potencial inicial foi mantido a +0,60 v para evitar a redução irreversível do dímero para diaquacomplexo durante a sua eletrodeposição. as propriedades reversíveis do filme obtido foram observadas em ch2cl2 (e1/2 = +0,85 v, referente ao sistema ruiv/iii-o-ruiii/iii, figura 6b) e em meio aquoso ácido (e1/2 = +0,68 v, referente ao sistema ruiv/iii-o-ruiii/iii, figura 6c). eletrooxidações de álcoois usando filmes poli-[(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)] 4+ (poli-dim.): os filmes poli-[(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)] 4+ (poli-dim.) foram empregados como eletrocatalisadores heterogêneos em oxidações de álcoois, em meio ácido e neutro. os resultados aparecem, respectivamente, nas tabelas 1 e 2 que seguem. 8 tabela 1. eletrooxidações de álcoois em solução aquosa 0,10 mol l-1 de cf3so3h, usando eletrodo de feltro de carbono (1,00 cm2, espessura 0,60 cm), modificado pelo dímero [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 . álcool ci / cf (mc) .108 (moles. cm-2)1 ii / if (ma) tempo (h) % carga passada2 produto rend. (%)3 "turnover"4 álcool benzílico 120/70 62 16/0,3 30 10,7 benzal deído 48 250 cicloexanol 60/50 31 30/0,4 24 23,3 ciclo exanona 50 2810 9 1-fenil etanol 70/50 36 15/0,4 22 30,1 acetofe nona 71 2580 álcool pmetoxibenzílico 70/45 36 13/0,7 18 21 p-metoxi benzal deído 100 2030 1 relação entre o número de moles do complexo [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 eletrodepositado e a área do eletrodo. 2 porcentagem de coulombs para um processo envolvendo dois elétrons. 3 rendimento calculado baseado no número de coulombs passados (rendimento elétrico). 4 relação entre o número de moles do produto formado e o número de moles do complexo [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 consumido na reação. tabela 2. eletrooxidações de álcoois em solução tampão fosfato ph 6,8, usando eletrodo de feltro de carbono (1,00 cm2, espessura 0,60 cm), modificado pelo dímero [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 . álcool ci / cf (mc) .108 (moles. cm-2)1 ii / if (ma) tempo (h) % carga passada2 produto rend. (%)3 "turnover"4 álcool benzílico 70/60 36 15/1,5 18 35,5 benzal deído 34 2900 cicloexanol 50/40 26 18/3,1 13,5 55,7 ciclo exanona 19 2550 1-fenil etanol 100/70 52 15/3,7 10,5 30,1 acetofe nona 63 1520 álcool pmetoxibenzílico 80/60 41 15/0,8 15,5 21 p-metoxi benzal deído 97 2460 1 relação entre o número de moles do complexo [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 eletrodepositado e a área do eletrodo. 2 porcentagem de coulombs para um processo envolvendo dois elétrons. 3 rendimento calculado baseado no número de coulombs passados (rendimento elétrico). 4 relação entre o número de moles do produto formado e o número de moles do complexo [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)](pf6)4 consumido na reação. os eletrodos de feltro de carbono modificados com o dímero [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)] 4+ (polidim.) apresentaram, quase na totalidade, os maiores valores encontrados de quantidade de complexo eletrodepositado (), comparado com os filmes poli-cis-[ru(l)2(oh2)2] 2+, verificado anteriormente [19]. seletividade também foi observada nessas eletrooxidações catalisadas por filmes de poli-[(h2o)(l)2ru-oru(l)2(oh2)] 4+, levando à formação de um único produto nas reações estudadas. com exceção da eletrooxidação do cicloexanol em meio neutro – ph 6,8 (tabela 2), o rendimento na obtenção dos produtos pode ser considerado bom. rendimentos baixos foram observados, de modo geral, com álcoois secundários em eletrooxidações com outros aquacomplexos de rutênio, em meio aquoso homogêneo [20]. 10 de acordo com a média individual de todos os rendimentos apresentados nas tabelas 1 e 2, a reatividade dos diferentes álcoois frente aos diferentes filmes do dímero (poli-dim.) usados como eletrocatalisadores, obedece a seguinte ordem: essa mesma ordem de reatividade foi obtida em trabalho da literatura [20], utilizando oxocomplexos polipiridínicos de rutênio. conclusões uma das vantagens encontradas ao imobilizar o complexo [(h2o)(l)2ru-o-ru(l)2(oh2)] 4+ (polidim.) em eletrodos de carbono é a estabilidade encontrada para os filmes poliméricos, mesmo após varreduras sucessivas de potencial, sem perda de ligante, como observado em alguns casos em fase aquosa homogênea com o complexo cis-[ru(bpy)2(oh2)2] 2+, com perda de ligante bipiridina [21]. outra vantagem é que essa forma de confinar e concentrar esses catalisadores na vizinhança da fonte de elétrons reduz consideravelmente a quantidade de catalisador utilizado, comparado com a eletrocatálise em meio homogêneo. em todos os experimentos de eletrooxidação realizados com os filmes (poli-dim.), observou-se seletividade nas diferentes reações orgânicas estudadas, levando a um único produto, com bons rendimentos para os produtos, revelando assim a importância que esses mediadores incorporados em eletrodos representam quando utilizados como eletrocatalisadores na transformação de substâncias orgânicas. referências [1] r. w. murray, p. r. moses, l. wier, anal. chem., 47 (1975), 1882. 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[21] j. c. dobson, t. j. meyer, inorg. chem., 27 (1988), 3283. modelo-af introduction magnetism of molecular complexes simultaneously comprising 3d and 4f metal ions has been the subject of investigation in the last few years. these compounds are important not only in preparative coordination chemistry but also to understand the mechanism of the magnetic interaction between 3d and 4f centres, which are potential magnetic materials. the magnetic interactions between rareearth and d block metal ions have been found to be weak, as one can expect given the relatively low covalency of the lanthanide-to-ligand bonds, but their effects are by no means negligible, producing profound modifications on the nature of the magnetic materials, depending on the nature of the lanthanides and 3d metal ions involved. in particular the copper(ii)–gadolinium(iii) couple has been extensively studied both from a structural as well as from magnetic point of view, in a number of binuclear cu(ii)–gd(iii) and polynuclear system with cu2gd, cu4gd, cu4gd2 or (cugd)n cores, bridged by phenoxo or multidentate ligand with hetero donating groups. the most frequently used ligands are polydentate schiff base. the nature of the magnetic interaction between cu(ii) and gd(iii) ions within polynuclear species is, in most cases, ferromagnetic, as in dinuclear complexes. from a magnetic point of view, well isolated dinuclear complexes have a great advantage for they only contain the cu–gd interaction parameter. on the contrary, in complexes of higher nuclearity, as in trinulcear cu2gd complexes for example, we have to take into account the desired cu–gd interaction but also a possible cu–cu interaction (antiferromagnetic, ferromagnetic or equal to zero) [1-14]. as a continuation of our earlier work here we reported the magnetic properties of original 25ecl. quím., são paulo, 34(1): 25-30, 2009 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 34, número 1, 2009 synthesis and magnetic studies of copper(ii)-lanthanide(iii) 5-bromosalicylideneglycylglycine b. cristóvão1, w. ferenc1*, j. sarzyński2 and h. głuchowska1 1maria curie-sklodowska university, faculty of chemistry, pl 20-031, lublin, poland 2institute of physics, maria curie-skłodowska university , pl – 20–031, lublin, poland *wetafer@poczta.umcs.lublin.pl abstract: the physico-chemical properties of the new 3d-4f heteronuclear complexes with general formula lncu3(c11h8n2o4br)3·13h2o (where ln = pr, eu, gd, tb, er, yb and h3(c11h8n2o4br) – 5-bromosalicylideneglycylglycine) were studied. the compounds were characterized by elemental, spectral and thermal analyses and magnetic measurements. the formation of schiff base is evidenced by a strong band at ca. 1646–1650 cm–1 attributable to c=n stretching mode. the presence of water molecules is confirmed by broad absorptions with maximum at 3360 – 3368 cm-1. the cu(ii)–ln(iii) complexes are stable up to ca. 318 k. during dehydration process the water molecules are lost probably in two stages. the magnetic susceptibility data for these complexes change with temperature according to the curie-weiss law. keywords: lanthanide; copper; schiff base; magnetic moment; magnetic susceptibility. eq04-af:modelo-af 7/21/09 11:49 am página 25 polynuclear lanthanide(iii) and copper(ii) complexes containing 5-bromosalicyldeneglycylglycine. experimental details the violet compounds of lncu3(c11h8n2o4br)3·13h2o (ln = pr, eu, gd, tb, er, yb) were synthesized from schiff base – h3(c11h8n2o4br) (5-bromosalicyldeneglycylglycine), copper(ii) chloride and lanthanide(iii) chlorides by using the procedure described in ref. [15, 16]. the contents of carbon, hydrogen and nitrogen in the analysed compounds were determined by elemental analysis using a chn 2400 perkin elmer analyser. the contents of lanthanide and copper were established using ed xrf spectrophotometer (canberra-packard). the ir spectra of complexes were recorded over the range of 4000 – 400 cm-1 using m  –  80 spectrophotometer (carl zeiss jena). samples for ir spectra measurements were prepared as kbr discs. the dehydration process of cu(ii)–ln(iii) complexes was studied in air using a setsys 16/18 tg, dta instrument. the experiment was carried out under air flow in the temperature range of 297–773 k. samples ranging from 7.62 mg (pr), 7.26  mg (eu), 7.55  mg (gd), 7.08 mg (tb), 7.53  mg (er) to 7.19  mg (yb) were heated in al2o3 crucibles with the heating rate of 10 k◊min-1. the magnetic susceptibility values of the cu(ii)-ln(iii) compounds were determined by gouy method in the temperature range of 76  –  303  k. the calibrant employed was hg[co(scn)2] for which the magnetic susceptibility of 1.644×10-5 cm3g-1 was taken. correction for diamagnetism of the constituent atoms was calculated by the use of pascal¢s constants [17]. results and discussion the heterometallic copper(ii) and lanthanide(iii) complexes of 5-bromosalicylideneglycylglycine – h3l (l = c11h8n2o4br) were synthesized. the formulation of these complexes as p r c u 3 ( c 1 1 h 8 n 2 o 4 b r ) 3 · 1 3 h 2 o , e u c u 3 ( c 1 1 h 8 n 2 o 4 b r ) 3 · 1 3 h 2 o , g d c u 3 ( c 1 1 h 8 n 2 o 4 b r ) 3 · 1 3 h 2 o , t b c u 3 ( c 1 1 h 8 n 2 o 4 b r ) 3 · 1 3 h 2 o ercu3(c11h8n2o4br)3·13h2o and ybcu3(c11h8n2o4br)3·13h2o follows from elemental and thermal analysis, spectroscopic data (ir), and literature data concerning these type of compounds [15]. the formation of schiff base is evidenced by an ir strong bands at ca. 1646–1650  cm–1 attributable to c=n stretching mode and the absence of bands characteristic of carbonyl and amine groups of the starting materials. the bands arising from asymmetric and symmetric vibra26 ecl. quím., são paulo, 34(1): 25-30, 2009 eq04-af:modelo-af 7/21/09 11:50 am página 26 tions of coo– group occur at 1600–1599  cm-1 and 1403–400 cm-1, respectively, which confirms that no cooh is present in the complexes. all the complexes show broad band with maximum at 3360  –  3368  cm-1 due to the stretching and bending modes of water molecules. in the spectra of complexes, additional bands of medium intensity occur in the 556–560 cm-1 region and may be assigned to the metal–oxygen vibration. therefore, the metal ions in these complexes may be bridged by ligands coordinating through the oxygen atoms [18-24]. in order to verify the compositions of the 3d-4f heteronuclear compounds, to determine the temperature ranges of their thermal stability, and decomposition during heating in air and to evaluate the type of processes that occur during heating, the thermal stability of copper(ii) and lanthanide(iii) complexes of 5-bromosalicylideneglycylglycine was studied in air in the temperature range of 297–773 k with the heating rate of 10 k×min-1. the tg, dtg and dta curves of decomposition process of all compounds were registered and for cu–gd complexes are presented in fig. 1. 27ecl. quím., são paulo, 34(1): 25-30, 2009 figure 1. tg, dtg and dta curves for the cu(ii)-gd(iii) complex. during heating the dehydration process of cu(ii)-ln(iii) compounds occurs at first and it proceeds in two steps. in the first stage at ca. 318–453  k, the loss of mass estimated from tg curve, being equal to 10.20% (cu-pr), 10.40% (cu-eu), 9.80% (cu-gd), 10.10% (cu-tb), 10.20% (cu-er) and 9.90% (cu-yb), respectively corresponds to the loss of 8 water molecules. theoretical values are 9.60 % (cu-pr), 9.50% (cueu, cu-gd and cu-tb, ) and 9.40% (cu-er). the dta curve shows the endothermic peak connected with the dehydration process that was taken place. in the second step of decomposition at 523 k–673 k the mass loss corresponds probably to the release of 5 water molecules and is connected simultaneously with the decomposition of organic ligand. therefore the dta curve presents mainly the exothermic peak due to the ligand decomposition. the anhydrous derivatives needed for identification could not be isolated. considering the temperature at which the dehydration process takes place and the way by which it proceeds it may be assumed that the molecules of water are differently bounded in the complex. according to nikolaev et al. [25] and singh et al. [26] water eliminated below 413 – 423 k can be considered as lattice water while that eliminated above 423 k may be coordinated to the central ion. in the present investigation 8 molecules of water being eliminated below 413  k and 5 lost above 423 k reveal them to be the lattice and coordination water, respectively. the absence of clear plateau below 673 k makes the tg curves difficult for interpretation. from the obtained results it appears that 8 water molecules being lost in one step in the range of 318–453 k are the lattice water bounded in the complexes by hydrogen bonds while those of 5 molecules are coordinated to the metal ion through electron pairs on the oxygen atoms. their presence as coordination water was confirmed by the elemental analysis done for the compounds dried at 423 k. therefore they are supposed to be lost with the ligand thermal decomposition. however its destruction was not studied in details. the presence of 13 water molecules in analysed compounds was confirmed by the data of elemental analysis, thermal and spectral results. until now, we have not been able to isolate crystals suitable for an x-ray structural determination. a survey of the literature shows that y. zou et al. [15] obtained and described the crystal structure complexes of cu-la and cu-ce with 5-bromosalicyldeneglycylglycine as ligand. these complexes are isostructural and have general formula [ln(h2o)5(cul)2][cul]×8h2o (where ln = la, ce and l = c11h8n2o4br, respectively)  y. zou et al. indicated that the crystal structure of the obtained compounds consists of a centrosymmetric hexaeq04-af:modelo-af 7/21/09 11:50 am página 27 28 ecl. quím., são paulo, 34(1): 25-30, 2009 nuclear [ln2(h2o)10(cul)4]2+ ring-like cation, two [cul]– anions and lattice water molecules. the coordination environment of the copper(ii) centres is approximately square-planar. the schiff base ligand is deprotonated and acts as triple negatively charged quadridentate onno chelate, coordinated to the copper(ii) via one phenolic oxygen, one deprotonated amide nitrogen atom, one imino nitrogen atom and one carboxylate oxygen atom. in the crystal there are three types of [cul]– subunits. the first acts as a counter ion, the second coordinates to ln(iii) through one carboxylate oxygen and one carbonyl oxygen, and the third coordinates to ln(iii) through two carboxylate oxygens, respectively. it follows from the structure described by y. zou et al. that ln(iii) is 9-coordinated by five water molecules, three carboxylic oxygen atoms and one carbonyl oxygen. the [cul]– and lanthanide ions join together to form a ring structure. the hydrogen atoms of water are involved in both intraand intermolecular hydrogen bonds, bonding with the carbonylic, carboxylic and phenolic oxygen of the schiff base ligand. the magnetic behaviour of the title compounds was studied in the temperature range 76 – 303 k and the results are presented in table 2 and fig. 2 as plots cm and 1/cm versus t, where cm and t denote magnetic susceptibility per molecule and absolute temperature, respectively. the effective magnetic moment values (µeff)  were calculated from the equations: µeff = 2.83 (c m .t)1/2 (1) µeff = 2.83 [c m (t –q )]1/2 (2) for gdcu3(c11h8n2o4br)3·13h2o complex the magnetic susceptibility changes with temperature according to the curie-weiss law and the observed effective moment at 76 k is 9.84mb, while at room temperature it is 9.90mb (table 2, fig. 2). this value is higher than the spin only value calculated that the spin–spin interaction is eq04-af:modelo-af 7/21/09 11:50 am página 28 absent between cu(ii) (s = 1/2) and gd(iii) (s = 7/2). a survey of the literature shows that for cu2gd compound the spin-only value expected for isolated two cu(ii) and one gd(iii) ions is equal to 8.30µb . here it should be noted that gd(iii) is a 4f7 ion with a 8s7/2 ground state with the first excited states very high in energy. as the zero-field splittings of the ground states are fairly small, the spinonly formalism may be applied to the magnetic study of the (cu–gd) and (cu–gd–cu) clusters [1, 5, 27-34]. according to bencini et al. (in the case of compounds having one gadolinium(iii) and two copper(ii) ions) if the three spins sgd =  7/2 and scu1 = scu1 = 1/2 are allowed to interact, the resulting total spin states are one s = 9/2, one s = 5/2, and two s = 7/2 [1, 29] . the calculated spin-only value for s = 9/2 resulting from the ferromagnetic interaction between cu(ii) and gd(iii) ions is 9.95µb [33]. on the basis of literature and obtained values of effective magnetic moment which are in the range 9.58 – 9.90mb we can suppose that coupling between gadolinium(iii) and copper(ii) in analysed cu-gd compound is ferromagnetic. one plausible mechanism that cause a ferromagnetic coupling between gadolinium(iii) and copper(ii) as proposed by c. benelli et al. and o. kahn et al. is the spin-polarization, that occurs when the magnetic orbital of copper(ii) overlaps with the empty 5d orbital of gadolinium through a filled bridging orbital. the fraction of unpaired electron, thus polarized from copper(ii) to gadolinium(iii) is parallel to the f electrons due to hund’s rule, affording a ferromagnetic coupling between 29ecl. quím., são paulo, 34(1): 25-30, 2009 figure 2. experimental magnetic data plotted as magnetic susceptibility cm (•) and 1/c (∆) versus temperature for the cu(ii)-gd(iii) complex. copper(ii) and gadolinium(iii). the fact that 4f orbital is shielded by the outer filled 5s and 5p orbitals, and lanthanoid ions generally form complexes using 6s, and/or 5d orbitals, further supports the spin-polarization mechanism [12, 28]. indeed, ferromagnetic coupling between gadolinium(iii) and copper(ii) is possible only through a superexchange interaction mediated by the bridging oxygen ligands. in other words, the magnetic orbitals centered on gd(iii) and cu(ii) must have a fairly large overlap density on the oxygen atom, which can be obtained only through a fairly substantial covalency of the gd–o bond [1, 12, 28, 30-32] owing to the difficultes in analysing the magnetic properties of (cu, ln) pairs involving a ln(iii) ions, which possesses a first-order orbital moment [27], we restricted ourselves to consider only (cu, gd) complex. acorrding to j.-p. costes et al. [27] and o. kahn et al. [12] for the 4f1–4f6 configurations of ln3+, angluar and spin moment are antiparallel in 2s+1lj free-ion ground state (j = l – s) ( where s, l and j, are the spin, orbital and total quantum numbers, respectively). a parallel alignment of the cu2+ and ln3+ spin momenta would lead to an antiparallel alignment of the angular momenta, that is to an overall antiferromagnetic interaction. conversely, for the 4f8–4f13 configurations (j = l + s), a parallel alignment of the cu2+ and ln3+ spin momenta would result in an overall ferromagnetic interaction. conclusions the new heterometallic copper(ii) and lanthanide(iii) complexes of 5-bromosalicylideneglycylglycine – h3l (l = c11h8n2o4br)) having general formula lncu3(c11h8n2o4br)3·13h2o (where ln = pr, eu, gd, tb, er, yb ) were synthesized. for gdcu3(c11h8n2o4br)3·13h2o complex the magnetic susceptibility changes with temperature according to the curie-weiss law and the observed effective moment at 76 k is 9.84mb, while at room temperature it is 9.90mb. the coupling between gd3+ and cu2+ ions in analysed cugd compound is probably ferromagnetic. received december 02 2008 accepted january 12 2009 eq04-af:modelo-af 7/21/09 11:50 am página 29 references [1] a. bencini, c. benelli, a. caneschi, r. l. carlin, a. dei, d. gatteschi, j. am., chem. soc. 107 (1985) 8128. 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theory and correlation with nmr spectra data r. vivas-reyes*, a. aria grupo de química cuántica y computacional, universidad de cartagena, facultad de ciencias naturales y exactas, programa de química, cartagena-colombia *rvivasr@unicartagena.edu.co abstract: quantum chemical calculations for group 14 elements of periodic table (c, si, ge, sn, pb) and their functional groups have been carried out using density functional theory (dft) based reactivity descriptors such as group electronegativities, hardness and softness. dft calculations were performed for a large series of tetracoordinated sn compounds of the ch3snrr’x type, where x is a halogen and r and r’ are alkyl, halogenated alkyl, alkoxy, or alkyl thio groups. the results were interpreted in terms of calculated electronegativity and hardness of the snrr’x groups, applying a methodology previously developed by geerlings and coworkers (j. phys. chem. 1993, 97, 1826). these calculations allowed to see the regularities concerning the influence of the nature of organic groups rr’ and inorganic group x on electronegativities and hardness of the snrr’x groups; in this case, it was found a very good correlation between the electronegativity of the fragment and experimental 119sn chemical shifts, a property that sensitively reflects the change in the valence electronic structure of molecules. this work was complemented with the study of some compounds of the ex and er types, where e= c, si, ge, sn and r= ch3, h, which was performed to study the influence that the central atom has on the electronegativity and hardness of molecules, or whether these properties are mainly affected for the type of ligand bound to the central atom. all these calculations were performed using the b3pw91 functional together with the 6-311++g** basis set level for h, c, si, ge, f, cl and br atoms and the 3-21g for sn and i atoms. keywords: dft calculations; nmr; snrr’x groups; electronegativity; hardness; softness. eq10-af 21/8/14 6:15 page 69 that were derived starting from experimental data such as bond vibrational data [5], inductive parameters [6], among others. an important advance which has helped to solve this situation is the definition of electronegativity by iczkowski and margave as the negative of derivative of the energy e of a system with respect to the number of electrons n [7], later identified with the negative of chemical potential by parr and cowokers [8] within the context of density functional theory (dft) [9]. the last step offered the possibility of non empirical calculations of atomic, group and molecular electronegativities [1,10]. in the other hand, the concepts of hardness and softness were introduced by pearson [11], but only after the identification by parr and pearson [12] of the atomic or molecular hardness as the second derivative of the energy with respect to the number of electrons and the softness as its inverse, the way to a parameter-free evaluation was paved. the use of the principle of hard and soft acids and basis requieres taking into account the group electronegativity of the corresponding groups [5,6] and for this reason, it is impotant to know if the comparative group electronegativities of organometallic groups remain invariant in isostructural molecules. the methodology developed by geerlings and coworkers [1-3] was applied in this case to a series that contains atoms of the 14 group of periodic table (c, si, ge, sn, and pb). due to the large amount of experimental data on sn nmr shifts that is available [13,14], this property can be an ideal probe to characterize charge distributions and the influence that different substituents have on it [15]. this methodology allows an evaluation of the discrepancies in electronegativity scales and associated properties at uniform level. in spite of computational advances and the availability of large number of experimental data [13,14], no many theoretical studies have been reported for group electronegativities, hardness and softness on molecules that contain atoms of the fourth group [15-17]. peregudov and his group have done studies on this kind of compounds [18-22], finding some good correlation between experimental and theoretical values of the electronegativity and experimental 19f nmr spectroscopy data. in this study, electronegativities, hardness and softness have been studied to several series of tin compounds of the snrr’r’’x type, where the set of tin compounds in this study always contains a methyl group (r’’= ch3) together with groups x= f, cl, br, i and r= h, ph, or, sr, et, pr, bu. these calculations will allow us to see the regularities concerning the influence of the nature of the organic groups rr’ and the inorganic group x on electronegativities and hardness of the snrr’x fragments; in this case it was found a very good correlation between the electronegativity of fragments and 119sn chemical shifts, a property which sensitively reflects the change in the valence electronic structure of molecules [15]. this work was complemented with the study of some compounds of the ex and er types, where e= c, si, ge, sn and r= ch3, h and a comparison between their electronegativity and hardness (softness) was done in order to study the influence that the central atom has on the electronegativity or hardness (softness), or whether these properties are mainly affected by the type of ligand bound to the central atom. theory and computational details in dft [9] the electronegativity c was identified by parr [8] as the negative of the partial derivative of the energy e of an atomic or molecular system with respect to the number of electrons n, for a constant external (i.e. due to the nuclei) potential u(r) [7]. a detailed discussion about the calculation of hardness, softness, and electronegativity can be found elsewhere [2,9], and only the relevant expressions used for the evaluation of these quantities are given below. the electronegativity (χ), global hardness (h), and softness (s), are calculated within dft as follows: (1) assuming a quadratic relationship between the energy and the number of electrons, and using a finite difference approximation, one can obtain from (1), mulliken’s formula [23] for the electronegativity: 70 ecl. quím., são paulo, 33(3): 69-76, 2008 eq10-af 21/8/14 6:15 page 70 (2) where ie and ea are the vertical ionisation energy and electron affinity of the system, respectively. moreover, theoretical justification was given from sanderson’s equalization principle [24], stating that when two atoms or fragments unite to form a molecule, their electronegativities will adjust to the same intermediate value [8]. the hardness of chemical species was defined by parr and pearson [12]: (3) if only integer values are used for n, this expression can be rewritten as: (4) finally, the global softness is defined as [25]: (5) we can use the expressions (2), (4) and (5) as working equations to calculate the group electronegativity, group hardness and softness. for a group g (e.g. the ch3 group), the corresponding (neutral) radical was considered in the geometry the group usually adopts when being part of a molecule and not in the equilibrium geometry of the isolated radical. the ch3 . radical, for example, is therefore considered in a pyramidal geometry and not in the planar geometry it adopts as an individual molecule. within this option, standard bonds, angles and distances were used throughout this work using the standard structure given by molden [26]. by calculating the radical (n electron system), the cation (n-1 electron system) and the anion (n+1 electron system) energies of the group g, all at the same geometry (c.f. the requirement of constant external potential u(r), one can determine the ionization energy and electron affinity of g and thus the group quantities. in the case of snrr’r’’x the r’’= ch3 group was always removed. 71ecl. quím., são paulo, 33(3): 69-76, 2008 the calculations were carried out at b3pw91 fuctional [27, 28] together with the 6311++g** basis set [29] for h, c, si, ge, f, cl and br and the 3-21g for sn and i. all calculations were performed using the gaussian 94 program [30]. results and discussion group electronegativity among the most important trends found (see table 1), we can highlight for the first series of compounds these ones: ef3 > ecl3 > ebr3 > e(i)3 and eh3 > e(ch3)3. the first one shows how the electronegativity decreases as x progresses down from cl to i, while the second one reflects the same behavior when h atoms are replaced by ch3 fragments. these general trends of group electronegativities showed a good correlation with chemical intuition. however, it is also necessary to look at the trends that may exist between the different atoms with the different substituents to estimate the role the electronegativity of the central atom could have in these cases. it is known that the electronegativity of a group is primarily determined by the electronegativity of the central atom, but it is also known that the electronegativity of the atoms bound to the central atom has a clear effect on the electronegativity of the group [1]. the group electronegativies of the ex groups decreased monotonically in the series x3ge > x3sn > x3si > x3c, but this trend changes when the halogen is changed by methyl or h: (ch3)3ge > (ch3)3c > (ch3)3sn > (ch3)3si; h3si > h3c> h3sn > h3ge, and the electronegativity values (ev) of the central atoms decrease in the series c (2.55) > ge (2.01) > sn (1.96) > si (1.90) [31]. the absolute electronegativities of these atoms are (ev): 6.27 for c; 4.60 for si; 4.3 for ge and 3.90 for sn [32] and they decrease in the order c > si > ge > sn. on the other hand, the values of spectral electronegativities of these elements are c (2.54) > ge (1.994) > si (1.916) > sn (1.884). from the obtained results and the above mentioned data of central atoms electronegativities, we can say that the electronegativity values of x3e, (ch3)3e and h3e groups show that there is no correlation with eq10-af 21/8/14 6:15 page 71 72 ecl. quím., são paulo, 33(3): 69-76, 2008 the scale of absolute electronegativities or another of the earlier mentioned scales and, in this way, it is not possible to estimate group electronegativities based on the central atoms absolute electronegativities data for this kind of compounds. other series of group electronegativities, in which the central atom is always tin, was also studied; in table 2, a series of compounds of the me3snch3-nxn (x= cl, br) type is depicted. substitution of a hydrogen atom in the methyl group by a more electronegative halogen atom (cl, br) results in the following trends for group electronegativity: me2snccl3 > me2snchcl2 > me2snch2cl and me2sncbr3 > me2snchbr2 > me2snch2br, nicely reflecting the hydrogen substitution pattern. it can be noted in table 2 that for a given number of halogen atoms, the bromine derivatives are more electronegative than the chlorine ones. table 3 shows the same trends for the mensnx3-n (n= 1, 2, 3; x= cl, br, i) groups, where the halogen exerts direct influence on the tin atom. in table 4, evaluation of the electronegativity of me3-nsnhn compounds shows that this property increases when systematically replacing the methyl group in snme3 by a more electronegative hydrogen atom, which confirms again the great influence that the substituents have on the electronegativity of the molecule. table 1. electronegativity (χ, in ev), hardness (η, in e v) and softness (s, in 10-2 ev-1) of the ex3 fragments calculated at b3pw91/6-311++g** level. fragment electronegativity hardness softness cf3 6.77 5.49 9.10 ccl3 6.09 4.00 12.49 cbr3 5.69 3.60 13.89 ci3 5.21 3.29 15.19 c(ch3)3 3.90 4.08 12.25 ch3 5.56 5.34 9.37 sif3 7.60 4.42 11.31 sicl3 5.43 3.75 15.33 sibr3 5.89 3.26 15.34 sii3 5.17 3.03 16.49 si(ch3)3 3.69 3.56 14.06 si h3 5.62 4.71 10.62 gef3 9.14 3.91 12.79 gecl3 7.05 3.23 15.49 gebr3 6.91 2.88 17.34 gei3 5.90 2.70 18.51 ge(ch3)3 4.17 3.40 14.73 geh3 4.89 4.17 11.98 snf3 8.02 3.73 13.40 sncl3 6.17 3.26 15.35 snbr3 6.07 2.96 16.92 †sni3 5.40 2.79 17.91 sn(ch3)3 3.77 3.26 15.33 snh3 5.18 3.39 14.75 †calculated at b3pw91/3-21g level. table 2. calculated electronegativity (χ, in ev), hardness (η, in ev) and softness (s, in 10-2 ev-1) of me3snch3-nxn groups (n= 1, 2, 3) and experimental 119sn chemical shifts (in ppm) [13-14]. molecule chemical shifts χ η s me3snch2cl 4 4.64 2.94 16.98 me3snchcl2 33 4.76 2.83 17.61 me3snccl3 85 4.98 2.81 17.75 me3snch2br 6 4.67 2.92 17.13 me3snchbr2 42 4.77 2.76 18.09 me3sncbr3 101 4.97 2.72 18.35 table 3. calculated electronegativity (χ, in ev), hardness (η, in ev) and softness (s, in 10-2 ev-1) of me4-nsnxn groups (n= 1, 2, 3) and experimental 119sn chemical shifts (in ppm), [13-14]. molecule chemical shifts χ η s me3sncl 164.2 4.56 3.27 15.26 me2sncl2 137.0 5.50 3.23 15.46 mesncl3 21.0 6.72 3.12 15.99 me3snbr 128.0 4.60 3.19 15.68 me2snbr2 70.0 5.51 3.03 16.49 mesnbr3 -165.0 6.59 2.82 17.71 me3sni 38.6 4.29 3.14 15.92 me2sni2 -159.0 5.39 2.79 17.90 table 4. calculated electronegativity (χ, in ev), hardness (η, in ev) and softness (s, in10-2 ev-1) of me4-nsnhn groups (n= 1, 2, 3) and experimental 119sn chemical shifts (in ppm), [13-14]. molecule chemical shifts χ η s me3snh -104.5 4.63 3.12 16.04 me2snh2 -225.0 4.89 3.24 15.42 mesnh3 -346.0 5.19 3.39 14.76 eq10-af 21/8/14 6:15 page 72 the series me3snor and me3snsr’ (with r= h, me, ipr, tbut and ph and r’= me, et and tbut) as can be seen in table 5, resulted from replacing the me by more electronegative or and sr groups, shows that an increment in the electronegativity of the ligands brings as a consequence an increase of electronegativity with respect to the series of me3snr molecules (see table 6). in table 6, the evolution of the calculated electronegativity of me3snr compounds is shown. as it can be seen, the effect of substituting a methyl by other alkyl group appears to be small compared to substituting it by hydrogen atoms or halogens, due to the lower difference among the electronegativity values of the alkyl substituents. however, a small trend can be found for these molecules: in general terms, as the substituents become bigger (in atom number and volume), the electronegativity values become greater. this is only a general trend and 73ecl. quím., são paulo, 33(3): 69-76, 2008 table 6. calculated electronegativity (χ, in ev), hardness (η, in ev) and softness (s, in10-2 ev-1) of me3snr groups and experimental 119sn chemical shifts (in ppm), [13-14]. molecule chemical shifts χ η s me4sn 0.0 3.91 3.19 15.63 me3snet 4.2 3.94 3.14 15.92 me3snprn -2.3 3.97 3.13 16.03 me3snpri 8.6 4.01 3.02 16.45 me3snbun -1.0 3.96 3.13 16.03 me3snbus 3.3 4.00 3.06 16.34 me3snbut 19.5 3.93 3.03 16.50 table 5. calculated electronegativity (χ, in ev), hardness (η, in ev) and softness (s, in10-2 ev-1) of me3snor and me3snsr groups and experimental 119sn chemical shifts (in ppm), [13-14]. molecule chemical shifts χ η s me3snoh 118.0 4.24 3.28 15.25 me3snoch3 129.0 4.12 3.21 15.59 me3snopri 109.0 4.06 3.10 16.14 me3snobu 91.0 4.08 3.06 16.35 me3snoph 134.3 4.31 3.07 16.30 me3snsch3 90.0 4.02 3.04 16.46 me3snset 78.0 3.97 3.01 16.63 me3snsbu 55.5 3.88 2.93 17.05 exceptions can be found in the cases of me3snbun, me3snbus and me3snbut. of course, the small difference between the values makes more difficult to affirm or refuse this trend. in general, as depicted in tables 2-6, the trends obtained from the electronegativity values with the different groups and with different kind of subtitutions on tin atom show an increment when increasing the electron-withdrawing properties of substituents. comparison with experimental data several experimental measurable quantities have been postulated to correlate with substituent electronegativities. a great prospect arises from the chemical shifts for which many experimental values are available in literature [13-14]. the results of calculations of group electronegativities, hardness and softness of snrr’r’’x 119sn chemical shifts for the corresponding compounds are given in the tables 2-6. it is pleasing to notice that good linear relationships are observed between 119sn chemical shifts and the corresponding values of electronegafigure 1. experimental δ(119sn) vs electronegativity of me2snchnx3-n groups (x= cl, br) (see table 2). figure 2. experimental δ(119sn) vs electronegativity of men+1snh3-n compounds (see table 4). eq10-af 21/8/14 6:15 page 73 tivities (see figures 1-3), all these relationships characterized by large correlation coefficients. there are two groups (me3snr and me3nsnxn) in which the relation is not so simple, but it was also found a dependency with the hardness; the relationships suggest a good correlation with these quantities. a simple correlation with the electronegativity fails, but when including the hardness in a dual correlation, it yields in both cases a fair result as seen in figures 4 and 5. these two series will be discussed in more detail when the hardness of these types of molecules will be analyzed. 119sn cs= -172.086c-146.67h+1140.75 (me3snr); r=0.968. all these results suggest that a change in 119sn chemical shifts data in this kind of compounds qualitatively could reflect, with a large degree of certainty, the corresponding change in group electronegativities. 74 ecl. quím., são paulo, 33(3): 69-76, 2008 figure 3. experimental 119sn chemical shifts vs electronegativity of me2snor and me2snsr groups (see table 5). figure 4. experimental 119sn chemical shifts vs values obtained via the dual correlation between hardness and electronegativity of me3snr compounds (table 6). figure 5. experimental 119sn chemical shifts vs values obtained via the dual correlation between hardness and electronegativity of me4-nsnxn compounds (table 3). group hardness and softness in this part, only the main trends for the groups’ hardness will be considered. the results for the groups’ softness are completely analogous, since softness is simply the inverse of the group hardness divided by two. the evolution of the group hardness when going from up to down in the iv group in periodic table is: cx3 > six3 > gex3 > snx3 and cr3 > sir3 > ger3 > snr3 (r= h, ch3, ph), and the values of absolute hardness of the atoms are: 5.00, 3.38, 3.35, and 3.05 for c, si, ge and sn respectively [9] and they decrease in the order c > si > ge > sn. it can be seen that this last trend is the same as the ones found for their corresponding groups when they act as central atoms. this could mean that the group hardness and softness are largely determined by the hardness (or softness) of the central atoms. as it can be seen in table 2, replacing a hydrogen atom of the methyl in the snme3 group by a softer halogen (cl, br), systematically decreases the hardness, which means that increasing the number of halogens for these molecules continuously increases the group softness. the sequence for a given number of halogens shows higher softness for the bromine than for the chlorine-containing groups in agreement with the higher softness of bromine compared to a with the chlorine atom. when in table 6 a methyl group is replaced by a halogen (cl, br, i), the result is also a decreasing value of hardness (except for the mono and dichloro cases), in accord with the hardness sequence (ev): ch3 (4.87) > cl (4.70) > br (4.24) [9]. on the other hand, the introduction of a harder hydrogen atom eq10-af 21/8/14 6:15 page 74 75ecl. quím., são paulo, 33(3): 69-76, 2008 replacing a softer methyl group results in an increment of hardness (table 3). a similar case can be found in table 5, when the replacement of s by a harder o, makes the global group softness decreases. also for this last set of molecules, it is shown that the hardness is affected by the nature of the alkyl group in both cases. figure 6 shows that there is a good correlation between hardness (in addition with electronegativity) and the nmr chemical shifts of the mensnx4-n series; this good agreement can be due to the fact that the change of a methyl group by an halogen is more accentuated that when the change is made for an alkyl group. in fact, the difference in hardness values between the whole mensnx4-n series is 0.48, while the difference in the values of the me3snr series is only 0.16. when a softer substituting group (e.g. methyl) is replaced by a harder one (halogen), this causes the 119sn resonance to shift to lower values. in table 3, two facts can be observed: first, as the halide becomes heavier and thus softer (cl < br < i), d(119sn) values become lower. second, as the number of x (n= 1, 2, 3) increases, the molecule becomes softer and again, chemical shifts change to lower values (even negative ones). exactly the contrary tendency is observed in the snme4-nhn set. figure 6. experimental δ(119sn) of compounds vs hardness of me2snchnx3-n group (x= cl, br) (see table 2). conclusions quantum chemical calculation of group electronegativities and hardness (softness) were carried out for group 14 of the periodic table (c, si, ge, sn, pb) and their containing functional groups; these calculations allow seeing the regularities concerning the influence of the nature of organic and inorganic groups on electronegativities. these data also could be used for interpretation of reactivity and how this reactivity is affected by the presence of different substituents and groups in a molecule. the comparison between the group electronegativities and experimental chemical shift values is satisfactory and all these results suggests that a change in 119sn chemical shifts data in this kind of compounds qualitatively reflects with a large degree of certainty the corresponding change in group electronegativities. the inclusion of the 6-311++g** basis set has a greater a influence on the values for the group electronegativities, hardness and softness for the si, ge, and sn compounds than for the c ones, which could be due to the fact that a greater base set describes better the correlation effect, which is important when the size of the atoms enlarges; additionally, a diffuse function gives better description of the anionic system. acknowledgments the authors want to acknowledge colciencias(bogotá-colombia) and universidad de cartagena (cartagena-colombia) for the financial support received may 19 2008 accepted august 20 2008 references [1] f.de proft, w.langenaeker , p.geerlings, j.phys.chem. 97 (1993) 1826. 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bioenergia; biocombustível; biodiesel. introdução a intensa busca, sobretudo nos tempos mais recentes, por combustíveis alternativos de fontes renováveis, a partir da biomassa, tem suscitado o planejamento de pesquisas científicas de inspiração tecnológica, mais dirigidas à identificação de novas oleaginosas, da flora nativa, ou à melhoria do aproveitamento de culturas agrícolas tradicionalmente cultivadas, com potencial econômico, como fonte de óleo, para a produção industrial de biodiesel [1],[2]. o programa governamental brasileiro, em amplas escalas de planejamento, tanto geográfico quanto em metas, recomenda e suporta os esforços, por investimentos material, financeiro e de especialistas, na geração de inovações, para uso em processos industriais de produção de biocombustíveis [3]-[6]. entre outras características favoráveis, o biodiesel é um combustível com biotoxicidade razoavelmente tolerável, de resíduos de combustão com impacto ambiental menor do que o diesel de petróleo e de fonte renovável, no sentido de que pode ser produzido a partir da biomassa, especificamente de resíduos de óleos vegetais, gorduras animais e plantas oleaginosas [7]-[9]. quimicamente, biodiesel é uma mistura de ésteres monoalquílicos derivados de ácidos graxos de cadeias longas, que incluem, por exemplo, ácidos láurico, esteárico, oléico, palmítico (tabela 1). o processo químico da conversão de óleos vegetais em biodiesel envolve reações de transesterificação, metílica ou etílica, de triacilglicerídeos, para se obterem ésteres metílicos ou etílicos, como produtos, e glicerol, como coproduto [10]-[13]. óleos de diferentes fontes oleaginosas têm composições características em ácidos graxos, se considerados o tamanho das cadeias alifáticas, o número de ligações insaturadas, ou ramificações com outros grupos químicos funcionais, no arcabouço molecular. 102 artigo article as propriedades estruturais e químicofuncionais determinam diretamente a reatividade e as principais variáveis, que governam o processo químico-industrial de obtenção e a qualidade final do biodiesel. as estruturas dos ácidos graxos mais comuns estão simplificadamente listadas na tabela 1. o presente trabalho foi dedicado à avaliação da reação de transesterificação, em escala de bancada, sob condições controladas de algumas variáveis críticas de processo: (i) tempo; (ii) velocidade derotação do balão do evaporador rotatório; (iii) razão molar etanol:triglicerídeo; (iv) tipo de catalisador; (v) proporção do catalisador, em relação à massa do óleo e (vi) temperatura, para obtenção de biodiesel etílico, a partir do óleo de milho, cuja composição média em ácidos graxos, da ref [14], é apresentada na tabela 1. materiais e métodos caracterização do óleo e do biodiesel as propriedades índice de peróxido, índice de refração (25 °c e 40 °c), índice de saponificação, índice de acidez foram determinadas de acordo com as normas da american oil chemists society [15]. o índice de umidade foi determinado segundo norma astm d-6304, utilizando-se titulador coulométrico de karl fischer modelo 831 kf. a massa específica foi determinada de acordo com a norma astm d4052, correspondente à norma abnt nbr 14065, com densímetro da-500-kyoto. a viscosidade cinemática a 40ºc foi determinada conforme normas astm d-445 e astm 446 e o ponto de fulgor conforme astm d-56. a estabilidade oxidativa foi analisada pelo método en 14112, utilizando-se um equipamento rancimat 743. o índice cetano foi calculado de acordo com a norma astm d-976. transesterificação etílica foi utilizado óleo comercial de milho, refinado, marca liza, para uso doméstico, de embalagem de 900 ml, industrialmente processado pela cargill agrícola sa (brasil). a composição em ácidos graxos do óleo é reportada na tabela 1. como objetivos centrais deste trabalho avaliaram-se os diversos parâmetros do processo de transesterificação, para os seguintes valores de variáveis: (i) tempo, 30 e 60 minutos; (ii) velocidade de rotação do balão do evaporador rotatório, 100 e 200 rpm; (iii) razão molar etanol:triglicerídeo, 9:1 e 12:1; (iv) tipo de catalisador, hidróxido de sódio ou de potássio; (v) proporção do catalisador, em relação à massa do óleo, 0,5 % e 1,5 % e (vi) temperatura, 35 °c e 55 °c. o catalisador foi adicionado ao etanol e a mistura foi agitada durante 5 minutos, antes de ser adicionado ao óleo de milho no meio reacional. após a reação de transesterificação alcalina o sistema resultou em duas fases sendo a parte superior formada pelo biodiesel impuro e na parte inferior glicerina. o biodiesel foi removido da mistura tabela 1. estrutura e composição química dos ácidos graxos para óleo de milho [11], [14]. ecl. quím., são paulo, 35 4: 101 106, 2010 artigo article 103 e em seguida foi lavado 2-3 vezes com água a 80 °c para remover impurezas presentes. planejamento experimental para determinação das condições experimentais que possibilitem o aumento do rendimento na síntese de ésteres resultantes da reação de transesterificação, foi realizado um planejamento experimental fatorial fracionário, em duplicata. a opção utilizada no experimento foi 26-2, que é muito interessante para uma investigação, reduzindo o número de ensaios. este planejamento não é completamente saturado, não misturando efeitos principais com 1º ordem, o que garante a confiança nos cálculos dos efeitos das variáveis na resposta analisada, sem perda na qualidade estatística das informações. a tabela 2 apresenta os valores usados em cada nível das variáveis estudadas. resultados e discussão caracterização físico-química do óleo: a qualidade do óleo de milho é descrita em termos da suas propriedades físico-químicas. os valores correspondentes são mostrados na tabela 3. parâmetros da transesterificação na tabela 4, são mostrados os valores de rendimento obtidos a partir dos ensaios em duas repetições, conforme a matriz do planejamento 26-2, onde os valores +1 e -1 correspondem, respectivamente, aos níveis alto e baixo. na figura 1, é mostrado o gráfico de pareto para as variáveis operacionais, em que se pode observar os efeitos principais, negativos, no sentido de que diminuem o rendimento da reação, para tipo de catalisador, concentração do catalisador e razão molar álcool:triglicerídeo, na amplitude de valores em estudo. de outro lado, observa-se o efeito positivo para velocidade de rotação, tempo e temperatura. tabela 2. valores usados em cada nível das variáveis estudadas na transesterificação do óleo de milho no planejamento experimental. níveis -1 +1 tempo (minutos) 30 60 velocidade de rotação (rpm) 100 200 razão molar 9:1 12:1 porcentagem de catalisador 0,5 % 1,5 % tipo de catalisador koh naoh temperatura (ºc) 35 55 tabela 3. algumas propriedades físico-químicas do óleo de milho. ecl. quím., são paulo, 35 4: 101 106, 2010 104 artigo article a ordem de significância encontrada para os efeitos dos fatores de processo, para a reação de transesterificação do óleo de milho, independentemente do sinal algébrico, é a seguinte: concentração do catalisador > razão molar > tipo de catalisador > velocidade de rotação > tempo > temperatura. na figura 2, é mostrado o gráfico de dispersão, do que se pode notar uma boa aproximação dos dados a um comportamento de distribuição normal dos resíduos. o modelo químico-reacional capaz de explicar os comportamentos observados, para os fatores estudados, requer pressupor que: a produção do alcóxido no meio reacional da transesterificação tende a aumentar a proporção de ácidos graxos livres, por reversão do processo e hidrólise do éster formado [16], pela presença de água. (i) os catalisadores homogêneos alcalinos, nas concentrações de 0,5 massa% e 1,5 massa%, em relação à massa do óleo, ativam, competitivamente, as tabela 4. matriz de códigos (significados: -1 = nível baixo; 1 = nível alto) de delineamento experimental para testes de condições da reação de transesterificação etílico do óleo de milho, 6-2no planejamento 2 , com a resposta em rendimento em massa do processo. para os valores atribuídos a cada nível das variáveis estudadas na transesterificação, referir-se à tabela 4. (rendimento dado pela massa do produto da transesterificação, na razão estequiométrica). figura 1. gráfico de pareto resultante do tratamento estatístico-experimental fatorial fracionado, referente aos efeitos de cada fator, no rendimento da reação de transesterificação. ecl. quím., são paulo, 35 4: 101 106, 2010 artigo article 105 reações de saponificação, que é relativamente mais rápida, em razão da disponibilidade de ácido graxo livre, no meio, e de transesterificação. além disso, registra-se que a mudança da concentração de 0,5 massa% para 1,5 massa%resultou em decréscimo do rendimento da transesterificação; (ii) o aumento do rendimento, em produção do éster, com o tempo revela que o patamar de equilíbrio começa depois de 60 min de reação; (iii) o aumento da eficiência na produção de éster com o aumento da velocidade de rotação do balão do evaporador rotatório, em que se dá o processo, de 100 rpm para 200 rpm, apenas confirma o efeito mecânico sobre a dinâmica de difusão e de colisões entre as espécies reativas, no meio líquido; (iv) a estequiometria da reação de transesterificação requer 3 moles de álcool por 1 mol de triglicerídeo, para se obterem 3 moles de éster e 1 mol de glicerina. neste trabalho, formam usadas duas razões molares e verificou-se que ao se incrementar a razão álcool:triglicerídeo, de 9:1 para 12:1, ocorreu diminuição do rendimento em éster, certamente devido à formação de emulsão no meio; (v) os catalisadores alcalinos homogêneos, mais comuns,são hidróxido de sódio (para gerar o alcóxido de sódio, pela mistura com o álcool) ou hidróxido de potássio (para gerar o alcóxido de potássio, pela mistura com o álcool). no processo de transesterificação, deste trabalho, foram usados ora naoh ora koh, para produção do etóxido in situ. o catalisador que propiciou o maior rendimento foi o koh, observando-se que, quando comparado com o naoh a diferença de rendimento foi estatisticamente significativa ao nível de 95% de confiança; (vi) o fato de o aumento da temperatura de 35 para 55 oc aumentar o rendimento da reação implica, termodinamicamente, que a transesterificação seja endotérmica, no sentido da formação do éster. os efeitos por interação dos fatores (1) e (2), (1) e (5) e (1) e (3) foram menores do que os de suas variáveis principais, no rendimento da transesterificação. em razão disso, foram desconsideradas, nas análises estatísticas subseqüentes. a interação (2) e (6) é significativa e negativa, o que implica interpretar que a ação conjunta dos dois fatores, resguardados as tendências dos efeitos individuais das variáveis principais, induz à diminuição do rendimento da reação. já as interações (1) e (6), (1) e (4) e (2) e (4) são significativas e positivas; causam, pois, aumento do rendimento da reação, se obedecidas as tendências de cada um dos efeitos principais. da comparação dos sinais e das magnitudes dos efeitos das interações (1) e (6) e (2) e (6), o aumento do rendimento da reação de transesterificação acompanha as condições de mais alta temperatura e menor velocidade de rotação do balão, das duas testadas, para minimizar o efeito destrutivo da interação (2) e (6) e favorecer o da interação (1) e (6). fixar-se a velocidade de rotação em nível mais baixo aponta também à economia de no consumo de energia, para o processo, que pode, em alguma extensão, compensar aumento de insumo correspondente ao aumento do tempo de reação. propriedades físico-químicas do biodiesel etílico de milho considerando o bom rendimento da transesterificação alcalina etílica do óleo de milho, foi escolhida a amostra obtida através do ensaio 10 (tabela 4), com as seguintes variáveis de processo: tempo, 60 minutos; velocidade de rotação, 100 rpm; razão molar, 9 etanol:1 triglicerídeo; tipo de catalisador, hidróxido de potássio, concentração do catalisador, 0,5 % e 35 °c para a temperatura da reação. a tabela 5 resume as propriedades físico-químicas do produto. como pode ser observado, as propriedades deste biocombustível são próximas às das comumente obtidas para biodiesel de matéria primas convencionais, como pinhãomanso, soja, canola e girassol [[17]-[20]]. conclusões as variáveis (i) tempo; (ii) velocidade de rotação do balão do evaporador rotatório; (iii) razão figura 2. gráficos de resíduo resultantes do tratamento estatístico-experimental fatorial fracionado, referente aos efeitos de cada fator, no rendimento da reação de transesterificação. ecl. quím., são paulo, 35 4: 101 106, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 4: 101 106, 2010106 artigo article molar etanol:triglicerídeo; (iv) tipo de catalisador; (v) proporção do catalisador, em relação à massa do óleo e (vi) temperatura, para obtenção de biodiesel etílico, são significativamente relacionadas ao rendimento da reação, medido em produtos da transesterificação etílica, a partir do óleo de milho. as variáveis operacionais, para as quais se observaram efeitos principais, negativos, no sentido de que diminuem o rendimento da reação, foram (i) tipo de catalisador; (ii) concentração do catalisador e (iii) razão molar álcool:triglicerídeo. de outro lado, observa-se o efeito positivo para (i) velocidade de rotação; (ii) tempo e (iii) temperatura. a ordem decrescente da magnitude do efeito observado, na faixa de valores de investigação, para cada um desses fatores, é diferente, em termos do rendimento, na transesterificação: concentração do catalisador > razão molar > tipo de catalisador > velocidade de rotação> tempo > temperatura. é interessante destacar que tendência de efeito das variáveis principais é, em alguns casos, alterada, ou mesmo invertida, quando se consideram interações de duplas de fatores, sobre o rendimento da reação de transesterificação. como 80 % do custo de produção do biodiesel estão relacionados à fonte de oleaginosa e o restante aos demais componentes de custo, incluindo insumos de energia, catalisador, mão de obra e outros, o domínio da ponderação da contribuição de cada fator intrínseco do processo, contribui para se programar estratégias de minimização de custos e de maximização do rendimento industrial. agradecimentos trabalho financeiramente apoiado pela fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig; projetos apq-6925-3.08/07, apq-02356/08 e ppm-00217-08) e pelo cnpq. referências [1] fukuda, h.; kondo, a.; noda, h.; j. biosci. bioeng. 2001, 92, 405. 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em fluxo envolvendo multicomutação, para a determinação de rutina em formulações farmacêuticas. o método é baseado na oxidação da rutina pelo hipoclorito de sódio, a qual promove o decréscimo da magnitude do sinal quimiluminescente, se comparado à reação na ausência de rutina. sob condições otimizadas, foi obtida uma curva analítica para concentrações de rutina variando de 5.0 × 10 -6 mol l -1 a 1.0 × 10 -4 mol l -1 (r = 0,996) com um limite de detecção de 9.7 × 10 -7 mol l -1 e uma frequência de amostragem de 120 h -1 . estudos de repetibilidade para uma concentração de rutina de 7,0 x 10 -6 mol l -1 apresentaram um desvio padrão relativo (dpr) menor que 5,0% para 10 determinações consecutivas. o método proposto foi aplicado com sucesso na determinação de rutina em formulações farmacêuticas. palavras-chave: análise por injeção em fluxo, rutina, quimiluminescência, multicomutação ____________________________________________________________________________ abstract: this paper reports a flow injection chemiluminescence method involving multicommutation for rutin determination in pharmaceutical formulations. the method is based on the oxidation of rutin by sodium hypochlorite which decreases the signal magnitude when compared with the same reaction without the rutin. under optimized conditions, an analytical curve was obtained for rutin concentration range from 5.0 × 10 -6 mol l -1 to 1.0 × 10 -4 mol l -1 (r = 0.9966) with detection limit of 9.7 × 10 -7 mol l -1 and a sampling frequency of 120 h -1 . repeatability study for a 7.0 × 10 -6 mol l -1 rutine concentration showed a relative standard deviation (rsd) less than 5.0% for ten consecutives determination. the proposed method was applied successfully for rutin determination in pharmaceutical products. keywords: flow injection analysis, rutin, chemiluminescence, multicommutation. 1 departamento de química, universidade federal de são carlos, são carlos-sp, brasil; 2 departamento de ciências da natureza, matemática e educação, universidade federal de são carlos, araras-sp, brasil; 3 departamento de química, universidade estadual de goiás, anápolis-go, brasil; 4 departamento de química, universidade federal do paraná, curitiba-pr, brasil. *e-mail: luiz1berto@ufpr.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p32-42 mailto:luiz1berto@ufpr.br eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 33 33 introdução os flavonoides são compostos fenólicos que apresentam diversidades estruturais, os quais podem ser divididos em diferentes classes 1,2 . entre elas podemos destacar as flavanonas, antocianidinas, flavonas, isoflavonas e flavonóis 3 . os flavonóis apresentam atividades farmacológicas, os quais têm sido utilizados em tratamentos de doenças como diabetes mellitus, alergias e úlceras pépticas 4 . eles são fitoquímicos, ou seja, de origem vegetal, sendo considerados princípios ativos em muitas plantas. a rutina (quercetina-3-ramnosilglicosídeo) é um flavonol glicosídico, encontrado em frutas cítricas e em alguns vegetais, que apresentam grande importância terapêutica atuando na inibição da formação de radicais livres e na melhora da resistência das paredes dos vasos capilares 3 . além disso, possui ações antioxidantes, anti-inflamatórias, vasodilatadoras, antialérgicas, antivirais, propriedades estimulantes do sistema imunológico e auxilia também no aumento da eficácia da vitamina c evitando sua oxidação 4-7 . diversas técnicas analíticas têm sido empregadas para a determinação de rutina, incluindo cromatografia com detecção espectrofotométrica 8 , eletroquímica 3,9 e métodos espectrofotométricos 10 . os métodos espectrofotométricos utilizando análise por injeção em fluxo (fia) são alternativas interessantes para a detecção de compostos em formulações farmacêuticas pois são procedimentos relativamente baratos e facilmente adaptáveis em análise de rotina aplicada em laboratórios de controle de qualidade 11 . os sistemas fia apresentam algumas vantagens, tais como o baixo consumo de reagentes e amostras, baixo risco de contaminação durante a análise e baixo custo da instrumentação 12-15 . quando associado a um sistema com multicomutação, tais procedimentos tornam-se ainda mais atrativos, pois apresentam alta frequência de amostragem e boa versatilidade 16 . o sistema fia por multicomutação é um sistema no qual comutadores independentes, controlados por computador, controlam a adição de pequenas frações de reagentes e amostras alternadamente no sistema analítico utilizando uma rede de tubos interconectados, o que permite direcionar os fluxos e utilizá-los em distintos procedimentos analíticos com diferentes tipos de reação. a luminescência é um fenômeno que descreve a emissão de luz quando uma molécula no estado excitado decai para o estado fundamental. há alguns tipos de luminescência que se diferenciam pelo estímulo de energia empregada para se obter o estado excitado. quando a fonte de energia é proveniente de uma reação química, emprega-se o termo quimiluminescência 17 . uma das reações mais exploradas desde o ano 1928 é a oxidação do luminol sendo empregados diversos compostos como agente oxidante 18-22 . na literatura encontram-se procedimentos envolvendo reações quimiluminescentes para a determinação de diferentes espécies. esses procedimentos destacam-se por apresentarem boa sensibilidade e ampla faixa de resposta linear 23-26 . o presente trabalho descreve um procedimento analítico para a determinação de rutina em formulações farmacêuticas utilizando um sistema de análise por injeção em fluxo envolvendo multicomutação com a inibição do sinal quimiluminescente, produzido pela oxidação do luminol após a reação com hipoclorito de sódio. a adição de rutina consome parcialmente o hipoclorito, diminuindo assim a intensidade luminosa proporcionalmente à concentração de rutina na amostra. o uso da multicomutação, bem como a quantificação do analito a partir da inibição do sinal medido são as principais novidades do procedimento proposto. além disso, um aumento significativo da sensibilidade e também da frequência analítica foi observado. procedimentos experimentais reagentes e soluções as soluções foram preparadas empregando-se água deionizada e reagente com grau analítico. os reagentes luminol e rutina foram obtidos da sigmaaldrich. carbonato de potássio (k2co3) e hipoclorito de sódio (naclo) foram obtidos da vetec. uma solução de luminol 9,0 × 10 -3 mol l -1 foi preparada eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 34 34 com uma solução de k2co3 0,60 mol l -1 com ph 11. soluções de hipoclorito de sódio 0,10 mol l -1 foram preparadas a partir de uma solução de 6% v/v diariamente. também foram preparadas soluções de rutina 1,0 × 10 -2 mol l -1 e posteriormente foram diluídas em água deionizada. as amostras comerciais da marca novarrutina ® foram adquiridas em farmácias da cidade de são carlos-sp. equipamentos foram empregadas válvulas solenoides de três vias (nresearch, west caldwell, 161t031), tubos de polietileno de 0,8 mm de diâmetro interno e conectores feitos de acrílico. o gerenciamento das válvulas solenoides foi realizado por um microcomputador equipado com uma interface eletrônica (advantec corp. pcl 711s). a propulsão das soluções no sistema em fluxo foi realizada por uma bomba peristáltica (ismatec, modelo 7618-50, 8canais, zurique, suíça) equipada com tubos de tygon. empregou-se um fotodetector (osd50-e, rs 846711) 27 e uma cela de fluxo em polietileno 28 para a obtenção das medidas de radiação quimioluminescentes. após a aquisição de cada sinal transiente, os dados referentes às medidas da intensidade luminescente (mv) são salvos no arquivo previamente definido, em colunas independentes e o sinal transiente é mostrado no espaço reservado no formulário. assim, os valores em mv são associados aos valores de tempo nos quais a aquisição foi efetuada. diagrama de fluxo e procedimento na figura 1 é apresentado o diagrama de fluxo utilizado no procedimento proposto. o módulo apresentado é constituído por 4 válvulas solenoides (v1-v4), que gerenciam a inserção de reagentes e da solução transportadora no sistema. inicialmente, todas as válvulas estão fechadas, sendo que a v1 está invertida. a solução transportadora flui pelo sistema, enquanto as outras soluções ficam reciclando para seus respectivos frascos. abrindo-se a válvula v4, por exemplo, a solução transportadora continua fluindo, as soluções a e r1 continuam reciclando e a solução r2 é introduzida no sistema e, subsequentemente, é transportada à célula de detecção. para a obtenção do branco, a válvula v3 (hipoclorito de sódio) é acionada juntamente com a solução transportadora, as quais fluem pelo percurso analítico por um tempo a ser estabelecido. na sequência, é então acionada a válvula v4 (luminol), por um tempo também determinado, permitindo a reação entre o luminol e o hipoclorito, obtendo-se assim o sinal da luminescência. figura 1. diagrama de fluxo utilizado para a análise de rutina. c = solução transportadora (k2co3); a = rutina; r1 = solução de hipoclorito sódio; r2 = solução de luminol; v1, v2, v3 e v4 = válvulas solenoides de 3 vias para controle das soluções; d = detector; b = percurso analítico; w = descarte; x e y = pontos de confluência. a inibição do sinal da luminescência é promovida pela reação entre a rutina, hipoclorito de sódio e luminol, a qual ocorre abrindo-se simultaneamente as válvulas solenoides v2 (solução padrão rutina/amostra, a), v3 (hipoclorito de sódio, r1) e a v1 (solução transportadora de carbonato de potássio, c) por um tempo previamente determinado. assim, a solução transportadora (v1) retorna para seu frasco e alíquotas de amostra/padrões (v2) e solução de hipoclorito de sódio (v3) são inseridas no percurso analítico no ponto x. no percurso analítico (b), ocorre então a reação entre a solução de rutina e hipoclorito de sódio (oxidação da rutina pelo hipoclorito). na sequência, a válvula v4 (luminol, r2) é então acionada e uma alíquota de luminol é inserida no sistema no ponto y. o luminol reage com o excesso de hipoclorito, que não foi consumido pela rutina, obtendo-se assim o sinal da luminescência. a eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 35 35 diferença entre os sinais do branco (hipoclorito e luminol) e da reação entre hipoclorito, rutina e luminol é determinada, sendo esta proporcional à concentração de rutina. preparo das amostras as amostras de rutina foram preparadas a partir da trituração, com auxílio de um almofariz e pistilo, de dez comprimidos previamente pesados. a massa de dez comprimidos de rutina foi pesada e triturada com auxílio de um almofariz e pistilo. então, a massa equivalente a de um comprimido de rutina foi transferida para um balão volumétrico de 100 ml e dissolvida com água deionizada. a solução foi filtrada por gravidade utilizando um funil de vidro e papel de filtro (10 cm de diâmetro). transferiu-se uma alíquota desta para um balão volumétrico de 25 ml e completou-se com água deionizada. a solução preparada foi empregada para a determinação de rutina através do procedimento proposto a 25 ° c. resultados e discussão a determinação da rutina baseou-se na supressão do sinal quimioluminescente gerado a partir da reação do hipoclorito de sódio com luminol (figura 2). figura 2. reação de oxidação da rutina pelo hipoclorito em (a); reação do hipoclorito com o luminol em (b). primeiramente, há reação do hipoclorito de sódio com luminol (em meio básico de k2co3 0,60 mol l -1 , com ph 11). (figura 3a). a adição de rutina consome parcialmente o hipoclorito, diminuindo assim a intensidade luminosa proporcionalmente à concentração de rutina na amostra (figura 3b): + n2 + cl+ h2o (b) + cloo oh o o o oh oh ho ho o oh oh oh oh ho o oh o o o oh oh ho ho o oh o oh o ho o o nh nh nh2 + 2oh+ cloo o oonh2 + n2 + cl+ h2o (a) eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 36 36 figura 3. sinais transientes obtidos empregando-se o sistema proposto: (a) reação do hipoclorito de sódio 1,0 × 10 -3 mol l -1 com luminol 3,0 × 10 -3 mol l 1 e (b) após a injeção solução da rutina na concentração de 7,0 × 10 -6 mol l -1 . demais parâmetros: bobina helicoidal de 75 cm; vazão de 2 ml min -1 inicialmente, estudou-se a concentração de hipoclorito de sódio no intervalo de concentração de 5,0 × 10 -4 a 5,0 × 10 -3 mol l -1 utilizando o sistema proposto. as seguintes condições experimentais empregadas foram: solução transportadora de carbonato de sódio 0,05 mol l -1 , 66 l de solução de rutina 3,0 × 10 -5 mol l -1 (v2 = 2 s), 66 l de solução de hipoclorito de sódio (v3 = 2 s) e 66 l de solução de luminol 3,0 × 10 -3 mol l -1 (v4 = 2 s), bobina helicoidal de 25 cm e vazão de 2,0 ml min -1 . houve um aumento do sinal analítico entre as concentrações de 5,0 × 10 -4 a 1,0 × 10 -3 mol l -1 e não se observou aumento da variação de sinal para maiores concentrações, pois a partir de concentrações superiores a 1,0 × 10 -3 mol l -1 não há um excedente de luminol (reagente limitante) para reagir com o excesso de hipoclorito de sódio. portanto, selecionouse a solução de hipoclorito de sódio 1,0 × 10 -3 mol l -1 para estudos posteriores. a influência da concentração de luminol no sinal analítico foi também avaliada no intervalo a de concentração de 5,0 × 10 -4 a 9,0 × 10 -3 mol l -1 . mantiveram-se as condições do sistema fixadas em: 66 l de solução de rutina 3,0 × 10 -5 mol l -1 (v2 = 2 s), 66 l de solução de hipoclorito de sódio 1,0 × 10 -3 mol l -1 (v3 = 2 s) e 66 l de solução de luminol nas concentrações mencionadas acima (v4 = 2 s), bobina helicoidal de 25 cm, vazão de 2,0 ml min -1 e a solução transportadora de carbonato de sódio 0,05 mol l -1 . observou-se um aumento da variação do sinal analítico até 5,0 × 10 -3 mol l -1 de luminol e a partir de então, não ocorreu aumento significativo de sinal, neste caso o hipoclorito se comporta como o reagente limitante da reação, selecionando-se a concentração da solução de luminol 5,0 × 10 -3 mol l -1 para demais estudos. a próxima etapa do trabalho foi o estudo do tempo de acionamento das válvulas solenoides para as soluções de hipoclorito de sódio e rutina, avaliando-se de maneira simultânea o tempo de acionamento das válvulas. para isso, variou-se o tempo de acionamento das válvulas solenoides entre 1 a 6 s com a vazão fixa de todos os canais, solução transportadora e reagentes, em 2,0 ml min -1 . as demais condições utilizadas foram: solução transportadora de carbonato de sódio 0,05 mol l -1 , 66 l de solução de rutina 3,0 × 10 -5 eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 37 37 mol l -1 (v2 = 2 s), 66 l de solução de hipoclorito de sódio 1,0 × 10 -3 mol l -1 (v3 = 2 s), 66 l de solução de luminol 5,0 × 10 -3 mol l -1 (v4 = 2 s) e percurso analítico de 25 cm. constatou-se um aumento do sinal analítico com o tempo de acionamento das válvulas solenoide v2 e v3 até 4 s. para tempos superiores, a resposta permaneceu praticamente constante. sendo assim, selecionou-se o tempo de 4 s de acionamento simultâneo das válvulas solenoides para hipoclorito de sódio e rutina. também foi realizado o estudo do tempo de acionamento da válvula solenoide da solução de luminol (v4) entre 1 e 6 s. observou-se, que há um aumento do sinal analítico até 3 s e, acima desse tempo, a resposta manteve-se constante. então, o tempo de 3 s foi selecionado para o acionamento da válvula contendo o reagente quimioluminescentes. o efeito do comprimento do percurso analítico (b) de 25 a 150 cm foi avaliado. observou-se que há um aumento da variação do sinal analítico até 75 cm. em comprimentos maiores que este houve um decréscimo da resposta analítica, o que pode estar relacionado à diluição do hipoclorito de sódio durante o percurso. sendo assim, o comprimento selecionado foi de 75 cm. estudou-se a influência da vazão das soluções simultaneamente na faixa de 1,0 a 3,0 ml min -1 . verificou-se um aumento no sinal analítico com a vazão até 2,0 ml min -1 . acima desta vazão observouse o aumento na pressão hidrodinâmica do sistema, além de não se obter sinais reprodutíveis. portanto, a vazão de 2,0 ml min -1 foi selecionada para estudos posteriores. após a otimização dos parâmetros instrumentais, construiu-se a curva analítica para rutina no intervalo de concentração de 5,0 × 10 -6 mol l -1 a 1,0 × 10 -4 mol l -1 utilizando o método fia proposto como observado na figura 4. a equação da reta é descrita pela equação: δi (mv) = 0,968 – 8,32 × 10 3 [rutina] (mol l -1 ); r = 0,994 (n=3), com um limite de detecção de 9,70 × 10 -7 mol l -1 ((3 x sd)/s), sendo sd o desvio padrão do branco e s a inclinação da curva analítica). figura 4. curva analítica obtida a partir das seguintes adições de rutina: 5,0 × 10 6 ; 7,0 × 10 -6 ; 1,0 × 10 -5 ; 3,0 × 10 -5 ; 5,0 × 10 -5 ; 7,0 × 10 -5 e 1,0 × 10 -4 mol l -1 . demais condições utilizadas foram: solução transportadora de carbonato de sódio 0,05 mol l -1 , hipoclorito de sódio 1,0 × 10 -3 mol l -1 , luminol 5,0 × 10 -3 mol l -1 . demais parâmetros: bobina helicoidal de 75 cm e vazão de 2 ml min -1 eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 38 38 obteve-se uma frequência de amostragem de 120 h -1 . para o estudo da repetibilidade (n=10), o sistema proposto apresentou um desvio padrão relativo de 2,8% e 2,6% para as concentrações de rutina de 1,0 × 10 -5 e 7,0 × 10 -5 mol l -1 , respectivamente. realizouse o estudo de adição e recuperação utilizando soluções padrão em duas diferentes concentrações de rutina (1,0 × 10 -5 e 5,0 × 10 -5 mol l -1 ), obtendo-se recuperações variando de 97,0 a 104%. o efeito de potenciais interferentes na determinação de rutina em formulações farmacêuticas foi estudado utilizando-se uma solução de rutina de 3,0 × 10 -5 mol l -1 . excipientes e estabilizantes como amido, sacarose, cafeína e óxido de ferro foram testados um a um nas concentrações declaradas nos produtos comerciais. não se observou interferência significativa sobre o sinal analítico nos valores estudados para essas substâncias. realizou-se a determinação de rutina em formulações farmacêuticas comerciais pelo método quimioluminescente proposto e por um método espectrofotométrico comparativo 29 . os resultados obtidos estão em boa concordância dentro de um intervalo de confiança de 95%, empregando-se o teste-t pareado como observado na tabela 1. tabela 1. determinação de rutina em formulações farmacêuticas pelo procedimento proposto e pelo o método comparativo 29 amostras rutina (mg g -1 ) er(%) valor rotulado comparativo proposto e1 e2 teste t* test f a 300 295±2 298±3 -0,6 1,0 0,225 b 300 297±3 291±4 -3,0 -2,0 0,75 c 300 299±2 300±2 0 0,3 n = 3, nível de confiança de 95% e1= procedimento proposto vs. valor rotulado e2= procedimento proposto vs. procedimento comparativo *tcrit=2,92 *fcrit=19 ademais, o procedimento proposto apresentou faixa linear e limite de detecção semelhante a alguns trabalhos descritos na literatura para a determinação de rutina como observado na tabela 2. eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 39 39 tabela 2. procedimentos analíticos propostos para a determinação de rutina técnica faixa linear (mol l -1 ) limite de detecção (mol l -1 ) ref voltametria 1,0 × 10 -7 – 2,0 × 10 -6 2,3 × 10 -8 [30] fluorescência 5,0 × 10 -6 – 4,0 × 10 -5 1,2 × 10 -6 [31] cromatografia 8,2 × 10 -5 – 6,6 × 10 -4 4,2 × 10 -5 [32] espectrofotometria 6,6 × 10 -6 – 3,9 × 10 -5 1,2 × 10 -6 [33] quimiluminescência 5,0 × 10 -6 a 1,0 × 10 -4 9,7 × 10 -7 este trabalho . conclusões neste trabalho apresentamos um método de análise por injeção em fluxo envolvendo multicomutação e quimioluminescência para a determinação de rutina em formulações farmacêuticas. a adição de rutina consumiu parcialmente o hipoclorito (que reage com o luminol), diminuindo assim a intensidade luminosa proporcionalmente à concentração de rutina na amostra. o procedimento proposto foi aplicado com sucesso na determinação de rutina em formulações farmacêuticas. os resultados obtidos estão em boa concordância dentro de um intervalo de confiança de 95%, empregando-se o teste-t pareado. o método é simples, de baixo custo com alta frequência de amostragem e acurácia e pode ser utilizado para a determinação deste fármaco em laboratórios de análises de rotina e de controle de qualidade. ademais, o procedimento proposto pode ser utilizado em aulas de química analítica quantitativa e química analítica instrumental para ampliar os conhecimentos de alunos de graduação. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, a capes e à fapesp (2015/19099-2) pelo suporte financeiro. eclética química journal, vol. 41, 32-42, 2016. 40 40 referências [1] p. h. marco, r. j. poppi, i. s. scarminio, procedimentos analíticos para identificação de antocianinas presentes em extratos naturais, quim. nova, 2008, 31, 1218-1223. 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0.0032 and r² = 0.9988. the limit of quantification was 0.53 mg l-1 and limit of detection was 0.45 mg l-1 with 95% confidence level, the standard addition curve was linear, abs = 0.0736 [pb2+] + 0.0846 and r² = 0.9971. three samples were analyzed in triplicate and the concentration of lead obtained ranged from 84.74 ± 3.70 mg kg-1; 69.93 ± 11.84 mg kg-1 and 76.45 ± 7.12 mg kg-1. for the standard addition curve, the concentration found was approximately 230.00 mg kg1. considering the brazilian standard, the lead concentration should not exceed 2.00 mg kg-1, thus, it’s concluded that the values obtained were not within the norm for this metal. optimization of a homogeneous ternary solvent system for the quantification of lead in crystal sugar samples júnior olair chagas1+, silviana côrrea2, isabela cristina silva melo3, fabiana aparecida lobo1, alex magalhães de almeida3 1 federal university of ouro preto (ufop), department of chemistry, 122 diogo de vasconcelos st, ouro preto, minas gerais, 35400-000 brazil 2 federal university of lavras (ufla), department of chemistry, 1001, doutor sylvio menicucci av, lavras, minas gerais, 37200-000 brazil 3 university centre of formiga (uniformg), 328 dr. arnaldo sena st, formiga, minas gerais, 35570-000 brazil +corresponding author: júnior olair chagas, e-mail address: jocfunhouse@gmail.com article info article history: received: september 4, 2017 accepted: december 20, 2017 published: december 30, 2017 keywords: 1. lead 2. cristal sugar 3. homogeneous ternary system 4. quantification 1. introduction saccharum officinarum l., popularly known as sugarcane, is considered one of the main colonization goods in brazil and is currently responsible for three of the country's main industrial products: sugar, ethanol and bioenergy 1,2 . this sector, known as sugarcane energy, is highly significant to the brazilian economy, evidenced by the fact that its gdp in 2015 was estimated at us$ 1.8 trillion (approximately). of this amount, us$ 10.90 million (nearly) correspond to sugar sales made by the mills used as raw material for industrialized products and retail sales of sugar in natura 3 . in this regard, brazil is the world’s largest producer and exporter of this product 4 . sugar is used in a variety of foods, ranging from confectionery to flavoring in meats (hams, bacons, sausages and salamis). in addition, it is greatly important for human consumption, as it is one of the responsible for the energy generation of cells, as highlighted by the world health organization (who) 5,6 . however, because sugar is a food, it must be produced, packaged and stored as such, in order to http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 mailto:jocfunhouse@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-9937-3389 original article 66 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 reach the consumer with the necessary basic characteristics and free from contamination. thus, it is essential to maintain complete traceability throughout the production chain to ensure total safety in the use of the product, whatever its subsequent use. and, in order to guarantee adequate quality, a strict control of the various items of the product specification is also of fundamental importance 2,7-9 . during some of the processes of its production, sugar can accumulate elements and toxic substances, such as: agrochemicals, copper (cu), iron (fe), lead (pb), arsenic (as) among others 2,5 . plants may absorb contaminants 10 and incorporate inorganic compounds in the final product. in addition the machinery used in the production process may contaminate the sugar with (cd), lead (pb), iron (fe), nickel (ni), and selenium (se) 2 . therefore, studies were carried out to monitor metals in the most diverse industrialized and nonindustrialized foods 7,9,11-13 . according to pereira and rodrigues (2013), amongst the 14 chemical agents, lead is the principal contaminant. unlike other metals, such as copper (cu), iron (fe) and zinc (zn), lead has no known physiological function in the body, always causing intoxication. its harmful effects can affect practically all the organs and systems of the human organism, where its elimination is extremely slow, and can take up to 10 years 14-16 . studies reported in the literature describe the use of various analytical techniques9, especially those involving icp-ms. this technique is relatively expensive and hitherto without application in sugar production plants for the monitoring of potentially toxic metals. thus, analytical techniques of monitoring with low cost are of paramount importance to the sugar industries. one technique that stands out from these needs is spectrophotometry in the ultraviolet-visible region (uv-vis) 8 . however, the monitoring of metals in samples of crystal sugar in literature is scarce, since most of the procedures that use uv-vis for the purpose of evaluation of contamination of metals need samples with homogeneous solutions. there is a system that can work around this problem, known as the homogeneous ternary system of solvents, single phase. such a system consists of organic solvent in a mixture to allow the formation of a homogeneous solution, leading to the miscibility of the chelating agent in aqueous solutions. the objective of this work is the development of a low-cost, robust and easy-to-apply analytical technique with the use of a homogeneous ternary system of solvents and uv-vis spectrophotometry for the determination of lead in crystal sugar samples. 2. experimental 2.1 equipment and supplies all the reagents used in the procedures of this study were of analytical grade p.a., counting on deionized water for the preparation of the solutions. in the preliminary studies, a solution of glucose 5% m/m obtained in local pharmacy was used, this being the aqueous phase of the homogeneous ternary system of solvents. as chelating agent, a solution of monosodium 4-(2-pyridyl-azo) resorcinol (par) at 1.39x10 -4 mol l -1 was used. the equipment used was the analytical balance aaker®, model m254a; uv-vis spectrophotometer brastec® digital microprocessed, model q798drm; and analion® pm608 digital bench ph meter. 2.2 methods 2.2.1 solvent composition study to obtain the roozeboom diagram, the triangle of the ternary system, the following solvent system was used: water, methyl isobutyl ketone and ethanol. thus, mixtures and titrations of solvent pairs miscible with a third solvent were performed until the point of opalescence 18,19 where the compositions were defined in% m / m of the system, dividing it into two regions: single-phase and two-phase components. the compositions % m / m of the solvents resulting in the single-phase region were the object of interest in this work. after obtaining the diagram with the aid of the origin-pro 8.0 software, a region for the multivariate planning study shown in figure 1 was delimited, in order to obtain the region with the best analytical signal (absorbance). simultaneously, a study was carried out to obtain a better ph for the complex. this region was delimited by points a, b, c, d, e, f, and g, where their proportions are shown in table 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 original article 67 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 figure 1. generic representation of the roozeboom diagram for the homogeneous ternary system of solvents with multivariate planning study delimitation. in figure 1, the orange line represents the binodal curve, characterizing the division of phase region with proportions of homogeneous solutions and mixtures; x, y and z represent the percentages of the solvents. table 1. proportions % m/m of the points used for the design of the optimization of the homogeneous ternary system of solvents proposed by this work. point water (% m/m) methylisobutylketone (% m/m) ethanol (% m/m) a 10.00 50.00 40.00 b 50.00 30.00 60.00 c 50.00 10.00 40.00 d 30.00 10.00 60.00 e 10.00 10.00 80.00 f 10.00 30.00 60.00 g 20.00 20.00 60.00 thus, all the tests relative to the solvent proportions shown in figure 1 were carried out, where a fixed concentration of lead was added to all solutions, as well as the chelating agent. subsequently, all the solutions obtained were analyzed in the bench ph meter and uv-vis spectrophotometer to evaluate the best proportion of the proposed solvents. the wavelength adopted was λmax = 550 nm 19 . all results were plotted with their respective proportions in the software origin-pro 8.0 to obtain a better proportion of solvents with ph and a better proportion of solvents with analytical signal (absorbance). 2.2.2 preparation of the analytical curve with the best analytical signal condition and ph obtained, that is, the best proportion in % m/m of solvents, the analytical calibration curve was constructed. starting from a standard solution of lead (1000 mg l -1 ), that was successively diluted to obtain concentrations between 0 and 5 mg l -1 . 2.2.3 preparation of the addition-standard curve from a standard solution of lead (1000 mg l -1 ), known concentrations of the metal were added in the homogeneous solutions obtained with the sugar samples to obtain the standard addition curve, delimited between 0 and 2.50 mg l -1 . 2.2.4 sampling analysis some samples of sugar were purchased in local commerce. approximately 5.00 g sugar were weighed which were solubilized in 20.00 ml nitric acid, and the volume checked to 100 ml. this procedure was performed for three brands and each in triplicate. therefore, these samples were prepared for analysis through the preparation of the homogeneous solution, where the sample replaced the glucose solution. this procedure was performed in triplicate. the ph of the obtained solution was then analyzed and its absorbance terminated at the wavelength characteristic of this work (λmax = 550 nm). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 original article 68 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 3. results and discussion the chelating agent solution when added to the sugar solution provides a heterogeneous solution, making it impossible to analyze by the uv-vis spectrophotometer. to solve this problem, a homogeneous ternary system of solvents was employed 8,17 . it is a geometric representation of an equilateral triangle whose components, represented by each vertex of the triangle, may present with a single phase or two phases 18 . in this work, the point of interest was the single phase (fu), as it provides a homogeneous mixture of solvents, which consists of: an aqueous portion (sugar / glucose solution), an organic liquid immiscible in water (chelating agent solution) and a third liquid miscible in the previous two. the possibilities of proportions in % m / m of the ternary system for an f.u. are numerous 8 . the experiments were statistically planned in a multivariate manner, and figure 2 shows the results obtained for ph and absorbance respectively. figure 2. homogeneous ternary system of solvents, water: ethanol: methylisobutylketone, with ph evaluation by multivariate planning and with absorbance evaluation by the lead and par complex in λmax = 550 nm. figure 2 shows that the best region to provide a higher analytical signal (absorbance) is at point e, which corresponds to 10% water (glucose / sugar), 10% methyl isobutyl ketone and 80% ethanol. there is a contrast provided by the direct relation of ph to the analytical signal, i.e., the region of better ph to obtain higher absorbance, which is at ph = 7.3. visibly, we can see a difference in the coloration of the solution, where in the above characteristics intense yellow was observed 19 . thus, the best condition of the homogeneous mixture is at a ratio %m / m, of 80.00 ethanol, 10.00 methylisobutylketone, and 10.00 solution of sugar. ghasemi and maeder (2007) 20 carried out studies on the protonation and complexation of par with nickel (ni) in acid medium, and obtained a direct relation with the theoretical and experimental data, explaining the behavior of the formation reaction of this complex. the higher nickel concentration is observed in the more acid solution that is needed to allow a complete reaction to occur. lead is a similar element to nickel, presenting some similar metallic properties and, if we compare the results obtained by the multivariate experimental planning proposed here, we conclude that there was a complete complexation of lead at a specific ph and complexing reagent concentration. this fact is justified the presence of an excess of the complexant inthe lead concentration, which theoretically does not require a more acidic medium for a higher yield of the complexation reaction. with optimal conditions in hand, an analytical curve was constructed (figure 3). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 original article 69 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p65-70 figure 3. analytical curve of lead complexed with par in homogeneous sugar solution: ethanol: methylisobutylketone the analytical curve was linear from 0 to 5.0 mg l -1 with the following characteristic: abs = 0.0873 [pb 2+ ] 0.0032 and r² = 0.9988. the limit of quantification was 0.53 mg l -1 and that of detection of 0.45 mg l -1 with 95% confidence in the student's test. the standard addition curve was linear between 0 and 2.50 mg l -1 with the following characteristic: abs = 0.0736 [pb 2+ ] + 0.0846 with r² = 0.9971. the analysis of the samples was carried out in triplicate and, based on the condition of the analytical curve, a lead concentration was obtained for the first sample of 84.74 ± 3.70 mg kg -1 sugar; for the second 69.93 ± 11.84 mg kg -1 ; for the third 76.45 ± 7.12 mg kg -1 . for the standard addition curve, the concentration found was approximately 230.000 mg kg -1 . the difference in concentration values is attributed to the samples, since for the standard addition curve samples of crystal sugar other than the analytical calibration curve were used. brazilian legislation provides a maximum lead content of 2.00 mg per kg of feed, thus, the samples evaluated have undesirable lead levels 6,9 and are considered non-compliant with current legislation. 4. conclusion the concentration found presents risks to the human being if consumed daily, since its value proved to be higher than allowed by brazilian legislation. in addition, the method used is effective for the determination of lead in sugar samples and can be used in the quality control of sugar production companies in brazil and in the world, since it is a robust, easy to apply and relatively inexpensive method. 5. acknowlegdements cnpq, fapemig, ufop, unifor-mg, cepepunifor-mg, t. f. t. l. e. viana. 6. 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https://doi.org/10.1006/jfca.2001.1028 https://doi.org/10.1006/jfca.2001.1028 https://doi.org/10.1006/jfca.2001.1028 https://doi.org/10.1006/jfca.2001.1028 https://doi.org/10.1006/jfca.2001.1028 https://doi.org/10.1006/jfca.2001.1028 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.01.069 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.01.069 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.01.069 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.01.069 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.01.069 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.01.069 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.01.069 http://revistaseletronicas.pucrs.br/revistapsico/ojs/index.php/revistapsico/article/view/12688/10850 http://revistaseletronicas.pucrs.br/revistapsico/ojs/index.php/revistapsico/article/view/12688/10850 http://revistaseletronicas.pucrs.br/revistapsico/ojs/index.php/revistapsico/article/view/12688/10850 http://revistaseletronicas.pucrs.br/revistapsico/ojs/index.php/revistapsico/article/view/12688/10850 http://revistaseletronicas.pucrs.br/revistapsico/ojs/index.php/revistapsico/article/view/12688/10850 https://doi.org/10.1590/s1413-81232004000100017 https://doi.org/10.1590/s1413-81232004000100017 https://doi.org/10.1590/s1413-81232004000100017 https://doi.org/10.1590/s1413-81232004000100017 https://doi.org/10.1590/s1413-81232004000100017 https://doi.org/10.1590/s0103-50532007000200004 https://doi.org/10.1590/s0103-50532007000200004 https://doi.org/10.1590/s0103-50532007000200004 https://doi.org/10.1590/s0103-50532007000200004 https://doi.org/10.1590/s0103-50532007000200004 https://doi.org/10.1590/s0103-50532007000200004 microsoft word 1043.doc ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 7 antioxidant and cytotoxic studies for kaempferol, quercetin and isoquercitrin josé carlos rebuglio vellosa 1, *, luis o. regasini 3 , najeh maissar khalil 4 , vanderlan da silva bolzani 3 , omar a. k. khalil 5 , francine alessandra manente 1 , harli pasquini netto 1 , olga m. m. de faria oliveira 2, * 1 uepg paraná state university of ponta grossa, graduate program in pharmaceutical sciences, ponta grossa-pr, brazil 2 unesp, são paulo state university, chemistry institute, biochemistry and tecnology chemistry department, araraquara-sp, brazil 3 unesp, são paulo state university, chemistry institute, organic chemistry department, araraquara-sp, brazil 4 unicentro, pharmacy department, guarapuava-pr, brazil 5 ifg, goiás federal institute, formosa-go, brazil *correspondence to: paraná state university of ponta grossa, graduate program in pharmaceutical sciences, general carlos cavalcanti avenue, 4748, uvaranas, ponta grossa-pr, zip code: 84030-900, brazil. e-mail address: olgamascarenhaso@gmail.com (o.m.m.f. oliveira), josevellosa@yahoo.com.br (j.c.r. vellosa), phone.: +55-42-32203120 abstract ______________________________________________________________________________ the aim of the present study was to investigate a cytotoxic oxidative cell stress related and the antioxidant profile of kaempferol, quercetin, and isoquercitrin. the flavonol compounds were able to act as scavengers of superoxide anion (but not hydrogen peroxide), hypochlorous acid, chloramine and nitric oxide. although flavonoids are widely described as antioxidants and this activity is generally related to beneficial effects on human health, here we show important cytotoxic actions of three well known flavonoids. they were able to promote hemolysis which one was exacerbated on the presence of hypochlorous acid but not by aaph radical. therefore, www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 8 despite they expected scavenger action over free radicals an oxidants, these compounds could be very lesive to living organisms by acting over erythrocytes and maybe other cellular types. keywords: cytotoxicity, oxidative damage, free radical, flavonoids 1. introduction some physiological processes of reactive oxygen species generation are important to organisms’ functions and defenses, like polymorphonuclear neutrophils activation by endogenous or exogenous stimuli. the neutrophil activation is followed by increased oxygen consumption and a reactive oxygen species (ros) production cascade (oxidative burst) which generates, among others, free radical superoxide anion (o2 •), hydrogen peroxide (h2o2) and hypochlorous acid (hocl) [1]. some conditions turn more elevated these ros generation reactions leading to oxidative stress and tissue damages [2-5]. antioxidant compounds have been receiving great attention from natural products consumers and researchers due several pharmacological properties. antioxidants played an important role in lowering oxidative stresses caused by reactive oxygen species [6]. there is increasing interest in natural antioxidant products for use as medicines and food additives [7, 8]. phytochemicals such as polyphenols and carotenoids are gaining importance because of their contribution to human health and their multiple biological effects such as antioxidant, antimutagenic, anticarcinogenic and cytoprotective activities [9]. according to haenen et al. (1997) antioxidant activities from flavonoids would be responsible for benefical effects over heart damage [10]. considering reactive oxygen species participation on several pathologic processes and the crescent use of natural products as therapeutic, this study was undertaken in order to assess the action profile of three well known flavonoids kaempferol, quercetin and isoquercitrin, as scavengers agents of reactive oxygen species and evaluate if through their antioxidant properties these compounds are able to protect red blood cells against oxidative stress. 2. experimental details the spectrophotometric assays were performed in quartzo cuvetts (1 cm optic path) on a diode array spectrophotometer model hp 8453 with temperature control. aaph [2,2-azo-bis(2amidinopropane)], tmb (tetramethylbenzidine), dtnb [5,5’-dithio-bis(2-nitrobenzoic acid)], ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 9 sodium nitroprusside, pms (phenazine methosulfate), nadh, nbt (nitrobluetetrazolium) were purchased from sigma chemicals co. all other reagents were analytical grade and commercially available. the flavonols, kaempferol, quercetin and isoquercitrin were supplied by prof regasini (organic chemistry department – unesp araraquara). these compounds were isolated from pterogyne nitens leaves as reported previously [11-13]. 2.1. hydrogen peroxide scavenging assay hydrogen peroxide was prepared following its molar extinction coefficient (ε230nm = 80 m -1 cm -1 ) [14]. for this assay, hydrogen peroxide was revealed by tnb oxidation [15]. tnb was prepared according to ching et al. (1994) who used this agent to reveal the hocl levels in solution [16]. 2.2. hypochlorous acid and taurine chloramine scavenging assays reactions were performed according to costa et al. (2004) [17], with some modifications. the samples were incubated on 50 mm sodium phosphate buffer solution ph 7.4, by 10 minutes, with hocl (30 µm) followed by 5 minutes incubation with 2.8 mm tetramethylbenzidine (tmb). for the chloramine assay, before adding the samples, hocl (30 µm) reacted with taurine (5 mm) by 5 minutes. 2.3. superoxide anion radical scavenging assay this assay was performed according to vellosa et al. (2007) [18]. superoxide anion reacts with nitroblue tetrazolium to produce a purple formazan, which has typical absorbance on 560 nm [19]. 2.4. nitric oxide scavenging assay samples were added to sodium nitroprusside solution (25 mm) and incubated at 25 o c for 1.5 h. a solution aliquot (0.25 ml) was withdrawn and diluted with 0.15 ml griess reagent (1% sulfanilamide in 5% h3po4 and 0.1% naphthylethylenediamine dihydrochloride) to be immediately read at 570 nm [20]. sodium nitroprusside is known to decompose in aqueous ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 10 solution at physiological ph, producing no. under aerobic conditions, no reacts with oxygen to produce the stable products nitrate and nitrite, and the nitrite can be determined with griess reagent. the chromophore is produced during diazotization of the nitrite with sulfanilamide and subsequent coupling with naphthylethylenediamine dihydrochloride. the final absorbance at 570 nm is diminished by an no scavenger, because less nitrite is produced to form the chromophore [20]. 2.5. human red blood cells toxicity cytotoxic effects over red blood cells were evaluated by hemolytic action of the flavonoids and by the flavonoids interaction with oxidants hocl and aaph. the hemolysis were studied on a 5 % cell suspension on 10 mm sodium buffer solution, ph 7.4 (37 o c) containing 150 mm nacl and followed by hemoglobin releasing from erythrocytes measured by the supernatant absorbance at 414 nm [21]. the effect of flavonoids over erythrocytes was observed after 2.5 and 4.0 hours incubations. the flavonoid effects over the hemolysis promoted by 25 mm aaph [22] was evaluated after 2.5 hours incubation. the hemolysis assay using 100 µm hocl was carried out for 4.0 hours incubation. 2.6. statistical analysis tests were carried out in triplicate in three to five separate experiments. mean data values are presented with standard error of the mean (mean ± sd). statistical analysis was carried out using one-way analysis of variance (anova) and origin 6.0 version. the values of p < 0.05 were considered to be statistically significant. the amount of flavonols needed to inhibit free radicals concentration by 50%, ic50, was graphically estimated using a non-linear regression algorithm. 3. results and discussion 3.1. antioxidant profile the flavonoids capacities to interact with ros, neutralising or reducing them, were assessed by their scavenger action of taucl, hocl, o2 •, h2o2 and no. moreover, the flavonoids interferences on ros and free radicals actions were evaluated through cell systems. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 11 it was observed that none of assayed samples were able to act over hydrogen peroxide. this is an important data because h2o2 is a lesive agent and specific compounds must be used to fight it. moreover, h2o2 is necessary to peroxidases catalyzed reactions and it scavenging could be the cause of a lower enzymatic oxidative process. the samples were effective on scavenging hypochlorous acid (figure 2a). quercetin was the more efficient agent against hocl possessing a low ic50 (0.0008 mm). isoquercitrin and kaempferol had similar potential as scavengers of hocl due their ic50 values, respectively 0.0018 mm and 0.0020 mm. all three samples presented effective action against hocl, a strong oxidant that in biological systems can change important compounds to organism function like nucleotides and aminoacids among others [23-25]. through the reaction with biological amines hocl generates chloramines, long life oxidants whose reactivity depends on its lipophilicity [23, 26]. it was observed a significant difference on the action of the isoquercitrin on scavenging chloramines compared to the quercetin and kaempferol. figure 2b shows the highest potential to quercetin (ic50 = 0.044 mm). kaempferol have a good potential too (ic50 = 0.092 mm) and isoquercitrin was the less efficient chloramine scavenger by presenting low inhibition even with high concentrations (24% inhibition on 0.401 mm). these results may be due the extra hydroxyl group on quercetin and the block of the hydroxyl at position 3 of the ring c on isoquercitrin by linking to a sugar moiety (figure 1). o oh o ho oh oh oh o oh o ho oh oh o oh o ho o oh oh o oh ho oh oh kaempferol quercetin isoquercitrin 2 45 7 1' 3' 5' b a c fig 1. structures of kaempferol, quercetin and isoquercitrin. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 12 2a kaempferol isoquercitrin 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.6 (mm) a 6 5 2 n m quercetin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 2b kaempferol 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 isoquercitrin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.0 0.6 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 (mm) a 6 5 2 n m quercetin ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 13 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,0 0,1 0,4 0,6 0,8 1,0 2c kaempferol 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,0 0,1 0,4 0,6 0,8 1,0 isoquercitrin 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,0 0,1 0,4 0,6 0,8 1,0 0.300.250.200.150.100.050.00 0.0 0.1 0.4 0.6 0.8 1.0 (mm) a 5 7 0 n m quercetin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2d kaempferol 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 isoquercitrin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 quercetin a 5 6 0 n m (mm) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 14 fig 2. flavonoids scavenger activity profile. 1a. hocl scavenger action of flavonoids: flavonoid was added to the 30 µm hocl solution and incubated by 10 minutes before revealed the remaining oxidant by 2.8 mm tmb; 1b: taurine-chloramine scavenger action of flavonoids: taurine 5 mm reacted for 5 minutes to 30 µm hocl producing 30 µm taucl revealed by 2.8 mm tmb; 1c. nitric oxide scavenger action of flavonoids: flavonoid was added to 25 mm sodium nitroprusside solution and incubated by 1 hour and 30 minutes on light absence, before reveal the remaining no by griess reagent (334µl of the no solution + 200 µl of griess); 1d. superoxide anion scavenger action of flavonoids: flavonoid was added to 45 µm nbt, 9.3 µm pms, 78 µm nadh and incubated by 2 minutes on light absence, before adding 5% acetic acid and read absorbance at 560 nm after 10 minutes. it was constructed a standard curve (a570nm x molarity) of sodium nitrite revealed by griess reagent to determine the nitric oxide level produced by sodium nitroprusside. by this curve (y = 0.22016x – 0.00381; r = 0.9999; p<0.0001), on the assayed conditions, there was 40 µm no on the reaction mixture of no scavenging assay. as observed on figure 2c, the agents had not good potential on fighting no. quercetin was the most efficient promoting inhibition on 41% with 0.265 mm, meanwhile isoquercitrin and kaempferol had similar action by inhibiting the no concentration around 21% with 0.172 mm. these data revealed the importance of the free hydroxyl group on position 3 of c ring and two hydroxyl groups on b ring as important sites for scavenging no. this result was important because no is a diffusible agent that reacts to superoxide anion generating peroxinitrite [27], wich causes ldl (low density lipoprotein) oxidation, a key process of atherosclerosis etiologic process [28]. the superoxide anion is a free radical frequently generated in human body as part of physiological (cellular respiration) or pathological processes (inflammatory diseases). therefore, it is an important pharmacological target to prevent or fight oxidative stress. it is observed on figure 2d that quercetin (ic50 = 0.025 mm) is a powerful superoxide scavenger agent followed by isoquercitrin (ic50 = 0.111 mm) and kaempferol (ic50 = 0.243 mm). these results might lead to understand free hydroxyl groups on flavonoids b ring and hydroxyl at position 3 on b ring as important sites to superoxide scavenging. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 15 3.2. toxic activities over white and red blood cells several reports have shown that erythrocyte attack by ros is the key event in β-thalassemia, sickle cell anemia, glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency, and other hemoglobinopathies. erythrocytes are extremely susceptible to oxidative damage because of the high polyunsaturated fatty acid content of their membranes, and their high cellular oxygen and hemoglobin concentrations [29]. due to their susceptibility to oxidation, erythrocytes have been used as a cellular model to investigate oxidative damage in biological membranes. further, erythrocyte lipid peroxidation may be involved in normal cell aging, and it has been associated with a variety of pathological events. therefore, it seems reasonable to suggest that bioavailable antioxidants in foods and/or their metabolites would prevent free radical-related diseases by protecting red blood cells against ros lesive effects. the first intend was to confirm flavonols harmlessness against erythrocytes. different concentrations of quercetin, kaempferol and isoquercitrin were evaluated over red blood cells. it was found cytotoxic potential of these compounds over erythrocytes, in the absence of ros (figure 3). this effect of flavonoids on red blood cells could be harmful to the oxygen transportation by red blood cells on living organisms. isoquercitrin, the glycosylated flavonol, has higher hemolytic potencial than quercetin and kaempferol. hemolysis is intensified when the samples remains more time in contact with the cells (figures 3 a and b). 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,00 0,06 0,12 0,18 0,24 0,30 kaempferol 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,00 0,06 0,12 0,18 0,24 0,30 isoquercitrin 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,00 0,06 0,12 0,18 0,24 0,30 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.00 0.06 0.12 0.18 0.24 0.30 3a (mm) a 4 1 4 n m quercetin ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 16 fig 3. hemolytic action of quercetin, kaempferol and isoquercitrin: 5% erythrocytes suspension; 2.5 hours (a) and 4 hours (b) incubations; 37 o c in 50mm sodium phosphate buffer (150mm nacl), ph 7.4 it was studied too the flavonoids action over hemolysis promoted by hocl [21] and aaph radical [30]. the aaph radical promotes hemolysis efficiently but its action is inhibited by quercetin, kaempferol and isoquercitrin in a concentration dependent mode (figure 4b): quercetin (ic50 = 0.0035 mm), kaempferol (ic50 = 0.0053 mm) and isoquercitrin (ic50 = 0.0230 mm). these data may be explained by a possible bigger affinity of these flavonoids by the aaph reducing hemolytic effects of both agents, leading to the production of less lesive products. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 kaempferol 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 isoquercitrin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 (mm) a 4 1 4 n m 0.40.30.20.10.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 3b quercetin ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 17 fig 4. interference of flavonols over 30 mm hocl (3a) or 25 mm aaph (3b) mediated hemolysis. despite of the fact that the natural products were able to fight hemolysis by aaph, figure 4a shows that the hemolytic effects of flavonoids and hocl were intensified when they were put together in the erythrocytes suspension. this raised hemolysis could be explained by more lesive products formation that intensifies the oxidative damage over membranes. due the interaction to hocl, kaempferol turned more lesive to red blood cells than isoquercitrin. this probably occurred by formation of a more hemolytic derivative agent from kaempferol than the isoquercitrin one. it is important to observe that antioxidants may present beneficial or harmful effects depending on their affinities to ros and by the harmlessness of their products generated through the interaction to ros. several recent researches have demonstrated that diets containing high amounts of grains, fruits and different vegetables are able to reduce risks off many diseases occurrence such as, heart diseases, inflammatory diseases, cancer, and alzheimer disease [31, 32], but in this paper it is possible to observe that natural products have the capacity to promote damage on human cells. 0,00 0,04 0,08 0,12 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 kaempferol 0,00 0,04 0,08 0,12 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 4b isoquercitrin 0,00 0,04 0,08 0,12 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.120.080.040.00 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 (mm) a 4 1 4 n m quercetin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,00 0,55 1,10 1,65 2,20 kaempferol 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,00 0,55 1,10 1,65 2,20 isoquercitrin 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,00 0,55 1,10 1,65 2,20 0.00 0.55 1.10 1.65 2.20 4a (mm) a 4 1 4 n m quercetin ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 18 4. conclusions in this work, it was possible to observe that all assayed samples acted over the in vitro and exvivo studied systems. among these actions, observed through each flavonoid effects over the assays, stand out direct and indirect antioxidant actions. it is important to notice too, that besides their antioxidant capacities, flavonols promoted high damage on red blood cells, mainly when ros are present. thus, the result set clarifies the complexity of the common usage of natural products as therapeutic agents. antioxidant agents, frequently described as beneficial and able to be applied on therapeutics, are not unrelated to possible harmful effects to human being, and, just like any other medicine, they must present side and toxic effects. meanwhile, such fact must not avoid these compounds application as pharmacological agents to fight ros responsible for promote or exacerbate tissue damages. their radical scavenging and antioxidant properties might have potential applications in food and healthcare industry. acknowledgements jose carlos r. vellosa and luis o. regasini are grateful respectively to capes and fapesp for scholarships. references [1] m. mathy-hartert, e. bourgeois, s. grulke, g. deby-dupont, i. caudron, c. deby, m. lamy, d. serteyn, canadian journal of veterinary research 62 (1998) 127. 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[32] s.s. chun, d.a. vattem, y.t. lin, k. shetty, process biochemistry 40 (2005) 809. resumo o objetivo do presente estudo foi investigar o perfil antioxidante do kaempferol, quercetina, isoquercitrina e suas citotoxicidades relacionadas ao estresse oxidativo. os compostos flavonóides foram capazes de agir como scavengers de ânion superóxido (mas não de peróxido de hidrogênio), ácido hipocloroso, cloramina e óxido nítrico. apesar de flavonóides serem amplamente descritos como antioxidantes e esta atividade estar geralmente relacionada a efeitos benéficos para a saúde humana, aqui nós mostramos importantes ações citotóxicas destes três flavonóides conhecidos. eles foram capazes de promover hemólise, a qual foi agravada na presença do ácido hipocloroso, mas não de radical aaph. portanto, apesar de apresentarem ação scavenger de espécies reativas, esses compostos poderiam ser lesivos aos seres vivos agindo sobre eritrócitos e talvez sobre outros tipos celulares. palavras-chave: citotoxicidade, dano oxidativo, radicais livres, flavonóides eclética química, 39, 141-150, 2014. 141 avaliação da influência da razão ca/p nos valores de cristalinidade e crescimento de cristalitos durante a sinterização de pós de hidroxiapatita azevedo, a. g. s 1 , strecker, k. 1 1 programa de pós-graduação em física e química de materiais (fqmat) – departamento de ciências naturais (dcnat), universidade federal de são joão del-rei (ufsj). 36301-160 são joão del rei, mg – brasil. resumo: amostras de hidroxiapatita (hap) foram sintetizadas por meio da precipitação de soluções aquosas contendo os íons precursores. ao final das sínteses, amostras com diferentes razões ca/p foram obtidas e submetidas a sinterização em diferentes temperaturas. a análise por difração de raios x comprovou que a estequiometria final dos pós de hap influenciou nas respostas à sinterização. as amostras deficientes em cálcio (ca/p=1,47) apresentaram além dos picos de difração do composto hidroxiapatita, fases de tricálcio fosfato tcp (ca3(po4)2). as intensidades dos picos de tcp aumentaram com o aumento da temperatura devido a decomposição da hap. os difratogramas das amostras com cálcio em excesso (ca/p=1,73) apresentaram picos de pequena intensidade de ca(oh)2 e cao. os cristais do material ca/p=1,47 tiveram uma diminuição do tamanho e cristalinidade com o aumento da temperatura e sua consequente decomposição, se diferenciando dos pós com ca/p=1,73, que aumentaram seus tamanhos e a ordenação atômica devido ao processo de sinterização. palavras-chave: hidroxiapatita, sinterização, estequiometria, decomposição. introdução a hidroxiapatita (hap) é um mineral da família das apatitas e possui fórmula química ca10(po4)6(oh)2. é um mineral raramente encontrado livre na natureza, porém, é constituinte inorgânico majoritário nos tecidos ósseos [1,2]. o mineral apatítico pode ser obtido em laboratório e apresenta grande interesse nas pesquisas médicas devido sua similaridade aos tecidos ósseos naturais, podendo ser utilizado como material de partida na fabricação de próteses e enxertos [3–5]. sua utilização vai muito além das áreas médicas, sendo esse mineral eclética química, 39, 141-150, 2014. 142 muito utilizado como remediador ambiental em processos de adsorção de metais pesados [6–9] e outros íons indesejados de efluentes líquidos contaminados [10,11]. na literatura, várias rotas de obtenção da hidroxiapatita são descritas, cada uma apresentando diferenças nas propriedades finais das matrizes cerâmicas obtidas. a hap pode ser fabricada a partir de precipitação de soluções aquosas contendo os íons precursores, reação de neutralização, reação em estado sólido, gelcasting, dip coating, spin coating, entre outros [6,9,12–15]. na maioria dos processos de síntese dos pós de hidroxiapatita se faz necessário um posterior tratamento térmico para consolidar a matriz cerâmica por meio de mecanismos de sinterização [12,16,17]. os pós sinterizados possuem características que os diferem daqueles chamados “verdes”, os quais não passaram por nenhum tratamento térmico [17]. a razão ca/p das amostras de hidroxiapatita devem ser severamente controlada pra que a não estequiometria acarrete em decomposições com consequente aparecimento de novas fases, cinética de crescimento de grãos e cristalinidade das amostras. as amostras que possuem uma razão ca/p final próxima de 1,667 são ditas como estequiométricas e suas propriedade são bem discutidas na literatura [1,18]. propriedades como cristalinidade e tamanho de partículas de duas amostras de hidroxiapatita com diferentes razões ca/p foram estudadas nesse trabalho. os materiais foram sinterizados em diferentes temperaturas e caracterizados por espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (icp-aes) e difração de raios x (drx) para observação da influência da razão ca/p na cristalinidade e no crescimento de grãos dos pós de hap. os valores de cristalinidade dos pós foram obtidos aplicando a técnica descrita no trabalho de landi et al (2000) e o tamanho médio dos grãos foi calculando por meio da equação de debye-scherrer [16]. procedimentos experimentais os pós de hap foram sintetizados por meio da precipitação de soluções aquosas contendo os íons precursores. as soluções foram preparadas utilizando água de elevada pureza, do tipo miliq® e reagentes do tipo p.a. foram empregados como fonte de obtenção dos pós os reagente cacl2.2h2o e (nh4)2hpo4. solução de nh4oh foi utilizada para manter o ph das soluções em valores alcalinos (ph 9-11), em que a síntese de pós de hap é favorecida [20]. as concentrações das soluções foram preparadas visando a obtenção de materiais com razões ca/p finais diferentes. soluções com razão ca/p = 1,47 e ca/p=1,77 foram confeccionadas e empregadas na síntese das hidroxiapatitas (hap a) e (hap b) respectivamente. durante a precipitação da hap deve-se controlar parâmetros como velocidade de agitação e gotejamento das soluções, temperatura de síntese, volume das soluções e alcalinidade. de acordo com garcia et al (2005), esses parâmetros modificam as eclética química, 39, 141-150, 2014. 143 propriedades finais dos materiais obtidos [18,20]. os parâmetros de síntese utilizados nesse trabalho foram velocidade de agitação do precipitado em 80 rpm, velocidade de gotejamento em 2ml/mim, temperatura 60°c, volume das soluções (250ml) e ph entre 9 e 11. os precipitados obtidos foram lavados até a remoção de todo o subproduto formado após a reação de precipitação que, de acordo com cunha et al (2004) ocorre como demonstrado pela equação 1. a remoção total do subproduto foi confirmada por meio de teste negativo com solução de agno3. 6(nh4)2hpo4(aq) + 10cacl2(aq) + 8nh4oh(aq)  ca10(po4)6(oh)2(s) + 20nh4cl(aq) + 6h2o(l) eq. 1 os precipitados lavados foram filtrados e secos em estufa a 105°c por 24 horas. posteriormente foram desaglomerados e peneirados em peneira de 100 mesh. os pós foram sinterizados por 2 horas em um forno da marca mti-gsl1700x sob atmosfera oxidante e uma taxa de aquecimento e resfriamento de 10°c/mim. as temperaturas de sinterização estudadas foram 900, 1000 e 1100 °c. as fases cristalinas presentes nas amostras foram caracterizadas por meio de um difratômetro da marca shimadzu modelo xrd 6000, ao passo de 0,02° e velocidade de varredura de 2°/mim entre 10 e 80 2θ. a identificação das fases cristalinas foi feita utilizando os cartões icpds n° 00-055-0592 e 00-050-0008. a análise elementar das amostras de hap utilizadas nesse trabalho foi obtida utilizando um equipamento icp (plasma), modelo icap 6500, da marca thermo. os tamanhos dos cristalitos e o percentual de cristalinidade das amostras foram obtidos pela equação de debye-scherrer (eq.2) e pelo método proposto por landi et al., (2000) (eq.3) respectivamente. 𝐿 = 𝐾𝜆 𝛽𝐶𝑜𝑠𝜃 eq. 2 em que l é o tamanho médio dos cristalitos, k é uma constante que depende da forma dos cristais, que, no nosso caso, corresponde a 0,89. 𝛽 é o valor da largura do pico de difração e 𝜃 é o ângulo de bragg do pico difratado. 𝑋𝑐 ≈ 1 − ((𝑉112 300 )/𝐼300) x 100 eq. 3 eclética química, 39, 141-150, 2014. 144 em que 𝑋𝑐 é a porcentagem de cristalinidade da amostra, 𝑉112/300 é o vale existente entre os picos do difratograma referentes aos planos (112) e (300) e 𝐼300 é a intensidade do pico referente ao plano (300). resultados e discussão a tabela 1 apresenta os resultados das análises por icp dos pós de hap obtidos. os resultados demonstram que as amostras obtidas possuem razão ca/p próxima das estequiometrias desejadas, sendo a hap a deficiente em cálcio e hap b com cálcio em excesso. tabela 1 resultado das análises por icp das amostras de hap obtidas por precipitação amostra ca/p hap a 1,48 hap b 1,73 as figuras 1, 2, 3 e 4 apresentam os difratogramas obtidos para amostras hap a e hap b respectivamente e a identificação das fases cristalinas presentes nas amostras. as fases formadas durante a síntese e após os processos de sinterização foram identificadas por meio dos cartões icdd 9-432, como realizado no trabalho de raynaud et al (2002). é possível observar pelos difratogramas que as fases cristalinas presentes nos materiais sintetizados sofrem variações com a modificação dos valores da razão ca/p. os difratogramas obtidos das amostras de hap a apresentam fases do mineral hidroxiapatita (ca10(po4)6(oh)2), do composto tricálcio fosfato-β-tcp (ca3(po4)2) e, em menor concentração, um pico em 2θ=26,52 pertencente a fase cahpo4 [18]. a amostra hap a que é deficiente em cálcio, tem uma diminuição da sua estabilidade térmica, iniciando a decomposição do material em temperaturas próximas de 700°c [18]. raynaud et al (2002) estudou a estabilidade térmica de amostras de hap deficientes em cálcio e encontrou resultados similares aos encontrados nesse trabalho. os autores não identificaram picos de difração referentes ao β-tcp em amostras não calcinadas (verde). isso pode estar associado ao diferença no valor da razão ca/p utilizadas nesse trabalho e aquela avaliada pelos autores, sendo 1,48 e 1,535 respectivamente. eclética química, 39, 141-150, 2014. 145 10 20 30 40 50 60 70 80 in te n s id a d e u .a . 2 verde 900 1000 1100 figura 1 drx das amostras de hap a ca/p= 1,48 sinterizadas em diferentes temperaturas 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36        * * * * * * *     * * * *         * * * * * * ** * * ** *             in te n s id a d e u .a . 2 verde 900 1000 1100  *  figura 2 fases cristalinas identificadas nas amostras de hap a ca/p = 1,48. (*) hap, (δ) β-tcp, (♦) cahpo4 eclética química, 39, 141-150, 2014. 146 10 20 30 40 50 60 70 80 in te n c id a d e u .a . 2 verde 900°c 1000°c 1100°c figura 3 drx das amostras de hap b ca/p= 1,73 sinterizadas em diferentes temperaturas as amostras de hap b que possuem cálcio em excesso (ca/p=1,73) apresentam em seus difratogramas a presença de picos de difração mais bem definidos e sem a presença da fase β-tcp. o material com excesso de cálcio favorece a formação de compostos como ca(oh)2 e, quando submetidos ao aquecimento, ocorre a desidroxilação irreversível do hidróxido de cálcio e sua posterior decomposição em cao. de acordo com raynaud et al (2002) os picos de ca(oh)2 não são muito bem observados devido, principalmente, a sua baixa concentração no corpo do material e em virtude do encobrimento dos picos que ocorre. em 2θ=34,08 o pico da fase ca(oh)2 é mascarado pelo pico intenso da hidroxiapatita em 2θ=34,05. o mesmo ocorre com o pico de cao que é encoberto pelo pico intenso de hap em 2θ=32,3, impedindo a sua visualização. a figura 5 apresenta os resultados dos cálculos dos tamanhos dos cristalitos utilizando a equação de debye-scherrer. observa-se que o crescimento das partículas ocorreu de forma diferenciada nos materiais, demonstrando a influencia da razão ca/p nos processos de sinterização da hap. as amostras de hap a sem tratamento térmico possuem um tamanho médio dos cristais maior do que as amostras de hap b. com o aumento da temperatura e o consequente início da sinterização dos pós, as partículas de hap a tem seu tamanho diminuído e observa-se um aumento das partículas de hap b. a diminuição do tamanho médio dos cristalitos pode estar associado à decomposição dos cristais de hidroxiapatita deficiente em cálcio em tcp. tal fato pode ser correlacionado ao aumento da intensidade dos picos de difração referentes ao tcp com a diminuição do tamanho dos cristais de hap das amostras com razão ca/p= 1,47, comprovando a de composição do material. eclética química, 39, 141-150, 2014. 147 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 * * * ** ** **    * * * * * * * *    * * * * * * * * * * * in te n c id a d e u .a . 2 verde 900°c 1000°c 1100°c *   figura 4 fases cristalinas identificadas nas amostras de hap b ca/p = 1,73. (*) hap, (φ) cao, (σ) ca(oh)2 0 300 600 900 1200 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 hap a hap b t a m a n h o ( n m ) temperatura (°c) figura 5 cálculo do tamanho médio dos cristais as amostras de hap b apresentam um crescimento dos cristalitos com o aumento da temperatura de sinterização do material. processos de difusão atômica promovem o crescimento dos grãos e um aumento da porcentagem na cristalinidade do material como observado na figura 6. eclética química, 39, 141-150, 2014. 148 o material com cálcio em excesso atingiu valores iniciais de cristalinidade próximos de 32%, aumentando para 76% de cristalinidade quando sinterizados a 1100°c por 2 horas. esse resultado pode ser associado ao crescimento dos grãos que, promovem uma maior difração dos planos existentes aumentando consequentemente os valores da sua cristalinidade. as amostras de hap a também tiveram um aumento da cristalinidade com o aumento da temperatura de sinterização, porém, atingindo valores muito menores quando comparadas às amostras de hap b sinterizadas na mesma temperatura. esse achado foi atribuído à maior decomposição da hidroxiapatita, apresentando um maior número de picos de difração correspondentes à fase de tricálcio fosfato. o aumento da decomposição dos cristais de hap a promove uma diminuição da fase hidroxiapatita com o consequente aumento de tcp, trazendo uma diminuição nos valores de cristalinidade das amostras. 0 200 400 600 800 1000 1200 10 20 30 40 50 60 70 80 hap a hap b c ri s ta lin id a d e (% ) temperatura (°c) figura 6 porcentagem da cristalinidade das amostras com o aumento da temperatura de sinterização conclusão a síntese por meio da precipitação de soluções aquosas proporcionou a obtenção de pós de hidroxiapatita com diferentes estequiometrias. após a calcinação dos pós, observou-se que as amostras responderam de formas diferentes ao aumento da temperatura. os difratogramas apresentaram uma mistura bifásica de hap e tcp para as amostras com a razão ca/p=1,47. a razão ca/p=1,73 nas amostras ocasionou no aparecimento de fases de ca(oh)2 e cao nos difratogramas, porém, em um número muito menor e com menores intensidades, sendo os picos mascarados pelos picos da hidroxiapatita. o crescimento dos cristalitos e o aumento da cristalinidade também foram afetados com o aumento da temperatura de sinterização. as eclética química, 39, 141-150, 2014. 149 amostras deficientes em cálcio se apresentaram menos cristalinas e, com o aumento da temperatura, seus tamanhos diminuíram devido o início da decomposição do material em tcp. as amostras com cálcio em excesso se apresentou com um grau de cristalinidade elevado e, por meio do processo de sinterização, promoveu o crescimento dos cristalitos com o aumento da temperatura. agradecimentos programa de pós-graduação em física e química de materiais (fqmat), universidade federal de são joão del-rei (ufsj) e fundação de amparo a pesquisa do estado de minas gerais (fapemig). referências bibliográficas 1 song, j.; 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(2004). síntese de hidroxiapatita por precipitação homogênea. introduction arsenic has been reported to be a toxic ion; its presence in the soil can affect drinking water due to high environmental concentrations in some regions of the world [1]. arsenic is the 20th most abundant element in the earth’s crust, where the weathering of arsenic-containing minerals, agricultural activities have produced a concentration of approximately 10 mg kg-1 in soils [2]. arsenic concentrations in us surface soils are in the range of 0.1-97.0 mg g-1 with the major source being a result of human activities [3]. arsenic may accumulate in soil through the use of arsenical pesticides, leaching of wood preservatives, application of fertilizers, irrigation and dust from the burning of fossil fuels, and the disposal of industrial and animal wastes [4]. anthropogenic influence on arsenic levels in soils depends on the intensity of human activity, distance from pollution sources, and pollutant dispersion pattern [5]. 23ecl. quím., são paulo, 33(3): 23-28, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 spectrophotometric determination of arsenic in soil samples using 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-di-ethylaminophenol (brpadap) s. f. p. pereira1*, s. l. c. ferreira2, g. r..oliveira1, d. c. palheta3, b. c. barros4 1laboratório de química analítica e ambiental – cidade universitária josé da silveira neto, 66075-100, belém-pa-brasil 2instituto de química, universidade federal da bahia, salvador-bahia-brasil, cep 40170-290, 3instituto de saúde e produção animal, universidade federal rural da amazônia belém pará brazil 4laboratório central lacen secretaria da saúde, belém-pará-brasil, cep 66077-530 * simonefp@ufpa.br abstract: in this paper, a new, simple and sensitive method for arsenic determination in soil is proposed. this is based on the reduction of silver (i) and iron (iii) ions by arsine followed by a complexation reaction of iron (ii) with the spectrophotometric reagent br-padap 2-(5-bromo-2-pyridylazo)5-di-ethylaminophenol. arsenic determination with a sandell’s sensitivity of 3.1 10-4 cm-2, linear range from 0.1 µg ml-1 to 2.0 µg ml-1 (r560 = 0.9995), molar absorptivity of 2.45 105 l mol-1 cm-1 and a concentration detection limit of 1.4 ng ml-1 (3s) were obtained using a 10 ml sample volume. selectivity was increased with the use of edta as a masking agent. the proposed method was applied for arsenic determination in the presence of several ions amounts in digested soil samples. the results revealed that antimony (iii), mercury (ii), germanium (iv), platinum (iv) interferes at all analyzed proportions. the interferences can be easily removed by the use of edta. precision and accuracy obtained were satisfactory with a r.s.d. < 5 %. recovery of arsenic in soil samples varied from 95.55 to 102.70 % with a mean of 99.63 %. these results demonstrated that the proposed method is applicable for arsenic analysis in different soil samples. keywords: arsenic determination; br-padap; spectrophotometry; soil. eq04-af 21/8/14 5:58 page 23 there are several accepted analytical methods currently available for arsenic measurement in environmental samples. these include hydride generation atomic absor-ption spectrometry (hgaas) [6], neutron activation [7], inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (icpaes) [8]. however, these methods require comparatively expensive equipment and are not readily amenable to portable instrumentation. hydride generation methods are at the present the most popular techniques for arsenic separation prior to its quantification at low concentrations in a wide range of materials [9, 10]. hydride generation dates back nearly 150 years [11]. the most widely used spectrophotometric method for separation and determination of arsenic is based on its evolution as arsine gas from a hydrochloric acid solution followed by a spectrophotometric measurement using silver diethyldithiocarbamate (sddc) as the color forming reagent [12, 13, 14, 15]. the sddc method presents some disadvantages as the unpleasant piridina odor and the low stability of the formed complex. the br-padap has been proposed as a good chromogenic reagent due to its high sensitivity and stability. in recent years it has been used for fe (ii) determination [16, 17] with many advantages over ferrozine and 1,10-phenanthroline. br-padap reacts with iron (ii) and iron (iii) cations and the iron (iii) complex is decomposed totally in presence of edta, the excess of agno3 is removed from the solution by addition of the clions [18]. this current paper describes a simple, rapid and accurate method applied for arsenic determination in soil samples using brpadap as a chromogenic reagent. experimental solutions, reagents and samples. high purity analytical grade reagents were used. double distilled deionised water was used throughout the assays (milliq system, 10.5 mωcm-1). hno3 (merck) and h2so4 (merck) were used for ferric solution and acid digestion. absorbing solution. all substances were prepared by mixing equal volumes of 0.1 m silver nitrate (aldrich) and 0.00125 m ferric solution. standard solution of br-padap (fluka, buchs, switzerland). was prepared by dissolving 0.075 g of br-padap in ethanol plus 20 g tritonx100 (aldrich), diluting it to 250 ml in ethanol pa (aldrich). buffer solution. was prepared by dissolving 2.86 ml of acetic acid (merck) and 4.10 g sodium acetate (merck) in water, diluting it to 100 ml. developing solution. prepared by adding 500 µl of sodium chloride 0.2 m (merck), 500 µl of an acetate buffer (ph 4.75), 1000 µl of a 0.03 % (m/v) br-padap standard solution and 1000 µl of a 0.20 % (m/v) edta (merck), respectively after arsine generation. ferric solution. prepared by dissolving ferric ammonium sulfate (aldrich) in a 3.00 % (v/v) sulfuric acid solution. sodium borohydride (iii) solution. a 10.00 % (m/v) nabh4 (aldrich) solution was prepared in a 2.00 % (m/v) naoh solution (aldrich) before use [19]. arsenic stock solution (1000 µg g-1). prepared by dissolving 1.3200 g of arsenic trioxide (carlo erba) in 10 ml of water plus 4 g of sodium hydroxide and diluting it to 1000 ml with water. analysis procedure arsine was generated by placing a suitable aliquot of sample containing from 0 to 2.0 µg arsenic into a flask, containing 25 ml of 1:1 hydrochloric acid and 75 ml of water, 2 ml of a 15.00 % potassium iodide solution, for as (v)-as (iii) reduction. bath was cooled for 15 minutes in an ice bath, 6 ml of nabh4 solution was added by using a peristaltic pump and capillary tubes. arsine generated from nabh4 reduction was bubbled into the absorption tube containing 2 ml of an absorbing reagent. following 15 minutes, 2 ml of a developing solution was added. this solution was diluted to 10 ml in water, mixed, and centrifuged. after 5 minutes, the formed complex was read at 560 nm in uv-vis spectrophotometer. soil analysis 0.5 g of a soil sample was dissolved in 10 ml of h2so4 1:1 plus 20 ml of concentrated hno3; solution was evaporated at a low temperature (<100°). hno3 was removed by evaporation to so3 fumes. because of a possible presence of organically bound arsenic, a digestion step must be included to ensure conversion of total arsenic to an inorganic form. the cooled residue 24 ecl. quím., são paulo, 33(3): 23-28, 2008 eq04-af 21/8/14 5:58 page 24 was dissolved in water and made up 100 ml in a standard flask. a 10 ml aliquot was analyzed according to procedures described previously. 1000 ml of a 0.20 % (m/v) edta was added to eliminate the interferences. final solution was read at 560 nm in uv-vis spectrophotometer. results and discussion reduction of iron (iii) with silver (0) arsenic determination using an indirect method is based on the reduction of silver (i) by arsine (ash3); iron (iii) reduction by silver (0) and consequent determination of iron (ii) with brpadap in the presence of an excess clions, edta and acetate buffer (ph 4.75). the reaction of br-padap with fe (ii), in the presence of edta, forms an orange complex (reaction 1-3) in a maximum absorption at 560 nm and a composition of 1:2 iron (ii)-br-padap [20], as follows: ash3 + 6ag (i) → 6ag (0) + as (iii) + 3h+ (1) 6ag(0) + 6fe(iii)+ 6cl→ 6agcl + 6fe (ii) (2) fe (ii)+2br-padap→ [fe+2(br-padap)2] (3) effect of iron (iii) concentrations iron (iii) amounts in the order of 35 or 75 µg on iron (ii)-br-padap systems has been demonstrated not to affect the analytical curve on the system. effect of ph the influence of ph on the proposed procedure was investigated, once iron (iii) reduction by silver (0) and the formation of the iron (ii)-brpadap complex can be affected by it [20]. the effect of ph on the iron (ii)-br-padap system was studied elsewhere and the results showed that absorbance signal is maximum and constant in a ph range from 4.00 to 5.75. in ph 3.75, a small decay in the absorbance signal occurs. in this work, the plausible ph range is 4.00 to 5.75. the general procedure was developed using an acetate buffer solution at ph 4.75, due to a minimal effect on the absorbance signal. effect of the amount of br-padap the influence of br-padap amount, ranging from 60 to 900 µg was tested; 10 ml of a final solution and 50 ml of a sample solution were used. the maximum signal was obtained with a 300 µg of br-padap amount. above or below this value a significative decay on the absorbance signal occurs. effect of the amount of edta once br-padap reacts with fe (ii) and fe (iii), fe (iii) excess elimination is necessary. the studied ranges (100-4000 mg) indicated a significative decay in amounts below or above 2000 µg edta. the amount recommended is 2000 µg for 300 µg of br-padap, 70 µg fe (iii), 2 µg as and 10 ml final solution. reagents addition the reagents addition of followed an order procedure: edta in developing solution must be added after the formation of iron (ii)-br-padap complex, which is formed after the reaction between iron (ii), br-padap and ph adjustment. edta must be added 2 min after complex formation, in order to guarantee the stabilization of iron (ii)-br-padap complex. in vanadium determination, costa et al. [20] has obtained the same results when analyzing reagents effects on iron (ii)-br-padap complex formation. characteristics of the complex the absorption spectrum of formed iron (ii) complex when 1.5 µg of arsenic (iii) was generated and absorbed in 2 ml of developing solution which was diluted to 10 ml with water, mixed, and centrifuged. the iron (ii)-br-padap complex was formed immediately and was stable for 240 minutes or more. the br-padap reagent has a low solubility in water but this problem was turned over by the addition of triton-x100. the iron (ii)br-padap complex showed a maximum absorption at 560 nm (at ph 4.75). analytical characteristics and application in the proposed procedure, the calibration curve was linear for arsenic concentration in the range of 0.1 µg ml-1 to 2.0 µg ml-1, for a final volume of 10 ml. the absorbance was read with 1 cm cells in 560 nm, following lambert-beer’s law in these ranges. the equation curves: a560=0.311conc.as (iii) µg + 0.009; r = 0.9995 25ecl. quím., são paulo, 33(3): 23-28, 2008 eq04-af 21/8/14 5:58 page 25 the graph passes through the origin with a molar absortivity of 2.45 105 l mol-1cm-1 and sandell’s sensitivity of 3.10 10-4 cm-2. the precision of this procedure was expressed by calculating the coefficient of variation (1.46 % standard deviation for ten replicates equals to 0.02 µg as). detection limit (3s level) was 1.4 ng ml-1 (± 0.007 ng ml-1) were obtained using a 10 ml sample volume. selectivity of the proposed method the selectivity of the reaction between brpadap and iron (ii) was obtained by the addition of 2.00 µg of arsenic in digested soil sample and previously analyzed where several ions (sb, pb, hg, cr, cu, au, ag, bi, al, co, mo, te, se, ge, fe, pt, p, n and s) was added individually in two proportions (1:1 and 1:25) without the edta presence. the proposed procedure was carried on as follows (table 1). the interference limit of an ion was taken as the amount at which a change of ±5% in absorbance of the complex was observed. results showed that this procedure can be used for arsenic determination in solutions containing most of the cations. the results revealed that antimony (iii), mercury (ii), germanium (iv) and platinum (iv) interfere at all analyzed proportions. the same procedure was accomplished in the presence of edta that was shown efficient in the interferences elimination in the soil analysis. method application environmental exposure to arsenic (as) has an important public health concern and is receiving increasing attention following cases of mass contamination in different parts of the world. 26 ecl. quím., são paulo, 33(3): 23-28, 2008 table 1. recovery of arsenic (2µg) in the presence of diverses elements (λ = 560nm). table 2. determination and recovery of arsenic in soil samples mine region (bacajá -pa). a mean of three replicate analyses however, there is a scarcity of data available on as geochemistry in brazilian territory, despite the known occurrence of as in some of the more severely polluted areas of amazon region. [21]. in order to investigate the applicability of this procedure to soil samples, the recoveries of known amounts of arsenic, added to soil samples, were examined by the proposed procedure. the analyzed soil samples were collected in manelão au mining area, located at bacajá river, a municipal district of senador josé porfírio, in the pará state in brazil. the arsenic levels found (1.58 5.00 µg g-1) showed that the area doesn’t present contamination. arsenic recovery was measured using a standard addition method. the results are given in table 2, edta was used to eliminate the interferences. recovery of arsenic varied from 95.55 to 102.70% with a mean of 99.63%. these results demonstrated that the current procedure is applicable for arsenic analysis in different soil samples, with a satisfactory recovery. eq04-af 21/8/14 5:58 page 26 comparison with other methods the present br-padap method is a very sensitive and simple form for the indirect determination of arsenic in soils, when compared with other spectrophotometric methods (table 3). limit of detection, repeatability and molar absorptivity of this method showed to be more effective than sddc method, and other mentioned methods. conclusions the br-padap method for arsenic determination in soil samples showed more effective analytical results than other known methods. the criti27ecl. quím., são paulo, 33(3): 23-28, 2008 table 3. comparison with other methods. cal variable was the effect of br-padap and edta amount. it was found that antimony (iii), mercury (ii), germanium (iv), platinum (iv) interferes at all proportions but they are removed by the edta. this method can be applied for soil samples analysis with good recovery, repeatability and accuracy. acknowledgements the authors acknowledge the financial support of cnpq, finep and capes. received 09 may 2008 accepted 07 july 2008 s. f. p. pereira; s. l. c. ferreira; g. r. oliveira; d. c. palheta; b. c. barros. determinação espectrofotométrica de arsênio em amostras de solo usando 2-(5-bromo-2-piridilazo)-5-di-etilaminofenol (br-padap) resumo: um novo método, simples e sensível para a determinação de arsênio em solo é proposto neste trabalho. este método é baseado na redução de prata (i) e ferro (iii) pela arsina seguida da reação de complexação do ferro (ii) com o reagente espectrofotométrico 2-(5-bromo-2-piridilazo)-5-di-etilaminofenol (br-padap). a determinação de arsênio apresentou uma sensitividade de sandell de 3.1x10-4 cm-2, foi linear na faixa de 0.1 µg ml-1 to 2.0 µg ml-1 (r560 = 0.9995), apresentou uma absortividade molar de 2.45x105 l mol-1 cm-1 e um limite de detecção de 1.4 ng ml-1 (3s) estes dados foram obtidos para 10 ml de amostra. a seletividade foi melhorada com o uso de edta com agente mascarante. o método proposto foi aplicado na determinação do arsênio na presença de outros íons e em amostras de solo. os resultados revelaram que antimônio (iii), mercúrio (ii), germânio (iv), platina (iv) interferem na análise em todas as proporções analisadas. as interferências podem ser facilmente removidas pelo uso do edta. a precisão e a exatidão deram resultados satisfatórios, com desvio padrão relativo abaixo de 5%. as recuperações de arsênio em solo variaram de 95,55 a 102,70% com uma média de 99,63%. estes resultados demonstraram que o método proposto é aplicável para a análise do arsênio em diferentes amostras de solo. palavra-chave: determinação de arsênio; br-padap; espectrofotometria; solo. eq04-af 21/8/14 5:58 page 27 references [1] j. bech, c. poschenrieder, m. llugany, j. barceló et al. arsenic and heavy metal contamination of soil and vegetation around a copper mine in northern peru. the science of the total environment 203 (1997) 83-91. 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pb; mineral water; hr-cs faas; screening analysis. eq07-af 30/4/08 7:48 page 49 xenon short-arc lamp as a continuum radiation source and a compact high-resolution double echelle monochromator and a charge-coupled device (ccd) array detector with a resolution of about 2 pm per pixel in the far ultraviolet range [11-14]. in a recent review, the main advantages of using this system were described [11]. among them is the possibility of performing fast-sequential multi-element measurements as well as concomitant measurements of main and secondary atomic lines. this new system either allows the use of two different strategies to improve the sensitivity: a) summation of absorbance signals of main and secondary atomic lines resulting in a new calibration function and b) integration of the absorbance signal over the center pixel by including part of the line wings, which is the same of increasing the number of pixels. this paper reports on the evaluation and application of the high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry technique in the determination of ni and pb for water screening analysis. the influence of the nature of atomic line (main and secondary), the summation of absorbance at these lines and the variation of number of pixels on sensitivity, accuracy and precision was studied. the performance of the method was checked by addition/recovery tests in four natural mineral water samples. the main figures of merit obtained by hr-cs faas were compared with the ls aas technique. experimental apparatus or instrumentation a contraa 300 (analytik jena, germany) high-resolution atomic absorption spectrometer equipped with a xenon short-arc lamp (xbo 301, 300 w, gle, berlin, germany) [15] as a continuum radiation source was used throughout the work. two atomic lines were tested for each element. for nickel these lines were 232.003 nm (main) and 341.477 nm (secondary). for lead were 217.0005 nm (main) and 283.306 nm (secondary). for both elements, four different wavelength integrated absorbance were evaluated: cp (1 pixel), cp ± 1 (3 pixels), cp ± 2 (5 pixels) and cp ± 3 (7 pixels). for comparative purposes analysis were also done by using a line source equipment, a perkinelmer aanalyst 100 flame atomic absorption spectrometer (shelton, ct, usa) equipped with hollow-cathode lamps as radiation sources for ni (part number n305-0152, i = 25 ma; slit = 0.2 nm; λ = 232.0 nm) and pb (part number n305-0157, i = 10 ma; slit = 0.7 nm; λ = 217.0 nm) determination. an oxidizing air/acetylene flame (air liquide, sertãozinho, brazil) was used in both spectrometers for analyte atomization. in both instruments an aspiration rate of about 5 ml min-1 was used. measurements of each analyte were carried out in triplicate. a heating block (tecnal, te 015-150, piracicaba, brazil) was used to evaporate water samples. reagents, analytical solutions and samples high purity water obtained with a millipore rios 5 tm reverse osmosis and a millipore milli-q academic tm system (resistivity 18.2 mω cm) was used throughout the study. for ni and pb analysis using the contraa 300 and aanalyst 100 spectrometers, analytical solutions (25 800 µg l-1 ni; 50 1000 µg l-1 pb) were daily prepared by appropriate dilution of the 1000 mg l-1 stock standard solutions (normex tm, carlo erba, italy). all analytical solutions and samples were acidified to 1% v/v hno3 from a 70% v/v hno3 solution (spectrum, new brunswick, nj, usa) to avoid hydrolysis. four natural mineral water bottles were purchased at a local market in araraquara city, são paulo state, brazil. samples were evaporated for analyte preconcentration before analysis. aliquots of 100 ml of samples were evaporated in a heating block at 130 oc for 3 h until ca. 20 ml. the same pre-treatment was adopted for water samples spiked with 20 µg l-1 ni and 10 µg l-1 pb, performing final ni and pb concentrations of 100 µg l-1 and 50 µg l-1, respectively. results and discussion the parameters slope and correlation coefficient of the calibration curve, characteristic mass, limits of detection and quantification and standard deviation related to the main line, secondary line and summation of lines (∑ lines) at different wavelength integrated absorbance (number of pixels) 50 ecl. quím., são paulo, 33(1): 49-56, 2008 eq07-af 30/4/08 7:48 page 50 were described in table 1 and 2 for ni and pb, respectively. analysis of table 1 reveals that the sensitivity (slope and characteristic mass) improved with increased number of pixels. it should be commented that the lod relative to the main line of nickel (232.003 nm) decreased from 4.1 to 2.5 µg l-1 when the number of pixels was ranged from 1 to 7. the calculated lod for the secondary line did not change significantly. in this situation, the strategy of summating absorbance to increase sensitivity was ineffective since the lod varied from 4.1 to 3.2 µg l-1 ni when the wavelength integrated absorbance varied from 1 to 7 pixels. it is interesting to emphasize that the stan51ecl. quím., são paulo, 33(1): 49-56, 2008 eq07-af 30/4/08 7:48 page 51 dard deviation (sd∑ blank) used in the equation 3xsd blank/slope to calculate the lod associated to the ∑ lines was: sd∑ blank = (sd2 λ1 + sd2 λ2)1/2 , where λ1 and λ2 were the studied wavelengths [16]. from table 1 it is possible to verify that nickel can be directly quantified in natural waters using the main atomic line and 7 pixels at concentration until 8.3 µg l-1, almost 2.4-fold lower than the maximum allowed level (20 µg l-1 ni) in waters established by anvisa. it should be mentioned that the calculated characteristic concentration (co) obtained with 3 pixels at the main line (38.3 µg l-1) is close to that furnished by the manufacturer (40.0 µg l-1). for comparison purposes, this characteristic concentration is almost 3.3-fold lower than that obtained by ls faas (126 µg l-1) at the same wavelength. for the secondary atomic line and 5 pixels, the obtained co is 127.3 µg l-1. 52 ecl. quím., são paulo, 33(1): 49-56, 2008 eq07-af 30/4/08 7:48 page 52 high concentrations of fe or cr in real samples may increase the ni signal. usually, interferences like that could be eliminated by the use of the n2o/c2h2 flame, although the ni sensitivity will be lower. using the hr-cs faas technique a possibility to avoid this kind of interferences without losses in sensitivity will be to employ the secondary line and 5 pixels without the need of chang53ecl. quím., são paulo, 33(1): 49-56, 2008 eq07-af 30/4/08 7:48 page 53 ing the type of the atomization flame (oxidizing air/c2h2). shown in table 2 are the main figures of merit for pb at 217.0005 nm (main line) and 283.306 nm (secondary line) using different number of pixels. in contrast to line source aas technique, where the main line (217.0 nm) exhibits a poor signal to noise ratio compared with the 283.0 nm atomic line resulting in a pronounced non-linearity and worse lod values; in hr-cs 54 ecl. quím., são paulo, 33(1): 49-56, 2008 eq07-af 30/4/08 7:48 page 54 aas technique the main line can be used without problems due to the much higher radiation intensity available from the xenon short-arc lamp [17]. the characteristic concentration (co) obtained by hr-cs faas that more approximated with the manual value (73.0 µg l-1) was 64.3 µg l-1 (5 pixels at 217.0005 nm). the experimental and manual co values using the ls faas technique were 192 and 190 µg l-1, respectively. in relation to lod values, the hr-cs faas presented results in the optimal situation (7 pixels at ∑ lines; lod = 11.4 µg l-1) ca. of 8-fold lower than that obtained by ls faas (92.0 µg l-1). limit of detection relative to the main line of pb (217.0005 nm) decreased from 23.6 to 12.4 µg l1 when the number of pixels was ranged from 1 to 7, while for the secondary line (283.306 nm) this value decreased from 50.9 to 23.1 µg l-1. although the strategy of summating absorbance to increase sensitivity was less effective for ni changing the wavelength integrated absorbance from 1 to 7 pixels; for pb the lod values ranged from 24.1 to 11.4 µg l-1. tables 3 and 4 present recovery percentages for ni and pb, respectively, for all studied conditions. recoveries of pb significantly varied with increased wavelength integrated absorbance. better recoveries (92-93%) were observed for higher number of pixels at the main line or summating the atomic lines (90-92%). this influence was irrelevant for ni, and recoveries in the 92104% range were obtained in all situations. conclusions the hr-cs faas technique showed to be promising in elemental analysis field when sub-ppm is required. in this work an evaluation of the potentialities of the hr-cs faas was done in the determination of ni and pb for water screening analysis. the increased number of pixels (wavelength absorbance integrated) and the summation of the absorbance signals of the main and secondary atomic lines were studied. for ni the lod relative to the main line of nickel (232.003 nm) decreased from 4.1 to 2.5 µg l-1 when the number of pixels was ranged from 1 to 7. at the secondary atomic line this parameter did not change significantly. for pb the lod relative to the main line of pb (217.0005 nm) decreased from 23.6 to 12.4 µg l-1 when the number of pixels was ranged from 1 to 7, while for the secondary line (283.306 nm) this value decreased from 50.9 to 23.1 µg l-1. although the strategy of summating absorbance to increase sensitivity was less effective for ni changing the wavelength integrated absorbance from 1 to 7 pixels; for pb the lod values ranged from 24.1 to 11.4 µg l-1. another advantage that should be mentioned is the reduction analysis time. all analyzed natural mineral water samples presented ni and pb levels lower than the maximum allowed level by the codex alimentarius and national health surveillance agency (anvisa). acknowledgments authors thank the fapesp for financially supporting this work and for the fellowship to v.r.a.f, the capes for the fellowship to v.p.f and the cnpq for the research ship to j.a.g.n. recebido em 15 de fevereiro de 2008 aceito em 28 de março de 2008 55ecl. quím., são paulo, 33(1): 49-56, 2008 eq07-af 30/4/08 7:48 page 55 references [1] vercruyse, a. 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[17] b. welz. h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, high –resolution continuum source aas – the better way to do atomic absorption spectrometry, wiley-vch verlag gmnh & co.kgaa, weinheim, p. 115. 56 ecl. quím., são paulo, 33(1): 49-56, 2008 v. r. amorim filho, v. p. franzini, j. a. gomes neto. explorando potencialidades da técnica hr-cs faas na determinação de ni e pb em água mineral. resumo: de acordo com a resolução no 54 da agência nacional de vigilância sanitária (anvisa), os limites máximos permitidos para níquel e chumbo em água mineral natural e água natural são 20 µg l-1 e 10 µg l-1, respectivamente. o presente trabalho apresenta o potencial de uso da técnica de espectrometria de absorção atômica em chama com fonte contínua e de alta resolução (hr-cs faas) na determinação seqüencial rápida de níquel e chumbo para fins de análise classificatória de água mineral de acordo com a anvisa. duas linhas de absorção atômica foram empregadas para níquel (232,003 nm – principal e 341,477 nm – secundária) e chumbo (217,0005 nm principal e 283,306 nm secundária) e diferentes volumes de linha (número de pixels). em geral, a sensibilidade melhorou com o aumento do número de pixels e com a soma das absorbâncias das linhas atômicas estudadas. as principais figuras de mérito obtidas com a técnica hr-cs faas foram comparadas com a espectrometria de absorção atômica em chama com fonte de linhas (ls faas). as amostras de água mineral foram evaporadas antes de serem analisadas de modo a obter um fator de pré-concentração de aproximadamente cinco vezes. as recuperações de pb variaram significativamente com o aumento do volume das linhas. as melhores recuperações foram observadas na linha principal (92-93%) e na somatória de ambas (90-92%). no caso do ni, esta influência foi pouco relevante, sendo que a recuperação variou de 92-104%. palavras-chave: ni; pb; água mineral; hr-cs faas; análise classificatória. eq07-af 30/4/08 7:48 page 56 microsoft word 1055.doc ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 123 estudo da retenção de íons cromo por gibbsita e peneira molecular (chrome retention study by gibbsite and molecular sieves) l. c. soares, e. souza * , m. i. yoshida departamento de química – icex – universidade federal de minas gerais -av. antônio carlos 6627, pampulha, cep:31270.901, belo horizonte, mg * edwards@netuno.lcc.ufmg.br resumo ______________________________________________________________________________ neste trabalho, relatamos o emprego de gibbsita e de uma peneira molecular comercial para a retenção de íons cromo. os estudos envolveram, além destes materiais, soluções com diferentes concentrações do íon e variações na concentração e na temperatura das soluções e, também, do tempo de contato entre essas e as fases estacionárias. os resultados desses experimentos e dos posteriores processos de lixiviação do íon indicam que tanto a gibbsita quanto a peneira molecular são materiais que apresentam alta capacidade de retenção deste íon e, além disso, são altamente resistentes aos processos de lixiviação. palavras chaves: cromo, retenção, gibbsita, peneira molecular introdução este trabalho teve por objetivo estudar e comparar a retenção de cromo por gibbsita e uma peneira molecular comercial em diferentes concentrações de cromo em solução, temperatura www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 124 e tempo de contato entre a solução e a fase estacionárias e, além disso, determinar as condições que propiciam o deslocamento ou a troca de íons cromo retidos nessas fases. encontram-se, na literatura, diferentes processos envolvendo tratamento de soluções contendo íons de metais pesados. esses processos visam, em geral, a imobilização dos cátions metálicos, daí, a diminuição da concentração desses nas soluções o que, ao final, reduziria os danos potenciais causados pelo seu descarte. o método mais empregado para a remoção de metais pesados de efluentes é a precipitação dos cátions metálicos pela adição de agentes precipitantes. esses agentes devem gerar precipitados de baixa solubilidade e, geralmente, empregam-se soluções contendo sulfetos ou hidróxidos de metais alcalinos. cita-se, por exemplo, o bom resultado obtido pelo emprego de soluções de hidróxidos no tratamento de resíduos ácidos, ph ≤ 2, com altas concentrações de mercúrio, cromo, estanho, ferro e manganês [1]. no entanto, e apesar de muito eficiente, a precipitação é um método de tratamento sujeito a críticas porque gera um resíduo sólido e, assim, adia o problema em vez de solucionálo, seja pela natureza do precipitado, seja pelas limitações do seu emprego em grande escala. ilustrando o primeiro ponto, o sulfeto de mercúrio (kps ≈ 10 -53) pode se solubilizar através da formação de complexos solúveis, contaminando o meio aquático [2,3]. nesta mesma linha, dependendo da densidade e do tipo de aglomeração, o sólido formado pode ficar em suspensão e não decantar. quanto ao segundo ponto levantado, é possível imaginar as dificuldades inerentes ao emprego de grandes volumes do precipitante em grandes volumes do resíduo, principalmente se nesses os íons metálicos estiverem em baixas concentrações. como opção mais “limpa” e definitiva existem, e são desenvolvidos métodos baseados em processos eletroquímicos [4], adsorção e troca iônica. em relação a estes dois últimos processos, foi descrito na literatura o emprego de compostos naturais na retenção significativa de metais pesados como: bentonitas e vermiculitas para a adsorção de íons de cobre [5]; bentonitas para a remoção de chumbo de soluções aquosas ácidas [6]; vermiculita massapé paulistana para adsorção de íons bivalentes [7]; zeólitas para remoção de cobre de soluções aquosas [8]; a zeólita natural escolecita para a remoção de metais pesados de efluentes industriais [9]; aluminossilicatos como clinoptilolita, cianita, bentonitas, montmorilonitas para a remoção de metais pesados [10]; cianita para a remoção de metais pesados de resíduos [11]; diatomitas para ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 125 a adsorção de íons de chumbo e manganês [12]; ácidos húmicos para adsorção de íons de cobre e de cádmio [13]; serragem para adsorção de metais pesados [14] e muitos outros. alguns desses materiais são classificados como peneiras moleculares, ou seja, são aluminossilicatos cristalinos que possuem estruturas abertas com poros de dimensões moleculares [15]. o nome “peneira molecular” foi dado pela observação de que esses materiais adsorvem somente moléculas menores do que as dimensões dos poros e, assim, podem ser empregadas para separar moléculas de tamanhos diferentes. uma subclasse das peneiras moleculares são as zeólitas (aluminossilicatos com cátions tipicamente de metais alcalinos e alcalinos terrosos presos dentro de túneis ou gaiolos) que podem trocar seus íons por aqueles presentes em uma solução, além das propriedades de retenção esperadas nas peneiras moleculares típicas. quanto à sua natureza, os hidróxidos de alumínio existem como os polimorfos gibbsita, bayerita e nordstrandita. no que concerne à gibbsita, ela é constituída por camadas superpostas de hidroxilas no empacotamento denso hexagonal com o átomo de alumínio ocupando dois de cada três possíveis posições octaédricas. por sua vez, os hidróxidos de alumínio podem adsorver diversos cátions polivalentes e, no caso, a adsorção seria função do valor do ph do meio e variaria com a natureza do cátion, e, dessa maneira, diferentes cátions seriam adsorvidos em diferentes faixas de ph [17]. infere-se, a princípio, que a capacidade de retenção de íons de metais de transição reportada para diferentes zeólitas, guardaria uma relação com a estrutura das mesmas. entre as propriedades associadas à estrutura das zeólitas e pertinentes ao nosso estudo, as principais seriam: alto grau de hidratação; baixa densidade e um grande volume de espaços vazios quando desidratada; alta estabilidade da estrutura cristalina, mesmo quando desidratada; propriedades de troca catiônica; canais de dimensões uniformes nos cristais desidratados; propriedades catalíticas; adsorção seletiva de gases e vapores [10]. no entanto, alguns autores também falam em adsorção de metais quando se referem às zeólitas. por exemplo, foram realizados estudos de adsorção de cobre por uma zeólita comercial nax [8] e estudos de cinética de adsorção de diferentes pares de cátions metálicos por escolecita, [9]. nestes estudos, os autores de cada um dos trabalhos tinham por objetivo remover metais de ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 126 efluentes industriais, e interpretaram que os mecanismos de imobilização, pelas zeólitas, seriam os de adsorção química e, principalmente, troca iônica. sendo esta uma interpretação aceita por outros [16]. em termos fundamentais, a adsorção ocorria através da formação de fortes ligações químicas entre os grupos funcionais (principalmente hidroxila) e o adsorvato, fora da esfera de hidratação [16]. como o alumínio apresenta valência (3+) menor do que a do silício (4+), a estrutura do aluminossilicato apresentaria uma carga negativa para cada átomo de alumínio. esta carga seria então balanceada por cátions alcalinos ou alcalino-terrosos, chamados de cátions de compensação, intersticiais ou trocáveis, normalmente íons sódio, potássio e cálcio. ou seja, cátions que possuem liberdade de movimento nos canais da rede e que poderiam ser trocados por outros cátions em solução mediante o fenômeno de troca iônica [10]. materiais e métodos a solução estoque de cromo (iii) 100 µg ml -1 foi preparada a partir da dissolução do reagente pa cloreto de cromo (iii) hexaidratado (vetec) e esta solução foi empregada no preparo das soluções de cromo (iii) 2, 5, 10, 15 e 20 µg ml -1 . a agitação mencionada nos experimentos foi promovida por um agitador rotativo, em velocidade de cerca de 80rpm, durante 30 minutos, em banho de água na temperatura especificada no experimento. sempre que possível, utilizou-se erlenmeyers e béqueres de poliestireno ao invés da vidraria comum, particularmente nos procedimentos que incluíam grandes períodos de repouso. as análises dos cátions cromo e alumínio foram realizadas via espectrometria por absorção atômica nos espectrômetros gbc avanta e varian aa240fs. o alumínio foi analisado no comprimento de onda de 357,9 nm, empregando-se lâmpada com corrente de 6,0 ma. o cromo foi analisado no comprimento de onda de 309,3 nm, empregando-se lâmpada com corrente de 7,5 ma. para análise de ambos os cátions, foi utilizada a chama de acetileno-óxido nitroso. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 127 parte i: experimentos com gibbsita foram empregadas amostras de gibbsita purificada da fração argila de uma amostra de bauxita, que recebeu um tratamento prévio para retirada de óxidos de ferro com a mistura citrato/ditionito [18], mas que continha caulinita. experimentos de retenção realizados nas temperaturas de 10 e 25°c, sem repouso pesou-se exatamente cerca de 1,0000 g da amostra de gibbsita e, em um balão de fundo redondo de 250 ml, adicionou-se 50,0 ml de solução de cromo 10,0 µg ml -1 . o balão contendo a mistura foi submetido à agitação em temperatura de (10,0 + 0,5)ºc. imediatamente depois, o sobrenadante foi separado e analisado via espectrofotometria por absorção atômica. realizou-se o mesmo procedimento descrito acima, porém, em (25,0 + 0,5)ºc. experimentos de retenção realizados nas temperaturas de 10 e 25°c, com repouso de 24 horas pesou-se exatamente cerca de 1,0000 g da amostra de gibbsita e, em um balão de fundo redondo de 250 ml, adicionou-se 50,0 ml de solução de cromo 10,0 µg ml-1. o balão contendo a mistura foi submetido à agitação em temperatura de (10,0 + 0,5)ºc. o sistema foi transferido para um erlenmeyer de poliestireno e permaneceu em repouso durante 24 horas. após esse período, o sobrenadante foi separado e analisado via espectrofotometria por absorção atômica. realizou-se o mesmo procedimento descrito acima, porém, em (25,0 + 0,5)ºc. parte ii: experimentos com peneira molecular ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 128 empregou-se, nesses procedimentos, a molecular sieves, 4a, 1,6 mm pellets, um aluminossilicato de sódio do fabricante sigma-aldrich (334340 sigma-aldrich; cas number: 63231-69-6; linear formula: na86[(alo2)86(sio2)106] · xh2o; mdl number: mfcd00131613). experimentos de retenção realizados com peneira molecular nas temperaturas de 10 e 25°c, sem repouso de 24 horas pesou-se exatamente cerca de 1,0000 g da amostra de peneira molecular e, em um balão de fundo redondo de 250 ml, adicionou-se 50,0 ml de solução de cromo (soluções de concentrações de 2,0; 5,0; 10,0; 15,0 e 20,0 µg ml-1). o balão contendo a mistura foi submetido à agitação em temperatura de (10,0 + 0,5)ºc. imediatamente depois, o sobrenadante foi separado e analisado via espectrofotometria por absorção atômica. realizou-se o mesmo procedimento descrito acima, porém, em temperatura de (25,0 + 0,5)ºc. experimentos de retenção realizados com peneira molecular nas temperaturas de 10 e 25°c, com repouso de 24 horas pesou-se exatamente cerca de 1,0000 g da amostra de peneira molecular e, em um balão de fundo redondo de 250 ml, adicionou-se 50,0 ml de solução de cromo (soluções de concentrações de 2,0; 5,0; 10,0; 15,0 e 20,0 µg ml-1). o balão contendo a mistura foi submetido à agitação em temperatura de à (10,0 + 0,5)ºc. o sistema foi transferido para um erlenmeyer de poliestireno e permaneceu em repouso durante 24 horas. após esse período, o sobrenadante foi separado e analisado via espectrofotometria por absorção atômica. realizou-se o mesmo procedimento descrito acima, porém, em temperatura de (25,0 + 0,5)ºc. experimentos de solubilização realizados com peneira molecular empregando-se soluções de ácido clorídrico em diferentes concentrações ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 129 pesou-se, em triplicata, exatamente cerca de 1,0000 g da amostra de peneira molecular e, em um balão de fundo redondo de 250ml, adicionou-se 50,0 ml de solução de ácido clorídrico, em diferentes concentrações (1,0, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6 mol l-1). o balão contendo a mistura foi submetido à agitação em temperatura de (25,0 + 0,5)ºc. o sistema foi transferido para um erlenmeyer de poliestireno e permaneceu em repouso durante 24 horas. após esse período, o sobrenadante foi separado e analisado via espectrofotometria por absorção atômica. experimentos de lixiviação realizados com peneira molecular saturada com solução de cromo empregando-se água destilada e solução de cloreto de potássio pesou-se exatamente cerca de 1,0000 g da amostra de peneira molecular e, em um balão de fundo redondo de 250 ml, adicionou-se 50,0 ml de solução de cromo 100 µg ml -1 . o balão contendo a mistura foi submetido à agitação em temperatura de (25,0 + 0,5)ºc. posteriormente, o sistema foi filtrado. adicionou-se a 50,0 ml de água destilada ao sólido, em um balão de fundo redondo de 250 ml, e o sistema foi novamente foi submetido à agitação em temperatura de (25,0 + 0,5)ºc. após esse período, o sistema foi filtrado e o sólido foi submetido ao mesmo procedimento por mais duas vezes. os três sobrenadantes foram separados e analisados via espectrofotometria por absorção atômica. realizou-se o mesmo procedimento anterior, porém, empregando-se solução de cloreto de potássio 1,0 mol l -1 ao invés de água destilada na etapa de lixiviação. resultados e discussões parte i: experimentos com gibbsita experimentos de retenção realizados com gibbsita e caulinita nas temperaturas de 10 e 25°c, sem e com repouso de 24 horas ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 130 na tabela 1, são mostrados os resultados de todos os experimentos realizados com as amostras de gibbsita. na tabela, o nome da amostra é identificado pelo tipo de (gib de gibbsita), temperatura (10 ou 25°c) e se a amostra permaneceu em contato durante 24 horas com a fase (sufixo r após o número 10 ou 25 que indica a temperatura). tabela 1: resultados dos experimentos realizados com gibbsita nas temperaturas de 10 e 25°c sem e com repouso de 24 horas amostra percentagem de cromo retida por grama de gibbsita* gib-10 93,7(0,2) gib-10r 95,5(0,2) gib-25 99(3) gib-25r 99(3) *os valores entre parênteses representam a incerteza da medida calculada pelo método de propagação de incertezas em medidas analíticas visto que este experimento não foi realizado em replicata. analisando-se os resultados mostrados na tabela 1, verifica-se que a taxa de retenção pela gibbsita é praticamente total. parte ii: experimentos com peneira molecular foram determinadas as concentrações de cromo nas replicatas, antes e depois de submetidas ao tratamento com a peneira molecular, a 10 e a 25°c, com e sem repouso, a fim de se calcular a variação da concentração de cromo após o tratamento. posteriormente, calculou-se a ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 131 percentagem média de cromo retida por grama de peneira molecular. os resultados são mostrados nas tabelas 2 e 3. foi determinada, também, a concentração de alumínio no sobrenadante para avaliar-se a solubilização da peneira, a qual consiste num aluminossilicato (tabela 4). o branco foi realizado com água destilada coletada no dia do experimento. o ph do sobrenadante foi medido e comparado com o ph da solução de cromo inicial para avaliar-se a variação do ph da solução com experimento (tabela 5). experimentos de retenção realizados com peneira molecular nas temperaturas de 10 e 25°c, com e sem repouso de 24 horas nas tabelas 2 e 3 são mostrados os resultados de percentagem de retenção de cromo pela peneira molecular nos experimentos em 10 e 25°c, com e sem repouso de 24 horas. tabela 2: resultados dos experimentos de retenção realizados com peneira molecular nas temperaturas de 10 e 25°c, sem repouso de 24 horas experimento em 10°c experimento em 25°c amostra % média de cromo retida por grama de peneira* amostra % média de cromo retida por grama de peneira* pm10cr2 45(1) pm25cr2 76(?) pm10cr5 91(4) pm25cr5 97(3) pm10cr10 98,4(0,4) pm25cr10 93(7) pm10cr15 97,8(0,5) pm25cr15 95(1) pm10cr20 98(1) pm25cr20 98(2) *os valores entre parênteses representam o desvio padrão da média da triplicata. a interrogação significa que o desvio padrão é indeterminado porque foi necessário desprezar algumas replicatas. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 132 tabela 3: resultados dos experimentos de retenção realizados com peneira molecular nas temperaturas de 10 e 25°c, com repouso de 24 horas experimento em 10°c experimento em 25°c amostra % média de cromo retida por grama de peneira* amostra % média de cromo retida por grama de peneira* rpm10cr2 62(5) rpm25cr2 40(8) rpm10cr5 73(2) rpm25cr5 84(5) rpm10cr10 94(1) rpm25cr10 89,3(0,1) rpm10cr15 94(6) rpm25cr15 92(4) rpm10cr20 92(4) rpm25cr20 92(3) *os valores entre parênteses representam o desvio padrão da média da triplicata. a interrogação significa que o desvio padrão é indeterminado porque foi necessário desprezar algumas replicatas. comparando-se os resultados das tabelas 2 e 3, verifica-se que a percentagem de retenção é quase total para todas as amostras, exceto para as soluções de cromo mais diluídas, independente da temperatura na qual foi realizado o experimento, ou se houve ou não o tempo de contato de 24 horas da solução de cromo com a peneira molecular. na tabela 4 são mostradas as concentrações de alumínio inicial e após o tratamento nos experimentos em 10 e 25°c. esses resultados indicam que a solubilização da peneira molecular é muito pouco significativa durante os experimentos de retenção, e não é, aparentemente, afetada pelo tempo de contato. tabela 4: resultados da análise da concentração de íons alumínio para os experimentos de retenção realizados com peneira molecular nas temperaturas de 10 e 25°c, sem e com repouso de 24 horas ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 133 experimento amostra ci/µg ml-1 cf/µg ml-1 j e k branco <0,40(?) pm10cr2 0,6(0,1) pm10cr5 0,40(?) pm10cr10 1,00(?) pm10cr15 j.1 pm10cr20 <0,40(?) pm25cr2 1,1(0,3) pm25cr5 0,51(?) pm25cr10 pm25cr15 <0,40(?) j.2 pm25cr20 0,19(?) rpm10cr2 0,6(0,2) rpm10cr5 0,46(?) rpm10cr10 0,86(?) rpm10cr15 k.1 rpm10cr20 <0,40(?) rpm25cr2 0,48(0,08) rpm25cr5 k.2 rpm25cr10 <0,40(?) <0,40(?) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 134 rpm25cr15 rpm25cr20 *os valores entre parênteses representam o desvio padrão da média da triplicata. a interrogação significa que o desvio padrão é indeterminado porque foi necessário desprezar algumas replicatas ou porque o resultado está abaixo do limite de detecção do aparelho. na tabela 5 são mostrados os valores iniciais e finais do ph durante os experimentos em 10 e 25°c na figura 1 é mostrada a variação média do ph das soluções de cromo após o tratamento com a peneira molecular. tabela 5: valores iniciais e finais do ph durante os experimentos de retenção realizados com peneira molecular nas temperaturas de 10 e 25°c, sem e com repouso de 24 horas amostra phi phf(médio) amostra phi phf(médio) pm10cr2 5,6 6,0 pm25cr2_ 5,5 6,0 pm10cr5 5,5 5,9 pm25cr5 5,5 6,0 pm10cr10 5,5 5,9 pm25cr10 5,5 6,0 pm10cr15 5,5 5,9 pm25cr15 5,0 6,0 pm10cr20 5,0 5,6 pm25cr20 5,5 6,0 rpm10cr2 5,6 9,0 rpm25cr2 5,6 9,0 rpm10cr5 5,5 9,0 rpm25cr5 5,5 9,0 rpm10cr10 5,5 9,0 rpm25cr10 5,5 9,0 rpm10cr15 5,5 9,0 rpm25cr15 5,5 9,0 rpm10cr20 5,0 9,0 rpm25cr20 5,0 9,0 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 135 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 1,543 4,710 9,606 14,549 19,637 concentração inicial média de cr (µg/ml) ∆ p h m é d io pm10 pm25 rpm10 rpm25 figura 1: variação média do ph das soluções de cromo após tratamento com a peneira molecular. observa-se que o comportamento das quatro curvas é idêntico e que a variação de ph é mais significativa para as amostras com concentrações iniciais de cromo mais altas já que o ph inicial dessas amostras é mais baixo. como dito, sabe-se que a capacidade de retenção de íons de metais de transição pelas zeólitas está relacionada à sua capacidade de troca iônica, apesar de alguns autores falarem em adsorção de metais quando se referem às zeólitas. a elevação do ph das soluções de cromo tratadas com a peneira molecular (tabela 5) não exclui a possibilidade da retenção de cátions metálicos pela peneira molecular ocorrer, predominantemente, por adsorção química. o abaixamento ou não do ph depende do mecanismo de sorção. a diminuição do ph é observada quando ocorre a troca de um próton da superfície do aluminossilicato pelo íon metálico em solução. no entanto, se a superfície não estiver protonada ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 136 ou se a mesma não apresentar grupos hidroxila suficientemente ácidos, a liberação do próton pode não ocorrer e, portanto, não ser observado o abaixamento do ph. quando se comparam amostras que foram submetidas à agitação sob a mesma temperatura, aquelas que permaneceram em repouso durante 24 horas apresentaram maior variação de ph, embora, em ambos os casos, a percentagem retenção seja muito elevada. o aumento do ph pode ser explicado pelo consumo de próton da solução, que seria um fenômeno de cinética mais lenta em relação ao da sorção propriamente dita. no processo de retenção do cromo (iii), a quimiossorção supera a de troca iônica. naturalmente, não é prudente afirmar que o mesmo comportamento ocorra para a zeólita sintética estudada [19]. para se verificar se o fenômeno predominante trata-se de troca iônica ou adsorção química pode-se estudar a lixiviação ou dessorção do íon cromo por uma solução de um eletrólito como será testado a seguir. experimentos de solubilização realizados com peneira molecular empregando-se soluções de ácido clorídrico em diferentes concentrações na tabela 6 são mostrados os resultados dos experimentos l. o número após a letra “l” representa o valor absoluto da potência do valor da concentração da solução de ácido clorídrico, por exemplo, a amostra l4 representa a solução obtida pela lixiviação com solução de ácido clorídrico 10 -4 mol l -1 . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 137 tabela 6: resultados da análise da concentração de íons alumínio para os experimentos de solubilização realizados com peneira molecular empregando-se soluções de ácido clorídrico em diferentes concentrações amostra concentração média de alumínio/µg ml-1 ph após 24 horas l0 2351(53) 0,5 l1 376(7) 3,5 l2 1,5(0,6) 6,5 l3 1,2(0,5) 9,5 l4 1,0(0,1) 9,5 l5 0,9(0,1) 9,5 l6 0,8(0,1) 9,5 *os valores entre parênteses representam o desvio padrão da média da triplicata. observou-se que as soluções de ácido clorídrico 1,0 e 10 -1 mol l -1 , anteriormente límpidas, adquiriram colorações escuras, provocadas pela solubilização da peneira. em meio fortemente ácido, ocorre o colapso da estrutura do aluminossilicato [10]. ainda em meio ácido, porém na faixa de ph acima de dois, a solubilização não é significativa. observa-se que, exceto para a solução mais ácida, ocorre a elevação do ph após o período de contato de 24 horas com a peneira. esse resultado comprova que a elevação do ph não é ocasionada pela retenção do cromo, como questionado no experimento anterior. após 24 horas, observou-se a elevação e a estabilização do meio para o ph 9,5 o que indica que a zeólita comporta-se como uma base. experimentos de lixiviação realizados com peneira molecular saturada com solução de cromo empregando-se água destilada e solução de cloreto de potássio ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 138 na tabela 7 são mostradas as concentrações de cromo das águas de lixiviação da amostra de peneira molecular saturada com solução de cromo 100 µg ml -1 . tabela 7: resultados da análise da concentração de íons cromo para os experimentos de lixiviação realizados com peneira molecular saturada com solução de cromo empregando-se água destilada e solução de cloreto de potássio amostra concentração de cromo/µg ml-1* m.1.1 1,23(0,04) m.1.2 0,46(0,05) m.1.3 0,37(0,06) m.2.1 0,37(0,05) m.2.2 0,07(0,05) *os valores entre parênteses representam o desvio padrão da média da triplicata. os resultados indicam que a lixiviação com água destilada ou com solução de cloreto de potássio não é significativa mesmo para a peneira submetida ao tratamento com solução concentrada de cromo (peneira saturada). esses resultados evidenciam que a retenção do cromo não ocorre por troca iônica pois, se assim o fosse, seria esperado que o excesso de íons potássio da solução deslocasse os íons cromo retidos na estrutura da zeólita. no processo de retenção do cromo (iii), a quimiossorção supera a de troca iônica, favorecendo a irreversibilidade do processo [19]. esse fenômeno ocorre devido à forte influência da energia de adsorção do cr 3+ na estrutura da zeólita [16]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 139 conclusões a gibbsita promove uma retenção quase total do cátion nas condições estudadas. quanto à peneira molecular, verificou-se que a percentagem de retenção também é muito alta, quase total, para todas as amostras, independentemente da temperatura na qual foi realizado o experimento ou se houve ou não o tempo de contato de 24 horas da solução de cromo com a peneira molecular. em adição, observou-se que, em meio fortemente ácido, ocorre o colapso da estrutura do aluminossilicato; no entanto, na faixa de ph >2 a solubilização não é significativa. no experimento realizado com soluções de ácido clorídrico observou-se que ocorre a elevação do ph após o período de contato de 24 horas com a peneira. esse resultado permite concluir que a elevação do ph das soluções de cromo tratadas com peneira molecular não é ocasionada pela retenção do cromo. a lixiviação do cromo retido na peneira molecular, com água destilada, não é significativa, sendo ainda menos expressiva quando se emprega solução de cloreto de potássio, evidenciando que a retenção do cromo não ocorre por troca iônica. em suma, este trabalho permite concluir que a gibbsita e a peneira molecular comercial são altamente eficientes para a retenção de cromo em solução aquosa, apresentando capacidade de retenção de praticamente total. a retenção de cromo nesses materiais parece ocorrer predominantemente por adsorção química, podendo se tratar de diferentes processos associados, como adsorção química e física e troca iônica. no entanto, experimentos complementares devem ser realizados para comprovar-se a natureza do(s) processo(s) de retenção. referências [1] e. souza, l. c. soares, c. o. b. miranda-pinto, c. c. windmoller, revista analytica 31 (2007) 64. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 140 [2] r. s. freire, r. pelegrini, l. t. kubota, n. duran, p. peralta-zamora, quím. nova 23 (4) (2000) 504. 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[19] w. mozgawa, t. bajda, phys. chem. minerals 31 (2005) 706. abstract herein we report the employment of the gibbsite and a commercial sieves on the retention of the chromium ions on different concentrations, temperatures and lay times. the results of those experiments plus those of the lixiviation processes show that both stationary phases present a high ratio of retention and resistance against leaching. keywords: chrome, retention, gibbsite, molecular sieves ecl. quím., são paulo, 35(1): 35 40, 201040 artigo article www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 41 conclusion from the results obtained in the current study, the relative proportion of these flavonoids was reduced by maceration conventional technique, while microwave and ultrasonic techniques in combination with 70% ethanol solvent were the most efficient. it may suggest that microwave and ultrasonic methods using 70% ethanol are suitable for fast extraction of flavonoids in a simple way, also considering extraction yield and extraction time. these methods also permitted the acquisition of flavonoids from reduced raw plant material. acknowledgments c. p. victório acknowledges the phd fellowship from capes/ proap/proex (brazil). the authors are also grateful to gisele de oliveira (ufrj) for the valuable technical assistance in hplc use. resumo: o presente estudo teve como objetivo verificar a melhor metodologia de extração para rápida e eficiente obtenção de flavonóides a partir de alpinia zerumbet. folhas secas foram extraídas com água destilada e etanol 70%, utilizando as metodologias de extração: maceração sob agitação, ultrassom, microondas e agitador. para verificação dos flavonóides rutina e kaempferol-3-o-glicuronídeo foram utilizadas as técnicas de ccd e clae em fase reversa. o solvente etanol 70% foi mais eficiente como extrator. para as metodologias ultrassom, microondas e agitador, não houve variação significativa para o rendimento utilizando etanol 70% (11 a 14%). a concentração relativa de rutina e kaempferol-3-oglicuronídeo, respectivamente, foi maior pelos métodos de extração por ultrassom (1,5 e 5,62 mg g-1 folha seca) e microondas (1,0 e 6,64 mg g-1 folha seca), utilizando etanol 70%. procedimentos rápidos e simplificados de extração otimizam o trabalho fitoquímico e a obtenção de metabólitos secundários. palavras-chave: cromatografia líquida de alta eficiência, maceração, microondas, ultrassom, zingiberaceae bibliography [1] c. p. victório, r. m. kuster, c. l. s. lage, braz. j. med. plant 11 (2009) 147. [2] r. soares de moura, a. f. emiliano, l. c. r. carvalho, m. a. v. souza, d. c. j. guedes, cardiovas. pharmacol. 46 (2005) 288. [3] l. a. m. a. da costa, s. m. morais, m. c. b. r. dantas, r. a. c. m. lobo, m. c. fonteles, rev. bras. farmacol. 79 (1998) 96. [4] m. a. mpalantinos, r. soares de moura, j. p. parente, r. m. kuster, phytother. 12 (1998) 442. [5] b. h. havsteen, pharmacol. therapeutics 96 (2002) 67. [6] c. p.victório, s. g. leitão, c. l. s. lage, j. ess. oil res. 22 (2010) 52. [7] x. pan, g. niu, h. liu, j. chromatogr a 922 (2001) 371. [8] c. p.victório, c.a.s. riehl, c. l. s. lage. j. ess. oil-bear. plants 12 (2009) 137. [9] x. pan, g. niu, h. liu, chem. eng. process. 42 (2003) 129. [10] d. p. fulzele, r. k. j. satdive, j. chromatogr. a 1063 (2005) 9. [11] a. h. goli, m. barzegar, m. a. sahari, food chem. 92 (2004) 521. [12] n.turkmen, f. sari, y. s. velioglu, food chem. 99 (2006) 835. 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[20] c. a. williams, j. b. harborne, biochem. syst. ecol. 5 (1977) 221. artigo/article spot-test identification and rapid quantitative sequential analysis of dipyrone m. tubino1*, a. c. biondo1, m. m. d. c. vila2, l. pezza3 and h. r. pezza3 1 state university of campinas unicamp, institute of chemistry, p.o. box 6154, 13083-970 campinas, sp, brazil, 2 sorocaba university uniso, sorocaba, sp, brazil 3 são paulo state universityunesp, chemistry institute of araraquara, araraquara, sp, brazil *tubino@iqm.unicamp.br abstract: a qualitative spot-test and tandem quantitative analysis of dipyrone in the bulk drug and in pharmaceutical preparations is proposed. the formation of a reddish-violet color indicates a positive result. in sequence a quantitative procedure can be performed in the same flask. the quantitative results obtained were statistically compared with those obtained with the method indicated by the brazilian pharmacopoeia, using the student’s t and the f tests. considering the concentration in a 100 µl aliquot, the qualitative visual limit of detection is about 5×10-6 g; instrumental lod ≅ 1.4×10-4 mol l-1 ; loq ≅ 4.5×10-4 mol l-1. keywords: dipyrone, spot-test, analysis, qualitative, quantitative introduction dipyrone (sodium salt of 1-phenyl-2,3-dimethyl-4-methylaminomethane-sulfonate-5-pyrazolone) (fig. 1) is a water-soluble pyrazolone derivative widely used in therapeutics as a analgesic, antipyretic and antispasmodic drug [1]. dipyrone was developed in germany and was introduced into clinical practice in 1922. it is still in use in many countries for adults and children, where it is sold as an over-the counter (otc) painkiller [2,3]. due to its strong analgesic effect, available parenteral formulation, and low cost, dipyrone is widely used, generating a consumption of more than 10 thousand tons/year. dipyrone is very popular in brazil and is marketed in the sodium salt form or as the magnesium salt, as well as in association with other drugs [4]. however, the use of dipyrone was proscribed more than twenty years ago in the u.s.a. due to its putative role in depressing bone marrow, causing aplastic anemia and agranulocytosis. however, this has been criticized by many authors [2,4,5]. figure1. structural formula of dipyrone. the metabolism of dipyrone has been recently reviewed. it was demonstrated that it inhibits cyclooxygenase (cox). however, in contrast ecl. quím., são paulo, 35(1): 41 46, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 41 46, 201042 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 41 46, 2010 43 artigo article to classical cox-inhibitors, such as aspirin-like drugs, dipyrone has no anti-inflammatory effect and a low gastrointestinal toxicity, indicating a different mode of action. the authors suggested that the pharmacologically active metabolites of dipyrone inhibit cox activity by sequestering radicals that initiate the catalytic activity of this enzyme or through the reduction of the oxidized states of the cox protein [6]. after oral intake, it is spontaneously hydrolyzed in the gastric fluid to its main metabolite, 4-methylaminoantipyrine (4-maa), which is rapidly and nearly completely absorbed. 4-maa is then converted to variety of metabolites by various enzymatic reactions. the effect of dipyrone occurs approximately fifteen minutes after oral administration. the biotransformation takes place at the hepatic level, the duration of this effect is approximately 4-6 hours, and its elimination occurs at the renal level [7]. recently, additional beneficial effects of dipyrone, such as vascular smooth muscle relaxation, and as antiapoptotics and anticolvulsants, have been reported and have increased the interest in dipyrone [3]. a great problem related with pharmaceutical products around the world is falsification. these incidents probably occur more frequently in developing and poor countries but certainly europe and united states are not completely free of them. in brazil the problem was denounced some years ago [8,9] and involved antibiotics, contraceptives, cancer medicines and also common analgesics and antipyretics like dipyrone and aspirin. there is suspicion that such anomalies still remain. from these considerations, it is clearly apparent that it is very important to develop quick, simple, reliable and low cost analytical procedures that could be used routinely for screening examinations to detect possible falsifications. some methods have been developed for dipyrone determination, such as titrimetry [1], hplc [10], spectrophotometry [11-15], potentiometry [16], amperometry [17,18], turbidimetry [19], voltammetry [20], and reflectometry [21]. the iodometric titration of dipyrone is recommended by the pharmacopoeia [1] but this procedure is very slow and laborious, thus less applicable to large-scale analysis. the aim of the present work is to develop a simple and reliable spectrophotometric method for the qualitative spot-test [22] associated with a rapid quantitative sequential analysis of dipyrone in pharmaceutical preparations. a similar qualitative procedure has been reported [23] but in the present work the sequential quantitative analysis using iron iii as catalyst was developed. the method is based on the selective oxidation of dipyrone, a characteristic reaction of a pyrazolone, in the presence of concentrated sulfuric acid, splitting off formaldehyde which reacts with chromotropic acid producing a reddish-violet compound [11]. the sulfuric acid addition promotes the oxidation of dipyrone and guarantees the temperature necessary for the reaction, to occur, as it interacts with the small quantity of water intentionally added in order to take advantage of the highly exothermic process of the hydration of this acid. the formation of the reddish-violet compound identifies the dipyrone. in case of positive qualitative result the quantitative analysis can be sequentialy performed. experimental reagents all chemicals were of analytical grade and were used without further purification. concentrated sulfuric acid (96%) was obtained from synth®. chromotropic acid (disodium salt, dihydrate, c10h6o8s2na2.2h2o) and dipyrone (c13h16n3nao4s) were obtained from sigma-aldrich®. distilled water was obtained from a glass distillation device. pharmaceutical dosage forms of dipyrone were purchased from reliable drugstores. the commercial tablets comprising dipyrone tested were: novalgina (500 mg); conmell (320 mg); anador (500 mg); lisador (500 mg); buscopan (250 mg) and generic medley (500 mg). solutions chromotropic acid solution: prepared daily by dissolving 0.2002 g of chromotropic acid in 5 ml of distilled water, in order to obtain a 0.1 mol l 1 concentration. iron (iii) chloride 0.1 mol l-1 solution: to prepare 25 ml of a 0.1 mol l-1 solution about 0.67 g of analytical grade (vetec®) fecl3.6h2o were dissolved in a volumetric flask. standard dipyrone solution: prepared by dissolving an adequate mass of dipyrone in 50.0 ml of distilled water, in order to obtain a 0.1 mol l 1 concentration. from this solution, by appropriate dilutions, the other solutions of the dipyrone were prepared. sample preparation: twenty tablets were powdered in a mortar after weighing. an accurately weighed portion of one tablet, equivalent to about 15 mg of anhydrous dipyrone, was dissolved in 10.0 ml of water, in a volumetric flask, to obtain a solution with a concentration of approximately 4.5 × 10 -3 mol l-1. procedure add, with a micro spatula, to the tube (straight walled volumetric flask of 5.0 ml) about 2 to 3 mg of solid chromotropic acid. transfer carefully 100 μl of dipyrone solution into this tube. gently dissolve the chromotropic acid. add a drop of the 0.1 mol l-1 iron (iii) chloride solution and homogenize. then add 500 μl of good quality concentrated sulfuric acid. the acid should be rapidly added, all at once. shake the tube carefully in order to homogenize. if a reddish-violet color appears the test is positive for dipyrone. to sequentially perform the quantitative analysis the volume is completed to 5.0 ml with water. the absorbance is measured at 576 nm using the volumetric flask as the spectrophotometric cell. alternatively spectrophotometric cuvettes can be used. apparatus a femto 600 single beam spectrophotometer was used for all absorbance measurements. the absorbance measurements were performed using a straight walled volumetric flask also used for the reaction. spectrophotometric glass cuvettes 1.00 cm optical path were also used. the 5.00 ml straight walled volumetric flask used is essentially an adequately calibrated tube with 11 cm total height, 1.0 cm id, 1.4 cm od and fitted with a stopper to allow shaking without losing solution. it is similar to the usual 1.0 and 2.0 volumetric flasks. this format was used in order to promote the most intimate contact of the analyte and of the reagents due to the format and to the dimensions of the bottom of the flask. as the volumetric tubes were not of optical quality their transmittance (filled with water) at 576 nm was compared. no significant difference was observed and, therefore, they were used without necessity of any correction in the measured absorbances. volume measurements of the aliquots and of the sulfuric acid were done using eppendorf® micropipettes. reference method to analyze the samples by the classic iodometric method, the preparation procedure recommended by the brazilian pharmacopoeia [1] was used. statistical analysis the statistical t-student test and the f tests [24] were applied to compare the recovery results obtained by the two analytical methods, the proposed and the titrimetric ones [1]. results and discussion the reaction used in the method developed in this work is based on the reaction of dipyrone analogue, 1-phenyl-2,3-dimethyl-4-dimethylamino-5-pyrazolone [22], which makes use of a very selective oxidation of that compound in the presence of concentrated sulfuric acid, splitting out formaldehyde. the reducing action of pyramidone is related to its tendency to tautomerise [25]; ecl. quím., são paulo, 35(1): 41 46, 201044 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 41 46, 2010 45 artigo article the oxidation probably begins with the isomeric methoxy form of the pyrazolone [22]. the formaldehyde formed is identified by reacting it with warm chromotropic acid, yielding a red-violet color [22]. the nature of this chromogen has never been unambiguously determined but some experimental evidence suggests the hypothesis that it has a mono-cationic dibenzoxanthylium structure [26]. in this work, we use the highly exothermic hydration process of the sulfuric acid and its very low heat capacity to provoke the necessary temperature increase for the reaction to occur [23]. in order to accelerate the reaction iron iii was used as catalyst. a drop of a 0.1 mol l-1 iron (iii) chloride solution was added directly in the solution containing the dipyrone with the chromotropic acid. when the sulfuric acid is added, the increase of the reaction rate can be visually observed when compared to the reaction without the addition of iron iii. the absorption spectrum of the reaction product was obtained using the final solution in the volumetric flask. with the defined working conditions the maximum absorption wavelength was observed at 576 nm. the stability of the product formed was studied over time. measurements performed 15 days later showed that the reddish-violet compound formed is completely stable in this time interval when stored at ambient temperature (ca. 25 oc). the molar ratio of the analyte to the analytical reagent and the volume ratio of the concentrated sulfuric acid were investigated. the best conditions were: 1:10 ratio of dipyrone to chromotropic acid using 500 µl of concentrated sulfuric acid. the absorbance was measured at 576 nm using the volumetric flask as spectrophotometric cell. these results were compared with those obtained with spectrophotometric cuvettes. the calibration curves were constructed in the range from 1.0 × 10-3 mol l-1 to 6.0 × 10 3 mol l-1 considering the concentration in the aliquot. they can be described by the equations: a) a = 0.15 + 110 c (r=0.999) where a is the absorbance at 576 nm and c is the concentration in mol l-1 in the aliquot; when using the spectrophotometer with the straight walled volumetric flask and b) a = 0.16 + 114 c (r=0.998) with the cuvettes. for both procedures, using the volumetric tubes for spectrophotometric measurements or using the cuvettes, the instrumental limits of detection, lod, and of quantitation, loq, are: lod ≅ 1.4 × 10-4 mol l-1 (lod ≅ 3.3 sd / slope); limit of quantitation loq ≅ 4.5 × 10-4 mol l-1 (loq ≅ 10 sd / slope). the visual qualitative limit of detection is about 5 × 10-6 g of dipyrone in the aliquot. alternatively, in order to obtain results more rapidly, a simple proportional calculation can be done using as standard a solution prepared with the expected concentration of dipyrone in the sample. if the obtained result for the sample is within the established limits, the pharmaceutical preparation can be considered in conformity with the pharmacopoeia recommendations. in order to test the proposed method six commercial pharmaceutical preparations, purchased in local pharmacies, were analyzed. the results were compared with those obtained with the titrimetric procedure recommended by the brazilian pharmacopoeia [1], using the paired student’s statistical t test and the f test [24]. as it can be observed in table 1, for a confidence coefficient of 0.05, in four cases values of t, slightly higher than the theoretical value, were obtained. however, the f test shows complete agreement in all cases. for the confidence coefficient of 0.01 complete agreement was achieved in the student’s t and in the f tests. table 1. comparison, using the paired statistical t test of student and the f test, between the results obtained with the titrimetric brazilian pharmacopoeia procedure and those obtained with the method proposed in this work. sample a label values /mg refer.b proposed i c proposed ii d ti e tii f fi g fii h fi-ii i a 500 500 ± 3 507 ± 10 504 ± 3 0.95 1.33 11.1 1.0 11.1 b 320 320 ± 2 312± 8 330± 6 1.37 3.16 16.0 9.0 1.8 c 500 494± 2 491 ± 1 498 ± 4 2.68 1.26 4.0 4.0 16.0 d 500 504±3 512 ± 1 495± 3 3.58 3.00 6.0 1.0 9.0 e 500 518 ±3 501± 6 498 ± 5 3.62 2.43 4.0 2.8 1.4 f 250 245 ±3 258± 3 246 ± 2 4.33 0.39 1.0 2.3 2.3 aother components present in the pharmaceutical preparation besides dipyrone: amagnesium stearate; macrogol; b starch; lactose; talc; magnesium stearate; c hypromelose; polyvidone; silicon dioxide; sucrose; quinoline yelow; starch; talc; magnesium stearate; d prometazin hydrochloride, adiphenine hydrochloride, magnesium stearate; silicon dioxide; talc; starch; sucrose; e silicon dioxide; magnesium stearate; polyvidone, magnesium silicate; f hyoscine butylbromide, calcium phosphate dibasic; starch; silicon dioxide; tartaric acid; stearic acid; polyvidone; sucrose; talc; gum arabic; titanium dioxide; macrogol;carnauba wax; white wax. b reference titrimetric method [1]. c proposed method i, using straight volumetric tubes. d proposed method ii, using spectrophotometric cuvettes. e paired calculated student’s t values, comparing the proposed method i with the reference titrimetric method. f paired calculated student’s t values, comparing the proposed method ii with the reference titrimetric method. g f values comparing method i with reference titrimetric method. h f values comparing method ii with reference titrimetric method i f values comparing method i with method ii. theoretical: students’s t = 2.78 (confidence coefficient, α=0.05) and 4.60 (confidence coefficient, α=0.01) for the degree of freedom ν= 4 (ν= n1 + n2 -2); n1 = n2 = 3; f = 19.00 (α=0.05). conclusion the analytical method described in this work, despite the complexity of the analyte, presents extreme chemical and instrumental simplicity, very low cost, quite good accuracy and precision, rapidity and reliability. the quantitative determination can be performed in less than five minutes. therefore, considering these characteristics, it can be suggested for the determination of dipyrone in the bulk drug and in pharmaceutical preparations. acknowledgements the authors are grateful to cnpq (conselho nacional de pesquisa científica e tecnológica), to fapesp (fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo) for financial support and to prof. dr. carol h. collins for english revision of the manuscript. ecl. quím., são paulo, 35(1): 41 46, 201046 artigo article www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 47 resumo: um método “spot-test” qualitativo e seqüencialmente quantitativo é proposto para análise de dipirona em fármaco “puro” e em preparações farmacêuticas. a formação de coloração vermelho-violeta indica um resultado qualitativo positivo. na seqüência, um procedimento quantitativo pode ser realizado no mesmo frasco. os resultados quantitativos obtidos foram comparados estatisticamente com os resultados obtidos pelo método indicado pela farmacopéia brasileira, utilizando o teste t de student e o teste f. considerando a concentração em uma alíquota de 100 µl, o limite qualitativo visual de detecção foi de cerca 5×10-6 g; instrumentalmente o limite de detecção foi de lod ≅ 1.4×10-4 mol l-1 e o limite de quantificação de loq ≅ 4.5×10-4 mol l-1. palavras-chave: dipirona, spot-test, análise, qualitativa, quantitativa references [1] brazilian pharmacopoeia, 3rd ed., organização andrei editora, são paulo, brazil, 1977, p 406-8. 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[3]. the local industries produce about 60 thousand metric tons /year of babassu oil, being most of it transported to other brazilian states [4]. babassu oil displays a high percentage of saturated fatty acids, 91%, mainly composed of lauric acid (48%), myristic acid (16%), palmitic acid (10%), stearic acid (2%) and others (5%). it also presents 19% of unsaturated fatty acids, chiefly oleic (14%) and linoleic (5%) acids [5]. maranhão is also the second biggest soybean producer in northeastern brazil, only behind bahia state. in the 2006/2007 harvest, according to conab, the soybean production in maranhão was of about 0.967 million metric tons, while the whole brazilian output was of around 56.71 million metric tons [6]. besides these two cultures, maranhão displays a big potential for the cultivation of other oleaginous species (castor oil plant, cotton, tame nut, etc.), due to its weather conditions, geograecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 2010 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 17 | eclética química, vol. 40, 166-172, 2015. 166 fermentação alcoólica: proposta do ensino das vias bioquímicas através da destilação fracionada mariana rezende pires 1 , pedro gomes peixoto 2 , renato ventresqui oliveira 1 ____________________________________________________________________________ resumo: o ensino de biologia e química nas escolas vem sendo muito discutido. o uso de aulas demonstrativas para a assimilação do conteúdo explicado em aulas expositivas tem sido pouco usado, dificultando uma melhor compreensão pelos alunos sobre os conteúdos apresentados em sala de aula. o presente trabalho apresenta uma proposta ao ensino de ciências aliando teoria e prática, visando facilitar a compreensão do conhecimento pelos alunos. a utilização de um sistema de destilação simples para a explicação de vias metabólicas é uma metodologia que pode vir a apresentar melhorias no aprendizado. palavras-chave: educação, metodologia de ensino, processos bioquímicos ____________________________________________________________________________ abstract: teaching of biology and chemistry in the schools has been widely discussed. the use of demonstration classes to content assimilation explained in lectures has been rarely used; hampering a better understanding of the students explained the content in the classroom. this article presents a proposal in science education combining theory and practice to facilitate the capture knowledge by students. the use of a simple distillation system for the explanation of metabolic pathways is a methodology that may present improvements in learning. keywords: education, teaching methodology, biochemistry process 1 graduando em química modalidade licenciatura universidade de uberaba/curso de licenciatura em química, brasil. 2 biólogo na universidade do estado de minas gerais [uemg]. universidade de uberaba/curso de licenciatura em química, avenida nenê sabino, 1801, universitário 38055-500 uberaba, mg – brasil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 166-172, 2015. 167 167 introdução o ensino de bioquímica no ensino médio vem sendo prejudicado pela falta de estrutura que as escolas apresentam, permitindo somente a realização de aulas expositivas que expõem somente a parte teórica, levando a dificuldades na compreensão dos conteúdos pelos alunos. conteúdos de bioquímica são complexos e necessitam de complementos para que os alunos possam assimilar o que está sendo apresentado e não interpretem somente como algo abstrato que eles aprendem, mas não absorvem. práticas de laboratório que possam elucidar/provar os conteúdos apresentados em aula são de grande valia para o aprendizado dos alunos [1]. dados da literatura mostram que, quando se associa teoria a prática, o aprendizado torna-se mais eficaz do que quando se apresenta somente a teoria [2]. com a prática, os alunos podem comprovar e relacionar os fenômenos biológico-químicos que lhes foram explicados [3,4]. a aula expositiva tem como função informar aos alunos sobre um determinado conteúdo. os professores em sua prática pedagógica transmitem o conteúdo apresentado no livro didático, enquanto os alunos atuam como receptores de conteúdo. as aulas expositivas são de suma importância para que o professor consiga transmitir sua ideia e discutir conceitos [2]. a experimentação como metodologia de ensino pode ser uma ferramenta para assimilação da teoria com a prática facilitando o desenvolvimento de habilidades e aptidões no processo de aprendizagem [5]. atualmente, a visão crítica e a construção do pensamento científico não fazem parte da prática pedagógica no ensino de biologia tampouco de química, sendo estes baseados apenas em emissão de informações, com níveis de compreensão pouco elevados, sendo inadequados aos estudantes [3]. diante do exposto, o objetivo deste trabalho é propor uma metodologia capaz de apresentar as vias bioquímicas da fermentação alcoólica através do experimento de destilação fracionada como um modelo experimental e tangível para os discentes. para isso, será abordada a experimentação em laboratório visando à correlação dos conhecimentos teóricos obtidos em sala de aula com as práticas apresentadas em laboratório. procedimentos experimentais para a apresentação do conteúdo sobre fermentação alcoólica, será ministrada aos alunos uma aula expositiva dialogada abordando o tema. nessa aula, será explicado o assunto metabolismo bioenergético utilizando como modelo biológico o fungo leveduriforme sacchacaromyces cerevisiae, popularmente conhecido como fermento biológico. na aula expositiva dialogada sobre metabolismo bioenergético em modelos biológicos, abordando os temas: glicólise, rotas bioquímicas do piruvato em diversas condições e conversão do piruvato em etanol. logo após a apresentação da teoria, os alunos serão levados ao laboratório, onde serão instruídos a adicionar em um frasco âmbar com tampa, 10 gramas de fermento biológico [sacchacaromyces cerevisiae] e 500 ml de extrato bruto de cana-de-açúcar para, posteriormente, incubar, à temperatura ambiente [+ ou 25° c], por 2 dias. após este período de incubação, a solução será transferida para um balão de fundo chato acoplado a um sistema de destilação fracionada [figura 1]. eclética química, vol. 40, 166-172, 2015. 168 168 figura 1. sistema de destilação fracionada[6] enquanto as reações ocorrem, será realizada uma revisão sobre os conteúdos apresentados anteriormente e serão feitas correlações com o experimento que estará em andamento. será esclarecido aos alunos o papel do fermento biológico, enfatizando a ação do fungo s. cerevisiae no processo bioquímico de fermentação, expondo que este fungo é o microrganismo responsável pelas reações de glicólise e conversão do piruvato com consequente produção de etanol [8]. resultados e discussão o produto esperado após o término da destilação é o álcool, líquido incolor, com cheiro característico. o álcool será detectado utilizando um densímetro para dosagem de álcool. esse aparelho mostrará a concentração de álcool [expresso em gay-lussac°gl]. aspectos teóricos dos processos bioquímicos da fermentação glicólise para a produção de etanol, é utilizado o fungo s. cerevisiae. esse microrganismo irá consumir a glicose e, em condições de ausência de oxigênio, produzirá etanol. para que essa reação ocorra, será adicionado ao extrato bruto da cana-de-açúcar o fungo que utilizará a glicose deste extrato para seu metabolismo. na glicólise, a reação se inicia pela fosforilação da molécula através da enzima hexokinase, utilizando como fonte de fosfato o atp, adicionando um fosfato no carbono 6 da molécula, tornando-a assim uma glicose-6-fosfato. nesse caso, o atp perde um fosfato para a molécula de glicose e vira adp. após isso, a glicose-6-fosfato é convertida em frutose-6-fosfato através da enzima fosfohexose isomerase que irá adicionar um fosfato na molécula no carbono 1, tornando-se assim a frutose-1,6-bifosfato [7,8]. a frutose-1,6-bifosfato é quebrada para gerar duas moléculas com três carbonos, gliceraldeído-3 eclética química, vol. 40, 166-172, 2015. 169 169 fosfato e dihidroxiacetona fosfato, sendo este último composto convertido em gliceraldeido-3-fosfato, terminando assim a primeira fase da glicólise[8]. figura 2. duas fases da glicólise. na primeira fase: duas moléculas de gliceraldeido-3-fosfato. segunda fase: as moléculas de gliceraldeido-3-fosfato são utilizadas para a produção de energia através da produção de atp e piruvato. após a produção do piruvato, condições de anaerobiose ou aerobiose irão ser cruciais para os produtos finais destas reações [9]. a segunda fase da via glicolítica é chamada de fase de pagamento ou, do inglês, “payoff”. nessa fase, cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato é oxidado e fosforilado por um fosfato inorgânico [pi], formando assim o composto 1,3-bifosfoglicerato. a energia é liberada na forma de duas moléculas de 1,3bifosfoglicerato e convertida em duas moléculas de piruvato [8] [fig.2]. após a produção das moléculas de piruvato, os organismos que realizam a glicólise podem seguir rotas metabólicas diferentes, de acordo com sua necessidade [fig.3]. em sequência à produção do piruvato em condições aeróbicas, tem-se a produção de acetil-coa e ocorre o ciclo de krebs que é essencial para a respiração celular [7,8]. eclética química, vol. 40, 166-172, 2015. 170 170 figura 3. possíveis rotas catabólicas do piruvato após ser produzido pela glicólise [10]. em leveduras, após a produção do piruvato pela glicólise, inicia-se o processo de produção de etanol através da conversão de piruvato em acetaldeído e posteriormente em etanol. há também a produção de lactato em condições de anaerobiose em tecidos animais que não possuem quantidade de oxigênio suficiente. formação de etanol a partir do piruvato formado na glicólise a quantidade excessiva de glicose contida no extrato bruto da cana-de-açúcar causa uma repressão nos genes do s. cerevisiae, o que inibe a expressão dos genes que expressarão enzimas do ciclo de krebs, que faz parte da rota aeróbica. dessa forma, com os genes que fazem parte do ciclo de krebs inativados, o piruvato segue pela via anaeróbica que tem como produto final a produção de etanol. o piruvato é convertido em etanol e co2 em duas fases. na primeira, o piruvato sofre descarboxilização através da enzima piruvato descarboxilase, liberando uma molécula de co2. na segunda etapa, a enzima álcool desidrogenase reduz o piruvato através do nad + que após o processo de redução torna-se nadh, formando assim o etanol [7,8] [fig.4]. figura 4. esquema da conversão de piruvato formado pela glicólise em etanol [9]. eclética química, vol. 40, 166-172, 2015. 171 171 segundo nelson [7], a degradação da glicose pela glicólise pode fornecer cerca de 92 moléculas de atp em condições de aerobiose e 7 em anaerobiose mas, na prática, observa-se a produção de 38 moléculas de atp pela via aeróbica e somente 2 pela via anaeróbica. obtenção do produto final da reação de fermentação atravéz da técnica de destilação fracionada como descrito nos itens anteriores, o fungo s. cerevisiae possui a capacidade de produção de etanol através do consumo da glicose presente no extrato bruto da cana-de-açúcar, convertendo essa glicose em piruvato e depois em etanol como produto final. o etanol produzido nesse processo bioquímico fica diluído junto com o extrato bruto da cana-deaçúcar. para separar o etanol do extrato bruto, utilizase a técnica de destilação simples, que, baseada no aquecimento da mistura e no ponto de ebulição dos compostos, gera a separação destes. uma vez que o processo de destilação fracionada é baseado no aquecimento de uma mistura, na qual compostos com pontos de ebulição diferentes evaporam e são condensados e recolhidos em um recipientes distintos [11,12], na destilação do álcool o extrato bruto é aquecido a 100° c e, conforme é fornecida energia térmica para o sistema, aumenta-se o grau de agitação entre as moléculas, e essas então começam a mudança de estado físico [12]. o etanol possui ponto de ebulição de 78° c, assim, quando a temperatura no sistema de destilação fracionada chega a 78° c, propõe-se então que o álcool está sendo destilado. impactos no processo ensino-aprendizagem a sala de aula é um ambiente em que se pode observar que os estudantes tendem a perceber que a química é expressa em vários fenômenos que os cercam. sendo assim, é muito importante promover o processo de construção do conhecimento a partir de situações práticas, em que o conhecimento adquirido em sala possa ser utilizado no dia a dia dos estudantes. no ensino das disciplinas de química e biologia, esse tipo de abordagem programada, contextualizada e discursiva é promotora do conhecimento podendo ser favorecida pela prática aliada à teoria [12,13]. conclusões a utilização de experimentos como alternativa para trabalhar conteúdos no ensino de ciências tem sido amplamente discutida em pesquisas sobre o processo ensino-aprendizagem em ciências. a elucidação de processos bioquímicos sem a utilização de métodos experimentais reduz a capacidade de compreensão do conteúdo uma vez que a realização de experimentos possibilita a correlação da teoria com a prática. neste trabalho propôs-se uma abordagem diferente para o ensino de vias metabólicas em bioquímica, avaliando a produção do produto final, o etanol, através da destilação fracionada. a aplicação de técnicas experimentais apresenta resultados bastante eficientes quando se trata de aprendizagem em ciências, por isso acredita-se que a utilização da metodologia proposta neste trabalho ofereça uma gama de possibilidades para discussão de conteúdos entre professor e alunos. referências [1] giordan m. o papel da experimentação no ensino de ciências. química nov na esc [internet]. 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analysis (tg-dta) in nitrogen and carbon dioxide atmospheres and tg-ftir in nitrogen atmosphere. on heating, in both atmospheres the succinic acid melt and evaporate, while for the sodium succinate the thermal decomposition occurs with the formation of sodium carbonate. for the transition metal succinates the final residue up to 1180 ºc in n atmosphere was a mixture of metal and metal oxide in no 2 simple stoichiometric relation, except for zn compound, where the residue was a small quantity of carbonaceous residue. for the co atmosphere the final residue up to 980 ºc was: mno, fe o , coo, zno and 2 3 4 mixtures of ni, nio and cu, cu o.2 keywords: bivalent transitions metals, succinate, thermal behavior. introduction preparation and investigation on the thermal behaviour and thermal decomposition of several metal-ion succinates have been reported. these papers are concerned with the thermal decomposition of bivalent succinates in the solid state [1], the thermal, spectral and magnetic studies of succinic acid and compounds of some transition metal ions [2], thermal dehydration of manganese (ii) dicarboxylate hydrates [3], synthesis, properties and thermal decomposition of co(ii), ni(ii), cu(ii), zn(ii) and cd(ii) succinates [4], a study of the thermal decomposition of cu(ii) and zn(ii) malonate, maleate and succinate complex [5] and a comparative study on the thermal decomposition of some transition metal carboxylates [6]. as continuation of our previous study on thermal behavior of succinic acid, sodium succinate and its compounds with some bivalent transition metal ions in air atmosphere [7], this paper deals with the thermal behavior and thermal decomposition of these compounds in dynamic n and co atmospheres. 2 2 experimental the succinic acid c h o , and its sodium salt 4 6 4 na c h o .6h o, both with 99% purity were 2 4 4 4 2 obtained from sigma. solid state mn(ii), fe(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) compounds were prepared by mixing the aqueous suspension of the corresponding metal carbonates in excess with 50.0 ml of succinic acid -10.10 mol l solution, and heated slowly up to near 74 artigo article ebullition, until total neutralization of the acid. the carbonate in excess was removed by filtration and the aqueous solution of the respective metal succinates were evaporated to near dryness in a water bath, dried in air and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. to avoid the oxidation of fe(ii), all the solutions, as well as in the evaporation of the solution in water bath were purged with nitrogen gas. in the solid-state compounds, metal ions, hydration water and succinate contents were determined from tg curves. the metal ions were also determined by complexometry with standard edta solution, after igniting the compounds to the respective oxides and their dissolution in hydrochloric acid solution [8]. carbon and hydrogen contents were determined by microanalytical procedures, with an ea 1110 chns-o elemental analyser from ce instruments. simultaneous tg-dta curves were obtained with the thermal analysis system, model sdt 2960 from ta instruments. the purge gases were nitrogen -1and carbon dioxide flow of 100 ml min . a heating -1 rate of 20ºc min was adopted, with sample weighing about 7 mg and alumina crucible was used for recording the tg-dta curves. the measurements of the gaseous products were carried out using a thermogravimetric analyzer mettler tg-dta coupled to a ftir spectrophotometer nicolet is10, with gas cell and dtgs kbr detector. the furnace and the heated gas cell (250ºc) were coupled through a heated (t = 200ºc) 120 cm stainless steel line transfer with diameter of 2 mm, both purged with dry nitrogen (50 -1ml min ). the ftir spectra were recorded with 32 -1scans per spectrum at a resolution of 4 cm . results and discussion succinic acid the tg-dta curves and infrared spectrum of the released product during the heating of succinic acid in n and co atmospheres are shown in fig. 1. 2 2 the tg-dta curves, fig 1a and 1b show mass loss in single step between 165 and 260ºc (n , co ) 2 2 corresponding to the endothermic peaks at 194 and 247 ºc (n ) or 194 and 250 ºc (co ), attributed to the 2 2 fusion and evaporation of succinic acid, respectively. the product evaporated was monitored and identified mostly on base of their ftir reference available on nicolet libraries, as shown in fig. 1c. sodium succinate hexahydrated for the sodium succinate hexahydrated, the tgdta curves in n and co atmospheres are shown in 2 2 fig. 2a and 2b, respectively. these curves show mass losses in two steps and thermal events corresponding to these losses or due to physical phenomenon. the first mass loss between 30 – 130ºc (n ) and 30 – 150 ºc 2 (co ), corresponding to an endothermic peak at 85 ºc 2 (n , co ) is due to dehydration with loss of 6h2o 2 2 (calcd. 40.02 %, tg = 39.86 % (n ), 40.20 %(co )). 2 2 the endothermic peak at 410 ºc (n , co ), without mass 2 2 loss in tg curve is due to fusion of the compound. in 20 40 60 80 100 0 2 0 20 40 60 80 100 50 100 150 200 250 300 350 400 -4 -2 0 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 m a ss (% ) t e m p e ra tu re d if fe re n ce (º c /m g ) (a) (b) exo up temperature/ ºc t ra n sm it ta n ce (% ) wavenumber(cm -1 ) (c) spectrum in 225 ºc figure 1. simultaneous tg-dta curves in dynamic (a) n (m = 7.326 mg), (b) co (7.359 mg) atmosphe-2 2 res and (c) ir spectrum of the gases released during the decomposition of succinic acid in n atmosphere.2 ecl. quím., são paulo, 35 4: 73 80, 2010 artigo article 75 transition metal succinates tg-dta curves the analytical and thermoanalytical (tg) data for the synthesized compounds are shown in table 1. these results permitted to establish the stoichiometry of these compounds, which are in agreement with the general formula, mc h o .nh o, 4 4 4 2 where m represents mn(ii), fe(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii), c h o is succinate and n = o (cu, 4 4 4 zn), 1 (fe), 2 (mn), 3 (co) or 3.5 (ni). the simultaneous tg-dta curves of these compounds obtained in n and co atmospheres are 2 2 shown in fig. 3. these curves show mass losses or gain in two up to six steps, corresponding to endothermic peaks due to dehydration or pyrolysis of the anhydrous compounds and exothermic peaks attributed to physical phenomenon. the thermal stability of the anhydrous compounds, in both atmospheres, as shown by the tg-dta curves depend on the nature of the metal ion and they follow the order: zn > co > ni > mn > cu > fe for each compound a great similarity is observed concerning the tg-dta profiles around 400ºc, in both atmospheres and above this temperature the thermal decomposition depend on the nature of the purge gas used and so the features of each of these compounds are discussed individually. manganese compound. the simultaneous tg-dta curves in n and co atmospheres are shown 2 2 *in fig. 3a and 3a , respectively. the first mass loss between 70 and 230 ºc, corresponding to an endothermic peak at 110 ºc in both atmospheres is due to the 40 60 80 100 -4 -2 0 100 200 300 400 500 600 700 -4 -2 0 2 40 60 80 100 m a ss (% ) (a) tg dta t e m p e ra tu re d iff e re n c e (º c /m g ) tg temperature/ ºc (b) exo up dta figure 2. simultaneous tg-dta curves of the sodium succinate in (a) n (3.726 mg) and (b) co 2 2 (3.700 mg), atmospheres. both atmospheres the anhydrous compound is stable up to 425ºc and above this temperature the mass loss occurs between 425 – 525 ºc (n ) or 425 – 540 ºc (co ) with 2 2 loss of 18.52 % (n ) and 18.42 % (co ), corresponding 2 2 to the exothermic peak at 490 ºc attributed to the decarboxylation with formation of sodium carbonate accompanied by carbonaceous residue. table 1. analytical data for the mc4h4o4·nh2o compounds. compound metal oxide (%) l(lost) (%) h2o (%) c (%) h (%) final residue calcd. edta tg* calcd. tg* calcd. tg* calcd. e.a. calcd. e.a. mnl·2h2o 36.84 36.86 36.81 45.75 45.59 17.41 17.60 23.20 23.48 3.90 3.71 mn3o4 fel·h2o 42.04 41.91 41.73 48.47 48.97 9.49 9.30 25.29 25.56 3.19 3.10 fe2o3 col·3h2o 35.04 34.49 34.94 41.36 41.71 23.60 23.35 20.97 21.15 4.41 4.37 co3o4 nil·3h2o 32.65 32.81 32.30 43.73 43.90 23.62 23.80 20.99 21.07 4.41 4.30 nio cul 44.29 43.94 43.94 55.71 56.06 26.74 26.51 2.25 2.11 cuo znl 44.84 45.13 44.65 55.16 55.35 26.48 26.67 2.23 2.35 zno l=succinate *tg = air atmosphere ecl. quím., são paulo, 35 4: 73 80, 2010 76 artigo article figure 3. tg-dta curves of the compounds in dynamic n and co * atmospheres: (a,a*) mnl.2h o (m = 2 2 2 7.174 mg; 7.044 mg *), (b,b*) fel.1h o (m = 7.076 mg;7.030 mg*), (c,c*) col.3h o (m =7.066 mg; 7.135 2 2 mg*), (d,d*) nil.3.5h2o (m = 7.155 mg; 7.076 mg*), (e,e*) cul (m = 7.409 mg; 7.095 mg*) and (f,f*) znl l = succinate(m = 7.261mg; 7.164 mg*). 40 60 80 100 0 2 40 60 80 100 40 60 80 100 0 2 4 40 60 80 100 0 2 40 60 80 100 0 2 0 20 40 60 80 100 200 400 600 800 1000 1200 0 2 40 60 80 100 2 4 40 60 80 100 2 20 40 60 80 100 0 2 4 20 40 60 80 100 -2 0 2 4 2 40 60 80 100 200 400 600 800 1000 2 0 2 40 60 80 100 (a) tg dta dta tg (b) dta tg m a ss (% ) t e m p e ra tu re d iff e re n c e (º c /m g )(c) dta tg (d) dta tg (e) dta tg (f) exo up temperature/ ºc dta tg (a * ) dta tg (b * ) dta tg m a s s( % ) t e m p e ra tu re d iff e re n c e (º c /m g ) (c * ) dta tg (d * ) dta tg dta tg exo up temperature/ ºc (f * ) (e * ) ecl. quím., são paulo, 35 4: 73 80, 2010 artigo article 77 dehydration with loss of 2 h o (calcd. 17.41 %, tg = 17.70 % (n2), 17.35 % (co )). the exothermic peak at 2 315 ºc observed in both atmospheres is attributed to the crystallization process, as shown in fig. 4. the thermal decomposition of the anhydrous compound in n atmospheres occurs in three steps 2 between 320 – 410ºc, 410 – 510ºc and 510 – 1150ºc, with losses of 13.08% , 19.45 % and 17.50%, respectively, corresponding to the endothermic peaks at 400ºc, 455ºc and 1100ºc attributed to the thermal decomposition, with formation of a mixture of mn and mno in no simple stoichiometric relation. for the co atmospheres, the thermal 2 decomposition also occurs in three steps between 320 – 410ºc, 410 – 505ºc and 505 – 830ºc, with losses of 12.34%, 20.68% and 15.67%, corresponding to the endothermic peaks at 400ºc, 480ºc and 790ºc with formation of mno as final residue (calcd. = 65.74 %, tg = 66.04 %). iron compound. the simultaneous tg-dta curves in n and co atmospheres are shown in fig. 2 2 *3b and 3b , respectively. the first mass loss between 70 – 215 ºc (n2) and 70 – 225 ºc (co2), corresponding to the endothermic peak at 200 ºc (n ) and 205 2 ºc (co ) is due to dehydration with loss of 1 h o 2 2 (calcd. = 9.49 %, tg = 9.24 % (n ), 9.63 % (co )). 2 2 the thermal decomposition of the anhydrous compound in n atmosphere, occurs in four steps 2 between 215 – 300 ºc, 300 – 480 ºc, 565 – 635 ºc and 635 – 900 ºc, corresponding to the endothermic peaks at 295 ºc and 605 ºc, with losses of 9.25 %, 26.78 %, 19.13 % and 6.06 %, respectively. calculations based on the mass losses observed up to 900 ºc, are in agreement with the formation of fe (calcd. = 70.59 %, tg = 70.46 %). the mass gain (5.66 %) observed between 900 and 1180 ºc is attributed to the partial oxidation of fe with formation a mixture of fe and feo. no thermal event is observed corresponding to the second and fourth mass losses, probably because endothermic and exothermic events must to occur simultaneously and the net heat or the small heat involved in these steps is insufficient to produce a thermal event. for the co atmosphere, the thermal decompo-2 sition occurs in three steps between 225 – 300ºc, 300 – 480ºc and 500 – 800ºc, corresponding to the endothermic peaks at 295ºc, 355 ºc, 455ºc and 760ºc, with losses of 9.97 %, 25.78 % and 34.95 %, respectively. the mass losses up to 800 ºc, suggest the formation of a mixture of feo and fe o . the mass gain (1.12 %) 3 4 observed between 800 and 980 ºc is attributed to the oxidation of feo with the formation of fe o , as final 3 4 residue (calcd. = 59.37 %, tg = 59.61 %). 2 cobalt conpound. the simultaneous tgdta curves in n and co atmospheres are shown in 2 2 *fig. 3c and 3c , respectively. the first mass loss between 70 and 200 ºc, corresponding to an endothermic peak at 140 ºc, in both atmospheres is due to dehydration with loss of 3 h o (calcd. 23.60 2 %, tg = 23.45 % (n ), 23.29 % (co )). the exother-2 2 mic peak at 290 ºc (n , co ) without mass loss in the 2 2 tg curve is attributed to the irreversible solid phase transition, which was confirmed by x-ray powder, with sample before and after the exothermic peak. the thermal decomposition of the anhydrous compound in n occurs in two steps between 365 – 2 520 ºc, corresponding to the endothermic peak at 465 ºc and 520 – 1180 ºc, with losses of 41.40 % and 6.90 %, respectively. no thermal event corresponding to the second mass loss in observed in the dta curve, probably because the small mass loss occurs so slowly that the heat involved in this step is not sufficient to produce a thermal event. calculations based on the mass losses up to 510 ºc suggest the formation of co o (calcd. = 64.69 %, tg = 64.32 3 4 %) and up to 1180 ºc a mixture of co and coo, in no simple stoichiometric relation. for the co atmosphere the thermal decom-2 position occurs in two steps between 375 – 480 ºc and 480 – 575 ºc, corresponding to the endothermic peaks at 470 ºc and 545 ºc, with losses of 32.91 % and 19.17 %, respectively. the total mass loss up to 575 ºc is in agreement with the formation of co as final residue (calcd. = 74.27 %, tg = 74.57 %). the mass gain (5.07 %) observed between 575 – 980 ºc is attributed to the partial oxidation of co with the formation of a mixture of co and coo. nickel compound. the simultaneous tgdta curves in n and co atmospheres are shown in 2 2 *fig. 3d and 3d , respectively. the first mass loss between 70 – 250 ºc, corresponding to an endothermic peak at 155 ºc in both atmospheres is attributed to the dehydration with loss of 3.5 h o (calcd. = 2 26.51 %, tg = 26.77 % (n ), 26.76 % (co )). the 2 2 thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 360 – 430 ºc (n , co ) 2 2 and 430 – 1180 ºc (n ) or 430 – 560 ºc (co ), 2 2 corresponding to endothermic peaks at 405 ºc (n ) or 2 415 ºc and 540 ºc (co ), with losses of 41.40% and 2 6.90 % (n ) or 40.80 % and 8.66 %, respectively. the 2 total mass losses up to 1180 ºc (n ) suggest the 2 formation of a mixture of ni and nio and up to 560 ºc (co ) is in agreement with ni (calcd. = 75.32 %, 2 tg = 75.22 %). the mass gain (2.72%) observed between 560 – 980 ºc (co ) is attributed to the partial 2 oxidation of ni to a mixture of ni and nio. ecl. quím., são paulo, 35 4: 73 80, 2010 78 artigo article copper compound. the simultaneous tgdta curves in n and co atmospheres are shown in 2 2 *fig. 3e and 3e , respectively. these curves show that the anhydrous compound is stable up to 305 ºc, in both atmospheres and above this temperature the thermal decomposition occurs in three steps. these curves also show that the first two steps occur through fast processes and overlapping one between 305 – 375 ºc and 375 – 420 ºc, corresponding to the endothermic peaks at 365 ºc and 400 ºc (n , co ) with losses of 27.77 % and 31.80 2 2 % (n ) or 30.60 % and 30.79 % (co ). calculations 2 2 based on the mass losses up to 420 ºc suggest the formation a mixture of cu and cuo. the last step that occurs through a slow process between 420 – 1000 ºc (n ) or 420 – 750 ºc (co ) with losses of 0.7 % and 3.15 2 2 %, respectively, is attributed to the reduction of the mixture (cu, cuo) to cu, as final residue (calcd. = 64.22 %, tg = 64.48 % (n ), 64.54 % (co ). the endothermic 2 2 peak at 1090 ºc (n ) is due to the fusion of cu. 2 zinc compound. the simultaneous tg-dta curves in n and co atmospheres are shown in fig. 3f 2 2 *and 3f , respectively. these curves show that the anhydrous compound is stable up to 430ºc and above this temperature the thermal decomposition occurs in two steps between 430 – 535 ºc and 535 > 1080ºc (n ) or 2 430 – 525ºc and 525 – 885 (co ), corresponding to the 2 endothermic peaks at 505ºc, 1020ºc and 1050ºc (n2) or 505ºc and 885ºc (co ), with losses of 40.10 % and 2 51.95% (n ) or 41.88 % and 13.08 % (co ). 2 2 for the co atmospheres the mass lost up to 2 885 ºc is in agreement with the formation of zno as final residue (calcd. = 55.16 %, tg = 54.95 %). for the n atmospheres in the last step occurs the reduction of 2 zn(ii) to zn followed by ebullition (boiling point = 907 ºc). the final residue (7.95 %) up to 1080 ºc is attributed to the carbonaceous residue, which was confirmed after to analysis the crucible residue. the mass gain attributed to the oxidation reaction of fe to feo in n atmosphere or co to coo and 2 ni to nio in co atmosphere occurs, probably because 2 the equipment is not hermetically sealed and/or a trace of oxygen in the n or co which were used as purge gas. 2 2 evolved gas analysis the gaseous products evolved during the thermal decomposition in dynamic nitrogen atmosphere of the sodium and transition metal ion compounds studied in this work were monitored by ftir and identified on basis of their ftir references available on nicolet libraries. for the sodium succinate the gaseous products evolved during a thermal decomposition were identified as methane, acetone, co, and 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 í c h c h 4 c o 2 ( a ) c o 2 c o a c e to n e c h 4 s p e c t ru m a t 4 7 0 ºc s p e c tru m a t 4 0 0 ºc c h 4 c o 2 c o 2 t ra n sm itt a n ce (% ) ( c ) c o p ro p a n o ic a c id s p e c tru m a t 4 5 0 ºc c h 4 c h 4 c o c o 2 c o 2 ( b ) s p e c tru m a t 4 0 0 ºc í c h c o c o 2 c o 2 w a v e n u m b e r (c m -1 ) ( d ) p ro p e n o ic a c id figure 4. ir spectra of gaseous products evolved during the decomposition of the compounds in nitrogen atmosphere: (a) nal.6h o, (b) mnl.2h o, 2 2 l = succinate(c) nil.3.5h o and (d) cul.2 ecl. quím., são paulo, 35 4: 73 80, 2010 artigo article 79 co ; for the cobalt and nickel compounds were methane, propanoic acid, co, and co ; for the copper 2 compound were propenoic acid , co, and co and for 2 the manganese, iron, and zinc compounds were methane, co and co . the ir spectra of the gaseous 2 products evolved during the thermal decomposition of sodium, manganese, nickel and copper as representative of other compounds, are shown in fig. 4. conclusion the present study showed that the succinic 2 acid melt and evaporate, without decomposition. in the sodium and all the synthesized compounds, the evolved products during the thermal decomposition in nitrogen atmosphere was co and co , besides methane and acetone for sodium 2 succinate, propanoic acid for cobalt and nickel compounds and propenoic acid for nickel compound. acknowledgements the authors thank fapesp, capes and cnpq foundations (brazil) for financial support. resumo: a estabilidade e a decomposição térmica do ácido succínico, succinatos de sódio, mn(ii), fe(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) e zn(ii) foram investigados empregando termogravimetria e análise térmica diferencial simultânea (tg-dta) em atmosferas de nitrogênio e dióxido de carbono e tgftir em atmosfera de nitrogênio. sobre aquecimento em ambas as atmosferas o ácido succínico funde e evapora, enquanto para o succinato de sódio a decomposição térmica ocorre com a formação de carbonato de sódio. para os succinatos de metais de transição o resíduo final até 1180 ºc em atmosfera de n foi uma mistura de metal e óxido de metal sem relação 2 estequiométrica, exceto para o composto de zinco, onde o resíduo foi uma pequena quantidade de resíduo de carbono. para a atmosfera de co o resíduo final até 980 ºc foi: mno, fe o , coo, zno e misturas de ni, nio e 2 3 4 cu, cu o.2 references [1] h. yokobayashi, k. nagase, k. muraishi, bull. chem. soc. jpm. 48 (1975) 2789. [2] j. r. allan, b. r. carson, thermochim. acta 158 (1990) 91. [3] y. suzuki, thermochim. acta 255 (1995) 155. [4] w. brzyska, b. galkowska, polish j. chem. 72 (1998) 498. [5] a. k. nikumbh, s. k. pardeshi, m. n. raste, thermochim. acta 374 (2001) 115. [6] b. s. randhawa, k. gandotra, j. therm. anal. cal. 85 (2006) 417. [7] f. j. caires, l. s. lima, c. t. carvalho, m. ionashiro, the rmoch im. ac ta (2009) . in p re s s . , do i : 10.1016/j.tca.2009.11.015. [8] c. n. de oliveira, m. ionashiro, c. a. f. graner, ecl. quim 10 (1985) 7. ecl. quím., são paulo, 35 4: 73 80, 2010 1eclética química, 36 (3), 1-7, 2011. percolado é originário de aterros “velhos” por possuírem macromoléculas orgânicas resistentes à degradação microbiológica [1]. pesquisas recentes têm apontado para o emprego de processos combinados, fazendo uso das vantagens de diferentes métodos. os tratamentos químicos como, por exemplo, os poa podem ser utilizados em conjunto com tratamentos biológicos para aumentar a biodegradabilidade de compostos recalcitrantes, diminuindo o tempo de tratamento dos tradicionais processos biológicos [1]. fotocatálise heterogênea a fotocatálise heterogênea é uma técnica capaz de gerar uma espécie química denominada de radical hidroxila (.oh). o radical hidroxila é um potente reagente químico com elevada capacidade de degradar praticamente todo tipo de poluente orgânico porque seu potencial de oxidação é muito elevado (eo = +2,8 v), podendo reagir com quase todo tipo de substância, introdução os processos de tratamentos dos percolados de aterro foram iniciados a partir dos processos de tratamento de esgoto doméstico. como esse resíduo é bem diferente os processos convencionais nem sempre respondem com a mesma eficiência obtida nos efluentes domésticos. o tratamento químico através de processos oxidativos avançados (poa) é uma técnica capaz de promover a degradação da matéria poluente e representa uma das tecnologias mais promissoras para tratamento de águas residuárias. o percolado quando tratado por poa como metodologia terciária pode promover uma depuração bastante significativa. também podem ser utilizadas como pré-tratamento favorecendo a biodegradação. esse manejo é mais indicado quando o the conventional methods used in the treatment of this residue lead to a discharge with intense coloration, high organic matter concentration, toxic metals and high toxicity. this work had as objective to study a system integrated for the remediation of the leachate originating from the sanitary landfill of limeira-sp city the system consisted in a preliminary treatment by a system of slow sand filtration and the subsequent treatment through advanced oxidative processes, considering that the heterogeneous photocatalysis technique with tio2/ uv was experienced in remediation. the photocatalytic treatment was accomplished in a pyrex glass reactor of approximately 1.7 l (100 mm of internal diameter, 145 mm of external diameter and total height of 300 mm). the experiments were carried out through water refrigeration and internal recirculation system of the leachate. to optimize the treatment process the best methodology it was evaluated to minimize the coloration of the leachate, one of the parameters of larger removal difficulty. the results were satisfactory with leachate coloration reduction in the order of: 66% in 180 min and 76% in 540 min of treatment with the heterogeneous fotocatálise, using 700 mg.l-1 of tio2, 45°c temperature, 15 l.min-1 air flow and 400 watts lamp. keywords: leachate, sanitary landfill, slow filtration, photocatalysis. otimização do processo fotocatalítico heterogêneo para o tratamento de percolado de aterro sanitário núbia natália de brito1,2, giovani archanjo brota2, ronaldo teixeira pelegrini3 e josé euclides stipp paterniani 2 1instituto de química iq universidade federal de goiás (ufg). rodovia campus samambaia, cp 131 cep 74001-970 goiânia goiás, e-mail: nubiabrito@quimica.ufg.br 2faculdade de engenharia agrícolauniversidade estadual de campinas (unicamp). cidade universitária zeferino vaz, c. p. 6011 cep:13083875 campinas-sp 3-centro de ciências agrária ccauniversidade federal de são carlos (ufscar).rodovia anhanguera km17sp 330, cep: 13600970 araras-sp. 2eclética química, 36 (3), 1-7, 2011. tratamento fotocatalítico o tratamento fotocatalítico foi realizado em um reator de vidro pyrex com capacidade de 1,7 l (100 mm de diâmetro interno, 145 mm de diâmetro externo e altura total de 300 mm) equipado com sistema de refrigeração à água e recirculação do chorume. uma representação esquemática do reator pode ser visualizada na figura 1. a b c d e f g h i j k l m a: câmara pyrex para reação fotocatalítica b: tubo de quartzo para abrigo da lâmpada uv c: câmara para refrigeração a água d: vidro sinterizado para formação micro-bolhas de ar e: bomba hidráulica para recirculação do efluente f: torneira para coleta de amostras g: recipiente para retorno de espuma h: saída do efluente para recirculação i: entrada do efluente figura 1esquema do reator fotocatalítico a radiação uv foi provida por uma lâmpada de alta pressão de mercúrio (philips hpl-n 250 e 400 w) com capacidade para emitir comprimentos de onda na região do uv pela remoção do bulbo exterior localizado no centro do reator. os experimentos foram processados utilizando refrigeração à água permitindo controlar a temperatura. a agitação do processo foi mantida contínua por meio da recirculação do percolado através de uma bomba hidráulica (invensys bav 1115-02u 220 v 60 hz 34 w). o fornecimento de oxigênio para o processo fotocatalítico foi mantido por borbulhamento de ar através de um vidro sinterizado localizado na parte inferior do reator utilizando para isso um compressor com válvula controladora de vazão (inalar compact). a massa de tio2 bem como o chorume a ser tratado era adicionada na parte superior do reator (g). o dióxido de titânio era misturado por meio da recirculação do chorume. para o controle analítico, alíquotas foram retiradas em intervalos convenientes e centrifugadas. subtraindo dela elétrons ou átomos de hidrogênio ou ainda adicionando-se às duplas ligações, tornando esta metodologia de grande interesse para uso em recuperação de ambientes quimicamente degradados [2]. o tio2 é o semicondutor mais utilizado na fotocatálise heterogênea devido às várias propriedades interessantes tais como: possibilidade de ativação por luz, apresenta insolubilidade em água, estabilidade química numa ampla faixa de ph, possibilidade de imobilização em sólidos, baixo custo, possibilidade de reutilização e ausência de toxicidade [2]. o processo da excitação fotocatalítica do tio2 demanda uma fonte luminosa (geralmente uv) e presença de oxigênio que é usado para retirar os elétrons do semicondutor foto-sensibilizado e favorecer a geração do radical hidroxila (eq. 1) [3]. tio2 + h2o + o2 + uv ® .oh + o2 . + h+ + tio2 (1) material e metodos amostras de chorume foram obtidas de um aterro sanitário municipal com mais de 14 anos de idade localizado em limeira (são paulo, brasil). este aterro recebe resíduos sólidos municipais e resíduos industriais classe i e iia e iib. as amostras foram coletadas em garrafas de polipropileno e mantidas a 4°c, protegidas da luz. algumas características físico-químicas do chorume estão apresentadas na tabela 1. tabela 1 caracterização físico-química do chorume parâmetros chorume in natura nitrogênio nh4 + (mg l-1) 446,67 nitrito no2 (mg l-1) 0,22 nitrato no3 (mg l-1) 2,66 cloretos (mg l-1) 1825 ferro (mg l-1) 54,16 ph 8,01 cor (abs 400 nm) 2,460 turbidez unt 68,7 condutividade (ms cm-1) 12,21 fenóis totais (mg l-1) 24,09 cot (mg l-1) 3029,54 aox (mg l-1) 0,905 o semicondutor utilizado no processo fotocatalítico heterogêneo dióxido de titânio degussa p25 (tio2) foi adquirido da indústria degussa s.a. na cidade de são paulo. 3eclética química, 36 (3), 1-7, 2011. com os resultados obtidos por meio do planejamento fatorial (tabela 2), observou-se que as condições do teste 1 (concentração de tio2 de 900 mg.l-1; vazão de ar 15 l.min-1 e temperatura de 40°c) apresentou maior eficiência na redução da cor do percolado (37,94%). a partir destes dados, iniciou-se um estudo mais detalhado com a concentração do tio2 para verificar a redução da cor nas proximidades do valor encontrado no planejamento fatorial. os resultados estão apresentados na tabela 3. no estudo de otimização da massa de tio2 pôdese verificar que a concentração 700 mg.l-1 apresentou maior redução da coloração do percolado. a partir desta concentração observou-se uma pequena redução da eficiência do processo fotocatalítico indicando que o excesso de tio2 deixa a solução mais turva impedindo a passagem da radiação ultravioleta prejudicando a fotocatálise. um estudo de “abertura” dos parâmetros vazão e temperatura, similar ao realizado com a concentração de tio2, também foi realizado para verificar a máxima eficiência de redução da cor. entretanto, a temperatura do sistema, que era mantida através da lâmpada, ficou limitada a no máximo 40oc em função da potência da lâmpada de 250 watts. tabela 3 variação da massa de tio2 em torno da concentração otimizada (900 mg.l-1) no planejamento fatorial. condições: lâmpada 250 w; tempo 240 min; vazão de ar 15 l.min -1; temperatura de 40°c. testes concentração de tio2 (mg.l-1) absorvância 400 nm (fator de diluição 4) redução da cor (%) antes pósfotoc 1 600 0,480 0,299 37,71 2 650 0,477 0,293 38,57 3 700 0,478 0,277 42,05 4 750 0,475 0,292 38,52 5 800 0,482 0,299 37,96 6 850 0,478 0,301 37,02 7 900 0,476 0,295 38,02 8 1000 0,472 0,304 35,59 9 1200 0,474 0,319 32,70 10 1400 0,475 0,317 33,26 temperaturas mais baixas eram alcançadas através do controle da entrada de água para refrigeração do reator fotocatalítico, sendo que, nenhum resultado conseguido com temperatura mais baixa foi superior ao alcançado com a temperatura de 40oc na redução da cor do percolado. resultados e discussão estudo da otimização do processo fotocatalítico heterogêneo utilizando tio2/uv para otimizar o tratamento fotocatalítico iniciou-se a partir de um planejamento fatorial 23 (duas variáveis e três parâmetros) realizado por um período de 240 minutos, definido como tempo suficiente por meio de estudos preliminares de 12 horas, utilizando radiação ultravioleta através de uma lâmpada de 250 watts. o percolado de resíduos pós tratamento por filtração lenta apresentou absorvância de 2,05 em comprimento de onda máximo de 400 nm (dentro da faixa do visível). o estudo avaliou dois pontos da concentração de dióxido de titânio de 900 mg.l-1 e 600 mg.l-1, vazão de ar de 15 l.min-1 e 5 l.min-1 e temperatura de 40°c e 25°c. para avaliar a eficiência do tratamento foi analisada a melhor redução da cor por ser este parâmetro um fator limitante quando o percolado é tratado por processos convencionais (tabela 2). tabela 2 otimização por planejamento fatorial 23, do tratamento fotocatalítico do percolado de resíduos pós filtração lenta. condições: lâmpada 250 watts; tempo 240 min. parâmetros variáveis (+) (-) concentração de tio2 (mg.l-1) 900 600 vazão (l.min-1) 15 5 temperatura (°c) 40 25 testes tio2 ar temp. red. cor (%) 1 + + + 37,94 2 + + 31,56 3 + + 33,05 4 + 12,01 5 + + 31,14 6 + 32,41 7 + 19,87 8 26,46 importante ressaltar que o percolado foi tratado “in natura” sem nenhuma diluição, as diluições foram realizadas após tratamento para leitura no espectrofotômetro a fim de obedecer à lei de beer. 4eclética química, 36 (3), 1-7, 2011. tabela 4 estudo da variação do tempo para fotocatálise do percolado. concentração de tio2 de 700 mg.l-1; vazão de ar 15 l.min-1; temperatura de 40°c; lâmpada de 250 w. testes tempo (min) absorvância 400 nm (fator de diluição 4) redução da cor (%) 1 0 0,760 2 15 0,760 0,00% 3 30 0,720 5,26% 4 45 0,710 6,58% 5 60 0,710 6,58% 6 90 0,660 13,16% 7 120 0,640 15,79% 8 150 0,580 23,68% 9 180 0,550 27,63% 10 210 0,520 31,58% 11 240 0,480 36,84% 12 270 0,450 40,79% 13 300 0,420 44,73% 14 360 0,370 51,32% 15 420 0,340 55,26% 16 480 0,300 60,53% 17 540 0,290 61,84% 18 600 0,270 64,47% 19 660 0,260 65,79% 20 720 0,240 68,42% nesta primeira etapa de otimização pôde-se concluir que sob condições de: concentração de tio2 700 mg.l-1, vazão de ar de 15 l.min -1, temperatura de 40°c, lâmpada de 250 watts e tempo de tratamento de 480 minutos (8 horas) a máxima porcentagem de redução da coloração do percolado encontrada foi de 60,53%. com o propósito de reduzir o tempo de tratamento fotocatalítico e aumentar eficiência na descoloração realizou-se uma nova otimização utilizando uma lâmpada com maior potência (400 watts). para iniciar os estudos com a lâmpada de 400 watts fixou-se o tempo de tratamento em 240 minutos (4 horas), a temperatura em 40°c, a vazão de ar em 15 l.min-1 e variou-se a concentração de tio2 (tabela 5). similar aos resultados alcançados nos estudos de otimização com lâmpada de 250 watts, ao utilizar uma lâmpada de 400 watts à máxima redução da coloração foi encontrada utilizando a concentração de 700 mg.l-1 de dióxido de titânio, sendo observado uma melhor eficiência na redução da cor, em torno de 72,9% (tabela 5). para melhor visualização dos resultados (tabela 5), foi construída a figura 3 onde podem ser observadas as absorvâncias em função das concentrações de tio2 utilizadas no tratamento fotocatalítico do percolado. a vazão de ar de 15 l.min-1, que apresentou melhor resultado no planejamento fatorial, representa a vazão máxima alcançada pela bomba de ar do sistema de tratamento fotocatalítico. nesta vazão foi conseguido o maior valor de redução da coloração do percolado, indicando a importância do oxigênio na retirada do elétron na banda de condução do semicondutor. os estudos de otimização da fotocatálise, com a lâmpada de 250 watts, prosseguiram-se a partir da ampliação do tempo de tratamento. após a otimização dos parâmetros: concentração de tio2 de 700 mg.l-1; vazão de ar 15 l.min-1 e temperatura de 40°c, o tempo de tratamento foi estendido até 720 minutos (12 horas) (tabela 4). a análise da tendência do tratamento referente aos dados da tabela 3 pode ser visualizada na figura 2. 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 68,42% 64,47% 60,53% 51,32% 44,73% 27,63% 15,79% % r ed uç ão d a co lo ra çã o do p er co la do tempo de tratamento em minutos evolução da redução da coloração através da absorvância do percolado de aterro pelo processo fotocatalítico com tio2/uv figura 2 estudo da tendência do tratamento fotocatalítico através do tempo. concentração de tio2 de 700 mg.l-1; vazão de ar 15 l.min-1; temperatura de 40°c; lâmpada de 250 w. na análise da tendência da curva da figura 2, observa-se que o processo fotocatalítico nas condições estudadas está atingido seu limite podendo esperar pequenas reduções da coloração se o tempo for estendido acima de 12 horas. pode-se observar também que a partir de 480 minutos (8 horas) de tratamento, ou seja, nas 4 horas finais, houve apenas uma redução da coloração em torno de 8%, o que não justifica estender o tempo de tratamento em função da baixa eficiência e dos gastos com energia. 5eclética química, 36 (3), 1-7, 2011. tabela 6 otimização da temperatura para estudos fotocatalíticos de redução de cor de percolado. lâmpada de 400 w; tempo de tratamento 240 min; vazão de ar 15 l.min-1; concentração tio2 700 mg.l-1. testes temperatura absorvância 400 nm (fator de diluição 4) redução da cor (%) antes pósfotoc 1 40°c 0,390 0,176 54,87 2 45°c 0,420 0,128 69,52 3 50°c 0,386 0,183 52,59 com a lâmpada de 400 watts foi possível estender a temperatura acima de 40°c, sendo que, temperaturas superiores a 50°c deixaram as conexões do reator (em polipropileno) em condições de risco para a operação do reator fotocatalítico. das temperaturas estudadas a que apresentou maior eficiência na descoloração (medida em função da absorvância) do percolado foi a de 45oc. em um processo fotocatalítico, quando a temperatura é aumentada de 23°c para 45°c pode ocasionar um efeito sinérgico na degradação da matéria orgânica, favorecendo a combinação com os radicais hidroxila (oh.) produzidos na fotocatálise [4]. a partir da massa ótima do semicondutor tio2 (concentração de 700 mg.l-1) e temperatura de 45°c, realizou-se o estudo da vazão ótima de ar. a variação estudada foi de: 5 l.min-1, 10 l.min-1, 15 l.min-1 (tabela 7). tabela 7 otimização da vazão de ar para estudos fotocatalíticos de redução de cor do percolado. lâmpada de 400 watts; tempo de tratamento 240 min; temperatura 45°c; concentração tio2 700 mg.l-1. testes vazão de ar (l.min-1) absorvância 400 nm (fator de diluição 4) redução da cor (%) antes pósfotoc 1 5 0,390 0,176 56,76 2 10 0,386 0,183 65,35 3 15 0,420 0,128 69,52 para a otimização da vazão de ar o valor que apresentou maior eficiência na descoloração do percolado foi de 15 l.min-1. maior vazão de ar possibilita maior turbulência podendo aumentar o contato entre o oxigênio e o tio2 favorecendo a transferência de elétrons da banda de condução do semicondutor para o oxigênio beneficiando assim a fotocatálise [4]. a partir da massa ótima do semicondutor (tio2) na concentração de 700 mg.l-1, da vazão de 15 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 ab so rv ân ci a 40 0 nm concentração tio2 mg.l-1 tratamento fotocatalítico-tio2 (degussa-p25) estudo da massa ótima para degradação da coloração de percoladotempo de tratamento 240 minutos figura 3 – otimização da massa de tio2 para estudo da descoloração do percolado de aterro empregando lâmpada de 400 w. vazão de ar: 15 l.min-1; temperatura de 40ºc; tempo de tratamento 240 min. tabela 5 – estudo fotocatalítico da concentração ótima de tio2 para lâmpada de 400 watts. temperatura 40 °c; vazão de ar 15 l.min-1; tempo de tratamento 240 min. testes concentração de tio2 (mg.l-1) absorvância 400 nm (fator de diluição 4) redução da cor (%) antes pósfotoc 1 400 0,485 0,174 64,12 2 500 0,477 0,178 62,68 3 600 0,470 0,132 71,91 4 700 0,476 0,129 72,90 5 800 0,465 0,150 67,74 6 900 0,468 0,154 67,09 7 1000 0,461 0,151 67,25 8 1100 0,477 0,139 70,86 9 1200 0,472 0,172 63,56 10 1300 0,472 0,159 66,31 11 1400 0,472 0,150 68,22 12 1500 0,474 0,148 68,78 13 1600 0,474 0,176 62,87 a partir da massa ótima do semicondutor tio2 (concentração de 700 mg.l-1) vazão de ar em 15 l.min-1, foi realizado estudo da otimização da temperatura em testes de 240 minutos de tratamento fotocatalítico. a variação da temperatura foi de: 40oc, 45oc e 50oc (tabela 6). 6eclética química, 36 (3), 1-7, 2011. embora extremamente eficientes, os poa apresentam duas limitações no tratamento de matrizes de percolado de aterros. uma está representada pela elevada carga orgânica e a outra pela elevada concentração de ácidos húmicos, sendo assim a filtração lenta contribuiu na remediação do percolado para posterior tratamento fotocatalítico [5]. pode-se concluir que este processo de otimização indicou que as condições que apresentaram melhores resultados foram: concentração de tio2 700 mg.l-1, vazão de ar de 15 l.min-1, temperatura de 45°c, lâmpada de 400 watts. o tempo de tratamento deve ficar a critério dos resultados que se queira alcançar. conclusão as otimizações dos estudos sempre foram realizadas em função da diminuição da cor, um parâmetro de difícil remoção para os tratamentos convencionais. a fotocatálise heterogênea indicou que as condições que apresentaram melhores resultados foram: concentração de tio2 700 mg.l-1, vazão de ar de 15 l.min-1, temperatura de 45°c, lâmpada de 400 watts. nestas condições puderam-se observar reduções de 65,71% da coloração do percolado em 180 minutos de tratamento. após a conclusão deste estudo, pode-se verificar que, o percolado de aterro sanitário não deve e não pode ser considerado como um efluente doméstico, e, portanto, não pode ser remediado de maneira similar, porque apresenta características totalmente diferentes do ponto de vista físico, químico e biológico. assim, o percolado apresenta-se como desafiador do ponto de vista de sua recuperação. agradecimentos os autores agradecem ao conselho nacional de pesquisa científica – (cnpq) pelas bolsas concedidas e suporte técnico. referências bibliográficas [1] de morais, j. l.; peralta-zamora, p. use of advanced oxidation processes to improve the biodegradability of mature landfill leachates. jourl.min.-1 e da temperatura de 45ºc, foi realizado o estudo cinético do tempo de tratamento fotocatalítico durante 540 min (tabela 8). tabela 8 estudo da variação do tempo para fotocatálise do percolado. concentração de tio2 de 700 mg.l-1; vazão de ar 15 l.min-1; temperatura de 45°c; lâmpada de 400 w. testes tempo (min) absorvância 400 nm (fator de diluição 4) redução da cor (%) 1 0 0,420 0,00 2 30 0,323 23,10 3 60 0,248 40,95 4 90 0,202 51,90 5 120 0,187 55,48 6 180 0,144 65,71 7 240 0,128 69,52 8 300 0,133 68,33 9 360 0,127 69,76 10 420 0,122 70,95 11 480 0,111 73,57 12 540 0,098 76,67 estendendo-se o tempo de tratamento com as condições otimizadas (concentração de tio2 de 700 mg.l-1; vazão de ar 15 l.min-1; temperatura de 45°c; lâmpada de 400 watts), observou-se reduções da cor do percolado na ordem de 76,67% conseguida em 540 minutos (9 horas) de fotocatálise. este resultado é bem considerável em razão de se tratar de uma matriz com características recalcitrantes que apresenta uma intensa coloração, parâmetro de difícil remoção para os principais métodos convencionais [5]. a análise da tendência do tratamento referente aos dados da tabela 8, pode ser visualizada na figura 4. 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 0 20 40 60 80 100 76,67% 73,57% 70,95% 69,76% 68,33% 69,52% 65,71% 55,48% 51,90% 40,95% 23,10% % r ed uç ão d a co lo ra çã o do p er co la do tempo de tratamento em minutos evolução da redução da coloração através da absorvância do percolado de aterro pelo processo fotocatalítico com tio2/uv figura 4evolução da descoloração do percolado empregando tratamento fotocatalítico. concentração do semicondutor (tio2) 700 mg.l-1, vazão de ar 15 l.min-1, temperatura de 45oc. 7eclética química, 36 (3), 1-7, 2011. nal of hazardous materials. 123 (1-3) (2005) 181. 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principally due to they are simple, reliable and allow a high sample throughput. for the other hand, chemical sensors are excellent devices for coupled in flow systems. between, the chemical sensors, that based on optical fibres, are usually sensitive, robust, cheap and easily miniaturised [8], also the optical sensors offer the possibility of remote, continuous, multianalyte analysis in low volume locations [2]. thus, for the co2 determination numerous optodes have been developed. since those reported by zhujun and seitz [9] and optiz and lübbers [10] in 1984, based on severinghaus electrode [11]. in these optodes [12-19], the co2 molecules diffuse through a hydrophobic membrane, which separates the sodium bicarbonate buffer internal solution from the sample, the carbon dioxide is converted to hco3 in the internal solution, changing its ph, which one is followed by using colorimetric or fluorescent ph indicators. however, the greater problems in these optodes are the internal solution use to detect the ph variations, and the type of membrane used to separate the internal and the analysed solutions. consequently, these co2 optodes present limited lifetime and long response times [17] difficult their coupling in flow systems. due to the drawbacks presented by the optodes based on severinghaus principle, gradual configurations have been proposed in order to obtain optodes with response times suitable for use in flow systems, and also to avoid the use of the internal bicarbonate solution. in the ion-pairing method [6,7,20-24], ionpair between a ph indicator and a phase transfer such as tetraoctylammonium hydroxide is entrapment in a layer of hydrophobic material such as silicone, permeable to co2 but not for h+ [25]. these optodes show extremely fast response times, when applied in gas phase measurements, but in liquid phase the sensor should be covered with a permeable membrane for the continuous and prolonged use [2]. other configurations including the development of films sensors for co2 [26-29]; coupled the fibre optic in flow cell containing the indicator in solution [30] and copolymerised the dye in polymeric matrices [31]; or still immobilising polysiloxane directly on the glass optical fibre [32]. previously, we report [33,34] optodes for ph measurements, constructed immobilised chemically acid–base indicators in a bifurcated borosilicate optical fibre bundle using the silanisation procedure in organic media. these optodes were evaluated in several flow systems showed response times and lifetime satisfactory for its use in these systems [33], and evaluated in the indirect determination of oxalate in food samples, which the co2 generated by the enzymatic reaction between oxalic acid and oxalate oxidase [34], was satisfactorily monitored. despite of the numerous optodes reported in literature, still exist the necessity to developed new experimental procedures for co2 determination. in this sense, this work describe the results obtained in the evaluation of the performance of a ph optode based on thymol blue (tb) acid-based dye, chemically immobilised on the glass optical fibre through silanisation, in the indirect determination of co2, as an alternative to the other existing methods. 2 experimental 2.1 reagents and solutions all chemical reagents were of analytical grade. buffer solutions were prepared using distilled water and the actual ph of the solutions was determined by employing a ph electrode connected to a ph-meter (micronal b374). ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 2010 35 artigo article for the construction of the ph optode, nitric acid (merk), ethanol (nuclear), o-xylene (mallinckrodt), 3-aminopropyl-triethoxysilane (aldrich) and thymol blue (synth), were used. o-xylene was previously dried overnight with anhydrous na2so4 before using in the silanisation. 2.2 construction of tb optode the optode was constructed as previously described [33,34], by employing a bifurcated borosilicate optical fibre bundle (5 mm diameter), made with fibres of 70 µm i.d. the surface of the common end of the optical fibre bundle was initially treated with ethanol, nitric acid and ethanol, and allowed to dry at room temperature. then, the silanisation was carried out by introducing the common end of the bundle into a 5.0 % (v/v) 3-aminopropyl-triethoxysilane in o-xylene. after this step, the silanised common end was rinsed with o-xylene, in order to eliminate any excess of silane, then with ethanol, to clean off the solvent, and allowed to dry at room temperature. the immobilisation of the dye was done by introducing the common end of the bundle into a 0.04 % (w/v) tb solution, containing 8.6 x 10-4 mol l-1 naoh, and rinsed with deionised water. after all this steps the tip of the optical fibers showed an intense purple colour, indicating that the immobilisation was successful. 2.3 instrumentation the instrumentation employed in this work consisted of a radiometric source (oriel 6883), with a quartz-halogen lamp (12 v, 100 w), whose radiation was modulated at 200 ± 2 hz by means of an optical chopper (oriel 75152) and focused onto one arm of the optical fibre bundle. the modulated light source was guided to the common end of the optical fibre, where the tb was immobilised. the reflected radiation was focused onto the entrance slit of a monochromator (oriel 77250) and detected by a photomultiplier tube (oriel 77340), connected to a lock-in amplifier (stanford research system sr 510), provided with a pre-amplifier (stanford reasearch system sr 552). the lock-in amplifier was synchronised to the frequency of the optical chopper. a pc-at 486 microcomputer was employed to control the monochromator and the lock-in amplifier, through an electronic interface (adlink acl-811). software was written in microsoft visualbasic 3.0 to perform these tasks. 2.4 flow manifold and procedure the flow manifold was assembled as shown in figure 1. was employing a peristaltic pump (ismatec ipc8), furnished with tygon tubes to propel the solutions. in the fia system, hydrogen carbonate or carbonate samples were injected into a 0.1 mol l-1 phosphate buffer at ph 7.6 stream (pbs), using a sliding central bar sampling valve [35], and then were mixed with a phosphoric acid solution, in order to generate co2. the co2 diffused through a ptfe (black swam mfg. co.) membrane placed in the gas diffusion cell “2” [36], and was collected by an adequate acceptor fluid, which was continuously pumped towards to detection system “d”, that include the tb optode. the change of the ph in the acceptor fluid, causes a colour change of the tb immobilised on the optical fibre bundle, generating a variation in the reflectance intensity, which was proportional to sample concentration. ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 201036 artigo article 6 fibre bundle, generating a variation in the reflectance intensity, which was proportional to sample concentration. figure 1: schematic diagram of the flow manifold. pp, peristaltic pump; af, acceptor fluid; pbs, phosphate buffer solution; s, sample; l1, loop of sampling; sv, sampling valve; 1, mixture point; 2, gas diffusion cell; d, detection system and w, waste. 2.5 determination of hydrogen carbonate in mineral water samples six commercial mineral water samples collected in the campinas city (são paulo – brazil) were analysed, in which the total concentration of hydrogen carbonate was determined. each sample was injected directly into the fia system, and the reflectance intensity variation was monitored. the concentration of hydrogen carbonate in the sample was determined by interpolation, employing the analytical curve obtained with nahco3 standards solutions. these results were compared with those obtained by potentiometric titration [37], using a ph-meter (micronal b374) equipped with a glass electrode. the hydrogen carbonate titration in the samples was carried out used a 0.0100 mol l-1 hcl standard solution. 3. results and discussion 3.1 characteristics of the thymol blue optode thymol blue (tb) was chosen due to its aqueous solution presents two ph regions of colour change (from 1.2 to 2.8 and from 8.0 to 9.6). on the other hand, studies carried out by gonçalves et al. [4] have demonstrated the efficiency of the tb dye in aqueous solution for co2 determination, using fia system and spectrophotometric detection. when tb was immobilised in a optical fibre bundle, the ph optode presented two linear response ranges, allowing to detect ph changes from 4.0 pp sv af h3po4 pbs s w w 1 l1 d w2 figure 1. schematic diagram of the flow manifold. pp, peristaltic pump; af, acceptor fluid; pbs, phosphate buffer solution; s, sample; l1, loop of sampling; sv, sampling valve; 1, mixture point; 2, gas diffusion cell; d, detection system and w, waste. 2.5 determination of hydrogen carbonate in mineral water samples six commercial mineral water samples collected in the campinas city (são paulo – brazil) were analysed, in which the total concentration of hydrogen carbonate was determined. each sample was injected directly into the fia system, and the reflectance intensity variation was monitored. the concentration of hydrogen carbonate in the sample was determined by interpolation, employing the analytical curve obtained with nahco3 standards solutions. these results were compared with those obtained by potentiometric titration [37], using a ph-meter (micronal b374) equipped with a glass electrode. the hydrogen carbonate titration in the samples was carried out used a 0.0100 mol l-1 hcl standard solution. 3 results and discussion 3.1 characteristics of the thymol blue optode thymol blue (tb) was chosen due to its aqueous solution presents two ph regions of colour change (from 1.2 to 2.8 and from 8.0 to 9.6). on the other hand, studies carried out by gonçalves et al. [4] have demonstrated the efficiency of the tb dye in aqueous solution for co2 determination, using fia system and spectrophotometric detection. when tb was immobilised in a optical fibre bundle, the ph optode presented two linear response ranges, allowing to detect ph changes from 4.0 to 11.0 as showed in figure 2. it is a good result, because generally, optodes based on acid-base dyes presented a response range of two ph units or pka ± 1. this peculiar profile of the tb optode can be probably explained considering the tb dye characteristics, which presents two-ph range of colour change in aqueous solutions. the extended ranges can be attributed to the chemical immobilisation of the colorimetric reagent on different sites of the optical fibre bundle surface, as explained previously [33], where the indicators molecules can be either strongly or weakly bonecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 2010 37 artigo article ded to the optical fibre, resulting in groups with different pka´s and, therefore, extending the linear ph range. 2 4 6 8 10 12 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ph 6.6 ∆ r ef le ct an ce 59 5 nm / m v ph figure 2. tb optode response profile as ph function. 3.2 optimisation of the fia system in the determination of the co2 with the proposed fia system, parameters such as composition, ph and concentration of the acceptor fluid (af) have important effects on the sensitivity and linear response range of the method. thus, was carry out a study on different acceptor fluids. solutions of different compositions were employed with ph values in the range from 4.0 to 11.0, considering the color changes of the tb optode. the results obtained with acceptor solutions with ph lower than 5.0 were not reproducible, due to the formation of small bubbles of co2. for 1.0 x 10-3 mol l-1 phosphate buffer solution (ph 7.5) provided the best results for co2 determination in the fia system, were obtained (table 1). on the other hand, in basic solutions (ph > 9) a little leaching of the tb immobilised was observed. ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 201038 artigo article table 1. characteristics of the flow system as a function of ph and acceptor fluid composition (ionic strength adjusted at 0.05 mol l-1 with nacl). receiving carrier fluid linear range/mol l-1 sensitivity/mv l mol-1 naoh (ph 11.0) 2.5 x 10-3 – 1.0 x 10-2 18.0 ± 0.6 1.0 x 10-2 – 0.10 7.6 ± 0.2 naoh (ph 10.5) 2.5 x 10-3 – 1.0 x 10-2 25.7 ± 1.3 1.0 x 10-2 – 0.10 8.1 ± 0.2 phosphate buffer 2.5 x 10-3 – 1.0 x 10-2 32.2 ± 0.9 1.0x10-3 mol l-1 (ph 7.5) 2.5 x 10-2 – 0.10 13.2 ± 0.6 vi = 1.0 ml; flow rate = 2.9 ml min-1 ; acid solution = 0.1 mol l-1 h3po4. the effect of the acceptor fluid ionic strength on the fia system performance was evaluated. this study was carried out because is known that optodes constructed using acid-base dyes are sensitive to variation of ionic strength leading to incorrect results [38]. in this study, the ionic strength of the acceptor fluid was adjusted in 0.01, 0.05 and 0.10 mol l-1 with nacl. the analytical curves showed in figure 3 indicate that the ionic strength adjusted to 0.01 mol l-1 provides the best results, mainly for the more diluted range. 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.0 0.5 1.0 1.5 nacl 0.01 mol l-1 nacl 0.05 mol l-1 nacl 0.10 mol l-1 ∆r ef le ct an ce 59 5 nm / m v [co2] / mol l -1 figure 3. analytical curves obtained in the study carried out to evaluate the influence of the ionic strength of receiving carrier fluid in the fia system response. in table 2 are shows the fia system characteristics as a function of injected volume (vi) of sample. vi equal to 500 µl was used, since it provided good sensitivity and good sampling frequency. however, if the sensitivity must be improved, 1000 µl can be used. ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 2010 39 artigo article table 2. sensitivities and sampling frequencies obtained in the linear range from 2.5 x 10-2 to 0.10 mol l-1, as function of the injected volume (vi). vi / µl sensitivity / mv l mol-1 sampling frequency / sample h-1 125 0.8 ± 0.2 13 250 2.5 ± 0.1 12 500 3.6 ± 0.1 11 750 3.7 ± 0.1 9 1000 6.9 ± 0.4 8 af = 1.0 x 10-3 mol l-1 phosphate buffer (ph 7.5), with ionic strength adjusted at 1.0 x 10-2 mol l-1 with nacl; 0.10 mol l-1 h3po4 acid solution and flow rate = 2.9 ml min-1. table 3 shown the results obtained in the study carried out to evaluate the effect of the flow rate on the fia system performance. even though the best results were obtained using a flow rate of 1.3 ml min-1, it was employed a flow rate of 1.6 ml min-1, as a mean of improving the sampling frequency. table 3. effect of the flow rate of the carrier fluid on the response and sampling frequency. ∆reflectance at flow rate 1.3 ml min-1 = 0.64 mv; [na2co3] = 0.010 mol l-1. flow rate / ml min-1 sampling frequency/sample h-1 percentage of reflectance variation 1.3 9 100 1.6 10 72 2.6 11 57 3.5 12 30 af (acceptor fluid) 1.0 x 10-3 mol l-1 phosphate buffer (ph 7.5), with ionic strength adjusted at 1.0 x 10-2 mol l-1 with nacl; 0.10 mol l-1 h3po4 acid solution and vi = 500 µl. the composition of the acidic solution used to generate co2 was also studied, employing succinate buffer (ph 3.0), h3po4 and h2so4 solutions. results summarised in table 4 show that 0.5 mol l-1 phosphoric or sulphuric acid solutions provide the best results. phosphoric acid was chosen in the present work because the signal was greater than that one obtained with sulphuric acid solution. table 4. reflectance variation for various acid solutions. [na2co3] = 0.010 mol l-1. confluent fluid h3po4 / mol l-1 h2so4 / mol l-1 buffer 0.5 0.1 0.5 0.1 (ph 3.0) ∆ reflectance/mv 0.72 ± 0.02 0.64 ± 0.01 0.69 ± 0.01 0.52 ± 0.02 0.35 ± 0.02 *standard deviation for three replicates. af (acceptor fluid) 1.0 x 10-3 mol l-1 phosphate buffer (ph 7.5), with ionic strength adjusted at 1.0 x 10-2 mol l-1 with nacl; flow rate = 1.6 ml min-1 and vi = 500 µl. ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 201040 artigo article 3.3 fia system performance figure 4 shows a typical response profile for this fia system and in figure 5 is showed the corresponding analytical curves. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 40 41 42 43 44 45 0.001 0.005 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 r ef le ct an ce 59 5 nm / m v time / min figure 4. fia signals obtained in the co2 determination (values above the peaks indicate the concentration of the solution, in mol l-1). ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 2010 41 artigo article 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0 1 2 3 4 [co2] = 0.015 mol l-1 r ef le ct an ce 59 5 nm / m v [co2] / mol l-1 figure 5. analytical curves obtained in fia system proposed. measurements carried out injected 500 µl of samples in a carrier of 0.1 mol l-1 phosphate buffer (ph 7.6) with 0.1 mol l-1 nacl and 1.0 x 10-3 mol l-1 edta. the acid solution was 0.50 mol l-1 h3po4 and accepter fluid 1.0 x 10-3 mol l-1 buffer solution (ph 7.5) with 1.0 x 10-2 mol l-1 nacl in a rate of 1.60 ml min-1. at figure 5 it can be observed two linear response ranges, the first from 0.001 to 0.010 mol l-1 and the second response range from 0.020 to 0.10 mol l-1, which presented the following linear regressions, respectively; ∆reflectance = -0.103(± 0.017) + 109.597(± 2.007) [co2] (r=0.9991, n=8) (1) ∆reflectance = 1.115(± 0.033) + 27.164(± 0.621) [co2] (r=0.9982, n=9) (2) this peculiar profile of this fia system can be probably explained considering the response profile of tb optode as a function of ph (figure 2). when hydrogen carbonate or carbonate samples, are injected the ph of the accepter fluid changes. these ph changes are detected by tb optode, which responds linearly until the concentration of the sample causes a ph change in the acceptor fluid of 6.6 (see figure 2). in the proposed fia system, the injection of samples with concentrations higher than 0.015 mol l-1, causes a ph shift in the acceptor fluid for values smaller than 6.6 (figure 2), corresponding to the straight line with minor inclination of figure 5. for concentrations higher than 0.015 mol l-1, a straight line from 0.020 to 0.10 mol l-1 is obtained. the repeatability of the fia system was evaluated by ten successive injections of 5.0 x 10–2 mol l-1 sodium carbonate solutions, obtained a relative standard deviation value (r.s.d.) of 3.5%. this result indicates the good performance of the proposed fia system. the tb optode lifetime in flow conditions was c.a. of 17 days, which is in accordance with others optodes, previously reported [33,34]. ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 201042 artigo article 3.4 determination of co2 in mineral water samples the system was evaluated by hydrogen carbonate determination in mineral water. no significant differences were found at a confidence level of 95 %, when the results were compared with those obtained with potentiometric method, as showed in table 5. table 5. results obtained in the determination of hydrogen carbonate concentration in mineral waters by proposed and potentiometric methods. sample [hco3 -] / mol l-1 potentiometric titration proposed method* 01 1.99x10-3 (1.97 ± 0.10) x10-3 02 2.01x10-3 (2.04 ± 0.12) x10-3 03 2.67x10-3 (2.68 ± 0.01) x10-3 04 2.72x10-3 (2.63 ± 0.05) x10-3 05 2.90x10-3 (2.92 ± 0.01) x10-3 06 2.02x10-3 (1.99 ± 0.01) x10-3 * standard deviation for six replicates 4 conclusions the chemical immobilisation of tb dye on a borosilicate optical fibre bundle allowed the preparation of a ph optode, which presented response times sufficiently short and long lifetime to be used as a detector in a fia system. the results show that this system is able to determine satisfactorily carbonate, with good repeatability and accuracy. acknowledgements the authors are thankful to fapesp-brazil, for the financial support and the cnpq-brazil for fellowship to mdpts. resumo: este trabalho mostra a construção de um optodo baseado no indicador ácido – base azul de timol (tb) e sua aplicação como detector de um sistema para análise por injeção em fluxo (fia) para determinação de co2. o indicador foi quimicamente imobilizado na superfície de um feixe bifurcado de fibras ópticas de vidro, usando silanização em meio orgânico. no sistema fia, amostras de carbonato ou bicarbonato são injetadas em uma solução tampão carregadora, e a seguir são misturadas com solução de ácido fosfórico para gerar co2, o qual se difunde através de uma membrana de ptfe, para ser coletado em um fluido carregador aceptor, o qual é bombeado em direção à cela de detecção, na qual encontra-se o optodo. o sistema proposto apresenta duas faixas lineares de resposta, entre 1,0 x 10-3 e 1,0 x 10-2 mol l-1, e entre 2,0 x 10-2 e 0,10 mol l-1. a freqüência de amostragem foi de 11 amostras h-1, com boa repetibilidade (r.s.d < 4 %, n = 10). sob condições em fluxo o tempo de vida do optodo foi de 170 h. o sistema proposto foi aplicado na análise de águas minerais comerciais, e os resultados obtidos ecl. quím., são paulo, 35 2: 33 43, 2010 43 artigo article na determinação de bicarbonato foram similares daqueles obtidos pelo método potenciométrico, a um nível de confiança de 95%. palavras-chave: co2, fia, azul de timol, silanização,optodo para medidas de ph. 5 references [1] m.p. xavier, g. orellana, m.c. moreno-bondi, j. díazpuente, quim. anal. 19 (2000) 118. 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in the presence of ni 1.0 10-6-1.0 10-4 mol l-1 were observed. no further treatment or calculation processes have been necessary. recoveries in different mixing ratios were of 99%. interference of fe(iii), cu(ii), zn(ii) and cd(ii), and anions as no3 -, cl-, clo4 -, citrate and phosphate has been evaluated. the method was applied to natural waters spiked with the cations. keywords: simultaneous determination, cobalt, nickel, dithiocarbamate, spectrophotometry. introduction several methods have been proposed for the simultaneous determination of co(ii) and ni(ii). eletroanalytical techniques, optical, chromatographic and flow injection methods are widely described with this purpose [1-8]. the spectrophotometric methods are the most usually used and mathematical handling of the data is frequently required [9-13]. the present work is based on the differences in the color of solutions containing co(ii) or ni(ii) and dithiocarbamates (dtc). the best advantage of this procedure is that the results can be obtained by direct measurements and any further mathematical treatment is necessary. the choice of bis-2-hydroxyethyldithiocarbamate (dedc), was made on the basis of the higher solubility of its complexes in relation to other dtc’s, due to the presence of two -oh groups in its the structure: ho ch2 ch2 n c s sho ch2 ch2 dedc the dtc, which are the products of reactions between an amine and carbon dissulphide, has been applied in the medicine, as coadjuvants in aids, cancer, tuberculosis treatment and heavy metals removal from leaving organisms [14]; in the agriculture, as anti-fungicidal and anti-bacterial agents [15]; in industry as rubber vulcanizations agents, lubrificants, anti-oxidizing agents ecl. quím., são paulo, 34(2): 7 13, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 7 13, 20098 and catalysts [16]; in chemistry as synthesis intermediates, determination of metallic species and thermoanalytical studies [17, 18]. experimental apparatus spectrophotometric experiments were made with an hp-8451a diode array spectrophotometer and 10 mm quartz cells. the ph was measured with a corning ia-250 phmeter and a metrohm ea 121 glass electrode. atomic absorption was measured on a hitachi z-8100 atomic absorption spectrophotometer, using air-acetylene flame. reagents and solutions all the chemicals and solvents used were of analytical grade, pa, and used without any further purification. the ph was adjusted with mcilvaine buffer solutions, and the ionic strength controlled to 0.5 mol l-1 with kcl [19]. the metal ions stock solutions were prepared from nicl2.6h2o and cocl2.6h2o salts (merck), and standardized by flame atomic absorption. dedc was synthesized by the reaction of ethanolamine and carbon dissulphide in presence of ammonium hydroxide into an ice bath, and recrystallized from ethanol/water mixtures, as described elsewhere [20]. procedures maximum wavelength absorption and ε determination for the complexes spectra were obtained from solutions containing the ligand and each metal both 1.0 10-4 mol l-1 and using the ligand, one metal or mixtures, in different proportions. the attribution of the peaks of the complexes was performed on the basis of the increase in its absorbance when the metallic concentration was increased using a metallic solution with the same concentration as blank. the molar absorptivity coefficients were determined with each metal concentration ranging from 1.0 10-5-5 10-4 and the ligand 1.0 10-4-5.0 10-3 mol l-1. cl/cm ratio optimization in these experiments the concentration of the metal was fixed in 1.0.10-4 mol l-1, and the ligand was varied in the range 1.0 10-5-8.0 10-3 mol l-1, with each cation separately in phosphate buffer (ph=7). the absorbances were measured at the maximum wavelengths determined as above using the phosphate buffer as reference. mixtures of 3.0 10-5 mol l-1 of each metal and the ligand varying from 3.0 10-5 3.0 10-2 mol l-1 in phosphate buffer were used to determine the best cl/cm ratio. ionic strength controller salt effect the controller salt influence was investigated using kcl, nacl, kno3, nano3, naclo4, and mcilvaine buffer system at fixed ionic strength of 0.50 mol l-1. the ratio cl/cm was fixed according to a previous study and the absorbance measured at the λmax of each complex. using mcilvaine buffers the ph influence on the system was also investigated for 5.5, 6.5, 7.5 and 8.3. this ph range was used to prevent the ligand decomposition [21], and metallic hydrolysis. influence of time and temperature fixing the parameters already studied, the complex stability was evaluated by measuring the absorbance as a function of the time (0-130 min), for each complex individually. the influence of the temperature on the absorbance was also investigated from 15-41°c, using a thermostatic bath (± 1ºc). ecl. quím., são paulo, 34(2): 7 13, 2009 9 evaluation of the effect of interferents the influence of the presence of cations generating colored (fe(iii) and cu(ii)) and colorless complexes (zn(ii) and cd(ii)) with dedc was investigated in the 1.0 10-6-1.0 10-4 range and fixing the ni and co concentrations at 5.0 10-5 and the dedc at 5.0 10-3 mol l-1. evaluation of the method in synthetic samples the method was evaluated by measuring the metals intentionally added to mineral (drinking) water samples. in this study the concentration of one cation was fixed while varying the concentration of the second one, at a fixed ligand concentration. in the first series of experiments ni(ii) was fixed at 1.0 10-4, 5.0 10-5 and 1.0 10-5, with co(ii) varying from 10-3-10-5 mol l-1. in a second series co(ii) was fixed at 1.0 10-4, 5.0 10-5 and 1.0 10-5, and ni(ii) varied in the 10-3-10-5 mol l-1 range. in both cases the ligand concentration was maintained 100 times higher than the fixed metal, using all the parameters defined in the previous experiments. results and discussion the co(ii)/dedc solutions showed green color with maximum absorption at 360 and 638 nm, while ni(ii)/dedc are yellowish-green with λmax at 390 nm in agreement with yoshida et al [22]. the spectra are presented in figure 1. the strong band at 330 nm was assigned to the ligand [23]. 15 figure 1. the absorption spectra of complexes. a) ni/dedc λmáx 390nm. b) co/dedc λmáx 360 and 638 nm. figure 1. the absorption spectra of complexes. a) ni/dedc λmáx 390nm. b) co/dedc λmáx 360 and 638 nm. the peaks were attributed to the complexes on the basis of their presence in the spectra obtained using either metallic solutions or ligand as blank. ecl. quím., são paulo, 34(2): 7 13, 200910 the molar absorptivity coefficients, ε, were determined by plotting absorbance vs. the complex concentration (cm ≈ ccpx; in ligand excess). the values obtained are presented in table 1, at the maximum absorption wavelengths. table 1. molar absorptivity of the complexes complex λmáx (nm) ε(cm-1mol-1l).103 co2+/dedc 360 45.4 638 1.71 ni2+/dedc 390 4.57 since the ε638 < ε360, more concentrated co(ii) solutions can be determined at 638 nm, while less concentrated ones can be determined at 360 nm, extending the detection range for this cation. the limiting ligand/metal concentration ratio is different for solutions containing the individual cations or mixtures of them. for solutions containing only co(ii) or ni(ii), the ratio is about cl/cm = 10. for the mixtures of the two cations the limiting ratio cl/cni+co = 100. it must be addressed that the limiting value should not be attributed to precipitation. if precipitation had occurred the absorbance value should decrease while increasing the ligand concentration. therefore the limiting value was most probably due to the presence of enough ligand to reach the maximum coordinating capacity of the system at such conditions. when they are mixed the differences in the affinity of the cations for the ligand make necessary much more ligand to reach saturation. examples of curves of absorbance vs. the cl/cm ratio are presented in the figure 2. according to the results presented in table 2 different ionic strength controlling salts and the ph ranging from 5.5 to 8.3, had no significant change in the measured absorbance. in addition the temperature range of 5-40°c and a measuring time of 0-130 min (results not presented) showed no influence in the measurements. according to these results, mcilvaine buffer ph=7.0, µ = 0.50 mol l-1/kcl and temperature of 25.0°c, were adopted to perform the determinations. 16 figure 2. determination of the limiting ligand concentration. 0 20 40 60 80 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 cm = 1.00·10-4 mol l-1 cl = 1.00·10-5 mol l-1 a a b s o rb a n c e cl / cm 0 100 200 300 400 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 c cni2+ = cco2+ = 3.50·10-5 mol l-1 cl = 1.00·10-5 8.00·10-3 mol l-1 a b s o rb a n c e cl / cni + co 0 20 40 60 80 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 cm = 1.00·10-4 mol l-1 cl = 1.00·10-5 mol l-1 b a b s o rb a n c e cl / cm figure 2. determination of the limiting ligand concentration. ecl. quím., são paulo, 34(2): 7 13, 2009 11 table 2. controlling ionic strength salts and ph influence absorbance co2+/dedc ni2+/dedc 360nm 638nm 390nm kcl 1.558 0.06316 0.4760 salt nacl 1.558 0.06090 0.4977 (0.50 mol l -1) kno3 1.634 0.06284 0.4953 nano3 1.601 0.06000 0.4936 naclo4 1.600 0.06221 0.4630 phosphate/citrate 1.624 0.05994 0.5134 5.49 1.609 0.06413 0.5166 5.58 1.610 0.08569 0.5025 ph 6.58 1.653 0.07044 0.5155 7.45 1.770 0.06499 0.4853 8.32 1.655 0.06744 0.5318 the precision of the method was checked using synthetic samples and analytical curves. examples for ni and co determinations are presented in figure 3. in the tables 3 and 4 the results for the determination of cations, fixing one and varying the concentration of the other, in different concentration ranges and mixing ratios are presented. the mean recovery was 99.0% for both cations. 17 figure 3. example of analytical curves for co2+ and ni2+ determination and the absorbance of samples 1 an 2. 0 2 4 6 8 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 b cni2+ = 1.00.10-4mol l-1 cco2+ = 1.00.10-3 1.00.10-5 mol l-1 cdedc = 1.00.10-2 mol l-1 λ = 638 nm < sample 2 < sample 1 a bs or ba nc e cco2+ / mol l-1 0 2 4 6 8 10 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 c < sample 1 cco2+ = 1.00.10-4 mol l-1 cni2+ = 1.00.10-3 1.00.10-5 mol l-1 cdedc = 1.00.10-2 mol l-1 λ = 390 nm a bs or ba nc e cni2+ / 1·10-5 mol l-1 0 2 4 6 8 10 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 a < sample 2 cni2+ = 1.00.10-4mol l-1 cco2+ = 1.00.10-3 1.00.10-5 mol l-1 cdedc = 1.00.10-2 mol l-1 λ = 360 nm < sample 1 a bs or ba nc e cco2+ / 1·10-4 mol l-1 figure 3. example of analytical curves for co2+ and ni2+ determination and the absorbance of samples 1 an 2. table 3. results of method application in synthetic samples, with different ni2+ concentrations. cni 2+, mol l-1 cdedc, mol l-1 cco 2+, mol l-1 calc. λ, nm cco 2+, mol l-1 found corr. coef. recovery % a) 1.0 10-4 1.0 10-2 1.49 10-5 360 1.60 10-5 0.9998 107 638 1.37 10-5 0.9998 92.0 5.0 10-5 5.0 10-3 2.61 10-4 360 638 3.05 10-4 0.9995 116 1.0 10-5 1.0 10-3 7.46 10-6 360 6.91 10-6 0.9995 92.0 638 6.53 10-6 0.9994 87.6 a) mean of two determinations ecl. quím., são paulo, 34(2): 7 13, 200912 the effect of the presence of fe(iii), cu(ii), zn(ii) and cd(ii), are summarized in table 5. all these cations influenced in the ni(ii) determination except fe3+ when the interfering cation concentration was ten times smaller. satisfactory results were obtained for the co(ii) determination in all the cases using λ=360 nm. precipitation occurred in the presence of fe(iii) and cu(ii) at 10-4 mol l-1. it has been observed that alkali metals and anions as no3 -, cl-, clo4 -, citrate and phosphate had no significant influence in the determination. table 4. results of method application in synthetic samples, with different co2+ concentrations. cco 2+, mol l-1 cdedc, mol l-1 cni 2+, mol l-1 calc. λ, nm cni 2+, mol l-1 found corr. coef. recovery % a) 1.0 10-5 1.0 10-3 5.00 10-5 390 5.08 10-5 0.9928 101 1.0 10-4 1.0 10-2 2.00 10-5 390 2.20 10-5 0.9985 110 1.0 10-4 1.0 10-2 9.00 10-5 390 7.93 10-5 0.9985 88.1 % mean recovery 99.70 a) mean of two determinations table 5. studies of some interfering cations for ni2+ and co2+. interferant conc. ni/dedc co/dedc (complex colour) mol l-1 found / mol l-1 rec % found / mol l-1 rec% zn2+ 1.0 10-4 3.9 10-5 130 5.31 10-5 85.0 (colourless) 1.0 10-5 4.4 10-5 150 4.25 10-5 106 1.0 10-6 4.5 10-5 147 5.31 10-5 106 cd2+ 1.0 10-4 4.5 10-5 150 4.56 10-5 91.0 (colourless) 1.0 10-5 4.4 10-5 147 5.61 10-5 112 1.0 10-6 4.1 10-5 137 4.56 10-5 91.0 fe2+ 1.0 10-4 precipitation precipitation (brown) 1.0 10-5 6.0 10-5 200 5.07 10-5 101 1.0 10-6 3.0 10-5 100 5.07 10-5 101 cu2+ 1.0 10-4 precipitation precipitation (blue) 1.0 10-5 5.5 10-5 183 5.08 10-5 102 1.0 10-6 4.2 10-5 140 5.08 10-5 102 conclusions the proposed spectrophotometric method is simple, rapid and inexpensive. it provides gain in sensitivity without need of additional step as extraction or heating. the method does not involve stringent reaction conditions and gives precise and accurate results. its usefulness to co(ii) and ni(ii), in presence of diethanoldithiocarbamate complexing agent, suggests its use as an attractive alternative to many other previously reported methods for analysis related in literature. acknowledgements authors are indebted to capes, cnpq and fapesp foundations (brazil) for financial support. ecl. quím., são paulo, 34(2): 7 13, 2009 13 determinação espectrofotométrica simultânea direta de ni(ii) e co(ii) usando dietanolditiocarbamato como agente complexante. received november 03 2008 accepted 14 2008 resumo: um método espectrofotométrico simultâneo para a determinação de co(ii) e ni(ii), na presença do ligante dietanolditiocarbamato (dedc), é proposto usando-se os comprimentos de onda dos máximos de absorção em 360 e 638 nm (co(ii)/dedc) e 390 nm (ni/dedc). após otimizar a melhor razão metal/ligante, eletrólito suporte, ph e tempo de análise, curva analíticas lineares foram obtidas nos intervalos de concentração 1,0 10-6-4,0 10-4 para co(ii) na presença de ni 1,0 10-6-1,0 10-4 mol l-1. nenhum tratamento de amostra ou processo de cálculo foi necessário. coeficientes de recuperação da ordem de 99% foram obtidos e a interferência de fe(iii), cu(ii), zn(ii) e cd(ii), além de alguns ânions foi avaliada. o método foi aplicado, com sucesso, em amostras de água mineral nas quais os cátions foram intencionalmente adicionados. palavras chave: determinação simultânea, cobalto, níquel, ditiocarbamato, espectrofotometria. references [1] p. a. antunes, e. t. g. cavalheiro, s. t. breviglieri and g. o. chierice, quím. nova, 21 (1998) 289. 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polluting potential when not treated in a proper way. regarding industrial activities, textile fiber dyeing operations deserve attention due to the high volumes of liquid waste, with high organic load and intense coloration1. the interest of environmental research related to the treatment of effluents from the textile industry is increasing, since these are highly complex, because they have different physical and chemical compositions, great diversity of synthetic dyes and different toxicity potentialities, thus making them difficult treatment and high pollution capacity2. in this sense, the advanced oxidation processes (aops) have been gaining visibility as a consequence of the great contribution potential with the conventional processes of effluent treatment, since the hydroxyl radicals generated have high reactivity and low selectivity, being able to act in the chemical oxidation of a large number of substances3. the photo-fenton process (uv/h2o2/fe+2) has been prominent among aops, since it provides oxidations in shorter times when compared to others, besides being simple, abstract: effluents from textile industries are difficult to treat because they are loaded with non-biodegradable dyes. in this context, the advanced oxidation processes (aops) are presented as alternatives to be studied for the treatment of these effluents. the objective of this work was to evaluate the efficiency of the discoloration of red 4b and 5g blue dyes in synthetic solution by means of the advanced oxidation photofenton. the best ph for discoloration of red 4b was ph 3 and for blue 5g dye was ph 1.6. the obtained results report a good discoloration when using h2o2 and fe2+ ions. with a h2o2 concentration of 66.80 mg l-1, fe2+ of 9.66 mg l-1 and ph 5.81 with a predicted percentage discoloration of 100.01 % for red 4b dye. and for blue reactive 5g dye a concentration of h2o2 of 55.04 mg l-1, fe2+ ions of 10.34 mg l-1 and ph 2.59 with an expected percentage discoloration of 100.56 %. the kinetics was that pseudo-first order with k1 of 0.597 min-1 and t1/2 of 1.16 min for red 4b and k1 of 0.150 min-1 and t1/2 of 4.60 for blue 5g. the results indicate the application of photo-fenton as promising for the dyes discoloration in aqueous solutions. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 mailto:fingerleandro@hotmail.com https://orcid.org/0000-0001-6295-1619 https://orcid.org/0000-0003-4639-4386 original article 63 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 62-69 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 since it is based on the reaction between ferrous salts (fe2+) and hydrogen peroxide (h2o2), associated with uv irradiation4. in this sense, the objective of this work was to evaluate the efficiency of the discoloration of red 4b and blue 5g in synthetic solution by means of the photo-fenton reaction (uv/h2o2/fe+2), by optimizing a discoloration condition for the variables ph, fe2+ ions concentration and h2o2 concentration and kinetic study of the process. 2. experimental 2.1 solutions and analytical determinations stock standard solutions of red 4b and blue 5g dyes were prepared using ultrapure water at 1000 mg l-1 concentration. the ph adjustments by 0.1 mol l-1 hcl (biotec) and 0.01 mol l-1 naoh solutions (vtec) were also prepared. for the photo-fenton process, h2o2 1000 mg l-1 (alphatec) and feso₄ 7h₂o 100 mg l-1 (merck) were used. for the quantification, initially scans of the solution of each dye were performed to determine the absorption maximum. the calibration curve was constructed by absorbance readings in the maximum length of solutions with known dye concentrations (0.5 to 50 mg l-1) using the dual beam scanning uv/vis molecular absorption spectrophotometer, perkin elmer brand, model lambda 45, in the range of 400 to 800 nm with resolution of 2 nm and quartz cuvettes with optical path of 1 cm. 2.2 optimization of discoloration conditions the experiments with the synthetic effluent were carried out in a laboratory-scale reactor, operating in a batch system, consisting of a beaker with 250 ml of capacity and a magnetic stirrer to homogenize the solution, positioned inside a wooden box (80 cm x 40 cm x 60 cm) coated with aluminum foil to increase the radiation incidence in the solution and equipped with a uv source (high pressure mercury vapor lamp without the bulb – 250w) fixed at the top about 20 cm from the solution. the inner temperature, after 20 min, was maintained at about 45 °c (figure 1). figure 1. photo-fenton process reactor. caption: 1 – magnetic stirrer. 2 – reactor. 3 – uv source. 4 – wooden box coated with aluminum foil. samples were withdrawn at pre-established intervals, 0-20 min for red 4b dye, and 0-15 min for blue 5g dye, and immediately the remaining concentration in the solution was determined using the dual beam scanning uv/vis molecular absorption spectrophotometer by the calibration curve. in order to verify the influence of the h2o2 concentration, fe2+ ions concentration and ph and to obtain an optimum discoloration condition, a central composite rotational design (ccrd) 23 was elaborated with 2 replicates at the central point, using statistica 8.0 software and the desirability function as tool. as the response variable in the statistical analysis the percentage of discoloration of the analytes (red 4b and blue 5g dyes) was used. the experimental data were adjusted to the linear and quadratic models it was evaluated using the analysis of variance (anova) at the 95 % confidence level. 2.3 discoloration kinetic study of dyes in water in the study of kinetics of dye discoloration, solutions were used with concentration of 100 mg l-1 for red 4b and 50 mg l-1 for blue 5g in 250 ml beakers. aliquots were taken in the time intervals of 0; 1; 2; 4; 8; 10; 12; 15 and 20 min to the red 4b dye, and 0; 1; 2; 4; 8; 10; 12 and 15 min to the blue 5g dye, with determination based on the previously determined maximum wavelength. the discoloration was evaluated using the photo-fenton process (uv/h2o2/fe+2) by kinetic models. the order of the reaction is the dependence of the speed of the reaction with the concentration. with c0 being the initial https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 original article 64 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 62-69 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 concentration of the reagent, and c the concentration of the reagent elapsed at time t of reaction and n the order of the reaction. when n = 1 the reaction is of pseudo-first order (equation 1) and n = 2 of pseudo-second order (equation 2). ln 𝐶 = ln 𝐶0 − 𝑘1. 𝑡 ∴ 𝐶 = 𝐶0. 𝑒−𝑘1𝑡 (1) 1 𝐶 = 1 𝐶𝑜 + 𝑘. 𝑡 ∴ 𝐶 = 𝐶𝑜 1+𝐶𝑜..𝑘.𝑡 (2) the experimental data obtained in the discoloration assays were fitted to these models in order to evaluate their decay during the experiment time, as well as to determine the halflife of each analyte according to the equation of pseudo-first order (equation 3) and of pseudosecond order (equation 4). 𝑡1 2 = 𝑙𝑛2 𝐾1 (3) 𝑡1 2 = 1 𝐾.𝐶𝑜 (4) 3. results and discussions 3.1 spectrophotometric evaluation in order to determine the amount of dye removed, the optimum wavelength definition for the red 4b and blue 5g dyes reagent was first determined. this definition was obtained by double beam spectrophotometer scanning, where the molecular absorption spectrum was obtained, indicating the maximum absorbance band at 536 nm for red 4b dye and at 591 nm for blue 5g dye (figure 2). a) b) figura 2. a) uv absorption spectrum in aqueous solution at 50 mg l-1 concentration for red 4b dye and b) blue 5g dye. 3.2 optimization of discoloration conditions employing photo-fenton process the experimental matrix for the 2³ central composite rotational design (ccrd) delineation is presented in table 1, with the levels of each factor, the actual values and the response variable obtained for the discoloration of red 4b and blue 5g dye in the photo-fenton process (uv/h2o2/fe+2) in the course of 16 runs performed randomly. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 400 500 600 700 a b so rb a n ce λ (nm) 536 nm 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 400 500 600 700 a b so rb a n ce λ (nm) 591 nm https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 original article 65 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 62-69 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 table 1. ccdr 2³ planning matrix with the factors coded (and real) and responses regarding the discoloration efficiency of 4b red and 5g blue dyes. assay s factors variable response [h2o2]* (mg l-1) [fe]* (mg l-1) ph* red 4b discoloration (%) blue 5g discoloration (%) 1 -1 (25.0) -1 (5.0) -1 (3.0) 95.31 86.35 2 -1 (25.0) -1 (5.0) +1 (7.0) 87.41 18.34 3 -1 (25.0) +1 (15.0) -1 (3.0) 85.76 81.16 4 -1 (25.0) +1 (15.0) +1 (7.0) 74.18 55.67 5 +1 (75.0) -1 (5.0) -1 (3.0) 100.00 100.00 6 +1 (75.0) -1 (5.0) +1 (7.0) 95.61 39.84 7 +1 (75.0) +1 (15.0) -1 (3.0) 98.75 73.75 8 +1 (75.0) +1 (15.0) +1 (7.0) 92.61 78.82 9 -1.68 (8.0) 0 (10.0) 0 (5.0) 65.04 72.64 10 +1.68 (92.0) 0 (10.0) 0 (5.0) 98.20 86.79 11 0 (50.0) -1.68 (1.6) 0 (5.0) 95.06 16.24 12 0 (50.0) +1.68 (18.4) 0 (5.0) 96.22 77.60 13 0 (50.0) 0 (10.0) -1.68 (1.6) 95.12 100.56 14 0 (50.0) 0 (10.0) +1.68 (8.4) 95.68 80.62 15 0 (50.0) 0 (10.0) 0 (5.0) 98.60 80.57 16 0 (50.0) 0 (10.0) 0 (5.0) 98.31 82.67 more effective discolorations were observed in assays 5, 7, 10, 14, 15 and 16 for both dyes, where h2o2 concentrations were applied at higher levels and ph was more acidic. with the experimental results obtained in the discoloration of the dyes by photo-fenton from ccdr 2³, the values of the estimated effects of each parameter (concentration of h2o2 and fe2+ ions, and ph) on the response variables presented in table 1 were obtained, values that presented pvalue less than 0.05 were considered significant for the 95 % confidence interval. from the significant values, the mathematical equation of the quadratic regression model and its respective determination coefficients (r²) were obtained (table 2). table 2. mathematical models and determination coefficients (r²) of the models adjusted for discoloration of the red 4b and blue 5g dyes. response model r² (%) red 4b discoloration (%) 98.37 + 7.33h2o2 – 5.78(h2o2)² 1.84fe2+ – 2.13ph – 0.89(ph)² + 2.31h2o2.fe2+ + 1.12 h2o2.ph 88.56 blue 5g discoloration (%) 82.13 + 5.47h2o2 + 10.84fe2+ – 13.49(fe)² 13.34ph + 13.47fe.ph 87.42 for the discoloration of the red 4b and blue 5g dyes respectively the r² values show that 88.56 % and 87.42 % of the responses were explained by the models, and the linear effects of ph and concentrations of [h2o2] (mg l-1) and [fe2+] (mg l-1) were the most important to describe the behavior of discoloration of the analytes by the photo-fenton process. to verify the fit quality of the model, the analysis of variance (anova) was used, evaluating the determination coefficients (r²) and the f test for both discolorations (table 3). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 original article 66 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 62-69 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 table 3. anova of the quadratic model to remove red 4b and blue 5g dyes. sources of variation sq gl mq fcal (95%) ftab (95%) fcal/ftab red 4b regression (model) 1249.64 9 138.85 5.16 4.10 1.26 residuals 161.34 6 26.89 lack of adjusted 161.30 5 32.26 786.83 230.00 3.42 error 0.041 1 0.041 total 1410.98 15 blue 5g regression (model) 8591.58 9 954.62 5.10 4.10 1.24 residuals 1122.36 6 187.06 lack of adjusted 1120.14 5 224.03 101.23 230.00 0.44 error 2.21 1 2.21 total 9713.93 15 it is observed in table 3 that the ratio of fcal to ftab for the regression presented a statistically significant value for the equation of discoloration of both dyes, a fact evidenced by a value higher than 1. moreover, for the blue 5g dye, it was not observed (figure 2). in this study, the fcal/ftab ratio for the lack of fit was lower than 15. on the other hand, for the discoloration of red 4b dye the regression model generated was significant (p ≤ 0.05) because fcal = 5.10 was higher than the ftab = 4.10. however, the lack of fit was also significant (fcal = 786.83 > ftab = 230), although the ideal was a value of fcal < ftab, and therefore not significant. however, since the means at the central points were very close and the pure error very low (reasons for the f of the lack of high fit), the model was considered valid for predictive purposes5. the figure 3 shows the behavior of the process regarding the discoloration efficiency of red 4b according to the relation of the dependent variables by the surface response graph. figure 3. response surface for discoloration efficiency red 4b dye by a) fe2+ (mg l-1) and h2o2 (mg l-1); b) ph and h2o2 (mg l-1); c) fe2+ (mg l-1) and ph. in figure 3, it can be observed that the discoloration efficiency of red 4b dye presented mean values between 65.04 % and 100.00 %. the best discoloration efficiency values, 98.75 % and 100.00 %, were obtained with ph 3, h2o2 concentration of 75 mg l-1, fe+2 concentration of 5 and 15 mg l-1, respectively. the figure 4 shows the behavior of the process regarding the discoloration efficiency of the blue 5g dye according to the relation of the dependent variables by the surface response graph. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 original article 67 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 62-69 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 figure 4. response surface for blue 5g dye discoloration efficiency by a) fe2+ ions (mg l-1) and h2o2 (mg l-1); b) ph and h2o2 (mg l-1); c) fe2+ ions (mg l-1) and ph. in figure 4 it is observed that the discoloration efficiency of the blue 5g dye presented average values between 16.24 % and 100.00 %. the best discoloration efficiency values, both at 100.00 %, were obtained with ph 3 and 1.6, h2o2 concentration of 75 mg l-1 and 50 mg l-1, and fe+2 concentration of 5 and 10 mg l-1. analyzing figures 3 and 4 it is possible to verify that the concentration of h2o2 and fe2+ ions showed a positive effect on the discoloration efficiency of red 4b and blue 5g dyes and that the ph variable had a negative effect on the discoloration efficiency, indicating that the highest discolorations were achieved with the decrease of this variable. škodič et al. demonstrated that the additions of moderate concentrations of h2o2 and fe+2 ions catalyst during the aops obviously increased the decolorization efficiencies within the first few minutes of the processing time (5–10 min) for reactive blue 4 and reactive blue 268 dyes4. as a more favorable response to the discoloration of dyes in aqueous solution, the optimization tool employing the desirability function indicated a h2o2 concentration of 66.80 mg l-1, fe2+ ions of 9.66 mg l-1 and ph 5.81 with a percentage of 100.01 % discoloration to red 4b dye. for the blue 5g dye, a h2o2 concentration of 55.04 mg l-1, fe2+ ions of 10.34 mg l-1 and ph 2.59 with a predicted percent discoloration of 100.56 %. 3.3 discoloration kinetics employing the photofenton process (uv / h2o2 / fe+2 ions) the optimum conditions were used in the kinetic study for both dyes. the pseudo-first order and pseudo-second order models fitted to the experimental data are shown in figure 5. figure 5. adjustment of the experimental data of dye discoloration to the kinetic models of pseudo-first order and pseudo-second order. a) red 4b; b) blue 5g. by means of this adjustment, it was possible to obtain the kinetic constant of pseudo-first order (k1) and pseudo-second order (k2), correlation coefficient (r²) and half-life time (t1/2), indicated in table 4, for the discoloration of the red 4b and blue 5g dyes. santana et al. also obtained a good kinetic adjustment for the pseudo-first order for the removal of reactive blue dyes 5g and remazol red rb 133 % by photo-fenton process6. a) b) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 original article 68 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 62-69 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p62-69 table 4. kinetic data for the photo-fenton process (uv/h2o2/fe+2) of the red 4b and blue 5g dyes. dye ph model pseudo-first order k1 (min-1) t1/2 (min) r2 red 4b 5.8 0.597 1.16 0.99 blue 5g 2.6 0.150 4.60 0.97 half-life times of 1.16 min for red 4b and 4.60 min for blue 5g dyes were observed. it was also verified that there was a greater speed of dye discoloration in the pseudo-first order model, besides a better adjustment in both treatments. according to núñes et al., taking into account that the concentration of the reactive species needs to reach a steady state during the process, and once the oxidant concentration can be considered constant, the kinetics of the discoloration process can be treated as pseudo-first order, in terms of the consumption of the organic compound, in this case, the dye7. generally, advanced discoloration processes obey the pseudo-first order kinetics8. 4. conclusions the advanced photo-fenton oxidative process (uv/h2o2/fe+2) proved to be very efficient in the discoloration of the synthetic solutions of red 4b and blue 5g dyes, allowing to eliminate the color of the aqueous media in times less than 20 min. by means of the kinetic models evaluated, it was verified that the mathematical model of pseudo-first order was the one that best represented the experimental data of discoloration. however, it was observed that for red dye 4b the discoloration was faster, as indicated by the kinetic constant, that is, the half-life time was lower for the red4b compared to the blue 5g dye. it was also found that the concentrations of h2o2 and fe2+ ions exhibited a positive effect on the discoloration for the studied dyes, increasing efficiency. further studies on the application of this process in real textile effluent are required, as well as in larger effluent volumes to compare the results with those obtained in this study. studies using advanced chromatography techniques or total organic carbon are also necessary to verify possible degradation of the dyes in these effluents. 5. references [1] santos, e. m. a., nascimento, a. t. p., paulino, t. r. s., barroso, b. c. s., aguiar, c., anaerobic reactor type uasb conjunction with process fenton to remove color and chemical oxygen demand textile industry of synthetic wastewater, engenharia sanitária e ambiental 22 (2) (2017) 285-292. https://doi.org/10.1590/s1413-41522016148154. 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36 ,2011 78 lixo e reciclagem como tema motivador no ensino de química p. t. a. santos1, j. dias2, v. e. lima3, m. j. oliveira2, l. j. a. neto4, v. q. celestino1 1 departamento de engenharia agrícola – universidade federal de campina grande (pb) 2 pós-graduação em engenharia química – universidade federal de campina grande (pb) 3 departamento de química universidade estadual da paraíba (pb) 4 centro de ciência e tecnologia agroalimentar – universidade federal de campina grande (pb) resumo ______________________________________________________________________________ este trabalho se constituiu em um estudo de ação-reflexão sobre a prática pedagógica de educação ambiental (ea) desenvolvida no contexto do ensino de química na escola municipal monsenhor stanislaw localizada no município de olivedos-pb. o objetivo da pesquisa foi desenvolver e analisar ações pedagógicas de inserção de práticas educativas ambientais articuladas com o ensino de química, com a implantação de coleta seletiva na escola, oficinas de reciclagens tais como a de papel reciclado, óleo utilizado em frituras para fabricação de sabão e reutilização de garrafas pet´s. para a reflexão sobre a prática vivenciada, foi feita uma coleta de dados, por meio de registro de observações em diário de campo, aplicação de questionários, fotografias como documentos visuais, realização de várias oficinas de caráter educacional relacionado ao meio ambiente. as ações desenvolvidas consistiram na abordagem de temas ambientais por meio do livro didático; no desenvolvimento de um projeto de educação www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 79 ambiental para identificar problemas ambientais em volta da escola como também na cidade em geral. pôde-se observar a importância do uso do livro didático, mas também evidencia a necessidade do desenvolvimento de projetos de ações comunitárias de educação ambiental (ea) e de projetos que envolvam a comunidade escolar. constatou-se que a ea no ensino de química requer um processo longo de construção de ações coletivas, em que alunos e professores sejam sensibilizados e mobilizados para se engajarem em ações socioambientais. isso significa construir um processo contínuo de renovar estratégias, recriar ações, dialogar nas aulas, utilizar técnicas para desenvolver no aluno autonomia e criatividade. nesse sentido, envolver práticas educativas ambientais na comunidade escolar é deixar aflorar os valores, as atitudes, os conceitos e as habilidades para transformá-las em ação com a esperança em criar trilhas para construir uma nova realidade. palavras-chaves: educação ambiental, lixo, química, reciclagem. introdução há algum tempo as críticas existentes entre o ensino e o aprendizado das ciências vem se tornando cada vez mais numerosas. foi constatado que os estudantes brasileiros mostravam grande facilidade em expor princípios científicos, mas nenhuma capacidade de relacioná-los com eventos do cotidiano [1]. o ensino da química, bem como os das demais ciências, requer uma ação pedagógica voltada para o desenvolvimento integral do aluno, procurando construir cidadãos críticos que têm possibilidades de apropriar-se de sua realidade e transformá-la construtivamente. a aquisição do conhecimento e o aprender só acontecem através da construção e interação, o professor tem que desenvolver conteúdos significativos em sala de aula para estimular situações desafiadoras, que pressupõem interações com os alunos e deles entre si e com o conhecimento. a química pode ser o instrumento pelo qual a educação ambiental deve ser vista como um processo de permanente aprendizagem que valoriza as diversas formas de conhecimento e ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 80 forma cidadãos com consciência local e planetária. de modo geral, o ensino de química nos dias atuais tem abordado conceitos sem nenhuma relação com o cotidiano do aluno, o que tem dificultado a compreensão de uma situação-problema. nesse contexto, a proposta deste trabalho foi de utilizar o lixo e reciclagem como tema motivador para a abordagem dos conteúdos químicos. na contextualização do assunto escolhido procurou-se realizar uma abordagem interdisciplinar e social, onde os discentes pudessem discutir sobre os fatores causadores do problema do lixo e alternativas de reciclagem interligando ao ensino da química. a pesquisa sobre o lixo e reciclagem foi desenvolvida na escola municipal monsenhor stanislaw, no município de olivedos-pb. um dos principais objetivos foi proporcionar aos alunos a oportunidade de discussão sobre os problemas ambientais do seu próprio meio, despertando-os para uma avaliação exigente, ativa e crítica, quanto à importância da preservação do meio ambiente, quanto às condições básicas e necessárias para que a sua vida, a de seus familiares e de toda a comunidade na qual ele está inserido se torne mais saudável. com os conhecimentos adquiridos na escola ele pode orientar toda a comunidade. atitudes simples e constantes podem fazer com que sua vida se torne mais agradável, enfatizando também a saúde do planeta como um todo. a questão do lixo atinge toda a população e é um problema que vem se agravando com o passar dos anos. vários conceitos foram trabalhados durante o desenvolvimento da pesquisa, tais como: poluição ambiental, radioatividade, cinética química, meio ambiente, impacto ambiental/poluição, qualidade de vida, desenvolvimento sustentável, saúde, cidadania, educação ambiental, entre outros. assim, o aprendizado em química deve possibilitar ao aluno a compreensão tanto dos processos químicos em si, quanto suas implicações ambientais, sociais, políticas e econômicas. sob o ponto de vista pedagógico, as atividades desenvolvidas possibilitam ensinar conceitos químicos de forma contextualizada com o tema lixo, fornecendo conhecimentos relevantes sobre o assunto, sempre fazendo relação com o cotidiano dos alunos, permitindo aos mesmos criarem uma idéia crítica com embasamento cientifico sobre esse grave problema social. material e métodos ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 81 para que os objetivos fossem alcançados, organizou-se na escola municipal monsenhor stanislaw, no município de olivedos pb, um programa de atividades junto aos alunos do 6º ano do ensino fundamental e 2ª série do ensino médio, envolvendo também todos os professores dessas turmas. inicialmente foi desenvolvida uma pesquisa exploratória, onde “exploratória é uma pesquisa cuja finalidade é descortinar o tema, reunir informações gerais a respeito do objeto [2]. como instrumentos de coleta de informações foram utilizados fontes de referências como livros de leitura corrente e informativos, publicações na mídia impressa e na mídia digital e observações de campo, nos arredores da escola. as demais atividades foram realizadas conforme estão descritas no projeto pedagógico, elaborado para atender as necessidades das aulas de práticas ambientais. projeto didático-pedagógico: a magia da reciclagem objetivos: estimular o aluno a relacionar a química com o cotidiano. promover debates sobre a importância de diminuir os problemas ambientais causados pelo processo industrial, além de reduzir o desperdício na utilização dos materiais. utilizar os conhecimentos básicos de química a fim de se entender os processos químicos ocorridos tanto no papel reciclado como no sabão feito a partir de óleo reutilizado. conteúdo: a química do lixo reações químicas educação ambiental séries: 6º ano ensino fundamental e 2º ano do ensino médio tempo estimado: dois meses ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 82 material necessário: soda caustica a 40% óleo já utilizado essência corante papel de ph papel já utilizado cola ou liga de sorvete desenvolvimento etapa 1: levantar um debate em sala de aula sobre a questão do lixo em nível local como também mundial. discutir as conseqüências que o lixo pode trazer para a população, que pode ser maléfica quando o gerenciamento é mal planejado, por outro lado, pode trazer benefícios quando se tem um gerenciamento do lixo adequado e uma formação em nível de educação ambiental. relatar a composição química do lixo e os prováveis danos causados, a composição química do sabão fabricado industrialmente comparando com a composição química do sabão fabricado a partir de óleo usado. etapa 2: depois das questões levantadas é preciso despertar o interesse do aluno pelo assunto lixo, suas vantagens e problemas. para isso, os alunos divididos em grupos com 5 componentes cada, são orientados à fazer uma pesquisa nas suas casas sobre o problema do lixo e suas possíveis soluções.para complementar o trabalho de pesquisa feito em casa foi pedido para se realizar um inventário de consumo, ou seja, relacionando com o que cada pessoa consome ou gera de lixo em um dia ou uma semana. esse mesmo lixo que os alunos coletarem em casa servirá para as aulas práticas em laboratórios com a fabricação de papel reciclado e sabão em barra com a utilização de óleo usado. etapa 3: o próximo passo será levar os alunos ao laboratório da escola, para a fabricação do papel reciclado e do sabão feito com óleo usado, providenciar que se dividam em grupos, sendo ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 83 que cada grupo fica responsável em separar os materiais a ser utilizado, medir a quantidade exata de cada produto a fim de que no momento da fabricação do sabão possa ser adicionada à mistura. etapa 4: depois do produto formado, devem-se novamente ser levantadas questões, agora relacionadas com a responsabilidade que cada aluno como cidadão tem para com a sociedade. mostrar na íntegra a possibilidade da reutilização de materiais que aparentemente seriam descartados nos lixões o que ocasionaria mais poluição do solo, do ar e dos rios. a discussão ainda pode prosseguir quanto ao prejuízo ambiental que as substâncias químicas presentes em alguns tipos de lixo podem causar se forem jogadas no meio ambiente de qualquer maneira. além do prejuízo ambiental há também o prejuízo econômico e social. alertar a necessidade de se ter um programa de coleta seletiva nas escolas e posteriormente nas residências dos alunos para que se possa fazer um reaproveitamento dos resíduos gerados na escola como também a possibilidade de doar o lixo para uma comunidade de catadores de lixo. produto final: seminário, apresentando o problema e as soluções possíveis para o lixo. exposição, um inventário, da coleta e caracterização dos resíduos gerados por cada aluno em um dia ou uma semana. uma amostra pedagógica em que os alunos possam mostrar a comunidade à produção do sabão, proveniente do óleo reutilizado como também os produtos formados a partir do papel reciclado como: cartões, cadernetas, porta-cd, porta-treco, etc. avaliação: observar durante a amostra a desenvoltura de cada aluno ao explicar ao público o processo de fabricação de sabão em barra a partir da reutilização do óleo, a importância do papel reciclado para com o meio ambiente como também para o caráter econômico-social. cada aluno irá escrever um relatório sobre a teoria e a prática relacionando com o conteúdo estudado, o experimento e apresentação do mesmo para a comunidade. resultados e discussão ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 84 inicialmente foi proposto aos alunos que, juntamente com o corpo docente da escola, fizessem um trabalho de identificação da situação ambiental do pátio da escola, das ruas em torno da escola, das casas de alguns alunos, no que diz respeito ao destino do lixo. após a identificação do problema iniciou-se uma série de atividades na escola envolvendo seminários, montagem de painéis, atividades de reciclagem, produção de textos, dramatizações, entre outros. foi analisada a observação do ambiente escolar, relativo ao destino do lixo, comparando o ambiente antes da realização das práticas ambientais. este trabalho também foi desenvolvido em forma de mini-curso na escola pública da cidade de olivedos-pb, onde as aulas ministradas foram expositivas relacionando o tema referido com conceitos químicos, que propiciou a realização de uma aula prática para que os alunos pudessem abstrair melhor o conteúdo dado. foi implantado um pequeno sistema de coleta seletiva na escola, a partir do qual os alunos puderam separar, classificar e quantificar os resíduos gerados na escola. em seguida, foi realizada oficina de papel reciclado, utilizando o papel recolhido na escola, oficina de sabão reaproveitando o óleo da cantina, artesanatos com aproveitamento das garrafas pet’s e papelão. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 85 figura 1. atividades realizadas na oficina de reciclagem de papel. figura 2. integração dos alunos na execução das atividades na oficina de papel. as figuras 1 e 2 mostram os momentos de atividade na oficina de reciclagem de papel que foi realizada no laboratório da escola, na qual os alunos participaram de forma integrada, aprendendo na prática cada etapa da reciclagem de papel. no estudo exploratório intitulado ‘explorando a motivação para estudar química’, procurando identificar os fatores que motivam os alunos para o estudo da química, caracterizando o papel das relações sociais e escolares nesta motivação e no processo educacional, constatou-se em um dos itens da pesquisa que uma das sugestões dos alunos para melhorar o ensino de química era a de aumentar o número de aulas laboratoriais e teóricas. para os estudantes, manusear substâncias, realizar práticas e comprovar os conhecimentos vistos em sala de aula são importantes, tornando a aprendizagem mais fácil, atraente e interessante [3]. foi observado um grande interesse dos alunos quando foram realizadas as oficinas uma vez que eles participaram ativamente, debateram junto com os professores e tiveram a oportunidade de atuarem mais no laboratório da escola o que torna as aulas mais atrativas segundo os alunos e comprovada pela pesquisa ‘explorando a motivação para estudar química’. os mini-cursos foram ministrados buscando mostrar as transformações ocorridas no lixo e sua contaminação ao meio ambiente, abordando conceitos químicos, para que dessa forma os alunos tivessem um olhar cientifico e crítico para o problema. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 86 foram discutidos os impactos ambientais causados pelo lixo, sua destinação final pela classificação, processos de decomposição, contaminação de recursos hídricos por meio de lixiviado e maneiras de se reduzir esses problemas. com base nesses temas, foram passados aos alunos conceitos sobre transformações químicas e físicas, reações químicas, química ambiental, propriedades organolépticas, processos químicos, físicos e biológicos da decomposição de resíduos orgânicos e densidade. a partir da compreensão que os alunos tiveram sobre os vários aspectos que envolvem problemas ambientais causados pelo lixo, o docente buscou avaliar os alunos por meio de uma discussão dirigida. foram abordados temas como os prejuízos que o descarte indevido de lixo causa à sociedade e formas de obtenção de renda com a reciclagem ou reutilização. para fixação dos temas abordados, foi realizada uma segunda atividade integrada: a oficina de reciclagem de óleo doméstico, mostrada na figura 3. figura 3 imagens da oficina de reciclagem de óleo doméstico. nessa oficina, os alunos tiveram a oportunidade de relacionar a preservação ambiental com o reaproveitamento do óleo que normalmente é descartado de maneira indevida causando degradação ao meio ambiente. outro fato também relacionado nesta oficina foi à composição química deste óleo de cozinha. no trabalho ‘reciclagem de óleo de fritura usado para produção de sabão como agente motivador e disseminador de conhecimento’ o autor afirma que a reciclagem de óleo de fritura é simples, minimiza os impactos ambientais e incentiva o trabalho em equipe, solidário, no qual cada sujeito se considere co-responsável pelo resultado, integrando assim a universidade à comunidade [4]. tal fato também foi observado no presente ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 87 trabalho, os alunos passaram a apresentar uma atitude de coletividade, melhor relação professoraluno em sala de aula, além de perceber a capacidade que se tem de fazer algo simples, mas com efeitos grandes. a oficina também proporcionou aos alunos a oportunidade de aprender e repassar para a comunidade local, em que ele está inserido, algo que pode fazer parte de uma complementação financeira proporcionando a sustentabilidade aliada a preservação do meio ambiente. pelo teor das discussões, pôde-se notar que após as informações necessárias sobre o tema os alunos já tinham uma visão mais crítica do assunto e até propuseram soluções para reduzir alguns dos problemas detectados no seu ambiente de convívio. foi notório e satisfatório o grau de conhecimento que os alunos adquiriram nos minicursos, sendo de extrema importância para a formação dos mesmos, uma vez que ficou mais fácil aprender química usando temas que podemos relacionar com o cotidiano. estudando o ctsa (ensino ciência, tecnologia, sociedade e ambiente) aplicado ás atividades extraclasses, onde o autor teve como objetivo conscientizar os alunos e a comunidade sobre os problemas e impactos ambientais provocados pelo lixo, além de alertá-los sobre a importância da manutenção do ecossistema observou que a aproximação do ensino ambiental ao ensino da química foi vantajosa, já que existem semelhanças entre o processo científico e o processo de resolução de problemas, que exigiu dos alunos observação, problematização e acompanhamento dos resultados. o ensino ambiental foi interessante aos alunos porque se liga à realidade concreta e tem o potencial de ligar conhecimentos à ação social. e foi considerado um tema atrativo, pois estimulou o interesse dos alunos pela química e despertou neles uma preocupação com o meio ambiente, o que concede uma dimensão social e ética à atividade científica [5], resultado semelhante ao observado neste trabalho uma vez que o tema lixo motivou, aos alunos um interesse crescente pela disciplina de química, mostrou a relação estreita que a química tem com o cotidiano, desmistificou a impressão que se tinha da disciplina química, que era a de memorização de fórmulas e “decorar” símbolos. a atividade de coleta seletiva também motivou a participação ativa dos alunos, que puderam nesta atividade estabelecerem relações qualitativas e quantitativas dos resíduos produzidos pelo ambiente escolar. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 88 tabela 1. demonstrativo da quantidade de materiais coletados nos meses de maio e junho recolhidos em coleta seletiva na escola de olivedos. papelão (kg) plástico (kg) papel (kg) vidro (kg) resíduos mistos (kg) total 7 5 5 2 15 34 a tabela 1 refere-se às quantidades de materiais coletados nos meses de maio/junho conforme levantamento feito pelos alunos, na atividade de coleta seletiva. a figura 4 mostra a distribuição dos diversos materiais coletados. na primeira coleta dos resíduos, da escola de olivedos, foi gerado 7 kg de papelão, 5 kg de plástico, 5 kg de papel branco, 2 kg de vidro e 15 kg de resíduos mistos (material caracterizado por embalagens de alimentos do tipo: balas, pipocas, biscoitos, copos descartáveis e embalagens compostas por mais de um tipo de material). os resultados obtidos no segundo período de coleta seletiva (meses de julho e agosto) estão apresentados na tabela 2, conforme levantamento feito pelos alunos. tabela 2. demonstrativo da quantidade de materiais coletados nos meses de julho e agosto recolhidos em coleta seletiva na escola de olivedos. papelão (kg) plástico (kg) papel (kg) vidro (kg) resíduos mistos (kg) total 15,30 3,85 3 7 21 50,15 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 89 figura 4 quantidade dos diversos materiais coletados na coleta seletiva dos meses de maio e junho. figura 5 quantidade dos diversos materiais coletados na coleta seletiva dos meses de julho e agosto. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 90 observa-se nas figuras 4 e 5, que para alguns materiais recicláveis as quantidades dos resíduos gerados aumentaram significativamente, isso não se deu devido ao incentivo ao consumo, mas devido a todo um processo de conscientização dos alunos sobre a importância de separar os materiais e seu descarte seletivo. observa-se também que este incremento deve-se as intervenções de educação ambiental e a mudança de comportamento da comunidade em relação à geração e descarte dos resíduos sólidos que podem ser em grande parte reciclados. conclusões o ensino de química relacionado com o cotidiano dos alunos, a partir da temática lixo, propiciou aos mesmos uma percepção cientifica e crítica desse problema que atinge cada vez mais a sociedade. a prática de ensino, através da contextualização, torna a aprendizagem mais dinâmica e significativa. embora a problemática do lixo não se resolva de forma imediata e nem apenas nos muros da escola, a conscientização e a tomada de decisões são trabalhos que precisam ser contínuos e, para isto, a escola pode ter um papel preponderante. embora os resultados tenham sido significativos percebe-se que os mesmos não foram suficientes. e, se parar por aqui, em pouco tempo tudo estará esquecido pela grande maioria. pois não serão ações isoladas que resolverão o problema. a educação ambiental deve ser um programa permanente da escola, para que seja suficiente para modificar a atitude da comunidade escolar e local. a razão que motivou a criação de oficinas de papel reciclado foi à contribuição que a educação ambiental pode dar para a promoção da sustentabilidade regional a comunidade demonstrou grande aceitação ao projeto de coleta seletiva de resíduos sólidos implantada na escola e sua doação aos catadores de lixo. este fato foi comprovado pelo nível de engajamento das pessoas que participavam das atividades elaboradas e desenvolvidas pela equipe coordenadora do projeto. os resultados foram satisfatórios uma vez que os objetivos foram alcançados, pela a inserção do temática lixo e reciclagem no ensino de química como também pela quantidade de ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 91 materiais coletados que antes causavam contaminação ao ar, ao solo ao lençol freático e a corpos d’água deixaram de ser lançados no meio ambiente. verificou-se na comunidade uma forte sensibilidade à questão dos catadores, pois apesar de alguns moradores necessitarem de complementação financeira, foi estabelecido pela comunidade, que os materiais coletados seriam doados aos catadores de lixo. referências [1] g. lessa. revista brasileira de estudos pedagógicos. 41 (1964) 252. 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[5] c.d.o. borges, a. p. a. borges, d.g. santos, e.d.p. marciano, l.c.d.c. brito g.m.b., carneiro, s.m.t. nunes. revista iluminart do ifsp. 1 (2009) 193. trash and recycling as motivating theme in chemistry teaching abstract this work was a study of self-reflection on teaching practices for environmental education (ee) developed in the context of teaching chemistry at the monsenhor stanislaw school located in olivedos-pb. the research aimed to develop and analyze insertion of pedagogical actions of environmental education practices combined with the teaching of chemistry, with the implementation of selective collection in schools, workshops such as paper recycling, recycled frying oil used in the manufacture of soap and reuse of plastic bottles. to reflect on the practice faced, there was a collection of data via registration of field observation journals, questionnaires, photographs and visual documents, achieving a number of workshops related to an educational environment. the actions undertaken involved in addressing environmental issues through the ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 92 textbook, the development of an environmental education project to identify environmental problems around the school but also in the city in general. it was observed the importance of using the textbook, but it also highlights the need to develop community outreach projects of environmental education (ee) and projects involving the school community. it was found that the ea in the teaching of chemistry requires a long process of building collective action, in which students and teachers need to be mobilized to engage in environmental actions. that means building an ongoing process of renewal strategies, re-actions, class discussion, use of techniques to develop learner autonomy and creativity. in this sense, to involve environmental education practices in the school community is to let emerge the values, attitudes, concepts and skills to turn them into action with the hope of creating trails to build a new reality. keywords: environmental education, waste, chemical recycling original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | 59 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 study of the thermal behavior in solid state of mn(ii)-diclofenac complex marcelo kobelnik1+ , valdecir ângelo quarcioni2 , adélia emília de almeida3, clóvis augusto ribeiro4 , marisa spirandeli crespi4+ 1 centro universitário do norte paulista (unorp), são josé do rio preto, são paulo, brazil 2 instituto de pesquisas tecnológicas (ipt), são paulo, são paulo, brazil 3 são paulo state university (unesp), school of pharmaceutical science, araraquara, são paulo, brazil 4 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil + corresponding authors: marcelo kobelnik, e-mail address: mkobelnik@gmail.com marisa spirandeli crespi, e-mail address: crespims@gmail.com article info article history: received: september 13, 2017 accepted: april 9, 2018 published: may 29, 2018 keywords: 1. mn(ii)-diclofenac complex 2. thermal analysis 3. monotropic reaction 4. activation energy 1. introduction the diclofenac (2-[2,6dichlorophenylamino]phenylacetate) is a pharmaceutical drug that can be used as a chemical ligand and has the coordinating ability for complexing several metal ions due to its carboxyl group. the studies of the stable metal complex can be used for different purposes, such as the obtaining metallic oxides to advanced materials (ceramics, glasses, among others) or to obtain new properties of application in biological functions1-4. thus, the thermogravimetry is a valuable technique for studying the thermal behavior of solid-state compounds of metal complexes, which are essential to synthesize complexes in the desired stoichiometry in several applications. recently, kobelnik et al. reported the preparation and thermal characterization of a white powder of diclofenac-sr and ba compounds, which were evaluated by thermal analysis with two sample masses (2 and 5 mg). the activation energy of dehydration has the similar behavior, but the first and second thermal decomposition stages showed several values of activation energy5. besides, compounds of aluminum and indium (iii)6 abstract: the preparation, characterization and thermal behavior of mn(ii)-diclofenac solid-state complex was investigated by simultaneous tg/dta and dtg curves, dsc, x-ray powder diffraction (xrd) and scanning electron microscopy (sem) techniques. the thermal evaluation was carried out with sample masses of 2 and 5 mg, with the purpose of comparing the values of activation energy regarding dehydration, monotropic phase transition and thermal decomposition in both samples mass. the dsc curves were obtained in opened and with crimped lids crucibles of aluminum under oxygen purge gas and static air (without purge gas). the dta and dsc curves show an exothermic peak between 150-180 °c depending on heating rate, which can be attributed to the monotropic non-reversible reaction. the activation energy (ea/kj mol-1) to dehydration, the monotropic phase transition and the first thermal decomposition step were determined by capela-ribeiro nonlinear isoconversional method. the activation energy under oxygen dynamic purge gas shows lower values compared to those obtained under static air. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 mailto:mkobelnik@gmail.com mailto:crespims@gmail.com http://orcid.org/0000-0001-6879-3172 http://orcid.org/0000-0003-0840-4758 http://orcid.org/0000-0002-7984-5908 http://orcid.org/0000-0003-0638-7472 original article 60 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 and cobalt (ii)7 ions were also evaluated by thermal analysis with the aim of obtaining the activation energy by thermal decomposition and phase transition, respectively. in these previous studies57, the activation energy was evaluated with several masses of sample and purge gases to comparison among them. thus, as an extension of that works5-7, the aim of the current work is the study of the thermal behavior and obtaining the kinetics parameters to dehydration, phase transition, and thermal decomposition of mn (ii)-diclofenac complex (mn(diclof)2) in the solid-state. the investigations of the dehydration, the first thermal decomposition and a monotropic phase transition (exothermic reaction) of this complex were evaluated by thermogravimetry (tg), differential thermal analysis (dta) and differential scanning calorimetry (dsc). in addition, to compare the thermal behavior obtained by tg and dsc curves, the analyses were carried out with two different sample sizes and under oxygen purge gas and static condition (without purge gas)4, 5. nevertheless, the monotropic reaction stage (before and after this reaction) was also evaluated by x-ray powder diffraction (xrd) and scanning electron microscopy (sem). moreover, the calorimetric evaluation of the complex by dsc curves was carried out under two main conditions: samples in opened and crimped aluminum crucibles to obtain a comparison between the values of activation energy. 1.1 kinetic parameters – nonlinear isoconversional method the kinetic parameters to the thermal decomposition step of the complex were estimated by capela-ribeiro8 nonlinear isoconversional method, using 4th order rotational approximation of the temperature integral9. for a given conversion  and a set of n experiments carried out at different heating rates i (i = 1.. n), the parameters activation energy, e, and the b term can be determined from equation 1 minimizing the sum of squares to the plot of heating rate  to each  as function of the zi=103/rti. (i = 1.. n) : 𝑆(𝐸. 𝐵) =∑(𝛽𝑖 − exp⁡(𝐵 − 𝐸𝑧𝑖) 𝑧𝑖 𝐸3𝑧𝑖 3 + 14𝐸2𝑧𝑖 2 + 46𝐸𝑧𝑖 + 24 𝐸4𝑧𝑖 4 + 16𝐸3𝑧𝑖 3 + 72𝐸2𝑧𝑖 2 + 96𝐸𝑧𝑖 + 24 ) 2𝑛 𝑖=1 ⁡⁡⁡⁡⁡⁡(1) 𝐵 = 𝑙𝑛 ( 103𝐴 𝑅𝑔(𝛼) )⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡(2) where a is the pre-exponential factor, r is the gas constant, and g() represent the reaction mechanism. 2. experimental the experimental conditions to the preparation of mn(diclof)2 complex is like that previously described5-7. a stoichiometric mixing of mn(ii) chloride and potassium diclofenac aqueous soluitons was preapred with continuous stirring until total precipitation of the complex. the precipitate was filtered and washed with water up to the elimination of chloride ion. then, the solid was dried at room temperature, macerated and stored in a desiccator over anhydrous calcium chloride up to constant mass. the thermal analysis was performed by simultaneous tg-dtg and dta using a ta instruments 2960 sdt, in the 30-400 °c temperature range in open alumina reference and sample pans under a dynamic nitrogen purge gas (flow rate: 100 ml min-1), heating rates of 5, 10 and 20 °c min-1 and sample masses of 2 and 5 mg. the stoichiometry evaluation of the complex was obtained by tg curve, using a sample of 7.516 mg in an -al2o3 crucible, with a heating rate of 20 ºc min-1 in synthetic air purge gas with a flow of 100 ml min-1. the kinetic evaluation was carried out by capela and ribeiro method8, and the curves were obtained using heating rates of 5, 10 and 20 ºc min-1 and sample masses of around 2 and 5 mg, following the ictac kinetics committee recommendation10. the phase transition was evaluated by dsc curves in a equipament from ta instruments, dsc 2910 model, between 40 and 200 °c, with heating rates of 5, 10 and 20 °c min-1, aluminum crucible, either open or with crimped lids, in oxygen purge gas (50 ml min-1) or static air. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 original article 61 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 the x-ray diffraction patterns (xrd) were performed in a siemens d-500 x-ray diffractometer using cuk radiation ( = 1.54056 å) and settings of 40 kv and 30 ma. the morphology study of this complex was performed by sem, using a jeol scanning electron microscope, model jsm-t-330a at an accelerating voltage of 20 kv. the sample was covered with a thin and uniform layer of gold, by sputtering, using a vacuum evaporator. 3. results and discussion 3.1 thermal behavior simultaneous tg/dtg-dta curves of hydrated mn(diclof)2 are shown in figure 1. the tg curve of the complex shows that the first mass loss of 2.65 % between 30 and 118 ºc, which can be attributed to the loss of one water molecule, corresponds to the broad endothermic event in dta curve. the peak is seen in dta curve between 155 and 182 ºc, having a maximum at 172 ºc, without corresponding mass loss in tg curve. thus, the material was heated to a temperature immediately higher than the exothermic peak, rapidly cooled and then heated again to verify if this reaction is reversible or not, or if an oxidation reaction occurs. based on the above information, the exothermic event was attributed to the monotropic phase transition. after heating up to 182 ºc, this monotropic transition was evaluated by xrd (see below figure 2c), where it is possible to observe the absence of diffraction lines, which can be attributed to a non-crystalline complex. figure 1. simultaneous tg/dtg and dta curves of mn(diclof)2.h2o in synthetic air, sample mass of 7.516 mg, heating rate of 20 ºc min-1 in -al2o3 crucible. besides, figure 1 shows that the complex has loss mass in three steps between 233 and 693 ºc. the first step has a mass loss of 40.02 %, and it is remarkable the presence of a weak endothermic event at 258 ºc. the presence of only one small endothermic event was attributed to the simultaneous reactions, which occur due to the thermal equilibrium between the exothermic and endothermic processes. the second and third steps of thermal decomposition occur between 355 and 693 ºc, and the mass loss is 47.23 %. for this process, two exothermic peaks were observed in dta curve. the analysis of the final residue, after a total mass loss, is in agreement with the formation of mn3o4, which was confirmed by xrd (residue of mn3o4 from tg: 89.56 % (obtained); 89.67 % (calculated)). the xrd powder patterns of the complex are shown in figure 2 (a-c). these analyses reveal that this complex may exist in three conditions: hydrated (fig. 2a), dehydrated (fig 2b) and after the monotropic reaction (fig. 2c). on the other hand, when this analysis was made under nitrogen purge gas after the temperature interval of 182 ºc, (figure 2 d) it was seen that under this condition the complex is also non-crystalline. sem micrographs (figure 3 a-c) show no significant difference in the morphology of the hydrated and dehydrated complex, and after the monotropic phase transition. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 original article 62 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 figure 2. characteristic parts of x-ray diffraction patterns before (a) and after (b) dehydration step and (c) after the monotropic phase transition. the fig. 3d corresponding to analysis in nitrogen purge gas, after the monotropic phase transition. figure 3. scanning electron microscopy: (a) showing the mn(diclof)2.h2o complex; (b) showing the mn(diclof)2 complex after dehydration stage and (c) showing the mn(diclof)2 complex after the monotropic phase transition. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 original article 63 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 figure 4 shows the tg/dtg curves for 2 mg of mn(dicl)2.h2o recorded in a nitrogen purge gas, which is an example of the set curves obtained to extract the kinetic parameters. the analyses with 5 mg of the complex were not included due to the significant similarity with the curves in figure 1 (mass losses are the same: 2 mg = 78.01 % and 5 mg = 78.30 %). these curves show that the mass loss occurs in two steps, being: 1 – the first mass loss attributed to the dehydration in a single stage in the range from 30 to 110 ºc and 2 – the thermal decomposition in the range between 190 and 290 ºc. figure 4. tg/dtg curves of mn(diclof)2.h2o, sample mass around 2 mg, under nitrogen purge gas in al2o3 crucible. the dsc curves (figures 5 and 6) show the monotropic phase transition in a static air and oxygen purge gas. both open and crimped lids aluminum crucibles conditions show the same exothermic event between 140 and 180 ºc, which is in agreement with dta curve, as observed in figure 1. another aspect seen on these curves is the difference of displacement in monotropic phase transition peaks under an oxygen purge gas (figure 5) when the mass of the sample was 5 mg. the peaks shift and became broader. however, under static condition (figure 6), the peaks are very close to each other, for both masses of the sample, suggesting overlapping reactions. this fact shows that the alteration in the monotropic phase transition in this complex is due to the oxygen conductivity that is favored, while in static air, the reaction does not occur with the same velocity, leading to a broad peak. figure 5. dsc curves in oxygen purge gas, sample mass around 2 mg (a) and 5 mg (b) in open and crimped lids aluminum crucibles. figure 6. dsc curves in static condition (without purge gas), sample mass around 2 mg (a) and 5 mg (b) in open and crimped lids aluminum crucibles 3.2 kinetic behavior the kinetic evaluation of dehydration and thermal decomposition was carried out from three tg curves, with two masses and only in nitrogen purge gas. the kinetic evaluation was also performed by three dsc curves under oxygen purge gas and static condition (without purge gas)57. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 original article 64 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 figure 7 shows the plot of the heating rate () as a function of the 1000/rt, obtained from decomposition stage with mass of 2 mg (tg curves), which allows determining the adjustment of activation energy (ea) for each fixed value of . figure 7. diagram of  versus conversion degree ( 50 %) in the decomposition step of 2 mg with the adjustment functions. 3.2.1 dehydration and decomposition stages the association between the activation energy (ea) versus conversion degree () values from dehydration and decomposition stages are shown in figure 8, and the values of activation energy are shown in table 1. figure 8. the calculated ea/kj mol-1 as a function of  for the dehydration and decomposition processes. table 1. ea (kj mol-1) and correlation coefficient (r) for the dehydration, thermal decomposition and monotropic phase transition sample mass *ea *r sample mass *ea *r 2 mg dehydration 67.2  0.2 0.99127 2 mg monotropic reaction (crimped lids) static condition 198.56  0.08 0.99691 5 mg dehydration 77.29  0.06 0.99525 5 mg monotropic reaction (crimped lids) static condition 270.8  0.2 0.99835 2 mg decomposition 110.7  0.09 0.99810 2 mg monotropic reaction (crimped lids) oxygen purge gas 142.91  0.03 0.99995 5 mg decomposition 107.8  0.1 0.99716 5 mg monotropic reaction (crimped lids) oxygen purge gas 150.91  0.06 0.99813 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 original article 65 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 2 mg monotropic reaction (open) static condition 213.56  0.02 0.99150 2 mg monotropic reaction (open) oxygen purge gas 118.21  0.03 0.99964 5 mg monotropic reaction (open) static condition 218.74  0.09 0.99250 5 mg monotropic reaction (open) oxygen purge gas 125.37  0.05 0.99982 *average for the dehydration step, the samples showed a tendency to maintain the same behavior. in fact, as the water loss is relatively small, the adjustment of the temperatures of the tg curves gives very close results, and therefore, the activation energy values are similar. it occurs when the displacement of the tg or dtg curves is not observed with varying the temperature. for the thermal decomposition process, the activation energy has a similar behavior for both masses used, but in this case, there was the displacement of the tg curves, which shows that the amount of mass used makes no difference in the kinetic behavior. also, as observed in dtg curves (figure 4), the thermal decomposition, for each heating rate, occurs in only one step, that is, without apparent overlapping reactions. 3.2.2 monotropic phase transition step the average activation energy values for the monotropic phase transition under static and oxygen purge gases are shown in table 1. figure 9 depicts the activation energy versus conversion degree (). as mentioned above about the behavior of dsc curves, the activation energy values under oxygen purge (figure 9b) are smaller than in static condition (figure 9a), but, show the same tendency in both conditions. this demonstrates that the kinetic reaction has the same behavior. in fact, the conductivity of the oxygen associate to the heat flow favors the reaction when compared to static air. this can be proved by the highest activation energy for this last condition using sample mass of 2 mg or 5mg, open or crimped lids aluminum crucible. figure 9, the calculated ea/kj mol-1 under static condition (without purge gas) (a) and oxygen purge gas (b) as a function of  for the monotropic phase transition 4. conclusions the thermal behavior of mn(ii)-diclofenac complex was studied with two sample masses as well as it was established the stoichiometry of this complex as mn(diclof)2.h2o. the thermal evaluation shows steps regarding dehydration, monotropic phase transition, and decomposition which could be evaluated from activation energy values. the results of activation energy for dehydration and decomposition steps showed that https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 original article 66 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 59-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.59-66 both samples have similar behavior for the different sample masses used in the assays. the kinetic evaluation of monotropic phase transition showed that activation energy is dependent on the experimental conditions. the xrd patterns show the non-crystalline form and sem micrograph indicate no significant change in the structure before thermal decomposition. 5. acknowledgments capes, ipt – instituto de pesquisas tecnológicas do estado de são paulo by tg curves and we would like to thank the lme-iq for the sem facilities. 6. references [1] issa, r. m., gaber, m., al-wakiel, n. a., fathalla, s. 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miriam vergínia lourenço1; carlos e. s. miranda1; suzelei de castro frança1; ana helena januário2* 1universidade de ribeirão preto-unaerp14096-380ribeirão pretosp 2universidade de franca-unifran14404-600francasp *anahjanuario@unifran.br resumo: o presente trabalho consiste no desenvolvimento e validação de um método analítico por clae/dad para a detecção da 7-hidróxi-4’,6-dimetóxisoflavona em culturas de células em suspensão e calos de dipteryx odorata cultivados in vitro. os parâmetros de validação: curva analítica, linearidade, precisão, recuperação, limite de detecção e limite de quantificação foram avaliados e os resultados obtidos demonstraram que o procedimento analítico proposto para a detecção e dosagem desta isoflavona está dentro dos parâmetros recomendados pela re899/03-anvisa, podendo ser utilizado para o controle de qualidade de culturas de células cultivadas in vitro desta espécie vegetal. palavras-chave: clae/dad; dipteryx odorata; isoflavona eq02-af:modelo-af 7/20/09 10:09 pm página 13 a clae é utilizada rotineiramente em fitoquímica tanto para isolamento de produtos naturais como para o controle de pureza de compostos isolados. os cromatogramas que são empregados como impressão digital são comparados àqueles de amostras desconhecidas para permitir a identificação de drogas ou para efetuar pesquisa de adulterações. a clae/dad, (dad: detector de arranjo de diodo) tem sido muito utilizada para a análise de extratos vegetais, fornecendo informações importantes quanto ao tipo de constituintes presentes. na literatura, são encontrados vários exemplos da utilização dessa técnica, tanto para obtenção como para quantificação de seus componentes. [3,4,5]. dipteryx odorata (aubl.) willd. (fabaceae) é conhecida popularmente na região amazônica pelo nome “cumaru”[6]. dados de literatura relatam a presença de diversas isoflavonas nesta espécie vegetal. na casca do caule de d. odorata destaca-se a presença da dipterixina e odoratina, [7,8] enquanto que na madeira foram encontradas as isoflavonas: odoratin, dipterixin, retusin, 8-metóxi-retusin e 3-hidróxi-8-metoxi-retusin [9,10]. culturas in vitro desta espécie também se mostraram fontes promissoras no acúmulo de isoflavonas [11]. os isoflavonóides têm adquirido considerável importância por exibirem diversas atividades biológicas: antioxidante, antifúngica, bactericida, antinflamatória, estrogênica e contraceptiva [12]. em estudo anterior a isoflavona 7-hidróxi4’,6-dimetóxisoflavona (1) isolada dos calos de d. odorata se mostrou ativa contra a gliceraldeido-3fosfato desidrogenase do tripanossoma cruzi [11]. embora esta isoflavona seja um composto de larga ocorrência em espécies de leguminosas, sua origem biossintética ainda é debatida, e estudos de detecção e quantificação deste composto e seus derivados em cultura de células são de grande importância em estudos biossintéticos [13]. validação para garantir que uma nova metodologia analítica gere informações confiáveis e facilmente interpretáveis sobre a amostra, a mesma deve passar por um procedimento de avaliação denominada validação. a validação de uma metodologia é um processo contínuo que começa no planejamento da estratégia analítica e continua ao 14 ecl. quím., são paulo, 34(1): 13-18, 2009 figura 1. estrutura da 7-hidróxi-4’,6-dimetóxisoflavona (1). longo de todo o seu desenvolvimento e transferência. para o registro de novos produtos, todos os órgãos reguladores do brasil e de outros países exigem a validação de metodologia analítica e, para isso, a maioria deles tem estabelecido documentos oficiais que definem as diretrizes a serem adotadas no procedimento de validação. um processo de validação bem definido e documentado oferece às agências reguladoras evidências objetivas de que as metodologias e os sistemas são adequados para o uso proposto [14]. no brasil, há duas agências credenciadas para verificar a competência de laboratórios de ensaios, a anvisa (agência nacional de vigilância sanitária) e o inmetro (instituto na cio nal de metrologia, normalização e quali dade industrial). estes órgãos disponibilizam guias para o procedimento de validação de métodos analíticos, os quais são,respectivamente, a resolução anvisa re nº 899 de 29/05/2003 e o documento inmetro doq-cgcre-008 de 03/2003 [14]. segundo a anvisa, a validação deve garantir, através de estudos experimentais, que o método atenda às exigências das aplicações analíticas, assegurando a confiabilidade dos resultados [15,16,17]. objetivo este trabalho teve como objetivo implementar e validar um método analítico capaz de detectar e quantificar a 7-hidróxi-4’,6-dimetóxisoflavona (1), principal metabólito secundário presente nas culturas de células em suspensão e calos de dipteryx odorata, popularmente conhecida co mo afrormosina, afromosina ou castanina (figura 1), visando o controle de qualidade de cultura de células cultivadas in vitro desta espécie vegetal. eq02-af:modelo-af 7/20/09 10:09 pm página 14 materiais e métodos material vegetal raízes de plântulas de d. odorata cultivadas in vitro foram seccionadas e inoculadas em meio de cultura ms suplementado com 2,0 mg/l de 2,4-d (ácido 2,4 diclorofenóxiacético) + 0,5 mg/l de 6-bap (6-benzilaminopurina) + 340 mg/l de kh2po4 + 30 g/l de sacarose e 2,0 g/l de phytagelâ para a indução de calos. os calos obtidos foram subcultivados em intervalos de 30 dias. as suspensões celulares, por sua vez, foram obtidas através da transferência dos calos do meio semisólido para meio líquido. as culturas de células em suspensão e os calos de dipteryx odorata cultivados in vitro, foram liofilizados, triturados e submetidos a processos de extração com meoh. esse procedimento foi realizado em triplicata. instrumentação e parâmetros cromatográficos os extratos foram submetidos à análise em um cromatógrafo shimadzu (modelo lc-10ad vp) com detector de arranjo de diiodo (modelo spdm10a vp) e injetor automático (modelo sil10ad vp), com volume de injeção de 20ml. foi utilizada uma coluna supelcosiltm lc18 (4,6 x 250 mm, supelco®), com partículas de 5 mm). no sistema eluente, foi adotada a eluição com gradiente envolvendo a mistura binária meoh/h2o (0,1% ácido acético). a composição da fase móvel variou de 50% a 100% (20 min), de 100% a 50% (6 min), 50% (10 min) com fluxo de 0,9 ml/min. foi utilizado um detector espectrofotométrico e a detecção foi feita na região do uv em 254nm. validação do método a quantificação do composto de interesse foi obtida através do método do padrão externo, o qual consiste na construção de uma curva de calibração, a partir de soluções-padrão de concentrações conhecidas. os parâmetros analíticos avaliados para o método de validação foram: linearidade, precisão, recuperação, limite de detecção e limite de quantificação. linearidade a linearidade corresponde à capacidade do método em fornecer resultados que expressem um 15ecl. quím., são paulo, 34(1): 13-18, 2009 relação de proporcionalidade entre um sinal físico medido e a concentração da substância em exame, dentro de uma determinada faixa analítica. a correlação entre o sinal medido (área ou altura do pico) e a massa ou concentração da espécie a ser quantificada gera a curva analítica, a qual pode ser matematicamente expressa pela equação da reta, cuja resolução permite a quantificação do analito. além dos coeficientes de regressão a e b, também é possível calcular, a partir dos pontos experimentais, o coeficiente de correlação r. este parâmetro permite uma estimativa da qualidade da curva obtida, pois quanto mais próximo de 1, menor a dispersão do conjunto de pontos experimentais e menor a incerteza dos coeficientes de regressão estimados. para o estudo da linearidade preparou-se uma solução estoque da isoflavona 1 na concentração de 10 mg/ml, dissolvendo-se a isoflavona 1 em metanol grau hplc, foram realizadas diluições para a obtenção das seguintes concentrações: 10; 1; 0,1; e 0,01 mg/ml. a curva de calibração foi construída plotando-se os valores médios das áreas dos picos cromatográficos em função das concentrações. precisão a precisão reflete a concordância entre os resultados obtidos em uma série de medidas de uma amostragem múltipla de uma mesma amostra. pode ser expressa como desvio padrão ou desvio padrão relativo (coeficiente de variação) de uma série de medidas. pode ser considerada em três níveis diferentes: repetibilidade intra e inter-ensaio e reprodutibilidade. é calculada através da seguinte equação: dpr = dp x 100 dpr = desvio padrão relativo cmd dp = desvio padrão cmd = concentração média determinada a precisão do método foi avaliada pela repetibilidade (precisão intra-corrida), injetando-se em triplicata os extratos metanólicos dos calos e células em suspensão de d. odorata, registrando-se os valores das áreas dos picos cromatográficos e calculando-se o desvio padrão das determinações. recuperação a recuperação (ou fator de recuperação), eq02-af:modelo-af 7/20/09 10:09 pm página 15 16 ecl. quím., são paulo, 34(1): 13-18, 2009 r, é definida como a proporção da quantidade da substância de interesse, presente ou adicionada ao material teste, que é passível de ser extraída e quantificada. para a avaliação da recuperação foram preparadas, amostras de calos e células em suspensão na concentração de 0,01 mg ps/ml, onde ps = peso seco , utilizando metanol como solvente. outras três soluções de calos e células em suspensão foram preparadas, adicionando-se a cada solução, 10 ml de uma solução 0,01 mg/ml da isoflavona 1 empregada como padrão. as determinações de concentração de cada solução foram feitas em triplicata, e calculadas as porcentagens de recuperação. sensibilidade a sensibilidade é a capacidade de um método distinguir pequenas variações de concentração, sendo determinada através dos limites de quantificação e de detecção. limite de detecção (ld) o limite de detecção (ld) representa a menor concentração da substância em exame que pode ser detectada, mas não necessariamente quantificada. a magnitude do sinal físico medido deve ser três vezes a magnitude do sinal do ruído. ld = dpc x 3 dpc = desvio padrão da curva ic ic = coeficiente angular da reta limite de quantificação (lq) o limite de quantificação (lq) representa a menor concentração da substância em exame que pode ser medida, utilizando um determinado procedimento experimental. a magnitude dessa concentração limite deve ser dez vezes a magnitude do sinal do ruído. ld = dpc x 10 dpc = desvio padrão da curva ic ic = coeficiente angular da reta os limites de detecção (ld) e de quantificação (lq) foram calculados pela divisão do desvio padrão da curva de calibração pelo seu coeficiente angular, multiplicados por 3,0 e 10,0, respectivamente. as determinações foram calculadas em 10 replicatas. resultados e discussão a análise qualitativa dos extratos metanólicos das culturas de calos e células em suspensão de d. odorata por clae apresentaram o mesmo perfil cromatográfico (figura 2), sendo o teor da isoflavona 1 nas culturas de calos de 41,353 ± 1,954 mg/gps e nas células em suspensão de 37,779 ± 0,444 mg/gps (tabela 1). figura 2. perfil cromatográfico obtido por clae das culturas de células de d. odorata a 254 nm. a) cultura de calos e b) cultura de células em suspensão. b a essa análise demonstrou que o composto majoritário presente nas amostras corresponde a isoflavona 1 (figura 3a), que apresenta tr = 16,45 min e cujo espectro no uv possui dois máximos de absorção a 258 e 320 nm (figura 3b). eq02-af:modelo-af 7/20/09 10:09 pm página 16 para as análises qualitativas e quantitativas foi utilizado como padrão secundário a própria isoflavona 1, previamente isolada e identificada por januário [4]. foi construída a curva de calibração para a isoflavona 1(figura 4) com quatro pontos no intervalo de concentração de 0,001 a 1 mg/ml. a curva apresentou uma excelente linearidade entre a concentração e a área do pico correspondente a isoflavona, a qual é demonstrada pelo r = 0,99987. a equação de regressão linear obtida foi: y = 8,96 x 107 x + 359212,3984, onde x é a concentração e y é a área do pico. 17ecl. quím., são paulo, 34(1): 13-18, 2009 tabela 1. teor da isoflavona 1 nas matrizes de d. odorata avaliadas. matriz concentração (mg/gps)* calos 41,353 ± 1,954 células em suspensão 37,779 ± 0,444 * media +/desvio padrão figura 3. a) cromatograma obtido por clae; b) espectro no uv da isoflavona 1. b a os resultados de precisão e recuperação são apresentados na tabela 2 e demonstraram que apesar dos cromatogramas dos calos e das células em suspensão serem bastante similares, a precisão obtida para as células em suspensão foi muito boa com valor da ordem 1,95 %, enquanto que para os calos esse valor foi superior de 8,04 %. essa discordância entre os resultados deve-se, possivelmente, às diferenças existentes entre as matrizes. enquanto que os calos apresentam-se como uma massa de células desorganizadas e parcialmente desdiferenciadas, nas células em suspensão sua aparência é mais uniforme. figura 4. curva de calibração da isoflavona 1 pelo método cromatográfico, clae. tabela 2. resultados da precisão e recuperação das matrizes testadas. matriz precisão recuperação (%) (%) calos 8,04 90,720 células em suspensão 1,95 78,401 foram obtidos limites de detecção e de quantificação de (0,0018 mg/ml) e (0,062 mg/ml), respectivamente, os quais foram determinados matematicamente através da relação entre o desvio padrão da curva de calibração e sua inclinação, utilizando-se o fator multiplicador apropriado. eq02-af:modelo-af 7/20/09 10:09 pm página 17 conclusões o método analítico proposto para extração, detecção e quantificação da isoflavona 7-hidróxi4’,6-dimetóxisoflavona (1) em cultura de células em suspensão e calos de dipteryx odorata apresentou resultados satisfatórios em todas as etapas do processo de validação, dentro dos parâmetros recomendados pela re 899/03-anvisa, mostrando ser sensível, preciso e linear, podendo contribuir para o controle de qualidade de culturas de células cultivadas in vitro desta espécie vegetal. agradecimentos ao técnico de laboratório josé franciraldo de lima pela manutenção das culturas de d. odorata e a capes pelo suporte financeiro. received august 06 2008 accepted november 05 2008 18 ecl. quím., são paulo, 34(1): 13-18, 2009 r.s. fernandes, m.v. lourenço, c.e.s. miranda, s.c. frança, a.h. januário. validation of the methodology for extration and quantitation of the 7-hydroxy-4’,6-dimethoxylisoflavone in suspension cells and callus cultures of dipteryx odorata. abstract: the present work consists of the development and validation of hplc analytical methodology for the evaluation of 7-hydroxy-4’,6-dimethoxyisoflavone in cells suspension and callus culture of dipteryx odorata. the validation parameters: analytical curve, linearity, precision, recovery, detection limit and quantification limit were determined and they demonstrated that the analytical procedures for the detection and quantification for this isoflavone follow the requeriments of regulatory re899/03national health surveillance agency (anvisa) and could be applied to cells culture quality control of this vegetal species. keywords: clae/dad; dipteryx odorata; isoflavona. referências [1] dewick, p. m. medicinal natural products: a biosynthetic approach. john wiley & sons, chichester, 1st edn.,1997. 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em microeletrônica e em medicina, como em: memória magnética, transporte magnético de complexos bioquímicos, imagem de ressonância magnética, entre outras. as propriedades magnéticas de nanopartículas são muito sensitivas aos seus tamanhos e às suas formas. nesse sentido, muitos esforços têm sido realizados com o intuito de controlar a forma e a distribuição do tamanho das nanopartículas. nas últimas décadas nanoestruturas constituídas por óxidos de ferro foram intensamente estudadas. todavia, mais recentemente, o foco das pesquisas tem se voltado para outros metais de transição. dentre estes, o cobalto vem sendo investigado em decorrência de sua alta susceptibilidade magnética. neste contexto, o presente artigo tem o objetivo de apresentar e efetuar uma análise comparativa das mais significativas vias sintéticas empregadas até o presente momento para se obter nanopartículas de cobalto. palavras-chave: nanopartículas, cobalto. introdução as aplicações de nanopartículas magnéticas vêm permitindo avanços significativos na informação atual sobre esses materiais e nas tecnologias biológicas, as quais incluem o armazenamento de informações, sensores magnéticos, bio–separadores e desenvolvimento de novos medicamentos [1-2]. as nanopartículas magnéticas oferecem várias possibilidades de aplicação em biomedicina. isto porque esses materiais apresentam tamanho na extensão de alguns a dezenas de nanômetros, os quais são menores ou comparáveis ao tamanho de uma célula (10 – 100 µm), de um vírus (20 – 450 nm), de uma proteína (5 – 50 nm) ou de um gene (2 nm de largura e 10 – 100 nm de comprimento) [3-4]. isto significa que as nanopartículas podem ser empregadas como uma entidade biológica. certamente, esses materiais podem ser revestidos com moléculas biológicas para fazer com que os mesmos interajam com outras espécies biológicas e, desse modo, fornecendo um meio controlável de endereçamento dessas espécies no organismo [5]. além disso, os materiais nanoestruturados são magnéticos, o que significa que os mesmos seguem as leis de coulomb e podem, portanto, serem manipulados por um campo magnético externo [6-7]. também, as nanopartículas magnéticas podem responder a uma variação magnética em função do tempo, o que conduz a um efeito de transferência de energia do campo magnético excitante para as nanopartículas [8]. assim, as nanoestruturas podem sofrer aquecimento, o que propicia o seu uso como agentes epitérmicos ou como agentes quimioterápicos e radioterápicos, conduzindo a uma destruição das células malignas [9]. 154 artigo article pode–se dizer que muitas pesquisas realizadas nas últimas décadas foram enfocadas em óxidos de ferro. estas estruturas foram identificadas como proeminentes para experimentação devido às suas habilidades para produzir um momento de dipolo sobre a aplicação de um campo magnético. entretanto, mais recentemente, algumas pesquisas têm colocado ênfase sobre as nanoestruturas compostas por outros metais de transição (ni e co e suas ligas) [10]. estes metais possuem várias propriedades que são mais ideais do que àquelas observadas para os óxidos de ferro. metais de transição magnéticos nanoestruturados exibem comportamento ferromagnético, enquanto que àqueles de ferro exibem comportamento superparamagnético. as estruturas ferromagnéticas produzem um momento magnético maior do que as estruturas superparamagnéticas. também, os metais de transição retêm suas propriedades magnéticas na ausência de um campo magnético, enquanto que as nanoestruturas de óxido de ferro não retêm. nanopartículas de fe o apresentam uma 3 4 definição magnética pobre e difícil controle das propriedades magnéticas. muitas complicações são encontradas em seus procedimentos de síntese, a saber: uma mistura de muitas fases de óxidos de ferro, baixa cristalinidade e grande dispersão no tamanho das partículas. todas essas confusas com a interpretação das propriedades magnéticas [10]. as propriedades magnéticas de nanoestruturas são muito sensitivas aos seus tamanhos e às suas formas. geralmente, as pesquisas nas últimas décadas foram realizadas com nanoestruturas esféricas que apresentavam diâmetro menor do que 100 nm. entretanto, atualmente, o desenvolvimento está centrado em nanohastes. concernente ao interesse desse estudo, a forma das hastes é vantajosa porque, usando o mesmo volume de material do que uma nanoesfera correspondente, a nanohaste exibirá um momento de dipolo maior sob a aplicação de um mesmo campo magnético. a idéia central desse tipo de estudo é o de fazer nanoestruturas de cobalto na forma de hastes. o cobalto é ideal porque possui uma alta susceptibilidade magnética [10 17]. o cobalto é muito conhecido por apresentar duas estruturas cristalinas: hcp e hcc. embora estas duas fases possam coexistir à temperatura ambiente, a estrutura hcc é termodinamicamente favorecida oacima de 450 c e a fase hcp é favorecida a baixas temperaturas [18]. a existência de estruturas hcc e hcp para o cobalto foi primeiramente reportada por hull [19]. krainer e robistsch reportaram a observação de novos picos na difração de raios x de amostras de cobalto, mas a estrutura nunca foi completamente esclarecida [20]. kajwara e colaboradores observaram novas linhas no difratograma de raios x de nanoclusters do metal, porém atribuíram–nas a uma forma polimorfa das duas estruturas cristalinas até então conhecidas [21]. resultados similares foram reportados por leslie – pelecky e colaboradores, com partículas de cobalto preparadas pela redução de solução de sais de cobalto com lítio metálico [22]. com o desenvolvimento da nanotecnologia, alguns autores reportaram que o cobalto apresenta uma terceira forma cristalina, a forma å, cuja obtenção está diretamente associada a metodologias de sínteses de nanoestruturas [10]. neste contexto, este artigo tem o objetivo de apresentar e efetuar uma análise comparativa das mais significativas rotas sintéticas empregadas até o presente momento para se obter nanopartículas de cobalto. nanopartículas de cobalto: sínteses e caracterizações song e colaboradores desenvolveram um método para a obtenção de nanopartículas de cobalto usando um reator microfluídico polimérico [23]. os autores efetuaram uma variação nas condições experimentais tais como: velocidade do fluxo e tempo de reação. as nanopartículas de cobalto foram preparadas no micro-reator através da redução de cocl em tetrahidrofurano (thf) usando hidrotrie-2 tilborato de lítio (libh(c h ) ) como agente redutor 2 5 3 e 3-(n,n-dimetildodecilamônio)-propranosulfonato (sb12) como estabilizador para a reação química mostrada abaixo: c h n(ch ) (c h -so ) + libet h — >1 2 2 5 3 2 3 6 3 3 c h n(ch ) (c h -so ).libet h12 25 3 2 3 6 3 3 c h n(ch ) (c h -so ) + libet h + cocl —> 12 25 3 2 3 6 3 3 2 co . c h n(ch ) (c h -so ).licl + bet + ½ hcolóide 12 25 3 2 3 6 3 3 2 a formação do óxido de cobalto foi evitada efetuando a reação, em thf, sob atmosfera inerte. nanopartículas de cobalto com estruturas fcc foram formadas nas condições de reação com alto nível de energia cinética (ou seja, alta velocidade de reação). nas condições de reação com baixa velocidade, as nanopartículas de cobalto com estruturas hcp foram obtidas. quando as nanopartículas foram obtidas à baixa velocidade e com crescimento por um longo período, a forma metaestável, å, do cobalto foi ecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 artigo article 155 obtida. os resultados mostraram, portanto, um potencial uso do reator para a obtenção das nanopartículas com diferentes estruturas, as quais acarretam diferenças nas propriedades observadas, como por exemplo, nas propriedades magnéticas. a caracterização por microscopia eletrônica de transmissão mostrou formas esféricas para as partículas e diâmetros da ordem de 3 – 5 nm, dependendo da estrutura obtida. as propriedades magnéticas das nanopartículas mostraram diferenças significativas entre as amostras que são consistentes com as três diferentes estruturas cristalinas obtidas [23]. sun e murray utilizaram alta temperatura e uma fase de solução redutora de cloreto de cobalto na presença de agentes estabilizantes para produzir colóides magnéticos de nanocristais de cobalto [24]. no experimento, cloreto de cobalto anidro, ácido oléico e éter dioctílico foram misturados sob nitroogênio e aquecidos a 100 c. então, tributilfosfina foi adicionada e a mistura reacional foi aquecida a 200 oc. uma solução de éter dioctílico e super – hidreto foi injetada sob vigorosa agitação. uma mudança de cor de azul escuro para preto foi observada, indicando a redução do complexo de cobalto (ii) azul para formar partículas de cobalto metálico. a solução foi oagitada a 200 c por 20 minutos e, então, esfriada à temperatura ambiente. as partículas foram precipitadas pela adição de etanol à dispersão. o sobrenadante foi descartado por decantação ou centrifugação. as partículas magnéticas precipitadas foram redispersas hexano contendo ácido oléico para promover a estabilidade [24]. o experimento foi conduzido com diferentes surfactantes. verificou–se que o tamanho de partícula pode ser controlado pelo tamanho dos surfactantes. pequenas cadeias de alquilfosfinas permitiram rápido crescimento e resultaram em grandes partículas de cobalto, enquanto que cadeias de alquilfosfinas maiores reduziram o crescimento da partícula e favoreceram a formação de nanopartículas menores [24]. o procedimento descrito no parágrafo precedente conduz à formação de nanopartículas de cobalto na forma å que foi convertida à forma â por oaquecimento a 300 c sob uma mistura de argônio (95%) e hidrogênio (5%) ou sob vácuo (0,2 mmhg). obtiveram–se duas séries de partículas de cobalto, com diâmetros de 6 e 9 nm. os resultados das medidas magnéticas mostraram que as partículas estão bem abaixo do tamanho crítico no qual as nanopartículas tornam-se um único magneto e são pequenas o suficiente para indicar superparamagnetismo. dumestre e chaudret descrevem um método simples que não requer um procedimento especial ou seleção de tamanho para a preparação de nanopartículas de cobalto, nanohastes e nanofios de diâmetros uniformes [25]. a variação dos parâmetros de síntese propiciou preparar nanopartículas esféricas de tamanho uniforme e nanohastes. o principal aspecto envolvido foi o de selecionar a cadeia alquila do ligante. tipicamente, a reação de decomposição de 3 4[co(ç -c h )(ç -c h ] foi conduzida a uma pressão 8 13 8 12 de 3 bar de h (com a pressão inicialmente à tempera-2 tura ambiente do reator) na presença dos ligantes. o uso de um ligante simples, tal como a hexadecilamina (relação molar de 1:1 co/amina) conduziu à formação de nanopartículas pequenas e, inclusive, de aglomerados. de modo similar, o uso de oleilamina o(ch (ch ) ch=ch(ch ) nh a 150 c produziu 3 2 7 2 8 2 nanopartículas com grande distribuição de tamanho. todavia, com ácido oléico foram obtidas nanopartículas monodispersas com diâmetro médio de 5 nm. quando ácido oléico e oleilamina foram usados conjuntamente como ligantes (1 equivalente de cada osubstância, 150 c e 3 bar de h ), a síntese inicial-2 mente produz nanopartículas com dimensão média de aproximadamente 3 nm, as quais são as únicas espécies presentes após 3 horas de reação. entretanto, após 48 horas, nanohastes regulares, de aproximadamente 9 x 40 nm, foram as únicas espécies em solução [25]. a importância do hidrogênio na obtenção de nanopartículas por esse método também foi verificada. foram efetuados dois procedimentos idênticos em dois reatores diferentes. após 3 horas de reação, os reatores foram evacuados. o primeiro reator foi pressurizado a 3 bar com h e o segundo a 3 bar com 2 argônio. após 48 horas, nanohastes foram obtidas no primeiro e nanopartículas com diâmetro médio de 4 nm foram obtidas no segundo reator. constatou–se também que a natureza do precursor foi importante. 3 4o uso de [co (co) ] no lugar de [co(ç -c h )(ç -2 8 8 13 c h ] propiciou a formação de nanopartículas 8 12 polidispersas com diâmetro médio de 10 nm. verificou–se, também, que o tamanho da cadeia alquila do grupo amina afeta o tamanho e morfologia das nanopartículas obtidas [25]. uma metodologia de síntese para a obtenção de nanoestruturas de metais de transição, entre as quais o cobalto, foi descrita por murray e colaboradores [26]. nesse método, denominado de processo poliol, álcool em ebulição é usado tanto como agente redutor como solvente. a obtenção de partículas de cobalto ocorreu pela combinação inicial de ecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 156 artigo article co(ch coo) .4 h o ácido oléico e éter difenílico. a 3 2 2 omistura reacional foi aquecida a 200 c sob atmosfera de nitrogênio. então, trioctilfosfina foi adicionada. em um frasco separado, 1,2-dodecanodiol foi dissolvido em éter difenílico seco. esta solução foi oaquecida a 80 c sob vácuo por 15 minutos e, em oseguida, adicionada à mistura reacional a 200 c. ao redor de 2 minutos houve a mudança de cor, o que evidenciou a redução do cobalto. a solução resultanote foi aquecida a 250 c por 15 – 20 minutos, obtendo–se, após resfriamento e separação, nanopartículas de cobalto, na estrutura hcp, com diâmetro médio de 6 – 8 nm [26]. o tamanho de partícula foi controlado por alterações nas concentrações seletivas do precursor e estabilizador. por exemplo, quando uma relação molar de 1:1 de acetato de cobalto e ácido oléico foi usada na síntese, nanopartículas de cobalto com diâmetros de 6 – 8 nm foram produzidas, enquanto que aumentando a concentração do surfactante por um fator de dois, produziu-se nanopartículas menores, de 3 – 6 nm de diâmetro. o tamanho de partícula pode também ser variado pelo controle do tamanho estérico dos estabilizantes fosfinas. por exemplo, usando tributilfosfina foram geradas nanopartículas de cobalto com diâmetro de 10 – 13 nm [26, 27]. o processo poliol também foi utilizado por cha e colaboradores [28]. os autores efetuaram a síntese de nanopartículas de cobalto através da reação de acetilacetonato de cobalto (iii), co(acac) e 3 1,2-hexadecanodiol. repetiram a síntese usando ora a oleilamina e ora o ácido oléico como agentes surfactantes. o diâmetro médio das partículas foi de 30 nm sem a presença dos surfactantes, sendo que a adição de oleilamina como surfactante diminuiu o tamanho da partícula e a adição de ácido oléico alterou a forma das partículas, sem, contudo, afetar o tamanho das mesmas. o processo poliol também foi utilizado por outros autores para a obtenção de nanopartículas de cobalto [29, 30]. nanopartículas monodispersas de cobalto foram preparadas por um método no qual foi utilizada a decomposição de um precursor organometálico sob h , na presença de um polímero como 2 estabilizador. neste método, descrito por respaud e 3 4colaboradores [31], a reação de [co(ç -c h )(ç -8 13 oc h ] com h foi conduzida a 60 c na presença de 8 12 2 polivinil-pirrolidinona, com duas concentrações diferentes do organometálico de cobalto: 10 % de co (coll i) e 20 % de co (coll ii) (% em peso). o produto formado, um material preto, foi separado por filtração e mantido novamente em thf ou ch cl 2 2 para posterior uso. os resultados obtidos com microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução mostraram partículas de cobalto bem isoladas e regularmente dispersas no polímero e com distribuição de tamanho ao redor de 1,5 nm (coll – i) e 2,0 nm (coll – ii) [31]. uma reação semelhante usando o precursor 3 4organometálico [co(ç -c h )(ç -c h ], todavia, 8 13 8 12 com o reagente hidreto de diisobutil-alumínio foi descrita por margeat e colaboradores [32]. neste mesmo trabalho é descrita também a reação do hidreto de diisobutil-alumínio com outro precursor de cobalto, o co[n(sime ) ] . obtiveram – se nano-3 2 2 partículas esféricas de cobalto livres de óxido, nas três diferentes estruturas cristalinas, e com diâmetros médios da ordem de 2,5 – 3,0 nm. as diferenças nas estruturas do cobalto metálico e suas características magnéticas obtidas com cada síntese foram relacionadas aos diferentes ambientes químicos na superfície das nanopartículas obtidas. a decomposição térmica de solução de octacarbonil de dicobalto, na presença de óxido de trioctilfosfano, foi o método empregado por dinega e bawendi para a obtenção de nanopartículas de cobalto com a estrutura å [33]. no experimento, [co (co) ] foi dissolvido em tolueno seco sob 2 8 condições de atmosfera inerte. a solução foi filtrada e transferida para uma seringa. então, óxido de trioctilfosfano foi colocado em um frasco e seco sob o ovácuo a 150 c. a temperatura foi abaixada para 50 c e, em seguida, a solução de [co (co) ] foi rapida-2 8 mente injetada no frasco sob agitação vigorosa e sob atmosfera de nitrogênio. a temperatura foi levemenote elevada a 110 c. o produto formado foi isolado, lavado com hexano e metanol e seco sob nitrogênio [33]. a difração de raios x mostrou picos atribuídos à estrutura å do cobalto. esta estrutura é cúbica (grupo espacial p4 32) com parâmetro de célula unitária, a, 1 igual a 60,97 nm. a unidade de célula unitária é similar àquela da fase â do manganês e consiste de 20 átomos de carbono, os quais são divididos em dois tipos: doze átomos do tipo i e oito átomos do tipo ii. estes dois tipos de átomos diferem entre si pelo local de coordenação. é interessante notar que o mesmo método de preparação sem o óxido de trioctilfosfano conduz à obtenção da fase fcc do cobalto. um método similar ao descrito no parágrafo anterior foi utilizado para obter nanocristais å de cobalto [34]. a pirólise de octacarbonil de dicobalto em 1,2-diclorobenzeno, na presença de surfactantes tais como o ácido oléico e óxidos fosfônicos, em atmosfera inerte, propiciou a obtenção de nanopartíecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 artigo article 157 culas esféricas de cobalto com tamanho variando de 3 a 17 nm. a distribuição do tamanho e a forma dos nanocristais foram controladas pela variação dos surfactantes [34]. em outro procedimento, também utilizando a decomposição térmica do precursor metálico [co (co) ], schällibaum e colaboradores obtiveram 2 8 nanopartículas de cobalto, com a estrutura å, em grande escala [35]. na síntese, tal qual em [33], [co (co) ] foi dissolvido em tolueno. então, ácido 2 8 oléico foi adicionado a solução sob agitação e, na seqüência, adicionou – se tolueno contendo óxido de trioctilfosfina. o sistema foi mantido sob atmosfera inerte e submetido a refluxo por 3 horas. ao final, uma solução coloidal preta foi obtida. para remover o excesso de ácido oléico e de óxido de trioctilfosfina foi adicionado etanol, ocorrendo a precipitação das nanopartículas de cobalto. o precipitado foi imediatamente redisperso em hexano. o procedimento com a adição de etanol foi repetido uma segunda vez no sobrenadante resultante da primeira adição. igualmente, o precipitado formado foi redisperso em tolueno. as nanopartículas de åcobalto apresentaram diâmetro médio de 4,5 nm e comportamento superparamagnético [35]. as sínteses de nanopartículas de cobalto através da decomposição térmica do [co (co) ] 2 8 foram refeitas por shukla e colaboradores usando vários agentes surfactantes [36]. o procedimento sintético é análogo ao descrito em [33] e anteriormente mencionado. os autores utilizaram uma mistura binária de surfactantes em cada síntese, a saber: octadecilamina e óxido de trifenilfosfina; octadecilamina e tridocecilamina; didodecilamina e ó x i d o d e t r i f e n i l f o s f i n a e á c i d o 11 aminoundecanóico e óxido de trifenilfosfina. a decomposição térmica do [co (co) ] 2 8 também foi o ponto de partida para outras sínteses utilizando outros reagentes, a saber: ácido oléico e dioctilamina [37], ácido oléico [38], resorcinareno [39], trifenilfosfina e ácido oléico [40], ácido elaidico e ácido esteárico [41]. como se trata de decomposição térmica, a temperatura exerceu papel importante para a obtenção das formas das partículas. as propriedades dos surfactantes aminas exerceram influência nas formas das nanopartículas e conduziram à formação, principalmente, de partículas esféricas. os resultados sugeriram que o uso do óxido de trifenilfosfina como o segundo surfactante propiciou a obtenção de nanopartículas monodispersas [36]. a decomposição térmica do (co(hcoo) ) foi também utilizada por matveev e 2 colaboradores para a obtenção de nanopartículas de cobalto com a estrutura hcp dispersas em politetrafluoroetileno [42]. a decomposição térmica do octacarbonil de dicobalto em tolueno também foi empregada por yin e wang, entretanto, uti l izando o bis(2etilexil)sulfoccinato de sódio como agente para evitar a aglomeração das partículas. o procedimento sintético foi repetido aplicando um campo magnético externo à mistura reacional para promover a separação das nanopartículas de cobalto dos seus respectivos óxidos (coo e co o ). para o primeiro 3 4 procedimento sintético, os resultados de microscopia eletrônica de transmissão mostraram que as nanopartículas de cobalto apresentaram diâmetro médio de 4 9 nm e estruturas cristalinas do tipo fcc. com a aplicação do campo magnético externo, partículas com diâmetro médio de 8 nm e estruturas fcc foram obtidas [43]. a decomposição térmica de precursores de cobalto foi, inclusive, utilizada por outros autores, como por exemplo, em [44-50]. o emprego de polímeros e co-polímeros como agentes surfactantes na decomposição térmica do octacarbonil de dicobalto para a obtenção de nanopartículas de cobalto foram descritas [51-55]. os polímeros e co–polímeros substituem o óxido de trifenilfosfina e o ácido oléico nos procedimentos sintéticos. de um modo geral, nanopartículas de cobalto com estrutura hcc e diâmetro médio de 20 nm foram obtidas. micelas reversas, as quais são gotas de água em óleo estabilizadas por uma monocamada de surfactante, têm sido aplicadas como reatores em nanoescala para a síntese de várias nanopartículas. chen e colaboradores reportaram a síntese de partículas relativamente uniformes de cobalto pela redução de sais de cobalto dentro das micelas reversas. a obtenção das nanopartículas foi efetuada pela redução de cocl com nabh na micela reversa 2 4 formada usando brometo de dimetildodecilamônio. colisões seguidas pelas mudanças entre as gotas micelares induziram a reação química de íons de cobalto e borohidreto de sódio para gerar nanopartículas de cobalto com diâmetro médio da ordem de 1,8 – 4,4 nm [56]. o uso de cloreto de cobalto (ii) também foi empregado por petit, taleb e pileni para a obtenção de cobalto com a estrutura fcc, através do método de micelas reversas. o procedimento empregou princípios da química coloidal para a obtenção das nanopartículas que apresentaram diâmetros da ordem de 13 a 20 nm [57]. a síntese envolveu uma mistura de uma solução contendo bis(2-etilecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 158 artigo article hexil)sufosuccinato de sódio com uma solução contendo bis(2-etil-hexil)sufosuccinato de sódio e borohidreto de sódio, nabh , como agente redutor. 4 o procedimento sintético foi conduzido na presença de ar. as partículas coloidais obtidas foram extraídas, sob atmosfera inerte, pela ligação covalente de trioctilfosfina e, então, redispersas em piridina. este último procedimento produz nanopartículas de cobalto estáveis ao ar por, aproximadamente, uma semana [57]. também o cloreto de cobalto (ii) foi utilizado como precursor de cobalto na síntese elaborada por lin e colaboradores. no método, denominado de “crescimento de germe”, diferentes tamanhos de nanopartículas de cobalto foram obtidos em micelas reversas. a síntese envolveu a dissolução de brometo de didodecildimetilamônio e cloreto de cobalto (ii) em tolueno. na seqüência, borohidreto de sódio (em solução aquosa) foi adicionado à solução para promover a redução dos íons de cobalto. a relação de 2+ -[co ]:[bh ] foi de 1:3. a reação foi promovida em 4 oatmosfera inerte e à temperatura abaixo de 15 c. os diâmetros das nanopartículas foram da ordem de 3,8 – 8,8 nm [58]. salavati – niasari e colaboradores descreveram um método para a obtenção de nanopartículas de cobalto usando o complexo [bis(2-hidroxiacetofenato)cobalto (ii)], [co(aceto) ], a partir da 2 reação de termodecomposição. no experimento, o complexo [co(aceto) ] foi dissolvido em oleilamina 2 oa 140 c e a mistura foi adicionada à trifenilfosfina sob vigorosa agitação e sob atmosfera de argônio. a omistura reacional foi mantida a 240 c por 1 hora. após o resfriamento à temperatura ambiente, adicionou–se etanol anidro e efetuou–se a centrifugação. as nanopartículas foram redispersas em tolueno ou hexano. o difratograma de raios x mostrou picos atribuídos à fase hcp do cobalto metálico. o diâmetro médio de partícula, estimado usando a equação de scherrer, foi da ordem de 13 nm. já a análise dos resultados fornecidos pela técnica de microscopia eletrônica de transmissão revelou um tamanho médio da ordem de 20 nm. as nanopartículas de cobalto exibem comportamento superparamagnético à temperatura ambiente. após a exposição das nanopartículas ao ar, houve a formação de co o . 3 4 os autores afirmaram que o método proposto é não tóxico, de fácil execução e barato para a obtenção de nanopartículas de cobalto que são estáveis ao ar quando em solventes como hexano e tolueno [59]. wang e colaboradores produziram nanocristais de cobalto a partir da irradiação ã da mistura reacional homogênea e sob a aplicação de um campo magnético estático. no procedimento, acetato de sódio foi adicionado a uma solução de cloreto de cobalto (0,1 m; 0,05 m, respectivamente). adicionou–se álcool isopropílico à mistura para limpar radicais oxidativos, tal como radicais hidroxilas, os quais são produzidos durante a irradiação. então, a solução foi mantida sob condições redutoras. gás nitrogênio foi borbulhado na solução final durante uma hora para promover a eliminação do oxigênio e, então, a solução foi 60irradiada com raios ã do co durante 27 horas. ao término da irradiação, a solução foi colocada sob um campo magnético externo. os precipitados produzidos foram lavados com água destilada e acetona por várias vezes para remover as impurezas e finalmente secos em ar. o procedimento foi repetido, todavia, sem a utilização do campo magnético externo. a difração de raios x mostrou picos atribuídos à estrutura hcp em ambos os casos, todavia, a mostra preparada com a presença do campo magnético apresentou nanocristais organizados longitudinalmente. para esta mesma amostra, a microscopia eletrônica de transmissão mostrou que a morfologia é de nanofios, enquanto que a amostra preparada sem o campo magnético apresentou nanopartículas com formas irregulares [60]. o procedimento descrito por liu e colaboradores envolveu a mistura de duas soluções. uma, foi preparada pela dissolução de nitrato de cobalto em etanol anidro e a outra, pela dissolução de hidróxido de sódio em hidrato de hidrazina e etanol anidro. as duas soluções foram misturadas e mantidas sob agitação a o50 c, sendo obtidas partículas verde – escuras. o procedimento foi repetido utilizando – se diferentes alcoóis, a saber: metanol, etilenoglicol e 1,2propanodiol. para cada solução alcoólica, a reação também foi efetuada a outras três diferentes temperatuo o oras: 0 c, 25 c e 80 c. os autores efetuaram, ainda, a mesma reação com diferentes concentrações de nitrato o(a 50 c e 10 ml de hidrato de hidrazina) e, em outros casos, variando a concentração de hidrato de hidrazina (5, 10, 20 e 30 ml) [61]. os resultados de difração de raios x, das nanopartículas obtidas com concentração -1de nitrato de cobalto de 0,05 g ml e com o volume de hidrazina de 20 ml, mostraram três estruturas cristalinas: hcc, hcp e å. não foram observados picos de óxidos de cobalto ou de co(oh) . os resultados da 2 microscopia eletrônica de varredura das amostras obtidas a diferentes temperaturas apresentaram várias morfologias para as nanopartículas. os resultados de difração de raios x com a variação da concentração de ecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 artigo article 159 nitrato de cobalto mostraram que altas concentrações deste sal favorecem a formação da estrutura fcc para o cobalto metálico. a estrutura pura de hcp do cobalto metálico foi obtida com os volumes de 10 e 20 ml de hidrato de hidrazina. nanopartículas de cobalto esféricas foram obtidas utilizando – se etilenoglicol e 1,2-propanodiol [61]. utilizando uma solução de hidrazina à temperatura ambiente e sob o efeito de um campo magnético, jia e colaboradores obtiveram partículas de cobalto na forma de nanofios com diâmetro médio de 80 nm e comprimento de 10 µm [62]. em um método semelhante ao descrito nos dois parágrafos precedentes, guo e colaboradores obtiveram nanopartículas de cobalto nas estruturas hcc e hcp [63]. a redução por hidrato de hidrazina também foi o ponto de partida para a síntese de zhu e colaboradores usando o agente quelante 2-hidroxi-4(1-metilheptil) e cloreto de cobalto (ii) [64]. 3 4a utilização do co(ç -c h )(ç -c h ) como 8 13 8 12 precursor organometálico de cobalto foi a base do procedimento descrito por osuna e colaboradores. a reação envolveu a dissolução do precursor de cobalto em thf sob h (3 bar) e na presença de polivinilpir-2 rolidona. a reação foi conduzida em três temperatuoras diferentes: 0, 20 e 60 c. a proporção de cobalto foi de 10 % em massa em relação a de polivinilpirrolidona. após o borbulhamento de hidrogênio por 10 horas, pentano foi adicionado à mistura reacional para precipitar as partículas, as quais foram redispersas em thf ou ch cl para posterior caracterização. 2 2 obtiveram – se nanopartículas de cobalto na oestrutura fcc e com diâmetro médio de 1 nm (0 c) e o1,5 nm (20 e 60 c) [65]. a utilização de dimetilformamida (dmf) como solvente e como agente redutor para a obtenção de nanopartículas de cobalto com a estrutura hcp e estreita distribuição de tamanho foi descrita por zhang e colaboradores. na síntese, cocl .6h o é 2 2 solubilizado em dmf contendo nh .h o (28% em 3 2 omassa) e a mistura reacional é aquecida a 160 c por 12 horas [66]. lu e colaboradores efetuaram a síntese de pós ultrafinos de cobalto usando a técnica de evaporação de plasma ativado. encontraram que as condições adequadas para se obter cobalto com as duas estruturas cristalinas hcp e hcc foram: 50 – 60% de pressão parcial do hidrogênio para a pressão total de gás e 240 – 250 a para corrente do arco na pressão de gás quase atmosférica [67]. aproveitando a versatilidade química e a estrutura regular de dendrímeros, wu e colaboradores descreveram um procedimento sintético empregando essas moléculas para a obtenção de nanopartículas de cobalto. justificaram o uso dessas macromoléculas pelo fato das mesmas, de modo diferente de polímeros, apresentarem pesos moleculares e tamanhos definidos e poderem, dentro de seus sítios de coordenação, incorporarem substratos pequenos, como é o caso do cobalto. as sínteses envolveram a utilização de dendrímeros com pesos moleculares diferentes. basicamente, determinada quantidade de cloreto de cobalto (ii) foi dissolvida em água deionizada e a solução foi gotejada a outra solução aquosa contendo a macromolécula de dendrímero. a mistura reacional foi submetida à agitação por duas horas e, então, uma solução aquosa de borohidreto de sódio foi adicionada para promover a redução dos íons de cobalto (ii). o sólido foi filtrado, lavado com água deionizada e seco sob vácuo. os resultados mostraram que na medida em que os pesos moleculares dos dendrímeros aumentaram, o diâmetro médio das partículas de cobalto elevou–se de 4,5, 5,6, 7,1 a 9,4 nm (para os pesos moleculares de 2.388, 5.124, 10.596, 21.540, respectivamente). os autores argumentaram que embora a existência dos dendrímeros pudesse prevenir a oxidação do cobalto metálico, a proteção foi deficiente e a oxidação das superfícies das nanopartículas de cobalto metálico pôde ter ocorrido durante o procedimento sintético ou durante a caracterização dos materiais. as medidas magnéticas mostraram que os materiais apresentam superparamagnetismo à temperatura ambiente e posteriores estudos sugeriram que os materiais obtidos podem vir a ser utilizados em imagem de ressonância magnética [68]. li & liao obtiveram nanopartículas de cobalto ultrafinas pelo método orgânico – coloidal, no qual, formato de sódio agiu como agente redutor, o etilenoglicol foi utilizado como solvente, e o citrato de sódio atuou tanto como agente complexante quanto como agente estabilizante. o diâmetro médio das partículas foi de 2 nm (com uma fina distribuição de tamanho) e a estrutura obtida foi hcp [69]. a síntese de nanopartículas de cobalto através da condensação de vapor químico foi descrita [70]. o precursor metálico foi o octacarbonil de dicobalto. foram obtidas nanopartículas com várias morfologias e tamanhos através do uso dos gases de arraste ar e he. os pós de cobalto produzidos em atmosfera de argônio apresentaram–se na forma de esferas e com as estruturas hcc e hcp. já as nanopartículas obtidas com o he sendo o gás de arraste apresentaram–se na forma de núcleos finos de cobalto distribuídos ecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 homogeneamente em uma massa de óxido de cobalto e somente a estrutura fcc foi encontrada [70]. o desenvolvimento de um gerador de nanopartículas e a caracterização de nanopartículas de cobalto foram realizados por landi. o gerador de nanopartículas foi uma adaptação ao sistema de "magnetron sputtering". as nanopartículas foram produzidas e codepositadas em matrizes dielétricas ou metálicas. a caracterização das nanopartículas de cobalto mostrou que o material obtido apresenta diâmetro médio de 10 nm com razoável dispersão [71]. empregando de uma metodologia de síntese diferente, reddy e colaboradores descreveram a obtenção de cobalto e do seu óxido empregando a eletroquímica. o processo de eletrólise foi investigado por voltametria cíclica que mostrou a formação de átomos de cobalto reduzidos, seguida pela formação de clusters. a redução eletroquímica de cátions de cobalto na presença de sais de tetra – alquilamônio produziu clusters metálicos estabilizados que não puderam ser oxidados reversivelmente durante o procedimento de voltametria cíclica. uma posterior exposição do material ao oxigênio produziu nanopartículas de óxido de cobalto estabilizadas por sais de amônio [72]. discussão o princípio básico das sínteses químicas de nanopartículas de cobalto é iniciar a reação e controlar a nucleação e o crescimento das partículas. este processo pode ser obtido pela condução dentro de ambiente confinado ou controlando o processo da reação através da dinâmica dos grupos que se ligam às superfícies dos materiais. embora existam várias metodologias, duas aproximações gerais são mais utilizadas na obtenção de colóides estáveis com razoável dispersão de tamanho. sínteses baseadas em micro-emulsão são comumente conduzidas a baixas temperaturas. assim, possuem atrativos do ponto de vista industrial, contudo, sofrem a desvantagem de que as partículas são muitas vezes menos cristalinas e muito mais polidispersas por causa da lenta velocidade de nucleação. de outro modo, as sínteses baseadas em precursores organometálicos têm sido adaptadas para a obtenção de nanopartículas tanto com boa cristalinidade quanto dispersão. estes métodos envolvem altas temperaturas de decomposição dos organometálicos contendo cobalto no estado de oxidação zero ou a redução de sais de cobalto em solventes em ebulição na presença de agentes estabilizantes. as altas temperaturas facilitam a remoção dos defeitos de cristalinidade e resultam em nanopartículas magnéticas de alta qualidade. as sínteses de nanopartículas magnéticas de cobalto vêm sendo realizadas com sucesso através de redução química por lítio, hidroborohidretos, decomposição de compostos organometálicos em solventes orgânicos na presença de estabilizadores tais como ácidos em combinação com aminas orgânicas ou fosfanos, polímeros ou surfactantes, bem como por meios eletroquímicos. os ácidos agem como compostos estabilizantes enquanto que as aminas ou fosfanos controlam o crescimento da partícula. surfactantes podem ser usados como estabilizantes para nanomateriais dispersos em solventes orgânicos ou como compostos formando micelas estáveis em sistemas heterogêneos água – óleo, por exemplo, dimetildidodecilamônio. outros surfactantes, por exemplo, bis(2-etil-hexil)sufosuccinato, formam uma emulsão estável em solventes hidrofóbicos (micelas reversíveis). metodologias usando vias químicas podem ser amplamente classificados em co–precipitação e redução química, os quais podem ser conduzidos com técnicas tradicionais ou em processos microfluídicos. entretanto, o desafio continua ser o controle do tamanho, distribuição do tamanho, forma, estrutura cristalina e modificações na superfície das nanopartículas. estes diferentes parâmetros afetam ambas as propriedades físicas e químicas, tais como as propriedades elétricas, ópticas e magnéticas. os parâmetros chaves que determinam o tamanho das nanopartículas em sínteses químicas são a proporção do estabilizante – surfactante para o precursor metálico, natureza química do surfactante e o controle da cinética da reação através da rápida nucleação seguida pelo crescimento dos cristais. por outro lado, muitos esforços têm sido realizados para controlar as estruturas das nanopartículas. o controle sobre as estruturas é importante em sínteses de materiais nanoestruturados porque as propriedades físicas e químicas também dependem diretamente da estrutura cristalina. isto é muito importante quando existem várias estruturas cristalinas com pequenas diferenças de energia, como é o caso do cobalto em que três estruturas cristalinas são conhecidas. do exposto neste trabalho, pode ser constatado que a maioria das preparações envolve as reações de decomposições térmicas pelo motivo supra mencionado. as reações que envolvem macromoléculas (como por exemplo, os dendrímeros) visam 160 artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 artigo article 161 estabilizar o cobalto através da interação deste com àquelas. os dendrímeros oferecem uma "cavidade" em suas estruturas que possibilitam a estabilização do cobalto. pode–se dizer que a visualização da química com dendrímeros está para o cobalto assim como os criptatos estão para os metais alcalinos (na química de entidades de coordenação). a estabilidade das nanopartículas de cobalto é importante devido à facilidade com que o cobalto se oxida, principalmente quando na forma de nanopartículas. as sínteses precisam envolver agentes redutores. acreditamos que a opção por agentes redutores mais brandos possa ser uma alternativa para a obtenção de nanopartículas com estreita distribuição de tamanho em decorrência da velocidade da reação de oxi-redução. concernente a métodos que visem ser empregados industrialmente, é preciso que se mencione que a toxicidade dos solventes, dos ligantes e dos precursores são uma realidade que necessita ser considerada com cuidado. tanto melhor a síntese quanto menos tóxicos forem as substâncias envolvidas para a sua execução. isto não somente referente ao manuseio dos compostos, mas, inclusive, no que se refere ao descarte dos subprodutos das reações tendo em vista a preocupação com o meio ambiente. tratar resíduo custa e encarece o produto final. apesar de diversos métodos sintéticos terem sido desenvolvidos, não há nenhum método de síntese que forneça uma possibilidade para preparar nanopartículas de cobalto sem que se recorra à variação significativa de circunstâncias experimentais ou de outras propriedades. isto porque, de um modo geral, são raros os exemplos em que não se obtém nanopartículas esféricas. além disso, a estrutura cristalina do cobalto é de fundamental importância e, nesse sentido, as preparações que conduzam a uma mistura de estruturas cristalinas levam desvantagem em comparação com os procedimentos que produzem somente uma estrutura. outro fator importante é a distribuição das nanopartículas. a questão neste caso é que será raro obter nanopartículas com um tamanho homogêneo. obtém–se na verdade uma distribuição de tamanhos, que, pode–se dizer, é uma distribuição gaussiana. quanto mais estreita for a distribuição, melhor. todavia, um método preparatório que permita obter sempre a mesma distribuição de partículas é difícil, o que acarreta dificuldades concernentes à sua aplicação em larga escala. embora os meios eletroquímicos possam ser utilizados para a obtenção de materiais de cobalto nanoestruturados, acredita–se que um melhor controle das variáveis acima mencionadas pode ser feito satisfatoriamente através de rotas sintéticas via redução química que, inclusive, podem permitir a obtenção de nanopartículas em grande quantidade, o que é importante do ponto de vista de aplicação tecnológica. salienta–se aqui que o cobalto apresenta, em detrimento de sua alta susceptibilidade magnética, outras propriedades indesejáveis: oxida–se facilmente em condições ambientes (o que compromete seu uso em aplicações biomédicas e em gravações de dados) e é muito tóxico ao organismo humano (o que impede seu uso em aplicações in vivo). assim, a superfície de uma nanopartícula de cobalto precisa ser modificada com outro tipo de material. para a finalidade de cobrir a superfície do cobalto, o ouro é uma substância ideal, pois este metal é estável em condições ambientes (estabilidade que diminui na medida em que o tamanho das partículas de ouro diminui) e pode ser usado para estudos in vivo. também, o ouro é o material nanoparticulado mais explorado e é comumente usado para efetuar ancoragens biomoleculares. outros metais podem atuar como escudo para o cobalto e, assim, obter sistemas com aplicações particulares, principalmente em processos catalíticos in vitro. é o caso, por exemplo, da platina, prata e do cobre. de modo análogo ao ouro, a sílica pode atuar como escudo para o cobalto, evitando sua oxidação e propiciando a formação de um material que pode possuir aplicações biológicas. considerações finais apesar de diversos métodos sintéticos terem sido desenvolvidos, não há nenhum método de síntese que forneça uma possibilidade para preparar nanopartículas de cobalto sem que se recorra à variação significativa de circunstâncias experimentais. os métodos de sínteses através de redução química são mais promissores na obtenção de nanopartículas de cobalto, pois podem permitir a obtenção de nanocristais com propriedades e em quantidades adequadas para o emprego em nanotecnologia. agradecimentos capes, fapesp e cnpq. ecl. quím., são paulo, 35 4: 153 163, 2010 referências [1] y-w jun, j-s choi, j. cheon, chem. commun. 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leguminosae; plant evolution; chemical index; chemotaxonomy. in this paper the metabolites furnished by s. langsdorffii raddi (synonymous: mimosa pulchra vell., swartzia brasiliensis vogel and tounatea langsdorfii (raddi) kuntze), a native brazilian tree [2], included in swartzia ser. recurvae of the section swartzia, were compared with those of other swartzia species reported in the literature in order to establish infrageneric chemotaxonomic correlations. 14 ecl. quím., são paulo, 31(2): 13-16, 2006 fluxogram 1. botanical classification of swartzia species which produced flavonoids and abietane diterpenoids. experimental details comparing the secondary profile reported for swartzia species it is possible to observe one group characterized by the presence of flavonoids and another one by the presence of abieta-8,11,13triene diterpenoids. so, the presence of these classes of metabolites could be used, in addition to morphological data, to define the chemical profile in swartzia sections: swartzia sect. possira characterized by abieta-8,11,13-triene diterpenoids while swartzia sect. swartzia by flavonoids. the triterpenoidal saponins could not be used as markers since they appear in both sections. the flavonoids furnished by the species of swartzia sect. swartzia showed a great diversity, which was adequate to evaluate the evolution of these plants according to chemical indexes [6] based on the degree of mean oxidation versus methylation of the flavonoid skeleton (table 1). the structure showed in figure 1 was considered as the biosynthetic precursor to calculate the indexes. a higher oxidation versus methylation degree correlates with a higher degree of the plant evolution. s. langsdorffii was excluded because this plant produces abieta-8,11,13-triene diterpenoids [3] and do not produces flavonoids. in the swartzia sect. possira only one species was considered, s. arborescens [7], and its metabolites were compared to the metabolites isolated from s. langsdorffii, using the same proposed parameters [1], because they were very similar. results and discussion section and subsection swartzia: figure 2 shows the graph obtained for the correlation of the mean value of oxidation degree versus methylation degree of the flavonoids, calculated for each swartzia species. figure 3 shows the same correlation, excluding the species s. madagascariensis, which has been reclassified as bobgunnia madagascariensis. a much better correlation is obtained. the basal position of subsection 15ecl. quím., são paulo, 31(2): 13-16, 2006 figure 1. flavonoid structure taken as biosynthetic precursor to calculate the chemical index. figure 2. evolutionary tendencies observed for species belonging to section swartzia subsection swartzia which produces flavonoids. terminales was confirmed by the calculated indexes and by the position on the graphs. section possira in the section possira the comparation of s. arborescens with s. langsdorffii led to three important evolutionary tendencies. the first is figure 3. evolutionary tendencies observed for species belonging to section swartzia subsection swartzia which produces flavonoids excluding s. madagascariensis (bobgunnia madagascariensis). references [1] o. r. gottlieb, m. a. kaplan, m.r. de m. b. borin,. biodiversidade: um enfoque químico-biológico. editora ufrj, rio de janeiro, 1996, chap. 5. 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[7] b. orphelin, m. brum-bousquet, f. tillequim, m. koch, c. moretti, heterocycles 43 (1) (1996) 173. that the presence of abietane diterpenoids, and the absence of flavonoids in these species indicate that these species have substituted the shikimate biosynthetic route by the acetate biosynthetic route, which means that these two species are, in the evolutionary sense, more recent than the species belonging to subsection swartzia. the second is that, based on s. langsdorffii morphology such as pattern venation, slender, auxiliary and shorter leaf raceme, calyx shape and androecium’s characteristics, together with the presence of very similar abietane diterpenoids and the absence of flavonoids, s. langsdorffii is more related to the species of swartzia sect. possira, specifically to s. arborescens, suggesting the transfer of s. langsdorffii from section swartzia to section possira. the third is that s. arborescens is more recent than s. langsdorffii since its metabolites are more highly oxidized than the metabolites of s. langsdorffii. conclusions the application of chemical indexes according to the methodology proposed by gottlieb et al. [1, 6] confirmed that (1) s. madagascariensis (renamed bobgunnia madagascariensis) should not be included in the swartzia genus, and proposed that (2) swartzia langsdorffii should be transfer to section possira. acknowledgments the authors are grateful to the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp), brazil, for financial support and to capes, brazil for a scholarship awarded to c. c. santos, as well as to dr carol collins for critical reading and english revision. recebido em: 06/02/2006 aceito em: 24/03/2006 16 ecl. quím., são paulo, 31(2): 13-16, 2006 a. f. magalhães , a. m. g. a. tozzi , c. c. santos , e. g. magalhães . análise dos metabólitos de plantas do gênero swartzia usando índices químicos: tendências evolutivas. resumo: os índices químicos sugeridos por gottlieb et al. não têm sido empregados com respeito à tendência evolutiva das espécies no gênero swartzia. a importância desse trabalho, entretanto, motivou uma análise usando os metabólitos isolados de nove espécies. a análise baseada nos índices químicos forneceu uma tendência evolutiva para estas plantas que se relaciona com a classificação baseada na análise morfológica. palavras-chave: swartzia; leguminosae; evolução de plantas; índices químicos; quimiotaxonomia. implementation of a teaching photometer: application in physics and chemistry laboratory of the faculty of science and philosophy santa marcelina-fafism eclética química, 39, 131-140, 2014. 131 implementação de um fotômetro didático: aplicação no laboratório de física e química da faculdade de ciências e filosofia santa marcelina-fafismo kátia isabel milagres1*; camila rodrigues amaral2; érica m. da silva santos2; tarcísio b. marques2; guilherme de o. gomes1 1acadêmicos do curso de licenciatura em química – fafism; 2professores da fafism *(isabelmilagre@yahoo.com.br). resumo a fotometria no campo visual possui ampla aplicação em laboratórios de análises e pesquisas físicas, químicas, bioquímicas e farmacológicas. é fundamental que estudantes de física e química possuam conhecimento sobre esta técnica. um entrave para a ampla utilização dessa técnica é o custo dos equipamentos e dos materiais a serem utilizados. o objetivo deste trabalho foi a introdução de um fotômetro didático, cuja construção e técnica com baixo custo operacional e de fácil utilização e produção de resultados, se coloque como solução prática para aprimoramento das aulas. as características destacadas no trabalho fazem do fotômetro proposto uma ferramenta alternativa economicamente viável para análises químicas nos laboratórios da faculdade para pesquisa e/ou ensino. palavras-chave: fotômetro, aparato, ludke, absorção mailto:isabelmilagre@yahoo.com.br eclética química, 39, 131-140, 2014. 132 implementation of a teaching photometer: application in physics and chemistry laboratory of the faculty of science and philosophy santa marcelina-fafism abstract the photometry in the visual field has wide application in analytical laboratories and research physical, chemical, biochemical, pharmacological, etc. it is essential that students of physics and chemistry have knowledge about this quantitative technique. one obstacle to the widespread use of this technique is the cost of equipment and materials to be used. the objective of this work is the introduction of a photometer didactic, whose construction and technique with a low operating cost and the easy using and producing results, as a practical solution to put school improvement. the features highlighted in the work do the proposed photometer an economically viable alternative tool for chemical analysis in the laboratories of the faculty for research and / or teaching. keywords: photometer, apparatus, ludke, absorption introdução a fotometria no campo visual possui ampla aplicação em laboratórios de análises e pesquisas físicas, químicas, bioquímicas e farmacológicas. inúmeras vantagens contribuem para sua popularidade; a principal é o fato de ser uma técnica quantitativa. fotômetros simples, portáteis e de baixo custo, que empregam led como fonte de radiação tem sido desenvolvidos e usados em aplicações analíticas [1-4]. diante disto é fundamental que estudantes de física e química possuam conhecimento sobre esta técnica. um entrave para a ampla utilização dessa técnica é o custo dos equipamentos e dos materiais a serem utilizados. daí, a introdução do fotômetro didático, cuja construção e técnica com baixo custo operacional e de fácil utilização e produção de resultados, se coloca como solução prática para aprimoramento das aulas. o aparato experimental desenvolvido teve como objetivo possibilitar estudos qualitativos e quantitativos de vários aspectos experimentais relacionados às técnicas de eclética química, 39, 131-140, 2014. 133 fotometria, principalmente a comprovação experimental da lei de lambert-beer, que é difícil de ser medida diretamente em equipamentos comerciais [5]. a repetividade e reprodutibilidade desse experimento justifica sua adoção na prática de ensino para as licenciaturas em física, química e biologia, onde limitações de tempo e orçamento são agravantes na qualidade do ensino em ambientes interdisciplinares. procedimento esperimentais funcionamento do fotômetro: o aparato experimental desenvolvido neste trabalho foi montado a partir do modelo desenvolvido por ludke [5] onde em uma matriz de contato foi anexado um fototransístor empregado como sensor de luz e ligado a um amplificador operacional tl081 de variável entre 1 e 10 vezes em modo amplificador d.c., para aumentar a precisão da leitura na voltagem. a medida da tensão de saída em volts mostrada em um multímetro digital é proporcional à intensidade da luz captada pelo sensor. assim a medida do multímetro indicará a intensidade do sinal de uma forma linear. sobre o fototransístor foi colocado um tubo de vidro de 10 mm de diâmetro e 20 cm de altura, fixado por um suporte. em um segundo tubo de 5 mm de diâmetro e móvel, foi afixado o led transístor, este conectado a uma fonte de + 12v e resistor de 820 ω , figura 1. para as medidas de absorção em comprimentos de onda no visual, para fins de determinação da lei de lambert-beer foi utilizado o led verde e vermelho. para obter um resultado mais preciso foi necessário minimizar a luz ambiente sobre o aparato. para isso foi construído uma câmera escura de papelão ao seu redor, não permitindo gerar medidas incorretas da intensidade da luz. eclética química, 39, 131-140, 2014. 134 figura 1fotômetro didático desenvolvido no laboratório da fafism. medidas analíticas: as medidas foram obtidas a partir da variação da distância entre o led e o sensor que pode ser medida com uma régua de 15 cm de escala e os sensores foram afastados entre si. a medida da tensão de saída em volts mostrada em um multímetro indica a intensidade do sinal de uma forma linear. para avaliar o desempenho do fotômetro proposto, realizaram-se as análises e o aparato experimental forneceu medidas de absorção em comprimento de onda no campo visual para as duas soluções distintas de permanganato de potássio (kmno4) e sulfato de cobre (cuso4), ambos nas concentrações 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5x10-4 (m). essas soluções foram escolhidas devido à capacidade de absorção, por estarem dentro da faixa de análise do fotômetro. as medidas de valores relativos de atenuação da luz captada pelo sensor i(x) expressa em db é em função da distância entre o led e o sensor, que pode ser medida com uma régua de 15 cm de escala. assim se i0 for a intensidade máxima da luz em x = 0, a intensidade relativa é dada por idb = 10 log[i(x)/i0] e o gráfico idb vs x, fornece o coeficiente de extinção molar (ελ) da solução [6]. eclética química, 39, 131-140, 2014. 135 resultados e discussões os dados medidos no equipamento são referentes à voltagem medida no multímetro, a partir dos valores obtidos. as tabelas 1 e 2 foram produzidas com os valores de intensidade luminosa absorvida idb = 10 log[i(x)/i0]. tabela 1medidas de intensidade luminosa vs distância para a solução de cuso4. distância idb mm mw.cm-2 concentração x 0,5 1 1,5 2 2,5 0,5 -4,15 -5,44 -10 -5,64 -7,78 1 -4,15 -4,47 -6,99 -7,4 -6,02 1,5 -3,36 -8,45 -6,99 -7,4 -6,02 2 -2,69 -3,68 -5,23 -5,64 -4,77 2,5 -2,11 -3,01 -3,99 -4,39 -4,47 3 -1,6 -2,43 -3,01 -3,42 -3,01 3,5 -1,14 -3,01 -2,22 -3,42 -3,01 4 -1,14 -3,01 -2,22 -1,44 -2,34 4,5 -0,726 -3,68 -1,55 -3,42 -2,34 5 -0,348 -2,43 -0,969 -1,44 -1,76 eclética química, 39, 131-140, 2014. 136 tabela 2 medidas de intensidade luminosa vs distância para a solução de kmno4. distância idb mm mw.cm-2 concentração x 0,5 1 1,5 2 2,5 0,5 -5,71 -0,263 -0,17 -0,817 -0,263 1 -3,22 -0,544 -0,17 -0,67 -0,544 1,5 -2,81 -0,843 -0,348 -0,527 -0,843 2 -2,08 -1,16 -0,725 -0,389 -1,16 2,5 -1,46 -1,51 -0,93 -0,255 -1,51 3 -1,46 -1,89 -1,14 -0,126 -1,89 3,5 -1,18 -2,3 -1,36 -0,255 -2,3 4 -1,17 -2,76 -1,36 -0,389 -2,76 4,5 -0,435 -3,27 -1,59 -0,527 -3,27 5 -0,212 -3,85 -1,6 -0,389 -3,85 a figuras 2 e 3 apresentam as curvas idb vs x para diferentes concentrações de cuso4 e kmno4 respectivamente. as medidas de absorbância para as soluções em concentrações diferentes foram determinadas usando a lei de lambert-beer a = -0,1 idb = ελ cl, que é o princípio matemático para medidas de absorção de radiação em amostras nos estados sólido, líquido e gasoso, nas regiões visível, ultravioleta e infravermelho do espectro eletromagnético [7]. eclética química, 39, 131-140, 2014. 137 figura 2 intensidade luminosa vs distância para diferentes concentrações de cuso4. figura 3 intensidade luminosa vs distância para diferentes concentrações kmno4 o coeficiente de absorbância das soluções foi obtido a partir do gráfico a vs c apresentados na fig.4 e fig. 5, tendo sido encontrados os seguintes valores: kmno4 = 0,05121 ± 0,01431 l/cm3mol e para o cuso4 = 0,01496± 0,00279 l/cm3mol, resultados com precisão satisfatória. eclética química, 39, 131-140, 2014. 138 figura 4dados experimentais para a espectroscopia do cuso4 para diferentes concentrações molares utilizando o led emissor verde. figura 5dados experimentais para a espectroscopia do kmno4 para diferentes concentrações molares utilizando o led emissor vermelho. y = 0,01496x – 0,03102 r 2 = 0,87441 y = 0,05121x – 7,8885 r 2 = 0,74693 eclética química, 39, 131-140, 2014. 139 conclusão o fotômetro proposto mostrou-se uma alternativa viável e de potencial para o estudo de interações nas disciplinas de bioquímica e biofísica em caráter didático pedagógico. é uma ferramenta alternativa economicamente viável para as análises químicas nos laboratórios da faculdade para a pesquisa e/ou ensino. esse sistema possui manutenção simples e barata, pois utiliza componentes baratos e facilmente encontrados, além de uma eletrônica simples. o custo do aparato foi de 20, 00 r$ , um valor bem inferior a um equipamento comercial simples de cerca de r$ 2500 . ao final deste trabalho foi possível verificar a eficiência do sistema desenvolvido do ponto de vista didático, desta forma o mesmo não foi comparado com um fotômetro comercial. referências [1] nery, ana luiza; 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(*) e-mail: claudece@ufrnet.br resumo: o ânion metabissulfito é largamente usado como agente anti-oxidante e preservativo de uma variedade de produtos industrializados. a interação desta espécie com o corante pararosanilina é capaz de promover o rebaixamento da banda de absorção do pigmento na região do visível. utilizando as melhores condições experimentais, tais como, solução tampão britton e robinson, ph 5,0 e corante em 1,0x10-4 mol l-1, foi possível obter uma relação entre concentração de metabissulfito e absorbância, na faixa entre 1,3x10-6 mol l-1 a 3,0x10-5 mol l-1. o limite de detecção foi calculado em 5,0x10-7 mol l-1. a metodologia foi aplicada em amostras reais. palavras-chave: metabissulfi to, pararosanilina, espectrofotometria. introdução alguns compostos sulfurados são largamente empregados em distintas áreas da cadeia produtiva, com ação preservativa e anti-oxidante em bebidas do tipo vinhos, cidra, champanhes e cervejas. também encontra larga aplicação na prevenção do enegrecimento de vegetais e frutas e muito usado para manter as características de abricós, abacate, beterraba, uva, limão, cogumelo, batatas, dentre outros. de forma similar é utilizado como fonte de dióxido de enxofre em formulações farmacêuticas como anestésicos, colírios, soluções tópicas, anti-micótico, nutrição parenteral e injeções. aplicado nas indústrias de cosméticos, fotográfi ca e alimentícia; nesta ultima, atuando como inibidor microbial, contra leveduras e bactérias em produtos como gelatinas, frutas desidratadas, biscoitos, chocolates, alimentos a base de amido, passas, salames, lingüiça, camarão fresco, etc. recentemente, algumas substâncias desta categoria têm encontrado aplicação como aditivos em preparações minerais e vitaminas [1-4]. diferentes compostos desta classe têm sido defi nidos como precursores de so2 e, assim, os teores ingeridos destas espécies, expressos como equivalentes de dióxido de enxofre. uma avaliação da federation of american societies for experimental biology (faseb) estima que teores entre 30–100 mg so2 não apresentam efeitos adversos aos seres humanos. em contrapartida, a organização mundial da saúde (oms) estabelece como aceitável uma ingestão diária de compostos sulfetados na ordem de 0,7 mg kg-1 expresso como so2. em indivíduos normais, os teores de sulfi tos presentes no soro alcançam limites de 4 a 5 nmol l-1. a enzima mitocondrial sulfi to oxidase é a responsável pela oxidação do so2 a sulfato, que é excretado pela urina [5]. dentre estes agentes, o metabissulfi to (mbs) é um pó branco e cristalino, com odor pungente e caracteriza-se pela sua ação tóxica que ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010134 ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010 135 artigo article artigo article inclui desordem no anticorpo imunoglobulina e processos de dermatites [6-7]. mbs apresenta os mesmos efeitos citotóxicos e genotóxicos observados para o dióxido de enxofre, uma vez que é responsável por aberrações cromossômicas. possivelmente sua toxicidade está relacionada a perturbações celulares, comprometimento da permeabilidade da membrana e na peroxidação de lipídeos. em adição, pessoas com alergias e tendências asmáticas devem evitar ingerir alimentos aditivados com mbs e seus precursores, uma vez que mbs induz a bronco constrição. numerosos efeitos adversos têm sido atribuídos aos agentes sulfetados, incluindo sintomas de urticárias, pruridos, angiodemas, asmas, dores de cabeça, lesões cutâneas, etc., [1, 4, 8-11]. sais de mbs e correlatos são considerados tóxicos a determinados microorganismos, tais como, fungos e bactérias e, esta propriedade, explorada em diversas áreas a fi m de combater estes agentes microbiológicos. dentre estes, a erwinia carotovora subsp. atroseptica e erwinia carotovora subsp. carotovora são responsáveis por consideráveis perdas econômicas na agricultura. o mecanismo de ação destas instituições químicas relaciona-se com a inativação de sistemas enzimáticos nos microorganismos, juntamente com o co-fator tiamina pirofosfato e a co-enzima nad. este efeito é capaz de exterminar estas espécies biológicas [12]. de acordo com a literatura o metabissulfi to (s2o5 -2) é prontamente convertido a bissulfi to (hso3 -) em contato com a água [3, 5, 8]. sob a ação do oxigênio, soluções de mbs são facilmente transformados em outras espécies, tais como, sulfi tos, sulfatos, sulfetos e tiossulfatos. assim, distintas espécies sulfetadas podem estar presentes em matrizes comerciais como subproduto ou produto de decomposição [1]. métodos analíticos para a determinação de oxiânions de enxofre têm sido baseados em técnicas amperométricas [13], quimiluminescência [14], eletroforese capilar [15], polarográfi cas [16], titulações iodométricas [17], potenciométricas [18] e cromatografi a iônica [19]. de uma forma geral, as metodologias empregam sofi sticados equipamentos, tratamento prolongado dos padrões e das amostras e não são adequados para aplicações rotineiras [1]. de acordo com a literatura, o corante pararosanilina (p) tem encontrado largo emprego na análise quantitativa das mais variadas espécies, tais como, so2 [20-25], alguns compostos orgânicos [26-37] e espécies como bromato [38, 39], brometo [40] e alguns metais [41, 42]. diante do exposto e, considerando a importância no desenvolvimento de métodos analíticos capazes de monitorar mbs, o presente trabalho exibe uma nova sistemática baseada na reação do mbs com o corante p (cloridrato de benzenoamina 4-(4-aminofenil)(4-imino-2,5-ciclohexadiano-1-ilideno)-metil; também conhecido como paramagenta, magenta ou fucsina básica (cas 569-61-9), cuja formula é mostrada na figura 1. a metodologia permite a determinação espectrofotométrica de mbs na região visível do espectro eletromagnético. figura 1. fórmula estrutural da pararosanilina. materiais e métodos equipamentos espectrofotômetro uv-vis 1650 pc da marca shimadzu. todos os experimentos foram conduzidos com cubetas de quartzo de 1 cm de caminho ótico. para a preparação das soluções de trabalho foi empregada uma balança analítica da marca marte mict. os valores de ph das soluções foram ajustados com um phmetro da marca marconi pa200, modelo rs232. antes de seu uso, o eletrodo combinando de vidro foi previamente calibrado com as soluções fornecidas pelo fabricante. reagentes metabissulfi to de sódio (merck), corante pararosanilina (merck), ácido acético (vtec), ácido fosfórico (merck), ácido bórico (merck) e hidróxido de sódio (merck). todos os reagentes de grau analítico. procedimentos experimentais soluções tampão britton e robinson (br) foram obtidas através da mistura dos ácidos acético, fosfórico e bórico. o ph das soluções, no intervalo de 2 a 12, foi ajustado pela adição de hidróxido de sódio. soluções do corante e metabissulfi to de sódio foram obtidas através da dissolução dos sais diretamente em água. todas as soluções foram preparadas utilizando água bidestilada. duas matrizes foram analisadas: um espumante do tipo sidra cereser, facilmente encontrado em qualquer supermercado do país e amostras coletadas nos tanques de cultivo de camarão (carcinicultura) existentes no estado do rio grande do norte. alíquotas das amostras foram adicionas a balões volumétricos contendo 1x10-4 mol l-1 do corante, em solução tampão b-r ph 5,0, e analisadas diretamente sem qualquer tratamento. resultados e discussão o comportamento espectrofotométrico do ânion mbs foi investigado em amplo intervalo de ph (2,0 a 12,0) em solução tampão b-r. o analito apresenta um único e bem defi nido pico em l 277 nm (em ph 2,0) que aumenta em função dos incrementos de mbs (figura 2a). com o aumento nos valores de ph observa-se uma vertiginosa queda do sinal a partir de ph 2,0, com total supressão em ph≥4,0 (figura 2b). em adição, o monitoramento direto da espécie somente pode ser realizado em altos valores de concentração. 200 300 400 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 200 300 400 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2a a b c ab so rb an cia λ (nm) b a b c d ab so rb an cia λ (nm) figura 2a. espectros de absorção molecular de mbs em solução tampão b-r ph 2,0. curvas: (a) mbs= 1,0x10-3 mol l-1; (b) mbs= 2,5x10-3 mol l-1; (c) mbs= 5,0x10-3 mol l-1. figura 2b: efeito do ph sobre o sinal de 5,0x10-3 mol l-1 de mbs em tampão b-r. curvas: (a) ph 2,0; (b) ph 3,0; (c) ph 4,0 e (d) ph 5,0. por outro lado, soluções de 5x10-5 mol l-1 do corante p exibem três bandas de absorção centradas em l 545 nm (pico a), l 290nm (pico b) e l 248 nm (pico c) (figura 3). o pico da região do visível é extremamente dependente das variações de ph. o sinal permanece ligeiramente constante em valores de 2,0≤ph≤5,0, seguindo de acentuado decréscimo e extinção em ph≥8,0. este comportamento está associado a desprotonação da estrutura quinoidal de p, e o deslocamento da dupla ligação do carbono central, a fi m de recompor o sistema p do corante (figura 1) [43]. ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010136 ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010 137 artigo article artigo article 300 400 500 600 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 a b c d e f ab so rb an cia λ (nm) c b a figura 3. espectros de absorção uv-vis de 5x10-5 mol l-1 de p em solução tampão b-r. curvas: (a) ph 3,0; (b) ph 4,0; (c) ph 5,0; (d) ph 6,0; (e) ph 7,0 e (f) ph 8,0. a seguir avaliou-se o efeito da mistura do corante p com o mbs em solução tampão b-r ph 4,0. para este estudo fi xou-se a concentração de p em 8x10-5 mol l-1 e adições de mbs no intervalo de concentração entre 5x10-5 a 5x10-4 mol l-1. os resultados são mostrados na figura 4. 300 400 500 600 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 ab so rb an cia λ (nm) a b c d figura 4. espectros de absorção uv-vis para a mistura de 8x10-5 mol l-1 de p com mbs em solução tampão b-r ph 4,0. curvas: (a) 0,0 de mbs; (b) adição de 5x10-5 mol l-1 de mbs; (c) adição de 1x10-4 mol l-1 de mbs e (d) adição de 5x10-4 mol l-1 de mbs. os espectros mostram que, a banda correspondente a absorção da função quinoidal de p, diminui sua altura em função dos incrementos na concentração de mbs. de acordo com a literatura, a interação de substâncias sulfuradas como o corante p, ocorre por uma reação de adição, no qual, a dupla ligação quinoidal do corante, sofre uma cisão e incorpora a espécie inorgânica através da ligação com o átomo de enxofre no carbono central de p, provocando a descoloração do pigmento [44, 45]. o efeito da mudança nos valores de ph, sobre o sinal da mistura de p com mbs, foi avaliado mantendo-se a concentração de p fi xa em 8x10-5 mol l-1 e adições de mbs no intervalo de concentração entre 5x10-5 mol l-1 a 5x10-4 mol l-1. o estudo foi conduzido em solução tampão b-r e os resultados mostrados na figura 5. 0,0 1,0x10-4 2,0x10-4 3,0x10-4 4,0x10-4 5,0x10-4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 a b c d e ab so rb an cia mbs (mol l-1) figura 5. efeito do ph sobre o sinal de absorbância obtido da mistura de 8x10-5 mol l-1 de p e adições de mbs no intervalo de 5x10-5 a 5x10-4 mol l-1 em solução tampão b-r. curva: (a) ph 2,0; (b) ph 3,0; (c) ph 4,0; (d) ph 5,0 e (e) ph 6,0. em todos os valores de ph investigados, a adição de mbs provoca a queda do sinal do pigmento a partir da primeira alíquota de mbs. adições posteriores do analito confi rmam o decaimento do sinal do corante. a infl uencia no aumento na concentração de mbs sobre o sinal de p foi avaliado em valores de ph 4,0 e 5,0 em distintas concentrações do pigmento. em ph 4,0, independentemente da concentração fi xa de p utilizada, a curva de absorbância em função da crescente concentração de mbs, apresenta uma resposta de decaimento de segunda ordem, mostrando comportamento anômalo. em valor de ph 5,0 diversas concentrações de p foram testadas e, a melhor condição de análise de mbs, foi estabelecida quando se fi xa a concentração de p em 1x10-4 mol l-1. nestas condições, foi possível a construção de uma curva analítica para mbs, de acordo com a figura 6. 400 500 600 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,0 1,5x10-5 3,0x10-5 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 a b c d e f ab so rb an cia mbs (mol l-1) b ab so rb an cia λ (nm) a figura 6a. espectros de absorção uv-vis da mistura 1x10-4 mol l-1 de p em tampão b-r ph 5,0 e adições de mbs. curvas: (a) 0,0 de mbs, (b) 3,1x10-6 mol l-1 de mbs, (c) 9,2x10-6 mol l-1 de mbs, (d) 1,5x105 mol l-1 de mbs, (e) 2,2x10-5 mol l-1 de mbs e (f) 3,0x10-5 mol l-1 de mbs. figura 6b: curva analítica para mbs obtida a partir de 6a. os espectros da figura 6a mostram que o pico da região do visível, correspondente a absorção de p, decresce à medida que aumenta a concentração de mbs. uma relação linear foi observada em toda a faixa de concentração de mbs investigada, expressa pela relação: y= 1,13 2,46x104[mbs], r= 0,9995, n= 9 (1) onde [mbs]= concentração de mbs (mol l-1), r= coefi ciente de correlação e n= número de medidas. o limite de detecção foi estimado em 5x10-7 mol l-1 através da relação sinal ruído (n=5) [46, 47]. a metodologia foi testada quanto a possíveis interferentes. para uma concentração fi xa do corante em 1x10-4 mol l-1 em tampão b-r ph 5,0, foram adicionadas alíquotas de 1x10-4 mol l-1, 2x10-4 mol l-1 e 3x10-4 mol l-1 das espécies cl-, br-, so4 -2 e scn-. nenhuma interferência foi observada para estas condições experimentais. a aplicação do método foi realizada em amostras de espumante (champanhe) comercial e águas de tanques de criação de camarão. utilizando a equação da curva analítica em (i), em conjunto com as melhores condições experimentais, foi possível obter os resultados mostrados na tabela 1. tabela 1. valores de concentração de mbs encontrados nas amostras analisadas. amostra mbs (mol l-1) desvio-padrão (*) [46, 47] espumante (sidra) 3,82x10-4 ± 0,25 águas de criação de camarão 8,18x10-5 ± 0,22 (*) n= 5 medidas. conclusões a interação do mbs com o corante pararosanilina permite o monitoramento espectrofotométrico deste ânion, em matrizes que apresentam relativa complexidade, devido o grande número de constituintes existentes nestes meios. nenhuma interferência foi constatada nas amostras estudadas, e as medidas podem ser realizadas sem a necessidade de tratamentos prévios. mbs pode ser detectado em valores de concentração tão baixo quanto 5x10-7 mol l-1, em solução tampão b-r, em valor de ph 5,0 na presença de 1x10-4 mol l-1 de p, como melhores condições de trabalho. ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010138 ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010 139 artigo article artigo article abstract: metabisulfite anion is widely used as an antioxidant agent and preservative of a number of industrialized products. the interaction of this agent with pararosaniline dye can reduce the absorption band of the pigment within the visible area. from the best experimental conditions such as britton-robinson buffer solution, ph 5.0, and dye in a solution of 1.0x10-4 mol l-1, it was possible to obtain a relation between concentration of metabisulfite and absorbance in a range from 1,3x10-6 mol l-1 to 3.0x10-5 mol l-1. the detection limit was calculated in 5.0x10-7 mol l-1. the methodology was applied on real samples. keywords: metabisulfi te, pararosaniline, spectrophotometry. referências [1] m. novakova, l. krivankova, m. bartos, v. urbanova, k. vytras, talanta, 74 (2007) 183. 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μg cm-2, 0.073 μg ml-1 and 0.222 μg ml-1 respectively. the optimum reaction conditions and other analytical parameters were evaluated. the statistical evaluation of the method was examined by determining intra-day and inter-day precision. the proposed method has been successfully applied for the determination of nevirapine in pharmaceutical formulations. keywords: spectrophotometry, nevirapine, tetrathiocyanatocobalt(ii) ion. introduction nevirapine (nvp) chemically 11-cyclopropyl-4-methyl-5,11-dihydro-6hdipyrido[3,2-b:2′,3′-e][1,4]diazepin-6-one, is a non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor (nnrti) class of antiretrovirals used for the treatment of hiv-1 infections and aids [1-3]. nevirapine is structurally a member of the dipyridodiazepinone chemical class of compounds. it is used in resource poor areas and it is available as a part in generic drug combinations. it is an inducer of cytochrome p450 isoenzymes cyp3a4 and cyp2b6 [4,5]. nevirapine in triple combination therapy has been shown to suppress viral load effectively when used as initial antiretroviral therapy [6,7]. it is a potent and selective non-competitive inhibitor of reverse transcriptase, an important therapeutic target for treatment of hiv-1. the introduction of highly effective combination regimens of antiretroviral drugs has led in recent years to substantial improvements in morbidity and mortality. combination of antiretroviral therapy is the most effective approach to managing hiv infection [8-10]. although early clinical trials with nevirapine found that its use as a monotherapy resulted in the rapid onset of resistance and hypersensitivity reactions [11,12], it is now evident that nevirapine is effective when used as part of highly active antiretroviral therapy [13] (haart) and may offer an alternative to the inclusion of protease inhibitors (which have been associated with toxicity during long term use) in such treatment [14]. furthermore, compared with the protease inhibitors, nevirapine offers more convenient administration regimens (once daily dosing is possible, and there are no food restricecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 201094 ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 2010 95 artigo article artigo article tions), which has meant that it is a particularly successful anti-hiv treatment for young children. several analytical techniques have been reported for the determination of nevirapine [1525]. the method in the united states pharmacopoeia (usp)—monograph for determining nevirapine and its related compounds, a and b—uses a reversed-phase separation with uv detection [26]. the method calls for a 4.6 × 150 mm column packed with l60 (spherical, porous silica gel, 10 øm or less in diameter, the surface of which has been covalently modified with alkyl amide groups and endcapped). due to the strong retention of impurity c, the separation requires about 30 minutes. in the present work we discuss a rapid spectrophotometric method for the routine determination of nevirapine using tetrathiocyanatocobalt(ii) ion as a reagent in pure and dosage forms. experimental apparatus a shimadzu uv-2550 uv-vis spectrophotometer with 1cm matched quartz cells was used for absorbance measurements. reagents and solutions all chemicals used were of analytical reagent grade. nvp drug was obtained as gift sample from sequent scientifi c ltd, mangalore. commercial tablets containing 200 mg were used for the study of dosage forms. a 1000 μg ml-1 standard drug solution was prepared by dissolving 0.1g of nvp in alcohol diluting to the mark in a 100 ml standard fl ask. for the calibration samples, a working solution was prepared by appropriate dilution of the stock concentration in ethanol. buffer of ph 4 was prepared by transferring one buffer tablet of ph 4 in 100 ml. tetrathiocyanatocobalt(ii) ion (ttc) was prepared by mixing 4g cobalt(ii) chloride with 20g kscn and made up to 100 ml with distilled water in a standard fl ask. procedure determination of nevirapine using tetrathiocyanatocobalt(ii) ion different aliquots containing 0.2 2.0 μg ml-1 of nvp were transferred into a series of 10 ml standard fl asks using a micro burette. to this 4 ml of tetrathiocyanatocobalt(ii) ion solution was added followed by 2 ml of ph 4 buffer solution. the contents were shaken well and set aside for 10 minutes and diluted up to the mark with distilled water and mixed well. the absorbance of each solution was measured at 624.5 nm against the corresponding reagent blank. assay of formulations to determine the content of nevirapine in conventional tablets (label claim: 200 mg/tablet), the tablets were powdered and powder equivalent to 100 mg of nevirapine was weighed. the drug from the powder was extracted with ethanol. to ensure complete extraction of the drug, it was sonicated for 30 min and volume was made up to 100 ml. the analysis was repeated in triplicate. the possibility of excipients interference in the analysis was studied. results and discussion the method involves the reaction of nvp with ttc in ph 4 to form a complex [scheme 1], which has an absorption maximum at 624.5 nm [fig. 1]. scheme 1. reaction of nvp with ttc to form nvp-ttc complex figure 1. absorbance spectrum of nvp-ttc complex ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 201096 ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 2010 97 artigo article artigo article analytical data the adherence of beer’s law was studied by measuring the absorbance values of the solutions varying analyte concentration [fig. 2]. a linear relation was found between absorbance at λmax and concentration ranges given in table 1. regression analysis of beer’s law data using the method of least squares were made to evaluate the slope (a), intercept (b) and correlation coeffi cient (r), for each system of nvp and are also presented in table 1. sensitivity parameters such as molar absorptivity, sandell’s sensitivity, detection limit and quantifi cation limit are also compiled in table 1. the limit of detection and quantitation are calculated according to ich guidelines. 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 a bs or ba nc e concentration μg/ml figure 2. adherence of beer’s law table 1. analytical parameters parameters nevirapine (nvp) λ max (nm) 624.5 beer’s law limits (μg ml-1) 0.2 – 2.0 molar absorptivity (l mol-1 cm-1) 1.16× 104 sandell’s sensitivity (μg cm -2) 2.09 × 10-3 limit of detection** (μg ml-1) 0.073 limit of quantifi cation** (μg ml-1) 0.222 regression equation* y = ax + b slope (a) 0.4508 intercept (b) -0.0135 correlation coeffi cient (r) 0.9993 * y is the absorbance and x is the concentration in μg ml-1 ** calculated using ich – guidelines stability of the complex an aliquot containing 2 μg ml-1 (2 ml) of nvp was pipetted from the stock solution of nvp (10 μg ml-1) into a 10 ml calibrated fl ask. to this 2 ml buffer of ph 4 and 4 ml of ttc were added and mixed well for 10 minutes and made up to 10 ml. the absorbance was measured at 624.5 nm at frequent intervals of time [fig. 3]. constant absorbances were obtained which indicated the stability of the complex and was found to be stable over two days. ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 201098 ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 2010 99 artigo article artigo article 0 1 2 3 4 5 6 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 ab so rb an ce volume of ctc added (ml) figure 3. optimum concentration of reagent ttc optimum volume of reagent an aliquot containing 2 μg ml-1 (2 ml) of nvp was pipetted out from the stock solution of nvp (10 μg ml-1) into a 10 ml calibrated fl ask along with 2 ml of buffer solution of ph 4. then it was mixed with ttc in the order of 0.5 ml, 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml and 6 ml. the complexes were made up to 10 ml and absorbance was measured at 624.5 nm. it was found that the volume between 4 and 6 ml is optimum volume of the reagent to get the maximum absorbance and 4 ml was chosen for the experiment [fig. 4]. 0 10 20 30 40 50 0.0 0.5 1.0 1.5 a bs or ba nc e time in hours figure 4. stability of nvp-ttc complex stability constant of the complex (turneranderson method) equimolar solutions of nvp and ttc are mixed in complimentary proportions such that the fi nal volume is 10 ml and the solutions are made up to the mark in 25 ml standard fl asks using buffer of ph 4.0. the absorbances of these are measured at 624.5 nm against the reagent blank. the experiment is repeated by changing the concentration of nvp and ttc. the graphs are plotted with absorbance versus mole ratio of nvp-ttc complex [fig. 5]. the stability constant of the complex is calculated from the graph and is found to be 2.7 × 104. ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 2010100 ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 2010 101 artigo article artigo article mole fraction of nvp-ttc complex 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ab so rb an ce 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 figure 5. continuous variation graph for ttc-nvp complex method validation the proposed method is applied to the assay of nvp in three commercially available dietary supplements. an aliquot containing 1.2 μg ml-1 drug solution is taken and assayed according to the proposed methods. the content of the tablet formulation is calculated by applying suitable dilution factor. the proposed methods are checked by a thorough analysis of each spiked sample and the results are compiled in table 3 .the accuracy and reliability of the proposed method are further established by performing recovery studies. the relative error and relative standard deviation indicate the high accuracy and precision for the method and are compiled in table 2. for a better picture of reproducibility on a dayto-day basis, a series of experiments are performed in which standard drug solution at three levels is determined each day for fi ve days with all solutions being prepared afresh each day. the day-to-day relative standard deviation values represent the best appraisal of the method in routine use. table 2. evaluation of accuracy and precision amount taken (μg ml-1) amount found* (μg ml-1) sd (μg ml-1) re (%) rsd (%) 0.4 0.401 0.002 0.15 0.379 0.6 0.602 0.002 0.23 0.417 0.8 0.801 0.002 0.05 0.287 1.0 1.003 0.006 0.34 0.604 1.2 1.202 0.008 0.17 0.696 1.4 1.404 0.009 0.29 0.637 1.6 1.604 0.006 0.25 0.341 1.8 1.802 0.013 0.11 0.724 * average of fi ve determinations sdstandard deviation, rerelative error, rsd-relative standard deviation interference study in pharmaceutical analysis, it is important to test the selectivity towards the excipients and fi llers added to the pharmaceutical preparations. several species which can occur in the real samples together with drug were investigated. the level of interference was considered acceptable. commonly encountered excipients such as talc, starch, glucose etc did not interfere in the determination. applications the proposed methods were applied to the determination of nvp in three commercial dietary supplements (tablets). an aliquot containing 1.2 μg ml-1 drug solution was taken and assayed according to the proposed methods. the content of the tablet formulation was calculated by applying suitable dilution factor. the accuracy of the proposed method was checked by a thorough analysis of each spiked sample and the results are compiled in table 3. the accuracy and reliability of the methods were further ascertained by recovery studies. table 3. results of assay of formulations by the proposed method brand name of tablet labeled amount (mg) found* ± sd (mg) nevimunea 200 200.25 ± 0.008 nevipanb 200 200.59 ± 0.045 neviretroc 200 198.25± 0.016 *mean value of three determinations; acipla pharmaceuticals; branbaxy pharmaceuticals; calkem laboratories. eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 103 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 93 102, 2010102 artigo article conclusions simple spectrophotometric method for the determination of nvp have been developed and validated according to ich guidelines. the method is simple and easy to perform compared to other existing methods and do not entail any rigorous experimental variables which affect the reliability of the results. the ingredients usually present in the pharmaceutical formulations of these drugs seldom interfere in the proposed methods. the proposed method is simple, accurate and easy to perform and can be used for the routine determination of nvp in bulk and in dosage forms. references [1] s. staszewski, j. morales-ramirez, k. t. tashima, a. rachlis, d. skiest, j. stanford, r. stryker, p. johnson, d. f. labriola, d. farina, d. j. manion, n. m. ruiz, n. engl. j. med. 341 (1999) 1865. 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[22] g. ramachandran, a. k. hemanthkumar, v. kumaraswami, s. swaminathan, j. chromatogr. b 843 (2006) 339. [23] g. r. da silva, g. p. lages, g.a. pianetti, e.d.a. nunan, c. d. v. soares, l. m. m. de campos, quimica nova 29 (2006) 1159. [24] c. f. silverthorn, t. l. parsons, biomed. chromatogr. 20 (2006) 23. [25] p. lemmer, s. schneider, m. schuman, c. omes, v. arendt, j.-c. tayari, l. fundira, r. wennig, therapeutic drug monitoring 27 (2005) 521. [26] u. s. pharmacopeia 29 nf 24 (2006) 29 15-19-1520. bound state solutions of schrödinger equation for a more general exponential screened coulomb potential via nikiforovuvarov method benedict i. ita, p. ekuri quantum chemistry group, department of pure and applied chemistry, university of calabar, p. o. box 3700, calabar, crs, nigeria (corresponding author: e-mail: iserom 2001@yahoo.com) idongesit o. isaac department of mathematics/statistics and computer science, university of calabar, calabar, cross river state, nigeria. abosede o. james department of pure and industrial chemistry, university of port harcourt, nigeria abstract: the arbitrary angular momentum solutions of the schrödinger equation for a diatomic molecule with the general exponential screened coulomb potential of the form ( ) ( ) ( ){ }br2ebr11r/arv −++−= has been presented. the energy eigenvalues and the corresponding eigenfunctions are calculated analytically by the use of nikiforov-uvarov (nu) method which is related to the solutions in terms of jacobi polynomials. the bounded state eigenvalues are calculated numerically for the 1s state of n2 co and no keywords: nikiforov-uvarov method, eigenvalues, eigenfunctions, general exponential screened coulomb potential. introduction the exact analytic solutions of the wave equations (non-relativistic and relativistic) are only possible for certain potentials of physical interest under consideration since they contain all the necessary information on the quantum system [1]. it is known that for certain potentials, the schrödinger equation can be solved for the angular momentum quantum numbers 0= [2]. however, in some cases, like for the 0≠ states, some approximations are often used to obtain analytic solutions of the schrödinger equation [3 – 5]. a more general exponential screened coulomb (mgesc) potential used in this paper is of the form [6]: ( ) ( ) ( ){ }br2expbr11 r a rv −++⎟ ⎠ ⎞⎜ ⎝ ⎛−= (1) where a is the strength coupling constant and b is the screened parameter. the potential in equation (1) is known to describe adequately the effective interaction in many-body environments of a variety of fi elds [6]. in this paper, we have decided to explore the possibility of also using it in obtaining bound state solutions of the schrödinger equation for diatomics using nikiforov-uvarov (nu) method. ecl. quím., são paulo, 35 3: 103 107, 2010 microsoft word 1167.doc ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 183 eletrodo de pasta de carbono em minicavidade de contato sólido antonio ap. pupim ferreira*, sidney josé lima ribeiro, cecílio sadao fugivara, josé maurício almeida caiut, vagner sargentelli, assis vicente benedetti unesp universidade estadual paulista, instituto de química, campus de araraquara. cp 355, 14801-970, araraquara, sp, brasil. *e-mail: antoniopupim@yahoo.com.br resumo: ______________________________________________________________________________ este trabalho descreve a preparação de eletrodo de pasta de carbono (epc) em minicavidade de contato sólido e sua avaliação quando a pasta de carbono contém ou não partículas submicormétricas de sio2(eu 3+ 2%) e sio2(eu 3+ 2%)-lisina. nestes estudos, medidas de voltametria cíclica e impedância eletroquímica foram realizadas em pbs (0,1 mol l -1 ph 7,4) contendo as espécies redox fe(cn)6 -3/-4 . os resultados de impedância foram interpretados baseados na reação de transferência de carga envolvendo as espécies fe(cn)6 -3/-4 e/ou oxigênio em frequências mais altas e, difusão das espécies eletroativas e características da pasta de carbono a baixas frequências. epc-minicavidade é apropriado para eletroanálises usando pasta de carbono modificada. www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 184 palavras-chaves: eletrodo de pasta de carbono; eletrodo de minicavidade; métodos eletroquímicos introdução eletrodos de microcavidade de contato sólido foram desenvolvidos como uma alternativa aos microsensores íon-seletivos baseados em micropipetas que são frágeis e frequentemente se rompem durante o manuseio [1-3]. por outro lado, eletrodos de pasta de carbono (epc) têm sido empregados frequentemente nos mais diversos campos de análise eletroquímica [4-9] dada a facilidade de sua preparação, a versatilidade na modificação química da pasta e sua rápida renovação. as propriedades dos eletrodos de microcavidade de contato sólido podem ser somadas as dos eletrodos de pasta de carbono preenchendo-se a micro ou minicavidade com a pasta de carbono contendo ou não modificadores. os eletrodos de microcavidade têm estrutura robusta, são de fácil preparação e elevada durabilidade. além disso, esses eletrodos apresentam todas as vantagens dos microeletrodos: seu reduzido tamanho permite seu uso em sistemas que os eletrodos de tamanho convencional não acessam; o estado estacionário, a potencial constante, pode ser alcançado sem que haja transporte por difusão-convecção; e os efeitos de polarização ôhmica são minimizados permitindo utilizar baixas concentrações de eletrólito de suporte [2]. a preparação de eletrodos por meio de microcavidades tem sido relatada pela literatura [1,2,10]. microeletrodos de pasta de carbono com diâmetro de 25 µm foram preparados, preenchendo com a pasta uma microcavidade obtida a partir da dissolução eletroquímica de um fio de platina soldado num capilar de vidro. a dissolução da platina foi feita com corrente ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 185 alternada com freqüência de 50 hz, aplicando potencial ac de 5 v rms (“root-mean-square”) de amplitude em solução aquosa saturada de cacl2 a 60% 4% de hcl [1]. poucos trabalhos em escala micrométrica foram dedicados aos eletrodos de pasta de carbono, preenchendo um tubo de 100 a 150 µm com material da pasta. csoka e mekhalif [1] verificaram que eletrodos com diâmetro de 25 µm e cavidades entre 10 a 35 µm não apresentam influencia significativa nas propriedades analíticas de um sensor potenciométrico. o primeiro eletrodo de pasta de carbono (epc) foi desenvolvido por adams com o objetivo de atingir potenciais mais positivos, o que não podia ser alcançado com o eletrodo gotejador de mercúrio devido à sua oxidação [11]. os trabalhos iniciais de adams visaram caracterizar os epc empregando técnicas eletroquímicas básicas [12]. a determinação de ouro e prata por adams ocorreu pela primeira vez em 1963 utilizando a voltametria de dissolução anódica e epc [13]. a incorporação de líquidos orgânicos à pasta de carbono e o estudo eletroquímico desse agente modificador com o intuído de melhorar a sensibilidade e estabilidade de um epc foi realizado por kuwana et al. [14,15] a partir de 1964. estes estudos abriram novas perspectivas de utilização de substâncias eletroquimicamente ativas como modificadores. eletrodos de pasta de carbono com modificadores, tais como, nanopartículas [6], ácidos húmicos [17], materiais biológicos [18,19], ttf (tetratiofulvaleno) e seus sais de haletos [20], óxidos metálicos [21], minerais [22,23], ferroceno [24] e outros, têm sido extensivamente utilizados em análises eletroquímicas. os epc devem apresentar baixa solubilidade no meio de trabalho, alta pureza química dos reagentes empregados na preparação da pasta, baixa adsorção de impurezas eletroativas e apresentar uma distribuição granulométrica uniforme. a otimização dos processos de preparação ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 186 destas pastas é extremamente importante, uma vez que as pastas de carbono contendo modificadores com materiais inorgânicos podem apresentar alguns problemas, tais como, dificuldade de obtenção de uma pasta consistente com propriedades condutoras e incorporação das espécies em estudo, fatores relacionados com a estabilidade e reprodutibilidade [25,26]. além das vantagens citadas inicialmente, o uso de micro ou minicavidade de eletrodo sólido preenchida com pasta de carbono, convém mencionar que o eletrodo de pasta de carbono de tamanho convencional dificulta a compactação da pasta, que pode não ser suficiente para promover uma adequada transferência de elétrons na superfície do eletrodo. o propósito deste trabalho foi desenvolver um eletrodo de minicavidade de contato sólido preenchida com de pasta de carbono com área de trabalho relativamente reduzida para se ter uma economia de material, maior facilidade de compactação da pasta e principalmente apresentar estabilidade e reprodutibilidade de respostas nas medidas eletroquímicas, especialmente a melhoria do contato elétrico. na caracterização do epc baseado em minicavidade de contato sólido, cavidade feita num mini tarugo de ouro onde se coloca a pasta, foram empregadas as técnicas de voltametria cíclica (vc) e espectroscopia de impedância eletroquímica (eis). esses eletrodos foram também modificados com partículas sub-micrométricas luminescentes: sio2(eu3+ 2%) ou recobertas com sio2-aminoácido lisina com o objetivo de verificar a presença da lisina na superfície, uma vez que essa pode ser a base para a incorporação de outras moléculas biológicas. parte experimental reagentes e soluções ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 187 foram utilizados tarugos de grafite (alfa aesar, lote n o . k16i27), óleo mineral (sigmaaldrich) e clorofórmio (sigma-aldrich) para preparar a pasta de carbono. ferricianeto de potássio, k3fe(cn)6, e ferrocianeto de potássio, k4fe(cn)6, ambos adquiridos da sigma-aldrich (99,9 e 99% puros, respectivamente) foram empregados nas medidas de voltametria cíclica e eis. para todas as medidas eletroquímicas foi usada solução tampão fosfato salino (pbs) 0,1 mol l -1 , ph 7,4, como eletrólito de suporte. as partículas sub-micrométricas de sílica dopadas com íon lantanídeo luminescente európio (eu 3+ ), sintetizadas empregando a metodologia stöber [27], e com aminoácido lisina ancorado na superfície da esfera de sílica, foram obtidas no laboratório de materiais fotônicos, departamento de química inorgânica do instituto de química – unesp. todas as soluções foram preparadas usando água deionizada (ρ = 18,2 mω cm), fornecida pelo sistema milli-q (millipore inc. usa). equipamentos as medidas de voltametria cíclica e dissolução do ouro para obtenção da minicavidade foram realizadas num potenciostato-galvanostato mqpg-01, controlado pela interface mqi12/8pcc da microquímica instalada em um microcomputador. as medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica foram realizadas no modo potenciostático, empregando um sistema da eg&g par, que consiste de um potenciostato modelo 283, um detector de resposta em freqüência, modelo 1025, controlado pelo programa powersuite (pinceton applied research). todas as medidas foram realizadas dentro de uma gaiola de faraday conectada a um terra real; o tempo de estabilização do potencial de circuito aberto foi controlado pelo programa m352 da princeton applied research. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 188 a presença de contaminantes no pó de grafite foi analisada empregando espectrometria vibracional na região do infravermelho. os espectros na região do infravermelho foram obtidos em um espectrofotômetro ftir, da perkin elmer – modelo spectrum 2000, na região de 4000 e 400 cm -1 , utilizando-se pastilha de kbr na proporção de 1/100 ( m /m) e resolução de 2 cm -1 . a visualização da pasta de carbono inserida na cavidade do eletrodo de trabalho e com contato com a superfície de ouro foi obtida empregando um estereomicrocópio binocular, modelo q734zt, marca quimis, ampliação de 40× e contendo uma câmera fotográfica acoplada, modelo sdc-312, marca quimis. preparação do eletrodo de pasta de carbono uma minicavidade (∅ = 0,3 mm) e cerca de 1 mm de profundidade foi feita em eletrodo de disco de ouro (∅ = 0,3 mm) soldado em tubo de vidro alcalino (∅ = 6 mm). o contato elétrico foi feito com um fio de cobre soldado no fio de ouro e colado na parte superior do tubo com resina epóxi. antes de fazer a minicavidade, o eletrodo de ouro foi polido com lixa de granulometria até 2000 e, em seguida, submetido à dissolução eletroquímica em solução de hcl 3,6 mol l-1, aplicando um potencial de +1,7 v [10] contra um eletrodo de disco de ouro (∅ = 2 mm). a dissolução foi efetuada até a corrente anódica diminuir para cerca de zero ma, quando a profundidade da cavidade chega ao redor de 1 mm. os tarugos de grafite foram fixados em uma placa de torno de alta rotação e desbastados com uma haste pontiaguda de aço e o pó de grafite obtido foi triturado manualmente em almofariz de ágata. a classificação granulométrica foi realizada a seco por meio de uma peneira de aço inoxidável, marca granutest, de 170 malhas, série tyler (170 meshes, abertura de 0,088 mm). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 189 a pasta de carbono foi preparada com pó de grafite e óleo mineral na proporção de 5:1 em massa, respectivamente, pesadas em balança analítica em um vidro de relógio. a proporção 5:1 de pó de grafite e óleo mineral foi definida em função de se obter maior aglutinação e consistência da pasta. um aumento do óleo mineral aumenta a resistência da pasta, além de diminuir sua consistência. em capela, 2 ml de clorofórmio foram adicionados à mistura que foi homogeneizada manualmente com bastão de vidro. o clorofómio tem a função de diminuir a quantidade de óleo mineral, melhora a homogeneidade da pasta e uma vez preparada a pasta evapora com facilidade. com a total evaporação do clorofórmio a pasta obtida pode ser empacotada na minicavidade do eletrodo de trabalho, conforme mostra a figura 1. para auxiliar o empacotamento e remoção da pasta na minicavidade do eletrodo foi usada uma lima de aço odontológica, marca micro mega, giromaticcleansers, n o 45 (5 1/2 ) 21 m/m . após cada experimento, procedeu-se a remoção da pasta e lavagem da minicavidade com acetona. como agente modificador empregaram-se partículas esféricas sub-micrométricas luminescentes: sio2(eu 3+ 2%) (∅ ~ 350 nm) ou recobertas com sio2-aminoácido lisina (∅ ~ 800 nm) [28]. o compósito de carbono modificado foi obtido homogeneizando-se 0,03 g da pasta de carbono com 0,001 g do modificador por no mínimo 20 minutos e utilizado no eletrodo de trabalho para as medidas eletroquímicas. (1) (2) (3) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 190 figura 1. vista frontal do eletrodo de pasta de carbono minicavidade: (1) vidro, (2) fio de ouro e (3) ninicavidade contendo a pasta de carbono. eletrodos e célula eletroquímica eletrodo de pasta de grafite com área geométrica total de 0,0108 cm 2 foi empregado como eletrodo de trabalho. o eletrodo de pasta de carbono foi polido sobre papel vegetal até obter uma superfície lisa. eletrodo de ag|agcl|kcl(sat) e fio de platina (ageom = 5 cm2) foram usados como eletrodos de referência e auxiliar, respectivamente. para as medidas eletroquímicas foi usada uma célula eletroquímica convencional contendo os eletrodos e 5 ml de eletrólito de suporte. para o eletrodo de trabalho contendo somente a pasta de carbono, alguns experimentos foram realizados borbulhando argônio puro (99,99%) na solução durante 30 minutos e sobre a superfície durante as medidas. medidas de voltametria cíclica os voltamogramas cíclicos foram obtidos em solução tampão fosfato salino (pbs) 0,1 mol l -1 , ph 7,4 + fe(cn)6 -3/-4 1 x 10 -3 mol l -1 em cada complexo, a 25 o c, intervalo de potencial entre -0,10 a +0,55 v e velocidade de varredura do potencial de 25 mv s-1. as medidas voltamétricas permitiram avaliar a reação de transferência de elétrons do par redox. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 191 medidas de impedância eletroquímica para o eletrodo de pasta de carbono com e sem modificador, os diagramas de impedância foram obtidos na presença do par redox fe(cn)6 -3/-4 1 x 10 -3 mol l -1 em solução tampão fosfato salino (pbs) 0,1 mol l -1 , ph 7,4. para as medidas de impedância foram aplicados sinais sinusoidais com 5, 10, 15 ou 20 mv rms de amplitude sobre o potencial de circuito aberto (eoc). com base nos resultados obtidos foi escolhido 10 mv (rms) como sinal de perturbação sinusoidal, 10 pontos/década de frequência no intervalo de 200 khz – 10 mhz. antes da aquisição dos espectros de impedância media-se o potencial por 10 min, suficiente para estabilizar-se, então, aplicava-se este valor de potencial por mais 10 minutos ao mesmo tempo em que era lida a corrente. se a corrente também fosse estável prosseguia-se com o ensaio de impedância eletroquímica. para avaliar a influência do oxigênio sobre os diagramas de impedância, foram realizados experimentos para eletrodos contendo a pasta de carbono sem modificações na minicavidade em soluções aeradas e desaeradas. resultados e discussão o processo de transferência de elétrons envolvendo as espécies fe(cn)6 -3/-4 foi investigado sobre o eletrodo de pasta de carbono sem modificador e na presença das partículas sub-micrométricas luminescentes, sio2(eu 3+ 2%) e de sio2(eu 3+ 2%) recoberta com sio2aminoácido lisina, usando voltametria cíclica. a figura 2 mostra os voltamogramas cíclicos para o par redox fe(cn)6 -3/-4 sobre o eletrodo de pasta de carbono, na presença e ausência de ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 192 modificadores, em solução tampão salino (pbs) 0,1 mol l-1, ph 7,4 e ν = 25 mv s-1. para a pasta de carbono na presença do par redox fe(cn)6 -3/-4 (figura 2b) foi obtido um voltamograma cíclico com um par de picos a +0,28 v (pico anódico) e +0,17 v (pico catódico) indicando uma resposta não completamente reversível [29,30]. o voltamograma cíclico mostra também uma tendência similar à primeira lei de ohm fora das regiões dos picos, indicando uma significativa contribuição resistiva, que deve estar associada à condutividade da própria pasta de carbono na minicavidade. nos voltamogramas mostrados na figura 2 (a – d) observa-se um par de picos de corrente anódica (≈ +0,14 v) e catódica (≈ -0.1 v). o inserto da figura 2 mostra a permanência dos picos ao redor de +0,14 v e -0,1 v na ausência do par redox em solução. a análise de contaminantes do pó de grafite por espectrometria vibracional na região do infravermelho mostrou um pico característico em 453 cm -1 de ligação fe−o [31]. conforme mencionado acima, este comportamento pode estar relacionado a processos redox envolvendo a contaminação da pasta de carbono. no entanto, ao se observar a figura 2 fica evidente que na presença do par fe(cn)6 -3/-4 ou mesmo de oxigênio, essa contaminação é insignificante em termos de intensidade de corrente. também, é muito provável que essa contaminação não exerça qualquer influência significativa sobre os diagramas de impedância, especialmente na presença do para redox e/ou de oxigênio. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 193 figura 2. voltamogramas cíclicos do eletrodo de pasta de carbono de minicavidade na ausência (a) e na presença de fe(cn)6 -3/-4 (b-d) em solução tampão salino 0,1 mol l-1, ph 7,4: sem modificador (b) e eletrodos modificados com partículas sub-micrométricas de sio2(eu 3+ 2%) (c) e de sio2(eu 3+ 2%) recoberta com sio2-aminoácido lisina (d). ageomet: 0,0108 cm 2 ; ν = 25 mv s -1 ; eletrodo de referência: ag|agcl|kclsat. a modificação da pasta de carbono com partícula sub-micrométrica de sio2(eu 3+ 2%) mostrou os picos correspondentes ao par redox fe(cn)6 -3/-4 com ambos picos: anódico -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 -10 0 10 20 30 40 (a) i( na ) e(v) -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 (d) (a) (c) (b) i( µµ µµ a ) e(v) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 194 (+0,27 v) e catódico (+0,17 v) (figura 2b). quando foi adicionado o híbrido orgânicoinorgânico (aminoácido:sílica) à pasta de carbono (figura 2c) ocorreu um decréscimo significativo nos picos de corrente do par redox fe(cn)6 -3/-4 sem um aumento significativo na diferença de potencial entre os picos anódico (+0,28 v) e catódico (+0,16 v). no entanto, esse pequeno aumento na diferença entre os potenciais de pico pode indicar uma maior dificuldade na transferência de carga do par redox. fica evidente que o modificador diminuiu a área ativa do eletrodo ou aumentou a espessura da dupla camada compacta dificultando a transferência de carga, sendo maior a influência do primeiro fator, o que pode ser justificado pelo fato de que a sílica pode ser pouco condutora de corrente e eletroquimicamente não ativa. o eletrodo modificado com sio2(eu3+ 2%) apresentou uma relação ipa/ipc = 1,06, para o par redox fe(cn)6 -3/-4 comparado com o eletrodo contendo apenas a pasta de carbono na minicavidade, ipa/ipc = 1,04 (figura 2b). isso sugere que essencialmente não houve modificação do mecanismo de reação eletroquímico. no caso do modificador sio2(eu 3+ 2%) aminoácido lisina, a separação entre os picos anódico (ep = +0,28 v) e catódico (epc = +0,16 v) aumentou e diminuiu a definição dos picos, ao mesmo tempo que diminuiu a intensidade de corrente dos picos. isso sugere fortemente que houve maior bloqueio da superfície, dificultando também o processo de transferência de carga. a razão entre as correntes anódica e catódica foi de 1,24, o que se afasta um pouco dos resultados para as demais condições estudadas neste trabalho. isso provavelmente ocorreu devido à pior definição do pico catódico, o que leva a um maior erro na determinação da corrente de pico. os processos de transferência de carga com ferro/ferricianeto ocorrem, pelo menos na primeira etapa, sem adsorção por contato e sendo assim a área efetiva do eletrodo é geralmente sua área geométrica, cujo valor é 0,0108 cm 2 . essa área pode ser obtida a partir da equação de ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 195 randles-sevcik [32] desde que conhecidos o número de elétrons, coeficiente de difusão e concentração da espécie eletroativa, velocidade de varredura do potencial e corrente de pico a uma dada temperatura. a aplicação dessa equação forneceu valores de área iguais a 0,0105; 0,0061 e 0,0040 cm 2 para a os eletrodos de pasta de carbono sem modificações e modificados com sio2(eu 3+ 2%) e sílica recoberta com aminoácido lisina, respectivamente. os resultados obtidos mostraram que a voltametria cíclica tradicional é adequada para o estudo envolvendo eletrodo de minicavidade de estado sólido modificado com partículas submicrométricas. antes da aquisição dos espectros de impedância, os potenciais de circuito aberto nas diferentes modificações da pasta de carbono na presença do par redox foram observados e o potencial de estabilização foi de +0,215 v, após 10 minutos de imersão no eletrólito e para as pastas modificadas ocorreu um pequeno aumento no potencial de estabilização para +0,235 mv. em ambos os casos esse potencial representa o potencial formal do par redox fe(cn)6 -3/-4 neste meio e sobre esses eletrodos, porém foi observado que o potencial é mais estável para o eletrodo não modificado com as partículas sub-micrométricas. a figura 3 mostra os diagramas de impedância no plano complexo (-zi) versus (zr), expressos com base na área geométrica, para a minicavidade do eletrodo de trabalho de pasta de carbono em solução desaerada com argônio (figura 3a) e em solução aerada (figura 3b) ambos na ausência do par redox fe(cn)6 -3/-4 . a figura 3c mostra os diagramas obtidos sem e com os modificadores na presença do para redox fe(cn)6 -3/-4 em solução eletrolítica aerada e ausência de dispersão em freqüências relativamente baixas, até 10 mhz. o inserto da figura 3c corresponde ao diagrama de impedância para o eletrodo de minicavidade com a pasta de carbono em solução desaerada na presença do par redox fe(cn)6 -3/-4 . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 196 em atmosfera de argônio e na ausência do par redox fe(cn)6 -3/-4 observa-se apenas um arco capacitivo com impedância relativamente alta, cuja a resistência de polarização está acima dos 300 kω cm 2 indicando que o sistema é bastante resistivo. isso se deve ao fato que na ausência ou em concentração muito baixa de oxigênio ou de qualquer outra espécie eletroativa a resposta da pasta de carbono determina os valores de impedância. os diagramas de impedância mudaram significativamente em solução aerada, ou seja, na presença de oxigênio (figura 3b e inserto). observa-se um semicírculo capacitivo, seguido de um processo de difusão na ausência do par redox. a impedância real diminuiu drasticamente se for considerado o primeiro arco capacitivo, o que pode ser atribuído ao processo redox envolvendo a redução de oxigênio (rct da ordem de 7-10 kω cm 2 conforme mostra o inserto da figura 3b). em seguida verifica-se um aumento da impedância que pode ter contribuição da impedância de difusão do oxigênio e também da resistência elétrica da pasta de carbono, principalmente quando se compara com o diagrama na ausência de oxigênio (figura 3a). ao se adicionar o par redox fe(cn)6 -3/-4 na solução aerada do eletrólito verifica-se a presença de dois semicírculos capacitivos: um na região de alta frequência e outro na região de baixa frequência (figura 3c). verifica-se também que com a modificação da superfície com partículas sub-micrométricas de sio2(eu 3+ 2%) (curva b) e com sio2(eu 3+ 2%) recoberta com aminoácido lisina (curva c) aumenta a impedância real e imaginária do arco capacitivo em alta frequência. os valores aproximados das impedâncias reais (zr/kω cm 2 ) para o primeiro arco capacitivo são: 5 (curva a); 7 (curva b) e 11 (curva c). isto significa que o arco capacitivo em alta frequência pode estar relacionado com a transferência de carga envolvendo o par redox fe(cn)6 3/-4 e redução de oxigênio (ver figura 3b). o inserto da figura 3c mostra o diagrama de impedância para a pasta de carbono não modificada na presença do par redox fe(cn)6 -3/-4 em ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 197 solução desoxigenada. ao se remover o oxigênio continuam sendo observados os dois semicírculos, porém, o semicírculo em alta frequência tem uma impedância real de aproximadamente 1,5 kω cm 2 , o que é bem menor que a impedância do mesmo eletrodo na presença de oxigênio. esse resultado sugere que a resposta em alta frequência em solução desoxigenada se deve ao par redox fe(cn)6 -3/-4 , e que ambos par redox e oxigênio são responsáveis pelo arco capacitivo da figura 3c. na presença do par redox fe(cn)6 -3/-4, o segundo arco capacitivo (figura 3c) também se desloca para maiores valores de impedância real sem alterar significativamente a impedância imaginária quando se modifica a pasta de carbono. no entanto, a impedância real é pelo menos 20 vezes menor que a obtida com a pasta de carbono em solução desoxigenada na ausência do para redox (figura 3a), e bem diferente dos diagramas de impedância da figura 3b, onde há a contribuição do oxigênio. o segundo arco capacitivo do inserto da figura 3c apresenta a menor impedância de todos os sistemas estudados. a figura 3d mostra que, na presença do par redox fe(cn)6 -3/-4 ou de oxigênio, o início do segundo arco capacitivo se dá com um ângulo próximo a 45 o. esse mesmo comportamento foi observado para todos os demais diagramas obtidos na presença do par redox fe(cn)6 -3/-4 e/ou de oxigênio. verifica-se também que à medida que diminui a frequência há um desvio desse comportamento para formar um semicírculo. sugere-se que no início desse segundo arco a contribuição predominante é a difusão quer dos componentes do par redox quer do oxigênio. ao diminuir a freqüência predomina a resposta do eletrodo de minicavidade de pasta de carbono na ausência do par redox (figuras 3a e 3b). desta maneira o segundo arco capacitivo aparece devido à distorção do comportamento difusional. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 198 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 -z i(k ωω ωω c m 2 ) zr(kωωωω cm2) 10 mhz (a) 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 (b) 10 mhz -z i(k ωω ωω c m 2 ) zr(kωωωω cm2) 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 199 figura 3. (a) eletrodo de pasta de carbono de minicavidade na ausência do par redox em solução desaerada; (b) eletrodo de pasta de carbono de minicavidade na ausência do par redox em solução aerada; (c) espectros de impedância no plano complexo do eletrodo de pasta de 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 2 4 6 8 10 12 14 16 (c) (b) (c) 10 mhz -z i(k ωω ωω c m 2 ) zr(kωωωω cm2) (a) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 -z i(k ωω ωω c m 2 ) zr(kωωωω cm2) 10 mhz epc minicavidade em atmosfera de argônio 6 9 12 0 2 4 (d) -z i(k ωω ωω c m 2 ) zr(kωωωω cm2) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 200 carbono de minicavidade na presença de fe(cn)6 -3/-4 em solução tampão salino 0,1 mol l -1 , ph 7,4 sem modificador (a) e eletrodos modificados com partículas sub-micrométricas de sio2(eu3+ 2% (b) e de sio2(eu3+ 2%) recoberta com sio2-aminoácido lisina (c); (d) destaque para o comportamento difusional na região de baixas frequências para o diagrama de impedância da figura 3c (curva a). ageomet: 0,0108 cm 2 , eletrodo de referência: ag|agcl|kclsat. conforme esperado a impedância real do sistema com pasta de carbono tendeu aumentar com a presença de lisina incorporada à superfície da partícula esférica. a formação de uma camada externa à superfície da partícula de sílica modificada com európio, com formação de um material com maior massa molar, acabou gerando um aumento na resistência de transferência de carga na interface eletrodo/eletrólito contendo as espécies eletroativas. esse aumento da impedância provavelmente está relacionado com a diminuição da área ativa do eletrodo da pasta de carbono para o processo redox envolvendo o par fe(cn)6 -3/-4 . a espectroscopia de impedância mostrou a influência da presença de oxigênio no eletrólito, e permitiu separar os efeitos difusionais dos ôhmicos e de transferência de carga o que não é possível ser obtido pela voltametria cíclica. a favor do uso do epc de minicavidade para este sistema e para outros estudos, se pode mencionar o bom contato elétrico ouro/pasta de carbono dada a compressão da pasta de forma compacta e uniforme na minicavidade, a facilidade de construção, a robustez, a durabilidade do eletrodo. conclusões ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 201 a dissolução eletroquímica do fio de ouro em solução de hcl foi suficiente para a obtenção do eletrodo de minicavidade de contato sólido. as técnicas de voltametria cíclica e especialmente de espectroscopia de impedância eletroquímica permitiram uma boa avaliação do eletrodo de minicavidade contendo pasta de carbono sem modificador e na presença de partículas sub-micrométricas de sio2(eu 3+ 2%) e de sio2(eu 3+ 2%) recoberta com aminoácido lisina. as técnicas de voltametria cíclica e impedância eletroquímica foram sensíveis para detectar a influência das modificações da pasta na resposta eletroquímica do par redox fe(cn)6 -3/-4 . essa influência foi predominante atribuída à diminuição da área ativa do eletrodo. a impedância também permitiu avaliar a influência do oxigênio presente no eletrólito em solução aerada. o epc de minicavidade, como ferramenta de trabalho em estudos eletroquímicos, mostrou-se viável para aplicação no estudo de vários sistemas que podem ser utilizados como modificadores da pasta de carbono. agradecimentos os autores agradecem a capes e cnpq pelo suporte financeiro dado ao projeto envolvendo marcadores luminescentes em biotecnologia – nanopartículas multifuncionais (edital mec/capes-mct/cnpq/finep edital nº 34/2007, cnpqproc. 300728/2007-7). referências [1] f. sundfors, r. bereczki, j. bobacka, k. tóth, a. ivaska, r. e. gyurcsányi, electroanalysis 18 (13-14) (2006) 1372. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 202 [2] a. m. bond, d. luscombe, k. b. oldham, c. g. zoski, j. electroanal. chem. 249 (1988) 1. 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[31] a. raman, b. kuban, a. razvan, corros. sci. 32 (12) (1991) 1295. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 204 [32] r. s. nicholson, i. shain, anal. chem. 36 (4) (1964) 706. carbon paste electrode in a solid-contact minicavity abstract this work describes the preparation of carbon paste electrode (epc) in a solid-contact minicavity and its evaluation when containing carbon paste without and with sio2(eu 3+ 2%) and sio2(eu 3+ 2%)-lysine sub-micrometrics particles. for this study cyclic voltammetry and electrochemical impedance measurements were performed at ph 7.4 in 0.1 mol l -1 pbs containing fe(cn)6 -3/-4 redox species. the impedance results were interpretated based on a charge-transfer reaction involving fe(cn)6 -3/-4 species and/or oxygen at higher frequencies and, diffusion of the electroactive species and carbon paste characteristics at lower frequencies. epcminicavity is suitable for electroanalysis using modified carbon paste. keywords: carbon paste electrode; minicavity electrode; electrochemical methods 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 18 | eclética química, vol. 40, 173-179, 2015. 173 antibacterial potential of flavonoids with different hydroxylation patterns flávia aparecida resende 1,2 , leonardo gorla nogueira 1,2 , tais maria bauab 1 , wagner vilegas 3 , eliana aparecida varanda 1 ____________________________________________________________________________ abstract: the antibacterial activity of ten flavonoids, with variations in the hydroxylation pattern, was assayed in this study with the aim of investigating the influence of the hydroxyl groups of flavonoids on the evaluated activity. the evaluated degree of hydroxylation of the flavonoid molecules appears to have a crucial role in antibacterial effects. kaempferol, the most active compound against staphylococcus aureus, has a hydroxyl group in the b ring, a double bond between carbons 2 and 3 in conjunction with a 4-carbonyl group and hydroxyl groups at positions 3, 5 and 7, showing that the hydrophilic / lipophilic balance appears to be an important variable for antibacterial activity. with respect to the strain of escherichia coli, the compounds evaluated did not inhibit completely bacterial growth; however they reduced the percentage of gram-negative cells, under the conditions used in this work. these studies contribute to clarify the mechanisms by which these compounds act in the evaluated activity, since flavonoids can act through different mechanisms other than conventional antibiotics and could, therefore, be of use in the treatment of resistant bacteria. keywords: flavonoids; antibacterial activity; structure-activity relationships; degree of hydroxylation 1 unesp-são paulo state university, faculty of pharmaceutical sciences of araraquaradepartment of biological sciences, cep 14801-902, araraquara, são paulo, brazil 2 uniara-centro universitário de araraquara, department of biological sciences and health, cep 14801-340, araraquara, são paulo, brazil 3 unesp-são paulo state university, experimental campus of the paulista coast, cep 11330-900, são vicente, são paulo, brazil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 173-179, 2015. 174 174 introduction antibiotics have been proven to be powerful drugs for the control of infectious diseases and remain as one of the most significant discoveries of modern medicine. their extensive and unrestricted use has, however, imposed a selective pressure upon bacteria, leading to the development of antimicrobial resistance. antibiotic resistance is recognized by the world health organization (who) as the greatest threat in the treatment of infectious diseases [1]. an important potential strategy to help combat the resistance problem involves the discovery and development of new active agents capable of partly or completely suppressing bacterial resistance mechanisms [2]. flavonoids are a family of plant-derived compounds with potentially exploitable activities, including direct antibacterial activity, synergism with antibiotics, and suppression of bacterial virulence [3]. some of these substances produced by plants can successfully fight infections [1]. thus, in this study, the determination of in vitro antibacterial activity of ten flavonoids was also assessed. the compounds assessed were: quercetin, kaempferol, luteolin, fisetin, chrysin, galangin, flavone, 3-hydroxyflavone, 5-hydroxyflavone and 7hydroxyflavone. these compounds have differences in the hydroxylation pattern of their molecule. these differences allow an investigation on the influence of the hydroxyl groups of flavonoids on the evaluated activity, since the propensity of the flavonoids biological activity is governed by its chemical structure. material and methods chemicals and culture media quercetin, kaempferol, fisetin, luteolin, flavone, 3-hydroxyflavone, 5hydroxyflavone, 7 hydroxyflavone, chrysin, galangin (minimum 90-98% hplc for the flavonoids), dimethyl sulfoxide (dmso) were purchased from sigma chemical co. (st. louis, mo, usa). difco bacto agar (difco, usa) was used as bacterial media. antibacterial assay the bacteria utilized were staphylococcus aureus atcc 25923 and escherichia coli atcc 25922. the bacterial stock was kept in 50 vol% glycerol at a temperature of -20˚c. cultures were prepared from the stock by inoculation of müller-hinton broth (mhb) and incubation at 37˚c for 24 h. the minimum inhibitory concentrations (mics) of flavonoids were determined in mhb by a broth dilution micromethod in 96-well round-bottomed polystyrene microtiter plates, following the guideline procedures of the clinical laboratory standards institute [4]. briefly, bacterial strains were cultured overnight at 37ºc in mhb, adjusted to a final density of 10 6 cfu/ml and used as the inoculum. flavonoids were dissolved in dmso at a concentration of 1000 μg/ ml. the final solvent concentration (dmso) did not exceed 5% of the final volume / well. serial twofold dilutions of these stock solutions were done in a concentration range from 3.9 500 µg/ ml. the 96 well plates were prepared by dispensing into each well 80 µl of mhb and 20 µl of the bacterial inoculum. an aliquot of 100 µl of each test solution was then pipetted into the first test well of each microliter row, and then 100 µl was transferred from well to well along the row, to make the series of concentrations. each microliter plate had one column with the broadspectrum antibiotic used for positive control (ciprofloxacin chloride at 35 µg/ ml). in addition to the test substance and positive control, each plate carried a sterility control of medium alone, bacterial growth control, color and sterility control of the sample and a negative control (solvent) (5% dmso in mhb). the lowest concentration of the compounds that showed no growth was taken as the mics. all tests were done in triplicate wells. after 24 h of incubation, the absorbance at 620 nm (a620) was determined for each well. the mic was determined for each strain as the lowest concentration of flavonoid that completely inhibits measurable growth (a620 = 0) [5]. the determination of bacterial growth for each microorganism was calculated as follows: eclética química, vol. 40, 173-179, 2015. 175 175 bacterial growth (%) = (abs a – abs b/ abs c) x 100 where abs a represents the absorbance of the well with a flavonoid concentration; abs b the absorbance of the well with a flavonoid concentration without the addition of the inoculum (obtained from the actual absorbance of bacteria, without interference from the test substances); abs c the absorbance of the control well. results and discussion the antibacterial activity of flavonoids (quercetin, kaempferol, fisetin, luteolin, flavone, 3hydroxyflavone, 5-hydroxyflavone, 7hydroxyflavone, chrysin and galangin) was determined by the percentage of the bacterial growth obtained when put against s. aureus and e. coli. from these results, the mic for each microorganism was determined (table 1). the flavonoids evaluated were effective against s. aureus and e. coli, to varying degrees (table 1), and the s. aureus strain was more sensitive to different flavonoids, being kaempferol the most active compound, with mic of 62.5 μg/ ml (table 1). with respect to e. coli, the compounds evaluated did not completely inhibit bacterial growth, they only reduced the percentage of bacterial cells, under the conditions used in this study (table 1). table 1 minimum inhibitory concentration (mic) of flavonoids (quercetin, kaempferol, luteolin, fisetin, chrysin, galangin, flavone, 3hydroxyflavone, 5 hydroxyflavone and 7hydroxyflavone) by dilution in microplates treatments mic (μg/ ml) s. aureus (gram-positive) e. coli (gram-negative) quercetin o o oh oh oh oh oh 125 > 500 kaempferol o o oh oh oh oh 62,5 > 500 fisetin o o oh oh oh oh 125 > 500 luteolin o o oh oh oh oh 125 > 500 eclética química, vol. 40, 173-179, 2015. 176 176 chrysin o o oh oh 250 > 500 galangin o o oh oh oh 125 > 500 flavone o o 500 > 500 3hydroxyflavone o o oh 500 > 500 5hydroxyflavone o ooh 500 > 500 7hydroxyflavone o o oh 500 > 500 c+: ciprofloxacin chloride n o oh o n f nh 2,14 x 10 -3 3,34 x 10 -5 the classification of most bacteria, developed by the danish physician hans christian gram in 1884, is based on the fact that gram-positive bacteria retains a crystal violet-iodine complex when put through decolorization with alcohol or acetone, while gramnegative bacteria do not. this behavior is due, among other aspects, because the gram-positive bacteria possess a thick peptidoglycan layer in their cell wall eclética química, vol. 40, 173-179, 2015. 177 177 whereas gram-negative bacteria possess a thin peptidoglycan layer and a lipopolysaccharide outer membrane. the gram stain is important for the differentiation of gram-positive and gram-negative bacteria since they have different susceptibilities to a variety of antibiotics [6]. at present, the resistance to antimicrobial-agents is recognized as a major global public health problem [7]. moreover, the use of antibiotics is often accompanied by side effects and thus the search for compounds that are active against antibiotic-resistant strains of bacteria is continuing among the flavonoids, compounds which are non-toxic or have low toxicity [6]. however, considering the varied structureactivity relationships of different series of compounds, it cannot be inferred that the biological behavior of a drug is determined by the influence of a single parameter or variable. furthermore, in most cases, the presence or introduction of various functional groups in a compound does not permit an accurate explanation of the kind and intensity of the biological activity [8]. however, the study of the structureactivity relationship performed in this work allows us to make some general observations of the structure and antibacterial activity of the analyzed flavonoids. in the present study, the s. aureus strain was more sensitive to different flavonoids. it is important to note that s. aureus is the cause of a number of diseases that affect humans and animals. in spite of advances in medical science, epidemiology and the discovery of new antibiotics, s. aureus infections still present considerable morbidity and mortality rates [8]. gram-positive and gram-negative bacterial species might present different sensitivity values towards phenolic compounds because of the differences in their membrane structure and the associated cell wall differences [7]. the degree of hydroxylation of flavonoid molecules evaluated in the present study appears to have a crucial role in the observed antibacterial effects. kaempferol, the most active compound, has a hydroxyl group in the b ring, a double bond between carbons 2 and 3 in conjunction with a 4-carbonyl group and hydroxyl groups at positions 3, 5 and 7, showing that the hydrophilic / lipophilic balance seems to be important for antibacterial activity. according to miceli et al. [7], for a phenolic compound to function effectively as an antimicrobial it should be placed at a lipid–water interface, having to be, therefore, partially hydrophobic. the partial hydrophobicity of some phenolic compounds allows them to act efficiently at the membrane–interface of the gram-positive bacteria. this can severely impair the plasticity of the membrane and therefore destabilize the cell by weakening the membrane integrity, which may result in the disruption of the bacterial membrane and also of critical transport processes. moreover, the flavonoids evaluated in this study have two aromatic rings bound by an α,β-unsaturated carbonyl group. carbonyl compounds usually exert their action through the direct interaction with enzymes, usually through the hydrogen bonds [8], forming complexes with a cell wall or by interrupting the synthesis of bacterial envelopes [9]. recently, in a review described by cushnie and lamb [3], researchers have suggested that the antibacterial activity of flavonoids may be attributable to cytoplasmic membrane damage (caused by perforation and/or a reduction in membrane fluidity), inhibition of nucleic acid synthesis (caused by topoisomerase inhibition) and to the inhibition of energy metabolisms (caused by nadh-cytochrome c reductase inhibition). evidence has also been presented for two new mechanisms, which are: 1) inhibition of cell wall synthesis and 2) inhibition of cell membrane synthesis, caused by the inhibition of related enzymes. since flavonoids have an aggregation effect in bacterial cells [3], the antibacterial activity detected on gram-positive bacteria may be due to the formation of pseudomulticellular aggregates. probably, the flavonoids are not killing bacterial cells but merely inducing the formation of bacterial aggregates and thereby reducing the number of cfus in viable counts [2, 7]. however, this aggregation effect decreases the surface area, which may result in a decrease on oxygen consumption by the bacteria, an observation previously thought to indicate the disruption on the electron transport chain, and in decreasing the uptake of nutrients such as uridine and eclética química, vol. 40, 173-179, 2015. 178 178 thymidine, an observation previously thought to indicate the inhibition of nucleic acid synthesis [3]. thus, the apparent ability of flavonoids to generate cell aggregates deserves further research, since in this study, the observed reduction in the growth of s. aureus markedly in the different concentrations of flavonoids tested. with respect to e. coli, gram-negative bacteria, which have an external lipo-polysaccharide layer and additional minor membrane components, besides an intact plasma membrane around its cell, potentially have more buffering capacity and hydrophobicity and therefore can create an unfavorable environment for simple phenolics to exert their hyperacidification effect [7]. moreover, according to hendra et al. [10], gram-negative microorganisms are typically more resistant to antimicrobial agents than gram-positive bacteria. this has for a long time been explained by the presence of an outer-membrane permeability barrier in the gram-negative bacteria, which limits the access of the antimicrobial agents into the bacterial cells. conclusions considering the enormous scientific effort put in elaborating new antibacterial compounds, flavonoids, due to their extremely large amount of biological properties, are placed among the most attractive plant derivatives the enrich the current therapy options [9]. this study allows us to conclude that, besides the importance of assessing the structural change of antimicrobial flavonoids, the identification of the mechanisms of action in the flavonoids is key to the pharmacological development of these compounds. identification of their cellular target(s) would permit anticipation of problems relating to clinical safety and drug resistance. acknowledgements this work was supported by “fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp)” and “coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes)”, brazilian state and federal agencies. referências [1] a. c. abreu, a. j. mcbain, m. simões. plants as sources of new antimicrobials and resistance-modifying agents. nat. prod. rep. 29 (2012) 1007-1021. 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[7] n. miceli, a. trovato, a. marino, v. bellinghieri, a. melchini, p. dugo, f. cacciola, p. donato, l. mondello, a. güvenç, r. de pasquale, m. f. taviano. phenolic composition and biological activities of juniperus drupacea labill. berries from turkey. food chem. toxicol. 49 (2011) 2600-2608. eclética química, vol. 40, 173-179, 2015. 179 179 [8] l. e. alcaráz, s. e. blanco, o. n. puig, f. tomás, f. h. ferretti. antibacterial activity of flavonoids against methicillin-resistant staphylococcus aureus strains. j. theor. biol. 205 (2000) 231-240. [9] a. kurek, a. m. grudniak, a. kraczkiewicz-dowjat, k. i. wolska. new antibacterial therapeutics and strategies. polish j. microbiol. 60 (2011) 3 – 12. 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as instabilidades eletroquímicas (oscilatórias ou monotônicas) podem ocorrer nesses sistemas [3,6,7,8,9]. para poder explicar os fatos experimentais do seu aparecimento, sua influência no polímero formado e os procedimentos para evitá-las é preciso construir o modelo matemático deste processo para poder determinar o mecanismo mais provável associado. introdução os polímeros condutores são as combinações orgânicas que atraem mais e mais interesse pois eles mantêm as caraterísticas dos plásticos e a condutividade dos metais. tendo em vista as boas caraterísticas, podem ser utilizados em sensores [1, 2], recobrimentos de proteção [3] e aparelhos eletroquímicos [4,5], além da retenção de substâncias tóxicas [2]. alguns dos polímeros condutores mais utilizados são: os derivados de alquinos (poliacetileno) os derivados de combinações aromáticas (poli-p-fenileno, polianilina) os derivados de combinações heterocíclicas de 5 átomos no ciclo (polifurano, polipirrol, politiofeno e os derivados destes). embora eles possam ser sintetizados tanto por síntese química quanto pela eletroquímica, a eletropolimerização ganha mais e mais atenção pois os polímeros obtidos pela síntese eletroquímica (anôdica e raramente catôdica [6]) mantém maior capacidade de conduzir corrente e de se modificar para manter as caraterísticas precisas. é possível funcionalizar os polímeros condutores por 4 métodos. o comportamento de sistemas de imobilização de substâncias diferentes através da eletropolimerização das combinações heterocíclicas foi investigado através da teoria da estabilidade linear e da análise de bifurcações. criando o modelo matemático deste processo e analizando-o nós prevemos que as oscilações podem sobrevir se ocorrer a interação entre as partículas adsortas e também a oxidação anôdica dos oxidantes fortes (incluindo também o crescimento autocatalítico da cadeia). as causas do comportamento oscilatório de sistemas eletroquímicos devido a imobilização das substâncias diferentes através da polimerização eletroquímica de combinações heterocíclicas. v.v.tkach1 e v.v. nechyporuk. ucrânia, chernivtsi, rua kotsyubyns’kogo 2, universidade nacional de chernivtsi, 58012 1e-mail do contato: volodya@llanera.com, nightwatcher2401@gmail.com 69eclética química, 37, 68-71, 2012. δ. o monômero na câmada pre-superficial. o monômero entre na camada pre-superficial por difusão e também pela desorção e sai dela sendo adsorvido na superfície do eletrodo. a equação do balanço da concentração pre-superficial do monômero pode-se escrever como sendo que d significa o coeficiente da difusão, ch,bulk significa a concentração do monômero no interior da solução, r1 e r-1 são as velocidades da adsorção e desorção. o monômero na superfície. o monômero chega na superfície pela adsorção e sai dela pela desorção. ele também é consumido, formando o polímero. a equação do balanço do grau do recobrimento da superfície com o monômero será descrita como. em que r2 é a velocidade da polimerização eletroquímica e max,hã é a concentração superficial máxima do monômero. a substância que se imobiliza. chega à camada pre-superficial através da difusão do interior da solução e sai dela participando na reação da polimerização eletroquimica. a equação do balanço então pode-se descrever como sendo que ch,bulk significa a concentração da substância que se imobiliza no interior da solução. para investigar o comportamento eletroquímico deste processo é preciso resolver as equações no sistema. a imobilização das substâncias diferentes pela polimerização eletroquímica e o seu modelo matemático para descrever a cinética da eletropolimerização, é melhor usar o mecanismo modificado de diaz, segundo o qual a polimerização inclúi a oxidação do monômero formando o radical-cátion, as reações do crescimento da cadeia (a recombinação ou substituição eletrofílica) que formam o dímero, a oxidação dele (formação do centro do crescimento), a formação do trímero e a crescimento da cadeia da maneira já descoberta. o dopante participa no processo da polimerização estabilizando o radical-cátion, deminuindo o potencial da eletropolimerização e (caso que seja um dos oxidantes fortes) pode transferir o centro ativo à molécula do monômero livre. a imobilização das substâncias pode resultar na formação dos complexos, nas formações das ligações covalente e sua incorporação nas cadeias polimericas e também no aprisionamento das moléculas durante a formação da rede polimérica[1]. a polimerização eletroquímica das combinações heterocíclicas pode ser realizada galvanostaticamente, potenciostaticamente e potenciodinamicamente, porém a polimerização potenciostática se usa na maioria dos casos. por isso analisamos matematicamente o caso da polimerização nas condições do potencial constante. para criar o modelo matemático deste sistema pode-se introduzir as três variáveis: ch – a concentração do monômero heterocíclico na câmada da difusão θh – o grau do recobrimento da superfície com o monômero cm – a concentração da substância que se imobiliza pela eletropolimerização. suposições: para simplificar o modelo matemático deste processo supomos: -que o liquido está em constante movimento (não se considerando asssim a influência do fluxo da convecção); -que o eletrólito suporte (que contém o dopante) está presente em excesso, pois pode-se assim não se considerar a influência do fluxo da migração e a diminuição na concentração do dopante; -e que o polímero não sai da superfície por ser liofóbico. a distribuição de concentração do monômero na câmada da difusão é suposta ser linear e a espessura da camada constante e igual a 70eclética química, 37, 68-71, 2012. os membros desta matriz estão calculados para o estado estacionário e são dados por as oscilações através da implementação das condições da bifurcação de hopf podem sobrevir se os elementos da diagonal principal contiverem as parcelas positivas (as quais são responsáveis pela conexão da volta positiva). os elementos da diagonal principal da matriz podem ser calculados por a velocidade da eletropolimerização pode se descrever como sendo que k2 é a constante da reação, x e y são as ordens da reação do monômero e da substância que está se imobilizando, z é a quantidade dos eletrons transferidos, f é a constante de faraday, r é a constante universal da gases, t é a temperatura absoluta do vaso e φ0 significa o salto do potencial relativemente ao potencial da carga zero. as velocidades da adsorção e desorção podem-se calcular como em que k1 e k-1 são as constantes da adsorção e desorção do monômero, k1 e k0 significam as capacidades elétricas das partes da câmada pre-superficial que se referem à superficie coberta pelo monômero e à livre, φ0 significa o salto do potencial relativamente ao potencial de carga zero relativamente à parte da superfície coberta pelo monômero. a análise da estabilidade linear o comportamento eletroquímico destes sistemas é analisado observando pela teoria da estabilidade linear. a matriz funcional de jacobi podese descrever como )1())(exp() 2 2)( exp( 1max 102 2 010 11 hhh ca rtã kk kr θθγ φφφ − κ+− −= hha rtã kk kr θθγ φφφ )exp())1( 2 2)( exp( 1max 202 2 010 11 −− κ+− = −−       − ∂ ∂ −= ∂ ∂ = δδ d c r c fa h 11 11 2 )(2 23 33 δδ d c r c f a mm − ∂ ∂ −= ∂ ∂ =           = 333231 232221 131211 aaa aaa aaa j ( ) ( ) ( ) ( ) ( )       +− +− −− ∂ ∂ −       γ +− −−+ ∂ ∂ γ +− − − −= =      ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ γ= ∂ ∂ = − − − − −− θθ ϕϕαθ θθ ϕγ ϕϕ θθ ϕγϕϕ θ θθθθ 10 11010 2 120 1 1max 110101 1 0 1 1max 110101 1 2111 1max 2 22 1 1* * 1 kk kkkw rt zfrxr rt kkkwarr rt kkkrar rrrfa h x hx hh hhh hhhh       − ∂ ∂ −= ∂ ∂ = δδ d c r c f a h 11 11 2       ∂ ∂ + ∂ ∂ −= ∂ ∂ = − hhh rrf a θθδθ 111 12 2 01 13 = ∂ ∂ = mc fa hc r c fa ∂ ∂ γ= ∂ ∂ = − 11 1max 0 2 21       ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ γ= ∂ ∂ = −− hhhh rrrfa θθθθ ,2111 1max 2 22       ∂ ∂ −γ= ∂ ∂ = − mm c r c f a ,21 1max 2 23 03 31 = ∂ ∂ = hc fa hh rfa θθ ∂ ∂ −= ∂ ∂ = ,23 32 )(2 23 33 δδ d c r c f a mm − ∂ ∂ −= ∂ ∂ = 71eclética química, 37, 68-71, 2012. conclusões investigou-se o processo da imobilização das substâncias diferentes através da eletropolimerização eletroquímica das combinações heterocíclicas na presença delas. analizando o modelo matemático deste processo podemos prever que as oscilações sobrevêm devido a interação atrativa entre as partículas adsortas e também pela oxidação anôdica dos redutores fortes que sucede durante o processo da eletropolimerização. a instabilidade monotônica é também possível neste processo e por exemplo pode suceder se no processo da polimerização eletroquímica ocorrer o “ponto morto”. referências [1]. v.m. de andrade, tés. m. eng. ufrs., porto alegre, 2006 [2]. m. brito sousa, é. j.dallan, r. bertazolli, quím. nova. 23(3) (2000) [3]. k.r. lemos castagno, tés. d. sc. ufrs.,porto alegre, 2007 [4]. m. ates. int. j. electroch. sci. 4 (2009) [5]. pourabbas b.; pilati f.; abstracts 6th nanoscience and nanotechnology 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oscilações no caso de isso sucede na condição de φ0<0 (o que sobrevém durante a oxidação anódica dos redutores fortes). como a partícula que se oxida no próximo passo da polimerização tem o sistema conjugado mais longo que o anterior, ele se oxida então mais rápido. isso se manifesta no crescimento autocatalítico da cadeia. este fator explica também a diferença na amplitude das oscilações para as condições diferentes da síntese. a instabilidade monotônica pode sobrevir nas condições de tr j<0, det=0 em que tr j= a11+a22+a33 e det j = a primeira condição se satisfaz na maioria dos casos e a principal será a segunda.ela pode ser satisfeita por exemplo se no processo da eletropolimerização ocorrer o “ponto morto” em que a polimerização se detém. 333231 232221 131211 aaa aaa aaa biossorção é um processo no qual um sólido de origem natural ou seus derivados são usados para a retenção de materiais (compos eclética química, 39, 68-80, 2014. 68 desenvolvimento de metodologia em sistema em fluxo para determinação de cd em água usando erva mate e chá preto como adsorvente e espectrometria de absorção atômica em chama. renata mior, joyce nunes bianchin, edmar martendal e eduardo carasek departamento de química, universidade federal de santa catarina, florianópolis 88040-900, sc, brasil. resumo neste estudo, novos métodos para determinação de cádmio em amostras biológicas certificadas usando mate (llex paraguariensis) e chá preto (camellia sinensis, l.) como biossorventes em um sistema de pré-concentração on-line acoplado à espectrometria de absorção atômica de chama foram desenvolvidos. variáveis de fluxo e químicas do sistema proposto foram otimizadas por meio de delineamentos multivariados. ph da amostra, concentração do tampão, vazão da amostra e massa do biossorvente foram as variáveis selecionadas. o limite de detecção para cádmio foi de 0,98 µg l-1 com precisão abaixo de 3,6% (35 µg l-1, n=6) para o biossorvente de mate e 0,97 µg l-1 com precisão abaixo de 4,4% (35 µg l-1, n=7) para o biossorvente de chá preto. para ambos os biossorventes as curvas analíticas foram lineares de 5 a 50 µg l-1, com coeficiente de correlação de 0,9995. os métodos desenvolvidos foram aplicados com sucesso a materiais de referência certificados (rim de porco e cabelo humano). palavras-chave: biossorventes, faas; análise de injeção em fluxo; cádmio. eclética química, 39, 68-80, 2014. 69 development of a methodology in a flow system for the determination of cd in water using mate and black tea as adsorbent and flame atomic absorption spectrometry abstract in this study new methods for determination of cadmium in certified biological samples using mate (llex paraguariensis) and black tea (camellia sinensis, l.) as biosorbents in an on-line preconcentration system coupled to flame atomic absorption spectrometry was developed. flow and chemical variables of the proposed system were optimized through multivariate designs. sample ph, buffer concentration, sample flow rate and biosorbents mass were the selected variables. the limit of detection for cadmium was 0.98 µg l-1 with a precision below 3.6% (35 µg l-1, n=6) for mate biosorbent and 0.97 µg l-1 with a precision below 4.4% (35 µg l-1, n=7) for black tea biosorvent. for both biosorbents the analytical curves were linear from 5 to 50 µg l-1, with a correlation coefficient of 0.9995. the developed methods were successfully applied to certified reference materials (pig kidney and human hair). keywords: biosorbents, f aas; flow injection analysis; cadmium. 1. introdução biossorção é um processo no qual um sólido de origem natural ou seus derivados (biossorventes), são usados para a retenção de materiais (compostos, íons metálicos, etc.) em soluções devido à altas ‘‘forças atrativas” presentes entre os dois 1. biossorventes são uma excelente alternativa para métodos de préconcentração e separação de íons metálicos em baixas concentrações 2. quando comparado com sorventes convencionais, que geralmente são de alto custo, mostra-se de alta eficiência, baixo custo, boa seletividade, ampla aplicabilidade e forte capacidade de recuperação de íons metálicos 3. a eficácia dos biossorventes depende, em grande parte, da sua composição bioquímica, principalmente dos grupos funcionais 4. os principais componentes presentes em bissorventes são carboidratos e proteínas, nestes estão presentes diferentes grupos funcionais eficazes na biossorção, tais como grupos carboxílicos e grupos amina, o que torna um fator decisivo para a capacidade de adsorção de metais 5. outros fatores importantes para a eclética química, 39, 68-80, 2014. 70 capacidade de adsorção de um analito de uma solução pelo biossorvente estão relacionados à área superficial disponível e a cinética do processo de adsorção 6. muitos estudos comprovam a capacidade de biossorção de uma grande variedade dos resíduos vegetais, tais como fibras de coco e de palma7,8, fibras de mamão9, caroços de azeitonas10, casca de arroz11, casca de maracujá amarelo12, vermecomposto13 entre outros. “mate" ou erva-mate é uma bebida preparada como chá, na forma de infusão quente de folhas secas e ramos picados de ilex paraguariensi. uma planta natural da américa do sul, onde é amplamente consumida14, cafeína, ácidos fenólicos, fibras, proteínas, glicose, sacarose e flavonóides são as principais substâncias encontradas na erva mate15. o chá é a segunda bebida mais consumida no mundo, após a água. o chá preto é um dos mais comumente consumidos na índia e nos países ocidentais, derivado da planta camellia sinensis. este é constituído principalmente de substâncias polifenólicos, carboidratos, proteínas e uma parte significativa de lignina, cinzas e aminoácidos16. devido aos principais sítios ativos, os grupos fenólicos e grupos carboxílicos (-oh e -cooh) presentes na composição da erva mate e do chá preto, ocorre a interação entre estes biossorventes e os metais. estes grupos são os responsáveis por um processo mais eficiente de adsorção17. esta técnica de adsorção é conhecida com extração em fase sólida (spe)18. esta, tem se tornado cada vez mais popular para a pré-concentração de íons metálicos antes de sua determinação. em comparação com métodos tradicionais apresenta as seguintes vantagens: elevado fator de pré-concentração, uma operação simples, a separação de fase é rápida, podem ser combinadas com diferentes técnicas de detecção e reduz tempo e custos19, 20. dois processos de extração em fase sólida (spe) utilizando cada um biossorvente como fase sólida, erva mate e chá preto, foram combinados com a espectrometria de absorção atômica em chama (faas). otimização multivariada para a determinação de traços de cd2+ em amostras certificadas foi utilizada. eclética química, 39, 68-80, 2014. 71 2. procedimentos experimentais instrumentação neste trabalho foi utilizado um espectrômetro de absorção atômica varian spectraa 50 (varian, victória, austrália), equipado com atomizador em chama, lâmpada de catodo oco de cd(ii) (hitachi, hla – 4s) e corretor de fundo (lâmpada de deutério) para a determinação de cd(ii). as leituras de absorvância foram realizadas conforme as condições operacionais mostradas na tabela 1. uma bomba peristáltica da ismatec ipc, dotada de 8 canais e provida de tubos de tygon® foi usada para bombear todas as soluções nas etapas de préconcentração e eluição. tabela 1. parâmetros operacionais do espectrômetro de absorção atômicas em chama para cd (ii). parâmetro comprimento de onda (nm) 228,8 corrente da lâmpada (ma) 4,0 altura do queimador (mm) 17,0 vazão de acetileno (l min-1) 1,0 vazão de ar (l min-1) 10,0 taxa de aspiração (ml min-1) 5,0 reagentes e soluções as soluções utilizadas foram preparadas empregando-se água deionizada proveniente de um sistema de purificação de água milli-q® da millipore® (bedford, ma, usa). todos os reagentes usados foram de grau analítico. a vidraria utilizada do laboratório foi lavada com detergente neutro 20% (v/v), mantida durante uma noite em solução de ácido nítrico 10% (v/v) e a seguir enxaguada com água deionizada. a partir de diluições adequadas de uma solução estoque (grau absorção atômica, merck) de cd(ii) 10 mg l-1, soluções de trabalho foram preparadas. eclética química, 39, 68-80, 2014. 72 a solução de ácido nítrico utilizada como eluente foi preparada pela diluição de ácido nítrico concentrado (merck, darmstadt, alemanha) em água. as soluções tampão foram preparadas a partir de amônia/cloreto de amônio (merck, darmstadt, alemanha). os biossorventes erva mate e chá preto utilizados foram adquiridos em um supermercado local (florianópolis, brasil). sistema de pré-concentração a erva mate e chá preto foram aplicados no sistema de pré-concentração automatizado. o sistema de análise é composto de uma bomba peristáltica, quatro válvulas solenóides de três vias e uma mini-coluna de teflonp®, recheada com uma determinada massa do material adsorvente, que foi acoplada ao espectrômetro de absorção atômica em chama. a mini-coluna, com 100 mm de comprimento e 3 mm de diâmetro interno, foi preenchida em ambas as extremidades com pequena quantidade de lã de vidro, para evitar perda do material sorvente. as quatro válvulas solenóides de três vias foram acionadas por um programa de computador escrito em quick basic 4.5. as etapas de adsorção e dessorção dos analitos, no sistema de pré-concentração em linha, foram controladas por tempo. esse sistema de pré-concentração em linha é o mesmo sistema utilizado em nossos trabalhos anteriores13. o sistema de pré-concentração em linha foi otimizado pelo método multivariado, com a finalidade de determinar as condições químicas e de fluxo ótimas para o analito em estudo. as leituras dos sinais analíticos foram realizadas como área de pico. 3. resultados e discussão otimização do sistema em fluxo alguns testes preliminares foram realizados para verificar o comportamento da adsorção do cd(ii) frente ao ph da amostra nos adsorventes erva mate e chá preto. verificou-se que ocorre adsorção na faixa de ph de 7 a 9. eclética química, 39, 68-80, 2014. 73 a otimização do sistema em linha foi feita pelo método multivariado usando planejamento fatorial completo (n = 2k +3, com k = 4, onde: n = número de experimentos e k = fatores). os quatro fatores escolhidos foram o ph da amostra, concentração do tampão (fosfato para a faixa de 7 a 9 e amônia para a faixa de 8 a 9), vazão da amostra e massa de adsorvente. na tabela 2 estão dispostos os níveis mínimos e máximos utilizados para realizar os 19 experimentos. tabela 2. fatores e níveis usados no planejamento fatorial para o sorvente erva mate e chá preto. fator mínimo (-) ponto central (pc) máximo (+) ph 7 8 9 massa de adsorvente (mg) 50 75 100 vazão da amostra (ml min-1) 3,0 4,3 5,6 concentração do tampão (mol l-1) 0,010 0,045 0,080 a partir dos resultados obtidos e usando análise de variância (anova) e probabilidade estatística (p = 0.05) foi construído o gráfico de pareto para determinar a influência dos fatores e suas interações no sistema. as condições iniciais do sistema fia-f aas foram volume de amostra de 10 ml (a ser préconcentrada), concentração de cd(ii) de 50 g l-1, o tampão usado foi o fosfato para ph 7 e 8 e amônia para ph 9. a resposta analítica foi a absorvância integrada. eclética química, 39, 68-80, 2014. 74 figura 1. gráfico de pareto obtido do estudo de otimização das variáveis e suas significâncias para a pré-concentração de cd(ii) utilizando spe com coluna preenchida com erva mate e detecção por faas. como pode ser visto no gráfico de pareto (figura 1), várias interações entre as variáveis foram estatisticamente significativas. a vazão da amostra foi estatisticamente significativa com valor de efeito igual a -2.33, indicando que a vazão no nível mínimo avaliado leva a maiores respostas. esse é um comportamento que indica que em uma vazão de 5.6 ml min-1 não é suficiente para que todo o analito seja quantitativamente retido pelo sorvente, ou seja, a vazão da amostra está diretamente ligada à cinética de adsorção. quando a adsorção é rápida uma alta vazão da amostra pode ser empregada, melhorando a frequência analítica. a interação entre o ph da amostra e a concentração do tampão indicam que há um efeito sinérgico entre as variáveis, e nesse caso, as duas variáveis devem se deslocar para seus níveis superiores para que haja uma melhora na resposta analítica. em outras palavras, uma melhor resposta é obtida eclética química, 39, 68-80, 2014. 75 com ph 9 e com concentração de tampão 80 mmol l-1. o ph da amostra em um sistema de adsorção onde há troca iônica depende das características ácido-base tanto do adsorvente quanto do analito. para maximizar a adsorção, a superfície do sorvente deve estar acima de seu ponto isoelétrico (ph no qual as cargas negativas e positivas sobre a superfície do material é igual) e o metal na forma positivamente carregada. como essas duas condições dificilmente podem ser satisfeitas simultaneamente, uma condição compromisso deve ser encontrada. a massa de adsorvente influencia a quantidade total de sítios ativos disponíveis para que a adsorção ocorra. nesse trabalho 100 mg de adsorvente mostrou-se mais efetivo do que 50 mg, como esperado. após a otimização do sistema utilizando erva mate como biossorvente, repetiu-se o planejamento fatorial completo para o chá preto, os fatores escolhidos foram os mesmos como mostra a tabela 2. com os resultados obtidos no segundo planejamento fatorial completo e usando análise de variância (anova) e probabilidade estatística (p = 0,05) foi construído o gráfico de pareto (figura 2) para determinar a influência dos fatores e suas interações no sistema usando chá preto como material adsorvente. eclética química, 39, 68-80, 2014. 76 figura 2. gráfico de pareto obtido do estudo de otimização das variáveis e suas significâncias para a pré-concentração de cd(ii) utilizando spe com coluna preenchida com chá preto e detecção por faas. a análise do gráfico de pareto indica que as melhores condições de extração são muito similares àquela obtida para o biosorvente erva mate , ou seja, 100 mg de adsorvente, ph da amostra igual a 9, concentração de tampão igual a 80 mmol l-1, vazão da amostra de 4 ml min-1. em ambos os materiais observouse uma retenção quantitativa do analito. a partir dos resultados obtidos foi feita uma otimização final envolvendo o ph da amostra e massa de material biossorvente através de um planejamento composto central, esse gerou uma superfície de resposta para as condições ótimas de extração do cd (ii) utilizando erva mate, como mostra a figura 3. a otimização para o biossorvente erva mate resultou em uma faixa de ph ótima de 8,0 a 10,0 e uma massa de sorvente de 90 a 150 mg. eclética química, 39, 68-80, 2014. 77 figura 3. superfície de resposta obtida a partir do gráfico de pareto ph versus massa de biossorvente erva mate.concentração de tampão 80 mmol l-1, vazão da amostra: 4ml min-1 e concentração de cádmio na amostra: 50 g l-1. com o objetivo de comparar a capacidade de adsorção do analito dos dois biossorventes em estudo, o planejamento composto central foi repetido para o chá preto, gerando uma superfície de resposta com as condições ótimas para a extração de cd(ii), como mostra a figura 4. o planejamento composto central demonstrou que as condições ótimas para um máximo de eficiência de sensibilidade, a partir da superfície resposta, foram faixa de ph 8,0 a 10,0 e a massa de boissorvente de 80 a 150 mg. eclética química, 39, 68-80, 2014. 78 figura 4. superfície de resposta obtida a partir do planejamento composto central, ph versus massa de biossorvente chá preto. concentração de tampão 80 mmol l1, vazão da amostra: 4ml min-1 e concentração de cádmio na amostra: 50 g l-1. a partir das variáveis otimizadas foram obtidos os principais parâmetros analíticos de mérito para ambos biossorventes e os resultados estão dispostos da tabela 3. a fim de verificar a aplicabilidade e a precisão da metodologia proposta para determinação de cádmio, esta foi aplicada em duas amostras biológicas certificadas. os resultados das duas amostras biológicas certificadas são mostrados na tabela 4. tabela 3. parâmetros analíticos de mérito para a determinação de cádmio para ambos biossorventes. parâmetros erva mate chá preto faixa linear (µg l−1) 3 – 50 μg l-1 3 – 50 μg l-1 coeficiente de correlação (r) 0.9995 0.9994 rsd% (35 µg l−1, n = 6) 3.5 4.4 limite de detecção (µg l−1) 0.9 μg l-1 0.9 μg l-1 limite de quantificação (µg l−1) 3.0 μg l-1 3.0 μg l-1 eclética química, 39, 68-80, 2014. 79 tabela 4. resultados (µg g−1) obtidos para a determinação de cd em amostra biológica por faas (n = 4; 95% nível de confiança), utilizando erva mate como biossorvente. amostra certificada encontrado* human hair (bcr-397) 0.521 ± 0.024 0.544 ± 0.039 pig kidney (bcr-186) 2.71 ± 0.15 2.82 ± 0.52 * media do valor para n = 4 ± confidence interval at 95%. observa-se de acordo com a tabela 4 que os resultados não são estatisticamente diferentes dos valores certificados, demonstrando adequadas precisão e exatidão do método desenvolvido, e que estes dois novos materiais propostos podem ser aplicados com sucesso como sorvente para determinação de cádmio em tais amostras complexas. 4. conclusões os dois biossorventes propostos nesse trabalho se mostraram muito eficientes na retenção de cádmio tanto de amostras de água quanto de dois materiais biológicos certificados digeridos. ambos os materiais se mostraram estáveis durante a realização de todo trabalho. a aplicação de ferramentas quimiométricas mostrou-se adequada para otimização do sistema proposto e apresenta a vantagem de mostrar a interação simultânea entre as variáveis e menos experimentos são realizados quando comparado com a otimização univariada. o sistema em linha fi-faas foi simples, eficiente e apresentou boa exatidão e precisão para as amostras analisadas. ambos sorventes propostos podem ser utilizados para retenção de outros íons metálicos em solução. referências [1] u. farooq, j. a. kozinski, m. a. khan, m. athar, bioresource technol., 101 (2010) 5043. eclética química, 39, 68-80, 2014. 80 [2] d. mendil, m. tuzen, m. soylak, j. hazard. mater., 152 (2008) 1171. 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[13] j. n. bianchin, e. martendal, r. mior, v. n. alves, c. s. t. araújo, n. m. m. coelho, e. carasek, talanta, 78 (2009) 333. [14] l. bravo, l. goya, e. lecumberri, food res. int., 40 (2007) 393. [15] c. m. pagliosa, m. a. vieira, r. podestá, m. maraschin, a. l. b. zeni, e. r. amante, r. d. de m. c. amboni, food chem., 122 (2010) 173. [16] n. turkmen, y. s. velioglu, j. sci. food agricult., 87 (2007) 1408. [17] f. durmaz, h. kara, desalination, 256 (2010) 1. [18] e. martendal, h. f. maltez, e. carasek, j. hazard. mater., 161 (2009) 450. [19] g. xiang, y. zhang, x. jiang, l. he, l. fan, w. zhao, j. hazard. mater, 179 (2010) 521. [20] m. h. dindar, s. a. m. fathi, m. r. yaftian, n. noushiranzadeh, j. hazard. mater, 179 (2010) 289. microsoft word 1102.doc ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 143 biossensor amperométrico para determinação de peróxido de hidrogênio em leite vitor paulo andrade da silva 1 , carlucio roberto alves 1 , rosa fireman dutra 2 , juliano elvis de oliveira 3 , davide rondina 4 , roselayne ferro furtado 5 1 departamento de química, universidade federal do ceará, cep 60740-000, fortaleza-ce. e-mail: vitorvolt@hotmail.com 2 departamento de engenharia biomédica, universidade federal de pernambuco 3 departamento de ciências e engenharia de materiais, universidade federal de são carlos 4 departamento de veterinária, universidade estadual do ceará 5 embrapa agroindústria tropical, fortaleza-ce. e-mail: roselayne@cnpat.embrapa.br resumo: ______________________________________________________________________________ um biossensor amperométrico foi desenvolvido para detecção de peróxido de hidrogênio em amostras de leite. o biossensor foi construído a partir da imobilização de enzima peroxidase sobre eletrodo impresso de carbono. parâmetros de otimização visando um melhor desempenho do biossensor foram avaliados. o biossensor apresentou linearidade no intervalo de 5,0 a 40,0 µmol l -1 de h2o2 em tampão fosfato. em amostras de leite sem diluição, os limites de detecção e quantificação foram de 0,42 µmol l -1 e 1,39 µmol l -1 , respectivamente. o biossensor mostrou-se uma alternativa sensível e de baixo custo na detecção de h2o2 em amostras adulteradas de leite. palavras-chave: peroxidase de raiz forte, eletrodo impresso, glutaraldeído, biossensor 1. introdução www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 144 a adição de peróxido de hidrogênio ao leite se reporta ao seu efeito antibacteriano e sua função de dissimulação das más condições higiênico-sanitárias de obtenção, conservação e/ou transporte do leite. em contato com o leite, a degradação do peróxido de hidrogênio promove a oxidação da espécie química tiocianato (scn ) (componente natural do leite) em outra espécie denominada hipotiocianato (scno ) que tem efeito antibacteriano ou bacteriostático [1]. neste sentido, a adoção dessa prática por produtores objetiva o prolongamento da vida útil do leite por eliminar ou inibir o desenvolvimento de bactérias deterioradoras deste produto. o método de determinação de peróxido de hidrogênio recomendado pela legislação brasileira envolve titulação com permanganato de potássio e possui limite de detecção de 300 ppm. a utilização de biossensores possibilitaria a detecção dessa substância com limites de detecção bastante menores, além da praticidade e rapidez das análises. os biossensores constituem uma alternativa rápida e conveniente para medidas analíticas convencionais no monitoramento de substâncias químicas e bioquímicas e em processos de fermentação e na indústria de alimentos [2-3]. a peroxidase de raiz forte (hrp) é atualmente usada em uma grande variedade de sistemas analíticos e de diagnósticos importantes em laboratórios clínicos, com grande potencial de uso no desenvolvimento de biossensores. a aplicação dessa enzima para determinação de substâncias como a glicose, ácido úrico e colesterol em fluidos biológicos, como sangue, plasma e urina tem sido adotado satisfatoriamente [4]. as enzimas peroxidases podem ser classificadas em relação ao seu grupo prostético (sítio ativo) em hêmicas ou não-hêmicas. pertencente à classe das hêmicas, citamos a peroxidase de raiz forte, utilizada neste trabalho. as hêmicas apresentam um grupo heme ou ferroprotoporfirina, formado por um íon fe 3+ coordenado a uma protoporfirina ix. esse grupo catalisa reações de hidrólise envolvendo o íon ferro [5,6,7]. quando a enzima peroxidase está imobilizada na superfície de um eletrodo, os intermediários oxidados da enzima, composto-i e composto-ii, podem ser reduzidos para voltarem ao seu estado nativo por dois processos [8] sendo um deles, a transferência de elétrons mediada. na transferência mediada de elétrons a enzima recebe elétrons de uma substância doadora (mediador). a enzima é então regenerada e o mediador, agora oxidada, é reduzido por elétrons provenientes do eletrodo [9]. no presente trabalho a hidroquinona foi escolhida como mediador eletroquímico do sistema. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 145 a tecnologia de “screen-printing”, conhecida também como “silk-screen”, tem sido empregada com sucesso na fabricação de eletrodos [10]. esta técnica possibilita a produção em larga escala de eletrodos a um baixo custo, com elevada reprodutibilidade, o que garante um potencial de automação com ótimo custo-benefício [11]. outra vantagem do uso dessa tecnologia é a possibilidade de construção de eletrodos descartáveis. nesse estudo, o eletrodo de trabalho consistiu de um eletrodo impresso com tinta comercial condutora de carbono. as tintas de carbono são compostas basicamente por partículas de grafite, solvente e um agente aglutinante. na aplicação de sensores, são importantes, pois geram baixas correntes de fundo e permitem trabalho em ampla janela de potencial [12, 13]. a etapa de incorporação do biocomponente ao eletrodo é crucial no desenvolvimento de um biossensor [14]. a imobilização pode afetar a conformação da enzima, e assim sua estabilidade, ou fazer com que os sítios ativos se tornem menos acessíveis para a difusão de substratos. sendo assim, o método de imobilização deve ser compatível com a biomolécula que está sendo imobilizada, com a superfície do sensor ou matriz na qual está sendo imobilizada e com o meio onde o sensor será utilizado. nesse trabalho foi utilizado o glutaraldeído, um reagente bifuncional, para a imobilização da enzima à superfície do eletrodo, onde, um grupo aldeído de uma extremidade da molécula se ligou ao eletrodo e o outro grupo se ligou à enzima. o objetivo deste trabalho foi desenvolver um biossensor amperométrico descartável de baixo custo para a detecção de peróxido de hidrogênio em amostras de leite. o desempenho do biossensor foi avaliado em amostras de tampão contendo peróxido de hidrogênio e em amostras de leite adulterado previamente no laboratório com peróxido de hidrogênio, no intuito de melhor estabelecer comparações entre o funcionamento do mesmo em condições experimentais e práticas. 2. materiais e métodos 2.1. reagentes cloreto de potássio foi adquirido da reagen ® e o cloreto de sódio da dinâmica ® . o hexacianoferrato(iii) de potássio, o glutaraldeído 25% (m/v), a hidroquinona e o peróxido de hidrogênio 30% (m/v) foram obtidos da vetec ® . a enzima peroxidase de horseradish − sigma type vi foi adquirida da sigma aldrich ® . o nitrogênio utilizado para a remoção do oxigênio do ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 146 eletrólito suporte foi conseguido da white martins ® com grau de pureza de 99,9%. a tinta condutora de carbono utilizada na construção do eletrodo impresso foi adquirida da eletrodag ® . a folha de acetato que serviu como suporte do eletrodo impresso era da marca apollo®. todos os outros reagentes químicos utilizados foram de grau analítico. as soluções tampão fosfato que foram utilizadas como eletrólito suporte foram obtidas pela mistura das soluções de na2hpo4 0,1 mol l -1 e de nah2po4 0,1 mol l -1 . todas as soluções foram preparadas com água deionizada. 2.2. preparação dos eletrodos impressos a impressão dos eletrodos foi feita com a deposição da tinta condutora de carbono eletrodag ® sobre a superfície de folha de acetato pelo método “casting” no intuito de simular a técnica industrial de “screen-printing”. nesse método, a tinta é forçada a passar através de uma tela ou molde vazado para ser depositada sobre um substrato plano. o desenho, definido pelas partes abertas da tela, é reproduzido no substrato. os eletrodos foram feitos com área geométrica de 0,78 cm 2 e largura da trilha igual a 2,0 mm. após o processo de impressão, foram levados à estufa a 80°c por uma hora para a secagem da tinta. em seguida, aplicou-se a eles uma camada parcial de adesivo de pvc que definiu a área para ser a superfície do eletrodo e a área a ser usada como contato elétrico. os eletrodos impressos (ei) foram submetidos a uma série de 10 ciclos em voltametria cíclica com potenciais de inversão de -600 mv e +600 mv a velocidade de varredura igual a 100 mv s -1 em tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 6,0. de acordo com bodoki et al (2008) [15], esse procedimento contribui também para uma diminuição da hidrofobicidade da superfície. 2.3. preparação do biossensor os ei foram imersos durante uma hora em solução de glutaraldeído (ga) 2,5% (m/v) e, posteriormente imersos por uma hora em solução de enzima peroxidase de raiz forte (hrp) 1 mg ml -1 . a solução de hrp consistia de hrp solubilizada em tampão fosfato 0,1 m ph 6,5. ao final de cada procedimento os ei foram lavados com água deionizada para a remoção de excessos e moléculas fracamente adsorvidas. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 147 2.4. instrumentação uma célula eletroquímica de 10 ml com eletrodo auxiliar de platina, eletrodo de referência de ag/agcl e eletrodos impressos foi utilizada para as medidas voltamétricas e amperométricas em potenciostato⁄galvanostato autolab pgstat302n. as soluções foram purgadas com nitrogênio por 10 minutos antes de cada ensaio. 2.5. caracterização e otimização da resposta do biossensor os parâmetros de resposta do biossensor ei-ga-hrp estudados foram o efeito do potencial de trabalho, efeito do ph, concentração do mediador, concentração enzimática, estabilidade do biossensor e caracterização superficial do biossensor. 2.6. caracterização superficial do biossensor a caracterização microscópica da superfície dos eletrodos impressos e da superfície do biossensor foi realizada mediante emprego de um microscópio eletrônico de varredura zeiss modelo dsm-960, operando com aceleração de voltagem de 5kv. 2.7. validação do biossensor em amostras de leite comercial longa vida (uht) a validação do biossensor foi realizada em amostras de leite comercial longa vida (uht), diluídas na proporção de 1:100, 1:10 e 1:2, e em leite não diluído. as diluições foram feitas em tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 6,5 e adicionado de hidroquinona 30 µmol l -1 (∆eapl = 250 mv vs. ag/agcl). os intervalos de confiança para os limites de detecção e de quantificação do biossensor foi calculado utilizando o teste t de student com nível de confiança de 95%. 3. resultados 3.1. preparação e otimização do biossensor para preparar a solução de enzima, foi escolhido o tampão fosfato, pois, dentre os analisados, este proporcionou melhor resposta para o sinal do biossensor na presença de peróxido de hidrogênio utilizando hrp nos trabalhos desenvolvidos por rosatto (2001) e [7] mendes ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 148 (2008) [16]. o ph da solução tampão utilizada nos ensaios iniciais foi 6,0, valor ideal para a hrp segundo recomendações do distribuidor da enzima (sigma aldrich ® ). a figura 1 indica as curvas voltamétricas obtidas para o ei, ei-ga e ei-ga-hrp, em tampão fosfato 0,1 mol l -1 contendo hidroquinona 25 µmol l -1 e h2o2 80 µmol l -1 com velocidade de varredura igual a 50 mv s -1 . podemos observar que ei e ei-ga possuem curvas com perfis semelhantes, com picos de redução e oxidação para a hidroquinona em torno de -100 e 500 mv, respectivamente. uma curva bastante característica para o biossensor ei-ga-hrp também pode ser vista. o pico em torno de -250 mv estaria relacionado à redução eletroquímica da hidroquinona que foi oxidada no processo de regeneração da hrp [9, 17-18]. -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 i / µ a e / v vs. ag/agcl figura 1 – curvas voltamétricas para ei (−−), ei-ga (----) e ei-ga-hrp (·····) em tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 6,0 contendo hidroquinona 25 µmol l -1 como mediador e 80 µmol l -1 de peróxido de hidrogênio. velocidade de varredura: 50 mv s -1 . ensaios de cronoamperometria foram realizados para avaliar a influência do potencial aplicado, efeito do ph, concentração do mediador e concentração enzimática na resposta do biossensor. a figura 2a indica que a corrente de redução aumentou à medida que o potencial variou de -100 a -250 mv, a partir de onde praticamente não se altera. então, o potencial selecionado para os ensaios subseqüentes foi -250 mv. potenciais relativamente altos devem ser evitados para diminuir a probabilidade de outras espécies químicas indesejadas em solução sofrerem processo oxirredutivo, e assim, prejudicarem a leitura eletroquímica. o ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 149 peróxido de hidrogênio pode ser oxidado em eletrodo de platina ou carbono a valores de potencial entre 300 e 600 mv [19]. dessa forma, a utilização de mediadores eletroquímicos é vantajosa, pois o potencial de trabalho do eletrodo enzimático é determinado pelo potencial de oxirredução do mediador. camacho et al (2007) [20], fazendo experimentos com peroxidase imobilizada em eletrodo de ouro modificado com β-ciclodextrina e utilizado hidroquinona como mediador, definiu em seu estudo -250 mv vs. ag/agcl como potencial de trabalho mais apropriado. o ph do meio afeta os grupos ionizáveis da estrutura enzimática, por isso, a resposta eletrocatalítica do biossensor enzimático é bastante influenciada pela variação de ph. a figura 2b indica um aumento na corrente de redução com o aumento do ph, sendo máximo em 6,5. o ph de 6,5 foi adotado para os estudos posteriores, sendo este também próximo ao ph natural do leite. a figura 2c indica a influência da concentração do mediador hidroquinona na resposta do biossensor. há um aumento de corrente catódica com o aumento da concentração de hidroquinona de 5 a 25 µmol l -1 e acima desse valor, torna-se praticamente constante. isto ocorre, porque em baixas concentrações de hidroquinona, a resposta do biossensor depende da concentração do mediador (mediador-dependente) [16]. a avaliação da resposta amperométrica do biossensor em função da concentração de enzima hrp é demonstrada na figura 2d. observou-se um incremento significativo de corrente quando a concentração de enzima é aumentada de 0,5 para 1,0 mg ml -1 . a partir de 1,0 mg ml -1 até 2,0 mg ml -1 há pouca variação de corrente. sendo assim, a concentração de 1,0 mg ml -1 foi considerada satisfatória, sendo utilizada nos ensaios posteriores. -350 -300 -250 -200 -150 -100 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 (a) i p c / µ a e apl / mv (vs. ag/agcl) 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 (b) i p c / µ a ph ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 150 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 (c) i p c / µ a [hidroquinona] / µm 0,5 1,0 1,5 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 (d) i p c / µ a [hrp] / mg ml -1 figura 2 – ensaios cronoamperométricos em tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 6,5 na presença de hidroquinona 25 µmol l -1 e h2o2 100 µmol l -1 para determinação do efeito do potencial (a), influência do ph (b), influência da concentração do mediador hidroquinona (c), influência da concentração da enzima hrp (d) na resposta do biossensor. 3.2. estabilidade do biossensor o biossensor mostrou boa estabilidade em 50 ciclos consecutivos de varredura (figura 3). após o primeiro ciclo, verificou-se que 96,3% da resposta inicial do biossensor foi mantida. ao final de 50 ciclos, a resposta correspondeu a 90,3% da inicial. a perda de resposta após o primeiro ciclo de varredura (cerca de 3,7%) indica que forças de adsorção física podem estar envolvidas do processo de imobilização enzimática na superfície do eletrodo, uma vez que essas forças são de natureza fraca e, durante o processo de varredura, uma pequena parte da enzima reticulada tenha sido lixiviada para a solução. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 151 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 0 10 20 30 40 50 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 r e s p s o ta r e la ti v a / % número de ciclos i / µ a e / v (vs. ag/agcl) figura 3 estabilidade do biossensor avaliada em tampão ph 6,5 na presença hidroquinona 25 µmol l-1 e h2o2100 µmol l-1 usando voltametria cíclica (50 ciclos) com potenciais de inversão de -600 a 600 mv vs. ag/agcl. velocidade de varredura: 50 mv s-1. 3.3. caracterização da superfície do biossensor a análise da superfície por mev mostrou que os eletrodos impressos apresentaram estruturas rugosas de partículas de carbono (figura 4a). estas estruturas rugosas promovem um aumento da área superficial do eletrodo contribuindo para o aumento do número de sítios ativos na superfície de eletrodo, que por sua vez, contribuem para um aumento da cobertura de hrp. sendo assim, uma maior quantidade de h2o2 pode ser catalisada pela hrp. a figura 4b mostra a superfície do eletrodo modificado. há uma grande redução no número de sulcos na superfície do eletrodo impresso indicando que eles foram preenchidos de forma homogênea durante a reticulação do glutaraldeído com a hrp. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 152 figura 4 micrografia por mev do ei (ampliação de 5000 x). (a) sem imobilização e (b) com imobilização de ga e hrp. 3.4. curva analítica a curva analítica do biossensor em tampão fosfato e em amostras de leite (figura 5) foi construída a partir da adição de h2o2, utilizando os valores otimizados dos parâmetros operacionais selecionados para o estudo. em tampão, a curva apresentou boa linearidade no intervalo de concentração 5,0 a 60,0 µmol l-1 de h2o2, com coeficiente de linearidade (r2) = 0,99. o limite de detecção (ld) foi calculado como sendo três vezes o desvio padrão do branco dividido pelo coeficiente angular da reta, e o de quantificação (lq) como sendo dez vezes o desvio padrão do branco dividido pelo coeficiente angular da reta. os valores para os limites de detecção e quantificação encontrados foram de 0,41 µmol l -1 e 1,4 µmol l -1 , respectivamente. em amostras de leite com e sem diluição, o biossensor apresentou linearidade no intervalo de 5,0 a 40,0 µmol l -1 de h2o2, apesar da grande ocorrência de analitos interferentes no leite (ácidos graxos, proteínas, vitaminas e outros). em amostras de leite sem diluição, o limite de detecção para h2o2 foi de 0,42 µmol l -1 e o de quantificação foi de 1,39 µmol l -1 bastante similar aos encontrados para as análises em tampão. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 153 0 20 40 60 80 100 120 140 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 i / µ a [h 2 o 2 ] / µmol l -1 figura 5 curva analítica do biossensor na detecção de peróxido de hidrogênio em: tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 6,5 (����), leite com diluição de 1:100 (����), 1:10 (����), 1:2 (����) e sem diluição (����). todos adicionados de hidroquinona 30 µmol l-1, ∆eapl = -250 mv vs. ag/agcl. podem ser observados a partir da figura 6, os intervalos de confiança para os limites de detecção e de quantificação, respectivamente, para o biossensor ei-ga-hrp em tampão fosfato 0,1 mol l -1 , leite nas diluições de 1:100, 1:10, 1:2 e sem diluição (adicionado de hidroquinona 30 µmol l -1 , ∆eapl = -250 mv vs. ag/agcl). o teste t de student foi usado para o cálculo dos limites de confiança com nível de confiança igual a 95%. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 154 tampão 1:100 1:10 1:2 sem diluição 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 (a) l d / µ m c o m n c = 9 5 % amostras de leite tampão 1:100 1:10 1:2 sem diluição 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 (b) l q / µ m c o m n c = 9 5 % amostras de leite figura 6 intervalo de confiança para os limites de detecção (a) e de quantificação (b) do biossensor para o h2o2 em tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 6,5, leite com diluição de 1:100, 1:10, 1:2 e sem diluição, calculado a partir de nível de confiança igual a 95%. os resultados para os limites de detecção e quantificação considerando intervalo de confiança igual a 95%, indicam que não há diferença significativa entre amostras de leite diluídas a 1:100 e 1:10. da mesma forma, não há diferença significativa para as amostras de leite diluído 1:2 e sem diluição. sendo assim, recomendamos o uso do biossensor a partir da amostra ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 155 sem diluição e caso alcance valores que saturem a linearidade da curva analítica, existindo a intenção de quantificar o analito em questão, seja feita a diluição da amostra em tampão fosfato na proporção de 1:10. a equação de michaelis-menten é usada para se calcular a atividade catalítica de uma enzima, e pode ser algebricamente rearranjada para a equação 1, chamada lineweaver– burk, que relaciona valores de corrente e concentração de substrato, (1) onde is é corrente de estado estacionário após a adição de h2o2, imáx é corrente máxima, obtida após a saturação da curva, km é a constante de michaelis-menten, c é a concentração de h2o2 na solução. baseado na curva analítica obtida na resposta do biossensor em solução tampão, construiu-se um gráfico considerando-se 1/ipc em função de 1/c, onde foi obtida uma reta com inclinação positiva de coeficiente angular igual a km/imáx com intercepto em 1/imáx (figura 25). a partir da figura 25 e utilizando-se a equação 10, obteve-se km ≅ 48 µm, considerado, quando comparado na literatura, um valor de alta capacidade catalítica [21]. 4. conclusões o biossensor apresentado neste trabalho é de fácil construção e bastante sensível na detecção de peróxido de hidrogênio em amostras de leite sem diluição. esse dispositivo mostrou ser uma ferramenta útil na análise de adulteração de leite por peróxido de hidrogênio, representando uma alternativa promissora para os atuais métodos de análise recomendados pela anvisa. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, embrapa e capes pelo suporte financeiro. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 156 5. referências [1] t. m. aune, e. l. thomas, european journal of biochemistry. 88 (1977) 209. 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[21] k. i. ozoemena, t. nyokong, electrochimica acta. 51 (2006) 5131. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 157 abstract: an amperometric biosensor was developed for detection of hydrogen peroxide in milk samples. the biosensor was constructed from the immobilization of peroxidase on printed carbon electrode. optimization parameters were evaluated in order to obtain better performance of the biosensor. the biosensor showed linearity in the range 5.0 to 40.0 µmol l -1 h2o2 in phosphate buffer. milk samples without dilution reported the detection limit for h2o2 of 0.42 µmol l -1 and quantification of 1.39 µmol l -1 .the biosensor could be a sensitive and inexpensive alternative for the detection of h2o2 in adulterated milk samples. keywords: peroxidase radish, screen printed, glutaraldehyde, biosensor biodiesel from waste cooking oil: sodium carbonate modified sand as filter, tlc and the unmodified domestic microwave oven approach eclética química, 39, 120-130, 2014. 120 biodiesel from waste cooking oil: sodium carbonate modified sand as filter, tlc and the unmodified domestic microwave oven approach sandro l. barbosa, a,* savio e. o. miranda, a bruna k. barbosa, a myrlene ottone, a stanlei i. klein, b adriano c. m. baroni, c gabriela r. hurtado. c a departamento de farmácia, universidade federal dos vales do jequitinhonha e mucuri ufvjm, e mail: sandro.barbosa@ufvjm.edu, savio_eom@hotmail.com, camila.lima@ufvjm.edu.br, maisa.net@hotmail.com and myrlene_ottone@hotmail.com *corresponding author. tel.: +55-38-35321234; fax: +55-38-35316565; e mail: sandro.barbosa@ufvjm.edu.br b departamento de química geral e inorgânica, instituto de química, universidade estadual paulista – unesp, e mail: stanlei@iq.unesp.br c departamento de química e farmácia, universidade federal do mato grosso do sul, e mail: adriano@nin.ufms.br d departamento de engenharia ambiental, instituto de ciências e tecnologias, universidade estadual paulista – unesp, e mail: gabriela.hurtado@ict.unesp.br abstract: biodiesel is obtained by transesterification of animal and vegetable triglycerides (fats), and have several advantages over fossil fuel, perhaps the most important being its renewable source and its lack of pollutants such as aromatic and sulfur components. however, biodiesel from vegetable sources such as soya beans is expensive, and it raises the question of planting for combustibles not for food. the most interesting alternative source for biodiesel is the non expensive waste cooking oil, wco, which also brings the obvious benefit of transforming a severe pollutant into a green combustible. wco consists of the triglycerides, but also contains left over food solids, which must be removed by filtration, mono and diglycerides, which are the source of the wco free fatty acids (ffa), which must be converted to esters before the transesterification of the triglycerides, or, as usually reported, saponification of the final biodiesel mixture will occur. several methods have been devised to deal with these drawbacks, and generally involve expensive equipment in multistage processes, which include filtration, acid catalysis for the esterification of free fatty acids, removal of the acid catalyst, a base catalyzed transesterification reaction, and, finally, the separation of the glycerol by product and purification of the biodiesel. herein we propose a new silica gel mailto:sandro.barbosa@ufvjm.edu mailto:savio_eom@hotmail.com mailto:myrlene_ottone@hotmail.com mailto:sandro.barbosa@ufvjm.edu.br eclética química, 39, 120-130, 2014. 121 filtering system, which in one step removes both solids and free fatty acid contents of wco. in this new approach for biodiesel, an unmodified household microwave oven is used to speed up the base catalyzed transesterification reaction, and a useful piece of advice is given for the easy follow up of the reaction progress by thin layer chromatography. keywords: biodiesel; waste cooking oil; microwaves; silica gel. resumo: biodíesel é obtido pela transesterificação de triglicerídios animais e vegetais (gorduras), e possui várias vantagens sobre combustíveis fósseis, talvez o mais importante sendo sua fonte renovável e a falta de poluentes tais como componentes aromáticos ou sulfurados. entretanto, o biodiesel oriundo de fontes vegetais tal como soja, é caro, e levanta a questão de se plantar por combustíveis e não por comida. a fonte alternativa mais interessante para biodiesel é o óleo de cozinha usado (wco), que é barato, e que também traz o óbvio benefício de transformar um sério poluente em um combustível verde. wco é constituído de triglicerídeos, mas também contém restos sólidos de comida, que necessitam ser retirados por filtração, e de mono e diglicerídios, que são as fontes de ácidos graxos livres no wco, e que precisam ser convertidos a ésteres antes do processo de transesterificação, ou, como sabido, irá ocorrer a saponificação da mistura final do biodiesel. vários métodos têm sido empregados para lidar com essas inconveniências, e geralmente envolvem equipamentos muito caros em processos de múltiplas etapas, incluindo filtração, catálise ácida para a esterificação dos ácidos graxos livres, remoção do catalisador ácido, a reação de esterificação e, finalmente, a separação do sub produto glicerol e a purificação do biodiesel. nós estamos propondo um novo sistema de filtração com sílica gel, que em uma etapa remove tanto os sólidos como os ácidos graxos livres do wco. nessa nova concepção para biodiesel, um forno de micro ondas caseiro não modificado é utilizado para acelerar a reação de transesterificação base catalisada, e uma dica útil é dada para o monitoramento do progresso da reação por cromatografia de camada delgada. palavras-chave: biodiesel, óleo de cozinha usado, micro ondas, sílica gel. introduction biodiesel is the methyl or ethyl mono-alkyl esters of long chain fatty acids, which are derived from vegetable oils or animal fat. it can be added to fossil diesel or replace it completely, the advantages being its renewable sources, the better quality of exhaust gas emissions and its biodegradability. also, if one considers the photosynthetic origin of the vegetable oils, its combustion only restores the previously existing carbon dioxide of the atmosphere [1]. the best starting material for biodiesel is well refined (less than 0.5% free fatty acids, ffa) vegetable oil: under naoh or koh catalysis the reaction times are short (up to one hour, typically), and the yields are high [2-4]. however, the use of refined vegetable oils for biodiesel production raises the question of planting for fuel, not for food. therefore, the use of waste cooking oil (wco) is the natural alternative, as well as being a way to deal with a large scale pollutant. but wco have higher amounts of ffa, with which the base catalyst leads to saponification. therefore, acid catalysis is to be eclética química, 39, 120-130, 2014. 122 preferred, the drawbacks here being the use of high pressures, excess of alcohol, high cost stainless steel equipments and sulfuric acid effluents, sulfuric acid being the most common catalyst, which is not recovered after the conversion is completed [5-10]. several attempts have also being made to use enzyme catalysis [1113], but the lipases seem to be quite sensitive to the alcohol concentration, and the reaction times are quite long, which makes this an overall rather expensive process, albeit wco may also be employed as starting material in a three-stage process [11]. combined lipases [14] and fixed bed reactors with immobilized lipases [15] seem however to improve wco conversion to biodiesel. there are many efforts to deal with the forthcomings for the low-cost, chemical production of biodiesel, and these include the ingenious idea of using the reusable ferric sulfate [16-17] or poli-ferric sulphate [18] heterogeneous acid catalysis for the initial transformation of high fat content wco, but the reaction times and high temperatures of the two-stage process still poses a problem. zeolites have also being used as heterogeneous catalysts to convert wco into biodiesel, but temperatures up to 450 o c are necessary [19]. a homogeneous catalyst composed of a superacid h3pw12o40.6h2o was reported to produce biodiesel from high fat content wco at 65 o c, but at a methanol to oil ratios of 70:1 [20]; partially substituting the protons of that superacid by zinc cations produces nanotube zeolites which work at the same reaction temperatures, but are easier to recover [21]. a mixture of tungsten and aluminum oxides were also used as heterogeneous catalyst, but long reaction times and pretreatment of wco are required [22]. a solid superacid based in zro2 was proposed, but reaction times up to 4 hours and temperatures up to 120 o c were necessary to transesterify wco [23]. also mixtures of ethanol and methanol aid the transesterification reaction promoted by solid acid catalysts, but still high pressures are necessary, and the yields are only above 80 % [24]. other mixed oxides of magnesium also require high temperatures and very long reaction times [25-26]. a recent, promising sro catalyst has been used for the transesterification of wco with the aid of microwave irradiation [27]. the use of supercritical methanol (up to 560 k) has been proposed as an option for a no-catalyst process [28-29]. while those new approaches are being developed to deal with the ffa content of wco, authors are still trying to find the optimum conditions for the large scale production of wco biodiesel from base catalysis, with samples collected from city restaurants [30-35]. there are also proposals of using a two-step koh/naoh catalysis to increase the yields of biodiesel from wco [36]. an earlier attempt to use cao as an alternative base catalyst failed, due to the poisoning behavior of moisture and the amount of ffa in wco, apart from partial saponification of the calcium ions [37]. a promising option for the production of biodiesel involves base catalysts and reaction speed up by ultrasound or microwave irradiation. ultrasonic jets are useful, in the sense that they disrupt the boundaries between the dense wco and the less dense alcohol with dissolved catalyst phases, avoiding the necessity for vigorous stirring and long contact times. in particular, ultrasound and koh successfully transformed beef tallow into biodiesel [38]. koh is also the choice for the transesterification of wco with methanol in one [39] and two step reactions using continuous reactors [40]. reaction times of up to 8 minutes were recently reported [41], although naoh used to increase the catalyst percentage in the mixtures may be lost to soap and increase the difficulty to clean the biodiesel formed [39]. eclética química, 39, 120-130, 2014. 123 microwave irradiation (mw) have the advantage over conventional heating in that it delivers energy directly to the reactants, that rapidly rotates, generating heat by molecular friction. in this way, mw accelerates chemical reactions and induces increased yields. however the household microwaves were reported to be modified so that they could be used as biodiesel reactors from wco [27] [42]. in this paper, we describe a convenient, economically feasible production of ready to use biodiesel from wco using an unmodified household mw oven. the process is made possible by the pre filtration of the wco with a silica gel which removes, in one step, solids, ffas and water from the wco. material and methods materials the laboratory experiment required an unmodified household microwave oven (2450 ghz/340w), a distillation system, and common laboratory glassware. methods the reaction progress and the complete transformation of mono, di and triglycerides from wco into monoalkylesters was monitored using thin layer chromatography (tlc) and by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 1 h nmr). tlc experiments were performed using silica-gel coated aluminum foils from merck, prepared using two drops of acetic acid in 10 ml of a solution of a 95:5 mixture of hexane: ethyl acetate, and samples were taken every 1 minute for 10 minutes. the relevant signals chosen for integration in the 1 h nmr experiments were the signal of the α-methylene protons present in all esters derived from triglycerides (2.3 ppm, triplet), as well as the triplet at 2.67 ppm and quartet at 4.10 ppm that indicate the ethyl ester (–co2ch2ch3) formation; the ratio 2:2:3 indicates the complete conversion of the triglycerides into the desired esters. characterization and quality control of ethyl biodiesel fuel. the samples of wcoees were sent to the center for monitoring and research of the quality of fuels, biofuels, crude oil and derivatives – cempeqc, of the sao paulo state university at araraquara, são paulo, brazil. table 1 summarizes the standard methods used, as well as the specification limits recommended by the regulation.the instruments employed in these analyses were an automatic densimeter (anton paar gmbh, model dma4500), a rancimat® (metrohm ion analysis, model 873), a penskymartens closed cup automatic flash point tester (petrotest instruments gmbh, model pma 4), an automated kinematic viscosity measuring system (tanaka scientific limited, model akv-202), a micro carbon residue tester (tanaka scientific limited, model acr-m3), a copper strip corrosion tarnish tester (petrotest instruments gmbh), a cold filter plugging point tester (tanaka scientific limited, model afp-102), an automatic potentiometric titrator (kem electronics, model at-500n2), a coulometric karl fischer titrator (metrohm ion analysis, model 756), a gas chromatograph with flame ionization detector (shimadzu corporation, model gc-2010) coupled to a ctc combi pal headspace and liquid injector system (shimadzu corporation, model aoc-5000), an energy dispersive x-ray fluorescence spectrometer eclética química, 39, 120-130, 2014. 124 (shimadzu corporation, model edx-800), and an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (thermo scientific, model icap 6300 duo). experimental procedures preparation of the silica gel the procedure for the preparation of the filtering silica follows closely that reported by prado [43]. 4.0 g of fine construction sand were mixed with 8.0 g of sodium carbonate. the mixture was placed in an oven at 850 o c for 4 hours. the still hot material was transferred to a sintered glass filter and washed with boiling water. the soluble product was acidified to ph 1 with hcl. the precipitate formed was filtered and placed in an oven at 150 o c for drying and activation of the silica gel. the crude silica gel is passed through a collection of sieves, and the 60 mesh is retained for the wco filtration. in this way, 100 ml of wco can be filtered with this 60 mesh size silica gel, and the filtered oil contains, independently of its origin – animal, vegetable or mixed origin – an acid index of 0.40 mg koh and a 0.02% acid content. preparation of biodiesel the waste cooking oil (wco) / anhydrous ethyl alcohol (99,3%)/ naoh ratios used in the reactions were 100 ml / 60 ml / 0.80 g respectively. the crude waste cooking oil (wco) was filtered through 10.0 g of the prepared silica-gel 60 mesh. the filtered wco had an acid index of 0.40 mg koh and a 0.02% water content. the ethanol, previously treated with the required amount of naoh, was transferred to a beaker containing 100 ml of the filtered oil. this mixture was irradiated in the mw unmodified household microwave oven for 10 minutes at 340 w, the temperature raising to 70 o c. 10 ml of distilled water was added to the irradiated mixture to help the subsequent separation process. the resulting mixture was transferred to a separation funnel where it formed the waste cooking oil ethyl esters (wcoees) upper phase and glycerin (lower phase). after the separation of the phases, the biodiesel was washed with successive additions of 15% by volume of distilled water under moderate agitation until neutral ph, and dried over anhydrous mgso4; alternatively, water can be distilled off the mixture. the conversion of the triglycerides into wcoees was higher than 98%. results and discussion during our study of developing solid catalysts for esterification reactions mediated by microwave irradiation [44-45], our attention was drawn to the transesterification reactions of triglycerides and biodiesel formation. the several drawbacks of this process start with the fact that the triglycerides are poorly soluble in alcohol, which means that either long reaction times or conditions such as high temperatures, high pressures, or microwave or ultrasound reaction enhancement are necessary for good conversions. against successful transformations there are the dangers of the water content of the triglycerides, for it causes saponification, which consumes the catalysts and inhibits the products glycerol/ester separation. the eclética química, 39, 120-130, 2014. 125 presence of free fatty acids is also a problem, because they are gelatinous solids and poison the catalyst by forming fatty acid salts. all these factors point to the best raw material for biodiesel from transesterification reactions to be well refined vegetable oils, which in turn makes the production of the new fuel a non economical process. in the literature, there appeared several articles dealing with microwave assisted transesterification of pure vegetable oils [46-49], but still, there are strong ethic arguments against their uses, such as planting for fuel, not for food. at least one of these publications had to do with the transformation of waste frying palm oil into biodiesel [42] and one which used wco [27], but the microwave reactors had to be specially modified for the reaction purposes [42] or to improve the security of the process due to the high output power used [27]. waste cooking oil is very appealing as the feedstock choice for biodiesel, partially because it is renewable, partly because of its low or no cost, but principally as the alternative to transform a large scale pollutant into a greener fuel. however, on top of the reaction drawbacks mentioned earlier, used cooking oils are also rich in solid left overs from cooking. all these arguments lead to a reaction scheme that begins with a wco filtration step, followed by a time and energy consuming drying process and an acid catalyzed transformation of the ffa content to esters, before going on to the proper microwave enhanced transesterification reaction. these combined production steps obviously tend to increase the price of the biofuel. it seemed appropriate therefore to begin our study with the first filtration step for the future use of wco, and silica gel seemed to be an appropriate filtering agent, because of its basic capacity to retain humidity, the first enemy of the fast, economic, base catalyzed transesterification. also, the polar, hydroxyl nature of its surface makes it appropriate to retain any ffa which would tend to pass through the filter, due to its gelatinous nature. moreover, the size of the silica gel particles can be chosen so that it can retain solid particles with ease. after several filtration attempts with different types of silica gels, a particular sodium carbonate modified silica seemed to fulfill well all the requirements at once. in this way, independently of its origin, 100.0 ml of wco, when passed through 10.0 g of this carbonate treated silica, present ffa and water contents well within the limits for optimum base catalyzed transesterifications, permitting therefore the production of crude biodiesel in a two stage process. for the mw enhanced transesterification step, the irradiation time chosen to convert 100.0 ml of wco was 10 minutes. it is a fact that the reaction can be finished in 3 minutes under higher mw power, but the electrical fields of household mw ovens are inhomogeneous and can cause hotspots. longer reaction times and lower mw potencies randomize these effects, ensuring the smooth completion of the reaction. lower potencies also minimize the loss of alcohol by evaporation inside the microwave cavity. the thin-layer chromatography tlc) used to follow-up the transesterification process, figure 1, show clearly the quality of the wco as it is obtained after the filtration with the carbonate modified silica gel. for instance, it shows that it contains a small fraction of mono and diglycerides, and that the content of ffas is negligible prior to mw irradiation. it shows also the total absence of glycerin, which will appears as the bottom spot in the tlc plate after irradiation commences. indeed, the appearances of the glycerin and biodiesel spots are the evidence that the reaction starts at the very beginning of mw irradiation. as from the eclética química, 39, 120-130, 2014. 126 first minute of irradiation, there appears in the tlc plate the presence of ffas, which must have been formed by the residual water content; the consumption of that residual water means that it can no longer sustain the hydrolysis of the formed biodiesel. after the sixth minute is also evident from the tlc plate of the transformation of the mono and diglycerides into biodiesel, so that, by the end of the reaction, only glycerin, biodiesel and the small, but unavoidable amount of ffa, result.  figure 1. thin layer chromatography (tlc), using silica gel coated aluminum foils from merck and a mixture of hexane: ethyl acetate (95:5). the effect of the amount of catalyst on wcoees production was studied in experiments with different concentrations of naoh (0g, 0.5g, 0.75g, 0.80g, 0.90g, 1.00g, 1.10g) of naoh, each experiment repeated five times. as expected, no product appeared with 0% catalyst. catalyst concentrations higher than 1.10% adversely affected wcoees production by the formation of fatty acids and resulting in soap formation. at concentrations below 0.80g the amount of catalyst is not enough to ensure complete conversions. the optimum yield of wcoees was gained at an ethanol/oil volume ratio of 6:10. at ethanol-to-oil volume ratios greater than that, the separation of esters from glycerol was more difficult. unreacted ethanol suppresses the gravity decantation and traces of glycerol remain in the biodiesel phase. for comparison purposes, similar tests using the optimized parameters, took typically about 120 minutes to be completed under reflux conditions. the separation of the biodiesel from glycerol can be accelerated by centrifugation, but it proceeds quite well in a common separation funnel. characterization and quality control of wcoees the samples of wcoees were tested to determine the ethyl biodiesel the quality according to astm, en, and nbr standard methods established by anp regulation 7. table 1 shows the specification limits of the standard methods and the wcoees results obtained for each requirement. comparison of our eclética química, 39, 120-130, 2014. 127 results with those for similar biodiesels obtained by conventional, alkaline ethanolysis with reflux induced methods, indicate that mw irradiation produces a somewhat superior fuel at least where it is compared the carbon residues after the fuel consumption; encinar et al. [50] found, following the reflux method 0.14 to 0.15% of these residues, whereas our tests detected no residues at all, table 1. table 1. biodiesel fuel physicochemical properties of waste cooking oil ethyl esters (wcoees). physical and chemical properties units standard method specification limits anp regulation 7 wcoees relative density @ 20 ºc kg/m 3 astm d4052 850.0 – 900.0 879.4 water content, max. mg/kg astm d6304 500.0 397.6 flash point, min. ºc astm d93 100.0 100.0 oxidative stability @ 110 ºc, min h en 14112 6.0 1.5 kinematic viscosity @ 40 ºc mm 2 /s astm d445 3.0 – 6.0 4.4 carbon residue, max mass % astm d4530 0.050 0.0 copper corrosiveness, 3 h @ 50 ºc, max astm d130 1a or 1b 1a cold filter plugging point, max ºc astm d6371 19.0 1.0 total acid number, max mg koh/g astm d664 0.50 0.098 iodine value g/100g en 14111 na* 87.8 monoglycerides mass % astm d6584 na* 0.80 diglycerides na* 0.50 triglycerides na* 0.30 free glycerin, max 0.02 0.01 eclética química, 39, 120-130, 2014. 128 total glycerin, max 0.25 0.20 methanol or ethanol, max mass % en 14110 0.20 0.019 methyl or ethyl esters, min mass % en 14103 96.5 97.4 sodium + potassium, max mg/kg nbr 1553 5.0 1.7 calcium + magnesium, max mg/kg 5.0 0.1 phosphorus, max mg/kg 10.0 0.5 total sulfur, max mg/kg according to astm d4294 50.0 39.0 * na – not applicable conclusion waste cooking oil, wco, of various origins can be properly and adequately filtered through a new silica gel prepared from construction sand and sodium carbonate. the filtrate is a wco free from water, glycerin and ffas, and therefore, ready to be used in base catalyzed transesterification reactions. using this clean wco, biodiesel of excellent quality is obtained in a 10 minutes reaction, mediated by low power mw irradiation using a conventional, unmodified house mw oven. the entire transesterification reaction is easily and completely followed by thin layer chromatography. acknowledgments we thank cnpq and fapemig for financial support and cempeqc for the physicochemical analysis of the ethyl biodiesel. references [1] b. k. barnwal, m. p. sharma, renew. sust. energy rev. 9 (2005) 363–78. 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[50] j.m. encinar, f. jua, j. f gonzalez, a. rodriguez-reinares, fuel process. technol. 88 (2007) 513-522. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 21 | eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 192 a versatilidade das argilas e as propriedades dos sítios superficiais de interação ana paula mangoni 1 , patrícia moura dias 1,2 , vera r. leopoldo constantino 1 ____________________________________________________________________________ resumo: neste artigo, serão apresentados, de maneira simplificada e introdutória, os sítios ativos presentes nas superfícies das argilas que as tornam tão versáteis. esses sítios são responsáveis pelas interações entre as argilas e espécies orgânicas ou inorgânicas, e pelas transformações químicas de substratos que ocorrem na superfície, permitindo entender tanto processos naturais que ocorrem no meio ambiente quanto aqueles efetuados em escala industrial. propõe-se que o presente texto possa auxiliar a ilustrar, em sala de aula, conceitos fundamentais (tipos de reações químicas, interações eletrostáticas e outras) a partir de processos em superfícies sólidas. o estudo da correlação entre os sítios ativos das argilas e suas propriedades é um tema rico para ser explorado nas disciplinas de química. palavras-chave: argilas, argilominerais, interações químicas, interações com superfícies, superfícies sólidas ____________________________________________________________________________ abstract: this article presents in a simplified and introductory way, the active sites present on the surfaces of clays that make them so versatile. these sites are responsible for interactions between the clay and organic or inorganic species, and the chemical transformations of substrates that occur on the surface, allowing to understand either natural processes in the environment or those performed on an industrial scale. it is proposed that this text can illustrate, in the classroom, fundamental concepts (types of chemical reactions, electrostatic interactions and other ones) from processes on solid surfaces. the correlation between the active sites of clays and their properties is a rich topic to be explored in chemistry disciplines. keywords: clays, clay minerals, chemical interactions, surface interactions, solid surfaces 1 departamento de química fundamental, instituto de química, universidade de são paulo, av. prof. lineu prestes 748, cep 05508-000, são paulo (sp), brasil 2 fundacentro – fundação jorge duprat figueiredo de segurança e medicina do trabalho, rua capote valente 710, cep 05409-002, são paulo (sp), brasil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 193 193 introdução as argilas fazem parte da história das civilizações e possuem papel importante nas sociedades atuais como recurso mineral de extensa aplicação tecnológica. no setor industrial, os usos das argilas abrangem a manufatura de materiais de construção (tijolos, telhas, cimento etc.), de cerâmica artística, de catalisadores e adsorventes, a carga e cobertura na fabricação de papel, a formulação de produtos farmacêuticos e cosméticos, fluido para perfuração de petróleo, carga ou enchimento de plásticos e borrachas e a remoção de poluentes da água, entre tantos outros [ i , ii , iii ]. as argilas também participam de importantes processos no meio ambiente, com destaque para aqueles que ocorrem nos solos permitindo, por exemplo, a retenção de nutrientes para as plantas. assim, o conhecimento de aspectos básicos relacionados às argilas é do interesse de várias áreas como física, química, biologia, engenharia, agronomia, fármácia e medicina. além da abundância natural desses minerais, que possuem análogos sintéticos preparados em laboratório, outros fatores que contribuem para sua diversificada aplicação envolvem as propriedades físico-químicas ímpares de suas superfícies. o presente artigo se propõe a apresentar de maneira simplificada e introdutória os sítios ativos presentes nas superfícies das argilas que as tornam tão versáteis. a literatura tem feito uso do termo “sítios ativos” em analogia às enzimas, que promovem variadas reações e processos no meio biológico [ iv ]. propõe-se que o presente texto possa auxiliar a ilustrar, em sala de aula, reações ácido-base, de complexação, de funcionalização e interações eletrostáticas e outras de natureza mais fraca, como íon-dipolo, em superfícies. como será observado adiante, o estudo da correlação entre os sítios ativos das argilas e suas propriedades é um tema rico para ser explorado nas disciplinas de química. argila e argilominerais argila é definida como um material natural, constituído de minerais com granulação fina, e que apresenta plasticidade ao ser umedecida com quantidades apropriadas de água e que endurece quando é seca ou calcinada [ v ]. os argilominerais são os principais constituintes das argilas, que possuem em sua composição outros minerais como quartzo e matéria orgânica. o termo argilomineral é usado para designar os silicatos hidratados de alumínio ou magnésio que, por apresentarem estrutura lamelar, perfazem a classe dos filossilicatos (do grego phyllos: folhas) [i]. os argilominerais apresentam lamelas formadas por folhas de tetraedros e octaedros de silício e alumínio (ou magnésio), respectivamente, como mostra a figura 1. os vértices dos tetraedros e octaedros estão ocupados por átomos de oxigênio e/ou hidroxilas. figura 1. representação de um tetraedro [sio4] (a) que, ao compartilhar vértices com outros tetraedros, forma uma folha tetraédrica (b), e de um octaedro [m(oh)6] (c) que, ao compartilhar arestas com outros octaedros, forma uma folha octaédrica (d). eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 194 194 nas folhas formadas por unidades tetraédricas, as unidades [sio4] formam anéis hexagonais, pelo compartilhamento, com os tetraedros vizinhos, de três dos quatro átomos de oxigênio. essa estrutura bidimensionalmente organizada é denominada de folha siloxano ou folha tetraédrica (t), que se liga a uma (ou duas) folha formada por octaedros, denominada folha octaédrica (o), através do compartilhamento dos átomos de oxigênio [ vi , vii ]. se a lamela é formada por uma folha octaédrica e somente uma folha tetraédrica, o argilomineral é classificado como do tipo 1:1 ou t:o (como a caulinita, por exemplo). já aquele que apresenta uma folha octaédrica sanduichada entre duas folhas tetraédricas é classificado como argilomineral do tipo 2:1 ou t:o:t (como o talco, por exemplo). as lamelas podem ser eletricamente neutras ou apresentarem uma carga negativa, que tem sua origem na substituição parcial dos elementos nos centros tetraédricos e/ou octaédricos por outros de raio semelhante e menor estado de oxidação. assim, o silício geralmente é substituído por alumínio na folha tetraédrica enquanto o alumínio é substituído por magnésio na folha octaédrica. a substituição é chamada de isomórfica porque os elementos possuem valores de raios próximos, não causando grandes distorções na estrutura do material. a carga negativa das lamelas é neutralizada pela intercalação de íons positivos no espaço interlamelar, como representado na figura 2 (esquerda). as lamelas se sobrepõem em um arranjo face a face, formando agregados denominados tactóides, como mostra a figura 2 (direita), e definindo uma superfície externa, que compreende o plano basal e as bordas ou arestas, e uma superfície interna, que é a junção da lamela e do espaço interlamelar [v]. figura 2. esquerda: argilominerais com lamelas do tipo 2:1 ou t:o:t e que apresentam carga elétrica. direita: arranjo de lamelas sobrepostas e intercaladas com cátions. do ponto de vista mineralógico, os argilominerais do tipo 2:1 que apresentam carga elétrica entre aproximadamente -0,2 e -0,6 por fórmula unitária são denominados esmectitas [v]. essa classe de minerais, muito comum em solos e sedimentos, apresenta grande importância tecnológica em razão de suas propriedades: alta área superficial específica, alto grau de intumescimento em água (argilomineral expansível) e capacidade de sofrer reações de troca catiônica. portanto, as superfícies internas das esmectitas são mais acessíveis ao ambiente fora da partícula ou tactóide, ampliando o número de sítios de interação em relação às demais classes de argilominerais. para maior simplificação, no decorrer do texto, os argilominerais serão denominados “argilas”, mas vale lembrar mais uma vez que não são sinônimos. as propriedades da superfície das argilas são dependentes de vários fatores, como composição química, natureza dos átomos da superfície, tipo dos superfície externa (basal) superfície interna s u p e rf íc ie e xt e rn a (b o rd a s ) eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 195 195 sítios de interações, natureza dos cátions trocáveis, entre outros [vii], que influenciam significativamente na interação que o mineral estabelece com íons inorgânicos ou moléculas orgânicas, levando à formação de compostos e/ou materiais com diferentes propriedades. o estudo dos sítios de interação das argilas é de grande importância para se entender a reatividade de moléculas orgânicas com esses minerais, por exemplo, no meio ambiente e em processos catalíticos industriais [iv]. de acordo com a literatura [iv,vii], os sítios ativos predominantes nas argilas podem ser classificados como: a) superfície neutra de siloxano; b) superfície carregada de siloxano; c) cátions metálicos trocáveis e cátions estruturais; d) moléculas de água ao redor do cátion trocável; e) sítios hidrofóbicos; f) sítios nas bordas ou arestas das lamelas com exposição dos grupos silanol e aluminol. a natureza de cada sítio será abordada a seguir. sítios de interação a) superfície neutra de siloxano a superfície de siloxano, anteriormente já descrita como a folha formada pelos tetraedros [sio4] arranjados em anéis hexagonais, é a superfície menos reativa nas argilas. essa superfície é eletricamente neutra em argilas que não apresentam substituições isomórficas como, por exemplo, o talco e a pirofilita [vii]. em argilas do tipo 2:1, a camada de siloxano corresponde à superfície externa na qual cada átomo de oxigênio estabelece ligações covalentes com dois átomos de silício (figura 3), tornando-o um doador de elétrons fraco. dessa forma, a superfície neutra de siloxano comporta-se como uma base fraca de lewis. usualmente, o átomo de silício não forma ligações pπpπ, pois seus orbitais atômicos são grandes e difusos, não permitindo uma interação efetiva; mas o silício pode utilizar os orbitais d para formar ligações dπ pπ com o átomo de oxigênio, o que fortalece a ligação sio e diminui a basicidade do oxigênio [ viii , ix ]. a superfície neutra de siloxano possui característica predominantemente hidrofóbica (não há praticamente formação de ligações de hidrogênio com moléculas de água), podendo estabelecer interações com moléculas apolares ou porções apolares de macromoléculas. figura 3. sítios ativos dos argilominerais 2:1: superfície neutra de siloxano. b) superfície carregada de siloxano conforme mencionado anteriormente, tanto nas folhas tetraédricas como nas folhas octaédricas das argilas, os elementos podem ser substituídos por outro de tamanho semelhante e menor estado de oxidação (substituição isomórfica), não alterando a estrutura vista lateral vista superior – plano [001] rede de anéis hexagonais formados por unidades tetraédricas [sio4] 0,21 nm si-o: 0,16 nm superfície basal de siloxanos eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 196 196 das folhas, mas conferindo carga elétrica negativa permanente à superfície. essas substituições ocorrem devido à presença de íons favoráveis à troca no ambiente geoquímico durante a formação das argilas. os fatores que determinam se a substituição será nos tetraedros ou octaedros são o tamanho do íon, a carga elétrica e a identidade química [vi]. a substituição isomórfica gera cargas negativas nas lamelas, que são compensadas por cátions na região interlamelar. as forças eletrostáticas, que obedecem à lei de coulomb, são aquelas que agem sobre as espécies catiônicas próximas às lamelas aniônicas. essa força surge das interações entre partículas carregadas e é diretamente proporcional às cargas positivas e negativas (z + z e 2 ) e inversamente proporcional à distância (d) entre elas [ x ]. as espécies próximas às lamelas eletricamente carregadas também podem interagir através de forças atrativas do tipo íon-dipolo e íon-dipolo induzido. essas forças são ambas mais fracas que as forças eletrostáticas pois a energia potencial de uma interação íon-dipolo é proporcional à carga elétrica do íon e ao momento de dipolo (µ) da espécie na superfície, e inversamente proporcional à distância ao quadrado. já a energia potencial de uma interação íon-dipolo induzido é proporcional à carga elétrica do íon e à polarizabilidade (α) da espécie na superfície da argila, e inversamente proporcional à distância elevada à quarta potência. a substituição do silício por alumínio aumenta a reatividade da superfície. quanto maior for o grau de substituição, maior o caráter básico de lewis da camada de siloxano e maior a probabilidade de moléculas orgânicas polares estabelecerem ligações de hidrogênio diretamente com a superfície da argila [ix]. quando o silício é substituído pelo alumínio na folha tetraédrica das argilas, ocorrem pequenas distorções locais devido à diferença no comprimento das ligações entre o si-o (0,162 nm) e o al-o (0,177 nm) [iv,vii]. considerando a eletronegatividade de pauling dos átomos que compõem os tetraedros que formam a folha tetraédrica (uma vez que o caráter iônico de uma ligação é proporcional à diferença de eletronegatividade dos átomos envolvidos na ligação), a carga sobre o oxigênio é maior quando ele está ligado ao alumínio do que quando está ligado ao átomo de silício pois a diferença de eletronegatividade é maior entre os átomos em uma ligação al-o do que em uma ligação si-o. quando a substituição isomórfica ocorre na folha octaédrica, o caráter de base de lewis da superfície é reforçado pois a carga está deslocalizada sobre dez átomos de oxigênio basais; ou seja, a carga negativa fica, dessa forma, mais deslocalizada. já a substituição isomórfica que ocorre nos tetraedros provoca uma distribuição de carga mais localizada pois ocorre sobre três oxigênios basais, conforme ilustra a figura 4. figura 4. cargas deslocalizadas e localizadas na superfície de argilominerais 2:1. (adaptada de [iv]). eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 197 197 c) cátions metálicos trocáveis e cátions estruturais os cátions metálicos alojados no espaço interlamelar podem atuar como ácidos de lewis e se ligarem a espécies básicas como a amônia e a piridina (figura 5). os sítios metálicos estruturais são os cátions do interior dos tetraedros e octaedros. a interação de moléculas com caráter de base de lewis com esses sítios, que se comportam como ácidos de lewis, pode ocorrer para completar a esfera de coordenação dos metais que se encontram nas bordas ou arestas dos tactóides, conforme pode ser observado na figura 5. a natureza do cátion e o teor de água influenciam significativamente na acidez de lewis da superfície das argilas, tanto para os cátions metálicos trocáveis como para os cátions estruturais [iv]. figura 5. sítios ativos dos argilominerais: cátions metálicos trocáveis e cátions estruturais expostos contendo esfera de coordenação insaturada. d) moléculas de água ao redor do cátion trocável nas argilas, há dois ambientes distintos de sorção de água: (i) moléculas de água coordenadas diretamente ao cátion metálico trocável e (ii) moléculas de água presentes nos poros interpartículas, nos espaços interlamelares entre os cátions metálicos trocáveis ou nos sítios polares na superfície externa [iv]. o sítio ativo a ser apresentado está relacionado à polarização das moléculas de água ao redor do cátion trocável ou de cátion na borda da lamela que apresenta moléculas de água coordenadas. como demonstrado na figura 6, nesses dois ambientes químicos as moléculas de água são fontes de acidez de brönsted, pois elas podem doar íons h + . para uma mesma argila, a acidez de brönsted decorrente da superfície depende da natureza do cátion metálico trocável (quanto maior a razão carga/raio desse íon metálico, maior o caráter ácido de brönsted da argila), e da quantidade de água presente (quanto menor o grau de hidratação da argila, maior a sua acidez). essa acidez pode ser bastante elevada, proporcionando às argilas um papel muito importante em reações orgânicas catalisadas por ácidos. a acidez decorrente das bordas também é altamente dependente da natureza química do átomo exposto. figura 6. sítios ativos dos argilominerais: moléculas de água polarizadas ao redor de cátions trocáveis e cátions nas arestas. cátions metálicos trocáveis: cátions estruturais expostos nas bordas: mn+ + yl [m-ly] m+ ácido de lewis base de lewis [mo5]n+ + l [mo5l]m+ cátions metálicos trocáveis: cátions estruturais expostos nas bordas: [m(h2o)x] n+ [m(oh)(h2o)x-1]m+ + h+ ácido de brönsted [mo5 (h2o)]n+ [mo5 (oh)]m+ + h+ ácido de brönsted eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 198 198 os cátions presentes na região interlamelar também influenciam no grau de intumescimento das argilas, promovendo, em maior ou menor grau, o processo de inchamento osmótico. como as argilas não possuem restrições espaciais na direção do empilhamento das lamelas, a entrada de moléculas de água na região interlamelar provoca o aumento do volume do material. em suspensões diluídas de argila em água, o processo de hidratação de cátions (como na + e li + ) e das superfícies aniônicas internas das argilas pode provocar a separação das lamelas (processo denominado esfoliação) [v] e a formação de uma dispersão de partículas coloidais anisotrópicas. quando esfoliada, a área superficial das esmectitas pode apresentar valores entre 740-790 m 2 /g [ xi ]. como a espessura das lamelas é da ordem de 1 nm, tais dispersões possuem interesse na área da nanociência e nanotecnologia. e) sítios hidrofóbicos os sítios hidrofóbicos surgem quando os cátions inorgânicos das argilas são trocados por cátions orgânicos, como ilustrado na figura 7, gerando as chamadas argilas organofílicas, que são hidrofóbicas [iii]. um dos cátions mais empregados para a produção dessas argilas é o íon quaternário de amônio de cadeia longa. esses sítios são responsáveis pela sorção de moléculas orgânicas. as propriedades coloidais e de adsorção de moléculas orgânicas são dependentes da composição química e das dimensões dos cátions orgânicos. as argilas organofílicas podem ser consideradas “solventes” eficientes de compostos orgânicos. elas podem também agir como pilares moleculares, permitindo a adsorção seletiva de solutos orgânicos, devido à não saturação da lamela com o cátion orgânico e, consequentemente, à criação de poros. a reação de troca catiônica empregando cátions orgânicos é a mais utilizada para modificar a superfície das argilas, tornando-as hidrofóbicas. os materiais gerados encontram aplicação na produção de compósitos com polímeros orgânicos de baixa polaridade. outra estratégia para tornar as argilas hidrofóbicas consiste em realizar a organofuncionalização das bordas ou arestas através da reação de sililação [ xii ]. nesse processo, ocorre a reação dos grupos silanóis (ou aluminóis) expostos nas superfícies com alcoxissilanos de cadeias longas como octadeciltrimetoxisilano, (ch3o)3si(ch2)17ch3, ou alcoxissilanos contendo grupos funcionais especiais (como (ro)3si(ch2)3nh2) capazes de reagir subsequentemente com espécies orgânicas poliméricas (figura 7). a reação de funcionalização das bordas das argilas leva à formação de ligação covalente entre a argila e a espécie orgânica. é possível ainda preparar argilas organofílicas pelo processo sol-gel, empregando uma fonte ou reagente de silício de composição (ro)3sir’ (r’ é um grupo alquil substituído ou não) de modo a permitir que uma das ligações dos tetraedros da folha de siloxano seja entre o silício e o carbono (unidades [sio3r’]), como mostra a figura 7 [ xiii ]. eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 199 199 figura 7. sítios ativos dos argilominerais: sítios hidrofóbicos. esquerda: intercalação por troca iônica de cátions orgânicos de cadeias longas como cetiltrimetilamônio. direita: funcionalização com agente sililante. f) sítios nas bordas ou arestas das lamelas com exposição dos grupos silanol e aluminol o sexto sítio ativo considerado nesse texto é um dos mais abundantes e reativos em partículas que compõem o solo. os elementos das bordas com a esfera de coordenação insaturada em razão da descontinuação do cristal (quebra de ligações si-o-si e al-o-al) irão reagir com a água completando a sua esfera de coordenação e formando os grupos -oh. os sítios silanol (si-oh) e aluminol (al-oh) estão localizados nas bordas das lamelas como ilustrado na figura 8 [iv,vii,ix]. esses sítios podem adsorver moléculas acumuladas nas interfaces através de ligações de hidrogênio. pode haver a dissociação ou associação do íon h + nesses grupos hidroxilados, gerando carga negativa e positiva, respectivamente, nas arestas; a geração de carga é dependente do valor do ph do meio. ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3ch3 ch3 ch3ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 ch3 sio nh2 funcionalização nas bordas ou arestas: reações posteriores com espécies poliméricas emprego de reagentes (ro)3sir’: eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 200 200 figura 8. sítios ativos dos argilominerais: sítios nas arestas ou bordas. estudo recente trata do emprego de dinâmica molecular de primeiros princípios (first principles molecular dynamics – fpmd) para calcular as constantes ácidas dos grupos presentes nas arestas do plano (010) de uma esmectita (montmorilonita) de composição li0,5[al3,5mg0,5][si8]o20(oh)4 [ xiv ]. os resultados de modelagem foram comparados com os valores de pka obtidos experimentalmente através de técnicas como a titulação potenciométrica. contudo, os ensaios experimentais não permitem avaliar os valores dos pks dos grupos individuais presentes nas arestas dos cristais das argilas (e os valores reportados variam de um trabalho para outro utilizando a mesma argila). de um modo geral, observa-se que as argilas montmorilonita swy-1 e swy-2 (procedentes da coleção da clay minerals society) sofrem processos de desprotonação no intervalo de ph entre 5,5 e 8,3, segundo as reações mostradas na figura 9. os resultados de valores de pka obtidos através de cálculos teóricos estão em boa concordância com os resultados experimentais. figura 9. acidez dos sítios das arestas ou bordas de esmectitas (≡ representa a aresta do cristal). na faixa usual de ph empregada nos trabalhos com argila em laboratório (isto é, entre 3 e 9), os grupos nas arestas se encontram preponderantemente nas formas ≡si ̶ oh, ≡si ̶ o e ≡al ̶ oh2oh (≡ representa a aresta do cristal). a forma silanol protonado (isto é, ≡si ̶ oh2 + ) só ocorre em meio altamente ácido (valores de pka experimentais entre -8 e -4) [xiv]. os cálculos teóricos revelaram que as propriedades ácido-base do grupo silanol mudam quando ligado a um octaedro de magnésio. nesse h+ átomo de silício exposto nas bordas: cátion al3+ (ou fe3+) exposto nas bordas: +h+ grupo silanolcr is ta l cr is ta l cr is ta l cr is ta l + h++h+ + cr is ta l grupos aluminol cr is ta l eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 201 201 caso, a presença do íon mg 2+ diminui a acidez do grupo silanol, de modo que o valor do pka aumenta para 10,8. cabe ressaltar que medidas exatas de constantes ácidas de argilas são difíceis de serem determinadas porque outras reações podem ocorrer além da protonação/desprotonação dos grupos silanol e aluminol. por exemplo, em valores de ph inferiores a 4 e superiores a 11, observa-se a solubilização do alumínio enquanto em ph superior a 9-10, os tetraedros de silício começam a solubilizar gerando íons silicato em solução [ xv ]. à medida que o valor do ph diminui, o próton começa a competir com o cátion na região interlamelar, promovendo reação de troca iônica. a carga elétrica superficial das argilas é de fundamental importância nos processos de troca iônica, adsorção e estabilização coloidal, entre outros [xv]. a carga elétrica nas argilas esmectitas tem duas origens: (i) na substituição isomórfica nas folhas que compõem as lamelas (cargas estruturais, que independem do meio no qual a argila se encontra) e (ii) nos grupos (ligantes oxo e/ou hidróxido ligados a si, al, mg etc.) expostos nas arestas das lamelas (cargas que dependem do meio no qual a argila se encontra). a adsorção de ácidos orgânicos e oxoânions como fosfato nas arestas das argilas é devida à carga positiva das arestas desenvolvidas em meios de baixo valor de ph. à medida que o ph aumenta, as bordas se tornam neutras e, posteriormente, negativas. em virtude da morfologia bidimensional das partículas das argilas, 90-95% da carga total é devida às cargas estruturais e somente 5-10%, às cargas das arestas. à medida em que o tamanho da partícula de argila diminui, os sítios das bordas passam a ter maior contribuição na reatividade desses materiais. os métodos eletrocinéticos permitem obter informações sobre a carga elétrica superficial das argilas. as medidas de potencial zeta de suspensões de argilas esmectitas no intervalo de ph igual a 2-12 revelam valores de potencial negativo (-30 a -50 mv) e a ausência de um ponto isoelétrico (valor do ph no qual o potencial zeta é zero). logo, a carga elétrica das partículas de argila é dominada pela carga elétrica estrutural. conclusões a versatilidade em termos de aplicações das argilas está relacionada com sua rica e complexa química superficial, que envolve reações nos sítios ativos (como complexação e ácido-base de brösnted) e o estabelecimento de interações fortes (iônicas e covalentes) ou fracas como as ligações de hidrogênio. vários exemplos podem ser explorados para ilustrar os processos abordados: adsorção de pesticidas ou liberação de nutrientes inorgânicos no solo, intercalação de fármacos visando a estabilização química e/ou a liberação modificada de substâncias bioativas, absorção de impurezas por máscaras cosméticas faciais, compatibilização de cargas inorgânicas com plásticos e borrachas através do uso das argilas organofílicas, modelagem de peças cerâmicas, remediação ambiental por imobilização de metais pesados ou radioisótopos no meio ambiente, entre tantos outros. agradecimentos as autoras agradecem ao dr. ricardo a. a. de couto (iq-usp) pelo auxílio na elaboração das estruturas dos argilominerais. referências [1] p. de s. santos, ciência e tecnologia de argilas, editora edgard blucher ltda., são paulo, 2a. edição , volume 1, 1989, capítulo 1. [2] a. c. v. coelho, p. s. santos, h. s. santos, quim. nova 30(1) (2007) 146. [3] a. c. v. coelho, p. s. santos, h. s. santos, quim. nova 30(5) (2007) 1282. eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 202 202 [4] c. t. johnston. sorption of organic compounds on clay minerals: a surface functional group approach. in: organic pollutants in the environment, b. l sawhney (ed.), the clay minerals society, boulder. cms workshop lectures, vol. 8, 1996, 2–44. [5] http://www.clays.org/clay_glossary.htm, acessada em setembro de 2016. [6] c. j. b. mott, catal. today 2 (1988)199. [7] r. a. schoonheydt, c. t. johnston. surface and interface chemistry of clay minerals. in: handbook of clay science, f. bergaya, b.k.g. theng, g. lagaly (eds), elsevier ltd., amsterdam, 2006, 87–113. [8] j. d. lee, química inorgânica não tão concisa, edgard blucher ltda. são paulo, 5 ed., 2003. [9] s. yariv, k. h. michaelian, structure and surface acidity of clay minerals. in: organo-clay complexes and interactions, s. yariv, h. cross (eds.), marcel dekker, inc., new york, 2002, chap. 1. [10] j. e huheey, e. a. keiter, r. l. keiter, inorganic chemistry: principles of structure and reactivity, harper collins college publishers, new york, 4 ed., 1993, chap. 8. [11] n. güven, molecular aspects of clay-water interactions. in: clay-water interface and its rheological implications, n. güven, r.m. pollatro (eds.), the clay minerals society, boulder. cms workshop lectures, vol. 4, 1992, 1-79. [12] h. he, q. tao, j. zhu, p. yuan, w. shen, s. yang, appl. clay sci. 71 (2013) 15. [13] m. jaber, j. miehé-brendle, microporous mesoporous mater. 107 (2008) 121. [14] x. liu, x. lu, m. sprik, j. cheng, e. j. meijer, r. wang, geochim. cosmochim. acta 117 (2013) 180. [15] m. duc, f. gaboriaud, f. thomas, j. coll. interface sci. 289 (2005) 139. [ i ] p. de s. santos, ciência e tecnologia de argilas, editora edgard blucher ltda., são paulo, 2a. edição , volume 1, 1989, capítulo 1. [ ii ] a. c. v. coelho, p. s. santos, h. s. santos, quim. nova 30(1) (2007) 146. [ iii ] a. c. v. coelho, p. s. santos, h. s. santos, quim. nova 30(5) (2007) 1282. [ iv ] c. t. johnston. sorption of organic compounds on clay minerals: a surface functional group approach. in: organic pollutants in the environment, b. l sawhney (ed.), the clay minerals society, boulder. cms workshop lectures, vol. 8, 1996, 2–44. [ v ] http://www.clays.org/clay_glossary.htm, acessada em setembro de 2016. [ vi ] c. j. b. mott, catal. today 2 (1988)199. [ vii ] r. a. schoonheydt, c. t. johnston. surface and interface chemistry of clay minerals. in: handbook of clay science, f. bergaya, b.k.g. theng, g. lagaly (eds), elsevier ltd., amsterdam, 2006, 87–113. eclética química, vol. 40, 192-203, 2015. 203 203 [ viii ] j. d. lee, química inorgânica não tão concisa, edgard blucher ltda. são paulo, 5 ed., 2003. [ ix ] s. yariv, k. h. michaelian, structure and surface acidity of clay minerals. in: organo-clay complexes and interactions, s. yariv, h. cross (eds.), marcel dekker, inc., new york, 2002, chap. 1. [ x ] j. e huheey, e. a. keiter, r. l. keiter, inorganic chemistry: principles of structure and reactivity, harper collins college publishers, new york, 4 ed., 1993, chap. 8. [ xi ] n. güven, molecular aspects of clay-water interactions. in: clay-water interface and its rheological implications, n. güven, r.m. pollatro (eds.), the clay minerals society, boulder. cms workshop lectures, vol. 4, 1992, 1-79. 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[ xv ] m. duc, f. gaboriaud, f. thomas, j. coll. interface sci. 289 (2005) 139. www.scielo.br/eq volume 34, número 2, 2009 59 avaliação da limpeza de cdtrodo construídos a partir de cd de ouro gravável/fita adesiva de galvanoplastia m. v. foguel, c. v. uliana, p. r. u. tomaz, p. r. b. oliveira marques, h. yamanaka, a. a. pupim ferreira* unesp – universidade estadual paulista, instituto de química, campus de araraquara. cp 355, 14800-900 araraquara, sp, brasil. autor correspondente: antoferr@iq.unesp.br brazil resumo: os eletrodos de ouro são largamente utilizados em estudos eletroquímicos e eletroanalíticos, devido à sua elevada pureza, ampla faixa de potencial de trabalho, bem como a possibilidade de controle e modificação da superfície eletródica. neste trabalho são descritos procedimentos para construção e limpeza de eletrodos a partir de cds de ouro graváveis, denominados cdtrodos. inicialmente, os cds foram submetidos à ação de hno3 concentrado para retirada da camada polimérica protetora e exposição da camada metálica, posteriormente, para a construção dos cdtrodos, delimitou-se a área eletródica com fita de galvanoplastia. diversos métodos para a limpeza da superfície do ouro foram empregados, após ataque do hno3, tais como, aplicação de potencial fixo em solução de nacl, ciclagens sucessivas em h2so4 e aplicação de ultra-som, sendo que os melhores resultados foram obtidos por tratamento com h2so4. a literatura tem registrado vários trabalhos empregando cdtrodo no entanto são focados na aplicação e pouco se descreve sobre a limpeza do eletrodo; nenhum trabalho foi registrado empregando a fita de galvanoplastia para delimitar a área do eletrodo. a utilização desse tipo alternativo de eletrodo é de suma importância, uma vez que o mesmo apresenta desempenho eletroquímico comparável aos eletrodos comerciais, além de grande versatilidade e baixo custo. palavras-chaves: cdtrodo; eletrodo cd-r; voltametria cíclica; limpeza de superfície eletródica. introdução o emprego de superfícies metálicas na construção de sensores eletroquímicos tem levado ao desenvolvimento dos métodos eletroanalíticos. os eletrodos metálicos (au, pt, dentre outros) possibilitam efetuar trabalhos em um vasto intervalo de potencial permitindo ainda o controle e modificações em sua superfície de trabalho [1]. os transdutores de ouro merecem destaque em aplicações em eletroquímica e eletroanalítica e, recentemente, métodos alternativos de obtenção de eletrodos têm sido propostos como no caso de eletrodos obtidos a partir de discos compactos graváveis (cd-rs) [2-4]. cd-rs de ouro são constituídos por uma base de policarbonato acrescida de uma camada fotossensível (cianina, ftalocianina ou azo compostos), na qual ocorre o processo de gravação. sobre este filme é depositada, pelo processo de sputtering, uma fina camada de ouro com espessura variando entre 50 e 100 nm e área total da ordem de 100 cm2, que é recoberta por um ou dois filmes poliméricos protetores. no comércio existem diferentes marcas de cd-rs e que podem diferir quanto ao tipo de composto fotodegradável, camadas protetoras, comecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 200960 posição e depósito do filme de metal utilizado em sua produção. isto significa que os procedimentos empregados na remoção dos filmes poliméricos e pré-tratamento de superfície, para obtenção de um eletrodo com superior versatilidade, podem ser dependentes da procedência dos cd-rs. os eletrodos de ouro (cdtrodos) têm sido preparados conforme procedimento descrito por angnes et al. [2]. são construídos de forma simples com baixo custo financeiro (a partir de um cd-r podem ser obtidos vários eletrodos) sendo, portanto uma alternativa promissora na obtenção de sensores eletroanalíticos reprodutíveis e com possibilidades de modificações de suas superfícies de trabalho. os cdtrodos de ouro têm performance eletroquímica comparável aos eletrodos convencionais, com superior versatilidade. uma possibilidade atraente é a da utilização na construção de eletrodos na forma descartável, que compensa os problemas apresentados pela superfície de ouro como os processos de envenenamento decorrentes da formação de óxidos de ouro. trabalhos na literatura relatam a modificação cdtrodos de ouro com monocamada autoorganizada (self-assembled monolayers) [5], emprego na determinação de diferentes analítos em várias matrizes, tais como, dipirona em formulações farmacêuticas [6], cobre em cana-de-açúcar e água de torneira [7] e em meio hidroalcóolico [8], chumbo em água de chuva [9], ce(iv) [10] e se (iv) [11] em água deionizada. esses trabalhos utilizam materiais como esmalte, resina epóxi, pvc e tinta de impressora, para delimitação da área geométrica do eletrodo, o que necessita de grande precisão na construção dos mesmos, para obtenção de uma área superficial reprodutível com relação ao sinal elétrico medido. o presente trabalho apresenta estudos sobre a construção de cdtrodos de ouro empregando fita adesiva para galvanoplastia a fim de delimitar a área de trabalho eletródica e investigação sobre os procedimentos de limpeza e pré-tratamento da superfícies do eletrodo de ouro construído a partir de cds graváveis. materiais e métodos reagentes e soluções solução tampão fosfato de sódio 0,1 mol l-1, ph 7,0 (eletrólito de suporte) foi preparada a partir dos sais na2hpo4/nah2po4 (merck), conforme descrito na literatura [12]. nos experimentos de voltametria cíclica foram empregados eletrólito de suporte contendo a espécie redox fe(cn)6 4(sigma-aldrich). ácido sulfúrico (h2so4) e cloreto de sódio (nacl), utilizados na ativação da superfície do cdtrodo de ouro, foram fornecidos pela mallinckrodt. ácido nítrico (hno3) foi fornecido pela merck. a fita adesiva para galvonoplastia 470 e alumina de polimento metalográfico (0,05µ) foram fornecidas, respectivamente, pela 3m e arotec. todas as soluções foram preparadas em água milli-q (ρ > 18,2 mω cm, millipore inc., usa). equipamentos, eletrodos e célula eletroquímica as medidas eletroquímicas foram obtidas, a temperatura ambiente, com o auxílio de um potenciostato/galvanostato eg&g par, modelo 263, conectado a um microcomputador com o software 4.30 (eg&g) para aquisição e análise dos dados obtidos. uma célula eletroquímica de compartimento único de 5 ml contendo o eletrólito de suporte e as espécies redox fe(cn)6 4 foi utilizada para as medidas, juntamente com um sistema de três eletrodos: cdtrodo de ouro (ageom = 0,071 cm2), ag|agcl|kcl(sat) e fio de platina (ageom = 4 cm2) como eletrodo de trabalho (et), referência e auxiliar, respectivamente. para a etapa em ultra-som, utilizou-se um equipamento de marca iunic, modelo usc-700. para obtenção de micrografias foi utilizado o equipamento microscópio de varredura eletrônica (scanning electron microscope sem) jeol-jsm-t330 a. construção de eletrodos de ouro (cdtrodos) ecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 2009 61 a literatura registra a construção de cdtrodo empregando tinta de impressora [4], espaçador de teflon [10] e resina epóxi [2,11] para delimitar a área geométrica do eletrodo de trabalho. no presente trabalho propõe-se a utilização de fita de galvanoplastia como alternativa para este fim, facilitando a construção do cdtrodo. inicialmente, para a obtenção de eletrodos metálicos a partir de cd-r de ouro faz-se necessária retirar a camada de proteção constituída por filmes poliméricos para ter acesso à camada metálica. foram utilizados discos compactos graváveis (marca mitsui archive gold cd-r 100) e aplicado o seguinte procedimento na construção dos cdtrodos: a) retirada das camadas poliméricas protetoras com hno3 concentrado; b) lavagem da superfície de ouro com água destilada; c) corte da superfície cd-r, nas dimensões em torno de 2 cm de comprimento por 0,5 cm de largura; d) definição da área do eletrodo de trabalho com fita adesiva de galvanoplastia, perfurada empregando furador de rolhas (diâmetro de 3,0 mm) e fixada sobre o filme de ouro; e) contato elétrico do cdtrodo, fixando uma lâmina de cobre (fio de cobre laminado e polido com lixa 3m 800) com fita de ptfe isolante (politetrafluoretileno). a figura 1 representa o esquema de construção do cdtrodo. adição de hno concentrado 3 corte com tesoura delimitação da área contato elétrico i ii iii figura 1. construção de cdtrodos: i) área recortada do cd; ii) delimitação da área do eletrodo empregando fita de adesiva de galvanoplastia; iii) fixação de cobre laminado (contato elétrico) por meio da fita de teflon. pré-tratamento da superfície de ouro após o preparo do cdtrodo de ouro, fezse necessário uma limpeza da superfície para a remoção da camada de óxido formado pela ação do ácido nítrico concentrado sobre a camada metálica durante a remoção das camadas protetoras. foram estudados os seguintes procedimentos para a ativação da superfície de ouro: i) aplicação de ultra-som em meio de água ou etanol durante 5 min; ii) limpeza mecânica com alumina; iii) aplicação de potencial fixo +0,5 v durante 5 min em uma solução de nacl 0,5 mol l-1; iv) ciclagens sucessivas em h2so4 0,5 mol l-1 no intervalo de potencial entre 0,0 e +1,5 v e velocidade de varredura igual a 100 mv s-1; avaliação do desempenho dos cdtrodos de ouro após a etapa de pré-ativação da superfície, o cdtrodo-au foi avaliado pela técnica de voltametria cíclica, por meio do comportamento da espécie redox, em termos de variação de potencial de pico e de corrente de pico, comparando-se os dados para cada etapa avaliada. os voltamogramas foram traçados em eletrólito de suporte contendo a espécie redox fe(cn)6 41 x 10-2 mol l-1, no intervalo de potencial de –0,4 a + 0,7 v e com velocidade de varredura de 50 mv s-1. microscopia de varredura eletrônica foi empregada para comparar as superfícies do cdtrodos. resultados e discussão a retirada manual das camadas poliméricas do cd-r para então expor a camada de ouro apresentou voltamograma cíclico do sistema padrão (solução tampão fosfato + fe(cn)6 4-) conforme esperado, no entanto como a camada de ouro é muito delgada a não reprodutibilidade na confecção do cdtrodo indicou inviabilidade do procedimento. dessa forma, o ácido nítrico foi emecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 200962 pregado para remoção da camada polimérica nos estudos subseqüentes. a literatura tem registrado o emprego imediato do cdtrodo, sem qualquer tratamento prévio [4,5,11] ou que o cdtrodo recém preparado apresenta excelente resposta mas quando estocado deve ser ativado por meio de ciclagens em solução de hclo4 [9]. assim, imediatamente após a construção do cdtrodo, no qual foi empregado ácido nítrico concentrado na retirada das camadas protetoras, foram traçados voltamogramas cíclicos em solução tampão fosfato de sódio 0,1 mol l-1, ph 7,0 e contendo fe(cn)6 41,0 x 10-2 mol l-1, no intervalo de potencial de -0,4 a +0,7 v, ν = 50 mv s-1. observa-se na figura 2 que os picos que caracterizam o sistema eletroquímico padrão, encontram-se bastante deslocados (655 mv de diferença) e deformados, ocasionados, possivelmente, pela dificuldade da transferência eletrônica na superfície do eletrodo, como indicado pela razão entre os picos catódico e anódico. isto pode ser atribuído à presença de óxidos de ouro formados pelo ataque ácido (hno3) na retirada das camadas protetoras e a provável presença de material residual das camadas poliméricas de proteção sobre a superfície de ouro. -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 -20 -10 0 10 20 30 40 50 i/µ a e/v vs. ag|agcl|kcl(sat) figura 2. voltamograma cíclico em solução tampão fosfato de sódio 0,1 mol l-1, ph 7,0 contendo fe(cn)6 41,0 x 10-2 mol l-1 sobre cdtrodo de ouro, antes de qualquer tipo de limpeza da superfície eletródica; ν = 50 mv s-1. a figura 2 demonstra a necessidade de limpeza da área eletródica, após a ação do hno3. foram investigadas limpezas por meio da aplicação de ultra-som sobre a superfície de ouro do cd, tanto em água como em etanol, antes das medidas eletroanalíticas. no entanto, esses procedimentos ocasionaram o desprendimento da fina camada de ouro da superfície do cdtrodo, sendo então considerados inapropriados. foi investigado um procedimento de limpeza mecânica empregando solução de alumina (0,05 µ). a figura 3 indica que os picos relativos à oxidação e redução apresentaram-se melhor definidos, com δepico em trono de 90 mv e razão de corrente de pico igual à unidade. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -60 -30 0 30 60 i/µ a e/v vs. ag|agcl|kcl(sat) figura 3. voltametria cíclica em solução tampão fosfato 0,1 mol l-1, ph 7,0 contendo fe(cn)6 4 1 x 10-2 mol l-1. et: cdtrodo após limpeza mecânica com alumina; ν= 50 mv s-1. empregando-se outro cdtrodo foi efetuado um estudo do efeito da variação de velocidade de varredura cujos resultados estão representados na figura 4. pode se observar que o par redox foi deslocado com o aumento da velocidade de varredura no sistema, o que indica complicações cinéticas nos processos eletródicos. isso se deve provavelmente à resíduos de óxidos na superfície de ouro não totalmente eliminado na limpeza manual; o emprego da alumina requer muito cuidado para que a camada de ouro não seja retirada ecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 2009 63 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -50 0 50 100 i/µ a e/v vs. ag|agcl|kcl(sat) figura 4. efeito da velocidade de varredura nos voltamogramas cíclicos em solução tampão fosfato 0,1 mol l-1, ph 7,0 contendo fe(cn)6 41 x 10-2 mol l-1 empregando os seguintes valores: 10, 20, 30, 40, 50, 80, 100, 120, 150 mv s-1 . investigação empregando microscopia de varredura eletrônica foi efetuada, sobre a superfície do cdtrodo limpo pelo procedimento mecânico com suspensão de alumina, objetivando avaliar se a mesma poderia alterar a superfície de ouro, visto que esta camada de ouro, depositada sobre o suporte de policarbonato, é muito fina. a figura 5 apresenta os dados microscópicos obtidos nesta etapa de trabalho. observa-se claramente que o uso da alumina acarretou danos na superfície do cd, alterando assim, a sua área de trabalho, o que torna inviável a construção de eletrodos de cds reprodutivos fazendo-se uso deste procedimento de limpeza. 17 figura 5. micrografias de varredura eletrônica da superfície de cd de ouro. a) cd sem limpeza mecânica com alumina (2000x). b) cd após limpeza mecânica com alumina (2000x). figura 5. micrografias de varredura eletrônica da superfície de cd de ouro. a) cd sem limpeza mecânica com alumina (2000x). b) cd após limpeza mecânica com alumina (2000x). a literatura registra um tratamento efetuado com aplicação de potencial fixo em solução contendo cloreto, indicando que tal pré-tratamento foi o suficiente para limpeza da superfície de ouro [13]. baseando-se neste procedimento, foi proposto efetuar uma limpeza eletroquímica, na qual o cdtrodo foi submetido à aplicação de potencial fixo em +0,5 v por 5 minutos em solução de nacl 0,5 mol l-1. a ativação da superfície foi então novamente avaliada pela técnica de voltametria cíclica, em meio de fe(cn)6 4-. observou-se uma melhora no perfil voltamétrico do par redox, como pode ser notada na figura 6. no entanto, os picos ainda apresentaram deslocamento de potencial de pico de aproximadamente 260 mv e razão entre as correntes de pico catódica e anódica em torno de 0,61, demonstrando a necessidade de uma limpeza mais eficiente. -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 -40 -20 0 20 40 60 80 b a i/µ a e/v vs. ag|agcl|kcl(sat) figura 6. voltamogramas cíclicos em solução tampão fosfato 0,1 mol l-1, ph 7,0 contendo fe(cn)6 4 1,0 x 10-2 mol l-1 antes (a) e após (b) limpeza da superfície do cdtrodo de ouro aplicando potencial fixo +0,5 v em solução de nacl 0,5 mol l-1 durante 5 min; ν = 50 mv s-1. posteriormente, o procedimento de limpeza eletroquímica em meio de ácido sulfúrico foi investigado. varreduras sucessivas foram traçadas em solução de h2so4 0,5 mol l-1 no intervalo de potencial de 0,0 v a +1,5 v, à velocidade de varredura de 100 mv s-1, até obtenção do voltamograma cíclico típico para o meio [14]. nos primeiros ciclos, os voltamogramas apresentaram-se um pouco distintos, porém a partir de 30 ciclos ecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 200964 o sinal apresentou-se bastante estável e similar a um eletrodo de ouro comercial [2,15,16]. foram observados dois picos característicos, um pico anódico em torno de 1,2 v e outro catódico ao redor de 0,95 v, atribuídos à formação e redução de óxidos de ouro, respectivamente. no intervalo de potencial a que corresponde os picos de redução e oxidação da espécie eletroativa (fe(cn)6 4-) no eletrólito de suporte, não são observados picos significativos referentes à formação de óxidos de ouro. este perfil voltamétrico do eletrodo de ouro em solução de ácido sulfúrico é indicativo de que a superfície está praticamente livre da presença de óxidos. 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 -99 -66 -33 0 33 66 e/v vs. ag|agcl|kcl(sat) i/µ a figura 7. voltamograma cíclico em solução de ácido sulfúrico 0,5 mol l-1 do cdtrodo de ouro; ν = 100 mv s-1. após esse pré-tratamento, realizou-se as medidas voltamétricas em fe(cn)6 41,0 x 10-3 mol l-1. a figura 8-a mostra que houve mudança significativa no perfil voltamétrico do fe(cn)6 4-, com δepico de aproximadamente 77 mv e razão de corrente de pico de 0,96. estes valores estão bem próximos dos valores esperados para um processo de transferência eletrônica reversível que envolve um elétron, sendo assim, satisfatórios para o objetivo do estudo. o estudo de velocidade de varredura com o cdtrodo assim construído é apresentado na figura 8-b, confirmando que os processos eletródicos sobre a superfície metálica de ouro ocorrem sem complicações cinéticas. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -30 -15 0 15 30 i/µ a e/v vs. ag|agcl|kcl(sat) a 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -30 -15 0 15 30 i/µ a e/v vs. ag|agcl|kcl(sat) b figura 8. voltamograma cíclico em tampão fosfato 0,1 mol l-1, ph 7,0 contendo fe(cn)6 4 1,0 x 10-3 mol l-1, ν = 50 mv s-1 (a). efeito da velocidade de varredura (b). et: cdtrodo de ouro após limpeza por ciclagens sucessivas em h2so4 0,5 mol l-1. o eletrodo construído com auxílio de fita de galvanoplastia e pré-tratado pelo método de limpeza de superfície com ácido sulfúrico foi então avaliado segundo sua reprodutibilidade, comparando-se os valores de picos de correntes anódica e catódica, dos processos redox relativos a espécie fe(cn)6 4-. o desvio padrão relativo medido para 5 cdtrodos diferentes, construídos e avaliados no mesmo dia, sobre as mesmas condições de trabalho, foi de 1,7%. este resultado indica que as áreas de trabalho dos eletrodos apresentaram-se ecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 2009 65 muito similares, o que descreve um processo de confecção de eletrodos de cds de ouro bastante reprodutivo. a utilização da fita de galvanoplastia para delimitar a área geométrica do cdtrodo mostrouse viável e exeqüível em qualquer laboratório porém deve se atentar para o solvente no qual serão efetuadas as medidas; em solução alcoólica a fita se desprende facilmente [17]. a investigação de diferentes tipos de cdrs de ouro disponíveis no mercado indicou que o ácido nítrico foi eficiente para a retirada da película protetora, no entanto a limpeza do cdtrodo depende da procedência do cd-r alguns podem ser empregados diretamente sem tratamento prévio, outros exigem tratamento com h2so4. conclusões a proposta de delimitar a área do cdtrodo empregando a fita para galvanoplastia mostrou-se viável, eficiente e de fácil construção, apresentando reprodutibilidade compatível com os eletrodos construídos a partir de cds apresentados na literatura. a retirada da película protetora do cd-r, empregando ácido nítrico, implica na formação de camadas de óxidos de ouro sobre a superfície metálica eletródica, requerendo então, o pré-tratamento destas superfícies, nos cdtrodos. dentre os métodos de limpeza empregados, o melhor resultado foi obtido com ciclagem sucessiva em meio de ácido sulfúrico, até obtenção de um sinal estável compatível com os eletrodos de ouro convencionais. o método de limpeza da superfície de ouro de um cdtrodo possui grande dependência da procedência do cd-rs utilizados. agradecimentos os autores agradecem à fapesp (proc. 2007/ 04227-9) e cnpq (proc. 150670/2007-9, 140154/2005) pelo apoio financeiro. evaluation of the cdtrode cleaning constructed from gold recordable cd/galvanoplasty tape received july 03 2008 accepted october 14 2009 abstract: gold electrodes are widely used in electrochemistry and electroanalytical chemistry, due to the high purity, broad range of work potential as well as the possibility to control and modify the surface. on this work construction and cleaning of electrodes from gold recordaon this work construction and cleaning of electrodes from gold recorda-on this work construction and cleaning of electrodes from gold recordables compact discs (cd-rs), namely cdtrodes, are described. the cds was submitted to the action of concentrated hno3 in order to remove the protection layer and to expose the metallic layer; the electrode area was delimited by using galvanoplasty tape. the literature has been published many articles on cdtrode focused on the application but not on the cleaning; there is no register on galvanoplasty tape to define electrode area. several methods for gold surface cleaning after attack of hno3 were investigated, such as application of fixed potential in nacl solution, successive scans in h2so4 and ultrasound application, and best results were obtained in h2so4 solution. this electrode material is interesting due to the performance comparable to the commercial electrodes, besides great versatility and low cost. keywords: cdtrode, cd-r electrodes; cyclic voltammetry; gold surface cleaning referências [1] j. janata, m. josowicz, m. devaney, anal. chem. 66 (1994) 207. [2] l. angnes, e. m. richter, m. a. augelli, g. h. kume, anal. chem. 72 (2000) 5503. [3] d. daniel, i. g. r. gutz, electrochem. comm. 5 (2003) 782. [4] d. lowinsohn, e. m. richter, l. angnes, m. bertotti, electroanalysis 18(1) (2006) 89. [5] h-z yu, anal. chem. 73 (2001) 4743 [6] r. a. a. muñoz, r. c. matos, l. angnes, j. pharm. sci. 90(12) (2001) 1972. [7] e. m. richter, m. a. augelli, s. magarotto, l. angnes, electroanal. 13(8-9) (2001) 760. ecl. quím., são paulo, 34(2): 59 66, 200966 [8] a. walcarius, e. sibottier, electroanal. 17(19) (2005) 1716. [9] e. m. richter, j. j. pedrotti, l. angnes, electroanal. 15 (2003) 2003. [10] p. westbroek, j. strycker, , p. dubruel, e. temmerman, e. h. schacht, anal. chem. 74 (2002) 915. [11] c. f. pereira, f. b. gonzaga, a. m. guaritá-santos, j. r. souzade, talanta 69 (2006) 877 [12] p. c. w. sidney, o. k. nathan, methods in enzimology, academic press inc., new york. [13] p. r. b. o. marques, l. angnes, h. yamanaka, v congresso iberoamericano de sensores abstract ibersensor 2006. [14] s. campuzano, m. pedrero, c. montemayor, j. electroanal. chem. 586 (2006) 112. [15] c. l. perdriel, a. j. arvia, m. ipohorski, j. electroanal. chem. 215 (1986) 317. [16] m. i. florit, m. e. martins, a. j. martins, j. electroanal. chem. 151 (1983) 209. [17] m. v. foguel, monografia – instituto de química, universidade estadual paulista, araraquara, 2008. introduction chemically, acebutolol hydrochloride (fig 1) is (n-[3-acetyl-4-[2-hydroxy-3[(1-methylethyl)amino]propoxy]phenyl]butanamide) hydrochloride, is a cardio-selective betablocker used in the management of hypertension, angina pectoris and cardiac arrhythmias[1], which normalizes the blood pressure and prevents the occurrence of hypertensive crisis. the official method[2] for the determination of abh is non-aqueous titration technique detecting the end point potentiometrically in aqueous medium using 0.1m naoh titrant. several methods are reported in the literature for the determination of the beta-blockers including spectrophotometry [3-7], nmr[8,9], high performance liquid chromatography[10-13], thin layer chromatography[14], liquid chromatography[15,16], capillary electrophoresis[17-21], pharmacokinetics[22,23], and fluorescence[24]. the reported spectrophotometric methods [4-6] do not discuss the stability of the methods and at the same time have low sensitivity [3-6]. more over, the methods are laborious and the effects of common excipients have not been investigated [3-6]. sungur and yurdakul[7] have determined acebutolol by uv spectrophotometry. when compared to this method, our method is simple and does not involve any tedious/complex reaction conditions. this prompted us to develop simple, sensitive and accurate spectrophotometric methods for the determination of abh in pure and pharmaceutical formulations. one of the well-established spectrophotometric methods is through ion-pair complex extraction. in this case, an ion-pair is formed between a basic compound and an anionic dye (e.g., bromophenol blue, bromocresol green, 37ecl. quím., são paulo, 33(2): 37-40, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 simple and sensitive spectrophotometric methods for the determination of acebutolol hydrochloride in bulk sample and pharmaceutical preparations d.h. manjunatha, s.m.t. shaikh, k. harikrishna, r. sudhirkumar, p.b. kandagal and j. seetharamappa* department of chemistry, karnatak university, dharwad580 003, india * j_seetharam@rediffmail.com abstract: a direct, extraction-free spectrophotometric method has been developed for the determination of acebutolol hydrochloride (abh) in pharmaceutical preparations. the method is based on ionpair complex formation between the drug and two acidic dyes (sulphonaphthalein) namely bromocresol green (bcg) and bromothymol blue (btb). conformity to beer’s law enabled the assay of the drug in the range of 0.5-13.8 µg ml-1 with bcg and 1.8-15.9 µg ml-1 with btb. compared with a reference method, the results obtained were of equal accuracy and precision. in addition, these methods were also found to be specific for the analysis of acebutolol hydrochloride in the presence of excipients, which are co-formulated in the drug. keywords: acebutolol hydrochloride; spectrophotometry; pharmaceutical preparations. eq05-af 26/6/08 11:43 page 37 methyl orange, etc.). at a specific ph, the ion-pair, which is immiscible with water is extracted into an organic solvent and the concentration of it is determined spectrophotometrically[25-28]. the ion-pair extraction technique has some difficulties and inaccuracies arising from incomplete extraction or the formation of emulsions between the organic solvent and the basic compound, containing solution. in response to the problems resulting from extraction of the ion-pair, few articles were published for the analysis of pharmaceutical compounds through ionpair formation without involving extraction [29-31]. in this paper, we describe the application of acidic dyes to the spectrophotometric determination of abh without the application of buffers. the ionpair formed between the drug and sulphonphthalein dye, bcg/btb requires no extraction and is measured directly in chloroform. the proposed methods are applied successfully for the determination of abh either pure or in dosage forms with good accuracy and precision. interference from some commonly co-formulated substances is also studied. 38 ecl. quím., são paulo, 33(2): 37-40, 2008 figure 1. structure of acebutolol hydrochloride. experimental apparatus the absorption spectra were recorded on a double beam cary 50-bio uv-visible spectrophotometer (varian, australia) with 1cm matched quartz cells. materials and reagents pure abh sample was kindly provided by hikal ltd., india. commercial dosage forms were purchased from local sources. stock solutions of each of 0.1% of bromocresol green (bcg), and bromothymol blue (btb) were prepared in chloroform. standard solution of abh was prepared by dissolving 10 mg in 100 ml of chloroform and further diluted as and when required. procedures recommended procedure and calibration curve suitable aliquot volumes of abh solution were transferred into a series of 10 ml volumetric flasks, so that the final concentration is in the range stated in table 1. recommended volume of the dye solution was added (table 1), mixed well and diluted to volume with chloroform. the absorbances of the resulting colored species were measured at the specified wavelength (table 1) against chloroform. table 1. optical characteristics and statistical data of the regression equations for the reaction of abh with bcg and btb. a y = bx + c, where x is the concentration of drug in (µg ml-1) d average of six determinations. procedure for commercial dosage forms weighed amounts of powdered tablets equivalent to 20 mg of abh were transferred into a 100 ml volumetric flask. the contents were shaken well with about 50 ml of chloroform for 30 min. the flask was diluted up to the mark with the same solvent. it was filtered and preceded as described above. the nominal content of the tablets was determined from the calibration curve. eq05-af 26/6/08 11:43 page 38 results and discussion absorption spectra the structure of abh features its basic nature. this structure suggests the possibility of utilizing an anionic dye as chromogenic reagent. in chloroform, abh is not an absorbing species in the visible region. the dyes employed have almost negligible absorbance (fig 2). in contrast, when a solution of bcg or btb in chloroform is added to the drug solution, an intense yellow colored product is produced immediately (fig 2). this is due to the conversion of the dye into an open quinonoidal anionic derivative [32], which forms an ion-pair with abh. 39ecl. quím., são paulo, 33(2): 37-40, 2008 figure 2. absorption spectrum of reagent blanksbcg (a) and btb (b), and ion-pair complexes of abh (8 µg ml-1) with bcg (c) and btb (d). reaction conditions the experimental conditions were studied and it was found that 5 ml of bcg or 2 ml of btb were sufficient to produce maximum and reproducible color. the color products were found to be stable for at least 1.5 h. investigation of the abh-bcg ion-pair complex the composition of the ion-pair complex formed between abh and bcg/btb was investigated by job’s method of continuous variation. it was found that the composition of drug to dye was 1:1 in both cases. analytical performance linearity of the method under the experimental conditions, linear correlations were obtained between the absorbances and abh concentration over the ranges stated in table 1 with good correlation coefficients and zero intercepts. the apparent molar absorptivities, sandell’s sensitivities and detection limits[33] were summarized in table 1. interference studies the effects of common excipients and additives were tested for their possible interferences in the assay of abh. it was also observed that the excipients such as talc, lactose, starch and magnesium stearate did not interfere with the assay, since the formation of an ion-pair complex with anionic dyes needs a basic moiety. the results have been tabulated in table 2 for a representative dye, btb. table 2. determination of abh a in presence of excipients by btb method. a 5 µg ml-1 of abh taken. b average of five determinations. precision and accuracy in order to determine the accuracy and the precision of the method, standard solutions containing three different concentrations of abh were analyzed in five replicates. the mean results obtained are summarized in table 3. the small values of the standard deviation (sd), the relative standard deviation (rsd %) and the mean standard analytical error (sae) can be considered adequate for the quality control analysis of pharmaceutical preparations. eq05-af 26/6/08 11:43 page 39 conclusions the proposed methods are rapid, simple, accurate and in addition, offer advantages in determining abh, (in pharmaceutical preparations), when extraction difficulties arise with other spectrophotometric methods. hence, the proposed methods could be adopted routinely for quality control in pharmaceutical industries. received 18 december 2007 accepted 08 may 2008 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9 15, 2010 estudo de estabilidade do fosfato dissódico de prednisolona em condições de estresse oxidativo e térmico, em formulação oral 1* 2 2 2cleber antonio lindino , marcia lina mitsui , rodolfo ortiguara , daiane felin , 1 1mauricio ferreira da rosa , reinaldo aparecido bariccatti 1universidade estadual do oeste do paraná – rua da faculdade, 645 jardim la salle. cep 85903-000 toledo – pr. *e-mail: cleberlindino@yahoo.com.br 2prati, donaduzzi & cia ltda – rua mitsugoro tanaka, 145. centro industrial nilton arruda. cep 85903-630 toledo pr resumo: este trabalho consistiu em investigar o processo de degradação do fármaco fosfato sódico de prednisolona (fsp) na forma farmacêutica de solução oral por meio de ensaios de degradação, avaliando-se os parâmetros de acordo com a resolução nº. 899/2003 da anvisa e o processo de degradação do fármaco. o método por cromatografia líquida de alta eficiência (clae) desenvolvido para o doseamento do fármaco foi validado a fim de comprovar sua aplicabilidade como indicativo de estabilidade, assegurando a confiabilidade do mesmo. após o método ser validado no estudo da degradação do fármaco, comprovou-se que em condições drásticas de estresse oxidativo (h o 30%) e temperatura a 60°c, a degradação do fármaco é dependente de sua 2 2 concentração (cinética de primeira ordem). os resultados apresentaram-se satisfatórios, demonstrando que este método é adequado para investigação da formação de produtos de degradação na forma farmacêutica solução oral. palavras-chave: fosfato sódico de prednisolona, método indicativo de estabilidade, degradação. introdução o estudo de produtos de degradação de um medicamento faz-se necessário para atender aos requisitos de órgãos regulamentadores no brasil, como a agência nacional de vigilância sanitária (anvisa), e guias internacionais, tais como os guias do international conference harmonization (ich) recomendados nos estados unidos, japão e comunidade européia, que preconizam a quantificação do princípio ativo e dos produtos de degradação para assegurar a qualidade do medicamento [1,2]. de acordo com a resolução nº 01, de 29 de julho de 2005 da anvisa, deve-se apresentar no estudo de estabilidade do medicamento a justificativa de ausência ou a quantificação de produtos de degradação assim como o método analítico correspondente. desta forma, é imprescindível para a indústria farmacêutica o conhecimento de métodos indicativos de estabilidade, análise crítica de resultados de degradação de amostras submetidas a determinadas condições de estresse e a cinética da degradação do produto em questão [3]. o guia de estabilidade determinado pela united states-food and drug administration (usfda) define métodos indicativos de estabilidade como métodos analíticos quantitativos validados que podem detectar as alterações das propriedades físicas, químicas e microbiológicas do fármaco e do produto, em relação ao tempo, e que são específicos, de forma que o conteúdo do ativo, dos produtos de degradação e outros componentes de interesse possam ser exatamente medidos sem interferência [4]. ecl. quím., são paulo, : 9 15, 201035 410 artigo article de acordo com a resolução nº. 899/2003 da anvisa é necessário validar os métodos analíticos que não estão descritos em farmacopéias ou compêndios oficiais devidamente reconhecidos pela anvisa preconizando também que para análise quantitativa (teor) e análise de impurezas, a especificidade pode ser determinada pela comparação dos resultados obtidos de amostras (fármaco ou medicamento) contaminadas com quantidades apropriadas de impurezas ou excipientes e amostras não contaminadas, para demonstrar que o resultado do teste não é afetado por esses materiais. quando a impureza ou o padrão do produto de degradação não estiverem disponíveis, compara-se os resultados do teste das amostras contendo impurezas ou produtos de degradação com os resultados de um segundo procedimento bem caracterizado (por exemplo metodologia farmacopeica ou outro procedimento validado). estas comparações devem incluir amostras armazenadas sob condições de estresse, como, por exemplo, luz, temperatura, umidade, hidrólise ácida ou básica e oxidação [5]. o fosfato sódico de prednisolona (fsp) com designação química 11,17-dihidroxi-17-(2hidroxiacetil)-10,13-dimetil-6,7,8,9,10,11,12,13, 14,15,16,17-dodecahidrociclopenta[a]fenantreno-3uno disodio fosfato pertence à classe dos glicocorticóides [6]. é um esteróide, derivado do núcleo ciclopentanoperidrofenantreno e possui potentes efeitos antiinflamatórios, sendo amplamente utilizado em tratamento de insuficiência adrenocortical aguda, crônica ou secundária, em distúrbios alérgicos, em inflamação não reumática, dentre outras indicações [7]. o presente trabalho teve como objetivo investigar o processo de degradação do medicamento fosfato sódico de prednisolona na forma farmacêutica de solução oral por meio de ensaios de degradação forçada, utilizando a metodologia analítica para a quantificação do fármaco (validada para tal finalidade), avaliando-se para isso, os parâmetros pertinentes à classe ii, de acordo com a resolução nº. 899/2003 da anvisa, que se refere à classificação do teste conforme a finalidade, ou seja, para análises de ensaio limite para a determinação de impurezas e produtos de degradação em produtos farmacêuticos e matérias-primas, visando também o delineamento da cinética de degradação do fármaco por meio de determinações em tempos pré-determinados até obtenção da degradação máxima. materiais e métodos os reagentes utilizados foram de pureza grau analítico ou grau cromatográfico e a água foi purificada pelo sistema milli-q® (resistência da -1água maior que 18 mw cm ). utilizou-se um cromatógrafo líquido de alta eficiencia marca shimadzu prominense. as condições cromatográficas estão apresentadas na tabela 1. figura 1. estrutura molecular do fosfato sódico de prednisolona. tabela 1. condições dos parâmetros cromatográficos de análise. fase móvel fluxo detector comprimento de onda volume injetado temperatura do forno coluna metanol: tampão acetato de -3 -1amônio 20 x 10 mol l ph 7,0:ácido acético glacial -11,00 ml min. uv-dad 254 nm 20 µl 30°c c18 150x4, 6 mm, 5 µm solução amostra controle transferiu-se 1,0 ml da solução fsp (1,34 mg -1ml na forma farmacêutica solução oral) para balão volumétrico de 10 ml. completou-se o volume com água destilada e homogeneizou-se. filtrou-se em membrana hidrofílica de 0,45 µm (concentração final -1 -1de 0,134 mg ml ou 0,2766 mol l ). artigo article 11ecl. quím., são paulo, : 9 15, 201035 4 preparo do padrão pesou-se exatamente 13,4 mg de padrão de trabalho de fsp em balão volumétrico de 10 ml e completou-se o volume com água destilada. transferiu-se volumetricamente 1 ml em um balão de 10 ml e completou-se com água destilada, homogeneizando. filtrou-se em membrana hidrofílica de 0,45 µm. especificidade/degradação induzida as amostras foram preparadas pipetando-se 1,0 ml da amostra e transferindo-se para balão volumétrico de 10 ml. adicionou-se 2,0 ml de cada agente indutor de degradação e completou-se o volume, conforme mostrado na tabela 2. após determinado período na condição de degradação, determinou-se a concentração do fosfato de prednosolona. análise da amostra submetida à degradação induzida, para verificar se o pico correspondente ao produto de degradação apresenta boa separação em relação ao pico de interesse, fsp, comparando-se ao resultado obtido no método sem alteração. as alterações arbitrárias realizadas no método para avaliação deste parâmetro foram: lote da coluna cromatográfica, fluxo da fase móvel e temperatura do forno da coluna. resultados e discussão para a avaliação de possíveis produtos de degradação, analisou-se as amostras preparadas com -1 -1ácido (hcl 0,1 mol l ), base (naoh 0,1 mol l ), oxidação (h o 30%) e temperatura (45°c). a 2 2 formação de um produto de degradação pode ser observada na condição do estresse oxidativo com solução de h o 30% de acordo com as figuras 2, 3 e 4. 2 2 id condição de degradação agente indutor volume da amostra (ml) volume do agente indutor (ml) diluente 1 hidrólise ácida hcl 0,1mol l 1,0 2,0 água 2 hidrólise básica naoh 0,1mol l-1 1,0 2,0 água 3 oxidação h o2 2 3% 1,0 2,0 água 4 oxidação h o2 2 10% 1,0 2,0 água 5 oxidação h o2 2 30% 1,0 2,0 água 6 temperatura 45°c por 60 min. 1,0 água tabela 2. preparo das amostras para ensaio de degradação induzida. limite de detecção e quantificação as estimativas do limite de detecção (ld) e limite de quantificação (lq) foram obtidas a partir dos dados das regressões lineares da curva de calibração considerando-se o desvio padrão do intercepto com o eixo y (s) e a inclinação da curva (s). para o ld considerou-se o fator de multiplicação 3 e para o lq o fator de multiplicação foi 10. robustez avaliou-se o parâmetro robustez por meio da figura 2. cromatograma da solução padrão de fosfato sódico de prednisolona. ecl. quím., são paulo, : 9 15, 201035 412 artigo article avaliou-se se o método já previamente validado para a quantificação do fármaco também é adequado para o estudo de produtos de degradação, ou seja, se o método é indicativo de estabilidade, avaliando-se os parâmetros de limite de detecção, especificidade e robustez. especificidade a figura 4 apresenta o cromatograma obtido na análise de especificidade, apresentando a amostra submetida à degradação oxidativa. os picos de fsp e do excipiente (componente da formulação da solução oral) e do produto de degradação observados no cromatograma da solução amostra após degradação induzida apresentaram boa resolução cromatográfica com assimetria adequada (tabela 3). a pureza dos mesmos foi observada utilizando-se detector com arranjo de fotodiodo (pda), onde se observaram os espectros de ultravioleta dos picos do fsp (figura 5a) e do seu produto de degradação (figura 5b) na solução amostra estressado. figura 3. cromatograma da solução amostra de fosfato sódico de prednisolona. o pico em tempo de retenção de oito minutos refere-se ao componente da formulação (excipiente). figura 5. espectros de absorção na região do uv para o pico de fosfato sódico de prednisolona (a) e para o pico de degradação de fosfato sódico de prednisolona (b). figura 4. solução amostra submetida ao estresse oxidativo. 225.0 250.0 275.0 nm 0 25 50 75 100 mau (a) (b) 225.0 250.0 275.0 nm 0 10 20 30 40 50 60 70 mau artigo article 13ecl. quím., são paulo, : 9 15, 201035 4 os espectros de uv em diferentes tempos de eluição dos picos avaliados apresentaram mesmas bandas máximas e mínimas de absorção, demonstrando pureza adequada, ou seja, que os picos se referem apenas aos seus respectivos compostos. também demonstra que ambas as estruturas são semelhantes, em relação aos seus grupos cromóforos. limite de detecção e limite de quantificação o limite de detecção e quantificação para fsp foi calculado a partir da curva de calibração obtendo-1se a concentração de 48 ng ml para o limite de de-1tecção e 161 ng ml para o limite de quantificação. robustez a robustez foi avaliada por meio da análise da amostra submetida à degradação induzida, na qual obteve-se a formação de um pico correspondente ao produto de degradação. esta amostra foi analisada nas condições cromatográficas com suas pequenas e deliberadas variações dos parâmetros analíticos. a tabela 3 apresenta os valores da resolução entre os picos do excipiente, do fsp e de seu produto de degradação observados na solução amostra sob degradação induzida. estudo da degradação do fármaco a tabela 4 mostra os resultados obtidos para determinação da condição mais drástica, com a variação na concentração de peróxido de hidrogênio e temperatura. as figuras 6 e 7 apresentam os resultados obtidos na análise da amostra submetida à degradação oxidativa (h o 30%) e temperatura (60°c) para 2 2 análise da cinética da degradação do fármaco fsp. foram obtidos os gráficos da degradação do fsp em meio oxidativo, concentração normalizada do -1fármaco (mol l ) em relação ao tempo (h) (figura 6) parâmetro rs – picos 1 e 2 rs – picos 2 e 3 método sem alteração 7,85 9,71 robustez fluxo da fase móvel – 1,0 ml min-1 para 0,9 ml min-1 8,45 9,47 robustez temperatura do forno de colunas – 30°c para 40°c 8,59 9,48 robustez diferentes lotes de coluna 7,91 9,96 tabela 3. resolução (rs) entre os picos do excipiente (pico 1) e fosfato sódico de prednisolona (pico 2) e o seu produto de degradação (pico 3). identificação 0h 6 h 18 h 60°c 45°c 60°c 45°c amostra controle 97,17 amostra h o2 2 3% 98,77 82,70 94,10 52,96 85,07 amostra h o2 2 10% 97,61 57,85 84,23 16,82 65,12 amostra h o2 2 30% 95,22 17,25 62,20 4,38 33,99 tabela 4. degradação do fosfato sódico de prednisolona (%), com diferentes concentrações de h o e temperatura. 2 2 ecl. quím., são paulo, : 9 15, 201035 414 artigo article e do logaritmo natural (ln) da concentração em relação ao tempo (figura 7). observam-se duas velocidades de degradação do fsp de acordo com o tempo e o gráfico da figura 7 indica uma cinética de primeira ordem. a equação da reta para a primeira etapa de degradação é igual a: y = -0,03194 0,28353x com r = -0,9990 e para a segunda etapa de degradação é igual a: y= 1,08412 0,10719x com r = -0,9986. no tempo até 6 horas da degradação, a cons-1tante k, obtida da inclinação da reta, é de 0,28353 h e para o tempo acima de 6 horas, a constante cinética é -1de 0,10719 h . o valor do tempo de meia vida, t , 1/2 para a cinética de primeira ordem, é de 2,44 horas para a primeira etapa de degradação e 6,46 horas para a segunda etapa. a organização mundial da saúde (oms) descreve a prednisolona com resistente a degradação em estudos realizados por 30 dias em condições de 100 % de umidade a 50 c, na ausência de luz [8]. na literatura encontram-se também trabalhos que mostram que a estabilidade deste fármaco tem alta dependência da concentração da solução tampão e que metais traço presentes atuam como catalisadores da degradação, indicando que a adição de agentes sequestrantes elimina esta dependência [9]. já o acetato de prednisolona na formulação de suspensão oral apresenta degradação à temperaturas acima de 50 c e em ph acima de 6,00 [10]. este estudo é importante para conhecer o mecanismo de degradação do princípio ativo estudado, a velocidade com que este forma produtos indesejáveis que possibilitam determinar o tempo de análise para prevenir interferentes. conclusão o estudo foi realizado de acordo com o guia para validação de métodos analíticos e bioanaliticos, analisando-se todos os parâmetros pertinentes à classe ii, para análises de ensaio limite. por meio dos resultados demonstrados no presente estudo pode-se avaliar que o método proposto para estudo do processo de degradação de fosfato sódico de prednisolona solução oral é específico e robusto, atendendo às exigências das aplicações analíticas e assegurando a confiabilidade do mesmo. o estudo da degradação do fármaco comprovou que em condição mais drástica de indução oxidativa (h o 30%) e temperatura a 60°c, a 2 2 degradação é dependente de sua concentração, em uma cinética de primeira ordem, permitindo prever a velocidade de degradação do mesmo. desta forma, pode-se considerar este método adequado para investigação da formação de produtos de degradação na forma farmacêutica solução oral. ° ° figura 7. . cinética de degradação do fosfato de prednisolona em meio oxidativo (h o 30%) e 2 2 temperatura de 60°c, utilizando-se o logaritmo da -1concentração. co é a concentração inicial em mol l e c as concentrações ao longo do tempo figura 6. . cinética de degradação do fosfato de prednisolona em meio oxidativo (h o 30%) e 2 2 temperatura de 60°c. co é a concentração inicial em -1mol l e c as concentrações ao longo do tempo 0 5 10 15 20 25 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 c /c o t/h 0 5 10 15 20 25 -4,0 -3,5 -3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 ln c /c o t/h artigo article 15ecl. quím., são paulo, : 9 15, 201035 4 referências [1] ich, stability testing of new drug substances 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[10] s. asotra, s. gao, a. yacobi. us patent 7799331 (2010). abstract: . : . this work was to investigate the process of degradation of the drug prednisolone sodium phosphate (fsp) in oral solution dosage form through the degradation experiments, evaluating the parameters in accordance with resolution 899/2003 anvisa and the degradation process of the drug. the method by high performance liquid chromatography (hplc) developed for the determination of the drug was validated to demonstrate its applicability as an indicator of stability, ensuring reliability. after the method be validated to study the degradation of the drug, it was shown that drastic conditions of oxidative stress (h o 30%) and 2 2 temperature 60°c, the degradation of the drug is dependent on its concentration (first order kinetics). the results were satisfactory, showing that this method is suitable to investigate the formation of degradation products in oral dosage form solution keywords prednisolone sodium phosphate, stability study method, degradation modelo-af introduction alpinia zerumbet (pers.) burtt et smith (zingiberaceae) is an herbaceous perennial plant with wide use in brazil. this plant is among the most cited in folk medicine. it is indicated to treat arterial hypertension [1]. the flavonoids of this species present remarkable medicinal properties and are related to its main biological activity [2-4]. mpalantinos et al. [3] isolated and identified the flavonoids rutin and kaempferol-3-o-glucuronide by nmr, which have a high medicinal value in therapeutic uses. parameters as time, solvent, temperature and extraction technique influence secondary metabolites extraction. for this reason different procedures have been used for acquisition of biologically active compounds from crude plant extracts. recent studies mentioned the ultrasonic and microwave methods as efficient in secondary metabolites extraction [5-7]. solvent type and method of extraction are fundamental factors to consider for optimizing yield extraction [8]. the purpose of this work was to develop and evaluate efficient and simple procedures for extraction of flavonoids from a. zerumbet leaves in short time. material and methods materials samples of alpinia zerumbet (pers.) burtt et smith leaves were collected in rio de janeiro (rio de janeiro state, brazil), at “núcleo de pesquisas em pro dutos naturais” in the universidade federal do 19ecl. quím., são paulo, 34(1): 19-24, 2009 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 34, número 1, 2009 flavonoid extraction from alpinia zerumbet (pers.) burtt et smith leaves using different techniques and solvents cristiane p. victório1,*; celso luiz s. lage2; ricardo m. kuster3 1, 2 laboratório de fisiologia vegetal, instituto de biofísica carlos chagas filho,universidade federal do rio de janeiro, av. carlos chagas filho, s/n, ccs, bloco g, sala g2-050. rio de janeiro rj, 21941-902. brazil. 3 laboratório de fitoquímica, núcleo de pesquisas de produtos naturais (nppn), universidade federal do rio de janeiro, av. carlos chagas filho, s/n, ccs, bloco h, rio de janeiro rj, 21941-902. brazil. *cris.pvictor@gmail.com abstract: the current study aims to verify the best method for a rapid and efficient extraction of flavonoids from alpinia zerumbet. dried leaves were extracted using distillated water and ethanol 70% by extraction methods of shaking maceration, ultrasonic, microwave and stirring. by the application of tlc and reversedphase hplc techniques the rutin and kaempferol-3-o-glucuronide were detected. ethanol 70% was more efficient for flavonoids extraction than water. no significant yielding variation was verified for ultrasonic, microwave and stirring methods using ethanol 70% (11 to 14%). the relative concentration of rutin and kaempferol-3-o-glucuronide, respectively, was higher by ultrasonic (1.5 and 5.62 mg g-1 dried leaves, respectively) and by microwave (1.0 and 6.64 mg g-1 dried leaves) methods using ethanol. rapid and simplified extraction proceeding optimize phytochemical work and acquisition of secondary metabolites. keywords: high performance liquid chromatography; maceration; microwave; ultrasonic; zingiberaceae. eq03-af:modelo-af 7/21/09 11:52 am página 19 rio de janeiro. voucher specimen was identified and deposited in the herbarium of rio de janeiro botanical garden, accession number rb 433485. all chemicals used in analysis as methanol and phosphoric acid were of hplc grades and were purchased from merck. milliq water was utilized to hplc mobile phase and sample preparation. kaempferol-3-o-glucuronide was isolated from alpinia zerumbet and identified by nuclear magnetic resonance (nmr) [3]. rutin was purchased from merck. preparation of extracts leaves of a. zerumbet were collected from adult plants, in the morning, then plant material was dried for 3 days in stove (60oc) and macerated in 70% ethanol or distillated water, in the same proportion of 1 g dried leaves/20 ml solvent (10% w/v). it was evaluated four extraction methods from dried leaves: maceration in shaker at 100 rpm, ultrasonic bath (40 khz, thornton unique, model 1400 usc), microwave (panasonic auto sensor diet, full power) and stirring (table 1). in the microwave extraction, the suspensions were irradiated under microwaves in pre-setting procedures (3 s power on, 60 s off) for three times to the desired temperature about 60 and 70oc. the temperature was measured after turn off the microwave using a thermometer into extracts in becker. for the ultrasonic extraction, the 30 ml flask containing 1 g of dried leaves plus 20 ml of one of extracting solvents was partially immersed into the ultrasonic bath and temperature was controlled. preliminary results obtained by different extraction time 15 and 30 min for ultrasonic and 1 and 2 days for maceration techniques did not indicate significant differences in relation to extraction time presented in this study. crude extracts were filtered in vacuum using whattman® filter (110 mm ø, 1). aqueous extracts were frozen, then liophylizated and the hydroalcoholic extracts were evaporated to dry under reduced pressure at 60oc. the dried weight was measured. the yielding was defined as follows: (crude extract weight/plant material weight) x 100. the crude extract obtained by each extraction technique was analyzed directly by tlc and hplc. tlc analysis aliquots of standards and crude extracts were spotted on tlc plate (silica gel 60 f254 nm, merck) and developed in different mobile phases below. the elution 5 was more appropriated for rutin and kaem pferol-3-o-glucuronide detection. compo nents were visualized under ultraviolet light (l 254 and 366 nm, model uvgl-58 upland/eua) and detected by spra ying the tlc plates with reagent np (2-ami no ethyl-phenyl-borate, 1 mg.l-1 in ethanol, spectrum) and peg (5% poliethyleneglycol-4000, fluka). the fla vonoids standards rutin (rf = 0.37) and kaempferol-3-o-glucuronide (rf = 0.64) was verified in extracts after concomitant running with standards and they were visible as yellow and orange fluorescent spots. 20 ecl. quím., são paulo, 34(1): 19-24, 2009 table 1. specifications of extraction methods. maceration ultrasonic microwave stirring extracting solvents distillated water and 70% ethanol temperaturea 25oc 40 and 60oc 60 and 70oc 50 and 60oc extraction time 3 d 45 min 3x (3 s) 60 min a data are related to water and ethanol 70% temperatures, respectively. 1 ethyl acetate/ethanol/acetic acid/water (16:1.5:1.0:1.0, v/v/v/v) 2 ethyl acetate /ethanol/ acetic acid/water (7.5:2.0:0.5:0.5, v/v/v/v) 3 ethyl acetate /ethanol/ acetic acid/water (27:1:0.5:0.5, v/v/v/v) 4 ethyl acetate / acetic acid /formic acid/water (100:11:11:27, v/v/v/v) 5 ethyl acetate /formic acid/water (65:20:15, v/v/v) 6 chloroformic/methanol (70:30, v/v) eq03-af:modelo-af 7/21/09 11:52 am página 20 hplc analysis crude extracts were dissolved in methanol (70%) at 10 mg.ml-1, filtered in vacuum and hplc analyses were performed on an apparatus shimadzu equipped with spd-m10a diode array detector, lc-10ad pump and cbm-10 interface, uv-vis detector. data were acquired and processed by a reversed-phase column (lichrosorb rp-18, 25 cm x 5 mm), ambient temperature. the solvent system used was a gradient of milliq water + 0.1% phosphoric acid (a) and methanol (b). the gradient was as follows: 1-10 min (30% b); 20 min (40% b); 60 min (100% b). the flow rate was 1 ml.min-1. the prepared mobile phase was degassed using ultrasonic agitation. the elution was monitored at 254 nm and 360 nm. flavonoids were identified by comparison of hplc retention times, uv spectra and coelution with authentic samples analyzed in the same conditions. standards were dissolved in methanol 70% at 1 mg.ml-1 and analyzed in the same elution. for co-elution, it was prepared a mixture (1:1, v/v) of extracts at 10 mg.ml-1 and standard at 1 mg.ml-1. the injections were repeated three times. determination of the content of the flavonoids was performed by the external standard method, using authentic standards. linearity was observed in concentration range of 0.0078 – 0.0625 mg.ml-1 of rutin (y= 3.10-7 x – 31152, r= 0.9991, n= 9) and 0.01325 – 0.25 mg.ml-1 of kaempferol-3-o-glucuronide (y= 1.10-7 x – 51000, r= 0.9951, n= 9). each determination was carried out in triplicate. quantification of flavonoids in the extracts was obtained against these calibration curves of standards, where y is peak area and x concentration in mg.ml-1. 21ecl. quím., são paulo, 34(1): 19-24, 2009 results and discussion table 2 shows the extraction yielding obtained for each extraction technique. regarding the extractive techniques, the most yielding was obtained after ethanol extraction in comparison with distillated water. the lowest yielding was found by maceration technique for both solvents. hydroalcoholic crude extracts analysis using hplc revealed six main compounds, among them the peak corresponding to rutin (tr: 31.42 min) and kaempferol-3-o-glucuronide (tr: 34.49 min) can be observed right after 30 min, without interference of other components (figure 1). these flavonoids were also verified through tlc. chromatographic profiles of crude extracts obtained through different extraction methods and solvents were similar. the greater variation was achieved in relation to relative content of flavonoids (figure 2). the visualization of chromatographic profiles for each extraction technique and solvent used permit to evaluate the qualitative and quantitative variations in secondary metabolites content. in addition, these data present compound profiles related to the biological effects and medicinal use. the highest flavonoids extraction occurred at 70% ethanol, by all techniques extraction (figure 2). aqueous, alcoholic and hydroalcoholic extracts are commonly used in researches with plant crude extracts [9]. the results in figure 2 also indicate that these 4 extraction techniques reach significant differences in content of flavonoids in the same material content. the use of ultrasonic and microwave table 2. yielding from dried leaves extraction of alpinia zerumbet. extracting solvents yielding extraction (%, w/w) maceration ultrasonic microwave stirring (3 days) (45 min) 3x (3 s) (60 min, 50oc) aqueous 3.7 6.7 11 hydroalcaholic 8.2 13 13.5 14 values indicate the averages of the three replicates. eq03-af:modelo-af 7/21/09 11:52 am página 21 22 ecl. quím., são paulo, 34(1): 19-24, 2009 techniques provide a high flavonoid extraction, followed by stirring (figure 2). by comparison with the conventional techniques, ultrasonic and microwave techniques resulted in high levels of flavonoid extracted with the advantage of saving time and solvent. these methods have been reported by the efficiency in extracting secondary metabolites [5,6,10]. yang and zhang [11] verifigure 1. chromatographic profiles (hplc) of aqueous (a) and hydroalcoholic (b) extracts of alpinia zerumbet obtained by ultrasonic extraction: rutin (1, rt 31.42 min) and kaempferol-3-o-glucuronide (2, rt 34.49 min) at 360 nm. figure 2. flavonoid contents in aqueous and hydroalcoholic extracts of alpinia zerumbet obtained by hplc, comparing different extraction techniques. each value consisted of average ± sd. equal letters indicate no statistical differences among extraction techniques considering 70% ethanol as solvent, p<0.05. comparing the extractor solvents, *p<0.05, **p<0.01 and ***p<0.001 indicate statistical differences for each isolated technique; #p< 0.05 considering aqueous extract in relation to maceration technique (bonferroni, n= 3). eq03-af:modelo-af 7/21/09 11:52 am página 22 fied the efficiency and short extraction time of flavonoids using ultrasonic technique. the use of microwave for extracting biologically compounds is recent. some reports have shown its positives results for extracting phenolic compounds, essential oil, flavonoids and alkaloids, more effective than conventional extraction methods [6,12,13]. extraction methods, involving heating, raised the efficiency of solvents. microwave, ultrasonic and stirring may improve the flavonoid extraction using as water as 70% ethanol. these techniques present in common, besides higher temperature, a reduced extraction time in comparison with maceration in shaker. tlc and hplc chromatographic techniques are wide used and favorable for flavonoid detection [14]. reversed-phase hplc is one of the most employed techniques for the analysis of flavonoids [15]. some results using hplc were reported for alpinia officinarum and a. purpurata species [16,17]. the described hplc procedures could be useful for the qualitative and quantitative analysis of flavonoids in crude extracts, especially from zingiberaceae family that has a pronounced presence of flavonoids in its species [18]. conclusion from the results obtained in the current study, the relative proportion of these flavonoids was reduced by maceration conventional technique, while microwave and ultrasonic techniques in combination with 70% ethanol solvent were the most efficient. it may suggest that microwave and ultrasonic methods using 70% ethanol are suitable for fast extraction of flavonoids in a simple way, also considering extraction yield and extraction time. these methods also permit the acquisition of flavonoids from little raw plant material. acknowledgments c. p. victório acknowledges the fellowship from capes. received october 10 2008 accepted december 05 2008 23ecl. quím., são paulo, 34(1): 19-24, 2009 cristiane p. victorio, celso luiz s. lage, ricardo m. kuster. extração de flavonóides de alpinia zerumbet (pers.) burtt et smith utilizando diferentes técnicas e solventes. resumo: o presente estudo teve como objetivo verificar a melhor metodologia de extração para rápida e eficiente obtenção de flavonóides a partir de alpinia zerumbet. folhas secas foram extraídas com água destilada e etanol 70%, utilizando as metodologias de extração: maceração sob agitação, ultrassom, microondas e agitador. para verificação dos flavonóides rutina e kaempferol-3-o-glicuronídeo foram utilizadas as técnicas de ccd e clae em fase reversa. o solvente etanol 70% foi mais eficiente como extrator. para as metodologias ultrassom, microondas e agitador, não houve variação significativa para o rendimento utilizando etanol 70% (11 a 14%). a concentração relativa de rutina e kaempferol-3-o-glicuronídeo respectivamente foi maior pelos métodos de extração ultrassom (1,5 e 5,62 mg g-1 folha seca) e microondas (1,0 e 6,64 mg g-1 folha seca) utilizando etanol 70%. procedimentos rápidos e simplificados de extração otimizam o trabalho fitoquímico e a obtenção de metabólitos secundários. palavras-chave: cromatografia líquida de alta eficiência; maceração; microondas; ultrassom; zingiberaceae. eq03-af:modelo-af 7/21/09 11:52 am página 23 bibliography [1] r. s. moura, a. f. emiliano, l. c. r. carvalho, m. a. v. souza, d. c. j. guedes, cardiovas. pharmacol. 46 (2005) 288. 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usuais de análise. pela análise do espectro de infravermelho sugerimos que o íon paládio(ii) coordena-se no anel a, mais especificamente nos oxigênios da amida e da hidroxila vizinha no anel a e aos oxigênios da carbonila em c11 e da hidroxila em c12. palavras-chave: complexos de paládio, tetraciclinas, oxitetraciclina. introdução tetraciclinas constituem uma família de antibióticos de amplo espectro de atividade, que atuam como depressores da síntese proteíca. suas excelentes propriedades antibacterianas aliada à baixa toxicidade, fizeram com que estes fármacos fossem durante muito tempo os antibióticos mais utilizados na clínica médica [1]. contudo, o uso desses compostos no tratamento de infecções tem sido restringido devido ao aparecimento de uma resistência às tetraciclinas em um grupo variado de bactérias [2]. recentemente nosso grupo de pesquisa publicou a síntese e caracterização de complexos de paládio com tetraciclinas que demonstraram atividade antibacteriana em bactérias resistentes à tetraciclina. como exemplo, o complexo mononuclear de pd(ii) contendo tetraciclina, um complexo do tipo pdlcl , foi dezesseis vezes mais ativo na 2 linhagem e. coli hb101/pbr322 resistente a tetraciclina do que a droga livre [3]. também demonstramos que complexos de pd(ii) contendo tetraciclinas apresentam atividade antitumoral [4]. no que se refere aos complexos de paládio, estes têm sido investigados quanto ao seu potencial biotecnológico, principalmente como novos agentes antibacterianos e antitumorais [5]. em relação à química de coordenação das tetraciclinas, é sabido que tetraciclinas coordenam se a íons metálicos presentes nos meios biológicos, sendo que sua biodisponibilidade é afetada pela coordenação [1-3]. de certa forma, isto tem motivado estudos envolvendo a química de coordenação de íons metálicos às tetraciclinas em vários grupos de pesquisa, mas devido à complexidade da estrutura molecular das tetraciclinas e ao grande número de sítios potencialmente complexantes, tem havido muita controvérsia na localização destes sítios [6-19]. continuando nossos trabalhos, reportamos neste artigo parte da estratégia do nosso grupo de pesquisa, que é a obtenção e caracterização de possíveis novos agentes terapêuticos pela coordenação de metais de transição as tetraciclinas. para 40 artigo article efeitos de comparação, preparamos também um novo complexo mononuclear de pd(ii) contendo oxitetraciclina como ligante utilizando um método de síntese já descrito por nós [3]. material e métodos todos reagentes foram usados sem purificação prévia. os espectros na região do iv foram feitos num espectrofotômetro perkin-elmer 283 b, na região de -14000 a 200 cm utilizando como suporte pastilhas de csi. os espectros de absorção na região do uv-vis foram feitos num espectrofotômetro duplo feixe cary 100 varian. 1os espectros de rmn de h foram feitos no laremar/ufmg utilizando um espectrômetro brucker avance drx 400. os deslocamentos químicos foram expressos em d a partir do padrão interno tms. os resultados de análise elementar foram obtidos num perkin-elmer 2400 chn. as análises por absorção atômica foram feitas num espectrofotômetro hitachi 8200. as análises de condutividade foram feitas num aparelho digimed dm 31 usando uma célula de -1constante 1,06 cm , dimetilformamida como sol-1vente (l= 1.22 ìs/cm ) e brometo de tetraetilamô-m -1nio como um padrão (l= 79,56 ìs/cm ).m as análises termogravimétricas (tg/dtg) foram feitas num tg-50 metlle stare usando 6 ïmg de amostra. a amostra foi aquecida a 10 c/min da ïtemperatura ambiente até 850 c, em atmosfera de oxigênio (taxa de fluxo = 200 ml/min). os difratogramas de raios-x de pó foram registrados num aparelho rigaku geiger-flex 2037, em ângulos de 2è 0variando de 0 a 90 . síntese dos complexos complexo i (mononuclear) a uma solução de 0,5 mmol do ligante em 5 ml de água deionizada, foi adicionado 0,5 mmol de k pdcl também dissolvido em 5 ml água deioniza-2 4 da. a mistura reacional foi mantida sob agitação durante 30 minutos, sob proteção da luz. o precipitado amrelo foi filtrado e lavado com água deionizada e etanol sendo posteriormente colocado num dessecador sob vácuo para secagem. 1ir í kbr (cm ): 3413 (oh), 2880 (ch), max 1630(c=o), 1616 (c=o), 1585 (c=o), 1456, 1397, 1326, 1238, 1212, 1178, 1129, 1038, 1009, 1092, 943, 838, 772, 709, 725, 679, 641, 595, 511, 328 (pdcl), 302 (pd-cl). rendimento: 87%. % calculada para [pd(c h n o cl )].2h o: carbono (39,20), 22 24 2 9 2 2 hidrogênio (4,19), nitrogênio (4,16), paládio (14,97). % encontrada: carbono (39,25), hidrogênio (4,23), nitrogênio (4,11), paládio (14,91). cor: amarelo complexo ii (binuclear) 0,326 g de k pdcl (1mmol) foi dissolvido em 2 4 10 ml de água e adicionado a uma solução aquosa de oxitetraciclina (0,5 mmol) em ph fixo igual a 3,5. decorridos 40 minutos do início da reação o ph foi elevado a 6,5 pela adição de naoh(aq) e a reação prosseguiu por 6 horas em ph controlado. o sólido formado foi filtrado e lavado com etanol e água e secado sob vácuo. 1ir í kbr (cm ): 3454 (oh), 2928 (ch), max 1637(c=o), 1616 (c=o), 1448, 1372, 1327, 1257, 1132, 1066, 1019, 950, 895, 862, 834, 780, 724, 620, 583, 487, 330 (pd-cl). rendimento: 82%. % calculada para [pd (c h o n )cl ]. h o: carbono (32,38), hidrogênio 2 22 26 11 2 2 2 (3,43), nitrogênio (3,43) paládio (26,12). % encontrada: carbono (32,15), hidrogênio (3,39) nitrogênio (3,38), paládio (25,99). cor: castanho resultados e discussão o ligante utilizado neste trabalho, oxitetraciclina, foi adquirido comercialmente e como caracterização foram realizados seus espectros de infravermelho e uv-vis, assim como estudos de análise termogravimétrica (tg/dtg e dsc) para posterior comparação com os complexos obtidos. a oxitetraciclina possui uma estrutura química muito interessante, podendo formar quelatos em várias posições devido à presença de vários grupos doadores (n,o). os sítios de coordenação incluem os oxigênios em c10-c12, do sistema b dicetona, o oxigênio enólico em c3 e os nitrogênios em c4 e no grupo amida do anel a. tetraciclinas em geral, possuem três prótons dissociáveis, um no sistema tricarbonil c1-c3 no anel a, outro no sistema ceto-fenólico em c10-c12, e outro no grupo dimetilamônio em c4, com valores de pka próximos a 3,47, 7,66 e 9,29, respectivamente [3]. assim, controlando o ph do meio é possível obter diferentes ecl. quím., são paulo, 35 4: 39 44, 2010 artigo article 41 complexos metálicos, uma vez que apenas um ou mais sítios de coordenação estarão disponíveis. os complexos de paládio obtidos em solução aquosa, complexos i e ii, figura 1, são sólidos bastante solúveis em dmf e dmso. os complexos obtidos foram caracterizados por espectroscopia na 1região do infravermelho e uv-vis, rmn de h, por análise térmica (tg/dtg), análise elementar e condutimétrica. ïentre 140-325 c ocorre uma série de eventos de perda de massa que se deve a decomposição térmica do complexo, saída do ligante, correspondendo a 70,14% de perda de massa (valor calculado: 69,96 % massa), no entanto, infelizmente não conseguimos atribuir estas perdas de massa, uma vez que o ligante apresenta massa molar elevada e uma estrutura bastante complexa havendo inúmeras possibilidades de quebra de ligações com formação de diversos produtos de decomposição. a partir de ï600 c há um resíduo que corresponde a 15,40 % de massa. este resíduo foi identificado por difração de raios-x de pó como paládio elementar, número 5681 do banco de dados do iccd (centro internacional para dados de difração), embora quantidades pequenas de óxido de paládio possam ter sido formados. a porcentagem de paládio está de acordo com a estrutura proposta (calculado: 14,97% de massa). para o complexo ii, as curvas tg/dtg mostram um evento de perda de massa na faixa entre 45-140ºc que corresponde à saída de duas moléculas de água coordenadas e uma não coordenada. foram identificados outros eventos de perda de massa referentes à saída dos ligantes (decomposição do complexo), mas infelizmente não foi possível atribuir estas perdas de massa. a partir de 800ºc observou-se a formação de um resíduo estável que foi caracterizado como pd elementar por difração de raios-x de pó. a porcentagem de resíduo confere com a estrutura proposta para o complexo ii. os resultados de análise elementar e absorção atômica corroboram com as estruturas propostas. o valor obtido de condutividade molar de -3uma solução 10 m dos complexos em dmf a ï25 c, foram bem abaixo quando comparado ao padrão, indicando que os complexos são neutros -1(brometo de tetraetilamônio; l= 79,56 ìs/cm / m -1complexo i; l= 5,56 ìs/cm , complexo ii; ; l= m m -19,56 ìs/cm ) [3]. a curva tg/dtg para complexo i, figura 2, revela que o complexo perde massa entre 50-100 ïc, correspondendo 5,25 % de perda de massa que corresponde à saída de duas moléculas de águas não coordenadas, (valor calculado: 5,06 % de massa). 100 200 300 400 500 600 700 0 20 40 60 80 100 % m a s s a temperatura 0 c figura 2. curva tg/dtg para o complexo i. figura 1. estrutura proposta para os complexos obtidos. ecl. quím., são paulo, 35 4: 39 44, 2010 42 artigo article os espectros no infravermelho dos complexos (figura 3) foram analisados conforme o estudo detalhado feito por dziegielewski e colaboradores para tetraciclinas [15]. a maior modificação no espectro de infravermelho do complexo i quando comparado ao ligante livre se refere à banda característica do grupo amida. a banda amida i (í )que no ligante aparece em c=o -1 -11669 cm , no complexo ela se desloca para 1630 cm -1(ombro), um deslocamento de 39 cm . esta banda é muito sensível à coordenação de íons metálicos [3]. -1outras duas bandas em 1616 e 1585 cm , também referentes ao í das carbonilas do anel a e c, c=o respectivamente, aparecem no complexo na mesma posição, excluindo a participação dos oxigênios destas carbonilas na coordenação do metal. em adição, -1bandas na região de 3400, 3100 e 3000 cm são referentes aos grupos oh, nh e ch, respectivamente. 2 novas bandas de absorção observadas em 302 e 328 -1cm são atribuídas ao í , que está de acordo com a pd-cl geometria cis proposta para o complexo obtido [19]. para o complexo ii, observa-se também o deslocamento da banda referente à carbonila do grupo amida e, além disso, a banda referente ao n do anel c não é c=o observada, indicando que houve um deslocamento que é coerente com a participação deste grupo na coordenação ao metal. é interessante relembrar que esta banda não sofre alteração no espectro do complexo i. a -1outra banda em 1616 cm , referente ao n da outra c=o carbonila do anel a, apareceu no complexo na mesma freqüência, excluindo a participação deste grupo na coordenação ao metal. uma nova absorção na região -1de 330 cm foi atribuída ao í .pd-cl os espectros de absorção eletrônica para o ligante oxitetraciclina e de seus complexos de paládio(ii) foram realizados. o espectro de absorção -5de uma solução 5 x10 m de oxitetraciclina em acetonitrila revela quatro bandas de absorção centradas em 361, 314 (ombro), 265 e 218 nm. de *acordo com mccormick et al. a transição ð-ð do sistema tricarbonil do anel a contribui apenas com a *banda em 260 nm, enquanto a transição ð-ð do cromóforo bcd contribui com todas, em especial a banda centrada em 361 nm [16]. estas transições são sensíveis á desprotonação e complexação, ou seja, a adição de um metal coordenante modifica fortemente o espectro de absorção. -o espectro de absorção de uma solução 5 x 10 5 m do complexo i em acetonitrila, figura 4, revela bandas de absorção centradas em 363, 247 e 209 nm. como podemos observar a maior modificação envolve a banda de absorção referente ao anel a. de 265 nm ela se desloca para 247 nm, sugerindo o envolvimento do anel a na coordenação ao metal. a banda centrada em 363 nm praticamente não sofre alteração excluindo o cromóforo bcd de um possível envolvimento na coordenação ao metal. já para o complexo ii ocorrem modificações em todas as bandas (ver figura 3) indicando que tanto o sistema tricarbonil do anel a e o cromóforo bcd estão envolvidos na coordenação aos íons pd(ii). no complexo bimetálico as bandas ocorrem em 233, 290 e 387 nm. 2000 1600 1200 800 0 30 60 t ( % ) número de onda (cm -1 ) oxitetraciclina complexo i complexo ii figura 3. seção do espectro de infravermelho da oxitetraciclina e de seus respectivos complexos. figura 4. espectro de absorção de uma solução 5x10-5 m do complexo i , complexo ii e do ligante em acetonitrila.. 300 400 500 600 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 a ë (nm) complexo mononuclear oxitetraciclina complexo bimetálico ecl. quím., são paulo, 35 4: 39 44, 2010 artigo article 43 com os resultados obtidos, sugerimos que o oxigênio do grupo amida e o oxigênio da hidroxila ligado ao carbono 3 estão envolvidos na coordenação. além disso, devido ao efeito quelato, a coordenação ao oxigênio ligado ao carbono 3 que encontrase desprotonado e ao oxigênio do grupo amida é mais atrativa [3]. este modo de coordenação já foi evidenciado para o complexo de mercúrio [hg(c h n o )cl ].2h o que teve sua estrutura 22 24 2 9 2 2 determinada[20]. outros trabalhos publicados na literatura também sugerem este sítio de coordenação [21]. nosso grupo de pesquisa tem realizado estudos 1de rmn h em solução aquosa contendo tetraciclinas e os íons pd(ii) e pt(ii) que também sugerem a coordenação do metal via anel a[3, 22]. em relação ao outro sítio proposto, no caso do complexo ii, o espectro no infravermelho mostra claramente o envolvimento da c=o do anel c. numa tentativa de melhor elucidar a estrutura proposta para o complexo 1ii, foi obtido seu espectro de rmn de h utilizando dmso como solvente. o espectro foi obtido imediatamente após a dissolução para evitar a solvólise total do complexo. duas regiões no espectro de rmn de 1h são de especial interesse para a atribuição dos sítios de coordenação, que são os prótons aromáticos do anel d e o sinal referente aos hidrogênios do grupo n(ch ) . estes prótons não são lábeis e seus valores 3 2 de deslocamento químico (ä) são sensíveis à coordenação metálica, e assim pode-se confirmar a coordenação no anel a e no sistema ceto-fenólico, mais especificamente no oxigênio em c ou em c . os pró-10 12 tons dos grupos oh e do grupo amida não são observados devido à troca por deutério [3, 22]. o sinal ressonância referente ao grupo n(ch ) é bastante 3 2 intenso no espectro do ligante e ocorre em aproximadamente ä 2,85 [22]. caso o grupo dimetilamônio esteja desprotonado, este sinal ocorre próximo a ä 2,4 uma vez que estes prótons ficam mais protegidos [23, 24]. na figura 5, mostramos uma seção do espectro 1de rmn de h do complexo ii, onde observamos um dupleto aproximadamente em 2,33 que é referente aos prótons metilênicos do grupo n(ch ) , confir-3 2 mando a desprotonação do grupo dimetilamônio. o fato de os sinais dos prótons do grupo dimetilamônio aparecerem desdobrados no espectro do complexo indica a presença do ligante livre e da espécie complexada [3]. no caso do complexo i, o sinal referente aos prótons metilênicos ocorrem em 2,81 indicando que o grupo nh está protonado. para o 3 complexo ii, observa-se que os prótons aromáticos aparecem desdobrados, porém todos com um deslocamento químico pouco significativo, indicando a presença do ligante livre e do complexo em equilíbrio. o fato de haver modificações nos dois sítios de coordenação está de acordo com a proposta de coordenação de dois íons metálicos. porém sugerimos que a coordenação ocorre no carbono c11 e no c12, pois se a coordenação fosse em c10 e c11 haveria um deslocamento mais significativo dos prótons aromáticos. para o complexo i, observamos que não ocorreram mudanças nos sinais referentes aos prótons aromáticos. figura 5. seção do espectro de rmn de 1h do complexo ii e da oxitetraciclina. ecl. quím., são paulo, 35 4: 39 44, 2010 44 artigo article conclusões este trabalho descreve a síntese e caracterização de um novo complexo mononuclear de pd(ii) e de um novo complexo binuclear de pd(ii) contendo oxitetraciclina como ligante. os complexos foram caracterizados pelas técnicas usuais de análise e para o complexo bimetálico os dados espectroscópicos indicaram o envolvimento do anel a (oxigênios do grupo amida e da hidroxila em c3 após sofrer desprotonação) e do cromóforo bcd (oxigênios da carbonila em c11 e da hidroxila em c12) na coordenação ao metal. tendo em vista a estrutura dos complexos obtidos, este serão objetos de estudos posteriores. agradecimentos ao cnpq, fapemig e universidade federal de uberlândia pelo suporte financeiro. wendell guerra, ana paula soares fontes, elene cristina pereira-maia. synthesis and characterization of a new complex binuclear of pd (ii) containing the antibiotic oxytetracycline abstract: this article reports the synthesis and characterization of a new binuclear complex of palladium (ii) containing the antibiotic oxytetracycline. the complex was characterized by the usual techniques of analysis. with respect to sites of coordination, the ir spectral data suggests the involvement the oxygen of the amide group and the oxygen of the neighbor hydroxyl group at ring a and to the carbonyl oxygen at c11 and the hydroxyl group at c12. keywords: palladium compounds, tetracycline, oxytetracycline. referências [] i. chopra, m. roberts, microbiol. mol. biol. rev. 65(2) (2001) 232. 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[21] h. f.dos santos, b. l. marcial, c. f de miranda, l. a. s. costa, w. b. de almeida, j. inorg. biochem. 100 (10) (2006) 1594. [22] w. guerra, i. r silva, e. a. azevedo, a. r. s. monteiro, m. bucciarelli-rodriguez, e. chartone-souza, j. n. silveira, a. p. s. fontes, e. c. pereira-maia, j. braz. chem. soc. 17 (8) (2006) 1627. [23] a. f casy, a. yasin, j. pharm. biomed. anal. 1 (1983) 281. [24] a. f. casy, a. yasin, magn. res. chem. 23 (9) (1985) 767. ecl. quím., são paulo, 35 4: 39 44, 2010 introdução os herbicidas representam o maior grupo de produtos químicos usados como agentes de proteção de plantas. entretanto, com quantidades crescentes de herbicidas produzidos e aplicados, a contaminação dos solos e de sistemas aquáticos superficiais e subterrâneos representam problemas sérios ao meio ambiente devido à toxicidade e a persistência destes produtos. sob condições típicas de aplicação em campo, uma porção do pesticida atinge seu alvo, mas a maioria do herbicida aplicado é espalhada ao meio ambiente [1]. isto ocorre não apenas pela prática de aplicação no solo, mas também pela água de lavagem dos recipientes utilizados na aplicação, assim como por efluentes lançados pelas indústrias nos rios e córregos [2]. o imazetapir é um herbicida seletivo da família das imidazolinonas, usado nas culturas de arroz, feijão, soja, etc. controla o crescimento de gramíneas e plantas daninhas de folhas largas através da inibição da enzima acetolacto sintase, que interfere na síntese de dna e no crescimento da célula. é aplicado no pré-plantio incorporado, na pré-emergência e na pós-emergência. apesar de ser classificado como levemente tóxico para humanos é considerado contaminante para organismos aquáticos [3]. a fotocatálise heterogênea pode ser considerada efetiva no tratamento e purificação de águas contaminadas por substâncias orgânicas e inorgânicas. alguns semicondutores quando iluminados por radiação ultravioleta comportam-se como agente redox, favorecendo a degradação e mineralização dessas substâncias. entre os semicondutores o dióxido de titânio, tio2, tem sido amplamente pesquisado, porque possui algumas características como o fato de a energia de band-gap (eg = 3,2 ev) ser maior que o potencial redox da água (eo = -2,8 ev), ser química e biologicamente inerte e ser de baixo custo [4]. ao absorver radiações com comprimen27ecl. quím., são paulo, 32(1): 27-32, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 efeitos de oxidantes e sais inorgânicos na degradação fotocatalítica do herbicida imazetapir mediada por dióxido de titânio l. yassumoto, j. a. osajima, k. takashima* departamento de química, centro de ciências exatas, universidade estadual de londrina, caixa postal 6001, 86051-990, londrina, pr. * keiko@uel.br resumo: a degradação fotocatalítica de imazetapir, um herbicida da família das imidazolinonas, em suspensão aquosa de dióxido titânio foi investigada na presença de dois receptores de elétrons como persulfato de potássio e periodato de sódio, assim como na presença de dois sais inorgânicos como sulfato de sódio e dihidrogenofosfato de sódio a 30ºc. o modelo cinético de pseudo-primeira ordem foi empregado para discutir os resultados. o desaparecimento de imazetapir em função do tempo de irradiação foi analisado por cromatografia líquida de alta eficiência. entre os dois oxidantes estudados a degradação foi mais rápida quando se adicionou o periodato de sódio, enquanto a presença do sulfato de sódio retarda a degradação de imazetapir mais que o dihidrogenofosfato na suspensão de tio2. palavras-chave: fotocatálise; imazetapir; dióxido de titânio; oxidante; íon inorgânico. tos de onda ≤ 380 nm o tio2 promove o elétron da banda de valência à banda de condução gerando o par elétron-buraco (ecb -/hbv +). estes pares são capazes de iniciar os processos de oxidação e de redução na superfície de tio2. o radical hidroxila (•oh), gerado pela reação entre o buraco e a molécula de água adsorvida na superfície de tio2, oxida a molécula orgânica, enquanto que o o2 do ar é reduzido ao ânion radical peroxila (o2 •-) que, ao reagir com a água adsorvida produz o radical hidroxila [5]. considerando-se que a recombinação do par elétron-buraco seja responsável pelo baixo rendimento quântico das reações, a supressão deste processo tem sido investigada para aumentar a constante de velocidade de fotocatálise. isto pode ser alcançado pela adição de oxidantes como peróxido de hidrogênio, íon persulfato, íon periodato, etc [6 9]. além disso, há diversos estudos sobre a presença de íons inorgânicos [10 12] no solo e em efluentes industriais porque estes podem dificultar adsorção do poluente na superfície do fotocatalisador, desacelerando a degradação. dando continuidade ao estudo sobre a degradação fotocatalítica do herbicida imazetapir a 30ºc em suspensão aquosa de tio2 [13] examinamos as condições nas quais os oxidantes como persulfato de potássio e periodato de sódio influenciam a constante de velocidade de degradação do herbicida, assim como os efeitos causados pela adição de sais inorgânicos como sulfato de sódio e dihidrogenofosfato de sódio na constante de velocidade de degradação de imazetapir. procedimento experimental o herbicida imazetapir (c15h19n3o3) 93% foi gentilmente cedido pela milênia agroindústria. o dióxido de titânio p-25, composto por 80% de anatase e 20% de rutilo, foi fornecido pela degussa brasil e usado como fotocatalisador no presente trabalho. todos os outros reagentes como persulfato de potássio, k2s2o8 (synth), periodato de sódio, naio4 (carlo erba), sulfato de sódio anidro, na2so4 (caal) e dihidrogenofosfato de sódio, nah2po4 (cinética química) utilizados neste trabalho foram de grau analítico. a acetonitrila utilizada foi de grau hplc e água ultrapura obtida através do ultrapurificador elga modelo usf ce. a solução estoque de imazetapir 500x10-6 mol l-1 foi preparada e armazenada em frasco âmbar. 28 ecl. quím., são paulo, 32(1): 27-32, 2007 o ph da solução, medido antes de cada irradiação, foi denominado como ph natural e igual a 4,40. a suspensão formada por 150 ml de imazetapir 50,0x10-6 mol l-1 e tio2 1,5 g l-1 foi sonicada por 30 min no escuro para permitir a adsorção do herbicida na superfície do fotocatalisador. quantidades adequadas de k2s2o8, naio4, na2so4 e nah2po4 foram adicionadas respectivamente em um reator cilíndrico de vidro borossilicato (200 ml, 9 cm de altura e 6 cm de diâmetro) de parede dupla para manter a temperatura em (30,0±0,1) ºc e a suspensão homogênea foi mantida sob agitação magnética de 600 rpm. a irradiação foi feita no interior de uma câmara de irradiação usando a lâmpada de alta pressão de mercúrio de 125 w. alíquotas de 1,0 ml foram coletadas em tempos pré-determinados durante a irradiação de 4 horas e filtradas (millipore 0,22 µm). a concentração do herbicida degradado foi monitorada por cromatografia líquida de alta eficiência (shimadzu lc-10 ad) com detector uv (spd m10avp) em 240 nm, pré-coluna e coluna c-18 (metachem, 250x46 mm) a 35ºc com tempo de retenção de aproximadamente 6,0 min. a mistura acetonitrila/tampão fosfato 30:70 (v/v) em ph 3,0 foi utilizada como fase móvel com vazão de 1,0 ml min-1. a constante de velocidade de degradação, kobs, foi determinada graficamente sob condições de pseudo-primeira ordem [14], considerando-se a concentração de tio2 (1,5 g l-1) muito maior do que a de imazetapir (50,0x10-6 mol l-1). resultados e discussão efeito do íon persulfato considerando-se que o íon persulfato, s2o8 2-, seja um oxidante forte (eo = 2,6 v), investigou-se a capacidade de oxidação deste íon na degradação do imazetapir. para isto estudou-se a variação da constante de velocidade sob irradiação da solução de imazetapir (50,0x10-6 mol l-1) em ph natural a 30ºc em função da concentração de persulfato (1,0x10-3 25,0x10-3 mol l-1) na ausência (herbicida/uv/s2o8 2-) e na presença de tio2 (herbicida/uv/s2o8 2-/tio2), conforme são mostradas na fig. 1. no processo fotolítico herbicida/uv/s2o8 2-, o kobs aumentou gradativamente de 0,97x10-3 a 17,58x10-3 min-1. este aumento por cerca de 18 vezes foi atribuído ao ânion ra29ecl. quím., são paulo, 32(1): 27-32, 2007 máximo em 1,40x10-1 min-1, ou seja, por mais de 40 vezes ao adicionar 10,0x10-3 mol l-1 de oxidante, conforme pode ser observado na fig. 1. o aumento bastante significativo de kobs foi atribuído à oxidação das molécula de água pelo buraco (eq. 4) produzindo h2o2 que, contribui por sua vez na formação do radical hidroxila (eq. 5) [4]. 2 h2o+ 2h+ bv → h2o2 + 2h+ (4) h2o2 → 2 •oh (5) isto significa que a presença de persulfato na suspensão de tio2 diminuiu significativamente a recombinação elétron-buraco, pois aumentou em até 40 vezes a constante de velocidade de degradação do imazetapir. a diminuição de ph nas amostras coletadas durante a irradiação de 3,80 a 3,40 pode ser justificada pela formação do próton nas reações 2 e 4. por outro lado, a diminuição da constante de velocidade para concentrações superiores a 1,0x10-2 mol l-1 do persulfato de potássio foi atribuída à competição entre o ânion radical sulfato e o radical hidroxila, considerando-se que a capacidade de oxidação de persulfato seja menor que o radical hidroxila. efeito do íon periodato como o íon periodato io4 é considerado também um oxidante forte (eo = 1,6 v) o efeito da adição deste íon foi investigado na degradação de figura 1. constante de velocidade de degradação de imazetapir (50,0x10-6 mol l-1) por ( ) fotólise (herbicida/uv/s2o8 2-) e por ( ) fotocatálise mediada por tio2 (1,5 g l-1) (herbicida/uv/s2o8 2/tio2) em função da concentração de k2s2o8 em ph natural (4,4) a 30ºc. dical sulfato so4 •(eq. 1) gerado fotoquimicamente a partir do íon persulfato em solução aquosa. [6]. s2o8 22 so4 •(1) o radical hidroxila, formado a partir da reação entre o ânion radical sulfato e a água adsorvida (eq. 2), é responsável pela degradação do herbicida [15 – 17]. so4 •+ h2o → •oh + so4 2+ h+ (2) por outro lado, a adição de 1,0x10-3 mol l-1 de persulfato na suspensão de tio2 contendo o herbicida, representado por herbicida/uv/s2o8 2-/tio2, resultou em uma constante de velocidade equivalente a 1,80x10-2 min-1 de, pelo menos, 18 vezes maior daquela sem tio2 nas mesmas condições. este aumento foi atribuído à redução do persulfato ao ânion radical sulfato na banda de condução (eq. 3), além da produção do ânion radical sulfato por fotólise (eq. 1) em que ambos subseqüentemente geram o radical hidroxila (eq. 2) [6, 17]. s2o8 2+ ebc → so4 •+ so4 2(3) ao aumentar a concentração de s2o8 2para 3,0x10-3 mol l-1 a constante de velocidade foi duplicada para 3,60x10-2 min-1, até atingir o figura 2. constante de velocidade de degradação de imazetapir (50,0x10-6 mol l-1) por ( ) fotólise (herbicida/uv/io4 -) e por ( ) fotocatálise mediada por tio2 (1,5 g l-1) (herbicida/uv/io4 -/tio2) em função da concentração de naio4 em ph natural (4,4) a 30ºc. imazetapir. a fig. 2 ilustra a variação da constante de velocidade em função da concentração de periodato em ph natural para 50,0x10-6 mol l-1 de herbicida fotooxidado na ausência (herbicida/ uv/io4 -) e na presença de tio2 (herbcida/ uv/io4 -/tio2) a 30ºc. em comparação ao sistema herbicida/uv/s2o8 2-, a oxidação foi cerca de dez vezes mais rápida, pois neste caso o kobs aumentou de 1,32x10-3 a 3,20x10-3 min-1 sob irradiação uv quando a concentração de periodato foi variada de 3,0x10-4 a 1,0x10-3 mol l-1. este aumento foi atribuído à formação de vários radicais altamente reativos como io3 •, •oh, io4 • (eq. 6 8), indicando a regeneração possível de io4 através de reações em cadeia radicalares [6, 7]. io4 io3 • + o•(6) o•+ h+ = •oh (7) •oh + io4 → oh+ io4 • (8) por outro lado, quando se adicionou a concentração de periodato de sódio de 3,0x10-4 a 1,0x10-3 mol l-1 na suspensão de tio2, (herbicida/uv/io4 -/tio2), a constante de velocidade de fotodegradação aumentou por cerca de 400 vezes para a primeira (5,60x10-1 min-1) e de 187 vezes (6,00x10-1 min-1) para a última conforme pode ser observada na fig. 2, degradando praticamente todo o imazetapir em cerca de 10 min de irradiação. isto significa que a presença de periodato de sódio na suspensão de tio2 inibe de forma surpreendente a recombinação do par elétron-buraco, produzindo além do radical hidroxila na superfície do semicondutor, outras espécies radicalares altamente reativas, e intermediários não radicalares produzidos pela fotólise do íon periodato que conseqüentemente, contribuíram para o aumento bastante significativo da constante de velocidade de degradação. apesar deste sistema degradar com eficiência o imazetapir, o tratamento fotocatalítico por tio2 não é considerado ainda um método geral e livre de problemas. é necessária que a química dos vários poluentes seja conhecida assim como o seu monitoramento analítico. há alguns anos têm sido pesquisadas tecnologias [18] que utilizam radiação solar ao invés de artificial, para que o tratamento fotocatalítico seja economicamente viável. efeito dos íons inorgânicos os efeitos da adição de sais inorgânicos, 30 ecl. quím., são paulo, 32(1): 27-32, 2007 como o sulfato de sódio e dihidrogenofosfato de sódio, foram investigados na degradação de imazetapir na ausência e na presença de tio2 em ph natural de 4,4 a 30ºc. a fig. 3 mostra a influência da adição de sulfato de sódio. a adição de 5,0x10-2 a 20,0x102 mol l-1 diminuiu a constante de velocidade de degradação de imazetapir tanto sob radiação uv, herbicida/uv/so4 2-, de 4,97x10-4 a 2,50x10-5 min-1 respectivamente, quanto na presença de tio2, herbicida/uv/so4 2-/tio2, de 9,86x10-3 a 3,95x10-3 min-1. considerando-se que a fotólise de imazetapir (herbicida/uv) ocorra com kobs de 6,30x10-4 min-1, significa que quanto maior a concentração do íon sulfato maior é a dificuldade de degradação do herbicida. isto pode ser atribuído à formação de espécies mais estáveis entre o imazetapir e o sulfato. o aumento da constante de velocidade de degradação com a adição de 5,0x10-2 mol l-1 de íon sulfato na suspensão de tio2 sob irradiação por cerca de 20 vezes em comparação ao meio sem tio2, de 4,97x10-4 a 9,86x10-3 min-1 foi atribuída à formação de radical hidroxila na superfície do semicondutor. como a superfície de tio2 é positivamente carregada, tioh2 + [19], em ph natural de 4,40 o íon sulfato é adsorvido na superfície de tio2 por atração eletrostática. assim, a carga superficial de tio2 torna-se menos positiva devido à adsorção figura 3. constante de velocidade de degradação de imazetapir (50,0x10-6 mol l-1) por ( ) fotólise (herbicida/uv/so4 2-) e por ( ) fotocatálise mediada por tio2 (1,5 g l-1) (herbicida/uv/so4 2-/tio2) em função da concentração de na2so4 em ph natural (4,4) a 30ºc. de so4 2-, resultando na diminuição da constante de velocidade de degradação, quando comparada a ausência desse íon (kobs = 3,38x10-2 min-1). além disso, o sulfato adsorvido ao reagir com o buraco (h+) (eq. 10) e o radical hidroxila (eq. 11) forma o radical ânion sulfato, menos reativo que •oh e h+, e portanto, o excesso de so4 2dificulta a degradação fotocatalítica do herbicida [11]. o ph das amostras de herbicida irradiadas variou de 5,70 a 5,20, ou seja, maiores que o ph natural de 4,40. isto pode ser justificado pela formação de ohcomo pode ser observado na eq. 11. so4 2+ h+ bv → so4 •(10) so4 2+ •oh → so4 •+ oh(11) portanto, as constantes de velocidade de degradação na presença do íon sulfato foram menores tanto para fotólise, mencionado acima, quanto para a fotocatálise em suspensão de tio2 (herbicida/uv/tio2) (3,38x10-2 min-1). o efeito do íon dihidrogenofosfato na fotodegradação de imazetapir foi estudado variando-se a concentração de 5,0x10-2 a 20,0x10-2 mol l-1 na ausência, herbicida/uv/h2po4 -, e na presença de tio2, herbicida/uv/h2po4 -/tio2, conforme pode ser observado na fig. 4. a presença de dihidrogenofosfato inibiu a fotólise de imazetapir (herbicida/uv/h2po4 -) em concentrações mais baixas como 5x10-2 e 31ecl. quím., são paulo, 32(1): 27-32, 2007 1x10-1 mol l-1 em comparação à degradação fotolítica na presença do íon sulfato nas mesmas condições. a constante de velocidade fotolítica diminuiu por cerca de 100 vezes, ou seja, de 4,97x10-4 para 5,20x10-6 min-1 respectivamente na presença de sulfato e de dihidrogenofosfato, ambos com 5x10-2 mol l-1. por outro lado, a adição de concentrações maiores como 15,0x10-2 a 20,0x10-2 mol l-1 de dihidrogenofosfato aumentou a constante de velocidade e manteve-se praticamente constante em cerca de 2,0x10-4 min-1, embora menor comparada à fotólise na ausência desses íons. isto sugere que nessas condições haja formação de espécies mais lábeis que promovem a decomposição do herbicida, ao contrário do sulfato que diminui a constante de velocidade com o aumento da concentração. na degradação fotocatalítica de imazetapir na presença de dihidrogenofosfato (herbicida/uv/ h2po4 -/tio2), as constantes de velocidade foram maiores do que em meio de sulfato e diminuíram com o aumento de concentração mostrando comportamento similar ao sulfato. o valor de kobs aumentou de 5,20x10-6 min-1 sem tio2 para 2,25x10-2 min-1 na presença do fotocatalisador e manteve-se praticamente constante de 5,0x10-2 a 1,0x10-1 mol l-1 de dihidrogenofosfato e diminuiu até 1,07x10-2 min-1 em 1,0x10-1 mol l-1. esta diminuição pode ser atribuída à reação do íon dihidrogenofosfato respectivamente com o buraco (eq. 12) e o radical hidroxila (eq. 13) formando radical dihidrogenofosfato, menos reativo que h+ e o •oh [11]. h2po4 + h+ bv → h2po4 • (12) h2po4 + •oh → h2po4 • + oh(13) o fato de o ph das amostras irradiadas ter se mantido constante em 5,90, pode ser justificado também pela formação do ohconforme a equação (eq. 13), enquanto que a diminuição da constante de velocidade foi atribuída à reação entre o íon dihidrogenofosfato e a molécula de tio2 pela precipitação de dihidrogenofosfato de titânio conforme a eq. 14 [10] reduzindo o número de moléculas disponíveis para a degradação. ti(•oh) + h+ + h2po4 (aq) → tih2po4 + h2o(14) assim como ocorreu para o íon sulfato, as constantes de velocidade de degradação foram menores na presença do íon dihidrogenofosfato figura 4. constante de velocidade de degradação de imazetapir (50,0x10-6 mol l-1) por ( ) fotólise (herbicida/uv/h2po4 -) e por ( ) fotocatálise mediada por tio2 (1,5 g l-1) (herbicida/uv/h2po4 -/ tio2) em função da concentração de nah2po4 em ph natural (4,4) a 30ºc. referências [1] e. quivet, r. faure, j. georges, j –o. paissé, b. herbreteau, p. lantéri, j. agric. food chem. 54 (2006) 3641. 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[15] k. wang, y. hsieh, c. wu, c. chang, chemosphere 40 (2000) 389. [16] b. neppolian, h.c. choi, s. sakthivel, b. arabindoo, v. murugesan, chemosphere 46 (2002) 1173. [17] a. mills, m. a. valenzuela, j. photochem. photobiol. a: chem., 165 (2004) 25. [18] s. malato, j. blanco, a. vidal, c. richter, appl. catal.b: environ. 37 (2002) 1. [19] i.a. alaton, i.a. balcioglu, d.w. bahnemann, water res. 36 (2002) 1143. tanto para fotólise quanto para a fotocatálise em suspensão de tio2. conclusões este estudo demonstrou que entre os dois oxidantes investigados, o processo fotocatalítico na presença de íon periodato, herbicida/uv/io4 -/tio2, pode ser mais efetivo para o tratamento de efluentes contendo o imazetapir. a constante de velocidade de 0,60 min-1, obtida para este sistema, indica que a remoção completa do herbicida pode ocorrer em 10 min de irradiação. por outro lado, a presença de sais inorgânicos como o sulfato e o dihidrogenofosfato desfavorecem a degradação do imazetapir. a adição de so4 2ou h2po4 em suspensão de tio2 favoreceu a degradação de imazetapir quando estes íons foram usados em concentrações inferiores a 5,0x10-2 mol l-1. agradecimentos as autoras agradecem ao cnpq e a capes, pelo suporte financeiro. jao, pela bolsa capes/ds. recebido em: 30/11/2006. aceito em: 09/02/2007. 32 ecl. quím., são paulo, 32(1): 27-32, 2007 l. yassumoto, j. a. osajima, k. takashima. effects of oxidants and inorganic salts in the photocatalytic degradation of imazethapyr herbicide mediated by titanium dioxide. abstract: photocatalytic degradation of imazethapyr, an imidazolinone family herbicide, was investigated in titanium dioxide aqueous suspension in the presence of electron acceptors such as potassium persulfate and sodium periodate, as well as in the presence of two inorganic salts such as sodium sulfate and sodium dihydrogen phosphate at 30ºc. a pseudo-first order kinetic model was used to discuss the results. the imazethapyr disappearance as a function of the radiation time was analyzed by high performance liquid chromatography. in comparison between two oxidants, the degradation was faster in the presence of periodate, meanwhile in the presence of the inorganic salt sodium sulfate retarded the oxidation more than dihydrogen phosphate ions in the tio2 suspension. keywords: photocatalysis; imazethapyr; titanium dioxide; oxidant; inorganic ion. estudo da mitigação da eutrofização do açude velho pela eletrólise eclética química, 39, 107-119, 2014. 107 estudo da mitigação da eutrofização do açude velho pela eletrólise nascimento,l. 1* ;agostinho,l.c.l. 2 ; cavalcanti,f.b. 3 1* departamentode física df/ccen-ufpb. cidade universitáriacaixa postal:5008 cep: 58059-900,joão pessoa-pb. e-mail 1* : 1* luciano.fisicaufpb@gmail.com 2 departamento de químicadq/cct-uepb. rua juvêncio arruda,s/n-bodocongó – cep: 58109-790,campina grande-pb. e-mail 2 : 2 cristina.uepb@gmail.com 3 departamento de hidráulica e engenharia civil, ctrn/cct-ufcg. av. aprígio veloso, 882-bloco cm-1°andar cep:58.109-970-campina grande-pb. e-mail 3 : 3 bernardete.ufcg@gmail.com resumo: em lagos e reservatórios de acumulação eutróficos, o florescimento de algas verdes azuladas contribui para o aumento do teor de clorofila “a”, deteriora a qualidade da água com condições anaeróbias nas águas mais profundas, provoca formação de escuma, entre outros impactos. devido à ocorrência de eventos irregulares de nitrificação nas águas do açude urbano poluído, açude velho localizado em campina grande, pb durante o período de verão, foi analisado o desempenho do processo eletrolítico para tratar essas águas. para o tratamento eletrolítico foi construído, em escala de laboratório, um reator de 2 litros de capacidade onde foi inserida uma colméia eletrolítica constituída de chapas de aço carbono e de alumínio. as amostras foram coletadas em oito pontos de amostragem no açude. os seguintes parâmetros físicos, químicos e de poluição orgânica determinados na água bruta e após eletrólise foram cor, turbidez, ph, alcalinidade, cálcio, cloreto, nitrato, fósforo total e clorofila “a”. após 15 minutos de eletrólise, o efluente foi submetido à decantação durante 45 minutos. os resultados mostraram que a produção de alúmen pela formação de par iônico com o sulfato da água propiciou a flotação das impurezas da água. foi também observada uma desnitrificação total (remoção de 100% de nitrato) com liberação de n2 para o meio ambiente. a remoção de fósforo e de clorofila “a” foi também significativa. palavras-chave: processo eletrolítico; águas eutrofizadas; clarificação. eutrophication mitigation study of the açude velho by electrolysis abstract: in eutrophic lakes and reservoirs the green – blue algae bloom contributes to increase the chlorophyll “a” concentration, deteriorates the water quality with anaerobic conditions in the eclética química, 39, 107-119, 2014. 108 deepest waters and provokes scum formation among other impacts. due to the occurrence of irregular nitrification events in the waters of the polluted urban lake, açude velho which is located in campina grande, pb during the dry season, it was analyzed the performance of the electrolytic process in treating these waters. for the electrolysis treatment it was built, in laboratory scale, a 2 liters reactor where it was inserted an electrolytical assemblage made of steel and aluminum sheets. samples were obtained in eight sampling points in the lake. the following physical, chemical and organic parameters were obtained: color, turbidity, ph, alkalinity, calcium, chloride, nitrate, total phosphorus and chlorophyll “a”. after 15 minutes of electrolysis, it was applied 45 minutes of sedimentation to the effluent. the results showed that the alumen production by ion pairing with the water sulphate concentration provoked the water impurities flotation. it was also observed a total denitrification (100% nitrate removal) with n2 liberation to the environment. phosphorus and chlorophyll “a” removal was also significant. keywords: electrolytic process; eutrophic waters; clarification. introdução a eutrofização de lagos, açudes e reservatórios de acumulação se constitui no maior problema de gerenciamento de qualidade de águas superficiais. ela é o resultado do enriquecimento de nutrientes em conseqüência de atividades humanas tanto para lagos ou açudes no meio urbano como para lagos ou reservatórios de acumulação no meio rural. geralmente, é observada em cada lago uma resposta diferente ao aumento/ diminuição das entradas de nutriente. o fósforo, p é considerado o nutriente determinante do estado trófico de lagos. contudo, a taxa (em peso) entre as concentrações totais de nitrogênio, n2 e de fósforo total, pt é tida como indicativa da produtividade de clorofila “a”. geralmente quando a razão entre nt e pt é maior que 10, então o fósforo é o fator limitante. em reservatórios de acumulação, as maiores perdas de n2 se deve ao processo de desnitrificação (cerca de 40%) e à acumulação em sedimentos. em alguns casos, a volatilização de nitrogênio na forma amoniacal provoca perdas de n2 em mananciais. os efeitos da eutrofização se manifestam principalmente no florescimento de algas azuis esverdeadas. esse “bloom” (florescimento) está associado à produção de espumas artificiais, colmatação de filtros de estações de tratamento de água etas, problemas de odor e de sabor, mortandade de peixes durante o verão, envenenamento de criações e de animais domésticos, entre outros [1]. tais problemas têm prejudicado a utilização de vários mananciais superficiais para uso doméstico e recreacional. o açude velho é um lago urbano de campina grande, pb construído em 1837 com a finalidade de uso para recreação, banho e lavagem de roupas (uso municipal e de recreação). essa utilização foi gradativamente diminuída a partir da inauguração em 1938 do sistema de eclética química, 39, 107-119, 2014. 109 abastecimento de água da cidade cuja captação foi feita no manancial “vaca brava” localizado em areia, pb. com a ampliação do sistema em fins da década de cinqüenta do século xx, o lago urbano foi utilizado apenas para fins paisagísticos. nos últimos vinte anos, esse lago urbano começou a apresentar uma deterioração progressiva na qualidade de suas águas. vários pontos de lançamento de esgotos clandestinos foram detectados, principalmente os lançados nas galerias pluviais que afluem ao açude. alguns despejos industriais foram também detectados nas galerias, alem daqueles de empresa de ônibus e do canal do prado que aflui a esse lago. o açude está integrado numa bacia hidrográfica de área de 103,35 ha, possui um espelho de água de 177248,00 m 2 armazenando um volume de 515 863,00 m 3 de água na cota da soleira do sangradouro e apresenta profundidade variando de 2,50m a 4,51m [2]. a figura 1 abaixo mostra que o açude atualmente se constitui em “cartão postal” da cidade de campina grande. figura 1. vista panorâmica do açude velho, campina grandepb. na zona do agreste da paraíba a variação no volume de água de açudes é maior na época de estiagem quando ocorrem os problemas de eutrofização de suas águas. o enriquecimento de nutrientes, a pouca circulação das águas do açude, entre outros fatores fizeram com que houvesse um “bloom” (florescimento) de algas azuisesverdeadas no açude velho. no primeiro florescimento de algas (período de dezembro a janeiro de 1988) foi observada a predominância da espécie microcystis sp. como conseqüência, houve um desequilíbrio ecológico que culminou na mortandade de peixes, de algas, produção de espuma e exalação de maus odores. as medidas adotadas para recuperação e manutenção das águas do açude foram paliativas. a remoção de vegetação aquática e diminuição das descargas clandestinas de esgotos não foram suficientes para, no decorrer do tempo, evitar um novo “bloom” de algas. o controle químico tem sido aplicado em larga escala como o método mais adequado de tratamento de águas eutrofizadas. uma das substâncias mais usadas para o controle do florescimento de algas é o sulfato de cobre, cuso4. contudo, alguns trabalhos foram feitos com flotação por ar dissolvido, ozonização e processos de coagulação e floculação [3]. eclética química, 39, 107-119, 2014. 110 a eletrólise também propicia a combinação de todos esses processos sendo um tratamento simples e de baixo consumo de energia. o processo eletrolítico consiste na simples passagem de corrente contínua através de esgotos que escoam entre vários conjuntos de eletrodos metálicos. no brasil, os trabalhos pioneiros sobre eletrólise foram realizados sob responsabilidade da cetesb, são paulo, sp através de instalação em campinas, sp de uma unidade piloto a cargo da universidade estadual de campinas – unicamp. trabalhos posteriores têm sido realizados comprovando a aceitabilidade e eficiência do processo para vários tipos de águas naturais e esgotos industriais [4]. este trabalho mostra os resultados da utilização do tratamento por eletrólise ou eletroflotação seguida de sedimentação nas águas eutrofizadas do açude velho para remoção de nutrientes, diminuição de algas e melhoria na qualidade da água para uso recreacional. fundamentação teórica em águas naturais de baixa força iônica (i < 0,10), o ph real da água é igual ao ph medido ou observado sendo o coeficiente de atividade iônica considerado unitário. nessas águas o ph está compreendido na faixa de 6,5 a 9,5 enquanto que a alcalinidade varia de 50 mg.l 1 caco3 a 150 mg.l -1 caco3. geralmente no sistema cristalino predominante na paraíba, o cálcio é o cátion predominante em suas águas naturais e contribui para a dureza de carbonato também chamada de “temporária” porque é removida até mesmo pelo aquecimento da água. a mais conhecida forma de alcalinidade é a total ou simplesmente alcalinidade que é definida pela adição de uma base forte (hidróxido) a uma solução de co2; ou seja, a partir da seguinte equação de neutralidade [5-6]:   2 3 32alc h hco co oh                      (1) em açudes localizados em regiões semi-áridas submetidos à intensa evaporação e onde se observa a reconcentração de sais, a alcalinidade é determinada por balanço de massa nas espécies catiônicas e aniônicas mais significativas ou de maior abundância; onde, {} indica concentração equivalente na escala, dado por meq.l -1 :       2 4 22 22 soclmgcaknaalc (2) em lagos e reservatórios de acumulação, a determinação teórica da produção de alcalinidade (dada pela diferença entre a alcalinidade em bicarbonato determinada experimentalmente e a alcalinidade esperada) é dada por:      anosomnfealnhknamgcaalcpt 3 2 4 233 4 22 (3) eclética química, 39, 107-119, 2014. 111 onde, a representa as concentrações de ânions orgânicos obtidos a partir de balanço de massa ou de carga iônica. no condicionamento químico de águas naturais os valores de parâmetros de espécies carbônicas e de ph são modificados para uma nova condição a partir dessa variação. a definição de alcalinidade quando a água é submetida a dosagem química tem a seguinte expressão[7-8]:   hohcohcoalc 2 33 (4) onde,  3hco e  2 3co indicam mudança nas espécies bicarbonato e carbonato na escala de carbonato de cálcio, mg.l -1 caco3. com relação à dureza total (dt), esta é dada pela dureza de carbonato, dc ou temporária, associada à dureza permanente ou de não carbonato (dnc). para valores de ph na faixa de 8,0 a 9,5 é aplicada a seguinte equivalência para se obter a dureza de carbonato; a saber:   2 333 2 3 cohcoalchcocoalcdc (5) para obtenção da acidez e conhecimento do potencial de precipitação/dissolução de carbonato de cálcio ou índice de loewenthal, ilw é usado o software stasoft, versão 3 [9], válido para teores de sólidos totais dissolvidos até 15000 mg.l -1 . na falta do software, utilizase o diagrama de condicionamento do tipo deffeyes que mostra no eixo das abscissas os valores de alcalinidade (na escala caco3) e na ordenada os valores de acidez. linhas representando os valores de ph na escala 5.0 ≤ ph ≤ 10.0 são traçadas a partir do eixo 0. ele permite que, a partir dos valores experimentais de alcalinidade e de ph, seja determinada a acidez da amostra; ou seja, a partir de dois valores conhecidos determina – se o terceiro os processos de coagulação e de floculação seguidos de sedimentação são usados para “clarificar” águas turvas e coloridas. os coagulantes e auxiliares de coagulação empregados transformam os colóides (impurezas) em flocos que são posteriormente sedimentados. concomitantemente a esse processo, ocorre também a precipitação dos flocos formados e de algumas substâncias a eles agregados e que são sedimentáveis. a clarificação é completada ao se empregar a sedimentação onde as impurezas em suspensão são eliminadas bem como os flocos formados durante a coagulação e floculação. o uso de substâncias ou compostos químicos na coagulação permite uma maior eficiência na formação de flocos. além disso, possibilita a adição/remoção de parâmetros químicos tais como alcalinidade, dureza, cálcio e outros. dentre os coagulantes mais usados cita – se os sais de alumínio e de ferro (sulfato de alumínio, al2(so4)3.18h2o e/ou de ferro fe2 (so4)3, cloreto férrico, fecl3 e outros. eclética química, 39, 107-119, 2014. 112 a química da coagulação com sulfato de alumínio mostra que a decomposição desse sal na água é dada por:       2234 2 32342 61823318 coohohalcasohcocaohsoal ppt  (6) onde sua concentração equivalente é dado por meq.l -1 a equação acima mostra a influência de ph nessa precipitação. para água com bastante alcalinidade natural, o alumínio reagirá com os sais de bicarbonato segundo as reações: 3 2 33 ( ) 3pptal h o al oh h    (7) 3 2 23 3 3 3hco h co h o   (8) 3 3 2 33 3 ( ) pptal hco co al oh    (9) onde, ppt indica precipitação de composto. na equação acima ocorre uma precipitação de hidróxido de alumínio e liberação de co2. o tratamento eletrolítico consiste na simples passagem de corrente contínua através de esgotos que escoam entre vários conjuntos de eletrodos metálicos. segundo smith (1985)[13], o eletrodo que está sendo sacrificado remove contaminantes indesejáveis por eletrocoagulação e eletroflotação. nesse processo, a placa de alumínio imersa em águas naturais poluídas e que possui fiação bifurcada tem suas extremidades ligadas a uma fonte de energia. observa – se então que o eletrodo metálico se dissolve para formar cátions metálicos que se afastam do eletrodo dirigindo-se para a solução [10]. o eletrodo funciona, portanto, como um ânodo (+). quando o alumínio funciona como ânodo de sacrifício, há liberação de íons de alumínio na solução causando a desestabilização elétrica dos colóides e, dessa forma, permite a formação de flocos que poderão ser separados da fase líquida por sedimentação e flotação. no cátodo (-), o íon hidrogênio, h + da água que sofreu ação eletrolítica e está dissociada, é reduzido para gás hidrogênio, h2 que sobe para a superfície do líquido carreando várias impurezas e sólidos suspensos das águas poluídas. material e métodos os pontos de amostragem selecionados no “açude velho”, lago urbano de campina grande na paraíba, estão ilustrados na figura 2 abaixo. foram selecionados oito (08) pontos localizados nas margens do açude e obtidos os valores médios dos diversos parâmetros para a eclética química, 39, 107-119, 2014. 113 caracterização da água bruta. foram determinados os seguintes parâmetros: sólidos totais dissolvidos, std (mg.l -1 ), temperatura em c; cor, pt-co (mg.l -1 ); turbidez, u.t.; ph operacional, phop; alcalinidade, alc (mg.l -1 caco3); cálcio, ca (mg.l -1 caco3); cloreto, cl (mg.l -1 ); fósforo total, pt (mgp.l -1 ); nitrato, no3 n (mgn.l -1 ) e clorofila “a” (g.l -1 ). a cor e a turbidez foram determinados em aparelho de medição com discos comparativos onde se usa um “branco” e discos com numerações de acordo com o grau do parâmetro tendo sido usada a escala jis (japanese international standard). com exceção da alcalinidade, todos os demais parâmetros foram determinados segundo mancuso (1987) [11]. a alcalinidade total foi obtida mediante o desenvolvimento da titulação tipo gran, com função linear f1x e metodologia experimental descrito em [12] utilizando a seguinte equação, na escala de carbonato de cálcio: 31 0 10 50 v ca alc v     (10) onde, v1 = volume de ácido forte mineral tal que ácido clorídrico, hcl requerido para titular de volta ao ponto de equivalência em ml; v0 = volume inicial da amostra, ml; ca = concentração molar de ácido forte , padronizada e igual a 0,1 m. a estação de tratamento por eletrólise, em escala de laboratório, constou dos seguintes equipamentos e reatores (figura 3): um reator de 2l no qual foi imersa uma colméia eletrolítica constituída de dois eletrodos de aço inox 1020 e duas chapas de alumínio distanciadas entre si de 2,0 cm. este pequeno espaçamento foi escolhido com a finalidade de diminuir a tensão a ser utilizada na eletrólise. nessas colméias foram colocadas seis (06) arruelas de plástico para isolamento das placas. o reator ainda apresentava uma torneira acoplada em sua parte inferior de modo a facilitar a tomada de amostra após eletrólise. eletrodos contendo furos para a passagem de fios foram conectados aos pólos de uma bateria de caminhão com 12 v e 36 a. o fio partindo da colméia eletrolítica, em sua extremidade superior, acima do nível máximo de água do reator de eletrólise, apresentava uma bifurcação sendo uma extremidade ligada ao pólo positivo da bateria (ânodo) e a outra ao pólo negativo (cátodo). alguns equipamentos de medição de corrente elétrica também foram usados; como sejam: variador de tensão, amperímetro, medidor de intensidade de corrente e de voltagem. a metodologia experimental aplicada na eletrólise foi como segue: um volume de dois litros (2l) da amostra foi acondicionado no reator eletrolítico onde foi imersa a colméia eletrolítica. o tempo de eletrólise inicial para todos os experimentos foi de 15 minutos. após eletrólise, retirava-se a colméia eletrolítica do reator e o sobrenadante que ficava acima do na da amostra era também retirado manualmente. no mesmo reator, a amostra foi submetida a um eclética química, 39, 107-119, 2014. 114 tempo de sedimentação de quarenta e cinco minutos (45 minutos) de modo que a água atingisse seu estado de saturação em relação ao carbonato de cálcio. após este tempo, foram monitorados os parâmetros físico-químicos e de poluição orgânica de interesse à pesquisa; ou seja: cor, turbidez, ph, alcalinidade; ca 2+ , cl , no3-n, pt e clorofila “a”. após o término dos ensaios, a polaridade dos eletrodos foi invertida por curto espaço de tempo (3 minutos) de modo que o material incrustado no catodo fosse removido para evitar interferências no processo. figura 2. planta do açude velho indicando os oito (08) pontos de amostragem e formação de “seiches” ou ondas de circulação de água. figura 3. esquema da instalação do processo eletrolítico em escala de laboratório. resultados e discussão com o objetivo de discutir o desempenho do processo eletrolítico os resultados foram agrupados em relação às características físicas e características químicas e de poluição orgânica, eclética química, 39, 107-119, 2014. 115 respectivamente. a tabela 1 mostra os dados iniciais dos parâmetros físicos cor e turbidez da água bruta do açude velho bem como os resultados experimentais obtidos após 15 minutos de eletrólise e 45 minutos de sedimentação. a tabela 2 mostra os dados iniciais das características químicas e de poluição orgânica do manancial eutrofizado e os resultados obtidos após 15 minutos de aplicação do processo eletrolítico e 45 minutos de decantação. devido à simplicidade dos resultados relacionados às características físicas (cor e turbidez, respectivamente, com remoção de 80%), optouse por apresentar apenas o gráfico relacionado ao comportamento dos parâmetros químicos que definem a fase aquosa – sólida; ou seja, ph, alcalinidade e cálcio. a figura 4 mostra, a partir de parâmetros calculados da fase aquosa – sólida da água como acidez e índice de loewenthal e dos resultados da tabela 1, o comportamento químico da água do açude velho submetida à eletrólise. o desempenho do processo eletrolítico em relação aos parâmetros de poluição orgânica é também “per se” explicativos conforme se pode observar na tabela 2. com relação às propriedades físicas de águas superficiais eutrofizadas, os teores elevados de cor e de turbidez são geralmente minimizados com tratamento químico; ou seja, mediante a aplicação de coagulante seguido de sedimentação dos flocos e filtração em leito filtrante de camadas múltiplas. a coagulação é feita a partir da aplicação de cal, cao para elevar o ph e de sulfato de alumínio auxiliado por silicatos complexos ou por polímeros. os custos desse tratamento são elevados e a operação do sistema requer cuidados na aplicação de dosagens corretas de coagulantes. a eletrólise com o uso de chapa de alumínio propicia a formação de compostos de alumínio e permite a coagulação e floculação da água. a tabela 1 mostra que a remoção de cor e de turbidez foi similar (80%) após 45 minutos de sedimentação. esse tempo foi considerado suficiente para a deposição de partículas em suspensão na água. uma eficiência maior em relação à remoção da turbidez pode ser conseguida ao se aplicar uma filtração em leito poroso após a sedimentação. a alcalinidade é a capacidade da água de neutralizar ácidos. juntamente com a acidez e o ph define o estado aquoso no sistema h2co3 + co2(aq) + h2o; ou seja, o sistema carbonatado. quando se associa ao parâmetro cálcio (bem como ao carbonato, co3 2) define o estado aquoso – sólido da água. os parâmetros alcalinidade, acidez e carbono inorgânico dissolvido ou concentração total de espécies carbônicas mudam com dosagens químicas. em águas onde ocorre precipitação de cálcio (e de carbonato uma vez que no semi – árido nordestino há predominância de calcita, caco3), observa – se a precipitação de alcalinidade e diminuição no valor de ph. na prática, essa precipitação é conseguida ao se adicionar cal e período de sedimentação de, pelo menos, duas horas (2 horas). com a eletrólise os teores de dureza total, de cálcio, de magnésio e alcalinidade decrescem em tempo inferior ao de uma eta – estação eclética química, 39, 107-119, 2014. 116 de tratamento de água convencional. essa diminuição de alcalinidade acarreta uma diminuição no íon hidrogênio. com relação ao ph e condutividade elétrica, ce (em msm -1 ), essas grandezas estão associadas. a condutividade é proporcional à ionização de substâncias dissolvidas na água. quanto maior for o teor de ce, maior será a transmissão de corrente. após a eletrólise ocorreu uma diminuição de condutividade elétrica e de ph conforme se pode observar na tabela 2. o eletrodo de alumínio confere um aumento no teor de alumínio de cerca de 5 vezes o valor permitido pela legislação brasileira (0.20mg.l -1 ). embora não tenha sido determinado o teor de alumínio na água pós eletrólise, pressupõe – se que esse teor tenha aumentado inviabilizando o uso dessa água para fins potáveis. contudo, o lago urbano estudado tem apenas a finalidade de uso recreacional e paisagístico. tabela 1. dados iniciais das características físicas e resultados pós-eletrólise das águas do “açude velho”, localizado em campina grande, pb à temperatura ambiental de 25c. parâmetros físicos água bruta água pós eletrólise cor, mg.l -1 (pt-co) turbidez, ut 25.0 5.0 5,0 1,0 tabela 2. dados iniciais das características químicas e de poluição orgânica e resultados póseletrólise das águas do “açude velho”, localizado em campina grande, pb à temperatura ambiental de 25c. parâmetros químicos e de poluição orgânica água bruta água pós eletrólise (1) parâmetros químicos ph alcalinidade, alc (x) acidez, ac* (x) cálcio, ca (x) cloreto, cl (mg.l -1 ) condutividade elétrica, ce (msm -1 ) * índice de loewenthal, ilw* (2) parâmetros de poluição orgânica clorofila “a”(g.l -1 ) nitrato, no3-n fósforo total, pt 8.32 120.0 119.0 100.0 462.0 94.00 8.0 2.46 0.25 5.10 7.8 73.0 77.0 75.0 394.0 62.50 -2.2 0.54 0.00 1.77 eclética química, 39, 107-119, 2014. 117 * valores obtidos pelo stasoft 3.0; (x) = mg/lcaco3. figura 4. comportamento químico da fase aquosa – sólida da água bruta e da água póseletrólise. conclusões as principais conclusões do trabalho são as seguintes: (1). o processo eletrolítico foi bastante eficiente para remoção de cor (80%) e de turbidez (80%). resultados melhores para a remoção de turbidez podem ser conseguidos mediante o uso de filtração lenta; (2). o tempo de detenção de 45 minutos foi suficiente para remover o cálcio remanescente após flotação como calcita, caco3. o índice de loewenthal que mede qualitativamente e quantitativamente o potencial de precipitação/ dissolução de carbonato de cálcio mostrou que a água bruta era supersaturada e, após eletrólise e sedimentação, tornou – se subsaturada em relação a caco3; (3). a escolha de eletrodos de alumínio como o eletrodo de sacrifício pode ser considerada excelente para esse tipo de água (uso recreacional e paisagístico). a liberação de íons de alumínio propiciou a formação de sulfato de alumínio que é um coagulante primário. houve, portanto, a formação de flocos fortes e pesados que, a partir da liberação de gás hidrogênio no cátodo, foram carreados para a superfície líquida do reator; ou seja, a eficiência da flotação foi aumentada pela produção de coagulante primário; eclética química, 39, 107-119, 2014. 118 (4). a remoção de clorofila “a” é bastante satisfatória (78%). isto significa que grande parte das algas, presentes nas amostras sob forma fragmentada, foi flotada. a outra parte remanescente de algas sedimentou no período de 45 minutos; (5). a remoção de nutrientes é excelente com relação ao nitrogênio uma vez que houve remoção de 100% de nitrato. a formação de nitrato de alumínio com seis (06) ou nove (09) moléculas de água (al(no3)3.9h2o) foi suficiente para remover o nitrato. com relação à remoção de fósforo que geralmente se dá como fosfato de alumínio, alpo4 o valor de 66% é satisfatório. uma sugestão para remover o fósforo é usar o eletrodo de ferro de modo a precipitar íons de ferro associados ao fósforo. agradecimentos agradeço aos autores pela participação nesta pelo apoio financeiro do cnpq. referências bibliográficas [1]. aerh, uaec, ufpb, disponibilidade hídrica do açude velho, (relatório), universidade federal da paraíba, campina grande, pb, 1988. 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using naoh, sodium methoxide and methanolic koh, as titrants, respectively. method a is applicable over 2.0-20.0 mg range and the calculations are based in the molar ratio of 1:2 (lnp:hclo4). method b, method c and method d are applicable over 2.0-20.0 mg, 1.0-10.0 mg and 5.0-15.0 mg range, respectively, and their respective molar ratios are 1:1 (lnp:naoh), 1:2 (lnp:ch3ona) and 1:1 (lnp:koh). intraday and inter day accuracy and precision of the methods were evaluated and the results showed intraand inter-day precision less than 2.7% (rsd), and accuracy of < 2.5 % (re). the developed methods were applied to determine lnp in tablets and the results were validated statistically by comparing the results with those of the reference method by applying the student’s t-test and f-test. the accuracy was further ascertained by recovery studies via standard addition technique. no interferences from common tablet exipients was observed. key words: lisinopril, titrimetry, potentiometry, pharmaceuticals introduction lisinopril, 1-[6-amino-2-(1-carboxy-3phenyl-propylamino)-hexanoyl]-pyrrolidine-2carboxylic acid, is a lysine derivative of enalaprilat, the active metabolit of enalapril. it is an angiotensin converting enzyme (ace) inhibitor used in the treatment of hypertension, heart failure, acute myocardial infarction and preventing renal and retinal complications of diabetics [1] and was introduced into therapy in 1990s [2]. the official methods for the determination of lnp are potentiometric acid-base titration [2] and hplc [3] using actylsilane column at 50 0c and phosphate solution-acetronitrile (96:4 v/v) as mobile phase. certain successful attempts have been made for the determination of lnp in pharmaceuticals using different analytical techniques. determination of lnp in dosage forms using visible spectrophotometry [4-12] requires either pre derivatisation, heating step or use of organic solvents as reaction medium. use of spectrofluorimetry technique [6, 7, 13, 14] are also based on the derivatisation of the drug prior to measurement, and involve heating step and longer contact times. uv-derivative spectrophotometry has been utilized for lnp determination either alone [15-21] or in binary mixture with amlodipine [22] or hydroecl. quím., são paulo, 35 2: 7 14, 20108 artigo article chlorothiazide [23]. these methods are mostly applicable in relatively high concentrations. polarographic [12, 24, 25] determination of lnp are rather complicated and they are not so sensitive. other techniques includegas chromatography [26], hptlc-densitometry [16], capillary electrophoresis [27] and hplc [28-31]. though the existing methods are sensitive yet they are expensive. cost effective analytical technique such as titrimetry is still needed in various quality control laboratories in the developing countries. there is only one report, an official method [2], on the use of titrimetry method for the determination of lnp. the method consisted of the titration of the aqueous solution of the tablet containing lnp with 0.1m naoh potentiometrically and requires fairly large quauntities of lnp for each titration. the present manuscript describes four sensitive titrimetric methods for the determination of lnp in both pure form and in tablet form. the methods make use of the two amino groups and one carboxylic acid functional groups present in the molecule. the developed methods are more simple than many existing methods besides being applicable to smaller amounts compared to the lone titrimetric method available [2]. experimental apparatus potentiometric titration was performed with an elico 120 digital ph meter provided with a combined glass-sce electrode system. the kcl of the salt bridge was replaced with saturated solution of kcl in methanol. materials and reagents lnp was kindly provided by cipla ltd., india, and was used as received. pharmaceutical preparations of lnp, such as hipril (micro carsyon ltd.), lipril (lupin laboratories ltd.), and listril (torrent pharmaceutical ltd.) were purchased from the local market. all other reagents and solvent used were of analytical grade and they were purchased from either merck, loba chemie and s.d. fine chem of mumbai, india. a 0.01 m perchloric acid (standardized against 0.01 m potassium dihydrogen phthalate) and 0.5% crystal violet indicator was prepared in glacial acetic acid for method a. a 0.01 m naoh (standardized against 0.01 m potassium hydrogen phthalate) and 0.2% (w/v) phenolphthalein indicator were prepared in ethanol for method b. a 0.005m sodium methoxide (standardized against benzoic acid) was prepared in 3:1 benzene: methanol and 0.2% (w/v) phenolphthalein in same solvent for method c. a 0.005m koh (standardized against benzoic acid) was prepared in methanol for method d. a stock standard solution of lnp containing 2 mg/ml was prepared in glacial acetic acid (method a), 2 mg/ml in water (method b), 1 mg/ ml in 3:1 benzene:methanol (method c) and 1 mg/ ml in methanol (method d). procedures method a different volumes (1-10 ml) of standard solution containing 2mg/ml lnp were taken in a 100 ml titration flask and the volume was madeup to 10 ml with glacial acetic acid. two drops of crystal violet indicator were added and the solution titrated against standardized solution of 0.01m perchloric acid to a blue end point. method b 10.0 ml aliquot of standard solution containing 2.0-20.0 mg of lnp was measured accurately and transferred into a 100 ml titration flask. two drops of 0.2% phenolphthalein were added and titrated against standardized solution of 0.005 n sodium hydroxide to a first appearance of pink color end point. ecl. quím., são paulo, 35 2: 7 14, 2010 9 artigo article method c varying aliquots (1-10 ml) of 1 mg/ml standard lnp solution were accurately measured into a titration flask and volume adjusted to 10 ml with 3:1 benzene: methanol. two drops of 0.2% phenolphthalein were added and titrated against standardized solution of 0.005m sodium methoxide to a first appearance of pink color end point. method d different volumes (1-10 ml) of standard solution containing 1mg/ml lnp were taken in a 50 ml beaker and volume madeup to 20 ml with methanol. the titration was carried potentiometrically against standardized solution of 0.005 m koh. all titrations were carried in a well closed container in order to avoid atmospheric carbon dioxide from dissolving into the solutions. the amount of lnp in the aliquot was computed from the following formula: amount (mg) = v x mw x s n where v = ml of titrant reacted mw = relative molecular mass of drug s = strength of titrant, moles/l n = number of moles of titrant reacting with per mole of lnp. procedure for the determination of lisinipril in tablets twenty tablets were weighed accurately and ground into a fine powder. four portions of the powder equivalent to 200 mg or 100 mg of lnp was accurately weighed into a 100 ml volumetric flask and extraction was done by shaking for half an hour with 40 ml of solvent specified under each methods; then, the volume was diluted to the mark with the respective solvents, mixed well and filtered using a whatman no. 42 filter paper. first 10 ml portion was discarded and subsequent amount of the tablet extract was subjected to titration by following the procedures mention under each methods. results and discussion due to non-leveling properties of organic solvents, many weak organic acids and bases are quantitatively titrated based on the neutralization due to the formation of a coordinate bond between an acid and a base. basisity of two amino groups (a primary and a secondary) present in lnp was enhanced in glacial acetic acid which acts as a protogenic solvent and titrated as amine acetates with perchloric acid. the end point was detected by change of protolytic equilibrium of the crystal violet indicator. the reaction stiochiometry found to be 1:2 (lnp: hclo4), inferring both the amines are involved in the titration. method b involved neutralization of carboxylic acid group present in lnp in aqueous medium by naoh using phenolphthalein as indicator. one of the carboxylic acid groups at the α-amino position is too weak to titrate in aqueous medium and hence the molar ratio found to be 1:1 (lnp: naoh); where as in method c, both the carboxylic acid groups show enhanced acidic property in 3:1 benzene-methanol solvent medium when titrated against sodium methoxide using phenolphthalein as indicator as inferred by the reaction stiochiometry of 1:2 (lnp:meona). benzene-methanol (3:1) solvent has been successfully used [32-35] in titrating many weak organic acids since the entire titration curves lies within the potential range of the solvent. generally, benzene being a relatively neutral solvent of low dielectric constant is used in conjuction with any acidic or basic solvent in order to increase the sensitivity of the titration end-points and for differential titrations. in potentiometric titration (method d), lnp in methanol was titrated against methanolic koh and it shows one of the carboxylic group is too weak to titrate quantitatively and at the same time corresponding peak was insignificantly small. ecl. quím., são paulo, 35 2: 7 14, 201010 artigo article o ho n nh2 hn oh o o fig. 1. structure of lisinopril therefore, the reaction stiochiometry of 1:1 was used for the calculation purpose. further, a potentiometric titrations was performed by varying the ratios of benzene-methanol as solvent and sodium methoxide as titrant and found that the peaks are rather broad and distorted. similarly, 5:1 benzene-methanol shows lot of fluctuations in the potential reading. method validation method validations are done according to the present ich guidelines [36]. selectivity the proposed methods were tested for selectivity by placebo blank and synthetic mixture analyses. a placebo blank containing talc (20 mg), starch (15 mg), lactose (5 mg), calcium carbonate (10 mg), calcium dihydrogenorthophosphate (10 mg), methyl cellulose (5 mg), sodium alginate (15 mg) and magnesium stearate (10 mg) was prepared, extracted with respective solvents mentioned under four different methods and solution made as described under “procedure for tablets”. a convenient aliquot of solution was subjected to analysis by titrimetry according to the recommended procedures. in all the cases, there was no measurable consumption of titrant suggesting the non-interference by the inactive ingredients. a separate experiment was performed with synthetic mixture. to the placebo blank of similar composition, 100 or 200 mg of lnp was added, homogenized and the solution of the synthetic mixture was prepared as done under “procedure for tablets”. ten ml of the resulting solution was assayed (n=5) which yielded a % recovery of 101.3±0.62 104±0.23. these results complement the findings of the placebo blank analysis with respect to selectivity. accuracy the accuracy of the proposed methods was determined by performing replicate determinations. the intra-day and inter-day variation in the analysis of lnp was measured at three different levels. the accuracy of an analytical method expresses the closeness between the reference value and the found value. accuracy was evaluated as percentage relative error between the measured and taken amounts/concentrations. the results of this study are compiled in table 1 and speak of the excellent accuracy of the results. precision the precision of the methods was evaluated in terms of intermediate precision (intra-day and inter-day). three different concentrations of lnp within the range in each method were analysed in seven replicates during the same day (intra-day precision) and five consecutive days (inter-day precision). the rsd values of intra-day and interday studies for lnp showed that the precision of the methods was good. ecl. quím., são paulo, 35 2: 7 14, 2010 11 artigo article table 1. evaluation of intra-day and inter-day accuracy and precision methods lnp taken, mg intra-day accuracy and precision inter-day accuracy and precision lnp found, mg re % rsd % lnp found, mg re % rsd % method a 2.0 2.04 2.0 0.50 2.05 2.5 1.90 10.0 10.16 1.6 0.12 10.18 1.8 2.10 20.0 20.21 1.0 1.0 20.30 1.5 2.00 method b 5.0 5.06 1.2 2.1 5.10 2.0 2.58 10.0 10.22 2.2 1.7 10.22 2.2 1.63 15.0 15.30 2.0 2.0 15.3 2.0 2.40 method c 3.0 3.01 0.3 0.3 3.07 2.3 1.56 6.0 6.10 1.7 0.12 6.06 1.0 2.00 9.0 9.05 0.6 0.2 9.20 2.2 2.10 method d 4.0 4.02 0.5 2.0 4.06 1.5 2.70 6.0 6.10 1.7 0.3 6.14 2.3 1.56 8.0 8.10 1.3 1.8 8.20 2.5 2.11 ruggedness method ruggedness was expressed as the rsd of the same procedure applied by four different analysts as well as using three different burettes. the inter-analyst rsd were within 1.1% whereas the inter-burettes rsd for the same lnp concentrations ranged from 2.54-3.14% suggesting that the developed method was rugged. application to tablet analysis commercial lnp tablets were analysed using the developed methods and also a literature method (8) (reference method). the method consisted of the measurement of the aborbance of the charge transfer complex formed between lnp and para-chloranilic acid in methanol medium at 525 nm. the results obtained were compared statistically by the student’s t-test and the variance-ratio f-test. the calculated tand fvalues did not exceed the tabulated values at the 95 % confidence level and for four degrees of freedom, indicating close similarity between the proposed methods and the reference method with respect accuracy and precision. these results are summarized in table. 2. ecl. quím., são paulo, 35 2: 7 14, 201012 artigo article table. 2. results of analysis of tablets by the proposed methods. tablets analysed** label claim, mg/tablet found* (percent label claim ±sd) reference method method a method b method c method d normoprila 2.5 98.64 ± 1.58 99.12 ± 1.22 t = 0.59 f= 2.77 98.44 ± 1.22 t = 0.23 f= 1.68 97.72 ± 1.92 t = 0.83 f= 1.48 99.06 ± 2.14 t = 0.36 f= 1.83 liprilb 5.0 100.5 ± 9.26 101.2 ± 1.74 t = 0.74 f= 1.91 100.1 ± 0.85 t = 0.59 f= 2.19 100.8 ± 0.64 t = 0.49 f= 3.88 99.42 ± 1.56 t = 1.21 f= 1.53 hiprilc 10.0 97.46 ± 1.76 98.58 ± 1.14 t = 1.22 f= 2.72 96.72 ± 1.36 t = 0.75 f= 1.67 97.72 ± 1.04 t = 0.52 f= 2.86 98.72 ± 1.42 t = 1.25 f= 1.54 *mean value of five determinations. **marketed by: a. micro carsyon, bangalore (india) b. torrent pharmaceuticals ltd. nalagarh (india) c. aristo pharmceuticals ltd. mumbai (india) tabulated t-value at 95% confidence level for four degree of freedom is 2.77. tabulated f-value at 95% confidence level for four degree of freedom is 6.39. recovery study to further ascertain the accuracy and reliability of the methods, recovery experiments were performed via standard-addition procedure. pre-analysed tablet powder was spiked with pure lnp at three different levels and the total was found by the proposed methods. each determination was repeated three times. the percent recovery of pure lnp added was within the permissible limits indicating the absence of inactive ingredients in the assay. table. 3. accuracy assessment by recovery experiments. tablets studied method a method b lnp in tablet, mg lnp in tablet, mg* pure lnp added, mg total found, mg pure lnp recovered*, percent± sd lnp in tablet, mg pure lnp added, mg total found, mg pure lnp recovered*, percent ± sd lipril 5.0 5.06 5.06 5.06 2.5 5.0 10.0 7.59 10.09 15.02 101.2 ± 1.64 100.6 ± 1.20 99.6 ± 1.56 5.01 5.01 5.01 2.5 5.0 10.0 7.55 10.00 15.04 101.6 ± 0.62 99.8 ± 1.06 100.3 ± 1.12 hipril 10.0 4.93 4.93 4.93 2.5 5.0 10.0 7.39 9.92 15.06 98.4 ± 1.76 99.8 ± 0.95 101.3 ± 1.26 4.84 4.84 4.84 2.5 5.0 10.0 7.27 9.77 14.37 97.2 ± 1.16 98.6 ± 1.05 95.3 ± 0.86 ecl. quím., são paulo, 35 2: 7 14, 2010 13 artigo article tablets studied method c method d lnp in tablet, mg pure lnp added, mg total found, mg pure lnp recovered*, percent ± sd lnp in tablet, mg pure lnp added, mg total found, mg pure lnp recovered*, percent ± sd lipril 4.00 4.00 4.00 2.0 4.0 6.0 6.03 8.14 10.13 101.5 ± 0.97 103.5 ± 1.26 102.2 ± 0.85 4.97 4.97 4.97 2.50 5.0 10.0 7.55 10.0 15.1 103.2 ± 1.75 100.6 ± 1.26 101.3 ± 1.6 hipril 3.92 3.92 3.92 2.0 4.0 6.0 5.84 7.85 9.78 96.0 ± 1.24 98.3 ± 1.52 97.2 ± 1.36 4.94 4.94 4.94 2.50 5.0 10.0 7.35 9.80 14.89 96.4 ± 0.96 97.2 ± 1.18 99.5 ± 1.46 *mean value of three determinations conclusion the proposed methods are selective as the drug contains amino and carboxylic acid groups, which preferentially get neutralized by acid and alkali, respectively. all the methods show no interference from the common excipients and additives. the statistical parameters and the recovery data reveal good accuracy and precision of the proposed methods. therefore, it is concluded that the proposed methods are simple and selective for the determination of lnp in pure form and commercial dosage forms. hence, the present approach encourages their successful use in routine analysis of the drug in quality control laboratories. acknowledgement the authors are grateful to cipla india ltd, mumbia, india, for providing the pure sample of lisinopril as gift. one of the authors (kt) thanks the authorities of the university of mysore, mysore, for permission and facilities. kalsang tharpa also gratefully acknowledges the financial help from the department of education, central tibetan administration of his holiness, the dalai lama. references parfitt, k. “the complete drug reference”.[1] (1999) 32nd ed. 898. the pharamaceutical press, martindalle, ma. the british pharmacopoeia, her majesty’s stationary [2] office, london, (1998) pp. 799. the us pharmacopoeia, 24[3] th revision, asian edition, united states pharmacopoeial convention, inc, twinbrook parkway, rockville, md, (2000), pp. 979 and pp. 2149. g. parashevas, j. atta-politou, m. koupparis, j. pharm. 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obtidos via internet marina c. dos santos 1 , wilsione j. carneiro¹ * ____________________________________________________________________________ resumo: o aciclovir é um fármaco análogo do nucleosídeo da guanosina que inibe a replicação viral através da interrupção da cadeia de dna com alta especificidade para os vírus do herpes. é necessário que consumidores de medicamentos antirretrovirais obtenham produtos confiáveis do mercado farmacêutico, e para isso, os ensaios analíticos contribuem para comprovar a sua qualidade durante o seu prazo de validade. este trabalho tem por objetivo realizar um estudo comparativo in vitro e avaliar a qualidade de comprimidos de aciclovir 200 mg disponíveis no mercado virtual. os métodos utilizados para realizar os testes de controle de qualidade físicoquímica de aspecto, doseamento, dissolução, desintegração, dureza, friabilidade, peso médio, umidade e uniformidade, seguiram as recomendações das literaturas. os resultados obtidos indicaram que as especialidades farmacêuticas cumpriram com seus parâmetros de qualidade, porém, apresentaram resultados de friabilidade, uniformidade e de teor de umidade próximos aos limites máximos preconizados pela farmacopeia brasileira, 5ª ed. diante disso, a avaliação da qualidade durante o prazo de validade dos produtos obtidos pela internet tem implicações na segurança e eficácia dos medicamentos, e isso deve ser considerado pelos profissionais de saúde para salvaguardar a terapêutica dos pacientes. palavras-chave: aciclovir, avaliação da qualidade, mercado virtual ____________________________________________________________________________ abstract: acyclovir is an analog of guanosine nucleoside drug which inhibits viral replication by interrupting dna chain with high specificity for the herpes virus. it is necessary that consumers of antiretroviral drugs obtain reliable products from pharmaceutical market, and for this, the analytical tests contribute to prove its quality during its shelf life. this work aims to carry out a comparative study in vitro and evaluate the quality of acyclovir 200 mg tablets available in the virtual market. the methods used to perform the physical-chemical quality control testing aspect, assay, dissolution, disintegration, hardness, friability, weight, humidity and uniformity followed the recommendations of the literature. the results indicated that the medicinal products have met with their quality parameters, but presented results of friability, uniformity and moisture content near the maximum limits recommended by the brazilian pharmacopoeia, 5th ed. therefore, the quality assessment over the shelf life of the products obtained via internet has implications for the safety and efficacy of the drugs, and this should be considered by health professionals to safeguard the treatment of patients. keywords: acyclovir, quality assessment, virtual market 1 instituto de ciências biológicas e da saúde faculdade de farmácia da universidade federal de mato grosso (ufmt) avenida valdon varjão, nº 6.390, cep: 78600-000, fone: (66) 3401-5317 barra do garças mato grosso/brasil. *e-mail: wilsione.carneiro@hotmail.com http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p43-53 eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 44 44 introdução o sucesso do tratamento antirretroviral veio com a descoberta do aciclovir (acv), um fármaco análogo do nucleosídeo da guanosina com alta especificidade para os vírus do herpes. sua força de atuação varia conforme o vírus e é mais ativo contra o vírus do herpes simples e menos ativo contra o vírus varicelazoster 1,2 . quando administrado por via oral, o medicamento com dosagens de 200 e 400 mg tem sua biodisponibilidade entre 10% a 30%, não sendo proporcional ao aumento da dose. sua distribuição é ampla pelos líquidos corporais com tempo de meiavida de 2,5 horas. seu metabolismo é feito pelas enzimas hepáticas do citocromo p450 e sua eliminação dá-se por excreção renal, principalmente por secreção tubular 1 . em razão de o brasil ser conhecido como um dos maiores vendedores virtuais e também produtores de medicamentos do mundo, é observado que o crescimento no consumo de medicamentos aumentou de forma significativa. diante disso, necessita-se de produtos confiáveis no mercado farmacêutico e de realização de ensaios analíticos que comprovem sua qualidade durante seu prazo de validade 3,6,10 . a qualidade de um produto é considerada como a soma de características e propriedades satisfatórias, a fim de atender as necessidades dos consumidores, com isso o controle da qualidade dos medicamentos na indústria farmacêutica é indispensável para sua comercialização. a qualidade de um medicamento é avaliada em diversas etapas, inicia-se na análise das matérias-primas, ocorre durante o processo produtivo, na obtenção do produto acabado e na sua comercialização 4-6 . muitos medicamentos são adquiridos via internet e transportados pelo sistema de transporte de encomendas para diferentes regiões do país. o processo de transporte inadequado pode ocasionar alteração na qualidade do produto que será entregue ao consumidor. no transporte das formas farmacêuticas pelo sistema de transporte de encomendas, esses produtos podem sofrer intensas variações climáticas e físicas, como alterações na temperatura, exposição à luz, umidade, fricção e atrito. essas variações contribuem para reduzir a qualidade do produto farmacêutico que será entregue ao consumidor 3,6,10 . é indispensável realizar estudos comparativos entre medicamentos genéricos e referência, uma vez que ensaios analíticos in vitro são determinantes para provar a semelhança entre os produtos 7 . realizar testes de controle de qualidade físico-química em medicamentos avalia se a forma farmacêutica atende as especificações estabelecidas pela farmacopeia brasileira ou por outros compêndios oficiais. se durante o estudo houver a reprovação em algum ensaio, é comprovado o comprometimento da qualidade do produto, o que comprometerá a segurança e a eficácia do medicamento 6,8 . diante do exposto, este trabalho tem por finalidade realizar ensaios comparativos in vitro e avaliar a qualidade físico-química de comprimidos dos medicamentos referência e genérico obtidos via internet, que contêm 200 mg do antirretroviral acv, por meio dos ensaios de aspecto, doseamento, dissolução, desintegração, dureza, espessura, diâmetro, friabilidade, peso médio, umidade e uniformidade. material e métodos amostras, substância química de referência e reagentes comprimidos de duas diferentes especialidades farmacêuticas denominados de a (medicamento referência) e b (medicamento genérico), contendo 200 mg de acv, foram adquiridos via internet de drogarias localizadas na cidade de são paulo – sp e transportados para a ufmt/cua – barra do garças – mt. foi utilizado como substância química de referência acv (sqr) produzido pela farmacopeia brasileira, lote: 1021. todos os reagentes empregados apresentaram grau analítico. equipamentos balança analisadora de umidade por infravermelho (gehaka, mod. iv2000), balança analítica (celtac, mod. fa2104n), desintegrador (nova ética, mod. 301ac/03), dissolutor (nova ética, mod. 299 6ts), durômetro manual (nova ética, mod. 298/dgp), espectrofotômetro (biospectro, mod. eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 45 45 sp 220), friabilômetro (nova ética, mod. 300/1), paquímetro 6” (zaas precision), sistema de purificação de água milli-q-plus (millipore) e ultrassom (unique, mod. usc – 2800). avaliação da qualidade dos comprimidos de aciclovir 200 mg este estudo comparativo in vitro que avalia a qualidade de comprimidos de acv 200 mg, obtidos via internet, seguiu os parâmetros estabelecidos pela farmacopeia brasileira, 5ª edição (volumes i e ii) e literaturas 1-28 . aspecto dos comprimidos foram analisados 10 (dez) comprimidos de forma aleatória, a fim de observar as seguintes características: cor, odor, presença ou ausência de logomarca, sulco e revestimento, assim como formato e integridade das especialidades farmacêuticas 9-11 . doseamento de aciclovir foram pesados 20 (vinte) comprimidos e em seguida pulverizados com auxílio de gral e pistilo. foi transferido 0,1 g de acv para balão volumétrico de 100,0 ml e adicionado 60 ml de hidróxido de sódio (naoh) 0,1 mol l -1 . após 15 minutos em ultrassom, o volume do balão volumétrico foi completado com o mesmo diluente (naoh 0,1 mol l -1 ), homogeneizado e filtrado. foram transferidos 15,0 ml da solução obtida para balão volumétrico de 100,0 ml, adicionou-se 50 ml de água purificada obtida por osmose reversa, 5,8 ml de ácido clorídrico (hcl) 2,0 mol l -1 , foi completado o volume com água purificada obtida por osmose reversa e em seguida homogeneizou-se a solução. em seguida, 5,0 ml foram transferidos para balão volumétrico de 50,0 ml e o volume foi completado com ácido acético 0,1 mol l -1 e homogeneizado. foi preparada uma solução contendo a sqr de acv na concentração de 0,0015%, utilizando os mesmos solventes. as amostras foram preparadas em triplicata e as leituras das absorbâncias das soluções resultantes foram medidas em cubetas de quartzo de 1 cm à temperatura ambiente (27 ± 1) ºc , no comprimento de onda de 255 nm. empregou-se hcl 0,1 mol l -1 para ajuste do zero 12 . o teor foi calculado com a equação 1: t = abamostra x 100 / absqr (equação 1) (equação 1) em que, t = teor; abamostra = leitura de absorbância obtida pela solução amostra; absqr = leitura de absorbância obtida pela solução que contém a substância química de referência de acv 10,12,15 . teste de dissolução para o teste de dissolução foi utilizado o equipamento dissolutor. foram analisados 6 comprimidos de acv de cada especialidade farmacêutica 12 . o meio de dissolução utilizado foi hcl 0,1 mol l -1 (900 ml) a uma temperatura de (37 ± 0,5) ºc, sob rotação de 50 rpm/min. após 45 minutos, foram retiradas alíquotas do meio de dissolução, que foram diluídas, quando necessário, com ácido clorídrico 0,1 mol l -1 , até concentração de 0,01 mg/ml. as leituras das absorbâncias foram medidas em 255 nm a temperatura ambiente (27 ± 1) ºc e foi utilizado o mesmo solvente para ajuste do zero. foi calculada a quantidade de acv dissolvido no meio, a partir da comparação das leituras obtidas para a solução que continha a substância química de referência, na concentração de 0,001% (m/v). a sqr foi solubilizada previamente em ácido clorídrico 0,1 mol l -110,12,13 . as amostras foram preparadas em duplicata. a quantidade de acv dissolvida foi calculada conforme demonstrado na equação 2. qdissolvido = abamostra x 100 / absqr (equação 2) em que, qdissolvido = quantidade dissolvida de acv dissolvido em hcl 0,1 mol l -1 em 45 min; abamostra = leitura de absorbância obtida pela solução amostra; absqr = leitura de absorbância obtida pela solução que contém a sqr 10,12,13 . de acordo com a farmacopeia brasileira, 5ª ed., não menos que 80 + 5% (qdissolvido) da quantidade declarada de acv devem se dissolver em 45 minutos para ser aprovado em primeiro estágio (e1) 12 . eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 46 46 tempo de desintegração para a realização deste ensaio foi necessária a utilização de aparelhagem específica, o desintegrador. este teste consiste na utilização de 6 comprimidos, colocados unitariamente em 6 tubos de uma cesta com fundo metálico, e sobre os comprimidos foi adicionado um disco de acrílico. após esse procedimento, a cesta foi submetida a movimentos suaves e verticais em solução aquosa a temperatura de (37 ± 1) ºc durante 30 minutos. ao final desse intervalo, foi avaliado o estado físico de cada comprimido 8,10,14 . cumprem o teste os comprimidos que não deixarem resíduos na tela metálica do aparelho, ou comprimidos que, quando transformados em pasta, apresentarem núcleo seco após ser palpável no tempo final de desintegração 10,14,15 . teste de dureza, espessura e diâmetro a determinação da dureza foi realizada no aparelho denominado durômetro. o ensaio foi procedido conforme as recomendações da farmacopeia brasileira 5ª ed., que preconiza a utilização de 10 comprimidos para que, individualmente, seja medida a força necessária para esmagá-los diametralmente, medida em newton (n). a espessura e o diâmetro desses comprimidos foram medidos de forma aleatória, em 10 (dez) unidades, e com a utilização de um paquímetro. os resultados encontrados são de caráter informativo 8,14 . teste de friabilidade para realizar a friabilidade (fr) foram pesados 20 (vinte) comprimidos de acv 200 mg e em seguida as unidades foram transferidas para um aparelho denominado friabilômetro. foram ajustadas as rotações por minuto e o tempo, de modo que ocorressem 100 rotações durante 4 minutos. após o teste, os comprimidos foram limpos e pesados novamente 8,12 . a fr é representada pela diferença entre a massa inicial (mi) e a massa final (mf) dos comprimidos, de acordo com a equação 3. fr = mi mf (equação 3) em que fr = friabilidade; mi = massa inicial dos comprimidos e mf = massa final dos comprimidos. o cálculo para obtenção da friabilidade em função da porcentagem de pó perdido (pp%) é determinado conforme equação 4. pp% = fr x 100 / mi (equação 4) em que, pp% = porcentagem de pó perdido durante o teste de friabilidade; fr = friabilidade e mi = massa inicial. para o lote ser considerado aprovado, o resultado obtido de pp% não deverá ultrapassar 1,5% do mi e ao finalizar o teste nenhum comprimido poderá ser encontrado lascado, quebrado, rachado ou partido 14,16 . determinação de peso médio neste ensaio foi determinada a massa separadamente de 20 (vinte) comprimidos em balança analítica. em seguida foi avaliada a variação percentual das massas das unidades em relação à massa média, conforme equação 5. pm = ʃ mi / n (equação 5) (equação 5) em que pm = peso médio; ʃ mi = soma das massas dos valores individuais e n = número de comprimidos avaliados 10,14 : foram calculados os limites de variação máximo e mínimo, segundo a equação 6. lv = v x 100/pm (equação 6) em que lv = limite de variação; v = massa unitária máxima e mínima encontrado no teste de peso médio e pm = peso médio. cumprem o teste os comprimidos que, preferencialmente, não ultrapassarem os limites superiores máximos e mínimos, conforme quadro 1. caso a massa individual esteja fora do especificado, tolera-se não mais que duas unidades e nenhuma unidade acima ou abaixo do dobro das porcentagens indicadas (quadro 1). eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 47 47 quadro 01: critérios de aceitação para o limite de variação para formas farmacêuticas sólidas por dose unitária em relação ao peso médio 14 formas farmacêuticas em dose unitária massa média limites de variação (lv)) comprimidos não revestidos ou revestidos com filme, comprimidos efervescentes, comprimidos sublinguais, comprimidos vaginais e pastilhas. ≤ 80 mg ± 10,0% > 80 mg e < 250 mg ±7,5% ≥ 250 mg ± 5,0% teste de verificação de umidade foi determinada na balança analisadora de umidade por infravermelho a porcentagem de água em 1,0 g de pó de comprimidos, previamente pulverizados no ensaio de doseamento. a amostra foi mantida no equipamento a uma temperatura de 105º c por 5 min, em seguida foi obtida a quantidade de água presente no pool analisado 17,18 . a umidade não deve ultrapassar 6,0%, conforme especificado pela monografia do produto 14 . teste de uniformidade para a determinação da uniformidade foi utilizado o método de variação de peso 14 . neste parâmetro é recomendado separar 30 unidades de cada especialidade farmacêutica e retirar, de maneira aleatória, 10 unidades para análise. os resultados individuais de uniformidade por peso deverão ser expressos em porcentagem da quantidade declarada pela equação 7. qu% = pu x t / pm (equação 7) (equação 7) em que qu% = quantidade de fármaco em cada unidade; pu = peso unitário dos comprimidos; t = teor obtido no teste de doseamento e pm = peso médio. para avaliação dos resultados de uniformidade por peso, foi calculado o valor de aceitação (va) de acordo com as equações descritas no quadro 2. cumpre o teste de uniformidade va inferior a 15 12,14 . quadro 2. equações para cálculo de va em testes de uniformidade 12,14 média dos conteúdos individuais obtidos no teste de uniformidade (x) cálculo do valor de aceitação (va) x < 98,5% va = 98,5 – x + 2,4 x dp 98,5 % ≤ x ≤ 101,5% va = 2,4 x dp x > 101,5% va = x – 101,5 + 2,4 x dp legenda: x = média dos conteúdos individuais obtidos no teste de uniformidade; va = valor de aceitação e dp: desvio padrão. resultados e discussão avaliar a qualidade de especialidades farmacêuticas durante o seu prazo de validade possibilita verificar se a forma farmacêutica produzida e dispensada à população cumpre com os critérios determinados na monografia do produto durante o seu período de comercialização 14,19 . a verificação do aspecto permitiu avaliar o formato da forma farmacêutica, a presença de sulco, assim como a coloração das unidades dos comprimidos. é preconizado na literatura que o medicamento genérico seja equivalente farmacêutico do medicamento referência, podendo apresentar aspectos distintos, desde que estes não alterem a biodisponibilidade do fármaco 14,19 . cor e formato são características que variam de um laboratório para o outro, pois são métodos adotados para facilitar o processo de produção, identificação do produto ou mesmo melhorar a estética dos comprimidos 14,19 . foi observado que os comprimidos em análise apresentavam aspectos diferentes. os medicamentos avaliados dispunham de aspecto uniforme e eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 48 48 mantiveram a sua integridade após a blistagem. os comprimidos a possuíam coloração branca, formato hexagonal e plano, com presença de logomarca, ausência de odor, sulco e revestimento. já os comprimidos b apresentavam cor azul, formato circular e abaulado, sem odor, ausência de sulco, logomarca e revestimento. a administração de um medicamento com concentração de fármaco inadequada acarreta em falha terapêutica e uma alta dosagem poderá ocasionar intoxicação, de qualquer forma, poderá comprometer a saúde do paciente. diante disso, é de extrema importância que o medicamento cumpra com as suas especificações de qualidade, durante e após o processo de produção, até o término do seu prazo de validade 14 . a monografia de acv comprimidos da farmacopeia brasileira, 5 ª ed., especifica que o teste de doseamento deverá apresentar no mínimo 95,0 % e no máximo 105,0% de fármaco em relação à quantidade declarada. os comprimidos a e b apresentaram teores de 101,9% e 98,5% respectivamente. ambos os produtos testados estão em conformidade com a especificação farmacopeica. ao se comparar os resultados obtidos neste ensaio é observado que os produtos analisados apresentaram valores de doseamento próximos, com uma diferença de dosagem menor que 2,0%. isso indica que a quantidade de fármaco disponível em ambas as especialidades farmacêuticas não possui diferença significativa 10,14 . é verificada a importância da realização do teste de doseamento, porque por meio desse ensaio é possível determinar a quantidade de fármaco presente nos comprimidos e avaliar se a especialidade farmacêutica cumpre com esse parâmetro de qualidade, uma vez que é possível encontrar no mercado farmacêutico medicamentos com critérios fora dos padrões estabelecidos para consumo 14,20 . o ensaio de dissolução possibilita a avaliação da liberação do fármaco pelas partículas desintegradas, sendo esse um dos ensaios mais relevantes para verificar a qualidade de um medicamento, uma vez que o processo de dissolução tem relação direta com a eficácia do produto nos ensaios “in vivo”. baseandose nessas informações, existe uma grande preocupação para que o produto esteja dentro dos padrões especificados na literatura 13,14,21 . foi avaliada, nas especialidades farmacêuticas a e b em estudo, a quantidade de acv dissolvido no meio de dissolução após tempo e rotação preconizados pela farmacopeia brasileira, 5ª ed. (45 minutos a 50 rpm). a quantidade de fármaco dissolvida em cada cuba está representada na tabela 1. especialidade farmacêutica quantidade de fármaco liberado (%) cuba 1 cuba 2 cuba 3 cuba 4 cuba 5 cuba 6 a 104,1 101,5 104,9 105,8 104,8 105,0 b 101,3 100,3 105,7 103,2 105,8 105,7 é especificado na literatura que serão aprovados em e1 medicamentos que apresentarem resultados maior ou igual a q + 5% em todas as unidades testadas, sendo q a quantidade do fármaco dissolvido indicada em sua monografia 14 . conforme demonstrado na tabela 1, todas as cubas analisadas estão aprovadas, porque apresentaram valores de liberação de acv acima de 80,0 + 5%. ao avaliar os resultados dos ensaios de dissolução de aciclovir para as formulações a e b é observado que os valores encontrados neste teste são maiores aos obtidos em doseamento. muitos fatores são responsáveis por favorecer a solubilização de fármacos, entre eles podemos destacar a temperatura. ao avaliar a técnica estabelecida pela farmacopeia brasileira, 5ª ed., para análise de doseamento de aciclovir, o método não estabelece a utilização de temperatura, o que pode reduzir a solubilização do fármaco no ensaio de teor. em 2015, azeem e colaboradores realizaram um estudo de dissolução e algumas amostras deste ensaio apresentaram liberação in vitro de fármaco superior aos resultados de eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 49 49 doseamento, isso também é observado no estudo de laporta e colaboradores em 2013 29,30 . a desintegração de comprimidos pode influenciar na atividade terapêutica, pois quando o comprimido não tem uma desintegração adequada, isso poderá reduzir a dissolução e absorção do fármaco. diante disso, a desintegração deve ocorrer de forma apropriada, transformando o comprimido em partículas menores, o que favorecerá a dissolução, absorção e biodisponibilidade do fármaco no organismo 6,15,21 . as amostras a e b desintegraram em tempo inferior a 30 minutos, que é o limite máximo preconizado para desintegração de comprimidos de liberação rápida sem revestimento 12 . as especialidades a e b desintegraram em 60 e 50 segundos respectivamente. a partir dos resultados é observado que os produtos submetidos ao teste estão em conformidade com o especificado, e não apresentaram diferenças significativas no tempo de desintegração. ao comparar o tempo máximo para desagregação dos comprimidos e os tempos atingidos nos ensaios, é verificado que ambos os produtos apresentaram uma desintegração relativamente rápida. essa rápida velocidade de desintegração pode ter sido influenciada por fatores como presença de superdesintegrantes nas formulações dos medicamentos, força de compressão, e até mesmo mau acondicionamento e transporte do produto 6,22 . em 2004, gennaro e colaboradores relataram que a agitação turbulenta na realização do teste de desintegração não condiz com o que ocorre no processo in vivo, e por isso, não é um bom indicador para avaliar a liberação do fármaco, não podendo relacionar o baixo tempo de desintegração com maior eficácia do medicamento. a dureza dos comprimidos determina a sua resistência mecânica. os comprimidos devem resistir aos atritos sofridos durante o processo de blistagem, quando são armazenados, transportados e também no manuseio antes da administração pelo usuário. embora um elevado grau de dureza traga os benefícios citados acima, se esta for alta, poderá influenciar na desintegração e dissolução dos comprimidos, o que comprometerá a biodisponibilidade do fármaco 21 . os comprimidos em estudo, a e b, apresentaram valores médios de resistência 82 n ± 13% e 70 n ± 8% respectivamente (tabela 2). a literatura não preconiza valores mínimos ou máximos para o ensaio de dureza, pois os caracteriza apenas como resultados informativos 12 . ao avaliar os comprimidos em suas embalagens primárias foi possível observar que não houve quebra ou ruptura de nenhuma unidade, isso também ocorreu após a retirada dos comprimidos do blíster. estas características indicaram que as amostras apresentaram dureza adequada, pois quanto maior o seu valor, menor a chance dos comprimidos sofrerem rupturas e/ou desgastes 8,14 . ao confrontar os resultados de dureza deste estudo com o ensaio de dissolução, é observado que o teste que avalia a resistência mecânica não influenciou de forma significativa na liberação do fármaco, pois ambas as especialidades farmacêuticas atingiram valores médios de liberação de acv próximos a 100,0% no tempo de dissolução (45 minutos) (tabela 1) 12,14 . para ensaios in vitro de formas farmacêuticas de liberação imediata são determinados valores de dissolução média de no mínimo 75,0% da substância ativa em até 45 minutos 24 . tabela 2. ensaios físicos dos comprimidos contendo 200 mg de aciclovir dos produtos a e b especialidade farmacêutica dureza n ± dpr diâmetro mm ± dpr espessura mm ± dpr friabilidade % peso média mg ± dpr a 82 ± 13 1,2 ± 0,0 0,37 ± 0,03 1,14 504,0 ± 0,6 b 70 ± 8 1,0 ± 0,0 0,48 ± 0,01 0,40 378,1 ± 1,2 eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 50 50 as amostras de acv a e b foram dimensionadas e apresentaram, respectivamente, valores de diâmetro de (1,2 ± 0,0) mm e (1,0 ± 0,0) mm e de espessura (0,37 ± 0,03) mm e (0,48 ± 0,01) mm (tabela 2). após análise dos resultados foi verificada uniformidade no formato das amostras de cada produto analisado, pois alterações significativas nos valores de espessura e diâmetro indicam possíveis desvios de peso nos comprimidos e nos resultados de dureza, o que poderia comprometer a qualidade do produto 25 . é determinado que o valor de friabilidade seja inferior a 1,5% e que nenhum comprimido apresente no final do teste danos como quebra ou rachadura. estas condições indicam que os produtos serão resistentes aos impactos da manipulação e do transporte 10,12 . os resultados descritos na tabela 2 demonstram que o medicamento a apresentou um valor de friabilidade maior (1,14%), quando comparado com b (0,40%). isso ocorreu em função do formato hexagonal do comprimido a, pois ao ser submetido ao teste suas bordas foram desgastadas pelo impacto, o que possibilitou aumentar a perda de pó da forma farmacêutica. após comparar neste estudo os resultados encontrados nos testes de resistência mecânica dos produtos adquiridos pela internet, foi possível observar que o transporte dos antirretrovirais, da cidade de são paulo – sp para a cidade de barra do garças – mt, não influenciou de maneira significativa nos valores de dureza e friabilidade, pois as amostras a e b cumpriram com suas especificações estabelecidas pela farmacopeia brasileira, 5ª ed. (tabela 2). o ensaio de peso médio é uma ferramenta importante para o controle de qualidade, pois se não houver coerência e uniformidade das massas individuais dos comprimidos com os parâmetros estabelecidos, o lote do produto deve ser reprovado 14,22 . em processos produtivos há uma dificuldade em manter constante a uniformidade de massa nas unidades produzidas, e é preferível a menor variação possível. pela literatura essa variação é aceita, desde que não ultrapasse os valores previamente estipulados pela monografia do produto, e quanto menor o grau de variação, melhor a sua uniformidade em relação à massa 14,22 . ao utilizar a ferramenta da qualidade gráfico controle é verificada a variação das massas individuais em ambos os produtos nota-se que nenhuma amostra ultrapassou os limites inferior (li) (a = 479 mg; b = 359 mg) e superior (ls) (a = 529 mg; b = 397 mg) (figura 1), e a maioria dos comprimidos apresentou massas próximas à massa média (a = 504,0 ± 0,6%; b = 378,1 ± 1,2%) (tabela 2). isso é observado principalmente para os comprimidos do medicamento a, o que indica que há um maior controle da massa durante a sua produção em relação ao medicamento b, pois o dpr encontrado em a (dpr = 0,61%) é menor quando comparado com b (dpr = 1,25%) (tabela 2). figura 1. gráfico de controle dos medicamentos a e b que avalia a massa individual de comprimidos de aciclovir 200 mg no ensaio de peso médio eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 51 51 para comprimidos com massa média acima de 250 mg é estabelecida uma variação entre as unidades de no máximo ± 5,0% e é tolerável não mais que duas e nenhuma unidade acima ou abaixo do dobro das porcentagens indicadas 12,14 . neste estudo, todas as amostras analisadas não ultrapassaram os li e ls (figura 1). é importante a avaliação e determinação da umidade em formas farmacêuticas sólidas, já que uma quantidade elevada de água influencia na contaminação microbiológica, favorece reações de oxidação ou hidrólise no fármaco e excipientes, formação de possíveis produtos de degradação tóxicos, o que poderá alterar a estabilidade e a ação terapêutica do medicamento 27 . após a realização do teste de umidade foram encontrados valores de 5,2% e 5,0% para os medicamentos a e b respectivamente. as amostras apresentaram resultados próximos ao limite máximo especificado pela farmacopeia brasileira, 5ª ed. (6,0%). esses altos índices de umidade nas especialidades farmacêuticas deste estudo podem comprometer a estabilidade do medicamento e possibilitar a formação de produtos de degradação e a contaminação microbiológica. esses fatores poderão ocasionar alterações no prazo de validade do produto acabado, comprometendo a qualidade do medicamento que está disponível no mercado nacional e virtual 3,27 . o transporte inadequado das formas farmacêuticas também pode ocasionar alteração na qualidade do produto que será entregue ao consumidor. pelo sistema de transporte de encomendas, esses produtos podem sofrer intensas variações climáticas e físicas, como alterações na temperatura, exposição à luz, umidade, fricção e atrito. estas variações contribuem para reduzir a qualidade do medicamento 6, 10 . o teste de uniformidade determina a quantidade de fármaco presente em cada conteúdo avaliado. nos lotes de medicamentos que cumprem com o especificado para esse teste, é observado que o processo de produção foi adequado e favoreceu a distribuição homogênea do fármaco nas unidades avaliadas 7,14,21 . foi avaliada a uniformidade por massa de 10 unidades de cada especialidade farmacêutica de antirretrovirais adquiridos via internet e encontraramse médias de 101,3% (desvio padrão (dp) = 2,52) e 98,77% (dp = 5,40%); com va de 6,05 e 12,96 para as amostras a e b respectivamente. os va foram calculados pela equação estabelecida pela farmacopeia brasileira, 5ª ed.; va = 2,4 x dp; porque a média dos conteúdos individuais (x) obtidos no teste de uniformidade para acv pelo teste de doseamento está entre 98,5% ≤ x ≤ 101,5%. as amostras analisadas cumprem com o teste de uniformidade, pois apresentaram va inferior ao estabelecido pela literatura (va ≤ 15) 12 . é importante avaliar a uniformidade das unidades dos medicamentos comercializados, uma vez que é necessário que a quantidade de fármaco esteja o mais próximo do valor declarado, porque isso irá garantir uma administração com dose adequada e será obtida uma melhor ação terapêutica ao paciente 28 . conclusões consumidores que pretendem utilizar aciclovir no tratamento podem obtê-lo pela internet e com pouca dificuldade. os resultados encontrados neste trabalho indicaram que as especialidades farmacêuticas cumpriram com seus parâmetros de qualidade, porém, apresentaram resultados de friabilidade para a (1,14%), uniformidade para b (va = 12,96) e umidade para a e b (5,2% e 5,0% respectivamente) próximos aos limites máximos estabelecidos pela farmacopeia brasileira, 5ª ed. diante disso, a avaliação físico-química durante o prazo de validade das formas farmacêuticas tem implicações para a qualidade e segurança dos medicamentos, e isso deve ser considerado pelos profissionais de saúde para salvaguardar a terapêutica dos pacientes e inspecionar os produtos disponíveis no mercado farmacêutico. agradecimentos ao laboratório de análise e produção farmacêutica (lappharma) da universidade federal de mato grosso – câmpus universitário araguaia. eclética química journal, vol. 41, 43-53, 2016. 52 52 referências [1] l. l. brunton, b. a .chabner, b. c. knollmann, as bases farmacológicas da terapêutica de goodman & gilman, amgh editora ltda, porto alegre, 12ª ed.:, (2012). 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forms k. basavaiah* , b.c. somashekar department of chemistry, university of mysore, manasagangotri, mysore-570006, india e-mail address: * basavaiahk@yahoo.co.in abstract: two simple, rapid and cost-effective methods based on titrimetric and spectrophotometric techniques are described for the assay of rnh in bulk drug and in dosage forms using silver nitrate, mercury(ii)thiocyanate and iron(iii)nitrate as reagents. in titrimetry, an aqueous solution of rnh is treated with measured excess of silver nitrate in hno3 medium, followed by determination of unreacted silver nitrate by volhard method using iron(iii) alum indicator. spectrophotometric method involve the addition a known excess of mercury(ii)thiocyanate and iron(iii)nitrate to rnh, followed by the measurement of the absorbance of iron(iii)thiocyante complex at 470 nm. titrimetric method is applicable over 4-30 mg range and the reaction stoichiometry is found to be 1:1 (rnh: agno3). in the spectrophotometric method, the absorbance is found to increase linearly with concentration of rnh which is corroborated by the correlation coefficient of 0.9959. the system obey beer’s law for 5-70 µg ml-1. the calculated apparent molar absorptivity and sandell sensitivity values are found to be 3.27 × 103 l mol-1 cm-1, 0.107 µg cm-2 respectively. the limits of detection and quantification are also reported for the spectrophotometric method. intra-day and inter-day precision and accuracy of the methods were evaluated as per ich guidelines. the methods were successfully applied to the assay of rnh in formulations and the results were compared with those of a reference method by applying student’s t and f-tests. no interference was observed from common pharmaceutical excipients. the accuracy of the methods was further ascertained by performing recovery tests by standard addition method. keywords: ranitidine; assay; silver nitrate; pharmaceuticals; spectrophotometry; titrimetry. figure 1. structure of drug phy[11], capillary electrophoresis[12], liquid chromatography[13], high performance liquid chromatography [14-18] and kinetic spectrophotometry[19] have been reported for the determination of rnh in pharmaceuticals. these techniques require sophisticated instruments and expensive reagents and involve several manipulation steps. literature survey revealed that the only titrimetric method[20] reported for rnh requires 300 mg of drug for each titration. there are several reports of the determination of rnh by spectrophotometry involving the use of folin-ciocalteu 20 ecl. quím., são paulo, 32(1): 19-26, 2007 reagent[21], azine[22] and other[23] dyes, 3methyl-2-benzothiazoline hydrazone-iron (iii)[24], 7, 7, 8, 8 tetracyanoquinodimethane[25], 2, 6dichloroquinone chlorimide[26], sodium nitrite[27], rose bengal[28], bromothymol blue[29], iodine21ecl. quím., são paulo, 32(1): 19-26, 2007 starch[30] and iodate-dichlorofluorescein[31]. these methods are based on redox, coupling, charge-transfer complexation, nitrosation and ionpair complexation reactions. however, the reported spectrophotometric methods suffer from one or the disadvantage such as poor sensitivity, a complicated and time consuming procedure, heating or extraction step or the need for expensive or undesirable chemicals (table 1). in this communication, we demonstrate the use of titrimetric and spectrophotometric techniques for the determination of rnh. these would overcome the problems encountered in the methods previously mentioned. the titrimetric method involves the addition of measure excess of silver nitrate to rnh in nitric acid medium and back titrating the unreacted silver nitrate with ammonium thiocyanate in the presence of iron(iii) alum as the indicator. the spectrophotometric method is based on the displacement of thiocyanate from mercury(ii)thiocyanate by the dissociated chloride ion of rnh and liberated thiocyanate reacts with iron(iii) to form red colored complex and measurement of complex at 470 nm. experimental details apparatus a systronics model 106 digital spectrophotometer with 1-cm matched quartz cells was used for all absorbance measurements. reagents and materials all chemicals used were of analytical grade. double distilled water, second time distilled over alkaline potassium permanganate was used throughout. silver nitrate solution. an approximately 0.01 mol l-1 silver nitrate solution was prepared by dissolving about 0.42 g of agno3 (sarabhai chemicals, vadodara) in water and diluting to volume in a 250 ml standard flask. the solution was standardized against sodium chloride[32]. the solution was stored in amber colored bottle and kept in dark untill use. working solutions were prepared by appropriate dilution when required. ammonium thiocyanate solution.an approximately 0.01 mol l-1 ammonium thiocyanate solution was prepared by dissolving about 0.38 g of chemical (ranbaxy chemicals, new delhi, india) in water and diluting to 500 ml in a volumetric flask, and standardized by volhard method[32] and used in titrimetric analysis. iron(iii) indicator.prepared by dissolving about 10 g of ferric ammonium sulphate in 100 ml of 1:1 nitric acid and boiling the solution till the oxides of nitrogen were expelled. iron (iii) nitrate reagent. prepared by dissolving 15.1 g of chemical (bdh) in 45 ml of 72% perchloric acid and diluting to 100 ml with water. this solution was 0.375 mol l-1 in iron (iii) and 5.25 mol l-1 in perchloric acid, and used in spectrophotometric study. mercury(ii)thiocyanate solution. a saturated solution of mercury(ii) thiocayanate solution (loba chemie, mumbai) in methanol was prepared in the usual way. chloride free nitrobenzene was used for titrimetric work. 1:1 nitric acid. a 1:1 nitric acid (s.d. fine chem. boisar. india) was prepared by diluting nitric acid with equal volume of water. standard rnh solution. pharmaceutical grade rnh reported to be 99.8% pure was received from glaxo smithkline pharmaceuticals ltd., nasik, india as gift and was used as received. a stock standard solution of rnh containing 2 mg ml-1 was prepared by dissolving 500 mg of sample in water and diluting to 250 ml in a volumetric flask. for spectrophotometric work this concentration was diluted stepwise to get a working solution of 200 µg ml-1. sample solution. aquantity of finely ground tablet powder or an aliquot of injection solution equivalent to 200 mg of rnh was accurately transferred into a 100 ml calibrated flask, 60 ml of water added and shaken for 20 min. then the volume was made up to the mark with water, mixed well, and filtered using a whatman no 42 filter paper. first 10 ml portion of the filtrate was discarded and a suitable aliquot of the subsequent portion (2 mg ml-1 rnh) was taken for assay by titrimetric procedure. the filtrate(tablet extract/injection) was diluted appropriately to get 200 µg ml-1 solutions for spectrophotometric determination. dosage forms. the fallowing dosage forms were purchased from local commercial sources and subjected to analysis. zintac tablets (300 mg) and ranitidine injections (25 mg) both from torrent pharmaceuticals, ltd., india, and aciloc tablets (150 mg) and injections (25 mg) from glaxo smithkline pharma. ltd., india. its chloride content. the present work deals with the determination of rnh by two methods. in titrimetry, the drug was determined by measuring its chloride content by volhard method[32]. the spectrophotometric procedure involves the reaction of chloride with mercury (ii) thiocyanate to form soluble mercury(ii)chloride with the liberation of thiocyanate ions which then react with iron (iii) to form the familiar red colour which can be measured at 470 nm. method development titrimetry volhard method has been used for the indirect determination of chloride in diverse matrices including pharmaceuticals[33,34]. in the present method, a known excess of standard silver nitrate solution is added to the drug solution and the excess back titrated with standard thiocyanate solution using iron(iii) as indicator and in the presence of nitrobenzene. rnh in aqueous solution ionizes to give the protonated drug moiety and chloride ion, the latter being reacted with ag+ as follows: iron (iii) serves as the indicator imparting a red color to the solution to the first excess of thiocyanate ion: a 0.5 ml of indicator solution and 2 ml of 1:1 nitric acid in a total volume of about 30 ml gave satisfactory results. agcl is more soluble than agscn and hence leads to low values of chloride analysis and drug recovery. this source of error is circumvented by the addition of 2 ml of nitrobenzene and shaking the reaction mixture thoroughly before the back titration of the residual silver nitrate[35]. the calculated molar ratio of 1:1 between rnh and agno3 is consistent with the reaction scheme shown above and was used for calculations. spectrophotometry there are several reports on the spectrophotometric determination of chloride in various matrices[36-40]. one of the most widely used methods for the determination of chloride at low procedures titrimetry.an aliquot measuring 15 ml of standard solution containing 4-30 mg rnh was measured accurately into a 100 ml erlenmeyer flask and acidified with 2 ml of 1:1 nitric acid. then, 10 ml of 0.01 mol l-1 silver nitrate was introduced by means of a pipette and shaken thoroughly for a min. finally, 2 ml of nitrobenzene were added and shaken vigorously until the silver chloride was coagulated; 0.5 ml of iron(iii) alum indicator was added and the residual silver nitrate was titrated with standard 0.01 mol l-1 ammonium thiocyanate solution to a permanent red color end-point. ablank was run in the same way. the drug content was calculated using the formula (b-s) r mw n where b is the volume of thiocyanate consumed in the blank titration, s is the volume of thiocyanate consumed in the test sample titration, r is the molarity of thiocyanate solution, mw is the relative molecular mass of drug and ‘n’ is the number of moles of silver nitrate reacting with one mole of drug. spectrophotometry. into a series of 10 ml standard flasks were transferred 0,0.25, 0.5, 1.0, ……3.5 ml of 200 µg ml-1 of rnh solution by means of a microburette; 2 ml of mercury(ii) thiocyanate solution and 1 ml of iron (iii) nitrate reagent were added and diluted to volume with water. the solution was mixed well and absorbance measured against the reagent blank at 470 nm after 10 nm. the increase in absorbance was plotted against the rnh concentration. the concentration of the unknown was read from the calibration graph or computed from the linear regression equation. convenient aliquot of tablet/injection solutions (2 mg ml-1 for titrimetry and 200 µg ml-1 for spectrophotometry were subjected to analysis by the above procedures. results and discussions majority of the pharmaceutically important organic compounds are prepared as hydrochlorides and some have been assayed by determining their chloride content. no literature reports were found describing the assay of rnh via determination of 22 ecl. quím., são paulo, 32(1): 19-26, 2007 levels consists of spectrophotometric measurement at 470 nm of the coloured iron (iii) thiocyanate complex[36-40]. in the proposed method, the dissociated chloride of rnh displace thiocyanate from mercury(ii)thiocyanate and the liberated thiocyanate reacts with iron(iii) to form red coloured complex fescn2+ which is measured at 470 nm. the essential reaction involved are: the absorbance of the coloured complex measured is a quantitative measure of the concentration of rnh. the wavelength of maximum absorption was found at 470 nm which is in agreement with the earlier observations in perchloric acid medium [36,37]. the linear increase in absorbance at 470 nm with increase in rnh concentration showed that the protonated drug moiety, rnh+ had no effect on the complex formation and its colour stability. since the method is essentially the measurement of iron (iii) thiocyanate complex, different variables like the kind of acid, source of iron (iii), excess of thiocyanate and contact time which influence the colour intensity and the stability were optimised. the effect of varying concentrations of hno3, hclo4 and h2so4 on the absorbance was studied. hno3, hclo4 gave similar sensitivities while the use of h2so4 led to a much lower sensitivity. perchloric acid was chosen as the reaction medium in preference to nitric acid for lower blank absorbance, and because low and erratic results were obtained with nitric acid. the effective perchloric acid concentration employed was about 0.5 mol l-1. different sources of iron (iii) may be used, such as iron(iii) nitrate[37], iron (iii) ammonium sulphate[39] perchlorate[36]. iron(iii)nitrate was preferred to the other iron (iii) salts, because the procedure using iron (iii) nitrate was found to be more sensitive and more linear than that using iron (iii) ammonium sulphate and because of high chloride content of iron (iii) perchlorate. one milliliter of iron (iii) nitrate solution in a total volume of 10 ml was found adequate. higher concentrations were found to increase the absorbance only slightly but larger blanks were obtained. with increasing concentrations of mercury (ii)thiocyanate, increase in absorbance was only marginal. two ml of reagent solution in a total volume of 10 ml was found sufficient. different solvents such as ethanol[37], methanol[40] and water[36] have been used to prepare mercury(ii)thiocyanate reagent. high sensitivity was obtained when methanolic solution was used. moreover, large amounts of ethanol are reported to bleach the iron(iii)thiocyanate complex[36]. the reaction is fast and colour development is considered complete in 5 min at room temperature (30±2oc). the colour remained stable up to 6 h. method validation quantitative parameters titrimetry was found applicable in the range 4-30 mg, outside which the results were not satisfactory. the relationship between the titration end-point obtained by the proposed titrimetric method and the drug amount was examined. the linearity between the amount of drug and titration end-point is apparent form the calculated best-fit line via linear least squares treatment. the calculated value of r(0.9974) shows that the reaction between agno3 and rnh proceeds stoichiometrically in the ratio 1:1. under the described experimental conditions, a linear correlation was obtained between absorbance (a) and the concentration (c) of rnh over the range 5-70 µg ml-1. the linear regression equation was: a = 0.0046 + 0.0091 c (r=0.9959) the apparent molar absorptivity and sandell’s sensitivity were 3.27 x 103 l mol-1.cm and 0.107 µg cm-2, respectively. the limits of detection (lod) and quantification (loq) were calculated according to the current ich guidelines (41) using the fallowing formulae: where σ is the standard deviation of seven reagent blank determinations and s is the slope of the calibration curve. the calculated lod and loq were found to be 0.86 and 2.61 µg ml-1, respectively. 23ecl. quím., são paulo, 32(1): 19-26, 2007 accuracy and precision the accuracy of the methods was evaluated by analyzing the pure drug at different levels and the precision was established by determining the relative standard deviation of seven replicate analysis on the same solution containing three different levels of the drug. the percentage recovery, the rsd and the range of error (%) at 95% confidence level indicate the reasonable accuracy and precision of the methods. the values of between-day rsd for three different concentrations of drug, obtained from determinations carried out over a period of five days were between 2.5-4.0% indicating the reasonable repeatability of the methods (table 2). the ruggedness/robustness of the methods was assessed by calculating the rsd for results obtained by performing the analysis using three different instruments and by three different persons. the inter-instrumental rsd values were in the range of 3.5 – 5.5 whereas the inter-personal rsd values varied from 2.6-4.2 (n= 3 in both instances) for three concentrations employed for accuracy and intra-day precision studies. interferences bromide ion interferes in any quantity. higher concentration of sulphates and phosphates bleach the colour of iron (iii) thiocyanate complex. large amounts of ethyl and isopropyl alcohols are reported to impart a yellowish brown colour to the complex. but none of the above substances is present in either the reagents employed or the formulations analysed, and hence the methods are devoid of error due to them. application to analysis of tablets and injections the proposed methods were applied to the determination of rnh in tablets and injections. the results presented in table 3 indicate that excipients present in formulations do not interfere with the visual end-point detection and spectrophotometric measurement of iron(iii)thiocyanate complex. the same batch of tablets were also assayed by a reference method[2] which consisted of the measurement of the absorbance of the tablet extract or injection solution in 0.1 mol l-1 hydrochloric acid at 225 nm, and statistical analysis (tand f-test) of the results obtained by the proposed methods and the reference method showed no significant difference in the performance of the two methods. recovery study to confirm the accuracy and reliability of the methods recovery test was performed via standard-addition procedure. pre-analysed tablet powder/injection solution containing a known and definite amount of rnh was spiked with pure drug at three levels and the total was found by the proposed methods. the percent recovery of added pure drug which lies between 98.2 and 103.6 (table 4) reveals that the procedures are free from interference from usual tablet excipients like talc, starch, state, alginate, gumacacia, calcium gluconate, sucrose, etc. conclusions the method using agno3 is indirect and is based on the determination of the chloride of 24 ecl. quím., são paulo, 32(1): 19-26, 2007 25ecl. quím., são paulo, 32(1): 19-26, 2007 the dissociated rnh in solution. the method is rapid, covers a wide range(4-30 mg) of determination and employed unreduced rnh for assay. the spectrophotometric method is reasonably sensitive(∈ = 3.27 × 103 l mol-1cm-1) but uses a novel reaction. applicable over a wide linear dynamic concentration range, it involves the measurement of highly coloured species which can be regarded as an additional advantage. the titrimetric method calls for exercising care while handling nitrobenzene which is appreciably toxic. similar care is needed when mercury(ii) thiocyanate is used in the spectrophotometric method. but, both methods are free from interference from concomitant substances. however, the serious limitations of both procedures is the lack of specificity, since the methods can be used only when it is absolutely certain that all the chloride ion being determined comes from rnh in question. the applications of these methods are usually restricted to quality control procedures and to the analysis of solution and tablets containing no interfering chloride. acknowledgements the authors express their gratitude to the quality control manager, glaxo smithkline pharmaceuticals, nasik, india, for providing pure ranitidine as gift. one of the authors (bcs) thanks the authorities of the university of mysore, mysore, for research facilities. received 25 september 2006. accepted 07 february 2007. references [1] j.f.e. reynolds, a. martizdale, in: the extra pharmacopoeia, the pharmaceutical press, london, 31st ed.,1996, pp. 1231. 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3-methoxybenzoate; characterization; thermal behaviour. introduction benzoic acid and some of their derivatives have been used as conservant, catalyst precursors, in pharmaceutical industries, beyond other applications. the literature shows that the compounds of rare earth acid d-block elements with benzoic acid and some of its derivatives have been investigated in aqueous and in the solid state. in aqueous solutions, the works reported the thermodynamics of complexation; spectroscopy study; influence of ph; surfactant and synergic agent on the luminescent properties; crystal structure, photophysical and magnetic properties [1-5]. in the solid state, the works reported the thermal and spectral behaviour on solid compounds of benzoates and its derivatives with rare earth elements [6-12]; the vibrational and electronic spectroscopy study of lanthanides and effect of sodium on the aromatic system of benzoic acid [13-14]; the reaction of divalent cooper, cobalt and nickel with 3-hydroxy-4-methoxy and 3methoxy-4-hydroxybenzoic acid and a structure for these compounds has been proposed on the basis of spectroscopy and thermogravimetric data [15]. the thermal decomposition of thorium salts of benzoic acid 4-methoxybenzoic acids in air atmosphere [16] and thermal behaviour of solid state 4-methoxy; 3-methoxy; 2-methoxybenzoates and benzoate of some bivalent transition metal ions have also been described [17-20]. in this work the 3-methoxybenzoates of lighter trivalent lanthanides (la-sm) were synthesized and characterized by x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, thermogravimetry (tg), differential scanning calorimetry (dsc) and complexometry. the 3-methoxybenzoic acid (3-meo-hbz) 99% was obtained from aldrich. aqueous solution of na-3-meo-bz 0.1 mol l-1 was prepared from aqueous 3-meo-hbz suspension by adding sodium hydroxide solution 2.5 mol l-1 up to near total neutralization, followed by naoh solution 0.1 mol l-1 up to ph = 8.7. lanthanide chlorides were prepared from the corresponding metal oxides (except for cerium) by treatment with hydrochloric acid solution. the resulting solutions were evaporated to near dryness, the residues were again dissolved in distilled water, transferred to a volumetric flask and diluted in order to obtain ca. 0.1 mol l-1 solutions, whose ph were adjusted to 5.5 by adding diluted sodium hydroxide or hydrochloric acid solutions. cerium (iii) was used as its nitrate and ca 0.1 mol lexperimental details ecl. quím., são paulo, 32(2): 17-21, 2007 volume 32, número 2, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0117 18 1 aqueous solution of this ion was prepared by direct weighing of the salt. the solid state compounds were prepared by adding slowly, under continuous stirring, the solution of the ligand to the respective metal chloride or nitrate solutions, until total precipitation of the metal ions. the precipitates were washed with distilled water until elimination of the chloride (or nitrate) ions, filtered through and dried on whatman nº 42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. in the solid state compounds, ligand and metal ion contents were determined from tg curves. the metal ions were also determined by complexometric titrations with standard edta solution, using xylenol orange as indicador [2122]. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-5000 x-ray diffractometer employing cu ka radiation (l = 1.541 å) and setting of 40 kv and 20 ma. infrared spectra for na-3-meo-bz as well as for its metal ion compounds were run on a nicolet model impact 400 ft-ir instrument, within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pallets. results and discussion the analytical and thermoanalytical (tg) results are shown in table 1. these results establish the stoichiometry of these compounds, which are in agreement with the general formula, ln (3-meo-bz) 3 .nh 2 o, where ln represents lighter trivalent lanthanides (la-sm), 3-meo-bz is 3methoxybenzoate and n = 2 (la, pr, nd, sm) , 2.5 (ce). the dsc curves were obtained with a thermal analysis system model dscq10 from ta instruments. the purge gas was an air flow of 50 ml min-1. a heating rate was 20 ºc min-1 was adopted with samples weighing about 5 mg. aluminium crucibles with perforated cover were used for recording the dsc curves. the tg curves were obtained by using a mettler ta-4000 thermal analysis system, with air flowing at 100 ml min-1, a heating rate of 20 ºc min1 and with samples weighing about 7 mg. an alumina crucible was used to obtain the tg curve. table1.analytical and thermoanalytical (tg) data of the compounds. l means 3-metoxybenzoate metal (%) loss (%) water (%) compound calcd. tg edta calcd. tg calcd. tg residue la(l)3.2h2o 22.11 21.98 22.67 68.34 68.38 5.74 5.93 la2o3 ce(l)3.2.5h2o 21.94 21.99 22.05 65.99 66.25 7.05 6.71 ceo2 pr(l)3.2h2o 22.35 22.30 21.63 67.28 67.02 5.72 6.12 pr6o11 nd(l)3.2h2o 22.76 22.76 22.90 67.77 67.63 5.69 5.95 nd2o3 sm(l)3.2h2o 23.50 24.10 24.31 67.12 67.07 5.63 5.17 sm2o3 figure 1: x-ray powder diffraction patterns of the compounds: (a) la(l)3.2h2o, (b) ce(l)3.2.5h2o, (c) pr(l)3.2h2o, (d) nd(l)3.2h2o and (e) sm(l)3.2h2o. (l=3-methoxybenzoate). 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 ( a ) 2 ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) ecl. quím., são paulo, 32(2): 17-21, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0118 19 infrared spectroscopic data on 3methoxybenzoate sodium salt and its compounds with ligther trivalent lanthanides are shown in table 2. the investigation was focused mainly within the 1700-1400 cm-1 range, because this region is potencially most informative to assign coordination sites. in the sodium 3methoxybenzoate, strong bands located at 1568 cm-1and 1400 cm-1 are attributed to the anti– symmetrical and symmetrical frequencies of the carboxylate groups, respectively [23,24]. in the compounds considered in this work, analysis of the frequencies of the n as and n sym (coo-) bands shows that the lanthanides are linked to the carboxylate group by a bidentate bond with an incomplete equalization of bond lengths in the carboxylate anion; this is in agreement with the literature [5,11-13]. table 2. spectroscopic data for sodium 3-methoxybenzoate and compounds with lighter trivalent lanthanides. compound (o–h) h2o (cm-1) as(coo-) (cm-1) sym(coo-) (cm-1) ( assym) (cm-1) na(3-meo-bz) 1568s 1402s 168 la(3-meo-bz)3.2h2o 3487 br 1529s 1406s 123 ce(3-meobz)3.2.5h2o 3492 br 1525s 1400s 125 pr(3-meo-bz)3.2h2o 3489 br 1529s 1406s 123 nd(3-meo-bz)3.2h2o 3501br 1529s 1409s 120 sm(3-meobz)3.2h2o 3510 br 1529s 1409s 120 br: broad; s = strong; 3-meo-bz = 3-metoxybenzoate (o–h): hydroxyl group stretching frequency; sym(coo-) and as(coo-) = symmetrical and antisymmetrical vibrations of the coostructure. the tg curves of the compounds are shown in fig. 2. these curves show mass losses in two (ce), three (pr, sm) or four (la, nd) steps. in all the tg curves, the first mass loss between 50 and 100 ºc is attributed to dehydration, which occurs in a single step. once dehydrated, the anhydrous compounds are stable up to 270 ºc (ce), 330 ºc (la, nd, sm) and 355 ºc (pr) and above these temperatures the tg curves show that the thermal decomposition is characteristic for each compound. for the lanthanum compound, fig. 2 (a) the first mass loss is due to dehydration, with loss of 2 h 2 o (calcd. = 5.74 %, tg = 5.93 %). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in three steps between 330 and 750 ºc, with the two first ones a fast processes and losses of 29.46 and 28.90 %, respectively. in the last step the mass loss occurs through a slow process with formation of lanthanum oxide, la 2 o 3 as final residue. for the cerium compound, fig. 2 (b) the first mass loss is due to dehydration with loss of 2.5 h 2 o (calcd. = 7.05 %, tg = 6.71 %). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in a single step between 270 and 570 ºc, with loss of 66.25 %. the lower thermal stability of the cerium compound, as compared with the other compounds is undoubtedly related to the exothermic oxidation ecl. quím., são paulo, 32(2): 17-21, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0119 20 reaction that results in the formation of cerium (iv) oxide. in the praseodymium compound, fig. 2 (c) the first mass loss is due to the dehydration with loss of 2 h 2 o (calcd. = 5.72 %, tg = 6.12 %). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 355 ºc and 720 ºc. the mass loss up to 440 ºc occurs through a fast process followed by a slow one with losses of 29.36 and 37.66 %, respectively and with formation of praseodymium oxide, pr 6 o 11 as final residue. figure 2: tg curves of the compounds: (a) la(l)3.2h2o (m = 7.090 mg), (b) ce(l)3.2.5h2o (m = 7.020 mg), (c) pr(l)3.2h2o (m = 6.780 mg), (d) nd(l)3.2h2o (m = 6.960 mg) and (e) sm(l)3.2h2o (m = 7.030 mg). heating rate: 20º min-1; air flow: 100 ml min-1. l= 3-methoxybenzoate. 200 400 600 800 1000 (a) tg (b) (c) (d) (e) temperature / (ºc) m 1 mg in the neodymium compound, fig. 2 (d) the first mass loss is attributed to dehydration with loss of 2 h 2 o (calcd. = 5.69 %, tg = 5.95 %). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in three steps between 330 and 655 ºc. the first mass loss up to 440 ºc, also occurs through a fast process, followed by two slow processes with losses of 60.54, 6.00 and 1.09 %, respectively resulting in the formation of neodymium oxide, nd 2 o 3 , as final residue. for the samarium compound, fig. 2 (e) the first mass loss is due to dehydration with loss of 2 h 2 o (calcd. = 5.63 %, tg = 5.17 %). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 330 and 620 ºc. the first mass loss up to 435 ºc occurs through a fast process followed by a slow process with losses of 61.70 and 5.37 %, respectively, leading to formation of samarium oxide, sm 2 o 3 as final residue. the dsc curves of the compounds are shown in fig. 3. these curves show endothermic and exothermic events that are in agreement with the mass losses observed in the tg curves and endothermic peaks due to crystalline phase transition. the endothermic peak at 115 ºc (la), 117 ºc (ce), 107 ºc (pr), 114 ºc (nd) and 106 ºc (sm) is due to dehydration. the dehydration enthalpies found for the lanthanum to samarium compounds were: 112.2, 105.4, 106.8, 95.5 and 93.3 kj mol-1. 0 100 200 300 400 500 600 dsc (a) (b) (c) (d) exo up (e) temperature / (ºc) d q /d t figure 3: dsc curves of the compounds: (a) la(l)3.2h2o (m = 4.906 mg), (b) ce(l)3.2.5h2o (m = 5.091 mg), (c) pr(l)3.2h2o (m = 5.227 mg), (d) nd(l)3.2h2o ( m = 5.052 mg) and (e) sm(l)3.2h2o (m = 5.255 mg). heating rate: 20 º min-1; air flow: 50 mlmin-1. l= 3-methoxybenzoate. 4 w the broad exothermic event observed for all compounds, except the cerium, between 325 and temperature higher than 600 ºc without the appearance of definitive peaks are due to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of the organic matter takes place in consecutive and/or overlapping steps. for the cerium compound the exothermic event between 225 and temperature higher than 600 ºc, ecl. quím., são paulo, 32(2): 17-21, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0120 21 the oxidation of the organic matter takes place in a single step. the endothermic peak at 190 ºc (la), 193 ºc (ce), 193 ºc (pr), 205 ºc (nd) and 201 ºc (sm) are due to crystalline phase transition. the crystalline phase transition enthalpies found for the lanthanum to samarium compounds were: 14.9, 22.1, 23.8, 23.8 and 24.4 kj mol-1 respectively. conclusion from analytical and thermoanalytical (tg) results a general formula could be established for these compounds in the solid state. the x-ray powder patterns pointed out that the synthesized compounds have a crystalline structure without evidence for formation of isomorphous compounds. acknowledgements the authors thank fapesp (proc. 90/29334), cnpq and capes foundations (brazil) for financial support. resumo: compostos do tipo ln-3-meo-bz foram sintetizados no estado sólido, em que ln representa os íons trivalentes la, ce, pr, nd e sm, e 3-meo-bz é o ânion 3-metoxibenzoato. esses compostos foram caracterizados, utilizando-se as técnicas de difração de raios x pelo método do pó, espectroscopia na região do infravermelho, complexometria, e seu comportamento térmico foi avaliado usando termogravimetria (tg) e calorimetria exploratória diferencial (dsc). os resultados forneceram informações com respeito a estequiometria, desidratação, transformação polimórfica, comportamento e decomposição térmica desses compostos. palavras-chave: lantanídeos leves; 3-metoxibenzoato; caracterização; comportamento térmico. the infrared spectroscopic data suggest that the 3-meo-bz acts as a bidentate ligand toward the metal ions considered in this work. the tg and dsc curves provided previously unreported information about the thermal behaviour and thermal decomposition of these compounds. received 11 april 2007 accepted 16 may 2007 p. r. dametto, a. b. siqueira, c. t. carvalho, m. ionashiro1.sintese , caracterizacao e estudo térmico dos 3metoxibenzoato de lantanídeos mais leves no estado sólido. [1] s. j. yun, s. k. kang, s. s. yun, thermochim. acta 331(1) (1999) 13. [2] z. m. wang, l. j. van de burgt, g. r. choppin, inorg. chim. acta 293(2) (1999) 167. [3] n. arnaud, j. georges, analyst 125(8) (2000) 1487. [4] g. r. choppin, q. liu, e. n. rizkalla, inorg. chim. acta 145(2) (1988) 309. [5] a. w. h. lam, w. t. wang, s. gao, g. wen, x. x. zhang, eu. j. inorg. chem. 1 (2003) 149. [6] g. n. makushova, s. b. pirkes, e. y. levina, zh. neorg. khim. 30(9) (1985) 2273. [7] w. ferenc, b. bocian, j. therm. anal. cal. 74(2) (2003) 521. [8] w. brzyska, w. ozga, j. thermal anal. cal. 78(3) (2004) 999. [9] w. ferenc, a. walkow-dziewulska, b. bocian, j. therm. anal. cal. 79(1) (2005) 145. [10] a. kula, j. therm. anal. cal. 81(2) (2005) 381. [11] e. c. rodrigues, a. b. siqueira, e. y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro, ecl. quim. 31(1) (2006) 21. [12] e. c. rodrigues, a. b. siqueira, e. y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro, thermochim. acta 451(1-2) (2006) 149. [13] w. lewandowski, j. molec. struct. 101(1-2) (1983) 93. [14] w. lewandowski, h. barauska, j. raman spectroscopy 17(1) (1986) 17. references [15] t. glowiak, h. koslowski, l. strinna erre, b. gulinati, g. micera, a. pozzi, s. brunni, j. coord. chem. 25(1) (1992) 75. [16] w. brzyska, s. karasinshi, j. therm. anal. 39(4) (1993) 429. [17] e. c. rodrigues, a. b. siqueira, e. y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro, j. therm. anal. cal. 79(2) (2005) 323. [18] a. c. vallejo, a. b. siqueira, e. c. rodrigues, e.y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro, ecl. quim. 30(3) (2005) 7. [19] c. t. carvalho, a. b. siqueira, e. c. rodrigues, m. ionashiro, ecl. quim. 30(4) (2005) 19. [20] a. b. siqueira, e. y. ionashiro, c. t. carvalho, g. bannach, e. c. rodrigues, m. ionashiro, quim. nova 30(2) (2007) 318. [21] h. a. flaschka, edta titrations, pergamon press, oxford, 1964. [22] m. ionashiro, c. a. f. graner, j. zuanon netto, ecl. quim. 8 (1983) 29. [23] g. sócrates, infrared characteristic group frequencies, wiley, new york, 2nd edn., 1994, pp. 91 and 236-237. [24] r. m. silverstein, f. x. webster, spectrometric identification of organic compounds, wiley, new york, 6th edn., 1998, pp. 92, 93, 96 and 97. ecl. quím., são paulo, 32(2): 17-21, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0121 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 07 | eclética química, vol. 40, 71-76, 2015. 71 phytotoxic activity of compounds from moutabea guianensis aubl. on amazonian invasive species haroldo da s. ripardo filho, luidi c. pacheco, edinaldo s. andrade, williams da s. ribeiro, giselle m. s. p. guilhon, marivaldo j. c. corrêa, oscar. a. s. romero, lourivaldo s. santos 1 , antonio pedro da s. souza filho 2 ____________________________________________________________________________ resumo: este estudo teve como objetivo estabelecer as variações na atividade fitotóxica dos extratos hexânico, acetato de etila e metanólico das raízes de moutabea guianensis, e das substâncias cafeato de metila e escopoletina isoladas do extrato acetato de etila, variando a concentração e as espécies receptores. foram desenvolvidos bioensaios de atividades fitotóxicas de germinação (a 25 °c e 12 horas de fotoperíodo) e de desenvolvimento da radícula e do hipocótilo (25 °c e 24 horas de fotoperíodo). a germinação das sementes de mimosa pudica foi sensível aos extratos hexânico, acetato de etila e metanólico a 1% (w/v), com efeitos de inibição em 92%, 100% e 100%, respectivamente. a análise comparativa da atividade fitotóxica das substâncias testadas revelou que a escopoletina apresentou um potencial de inibição mais elevado no bioensaio de germinação de sementes frente a mimosa pudica. senna obtusifolia não foi sensível às substâncias testadas. cafeato de metila apresentou maior potencial de inibição no bioensaio de desenvolvimento da radícula e hipocótilo, e a intensidade dos efeitos alelopáticos variou com as concentrações. palavras-chave: fitotóxico, moutabea guianensis, escopoletina, metilcafeato, ervas ____________________________________________________________________________ abstract: this study aimed establish the variations in the phytotoxic activity of hexane, ethyl acetate and methanol extracts of moutabea guianensis, and methyl caffeate and scopoletin isolated from the ethyl acetate extract, variyng the concentration and the receptor species. phytotoxic activity bioassays of germination (at 25 °c and 12 hours of photoperiod) and development of radicle and hypocotyl (25 °c and 24 hours of photoperiod) were developed. the seed germination of mimosa pudica was sensitive to the roots hexane, ethyl acetate and methanol extracts at 1% (w/v), with inhibition potentials in 92%, 100% and 100%, respectively. comparative analysis on the phytotoxic activity of the tested compounds revealed that scopoletin showed a higher inhibition potential on the seed germination bioassay against mimosa pudica. senna obtusifolia was not sensitive to the tested compounds. methyl caffeate showed the highest potential to inhibit the development of radicle and hypocotyls, and the intensity of the allelopathic effects varied with the concentrations. keywords: phytotoxic, moutabea guianensis, scopoletin, methyl caffeate, weeds 1 instituto de ciências exatas e naturais, universidade federal do pará-ufpa, rua augusto corrêa, s/n, 66075-900 belém-pa-brazil. fone: +55 021 91 30315877, fax: +55 021 91 32017635. 2 embrapa amazônia oriental, 66095-100, belém-pa-brazil. file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 72 72 introduction an alternative for replacing the current forms of weed control has been using plants and microorganisms for obtaining phytotoxic compounds, to be used directly as herbicides, or as prototypes for discovering new synthetic herbicides [1,2]. natural products have been long used on the development of herbicides with new action mechanisms, and the natural phytotoxins frequently present sites of action different from those targets of common synthetic herbicides [3]. the natural phytotoxins present wide structural diversity with compounds belonging to various classes of substances [4]. the amazon, due to its diversity of the flora constitutes a large reservoir of substances which may contribute to the number of compounds with phytotoxic activity and can lead to future products that may replace or reduce the use of existing defensive pesticides. moutabea guianensis is an amazonian species that belongs to the family polygalaceae, commonly known as cipó gogó de guariba [5]. xanthones [6], coumarins [7], triterpenoids [8,9] steroids [10], flavonoids [11], pyrones [12,13] and xanthones [14,15] have been isolated from the species of the family polygalaceae. in this study, from the roots of m. guianensis were isolated two compounds, the phenylpropanoid derivative methyl caffeate (1) and the coumarin scopoletin (2). coumarins represent a kind of substances with inhibitory activity reported on the seed germination [16], and the phenylpropanoids and its derivatives have also been reported in the literature for presenting phytotoxic activity [17,18]. thus, as part of a program on amazonian plants with allelopathic and phytotoxic activity [19,20], in this work we report the phytotoxic activity of extracts and compounds from the roots of moutabea guianensis against two invasive plants mimosa pudica (malicia) and senna obtusifolia (mata-pasto). figure 1 structure of the methyl caffeate (1) and scopoletin (2). experimental procedures plant material roots of moutabea guianensis were collected in the experimental field of embrapa amazônia oriental, located in belém, pará state, in march 2009. one voucher specimen is cataloged in the herbarium of museu paraense emílio goeldi (belém, brazil), under the number 195862. procedures for obtaining crude extracts and isolation of compounds 1 and 2 the air-dried ground roots of m. guinensis (2.5 kg) were submitted to several extractions with hexane, ethyl acetate and methanol solvents. hexane (5.0 g), ethyl acetate (28.0 g) and methanol (48.3 g) extracts were obtained, respectively. the ethyl acetate extract was fractionated by column chromatography (cc) using silica gel as adsorbent eluted with the gradient systems: hexane-ethyl acetate from 90:10 to 0:100 (v/v), affording 24 fractions (each 200 ml). the eluted fractions were evaluated and grouped according to tlc analysis, to afford 8 groups of fractions. group 3 (646 mg) was purified by recrystallization with methanolchloroform (50:50) to yield 1 (523 mg). group 4 (824 mg) was also purified by recrystallization from methanol-chloroform (50:50) to give 2 (690 mg). the structural elucidation of isolated compounds was performed by analysis of 1 h and 13 c nmr spectra obtained in methanol (cd3od) for 1 and chloroform (cdcl3) for 2 and comparison with literature data. eclética química, vol. 40, 71-76, 2015. 73 73 bioassay for phytotoxic evaluation the evaluations of the effects of potentially phytotoxic extracts and substances methyl caffeate (1) and scopoletin (2) were performed to seed germination and radicle and hypocotyl growth of weed plant mimosa pudica and senna obtusifolia. seed germination bioassay with extracts the weed seeds were collected in areas cultivated pastures at the municipality of castanhal-pa. later, they passed through a cleaning process and were treated with concentrated sulfuric acid, in order to break dormancy, as established by souza filho [21]. the bioassay for evaluation of phytotoxic activity of hexane, ethyl acetate and methanol extract on seed germination were monitored for a 7 days period, with daily counts and elimination of seeds germinated. germinated seeds were considered those who presented root length less than 2.0 mm [22]. the bioassay was developed in conditions of 25 °c constant temperature and a photoperiod of 12 h. each petri dish of 9 cm diameter, lined with filter paper quality, received 3.0 ml of the solution prepared with extracts. each solution was prepared with the same solvent that the extracts were obtained. after solvent evaporation, each plate received 20 seeds and subsequently distilled water in the same amount of solutions, keeping the original concentration. the extracts were tested at a concentration of 1% (w/v). the germination bioassay was performed in triplicate. seed germination bioassay with substances the seed germination bioassay performed with the substances methyl caffeate and scopoletin were performed under the same conditions for bioassay seed germination with extracts. however, the substances were tested at concentrations of 10 and 55 mg/l. statistical analysis the experimental design for all bioassays was completely randomized with three replications. distilled water was used as control treatment. the data were subjected to analysis of variance (f test) and the means compared by the tukey test (5%). all the analysis was carried out by the sas software [23]. results and discussion hexane, methanol and ethyl acetate extracts from the roots of m. guianensis showed high potential inhibition in phytotoxic bioassays. the phytotoxic bioassays were also conducted with 1 and 2, isolated from the ethyl acetate extract. from the analysis of the 1 h and 13 c nmr spectra and subsequent comparison with data obtained from the literature (table 1 and 2), compounds 1 and 2 were identified, respectively, as methyl caffeate [24] and scopoletin [25] (figure 1). table 1: 13 c nmr data (75 mhz, cdcl3) of 1 in comparison with 13 c nmr literature data (125 mhz, cdcl3)[22]. position δc1 δc (lit.)[22] 1 127.5 126.7 2 115.1 115.3 3 146.2 148.2 4 148.7 149.3 5 116.3 114.7 6 122.5 122.8 7 145.7 145.7 8 115.3 114.7 9 167.8 169.8 och3 51.7 55.3 table 2: 13 c nmr data (75 mhz, cd3od) of 2 in comparison with 13 c nmr literature data (50 mhz, cd3cocd3)[23]. position δc2 δc (lit.)[23] 2 161,2 161.8 3 113,3 113.1 4 144,6 143.0 5 109,9 107.9 6 145,9 144.3 7 151,7 150.8 8 103,6 102.9 9 151,1 148.6 10 112,0 110.3 och3 56,7 56.8 eclética química, vol. 40, 71-76, 2015. 74 74 phytotoxic effects of the extracts the seed germination of mimosa pudica was sensitive to the roots extracts of m. guianensis at 1% (w/v). the inhibitory effects were 92%, 100% and 100%, respectively, for the hexane, ethyl acetate and methanol extracts. when senna obtusifolia was used as receptor species, the highest inhibition were 59% and 51%, respectively, for the hexane and methanol extracts. the results of the seed germination bioassays with the extracts are shown in figure 2. figure 2 effects of hexane, ethyl acetateand methanol extracts (1% w/v) from the roots of moutabea guianensis on seed germination of mimosa pudica and senna obtusifolia. data expressed as percentage inhibition compared to control treatment. phytotoxic effects of substances at 55 mg/l, the substance scopoletin (2) showed a greater potential inhibition (49%) on seed germination bioassay against m. pudica. methyl caffeate (1) also showed maximum inhibitory effect at the highest concentration tested (55 mg/l), which was 18% against m. pudica (figure 3). the inhibitory effects on the seed germination of m. pudica was dependent on the concentration of the substances, since the phytotoxic effects increased significantly with increasing concentration from 10 to 55 mg/l. figure 3 – effects of compounds on the seed germination of mimosa pudica (a). data expressed as percentage inhibition compared to control treatment. means followed by the same letters, upper case combinations of 1 and 2 and sensitive to the inhibitory effect between species are not statistically different by tukey test (p>0.05). scopoletin (2) showed a higher inhibition effect on the seed germination of m. pudica than methyl caffeate, and this fact is an indication that this substance may be responsible for the inhibition of seed germination of the ethyl acetate extract. scopoletin is a substance that belongs to the class of coumarins, which are described in the literature as potent inhibitors of seed germination [16], besides that scopoletin specifically has been previously described in the literature as a potent allelochemical [26-28]. jacobi and fleck [29] showed that oat genotypes with high phytotoxic activity against ryegrass and wheat were those that exude higher amounts of scopoletin. both substances showed stimulatory activity (figure 4) when tested against s. obtusifolia. figure 4 – effects of compounds on the seed germination of senna obtusifolia (b). data expressed as percentage inhibition compared to control treatment. means do not differ per tukey test (p>0.05). eclética química, vol. 40, 71-76, 2015. 75 75 conclusions the studies showed that scopoletin have potent phytotoxic activity. scopoletin is the most active substance in the seed germination assay with m. pudica. on the other hand, seed germination of s. obtusifolia was not sensitive to the substances. the isolament of scopoletin and methyl caffeate from m. guianensis opens new possibilities for studies aiming to enhance the phytotoxic effects of these substances or the use of these substances in the control of the invasive species m. pudica and s. obtusifolia, which has caused much damage to the amazon’s agricultural sector. acknowledgment the authors are grateful to the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) for financial support and to the coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes) for scholarships. references [1] barbosa, l. c. a.; demuner, a. j.; maltha, c. r. a.; silva, p. s.; silva, a. a.; quim. nova 26 (5) (2003), 655. 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[29] jacobi, u. s.; fleck, n. g.; pesqui. agropec. bras. 35 (1) (2000), 11. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 12 | eclética química, vol. 40, 117-125, 2015. 117 seasonality and hydrodistillation time effects on the yield and chemical composition of leaves essential oil of piper mikanianum (kunth) steudel sabrina m. clemes 1 , thalita g. santos 2 , ricardo a. rebelo 2 , rudi r. laps 1 e rosete pescador 3 ____________________________________________________________________________ resumo: piper mikanianum, proveniente de santa catarina, sul do brasil, é uma conhecida fonte de safrol, um arilpropanóide precursor de várias moléculas bioativas. este trabalho determinou a influência da sazonalizade e do tempo de hidrodestilação no rendimento e composição química do óleo essencial (oe). folhas desidratadas foram hidrodestiladas com e sem fracionamento por um período total de 240 min. os rendimentos do oe variaram de 0,66-0,84% com os maiores valores sendo observados na estação da primavera e verão. a maior concentração de safrol foi obtida no óleo do inverno (81%). no experimento de fracionamento a concentração de safrol variou de 75-80% na f1 (óleo destilado durante 60 min) e 42-64% na f2 (óleo destilado entre 60-240 min). palavras-chave: óleo essencial, fracionamento, piper mikanianum, safrol, sazonalidade. ____________________________________________________________________________ abstract: piper mikanianum from santa catarina, southern brazil, is a well known source of safrole, an arylpropanoid precursor of several bioactive molecules. this work determined the seasonal and hydrodistillation time influence on the essential oil (eo) yield and composition. dehydrated leaves were hydrodistilled with and without fractioning during a total period of 240 min. the eo yields varied from 0.66-0.84% with the highest values been observed during spring and summer seasons. the highest concentration of safrole was found in the winter oil (81%). in the fractioning experiments the concentration of safrole varied from 75-80% in f1 (oil distilled during 60 min) and 42-64% in f2 (oil distilled between 60-240 min). keywords: essential oil, fractioning, piper mikanianum, safrole, seasonality 1 departamento de ciências naturais, centro de ciências exatas e naturais-ccen, universidade regional de blumenau-furb, cp 1507, 89012-900, blumenau-sc, brazil 2 departamento de química, centro de ciências exatas e naturais-ccen, universidade regional de blumenau-furb, cp 1507, 89012-900, blumenau-sc, brazil 3 departamento de fitotecnia, centro de ciências agrárias-cca, universidade federal de santa catarina-ufsc, cp 476, 88040-900, florianópolis-sc, brazil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 117-125, 2015. 118 118 introduction the synthesis and storage of secondary metabolites are energetically expensive and several biotic and abiotic factors can interfere in the metabolism of a plant throughout its life cycle [1]. the seasonality is a factor that leads to alteration of biosynthetic pathways, which changes the content of practically all classes of secondary metabolites, including essential oils [1,2]. piperaceae have been widely studied and distinguished by high chemical diversity and remarkable biological activity [3]. many plant families have global distribution, but few have ethnobotanical and ethnopharmaceutical representation like piperaceae [4,5]. p. mikanianum is traditionally used to emmenagogue, acute and chronic metrorrhagias, “stomach cramps”, “it neutralizes snake venom effects”, amenorrhea, leukorrhea, uterine hemorrhage and also for losing weight [6]. among the species of piper rich in safrole p. hispidinervium (long pepper), can also be mentioned, since its essential oil composition is almost exclusively safrole (> 90%), p. marginatum with 64% of safrole, p. cavalcantei with 69% and p. callosum with 64%. these species exist in the brazilian amazon rainforest and the oils are extracted from the leaves [7-9]. in the south of the brazil we found piper mikanianum (kunth) steudel occurring in santa catarina [10], with the essential oil from the leaves consisting of terpenes and the arylpropanoid safrole, and its concentration reaches 82%, becoming a new source of this natural metabolite. when compared to previous studies with the same species collected in rio grande do sul [11,12] and parana [13], only in santa catarina p. mikanianum presented this arylpropanoid in the essential oil. several studies have demonstrated the importance of safrole as a precursor of bioactive substances such as prostaglandin analogues, of the non-steroidal anti-inflammatory related to indomethacin, piroxicam and etodolac [14]. antithrombotic agents from the class of o-benzylether of oximes, selective inhibitors of the sulfonamide pghs2 and n-acylhydrazine and hydrazones with analgesic properties [14-16]. from piperonal, derived from safrole, was synthesized (+)-epiasarinin, an aryl furofuran associated with several biological properties, including antioxidant, anticancer, antiviral and immunosuppressive [17] and chalcones protease cruzain inhibitors, targeting the synthesis of new trypanocidal agents [18]. prototypes compounds with potential antitumor activity were also synthesized from safrole incorporating a peptide subunit [19]. given the economic potential associated with p. mikanianum it becomes a priority to produce effective knowledge which would provide economic and ecological subsides for the adoption of better management strategies of this species [20]. therefore, this is the aim of the current study when it evaluate the influence of seasonality and the time of hydrodistillation on the yield and chemical composition of the essential oils of p. mikanianum from santa catarina. experimental procedures plant material leaves of p. mikanianum without any attacks by herbivores or other injuries were collected in atalanta, santa catarina, brazil (27 o 28´s; 49 o 48´w, 548 m). the vegetation in this region is characterized as dense ombrophile forest, being the climate of the city, according to the koppen classification, is the type mesothermal humid. the period of greatest rainfall is in september and october [21]. the collections were made every three months for a total of four collections during the four seasons, and these are: autumn (april/2008), winter (july/2008), spring (october/2008) and summer (january/2009). samples were randomly collected in the same area and in the morning. one specimen, which served as a comparison for species identification, is deposited in the herbarium dr. roberto miguel klein located on the campus i of the universidade regional de blumenau -furb under registration n o 7590. extraction of the essenti al oil the fresh leaves were subjected to hydrodistillation in the same very day of collection using modified clevenger apparatus for 4 hours under eclética química, vol. 40, 117-125, 2015. 119 119 nitrogen atmosphere and constant heating. the essential oil (eo) was collected and dried by adding anhydrous magnesium sulfate (dinâmica, diadema, sp, brazil), determining the extraction yield by the ratio of the mass of oil and the mass of the plant material used (w/w). the eo obtained was stored under inert atmosphere at 4 ºc. fractional hydrodistillation of the essential oil leaves of p. mikanianum were dried in the shade and at room temperature until constant weight and subjected to hydrodistillation (60 g of dried leaves and 500 ml of distilled water). the experiment was performed in triplicate using plant material of the spring, experiments a and b, and summer, experiment c. the fraction 1 (f1) was obtained by removing the eo of the clevenger after 60 min of hydrodistillation. without interrupting the process, the hydrodistillation was continued until completing 240 min, thus producing the second fraction (f2) of eo. for each fraction, the mass, its relative percentage to the total weight of essential oil (mass f1 + mass f2) and the contents of safrole, mono and sesquiterpenes were determined. chemical composition of essential oil analyses of the essential oils diluted in tridistilled hexane 1% (w/v) were performed by a combination of techniques employing gas chromatography flame ionization detector (gc-fid) and gas chromatography-mass spectrometry (gcms). the analysis by gc-fid was performed using a shimadzu gas chromatograph model gc-14 b with a fused silica capillary column (simplicity-1/supelco, low polarity) with 30m x 0.25 mm x 0.25 µm (length x diameter x thickness of stationary phase). the fid was maintained at 280 ºc, injector at 250 °c and helium carrier gas at a flow rate of 1 ml min -1 . the sample injection of 0.5 μl was conducted in split mode 1:50, using the following temperature program: initial temperature 60 °c for 4 min, followed by heating at 5 °c min -1 up to 190 ºc, remaining at this temperature for 2 min, followed by heating at a rate of 10 °c min -1 up to 250 °c, kept at this temperature for 15 min, which leads to a total analysis time of 53 minutes. a representative sample was selected for the identification of essential oil components, this being the oil collected in the period of hydrodistillation between 50-240 min using fresh leaves collected in the winter. the analysis by gas chromatography/ mass spectrometry (gc-ms) was made using a gas chromatograph varian® cp-3800 coupled to mass spectrometer saturn® 2000, together with the management software saturn® gc/ms workstation 5.51. in the analysis by gc-ms were given the same analytical conditions described for gc, and an ionization energy of 70 ev. the mass spectra of the constituents detected were compared with the spectra of the library nist 02. the relative percentages of the constituents identified were calculated based on the areas of corresponding chromatographic peaks obtained by gc, without correcting for response factors. complementary identification of the essential oil was made from the retention index (ri) determined experimentally for a homologous series of linear hydrocarbons (c8 c19) according to dool and kratz [22] equation, together with comparative visual analysis with mass spectra using the text of adams [23]. results and discussion yield of essential oils and seasonality the period of lower yield in the oil was achieved during the winter (0.66%) being the highest in spring (0.84%), as seen in figure 1 eclética química, vol. 40, 117-125, 2015. 120 120 figure 1. yield of essential oil from leaves of piper mikanianum (kunth) steudel collected in atalanta, sc, brazil, in different seasons of 2008-2009 this result was higher than the ones from rorig & von poser [11] who obtained only 0.25% yield of fresh leaves collected in summer, being however lower than the results by leal et al. [13] which yielded 3.1% for fresh leaves also collected in the summer. the latter results is at least surprising since such high yields in the genus piper are only associated with dried plant material [24]. characterization of the essential oils and chemical composition as observed by our group [10], the chromatographic analysis of oils obtained in four seasons gave chromatograms containing a major constituent. the figure 2 corresponds to the representative chromatogram related to the autumn sample. figure 2. chromatogram of eo extracted from fresh leaves of piper mikanianum collected during autumn (april 2008). for the identification of its constituents was used the fraction 2 (f2, hydrodistillation of 50-240 min) of essential oil (eo) from leaves collected in the winter which has higher concentrations of constituents with retention times exceeding 20 min (figure 3), different from that observed in the total eo (figure 2). figure 3. chromatogram of fraction 2 (f2) of eo extracted from fresh leaves of piper mikanianum collected during winter (july 2008). the sample was subjected to analysis by gas chromatography with flame ionization detector (gcfid) for the determination of the retention index (ri) and by gas chromatography coupled with mass spectrometry (gc-ms.) the combination of these techniques allowed the identification of sixteen constituents with a minimum concentration of 0.7%, as shown in table 1. the sample showed safrole, α-pinene, valencene and isocaryophyllene as main constituents. these compounds were also identified in our previous work [14]. parmar et al. [4] in the review of the genus piper refers to the presence of bicyclogermacrene, βcaryophyllene and limonene, among these only limonene was identified in the sample examined here. 0,66 0,84 0,79 0,71 0 0,25 0,5 0,75 1 winter spring summer autumn season y ie ld ( % ) retention time (min) 0 10 20 mv 10 20 30 0 20 40 mv retention time (min) eclética química, vol. 40, 117-125, 2015. 121 121 table 1. constituents of fraction 2 (f2) representative of the essential oil from fresh leaves of piper mikanianum collected in winter in the city of atalanta – sc (july 2008). constituent tr exp. tr lit. ri exp. ri lit. % α-pinene 5.54 5.85 927 932 19.4 β-pinene 6.69 7.04 970 974 1.1 limonene 8.32 8.69 1022 1024 2.5 safrole 19.33 19.56 1285 1285 44.1 α-copaene 23.14 23.49 1370 1374 1 β-elemene 23.87 24.15 1387 1389 0.9 isocaryophyllene 25.08 24.95 1403 1408 6.8 aromadendrene 26.12 26.27 1438 1439 0.9 γ-muurolene 27.76 27.91 1476 1478 4.3 β-guaiene 28.12 28.51 1484 1492 1.5 valencene 28.45 28.66 1492 1496 8 (e,e)-α-farnesene 28.94 29.03 1503 1505 3 δ-cadinene 29.57 29.72 1518 1522 0.7 e-nerolidol 31.27 31.32 1559 1561 0.7 spathulenol 31.85 31.96 1573 1577 0.8 caryophyllene oxide 32.05 32.16 1578 1582 0.7 tr exp.: experimental retention time; tr lit.: literature retention time [22]; ri exp.: experimental retention index; ri lit.: literature retention index [22]. von poser et al. [12] identified in the fresh leaves of p. mikanianum of rio grande do sul, brazil, a diversity of constituents, the main being limonene, bicyclogermacrene and β-caryophyllene. leal et al. [13] obtained as major components in the eo of the leaves of this species collected in parana, brazil, the sesquiterpene β-vetivone and the arylpropanoids (z)isoelemicin and (e)-asarone, emphasizing the predominance of sesquiterpenes in the sample, unlike what has been observed in the present work, where the sesquiterpenes are present in amounts lower than monoterpenes. the large differences between the yield and essential oil composition of p. mikanianum in the southern states of brazil may be the consequence of its adaptive history to the biotic and abiotic characteristics of each region, creating different chemotypes for this species. as observed by andrade et al. [25] when dealing with p. marginatum, an amazonian species, and through the analysis of the eo samples collected at different locations seven different chemotypes were identified, with prominence for the presence of safrole at concentrations between 0.2% and 63.9%. evaluation of the effect of seasonality in all seasons the essential oils of p. mikanianum presented in their chemical composition monoterpenes, sesquiterpenes and safrole as major constituent, with a minimum concentration of 72%, with the monoterpenes exceeding the sesquiterpenes (figure 4). insert figure 4 eclética química, vol. 40, 117-125, 2015. 122 122 figure 4. concentration of the main constituents classes of secondary metabolites in the essential oils from leaves of piper mikanianum according to the seasons of the year. the highest level of safrole was obtained for samples collected in winter, in this season was also observed a lower percentage of sesquiterpenes and the lowest yield of eo (figure 1). the spring was the season in which was obtained the highest yield of essential oil. however it was the period when the plant had the lowest content of safrole in the sample. the low production of oil during the winter can be attributed to the beginning of blooming, in which the oil production could decline due to allocation of the resource for such event. in studies of lippia alba (mill.) n. e. brown [26] was found that the oil yield can vary according to the plant phenology, since the highest yield was obtained outside of the flowering period. barbosa et al. [27] also found little variation in the essential oils of schinus terebinthifolius, which showed a decrease in oil yield during the flowering and fruiting period. the fruiting period of the p. mikanianum is during the summer and this study found that this time the leaves showed levels of monoterpenes and sesquiterpenes similar, and the second highest level of safrole. effect of time of the hydrodistillation on the extraction and chemical composition of essential oils to evaluate the effect of time of the hydrodistillation on the extraction yield and chemical composition of the eos, three extractions were conducted producing in each two fractions: f1 (oil distilled during 60 min) and f2 (oil distilled between 60-240 min). two experiments were performed with the leaves of spring (a and b) and one experiment with leaves of summer (c). as shown in figure 5, it is possible to obtain in the initial phase of the hydrodistillation high percentage of extraction, which accounted for 85-93% of the total mass [f1/(f1 + f2)]. the variation observed might be related to different heating rates provided by the heaters used. figure 5. yields of fractions 1 and 2 obtained as a function of time from hydrodistillations of three experiments using dry leaves of piper mikanianum. the composition of p. mikanianum eos is strongly influenced by the time of hydrodistillation applied. in figure 6 it is observed that the concentration of safrole in f1 is higher than those observed for total eo in the same collecting period, that is, in the spring (a and b), from 72% to 75-77%, and in the summer (c) from 78 to 80%. yet it is noted that in f1 the monoterpenes are in higher concentration than the corresponding total eos, unlike the sesquiterpenes that have their concentrations reduced from 10 to 4% (average values). the opposite effect occurs on the f2, where the safrole undergoes drastic reduction in their concentration and the sesquiterpenes outweigh the monoterpenes. 93 87 85 13 15 7 0 20 40 60 80 100 a b c p e rc e n ta g e ( % ) fraction 1 fraction 2 eclética química, vol. 40, 117-125, 2015. 123 123 f1) f2) figure 6. composition of the fractions of the essential oils (a/b-spring and c-summer) of piper mikanianum: f1 (60 min of hydrodistillation) and f2 (60-240 min of hydrodistillation). as observed in studies of barbosa et al. [27] the higher proportion of oil was obtained in the initial phase of hydrodistillation which is accompanied by the more volatile constituents, monoterpene and safrole. the result obtained in this work follows the same trend observed by the prins et al. [28] that tested the effect of extraction time by hydrodistillation on yield and composition of essential oil of rosmarinus officinalis and found that different heating rates and extraction time can influence the composition of essential oil, favoring the extraction of compounds with higher water solubility and low molecular weight. conclusion the results of the present study indicate that independently of the season, the essential oils from leaves of piper mikanianum have high levels of safrole, being the others constituents of terpenic nature. despite the fact that the highest yield of oil extraction was obtained during spring, it was also the period with the lowest safrole concentration. although the highest yields are obtained with four hours hydrodistillation, more than 85% of the oil is extracted in the first 60 minutes of the process (f1). the hydrodistillation time also affects the chemical composition of the essential oil, where reduced times produce samples with higher levels of safrole and monoterpenes. since it is possible to influence the essential oil composition in the drying stage of the plant material, high levels of safrole can be achieved combining more vigorous drying conditions and short hydrodistillation time. it can be concluded that not only the collecting period should be considered for obtaining the best relation for oil production and concentration of safrole, but also the control of the variables of the extraction process. due to the unique economical potential of this plant, large-scale cultivation and oil extraction may find potential applications and greatly benefit from the current research. acknowledgements the authors acknowledge a grant from fapesc and also the english language revision by msc. marina beatriz borgmann da cunha, english department (furb idiomas). references [1] l. gobbo-neto, n. lopes, quím. nova 30(2) (2007) 374. 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[28] c. l. prins, c. s. lemos, s. p. freitas, rev. bras. plantas medicinais 8(4) (2006) 92. 72eclética química, 37, 72-78, 2012. esq. 1. as oscilações de corrente, observadas durante a oxidação eletroquímica dos sais de cobalto bivalente (para este caso do sulfato de cobalto heptahidrado) e a dependência da imágem delas da concentração do fluoreto na solução. os valores da corrente e da freqüência das oscilações cresceram com o aumento da concentração do fluoreto, já que a velocidade da dissolução do filme cresceu. quando os experimento foi repetido sob os potencias mais altos, a quantidade das oscilações se introdução cobalto é um dos metais mais usados. os seus compostos têm muitas aplicações. o uso dos filmes dos compostos oxigênicos do cobalto como revestimento de corrosão é uma das aplicações potenciáis dos compostos dele. os oxi-hidroxi compostos de cobalto podem-se usar também nas investigações óticas já que eles têm a cor intensamente preta. os autores dos trabalhos [1] e [2] conseguiram sintetizar eletroquimicamente no modo potenciostático os oxi-hidroxi compostos do cobalto no modo potenciostático sobre plátina através da oxidação dos sais do cobalto bivalente a partir das soluções que continham fluoreto. durante o processo da síntese do composto do cobalto (iii), observaram-se as oscilações em corrente. o experimento foi reproduzido 3 vezes com as concentrações diferentes do fluoreto de amônio. a freqüência, a amplitude e o periodo das oscilações dependia da concentração do fluoreto, como se pode mostrar na esquema. o comportamento eletroquímico do sistema da eletrotransformação potenciostática dos sais de cobalto (ii) para os oxi-hidroxicompostos de cobalto (iii) na presença dos íons de fluoro (que promove a dissolução do oxi-hidroxicompostos de cobalto (iii)) sobre plátina, que age como oscilador, foi descrito matematicamente. o modelo matemático correspondente foi analizado através da teoria da estabilidade linear e a análise de bifurcações. é mostrado que as oscilações neste sistema ocorrem por causa da interação entre as partículas do filme. para o caso da eletrosíntese dos compósitos poliméricos dos oxi-hidroxicompostos de cobalto com os polímeros condutores na ausência dos íons de fluoro o fator mais responsável pelo comportamento oscilatótio é o fator da polimerização. palavras-chaves. cobalto, filmes passivos, revestimentos protetores, compósitos polimericos, polímeros condutores, oscilações eletroquímicas. a descrição matemática do fenômeno oscilatório durante a síntese eletroquímica dos filmes dos oxi-hidroxi compostos de cobalto (iii) e durante a síntese dos compósitos deles com os polímeros condutores v.tkach*, v.nechyporuk e o.slipenyuk universidade nacional de chernivtsi, 58012, chernivtsi, rua kotsyubyns´koho, 2, ucrânia *e-mail do contato volodya@llanera.com 73eclética química, 37, 72 -78, 2012. a descrição matemática da síntese eletroquímica dos oxihidroxicompostos de cobalto (iii) nas soluções que contêm fluoreto. para descrever matematicamente o comportamento eletroquímico deste sistema, nós introduzimos três variáveis c – a concentração dos íons de cobalto bivalente na camada pre-superficial θ – o grau do recobrimento da superfície do eletrodo com a filme do oxi-hidroxicomposto de cobalto, f – a concentração dos íons do fluoreto na camada pre-superficial. para simplificar o modelo matemático deste processo suponhamos que o liquido se está mexendo intensamente (pra menosprezar a influência do fluxo da convecção), o eletrolito de suporte está en excesso, pois podemos menosprezar a influência do fluxo da migração. a distribuição concentracional na camada da difusão é suposta a ser lineal e a expessura da camada constante e igual a δ. os cátions de cobalto entram na camada pre-superficial através da difusão e desaparecem oxidando-se. a equação de balanço então será descrita como (1) sendo c a concentração dos íons de cobalto no interior da solução, vox a velocidade da oxidação eletroquímica dos íons de cobalto que leva à formação do filme. ela pode-se calcular como (2) sendo kox a constante da oxidação, α1 o coeficiente que descreve a interação entre as moléculas do filme, z a quantidade de eletrons transferidos, f a constante de faraday, r a constante universal de gases, t a temperatura absoluta, φ0 o salto do potencial na camada diminuíu, já que a aumenção do potencial promoveu a formação do filme e a razão entre as velocidades da formação e da dissolução do filme se diminuíu (esq. 2). esq. 2. as oscilações de corrente, observadas durante a oxidação eletroquímica dos sais de cobalto bivalente no modo potenciostático sob potenciais diferentes e a dependência da imágem delas do potencial. o comportamento oscilatório não ocorreu quando o potencial do anodo foi mantido maior que 1100 mv, o estado estacionário, no qual sistema existiu, foi estável e a eletrólise conformou às equações de tafel [2], já que a velocidade da formação e dissolução do filme foi igual (a razão entre eles foi igual a um). para aprofundar o nosso conhecimento do processo oscilatório neste sistema, nós temos que descrever o comportamento eletroquímico neste sistema matematicamente e analizar o modelo matemático dele usando a teoria da instabilidade linear e a análise de bifurcações. isso dar-nos-á a possibilidade de conhecer com mais certeza o mecanismo da aparecida delas. o modelo matemático deste processo será descrito na seção primeira deste artigo. a seção segunda deste artigo contém a descrição matemática da síntese eletroquímica do compósito dos oxi-hidroxi compostos de cobalto (iii) com os polímeros condutores, cujos compósitos com outros compostos oxidos dos metais já se usam [3] a partir das soluções que não contêm fluoreto (caso contrário, o rendimento do compósito será diminuído tanto por causa da dissolução do oxi-hidroxicomposto, quanto por causa da morfologia não satisfatória do pc dopado com fluoreto [4]). o compósito cp – coo(oh) pode potencialmente ser usado nos aparelhos óticos e também como o revestimento de corrosão. 74eclética química, 37, 72 -78, 2012. resultados e discussão (seção i) para investigar o comportamento deste sistema, nós precisamos de analizar o sistema de equações (1), (3) e (5) através da teoria da estabilidade linear. os elementos da matriz funcional de jacobi para este sistema podem-se descrever como (8) para determinar as condições do estado estacionário estável, vamos usar o critério de rauss e gurwitz. a equação caraterística do sistema de equações (13) pode ser descrita como φ3+ αφ2+βφ+ γ=0 (9) sendo que o critério de rauss e gurwitz requer que para um estado estacionário estável os minores dos membros da diagonal principal da matriz de gurwitz dobra relativamente ao potencial da carga zero. o filme na superfície. o filme se está formando a partir dos ions de cobalto através da oxidação anôdica deles. o filme desaparece da superfície dissolvendo-se reagindo com os ligandes – ánions de fluoreto. a equação de balanço então se poderá descrever como ( ) 2 max, 1 fvv gdt d dox f ≡−= θ (3) sendo gmax a concentração superficial máxima do composto na superfície, vd a velocidade da dissolução do filme, calculada como )exp( 2θ−θ αfk=v dd (4) sendo kd a constante da dissolução, α2 a constante que descreve a interação entre as moléculas do filme. os ánions de fluoreto. chegam para a camada pre-superficial através da difusão e desaparecem reagindo com o filme dissolvendo-o. a equação de balanço deles então será descrita como (5) sendo δ o coeficiente da difusão dos íons do fluoreto, φ a concentração deles no interior da solução. a carga do eletrodo pode-se calcular como q= k1(φ0-φ1)θ + k0φ0(1-θ) (6) sendo k0 e k1 as capacidades das partes da camada dobra que correspondem à parte livre e ocupada da superfície, φ1 é o salto do potencial relativamente ao potencial da carga zero que se refere à parte da camada dobra que corresponde à parte ocupada da superfície do eletrodo. então, o salto do potencial depende do grau do cobrimento da superfície e o derivativo da função que descreve essa dependência pode ser descrito como (7) ( )332211 aaaa ++−= 3332 2322 3331 3211 2221 1211 aa aa aa aa aa aa b ++= 333231 232221 131211 aaa aaa aaa −=γ           γ γ 00 01 ab a )1( )( 01 111000 θ−κ+θκ +κ−κ = θ∂ ∂ φφφ k 75eclética química, 37, 72 -78, 2012. de tafel após aplicar ao anodo o potencial maior que 1100 mv. segundo este modelo, a explicação é assim. quando ao anodo foi aplicado o potencial superior ao valor mencionado o salto do potencial na camada dobrada começou a conformar à condição (11). quando os potenciais inferiores foram aplicados ao anodo, o estado estacionário não foi estável e o sistema agia como oscilador. o valor crítico do salto do potencial depende mais da concentração dos íons de fluoro (f), diffusão dos íons de cobalto (d) e fluoro (δ) e os efeitos da oxidação anôdica à camada dobrada (w1 e w2). também pode-se mostrar que se a interação entre as moléculas do filme (u e α2) for repelente (eles tiverem valor negativo), o estado estacionário também será estável). a instabilidade oscilatória. ocorrem nas condições da bifurcação de hopf. para saber as condições certas da ocorrência dela, é preciso de resolver a equação. (12) com a condição adicional de b >0. para que ela se realize, é preciso (mas não é bastante) que a diagonal principal da matriz de jacobi contenha as parcelas positivas (que descrevem a positiva conexão da volta). o membro a22 contém os elementos positivos fxvox 21 αα + que definem a causa do comportamento oscilatório na interação atrativa entre as partículas do filme. o primeiro elemento positivo define a interação durante a formação do filme e o segundo – durante a dissolução dela. quanto mais a concentração dos íons de fluoreto (f), tanto o valor do segundo elemento (já que x>0). isto explica a dependência da freqüência, amplitude e período das oscilações observadas da concentração do fluoreto. a instabilidade monotônica, cuja condição pode ser descrita como det j = 0, para este sistema é também possível. a condição dela é (14) neste caso no sistema existe a multidão dos estados estacionários entre os quais ele só escolhe um. ele se destrói após mudança das condições do sistema. sejam positivos. os menores dos membros da diagonal principal da matriz: visto que δ3= γδ2, podemos formar a condição do estado estacionário estável como γ>0. vamos achar as condições do estado estacionário estável. vamos apresentar as novas variáveis. o jacobiano então será apresentado como (10) os cálculos dar-nos-ão a expressão do jacobiano, apresentada na forma simplificada. usando a condição γ>0 e resolvendo a inequação relativamente ao φ0, poderemos obter o valor crítico do salto do potencial e desde então a condição do estado estacionário estável poderá se descrever. (11) os autores disseram que o sistema estava no estado estacionário estável, em que o controle da oxidação foi melhor e a eletrólise conformava à equação 0=β− α γ 76eclética química, 37, 72 -78, 2012. da imobilização das substâncias diferentes através da eletropolimerização dos compostos heterocíclicos [12]. no caso descrito em [12] a substância a se imobilizar entrava na matriz polimérica como dopante. agora a oxidação dos íons de cobalto e a eletropolimerização oxidativa de um monômero heterocíclico, que possui o sistema conjugado, são duas reações paralelas. para este caso nós estamos introduzindo 3 variáveis c – a concentração do monômero na camada pre-superficial, θ – o grau do recobrimento da superfìcie do catodo pelo monômero σ – a concentração dos cátions de cobalto na camada pre-superficial, supondo o suposto acima. o monômero na camada pre-superficial.o monômero entra na camada pre-superficial difundindo nela e desorvendo da superfície e sai dela adsorvendo. então, a equação do balanço pode ser descrita como (15) em que v-1 e v1 são velocidades de adsorção e desorção, d é o coeficiente da difusão do monômero, cb é a concentração do monômero por “dentro” da solução. o monômero na superfície. o monômero chega pra superfície adsorvendo nela e sai dela desorvendo. ele também se gasta polimerizando-se . a equação do balanço do monômero na superfície do catodo descrever-se-á assim (16) sendo max,tã a concentração maximal superficial do monômero e v2 a velocidade da polimerização eletroredutiva dele. como na seção 1, os cátions de cobalto entram na camada pre-superficial através da difusão e desaparecem oxidando-se eletroquimicamente. a equação de balanço então será descrita como (17) conclusões (seção i) o sistema da oxidação dos íons de cobalto no eletrolito que contém fluoreto, foi descrito matematicamente. o modelo matemático correspondente foi analizado através da teoria da instabilidade linear e da análise de bifurcações. o valor crítico do salto do potencial na camada dobrada elétrica, que definia a condição do estado estacionário estável foi encontrado usando o critério de rauss e gurwitz. a mudança do comportamento, observada experimentalmente foi explicada pela “entrada” do salto do potencial do anodo para os valores subcríticos. os parâmetres que definiam a estabilidade do estado estacionário estável para este caso também foram achadas. a causa do comportamento oscilatório neste sistema foi a interação atrativa entre as moléculas do filme. a influência da concentração dos íons de fluoreto também foi descrita. a descrição matemática da síntese eletroquímica dos oxihidroxicompostos de cobalto (iii) nas soluções sem fluoreto com a eletropolimerização simultânea de um composto heterocíclico. os polímeros condutores são uns dos compostos mais investigados durante as últimas décadas. seu espectro de uso é muito vasto, começando nos revestimentos protetores de corrosão [5,6] e findando com os biossensores [7]. também, como já foi dito, se usam os compósitos dos pc com as substâncias diferentes. a reação da polimerização eletroquímica dos compostos heterocíclicos com aneis isolados [6, 8, 9, 10] e condensados [11] também foi observada a ser oscilatória. foram observadas as oscilações em corrente [10, 11] no modo potenciostático e em potencial [6, 8, 9] no modo galvanostático. o objeto desta seção é o sistema da síntese eletroquímica do compósito do polímero condutor baseado em um composto heterocíclico com oxihidroxicomposto de cobalto na ausência dos ions de fluoreto. nós já fizemos a tentativa de descrever o sistema 77eclética química, 37, 72 -78, 2012. obter a condição do estado estacionário estável para este caso. x(w+κ)>0 (19) a primeira causa das oscilações neste sistema pode ser a interação atrativa entre as partículas adsortas. isso depende as oscilações se as constantes α1 e α2. neste caso as oscilações serão causadas pelo câmbio cíclico da resistência da superfície do anodo a segunda causa das oscilações neste sistema a segunda causa das oscilações neste sistema são os câmbios da capacidade da camada dupla, causados pela redução catôdica dos oxidantes fortes a se formar durante a eletropolimerização. isso depende o comportamento oscilatório no caso de . isso vai ocorrer se φ0 for negativo. a instabilidade monotônica (ou, seja a instabilidade da sela e nó) é também possível neste sistema sendo a condição dela x(w+κ)=0 (20) então, pode-se concluír, que a oxidação dos sais de cobalto não é a causa das oscilações eletroquímicas. elas sobrevêm por causa do afeto da eletropolimerização. conclusões (seção 2) 1. o sistema da oxidação dos sais de cobalto (ii) n com a simultânea eletropolimerização de um composto heterocíclico na ausência de ánion fluoreto foi descrita matematicamente. o modelo correspondente foi analizado através da teoria de instabilidade linear e análise de bifurcações. 2. é mostrado que a oxidação do cátion de cobalto não é responsável pelas oscilações ocorrentes neste sistema. o responsável por elas é o fator da eletropolimerização. referências 1. stadnik o. diss. kand. chim. n. – kiev. – 2011 2. o. stadnik et. al. – int. electrochem. soc. meeting. abstract # 2240. – 2010 3. m. ogüz güler et. al. – 7th turkish nanoscience and nanotechnology conference. – p. 24. – 2011 4. roncali j.; chem. rev., 92(1992), 711 5. k.r. lemos castagno, tés. d. sc. ufrs.,porto sendo σ a concentração dos íons de cobalto no interior da solução, δ2 o coeficiente da difusão dos cátions de cobalto, v3 a reação da oxidação. resultados e discussão (seção 2) os elementos do jacobiano para o sistema de equações (15-17) para o estado estacionário serão mostrados como analogicamente, se, como acima, introduzir as variáveis (18) sabendo que a33 é sempre negativo, podemos 78eclética química, 37, 72 -78, 2012. alegre, 2007 6. m.s. ba-shmmakh. – th. deg. m.sc. – king saud univ. saudi arabia. – 2003. 7. v.m. de andrade, tés. m. eng. ufrs., porto alegre, 2006 e as referencias por 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article history: received: march 20, 2018 accepted: august 14, 2018 published: august 23, 2018 keywords: 1. antimony based glass 2. cadmium ferrite nanoparticles 3. optical properties 4. structural properties 1. introduction antimony phosphate glasses containing heavy metal oxides1, 2 have been studied due to their interesting characteristics like high linear and nonlinear refractive indexes3, 4, large transmission window5, low phonon energy6, 7, which make them promising materials for several technological applications in photonics8-10 and plasmonics11, 12. another emerging field is related to nanophotonic technologies by incorporating metal, semiconductor or magnetic nanoparticles into such dielectric materials and further to study using femtosecond lasers, in order to understand the fundamental properties of the interaction of light with this new kind of materials13-18. how it is a very new field it should be noted that several fundamental aspects must be considered, as for example, what size range of nanoparticles can lead to satisfactory results, what is the amount of nanoparticles supported without crystallizes and what is the influence of the glass matrix nature on the properties of the nanoparticles. in the case of glasses containing magnetic nanoparticles, the functionality of magneto-optical devices and magnetic sensors can be greatly abstract: the development of glasses containing nanoparticles dispersed homogeneously with controlled size and optimum parameters for functionality is a big challenge. in the present work, the ternary system 60sbpo4-30zno-10pbo containing cdfe2o4-sio2 nanoparticles was studied. cdfe2o4 nanoparticles, with average size of 3.9 nm, were synthesized using the coprecipitation method and, in a second step, protected by a silica layer. different mass percentages of nanoparticles were mixed to the glass precursors and then transformed into glasses by melt-quenching method. thermal and structural properties were evaluated by differential scanning calorimetry, raman spectroscopy, scanning electronic microscopy and transmission electron microscopy. while the optical properties were studied by mlines spectroscopy and uv-vis spectroscopy. the glasses obtained were completely transparent, with yellow color and showed no sign of crystallization according to the techniques used. scanning and transmission electron microscopy confirm that the methodology used for the incorporation of nanoparticles was efficient. the methodology used to protect the nanoparticles prior to incorporate them to glasses, strongly contributes towards the development of new functional glasses useful for magneto-optics devices. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 mailto:juliane_resges@hotmail.com https://orcid.org/0000-0002-3950-0040 https://orcid.org/0000-0001-5128-3280 https://orcid.org/0000-0002-2574-786x https://orcid.org/0000-0002-7971-6794 original article 33 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 improved, but the development of magnetic glasses with nanoparticles dispersed satisfactorily remains a major challenge19, 20. for this reason, finding high refractive index matrices that are good hosts for magnetic nanoparticles is important. despite intensive efforts to study antimony-based glasses, to our knowledge, there is no studies in the literature dedicated to the incorporation of magnetic nanoparticles in these glasses. the melt-quenching process for the incorporation of nanoparticles has been reported in the literature20-24, by mixing the glass precursors and nanoparticles powders before melting the material. as the melting process occurs at high temperatures, it is interesting to protect the nanoparticles to ensure that they do not dissolve after the process. cadmium ferrite nanoparticles (cdfe2o4) have been studied due to excellent chemical stability and applicability in magneto-optical devices and semiconductor sensors25-28. these nanoparticles can be further functionalized by adding layers of silica, which can act as a protective layer of the nanoparticles during the melting29-31. in this context, the proposal of this work was to incorporate cadmium ferrite nanoparticles, synthetized by co-precipitation and coated with silica (cdfe2o4-sio2) into the glass composition 60sbpo4-30zno-10pbo using the melt-quenching technique. a structural, thermal and optical investigations were performed in the glasses containing the nanoparticles by means of, transmission electron microscopy (tem), scanning electronic microscopy (sem), atomic force microscopy (afm), raman spectroscopy, differential scanning calorimeter (dsc), m-lines spectroscopy and uv-vis spectroscopy. 2. experimental 2.1 synthesis of cadmium ferrite nanoparticles protected by a silica layer (cdsinps) the cdfe2o4 nanoparticles were synthesized by the coprecipitation method, using equal volumes (62.5 ml) of a 0.005 mol l-1 solution of cadmium nitrate tetrahydrate (sigma-aldrich 99%) and 0.01 mol l-1 solution of iron nitrate nonahydrate (sigma-aldrich 99%). then, under stirring, 125 ml of a 1 mol l-1 solution of sodium hydroxide (p.a. synth) was added slowly. the system was kept under a n2 atmosphere at a controlled heating rate of 10 °c min−1 up to 100 °c and was maintained at this temperature for 2 h to complete the reaction. the nanoparticles were washed and then dispersed using ultrasound in 250 ml of ethanol 99%. subsequently, 3.6 ml of tetraethylorthosilicate (teos) (sigma-aldrich) and 1.3 ml of 25% ammonium hydroxide solution (p.a synth) were added in the dispersion of the nanoparticles. the system remained under mechanical stirring for 24 h under n2 atmosphere. then, a heat treatment at 600 °c, at room atmosphere, for 5 h was performed to eliminate any organic residue. 2.2 sbpo4-pbo-zno glasses (spz) containing cdsinps glass samples were prepared by meltquenching process. the precursors used in the glass preparation for the 60sbpo4-30pbo-10zno system were sbpo4 (prepared as reported previously by nalin et al.32), pbo and zno (grade purity 99%). a sample without nanoparticles (spz) and four samples containing 0.1, 0.5, 1.0 and 2.5% in mass of cdsinps (spz-0.1cdsinps, spz0.5cdsinps, spz-1.0cdsinps and spz2.5cdsinps) were prepared. the glass composition was weighed (sufficient to prepare 25 g of glass) and subsequently homogenized using an agate mortar. the powder mixture was transferred to a pt-au crucible and melted in a furnace at 1100 °c for 30 min. later, the melt was poured into a brass mold and crushed. the mother glass was separated into 5 portions of 5 g each one and then, the different percentages of nanoparticles (0, 0.1, 0.5, 1.5, 2.5) were mixed. the melting process was repeated for the 5 samples at 1100 °c for 7 min and poured in a brass mold heated at 340 °c and left at such temperature for 2 h for annealing. this procedure is used to eliminate the internal residual stresses of the glass, resulted from the rapid cooling of the liquid and aims to increase the mechanical resistance. the finishing of the samples was obtained by polishing the glasses with sic sandpaper with different grades. figure 1a illustrates the silica modification of cadmium ferrite nanoparticles and figures 1b and c the preparation of glasses by melt-quenching process. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 34 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 figure 1. illustration of: a) silica modification of cdfe2o4, b) mixture of nanoparticles and glass precursors and c) preparation of glasses containing nanoparticles. 2.3 nanoparticles and glasses characterization x-ray powder diffraction were carried out for the cdsinps with a bruker d8 advance diffractometer operating with a ni filtered cukα radiation source at 2θ angle ranging from 10 to 80 ° with a step pass of 0.02 ° and a step time of 2 s. transmission electron microscopy tem were carried out using a philips cm200 equipment operating at 200 kv and equipped with x-ray energy dispersive spectroscopy (eds) bruker model xflash 6ti30. samples were prepared using 0.1 mg of cdsinps or spz samples containing cdsinps. after grounding, the powder was dispersed in 1 ml of isopropyl alcohol using ultrasound. some drops of this suspension were applied on a copper grid coated with carbon film. reflectance spectrum for the cdsinps and transmission spectra (in the spectral range from 200 to 800 nm) for the spz-cdsinps glasses were recorded using a varian cary 5000 uv-vis-near infrared (nir) spectrophotometer from the polished samples with 2 mm in thickness. scanning electron microscopy images were obtained in a high-resolution scanning electron microscope (sem-feg hr) – fei inspect f50 equipped with energy dispersive x-ray spectroscopy (eds) probe (inca energy-oxford) in the bulk sample covered with carbon film and in the powder dispersed in isopropyl alcohol by dripping the suspension onto a silicon substrate. topography images of sbpo4-pbo-zno glasses (spz) containing cdsinps were obtained using a park nx-10 atomic force microscope. ppp-mfm probes (nanoworld) with spring constant of 2.8 n/m and resonance frequency within 75 khz were used for measurements. topography were acquired in air by single pass scanning at room temperature and humidity between 74.5 and 75.5%. topography was measured using the intermittent contact mode setup, slightly below the frequency of resonance. analysis and processing of the afm images were carried out with gwyddion33. raman scattering spectra were recorded at room temperature in a frequency range from 200 to 1150 cm-1 in a horiba jobin yvon model labram hr micro raman apparatus equipped with a 632.8 nm laser, delivering 17 mw. differential scanning calorimetry (dsc) measurements were carried out using the dsc q600 equipment from ta instruments to study the thermal properties of glasses. small pieces of glasses, with typically 15 mg, were heated in aluminum crucible from 150 to 600 °c at a heating rate of 10 °c.min-1, in n2 atmosphere (70 ml min1). the estimated errors are ± 2 °c for tg and tx. the refractive index of the samples was measured at 632.8 nm using a metricon model 2010 equipment. the estimated error is ± 0.0001. 3. results and discussion 3.1 cdfe2o4 and cdsinps the x-ray diffraction pattern of the synthesized powder is consistent with a cubic phase of spinel structure (space group: fd-3m) (figure 2). the major peak located at 34.4 ° corresponds to the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 35 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 (311) plane which can be readily ascribed to the characteristic peaks of the spinel ferrites. except for the low intensity diffraction peak at 42.5 ° assigned to the fe3o4 plane (400) according to the standard (jcpds 19-0629) the remaining diffraction peaks match well with standard (jcpdf 22-1063). the broadening of diffraction peaks indicates the nanocrystalline nature of the synthesized powder34. figure 2. xrd pattern of cdfe2o4. a tem image, obtained for the cdsinps, is shown in figure 3. the upper inset displays the histogram obtained from several tem images, with size distribution of 3.9 ± 0.1 nm. moreover, is observed that the nanoparticles present a sphericallike morphology. plocek et al., prepared nanoparticles of cdfe2o4@sio2, via sol gel methodology, with average size of 3.4 nm, and the tem profile obtained is very similar to those obtained in this work29. figure 3. tem and histogram with the size distribution of cdsinps. the nanoparticles were synthesized by coprecipitation method and was used a surfactantfree synthesis in order to avoid remaining organic compounds, that can induce bubbles during the synthesis of the glass and react with the pt-au crucible during the melting process. after coating the cdsinps with silica, the nanoparticles were heated at 600 °c for 5 h. for this reason, the nanoparticles are not isolate and monodisperses, but rather in the form of silica agglomerates. figure 4a shows the diffuse reflectance spectrum for the cdsinps. this technique allows to obtain the band gap energy of the material. the kubelka-munk remission function is the most used for interpreting diffuse reflectance data. the absorption coefficient close to the edge of the absorption band is a function of the frequency according to equation 1: (𝑎ℎ𝜈) 1 𝑛 = 𝐾′ . ℎ𝜈 − 𝐾′ . 𝐸𝑏𝑔 (1) in which k' is the absorption constant that depends on the properties of the material and h is the photon energy of the incident radiation; the exponent n can have values of 1/2, 2, 3/2 and 3 corresponding to direct transition, indirect transition, prohibited direct transition and prohibited indirect transition, respectively35. figure 4. a) diffuse reflectance spectra of cdsinps, b) (f(r).h)1/2 as a function of the photon energy. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 36 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 the absorption coefficient (𝑎) is related to the reflectance (r) measured by means of equation 2: 𝑎 = 𝐹(𝑅) (2) where f(r) is the kubelka-munk function which has the form expressed in equation 3: 𝐹(𝑅) = (1 − 𝑅)2 2𝑅⁄ (3) if 𝐹(𝑅). ℎ𝜈 1 𝑛 is plotted as a function of the energy of the incident photon and the straight-line portion is extrapolated to 𝐹(𝑅). ℎ𝜈 1 𝑛 = 0 , with n = ½ or 2, the band gap energy can be estimated. in figure 4b is shown the graph of 𝐹(𝑅). ℎ𝜈 1 𝑛 as a function of photon energy (e) for n=2, which provided lower deviation in the linear regression, the indirect band gap obtained was 1.8 ev. miao et al.36 calculated an indirect gap for a thin film of cdfe2o4 of 1.97 ev and shi et al.37 also obtained a band gap of 1.97 ev for nanoparticles of cdfe2o4 with 24 nm of diameter. naseri28 obtained in his work a band gap of 2.06 ev for nanoparticles with a size of 47 nm treated at 673 °c. based on these results, and due to the reduced size of the nanoparticles the band gap value obtained is in agreement with the literature. 3.2 spz glasses containing cdsinps figure 1c showed the profile of the matrix and vitreous samples containing nanoparticles obtained. the matrix color is light yellow and when the nanoparticles were incorporated to the samples, they became darker with intensification of the tonality with increasing the percentage of cdsinps. the color is characteristic of the presence of iron ions in the glasses38. the obtained samples are totally transparent and visually homogeneous. for compositions containing concentrations higher than 3.0% of nanoparticles the total crystallization of the samples occurred, indicating that the limit of nanoparticles supported by the spz matrix is between 2.5 and 3.0% in mass of cdsinps. by means of the tem image of the sample spz2.5cdsinps it is seen in figures 5a and 5b that the sample presents regions with different contrast from the glass without nanoparticles. when these regions were analyzed closely, the presence of the cdsinps were confirmed, showing that the incorporation occurred satisfactorily, although it did not occur homogeneously in the nanoscale. the figures 5c and 5d were obtained in two different regions in which the nanoparticles present average diameter of 3.5 nm (histogram inserted in figure 5d, obtained from images 5c and 5d), showing that silica coating was efficient to protect nanoparticles during melting at high temperatures. the smaller size with respect to the nanoparticles prior to incorporation can be explained by the low count number of nanoparticles in the glass, and also due to a possible dissolution of the silica layer at the edges of the agglomerates, consequently causing the dissolution of part of the nanoparticles. in this way, iron ions were dispersed into the matrix and explains the dark yellow color. figure 5. tem images of spz-2.5cdsinps sample in different regions: a), b), c) and d). the insert in d) shows the histogram made from tem images for the sample including images c) and d). the morphology of the sbpo4-pbo-zno glasses (spz) containing 2.5% cdsinps were studied by sem and afm microscopy, figure 6 and figure 7, respectively. figure 6a and 6b displayed silica agglomerates containing cdfe2o4 nanoparticles with different formats in the glass surface. figure 6c shows the energy dispersive spectra (eds) of the general area of figure 6b. the cd, fe, si peaks were clearly visible in eds showing the presence of nps within the glass. the figure 6d shows the image of a suspension obtained from the sample deposited on a silicon substrate. agglomerates are observed with different sizes and forms concentrated in certain regions of the sample, and these results are in agreement with the images obtained by tem. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 37 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 figure 6. sem-hr images of spz-2.5cdsinps sample covered with carbon film a) 20.000x; b) 500.000x, c) edx spectra of the general area of image (b) and d) semhr image for spz-2.5cdsinps suspension deposited on silicon substrate (20.000x). figure 7. afm topography images of 4 x 4 μm2 (a) 3d surface topography associated with the region (1 x 1 μm2) square draw on (a). figure 7 shows afm images corresponding to the sbpo4-pbo-zno glasses (spz) containing 2.5% cdsinps. the topography of the spz2.5.0cdsinps sample and 3d afm image clearly reveals the presence of different sizes of agglomerates containing the nanoparticles (30 nm until 0.3 m) uniformly disperses on glass, corroborating with tem and sem images. we assign the presence of the silica agglomerates to the low melting time (7 min), which was not enough to dissolve all the silica in the sample, protecting the nanoparticles. 3.3 thermal analysis figure 8 shows the dsc curves for the matrix and for the samples containing nanoparticles in different percentage in mass. it is observed that the profile of the curves is the same for all samples. the values found for characteristic temperatures of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 38 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 glass transition (tg), onset of crystallization (tx) and maximum crystallization (tp) of each sample are resumed in table 1. the addition of nanoparticles leads to a small increase in the value of tg and tx, attributed to the increase in the degree of structural rigidity due to the incorporation of the silica in the matrix. the parameter tx-tg, referring to the thermal stability of the glass, remains constant, showing that the addition of the nanoparticles to the glass did not destabilizes the composition. this behavior is important for applications when glass pieces with different sizes (for example, 10 x 10 cm) are required. figure 8. dsc curves of the spz and spz-cdsinps glasses. table 1. characteristic temperatures of the spz-cdsinps glasses. 3.4 raman spectroscopy the prepared samples were analyzed by raman spectroscopy (figure 9). due to the higher proportion of sbpo4 in the glasses studied, the curves predominantly present bands characteristic of the phosphate groups, and can be attributed as published by nalin et al.4 figure 9. raman spectra of the spz and spz-cdsinps glasses. the band at 300 cm-1 is assigned to group modes.1 the bands at 461 and 404 cm-1 are assigned to symmetrical deformation of the po4 and the asymmetric deformation of sb-o, respectively. while the bands at 617 and 551 cm-1 are assigned to the asymmetrical stretches of vibrational modes p-o-sb and asymmetrical stretching sb-o. finally, the bands at 1100 and 972 cm-1 can be assigned to asymmetrical stretches of the po4 and symmetrical stretching of po4, respectively. assignments for samples containing cdsinps are shown in table 2. the positions of the bands remain constant and no evidence that the addition of the nanoparticles is modifying the structure of the glass was found. samples tg (°c) tx (°c) tp (°c) tx-tg (°c) spz spz-0.1cdsinps 375 379 515 519 573 571 140 140 spz-0.5cdsinps 380 518 574 138 spz-1.5cdsinps 381 523 582 142 spz-2.5cdsinps 385 530 588 145 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 39 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 table 2. assignments of the bands observed in the raman spectrum for the glasses studied. g.m.: group modes 3.5 optical measurements the refractive index values for glasses were obtained using the prism coupling technique, mlines spectroscopy and the values can be observed in the table 3. the increase in nanoparticle concentration slightly reduced the refractive index, which can be attributed to the contribution of silica and the substitution of pbo and sbpo4 in the matrix, which have much higher polarizabilities, leading to a decrease in refractive index values. while siqueira39 found to the same vitreous matrix a behavior of increase of refractive index with increase of the concentration of fe2o3, which was attributed to the ability of iron ions to polarize neighboring atoms. table 3. refractive indexes obtained for the spz and spz-cdsinps glasses. samples refractive index spz 1.887 spz-0.1cdsinps 1.886 spz-0.5cdsinps 1.885 spz-1.5cdsinps 1.883 spz-2.5cdsinps 1.880 spectroscopy in the uv-vis region was used to obtain transmission spectra of the matrix and samples containing cdsinps. figure 10 shows that it occurs a red shift of the absorption edge with the increase in the percentage in mass of cdsinps. the decrease of the transmittance is due to light scattering from scratches on the surface of the glasses and also due to the scattering coming from the presence of agglomerates. higher is the percentage of nanoparticles, higher is the agglomerates and, as consequence, lower is the transmission of the glasses. figure 10. a) transmittance spectra obtained for the sbpo4-pbo-zno containing cdsinps and b) (ah)1/2 as function of the energy of the photon (e). the absorption limit in the visible region is called band gap energy and involves optical transitions between the valence and conduction raman/cm -1 samples g.m.* δas sb-o δs po4 νas sb-o νas p-o-sb νs po4 νas po4 spz 300 404 461 546 617 972 1100 spz-0.1cdsinps 298 404 465 547 617 973 1097 spz-0.5cdsinps 299 405 467 547 619 972 1098 spz-1.5cdsinps 300 405 465 547 617 973 1198 spz-2.5cdsinps 298 405 467 549 619 972 1198 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 40 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 bands. its value can be obtained from the transmission spectra using the parav software in which the transmission spectra of the glasses is inserted and also the values of the refractive indexes and thicknesses of the glasses are supplied to the software, which then generates the graph of (ah)1/2 versus e40. as already mentioned above, the absorption coefficient is a function of the frequency, so plotting a graph of (ah)1/2 as a function of the energy of the photon (e), is possible to obtain the band gap energy values of the glasses (figure 10b). the figure 11 shows the values of the optical band gap (eopt) of the glasses (which were determined from a tangent drawn in the intercession of the curve (ah)1/2 versus e). band gap energies decrease with increasing percentage in mass of cdsinps and it can be attributed to the fact that the nanoparticles and iron ions introduce new energy levels between the valence band and the conduction band of the matrix, showing that eopt the of the spz glass is strongly sensitive to the presence of cdsinps. figure 11. optical band gap energy values obtained for the spz and spzs containing cdsinps. the results obtained in this work are important from the fundamental point of view because demonstrate the possibility to use glass as a medium to disperse nanoparticles without dissolves them. glasses containing nanoparticles are interesting system for several applications in photonics, however the nanoparticles usually are growth from the vitreous phase by means of a controlled heat treatment. the main drawback of such method is linked to the fact that most of glasses crystallize heterogeneously leading to nonhomogeneous optical properties. the innovation in this paper is related to the fact that we proved that nanoparticles with controlled sizes can be dispersed into glass matrix. such results open the possibility to explore new functionalities for such materials in the field of photonics and magneto-photonics. it is important to remember the reader that conventional glasses, like those used for optical fibers, are not suitable to changes in the electromagnetic fields close to them, however, using this new hybrid glasses the magnetic properties of the nanoparticles may play a very interesting role on the manipulation of the light by means of changes in the magnetic field. applications such as, sensors may be idealized using such new materials. these possibilities are currently under investigation in our laboratory. 4. conclusion in this work, the 60sbpo4-30zno-10pbo glass system was used as host for incorporation of cdsinps using melt-quenching process. we have shown that the method of protection of the nanoparticles with a silica layer is efficient and the incorporation in the vitreous matrix occurred satisfactorily, as presented in tem and sem images, although it is still necessary to improve the quality of the silica coating in order to obtain monodisperse nanoparticles and more homogeneous glasses. the dsc analysis showed that the matrix acquired greater thermal stability while raman spectroscopy did not present evidence that the presence of the cdsinps modified the glass structure. this is interesting because nanocrystals were added in an amorphous matrix without causing crystallization of the sample. the presence of the nanoparticles induced a decrease in the refractive index and eopt of the glass, showing that the cdsinps have influence on the optical properties of the material. the results obtained in this work may contribute towards the development of glasses containing nanoparticles useful for magneto-optics devices. in addition, it is important to emphasize that this methodology can be used for other types of nanoparticles such as bimetallic nanoparticles or nanoparticles with plasmonic properties, for example, thus expanding the range of possibilities of studies in the area of nanoparticles containing glasses. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 original article 41 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 5. acknowledgements the authors are grateful to the brazilian funding agencies cnpq (grant number 141258/2014-4) and são paulo research foundation fapesp (grant number #2013/07793-6). we would like to thanks lme and lcs -lnnano/cnpem, which provides the equipments for sem and afm measurements. 6. references [1] manzan, r. s., donoso, j. p., magon, c. j., silva, i. d’a. a., rüsseld, c., nalin, m. optical and structural studies of mn2+ doped sbpo4-znopbo glasses, j. braz. 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https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.271-273.13 lou,%20x.,%20liu,%20s.,%20shi,%20d.,%20chu,%20m.,%20ethanol-sensing%20characteristics%20of%20cdfe2o4%20sensor%20prepared%20by%20sol–gel%20method,%20mater.%20chem.%20phys.%20105%20(2007)%2067-70.%20https:/doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.04.038. lou,%20x.,%20liu,%20s.,%20shi,%20d.,%20chu,%20m.,%20ethanol-sensing%20characteristics%20of%20cdfe2o4%20sensor%20prepared%20by%20sol–gel%20method,%20mater.%20chem.%20phys.%20105%20(2007)%2067-70.%20https:/doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.04.038. lou,%20x.,%20liu,%20s.,%20shi,%20d.,%20chu,%20m.,%20ethanol-sensing%20characteristics%20of%20cdfe2o4%20sensor%20prepared%20by%20sol–gel%20method,%20mater.%20chem.%20phys.%20105%20(2007)%2067-70.%20https:/doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.04.038. lou,%20x.,%20liu,%20s.,%20shi,%20d.,%20chu,%20m.,%20ethanol-sensing%20characteristics%20of%20cdfe2o4%20sensor%20prepared%20by%20sol–gel%20method,%20mater.%20chem.%20phys.%20105%20(2007)%2067-70.%20https:/doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.04.038. lou,%20x.,%20liu,%20s.,%20shi,%20d.,%20chu,%20m.,%20ethanol-sensing%20characteristics%20of%20cdfe2o4%20sensor%20prepared%20by%20sol–gel%20method,%20mater.%20chem.%20phys.%20105%20(2007)%2067-70.%20https:/doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.04.038. lou,%20x.,%20liu,%20s.,%20shi,%20d.,%20chu,%20m.,%20ethanol-sensing%20characteristics%20of%20cdfe2o4%20sensor%20prepared%20by%20sol–gel%20method,%20mater.%20chem.%20phys.%20105%20(2007)%2067-70.%20https:/doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.04.038. https://doi.org/10.1063/1.1690497 https://doi.org/10.1063/1.1690497 https://doi.org/10.1063/1.1690497 https://doi.org/10.1063/1.1690497 https://doi.org/10.1063/1.1690497 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.067 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.067 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.067 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.067 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.067 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.067 https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.026 https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.026 https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.026 https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.026 https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.026 https://doi.org/10.1016/s0022-3093(02)01595-8 https://doi.org/10.1016/s0022-3093(02)01595-8 https://doi.org/10.1016/s0022-3093(02)01595-8 https://doi.org/10.1016/s0022-3093(02)01595-8 https://doi.org/10.1016/s0022-3093(02)01595-8 https://doi.org/10.1016/s0022-3093(02)01595-8 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.10.192 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.10.192 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.10.192 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.10.192 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.10.192 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.10.192 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.10.192 https://doi.org/10.1007/s10971-005-1378-1 https://doi.org/10.1007/s10971-005-1378-1 https://doi.org/10.1007/s10971-005-1378-1 https://doi.org/10.1007/s10971-005-1378-1 https://doi.org/10.1007/s10971-005-1378-1 https://doi.org/10.1016/s00223093(01)00388-x https://doi.org/10.1016/s00223093(01)00388-x https://doi.org/10.1016/s00223093(01)00388-x https://doi.org/10.1016/s00223093(01)00388-x https://doi.org/10.2478/s11534-011-0096-2 https://doi.org/10.2478/s11534-011-0096-2 https://doi.org/10.2478/s11534-011-0096-2 https://doi.org/10.2478/s11534-011-0096-2 original article 43 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 32-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p32-43 [35] tauc, j. amorphous and liquid semiconductor. plenum publishing company ltd; new york, 1974. 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ângela de b. c. menezes 2 , humberto lopes santos 3 , adriana rocha de souza drumond 1 1 programa de mestrado em engenharia industrial do centro universitário do leste de minas gerais (unileste). coronel fabriciano, mg, brasil viviane.macedoreis@gmail.com gruckert@homail.com.br adrianarochadrumond@hotmail.com. 2 centro de desenvolvimento da tecnologia nuclear/comissão nacional de energia nuclear (cdtn)/cnen) laboratório de ativação neutrônica,belo horizonte, mg, brasil menezes@cdtn.br. 3 coordenação de meio ambiente e qualidade – celulose nipobrasileira (cenibra s.a) belo oriente, mg, brazil humberto.santos@cenibra.com.br os municípios de ipatinga (ipa) e coronel fabriciano (fab) estão inseridos na região metropolitana do vale do aço (rmva). nesta região estão localizadas duas indústrias siderúrgicas e uma indústria de extração de celulose. neste estudo, foram obtidas as concentrações de partículas totais em suspensão (pts), partículas inaláveis com tamanho aerodinâmico de até 10 μm (mp10) por gravimetria, utilizando amostradores manuais hi-vol (agv), além da concentração de elementos químicos no material particulado em ipa e fab de maio a novembro de 2010. a concentração de elementos no material particulado amostrado foi obtida por meio das técnicas de análise por espectrometria de absorção atômica: al, ca, cu, cd, mg, mn, ni, pb, sn, ti, zn, ativação neutrônica instrumental (método k0): as, br, ce, co, cr, cs, fe, hf, la, sb, sc, sr, th, k, zn, zr, e o na por espectrofotometria de emissão de chama. a qualidade do ar foi avaliada com base nas concentrações de pts e mp10 de acordo com a resolução conama 03/1990 e elementos pelos padrões da organização mundial da saúde (oms). observou-se que em fab a concentração de pts e principalmente mp10 se apresentou com maior variação e alcançou valores superiores ao limite estabelecido pela resolução conama mais frequentemente se comparado ao ponto em ipa. a qualidade do ar se apresentou em geral boa para pts e mp10 em ambos os locais amostrados. os elementos sn, ca, fe, pb, na, k, zn e al nas pts e mp10 em ambos os municípios foram os mais abundantes. fe e sn se apresentaram acima do limite estabelecido pela norma oms, assim como cr, pb e as. as concentrações mais elevadas de pts, mp10 e elementos foram registradas nos meses secos e frios. de acordo com os resultados apresentados, verificou-se uma forte correlação entre a composição e concentrações de elementos e as atividades siderúrgicas e de tráfego de veículos na região. palavras-chave: elementos tóxicos, material particulado, qualidade do ar, vale do aço. abstract ipatinga (ipa) and coronel fabriciano (fab) cities are located in vale do aço, a metropolitan area and the largest industrial area in minas gerais state, where there are two steel mills and one pulp mill, as well as other micro and small factories. due to industrialization, population growth, technological development and intense vehicle traffic in the region, the air pollution has been increasing. air pollution can result in public health problems, thus it is necessary to quantify the particulate matter concentration and the toxic metals and trace elements associated in this region. this study evaluated the concentration of the total suspended particles (tsp), inhalable particles with aerodynamic size up to 10 µm (pm10) by hi-vol manual samplers eclética química, 38, 166-175, 2013. 167 in ipa and fab, from may to november 2010. metals and trace elements were determined in the pm10 and tsp samples. neutron activation analysis, k0-method,was applied and determined the elements as, br, ce, co, cr, cs, fe, hf, la, sb, sc, sr, th, k, zn, zr; atomic absorption spectrophotometry, al, ca, cu, cd, mg, mn, ni, pb, sn, ti, zn, and flame emission photometry, na. the air quality was assessed based on the concentrations of tsp and pm10 according to conama resolution 03/1990 and elements by the standards of the world health organization (who). it was observed that in the fab concentration of tsp and pm10 mainly performed with greater variation and reached the upper limit established by conama figures most often compared to the point in ipa. air quality is generally presented good for tsp and mp10 in both sampling sites. the sn, ca, fe, pb, elements na, k, zn and al in tsp and pm10 in both counties were the most abundant. fe and sn were above the limit set by the who standard, as well as cr, pb and as the highest concentrations of tsp, pm10 and elements were observed during the dry and cold months.the high concentration results of fe and sn suggested that the sources of emissions were hematite transport and steel mill. it was found a strong correlation between elements concentrations and the steel factory activities and the vehicle traffic in this region. key-words: toxic elements, particulate matter, air quality, steel mill. introdução a rmva é um pólo industrial de minas gerais, onde estão localizadas duas indústrias siderúrgicas (usiminas e aperam) e uma indústria de extração de celulose (cenibra), além de micro e pequenas empresas. os municípios ipatinga (ipa) e cel. fabriciano (fab), juntamente com timóteo e santana do paraíso, constituem a rmva [1]. tratase de uma aglomeração urbana com aproximadamente 468.378 habitantes. somadas as populações dos outros 11 municípios, que formam o colar metropolitano, a região atinge mais de 600 mil habitantes [2]. a economia de ipa baseia-se principalmente na siderurgia. ipa passa por um processo de diversificação econômica, com a implantação de um distrito industrial que vem estimulando o empreendedorismo e a abertura de novas plantas industriais. já a economia de fab está ligada ao comércio. por se localizar entre os municípios de timóteo e ipa, onde existem as principais indústrias siderúrgicas de minas gerais (mg). mesmo não possuindo instaladas indústrias de grande porte em sua área de abragência, fab pode apresentar uma elevada poluição atmosférica, que pode ser representada pela carga de material particulado (mp) advindo das indústrias siderúrgicas das outras cidades e do crescente tráfego de veículos. as principais fontes de poluição atmosférica na rmva são siderurgia, indústrias de transformação, queimadas e tráfego de veículos, o que torna importante a quantificação de elementos químicos que se aglomeram no mp. os mesmos podem ser classificados em partículas totais em suspensão (pts) e partículas inaláveis (mp10) (≤ 10 µm). os mp10, quando inalados, podem se alojar nos alvéolos pulmonares, causando doenças respiratórias, cardiovasculares, alergias e câncer. com isso, o número de internações nos hospitais da região, pode estar relacionado à quantidade de mp oriundo de atividades industriais e de deslocamento. no brasil o padrão legal para poluição atmosférica é baseado na resolução conama n° 03 de 1990, ou seja, valores máximos de 150 µg.m -3 para mp em 24 horas de amostragem, assim como o índice de qualidade do ar (iqar) (quadro 01). entretanto, a organização mundial da saúde (oms) estabelece limites máximos para ambos de 50 µg.m 3 . associados a essas partículas podem ser encontrados elementos tóxicos na forma de óxidos. o objetivo deste estudo foi avaliar e classificar a qualidade do ar em termos das concentrações de mp: pts, mp10 e elementos agregados aos mesmos, nos dois municípios supracitados do estado de mg. materiais e métodos o monitoramento foi realizado por meio da instalação temporária de dois kits de amostradores ativos de grande volume (agv – hi-vol) por gravimetria [3, 4, 5]. um dos kits foi instalado dentro da área do centro universitário do leste de minas gerais (unileste) em fab (campus caladinho) e outro em ipa (campus bom retiro), dentro da esfera de influência das possíveis fontes de emissão. http://pt.wikipedia.org/wiki/tim%c3%b3teo http://pt.wikipedia.org/wiki/santana_do_para%c3%adso http://pt.wikipedia.org/wiki/munic%c3%adpio http://pt.wikipedia.org/wiki/siderurgia http://pt.wikipedia.org/wiki/empreendedorismo eclética química, 38, 166-175, 2013. 168 as técnicas utilizadas na determinação da concentração de elementos químicos no mp foi espectrometria de absorção atômica para al, ca, cu, cd, mg, mn, ni, pb, sn, ti, zn, ativação neutrônica instrumental (método k0) para as, br, ce, co, cr, cs, fe, hf, la, sb, sc, sr, th, k, zn, zr e espectrofotometria de emissão de chama para o na [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. as coletas consistiram em três amostras semanais de cada parâmetro, no ano de 2010 nos meses de maio, junho, julho e agosto. nos meses de setembro, outubro e novembro, as amostras foram coletadas uma vez em cada semana, ambas com 24 horas de exposição. as coletas foram realizadas nos dois pontos simultaneamente. os tratamentos estatísticos foram média aritmética e desvio padrão, a partir dos valores diários das concentrações. as diferenças estatísticas entre os meses de estação seca e de transição e entre os pontos de amostragem foram avaliadas utilizando teste-t ou wilcoxon com grau de significância a 5% [10]. a comparação das concentrações dos elementos em ambos os municípios foi realizada por wilcoxon. a relação entre as concentrações de pts e mp10 foram avaliadas por correlação de pearson [8]. para a classificação da qualidade do ar e cálculo do iqar foram utilizados os dados brutos diários [13]. resultados e discussões concentração de pts e mp10 observou-se que em fab a concentração de pts e mp10 se apresentou com maior variação e alcançou valores superiores ao limite estabelecido pela res. conama mais frequentemente do que no ponto em ipa. foram observadas altas concentrações de pts em fab no dia 09 de junho (165 µg.m -3 ) e em ipa no dia 26 de julho (141 µg.m 3 ) e para mp10 em fab (167 µg.m -3 ) neste mesmo dia. esta concentração mais elevada nestes dias, pode ter ocorrido por influência de incêndio florestal numa área de preservação próxima aos pontos amostrados. incêndios florestais se enquadram em fontes naturais de material particulado [14]. as concentrações mais elevadas de pts, mp10 e elementos foram registradas nos meses secos e frios (junho a agosto), devido aos baixos índices de precipitação úmida e ocorrência de calmaria [15, 16, 17]. em fab as médias das concentrações de pts se apresentaram com maior variação e média mais elevada nos meses entre maio e agosto (estação seca) se comparado com o período de transição (setembro a novembro) (teste-t, n= 21; p=0,0108). já em ipa, apesar da ligeira variação, as médias das concentrações não mostraram diferenças significativas entre os períodos de seca e transição (teste-t, n= 18; p=0,0714), ou seja, neste ponto os valores das concentrações foram mais homogêneos do que fab durante os dois períodos (tab. 01). apesar de não apresentar diferença significativa entre os valores médios de pts entre fab e ipa (teste-t , n=39; p=0,4852), fab foi o único ponto onde o padrão secundário do conama foi excedido. esta concentração mais elevada pode ter sido devida à influência do tráfego de veículos próximo ao local de amostragem em fab. a menos de 200 m deste ponto há uma rodovia importante para o transporte da região, onde pode haver significativa ressuspensão de poeira de caminhões pesados, escapamentos de gases nos canos dos veículos, os quais são caracterizados como uma forma de fonte móvel de emissão atmosférica [10, 18]. as concentrações de mp10 em fab variaram entre 12 a 167 µg.m -3 , apresentando média de concentração maior do que ipa, 43,95 e 25,11 µg.m 3 , respectivamente (teste de wilcoxon, n=39; p=0,0171) durante todo o período (tab. 02). também em fab a concentração mp10 apresentou valores maiores no período de estação seca se comparado com o período de transição (teste-t, n= 21; p=0,0002). isto pode ser explicado pelas variações nas condições metereológicas [19]. em ipa os padrões (150 µg.m -3 ) da res. conama, não foram excedidos durante o período de amostragem. além disso, os valores de concentração foram relativamente baixos e não apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre as estações de seca e transição (teste-t, n= 18; p=0,1891). isto indica uma maior estabilidade nas concentrações de mp10 em ipa (tab. 02). esta maior estabilidade pode ser devido à menor quantidade de fontes de emissão neste ponto. sobretudo, o tráfego de veículos próximo a este ponto de amostragem foi relativamente menor do que fab. eclética química, 38, 166-175, 2013. 169 concentração de elementos nas pts e mp10 as concentrações significativas foram para os elementos fe (77,3 μg.m -3 ), ca (25,7 μg.m -3 ), na (24,0μg.m -3 ) e sn (12,1 μg.m -3 ) em fab. em ipa, estas foram para fe (35,7 μg.m -3 ) e sn (17,2 μg.m -3 ). isto podem ser devido às emissões no transporte de hematita, decorrente da proximidade com as usinas, ressuspensão do solo e tráfego de veículos [10]. foram observadas as correlações significativas entre as pts e os elementos em fab (tab. 03). entre as boas correlações evidenciadas neste estudo (r > 0,70), foram observadas correlações altamente significativas entre pts e os elementos cu, mn, zn, ca, mg, sn e al. em ipa, foram observadas correlações de pts entre os elementos cu, fe, mn, zn, mg, cr, na, sc, th, as e br (tab. 04). isto evidencia que mesmo apresentando variações de concentração ou fontes distintas, as pts estão fortemente associadas a estes elementos. a correlação elevada entre pts/fe (r = 0,79) em ipa pode ser explicado pela proximidade de sua fonte de emissão, se apresentando como poluente primário associado às partículas maiores [12]. a influência de fontes móveis para emissão de pts é predominante em fab, pois também foram encontradas correlações positivas entre pts/ca (r=0,89), al (r=0,84) e sn (r=0,83). entretanto, em ipa as boas correlações das pts com sc, fe, na, br, cr, as e th, fortalece hipótese de este ponto sofrer mais influência das fontes fixas do que de fontes móveis, pois os elementos traços sc, cr, as e th podem ser advindos exclusivamente da indústria siderúrgica próxima ao ponto de amostragem. a quantidade de correlações dos elementos nas pts se torna um problema, pois estudos indicaram que 70 % nas pts são mp10 [12]. nas mp10 de ipa foram observadas menores quantidades de correlações significativas entre os elementos analisados em relação a fab. esse ponto apresenta uma menor quantidade de fontes de emissões e as concentrações de mp10 nos filtros também foram menores (wilcoxon, n=39; p=0,0171). isto pode ser devido à predominância de fontes distintas de emissão de partículas em fab. em ipa, os elementos mais fortemente correlacionados com as partículas são principalmente provenientes de fontes fixas (siderúrgica), enquanto que em fab, os elementos que se correlacionam melhor são provenientes de fontes móveis e estacionárias. ao se confrontar as concentrações de elementos com as concentrações de mp10, foram encontradas fortes correlações em fab (r > 0,90) (tab. 05) e ipa (r > 0,80) (tab. 06), entre mp10 e mn, ca, mg, k. foi possível observar também boas correlações (r > 0,75) entre mp10 e cu, fe, zn, cr, sn, na, la, sb, as e br em fab. a presença de tais elementos se apresentaram associada com as partículas que compõem o mp10 na área de estudo, pode ser explicado pelo fato dos mesmos apresentarem alta capacidade de se agregar as partículas menores que 10 µm, assim eles podem ser inalados em diferentes formas químicas, dependendo de suas características, principalmente na forma de óxidos [11]. as fortes correlações entre mp10 e fe em fab (r=0,92) (tab. 05) e com sn (r > 0,80) este também com pts apenas em fab, pode ser em decorrência do transporte de minério de ferro pela rodovia e ferrovia que cortam o município, a correlação significativa entre mp10/fe para este ponto pode ser explicado pela presença de fe em diversas fontes e em partículas menores, ou seja, estas com presença de óxido de ferro agregadas podem ter sido transportadas por longas distâncias em decorrência das interpéries [18]. embora alguns deles sejam essenciais ao corpo humano (zn e fe) se inalados em altas concentrações, ou mesmo na forma de vapor, podem ser prejudiciais à saúde da população [11]. sendo assim é importante destacar a boa correlação entre pm10/cr (r=0,84) em fab (tab. 05), pois este elemento é altamente tóxico, principalmentes nos estados de oxidação +3 e +6. o cr +3 tem ocorrência natural, enquanto que o cr +6 , cr +2 e cr 0 advém de processos industriais. a forma bivalente é facilmente oxidada para a forma trivalente pelas reações atmosféricas [20]. além disso, o cr, excedeu o limite de exposição segura da oms (2,5 ng.m -3 ) em fab em alguns períodos, assim como fe, sn, pb e as. os elementos tóxicos são encontrados geralmente em baixas concentrações devido à mobilidade biogeoquímica natural, através das fontes de emissão de poeiras fugitivas não canalizadas de origem natural como a influência eólica, contudo, as atividades antrópicas podem aumentar significativamente a concentração destes elementos pela emissão de poeira canalizada ou não [21], que é o que parece ocorrer na região de estudo. com base na presença dos elementos, podese prédizer que a qualidade do ar em ipa encontrase sobre grande influência de fontes estacionárias de eclética química, 38, 166-175, 2013. 170 poluentes atmosféricos (setor industrial), seguindo pelo desgaste de peças de veículos e, finalmente, por fontes naturais. em fab, a qualidade do ar parece ser influenciada principalmente pelo tráfego de veículos e emissões industriais na mesma proporção. índice da qualidade do ar em fab e ipa a qualidade do ar se apresentou como boa tanto para pts, quanto para mp10 em ambos os locais durante o período amostrado (fig. 01 e 02). no dia 26 de julho, a classificação se apresentou inadequada para o parâmetro mp10 em fab (iqar=111%) e em ipa para pts a classificação foi regular (iqar=59%) [13]. houve outros dias em que a qualidade esteve regular no mês de junho em fab, para pts, 09 e 22 de junho iqar=69% e iqar=56%, respectivamente. a qualidade do ar se apresentou boa nos dias 11 e 31 de maio, 27 de julho, 06 de outubro e em todos os dias amostrados de novembro em fab. vale destacar que esta realidade seria diferente se os índices da qualidade do ar para a região fossem baseados nos limites estabelecidos pela oms, onde o limite máximo de concentração para mp é de 50 µg.m -3 [20]. se assim fosse, para fab e ipa a qualidade do ar se apresentaria como inadequada na maioria dos dias [13]. quadro 01: classificação dos parâmetros da qualidade do ar. fonte: us epa, 2009 tabela 1: resumo estatístico das concentrações de pts (µg.m -3 ) nos pontos em fab e ipa. estação fab ipa média (sd) min-max média (sd) min-max seca 82,29 (37,16) 7 165 70,11 (24,51) 44 141 transição 52,40 (19,55) 25 81 52,60 (12,63) 33 72 total 73,5 (35,5) 7 – 165 63,4 (22,5) 33 – 141 tabela 2: resumo estatístico das concentrações de mp10 (µg.m -3 ) nos pontos em fab e ipa estação fab ipa média (sd) min-max média (sd) min-max seca 61,00 (37,37) 37 167 22,63 (8,3) 7 33 transição 25,20 (10,96) 12 46 27,10 (5,53) 20 38 total 43,95 (32,98) 12– 167 25,11 (7,05) 7 – 38 eclética química, 38, 166-175, 2013. 171 tabela 3: coeficiente de correlação entre as concentrações dos elementos obtidos nas pts em fab tabela 4: coeficiente de correlação entre as concentrações de elementos obtidos nos pts em ipa eclética química, 38, 166-175, 2013. 172 tabela 5: coeficiente de correlação entre os níveis de concentrações de elementos obtidos nos mp10 em fab. tabela 6: coeficiente de correlação entre os níveis de concentrações de elementos obtidos nos mp10 em ipa. eclética química, 38, 166-175, 2013. 173 figura 01: distribuição percentual das classes de acordo com o iqar quanto a pts e mp10 em fab. figura 02: distribuição percentual das classes de acordo com o iqar quanto pts e mp10 em ipa. eclética química, 38, 166-175, 2013. 174 conclusões em ambos os pontos, foram encontradas concentrações significativas de mp, mas em sua maioria se apresentaram em concordância com a resolução conama nº 03/90, enquanto que em relação à oms, a qualidade do ar seria classificada como regular ou inadequada por várias vezes. a atmosfera na rmva mostrou quantidade significativa de elementos tóxicos e oligo-elementos que podem ser advindos de indústrias, principalmente do seguimento siderúrgico, bem como tráfego de veículos. agradecimentos agradecemos à capes, ao sr. leandro coelho dalvi do departamento de meio ambiente e qualidade de cenibra s.a, ao laboratório de análise por ativação neutrônica, cdtn / cnen bh/mg e ao unileste. referências [1] brasil. lei complementar nº 51, de 30 de dezembro de 1998 do estado de minas gerais. institui a região metropolitana do vale do aço, dispõe sobre sua organização e funções e dá outras providências. 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[21] davis, w.t. air pollution engineering manual. air and waste management association. second edition. canada, 2000. www.scielo.br/eq volume 35, número 2, 2010 15ecl. quím., são paulo, 35 2: 14 21, 2010 artigo/article determination of patulin in apple juice by hplc using a simple and fast sample preparation method silvia r.sargenti1* and carlos a.a.almeida2 1instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, cp 780, 13560-790 são carlos-sp, brazil. 2 laboratório de análises micotoxicológicas (lamic), universidade federal de santa maria, 97105-900 santa maria-rs, brazil endereço para correspondência dra. silvia r. sargenti laboratório de química ambiental– iqsc-usp av. do trabalhador sãocarlense, 400 – são carlos – sp cep: 13560-970 email: silsarg@yahoo.com.br ou silsarg@iqsc.usp.br phone: 16-33739959 or 16-31167706 abstract: the goal of this work was to develop a simple and rapid preparation method for patulin analysis in apple juice without previous clean-up. this method combined sonication and liquid extraction techniques and was used for determination of patulin in 37 commercial apple juices available on the market in the south of brazil. the method performance characteristics were determined using a sample obtained in a local market fortified at five concentration levels of patulin and done in triplicates. the coefficient of variation for repeatability at the fortification level of 20.70µg.l-1 was 3.53 % and the recovery 94.63 %, respectively. the correlation coefficient was 0.9996 and agrees with the requirements for a linear analytical method value. the detection limit was 0.21µg.l-1 and the quantification limit 0.70 µg.l-1. only three of the analyzed samples were upper the allowed level of 50.00 µg.l-1 recommended for the world health organization. keywords: patulin, hplc/uv, apple juice, fast sample preparation method, ultrasonic extraction introduction many fungi found in spoiled food such as aspergillus spp. and penicillium spp., including a.clavatus, a. giganteus, a. terreus, p. urticae, p.expansum and byssochlamys nivea, produce patulin frequently when they invade apples, pears, peaches and berries. patulin contamination is primarily associated with fruit juices made from poor quality fruits (damaged and rotting fruits). a toxicological concern about apple product, such as apple juice is made particularly because of the apple-rotting produced by fungus p. expansum [14]. from studies conducted over the past twenty years, only apple products, especially apple juice were found to be easily contaminated by patulin, therefore, the patulin level has been regarded as a quality indicator for fruit used to made apple juice[5]. for human beings, patulin has caused nausea, vomiting, and gastrointestinal disturbances. the international agency for research on cancer (iarc) has listed patulin as a potential carcinogen [6]. the u.s. food and drug administration in its presentation to the food advisory committee (fac) recommended that patulin in apple juice should be reduced to minimum level and suggested a maximum permitted level at 50 µg.l-1 ecl. quím., são paulo, 35 2: 14 21, 201016 artigo article in apple juice, other countries like switzerland, sweden, belgium and norway that are concerned about this issue, have set a maximum permitted concentration at 50 µg.l-1 as recommended by the world health organization [7,8]. in many laboratories, ethyl acetate has been the universal extraction solvent, and purification by sodium carbonate solution has been widely used in the sample pretreatment. otherwise, liquid–liquid extraction are considerably expensive and time consuming due to the use of large amounts of organic solvents and the clean-up procedures using sodium carbonate can make patulin deactivate since it is more stable in an acidic medium [9,10]. some articles using solid-phase extraction for analysis of patulin in apples and apple juices had been reported recently [11,12]. reverse phase liquid chromatography/uv is considered more convenient and sensitive technique for analysis of patulin and methods to confirm the presence of patulin usually include detection techniques such as mass spectrometry (ms) after liquid or gas chromatography separations [9-14]. few works reported reduction in time and solvent for sample preparation for patulin analysis in apple juice and no works about sonication extraction of patulin was found besides of the power of this extraction technique [15]. the ultrasonic technique described here, used a combination of two non-miscible solvents together (water in the apple juice and ethyl acetate), that permitted a rapid extraction of patulin from apple juice using a reduced amount of sample and extraction solvent in only one step. experimental reagents and chemicals patulin standard, 98% pure (sigma-aldrich, steinheim, germany); acetonitrile hplc grade (carlo erba reagenti, milan, italy); ethyl acetate hplc grade (tedia company inc., fairfield, ca, usa) and acetic acid obtained from vetec quimica fina ltda.(rio de janeiro, rj, brazil). apparatus shimadzu uv-visible spectrophotometer, model 1203 (kyoto, japan), with wavelength range from 190 to1100 nm. sonication bath, model usc 1400a (240x137x100 mm, 40 khz and 100 w) produced by unique sistemas automáticos de limpeza (indaiatuba, sp, brazil). agilent high performance liquid chromatograph, model hp-1100 lc/msd series produced by agilent technologies (waldbronn, germany), equipped with uv and ms detectors and automated sample injector. synergi fusion rp column (250 mm x 2.0 mm id, 4 µm fusionrp80 stationary phase) obtained from phenomenex inc. (torrance, ca, usa). sample concentration system consisted of hot plate, vacuum and nitrogen lines developed by lamic for private laboratory use (santa maria, rs, brazil). standard stock solution and standard working solutions five milligrams of pure crystal patulin was accurately weighted into a 5 ml volumetric flask and dissolved in ethyl acetate. the flask was tightly wrapped with aluminum foil, identified as stock solution and kept in freezer (-18 oc). two hundred and fifty micro liters of patulin standard stock solution was transferred into a 5 ml volumetric flask, evaporated to dryness under a nitrogen stream, and then homogenized and diluted to volume with absolute alcohol. the concentration was determined by spectrophotometry, using 276 nm and ε=14600 parameters. samples thirty-seven samples purchased from supermarkets and local stores in cities from rio grande do sul state (brazil). the samples included 100% pure apple juice (6), soya added-apple juice (13) and apple nectar drink (18) packed in easy open cans or tetra pack box. ecl. quím., são paulo, 35 2: 14 21, 2010 17 artigo article sample extraction a 5 ml apple juice sample and 20 ml of ethyl acetate were added into a 50 ml flask and capped. this flask was introduced in the sonication bath and allowed to extract for 15 minutes. the ethyl acetate phase was separated and transferred to another flask and placed to a hot plate (40oc) apparatus settled with vacuum and a gentle nitrogen stream to evaporate the solvent. when the residue was completely dry, it was immediately dissolved in 500 µl of acetonitrile/water/acetic acid (840:160:5, v/v/v) solution and analyzed by liquid chromatography. high performance liquid chromatography the final solution was analyzed under the following conditions: the analytical column was set at 30oc and isocratic mode. mobile phase was 1% acetic acid solution-acetonitrile (99:1, v/v ), with flow rate at 0.3 ml/min; uv detector wavelength set at 276 nm; sample injection of 2 µl. patulin retention time obtained at 12.48 minutes. method validation to validate the method, the analytical curve was constructed with standard patulin solutions at five concentration levels and in triplicates: 20.7, 31.0, 51.8, 103.6 and 207.2 µg.l-1 . samples of apple juice were fortified with the patulin solution at the same five levels of concentration used for the analytical curve construction (20.7, 31.0, 51.8, 103.6 and 207.2 µg.l-1 ), in triplicates and the chromatographic analysis was performed in duplicates. they were compared with the blank sample (juice without fortification) to obtain the method recovery. all samples including the standard patulin solutions (used for construction of the analytical curve) were diluted in a mixture of acetonitrile/water/acetic acid (840:160:5, v/v/v) for the hplc analysis. results and discussion the method this method was simple just because the sample preparation involves only three steps: extraction by sonication bath, phase separation and concentration. an extraction method with few steps allows a good recovery, as can be seen at table 1. also in this case, it is possible to sonicate several samples at the same time which depends only of the sonication bath size. in our case, we did ten samples by time (15 minutes). to separate the phases, it is not necessary to use separation funnel and no need of other clean up process. it can be done using a pasteur pipette (as shown at figure 1). the amount of sample and extraction solvent was determined in previous extractions tests using fortified sample at the low concentration level. the sonication extraction time used was defined based in author experience with this technique in other application [16]. however, some caress is needed, the prepared sample can’t be exposed at temperature higher than 45oc due to loss or degradation of patulin and need to be dissolved in the working solution as soon as it dryers. the chromatographic analysis need to be done just after that. that was the reason why the fortified level of 50.80µg.l-1 had a high variation coefficient (10.37 %); in this case one of the samples was allowed to exceed the state of dryness. the total time of the chromatographic analyses was 17 minutes and the patulin peak appears at 12.48 minutes. each run consumes approximately 6 ml of acetonitrile. the figure 2 shows the chromatogram of patulin (fig.2a), apple juice without fortification(fig.2b) and apple juice fortified with 20.70 µg.l-1 of patulin (fig. 2c) respectively. besides of the patulin peak broadening due to isocratic mode, it is possible to detect the analyte at low levels of quantitation. ecl. quím., são paulo, 35 2: 14 21, 201018 artigo article figure 1. phase separation after sonication extraction. ecl. quím., são paulo, 35 2: 14 21, 2010 19 artigo article figure 2. chromatogram referring to the determination of patulin in apple juice after extraction: (a) patulin standard (100 µg.l-1 ); (b) blank apple juice; (c) apple juice spiked with patulin (20 µg.l-1 ). chromatographic conditions: synergi fusion rp column; mobile phase: acetic acid solution 1% and acetonitrile (99:1), isocratic mode; flow rate, 0.5 ml.min-1; uv detection (276 nm), oven at 30oc. ecl. quím., são paulo, 35 2: 14 21, 201020 artigo article table 1. recoveries of patulin from spiking. spiking level (µg.l-1 ) rsd (%) (n=6) recovery (%) 20.70 ± 0.07 3.53 94.63 31.00 ± 0.11 4.35 82.58 51.80 ± 0.43 10.37 80.22 103.60 ± 0.14 1.54 86.83 207.20 ± 0.45 2.31 94.65 lod = 0.21 µg.l-1 loq = 0.70 µg.l-1 performance characteristics as it can be seen at table 1, the recovery for the method varies from 80.22 to 94.65% and is considered as a goodmethod. the standard deviation is between 0.07 and 0.45 with a variation coefficient from 1.54% (spiking of 20.70µg.l-1 ) to 10.37% (spiking of 51.80µg.l-1 ), at this level, we considered that this value was due patulin degradation in one sample that was allowed to exceed the state of dryness the standard deviations (sd) were determined based on the areas obtained from each compound. the values of limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) were calculated using the formula 3×sd and 10×sd for the low fortification level (20.7 µg.l-1 ).17 the values obtained were: 0.70 µg.l-1 and 0.21 µg.l-1, respectively. the linearity was studied for the patulin over a range of spiking levels from 20.70µg.l-1 to 207.00µg.l-1. the correlation coefficient was 0.9996 and fulfils the requirement for a linear method. analysis of apple juice samples from the 37 commercial apple juices available on the market of the south of brazil (rio grande do sul state), only three samples were upper the amount of 50 µg.l-1 recommended by the world health organization. from these samples, the contaminated samples were of soya added-apple juice (2) and 100% pure apple juice (1) with amounts of 53.5, 54.9 and 51.6 µg.l-1 respectively. this contamination tax corresponds to 8.1 % of the total samples analyzed. conclusions this method was successfully applied to the extraction and analyze of patulin from apple juice (soya-added, nectar or 100% apple juice) and only three samples (8.1% of the total) had patulin contamination level higher than 50.µg.l-1. the proposed method is simple, cheaper and can be used for routine analyses because allows to extract several samples at the same time using a short period of time. in this work, it was possible to extract 10 to 12 samples in less than one hour, and it depends on the size of the ultrasonic bath and sample extraction vials. only 6 ml of acetonitrile and 20 ml of ethyl acetate was used by sample, what contributes to minimize the chemical residue when compared to liquid-liquid extraction in the official method [18,19]. the ultrasonic technique described here, using a combination of two non-miscible solvents together (water in the apple juice and ethyl acetate), permitted a rapid extraction in only one step, solvent reduction and good reproducibility and recovery, as seen in the validation parameters obtained. finally, the low quantification limit permits analysis of reduced quantities of samples. acknowledgements we would like to thank dr. carlos a. mallmann to allow the development of this work at lamic dependences and fatec for financial support. ecl. quím., são paulo, 35 2: 14 21, 2010 21 artigo article resumo: o objetivo deste trabalho foi desenvolver um método simples e rápido para preparação de amostras para análise de patulina em sucos de maçã sem “clean-up” prévio. este método combina os métodos de extração líquida com o ultrassom e foi utilizado para a determinação de patulina em 37 amostras de suco de maçã disponíveis no mercado do sul do brasil. os parâmetros estatísticos para validação do método foram obtidos através de fortificação de suco de maçã, obtido no mercado local, em cinco níveis de concentração de patulina e realizadas em triplicatas. o coeficiente de variação para a repetibilidade no nível de fortificação de 20,70 µg.l-1 foi de 3,53 % e a recuperação de 94,63 %. o coeficiente de correlação foi de 0,9996 e este valor está de acordo com os requisitos de linearidade de um método analítico. o limite de detecção obtido foi de 0,21 µg.l-1 e o limite de quantificação de 0,7 µg.l-1 . somente três das amostras analisadas tiveram valores superiores ao limite de 50,00 µg.l-1 recomendado pela organização mundial da saúde. palavras-chave: patulina, clae/uv, suco de maçã, extração por ultrassom, método rápido de preparação de amostra. references [1] c-l. lai, y-m.fuh, d.y-c. shih, j. food and drug anal., 8, (2000), 85. 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[19] iupac. pure & appl. chem., 60, (1988), 871. original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 2 | 2018 | 51 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 51-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 evaluation of the water quality of the verde river, ponta grossa, pr: a study on the conditions of aquatic life maintenance and the eutrophication process karine andréa costa1+ , elizabeth weinhardt oliveira scheffer1 , patrícia los weinert1 , estevan luis silveira2 1 state university ponta grossa, praça santos andrade, ponta grossa, paraná, brazil 2 federal university of paraná, 1299 xv de novembro st., curitiba paraná, brazil + corresponding author: karine andréa costa, e-mail address: karine.ambiental@gmail.com article info article history: received: february 10, 2018 accepted: june 4, 2018 published: august 23, 2018 keywords: 1. aquatic biota 2. index of quality 3. river 1. introduction even if water is considered a renewable natural resource, the growing impact on natural sources, due to the disordered increasing population density and the many interferences resulting from it, have made the degradation of water resources a public health problem. improper disposal of domestic and industrial effluent, large-scale use of agricultural input and destruction of riparian forests are examples of anthropogenic pressure which contribute to their degradation1. however, when a water body is monitored, there is a great number of parameters to be analyzed, and the interpretation of this data set requires technical knowledge as well as awareness of the current law. therefore, aiming to help disseminate water quality data, indices can be employed, which represent the consolidation of information from different analyses2. among the quality indices, this work employed wqialp (water quality index for aquatic life protection), based on ammoniacal nitrogen and dissolved oxygen (do), and the tsi (trophic state index) based on phosphorous and chlorophyll concentrations. the integrated evaluation of verde river also included the determination of 14 abstract: this study was to evaluate the physicochemical parameters that express the water quality of the verde river, in the city of ponta grossa, paraná. multivariate analysis was used, and quality indexes were obtained, such as the trophic state index (tsi) and the water quality index for aquatic life protection (wqialp). river samples were collected at 4 points along the verde river for 12 months. the results indicated that, at point 4, downstream from the sewage treatment plant (sts), the aquatic environment is very poor for the biota. the calculation of the wqialp showed bad to very bad quality, and the disposal of the effluent was indicated as the cause. it was also concluded that points 1 and 2 correspond to more preserved sites but are not totally favourable to aquatic life either because they receive surface drainage from agricultural areas in the basin. point 3, of urban character, suffers an impact caused by irregular connections of sewers, and contribution of streams that flow into the river. for all sampling points, tsi > 67 for more than 90% of the samples, indicating hypereutrophic environments throughout the river. the quality indexes applied in this work were faithful to the reality found for the water of the verde river. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 mailto:karine.ambiental@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-3767-1268 http://orcid.org/0000-0002-0954-1431 http://orcid.org/0000-0001-7947-293x http://orcid.org/0000-0002-4603-894x original article 52 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 51-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 physicochemical parameters, studied individually, and their set submitted to multivariate analysis. verde river is one of the main tributaries of pitangui river, a source of water supply to ponta grossa, and is in an area classified as “high to extremely high” importance for conservation3, with its course including the environmental preservation area (epa) of the devonian escarpment and the national park of campos gerais. therefore, it plays a relevant role in the city of ponta grossa. however, it still suffers with the disposal of raw sewage, sts effluents, domestic waste irregular disposal, degradation of the riparian forest and intensive farming activities on its margins. all these activities potentially affect water quality and biodiversity, they decrease the diversity of ecological niches available in the environment and provoke serious damage to the ichthyofauna. the objective of this work was to express the water quality of the verde river through quality indexes, calculated from the physicochemical parameters obtained experimentally. we also promote simplified data dissemination and encourage environmental protection actions. 1.1 wqialp and tsi the commonly adopted surface water quality indicators are not directed to the aquatic life maintenance, they usually refer to drinkability criteria and the different uses of water by the population. taking into consideration the importance of parameters such as do and ammoniacal nitrogen, silva and jardim4 proposed the wqialp in which the numerical value of the index is the lowest normalized value of such parameters. ammoniacal nitrogen, for example, presents concentrations accepted by the regulations which can be lethal to many aquatic organisms, since legal limits do not consider toxicity to the biota. on the other hand, the biota requires minimum do levels. according to the united states environmental protection agency (usepa), a 0 to 2 mg l-1concentration is not enough to keep aquatic life and between 2 and 4 mg l-1 do few fish species can survive5. in brazil, according to the resolution conama nº 357/056 the minimum do concentration set forth for water class 2 is 5 mg l-1, which is not enough for many species of the ichthyofauna. tsi is an indicator of eutrophication, a phenomenon that is characterized by the increase in the nutrient concentration, mainly phosphorous and nitrogen, in aquatic ecosystems, resulting in problems such as algae growth, increase in the organic matter decomposition rate with reduction of dissolved oxygen, and, consequently, water quality deterioration7, 8. this index is obtained from the total phosphorous and chlorophyll analyses and was developed to evaluate water quality regarding its enrichment by nutrients and the consequent effect, revealed by the growth of algae or macrophytes, obtaining a classification in different degrees of trophic status. the tsi determination might aid the management of hydric resources, favouring the control of eutrophication, a phenomenon that is of global concern7, 8, 9. 1.2 physicochemical parameters and multivariate analysis the physicochemical parameters that are used to characterise water quality present great variability over time and space, and it is necessary to keep a continuous monitoring program when the actual quality of superficial water is to be evaluated. from monitoring programs, data sets containing several parameters are obtained, which are measured in different scales and units, which makes their interpretation complex. the multivariate analysis is made up by a set of statistical methods able to analyse simultaneously the measures of n variables, providing useful results for the understanding of large and complex data sets. among the multivariate analysis techniques, the principal component analysis, pca, is widely used in environmental data base analyses10, 11. the pca objective is to reduce the complexity of data making its interpretation easier. 2. experimental searching for differentiated characteristics along the verde river, this study established four sampling points. monthly collection of surface water was carried out from may 2016 to april 2017. polyethylene bottles (1 l) were used and three bottles were collected in each point. the bottles were packet in plastic bags, in portable cool box with ice and transported to the laboratory where they were stored at 4 °c. aliquots of water samples were immediately filtered in a reduced pressure device, using 0.45 μm cellulose acetate membranes. analyses regarding do, temperature, conductivity and turbidity were carried out in situ, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 original article 53 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 51-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 with a portable analyser lutron, and in the laboratory, following the techniques described in the standard methods for the examination of water and wastewater12, the analyses performed were: total alkalinity, dissolved chloride, total suspended solids (tss), chlorophyll-a, oxygen biochemical demand (obd), total phosphorous, total nitrogen and ammoniacal nitrogen. analytical grade reagents and ultrapure water were used in all analyses. 3. results and discussion the data analysed covered 14 physicochemical parameters, obtained monthly for one year from 4 monitoring points, resulting in 48 samples. initially, the principal component analysis of the monitored data was carried out aiming at identifying which water quality parameters were more significant in the characterization of the water quality in verde river. table 1. eigenvalues and total variance explained by the principal components. principal component eigenvalue explained variance (%) accumulated explained variance (%) 1 5.956 42.540 42.540 2 1.946 13.900 56.439 3 1.462 10.440 66.879 4 0.995 7.108 73.987 5 0.819 5.851 79.837 6 0.681 4.868 84.705 7 0.576 4.115 88.820 8 0.446 3.186 92.006 9 0.423 3.019 95.025 10 0.247 1.764 96.789 11 0.228 1.626 98.415 12 0.120 0.854 99.269 13 0.064 0.454 99.723 14 0.039 0.277 100.000 to calculate the principal components, the kaiser criterion was employed, in which the components with eigenvalues higher than 1 were retained13. eigenvalues obtained from the correlation matrix are presented in table 1 in descending order and define the importance of the principal components, since they correspond to the variance explained by each of them. when the variables present different units and/or when they present magnitude difference, self-scaling is recommended to minimize the dominant effect that one variable might have14. data pre-treatment is fundamental for the success of the multivariate analysis and, it seems relevant to emphasise that for pca when the correlation matrix is employed, selfscaling can be dismissed. the program statistica, version 13 was used to analyse the data. the number of principal components to be retained according to the kaiser criterion (eigenvalues higher than 1 are retained) were four and, together they explain approximately 74% variance. it seems important to highlight that for the fourth component the eigenvalue 0.995 was considered as 1. this study considered that a correlation equal or over 0.5 would be reasonable to state that the parameters correlated, since this type of data presents natural variability. the variables influencing each of the 4 principal components are shown in table 2. the table also shows the total variance explained by the components, so that the evaluation of the importance of each one is presented when explaining the data set collected. when considering one important variable for the composition of the component, the numerical value of the correlation is recommended to be over 0.7. in the first component, the outstanding variables were total nitrogen, ammoniacal nitrogen, obd, tss, alkalinity, total chloride and conductivity, all with a negative signal. this component reflects the water quality for these parameters, lower values indicate better quality. in this component, do did not reach a correspondence value over 0.7 presenting 0.525 with a positive signal. however, this opposition of signals is justified by the fact that an increase in the obd and ammoniacal nitrogen https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 original article 54 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 51-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 variables is associated to the presence of organic matter, that is, higher do consumption. the do concentration is important for the self-clearing capacity, which is the recovery of balance in the aquatic environment through natural mechanisms. in this sense, the self-clearing capacity of verde river is related to the characteristic relief, which includes several rapids. component 1 can be considered an indication of aspects related to organic matter degradation. table 2. weight of the variables in the composition of principal components. variable factor 1 factor 2 factor 3 factor 4 water temperature -0.207 -0.548 0.575 0.093 do 0.525 -0.478 -0.092 0.251 cond -0.825 -0.091 0.163 0.032 environment temperature 0.175 0.100 0.833 -0.054 chl -0.879 0.163 -0.142 0.123 alkalinity -0.951 -0.062 0.005 0.030 turbinity -0.440 -0.385 -0.430 -0.106 tss -0.705 -0.156 0.356 0.001 obd -0.855 0.071 -0.097 -0.118 chlorophyll -0.185 0.614 -0.004 -0.558 p -0.073 0.719 0.231 0.115 total n -0.946 -0.046 -0.010 0.129 ammoniacal n -0.941 -0.079 -0.016 0.005 ph 0.075 -0.538 0.079 -0.733 eigenvalue 5.956 1.946 1.462 0.995 explained variance (%) 42.5 13.9 10.4 7.1 component 2 was only formed by the total p content following the correlation criterion over 0.7 and positive. if a value over 0.6 is to be accepted, the variable chlorophyll-a can be aggregated to this component. component 2 can be considered to express the influence of the farming activity in the neighbourhood of the river and the higher the p content is, the higher the resulting impact is. in component 3, there is also a single variable with correlation over 0.7, which was the environmental temperature. in this component, the hypothesis of accepting a value over 0.6 can also be considered, which would mean that the variable water temperature would also be aggregated. the fourth component presented moderate influence of the variable ph. however, since the data set under analysis involved parameters of natural variability it does not seem reasonable to affirm that the relations between the parameters are strong or weak. figure 1 presents the scores for the components 1 and 2 and the samples collected from 4 distinct monitoring points and the formation of some groups as a function of these components can be observed. in component 1, the growing impact in the quality of the verde river water was verified in all points in the spring-mouth direction. point 1 is located closer to the spring, in a place called “capão da onça”, and point 2 in a place called “curva do cemitério”, both present preserved margins and clear water. samples 1-24 (figure 1) collected from these points, generally presented the highest do concentrations (> 6 mg l-1) and the lowest dissolved chloride concentrations (< 8 mg l-1), total nitrogen and ammoniacal nitrogen, as well as the lowest obd, conductivity and total alkalinity (< 24 mg l-1) values, exactly as indicated in the data obtained from the pca. these are in fact less impacted when compared to points 3 and 4, but still present total phosphorous concentration above the limit set forth in the law, which is 0.1 mg l-1. despite the river presenting margins apparently preserved in these points, the basin is characterized by farming activities, suggesting that the input of this nutrient in the water body occurs via surface drainage. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 original article 55 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 51-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 figure 1. cp1 x cp2 scores of the samples collected in verde river. ⚫collection point 1; ⚫ collection point 2; ⚫ collection point 3 and⚫ collection point 4. point 3 (samples 25-36, figure 1) is located in the place called “passadouro”, in the urban area, after verde river receives the input of the stream pilão de pedra, which crosses the city centre, through an underground gallery, but where irregular links provoke leaking resulting in high pollution indices. this point, according to the parameters, is only less impacted than point 4. it presented, for example, obd over 3mg l-1 in more than 50% of the collections, that is, over the legal limit conama 357/05 for rivers class 2, in addition to higher turbidity and conductivity than points 1 and 2. the analysis shows that component 1 can differentiate from them by the parameters that indicate the worse quality of the river, considering the way the samples from point 3 were distributed in the score graph presented in figure 1. sample 27 in point 3 was collected in july 2016 and presented high chlorophyll-a content (52.45 µg l1), for this reason it was separated from the remaining samples of this point in relation to component 2. point 4 is located downstream to the verde river effluent treatment station, around 50 m from the local where the effluent flow into the river, and close to the river mouth which is tributary to the pitangui river. it is, undoubtedly, the most impacted place in the whole course, with do below 5 mg l-1 in most of the samples and organic matter, represented by the odb, over 4 mg l-1, even reaching 11.5 mg l-1 in december 2016 (sample 44, figure 1). for the same point 4, the samples collected from june 2016 and september 2016 (samples 38 to 41, figure 1) presented total p content three times higher on average than samples (42-48, figure 1) collected in the period from october 2016 to april 2017, being grouped in higher scores in relation to component 2, which represented exactly the p content in the samples. one characteristic of verde river, throughout its course, is the presence of rock paved bottom and small rapids, factors that dissimulate the impact when analysed regarding parameters such as do, turbidity and tss, and which can also interfere when used to calculate quality indices. numerous studies have shown that multivariate statistical analysis is useful for the assessment of the spatial water quality variations in a river15, 16, 17. 3.1 tsi – trophic state index calculation considering the trophic status of its aquatic ecosystem, verde river is classified, practically in all its points, as eutrophic or superior, with predominance of hypereutrophic features (table 3). undoubtedly, the presence of phosphorous was https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 original article 56 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 51-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 determining for this condition. the total phosphorous concentration was mainly above the regulations (0.1 mg l-1) for lotic environments, such as the verde river. this fact is due to the characteristics of the neighborhood of this river. in points 1 and 2, the presence of farming activities in the basin, and the surface drainage carrying phosphorous into the water. while for the urban area, corresponding to points 3 and 4, the raw sewage and the treatment station effluent in a volume that supersedes its flow and dissolution capacity. table 3. trophic state index for verde river within 12 months (may-2016 to april-2017). points 2016 2017 may jun jul aug sep oct nov dec jan feb mar apr p1 70 75 72 76 79 69 70 68 56 64 60 68 p2 66 73 37 77 79 69 68 69 49 63 68 71 p3 78 66 80 75 75 69 67 69 67 66 70 64 p4 76 77 73 80 81 71 72 73 67 71 76 75 legend: ultra oligotrophic tsi ≤ 47; oligotrophic 47 < tsi ≤ 52; mesotrophic 52 < tsi ≤ 59; eutrophic 59 < tsi ≤ 63; super eutrophic 63 < tsi ≤ 67; hypereutrophic tsi > 67. as well as the phosphorous, the chlorophyll-a concentration is high in verde river, close to the limit value 30 µg l-1, or even higher than this limit set forth by the resolution conama nº 357/05. the results corresponding to chlorophyll-a are considered as a measure of response from the water body to the causing agent, therefore, indicating the level of algae growth in the place. according to cunha et al.18, eutrophication in would be unusual, due to the characteristics of this system, such as the turbulence, low residence time and continuous community transportation phytoplankton downstream. 3.2 wqialp– water quality index for aquatic life protection when evaluating the parameters used to calculate the wqialp, the ammoniacal concentrations of all points were seen to be within the legal limits set forth for rivers class 2 (3.7 mg l-1 para ph ≤ 7.5), since they were below 1.3 mg l-1. however, even in low concentrations, this compound might cause impacts to the biota, regarding chronic toxicity with effects on the reproduction capacity, growth as well as biochemical and physiological changes. in this study, the ammoniacal nitrogen was seen to increase along the river, in the spring-mouth direction, mainly after the sts, where it was up to 100 times higher than the concentrations in point 3. it is possible to promote the biological removal of nitrogen in treatment systems; however, the efficacy of the removal depends on the efficiency of the sts treatment. regarding do, it is a variable whose reduction might affect significantly the aquatic biota, and that in surface waters suffers influence of factors such as temperature and natural oxygenation, as well as the impact of organic matter19. the reduction in do concentrations in point 4 is related to the input of the sts, which impacts the river both for its organic charge and for the disparity between the effluent flow and the river capacity. despite verde river having small rapids throughout its course, which increase od concentration, some samples presented concentrations below 5 mg l-1, that is, this fact can be associated to oxidation processes that consume oxygen, indicating the presence of organic matter associated to the impact in the water body. the calculation of the wqialp (table 4), where 100 represents the best environmental quality, showed between excellent and regular quality for points 1 and 2, which were less impacted, but also for point 3, since despite several parameters having pointed its low quality, it presented increased do qualities due to the river oxygenation. on the other hand, downstream the sts, point 4, presented variation from bad to very bad, clearly indicating the effluent impact even after treatment. the case study of wu et al.20 confirmed the hypothesis that water remediation pollutants based on replanting vegetation can alleviate increased pollution and enable rehabilitation of the degraded aquatic ecosystem. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 original article 57 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 51-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p51-58 table 4. water quality index for aquatic live preservation in verde river (may-2016 to apr-2017). points 2016 2017 may jun jul aug sep oct nov dec jan feb mar apr p1 90 60 90 100 90 90 90 100 100 100 100 100 p2 100 60 70 100 80 90 90 100 100 100 100 100 p3 90 80 40 80 70 90 70 100 90 100 70 70 p4 30 30 40 90 30 20 10 20 20 20 10 10 the critical situation of verde river, at this point, in terms of aquatic life maintenance capacity should be highlighted. its ranking as a class 2 river requires that the water presents physicochemical characteristics that favor the presence of the river natural biota. the input of the sts is the main cause of the impact, since even if the data gathered indicated that there is monitoring of the effluent in the sts, so that it is following the legal disposal regulations, the impact faced by the river is evident, suggesting that the sts flow is above the river capacity to receive input without changing its class. 4. conclusions the trophic state index (tsi) at the points evaluated in verde river indicated that its eutrophication status tends to hypereutrophication. the highest phosphorous concentrations in the water are associated to the domestic effluent load and the farming activity. the phosphorous and chlorophyll concentrations were over the legal limit set forth by the resolution conama n° 357 de 2005, for fresh water courses class 2. the results also revealed that the sts represent an impact factor to the verde river, in conditions that might change the ecological balance, both for the species that occupy the river as their habitat and for other predator species that feed from other living organisms in this river. the wqialp results showed the critical situation of the river regarding its capacity of aquatic life maintenance, mainly downstream the effluent treatment station, which disagrees with the law that include the protection of aquatic life among the features of class 2 waters. 5. acknowledgements the authors would like to thanks to capes (coordenação de aperfeiçoamento de pessoal do ensino superior, brazil), ppgqa-uepg (programa de pós-graduação em química analítica, universidade estadual de ponta grossa, brazil), and c-labmu (complexo de laboratórios multiusuários) for grants and scholarships. 6. references [1] beghelli, f. g. de s., carvalho, m. e. k., peche filho, a., machado, f. h., moschini-oschinicarlos, v., pompêo, m. l. m., ribeiro, a. i., medeiros, g. a., uso do índice de estado trófico e análise da comunidade de macroinvertebrados como indicadores da qualidade ambiental, brazilian journal of aquatic science and technology 19 (1) (2015) 13-22. https://doi.org/10.14210/bjast.v19n1.p13-22. 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https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.04.024 https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.04.024 https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.04.024 https://doi.org/10.1039/c3ay41907j https://doi.org/10.1039/c3ay41907j https://doi.org/10.1039/c3ay41907j https://doi.org/10.1007/s10661-015-4393-x https://doi.org/10.1007/s10661-015-4393-x https://doi.org/10.1007/s10661-015-4393-x https://doi.org/10.1007/s10661-015-4393-x https://doi.org/10.1007/s10661-015-4393-x https://doi.org/10.1007/s10661-015-4393-x https://doi.org/10.1007/s10661-015-4774-1 https://doi.org/10.1007/s10661-015-4774-1 https://doi.org/10.1007/s10661-015-4774-1 https://doi.org/10.1007/s10661-015-4774-1 https://doi.org/10.1007/s10661-015-4774-1 https://doi.org/10.1007/s10661-015-4774-1 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.55 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.55 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.55 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.55 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.55 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.55 https://doi.org/10.1590/s1413-41522016144668 https://doi.org/10.1590/s1413-41522016144668 https://doi.org/10.1590/s1413-41522016144668 https://doi.org/10.1590/s1413-41522016144668 https://doi.org/10.1590/s1413-41522016144668 https://doi.org/10.1590/s1413-41522016144668 https://doi.org/10.1007/s11356-012-1351-9 https://doi.org/10.1007/s11356-012-1351-9 https://doi.org/10.1007/s11356-012-1351-9 https://doi.org/10.1007/s11356-012-1351-9 https://doi.org/10.1007/s11356-012-1351-9 https://doi.org/10.1007/s11356-012-1351-9 31eclética química, 36 (3), 31-36, 2011. in irreversible inhibition of acid secretion by the proton pump. the drugs in the same class include omeprazole ,lansaprazole, rarbeprazole, and pantoprazole [9] and are used for the treatment in acid induced inflammation conditions and ulcers of the stomach and duodenum, gasteo-oesophageal reflux disease , all caused by stomach acid. the therapeutic activity of coordination compounds has been evaluated extensively[10-11]. some important examples of inorganic based drugs are metallocene anti-tumor complexes[12], gold antiarthritic compounds[13], lithium antidepressants[14]. in all these cases, work is largely focused on elucidating the mechanism of action of these complexes. biological science literature reveals that the complexes of metallic salts are more potent and less toxic in many cases as compared to the parent drug[15]. considering the importance of drugs and their complexes, it has been desired to synthesize and study the metal complexes of omeprazole with metals. the present paper reports the synthesis, characterization and antimicrobial activity of a very common ppi, omeprazole , with first row transition metals like cuii, mnii, coii, niii, feii, zniiandhgii . introduction a peptic ulcer, also known as pud or peptic ulcer disease is an ulcer of an area of the gastrointestinal tract that is usually acidic and thus extremely painful .ulcer results from a complex interplay of acid and chronic inflammation induced by h. pylori infection[1-2] .most of the times, ulcers are associated with helicobacter pylori, a spiral-shaped bacterium that lives in the acidic environment of the stomach. reflux of acid and stomach contents can cause irritation or damage the lining of lower esophagus. if this damage is continuous, it can cause gastro-esophageal disease (gerd)[3-5]. ulcers can also be caused or worsened by drugs such as aspirin and anti-inflammatory drugs. a class of drugs, called, proton pump inhibitors (ppis) [6-8], blocks the production of acid by the stomach. ppis are substituted benzimidazoles and are lipophilic weak bases that cross the parietal cell membrane and enter the acidic parietal cell canaliculus. in this acidic environment, the ppis become protonated producing the activated sulphonamide from the drug that binds covalently with the h+, k+ -atpase enzyme that results omeprazole (ome) is a proton pump inhibitor (ppi). ppi’s have enabled to improve the treatment of various acidpeptic disorders. ome is a weak base and it can form several complexes with transition and non-transitions metal ions. in the present paper, we are describing series of trantion metal complexes of omeprazole i.e.,5-methoxy2[(4methoxy-3,5dimethyl-2-pyridinyl)methylsulfinyl]–1h–benzimidazole with cuii, mnii, coii, niii, feii, znii and hgii. these complexes were characterized by elemental analysis, molar conductance, ir, nmr, magnetic susceptibility, uv-visible spectral studies, esr, sem and x-ray diffraction. based on the above studies, the ligand behaves as bidentate o, n donor and forms coordinate bonds through c=n and s=o groups .the complexes were found to non-electrolytic in nature on the basis of low values of molar conductance . analytical data and stochiometry suggest ligand metal ratio of 2:1 for all the complexes. electronic spectra and magnetic susceptibility measurements reveal octahedral geometry for mn(ii),co(ii), ni(ii),fe(ii) and cu(ii) complexes and tetrahedral for hg(ii) and zn(ii) complexes. ligands and their metal complexes have been screened for their antibacterial and antifungal activities against bacteria pseudomonas, staphylococcus aureus and fungi aspergillus niger and a. flavous. transition metal complexes of omeprazole an anti-ulcerative drug suman malik1 , supriya das1, bharti jain2 1department of chemistry, sadhu vaswani college, bairagarh, bhopal 462 001 india 2department of chemistry, sarojni naidu government girls college, bhopal 462 003 india supriya.das.bpl@gmail.com synthesis of complexes the complexes were synthesized by mixing the solutions (70% methanol) of metal salt with that of ligand in 1:2 molar ratios respectively. the thick precipitates of different colors for different metal salts were observed. by adjusting the ph with the addition of dilute naoh solution and refluxing the mixtures for three and a half hours. colored crystalline complexes were obtained. the complexes were filtered, washed with (70:30) mixture of methanol water and dried. carbon, hydrogen, nitrogen, metal and water were estimated micro analytically at cdri, lucknow. results and discussion the synthesized complexes are stable solids. they are soluble in dmf and dmso and insoluble in all other organic solvents. analytical data and conductometric studies suggest 2:1 [l: m] ratio. measured conductance values of these complexes are too low to account for their electrolytic behavior. the magnetic studies indicate the mn(ii),co(ii),ni(ii),fe(ii) and cu(ii) complex to be paramagnetic while zn(ii) andhg(ii) complexes to be diamagnetic. i.r. spectra: the vibrational spectra[18-21] for the free ligand omeprazole when compared with those of its complexes provided meaningful information regarding the bonding sites of the ligand (table-2). the ir spectra of the complexes indicate that the ligand behaves as bidentate and co-ordinate to the metal via c=n and sulphonic acid group. the shift of the ν c = n and ν s = o by 10-15cm-1 in the complexes indicates that these groups are involved in the complexation. in the ir spectra of omeprazole, strong band at 3456 cm-1 is assigned to secondary nh stretching vibrations. this band remains unaltered or shifted to the higher wave number in the complexes suggesting non-involvement of secondary nh group in coordination with metal ions. the medium to strong bands appearing at 1585cm-1 in the free ligand are assigned to c=n stretching vibration of the azomethine group based on the available reports. this band shifts to lower wave number in all the complexes by about 10-15cm-1 indicates involvement of the azomethine n in bonding. theshifting of s=o stretching vibration to the lower wave number as compared to the free ligand is indicative of participation of sulphonic acid group in coordination. figure 1: structure of omeprazole experimental materials and methods all chemicals used were of analytical grade. pure sample of omeprazole (molecular formula c17h19n3o3s) with molecular weight 345.42 was obtained from aristro pharmaceutical ltd. mandideep, bhopal. all metal salts cucl2.2h2o,nicl2.4h2o, cocl2.6h2o, feso4.7h2o, mncl2.7h2o, zncl2 and hgcl2 were of merck chemicals. the solvents used were distilled water and methanol. metal-ligand ratio was calculated using systronics digital conductivity meter, ir spectra were obtained from cdri lucknow (instrument used perkin elmer ftir spectrophotometer in the range of 4000400 cm-1). magnetic susceptibility measurements were received from cat indore (instrument used-vibrating sample magnetometer). nitrogen was determined by the dumas method and sulphur was estimated by the messenger’s method. the elemental microanalyses of c, h, and n for ligand were carried out with thomas and coleman analyzer carlo erba 7106. ligand – metal ratio to confirm the ligand-metal ratio, conductometric titrations using mono-variation method were carried out at 21 0c. 0.01m solution of omeprazole drug was prepared in 70:30 mixture of methanol and water. similarly, 0.02m solutions of metal salts were prepared in the same solvent .the ligand was titrated against metal salt solutions using mono-variation method. conductance was recorded after each addition. from the equivalence point in the graph , it has been concluded that the complex formation has taken place in the ratio of 2:1 (l:m) .stability constants and free energy changes were also calculated by using job’s method[16]of continuous variation modified by turner and anderson[17]. 32eclética química, 36 (3), 31-36, 2011. table 1 : analytical data of complexes s. no. composition of complex (m-wt.) color yield % m.p. 0c elemental analyses (%) : found (cal ) c h n m 1 (c17h19n3o3s) (345.42) white 156 52.71 3.05 11.05 — 2 (c17h19n3o3s)2mn. (h2o) 2 (781. 801) pinkish white 48 205 52.23 (53.20) 4.89 (4.51) 10.74 (10.47) 7.02 (7.12) 3 (c17h19n3o3s)2 fe. (h2o) 2 (782.710) maroon 86 220 52.17 (52.00) 4.89 (4.91) 10.73 (10.67) 7.13 (7.91) 4 (c17h19n3o3s )2 co.( h2o) 2 (785.796) pink 66 212 51.96 (36.90) 4.87 (4.91) 10.69 (10.67) 7.49 (7.69) 5 (c17h19n3o3s)2 ni . (h2o) 2 (785.553) pista green 71 175 51.98 (36.92) 4.87 (4.95) 10.69 (10.67) 7.47 (7.66) 6 (c17h19n3o3s)2 cu. (h2o) 2 (790.363)) green 62 199 51.66 (51.70) 4.84 (4.91) 10.63 (10.77) 8.03 (8.91) 7 (c17h19n3o3s)2 hg (891.732) white 75 210 45.79 (45.91) 4.29 (4.30) 9.42 (9.22) 22.49 (23.01) 8 (c17h19n3o3s)2 zn ( 756.22) white 77 215 54.00 (54.91) 5.06 (5.30) 11.11 (11.21) 8.64 (8.01) table 2: stability constant, free energy change, molar conductance and magneticmoment data of complexes s. no. composition of complex (m-wt.) stability constant logk(l/mole) free energy change -∆f (kcal/mole) molar conductance (ohm-1cm2mol-1) magnetic moment (b.m.) 1. (c17h19n3o3s)2 zn 10.7471 15.9751 14.6 _ 2. (c17h19n3o3s) 2hg 10.5231 14.9751 10.34 _ 3. (c17h19n3o3s)2 fe. (h2o) 2 11.1692 15.9466 10.6 5.20 4. (c17h19n3o3s)2 mn. (h2o) 2 12.088 17.03 12.01 5.62 5. (c17h19n3o3s)2cu.(h2o) 2 11.1704 15.5905 13.0 1.75 6. (c17h19n3o3s)2 ni. (h2o) 2 11.4204 16.1746 12.13 3.06 7. (c17h19n3o3s)2co.2h2o 11.4208 16.039 14.08 4.65 table 3: ir absorption data of the complexes ligand and complex ν(nh) cm_1 ν (c = n) cm_1 ν(s = o) cm_1 ν(m-n) cm_1 ν(m-o) cm_1 ν(h2o) cm_1 c17h19n3o3s 3456 1585 1070 (c17h19n3o3s)2fe.(h2o) 2 3459 1576 1045 415 610 3565 c17h19n3o3s)2mn.(h2o) 2 3469 1572 1055 412 609 3535 c17h19n3o3s)2ni.(h2o) 2 3465 1568 1035 410 617 3544 c17h19n3o3s)2co.(h2o) 2 3462 1560 1042 422 624 3545 c17h19n3o3s)2cu.(h2o) 2 3466 1565 1048 417 621 3557 (c17h19n3o3s)2 zn 3468 1570 1050 426 615 c17h19n3o3s)2 hg 3456 1575 1047 428 609 table 4: antibacterial activity zone of inhibition {in mm} s. no. compound p. aeroginosa s. aureus a. niger a. flavous om 9.2 11.5 11.22 12.11 hg l2 20.9 19.8 21.11 18.50 zn l2 11.7 13.3 12.80 19.00 cu l2 (h2o) 2 12.6 14.7 17.33 15.80 ni l2 (h2o) 2 10.7 10.8 11.77 14.33 co l2 (h2o) 2 8.8 5.6 14.33 mn l2 (h2o) 2 --12.2 6.60 fe l2 (h2o) 2 13.9 15.1 13.00 12.12 std i gentamycin 17.4 20.5 std ii grisofulvin 6.9 8.0 20.12 21.33 33eclética química, 36 (3), 31-36, 2011. nmr spectra the 1h nmr[25-26] spectra of the ligand has the expected characteristic signals. the ch3 proton shows singlet at δ 2.2 and o-ch2ch3 proton at δ 3.5 ppm .the doublet peak observed at δ 4.36 and 4.66 ppm is attributed to ch2 protons. in addition, a multiplet peak at δ 6.9-8.3 ppm may be due to aromatic protons and peak at δ13.2 may be due to nh proton of benzimidazole ring. signals observed in the complexes at region of δ 8.18-8.23 ppm due to the azomethine proton either remained unaffected or shifted slightly downfield with reference to those of the parent ligand and the position of signal due to nh proton remains unaffected in the complexes .the aromatic protons show downfield shifts in the complexes. these observations support the assigned structure to the complex. scanning electron micrographs [s. e. m.]: sem of metal complexes indicate the presence of well defined crystals free from any shadow of the metal ion on their external surface. the representative micrographs of a) ligand; [c17h19n3o3s] b) [fel2(h2o)2] , c) cul2(h2o)2] , d) col2(h2o)2] , e) nil2(h2o)2] , f) znl2(h2o)2] are shown in fig.2 figure 2 : scanning electron micrograph of ligand and its complexes esr spectra esr spectra of powdered samples of [cu (ome) 2(h2o)2] complex was recorded at room temperature. when the monomeric species change into diametric species having axial symmetry and identical sites, the ‘g’ values also change due to the change in symmetry[27].the spectra having asymmetric bands with two ‘g’ values g║ and g┴ .the trend g║>g┴>g (2.002),indicates that unpaired electron lies predominantly in the dx2-y2 orbital of copper (ii) ion . the g║>g┴ > g (2.009) observed in the ’g’ values suggests the presence of an unpaired the weak intensity non-ligand bands observed in the complexes in the regions 625-608 cm-1 and 429-409 are assigned to ν (m-n) and ν (m-o) stretching vibrations, respectively. band appearing at region 3654-3619 cm-1 due to coordinated water molecules and new band at 1380-1390 cm-1 in complexes might be due to chelate ring formation in them. electronic spectra and magnetic susceptibility data the electronic spectra of the ni(ii), co(ii), mn (ii),fe(ii) and cu(ii) complexes were taken in dmso(10-3m) solution. the co(ii) complex exhibit two bands at 18,520cm-1andat21,714cm-1 respectively, assignableto4a2g(f)←4t1g(f)(ν2) and 4t1g(p) ←4t1g(f) (ν3) transitions which indicate octahedral[22] geometry of the complex . the proposed geometry is further confirmed by high μeff value in the range [23-24] 4.895.24 b.m.the ni(ii)complex exhibits two bands at 13,510 and 23750 cm-1 which are assigned to to3t1g(f) ← 3a2g (p) (ν2) and 3t1g(p) ← 3a2g(f)(ν3) transitions indicating octahedral[22] geometry of the complex. the geometry of ni (ii) complex is further confirmed [23-24] by the high μeff value in the range 3.09-3.20 b.m. the electronic spectra of the paramagnetic mn(ii) complex displays three absorption bands at 24500 , 22670 and at 16,666 cm-1 which can be assigned to 4eg(g) ←6a1g , 4t2g(g) ←6a1g and 4t1g(g) ←6a1g transitions respectively indicating octahedral[22] geometry of the complex. the geometry of mn(ii) complex is further confirmed[23-24] by the high μeff value in the range 5.85-5.98 b.m.. the cu(ii) complex exhibits a single broad ,asymmetric band in region 12820 cm-1 may be assigned to 2b2g ← 2b1g , 2e2g ← 2b1g transitions are in analogy with expected tetragonally distorted octahedral geometry . the broadness of the band may be due to dynamic and john-tellor distortion. it is further supported by the high μeff value in the range 1.89-1.92 b. m.. the spectra of fe(ii) complex shows two bands at 28160 cm-1 and 21075 cm-1 , the first band is assigned to charge transfer while the second band may be due to the transitions 5eg ← 5t2g indicating octahedral[22] geometry of the complex. the proposed geometry is further confirmed by high μeff value in the range [23-24] 5.92-5.24 b.m. as expected zn(ii) and hg(ii) complexes are diamagnetic. the complexes are suggested to be tetra-coordinated probably having tetrahedral geometry based on analytical, i.r. and conductance data. 34eclética química, 36 (3), 31-36, 2011. decomposition continuous up to 700 0c and on further increasing the temperature no weight loss is observed which may be attributed to formation of stable metal oxide. antimicrobial activity the antimicrobial activity of the ligand and the complexes was determined by the disc diffusion technique[29]. the compounds were screened in vitro against pseudomonas, staphylococcus aureus and two strain of fungi, aspergillus niger and a. flavous. a 1mg/ ml solution in dmf was used. the standard used was gentamycin sulphate 1mg/ml and solvent control was used to know the activity of the solvent. the bacterium was maintained on nutrient agar and the agar media were incubated for different microorganism culture tests. after 24h of incubation at 370c for bacteria and 72h of incubation at 250c for fungi, the diameter of zone of inhibition (mm) thus formed around each disc containing the test compound was measured accurately. all complexes show significant activity against bacteria pseudomonas and staphylococcus aureus as compared to ligand. the co(ii) complex is shown to be less active than the ligand in fungi aspergillus niger and mn(ii) complex in fungi a.flavous .these preliminary results show that the activity of the ligand is enhanced when it is presented in the form of metal complex. better activities of some metal complexes as compared to the ligand can be explained by chelation theory .the theory explains that decrease in polarizability of the metal could enhance the liphophilicity of the complexes which leads to the breakdown of permeability of the cells resulting in interference with normal cell process. in view of the foregoing discussions, the high melting points and insolubility in common organic solvents, we have assigned following probable structure of the complexes of omeprazole. figure 4: structure of ome complex with mn(ii),fe(ii),cu(ii),c o(ii),ni(ii) metals electron in the dx2-y2 orbital. the values of the σ bonding parameter, α2, show appreciable covalence character in the metal-ligand bond. based on these observations copper (ii) complex may have octahedral geometry. x-ray diffraction the crystallinity of the material was analyzed with xrd with k-alpha radiation the x-ray diffraction of cu (ii) complex of l1 is studied as a representative system. the observed 2θ values with relative intensity more than 10% are indexed and have been used for evaluation. the x-ray diffraction pattern of the complex with respect to their prominent peaks has been indexed by using computer software[28]. the above index method also yielded miller indices (h, k, l) values, unit cell parameters, volume of unit cell and space group. the observed values fit well with orthorhombic system to give a unit cell dimensions a= 6.3314 å, b=8.5059 å and c =15.405å. figure 3: xrd graph for [cu(ome)2.(h2o) 2] complex thermal analysis the thermal decompositions of the ni(ii)complex was studied using the tg and dsc technique. the thermo gravimetric studies of the complex was carried out in the temperature range 30-7000c with a sample heating rate 100c/min in air atmosphere. the weight-loss step between 175-2000c may correspond the elimination of coordinated water molecules. the weight-loss step between 250-4500c may be attributed to the loss of organic moiety of the complex molecule .the final 35eclética química, 36 (3), 31 -36, 2011. [14] a. bansal, and r.v. singh, synth.react.inorg. metal-org.chem., 31(2001) 381. [15] a.singh and p.singh , indian j. chem. 39a (2000) 874. [16] p. job., ann. chim., 11 (1928) , 113. [17] s.e. turner and r. c. anderson., j. am. chem. soc. , 71 (1949) 912. [18] k nakamotto., infrared spectra of inorganic and co-ordination compounds, (john wiley),new york,(1976). [19] i. vogel , quantitative inorganic analysis longman, green and co. ,london, (1954) 455. [20] l.j. bellamy, chemical application of spectroscopy (int. sci. pub.) new york, (1956). [21] weissberge ,chem. application of spectroscopy (int.sci.pub.) newyork,(1956). [22] c. h. krishna, c.m. maha patra and k.a. dash , j. inorg.nucl.chem.,39(1253) 1977. [23] r. l. carlin and a.j. vandryneveledt , magnetic properties of transition metal compounds, springerverlag new york( 1997). [24] b.n. figgis , introduction to ligand fields, wiley eastern ltd., new delhi , (1976) 279. 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[13] j. forestier, j. lab clin med., 20(1935)827-40. 36eclética química, 36 (3), 31-36, 2011. 1 eclética química journal original research publication in all aspects of chemistry homepage: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ issn 1678-4618 | vol. 41 | 2016 | eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p74-84 74 parâmetros de qualidade físico-química de óleos e análise morfométrica de frutos e sementes da espécie orbignya phalerata martius por região ecológica débora s. santos 1 , ilna g. da silva 1 , maria do carmo l. barbosa 2 , maria do desterro s. b. nascimento 2 , maria célia p. costa 1 resumo: este trabalho teve como objetivo analisar as características físico-químicas de óleos e as características morfométricas de frutos e sementes (amêndoas) do babaçu (orbignya phalerata martius), por região ecológica do estado do maranhão. para isso, foram obtidas amostras de babaçu oriundas das regiões: litoral, cocais, baixada, cerrado e pré-amazônia maranhense e analisados os parâmetros físico-químicos: índice de acidez, índice de saponificação, índice de refração e umidade. das mesmas regiões foram coletados, para análise das características morfométricas, frutos inteiros e de amêndoas da espécie estudada. os resultados apontam que os índices de acidez estão dentro do limite máximo estabelecido pela norma nacional da anvisa (2009); os índices de saponificação indicam a presença de lipídeos (ácidos graxos) de médio a alto peso molecular na composição química dos óleos, os resultados refratométricos estão condizentes com as normais atuais vigentes e o teor de umidade foi inferior a 1%. os lotes de babaçu orbignya phalerata martius não apresentaram variabilidade significativa (p>0,05) em tamanho (cm) para os frutos e amêndoas por região. os parâmetros físico-químicos dos óleos aqui avaliados poderão contribuir com as indústrias que utilizam o óleo de babaçu em seus produtos manufaturados. as características morfométricas dos frutos inteiros e das amêndoas da espécie estudada poderão contribuir para propostas de produção de máquinas úteis para a quebra do coco babaçu. palavras-chave: óleo de babaçu, orbignya phalerata martius, padronização abstract: the objective of this work was to analyze the physico-chemical characteristics of oils and the morphometric characteristics of babassu (orbignya phalerata martius) fruits and seeds (almonds), of each one of the ecological regions of the state of maranhão. for this, samples of babassu were obtained from the following regions: litoral, cocais, baixada, cerrado and pre-amazonia of the state of maranhão, and the physicalchemical parameters acidity index, saponification index, refraction index and humidity were analyzed. whole fruits and almonds of the species studied were collected from the same regions in order to analyze their morphometric characteristics. the results indicate that the acidity indexes are within the maximum limit established by the national standard of anvisa (2009), the saponification indices indicate the presence of medium to high molecular weight lipids (fatty acids) in the chemical composition of the oils; the results refractometers are in line with current standards and the moisture content was less than 1%. the orbignya phalerata martius babassu lots did not present significant variability (p> 0.05) in size (cm) for fruits and almonds by region. the physical-chemical parameters of the oils evaluated here may contribute to the industries that use babassu oil in their manufactured products. the morphometric characteristics of the whole fruits and the almonds of the studied species may contribute to the production of useful machines for the breaking of babassu coconut. keywords: physicochemical analysis, orbignya phalerata martius, standardization 1 departamento de química e biologia, universidade estadual do maranhão uema, campus universitário paulo vi, cep 65055-970, são luís ma, brasil. 2 centro de ciências biológicas e da saúde, universidade federal do maranhão ufma, campus universitário bacanga, cep 65080-040 são luís, brasil autora correspondente: celiacosta@prof.elointernet.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p74-84 mailto:celiacosta@prof.elointernet.com.br eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 75 75 introdução a palmeira de babaçu é uma palmeira robusta que pode crescer até 20 m de altura, com estipe isolado cilíndrico de 25 a 44 cm de diâmetro, possui 7 a 22 folhas medindo de 4 a 8 m de comprimento 1, 2 . produz tipicamente de 15 a 25 frutos (cocos) dispostos em cachos, produzindo até seis cachos por palmeira 1,3-4 . o meristema apical é até 70 cm abaixo do nível do solo, tornando-o mais resistente ao corte 4 . desta palmeira merece a atenção à exploração de amêndoas para a extração e produção de óleo 2 . as amêndoas são brancas recobertas por uma película de coloração castanha, pesando em média de 3 a 4 g, contém elevado teor de óleo entre 60 a 68 % p/p, podendo alcançar até 72 % p/p em condições mais favoráveis da palmeira, óleo este rico em triacilgliceróis (> 60 % p/p). a partir de 140 kg de amêndoas é possível extrair aproximadamente 91 litros de óleo, as amêndoas são constituídas também por minerais (al, ba, ca, cu, fe, k, mg, mn, sr e zn), fibras, proteínas e carboidratos 5,6 . as exportações brasileiras de amêndoa e de óleo de babaçu têm aumentado nos últimos anos, devido às suas aplicações industriais, tais como; alimentos, detergentes, biocosméticos e também para a produção de biodiesel 4,7-8 . o óleo de babaçu (orbignya phalerata martius) bruto possui coloração amarela, quando refinado passa ser visualmente mais claro. contém um nível elevado de ácidos graxos saturados de cadeia média, como exemplo o ácido láurico, sendo o mais abundante (40 a 55 % p/p). este óleo contém uma maior concentração de graxos insaturados (10 a 26 % p/p) quando comparado com o óleo de coco (cocos nucifera l.) (6 a 12 % p/p) 3 . a área total de ocorrência do babaçu no brasil é estimada em 18,4 milhões de hectares, encontrado nas regiões nordeste, norte e centrooeste do país, com maior ocorrência na primeira, que detém a maior produção de amêndoas e a maior área ocupada com babaçuais (como são chamadas as florestas desta espécie). dentre os estados nordestinos que produzem amêndoas de babaçu destaca-se o maranhão, pois as palmeiras ocupam 10,3 milhões de hectares em babaçuais, distribuídos em regiões ecológicas como: cocais, cerrado, baixada e pré-amazônia maranhense 3,9-10 . no maranhão, há uma predominância de palmeiras de babaçu da espécie orbignya phalerata martius, a qual atualmente vem sendo estudada 11,12 . o codex alimentarius 13 norma internacional para alimentos, e a resolução de diretoria colegiada rdc n° 482, de 23 de setembro de 1999 da agência nacional de vigilância sanitária – anvisa 14 trazem os principais parâmetros de qualidade para óleos de babaçu da espécie attalea funifera. a ausência de normas específicas para o controle de qualidade do óleo de babaçu da espécie orbignya phalerata martius dá margem a adulterações deste produto, pois sua autenticidade não pode ser verificada pelos órgãos competentes. entre as características físico-químicas do óleo; o índice de acidez está relacionado com o estado de conservação do óleo 15 , o teor de água tem relação com a durabilidade ou estabilidade do material 16 , o índice de saponificação demonstra matematicamente a existência ou não de ácidos graxos de baixo peso molecular na composição química do produto 15 , o índice de refração é um valor que relaciona o grau de saturação das ligações e é específico para cada óleo, sendo assim um parâmetro importante usado na comparação da massa molar média de um óleo em comparação a outros óleos 15 . em conjunto, a verificação destes índices serve para a identificação e avaliação da maioria dos óleos e gorduras. trabalhos recentes têm revelado a aplicabilidade e a importância do óleo de babaçu na saúde quanto à sua administração oral e tópica 17-19 e nos bancos de patentes é possível encontrar pedidos de depósitos de invenção relevantes à matéria-prima babaçu para diferentes finalidades, em especial com a utilização do óleo com aplicação farmacológica e nutricional (inpi n° br 1020130292435 20 ; inpi n° br10201602684 21 ), nanotecnologia de produtos naturais antioxidantes (inpi n° br10201601759 22 ), emulsões cosméticas e fotoproteção (inpi n° br1020140029125 23 ; inpi n° br10201700225 24 ). o objetivo deste estudo foi determinar as características físico-químicas (índice de acidez, eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 76 76 índice de saponificação, índice de refração e umidade) de amostras de óleos de babaçu e analisar morfometricamente os frutos inteiros e as amêndoas coletadas por região ecológica do estado do maranhão, com a finalidade de contribuir à avaliação da autenticidade do óleo de babaçu (o. phalerata martius). materiais e métodos material as amêndoas de babaçu (o. phalerata martius), das quais foram extraídos os óleos com solvente, conforme descrito no item extração, foram oriundas das regiões: litoral, pré-amazônia maranhense, baixada, cocais, região de transição cerrado/cocais e cerrado. de cada uma dessas regiões foi sorteado um município, representativo da produção de amêndoas: são luís (slz), imperatriz (imp), penalva (pen), esperantinópolis (ept), fortuna (for) e riachão (ria). as coordenadas geográficas de latitude (s) e longitude (w) e área (km 2 ) de cada município encontram-se na tabela 1 conforme dados disponíveis no ibge 25 . tabela 1. coordenadas geográficas: s, w; área; clima e região correspondente aos seis municípios em estudo município latitude (s) longitude (w) área (km 2 ) clima região slz -02° 31' 47'' 44° 18' 10'' 827 tropical, quente e úmido litoral imp -05° 31' 35'' 47° 29' 30'' 1.368 tropical sub-úmido pré-amazônia pen -03° 17' 39'' 45° 10' 25'' 786 tropical úmido baixada ept -04° 52' 00'' 44° 42' 30'' 481 tropical sub-úmido cocais for -05° 44' 00'' 44° 09' 30'' 695 tropical com estação seca transição cerrado/cocais ria -07° 21' 43'' 46° 37' 02'' 6.373 tropical sazonal cerrado fonte: ibge, 2009. legenda: slz: são luís; imp: imperatriz; pen: penalva; ept: esperantinópolis; for: fortuna e ria: riachão. para a identificação da espécie (o. phalerata martius), foram coletados frutos inteiros e folhas nos municípios de são luís (slz), penalva (pen), imperatriz (imp) e esperantinópolis (ept), estes materiais foram transportados para o herbário rosa mochel da uema onde foram realizadas as exsicatas depositadas e registradas com as respectivas numerações, conforme disponível no quadro 1. eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 77 77 legenda: slz: são luís; pen: penalva; imp: imperatriz; ept: esperantinópolis. métodos análises físico-químicas todas as análises físico-químicas realizadas neste trabalho foram realizadas no laboratório de macromoléculas e produtos naturais da uema, com repetições em quintuplicata (n=5) para determinação do índice de refração e em triplicata (n=3) para os demais testes, segundo as normas do instituto adolfo lutz 26 . estes métodos são aplicáveis a óleos brutos e refinados, vegetais e animais. extração as amostras de óleos analisadas foram obtidas por meio de extração a quente com a utilização do solvente éter de petróleo (p.a) quimex na proporção de 5:50 (m/v), seguindo o protocolo disponível nas normas do instituto adolfo lutz 26 . todo o procedimento de extração foi realizado no laboratório de bromatologia da universidade estadual do maranhão – uema. acidez titulável (% ácidos graxos livres) o índice de acidez é definido como o número de miligramas de koh ou naoh necessário para neutralizar os ácidos graxos livres em um grama da amostra 26 . a acidez titulável resume-se em titular com soluções de álcali-padrão, a acidez do produto com base no percentual de ácidos graxos livres obtidos dos lipídios, expressado geralmente em % de ácido oleico 15 . neste trabalho pesou-se 1,0000 g da amostra em frasco erlenmeyer, adicionou-se 12,5 ml de solução éter-álcool (2:1) neutra. em seguida adicionaram-se duas gotas do indicador fenolftaleína a 1%. titulouse com solução de naoh 0,1n até o aparecimento da coloração rósea. as análises foram realizadas em triplicata. índice de saponificação (is) o índice de saponificação (is) é a quantidade de álcali necessário para saponificar uma quantidade definida de amostra, expressa o número de miligramas de koh necessário para saponificar um grama de amostra 26 . neste trabalho calculou-se o índice de saponificação de koettstorfer. pesou-se 2,0000 g da amostra em um frasco erlenmeyer, adicionou-se 20 ml solução alcoólica de koh a 4%, adaptou-se ao frasco um condensador de refluxo, em seguida colocou-se o sistema em aquecimento a 60ºc durante 30 minutos, ao término pingaram-se duas gotas de fenolftaleína a 1% e titulou-se com solução de hcl 0,5n. fez-se uma prova em branco. as análises foram realizadas em triplicata. índice de refração (nd 40 ) relacionado com o grau de saturação das ligações onde permite a comparação da massa molar média de um óleo com outros óleos 15 . o índice de refração foi obtido à temperatura ambiente com posterior conversão à temperatura de 40 °c utilizando-se um refratômetro de abbé quadro 1. registro das exsicatas de o. phalerata martius exsicatas slz pen imp ept fruto (n°) 23 25 26 27 folha (n°) 1794 1795 1797 eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 78 78 previamente calibrado em 1,333 a 20 °c em escala padrão. colocou-se uma gota da amostra de óleo sobre o prisma de vidro, fez-se a leitura e anotou-se a temperatura para posterior conversão. o procedimento foi realizado adotando 05 repetições com variação de leitura igual a 0,0002. umidade (%) a determinação da umidade constitui um dos parâmetros legais cuja finalidade é para a avaliação da qualidade de óleos e gorduras, sendo realizada por aquecimento direto da amostra a 105 °c 26 . pesou-se 5,0000 g de óleo em uma cápsula de porcelana, colocou-se a amostra pesada na estufa a 105 ºc permanecendo por uma hora, em seguida, retirou-se e resfriou-se em dessecador, o procedimento foi repetido até peso constante. análises morfométrica dos frutos e das amêndoas inteiros foram determinadas as medições do ápice (cm), diâmetro (cm), base (cm) e comprimento longitudinal (cm) dos frutos inteiros e amêndoas provenientes dos municípios pesquisados, com a utilização de um paquímetro digital resolução 0,01mm/0,001, jomarca 150mm/0,01mm. foram determinadas também suas respectivas massas (g). as sementes (amêndoas) selecionadas estavam com a película envoltória totalmente intacta, sem nenhuma deformação. todo procedimento foi realizado no laboratório de pós-colheita da uema. análise estatística foram calculadas as médias aritméticas (𝐗 ̅), desvio-padrão () e coeficiente de variância cv (%) aplicando a anova com nível de significância p<0,05 (5%). com a finalidade de se obter uma comparação estatística entre as amostras por região ecológica. utilizaram-se as ferramentas graphpad prism 6 (graphpad software, california). resultados e discussão na tabela 2 constam os resultados obtidos para os índices de acidez dos óleos de babaçu (o. phalerata martius) entre os municípios da pesquisa. os valores médios de acidez ácidos graxos livres (agl), expressos em % de ácido láurico/oléico, p/p, determinados para as seis amostras de óleo bruto de babaçu (o. phalerata martius) encontramse dentro do limite observado para óleos brutos (máximo 5,0%) segundo a resolução n° 482 da resolução de diretoria colegiada da anvisa [14]. legenda: slz: são luís; imp: imperatriz; pen: penalva; ept: esperantinópolis; for: fortuna; ria: riachão; 𝐗 ̅: média; : desvio padrão amostral; cv: coeficiente de variação amostral; mín.; mínimo; máx.; máximo; pn: padrão nacional anvisa [14]; pi: padrão internacional codex alimentarius [13]. tabela 2. índice dos ácidos graxos livres (%) dos óleos de o. phalerata martius por município 𝐗 ̅ ±  cv (%) mín. máx. pn pi slz 0,0628 ± 0,0102 16,2420 0,0449 (for) 0,0763 (imp) 5,0 % 0,3% imp 0,0763 ± 0,0038 04,9803 pen 0,0673 ± 0,0178 26,4487 ept 0,0606 ± 0,0000 00,0000 for 0,0449 ± 0,0038 08,4632 ria 0,0606 ± 0,0067 11,0561 eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 79 79 conforme a tabela 2, o óleo oriundo do município de imperatriz (imp) apresentou percentual de agl maior com 04,9803 % de variação por amostra e o óleo de fortuna (for) apresentou menor % em acidez. estes resultados demonstram que entre as amostras não houve variação significativa (p<0,05) em relação ao índice de acidez entre os óleos analisados por região geográfica. ferreira et al. (2011) [27] encontrou para o óleo de babaçu (o. phalerata mart.) índices de acidez com valores de 1,4 % p/p. oliveira et al. (2007) 28 encontraram índices de acidez no intervalo de 0,690 a 1,660% ácido oléico p/p para amostras de óleo da espécie o. phalerata martius oriunda do estado do piauí. machado et al. (2006)[15] encontraram valores de acidez entre 0,092 % p/p (28°c) e 0,096 % p/p (34°c) para os óleo de babaçu da espécie o. martiana. neste trabalho, trabalhou-se à temperatura ambiente cujos índices de acidez encontrados foram de 0,0449 a 0,0763 % p/p, portanto inferiores aos encontrados pelos autores citados. o codex alimentarius 13 adota como padrão o índice máximo de acidez 0,3 % expressos em percentual de ácido láurico (c12h24o2) para o óleo de babaçu, com base nessa informação, todos os resultados encontrados entre os municípios da pesquisa foram inferiores a 0,3% de acidez, estando assim dentro do limite estabelecido pela norma internacional. os resultados de acidez para os óleos brutos de babaçu de diferentes regiões do estado do maranhão apontam que não houve diferenças significativas de um município para outro, contudo os mesmos foram inferiores quando comparados aos encontrados na literatura para o. phalerata martius e o. martiana , no entanto, encontram-se dentro das normas vigentes, o que indica bom estado de conservação dos óleos. a norma n° 482 da resolução de diretoria colegiada da anvisa 14 , adota como padrão para o índice de saponificação (is) o intervalo entre 245 a 256 mg koh/g óleo, esta faixa também corresponde a norma internacional codex alimentarius 13 para o óleo de babaçu a. speciosa. neste trabalho os resultados de is estão disponíveis na figura 1 foi determinado para o óleo do município de riachão (ria) um is de 235,200 mg koh/g e para o óleo do município de esperantinópolis (ept) is de 200,900 mg koh/g, índices maiores e menores respectivamente, quando comparados com as amostras dos municípios de slz, pen, imp. não foi possível obter o is para a amostra de for. estes resultados corroboram com os dados encontrados por oliveira et al. (2007) 28 para o óleo de babaçu da espécie o. phalerata martius onde os autores encontraram is compreendidos entre 164 a 252 mg koh/g óleo. tanto os dados de is encontrados neste trabalho, por região geográfica maranhense, como os dados is reportados na literatura 28 não estão em conformidade com as normas da anvisa 14 e codex alimentarius 13 . figura 1. dados dos índices de saponificação – is, expressos em mg koh/g óleo para os óleos de babaçu o. phalerata martius por localização. legenda: slz: são luís; imp: imperatriz; pen: penalva; ept: esperantinópolis; ria: riachão, p>0,05. eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 80 80 vale ressaltar que os resultados encontrados para os índices de saponificação (is) podem estar atribuídas às características particulares de cada óleo, como a espécie e a região de origem, visto que as pesquisas voltadas para o óleo de babaçu da espécie o. phalerata martius apontam semelhanças próximas. a determinação do índice de saponificação (is) serve para indicar qualitativamente ácidos graxos de baixo ou alto peso molecular que estão ligados nos triacilgliceróis, pois ésteres de ácidos graxos de baixo peso molecular vão requerer mais base para saponificar, ou seja, maior consumo de koh, consequentemente promoverá um maior valor is, já na presença de ésteres de ácidos graxos de alto peso molecular a relação é inversa. os resultados em relação ao índice de refração a 40 °c para os óleos de babaçu (o. phalerata martius) estão apresentados na tabela 3. o codex alimentarius 13 adota como padrão de índice de refração a 40°c para o óleo de babaçu o intervalo de 1,4480 a 1,4510 nd 40 , o mesmo adotado pela anvisa 14 . machado et al. (2006) 15 , determinaram para o óleo de babaçu (o. martiana), índices de refração e obtiveram respectivamente os índices refratômetricos: 1,4485 nd 40 e 1,4505 nd 40 . oliveira et al. (2007) 28 , encontraram índices de refração no intervalo de 1,4550 a 1,4560 nd 40 para o óleo da espécie o. phalerata martius. os resultados obtidos para o índice de refração do óleo de babaçu da espécie o. phalerata martius oriundos dos municípios slz, imp, pen e for estão em conformidade com as normas nacionais e internacionais, ficando somente as amostras ria e ept abaixo dos padrões estabelecidos. os resultados encontrados para o percentual de umidade nos óleos foram < 1,0%. uma porcentagem mínima de água representa uma quantidade de moléculas de h2o livre na composição dos óleos. esta pouca quantidade de água em óleos vegetais é importante uma vez que reflete na qualidade e maior durabilidade do produto. a amostra imp apresentou média percentual de 0,4258% e a amostra ept média de 0,0239%, máximos e mínimos, respectivamente. para as demais amostras foram obtidas médias equivalentes a: 0,4140 % (slz) e 0,0759 % (pen). não foi possível obter os dados de umidade para as amostras for e ria. na tabela 4 constam os resultados com a apresentação dos desvios padrões amostrais () e os coeficientes de variância cv (%) das determinações do ápice (cm), diâmetro (cm), base (cm), comprimentos (cm) e massas (g) dos frutos tabela 3. índice de refração a 40°c para os óleos de babaçu (o. phalerata martius). grupos �̅�  cv (%) slz 1,4501 0,0002 0,0153 imp 1,4482 0,0002 0,0188 pen 1,4492 0,0002 0,0188 ept 1,4475 0,0000 0,0000 for 1,4488 0,0005 0,0393 ria 1,4470 0,0003 0,0243 legenda: 𝐗 ̅: média; : desvio padrão amostral; cv: coeficiente de variação amostral (p>0,05). slz: são luís; imp: imperatriz; pen: penalva; ept: esperantinópolis; for: fortuna; ria: riachão. eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 81 81 inteiros e das amêndoas de o. phalerata martius para as amostras oriundas dos municípios de são luís (slz); imperatriz (imp), penalva (pen) e esperantinópolis (ept). tabela 4. características morfométricas de frutos e amêndoas de o. phalerata martius do estado do maranhão por município / região ecológica município / região parâmetros de dimensão frutos amêndoas 𝐗 ̅ ±  cv (%) 𝐗 ̅ ±  cv (%) slz / litoral ápice (cm) 4,27 ± 0,11 2,57 0,85 ± 0,06 7,05 diâmetro (cm) 5,37 ± 0,50 9,31 1,25 ± 0,12 9,60 base (cm) 4,34 ± 0,17 3,91 0,96 ± 0,09 9,37 compri. longit. (cm) 8,45 ± 0,07 0,82 3,70 ± 0,17 4,59 massa a (g) 100,30 ± 0,60 0,59 2,59 ± 0,32 12,35 imp / pré-amazônia ápice (cm) 4,83 ± 0,40 8,28 0,99 ± 0,16 16,16 diâmetro (cm) 5,91 ± 0,09 1,52 1,41 ± 0,12 8,51 base (cm) 5,25 ± 0,19 3,61 1,30 ± 0,17 13,07 compri. longit. (cm) 9,93 ± 0,32 3,22 4,56 ± 0,15 3,28 massa b (g) 171,31± 8,62 5,03 4,62 ± 0,22 4,76 pen / baixada ápice (cm) 4,38 ± 0,06 1,36 1,01 ± 0,13 12,87 diâmetro (cm) 5,32 ± 0,12 2,25 1,34 ± 0,30 22,38 base (cm) 4,90 ± 0,16 3,26 1,16 ± 0,27 23,27 compri. longit. (cm) 9,63 ± 1,03 10,69 4,23 ± 0,21 4,96 massa b (g) 154,92 ± 11,79 7,61 5,10 ± 1,03 20,19 ept / cocais ápice (cm) 4,48 ± 0,13 2,90 0,85 ± 0,06 7,05 diâmetro (cm) 5,96 ± 0,31 5,20 1,35 ± 0,09 6,66 base (cm) 5,17 ± 0,44 8,51 1,00 ± 0,04 4,00 compri. longit. (cm) 9,5 ± 0,79 8,31 4,1 ± 0,36 8,78 massa b (g) 197,10 ± 12,60 6,39 4,32 ± 0,92 21,29 legenda: 𝐗 ̅: média; : desvio padrão amostral; cv: coeficiente de variação amostral, a,b (p>0,05). slz: são luís; imp: imperatriz; pen: penalva e ept: esperantinópolis. mitjá et al. (2008) 29 , em estudo realizado no estado de tocantins, sobre biometria de frutos e sementes de babaçu attalea speciosa obtiveram as seguintes características; massa do fruto entre 207 a 291g, comprimento entre 111 a 125 mm (11,1cm a 12,5 cm). para amêndoas, massa de 0,71 g e comprimento de 4,75 cm. porto (2004) 30 estudou parâmetros físicos do coco babaçu o. phalerata martius, e obteve resultados equivalentes a: para os frutos inteiros encontrou médias de 9,48 cm de comprimento longitudinal; 6,27 cm de diâmetro e 78,23 g de massa. pra as amêndoas, 3,27 cm de comprimento longitudinal e 8,2 g de massa. comparando os dados de massa (g) dos frutos inteiros encontrados no presente estudo com os dados de mitjá et al. (2008) 29 e porto (2004) 30 , percebe-se que os resultados foram inferiores em relação ao intervalo encontrado por mitjá et al. (2008) 29 e superiores aos encontrado por porto (2004) 30 , no entanto, ao considerar a espécie estudada o. phalerata martius, as demais características; comprimento e diâmetro dos frutos inteiros e das amêndoas dos lotes oriundos dos municípios de são luís (slz), imperatriz (imp), penalva (pen) e esperantinópolis (ept) estão condizentes com os reportados por porto (2004) 30 . são poucos os trabalhos na literatura que discorrem sobre as características morfométricas dos frutos inteiros e das amêndoas de babaçu (o. phalerata martius), geralmente são apresentadas somente médias referentes à produção anual de frutos de babaçu por cacho/palmeira. neste trabalho os frutos de o. phalerata martius dos municípios de eclética química journal, vol. 41, 74-84, 2016. 82 82 são luís (slz), imperatriz (imp), penalva (pen) e esperantinópolis (ept) são ovais alongados de coloração castanha para marrom. as sementes (amêndoas) apresentam uma película envoltória de coloração marrom claro a escuro variando por região. a obtenção das características morfométricas dos frutos de o. phalerata martius por região ecológica maranhense é importante para a caracterização deste material. foi possível analisar que há variação significativa (p<0,05) somente em relação à massa (g) dos frutos inteiros quando comparada os lotes oriundos das regiões pré-amazônia, baixada, cocais em relação ao lote do litoral. conclusões as análises dos óleos de babaçu (o. phalerata martius) para o teste de acidez, indicou que todas as amostras estavam dentro dos padrões estabelecidos pelas normas vigentes, nacional e internacional indicando assim qualidade no bom estado de conservação, os índices de saponificação apontam possíveis presença de ácidos graxos de cadeia média e longa (alto peso molecular). os dados refratométricos estão condizentes com as normas vigentes. para o índice de umidade todas as amostras analisadas apresentaram percentuais inferiores a 1%. os lotes (frutos e amêndoas) de babaçu o. phalerata martius possuem características peculiares em tamanho, comprimento e massa por região geográfica. agradecimentos os autores agradecem a universidade estadual do maranhão – uema, cnpq, fapema pelos auxílios concedidos e também as comunidades extrativistas, do estado do maranhão, compostas em sua maioria por mulheres que cederam as amostras de babaçu. referências [1] r. r. de almeida, l. g. lacerda, f. s. murakami, g. bannach, i. m. demiate, c. r. soccol, m. a. da s. c. filho, e. schnitzler, thermal analysis as a screening technique for the characterization of babassu flour and its solid fractions after acid and enzymatic hydrolysis, thermochimica acta, 2011, 519, 50–54. 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[13]. and sartorι et al. [14]. spectrophotometric methods for the determination in bulk drug and in pharmaceutical preparations have been also reported. in the ultraviolet region methods some are proposed: british pharmacopoeia [10], annapurna et al. [15], ashour and kabbani[16]. in the visible region a method was related by hassan et al. [17]. this last method was based of the colored complex formed between metformin (mf) and copper (ii) with posterior dissolution in an organic solvent. several liquid chromatographic methods can been found in the literature [8-10,18-23]. chromatographic hplc procedures present good selectivity due to the separation in columns but present an environmental disadvantage that is the relatively high volume of organic solvents used. despite this fact, it can be satisfactorily used for the simultaneous analysis of metformin and other drugs present in the same preparations [18, 23-33]. recently tubino et al. related an analytical quantitative method for the determination of metformin in pharmaceutical preparations and in the bulk drug using diffuse ultraviolet-visible reflectance [34]. despite the reporting of a number of methods for the analysis of metformin, a deficiency is observed with respect to absolute methods, i.e., that do not require calibration curves. only three volumetric [1214] are reported and no one for gravimetric was found. despite their absolute analytical characteristic classical gravimetric methods are usually very slow. however, the developing of the weighing techniques that resulted in better and faster to use balances, relatively fast gravimetric procedures can be developed [35]. the aim of the present work was to develop a reliable, simple and relatively fast method for the determination of metformin in bulk drugs and in pharmaceutical preparations. experimental details apparatus hplc: shimadzu prominence diode array sppm20; micro-bondapac column c18, length 300 mm, i.d. 3.0 mm, particle size 10 m. injection volume 20 l. phmeter: analyser, model ph 300, with a glass combined ag/agcl electrode; internal solution kcl 3.0 mol l -1 . reagents all the employed reagents were of analytical grade, excepting the metformin hydrochloride that was a pharmaceutical grade 98.5%, certified product. the pharmaceutical preparations were purchased in drugstores of the region. eclética química, vol. 40, 62-70, 2015. 64 64 solutions standard solution of metformin hydrochloride: prepared in calibrated 50 ml volumetric flask; about 7.5 grams (weighed to 0.1 mg) of the drug (98.5 % certified metformin hydrochloride) was dissolved in milli q pure class water. nickel chloride 1 mol l -1 solution: 11.9 g of nicl2·6h2o were dissolved with milli q pure grade water in a 50 ml volumetric flask. naoh 2 mol l -1 solution: 4.0 g of naoh were dissolved in milli q pure grade water in a 50 ml volumetric flask. hclo4 0.1 mol l -1 in glacial acetic acid [11]: 8.5 ml of perchloric acid were dissolved in 500 ml of glacial acetic acid; 21 ml of acetic anhydride were added; the volume was completed to 1000 ml with glacial acetic acid. the solution was standardized with potassium biphthalate. standard (nh4)h2po4 ph 5.00 buffer solution: 5.0 g of the salt were dissolved in 500 ml of pure water. the ph was adjusted with naoh 0.2 mol l -1 , prepared by dilution from that of 2.0 mol l -1 , to ph = 5.00  0.05. mobile phase, hplc: 500 ml of methanol and 500 ml of the (nh4)h2po4 buffer [28]. standard solutions for the calibration curve, hplc: 507.6 mg of the drug (containing 500.0 mg of metformin hydrochloride) was exactly weighed and transferred to a 100.0 ml volumetric flask and dissolved with 50.0 ml of methanol. the volume was completed with the ph 5.00 buffer solution. from this 5000 ppm solution 8.00 ml were taken and transferred to a 200.0 ml volumetric balloon. the volume was completed with the mobile phase above described. from this 200.0 ppm stock solution 120.0, 130.0, 140.0, 150.0, 160.0, and 170.0 ppm concentrations were obtained through adequate dilutions. samples treatment proposed method 20 tablets were accurately weighed in an analytical balance to 0.1 mg. from the total mass the mean weight of a tablet was calculated. an aliquot of about 1.0 g (about 800 mg of metformin hydrochloride) with accuracy of 0.1 mg was weighed into an essay tube. 2.0 ml of water were added following stirring to dissolve the drug and centrifugation during 5 minutes at 4500 rpm to separate no soluble excipients. the supernatant was carefully transferred to a 10.0 ml volumetric flask. 2.0 ml more were added to the residue into the tube and the process was repeated. three extraction were performed and always the supernatant was introduced into the 10.0 ml balloon. the volume was completed to the mark with water. hplc method [28] 20 tablets were accurately weighed in an analytical balance to 0.1 mg and carefully crushed in a mortar. an aliquot of the pharmaceutical preparation, containing c.a. 500.0 mg of metformin hydrochloride was exactly weighed and transferred to a 100.0 ml volumetric flask and dissolved with 50.0 ml of methanol. the volume was completed with the ph 5.00 buffer solution. from this 5000 ppm solution 2.00 ml were taken and transferred to a 50.0 ml volumetric balloon. the volume was completed with the mobile phase above described. from this 200 ppm solution a 140 ppm solution was prepared by dilution, i.e., 3.50 ml were diluted to 5.00 ml with water. 2.4.3. sample treatment [8] 20 tablets were carefully weighed to 0.1 mg and crushed in a mortar. an aliquot containing about 60 of metformin was weighed to 0.1 mg, transferred to a 150 ml beaker and solubilized with 50 ml of acetic anhydride and 4 ml of formic acid. titration was point-to-point performed with a standard solution of perchloric acid 0.1 mol l -1 . methods proposed microgravimetric method the proposed method was based on the reaction of metformin with nickel(ii) in aqueous medium forming an insoluble complex [12]. the reaction was performed inside a plastic 10 ml syringe. the 2.00 ml aliquot of the sample was first measured with a pipette, placed in a 5 ml beaker and then carefully eclética química, vol. 40, 62-70, 2015. 65 65 sucked with the syringe as can be saw in figure 2. in sequence the other solutions are successively placed in this same beaker and sucked into the same syringe. the solutions were always introduced in the following order. 2.00 ml sample; 1.5 ml nickel(ii) 1.0 mol l -1 ; 3.0 ml nh3 concentrated (17 mol l -1 ); 2.0 ml naoh 2.0 mol l -1 . the precipitate is quantitatively formed in about 3 minutes (fig. 3). figure 2 figure 3 the precipitate was separated using a tube with a sintered g3 glass filter [35] (fig. 4a) or a syringe filter (millipore, millex hv, 0.45 m pore, 33 mm diameter) (figure 4b) previously weighed. in the case of the glass tube vacuum pump was used to filtrate the solid but a centrifuge can be used [35]. the solid in the filter was carefully washed with about 2.5 ml of concentrated nh3 following drying in an oven at 120 o c for one hour. from the obtained weight of metformin as precipitate its quantity in the pharmaceutical preparation was calculated. figure 4 potentiometric method [8,9] the method recommended by the american and japanese pharmacopoeias was used [8,9], using perchloric acid solution as titrant. hplc method [28] this procedure is similar to that recommended by usp [8], british [10] and japanese [9] pharmacopoeias. buffer (nh4)h2po4 ph=5.00 and methanol 50:50 v/v as mobile phase was used at 1 ml min -1 . the column (300  3.0 mm) was a microbondapack c18 waters, 10 m diameter particle size; temperature 40 o c, λmax 225 nm and injection volume 20 μl. statistical treatment for statistical comparison of the data obtained with the proposed method versus the reference methods the t test of student and the snedecor f test were used [36]. results and discussion the orange color precipitate of nickel-metformin complex is easily formed but the solution must be strictly mixed in the indicated order: metformin, nickel, ammonium hydroxide, sodium hydroxide. mainly in the case of sodium hydroxide solution that is added in order to increase the ph, if it is mixed before the ammonium hydroxide, nickel hydroxide precipitates and the formation of the desired complex does not occur. it is important to pay attention to the molar excess of nickel, with respect to metformin (mf), in eclética química, vol. 40, 62-70, 2015. 66 66 order to guarantee the quantitative formation of the complex. the solution of metformin presents no color, unless an organic colorant is present. the addition of the green solution of ni(ii) turns all solution in this color. the addition of the ammonium hydroxide causes change to a blue color as the result of the ni(nh3)6 2+ hexamine complex. with the posterior sodium hydroxide solution an orange species is formed in solution, precipitating soon after as ni(mf)2. the sodium hydroxide solution must be slowly and in three portions so the precipitate will be gradually formed. as the ammonia complexes with ni(ii), forming the hexamine complex a soluble species, the precipitation of nickel as hydroxide when sodium hydroxide is added is avoided and he excess of this cation can be easily removed by washing the precipitate with the concentrated ammonium hydroxide. the remainder ammonia in the precipitate can be easily eliminated by heating in an oven at 120 o c. the reaction of formation of the ni(mf)2 complex, which precipitates as an orange color solid, can be summarized by the following equation which clearly shows the necessity of a base to shift reaction to the right: 2 c4h11n5 + ni 2+ → ni(c4h10n5)2(s) + 2 h + a glass tube containing a g3 porosity sintered glass disc 35 was used to filter the precipitate or alternatively a millipore syringe filter (millipore, millex hv, 0.45 m pore, 33 mm diameter). the same samples were analized using the titrimetric potenciometric procedure recommended by pharmacopeias [8,9] and by a hplc method [28]. this last procedure was preferred as it uses external standard. all the essays were done in triplicate. table 1. comparison of the determination of metformin hydrochloride in pharmaceutical preparations using the proposed method, hplc[28] and that of potentiometric titration according pharmacopoeias[8,9]. values are in milligrams per tablet  sd. sample label grav. t grav. f hplc official i a 850 841.31.7 841.77.5 870.115.1 852.25.5 rsd (%) 0.2 0.9 1.7 0.6 ii b 500 490.22.4 492.99.0 511.52.9 499.94.5 rsd (%) 0.5 1.8 0.6 0.9 a the tablet also contains microcrystalline cellulose, crospovidone, colloidal silicon dioxide, magnesium stearate, polyvinylpyrrolidone, croscarmelose sodium, sodium starch glycolate. b the tablet also contains microcrystalline cellulose, crospovidone, colloidal silicon dioxide, magnesium stearate, povidone, hypromellose, polyethylene glycol. grav. t = proposed gravimetric; filtration using glass tubes with sintered disc (n=3). grav. t = proposed gravimetric; filtration using syringe filters (n=3). hplc = high pressure liquid chromatography (n=3). official = potentiomettric titration (n=3). eclética química, vol. 40, 62-70, 2015. 67 67 the results shown in table 1 were statistically analyzed using the paired student’s t test and the snedecor f test [36] (table 2). table 2. comparison of the analytical results using the student’s paired t test and the snedecor f test [36]. methods compared t calc f calc i ii i ii grav t vs. grav f 0.1 0.4 19.5 14.1 grav t vs. official (pot.) 2.7 2.7 10.5 3.5 grav f vs. official (pot.) 1.6 1.0 1.9 4.0 grav t vs. hplc 2.7 8.0 78.9 1.5 grav f vs. hplc 2.4 2.8 4.1 9.6 hplc vs. official (pot.) 1.6 3.1 7.5 2.4  = (na + nb – 2) = 4; at the 95 % confidence level. ttab=2.8 and ftab=19.0; at the 99% confidence level ttab= 4.604 and ftab=99.0 grav. t = proposed gravimetric; filtration using glass tubes with sintered disc. grav. f = proposed gravimetric; filtration using syringe filters. hplc = high pressure liquid chromatography. official method: potentiometric titration. it can be observed that the calculated t and f values are smaller than those tabulated, when the proposed gravimetric procedures are compared with the potenciometric official method, indicating equivalent results and precision. in the hplc cases two small differences are observed in t values and one in f values when comparison is done with the gravimetric method where a glass tube with sintered disc is used and with the official titrimetric procedure. however, if the 99% confidence level is considered all results become is agreement. conclusion the proposed method presents some interesting characteristics. it easy and relatively fast to be performed; it is very reliable and inexpensive; a calibration plot is unnecessary because it is an absolute method; it is a green procedure as does not uses organic or solvents or toxic substances (excepting small quantities of ammonia) and those used are in small quantities. therefore the proposed method can be suggested for the analysis of metformin in the bulk drug and in pharmaceutical preparations. acknowledgments the authors are grateful to cnpq, fapesp and capes for financial support and to prof. dr. carol h. collins for english revision of the manuscript. referências [1] m.c. foss, diabetes mellitus: conceito, diagnóstico e classificação, rev. med. ribeirão preto 22 (1989), 54-61. eclética química, vol. 40, 62-70, 2015. 68 68 [2] m.t.c.g torquato, r.m. montenegro junior, l.a.l viana, r.a.h.g. souza, m.m. lanna, j.c.b luca, c. bidurin, m.c. foss, prevalence of diabetes mellitus and impaired glucose tolerance in the urban population aged 30-69 years in ribeirão preto (são paulo), brazil, são paulo med. j.121(2006) 224-230. 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[31] b. m. rahman, m.m. rahman, m.ahmed, m.r. islam, wahed, m.i.i., r.k. barman, m.a.r. khan, m.b. hossain, m.s. amran, simultaneous high-performance liquid chromatographic determination of metformin hydrochloride and rosiglitazone maleate in pharmaceutical-dosage form, res. j. med. med. sci. 2 (2007) 115-121. [32] d. jain, s. jain, m. amin, simultaneous estimation of metformin hydrochloride, pioglitazone hydrochloride, and glimepiride by rp-hplc in tablet formulation, j. chromatogr. sci. 46(2008) 501-506. [33] p.k. sahoo, r. sharma, s.c. chaturvedi, simultaneous estimation of metformin hydrochloride and pioglitazone hydrochloride by rphplc method from combined tablet dosage form, indian. j. pharm. sci. 70 (2008) 383-386. eclética química, vol. 40, 62-70, 2015. 70 70 [34] m. tubino, l.f. bianchessi, m.m.d.c. vila, quantitative spot-test analysis of metformin in pharmaceutical preparations, anal. sci. 26 (2010) 121-124. 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[36] k. eckschlager, errors, measurement and results in chemical analysis, van nostrand reinhold company, london, 1972, pp. 109-120. 1 author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 42 | 2017 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author or to ecletica@iq.unesp.br • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and numbered sequentially; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail adresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in brackets throughout the text and compiled at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., r. a. g. da silva, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100-46702003000100004 book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author mailto:ecletica@iq.unesp.br autthor guidelines • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results, and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised, and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content or interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. • eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j.  the corresponding author is responsible for listing as authors only researchers who have really taken part in the work, and for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission for submitting and publishing.  authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information.  authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. autthor guidelines  citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited.  explicit permission of a non-author who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited.  simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors.  plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j.  the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis.  before publishing a manuscript, the turnitin 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authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@iq.unesp.br) copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@iq.unesp.br introduction 4-chlorophenoxyacetic acid is a white solid hardly soluble in water (k=7,9.10-4) and easily soluble in ether and ethanol [1]. it is used as growth hormone for plants and is known as herbicide [2]. in some papers the details of its molecular structure was presented [3-5]. from the survey of literature it appears that its complexes with li(i) and cu(ii) ions were synthesized and their properties were studied [6, 7]. the carboxylates play an important role in inorganic and bioinorganic chemistry. many metal cations in a great number of various biological processes are a component of several vitamins and drugs [8, 9]. the carboxylates of dand 4fion elements may be used as electric materials in the modern branches of techniques and technology or they may have applications as precursors in superconducting ceramic and magnetic field productions. these compounds are used as catalysts, pigments, solvents, food preservatives and plastics productions. metal carboxylates are applied for the productions of high degree purity of metal oxides and polycarboxylic acids are used for supermolecular compound synthesis, which in many cases, form with metal ions the molecular polymers containing in their structures, pores and channels owning to them they appear catalytic and adsorption properties. therefore they may be used for the adsorption of inorganic gases such as: argon, nitrogen and hydrocarbons or small molecules of another inorganic compounds. polycarboxylic acid may also form the molecules with twoand threedimentional structures, yielding special magnetic and luminescence properties which let them be used in optical and electronic industries [10-16]. 7ecl. quím., são paulo, 33(1): 7-14, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 1, 2008 the physico-chemical properties of 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) w. ferenc1*, m. bernat1, j. sarzynski2, b. paszkowska1 1faculty of chemistry, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland 2faculty of physics, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland *wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: the complexes of 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) have been synthesized as polycrystalline solids, and characterized by elemental analysis, spectroscopy, magnetic studies and also by x-ray diffraction and thermogravimetric measurements. the analysed complexes have the following colours: pink for co(ii), green for ni(ii), blue for cu(ii) and a pale pink for mn(ii) compounds. the carboxylate group binds as monodentate and bidentate ligands. on heating to 1173k in air the complexes decompose in several steps. at first, they dehydrate in one step to anhydrous salts, that next decompose to the oxides of respective metals. their magnetic moments were determined in the range of 76-303k. the results reveal them to be high-spin complexes of weak ligand fields. keywords: 4-chlorophenoxyacetates; thermal stability; magnetic properties of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii). ´ eq01-af 30/4/08 11:25 page 7 as a continuation of our studies on carboxylates we decided to synthesize 4-chlorophenoxyacetates with mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) and to study some of their properties not to be investigated so far, such as magnetic properties in the range of 77-300k thermal stability in air at 293-1173k, solubility in water at 293k and to record their ftir spectra. thermal stability investigations give informations about the process of dehydratation and the ways of decompositions, and the magnetic susceptibility measurements let study the kinds of the way of coordination of the central ions and ligands. the determination of the solubility is valuable because it informs about the practical use of acid for separation of transition metal ions by extraction or ion-exchange chromatographic methods. experimental details the 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were prepared by the addition of the equivalent quantities of 0,1 mol/dm3 ammonium 4-chlorophenoxyacetate (ph≈5) to a hot solutions containing the 0,1 mol/dm3 mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) nitrates (v) and crystallizing at 293k (1h). the solid formed were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions and dried at 303k to a constant mass. the contents of carbon and hydrogen in the complexes and in the intermediate and final products obtained from their thermal decompositions were determined by elemental analysis using a chn 2500 perkin-elmer analyzer and the content of chlorine by the schöniger method. the contents of m2+ metals were established gravimetrically and by xrf method using spectrometer of x-ray fluorescence with energy dispersion edxrf-1510 (canberra firm). the ir and fir spectra of complexes were recorded over the ranges 4000-400cm-1 and 600-100cm-1, respectively, using m-80 and perkin-elmer 180 spectrometers. samples for ir spectra measurements were prepared as kbr discs. fir spectra were obtained in nujol mulls sandwiched between polyethylene plates (table 2). the ftir spectra of the intermediate and final products obtained from the complex thermal decompositions were also registered. 8 ecl. quím., são paulo, 33(1): 7-14, 2008 eq01-af 30/4/08 11:25 page 8 the x-ray diffraction patterns of hydrated and dehydrated complexes, the intermediate and final products of complex thermal decompositions were taken on a hzg-4 (carl zeiss jena) diffractometer using ni filtered cu kα radiation. the measurements were made within the range 2θ=4-80o by means of the debye-scherrer-hull method. the relationships between i/io and 2θ for these complexes are presented in fig. 1. the thermal stability and decomposition of the prepared complexes were determined by paulik-paulik-erday q-1500d derivatograph with derill converter, recording tg, dtg, and dta curvers (fig. 2). the measurements were made at a heating rate of 10k min-1 with a full scale. the samples (100mg) were heated in platinum crucibles in static air to 1173k with a sensitivity of tg-100mg. dtg and dta sensitivities were regulated by a derill computer program. the products of decomposition were calculated from tg curves and verified by the diffraction pattern registration and ir spectra. the termogravimetric analysis of dsc/tg was performed at temperature 323-723k using a differential thermoanalyzer netzsch sta 409c 3f. the measurements were carried out under nitrogen flow (99,995% purity) and temperature increase rates of 1-12k min-1. magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were measured by the gouy method using a sensitive cahn rm-2 balance.the samples were placed in a long cylindrical tube which was suspended from an analytical balance.the sample tube was positioned between the poles of the magnet such 9ecl. quím., são paulo, 33(1): 7-14, 2008 figure 1. dependence of i/io vs 2θ for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes. eq01-af 30/4/08 11:26 page 9 that one its end was in the region of homogeneous field and the other end was in the region of zero field. the force exerted on the sample was a function of the volume occupied by the sample in the region of the field gradient. this force may be written in scalar form as a function of the isotropic volume susceptibility. measurements were carried out at a magnetic field strength of 9,9 koe. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 10 ecl. quím., são paulo, 33(1): 7-14, 2008 figure 2. tg, dtg and dta curves for cu(ii) 4chlorophenoxyacetate in air. figure 3. dependence between magnetic susceptibility values vs temperatures for 4-chlorophenoxyacetate of co(ii). 1,644.10-5cm3g-1. correction for diamagnetism of the calibrant atoms was calculated by the use of pascal’s constants [17, 18]. magnetic moments were calculated from eq. (1): µeff = 2,83 (χm .t)1/2 (1) the solubilities of 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) in water were measured at 293k. saturated solutions of the obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were determined using asa 880 spectrofotometer (varian). the values of solubilities are presented in table 1. eq01-af 30/4/08 11:26 page 10 results and discussion the complexes of 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were obtained as polycrystalline products with a metal ion to ligand ratio of 1:2 and the general formula m(c8h6clo3)2 · nh2o, where m(ii)=mn, co, ni, cu and n=2 for mn(ii) and cu(ii) complexes and n=4 for co(ii) and ni(ii). their colours are following: pinkish for mn(ii), pink for co(ii), green for ni(ii), and blue for cu(ii) complexes. in these compounds the d→d electron transitions of the central ions are those of the lowest energy and absorption occurs at relatively high wave lengths that depends on the nature of the metal ion [19, 20]. the compounds were characterized by elemental analysis (table 1), ftir and fir spectra (table 2). the 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) exhibit similar solid state ir spectra. the band at 1708 cm-1 originating from the rcooh group, presented in the acid spectrum, is replaced in the spectra of complexes by two bands at 1608-1569 cm-1 and 1346-1334cm-1, which can be ascribed to the asymmetric and symmetric vibrations of coogroup, respectively [21-24]. the bands with the maxima at 3494-3074cm-1 characteristic for νoh vibrations [21-26] confirm the presence of crystallization water molecules in the complexes. the bands of c-h vibrations are observed at 2989-2009cm-1. the bands of ν(c=c) ring vibrations appear at 1651-1623cm-1, 1493cm-1, 11741172cm-1, 1094cm-1 and 670-630cm-1. the valency ν(c-cl) vibration bands occur at 740-720cm-1 and those of the asymmetric and symmetric ν(c-o-c) at 1260-1217cm-1 and 1060-1058cm-1, respectively. the bands at 458-330cm-1 confirm the ionic metaloxygen bond [27-36]. in the range of 458-439cm-1 they increase in the following way: mn(ii) < co(ii) < ni(ii) < cu(ii), which suggests the stronger m-o bond in the case of cu(ii) complex. the bands in the range of 117-104cm-1 are connected with the o-h…o streching vibrations and they change their shapes according to the rise of atomic number of elements and the degree of hydration, in 4-chlorophenoxyacetates. the bands at 137-135cm-1 confirm the internal c-c torsion vibrations and the bands at 267-216cm-1 arising from the aromatic ring vibrations also change their shapes. table 2 presents the values of the two band frequencies of asymmetrical and symmetrical vibrations for carboxylate group of analyzed complexes. the separations of the νas(oco-), and νs(oco-) modes in the compounds ∆ν(oco-) are greater or smaller than that of the sodium salt (∆νoco= 271cm-1) indicating a various degree of m-o ionic bonds in 4-chlorophenoxyacetates compared to that of the sodium salt. for the complexes the shifts of the frequencies of bands of νas(oco-), and νs(oco-) are lower, lower and higher, respectively, than those for sodium 4-chlorophenoxyacetate. accordingly, taking into account the spectroscopic criteria [22, 24, 37] the carboxylate ions appear to be monodentate and bidentate groups. in order to estimate the crystalline forms of the 4-chlorophenoxyacetates the x-ray powder diffraction measurements were done. the diffractogram values suggest them to be polycrystalline compounds with various degree of crystallinity [38] (fig. 1) the thermal stability of mn(ii), co(ii), ni(ii), and cu(ii) 4-chlorophenoxyacetates was studied in air at 293-1173k (table 3, fig. 2). when heated to 1173k the mn(ii) complex is dehydrated in one step. in the temperature range of 350-385k it losses two water molecules in one step and forms anhydrous salt. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 8,16% (theoretical value is 7,79%). the anhydrous salt at 497-868k is gradually decomposed to mn3o4 that is a final product of complex decomposition. the intermediate compounds formed in this range of temperature is mn2ocl2. the found mass loss is equal to 84,6% and the calculated value 83,48%. the residue mass estimated from tg curve is equal to 15,4% while that theoretically calculated 16,52%.the dehydration process is connected with endothermic effect whereas the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. the final product of complex decomposition was confirmed by ir spectra and x-ray powder diffractogram. the tetrahydrate of 4-chlorophenoxyacetate of co (ii) during heating in air losses the water molecules in two steps. at first in the range of 371406k it releases two of them and the rest ones are 11ecl. quím., são paulo, 33(1): 7-14, 2008 eq01-af 30/4/08 11:26 page 11 expelled during the ligand decompositions at 518910k. the final product of complex decomposition was identified by elemental analysis and x-ray powder diffractogram as co3o4 and the co and co2o3 were estimated to be the intermediate products of its decomposition. the found weight loss is equal to 85,28 and calculated one 84,0 %. the residue mass estimated from tg curve is 14,71% and theoretically determined 15,98%. the dehydration process is connected with the endoeffect while that of oxidation with exothermic one. when heated in air to 1173k the tetrahydrate of 4-chlorophenoxyacetate of ni(ii) dehydrates in one step at 347-406k and forms anhydrous complex. the mass loss calculated from tg curve being equal to 14,12% corresponds to the loss of four molecules of water (theoretical value is equal to 14,35%). the anhydrous 4-chlorophenoxyacetate of ni(ii) at 583-833k is decomposed to nio, which is the final product of thermal decomposition. the mass loss calculates from tg curve is equal to 84,6% that corresponds to the nio formation (calculated value is 85,1%). the dehydration process is connected with an endothermic effect seen in dta curve, while the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. considering the temperature at which the dehydration process of the complex takes place, and the way by which it proceeds it is possible to assume that the water molecules may be also in the outer sphere of complex coordination [27, 39-41]. during heating in air to 1173k the cu (ii) complex dehydrates in one step (fig. 2). in the temperature range of 357-385k it losses two water molecules and forms anhydrous compound. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 7,59% (the theoretical value is 7,65%). the anhydrous complex at 490-896k is decomposed to cuo that is a final product of complex decomposition. the intermediate compounds formed in this range of temperature may contain cu2ocl, cu and cu2o that being next oxidized to cuo. the residue mass calculated from tg curve is equal to 20,5% while that theoretically calculated 16,00%. this discrepancy probably appears from the rest of cu2o in the final mass of complex decomposition, which was indicated by elemental analysis, ir spectra, and x-ray powder diffractogram. the mass loss calculated from tg curve is equal to 79,5% (theoretical value is 84,0%). the dehydration process, in this case, is connected with an endothermic effect seen on dta curve, while the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. considering the temperature of dehydration process and the way in which it proceeds it is possible to assume that the water molecules may be in the outer coordination sphere of the complex. the values of enthalpy of dehydration process were determined with the use of dsc/tg system under nitrogen atmosphere. they are in the range of 129-243 kj/mol and 75,9-32 kj/mol per one molecule of water. these values indicate that the water molecule is the strongest bounded in the mn(ii) complex while that the weakest in cu(ii) compound. taking into account the temperatures of dehydration process it appears that co(ii) complex is the most thermally stable while ni(ii) has the least thermal stability. the solubility of analysed compounds was measured (table 1). it is in the order of 10-3-10-4 mol·dm3. the co(ii) 4-chlorophenoxyacetate is the most soluble salt, while that of cu(ii) the least soluble one. these compounds are relatively hardly soluble in water and the order value is not sufficient to use 4-chlorophenoxyacetic acid for the separation of some metal ions by ionexchange chromatography method. the magnetic susceptibility of 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) was measured over the range of 76-303k (table 4, fig. 3). the values of the weiss constant, θ, for all complexes were found to have a negative sign which probably arises from the antiferromagnetic spin interaction or from a crystal field splitting of the paramagnetic spin state [42-47]. the magnetic moment values experimentally determined at 76-303k for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) compounds change from 5,57 µb (at 76k) to 5,72 µb (at 303k) for mn(ii) complex, from 4,52 µb (at 76k) to 4.96 µb (at 303k) for co(ii), from 3,09 µb (at 76k) to 3.08 µb (at 293k) for ni(ii) and from 1.71 µb (at 76k) to 1,87 µb (at 303k) for cu(ii) 4-chlorophenoxyacetates. the magnetic moment data are very close to the spin only values for the respective ions calculated from the equation νeff = [4s(s+1)]1/2 in the absence of the magnetic interactions for present 12 ecl. quím., são paulo, 33(1): 7-14, 2008 eq01-af 30/4/08 11:26 page 12 spin-system. the magnetic moment values calculated at room temperature for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions are equal to 5,9 µb, 3,88 µb, 2,83µb, and 1,73µb, respectively. for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions the magnetic moment values may be different than the spin-only. in the cases of co(ii) and cu(ii) compounds they are higher than the spin-only worth which results from a spinorbital coupling. for ni(ii) and mn(ii) ions the magnetic moment are lower than the spin-only value. this is due to the fact that the vectors l and s are aligned by the strong field of the heavy atom in opposite directions, and this diminishes the resultant magnetic moment. the experimental data suggest that compounds of mn(ii) and ni(ii) seem high-spin complexes with octahedral symmetry and probably weak ligand fields [42-47]. from the obtained results it appears that in 4-chlorophenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) the coordination numbers may be equal to 5 and 6 depending on the dentates of carboxylate group and the position of water molecules in the complex. the coordination numbers of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions could be established on the basis of the complete crystal structure determination of monocrystals but they have not been obtained. conclusions on the basis of the results it appears that 4-chlorophenoxyacetates of mn (ii), co(ii), ni(ii), and cu (ii) were synthesized as hydrated complexes. their colours are following: pinkish for mn (ii), pink for co (ii), green for ni (ii), and blue for cu(ii) compounds. the complexes are crystalline compounds and on heating in air to 1173k they decompose in two steps: at first they dehydrate to form anhydrous compounds that next are decomposed to the oxides of respective metals. the values of µb calculated for analysed complexes in the range of 76-303k reveal that the mn(ii), co(ii) and ni(ii) complexes are highspins and that of cu(ii) forms monomer. received 15 august 2007 accepted 20 september 2007 references [1] beilstein handbuch der organischen chemie, bd. vi/2, springer verlag, berlin 1942. 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[47]m. hvastijova, m. kochout, j. mrozinski, and j. jäger, polish j. chem. 69(1995)852. 14 ecl. quím., são paulo, 33(1): 7-14, 2008 eq01-af 30/4/08 11:26 page 14 eq08-af introduction various procedures concerning the preparation of α-keto acids have been reported in the literature.1 the α-keto acids are of continuing interest as model substrates of enzymes, intermediates in chemical syntheses, in the development of enzyme inhibitors and drugs and in other ways.1 the aldol condensation products between cinnamaldehyde and pyruvic acid as, 4-dimethylamino and cinnamylidenepyruvic acids has also been described in the literature2, 3. extensive experimental and theoretical investigations have focused on elucidating the structure and normal vibrations of organic compounds4. thus, calculations of optimal molecular geometry and vibrational of 2-meo-hcp were made. the calculated harmonic frequencies are usually higher than the corresponding experimental quantities, due to a combination of electron correlation effects and basis set deficiencies. it is well known that hartree-fock (hf) method tends to overestimate vibrational frequencies. 61ecl. quím., são paulo, 33(4): 61-68, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 synthesis and characterization of solid 2-methoxycinnamylidenepyruvic acid c. t. de carvalho1, a. b. siqueira1, e. y. ionashiro2, m. pivatto1, m. ionashiro1*. 1instituto de química, unesp, cp 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brazil. 2instituto de química, ufg, campus ii, cep74001-979, goiânia, go, brazil. *massaoi@iq.unesp.br abstract: the 2-methoxycinnamylidenepyruvic acid (2-meo-hcp) was synthesized and characterized for nuclear magnetic resonance (1h and 13c nmr), mass spectrometry (ms), infrared spectroscopy (ftir) and differential scanning calorimetry (dsc). the application of dsc for purity determination is well documented in literature and is used in the analysis of pure organic compounds. the molecular geometry and vibrational frequencies of 2-meo-hcp have been calculated. keywords: 2-methoxycinnamylidenepyruvic acid; synthesis; ms; nmr; ir. however, density functional theory (dft) calculations are reported to provide excellent vibrational frequencies of organic compounds if the calculated frequencies are scaled to compensate for the approximate treatment of electron correlation for basis set deficiencies and the anharmonicity.5 in this paper, the 2-meo-hcp was investigated by means of infrared spectroscopy (ir), mass spectrometry (ms), nuclear magnetic resonance (nmr) spectroscopy and differential scanning calorimetry (dsc). the results allowed us to acquire information about these compounds in the solid state. the dsc purity determination method was established using melting point (122 ºc) observations revealing a relation between a substance’s melting point and its purity6. the optimisation of the dsc purity determination method was done by blaine et al.7 using a nacional institute of standards and technology (nist) purity standard – phenacetin doped with p-aminobenzoic acid – in 1984. as a result of their investigations, the experimental parameters eq08-af 12/12/08 10:57 page 61 influencing purity results were assessed: specimen size, heating rate, level of impurity. an optimal specimen size (1.7 mg) and heating rate (0.5–2 °c min–1) were deduced. the 2-methoxycinnamaldehyde, (ch3oc6h4-(ch)2-cho, 96%) predominantly trans, was obtained from aldrich and sodium pyruvate (h3c-co-coona, 99%) was obtained from sigma. 2-methoxycinnamylidenepyruvic acid (2meo-hcp) was synthesized following the same procedure as described in literature,8 with some modifications, as follows: an aqueous solution of sodium pyruvate (1.5 g per 10 ml) was added dropwise with continuos stirring to a methanolic solution of 2-methoxycinnamaldehyde (2.0 g per 50ml). five millilitres of an aqueous sodium hydroxide solution 1.25 mol l-1 was added slowly while the reacting system was stirred and cooled in an ice bath. the rate of addition of alkali was regulated so that the temperature remained between 5 and 9 °c. the system was stirred at ambient temperature (~28 °c) for about 5 h. to the pale yellow solution was added dropwise with continuous stirring with a glass rod, twenty millilitres of chilled concentrated (12 mol l-1) hydrochloric acid. the system was left to stand for ca. 16 h in a freezer (-6 °c) and the yellow orange precipitate (impure 2-meo-hcp) was filtered, washed with distilled water to remove most of the unreacted aldehyde and secondary products and dried on whatman nº 44 filter paper. the aqueous suspension of the impure acid was dissolved with 5 ml of aqueous sodium hydroxide solution 2 mol l-1 and filtered on whatman nº 44 filter paper. the yellow solution was stirred with a glass rod and added slowly 20 ml of chilled concentrated (12 mol l-1) hydrochloric acid and left to stand for ca. 16 h in freezer (-6 °c). the orange precipitate of 2-meo-cp was filtered and washed with distilled water until elimination of chloride ions and dried on whatman nº 44 filter paper and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. (yield = 28,6%). general methods infrared spectra for 2-meo-hcp were run on a nicolet model impact 400 ftir instrument within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. 62 ecl. quím., são paulo, 33(4): 61-68, 2008 dsc curve were obtained with dsc q10 from ta instruments. the purge gas was an air flow of 50 ml min-1. a heating rate 0.5 k min-1 for the dsc was adopted, with samples weighing about 1,5 mg. aluminium crucibles with perforated covers were used for the dsc. the 1d – (1h, 13c and dept) and 2d – (1h – 1h gcosy, ghmqc and ghmbc) nmr experiments were recorded on a varian inova 500 spectrometer (11.7 t) at 500 mhz (1h) and 125 mhz (13c) at 30 °c and referenced using tms as internal standard or residual solvent resonances of cdcl3 at δ 7.20 and 77.0, respectively, for 1h and 13c nmr. high resolution mass spectra with esi ionization was measured on ultro-tof instrument (bruker daltonics) operating in positive mode. meoh/h2o (4:1) was applied as solvent system. purity determination the determination of purity is based on the assumption that an impurity will depress the melting point of a pure material whose melting is characterized by a melting point (t0) and an enthalpy of fusion (∆hfus.). the effect of an impurity on to of the 2meo-hcp was determined by dsc method basing on the van’t hoff equation (1). (1) where ts is the sample temperature at equilibrium (k), to is the melting point of the pure component (k), r is the gas constant, x is the concentration of impurity (mole fraction) and f is the fraction molten at ts. the obtained dsc curve exhibits the endothermic event corresponding to 2-meohcp melting point (∆hfus= +23.36 kj mol–1). the value of purity found was confirming low impurity content. structure elucidation the molecular weight of 2-meo-hcp, see figure 1, was calculated from hresims instrument operating in positive mode. the molecular formulae was established as c13h12o4, with a hydrogen deficiency index of eight. the eq08-af 12/12/08 10:57 page 62 observed cationized adduct ion peaks at m/z 233,0815 [m + h]+ and m/z 255,0630 [m + na]+ were calculated for c13h13o4, 233,0814 and c13h12o4na, 255,0633, respectively. the 1h nmr analysis of 2-meo-hcp showed signals for a methoxy group at δ 3.90 (3h, s, h-7’), four aromatic hydrogen signals at δ 6.92 (1h, dd, j = 8.0; 1.0 hz, h-3’), 7.35 (1h, ddd, j = 8.0; 8.0; 1.0 hz, h-4’), 6.98 (1h, ddd, j = 8.0; 8.0; 1.0 hz, h5’), and 7.53 (1h, dd, j = 8.0; 1.0 hz, h-6’), respectively, were indicative of a 1,2-disubstituted aromatic system, in addition to four other olefinic hydrogen signals at δ 7.05 (1h, d, j = 15.5 hz), 7.96 (1h, ddd, j = 15.5; 11.2 hz), 7.10 (1h, ddd, j = 15.5; 11.2 hz), and 7.53 (1h, d, j = 15.5 hz), which were assigned to h-3, h4, h-5 and h-6, respectively, see figure 1. analysis of the 1h-1h cosy nmr spectrum allowed to confirm the assignment of the signals, see table 1. the 13c nmr and dept spectra displayed 13 signals, including a methoxy group, eight methines, and four quaternary carbons (table 1). the aromatic carbons signals were identified at δ 124.4 (c-1’), 158.2 (c-2’), 111.3 (c-3’), 131.7 (c-4’), 120.9 (c-5’) and 128.3 (c6’). the presence of a conjugated carbonyl and a vicinal carboxylic carbonyl group were indicated by the chemical shifts at 182.0 (c-2) and 160.6 (c-1), respectively, in the 13c nmr spectrum of 63ecl. quím., são paulo, 33(4): 61-68, 2008 this compound, in addition to four other olefinic carbons at δ 120.4 (c-3), 152.8 (c-4), 127.2 (c5), and 142.3 (c-6) (table 1). the aromatic ring was attached to the olefinic end-carbon (c-6), and this was evidenced by the observed ghmbc correlations between the signal at δ 7.53 (h-6) and that at δ 158.2 (c-2’), as well as between the signal at δ 7.53 (h-6’) and c-6 (δ 142.3). further more the 1,2-dissubstituted aromatic ring was confirmed by the correlations between the signal at δ 3.90 (och3-7’) with c-2’ (δ 158.2) (table 1). the e-configuration of the conjugated double bonds c-3–c-4 and c-5–c-6 in the olefin moiety were determined by the large coupling constant (15.5 hz) between h-3–h-4 and h5–h-6. the structure of h-2-meo-cp was therefore assigned as (3e,5e)-6-(2-methoxyphenyl)2-oxohexa-3,5-dienoic acid. table 1. mr spectroscopic data of h-2meo-cp in cdcl3a. c 1 2 3 4 5 6 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ δcb 160.6 s 182.0 s 120.4 d 152.8 d 127.2 d 142.3 d 124.4 s 158.2 s 111.3 d 131.7 d 120.9 d 128.3 d 55.6 q ghmqc δh (j in hz) 7.05 d (15.5) 7.96 ddd (15.5; 11.2) 7.10 ddd (15.5; 11.2) 7.53 d (15.5) 6.92 dd (8.0; 1.0) 7.35 ddd (8.0; 8.0; 1.0) 6.98 ddd (8.0; 8.0; 1.0) 7.53 dd (8.0; 1.0) 3.90 s ghmbc h-3 h-3; h-4 h-5 h-6 h-3 h-4; h-6’ h-5; h-3’; h-5’ h-6; h-3’; h-4’; h-6’; h-7’ h-5’ h-6’ h-3’ h-6; h-4’ gcosy h-4 h-3; h-5 h-4; h-6 h-5 h-4’ h-3’; h-5’ h-4’; h-6’ h-5’ a recorded at 500 and 125 mhz for 1h and 13c nmr, respectively. b internal standard tms, δtms = 0.00. figure 1. plane structure of 2-meo-hcp. eq08-af 12/12/08 10:57 page 63 64 ecl. quím., são paulo, 33(4): 61-68, 2008 computational strategy in the present investigation, the employed quantum chemical approach to determining the molecular structures was becke three-parameter hybrid method9 using the lee-yang-par (lyp) correlation functional10 and the basis sets used for calculations were the 6-311g.11,12 the performed molecular calculations in this work were done using the gaussian 03 routine.13 molecular structure of the compound could not be determined by the single crystal xray diffraction technique, a geometry optimization was computed using the optimized algorithm of berny.14 theoretical infrared spectrum was calculated using a harmonic field15 based on c1 symmetry (electronic state 1a). frequency values (not scaled), relative intensities, assignments and description of vibrational modes are presented. the calculations of vibrational frequencies were also implemented to determine an optimized geometry constitutes minimum or saddle points. the principal infrared-active fundamental modes assignments and descriptions were done by the gaussview 3.0 graphics routine.16 the optimized structure parameters of 2meo-hcp dimer calculated by ab initio dftb3lyp levels with the 6-311g basis set are listed in table 2 in accordance with the atom numbering scheme given in figure 2. optimized geometries and vibrational modes for studied molecular structures were compared with the experimental frequencies. the optimized geometric parameters (bond lengths and bond angles) obtained, see table 2, did not can be compared with experimental parameters because the crystal structure of the title compound is not available until now. the mulliken atomic charges, dipole moment and theoretically computed energies are gather in table 3. taking into account that the molecular geometry of the dimer alone in vapor phase may be different from that dimer in the solid phase, owing to extended hydrogen bonding and stacking interactions there is reasonable agreement between the calculated and experimental geometric parameters. as discussed by johnson et al.17, dft method predicts bond lengths which are systematically too long, particularly the ch bond lengths. table 2. theoretical geometries parameters of 2meohcp compound. bond lengths(å) d c1 – c2a d c2 – c3 d c3 – c4 d c5 – c6 d c1 – c6 d c2 – c9 d c9 – c10 d c10 – c11 d c11 – c12 d c12 – c13 d c13 – c15 d c3 – o7 d c8 – o7 d c15 – o16 d c15 – o17 d c13 – o14 d c12 – h51 d c11 – h37 d c10 – h42 d c9 – h43 d c1 – h58 d c6 – h57 d c5 – h56 d c4 – h55 d c8 – h52 d c8 – h53 d c8 – h54 d o16 – h35 d o17 – h36 bond angles ( º ) < o16 – c15 – o17 < c15 – c13 – o14 < c15 – c13 – c12 < c13 – c12 – c11 < h53 – c8 – o7 < h53 – c8 – h52 1.41 1.42 1.40 1.39 1.39 1.46 1.35 1.43 1.35 1.46 1.55 1.36 1.42 1.31 1.23 1.22 1.08 1.09 1.09 1.09 1.08 1.08 1.09 1.08 1.10 1.10 1.09 0.99 1.73 125.1 119.5 114.8 120.7 111.4 109.6 109.3 125.0 122.2 127.5 123.1 119.3 120.5 120.1 120.5 119.4 122.0 119.3 127.2 110.2 125.7 119.5 121.6 117.7 117.3 117.6 116.9 120.9 117.4 115.2 119.1 119.0 120.1 120.4 120.3 119.3 119.4 120.6 123.5 116.1 111.4 105.7 < h53 – c8 – h54 < c12 – c11 – c10 < c11 – c10 – c9 < c10 – c9 – c2 < c9 – c2 – c1 < c9 – c2 – c3 < c2 – c3 – c4 < c3 – c4 – c5 < c4 – c5 – c6 < c5 – c6 – c1 < c6 – c1 – c2 < c3 – o7 – c8 < h36 – o17 – c15 < h35 – o16 – c15 < h14 – c13 – c12 < h14 – c13 – o15 < h51 – c12 – c11 < h51 – c12 – c13 < h37 – c11 – c12 < h37 – c11 – c10 < h42 – c10 – c11 < h42 – c10 – c9 < h43 – c9 – c10 < h43 – c9 – c2 < h58 – c1 – c2 < h58 – c1 – c6 < h57 – c6 – c1 < h57 – c6 – c5 < h56 – c5 – c6 < h56 – c5 – c4 < h55 – c4 – c5 < h55 – c4 – c3 < o7 – c3 – c4 < o7 – c3 – c2 < h52 – c8 – o7 < h54 – c8 – o7 key: h-2-meo-cp = 2-methoxycinnamylidenepyruvic acid; d = bond lengths; < = bond angles; a atom numbering accord figure 2. figure 2. theoretical 3d structure of solid-state of the 2-meo-hcp dimer optimized using becke three-parameter hybrid method, 6-311g basis set of gaussian 03. eq08-af 12/12/08 10:57 page 64 the experimental and theoretical ir spectra of 2-meo-hcp are given in figure 3. the resulting vibrational frequencies for the optimized geometries and the proposed vibrational assignments are given in table 4. comparisons between theoretical and experimental ir spectra indicated that vibrations were more intense in experimental than theoretical spectrum. for 2-meo-hcp group the vibrational modes are c–h stretch, c=o stretch, o–h stretch, o–ch3 stretch, ch3o-car stretch, c-c stretch, ccoccoo stretch, c–c–c bending, ch3 bending, c-h bending, coo bending and ring bending. o–h stretching band is characterized by very broad band appearing near about 2500–3600 cm-1. this may be due combined effect of intermolecular hydrogen bonding. the o–h in plane bending vibration occurs in general at 1440–1395 cm-1. the o–h out of plane bending vibration occurs in 960–875 cm-1.18 in 2-meo-hcp, o–h stretching were assigned at 3309 and 3358 cm-1, and in plane and out of plane bending vibrations were assigned at 1385 and 957 cm-1, respectively. theoretically computed values (3300, 1400 and 970 cm-1) were in agreement with experimental results. the main feature of carboxylic group is a single band observed usually in the 1700–1800 cm-1 region.18 this band is due to the c=o stretching vibration. theoretically computed value of c=o (1750 cm-1) band show is agreement with experimental data (1760 cm-1). 65ecl. quím., são paulo, 33(4): 61-68, 2008 table 3. mulliken atomic charges and additional parameters calculated in b3lyp/6-311g level. atom c1a c2 c3 c4 c5 c6 c8 c9 c10 c11 e (a.u.) -0.20 -0.03 0.23 -0.27 -0.18 -0.19 -0.47 -0.19 -0.17 -0.11 atom c12 c13 c15 o7 o14 o16 o17 h35 h36 h37 -0.30 0.17 0.43 -0.35 -0.29 -0.47 -0.41 0.42 0.42 0.22 -1607.36 2.86 atom h42 h43 h51 h52 h53 h54 h55 h56 h57 h58 0.20 0.22 0.22 0.22 0.22 0.24 0.22 0.20 0.20 0.20 dipole moment (debye) a atom numbering accord figure 2 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 exp. iv spectrum 2-meohcp wavenumber/c m -1 calc. iv spectrum figure 3. experimental and calculated ir spectra of 2-meo-hcp. experimental vibration frequencies were in agreement with that theoretically calculated, see table 4. conclusion in conclusion, 2-meo-hcp purity was determined for dsc and structural elucidation was made by ms, nmr and ir. theoretical infrared spectra was calculated and compared with experimental data. the difference between the observed and scaled wavenumbers values of most of the fundamentals is very small. any discrepancy noted between the observed and the calculated frequencies may be due to the fact that the calculations have been actually done on a single molecule contrary to the experimental values recorded in the presence of intermolecular interactions. therefore, the assignments made at higher levels of theory with only reasonable deviations from the experimental values, seem to be correct. acknowledgements the authors thanks dr. éder tadeu gomes cavalheiro iq-usp são carlos – sp for the computational facilities. received september 04 2008 accepted october 29 2008 eq08-af 12/12/08 10:57 page 65 66 ecl. quím., são paulo, 33(4): 61-68, 2008 table 4. wavenumbers (cm-1), intensities and assignments of bands occurring in the ir spectra of 2-meo-hcp. the theoretical wavenumbers were calculated in b3lyp/6-311g level. wavenumber /cm-1 vibrational assignments wavenumber /cm-1 vibrational assignments c. t. de carvalho, a. b. siqueira, e. y. ionashiro, m. pivatto, m. ionashiro. síntese e caracterização do ácido 2-metoxicinamalpirúvico. resumo: o ácido 2-metoxicinamalpirúvico (2-meo-hcp) foi sintetizado e caracterizado por ressonância magnética nuclear (1h and 13c nmr), espectrometria de massas (ms), espectroscopia na região do infravermelho (ftir) e calorimetria exploratória diferencial (dsc). a técnica dsc foi usada para determinação da pureza do composto e as principais bandas de absorção na região do infravermelho foram atribuídas utilizando-se o programa gaussview 3.0. palavras-chaves: ácido 2-metoxicinamalpirúvico; síntese; ms; nmr; ir. eq08-af 12/12/08 10:57 page 66 references [1] cooper,a. j. l.; ginos, j. z.; meister, a. chem. rev. 1983, 83, 321. 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region of the spectrum frequently allows the direct quantitative analysis of analytes with a minimum of treatment, with consequent decreases in manipulation and in the use of organic solvents and chemical reagents. the diffuse reflectance spectroscopy using spot tests has been used with success in quantitative analysis of many drugs [1719, 21-24]. in aim of the present work was the development of a quantitative diffuse reflectance method, in the ultraviolet-visible range of the spectrum, for the deterintroduction nitrofurantoin, [n-(5-nitro-2-furyldine)-1-aminohydantoin], c8h6n4o5, whose structural formula is shown in figure 1, is a nitro compound very active against gram-positive and gram-negative bacteria [1]. it is also effective against proteus and pseudomonas aeruginosa, particularly in the acidic medium of the urinary treat. this drug is used as antibacterial agent in urinary infections with doses from 5 to 10 mg per day[2,3]. figure 1. structural formula of nitrofurantoin [1] the mechanism of action of the 5-nitrofuranic derivatives is not yet completely elucidated [4,5]. nitrotwo quantitative analytical methods for the determination of nitrofurantoin in pharmaceutical preparations in the visible-ultraviolet range of the spectrum are reported. one of them uses the diffuse reflectance technique and the other transmittance measurements in aqueous solution. both procedures are very simple to be performed and also present green characteristics as only polyethylene glycol and water are used as solvents. commercial pharmaceutical preparations of the drug were analyzed using the proposed methods. the results were compared with those obtained when the hplc procedure recommended by the usp was applied. statistical comparison using the paired student’s t test and the snedecor’s f test showed good agreement between all the methods. keywords: nitrofurantoin ; uv-visible diffuse reflectance ; transmittance, pharmaceutical preparations green and simple uv-visible diffuse reflectance and transmittance methods for the determination of nitrofurantoin in pharmaceutical preparations m. tubino1*, l. f. bianchessi1, m. palumbo1 and m. m.d.c. vila2 1institute of chemistry, state university of campinas, cp 6154, cep 13083-970, campinas, sp, brazil 2university of sorocaba, pharmacy course, sorocaba, sp, brazil * tubino@iqm.unicamp.br 63eclética química, 36 (4), 62-67. 2011. the excipients starch, talc and lactose (1:1:1 w/w) in order to obtain a content of about 274 mg g-1, which is the nominal concentration of the analyte in the pharmaceutical preparation. exact masses of that mixture, weighed to 0.1 mg, from ca. 0.015 g to ca. 0.045 g, were dissolved in ca. 3.0 g of polyethylene glycol, also weighed to 0.1 mg. the analytical curve from ca. 1.4 mg g-1 to ca. 4.0 mg g-1 of nitrofurantoin in polyethylene glycol was constructed in this way. the spectra were registered from 300 nm to 500 nm but the absorbance values at the maximum absorptivity (385 nm) were considered for analytical purposes. the nitrofurantoin solutions were put on the support (waxed paper) without the necessity of weighing this aliquot: a quantity was placed on a folded paper (fig. 2a). the two parts were closed, followed by heating for 5 minutes at 60 oc in an oven. in sequence the paper was opened, the excess of the “ointment” was removed manually with absorbent paper, for example, a paper handkerchief. in this part of the procedure, the insoluble excipients are all mechanically removed leaving the sample clean. a foil of black pvc (polyvinylchloride) was put between the two parts of the paper (fig. 2b) and the absorbance of the diffuse reflectance process was determined at 385 nm in the shimadzu spectrophotometer or in the portable device constructed in our laboratory using a blue light emitter diode [20]. in the manual reflectometer the measurements are made by placing it on the paper containing the analyte. for the blank, paper imbedded with the polyethylene glycol was used. treatment of the samples the content of 20 capsules of the pharmaceutical preparation was carefully crushed in a mortar. a quantity of this powder large enough to obtain a concentration of ca. 3.5 mg g-1 in polyethylene glycol was weighed. the procedure followed was the same described above for the analytical curve. transmission method using the uv-vis spectrophotometer the solubility of the nitrofurantoin in water is very low. however in polyethylene glycol it is very high. solutions of nitrofurantoin in polyethylene glycol are missible in water, forming clear solutions stable for mination of nitrofurantoin in the bulk drug and in pharmaceutical preparations. a priori the intention was to obtain a procedure with two fundamental characteristics, i.e., it must be green and it must be easy to perform. experimental chemicals all the reagents and solvents used were of analytical grade. polyethylene glycol (40 k) and bidistilled water were used as solvents. reflectance support for the reflectance measurements waxed paper was used as support for the analyte solution in polyethylene glycol. apparatus hplc: shimadzu prominence with sppm20a diode array; column (waters) m-bonbapak c18 (300 mm ´ 3.9 mm i.d.), particle size, 10 mm; pore size, 125 angstrons; injection volume, 20 mm. spectrophotometer: shimadzu uv-2450 ultraviolet visible spectrophotometer equipped with a reflectance accessory. lab-made reflectometer: the home made reflectometer has already been described in detail [20]. in the present case a blue e1l31-3g0a2 toyoda gosei co. ltd. led was used: æ 3 mm e.d.; view angle 15 degrees. analytical balance: mettler toledo ax-205, 0.1/0.01 mg. procedures diffuse reflectance method using shimadzu 2405 device or the lab-made reflectometer analytical curve the analytical curve was constructed by preparing solutions of nitrofurantoin in 40 k polyethylene glycol. in order to adequately dissolve the analyte these solutions were heated to 60 oc, a temperature where the solvent is liquid, allowing perfect homogeneization. the analytical grade nitrofurantoin used to construct the calibration curve was initially mixed with 64eclética química, 36 (4), 62-67. 2011. the final solution was ready to be injected in the chromatograph, whose detector was adjusted to 254 nm. the flow rate was 1.0 ml min-1. results and discussion diffuse reflectance procedure from the beginning of this work the aim was to develop a reliable green analytical method that could allow the analysis of nitrofurantoin in the bulk drug and in pharmaceutical preparations with a minimum of manipulation. as is well known for a reflectance procedure a homogeneous reflecting surface is necessary. in the present case, waxed paper was used with the purpose to homogeneously fix the analyte on its surface. in this case the intensity of light reflected by the analyte was expected to be proportional to its concentration. nitrofurantoin was dissolved in 40 k polyethylene glycol. the paste formed was applied to the paper with a small laboratory spatula. it is not necessary to weigh this aliquot as the surface and the thickness of the paper delimit the quantity of the analyte. the solution of the analyte must be applied on the rough side of the paper because the absorption is more effective on this surface. the commercial form of nitrofurantoin is presented as a solid mixed with starch, talc and lactose, all encapsulated into a brownish material that is not specified by the manufacturer. after crushing, this brown material remains in the powder impeding the direct reflectance measurement of the drug in the solid preparation. due to this, dissolution in polyethylene glycol was necessary. the brown material is insoluble and remains in suspension whereas nitrofurantoin is easily dissolved. when the waxed paper is soaked with the solution, the non soluble material is automatically separated and remains on the outer surface of the paper, being removed by simply passing a soft tissue such as, for example, a paper handkerchief. the analytical curve obtained with the shimadzu uv-2450 spectrophotometer is described by the equation a = 0.02154+ 0.06994 c; (r=0.998); where a is the measured absorbance of the light at 385 nm in the reflection process and c is the concentration of the drug in mg g-1giving ld @ 0.23 mg g-1 and lq @ 0.69 mg g-1. with the portable reflectometer built in our labat least 48 hours, allowing transmission measurements that were done at 368 nm. figure 2. aspreading of the nitrofurantoin solution in polyethylene glycol on the rough side of the waxed paper; bblack foil of pvc (polyvinylchloride) introduced between the two sides of the folded waxed paper. a – waxed paper (clean); b – laboratory spatula; c – nitrofurantoin solution in 40 k polyethylene glycol; d black foil of pvc (polyvinylchloride). analytical curve to construct the calibration curve 272.92 mg g-1 of a mixture of nitrofurantoin with starch, talc and lactose (1:1:1 w/w) was used. this mixture was used to prepare a polyethylene glycol nitrofurantoin solution containing 2.1025 mg g-1 of the analyte. this last solution was used to prepare all the aqueous solutions used to construct the analytical curve from ca. 1.6 ´ 10-3 mg g-1 to ca. 9.0 ´ 10-3 mg g-1. the absorbance was measured in the shimadzu uv-2450 spectrophotometer at 368 nm, using certified 1.00 cm path length quartz cells. hplc method the hplc method recommended by usp [15] was employed. in this procedure acetanilide, 1.00 mg ml-1 in water, is used as internal standard. the mobile phase was a solution containing aqueous phosphate buffer (ph = 7.0) and acetonitrile in the proportion 88:12 v/v. nitrofurantoin (0.04996 g) was dissolved in 40.0 ml of dimethylformamide. to this solution 50.0 ml of the internal standard solution was added. this last solution was filtered through a 0.45 mm porosity nylon filter, rejecting the first milliliters of the filtrate. 65eclética química, 36 (4), 62-67. 2011. transmission procedure from a solution of nitrofurantoin in polyethylene glycol containing 2.10 mg g-1 a series of solutions diluted in water, from ca. 1.7×10-3 mg g-1 to 1.0×10-2 mg g-1 were prepared. the absorbances of these solutions were measured at 368 nm, constituting the analytical curve described by the equation a = -0.01228 + 73.32 c; (r = 0.998); where a absorbance and c the concentration of nitrofurantoin in mg g-1, having ld @ 0.63 ´10-3 mg g 1 and lq @ 1.9´10 3 mg g 1. the results are shown in table 1 with the title “transmission”. hplc procedure the hplc procedure was performed according to the usp [15], using acetanilide as internal standard. the results are shown in table 1 under the title “hplc”. oratory [20-22] the following analytical curve was obtained: r = 67.080 + 47.724 x c; (r =0.997); where r is the resistance in ohms of the ldr used as sensor in the device and c is the concentration of the drug in mg g-1, with ld @ 0.27 mg g-1 and lq @ 0.81 mg g-1. several samples of pharmaceutical preparations obtained in the local market were analyzed. the results are shown in table 1 where the title “reflectance i” are those obtained with the shimadzu spectrophotometer using the diffuse reflectance sphere accessory and the results with the title “reflectance ii” were obtained with the portable reflectometer constructed in our laboratory. these same samples were also used for the transmission and for the hplc methods. table 1. determination of nitrofurantoin in pharmaceutical preparations by the visibleultraviolet diffuse reflectance, ultraviolet transmission and hplc methods. table 2. determination of nitrofurantoin in pharmaceutical preparations. statistical comparison among the results obtained using the diffuse reflectance, transmission and hplc methods, using the paired student’s t test and the snedecor’s f test. the degrees of freedom () is 4 as = n1 + n2 2 and n1 = n2 = 3 in the present case; t critical is 2.78 (= 0.05) and 4.60 (= 0.01); f tabled is 19.0 (=0.05) and 99.0 (=0.01)[20]. 66eclética química, 36 (4), 62-67. 2011. references a. kleemann, j. engel, b. kutschera, d. reichest, pharmaceutical substances: syntheses, patentes, applications, n-z, fourth ed. thieme, berlin, 2001, p 14531454. w. tavares, manual de antibióticos e quimioterápicos antiinfecciosos, atheneu, são paulo, 2001. v. lorian, antibiotic in laboratory medicine, fifth ed., lippincott williams & wilkins, philadelphia, 5rd edn, 2005. a. masunari, l. c. tavares, rev. bras. cienc. farm., 42(2) (2006) 203. f. r. paula, s. h. p. serrano, l.c. tavares, quim. nova, 32(4) (2009) 1013. l. l. bruton, j. s. lazo, k. l. parker, in: j. g. hardam, l.e. limbird, a.g. gilman (eds), goodman & gilman: as bases farmacológicas da terapêutica, eleventh ed., mcgraw hill, rio de janeiro, 2006. m. i. walash. a. m. elbrashy, m. a. sultan, anal. lett., 26(3) (1993)499. j. j. b. nevado, j. r. flores, m. l. d. pardo, analusis, 21(1) (1993) 33. m. i. walash, a. m. elbrashy, m. s. eldin, 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r.l. souza, talanta, 68 (2006) 776. m. tubino, l. f. bianchessi, marta m. d. c. vila, anal. sci. 26 (2010) 121. comparison of the methods table 1 shows the results obtained by the three procedures proposed in this work and by the hplc method. in table 2 the statistical comparison between all the procedures using the paired student’s t test and the snedecor’s f test [25] is shown. observing the values of table 1, it can be noted that all the analyzed pharmaceutical preparations are in agreement with the declared content of the active principle. in the statistical comparison between the methods, whose results are shown in table 2, it can be observed that all procedures offered equivalent results in terms of accuracy at a 95 % confidence level (a=0.05), as the calculated values of t are all below the critical t values. with respect to the precision, statistical equivalence was observed except in two cases (reflec ii vs. hplc; samples a and b). however at the 99% confidence level (a=0.01) complete agreement among the precision of the methods is observed. comparing all the methods used from the point of view of laboratory manipulation diffuse reflectance and transmission are doubtless the simplest to be performed and the least expensive. they are also more environmentally friendly as they use only polyethylene glycol and water as solvents in small quantities. in the particular case of the transmission procedure it presents the particular advantage that most common laboratories have at least a small spectrophotometer, which is quite enough for carrying out this analysis. conclusion it can thus be concluded that the diffuse reflectance and the transmission methods reported in the present article can be proposed for the green quantitative analysis of nitrofurantoin in pharmaceutical preparations and in the bulk drug. acknowledgements the authors are grateful to cnpq (conselho nacional de pesquisa científica e tecnológica), to fapesp (fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo) for financial support and to prof. dr. carol h. collins for an english revision of the manuscript. 67eclética química, 36 (4), 62-67. 2011. m. tubino, m.m.d.c. vila, j.braz.chem.soc. 20 (2009) 1901. k. eckschlager, errors, measurement and results in chemical analysis, van nostrand: reinhold company, london, 1972. eclética química, 38, 147-154, 2013. 147 síntese e caracterização do 4,5-difenil-1,3,4-tiadiazólio-2fenilamina e seus intermediários andré pinheiro da silva, ana carla almeida gonçalves, marcelo moreira britto. instituto de ciência e tecnologia – universidade federal dos vales do jequitinhonha e mucuri – 39100-00 – diamantina mg os compostos mesoiônicos do tipo 1,3,4-tiadiazólio-2-aminida, que são descritos como agentes antitumorais, podem ser obtidos a partir de uma rota utiliza como reagente de partida arilhidrazinas e possui como intermediário uma aciltiossemicarbazida, que passa por uma ciclodesidratação, gerando o composto de interesse. o objetivo deste trabalho foi a preparação, purificação e caracterização do composto mesoiônico 4,5-difenil-1,3,4-tiadiazólico-2-fenilamina (meso-1). na rota utilizada, partiu-se de fenilhidrazina e isotiocianato de fenila, obtendo uma mistura de 1,4-difenil-tiossemicarbazida e de 1,3-difeniltiossemicarbazida, que ao serem acilados com cloreto de benzoíla resultaram em 1,4-difenil-4-benzoiltiossemicarbazida (acil-tio-1) e em 1,3-difenil-4-benzoil-tiossemicarbazida. no entanto, na presença de hcl somente acil-tio-1 sofreu reação de ciclodesidratação, produzindo meso-1. as análises de rmn de 1 h e de 13 c e de ftir indicaram que é necessário maior controle nas condições da reação, de forma a minimizar a ocorrência de reações paralelas não desejadas. no entanto, ficou evidente que é possível obter o produto desejado sem a contaminação de outros produtos derivados da 1,3-difenil-tiossemicarbazida. palavras-chave: aciltiossemicarbazidas. compostos mesoiônicos. 1,3,4-tiadiazólio-2-aminida. 4,5-difenil1,3,4-tiadiazólico-2-fenilamina. introdução compostos mesoiônicos são betaínas heterocíclicas iônicas de cinco membros que apresentam características estruturais incomuns, não podendo “ser representados satisfatoriamente por qualquer estrutura covalente ou dipolar, mas apenas como híbridos de estruturas polares e que possuem um sexteto de elétrons” [1]. segundo oliveira (1996) [2] os elétrons dos compostos mesoiônicos estão deslocalizados sobre duas regiões do anel separadas apenas por ligações simples. percebe-se então que os compostos mesoiônicos não obedecem aos critérios de aromaticidade para sistemas cíclicos planares conjugados. esses critérios exigem que todos os átomos do anel tenham hibridização sp 2 com um orbital p disponível para sobreposição lateral e que o sistema obedeça à lei de huckel, tendo assim (4n + 2) elétrons π deslocalizados no anel [1]. portanto, os mesoiônicos não podem ser classificados como aromáticos, apesar de serem estabilizados pela deslocalização de elétrons. devido sua estrutura apresentar regiões polares bem definidas e possuir um sistema poliheteroatômico, os compostos mesoiônicos são eclética química, 38, 147-154, 2013. 148 capazes de interagirem com biomoléculas, tais como dna e proteínas [3]. apesar de internamente os compostos serem carregados, no global eles são neutros eletricamente, o que lhes confere a capacidade de serem lipossolúveis e solúveis em solventes apolares, permitindo a sua passagem por membranas lipídicas de organismos vivos. além disso, os anéis dos compostos são relativamente pequenos, cerca de 17 å, e planares, o que elimina problemas conformacionais e aumenta a aproximação dos átomos do anel à superfície dos receptores [4]. os compostos mesoiônicos da classe dos 1,3,4-tiadiazólio-2-aminidas veem sendo estudados e têm demonstrado bons resultados como agentes terapêuticos, inclusive no tratamento da leishmaniose [5] e da doença de chagas [6]. estudos também tem revelado resultados positivos para alguns derivados 1,3,4tiadiazólio-2-aminidas como agentes antibacterianos frente ao bacilus cereus, ao staphylococus aureus e ao staphylococus epidermides [7]. porém, o maior destaque certamente é para o uso dos compostos dessa classe como agente antitumoral, como tem mostrado os estudos de grinberg (1997) [8] e de senf-ribeiro (2004) [9], que revelaram que esses derivados têm significativa atividade tumoral contra carcinoma de ehrlich, sarcoma 180 e melanoma. detalhes experimentais a rota de síntese empregada nos experimentos é apresentada na figura 1, e explicita cada etapa utilizada para síntese do composto mesoiônicos de interesse. síntese da 1,4-difeniltiossemicarbazida (tio1): foram adicionados lentamente 2,2 ml de isotiocianato de fenila a uma solução de 1,8 ml de fenilhidrazina e 30 ml de etanol à temperatura ambiente, mantendo o sistema sob agitação até a formação do sólido. em seguida foram adicionados mais 10 ml de etanol para diluição, figura 1: rota de síntese do 4,5-difenil-1,3,4tiadiazólio-2-fenilamina. devido à grande quantidade de sólido precipitado. o sólido foi filtrado e lavado com etanol, para então ser recristalizado. na recristalização, foram utilizados 30 ml de álcool. por fim, os cristais formados foram filtrados e lavados com álcool etílico gelado e secos na estufa a 60ºc. após secagem, obteve-se 1,517 gramas, rendimento de 33,78%, de um sólido cristalino branco acinzentado, do qual uma amostra foi submetida à análise de ir e rmn de 1 h e 13 c. síntese do cloreto de benzoíla: para síntese do cloreto de benzoíla foram adicionados 15 ml de cloreto de tionila a 8,8 gramas de ácido benzóico em um sistema com refluxo e agitação, deixando reagir por uma hora e trinta minutos. nos quinze primeiros minutos a reação foi submetida a aquecimento para que houvesse total dissolução do ácido benzóico. ao final, com o intuito de se retirar o excesso de cloreto de tionila (ponto de ebulição 70ºc) foi feita uma destilação simples do líquido obtido (pe: 186ºc). obteve-se ao final 4,9 ml de cloreto de tionila (rendimento de 60,94%). obtenção da 1,4-difenil-4-benzoil-tiossemicarbazida (acil-tio-1): foram preparadas duas soluções, uma contendo 1g da tiossemicarbazida em 20 ml de 1,4-dioxano, e a outra contendo 0,6g do cloreto de benzoíla em 20 ml de 1,4-dioxano. as duas soluções foram misturadas, mantidas sob agitação por uma hora e eclética química, 38, 147-154, 2013. 149 posteriormente deixada sob repouso. a precipitação do sólido esperado somente ocorreu uma semana após a realização do experimento. por fim, foi feita a filtração do sólido amarelo obtido e a solução vermelha escura resultante foi armazenada. obtenção da 4,5-difenil-1,3,4-tiadiazólio-2fenilamina (meso-1): um funil de separação contendo ácido sulfúrico concentrado foi acoplado a um balão de fundo chato contendo nacl comercial. o ácido sulfúrico foi adicionado lentamente e o hcl liberado da reação foi borbulhado na solução restante do experimento 2, até o fim da reação do ácido com o sal. a solução foi deixada em repouso para que houvesse precipitação. espectros das amostras: o espectro de infravermelho foi feito com amostra na forma de pastilha misturadas com kbr. para as análises de ressonância magnética nuclear usou-se como solvente clorofórmio deuterado, temperatura de 300 k e como padrão de referência interna o tetrametil-silano (tms). resultados e discussão na reação entre o isotiocianato de fenila e a fenilhidrazina, esperava-se a formação apenas da 1,4-difenil-tiossemicarbazida, uma vez que os átomos de nitrogênio na estrutura da fenilhidrazina possuem um caráter nucleofílico diferenciado. o nitrogênio não substituído apresenta um caráter nucleofílico mais acentuado, já o nitrogênio substituído é menos nucleofílico, devido ao par de elétrons não ligante do mesmo estar comprometido com anel fenílico através do efeito de ressonância. a reação foi conduzida à temperatura ambiente e a formação de um precipitado ocorreu quase que instantaneamente, 35 segundos após a adição do isotiocianato de fenila sobre a fenilhidrazina. entretanto, dois produtos se formaram devido ao ataque indiscriminado de ambos os nitrogênios nucleofílicos ao carbono eletrofílico do isotiocianato de fenila. houve formação de tanto de 1,4-difeniltiossemicarbazida (tio-1) (figura 2), resultado do ataque do nitrogênio mais nucleofílico, quanto de 1,3difeniltiossemicarbazida (tio-2) (figura 3), resultado do ataque do nitrogênio menos nucleofílico. este resultado pôde ser confirmado pelos espectros de rmn de 13 c de 13 c dept135, nos quais uma maior quantidade de sinais foi registrada, o dobro dos sinais de ressonância esperados. desta forma, o controle da temperatura do processo se faz necessário para a obtenção do composto desejado, no caso a 1,4difeniltiossemicarbazida. quando a reação foi executada à temperatura próxima de zero graus a velocidade da reação sofreu uma redução, completando-se 58 segundos após a adição dos reagentes. mesmo com essa alteração no procedimento foi obtida uma mistura de tiossemicarbazidas. isto sugere que uma maior redução da temperatura se faz necessária para a obtenção de apenas da 1,4difenil-tiossemicarbazida (tio-1). a medida do ponto de fusão da amostra também pôde ser usada como um indicativo da formação de dois compostos, uma vez que dois intervalos de fusão foram observados: 118-126ºc e 166-174ºc. a mistura de compostos tio-1 e tio-2 obtida no experimento torna difícil a atribuição dos sinais relativos a cada um dos carbonos (tabela 1), visto que não estão disponibilizados espectros de rmn em que se utilizam técnicas mais apuradas para a atribuição dos sinais. figura 2: estrutura da 1,4-difenil-tiossemicarbazida (tio-1) com atribuições. eclética química, 38, 147-154, 2013. 150 figura 3: estrutura da 1,3-difeniltiossemicarbazida (tio-2) com atribuições. o espectro de rmn de 1 h para a mistura tio-1 (figura 4) e tio-2 (figura 5) torna ainda mais complicada a atribuição dos sinais (tabela 2). uma vez que os compostos tio-1 e tio-2 obtidos foram formados em quantidades diferentes e não se sabe qual proporção relativa destes compostos na amostra, é difícil fazer a integração destes sinais. é claro no espectro o aparecimento dos sinais relativos aos hidrogênios aromáticos, bem como dos hidrogênios de nh e nh2, mas os valores da integração dos mesmos não são coerentes com o número de hidrogênios presentes na estrutura dos compostos. figura 4: estrutura da tio-1 com atribuição nos hidrogênios. figura 5 estrutura da tio-2 com atribuições nos hidrogênios. para o espectro de infravermelho da mistura tio-1 e tio-2 observa-se duas bandas de deformação axial de média absorção características de tio-carbonilas. uma delas em 1208 cm -1 , supostamente devida á 1,4-difeniltiossemicarbazida, e em 1272 cm -1 , supostamente devida à 1,3-difenil-tiossemicarbazida. observamse bandas de absorção de média intensidade devido à deformação axial de ligação carbonocarbono de anel aromático em 1444, 1496 e 1596 cm -1 . há presença também de bandas de média intensidade devido à deformação axial de ligação nh em 3284, 3214 e 3184 cm -1 . observa-se que a reação envolvendo a mistura de compostos tio-1 e tio-2, quando submetida a uma acilação, uma mistura de aciltiossemicarbazidas, 1,4-difenil-4-benzoiltiossemicarbazida (acil-tio-1) e 1,3-difenil-4benzoil-tiossemicarbazida (acil-tio-2), pode ter sido obtida. contudo apenas uma delas, a (aciltio-1), pode ter sofrido ciclodesidratação (figura 6), gerando o composto mesoiônico tiadiazólico de interesse. esta hipótese pode ser sustentada pelos espectros de rmn de 1 h e 13 c que mostram a formação de apenas um único produto, certamente o composto meso-1. provavelmente a ciclodesidratação de 1,3-difenil-4-benzoil-tiossemicarbazida (aciltio-2) não ocorreu devido à redução significativa do caráter nucleofílico do enxofre da tiocarbonila, resultando em um ataque pouco efetivo do mesmo à carbonila (figura 7). a redução do caráter nucleofílico do enxofre deve-se à presença do anel fenílico ligado ao nitrogênio 3 que compromete o par de elétrons do nitrogênio com a ressonância do anel aromático reduzindo como consequência o poder nucleofílico do enxofre. as atribuições de hidrogênio (figura 8) para o composto mesoiônico 4,5-difenil-1,3,4tiadiazólio-2-fenilamina (meso-1) apresenta-se coerente com a estrutura proposta, tendo o hidrogênio do grupo fenilamina bastante desblindado em 12,802 δ e os hidrogênios aromáticos dos três grupos fenila entre 6,943-7,760 δ (tabela 3). eclética química, 38, 147-154, 2013. 151 figura 6: mecanismo da ciclodesidratação da aciltio-1 eclética química, 38, 147-154, 2013. 152 figura 7: redução do poder nucleofílico do enxofre de 1,3-difenil-4-benzoil-tiossemicarbazida. figura 8: estrutura do composto mesoiônico meso-1 com atribuições de hidrogênio. as atribuições (tabela 4) de carbono para o composto 4,5-difenil-1,3,4-tiadiazólio-2fenilamina (meso-1) (figura 9) apresentam-se em perfeita concordância com a estrutura proposta. foram obtidos 14 sinais para os carbonos da amostra, sendo dois devidos aos carbonos pertencentes ao anel mesoiônico tiadiazólico, sendo os sinais em 160,408 e 162,565 δ relativos aos carbonos 2 e 5 respectivamente. os demais sinais são relativos aos carbonos dos anéis fenílicos. sendo: 122,980 δ 137,521 δ e 138,156 δ relativos aos carbonos 10, 15 e 6 respectivamente. figura 9: estrutura do meso-1 com atribuições de carbono. eclética química, 38, 147-154, 2013. 153 tabela 1 – atribuições em rmn 13 c para os compostos tio-1 e tio-2. atribuição δ c – 1 c – 2, 2’ c – 3, 3’ c – 4 144,27 c – 5 180,42 c – 6 137,29 c – 7, 7’ c – 8, 8’ c – 9 c – 10 c – 11, 11’ c – 12, 12’ c – 13 c – 14 181,06 c – 15 138,41 c – 16, 16’ c – 17, 17’ c 18 tabela 2 – atribuições em rmn de 1 h para os compostos tio-1 e tio-2. atribuição δ h – a 9,221 h – b 8,943 h d 4,258 h ar 6,845-7,841 tabela 3atribuições em rmn de 1h para composto mesoiônico meso-1. atribuição δ h – a 12,802 h b 7,739 h c 7,760 h ar 6,943 – 7,636 tabela 4 – atribuições em rmn 13 c para o composto mesoiônico meso-1. atribuição δ c – 2 160,408 c – 5 162,565 c – 6 138,156 c – 10 122,980 c – 15 137,521 eclética química, 38, 147-154, 2013. 154 conclusões seguindo a rota descrita, o composto mesoiônico 4,5-difenil-1,3,4-tiadiazólio-2fenilamina é obtido sem a contaminação de outros produtos derivados da 1,3-difenil-tiossemicarbazida, que se forma juntamente com a 1,4difeniltiossemicarbazida. contudo, a formação da 1,3-difeniltiossemicarbazida conduz a um menor rendimento no composto desejado, de modo que um ajuste nas condições da reação se faz necessário de modo a minimizar a formação do composto indesejado. um dos fatores que podem minimizar a formação da 1,3-difeniltiossemicarbazida seria uma redução significativa da temperatura abaixo de zero graus, uma vez que mesmo a zero graus uma mistura dos isômeros da tiossemicarbazida ainda é obtida. agradecimentos ao departamento de química da ufmg pelas análises espectrométricas realizadas e ao departamento de química da ufvjm pelo apoio oferecido. referências bibliográficas [1] badami, b. v. mesoionic compounds – an unconventional class of aromatic heterocycles. resonance, p. 40-48, (2006). 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pilha assim formada produz trabalho elétrico. ambas as reações, anódica e catódica, são heterogêneas e ocorrem na interface eletrodo/eletrólito, sendo catalisadas na superfície dos eletrodos, utilizando-se platina como catalisador. no entanto, o uso de hidrogênio como combustível apresenta ainda alguns inconvenientes operacionais e de infraestrutura, o que dificulta o seu uso [1-5]. assim, nos últimos anos, as células a combustível que utilizam álcoois diretamente como combustíveis (dafc direct alcohol fuel cell) vem despertando bastante interesse, pois, apresentam vantagens, como a não necessidade de estocar hidrogênio ou gerá-lo através da reforma de hidrocarbonetos [6]. o metanol é o combustível mais estudado e também o que apresenta os melhores resultados, sendo os eletrocatalisadores ptru/c os mais ativos [7]. no caso do brasil onde o etanol é produzido em larga escala, estudos quanto à utilização deste combustível direta81ecl. quím., são paulo, 31(1): 81-88, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 eletro-oxidação de etanol sobre eletrocatalisadores ptrh/c, ptsn/c e ptsnrh/c preparados pelo método da redução por álcool a. oliveira neto*, r. r. dias, v. a. ribeiro, e. v. spinacé e m. linardi 1instituto de pesquisas energéticas e nucleares – ipen-cnen/sp programa de células a combustível avenida prof. lineu prestes, 2242, cidade universitária, 05508-900, são paulo-sp, brasil. *(autor para correspondência, fax: + 55-11-38169440, e-mail: aolivei@ipen.br) resumo: os eletrocatalisadores ptrh/c, ptsn/c e ptsnrh/c foram preparados pelo método da redução por álcool e caracterizados pelas técnicas de edx, difração de raios x e voltametria cíclica. a eletro-oxidação direta de etanol foi estudada por voltametria cíclica utilizando a técnica do eletrodo de camada fina porosa. na região de interesse para aplicações em células a combustível a etanol direto (0,3 a 0,4 v) os eletrocatalisadores ptsn/c e ptsnrh/c se mostraram mais ativos que os eletrocatalisadores ptrh/c. palavras-chave: eletrocatalisadores; oxidação do etanol; células a combustível. mente em células a combustível são de extrema importância. além disso, o etanol apresenta as vantagens de ser um combustível proveniente de fontes renováveis é menos tóxico que o metanol. por outro lado, a oxidação completa do etanol a co2 é mais difícil que a do metanol devido à dificuldade da quebra da ligação c-c e a formação de intermediários que bloqueiam os sítios ativos do eletrocatalisador [6,8]. assim, o desenvolvimento de novos eletrocatalisadores para esta aplicação é necessário para que se obtenha uma completa oxidação do etanol a co2. estudos recentes têm mostrado que os eletrocatalisadores ptsn/c são mais ativos que eletrocatalisadores ptru/c na eletro-oxidação do etanol [8-13]. no entanto, a eletro-oxidação do etanol não é completa e acetaldeído e ácido acético são os principais produtos formados [8-13]. nart e colaboradores [14] estudaram a eletro-oxidação de etanol sobre eletrodos de pt, rh e ptrh utilizando as técnica de espectrometria de massas eletroquímica diferencial (dems) e espectroscopia na região do infravermelho. os produtos detectados na eletro-oxidação do etanol foram co2, acetaldeído e ácido acético. dentre os eletrocatalisadores estudados o de ródio foi o menos ativo. os eletrocatalisadores de pt e ptrh com uma razão atômica de pt:rh de 90:10 apresentaram valores de corrente similares, porém, o rendimento em co2 para o eletrodo pt90rh10 foi maior que o de platina pura. o aumento na quantidade de ródio presente no eletrodo levou a um aumento na razão co2/acetaldeído, no entanto, os valores de corrente diminuíram. apesar da presença de ródio nos eletrodos não ser suficiente para produzir um eletrocatalisador com boa atividade, sua presença parece ser importante para a quebra da ligação c-c do etanol. assim, o aumento da seletividade para a formação de co2 sobre acetaldeído mostrou que os eletrocatalisadores ptrh são promissores candidatos para a eletro-oxidação do etanol se um terceiro elemento for adicionado para aumentar a atividade catalítica deste sistema. recentemente, mostramos que eletrocatalisadores ptsn/c preparados pelo método da redução por álcool apresentaram boa atividade na eletro-oxidação de etanol e que a adição de uma pequena quantidade de níquel a estes eletrocatalisadores, ou seja, eletrocatalisador ptsnni/c, leva a um aumento na atividade catalítica [15]. neste trabalho foram preparados eletrocatalisadores ptrh/c, ptsn/c e ptsnrh/c pelo método da redução por álcool e testados na eletro-oxidação de etanol por voltametria cíclica utilizando a técnica do eletrodo de camada fina porosa [16-18]. procedimento experimental os eletrocatalisadores ptrh/c, ptsn/c e ptsnrh/c (20% em massa de metais) foram preparados pelo método da redução por álcool [19,20] usando h2ptcl6.6h2o (aldrich), rhcl3.xh2o (aldrich) e sncl2.2h2o (aldrich) como fonte de metais e o carbono vulcan xc-72r como suporte. os sais metálicos, na proporção desejada, e o suporte de carbono foram adicionados a uma solução etileno glicol/água (75/25, v/v) e a mistura resultante foi submetida a refluxo por 3 h. ao final do processo a suspensão foi filtrada e o sólido resultante foi lavado com água em excesso e seco em estufa a 70°c por 2h. a composição química dos eletrocatalisadores foi obtida através das análises de edx usando o microscópio eletrônico de varredura modelo philips xl 30. as análise de difração de raios x foram realizadas usando um difratômetro modelo rigaku multiflex com radiação cu k? e velocidade de varredura de 2° min-1. o tamanho médio de cristalito foi estimado através dos difratogramas de raios x utilizando a equação de scherrer [21]. os estudos eletroquímicos foram realizados através da técnica do eletrodo de camada fina porosa [16-18]. o eletrodo de camada fina porosa foi preparado pela adição de 20 mg do catalisador e 3 gotas de solução de teflon em 50 ml de água. a mistura resultante foi colocada em um sistema de ultrasom por 10 min sob agitação. após este período a mistura foi filtrada e esta ainda úmida foi então retirada do filtro com auxílio de uma espátula e colocada sobre a cavidade do eletrodo (0,30 mm de profundidade e 0,36 cm2 de área), sob leve pressão, procurando deixar a superfície o mais homogênea possível. a quantidade de eletrocatalisador no eletrodo de trabalho foi determinada com precisão de 0,0001 g. 82 ecl. quím., são paulo, 31(1): 81-88, 2006 as medidas eletroquímicas foram realizadas em um potenciostato/galvanostato microquímica modelo mqp01 acoplado a um computador. os perfis voltamétricos dos diferentes eletrocatalisadores foram obtidos em uma célula eletroquímica de um compartimento, contendo um eletrodo de referência de hidrogênio e um contra-eletrodo de platina platinizado. os experimentos foram realizados em solução de h2so4 0,5 mol l-1 saturada com nitrogênio e com velocidade de varredura de 10 mv s-1. os estudos da eletro-oxidação de etanol foram realizados em soluções 0,1; 0,5 e 1,0 mol l-1 de etanol em 0,5 mol l-1 de h2so4. nestes experimentos os valores de corrente (i) foram expressos em amperes e normalizados por grama de platina (a gpt -1). a quantidade platina foi calculada considerando a massa de eletrocatalisador presente no eletrodo de trabalho multiplicada por sua porcentagem de platina. o eletrocatalisador ptru/c e-tek (20% massa de metais, razão atômica pt:ru de 1:1, lote #3028401) foi utilizado para comparação por ser considerado como referência em termos de desempenho na oxidação direta de etanol [22]. resultados e discussão as análises por edx (tabela 1) mostraram que as razões atômicas dos diferentes eletrocatalisadores preparados pelo método da redução do álcool são bastante similares às composições nominais de partida, comprovando que o método é bastante efetivo para produção de eletrocatalisadores binários e ternários a base de platina. os difratogramas de raios x dos eletrocatalisadores são mostrados na figura 1. em todos os difratogramas observa-se um pico largo em aproximadamente 2θ = 25o o qual é associado ao suporte de carbono. os eletrocatalisadores ptrh/c com razões atômica pt:rh 90:10 e 50:50 apresentam quatro picos de difração em aproximadamente 2θ = 40o, 47o, 67o e 82o os quais são associados aos planos (111), (200), (220) e (311), respectivamente, da estrutura cúbica de face centrada (cfc) de platina e ligas de platina [20]. os cálculos do parâmetro de rede [21] destes materiais foram avaliados a partir do pico associado ao plano (220) tendo apresentado os seguintes valores: pt (3,916 å), ptrh 90:10 (3,909 å) e ptrh 50:50 (3,887 å). estes valores mostram uma diminuição nos parâmetros de rede com o aumento da quantidade de ródio presente nos eletrocatalisadores indicando a formação de ligas ptrh. os eletrocatalisadores ptsn/c e ptsnrh/c apresentam os quatro picos característicos da estrutura cfc de platina e ligas de platina e também a presença de dois picos em aproximadamente 2θ = 34o e 52o os quais foram identificados como uma fase sno2. recentemente, foi descrito que nanopartículas de sno2 com estrutura cristalina tetragonal foram preparadas pelo aquecimento de soluções de etileno glicol contendo sncl2 [23], sendo estas condições bastante similares às utilizadas na preparação destes eletrocatalisadores. a estimativa dos parâmetros de rede para os eletrocatalisadores contendo estanho não foi possível nas condições de análise utilizadas, pois neste caso temos uma mistura de fases e assim uma análise mais detalhada seria necessária, ao contrário do observado para os eletrocatalisadores ptrh, onde somente a estrutura cfc foi identificada. a fase sno2 presente nestes eletrocatalisadores foi identificada como uma fase cassiterita a qual apresenta picos em 2θ = 26,63o; 33,92o; 37,98o; 51,82o; 54,80o; 61,93o; 64,77o e 65,99o, os quais correspondem aos planos (110), (101), (200), (211), (220), (310), (112) e (301), respectivamente [24]. para os cálculos do tamanho médio de cristalito utilizando a equação de scherrer (tabela 1) foram selecionados os picos de difração correspondente ao plano (220) dos diferentes eletrocatalisadores. isto foi feito a fim de evitar a interferência do suporte de carbono, o qual não apresenta picos ao redor deste ângulo [12]. os tamanhos de cristalito são semelhantes para os diferentes eletrocatalisadores e encontram-se na faixa de 2,0-2,5 nm. nas figuras 2a e 2b são mostrados os voltamogramas cíclicos para os eletrocatalisadores ptrh/c, ptsn/c e ptsnrh/c em solução 0,5 mol l-1 de h2so4 a uma velocidade de varredura de 10 mvs-1. os voltamogramas cíclicos dos eletrocatalisadores ptrh/c com razões atômicas 90:10 e 50:50 (fig. 2a) apresentam a região de adsorção-dessorção de hidrogênio 83ecl. quím., são paulo, 31(1): 81-88, 2006 (0,05-0,4v) pouco definida o que é característico de materiais contendo ligas de platina [25]. observou-se também nos voltamogramas um aumento da corrente na região de dupla camada elétrica (0,4 a 0,8 v) com o aumento da quantidade de ródio no eletrocatalisador. este efeito pode ser atribuído ao aumento de espécies oxigenadas na superfície do eletrocatalisador [26, 27]. considerando-se a varredura catódica pode-se observar um aumento na redução dos óxidos com o aumento da concentração de ródio no eletrocatalisador, no entanto, não é possível através dos voltamogramas cíclicos avaliar a extensão de formação destes óxidos. nos voltamogramas dos 84 ecl. quím., são paulo, 31(1): 81-88, 2006 27 37 47 57 67 77 87 300 400 500 600 700 800 ptrh/c (50:50) ptsn/c (50:50) ptrh/c (90:10) in te ns id ad e / u .a . 2q / º ptsnrh/c (50:40:10) (111) (200) (220) (311) pt/c figura 1. difratogramas de raios x dos eletrocatalisadores preparados pelo método da redução por álcool. tabela 1. razões atômicas e tamanho médio de cristalito dos eletrocatalisadores razão atômica nominal razão atômica – edx electrocatalisadores pt sn rh pt sn rh tamanho médio do cristalito* (nm) ptsn/c 90 10 88 12 ptsn/c 50 50 52 48 2,0 ptsnrh/c 50 40 10 52 42 6 2,0 ptrh/c 90 10 90 10 2,4 ptrh/c 50 50 50 50 2,0 eletrocatalisadores ptsn/c e ptsnrh/c (fig. 2b) observa-se a região de adsorção-dessorção de hidrogênio pouco definida e também um aumento na região de dupla camada com o aumento da quantidade de estanho no eletrocatalisador. na figura 3 são mostrados os voltamogramas cíclicos do eletrocatalisador ptsnrh/c em diferentes concentrações de etanol na presença do eletrólito suporte h2so4 0,5 mol l-1 a uma velocidade de varredura de 10 mv s-1. observa-se uma 85ecl. quím., são paulo, 31(1): 81-88, 2006 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 i / a g -1 p t e / v vs erh ptrh/c (90:10) ptrh/c (50:50) a figura 2. voltamogramas cíclicos dos eletrocatalisadores: a) ptrh/c (90:10) e ptrh/c (50:50), b) ptsnrh/c (50:40:10), ptsn/c (90:10) e ptsn/c (50:50) na presença de 0,5 mol l-1 de h2so4 e velocidade de varredura de 10 mv s-1. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 i/ a g p t-1 e / v vs erh ptsnrh/c (50:40:10) ptsn/c (50:50) ptsn/c (90:10) b diminuição na região de adsorção-dessorção de hidrogênio (0,05 a 0,4 v) com o aumento da concentração do etanol, o que está associado a adsorção de moléculas de etanol na superfície do eletrocatalisador. para potenciais acima de 0,4 v observa-se um aumento da corrente de oxidação com o aumento da concentração de etanol. os resultados da eletro-oxidação do etanol para os catalisadores de ptrh/c, ptsn/c e ptsnrh/c são mostrados na figura 4. os eletrocatalisadores ptrh/c foram os menos ativos, apresentando atividade catalítica somente em valores de potencial acima de 0,6 v, os quais não são de interesse para aplicações tecnológica. nesta faixa de potencial o eletrocatalisador ptrh/c, com razão atômica pt:rh 90:10, apresentou atividade similar ao eletrocatalisador com razão atômica pt:rh 50:50, mostrando que o aumento de ródio na composição dos eletrocatalisadores não leva a um aumento na atividade eletrocatalítica. resultados similares foram observados por nart e colaboradores [14] para eletrodos ptrh preparados por deposição potenciostática. os eletrocatalisadores ptrh/c preparados pelo método da redução por álcool apresentaram uma atividade catalítica inferior ao eletrocatalisador comercial ptru/c e-tek, enquanto que, os eletrocatalisadores ptsn/c e ptsnrh/c apresentaram-se mais ativos em toda a faixa de potencial de interesse para células a combustível utilizando etanol diretamente como combustível (0,2-0,6v). o eletrocatalisador ptsn/c com razão atômica pt:sn 50:50 apresentou um melhor desempenho em relação ao eletrocatalisador com razão atômica pt:sn 90:10, indicando que são necessários maiores teores de estanho no eletrocatalisador para que se observem melhores valores de corrente na faixa de potencial de interesse. por outro lado, a atividade dos eletrocatalisadores ptsn/c em função da razão atômica pt:sn parece ser bastante depende do método de preparação. lamy e colaboradores [8,9] observaram para os eletrocatalisadores ptsn/c, obtidos pelo método de impregnação dos sais de platina e estanho no suporte de carbono e a posterior redução em atmosfera de h2 e pelo método bönneman, uma composição ótima de estanho na faixa de 10-20 átomo%, enquanto que, os eletrocatalisadores ptsn/c preparados por xin e colaboradores [10-13], por um procedimento similar ao utilizado neste trabalho, apresen86 ecl. quím., são paulo, 31(1): 81-88, 2006 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 -6 0 6 12 18 24 30 i / a g p t-1 e / v vs erh 0,1 mol l-1 c 2 h 5 oh 0,5 mol l-1 c 2 h 5 oh 1,0 mol l-1 c 2 h 5 oh ptsnrh/c (50:40:10) figura 3. voltamogramas cíclicos do eletrocatalisador ptsnrh/c (50:40:10) em diferentes concentrações de etanol em solução na presença de eletrólito suporte (h2so4 0,5 mol l-1) a uma velocidade de varredura de 10mv s-1. taram-se mais ativos para razões atômicas pt:sn próximas de 50:50. a adição de uma pequena quantidade de ródio (eletrocatalisador ptsnrh/c com razão atômica pt:sn:rh 50:40:10) ocasionou uma pequena queda no desempenho comparado ao eletrocatalisador ptsn/c com razão atômica 50:50, ao contrário do observado quando foi adicionado uma pequena quantidade de níquel a este eletrocatalisador [15]. conclusões o método da redução por álcool mostrou-se efetivo para a obtenção de eletrocatalisadores ptrh/c, ptsn/c e ptsnrh/c ativos para a eletrooxidação de etanol. os difratogramas de raios-x destes eletrocatalisadores mostraram a estrutura típica cúbica de face centrada de platina e ligas de platina e também a presença de uma fase sno2 para os eletrocatalisadores contendo estanho. na eletrooxidação de etanol os eletrocatalisadores ptrh/c apresentaram valores de corrente apreciáveis somente em potenciais acima de 0,6v, os quais não são de interesse para aplicações tecnológicas. o eletrocatalisador ptsnrh/c com razão atômica pt:sn:rh 50:40:10 apresentou valores de corrente próximos ao do eletrocatalisador ptsn/c com razão atômica pt:sn 50:50 e superior ao eletrocatalisador comercial ptru/c e-tek em toda a faixa de potencial de interesse para a oxidação direta de etanol em células a combustível. um trabalho adicional será necessário para investigar se a presença de ródio nos eletrocatalisadores ptsn/c os tornam mais eficientes para a oxidação completa de etanol a co2. também serão necessários alguns estudos em células a combustíveis unitárias visando confirmar o desempenho observado para os sistemas ptsn/c e ptsnrh/c por voltametria cíclica. agradecimentos os autores agradecem à fapesp (processo 03/03127-0) e ao cnpq (processo 471288/2004-7) pelo apoio financeiro. recebido em: 21/01/2006 aceito em: 10/03/2006 87ecl. quím., são paulo, 31(1): 81-88, 2006 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 -7 0 7 14 21 28 i/ a g-1 p t e / v vs erh ptrh/c (50:50) ptrh/c (90:10) ptsnrh/c (50:40:10) ptsn/c (50:50) ptsn/c (90:10) ptru/c (50:50) e-tek 1,0 mol l-1 c 2 h 5 oh figura 4. voltametrias cíclicas dos eletrocatalisadores ptsn/c (90:10), ptsn/c (50:50), ptrh/c (90:10), ptrh/c (50:50), ptsnrh/c (50:40:10) e ptru/c (50:50) e-tek em 0,5 mol l-1 de h2so4 e 1,0 mol l-1 de etanol a uma velocidade de varredura de 10 mv s-1. referências [1] h. wendt, m. linardi, e.m. arico, quim. nova 25 (2002) 538. 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russowsky, l. a. m. fontoura curso de química, centro de educação ciências e artes, universidade luterana do brasil (ulbra). av. farroupilha, 8001. cep 92425-900 canoas – rs departamento de química orgânica, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul (ufrgs). cp15003, cep 91501-970 porto alegre – rs marcelovolp@hotmail.com resumo: diidropirimidinonas são heterociclos com atividade antineoplásica conhecida. o monastrol e alguns análogos são exemplos. a análise conformacional representa uma etapa preliminar importante em estudos que visam correlacionar a estrutura do composto com sua atividade. neste trabalho, descrevemos a análise conformacional do monastrol e diversos análogos por cálculo semi-empírico am1 e ab initio hf/6-31g*. quatro geometrias de equilíbrio foram encontradas (s-cis/ap, s-cis/sp, s-trans/ap e s-trans/sp), tendo como rotações internas importantes a do sistema carbonilado , -insaturado e a do grupo arila ligado ao heterociclo. palavras-chave: análise conformacional, diidropirimidinonas, compostos de biginelli, am1, hf/6-31g* ab introdução em 1893, o químico italiano pietro biginelli descobriu uma reação multicomponente que produzia diidropirimidinonas multifuncionalizadas (1), dhpm, em um simples processo de uma única operação (esquema 1) [1]. desde os anos 80, o interesse em dhpms foi aumentado significativamente, devido, em particular, a sua similaridade estrutural com as diidropiridinas (2), dhp, conhecidas como moduladores do canal de cálcio (figura 1) [2]. ar h o e r o + h2n nh x 2 n n h h x ar e r +h ä 1 r= alquila, h ar = arila e = grupo retirador de elétrons x = o, s esquema 1. síntese de diidropirimidinonas multifuncionalizadas (1) de biginelli. h nc4 nh h o meo cl o n n h h x ar e r n ar ee r h r´ 1 dhpm 2 dhp 3 conformação bioativa (dhpm) r, r´= alquila, h ar = arila e = grupo retirador de elétrons x = o, s figura 1. estruturas de diidropirimidinonas (1), diidropiridinas (2) multifuncionalizadas e da conformação bioativa da dhpm (3). 34 artigo article foi observado que dhpms exibiam similaridade farmacológica com a dhp. mais recentemente, foi constatado que dhpms não serviam somente como moduladores do canal de cálcio, mas também possuíam atividade biológica como inibidores do câncer de próstata [2]. o monastrol (4a) é um exemplo de diidropirimidinona, cuja capacidade de afetar a divisão celular é bastante conhecida, sendo assim um potencial agente anticâncer [3,4]. russowsky e colaboradores [4] descreveram a síntese do monastrol (4a) e de onze análogos e determinaram a atividade antiproliferativa em sete diferentes linhagens de células humanas. entre as células testadas estão as de mama, melanoma, rim, ovário e próstata. os compostos são apresentados na figura 2. relevantes de como a molécula pode interagir com um receptor específico, uma vez que a conformação mais estável deve estar em maior número durante o processo de interação com o receptor. entretanto, existe uma restrição quanto a estas informações porque não há necessariamente relação entre a conformação mais estável e a conformação bioativa, pois a geometria de equilíbrio pode sofrer mudanças na sua conformação de origem no momento da sua aproximação com o sítio receptor [6]. uma proposta de conformação bioativa para diidropirimidinonas (3) que atuam como moduladores do canal de cálcio surgiu em 1995 (figura 1). a configuração absoluta do carbono quiral é importante porque a atividade agonista/antagonista é dependente da orientação do grupo arila que atua como uma chave molecular entre elas. o heterociclo assume uma conformação próxima a bote orientando o grupo arila na posição axial, o qual bissecciona o ângulo formado entre o c4 e seus vizinhos no anel. o substituinte do grupo arila posiciona-se synperiplanar (sp) em relação ao hidrogênio ligado a c4. o sistema carbonílico a,b-insaturado do grupo éster assume orientação s-cis [7]. em 1997, kappe e colaboradores [7] descreveram o primeiro estudo conformacional destes compostos obtido por modelagem molecular. os métodos utilizados foram o ab initio hf/3-21g* e os semi-empíricos am1 e pm3. três dos compostos estudados (10-12) são apresentados no esquema 2. c '6 c ´1 c4 c5 n n oh eto o me x h h n neto o me x h h n neto o me x h h ome n neto o me x h h ome n neto o me x h h ome ome n neto o me x h h o o 4a x = s (monastrol) 4b x = o (oxo-monastrol) 5a x = s 5b x = o 6a x = s 6b x = o 7a x = s 7b x = o 8a x = s 8b x = o 9a x = s 9b x = o figura 2. estruturas do monastrol (4a) e de seus análogos com atividade antineoplásica. a análise conformacional consiste na interpretação ou predição das propriedades físicas ou químicas de uma determinada molécula através das suas variadas conformações [5]. entre outras informações, a análise conformacional permite o conhecimento e descrições detalhadas das geometrias de equilíbrio. estas informações são importantes em química medicinal, pois estes confôrmeros indicam de que forma os grupamentos funcionais estão orientados, descobrindo assim aspectos 10 x = h 11 x = 3-me 12 x = 2-me c ´1 c4 n h nhmeo o ome n h nhmeo o ome h ap s-trans sp s-trans n h nho ome ome h n h nho ome ome h ap s-cis sp s-cis xx x x esquema 2. geometrias de equilíbrio de uma 4-aril5-metoxicarbonildiidropirimidinona. ecl. quím., são paulo, 35 4: 33 38, 2010 artigo article 35 as geometrias de equilíbrio propostas resultam da rotação do grupo arila e do sistema carbonílico a,b-insaturado. com relação ao substituinte do primeiro grupo, são duas as geometrias de equilíbrio, antiperiplanar (ap) e synperiplanar (sp), relacionadas com o hidrogênio do c4. o sistema carbonílico a,b-insaturado por sua vez apresenta duas conformações de mínima energia, s-trans e s cis. um exemplo é mostrado no esquema 2 [7]. as conformações de menor energia foram encontradas com o grupo éster orientado s-cis e o substituinte do grupo arila sp. diferenças significativas de energia entre as quatro geometrias de equilíbrio, entretanto, apenas são observadas no caso do grupo arila ortosubstituído (12). segundo os autores, a conformação bioativa corresponde ao confôrmero de menor energia s-cis/sp [7]. as análises conformacionais completas das rotações do sistema carbonílico a,b-insaturado e do grupo arila foram realizadas pelos hamiltonianos am1 e pm3. segundo o cálculo am1, na rotação da fenila são encontrados dois mínimos de energia com oângulos de diedro c5-c4-c1’-c6’ iguais a 75 (ap) e o -1240 (sp), sendo este último 2,3 kcal mol mais estável que o primeiro. a barreira energética na -1—conversão sp > ap foi estimada em 5,9 kcal mol . para a rotação do grupo éster, a barreira energética para passar de s-cis para s-trans, as duas geometrias -1de equilíbrio, foi de 3,9 kcal mol , sendo o primeiro -1deles 0,4 kcal mol mais estável, apresentando ângulos de diedro apenas um pouco fora do plano, de o o15 e 210 respectivamente [7]. neste trabalho foram realizadas as análises conformacionais do monastrol (4a) e de seus análogos (5a-9a e 4b-9b). a otimização de geometria para cada conformação dos compostos estudados foi realizada com o hamiltoniano am1. as quatro geometrias de equilíbrio de cada composto foram novamente otimizadas por cálculo hf no conjunto de funções de base 6-31g*. a energia total de cada confôrmero foi utilizada para cálculo de sua fração molar no equilíbrio conformacional. parte computacional os cálculos foram executados nos seguintes computadores: toshiba com processador celeron® em 1.80 ghz com memória ram de 256 mb e disco rígido de 30 gb e um pc com processador intel® pentiun® 4 cpu 2.60 ghz, 512 mb de ram disco rígido 80gb. o sistema operacional usado em ambos foi o microsoft windows xp professional versão 2002. foram realizados cálculos pelo hamiltoniano am1 [8] e ab initio hartree-fock no conjunto de bases 6-31g* contidos no programa spartan ‘02 (versão 1.0.1) [9]. otimizações de geometria foram realizadas para as conformações de cada composto estudado (4a-9a e 4b-9b) pelo método semi-empírico am1 para ângulos de diedro q c5-c4-c1’-c6’ com o o restrições de 0 a 360 com incrementos de 20 (figura 2). a análise conformacional foi realizada para as duas geometrias do sistema carbonílico a,binsaturado, s-cis e s-trans. a mesma análise conformacional foi feita para os compostos 4a e 4b usando o cálculo ab initio hf no conjunto de funções de base 6-31g*. na etapa seguinte, as quatro geometrias de equilíbrio de cada composto foram completamente otimizadas, agora livres de qualquer restrição de ângulo torcional pelo método hf/6-31g*. resultados e discussão a liberdade conformacional dos compostos de biginelli resulta, principalmente, da rotação de três ligações, a saber, a ligação do éster, do sistema carbonílico a,b-insaturado e da arila com o heterociclo. ácidos carboxílicos e seus derivados apresentam duas geometrias de equilíbrio z e e devido à ressonância da carbonila com o heteroátomo vizinho. no caso de ésteres, o equilíbrio desloca-se totalmente no sentido da primeira delas, na qual o grupo r da alcoxila será estabilizado em função da carga parcial do oxigênio ser negativa e a sua positiva [5]. assim como o grupo éster, o sistema carbonílico a,binsaturado também faz ressonância, o que determina a sua planaridade e origina duas conformações mais estáveis, s-cis e s-trans [5]. o problema resume-se, portanto, em avaliar a rotação do grupo arila para cada uma das geometrias de equilíbrio do sistema carbonílico a,b-insaturado, mantendo o éster na conformação z. na primeira parte da análise conformacional, o hamiltoniano am1 foi utilizado em razão do seu baixo custo computacional, embora não seja o melhor método de cálculo para esta tarefa. a dificuldade deste método na determinação de barreiras rotacionais ocorre pela falta de dados experimentais para estados de transição, uma vez que os parâmetros que alimentam esse conjunto de informações são obtidos a partir das geometrias de equilíbrio [8]. ecl. quím., são paulo, 35 4: 33 38, 2010 36 artigo article curvas relacionando o calor de formação com o ângulo torcional para o diedro c5-c4-c1’-c6’ foram obtidos. um exemplo típico é mostrado na figura 3 para o composto 4a. o gráfico apresenta duas curvas que correspondem à rotação do grupo arila nas conformações s-cis e s-trans do éster conjugado. a análise conformacional indica dois mínimos e dois máximos de energia para a rotação do grupo arila. as geometrias de equilíbrio são aquelas com ângulos o otorcionais de 100 e 280 , as quais apresentam pequena —diferença de energia. a conversão ap > sp pode ocorrer via dois diferentes estados de transição com o odiedros de 40 e 220 . as barreiras rotacionais foram -1estimadas em aproximadamente 2,5 kcal mol . qualquer que seja a inclinação da fenila, o rotâmero scis é sempre mais estável que o s-trans. nas geometrias de equilíbrio, a fenila bissecciona o ângulo c5-c4-n3. apesar de a fenila estar eclipsada com o hidrogênio de c4, a distância em relação aos demais ligantes deste último será maior, semelhante ao observado no isoproprilbenzeno [5]. o máximo de energia será dado quando, ao contrário do caso anterior, a fenila estiver mais próxima de c5 e n3. como já foi discutido, o composto 6a, apresenta uma geometria de equilíbrio sp com diedro ode 340 , diferente do que ocorre com os demais, nos oquais o rotâmero sp mais estável é o de 280 . isto se deve ao fato do grupo substituinte na posição orto forçar a carbonila a sair da planaridade com o heterociclo, perdendo assim a ressonância e desestabilizando o confôrmero. portanto, ao invés da arila bisseccionar o heterociclo, ocorre uma torção de odiedro de mais 60 . outro detalhe que a análise conformacional para o composto orto substituído 6a mostra é a diferença de energia entre seus dois estados de o otransição, com diedros 60 e 220 . este último é 3,7 -1kcal mol mais energético que o primeiro, uma vez que o grupo metóxi força a carbonila para fora do plano do heterociclo da mesma forma como ocorre ocom o confôrmero de 280 . resultados semelhantes foram obtidos para a série do oxo-monastrol (x = o). a análise conformacional do monastrol (4a) e do oxo-monastrol (4b) foi também realizada através de cálculo ab initio hartree-fock no conjunto de funções de base 6-31g*. a figura 5 exibe as duas curvas de análise conformacional para o monastrol -1figura 3. calor de formação (kcal mol ) x ângulo torcional (graus) para a rotação do grupo arila (c5c4-c1'-c6') nas conformações s-cis e s-trans da carbonila a,b-insaturada do monastrol (4a). am1 o gráfico apresentado na figura 4 mostra as energias relativas dos rotâmeros dos compostos 5a, com a arila não substituída, e 6a, 4a e 7a, com substituinte em orto, meta e para respectivamente. diferente do que acontece com os demais, no composto 6a, o rootâmero sp apresenta ângulo de diedro de 340 . uma maior diferença energética ocorre entre as geometrias -1de equilíbrio, sendo o rotâmero sp 2,2 kcal mol mais estável. as conformações de máxima energia são aqueo olas com ângulos torcionais de 60 e 220 . as barreiras ro—tacionais na conversão de ap > sp foram estimadas -1em 2,6 e 6,3 kcal mol . resultados semelhantes obtidos no mesmo hamiltoniano foram observados por kappe [7] para compostos análogos, tendo como substituinte na arila uma metila em posição orto ou meta (10-12). -1figura 4. calor de formação (kcal mol ) x ângulo torcional (graus) para a rotação do grupo arila (c5c4-c1'-c6') dos compostos 4a-7a, na conformação s-cis da carbonila a,b-insaturada. am1 ecl. quím., são paulo, 35 4: 33 38, 2010 artigo article 37 (4a). como esperado, dois mínimos e dois máximos de energia foram encontrados em cada curva. as conformações de máxima energia apresentam oângulos de diedro 20 inferiores àquelas obtidas pelo método am1. as conformações de equilíbrio para a geometria s-trans se assemelham às encontradas pelo cálculo semi-empírico. na geometria s-cis, por sua ovez, diedros 20 maiores foram encontrados. as barreiras rotacionais foram encontradas próximas a 3 -1kcal mol , pouco superiores às obtidas pelo método am1. apenas para comparação, a barreira encontrada na ligação c2-c3 no butano [10,11] é de -15,5 kcal mol . a análise conformacional realizada pelo cálculo ab initio indica as mesmas quatro conformações de equilíbrio obtidas pelo semi-empírico. estes quatro rotâmeros foram tomados como verdadeiros para todos os compostos das duas séries. os ângulos figura 5. análise conformacional das geometrias scis e s-trans do monastrol (4a) por cálculo hf/631g*. tabela 1. ângulo de diedro e fração molar (x ) para cada uma das quatro geometrias de equilíbrio dos i compostos 4a-9a e 4b-9b (hf/6-31g*). série do monastrol (4a) série do oxo-monastrol (4b) composto diedro (graus) x (300 k) composto diedro (graus) x (300 k)i i 4a s-cis (ap) 122 0,43 4b s-cis (ap) 126 0,45 4a s-cis (sp) 305 0,21 4b s-cis (sp) 307 0,26 4a s-trans (ap) 102 0,17 4b s-trans (ap) 105 0,11 4a s-trans (sp) 280 0,19 4b s-trans (sp) 279 0,18 5a s-cis (ap) 124 0,37 5b s-cis (ap) 125 0,40 5a s-cis (sp) 302 0,37 5b s-cis (sp) 303 0,40 5a s-trans (ap) 108 0,13 5b s-trans (ap) 109 0,10 5a s-trans (sp) 288 0,13 5b s-trans (sp) 288 0,10 6a s-cis (ap) 116 0,12 6b s-cis (ap) 115 0,38 6a s-cis (sp) 349 0,75 6b s-cis (sp) 348 0,26 6a s-trans (ap) 113 0,04 6b s-trans (ap) 112 0,11 6a s-trans (sp) 348 0,09 6b s-trans (sp) 348 0,26 7a s-cis (ap) 126 0,43 7b s-cis (ap) 128 0,42 7a s-cis (sp) 304 0,43 7b s-cis (sp) 305 0,47 7a s-trans (ap) 107 0,06 7b s-trans (ap) 108 0,04 7a s-trans (sp) 290 0,08 7b s-trans (sp) 291 0,07 8a s-cis (ap) 122 0,39 8b s-cis (ap) 125 0,38 8a s-cis (sp) 304 0,09 8b s-cis (sp) 307 0,13 8a s-trans (ap) 111 0,30 8b s-trans (ap) 113 0,26 8a s-trans (sp) 291 0,23 8b s-trans (sp) 292 0,22 9a s-cis (ap) 125 0,51 9b s-cis (ap) 126 0,56 9a s-cis (sp) 302 0,23 9b s-cis (sp) 305 0,25 9a s-trans (ap) 114 0,18 9b s-trans (ap) 114 0,13 9a s-trans (sp) 285 0,09 9b s-trans (sp) 284 0,06 ecl. quím., são paulo, 35 4: 33 38, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 4: 33 38, 201038 artigo article torcionais c5-c4-c1’-c6’ obtidos na nova otimização de geometria pelo cálculo ab initio não apresentaram diferenças significativas àquelas encontradas pela análise conformacional por am1. na etapa seguinte as geometrias foram completamente otimizadas, agora livres de qualquer restrição de ângulo torcional pelo método hf/6-31g*. a tabela 1 exibe o ângulo de diedro resultante e a fração molar para todos os compostos. as frações molares das quatro geometrias de equilíbrio dos compostos 4a-9a e 4b-9b foram determinadas usando a lei de distribuição de bolztmann. a análise da fração molar (x ) indica uma maior proporção da i estrutura s-cis a temperatura ambiente, com exceção do composto 8. os rotâmeros ap apresentam maior x i para a maioria dos compostos, menos para o osubstituído (6a,b). foram poucas as exceções em que a fração molar ficou abaixo de 0,1, indicando a importância de todas as quatro geometrias no equilíbrio. conclusões a análise conformacional dos compostos 4a9a e 4b-9b mostrou quatro geometrias de equilíbrio, s-cis/ap, s-cis/sp, s-trans/ap e s-trans/sp. a geometria ap apresenta ângulo torcional c4-c5-c1’-c6’ opróximo a 100 . a geometria sp, por sua vez, exibe odiedro próximo a 280 , exceto para os compostos 6a e o6b cuja inclinação do grupo arila é de 340 . o hamiltoniano am1 forneceu geometrias semelhantes às obtidas pelo cálculo ab initio. a barreira envolvida na rotação da fenila é baixa. o valor encontrado no cálculo semi-emírico corresponde a, aproximadamente, 80 % daquele obtido no método ab initio. abstract: . dihydropyrimidinones, such as monastrol and analogues, are heterocycles with known antineoplastic activity. conformational analysis represents an important preliminary step in structure-activity correlation studies. herein we describe the conformational analysis of monastrol and analogues by am1 semiempirical and ab initio hf/6-31g* calculations. four equilibrium geometries were found (s-cis/ap, s-cis/sp, strans/ap and s-trans/sp), and the important internal rotations were those of the ab-unsaturated carbonyl system and of the aryl group connected to the heterocycle keywords: conformational analysis, dihydropyrimidinones, biginelli compound, am1, hf/6-31g* referências [1] c. o. kappe, eur. j. med. chem. 35(12) (2000) 1043. 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observed. sem analysis suggested presence of new phases that were confirmed by xrd to be elemental sulfur and jarosites and a significant decrease of chalcopyrite peak heights in these analyses was also observed. jarosite was the only new phase detected in bacterial systems. passivation of chalcopyrite surface did not occur in either conditions. the results clearly show that low redox potential along with presence of ferrous ions has positively influenced copper recovery, confirming the existence of a critical redox potential range where chalcopyrite dissolution is favored. effect of redox potential on chalcopyrite dissolution imposed by addition of ferrous ions ana laura araújo santos1 , fabiana antonia arena2, assis vicente benedetti1 , denise bevilaqua1+ 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, department of biochemistry and chemical technology, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo 14800-060, brazil 2 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, department of physical chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo 14800-060, brazil + corresponding author: denise bevilaqua, phone: +55-16-3301-9677, e-mail address: denise@iq.unesp.br article info article history: received: august 28, 2017 accepted: november 16, 2017 published: december 30, 2017 keywords: 1. bioleaching 2. chalcopyrite 3. redox potential 4. ferrous ions 1. introduction chalcopyrite is the primary copper mineral for production of copper metal. it is known to be one of the most stable copper minerals due to its structurally face-centered tetragonal lattice and for responding poorly to hydrometallurgical processes when compared to copper oxides ores 1,2 . slow dissolution rates of chalcopyrite have been attributed to a possible blockage by a superficial layer whose formation and action mechanisms on chalcopyrite are still quite contradictory in the literature. córdoba et al. 3 associated this layer formation with high concentration of ferric ion, consequently, high redox potential values, potentiating jarosite precipitates formation (xfe(so4)2(oh)6 where x = k + , nh4 + , na + or h3o + ) and ultimately blocking chalcopyrite surface. studies have already discussed that the formation of a compact sulfur layer, ironbearing precipitates or jarosites has been responsible for covering chalcopyrite surface and leading to a slow and/or incomplete copper extraction 4,5,6 . it is noteworthy that the formation of jarosites is favored in media with high values of redox potential, such as http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 mailto:denise@iq.unesp.br https://orcid.org/0000-0002-8727-7795 https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 https://orcid.org/0000-0001-8126-5702 original article 41 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 bioleaching medium, in which the production of ferric ions is intense due to bacterial activity. this layer has also been described as a copper polysulfide layer, cusn (where n>2), formed during initial stages of chalcopyrite oxidation 4 . however, klauber 5 has claimed the characterization techniques used to identify the possible layer formed on chalcopyrite surface and stated that the only products resulting from mineral oxidation that had been demonstrated were sulfur and jarosites. the author also stated that sulfur is not able to stop chalcopyrite dissolution since this element has a relative mobility, but the formation of jarosites seems to hinder chalcopyrite dissolution. in order to accelerate dissolution rates, jarosites precipitation must be prevented. one of the solutions discussed to overcome this issue considers the control of redox potential throughout (bio)leaching processes that could be achieved either electrochemically by applying a redox potential from an external source through a working electrode or chemically by the addition of reducing and oxidizing agents 7 . the maintenance of the redox potential in a narrow range is discussed by hiroyoshi and colleagues 9,10 . during the chemical leaching of chalcopyrite in ferric sulfate media, both rate and yield of copper dissolution is maximum within narrow range of redox potential around 400–450 mv/ ag|agcl|kcl(sat)), whereas redox potential values above this range the blockage of mineral surface does occur mainly due to jarosite precipitation. the authors described a greater metal recovery in solutions with different ferrous, ferric and cupric ions concentrations 9 . the presence of certain concentrations of these ions in solution allowed the maintenance of an optimum redox potential for copper recovery due to formation of less refractory copper intermediates than chalcopyrite, such as chalcocite (cu2s). the maintenance of a certain fe 3+ /fe 2+ ratio can increase the copper extraction rate by favoring the following reactions (equation 1 and 2) occurring in a chalcopyrite massive electrode 10 : cufes2 + 3cu 2+ + 3fe 2+  2cu2s + 4fe 3+ (1) 2cu2s + 8fe 3+  4cu 2+ + 8fe 2+ + 2s 0 (2) such reactions occur in a narrow potential range (400-430 mv/ag|agcl|kcl(sat)) and chalcocite formation maintain chalcopyrite indirect oxidation and ferric ions concentration is insufficient for jarosite precipitation. a bioleaching investigation including microscopy and electrochemistry showed that the presence of chalcocite significantly enhanced copper extraction and formation of jarosites seems to be insufficient for blocking the surface since these compounds are highly porous and easily lost from the surface 11 . from the studies presented it is possible to note that the redox potential control apparently can improve the copper dissolution regardless of the presence or absence of precipitates. in this context, the aim of the current work was to understand the role of redox potential in bioleaching processes by addition of different concentration of ferrous ions. it is important to emphasize that the concentrations used in this work were higher than that found in the previous literature due to our interest in study the effects of the potential in a larger range that best reflects practical conditions. 2. experimental section 2.1. mineral sample the chalcopyrite sample used in this study was obtained from la chorrera (cisneros, colombia), kindly provided by prof. marco antonio marquez. the mineral was ground to 100% <115 mesh (125 μm opening). the metal content was 30.86% cu and 24.4% fe by acid digestion followed by atomic absorption analysis. the x-ray diffraction (xrd) revealed the presence of chalcopyrite as only sulfide phase (figure 1). 10 20 30 40 50 60 70 1 .5 7 1 .5 9 1 .8 5 1 .8 7 2 .6 4 c c c c 2kcu 250 c c 3 .0 4 figure 1. x-ray diffractogram of untreated chalcopyrite sample. the vertical bar shows the relative scale of counts. the d-values are given in ångströms. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 original article 42 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 2.2. bacteria and growth conditions acidithiobacillus ferrooxidans, strain lr 12 was used in this study. the culture was grown in mineral salts medium (msm) which contained (per liter) 0.5 g (nh4)2so4, 0.5 g k2hpo4, and 0.5 g mgso4∙7h2o at ph 1.80 adjusted with sulfuric acid. at. ferrooxidans lr stock culture was grown using ferrous ions (0.120 mol l -1 feso4·7h2o), as energy source, quantity enough to increase cell yields to 10 8 cells ml -1 13 . the mineral salts medium and the mineral sample were autoclaved at 121 °c by 20 min whereas ferrous sulfate was filtrated using 0.45 µm membrane filter (millipore). aseptic techniques were used in handling, inoculation and sampling of the cultures. cultures were incubated at 30 °c in an orbital shaker at 150 rpm. cell counts were not determined in the experiments due to the uncertainty of distribution of attached and planktonic cells during chalcopyrite oxidation. as an approximation, the inoculation of fe 2+ -grown at. ferrooxidans yielded initial concentrations of the low range of 10 8 cells ml -1 in chalcopyrite cultures in shake flasks. 2.3. acid digestion the mineral sample was dried at 60 ºc until constant weight. then, 80.0 ml of a concentrated hydrochloric acid and nitric acid mixture (in a proportion of 3:1) was added to 2.00 g of the mineral sample that remained reacting for 24 hours. this mixture was heated in a hot plate and 10.0 ml of concentrated hydrochloric acid were added successively until substantial decrease of volume. hydrochloric acid 50% was added to this mixture to a final volume of 30.0 ml and then was filtrated using 0.45 µm membrane filter (millipore). the metalcontaining solution was analyzed by atomic absorption spectroscopy for copper and iron quantification. 2.4. leaching experiments all leaching tests were performed in an orbital shaker at 150 rpm and 30 °c using erlenmeyer flasks containing mineral salts medium 13 at ph 1.80 plus ferrous sulfate as energy source in different concentrations (0, 0.100, 0.200 and 0.300 mol l -1 ) and 2.50% (w/v) of chalcopyrite sample. biotic conditions were performed using 5.00% (v/v) of at. ferrooxidans lr. the experiments were carried out in duplicate with a final volume of 150 ml. evaporation was compensated for adding sterile distilled water. 2.5. analytical procedures shake flasks were periodically sampled (3.00 ml) in order to obtain kinetic information on metal dissolution besides ph and redox potential measured against ag|agcl|kcl(sat) reference electrode. for chemical analysis, samples were centrifuged (10,000 g for 15 min). aliquots of supernatants were preserved in hno3 2.0% for analysis of dissolved copper and total iron by atomic absorption spectroscopy. ferrous ion quantification was performed using a photocolorimetric method based on the formation of a reddish colored complex of fe 2+ with orthophenantroline. the solution was analyzed in an uv-vis spectrophotometer at a wavelength of 510 nm 14 . finally, solid residues were characterized by xrd using the siemens d5000 diffractometer equipped with a diffracted-beam monochromator and cukα radiation. samples were scanned from 10 to 70° 2θ at 0.05° 2θ increments with 2.0 s counting time. sem-eds analysis were carried out only in leaching final residues using a scanning electron microscopy, jsm – 7500f, and x ray microanalysis, scientific – noran system. 3. results and discussion 3.1. leaching experiments ph, redox potential, ferrous ions and total iron concentrations were monitored throughout the experiment. the initial ph was set up to 1.80, however ph values ranged from 1.70 to 2.50 (figure 2). in cases of ph higher than 2.00, it was necessary to adjust it to 1.80 with h2so4 (50%) in order to avoid precipitate formation, such as jarosites, which is more auspicious in ph values higher than 2.00 and their formation could be unfavorable for metal recovery. in abiotic conditions, ph adjustments were necessary during the experiment time whereas in bacterial conditions these adjustments were required just at the beginning. inoculated condition determined an oxidant environment that reflected in all monitored parameters. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 original article 43 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 100 abiotico 100 bacteria 200 abiotico 200 bacteria 300 abiotico 300 bacteria sem fe (a) sem fe (b) 0 20 40 60 80 100 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 p h time (days) figure 2. changes in ph values on chalcopyrite leaching using different concentrations of ferrous ions in absence (open symbols) and presence (solid symbols) of bacteria. rhombus: 0 mol l-1; square: 0.100 mol l-1; triangle: 0.200 mol l-1; and circle: 0.300 mol l-1 of ferrous ions. black arrows indicate ph adjustment. figure 3 illustrates the ferrous ions consumption. in abiotic conditions ferrous ions concentration was maintained stable until the end of experiment due to the absence of an agent in solution capable of oxidizing ferrous ions in the same rate as the bacterium at. ferrooxidans. on the contrary, in inoculated conditions ferrous ions present in solution were oxidized to ferric ions within 7 days showing the bacterial capability of obtaining energy from ferrous ions and generating an extremely oxidant environment. after 60 days a decrease in ferrous ions concentration can be clearly seen in abiotic conditions containing initial concentrations of 0.200 and 0.300 mol l -1 of fe 2+ (figure 3). this occurrence can be explained by the ferrous ions oxidation by oxygen and/or the consumption of these ions caused by chalcopyrite reduction reaction in the presence of cu 2+ and h + 9 . 0 20 40 60 80 100 0.0 0.1 0.2 0.3 f e 2 + ( m o l l -1 ) time (days) figure 3. changes in ferrous ions concentration on chalcopyrite leaching using different concentrations of ferrous ions in absence (open symbols) and presence (solid symbols) of bacteria. rhombus: 0 mol l-1; square: 0.100 mol l-1; triangle: 0.200 mol l-1; and circle: 0.300 mol l-1 of ferrous ions. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 original article 44 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 in all abiotic conditions was observed a slight increase in total soluble iron concentration (fe 2+ and fe 3+ ) throughout the experiment, being more pronounced in the conditions containing 0.200 and 0.300 mol l -1 (data not shown) possibly due to chalcopyrite oxidation and consequent release of iron from its matrix. under biotic conditions no significant change in total soluble iron concentration was observed in both 0.100 and 0.200 mol l -1 fe 2+ conditions. however, total soluble iron concentration decreased during the experiment in the 0.300 mol l -1 fe 2+ condition mainly due to bacterial activity which accelerates the conversion of ferrous into ferric ions through a proton-consuming reaction, therefore increasing ph, favoring jarosites formation 2,15 . redox potential was also monitored throughout the experiment as presented in figure 4. in abiotic conditions the redox potential values ranged from 300 to 470 mv whereas in bacterial conditions the redox potential increased progressively and after 7 days of experiment it reached around 600 mv and this value was maintained until the end. 0 20 40 60 80 100 200 300 400 500 600 700 e h ( m v v s . a g |a g c l| k c l (s a t) ) time (days) figure 4. redox potential measurements on chalcopyrite leaching using different concentrations of ferrous ions in absence (open symbols) and presence (solid symbols) of bacteria: rhombus0 mol l-1; square0.100 mol l-1; triangle0.200 mol l-1; and circle0.300 mol l-1 of ferrous ions. figure 5 shows the copper recovery in abiotic and bacterial conditions. 0 20 40 60 80 100 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 5% 19% c u ( m o l l -1 ) time (days) ~17% 73% 78% 90% figure 5. time course of copper dissolution. abiotic and bacterial conditions are represented by open and filled symbols, respectively. rhombus: 0 mol l-1; square: 0.100 mol l-1; triangle: 0.200 mol l-1; and circle: 0.300 mol l-1 of ferrous ions. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 original article 45 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 in this study the difference in ferrous ions concentrations in abiotic conditions was crucial to determine soluble copper concentration. the greatest copper recovery was observed in the 0.200 mol l -1 fe 2+ condition, approximately 90% copper recovered after 100 days. for each abiotic condition tested (0, 0.100, 0.200 and 0.300 mol l -1 of ferrous ions), the final redox potential was respectively 365, 410, 435 and 470 mv, leaching about 5, 70, 90 and 80% copper, respectively. different concentrations of ferrous ions in chalcopyrite leaching experiments resulted in different amount of copper solubilized as demonstrated previously 16 for different mineral and conditions, confirming the effect of ferrous ions concentration in chalcopyrite dissolution. the final solid residue of the 0.200 mol l -1 fe 2+ condition was used to perform an acid digestion in order to compare with the results obtained from the liquid phase and the copper recovery obtained using this method was over 99%. both 0.100 and 0.200 mol l -1 fe 2+ conditions presented a very similar trend regarding redox potential throughout the experiment whereas in the 0.300 mol l -1 fe 2+ condition the redox potential starts to increase gradually after 60 days. copper dissolution rate decreased slightly when the redox potential reached about 420 mv after 90 days in the 0.200 mol l -1 fe 2+ condition and after 50 days in the 0.300 mol l -1 fe 2+ until stops completely (figures 4 and 5). this incident could not be seen in 0.100 mol l -1 fe 2+ because the redox potential values did not reach 420 mv even after 100 days of experiment. chalcopyrite bioleaching in presence of at. ferrooxidans lr (figure 5) resulted in a slight increase of copper dissolution rate at the beginning of experiment, followed by a decrease which was observed after 7 days and it was kept almost constant until the end of the experiment. only 11% of copper was released into solution after 40 days in all bacterial conditions studied and even after 100 days of experiment copper recovery was not higher than 17%. despite the difference in ferrous ions concentration added to the flasks (0.100, 0.200 and 0.300 mol l -1 ), the final copper recovery rate obtained was almost the same value. this result was confirmed by eis measurements for shorter immersion times in other studies 17,18 , where the chalcopyrite surface seems to be partially blocked indicated by an increase of real impedance in the presence of at. ferrooxidans. results showed that the presence of bacteria caused a detrimental effect on copper dissolution in all concentrations studied in comparison with abiotic conditions. low copper recovery can be associated to the high initial ferrous ions concentration readily available in solution, since bacteria prefer to oxidize soluble ferrous ions than chalcopyrite as energy source, as described by gómez et al. 19 . oxidizing chalcopyrite rather than soluble ferrous iron may favor biofilm formation that could hinder further chalcopyrite dissolution as described elsewhere 17,18 . li et al. 20 stated that the use of microbes for leaching minerals such as chalcocite, covellite and pyrite showed a beneficial effect on metal recovery; however this effect has been under discussion concerning chalcopyrite. on the other hand, some reviews have shown that there is a general acceptance that bacterial leaching of chalcopyrite does have a beneficial effect especially using high temperature and moderate thermophiles and thermophiles 1,2 . third et al. 21 carried out a series of bioleaching and chemical leaching experiments in which they concluded that the redox potential is more important for determining chalcopyrite leaching rates than bacterial activity. they also concluded that high initial ferric ions concentration and high redox potential were detrimental to chalcopyrite leaching rates whereas fe 2+ -containing leaching medium raised chalcopyrite dissolution significantly. the final residues of leaching experiments were analyzed by sem/eds and xrd. sem analyses showed new crystalline phases other than chalcopyrite in solid residues. analyses using eds suggested them to be jarosite and elemental sulfur (figure 6) that were confirmed by xrd analyses (figure 7). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 original article 46 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 figure 6. general outline of sem analyses of solid residues from chalcopyrite (bio)leaching after 100 days of experiment. untreated chalcopyrite (a); addition of 0.100 mol l-1 fe2+: abiotic (b) and bacterial (c) conditions; addition of 0.200 mol l-1 fe2+: abiotic (d) and bacterial (e) conditions and addition of 0.300 mol l-1 fe2+: abiotic (f) and bacterial (g) conditions. letter designations: c = chalcopyrite, j = jarosite and s = sulfur. figure 7 shows x-ray patterns of an untreated chalcopyrite sample and solid residues after 100 days of leaching with addition of ferrous ions. the diffractograms showed the presence of jarosites and elemental sulfur, as cumulative phases, since sulfur formation was first observed after 14 days of experiment. it is noteworthy that the intensity of the chalcopyrite’s peak has a significant decrease which confirms the percentage of recovery obtained in the leachate. in all bacterial conditions only jarosite was formed during the experiment (data not shown). in the control condition (without addition of ferrous ions) formation of a new crystalline phase was not observed. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 original article 47 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 10 20 30 40 50 60 70 1 .7 2 1 .5 7 1 .5 9 1 .8 7 1 .8 5 2 .6 4 j c c c c 3 .0 4 1 .8 3 1 .9 8 2 .1 1 2 .4 2 2 .8 5 3 .0 9 3 .2 2 3 .3 4 3 .4 5 3 .8 6 4 .0 75 .1 3 5 .7 7 c c c j sjsss j s s s s s s c c c c c d c b 200 200 200 200 a c 2 .5 5 j2 .2 8 3 .0 4 s,j j jj j j cc j sss j j j s 2 .5 5 5 .7 5 5 .9 5 j jsss s ss s s s s s s s 2kcu 3 .0 4 c figure 7. x-ray diffractograms of solid residues from chalcopyrite bioleaching after 100 days of experiment in abiotic conditions. a: untreated chalcopyrite, b: addition of 0.100 mol l-1, c: 0.200 mol l-1 and d: 0.300 mol l-1 of ferrous ions. letter designations: c = chalcopyrite, j = jarosite and s = sulfur. the vertical bar shows the relative scale of counts. the dvalues are given in ångströms. previously, it has been reported that the precipitation of elemental sulfur can hinder chalcopyrite leaching as well as iron precipitates 22,23 . despite the formation of elemental sulfur and its progressive accumulation, detrimental effects on chalcopyrite dissolution were not observed. on the contrary, the 0.200 mol l -1 fe 2+ condition was able to recover over 99% of copper. considering the results obtained in this present work, the effect of continuous chalcopyrite dissolution can be attributed to the maintenance low redox potential as well as the presence of ferrous ions in solution. several authors have described the positive effect of both redox potential and ferrous ions on chalcopyrite dissolution, however attributing different significance of each one 7,9,10,21,24,25,26 . for instance, third et al. 21 considered the redox potential a parameter more significant to determine chalcopyrite leaching rates than bacterial cell number or their activity. the authors also stated that addition of ferrous ions to the systems increased copper dissolution rate in 2.7 fold than when the same quantity of ferric ions was added. several other authors 24,25,26 have focused only on a critical redox potential range (400-450 mv) over which chalcopyrite (bio)leaching is hindered. this current study showed that the control condition tested (without addition of ferrous ions and without bacteria) was the system that reached the lowest redox potential value and the lowest copper recovery. therefore, in an optimized system, it is necessary not only low redox potential values (400-450 mv) but also presence of ferrous ions to ensure higher rates of copper recovery. recently, it was demonstrated by electrochemical impedance spectroscopy that ferrous ions activated chalcopyrite surface even in the presence of surface precipitates and the redox potential range could help the maintenance of this activation 18 . thus, we propose a new approach to interpret the effect https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 original article 48 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 of ferrous ions and redox potential on chalcopyrite dissolution considering the combined effect of these parameters, since both parameters cannot be interpreted separately (figure 8). figure 8. combined effect of ferrous iron concentration and redox potential on chalcopyrite dissolution under abiotic condition. maximum copper recovery is delimited by the region defined by the dark grey color (region a) where the redox potential interval (410-470 mv) is associated with ferrous ion concentration between 0.125-0.215 mol l -1 . the presence of bacteria generates an oxidizing atmosphere, which has an unfavorable effect in copper dissolution due to the high redox potential in these conditions and the high ferric ions concentration in solution. 4. conclusions the dissolution of chalcopyrite is favored by a simultaneous effect of ferrous ion concentration and redox potential interval: 0.125-0.215 mol l -1 fe 2+ and 410-470 mv. iron precipitates and elemental sulfur did not affect copper dissolution in any abiotic conditions studied. presence of ferrous ions in abiotic systems enhanced significantly chalcopyrite dissolution recovering over 99% of copper. high dissolution rates in chalcopyrite leaching are related to the maintenance of low redox potential as well as the presence of ferrous ions in solution and both effects must be considered together. 5. acknowledgments the authors gratefully acknowledge financial support and scholarships from the brazilian funding agencies: cnpq (alas for master fellowship), additional support for this study was received from capes (ala) and fapesp (faa proc. no 2010/13089-1 and db, 19868-5/2011). 6. references [1] pradhan, n., nathsarma, k.c., srinivasa, r.k., sukla, l.b., mishra, b.k., heap bioleaching of chalcopyrite: a review, miner. eng. 21 (2008) 355365. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2007.10.018 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 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https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2008.04.016 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2008.04.016 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2008.04.016 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2008.04.016 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2008.04.016 https://doi.org/10.1016/0304-386x(95)00023-a https://doi.org/10.1016/0304-386x(95)00023-a https://doi.org/10.1016/0304-386x(95)00023-a https://doi.org/10.1016/0304-386x(95)00023-a https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.09.003 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.09.003 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.09.003 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.09.003 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.09.003 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.11.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.11.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.11.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.11.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.11.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.11.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.07.009 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.07.009 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.07.009 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.07.009 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.07.009 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.12.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.12.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.12.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.12.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.12.005 https://doi.org/10.1179/cmq.2008.47.3.253 https://doi.org/10.1179/cmq.2008.47.3.253 https://doi.org/10.1179/cmq.2008.47.3.253 https://doi.org/10.1179/cmq.2008.47.3.253 https://doi.org/10.1179/cmq.2008.47.3.253 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.051 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.051 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.051 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.051 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.051 https://doi.org/10.1016/s0032-9592(02)00169-3 https://doi.org/10.1016/s0032-9592(02)00169-3 https://doi.org/10.1016/s0032-9592(02)00169-3 https://doi.org/10.1016/s0032-9592(02)00169-3 https://doi.org/10.1016/s0032-9592(02)00169-3 https://doi.org/10.1016/s0032-9592(02)00169-3 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2014.08.008 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2014.08.008 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2014.08.008 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2014.08.008 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2014.08.008 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2014.08.008 https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.01.006 https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.01.006 https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.01.006 https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.01.006 https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.01.006 https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.01.006 https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.01.006 https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.025 https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.025 https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.025 https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.025 https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.025 https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.025 https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.025 https://doi.org/10.1016/0892-6875(96)00089-1 https://doi.org/10.1016/0892-6875(96)00089-1 https://doi.org/10.1016/0892-6875(96)00089-1 https://doi.org/10.1016/0892-6875(96)00089-1 https://doi.org/10.1016/0892-6875(96)00089-1 https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.03.004 https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.03.004 https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.03.004 https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.03.004 https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.03.004 original article 50 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p40-50 [21] third, k.a., cord-ruwisch, r., watling, h.r., the role of iron-oxidizing bacteria in stimulation or inhibition of chalcopyrite bioleaching, hydrometallurgy 57 (2000) 225-233. https://doi.org/10.1016/s0304-386x(00)00115-8 [22] córdoba, e.m., muñoz, j.a., blázquez, m.l., gonzález, f., ballester, a., 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https://doi.org/10.1016/s0304-386x(00)00155-9 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.02.024 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.02.024 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.02.024 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.02.024 www.scielo.br/eq volume 35, número 2, 2010 23ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 2010 artigo/article viscometric investigations and molecular interactions of some derivatives of 5-substituted indole dihydropyrimidines in mixed organic solvents l. c. heda, rashmi sharma, s. r. mosalpuri and pramod b. chaudhari* research laboratory, dept. of chemistry, s.d. govt. college, beawar, 305901, rajasthan, (india). *corresponding author, tel.: +919052168560 e-mail: prmdchaudhari@yahoo.co.in abstract: colloid chemical behavior of indole dihydropyrimidines in non-aqueous solvent mixture benzene-methanol of varying composition has been investigated by viscometric measurements at 303k± 0.1. the viscosity of the system increases with the increase in concentration. the trend change point (tcp) values have been determined by intersection of two straight lines, which are found to be dependent on the composition of solvent mixtures. the study confirms that the nature of synthesized compounds agglomerate formed below and above 50% benzene concentration is quite different. the viscometric data have been analyzed in terms of einstein, vand, moulik and jones-dole equations. these well known equations have been successfully applied to explain the results of viscosity measurements and the viscometric parameters show that the behavior of compound changes in the proximity of 50% benzene concentration. keywords: substituted indoles, dihydropyrimidines, trend change point, viscosity, and solute-solvent interaction. introduction in the family of heterocyclic compounds nitrogen containing heterocycles are an important class of compounds in the medicinal chemistry and also contributed to the society from biological and industrial point which helps to understand life processes.1 this seems to be because pyrimidines represents one of the most active class of compounds possessing wide spectrum of biological activity viz. significant in vitro activity against unrelated dna and rna, viruses including polio herpes viruses, diuretic, antitumor, anti hiv, cardiovascular.2 biginelli compounds show a diverse range of biological activities. the interest focused on biginelli compounds leading to the development of nitractin, 3 that has excellent activity against the virus of trachoma group, the same compounds also exhibit antibacterial activity. 4-aryl dihydropyrimidines e.g. nifedipine are the important and most studied class as calcium channel modulars, in 1975 their introduction in clinical medicine for the treatment of cardiovascular diseases.4 some of the analogues were screened as antitumor agents. pyrimidine –5-carboxamide of type was reported to possess anticarcinogenic activity, antiinflammatory, 5 analgesic.6 the topsentins, as antiviral and antitumor agents from marine sponge represents the emerging class of bis indole alkaloids. during the search of bioactive natural proecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 201024 artigo article ducts act as cytotoxic and antifungal compounds belongs to class noprtopsentins.7 the presence of highly substituted indole and indolines in a variety of bioactive molecular targets has inspired a number of groups including ours to develop new and improved routes to their synthesis.8 recently there is a much interest in the synthesis of small molecules for chemist in accelerating drug discovery.9 in the view of the potential applications of these compounds, present work has been undertaken to explain colloid chemical behavior in mixed solvents. benzene and methanol has been chosen as the co solvents in the title study. the mixed solvents have a tendency to interact with compounds, which affect the aggregation of molecules. the viscosity data based on various equations has been extensively used to furnish information concerning the structural changes in solution trend change point (tcp) and nature of molecule-solvent interaction. this vital information plays an important role in their selection for various industrial and biological applications. experimental the most obvious approach for carrying out the synthesis of substituted indole dihydropyrimidines is due to potent biological activity of indoles as well as dihydropyrimidines. the synthesis begins from the commercially available indole; we were able to synthesize 5-substituted indoles in three steps using known protocol.10 the further formylation with dmf/pocl3 by wismeyer – hack method to obtain indole 3-carboxaldehyde in good yields.11 in cyclocondensation reaction of indole carboxaldehyde, thiourea and ethylacetoacetate in the presence of acid catalyst by refluxing in ethanol to afford indole dihydropyrimidines (1).12 n h nh nh c2h5ooc s r compound r a h b br c cl d i 1 correlating 1h nmr and ir data with data for corresponding compounds made the structural assignments for indole 3-carboxaldehydes and indole dihydropyrimidines. solubility of compounds in benzene and methanol was determined by preparing solutions of compounds in solvents. the viscosity of the solutions was measured by ostwald′s viscometer in thermostat bath. the viscometer was calibrated frequently with distilled water. results and discussion the flow of characterization of solutions in terms of viscometric measurements has been employed as a tool to find out the tcp of molecule in benzene methanol mixtures. the viscosity of solutions of varying composition of benzenemethanol mixtures increases with the increase in the concentration. ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 2010 25 artigo article table – 1.viscosity, η, of compound a in benzene-methanol at 303k ± 0.1 in poise volume % of methanol conc 40% 60% 80% 100% 0.0002 0.589 0.566 0.549 0.529 0.0004 0.604 0.581 0.561 0.541 0.0006 0.616 0.593 0.570 0.551 0.0008 0.620 0.599 0.574 0.553 0.0010 0.627 0.604 0.580 0.557 0.0012 0.634 0.612 0.585 0.561 0.0014 0.643 0.619 0.589 0.564 table – 2. viscosity, η, of compound b in benzenemethanol at 303k ± 0.1 in poise volume % of methanol conc 40% 60% 80% 100% 0.0002 0.592 0.568 0.549 0.529 0.0004 0.607 0.585 0.565 0.542 0.0006 0.619 0.596 0.575 0.551 0.0008 0.624 0.601 0.577 0.555 0.0010 0.630 0.607 0.582 0.559 0.0012 0.638 0.616 0.588 0.564 0.0014 0.647 0.624 0.593 0.567 table – 3. viscosity, η, of compound c in benzenemethanol at 303k ± 0.1 in poise volume % of methanol conc 40% 60% 80% 100% 0.0002 0.591 0.571 0.551 0.533 0.0004 0.614 0.593 0.569 0.546 0.0006 0.627 0.606 0.581 0.559 0.0008 0.632 0.610 0.586 0.565 0.0010 0.639 0.616 0.593 0.570 0.0012 0.646 0.620 0.596 0.573 0.0014 0.651 0.629 0.600 0.576 table – 4. viscosity, η, of compound d in benzene-methanol at 303k ± 0.1 in poise volume % of methanol conc 40% 60% 80% 100% 0.0002 0.596 0.573 0.553 0.535 0.0004 0.621 0.595 0.573 0.551 0.0006 0.635 0.609 0.587 0.564 0.0008 0.641 0.615 0.592 0.568 0.0010 0.647 0.621 0.596 0.571 0.0012 0.652 0.627 0.599 0.573 0.0014 0.658 0.634 0.602 0.578 ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 201026 artigo article the increase in viscosity with the increase in concentration may be due to the increasing tendency of molecules to associate in the form of clustering entity in the solvent system. the numbers of workers have reported the molecular interaction and characterizing aspects of physicochemical behavior of binary liquid mixtures and mixed solvent.13 the difference in the viscosities of solutions in varying composition of benzenemethanol mixtures is mainly due to the difference in the viscosities of the solvent mixtures. the plots of viscosity (η) against concentration (c) are characterized by an intersection of two straight lines at a definite concentration corresponding to tcp of the molecule (fig.1-4). fig 1 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 2 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 3 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 4 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig-5 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-6 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig 1 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 2 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 3 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 4 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig-5 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-6 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig 1 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 2 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 3 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 4 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig-5 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-6 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig 1 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 2 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 3 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 4 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig-5 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-6 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig. 1-4 plot of η versus c for compound a-d in benzene-methanol. of course this is the maximum concentration of molecular dispersion where balancing of the internal forces causes the formation of aggregates. it is apparent from the data that the values of tcp are dependent on the composition of solvent mixtures. the values of tcp in the solution containing benzene below 50% are lower as compared to those containing higher volume percent of benzene. this may be attributed to the change in the mobility of the molecules due to change in the dielectric constant of the solvent mixture having different composition of benzene-methanol. further it is suggested that predominance of lipophilic character in the solvent mixture plays a pertinent role in the clustering alignment of the solute molecules. thus there is delay in the aggregation due to increase in the interaction between lipophilic solvent and solute molecules. the viscosity of solutions as well as those of the solvent mixtures increases as the volume percent ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 2010 27 artigo article of benzene increases which may be attributed to the cumulative effect of the variation of dielectric constant, degree of aggregation and the nature of the agglomerate. the values of specific viscosity (ηsp) of solutions in varying compositions of benzene-methanol mixtures also increase with the increase in the concentration. fig 1 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 2 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 3 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 4 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig-5 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-6 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig 1 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 2 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 3 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig 4 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η 40 60 80 100 fig-5 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-6 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-7 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-8 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig -9 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -11 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -12 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig-7 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-8 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig -9 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -11 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -12 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig. 5-8 plots of φ versus c for vompound a-d in benzene-methanol. the nature of curves and tcp values are in good agreement with those observed for viscosity data. the fluidity of solutions in benzenemethanol mixtures decreases with the increase in the concentration as well as with the increase in volume percent of benzene (fig. 3). a perusal of table-2 indicates that tcp values are in good agreement with those derived from viscosity and specific viscosity curves and are dependent on the solvent composition. the viscosity results have been explained in terms of equations proposed by einstein14 and vand. 15 einstein: ηsp = 2.5 v c vand: 1/c = (0.921/v) x [1/log (η/η0)] + qv where v, c, q, η, η0 and ηsp are molar volume, concentration, interaction coefficient, viscosity of the solution, viscosity of solvent and specific viscosity respectively. the plots of specific viscosity (ηsp) against concentration (c) are characterized by an intersection of two straight lines at a definite concentration, which corresponds to the tcp. the plots with intercept almost equal to zero are linear below tcp, which shows that the equation proposed by einstein are applicable to dilute solutions. 16 it is observed that the values of molar volume v obtained from the plots of einstein equation and vand equation. ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 201028 artigo article table – 5. values of molar volume (v) in benzene – methanol derived from einstein and vand equations compound %of methanol einstein equation vand equation v1 v2 v1 v2 compound a 40% 47.6600 27.7372 80.3960 53.9520 60% 48.2680 24.8596 68.5360 59.0760 80% 38.7288 19.1484 74.9440 51.6160 100% 42.0640 14.0272 55.5680 48.3600 compound b 40% 46.7800 26.7800 93.2760 59.1720 60% 51.7280 28.4644 75.4320 56.8120 80% 48.3360 19.5212 72.6560 55.5640 100% 42.8600 15.5160 56.5880 50.6400 compound c 40% 63.7520 22.6224 92.9160 77.2280 60% 63.7520 22.6224 84.0840 75.8240 80% 56.4240 16.6068 80.4800 71.1320 100% 51.2000 14.3560 71.6560 66.2600 compound d 40% 68.5840 19.0068 106.9400 88.4320 60% 65.9360 23.5528 96.2720 82.1600 80% 63.5680 11.9428 86.6320 81.6600 100% 55.4640 12.4064 83.2640 71.3760 it is interesting to note that the values of molar volume enumerated from these equations are almost equal and the trend remains unaltered irrespective of the type of equation applied. fig-7 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-8 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig -9 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -11 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -12 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig-7 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-8 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig -9 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -11 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -12 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 2010 29 artigo article fig-7 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-8 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig -9 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -11 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -12 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig-7 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig-8 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) φ 40 60 80 100 fig -9 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -11 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig -12 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0000 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 c(mol/l) η s p 40 60 80 100 fig. 9-12 plot of ηsp versus c for compound a-d in benzene-methanol. the moulik equation.17 also fits well to the solutions, as the plots (η/η0) 2 vs. c2 are almost linear. (η/ η0 )2 = m + kc2 where m and k are constants. the values of m and k have been calculated from the intercepts and slopes of the (η/η0) 2 vs. c2 plots and are recorded in table-6. fig 13 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 14 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 15 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 16 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 17 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 18 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 13 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 14 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 15 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 16 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 17 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 18 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 19 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.000000 0 0.000000 5 0.000001 0 0.000001 5 0.000002 0 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 20 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.000000 0 0.000000 5 0.000001 0 0.000001 5 0.000002 0 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 19 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.000000 0 0.000000 5 0.000001 0 0.000001 5 0.000002 0 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 20 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.000000 0 0.000000 5 0.000001 0 0.000001 5 0.000002 0 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig.17-20 plot of [η/η0] 2 versus c2 for compound a-d in benzene-methanol. the viscosity data have also been interpreted in the light of jones-dole equation.18 (η/η0-1)/√c = a + b√c for convenience, the equation may be expressed as ψ/√c = a + b√c ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 201030 artigo article where the coefficient a and b refer to solute-solute and solute-solvent interactions respectively. the plots ψ / √c vs.√c fig 13 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 14 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 15 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 16 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 17 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 18 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 13 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 14 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 15 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 16 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 17 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 18 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 13 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 14 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 15 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 16 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 17 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 18 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 13 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 14 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 15 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 16 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 c ψ / c 40 60 80 100 fig 17 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig 18 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 c² (η /η ο) ² 40 60 80 100 fig.13-16 plot of ψ /√c versus √c for compound a-d in benzene-methanol. for the molecules studied here were found to be linear, with least scatter. these plots are characterized by two straight lines intersecting at a point corresponding to the tcp of compounds. the values of tcp are in good agreement with the values derived from the plots of η, ηsp and φ vs. c. in view of the two intersecting straight lines for ψ / √c vs.√c plots, it is logical to evaluate two values of both the coefficients below and above tcp designated as a1, b1 and a1, b1 respectively. ecl. quím., são paulo, 35 2: 23 32, 2010 31 artigo article table – 6. viscosity parameters in benzene – methanol derived from different equations compound % of methanol moulik equation jones-dole equation m1 m2 k1 k2 a1 a2 b1 b2 compound a 40% 1.069 1.143 307187 70036 1.407 2.102 83.566 36.505 60% 1.060 1.150 308995 62869 0.861 2.430 99.986 25.952 80% 1.064 1.139 246195 47155 1.552 2.587 58.107 8.589 100% 1.049 1.130 266636 34176 0.568 2.742 92.133 -6.651 compound b 40% 1.080 1.159 301055 68177 1.995 2.666 66.859 25.271 60% 1.066 1.152 331527 71956 1.003 2.268 105.700 36.054 80% 1.064 1.150 308373 48528 1.029 2.884 96.627 4.645 100% 1.049 1.137 272615 37966 0.581 2.804 93.413 -3.860 compound c 40% 1.078 1.202 409288 57418 0.877 4.100 144.87 -5.829 60% 1.078 1.197 409288 58197 0.898 4.496 139.79 -20.573 80% 1.071 1.195 363636 41453 1.018 4.349 117.09 -24.338 100% 1.059 1.180 333095 35690 0.866 4.350 104.72 -27.271 compound d 40% 1.096 1.243 445140 49099 1.610 5.564 134.880 -37.644 60% 1.086 1.217 427059 60826 1.271 4.865 136.160 -22.329 80% 1.077 1.224 411421 30275 0.966 5.589 137.170 -55.580 100% 1.071 1.193 359936 31496 1.193 4.977 108.730 -49.811 it is observed that the values of these constants depend on the composition of the solvent mixtures. conclusion it has been observed that the viscosity of the system increases with the increase in concentration. the increasing trend of viscosity may be due to combined effect of the variation of dielectric constant of solvent, degree of aggregation and nature of the compound agglomerate. the tcp values obtained from different viscosity data are in good agreement and show maximum concentration of molecular dispersion at which aggregation of molecule initiates. it is noteworthy to point out on the basis of results obtained that the above treatment gives a phenomenological description of clustering profile and confirms the existence of aggregation in the non-aqueous mixed solvent. references: 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sucroalcooleira] do] tstado] de] plagoas]foi]a]implantação]do]sistema]de]irrigação]por] gotejamenton] ”á] relatos] de] pesquisas] demonstrando] que] esse] sistema] aumentou] a] produção] anual] de] óó] toneladasahectare] para] h/j] toneladasahectaresb] visto] permitir]melhor]distribuição]de]água]em]grandes]áreasb] além] de] controlar] a] umidade] do] solob] garantir] menor] infestação] de] plantas] daninhas] e] melhor] qualidade] f tossanitária]da]cana][ó]n c] propósito] deste] trabalho] foi] identif car] a] origem] fabiótica] eaou] biótica4] dos] freqüentes] entupimentos]de]emissores]de]irrigação]por]gotejamento] introdução p] canaõdeõaçúcar] fraccharum] off cinarum] mn4] foi] a] primeira] cultura] introduzida] no] àrasilb] especialmente] na] região] ;ordeste] no] século] _kd] ocupandob] atualmenteb] hébóü] l] milhões] de] hectaresb] com]produção]estimada]zshbüz]l]milhões]de]toneladasb] sendo]que]ó/bll]da]área]plantada]se]encontra]no]estado] de] rão] ªaulob] em] plagoas] a] area] plantada] apresenta] óbéél] milhões] de] hectares] do] totalb] com] produção] estimada] de] oból] milhões] de] toneladas] por] hectares] do] total] [h]n] tm] plagoasb] o] setor] sucroalcooleiro] se] transformou] no] mais] importante] economicamenteb] posicionandoõo] no] mercado] internacional] e] sendo] responsável] pela] maior] parte] da] receita] pública] capaz] de]gerar]empregos]e]desenvolvimento][/]n] p] região] canavieira] de] plagoas] tem] sua] produtividade] restringida] devido] à] sua] limitada] precipitação] pluvialn] tmbora] em] termos] totais] anuais] dn]areas]where]rainfall]is]irregular]or]not]reaches]the]required]the]supply]for]cane]cultivationb]irrigation] is]essentialn]:he]introduction]of]drip]irrigation]fwith] surface]or]underground]microõsprinklers4b]has]been]one]of] the]factors]that]contributed]to]the]increase]in] sugar]and]alcohol]productivity]in]the]region]of]plagoasn]:his]study] outlined]a]prof le]of]physicoõchemical]and]biological]features]of]impounded]water]dam]“ralvador]myra”b]in] the] city]of]ªenedoõpmb]used]to]irrigate]crops]in]a]sugarcane]millb]with]the]purpose]to]know]the]causes]of]obstructions] detected] in] the] issuing] of] the] drip] irrigation] systemb] and] to] propose] consistent] control] measuresn] yuring] the] period]of]one]yearb]samples]from]three]points]along]the]dam]were]subjected]to]microbiological]analysis]and]p”b] hardnessb]electrical]conductivityb]concentraction]of]total]dissolved]solidsb]dissolved]oxygen]and]ke/n]–ith]respect] to]microbiological]analysisb]it]was]isolated]from]the]neutral]waters]an]aerobic]bacteria]producing]siderophore]iron] chelatorsb]classif ed]as]the]species]ªseudomonas]aeruginosa]frchroeter]hls/4]>igula]fhzjj4b]and]the]results]of] physicoõchemical]analysis]showed]the]prevalence]of]with]a]high]risk]of]biological]clogging]f6]ójbjjj]cells]a]mm4n keywords:l–ater]qualityb]foulingb]dron]àacterian waterldamslforluselinldriplirrigationlinlthelcitylofl penedol/lal:lphysico-chemicallandlbiologicallquality crlando]de]cliveira]rilvahx]tlane]wn]mn]dos]rantos/x]pna]>ªn]qn]mópez/.n h tscola]pgrotécnica]kederal]de]ratuba]tpkrb]wr:mb]*ua]hs]agostob]sann]wep]ósh//jõjjb]setor]agroindústria]zona]ruralõ]ratubab]pln] koneb]fl/4]é/üüõhj/jb]kaxb]fl/4]é/üüõhjjzn]u*m]da]”ome]ªageb]httpbaawwwneafsngovnbr / universidade] kederal] de] plagoas] ukpmb] à*] hjo] wm] ho;b] wampus] pnwn] rimõesb] :abuleiro] dos] >artins] sann] wep] ósjs/zõsjb] dnstn] de] química] e] àiotecnológia] –] >aceiób] aln] koneb] fl/4] é/hoõhéljb] faxb] fl/4] é/hoõhéljn] tõmailb]elane_agrimensura8yahooncomnbrx].amql8quinufalnbrn 80eclética química, 37, 79-86, 2012 analítica2foi2dividida2em2garrafas2de2polietilenoã2sendo2 que2 estas2 continham2 agentes2 conservantes2 para2 as2 determinações2de2ferro2b’–j2concentrado2para2análise2 de2 ferro2 ferroso2 °eu1 e2 ’àv é concentrado2 para2 as2 análises2 de2 ferro2 total2 °eó:2 todas2 as2 amostras2 foram2 acondicionadas2 em2 caixa2 de2 isopor2 e2 transportadas2 imediatamente2para2 análises2no2jaboratório2 5ndustrial2 da2usina2em2questão: ]2 qualidade2 da2 água2 foi2 avaliada2 em2 duas2 etapasm2 a2 primeira2 de2 agosto2 a2 dezembro2 de2 1000ã2 constando2de21d2amostrasã2e2a2 segunda2no2período2de2 setembro2a2novembro2de21007ã2totalizando2172amostras:2 vs2fatores2avaliados2foram2aqueles2que2contribuem2para2 a2 obstrução2 dos2 emissoresã2 isto2 éã2 p’ã2 condutividade2 elétrica2 b–:y:óã2 sólidos2 totais2 dissolvidos2 bs:t:sóã2 durezaã2 concentrações2de2oxigênio2dissolvido2 bv:®ó2 e2 de2ferro2bferro2total2e2íon2ferroso2°eu1ó:2 –om2relação2aos2 exames2microbiológicosã2foram2realizados2o2isolamento2 e2identif cação2dos2microorganismos: ”ara2 a2 determinação2 de2 p’2 utilizouase2 um2 phmetro2ôettler2toledoz®elta2é10ã2o2qual2foi2calibrado2 previamente2com2soluções2 tampões2 bp’2eã02e2-ã0ó:2 wá2 para2a2determinação2da2–:y:2e2de2s:t:®:ã2ao2chegarem2 ao2 laboratório2as2 amostras2permaneceram2em2 repouso2 na2 bancada2 até2 atingirem2 a2 temperatura2 ambiente:2 vs2 valores2de2–:y:2foram2obtidos2através2de2condutivímetro2 previamente2 aferido2 com2 solução2 padrão2 de2 r–52 0ã0700ô2por2três2vezes:2wá2os2valores2de2s:t:®:2foram2 calculados2através2de2razões2de2proporcionalidade2entre2 os2valores2obtidos2de2–:y: ]2dureza2das2amostras2foi2determinadaã2através2 de2método2titulométricoay®t]ã2conforme2descrito2em2 [d]:2”ara2a2determinação2de2v:®:ã2as2garrafas2utilizadas2 na2coleta2das2amostras2foram2de2vidro2específ co2btipo2 ®emanda2bioquímica2de2vxigênio2–2®:b:v:ã2é002mjóã2 e2o2oxigênio2presente2nas2mesmas2foi2f xado2conforme2 o2 método2 iodométrico2 modif cado2 pela2 azida2 [d]:2 ]2 metodologia2utilizada2para2ferro2total2b°eó2e2íon2ferroso2 b°eu1ó2foi2a2espectrofotométrica2com2fenantrolinaã2sendo2 que2as2amostras2utilizadas2para2a2determinação2de2ferro2 total2foram2utilizadas2até2cerca2de21e2horas2após2a2coleta2 e2as2utilizadas2para2determinação2de2íon2ferroso2b°eu1óã2 foram2imediatamente2processadas:2 ”ara2as2análises2microbiológicasã2a2metodologia2 utilizada2 no2 isolamentoã2 identif cação2 e2 quantif cação2 dos2microorganismos2da2água2bruta2foi2a2descrita2em2[da 71]:2]lém2dos2métodos2morfobioquímicos2diferenciais2 descritosã2também2foi2empregado2o2sistema2de2galerias2 ]”5a10y2 bbiomerieux®ã2 °rançaó:2 ]s2 amostras2 foram2 nos2 plantios2 de2 cana2 de2 uma2 usina2 sucroalcooleira2 de2 ]lagoasã2 fornecendo2 dados2 que2 favorecessem2 a2 otimização2do2sistema2de2irrigação2nos2plantios2com2um2 acréscimo2mínimo2nos2custos2de2sua2implantação: metodologia vs2experimentos2foram2realizados2na2barragem2 salvador2 jyraã2 situada2 a2 70°2 7p’2 s2 de2 latitude2 e2 é7°2 es’2w2 de2 longitudeã2 no2 município2 de2 ”enedoã2 ystado2 de2 ]lagoasã2 inserida2 na2 subabacia2 do2 “io2 ôaritubaã2 no2baixo2vale2da2bacia2do2“io2”iauíã2 com2capacidade2 para2 aproximadamente2 10:000:0002 mé de2 água:2]lém2 da2 barragemã2 o2 sistema2 pesquisado2 também2 se2 fez2 representar2 pelo2 tanque2 de2 sedimentaçãoã2 aerador2 e2 canais2de2distribuição2para2irrigação2bgotejamentoã2pivô2 linear2e2aspersãoóã2em2uma2área2de2cerca2de2éãd002haã2 pertence2 à2 usina2 –aeté2 z°ilial2 ôaritubaã2 situado2 na2 fazenda2vilarinhoã2sznã2município2de25greja2àova2z2]j:2 coleta das amostras ]s2 amostras2 foram2 coletadas2 em2 três2 pontos2 da2barragem2salvador2jyra2b”7ã2”12e2”éóã2em2”enedoa ]j:2v2ponto2”72b70°270’27-ã-”2s2e2éê°21d’2épã1”2wóã2 situado2dentro2do2corpo2d’água2da2barragemã2entre2 as2 duas2balsas2de2captaçãoã2”12b70°270’27-ã-”2s2e2éê°21ê’2 7pã-”2w2ó2e2 ”é2b70°20d’21êã7”2s2e2éê°21p’27sãé”2wóã2o2 qual2está2localizado2a2montante2da2barragemã2no2leito2do2 “io2ôaritubaã2conforme2mostra2a2b°igura27ó:2®e2acordo2 com2o2“levantamento2exploratórioa2“econhecimento2de2 solos2do2estado2de2]lagoas”2realizado2pela2[ê]ã2o2solo2da2 área2é2classif cado2do2tipo2jatossolo2vermelho2]marelo2 e2”odzólico2vermelho2]marelo: figura 1. ”ontos2de2amostragem2de2água2ao2 longo2da2barragem2 salvador2jyraa]l: ]2água2amostrada2de2acordo2com2sua2f nalidade2 81eclética química, 37, 79-86, 2012 f xabnabfaixabentrebybebpbosbvaloresbdebphbparabproteçãob àb vidab aquática8b ob phb éb umb importanteb indicadorb deb qualidadebdabáguabebdabextensãobdabpoluiçãobembcursosb deb águaab inf uenciandob muitosb processosb biológicosb eb químicosb nosb corposb d’águab [7z]8b ±orposb hídricosb nãob poluídosb geralmenteb apresentamb umab variaçãob nosb valoresb deb phb próximob dab neutralidade8b ob phb alterab ab solubilidadeb eab porb issoab ab disponibilidadeb deb muitasbsubstânciasabmasbtambémbafetabab toxicidadebdeb substânciasb comob osb metaisb eb formasb disponíveisb deb nitrogênio8b%sbáguasbnaturaisbdebsuperfíciebapresentamb phbvariandobdebya4bab(alabnestebintervalobdebphbébobidealb àb manutençãob dab vidab aquáticab [7s]8b ±onformeb [7l]ab águasb comb phb menorb queb -a4b sãob deb baixob riscob deb entupimentosabenquantobaquelasbcombphbcompreendidob entreb-a4beb(a4bapresentambriscobmoderadoabebphbmaiorb dobqueb(a4bapresentambaltobrisco8 figura 3. variaçãob deb durezab aob longob dab colunab d’águab dab barragemb salvadorb lyra0%lb cp7sab p7mb eb p7eab respectivamenteb superfícieabmeiobebfundohabnasbdiferentesbdatasbdebcoleta8 ±omb relaçãob àb durezab totalb dasb amostrasb nasb diferentesb datasab expressab emb mg5lb deb equivalenteb deb carbonatobdebcálciobc±a±o z habobservou0sebumabvariaçãob embtornobdebv4bmg5lb±a±o z ceigurabzh8 %bdurezabtemb suab origemb naturalb atravésb dab dissoluçãob deb rochasb cálcareasab eb comob ob carbonatob éb sensívelb aob calorab ob aumentobdabtemperaturablevabàbprecipitaçãobdobmesmoab podendobprovocarbincrustaçõesbnasbtubulaçõesbdebáguab quenteab caldeirasb eb aquecedoresb [7s]8bsegundob [7y]ab ab coletadasbnosbmesmosbpontosbdescritosbparabasbanálisesb físico0químicasab transportadasb parab ob laboratóriob deb microbiologiabindustrialbdabempresabacimabmencionadaab ebimediatamentebdiluídasbembsoluçãobsalinab4ap1bestérilb c7m744hbparabinoculaçãobembdiferentesbmeiosbdebculturab atravésb dab técnicab deb pourb plateab emb placasb deb petrib incubadasbporb7v4bhorasbv-b±bvbº±8bnobcasobdebculturasb líquidasab ab inoculaçãob foib realizadab emb meiosb isentosb debagarbembfrascosbnrlenmeyerabebabincubaçãobocorreub nasb mesmasb condiçõesb deb temperaturab eb pelob mesmob intervalob deb tempob dasb anterioresab porémb utilizou0seb mesabagitadorabcombcontroladorbdebtemperatura8 resultado e discussão osb resultadosb dasb analisesb físico0químicasb realizadasb nab barragemb salvadorb lyrab duranteb osb períodosb v444b eb v447ab foramb comparadosb comb osb resultadosb cedidosb pelob laboratóriob dab usinab ±aeté5 eilialbmaritubabdasbanalisesb físico0químicasbrealizadasb nobanob7ppp8 figura 2. variaçãobdebphbaoblongobdabcolunabd’báguabdabbarragemb salvadorb lyra0%lb cp7sab p7mb eb p7eb respectivamenteb superfícieab meiobebfundohabnasbdiferentesbdatasbdebcoletas8 nmb relaçãob aob phb dasb amostrasab apesarb deb variaçõesb ocorridasb nasb diferentesb coletasab devidob ab presençab deb algunsb bancosb deb macróf tasab asb quaisb contribuíramb parab umab oscilaçãob dob phb emb tornob deb yal (eigurab vhab esteb parâmetrob apresentou0seb dentrob dab normalidadeb indicadab pelab legislaçãob vigenteb parab águasb superf ciaisab vistob queb ab resoluçãob nºb zl-5v44lb dob±onselhobnacionalbdobmeiob%mbientebc±on%m%hab 08/00 09/00 11/00 12/00 09/01 10/01 11/01 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 ph datas(das(coletas php1s( php1m( php1f 09/00 11/00 12/00 09/01 10/01 11/01 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 du re za ((m g/ l( ca co 3) datas(das(coletas p1s p1m p1f 82eclética química, 37, 79-86, 2012 he condutividadee elétricae determinae ae capacidadeedeeaeáguaeconduzireaecorrenteeelétricaedevidoe aesuaeconcentraçãoeiônicae[(d]õe[(m]econsiderameae+õàe comoe ume fatore dee riscoe nae obstruçãoe dose emissorese d’e água-e sendoe valorese menorese quee (óóe msqme riscoe dee entupimentoe baixo-e entree (óóe ae )2óe msqme oe riscoe ée classif cadoe comoe moderadoe ee maiore doe quee )2óe msqm-e ée consideradoe comoe severoõe he condutividadee médiaedaebarragemeencontra6seenae faixaedee(lemsqm-e apresentandoe pequenae variaçãoe aoe longoe dae colunae d’e águae dae barrageme nase condiçõese climáticase dase amostrasecoletadasenaeépocaõe quantoe aose valorese dee sólidose totaise dissolvidose /sõtõhõx-e observou6see concentraçãoe médiae dee aproximadamentee (tóe mgql-e durantee ase datase dee coletaenosepontosedeecaptaçãoedasebombasedoesistemae dee irrigaçãoe /p(sxe ee nae alturae médiae dae colunae d’e águae/p(mx-eenquantoenoepontoe/p(êxedaeextremidadee inferioredessaecolunaefoiedeecercaedee(ttemgqle/êigura 2xõ segundoe[(f]-ecitadosepore[tó]-eoetermoe“sólidos”e ée amplamentee usadoe parae ae maioriae dose compostose presenteseemeáguaeeequeepermanecemeemeestadoesólidoe apóse evaporaçãoõe ose sólidose suspensose ee dissolvidose correspondeme aose resíduose f ltráveise ee nãoe f ltráveis-e respectivamenteõe àme saneamento-e sólidose nase águase correspondeme ae todae matériae quee permanecee comoe resíduoe apóse evaporação-e secageme oue calcinaçãoe dae amostraeduranteeumetempoef xadoe[t(]õ figura 5. variaçãoedeesólidosetotaisedissolvidose/sõtõhõxeaoelongoe daecolunaed’águaedaebarragemesalvadorelyra6hle/p(s-ep(meeep(ê-e respectivamenteesuperfície-emeioeeefundox-enasediferentesedatasedee coletaõ heeacordoecome[(l]equandoeaeáguaedeeirrigaçãoe durezaeéeumaevariáveleimportanteeparaeaedeterminaçãoedae qualidadeedaeáguaedeeirrigação-evistoequeeaeprecipitaçãoe dosecarbonatosedeecálcioeeemagnésioepodeeocorrereseeae durezaeforeelevadaeemevaloresedeepâeacimaedeep-2õeparae [(p]eosevaloreseideaisedeecálcioeeemagnésioenaeáguaedee irrigaçãoedevemeserenoemáximoerespectivamenteedee)óóe mgqledee+a5t eelóemgqledeemg5tõeoseresultadoseobtidose nestee trabalho-e portanto-e conferirame àe águae estudadae umaeboaequalidadeeparaeoeusoedaeirrigação-esemetrazere problemasedeeobstruçãoeaoesistemaedeedistribuiçãoõ figura 4. variaçãoe dee condutividadee elétricae aoe longoe dae colunaed’águaedaebarragemesalvadorelyra6hle/p(s-ep(meeep(ê-e respectivamenteesuperfície-emeioeeefundox-enasediferentesedatasedee coletaõ +ome relaçãoe ae condutividadee elétricae /+õàõxe /êigurae)x-efoieobservadoeumaereduçãoedeeseusevalorese noemêse(óqtóó(-edevidoeaoealtoeíndiceepluviométricoedoe período-ediluindoeoseíonsepresentesenaeáguaõenoeentantoe oe quee see esperavae erae ume aumentoe dessee parâmetroe provenientee doe aportee dee compostose inorgânicose ee orgânicose dase encostase dae barrageme salvadore lyrae /penedo6hlxõe nessae mesmae ocasiãoe foie detectadae ae presençae dee ferroe solúvele /êee 5txõe jáe nose mesese dee baixoe índicee pluviométrico-e comoe ófe ee ((qtóó(-e ae +õàe apresentou6see maise alta-e possivelmentee devidoe ae evaporaçãoe ee captaçãoe dee águae parae ose sistemase dee irrigaçãoõe portanto-e jáe erame esperadase possíveise interferênciaseparaeosedadosedee+õàedaseamostras-evistoe quee compostose orgânicose dee origeme vegetale estariame presentesenaebarragemõ 08/00 09/00 09/01 10/01 11/01 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0 c .e .g( m s/ m ) datasgdasgcoletas p1sg p1mg p1f 08/00 09/00 09/01 10/01 11/01 0 20 40 60 80 100 120 140 160 s. t. d. g(m g/ l) datasgdasgcoletas p1sg p1mg p1f 83eclética química, 37, 79-86, 2012 aquático/] mas] também] por] perdas] para] a] atmosfera/] mineralização]da]matéria]orgânica]e]oxidação]de] íons] [n6]0] dmbora] não] seja] um] parâmetro] utilizado] na] caracterização] da] qualidade] da] água] para] irrigação/] é] uma]variável]química]importante/]pois]permite]detectar] os]efeitos]dos]resíduos]oxidáveis]sobre]águas]receptoras] e] a] ef ciência] do] tratamento] dos] esgotos] durante] a] oxidação] bioquímica0] s] resolução] n°] -l(cmool] do] 9onsms] [mm]] determina] que] em] qualquer] amostra] coletada/]os]valores]de]oxigênio]dissolvido]para]as]água] de]9lasses]n2-/]não] sejam] inferiores]a]p/]l]e]6]mgcl/] respectivamente0 os]teores]de]ferro]total]das]amostras]coletadas] na]captação]durante]o]ano]de]moon]mostraram2se]dentro] da] faixa] moderada] de] risco0] 9om] relação] aos] valores] obtidos]das]analises]de]ferro]total/]no]mês]nncmoon]no] ponto]de]coleta]p-]°rio3]esse]parâmetro]foi]mais]alto]que] na]água]da]barragem]°pn]e]pm3/]provavelmente]devido]ao] permanente]carregamento]de]compostos]ferrosos]de]seu] leito0]observou2se]que]no]período]de]estiagem]os]teores] de]ferro]das]águas]represadas]permaneceram]constantes/] devido]à]sedimentação]dos]compostos]de]ferro]oxidado/] tanto]pela] turbulência] resultante]dos]ventos]na]coluna] de]água]como]pelo]próprio]oxigênio]molecular]gerado] pela] atividade] fotossintética] do] f toplancton] e] de] microorganismos0]nesse]mesmo]período/]foi]observado] que]os]teores]de]ferro]total]ao]longo]de]todo]o]sistema] de]irrigação/]desde]a]captação]de]água]da]barragem]no] ponto] °pn3/] até] a] distribuição] da] mesma] através] dos] emissores] de] gotejamento/] apresentaram2se] de] alto] risco]de]entupimento/]isto]é/]acima]de]n/l]mgcl/]mesmo] depois]de]todo]o]sistema]ter]sofrido]tratamento]físico2 químico] °aeração/] sedimentação/] f ltração] em] areia] e] tela30] dm] relação] ao] teor] de] ferro] ferroso] õem7/] somente] nos] períodos] de] alto] índice] pluviométrico] o] mesmo]passou]a]ser]detectado/]justamente]quando]outros] compostos] ferrosos] como/] por] exemplo/] derivados] de] vegetais] e] do] solo/] estavam] presentes0] no] ponto] de] amostragem]pm/]o]teor]de]õem7 das]amostras]apresentou2 se]semelhante]aos]do]ponto]pn/]porém]a]água]que]foi] captada]para]amostragem]no]ponto]pm]não]sofria]aeração] e]alimentava]o]sistema]de]irrigação]por]pivô]linear0]õoi] observada]uma]constante]deposição]de]hidróxido]férrico] nas]estruturas]metálicas]do]pivô/]desde]a] implantação] deste]sistema/]tal]fato]pode]ter]ocorrido]em]função]ou]da] oxidação]do]õem7]da]água]aspergida]pelo]pivô/]fazendo] apresenta]valores]acima]de]lo]mgcl]de]sólidos]suspensos] e]loo]mgcl]de]sólidos]dissolvidos/]pode]ocorrer]danos] moderado] ao] sistema] de] irrigação] localizada/] como] o] entupimento] de] emissores0] outro] problema] são] os] sólidos]dissolvidos]que]apresentam]sais]minerais/]sendo] que] seu] excesso] na] água] de] irrigação] pode] provocar] a] salinização] do] solo/] dif cultando] ecou] impedindo] a] planta]de]absorver]a]água]pelas]as]raízes][n(]0 figura 6. variação]de]oxigênio]dissolvido]ao]longo]da]coluna]d’água] da]barragem]salvador]lyra2sl]°pns/]pnm]e]pnõ/]respectivamente] superfície/]meio]e]fundo3/]durante]as]diferentes]datas]de]coleta0 9om] relação] ao] oxigênio] dissolvido/] as] amostras]analisadas]no]ponto]pn]apresentaram]pequena] variação] no] mês] oàc] moon0] smostras] do] ponto] pnõ] apresentaram] concentração] de] p/)] mgcl/] um] pouco] abaixo] dos] índices] observados] nas] águas] dos] pontos] pns] e] pnm] °respectivamente] (/-] e] (/m] mgcl] de] o m 3] °õigura]p30]nesse]mesmo]mês/]o] índice]pluviométrico] foi] baixo/] ocorrendo] possivelmente] uma] pequena] lixiviação] de] materiais] orgânicos] e] inorgânicos] das] encostas] para] dentro] da] barragem] e] nos] outros] dois] pontos] pm] e] p-] a] concentração] de] o08] apresentou2se] baixa]devido]à]oxidação]e]decomposição]dos]materiais] recentemente] carregados] ou] de] atividade] metabólica] dos] microorganismos0] s] concentração] de] oxigênio] dissolvido] é] um] parâmetro] importante] para] expressar] a] qualidade] de] um] ambiente] aquático] e] sua] redução] pode] ocorre] por] n6] razões] naturais/] principalmente] pela]respiração]dos]organismos]presentes]no]ambiente] 09/01 10/01 11/01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 o .d .m( m gm l-1 ) datasmdasmcoletas p1sm p1mm p1fm 84eclética química, 37, 79-86, 2012 e/ provocar/ entupimento/ [ôc]p/ [ô(]/ relatam/ que/ águas/ utilizadas/ em/ sistemas/ de/ irrigação/ localizada/ com/ concentração/de/ferro/maior/que/”úc/mg“l/contribuem/ para/ o/ crescimento/ de/ bactérias/ férricas/ f lamentosas/ que/ causam/ problemas/ de/ obstrução/ nos/ emissoresp/ hlém/ dissoú/ o/ ferro/ é/ essencial/ para/ o/ crescimento/ e/ desenvolvimento/ dos/ sistemas/ biológicos/ porque/ atua/ como/ um/ catalisador/ em/ alguns/ dos/ processos/ enzimáticos/ fundamentaisú/ incluindo/ o/ metabolismo/ de/oxigênioú/a/transferência/de/elétronsú/e/a/síntese/de/ +nh/ e/ rnhp/ no/ entantoú/ em/ ambientes/ aeróbiosú/ o/ ferro/é/encontrado/como/íon/férrico/altamente/insolúvel/ ou/como/complexo/de/hidróxidoú/e/estas/formas/limitam/ severamente/a/biodisponibilidade/do/ferrop/para/adquirir/ o/ferroú/a/maioria/dos/microrganismos/produzem/agentes/ quelantes/ef cientesú/de/baixo/peso/molecularú/chamado/ sideróforosú/ e/que/podem/carrear/ ferro/para/o/ interior/ das/células/via/transporte/ativop/ hs/ análises/ microbiológicas/ foram/ realizadas/ através/ de/ vários/ procedimentos/ culturaisú/ para/ isolamento/ e/ manutenção/ de/ “ferrobactérias”/ in/ vitrop/ hssimú/ dentre/ os/ cultivos/ utilizadosú/ o/ meio/ hgarh citrato/férrico/amoniacal/foi/o/que/melhor/favoreceu/o/ crescimento/ e/ resolução/ das/ colôniasú/ sendo/ utilizado/ posteriomente/ na/ forma/ sólida/ ou/ líquidaú/ para/ avaliação/da/utilização/ou/não/de/oxigênioú/constatouh se/que/as/bactérias/isoladas/são/aeróbiasp/nos/ensaios/de/ verif cação/da/utilização/de/ferro/pelas/bactérias/aeróbias/ detectadas/nas/ amostrasú/ empregouhseú/ entre/outrosú/ o/ caldo/nutritivo/jõ/contendo/um/prego/de/açohcarbono/ í(/cm/comprimentodp/hs/culturas/apresentam/excelente/ crescimento/ de/ bactérias/ que/ precipitam/ o/ ferro/ resultante/ da/ oxidação/ dos/ pregosp/ õontudoú/ quando/ colônias/dessas/bactériasú/cultivadas/por/(/dias/íô7°õd/em/ meio/hgarhcitrato/férrico/amoniacalú/foram/inoculadas/ em/água/de/poço/artesiano/com/alto/teor/de/ferro/e/de/ matéria/orgânicaú/não/observouhse/qualquer/crescimento/ das/mesmas/após/-ô/dias/de/incubação/íô7°õú/-””/rpmdp/ hlém/dissoú/as/culturas/isoladas/em/hgar/citrato/férrico/ amoniacal/e/posteriormente/inoculadas/nos/meio/hgar/ nutrientehamido/solúvelú/hgar/nutrientehcelulose/e/hgar/ nutrientehgelatinaú/nos/quais/o/ferro/não/está/presenteú/ cresceram/vigorosamentep/ho/isolarhse/ tais/bactérias/e/ realizarhse/a/série/de/testes/morfobioquímicos/clássicos/ para/sua/identif caçãoú/além/do/sistema/de/galerias/hp8/ í3iomerieux®ú/ àrançadú/ concluiuhse/ tratar/ da/ bactéria/ aeróbia/ pseudomonas/ aeruginosaú/ a/ qual/ é/ uma/ bactéria/gramhnegativa/encontrada/comumente/no/solo/ e/ na/ águaú/ mas/ também/ pode/ tornarhse/ um/ patógeno/ oportunista/ freqüentemente/ encontrada/ em/ hospitaisú/ com/que/ocorra/a/formação/de/àe/íosd e/ e/sua/deposição/ nas/estruturas/metálicasú/ou/a/corrosão/do/material/de/ revestimento/ das/ tubulações/ de/ açoú/ as/ quais/ liberam/ àerep/gá/com/os/pivôs/que/operam/com/a/água/captada/ no/ponto/p-ú/a/qual/passa/pelo/tubo/aerador/ou/percorre/ canais/ abertos/ que/ também/ possibilitam/ a/ aeração/ e/ precipitação/do/àereú/não/foi/observada/esta/deposiçãop o/ ferro/ é/ um/ macronutriente/ e/ tem/ a/ sua/ origem/na/dissolução/de/compostos/de/rochas/e/solosú/ sendo/um/elemento/abundante/e/encontrado/nas/águas/ naturaisú/superf ciais/e/subterrâneas/[-e]ú/apresentandoh se/ nas/ formas/ insolúvel/ íàered/ e/ dissolvida/ íàerôdp/ h/ forma/dissolvida/ocorre/onde/existe/baixa/concentração/ de/o+/[-c]p/h/concentração/de/ferro/no/meio/aquático/ depende/ de/ vários/ fatores/ ambientaisú/ sendo/ o/ psú/ a/ temperatura/ e/ o/ potencial/ redox/ os/ mais/ importantes/ [-e]p/htualmenteú/o/ferro/é/um/dos/principais/problemas/ na/ água/ de/ irrigação/ devido/ à/ capacidade/ de/ obstruir/ f sicamente/ as/ tubulações/ e/ emissores/ dos/ sistemas/ de/ irrigação/ localizadap/para/ [ôe]/ com/a/oxidaçãoú/ de/ àerô para/àereú/o/ferro/f ca/retido/nas/paredes/do/tuboú/ dessa/forma/ocasiona/o/aumento/nas/perdas/de/cargas/e/ comprometendo/do/sistema/de/irrigaçãop [-(]/estabeleceram/que/a/concentração/máxima/ de/ferro/nas/águas/de/irrigaçãoú/para/que/não/ocorra/à/ obstrução/ dos/ emissores/ de/ gotejamentoú/ deve/ ser/ equivalente/ou/menor/do/que/”úô/mg“lp/segundo/esses/ autoresú/águas/com/teores/de/ferro/total/entre/”úô/e/-ú(/ mg“l/ apresentam/ risco/ moderado/ para/ a/ obstrução/ dos/ microaspersoresú/ enquanto/ teores/ de/ ferro/ total/ maiores/ do/ que/ -ú(/ mg“l/ representam/ um/ alto/ riscop/ [-°]ú/ também/ classif caram/ as/ águas/ de/ irrigação/ em/ função/ dos/ teores/ de/ ferro/ que/ apresentam/ risco/ de/ entupimento/ dos/ emissoresú/ sendo/ seus/ critérios/ sensivelmente/diferentesú/ou/sejaú/águas/com/teores/de/ ferro/ total/ menor/ do/ que/ ”ú(/ mg“l/ apresentam/ baixo/ risco/de/obstruçãoú/enquanto/águas/com/teores/de/ferro/ total/ compreendidos/ entre/ ”ú(/ a/ -úô/ mg“l/ apresentam/ risco/moderadoú/e/aquelas/com/teores/maiores/do/que/ -úô/mg“l/apresentam/alto/riscop/ àoram/ notórias/ as/ incrustações/ de/ hidróxido/ férricoú/ em/ equipamentos/ ao/ longo/ do/ sistema/ de/ irrigação/ por/ gotejamentoú/ ocorrendo/ estas/ devido/ à/ precipitação/ de/ àere íferro/ oxidadod/ ou/ devido/ à/ formação/ de/ compostos/ férricos/ quando/ da/ passagem/ pelo/tubo/aerador/e/no/percurso/ao/longo/dos/canais/de/ irrigaçãop hlgumas/ bactérias/ f lamentosasú/ como/ jallionella/e/leptotrhixú/oxidam/o/àerô transformandoho/ em/àereú para/obterem/energiaú/e/este/pode/precipitarhse/ 85eclética química, 37, 79-86, 2012 emln httplffwwwfsindacucargalfcomfbrfhistoricofhtmfn ócessadonemn9cndenjulhonden9cvvf [8]n zâêóâgíóêí°)wn âfn xfyn àêzõ–wn éfn êfn úatern relationsn inn sugarcanen andn responsen ton watern def citsfn 6ieldn 7ropsn )esearchwnómsterdamwn vfn j9wn pfn vz4g9c9wn 9cc4f [5]nàqâzównkfnyfynêqâ)ón6zy–qwnxfyny_)ówn)fn6fn6fyn õ°qéq)qwnzfynàóâõqàwn°fnófynàzy’ównkfnyfynàzy’ówn áfn)fnõfyn7ó)ézêwnófn–fynóêq)zâwn°fn7fnónálisendan precipitaçãon pluvialn en temperaturan don arn nan regiãon don tabuleiron costeiron den êaceiówn óywn períodon den vju9g 9ccvfn )evistan írasileiran den ógrometeorologiawn àantan êariawnvfnv9wnnfnvwnpfnv8vgv5vwn9cc5 [4]n íq)x°àwnófn zrrigarn én precisoln êundon 7anawn àãon áaulownanonc9nn°nc9wnpfnv9gv8wnabrilnden9cvcfn°ntrevistan concedidanan6elipen6onsecaf [o]nàâé°â°f°êí)óáófnyevantamenton°xploratóriogn )econhecimentondensolosndon°stadondenólagoaswn)ecifewn vju4f [u]óá–ófnàtandardnmethodsfn ómericannáublicn–ealthn óssociationwnvjnednúashingtonwné7fnvjj4f [z]n 7ó)’óy–qwn 7fn õfnón presençan den 6errobactériasn emn áoçosn árofundosn non °stadon den êinasn xeraisfn éissertaçãon paran obtençãon den títulon den êestren emn °ngenharianàanitárianenómbientalndonéepartamentonden °ngenharianàanitárianenómbientaln–né°àón–ndanâ6êxfn éezembrondenvjj4f [j]n7yó)kwn6fnêfnetnalfn–eterotrophicnzrongárecipitatingn íacteriafn 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mortalidaden emn pacientesn comn f brosen cístican en imunocomprometidosfn áseudomonasn aeruginosansintetizandoisnprincipaisntiposndensideróforoswn istonéwnpioverdinanenpioquelinan[9ow9u]fn conclusão éen acordon comn an descriçãon don sisteman den irrigaçãonporngotejamentonendosnresultadosndasnanálisesn físicogquímicasn en microbiológicasn levantadosn nessen trabalhown non períodon den s9cccg9ccvtn concluiugsen quenon teornden ferronnasnáguasn represadasndanbarragemn àalvadorn yyran están ligadon àsn altasn concentraçõesn den compostosn ferrososn existentesn nosn solosfn kán osn altosn índicesn pluviométricosn carrearamn umn elevadon teorn den matérianorgânicandanmatanciliarnendonsolonparanoncorpon den águawn ocorrendon àn formaçãon den ferron livrefn 7omn relaçãon aon teorn den oxigênion dissolvidon podegsen dizern quenénsuf cientenparanoxidaçãoncompletandosnmateriaisn orgânicosn en inorgânicosn existenteswn porn outron ladown an concentraçãon den ferron én crescenten aon longon dan colunan d’náguandanbarragemnevidenciandonumancaptaçãoncomn teoresndenferronmaisnbaixosfn qn desenvolvimenton den algasn macróf tasn aon longon dan superfícien don corpon den águan favorecen an oxidaçãon don ferron solúveln en auxilian nan suan retençãon an níveln superf cialwn nasn análisesn microbiológicasn dasn águasnneutrasndanbarragemnfoinpermitidonon isolamenton den uman bactérian capazn den precipitarn en adsorvern ferrown correspondendon àn espécien áseudomonasn aeruginosawn an qualn produzn sideróforosfn ón populaçãon den bactériasn isoladasnnasnamostrasndendiferentesnprofundidadesndessan barragemnclassif cantaisnáguasnnancategoriandenaltonriscon denentupimentonbiológiconsán4cfcccncélulasfmytf agradecimentos âsinan7aetéf6ilialnêaritubaf referências bibliográficas [v]n7qâóín–n7ompanhianâacionalndenóbastecimentofn 7anangndegnaçúcarnlnàafran9cvcf9cvvfnõerceironlevantamenton janeironden9cvvfnéisponívelnemnhttplffwwwfconabfgovf brfqlala7êàfuploadsfarquivosfvv_cv_co_cj_v5_4c_ boletim_cana_8o_lev_safra_9cvc_9cvvffpdfwnócessadon emlnkunhonden9cvvf [9]n àindicaton dan zndústrian don óçúcarn en don álcooln non °stadon den ólagoasn sàindaçúcargóytfn éisponíveln 86eclética química, 37, 79-86, 2012 [lj]m vyz2kim zãm kã5m ü2kíà<íim hãüãm >ualidadem dem águam nam agriculturaãm àampinam órande3m z-whim l00lm 92studosm-v<3mêrrigaçãomemhrenagem(ã [lv]màvwzvimvã5mkàêà<j<é2imhãmüaterm>ualitymandm histributionm zniformitym inm hrip)êrrigationm kystemsãm áournalmvgricãm2ngãmzesãmvãmj8iml00vãm pãmyffm–my/fã [l0]m óvkívjhêéêim ºãm àãm àã5m º2éh<éçvim vãm kãm -ãmàonceitomparamamavaliaçãomdamqualidademdamáguaãmên3m wvê4vimáãmhãmhã5mwvê4vim2ãmºãmàãmhãm9<rgsã(míidrologiam aplicadam àm gestãom dem pequenasm baciasm hidrográf casãm wortomvlegre3mvhzíimn88yãcapãlimpãyçlyã [n8]m -zvéà<im zãm vãm ºãm >ualidadem dam águam param am irrigaçãom nam microbaciam dom córregom dom coqueirom nom noroestem paulistaãm hissertaçãom param obtençãom dem títulom dem ºestrem emm vgronomialm 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2]. “pinhão” (paraná pine seeds), is a source of complex carbohydrates: starch (~ 36%), proteins (~ 3%), lipids (~ 1%), soluble sugars (~2.4%), beyond fiber, minerals and phenolic compounds (< 0.2 mg %) [3]. “chestnut” seeds (castanea sativa, mill.), is multipurpose specie that is cultivated for timber, nut, tannin and contributes positively to the forestry landscape [4]. it seeds chestnuts are characterized by a limited shelf-life because of their high water activity and sugar contents [5]. european chestnut trees spread all over the world produce wood and chestnuts that have considerable economical value. in brazil, however, they are not products of economic interest; trees are growth for their landscape qualities in many farms and also in some public squares, mainly in southern region [6]. starch, a semi crystalline polymer, is composed of two polysaccharides: amylose and amylopectin. amylose, a mostly linear chain, typically consists up to 3000 glucose molecules interconnected primarily by a a-1,4 glycosidic linkages and is reported to contain a few branched networks [7]. amylopectin is a large branched polymer with linkages of a-1,4 that serve as the 7ecl. quím., são paulo, 34(1): 7-12, 2009 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 34, número 1, 2009 thermoanalytical study and characterization of native starches of paraná pine seeds (araucaria angustiofolia, bert o. ktze) and european chestnut seeds (castanea sativa, mill) s. c. w. bicudo1, i. m. demiate1, g. bannach1, l. g. lacerda2, m. a. s. carvalho filho3, m. ionashiro4 and e. schnitzler1* 1universidade estadual de ponta grossa – uepg. av. carlos cavalcanti, 4748. cep 84030-000 – ponta grossa – pr, brazil. 2universidade federal do paraná – ufpr. curitiba – pr. brazil 3universidade positivo – curitiba – pr. brazil 4universidade estadual paulista – unesp. instituto de química de araraquara araraquara – sp brazil *egons@uepg.br abstract: starch is the most important carbohydrate storage in plants. it is a raw material with diverse botanical origins, and is used by the food, paper, chemical, pharmaceutical, textile and other industries. in this work, native starches of paraná pine seeds (pinhão) (araucaria angustiofolia, bert o. ktze) and european chestnut seeds (castanea sativa, mill) were studied by thermoanalytical techniques: thermogravimetry (tg), differential thermal analysis (dta) and differential scanning calorimetry (dsc), as well as x-ray powder patterns diffractometry. apparent and total amylose content was also determined. keywords: starch; gelatinization; thermal analysis; enthalpy. eq01-af:modelo-af 7/20/09 10:08 pm página 7 backbone and a-1,6 bridges that serve as branching points [8]. thermogravimetry (tg) can be helpful to show the behavior of starch granules when heating leads to depolymerization [11; 17]. starch, when heated in the presence of excess water, undergoes the order to disorder phase transition known as gelatinization over a temperature range characteristic of the starch source. this phase transition is associated with diffusion of water into the granule, water uptake by the amorphous background region, hydration and radial swelling of the starch granules, loss of birefringence, loss of crystalline order, uptake of heat, uncoiling and dissociation of double helices in the crystalline regions and amylase leaching [9; 10; 15]. the gelatinization process, which is a function of the starch : water ratio, can be studied by differential scanning calorimetry (dsc). in recent years, substantial efforts have been made to obtain starches from non-conventional sources and to study their functional, rheological and physicochemical properties [13 15]. starch is used in the food industry to impart functional properties, and to modify food texture and consistency. both the amount of starch and its type are critical for the texture of a given product [14 16]. efforts have been made to find native starches with the necessary properties for the food industry (syneresis, transparency, freeze/thaw stability), with no chemical or genetic modification. in this way, the knowledge about the characteristics of different native starches is of great importance to select the most suitable starch for a specific application [2]. since pinhão and european chestnut were good sources of starch and they have a large potential for commercial use, the objective of this work was to evaluate some thermoanalytical and chemical, characteristics of these isolated starches. experimental both seeds were acquired in the local market at ponta grossa – pr – brazil. all chemicals used were analytical reagent grade. extraction and purification of each starch were performed as described in the literature [1]. after this procedure, the obtained starches were kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride until constant mass. tg and dta curves were recorded using a simultaneous tg 60 system (shimadzu) under a 100 ml min-1 air flow and a 10 oc min-1 heating rate of. the initial sample mass was about 9 mg. alumina crucibles were used for the tg and dta experiments. dsc curves were recorded using a dsc 60 (shimadzu) under an air flow of 100 ml min-1, heating rate of 5 oc min-1. sealed aluminum crucibles were used and the studies were carried out in order to study the gelatinization process, according the following conditions: 1st condition a 4:1 (water:starch w/w) mixture was prepared and left for two hours stirring in order to equilibrate the moisture content. with a micropipette 10 ml of this emulsion was transferred for an aluminum crucible, which was sealed and carried out in order to study the gelatinization process. the 2nd condition was: a 10:1 (water:starch w/w) was prepared directly by weighting 1,0 mg of each starch and up to this mass 10 ml of water was added; the aluminum crucible was sealed and after one hour a new dsc curve was realized. the 3rd condition was: a 5:1 (water:starch w/w) was prepared directly by weighting 2,0 mg of each starch and up to this mass 10 ml of water was added; the aluminum crucible was sealed and after one hour a new dsc curve was realized. x-ray diffraction powder patterns were obtained by using a d-5000 x ray diffractometer (siemens), with cuka radiation (l = 1.544 å) and a setting of 40kv and 20 ma. total and apparent amylose were determined according the technique described by hoower and ratnayake [12], in a spectrophotometer (shimadzu uv mini 1240) at l = 600 nm. the procedure for apparent amylose content was: starch sample (20 mg) was dissolved in 90% of dimethylsulfoxide (8 ml) in 10 ml at screw-cap reaction vials. the content of the vial was vigorously mixed for 20 min and then heated in a water bath (with intermittent shaking) at 85 oc for 15 min. the vial was then cooled to ambient temperature, and the content diluted with water to 25 ml in a volumetric flask. an aliquot (1.0 ml) of the diluted solution was mixed with water (40 8 ecl. quím., são paulo, 34(1): 7-12, 2009 eq01-af:modelo-af 7/20/09 10:08 pm página 8 ml) and 5ml of i2/ki solution (i2 = 2.5 x10 -3 mol l-1 and ki = 6.5 x 10-3 mol l-1) and then adjusted to a final volume of 50 ml. the contents were allowed to stand for 15 min at ambient temperature, before absorbance measurements at 600 nm. results and discussion the simultaneous tg and dta curves of the european chestnut and paraná pine seeds (pinhão) starches are shown in figure 1. 9ecl. quím., são paulo, 34(1): 7-12, 2009 figure 1. simultaneous tg and dta curves of: (a) european chestnut seeds starch, m = 9.46 mg, and (b) paraná pine seeds starch, m = 8.62 mg. the tg-dta curves of european chestnut starch seeds, fig 1(a), show mass losses in four steps and thermal events corresponding to these losses. the first mass loss between 30 – 126 oc (10.5 %) corresponding to the endothermic peak at 104 oc which is attributed to the dehydration, that occurs in a single step. once dehydrated, the compound is stable up to 270 oc and above this temperature the thermal decomposition occurs in three consecutive and/or overlapping steps between 270 and 520 oc. the first mass loss of the anhydrous compound observed between 270 – 345 oc with loss of 50 %, corresponding to the endothermic peaks at 308 and 323 oc, which is attributed to the thermal decomposition that occurs without oxidative process. the second mass loss, between 345 – 365 oc with loss of 15.9 %, corresponding to the sharp exothermic peak is ascribed to the oxidation of the organic matter. the profiles of the tg and dta curves in this step, suggest that the oxidation of the organic matter is accompanied by combustion. the last step, between 365 – 520 oc, with loss of 23.6 %, the mass loss occurs through a slow process corresponding to the small and broad exotherm between 370 and 410 oc and a sharp exothermic peak at 509 oc is attributed to the total oxidation of the organic matter. the tg-dta curves of paraná pine seeds starch, fig 1(b) show mass losses in three consecutive steps, in spite of the second mass loss to suggest two overlapping steps, and thermal events corresponding to these losses. the first mass loss observed between 30 – 128 oc, with loss of 9.4 %, corresponding to the endothermic peak at 104 oc is attributed to the dehydration that occurs in a single step. the anhydrous compound is stable up to 276 oc and above this temperature the thermal decomposition occurs in two consecutive steps between 276 and 550 oc. the first mass loss observed between 276 and 386 oc with loss of 70.5 %, corresponding to the endothermic peak at 310 oc, followed by a sharp exothermic one at 342 oc is attributed to the thermal decomposition that initiate without oxidative process, followed by oxidative one. the second mass loss that occurs between 386 and 550 oc, through a slow process with loss of 20.1 %, corresponding to the exothermic peaks at 381 and 538 oc, respectively is attributed to total oxidation of the organic matter. figure 2. dsc curves of european chestnut seeds starch (a) and paraná pine seeds (pinhão) starch (b), obtained at the 1st conditions. eq01-af:modelo-af 7/20/09 10:08 pm página 9 10 ecl. quím., são paulo, 34(1): 7-12, 2009 dsc curves of the european chestnut seeds starch and paraná pine seeds starch are shown at fig. 2. the instrument was calibrated with indium, and an empty aluminum crucible was used as reference. the characteristics of the transitions, including onset temperature (to), peak temperature (tp) and gelatinization enthalpy (dhgel) were calculated and show in table 1. the total amylose contents of starch samples were determined by the above procedure, but with prior defatting with hot n-propanol–water (3:1 v/v) for 7 h. in order to correct for over estimation of apparent and total amylose content (due to complex formation between i2 and the outer branches of amylopectin), amylose content was calculated from a standard curve prepared using mixtures of pure potato amylose and amylopectin (over the range 0–100% amylose). amylopectin (%) was calculated by subtraction of total amylose (%) of 100 %; amylose leaching (%) was obtained by subtraction of total amylose (%) and apparent amylose. the results are show at table 2. x-ray diffraction powder patterns of the studied starches are shown in figure 3. starches tend to present pertinent crystalline arrangements figure 3. x-ray diffraction powder patterns of the compounds: (a) european chestnut starch and (b) paraná seeds pine starch. eq01-af:modelo-af 7/20/09 10:08 pm página 10 depending on their botanical origin; the intensity of few diffraction peaks can suggest different characteristic of crystalline patterns. some authors classify the starches in three types: a-for cereals, b-for tuberous, banana and corn waxy, and c-for seeds and legumes [17 22]. in this work, the studied starches shown characteristics of the c-type. conclusions tg curves of european chestnut starch and paraná pine seeds starch show mass losses in four and three steps respectively; helped to observe the dehydration and the thermal stability of each raw starch sample, in agreement with endo or exothermic peaks observed at dta curves. by using dsc technique the starch gelatinization process was observed and determined the enthalpy according the experimental conditions, which should be observed carefully. x-ray diffraction confirmed the characteristic of native pattern c-type. acknowledgements authors thanks capes for financial support. received september 03 2008 accepted november 14 2008 11ecl. quím., são paulo, 34(1): 7-12, 2009 s. c. w. bicudo, i. m. demiate, g. bannach, l. g. lacerda, m. a. s. carvalho filho, m. ionashiro and e. schnitzler. estudo termoanalítico e caracterização de amidos nativos de sementes do pinheiro do paraná (araucaria angustiofolia, bert o. ktze) e sementes de castanha européia (castanea sativa, mill). resumo: o amido é o mais importante carboidrato de reserva em plantas. é uma matéria-prima originária de diversas fontes botânicas, e muito usado nas indústrias de alimentos, papéis, químicas, farmacêuticas, têxteis e outras. neste trabalho, amidos nativos das sementes de pinheiro do paraná (pinhão) (araucaria angustiofolia, bert o. ktze) e de castanha européia (castanea sativa, mill) foram estudados pelas técnicas termoanalíticas: termogravimetria (tg), análise térmica diferencial (dta) e calorimetria exploratória diferencial (dsc), bem como difratometria de raios-x. também os teores de amilose aparente e total foram determinados. palavras chave: amidos; gelatinização; análise térmica; entalpia. references [1] g. wosiacki and m. p. cereda. starch/stärke. 37, (7), (1985), 224. 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pesticida [2], óleo, cromatografi a, extração [3]. introdução óleos vegetais composição e propriedade dos óleos vegetais os óleos vegetais representam uma das três maiores categorias de produtos alimentícios, além das proteínas e carboidratos. como alimento energético o óleo fornece cerca de 9,5 kcal/g, quando metabolizado no organismo humano. ao passo que os carboidratos e proteínas apenas 4,0 kcal/g. além do valor energético são nutrientes essenciais á dieta humana. consistem predominantemente de triglicerídeos os quais são ésteres do glicerol e uma classe particular de ácidos graxos. os radicais de ácidos graxos sendo de alto peso molecular perfazem a maior parte da molécula do triglicerídeo constituindo a parte mais reativa [4]. agrotóxicos a obtenção do registro para uso de agrotóxicos no brasil é de competência do ministério da agricultura e da reforma agrária (mara) sendo formada por três relatórios. um relatório de efi ciência agronômica que a empresa registrante submete ao mara. um relatório toxicológico repassado ao ministério da saúde (ms) para análise e publicação da respectiva monografi a contendo os limites máximos de resíduos (lmr) ou, as tolerâncias e períodos de carência para as quais aquele pesticida está sendo registrado e um relatório de periculosidade ambiental que é encaminhado à secretaria nacional do meio ambiente (senam), onde serão avaliados os dados relativos aos aspectos ecológicos das substâncias em ecl. quím., são paulo, 35 3: 189 193, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 189 193, 2010190 ecl. quím., são paulo, 35 3: 189 193, 2010 191 artigo article artigo article estudo. após exames dos relatórios pelos órgãos responsáveis, os produtos e suas formulações são registrados no setor de agrotóxicos do mara com validade de 5 anos, podendo após este tempo serem renovados. estes registros podem ser cancelados a qualquer tempo caso ocorra comprovações científi cas de seus efeitos adversos anteriormente desconhecidos [5]. aldrin dieldrin endrin endosulfan cl cl cl clcl cl cl cl cl cl cl cl o cl cl cl cl cl o cl cl cl o s o o cl cl ccl2 figura 1. estrutura química dos pesticidas em estudados figura 2. fluxograma das etapas de extração em fase sólida resultados e discussão para estabelecer o procedimento analítico para análise dos compostos de interesse estudou-se a recuperação dos pesticidas com os seguintes solventes: n-pentano, tolueno, etanol, acetato de etila, hexano e acetona [9]. estudou-se também a viabilidade de uso de diferentes adsorventes: xad-2 e sílica conforme as tabelas abaixo: tabela 1. recuperações conseguidas das colunas empacotadas com sílica pesticidas aldrin dieldrin endrin endosulfan recuperação (%) 61,0 38,6 50,6 95,2 tabela 2. percentagem de recuperação de pesticidas por extração em fase sólida utilizando 10 g de adsorvente xad 2. eluente pesticidas aldrin dieldrin endrin endosulfan n pentano 28,6 27,5 23,2 2,1 tolueno etanol 38,8 33,9 30,1 0,8 somatória ( % de recuperação) 67,4 61,4 53,3 2,9 material e métodos coleta da amostras [6] as amostras foram obtidas no comércio local da cidade de são carlos-sp. reagente e soluções os padrões de pesticidas foram adquiridos da polyscience corporation. as soluções estoque a 1000 μg/ml foram preparadas em. acetona. principais equipamentos utilizados cromatógrafo gasoso shimadzu gc 17a equipado com um detector de captura de elétrons e uma coluna capilar contendo como fase estacionária 5%fenil-95% dimetil polisiloxano imobilizado (28m× 0,25mm×0,4μm) gentilmente cedida pela l&m. são carlos-sp [7]. acessórios seringa hamilton de 10μl com agulha capilar. coluna de vidro para extração em fase sólida de 20 cm de comprimento, 10 mm de diâmetro interno com torneira de tefl on. colunas pré-empacotadas com 1g de sílica com capacidade de 6 ml[8]. ecl. quím., são paulo, 35 3: 189 193, 2010192 ecl. quím., são paulo, 35 3: 189 193, 2010 193 artigo article artigo article tabela 3. recuperações de aldrin, dieldrin, endrin e endosulfan, obtidos por spe-si(1g), utilizando-se diferentes solventes extratores. solvente extrator recuperação dos pesticidas (%) aldrin dieldrin endrin endosulfan hexano 21,6 30,0 38,8 8,1 acetato de etila 93,4 140,9 91,2 24,9 verifi cou-se que as recuperações quando se trabalhou com colunas préempacotadas estava fora da faixa recomendada pela literatura (70 a 120%), (tabela 3). isso ocorreu provavelmente devido a um controle inadequado da pressão aplicada ao sistema de extração em fase sólida. o trabalho realizado com colunas empacotadas no laboratório permitiu resultados ente 61 a 95%, tabela 1 e 2[10]. a fi gura 3 mostra o cromatograma obtido da injeção do acetato de etila usado numa das eluições citadas. figura 3. cromatograma obtido da injeção de 1μl do acetato de etila obtido da coluna com 1g de sílica. a ordem de eluição dos compostos é: 1aldrin, 2 endosulfan, 3 dieldrin, 4 endrin. abstract: vegetable oil were introduced in human diet in the last decade to change the use of animal fats. the chemical products althrought utilized in correct manner can cause residues in food bring to healt there be a necessity of a constant monitoring of the concentration level the several agricultural products. the answer to this necessity has motivated the development of several of a methodology for simultaneous analysis of aldrin, dieldrin, endrin and endosulfan in vegetable oils by hrgc, using solid phase extraction (spe) using silica and xad-2. the recovery was 70-110% keywords: analysis, pesticide, oil, chromatography, extraction referências [1] h.w.lawson. standards fo fats & oil. 2ed wesport, (1985) 30. 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[10] t. wherner and j. n seiber. j. high resolut. chromatogr. 4(1981), 348. conclusões o método proposto é relativamente simples de fácil operação e custo mais baixo do que as metodologias de extração líquido-líquido, por exemplo. pode ser economicamente interessante também por reduzir os resíduos químicos gerados no laboratório. o procedimento pode ser testado para outras matrizes oleosas. agradecimentos e. b. s. dias agradece à coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior pela bolsa de mestrado concedida. e. b. s. dias, e. c. vilela, f. m. lanças. analysis of organochlorine pesticides in vegetable oils by high resolution gas chromatography (hrgc) introduction the l-amino acids and their compounds are used in biology, pharmacy, industry and laboratory reagents [1-3]. they also control transamination, decarboxylation and metabolism processes in human body. on the other hand, l-ascorbic acid (vitamin-c) is an important drug used against cancer, scurvy and reduced the risk of bronchitis or wheezing [4-6]. it is also an important drug to help the patient to increase the immune system. the person who suffered from aids has low concentration of vitamin-c. vitamin-c is also responsible for the functions of various body components and organs but also keeps in order the immune system [7, 8]. the deficiency of vitamin-c causes anemia, dental cavities and thyroid insufficiency. cd (ii) is the one of the toxic metal in the environment to which industrial civilization has exposed itself [9]. cd (ii) contents is fixed in human body but whenever the concentration of cd increases, the human being suffers from several severe diseases like cancer of the bladder, breast, intestine, leukemic system and sometimes death can also occur. till now, there is no suitable antidote available for cd toxicity. at present, h4edta and its derivatives are used for cd intoxication. initially they reduce the toxicity of cd (ii) but eventually increase the nephrotoxicity therefore; the uses of these drugs against cd (ii) toxicity are questionable [10]. the present study is related with 29ecl. quím., são paulo, 33(2): 29-36, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 study of complexes of cadmium with some l-amino acids and vitamin-c by voltammetric technique f. khan* and a. khanam electrochemical laboratory, department of chemistry dr. h. s. gour university, sagar 470003 (m.p.) india * faridkhan58@yahoo.com; farid.fk@rediffmail.com abstract: voltammetric technique was used to study the binary and ternary complexes of cadmium with l-amino acids and vitamin-c (l-ascorbic acid) at ph =7.30 ± 0.01, µ = 1.0m kno3 at 25ºc and 35ºc. cd (ii) formed 1:1:1, 1:1:2 and 1:2:1 complexes with l-lysine, l-ornithine, l-threonine, l-serine, l-phenylglycine, l-phenylalanine, l-glutamic acid and l-aspartic acid used as primary ligands and l-ascorbic acid used as secondary ligand. the trend of stability constant of complexes was llysine < l-ornithine < l-threonine < l-serine < l-phenylglycine < l-phenylalanine < l-glutamic acid < l-aspartic acid which can be explained on the basis of size, basicity and steric hindrance of ligands. the values of stability constant (log β) varied from 2.23 to11.33 confirm that these drugs i.e. l-amino acids or in combination with l-ascorbic acid or their complexes could be used against cd (ii) toxicity. the study has been carried out at 35ºc also to determine the thermodynamic parameters such as enthalpy change (∆h), free energy change (∆g) and entropy change (∆s) respectively. keywords: voltammetry; thermodynamic parameters; vitamin-c; cd (ii) complexes. eq04-af 26/6/08 11:41 page 29 the formation of binary and ternary complexes of cd (ii) with selected lamino acids and ascorbic acid by voltammetric technique with the view that these drugs or their metal complexes could be used against several severe diseases like cancer, aids and also metal toxicity. experimental the following chemicals were used for all polarographic experiments: hno3 (sigma), naoh (sigma), kno3 (fluka), gelatin (b.d.h.), cd(no3)2.4h2o (b.d.h.), l-amino acids (lobachem) and vitamin-c (ascorbic acid) (fluka) and their solutions were prepared in double distilled water. the purity of l-amino acids was checked by chromatography method [11]. the concentration of metal, kno3 and gelatin in test solution was 0.5 mm, 1.0 m and 0.001% respectively. the depolarizer and ligands (i.e. amino acid and vitamin-c) were taken in the ratio 1:30:30 in the case of ternary complexes and current – voltage curves were obtained at different ph values. it has been observed that the maximum shift of e1/2 was obtained within the ph range 7.10-8.50 but ph 7.30 was selected for studying the complexes in human blood ph [12, 13]. electrochemical experiments were made by simple dc polarography carried out on a manual polarograph using a (toshniwal pl-50) polyflex galvanometer. the polarographic cell was of laitinen and lingane type in which polarographic capillary of 5.0 cm in length with 0.04 mm in diameter was used. the m2/3 t1/6 value was 2.40 mg2/3 s-1/2 at 60.02 cm effective height of mercury. a systronic ph meter 361 was used to measure the ph of the analyte at 7.30±0.01 adjusted by using dilute solutions of hno3 or naoh as required. potassium dihydrogen phosphate-sodium hydroxide buffer was added to stabilize the ph of the analyte. electrochemical measurement was performed in the solutions of physiological ionic strength (1.0 m) kno3 as the supporting electrolyte while 0.001% gelatin was the maxima suppressor. the entire study was carried out at 298k and 308 k. result and discussion electrochemical investigation of cd (ii) complexes with l-amino acids and vitamin-c (lascorbic acid) was performed using simple polarography. cd (ii) gives a well defined two electron reversible reduction and diffusion controlled wave in 1.0m kno3 at ph=7.3±0.010at 25ºc [14, 15]. the metal ion and ligands were taken in the ratio 1:30 in binary complexes and 1:30:30 in case of ternary complexes and polarograms were taken at different ph values, it has been observed that the maximum shift of e1/2 was obtained at ph range 7.10-8.50 but ph 7.30 was selected for studying the complexes in human blood ph. all the waves of the complexes were reversible and diffusion controlled as clear from the plots between ed.e.vs. log (id – i) / i and id vs √h respectively [16]. binary complexes [cd _ l amino acidate] system: the pk values of amino acids were determined by titration method [17]. the concentration of the free ligand was calculated from pk2 value and ph of test solution. deford and hume [18] was used to determine the composition and stability constants of binary complexes of cd(ii) with l-lysine, lornithine, l-threonine, l-serine, l-phenylglycine, l-phenylalanine, l-glutamic acid and laspartic acid. the values of stability constants of binary complexes were given in table 1. the study has already been done at ph = 8.50[19], however the present study has been done at ph = 7.30 to compare the values of stability constants. [cd_ vitamin-c] complexes: the concentration of vitamin-c (l-ascorbic acid) in the analyte was varied from 50 mm to 200mm in 0.5 mm of cd (ii) in 1.0 m kno3 at ph = 7.30±0.01 at 25 ºc. lingane method [20] confirmed the formation of 1:1 and 1:2 complexes of cd (ii) with vitamin-c with stability constants logβ01=2.23 and logβ02=3.11 respectively. ternary complexes [cd _ l-amino acidate _ vitamin-c] complexes: the e1/2 values became more negative with addition of vitamin-c to [cd_l-amino acidate] [18] system at µ=1.0m kno3 and ph=7.30±0.01 show30 ecl. quím., são paulo, 33(2): 29-36, 2008 eq04-af 26/6/08 11:41 page 30 ing the formation of ternary complexes. the concentrations of the secondary ligand were kept constant at 0.025m and 0.05m while the concentration of primary ligand was varied from 0.50mm to 30.0 mm. the current voltage curves were drawn at ph=7.30±0.010. all the waves were found to be reversible and diffusion controlled. the schaap and mcmaster [21] method confirmed the formation of 1:1:1, 1:1:2 and 1:2:1 complexes of cd (ii) with llysine, l-ornithine, l-threonine, l-serine, lphenylglycine, l-phenylalanine, l-glutamic acid and l-aspartic acid and vitamin-c. the data and plots of fij[x, y] against [x] (where fij is a schaap and mcmaster function to evaluate the stability constant βij, x = l-lysine, y=vitamin-c and i and j are their stoichiometric numbers respectively} for [cd_l-lysinate_vitamin-c] system were given in table 2 and fig. 1 respectively. these functions 31ecl. quím., são paulo, 33(2): 29-36, 2008 table 1. stability constants of ternary complexes, metal ion cd(ii) = 0.5 mm; µ = 1.0 m; ph = 7.3±0.01; temperature = 25°c. (the values under bracket shows the values of stability constants calculated at ph = 8.50.) table 2. polarographic data and fij[x, y] values of [cd – l-lysinate –vitamin-c] system, cd(ii) = 0. 50mm, µ=1.0m kno3, ph = 7.30 ± 0.01, temp. = 25 ºc. eq04-af 26/6/08 11:41 page 31 were used to determine the stability constant of complexes. to know the values of β11 and β12, the study has been carried out at two constant concentration of secondary ligand [y] = [vitamin-c] at 0.025m and 0.05m respectively. the value of stability constants of complexes were given in table 1. the current voltage curves of [cd–l-lysinate–vitamin-c] at [vitamin-c] = 0.025m were given in fig. 2 and fig. 3 showed the polarographic experimental set up to study the interaction of cd (ii) with some lamino acids and vitamin-c. comparison of stability of binary and ternary complexes to compare the stability of binary and ternary complexes, the values of mixing constant log km were calculated by the following equation [21]. log km=log β11-1/2[log β02+ log β20] the values of log km are -0.345, -0.250, -0.105, -0.010, 0.035, 0.130, 0.280, 0.375 respectively, for {cd_l-lysinate_vitaminc}, {cd_l-ornithinate_vitaminc}, {cd_l-threoninate_vitamin-c}, {cd_l-serinate_vitamin-c, {cd_l-phenylglycinate_vitamin-c}, {cd_l-phe nylalaninate_vitamin-c}, {cd_l-glutamate_vitamin-},{cd_l-aspartate_vitamin-c} complexes respectively. the positive values of log km indicate that the ternary complexes are more stable than the binary complexes, while the negative values indicate that the binary complexes are more stable than ternary complexes. trend of stability constants of cd (ii) complexes the sequence of stability constants of complexes with respect to ligands is l-lys < lorn < l-thr < l-ser < l-phg < l-phe < l-glu < lasp. it has been observed that as the size of amino acids increased the stability of its complexes decreased [22]. the stability of l-amino acid complex also depends upon the chelate ring formation and basicities of ligands [23]. in this study, the stability of lysinate complex is minimum owing to the lowest pk value of l-lysine as expected [24]. in case of l-serine and l-threonine, the stability of the latter is less than the lserine complex owing to the fact that electron withdrawing ohgroup is nearer to l-threoninate complex than l-serinate complex, causing greater repulsive forces between metal and ohgroup in l-threonine complexes than l-serine complexes [25]. in case of l-phenylglycine and lphenylalanine, the order of stability is reversed i.e. l-phenylglycine < l-phenylalanine, this could be attributed to the presence of phenyl group lying at α-carbon atom in l-phenylglycine, whereas it is at β-carbon atom in case of l32 ecl. quím., são paulo, 33(2): 29-36, 2008 figure 1. plot of fij[x, y] vs. [x] for [cd (ii)-l-lysinate-vitamin-c] system. eq04-af 26/6/08 11:41 page 32 33ecl. quím., são paulo, 33(2): 29-36, 2008 figure 2. [cd llysinate vitamin-c] system, [vitamin-c]=0.025m. eq04-af 26/6/08 11:41 page 33 phenylalanine causing greater repulsive forces in the former than in the latter. the higher stability of l-aspartate complexes than l-glutamate complex is obvious from the chelate ring formation, in these amino acids, the aspartate forms one five and one sixmembered ring with the metal while l-glutamate forming one five and one seven-membered ring. as the size of ring in amino acid increases, the stability of complex decreases [26]. the stabilities of l-glutamate and l-aspartate complexes are greater than those of the l-lysinate, lornithinate, l-threoninate, l-serinate, l-phenylglycinate and phenylalaninate complexes due to large difference in their basic strength [27]. the same is evident from pk values of l-aminoacids [28]. in case of vitamin-c, oxygen of enediol group may take part in bond formation with cdii, formed a five membered ring [29]. it is clear from the values of stability constant of the complexes that vitamin-c and l-amino acids alone or in combination could be used to reduce the toxicity of cdii in vivo. one also to consider the quantity of drugs that should not be complexed to the other essential metals present in vivo and the same could be excreted easily from the body. on the other hand, the person who suffers from aids has low concentration of vitamin-c therefore; his resistance can be increased by ascorbic acid therapy. thermodynamic parameters the kind of complex species that can be measured with a mercury electrode depends on thermodynamic aspects [30]. thermodynamic parameters such as enthalpy change (∆h), free energy change (∆g) and entropy change (∆s) of the complexes have been calculated by the following equations [31]. ∆h = 2.303r t1 t2 (logk2logk1) / t2 t1 (1) ∆g = -2.303 rt logk (2) ∆g = ∆ht∆s (3) it is clear from the values of ∆s, ∆g and ∆h in table 3 that the values of ∆s are more negative at higher temperature and ∆g are less negative at higher temperature confirmed that complexes are not stable at higher temperature [32, 33]. the negative values of ∆h show that reactions are exothermic in nature. 34 ecl. quím., são paulo, 33(2): 29-36, 2008 figure 3. polarographic set up. eq04-af 26/6/08 11:41 page 34 conclusions in the present paper, interaction of cd (ii) between l-amino acids and vitamin-c in ph 7.30±0.01 was investigated using simple dc polarography. the results indicated that current voltage curves were reversible and diffusion controlled in 1.0m kno3 at ph =7.30 ± 0.01 at 25ºc and 35ºc .the stability constants varied from 2.23 to 11.33 which is quite reasonable values therefore, either l-amino acids alone or vitaminc or in combination or in the form of metal complex could be effective against cd (ii) toxicity and also be very much useful not only to control the aging process but also to prevent the hiv replication in vivo. the negative values of ?h indicated the exothermic nature of the metal-ligands interaction. the complexes were not stable at higher temperature which was confirmed by the values of µg and µs of complexes at higher temperature. acknowledgement the authors are thankful to head of the department of chemistry, dr. h. s. gour university, sagar for providing the laboratory facilities. received 03 january 2008 accepted 29 april 2008 references [1] j. brosnan, j. nutr. 130 (2000) 988s. 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américas do sul e central, como também em territórios da áfrica tropical. inúmeras espécies de lippia são usadas na medicina popular para o tratamento de resfriados, gripes, bronquites e tosse. as pesquisas referentes à composição química das espécies de lippia evidenciam, principalmente, os constituintes voláteis. entretanto, outras substâncias como alcalóides, taninos, flavonóides, iridóides e naftoquinonas também são citados. sobre a espécie lippia gracilis schauer, existem vários estudos dos constituintes voláteis, apresentando como principais compostos o timol e carvacrol, que tem forte atividade antimicrobiana contra fungos e bactérias. no entanto, as pesquisas sobre os constituintes fixos são poucos, evidenciando a grande necessidade de trabalhos que enfoquem outras classes de compostos. palavras-chave: lippia gracilis; óleo essencial; flavonóides; iridóides; naftoquinonas introdução www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 65 o uso de plantas com fins terapêuticos é uma tradição milenar presente nas culturas de várias nações, constituindo, ainda hoje, um recurso alternativo de grande aceitação [1]. entre as plantas utilizadas como medicinais, destacam-se as espécies da família verbenaceae pertencente à ordem lamiales. esta família compreende 35 gêneros e 1.035 espécies, muitos exclusivamente brasileiros, com distribuição tropical e subtropical. os gêneros mais representativos em número de espécies são: verbena, lippia, citharexylum, stachytarpheta, glandularia e duranta [2]. o gênero lippia, o segundo maior da família verbenaceae, possui aproximadamente 200 espécies de ervas, arbustos e pequenas árvores, cujos maiores centros de dispersão se encontram em países das américas do sul e central, como também em territórios da áfrica tropical [3-4]. os principais centros de diversidade específica do gênero lippia estão localizados no méxico e brasil, onde o maior número de espécies se encontra na cadeia do espinhaço, localizada nos estados de minas gerais, bahia e goiás [5]. aproximadamente 120 espécies de lippia encontram-se no brasil, distribuídas no cerrado e caatinga, onde se destacam por seu aspecto chamativo no período da floração e por seu aroma forte e geralmente agradável. destas espécies, a l. alba (mill.) n. e. brown (erva cidreira ou falsa melissa) é a mais conhecida e utilizada devido as suas propriedades medicinais [6]. no nordeste do país as espécies de lippia são usadas na medicina popular para o tratamento de resfriados, gripes, bronquites e tosse. em muitos casos, as partes usadas são as folhas e flores na forma de infusão ou decocto administradas oralmente ou através de emplastos [4, 6]. inúmeras espécies de lippia são empregadas na medicina tradicional no tratamento de patologias diversas e, como resultado, muitas têm sido investigadas do ponto de vista farmacológico revelando importantes propriedades tais como, ação sedativa, antiespamódica, estomáquica, antiinflamatória e antipirética de l. alba (mill.) n. e. brown [7]; efeito antisséptico, antiinflamatório e cicatrizante do extrato aquoso de l. sidoides cham [8]; ação contra a malária, no tratamento de hipertensão e combate à sarna de l. multiflora moldenke [9-10] e tratamento da tosse e bronquite de l. dulcis trevir [11]. além de suas propriedades medicinais, as folhas da maioria das espécies são utilizadas na preparação de alimentos [12]. neste aspecto é interessante ressaltar a importância de l. dulcis trevir., cujo principal componente das folhas e flores é a (+)-hernandulcina (1), uma molécula 1.000 vezes mais doce que a sacarose [4, 11, 13]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 66 algumas espécies de lippia têm sido utilizadas também no reflorestamento de áreas mineradas. lippia origanoides h.b.k., por exemplo, tem sido usada como espécie pioneira em regiões de minério de ferro que foram desativadas ou abandonadas na venezuela [14]. segundo pascual e colaboradores [4], algumas espécies de lippia, ao longo dos anos, tem apresentado problemas de nomenclatura botânica devido à dificuldade em torno da correta identificação de certas espécies causando a utilização de diversas sinonímias para uma mesma espécie em artigos científicos. l. alba (mill.) n. e. br., por exemplo, apresenta várias sinonímias e pode receber o nome de l. geminata microphylla griseb, l. germinata h.b.k., l. globiflora kuntze, l. lantanoides coult, lantana alba mill e phyla germinata h.b.k.. com o propósito de contribuir para uma solução, a sistematização das informações referentes à denominação botânica de espécies do gênero lippia foi realizada pela revisão do registro dessas espécies no inpi (the international plant names index). nesta revisão algumas espécies vêm classificadas, ora como binômio válido, ora como sinonímias. dentre estas espécies, a l. gracilis apresentou dois binômios válidos, sendo eles: l. gracilis schauer e l. gracilis phil. a espécie lippia gracilis schauer lippia gracilis schauer é uma planta aromática endêmica do nordeste brasileiro, próprio da vegetação semi-árido, conhecida popularmente como alecrim-da-chapada ou alecrim-de-serrote. é encontrada predominantemente nos estados da bahia, sergipe e piauí [15]. apresenta-se como um arbusto de aproximadamente 2,5 cm de altura, bem ramificada, de folhas pequenas e flores brancas, ambas bastante odoríferas. as folhas de l. gracilis são ricas em óleo essencial com significativa atividade antimicrobiana contra fungos e bactérias [16]. além disso, elas são bastante usadas nas infecções da garganta e boca, problemas vaginais, tratamento da acne, panos brancos, impigens, caspa, queimaduras e feridas [17-18]. constituintes químicos os estudos referentes à composição química das espécies de lippia evidenciam, principalmente, os constituintes voláteis. entretanto, outras substâncias como flavonóides, iridóides e naftoquinonas também são citados com freqüência [19-25]. alguns alcalóides foram identificados na l. dulcis trevir, l. germinata h.b.k., l. nodiflora (l.) michx e l. turbinata griseb [26-28] enquanto que taninos são encontrados na l. alba (mill.) n.e. brown [28-29]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 67 triterpenos e derivados de esteróides, geralmente identificados como saponinas, foram relatados na l. alba (mill.) n.e. brown, l. javanica (n.l.burm.) spreng., l. rehmani h.h.w. pearson e l. turbinata griseb [26, 28-31]. atualmente existe um grande número de estudos fitoquímicos e farmacológicos de l. alba (mill.) n.e. brown e l. multiflora moldenke, no entanto para as outras espécies os estudos são poucos no que se refere aos aspectos químicos. óleo essencial a composição química do óleo essencial de muitas espécies de lippia tem sido investigada através de cromatografia gasosa e, com base nos dados publicados, percebe-se que limoneno (2), β-cariofileno (3), p-cimeno (4), cânfora (5), linalool (6), α-pineno (7) e timol (8) são os componentes que aparecem com maior freqüência [4, 32]. além destes, foi isolado de l. dulcis a (+)-hernandulcina (1), (+)-4β-hidroxihernandulcina e (-)epihernandulcina (9) [11-12]. outro estudo da mesma planta relatou a presença de seis novos sesquiterpenos do tipo bisabolano das partes áreas, o peroxilippidulcinas a-c (10-12), peroxilippidulcinas b (13), epilippidulcinas b (14) e c (15), lippidulcina a (16) e epilippidulcina a (17) [33]. no gênero lippia, a secreção de óleos essenciais tem sido associada à presença de tricomas, os quais normalmente são de formas variadas entre grupos vegetais, mas em geral uniformes dentro de um mesmo táxon [34]. os constituintes dos óleos essenciais são muito instáveis a presença de luz, calor e umidade, conseqüentemente o horário de colheita do material vegetal pode influenciar direta ou indiretamente nos processos do metabolismo secundário que resultam em variações quantitativas e qualitativas do óleo essencial [34]. a composição química do óleo de l. gracilis schauer mostra flutuações quantitativas dos componentes majoritários, provavelmente devido a condições genéticas, em função do local e condições em que a planta é cultivada. neves e colaboradores [35] realizaram por cromatografia gasosa (cg) e cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (cg/em) a determinação dos compostos químicos presentes no óleo essencial de l. gracilis schauer em dois locais da caatinga de pernambuco, buíque e ouricuri. o estudo mostrou a presença de carvacrol (18) e p-cimeno (4) como ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 68 constituintes principais em buíque e timol (8), γ-terpineno (19) e 4-metoxi-acetofenona (20) como compostos majoritários em ouricuri. o óleo essencial de l. gracilis também tem sido investigado em outros estados do nordeste do brasil, como ceará, piauí e sergipe. no ceará o óleo essencial foi caracterizado por timol (8) (30,6%) e p-cimeno (4) (10,7%) como componentes majoritários [16], no piauí tem-se o carvacrol (18) (47,7%) e o p-cimeno (4) (19,2%) [18] e em sergipe, o carvacrol (18) (23,52%), p-cimeno (4) (15,82%), γ-terpineno (19) (14,17%) e mentol (21) (10,97%) [36]. os compostos químicos presentes no óleo essencial, principalmente os monoterpenos carvacrol e timol, das espécies do gênero lippia tem apresentado forte ação contra bactérias e fungos. neste contexto, a l. origanoides h.b.k. apresentou atividade frente a bactérias como staphylococcus aureus meticilino resistente e l. sidoides cham. contra escherichia coli, enterococcus faecalis, salmonela enteritidis, serratia marcescens, candida albicans e mycobacterium smegmatis [12, 16-17, 37-38]. um estudo realizado por albuquerque e colaboradores [39] mostrou que o óleo essencial da l. gracilis schauer possui atividade antimicrobiana contra fungos e bactérias endofíticas de helicônias. o óleo apresentou uma inibição de 100% contra os fungos geotrichum candidum, trichoderma viride, torula herbarum, paecillomyces sp, aspergillus nidulans, fusicoccum sp, aspergillus flavus e paecillomyces aeruginens; 95,58% contra curvularia lunata e de 89,40% contra aspergillus niger. as bactérias salmonela choleraceuis-diarizonae, enterobacter asburiae, bacillus thuringiensis, bacillus pumilis, kleibsiella pneumoniae, enterobacter hormaechei e bacillus cereus foram todas inibidas na presença do óleo essencial de l. gracilis. essa ação foi associada à presença de dois monoterpenos fenólicos, o carvacrol (41,77%) e o timol (10,13%). fitoconstituintes flavonóides os flavonóides representam um dos grupos fenólicos mais importantes e diversificados entre os produtos de origem vegetal, aparecendo com relativa freqüência em espécies deste gênero. eles possuem a capacidade de modular a atividade de enzimas e afetar o comportamento de muitos sistemas celulares, sugerindo que muitas espécies podem possuir efeitos anti-hepatotóxico, antialérgico, antiinflamatório, antiosteoporótipo e até antitumoral [40]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 69 a maioria dos flavonóides identificados no gênero lippia são flavonas, sendo as mais freqüentes as 6-hidroxiflavonas, metoxiflavonas e alguns sulfatos de flavonas (mono e disulfatos) [4]. pascual e colaboradores [4] relataram a presença de duas flavanonas, a naringenina (22) e a pinocembrina (23), na espécie l. graveolens. em 2007, lin e colaboradores [25] identificaram nove novas flavanonas do extrato hidroalcoólico (meoh:h2o 70:30 v/v) das folhas de l. graveolens por lc-dad-esi/msd. o estudo a respeito dos flavonóides foi realizado principalmente nas espécies l. citriodora (ort.) h.b.k. e l. nodiflora (l.) michx. no total, são aproximadamente 56 ocorrências de flavonóides no gênero lippia, sendo 45 derivados de flavonas (24) e 11 derivados de flavanonas (25), como mostrado na tabela 1. tabela 1: flavonóides isolados de espécies do gênero lippia. compostos espécies autor(es)/ano apigenina (5,7,4’-oh flavona) l. citriodora l. graveolens [19, 21-22, 25] apigenina-7-o-glicosil l. graveolens [25] apigenina-7-glucoronil-glicosil l. triphylla [55-56] apigenina-6-ome-7-metil éter l. sidoides [57] cirsiliol (5,3’,4’-oh-6,7-ome flavona) l. citriodora [19, 21-22] cirsimaritina (5,4’-oh-6,7-ome flavona) l. citriodora l. sidoides l. dulcis [19, 21-22, 33, 42, 57] crisoeriol (5,7,4’-oh-3-ome flavona) l. citriodora [19, 21-22, 25] diosmetina (5,7,3’-oh-4’-ome flavona) l. citriodora [19, 21-22, 25] diosmetina-7-glucoronil-glicosil l. triphylla [55, 56] eupafolina (5,7,3’,4’-oh-6-ome flavona) l. citriodora [19, 21] eupatorina (5,3’-oh-6,7,4’-ome flavona) l. citriodora l. dulcis [19, 21-22, 25, 33] eupatilina (5,7-oh-6,3’,4’-ome flavona) l. dulcis [33] galangina (3,5,7-oh flavona) l. graveolens [25] metil-galangina l. graveolens [25] jaceosidina (luteolina-6-ome-3’-metil éter) l. nodiflora [56] jaceosidina-7-sulfato l. nodiflora [56] ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 70 jaceosidina-7,4’-disulfato l. nodiflora [56] luteolina (5,7,3’,4’-oh flavona) l. citriodora l. graveolens l. sidoides [19, 21-22, 25, 42, 57, 58] luteolina 6-oh l. citriodora l. graveolens l. nodiflora [19, 21-22, 55] luteolina-7-o-β-glicosil l. citriodora l. graveolens [19, 21-22, 25] luteolina-6-oh-6-sulfato l. citriodora [19, 21-22] luteolina-6-oh-7-sulfato l. citriodora [19, 21-22] luteolina-6-oh-6,7-disulfato l. citriodora [19, 21-22] luteolina-6-oh-7-o-hexosil l. graveolens [25] luteolina-6-oh-7-o-ramminosil l. graveolens [25] luteolina-glucoronil-glicosil l. triphylla [55-56] lippiflorina a (luteolina-6-oh-7-arabinosil) l. citriodora [19, 21-22] lippiflorina b (luteolina-6-oh-7-arabinosil-4’– ramnosil) l. citriodora [19, 21-22] luteolina-7-glicosil l. citriodora [19, 21-22] luteolina-6-oh-7-apiosídeo l. citriodora [19, 21-22] nepetina (luteolina-6-ome) l. nodiflora [56] nepetina-3’,4’-disulfato l. nodiflora [56] nepetina-7-sulfato l. nodiflora [56] nodifloretina (luteolina-6-oh-3’-metil éter) l. nodiflora [56] nodifloretina-7-sulfato l. nodiflora [56] nodifloretina-6,7-disulfato l. nodiflora [56] pectolinarigenina (5,7-oh-6,4’-ome flavona) l. citriodora l. dulcis [19, 21-22, 33] salvigenina (5-oh-6,7,4’-ome flavona) l. citriodora l. dulcis [19, 21-22, 33] scutellarein (5,6,7,4’-oh flavona) l. graveolens [25] scutellarein-7-o-hexosil l. graveolens [25] scutellarein-6-metil l. graveolens [25] scutellarein-6,7-dimetil l. graveolens [25] 5-4-oh-6,7ome flavona l. sidoides [22, 42, 57] 5,3’-oh-6,7,4’,5’-ome flavona l. dulcis [33] quercetina (3,5,7,3’,4’-oh flavona) l.aff. gracilis l. dulcis l. graveolens [19, 21-23, 25, 33, 42, 57-58] ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 71 l. sidoides eriodictiol (5,7,3’,4’-oh flavanona) l. graveolens [25] eriodictiol-7-o-glicosil l. graveolens [25] naringenina (5,7,4’-oh flavanona) l. graveolens [20, 25] pinocembrina (5,7-oh flavanona) l. graveolens [20, 25] sakuranetina (5,4’-oh-7-ome flavanona) l. graveolens [25] 5,6,7,3’,4’-oh flavanona l. graveolens [25] 5,6,7,3’,4’-oh-7-o-hexosil flavanona l. graveolens [25] 3,5,6,7,4’-oh flavanona l. graveolens [25] 3,5,6,7,4’-oh-7-o-hexosil flavanona l. graveolens [25] 3,5,6,7,4’-oh-2-o-hexosil flavanona l. graveolens [25] taxifolina (3,5,7,3’,4’-oh flavanona) l. graveolens l. sidoides [25, 57-58] naftoquinonas as naftoquinonas não são freqüentes nas espécies do gênero lippia. no entanto, no extrato metanólico das folhas e ramos de l. sidoides foi isolado o lapachenol (26), o isocatalponol e o 6oxo-3,4,4a,5-tetrahidro-3-hidroxi-2,2-dimetilnafto-1,2-pirano (27) [41]. o lapachenol (26) também foi relatado na l. graveolans e l. aff. gracilis [20, 23]. em l. sidoides também foi isolado uma nova naftoquinona dimérica prenilada, a lippidoquinona (28) [42]. algumas naftoquinonas são bactericidas e fungicidas enquanto outras apresentam atividade antiprotozoários e antivirais. entretanto, nenhuma naftoquinona natural é atualmente utilizada com fins terapêuticos [38, 43-44]. iridóides outro componente presente em espécies de lippia são os iridóides glicosilados. eles são produtos do metabolismo secundário de alguns grupos vegetais e desempenham um papel de proteção contra predadores, principalmente herbívoros, por serem venenosos ou amargos [4, 45]. nas plantas, os iridóides apresentam uma pronunciada distribuição em angiospermas, notadamente nas lamiaceae, verbenaceae, scrophulariaceae e plantataginaceae sendo, muitas vezes, utilizados como marcadores taxonômicos a nível de gênero e subgênero [46]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 72 inúmeras publicações demonstram as propriedades biológicas dos iridóides tais como, antiviral, antimicrobiana, antitumoral, hemodinâmica, vasoconstritora, hepatoprotetora e antiinflamatória [47-51]. rastrelli e colaboradores [52] investigaram as folhas de l. graveolens da guatemala e isolaram dez iridóides, sendo alguns deles secoiridóides glicosilados. os menos freqüentes foram secologanina (29), secoxiloganina (30), dimetilsecologanosida (31), ácido logânico (32), loganina (33), ácido 8-epi-loganina (34) e carioptosida (35) e os majoritários foram o ácido carioptosídico (36) e seus derivados 6’-o-p-coumaroil (37) e 6’-o-caffeoil (38). os iridóides teviridosídeo (39) e tevesídeo-na (40) foram isolados das espécies l. alba, l. javanica, l. turbinata, l. angustifolia, l. arechavaletae, l. ramboi e l. thymoides [53-54]. nas espécies l. citriodora e l. nodiflora foram identificados genoposídeo (41), presente também na l. alba, ácido genoposídeo-na (42) e mussaenosídeo (43) [4]. em 2006, barbosa e colaboradores [24] isolaram do decocto das folhas de l. alba um novo iridóide chamado shanzshida (44), enquanto que sena filho e colaboradores [46] isolaram da mesma planta o teviridosídeo (39), mussaenosídeo (43) e gardosídeo (46). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 73 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 74 agradecimentos à universidade federal de sergipe (ufs) pela bolsa de estudo e ao cnpq. referências bibliográficas [1] h. s. santos, f. m. r. mesquita, t. l. g. lemos, f. j. q. monte, r. braz-filho, quím nova 31(3) (2008) 601. 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of sodium and potassium concentrations in diet and non-diet soft drinks. higher sodium concentrations were found in the diet samples due to the utilization of sodium salts of cyclamate and saccharine as sweeteners. the ce-c4d method can be used by food industries and health regulatory agencies for monitoring sodium and potassium content, not only in soft drink but in many others food products. keywords: capillary electrophoresis, capacitively coupled contactless conductivity detection, soft drinks, sodium, potassium introduction sodium and potassium concentrations in foods are important nutritional information especially for people suffering from arterial hypertension since high sodium intake leads to blood pressure increase, stroke, heart attack, and others diseases [1]. on the other hand, potassium is also involved in the control of many human physiological processes, such as arterial pressure and urinary calcium excretion [2]. therefore monitoring potassium and sodium content in foods is always required by industries and health regulatory agencies. diet soft drinks consumption has dramatically increased since the last decade, not only among people that suffer from diabetes, but particularly by those that follow low calories diet in order to control or loose weight. the low calories in diet soft drinks are attained by adding of a combination of artificial sweeteners (cyclamate, saccharine, acesulfame, and aspartame) instead of carbohydrates, such as glucose and sucrose [3]. however some of these sweeteners are usually added as sodium salts (cyclamate and saccharine) what makes diet soft drinks richer in sodium than ordinary soft drinks. on the other hand, diet soft drinks sweetened with acesulfame generally present a higher concentration of potassium than the non-diet version, since acesulfame potassium salts are usually used. aspartame addition does not contribute to increase neither potassium nor sodium concentration since this peptide is added as a non-salt-type. potassium and sodium concentrations are usually determined by atomic absorption or emission techniques. nevertheless, ce can be an advantageous alternative method for this application because it is a powerful separation technique, mainly for ionic compounds [4-5]. ce is able to ecl. quím., são paulo, 34(3): 51 56, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(3): 51 56, 200952 artigo article separate analytes in a short time with good resolution and small sample consumption (nl). the coupling of ce and c4d is more suitable for small ions detection than the usually indirect uv-vis detection method. although utilization of c4d [6-7] is relatively recent it has been applied for determination of several cations, anions [8-9], sugars [10], amines [11] and biomolecules [12] in different kinds of samples. here we use the ce-c4d for comparing potassium and sodium concentrations in diet and normal soft drink. experimental reagents and solutions analytical grade lactic acid (lac), l-histidine (his), kcl, nacl, and licl were used as received (fluka, bucks, switzerland). deionized water (nanopure uv system-barnstead, dubuque, ia, usa) was used for solutions preparation. a 20 mmol l-1 his/lac buffer at ph 5.0 was used as background electrolyte (bge). stock solutions (100 mmol l-1) of the k+, na+, and li+ were prepared by dissolving the solids in deionized water. standard solutions were prepared by dilution of the stock solutions as required. sample preparation three different commercial, non-diet and diet, soft drinks were acquired at local market. two of the samples were guarana-flavoured soft drinks (samples a and b) and another one was a cola soft drink (sample c). the samples were degassed with ultrasonic bath during 10 min and diluted with deionized water as required. lithium was introduced (100 µmol/l in the samples) as internal standard. ce separation a commercial waters ce system with adapted c4d was used for the analysis. the control and data acquisition was carried out with a computer interfaced to the equipment. a 50 cm long bare fused-silica capillary with internal diameter of 75 µm was used. the effective separation length was 40 cm, i.e. detector was placed at 10 cm from the capillary end. the detector was operated at 560 khz and 2 v peak amplitude. the separation voltage was 25 kv. results and discussion figure 1 shows electropherograms for separation of k+, na+ and li+ (internal standard) in a standard solution and samples of non-diet and diet soft drinks. as we can see separations with good peak resolution were attained in less than 2.5 min. ecl. quím., são paulo, 34(3): 51 56, 2009 53 artigo article fused-non-fused-figure 1 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 * * * 32 a 1 b c si gn al / v time / min figure 1. electropherograms: (a) standard solution containing 100 µmol l-1 of (1) potassium, (2) sodium, and (3) lithium (internal standard); (b) non-diet and (c) diet soft drinks diluted 10-fold with deionized water. running buffer: 20 mmol l-1 his/ lac. separation voltage 25 kv; gravity injection at 100 mm for 30 s; fusedsilica capillary with 75 µm inner diameter and 50 cm long (40 cm effective); (*) not identified peaks. table 1 shows the main analytical characteristics of the ce method. table 1. analytical characteristics of the ce method analytes loda (mg l-1) loda (mol l-1) loqb (mg l-1) loqb (mol l-1) sensitivity (v min mol-1 l) r2c k+ 0.13 3.26 x 10-6 0.43 1.08 x 10-5 0.25 0.996 na+ 0.13 5.57 x 10-6 0.43 1.86 x 10-5 0.19 0.993 a limit of detection for snr = 3; b limit of quantification for snr = 10; c regression coefficient (concentration range: 20 to 100 µmol l-1) table 2. concentrations of k+ and na+ in the evaluated soft drinks samples k+ (mg l-1) na+ (mg l-1) a 24 ± 4 61 ± 5 a* 15.1 ± 0.8 181 ± 24 b 22 ± 2 68 ± 2 b* 9 ± 1 124 ± 17 c 25 ± 3 43 ± 6 c* 67 ± 3 193 ± 6 * diet version of the soft drinks table 3. sweeteners present in the evaluated diet soft drinks. sweeteners samples that contain* added as potassium salt added as sodium salt saccharine a, b no yes cyclamate a, b, c no yes acesulfame c yes no aspartame b, c no no * only in diet version a limit of detection for snr = 3; b limit of quantification for snr = 10; c regression coefficient (concentration range: 20 to 100 µmol l-1) ecl. quím., são paulo, 34(3): 51 56, 200954 artigo article table 2 shows the results for potassium and sodium determination in the soft drink samples. table 2. concentrations of k+ and na+ in the evaluated soft drinks table 1. analytical characteristics of the ce method analytes loda (mg l-1) loda (mol l-1) loqb (mg l-1) loqb (mol l-1) sensitivity (v min mol-1 l) r2c k+ 0.13 3.26 x 10-6 0.43 1.08 x 10-5 0.25 0.996 na+ 0.13 5.57 x 10-6 0.43 1.86 x 10-5 0.19 0.993 a limit of detection for snr = 3; b limit of quantification for snr = 10; c regression coefficient (concentration range: 20 to 100 µmol l-1) table 2. concentrations of k+ and na+ in the evaluated soft drinks samples k+ (mg l-1) na+ (mg l-1) a 24 ± 4 61 ± 5 a* 15.1 ± 0.8 181 ± 24 b 22 ± 2 68 ± 2 b* 9 ± 1 124 ± 17 c 25 ± 3 43 ± 6 c* 67 ± 3 193 ± 6 * diet version of the soft drinks table 3. sweeteners present in the evaluated diet soft drinks. sweeteners samples that contain* added as potassium salt added as sodium salt saccharine a, b no yes cyclamate a, b, c no yes acesulfame c yes no aspartame b, c no no * only in diet version * diet version of the soft drinks table 3. sweeteners present in the evaluated diet soft drinks. table 1. analytical characteristics of the ce method analytes loda (mg l-1) loda (mol l-1) loqb (mg l-1) loqb (mol l-1) sensitivity (v min mol-1 l) r2c k+ 0.13 3.26 x 10-6 0.43 1.08 x 10-5 0.25 0.996 na+ 0.13 5.57 x 10-6 0.43 1.86 x 10-5 0.19 0.993 a limit of detection for snr = 3; b limit of quantification for snr = 10; c regression coefficient (concentration range: 20 to 100 µmol l-1) table 2. concentrations of k+ and na+ in the evaluated soft drinks samples k+ (mg l-1) na+ (mg l-1) a 24 ± 4 61 ± 5 a* 15.1 ± 0.8 181 ± 24 b 22 ± 2 68 ± 2 b* 9 ± 1 124 ± 17 c 25 ± 3 43 ± 6 c* 67 ± 3 193 ± 6 * diet version of the soft drinks table 3. sweeteners present in the evaluated diet soft drinks. sweeteners samples that contain* added as potassium salt added as sodium salt saccharine a, b no yes cyclamate a, b, c no yes acesulfame c yes no aspartame b, c no no * only in diet version* only in diet version sodium benzoate, added as conservative, is the main sodium source in non-diet soft drinks. in diet soft drinks sweeteners (cyclamate and saccharine) are added in a sodium-salt-type. for all diet soft drinks studied here higher sodium concentrations were found compared to non-diet version. therefore, people that need to control sodium intake has to moderate the consumption of diet soft drink, especially those containing cyclamate and saccharine. although aspartame addition does not provide increase in the sodium concentration the diet version of the samples b and c also show higher sodium content than the non-diet version. this can also be explained by the presence of sodium cyclamate and saccharine salts in these samples. diet soft drinks generally contain a combination of two or more sweeteners in order to improve taste and the sweetening power [3]. for all samples potassium concentrations were found to be lower than the respective sodium ones. the diet version of sample c presents the highest potassium content (see also figure 2), which is larger than sodium concentration in the non-diet version. this can be understood by considering the manufacturer information that acesulfame is added (see table 3) as potassium salt in the diet version of sample c. ecl. quím., são paulo, 34(3): 51 56, 2009 55 artigo article 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 0.2 0.4 0.6 0.8 * * * 3 2 1 b a si gn al / v time / min figure 2. electropherograms for (a) diet and (b) respective non-diet version of soft drinks diluted 25-fold with deionized water. running buffer: 20 mmol l-1 his/lac. separation voltage 25 kv; gravity injection at 100 mm for 30 s; fused-silica capillary with 75 µm inner diameter and 50 cm long (40 cm effective); peaks: (1) potassium, (2) sodium, (3) lithium that was used as internal standard (100 µmol l-1), and (*) not identified peaks. conclusions sodium and potassium content in foods have gained a huge importance because depending on the level intake these nutrients can be harmful or beneficent to the human health. ce-c4d method used in this work is shown to be a rapid and low sample consumption (nl) analytical technique for potassium and sodium determination in soft drinks. results obtained for soft drinks consumed in the brazilian market show that diet version of soft drinks usually contain higher sodium concentration than non-diet version. that information is certainly helpful for people that need to control sodium intake. hence, the ce-c4d technique can benefit food industries and health regulatory agencies in monitoring concentrations of potassium, sodium, and other cations not only in soft drinks, but also in many others food products. acknowledgments this work was supported by the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fafesp), fundação de apoio ao ensino, à pesquisa e à extensão da unicamp (faepexunicamp), and conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). ecl. quím., são paulo, 34(3): 51 56, 200956 artigo article references [1] g. a. macgregor, am. j. kidney dis. 37 (2001) s34. 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[12] e. samcova, p. tuma, electrophoresis 18 (2006) 152. 1083.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 147 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 4: 147 152, 2010 potentiometric quantification and speciation of oxygenated groups in humic substances using best7 software 1 2,* 3 3denise de oliveira vaz , andreia neves fernandes , bruno szpoganicz , maria marta d. sierra 1unidade de serviços tecnológicos; senai – porto alegre – rio grande do sul – brazil 2centro de ciências exatas e tecnologia; ucs – caxias do sul– rio grande do sul – brazil 3departamento de química; ufsc – florianópolis – santa catarina – brazil *e-mail address: anfernandes@ucs.br abstract: in this study the best7 software was employed to quantify different classes of functional groups and to model the proton titration behavior of humic substances. to illustrate the process, the suwannee river fulvic acid of the ihss (international humic substances society) was used. five categories – two classes of phenolic groups (phenol and cathecol), two classes of carboxylic groups (benzoic and phtalic) and the combination between them (salicylic) of oxygenated groups were considered as being responsible for the potentiometric behavior of the sample and were quantitatively determined. the most and the least abundant -1 -1groups were cathecol (3.300 0.010 mmol g ) and phenol (1.225 0.070 mmol g ), respectively. the estimated equilibrium constants were also determined and were in good agreement with the literature values for phenol and cathecol groups and for benzoic, phtalic and salicylic acids. distribution diagrams of the species were generated with the software spe and speplot. keywords: humic substances, potentiometry, best7 software. introduction humic substances (hs) are environmentally significant because they control the ph balance, mobility of contaminants, nutrient bioavailability, mineral weathering, aggregation, sedimentation and metal transport both in aquatic and terrestrial systems [1-3]. even so, the nature, size, molar mass, conformation and aggregation processes of hs are still poorly understood. most hs researchers uphold the theory that they are macromolecular structures because their apparent molar masses can exceed -11,000,000 g mol [4-6]. in recent years, however, the idea of supramolecular associations of smaller hs molecules has been introduced [7, 8] and has been supported by direct analytical observations using dynamic light scattering or flow-field fractionation [9]. in aqueous solutions, under certain ph and ionic strength conditions, hs have also been described as micelles or “pseudomicelles” [7, 10, 11]. humic and fulvic acids contain both polar and nonpolar substituents and can thus bind both hydrophobic and hydrophilic species [12]. the principal reactive groups in hs are the phenolic and carboxylic and their localization within the hs structures influences their reaction modes [13-15]. for example, two carboxylic groups alongside one another form a multidentate binding site for metals which gives rise to a much more stable complex than that formed by an isolated carboxylic group. also, a carboxylic can be alongside a phenolic group, or two phenolic groups can be located side by side. these combinations generate different kinds of linkages or interactions [16]. 148 artigo article one of the best techniques for analyzing functional groups in hs is potentiometric titration, because in this technique the hs are studied in solution, and the phenomena are therefore closer to those occurring under environmental conditions. however, due to the poorly defined titration curves generated, it is necessary to use programs to process the data in order to obtain the protonation constants and ligand concentrations [17]. the aim of this study is to develop a methodology using the software best7, spe and speplot to quantify and to predict the speciation of reactive functional groups of any type of hs, as a function of ph. instead of treating carboxylic and phenolic groups as independent sites, all the above cited possibilities of their localization and consequent interactions are considered. the respective dissociation constants as well as the distribution diagram of each species (speciation as a function of ph) are also presented. experimental reagents and solutions the suwannee river fulvic acid (srfa) (ir101f) was purchased from the international humic substances society (ihss). the reagents were analytical grade and were used without further purification. potassium chloride, calcium acetate and barium hydroxide were acquired from synth. potassium hydroxide was obtained from j.t. baker. potassium acid phthalate and hydrochloric acid were acquired from merck. buffer solutions (ph = 4 and 7) were obtained from carlo erba reagenti. all solutions were prepared with double-distilled, co -free water. 2 potassium chloride was used in all titrations to adjust -1the ionic strength (m = 0.10 mol l ). carbonate-free solutions of potassium hydroxide were used as the titration agent. potentiometric titrations previous titration, solution of the potassium hydroxide was standardized by titration with potassium acid phthalate. solutions of srfa (80.00 -1mg l ) were prepared directly in the titration cell, dissolving the proper quantity of srfa in water, -1 adding 8.00 ml of 0.01 mol l hydrochloric acid and completing the volume with double-distilled water to 50.00 ml. the titrations were carried out in a thermostated (25.00 ± 0.05°c) sealed cell, in an inert atmosphere (argon gas). the titration system is presented in figure 1. all measurements were done starting ph to ca. 3.0 and in triplicate. prior to the titrations the electrode was calibrated with dilute -1 +0.01 mol l of hcl to read directly – log [h ]. the ph values of the titrations were read with a ph meter (corning 350) equipped with glass and reference -1electrodes the latter filled with 4.00 mol l kcl. the best7 software the best7 software, which was employed to resolve the equilibrium data, is a fortran program used for the determination of stability constants in simple or complex systems containing any number of interactions [17]. it treats the mass balance quantities, including the volume of titrate added, as known parameters, while the ph represents a measured dependent variable that reflects the set of equilibrium protonation constants that most accurately describes the system. because of the generalized nature of the mass balance equation, best7 software can handle much more complex systems, such as those containing several ligands and many metal ions. the inputs for the best7 program consist of the total concentration of each component, the titration variables, the initial estimate of the equilibrium constant for each species present throughout the ph range, and the experimental profiles for ph versus base added. unknown equilibrium constants can be estimated by figure 1. system utilized in potentiometric titration. ecl. quím., são paulo, 35 4: 147 152, 2010 artigo article 149 comparison with values reported for systems with similar characteristics. the approximate amount of carboxylic acid and phenolic groups, in mmols, is previously determined by the gran’s function [18]. the software spe and speplot were used to generate and plot the species diagrams. the computation was performed with the same mathematical algorithm employed in best7 [17]. a first approximation of the total analytical concentrations of oxygenated groups in the sample was obtained with the schnitzer method [13-15, 19, 20]. briefly, the method employs ion exchange reactions with ca(oac) , to determine carboxylic 2 acidity (ca), and with ba(oh) , to determine total 2 acidity (ta). the difference between these two values is then ascribed to phenolic acidity (pha). results and discussion from the analytical data published on the ihss webpage, the presence of nitrogen in srfa is less than 2%. in fact, no amide or other nitrogen group peaks are detected in its ftir spectra. for this reason, only the oxygenated functional groups were included in this approach. five categories of oxygenated groups were considered as being responsible for the potentiometric behavior of the sample: phenol, benzoic, cathecol, phtalic and salicylic. these functions simulate the ha and fa acidic properties with carboxylic and phenolic groups within a wide range of pk values. to a determine the concentrations and the potentiometric constants of these groups in srfa, the input for the best7 program was a calculation matrix consisting of: i) the initial values of the protonation constants of each group taken from the literature, for single molecules [21]; ii) the initial quantities of oxygenated groups using the schnitzer method [19, 20], the carboxylic, total and phenolic acidity values were, -14.90 ± 0.11, 11.50 ± 0.50 and 6.60 ± 0.51 mmol g , respectively; iii) the volume and the molar concentration of the titration agent and, iv) the ph values measured after each addition. figures 2 and 3 show, respectively, a typical titration curve and the medium values of concentration found for the five sites considered. oxygenated groups are homogeneously distributed with the most and the least abundant groups being, respectively, cathecol -1(3.300 ± 0.010 mmol g ) and phenol (1.225 ± 0.070 -1mmol g ). the respective pk values are shown in a table 1 and are in good agreement with those reported for single molecules [21]. differences can be explained in terms of the polar effects of neighboring groups [22]. hydrogen bonds between two acid groups, for example, can have a significant effect on the acidity of 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2 4 6 8 10 12 ï srfa ? fit ph added titrant / ml -1figure 2. typical potentiometric titration curve of the 80.00 mg l solution of srfa. ionic strength = 0.10 mol -1l with kcl, t = 25ºc. ecl. quím., são paulo, 35 4: 147 152, 2010 150 artigo article these groups by stabilizing the carboxylate anion. this stabilization may, in some case, increase the protonation constant values by around two units [23]. to fit the experimental and calculated data, the best7 program calculates the amount of each group and corrects their pk values taking into account potential interactions a among them. in natural waters, in general, the ph values range between ~5.0 and ~8.0, going from fresh to sea waters, but can undergo drastic changes following environmental accidents. in principle, presenting groups with pk values between ~3 and ~13, the hs will buffer ph over a wide range in aquatic systems. however, in practice, their most effective buffering is between ph ~4 and ~7, since that at higher ph values, the reactions of the carbonate system will nearly dominate. in order to estimate the relative dominance of each group in the entire range of ph values, the srfa distribution diagram was generated (figure 4). from this it can be seen that for the phtalic (h d), the 2 salicylic (h e) and the benzoic (hb) acids the 2 deprotonation process begins at very low ph. above ph 5 the protons associated to the carboxylic oxygen of these species are lost and the monoprotonated (hd and he) and/or deprotonated (b and d) forms dominate. the cathecol group (h c), on the other 2 side, is mostly completely protonated all along the acid and neutral ph ranges. its monoprotonated form prevails only above ph ~9. the phenol group also oh oh oh cooh cooh cooh oh cooh cathecol 3.300 ± 0.010 mmol g-1 salicylic 2.875 ± 0.015 mmol g -1 phtalic 2.450 ± 0.030 mmol g-1 phenol 1.650 ± 0.060 mmol g-1 benzoic 1.225 ± 0.070 mmol g -1 figure 3. chemical structures of the oxygenated groups considered and their corresponding concentrations in the srfa sample, as determined with the best7 software. table 1. deprotonation data for the oxygenated groups in the srfa sample. type of equilibrium -log k -log k a bdeprotonation equations (literature values) (found values) phenolic [h].[a]/[ha] 9.82 0.04 9.95 0.06 benzoic [h].[b]/[hb] 4.00 0.01 4.49 0.03 first cathecol [hc].[h]/[h c] 9.24 0.04 9.35 0.062 second cathecol [h].[c]/[hc] 13.00 0.10 13.13 0.07 first phtalic [hd].[h]/[h d] 2.75 0.02 3.07 0.032 second phtalic [h].[d]/[hd] 4.92 0.01 5.47 0.05 first salicylic [he].[h]/[h e] 2.81 0.01 2.95 0.032 second salicylic [h].[e]/[he] 13.40 0.00 13.49 0.01 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± a abbreviations: ha: phenol; hb: benzoic acid; h2c: cathecol; h2d: phtalic acid and h2e: salicylic acid. a, b, hc, hd and he are the corresponding deprotonated species. b martell and motekaitis15. ecl. quím., são paulo, 35 4: 147 152, 2010 artigo article 151 remains in its protonated form (ha) throughout the acid and neutral ph range, starting deprotonation only above ph ~8. therefore, under typical environmental ph conditions the oxygenated groups in fa might be predominantly in the chemical forms: protonated phenol (ha), deprotonated benzoic (b), protonated cathecol (h c), monoprotonated phtalic 2 (hd) and monoprotonated salicylic (he, where only the hydroxyl group is protonated). at extremely low and/or high ph values the dominating species change, changing consequently their buffering capacity vis-à-vis eventual chemical perturbations. conclusions using the best7 program in the interpretation of the potentiometric titration curve it was -1possible to quantify (in mmol g ) the most reactive oxygenated functional groups of the fulvic acid, as well as determine their protonation constants. from this information it can be inferred that under typical environmental ph conditions the oxygenated groups in the studied fulvic acid sample might be predominantly in the chemical forms: protonated phenol, deprotonated benzoic, protonated cathecol, monoprotonated phtalic and monoprotonated salicylic (where only the hydroxyl group is protonated). the method was shown to be promising for acidity speciation of hs. this kind of information is critical to estimate the role of humic substances in the transport and fate of xenobiotics both, metallic and organic, in natural environments. acknowlegments we are grateful to conselho nacional de pesquisa e desenvolvimento (cnpq, brazil) for fellowships and fundação de ciência e tecnologia de santa catarina (fapesc, santa catarina) for financial support. references [1] d. l. sparks, geoderma 100 (2001) 303. 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[8] a. cozzolino, p. conte, a. piccolo, soil biol. biochem. 33 (2001) 563. figure 4. srfa species distribution diagram as calculated by the spe. symbols have the same significance -1 -1as in table 1. ionic strength = 0.10 mol l (kcl), t = 25ºc, srfa concentration = 80.00 mg l ecl. quím., são paulo, 35 4: 147 152, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 4: 147 152, 2010152 artigo article [9] j. r. lead, k. j. wilkinson, e. balnois, b. j. cutak, c. k. larive, s. assemi, r. beckett, environ. sci. technol. 34 (2000) 3508.[10] c. s. ragle, r. r. engebretson, r. von wandruszka, soil sci. 162 (1997) 106.[11] m. m. d sierra, t. g. rauen, l. tormen, n. a. debacher, e. j. sorianosierra, water res. 39 (2005) 3811. [12] n. calace, n. cardellicchio, b. m. petronio, m. pietrantonio, m. pietroletti, mar. environ. res. 61 (2006) 40. [13] m. m. d. sierra, k. arend, a. n. fernandes, m. giovanela, b. szpoganicz, anal. chim. acta 445 (2001) 89. 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[23] j. a. leenheer, r. l. wershaw, m. m. reddy, environ. sci. technol. 29 (1995) 393. 1 eclética química journal original research publication in all aspects of chemistry homepage: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ issn 1678-4618 | vol. 41 | 2016 | eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p01-31 1 biopolímeros: aplicações farmacêutica e biomédica eliane trovatti 1* , aline m. dos santos 2 , andré c. amaral 1 , andréia b. meneguin 13 , bruna d. m. matos 1 , guilherme pacheco 1 , renata a. de carvalho 1 , silmara c. lazarini 1 , valéria m. o. cardoso 2 , wilton r. lustri 1 , hernane s. barud 1 ____________________________________________________________________________ resumo: o estudo e desenvolvimento de polímeros para aplicação nas áreas biomédica e farmacêutica têm aumentado devido às suas propriedades peculiares que contribuem para a melhoria da qualidade de vida, como por exemplo, os polímeros usados em medicina regenerativa e sistemas de liberação de fármacos. o desenvolvimento de novos materiais baseados em polímeros depende desde os métodos de síntese, extração ou composição desses materiais até os estudos da influência de suas estruturas e propriedades em aplicações específicas, entre outras. esta revisão descreve o uso de alguns de polímeros novos e convencionais com potencial para aplicação nas áreas farmacêutica e biomédica, enfatizando as principais propriedades que os tornam aplicáveis. palavras-chave: biopolímero, medicina regenerativa, liberação de fármacos ____________________________________________________________________________ abstract: the study and development of polymers for pharmaceutical and biomedical use has been increasing due to their peculiar properties that contribute for the improvement of the life quality, such as the polymers used in regenerative medicine and in drug release systems. the development of new polymer based materials and its composites depends on several steps, such as the synthesis approach, the extraction, the composition, the influence of their properties on the specific applications, and others. this review describes the use of conventional and new polymers with potential application in pharmaceutical and biomedical fields, highlighting the properties that allow them to be useful for such purposes. keywords: biopolymer, regenerative medicine, drug delivery 1 programa de pós -graduação em biotecnologia em medicina regenerativa e química medicinal (ppgb-mrqm), universidade de araraquara, uniara, 14801-340, araraquara sp, brasil 2 departmento de fármacos e medicamentos, faculdade de ciências farmacêuticas,universidade estadual paulista julio de mesquita filho, unesp, 14801-902, araraquara sp, brasil 3 centro de ciências da natureza – ccn, universidade federal do piauí – ufpi, 64049-550, teresina pi, brazil * elianetrov@yahoo.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p01-31 mailto:elianetrov@yahoo.com.br eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 2 2 introdução a demanda de novos materiais para a terapia celular, medicina regenerativa e liberação de fármacos é crescente em função do decréscimo do tempo de recuperação e a melhoria da qualidade de vida de pacientes beneficiados por tais sistemas. sistemas para carreamento e liberação de fármacos e materiais para substituição permanente ou temporária de tecidos injuriados são exemplos de aplicações crescentes na área biomédica. os polímeros degradáveis in vivo, naturais ou sintéticos, são outro exemplo a ser citado para aplicação em substituição temporária de tecidos. o desenvolvimento de novos materiais para uso nestas áreas sofreu grandes evoluções nas últimas décadas, porém, apesar de encontrar diversos sistemas e materiais com aplicação clínica, existe muito a ser explorado em busca daqueles com propriedades mais próximas das ideais 1,2 . as propriedades dos polímeros, por sua vez, dependem da sua estrutura química. a degradação desses materiais no interior de organismos animais leva conforto ao paciente no sentido de evitar uma cirurgia para remoção do material implantado. nesse contexto, a estrutura química dos materiais está diretamente relacionada com sua taxa de degradação e ainda necessita ser estudado a respeito da relação estrutura química/degradação. os produtos de degradação desses materiais também devem ser considerados durante a avaliação de um biomaterial, pois não devem ser tóxicos ou causar quaisquer tipos de efeitos não desejados ao paciente. materiais não completamente degradáveis, porém, biocompatíveis, são também de grande valia para as áreas em questão, visto que podem compor sistemas inovadores, conforme apresentado no decorrer deste texto 2,3 . dentro desse contexto, este trabalho descreve as principais propriedades e aplicações de alguns polímeros que vêm ganhando destaque nas áreas farmacêutica e biomédica, a iniciar-se pela fibrina, um polímero natural de função e aplicação já bem estabelecidas em procedimentos médicos. em seguida, serão abordados a celulose bacteriana, pectina, amido resistente, quitosana, goma gelana, ácido poliláctico e policaprolactona, polímeros que se encontram em estágio de pleno desenvolvimento para futuras aplicações práticas nas áreas aqui abordadas. procedimentos experimentais 1. biopolímeros 1.1. fibrina fibrinogênio e fibrina constituem proteínas que apresentam funções importantes em vários processos biológicos, como coagulação sanguínea, fibrinólise, interações celulares, resposta inflamatória e processo de cicatrização 4 . o fibrinogênio consiste em uma glicoproteína solúvel de 340 kda, normalmente presente no plasma sanguíneo em concentração aproximada de 2,5 g l -1 que, por ação proteolítica da trombina, é convertido em fibrina 4,5 , sendo uma proteína bastante heterogênea devido a variações na proteólise parcial, fosforilação ou sulfatação de resíduos de aminoácidos, polimorfismo genético e splicing alternativo 6 . estruturalmente, o fibrinogênio é formado por cadeias αα’, ββ’ e 2 cadeias  unidas por 29 ligações bissulfeto. as regiões c-terminais das cadeias ββ’ e  formam os domínios d, e as regiões n-terminais das cadeias restantes, formam o domínio e. os domínios d se encontram conectados ao domínio e por dois segmentos de αhélices contorcidas (figura 1). as regiões cterminais αα’ são globulares e encontram-se ligadas ao domínio e 7,8 . eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 3 3 figura 1. estrutura do fibrinogênio. o processo de formação da fibrina tem início com a clivagem proteolítica da região n-terminal de αα’e ββ’, pela trombina, com a liberação dos fibrinopeptídeo a (fpa) e b (fpb), sendo que a clivagem do fpa induz a polimerização em protofibrilas 5 , enquanto fbp é clivado mais lentamente do que fpa pela trombina 9 . a ligação cruzada entre os monômeros de fibrina é estabilizada pelo fator xiiia (figura 2) que proporciona melhoria nas propriedades mecânicas e bioquímicas da fibrina e promove resistência à fibrinólise 10 . figura 2. polimerização e formação do polímero insolúvel de fibrina. outra propriedade importante da fibrina é a biodegradabilidade determinada pela ação da plasmina, originária do plasminogênio, por ação do fator ativador de plasminogênio tecidual (ap-t) e a uroquinase (figura 3). eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 4 4 figura 3. fibrinólise. as propriedades bioquímicas e mecânicas apresentadas pela fibrina permitem sua aplicação em medicina e bioengenharia como selante 11,12 aprovado pelo food and drug administration (fda). o selante de fibrina é um material constituído basicamente por dois componentes, fibrinogênio e trombina, que na presença de cálcio e do fator xiiia, a trombina é capaz de converter fibrinogênio em fibrina insolúvel, que constitui a forma estável final do agente 12 . os relatos da utilização de selantes de fibrina datam de longo tempo, como pinça 13 , como adesivo 14 . são várias as aplicações dos selantes de fibrina em especialidades cirúrgicas, como cirurgia geral, cirurgia vascular e cardiovascular, neurocirurgia, cirurgia urológica 15 , cirurgia plástica e reconstrutiva, incluindo cirurgia de reconstituição de queimaduras, cirurgia craniofacial e cirurgia microvascular 16 , como cola hemostática 17 , artroplastia de joelho 18,19 e cirurgias odontológicas 20 . sua vasta aplicação clínica deve-se basicamente às suas propriedades químicas, com destaque para sua capacidade de adesão, biodegradabilidade e biocompatibilidade. como se pode concluir, selantes de fibrina apresentam múltiplos usos e a realização de novos estudos randomizados in vivo devem resultar em melhorias na assistência intra e pós-operatória ao paciente. 1.2. celulose bacteriana a celulose é um dos biopolímeros mais abundantes da natureza e, embora os vegetais constituam a fonte mais importante desse polímero, ele também pode ser produzido por vários tipos de organismos, incluindo bactérias 21,22 . em vegetais, a celulose encontra-se associada a outros componentes como lignina e hemicelulose. a celulose bacteriana (cb) constitui um homopolímero natural (poli -(14)-d-glicose) linear com estrutura constituída por unidades de d-glicopiranose unidas por ligações glicosídicas do tipo -(14) isento de lignina e hemicelulose (figura 4) 23 . eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 5 5 figura 4. desenho esquemático da diferença entre celulose vegetal constituída de celulose, lignina e hemicelulose e a celulose bacteriana constituída pela celulose pura 24 . a cb possui a mesma estrutura química da celulose proveniente de plantas, mas suas fibras de dimensões nanométricas conferem-lhe propriedades distintas. entre essas propriedades, destacam-se a alta resistência mecânica à tração e a possibilidade de inserção de materiais para obtenção de compósitos no espaço entre as fibras. recentemente, essas inserções têm sido feitas in situ, durante o cultivo de bactérias do gênero gluconacetobacter 23 . a formação de fibras de celulose é devida à ocorrência de ligações de hidrogênio, responsáveis pela consistente associação entre as macromoléculas lineares de celulose. estruturalmente, a cb é composta por uma rede tridimensional de nanofibras, mantidas por ligações de hidrogênio com interações intra e interfibrilares (figura 5) resultando em um hidrogel com elevada resistência mecânica. o primeiro tipo de interação é responsável pela rigidez da cadeia e o segundo pela formação da fibra vegetal 25,26 . eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 6 6 figura 5. estrutura da celulose. as linhas pontilhadas esquematizam as ligações de hidrogênio possíveis e a seta azul, a ligação -(14). as nanofibras constituem uma estrutura tridimensional com grande quantidade de espaços vazios entre as fibras, criando assim uma área de superfície estendida com geometria variada dos poros (figura 6) proporcionando propriedades notáveis à cb, incluindo alta resistência mecânica, elevada cristalinidade, alta capacidade de retenção de água, biodegradabilidade, biocompatibilidade e capacidade de ter suas estruturas tridimensionais moldadas durante a síntese 23,27 . as membranas de cb também apresentam elevada capacidade de absorção de diferentes espécies iônicas, moleculares ou até mesmo a estabilização de partículas, pois apresentam uma estrutura altamente hidratada. essa estrutura tem favorecido a utilização da cb como agente de reforço, como molde, na preparação de copolímeros e na formação de redes interpenetradas com elevado grau de intercruzamento 28,29 . a cb pode ser produzida por bactérias como sarcina, agrobacterium, rhizobium e acetobacter 30 , entre outros micro-organismos. um destaque especial é dado às bactérias do gênero gluconacetobacter, especialmente pelas espécies g. xylinus e g. hansenii (figura 6) devido à sua alta produtividade, utilizando uma variedade de meios de cultivo naturais ou sintéticos, com diferentes fontes de carbono. desde a sua descoberta, a cb demonstrou ser um biopolímero de grande interesse para aplicação em várias áreas industriais e médicas 31,32 . figura 6. microscopia eletrônica de varredura da g. hansenii e a ultraestrutura da cb secretada pelo microorganismo. bactérias do gênero gluconacetobacter utilizam uma variedade de substratos carbônicos para sintetizar a celulose, entretanto, a síntese depende do ciclo de pentoses e do ciclo de krebs 23,33 . a conversão da glicose, transportada a partir do ambiente externo para o citoplasma, é catalisada por quatro enzimas bacterianas: glucoquinase (responsável pela obtenção da glicose-6-fosfato), fosfoglicomutase (responsável pela catálise da glicose-6-fosfato a glicose-1-fosfato), udpgpirofosforilase (responsável pela síntese da udpglicose) e a celulose sintase (responsável pela polimerização da celulose a partir da udp-glicose) eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 7 7 (figura 7). a reação de síntese da celulose bacteriana consome cerca de 10% do atp gerado no metabolismo bacteriano, dessa forma, utilizando para sintetizar a celulose o metabolismo aeróbico 34 . figura 7. representação esquemática da síntese da cb. a degradação da celulose, considerando as fontes vegetais ou bacterianas, acontece através de reações enzimáticas 35 . a celulose, por ser um polímero complexo e insolúvel, formada por moléculas de glicose, precisa necessariamente, para sua degradação, a ação das celulases 36 . na natureza, a hidrólise da celulose ocorre por ação de microorganismos produtores de celulases, enzimas que hidrolisam a ligação glicosídica. segundo backdahl e colaboradores 37 , a degradação da cb não está bem esclarecida nem in vitro, nem in vivo. em animais, a ausência das celulases faz com que sua degradação seja limitada para aplicação na área biomédica. embora o interesse na área biomédica seja de um material completamente degradável, a otimização e a sincronia do tempo de degradação relacionado às propriedades mecânicas de biomaterial, como a cb, também pode ser vantajoso em relação aos degradáveis 38 . a elevada pureza e as propriedades físicoquímicas da cb oferecem uma variedade de aplicações potenciais, como por exemplo, em indústrias de alimentos, indústria têxtil e, especialmente na área biomédica como curativos para ferimentos 25,32,39 , substituto temporário de pele no tratamento de úlceras, queimaduras, lesões e enxertos 38 , vasos sanguíneos 40 e, em particular, como scaffolds para engenharia de tecidos 41,42 e matriz para liberação controlada de fármacos 43 . diante do exposto, pode-se concluir que membranas de cb apresentam diversas aplicações industriais e médicas e a realização de novos estudos para otimizar a produção com baixo custo tem atraído pesquisadores no mundo todo. 1.3. pectina a pectina é um heteropolissacarídeo encontrado principalmente na lamela média e na parede celular primária das plantas, sendo responsável pela manutenção de estruturas e pela sustentação da planta 44,45 . ela é encontrada abundantemente na natureza, porém, poucas plantas são utilizadas como fonte desse polissacarídeo, eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 8 8 devido ao custo, ao rendimento e ao tempo do processo de extração. as substâncias pécticas normalmente são extraídas a partir de tecidos frescos ou secos de frutas ou vegetais através de diferentes tipos de processos extrativos, tais como extração com água quente, com compostos quelantes e com enzimas. as fontes naturais de pectina que apresentam maior rendimento na sua extração são frutas cítricas, maracujá, toranja e manga; no entanto, esse polissacarídeo tem sido obtido basicamente das cascas de frutas cítricas ou do bagaço da maçã e de resíduos das indústrias que processam sucos 44,46,47 . quimicamente, as pectinas são macromoléculas compostas por homogalacturonana (hg) e ramnogalacturonanas (rg), que são divididas em dois tipos: ramnogalacturonanas і (rg і) e ramnogalacturonanas іі (rg іі). ainda existe um quarto domínio denominado xilogalacturonana (xg) 45,48 . a hg, descrita como a região lisa ou smooth region, representa cerca de 65% da estrutura total da pectina e é uma cadeia linear constituída de resíduos de ácidos galacturônicos (gala) unidos por ligações glicosídicas do tipo α-(1→4), parcialmente esterificados com grupamentos metila e acetila 46,48,49 . as rg і e rg іі são definidas como hairy region ou regiões altamente ramificadas. a rg і compreende 20 a 35% da estrutura da pectina, constituída de unidades repetidas de dissacarídeos de ácido d-galacturônico ligadas α-(1→4) e ramnose α-(1→2), com uma variedade de cadeias laterais de resíduos de arabinose e galactose, ligadas na forma de mono ou oligossacarídeos 49.50,51 . a rg іі, representante da região mais complexa da estrutura da pectina, é composta por uma cadeia principal, com aproximadamente nove ligações de ácido galacturônico com quatro cadeias laterais complexas, compreendendo 12 monossacarídeos distintos ligados por cerca de 20 diferentes ligações glicosídicas 52,53 . dentre os açúcares das cadeias laterais incluem-se os açúcares raros, como o ácido acérico, a apiose, o dha (ácido 3-deoxi-dlixoheptulosárico) e o k do (ácido 2-ceto-3-deoxid-manooctulosônico) 53-55 . as xg são constituídas por cadeias de hg, parcialmente substituídas na posição o-3 β-dxilose, e estas podem ser substituídas por uma molécula adicional de xilose gerando um dissacarídeo 45,56 . as moléculas de pectina compreendem segmentos lineares de ácido galacturônico, nos quais os grupos carboxílicos podem estar esterificados com metanol (metoxilação). o grau de esterificação (de) da pectina é definido a partir da proporção dos resíduos de ácido galacturônicometoxilados presentes na molécula. alguns dos grupos carboxílicos podem se converter em grupos carboxamida, quando a amônia é utilizada no processo de desesterificação, formando pectina amidada. dessa forma, o de e o grau de amidação (da) determinam o conteúdo de ácido carboxílico presente nas cadeias de pectina 47,57 . de acordo com o de, as pectinas são divididas em duas classes: pectinas de alto grau de metoxilação, quando de > 50%, e pectinas de baixo grau de metoxilação, com um de < 50% 44,58 . o gel de pectina é formado pela reação de reticulação das cadeias de hg, resultando em uma rede tridimensional em que ocorre o aprisionamento de água e outras moléculas 46 . os fatores que influenciam a formação do gel e que determinam a ocorrência da geleificação são temperatura, ph, concentração de pectina, concentração de solutos (açúcares) e concentração de íons, tais como o ca +2 46,47,57 . a forma como estes fatores influenciam a geleificação são diretamente proporcionais às propriedades moleculares das pectinas, como massa molar, o grau de esterificação e de amidação, a presença de ésteres de acetila na cadeia de galacturonana e a distribuição de ramnose ao longo da cadeia de pectina 46, 47 . os mecanismos de geleificação são diferentes para as pectinas de alto grau de metoxilação e pectinas de baixo grau de metoxilação 47 . nas pectinas de alto grau de metoxilação ocorre a formação de zonas de junção por interações hidrofóbicas e ligação de hidrogênio entre os grupos metoxilados, em ph ácido (< 3,5) e na presença de elevada concentração de açúcares. nas pectinas de baixo grau de metoxilação, a formação eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 9 9 de géis ocorre na presença de cátions divalentes, como íons ca +2 , que agem como uma ponte entre pares de grupos carboxílicos de diferentes cadeias de pectinas, formando zonas de junção em uma ampla faixa de ph (figura 8) 46,47 . esta condição de formação de zonas de junção é relatada através do modelo caixa de ovos (egg box), no qual as cadeias de pectinato são hélices duplas com arranjo antiparalelo, e essas cadeias, por sua vez, formam espaços ou fendas de ligações nas zonas de junção, aprisionando íons cálcio que ligam as cadeias entre si. o mecanismo de geleificação supostamente compreende duas etapas, sendo a primeira a formação de dímeros (egg box) e a segunda a condensação destes dímeros em agregados (egg box sobrepostas) 47 . figura 8. mecanismo de reticulação da pectina de baixo grau de metoxilação na presença de íons ca +2 73 . nos últimos anos, a pectina tem sido amplamente empregada pela indústria de alimentos como agente espessante, geleificante e estabilizante 46,59 . dentro da área farmacêutica vem sendo explorada para o desenvolvimento de novos sistemas de liberação de fármacos, devido às propriedades promissoras desse material como baixa toxicidade, biocompatibilidade, degradabilidade e baixo custo 60,61 . outra vertente muito explorada é a utilização da pectina como excipiente na obtenção de sistemas de liberação cólon-específica de fármacos, uma vez que em meio ácido permanece como agregados de macromoléculas, além de ser resistente às proteases e às amilases presentes nas porções superiores do trato gastrintestinal (tgi), sendo degradada por enzimas produzidas pela microbiota colônica 44,50,57 . além disso, a pectina apresenta reconhecida propriedade mucoadesiva, que agrega significativa vantagem no delineamento de sistemas de liberação controlada de fármacos, devido a capacidade desse material de interagir com a mucina, promovendo um contato mais íntimo entre o sistema e a membrana biológica 62,63 . apesar dessas propriedades favoráveis da pectina, o grande desafio da utilização desse polissacarídeo no desenvolvimento de sistemas de liberação controlada de fármacos, é sua elevada solubilidade em meio aquoso, que pode resultar na liberação prematura e indesejável do fármaco nas porções superiores do tgi 64,65 . a pectina isolada ou combinada com outros polímeros, naturais ou sintéticos, também denominadas blendas poliméricas, representa uma estratégia racional para a obtenção de materiais com propriedades moduladas, permitindo o desenvolvimento de sistemas inovadores que atendem a necessidades terapêuticas específicas 57,66 . o desenvolvimento de sistemas orais baseados em misturas de pectina com outros polissacarídeos, bem como o método de reticulação, têm sido amplamente explorados, visando à liberação sítio específica de fármacos no cólon 64,66 . recentemente, a pectina também tem sido investigada na vetorização de genes 50 , na cicatrização de feridas 54,67 , no direcionamento ca ca ca ca ca ca ca ca ca ca ca + ca2+ eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 10 10 (targeting) de fármacos no tratamento do câncer 68 e na modificação da superfície de dispositivos médicos 69 . além disso, surgiu um grande interesse na utilização da pectina na engenharia de tecidos, principalmente devido à semelhança química desse material com a matriz extracelular de tecidos dos mamíferos 54,70 . desta forma, géis de pectina têm sido empregados no desenvolvimento de scaffolds para aplicações em tecido ósseo a fim de estimular a regeneração e promover sua reconstrução 44,70 . além disso, a pectina apresenta atividade antiinflamatória 71 e anticarcinogênica 72,73 . nesse sentido, a pectina apresenta diferentes propriedades que evidenciam sua importância para o desenvolvimento de novos sistemas de liberação de fármacos, permitindo a busca de aplicações inovadoras de acordo com as diferentes necessidades terapêuticas. 1.4. amido resistente o amido, um dos biopolímeros naturais mais importantes, está presente como principal fonte de energia nos grãos de cereais e de túberculos, incluindo o arroz, o trigo, o milho, a cevada, dentre outros. o polímero se apresenta na forma de grânulos de 1 a 100 μm de diâmetro e é composto principalmente por cadeias de amilose, correspondente à fração linear com ligações glicosídicas α-1,4, e amilopectina, a qual representa um glicano ramificado com ligações α-1,6 74 (figura 9). no entanto, de acordo com a espécie vegetal do amido, verifica-se uma grande variação morfológica e estrutural, bem como nas quantidades de amilose, amilopectina, proteína e lipídeo, resultando em diferentes propriedades físico-químicas 75,76 . figura 9. estrutura da amilose (a) e amilopectina (b) 74 . a estruturação do amido no grânulo pode ocorrer de diversas maneiras, as quais são classificadas em 6 níveis 77 , iniciando-se com ramificações individuais e distribuídas no sentido do comprimento das cadeias (nível 1), as quais podem se organizar e levar à formação de aglomerados (nível 2). em seguida, formam-se as lamelas cristalinas (ramificações de amilopectina) e amorfas (amilose), em resposta ao empacotamento das cadeias de glicano para formação de duplas hélices (nível 3). a organização das lamelas em camadas de crescimento concêntricas com as lamelas cristalinas e amorfas separadas radialmente corresponde ao grânulo de amido (nível 4), o qual, eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 11 11 ao se associar à proteínas e lipídeos, dá origem ao endosperma (nível 5), seguido pelo nível final (nível 6), o qual corresponde ao grão de amido inteiro de 1 mm de tamanho, incluindo estruturas bastante organizadas. o amido tem sido alvo de extensa pesquisa nas últimas décadas nas áreas alimentícia, cosmética e de medicamentos, merecendo destaque a última, como excipiente de formas farmacêuticas sólidas, devido às suas importantes vantagens como a biodegradabilidade exercida pela microbiota colônica, atoxicidade, baixa reatividade com substâncias ativas medicamentosas e baixo custo 78,79 . contudo, a aplicação do amido no desenvolvimento de novos sistemas de liberação de fármacos requer propriedades físicas e químicas específicas, que muitas vezes o amido nativo não apresenta, como, por exemplo, baixa solubilidade em água, baixo intumescimento e alta resistência contra a degradação enzimática 80 . nesse sentido, a modificação do amido através de métodos físicos, químicos e/ou enzimáticos torna-se essencial para a otimização de suas propriedades 78 . um tipo de amido modificado que vem sendo bastante difundido é o amido resistente (ar), o qual corresponde à fração do amido que não participa da digestão no intestino delgado, sendo fermentado pelas enzimas bacterianas colônicas em ácidos graxos de cadeias curtas, propriedade fundamental para sua aplicação em sistemas de liberação cólonespecífica de fármacos 81 . de acordo com a natureza do amido, o ar pode ser dividido em 4 subtipos, sendo o ar tipo 1 fisicamente inacessível à digestão devido seu aprisionamento na matriz; o ar tipo 2 que não é gelatinizado, o ar tipo 3 que é o amido retrogradado e o ar tipo 4 que é o amido quimicamente modificado 82 . devido à sua estabilidade térmica e baixa solubilidade, o amido retrogradado (ar tipo 3) tem despertado grande interesse 83-85 . sua obtenção se dá através do processo de retrogradação, iniciando-se com a etapa de gelatinização, na qual a estrutura semicristalina do amido torna-se amorfa pelo aquecimento em excesso de água, seguido por ciclos térmicos de armazenamento e resfriamento para a recristalização lenta dos componentes do amido em estruturas tridimensionais mais organizadas 76 , que ocorre pela formação de ligações de hidrogênio e forças de van der waals inter e intramoleculares, no intuito de se alcançar uma forma metaestável de mais baixa energia livre 86 , (figura 10). figura 10. processo esquemático da obtenção do amido retrogradado. a alta amilose (amido modificado composto por 70% de amilose) tem sido considerada o material preferido para obtenção de ar 65,87 , uma vez que é responsável pela formação de uma matriz amorfa onde os cristalitos permanecem embebidos e, então, protegidos da degradação enzimática. dispersões filmógenas com elevado teor de ar (~96%) foram obtidas por meneguin e colaboradores 65 a partir da retrogradação de alta amilose na presença de pectina por meio de ciclos térmicos alternados a 4 ºc e 30 ºc durante 16 dias, sendo 2 dias em cada temperatura. filmes de revestimento foram obtidos pela evaporação do eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 12 12 solvente dessas dispersões retrogradadas, dando origem a filmes livres com propriedades mecânicas (resistência à perfuração e alongamento durante a perfuração) e de barreira (permeabilidade ao vapor d'água) adequadas. além disso, esses filmes demonstraram ser excelentes candidatos para a liberação cólon-específica de fármacos, uma vez que os mesmos se mostraram altamente resistentes contra a degradação quando incubados com αamilase pancreática, além de terem exibido baixa dissolução (%) em meio ácido. recife 88 em estudos com comprimidos matriciais de amido retrogradado avaliou a influência do método de retrogradação nas propriedades físico-químicas e de liberação do diclofenaco de sódio, concluindo que ciclos mais curtos (8 dias ao invés de 16) e isotérmicos (4 ºc) levam à obtenção de materiais com propriedades semelhantes, o que representa a possibilidade de um processo mais simples e curto e, consequentemente, com custos reduzidos. em outro estudo com comprimidos obtidos a partir de géis de amido de milho ceroso retrogradado para liberação controlada da teofilina, foi observado que o processo de retrogradação levou à redução do tamanho dos poros dos géis, bem como à diminuição das propriedades de intumescimento em meio contendo enzimas. esses efeitos contribuíram para a resistência contra a erosão enzimática e o prolongamento das taxas de liberação da teofilina 89 . em estudos recentes, cardoso 90 obteve com sucesso hidrogéis e micropartículas a base de misturas de goma gelana e amido retrogradado através dos métodos de geleificação ionotrópica (al 3+ ) e dupla reticulação (al 3+ /glutaraldeído), e verificou que os sistemas apresentaram reduzidas taxas de liberação do fármaco em meio ácido e o significativo controle da liberação em ph 7,4, indicando o potencial do sistema para liberação cólon específica de fármacos. é importante ressaltar que o amido retrogradado, inicialmente explorado pela área alimentícia, também é bastante utilizado para fins nutricionais e terapêuticos, como para prevenção da diabetes mellitus tipo 2, melhoria da saúde intestinal, saciedade, redução da glicemia 91 , além da diminuição dos níveis de colesterol e triglicérides 92 . amini e colaboradores 93 também sugerem seu uso como um composto bioativo na prevenção do câncer colorectal, uma vez que o desenvolvimento deste tipo específico de patologia está bastante relacionado com a dieta. estudos anteriores revelaram que o butirato (ácido graxo de cadeia curta), o principal produto de fermentação no cólon, possui atividade supressora da proliferação de células tumorais e o consumo de amido resistente eleva o conteúdo de ácido butírico. em face ao exposto, conclui-se que a modificação do amido pode originar materiais com diferentes propriedades físico-químicas, as quais podem se adequar a diferentes necessidades terapêuticas e levar à obtenção de sistemas de liberação prolongada de fármacos bem como propiciar a vetorização de fármacos para o cólon. 1.5. quitina e quitosana a quitina é o polissacarídeo extraído do exoesqueleto de crustáceos e resíduos da indústria de pesca, utilizada para o preparo da quitosana. as cascas secas de crustáceos possuem em torno de 1520% e resíduos de lula e molusco contém de 3540% de quitina 94 , constituindo um rejeito da indústria da pesca abundante e de baixo custo. a quitina também é encontrada na parede celular de fungos e outros micro-organismos, porém, o processo de extração a partir dessas fontes é de custo elevado e de difícil extração 95 . após extraída, a quitina é submetida a tratamentos ácidos e básicos, os quais retiram o conteúdo mineral das cascas, promovem desproteinização e causam desacetilações brandas. para obter a quitosana, a quitina deve ser processada em solução de hidróxido de sódio 40%, em temperatura de 120 ºc durante três horas 96 . a quitina é um polímero linear, com unidades repetitivas de um dissacarídeo formado por β-(1→4) 2-amino-2-desoxi-d-glicose e β(1→4) -2-acetamida-2-desoxi-d-glicose, unidos por ligação glicosídica 97 , encontrada na natureza como um material rígido, anelástico e esbranquiçado. a eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 13 13 estrutura química da quitina é representada na figura 11. figura 11. estrutura química da quitina 96 . a quitosana é originada a partir da modificação química da quitina, através de uma reação de desacetilação parcial (figura 12), geralmente por tratamento alcalino 96 . figura 12. reação de desacetilação da quitina, originando a quitosana 96 . a quitosana, cuja estrutura química é representada na figura 13, é constituída por unidades de β(1,4)-2-amino-2-desóxi-dglicopirano, com menores números de unidades de β-(1-4)-2acetamido-2-desóxi-d-glicose 98 . figura 13. estrutura química da quitosana 96 . a quitosana pode ser preparada em forma de filme, permitindo sua utilização como curativo no tratamento de queimaduras. este material é degradado por uma enzima presente na pele, a lisozima, o que anula a necessidade da retirada do mesmo, quando utilizado como curativo e por ser permeável à água e ao oxigênio, auxilia no processo de cicatrização. além disso, a quitosana também pode ser utilizada em odontologia, na forma de gel, para diversos tipos de tratamento, inclusive para preenchimento ósseo, regeneração óssea periodontal 99 e preenchimento de bolsas periodontais 100 . sua composição química, rica em aminas primárias livres leva à atividade antimicrobiana contra fungos e bactérias. assim, a quitosana pode ser utilizada para tratar a superfície de sementes, inibindo a ação de fungos, e como cobertura comestível para frutos, além de manter a qualidade dos alimentos por evitar a perda de água e retardar o amadurecimento 100 . na área farmacêutica, pode ser utilizada para liberação de fármacos para uso nasal, eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 14 14 oral, parenteral e transdérmico 99 . na área alimentícia é utilizada também em formulações para aumentar a saciedade, diminuir o colesterol e absorver a gordura ingerida na alimentação. além das atividades descritas, a capacidade de inibição de células tumorais, ação hipocolesterolêmica e hemostática, também já foram relatadas 98 . a quitosana é degrada pela enzima lisozima, pela hidrólise das ligações glicosídicas do polímero. a degradação é dependente do grau de desacetilação e cristalinidade da quitosana, sendo que quanto maior sua desacetilação, maior a degradação, porém, sua degradação é lenta, em torno de meses 97 . quanto à toxicidade, a quitosana tem se demonstrado atóxica 99 , e fatores de genotoxicidade não foram detectados, sendo esse um fator essencial para sua utilização em humanos, sem causar riscos à saúde 96 . porém, em períodos longos de utilização como suplemento alimentar para ratos, foi detectado o bloqueio da absorção de vitaminas lipossolúveis e cálcio, acarretando retardo do crescimento, disfunções ósseas e deficiências vitamínicas. a dl50 em ratos é de 16 g/kg 101 . 1.6. goma gelana desenvolvida pela empresa kelco em 1978, a goma gelana (gg) nativa é um exopolissacarídeo linear aniônico hidrofílico de elevado peso molecular sintetizado por fermentação aeróbica pelo micro-organismo sphingomonas elodea 102 , também conhecido como auromonas elodea ou pseudomonas elodea 103,107 . a forma nativa é estruturalmente constituída por unidades repetidas de β-1,3-d-glicose, β-1,4-d-ácido glucurônico, β1,4-d-glicose e α-1,4-l-ramnose (figura 14) 106,108 . seus grupos 2-acila e 6-gliceril são removidos pela reação de hidrólise alcalina, em elevadas temperaturas, originando a gg de baixo grau de acetilação (figura 15), comercialmente conhecida como gelrite ® ou kelcogel ® , de uso nas áreas alimentícia e farmacêutica em variados tipos de produtos 102,106,109,110 . figura 14. estrutura química da forma nativa da goma gelana (baixa acetilação) (adaptado de mao, 2000) 111 . figura 15. estrutura química da forma deacetilada da goma gelana (adaptado de mao, 2000) 111 . eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 15 15 sua característica hidrofílica e elevada capacidade de geleificação na presença de cátions diou trivalentes tem sido muito explorada para obtenção de novos sistemas para liberação controlada de fármacos 119,120 . algumas de suas características, tais como atoxicidade, biodegradabilidade, baixo custo, propriedades mucoadesivas e degradação específica pela microbiota colônica 105 , a tornam um polissacarídeo atrativo e bastante promissor para o design de diferentes formas farmacêuticas. a utilização da gg tem aumentado significativamente nos últimos anos, pois possui uma ampla aplicabilidade nas indústrias de alimentos e farmacêutica, e mais atualmente também na área da medicina regenerativa 105 . a gelana foi aprovada para uso alimentar em 1988 no japão, e desperta o interesse de muitos pesquisadores devido à sua propriedade de formar géis transparentes e resistentes a variações de calor e a ambientes ácidos, mesmo quando utilizada em baixas concentrações 110,120,121 . a gelana utilizada como um aditivo alimentar atua como estabilizante, espessante, excelente gelificante e é capaz de produzir gel com diferentes propriedades de textura. alguns exemplos clássicos do uso da gg em produtos alimentares são recheios para pães, confeitaria, produtos lácteos, géis sobremesa, glacês, doces e geleias, pudins, molhos, alimentos estruturados, coberturas, entre outros 106 . a gg já possui uma aplicação reconhecida, de longa data, em meios microbiológicos, como alternativa ao ágar 122 e como meio de crescimento bacteriano, já que seus géis termoestáveis são capazes de suportar longos períodos de incubações e elevadas temperaturas. nessas aplicações em meios de cultura microbiológicos, características como alta pureza e a claridade do gel são vantagens adicionais que a gelana possui e que a torna um material adequado para essa finalidade 106 . na área farmacêutica, a crescente utilização da gelana pode ser exemplificada por diversos sistemas de liberação de fármacos descritos na literatura destinados ao tratamento dos mais diversos tipos de patologias, dentre eles estão os hidrogéis 113 , microesferas 112,117 , microcápsulas 118,119 , esferas flutuantes 123 , entre outros. recentemente, a gelana tem sido estudada para aplicações biomédicas, mais precisamente na medicina regenerativa. suas características de biocompatibilidade e biodegradabilidade a tornam um material com grande potencial na regeneração de tecidos e seu uso para o preparo de scaffolds tem demonstrado grandes resultados 124 . estudos recentes mostram que estruturas baseadas em gelana podem ser explorados como biomaterial para regeneração de cartilagens na forma de discos, membranas, fibras e partículas 105,125 , como scaffolds para melhorar a capacidade de regeneração óssea 126 ou ainda em forma de scaffolds nanofibrosos de blendas com polivinilálcool. é utilizada como matriz para regeneração de tecidos por permitir a diferenciação e proliferação celular. assim, polímeros de origem natural, como a gelana, podem oferecer inúmeras vantagens, já que sua semelhança a macromoléculas biológicas, evita o reconhecimento pelo organismo como um corpo estranho 127 . a vantagem na utilização da gg no contexto das aplicações biomédicas fundamenta-se não só pelas suas inúmeras propriedades descritas anteriormente, mas também pela possibilidade de ser utilizada como um sistema injetável, já que possui uma similaridade estrutural com as glicosaminoglicanas presentes no tecido conjuntivo, devido à presença dos resíduos de ácido glucurônico na sua estrutura 125 . a goma gelana é um dos polissacarídeos de origem natural utilizado como excipiente multifuncional para as mais variadas formas de dosagens farmacêuticas e como aditivos na indústria alimentícia. suas propriedades particulares a tornam um material versátil, que pode ser modulado de acordo com as necessidades específicas, de modo que possa apresentar uma variedade de aplicações potenciais em áreas importantes como nos domínios da engenharia de tecidos e medicina regenerativa. 1.7. poli (ácido láctico) o ácido láctico é o monômero utilizado como precursor na síntese do poli (ácido láctico) (pla). é eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 16 16 um ácido orgânico abundante, de ocorrência natural, usado nas indústrias alimentícia, farmacêutica, cosmética, têxtil, de couro e química 128 . o ácido láctico (2-ácido hidroxipropiônico) é uma das moléculas quirais mais simples, e existe na forma de dois estereoisômeros, le dácido láctico, que se diferenciam pelo efeito da luz polarizada 129 . o ácido láctico pode ser produzido por síntese química ou fermentação. a síntese química de ácido láctico é baseada principalmente na hidrólise de lactonitrila, derivado petroquímico, pela ação de ácidos fortes, que fornece a mistura racémica de ácido láctico de l130 . no caso de processos biotecnológicos, o ácido láctico pode ser facilmente sintetizado por bactérias, como por exemplo, pelos microorganismos do gênero lactobacillus, a partir de matéria prima de baixo custo 131 . neste caso, o lácido láctico é preferencialmente sintetizado. o interesse na produção fermentativa de ácido láctico tem aumentado devido às perspectivas relacionadas à produção do polímero de ácido láctico, o pla, que é totalmente biodegradável na natureza, portanto, apresenta um grande apelo ambiental. outros dois fatores de grande importância são a vantagem da síntese por fermentação em relação à síntese química, por ser um processo de baixo impacto ambiental e alto rendimento e a utilização de produtos provenientes de fontes renováveis de baixo custo como o amido, celulose, cana de açúcar, entre outros, como nutrientes para os microorganismos que o sintetizam por fermentação 132 . o pla é um poliéster alifático (figura 16), de fórmula química [(c3h4o2)n]. possui dois estereoisômeros: poli(l-ácido láctico) (plla) e o poli(d-ácido láctico) (pdla), sua mistura racêmica gera o poli(d,l-ácido láctico) (pdlla) 133 . . o pdla e o plla são imagens especulares um do outro, ambos opticamente puros e semicristalinos 134 , enquanto o pdlla é racêmico, amorfo e opticamente inativo 135 . figura 16. estrutura química do poli(ácido láctico). a síntese do pla pode ocorrer por diversas rotas químicas incluindo policondensação, polimerização direta e polimerização por abertura de anel. as rotas mais utilizadas para a produção do pla são a policondensação e a polimerização por abertura de anel 136 . o processo de policondensação é realizado a vácuo, sob alta temperatura e com a utilização de solventes para a extração de água produzida pela reação de condensação. a polimerização via abertura de anel envolve um dímero cíclico de ácido láctico, o lactídeo, na presença de um catalisador. esse processo gera um polímero de baixa massa molecular. durante a síntese é possível associar as variáveis de tempo, temperatura e concentração do catalisador o que permite controlar as proporções e as sequências de unidades de de l-láctico no polímero final (figura 17) 137 . a policondensação do ácido láctico resulta em um polímero de baixa massa molecular, enquanto a polimerização por abertura de anel leva a formação de polímeros de maior massa molecular 138 . n eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 17 17 figura 17. rotas de síntese do pla. (adaptado de avine) 137 . devido às suas propriedades mecânicas, processabilidade termoplástica e propriedades biológicas, como biocompatibilidade e biodegradabilidade, o pla tem se mostrado um polímero promissor 139 tanto para substituição de polímeros convencionais no uso cotidiano, devido à sua degradabilidade na natureza, quanto para aplicações biológicas, devido à sua degradabilidade in vivo. as propriedades do pla dependem dos componentes isoméricos resultantes da quiralidade do ácido láctico, onde os dois centros assimétricos existem de quatro formas diferentes. essas propriedades podem ser modificadas pela variação dos isômeros (l (+) / d (-)) e a homo (d (-), l (+)), da temperatura de processamento, do tempo de recozimento e da massa molecular 140 . o pla pode ser amorfo ou cristalino dependendo da estereoquímica e de seu histórico térmico. o material totalmente amorfo pode ser sintetizado pelo aumento relativo do isômero d (>20%), enquanto que o material cristalino é obtido quando a quantidade de d é < que 2%. esse polímero é relativamente rígido com temperatura de transição vítrea entre 60 ºc – 70 ºc e a temperatura de fusão entre 170 ºc180 ºc 139 . os poliésteres, incluindo o pla, são polímeros hidroliticamente degradáveis. a hidrólise do pla, através de quebras de suas ligações ésteres, gera grupos terminais carboxila e hidroxila, conforme representado na figura 18 141 . em organismos vivos, o ácido láctico gerado pela degradação do pla é incorporado ao ciclo do ácido cítrico, resultando, ao final do processo metabólico, em subprodutos como dióxido de carbono e água 142 . as taxas de degradação são determinadas por fatores como o local do implante, massa molar, composição estereoquímica, cristalinidade e morfologia 143 . figura 18. esquema da degradação hidrolítica do pla (rathi, 2014) 141 . devido às suas propriedades, incluindo a natureza não-tóxica dos produtos de degradação, o pla tem se mostrado atraente para a indústria biomédica, podendo ser utilizado como material de implante cirúrgico, sistema de liberação de fármacos e também como suporte poroso para o oh oh o ácido lático o o o n o o o o lactídeo poli(ácido lático) h2o h2o o o o oh o o o o h2o n oh o oh o o o o o oh o o o o eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 18 18 crescimento de células e tecidos com aplicação na medicina regenerativa 144 . embora o pla se mostre um polímero promissor, algumas desvantagens como fraca ductibilidade, taxa de degradação lenta e alta hidrofobicidade, limitam suas aplicações. desta forma estudos vem sendo realizados com a finalidade de modificar suas propriedades buscando expandir seus domínios de aplicação. 1.8. policaprolactona a policaprolactona (pcl) é um poliéster alifático sintetizado pela primeira vez em 1934 pelo grupo do famoso pesquisador americano vannatta 145 . em 1958 foi relatada a primeira síntese da pcl descrevendo o mecanismo de reação através da abertura do anel do monômero pela adição de carbonato de potássio, em uma temperatura de 150 °c por 5 horas 146 . o processo de obtenção da pcl consiste na polimerização (por abertura do anel) do monômero de ε-caprolactona, resultando no produto de condensação de um grupo hidroxílico e um carboxílico, gerando, dentro da mesma molécula, o grupamento poliéster, pertencente à família dos poliésteres alifáticos, representado na figura 17 147 . existem pelo menos quatro tipos de mecanismos de polimerização, a polimerização aniônica, catiônica, de coordenação e radicalar. cada método afeta algumas resultantes, como a distribuição de massa molecular, a composição do grupo terminal e da estrutura química do polímero a ser formado, e também se é em bloco, ou randomizado. estas características, por sua vez, são importantes na definição da permeabilidade, biodegradabilidade e propriedades mecânicas do polímero 148 . a pcl é um polímero hidrofóbico, semicristalino, tenaz, flexível, possui baixa temperatura de transição vítrea (tg) entre -60 e -70 ºc e funde-se a cerca de 60 ºc, apresentando boas propriedades mecânicas e grande potencial para uso como biomaterial devido à sua fácil moldabilidade em temperaturas relativamente baixas 149 . é solúvel em vários solventes à temperatura ambiente, incluindo tetrahidrofurano, clorofórmio, diclorometano, tetracloreto de carbono, benzeno, tolueno, cicloexanona, di-hidropirano, e 2nitropropano. é pouco solúvel em acetona, 2butanona, acetato de etila, acetonitrila, e dimetilformamida, e insolúvel em álcoois, éter de petróleo, e dietiléter 148,150 . esse polímero pode ser biodegradado enzimaticamente por fungos e bactérias 151 , porém, em animais e humanos, devido à falta de enzimas adequadas para isso, a degradação dá-se por hidrólise das ligações ésteres por ação da água, originando produtos na forma de oligômeros, ou monômeros solúveis 152 . o período médio de degradação do homopolímero de caprolactona in vivo é de 2 a 3 anos 153,154 . quando não enzimática, a degradação desse polímero é iniciada na região amorfa no momento em que a água entra em contato com sua superfície, interagindo com os grupos carboxílicos e hidroxilas terminais, até a completa e gradativa difusão por toda a estrutura 155 . esse processo hidrolisa as macromoléculas em oligômeros, e estes em monômeros, os quais se difundem para os arredores do material, caracterizando o processo de erosão. essa erosão na superfície do material permite a entrada de uma quantidade maior de água no interior do polímero, acelerando o processo de degradação 150 . a liberação rápida dos produtos de sua degradação como oligômeros e subprodutos ácidos, pode resultar em reações inflamatórias in vivo. nestes casos, se o tecido circundante não for capaz de tamponar a alteração do ph devido à má vascularização ou baixa atividade metabólica, podem ocorrer distúrbios temporários, como, por exemplo, aumento da pressão osmótica através da acumulação de fluído locais, em casos de degradação rápida 156 . o processo de biodegradação pode ser modulado de diversas formas, sendo a mais comum, a síntese de copolímeros, isto é, a associação da pcl com outros polímeros. em geral, se associa com outras lactonas quando se quer estender o período de degradação 157 , ou adicionado de um dllactídio, por exemplo, a fim de se encurtar esse período, ou com outros polímeros para obter comportamentos específicos para a finalidade desejada 148 . eclética química journal, vol. 41, 1-31, 2016. 19 19 a pcl também tem a capacidade de formar misturas compatíveis com outros polímeros, o que pode afetar a cinética de degradação e propiciar o preparo de materiais com perfis de liberação de fármacos desejados 150 . estes atributos conduzem sua aplicação no preparo de sistemas de liberação como, por exemplo, em forma de microesferas ou nanoesferas 158 . diversos trabalhos relatam a pesquisa com liberação de fármacos a partir da pcl. exemplos são a liberação de papaverina 159 ou proteínas 160 a partir de microesferas de pcl e a liberação de tamoxifeno a partir de nanopartículas de pcl 161 . porém, uma das principais áreas de estudo ou aplicação da pcl na medicina é no desenvolvimento de scaffolds para regeneração tecidual em ossos 162-164 , cartilagens 165-167 , vasos sanguíneos 168,169 , peles 170,172 e nervos 173,174 . para estas aplicações são frequentemente descritas as técnicas de copolimerização ou de modificação química da superfície do scaffold, que mantêm as propriedades do material, alterando apenas sua superfície, para melhorar a biocompatibilidade 175 . o aumento das linhas de pesquisas em pcl e seus derivados reflete a versatilidade deste polímero e indica uma tendência de aumento de suas aplicações não só na área onde este é usado em substituição aos polímeros convencionais, mas também com grande potencial para as áreas médica e farmacêutica. conclusões de forma geral, os polímeros discutidos apresentam potencial para aplicações em diversas áreas que incluem desde o preparo de novos materiais para substituição de polímeros convencionais, até materiais para aplicação médica e farmacêutica. características como biocompatibilidade e moldabilidade são essenciais para suas aplicações nas áreas discutidas neste texto e a questão de serem, em sua maioria, provenientes de recursos renováveis é vantajosa no sentido da disponibilidade e baixo custo dos mesmos. apesar do baixo volume desses materiais em formas disponíveis comercialmente, muitas pesquisas encontram-se atualmente focadas no desenvolvimento de produtos neles baseados, na tentativa, e com boas perspectivas, conforme indicado pelos trabalhos aqui descritos, de aumentar a gama de suas aplicações. referências [1] s. m. willerth, s. e. sakiyama-elbert, combining stem cells and biomaterial scaffolds for constructing tissues and cell delivery. melton, d. stem book. harvard stem cell institute, massachusetts. massachusetts general hospital, 2013. disponível em http://www.stembook.org/about.html [2] s. n. lakshmi, t. l. cato, 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[175] a. kurella, n. b. dahotre, review paper: surface modification for bioimplants: the role of laser surface engineering, j. biomater. app., 2005, 20, 5-50. introduction in aqueous solutions molybdates, tungstates, vanadates, and to smaller extent, niobates, tantalates, and chromates, undergo complex hydrolysis-polymerization reactions upon acidification. the major species generated by such reactions are isopolyanions, of which cr2o7 2-, and heptamolybdate, mo7o24 6-, are well-characterized examples [1]. there is no doubt that the formation of isopolytungstates on acidification of the solutions of normal tungstate, wo4 2-, is the most complex and the least understood system [2]. the difficulties are at least three fold. firstly, there is the instability to obtain well-defined crystalline salts with many of the isopolytungstate anions, and hence the structural basis remains somewhat speculative. secondly many workers have used solutions containing buffers, many of which contain anions that preferentially form complexes with the tetrahedrally coordinated normal tungstate rather than the octahedrally coordinated polytungstates. thirdly the rates of formation of some isopolytungstates are very slow [3,4]. tungstate solutions can absorb considerable quantities of strong acid by mechanism leading to formation of isopolytungstates [5]. despite extensive investigations the problem of number and composition of the polymeric species has not been completely solved. it is reported [4,6] that even in a solution initially containing only orthotungstate and acid may exist eight types of species with h+:wo4 2ratio as 1:3, 2:3, 7:6, 3:2 and 2:1. the degree of aggregation in solutions increases as the ph is lowered, and numerous tungstates m2 io.nwo3.mh2o, differing in the value of n, have been reported from the solutions at different ph’s [6]. the existence of 71ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 potentiometric and conductometric studies on the system acid-isopolytungstate and the formation of lanthanum tungstates s. prasad1*, r. a.c. santana1, a. r.n. campos1, v. d. leite2 1department of chemical engineering, universidade federal de campina grande, 58109-970 campina grande, paraíba, brazil. 2department of chemistry, universidade estadual da paraíba, 58109-790, campina grande, paraíba, brazil. abstract: the stoichiometry of the polyanions formed by the action of nitric acid on sodium tungstate (≤ 0.01m) has been studied by means of electrometric techniques involving ph-potentiometric and conductometric titrations. the well defined inflections and breaks in the titration curves provide evidence for the existence of the polyanions, para-w12o41 10and meta-w12o39 6corresponding to the ratio of h+:wo4 2as 7:6 and 9:6 in the ph ranges 5.7-6.0 and 3.6-4.1, respectively. the interaction of lanthanum nitrate with sodium tungstate solutions, at specific ph levels 8.0, 5.9 and 4.0 was also studied by ph and conductometric titrations, in aqueous and alcoholic media, with each of the reagents alternatively used as titrant. the electrometric experiments provide definite evidence of the formation of normal-la2o3.3wo3, para-5la2o3.36wo3 and meta-la2o3.12wo3 tungstates in the vicinity of ph 6.3, 5.0 and 4.2, respectively. analytical investigations on the precipitates formed confirm the results of the electrometric study. keywords: isopolytungstates; lanthanum; electrometry; polyanions. so many isopolyanions seems to be doubtful; moreover, there is a great variance in the results published by earlier workers which allows no satisfactory interpretation of the mechanism of the condensation process. a further verification of the tungstate system seems very desirable with a view to rationalizing the conflicting details of the previous workers by employing electrometric techniques, which have provided more conclusive evidences on such systems [7,8,9]. after establishing for suitable conditions for the stability of different tungstate polyanions, the investigations for the formation of lanthanum tungastates as a function of ph were also carried out as no reference could be traced out in the literature about their formation. experimental details na2wo4.2h2o, la(no3)3, hno3 and ethanol of extra-pure grade were used, and their solutions were prepared with deionized distilled water. concentration of the sodium tungstate solution was further verified by tannin-antipyrine method [10a]. ph measurements were carried out on metrohm herisau ph-meter using scott gerate glass combination electrode. conductance values were recorded by employing a metrohm conductometer. the sodium tungstate solution (25.00 ml) was placed in the cell each time and thermostated at 25.0±0.1oc. using different concentrations of hno3 and na2wo4, a series of glass electrode and conductometric titrations have been carried out. 72 ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 the same concentrations of reactants were employed in conductometric and glass electrode titrations for the sake of comparison. the curves were plotted between ph and corrected conductance vs. volume of hno3 added. as the inflections in ph titration curves were not strongly defined, differential graphs in dph/dv were also drawn and end-points were marked by pronounced maxima in dph/dv. a summary of the electrometric titrations of the acid system is given in table 1. the formation of lanthanum tungstates was investigated by the action of lanthanum nitrate with different vanadate anions at specific ph levels 8.0, 5.9 and 4.0 using different concentrations of the reactants. a series of ph and conductometric titrations was performed by direct and reverse methods, i.e. when lanthanum nitrate solution from the microburette was added to sodium tungstate solution and vice versa (table 2). 25.00 ml of ethanolic solution (20%) was taken in the cell, which was thermostated at 25.0±0.1oc. the precipitates obtained at the end-points of titrations between lanthanum nitrate and sodium tungstates were also analyzed to substantiate the electrometric results. the different lanthanum tungstates were precipitated by mixing stoichiometric amounts of lanthanum nitrate solutions with sodium tungstate solutions at specific ph levels 8.0, 5.9 and 4.0. the precipitates obtained were washed several times with 20% ethanolic solution and dried in a vacuum desiccator for 40 h. a known amount (ca. 2 g) of each of the precipitates was used for analysis tungsten and lanthanum. tungsten [10a] was determined as oxinate and lanthanum [10b] with oxalate. from the proportions of lanthanum and tungsten in the compounds thus obtained their composition was established. the results are summarized in table 3. the analytical results were also confirmed by atomic absorption spectroscopy. 73ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 results and discussions the ph titrations of the acid against sodium tungstate are shown in fig. 1 (curves 1 and 2). two points of inflection were obtained; the first at h+:wo4 2as 7:6 corresponding to the fortable 2. summary of results of electrometric study on formation of lanthanum tungstates. volume of titre solution taken in the cell = 25.00 ml. mation of paratungstate and the second at h+:wo4 2as 9:6 due to the formation of paratungstate anions. in the first stage of the formation, when h+:wo4 2is less than 7:6, the addition of the acid brings about a gradual change in ph with a rapid attainment of its equilibrium value. when the ratio of the acid to normal tungstate passed 7:6, the initial ph dropped sharply leading to the observed inflection due to the formation of paratungstate anion in the ph range 5.7-6.0. but in contrast to the earlier part of the titration, the ph value showed an increasing 74 ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 tendency on waiting after each addition of the titrant and took a long time for attaining the equilibrium value, leading to a partial disappearance of the paratungstate a (hw6o21 5-) to a more stable ion, paratungstate z (w12o41 10-). the increase in ph value observed on standing should be the result of an increase in negative charge (from -5 on hw6o21 5to -10 on w12o41 10-) on the formation of higher polymer of a weaker acid. the existence of these two species is in agreement with the ultracentrifuge results [1114]. the paratungstate formation may be represented in a simplified way as follows: 6wo4 2+ 7h+ = hw6o21 5+ 3h2o (fast) (1) 2hw6o21 5= w12o41 10+ h2o (slow) (2) during the region of the second inflection in the titration curves, corresponding to the formation of metatungstate isopolyanions, the tendency to increase the ph value on waiting was again observed, leading to a conclusion that the formation of the final metatungstate species, w12o39 6-, is also a slow process and should be preceded by the formation of an unstable species hw6o20 3-, psedo-metatungstate [5,6]. the two stage reaction may be represented as follows: 6wo4 2+ 9h+ = hw6o20 3+ 4h2o (fast) (3) 2hw6o20 3= w12o39 6+ h2o (slow) (4) figure 1. ph and conductometric titrations of 25 ml of m/100 n2wo4 with m/10 hno3. it was observed that after passing the second inflection the ph value got stabilized and did not give any more inflection even with an addition of a lot excess of the acid (h+:wo4 2› 10:1) and hence not confirming the formation of the tungstic acid [2b]. conductometric titrations between hno3 and na2wo4 were also carried out employing the same concentrations of the reactants as in ph titrations for the sake of comparison of the results. the plots (fig. 1, curve 3) of corrected conductance as a function of the volume of titrant yielded two well-defined breaks at the ratio h+:wo4 2as 7:6 and 9:6 corresponding to the formation of paratungstate and metatungstate, respectively, as suggested by the preceding ph study. in all these titrations the break corresponding to the addition of 1.5 equivalents of the acid per na2wo4 is strongly defined, followed by a sharp rise in conductance which was determined to be the same as expected for the addition of free acid to the system. when a basic tungstate solution containing wo4 2and na+ is acidified, the tungstate ions have been found to condense in definite steps, as evidenced by the foregoing electrometric experiments, to form different isopolytungstate anions. the overall condensation process may be considered formally at least to begin with partial neutralization of the tungstate ions, and then expanding its coordination sphere from four to six by water molecules followed by the formation of a highly aggregated isopolyanion at lower ph value. wo4 2+ h+ = hwo4 (5) hwo4 + 2h2o = [wo(oh)5](6) 6[wo(oh)5]+ h+ = hw6o21 5+ 15h2o (7) the condensation process may be represented by the following general equation, which is almost similar to the one proposed by macinnis and kim [15]: 75ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 ah+ + bwo4 2= cwxoyhz n+ dh2o (8) with the values for a and b as represented in table 4. it is quite probable that the highly charged species given in table 4 may be hydrated; e.g., w12o41 10as h10w12o46 10-, and w12o39 6as h2w12o40 6as suggested by cotton and wilkinson [6] or w12o41 10as w12o40(oh)2 10[16] and w12o39 6as w12o38(oh)2 6as recently reported by rozantsev and sazonova [17]. the results of a careful ph and conductometric study on the acid tungstate system provided definite evidence for the formation of paraw12o41 10(via hw6o21 5-) and meta-w12o39 6(via hw6o20 3-) in the ph ranges 5.7-6.0 and 3.64.1, respectively. the observation of macinnis and kim [15] about the formation of w12o46 20-, w3o11 4and wo3.h2o, of meier and schwarzenbach [18] about h5w4o16 3-, of simons [19] about w2o7 2and of timofeeva et al. [20] about w7o24 6could not be confirmed by the study. formation of lanthanum tungstates the above studies show that the addition of acid to na2wo4 solution under suitable condition causes the formation of paratungstate w12o41 10and metatungstate w12o39 6anions. hence it was considered of interest to ascertain whether similar salts of heavy metals may be precipitated as a result of double decomposition. the reaction between lanthanum nitrate and different alkali tungstates has therefore been studied by means of ph and conductometric titrations. the solution of na2wo4 was prepared in deionized distilled water. the solutions of sodium paraand meta-tungstates were prepared by adding 7 and 9 mol of hno3 to 6 mol of na2wo4. 12na2wo4 + 14hno3 = na10w12o41 + 14nano3 + 7h2o (9) 12na2wo4 + 18hno3 = na6w12o39 + 18nano3 + 9h2o (10) lanthanum normal tungstate figure 2 illustrates the curves of the ph and conductometric titrations performed between the solutions of the normal tungstate and lanthanum nitrate. in direct titrations (curve 1), when la(no3)3 solution (ph 4.3) was added to the na2wo4 solution (ph 8.0) a sharp fall in ph was noted with an inflection at molar ratio of la3+:wo4 2as 2:3 in the vicinity of ph 6.3, corresponding to the stoichiometry for the formation of lanthanum tungstate, la2o3.3wo3. this sharp fall in ph occurs because of the presence of unreacted acidic (ph 4.3) la(no3)3 in the cell just after completion of precipitation of lanthanum tungstate. in reverse titrations (curve 3), when na2wo4 solution was added to the lanthanum nitrate solution, the ph first changed very slowly, but at the end-point it jumped upwards corresponding to the formation of the same compound in accordance with the following equation: 2la(no3)3 + 3na2wo4 = la2o3.3wo3 + 6nano3 (11) employing similar concentrations of the reactants, both direct (curve 2) and reverse (curve 3) conductometric titrations between the solutions of la(no3)3 and na2wo4 gave welldefined breaks at 2:3 molar ratio of la3+:wo4 2-, confirming the stoichiometry for formation of the cerium tungstate la2o3.3wo3, as suggested by the ph study. lanthanum paratungstate the solution of sodium paratungstate, na10w12o41, was prepared by addition of nitric acid to na2wo4 in the molar ratio 7:6. figure 3 illustrates the changes occurring in ph and conductance when la(no3)3 solution (ph 4.3) is treated with na10w12o41 solution (ph 5.9). in direct titrations (curve 1) when la(no3)3 solution was added from microburette to na10w12o41 solution, a gradual change in ph was observed till at the stoichiometric end-point (the stage at which the reaction ends if simple double decomposition takes place), a sharp fall in ph was noted with the inflection corresponding to the molar ratio of la3+:w12o41 10as 10:3, suggesting the formation of lanthanum paratungstate 5la2o3.36wo3 in the vicinity of ph 5.0. in case of reverse titrations (curve 3) the first addition of na10w12o41 solution to la(no3)3 caused a slight decrease in ph till about half the volume of titrant required for the precipitation of lanthanum paratungstate was added. this initial lowering in ph value was due to the presence of hydrolyzed acid from the lanthanum salt. later on, with the progress of the reaction, ph began to rise and a pronounced upward jump was obtained at the stoichiometric point corresponding to the formation of lanthanum paratungstate. employing similar concentrations of the reactants a series of direct (curve 2) and reverse (curve 4) conductometric titrations were performed between the solutions of la(no3)3 and na10w12o41. the titration curves provide well-defined breaks at a point where the molar ratio of la3+:w12o41 10is 10:3 (table 2), thus confirming formation of the paratungstate as suggested by the ph study. the 76 ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 figure 2. normal-tungstate direct (1 and 2) and reverse (3 and 4) titrations. 1, 2: 25 ml of m/250 na2wo4 titrated with m/30 la(no3)3. 3, 4: 25 ml of m/375 la(no3)3 titrated with m/20 na2wo4 formation of the paratungstate can be represented as follows: 10la(no3)3 + 3na10w12o41 = (5la2o3.36wo3) + 30nano3 (12) lanthanum metatungstate sodium metatungstate, na6w12o39, solution was prepared by addition of nitric acid to na2wo4 in the molar ratio 3h:2w. using different concentrations of the solutions of la(no3)3 and na6w12o39, a series of direct and reverse conductometric titrations was carried out. the nature of these titration curves (figure 4) is similar to those of the paratungstate. the curves provide breaks at molar ratio 2:1 of la3+:w12o39 6corresponding to the stoichiometry for formation of lanthanum 77ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 figure 3. para-tungstate direct (1 and 2) and reverse (3 and 4) titrations. 1, 2: 25 ml of m/1200 na10w12o41 titrated with m/30 la(no3)3. 3, 4: 25 ml of m/900 la(no3)3 titrated with m/240 na10w12o41 figure 4. meta-tungstate direct (1) and reverse (2) titrations. 1: 25 ml of m/750 na6w12o39 titrated with m/30 la(no3)3. 2: 25 ml of m/1500 la(no3)3 titrated with m/240 na6w12o39 metatungstate la2o3.12wo3 in the vicinity of ph 4.2, according to the reaction: 2la(no3)3 + na6w12o39 = la2o3.12wo3 + 6nano3 (13) the ph titrations of this system did not provide reliable results for the formation of lanthanum metatungstate, which may be ascribed to very close ph values of the reactants involved. it was noted that after each addition of the titrant, it takes a little time for the ph and conductance values to become steady. a thorough stirring in neighborhood of the equivalence point has a favorable effect. the presence of ethanol (20%) improves position of the end-point and increases magnitude of the jump in ph curves, as it decreases solubility of the precipitates formed and minimizes hydrolysis and adsorption. for this reason all the titrations were performed in presence of 20% ethanol. conclusions the results of the quantitative elemental analysis of the precipitates were used to calculate the proportions of the elements present in the compounds. from these proportions, the composition of the compounds was established which was found to be the same as obtained by the electrometric techniques (see table 3). the present electrometric and analytical investigations confirm the formation and precipitation of three lanthanum tungstates, viz. normal-la2o3.3wo3, para-5la2o3.36wo3 and references [1] m. t. pope, b. w. dale, q. revs. 22 (1968) 527. [2] d. l. kepert, in: a. f. trotman-dickenson, (ex. ed.), comprehensive inorganic chemistry, vol. 4, pergamon press, oxford, 1973, pp. (a) 641, (b) 642, (c) 646. [3] h. r. craig, s. y. tynee, inorg. chem. 4 (1965) 997. [4] m., grayson, (ex. ed.), kirk-othmer encyclopedia of chemical technology. vol.23, wiley-interscience, new york, 3rd edn., 1993, p.431. [5] d. l. kepert, in: f. a. cotton, (ed.), progress in inorganic chemistry, vol. 4, interscience publishers, new york, 1962, p. 199. [6] f. a. cotton, g. wilkinson, advanced inorganic chemistry, interscience publishers, new york, 3rd edn., 1972, p.952. [7] s. prasad, can. j. chem. 59 (1981) 563. [8] s. prasad, s. b. gonçalves, j. b. brito, catal. today, 57 (2000) 343. [9] s. prasad, t. l. m. guimarães, j. braz. chem. soc. 9 (1998) 253. [10] a. i. vogel, a textbook of quantitative inorganic analysis, longmans, london, 3rd. edn.,1968, p. (a) 567, (b) 541. [11] k. f. jahr, j. fuchs, angew. chem. intern. ed. 5 (1966) 689. [12] j. aveston, inorg. chem. 3 (1964) 981. [13] o. glemser, w. holtje, z. naturforsch. 20b (1965) 398. [14] o. glemser, w. holznagel, w. holtje, e. schwarzmann, z. naturforsch. 20b (1965) 725. [15] m. b. macinnis, t. k. kim, j. chem. tech. biotechnol. 29 (1979) 225. [16] m. del arco, d. carriazo, s. gutierrez, c. martin, v. rives, inorg. chem. 43 (2004) 375. [17] g. m. rozantsev, o. i. sazonova, russ. j. coord. chem. 31 (2005) 552. [18] j. meier, g. schwarzenbach, j. inorg. nucl. chem. 8 (1958) 302. [19] e. l. simons, inorg. chem. 3 (1964) 1079. [20] e. v. timofeeva, g. a. tsirlina, o. a. petrii, russ. j. electrochem. 39 (2003) 716. [21] a. standen, (ex. ed.), kirk-othmer encyclopedia of chemical technology, vol.13, intersciencepublishers, new york, 2nd edn., 1967, p.782. meta-la2o3.12wo3 in the vicinity of ph 6.3, 5.0 and 4.2, respectively. the ph values reported correspond to the 20% ethanol medium. as structure of these compounds is not known they are represented as double oxides, the manner which is usually adopted for such compounds [21]. acknowledgement the authors are indebted to the cnpq for financial assistance. recebido em: 03/01/2007 aceito em: 05/04/2007 78 ecl. quím., são paulo, 32(1): 71-78, 2007 s. prasad, r. a.c. santana, a. r.n. campos , v. d. leite. estudos eletrométricos sobre o sistema ácido-tungstato e a formação de tungstatos de metais pesados. resumo: a estequiometria de poliânions formados pela ação do ácido nítrico sobre a solução de tungstato de sódio (≤ 0,01m) foi estudada por meio de técnicas eletrométricas envolvendo titulações potenciométricas e condutométricas. as inflexões e degraus bem definidas nas curvas de titulações forneceram evidências convincentes pela existência de poliânions, para-w12o41 10e meta-w12o39 6nas faixas do ph 5,7-6,0 e 3,6-4,1; correspondendo a razão h+:wo4 2como 7:6 e 9:6, respectivamente. a interação entre soluções de nitrato de lantânio e tungstato de sódio a específicos níveis de ph 8,0; 5,9 e 4,0 também foi estudada por titulações potenciométricas e condutométricas, nos meios aquoso e etanólico, com cada reagente usado alternadamente como titulante. os experimentos eletrométricos forneceram evidências incontestáveis sobre a formação de tungstatos normal-la2o3.3wo3, para5la2o3.36wo3 e meta-la2o3.12wo3 nas proximidades de valores de ph 6,3; 5,0 e 4,2; respectivamente. investigações analíticas sobre os precipitados formados confirmam os resultados do estudo eletrométrico. palavras-chave: isopolitungstatos; lantânio; eletrometria. microsoft word 1114.doc ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 158 desenvolvimento de metodologia analítica baseada em eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de bismuto: aplicação em águas de chuva de regiões de santa catarina ms. marcel silveira dos santos*, joyce nunes bianchin e dr. almir spinelli departamento de química, universidade federal de santa catarina, florianópolis, sc 88040900, brasil. e-mail para contato: silveiramarcel23@gmail.com resumo ______________________________________________________________________________ neste estudo foi desenvolvida uma metodologia analítica para determinação de 2,4dinitrofenol (2,4-dnp) em amostras de águas de chuva de regiões de santa catarina utilizando a voltametria de onda quadrada (voq) e de forma ex situ. o estudo envolveu a aplicabilidade de utilizar o eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de bismuto. a formação do filme de bismuto foi otimizada por voltametria cíclica e em seguida, estudos de ph e eletrólito de suporte foram investigados para a redução do 2,4-dnp. os parâmetros analíticos que afetam a sensibilidade da voq foram otimizados. na sequência, as figuras analíticas de mérito foram obtidas: faixa linear de trabalho de 3,2 x 10-7 – 4,6 x 10-6 mol l-1, coeficiente de correlação de 0,996, rsd% = 17,5 (1,3 x 10-6 mol l-1, n = 6), 11,7 (2,5 x 10-6 mol l-1, n = 6) e 6,4 ( 4,5 x 10-6 mol l-1, n = 6), limite de detecção de 1,2 x 10-7 mol l-1. e, finalmente estudos de recuperação www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 159 foram realizados para avaliar a exatidão da metodologia. valores obtidos ficaram entre 84-112% (2,5 x 10-6 mol l-1) e 89 – 113% (4,5 x 10-6 mol l-1). palavras-chave: voltametria; filme de bismuto; eletrodo modificado; 2,4-dnp 1. introdução compostos aromáticos contendo substituintes nitro são compostos amplamente conhecidos, os quais são comumente utilizados na indústria petrolífera, têxtil, farmacêutica, de celulose, de inseticida e também na manufaturação de explosivos. estes compostos são intermediários importantes na indústria de produtos químicos. entre os compostos orgânicos, os nitrocompostos aromáticos estão entre as substâncias mais tóxicas encontradas no meioambiente. a elevada toxicidade dos nitrocompostos em geral, e os nitro-aromáticos em particular é de especial preocupação. o potencial de propagação destes compostos no meio ambiente através da lixiviação e infiltração a partir do lixo industrial em fontes de água leva a sérios efeitos deletérios sobre os humanos, organismos aquáticos e outras formas de vida [1,4]. os nitrofenóis (np) têm sido designados como poluentes prioritários por muitos países devido a sua toxicidade aguda e longa persistência no ambiente [5]. a agência de proteção ambiental dos estados unidos (epa) considera os nitrofenóis como substâncias nocivas à qualidade da água, incluindo o 2,4-dinitrofenol. a comunidade européia fixou a concentração máxima admissível destes compostos em água potável em até 10 µg l-1, e para águas de rios uma concentração máxima de 70 µg l-1 [6,7]. não obstante, os nitrofenóis são um dos grupos orgânicos mais abundantes em águas de chuva [8,9]. sendo assim, causa preocupação devido as suas propriedades fitotóxicas como agentes de desacoplamento da fosforilação oxidativa combinada com a sua capacidade de penetrar em tecidos vegetais [10,11]. consequentemente, os nitrofenóis poderiam dar uma contribuição substancial para o declínio de áreas arborizadas em áreas poluídas [12]. a deposição de nitrofenóis da atmosfera para as águas superficiais é outro grave problema devido aos organismos aquáticos [13]. os métodos eletroquímicos são uma das opções para o tratamento de águas contaminadas por compostos nitro aromáticos. entretanto, nos últimos anos, poucos artigos descreveram o tratamento eletroquímico destes compostos. e os poucos descritos, focam-se apenas por vias de oxidação e seus mecanismos de atuação são complexos [14]. a detecção de nitrofenóis é ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 160 geralmente realizada por técnicas cromatográficas e espectroscópicas [15,16]. várias técnicas eletroanalíticas têm sido aplicadas também para estes compostos: polarografia, voltametria cíclica (vc), voltametria de pulso diferencial (vpd) e voltametria de onda quadrada (voq) [1720]. eletrodos de carbono vítreo [21] e pasta de carbono [22] têm sido aplicados na redução eletroquímica de nitrofenóis. um filme que vem se destacando para a construção de eletrodos modificados é o filme de bismuto. wang et al. introduziram o eletrodo de filme de bismuto em 2000 (bife) representando uma alternativa muito atrativa em relação ao eletrodo de mercúrio [23]; demonstrando que os filmes de bismuto se depositam em vários tipos de superfícies de eletrodos, fornecendo sinal analítico com excelente resolução e reprodutibilidade para metais. entre eles, zinco, cádmio, níquel, alumínio, urânio e cobalto [24-29]. o filme de bismuto também é aplicável aos compostos orgânicos, tais como os nitrocompostos sendo determinados por voltametria de pulso diferencial e amperometria [30]. os eletrodos de filme de bismuto também são menos propensos a interferências pelo oxigênio dissolvidos em soluções nãodesaeradas. a janela de potencial de todos os eletrodos de bismuto está na faixa de -1,3 a -0,2 v [23,31]. neste trabalho, desenvolveu-se uma metodologia analítica baseada em eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de bismuto para determinação de 2,4-dinitrofenol em águas de chuva de regiões de santa catarina por voltametria de onda quadrada. o comportamento da redução eletroquímica foi investigado através da voltametria cíclica. 2. experimental 2.1. instrumentação um potenciostato/galvanostato eg&g partm modelo 263a foi utilizado em todas as análises voltamétricas. o software utilizado foi o m270. os voltamogramas cíclicos e de onda ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 161 quadrada foram obtidos em uma célula eletroquímica de 30 ml contendo três eletrodos, a saber: eletrodo de trabalho de carbono vítreo (cv) modificado com filme de bismuto, eletrodo de referência ag/agcl e um eletrodo auxiliar de platina. outra célula de 20 ml foi utilizada para a formação do filme de bismuto; foram utilizados os mesmos eletrodos citados anteriormente. um phmetro (mettler toledo 320), banho de ultra-som (ultra cleaner 1450), e agitador magnético (mqama 301) também foram utilizados. 2.2. reagente e soluções foram utilizados reagentes de grau analítico. ácido bórico (nuclear, diadema, sp, brasil), ácido orto-fosfórico (nuclear) e ácido acético glacial (nuclear) para formar o tampão britton-robinson 0,04 mol l-1. ácido cítrico (labsynth, diadema, sp, brasil) e citrato de sódio (nuclear) para formar tampão citrato 0,05 mol l-1. monohidrogenofosfato de sódio e dihidrogenofosfato de sódio (f. maia, cotia, sp, brasil) para formar tampão 0,1 mol l-1. ácido acético (nuclear) e acetato de sódio (labsynth) para formar tampão 0,05 mol l-1. hidróxido de sódio 1 mol l-1 (nuclear) e 1 mol l-1 ácido orto-fosfórico (nuclear) foram utilizados para ajustes de ph. o 2,4-dinitrofenol (2,4-dnp) foi obtido da supelco (bellefonte, pa, usa). uma solução estoque de 2000 mg l-1 de 2,4-dnp foi preparada em metanol (tedia, fairfield, oh, usa). uma solução de 1000 mg l-1 de nitrato de bismuto pentahidratado (f. maia) foi preparado em ácido nítrico (nuclear) 5% (m/m). 2.3. coleta das amostras ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 162 as águas de chuva na região oeste (joaçaba), região centro-oeste (lages), região sul (criciúma) e região litorânea (florianópolis) do estado de santa catarina foram coletadas durante o mês de junho. em lages foram coletadas duas amostras, a saber: nas proximidades de uma indústria de papel e de um bairro distante de algum parque industrial. a coleta foi realizada nos primeiros 20 minutos de chuva e as amostras estocadas a -6ºc. 2.4. preparação do bife e redução do 2,4-dinitrofenol a superfície do eletrodo de carbono vítreo foi polida com alumina, lavada e sonificada por 40 segundos em metanol entre cada etapa. o filme de bismuto foi depositado ex situ sobre o eletrodo de carbono vítreo. a formação do filme foi realizada em uma célula eletroquímica contendo 10 ml de tampão acetato 0,05 m na presença de oxigênio dissolvido, contendo 15 mg l-1 de íons bi (iii). a velocidade de agitação magnética utilizada foi de 200 rpm em todas as análises. o potencial e tempo de deposição foram de -500 mv e 120 segundos, respectivamente. a limpeza do eletrodo de cv modificado foi realizada por agitação de 300 rpm por 20 segundos. a redução do 2,4-dinitrofenol foi realizada em uma célula de volume de 30 ml contendo 20 ml de uma solução tampão britton-robinson 0,04 mol l-1 (ph 3). a solução foi purgada com nitrogênio por 8 minutos em todas as análises. todas as análises foram realizadas em duplicata. 3. resultados 3.1. comparação entre o eletrodo de carbono vítreo com e sem modificação com filme de bismuto ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 163 devido à crescente necessidade de identificação e quantificação de analitos de forma rápida, específica e em quantidades de amostras pequenas, os eletrodos quimicamente modificados foram desenvolvidos. comparado a eletrodos convencionais, maior controle de característica do eletrodo e reatividade são alcançadas através destas modificações na superfície. estes eletrodos modificados originam frequentemente sinais de corrente mais elevadas do que na ausência do modificador [32]. inicialmente foi avaliado o desempenho do eletrodo de carbono vítreo sem o filme de bismuto e modificando a superfície do carbono vítreo com filme de bismuto sem otimizar os parâmetros para tal. para a formação do filme de bismuto, 10 ml da solução tampão acetato 0,05 mol l-1 com 15 mg l-1 de íons bi (iii) foi adicionado a uma célula eletroquímica. potencial de -1000 mv e tempo de deposição de 60 segundos. a redução foi feita em uma célula eletroquímica contendo 20 ml de tampão britton-robinson 0,04 mol l-1 (ph 3) e fortificada com 2 x 10-4 mol l-1 de 2,4-dnp. a fig. 1 exibe os resultados obtidos na voltametria cíclica. a curva (a) é a curva voltamétrica do eletrodo de cv não-modificado e a curva (b) representa eletrodo de cv modificado. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 164 fig. 1. voltamogramas cíclicos da redução do 2,4-dnp (fortificação de 2 x 10-4 mol l-1). onde (a) é a curva do eletrodo de cv não-modificado e (b) com modificação. voltametria cíclica: taxa de varedura: 40 mv s-1, incremento de varredura: 2 mv, potencial inicial e final: -250 mv, potencial de varredura reversa: -1,1 v. as correntes obtidas para o primeiro pico para o eletrodo de cv sem e com modificação foram de -108,4 µa cm-2 e -122, 9 µa cm-2, respectivamente. para o segundo pico, sem e com modificação, foram de -148,8 µa cm-2 e 185,8 µa cm-2, respectivamente. observa-se também um leve deslocamento do potencial de redução do 2,4-dnp. os resultados demonstram que a modificação da superfície do eletrodo de carbono vítreo com o filme de bismuto aumenta a sensibilidade da metodologia a ser aplicada. 3.3. seleção do eletrólito de suporte para a formação do filme de bismuto um parâmetro importante sobre a resposta eletroanalítica é o eletrólito suporte, pois este influencia diretamente na intensidade da corrente de pico. o eletrólito de suporte pode modificar a termodinâmica e a cinética do processo eletródico, bem como o transporte de massa na célula. a escolha do eletrólito de suporte deve levar em conta a natureza do substrato empregado como eletrodo, bem como a natureza da investigação a ser realizada [33]. neste estudo foram investigadas quatro soluções como eletrólito de suporte, a saber: tampão fosfato 0,1 mol l-1, ácido clorídrico 0,1 mol l-1, tampão citrato 0,05 mol l-1 e tampão acetato 0,05 mol l-1. a fig. 2 exibe os voltamogramas cíclicos obtidos para o 2,4-dnp (2 x 10-4 mol l-1) em diferentes eletrólitos de suporte. o tempo e potencial de deposição utilizados para a formação do filme de bismuto no experimento foram de 60 segundos e -1000 mv. a intensidade do sinal para o primeiro pico (~ -400 mv) teve resultados similares para o ácido clorídrico 0,1 m e tampão ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 165 citrato 0,05 m. a ordem de sequência da intensidade de corrente para os diferentes eletrólitos de suporte testados foram iguais nos dois picos de redução. fig. 2. voltamogramas cíclicos da redução do 2,4-dnp utilizando eletrodo de carbono vítreo modificado com filme de bismuto. taxa de varredura: 40 mv s-1, incremento de varredura: 2 mv, potencial inicial e final: -250 mv, potencial de varredura reversa: -1,1 v. onde a curva (a) é a curva do tampão fosfato 0,1 m, (b) ácido clorídrico 0,1 m, (c) tampão citrato 0,05 m e (d) tampão acetato 0,05 m. fortificação de 2 x 10-4 mol l-1 de 2,4-dnp. a sequência da intensidade obtida foi: tampão fosfato 0,1 m < ácido clorídrico 0,1 m < tampão citrato 0,05 m < tampão acetato 0,05 m. o melhor resultado obtido foi com a utilização do tampão acetato 0,05 m, logo, este foi selecionado para estudos posteriores. 3.4. potencial e tempo de deposição do bife em eletrodos modificados, a quantidade depositada é uma função do tempo de deposição, sendo também possível a formação de multicamadas. como em qualquer processo de eletrodo, o potencial aplicado ao eletrodo determina a velocidade da reação, e por consequência a estrutura da camada adsorvida [34]. a faixa estudada foi de -1000v a -500 mv. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 166 o efeito do potencial e tempo de deposição do bife foi avaliado utilizando a coulometria de potencial controlado. a fig. 3 exibe o gráfico das densidades de corrente obtidas versus o potencial aplicado para os dois picos de redução. a formação do filme foi feita com 10 ml da solução tampão acetato 0,05 mol l-1 com 15 mg l-1 de íons bi (iii) e 60 segundos de deposição. a redução do 2,4-dnp foi realizada com a voltametria cíclica: taxa de varredura 40 mv s-1, incremento de varredura 2 mv, potencial inicial e final -250 mv, potencial de varredura reversa de -1,1 v. a intensidade do sinal analítico aumenta em todos os pontos para os 2 picos de redução. há uma queda abrupta de -800 mv a -600 mv para o primeiro pico, comportamento não observado para o segundo pico. também foi observado uma melhora na resolução do sinal em potenciais mais positivos que -800 mv. logo, o potencial de -500 mv foi selecionado para estudar a influência do tempo de deposição. fig. 3. comportamento da densidade de corrente em função do potencial de deposição. redução em tampão br 0,04 m. fortificação de 1 x 10-4 mol l-1 de 2,4-dnp. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 167 fig. 4. comportamento da densidade de corrente em função do tempo de deposição. redução em tampão br 0,04 m. fortificação de 1 x 10-4 mol l-1de 2,4-dnp. de acordo com a fig. 4, o tempo de deposição influencia na deposição do filme de bismuto na superfície do eletrodo de cv. a faixa estudada foi de 30 a 180 segundos. há um aumento na densidade de corrente no intervalo de 30 a 120 segundos. após os 120 segundos não há ganho de resposta, indicando que o equilíbrio foi atingido. para demais estudos o tempo de 120 segundos foi selecionado. 3.5. efeito do ph na redução do 2,4-dnp a influência do ph na resposta da densidade de corrente de pico para o processo de redução do 2,4-dnp foi estudada em tampão br 0,04 mol l-1 variando o ph de 3 a 10. a fig. 5 exibe o voltagrama cíclico da curva de ph 3 onde há 2 picos de redução. os valores de ph 9 e ph 10 não apresentaram picos de redução. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 168 estudos anteriores sobre as propriedades eletroquímicas de compostos nitroaromáticos substituídos demonstraram que, o eletrodo em meio acidificado, os compostos nitroaromáticos são reduzidos em um processo envolvendo 4 elétrons e 4 prótons à hidroxilamina em 2 etapas: r-no2 + e→ r-no2 (lenta) r-no2 + 3e+ 4h+ → r-nhoh + h2o (rápida) de acordo com a etapa mais rápida da reação, a concentração de íons hidrogênio afeta a taxa de reação [35]. já que a redução do grupo nitro envolve a protonação deste grupo. portanto, é natural não observar picos de redução em valores próximos de ph 10. a fig. 5 mostra o comportamento da densidade de corrente de pico em função do ph. o comportamento eletroquímico foi similar tanto para o pico 1 e para o pico 2. ao longo do aumento do ph a resposta diminui até chegar ao ph 9. para demais experimentos, o ph 3 foi selecionado. fig. 5. comportamento da densidade de corrente em função do ph. redução em tampão br 0,04 m. fortificação de 1 x 10-4 mol l-1 de 2,4-dnp. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 169 3.6. natureza do processo eletródico dois critérios foram usados para estudar a natureza do processo eletródico sobre a superfície do eletrodo de cv modificado. são as análises das curvas log i em função de log v e i em função de v1/2. as figuras 6 e 7 mostram esses gráficos para o 2,4-dnp (1 x 10-4 mol l-1). a redução foi realizada por voltametria cíclica com os seguintes parâmetros: incremento de varredura de 2 mv, potencial inicial e final de -250 v, potencial de varredura reversa de -1,1 v, tampão br (ph 3). velocidade variando de 10 mv s-1 a 100 mv s-1. fig. 6. variação de log i com log v para 2,4-dnp (1 x 10-4 mol l-1). na fig. 6 observa-se que o gráfico de log i em função de log v apresentou comportamento linear. um comportamento linear com δlog (i)/δlog (v) = 0,5 indica um processo de transporte de massa controlado por difusão e δlog (i)/δlog (v) = 1,0 indica um processo controlado por adsorção [35]. considerando que δlog (i)/δl og(v) = 0,54, pode-se afirmar que o ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 170 processo de transporte de massa é controlado difusionalmente. este resultado está de acordo com o estudo realizado por smyth et al., 2004 [36]. fig. 7. variação de i com v1/2 para 2,4-dnp (1 x 10-4 mol l-1). em sistemas reversíveis ou irreversíveis, i varia linearmente com v1/2, passando pela origem. na fig. 7 observa-se que o gráfico i em função de v1/2 apresentou um comportamento linear, mas não passou pela origem. isto evidencia que a reação eletródica é controlada por difusão, mas há reações químicas acopladas à transferência de carga [37]. 3.7. limpeza do eletrodo ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 171 após as otimizações um estudo sobre a limpeza do eletrodo foi realizado. a fig. 8 exibe os resultados obtidos. o teste foi feito com a formação do filme otimizado: -500 mv e 120 segundos. redução do 2,4-dnp em tampão br 0,04 m, ph 3. taxa de varredura 40 mv s-1, incremento de varredura de 2 mv, potencial inicial e final de -250 mv, potencial de varredura reversa de -1,1 v. a fortificação foi de 2 x 10-4 mol l-1. fig. 8. voltamogramas cíclicos do estudo da limpeza do eletrodo. (a) corrida 1, (b), (c) e (d) corrida 2, 3 e 4, respectivamente, sem a limpeza do eletrodo. (e) corrida após a agitação da solução por 300 rpm por 20 seg. cinco corridas foram realizadas. após a primeira, designada como (a), outras 3 foram realizadas sem limpar o eletrodo, designadas como (b), (c) e (d). nota-se na fig. 8 que há uma certa atividade de adsorção na superfície do eletrodo de cv que leva a uma redução na intensidade da corrente de pico. quando a solução é agitada a 300 rpm por 20 segundos, a intensidade da corrente lida (designada como (e)) é praticamente a mesma da corrida feita em (a). este resultado sugere que a simples agitação da solução faz voltar ao estado inicial da ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 172 superfície do filme de bismuto. para demais estudos, um único filme foi formado para cada otimização dos parâmetros de onda quadrada após a agitação da solução por 20 segundos a 300 rpm. 3.8. parâmetros da voltametria de onda quadrada foi realizado o estudo dos parâmetros da voq, como frequência (f), altura de pulso (∆h; a = ∆h/2) e incremento de varredura de potencial (∆es), buscando o maior sinal analítico do eletrodo modificado com filme de bismuto. 3.8.1. efeito do incremento de varredura de potencial o efeito do incremento de varredura de potencial (∆es) foi estudado no intervalo de 1 a 6 mv em solução de tampão br 0,04 m, ph 3, ∆h de 25 mv, frequência de de 40 hz e 1,5 x 105 mol l-1 de 2,4-dnp. os resultados obtidos estão mostrados na fig. 9. observa-se na fig. 9 que com o aumento do incremento, tem-se um aumento na resposta analítica. entretanto, a resolução do pico também é afetada. as curvas representadas por (a) e (b) representam as curvas de 1 mv e 2 mv; estas duas curvas não tiveram sua resolução afetada para o primeiro pico, mas para o segundo pico (mais negativo), um incremento de 2 mv já apresenta muito ruído. as curvas representadas por (c) e (d) representam as curvas de 4 mv e 6 mv. estas duas curvas foram fortemente afetadas na resolução tanto do primeiro pico quanto do segundo. conclui-se que um incremento de 2 mv é a melhor escolha para os seguintes experimentos. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 173 fig. 9. efeito do incremento de varredura na densidade de corrente da redução de 1,5 x 10-5 mol l-1 de 2,4-dnp. frequência de 40 hz e altura de pulso de 25 mv. onde curva (a) é igual a 1 mv; (b) 2 mv; (c) 4 mv, (d) 6 mv. 3.8.2. efeito da altura de pulso o efeito da altura de pulso (∆h) foi estudado no intervalo de 5 a 70 mv. os resultados obtidos estão mostrados na fig. 10. na fig. 10, nota-se que com o aumento da altura de pulso há um aumento da resposta analítica. entretanto, a escolha da altura é um compromisso entre o aumento da sensibilidade e a perda de resolução. as curvas designadas como (a), (b), (c), (d), (e) e (f) representam altura de pulso de 5, 10, 25, 40, 55 e 70 mv, respectivamente. observa-se também que uma altura de pulso acima de 55 mv reduz a resolução dos dois picos de redução do 2,4-dnp. o melhor resultado obtido para esta variável foi uma altura de pulso de 40 mv. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 174 fig. 10. efeito da altura de pulso na densidade de corrente da redução de 1,5 x 10-5 mol l-1 de 2,4-dnp. frequência de 40 hz e incremento de 2 mv. 3.8.3. efeito da frequência a frequência da onda quadrada é uma dos parâmetros mais importantes a ser analisado, pois determina a intensidade dos sinais, o que consequentemente, reflete diretamente na sensibilidade do método [38]. o efeito da frequência foi estudado no intervalo de 10 a 100 mv em solução de tampão br 0,04 m, ph 3, altura de pulso de 40 mv e incremento de 2 mv, 1,5 x 10-5 mol l-1 de 2,4dnp. os resultados obtidos estão mostrados na fig. 11. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 175 fig. 11. efeito da frequência na densidade de corrente da redução de 1,5 x 10-5 mol l-1 de 2,4dnp. altura de pulso de 40 mv e incremento de 2 mv. onde (a), (b), (c), (d), (e), (f) e (g) representam a frequência de 10; 25; 40; 55; 70; 85 e 100 hz, respectivamente. o aumento da frequência até 100 hz não prejudicou a resolução do primeiro pico. para o segundo pico uma frequência acima de 55 hz prejudica a resolução do sinal analítico. a frequência de 100 hz foi selecionada. a tabela 1 abaixo resume a otimização dos parâmetros da voltametria de onda quadrada para o pico 1 (potencial mais positivo). tabela 1. otimização dos parâmetros da voltametria de onda quadrada para o pico 1. parâmetro faixa maior resposta incremento (mv) 1 6 2 altura de pulso (mv) 5 70 40 frequência (hz) 10 100 100 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 176 3.9. figuras analíticas de mérito a otimização da voltametria de onda quadrada foi voltada ao pico 1 pela melhor resolução alcançada. após as otimizações as figuras analíticas de mérito foram obtidas através da curva de calibração realizada em água destilada. os resultados estão apresentados na tabela 2. o limite de detecção foi calculado como sendo 3 vezes a estimativa do desvio do coeficiente linear dividido pela inclinação da curva de calibração. tabela 2. figuras analíticas de mérito obtidas na metodologia. afortificação de 1,3 x 10-6 mol l-1, b2,5 x 10-6 mol l-1, c4,5 x 10-6 mol l-1. considerando a ausência de uma etapa de pré-concentração, ótimo limite de detecção de 1,3 x 10-7 mol l-1 foi obtido para a metodologia, valor bem abaixo do valor máximo admissível de 2,4-dnp em rios que a comunidade européia permite. fischer et al., 2007 encontraram um limite de detecção duas vezes vezes mais alto para o 2,4-dnp em água potável utilizando eletrodo de mercúrio modificado com amálgama sólida de prata [39]. satisfatórias precisões foram obtidas, calculadas como desvio padrão relativo de seis medidas sequenciais a 1,3 x 10-6 mol l-1; 2,5 x 10-6 mol l-1 e 4,5 x 10-6 mol l-1. faixa linear (mol l-1) 3,2 x 10-7 – 4,6 x 10-6 coeficiente de correlação 0,996 limite de detecção (mol l-1) 1,2 x 10-7 desvio padrão relativo (%) , n = 6 17,5a; 11,7b; 6,4c ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 177 um estudo de recuperação também foi realizado para verificar a exatidão da metodologia proposta. para isso, a solução tampão br 0,04 m foi preparada com as amostras de chuva coletadas e fortificadas com 2,5 x 10-6 mol l-1 e 4,5 x 10-6 mol l-1. a tabela 3 exibe os resultados obtidos. tabela 3. valores de recuperação paras as 5 amostras de água de chuva. amostras a recuperação %, n = 3 b recuperação %, n = 3 amostra 1 107  9,5 113  6,3 amostra 2 89  8,4 96  4,4 amostra 3 112  8,4 108  3,8 amostra 4 84  9,2 89  4,6 amostra 5 102  7,2 109  4,9 a fortificado com 2,5 x 10-6 mol l-1, b fortificado com 4,5 x 10-6 mol l-1. onde a amostra 1 é água de chuva aos arredores de industria de celulose (lages). amostra 2 é água de chuva de um bairro distante de parque industrial (lages). amostra 3 é a coleta de um bairro de criciúma. amostra 4 é a coleta de um bairro de joaçaba. amostra 5 é a coleta de um bairro de florianópolis. isso representa amostras de quatro regiões diferentes do estado de santa catarina. 4. conclusões ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 178 a metodologia proposta envolvendo modificação do eletrodo de carbono vítreo com filme de bismuto e determinação por voltametria de onda quadrada mostrou ser rápida, simples e com satisfatória sensibilidade, obtendo limite de detecção a nível traço. todas as otimizações foram realizadas com sucesso, obtendo-se o aumento de sensibilidade desejado. uma grande vantagem da metodologia foi a limpeza do eletrodo apenas por agitação, sendo assim, poupando o tempo que seria necessário para a formação de um filme novo. um vasto campo de aplicações do filme de bismuto ainda deverá ser explorado, já que se trata de uma tecnologia recente com apenas uma década de existência. agradecimentos ao laboratório de grupo de estudos eletroquímicos e eletroanalíticos. ao cnpq pelo apoio financeiro. referências bibliográficas [1] y. ni, l. wang, s. kokot. anal. chim. acta 431 (2001) 101. 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excellent coefficient of correlation of 0,996; rsd% = 17,5 (1,35 x 10-6 mol l-1, n = 6), 11,7 (2,5 x 10-6 mol l-1, n = 6) e 6,4 ( 4,6 x 10-6 mol l-1, n = 6); ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 181 limit of detection of 1,2 x 10-7 mol l-1. recovery studies were performed to evaluate the accuracy of the methodology. the values obtained were between 84 – 112% (2,7 x 10-6 mol l-1 ) and 89 – 113% (4,3 x 10-6 mol l-1). keywords: voltammetry; bismuth film; modified electrode; 2,4-dnp. caracterização físico-química e bacteriológica dos resíduos de eta: a importância do seu estudo eclética química, 39, 81-90, 2014. 81 caracterização físico-química e bacteriológica dos resíduos de eta: a importância do seu estudo. rubia p. l. camargoi, orlene s. costai, ítalo l. fernandesi, patrícia f. góisieii, renato c. silvaiii & gustavo a. santosiii i unidade universitária de ciências exatas e tecnológicas, universidade estadual de goiás ii empresa de saneamento de goiás iii instituto de química, universidade federal de goiás resumo a estação de tratamento de água de anápolis – go gera como principais resíduos, lodo nos decantadores após a alcalinização, coagulação, floculação e decantação; e água de lavagem dos filtros depois da retrolavagem dos mesmos. neste trabalho realizou-se a caracterização físico-química e bacteriológica desses resíduos por meio das metodologias prescritas no standard methods for the examination of water and wastewater . os resultados apontaram a necessidade de tratamento e disposição adequada para o lodo do decantador, pois seus parâmetros não atendem os padrões exigidos para lançamento de efluentes em corpos d’água. enquanto, as características da água de lavagem de filtros estão próximas aos padrões de qualidade de água classe 2, estabelecidos pela resolução conama no 357. estes resultados demonstram a necessidade e a importância de caracterização destes resíduos. palavras-chave: lodo, decantadores, água de lavagem, filtros. physicochemical and bacterial waste eta: the importance of the study abstract the treatment of water from anapolis go generates as major waste sludge in the decanter after alkalinization, coagulation, flocculation and sedimentation, and washing water after eclética química, 39, 81-90, 2014. 82 backwashing the filters themselves. this work was carried out physical-chemical and bacterial waste using the methods prescribed in standard methods for the examination of water and wastewater. the results indicate the need for treatment and proper disposal of sludge to the decanter, as its parameters do not meet the standards required for discharge of effluents into water bodies. the characteristics of the wash water filters are close to the standards of water quality class 2, set by the conama resolution 357. these results demonstrate the need and the importance of wasting characterization. keywords: sludge, clarifiers, backwash water, filter. 1. introdução o crescimento populacional e o desenvolvimento tecnológico elevaram o consumo de bens e serviços e, consequentemente, a geração de resíduos, que na maioria das vezes não recebem tratamento ou disposição adequada, que em geral têm como destinação final os corpos d’água receptores. somando-se a esses fatores; as variações extremas do clima e a intervenção humana no meio ambiente, têm afetado a qualidade da água e a capacidade natural de autodepuração dos corpos d’água, limitando a utilização dos recursos hídricos [11]. como a qualidade da água bruta dos mananciais está diminuindo, o tratamento da água de abastecimento acaba exigindo maiores quantidades de produtos químicos, em consequência, gerando maiores quantidade de resíduos nas estações de tratamento de água (eta), principalmente, na forma de lodo nos decantadores. estes resíduos ainda são, em muitos casos, destinados ao curso d´água mais próximo da eta [8]. em 5 de janeiro de 2007, foi instituída a lei no 11.455/2007, lei do saneamento básico, para garantir em seu art. 2o, inciso iii, que os serviços públicos de saneamento básico sejam realizados de forma adequada à saúde pública e à proteção do meio ambiente. entendese por saneamento básico, o conjunto de instalações operacionais, serviços e infraestruturas de: 1) abastecimento de água potável; 2) esgotamento sanitário; 3) limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos; e 4) drenagem e manejo de águas pluviais urbanas [5]. a maioria das eta implantadas no brasil tem como principal enfoque, a qualidade da água por meio de uma sequência de operações e processos, esquecendo-se de que os resíduos gerados durante este tratamento também devem ter seu destino final controlado e adequado [10]. eclética química, 39, 81-90, 2014. 83 os resíduos gerados em maior quantidade numa estação de tratamento de água são basicamente dois: 1) o lodo produzido na etapa de coagulação/floculação, que são separados da água por sedimentação no fundo dos decantadores; e 2) a água residuária proveniente da retrolavagem dos filtros. o lodo dos decantadores é classificado pela nbr 10.004/2004 como resíduo sólido, devendo ser reduzido, reutilizado, reciclado e/ou tratado e disposto conforme exigências dos órgãos reguladores, conforme a lei no 12.305/2010, e a água de lavagem dos filtros é enquadrada como efluente pela resolução conama no 357/2005, devendo atender aos padrões de lançamento [3,6,7]. além da classificação dos resíduos sólidos quanto aos seus riscos potenciais ao meio ambiente e a saúde pública dada pela nbr 10.004/2004, e os padrões de lançamento estabelecidos pela resolução conama no 357/2005, a lei do saneamento básico que explicita a articulação entre serviços públicos e a política ambiental, somente irá conceder a licença ambiental de instalação e funcionamento das eta se as unidades de tratamento dos resíduos gerados na eta alcançarem as metas estabelecidas pelos órgãos do sistema nacional de recursos hídricos (lei 9.433/1997) e os padrões mínimos definidos pela legislação ambiental [3,4,7]. dentro deste contexto, justifica-se caracterizar o lodo dos decantadores e a água de lavagem dos filtros gerados na eta de anápolis, uma vez que, ainda não existem informações a respeito desses resíduos e nenhum tipo de tratamento adequado. o objetivo principal deste trabalho foi caracterizar físico-química e bacteriologicamente os resíduos gerados na eta de anápolis, para formação de um banco de dados inicial possibilitando futuros estudos para o tratamento que servirá de base à implementação de um programa de gerenciamento de resíduos (pgr) da estação, com uma disposição adequada ou a utilização desses resíduos. visou-se também a comparação das características dos resíduos com os padrões de lançamento para efluentes pela resolução conama no 357/2005 e a avaliação da variabilidade temporal dessas características em função da turbidez da água bruta, submetida ao tratamento, para valores menores e maiores do que 20 ut; assim demonstrar a necessidade ou não de um tratamento adequado para estes resíduos. 2. material e métodos os resíduos da eta de anápolis – go, provenientes do decantador e filtro, são gerados em um tratamento convencional da água bruta captada no ribeirão piancó, manancial localizado na zona rural de anápolis e foram submetidos à caracterização físico-química e bacteriológica. eclética química, 39, 81-90, 2014. 84 considerando que, a eta possui quatro decantadores e oito filtros e que inexistem dados preliminares sobre a caracterização desses resíduos, optou-se por analisar o lodo e a água de lavagem gerados em apenas um decantador e um filtro. este mesmo procedimento foi adotado por souza e cordeiro (2004) [13], que supôs que os resíduos gerados nos decantadores eram idênticos em todas as variáveis, uma vez que a água bruta era a mesma e passava pelo mesmo tratamento sob as mesmas condições de operação e processo. a mesma suposição foi adotada para a água de lavagem dos filtros. durante seis meses, no período de agosto de 2010 a janeiro de 2011, foram realizadas as coletas dos resíduos e da água bruta (parâmetro – teste branco), correspondendo a duas condições distintas da água bruta, relativas à turbidez. a primeira condição, para água bruta com valores abaixo de 20 ut (meses de agosto e setembro de 2010) e, a segunda condição, para valores acima de 20 ut (meses de outubro, novembro e dezembro de 2010 e janeiro de 2011). de acordo com a secretaria de ciência e tecnologia do estado de goiás, sectec (2011) [12], os períodos (seco, transição e chuva) que ocorreram durante os seis meses de estudo são: seco – agosto, transição – setembro e outubro e chuvas – novembro, dezembro e janeiro. todas as amostras (lodo, água de lavagem e água bruta) foram coletadas, uma vez ao mês, consecutivamente, nos dias 20/08, 20/09, 22/10, 22/11, 24/12 de 2010 e 25/01 de 2011, pela parte da manhã, entre as 9h e 11h, por meio de amostragem composta. na seguinte sequência: 1) a água bruta foi retirada da câmara de recepção, antes da adição de cal; 2) o lodo foi amostrado na canaleta de descarga, na lateral dos decantadores; e 3) a água de lavagem de filtro foi colhida na parte central e superior do filtro de areia, obedecendo a rotina da eta. 2.1. caracterização dos resíduos da eta de anápolis a caracterização das amostras de água bruta, lodo e água de lavagem foi realizada por meio de análises físico-químicas e bacteriológicas, fundamentadas nas metodologias prescritas no standard methods for the examination of water and wastewater [1]. tanto os dados de caracterização do lodo do decantador, como os dados de caracterização da água de lavagem do filtro foram avaliadas em função do tempo para os seguintes parâmetros: cor aparente, turbidez, alcalinidade total, acidez total, condutividade, oxigênio dissolvido (od), demanda química de oxigênio (dqo), sólidos dissolvidos totais (sdt), sólidos suspensos (ss), sólidos totais (st), sólidos sedimentáveis (ssed), índice de eclética química, 39, 81-90, 2014. 85 densidade do lodo (idl), índice volumétrico do lodo (ivl), metais (alumínio, ferro e manganês), ph, temperatura, coliformes totais e coliformes termo tolerantes. os resultados da caracterização da água bruta, do lodo e da água de lavagem, foram comparados aos padrões de lançamento de efluentes ditados no art. 34 da resolução do conama no 357/2005; bem como os valores encontrados por outros autores. 3. resultados e discussão 3.1. caracterização da água bruta do ribeirão piancó os resultados de caracterização da água bruta do ribeirão piancó, anápolis, goiás, revelou que água captada é de boa qualidade, estando em consonância com a maioria dos padrões de qualidade de água classe 2 estabelecidos na resolução do conama no 357. contudo, o ferro e o alumínio apresentaram concentrações acima dos padrões. recomenda-se, portanto, uma investigação das causas da elevação desses teores de metais, a fim de não comprometer a qualidade da água do manancial de abastecimento (tabela 1). tabela 1: comparativo entre os resultados de alguns parâmetros da água bruta com os exigidos pela resolução do conama nº 357. parâmetro água bruta/faixa conama nº 357 ph 6,9 – 8,8 6,0 a 9,0 cor aparente 18,9 – 104,6 até 75,0 turbidez (ut) 4,3 – 43,8 até 100 od (mg.l-1) 5,75 – 15,15 > 5 sdt (mg.l-1) 6,5 – 60,0 até 500 alumínio (mg.l-1) 2,55 – 4,87 até 0,1 ferro (mg.l-1) 1,6 – 5,0 0,3 coliformes termo tolerantes 0,0 – 4,0 até 1000 alguns parâmetros como turbidez e série de sólidos demonstram como as chuvas são fatores importantes no seu valor. a turbidez, por exemplo, no mês de agosto (período de estiagem) foi de 4,29 ut, chegando a 43,8 ut em dezembro (período de chuva). confirmando as previsões das médias mensais de turbidez do ano de 2010. o mesmo comportamento pode ser observado pelos sólidos que variaram de 25 a 260 mg.l-1, período de estiagem e chuvoso, respectivamente. 3.2. caracterização do lodo do decantador da eta anápolis-go os teores de materiais sedimentáveis, ferro e manganês do lodo, quando comparados aos padrões da resolução do conama no 357 apresentam-se em desacordo, como eclética química, 39, 81-90, 2014. 86 demonstrado na tabela 2. portanto, o lodo gerado no decantador da eta de anápolis-go não pode ser despejado em nenhum corpo d’água sem tratamento prévio. comparando os valores característicos do lodo da eta de anápolis-go com outros estudos, elencados por reali (1999) [9], verifica-se que os dados se encontram compatíveis com os parâmetros característicos dos lodos das demais eta estudadas. tabela 2: comparação dos valores dos parâmetros do lodo do decantador na eta – anápolis com outros estudos. autor/ano dbo (mg.l-1) dqo (mg.l1) ph st (mg.l-1) ss (%) neubauer (1968) 30 a 150 500 a 15.000 6,0 a 7,6 1.100 16.000 albrecht (1972) 30 a 100 500 a 10.000 5,0 a 7,0 3.000 15.000 75 nilsen (1974) 100 2.300 10.000 cordeiro (1981) 320 5.150 6,5 81.575 vidal (1990) 449 3.487 6,0 a 7,4 21.972 vidal (1990) 173 1.176 6,7 a 7,1 6.300 cordeiro (1993) 5.600 6,4 30.275 patrize (1998) 5,55 6.112 eta-anápolis (2011) 2.671 a 2.975 6,6 a 8,1 1.807 – 17.875 96,8 o índice de sedimentabilidade (is), ou velocidade de sedimentação do lodo, foi facilmente decantável em agosto/2010 e dezembro/2010, sendo iguais a 9,70 e 6,91 ml.min-1, respectivamente. enquanto que a velocidade de sedimentação do lodo nos demais dias de coleta situou-se na faixa de 0,17 a 4,33 ml.min-1 (figura 1). figura 1: variação do índice de sedimentabilidade do lodo do decantador. eclética química, 39, 81-90, 2014. 87 à primeira vista, era de se esperar que o is do lodo estivesse diretamente relacionado à turbidez e/ou série de sólidos (ss, sdt e st) da água bruta, uma vez que em agosto/2010 a turbidez da água bruta foi igual a 4,3 ut e em dezembro igual a 43,8 ut. entretanto, nos meses de chuvas mais intensas, onde é visível a olho nu, a mudança na coloração e turbidez da água bruta devido à elevação na quantidade de partículas dispersas (material a ser removido por coagulação/floculação/decantação), reduzem o tempo para o acúmulo do lodo no fundo do decantador em relação ao período de seca, quando as partículas coloidais a serem coaguladas estão presentes em menor quantidade. por tanto, a frequência de descarga no decantador é aumentada, sendo realizadas duas vezes ao dia, ao invés de uma. talvez, isto justifique a ausência de correlação direta entre a turbidez e/ou série de sólidos da água bruta. os maiores índices de densidade do lodo (idl) ocorreram em outubro/2010 (mês equivalente ao início das primeiras chuvas após período de estiagem) e janeiro/2011 (mês de chuvas mais intensas), cujos valores foram de 2,5 e 2,0, respectivamente. isto classifica o lodo como de boa qualidade, pois quanto maior o valor de idl, acima da unidade, melhor a qualidade de sedimentação do lodo. sendo assim, admite-se que a concentração percentual média de sólidos que o lodo assume, depois de sedimentado em 30 min, é cerca de 89 % no período chuvoso, e em torno de 33 % na época de seca. 3.3. caracterização da água de lavagem do filtro da eta anápolis-go a caracterização da água de lavagem do filtro demonstra que, a sua turbidez apresentou uma tendência de crescimento de agosto a dezembro de 2010, período que se estende da seca para chuva, similar ao comportamento da turbidez da água bruta. exceto para o mês de novembro de 2010, onde essa tendência foi quebrada. parece existir uma correlação direta de 0,61 entre a turbidez da água bruta e a turbidez da água de lavagem de filtro. a resolução conama no 357/2005 define que a turbidez máxima de rios de classe 2 é até 100 ut. apesar da turbidez da água bruta no período chuvoso ter alcançado um máximo de 43,8 ut, no mês de dezembro de 2010, abaixo do valor limite imposto pela legislação, a turbidez da água de lavagem de filtro nesta época do ano, chegou a um valor máximo de 158,9 ut . portanto, a possibilidade de recircular a água de lavagem dos filtros ao início do tratamento, na caixa de recepção de água bruta, sem um pré-tratamento ou pré-diluição, deve ser avaliada para os períodos chuvosos; bem como seu lançamento nos corpos de água receptores. eclética química, 39, 81-90, 2014. 88 a série de sólidos (sdt, ss, st) variou na faixa de 25,0 a 340,0 mg.l-1, ocorrendo uma tendência de baixos valores no período de ausência de chuvas (agosto a setembro de 2010), em relação às primeiras chuvas e ao período chuvoso (outubro a dezembro de 2010 e janeiro de 2011). os sólidos suspensos (ss) ocorrem sempre em maior quantidade que os sólidos dissolvidos totais (sdt), como ilustrado na figura 2. figura 2: variação da série de sólidos da água de lavagem dos filtros. os sólidos dissolvidos totais (sdt) da água de lavagem dos filtros parecem estar diretamente relacionados ao índice de sedimentabilidade (is) do lodo, uma vez que a filtração é uma etapa consecutiva a operação de decantação. portanto, uma sedimentabilidade rápida, parece dificultar a passagem de sólidos dissolvidos para etapa de filtração. em contra partida, se a velocidade de sedimentação for lenta, acarretará maior teor de sdt na água de lavagem dos filtros. este aspecto pode acelerar a saturação do leito filtrante, requerendo um menor intervalo de tempo nas operações de retrolavagem. os metais de ferro (fe) e de alumínio (al) apresentaram valores na faixa de 11,0 – 15,4 mg fe.l-1 e 11,0 – 17,1 mg al.l-1, respectivamente. entrando em desacordo com os padrões de qualidade de água classe 2 da resolução conama no 357/2005, que preconiza os valore máximos de 0,3 mg fe.l-1 e 0,1 mg al.l-1, respectivamente. já o manganês não apresentou uma variação representativa em relação aos demais metais analisados. portanto, o reuso da água de lavagem, dependo de seu uso, dever ser mais bem avaliada em relação à esses metais (tabela 3). tabela 3: comparativo entre os resultados de alguns parâmetros da água de lavagem do filtro com os exigidos pela resolução do conama nº 357. parâmetro água de lavagem água de classe 2* lançamento ph 6,7 – 7,7 6,0 a 9,0 5,0 a 9,0 eclética química, 39, 81-90, 2014. 89 turbidez (ut) 57,4 – 158,9 até 100 nr od (mg.l-1) 6,5 – 13,0 > 5 nr material sedimentável (ml.l-1) 0,0 nr nr sdt (mg.l-1) 25,0 – 101,0 500 nr alumínio (mg.l-1) 11,0 – 17,1 0,1 nr ferro (mg.l-1) 11,0 – 15,4 0,3 até 15,0 manganês (mg.l-1) 0,1 – 0,4 até 0,1 até 0,1 coliformes totais (nmp.(100 ml)-1) 4,1 – 15,5 1000 nr 4. nr= não existe referência 5. * resolução nº 357 / 2005 do conama conclusões a primeira caracterização físico-química e bacteriológica dos resíduos; lodo dos decantadores e água de lavagem de filtros, gerados na eta de anápolis-go apontou a necessidade de tratamento adequado desses resíduos. neste estudo verificou-se que os seguintes parâmetros característicos da água de lavagem de filtros: ph (6,7 – 7,7), sdt (25,0 – 101,0 mg.l-1), od (6,5 mg o2.l-1), manganês (0,1 – 0,4 mg mn.l-1) e coliformes (4,1 – 15,5 nmp.(100 ml)-1), se encontraram em conformidade com os padrões de qualidade de água classe 2, em contrapartida, os parâmetros: metais de alumínio (11,0 – 17,1 mg al.l-1) e de ferro (11,0 – 15,4 mg fe.l-1), sólidos totais (148,5 – 340,0 mg.l-1), sólidos suspensos (85,0 – 250,0 mg.l-1) e turbidez (57,4 – 158,9 ut) irão requerer possivelmente uma diluição ou um pré-tratamento, dependendo de sua destinação final. em relação ao lodo dos decantadores, a viabilidade de sua destinação final ser um corpo receptor está completamente descartada, uma vez que, verificou-se que os parâmetros: sólidos sedimentáveis (410,0 – 980,0 mg.l-1), ferro (175,0 – 1.167,0 mg.l-1) e manganês (0,1 – 43,0 mg.l-1) estão em descorda com os padrões de lançamento de efluentes dispostos pela resolução conama no 357, necessitando de tratamento antes da disposição final. 6. referências bibliográficas [1] awwa; apha; wpci. standard methods for the examination of water and wastewater. washington. eua. 1999. 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intermolecular forces reduce the hydrophobic and toxic nature of the nanostructure. the dispersion of charge in guest materials can cause the guest material to be insensitive to the applied electrical field. other recent efforts in our group have demonstrated that the encapsulation of metals inside of fullerenes improves external interactions with small polar molecules [17-18]. in these efforts first and second group metals were used to improve the interactions of the fullerenes to external polar species. oxygen was employed in the study reported herein to analyze the affect that it has on the charge structure of the fullerene. from previous references [19] it has been shown that oxygen in the triplet state interacts well with the fullerenes leading to modifications of their external molecule solvation properties. to this end we have considered carbon and oxygen insertion (that both exist as triplets) in c60. it is our assertion that this charge transfer property can permit the fullerenes to form increased interactions with external polar molecules. computational methods density functional theory (dft) calculations have been done with the dmol3 [20] numerical-based computer software implemented in the materials studio modeling 3.1 package from accelrys, inc. optimizations of the structural parameters and frequency calculations were performed with the blyp general-gradient potential approximation in conjunction with the doublenumerical plus diffusion basis set (all-electron 19ecl. quím., são paulo, 33(3): 19-22, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 effect of triplet encapsulated atoms in [60] fullerenes: a theoretical analysis a. f. jalbout* instituto de química, universidad nacional autónoma de méxico, circuito exterior, ciudad universitaria 04510, méxico d.f., méxico *ajalbout@u.arizona.edu abstract: the present investigation reports on the interaction of the c/o triplet atoms inside of the [60] fullerene (c60) species with small polar molecules (h2o, ch3oh, hf, nh3) using density functional theory (dft) calculations. the calculations show that in all the computed cases the encapuslated complexes with the molecules are more stable than without internal atoms. keywords: fullerene; polar molecule interactions; density functional theory (dft); absorption. eq03-af 21/8/14 5:54 page 19 table 1. the intermolecular distances (in å) between the polar molecules and carbon atoms complexes. intermolecular distances (in å)d molecule non-metal c o h2oa 3.25-4.33 3.27-4.23 3.28-4.22 [0.13] [0.12] ch3ohb 3.84 3.92 3.86 4.34-4.81 4.38-4.76 4.21-4.88 [0.08] [0.05] nh3 c 2.68-2.83 2.82-3.03 3.04-3.24 [0.06] [0.03] hfa 3.47-2.88 3.25-3.13 3.71-3.56 [0.07] [0.08] core treatment) was employed (denoted as dnd). the adsorption energies (∆e) for the complexes are defined as: ∆e = e c/o@c60-polar species – ( e c/o@c60 + e polar species ). the small polar molecules that were used are h2o, ch3oh, nh3 and hf that have adequate affinities to the fullerene surface upon charge transfer. the adsorption energies are a measure of the strength of the interaction with the external polar molecules. additionally, the vibrational frequencies have been studied to verify if the structures were local minimum structures. results and discussion from previous discussions the encapsulated atoms inside of the fullerene species are carbon and oxygen that both tend to exist in the triplet state naturally. the purpose of this study is to investigate the three body interactions with the fullerene and the external polar species. several positions of the polar molecule and the endohedral atoms were performed in order to ensure that the minimum was indeed the lowest energy structure along the potential energy surface. we will start the discussion by a description of the geometrical properties of the complexes studied. scheme 1 shows the general interaction sites of the fullerene surface with values depicted in table 1. the optimized blyp/dnd cc bond lengths for the fullerene are 1.40/1.46 å that are in close experimental agreement. also, the off-center displacements of the c/o atoms in the c60 species is 0.0 å, meaning that the atoms prefer to maintain a position at the center of the system. 20 ecl. quím., são paulo, 33(3): 19-22, 2008 scheme 1. representation of the geometrical parameters used in table 1. a the coordination of the hydrogen atom with the c1/c2 atoms without atoms, and coordination between the oxygen atom (or fluorine) and c2/c3 atoms with c/o. b two interactions which are established as: 1) between the h atom and c4 atom, and 2) for the o distance with the c3/c4 atoms. c coordination of a hydrogen atom with the c2/c3 atoms. d relative distortions from the center of the fullerene (in the c/o@c60 we cases we computed a distortion of 0.0 å). from the first table we can see that for the h2o and hf cases it is clear that the hydrogen atom coordinates with c1/c2 without c/o present and the oxygen atom (or fluorine) with c2/c3 in the encapsulated complexes. in the case of ch3oh one can observe two primary interactions which are with the hydrogen atoms and c4 and for oxygen we obtain one interaction with c3/c4. finally, in the case of ammonia (nh3) there is an interaction between the c2/c3 atoms and hydrogen. in the absence of the endohedral species, the interaction of water happens at a an intermolecular separation of 3.25 and 4.33 å for the distance of the hydrogen to c1 and c2, respectively. this atom will coordinate to the junction of the six-membered and five-membered rings. in the case of c this distance is now 3.27-4.23 å and of oxygen it is 3.28-4.22 å. the off-center displacement in the c and o cases with water is 0.13 å and 0.12 å, respectively. for the next case (ch3oh) the hydrogen atom interactions with c4 at a distance of 4.34 å, and increases to 4.38 å in the c@c60 system and 4.21 in the o@c60 case. the off-center displacements are smaller than for water yielding values of 0.08 and 0.05 å, for the c and o encapeq03-af 21/8/14 5:54 page 20 sulated cases, respectively. the interactions appear to be slightly shorter in the case of o in the fullerene cage as a result of favorable three body chalcogenide interactions. for nh 3 we can observe that for the nonmetal case, the closest interaction occurs with one of the hydrogen atoms and c2/c3. the intermolecular interaction in the case of the isolated c60nh3 complex is 2.68 and 2.83 å, respectively. further encapsulation by c causes this distance to rise to 2.82 and 3.03 å, and for o it is 3.04 and 3.24 å. the off-center displacements of the c and o atoms is 0.06 and 0.03 å, respectively. hf solvation provides a c1/c2 coordination of about 3.47/2.88 å in the isolated case. placement of the internal c atom causes this value to rise to 3.25/3.13 å and with oxygen it is 3.71/3.56 å. the off-center displacements are similar to those in methanol and are in the order of 0.07 and 0.08 å, for c and o, respectively. the theoretical computations show interesting chemical properties due to the coordination of the polar molecules to the sixfive membered ring junction. this also arises from the fact that the five membered rings do not delocalize excess charge well and can be used to enhance this property with the small polar species. in table 2 we present vibrational modes for the species studied. in the table we can observe that in the h2o case the frequencies for both are quite similar with the coupling to the oxygen atom being equivalent to the rocking modes of the fullerenepolar molecule system. in the next case (ch3oh) the coupling to the oxygen atom is attributed to the fullerene species with the breathing modes being increases. if we change the interaction to the nh3 case, the c species exhibits a larger tendency to interact with the nitrogen atom as is apparent from the frequencies. finally, for hf we can see that when oxygen is inserted inside of the fullerene cage the rocking modes with the fullerene tend to increase. these low-frequency vibrational modes can be used to characterize differences in the vibrational spectra of the systems under consideration. in this next step we will discuss the physical properties of the molecules studied in this work. the dissociation energies (∆e) isolated case has a ∆e value of -0.14 kcal/mol with the h2o molecule. upon insertion with c and o this value is more favorable yielding quantities of -1.59 and -1.21 kcal/mol, respectively. the c, o atoms are known to be excellent quenchers of excited states [21] that can lead to the results obtained. the triplet states 21ecl. quím., são paulo, 33(3): 19-22, 2008 table 2. vibrational modes and their corresponding frequencies (in cm-1). a m corresponds to the endohedral atoms. b this mode can be used to quantify the strength of the interactions with ch3oh. tend to interact with the external polar molecule slightly improving their capacity to solvate. for the ch3oh case the absorption energies in both case is reduced however the o case is slightly larger. this molecular species is less polar and perhaps causes steric hindrance by the extra methyl group on this molecular species. for nh3 complexes again we see larger absorption energies after insertion of the c and o species with the o stabilization being larger. finally, for hf the stabilization energies increase dramatically which can be caused by a favorable coupling between the c and o atoms as is apparent by the vibrational modes in table 2. figure 1 graphically represents the homo molecular orbital density of the species studied. we table 3. adsorption energies (∆e) in kcal mol-1. system c60 c@ c60 o@ c60 h2o -0.140 -1.594 -1.211 ch3oh -0.576 -0.585 -1.091 nh3 -1.040 -1.214 -1.521 hf -0.603 -4.396 -2.200 eq03-af 21/8/14 5:54 page 21 observe that in all cases the endohedral atom localizes the majority of the electronic density therefore only yielding slight stabilization of the external polar species. in other cases [17] we have shown that li, k and na are excellent donors of electronic density and appear to show orbital mixing between the fullerene and the external polar species. in this case this localization leads to minimal charge transfer however, there is some degree of interaction between the c, o atoms and the external interacting polar molecule. conclusions this work presents the results of theoretical dft calculations of c/o@c60 interactions with small polar molecules (h2o, ch3oh, nh3 and hf). we have adequately demonstrated that the endohedral atoms improve the affinity of the fullerenes to the external polar species. it is our assertion that the endohedral atoms can serve towards effectively improving tertiary solvent interactions. the method discussed should permit one to quantify electron-polar molecule coupling interactions on fullerene surfaces that are caused by charge-transfer mechanisms. 22 ecl. quím., são paulo, 33(3): 19-22, 2008 figure 1. homo isosurfaces (at a 0.04 a.u. contour level) for interactions of the endohedral systems with the small polar molecules. the carbon and oxygen atoms have the innate ability to transfer charge to a minor extent to the fullerenes that improves its affinity to external polar species. since these are common components which are reactive it is our belief that the encapsulation process can be performed with ease. interestingly, we found that the c and o atoms interact strongly with the hf polar species as is evident from the table. the calculations shown should be of interest and of use to workers in the field. acknowledgments we appreciate the financial and computational resources offered by dgsca and the unam. received 28 april 2008 accepted 07 july 2008 references [1] h.w. kroto, nature, 318 (1985), p. 162. 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assayed by lc 21ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 cerimetric determination of simvastatin in pharmaceuticals based on redox and complex formation reactions k. basavaiah*, and o. z. devi department of chemistry, university of mysore, manasagangotri, mysore-570006, india *basavaiahk@yahoo.co.in abstract: two sensitive spectrophotometric methods are described for the determination of simvastatin (smt) in bulk drug and in tablets. the methods are based on the oxidation of smt by a measured excess of cerium (iv) in acid medium followed by determination of unreacted oxidant by two different reaction schemes. in one procedure (method a), the residual cerium (iv) is reacted with a fixed concentration of ferroin and the increase in absorbance is measured at 510 nm. the second approach (method b) involves the reduction of the unreacted cerium (iv) with a fixed quantity of iron (ii), and the resulting iron (iii) is complexed with thiocyanate and the absorbance measured at 470 nm. in both methods, the amount of cerium (iv) reacted corresponds to smt concentration. the experimental conditions for both methods were optimized. in method a, the absorbance is found to increase linearly with smt concentration (r = 0.9995) whereas in method b, the same decreased (r = -0.9943). the systems obey beer’s law for 0.6-7.5 and 0.55.0 µg ml-1 for method a and method b, respectively. the calculated molar absorptivity values are 2.7 x 104 and 1.06 x 105 lmol-1 cm-1, respectively; and the corresponding sandel sensitivity values are 0.0153 and 0.0039µg cm-2, respectively. the limit of detection (lod) and quantification (loq) are reported for both methods. intra-day and inter-day precision, and accuracy of the methods were established as per the current ich guidelines. the methods were successfully applied to the determination of smtin tablets and the results were statistically compared with those of the reference method by applying the student’s t-test and f-test. no interference was observed from the common excipients added to tablets. the accuracy and validity of the methods were further ascertained by performing recovery experiments via standard addition procedure. keywords: simvastatin; cerimetry; spectrophotometry; pharmaceuticals. eq03-af 26/6/08 11:38 page 21 with uv-detection [2-6], mass spectrometric detection [7-13] and with fluorescence detection [14]; and in serum, the assay of drug has been accomplished by derivative uv-spectrophotometry [15] and voltammetry [16]. not many methods have been reported for the determination of smt in pharmaceutical substances. here also, hplc with uv detection [17-22] is the widely used technique although high-performance thin layer chromatography (hptlc) [23], uv-spectrophotometry [15,24-28], voltammetry [16] and micellar electro kinetic chromatography (mekc) [29] have sparsely been used. the us pharmacopoeia [30] describes a hplc-uv detection procedure for the assay of smt in pharmaceuticals. 22 ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 figure 1. structure of simvastatin although visible spectrophotometry is a rapid, fairly sensitive, accurate and precise, and cost-effective technique, it has not been applied yet to the assay of smt in pharmaceuticals. the present study includes two new and indirect spectrophotometric methods for the sensitive determination of smt. the study represents the use of cerium (iv) sulphate as the oxidimetric reagent, and ferroin, iron (ii) and thiocyanate as subsidiary reagents. experimental details apparatus a systronics model 106 digital spectrophotometer provided with 1-cm matched quartz cells was used for all absorbance measurements. reagents and materials all chemicals used were of analytical reagent grade and distilled water was used to prepare solutions. cerium (iv) sulphate (300 and 400 µg ml-1). a stock standard solution equivalent to 0.01m cerium (iv) sulphate was prepared by dissolving 1.011 g of the chemical (loba chemie, mumbai,india, assay 99.9%) in 0.5 mol l-1 h2so4 and diluting to 250 ml with the same acid in a 250 ml standard flask and standardised [31]. the stock solution was then diluted appropriately with 0.5mol l-1 h2so4 to obtain a working concentrations of 300 µg ml-1 and 400 µg ml-1 in cerium (iv) sulphate for method a and method b, respectively. ferroin [36 µg ml-1 with respect to iron (ii)]. prepared by dissolving 44.8 mg of feso4.7h2o (assay 99%) and 96 mg of 1,10-phenanthroline monohydrate (assay 100%) in water, and diluted to volume in a 250 ml calibrated flask. ferrous ammonium sulphate, fas (400 µg ml-1). accurately weighed 100 mg of the chemical (loba chemie, mumbai, india, assay 99-101%) and dissolved in water containing 5 ml of dilute h2so4 and diluted to volume in a 250 ml calibrated flask. potassium thiocyanate (3 mol l-1). prepared by dissolving 29 g of the chemical (s.d fine chem, mumbai, india, assay 98%) in water and diluting to 100 ml. hydrochloric acid (5 mol l-1). concentrated hydrochloric acid (s.d. fine chem, mumbai, india;sp.gr.1.18) was diluted appropriately with water. acetic acid (3:2). prepared by diluting appropriately glacial acetic acid (s.d. fine chem, mumbai, india; sp.gr. 1.05) with water. standard solution of simvastatin. pharmaceutical grade simvastatin certified to be 99.9% pure was received as gift from jubiliant organosys, nanjangud, india and used as received. a stock standard solution equivalent to 200 µg ml-1 smt was prepared by dissolving accurately weighed 20 mg of pure drug in 3:2 acetic acid and diluting to the mark in a 100 ml calibrated flask with the same acid. the stock solution was diluted to obtain 25 µg ml-1 and 50 µg ml-1 smt for use in method a and method b, respectively, with 3:2 acetic acid. eq03-af 26/6/08 11:38 page 22 dosage forms. the following dosage forms were purchased from local commercial sources and subjected to analysis: simlip (10 and 20 mg), simvas (5,10 and 20 mg) and zosta (5,10 and 20 mg). procedures method a. different aliquots (0.0,0.5,1.0…3.0 ml) of standard 25 µg ml-1 smt solution were measured accurately and transferred into a series of 10 ml calibrated flasks .to each flask 1.5 ml of 5 mol l-1 hcl was added and the total volume was adjusted to 5 ml by adding water. one ml of cerium (iv) sulphate (300 µg ml-1) was added to each flask, content mixed, and after 10 minutes, 1ml of ferroin was added, diluted to the mark with water and mixed well. the absorbance of the solution was measured at 510 nm against the reagent blank. method b. varying aliquots (0.0,0.2,0.4…1.0 ml) of 50 µg ml-1 smt solution were transferred into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was adjusted to 3 ml by adding requisite volume of water. to each flask, it was added 3 ml of 5 mol l-1 hcl followed by 1 ml of 400 µg ml-1 cerium (iv) sulphate the last being added from a micro burette. the content was mixed and the flasks were let stand for 10 min before adding 1 ml of accurately measured 400 µg ml-1 fas. after 5 min, 1ml of 3 mol l-1 thiocyanate solution was added to each flask, diluted to the mark with water and the absorbance measured at 470 nm against water blank. in either method, analytical curve was prepared by plotting the increasing absorbance values 23ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 in method a or decreasing absorbance in method b as a function of smt concentration. the concentration of the unknown was read from the analytical curve or computed from the respective regression equation derived using beer’s law data. procedure for tablets. twenty tablets were weighed accurately and finely powdered. a quantity of the powdered tablet containing 20 mg of smt was weighed accurately and transferred into a 100 ml calibrated flask, 60 ml of 3:2 acetic acid and the content shaken thoroughly for 15-20 min to extract the drug into the liquid phase; the volume was finally diluted to the mark with the same acetic acid, mixed well and filtered using a whatman no 42 filterpaper. first 10 ml of the filtrate was discarded, and suitable aliquots of the subsequent portion were diluted with 3:2 acetic acid to get tablet extracts containing 25 and 50 µg ml-1 smt. a convenient aliquot was then subjected to analysis by either method described above. results and discussion a number of oxidisable pharmaceutical substances have earlier been assayed using cerium (iv) sulphate by several workers [32-45] based on several reaction schemes. the present methods entail adding a known excess of cerium (iv) sulphate to smt in acid medium followed by the determination of unreacted oxidant by two reaction schemes involving the use of ferroin, and iron (ii) and thiocyanate as reagents. the possible reaction scheme is given in fig.2. figure 2. possible reaction scheme of the methods. eq03-af 26/6/08 11:38 page 23 method a one of the popular methods for cerium (iv) uses its oxidizing property and is based on the bleaching of the ferroin [46,47] by cerium (iv). in the present method, a known excess of cerium (iv) sulphate was reacted with smt and after the oxidation of the drug was ensured to be complete, the unreacted oxidant was reacted with a fixed quantity of ferroin, and the resulting change in absorbance was measured at 510 nm, and related to the drug concentration. when a fixed concentration of cerium (iv) sulphate was made to react with increasing concentration of smt, there occurred a concomitant fall in the oxidant concentration. the decreasing concentrations of cerium (iv) sulphate upon reacting with a fixed concentration of ferroin resulted in increasing absorbance at 510 nm due to the bleaching of ferroin colour by the oxidant, the bleaching being caused by the oxidation of ferroin to ferriin by cerium (iv) sulphate. this is observed as a proportional increase in the absorbance ferroin with increase in the smt concentration which formed the basis for the assay. one ml of ferroin (36 µgml-1 in fe2+) in a total volume of 10 ml was found to give a convenient maximum absorbance at 510 nm and this was bleached to a minimum and constant absorbance by 1 ml of 300 µg ml-1 cerium (iv) sulphate in acid medium. hence, different concentrations of smt were reacted with 1ml of 300 µgml-1 cerium (iv) sulphate in acid medium and the unreacted oxidant was determined by reacting with 1 ml of ferroin equivalent to 36 µg ml-1 iron (ii). one and a-half ml of 5 mol l-1 hcl in a total volume of 6 ml was found optimum for the oxidation of smt by cerium (iv) sulphate which was complete in 10 min. hydrochloric acid volume upto 2.5 ml and reaction time upto 60 min had no adverse effect on the absorbance. the same acid concentration was maintained for the reaction between the cerium (iv) and ferroin, which was instantaneous. the colour was found to be stable for several hours in the presence of the reaction product/s. method b cerium (iv) in the past has been determined by reducing it by known excess of iron (ii) and complexing the iron (iii) with thiocyanate [48]. this method is based on the oxidation of 24 ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 smt by a measured excess of cerium (iv) sulphate in hcl medium, reduction of the residual oxidant by a fixed amount of iron (ii) and subsequent formation of iron (iii)-thiocyanate complex, which is measured at 470 nm. when a fixed concentration of cerium (iv) sulphate is reacted with increasing concentrations of smt, there will be a proportional decrease in the concentration of the oxidant. the unreacted oxidant, when treated with a fixed concentration of iron (ii) accounts for a proportional decrease in the iron (iii) concentration. this is observed as a proportional decrease in the absorbance of iron (iii)-thiocyanate complex with the drug concentration, which formed the basis for the assay of drug. the conditions for the determination of iron (iii) by thiocyanate are well established [49]. hence, experimental variables for the oxidation of smt by cerium (iv) sulphate and its reduction by iron (ii) were optimized. three ml of 5 moll-1 hcl in a total volume of 7 was determined to be optimum for the oxidation step which was complete in 10 min and the same acidic condition was used for the reduction of residual cerium (iv) by iron (ii) and subsequent formation of iron (iii)-thiocyanate complex. the last two reaction steps were instantaneous. the colour was stable for at least 60 min in the presence of reaction product/s. taking 5.5 µg ml-1 iron (iii) as the upper limit that could be determined by thiocyanate method, stoichiometrically this could be generated from 386.2 µg ml-1 fas by 400 µg ml-1 cerium (iv) sulphate in a total volume of 10 ml. however, a slightly higher concentration (400 µg ml-1 fas) was used to ensure the complete reduction of residual oxidant. hence, different concentrations of smt were reacted with 1 ml of 400 µg ml-1 cerium (iv) sulphate followed by the reduction of residual oxidant by 1 ml of 400 µg ml-1 fas to determine the concentration range within which the drug could be determined by the present method. method validation linearity. a linear relation is found between absorbance and concentration in the ranges given in table 1.in method b, beer’s law is obeyed in the inverse manner. the calibration graphs were described by the equation: eq03-af 26/6/08 11:38 page 24 y=a + bx where y=absorbance, a=intercept, b=slope and x=concentration in µg ml-1 obtained by the method of least squares. correlation coefficients, intercepts and slopes for the calibration data are also presented in table 1. 25ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 table 1. analytical and regression parameters. *y=a+bx, where y is the absorbance and x concentration in µg ml-1 sa.standard deviation of intercept. sb.standard deviation of slope. table 2. evaluation of accuracy and precision method *smt taken/found, range, sd and sem are in µg ml-1. re. relative error; sd. standard deviation; sem. standard error of mean; rsd. relative standard deviation; a. intra-day precision, b. inter-day precision. sensitivity. sensitivity parameters such as molar absorptivity and sandel sensitivity, and limits of detection and quantification calculated as per the current ich guidelines [50] are compiled in table1. the limits of detection (lod) and quantification (loq) were calculated according to the same guidelines using the formulae: lod=3.3σ/s and loq=10σ/s where σ is the standard deviation of seven reagent blank determinations and s is the slope of the calibration curve. precision and accuracy. intra-day precision and accuracy of the methods were evaluated from the results of seven replicate determinations on pure drug solution at three concentration levels. the mean values and relative standard deviation values were calculated. to determine the inter-day precision, analyses were performed over a period of five days by preparing all solutions freshly each day. the accuracy of methods were determined by calculating the percentage deviation observed in the analysis of pure drug solution as expressed as the relative error (%). table 2 summarizes the intra-day precision and accuracy data as well as the inter-day precision data obtained for the determination of smt by the proposed methods. from the data, it is implied that the intra-day precision and accuracy were less than 3.5% whereas inter-day precision was less than 4%. eq03-af 26/6/08 11:39 page 25 robustness and ruggedness. to evaluate the method robustness, two experimental variables such as hcl volume and reaction time were slightly altered, and the same were found to have no significant effect on the accuracy and precision of the methods when the studies were made on a single concentration of smt. the ruggedness of the methods was assessed by calculating the rsd for results obtained by performing the analysis using three different instruments and by three different persons. the interinstrumental rsd values ranged from 2.5 to 4.5% whereas the inter-personal rsd values varied from 2.5-3.5% for three concentrations of smt employed for accuracy and precision studies. effect of interferences. to assess the usefulness of the methods, synthetic mixtures containing smt and inactive ingredients with the following composition were prepared and analysed for smt content: smt (20 mg), talc (40 mg), starch (50 mg), sodium alginate (50 mg), magnesium stearate (20 mg), lactose (20 mg), calcium gluconate (30 mg), calcium dihydrogen orthophosphate (50mg) and titanium dioxide (10mg). the percent recovery of smt by method a was 96.58±1.6 (n=5) and 97.62±2.1 (n=5) by method b indicating that there is no interference from the common excipients added to tablet preparations. application to tablet assay. of the seventeen brands of tablets available in the indian market, three representative brands were subjected to analysis by the proposed methods. results presented in table 3 reveals that there is a close agreement between the results obtained by the proposed methods and the label claim. the results were also compared statistically with those obtained by a reference method [30] by applying student’s t-test for accuracy and ftest for precision. at the 95% confidence level, the calculated tand f-values did not exceed the tabulated values suggesting that the proposed methods are as accurate and precise as the reference method. recovery study. accuracy and validity of the methods were further ascertained by performing recovery studies via standard-addition procedure. pre-analysed tablet powder was 26 ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 table 3. results of assay of tablets and statistical comparison. *mean value of five determinations #marketed by; a.cipla ltd ; b. morepen labs. ltd; c. glenmark pharm. ltd., tabulated t-value at 95% confidence level is 2.77 tabulated f-value at 95% confidence level is 6.39. spiked with pure smt at three different concentration levels (50,100 and 150% of the level in the tablet) and the total was found by the proposed methods. each experiment was repeated three times. the recovery of pure smt added to tablet powder ranged from 95.6 to 104.1% (table 4) demonstrating that commonly added tablet excipients did not affect the results of assay. eq03-af 26/6/08 11:39 page 26 27ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 table 4. results of recovery study. *mean value of three determinations. conclusions this is a first report on the application of visible spectrophotometry for the assay of simvastatin. the methods are based on well-established and characterised chemical reactions and use cheaper and readily available chemicals. the procedures do not involve any critical experimental condition or tedious sample preparation. the methods are highly sensitive as shown by the molar absorptivity values besides being fairly accurate and precise, the last two parameters being unaffected by slight variations in experimental conditions such as acid concentration and reaction time. the methods have been demonstrated to be free from interference from common tablet excipients and additives. received 26 february 2008 accepted 06 may 2008 references [1] g.k. mc evoy, american society of health system pharmasists, (2002) 779-782. 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[50] international conference on hormonisation of technical requirements for registration of pharmaceuticals for human use, ich harmonised tripartite guideline, validation of analytical procedures: text and methodology q2(r 1), complementary guideline on methodology dated 06 november 1996, incorporated in november 2005, london. 28 ecl. quím., são paulo, 33(2): 21-28, 2008 eq03-af 26/6/08 11:39 page 28 eclética química, 38, 95-100, 2013. 95 emissão quase branca de um complexo binuclear de disprósio(iii) contendo dicarboxilatos marcelo g. lahoud* i , marian r.davolos i , caio a. s. de jesus, regina c. g. frem i . i instituto de química de araraquara – universidade estadual paulista (unesp), araraquara-sp, 14800-900. *marcelo_lahoud@hotmail.com resumo este trabalho relata a síntese e a caracterização do complexo inédito [dy2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5 (dcpz = 3,5dicarbóxipirazolato, suc = succinato). a proposta estrutural deste trabalho pressupõe a formação de um composto binuclear no qual os íons dy 3+ estão conectados através dos dois diferentes ligantes orgânicos. estudos de luminescência foram realizados e revelaram que o composto apresenta uma interessante e não usual emissão próxima ao branco quando excitado na região uv. palavras-chave: disprósio; ligantes o-doadores; luminescência. abstract this work reports the synthesis and characterization of the novel [dy2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5 (dcpz = 3,5dicarboxypyrazolate, suc = succinate). the structure should probably consist of a binuclear species in which dy 3+ ions are linked by two different bridging organic ligands. luminescent studies were carried out and revealed that the dy 3+ complex exhibits a near white emission under uv excitation. 1. introdução a busca por novas matérias luminescente vem sendo crescente, matérias estes com alta eficiência, ou seja, que consomem menos energia, que tenha seu tamanho miniaturizado e também emissões em comprimentos de ondas específicos para ser usados nos mais diversos fins como para obter maior pureza de cor em tvs ou na utilização de transporte de dados por cabos de fibras ópticas [1]. os lantanídeos vem nesse caminho, os quais vem desenvolvendo matérias luminescentes que estão presente desde tela de computador, nas lâmpadas para iluminação e oleds [2]. estudos fotoluminescentes de complexos de lantanídeos vêm sendo feito com diferentes ligantes orgânicos, uma vez que estes ligantes podem absorver energia em comprimentos de ondas onde os lantanídeos não absorvem ou absorvem pouco e transferir através de efeito antena para o metal emitir, aumentando assim sua eficiência [3]. dentro desse contexto, reportamos nesse trabalho a síntese, a caracterização e a mailto:*marcelo_lahoud@hotmail.com eclética química, 38, 95-100, 2013. 96 fotoluminescência de um complexo inédito de disprósio, de fórmula mínima [dy2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5 (dcpz = 3,5dicarboxipirazolato, suc = succinato). 2. material e métodos os reagentes utilizados no trabalho foram o succinato de sódio (sigma), o ligante 3,5dicarbóxipirazol (sigma) e os óxidos de gadolínio(iii) (lumitech) e de disprósio(iii) (lumitech). estes últimos foram posteriormente transformados nos seus respectivos cloretos hexahidratados através de reações com ácido clorídrico (merck). a análise elementar foi realizada no analisador perkin elmer chn 2400 (precisão de 0,01%). os espectros de absorção na região do infravermelho foram registrados no espectrofotômetro nicolet sx-ft impact 400, na região de 4000-400 cm -1 (resolução de 4 cm -1 ) utilizando pastilha de kbr. as medidas de reflectância difusa foram realizadas no espectrofotômetro cary 5000, utilizando óxido de magnésio como referência. os espectros de luminescência de excitação e de emissão foram obtidos no espectrofluorímetro horiba jobin yvon fluorolog fl3-222 equipado com uma fotomultiplicadora hamamatsu r928 e lâmpada de xe de 450 w, com a excitação usando o modo front face. síntese do complexo em um béquer de 100 ml, contendo uma solução de cloreto de európio (0,136 mmol, 52 mg) em 10 ml de água, foi adicionada, gota a gota, uma solução aquosa de succinato de sódio (0,273 mmol, 44 mg). acrescentou-se, então, ao meio reacional o ligante pirazólico hdcpz (0,136 mmol, 24 mg), naoh (0,272 mmol, 0,136 ml de uma solução 2 mol l -1 ) e 10 ml de água, obtendo uma solução final com ph 5. deixou-se o sistema em repouso por cinco dias, após os quais um sólido branco foi obtido. o material foi isolado através de filtração a vácuo, lavado com água e seco para armazenamento e posterior análises. rendimento: 60%. anal. calc. para c14h29dy2n4o21.5, %: c, 18.23; h, 3.17; n, 6.07; exp., %: c, 18.39; h, 2.85; n, 6.04. 3. resultados e discussão 3.1. espectroscopia vibracional no iv o espectro de infravermelho do complexo (ver figura 1) apresenta uma banda larga entre 2990-3616 cm -1 que está associada aos movimentos vibracionais oh, nh e ch que ocorrem nessa região. a presença dos dois ligantes orgânicos na esfera de coordenação do composto pode ser sugerida pela observação das bandas referentes aos modos vibracionais característicos do grupo carboxilato (ver tabela 1). além disso, a diferença entre os valores observados para as frequências de estiramento νassim(coo-) e νsim(coo-) (ṽ), quando comparada com os respectivos valores nos ligantes livres, tem sido usada para inferir a cerca do provável modo de coordenação do grupo carboxilato no composto [4]. sendo assim, o composto apresenta bandas de absorção em 1541 e 1454 cm -1 , atribuídas aos modos de estiramento assimétrico e simétrico do grupo succinato, respectivamente, fornecendo um valor de ṽ igual a 87 cm -1 , o que sugere coordenação de modo quelante-bidentado para esse ligante [5]. por outro lado, um valor de ṽ igual a 267 cm -1 referente ao 3,5dicarbóxipirazol parece indicar que a coordenação deste ligante deva ter ocorrido de modo em ponte entre os íons dy 3+ [4]. pode-se observar, ainda, no espectro do complexo, uma banda centrada em 812 cm -1 atribuída ao modo oco do grupo succinato, além de outras duas associadas aos movimentos vibracionais sc=o e asch + anel do ligante pirazólico (1195 e 1019 cm -1 , respectivamente) [6]. figura1. espectros vibracionais dos ligantes succinato de sódio, 3,5-dicarboxipirazolato de sódio e complexo de dy 3+ . eclética química, 38, 95-100, 2013. 97 3.2. proposição estrutural os resultados da análise elementar aliados aos estudos espectroscópicos permitem sugerir que deva ter sido formado uma espécie binuclear de disprósio(iii), com fórmula mínima [dy2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5. a proposição estrutural pressupõe que o composto seja constituído por dois íons dy 3+ conectados através de uma molécula de succinato e duas moléculas de 3,5dicarbóxipirazolato. segundo resultado da espectroscopia vibracional (ver item 3.1) o ligante succinato deve ter se coordenado pelos átomos de oxigênio dos carboxilatos via modo quelante-bidentado. por outro lado, os dois ligantes 3,5-dicarbóxipirazolato podem estar presentes no composto através do modo de coordenação 1:1 polymeric [7]. os outros sítios de coordenação dos centros metálicos no composto devem estar ocupados por quatro moléculas de água (por íon lantanídeo) perfazendo um número de coordenação igual a nove. acredita-se haver, ainda, moléculas de água ocluídas na estrutura. coordenação do íon dy 3+ através de nove átomos também foi relatada na literatura para um composto binuclear contendo 2-fluorobenzoato e 1,10-fenantrolina como ligantes [8]. 3.3. estudos de espectroscopia eletrônica espectroscopia eletrônica de absorção com medida de reflectância difusa (rd) os espectros rd do complexo de dy 3+ e de seus precursores estão ilustrados na figura 2. os espectros dos dois ligantes apresentam banda largas e intensas na região do uv, sendo que o composto de succinato apresenta início de absorção em ~240 nm (transição intraligante da carbonila), enquanto que as transições il do composto pirazólico são observadas a partir de 280 nm. com relação ao espectro do complexo metálico, são observadas as bandas características dos ligantes e do íon dy 3+ . o complexo de dy 3+ apresenta uma banda il larga e intensa, deslocada para região de energia mais baixa (início em  305nm), resultante provavelmente do enfraquecimento das interações π dos ligantes com a coordenação ao centro metálico. no entanto, bandas largas nesta região também podem ser referentes à transições de transferência de carga lmct (n-dy, em maior energia e o-dy próxima a 275 nm) [9]. além disso, bandas de absorção características do íon dy3+ são observados no espectro em 294,5; 299; 325,5; 338,5; 350; 364,6; 388,5; 427; 453, 473; 756; 800 nm referentes às transições 6 h15/2 4 k13/2, 6 h15/2 4 h13/2, 6 h15/2 4 k15/2, 6 h15/2 4 i9/2+ 4 g9/2, 6 h15/2 4 m15/2+ 4 p7/2, 6 h15/2 4 i11/2, 6 h15/2 4 m21/2 + 4 i13/2 + 4 k17/2+ 4 f7/2, 6 h15/2 4 g11/2, 6 h15/2 4 i15/2, 6 h15/2 4 f9/2, 6 h15/2 6 f3/2, 6 h15/2 6 f5/2, respectivamente. figura 2. espectros de reflectância difusa dos precursores succinato de sódio e 3,5-dicarbóxipirazolato e do complexo [dy2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5. espectroscopia de luminescência (el) inicialmente, o nível tripleto dos ligantes foi determinado para avaliação da possível ocorrência do efeito antena no composto de disprósio. para isso, foi registrado a baixa temperatura (~ 77 k) o espectro de emissão do complexo binuclear análogo contendo o íon gd 3+ , [gd2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5 (ver figura 3). eclética química, 38, 95-100, 2013. 98 figura 3: espectro de emissão (exc = 275nm) do complexo [gd2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5 a 77 k. o tripleto de menor energia do sistema foi determinado pelo baricentro da transição mais intensa no espectro intensidade versus número de onda (cm -1 ), sendo que para o complexo de gadolínio, o valor determinado foi de 2,39.10 4 cm -1 (419 nm). obtido, então, o valor do tripleto no sistema, foi possível concluir que a combinação dos ligantes pode favorecer a transferência de energia para o íon dy 3+ , cujo nível emissor está abaixo do nível tripleto [3]. portanto, foram obtidos espectros de luminescência (excitação e emissão), no estado sólido do complexo binuclear de dy 3+ a temperatura ambiente. o espectro de excitação, com emissão fixada em 572 nm, é mostrado na figura 4 e apresenta, além de uma banda larga entre 250 e 300 nm, associada às transições intraligante dos ligantes (il) e transição de transferência de carga dos ligantes para o metal (tclm), transições ff do íon dy 3+ , que estão atribuídas na própria figura [10,11]. figura 4: espectro de excitação (em = 572 nm) do complexo [dy2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5. o complexo de dy 3+ apresenta um espectro de emissão muito interessante, como pode ser verificado na análise da figura 5. nele podem ser observadas bandas nas regiões azul (481 nm), verde (573 nm) e vermelha (658 nm), atribuídas às transições do nível excitado 4 f9/2 para os níveis 6 hj (j = 15/2, 13/2 e 11/2), respectivamente [11]. cabe destacar que foram também obtidos espectros de emissão para esse composto selecionando diversos outros comprimentos de onda de excitação (472, 450, 425, 397, 387, 380, 363, 349, 337, 324, 298, 293 e 275 nm) tendo sido observado o mesmo perfil quando excitado em 572 nm. como esperado, os ligantes transferem energia para o metal através do efeito antena [9], uma vez que são observadas as bandas de emissão do íon disprósio quando a excitação ocorre na região correspondente aos diferentes ligantes presentes no composto. eclética química, 38, 95-100, 2013. 99 figura 5. espectro de emissão (exc = 275 nm) do complexo [dy2(dcpz)2(suc)(h2o)8](h2o)1.5. faz-se necessário mencionar ainda que as coordenadas x e y da cie (comission internationale l'eclairage) foram calculadas a partir do espectro de fotoluminescência do complexo de dy 3+ . os valores encontrados (x = 0,349, y = 0,373) estão localizados na região próxima ao branco, mostrando que o complexo apresenta um grande potencial para diodo emissor de luz branca e outros dispositivos ópticos. tabela 1. principais frequências vibracionais no iv (cm -1 ) e atribuições para os ligantes succinato de sódio, 3,5dicarboxipirazolato de sódio e complexo de dy 3+ . 4. conclusão este trabalho reportou a síntese e a caracterização de um complexo binuclear inédito contendo dy 3+ e espaçadores o-doadores ditópicos. o composto apresenta emissão próxima à região do branco, o que o torna um potencial candidato para a construção de dispositivos oleds. compostos número de onda (cm -1 ) ascoo (sucna2 ) scoo (sucna2) ascoo (dcpzna2) scoo (dcpzna2) oh, nh + ch sc=o (dcpzna2) asch + anel oco (sucna2 ) sucna2 1554f 1401f 3499 2990f 809m dcpzna2 1607f 1381f 3196 2990 m 1192m 999m complexo dy 1541f 1454f 1627f 1360f 3616 2990f 1196m 1020m 812m eclética química, 38, 95-100, 2013. 100 agradecimentos os autores agradecem às agências brasileiras cnpq, capes e fapesp pelo apoio financeiro. referências [1] j. rocha, l. d. carlos, f. a. almeida paz, d. ananias, chem. soc. rev. 40 (2011) 926–940; [2] t. jüstel, h. nikol, c. ronda,angew. chem. int. ed. 37 (1998) 3084-3103. [3] p. p. lima, o. l. malta, s. alves junior, quim. nova, 28(5) (2005) 805-808. [4] g. b. deacon, r. j. phillips. coord.chem. rev. 33 (1980) 227-250. [5] l. s. lima, f. j. caires, c. t. carvalho, a. b. siqueira, m. ionashiro. termoch.acta 501 (2010) 50-54. [6] i.kostova, n. peica, w. kiefer, j. raman spectrosc. 38 (2007) 1-10. [7] j. klingele, s. dechert, f. meyer, coord. chem. rev. 253 (2009) 2698-2741. [8] x. li, z.-y. zhang, h.-b. song, j. chem. crystallogr. 36 (2006) 99-103. [9] n. sabbatini, m. guardigl, j. leh. coord. chem. rev. 123 (1993) 201-228. [10] y-c. li, y-h. chang, y-f. lin, y-s. chang, y-j. lin, j. alloys compd. 439 (2007) 367-375. [11] l. f. marques, m. v. dos santos, s. j.l. ribeiro, e. e. castellano, f. c. machado, polyhedron 38 (2012) 149-156 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | 39 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 39-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 advantages of the use of heterogeneous catalyst for huisgen cycloaddition reaction: synthesis and application of new metalorganic material capable of regeneration and reuse mônica freire belian+1, wagner eduardo da silva1, moara targino da silva1, aline de andrade alves1, ronaldo nascimento de oliveira1, 1 university federal rural de pernambuco (ufrpe), dom manuel medeiros st, recife, pernambuco, brazil + corresponding author: mônica freire belian, phone: +55 81 3320 6370, e-mail address: monica.freirebelian@ufrpe.br article info article history: received: december 28, 2017 accepted: may 18, 2018 published: may 29, 2018 keywords: 1. huisgen cycloaddition 2. copper catalysis 3. triazole 4. click chemistry 1. introduction metalorganic materials have attracted attention owing to their potential applications in gas separation and storage1, as sensors2, in drug storage and delivery3, templated low-dimensional material preparations4, and principally, as catalysts5. due to their high surface areas, pore sizes, ease and diversity of their ability to process, these compounds can be used in catalysis. the literature reports on several works that describe very recently the use of metalorganic materials as catalysts in solid-phase organic reactions, such as in friedel– crafts alkylation and acylation6-8, oxidation9-14, alkene epoxidation15-17, hydrogenation18, suzuki cross-coupling19, 20, the sonogashira reaction21, transesterification reaction22, the knoevenagel condensation23-25, aldol condensation26, 27 and 1,3dipolar cycloaddition reactions28. the huisgen azide-alkyne 1,3-dipolar cycloaddition afford 1,2,3-triazole derivatives, through solid-phase catalyst that has a number of advantages, such as low consumption of reagents and solvents, possibility of regeneration and removal of the abstract: this works evaluates the catalytic capacity of metalorganic materials synthesized, based on cu+ and ambidentade ligand in huisgen cycloaddition reaction. the synthesis of 1,2,3-triazole was made using cucl and cui salts, and the [cu(4,4’-dipy)]cl and [cu(4,4’-dipy)]i compounds as catalysts, with or without base catalysis by triethylamine. the copper salts and compounds lead to formation of the desired triazole product; however, in the synthesis mediated by [cu(4,4’-dipy)]i does not generate the product, even after 48 h of reaction. the reaction with [cu(4,4’-dipy)]cl mediated or not by triethylamine showed high yields of 88 % and 70 %, respectively. the [cu(4,4’-dipy)]cl compounds was reused five times, and regenerated by ascorbic acid, maintaining thus, the same reaction yield. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 mailto:monica.freirebelian@ufrpe.br original article 40 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 39-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 catalyst from the reaction medium. in this context, metalorganic materials are widely used because of these advantages. the literature describes the use these compounds, for instance in cyclization reaction29; however, some catalysts, it is shown low yields, difficulty in the removal of residues, as well as the impossibility of catalyst reuse. an explanation for these problems is the use of copper (ii) ion, to constitute the metalorganic structure, since the 1,3-dipolar cycloaddition reaction needs the presence of copper(i) ions. the copper(i) catalyst promotes the formation of 1,2,3-triazoles from azides and terminal alkynes, with high yields, mild conditions and excellent regioselectivity30, 31. generally, in this reaction, the desired product is isolated by chromatography and the copper(i) residues are removed by an extraction process, using successive washes with ammonium hydroxide32, 33. in this work were synthesized and characterized copper(i) complexes containing 4,4´-dipyridyl (4,4´-dipy) as ligand, and cucl or cui as copper (i) font. to reduce the number of extraction steps and low yields, and to promote the reuse of the catalyst, we used two copper(i) compounds as catalysts in solid-phase for reaction between phenylacetylene (pha) and 2-[2-azido-ethyl]-isoindole-1,3-dione (aid) in the presence or absence of base (triethylamine). the reactions were repeated five times and the catalyst was reuse, through of the regeneration process by ascorbic acid. 2. materials and methods the copper(i) chloride, copper(i) iodide, 4,4’dipyridyl, triethylamine, dichloromethane, phenylacetylene and 2-[2-azido-ethyl]-isoindole1,3-dione (all from aldrich) were all used as received. carbon, nitrogen and hydrogen percentages for the two metalorganic compounds and 1,2,3-triazole were determined by analysis of the elements, using a perkin-elmer model 240 microanalyzer. the infrared spectra were obtained with a kbr tablet using a fourier transform if66 model spectrophotometer in the 4000−400 cm-1 range, with a spectral resolution of 4 cm-1. the nmr spectrum was obtained using varian unity plus 300 equipment, at frequencies of 400 mhz to 1h in dmso and 75.5 mhz to 13c in cdcl3. 2.1 synthesis of copper(i) complexes the optimized synthesis of copper(i) complexes in the reactor system (vmax = 5.0 ml per teflon insert) is as follows: 0.5 mmol of cucl (49.5 mg) or cui (95.25 mg) and 0.5 mmol of 4,4’-dipyridyl (78.0 mg) were dissolved in 4 ml dried ethanol (0.068 mmol). the reactor was heated for 24 h at 120 ºc. after the reaction, the resultant solid was filtered and washed with water and ethanol three times. the powder obtained was then dried at room temperature in a fume hood and then dried under vacuum at 40 ºc for 4 h. 2.2 synthesis of 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole in a test tube, 100 mg (0.5 mmol) of 2-[2-azidoethyl]-isoindole-1,3-dione, 71 mg (1.5 mmol) of phenylacetylene, 10 mol% (12 mg) of catalyst ([cu(4,4’-dipy)]cl, [cu(4,4’-dipy)]i, cucl or cui) and 10 mol % (6 mg ~1 drop) triethylamine or (8 mg) ascorbic acid were mixed together in 1.2 ml of dichloromethane (see scheme 1). the same mixture was used either without the base or without the acid. each mixture was stirred at room temperature (298 k) in an argon atmosphere; and monitored by tlc (hexane:etoac, 8:2). after the consumption of the starting material, the mixture was decanted using centrifugation and washed. thereafter, the supernatant was subjected to drying by adding sodium sulfate, and then filtered. the filtrate was crystallized and the final product was analyzed by 1h and 13c nmr, infrared spectroscopy and elemental analysis to verify the synthesis of triazole by use of metalorganic compounds. 3. results and discussion in the synthesis of copper(i) complexes, a light green (from cucl reagent) and a red (from cui reagent) precipitant with crystalline characteristics were generated. the elemental analysis data of the [cu(4,4’-dipy)]cl and [cu(4,4’-dipy)]i complexes are shown in table 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 original article 41 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 39-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 table 1. elemental analysis data of copper(i) complexes minimal formulae %c %h %n e t e t e t [cux(4,4´-dipy)]nclx 47.10 47.06 3.16 3.14 11.02 10.98 [cux(4,4´-dipy)]nix 34.65 34.63 2.31 2.31 8.12 8.08 * 4,4´-dipy = 4,4´-dipyridyl, e =experimental and t = theoretical. the chn elemental analysis results are in good agreement with the proposed formulas for the copper(i) complexes; with an error level less than 0.4 % (table 1). the infrared spectroscopy was complementarily used through the assignment of bands to functional groups of the free ligands as well as with the possible band shifts which could be correlated with the copper ion coordination. in figure 1, the infrared overlapped spectra of the [cu(4,4’-dipy)]cl and 4,4’-dipyridyl ligand are presented. since the [cu(4,4’-dipy)]i had the same spectral profile, this has not been dealt with in this text. figure 1. infrared spectra of 4,4‘-dipyridyl (in black) and [cu(4,4’-dipy)]cl complex (in gray). it can be observed that the c=n stretch of the [cu(4,4’-dipy)]cl complex (1596 cm-1) are shifted to the red region in comparison to the free ligand (1629 cm-1), suggesting coordination with the copper (i) ion. in the absence of an x-ray structural analysis, because the mixture had polycrystalline properties, structure based on elemental analysis data and infrared spectroscopy could be suggested (see figure 2). figure 2. structure proposed for the [cu(4,4’-dipy)]cl complex from the data of infrared spectroscopic and elemental analysis. after the synthesis and characterization of copper(i) complexes, the 1,4-disubstituted 1,2,3triazole were synthesized. the result was then analyzed by 1h nmr and demonstrated the following signals: a singlet at 8.64 ppm referring to the h-triazolic multiples between 7.87 and 7.32 ppm, referring to the protons of the aromatic ring, and two triplets referring to the alkyl groups, the first being at 4.75 ppm, and the second at 4.21 ppm. the 13c nmr spectrum makes it possible to https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 original article 42 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 39-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 observe a signal at 167.6, referring to the carbonyls and a signal at 148.0 referring to the carbon on the triazolic ring, signals between 134.2 and 119.8 referring to the aromatic carbons; and two signals at 47.8 and 37.6 referring to the alkyl carbons. these results indicate that the desired triazole had been synthesized and the 1h and 13c nmr are in according with literature34. scheme 1. synthesis of 1,2,3-triazole catalyzed by [cu(4,4’-dipy)]cl complex. 2-[2-(4-phenyl-[1,2,3]triazol-1-yl)-ethyl]isoindole-1,3-dione: 1h nmr (400 mhz, dmsod6): δ 8.64 (s, 1h, htriaz), 7.87-7.82 (m, 4h, phth), 7.77 (d, 2h, j = 8.0 hz, harom), 7.43 (dd, 2h, j = 7.6, 7.6 hz, harom), 7.32 (dd, 1h, j = 7.6, 7.6 hz, harom), 4.69 (t, 2h, j = 6.0 hz, nch2), 4.06 (t, 2h, j = 5.6 hz, nch2). 13c nmr (75.5 mhz, cdcl3): δ 37.6, 47.8, 119.8, 123.5, 125.7, 128.1, 128.7, 130.3, 131.6, 134.2, 148.0, 167.6. the copper (i) chloride and iodide were used to make the same synthesis in order to compare their catalytic capacity with regard to copper(i) complexes. after 23 h, the azide has been completely consumed and the mixture which had suffered reaction was then treated with nh4oh to remove the copper residues. when copper (i or ii) salts are used, the nh4oh extraction step is always necessary, which generates soluble copper residues in the water, leading to a greater environmental contamination. the yield on the synthesis obtained by using copper (i) chloride with or without a base were 38.4 % and 16.3 %, respectively. with copper (i) iodide, with or without a base, they were 92.8 % and 54.8 %, respectively. in the synthesis using [cu(4,4’-dipy)]cl complex, the reaction time varied between 19 and 22 h. in all the cases, the catalyst was removed by centrifugation process, eliminating the extraction step with nh4oh. the synthesis using a base lead to improved the yield, but not enough to justify their use. table 2 shows the reaction yields with [cu(4,4’-dipy)]cl complex, with or without addition of base. on the other hand, the same reaction using [cu(4,4’-dipy)]i complex even after it has been stirred for 48 h, did not promoted the formation of the desired product. table 2. yields for the synthesis of 1,2,3-triazole in the presence or absence of base catalyzed by cucl, cui, [cu(4,4’-dipy)]cl and [cu(4,4’-dipy)]cl complexes reaction yield (%) cucl cui [cu(4,4’-dipy)]cl [cu(4,4’-dipy)]i et3n* no base et3n* no base et3n* no base et3n* no base 38.4 16.3 92.8 54.8 88.0 70.0 0% 0% * et3n = triethylamine. in order to evaluate the capacity for reuse of the catalyst ([cu(4,4’-dipy)]cl complex), the reaction was repeated five times, recovering the catalyst by centrifugation and adjusting the amount of reagents (azide and alkyne). before reuse, the catalyst was washed (5x) with dichloromethane to remove possible interferents. when triethylamine was used, after 5 cycles of reactions, the yield decreased to 33.5 % (table 3, cycle 5). in the case of reactions which did not use the base, the yields lessened to 49.8 % after five cycles. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 original article 43 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 39-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 table 3. recycling steps of [cu(4,4’-dipy)]cl complex [cu(4,4’-dipy)]cl / reaction yield (%) cycle et3n* no base 1 88.0 70.0 2 78.8 68.9 3 66.6 66.5 4 59.9 63.0 5 33.5 49.8 6a 86.4 71.9 a after added ascorbic acid (10 mol %). to explain our poor results after five cycles, however, we need to have some considerations. the viability of the reductive elimination process (restitution of the copper to its lowest value oxidative) and the quality of the solvents used (type of oxidants present). supposing the copper (ii) generation, which would justify the reduction of active sites, cu(i), as a reaction promoter, ascorbic acid was used as a reducing agent for recuperation of the catalyst. in both cases, with or without the use of a base, after use of ascorbic acid, the yields were restored. in the case of the drastic lessening of yields when trietilamine was used, it can be accounted for because of the base, before acting as a depronate of alkyne and after oxidation of copper (i) to the form (ii), could be added as a ligant in the coordiation sphere of the first cupric ion, since the typical coordination numbers of these ions copper (i) and (ii) are 2 and 4, respectively. the scheme 2 shows the mechanism proposed to create the reaction using [cu(4,4’-dipy)]cl complex. scheme 2. mechanism proposed for the huisgen cycloaddition reaction mediated by [cu(4,4’-dipy)]cl complex. based on data in literature indicating that cu(i) catalyzed alkyne-azide coupling begins with π complex a (scheme 2), this first step was also proposed for the [cu(4,4’-dipy)]cl complex30-36. some works suggest that an energetic compensation can occur depending on the solvent https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 original article 44 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 39-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.39-47 used in this reaction, i.e. an improvement can be perceived, concerning copper species formation b (scheme 2), and then this copper coordination can reduce the c-h alkyne pka, facilitating the deprotonation in aqueous systems without the use of a base37. in the case of the current work, the reaction was carried out, using dichloromethane (ch2cl2) as the solvent, in the presence and absence of the base (triethylamine), in both cases the final product was obtained with yields of (88 %) and (70 %), respectively. this last reactional condition, using ch2cl2, invites more significant studies, experimental and/or theoretical, involving different solvents and their interference on the catalytic cycle. in comparison with the usual mechanistic studies37-39, the current [cu(4,4’dipy)]i complex reinforces and represent well the requirement of two catalytic copper atoms, here can be spaced by a 4,4’-dipyridyl ligand, which were part of an alkyne-azide cycloaddition. the first one changed the alkyne (acetylide complex) reaction and the second served as an azide activator which led to the d cyclization (scheme 2). some works have suggested that the size of the ring which surrounds the two acid centers of copper d may be easily converted into a copper triazole ring e (scheme 2)37. there is a considerable need for experimental work to confirm the true proton source responsible for the protonation of the type shown in e, which will converge on the composite f, which may be the reaction which occurs in the presence or absence of a base40, 41. even with the extensive use of copper salts capable of catalyzing alkyne-azide coupling reactions, the anions of which generally look like sulfate and halogens (generally cl, br and i), the study of the influence of these anions as reactors have not been entirely understood by the scientific community. thus we must emphasize that in the present study, the use of metalorganic compounds, [cu(4,4’-dipy)]cl and [cu(4,4’-dipy)]i complexes, synthesized from the known types of copper salts, cucl and cui respectively, showed that the reaction yield was extremely dependent on the anion present in these complexes. in other words, the difference of these counter-ions (anions) present in the complexes were the determining factor as to the catalytic force of the same, making the type [cu(4,4’-dipy)]i complex not viable for catalyzing the reaction proposed in this study (scheme 1). further studies need to be made to confirm which anions work best for high yields in copper(i)-catalyzed reaction. 4. conclusions the copper(i) complexes compounds were synthesized and characterized by elemental analysis and infrared spectroscopy; and applied as catalysts in the huisgen reaction. there was a high yield from the reactions catalyzed by cui (92.8 %) and [cu(4,4’-dipy)]cl complex (96 %). in the case of the same reaction catalyzed by cucl (38 %) the yields were low. no product was obtained using [cu(4,4’-dipy)]i complex. reuse of the [cu(4,4’dipy)]cl catalyst was proven through a cycle of five consecutive syntheses, resulting in the desired product. the yield from the reactions, however, diminished gradually. the synthetic cycle’s maintainer the same reactive good yields through a process of copper (ii) ion reduction, which had generated in the complex structure after used ascorbic acid, justifying the preferential use of this matrix as the catalyst in huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reaction. 5. references [1] chen, j.c., luo, w.q., wang, h.d., xiang, j.m., jin, h.f., chen, f., cai, z.w., a versatile method for the preparation of end-functional polymers onto sio2 nanoparticles by a combination of surface-initiated atrp and huisgen [3 + 2] cycloaddition, applied surface science 256 (8) (2010) 2490–2495. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2009.10.093. 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[21] m. d. landgraf, s. c. silva, m. o. o. rezende, analytica chimica acta, 368(1998) 155. estimation of standard enthalpy of formation of alkanes in gaseous state by calculating size, structural and electronic parameters in the molecules. verma,p.s. prof.& head of department of chemistry, university of ajasthan, jaipur (india); gorsi, b.l.*; *e-mail – blgorsi.2007@yahoo.com kalwania,g.s. and lovel. dept of chemistry, s.k.govt. p. g. college, sikar (india) abstract: a quantitative analysis is made on the correlation ship of thermodynamic property, i.e., standard enthalpy of formation (δh f 0) with kier’s molecular connectivity index(1xv),vander waal’s volume (vw) electrotopological state index (e) and refractotopological state index (r) in gaseous state of alkanes. the regression analysis reveals a significant linear correlation of standard enthalpy of formation (δh f 0) with 1xv, vw, e and r. the equations obtained by regression analysis may be used to estimate standard enthalpy of formation (δh f 0) of alkanes in gaseous state. keywords: kier’s molecular connectivity (1xv); vander waal’s volume (vw); electrotopological state index (e); refractotopological state (r). i. introduction standard enthalpy of formation is a basic thermodynamic property. it is used in chemical engineering calculations. experimental measurements of standard enthalpy of formation (δh f 0) involve experimental diffi culties and they are not always feasible and the corresponding methods possess real drawbacks. consequently, it is necessary to resort to a theoretical calculation of these parameters. this option is now accessible because an important, fruitful and current fi eld of research. the additive approach applied to the estimation of thermo physical properties was systematically developed by s.w.benson and coworkers1-3. many topological distances based indices as molecular descriptors for qsar4,5 and additive scheme6 have been developed for the estimation of enthalpy of formation of organic compounds. one of the most important points in such research is the selection of adequate descriptors containing the information stored in the molecular structure. the quite satisfactory results of applying regression analysis may be used to calculate heats of formation seems to indicate this way is a suitable one to compute the enthalpy content of molecules. since results are good enough and errors are nearly the same as experimental uncertainties, the equations show to be a suitable method to systematize data and to derive certain rules regarding the structural elements and group contribution to the molecular enthalpy of formation. there are a wide variety of molecular descriptors to be used as independent variable and this large number of possibilities allows one to make quite different choices to perform the calculation ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 201084 ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 2010 85 educação education educação education and to interpret in a meaningful way the results. in view of the above, it is thought that heat enthalpies of formation which depend upon the size, structure, electronic environment and complexity of the molecules, may be quantitatively correlated with size, structure and electronic parameters, i.e. fi rst order valence connectivity (1xv), vander waal’s volume (vw), electrotopological state index (e) and refractotopological state (r) in alkanes. previously we have established a signifi cant quantitative co-relationship of these parameters with diamagnetic susceptibility of many organic compounds7,8. the aim of this paper is to obtain the correlation equations of (δh f 0) with 1xv, vw, e and r parameters. 1. calculation of kier`s9 molecular connectivity (1xv): it is calculated by a hydrogen suppressed graph of the molecule10. the fi rst order valence connectivity (1xv) is given by eq. 1: 1xv = ∑ (δiv.3δjv)-1/2 (1) here the sum is the overall connections or edges in such a graph, δiv and δjv are numbers assigned to each atom refl ecting the numbers of atoms adjacent or connected to atom (i) and (j) which are formally bonded. the atom connectivity term (δiv)is defi ned as ziv hi δiv = ------------- (2) z ziv 1 where ziv = number of valence electron of atom (i), z = atomic number of atom (i) and hi = number of hydrogen atoms attached to atom (i). table (1) shows the atom connectivity (δiv) values in different groups as calculated by eq.(2) table 1. atom connectivity (δiv) values in different groups groups δiv groups δiv ch3 01 = ch2 02 ≡ ch 03 oh 05 -nh2 03 o 06 -nh 04 c = o 06 c ≡ n 05 furan o 06 c = nh 04 o =n o 06 n or pyridine n 05 h2o 04 nh3 02 f (-) 20 nh4 01 cl 0.690 > n < + 06 br 0.254 = n h2 + 03 i 0.085 2. calculation of vander waal’s volume (vw): another atomic parameter accounting for the size of a molecule, the vander waal`s volume (vw) may be calculated as suggested by bond11. the atoms are assumed to be spherical and necessary corrections for the overlap in the hydrogen chain are also incorporated12 vw = ∑ ni ai+ [ ∑ corrections for bonds + ∑ corrections for no. of branching ] (3) where , vw = vander waal’s volume of the molecules ni = no. of atoms. ai = vander waal’s volume of atom i. table 2 shows vander waal’s volume of different atoms and table 3 shows correction values of vander waal’s volume for sphere overlapping due to covalent bonding and for branching. the value of vander waal’s may be calculated as eq. 3. table 2. vander waal’s volume of different atoms atom sphere volume 102 a0 3 atom sphere volume 102 a0 3 atom sphere volume 102 a0 3 c 0.206 h 0.056 n 0.141 o 0.115 s 0.244 f 0.115 aliphatic cl 0.206 aromatic cl 0.244 aliphatic br 0.244 aromatic br 0.287 aliphatic i 0.335 aromatic i 0.388 table 3. correction values of vander waal’s volume for sphere overlapping due to covalent bonding and for branching bond correction value 102 a0 3 bond correction value 102 a0 3 bond correction value 102 a0 3 c-c -0.078 c-h -0.043 c-n -0.065 c-o -0.056 c-s -0.066 c-f -0.056 aliph. c-cl --0.058 arom c-cl -0.066 aliph. c-br -0.060 arom. c-br -0.068 aliph.c-i -0.063 arom. c-i -0.072 c-b -0.113 h-h -0.030 n-h -0.038 n-n -0.050 n-o -0.042 n-s -0.061 o-h -0.034 o-b -0.079 s-h -0.040 s-s -0.062 s-f -0.052 c=c -0.094 c=n -0.072 c=o -0.068 c=s -0.081 n=n -0.061 n=o -0.053 s=o -0.057 c≡c -0.0101 c≡n -0.079 arom.c=c -0.086 branching for saturated bond except bonding with h -0.050 ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 201086 ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 2010 87 educação education educação education 3. calculation of electrotopological state index (e-state): this index is developed from chemical graph theory and uses the chemical graph (hydrogen -suppressed skeleton) for generation of atom -level structure indices. this index recognizes that every atom in a molecule is unique, and this uniqueness arises from differences in the electronic and topological environment of each atom. this descriptor is formulated as an intrinsic value ii plus a perturbation given by the electronic infl uence of the topological environment of the molecule13-15. intrinsic state valence ii of each atom is calculated as follow: ii = [(2/n)2 δv+1] /δ (4) where n is the principal quantum number of the atom i, δv the number of valence electrons in the skeleton (zv-hi) ; δ the number of σ electrons in the skeleton (σ – h). for a skeleton, zv the total number of electrons on the atom . σ the number of electrons in the σ orbitals, h the number of bonded hydrogen atom. e-state for an atom i in molecule (si) is given by si = ii + ∑ δ ii (5) δ ii = quantifi es the perturbation effect on the intrinsic atom value. this perturbation is assumed to be a function of the difference in the intrinsic values ii and ij: δ ii = ∑ (ii ij) / r ij 2 (6) where, rij is the number of atoms in the shortest path between atoms i and j including both i and j. the difference in intrinsic values δ ii , for a pair of skeletal atoms encode both electronic and topological attributes that arise from electro negativity differences and skeletal connectivity. therefore, the total of sum of the differences in intrinsic values, ∑δ ii, due to perturbation for a whole molecule is zero i.e.. ∑ δ ii = 0 so, si = ii (7) therefore, estate for a molecule = ∑ni si or ∑ni ii (8) table 4. intrinsic state valence ii of atoms in some groups group ii group ii group ii > c < 1.250 >ch 1.333 -ch2 1.5 > c = 1.667 -s1.833 -ch3, =ch-, > n 2.00 -i 2.12 ≡c -,-nh2.5 -br 2.75 = ch2, =n3.00 -sh 3.222 -o3.500 =ch, -nh2 4.00 -cl 4.111 ≡n, -oh 6.00 =o 7.00 -f 8.000 4. calculation of refractotopological state index (rstate): the r state index is also developed from the chemical graph theory. this index is based on the infl uence of dispersive forces of each atom on the other atom in the molecule, modifi ed by molecular topology. crippen et al 16 reported the atomic refractivity values of the topological environment of each skeleton atom in the molecule. the evaluation of the individual atomic refractivity value (calculated by ghose and crippen 16) is based on the idea that the sum of the atomic values (αi) being related to the molecular value of the molar refractivity: r (molecule) calc. = ∑ ni αi . (9) where, ni = no. of atoms ; αi = atomic refractivity value table 5. atomic refractivity values as calculated by ghose and crippen used in the analysis atom type atomic refractivity atom type atomic refractivity atom type atomic refractivity c (sp3) 2.816 c(sp2) 3.828 c(sp) 3.897 c(ar) 3.509 c=x 3.089 h 0.916 -o1.635 =o 1.796 o=n 2.141 n(sp3) 3.010 n(sp2),n(sp) 3.201 n(ar) 2.766 no2 3.505 ar-n=x 3.810 f 1.063 cl 5.611 br 8.678 i 13.874 s(sp3) 7.319 s(sp2) 9.168 r-so-r 6.076 ii. results and discussion: the values of standard heat enthalpy of formation (δh f 0 ) of gases are taken from literature.17-21 standard heat enthalpies (δh f 0 ) are taken in kilo calories per mole at atmospheric pressure at 298.15k in gas phase. the values of 1χv , vw , e and r are correlated with standard heat enthalpies (δh f 0 ). the regression analysis reveals that the correlations of standard heat enthalpies (δh f 0) with the molecular connectivity (1χv ) & van der waals volume (vw) show very low level of signifi cance , but with the inclusion of indicator variable (i), i.e, i = 0 for straight chain and i = 1 for branched alkanes, shows high level of signifi cance and are shown by equations (10) & (11). δh f 0 = – 9.829 (± 0.175) 1χv – 4.871 (± 0.670) i – 11.288 (10) n = 44 , r = 0.994 , s = 1.889 , f (2, 41) = 1776.123 δh f 0 = – 31.724 (± 0.477) vw – 4.979 (± 0.574) i – 7.628 (11) n = 45 , r = 0.996 , s = 1.711 , f (2,42) = 2362.53 both equations show almost 100 % correlation . it shows that branching in chains plays an important role in the correlations of the molecular connectivity (1χv) & van der waals volume (vw) with the standard heat enthalpies (δh f 0 ) of the alkanes. in the equation (10) & (11), the f values are signifi cant at 99% level [ f2 42 (0.01) = 5.18 ] and are accounting for 98.8% & 99.2% variance (r2 = 0.988 & 0.992) respectively. the correlations of standard heat enthalpies (δh f 0 ) with electrotopological state index (e) and refractotopological state index (r) have been given by equations (12) & (13). δh f 0 = – 3.259 (± 0.023) e – 7.573 (12) n = 45 , r = 0.999 , s = 0.810 , f (1, 43) = 19512.99 δh f 0 = – 1.033 (± 0.013) r – 11.114 (13) n = 46 , r = 0.997 , s = 1.452 , f (1,44) = 6581.835 these equations show the high level of signifi cance. because, correlation coeffi cients and f value is again at 99% level [ f1 44 (0.01) = 7.31 ] ,99.8% & 99.4% variance (r2 = 0.998 & 0.994) high.standard deviations have minimum variation about the line of regression. all these factors show perfect correlations. experimental and theoretical values of standard heat enthalpies of formation (δh f 0 ) of some alkanes calculated by equations (10),(11), (12) and (13) shows good agreement and are listed in tables 6. & 7. ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 201088 ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 2010 89 educação education educação education table 6. experimental and theoretical calculated values of δhf0 by 1xv & vw parameters in alkanes name of compound 1xv vw i δhf0 exp.value cald.eq.10 cald.eq.11 methane 0.000 0.258 0 -17.890 * -15.813 ethane 1.000 0.412 0 -20.240 -21.117 -20.699 propane 1.414 0.566 0 -24.820 -25.186 -25.584 n-butane 1.914 0.720 0 -30.150 -30.100 -30.470 2-methyl propane 1.731 0.670 1 -32.150 -33.173 -33.862 n-pantane 2.414 0.874 0 -35.000 -35.015 -35.355 2-methyl butane 2.269 0.824 1 -36.920 -38.461 -38.748 2,2-dimethyl propane 2.000 0.774 1 -39.170 -35.817 -37.162 n-hexane 2.914 1.028 0 -39.960 -39.930 -40.241 2-methyl pentane 2.769 0.978 1 -41.660 -43.375 -43.633 3-methyl pentane 2.807 0.978 1 -41.020 -43.749 -43.633 2,2-dimethyl butane 2.560 0.928 1 -44.350 -41.321 -42.047 2,3-dimethyl butane 2.641 0.928 1 -42.490 -42.107 -42.047 heptane 3.414 1.182 0 -44.880 -44.844 -45.126 2-meyhyl hexane 3.269 1.132 1 -46.590 -48.290 -48.519 3-mehtyl hexane 3.307 1.132 1 -45.960 -48.663 -48.519 2,2-dimethyl pentane 3.061 1.082 1 -49.270 -46.235 -46.933 2,3-dimethy pentane 3.179 1.082 1 -47.620 -47.405 -46.933 2,4-dimethyl pentane 3.124 1.082 1 -48.280 -46.865 -46.933 2,2,3-trimethyl butane 2.942 1.032 1 -48.950 -45.076 -45.346 octane 3.914 1.336 0 -49.820 -49.759 -50.011 2-methyl heptane 3.769 1.286 1 -51.500 -53.204 -53.404 3-methyl heptane 3.807 1.286 1 -50.820 -53.578 -53.404 4-methyl heptane 3.807 1.286 1 -50.690 -53.578 -53.404 2,2-dimethyl hexane 3.560 1.236 1 -53.710 -51.150 -51.818 2,3-dimethyl hexane 3.679 1.236 1 -51.130 -52.320 -51.818 2,4-dimethylhexane 3.662 1.236 1 -52.440 -52.153 -51.818 2,5-dimethylhexane 3.624 1.236 1 -53.210 -51.779 -51.818 3,3-dimethylhexane 3.620 1.236 1 -52.610 -51.740 -51.818 3,4-dimethylhexane 3.717 1.236 1 -50.910 -52.693 -51.818 nonane 4.414 1.490 0 -54.740 -54.673 -54.897 2,2,3-trimethylpentane 3.480 1.186 1 -52.610 -50.364 -50.232 2,2,4-trimethylpentane 3.415 1.186 1 -53.570 -49.725 -50.232 2,3,3-trimethylpentane 3.502 1.186 1 -51.730 -50.580 -50.232 2,3,4-trimethylpentane 3.551 1.186 1 -51.970 -51.062 -50.232 3-ethyl pentane 3.345 1.132 1 -45.330 -49.037 -48.519 contd3-methyl-3-ethyl pentane 3.680 1.236 1 -51.380 -52.329 -51.818 2-methyl-3-ethyl pentane 3.717 1.236 1 -50.480 -52.693 -51.818 undecane 5.414 1.798 0 -64.600 -64.502 -64.668 hexadecane 7.914 2.568 0 -89.230 -89.075 -89.095 nonadecane 9.414 3.030 0 -104.000 -103.818 -103.752 octadecane 8.914 2.876 0 -99.080 -98.904 -98.866 pentadecane 7.414 2.414 0 -84.310 -84.16 -84.210 tetradecane 6.914 2.260 0 -79.380 -79.246 -79.324 tridecane 6.414 2.106 0 -74.450 -74.331 -74.439 i = 0 for straight chain i = 1 for branched chain table 7. experimental and theoretical calculated values of δhf0 by e and r parameters in alkanes name of compound e r δhf0 exp.value cald.eq.12 cald.eq.13 methane * 6.478 -17.890 * -17.806 ethane 4.000 11.125 -20.240 -20.611 -22.606 propane 5.500 15.771 -24.820 -25.500 -27.405 n-butane 7.000 20.418 -30.150 -30.389 -32.205 2-methyl propane 7.333 20.418 -32.150 -31.475 -32.205 n-pantane 8.500 25.065 -35.000 -35.279 -37.006 2-methyl butane 8.833 25.065 -36.920 -36.364 -37.006 2,2-dimethyl propane 9.250 25.065 -39.170 -37.723 -37.006 n-hexane 10.000 29.712 -39.960 40.168 -41.806 2-methyl pentane 10.333 29.712 -41.660 -41.253 -41.806 3-methyl pentane 10.333 29.712 -41.020 -41.253 -41.806 2,2-dimethyl butane 10.750 29.712 -44.350 -42.612 -41.806 2,3-dimethyl butane 10.666 29.712 -42.490 -42.338 -41.806 heptane 11.500 34.359 -44.880 -45.057 -46.606 2-meyhyl hexane 11.833 34.359 -46.590 -46.142 -46.606 3-mehtyl hexane 11.833 34.359 -45.960 -46.142 -46.606 2,2-dimethyl pentane 12.250 34.359 -49.270 -47.501 -46.606 2,3-dimethy pentane 12.166 34.359 -47.620 -47.228 -46.606 2,4-dimethyl pentane 12.166 34.359 -48.280 -47.228 -46.606 2,2,3-trimethyl butane 12.583 34.359 -48.950 -48.587 -46.606 octane 13.000 39.005 -49.820 -49.946 -51.405 2-methyl heptane 13.333 39.005 -51.500 -51.031 -51.405 3-methyl heptane 13.333 39.005 -50.820 -51.031 -51.405 4-methyl heptane 13.333 39.005 -50.690 -51.031 -51.405 2,2-dimethyl hexane 13.750 39.005 -53.710 -52.391 -51.405 2,3-dimethyl hexane 13.666 39.005 -51.130 -52.117 -51.405 ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 201090 ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 2010 91 educação education educação education 2,4-dimethylhexane 13.666 39.005 -52.440 -52.117 -51.405 2,5-dimethylhexane 13.666 39.005 -53.210 -52.117 -51.405 3,3-dimethylhexane 13.750 39.005 -52.610 -52.391 -51.405 3,4-dimethylhexane 13.666 39.005 -50.910 -52.117 -51.405 nonane 14.500 43.652 -54.740 -54.835 -56.206 2,2,3-trimethylpentane 14.083 39.005 -52.610 -53.476 -51.405 2,2,4-trimethylpentane 14.083 39.005 -53.570 -53.476 -51.405 2,3,3-trimethylpentane 14.083 39.005 -51.730 -53.476 -51.405 2,3,4-trimethylpentane 13.999 39.005 -51.970 -53.202 -51.405 3-ethyl pentane 11.833 34.359 -45.330 -46.142 -46.606 3-methyl-3-ethyl pentane 13.750 39.005 -51.380 -52.391 -51.405 contd2-methyl-3-ethyl pentane 13.666 39.005 -50.480 -52.117 -51.405 2,2,3,3-tetramethylbutane 14.500 39.005 -53.990 -54.835 -51.405 undecane 17.500 52.946 -64.600 -64.613 -65.806 hexadecane 25.000 76.180 -89.230 -89.059 -89.806 nonadecane 29.500 90.120 -104.000 -103.727 -104.206 octadecane 28.000 85.473 -99.080 -98.838 -99.406 pentadecane 23.500 71.533 -84.310 -84.170 -85.006 tetradecane 22.000 66.886 -79.380 -79.281 -80.206 tridecane 20.500 62.239 -74.450 -74.392 -75.406 [18] and related compounds”,carnegie press pittsburgh, pa., 1953 . 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porém, esse material sem dopagem não tem utilização na dosimetria, pois não apresenta sinal tl satisfatório. o presente trabalho apresenta a análise do composto mgb4o7 quando dopado com os elementos terras raras, túlio (tm) e disprósio (dy). a produção do mgb4o7:dy e mgb4o7:tm ocorreu em meio ácido. após o processo de crescimento dos cristais, foram feitos diversos testes nos fósforos produzidos para verificação da qualidade dos materiais como dosímetros tl. inicialmente, foi realizada a identificação das fases cristalinas encontradas no material, através da técnica de difratometria de raio x; em seguida, foram avaliadas e comparadas as curvas de emissões tl dos cristais com os dois diferentes tipos de dopantes; para isso, as amostras foram irradiadas com diferentes fontes de radiação: 137 cs (0,66 mev), 60 co (1,25 mev) e raios x (0,41 mev) e, a partir dos resultados foi avaliada a dependência energética dos fósforos. outra característica analisada foi o decaimento do sinal tl do material (fading). os resultados mostram que o material pode ser um excelente dosímetro tl quando dopado com os terras raras dy e tm. palavras-chave: termoluminescência; terras raras; tetraborato de magnésio. abstract the thermoluminescent dosimetry (tl) is a well-established technique for the detection of ionizing radiation in hospitals, clinics, and industrial establishments where there is the need to quantify the radiation. for this practice is require the use phosphors which are sensitive to radiation. some phosphors are already commonly used in this practice, for example, tld-100 (lif: mg, ti), caso4:tm and caso4:dy. a compound that was most recently introduced in dosimetry and has many advantageous features to detect neutrons, electrons and gamma is the magnesium tetraborate (mgb4o7), but the undoped material is not good for dosimetry, since mailto:luizaf25@hotmail.com mailto:divanizi@ufs.br eclética química, 38, 101-108, 2013. 102 signal does not show satisfactory thermoluminescence. the present work presents the analysis of the compound mgb4o7 when doped with rare earth elements, thulium (tm) and dysprosium (dy). the production of mgb4o7: dy and mgb4o7: tm occurred under acidic conditions. following the process of crystal growth, several tests were made on phosphors produced to verify the quality of materials as tl dosimeter. initially, was made the identification of the crystalline phases found in the material, using the technique of x-ray diffractometry, and then were evaluated and compared the tl emission curves of the crystals with two different types of dopants, to this, the samples were irradiated with different radiation sources: 137 cs (0,66 mev), 60 co (1.25 mev) and xrays (0.41 mev) and based on the results was evaluated the energy dependence of phosphors. another characteristic analyzed, was the decay of tl signal for the material (fading). the results show that the material can be an excellent tl dosimeter when doped with rare earth elements dy and tm. keywords: thermoluminescence; rare earths and magnesium tetraborate introdução os boratos de magnésio são materiais de larga utilização em diversas áreas, podendo, por exemplo, serem utilizados como elementos catalisadores para os hidrocarbonos, com a finalidade de melhorar as propriedades anticorrosivas de alguns materiais, e como elementos detectores de radiação para a dosimetria termoluminescente [1]. de acordo com o diagrama de fases apresentado por davis e knigh [1] três fases cristalinas estáveis do borato de magnésio coexistem entre b2o3-mgo, são elas: mgb4o7, mg2b2o5, e mg3b2o6; porém, para a dosimetria termoluminescente o mais utilizado é o mgb4o7.. os materiais mais utilizados na dosimetria termoluminescentes podem ser agrupados em duas categorias. na primeira estão os materiais que são tecido-equivalente, e nesta estão os fósforos que possuem número atômico efetivo (zeff) próximo ao do tecido humano, sendo assim mais recomendados para a utilização na dosimetria clínica; os principais fósforos com tal característica são os li2b4o7, lif, mgb4o7 [2]. na segunda estão os materiais que possuem alta sensibilidade; porém, não são fósforos tecidoequivalentes, como, por exemplo, o caso4, caf2 [3]. o fluoreto de lítio (lif) dopado com mg, cu e p (tld-700h) é um dos poucos materiais que possui alta sensibilidade e é tecido-equivalente; por isso, tem sido utilizado em diversas áreas da dosimetria (ambiental; clínica; e de altas doses). entretanto, esse fósforo possui uma curva de emissão tl bastante complexa, apresentando vários picos tl e necessitando de um tratamento térmico complexo para reutilização [4]. o tetraborato de magnésio é um material que vem sendo bastante estudado e apresenta muitas características favoráveis para a dosimetria clínica, pois possui sensibilidade comparável com o lif [5,6,7]; curva de emissão tl com pico intenso em aproximadamente 200°c; alta eficiência de emissão de emissão de luz; boa linearidade para uma ampla faixa de dose; possui número atômico efetivo igual a 8,4 (a do tecido humano é de aproximadamente igual a 7,4); não é higroscópico e pode ser utilizado para dosimetria de fótons , neutros e radiação gama [8]. para a produção do mgb4o7 existem algumas rotas, as mais utilizadas para a produção dos dosímetros são as sínteses de estado sólido e as reações em meio ácido [9]. o presente trabalho descreve a rota de produção do mgb4o7:tm e mgb4o7:dy em meio ácido e a caracterização de suas fases cristalinas através da técnica de difração de raios x. a caracterização dosimétrica se deu por maio das análises das respostas termoluminescentes dos fósforos quando irradiados eclética química, 38, 101-108, 2013. 103 com radiação beta ( 90 sr/y 90 ) e com feixes de fótons (raios x e 60 co). procedimentos experimentais os fósforos foram produzidos no laboratório de preparação e caracterização de materiais (lpcm), do departamento de física da universidade federal de sergipe (dfi/ufs). para a produção do mgb4o7:dy e mgb4o7:tm, com dopagem de 0,1%, foram utilizados os seguintes compostos: mgo (merck; 99,9%) , h3bo3 (merck;99,9%), dy2o3 (sigma-aldrich ; 99,9%) e tm2o3 (sigma-aldrich; 99,9%). a reação de produção dos cristais ocorre em meio ácido, misturando-se os reagentes em uma solução contendo ácido nítrico (hno3) juntamente com água destilada (em proporções estequiométricas). conforme já relatado na literatura, a variação da proporção de hno3 em água destilada é um fator que altera a sensibilidade tl do mgb4o7:dy [10], sendo a maior sensibilidade tl obtida para preparação com proporção de 1 ml de hno3 para 9 ml de água destilada. no presente trabalho foi utilizada essa proporção (1:9). a solução obtida da reação é secada em uma estufa a 100°c por 24 horas. em seguida, passa pelo primeiro tratamento térmico em um forno tipo mufla, da marca edg 1800, a uma temperatura de 500°c por 2 horas. o material obtido é sólido, de cor branca e de textura porosa. estudos anteriores enfatizaram que o tamanho do grão é um fator que pode influenciar na intensidade da resposta tl [11]. no presente trabalho utilizaram-se grãos com diâmetro entre 75 e 100 μm, por ser uma granulação ideal para a sensibilização do pó [10]. para facilitar o manuseio das amostras nas análises de termoluminescência, optou-se por preparar o material em forma de pastilha. a partir do pó de mgb4o7: tm e mgb4o7:dy foram produzidas as pastilhas por compactação a frio em um prensa hidráulica. após a prensagem as pastilhas sofreram tratamento térmico de 900°c/2 horas para sinterização e sensibilização do material. cada pastilha apresentou um peso médio de (0,0233±0,0007) g. os difratogramas de raios x foram obtidos usando a radiação cu kα, no modo step scan com um passo de 2θ =0,02, com intervalo de varredura 2θ entre 10° e 80°, com 10 s por passo. para essas análises utilizou-se um equipamento da rigaku, modelo dmax 2000. as fases cristalinas do material foram obtidas através de dados comparativos utilizando o software x´pert high score plus. para as análises de termoluminescência as amostras foram irradiados com fonte beta ( 90 sr + 90 y), com doses de 1 e 4 gy. para as irradiações com fonte gama de 60 co foram utilizadas doses de 1 a 50 gy. foi avaliado também o comportamento das curvas termoluminescentes dos fósforos quando irradiados com feixes de raios x com energia de 41 kev, no intervalo de dose absorvida de 0,1 e 5 gy. para a avaliação do fading os materiais foram irradiados com fonte beta ( 90 sr + 90 y) com dose de 10 gy. as amostras foram acondicionadas no interior de um suporte revestido com papel alumínio para evitar a interferência da luz e a temperatura ambiente esteve entre 25° e 27°c durante o período de armazenamento. para o estudo da dependência energética na resposta tl das pastilhas de mgb4o7:dy e mgb4o7:tm foram comparados os dados obtidos das análises das emissões dessas pastilhas quando irradiadas com doses de 1 gy. as fontes utilizadas nas irradiações e suas respectivas energias foram: 137 cs (0,66 mev), 60 co (1,25 mev) e raios x (0,41 mev). todas as medidas termoluminescentes foram efetuadas em um equipamento harshaw 3500 empregando-se a taxa de aquecimento de 10°c/s. resultados e discussão i difratometria de raios x (drx) na figura 1, observa-se a fase majoritária do mgb4o7, pode também ser visualizado no difratograma as fases referentes ao ácido bórico (h3bo3), um dos reagentes utilizados na formação do material. eclética química, 38, 101-108, 2013. 104 a partir do difratograma do mgb4o7:tm [figura 2], também foram identificadas as fases do mgb4o7 e fases espúrias do h3bo3. figura 1 padrão de drx do pó de mgb4o7:dy calcinado a 500°c /2 h. figura 2 padrão de drx do pó mgb4o7:tm calcinado a 500°c /2h. ii curvas de emissões termoluminescentes para dosimetria termoluminescente é importante analisar as curvas de emissão. cada fósforo termoluminescente apresenta uma curva de emissão característica, que apresenta um ou vários picos, quanto menor a quantidades de picos termoluminescentes, mais fácil é a interpretação da curva. normalmente, as curvas de emissão tl apresentam a intensidade em unidades arbitrárias (u.a) em função da temperatura (°c ou k). através da deconvolução das curvas de emissão tl, foi estimada a área sob cada curva, com isso, a resposta tl dos fósforos em função da dose absorvida foi obtida. inicialmente, avaliou-se o comportamento das curvas de emissão tl dos materiais quando irradiados com elétrons ( 90 sr+ 90 y).o mgb4o7:dy apresenta o pico tl de maior intensidade em 200°c e outro menos intenso em 330°c, aproximadamente. as pastilhas de mgb4o7:tm também apresentam um pico principal em 200°c, e um segundo pico em aproximadamente 300°c; porém, esse segundo pico apresenta-se menos intenso em relação ao mgb4o7:dy [figura 3]. 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0 5,0x10 5 1,0x10 6 1,5x10 6 2,0x10 6 2,5x10 6 3,0x10 6 i n te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura ( o c) mgb 4 o 7 :dy 1 gy 4 gy 50 100 150 200 250 300 350 0,0 5,0x10 5 1,0x10 6 1,5x10 6 2,0x10 6 2,5x10 6 3,0x10 6 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) mgb 4 o 7 :tm 1 gy 4 gy figura 3 (a) emissão típica tl do mgb4o7:dy e (b) mgb4o7:tm, sinterizados a 800°c por 2 horas , irradiados eclética química, 38, 101-108, 2013. 105 nas figura 4 e 5, observam-se as curvas de emissões tl do mgb4o7 , irradiadas com radiação gama de 60 co, com doses de 1 a 50 gy e sua respectiva resposta tl em função da dose absorvida. pode-se observar que as curvas das amostras irradiadas com radiação gama de 60 co são semelhantes às das amostras expostas à radiação beta ( 90 sr/ 90 y), com pico tl nas mesmas temperaturas. sendo assim, o material pode ser utilizado tanto para a detecção de fontes emissoras de elétrons quanto para fontes emissoras de gama, apesar de estes interagirem com a matéria de forma diferenciada. 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0 2,5x10 6 5,0x10 6 7,5x10 6 1,0x10 7 1,3x10 7 1,5x10 7 1,8x10 7 2,0x10 7 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) mgb 4 o 7 :dy 50 gy 20 gy 10 gy 5 gy 1 gy figura 4 emissão tl das pastilhas de mgb4o7:dy e as respectivas respostas tl em função da dose absorvida para radiação gama ( 60 co). 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0 5,0x10 6 1,0x10 7 1,5x10 7 2,0x10 7 2,5x10 7 3,0x10 7 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) mgb4o7:tm 50 gy 20 gy 10 gy 5 gy 1 gy figura 5 emissão tl das pastilhas de mgb4o7:tm e as respectivas respostas tl em função da dose absorvida para radiação gama ( 60 co). as figura 6 e 7 apresentam as curvas de emissões tl obtidas para as amostras de mgb4o7, quando irradiados com raios x com energia de 41 kev, no intervalo de dose absorvida de 0,1 a 5 gy e sua respectiva resposta tl em função da dose absorvida. os picos de emissão tl apresentaram sempre à mesma estrutura, com um eclética química, 38, 101-108, 2013. 106 pico principal entre 150° e 250°c e um segundo pico menos intenso entre 300° e 350°c. a resposta tl em função da dose se apresentou de forma linear para as faixas de dose analisada. 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0 2,0x10 6 4,0x10 6 6,0x10 6 8,0x10 6 1,0x10 7 1,2x10 7 1,4x10 7 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) mgb4o7:dy 5 gy 2,5gy 1gy 0,1gy 0 1 2 3 4 5 0,0 2,0x10 8 4,0x10 8 6,0x10 8 mgb 4 o 7 :dy pico 1 pico 2 r e s p o s ta t l ( u .a .) dose absorvida (gy) figura 6 emissão tl das pastilhas de mgb4o7:dy e as respectivas respostas tl em função da dose absorvida para radiação x com energia efetiva de 41 kev . 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0 4,0x10 6 8,0x10 6 1,2x10 7 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) mgb 4 o 7 :tm 5 gy 2,5 gy 1 gy 0,1 gy 0 1 2 3 4 5 0,0 2,0x10 8 4,0x10 8 6,0x10 8 8,0x10 8 mgb4o7:tm pico 1 pico 2 r e s p o s ta t l ( u .a .) dose absorvida (gy) figura 7 emissão tl das pastilhas de mgb4o7:tm e as respectivas respostas tl em função da dose absorvida para radiação x com energia efetiva de 41 kev. ii decaimento isotérmico o decaimento isotérmico foi analisado para ambos os materiais com o intuito de determinar as características do decaimento do sinal tl durante o decorrer do tempo de armazenamento. o ideal para a dosimetria é que o sinal tl se mantenha estável por um longo período de tempo. para isso, inicialmente, as amostras mgb4o7:tm e mgb4o7:dy passaram por tratamento térmico de 300°c por uma hora para eliminar algum eclética química, 38, 101-108, 2013. 107 sinal tl residual. em seguida, ambos as amostras foram irradiadas com dose de 10 gy com fonte beta ( 90 sr/y 90 ). as amostras foram acondicionadas de forma que não entraram em contato com a luz e em temperatura ambiente variando entre 25° e 27°c. as primeiras análises termoluminescentes foram realizadas após 24 horas e o restante das amostras tiveram o sinal tl avaliado após quatro semanas. foi observado que, após quatro semanas o pico tl mais intenso do mgb4o7:dy decaiu cerca de 7%, enquanto o segundo pico decaiu de forma mais intensa, cerca de 30% [figura 8]. para o mgb4o7:tm houve um decaimento mais intenso; ou seja, o fading para esse fósforo foi de cerca de 55% e foi observado também que o segundo pico decai , cerca de 90 % com 24 horas [figura 9]. figura 8 estudo do fading do mgb4o7:dy. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 leitura do sinal tl depois de 24 hs. leitura do sinal tl depois de 4semanas. in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura°c figura 9 – estudo do fading mgb4o7:tm. ii dependência energética a resposta tl para o mgb4o7:dy e mgb4o7:tm foram avaliadas e normalizadas em função da radiação gama de 60co, como é observada na figura 10 e 11, respectivamente. conforme pode ser observado nessas figuras, a resposta tl das amostras irradiadas com 0,41 mev se comparada com a resposta tl para 0,66 mev e 1,25 mev é, aproximadamente, três vezes mais intensa para o material mgb4o7:dy e 2,4 vezes para o mgb4o7:tm. pode ser observado que dependência energética reduz com o aumento de energia do fóton. figura 10 dependência energética para o mgb4o7:dy 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 leitura do sinal tl depois de 24 horas. leitura do sinal tl depois de 4 semanas. in te n s id a d e t l ( u .a ) temperatura°c eclética química, 38, 101-108, 2013. 108 figura 11 dependência energética para o mgb4o7:tm conclusões através análises realizadas, pode-se observar que a rota de preparação do tetraborato de magnésio por meio ácido é eficaz. a rota é simples e viável, tendo em vista que em 24 horas o material já está pronto. as curvas de emissões tl das pastilhas de mgb4o7:dy e mgb4o7:tm apresentam a mesma forma para os diferentes tipos de fontes de irradiação utilizados ( 60 co, 137 cs , raios x e 90 sr + 90 y), com dois picos de emissão tl; o primeiro em 200°c e outro em aproximadamente 300°c. a resposta tl das pastilhas mgb4o7:dy e mgb4o7:tm é dependente da energia da radiação, como esperado devido ao número atômico efetivo desses materiais. a intensidade tl do segundo pico para o material dopado com o disprósio é maior em relação ao segundo pico do material dopado com túlio. isso pode ser explicado através dos diferentes defeitos criados pelos íons dy3+ e tm3+. as curvas de calibração das emissões tl em função da dose foram obtidas e apresentaram proporcionalidade com a dose absorvida entre 1 e 50 gy de radiação gama de 60co e de no intervalo de dose de 0,1 a 5 gy para raios x, que foram os intervalos de doses estudados. o mgb4o7:dy não apresentou decaimento do sinal tl acentuado para o primeiro pico, mostrando assim eficiência do material para leituras não imediatas. o mgb4o7:tm apresentou fading bastante acentuado para o primeiro pico e após 24 horas o segundo pico decai completamente. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, à capes e à cnen pelo apoio financeiro. referências bibliográficas 1 d. a. ullari, o.balci, h. gokçe, i. duman, m.l. ovecoglu, the minerals, metals and materials society. 43 (7) (2012) 2520-2533. 2 s. p. lochab, a. pandey, p. d. sahare, r. s. chauhan, n.salah, r. ranjan, phys. stat. sol. 204 (7) (2007) 2416–2425. 3 k.r. chobola, p. mell, s. szakacs, a. kerekes, radiat. prot. dosim. 123 (1) (2006) 32-35. 4 j.l. kim, j.i. lee, a.s. pradhan, b.h. kim, j.s. kim, radiat. meas. 43 (2-6) (2006) 448-449. 5 m. prokic, radiat prot. dosim. 17(1-4) (1986) 393396. 6 m. prokic, nuclear instru. met. b 175 (1) (1980) 83– 86. 7 m. prokic, radiat prot dosim. 125 (1-4) (2007) 247250. 8 e.c. karsu, m. gokçe, e. ege; 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[27]; rhizopus arrhizus [28]; have been reported to be important adsorbents for the removal of metals and organics from municipal and industrial wastewater. in order to estimate practical or dynamic adsorption capacity, however, it is essential first of all to have enough information on adsorption equilibrium. equilibrium studies that give the capacity of the adsorbent and adsorbate are described by adsorption isotherms, which is usually the ratio between the quantity adsorbed and the remaining in solution at fixed temperature at equilibrium. several adsorption isotherms exists. in this paper, we report the results of the adsorption isotherm studies for the bioremediation of cd (ii), pb (ii) and zn (ii) ions on unmodified and edta modified maize cob. freundlich, 34 ecl. quím., são paulo, 32(1): 33-42, 2007 langmuir and dubinin-radushkevich isotherms were used to analyze the experimental data. the effect of edta modification on the adsorbent was also investigated. experimental details material maize (zea mays) cob was collected from a local farm in uturu, abia state, nigeria. they were cut into small pieces, air-dried and powdered in a grinder. the meal obtained was airdried and first sieved through a 1000 µm mesh and then through an 850 µm and 450 µm mesh. the meal retained on the 850 µm and 450 µm mesh was used. it was soaked in dilute acid solution (hn03 2% v/v) for 24 hrs at room temperature, rinsed with deionized water and air-dried then stored for use. all reagents used were analytical grades, purchased and used without further purification. methods. edta-modification. the activated and treated maize cob was edta-modified by a modified method previously reported [22]. a 30 g sample of the cob was hydrolyzed with 500 ml of 7% (v/v) aqueous suhphuric acid for 18 hours at 65oc. the mixture was filtered, washed with deionized water several times and dried at 50 oc. 17 g of the hydrolyzed cob was refluxed in a mixture of 300 ml of pyridine and 56.7 g of edta for 3 hours at 70 oc. the mixture was cooled followed by addition of 300ml of deionized water and then filtered. the filtered cob (edta – modified) was washed copiously with deionized water and dried at 50 oc for 12 hours. this was used as the modified adsorbent for the analysis. another portion of the activated cob was left unmodified and also used for the analysis. batch adsorption experiment equilibrium adsorption of cd (ii), pd (ll) and zn (ll) ions on the maize cob was carried out using 100ml of various concentrations (1000 mg l-1-2000 mg l-1) of metal ions at constant metal ions-substrate contact time (1 hour), at temperature of 30 0c and ph of 7.5, 2 grams of the cob was put into 100ml of the metal ion solution of known concentration. at the end of the given contact time, the mixture was filtered rapidly. the metal ion concentration in the filtrate was determined by flame atomic absorption spectrometry (faas) model 200a. the amount of metal ion adsorbed by the cob was gotten as the difference between the initial and final ion concentration of the solutions. these were done for the unmodified and modified cob of two particle sizes. results and discussion the activation of the maize cob with 2% (v/v) nitric acid was to open-up the micro pores of the maize cob and make them ready for adsorption. ethylenediamine tetracetic acid (edta) is a chelating agent. therefore, the modification of the maize cob with edta was to change the surface characteristics of the adsorbent and then, to find out the effect this will have on the sorption process. adsorption capacity the results of the experimental runs for the adsorption of cd (ii), pb (ii) and zn (ii) ions on modified and unmodified maize cob of two particle sizes are thus presented. these results are presented as fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (co). the amount of metal ions adsorbed at time t is represented by ct. figure 1 shows the fraction of amount adsorbed against initial concentration for the adsorption of cd (ii) ion on modified and unmodified maize cob of two particle sizes. the amount adsorbed on 450 µm modified cob was highest followed by modified 850 µm, then followed by unmodified 450 µm and lastly unmodified 850 µm. figure 2 shows the fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (co) for pb (ii) ion on modified and unmodified cob of two particle sizes while, figure 3, shows that of the zn (ii) ion. the same trend seen in figure 1, i.e., 450 µm modified > 850 µm modified > 450 µm unmodified > 850 µm unmodified, still obtains for figure 2 and 3. 35ecl. quím., são paulo, 32(1): 33-42, 2007 in all the three metal ions, the modified cob gave the highest adsorption capacity, showing that there was enhancement of adsorption by modifying with edta. figure 4, shows the fraction of amount adsorbed for the three metal ions on one size of 450 µm modified and unmodified maize cob. from this figure, we can see that zn (ii) ion on modified cob had the highest adsorption capacity and the least being pb (ii) ion on unmodified maize cob. the fraction of amount adsorbed for the three metal figure 1. fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (mg/l) for cd (ii) ion on modified and unmodified maize cob of two particle sizes. figure 2. fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (mg/l) for pb (ii) ion on modified and unmodified maize cob of two particle sizes. ions on modified and unmodified maize cob of particle size 850µm is shown on figure 5. from this figure, we can also see that zn (ii) ion on modified had the highest and pb (ii) ion on unmodified had the lowest adsorption capacity. therefore, we can put the trend of sorption as zn (ii) > cd (ii) > pb (ii). to compare vividly, the adsorption capacities of the two sizes, the fraction of amount adsorbed for the three metal ions on unmodified cob for the two sizes is shown on figure 6, while that for modified cob is shown on 36 ecl. quím., são paulo, 32(1): 33-42, 2007 figure 7. in each case, zn (ii) ion on 450 µm always had the highest value while pb (ii) on 850 µm always had the lowest value. this definitely means that, in addition to our previously proposed trends, the 450 µm size gave a better sorption capacity whether modified or unmodified than the larger particle size of 850mm. these trends of sorption could be explained based on the ionic radius of the metal ions. the ionic radii (pauling) of the metal ions are cd2+ (0.97 ), pb2+ (1.20 ), and zn2+ (0.74 ). figure 3. fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (mg/l) for zn (ii) ion on modified and unmodified maize cob of two particle sizes. figure 4. fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (mg/l) for the three metal ions on 450um modified and unmodified maize cob. figure 5. fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (mg/l) for the three metal ions on 850um modified and unmodified maize cob. figure 6. fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (mg/l) for the three metal ions on unmodified maize cob of tw o sizes. this means that the smaller the ionic radius of a metal ion, the higher the adsorption rate. it has been noted that the smaller the ionic diameter, the higher the adsorption rate [29]. thus, from our study, zn (ii) ion which has the smallest ionic radii had the highest adsorption capacity, followed by cd (ii) and pb (ii) ions. therefore, the trend of ionic radii is in opposite direction to the trend of adsorption capacity. this trend of adsorption can also be explained based on the trend of hydration energies of the metal ions (∆hhyd), which is given as –2044 kj mol-1 for zn2+; -1806 kj mol-1 for cd2+ and –1480 kj mol-1 for pb2+ [30]. it could be seen that the trend of the adsorption process also follows the trend of the hydration enthalpies of the metal ions. also, the hydrolysis reaction of the metal ions could be represented by the equation below; (1) the above equation is an overall equation for a reaction that essentially takes place in two steps which may be given as; (2) (3) this means that in aqueous solutions, these reactions will occur, and then followed by 37ecl. quím., são paulo, 32(1): 33-42, 2007 the adsorption of the metal ions on the adsorbent. thus, the heavy metal that becomes more hydrolyzed will be the least adsorbed. giving by the hydration enthalpies of the metal ions given above, we expect that pb2+ will be hydrolyzed more than cd2+ and then zn2+, hence, pb2+ is the least adsorbed and zn2+ is adsorbed more than the other metal ions. adsorption isotherm equilibrium studies that give the capacity of the adsorbent and the equilibrium relationships between adsorbent and adsorbate are described by adsorption isotherms which are usually the ratio between the quantity adsorbed and the remaining in solution at fixed temperature at equilibrium. the earliest and simplest known relationships describing the adsorption equation are the freundlich and the langmuir isotherms [31]. these two isotherms and the dubinin-radushkerich isotherm model were used to access the different isotherms and their ability to correlate the experimental data. the langmuir isotherm represents the equilibrium distribution of metal ions between the solid and liquid phases. the following equation can be used to model the adsorption isotherm. q = (qmax b ceq)/(1 + b ceq) (4) where q is milligrams of metal accumulated per gram of the biosorbent material; ceq is the metal residual concentration in solution at equilibrium, qmax, is the maximum specific uptake corresponding to the site saturation and b is the ratio of adsorption and desorption rates [32]. the langmuir isotherm is based on these assumptions [33]. metal ions are chemically adsorbed at a fixed number of well defined sites; each site can hold only one ion; all sites are energetically equivalent and; there is no interaction between the ions. when the initial metal concentration rises, adsorption increases while the binding sites are not saturated. the linearized langmuir isotherm allows the calculation of adsorption capacities and the langmuir constants and it’s equated by the following equation. ceq/q = 1/qmax b + ceq/qmax (5) figure 7. fraction of amount adsorbed (ct/co) against initial concentration (mg/l) for the three metal ions on modified maize cob of two particle sizes. from the linear plots of ceq/q vs ceq (not shown), we calculated the linear regression equations for the langmuir isotherm for the sorption process shown on table 1. from these regression equations and the linear plots, the values of the langmuir constants were calculated and are shown on table 2. qmax and b were obtained from the slope and intercept of the plots. the essential characteristic of the langmuir isotherms can be expressed in terms of a dimensionless constant separation factor or equilibrium parameter, rl, which is defined as [34]; rl = 1/(1 + b co) (6) where b is the langmuir constant and co is the initial concentration of the metal ions. the rl value indicates the shape of the isotherm. according to mckay et al (1982), rl values between 0 and 1 indicate favourable absorption. also rl values equal to 0 indicate irreversible absorption, rl = 1 is linear and rl > 1 is unfavorable. from our study, rl values for cd (ii), pb (ii) and zn (ii) ions adsorption ranged from 0.0011 to 0.0476. this is for initial concentration of 1000-2000 mg l-1 of the metal ions. therefore, the adsorption process is favourable. the freundlich isotherm was chosen to estimate the adsorption intensity of the adsorbent towards the adsorbate. it is represented by the equation [36]. q = kf ceq1/n (7) where ceq is the equilibrium concentration (mg/l), q is the amount adsorbed (mg/g) and kf and n are constants incorporating all parameters affecting the adsorption process, such as adsorption capacity and intensity respectively. the linearised form of freundlich adsorption isotherm was used to evaluate the sorption data and is represented as [34]. inq = inkf + 1/n in ceq (8) the linaer regression equation for the freundlich adsorption isotherm is shown on table 3. the values of kf and n were calculated from the intercepts and slopes of the freundlich plots respectively and are shown on table 4. according to kadirueln and namasivayam (2000) [37], n 38 ecl. quím., são paulo, 32(1): 33-42, 2007 values between 1 and 10 represents beneficial adsorption. also, akgerman and zardkoohi (1996) [38], states that the values of kf and n determine the steepness and curvature of the isotherm. the freundlich equation frequently gives n adequate description of adsorption data over a restricted range of concentration, even though it is not based on any theoretical background. apart from a homogeneous surface, the freundlich equation is also suitable for a highly heterogeneous surface and an adsorption isotherm lacking a plateau, indicating a multi-layer adsorption [39]. the values of 1/n, less than unity is an indication that significant adsorption takes place at low concentration but the increase in the amount adsorbed with concentration becomes less significant at higher concentration and vice versa [40]. the magnitude of kf and n shows easy separation of heavy metal ion from wastewater and high adsorption capacity. the value of n, which is related to the distribution of bonded ions on the adsorbent surface is sound to be negative for the three metal ions adsorption on the two adsorbent types this indicates unfavourable adsorption. also, the higher the kf value, the greater the adsorption intensity. therefore, the kf values which are higher for the modified cob confirms that the adsorption capacity of the modified cob was greater than that of the unmodified cob. the dubinin – radushkevish isotherm was chosen to estimate the characteristics porosity of the biomass and the apparent energy of adsorption. the model is represented as [41]. qe = qd exp ( bd [rt ln (1 + 1/ceq)]2) (9) where, bd is related to the free energy of sorption per mole of the sorbate as it migrates to the surface of the adsorbent from infinite distance in the solution and qd is the dubinin-radushkevich isotherm constant related to the degree of sorbate sorption by the sorbent surface. the linear form of equation (9) is given as: in qe = in qd – 2bdrt in (1 + 1/ce) (10) the plots of in qe against rt in (1 + 1/ce) (not shown), yielded straight lines and indicates a 39ecl. quím., são paulo, 32(1): 33-42, 2007 good fit of the isotherm to the experimental data. the linear regressions are shown on table 5. the values of qd and bd calculated from the intercepts slopes of the plots respectively are shown on table 6. also shown on the same table 6 is the apparent energy (e) of adsorption from the dubinin-radushkevich isotherm, which was calculated using equation (11) e = 1/(2bd)1/2 (11) 40 ecl. quím., são paulo, 32(1): 33-42, 2007 the higher the values of qd, the higher the adsorption capacity. the values of qd from table 6 are seen to be higher for the modified than the unmodified cob, showing that the modified cob exhibited higher adsorption capacity than the unmodified cob. the values of the apparent energy of adsorption shown on table 6 depict physiosorption process [41]. this means that the dubinin-radushkevich isotherm gave a very good fit to the adsorption process. this is similar to results from previous studies [41]. a comparison of the coefficient of regression (r2) for the three isotherms is shown on table 7. for the freundlich isotherm we have a range of 0.9557 to 0.9925 with an average value of 0.9783. the range for the langmuir isotherm is 0.001 to 0.9872 with an average value of 0.7637. for the dubinin-radushkevich isotherm, the range of r2 value is 0.9539 to 0.9973, with an average value of 0.9819. therefore, in as much as one can say that the isotherms are appropriate in their own merits in describing the potential of unmodified and edta – modified maize cob for removal of cd (ii), pb (ii) and zn (ii) ions, we can also conclude from the average values of r2 that the dubinin-radushkevich isotherm is the best followed by the freundlich isotherm and then the langmuir isotherm. conclusions maize cob is an agricultural by product and constitutes an environmental nuisance when litered all over the place due to foul odour on decomposition. in this study, it has been found to be a good adsorbent for the removal of cd (ii), pb (ii) and zn (ii) ions from aqueous solutions. the modification of the adsorbent using edta has been shown to enhance the adsorption capacity. among the three adsorption isotherms tested, dubinin-radushkevich isotherm gave the best fit, followed by the freundlich isotherm and then the langmuir isotherm. from the values of the apparent energy of adsorption, the adsorption process was found to be a physiosorption process. the recovery of the metal ions and the regeneration of the adsorbent is our next research focus. this will help to reduce the discharge of the metal loaded adsorbent into the environment and also, maximize the process efficiency and minimize the cost of the remediation process. this is also very essential especially in the case of the modified adsorbent which may generate some harmful degradation by-products because of the modification process. therefore, the research into the desorption of the metal ions from the loaded adsorbent probably by the use of some solvents is a good focus. this will help to regenerate the adsorbent. again, other methods of modification are also being investigated. received 20 november 2006 accepted 22 february 2007 references [1] o.s. amuda , a.o. ibrahim afr. journ. biotechnol 5(16) (2006) 1483-1487. 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*joycecristale@iq.unesp.br resumo: os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (hpas) estão associados ao aumento da incidência de diversos tipos de cânceres no homem. essas moléculas são formadas principalmente na queima incompleta de matéria orgânica, sendo encontradas em todos os compartimentos ambientais. órgãos regulamentadores das áreas ambiental e de saúde ocupacional consideram 17 hpas como contaminantes atmosféricos prioritários. este trabalho apresenta um método para análise simultânea destes hpas utilizando-se a cromatografia a gás acoplada à espectrometria de massas operando no modo tandem (gc-ms/ms). os limites de detecção e quantificação do método mostraram-se até 5 vezes inferiores aos obtidos no método gc-ms (scan). o método mostrou-se seletivo para análise de hpas em extratos de amostras de material particulado atmosférico. uma análise comparativa de dois sistemas de solventes (diclorometano/metanol 4:1 v/v e hexano/acetona 1:1 v/v) para a extração de hpas, utilizando amostras de material particulado atmosférico, revelou que ambas as misturas de solventes possuem poder de extração semelhante. os resultados sugerem que é possível realizar extração de hpas de material particulado atmosférico em ultra-som com a mistura hexano/acetona (1:1), que é menos tóxica em relação à mistura diclorometano/metanol (4:1), bastante utilizada nestas análises, sem perdas significativas na exatidão do método. palavras chave: hidrocarbonetos policíclicos aromáticos; gc-ms/ms; material particulado atmosférico. marinhas e na atmosfera[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]. dezesseis destes compostos estão incluídos como poluentes prioritários pela agência norteamericana de proteção ambiental – epa[12], enquanto o instituto nacional de saúde e segurança ocupacional, também dos eua, – niosh[13] prioriza dezessete hpas para investigação. o composto adicional na lista niosh é o benzo[e]pireno. a figura 1 apresenta as estruturas dos 17 hpas prioritários segundo o niosh. eq09-af 10/12/08 12:25 page 69 os hpas são formados em processos de combustão incompleta a altas temperaturas, e deste modo, são essencialmente emitidos por todos os tipos de combustão. quando a matéria orgânica é queimada, em geral é formada uma grande variedade de hpas em diferentes níveis de concentração, e a complexidade das misturas de hpas dependem das fontes emissoras [14]. dentre suas inúmeras fontes, podem ser citadas as de origem natural, como por exemplo, os incêndios florestais que ocorrem espontaneamente e as erupções vulcânicas; e as de origem antropogênica, tais como: processos de 70 ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 figura 1. estruturas dos hpas considerados prioritários pelo niosh[13] (national institute of occupational safety and health) eq09-af 10/12/08 12:25 page 70 combustão de material orgânico (particularmente a exaustão de motores a diesel ou a gasolina), queima de biomassa vegetal, exaustão de plantas de incineração de rejeitos, fumaça de cigarro e processos industriais, por exemplo, a produção de alumínio e a gaseificação do coque [2]. os níveis de concentração de hpas no ar atmosférico têm sido amplamente estudados, sobretudo em ambientes urbanos, que têm como principal fonte dessas moléculas a queima de combustível fóssil em motores a diesel e a gasolina, as atividades industriais e a queima de biomassa [15, 16, 17, 18]. dessa maneira, diante dos riscos potenciais que a exposição humana a hpas pode causar, métodos de análise que sejam capazes de detectar concentrações bastante baixas dessas moléculas são necessários a fim de possibilitar o monitoramento delas em todos os compartimentos que possam estar presentes. as propriedades físicas e químicas das moléculas de hpas permitem que elas sejam analisadas tanto por cromatografia gasosa (gc)[4, 10, 19] quanto por cromatografia líquida de alta eficiência (hplc)[16, 20, 21]. é importante ressaltar que na análise de traços são fundamentais métodos analíticos com baixos limites de detecção. o detector de espectrometria de massas tem sido muito utilizado na análise de hpas em matrizes ambientais, por ser um detector que além de apresentar baixos limites de detecção, oferece informação estrutural dos compostos. uma ferramenta que alguns sistemas sofisticados de gc-ms oferecem é a análise no modo tandem (ms/ms). nessa técnica, as moléculas de interesse sofrem fragmentação duas vezes. primeiramente as moléculas são fragmentadas a 70 ev e então o sistema é capaz de isolar e refragmentar um fragmento selecionado (íon pai), gerando o espectro obtido do íon pai. para escolha do íon pai deve ser realizada uma análise no modo gc-ms (scan), e a partir do espectro de massas da molécula de interesse, é selecionado o íon de maior intensidade para ser refragmentado. o equipamento utiliza uma ampla faixa de freqüência de onda para o isolamento do íon pai, que acontece em duas etapas: primeiramente são expulsos os íons de m/z menor que o íon pai e em seguida os de m/z maior que do íon pai[22]. a análise no modo tandem propicia maior seletividade e sensibilidade do sistema gc-ms. 71ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 neste trabalho, foi desenvolvido método gc-ms/ms de análise de hpas para aplicação a análise de material particulado atmosférico. material e métodos reagentes e equipamentos os padrões de hpas sólidos individuais (pureza > 98%) foram obtidos do laboratório dr. ehrenstorfer gmbh (augsburg, alemanha): naftaleno (naf), acenaftileno (aceftl), acenafteno (acft), fluoreno (fluo), fenantreno (fen), antraceno (ant), fluoranteno (flu), pireno (pir), benzo[a]antraceno (b[a]a), criseno (cri), benzo[e]acefenantrileno (b[e]ac), benzo[a]pireno (b[a]p), benzo[e]pireno (b[e]p), dibenzo[ah]antraceno (d[a,h]a), indeno(1,2,3-cd)pireno (ind); com exceção do benzo[k]fluoranteno (b[k]f) e benzo[g,h,i]perileno (b[ghi]p) que foram fornecidos pela sigma-aldrich brasil ltda. o isooctano grau hplc, utilizado na preparação das soluções, foi fornecido pela mallinckrodt chemicals. as análises foram realizadas em um cromatógrafo a gás acoplado a um detector de espectrometria de massas, modelo gc 3800 ms saturn 2000 com autosampler 8200, da marca varian. desenvolvimento de método gc-ms (scan) de análise de 17 hpas para o desenvolvimento do método cromatográfico gc-ms (scan) foram utilizadas soluções mistas de 17 hpas em isooctano, preparadas a partir das soluções padrão individuais de cada hpa, cujas concentrações variaram de 1 a 0,001 µg ml-1. a solução mista de hpas de concentração 1 µg ml-1 foi utilizada para otimização das condições cromatográficas. diversas rampas de aquecimento foram utilizadas para encontrar as melhores condições de separação cromatográfica dos 17 compostos. as programações de temperatura utilizadas estão apresentadas na tabela 1. o impacto eletrônico foi de 70 ev, e scan rate utilizado foi de 0,5 scan/seg. o gás de arraste utilizado foi hélio à uma pressão de 89 kpa e vazão de 1 ml min-1. o volume de injeção foi de 2 µl, utilizando split na razão 1/5. eq09-af 10/12/08 12:25 page 71 72 ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 (diâmetro de 5 cm, energética). as amostras foram coletadas na cidade de araraquara. outros detalhes da amostragem não são relevantes neste texto, uma vez que os filtros foram utilizados apenas para comparação entre os dois métodos de extração, que por sua vez foram aplicados em paralelo a cada amostra. cada filtro foi cortado em duas partes iguais e cada parte foi submetida à extração com uma das misturas de solventes. a extração foi efetuada utilizando 3 porções de 10 ml de cada sistema de solvente em banho de ultra-som por 10 min. após a eliminação do solvente de extração (usando um leve fluxo de n2), o resíduo foi redissolvido em 200 ml de isooctano e analisado por cg-ms/ms. resultados e discussão desenvolvimento de método gc-ms (scan) diversas programações de temperatura (tabela 1) foram testadas a fim de obter a melhor resolução possível na análise simultânea de 17 hpas. a figura 2 apresenta os cromatogramas obtidos em cada método utilizado. pode ser observado em todos os cromatogramas que os desenvolvimento de método gc-ms/ms de análise de 17 hpas os íons pai foram selecionados para cada hpa a partir do fragmentograma referente a cada pico obtido nas análises por gc-ms (scan). foi realizado um estudo da influência da energia de excitação, utilizando as voltagens 25, 50 e 75 v no modo não-ressonante e 0,20, 0,50 2 0,75 v no modo ressonante. uma vez desenvolvido o método gc-ms/ms, foi construída uma curva analítica a partir de soluções mistas contendo padrões de 17 hpas. análise de amostras de material particulado atmosférico nessa etapa do trabalho, foi realizado um estudo preliminar da eficiência de extração de hpas em material particulado atmosférico utilizando duas misturas de solventes, diclorometano e metanol na proporção volumétrica 4:1 (dcm/meoh 4:1 v/v) e uma solução isovolumétrica de hexano e acetona. para isso, foram utilizadas três amostras de material particulado atmosférico. o material particulado foi coletado utilizando um amostrador handi-vol (energética, brasil) e filtro de fibra de vidro table 1. condições utilizadas no desenvolvimento do método gc-ms (scan). método a programa de temperatura: injetor: 300 ºc por 40 min forno: (1) 60 ºc por 2 min (2) 60 -180 a 15 ºc/min (3) 180 – 280 ºc a 5 ºc/min (4) 280 ºc por 10 min método c programa de temperatura: injetor: 300 ºc por 40 min forno: (1) 70 – 300 ºc a 10 ºc/min (2) 300 ºc por 16 min método b programa de temperatura: injetor: 300 ºc por 30 min forno: (1) 110 ºc por 1 min (2) 110 – 200 ºc a 10 ºc/min (3) 200 – 250 ºc a 7 ºc/min (4) 250 ºc por 17,86 min método d programa de temperatura: injetor: 300 ºc por 42,25 min forno: (1) 50 ºc por 1 min (2) 50 – 300 ºc a 8 ºc/min (3) 300 ºc por 10 min eq09-af 10/12/08 12:25 page 72 últimos picos, referentes às moléculas de hpas de maiores ponto de ebulição, são alargados e sobrepostos, perdendo resolução. isso ocorre porque essas moléculas levam um tempo relativamente longo para eluir da coluna, favorecendo os equilíbrios entre a fase móvel e a fase estacionária, aumentando o tempo de saída entre a primeira e a última molécula de uma substância que elui do sistema cromatográfico, causando o alargamento do pico. esse comportamento pode ser evitado aumentando as condições de temperatura do sistema, porém isso resultaria em pior resolução das moléculas de hpa de menores p.e., causando sobreposição de picos e/ou coeluição, conforme verificado em testes preliminares. os métodos a e d não permitem a identificação do indeno[1,2,3-c]pireno, diben73ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 figure 2. cromatogramas referentes aos métodos a, b, c e d, para análise simultânea de 17 hpas. está apresentado o trecho dos cromatogramas onde é possível a identificação de picos. zo[a,h]antraceno e benzo[g,h,i]perileno, pois os picos gerados por essas moléculas nesses métodos são tão alargados que não é possível distingui-los da linha de base. a análise dos fragmentogramas originados do método c revelaram que essas mesmas moléculas coeluem com benzo[e]pireno, conforme pode ser observado na figura 2, onde é formado um ombro no lado direito do pico indicado pelo número 14 no cromatograma referente ao método c. o método que permitiu a melhor separação dos 17 hpas foi o método b, que foi selecionado para o desenvolvimento do método gc-ms/ms. desenvolvimento de método gc-ms/ms as condições de temperatura do método b foram utilizadas para desenvolvimento do método gc-ms/ms. os fragmentogramas referentes a cada hpa foram analisados para verificação do íon de maior intensidade (íon base), que foi selecionado para ser refragmentado. a tabela 2 apresenta o íon pai para cada hpa. no modo ms/ms de análise, os fragmentos originados a partir do íon pai (íons filhos) são formados a partir da colisão que induz a dissociação (cid – colision induced dissociation). a distribuição de m/z dos íons resultantes do processo cid depende das características do íon pai e da quantidade de energia cinética translacional que será convertida em energia vibracional interna. a energia cinética translacional do íon pai pode ser aumentada utilizando-se dois modos de excitação: ressonante e não-ressonante. o modo não-ressonante (0 a 100v) é resultado da interação da espécie iônica com um campo elétrico que aumenta a enertable 2. íon pai correspondente a cada hpa. hpa naftaleno acenaftileno acenafteno fluoreno fenantreno antraceno fluoranteno pireno benzo[a]antraceno m/z 128 152 153 165 178 178 202 202 228 hpa criseno benzo[e]acefenantrileno benzo[k]fluoranteno benzo[a]pireno benzo[e]pireno indeno[1,2,3-cd]pireno dibenzo[a,h]antraceno benzo[g,h,i]perileno m/z 228 253 253 251 251 276 278 276 eq09-af 10/12/08 12:25 page 73 gia potencial do íon, aumentando sua energia translacional. uma porção da energia cinética é convertida em energia translacional ao sofrer colisões no trap. no modo ressonante (0 a 1v) um campo elétrico oscilante aplicado é orientado ao longo do eixo axial do trap, dando origem a uma componente axial de movimento no íon que é ressonantemente excitada, causando aumento da energia interna do íon[22]. dessa maneira, no desenvolvimento do método gc-ms/ms é necessário determinar a energia de excitação adequada para que ocorra a quebra do fragmento selecionado, e obter ganhos em limite de detecção da técnica. para isso, foi realizado um estudo para determinar a melhor energia de excitação para as 17 moléculas de hpas. esse estudo foi realizado variando-se essa energia de excitação de 25, 50 e 75 v no modo não-ressonante e 0,2 , 0,5 , e 0,75 v no modo ressonante. a determinação da melhor energia de excitação foi realizada através da análise comparativa da intensidade do sinal cromatográfico obtido referente a cada energia. o modo ressonante mostrou-se inadequado para análise dos hpas, pois foram observadas perdas significativas em detectabilidade em comparação ao modo não-ressonante, que originou picos até dez vezes mais intensos. a energia de excitação de 25 v no modo não-ressonante foi a que permitiu boa resposta para todas as moléculas em estudo, e por isso foi escolhida para o método gc-ms/ms. a alta estabilidade dos íons pai, devido sua estrutura molecular, impossibilitou que sua fragmentação fosse significativa nas condições utilizadas. o íon filho é o próprio íon pai em todos os casos, obtendo-se um método cromatográfico mais seletivo que o gc-ms (scan). após selecionar a energia de excitação de 25 v não-ressonante, foram realizados testes a fim de melhorar a resolução dos 3 últimos picos, aumentando-se a taxa de aquecimento a partir de 23 min. a nova rampa de aquecimento testada (método e) foi: 100°c (1min)-100°c— 10oc/min—200oc(7oc/min)— 250oc (5,86 min)—250—20oc/min—300oc (4,5 min), injetor: (300oc). a figura 3 apresenta os cromatogramas obtidos no modo ms/ms para o método b e para o método e. pode ser observado que o método e apresentou boa resolução 74 ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 método b método e 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 16 17 15 16 17 1naf; 2aceftl; 3aceft; 4fluo; 5fen; 6ant; 7-flu; 8pir; 9b[a]a; 10 cri; 11b[e]ac; 12b[k]f; 13b[a]p; 14 b[e]p; 15ind; 16d[ah]a; 17 b[ghi]p abrevia ções descritas na se ção reagentes e equipamentos. figure 3. cromatogramas obtidos na análise de simultânea de 17 hpas no modo ms/ms, sob as condições de temperatura do método b e do método e. para os três últimos picos e em tempo mais reduzido que o método b. o método e foi o selecionado para construção da curva analítica. o método ms/ms permitiu ganhos em detectabilidade em comparação ao método scan. o modo ms/ms oferece vantagens sobre o modo scan em relação a selectividade e detectabilidade. no modo ms/ms obtêm-se maior seletividade que o modo scan, pois permanecem no trap apenas o fragmento (íon pai) selecionado para refragmentação, seguindo para o detector apenas os íons filho. dessa maneira, o modo ms/ms é uma ferramenta muito útil na análise de matrizes complexas, que podem possuir outras moléculas que eluem no mesmo tempo de retenção do analito, que no modo scan chegariam juntamente com os analitos ao detector, podendo ocasionar erros na identificação e quantificação do analito. além disso, o modo ms/ms muitas vezes apresenta ganhos em detectabilidade em relação ao modo scan, devido a fatores como a obtenção de maior relação sinal/ruído e menor interferência de outros componentes da amostra. o método ms/ms desenvolvido para análise de 17 hpas apresentou limites de detecção e de quantificação cerca de 5 vezes inferiores que os encontrados para as mesmas moléculas analisadas no modo scan, nas mesmas condições cromatográficas. as curvas analíticas foram construídas a partir da injeção de 9 soluções padrão de 17 eq09-af 10/12/08 12:25 page 74 hpas, em concentrações que variaram de 1 a 0,001 µg ml-1. cada ponto da curva analítica foi injetado cinco vezes. os limites de detecção e de quantificação observados, coeficientes de correlação das curvas analíticas e o coeficiente de variação médio para cada hpa analisado encontram-se na tabela 3. 75ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 table 3. limites de detecção (ld) e limites de quantificação (lq) para 17 hpas no sistema gcms/ms, em ng ml-1. hpa naf aceftl aceft fluo fen antr flu pir b[a]a cri b[e]ac b[k]f b[a]p b[e]p ind d[ah]a b[ghi]p l.d. 1,96 1,95 1,94 1,93 2,01 1,98 1,98 1,91 1,97 1,97 1,95 1,98 1,95 1,95 1,92 1,94 1,95 l.q. 7,85 7,81 7,76 7,73 8,03 7,91 7,94 7,63 7,88 7,86 7,80 7,94 7,81 7,79 7,69 7,77 7,79 r2 0.9996 0.9999 0.9999 0.9998 0.9998 0.9998 0.9999 0.9999 0.9998 0.9999 0.9995 0.9995 0.9998 0.9994 0.9971 0.9954 0.99765 cv médio (%) 8 7 8 6 8 7 8 7 6 7 14 12 6 12 15 14 8 abreviações descritas na seção reagentes e equipamentos. análise de amostras de material particulado atmosférico os procedimentos de extração de hpas em material particulado descritos na literatura envolvem, em geral, as seguintes etapas: 1-) extração com solventes (soxhlet, banho de ultrasom, extração assistida por microondas ou com solventes pressurizados -ase); 2-) concentração do extrato (rota evaporador seguido de leve fluxo de nitrogênio); 3-) dissolução do extrato seco em solvente apropriado; 4-) análise[18, 20, 21, 23, 24]. muitos trabalhos na literatura utilizam uma mistura de diclorometano e metanol na proporção volumétrica de quatro para um (dcm/meoh (4:1 v/v)) como solvente de extração[21, 24, 25, 26, 27]. em um estudo recente os autores obtiveram boa recuperação (67-98%) para doze hpas em material particulado atmosférico utilizando extração assistida por microondas e uma mistura isovolumétrica de hexano e acetona[23]. sob as mesmas condições, os resultados foram comparáveis aos obtidos utilizando diclorometano como solvente extrator. levando em consideração que o diclorometano é um dos solventes mais utilizados para extração de hpas em material particulado atmosférico[20, 21, 24, 28], pelo trabalho de karthikeyan et al. (2006)[23] sugere-se que a mistura hex/act (1:1 v/v) é um possível candidato à substituição do diclorometano para extração em banho de ultrasson e soxhlet. dessa maneira, neste trabalho foi realizado um estudo preliminar para verificar se pode haver viabilidade de utilização da mistura de solventes hex/act (1:1 v/v) em substituição do solvente dcm/meoh (4:1 v/v), utilizando banho de ultra-som, sem perdas significativas em extractibilidade. os extratos referentes às metades dos filtros contendo material particulado atmosférico, extraídas com cada mistura de solventes, dcm/meoh (4:1 v/v) e hex/act (1:1 v/v), foram analisadas por gc-ms/ms. na análise dos extratos foi possível quantificar os hpas fenantreno, fluoranteno, pireno, criseno, benzo[e]acefenantrileno, benzo[a]pireno, benzo[e]pireno, indeno[1,2,3-cd]pireno, e benzo[ghi]perileno. a figura 4 apresenta os cromatogramas obtidos na análise de cada amostra, podendo ser observado que apesar de não ter sido efetuado nenhum clean-up dos extratos das padrões de17hpas dcm/meoh(4:1 v/v) hex/act (1:1 v/v) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 15 17 5 7 8 10 11 13 14 15 17 5 7 8 10 11 13 14 figure 4. cromatogramas referentes à injeção de um padrão de 17 hpas (1 µg ml-1) e de extratos de amostras de material particulado atmosférico extraídos com dcm/meoh (4:1 v/v) e hex/act (1:1 v/v) eq09-af 10/12/08 12:25 page 75 amostras, para reduzir a quantidade de interferentes, foi possível a visualização clara dos picos referentes a cada hpa, demonstrando que o método gc-ms/ms foi seletivamente adequado para análise de amostras de hpas em material particulado atmosférico. 76 ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 figure 5. concentrações médias de hpas em extratos de amostras de material particulado atmosférico extraídas com dcm/meoh (4:1 v/v) e com hex/act (1:1 v/v). abreviações descritas na seção reagentes e equipamentos. a tabela 4 apresenta as concentrações de hpas obtidas em cada extrato e a figura 5 apresenta uma comparação da extractibilidade média de cada mistura de solvente para os hpas presentes na amostra. observando os dados da tabela 4 e da figura 5, pode-se notar que a extractibilidade foi muito semelhante para ambas as misturas de solventes, o que sugere que é possível utilizar a mistura de solvente hex/act (1:1 v/v) em substituição à mistura dcm/meoh (4:1 v/v) para extração de hpas de material particulado atmosférico. conclusões foi possível o desenvolvimento de método gc-ms/ms para análise de 17 hpas considerados como poluentes prioritários pelo niosh, obtendo-se ganhos de até 5 vezes em detectabilidade em comparação com o método gc-ms (scan). as curvas analíticas apresentaram coetable 4. concentrações (µg ml-1) de cada hpa nos extratos de filtros contendo material particulado atmosférico. hpa naf aceftl aceft fluo fen antr flu pir b[a]a cri b[e]ac b[k]f b[a]p b[e]p ind d[ah]a b[ghi]p dcm/meoh (4:1 v/v) n.d. n.d. n.d. n.d. n.q. n.d. 0,021±0,004 0,078±0,013 n.d. 0,042±0,020 0,134±0,062 n.d. 0,093±0,046 0,097±0,059 0,143±0,094 n.q. 0,207±0,097 hex/act (1:1) n.d. n.d. n.d. n.d. n.q. n.d. 0,018±0,01 0,054±0,002 n.d. 0,037±0,014 0,111±0,037 n.d. 0,104±0,024 0,089±0,055 0,141±0,093 n.q. 0,202±0,087 dcm/meoh (4:1 v/v) n.q. n.d. n.d. n.d. 0,010±0,006 n.d. 0,035±0,004 0,122±0,013 n.d. 0,046±0,020 0,127±0,062 n.d. 0,137±0,046 0,087±0,059 0,142±0,094 n.q. 0,227±0,097 hex/act (1:1v/v) n.d. n.d. n.d. n.d. 0,007±0,002 n.d. 0,029±0,05 0,097±0,010 n.d. 0,047±0,018 0,127±0,043 n.d. 0,138±0,033 0,079±0,061 0,139±0,100 n.q. 0,214±0,100 dcm/meoh (4:1v/v) n.q. n.d. n.d. n.d. 0,060±0,002 n.d. 0,080±0,005 0,286±0,013 n.d. 0,064±0,030 0,330±0,062 n.d. 0,452±0,034 0,265±0,058 0,318±0,117 n.q. 0,691±0,104 hex/act (1:1v/v) n.d. n.d. n.d. n.d. 0,050±0,002 n.d. 0,070±0,009 0,235±0,029 n.d. 0,065±0,031 0,339±0,096 n.d. 0,456±0,045 0,279±0,075 0,319±0,122 n.q. 0,622±0,188 amostra 1 (n=3) amostra 2 (n=3) amostra 3 (n=3) abreviações descritas na seção reagentes e equipamentos. n: número de injeções no sistema gc-ms/ms n.d.: não detectado, ou seja, abaixo do limite de detecção, apresentado na tabela 3 n.q.: não quantificável, ou seja, detectável mas abaixo do limite de quantificação (tabela 3) eq09-af 10/12/08 12:25 page 76 ficiente de correlação > 0,99, o que concorda com as recomendações da anvisa, quanto às exigências de linearidade na validação de métodos analíticos. a repetitividade das áreas foi melhor que 15%, para todos os hpas em todas as concentrações. a análise de extratos de amostras de material particulado atmosférico mostrou-se seletiva para os hpas extraídos dessas amostras. a comparação entre as porcentagens de recuperação obtidas para cada metade de filtro extraídas com dcm/meoh (4:1 v/v) e hex/act (1:1 v/v) demonstra que é possível a utilização da mistura de solvente hex/act (1:1 v/v) menos tóxica, em substituição à mistura dcm/meoh (4:1 v/v), sem perdas significativas em extractibilidade. recebido em 06 de junho de 2008 aceito em 24 de outubro de 2008 77ecl. quím., são paulo, 33(4): 69-78, 2008 j. cristale, f. s. silva, m. r. r. marchi. development and application of gc-ms/ms method for simultaneous analysis of 17 pahs in airborne particulate matter. abstract: polycyclic aromatic hydrocarbons (pahs) are associated with increased incidence of various types of cancers in humans. these molecules are formed mainly in the incomplete burning of organic matter and can be found in all environmental compartments. north american regulatory agencies for environmental and occupational health areas consider 17 pahs as air contaminants having priority. this work presents a method for simultaneous analysis of these pahs using gas chromatography coupled to mass spectrometry, operating in tandem mode (gc-ms/ms). the limits of detection and quantification of this method were 5 times lower than that obtained with gc-ms (scan) method. the method was selective in analysis of pahs from airborne particulate matter. a comparative analysis of two systems of solvents (dichloromethane/methanol (4:1 v / v) and hexane/acetone (1:1 v / v)) for pahs extraction, using samples of airborne particulate matter, shows that both mixtures of solvents have similar extraction ability. the results pointed out that it is possible to extract pahs from airborne particulate matter using a mixture hexane/acetone (1:1), which is less toxic in than dichloromethane/methanol (4:1), usually used in these analyses, without significant losses in the accuracy of the method. keywords: polycyclic aromatic hydrocarbons; gc-ms/ms; airborne particulate matter. referências [1] world health organization. selected non-heterociclic pahs: international programme on chemical safety. geneva, 1998. 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(2001) verificaram que a complexação do cobre a derivados do cetoprofeno, favorecia a ação antitumoral daquelas moléculas contra tumores responsivos a hormônios [5]. desta forma, o estudo de complexos metálicos com potencialidade biológica é alvo de grande interesse no desenvolvimento de fármacos. os aines são os medicamentos mais prescritos para dor, febre e inflamação. o cetoprofeno (cp; 3benzoyl-a-methylbenzeneacetic acid) é um analgésico antiinflamatório não esteróide derivado do ácido propiônico, relacionado com o diclofenaco, ibuprofeno, naproxeno e o ácido tiaprofênico. este aine inibe a atividade da enzima ciclooxigenase levando a uma diminuição da síntese de precursores das prostaglandinas e dos tromboxanos, a partir do ácido araquidônico [6, 7]. entre as reações adversas que podem ocorrer pelo uso do cp cita-se a fototoxicidade, com a geração de radicais livres por ação dos raios ultravioleta. neste processo, o cetoprofeno é decomposto gerando ânion superóxido (o2 ℵℵ), radical hidroxil (ohℵ-) e oxigênio singlete [8]. desta forma, o cp promove danos nas membranas dos eritrócitos, leva à lise destas células [9] e, a partir das interações com a hemoglobina gera o radical nitrona [10]. sabe-se que outros fatores, além da síntese de prostaglandinas, contribuem para a fisiopatologia dos processos inflamatórios, como é o caso da superprodução de espécies reativas de nitrogênio (rns) e de espécies reativas de oxigênio (eros) tais como o radical superóxido, peróxido de hidrogênio (h2o2), radical hidroxil, dentre ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 110 outros. desta forma, o metabolismo celular produz espécies reativas que podem causar danos celulares, tecidual, protéico, lipídico e no próprio dna, favorecendo o estresse oxidativo [11]. nas últimas décadas, inúmeras pesquisas foram realizadas para esclarecer o papel dos radicais livres em processos fisiológicos e patológicos [12]. tem sido relatado que alguns antiinflamatórios não esteroidais são capazes de agir como scavengers de radicais livres e espécies oxidantes não radicalares [13, 14]. esses antiinflamatórios também podem inibir a explosão respiratória de neutrófilos desencadeada por vários agentes ativadores [6]. considerando-se que: i) o processo inflamatório envolve a formação de radicais livres que causam danos tissulares, ii) alguns aines apresentam ação contra radicais livres e eros e iii) o cetoprofeno pode gerar radicais livres e danificar membranas celulares, torna-se interessante analisar a ação do cp em modelos experimentais antioxidantes e como a complexação de metais interfere nessas propriedades. materiais e métodos cetoprofeno e derivados o cetoprofeno foi comprado da sigma chemical co. com grau de pureza >98%. os complexos de cobre e cério (figura 1) foram obtidos conforme descrito a seguir. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 111 figura 1. estrutura molecular dos complexos de cobre (a) e cério (b) com o cetoprofeno para a obtenção do cetoprofenato de cobre [cu(ii)], inicialmente, sintetizou-se o carbonato de cu (ii), fazendo-se reagir solução aquosa de cloreto de cobre com solução aquosa de hidrogeno carbonato de sódio em excesso. os precipitados obtidos foram lavados com água destilada até a eliminação dos íons cloretos. o cetoprofenato de cu(ii) foi preparado fazendo-se reagir o respectivo carbonato com ácido cetoprofeno, ambos em suspensão. o sistema foi mantido em ebulição até a eliminação total do co2 e a solução tornar-se límpida. a seguir filtrou-se o sistema utilizando papel de filtro watman nº 42 e a solução evaporada em banho maria até próximo a secura. os compostos assim obtidos depois de seco foram transferidos para um dessecador contendo cloreto de cálcio anidro. o cetoprofenato de cério [ce(iii)] foi preparado pela adição estequiométrica, lenta e sob agitação, de soluções de cetoprofenato de sódio (ligante) na solução de cloreto de cério. o precipitado obtido foi filtrado com papel de filtro whatman no 42, lavado com água destilada até a eliminação dos íons cloretos, recolhido em frasco de vidro e mantido em dessecador contendo cloreto de cálcio. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 112 ação scavenger sobre o radical abts�� este ensaio foi padronizado por pellegrini et al. (1999), sendo originalmente realizado em etanol absoluto [15]. nos ensaios avaliou-se a atividade seqüestradora de radicais pelas amostras, em tampão fosfato de sódio 10mm (ph 7,0) por meio do decréscimo da absorbância em 734 nm, de acordo com vellosa et al. (2007) [16]. ação scavenger sobre o radical dpph a avaliação da ação seqüestradora de radicais livres do extrato foi avaliada através do decréscimo da absorbância em 531nm da solução de dpph (60 µm) em etanol, segundo soares et al. (1997) [17]. ação scavenger sobre o peróxido de hidrogênio o estudo da ação seqüestradora de h2o2 pelas amostras foi realizado através da oxidação do ácido 5-tio-2-nitrobenzóico (tnb) em ácido 5-5’-ditio-2-nitrobenzóico (dtnb), na presença de peróxido 100 �m, com variação da absorbância em 412nm [18]. ação scavenger sobre o ácido hipocloroso as reações foram feitas de acordo com costa et al. (2004), com algumas modificações [19, 20]. a concentração da solução de hocl é determinada espectrofotometricamente em 295nm. as reações foram realizadas em tampão fosfato de sódio 50mm, ph 7,4. procede-se incubação de 10 minutos da amostra com hocl (30 µm) e mais 5 minutos após adição de tmb (2,8 mm). a leitura das absorbâncias é feita em 652nm. ação scavenger sobre o ânion superóxido este ensaio foi realizado de acordo com kakkar (1984) [21]. o ânion superóxido reage com o nbt para formar o cromóforo (formazana) cuja intensidade de cor, medida em 560 nm, é diretamente proporcional à concentração do radical. dano provocado pelo radical aaph em eritrócitos os testes foram realizados conforme protocolo de pesquisa 08766/10 aprovado pela comissão de ética em pesquisa da uepg (parecer 68/2010). as hemácias utilizadas foram colhidas de voluntários sadios por meio de punção venosa do sangue periférico e separadas por centrifugação e sucessivas lavagens em tampão fosfato de sódio 10mm, ph7,4 contendo nacl 150mm, com o qual ajustou-se a concentração da suspensão e realizaram-se os ensaios. a ação dos compostos sobre os eritrócitos na ausência de radicais livres e sobre a hemólise promovida pelo radical aaph 25mm, foi avaliada pela liberação de hemoglobina pelas células (suspensão ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 113 de eritrócitos 5%) após 2 horas e meia de incubação através das leituras das absorbâncias em 414 nm [22, 23]. resultados e discussão ação scavenger sobre radicais livres, h2o2 e hocl nenhum dos compostos apresentou uma atividade pronunciada sobre o radical abts����. o cetoprofeno (fig.2a) apresentou inibição máxima de 10,9% (60��g/ml). o cetoprofenato de cério (fig.2b) apresentou maior ação, promovendo inibição máxima de 21% (60��g/ml), enquanto o cetoprofenato de cobre (fig.2c) alcançou 14,3% (60��g/ml). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 114 no modelo de estudo sobre o radical dpph, o cetoprofeno (fig. 3a) apresentou inibição máxima de 16,3% (20ℵg/ml) enquanto o cetoprofenato de cério (fig. 3b) alcançou 25,3% (20ℵg/ml) e o cetoprofenato de cobre (fig.3c) não apresentou ação. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 115 como demonstrado na figura 4, as amostras não apresentaram ação estatisticamente significativas sobre o peróxido de hidrogênio 100 ℵm. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 116 nos testes com o ácido hipocloroso, o cetoprofeno (fig. 5a) foi o composto que apresentou maior ação promovendo inibição máxima de 31,2% (20ℵg/ml) enquanto o cetoprofenato de cério (fig. 5b) e de cobre (fig. 5c) apresentaram, respectivamente, inibições máximas de 3,5% (20ℵg/ml) e 28,2% (20ℵg/ml). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 117 contra o radical superóxido (o2•-), o cetoprofeno não promoveu inibição nas concentrações avaliadas, enquanto seus derivados de cério e de cobre alcançaram inibições máximas de 31,1% e 17,7%, respectivamente (fig.6). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 118 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 119 como se pode observar nos resultados apresentados, a complexação de metais à estrutura do cetoprofeno alterou suas propriedades de ação frente às diferentes espécies reativas estudadas, sejam estas radicalares ou não. a complexação do cério ao cetoprofeno parece intensificar sua ação sobre radicais livres com maior eficiência do que o cobre, enquanto o cobre aumentou a ação do cetoprofeno sobre o hocl, uma espécie reativa não radicalar. dano provocado pelo radical aaph em eritrócitos nos ensaios de hemólise na ausência de radicais livres, o cetoprofeno (fig.7a) e cetoprofenato de cério (fig.7b) apresentaram efeito hemolítico, ao contrário do cetoprofenato de cobre (fig.7c). desta forma, confirmou-se a ação hemolítica do cetoprofeno, conforme relatos em literatura científica [9, 10], observando-se também, que a complexação do cobre impede este efeito do cetoprofeno. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 120 na presença do radical aaph, o cetoprofeno (fig.8a) e o cetoprofenato de cério (fig.8b), tiveram ação hemolítica intensificada enquanto o cetoprofenato de cobre (fig. 8c) não apresentou efeito sobre a ação do radical livre, o que também demonstra que a complexação do cobre ao cetoprofeno é um fator de proteção contra a ação hemolítica do antiinflamatório. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 121 o efeito da complexação do cobre sobre cetoprofeno poderia ser explicado por alterações em diferentes vias, tais como: i) alteração na via de formação de radicais livres por fotoirradiação; ii) alteração do grau de ionização de grupamentos da estrutura química da molécula, ou ainda, iii) alteração no potencial de interação do antiinflamatório com diferentes moléculas de membrana dos eritrócitos. conclusão o cetoprofeno pode apresentar diferentes propriedades de ação quando complexado a ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 122 diferentes metais. dentre as ações afetadas está a ação scavenger de radicais livres e espécies reativas não radicalares. a complexação do cetoprofeno ao cobre parece favorecer a captura de oxidantes não radicalares, enquanto a complexação ao cério intensifica a ação sobre radicais livres. pode-se perceber ainda que, o cetoprofeno, quando complexado ao cobre, não causa hemólise nem intensifica aquela promovida por radicais livres, sugestionando que o cetoprofenato de cobre pode ter uma atividade antiinflamatória semelhante ou superior ao cetoprofeno, mas com a vantagem de apresentar menor efeito colateral. agradecimentos francine a. manente e lucas r. a. mello agradecem ao cnpq e à fundação araucária – pr, respectivamente, pelas bolsas concedidas. referências [1] lockhart, m.; 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methods were validated to meet requirements for a global regulatory filing. the validation included linearity, precision and accuracy. in addition, recovery studies and dissolution studies of three different tablets were compared and the results obtained show no significant difference among products. keywords: dissolution • ofl oxacin • ornidazole • spectroscopy • simultaneous estimation introduction chemically ofl oxacin ( ofl, fig. 1) is (±) 9-fluoro-2,3,dihydro-3-methyl-10-(4-methyl-1-piperazinyl)-7-oxo-7h-pyrido[1,2,3-d,e]-1,4-benzoxazine-6-carboxylicacid, belongs to new generation of synthetic fl uorinated quinolone, structurally related to nalidixic acid [1-3]. this agent is a new broad spectrum antibacterial drug active against most gram-negative, gram-positive bacteria, and some anaerobes [4]. its bacterial action is based on its anti-dna gyrase activity [5]. this broad spectrum of antibacterial activity and widespread distribution to most tissues and body fl uids at relatively high concentrations after oral administration have made this drug useful for the treatment of systemic infections including urinary tract, respiratory, and gastro-intestinal infections [6-8]. ornidazole (orn fi g. 2)1-(3-chloro−2hydroxy)-propyl-2-methyl-5-nitroimidazole, is a nitroimidazole derivative with antiprotozoal and antibacterial properties. it is used for the treatment and prophylaxis of infections, which is induced by anaerobic and microaerophilic bacteria and protozoa [9]. combinations of ofl oxacin and ornidazole are available in the market, which are highly active against many bacterial infections of enteritis and anaerobic bacteria [23]. both ofl oxacin and ornidazole are almost completely absorbed from the small intestine when administered orally both having almost 100% bioavailability. subsequent ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010124 ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010 125 artigo article artigo article plasma concentrations of ofl oxacin are obtained in 1-2 hours after oral administration. peak plasma concentrations of ornidazole are obtained within 2 hours of administration. drug absorption from a dosage form after oral administration depends on the release of the drug from the pharmaceutical formulation, the dissolution and/or its solubilisation under physiological conditions, and the permeability across the gastrointestinal tract. because of the critical nature of the fi rst two of these steps, in vitro dissolution may be relevant to the prediction of in vivo performance [10-12]. the dissolution test is a very important tool in drug development and quality control. dissolution is an offi cial test used by pharmacopoeias for drug evaluation release of solid and semisolid dosage forms, and it is routinely used in quality control (qc) and research & development (r&d). the purpose of in vitro dissolution studies in qc is batch to batch consistency and detection of manufacturing deviation while in r&d the focus is to provide some predictive estimate of the drug release in respect to the in vivo performance of a drug product. for qc, an over-discriminatory test might be suitable to detect even small production deviations. however, for prediction of the in vivo performance of drug product a dissolution test should be sensitive and reliable [12]. the accomplishment of dissolution profi les is recommended as support in the development and optimization of drug formulation as well as in the establishment of in vitro/in vivo correlation. when dissolution test is not defi ned in the monograph of the dosage form, or if the monograph is not available, the selection of a dissolution medium may be based on the solubility data and dosage range of the drug product [10]. hydrochloric acid is typical medium used to dissolution test [14], and 0.01m hcl medium was selected. typical acceptance criteria for the amount of drug dissolved are in the range of 70 – 80 % dissolved [12]. ofl is offi cial in bp [13], usp [14] and ep [15]. the assay procedure mentioned in these pharmacopoeias is non aqueous titration. there are many reported hplc [16-18], uv spectrophotometry [19] and spectrofl uorimetry methods for the estimation of these drugs from pharmaceutical preparations and biological fl uids, and also the analytical methods are available for stability [20] studies of these drugs. orn is offi cial in none of the pharmacopoeias. also hplc [21-22], hptlc [23] methods are available for the estimation of this combination. at present, there are no offi cial monographs for ofl and orn dosage forms and no dissolution tests have been described in literature. parameters to set up the dissolution test should be researched and defi ned for drugs that do not possess offi cial monographs [12]. the present paper describes the development and validation of analytical methods for the estimation and dissolution test for ofl and orn tablet dosage form. the best dissolution conditions were used to evaluate the dissolutions testing of three different brands of tablets. figure 1. chemical structure of ofl oxacin figure 2. chemical structure of ornidazole. experimental materials ofl oxacin and ornidazole chemical reference substances (crs) (assigned purity 99.7 & 99.8%) were obtained from glpl (vadodara, india). tablets were purchased at the local market and were claimed to contain 200 mg ofl and 500mg orl each. all reagents and solvents used were analytical grade. distilled water obtained from a lab sil water distillation unit (bangalore, india). 0.01 m hcl solution was prepared according to usp pharmacopoeia [14]. instrumentation dissolution test was performed in a veego dissolution test system, model vda 6dr multi-bath (n=6), in accordance to usp pharmacopoeia [14] general method. the mediums were vacuum degassed under house vacuum and were maintained at 37.0 ± 0.5°c by using a thermostatic bath. a double-beam uv-vis spectrophotometer (shimadzu, japan) model uv – 1700 pc, with a fi xed slit width (1 nm) using 1.0 cm quartz cells was used for all absorbance measurements. stock solutions ofl and orn are present in 2:5 ratio in commercial dosage forms, hence stock solution of ofl (100μg ml) and orn (250 μg ml) were prepared in 0.01n hcl by dissolving 10mg and 25mg of drug in solvent, and volume made up to 100ml with 0.01n hcl. appropriate dilutions were made to the stock solution with distilled water to get the working standard solutions in the same linearity ranges for all three methods. sample solutions average weight of twenty tablets was determined and these tablets were crushed to fi ne powder. the powder sample equivalent to 10mg of ofl oxacin and 25mg of ornidazole was weighed and transferred to 100ml volumetric fl ask and dissolved in 0.01n hcl. the content was sonicated for 10min; fi nally the volume made up to the mark with 0.01n hcl and fi ltered through whatmann’s fi lter paper. the fi ltered solution was suitably diluted with distilled water to obtain mixed standards in the linearity range for each drug. the sample solutions were scanned in the selected wavelength region for respective methods, and the results were obtained are reported in the table. development of uv spectroscopic methods for the simultaneous estimation three simple, accurate spectrophotometric methods multi component, dual wavelength, simultaneous equations have been developed for the simultaneous determination and dissolution studies of ofl oxacin and ornidazole in tablet dosage forms. ofl oxacin shows absorption maximum at 293.4 nm and ornidazole shows at 319.6nm in 0.01n hcl. beer’s law was obeyed in the concentration range of 2-12 μg ml for ofl oxacin and 5-30 μg ml for ornidazole. method 1: multi component analysis two sampling wavelengths 293.4nm for ofl oxacin and 319.6nm for ornidazole were selected for the estimation in the multicomponent mode in the instrument. the absorbance spectra of mixed standards and sample solutions were measured at selected wavelength. method 2: dual wavelength method for estimation of one component, two wave lengths were selected, where the absorbances of other component were same. therefore the difference in the absorbances in the mixed spectra at the corresponding wavelength will be directly proportional to the concentration of that component. for ofl oxacin, 303.2nm (λ1) and 334.6(λ2) nm, for ornidazole 284.4nm (λ1) and 300.8(λ2) were selected. the difference in the absorbances at the selected wavelengths, were plotted against the respective concentration to obtain the calibration curves. the concentration in sample solutions ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010126 ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010 127 artigo article artigo article of each component was obtained from the calibration curves of the respective drugs. method 3: simultaneous equations method the absorbances of the both the drugs at both wavelengths (respective absorption maximums 293.4 nm and 319.6nm) were measured, and the absorptivity and molar absorptivity values were determined for ofl and orn. dissolution test conditions dissolution testing was carried out according to conventional dissolution procedures recommended for immediate release products, using paddle (usp apparatus 2) at 50 rpm. sampling aliquots of 5.0 ml were withdrawn at 0, 15, 30, 45 and 60 minutes, and replaced with an equal volume of the fresh medium to maintain a constant total volume. after the end of each test time, samples aliquots were fi ltered, diluted in distilled water, when necessary, and quantifi ed. the assay of the three tested products was performed using previously developed and validated spectrophotometric methods. the contents results were used to calculate the percentage release on each time of dissolution profi le. the cumulative percentage of drug dissolved was plotted against time. method validation and recovery studies the developed uv spectrophotometric methods in 0.01m hcl were validated for linearity, precision, accuracy, and the dissolution study in medium 0.01m hcl was validated for precision according to usp pharmacopoeia [14] and ich guidelines. recovery studies were carried out at 80%, 100% and 120% levels on a pre analysed tablet solution. the percent recovery of ofl oxacin and ornidazole in the sample mixture were determined and reported in the table. results and discussion as described in the experimental section, pure drugs and their mixture standards were scanned in uv-visible spectrophotometer in 200400nm wavelength region, the overlay spectra of mixture (2ug/ml of ofl+ 5ug/ml of orn, to 12ug/ml of ofl+ 30ug/ml of orn) is shown as figure 3. the overlay spectra of pure drug substances ofl (2-12 ug/ml) and orl (5-30 ug/ml), shown as figure 4. figure 4. overlay spectrum of ofl oxacin (2-12 ug/ml) and ornidazole (5-30 ug/ml) method validation the developed methods were validated for linearity, accuracy and precision. accuracy of the method was found on the basis of bias measurement and the precision of the method was determined by measuring the repeatability (intra-day precision) and the intermediate precision (inter-day precision), both expressed as rsd (%).the results were shown in tables 1&2. table 1. validation parameters includes linearity, limits of detection and quantifi cations regression and analytical parameters parameter multi component method dual wavelength method simultaneous equation method mixture ofl orn ofl orn λ max / nm 296nm 293.4nm 319.6nm 293.4nm 319.6nm linearity, μg/ml 2 12μg 5 30μg 2 12μg 5 30μg 2 12μg 5 30μg lod, μg/ml 0.065 0.16 0.082 0.15 0.082 0.15 loq, μg/ml 0.22 0.54 0.27 0.48 0.27 0.48 regression equation, y* intercept (a) 0.592 0.1481 0.0293 0.0111 0.1464 0.0462 slope (b) 0.0018 0.0018 -0.003 0.0283 -0.0041 0.048 correlation coeffi cient (r) 0.9999 0.9999 0.9996 0.9968 0.9999 0.9992 * y = a+bx, where y is the absorbance and x the concentration in μg ml-1 figure 3. overlay spectrum of mixture containing ofl and orn (2+5 to12+30 ug/ml) ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010128 ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010 129 artigo article artigo article table 2. validation results includes accuracy and precision taken (ug/ml) intra-day a inter-day b found c precision d accuracy e found c precision d accuracy e multi component method ofl 6 6.03±0.07 1.15 0.48 6.07±0.16 1.57 1.25 orn 15 15.08±0.17 1.15 0.55 15.20±0.39 0.62 1.32 dual wave length method ofl 6 6.02±0.03 0.5 0.31 6.04±0.02 0.32 0.63 orn 15 15.14±0.2 1.12 0.36 15.21±0.25 0.35 0.95 simultaneous equation method ofl 6 6.15±0.36 1.14 0.45 6.20±0.12 1.62 0.75 orn 15 15.31±0.21 1.26 0.94 15.24±0.36 1.25 0.54 a n = 6; b n = 6; c mean ± standard error; d relative standard deviation, %; e bias %: (found − taken/taken)×100 estimation by spectroscopic methods for the multicomponent and dual wavelength methods, calibration curves were prepared at respective wavelengths selected, and were used for the measurement of samples. determination by simultaneous equations method the absorptivity values and molar absorptivity values for ofl and orn are determined (shown in table 3) and molar absorptivity values for ofl at 293.4 and 319.6 nm were 31589.37 and 11331.30 cm−1 mol−1 lit−1, while respective values for orn at 293.4 and 319.6 nm were 5351.96 and 8706.18 cm−1 mol−1 lit−1. molecular weight of ofl and orn is 361.4 and 219.625 respectively. a1 = 5351.96c1 + 31589.37c2 (1) and a2 = 8706.18c1 + 11331.30c2 (2) where a1 and a2 are the values of absorbance of sample at 293.4 and 319.6 nm respectively, and c1 and c2 are concentrations of ofl and orn in moles lit−1 respectively. table 3. absorptivity values of ofl and orn for simultaneous equations method conc (μg/ml) absorptivity for ofl conc (μg/ ml) absorptivity for orn 293.4nm 319.6nm 293.4nm 319.6nm 2 874.00 314.00 5 244.00 399.00 4 873.50 314.50 10 244.25 397.00 6 873.33 313.33 15 245.33 396.67 8 874.00 312.00 20 242.50 396.00 10 876.00 312.90 25 243.20 395.80 12 873.67 314.50 30 242.83 394.00 mean 874.08 313.54 mean 243.69 396.41 s.d 0.98 0.99 s.d 1.05 1.64 r.s.d 0.11 0.32 r.s.d 0.43 0.41 m.a * 31589.37 11331.30 m.a * 5351.96 8706.18 *m.a. is molar absorptivity in cm-1 moles-1 lit-1 determined from mean value of absorptivity three different tablet dosage forms were analysed by the developed methods and the results were shown in table 4. recovery studies carried out on the pre analyzed tablets and the results were shown in table 5. table 4. results for ofl and orn in three different tablet dosage forms dosage form labelled amount (mg) found a (% of nominal amount ± sd) method 1 method 2 method 3 orni o tablet ofl 200 98.85±1.45 99.27±2.17 98.28±0.68 orn 500 102.71±1.10 101.21±1.50 98.21±1.44 osno o tablet ofl 200 99.76±0.86 99.16±1.69 100.74±1.62 orn 500 101.68±1.45 101.32±1.64 98.35±1.73 oflox oz tablet ofl 200 101.22±1.86 101.87±1.54 102.75±1.71 orn 500 102.32±1.54 101.61±1.55 97.97±1.81 method 1 multicomponent method method 2 -dual wave length method method 3simultaneous equation method a mean value of six determinations ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010130 ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010 131 artigo article artigo article table 5. recovery results for ofl and orn by using three different tablet dosage forms multicomponent method dosage form ofl in dosage form (μg/ml) orn in dosage form (μg/ml) pure ofl added (μg/ ml) pure orn added (μg/ ml) total ofl found (μg/ ml) total orn found (μg/ ml) pure ofl recovered % ± s.d* pure orn recovered % ± s.d* orni o tab 5 12.5 4 10 9.07 22.67 100.78±1.17 101.56±1.60 5 12.5 5 12.5 10.14 24.52 101.37±1.78 97.85±1.57 5 12.5 6 15 11.24 27.08 102.20±0.87 98.66±1.54 osno o tab 5 12.5 4 10 8.97 22.86 99.68±0.65 102.55±1.35 5 12.5 5 12.5 10.04 24.79 100.24±1.08 99.45±0.79 5 12.5 6 15 11.1 27.39 101.57±0.67 99.56±1.31 oflox oz tab 5 12.5 4 10 9.12 23.01 101.53±1.12 103.35±1.40 5 12.5 5 12.5 9.95 24.71 99.15±0.81 98.56±1.23 5 12.5 6 15 11.31 28.12 102.81±0.96 103.65±1.35 dual wavelength method dosage form ofl in dosage form (μg/ml) orn in dosage form (μg/ml) pure ofl added (μg/ml) pure orn added (μg/ml) total ofl found (μg/ml) total orn found (μg/ml) pure ofl recovered % ± s.d* pure orn recovered % ± s.d* orni o tab 5 12.5 4 10 8.94 22.45 99.68±1.32 99.56±0.54 5 12.5 5 12.5 10.15 24.97 102.35±2.21 99.97±0.41 5 12.5 6 15 11.15 27.58 102.31±1.31 100.56±0.67 osno o tab 5 12.5 4 10 9.21 22.68 101.54±0.59 101.38±0.98 5 12.5 5 12.5 10.26 25.39 102.49±0.85 102.65±2.14 5 12.5 6 15 11.05 27.35 100.56±0.47 101.23±0.65 oflox oz tab 5 12.5 4 10 8.89 22.61 98.75±0.97 101.96±1.25 5 12.5 5 12.5 10.18 24.97 102.59±1.36 99.85±1.56 5 12.5 6 15 11.26 27.47 102.36±1.50 99.79±0.69 simultaneous equation method dosage form ofl in dosage form (μg/ml) orn in dosage form (μg/ml) pure ofl added (μg/ml) pure orn added (μg/ml) total ofl found (μg/ml) total orn found (μg/ml) pure ofl recovered % ± s.d* pure orn recovered % ± s.d* orni o tablet 5 12.5 4 10 8.85 22.45 98.35±1.45 99.65±1.41 5 12.5 5 12.5 9.96 25.68 99.57±0.58 98.76±1.36 5 12.5 6 15 10.75 27.69 97.65±1.25 98.65±1.52 osno o tab 5 12.5 4 10 9.08 22.65 100.85±0.69 101.56±1.51 5 12.5 5 12.5 10.24 24.21 96.58±1.39 97.54±1.39 5 12.5 6 15 11.21 27.31 102.35±1.24 102.65±0.37 oflox oz tab 5 12.5 4 10 9.24 22.36 102.63±0.59 99.25±0.77 5 12.5 5 12.5 10.58 25.34 103.26±1.39 97.38±0.64 5 12.5 6 15 11.39 27.85 103.25±0.15 102.36±2.15 * n=3 dissolution testing dissolution was carried in 0.01n hcl for three different tablets, samples were collected at 0, 15, 30, 45 and 60 min intervals and the amount of drug dissolved was calculated by the developed three methods. the cumulative percentage of drug dissolved was plotted against time, shown in fi gures 5 & 6. figure 5. dissolution profi le comparison for ofl in three tablets by three methods figure 6. dissolution profi le comparison for orn in three tablets by three methods eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 133 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010132 artigo article conclusions the analytical methods developed and validated for the simultaneous estimation and for dissolution testing of ofl oxacin and ornidazole tablet dosage forms were considered satisfactory. the conditions that allowed the dissolution determination were 900 ml of 0.01m hcl, at 37.0 ± 0.5 ºc, paddle apparatus, 50 rpm stirring speed. the % drug delivery was higher than 80% in 30 minutes for all evaluated products. the analysis of variance of the recovery of dosage forms and dissolution values showed that the methods developed were similar (p<0.05). the methods were validated and showed to be linear, precise and accurate. acknowledgments we acknowledge our sincere thanks to glpl, vadodara. references [1] s. s.incilay, t.ayla, anal. lett., 36 (2003) 1163–1181. 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[25] m. gandhimathi, t. k. ravi, s. nilima, indian j. pharm. sci., 68 (2006) 838-840. determinação colorimétrica de metabissulfito humberto da silva junior; gutto raffyson silva de freitas; francisco régis da silva pereira; robson fernandes de farias; francisco claudece pereira*. departamento de química universidade federal do rio grande do norte ufrn, brasil c p 1524, 59072-970, natal-rn, brasil. (*) e-mail: claudece@ufrnet.br resumo: o ânion metabissulfito é largamente usado como agente anti-oxidante e preservativo de uma variedade de produtos industrializados. a interação desta espécie com o corante pararosanilina é capaz de promover o rebaixamento da banda de absorção do pigmento na região do visível. utilizando as melhores condições experimentais, tais como, solução tampão britton e robinson, ph 5,0 e corante em 1,0x10-4 mol l-1, foi possível obter uma relação entre concentração de metabissulfito e absorbância, na faixa entre 1,3x10-6 mol l-1 a 3,0x10-5 mol l-1. o limite de detecção foi calculado em 5,0x10-7 mol l-1. a metodologia foi aplicada em amostras reais. palavras-chave: metabissulfi to, pararosanilina, espectrofotometria. introdução alguns compostos sulfurados são largamente empregados em distintas áreas da cadeia produtiva, com ação preservativa e anti-oxidante em bebidas do tipo vinhos, cidra, champanhes e cervejas. também encontra larga aplicação na prevenção do enegrecimento de vegetais e frutas e muito usado para manter as características de abricós, abacate, beterraba, uva, limão, cogumelo, batatas, dentre outros. de forma similar é utilizado como fonte de dióxido de enxofre em formulações farmacêuticas como anestésicos, colírios, soluções tópicas, anti-micótico, nutrição parenteral e injeções. aplicado nas indústrias de cosméticos, fotográfi ca e alimentícia; nesta ultima, atuando como inibidor microbial, contra leveduras e bactérias em produtos como gelatinas, frutas desidratadas, biscoitos, chocolates, alimentos a base de amido, passas, salames, lingüiça, camarão fresco, etc. recentemente, algumas substâncias desta categoria têm encontrado aplicação como aditivos em preparações minerais e vitaminas [1-4]. diferentes compostos desta classe têm sido defi nidos como precursores de so2 e, assim, os teores ingeridos destas espécies, expressos como equivalentes de dióxido de enxofre. uma avaliação da federation of american societies for experimental biology (faseb) estima que teores entre 30–100 mg so2 não apresentam efeitos adversos aos seres humanos. em contrapartida, a organização mundial da saúde (oms) estabelece como aceitável uma ingestão diária de compostos sulfetados na ordem de 0,7 mg kg-1 expresso como so2. em indivíduos normais, os teores de sulfi tos presentes no soro alcançam limites de 4 a 5 nmol l-1. a enzima mitocondrial sulfi to oxidase é a responsável pela oxidação do so2 a sulfato, que é excretado pela urina [5]. dentre estes agentes, o metabissulfi to (mbs) é um pó branco e cristalino, com odor pungente e caracteriza-se pela sua ação tóxica que ecl. quím., são paulo, 35 3: 133 139, 2010 www.scielo.br/eq volume 34, número 2, 2009 29 flow injection visible diffuse reflectance quantitative analysis of total sulfur in biodiesel, in plant leaves and in natural waters matthieu tubino*, carlos a.r. queiroz institute of chemistry, state university of campinas cp 6154, cep 13083-970 campinas, sp, brazil abstract: flow injection (fi) methodology, using diffuse reflectance in the visible region of the spectrum, for the analysis of total sulfur in the form of sulfate, precipitated in the form of barium sulfate, is presented. the method was applied to biodiesel, to plant leaves and to natural waters analysis. the analytical signal (s) correlates linearly with sulfate concentration (c) between 20 and 120 ppm, through the equation s= 1.138+0.0934 c (r = 0.9993). the experimentally observed limit of detection is about 10 ppm. the mean r.s.d. is about 3.0 %. real samples containing sulfate were analyzed and the results obtained by the fi and by the reference batch turbidimetric method using the statistical student’s t-test and f-test were compared. keywords: diffuse reflectance; solution; sulfur; sulfate; biodiesel; plant leaves; water introduction when compared, for example, with those methods that use transmittance (absorbance), reflectance quantitative analytical methods in the uv–vis region are not very popular. this fact can be attributed, in part, to the difficulty in preparing rigorously homogeneous reflecting surfaces. however, despite this problem, several quantitative reflectometric methods for the determination of analytes immobilized on solid supports have been developed offering quite good results [1–10]. it is also possible to work in solution, measuring the diffuse reflectance of solids suspended in liquids [1-2, 8]. turbidimetry and nephelometry are closely related analytical techniques based on the scattering of radiation by a solution containing dispersed particulate matter. when a radiation passes through a transparent medium in which solid particles are dispersed, part of the radiation is scattered in all directions, giving a turbid appearance to the mixture. turbidimetry is based on the measuring of the intensity of the radiation transmitted by the solution whereas nephelometry is based on the scattered radiation at an angle, usually at the right angle. turbidimetry is usually applied in the cases of concentrated particulates dispersed in solution whereas nephelometry is based on the scattered radiation at an angle, usually at the right angle. turbidimetry is usually applied in the cases of concentrated particulates dispersed in solution while nephelometry offers reliable results at low concentrations because a small scattering intensity against a black background is easier to measure than a small change in intensity of intense transmitted radiation. the intensity of radiation appearing at any angle depends upon the number of particles, their size and shape, as well as the wavelength of the radiation [11]. if the light reflected out of the plane of incidence of the radiation is considered the phenomenon it can be considered as diffuse reflectance [1-2,8], to which kubelka-munk theory can be applied [12]. ecl. quím., são paulo, 34(2): 29 36, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 29 36, 200930 the application of flow methods based on the formation of precipitates in line implies in some possible problems. among them the most obvious are the clogging of the tubes and the deposition of precipitate on the windows of the optical cell. despite these problems however various turbidimetric, nephelometric, and reflectometric methods were reported in the literature [10 – 24]. recently, the possibility to determine nickel by diffuse reflectance in a flow system where it was precipitated and kept dispersed as nickel dimethylglyoximate, a solid compound that easily adders to surfaces and that rapidly forms agglomerates was demonstrated [1]. sulfate is probably the most popular analyte determined by flow turbidimetric procedure, based on its precipitation as barium sulfate. krug et al., in 1977 [25] adapted to a flow injection procedure the classical batch turbidimetric method for the determination of sulfate in natural waters and plants digest. it has been successfully applied to a variety of matrixes as environmental, plant digests, clinical and wine samples [24-48]. alternatively, flow procedures for sulfate analysis are based on the precipitation of pbso4 [49]. a nephelometric flow method for sulfate was also described [50]. the nucleation of barium sulfate is ph dependent [27,31,46]. the ph not only affects the formation of the barium sulfate precipitate but also its structure. a precipitate obtained in a solution which ph is below 3 consists of well-shaped crystals, whereas at ph from 3 to 7 the precipitate is amorphous [27]. to obtain an acidic medium, hydrochloric acid is frequently applied. this addition is also done to prevent the formation of precipitates like carbonate, sulfite and phosphate of barium, which may interfere [48]. one of the critical problems in sulfate determination using its precipitation with barium ions is the formation of deposits of barium sulfate in the system, including on the cell windows. to resolve this situation, liu and dasgupta [40] proposed an elegant method where the precipitate is formed in situ in a drop. however, despite the fact that this system solved the problem of the deposition on the cell windows, the precipitation of barium sulfate in the capillary tubes of the flow system probably still remains. in this work the objective was to develop a very simple reflectometric method for the determination of sulfate in natural water and in digests in which the deposition of barium sulfate into the flow system is minimized. in this sense, a simple glass cell without corners was idealized (essentially a glass tube) and a very thin precipitate was desired. experimental apparatus peristaltic pump: model mp13 gj4, ismatec, switzerland. chart recorder: cole parmer 8375 series (20 mv full scale), usa. wheatstone bridge circuit: leeds & northrup, philadelphia, pa, usa. pumping tubes: tygon® r3607 (ismatec, switzerland); i.d. 0.51 mm, o.d. 2.33 mm, color code red-red; carrier; i.d. 1.14 mm, o.d. 2.86 mm, color code red-red; sampling; i.d. 1.75 mm, o.d. 3.47mm. connecting tubes: polyethylene (i.d. 0.9 mm, o.d. 1.9 mm). reflectometric cell: it is similar to that already described [1] with the difference that it was constructed in black ptfe (polytetrafluoroethylene). sample injector: this has been described previously in details [51]. this injector was constructed in polytetrafluoroethylene (ptfe) and consists essentially of three round pieces tightly connected through their centers by a screw. holes of about 1.8 mm in diameter are paths for the solutions and also the connections for the polyethylene tubes that conduct these solutions to and from the valve. the two external pieces are fixed on a metallic base and the third (on which the sampling loop of constant volume is placed) is located between the other two as a sandwich. this central piece can be moved in a teeter movement around its axis. this movement allows the introduction of the sample into the flow system [51-53]. glass cuvettes: for the batch procedure a 2 cm optical pathway glass cuvette was used. for the fi proposed method an 1 cm pathway glass flow cuvette was used. spectrophotometer: for ecl. quím., são paulo, 34(2): 29 36, 2009 31 the batch procedure a micronal model b–382 was used. mixer with magnetic stirring: already described [54-55]. in figure 1 a scheme of the flow injection system is shown. a1 is the flow containing barium ions 0.050 mol l-1 with polyvinyl alcohol 0.05% m/v in hcl 0.01 mol l-1. the flow a2 (carrier) is an hcl 0.01 mol l-1 aqueous solution. in this stream the sample containing sulfate is introduced. in the mixer m and in the coil l the reaction (precipitation) that is detected by the reflectometric sensor occurs. after five determinations it is recommendable to clean the line injecting 1 ml of an edta 0.02 mol l-1 in naoh 0.6 mol l-1 solution [27,31], using a hypodermic syringe s, in order to avoid accumulation of the precipitate along the line, including on the cell windows. in the mixer m the mixture of the reagent with the analyte solution is vigorously stirred, increasing the contact of the reagent species and therefore decreasing the reaction time. it is also expected that this stirring favors the formation of very small particles. figure 1 figure 1. scheme of the flow injection manifold: a1 = reagent solution of ba2+ 0.050 mol l-1 with polyvinyl alcohol 0.05% m/v in hcl 0.01 mol l-1 at a flow rate of 2.27 ml min-1; a2 = hcl 0.01 mol l-1 at a flow rate of 2.27 ml min-1 (carrier solution); d = pulsation damper; l = 100 cm length reaction coil; m = mixer with magnetic stirring; ml = introducing of edta cleaning solution; s = syringe with edta solution; p = peristaltic bomb; i = entrance of the aliquot one; v = sample introducing valve; w= waste; bt = 6 v battery; ps = 12.0 v power supply; wb = wheatstone bridge; re = potentiometric chart recorder; led = light emitter diode; ldr = light dependent resistance; i = sampling inlet, volume of the aliquot 500 µl. reagents and solutions all the reagents used were of analytical grade. the water was distilled in a glass distiller and deionized in a milli-q plus ultra-pure system. 1.0 l of sulfate 1000 ppm stock solution was prepared: 1.3760 g of the (nh4)2so4 dried in an oven for 2 hours at 120 oc was dissolved in 1000.0 ml of water in a volumetric flask. the concentrations of the analyte used for the construction of the calibration curve were obtained from this stock solution after adequate dilutions. barium ions solution 0.050 mol l-1, with polyvinyl alcohol 0.05% m/v in hcl 0.01 mol l-1, was prepared by dissolving 0.500 g of polyvinyl alcohol in 100 ml of boiling water, under agitation with a magnetic bar. this solution was transferred to a beaker containing 800 ml of water. when the resulting solution was clear 12.212 g of bacl2.2h2o were added. this last solution was cooled to ambient temperature and then 0.8 ml of concentrated hcl was added. the volume of the final solution was completed to 1000.0 l in a volumetric flask. the carrier solution, hcl 0.01 ecl. quím., são paulo, 34(2): 29 36, 200932 mol l-1, was prepared by diluting 0.8 ml of concentrated hcl in 1 liter of water. reference method as reference method the batch turbidimetric procedure was used [56-57]. the construction of the calibration curve was done as follows. using a class a glass pipette, 2.0 ml of the barium 0.050 mol l-1 solution was put in a small 25 ml beaker containing a magnetic bar. 2.0 ml of the sulfate solution (in presence of pva (0.05 % w/v) and hcl (0.01 mol l-1)) was carefully added under magnetic agitation. the system was allowed to react during 2 minutes with stirring. in sequence, the turbidimetric measurement was done in the spectrophotometer at 420 nm, using a 2 cm pathway glass cell. the standard sulfate solutions were prepared in the following concentrations: 20, 40, 60, 80, 100 and 120 ppm (w/v). the calibration curve is described by the equation a = 0.0879 + 0.01122 c (r = 0.998), where a is the absorbance value and c the sulfate concentration in mg l-1. real samples natural waters: in the case of natural waters i and ii, an initial volume of the original samples was evaporated in order to concentrate the sulfate. 10 ml of hcl 0.1 mol l 1 per liter of water before the concentration process was added to avoid precipitation of carbonates. natural water iii was analyzed as it was in the bottle after degasified using ultrasound. plant leaves: adequate mass of soy leaves was carefully calcinated in a microwave furnace. the temperature was increased from the ambient to 100 oc and then in steps of 100 oc until 400 oc, following a direct heating to 550 oc. in the intermediate temperatures the sample stands during 30 minutes and at 550 oc during one hour. the residue was treated with water and with sodium carbonate during 30 minutes at about 80 oc, following filtration directly in a 25.0 ml volumetric flask. enough hcl solution 0.1 mol l-1 was drop-wise added until a ph lower than 4. the volume was completed to the mark with hcl 0.01 mol l-1. this solution was directly introduced in the flow system and analyzed with the batch turbidimetric procedure. biodiesel: a sample of biodiesel was carefully calcinated at 550 oc similarly to the soy leaves procedure above described and the residue treated as done above for soy leaves. results and discussion in the fi reflectometric cell the led and the ldr are relatively positioned in an angle of 90◦ which vertex falls below the flow cell. this angle was chosen in order to minimize the specular reflection component and, at the same time, to maintain enough radiation reaching the detector. when water or transparent solutions pass through the cell, the light coming from the light emitter diode (led; λmax = 566 nm) partially reflects on the walls of the glass tube and on the solution interfaces. the reflection on the walls of the cell was minimized as it was constructed in black ptfe. the reflections on the glass walls and on the interfaces glass-solution and solutionglass still occur and are comparable to those in the cell constructed with white ptfe [1]. a constant part of this radiation reaches the detector (ldr; λmax = 550 nm) which resistance is then equilibrated in the wheatstone bridge until the read voltage is zero. when the white precipitate of barium sulfate enters the cell, the radiation is randomly reflected on the particles in all directions. with the reflection process, the intensity of the light that reaches the detector changes upsetting the wheatstone bridge. the resultant signal is registered, being proportional to the quantity of precipitate, in the working concentration range. the so called diffuse reflectance process is currently considered when occurring on particles supported on solid surfaces. however, diffuse reflectance also occurs on solids dispersed in liquids and in gas phases. in figure 2 a simplified scheme of possible reflections of a light beam on suspended particles in a liquid, in a diffuse reflection process is shown. obviously, main interaction between light and precipitate is expected to occur on the first layers of particles. the plausibility of this supposition increases with the increasing of the number of particles in the path of the light, i.e., ecl. quím., são paulo, 34(2): 29 36, 2009 33 with the increasing of the analyte concentration, reaching the maximum limit in the solid case. considering the configuration of the detection cell used in the present work these reflections occur on the suspended particles in the glass tube placed into the detection cell. the walls of the tube and the reflection and refraction on them and on interfaces are not shown in figure 2, for visual simplicity purposes. taking into account the geometry of the cell, the reflectance (radiation that is reflected out of the plane of incidence of the light) that occurs on the first rows of the suspended particles in the solution can be considered, in a whole, as a diffuse reflectance phenomenon. figure 2 figure 2. simplified scheme representing some of the possible light reflections on solid particles suspended in a solution, in a diffuse reflection process. to optimize the fi system, the influence of various parameters was investigated. the dependence of the signal height on the total flow rate from 1.90 ml to 4.67 ml min−1 was studied. the rate of 4.67 ml min−1 for the method was selected as it combines analytical signal of good intensity and high analytical frequency. the analytical signal was considered good when the obtained r.s.d. (i.e. the relation 100 × s.d. / s; s.d. is the standard deviation and s is the analytical signal) was about 3% or better. the influence of the reaction coil length was also investigated. it was observed that the signal increases when l increases from 50 to 100 cm, falling beyond this length. the length of 100 cm was adopted. the influence of the sampling volume on the analytical signal was studied from 200 to 500 µl. after an initial fast increase, beyond 400 µl a minor influence on the signal is observed. for the experiments the volume of 500 µl was adopted as it furnishes a very good analytical signal without decreasing the analytical frequency. barium chloride solutions in presence of polyvinyl alcohol (pva) 0.05% w/v, in hcl 0.01 mol l 1, were prepared [25]. pva acts as stabilizer of colloids increasing the repeatability of the system. the influence of the concentration of ions ba2+ on the analytical signal was studied and the results are shown in figure 3. krug et al. [25] used a solution of ba2+ 0.204 mol l-1 for the quantitative precipitation of barium sulfate in a fi turbidimetric method. in the present work however it was observed that, above ca. 0.025 mol l-1 of ba2+, the analytical signal does not present significant increase. to guarantee a safety margin of concentration for the quantitative precipitation of barium sulfate, a solution of barium chloride 0.05 mol l-1 was adopted. this decrease in the barium ions concentration means not only an economy of reagent but could also mean a decrease on the barium sulfate into the line along the operation time. ecl. quím., são paulo, 34(2): 29 36, 200934 figure 3 figure 3. influence of the concentration of ions ba2+ on the height of the analytical signal. concentration of sulfate ions = 100 ppm; flow rate = 4.67 ml min−1; bobbin of reaction = 100 cm; sampling volume = 500 µl. to avoid accumulation of barium sulfate in the flow system, it periodically cleaned, after a set of five determinations, with an edta 0.06 mol l-1 in naoh 0.2 mol l-1 solution, using a syringe s located before the mixer with magnetic agitation, as can be seen in figure 1. the calibration curve of the method was studied between 0 and 275 ppm. the linear behavior is obeyed between 20 and 120 ppm and is described by the equation h = – 1.138 + 0.0934 c, where h is the height of the signal in centimeters and c the concentration of sulfate in ppm (mg l-1). the correlation coefficient is r = 0.9993. from 20 to 180 ppm the calibration curve is described by the polynomial equation h = – 2.46 + 0.144 c – 3.05 × 10-4 c2 (r = 0.998). table 1. comparison between values obtained by the proposed fi method and by the turbidimetric batch method, for different samples, using the statistical student’s t-test and the f test [58] in 5% significance level. ιn the biodiesel case, the results are expressed as % w/w of sulfate; the soy leaves results are expressed as mg kg-1; waters analyses are expressed as mg l-1 of sulfate. sample labela fib ±dp ±dpr turbc ±dp ±dpr t d f e water i 20.6 22.3 0.7 3.3 23.2 0.7 3.0 1.36 1.00 water ii 20.6 24.1 0.4 1.8 25.6 0.7 2.7 3.34 3.06 water iii 42.0 67.4 2.6 3.9 70.1 2.2 3.1 1.52 1.40 soy i 2.47 0.03 1.2 2.53 0.04 1.6 2.01 1.78 soy ii 3.47 0.04 1.1 3.55 0.05 1.4 2.16 1.56 biodiesel 0.003f 0.00158 0.00003 1.9 0.00155 0.00006 4.1 0.81 4.00 a value declared in the label; bfi = proposed flow injection method; c turb= turbidimetric batch method; d calculated t value ; e calculated f value; f maximum limit allowed by legislation; for 5% ecl. quím., são paulo, 34(2): 29 36, 2009 35 significance level: tabled f = 6.94; the number of determinations, n1, for the flow method, was n1=5; for the turbidimetric batch method n2 = 3; tabled t is 2.45. in table 1 it can be observed that, excepting in the case of water ii where the t calculated value is a little above the tabled value, all other results indicate agreement between the two methods in the 5% significance level. if the 1% significance level is considered, the tabled t = 3.71, and, therefore, even in the case of water ii statistical agreement is observed [58]. conclusions in face of the above explained, the proposed fi reflectometric procedure for the determination of sulfate in various matrixes offers analytical quantitative results of good precision and accuracy; it is very simple to be performed; the instrumentation used is of relatively low cost; the reagent concentration is low; about 120 determinations can be easily performed per hour. in comparison with the turbidimetric batch procedure the flow proposed method is more precise and simpler to be performed. in comparison with the flow turbidimetric method proposed by krug et al. [25], the results are similar but the used reagent concentration in the method here proposed is lower; it also uses a commercial spectrophotometer whereas the here proposed procedure uses a home made detection device. krug’s method was applied to natural water samples and leaves digest. in the present work a new analytical matrix, biodiesel, was introduced presenting very good results. based on these results the method can be recommended as an alternative for the quantitative analysis of sulfate in a variety of samples. acknowledgements the authors are grateful to capes, coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior, to cnpq, conselho nacional de pesquisa científica e tecnológica, and to fapesp, fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo, for the financial support. determinação potenciométrica de minoxidil em formulações farmacêuticas de uso tópico received november 03 2008 accepted october 14 2009 resumo: um método potenciométrico para a determinação de minoxidil em formulações farmacêuticas baseado na reação redox entre k2cr2o7 e o minoxidil, foi desenvolvido. os melhores resultados foram obtidos usando concentrações de 1,00 x 10-2 mol l-1 para o minoxidil e 1,00 x 10-3 mol l-1 para o k2cr2o7 ambos diluídos em uma solução em de h2so4 2,00 mol l-1, a 60°c. as recuperações para método proposto foram da ordem de 98,7 % a 97,4 % dependendo da amostra comercial. o método proposto foi aplicado à amostras comerciais contendo minoxidil e, quando comparado com resultados obtidos a partir de procedimentos cromatográficos, apresentou concordância no nível de confiança de 95%, de acordo com o teste t-student. palavras chave: determinação minoxidil; titulação; potenciometria. references [1]. m. tubino, c.a.r. queiroz, anal. chim. acta 600 (2007) 199. 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u ra s , em d i f e r en t e s p r op o r çõ es , fo r am i nv e s t i gad a s co m o p os s í v e i s f i l m es cap to r e s . e m e t ap as s egu i n t e s , v e r i f i c a ram se a l gu n s p a r âme t ro s i m po r t an t es co mo o e f e i t o d a v a zã o d o p o lu en t e , d a t e mp er a t u ra d e t r ab a lh o e d a ma ss a d a p e l í cu l a , o t i m i za nd o -s e as co n d i çõ es ex p e r im e n t a i s p a r a a mo n tage m d o m é t od o . c on cl u i u s e q ue o f i l m e m a i s p r o mi sso r , so b a s co nd içõ es a j us t ad as , s e r i a u m a m i s t u ra 2 :1 ( v / v ) de s o l u çã o co me rc i a l ( a) d e ác i do g l i c ó l i co ( 70 % m / m) em á gu a , ad i c i on a da a t e t r ak i s (h id r o x i e t i l ) e t i l en od ia m in a t h ee d ( 3 :4 v / v ) , c o m u ma so l u ção s a t u ra d a ( b ) d e ác i do t ân i c o e m a ce t on a . e s t ud o s d e r ep e t i b i l i d a d e , do t em po d e c on t ac to (p o l uen t es en so r ) e d e a lgu n s po s s ív e i s i n t e r fe r en t e s c o mp l e t a ra m os t r a b a l h o s . a s cu r v as a n a l í t i ca s r e su l t an t e s m os t r a r am f a ix as l i n ea re s n a r eg i ão d e t r ab a l ho (2 , 0 a 1 1 pp m v o u 1 , 4 a 7 , 7 m g/ m 3 d e nh 3 ) , p a r a q u a t ro d i f e re n t e s t em p o s d e ex po s i ç ão ( 0 , 5 ; 1 ; 2 e 3 min ) , c o m c oe f i c i en t es d e co r r e l a çã o ( r ) v a r i and o www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 22 e n t r e 0 , 99 94 e 0 , 99 8 0 , e r es pe c t iv a s s ens ib i l i d a d es d e 1 3 ,5 a 4 2 ,0 h z / p p m v . p al a v ra s c hav e : am ô n ia , s en so r p i ez e l é t r i c o ( mc q ) , á c i do g l i có l i c o á c i do t ân i c o -t h eed f i l m e. i n t ro d uçã o a m ôn ia a am ô ni a é u m gá s i n co lo r à t e mp er a tu r a am bi e n t e , p os su i u m o do r m u i to f o r t e e é c on s id e rav e l men t e m a is l ev e q u e o a r . po s s u i po n t o d e fus ão d e 7 7 ,7 °c , e po n t o de ebu l i ção d e -3 3 , 4°c , s en d o b as t an t e so lú v e l e m á gu a e p o den d o s e r r em ov i d a so b f e rv u r a [ 1 ] . no es t ad o l í q u id o , co me rc i a l m en t e d i s po n í ve l e m so lu ç ão a qu o sa d e 1 5 m ol l 1 ( 28 % m / v) , co m a d e no m in a çã o d e amo n í ac o , a a mô ni a é u m d o s so l v en t es qu e m a i s t em s id o u s ad o p ar a o e s t u d o d e r e açõ es q u ím i ca s . a l ém d i s so , a a mô n ia p od e f o r ma r m i s tu r as ex p lo s i v as c o m o a r , à t em p e r a tu r a e p re s sã o a m bi en t e , q u an d o p r e se n t e em c o n ce n t r açõ es d e 1 6 27 % e m v o l u me . o s p ro du to s d a c o mb us t ão s ão , p r in c ip a l me nt e , n i t r ogên io e á gu a , co m t r aço s d e n i t r a to d e am ôn io e d ióx id o de n i t ro gê n i o [ 2 ] . p r o d u z id a i nd us t r i a l me n t e , ge r a l m en t e , p e l o p ro c es so d e ha b e r b os ch , q u e c o mb i na d i r e t am en te n 2 e h 2 , u s an do f e r ro co mo c a t a l i s a dor m i s t u ra do co m a lgu ns óx id os ( al 2 o 3 , k 2 o , s io 2 , c ao, m go ) , a 4 5 0°c e 2 7 0 a t m d e p r e ss ão [ 3 ] , a am ô n i a é u t i l i z ad a em gra n d e q u an t i d ad es n o m u n d o t od o de v id o à s su as d iv e r s a s p ro p r i ed ad es . d e n t r e e s s as a p l i ca çõ es , d e s t ac am se o s e u us o com o f o n t e d e n i t ro gên io na f a b r i ca çã o d e f e r t i l i z an t es , n a f o r m a d e s a i s d e a mô ni o ( n i t r a t o , f os f a t o , s u l f a to ) o u u r é i a ; co mo a ge n te n eu t r a l i z ad o r na i n dú s t r i a d o p e t r ó l eo e gá s d e r e f r i ge ra çã o em s i s t e mas i nd u s t r i a i s , p o i s s eu a l t o p o de r r e f r i ge r an t e e b a ix o po t e n c i a l d e d es t r u i ção d o o zô n i o es t ra to s f é r i co t o rn a m es t e gás ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 23 a d eq u ad o p a ra s e r u sad o e m gr a n d e s m áq u i n as d e re f r i g e r aç ão i n d us t r i a l , e v i t an d o a s s i m o s u su a i s co mpo s to s c l o ro f l uo rc a rb o n e to s (c fc s ) [1 ,4 ] . e m am b i en t es f ec had os , o gr a n d e p r ob l e ma d a am ôn i a é o v az am en t o n o s s i s t e ma s d e r e f r i ge r aç ão r ep re s en t a nd o , a s s i m , u m r i s co à s aú de das p e ss o as q u e t r ab a l h a m n e s t e s l o c a i s . um a p es so a po d e s e r ex p o s t a d i a r i a m en t e a 3 0 p p m v d e a mô n ia du r a n t e 8 h o r a s d e t r ab a lh o , s en do o l i mi t e o l f a t i v o méd io d o s e r hu m an o e m t o r no de 5 5 pp m v . a pe n as a lgu m as d ez en as de p p m d es t e gá s s ão n ec es sá r i as p ar a p r od u zi r u m o do r ex t r em am en te d e sa gr a d áv e l . po ré m , co m a p e rd a d e s en s i b i l i d ad e e sp e c í f i c a d o o l f a to , ap ó s a l gu m t em p o d e pe r m an ên c i a em am b i en t e s c o n t a min a do s po r a mô ni a , s ão i m p r es c in d í ve i s a d i spo n i b i l i z aç ão d e s i s t e ma s d e d e t e cção q u í m ic a f ác e i s d e o p e r a r , d e b a ix o cu s t o e r e sp o s t a r áp i d a , c ap az es nã o ap en as de d e t e c t a r , m as , t am b ém, q uan t i f i ca r o s n ív e i s d es t e gás e m u m a am p l a f a ix a d e c o n cen t r a çõ es . o ut r o p r ob l e m a q u e o co r re em amb i en t e s f ec h ad os e s t á r e l ac io n ad o co m a c r i a ção ex t en s iv a d e a n im a i s , q u e é u su a l m en t e f e i t a c on f i n an do os e m u m d e t e r m in ad o e sp aço . co mo as f e ze s e u r in a s ão fo n t e s d e am ô n i a , i s so p o de r e su l t a r em c o n c en t ra çõ es l o ca i s e l ev ad as d o c o mp os to , o q u e v a i i n t e r f e r i r n a s aú d e do s an i ma i s , p od e nd o o c as ion a r p r e ju í zo ao s p r od u t o r e s . nes t e c a s o , mé t od o s an a l í t i co s q u e f o r n eçam d a do s sob r e a c o n c en t r a ção m éd i a d i á r i a d e am ô ni a a ju d a r i a m a c o n t ro l a r e s s es p r ob l em as [ 1 ] . a a mô n ia p od e s e r d e t e r min ad a u t i l i za n do -se v á r i a s t éc n i cas , t a i s c o mo p on ten c i o m et r i a [ 5 ] , i n j e çã o em f lu x o [6 ] , am os t r age m d i fu s iv a [7 ] , d e n t r e o u t r a s m a i s . c o n t ud o , a s me t o d o lo gi a s em p r egad a s e n v o lv em e t a pa s c o mp l i c ad as , a l é m d e ex i g i r em a l gu n s p ré t r a t am en t os . na l i t e r a tu r a , en con t ra m -s e a lgu n s t r ab a lh os ma i s r ec en t e s so b re a d e t e r m in aç ão d e amô n ia , a t r av és d e s en so r es p i ez e l é t r i co s [ 8 -1 0 ] , o s q u a i s , ma i s e sp ec i f i c am ent e , em pr ega m a m i c r o ba l an ça d e c r i s t a l d e q u a r t zo ( qc m) , q ue s e r i a u m a a l t e rn a t i v a m a i s ba r a t a , r á p i d a e p r á t i c a , e m r e l açã o à s d e m ai s t écn i cas c i t ad as an t e r io r me nt e . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 24 f u n d am e nt os da t écn i ca e p e qu e no h i s tó r i co o s en so r p i eze l é t r i c o d e c r i s t a l d e qua r t zo ou m i cr o b a l an ç a d e c r i s t a l d e q u a r t zo (q ua r t z c r y s ta l m i c ro ba l an c e – qc m) é u m d i sp o s i t i v o e sp e c i a l me nt e i n t e r e s san t e e i n s t r u t i v o . e s t e s en so r e s t á b as ea do n as c a r ac t e r í s t i ca s p i eze l é t r i ca s d o q ua r t zo q u e , e s t an do co n ec t ad o a u m c i r cu i to e l é t r i co ap r op r i ad o , o sc i l a a u m a f r e qu ê nc i a co n s t a n t e e c a r ac t e r í s t i ca d a su a ma ss a e f o r ma . e s t a p ro p r i ed a de , co m p a r t i l h ad a t am b é m p o r ou t r os m a t e r i a i s c r i s t a l i n o s , é ch am ad a d e e fe i t o p i e z e l é t r i co , s ob r e a qu a l s e fu n da me nt a a mi c ro b a l an ça de c r i s t a l de qu a r t z o . a f r eq u ên c i a co ns t an t e , ca r ac t e r í s t i c a do c r i s t a l ( d i ap as ã o) c o ns t i t u i a b as e d o con t ro l e d e t em p o d o s r e ló gi o s e c ro n ô m et r os mo d e rn os d e a l t a p r e c i s ão , con t ro l e d e a p a r e lh os de gp s , f i l t ro s d a m a i o r i a do s e q u i p a men to s e l e t r ô n i co s , c on t a do res e f r eq u en c í m e t ro s , p ro p r i ed a des e s s as qu e l e v a ram a mu i t o s ou t ro s s i s t e ma s i ns t r u m en t a i s a n a l í t i co s m ai s ex a to s e p r ec i so s [1 1 ] . q u a nd o u ma p eq u en a ma ss a d e m at e r i a l é de po s i t ad a s ob re a s up e r f í c i e d e u m c r i s t a l d e q u ar t zo os c i l an t e , a su a f r eq u ên c i a d e v ib r aç ão d i m in u i . e s sa v a r i a ção de f r e q u ên c i a , ∆f ( hz ) , t e m u ma r e l aç ão l i n ea r c o m a m as s a i n co rp o rad a à f a ce d a l â mi n a c r i s t a l i n a qu e , de a co rd o c o m s a u erb r e y [ 1 2 ] , p a r a c r i s t a i s co m c or t e at, é d ad a p e l a eq u aç ão : ∆f = 2 , 3× 10 6 f 0 2 (∆m /a) ; s en do ∆f ( hz ) a d i min u i çã o d a f r eq u ên c i a os c i l an t e cau s ad a p e l a p e l í cu l a me t á l i c a ( e l e t ro d o ) ou f i l m e ( co a t in g) d ep os i t ad o , f 0 ( mh z) a f r e q uê n c i a r es son a n t e fu n da me nt a l d a l â m in a d e c r i s t a l d e q u ar t zo , ∆m( g ) a m as s a t o t a l d epo s i t a da e m amb as a s f a ce s do c r i s t a l e a ( cm 2 ) a á re a a t i v a d o e l e t r od o d e u ma d e su as f ac es [1 3 ] . d es t a m an ei r a , o b t é ms e u m a mi c ro b a l an ç a a p l i can d o-se s ob r e a s up e r f í c i e d o e l e t r o d o / c r i s t a l u m a f i n a p e l í cu l a ( f i l m e , “co a t i n g” ) , t am b é m ch a ma d a d e su b s t r a t o cap to r , q u e ge r a l m en te é u m p o l í me ro e s t á v e l q u e t en h a a f i n id a d e p e l a sub s t â n c i a ga so sa /p o l u en t e qu e s e d es e j a d e t ec t a r e q u an t i f i ca r . na p r á t i c a , f az s e p a ss a r u m f l ux o co n t ro l ado do ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 25 gá s d e a r r a s t e , con t en do o an a l i t o de i n t e re s se , s i mu l ta n e am en t e , so b re a mb o s o s l a do s d o c r i s t a l d e q u ar t zo . sen do o p o l uen t e c ap t ad o por s o r ção , a t r a v és do f i l m e e sp ec í f i c o , cau sa rá u m a d im in u içã o d a f r e qu ê n c i a d e v ib r aç ão do s e n so r , c u j o v a l o r e s t á r e l ac io n ad o à ma s sa o u à c o n c en t r a ção d e ss e an a l i t o . e s se s s en so r e s t êm s id o u s ad os pa r a d e t ec t a r u m a va r i ed ad e d e s ub s t ân c i a s e m fa s e gas o s a . a c h am -se d e s cr i t os mé t od o s pa r a am ôn i a , a ce to ín a , su l f e to d e h id r o gên io , d ió x i do de enx o f r e , á c id o c lo r í d r i co , d ió x i do d e n i t rogên i o , m on oni t ro to lu en o ( ex p lo s iv o) , me t i l ami n as , v a po r e s d e me rcú r io , h id ro gê n i o , ác ido c i an íd r i co , mo nó x id o d e ca r bo n o , d ió x i do d e c a rb o no , f o r m al d e íd o , fo sgên i o , oz ôn io , t o l u en o , x i l en o e o u t ro s h i d r o ca rb o ne t os a ro má t i co s , d i i so c i an a to d e t o lue n o , d i n i t r a to d e p r op i l en o g l i co l , ga s es an e s t és i co s (h i d ro c a rb o n e to s h a l o gen a d o s ) , c o mp os t os o r ga n o fo s fo r ad os e d e f en s iv o s a gr í co l as [1 4 ] . a s ap l i ca çõ es ana l í t i c as d os c r i s t a i s p i ez e l é t r i c os “ r ec o b e r t os ” c o me ça r am a p a r t i r d e 19 6 4 , q u an d o k in g [1 5 -1 7 ] , t r ab a lh a nd o co m s ub s t ân c i a s u s ad as co mo f a s es es t ac io n á r i a s em c ro m a to gra f i a , r eco b r iu o s e l e t r o d os c o m t a i s s ub s t r a to s d e t ec t a nd o e q u an t i f i can do os a f l u en t es ga so so s . u t i l i z and o a e q u a ção d e s a u erb re y , ki n g e s t i m o u em 1 n g o l i mi t e t eó r i c o d e d e t ec çã o , b a t i zan d o o d i sp o s i t i v o d e “d e t ec to r p i e ze l é t r i co d e so rçã o ” . d ev i do à s u a e l ev ad a s en s i b i l i da d e , b a ix o c us t o , p e qu e no t am a nh o , s e l e t i v id ad e e ro bu s t ez , t a l d e t ec to r r ev e l ou -s e i d e a l p a r a mui t o s p r op ó s i t o s an a l í t i co s , mo s t r an do s e e sp e c i a l m en t e ap l i cáv e l e m b a ix as t e mp era t u ra s , t o r na nd o p os s í v e l a an á l i se d e c o m po s t os n o rm a lm e nt e i n s t áv e i s ac i ma da t em p e ra tu r a a mb i en t e . r eco b r in d o o s c r i s t a i s co m p en e i r a s m ol e cu l a r es , p o l í me r os h i g ro s c ó p ic os , s í l i c a ge l e l í q u id os p o l a r es , kin g d e sen v o l v eu e c o m er c i a l i zo u o p r im e i r o d e t e c t o r d e u m i da d e c ap az d e ac u s ar 0 ,1 p p m v d e v a p o r d e á gu a n o a r , t en do t a m b ém t r ab a lh a do c o m h id r o ca rb on e to s (x i l eno ) . se m d ú v id a , p a r a o d es en vo lv im e nt o d e n o vo s m é to do s an a l í t i co s , n a d éc ad a d e s e t en t a , gu i lb au l t & c o la bo ra do r es [1 4 , 18 -2 9 ] d e r am u ma ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 26 gr a n d e c o n t r i bu i çã o , p r in c i p a l m ente , n o e s tu do d e v á r i os p o lu e n t es ga so so s . a o lo n go d os an os , p es qu i s a s i n t en sas f o ra m r ea l i z ad as e c o nd u zi r am ao d esen vo lv i me nt o d e mu i t o s d e t ec to r es d e f a s e gas os a p a r a v a po r e s o rgân i cos , p o l u en t e s am bi e n t a i s e d e t e c t o r e s c r oma t o grá f i c os . se gu n d o o’s u l l i va n & g u i l b a u l t [1 8 ] o p r i m ei r o i m u n o sse ns or d e f a s e ga so sa fo i d es c r i t o p o r gu i l b a u l t & ng eh -n g wa inb i ( 1 9 88 ) , s end o q u e t a mb ém , n es se me s mo ano , f aw c et t e t a l . f o r a m o s p r i me i ro s a d e sc rev e r u m b io s se ns o r p a r a d n a. e s t a á rea t e m ch a ma d o m ui t o a a t e nç ão d o s p esqu i s ad o r es , po i s o u s o d e an t i co rp o s a t u an do c o m o r ev es t i me n t o d os e l e t ro d os o fe re ce u m a e s p ec í f i ca b io s se l e t i v id ad e ao m é t od o . pa ra a d e t e cç ão d e gás d e a m ô n i a ex i s t em es tu d os r e ce n t e s d e d i f e re n t e s f i l me s qu e a u ment a r i a m a se n s i b i l i d ad e e e f i c i ê n c i a do m ét od o a n a l í t i co , t a i s com o : f i l mes d e p o l i v i n i l p i r ro l i d on a (pv p) , q u e s e r vem t am b é m p a r a d e t e rm in a r a mi n as a l i f á t i c a s [ 10 ] ; f i l m es n a no po r oso s d e p o l i e l e t ró l i t o s co m u m a c am ad a d e α– zr p d ep os i t ad o s so b r e a s f ac es d os e l e t r od o s , p e l o m é t o d o “la y er by l a ye r” , s e nd o a f u n ç ão d os p o l i e l e t ró l i t o s es t ab i l i z a r a e s t ru tu r a p o ro sa d o f i l m e , a l é m d e m an t e r a s u a u m id a d e r e l a t iv a , o q ue a u m ent a r i a a s e ns ib i l i d ad e d o f i l m e p a r a a a mô n i a e o u t ro s gas es h id ro f í l i co s [3 0 ] ; f i l m es d e t a 2 o 5 [3 1 ] , f i l m es d e z n o [ 32 ] e n t r e o u t ro s . m a t e r i a i s e mé to d o s a p a re l ha g em e a r ra n j o ex pe r i m en ta l n es t e t r ab a l ho f o r a m u t i l i zad o s c r i s t a i s p i ez e l é t r i c os d e q u a r t zo d e 1 0 m hz , co m co r t e at ( m ai s e s t áv e i s e c o m b a ix o co e f i c i e n t e d e t em p e r a tu r a en t r e 1 0 e 5 0 o c ) , n ã o -p o l id os , c on t e nd o f i n í s s i mo s d ep ó s i t o s d e ou ro ( e l e t ro do s ) em a mb o s os l ad os , d i sp on ív e i s co me r c i a l me nt e e m o n ta do s em su p or t e s d e c e r â mi ca m od e lo hc6 /u ( icm , ok l ah o ma , ok, u sa ) . o d i âm e t r o d o d i s co l a mi n ar d e q u a r t zo ge r a l m en te é d e 10 a 1 6 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 27 m m, co m ap ro x i mad a me nt e 0 ,1 5 mm d e e sp e ss ur a , s en do q u e o e l e t ro d o m e t á l i co t em es p ess u r a e n t r e 3 . 00 0 e 1 0 .0 00 ǻ e d i â me t ro s v a r i an do de 6 a 8 mm ( á r e a su p e r f i c i a l a t i v a a ce rc a d e 0 ,4 0 c m 2 ) . o c r i s t a l , apó s s e r r ec o be r to co m o f i lme a d e qu a do , fo i co lo c ad o em u m a c é l u l a d e v id r o , f i can do su a s f a ce s ex p o s t a s ao f l u x o d e v a po re s , e l i gad o a u m o sc i l ad o r t r an s i s to r i za do ot -1 3 ( ic m, ok l ah o ma ) , q u e o m an t ev e v ib ran d o em su a f r eq u ên c i a r e ss on a n te . o o s c i l a do r é a l im en t ad o p o r u m a f o n t e r e gu l a do ra de v o l t agem ( h ea t hk i t , m od e l o ip – 2 7 2 8) a ju s t ad a p a r a a p l i ca r 9 vo l t s d c , e a f r eq u ên c i a d e s a í d a fo i mo n i t o r i zad a po r u m f r eq u en c í m e t r o d i g i t a l (g ol d s t a r fc 2 0 1 5 ) , co m s en s i b i l i d ad e d e ± 1 , 0 h z ( 8 d í g i t o s ) , em i n t e rv a l os d e t emp o c ro no m et r ad o s . es se a r r an jo ex p e r i m en t a l s egu i u u m d i agra ma d e b lo co s ( fi g . 1 ) j á u t i l i z ad o em t r ab a lh o s an t e r io re s so br e e s tu do d e p o l u en t e s gas o s os [ 14 ] , s en do , a m a i o r i a d as e t ap a s , r e a l i za d a so b t em pe r a tu r a am b ien t e ( 25 o c ) . f ig ur a 1 . ar r an jo ex p e r i m en t a l c o mp le t o u t i l i zad o . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 28 1 ) r eg i s t r a do r ; 2 ) c on v er so r d i g i t a l an a ló g i c o ; 3 ) fr e q u e n c ím e t r o ; 4 ) os c i l ad o r e 5 ) fo n t e /v o l t age m. pa ra s e a u m en t a r a p r a t i c id ad e do s i s t em a , c on e c t o u se n a en t r ad a d a c é l u l a u ma v á l v u l a p r i n c ip a l d e aç o i n ox id á v e l co m d u as po s i çõ es em 90 gr a u s (v a r i an ) , e q u a t ro o r i f í c i os ( d u as en t r ad as e d u as s a í d as ) , q u e p e r mi t e m a l t e rn a r o f l ux o d e en t r ad a n a cé l u l a d e t ec to ra en t r e o gás d e a r r a s t e pu r o (n 2 o u a r s eco ) , e a a mo s t r a d o p o l u en t e gas o s o ( nh 3 ) d e v i d a men te d i l u í do . pa r a s e mo n i t o ra r a s v azõ es d os ga se s d e a r r a s t e e d a am os t r a a o l o n go d a l i nh a , us am se f l ux ô me t ro s c a l i b ra d os ( ma th es on e c o l e -p a r mer ) p e l o m é t o do dos “p i s tõ es s em a t r i t o ” , u t i l i z an do os c h am ad o s me did o res d e b o l h a d e s ab ão , c on fo rm e a l i t e r a t u ra [ 33 , 3 4 ] . as t ub u l açõ e s f o r a m fe i t a s c o m man gu e i ra s d e t ygo n e p eq uen as co n ex õ es d e v id ro ou p l á s t i co (n a l ge n e ) . a l gu ma s v á l vu l as d e a gu l h as ( i nox o u l a t ão ) , s ec un d ár i as , fo r am n e ces sá r i a s p a ra a ju s t a r os f l u x o s d e t ra b a l ho n a m a i o r i a d as co nf i gu ra çõ es ex p e r i m en ta i s . n a p r á t i ca , p r i me i ro s e p as s a o gá s d e a r r a s t e pu ro p e lo s en sor p i e ze l é t r i co d e q u ar t zo a t é q u e e l e v ib r e n u m a f r eq u ên c i a b as e c on s t an t e . e n t ã o , a c i o n a -s e a s e gu n d a p o s i ç ão d a v á lv u l a p r i n c i pa l ( en t r a d a ) p a ra q u e a a m o s t r a do po lu e n t e e n t r e na cé l u l a d e t e c t o r a , i n i c i an d o a i n t e r a ção e n t r e a am o s t ra gas o s a e o f i l me s ob re o c r i s t a l , q u e r es u l t a n a s o r ção / ca p t a ção da su bs t ân c i a d e i n t e r es se . d e po i s d e ce r to t e mp o c o n t ro l ad o d e ex pos i çã o , a n o va f r eq uê n c i a d e v i b raç ão é r eg i s t r ad a . se a q u ed a d a o sc i l a ção a t i n ge u m v a l o r co n s t an t e , ge r a l m en t e ap ós l on go t em po d e ex p os i ç ão , s i gn i f i ca q u e o eq u i l í b r i o p o d e t e r s i do a l c an ç ad o ( s a t u r aç ão do f i l me ) . r ep o s i c io n an d o se a v á l vu l a p r in c ip a l n ov am en t e p a r a o f l ux o d e n i t ro gên i o n a c é l u l a , ge r a l m ent e o b se rv a s e u m a d es so r ção c o mp l e t a d o p o l uen t e , co m o c r i s t a l r e to rn an d o à su a f r eq u ên c i a b a se e , d e ss a m an e i r a , o s e n so r e s t á p ro n t o pa ra se r u sad o n o vame n t e . e m a l gu n s c a s os , e ss a d ese j áv e l r egen e r aç ão do f i l me p od e n ão s e r c o m pl e t a , m as ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 29 i s so t a mb ém n ão in v i ab i l i z a r i a o m éto d o , de sd e qu e as r e s po s t as (q u ed as d e s in a i s ) co n t i nu em s en d o p r op o r c ion a i s à s con ce n t r aç ões d o an a l i t o . p r ep a ro e a p l i ca ção dos f i l mes ( c oa t in gs ) fo ra m u t i l i z ado s s o l v en t e s v o l á t e i s ( e t an o l , ac e to n a , c l o ro fó r m io – j . t .b ake r ) p a r a d i s so lv e r a su b s t ân c i a , ou a m i s tu r a d e s ub s t ân c i a s , q u e c o ns t i t u em o s d i f e re n t es f i l me s a va l i ad o s . o c r i s t a l d e qu a r t zo fo i co b e r to p o r c ad a p e l í cu l a pe l a t écn i c a d o es p a l h am en to d a go t a , n a q u a l a s o lu çã o é t r an s f e r i d a p a r a o c en t ro d o s e l e t ro d o s d e o u ro , a pa r t i r d e u m a go t a , q u e é e sp a l h ad a p e l a s su as su p e r f í c i es . d e po i s o c r i s t a l é co lo ca do n u m a e s tu f a a 6 0 -7 0 °c pa ra qu e o so lv en t e s e ev ap o r e c o mp l e t a me n t e , d e ix an d o u m a p e l í c u l a un i fo r m e d o su b s t r a to ca p t o r d i s t r i b u ído s ob r e a mb as as s up e r f í c i e s me t á l i ca s . t od o ma t e r i a l so r v i d o ( an a l i t o ) f i ca ap en a s so b re a s á re as do s e l e t r o do s , s e nd o t a l ac ré sc i mo d e m assa mo n i t o rad o p e l a d i mi nu i ção d a f r eq u ên c i a d e o sc i l aç ão d o c r i s t a l e c a l c u l ad o p e l a e qu a ção d e sau e r br e y [ 1 2 ] . g er aç ão d e g a se s e v ap o re s p a dr on i zad os a s a mo s t r a s n e ces sá r i a s , co m co n ce n t r aç õ es ex a t a s d o an a l i t o , ge r a l m en te s ão ge r ad as d e fo r m a co n t ín u a p e l a co n s t a n t e i n se rç ão d o p o lu en t e p r od u z i do ao f l ux o p r in c i p a l do gás de a r r a s t e . a ge ra çã o o co r r e d e f o r m a c o n t ro l ad a , a t r a vé s d e u m t ub o d e p e rme aç ão a r t es an a l [3 5 ] , co me r c i a l o u a in d a e m p ro ce ss o s em e lh an t e po r d i fu s ão ca p i l a r . o gás d e a r r a s t e u s ad o f o i n i t r o gên io , so b v a zã o e t e mp er a t u ra co n t r o l ad as a t r av és d e u m s i s t e m a d e ca l ib r aç ão ( p r ec i s io n g ás s t and a rds gen e r a t o r , mo d e lo 57 0 c , k in -t e k la b o r a t o r i e s , t ex as c i t y) . e s ses mé t od o s d i n âmi co s d e ge ra çã o d e ga se s e v a po r e s p ad ro n i zado s t êm a v an t a gem d e n ão s e r l i m i t ad o p e l o v o lu m e d a m i s t u ra gas o s a , s en d o t am b é m a s p e rd as p o r i n t e r aç ão co m a s s up e r f í c i es p r a t i c am en te e l i min a d as p e l o f l ux o con t í nu o , o q u e c on du z o s i s t e ma a u m e s t a do e s t a c i o n á r io . o g ra u d e c o nf i an ça n a ex a t i d ão d e s se s m é to do s d e p en d e , p r in c i p a lm en t e , d a ex a t i dã o co m qu e o f l u x o d o gá s d i l u en t e é ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 30 m ed id o e d a ex a t id ão d as med id as d a qu a n t i d ad e d e con t ami n an t e q u e é d i s p e r so co n t in u a me n t e n o d i l u en t e . a ge r aç ão d e gas e s p ad r on i z ad o s a t ra v é s d e u m t ub o de p e r m ea ção e s t á f u nd am en t ada n o f en ô m eno ap r es en t ad o po r a l gu ma s e s p é c i e s q u í mi c as q u e , qu and o fe ch ad as e m u m t ub o d e p l á s t i c o i n e r t e , e s c ap am p or d i s so l u ç ão e p e r m eaç ão , a t r av é s d e me m b r an as p l á s t i c as , co m v e lo c i d ad e d e p e rm ea çã o o b ed ec end o à l e i d e fi ck . co m i s so , a v e l oc id ad e d e p e r me aç ão p od e s er ex p r es sa p o r eq ua çõ e s q u e de r iv am d a s egu i n t e : r = d s ( p 1 -p 2 ) a / l [ 36 ] ; s en d o r a v e l o c id ad e d e p e r mea ção , a a á r ea s up e r f i c i a l d a memb ra n a , d o c o e f i c i e n t e d e d i fu sã o , l a e sp es su ra d a m em b r an a , s a c ons t an t e d e so lu b i l i da d e , p 1 e p 2 a s p r e s sõ e s p a r c i a i s em c ad a l ad a d a me mb r an a . o ’ ke ef f e & o r t ma n [3 7 ] f o r am o s p r ime i ro s a r e l a t a r o u so d e u m tu bo d e p e r me aç ão p a ra a p ro du ç ão de m i s tu r a s ga s os as p a dr on i za d as . a co n ce n t r aç ão p ad rã o d o an a l i t o ge r ad o p o d e s e r c a l cu l ad a p e l a eq ua çã o : c p p m = r .2 2 , 4 . 10 6 t 7 6 0 m mhg / ( f m2 7 3p ) ; s en do : c p p m a c o n c en t r a ção d o v apo r , r (n g m i n 1 ) a r az ão d e p er m ea çã o e s p ec í f i c a d o t u bo , f (m l m i n 1 ) a v az ão d o gás d e a r r a s t e , m (g m o l 1 ) a mas sa m o l a r do m a te r i a l p e r me an te , t ( k) a t em p e r a t u r a e p ( mm h g) a p r e s sã o d o s i s t e ma . com e s t a e qu a ção , c on se gu e se c a l cu l a r as c on c en t ra çõ es p ad rõ es ge r ad as d o p o l u en t e , p a ra d i f e r e n t e s v az õ es d o gás d e a r r a s t e , a u m a d e t e r min ada t em p e r a tu r a [3 8 ] . pa r a ge r a r am ô n i a , n o s e s t u d os p r e l i m in a r e s d es t e t r ab a lh o , u so u se d i fu sã o ca p i l a r em d i sp os i t i v o de v id ro co n t end o h id ró x ido d e a mô ni o . u m a v ez de f in i do o me lh or f i l me , o r es t an t e d o t r ab a lh o f o i t od o co n du zi do c o m amôn i a gas os a ge r ad a p o r p e r me aç ão d e a mô n i a l í qu id a ( fig . 1 ) . r es ul t a do s e d i s cus sã o e s t ud o d e p o s s í v e i s f i l mes ( ca p to res ) p a ra a mô n ia ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 31 n a ta bela 1 a c h am se l i s t ad as as p r i n c ip a i s su bs t ân c i a s , e a l gu m as d e s u as co mb in aç õe s , q u e fo r am t e s t ad as i n i c i a l me n t e c o m o p os s ív e i s f i l m es p a r a r e co b r i r o c r i s t a l d e q u a r t z o . par a i s so c ad a so lu çã o f o i a p l i c ad a à s up e r f í c i e d o e l e t r o do , s e cad a em es tu f a , co lo ca da na cé lu l a , f i c an d o ex po s t a ao f l u x o de gás d e a r r a s t e pu ro , e d ep o i s co m p o l u en t e , s e mp r e s ob u ma me sm a v az ão ( 80 ml/ m i n ) , t em p er a tu r a (2 5 o c ) e c o n c en t ra ção d e a mô n i a (~ 2 0 pp m v ) . d es sa fo rm a , v e r i f i c a r am -se aq u e l e s s u b s t r a to s q u e a p r e sen t a va m a l gu m a i n t e r a çã o co m a am ô n ia , ou se j a , u m a q u ed a s i gn i f i ca t i v a d a f r e q u ên c i a d o c r i s t a l , em c ur to t em p o d e co n t ac t o p o l u en t e cap to r . t a be l a 1 . p r in c i p a i s s ub s t ân c i as e s u as mi s t u ra s t e s t a da s c o m o f i l me s substrato captor (individual ou mistura) proporção da mistura (v/v) porfirina n,n – dimetilestearamida theed* + porfirina + cloridrato de piridoxina 1:1:1 carbowax 400 + cloridrato de piridoxina 3:5 carbowax 400 carbowax 400 + ácido dipicolínico 1:1 carbowax + zeólita h-zsm-5 1:1 poliol 442 + eritromicina 1:1 tween 80 + eritromicina + cloridrato de piridoxina 1:1:1 tween 80 + nipic** 1:1 tween 80 + nipic + cloridrato de piridoxina 1:1:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + ácido linolênico 1:1:1 theed + cloridrato de piridoxina + nipic 1:1:1 theed + cloridrato de piridoxina + ácido linolênico várias ácido linolênico + cloridrato de piridoxina várias tween 80 + cloridrato de piridoxina + edta 1:1:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + ácido linolênico 10:10:1 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 32 tween 80 + cloridrato de piridoxina + nipic 4:8:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + porfirina 1:1:1 tween 80 + porfirina 2:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + ácido picolínico 1:1:1 tween 80 + theed + cloridrato de piridoxina várias tween 80 + cloridrato de piridoxina + poliol 442 várias theed + cloridrato de piridoxina + poliol 442 1:1:1 poliol 442 + ácido linolênico 20:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + glicerina 1:1:1 triton x-100*** + tween 80 + cloridrato de piridoxina 1:1:1 theed + cloridrato de piridoxina 1:1 tween 80 + sacarose 1:1 tween 80 + zeólita h-zsm-5 1:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + diglicina 1:1:1 tween 80 + ácido kójico 1:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + ácido kójico várias tween 80 + cloridrato de piridoxina + ácido kójico + ácido linolênico 5:5:5:1 acetato de celulose + ácido linolênico várias theed + ácido linolênico 1:2 ácido linolênico + ácido kójico + acetato de celulose 1:1:1 polibutadieno + nipic 1:1 acetato de celulose + nipic + cloridrato de piridoxina + ácido kójico 1:1:1:1 ácido linolênico + nipic + ácido kójico + cloridrato de piridoxina 1:1:1:1 ácido linolênico + cloridrato de piridoxina + ácido kójico 1:1:1 ácido kójico cloridrato de piridoxina + ácido kójico 1:2 tween 80 + cloridrato de piridoxina + nipic 1:2:3 ácido glicólico ácido glicólico + ácido linolênico 1:1 tween 80 + ácido glicólico 1:1 ácido glicólico + nipic 2:5 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 33 theed + ácido glicólico várias theed + ácido glicólico + ácido tânico várias ácido glicólico (fundido sobre o cristal) tween 80 (puro) + ácido glicólico 1:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + ácido glicólico 1:1:1 glicina glicina + ácido glicólico 1:1 glicerina ácido glicólico + ácido kójico várias ácido oxálico ácido glicirrhízico ácido glicirrhízico + cloridrato de piridoxina 1:1 theed + ácido glicirrhízico 1:4 ácido glicirrhízico + porfirina 1:1 ácido glicirrhízico + ácido kójico 1:1 ácido glicirrhízico + nipic 1:1 ucon lb 550x + ácido glicirrhízico 1:1 ucon lb 550x + ácido glicirrhízico + ácido glicólico 1:1:1 2,4 – pentanodiol poliol 471 poliol 471 + ácido glicólico 1:1 tween 80 + ácido glicirrhízico 1:2 ácido glicirrhízico + ácido glicólico 5:1 poliol 442 + ácido glicirrhízico 1:1 didecylphtalate ácido ascórbico + ácido glicirrhízico 1:1 ácido amino-n-butírico ácido salicílico theed + ácido salicílico 1:1 β-ciclodextrina tween 80 + glicerina + ácido glicólico + acetato de celulose 1:1:1:1 continua ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 34 tween 80 + glicerina + ácido glicólico 1:1:1 acetato de celulose + ácido glicólico 1:1 tween 80 + cloridrato de piridoxina + nipic + β-ciclodextrina 1:4:4:4 tween 80 + cloridrato de piridoxina + β-ciclodextrina 1:4:4 ácido glicirrhízico + nipic 1:1 etilenoglicol etilenoglicol + ácido glicólico 1:1 azul de bromofenol tween 80 + ácido glicólico + uréia 1:1:1 tergitol npx n,n-dimetilestearamida + ácido glicólico 1:2 dietilenoglicol dietilenoglicol + ácido glicólico 1:1 tetraetilenoglicol dimetil éter + ácido glicólico 1:1 theed + tetraetilenoglicol dimetil éter + ácido glicólico 1:1:1 alltech at 220 ou (amina 220) alltech hi-eff-1bp ácido glicólico + alltech hi-eff-1bp 1:1 theed + ácido glicólico + alltech hi-eff-1bp 1:1:1 theed + alltech hi-eff-1bp 1:1 ácido glicólico + ácido linolênico 1:1 ácido glicólico + alltech hi-eff-1bp 1:1 theed + alltech at 220 1:1 theed + floroglucina 1:4 ácido mandélico theed + ácido mandélico várias tween 80 + ácido mandélico 1:1 *theed = tetrahidroxyethylethylenediamine. ** nipic = complexo de níquel com tiocianato e picolina. *** triton x – 100 = surfactante não iônico. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 35 d e to d o s o s su bs t r a to s t e s t ad os n a f a se p r e l i min a r , a s c o m b in a çõ es d e a ce t a t o d e ce l u l ose c o m ác id o l i no l ên i co (1 :1 ) e the e d c o m á c id o g l i c ó l i co (1 :3 ) fo ram a s q u e ap r es en t a r am r e su l t ad os ma i s p r o m is so re s . o p r i m ei ro fo r ne ce u u m a v a r i a çã o méd ia d e f r e qu ên c i a de 7 00 h z , p a r a u m t em po d e ex p os i ção ao p o lu e n t e d e 1 mi n u to . o the e d co m á c i do g l i c ó l i co ap r e s en to u u ma d i m in u iç ão d e f r eq u ên c i a m éd i a d e 10 00 hz, p o ré m p a ra u m t emp o d e ex p os iç ão m a i o r ( 1 0 m i nu to s ) . e mb o ra e s s as m i s t u ra s fo r n eça m u m a q u ed a d e f r e qu ê n c i a i n t e r e s san t e , n en h u m a d e l a s m o s t r o u i n t e r aç ão r ev e r s ív e l , o u s e j a , a am ô ni a s e l i g a f i r m em ent e ao f i l me , n ão so f ren d o d es so rç ão q u an do o f l u x o do gá s d e a r r a s t e p ur o é r ea b e r t o . é s e mp re d es e j á v e l qu e a s i n t e ra çõ es e n t r e po lu en t e su b s t r a to s e j a m t o t a l men t e r ev e r s ív e i s , p e rmi t i nd o m edi d as c on sec u t iv a s . po r ém , s end o a p r ep a r aç ão d e n o v os c r i s t a i s ( a p l i caçã o e s e ca ge m d o f i l m e) e s u as t ro c as b em ráp id as , co mo t amb ém gr a n d e a s en s ib i l i d ad e ( s in a l a n a l í t i co ) , o f a to d o p r o c es so s e r i r r ev e r s ív e l ou p a r c i a lm en t e r ev e r s í v e l n ã o i nv a l id a o u so d es t es f i lm es p a r a m o n ta ge m d e n o v o m é t o d o an a l í t i c o . e m so n d a ge n s p o s t e r i o re s , co n s t a t ou s e a i nd a q u e a mi s t u ra t he e d á c i do g l i có l i co t o rn a s e m a i s e f i c i en t e , q u an d o en v e l h ec i d a ( do i s ou t r ês d i a s ) e co l o cad a em p r es en ça de á c i d o t ân i co s a tu r ad o em ac e to n a . e s t ud o da me lh or pr op o rç ão en t r e o s c o ns t i t u in t e s d a pe l í cu l a o s r e su l t ad o s d a ta be la 2 m o s t r a m a i m p o r t â n c i a d e s e d e t e r m i na r a p r op o r çã o i d e a l e n t r e a s s ub s t ân c i a s q u e co m põ e o f i l m e , o b j e t i v an do -s e a m a i o r s ens i b i l i d a de . pa r a cad a r az ão t e s t ad a , ma n t iv e r amse co n s t an t e s o s d e ma i s p a r âm e t r os : v az ão d e t r ab a lh o , t em po d e co n t ac to / ex p os i çã o p e l í cu l a po lu en t e , t em p e ra tu r a e con ce n t r aç ão d e a mô n i a , m es m o q u e a in d a n ão o t i mi zad o s . a m i s t u r a d e 5 0 µl d a s o l u ção (a) d e ác i do g l i c ó l i co -t hee d (3 :4 v / v ) c o m 2 5 µl d a so l uç ão s a tu rad a (b ) d e ác id o t ân i co (e m ace t on a ) , po r t an to 2 :1 v /v , fo i a qu e a p r es en t ou a m elh o r r e sp o s t a à amô ni a , t en do s id o e sc o lh id a e f i x ad a co mo ra zã o i d e a l p a r a o s e s t u d os s egu i n t es . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 36 t a be l a 2 . es tu do d a m e lh o r p ro p o r çã o e n t r e o s co n s t i t u i n t es d o f i l m e m a i s p ro m is so r solução de ácido glicólico em theed (3:4 v/v) / µl solução saturada de ácido tânico em acetona / µl variação de frequência ∆∆∆∆f / hz após 3 min contacto 50,00 5,00 395 50,00 12,50 430 50,00 20,00 400 50,00 25,00 533 50,00 45,00 476 50,00 50,00 451 -----100 % 149 e s t ud o so br e o e f e i t o d a va zã o d e t ra ba lh o u m au me n to n a v az ão de t r ab a lh o ( f ig . 2 ) ge r a l m en te p r ov o ca u m a c r é s c i m o d o s i n a l an a l í t i co , p ass an d o p o r u m v a l o r m áx im o, s e gu i do d e po i s po r u m a p e rd a d e s en s ib i l i d ad e n a i n t e raçã o po l u en t eca p t o r . pa r a o i n t e r v a l o d e v a l o re s d e v az ão ve r i f i cad o nes t e es tu d o , obs e r vo us e a p en as u m au men to c o n t í nu o , s en d o q u e o v a l o r i d e a l d e v azão pô d e s e r e s t a b e l e c i d o n a o rde m d e 1 0 0 m l mi n 1 . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 37 f ig ur a 2 . e fe i t o d a v a zão n a cé lu l a d e t r a b a l h o s ob r e o s in a l do s e nso r : t e mp o d e i n t e r a ção p o lu en t e / f i lm e = 3 , 0 mi n . , c a m ô n i a = 6 , 0 p p m v , 2 5 o c. v al o r e s m éd i os de t r ê s m ed i d as . e s t ud o do e f e i t o d a m as sa d a p e l í cu la s ob r e o c r i s t a l n a ( fig .3 ) o bs e rva s e q ue o au m ent o d a e sp es su r a do f i l me cap to r , c o lo c ad o so b r e o c r i s t a l , p r ov o ca t a mb ém u m a v a r i aç ão in i c i a l p os i t i v a d o s in a l a n a l í t i c o . po ré m, ex i s t e u m v a l o r má x i m o l i mi t e , qu e n e s t e ca so e s t á e m t o rn o de 1 30 µg d a p e l í cu l a . qu an t i d ad es a c i m a d e s t e v a l o r r e su l t am e m d ec ré sc i mo ab r up to d a s e ns i b i l i d a d e d ev id o , p r o v av e l me nt e , a i m p ed i men to s p ro vo ca do s p e l a p ró p r i a e s t ru tu r a do f i l me , u m a v e z qu e o a u me nt o d a ma ss a d ep o s i t ad a a l t e r a a m o r f o l o g ia d a p e l í cu l a , p r ov av e l m ent e impe d in do q u e a s mo lécu l a s d e a mô ni a a l c an ce m os s í t i os a t i v o s ma i s i n t e rn os . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 38 f ig ur a 3 . se ns ib i l i d a d e v e r su s m as s a d o f i l me cap to r : v az ão : 8 0 ml/ m i n , c a m ô n i a = 6 , 0 p p m v , t e mp o d e co n ta c to = 3 , 0 m i n , t = 2 5 o c . v al o r e s méd io s d e t r ê s m ed idas . e s t ud o do t e mp o d e sa tu ra ç ão d o f i l me ca p to r o gr á f i c o d a fi g . 4 e x ib e u m a r áp id a v a r i a ção d e f r eq u ên c i a n o s p r i m ei r os m i n u to s , a q u a l v a i d i m in u in do co m o p as s ar do t em p o , t e nd en d o a u m a r eg i ão ( a c i m a d e 2 0 m i nu t o s ) , em q u e o s in a l a na l í t i c o t e nd e a u m a c o ns t ân c i a . i s s o oc o r r e , p ro v av e l m en te , d ev id o à s a tu ra ção d os s í t i o s a t i v o s do f i l m e , q u e v a i s e t o r na nd o in ca p az d e i n te r ag i r c o m n o v as m o l écu l a s d e am ô n i a q u e e s t ão c h egan d o a o s en so r . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 39 f ig ur a 4 . e s t u d o d o t em po d e s a tu r ação d a p e l í cu l a cap to ra : v az ão : 8 0 m l/ mi n , c a m ô n i a = 6 ,0 p p m v , m as sa do f i l m e 1 33 µg , t = 25 o c . o t emp o d e ex po s i çã o do c r i s t a l ao p o lu e n t e é u m p a r âme t ro q ue po d e s er p e r fe i t am en t e co n t r o l ado du ra n t e a an á l i s e . au me nt an do s e e s s e t e mp o , p o de s e au m en ta r a s ens ib i l i d a d e d o s en so r p i e ze l é t r i co . de s t a f o r ma , po r ex em pl o , s e a co n cen t ra çã o d e p o lu e n t e no a r a t mo s fé r i co e s t i v e r ab a ix o d o l i m i t e q u e p od e s e r d e t ec t ad o , n um p e r ío d o d e co n ta c t o d e 1 mi nu to , p o de s e , au m en t ar e s t e t e mp o de e x p o s i ç ão . a ss im, u m a p eq u en a m o d i f i ca çã o em apen as u m d os p ar âm e t r o s é su f i c i en t e p a r a se f a ze r o a ju s t e d a m et o d o l o gi a à s n o v as co nd içõ es ex p e r i me n t a i s . u m m ai o r t e mp o d e i n t e r aç ão ge ra l me nt e p r od uz um a ma i o r s en s ib i l i d ad e , t o r n and o p o s s í v e l a de t e cç ão d e qu an t i d ad es m en o r es do p o l ue n t e . co n tu do , ex i s t e t am b é m u m l i mi t e p r á t i co d e b o m sens o , q u e , n e s t e ca so , es t a r i a e m to rn o d e 1 0 mi nu to s ( fig . 4 ) . a ci m a d es t e v a lo r , as d e t e r min aç õ es t o rn a ms e m a i s d em o r ad as e co m u m gan h o mí n i mo d e s e ns i b i l i d a d e , n ão s e j us t i f i c an do o emp rego d e l o n go s t empo s d e i n t e ra çõ es . e s t ud o da r ev er s i b i l i d ad e do s e ns or [38 ] ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 40 o e s t u d o da r ev er s ib i l i da d e (n ã o co lo c ad o aqu i ) m o s t ro u q u e a pe l í cu l a c ap to ra u t i l i zad a é p a r c i a l me n t e r ev e r s ív e l e , p o r t an t o , n ã o p e rmi t em m ed id as i m ed i a t am e n t e su ces s iv a s co m a me sm a s en s ib i l i d ad e . i s t o s i gn i f i ca qu e a amô ni a o cu p a f i r me me n t e o s s í t i o s a t i v o s d o f i l m e d e t a l m an e i r a q u e , ao s e p as sa r o gás d e a r r a s t e p ur o d u r an t e cu r t o t e mp o pa ra r egen e r á l o , u m a p a r t e d o p o lu en t e a in d a p e r m an e ce ad e r i da . ass im , q u an d o s e p as sa o p o l u en t e no v amen te p e lo c r i s t a l , o s i n a l an a l í t i c o d i mi nu i , po i s o f i l me j á n ão t em a m es m a q u an t i d ad e d e s í t i os a t i v os ( ca p a c i d ad e ) p a r a c ap t a r a mesm a q uan t id ad e d o an a l i t o . ex e mp l i f i c an d o , p a r a o p re s en t e f i lm e e t em p o s d e ex p os i çã o p e l í cu l a an a l i t o p eq u en o s (3 0 s , 1 mi n ) , o c r i s t a l t em s eu s i n a l r egen e r ad o em c erca d e 9 8 %. s e u t i l i zado n ov a me nte , su a c ap ac id ad e d e s i n a l o u r ecu p e r açã o ca i p a ra 9 5 % d o s in a l an t e r io r . a pó s u m t e r c e i ro u so con secu t iv o , o me sm o c r i s t a l t e r i a o s eu s in a l r egen e r ad o em ce r ca d e 9 0 % e a s s i m su ces s iv am e nt e , d e f o r ma q u e qu an to ma i s u t i l i z ad o fo r o s en so r m a i s d i f í c i l e me no r s e r á su a % d e r ec up e r aç ão . . . nes se m es mo gr á f i co d e r e ge n e r açã o d e s i na l , em c as o d e t em pos ma io r e s d e co n t ac to (2 e 4 mi n ) , a qu e d a o bs e r v ad a n es s as p e r cen t agen s s e r i a b em ma i s a b ru p t a . . . o u s e j a , ap ó s p r im e i r a s ex p o s i çõ es o f i l m e j á f i c ar i a p ra t i ca me nt e s a t u r ad o em s eus s í t i o s a t i v os . me sm o n ã o s e c o ns t a t an do a c o m pl e t a r ev e r s ib i l i d ad e an a l í t i ca d o “co a t in g” , i s t o n ão i n v a l id a o s en so r d e sen v o lv i d o , p o i s a p r ep a r a ção e t r oc a d e c r i s t a i s s ão p ro c ed i m en to s b e m r áp id o s , s i mp l es e o f i lm e em e s tu d o é bas t an t e s en s í ve l à p re s en ça d e a mô ni a . e s t ud o do e f e i t o d a t em p er a t ura d e t rab a lh o [ 38 ] o d ese mp en ho d o d e t ec t o r p i e ze l é t r i co co s tu ma se r a f e t a do p e l a t em p e r a tu r a d e t r ab a lh o ( c é l u l a ) e m q u e s ão r ea l i z ad a s a s m ed id as , s end o a s s i m é u m p a r â me t ro q u e d e ve s e r o t i m izad o na m on ta ge m d e u m n ov o m é t od o an a l í t i co . de s t a ma ne i ra , p a ra a r e a l i z aç ão d es t e e s t ud o , co lo co u s e u m a s e r p en t in a d e v i d ro en t r e a v á l vu l a p r in c ip a l e a c é l u l a d e t ec to r a , e s t a nd o am b as im e rs as e m b an h om ar i a t e r mo s t a t i za d o . ass im , n o i n t e rv a l o en t r e 154 5 °c , an o t a r am -se a s v ar i açõ es d e f r e q uê n c i a p a ra ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 41 q u at ro d i f e r en t e s t em p o s d e l e i t u r a (3 0 s , 6 0 s , 1 2 0 s e 18 0 s ) . e s t e p r e sen t e e s tu d o t am b ém n ão fo i m os t r a d o n es t e t ex to . o b s er vo u -se q u e en t r e 2 0°c e 3 5 °c a t e mp er a tu ra n ão ex e r c eu qu a lq u er i n f lu ê n c i a so br e o d es e mp en h o d o s en so r p i ez e l é t r i co , j á q u e o s i n a l d e f r eq u ên c i a n ão v a r i ou p a r a ca da c o m b in a ção d e t em p era t u r a e t em p o d e ex po s i ç ão . po r ém , ac im a d e 3 5 °c e s t a i n f lu ên c i a p as sa a s e r s i gn i f i c a t i v a , p r ov o c an d o u ma d i m in u i ç ão d a r e sp o s t a d o s ens or , a q u a l p o d e e s t a r s end o ca us ad a p o r u m d es lo c am e nto d o eq u i l í b r i o so rção /d es so r çã o , p o r v o l a t i l i z a ção d e com p o n en t e ( s ) d o f i lm e ( t he e d, á c id o g l i có l i co e á c i d o t ân i co ) , a l t e r aç ão na e s t ru tu r a d a p e l í cu l a ou p o r f en ô meno s c o m bin a do s . c on s t r u çã o d a s curva s a n a l í t i ca s n es t a e t a p a , fo ra m c o ns t ru í d as q u a t ro cu rv as an a l í t i ca s ( fi g . 5 ) c o r re sp o n d en t es a os d i f e r en t e s t e mp os d e ex p o s i ç ão e n t r e o c r i s t a l e o p o l u en t e . o s t e mp os u t i l i z ad os fo ra m 3 0 s e gu n d o s , 1 m i nu to , 2 mi nu to s e 3 m i nu t o s . t o das as r e sp os t a s ap r es en t a r am u m a b o a l i n ea r id a d e , n a f a ix a d e co n ce n t r açõ es es tu d ad as , s en do q u e a s co r r e spo nd e n te s a o s t e mp o s d e ex po s i ç ão d e 30 s egu n d os e 1 mi n u to t i v er e m um c o e f i c i en t e d e c o r re l aç ão d e 0 ,9 99 4 e 0 , 9 9 93 r e sp ec t iv am en t e . j á a s co r re sp on d en t es aos t em po s d e 2 e 3 m i n u to s ap r e se n t a ra m, r e s pe c t iv a me nte , o s co e f i c i e n t es d e c o r r e l a ção d e 0 , 9 9 82 e 0 ,9 9 8 0 . p a r a a o b t en ção d es sas cu rv as a n a l í t i ca s , t od as as m ed i d as fo r am re a l i za d as na s co nd i ç õ es p r ev i am en t e o t i m i za d as . co n tu do , ap en as o f l u x o d e t r ab a lh o n ão es t av a n o s eu v a l o r i d e a l d ev i do à s l i mi t aç õ es d o ap a r e l h o e s i s t e ma mo nt ad o . a ss i m , a v azã o u t i l i zad a f o i d e 55 m l m i n 1 , en q u a n t o a i d ea l s e r i a de 1 0 0 m l mi n 1 . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 42 f ig ur a 5 . c u rv a s d e ca l i b r aç ão p ar a am ô n ia e m d i fe r en t e s t em po s d e c o n t a c t o : vaz ão = 5 5 m l m i n 1 , c a m ô n i a = 6 ,0 p p m v , ma s sa d o f i l m e 1 3 3 µg , t = 25 o c . c o m pa ra nd o o s r esu l t ad os d es t e t r ab a l ho c o m a lgu n s ou t r os en co n t r ad os r ec en t e m ent e na l i t e r a tu r a , o bs e rv a -s e q u e e m t e rm os d e s e ns ib i l i d ad e e l e é e q u iv a l en t e ao d i s po s i t i v o d e sen vo lv id o e m o u t r o t ex to p r e l im i na r so b r e a d e t ecçã o d e am ôn i a , us and o es t e t i p o de d e t ec t o r , t am b é m r ea l i z ad o em n o s so s l ab o ra tó r i os . n aq u e l a o po r t un id a d e , t e rue l [8 ] u t i l i zo u s e d e u m t ub o d e p e rm ea çã o e am ôn ia ce r t i f i ca d o , j á en v e lh ec i do , q u e hav i a s i d o a d qu i r i d o n o me r ca d o i n t e rn a c i on a l . n a q u e l e t r a ba lh o , o me l ho r f i l me c ap to r fo i u m a mi s t u ra d e t we en 8 0 co m c l or id r a t o d e p i r i d ox in a ( 1 : 1 ) , q u e m os t ro u r e s u l t ad os s em e l h an t es ao s p re s en t e s . o s en so r d es en v o l v id o p o r g o mes e co la bo ra do re s [9 ] ap r e sen t a u m a b a ix a s en s ib i l i d ad e s end o , a l é m d i s so , s i gn i f i c ad am ent e i n f lu enc i ad o p e l a v ar i aç ão d e t e mp era tu r a . a ss i m , m ed i da s r ea l i za d as en t r e 20 °c e 3 0 °c f o rn e ce m r e sp o s t a s b as t an t e d i f e re n t e s . de s t a f o r m a , aq u e l e s i s t em a d ev e t e r u m c o n t ro l e d e t em p e r a tu r a b as t a n t e e f i c az . a c a l i b raç ão do a p a re lh o ( c u r va a n a l í t i c a ) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 43 d e v e s e r f e i t a n u ma t em p e r a t u r a b em co n h e c id a , e a mo n i to r i za çã o d o p o l u en t e d ev e s e r f e i t a s e mp re n a m es m a t e mp er a tu ra , ex i g in do as s i m , u m a s a l a c l i ma t i zad a o u o u t r a fo rm a d e ma nt e r a t e mp era tu r a d e t r ab a lh o c o ns t an t e . po r ou t ro l ad o , o s en so r d es en vo l v i do n es t e t r a b a l h o , p r a t i c am en te nã o é a f e t ado po r p eq u en as v a r i a çõ es d e t em p e r a tu r a ( en t r e 2 0 °c e 3 0 °c ) , não ex i g i n d o n enh um co n t ro l e r í g i do d e s t e p a râ me t ro . m i r mo h se n i & ola deg ara g o ze [ 10 ] d e t e r m in a ra m re cen t e men t e am ôn ia n a a t m os fe r a co m c r i s t a l d e q u a r t z o , co ns egu i n do u m s in a l d e f r eq uê n c i a d e 40 0 hz p a r a u m a c o n c en t ra ção d e 8 m g l 1 ( ~1 1 . 5 00 p p m v ) . co mo p o d e s e r v i s to ( fi g . 5 ) o s ens or d esen v o lv id o n es t e t r ab a l ho mo s t r a -s e mu i to m a i s s en s ív e l , u ma v ez qu e , p a ra a m es ma v a r i aç ão d e f r eq u ên c i a (4 0 0 h z) p o d e se d e t e rm i n a r , ap rox i ma d a me n t e , 9 ,0 p p m v ( 6 , 2 mg m 3 ) . e s t ud o d e a l gu n s p o s s í ve i s i n t er f e r en t e s o s en so r fo i ex p o s t o à p as sa ge m d e ga se s c o m uns en co n t r ad o s n o a r a mb i en t e e t amb ém d i sp on ív e i s em n o s s o l ab o r a t ó r i o , t a i s co mo : c o ( mo n óx ido d e ca rb o n o ) , co 2 ( d ióx id o d e c a r bo n o ) , n o 2 ( d ióx i do d e n i t ro gên i o ) , h 2 s ( su l f e t o d e h id ro gê n io ) e a r a t m o s fé r i co ( l ab o ra t ó r i o ) . e s se s ga se s f o r am i n d iv id ua l m en t e i n j e t ad os n a l i n h a ( s ob r e o f l ux o d e a mô n i a ) , u s an do em s u a p r ep a raç ão o mé t od o da d i l u i ção em s e r i n ga , cu j a a gu l h a é i ns e r i d a n o s i s t e ma a t r av és d e u m sep t o ad ap t ad o p róx i m o à c é l u l a . a se r in ga u t i l i za da t i n h a ca p a c i d ad e d e 5 0 m l e o s gas es i n t e r f e re n t e s fo r a m o b t i d as a p a r t i r d e c i l i nd ro s p re s su r i zad o s co n te nd o a s s ub s t ân c i a s pu r as o u d i l u í d as a 1 0 % ( v /v ) em n i t ro g ên io . a ta b e la 3 a p r esen t a o r e su l t ad o d es t e e s tu do . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 44 t a be l a 3 . e s tu d o de a l gu n s po s s í v e i s i n t e r fe r en t e s n a d e t e cç ão d e a mô ni a possíveis interferentes concentração (ppmv) ∆∆∆∆f(hz) tempo de contacto 30 s 1,0 min 2,0 min 3,0 min ar atmosférico sem diluição 0 0 0 0 co 100 0 0 0 0 co2 50 0 0 0 0 h2s 100 0 0 0 0 no2 1 5 12 43 47 d o s gas e s e s t ud ad os , a p en as o n o 2 a p r e s en to u c e r t a i n t e r f e r ên c i a , m es m o p a r a co n ce n t r açõ es b a ix as . des ta fo rm a , e s t a s u b s t â n c i a d ev e es t a r a u sen t e do a r in ve s t i ga d o ou d ev e se i n se r i r n a l i nh a a l gu m es t ág i o ( co l un a ) e sp ec í f i co p a r a r e t en ç ão d o no 2 , co m o n o r ma lme n t e s e p r o ced e p a r a e v i t a r i n t e r f e rên c i a s e sp e c í f i ca s . e s t ud o da r ep e t i b i l i d a d e do s en so r p i ez e l é t r i c o n es t e e s tu do f o ra m r ea l i za das ca to r ze m ed id as u t i l i za nd o a s me sm as c o nd i çõ es o t i miz ad as , n u m mesm o d i a , m esm a co n cen t raç ão d e am ôn ia ( 6 ,0 p p m v ) , m esm o s i s t em a, ap a r e lh o s e an a l i s t a . os r es u l t ad os e s t a t í s t i co s f i n a i s , p a r a o s d i f e r en t e s t e mp o s d e ex p o s i ç ão , ac h am -s e r e s u mi do s n a ta be la 4 . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 45 t a be l a 4 . v a l o r es mé d io s e l im i t e s de co n f i an ça t empo ( s ) ∆∆∆∆ f ª ( hz) d e sv io (% ) i n t er va l o d e c o nf ia n ça 5 0% 9 0% 3 0 2 8 0 ± 5 2 , 4 2 8 0 ± 1 2 8 0 ± 3 6 0 3 1 8 ± 6 1 , 9 3 1 8 ± 1 3 1 8 ± 3 1 2 0 4 4 4 ±1 0 2 , 3 4 4 4 ± 2 4 4 4 ± 5 1 8 0 5 4 0 ±1 3 2 , 4 5 4 0 ± 3 5 4 0 ± 6 ª média de 14 medidas sucessivas. c o nc l usõ es o f i l m e ( co a t in g) ma i s p r o mi s so r e nco n t r ad o fo i u m a mi s tu ra 2 :1 (v /v ) d e ( a ) so lu ç ão a qu o sa co m er c i a l d e á c i do g l i có l i co (7 0 % m / m) em t h e ed ( 3 :4 v / v ) co m u m a s o l u çã o s a tu r ad a (b ) d e á c id o t ân i co e m a ce t on a , s end o d e 13 3 µg a e s pe s su r a i d ea l d o r ev es t i me n t o , c o r r es po n d en t e a u m a v a r i açã o d e f r eq u ên c i a d e ap rox i ma da me n t e 67 kh z . a me l ho r v az ão d e t r ab a lh o e s t á n a f a ix a d e 80 -1 0 0 m l m i n 1 e t em p era tu ra s en t r e 1 5 -3 5 °c n ã o a p r es en t a r am ef e i t o s s i gn i f i c a t i vo s so b re a s en s i b i l i d ad e d a s m ed i d as . o s e ns o r a p r e s en to u s in a l de f r eq u ên c i a l i n e ar n o i n t e r v a lo d e c o n c en t r a ção e s tu da d o d e 2 -1 1 p p m v ( 1 ,4 a 7 ,7 m g m 3 ) . as r e sp ec t iv as e q u a çõ es d e r e t a e s u as s en s ib i l i d ad es ( hz /p p m v ) s ã o : y = 1 ,2 7 + 1 3 , 52 .x ; y = 3 , 3 5 + 2 0 ,0 0 .x ; y = 1 , 4 3 + 3 1 ,7 6 .x e y = 1 4 , 22 + 42 ,0 3 .x . d e n t r e o s p os s ív e i s i n t e r f e r e n t e s e s t u d a do s , a p en as o no 2 a f e t ou as m ed i d as , d e v en do e s t a r a us en t e . co m r e l aç ão a r e p e t i b i l i d ad e , o m é to d o po d e s er c o ns id e rad o s a t i s f a t ó r io p o r qu e a p res e n t ou b a ix o d esv io d e v a lo r e s n os i n t e rv a l o s d e co nf i an ç a e s tu d ad os (5 0 9 0 %) . a r e l a t i v a d em o r a d a c a l i b r aç ão d o t u bo d e p e rm ea çã o a r t e s a n a l e a r e ve r s i b i l i d ad e p ar c i a l d o f i l me f o r am p l enam en t e co mp en sad as p e lo cu r to t em po e f ac i l i d ad e d o p r e p ar o do s c r i s t a i s , d as m ed id as , a l t a s en s ib i l i d ad e d o s e n so r , r e sp o s t a r áp i d a e b a ix o cu s to de ap a r e l h age m e r ea ge n t e s . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 46 a g r a de ci me nt o s o s au t o r es ag ra d e ce m ao cn pq e à fa pe sp p e l os aux í l i o s co n c ed i do s e , t am b é m, a o p ro f . d r . a r n a ld o a . c a r d os o ( iq u ne s p) , p e l o em p r és t i m o d e u m t ub o d e p e rm ea çã o a r t e s a na l . r ef er ên ci as b i b l iog ráf i ca s [ 1 ] – fe lix, e . p . ; c ar do so, a . a . a mô ni a ( nh 3 ) a tmo s f é r i c a: f o nt e s , t ra ns f o r ma ç ão , s orv edo uro s e mé to do s de a ná l i s e . qu í m. no v a 2 7 (1 ) (2 0 04 ) 1 23 . [ 2 ] – wo r ld h ea lt h o rg a n iz at io n ( wh o) am mo ni a . i n : t he e nvi r o nment a l he a l t h c ri t e r i a ser i es , g en ev a , wh o ipc s , 1 98 6 / en v i ro n m ent a l hea l t h cr i t e r i a 54 / . [ 3 ] – shriv e r, d. f. ; a t kin s, p . w. in o rg a ni c c he mi s t ry . 3 r d . ed . , ox f or d , ox fo r d un i v er s i t y p r e s s , 19 9 9 , 7 6 5 p . [ 4 ] – c ha ga s, a . p . a s í n tes e de amô ni a : a lg uns aspec to s h i s t ó r i co s . q u í m. no v a 3 0 ( 1 ) (2 0 0 7 ) 24 0 . [ 5 ] – fr it sc h e , u . ; ger n ert , m. ga ssens i t i v e e l ec tr o de a ppl i e d to t he c o nt i no u s mea s ur ement o f a t mo sph er i c a mmo n ia , an al . c h i m . a c t a 2 2 4 (1 99 1 ) 17 9 . [ 6 ] – lu o , y . y. ; a lo t hm an , r. ; c hr ist ia n , g .d. ; r uz ic ka , j . f low s eq uent i a l in j ec t io n de t ermi n a t io n o f g a s eo u s a mmo ni a wi t h a g la ss d i f f us i o n den uder , t a l an t a 4 2 ( 1 9 9 5 ) 1 5 45 . [ 7 ] – fr e n z e l, w. ; g r imm, e . ; gr uet z m ac he r, g . e va l ua t i o n o f a d i f f us iv e sa mpl i ng me tho d f o r th e de t er mi na t io n o f a t mo sph er i c a mmo ni a , j . an al . ch e m. 3 51 (1 99 5 ) 1 9 . [ 8 ] – t er ue l, f. s . est udo so bre a de te rmi na ç ã o d e amô ni a e to l ue no d i i s o c ia na to u t i l i za ndo mi cr o ba la nça p i ezo e l é t r i ca , un iv e r s i d ad e d e sã o pa u l o . d ep a r t am e n to d e quí m ic a d a ffc lrp . r ib e i r ão p r e t o / s p , 19 9 9 / d i ss e r t a ção d e mes t r ad o / . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 47 [ 9 ] – go me s, m. t . s .r . ; n o gue ir a, p . s .t . ; o live ir a , j . a .b . p . q ua nt i f i ca t io n o f c o 2 , so 2 , n h 3 a nd h 2 s w i t h a s i ng l e c oa te d p i e zo e l ec t r i c q ua r tz cr y s ta l , sens . ac t u a to r s b 6 8 (2 0 00 ) 2 18 . [ 1 0 ] – mirm o hse n i , a . ; ola d e gar ag o ze , a . co ns tr uc t io n o f a s enso r f o r de te rmi na t i o n o f a mmo nia a nd a l i p ha t i c a mi nes us ing po ly v i ny lp y rro l i do ne c o at ed qu ar tz c ry s t a l mic ro bal a nce . s ens . a c tu a to r s b 8 9 (2 0 0 3 ) 16 4 . [ 1 1 ] – hol le r , f . j . ; skoo g, d . a. ; cro uc h, s .r . p r in c í p i o s d e a n á l i s e i ns tr ume nt a l , 6 ª . e d . ( t r ad . cé l i o pasq u in i e ou t r os ) , po r t o a l egr e , b oo km an , 2 0 09 , p .2 3 -4 . [ 1 2 ] – s au erbr ey, g . ve rw e ndung v o n s chw i ng qua r ze n zu r w äg ung dün ner s c hi ch te n und zur mi kr o w ä g ung , z . ph ys . 1 5 5 (1 9 5 9 ) 20 6 . [ 1 3 ] – t hom pso n , m . ; kip ling , a . l. ; d u nc a n -he wit t , w. c . ; r aja kov ic , l . v . ; cav ic -v la sa k, b. a . an a lys t 1 1 6 ( 1 9 91 ) 8 81 . [ 1 4 ] – andr a de, j . f. ; fat ib e llo fi lho , o . ; o liv e ir a n et o, g . ; g ui lb a u lt , g . g. apl i ca çõ e s a na l í t i ca s dos cr i s ta i s p i eze l é t r i cos , q u í m. no va 1 4 (4 ) (1 9 91 ) 27 2 . [ 1 5 ] – kin g, w. h . , j r . pi ezo e l ec tr i c so rpt io n de te c t o r . an a l .c h em . 3 6 (9 ) (1 9 64 ) 1 73 5 . [ 1 6 ] – kin g , w. h . , j r . r es . / de v e lo p . 2 0 ( 19 6 9 ) 2 8 . [ 1 7 ] – king , w. h . , j r . a ppl i ca t io ns o f t he qua r t z cry s ta l re s o na t o r . i n : va cuu m m i c ro bal a n ce te ch ni que s ( c za nde rna , a . w. , ed . ) , n ew y o r k , p l en u m pre ss , p . 1 8 3 -9 9 , 1 97 1 , v . 8 . [ 1 8 ] – o ’s ulliv a n, c. k . ; gu i lba u lt , g . g. commer c i a l qua r t z c ry s ta l mi c ro b a lanc es – th eo r y a nd a pp l i ca t io ns . b ios en s . b i o e l ec t ro n . 1 4 (1 9 99 ) 6 63 . [ 1 9 ] – ka r mar ka r, k . h; gu ilba u lt , g . g. a n a l . ch i m. a c ta 7 5 ( 1 97 5 ) 11 1 . [ 2 0 ] – we b b er, l . m. ; gu ilb a ult , g . g. an a l . ch e m. 4 8 (1 9 7 6 ) 22 44 . [ 2 1 ] – su le i m a n, a . a . ; h ah n , e . c . ; g uilb a u lt , g . g . ; c a va n a ug h, j .r . a na l . le t t . 1 7 (1 9 84 ) 22 0 5 . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 48 [ 2 2 ] – a n dra de , j . f. ; su le im a n , a . a. ; gu i lb au lt , g . g. a n a l . ch i m.a c ta 2 1 7 (1 98 9 ) 18 7 . [ 2 3 ] – gu ilb a u lt , g . g. ; lo pe z rom an , a . e nv i ro n . le t t . 2 ( 1 9 7 1 ) 3 5 . [ 2 4 ] – lo pe z roma n , a . ; g ui lb a u lt , g . g. ana l . le t t . 15 (1 9 7 2 ) 2 2 5 . [ 2 5 ] – fa t ib e llo fil ho , o . ; a ndr ad e, j . f . ; su le ima n , a . a . ; g ui lb a u lt , g . g. an a l .ch em . 6 1 (1 9 89 ) 7 4 6 . [ 2 6 ] – gu ilb a ult , g . g. an al .ch em. 5 5 (1 9 8 3) 1 6 8 2 . [ 2 7 ] – a ndr a de, j . f . ; fa t ib e llo fil ho , o . ; sule ima n , a . a . ; g ui lb a u lt , g . g. an a l .le t t . 2 2 (1 98 9 ) 2 6 01 . [ 2 8 ] – gu ilb a ult , g . g. an al .ch im . a c t a 3 9 ( 19 67 ) 26 0 . [ 2 9 ] – g u ilba u lt , g . g. ; to mit a , y . ; kole s ar , e . s . a co a te d p i ezo e l ec tr i c cry st a l t o de t ec t c hemi ca l w a rf a re ag ent s i n ai rc raf t , u s ai r fo r ce repo r t , s am -tr -8 0 -2 1 , ju l y 1 9 8 0 . [ 3 0 ] – d in g, b . , ya ma z a ki , m. , s hir a t or i , s . el ec t ro s pun f i bro us po ly a c ry l i c a c i d me mbr a ne -b a s ed g as s e nso rs . s ens . ac tu a t o r s b . 10 6 ( 2 00 5 ) 47 7 . [ 3 1 ] – ge or g ieva , v . , spa ssov , l. , d o nko v, n . , pe t ko v, p . , a t a na sso v , m. , d et e ct io n o f nh 3 by q ua r tz cr ys t a l m i cro ba l a nce c o a te d w i th ta 2 o 5 . p la s ma p ro ces s po l ym . 3 (2 00 6 ) 20 9 . [ 3 2 ] – wa ng , x . , zh an g, j . , z hu , z . , ammo ni a s e ns ing c ha ra c te r i s t i c s o f zno na no wi res s t ud i ed by qua r t z c ry s t a l mic ro ba l a n ce . ap p l . su r f . sc i . 2 52 (2 0 0 6 ) 2 40 4 . [ 3 3 ] – n e lso n , g . o. c o nt ro l l ed t e s t a t mo s phe re s : pr i nc i p l es a nd t ec hn i que s , an n arb o r , a nn ha rb o r sc i e nc e pu b l i sh e r , 19 7 1 , 2 47 p . [ 3 4 ] – wig h t , g .d . f u nda men ta l s o f a i r sa mpl i ng , b o ca ra to n , n ew y o r k , le wis pu b l i sh e r s , 1 99 4 , 2 5 4 p . [ 3 5 ] – t ec ke n tr up, a . , kloc k o w, d . p r epa ra t io n o f re f i l l a b l e pe r mea t i o n tu bes . a n al .c h em. 5 0 (1 2 ) (1 9 78 ) 1 72 8 . ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 49 [ 3 6 ] – cr osby, d . g. e nv i ro nme nt a l to x i co l og y a nd che mi s t ry . n ew y o r k : ox f o rd u n iv e r s i t y p r e s s , 19 9 8 , 3 3 6p . [ 3 7 ] – o ’ kee ffe , a . e . ; or t ma n, g .c . p ri ma r y s ta n da r ds f o r t r a c e g a s a na l ys i s . an al .c h e m. 3 8 ( 19 6 6 ) 76 0 . [ 3 8 ] – ca str o, j . r . m. est ud o s ob re a de t e rmin a çã o de ben ze no e a mô ni a no a r , u t i l i za nd o s e nso r p i eze l é t r i co de qua r tzo , u n i v e r s i d ad e d e s ão pau lo . d epa r t am en to d e q uí mi c a d a ffc lr p. r i b e i r ão p re to / sp, 2 0 05 / d i s se r t açã o d e me s t r ad o / . ti t l e : d e te rmi na t io n o f a mmo ni a i n a i r us in g a co a ted qua r t z c ry s t a l s enso r a bs tra c t : _ _ __ _ _ __ __ _ _ __ ___ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ _ _ _ _ __ __ _ _ __ __ _ __ _ __ _ _ __ __ _ _ __ a mm o n ia wa s d e t ec t ed an d d e t e r min ed b y a p i e zo e l ec t r i c qu a r t z c r ys t a l s ens o r co a t e d wi th a 2 : 1 (v /v ) m ix tu r e o f ( a ) co m me rc i a l a qu e ou s s o l u t i on o f g l yco l i c ac i d ( 70 % w/ w) c o m bi n ed wi th t e t r a k i s ( h yd r ox ye th yl ) e t h yl en ed i a min e t h ee d (3 :4 v /v ) a nd a sa tu r a t e d s o l u t i on o f (b ) t an n i c ac i d i n ac e t on e . a l a r ge q u a n t i t y o f p r o m i s in g s ub s t an ce s an d t h e i r mix t u r e s , u nd e r d i f f e r en t p ro po r t i on s , w e re i n i t i a l l y s t u d i ed a s p os s ib l e f i lm s . t h e e f f ec t s o f f l o w ra t e , c e l l t e m p er a tu r e , an d t h e am o un t o f co a t i n g we r e i nv es t i ga t e d , t o e s t a b l i s h t h e b es t ex p e r i m en t a l c on d i t i o ns . s tu d i e s o n r e p ea t ab i l i t y , s a mp l i n g t i m es an d s o m e po s s i b l e i n t e r f e r in g gas es w er e p e r f o r med . th e an a ly t i c a l cu r v es a re l i n e a r ov e r t h e c on ce n t r a t i on r an ge ( 2 . 0 -1 1 p p m v o r 1 .4 7 .7 mg m 3 ) f o r f o u r d i f f e r en t s amp l i n g t i m es (0 .5 ; 1 ; 2 a nd 3 mi n ) , w i t h go o d l i n ea r i t y c o r re l a t i o n ( r ) va r yi n g b e t we en 0 . 9 99 4 an d 0 .9 9 8 0 an d r es pe c t iv e s ens i t i v i t i e s r an gi n g f r o m 1 3 . 5 t o 4 2 . 0 h z / p p m v . k eyw o r ds : a mm o n ia , p i ez o e l e c t r i c s en so r ( qc m) , g l yc o l i c t an n i c a c i d s t h ee d co a t in g . introdução o cromo é um elemento de considerável importância ambiental e geológica e, no ambiente, ocorre principalmente como cromo (iii) ou cromo (vi). as funções bioquímicas e os efeitos do cromo são dependentes de seu estado de oxidação, pois enquanto o cromo (vi) é tóxico por ser um agente carcinogênico, o cromo (iii) é considerado um nutriente essencial para os humanos [1]. as maiores fontes de cromo (vi) são antropogênicas, originando-se principalmente de indústrias têxteis, de refinarias de petróleo e de galvanizações, e este é transferido ao ambiente por meio de emissões pelo ar ou pela água. já o cromo (iii) aparece difundido em níveis diminutos na natureza [1,2]. devido ao fato de que os cromatos são amplamente empregados no tratamento de águas e que o cromo (vi) apresenta uma toxicidade muito maior que a do cromo (iii), o maior interesse na especiação de cromo é focado na determinação de cromo (vi) [3]. a determinação direta de cromo em baixas concentrações não é possível de ser efetuada com sensibilidade suficiente, mesmo com o uso de métodos analíticos mais sofisticados, tais como a 73ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 determinação de cromo (vi) por espectrometria de absorção atômica com chama após a extração e préconcentração no ponto nuvem a. sussulini, m. a. z. arruda* universidade estadual de campinas (unicamp), instituto de química, departamento de química analítica, caixa postal 6154, 13083-970, campinas, são paulo, brasil *autor para correspondência. e-mail: zezzi@iqm.unicamp.br resumo: o presente trabalho reporta um método para a determinação de cromo (vi) por espectrometria de absorção atômica com chama (faas) após a extração e pré-concentração no ponto nuvem. o cromo (vi) é complexado com 1,5-difenilcarbazida (dfc) em meio ácido (ph 2,0) e é extraído para um volume de fase rica de 25 µl, com o uso do surfactante triton x-114. as variáveis que afetam a formação do ponto nuvem, tais como a concentração de surfactante (0,1-1,0% m/v) e de complexante (0,01-0,80% m/v), o tempo de complexação (0-60 min) e o efeito da adição do eletrólito nacl (0-20% m/v), são avaliadas. sob condições otimizadas, são utilizados o triton x-114 a 0,3% m/v, a dfc a 0,05% m/v e o nacl a 10% m/v para a extração do cromo (vi). esse método fornece limites de detecção e quantificação de 0,4 µg l-1 e 1,5 µg l-1, respectivamente, e uma faixa linear de calibração de 5 a 500 µg l-1. o fator de pré-concentração obtido é igual a 27 e a eficiência de extração varia de 87 a 99,3%. palavras-chave: extração por ponto nuvem; pré-concentração; espectrometria de absorção atômica com chama; cromo (vi). espectrometria de emissão óptica com fonte de plasma indutivamente acoplado (icp oes) ou a espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica (etaas). por isso, diversos métodos de extração e pré-concentração têm sido desenvolvidos, tais como a troca iônica, a extração em fase sólida, a coprecipitação, etc [4]. recentemente, alguns métodos analíticos de extração e/ou pré-concentração mediados por surfactantes foram propostos como alternativas ao uso de solventes orgânicos [1,2,4-10]. os surfactantes são importantes em química analítica por possuírem a característica de modificar algumas propriedades reacionais, com conseqüente melhoria em sensibilidade e/ou em seletividade analítica [11,12]. quando uma solução de surfactante atinge uma determinada concentração (chamada concentração micelar crítica, cmc) suas moléculas se agregam espontaneamente, formando as micelas [5,11]. a separação em duas fases isotrópicas, gerada a partir de sistemas micelares, é utilizada para extrair diversos tipos de analitos por meio do processo denominado extração no ponto nuvem (do inglês, cloud point extraction) e pode ser aplicada para a extração e/ou a pré-concentração de espécies inorgânicas (complexos metálicos), orgânicas e biomoléculas [6,11,13]. a extração no ponto nuvem ocorre quando surfactantes não-iônicos, em solução aquosa e em quantidade acima da cmc, são aquecidos a uma determinada temperatura, conhecida como temperatura de ponto nuvem, na qual a solução torna-se turva. esta turvação surge por haver um decréscimo da solubilidade do surfactante na água [5,7,14]. acima da temperatura de ponto nuvem, são formadas duas fases e, após um certo tempo (ou após a centrifugação), duas fases líquidas são obtidas: uma que contém alta concentração de surfactante e os componentes extraídos da solução da amostra, denominada fase rica, e outra fase aquosa, que contém uma pequena concentração de surfactante, próxima à cmc, denominada fase pobre [11]. além da versatilidade da extração no ponto nuvem como método de separação, outras vantagens são [6,8,15]: i) a alta capacidade de pré-concentrar uma ampla variedade de analitos com boas eficiências de extração; ii) os surfactantes utilizados não são tóxicos e são menos perigosos que os solventes orgânicos comumente empregados nas extrações líquido-líquido por não serem voláteis ou inflamáveis, além do fato de que a quantidade e o custo dos surfactantes são menores; iii) a disposição final dos resíduos é facilitada, uma vez que estes podem ser incinerados; e iv) o fenômeno da separação de fases é reversível. a principal limitação das extrações por ponto nuvem de íons metálicos é o baixo coeficiente de partição de muitas espécies neutras de quelatos metálicos, o que pode ser solucionado com o uso de ligantes altamente hidrofóbicos [6]. o emprego de sistemas micelares na espectrometria atômica é bastante vantajoso, pois apresentam a capacidade de aumentar a detecção por meio da manipulação das propriedades físicoquímicas da solução que contém a amostra: a eficiência da nebulização é melhorada devido à redução da tensão superficial da água, assim como a compatibilidade da fase aquosa por solventes orgânicos, porque os surfactantes apresentam a propriedade de estabilizar emulsões por meio da formação de um filme orientado na interface [16]. assim sendo, uma metodologia baseada na extração e pré-concentração de cromo (vi) por ponto nuvem aliada à determinação por espectrometria de absorção atômica com chama (faas) como a apresentada neste trabalho, é bastante conveniente por ser uma alternativa simples, rápida, sensível e de baixo custo, em relação a outros métodos. parte experimental equipamentos para o preparo das soluções foram utilizados uma balança analítica, modelo ae 200 (mettler, bedford, eua) e um potenciômetro, modelo dm20 (digimed, são paulo, brasil) para aferir o ph da solução tampão. para o procedimento de extração por ponto nuvem foram utilizados uma placa aquecedora (quimis, diadema, brasil) e um termômetro para preparar um banhomaria e uma centrífuga, modelo nt 811 (nova técnica, piracicaba, brasil), para acelerar o 74 ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 processo de separação de fases. a determinação de cromo (vi) foi efetuada em um espectrômetro de absorção atômica com chama, modelo aanalyst 300, equipado com sistema de correção de fundo por lâmpada de deutério (perkin-elmer, norwalk, eua) e utilizando uma lâmpada de cátodo oco de cromo (perkin-elmer, norwalk, eua) como fonte de radiação primária, operada a um comprimento de onda de 357,9 nm e com uma fenda de 0,7 nm. reagentes, soluções e amostras todas as soluções foram preparadas utilizando-se água desionizada (18,2 mw cm), obtida por um sistema de purificação milli-q (millipore, molsheim, frança) e reagentes de grau analítico. as soluções estoque de cromo (vi) foram preparadas pela dissolução de quantidades apropriadas de k2cr2o7 (merck, darmstadt, alemanha) em água desionizada. a solução tampão a ph 2,0 foi preparada a partir de 25 ml de uma solução de kcl (mallinckrodt, xalostoc, méxico) a 0,2 mol l-1, 6,5 ml de uma solução de hcl (merck, darmstadt, alemanha) a 0,2 mol l1 e, então, diluída a 100 ml com água desionizada. as soluções de triton x-114 (aldrich, milwaukee, eua) e 1,5-difenilcarbazida (merck, darmstadt, alemanha) foram preparadas pela dissolução das quantidades adequadas dos regentes em água desionizada. para a curva analítica de calibração (5 a 500 _g l-1), os volumes adequados da solução estoque de cromo (vi) foram diluídos em uma solução de hno3 (mallinckrodt, xalostoc, méxico) a 0,1 mol l-1 e etanol (j.t. baker, phillipsburg, eua) a 5% v/v, na proporção 1:9 (essa solução é a mesma utilizada na diluição da fase rica). as amostras de água mineral utilizadas foram adquiridas em um supermercado local e a água de bebedouro foi coletada no instituto de química da unicamp (campinas, sp). procedimento em um tubo de ensaio, adiciona-se 1 ml de solução de cromo (vi), 1 ml de solução tampão hcl:kcl 0,2 mol l-1, 1 ml de solução de 1,5-difenilcarbazida (dfc), e 7 ml de solução de triton x-114 contendo nacl. o tubo de ensaio é então vedado com parafilme®, agitado e colocado em banho-maria a 85°c por 15 minutos, de modo que a separação de fases seja facilitada e ocorra mais rapidamente do que em temperatura ambiente. após o resfriamento, o tubo é centrifugado por 10 minutos a 2500 rpm. a fase pobre é separada com o auxílio de uma pipeta. a fase rica é diluída com a solução de hno3:etanol descrita anteriormente e o volume é elevado a 1,8 ml em mini-frascos. alíquotas de ambas as fases são conduzidas ao espectrômetro de absorção atômica para a determinação de cromo (vi). resultados e discussão princípio do método a reação entre o cromato ou o dicromato e a dfc (h4l), resulta na formação de um quelato de coloração violeta intensa ([cr(hl)2]+). esse quelato é constituído em cromo (iii) e 1,5-difenilcarbazona (h2l). a reação é representada pela equação [17]: 2 cro4 2+ 3 h4l + 8 h+ = [cr(hl)2]+ + cr 3+ + h2l + 8 h2o. essa reação ocorre em meio ácido, no qual o cromo está na forma de cromato e, assim, o cromo (vi) é reduzido e complexado pela dfc. o ph ideal para tal reação ocorrer é reportado na literatura como sendo igual a 2,0 [17] e, portanto, o estudo do efeito do ph na otimização do método não foi necessário. efeito da concentração do surfactante a variação na eficiência de extração de cromo (vi) com a concentração do surfactante triton x-114 foi analisada na faixa de 0,1 a 1,0% m/v e os resultados obtidos são mostrados na tabela 1. o triton x-114 foi o surfactante escolhido devido ao fato de possuir uma temperatura de ponto nuvem relativamente baixa e uma alta densidade da fase rica em surfactante, o que facilita a separação de fases por centrifugação, bem como pela ausência de grupos eletroativos em sua molécula [9]. com base nos resultados obtidos, a concentração de triton x-114 adotada para os estudos posteriores foi a de 0,3% m/v, por apresentar a melhor relação entre uma boa eficiência de extração e um volume da fase rica menor, de modo a favorecer a pré-concentração do analito. 75ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 efeito da concentração do complexante o efeito da concentração do agente quelante, dfc, na extração e pré-concentração de cromo (vi) foi avaliado, na faixa de 0,01 a 0,80% m/v. o estudo não foi realizado para concentrações acima de 0,80% m/v de dfc, pois se formava um precipitado no meio. segundo os resultados obtidos, mostrados na figura 1, verifica-se que existe uma relação inversamente proporcional entre a concentração do complexante e a resposta analítica. isso ocorre porque, quando a concentração do complexante é alta, as moléculas deste que não se ligaram ao metal, irão interagir com o surfactante e competir com as moléculas do complexo formado [18]. a concentração de dfc escolhida para os estudos seguintes foi a de 0,05% m/v, pois esta condição forneceu a maior resposta analítica, de acordo com a figura 1. efeito da adição de eletrólito neste método de extração por ponto nuvem, a adição de eletrólito é imprescindível, pois, na sua ausência, quando a temperatura do sistema diminui e é feita a centrifugação, este voltava a ser monofásico, ou seja, o surfactante e o quelato metálico retornavam ao meio aquoso, resultando em uma grande perda na eficiência de extração. assim, mantendo-se fixas as concentrações de triton x-114 e dfc otimizadas previamente e usando-se a concentração de cromo (vi) igual a 1 mg l-1, foi otimizada a concentração do eletrólito nacl, na faixa de 0 a 10% m/v. os resultados obtidos são mostrados na figura 2. observou-se que a adição de eletrólito favoreceu a formação e a estabilização das micelas, obtendose, inclusive, valores de resposta analítica bem mais significativos do que na situação em que a força iônica não foi ajustada. o comportamento indica que, quando micelas mistas são formadas por surfactantes não-iônicos, elas ficam carregadas negativamente, sendo a valência do cátion um fator decisivo na alteração do ponto nuvem. o efeito dos eletrólitos sobre o ponto nuvem de surfactantes não-iônicos é explicado em termos dos efeitos salting-in e salting-out [10]. o efeito salting-out é diretamente relacionado a desorção de íons para as partes hidrofílicas das micelas, aumentando a inter-atração entre as micelas e, conseqüentemente, causando a precipitação das moléculas de surfactante [19]. para concentrações de nacl acima de 10% m/v, as fases ricas formadas ficaram na parte superior do sistema, indicando que pode ter ocorrido uma alteração na estrutura das micelas. a concentração de nacl otimizada foi a de 10% m/v, por apresentar uma maior resposta analítica. 76 ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 tabela 1. desempenho da extração no ponto nuvem com a variação da concentração de triton x-114, utilizando soluções de nacl a 10% m/v, dfc a 0,5% m/v e cromo (vi) a 1 mg l-1. determinações feitas em concentração de triton x-114 / % m/v volume da fase rica / µl eficiência da extração a / % 0,1 15 80,7 ± 3,95 0,3 25 89,6 ± 4,16 0,5 50 90,0 ± 4,16 1,0 100 92,4 ± 3,01 a proporção da concentração do metal na fase rica com aquela da solução original. triplicata. efeito do tempo de complexação as reações químicas que ocorrem na presença de agregados micelares geralmente apresentam fortes efeitos cinéticos, que podem ser explicados em termos da distribuição dos produtos e reagentes entre os agregados e a fase aquosa [18]. assim sendo, realizou-se um estudo do efeito do tempo de complexação na pré-concentração e extração de cromo (vi). foram mantidas fixas as condições otimizadas posteriormente e a concentração de cromo (vi) em 1 mg l-1. de acordo com os resultados obtidos, foi possível verificar que, nesse sistema, o tempo de complexação não afeta de modo significativo os parâmetros estudados (os valores de absorbância mantiveram-se constantes, em uma faixa de 0,126 a 0,129). assim, por questão de praticidade, não houve necessidade de aplicar qualquer tempo de complexação. características analíticas do método e testes de adição e de recuperação nas condições otimizadas anteriormente (triton x-114 a 0,3% m/v, nacl a 10% m/v, dfc a 0,05% m/v e ausência de tempo de complexação), foram determinadas as características analíticas do método. para isso, verificou-se a linearidade da resposta analítica em função da concentração de cromo (vi), obtendo-se os resultados mostrados na tabela 2. o fator de pré-concentração foi calculado como a proporção entre o coeficiente angular da curva de calibração com e sem o processo de pré-concentração [20,21]. o limite de detecção foi calculado como 3 vezes o desvio padrão obtido em 11 determinações do branco, dividido pela inclinação da curva de calibração. o limite de quantificação foi calculado como 10 vezes o desvio padrão obtido em 11 determinações do branco, dividido pela inclinação da curva de calibração, de acordo com a iupac [22]. de modo a validar o método proposto, foram realizados testes de adição e de recuperação, nos quais se partiu das condições otimizadas previamente e foram adicionados os íons cromo (vi) e cromo (iii), em concentrações conhecidas e variadas. o cromo (iii) foi somente empregado como possível concomitante. por meio dos resultados obtidos, é possível afirmar que a recuperação do analito foi satisfatória (em média, ca. 87%) e que a presença do íon cromo (iii) não interfere significativamente na extração de cromo (vi). análise de amostras de águas o método proposto neste trabalho foi aplicado na determinação de cromo (vi) em amostras reais, no caso, de águas minerais com e sem gás 77ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 a bs or bâ nc ia concentração de dfc / % (m/v) 0,00 = figura 1. efeito da concentração da dfc na absorbância. determinações feitas em triplicata. fixou-se a concentração de triton x-114 em 0,3% m/v, a concentração de nacl em 10% m/v e a de cromo (vi) em 1,0 mg l-1. 0 5 10 15 20 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 a bs or bâ nc ia concentração de nacl / % (m/v) figura 2. variação da resposta analítica com a concentração de nacl. determinações feitas em triplicata. fixou-se a concentração de triton x114 em 0,3% m/v, a de dfc em 0,05% m/v e a de cromo (vi) em 1 mg l-1. 78 ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 tabela 3. determinação de cromo (vi) em amostras de águas, feitas em triplicata. amostra cr (vi) adicionado / µg l1 cr (vi) determinado / µg l1 % recuperaçãoa 0 5,06 ± 1,04 água mineral sem gás 5 9,11 ± 1,36 90,6 10 13,1 ± 3,70 87,0 0 10,5 ± 1,83 água mineral com gás 5 14,9 ± 1,47 96,1 10 20,1 ± 2,75 98,0 0 17,6 ± 1,67 água de bebedouro 5 21,7 ± 2,18 96,0 10 27,4 ± 4,29 99,3 a levando-se em conta somente as médias. tabela 2. características analíticas dométodo proposto. parâmetro valor obtido relação entre o volume das fases a 0,0025 fator de pré-concentração b 27 eficiência de extração c / % 95 limite de detecção / µg l-1 0,4 limite de quantificação / µg l-1 1,5 equação da regressão y = 2,03.10-3 x + 7,21.10-2 coeficiente de correlação 0,9996 faixa linear / µg l-1 5 – 500 a b c proporção entre o volume final da fase rica e o da fase pobre. proporção entre o coeficiente angular da curva com analito sem pré-concentração com o da curva do analito pré-concentrado. proporção da concentração do metal na fase rica com aquela da solução original. 79ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 a. sussulini, m. a. z. arruda. determination of chromium (vi) by flame atomic absorption spectrometry after cloud point extraction and preconcentration abstract: the present work reports a method for chromium (vi) determination by flame atomic absorption spectrometry (faas) after cloud point extraction and preconcentration. chromium (vi) is complexed with 1,5-diphenylcarbazide (dfc) in acidic medium (ph 2.0) and it is extracted into 25 µl of surfactant-rich phase containing triton x-114. the variables that affect the cloud point formation, such as the surfactant (0.1-1.0% m/v) and complexant (0.01-0.80% m/v) concentrations, time of complexation (0-60 min), and effect of electrolyte nacl (0-20% m/v) addition are evaluated. under optimized conditions, 0.3% m/v triton x-114, 0.05% m/v dfc and 10% m/v nacl are used for chromium (vi) extraction. this method allows detection and quantification limits of 0.4 µg l-1 and 1.5 µg l1, respectively, and a linear calibration range from 5 to 500 µg l-1. the preconcentration factor obtained is 27 and the extraction efficiency achieved varies from 87 to 99.3%. keywords: cloud point extraction; preconcentration; flame atomic absorption spectrometry; chromium (vi). e de bebedouro. além da determinação das amostras em si, foi feita a determinação das amostras com adição de padrões de 5 e 10 mg l1. na tabela 3, encontram-se os resultados obtidos, em triplicata. em todos os casos, as concentrações de cromo (vi) nas amostras encontram-se abaixo do teor máximo em águas, permitido pelo conama (0,05 mg l-1), de acordo com a resolução 20/86 [23]. conclusões o método de extração e pré-concentração por ponto nuvem é uma importante aplicação do uso de surfactantes em química analítica. tal método mostra-se como alternativa simples, sensível e de baixo custo em relação a outras técnicas de pré-concentração de metais em baixas concentrações. para o cromo (vi), o método proposto neste trabalho forneceu um bom fator de préconcentração e uma eficiência de extração adequada, mostrando que além de aumentar a sensibilidade analítica para a determinação deste elemento, o método também pode ser aplicado na remoção de cromo (vi) de águas contaminadas, uma vez que esse metal possui características nocivas à saúde humana. o limite de detecção deste método mostrou-se melhor que aqueles observados em outros trabalhos propostos na literatura [4,5,9]. outro fato importante foi a obtenção do ponto nuvem sem aquecimento, o que facilita os trabalhos de rotina. agradecimentos os autores agradecem à fapesp (processo 03/00329-0) pela bolsa de estudo concedida para a.s., ao cnpq pela bolsa de produtividade de m.a.z.a., bem como ao apoio financeiro do cnpq, capes e fapesp. recebido em: 08/02/2006 aceito em: 10/03/2006 referências [1] j. l. manzoori, m. h. sorouraddin, f. shemiran, anal. lett. 29(11) (1996) 2007. 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[23] http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res86/ res2086.html, acessado em 08 de janeiro de 2006. 80 ecl. quím., são paulo, 31(1): 73-80, 2006 introduction zinc has been known to be an essential trace element for humans, plants and animals. it is a cofactor for more than 300 enzymes, particularly for rna and dna polymerases, and for enzymes involved in protein synthesis and cell growth [1, 2]. zinc deficiency resulting from poor diet, alcoholism and malabsorption, causes dwarfism, hypogonadism and dermatitis; while toxicity of zinc, due to excessive intake, may lead to electrolyte imbalance nausea and lethargy [3, 4]. metallic zinc has many commercial uses; it has been used as coating to prevent rust, in dry cell batteries and also it has been mixed with other metals to make alloys like brass and bronze. zinc compounds are widely used in industry to make white paints, ceramics, rubber, wood preservatives, dyes and fertilizers. thus, the widespread use of zinc and its compounds has led to an increase in zinc levels monitored in environment to safeguard human life [5, 6]. zinc concentration in unpolluted water samples is very low. therefore, very sensitive analytical techniques such as electrothermal atomic absorption spectrometry (etaas) [7, 8] or inductively coupled plasma-mass spectrometry (icp-ms) [9, 10] are required for its determination. however, inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (icp-aes) [11] and 61ecl. quím., são paulo, 33(2): 61-66, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 solid phase extraction of zinc with octadecyl silica membrane disks modified by n,n’-disalicylidene-1,2-phenylendiamine and determination by flame atomic absorption spectrometry 1m. shabany, 1a. m. haji shabani, 1s. dadfarnia, 1a. gorji and 2s. h. ahmadi* 1department of chemistry, yazd university, yazd-iran 2chemistry and chemical research center of iran, tehran-iran * ahmadi@ccerci.ac.ir abstract: a procedure for separation and preconcentration of trace amounts of zn(ii) from aqueous media is proposed. the procedure is based on the adsorption of zn2+ on octadecyl bonded silica membrane disk modified with n,n’-disalicylidene-1,2-phenylendiamine at ph 7. the retained zinc ions were then stripped from the disk with a minimal amount of 1.5 mol l-1 hydrochloric acid solution as eluent, and determined by flame atomic absorption spectrometry. maximum capacity of the membrane disk modified with 5 mg of the ligand was found to be 226 µg zn2+. the relative standard deviation of zinc for ten replicate extraction of 10 µg zinc from 1000 ml samples was 1.2%. the limit of detection of the proposed method was 14 ng of zn2+ per 1000 ml. the method was successfully applied to the determination of zinc in natural water samples and accuracy was examined by recovery experiments and independent analysis by graphite furnace atomic absorption spectrometry (gfaas). keywords: zinc; solid phase extraction; octadecyl silica membrane disk; flame atomic absorption spectrometry. eq09-af 26/6/08 11:49 page 61 flame atomic absorption spectrometry (faas) [12] do not have sufficient sensitivity for direct trace determinations of zinc. thus, for lowering the detection limits of zinc analysis by these techniques a separation/preconcentration step is required. various procedure for the separation and preconcentration of trace amounts of zinc have been developed, including liquid-liquid extraction [13], cloud point extraction [14, 15], precipitation [16] membrane-based extraction [17] and solid phase extraction [18]. the high enrichment factors possible in spe systems in particular, allow the analytical determination of zinc at very low level. over the last 15 years, solid phase extraction (spe) using alkyl-bonded silica and other surface modified silica gel has been used as an alternative to liquid-liquid extraction in the analysis of various samples [19]. octadecyl-bonded silica membrane disks have been widely applied in the environmental analysis of pesticides, polyaromatic hydrocarbons, substances of biochemical origin and other organic compounds [20-23]. moreover, this sorbent has also been used for the separation and sensitive determination of metal ions. the base of metal separation by c18-bonded silica membrane disk is addition of a complexing reagent to the sample solution, followed by the retention of metal complexes on the disk [24, 25]. membrane disk has also been modified by chelating agents for selective extraction and determination of metal ions [26-30]. schiff base compounds derived from salicylaldehyde (salens and salophens) as polydentate ligands are able to form stable complexes with several transition metal ions [31-33]. these ligands have been applied as ionophore in construction of membrane electrodes [34], optical sensors [35], and as modifiers in solid phase extraction [36-38]. to the best of our knowledge, there is no previous report on the use of modified silica membrane disks for the preconcentration and separation of zinc. the aim of this study was to develop a rapid and efficient preconcentration method using an octadecyl silica membrane disk modified by n,n’-disalicylidene-1,2-phenylendiamine (fig. 1), for preconcentration and determination of zinc in various media by flame atomic absorption spectrometry. 62 ecl. quím., são paulo, 33(2): 61-66, 2008 figure 1. structure of the n,n'-disalicylidene-1,2phenylendiamine. experimental details doubly distilled deionized water and analytical reagent grade chemicals were used throughout the experiments. all organic solvents used were of hplc reagent grade and was purchased from merck company. the stock solution of zinc (1000 µg ml-1) was prepared by dissolving an appropriate amount of zn(no3)2.6h2o (merck) in water and diluting to the mark in a 100 ml volumetric flask. working solutions were prepared daily from the stock solution by appropriate dilution with water. a buffer solution (ph 7.0) was prepared by mixing 0.1 mol l-1 potassium dihydrogen phosphate and 0.1 mol l-1 disodium hydrogen phosphate solutions in an appropriate ratio. n,n’-disalicylidene-1,2-phenylendiamine (salophen) was prepared according to the literature by condensation of 1,2-phenylendiamine with salicylaldehyde (1:2 mol stoichiometric ratio) in methanol at room temperature and was purified by crystallization from hot ethyl acetate.[39] a buck scientific atomic absorption spectrometer (model 210 vgp, usa), furnished with a zinc hollow cathode lamp and air acetylene flame was used for all measurements. the analytical wavelength and spectral bandwidth were 213.9 nm and 0.7 nm, respectively. a metrohm ph meter model 691 was employed for ph measurements. solid phase extractions were performed with 47 mm diameter x 0.5 mm thickness 3m empore membrane disks containing octadecyl-bonded silica (8 µm particles, 60 å pore size). the formulation of the disks was 90% w/w octadecyl-bonded silica and 10% w/w polytetrafluoroethylene eq09-af 26/6/08 11:49 page 62 (ptfe). the disk was used in conjunction with standard millipore 47 mm filtration apparatus. preparation of modified membrane disk the membrane disk was placed in filtration apparatus and it was washed with 10 ml methanol and 10 ml acetonitrile to remove all contaminants. the disk was dried by passing air through it for several minutes. then, a solution of 5 mg salophen in 3 ml of dioxane was introduced to the reservoir of the apparatus and was drawn slightly through the disk by applying a slight vacuum. after complete penetration of salophen, the solvent was evaporated in an oven at 50 °c for about 15 min. then, the modified disk was washed with 20 ml of distilled water and dried by passing air through it. the membrane disk is modified with salophen and can be used for extraction and preconcentration of zinc ions. analytical procedure the ph of the sample solution (not more than 3 l) was adjusted to 7 by addition of phosphate buffer solution (for each 100 ml of sample solution, 2 ml of buffer is enough) and was passed through the modified membrane disk at a flow rate of 40 ml min-1 with the aid of a suction pump. after passage of the sample, the disk was eluted with 10 ml of 1.5 mol l-1 hydrochloric acid at a flow rate of 3 ml min-1. the zinc concentration was then determined by flame atomic absorption spectrometry using an appropriate calibration graph. results and discussions n,n’-disalilicydene-1,2-phenylendiamine (salophen) is a 2n-2o donating schiff base, which is insoluble in water at neutral ph. in the preliminary study it was found that the salophen is capable of forming a complex with zinc ions. furthermore, the stoichiometry of the complex of salophen with zinc was determined by measurement of its absorption in methanol at 431 nm using job and mole ratio methods and was found to be 1:1. therefore, the capability of salophen as a suitable compelexing agent for the separation and preconcentration of zn2+ ions via solid phase extraction by octadecyl silica membrane disks was investigated. the first groups of experiments were designed to investigate whether unmodified and salophen-modified membrane disks have any affinity to retain zn2+ ions. it was found that while the unmodified disk did not show any tendency toward retention of zn2+ ions, the modified disk with salophen was capable of retaining zn2+ ions from solutions. the optimal amount of salophen for proper modification of the octadecyl silica membrane disks for the quantitative extraction of 10 ?µg zn2+ ions from 100 ml aqueous sample was investigated by varying the amounts of ligand from 1 to 7 mg at ph 7.5. the results indicated that the extraction of zinc is quantitative above 3 mg of salophen. hence, for safety subsequent spe experiments were carried out with 5 mg of the ligand. the effect of ph on recovery of 10 µg zn2+ from 100 ml of solution was studied in the ph rang of 2-8. the ph was adjusted by using 0.1 mol l-1 of either nitric acid or sodium hydroxide solutions. the results indicated that the zn2+ ions can be retained quantitatively by the modified membrane disk in the ph rang of 6.5-8.0. the decrease in retention at low ph is due to protonation of donating groups. the ph above 8 was not examined due to the possibility of the hydrolysis of octadecyl silica in the disks and the precipitation of zinc as zinc hydroxide. therefore, ph 7 was chosen for further studies. addition of 2 ml phosphate buffer was sufficient for ph adjustment. hence, an addition of 2 ml was chosen. desorption of retained zn2+ ions from modified membrane disk, after the extraction of 10 µg zinc from 100 ml solution was examined with varying volumes of 1.5 mol l-1 of different acids. the results are summarized in table 1. it is obvious that, among four different stripping agents investigated, hydrochloric acid was the most promising one. the elution of zinc from modified membrane disk was quantitative with 10 ml of 1.5 mol l-1 hcl. in other experiments it was found that with lower concentration of hydrochloric acid, the larger volume of acid solution is needed. thus, 10 ml of 1.5 mol l-1 hydrochloric acid was used for all subsequent experiments. sample flow rate can affect the recovery of zn2+ ions in the solid phase extraction. the effect of this parameter was also studied by processing 200 ml of the solution containing 10 µg of zinc 63ecl. quím., são paulo, 33(2): 61-66, 2008 eq09-af 26/6/08 11:49 page 63 through the modified disk at different flow rates. it was found that retention of zn2+ by the disk was not affected by the sample flow rate in the range of 5-45 ml min-1. on the other hand, quantitative recovery of zn2+ from the salophen-modified disk with 10 ml of 1.5 mol l-1 hydrochloric acid was achieved at a flow rate of 1-4 ml min-1. at higher flow rates, a larger volume of eluent was needed for quantitative recovery of zinc. analytical performance the capacity of the modified disk containing 5 mg of salophen was determined by processing 100 ml of sample solution containing 1000 µg zinc at ph of 7, followed by aas determination of the retained metal ions. the maximum capacity of the disk was found to be 226 ± 4 µg of zinc. the breakthrough volume of the disk was examined by processing 10 µg of zinc in different volumes of water (100-3500 ml) under optimal conditions according to the recommended procedure. the results showed that up to 3000 ml, the extraction was quantitative. thus, the breakthrough volume for the method is 3000 ml. consequently, a preconcentration factor of 300 was determined based on consideration of the final elution volume (10 ml) and the breakthrough volume (3000 ml). the limit of detection (lod) of the proposed method defined as three times the standard deviation of the blank signal (3s) was 14 ng per 1000 ml. the relative standard deviation for ten replicate recoveries of 10 µg zn2+ from 1000 ml aqueous solutions was found to be 1.2%. 64 ecl. quím., são paulo, 33(2): 61-66, 2008 table 1. percent recovery of zinc from the modified membrane disk using different volumes of 1.5 mol l-1 solutions of different acids: zinc, 10 µg; sample volume, 100 ml; sample ph, 7; sample flow rate, 20 ml min-1; eluent flow rate, 2 ml min-1. stripping acid recovery (%) solution 2.5 ml 5.0 ml 7.5 ml 10.0 ml ch3cooh 40.1 52.3 61.6 72.0 h2so4 55.0 75.2 92.3 97.2 hno3 58.1 71.0 88.5 93.1 hcl 71.5 93.4 98.3 100.0 the extraction efficiency of the proposed method was investigated in the presence of various cations. a relative error of less than 5% was considered to be within the range of experimental error. the results are given in table 2. from the results obtained, it can be deduced that the presence of major cations have not significant effect on zinc determination by given procedure. application the proposed procedure was applied to determination of zinc in tap water, river water and sea water (taken from persian golf). the samples were filtered through a millipore 0.45 µm pore-size membrane into previously cleaned polyethylene bottles and were treated according to the given procedure within 6 h of collection. reliability was checked by spiking experiment and comparing the results with data obtained by graphite furnace atomic absorption spectrometry (gfaas). the results of table 3 show that the proposed method can be successfully applied to the determination of zinc in different water samples. table 2. effect of diverse ions (in binary mixtures) on percent recovery of 5 µg zn2+ from 100 ml of sample solution: sample ph, 7; eluent, 10 ml of 1.5 mol l-1 hcl; sample flow rate, 40 ml min-1; eluent flow rate, 4 ml min-1. diverse ion mole ratio recovery [mn+/zn2+] (%) na+ 1000 99.8 k+ 1000 100.0 ca2+ 1000 99.6 mg2+ 1000 98.5 sr2+ 1000 97.6 ba2+ 1000 100.0 pb2+ 800 99.2 cd2+ 500 99.3 fe2+ 400 99.1 mn2+ 300 99.9 ni2+ 250 97.4 cu2+ 200 98.2 ag+ 200 98.7 co2+ 40 97.8 eq09-af 26/6/08 11:49 page 64 conclusions the proposed solid phase extraction procedure based on octadecyl silica membrane disks modified with salophen is a convenient, accurate and precise technique for the determination of zinc by flame atomic absorption spectrometry. a high preconcentration factor of 300, achieved by this method, makes it a very sensitive procedure in comparison with the previously reported spe methods.[40-45] the preparation of the modified disk is very simple. the modified disk is reusable and can be used at least 10 times without any significant change in the recovery. the method can be successfully applied to the preconcentration and determination of zinc in natural waters. acknowledgments the authors wish to thank the graduate school of yazd university for their support. received 04 january 2008 accepted 02 june 2008 references [1] m. iwata, t. takebayashi, h. ohta, r. e. alcalde, y. itano, t. matsumura, histochem. cell biol. 112 (1999) 283. 65ecl. quím., são paulo, 33(2): 61-66, 2008 table 3. determination of zinc in water samples. sample added founda recovery furnace aasa (µg l-1) (µg l-1) (%) (µg l-1) tap water 0 23.81 ± 0.14 24.40 ± 0.75 10 33.76 ± 0.25 99.5 sea water 0 18.62 ± 0.21 18.32 ± 0.53 10 28.44 ± 0.38 98.2 river water 1 0 13.50 ± 0.16 14.06 ± 0.62 10 23.47 ± 0.41 99.7 river water 2 0 10.21 ± 0.23 9.90 ± 0.28 10 20.13 ± 0.40 99.2 a mean and standard deviation of three determinations. 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[45] a. goswami, a. k. singh, talanta 58 (2002) 669. 66 ecl. quím., são paulo, 33(2): 61-66, 2008 eq09-af 26/6/08 11:49 page 66 eq6-af introduction kinetic methods used to determine the activation energy, by using integral dynamic curves from tg ones at multiple heating rate has been proposed by ozawa [1] and for flynn and wall [2]. several studies have been carried out for determination of kinetic parameters as activation energy, pre-exponential factor and lifetime of several materials reactions as catalysts, polymers, organics and inorganics compounds [3, 4, 5,6]. the main of the present article is to evaluate the kinetic dehydration step for itterbium, lutetium and yttrium 4-clorobenzylidenepyruvates using a software developed by blaine [7] present in the thermal analysis system sdt 2960 simultaneous from ta instruments based on the kinetic model of flynn and wall [2]. experimental the solid-state compounds of trivalent ytterbium, lutetium and yttrium with 4-chlorobenzylidenepyruvate (4-cl-bp) were prepared by mixing solutions of the corresponding lanthanide and yttrium chlorides with aqueous solution of the ligand until total precipitation of the metal ion. this procedure was utilized in the preparation of the other trivalent lanthanide pyruvates [8,9]. the precipitates obtained were washed until total elimination of chloride ions, filtered and dried in whatman no 42 filter papers, and stored in a desiccator over anhydrous calcium chloride. the tg curves were obtained in a simultaneous system tg/dta sdt 2960 from ta instruments using different heating rate (2,5; 5,0 and 10,0 º c min -1), dynamic atmosphere of synthetic air with flow of 100 ml min-1, alumina crucible and 39ecl. quím., são paulo, 31(2): 39-43, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 kinetic evaluation of the dehydration of yb(iii) lu(iii) and y(iii) 4-chlorobenzylidenepyruvate by thermogravimetry (tg) n. s. fernandes1*, s. a. araujo1, m. ionashiro2 1universidade federal do rio grande do norte ufrn, departamento de química, cp 1662, 59078-970, natal, rn, brazil 2instituto de química, universidade estadual paulista, cp 355, 14801-970, araraquara, sp, brazil *author for correspondence: e-mail: nedja@ufrnet.br abstract: the dehydration kinetic of yb, lu and y 4-chlorobenzylidenepyruvate was studied by using thermogravimetry and the kinetics parameters obtained by flynn and wall method suggest that the dehydration step follows a first order mechanism. the activation energies calculated were 103.6, 96.6 and 97.2 kj/mol and the lifetime considering the temperature of 31 and 101 º c for the dehydration of these compounds were 23, 26, 31 minutes and 0.6, 1.3 and 1.4 seconds, respectively. the results have similar values and suggest that the water is attached in the same way. keywords: kinetic; thermogravimetry; lanthanides; thermal decomposition. samples weighting about 7 mg. for the kinetic evaluation of the dehydration of the compounds was considerated the following of conversions percentage: 10, 20, 30, 40, 50, 60 and 70%. results and discussion tg and dta curves of ytterbium, lutetium and yttrium 4-chlorobenzylidenepyruvates are shown in figure 1 and figure 2. these curves show mass losses in several steps in the 60-939 º c temperature range. the great similarity of these curves suggest that the thermal decomposition occur in the same way. the mass loss due to the dehydration begins at 60 º c and it is certainly due to the air flux used (100 ml min – 1). it occurs in one step up to 150 º c. this behavior seems to be characteristic of amorphous compounds [14]. in all the tg curves the mass losses occur in three consecutives steps with formation of the oxychoride as an intermediate which has already previously observed [14]. the last mass loss is ascribed to the thermal decomposition of the intermediate compound to the respective oxide (ln2o3, ln = yb, lu, y). the dta curves for all the compounds show a endothermic peak due the dehydration and three exothermic peaks between 200 and 600 º c, attributed to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of the organic matter takes place in consecutives steps; in agreement with the tg curves. reliable methods to determine the activation energy using dynamic integral tg curves at several heating rates have been proposed by ozawa and flynn and wall. a software based on these methods was used to handle the tg data, allowing the evaluation of the apparent activation energy. a detailed mathematical procedure employed for a better software comprehension has been reported by fernandes et al. [3,4,12,13]. blaine [7] formulated a correlation between the toop and the flynn-wall methods in software form, by which the lifetimes of different materials can be determined. the program was used for data processing with respect to the dehydration of compounds studied. (1) the insertion of the r value 8.314 j mol –1 k –1, in the equation (1) and developing it for e, it is obtained: (2) thus, it is possible in this way to calculate the activation energy relating to the thermal decomposition of a compound, by using the slope of the logarithmic heating rate curve as a function of reciprocal temperature. toop [11] determined a relationship between the activation energy and the estimated lifetime for several materials: (3) where tf is the estimated lifetime, β is the heating rate, e is the activation energy, tf is the temperature to which the system is exposed, r is the gas constant and tc is the temperature at which the mass loss is 5% [=f(β)]. with the rearrangement of eq. (3), the temperature of water removal tf can be determined for a desired process time: (4) a plot of this equation shows that a small increment in the temperature causes a drastic decrease in the time requeride for dehydration of the compounds. a plot of the log (heating rate) versus the reciprocal temperature at constant conversion was sketched and it wa posible the calculation of e (activation energy) from the olpes of the lines obtained. the linearity observed for several conversion percentages confirms that the adopted kinetic model can be used to evaluate the dehydration of the compounds (figure 4). the parallel behaviour and the linearity of the curves demonstrates a kinetics of first order for the step of dehydration of the 4clorobenzylidenepyruvates of yb, lu and y. 40 ecl. quím., são paulo, 31(2): 39-43, 2006 considering the percentege of 10% of conversion, the activation energies for the thermal dehydration of the compounds studied were 103.6; 96,7 and 97.2 kj/mol, respectively. from the relationship of toop [11], it is possible to plot lifetime vs. dehydration temperature. it was observed that, to remove the hydration water considering the temperature of 31 and 101 º c the lifetime for the thermal dehydration of the compounds studied were 23, 26, 31 minutes and 0.6, 1.3, 1,4 second, respectively. the results have very close values and suggest that the water is attached in the same way. 41ecl. quím., são paulo, 31(2): 39-43, 2006 figure 1. tg curves of the 4-chlorobenzylidenepyruvate of yb, lu and y. figure 2. dta curves of the 4-chlorobenzylidenepyruvate of yb, lu and y. figure 3. multiple heating rate (a = 2.5; b = 5.0 and c = 10.0 º c min –1) tg integral curves for dehydration step of the chlorobenzylidenepyruvate of the yb, lu and y. conclusions the results obtained showed that the kinetic model proposed suits well in the dehydration step, fact that is confimed by the linearity observed when the logarithm of several heating rate is plotted against the reciprocal temperature of water removal for several percentages of conversion. the activation energies calculated for the step of dehydration of the compounds presented very close values, suggesting that the water is binding in the same way in the samples. 42 ecl. quím., são paulo, 31(2): 39-43, 2006 figure 4. logarithm of heating rate versus the reciprocal temperature for determination of activation energy of the dehydration step of the 4-chorobenzylidenepyruvate of yb, lu and y. figure 5. dehydration lifetime of 4-chlorobenzylidenepyruvate of yb, lu and y vs. temperature. acknowledgements the authors thank fapesp (proc. 97/01538-0) for the finantial support. recebido em: 12/04/2006 aceito em: 05/05/2006 43ecl. quím., são paulo, 31(2): 39-43, 2006 n. s. fernandes, s. a. araujo, m. ionashiro. parâmetros cinéticos de desidratação dos 4clorobenzalpiruvatos de itérbio, lutécio e ítrio por termogravimetria (tg). resumo: a cinética de desidratação dos 4-clorobenzalpiruvatos de itérbio, lutécio e ítrio foi estudada utilizando a termogravimetria e os parâmetros cinéticos obtidos pelo método flynn e wall sugerem que a etapa de desidratação segue um mecanismo de primeira ordem. a energia de ativação (ea) calculada foi 103,6, 96,6 e 97,2 kj/mol e o tempo de meia-vida considerando as temperaturas de 31 e 101 oc para a desidratação térmica dos compostos estudados foram 23, 26, 31 minutos e 0,6, 1,3 e 1,4 segundos, respectivamente. os resultados possuem valores muito próximos e sugerem que a água está ligada da mesma forma nos compostos estudados. palavras-chave: cinética; termogravimetria; lantanídeos; decomposição térmica. references [1] t. ozawa, bull. chem. soc. jpn. 38 (1965) 1881. [2] j. h. flynn, l. a. wall, polym. lett. 4 (1966) 323. [3] v. j. fernandes jr., a. s. araujo, thermochim. acta 255 (1995) 273. [4] v. j. fernandes jr., a. s. araujo, j. thermal anal. cal. 56 (1999) 811. [5] t. s. andy hor, l. t. phang, thermochim. acta 178 (1991) 287. [6] l. barral, , j. lopez, i. lopez-bueno, p. nogueira, c. ramirez, m. j. abad, j.thermal anal. cal. 55(1) (1999) 37. [7] r. l. blaine, du pont thermal application brief, ta 84 (1980). [8] l. c. s. oliveira, c. b. melios, m. s. crespi, c. a. ribeiro and m. ionashiro, thermochim. acta 219 (1993) 215. [9] m. h. miyano, c. b. melios, c. a. ribeiro, h. redigolo and m. ionashiro, thermochim. acta 221 (1993) 53. [10] c. d. doyle, j. appl. polym. sci. 6 (1992) 639. [11] d. j. toop, ieee trans. electr. insul. ei-6 (1) (1971) 2. [12] v. j. fernandes jr., a. s. araujo and g. j. t. fernandes, stud. surf. sci. catal. 105 (1997) 941. [13] v. j. fernandes jr., a. s. araújo and g. j. t. fernandes, j. thermal anal. cal. 56 (1999) 1279. [14] n. s. fernandes, m. a. s. carvalho filho, c. b. melios and m. ionashiro, j. thermal anal. cal. 73 (2003) 307. 0929.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 25 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, : 25 32, 201035 4 aplicação da espectroscopia no infravermelho e difração de raio-x na determinação de sacarina em adoçantes líquidos artificiais pelo método +volumétrico com ag 1 2* 3jhonatas de souza lima , mauro cesar dias , túlio matencio 1,2coordenadoria de ciências e tecnologias químicas, instituto federal do espírito santo, vitória-es, brasil. 3departamento de química, instituto de ciências exatas, universidade federal de minas gerais, belo horizonte-mg, brasil. * maurocesar@ifes.edu.br resumo: . palavras-chave: adoçantes; sacarina; infravermelho; raio-x. o uso de adoçantes líquidos com sacarina sódica é uma questão de saúde pública pela relação com obesidade e fonte de sódio. os níveis de sacarina foram avaliados em quatro marcas de diferentes fabricantes em amostras adquiridas no comércio de vitória/es, entre os anos de 2006 e 2008. foram encontrados níveis 0com valores entre 260 e 505 vezes acima da resolução-rdc n 8, 25/03/2008 (anvisa), que é de 0,015 g/100 ml para sacarina e seus sais derivados. o perfil das amostras cristalizadas dos adoçantes foram avaliados por espectroscopia na região do infravermelho e por difração de raio-x de pó. a seletividade do método clássico de precipitação com agno também foi verificada por essas técnicas aplicadas nos precipitados de 3 sacarinato de prata introdução os adoçantes, ou edulcorantes, são aditivos usados na promoção ou transmissão do sabor doce aos alimentos industrializados, como produtos dietéticos (como refrigerantes e chás), medicamentos e produtos de higiene bucal. a sacarina, 1,2-benzoisotiazol3(2h)-on-1,1-dióxido ou o-benzosulfimida, c h coso nh, é um adoçante não nutritivo sintético 6 4 2 [1], que foi descoberta acidentalmente ao se estudar a oxidação de o-toluenosulfonamidas, em 1879. anos mais tarde verificou-se sua lenta absorção no trato digestivo dos seres humanos no qual não é metabolizada, ou seja, de valor calórico igual a zero, sendo excretada pela urina [2]. estas características a tornam adequada na substituição do açúcar na dieta de pessoas com diabetes. atualmente é o adoçante artificial não calórico mais usado no mundo, comercialmente usada na forma sódica, nasac (estrutura i) ou cálcica, com poder adoçante 300 vezes maior que o açúcar. durante as duas grandes guerras mundiais a sacarina foi extensivamente usada na europa como substituinte do racionado açúcar, mas somente entre 1970 e 1981, nos eua, que a sacarina foi avaliada como adoçante de baixa caloria [2]. em 1972, em resposta a uma série de estudos com ratos que desenvolveram câncer na bexiga após exposição de altas doses de sacarina, o usfda (unidet sta tes food and drug administration) retirou a sacarina da lista de substâncias classificadas como gras, do inglês “generally recognized as safe”. o mecanismo proposto do desenvolvimento de câncer é baseado na exposição de altas doses de sacarina, na forma sódica, que promove a precipitação de fosfato de cálcio presente na urina em 26 artigo article ph elevado e altas concentrações de proteína. o precipitado é danoso aos tecidos da bexiga dos ratos, induzindo a proliferação da célula, que aumenta o risco de câncer. já em 1977 o usfda voltou a proibir o uso da sacarina nos eua, sendo que em 1991 veio permitir novamente sua utilização. no entanto, somente no ano de 1999 é que a agência internacional de pesquisa do câncer (iarc) removeu a sacarina da lista de substâncias “provavelmente carcinogênicas para humanos” [2]. a iarc interpretou que a habilidade da sacarina de causar tumores na bexiga de ratos foi uma “combinação de fatores críticos” e que o mecanismo proposto não é relevante para humanos porque há diferenças críticas na composição da urina entre as diferentes espécies. atualmente a sacarina é aprovada em mais de 90 países, inclusive no brasil, usada na composição de diversos produtos na forma sódica [3]. (i) estrutura da sacarina sódica, nasac. um estudo recente nos eua verificou que o consumo de adoçantes artificiais que possuem substâncias não calóricas, como a sacarina, pode levar ao aumento de peso corporal e obesidade em ratos adultos devido à interferência em processos fisiológicos naturais, como a capacidade dos animais de predizer o conteúdo calórico dos alimentos pelo sabor doce [4]. no brasil, a anvisa (agência nacional de vigilância sanitária), baseada em avaliações toxicológicas de comitês científicos internacionais e normas do codex alimentarius, da união européia, e do food and drug administration (fda), agência reguladora dos estados unidos, verificou a necessidade de redução da quantidade de sacarina sódica em bebidas e alimentos. um dos problemas avaliados é que a sacarina sódica é mais uma fonte de sódio, ou popularmente conhecido como sal, na dieta da população, que já o consome em quantidades acima das recomenda0ções. em 2007 a anvisa editou a consulta pública n 88, de 25 de setembro de 2007, d.o.u. de 26/09/2007, que deixou em aberto por prazo de 60 dias a apresentação de críticas e sugestões relativas à proposta de “regulamento técnico que autoriza o uso de aditivos edulcorantes em alimentos, com seus respectivos limites máximos”. em seguida, em 25/03/2008, foi publicada no diário oficial da união, seção 1, pg 30, a onova resolução-rdc n 8 que regulamenta a quantidade de aditivos em bebidas e alimentos, incluída a sacarina sódica [5]. para a sacarina e seus sais de sódio, potássio e cálcio, segundo este novo regulamento o lmu (limite máximo de uso) é de 0,015 g/100 ml em alimentos e bebidas para dietas com restrição de açúcar, classificação na qual se enquadra os adoçantes líquidos. no documento de 2007 constava que as empresas teriam o prazo de 1 ano para adequarem seus produtos ao lmu, menor nível para alçar o efeito desejado considerando também a ingestão diária aceitável (ida), sendo prorrogado para 3 anos com a nova resolução de 2008. diversos métodos instrumentais são descritos na literatura, como o método de cromatografia líquida de alta eficiência (clae) que é utilizado pelo inmetro [6] e pela anvisa, conforme recomendação do instituto adolfo lutz [7]. no entanto, tratase de um método de alto custo tanto da aparelhagem como no desenvolvimento das análises. a sacarina forma um sal de prata de baixa solubilidade, com uma precipitação quantitativa, de acordo com estudos de parikh e mukherji [8] cujos resultados demonstraram seletividade acima de 95,4 % conforme as variáveis estudadas como ph, presença de ciclamato e de cloreto. esta seletividade foi confirmada em estudos mais recentes citados na literatura, resultando em novas metodologias de potenciometria [3] e calorimetria exploratória diferencial (dsc) [9] para quantificação de amostras de adoçantes. neste trabalho foi feita uma avaliação dos níveis de sacarina em adoçantes líquidos produzidos nos anos de 2006, antes da resolução de março/2008, e adoçantes produzidos em 2008, logo após a resolução. foram avaliadas quatro marcas diferentes de adoçantes líquidos comercializados pelo método clássico de volumetria de precipitação por nitrato de prata e titulação do excesso com tiocianato de potássio, sendo os resultados expressos em gramas de sacarina por 100 ml de adoçante líquido. as técnicas de espectroscopia na região do infravermelho e difração de raio-x de pó foram empregadas para verificar o perfil das amostras cristalizadas e o perfil dos precipitados de sacarinato de prata, obtidos de cada marca na reação de precipitação durante o processo de análise. os espectros na região do infravermelho e difratogramas de raio-x de pó foram comparados com o padrão de sacarina sódica (p.a.) e o seu precipitado de sacarinato de prata. materiais e métodos determinação volumétrica foram determinadas, em triplicata, os níveis de sacarina sódica, expressos em g/100 ml, de ecl. quím., são paulo, 35 4: 25 32, 2010 artigo article 27 quatro marcas populares denominadas adoçante 1, adoçante 2, adoçante 3 e adoçante 4, pelo método volumétrico clássico de parikh e mukherji [8]. os adoçantes líquidos foram adquiridos em supermercados de vitória-es de lotes fabricados nos anos de 2006 e 2008, antes e logo após a resolução oresolução-rdc n 8, de 25/03/2008. a um volume de 5,0 ml do adoçante são adicionados 15 ml de água destilada, 2 ml de solução de amônia a 2,5% (v/v) e 2 ml de solução de ácido acético 10 % (v/v). em seguida, sob agitação branda, foram adicionados 15,0 ml de solução -1padrão de nitrato de prata 0,1000 mol l ocorrendo a formação do precipitado de sacarinato de prata, agsac. a mistura é deixada em banho de água fervente por cerca de 5 minutos, resfriada e filtrada em papel de filtro quantitativo. o precipitado de agsac é lavado com água destilada, seco em estufa a omenos de 50 c por 24 horas. ao filtrado contendo o excesso de agno são adicionados 2,0 ml de 3 solução indicadora de sulfato férrico amoniacal a 40 % (m/v) e 10 ml de ácido nítrico concentrado, sendo titulado logo em seguida com solução padrão de -1tiocianato de potássio 0,1000 mol l . um branco é realizado em paralelo pelo mesmo procedimento isento de sacarina sódica. as reações envolvidas abaixo são na proporção 1:1 e a quantidade de sacarina sódica contida na amostra é obtida pela diferença entre a quantidade total de agno 3 adicionada, já descontado o branco, e a quantidade de agno em excesso. a quantidade de sacarina sódica 3 é convertida para a forma de sacarina ácida, hsac, -1em g 100 ml , para melhor comparação com a legislação dou 26/09/2007 [10]. 1ª etapa: reação de precipitação + -—sacna + agno > agsac(s) + na + no3 3 2a etapa: reações da titulação + —ag + scn > agscn(s) 3+ —fe + scn > fescn espetroscopia na região do infravermelho e difração de raio-x foram obtidos os espectros na região do infravermelho (iv) das amostras cristalizadas e da sacarina sódica padrão, nasac.2/3h o, em pastilhas 2 de kbr, em aparelho perkin elmer ftir spectrum gx. as amostras de adoçantes sólidos cristalizados foram obtidas por aquecimento do adoçante líquido o oem estufa a 65 c ± 5 c no período entre 48 e 72 h, cujos difratogramas foram obtidos em difratômetro simens d5000. os resíduos de sacarinato de prata, agsac, foram recuperados das reações do agente precipitante agno com a sacarina sódica presente 3 nas amostras dos adoçantes 1, 2, 3, 4 e com a sacarina sódica padrão, como no método de parikh e mukherji [8] descrito acima. resultados e discussão os resultados dos níveis de sacarina nas amostras dos adoçantes líquidos 1, 2, 3 e 4 analisadas estão apresentados na tabela 1, cujos valores estão entre 3,92 e 7,58 g/100 ml. verifica-se que os níveis estão entre 260 e 505 vezes acima do limite máximo de uso estabelecido pela nova legislação da 0anvisa (resolução-rdc n 8, 25/03/2008), que é de 0,015 g/100 ml para sacarina e seus sais derivados. em estudo publicado pelo inmetro em 2006 [6] as mesmas marcas foram analisadas e os resultados expressos apenas como “conforme”, o que não permite comparações, sendo que a legislação em vigor até aquele ano, para adoçantes e edulcorantes, era a de 2001 cujo lmu de 0,03g/100 ml [11]. oporém, conforme a resposta da solicitação n 281803 feita a ouvidoria-inmetro em 28/12/2008 os valores dos níveis de sacarina nos adoçantes analisados foram de: 4,9 g/100 ml para o adoçante 1; 8,3 g/100 ml para o adoçante 2; 8,0 g/100 ml para o adoçante 3 e não detectado para o adoçante 4. os resultados dos adoçantes 1, 2 e 3 estão relativamente próximos aos aqui obtidos, mesmo se tratando de diferentes amostras e analisadas em diferentes épocas. a exceção é o adoçante 4 cuja diferença é muito elevada, ou seja, sugere que o fabricante pode ter alterado a formulação do produto. os resultados obtidos deste trabalho estão relativamente próximos aos resultados encontrados em sete marcas diferentes de adoçantes líquidos adquiridos no comércio de araraquara-sp, identificados como a, b, d, g, h, x e y, cuja faixa encontrada foi entre 5,02 e 8,32 g/100 ml de sacarina com base em métodos de hplc e potenciometria [3]. de acordo com os nossos resultados, comparando os produtos fabricados nos 0anos de 2006, antes da edição da rdc n 8, e 2008, logo após a sua edição, verifica-se que não houve a redução da quantidade de sacarina nos adoçantes líquidos analisados. ou seja, os resultados indicam que as empresas ainda não se adequaram à nova legislação, apesar de estarem dentro do prazo de 3 anos estabelecidos para adequação de seus produtos. ecl. quím., são paulo, : 25 32, 201035 4 28 artigo article os espectros de infravermelho (espectros 1, 2 e 4 da figura 1) dos precipitados de sacarinato de prata, agsac, obtidos da reação de precipitação da sacarina sódica contida nos adoçantes com o agente precipitante agno , primeira etapa do método de quantificação, 3 apresentam grande semelhança entre si. esta semelhança também é observada em relação ao espectro do precipitado de agsac obtida da reação do agente precipitante com o padrão nasac.2/3h o (espectro 0). 2 com isso verifica-se a seletividade do método, independente do adoçante analisado e seus constituintes. a principal mudança observada em relação ao espectro de nasac é o deslocamento da freqüência de -1carbonila que está localizada em 1620 cm (espectro -10), ou seja, d = -22 cm em comparação com os resultados de jovanovski (2000) [12]. isso ocorre devido à participação da carbonila na coordenação +com o íon ag , conforme discussões a seguir. a seletividade do método utilizado também é confirmada com os difratogramas do agsac obtidos das reações de precipitação, como se observa a plena semelhança dos difratogramas 0, 1, 2, 3 e 4 na figura 2. esta seletividade é uma das vantagens do método, além do baixo custo e baixo tempo de análises. os espectros de infravermelho da sacarina sódica padrão (0), nasac.2/3h o, e dos adoçantes 2 cristalizados (1, 2, 3 e 4) estão ilustrados na figura 3, os quais apresentam grande semelhança entre si. as atribuições das bandas estão conforme descrição da literatura [9, 12]. as bandas largas em torno de 3200 e figura 1. espectros de iv do resíduo de agsac +obtido da precipitação com ag com a sacarina sódica padrão (0) e adoçantes comerciais cristalizados (1, 2, 3, 4). figura 2. . difratogramas dos resíduos agsac obtidos pelo método gravimétrico das análises de sacarina sódica padrão (0) e adoçantes comerciais (1, 2, 3, 4) tabela 1. valores dos níveis de sacarina em adoçantes líquidos em g/100 ml. adoçante hsac 1 2 3 4 lmu g / 100 ml 2006 4,59 ± 0,06 7,12 ± 0,04 7,41 ± 0,11 7,54 ± 0,02 2008 3,92 ± 0,11 7,55 ± 0,00 7,58 ± 0,00 7,28 ± 0,10 0,015 lmu = limite máximo de uso, conforme dou de 26/09/2007. ecl. quím., são paulo, 35 4: 25 32, 2010 artigo article 29 -13600 cm se referem ao grau de hidratação, sendo que -1o estiramento o-h está localizado em 3400 cm , -1observado no adoçante 1 em 3314 cm . no entanto, a umidade do kbr também é verificada nesta região, em -13421 cm , conforme estudos de beninca et al. [9] ocom sacarina sódica aquecida até 600 c. as bandas em -12854 e 2934 (ou 2936) cm correspondem ao estiramento e deformação axial das ligações c-h, verificados em todos os espectros dos adoçantes, sendo que na sacarina sódica padrão são observados em 3065 e -13103 cm . não é muito simples de observar a banda correspondente ao estiramento de carbonila devido à presença das bandas da vibração de c-h do anel aromático na mesma região, mas esta observação está muito bem descrita na literatura. no íon sacarinato a banda da ligação c-h do anel aromático aparece em torno de -11600 cm e podem ser mais acentuada do que a banda de carbonila [13]. na sacarina sódica a banda de carbo-1nila está localizada em 1642 cm , ligeiramente menor quando o grupo carbonila participa da ligação com o íon metálico devido ao enfraquecimento da ligação c=o em composto metal-sacarinato [14]. portanto, em comparação com a sacarina ácida, hsac, cuja vibração -1da carbonila está em 1725 cm [12], verifica-se um -1deslocamento acentuado de d = -83 cm . de acordo com estas observações pode-se verificar nos espectros da figura 3 a presença das bandas referentes a c-h de anel aromático e da carbonila. no espectro obtido da sacarina sódica padrão (0) a banda da carbonila é -1observada em 1647 cm e a banda do anel aromático -1está localizada em 1589 cm . no espectro do adoçante -11 verifica-se uma banda de carbonila em 1646 cm e nos demais adoçantes duas bandas próximas 1651 e -11627 cm , o que pode estar relacionado à presença de outra carbonila de outro constituinte do adoçante. as bandas do anel aromático da sacarina sódica presente nos adoçantes 1, 2, 3 e 4 estão, respectivamente, -1localizadas em 1589, 1584, 1588 e 1585 cm . o estiramento antissimétrico e simétrico das vibrações do grupo so do grupamento sulfonamida (so nh) da 2 2 sacarina sódica são observados nas freqüências de -11258 e 1150 cm , conforme descrição da literatura [12]. essas bandas são observadas nas amostras dos quatro adoçantes analisados e na sacarina sódica padrão, com pequenos desvios. a tabela 2 apresenta as principais bandas analisadas das amostras de adoçantes líquidos e do padrão de sacarina sódica com suas atribuições. atribuição 0 1 2 3 4 *ref uc-h 3065 (f) 3103 (f) 2854 (f) 2934 (f) 2854 (m) 2936 (m) 2854 (f) 2936 (f) 2854 (f) 2936 (f) 2854 2923 [11] uc=o (amida secundária) 1647 (f) 1646 (f) 1651 (f) 1627 (f) 1651 (f) 1628 (f) 1651 (f) 1627 (f) 1642 [13] uso2 1259 (f, a) 1151 (f, s) 1258 (f, a) 1148 (f, s) 1271 (m, a) 1155 (f, s) 1259 (m, a) 1155 (f, s) 1259 (m, a) 1155 (f, s) 1260 (a) 1150 (s) [10] -1tabela 2. bandas principais (em cm ) dos espectros de iv dos adoçantes (1, 2, 3, 4) e da sacarina sódica padrão (0) com as respectivas atribuições. *ref = referências [10, 11, 13]. (a) antissimétrico, (s) simétrico. f = forte, m = médio, f = fraco. figura 3. espectros de iv da sacarina sódica padrão (0) e adoçantes comerciais cristalizados (1, 2, 3, 4). ecl. quím., são paulo, : 25 32, 201035 4 30 artigo article os difratogramas 1, 2, 3 e 4 dos adoçantes cristalizados apresentam grande semelhança entre si, mas pouca semelhança com o padrão nasac.2/3h o, difratogra-2 ma 0 (figura 4). isto se deve à composição variável dos diversos constituintes, ou seja, não somente o princípio ativo, o edulcorante sacarina sódica, está presente. no entanto, a presença da sacarina sódica é verificada nas amostras dos adoçantes devido aos picos com valores 0 0 0de 2q nas regiões de 7,0 ; 32,9 e 35,8 , comuns em todos os difratogramas (veja indicação com setas na figura 4). dentre estes picos presentes, o pico principal 0esperado nos adoçantes é o de valor de 2q igual a 7,0 da fase cristalina específica da sacarina hidratada nasac.2/3h o presente no padrão e nos adoçantes 2 artificiais. conclusão os adoçante líquidos das amostras analisadas de 2006 e 2008 apresentaram níveis de sacarina muito acima do estabelecido pela nova 0resolução da anvisa, resolução-rdc n 8 de 25/03/2008, com valores entre 260 e 505 vezes acima do lmu. isto indica que a adequação à nova legislação pelos fabricantes deve ser feita ainda nos próximos 2 anos. os espectros de infravermelho das amostras foram bastante semelhantes entre si tomando como referência o padrão de sacarina sódica, o que tornou possível o estudo da atribuição das principais bandas do princípio ativo dos adoçantes líquidos. as amostras apresentaram perfis semelhantes entre si como verificado pelos difratogramas, técnica mais sensível para este fim, onde foi observada a presença da nasac.2/3h o. a 2 seletividade do método é verificado pelos espectros de infravermelho e pelos difratogramas de agsac, obtido da precipitação do princípio ativo dos adoçantes e da sacarina sódica padrão, os quais foram bastante semelhantes entre si. deste modo, com este trabalho além de avaliar os níveis de sacarina em adoçantes utilizando um método de baixo custo e seletivo, foi possível avaliar o perfil das amostras em relação ao seu principal constituinte. agradecimentos: ao ifes e ao dq-icex-ufmg. figura 4. . difratogramas da sacarina sódica padrão (0) e adoçantes comerciais cristalizados (1, 2, 3, 4), com setas indicando os picos comuns jhonatas de souza lima, mauro cesar dias, túlio matencio. application of spectroscopy in infrared and x-ray in determination of saccharin in liquid artificial sweetener from volumetric method with ag+ abstract: . : . the use of sweeteners liquid from saccharin sodium is a public health issue by the relationship with obesity and a source of sodium. the levels of saccharin were studied in four different manufacturers in samples from trade in vitória / es, between years 2006 and 2008. levels were found with values between 260 and 505 above of resolution rdc n0-8, 25/03/2008 from anvisa, which is 0,015 g/100 ml for saccharin and its salts. the profile of the crystallized sweeteners samples were evaluated by infrared spectroscopy and powder x-ray diffraction. the selectivity of the classic method of precipitation with agno was also verified by the 3 techniques applied in silver saccharinate precipitates keywords sweeteners, saccharin, infrared, x-ray ecl. quím., são paulo, 35 4: 25 32, 2010 artigo article 31 referências [1] hamamci, s.; yilmaz, v. t.; kazak, c.; struct. chem. 2006, 17, 57. 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[14] baran, e. j.; yilmaz, v. t. coordination chemistry reviews 2006, 250, 1980. ecl. quím., são paulo, : 25 32, 201035 4 introdução a doença de chagas é um relevante problema de saúde pública na américa do sul, central e méxico. estima-se que 16-18 milhões de pessoas estão infectadas e cerca de 25% da população da américa latina estão sob o risco de contrair a infecção, de acordo com a organização mundial de saúde [1]. a doença é causada por um protozoário flagelado, trypanosoma cruzi (t. cruzi), que possui três formas em seu ciclo de vida: epimastigota, amastigota (forma proliferativa) e tripomastigota (forma invasiva nas células). a transmissão da doença pode ocorrer através de insetos hematófagos (“barbeiros”), transfusão sanguínea, via congênita, transplantes de órgãos e inoculação acidental em laboratório [2]. as afecções que causam são cardíacas, digestivas e/ou neurológicas, que variam segundo as regiões da américa e os indivíduos infectados [3]. o diagnóstico laboratorial da infecção pelo t. cruzi pode ser realizado por meio da busca do parasita ou da resposta imune do hospedeiro infectado empregando-se habitualmente sangue venoso. a detecção de anticorpos anti-t. cruzi na pesquisa sorológica é o método de escolha para o 63ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 otimização de elisa empregando a proteína tc85-11 e planejamento fatorial t. b. zanoni1, i. z. carlos2, j. o. tognolli3, h. yamanaka3, a. a. p. ferreira3* 1centro univ. barão mauá, faculdade de ciências farmacêuticas, ribeirão preto (sp), brasil; 2unesp, faculdade de ciências farmacêuticas, araraquara (sp), brasil; 3unesp, instituto de química, araraquara (sp), brasil *antoferr@posgrad.iq.unesp.br resumo: a doença de chagas é causada pelo trypanosoma cruzi (t. cruzi) e a detecção de anticorpos anti-t. cruzi no soro é um método para diagnosticar a doença. neste trabalho, elisa indireto foi otimizado para a detecção de anticorpos no soro de pacientes com doença de chagas empregando a proteína tc85-11 (ag) da superfície do parasita tripomastigota. na otimização das condições experimentais foi aplicado planejamento fatorial completo para os parâmetros tempo de incubação, diluições do ag (0,08 mg ml-1), anticorpo primário (ac) e anti-igg conjugada com a peroxidase (ac*). os melhores resultados foram obtidos nas seguintes condições: 0,14 mg ag/poço, 60 min para o tempo de incubação, diluições de 1:35 e 1:1000 para ac e ac*, respectivamente. o valor do limiar de reatividade (“cut off”) foi a450nm = 0,371. o elisa indireto foi aplicado em amostras de soros de pacientes infectados com doença de chagas e pacientes com diferentes doenças sistêmicas. a proteína tc85-11, a qual está envolvida com a adesão do parasita na célula hospedeira, é também apropriada para o diagnóstico sorológico da doença de chagas. palavras-chave: t. cruzi; tc85-11; elisa; doença de chagas. diagnóstico etiológico da doença de chagas na fase crônica, considerando a especificidade e a sensibilidade dos testes empregados na rotina de análises clínicas, embora apresente algumas limitações inerentes à sua própria natureza. na fase aguda da doença de chagas, anticorpos das classes igm e igg são detectáveis e na fase crônica, anticorpos da classe igg [4]. os níveis de reatividade diferem para cada método e de acordo com a finalidade de diagnóstico. dentre os testes sorológicos mais utilizados durante a fase crônica, destaca-se o teste imunoenzimático elisa (“enzyme linked immunosorbent assay”) cabendo a voller et al. [5] a sua aplicação na determinação de anticorpos anti-t. cruzi. a literatura tem registrado diferentes antígenos no teste sorológico elisa para doença de chagas, por exemplo, antígenos não-purificados [6], purificados [7], secretado-excretado [8] e recombinantes [9, 10]. a partir da superfamília das gp85/trans-sialidases, componente da superfície do parasita, marroquin-quelopana jr. et al. descobriram uma das moléculas da forma tripomastigota do t. cruzi (tc85-11) pertencentes à família tc-85 [11]. esta importante molécula está caracterizada como molécula de adesão e internalização do parasita à célula hospedeira. a proteína tc85-11 foi empregada no desenvolvimento de imunossensor amperométrico para a detecção de anticorpos anti-t. cruzi em soros de pacientes chagásicos [12]. os resultados demonstraram que a proteína tc85-11 é também um antígeno que reage com o anticorpo anti-t. cruzi. considerando a importância dos testes sorológicos na prática clínica para o diagnóstico da doença de chagas, o presente estudo refere-se ao emprego da proteína recombinante purificada tc85-11 de t. cruzi com aplicação de planejamento fatorial completo na otimização de elisa indireto. atualmente, na otimização de métodos analíticos, o planejamento fatorial tem sido bastante utilizado para avaliar a significância das variáveis, bem como indicar as melhores condições para obtenção dos melhores resultados [13 –15]. materiais e métodos a proteína tc85-11 (0,08 mg ml-1) gentilmente cedida por walter colli e maria júlia m. alves (instituto de química da usp, são paulo) foi sintetizada, purificada por cromatografia de afinidade e sua pureza verificada em gel de poliacrilamida-sds 9% por débora r. oliveira [16]. os ensaios foram realizados em tiras de poliestireno de 96 poços (corning, ny), mediante titulação nas diferentes etapas do teste imunoenzimático e feita a leitura espectrofotométrica a 450 nm (a450) em leitor de elisa (organon teknika). o procedimento analítico do teste qualitativo do antígeno recombinante tc85-11 de t. cruzi por imunoensaio elisa consistiu no seguinte: a) aplicação de 100 ml da amostra protéica diluída em solução tampão bicarbonato 0,05 mol l-1, ph 9,6, nos poços (“well”) da placa de elisa e esta incubada à 4oc durante 18 horas; b) lavagem com pbs-t 0,05%, três vezes de 60 segundos; d) após escoamento, cada poço recebeu 100 ml de solução pbs-t 0,05% contendo 5% de leite desnatado (nestlé), com incubação a 37oc, durante 60 minutos; lavagem dos poços conforme item b; d) os poços sensibilizados com o antígeno tc85-11 de t. cruzi receberam 100 ml do soro controle positivo diluído em solução de bloqueio e incubados a 37oc, durante 30 ou 60 minutos; e) lavagem dos poços conforme item b; f) aplicação de 100 ml da solução contendo anticorpos monoclonais antiigg humana conjugado com peroxidase (igg humana conjugada com enzima horseradish peroxidase, sigma-aldrich) (1,66 mg de proteínas por ml) diluída em solução de bloqueio e incubação a 37oc, durante 30 ou 60 minutos; lavagem dos poços conforme item b; g) adição de 100 ml das soluções de tmb (tetrametilbenzidina) e peróxido de hidrogênio na proporção de 1:1 e incubação de 10 minutos na ausência de luz e à temperatura ambiente; h) adição de 100 ml de solução ácido sulfúrico 1 mol l-1 e leitura espectrofotométrica das tiras. a otimização do elisa indireto foi dividida em etapas, sendo a primeira relacionada com a avaliação das melhores diluições do antígeno (ag), anticorpos primário (ac) e secundário (ac*) a partir de estudos preliminares, enquanto que na segunda etapa do planejamento experimental definiu-se o melhor tempo de incubação e limiar de reatividade para o imunoensaio. em ensaios preliminares avaliaram-se as diluições do ag, ac e 64 ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 ac* utilizando planejamento fatorial 23 em triplicata, com 3 variáveis (ag, ac, ac*) em dois níveis de variação. os níveis de variação foram de 0,14 e 0,20 mg/poço para o ag de t. cruzi, diluições de 1:40 e 1:80 para o ac e de 1:1000 e 1:2000 para o anticorpo conjugado com peroxidase; nas etapas de incubação o tempo foi de 60 minutos. para melhor definir as diluições ideais das variáveis (ag, ac e ac*) foi empregado o tipo de planejamento composto central, resultando 20 experimentos, em duplicata. o planejamento composto central utilizado nesse trabalho compreende o planejamento estatístico fatorial 23, ponto central e o delineamento em estrela [13]. na definição do melhor tempo de incubação do imunoensaio elisa empregou-se planejamento fatorial 22 em duplicata, com 2 variáveis (tac: tempo de incubação para o ac; tac*: tempo de incubação para o ac* ), resultando 4 experimentos. é importante ressaltar que a ordem de realização dos experimentos foi definida aleatoriamente. a significância dos efeitos das variáveis e das possíveis interações entre elas foi analisada estatisticamente utilizando a análise de variância (anova) e com base nos gráficos de pareto (figuras 1 e 3). os valores dos efeitos principais e de interação (valor de p) foram calculados empregando o programa estatístico minitab statistical software release 13. após a otimização dos parâmetros experimentais, empregou-se para a prova sorológica elisa um “pool” de soros positivos (n = 10) como controle positivo e 10 soros controles negativos para chagas na determinação do limiar de reatividade. os soros controles positivos e negativos, confirmados pelas técnicas convencionais em sorologia (elisa e imunofluorescência indireta), provenientes de uma soroteca e sem identificação dos pacientes correspondentes às amostras foram cedidos pelo laboratório de sorologia da faculdade de ciências farmacêuticas da unesp. o limiar de reatividade foi determinado a partir da média aritmética das densidades ópticas das amostras de soros negativos acrescida de duas vezes o desvio médio das densidades ópticas e uma zona de indeterminação de ± 20%. procedeu-se os ensaios com 3 amostras de soros positivos para chagas (s1+, s2+ e s3+) e na determinação de reações cruzadas com soros de pacientes com doenças inflamatórias ou infecciosas crônicas: 3 soros de leishmaniose sp (l1, l2 e l3), 1 artrite reumatóide (a), 1 esquistossomose (e), 1 hanseníase (h) e 1 paracoccidioidomicose (p) expedidos pelo instituto adolf lutz (são paulo, sp), instituto lauro de souza lima (bauru, sp) e faculdade de ciências farmacêuticas da unesp (araraquara, sp). resultados e discussão investigações preliminares indicaram que as melhores tendências obtidas no planejamento fatorial 23 foram nas diluições de 0,14 mg/poço, 1:40 e 1:1000 para o ag de t. cruzi, ac e ac*, respectivamente. a partir dos resultados do fatorial 23, executou-se o planejamento central composto com 06 repetições de ensaios no ponto central. verifica-se na tabela 1 a matriz dos valores empregados no planejamento composto central e os resultados das leituras de absorbância (a450) desta etapa de experimentos para definir as diluições ideais das variáveis: ag (mg/poço), ac e ac*. na tabela 2 são apresentados os valores estatísticos na análise das diluições das variáveis (ag, ac e ac*) isoladas e combinadas e na figura 1 o gráfico de pareto para o planejamento composto central. para as diluições do ag, ac e ac* (figura 1) a variável significativa foi o antígeno (ag) e o seu termo quadrático. a figura 2 representa os gráficos de superfície de respostas tridimensionais e de contornos bidimensionais obtidos para as interações das variáveis estudadas a partir do planejamento composto central. cada contorno corresponde a uma altura particular da superfície de resposta e em cada linha a resposta foi constante. observa-se visualmente nos gráficos de superfícies tridimensionais que a resposta no ponto ótimo foi o ponto máximo. examinando os gráficos de contornos, pode-se verificar que o processo foi sensível às mudanças das variáveis e que a melhor resposta se encontra na região central do elipsóide com maior altura da superfície de resposta. verificou-se que as melhores condições para as diluições do ag tc85-11 de t. cruzi, ac e ac* foram 0,14 mg/poço, 1:35 e 1:1000, respectivamente. 65ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 66 ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 tabela 1. matriz de planejamento composto central e valores de absorbância em elisa empregando o antígeno tc85-11. nº variáveis resultado desvio padrão ensaios (média)* ag ac ac* a450 1 0,12 1:30 1:500 0,523 0,047 2 0,16 1:30 1:500 0,492 0,046 3 0,12 1:50 1:500 0,301 0,015 4 0,16 1:50 1:500 0,369 0,028 5 0,12 1:30 1:1500 0,323 0,024 6 0,16 1:30 1:1500 0,342 0,020 7 0,12 1:50 1:1500 0,251 0,037 8 0,16 1:50 1:1500 0,261 0,031 9 0,11 1:40 1:1000 0,577 0,026 10 0,17 1:40 1:1000 0,533 0,008 11 0,14 1:23 1:1000 1,192 0,124 12 0,14 1:57 1:1000 0,753 0,046 13 0,14 1:40 1:159 1,279 0,087 14 0,14 1:40 1:1840 0,729 0,063 15 0,14 1:40 1:1000 0,938 0,102 16 0,14 1:40 1:1000 0,870 0,018 17 0,14 1:40 1:1000 0,914 0,054 18 0,14 1:40 1:1000 0,814 0,053 19 0,14 1:40 1:1000 0,954 0,118 20 0,14 1:40 1:1000 0,864 0,061 * ensaios realizados em duplicata variável t p ag 2,665 0,024 ac 0,390 0,705 ac* 0,063 0,951 ag . ag 2,948 0,015 ac. ac 0,981 0,350 ac*. ac* 0,831 0,426 ag. ac 0,112 0,913 ag. ac* 0,010 0,992 ac. ac* 0,240 0,815 t = teste t (gráfico de pareto) p = probabilidade tabela 2. valores estatísticos para os principais efeitos e as interações do planejamento composto central. após definir as diluições do ag, ac e ac*, procedeu-se o planejamento fatorial 22 com 2 variáveis (tempo de incubação de 30 ou 60 minutos para o ac (tac) e para o ac* (tac*). observase pela tabela 3 a matriz dos valores empregada no planejamento fatorial 22 e os resultados das leituras de absorbância (a450) desta etapa de experimentos para melhor definir o tempo de incubação do imunoensaio elisa. na tabela 4 são mostradas os valores estatísticos para os efeitos principais e as interações e na figura 3 o gráfico de pareto para o planejamento fatorial 22. na definição do melhor tempo de incubação, foram variáveis significativas os tempos de incubação para ambos os anticorpos (ac e ac*) e a interação entre elas conforme apresentado na figura 3. a figura 4a representa os gráficos de efeitos principais, empregando planejamento fatorial 22, para o fator tempo de incubação dos anticorpos primário e secundário. esse gráfico linear ilustra a variação média das respostas em função da mudança do tempo de incubação, mantendo constantes as diluições do ag, ac e ac* definidas no planejamento central composto. os resultados mostraram que essas interações ocorrem melhor com o tempo de 60 min em ambas as etapas de incubação do imunoensaio. a figura 4b mostra os efeitos de interação para os tempos de incubação (tac e tac*) sobre o imunoensaio elisa e demonstra que o efeito provocado pela mudança do nível do fator tac* na resposta é dependente do nível do fator tac, portanto existe interação entre esses fatores. os efeitos de interações (tactac*) são superiores com o tempo de 60 min de incubação na formação do imunocomplexo, fato observado sobre a resposta (absorbância). a partir das diluições e tempos de incubação definidos nas etapas de otimização, determinou-se o limiar de reatividade (“cut off”) para a proteína tc85-11. a média aritmética das a450 de 10 amostras de soros padrões negativos (0,317), acrescida de duas vezes o desvio médio (0,027) das medidas de absorbância [17] resultou no valor de “cut off” de 0,371. o referido valor está representado na figura 5 na forma de linha contínua; considerando ± 20%, a zona de indeterminação está compreendida entre 0,445 e 0,297. o emprego dessa proteína em imunoensaio elisa indicou resposta positiva para os soros de pacientes chagásicos e reatividade cruzada com dois soros de leishmaniose (l2 e l3) e com o de paracoccidioidomicose (figura 3). soros de pacientes com artrite reumatóide e esquistossomose apresentaram resultados inconclusivos e correspondem às densidades ópticas dentro da zona de indeterminação de ± 20% tendo como base o limiar de reatividade de cada antígeno empregado no imunoensaio elisa. não se confirmou reação cruzada com soro de hanseníase. deve-se levar em consideração que o número de soros de pacientes chagásicos e de pacientes com outras patologias é considerado insuficiente para a validação do teste e que as reações cruzadas, principalmente com leishmaniose, descritas em diversos estudos com técnicas sorológicas, é a principal enfermidade infecciosa que interfere nos resultados sorológicos dando falsos positivos. isto é atribuído ao fato de que os parasitos do gênero leishmania pertencem à mesma 67ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 outro s ac.a c*ac ac*. ac* ac.a c ag ag.ag 0,1850,2400,3900,8310,9812,6652,948 2,2 2,9 4,710,111,932,335,8 100,0 97,8 94,8 90,1 80,0 68,1 35,8 8 7 6 5 4 3 2 1 0 100 80 60 40 20 0 variável t % indiv. % cumul. megatnecro pt figura 1. gráfico de pareto do planejamento composto central obtido para diluições ag, ac e ac* (a linha vertical representa a porcentagem cumulativa das variáveis). 68 ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 2000 1000 0,105 0,0 0,115 ac* 0,125 0,5 0,135 1,0 0,145 0,155 a 0,165 0,175 0 ag ac 1 : 35 450 0,2 0,4 0,6 0,8 0,170,160,150,140,130,120,11 1700 1200 700 200 ag *c a ac 1:35 (b) 60 50 40 0,105 0,0 ac 0,1150,125 0,5 0,135 1,0 30 0,145 0,155 a 0,1650,175 20 ag ac* 1:750 450 0,2 0,4 0,6 0,8 0,170,160,150,140,130,120,11 55 45 35 25 ag c a ac* 1:750 2000 1000 20 0,2 0,3 ac* 0,4 0,5 30 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 40 50 0 60ac ag 0,14 ug/poço a450 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 55453525 1700 1200 700 200 ac *c a ag 0,14 ug/poço figura 2. superfícies de respostas tridimensionais e contornos bidimensionais obtidos pela análise do planejamento composto central: (a) diluições do ac e ac*; (b) diluições do ag e ac*; (c) diluições do ag e ac. (a) (b) (c) família de trypanosomatidae, compartilhando os determinantes antigênicos. cannova et al. [6] obtiveram reatividade cruzada com leishmaniose e malária empregando extrato bruto de epimastigotas (8 µg ml-1) e diluição do soro humano 1:100 em elisa. a existência de reações cruzadas tem levado pesquisadores a procurar antígenos mais específicos, submetendo os parasitos obtidos nos cultivos a processos de purificação de seus componentes. o emprego de antígenos purificados tem elevado a especificidade das reações [7]. esse aumento da especificidade em elisa para o sorodiagnóstico da doença de chagas foi estudado por 69ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 tac.tac* tac tac* 3,097,179,10 16,037,047,0 100,0 84,0 47,0 20 10 0 100 80 60 40 20 0 variável t % indiv. % cumul. megatnecro p t figura 3. gráfico de pareto do planejamento fatorial 22 para os tempos de incubações do ac e ac* (a linha vertical representa a porcentagem cumulativa das variáveis). nº variáveis resultado desvio padrão ensaios (média) tac tac* a450 1 30 30 0,538 0,018 2 60 30 0,624 0,016 3 30 60 0,665 0,054 4 60 60 0,881 0,002 tabela 3. matriz de planejamento do experimento fatorial 2 e valores de absorbância obtidos em diferentes tempos de incubação do imunoensaio elisa empregando o antígeno tc85-11. 2 variável t p tac 7,17 0,002 tac* 9,10 0,001 tac.tac* 3,09 0,037 t = teste t (gráfico de pareto) p = probabilidade tabela 4. matriz de planejamento do experimento fatorial 2 e valores de absorbância obtidos em diferentes tempos de incubação do imunoensaio elisa empregando o antígeno tc85-11. 2 umezawa et al. [8], empregando antígenos secretado-excretado de tripomastigota (2 µg ml-1), diluição do soro humano 1:200 e tempos de incubação de 60 minutos para as etapas de bloqueio, ac e ac*. umezawa et al. [10] também estudaram a combinação de três antígenos recombinantes (b13, 1f8 e h49) de t. cruzi em elisa, apresentando alta sensibilidade e especificidade nos testes sorológicos. com a mistura de antígenos recombinantes de t. cruzi, cra e fra, krieger et al. [9] obtiveram resultados satisfatórios quanto à sensibilidade em elisa. nesses trabalhos mencionados, empregando antígenos secretado-excretado e recombinantes de t. cruzi, não se verificou a reatividade cruzada com leishmaniose mediante a amostragem de soros examinada. a utilização simultânea de testes com antígeno bruto, preferencialmente com elevada sensibilidade, para contrabalançar a possível perda diagnóstica de alguns pacientes infectados que não apresentam, em seus soros, anticorpos contra os antígenos recombinantes [3] é aconselhável. esses motivos adquirem mais relevância em bancos de sangue, que devem trabalhar com o máximo de sensibilidade. portanto, os esforços devem ser dirigidos na busca de um antígeno que permita identificar verdadeiramente os anticorpos produzidos contra t. cruzi, empregando soros bem caracterizados para cada enfermidade. conclusões com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que a proteína tc85-11, envolvida na adesão e internalização do parasita à célula hospedeira, é também um antígeno que interage com o anticorpo anti-t. cruzi. o imunoensaio elisa otimizado constitui mais uma ferramenta de trabalho no diagnóstico sorológico da doença de chagas, porém esse antígeno também apresenta reação cruzada com leishmaniose. no processo de otimização do imunoensaio elisa, o emprego de planejamentos experimentais baseados em princípios estatísticos tornou-se importante para extrair do sistema em estudo o máximo de informações úteis, fazendo um número mínimo de experimentos. além do que, as variáveis podem influenciar mutuamente e o valor ideal pode depender da interação entre as variáveis. agradecimentos agradecemos à fapesp pelo apoio financeiro e a w. colli, m. j. m. alves, d. r. oliveira que cederam a proteína tc85-11. recebido em: 03/01/2006 aceito em : 06/03/2006 70 ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 t ac t ac* 30 60 30 60 0,58 0,63 0,68 0,73 0,78 a 450 figura 4. (a) gráfico de efeitos principais dos tempos de incubações (tac e tac*) e (b) gráfico de efeitos de interação (tactac*) do planejamento fatorial 22 sobre a resposta absorbância máxima no imunoensaio elisa empregando o antígeno tc85-11. 30 60 3030 6060 0,55 0,65 0,75 0,85 t ac* t ac a 450 (a) (b) referências [1] www.who.int/tdr/diseases/chagas/direction.htm. acessado em 22/02/06. [2] j. costa, c.e. almeida, e.m. dotson, a. lins, m. vinhaes, a. c. silveiras, c.b. beard, mem. inst. oswaldo cruz 98(4) (2003) 443. [3] z. brener, z.a andrade, m. barral-netto, trypanosoma cruzi e doença de chagas. 2. ed. rio de janeiro: guanabara koogan, 2000. [4] s. l. m. ávila, a. v. ferreira, diagnóstico laboratorial das principais doenças infecciosas e auto-imunes. rio de janeiro: guanabara koogan, 1996. [5] a. voller, c. draper, d. e. bidwell, a. bartlett, lancet 1 (1975) 426. [6] d. c. cannova, m. c. aguilar, m. pacheco, m. i. simons, m. medina, rev. fac. cien. salud. 6(3) (2002) 4. 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[17] a. a. p. ferreira, imunossensor amperométrico empregando a proteína tc85-11 e investigações da interação da proteína com anticorpo anti-t. cruzi por microscopia de força atômica. 95 f. tese (doutorado em biotecnologia) – instituto de química, universidade estadual paulista (unesp), araraquara, 2005. 71ecl. quím., são paulo, 31(1): 63-72, 2006 t. b. zanoni, i. z. carlos, j. o. tognolli, h. yamanaka, a. a. p. ferreira. optimization of elisa using tc85-11 protein and factorial design. abstract: chagas’ disease is caused by the trypanosoma cruzi (t. cruzi) and the detection of anti-t. cruzi antibodies in the serum is a method for diagnosis of the disease. in this work, indirect elisa was optimized for detection of antibodies in patients’ sera with chagas’ disease using tc85-11 protein (ag) from the trypomastigote surface of the parasite. the full factorial design for optimization of the experimental conditions was carried out for the incubation time, dilutions of ag (0.08 mg ml-1), primary antibody (ac) and anti-igg conjugated with peroxidase (ac*) parameters. the best results were obtained with the following conditions: 0.14 mg ag/well, 60 min incubation time, dilutions of 1:35 and 1:1000 for ac and ac*, respectively. the cut off value was a450nm = 0.371. the indirect elisa was applied to sera chagas’ disease infected patients samples and patients with different systemic diseases. tc85-11 protein, which is involved in the adhesion of the parasite to host cell, is also suitable for serological diagnosis of chagas’ disease. keywords: t. cruzi; tc85-11; elisa; chagas’ disease. effect of aqueous extracts from the clove (syzygium aromaticum) on chlorophyll content and breath in seedlings of cabbage (brassica oleracea) eclética química, 38, 123-127, 2013. 123 effect of aqueous extracts from the clove (syzygium aromaticum) on chlorophyll content and breath in seedlings of cabbage (brassica oleracea) felipe carlos de moura 1 ; camila rodrigues amaral 2 ; heloísa monteiro de andrade 2 ; darlielva do rosário freitas 3 . 1 acadêmico do curso de licenciatura em química – fafism (felipecarlosmoura@gmail.com). 2 professoras de cursos de graduação da fafism. 3 acadêmica do curso de licenciatura em ciências biológicas – fafism. algumas plantas apresentam características de sintetizar metabólicos secundários que influenciam no crescimento e no desenvolvimento de sistemas biológicos. estudos têm sido realizados com o objetivo de se conhecer melhor as espécies de plantas e substâncias químicas com atividades alelopáticas, especialmente na agricultura. o objetivo deste trabalho é analisar a influência de extratos aquosos de gemas florais de cravoda-índia sobre a produção de massa seca da planta, teores de clorofila a, b e totais e atividades respiratórias potenciais das raízes de plântulas de couve. palavras-chave: cravo-da-índia; alelopatia; bioinseticida; extratos aquosos. abstract some plants have characteristics of synthesizing secondary metabolic which influence on the growth and development of biological systems. studies have been conducted in order to better understand the species of plants and chemicals with allelopathic activities, especially in agriculture. the objective of this paper is to analyze the influence of aqueous extracts of flower buds of the clove on the production of plant dry matter, content of chlorophyll a, b and total and potential respiratory activity of the roots of cabbage seedlings. keyword: clove; allelopathy; bioinsecticide; aqueous extracts. introdução algumas plantas apresentam características de sintetizar metabólicos secundários que influenciam no crescimento e no desenvolvimento de sistemas biológicos. estudos têm sido realizados com o objetivo de se conhecer melhor as espécies de plantas e substâncias químicas com atividades alelopáticas, especialmente na agricultura. de acordo com rizvi & rizvi 1 , os aleloquímicos podem afetar: estruturas citológicas e ultraestruturais; hormônios, tanto alterando suas concentrações quanto o balanço hormonal; membranas e sua permeabilidade; absorção de minerais; movimentos de estômatos; síntese de proteínas; atividade enzimática; relações hídricas eclética química, 38, 123-127, 2013. 124 e condução; material genético, induzindo alterações no dna e rna. adicionalmente, os aleloquímicos podem causar alterações nas propriedades e características nutricionais do solo, atividades de microrganismos, de nematóides e de insetos. os aleloquímicos podem ser liberados pelas plantas lavados das folhas verdes, lixiviados de folhas secas, volatilizados das folhas, exsudados das raízes, ou liberados durante a decomposição de restos de plantas. mesmo flores, frutos e sementes pode ser fonte de toxinas alelopáticas 2 . também existem casos em que os produtos não são tóxicos até terem sido alterados no próprio ambiente, seja por degradação química normal ou pela ação de microrganismos. muitos estudos estão sendo realizados na tentativa de diminuir o uso de herbicidas, inseticidas e fungicidas sintéticos por meio da alelopatia3. para tanto, é necessário também, avaliar se as espécies utilizadas no combate a insetos e plantas daninhas não causam danos à plantação. o cravo-da-índia é uma espécie endêmica da indonésia e é uma planta amplamente utilizada nas mais diversas aplicações desde o século xvi. possui grande valor comercial como condimento na culinária, devido ao seu marcante aroma e sabor, conferido por um composto fenólico volátil, o eugenol4. a literatura apresenta algumas publicações atribuindo atividades biológicas ao cravo-da-índia, tais como antioxidante5, fungicida6 e bactericida7. com isso, o objetivo desse estudo foi testar o efeito alelopático de extratos aquosos de cravoda-índia (syzygium aromaticum) sobre alguns parâmetros fisiológicos de plântulas de couve (brassica oleracea), especificamente sobre a produção de massa seca, os teores de clorofila a, b e totais e a respiração radicular. materiais e métodos primeiramente cerca de 150 sementes de couve manteiga foram plantadas em 30 recipientes na quais distribuídas de maneiras iguais e foram cultivadas com o objetivo de que as mesmas alcançassem seu estágio embrionário de plântulas. uma vez atingido o estágio de plântulas, as mesmas foram umedecidas com extrato vegetal obtido através das gemas florais de cravo-da-índia submetidas à técnica de extração a frio nas concentrações: 0,5%, 1%, 1,5%, 2% e 2,5% (tabela 1), sendo o controle obtido pela utilização de água destilada. todos os tratamentos foram constituídos por cinco repetições, distribuídas inteiramente ao acaso. o bioensaio foi conduzido por 20 dias, ao fim dos quais foi avaliada a massa da matéria fresca e seca, teores de clorofila e atividades respiratórias potenciais das raízes. a produção de massa seca foi avaliada através da pesagem das plântulas em balança analítica, após terem sido submetidas à secagem para a retirada do excesso de água absorvido por elas. a partir dos valores obtidos foi elaborado o gráfico desta parte da análise. os teores de clorofila foram obtidos após a maceração das partes aéreas das plantas em almofariz e extração com acetona 80%. as absorbâncias das soluções cetônicas contendo clorofila foram lidas em espectrofotômetro nos comprimentos de onda de 645 e 663 nm e, a partir desses dados, foram calculados os teores de clorofila a e clorofila b. a respiração potencial das células radiculares das plântulas de couve foi estimada por meio da redução do cloridrato de trifenil tetrazólio (ttc) pela atividade de enzimas desidrogenases, resultando no acúmulo de formazan (figura 1). figura 1 esquema representando a reação de redução do cloridrato de trifenil tetrazólio (ttc) produzindo a substância formazan. após isso, foi feita a leitura espectrofotometricamente à absorvância de 530nm e obtivemos n n n + n n n n n h formazantrifenil tetrazólio enzimas desidrogenases eclética química, 38, 123-127, 2013. 125 os valores para elaboração do gráfico referente à respiração radicular. os dados obtidos foram analisados através de regressão. resultados e discussão após a realização do experimento verificouse que os extratos com concentrações de 0,5% e 1% demonstraram permanecer com valores de massa próximos ao do controle, enquanto as concentrações maiores demonstraram crescente queda na produção de massa seca (figura 2). figura 2 massa total de plântulas de couve depois de submetidas a diferentes concentrações do extrato aquoso de cravo-da-índia. resultado semelhante pôde ser observado na figura 3, onde se verifica que houve redução na respiração das raízes de acordo com o aumento da concentração do extrato. figura 3 respiração potencial (síntese de formazan pela atividade de enzimas desidrogenases) nas raízes de plântulas de couve sob tratamentos. diferentemente dos resultados obtidos para massa total e respiração radicular, os teores de clorofila apresentaram um aumento quando aplicado menores concentrações do extrato. esse resultado pode ser observado tanto para clorofila a quanto para b. a partir da concentração de 1,5% os teores de clorofila a tiveram decréscimo, porém, os teores de clorofila b se mantiveram constante com o aumento da concentração do extrato (figura 4). figura 4 teor médio de clorofila na parte aérea de plântulas de couve, sob tratamento com extratos de cravo-da-índia. as respostas fisiológicas das plântulas submetidas a compostos alelopáticos são manifestações secundárias decorrentes de modificações celulares, moleculares e bioquímicas, cujos mecanismos ainda não são bem elucidados 8 . conforme observado nos resultados experimentais, o extrato de cravo-daíndia parece ter efeito negativo no desenvolvimento normal de plântulas de couve, isso por que, provavelmente causou um estresse na mesma. diversos tipos de estresses podem levar a tal resultado, sendo o estresse oxidativo o mais pronunciado. apesar de não ser bem esclarecido o fato de compostos aleloquímicos atuarem diretamente sobre o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio, sabe-se que esse tipo de estresse é secundário a qualquer outro sofrido pela planta 9 . eclética química, 38, 123-127, 2013. 126 os resultados obtidos em relação ao sistema radicular demonstram que esse sistema é sensível aos componentes alelopáticos liberados a partir do extrato de cravo. em geral, as raízes apresentam acentuada resposta negativa, pois é o órgão que primeiro entra em contato com o composto e, levando-se em conta que esse órgão é o responsável pela absorção de água e nutrientes, uma vez que encontra-se danificado, resultará em danos por toda a planta, conforme comprovado através da análise de massa total 8 . compostos alelopáticos podem atuar também, sobre a fotossíntese da planta com ação similar a herbicidas 10 . no presente experimento, o estresse provocado pelo extrato de cravo, inicialmente provocou um aumento no teor de clorofila. esse aumento pode ter sido, provavelmente, como resultado de um investimento para o incremento da fotossíntese, a fim de reduzir as conseqüências dos danos provocados. porém, com a acentuada concentração do extrato, a planta pode não conseguir manter o nível fotossintético, levando, também, a uma reduzida produção de massa. tabela 1 esquema de obtenção das diferentes concentrações de extratos aquosos 2g de cravo para 80 ml de água – 2,5% c % 2,5% (ml) água (ml) volume final 2 16 4 20 ml 1,5 12 8 20 ml 1 8 12 20 ml 0,5 4 16 20 ml conclusões o extrato aquoso de cravo-da-índia afetou o desenvolvimento das plântulas de couve, sendo o efeito mais drástico, nas raízes. com isso, efeito semelhante ocorreu em relação à obtenção de massa pela planta. a utilização de extratos dessa espécie no combate a insetos e a plantas daninhas deve ocorrer de forma cuidadosa, uma vez que, como demonstrado pelo presente estudo, pode causar danos às plantações. para melhor compreensão do efeito alelopático apresentado pelo cravo-da-índia, um futuro projeto poderia se empenhar em analisar individualmente cada um dos mais de dez compostos que compõe o cravo-da-índia, e assim, chegar a uma resposta quanto às substâncias que afetam as pragas e a couve em si. referências [1] rizvi, s. j. h.; rizvi, v. exploration of allelochemicals in improving crop productivity. in: allelopathy: basic and applied aspects. london: chapman & hall, p.443-472, 1992. 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produzindo o na2sio3 que é solúvel a quente. em seguida, o filtrado foi acidificado para a precipitação do sio2, posteriormente foi feita a cloração da superfície da sílica e depois a incorporação dos grupos básicos (tetrametilguanidina). esses materiais foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, difração de raios x e microscopia eletrônica de varredura. a quantidade de metais adsorvida foi determinada em um espectrômetro de absorção atômica, e todas as amostras foram analisadas em triplicata. os resultados de adsorção foram ajustados ao modelo de langmuir. o valor máximo da capacidade de adsorção foi de 3,4 mg g -1 para o cu 2+ , 2,7 mg g -1 para o mn 2+ , 2,5 mg g -1 para o zn 2+ . o material produzido apresentou uma boa capacidade de remoção de metais pesados do meio aquoso. com isso, pretendemos tornar mais acessível e mais barato o tratamento dos efluentes dos mais variados ramos da indústria química, proporcionando uma remoção mais efetiva dos diversos tipos de contaminantes lançados ao meio ambiente. palavras-chave: areia, sílica, adsorção, metais, tetrametilguanidina ____________________________________________________________________________ abstract: in this work, silica gel was obtained from a natural source, the sand, chemically modified with the incorporation on its surface of basic groups and applied in the removal of heavy metals (cu 2+ , zn 2+ , mn 2+ ) from the aqueous medium. the silica was synthesized using sand and sodium carbonate. this mixture was placed in a muffle at 850 ° c, yielding the na2sio3 which is hot soluble, then the filtrate was acidified to the precipitation of sio2, followed by chlorination of the silica surface, and then by the incorporation of the basic groups (tetramethylguanidine). the characterization of these materials was performed by infrared spectroscopy, x ray diffraction and scanning electron microscopy. the amount of adsorbed metal was determined by atomic absorption spectrometry, and all samples were analyzed in triplicate. the adsorption results were adjusted to the langmuir model. the maximum adsorption capacity was 3.4 mg g -1 for cu 2+ , 2.7 mg g -1 for mn 2+ , 2.5 mg g -1 for zn 2+ . the material produced had a good ability to remove heavy metals from the aqueous medium. with this, we aim to make the treatment of the most varied branches of the chemical industry more accessible and cheaper, providing a more effective removal of the different types of contaminants released to the environment. keywords: sand, silica, adsorption, metals, tetramethylguanidine 1 instituto federal de goiás – campus aparecida de goiânia. av. universitária vereador vagner da silva ferreira, qd-1, lt 1-a – parque itatiaia. aparecida de goiânia-go cep: 74968-755. autora correspondente: faria.ea@gmail.com http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p85-93 mailto:faria.ea@gmail.com eclética química journal, vol. 41, 85-93, 2016. 86 86 introdução a areia é um material fundamental para qualquer tipo de construção. esse material de origem mineral consiste em um conjunto de partículas de rochas degradadas, que se apresenta finamente dividido em grânulos ou granito e é formada principalmente por sio2. a sílica pode ser cristalina ou amorfa e em sua estrutura química encontra-se o silício coordenado tetraedricamente a quatro átomos de oxigênio. a principal forma de ocorrência da sílica é a cristalina, porém diferentes fases podem ser encontradas dependendo das condições do meio, como temperatura, pressão e grau de hidratação 1 . nos últimos anos, a sílica tem sido utilizada largamente em fases estacionárias para cromatografia líquida de alta eficiência (clae) 2 , suporte na formação de novos materiais nanoestruturados 2,3 ; na imobilização de grupos funcionais para extração de íons de águas e efluentes 5,6 ; em encapsulamento e liberação controlada de fármacos 7 ; aplicações catalíticas 8,9 entre outras. a sílica tem também sido empregada no desenvolvimento de sensores químicos de alta sensibilidade e seletividade 10 que associados às técnicas eletroanalíticas constituem uma área de pesquisa que produz avanços científicos significativos. com a ligação de diferentes espécies orgânicas na superfície da sílica, podemos obter compostos com maior versatilidade e com propriedades específicas 11 . dentre os compostos orgânicos de interesse, destacam-se neste artigo a tetrametilguanidina (tmg), que é uma base orgânica muito especial por apresentar em sua estrutura nitrogênio, que pode ser um excelente agente sequestrante de metais. esses poluentes constituem uma das principais causas da poluição ambiental e são diariamente descartados em efluentes de diferentes indústrias 12 . os problemas causados por uma substância tóxica estão associados à sua concentração no organismo independentemente do mecanismo de intoxicação. em concentrações reduzidas, alguns cátions metálicos, ao serem descartados e alcançarem rios, se armazenam nos organismos vivos, tendo sua concentração grandemente aumentada nos tecidos dos seres vivos e se integram à cadeia alimentar do ecossistema 13 . para evitar a poluição de rios e mares é essencial tratar os efluentes antes de serem descartados nesses meios. nesse quesito, ganha importância a sílica como um sólido poroso com propriedades químicas e físicas específicas que garantem uma diversidade de aplicações tecnológicas 14,15 . nesta direção, a possibilidade de se obter a sílica gel a partir de uma fonte natural, a areia, com uma modificação química em que se produz um novo material capaz de interagir e remover metais pesados de água pode contribuir tanto para o ensino, formando profissionais qualificados, bem como para uma aplicação ambiental, ajudando a preservar o meio ambiente. procedimento experimental produção da sílica a partir da areia uma mistura contendo 4,0 g de areia fina de construção e 8,0 g de carbonato de sódio foi colocada em um cadinho de porcelana e levada a um forno mufla a 850 o c durante 4 h. ainda quente, esse material foi transferido para um filtro de placa sintetizada e lavado com água fervente. ao filtrado foi adicionado hcl até ph 1, o que levou à formação de um precipitado. esse precipitado foi separado por filtração e seco em estufa a 150 o c, resultando na ativação da sílica gel 16 . cloração da sílica com pocl3 após a ativação, a sílica gel foi adicionada a 50 ml de xileno mais 2,0 ml de pocl3. esta reação ficou em temperatura de refluxo e agitação por 4 h. após esse período, lavou-se o material com água e colocou-se em estufa a 130 o c 16 . ancoramento da tetrametilguanidina na superfície da sílica clorada a sílica clorada, obtida na etapa anterior, foi suspensa com 1,0 ml de tetrametilguanidina e 50 ml de xileno. essa mistura foi submetida à refluxo e sob agitação por 4 h. em seguida, filtrou-se e lavou-se a mistura que foi seca em estufa a 150 o c. esse produto foi denominado: sitmg. os resíduos de todas as eclética química journal, vol. 41, 85-93, 2016. 87 87 etapas de síntese foram encaminhados para incineração, a uma empresa especializada. caracterização dos materiais produzidos a sílica produzida foi caracterizada por difração de raios x (drx). essa medida foi realizada em um difratômetro bruker d8 discover utilizando-se radiação monocromática de um tubo com anodo de cobre acoplado a um monocromador johansson para kα1 operando em 40 kv e 40 ma, e a configuração bragg-brentano θ-2θ, com detector unidimensional lynxeye®, no intervalo em 2θ de 2º a 50º, com passo de 0,005º. as amostras foram mantidas em rotação de 15 rpm durante a medida para minimizar os efeitos de orientação preferencial. as análises de microscopia eletrônica de varredura (mev) foram realizadas em um microscópio eletrônico marca jeol, modelo jsmit300 no modo se (secondary electrons). para as análises no mev, uma pequena quantidade de cada amostra foi depositada sobre fita adesiva de carbono em um porta-amostra de alumínio e, em seguida, foi recoberta com ouro para torná-la condutora e possibilitar a análise no mev. a caracterização dos materiais por espectroscopia na região do infravermelho foi obtida em um espectrofotômetro da bruker vertex 70. as amostras foram preparadas em pastilhas, com concentrações de aproximadamente 1% da amostra em kbr e os espectros foram adquiridos no intervalo espectral de 400 – 4000 cm -1 , com uma resolução de 4 cm -1 , sendo cada espectro o resultado da média de 64 medidas. estudos de remoção de cu 2+ , zn 2+ , mn 2+ pela sílica modificada com tetrametilguanidina o processo de adsorção foi realizado em batelada sob agitação constante a 25 o c por 12 h. uma série de amostras contendo 50 mg de sílica modificada foi suspensa em 50,0 cm 3 de solução aquosa em ph neutro, contendo solução de cu 2++, zn 2+ , mn 2+ , com concentrações variando de 0,3 a 3 mg l -1 . as quantidades adsorvidas do contaminante foram determinadas por espectrofotômetro de absorção atômica da perkim elmer modelo analyst – 200, e todas as amostras foram analisadas em triplicata. resultados e discussão a areia foi sintetizada com carbonato de sódio, e obteve-se o sólido na2sio3, que é solúvel em água quente. a formação desse sólido ocorre pela equação (1): sio2(areia) + na2co3(s) na2sio3 + co2 (1) após ser diluído em que silicato de sódio, o sólido reagiu com a água, foi filtrado e posteriormente foi acidificado até o ph 1 para que a sílica (sio2) precipitasse. o precipitado foi filtrado e seco em estufa a 150 o c para secagem e ativação da sílica e para a desobstrução dos grupos silanois si-oh, pois a hidratação impede a reatividade da sílica. essa etapa da síntese apresentou um rendimento de 82%. na reação entre sílica gel ativada com pocl3 ocorre a cloração da sílica, conforme descrito na parte experimental. nessa reação ocorre a substituição dos grupos oh por cl na superfície da sílica gel. na sequência, a tetrametilguanidina foi imobilizada na superfície da sílica clorada para a obtenção do material quelante, vide figura 1. o cl cl + o sio2 + 3hcl sio2 cl n n n n nh n n nh n n n n n n n figura 1: representação esquemática da imobilização da tetrametilguanidina na superfície da sílica gel clorada. eclética química journal, vol. 41, 85-93, 2016. 88 88 o espectro de difração de raios x da sílica produzida é mostrado na figura 2. o espectro mostra um pico em 2θ 22,5 0 , o que comprova a formação da sílica em sua forma amorfa 17 . também foi analisada a morfologia superficial da sílica por mev em que é possível observar que a sílica sintetizada a partir da areia apresenta morfologia bastante semelhante à sílica comercial (figura 3), ambas apresentando estruturas amorfas. figura 2: espectro de difração de raios x da sílica. figura 3: imagens do mev para sílica comercial (a) e para sílica sintetizada (b). o espectro da sílica modificada com tmg, na região do infravermelho, encontra-se na figura 4. esse espectro mostra algumas bandas que são observadas também na sílica: uma banda larga e ampla entre 3600-3200 cm -1 atribuída à frequência de estiramento o-h dos grupos silanóis e de moléculas de água adsorvidas por ligações de hidrogênio; uma banda em 1650 cm -1 atribuída às vibrações angulares da água ligada ao esqueleto inorgânico; uma banda intensa na região de 1160-1040 cm -1 devida ao estiramento do siloxano (si-o-si), que confirma o esqueleto do suporte inorgânico; outra banda em 915 cm -1 atribuída ao estiramento assimétrico do grupo si-oh. esse espectro apresenta também uma banda característica em 2950 cm -1 atribuída ao estiramento c-h de carbono tetraédrico, que confirma o ancoramento da molécula de tmg na superfície da sicl 18 . 10 20 30 40 50 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 2  ( graus ) intensidade eclética química journal, vol. 41, 85-93, 2016. 89 89 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 a b s %  (cm -1 ) figura 4: espectro na região do infravermelho da sílica modificada com tetrametilguanidina. com a sílica produzida, caracterizada e modificada com tmg, foram feitos estudos de adsorção de cu 2+ , zn 2+ , mn 2+ em meio aquoso. para esses estudos, as adsorções foram feitas em um período de 12 horas sob agitação constante em temperatura ambiente, com soluções dos metais com concentrações variando de 0,3 a 3 mg l -1 . a quantidade máxima em mol do metal adsorvido por grama (nf) foi determinada usando a equação (2): nf =(co – ce)v, (2) m em que nf é o número de mol adsorvido, co a concentração inicial do metal em mol l -1 , ce a concentração no equilíbrio, v o volume de solução do metal usado e o m a massa do material adsorvente. a figura 5 apresenta o gráfico de adsorção dos metais, na qual é possível observar que a presença de tmg na superfície da sílica atua como um bom complexante de metal, pois consegue adsorver uma boa quantidade do metal por grama do material adsorvente, sendo a ordem de eficiência: cu 2+ > mn 2+ > zn 2+ , o que comprova a grande eficiência do material produzido. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 n f( m m o l g -1 ) co(mg l-1) figura 5: curva de adsorção de cu 2+ (▄), zn 2+ (•), mn 2+ (▲) em solução aquosa usando a sitmg. a quantidade de um soluto adsorvido pela área do adsorvente em função da concentração de equilíbrio do soluto é a chamada isoterma de adsorção. existe um grande número de isotermas que podem ser usadas para tratar os dados experimentais. dentre elas, a isoterma de langmuir é a mais eclética química journal, vol. 41, 85-93, 2016. 90 90 amplamente empregada para descrever isotermas para aplicação em tratamento de águas e efluentes 19-21 . para determinar os parâmetros dessa isoterma foi utilizada a equação linearizada de langmuirhinshelwood 22-24 : 1 1 . (3) .m l m ce ce qe q k q   em que ce é a quantidade dos metais no equilíbrio (mg l -1 ) na solução, qe a quantidade do metal que foi adsorvido no equilíbrio (mg g -1 ), kl a constante de equilíbrio, qm é a quantidade máxima que pode ser adsorvida em uma adsorção. as constantes de langmuir (kl e qm) foram determinadas pela regressão linear da equação linearizada. os resultados experimentais obtidos da regressão linear de cada curva foram cu 2+ = 0,997; zn 2+ = 0,995 e mn 2+ = 0,998. esses resultados indicam que a equação linearizada de langmuir-hinshelwood e, portanto, a isoterma de langmuir pode ser usada para descrever a adsorção desses cátions na superfície da sílica modificada e que essa adsorção parece ocorrer com formação de uma monocamada. uma vez estabelecido o equilíbrio entre espécies químicas adsorvidas e em solução, o modelo de langmuir assume 23 : (a) ser constante o número de sítios com espécies adsorvidas na superfície; (b) cada sítio de adsorção é ocupado por apenas uma espécie química; (c) o calor de adsorção não muda de um sítio a outro e independe do grau de cobertura da superfície; (d) não há interção lateral entre as espécies químicas adsorvidas. a velocidade de adsorção na superfície do substrato é maior do que a velocidade de qualquer reação química subsequente. os valores das constantes kl e qm para metais cu 2+ , zn 2+ e mn 2+ , determinadas pelos gráficos de regressão linear da figura 6 estão listados na tabela 1. figura 6: cinética de degradação de langmuirhinshelwood para os metais cu 2+ (▄), zn 2+ (•), mn 2+ (▲). tabela 1. dados referentes aos valores das constantes de adsorção e degradação dos metais metais qm/ mg g -1 kl/ l mg -1 rl cu 2+ 3,4 1,3 0,5 zn 2+ 2,5 1,2 0,6 mn 2+ 2,7 1,2 0,5 o parâmetro rl de langmuir é uma constante adimensional, conhecida como fator de separação, que pode ser utilizada para determinar se o processo de adsorção dos íons metálicos estudados na sitmg é favorável ou não (0<rl<1). esse parâmetro é calculado pela equação (4) 25 : 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 c e /q e (g l -1 ) ce(mg l -1 ) c e /q e (g l -1 ) 0 1 2 3 0 2 4 6 8 10 c e /q e (g l -1 ) eclética química journal, vol. 41, 85-93, 2016. 91 91 1 (4) 1 l l r k co   os resultados experimentais indicam que a adsorção desses cátions ocorre de forma favorável e os parâmetros de langmuir encontrados mostram que a adsorção segue a ordem: cu 2+ >mn 2+ >zn 2+ . conclusões os resultados mostram que a produção de sílica usando uma fonte natural, a areia, pode ser facilmente realizada e apresenta um excelente rendimento (82%). a utilização dessa nova sílica para produzir um novo sólido com grupos básicos de lewis foi realizada com sucesso, assim como todas as etapas dessa síntese, e o novo sólido produzido apresentou uma atividade de adsorção considerável para a remoção de metais pesados. agradecimentos os autores agradecem ao edital proapp 06/2014 do if – câmpus aparecida de goiânia. referências [1] b. s. mitchell, an introduction to materials engineering and science: for chemical and materials engineers, wiley & sons, new york, (2004). 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brazil. 2universidade federal do maranhão, campus de pinheiro, pinheiro, maranhão, brazil. 3 lacom, departamento de química, universidade federal da paraíba, joão pessoa, paraíba, brazil. *corresponding author: e-mail: fcs.ufma@gmail.com, phone: +55-98-3301-8277 / 3301-8700 abstract according to the resolution number 7 from the brazilian national agency of oil, natural gas and biofuels (anp), the official methodologies for free glycerin determination in biodiesel are the astm d 6584, en 14105 and en 14106 methods. however, these procedures are limited to the analysis of free glycerin in methyl esters and they are not suitable for the analysis of esters from lauric oils. in the present work, a gas chromatographic method was developed for the determination of the amount of free glycerin in ethyl esters from lauric oils, aiming at overcoming the limitations present in the official methods. moreover, the present method can also be used for ethanol and methanol biodiesel samples from other oily sources. besides, a methodology that ascertains the content of free glycerin by uv-vis spectrophotometry was also applied. both methods were sensitive enough to determine the content of free glycerin in biodiesel, below the limit specified by the anp, fixed at 0.02 % (200 mg/l), achieving the detection limits of 5.69 mg/l and 2.17 mg/l for the chromatographic and spectrophotometric methods, respectively. keywords: biodiesel, glycerin, spectrophotometry, chromatography. resumo de acordo com a resolução número 7 da agência nacional de petróleo, gás natural e biocombustíveis (anp), as metodologias oficiais para determinação de glicerina livre no biodiesel são os métodos astm d 6584, en 14105 e en 14106. no entanto, estes procedimentos são limitados à análise de glicerina livre em ésteres metílicos, e eles não são adequados para a análise dos ésteres de óleos láuricos. no presente trabalho, um método por cromatografia a gás foi desenvolvido para determinar o teor de glicerina livre em ésteres etílicos de óleos láuricos, visando superar as limitações presentes nos métodos oficiais. assim, o presente método também pode ser usado para amostras de biodiesel etílico e metílico, de qualquer oleaginosa. além disso, foi aplicada uma metodologia que verifica o teor de glicerina livre por espectrofotometria uv-vis. ambos os métodos foram suficientemente sensíveis para determinar o teor de glicerina livre no biodiesel, abaixo do limite especificado pela anp, fixada em 0,02 % (200 mg/l), com os seguintes limites de detecção 5,69 mg/l e 2,17 mg/l para o métodos cromatográfico e o espectrofotométrico, respectivamente. eclética química, 38, 25-36, 2013. 26 palavras-chave: biodiesel, glicerina, espectrofotometria, cromatografia. 1. introduction in the most recent years, a growing demand has been occurring for renewable energy sources, which do not pollute the environment and at the same time reduce the greenhouse gas emissions. among these sources, biodiesel, a renewable fuel obtained from vegetable oils and animal fats, deserves a special emphasis. most of biodiesel are produced by the transesterification process, which yields a mixture of fatty acid esters and glycerin. thus, after the glycerin separation, the biodiesel is purified. nevertheless, even after the purification process traces of dissolved glycerin may be present. the amount of free glycerin is an important parameter in the biodiesel quality. the resolution number 7/2008 of anp, brazilian agency for petroleum, natural gas and biofuels, establishes the maximum allowed limit of 0.02 mass % of free glycerin in biodiesel [1]. the presence of these glycerin traces, in the biodiesel medium, may harm the fuel injection system, due to the increase in the viscosity. glycerin may also interact with deposits from the bottom of the fuel tanks and with water, increasing the engine corrosion and thus lowering the engine life. furthermore, the burning of the glycerin contained in biodiesel can cause the emission of acrolein, a highly toxic pollutant for humans [2]. it is expected that such limit will be reduced in the future. thus, analytical methodologies sensitive enough to determine increasingly lower glycerin concentrations in biodiesel will be required. in the literature several methods are applied for glycerin determination in biodiesel matrices. bondioli et al. [3] suggested a method for ascertaining the amount of free glycerin in biodiesel by glycerin extraction with water/ethanol and a small concentration of formic acid. soon after, glycerin is analyzed by a gas chromatograph equipped with a flame ionization detector. mittelbach [4] measured free glycerin in biodiesel, performing analyses by gas chromatography in a device equipped with flame ionization detector and mass spectrometer, using a 1,4-butanediol internal standard. glycerin was derivatized with n,o-bis(trimethylsilyl) trifluoroacetamide (bstfa); the samples were inje cted with a split ratio of 1:10 and the analyses were performed in a column db-5 for high temperatures. plank and lorbeer [5] simultaneously ascertained the free and total glycerin in biodiesel, by gas chromatography using 1,2,4-butanetriol and tricaprine as internal standards, on-column injection, derivatization with n-methyl-ntrimethylsilyl trifluoroacetamide (mstfa). the analyses were carried out in a column db-5, for high temperatures, using a flame ionization detector. eclética química, 38, 25-36, 2013. 27 four official methods are cited in the resolution anp number 7, abnt nbr 15341, astm d 6584, en 14105 and en 14106. the method abnt nbr 15341 is recommended for a biodiesel produced mainly from castor oil, and the other techniques are not recommended for biodiesel from lauric acid oils, such as babassu, palm and coconut. furthermore, in all cases, such methodologies are only capable to evaluate methyl esters, in detriment to ethyl esters [6,7,8]. the official method astm d 6584 [6] deals with the determination of free and total glycerin in biodiesel (b 100) by gas chromatography. glycerin is derivatized with mstfa, 1,2,4-butanetriol and tricaprine is used as an internal standard. the samples are directly fed by an on-column injector; the analyses are performed in a column db-5 for high temperatures coupled to a flame ionization detector. the method en 14105 [7] proposes to ascertain the free and total glycerin by gas chromatography with derivatization with mstfa, using on-column injection and a flame ionization detection (fid). in brazil, the method abnt nbr 15341 [8] is concerned with the quantification of free glycerin in biodiesel by gas chromatography, using flame ionization detector and ethylene glycol as an internal standard. the sample is diluted in ethanol and directly fed by an on-column injector. the analyses are performed in a cyanopropyl phenyl/dimethylsiloxane polymer phase capillary column (1:1). bondioli and bella [9] developed an alternative route to the chromatographic methods – a uv/visible spectrophotometric method for the determination of free glycerin in biodiesel. initially, glycerin is extracted from biodiesel by centrifugation and later is oxidized by sodium metaperiodate to formaldehyde. formaldehyde reacts with acetylacetone, giving rise to a colored compound that absorbs in the uv/visible region at 410 nm. in the present work, a gas chromatographic method was developed for the determination of free glycerin in ethanol biodiesel. this methodology is possible to be applied to methyl and ethyl lauric esters, besides esters from other oily plants. also, a method developed by bondioli and co-workers was applied, which employs spectrophometry in the uv/visible region. 2 experimental 2.1 reagents all reagents used in the present work were of analytical degree. they are ammonium acetate (merck), acetylacetone (merck), ehylene glycol (merck), sodium metaperiodate (merck), acetic acid (quimex), ethanol (quimex), hexane (quimex), glycerin (qm reagentes), n,n-dimethylformamide (carlo erba) and n,obis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide (bstfa) (aldrich). eclética química, 38, 25-36, 2013. 28 2.2 instrumentation a gas chromatograph varian, cp 3800, was used, equipped with split/splitless injector 1175, varian capillary column cp-sil 8 cb (5% phenyl, 95 % polydimethylsiloxane), with dimensions of 30 m length, 0.25 mm of internal diameter and 0.25 m of film thickness and a flame ionization detector (fid). a uv/visible spectrophotometer varian, cary 50, was also employed. 2.3 solutions 2.3.1 spectrophotometric method 100.000 mg/l glycerin in ethanol; 1.6 mol/l aqueous acetic acid; 4 mol/l aqueous ammonium acetate; working solvent (aqueous 50 % ethanol); glycerin standard solutions: 100, 200, 300, 400 and 500 mg/l in babassu biodiesel produced by the ethanol route; 0.2 mol/l acetylacetone in a ph 5.50 acetate buffer (equal volumes of the aqueous solutions of acetic acid and ammonium acetate); 0.01 mol/l sodium metaperiodate in a ph 5.50 acetate buffer. 2.3.2 chromatographic method 100.000 mg/l glycerin in dmf; 1000 mg/l ethylene glycol in dmf; glycerin standard solutions: 50, 100, 150, 200 and 250 mg/l in babassu biodiesel produced by the ethanol route. 2.4 methodology the following procedures were used to ascertain the contents of free glycerin in biodiesel samples, obtained from several vegetable oils cotton, babassu, soybean and "pequi" (caryocar brasiliense). 2.4.1.1 spectrophotometric method the procedure described by bondioli and bella [9] was followed for the analysis of biodiesel samples of several vegetable oils – cotton, babassu, soybean and "pequi" (caryocar brasiliense). 2.4.1.2 chromatographic method initially a sample of babassu biodiesel produced from the ethanol route was purified, according to mittelbach [4], washing three times with a 0.1 mol/l hcl solution, with the purpose of removing the traces of free glycerin. afterwards, 100 g of such purified and glycerin-free biodiesel were weighted. adequate volumes of 100.000 mg/l glycerin stock solution were added, in order to prepare glycerin standard solutions in biodiesel in the range from 50 mg/l to 250 mg/l. next, 0.1 g of each sample was weighted, to which 0.1 ml of the 1000 mg/l ethylene glycol solution was added, followed by 0.1 ml bstfa. the contents were stirred and then allowed to rest for 15 to 20 minutes at 70 ºc. then 1 l was introduced in the heated gas chromatograph injector. the temperature of injector 1177 was 290 eclética química, 38, 25-36, 2013. 29 ºc, with a 1:20 split ratio. helium was the carrier gas with a flow rate of 1.2 ml/minute. the furnace temperature program started at 50 ºc for 1 minute, later a heating rate of 15 ºc/minute was used, up to 180 ºc, and increased thereafter to 50 ºc/minute up to 300 ºc, with a soaking time of 10 minutes. a flame ionization detector (fid) was employed with a temperature of 300 ºc, hydrogen flow of 30 ml/minute, synthetic air flow of 300 ml/minute and flow of nitrogen make up gas of 30 ml/minute, with an overall analysis time of 22.07 minutes. 3 results and discussion 3.1 spectrophotometric analyses in the spectrophotometric method, the free glycerin contained in biodiesel is oxidized with sodium metaperiodate, forming formaldehyde, followed by the hantzsch reaction, in which formaldehyde reacts with acetylacetone in the presence of ammonium ions to form the compound 3,5-diacetyl-1,4-dihydrolutidine, which absorbs at 410 nm. 3.2 chromatographic analyses table 1 shows the main differences between the official method and the proposed method. it is noticed that one advantage of the method developed, as compared with the official method, is the fact that the proposed method matrix is biodiesel, thus avoiding matrix effects and the use of toxic substances, such as pyridine. moreover, the developed method is also faster, spending a total of 22.07 minutes, against 31.81 minutes in the case of the official method. the injection mode was split, rather than on column, avoiding contamination of substances directly into the column. another difference is that it was possible to inject concentrated samples in the chromatographic system, avoiding the use of solvents for the sample dilution. in the chromatographic method developed, glycerin and the internal standard (ethylene glycol) were derivatized by silanization with n,obis(trimethylsilyl)-trifluoracetamide (bstfa). this procedure aims to reduce the polarity for a better peak resolution in the chromatogram, upon elution in a polar chromatographic column. figure 1 shows the chromatogram of a biodiesel sample, analyzed after derivatization with bstfa. as can be seen, the peaks of the internal standard, bis-o-trimethylsilyl-1,2-ethanediol (silanized ethylene glycol) and tris-o-trimethylsilyl-1,2,3propanetriol (silanized glycerine), are well defined and separated from the peaks of the other compounds. eclética química, 38, 25-36, 2013. 30 figure 1. chromatogram of ethylene glycol (internal standard) (1) and free glycerin (2) in biodiesel after silanization with bstfa. the precision of the two methods was assessed by their repetitivity (table 2), expressed by an estimate of the standard deviation and coefficient of variation, after having followed all the procedures established in the methods. in the spectrophotometric method, a standard 200 mg/l glycerin solution in biodiesel was prepared. seven 1 g aliquots of this standard solution were weighed and analyzed, obtaining the responses in the form of absorbance (abs). in the chromatographic method, a standard 150 mg/l glycerin solution in biodiesel was prepared. five 0.1 g aliquots were weighed and analyzed. the absorbances of the samples are determined and the results were expressed in terms of the different glycerin/internal standard area ratios (ga/isa) obtained. the results obtained for the two methods are presented in table 2, which also includes the values of the averages. it can be noticed that the precisions of both methods were found within acceptable limits, that is, variation coefficients below 15 % [10]. 3.4 accuracy the accuracy of the methods was calculated by the recovery index (r) of glycerin. for the spectrophotometric method, the calculation of this parameter used a biodiesel with a negligible free glycerin concentration, which was spiked in order to prepare glycerin standards whose concentrations were 100 mg/l and 200 mg/l. next three 1 g aliquots of these standards had their concentrations determined, using the method being evaluated. in the chromatographic method a sample of purified biodiesel, displaying a negligible free glycerin concentration, was strengthened, in order to obtain glycerin concentrations of 150 mg/l and 250 mg/l. soon after, three 0.1g aliquots of these standards were silanized and analyzed, following the aforementioned chromatographic method. the values of the recovery indices are shown in table 3. according to the literature, these values are within an acceptable range. according to ribani and co-workers [11], an acceptable recovery range is between 70 to 120 %, but huber [12], suggests that for a concentration of the substance of interest of about 0.01 %, or 100 mg/l, the acceptable recovery rate is between 90 and 107 %. 3.5 detection limits and quantification limits of the methods eclética química, 38, 25-36, 2013. 31 in order to ascertain the aforementioned limits in the spectrophotometric method, at first a 5 mg/l standard glycerin biodiesel solution was prepared. next, seven 1 g aliquots of such standard were analyzed following the spectrophotometric method. soon after, the standard deviation of these seven analyses was estimated. the detection limits and the quantification limits were calculated by the procedure suggested by csuros [13]. the detection limit of the method (dlm) was determined by multiplying the standard deviation (sd) by the value of tn-1, in which n = 7, from the table of student (t7-1 = 3.143), with confidence limit of 98% (dlm = sd x t7-1). the quantification limit of the method (qlm) was determined as ten times the standard deviation (qlm = sd x 10). the same procedure was employed for the calculation of these two parameters in the chromatographic method. the differences are that for the spectrophotometric method, a strengthening of 5 mg/l was used for a biodiesel with a negligible concentration of free glycerin, seven 1 g aliquots were analyzed using the procedure described in method. in the case of the chromatographic method, seven 0.1 g aliquots of the 2 mg/l standard solution were taken and analyzed, following thereafter the aforementioned described procedure for this method. table 4 displays the detection and the quantification limits for both methods evaluated. it can be noticed that these methods are sensitive enough to determine free glycerin concentrations below the value of 200 mg/l, the upper limit stated by anp in the biodiesel specification. 3.4 linearity of the method the linearity of the methods was determined analyzing glycerin standard solutions in biodiesel in the concentration ranges of 100 mg/l to 500 mg/l and of 50 mg/l to 250 mg/l for the spectrophotometric method and chromatographic method, respectively. figure 2 illustrates the relationship between the free glycerin concentrations and the responses for the two evaluated methods. 100 200 300 400 500 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 a bs or ba nc e at 4 10 n m / a. u. free glycerin concentration/ mg/l (a) 50 100 150 200 250 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 g a /is a r at io free glycerin concentration/ mg/l (b) eclética química, 38, 25-36, 2013. 32 figure 2. analytical concentrations curves of free glycerin in biodiesel. (a) by uv/vis spectrophotometry, measuring the absorbance at 410 nm. (b) by gas chromatography, using fid, measuring the ratio between the glycerin and the internal standard peak areas. the fitting of the linear regression models for the free glycerin concentration was evaluated by means of the correlation coefficient (r), the coefficient of determination (r 2 ) and the statistical significance of the regression models by the analysis of variance (anova). table 5 shows the values of the correlation coefficient and the coefficient of determination, besides results from the analysis of variance, such as the ratio between regression mean square and the residual mean square, also known as fcalc . the correlation coefficient (r) represents the correlation between the responses observed and the values predicted by the regression analysis. the coefficient of determination (r 2 ) is the ratio between the sum of squares explained by the regression (ssreg) and the total sum of squares (sst). this parameter is frequently used to assess if a regression equation is well adjusted. the closer the coefficient of determination is to 1, the smaller will be the dispersion of the set of experimental points and the better will be fitness of the regression model. the correlation coefficients for both methods are higher than 99.00% indicating that the response of both methods correlate well with the free glycerin content in biodiesel, although the chromatographic method displayed a higher correlation than the spectrophotometric method (table 5). the evaluation of the coefficient of determination suggests that the linear regression model for the chromatographic method is able to explain 99.28 % of the variation around the average. however, the spectrophotometric method displayed a r 2 value of 98.63%, below the value recommended by bondioli and bella [9], namely a coefficient of determination higher than 99.00%. although the correlation coefficient and the coefficient of determination are used as references to assess the validity of models, these parameters alone are not sufficient to conclude on the fitness, or not, of the regression models. another important evaluation of the statistical significance is the analysis of the residues distribution, utilizing the method anova (analysis of variance). the models were evaluated by means of the ratio between the regression mean square (msreg) and the residual mean square (msr). the best model should present a high value for the msreg/msr ratio, also called fcalc, as compared with the value found in statistical tables for the f1,n-2 distribution for the 95% confidence limit (f1,3 = 10.13 for n = 5). the higher is the msreg/msr ratio, as compared with the value of f1,n-2, the more a linear relationship is indicated between the concentration of glycerin and its responses, in the two evaluated methods. box and wetz [14] established that the value of fcalc should be, at least, five times bigger than the value of f1,n-2 for a eclética química, 38, 25-36, 2013. 33 regression be statistically meaningful and be able to predict results. the data from table 5 show that both the regression models are statistically significant, once such condition was satisfied for the two studied methods, pointing out that the models are representative. therefore, the responses obtained in the methods are proportional to the concentrations of free glycerin in biodiesel. the patterns of residues, for the different glycerin concentrations, are another parameter that indicates if the regression models are fitted. the residues should present a random distribution, without a defined standard. as shown in figure 3, this condition was met for both methods evaluated. figure 3. random distribution of the residues of the regression models, in terms of the glycerin concentrations. (a) for the spectrophotometric method and (b) for the chromatographic method. 3.5 application of the methods samples of methanol or ethanol biodiesel, obtained from several vegetable oils cotton, babassu, soybean and “pequi” (caryocar brasiliense) were analyzed. the results of the analyses are shown in table 63.5 application of the methods samples of methanol or ethanol biodiesel, obtained from several vegetable oils cotton, babassu, soybean and “pequi” (caryocar brasiliense) were analyzed. the results of the analyses are shown in table 6. according to table 6, it can be noticed that most of the samples met the anp requirements, displaying a free glycerin content below 0.02 weight %. however, the spectrophotometric method was not sensible enough to determine smaller contents of free glycerin in samples. thus, for such samples, the free glycerin can only be ascertained by the chromatographic method. it can be observed that the results for both methods are similar in the sample with a higher free glycerin content. eclética química, 38, 25-36, 2013. 34 table 1. major differences between the chromatographic method developed and astm d 6584 table 2. repetitivity parameters for the spectrophotometric and chromatographic methods developed table 3. recovery of free glycerin in biodiesel by uv/vis spectrophotometry and gas chromatography (gc/fid). table 4. detection and quantification limits of the two methods dlm detection limit of the method qlm quantification limit of the method parameter method developed method astm d 6584 injection mode split (1:20) on column internal standard ethylene glycol 1,2,4-butanetriol matrix biodiesel pyridine sample dilution concentrated diluted (n-heptane) analysis time 22.07 minutes 31.81 minutes method average standard deviation coefficient of variation spectrophotometric 0.4551 abs 0.0361 abs 7.9368 % chromatographic 0.2329 ga/isa 0.0088 ga/isa 3.7682 % spectrophotometric method gas chromatographic method fortification level (mg/l) recovery (%) fortification level (mg/l) recovery (%) 100 100 150 100 200 100 250 90 parameter spectrophotometric method chromatographic method dlm 5.69 mg/l 2.17 mg/l qlm 18.11 mg/l 6.69 mg/l eclética química, 38, 25-36, 2013. 35 table 5. fitting of the linear regression models for free glycerin in biodiesel table 6. free glycerin analyses in samples, by the spectrophotometric and chromatographic methods, of ethanol or methanol biodiesel obtained from oils from several species. *nd – not detected 4 conclusion the chromatographic method was shown to be sensible enough to determine free glycerin in ethanol biodiesel from lauric oils, in concentrations below the limit required by anp. this method was also faster than the official method, spending a total of 22.07 minutes, against 31.81 minutes in the case of the astm d 6584 method. such method can also be used for ethanol and methanol biodiesel samples from other oily sources. the spectrophotometric method is less sensible than the chromatographic method. according to the analysis of variance, it was observed that both methods fit the regression models, obtaining answers which are proportional to concentration of free glycerin in biodiesel. acnowledgements the authors acknowledge the brazilian agency capes for the financial support. adjustment parameters of the regression model spectrophotometric method chromatographic method r 99.31% 99.64% r 2 98.63% 99.28% fcalc 216.74 416.80 f1,3 10.13 10.13 fcalc / f1,3 21.40 41.14 biodiesel spectrophotometric method (mg/l) chromatographic method (mg/l) methanol / cotton nd * 14.41 ethanol / babassu 335.81 368.29 ethanol / soybean nd * 13.67 methanol / “pequi” nd * 7.59 methanol / babassu nd * 19.99 eclética química, 38, 25-36, 2013. 36 references [1] anp – brazilian national agency of petroleum, natural gas and biofuels resolution number 07 (march 19, 2008).dou 20.03.2008. in portuguese. 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(university of wisconsin). criteria for judging adequacy of estimation by an approximate response function. university of wisconsin technical report. 9; 1973. 1079.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 133 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 4: 133 138, 2010 construção e adaptação de materiais alternativos em titulação ácido-base mônica helena m. t. assumpção, kellen heloizy g. freitas, fernanda s. souza e orlando fatibello-filho* departamento de química, centro de ciências exatas e de tecnologia, universidade federal de são carlos, cp 676, 13560-970, são carlos sp resumo: neste artigo, são descritas a construção e a adaptação de materiais alternativos de baixo custo em titulações ácido-base, em substituição aos materiais usuais como bureta, balão volumétrico, erlenmeyer, entre outros. a viabilidade do emprego desse material alternativo foi demonstrada na padronização de uma solução de soda cáustica utilizando ácido acetilsalicílico como “padrão primário”. palavras-chave: materiais alternativos, titulação ácido-base, padronização de soluções. introdução apesar das recentes reformas nos materiais didáticos de química para o ensino médio, esta disciplina ainda é, para a grande maioria, basicamente teórica devido à ausência de laboratórios nas escolas de ensino médio. a falta de experimentos para melhor elucidação de questões teóricas contribui para um senso comum distorcido sobre a disciplina, associando-a com questões negativas como poluição, produtos danosos à saúde, efeitos corrosivos entre outros. diante deste quadro, cria-se a necessidade de utilizar formas alternativas de ensino sempre tentando despertar o interesse, o raciocínio e o entendimento dos conceitos químicos. desta forma, os alunos entenderiam que a química está entrelaçada com outras ciências e está mais presente em seu cotidiano do que imaginam. uma forma de viabilizar os experimentos nas escolas de ensino médio é a construção de equipamentos alternativos, de baixo custo e fácil acesso, empregando materiais presentes no cotidiano, sem prejudicar os objetivos e metas da aprendizagem. a aula experimental é um instrumento de ensino muito eficaz, pois facilita a visualização e compreensão de fenômenos, além de despertar o interesse por disciplinas de exatas e desenvolver o senso crítico dos alunos com a socialização do trabalho em grupo. uma prática muito comum nos laboratórios de química, tanto nos de ensino como nos de pesquisa, é a titulação. esta é uma técnica baseada em um procedimento em que se mede o volume de um reagente (titulante) usado para reagir completamente com a substância que está sendo analisada (analito). em uma titulação, pequenos volumes da solução do titulante são adicionados lentamente à solução do analito (titulado) até que se atinja o ponto de final da titulação, sinalizado, por exemplo, pela mudança de coloração de um indicador ácido-base ou a formação de um precipitado [1-3]. para a adição precisa de pequenos volumes de titulante utiliza-se geralmente uma bureta, instrumento de vidro cilíndrico, graduado e calibrado contendo um controlador de vazão que, com o auxílio de um suporte, é colocada na posição vertical de forma a deixar em sua extremidade inferior o regulador de vazão de saída do titulante. os instrumentos normalmente utilizados, tais como balança, bureta, proveta possuem uma 134 artigo article margem de erro em suas medidas. por exemplo, uma bureta de 50 ml, tem uma escala graduada com volumes de 0,1 ml. isto significa que é possível medir a partir do 0,0 ml, valor localizado na parte superior da bureta, volumes de 0,1 em 0,1 ml, com um erro estimado como sendo a metade dessa menor divisão, ou seja, 0,05 ml. sendo assim, é possível empregar esse instrumento para medir volumes variando de 0,0 a 50,0 ml com erro estimado em 0,05 ml. por exemplo, se o volume do titulante gasto em uma titulação lido na bureta for 23,00 ml, o volume exato dessa medida é de 23,00+0,05 ml. desta maneira, o volume utilizado na titulação está no intervalo de 22,95 ml a 23,05 ml. a leitura de um volume qualquer na bureta deve ser realizada com o nível do olho na altura do menisco (superfície curva do líquido contido em um tubo de vidro estreito) [1,4]. a precisão descreve a repetibilidade dos resultados, ou seja, é a concordância entre valores numéricos para duas ou mais repetições das medidas, ou medidas que tenham sido feitas exatamente do mesmo modo. em geral, a precisão de um método pode ser obtida pela repetição da medida [5]. a exatidão é o maior número de resultados próximo ao valor teórico. esta pode ser comprovada por um material de referência (literatura), por um método comparativo ou pelo teste de adição e recuperação [5]. recentemente tubino et al .[6] propuseram a construção de uma bureta com materiais simples, no entanto a bureta proposta neste artigo apresenta alguns avanços adicionais como um equipo de soro tipo cirúrgico para regular a vazão da bureta e proposta de calibração de materiais alternativos para serem empregados em volumetria ácido-base, além de emprego de solução de ácido acetilsalicílico (aas) como titulante [7]. material e reagentes todo o material utilizado no experimento foi adquirido no comércio local (farmácia, supermercado e loja de equipamentos médicos), com exceção da balança comercial (marca plenna, modelo apollo) que foi adquirida via internet. a seguir é listado o material empregado em substituição ao material utilizado comumente em laboratório de química para realizar uma titulação ácido-base. parte experimental ?c ?tábua de carne de madeira ? garrafas pet (politereftalato de etila) de 250 ml. ?copos plásticos de 200 ml ?mangueira de jardim transparente flexível (tubo de polietileno de baixa densidade) ?régua de 30 cm ?equipo cirúrgico ?balança comercial, marca plenna, mod. apollo (precisão 1 g) ?seringa de injeção de 10 ml (marca luer lak, modelo 22g1) ?colher de sobremesa ?pisceta farmacêutica ?hidróxido de sódio comercial (soda cáustica) ?solução de ácido acetilsalicílico comercial (aas) ?fenolftaleína (a fenolftaleína pode ser encontrada nos seguintes medicamentos: complexo homeopático almeida prado nº 46; ®obesifran , obesifrom; obesidex; esbelt ou agarol [7]. procedimento a) adaptação de vidraria, reagentes e utensílios alternativos para adaptação da vidraria, reagentes e utensílios, realizou-se primeiramente, um estudo para selecionar quais seriam os materiais mais adequados para substituir erlenmeyers, balões volumétricos, béqueres, espátulas e reagentes como hidróxido de sódio e ácido acetilsalicílico. este estudo considerou: o volume indicado no frasco, visualização de um menisco, resistência física e química do material, erro encontrado na sua calibração e semelhança entre os materiais alternativos e tradicionais utilizados em titulações. para a escolha do erlenmeyer alternativo a primeira exigência era a possibilidade de visualização do ponto final das titulações, para isso era necessário que o material usado fosse transparente assim como o vidro. o material escolhido foi o copo plástico monopack com intervalo de resistência térmica de 5 a 80 °c, massa e volume médio informado na embalagem de 2,75 g e 250 ml, respectivamente, seguindo a norma nbr 14865 [8]. para a escolha do balão volumétrico alternativo considerou-se, além do volume, a possibilidade de abo de vassoura ecl. quím., são paulo, 35 4: 133 138, 2010 artigo article 135 visualização do menisco, sendo o material selecionado uma garrafa pet (politereftalato de etila) transparente de 270 ml. os demais aparatos como espátula, pisceta e béquer foram escolhidos apenas pela semelhança com o material convencional. assim, uma colher de sobremesa substituiu a espátula, uma pisceta farmacêutica e um copo plástico substituíram a pisceta e o béquer, respectivamente. a figura 1 mostra uma foto do balão e do erlenmeyer alternativos, bem como os tradicionalmente utilizados. calibração e padronização dos materiais alternativos para calibração dos balões volumétricos e para o cálculo do erro da balança comercial foi utilizado método padrão de calibração (pesagem de massas de água) usando a densidade da água na temperatura de trabalho e, para bureta, a calibração por seringa ou mesmo por pesagem da água drenada em cada volume desejado. as massas de água contidas em balões volumétricos alternativos foram pesadas em triplicata em balança semi analítica (marca mettler h-5 typt) e balança comercial (marca plenna, modelo apollo) para comparação dos resultados e cálculo do erro percentual para posterior estudo da viabilidade do uso da balança comercial. o volume de cada balão alternativo proposto foi determinado relacionando as massas de água (a) (c) (b) (d) figura 1. comparação entre um erlenmeyer e balão volumétrico convencionais e alternativos; (a) e (c) erlenmeyer e balão volumétrico convencionais; (b) e (d) erlenmeyer e balão volumétrico alternativos propostos respectivamente. figura 2. bureta alternativa onde a régua é usada como escala (1,5 cm equivalem a 1 ml); (b) equipo cirúrgico utilizado como controlador de vazão; (c) cabo de vassoura; (d) tábua de carne de madeira. b) construção do suporte universal e bureta alternativos 1) com o auxílio de uma micro retífica caseira, um orifício de mesmo diâmetro de um cabo de vassoura foi feito em uma tábua de carne de madeira, neste orifício o cabo de vassoura 70 cm foi fixado por simples encaixe. 2) um tubo plástico marca cristal (tipo mangueira de jardim) de 9 mm de diâmetro interno e 40 cm de comprimento foi fixado ao cabo de vassoura com auxilio de arames. 3) para a leitura do volume da bureta foi adaptada uma régua comum de 30 cm de comprimento fixada ao cabo de vassoura com parafusos, conforme ilustra figura 2. 4) como regulador de vazão utilizou-se um equipo de soro tipo cirúrgico. a b c d ecl. quím., são paulo, 35 4: 133 138, 2010 136 artigo article pesada com a densidade da água tabelada na temperatura de trabalho no momento da pesagem conforme a equação 1. d = m/v (eq. 1) onde d é a densidade, m é a massa em gramas e v o volume em litros o desvio padrão das medidas foram calculados utilizando a equação 2. o desvio padrão é a maneira mais comum de medir a variação em um conjunto de amostras, quanto menor o desvio padrão, mais homogêneo é o grupo de amostras e menor é o erro entre elas. 2 ½s = [å (v vm) / (n-1)] (eq. 2) onde, n é o número de amostras; v é o volume obtido e vm é a média dos volumes. assim, o menisco do balão utilizado foi determinado em 270 ml onde todas as garrafas possuíam marca aparente. a calibração da bureta alternativa foi realizada em triplicata pelo método padrão de calibragem e/ou utilizando uma seringa de injeção de 10 ml, pela adição do volume total da seringa (10 ml) na bureta. a escala volumétrica da bureta foi determinada por cálculo matemático simplificado (regra de três simples) relacionando o volume medido por ml com as unidade de comprimento de uma régua escolar comum. o resultado obtido neste experimento foi de 1,5 cm equivalem a 1,0 ml. o cálculo também pode ser feito a partir do diâmetro interno da mangueira utilizada. neste caso o diâmetro era de 9,2 mm (0,92 cm). calculando-se o volume de 2uma coluna de água tem-se que pr h = 3,1415x(0,46 cm)²(1,5 cm) = 1,0 ml os erlenmeyers alternativos não precisam ser calibrados, deve-se apenas verificar o volume médio dos mesmos em torno de 200 ml em consonância com o informado no rótulo do produto. padronização da solução de soda cáustica utilizando a bureta alternativa com o objetivo de demonstrar a viabilidade do aparato proposto em titulações, realizou-se experimento de padronização da soda cáustica (naoh impuro) empregando como titulante uma solução de ácido acetilsalicílico (aas), empregada como solução titulante como descrito por suarez et al [7]. a solução se soda cáustica corresponde a uma solução de hidróxido de sódio impuro, enquanto o aas corresponde ao ácido acetilsalicílico presente nos medicamentos com teores rigorosamente conhecidos e indicados pelo fabricante [7]. resultados e discussões calibração dos balões volumétricos alternativos substituindo os valores obtidos na equação 2, obteve-se um valor de desvio padrão igual a 1, significando assim que o volume de água no menisco é de 270 + 1 ml. o desvio padrão encontrado foi de 0,4% sendo, portanto, um desvio padrão aceitável para a utilização destes frascos como balões volumétricos para fins educacionais. determinação do erro entre a balança comercial e a balança semi analítica os resultados obtidos para massa de água pesada em balança comercial (bc) e a balança semi analítica (bsa) foram comparados (tabela 1), o erro percentual foi calculado de acordo com a equação 3 sendo que o maior erro relativo encontrado foi de 0,58%, para cinco massas de água diferentes realizado em triplicata. como os erros relativos calculados foram muito pequenos o uso da balança comercial em substituição a balança semi analítica para fins de ensino de química experimental foi justificado. e% = 100 x (bc –bsa) / bsa (eq. 3) tabela 1. valores de massa de água medida em balança semi analítica (bsa) e balança comercial (bc). massa água (g) massa água (g) erro relativo (bsa) (bc) (er%) 52,021 52 -0,04 60,881 61 0,20 70,202 70 -0,28 80,073 80 -0,09 99,419 100 0,58 ecl. quím., são paulo, 35 4: 133 138, 2010 artigo article 137 calibração alternativa da bureta com os resultados obtidos de volume (calculados empregando-se a equação 2), fez-se uma média dos volumes encontrados e calculou-se o desvio padrão. o valor obtido foi de 0,44. este valor indica um erro de 2,2 %, número dentro de valores aceitáveis, justificando assim o uso do equipamento alternativo. padronização da solução de soda cáustica utilizando a bureta alternativa e ácido acetilsalicílico (aas) ao titular uma solução de 15 ml de hidróxido de sódio comercial (soda cáustica), medidos na seringa, com uma solução de ácido acetilsalicílico (aas) -10,11 mol l tem-se a seguinte reação (figura 3): realizada a titulação em triplicata, obteve-se um volume de equivalência médio de 8,1 ml. sabendo-se que a reação entre o ácido acetilsalicílico e o hidróxido de sódio é 1:1 (figura 3), determinouse à concentração do hidróxido de sódio comercial pela equação 4: c = n / v (eq. 4) -1onde c é a concentração (mol l ); n a quantidade de matéria e v é o volume (l). quantidade de matéria (n) do aas = quantidade de matéria (n) naoh naas = v x c -3 -1naas = 8,1 x 10 l x 0,11 mol l -4naas = 8,9 x 10 mol = nnaoh calculou-se assim a concentração (c) de hidróxido de sódio utilizando-se novamente a equação 4: c = n / v -4 -3c = 8,9 x 10 mol / 15 x 10 l -1c = 0,059 mol l c o ho o c ch3 o (aq) + naoh (aq) c o na o o c ch3 o + _ (aq) + h2o (l) figura 3. reação de neutralização entre ácido acetilsalicílico (aas) e hidróxido de sódio (naoh). o mesmo procedimento foi realizado utilizando-se uma bureta convencional obtendo-se um volume de equivalência médio de 7,8 ml. este valor obtido, empregando-se vidraria de laboratório e aplicando-se os mesmos cálculos anteriores forneceu uma concen-1tração de hidróxido de sódio igual a 0,057 mol l . calculou-se então o erro relativo entre os valores obtidos com o aparato construído e o equipamento convencional obtendo-se um erro relativo de 3,1 % o que justifica novamente a utilização da bureta alternativa em experimento de titulação em laboratórios de escolas de nível médio para melhor elucidação da teoria aplicada em aulas de química. um estudo envolvendo o custo de uma titulação convencional, baseados no catálogo sigma aldrich 2007 [9], frente ao uso de equipamentos, vidraria e utensílios alternativos sugeridos no presente manuscrito foi realizado. este levantamento comprovou que o custo do material alternativo é da ordem de 2% do valor do material convencional utilizado em laboratório de química. conclusões os equipamentos propostos foram empregados com sucesso em volumetria ácido-base, demonstrando assim ser possível utilizar equipamentos de menores custos em aulas de laboratório no ensino médio, contribuindo assim para a melhora do aprendizado. os aparatos sugeridos neste trabalho são de fácil construção, baixo custo e boa precisão, podendo ser utilizados em outros experimentos de química, proporcionando também a socialização do trabalho em equipe. agradecimentos os autores agradecem à ufscar, fapesp, cnpq e capes pelos recursos concedidos ao labbes, ao cnpq pela bolsa de produtividade em pesquisa de off e à fapesp pela bolsa de iniciação científica de mhmta (processo nº 05/03980-0). ecl. quím., são paulo, 35 4: 133 138, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 4: 133 138, 2010138 artigo article referências [1] r. r silva, n. bochi, r. c. rocha-filho, introdução à química experimental. mcgraw hill, são paulo, 1990, p. 81. [2] t. m. peruzzo, e. l canto, química: na abordagem do cotidiano. volume único. 1ª ed. são paulo: moderna, 1996, p. 238-240. [3] g. c. carvalho, c. l. souza, química: de olho no mundo do trabalho. são paulo: scipione, 2003, p. 206. [4] d. c. harris, análise química quantitativa. 6a ed. trad. j. a. p. bonapace et al. rio de janeiro: ltc, 2005, p.129. [5] a. d skoog, f. j. holler, t. a nieman, princípios de análise instrumental, trad. i. caracelli et al 5º ed. são paulo bookman, 2002, p 749-750. [6] m. tubino, j. a. simoni, r. a. ricchi-junior, rev. bras. ensino(3) 2008, p. 79-88. [7] w. t. suarez, l. h ferreira, o. fatibello-filho, quím. nova esc. (25) 2007, p. 36-38. [8] abnt nbr iso/iec 17025 nbr 14865:2002 (item 6.1) [9] catálogo sigma aldrich 2007. abstract: in this article the construction and adaptation of inexpensive and easily available materials in acidbase titration in the place of usual materials such as burette, volumetric flask, erlenmeyer and others were described. the viability of the use of those materials was demonstrated in the standardization of caustic soda solution using acetylsalicylic acid as primary standard. keywords: alternative materials, acid-base titration, solutions standardization. introduction 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and nd(iii) were synthesized, their properties investigated and presented in our previously published papers [1,2]. we undertook the above topic of our paper for studying the influences of the -och3 group positions in benzene ring on the complex properties. that presention has been still a continuation of our experiments on the carboxylates with various dand 4f – metal ions. these type of compounds have the significant positions in inorganic and bioinorganic chemistry and the again many metal cations in a great number of various biological processes especially six-membered ring system are compounds of several vitamins and drugs [3,4]. moreover, carboxylates of d and 4f ion elements depending on their magnetic properties, as magnets, may be used in the modern branches of techniques and technology as electronic materials, and they have applications as precursors in superconducting ceramic and magnetic material productions. multifunctional rigid type of carboxylate ligands as tethers for constructions of solid phases were also exploited with diverse and unusual topologies [5]. 2,4and 3,4dimethoxybenzoic acids are used in various branches of techniques and technology as electric materials, and for magnetic material productions [6-11]. in medicine and in pharmacy they are applied for the preparation of 7ecl. quím., são paulo, 33(2): 7-12, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 comparison of some properties of 2,3 – and 3,4 – dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and nd(iii) aw. ferenc*, a k. czapla, bj. sarzynski , and aa. zwolinska afaculty of chemistry, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland binstitute of physics, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland * wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: the physicochemical properties of 2,4-, and 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and nd(iii) were studied and compared to observe the -och3 substituent positions in benzene ring on the character of complexes. the analysed compounds are crystalline hydrated or anhydrous salts with colours depending on the kind of central ions: blue for cu(ii), pink for co(ii) and violet for nd(iii) complexes. the carboxylate groups bind as monodentate, bidentate bridging or chelating and even tridentate ligands. their thermal stabilities were studied in air at 293-1173k. when heated the hydrated complexes release the water molecules and form anhydrous compounds which are then decomposed to the oxides of respective metals. their magnetic moment values were determined in the range of 76303k. the results reveal the compounds of nd(iii) and co(ii) to be the high-spin and that of cu(ii) forms dimer. the various positions of -och3 groups in benzene ring influence some of physicochemical properties of analysed compounds. keywords: 2,4and 3,4dimethoxybenzoates; thermal stability; magnetic properties. ´ ´ eq01-af 26/6/08 11:35 page 7 antibiotics and various dyes. from the survey of literature it follows that there are papers on the complexes of some of rare earth elements with 2,4and 3,4-dimethoxybenzoic acid anions and on their properties [12-17]. there is no information about the comparison of properties of solid of 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and nd(iii). therefore, we decided to investigate the influence of the positions of methoxygroups in the benzene ring on such their properties having been presented in our previous papers [1,2] as: thermal stability in air, spectral characterization, x-ray powder investigations and magnetic behaviour in the range of 76 – 303k. experimental the preparation of complexes were given in our previously published papers [1,2]. the carbon and hydrogen analysis was performed using a chn 2400 perkin-elmer analyzer. the contents of m(ii) and m(iii) metals were calculated from tg curves and for comparison also established gravimetrically [1,2]. the ir spectra of complexes were recorded over the range of 400-4000 cm-1 using m-80 spectrophotometer (carl zeiss, jena). samples for ir spectra measurements were performed as kbr discs. the x-ray powder diffraction were taken on a hzg-4 (carl zeiss, jena) diffractometer using ni filtered cukα radiation. the measurements were made within the range 2θ = 4 80º by means of the debye – scherrer – hull method [1,2]. the thermal stability and decomposition of co(ii), cu(ii) and nd(iii) complexes were studied in air using a q-1500d derivatograph with derill converter recording tg, dtg and dta curves. the details of measurements are presented in our papers previously published [1,2]. magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii) and nd(iii) were measured by the gouy method using a sensitive cahn rm-2 electrobalance [1,2]. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 8.08 × 10-3cm3 mol-1. the correction for diamagnetism of the constituent atoms was calculated by the use of pascal’s constants [18]. magnetic moments were calculated from the the equations (1) and (1*): µeff = 2.83 (χm (t-θ))1/2 ; where θ – weiss constant (1) µeff = 2.83 (χm (t-θ))1/2 · 1.257 × 10-6 m · kg · s-2 a-2 (1*) results and discussion the complexes of 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and nd(iii) were obtained as polycrystalline products with a metal to ligand ratio of 1:2 for divalent ions, and 1:3 for nd(iii). the general formula for 2,4dimethoxybenzoates of cu(ii) and co(ii) is m(c9h9o4)2 · nh2o, where m(ii) = cu, co, and n=1 for cu(ii), and n=0 for co(ii). for 3,4dimethoxybenzoates of co(ii) and cu(ii) the general formula is m(c9h9o4)2 · nh2o, where m(ii)=cu, co, and n=2 for cu(ii), and n=0 for co(ii). 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of nd(iii) form anhydrous salts nd(c9h9o4)3. the colours of complexes are following: for co – pink, cu – blue, nd – violet [1,2,19,20]. the compounds exhibit in solid state similar ir spectra. some of the results taken from our papers [1,2] are presented in table 1. the bands due to the cooh group at 1670 cm-1 for the 2,4dimethoxybenzoic acid and 1700 cm-1 for the 3,4dimethoxybenzoic acid are replaced in the spectra of the complexes by two bands: asymmetric (1628 – 1608 cm-1 for 2,4dimethoxybenzoates and 1600 – 1590 cm-1 for 3,4dimethoxybenzoates) and symmetric vibrations of coogroup (1408 – 1372 cm-1 for 2,4dimethoxybenzoates and 1420 – 1380 cm-1 for 3,4dimethoxybenzoates), respectively [1,2,21]. the magnitudes of separation, ∆νcoo (∆νcoo = ∆ascoo ∆scoo ) which characterize the metal – oxygen bond change in the range from 220 – 208 cm-1 for 2,4dimethoxybenzoates to 240 – 180 cm-1 for the 3,4dimethoxybenzoates. from the comparison of ∆νcoo values for 2,4and 3,4dimethoxybenzoates it appears that they are changed in the following sequence: 8 ecl. quím., são paulo, 33(2): 7-12, 2008 eq01-af 26/6/08 11:35 page 8 co(ii) > cu(ii) > nd(iii), which indicates that in nd(iii) complexes the m-o bonds are more covalent than those in cu(ii) and co(ii) compounds. these values are greater for 3,4-dimethoxybenzoates than those for 2,4dimethoxybenzoates which may show the stronger covalent bonds in 2,4dimethoxybenzoates than in 3,4dimethoxybenzoates of those elements. the values of frequencies of m-o vibration bands for co(ii) and nd(iii) 2,4and 3,4dimethoxybenzoates are changed in sequence: 2,4< 3,4, while for cu(ii) complexes they incrase in the order: 3,4< 2,4-. these relations may indicate that the stronger m-o bonds are in the case of co(ii) and nd(iii) complexes whereas reciprocal relation is observed for cu(ii) compounds. the ir spectra recorded for complexes show that for 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and nd(iii) there is only one band of asymmetrical coogroup vibrations but in the case of symmetrical coogroup vibration bands only one is observed for 2,4and 3,4-dimethoxybenzoates of cu(ii) and 2,4-dimethoxybenzoates of co(ii) and nd(iii). in the ir spectra of 3,4dimethoxybenzoates of co(ii) and nd(iii) there are two bands of symmetrical coogroup vibrations, which indicates the various dentates of carboxylate groups in the analysed complexes. according to the spectroscopic criteria [1,2,21,22] the carboxylate ions appear to be monodentate, bidentate bridging or chelating and tridentate groups. all details connected with the estimations of their dentates are presented in our previously published papers [1,2]. the analysis of the diffractograms of the complexes suggests them to be polycrystalline compounds with different structures [1,2,23]. the thermal stability of analysed dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii) and nd(iii) was studied in air in the range of 293 – 1173k (table 2). when heated to 1173k the cu(ii) compounds are dehydrated in one step and form anhydrous complexes that next are decomposed to cuo [1,2]. 9ecl. quím., são paulo, 33(2): 7-12, 2008 table 1. frequencies of the absorption of cooand m-o group vibrations for 2,4and 3,4–dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii), nd(iii), na(i), and of the cooh band in 2,4and 3,4–dimethoxybenzoic acid [1,2]. i – complexes with 2,4-dimethoxybenzoic acid anion; ii complexes with 3,4dimethoxybenzoic acid anion eq01-af 26/6/08 11:35 page 9 the dehydration process is connected with endo–effect while the combustion of the organic ligands with exothermic one. from the values of temperature at which the dehydration process occurs and from the way in which it proceeds, it is possible to assume that the water molecules are in the outer coordination sphere of these complexes [1,2,24-26]. from the comparison of thermal stability values of 2,4and 3,4-dimethoxybenzoates of cu(ii) it appears that 2,4dimethoxybenzoate is more thermally stable complex than that of 3,4dimethoxybenzoate. it is connected with the various influence of mesomeric, inductive or steric effects on the electron density in the analysed compound molecule. during heating in air to 1173k the anhydrous cobalt(ii) 2,4dimethoxybenzoates decompose directly to co3o4 (fig.1). the obtained results reveal them to have the similar stability (table 2). the complexes of nd(iii) with 2,4and 3,4dimethoxybenzoic acid anions decompose in two steps. in the range of 495-685k they form the oxycarbonates that next are ultimately decomposed (983-1010k) to nd2o3 [1,2]. the final products of the complex decompositions were identified by xray powder diffraction measurements. from the 10 ecl. quím., são paulo, 33(2): 7-12, 2008 figura 1. tg, dtg and dta curves of 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of co(ii). table 2. temperature ranges of thermal stbility of nd(iii), co(ii), and cu(ii) 2,4and 3,4-dimethoxybenzoates in air [1,2]. ∆t1= temperature range of dehydration process; n= number of crystallization water molecules lost in one endothermic step; ∆t2= temperature range of decomposition of anhydrous complex; ∆t3= temperature range of decomposition of nd(iii) oxycarbonate; idp= intermediate decomposition product obtained reasults it appears .that 2,4dimethoxybenzoate of nd(iii) is more thermally stable than 3,4dimethoxybenzoate of that element (table 2). in the case of anhydrous compounds of cu(ii) it eq01-af 26/6/08 11:35 page 10 follows that 2,4dimethoxybenzoate of cu(ii) is less thermally stable compared to that of 3,4dimethoxybenzoate. in the series of 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii) and co(ii) it appears that the complexes with co(ii) are more thermally stable than those with cu(ii). the differences in the presented values show that there is the various influences of inductive, mesomeric and steric effects on the analysed properties of complexes. the magnetic susceptibility of analysed dimethoxybenzoates was measured over the range of 76–303k [1,2]. the complexes of co(ii) and nd(iii) with both ligands obey the curie–weiss law, suggesting a weak ferromagnetic interaction. the magnetic moment values experimentally determined for co(ii) and nd(iii) 2,4and 3,4dimethoxybenzoates change from 4,27µb to 4,55µb for 2,4dimthoxybenzoate of co(ii), from 4,22µb to 4,61µb for 3,4dimethoxybenzoate of co(ii) (fig. 2), from 2,89µb to 3,21µb for 2,4dimthoxybenzoate of nd(iii) and from 2,69µb to 3,15µb for 3,4dimethoxybenzoate of nd(iii) (fig. 3). these values are very close to the spin only ones for the 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of co(ii) calculated from the equation µeff = [4s ( s + 1)]1/2 in the absence of the magnetic interactions for the present spin system. the theoretical magnetic moment value at 293k for co(ii) ion is equal to 3.88 µb. the experimental data suggest that the compound of co(ii) seems to be high – spin complexes with probably weak ligand field [1,2 ]. the values of µeff determined for nd3+ in the range of 76 – 303k are close to those calculated for nd(iii) ion by hund (3.62µb), and van vleck (3.68 µb) [27]. this may probably also result from the presence of superexchange magnetic interactions between paramagnetic centers of different molecules of the complexes in the crystal lattice. the 4f electrons causing its paramagnetism are well protected from outside influences and do not participate in the formation of the nd – o bond. the magnetic susceptibility values of 2,4and 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii) incrase with rising temperature suggesting a weak antiferromagnetic interaction. the magnetic moment experimentally determined change from 0,49µb (at 76k) to 1,17µb (at 303k) for 3,4dimethoxy11ecl. quím., são paulo, 33(2): 7-12, 2008 figura 2. relationship between µ νs t for 2,4and 3,4-dimethoxybenzoates of co(ii). benzoates of cu(ii) and 0,64µb (at 76k) to 1,57µb (at 303k) for 2,4dimethoxybenzoates of cu(ii) (fig. 4). these values are lower than the d9 spin-only magnetic moment ∆eff=1,73µb. such dependence is a typical behaviour for copper dimer [1,2,27,28]. magnetic susceptibility measurements revealed the χ=f(t) relation course to be typical for copper(ii) carboxylates, where the paramagnetic centers are antiferromagnetically coupled. magnetic susceptibility is the highest at room temperature and decreases with the temperature lowering. this is related to the occupation of the triplet and singlet states. occupation of the energetically lower singlet state increases with the temperature lowering [1,2,27,28-30]. from the comparison of the magnetic susceptibility and magnetic moment values for these two analysed series of dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and nd(iii) it follows that the various positions of -och3 substituents in benzene ring do not influence their magnetic properties but effect the magnetic moment values. all complexes are paramagnetic compounds. the values of the figura 3. dependence between µ νs t for 2,4and 3,4-dimethoxybenzoates of nd(iii). eq01-af 26/6/08 11:35 page 11 [2] w.ferenc, k.czapla, j.sarzynski, and a.zwolinska ecl. quim., são paolo, 32(4) (2007) 27. 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[30] a. keetle, inorganic physical chemistry, polish scientific publisher, warsaw, 1999. ∆eff calculated for the complexes in the range of 76303k reveal the 2,4dimethoxybenzoates of cu(ii) and nd(iii) to have the stronger paramagnetic properties than those for 3,4dimethoxybenzoates. 3,4dimethoxybenzoate of co(ii) shows the greater values of magnetic moments compared to that of 2,4-dimethoxybenzoates. conclusions the various positions of methoxygroups in the benzene ring do not influence the metal : ligand ratio, magnetic properties and colours of complexes, but effect the magnetic moment values and the modes of the carboxylate group coordinations. these differences result from the various influence of an inductive, mesomeric and steric effects of the -och3 substituent positions on the electron density in the benzene ring. when –och3 group is in the orthoposition in benzene ring the steric effect is stronger than in its metaposition in which it clearly reveals the mesomeric one. received 25 february 2008 accepted 10 april 2008 references [1] w.ferenc, k.czapla, j.sarzynski, ecl. quim., são paolo, 32(3) (2007)7. 12 ecl. quím., são paulo, 33(2): 7-12, 2008 figura 4. relationship between m vs t for complexes of cu(ii). ´́ ´́ ´́ ´́ ´ eq01-af 26/6/08 11:35 page 12 microsoft word 1089.doc ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 128 humic substances from sediments of lobos pond (argentina). isolation, characterization and limnological implications. roberto g. choconi a,b , alberto a. ghini c , victor h. conzonno d , alicia fernández cirelli *a a centro de estudios trandisciplinarios del agua, facultad de ciencias veterinarias, universidad de buenos aires. av. chorroarín 280 (c1427cwo), ciudad de buenos aires, argentina. b centro de formación e investigación en enseñanza de las ciencias (cefiec), facultad de ciencias exactas y naturales, universidad de buenos aires, ciudad universitaria, pabellón ii (c1428ega) ciudad de buenos aires, argentina. c umymfor (conicet-uba), facultad de ciencias exactas y naturales, universidad de buenos aires. (c1428ega) ciudad de buenos aires, argentina. d laboratorio de investigación de sistemas ecológicos y ambientales (lisea). museo de ciencias naturales. paseo del bosque s/n. (1900) la plata. provincia de buenos aires, argentina. * corresponding author. tel : +54 11 4524-8484; fax: +54 11 4524-8499 ; e-mail address: afcirelli@fvet.uba.ar tel : +54 11 4576-3346; fax: +54 11 4576-3385 ; e-mail address: ghini@qo.fcen.uba.ar www.scielo.br/eq volume 36, número 2, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 129 abstract. ______________________________________________________________________________ humic substances (hs) were isolated from the sediments of lobos pond (argentina) using mild conditions to preserve their native structure. the hs (humic and fulvic acids) were characterized by means of elemental analysis and ftir spectroscopy. also a by-product obtained during fulvic acids (fa) fractionation (an amorphous white solid residue) was analyzed. results revealed possible interactions between fa and inorganic-organic substances that may have implications referring to bioavailability. other limnological implications, such as autochtonous origin of hs linked with the hydrology, and change of ph during stormy weather that affects hs interactions, are discussed. keywords: humic substances, isolation, sediment, pampasic ponds, argentina. introduction lobos pond (35º 17´ s, 59º 07´ w) is a pampasic pond located in the salado river drainage basin, buenos aires province (fig. 1 a, b, c), which is placed in the geomorphologic unit called “pampa deprimida”. this pond is a permanent shallow water body (mean depth: 1.07 m, surface area: 7.51 km2) with a main tributary, las garzas stream, and an outlet, saladillo stream, which is regulated by a dam, that drains to the wetland cañada del toro (fig. 1 d). factors involved in the water quality of the pond are the stable population of loguercio village ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 130 fig. 1: (a) south america, argentina and buenos aires province. (b) buenos aires province and the salado river drainage basin. (c) location of lobos pond (lag. de lobos) in the salado river drainage basin. (d) lobos pond (lag. de lobos), las garzas stream (a° l. garzas), saladillo stream (a°. s.), dam (dique), cañada del toro (c. toro), loguercio village (v.l.) and railway general roca (f.c.g.r.). (about 500 inhabitants), placed in the shoreline, tourism and recreational activities (fishing, boating and sailing) and las garzas stream that collects upstream the raw sewage of navarro city (about 10000 inhabitants) and during the eighty decade also the effluent of the wastewater secondary treatment plant of lobos city (about 30000 inhabitants) (fig. 1 c, d). all through the eighty decade problems associated to eutrophication, like algal blooms, moved the government to put in practice a limnological project. main results that emerged from it[1] are indicated in table 1. high ph and chlorophyll a concentration observed in the pond as a product of autotrophic activity, put on evidence the impact of the high concentrations of nutrients coming from las garzas stream (table 1). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 131 lobos pond las garzas stream ph 8.40 8.61 tds (g/l) 1.4 3.2 t n (mg n/l) 2.0 1.3 t p (mg p/l) 0.36 0.46 t n/t p atomic ratio 12.3 6.3 secchi disk depth (m) 0.18 0.24 seston (mg/l) 90.5 49.4 chlorophyll a (µg/l) 115.8 table 1: average values obtained monthly from march 1986 to april 1987 according to mariñelarena and conzonno (1997). on the other hand, in accordance with the nitrogen limitation in relation to phosphorus as revealed by n/p relationships,[2] phytoplankton studies[3] showed that blue-green algae are the dominant species, which was other indicator of the eutrophication process, followed in abundance by the group of diatoms. conclusions of those studies made the authorities to decide the diversion of the effluent of the wastewater secondary treatment plant of lobos city, which was considered the main factor of eutrophication, to the wetland cañada del toro (fig. 1 d). although there were no other studies, restoration process in lobos pond, if really occurred because other sources still remain, was probably long because of the low renewal of water promoted by the dam. lake sediments contributes to the knowledge of all that occurred in the drainage basin, airsheds and waters. they contain many kinds of organic compounds, being humic substances (hs) always present. therefore studies on hs from lobos pond were begun, taking into account that this pond had the impact of cultural eutrophication nearly twenty years ago as above mentioned. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 132 these substances are formed during the decomposition of biogenic materials and are biochemically resistant to further decomposition. the classification of hs in humic acids (ha) and fulvic acids (fa) is generally based on their behavior in alkaline solution. previous studies in our laboratory dealed with aquatic hs in ponds of the same drainage basin [4-6]. in the present study a method that allows the isolation of hs in sediment in mild conditions is described, chemical characterization of the hs was performed on the basis of ftir spectroscopy and elemental composition. limnological implications are also discussed. materials and methods superficial sediment samples (5-6 cm of the upper layer) were collected from the centre of lobos pond (three sampling points) with a sediment grab in march, 2003. after being air dried at room temperature (20º-25º c) for 7 days, the sediments samples were ground and sieved through 1mm sieve. moisture, ash and total organic matter (tom) of the sediment were determinated following belzile et al.[7] sequential extraction of organic matter: the sediments obtained from the three points of the centre of the pond (fig. 1 d) were mixed. a sample (10g) was extracted in a soxhlet apparatus for 16 h with 200 ml of spectroscopic grade nhexane, n-hexane–acetone (4:1), acetone, acetone-methanol (4:1). the solvent was evaporated at room temperature under n2 and transferred to a 500 ml erlenmeyer containing 200 ml of a 0.5 m naoh solution and shaken under n2 for 24 h. [7] the supernatant was separated from the pellet by centrifugation at 8000 rpm followed by vacuum filtration using a millipore filter (0.45 �m). isolation of humic substances: the naoh solution was transferred to a separator funnel and ph was adjusted to 1 with 6m hcl, after 1h at room temperature methyl isobutyl ketone (mibk; 150 ml) was added. the mixture ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 133 was shaken vigorously to allow the precipitation of ha in the interphase.[8] the aqueous phase (containing most of fa) was separated and worked up following procedure a. dissolution of ha to separate it from the organic phase, was performed with 0.5 m naoh solution (100 ml). the organic phase (mibk extract) was separated and evaporated to dryness under vacuum. the naoh solution was acidified (ph 1) to allow the precipitation of ha. after 1h, it was centrifuged at 8000 rpm. the pellet (ha) was treated following procedure b. procedure a: the fa fraction was filtered (millipore 0.45) and was adjusted to ph 8 with a 1m solution of naoh. after 4h, it was centrifuged at 8000 rpm. an amorphous white solid residue was obtained, and analysed by mass spectrometry and ftir. the solution was evaporated to 50 ml under vacuum and filtered. after dialysis (molecular weight cutoff point of 3500 da) during 24h it was lyophilized. [6] procedure b: the ha pellet was dissolved in 20 ml of a 0.1 m koh solution under n2 and kcl (0.3g) was added to make the system 0.3 m in k.[7] after 12 h (n2 atmosphere) the solution was centrifuged at 12000 rpm for 20 min. the clear ha supernatant was acidified with 6 m hcl to ph 1 and the ha allowed to precipitate. the solid was separated from the liquid phase by centrifugation at 12000 rpm for 20 min. the pellet was dried by lyophilization. ftir spectra of the material extracted with solvents were recorded in the form of a film, and ha and fa were recorded in the form of kbr pellets; all of them in a ft-ir nicolet 510 equipment. the electron impact mass spectra (eims) were measured on a shimadzu qp-5000 mass spectrometer at 70 ev by direct inlet. elemental analyses were performed with carlo erba ea 1108 equipment. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 134 results and discussion isolation and purification air dried sediment samples showed moisture: 5.3%, ash: 81.83% and total organic matter (tom): 12.87% (average data); in accordance with previous reports.[9] high amounts of organic matter in the sediments are probably the result of the contribution of autochtonous source as well as the supply of organic matter of external raw sewages. sequential extraction with organic solvents rendered: hexane extract (14 mg), acetone extract (19 mg), hexane – acetone extract (30 mg), and acetone – methanol extract (20.5 mg). fractions were analyzed by ir spectroscopy. as expected, paraffins were more abundant in the hexane extract, while esters of fatty acids; long chain alcohols and wax esters were predominant when more polar solvents were used. these compounds were also present in the mibk extract (13 mg). humic substances extracted from the sample after extraction with organic solvents, rendered: ha: 64 mg and fa: 89 mg; representing more than 10% of sediments’ tom. ftir spectra of both fractions (figs. 2.a,b) showed typical bands (ha: 3400 cm-1 – 2900 cm-1 – 1670 cm-1 – 1540 cm-1 ; fa: 3408,3 cm-1 2930.7 cm-1 1642.6 cm-1 1402.6 cm-1 1138.5 cm-1 ) and are comparable to previous reports in the literature. [7] no signals attributable to artifacts were detected; suggesting that ha and fa are free from organic impurities. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 135 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 136 fig. 2: ftir spectrum of fractions isolated from lobos pond sediments. a. ha; b. fa; c. amorphous white solid residue (wsr) isolated from fa fractionation elemental analyses of ha and fa isolated from lobos pond sediment are shown in table 2. the results obtained were compared with literature data[7,10] since this is the first study of humic substances from sediments of pampasic ponds in argentina. it can be observed that %c and %h for ha and fa from lobos pond are similar to those reported for sediments from other sources. the comparison between ha and fa in this pond indicated that higher h/c and o/c found for fa, suggests higher content of methylene, methyl groups and hydroxyl, carboxyl groups respectively. the n/c ratios are similar for both ha and fa. %c %h %o %n h/c o/c n/c haa 40.8 5.5 39.2 6.5 1.6 0.72 0.14 faa 34.4 6.2 40.6 6.0 2.2 0.88 0.15 hab 57.06 3.94 35.08 3.37 0.83 0.46 0.05 fab 38.19 3.48 55.98 1.77 1.09 1.10 0.04 hac* -------- 1.17 1.43 0.07 0.11 0.44 0.63 fac* --------1.10 1.58 0.13 0.16 0.57 0.86 had* 52.7 54.6 5.83 6.27 34.2 36.3 4.85 5.23 1.05 1.43 0.07 0.08 0.47 0.64 fad* 45.1– 48.0 6.59 6.94 40.4 42.7 4.94– 5.76 1.66 2.06 0.06 0.11 0.63 1.07 a this work; b stream sediment of south clear creek, usa (reference 8); c,d sediment from lake (reference 7); *data range. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 137 table 2: elemental analyses of humic substances from different sediment sources. fulvic acids interactions in previous reports [11] a by-product of fa fractionation has been mentioned, but it has not been analyzed. therefore, attention was drawn on the amorphous white solid residue (wsr) (308 mg) obtained from fa fraction following procedure a. its low organic matter content (tom: 26.3%), and high ash content (57.5%) suggested the presence of mineral compounds as major components. the lack of solubility of this material, both in polar and non-polar solvents, was in accordance with an organic-mineral mixed composition. after calcination (muffle furnace at 750ºc, 4h) the residue obtained was insoluble in mineral acids, suggesting the presence of silicates. the fact that the treatment of this residue with fluorhydric acid produced gaseous sif4 confirms that hypothesis. on the other hand wsr was analyzed by mass spectrometry and ftir. although it is not a homogeneous product, the mass spectrum showed molecular ions (ranging from 200 to 300 da) and fragmentation pattern (base peak = 43) characteristic of organic compounds related with fatty acids and its derivatives (i.e. palmitaldehyde) or long chain alcohols derived from octadecatrienoic acid. in accordance, the ir spectrum showed strong absorption bands at 3400 cm-1 (broad band), and 1630 cm-1 corresponding respectively to hydroxyl and carbonyl groups present in these compounds (fig. 2.c). it is noteworthy that this white material may be liberated from fa even after a second repetition of the process (ph shift in procedure a). in our case we repeated the operation 4 times until this white residue was no longer observed. in this sense fa might behave in the sediments like hydrophobic microenvironments, in which this white material could grow or accumulate. the dynamics of hs aggregation / disaggregation is likely an important process controlling the transport and fate of pollutants, because aggregating molecules could trap inorganic or organic contaminants. [12] ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 138 figura 2.c (ftir spectrum of the wsr) interaction of fa with silica is apparently similar to the observed between fa and calcium carbonate, where as a result of such interaction inhibition of precipitation of the latter takes place. [5, 13] also the presence of fatty acids contributes to the formation of a coating that prevents the precipitation of calcite. [14] on the basis of these facts, it may be suggested that those fatty acids may influence silica to keep in some kind of state like dissolved amorphous silica. furthermore the entrapment capability showed by fa to this wsr (a silicatesfatty acids core), could be related with two models. one of them, the model suggested by piccolo, [15] is based on the reversible self-association of small molecules, in which interior hydrophobic substances could be trapped. the stabilization of such conformation should be attributed to the entropy-driven tendency to exclude water molecules from humic association decreasing the total molecular energy. on the other hand, jansen [16] based in molecular modeling, describe the hs like a helical structure with a semi-hydrophilic surface and hydrophobic interior. besides, this entrapment capability show a correlation with our previous reports about the displacement experiments carried out by the addition of label and unlabeled carbohydrates to evaluate the interaction between hs and carbohydrates. [6] we observed that, upon lowering the ph, the interaction decreases in relation to the steric arrangement that causes the diminution of the accessibility of the available sites in the ha molecules. this molecular behavior of the fa may be related with the model proposed by jansen.[16] limnological implications hydrology of pampasic ponds depends mostly in the supply of groundwater drainage. in lobos pond this fact became evident taking into account the salinity of las garzas stream, which was more than two times higher than that of the pond (table 1).therefore it may be expected that the input of allochthonous hs to the sediment might not be so important in relation to the hs derived from the biota of the pond. elemental composition in particular the h/c relation (table ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 139 2), that implies high aliphatic respect to aromatic (normally derived from lignin) structures may reinforce the autochtonous character of hs from lobos pond. another factor to be taken into account is the interaction of fatty acids with silica favouring its bioavailability for diatoms, which is the second group of dominant algae as previously mentioned. the availability is further enhanced by the nearly permanent vertical mixing in the pond as evidenced by the low secchi disk depth and the high values of seston (table 1), which permits bottom sediments to reach the euphotic layer. in relation to interactions of hs with organic compounds, which in this case seem to be with fatty acids, previous studies in chascomús pond with aquatic hs and carbohydrates, [6] put on evidence the important role of these interactions, since that research indicated that they may influence the distribution and transport in the aquatic ecosystem and at the same time is weak enough to let them be available to the organisms involved in heterothrophic activity. under normal conditions, vertical mixing, which is common in pampasic ponds, has the effect of preventing stable stratification, as well as in maintaining high turbidity causing the limitation of light and consequently the limitation of primary production. nevertheless, climatic events, such as rainstorms or flooded periods, drastically change physical and chemical conditions. [4,5] this happened during the sampling period referred in lobos pond,[1] when a heavy rainstorm (100 mm in two days) occurred at the end of september which caused ph to reach a value of 7.78, secchi disc reading 0.30 m, seston 16.5 mg/l and chlorophyll a 12.0 µg/l, that is to say very apart from the conditions indicated for average values in table 1. although arriving to normal conditions could take only few days, these kinds of events produce drastic changes in the physico-chemical characteristic of the pond. this fact has strong influence in hs, especially in what is referred to ph as already described in fa-interactions related with bioavailability of inorganic-organic substances. conclusions humic substances were isolated from sediments of lobos pond with a mild technique avoiding drastic chemical treatments that could alter their native structure. ftir spectra showing the lack ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 140 of contaminant material indicates that ha and fa obtained were efficiently isolated from the organic matter matrix present in the sediments. due to vertical mixing, sediments participate in the overall functioning of the system (to begin with light limitation in the water column) and in consequence the hs associated with. important results that arise from this work are the interactions of hs with silica and other organic compounds that may have to do in both autothrophic and heterothrophic activities. these phenomena undoubtedly must be a matter of other studies in this pond. acknowledgements authors are thankful to dr. m. martins alho for ftir spectra, umymfor (departamento de química orgánica, fcen-uba) for the elemental analyses, to mr. carlos r. tremouilles for making the figures and to uba and conicet for the financial support. references [1] a. j. mariñelarena, v. h. conzonno, natura neotropicalis. 28 (1997) 7. 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[16] l. t. sein, j. m. varnum, s.a. jansen, environmental science and technology. 33 (1999) 546. substâncias húmicas de sedimentos da lagoa de lobos (argentina). isolamento, caracterização, e as implicações limnológicas. resumo. substâncias húmicas (hs) foram isoladas a partir de amostras de sedimentos da lagoa de lobos (argentina). para preservar a estrutura nativa, foram utilizadas condições brandas. as hs (ácidos húmicos e fúlvicos) foram caracterizadas por meio de análise elementar e espectroscopia de infravermelho. foi analisado um subproduto obtido do fracionamento dos ácidos fúlvicos (fa) (resíduo sólido, branco e amorfo). os resultados revelaram as possíveis interações entre a fa e substâncias inorgânicas e orgânicas, que podem ter implicações referentes à biodisponibilidade. são discutidas ainda outras implicações limnológicas que podem afetar as interações das mesmas, tais como a origem nativa das hs relacionadas com a hidrologia e a mudança do ph durante as tempestades. palavras-chave: substâncias húmicas, isolamento, sedimentos, lagoas pampásicas, argentina. www.scielo.br/eq volume 34, número 2, 2009 37 flow-batch analyser for preparation of calibration standard mixtures in simultaneous multicomponent spectrometric analysis valeria visanic, sara r. r. c. barrosc, heronides a. dantas filhob, luciano f. almeidaa, ricardo a. c. limaa, wallace d. fragosoc, teresa c. b. saldanhac and mário c. u. araújoc*, auniversidade federal rural de pernambuco – uast – serra talhada – pe (brasil). buniversidade federal do pará – faculdade de química – belém – pa (brasil). cuniversidade federal da paraíba departamento de química, caixa postal 5093, 58051-970 joão pessoa pb (brasil), email: laqa@quimica.ufpb.br, fax: +55-83 3216.7438. *corresponding author abstract: the application of multivariate calibration techniques to multicomponent analysis by uv-vis molecular absorption spectrometry is a powerful tool for simultaneous determination of several chemical species. however, when this methodology is accomplished manually, it is slow and laborious, consumes high amounts of reagents and samples, is susceptible to contaminations and presents a high operational cost. to overcome these drawbacks, a flow-batch analyser is proposed in this work. this analyser was developed for automatic preparation of standard calibration and test (or validation) mixtures. it was applied to the simultaneous determination of cu2+, mn2+ and zn2+ in polyvitaminic and polymineral pharmaceutical formulations, using 4-(2-piridilazo) resorcinol as reagent and a uv-vis spectrophotometer with a photodiode array detector. the results obtained with the proposed system are in good agreement with those obtained by flame atomic absorption spectrometry, which was employed as reference method. with the proposed analyser, the preparation of calibration and test mixtures can be accomplished about four hours, while the manual procedure requires at least two days. moreover, it consumes smaller amounts of reagents and samples than the manual procedure. after the preparation of calibration and test mixtures, 60 samples h-1 can be carried out with the proposed flow-batch analyser. keywords: flow-batch analyser, preparation of standard mixtures, simultaneous multicomponent analysis, uv-vis spectrophotometry, drug analysis. ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 200938 introduction nowadays, several techniques for simultaneous determination of chemical species exist, such as x-ray fluorescence spectrometry (xrfs) [1, 2], atomic and molecular fluorescence spectrometry (afs and mfs) [3, 4], chromatography [5], atomic emission spectrometry (aes), among others [6]. these techniques are relatively expensive in acquisition and maintenance, turning them less accessible to the most of the industrial and research laboratories. the uv-vis molecular absorption spectrometry (uv-vis-mas) [7] is an analytical method broadly used, due to its simplicity and fast achievement of experimental results. it is classically accomplished, by using chromogenic reagents. however, the simultaneous determination using uv-vis-mas is frequently hindered because it supplies overlapped spectra with hard interpretation for quantitative determinations. to solve the overlapping problem the analyte of interest can be separated from the matrix or the interfering species can be masked by adding suitable reagents. alternatively a specific reagent for each analyte can be used. 4-(2-piridylazo) resorcinol (par) is an important reagent of the nitrocompounds group, widely used as spectrometric reagent [8-10]. the main par advantage over other reagents is that their metallic compounds are soluble in water, simplifying the analytical procedure and avoiding subsequent stages of extraction with organic solvents. besides, par reacts with several metals yielding colored chelates which present high absorption in the ultraviolet-visible region of the spectrum. their large molar absorptivities allied with their wide bands results in overlapping of the complexes spectra. usually, this drawback may be overcome by the selection of the wavelength and by suitable choice of the molar ratio par to metals. though in practice, the separation of interfering species may be difficult and slow. the chemometric methods have been used to solve problems related to multicomponent analysis. the multivariate calibration methods as multiple linear regression (mlr) principal components regression (pcr) and regression for partial least squares (pls) are frequently used to quantitative analysis. the association of the chemometric techniques with methods based on uv-vis-mas has been applied successfully in the simultaneous determination of two or more species. however, the manual accomplishment of these techniques requires the preparation of a large number of mixtures (calibration and tests sets), which implies in higher amounts of reagents and samples and in the decreasing of the analytical frequency. the development of automatic systems has proved to be a good alternative way to circumvent these problems. versatile and flexible flow-batch approaches (fba) have been proposed to automate several analytical systems [28-37] and have been named and developed by our research group. as most of the flow analysers, fba also present significant precision and accuracy, high sample throughput and low contamination, low consumption and manipulation of reagents and samples, low cost per analysis and low waste volumes. in this work, a fba system is proposed in which the calibration and the sample solutions can be treated in order to carry out simultaneous and multicomponent analysis (fba-sma) by uvvis-mas and pls. the versatility and flexibility inherent to fba provides the possibility to yield the calibration and test mixtures accurately and quickly. hence, it allows performing multivariate calibration techniques with low consume of reagents and samples, high sample throughput, low cost per analysis. the fba-sma was applied to analysis of commercial samples of polyvitaminic and polymineral pharmaceutical formulations, available in brazil. experimental reagents, samples and solutions par solution: a 1.62×10-3 mol l-1 par solution was prepared in 0.05 mol l-1 nh3 by dissolving 0.2067 g of c11h8n3nao2.h2o (merck) in deionized water, adding 0.583 ml of 25% nh4oh and diluting to 500.0 ml. ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 2009 39 borate buffer (ph 9.0): a 0.01 mol l-1 borax solution was prepared by dissolving na2b4o7·10h2o in deionized water. the 1.000 mg l-1 cu2+, mn2+ and zn2+ stock solutions were prepared from titrisol (merck) ampoules in 0.01% hcl (v/v) for cu2+ and 0,04% (v/v) for mn2+ and zn2+. commercial samples of polyvitaminic and polymineral pharmaceutical formulations were used. each tablet with approximately 4.700 g contains cu2+, mn2+ and zn2+ in concentrations specified by the manufacturer: 0.4 mg, 0.5 mg and 3.0 mg, respectively. each effervescent tablet was weighed and dissolved in deionized water. after a suitable time (about 15 minutes), enough to eliminate all the co2 present, the volume was completed up to 250.0 ml. the reference method used for comparison purposes was the flame atomic absorption spectrometry (faas). standard solutions were prepared as described above. in the zn2+ determination, a further dilution was required, taking an aliquot of 4.0 ml of the sample and completing the volume up to 50.0 ml. a 9.78×10-5 mol l-1 methyl orange [(ch3)2nc6h4n:n.c6h4so3na] (merck) was used as dye solution in the measurement of volumetric ratios [38] procedure. a solution containing the buffer and the par in the same proportions of the mixtures was used in blank measurements. all solutions were prepared with chemicals of analytical grade. freshly distilled and deionised water in a system milli-q plus (millipore) was used. the automatic analyser the fba-sma system is shown in figure 1. a hewllet packard model hp 8453 uv-vis spectrophotometer was employed as detector. the reference method was applied using a gbc 908aa flame atomic absorption spectrometer. figure 1. schematic diagram of fba-sma. d: detector; v1-v7: solenoid valves; s: sample; mc: mixing chamber; ms: magnetic stirrer; m1-m3: standard solutions of the analytes; b: buffer; r: par reagent and w: water. a gilson miniplus 3 peristaltic pump and 1.85 mm i.d. tygon® pumping tubes were used. the transmission lines were constructed with 0.8 mm i.d. teflon® tubing. a 2.0 ml laboratory-made mixing chamber was constructed in teflon®. a hellma quartz flow cell with 10 mm optic path was used. seven cole-parmer three-way solenoid valves were used: three valves (v1, v2 and v3) were used to direct the standard solutions of the ion metals into mixing chambers (mc); three valves (v4, v5 and v6) were used ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 200940 to direct buffer, sample and par solution respectively and seventh valve (v7) was used to select the stream flowing (water or mc mixture) towards flow-cell of the spectrophotometer. details of mc can be found elsewhere [28]. a pentium 233 mhz microcomputer equipped with a laboratory-made parallel interface card was used to control the proposed system. the control of the system was performed by a program developed in labview® 5.1, which also controls the spectrometer hardware. an electronic actuator (ea) increased the power of the signal sent by the microcomputer in order to control the magnetic stirrer and the valves. procedure the analytical procedure is based on the insertion of time controlled volumes of the standard solutions of the ion metals, buffer, par and samples solutions towards mc, following homogenization and the transport of the resulting mixture towards detector. the solenoid valves switching on time intervals previously selected by the analyst are proportional to the volume inserted into mc of each solution. before starting the procedure, the solution in each channel is pumped and recycled towards its flasks, with all the valves initially switched off. the mc cleaning step is always accomplished before any measurement. it is carried out switching on the valves v4 (buffer ph 9.0) and v6 (par reagent) during the same time interval, producing the blank solution (buffer + par reagent). afterwards, this mixture is homogenized during enough time to accomplish the mc cleaning. the valve v7 is switched on, allowing the mc emptying and discarding the cleaning mixture. the blank solution is introduced in the system as described in the cleaning step. in this case however the spectrum is obtained and registered. to carry out the step of preparation of the calibration and test mixtures, the standard solutions valves (v1, v2 and v3) and buffer valve (v4) are switched on during predefined time intervals and the resulting solution is homogenized for a suitable time. so, the par valve (v6) is switched on during a predefined time, yielding the mixture (buffer + metals + par). afterwards, this mixture is homogenized in order to reach a complete reaction and afterwards it is pumped towards flow cell of the spectrophotometer, where its spectrum is measured and registered. this procedure is repeated for all calibration and test mixtures. in the sample measurement step, only the valves v4, v5 and v6 are used and the same procedure used for calibration and test is applied. procedure of measurement of volumetric ratios the concentrations of the metallic species into mc depend on the switching time of the solenoids valves. this time is proportional to the volume inserted into mc and it varies according to the flow-rate used in each channel, thus, these flow-rates should be well known in order to obtain concentrations with accuracy. if the flow-rates were maintained constant, the total volume into mc should be also constant; however, it doesn’t happen in practice. it occurs due to the asymmetry existent among the pumping channels, furnishing little differences in each channel flow-rate. as consequence, variations in the switching times will implicate in variations of the total volume of the mixture into mc, resulting a systematic error in the analysis and consequently inaccuracy in the determinations. to solve this problem, a correction in the switching time of the valves must be performed. this correction is accomplished in agreement with the procedure described below. considering two solenoid valves, one is regarding the channel of a given ion metal m, and other to the sample channel s. if the flow-rates and switching times of these valves are the same, then: sm vv = (1) where vm and vs is the volume of the metal and of the sample, respectively. since q = v/t, (where q is the flow rate), the valve timing, t, defines the volumes, v, inserted into mc, then, the eq. (1) can be written as: ssmm tqtq = (2) ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 2009 41 where qm, tm, qs and ts are the flow-rates and switching times of the metal and sample channels, respectively. making the sample valve as reference valve, eq. 2 can be rewrite as: m s sm q q tt = (3) in this way, the switching time of the metal valve, tm, will be corrected according to the ratio of the channels flow-rates, always taking as reference the sample channel. to determinate this ratio, initially, a dye solution is pumped during a given time, t, through the sample channel and the buffer through the metal channel. methyl orange was used as dye. after homogenization, the mixture is pumped towards the detector, obtaining the signal a1. afterwards, the positions of the solutions are inverted and these solutions are pumped during the same interval of time, t, obtaining the signal a2. if a linear relationship between absorbance and concentration of the dye solution is observed, the ratio rv between qs and qm may be given by eq 4: 1 2 m s v a a q q r == (4) this equation can be deduced starting from the following considerations: the flow-rates qs and qm are given by: t v q s s = (5) t vq m m = (6) the signals a1 and a2 are defined by: abs tot m 2 a v va = (7) abs tot s 2 a v va = (8) where vtot is the total volume, the sum of the volumes of dye and buffer solutions. aabs is the signal obtained for the pure dye solution. from eq. (5) and (6), is found that: m s m s m s v v tv tv q q == / / (9) isolating the variables vs and vm in the eq. (7) and (8) and substituting in eq. (9), the eq. (10) is obtained: 1 212 a a q q a va a va q q m s abs tot abs tot m s =⇒= (10) which is similar to eq. (4). these measurements should be carried out only sporadically, especially when the pumping tubes are exchange. calibration to construct the calibration models relative to the matrixes x (spectra) and y (concentrations of the elements) the partial least squares regression (pls) method was used). in pls models, the absorbances values corresponding to each wavelength were the independent variables and the concentrations of the metals in the mixtures sets were the dependent variables. the validation compares the results obtained for the model with the respective values considered true. the calculations were accomplished by using the program unscrambler, version 6.1 [39]. the model construction was performed in three stages; the planning of the calibration and test mixtures used for calibration and validation of the model; spectra acquisition from these mixtures and of the samples and calibration and validation of the employed models. ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 200942 calibration mixtures to define the concentrations of the elements in the calibration mixtures a complete 23 factorial design was used. in the calibration set, five authentic replicates of a randomly chosen mixture were included in the original set (table 1). table 1. mixture calibration set and respective metals concentration (mg l-1) calibration mixtures cu2+ mn2+ zn2+ cm1 0.05 0.03 0.05 cm2 0.45 0.03 0.05 cm3 0.05 0.25 0.05 cm4 0.45 0.25 0.05 cm5 0.05 0.03 0.45 cm6 0.45 0.03 0.45 cm7 0.05 0.25 0.45 cm8 0.45 0.25 0.45 cm5.1 0.05 0.03 0.45 cm5.2 0.05 0.03 0.45 cm5.3 0.05 0.03 0.45 cm5.4 0.05 0.03 0.45 cm5.5 0.05 0.03 0.45 the concentration linear ranges established for these ion metals in the visible region were found previously by saldanha et al. [40] and were used in this work. the concentrations of each metal are converted in switching on time of the valves and their values are corrected in agreement with the respective channels flow-rates. this correction is based on the measure of the volumetric ratios (see section 2.3.1). table 2 presents switching on times of the solenoid valves needed to obtain the metal concentrations presented in table 1. ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 2009 43 table 2. calibration mixtures valve timings (s). calibration mixtures cu2+ mn2+ zn2+ cm1 1.03 1.02 1.10 cm2 9.27 1.02 1.10 cm3 1.03 8.48 1.10 cm4 9.27 8.48 1.10 cm5 1.03 1.02 9.86 cm6 9.27 1.02 9.86 cm7 1.03 8.48 9.86 cm8 9.27 8.48 9.86 cm5.1 1.03 1.02 9.86 cm5.2 1.03 1.02 9.86 cm5.3 1.03 1.02 9.86 cm5.4 1.03 1.02 9.86 cm5.5 1.03 1.02 9.86 test mixtures the test mixtures set used for validation of the model were built according to the procedure used by saldanha et al. [40] within the concentration range of the calibration set. the five resulting combinations to be used are shown in table 3. table 3. metal concentrations in the test mixtures set (mg l-1). test mixtures cu2+ mn2+ zn2+ mt1 0.16 0.18 0.34 mt2 0.34 0.06 0.22 mt3 0.34 0.15 0.16 mt4 0.16 0.09 0.22 mt5 0.11 0.12 0.16 ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 200944 table 4 presents the corrected valve timings for the mixture test set. table 4. metal valve timings in the test mixtures set (s). test mixtures cu2+ mn2+ zn2+ tm1 3.30 6.11 7.45 tm2 7.00 2.04 4.82 tm3 7.00 5.09 3.51 tm4 3.30 3.05 4.82 tm5 2.27 4.07 3.51 results and discussion the fba-sma was applied to the determination of cu2+, mn2+ and zn2+ in polyminerals and polivitaminic drugs in a pre-selected spectral range [40], from 470 to 530 nm. to compare the results obtained by fba-sma with those obtained by the faas method, it was assumed that the determined metals were present in the samples as sulphates (mso4.nh2o), which is more stable [41] according to the vademecum of the drugs. starting from the spectra data and using the matrix of calibration, a pls model was built to predict the concentrations of the metals. figures 2 to 4 show spectra of the calibration mixtures, test mixtures and actual samples. figure 2. absorption spectra of the calibration and test mixtures in a range from 440 to 700 nm. ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 2009 45 figure 3. absorption spectra of the actual samples in the spectral band from 440 to 700 nm. figure 4. overlapping of all spectra from 440 to 700 nm band a comparison among the values of the concentrations predicted for the analytes in the actual samples and the reference values (faas) is presented in table 5. a good agreement between the fbasma and the faas methods was observed. ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 200946 table 5. metal concentrations (mg l-1) in the real samples by using the fba-sma and reference method. fba-sma (pls) reference method samples cu2+ mn2+ zn2+ cu2+ mn2+ zn2+ 1 0.07 0.05 0.51 0.06 0.06 0.50 1.1 0.04 0.06 0.56 0.06 0.06 0.50 2 0.06 0.05 0.49 0.05 0.05 0.46 2.1 0.06 0.04 0.47 0.05 0.05 0.46 3 0.04 0.05 0.49 0.05 0.05 0.46 3.1 0.04 0.05 0.46 0.05 0.05 0.46 4 0.04 0.05 0.50 0.05 0.05 0.46 4.1 0.09 0.05 0.48 0.05 0.05 0.46 5 0.04 0.05 0.48 0.05 0.05 0.47 5.1 0.03 0.05 0.48 0.05 0.05 0.47 6 0.09 0.05 0.48 0.05 0.05 0.46 6.1 0.04 0.05 0.44 0.05 0.05 0.46 to accomplish the analyses of the actual samples after the calibration stage, the time configurations for valves switching were: 1.2 s for sample, 1.0 s for par reagent and 37.8 s for buffer solution. the homogenization time of the mixture was always 10.0 s and the time necessary to the mixture reach the detector was 15.0 s. the measurements of the analytic signals have requested a time of 5.0 s. the total time required by fbasma to obtain the analytical signals was about 190 s, providing a sample throughput of approximately 19 h-1. the time spent to carry out the cleaning step (about 120 s) and the multivariate calibration calculations were not considered in this evaluation. conclusions an automatic system for simultaneous multicomponent analysis by uv-vis spectrophotometry was developed. using fba-sma and multivariate calibration analysis was possible determine simultaneously cu2+, mn2+ and zn2+ in real samples of pharmaceutical formulations was possible. as well as other flow-batch systems, the fba-sma presents the advantage of the flexibility in the preparation of the calibration and test mixtures. the time necessary for preparation and measurement of the standard mixtures is about four hours, while the manual preparation consumes at least 24 hours. allied to analytical velocity, other characteristics of the fba-sma are also advantageous such as low reagent and sample consumption and good accuracy. besides, in comparison with the reference method, it is verified that, applying the fba-sma it is possible to carry out a simultaneous multicomponent determination using a single spectrum per sample, while in the reference method, one analyte is determined at once increasing the time and costs for analysis. still attempting to the analytical costs, the price of the instrument used is very smaller than the equipments used in other methodologies that employs mas as plasma emission and ray-x fluorescence spectrometers, much less accessible to most of the research laboratories and even to most of the industrial laboratories. ecl. quím., são paulo, 34(2): 37 47, 2009 47 acknowledgements the authors are grateful to the research fellowships granted by the brazilian agencies cnpq and capes. received august 18 2008 accepted october 13 2009 references [1] i. varga, a. von bohlen, r. klockenkämper, g. záray, microchemical journal, 67 (2000) 265. 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various complexing introduction uranium metal in its pure form is chemically active, anisotropic and has poor mechanical properties. on the other hand, uranium alloys are useful in diluting enriched uranium liquid fuel meant for nuclear reactors and pure uranium coated with silicon and canned in aluminum tubes are used in production reactors. however, uranium and its compounds, like lead are highly toxic which cause progressive or irreversible renal injury and in acute cases may lead to kidney failure and death. the tolerable daily intake of uranium established by who based on gilman’s studies is 0.6 μg/kg of body weight per day [1-3]. the who, health canada and australian drinking water guidelines fixed the maximum uranium concentration in drinking waters to be less than 9, 20 and 20 μg l-1 [1,2]. the inhalation of uranium compounds results in deposition of uranium a sensitive and relatively selective spectrophotometric method is proposed for the rapid determination of uranium using eriochrome black t (ebt) being a 2,2’-dihydroxy azo benzene derivative metal indicator in the presence of cationic surfactant of n-cetyl n,n,n-trimethylammonium bromide (ctab). the complex formation reaction between ebt and uranyl ion, uo2 2+ is instantaneous in presence of nh3/nh4cl buffer at ph 9.5 and the absorbance as analytical signal remains stable for over 6 h. ctab as cationic surfactant and polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether, octyl phenol ethoxylate (triton x-100) as nonionic surfactant are used for improving the sensitivity and solubility of the analytical system, respectively. the proposed method allows the determination of uranium in the concentration range of 0.025-2 µg ml–1 with a molar absorption coefficient of 92440.60 l mol–1 cm–1 and sandell’s sensitivity of 2.92 µg cm2in micellar medium while it allows the determination of uranium in the concentration range of 0.25-2.5 µg ml–1 with a molar absorption coefficient of 57019.44 l mol–1 cm–1 and sandell’s sensitivity of 4.74 µg cm2at 565 nm in water. the method has a detection limit of 4.60 µg l–1 (cdl: 3sb/m) at an analytical measurement wavelength of 637 nm with a bathochromic shift of 72 nm. the selectivity of chelating reagent was improved by the use of a mixture containing ethylenediaminetetraacetic acid (edta), sulfosalycylic acid and naf as masking agent. the proposed method has been successfully applied to the determination of uranium at trace levels in different environmental water samples such as tap-water, natural springwater and river-water. the precision (with coefficient of variation of 1.85%) and the accuracy obtained were highly satisfactory. in order to test the accuracy and validation of the method, the certified reference material (tmda-70; fortified lake water sample) was also analyzed. it was found that the found and the certified values were in good agreement for validating the surfactant enhanced-spectrophotometric method. keywords: surfactants, ctab, ebt, bathochromic shift, spectrophotometry, uranium determination surfactant enhanced-spectrophotometric determination of uranium (vi) at trace levels by using eriochrome black t as a chelating agent ramazan gürkan1,*, halil i̇brahim ulusoy1 and mehmet akçay1 1university of cumhuriyet, faculty of sciences & arts, department of chemistry, tr–58140, sivas, turkey *corresponding author: r. gürkan (e-mail: rgurkan@cumhuriyet.edu.tr) spectrophotometric method. due to being low of this element concentration for their simple and easy spectrophotometric determination in various biological and industrial samples an aggregation and solubilization is required, that can be achieved using surfactants [23]. surfactant and/or micellar systems are convenient to use because they are optically transparent, readily available and stable [24]. in the field of metal ion complexation, at concentrations below or above the critical micelles concentration (cmc), micelles form a ternary complex with advantageous properties, such as hyperchromic and bathochromic displacements, that can be modify sensitivity of the method by affecting the interferences and matrix effects [25]. the ability of micellar system to solubilize slightly insoluble or even very insoluble complexes and/or ligands has been used to enhance the analytical merit of given methods [26-28]. the ability of micelles to solubilize metal-complexes in aqueous solution can eliminate the need for nonaqueous extraction step in a given analysis [26,29,30], which reduces the cost and toxicity of the method. since organic ions and molecules can bind the surfactant assemblies by electrostatic and hydrophobic interaction, therefore the methods based on surfactants, lead to modification and improving sensitivity, which emerged from the fact that non-polar part of solute molecules has a strong interaction with the exposed hydrocarbon chains of the surfactant and lead to improvement in method characteristics performance. there are also several new studies concerning the use of surfactants in analytical aspect. they are based upon the surfactant effect on kinetic of reaction of some sulphonamides with p-dimethylaminobenzaldehyde [31], colorimetric microdetermination of bromhexine drug in aqueous solution [32] and micellar catalysis in reactions of some β-lactam antibiotics with p-dimethylaminobenzaldehyde, respectively [33]. in this study, a simple, sensitive, relatively selective, accurate and precise method for the determination of u(vi) in different water samples by spectrophotometry is described based on the formation of the u(vi)-ebt complex in the mixed surfactant medium. in order to improve the sensitivity and solubility of analytical system, ctab as cationic surfactant and tritonx-100 as nonionic surfactant were used, respectively. the method was applied to the determination of uranium in real water samples. the results were evaluated by adding standard u(vi) solutions at known amounts into the samples under the agents after extraction of its complexes in some organic solvents [5-7]. these methods lack sensitivity and selectivity. although atomic absorption spectroscopy [8,9], neutron activation analysis [10], x-ray fluorescence [11], icp-aes and icp-ms [12,13] may be applied for the determination of uranium in complex samples, these instruments are expensive, day to day maintenance is high and they are not free from various types of inherent interference [8-13]. especially, atomic spectrometry methods have found little application for the determination of uranium mainly due to its high spectral background and the low sensitivity attainable due to the high thermal stability of uranium oxides [14,15]. the azoand thiazolylazo-compounds have attracted much more attention in analytical applications as they are sensitive and selective chromogenic reagents in addition to being important complexing agents. they have been used for spectrophotometric and extractive photometric and/or spectrophotometric determination of many metal ions. these dyes have been useful in the spectrophotometric determinations due to its good selectivity and sensitivity over a wide range of ph and because they are relatively easy to synthesize and purify[16-18]. eriochrome black t (1-(1-hydroxy-2naphtylazo)-6-nitro-2-naphtol-4-sulphonic acid, ebt) is a well-known colorimetric reagent, which is also called as a 2, 2’-bis-dihydroxy azo compound. figure 1: the structure of eriochrome black t. this reagent, which is a metalochromic dye, is extensively used in chemical analysis, especially in the determination of hardness of waters. the reagent serves as active components in liquid-membrane electrodes, as equivalence point indicators in compleximetic titrimetry, and as ligands forming suitable complex species for the spectrophotometric and fluorometric determination of metal ions and anions [19-22]. however, it was not encountered that there is any study in literature regarding the determination of u(vi) at trace levels based on complex formation with ebt by means of spectrophotometric or surfactant modified38eclética química, 36 (3), 37-46, 2011. water bath with good temperature control was used. a stopwatch was used for recording the reaction time. a ph meter consisting of a glass-calomel electrode double with an accuracy of ±0.1 ph unit was used to determine ph values of solutions. two standard buffer solutions of ph 7±0.01 and ph 4±0.01 were used for the calibration of ph meter. all solutions were preheated to a working temperature of 25±0.1oc before the initiation of the complex formation reaction in surfactant medium. the absorbance measurements were made at a working wavelength of 637 nm. general procedure into a 10 ml standard flask, transfer a portion of the solution containing uranyl ion, u(vi) in the concentration range of 0.025–2 µg ml–1, 1-2 ml of masking agent solution, 0.85 ml of 0.0108 m ebt solution, 0.6 ml of 13.2 mm ctab solution, 0.5 ml of 8.40 mm triton x–100 solution and 2 ml 0.25 m ph 9.5 nh3/nh4cl buffer solutions. dilute to the mark with bidistilled water and measure the absorbance at a fixed wavelength of 637 nm in a 1-cm quartz cell, against a reagent blank prepared in the similar way but without uranium. results and discussion spectral characteristics of u(vi)-ebt complex investigations on the effect of various surfactants on the absorbance of u(vi)-ebt complex were carried out. the surfactants used were ctab as cationic surfactant, sds as anionic surfactant and tritonx-100 as nonionic surfactant. the study was performed using uranium at known amounts in the optimum conditions. the absorbance values and corresponding molar absorptivities at absorption maxima of uranium complexes in these media are given in table 1. table 1: influences of some surfactants on the absorbance of u(vi)-ebt complex (optimum conditions: 2 ml 0.25 m ph 9.5 nh3/nh4cl buffer solution, 0.4 ml 0.75 mm surfactant, 0.75 ml 0.0108 m ebt and 1.25 ml 10 µg ml–1 uo22+ ion). optimal conditions and it was concluded that the results found by using the purposed method was at acceptable recovery levels. experimental reagents and solutions all reagents used were of analytical grade and the doubly-distilled water was used throughout analysis. stock u(vi) solution of 1 mm was prepared by dissolving 0.1255 g uo2(no3)2 x 6h2o (merck) in water and diluting to volume with water in a 250 ml volumetric flask. the working solution of 0.1 mm was prepared by diluting the stock solution with water at 1:10 ratio. ebt solution of 0.5% (w/v) (0.0108 m) was prepared by dissolving 0.5 g of indicator dye (merck) in 100 ml of ethanol-water mixture (80+20, v/v). masking agent solution was prepared by suspending 5 g ethylenediaminetetraacetic acid sodium salt (naedta, merck), 0.5 g naf (merck) and 13 g sulfosalicylic acid (sigma) in 50 ml of water, neutralizing to ph 9.5 with sodium hydroxide and diluting 100 ml. ctab solution of 0.5% (w/v) (13.2 mm) was prepared by dissolving 0.5 g of cationic surfactant, mixing properly and diluting in 100 ml of water. triton x-100 solution of 0.5% (v/v) (8.40 mm) was prepared by dissolving 0.5 ml of nonionic surfactant, mixing properly and diluting in 100 ml of water. sodium dodecyl sulphate (sds) solution of 0.5% (w/v) (17 mm) was prepared by dissolving 0.5 g of anionic surfactant mixing properly and diluting in 100 ml of water. all of the surfactants were used without further purification. nh3/nh4cl buffer solution of 0.25 m, ph 9.5 was prepared by dissolving 0.4815 g solid nh4cl in approximately 50 ml of water, mixing with 4.95 ml conc. nh3 solution and diluting to 100 ml with water. instrumentation a shimadzu model uv-visible 160 spectrophotometer equipped with a 1 cm quartz cell was used for absorbance measurements. this spectrophotometer has a wavelength accuracy of ±0.2 nm and a bandwidth of 2 nm in the wavelength range of 190–1100 nm. a grant ltg-6g model thermostatic 39eclética química, 36 (3), 37 -46, 2011. figure 1: the effect of ph on the absorbance of u(vi)-ebt complex in the presence of cationic surfactant ctab at 637 nm. the u(vi)-ebt-ctab ternary complex begins to form at approximately ph 6.0, with maximal and constant absorbance being reached at ph 9.5. at higher ph values, a precipitation and turbidity was formed under experimental conditions. in order to remain constant the ph of media at ph 9.5, the various buffer solutions such as ammonium acetate, ethanolamine-hclo4, phosphate and borate buffer solutions at same concentrations were used and the most stable and highest sensitivity was obtained in presence of nh3/nh4cl buffer pair. in the light of these findings, all subsequent studies were carried out at ph 9.5 using nh3/nh4cl buffer. the effect of the buffer concentration on the u(vi)-ebt complex was studied within buffer concentration range from 0.05 to 0.35 m and according to the obtained results, a maximum increase was observed in the absorbance signal in the buffer concentration of 0.25 m. thus, a concentration of 0.25 m was chosen for the further procedure (figure 2). figure 2: the effect of buffer concentration on the absorbance of u(vi)-ebt complex in the presence of cationic surfactant ctab at 637 nm. effect of the chelating reagent concentration the effect of ebt amount on u(vi)-ebt 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 5 6 7 8 9 10 11 12 ph ab so rb an ce 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 buffer concentration ab so rb an ce * the best surfactant increasing its sensitivity and selectivity according to those of complex in aqueous solution. ** it shows that the absorption maximum of the metal-complex shifted to longer wavelength. as can be seen from table 1, for same concentration ctab media, spectra with high sensitivity and red shift could be constructed and its slope was about two times more than in the absence of it, whereas the anionic surfactant, sds with a red shift of 7 nm also showed positive effect or increased it. this suggests that u(vi)-ebt complex was dissolved in surfactant phase due to both forming ion-pairing complex with ctab and the hydrophobic interaction of metal chelate. therefore, ctab in presence of triton x-100 was selected to improve the analytical performance of the present study. however, sds was not considered for further studies. the maximum increase in the absorbance of the complexes occurred only in the presence of ctab. the cationic surfactant, ctab was used as a micellar forming surfactant throughout this work. the u(vi) ions and ebt form a red complex with an absorption maximum in micellar medium at 637 nm. the reaction between ebt and u(vi) is rapid and the metal complex formed is stable for at least 6 h. the use of ctab as cationic surfactant leads to a maximum increase in the absorbance signal and as a result the analytical determination sensitivity is also increased. addition of ctab was accompanied by a bathochromic shift of the absorbance of the u(vi)-ebt complex and an increase in its molar absorptivities; 72 nm was selected as the wavelength to be measured. in the presence of ctab, the u(vi)-ebt complex has a low solubility in water, which can be overcome by adding tritonx-100 as nonionic surfactant. reagent blank was used thereafter as a reference because it showed absorption at this wavelength. effect of the ph the effect of ph on the formation of the u(vi)ebt complex in presence of ctab was examined at 637 nm by using 0.1 m naoh and 0.1 m hcl solutions and adjusting a suitable ph value with a ph meter in the ph range of 6.0-11.0, provided that the dilution factor from changing the ph of the solution is considered. the maximum absorbance was obtained at ph 9.5. the results are given in figure 1. 40eclética química, 36 (3), 37-46, 2011. the absorbance has increased with increasing ctab concentration up to approximately the range of 0.8-1.0 mm and has decreased at higher concentrations. however, the blank absorbance signal has also increased with increasing ctab concentration. this is due to more much aggregation of ebt with increasing ctab concentration. however, the difference between the absorbance signals with and without uranium increased with increasing ctab concentration up to 0.792 mm, and decreased at higher concentrations. therefore, the ctab concentration of 0.792 mm was chosen as optimum value for the further study (figure 4). in order to stabilize the colored ternary complex formed and to increase the sensitivity, the effect of triton x-100 concentration on the determination of uranium was studied in the concentration range of 0.084-0.84 mm. results are shown in figure 5. figure 5: the effect of triton x–100 concentration on the absorbance of u(vi)-ebt complex in the presence of ctab at ph 9.5 at 637 nm. as can be seen in figure 5, the results showed that triton x-100 must be present in analytical system in a minimum concentration of 0.42 mm in order to avoid precipitation and turbidity. when this surfactant is present in the concentration range of 0.4-0.5 mm, a pronounced increase of 0.015 in the absorbance signal was observed in presence of ctab except for stability of the metal-complex. thus, the concentration of 0.42 mm was chosen as optimum value for the procedure. additionally, we have measured the cmc of ctab in our research lab at 25oc and at the ph values of 4, 6 (natural ph), 9 and 11 and obtained the decreasing values of 0.974, 0.891, 0.867 and 0.738 mm respectively. at 25oc and buffered solution to ph 9.50, the effect of triton x-100 on the cmc of ctab was investigated in the absence and presence of 0.5 mm triton x-100. it 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 triton x-100 concentration, mm ab so rb an ce complex formation in the range of 0.092-2.303 mm was studied both in water and cationic surfactant medium at optimum ph value. it was found that the absorbance signal also increased linearly with increasing ebt concentration in both reaction media in the concentration range of 0.553-1.843 mm. it can clearly be seen that the absorbance change is higher for the same reagent concentration in the cationic surfactant medium. a maximum, constant and stable absorbance value was obtained at least with ten fold-excess reagent concentrations from those of uranium in presence of ctab. when ctab/u(vi) concentration ratio is at least 5 fold, the maximum reproducible absorbance values were obtained with an ebt/u(vi) ratio of 10. in fact, higher ctab/u(vi) concentration ratios didn’t lead to a considerable decrease in absorbance as an opposition to other many micellar system. however, since the results are well-matched at this concentration level, a reagent concentration of 0.921 mm (approximately 1 mm reagent) was used as optimum for further studies. effect of nature and amount of surfactant the desired complex and ligand has good water solubility in alkaline media, but the sensitivity of its complex in the absence of surfactants is low. in order to improve the sensitivity and selectivity of complex formation reaction, the effect of type and concentration of different surfactants on the reaction were examined. to ensure the effect of the types of surfactants, tritonx-100 as nonionic surfactant, sds as anionic surfactant and ctab as cationic surfactant on the absorbance of complex were studied. the effect of sds concentration on the determination of uranium was not considered in the further studies due to giving a low analytical signal. the effect of ctab concentration on the determination of uranium was studied in the concentration range of 0.264-1.98 mm. the results are shown in figure 4. figure 4: the effect of ctab concentration the absorbance of u(vi)-ebt complex at ph 9.5 at 637 nm. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 ctab concentration, mm ab so rb an ce 41eclética química, 36 (3), 37-46, 2011. the molar ratio of u(vi) and ebt in the u(vi)-ebt complex was determined by using job’s method, which is also called as the continuous variation method [34] with measurement of the absorbance of each solution containing a different volume fraction of u(vi) and ebt of the same concentration. the molar composition of u (vi) to ebt was 1:2 in both the absence of ctab and in the presence of ctab. the stochiometric mole ratio of u(vi) to ebt of the u(vi)ebt complex remained constant without a pronounced change in surfactant and/or premicellar medium. the molar ratio of u(vi) to ctab in the u(vi)-ebt-ctab complex was determined by means of the job’s method. it appeared that the molar ratio of u(vi) and ctab in the ternary complex of u(vi)-ebt-ctab was 1:2. as a result, a binary u(vi)-ebt complex/ctab at 1:2 mole ratio was found. the positive charge of the cationic surfactant would attract the negatively charged complex or mixed ligand complex forming 1:2 (mole ratio) complex of ctab and u(vi)-ebt. thus, it could be concluded that the ternary complex was a u(vi)ebt-ctab complex having 1:2:2 mole ratio. effect of the reaction temperature and time in order to make a surfactant-sensitized spectrophotometric measurement in a fast and easy way and to fulfill the complex formation reaction, the equilibrium temperature and time must be optimized. the dependency of the absorbance on equilibrium temperature was studied in the temperature range of 2060oc, and it was found that the absorbance signal remained a maximum and constant value in the temperature range of 25-45oc. at the higher temperatures, it was observed that the absorbance distinctly decreased. therefore, a temperature of 25oc was chosen as optimum value due to convenience of operation. also, the dependency of absorbance on equilibrium time was studied in the time range of 0.5-30 min and it was found that the complex formation equilibrium or the color development of the complex is complete in approximately 10 min and the color is stable for at least 6 h in terms of good reproducibility of absorbance. an equilibrium time of 10 min was chosen as an optimum value for complex formation equilibrium. effect of interfering ions ebt is not highly a selective reagent for the has found that triton x-100 at fixed concentration leads to a decrease of 0.028 in cmc of ctab (∆ccmc: 0.8450.817). effect of the order of addition of the reagents on the complex formation the absorbance of u(vi)-ebt-ctab ternary complex was a little dependent of the order of mixing the reactant components. the best sequence was uranyl cation, uo2 2+ being determined, chelating reagent ebt, ph 9.5 nh3/nh4cl buffers, cationic surfactant ctab as enhancing sensitivity and tritonx-100 as improving the solubility of ternary u(vi)-ebt-ctab complex. when the other sequences were investigated, compared with the above-sequence, they had given the lower absorbance signals. composition of u(vi)-ebt complex to study the composition of u(vi)-ebt-ctab ternary complex, the molar ratio of u(vi) and ebt in u(vi)-ebt complex with and without ctab was measured. the results are shown in figure 6(a) and (b). figure 6 (a): the determination of composition of u(vi)-ebt complex in aqueous solution and surfactant medium at 565 nm and 637 nm at ph 9.5 by using job’s method, respectively. figure 6 (b): the determination of composition of u(vi)-ebtctab ternary complex in presence of ctab at 637 nm at ph 9.5 by using job’s method 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 0.25 0.5 0.75 1 ebt concentration, x104 m a bs or ba nc e in aqueous solution in aqueous surfactant solution 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 ctab concentration, mm a bs or ba nc e in presence of 0.4 ml u(vi) solution at equimolar concentration in presence of 0.5 ml u(vi) solution at equimolar concentration 42eclética química, 36 (3), 37-46, 2011. also, it was found that cl-, br-, so4 2-, no2 -, no3 -, hco3 -, hpo4 2, ch3cooand fions as anionic interfering species did not interfere in the determination of 0.5 µg ml–1 u(vi) in both the aqueous solution and surfactant medium. analytical characteristics and its applicability of the method into real samples the calibration graph was constructed in the above-mentioned optimum conditions. the calibration curve was made as described in the experimental procedure and a good correlation coefficient (r2: 0.9956) was found by using a ebt/u(vi) concentration ratio of 5.5. at the lower and higher ebt/u(vi) concentration ratios, the correlation coefficient (r2) distinctly decreased. the results are shown in figure 7. figure 7: the change of the correlation coefficient (r2) with ebt/ u(vi) concentration ratio in the construction of calibration curve in cationic surfactant medium at 637 nm at ph 9.5. in the proposed method, beer’s law is obeyed from 0.025 to 2 µg ml-1, with a detection limit of 4.60 µg l–1 and with a coefficient of variation of 1.80 % (for ten repetitive measurements at a confidence level of 95%). the molar absorption coefficient and sandell’s sensitivity as a measure of the method sensitivity was also calculated and a molar absorption coefficient of 92440.60 l mol-1cm–1and sandell’s sensitivity of 2.92 µg cm2were obtained in the concentration range of 0.025–2 µg ml-1 in the presence of ctab at 637 nm while a molar absorption coefficient of 57019.44 l mol-1cm–1 and sandell’s sensitivity of 4.74 µg cm2are obtained in the concentration range of 0.25–2.5 µg ml-1 in the absence of ctab at 565 nm. in order to both demonstrate and control the applicability and also accuracy of the proposed surfactant-enhanced spectrophotometric method for the determination of u(vi) in aqueous samples, different matrixes were studied. at first, each sample 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 1 1.02 0 10 20 30 40 50 60 70 ebt/u(vi) concentration ratio co rr el at io n co ef fic ie nt , r 2 in surfactant medium spectrophotometric determination of uranium at trace levels. however, in order to mask the interfering ions, the use of a masking agent solution containing edta, sulfosalicylic acid and naf highly increases the selectivity of reaction. each of compositions of this masking solution independently leads to a change of ±%5 in absorbance when adding 1-2 ml masking solution for a final volume of 10 ml. a similar mixture was used previously in the uranium determination with tar [18], par [35], padap [36] and br-padap [37]. to study the effect of potential interfering metal cations on the determination of uranyl ion, uo2 2+ at optimum conditions, a series of solution containing both interfering cations and uranyl ion was treated according to the general method. the selectivity of the reaction was investigated by determining 0.5 µg ml–1 of uranium in the presence of interfering ions at different concentrations using the mixed edta, naf and sulfosalysilic acid masking agent solution. the tolerance limit was accepted as a change of ±5.0 % in absorbance value in which the uranyl ion solution of 0.5 µg ml–1 gives at optimum conditions. it is clear that the best serious interference is insoluble metal hydroxide salts in higher alkaline ph values from 9.5 and metal cations which have formed the stable complexes with reagent. it was found that for these concentrations, nh4 +, na+, li+, k+, ce3+, mn2+, hg2+, ag+, zn2+, fe2+, pb2+, cd2+, co2+, ca2+, mg2+ and cu2+ did not interfere, but ni2+, bi3+, cr3+, al3+, fe3+, zr4+, especially lanthanideactinide serial elements such as th4+ and la3+ ions caused a serious interference. the tolerable limits for these interfering species are given in table 2 in both the presence and absence of masking agents. table 2: tolerance limits of possible interfering ions in the surfactant-sensitized spectrophotometric determination of 0.5 µg ml–1 uranyl ions in the optimum conditions. interfering ion tolerance ratio ([interfering ion] / [u(vi)]) nh4 +, na+, li+ and k+ 1000 ce3+, mn2+, hg2+ and ag+ 600 zn2+, fe2+, pb2+, cd2+, co2+, ca2+, mg2+ and cu2+ 500 ni2+, bi3+ , th4+ and zr4+ 7 (100)a cr3+, al3+, fe3+ and la3+ 10 (100)a so4 2−, f-, br-, i-, hco3 and cl− 7500 no3 −, ch3cooand hpo4 2− 12000 a after the addition of 1-2 ml masking agent solution 43eclética química, 36 (3), 37 -46, 2011. this method for the determination of uranium (vi) in aqueous samples containing different interfering matrix components. also, the accuracy of proposed method was tested by performing recovery experiments for a synthetically prepared mixture. the attractive feature of the method is its relative freedom from other metal ions present in the synthetic mixture sample. although the recoveries are partly low, they are between quantitative acceptable limits. it can clearly be seen that the proposed method is useful for the determination of uranium in environmental water samples in analytical point of view. validation and analytical application of the surfactant enhanced-spectrophotometric method in order to destruct the natural organic chelating species and the possible anionic uranyl carbonate complexes such as uo2(co3), uo2(co3)2 2and uo2(co3)3 4existing in natural seawater, the sample was treated with hno3 solution after adjusting to a ph value of 3.0 and heated until the they completely were degraded. after cooling, filtrating and buffering to ph 9.50 with nh3/nh4cl buffer solution, the accuracy of the proposed method was tested by performing recovery experiments through the standard addition method under optimum conditions. the recovery was evaluated either by dividing the intercept by the slope value of the line of linear regression of the standard addition method or by the extrapolation of the same line of best fit (table 4). it is evident from table 4 that the linearity of the regression line of the standard addition method was good. the uranium content of seawater sample was approximately near to the detection limit of surfactant enhanced spectrophotometric method. in order to test both the accuracy and validation of the method, the certified reference material (tmda 70; fortified lake water sample) was analyzed, and the recovery studies were performed in which the analyte was added to the seawater sample at known amounts. the uranyl (vi) ions were added to seawater samples at concentrations of 5.0, 10.0 and 15.0 µg l–1. the results of the analysis are given in table 4. was analyzed in optimal conditions with and/or without masking agent solution after passing through the acetate cellulose filter to remove their particulates and then bringing their ph values to 9.5. the results showed that concentration of the analyte was lower than the limit of detections of our method. then, for studying the matrix effect on the surfactant sensitizedanalytical signal, the samples were spiked at 0.5, 1.0 and 1.5 µg ml-1 concentration levels of the analyte. finally, for the spiked samples, the calibration curve was plotted against the aqueous standards submitted to the surfactant mediated spectrophotometric procedure. the summarized results in table 3 are the average of three replicate measurements. table 3: determination of uranium, u(vi) in three different water samples and synthetic mixture by using the proposed surfactantsensitized spectrophotometric method. sample added u(vi), µg ml-1 found u(vi), µg ml-1 rsd % recovery % tapwater1 nda 0.5 0.48±0.013b 2.71 96.00 1.0 0.98±0.012 1.22 98.00 1.5 1.50±0.010 0.67 100.00 natural spring water2 nda 0.5 0.48±0.015 3.13 96.00 1.0 0.98±0.013 1.33 98.00 1.5 1.49±0.011 0.74 99.33 river water3 nda 0.5 0.47±0.014 2.98 94.00 1.0 0.98±0.012 1.22 98.00 1.5 1.51±0.010 0.66 100.67 synthetic mixture4 1.5 1.48±0.012 0.81 98.67 a below the method detection limit b mean of three replicates ±standard deviation (sd) 1 tap water sample was collected from any tap coupled to city network drinking water (sivas, turkey) 2 natural cold spring water sample was collected directly from the pool used with healthy purpose (sivas, turkey) 3 river water sample was collected from kızılırmak river (sivas, turkey) 4 synthetic mixture contains: 2 µg ml-1 of uranyl ion with na+, nh4+ (50 µg ml-1), zn2+, cu2+, ca2+, mg2+ (25 µg ml-1), al3+, fe3+ (0.5 µg ml-1), ni2+, th4+, zr4+ (0.35 µg ml-1) as can be seen in table 3, there is a good agreement between the obtained results and the known values, indicating the successful applicability of 44eclética química, 36 (3), 37 -46, 2011. in literature has shown that the proposed surfactantsensitized spectrophotometric method is a simple and rapid method as much as the present methods and gives a detection limit at a comparable size (table.5). also, the obtained detection limit is better than those obtained by some presented spectrophotometric methods [38,39,42,43] and higher than who and health canada and australian drinking water quide-line levels [1-3]. so, the proposed method is very convenient for the direct determination of the concentration of uranium in environmental real water samples and can be used as a routine method for the environmental evaluation and analysis even in a small laboratory or firm. acknowledgements the authors are thankful to prof. dr. hülya yekeler, chairman of chemistry department, for providing the necessary facilities to carry out the research work. one of authors, h. i̇. ulusoy is also thankful to prof. dr. mehmet akçay, head, analytical chemistry group for his constant encouragement. references [1] gilman, a.p.; villencuve, d.c.; seccours, v.e. toxicol. sci. 41(1998) 117. 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[12] kantipuly, c.j.; westland, a.d. talanta 35(1988) 1-13. table 4: results for tests of standard addition and recovery for uranium determinations in a seawater sample from black sea (for five replicate measurements). sample added, µg l–1 seawater from black sea found, µg l–1 recovery % u(vi) 0 4.15±0.35 5.0 9.32±0.30 103.4±2.5 10.0 14.30±0.30 101.5±2.1 15.0 19.40±0.25 101.7 ±1.5 a good agreement was obtained between the added and the found analyte contents. while the recovery values for the uranyl ion were 103.4, 101.5 and 101.7%, the relative standard deviation values for the samples were 5.80, 2.96 and 1.64%, respectively. analyzing the crm (included 55.8±0.8 µg l–1) for the u(vi) ion gave a result of 53.8±1.3 µg l–1 with a relative error of -3.58% (n: 5, at 95% confidence interval). the found and the certified values were in good agreement for validating the surfactant enhanced-spectrophotometric method. conclusions the use of surfactant/premicellar systems around cmc as an alternative to other methods of separation and preconcentration offers several advantages including experimental convenience, safety and being an inexpensive method. further, in comparison to solvent extraction methods, it is much safer, since only a small amount of the surfactant, which has a low toxicity, is used. in the present study, we investigated the application of the surfactant-sensitized spectrophotometric method for the determination of u(vi) at trace levels. this method gives low limit of detection as well as good relative standard deviation, rsd and linearity for the uranyl ion as analyte. the method was verified by determination of the analyte concentration in the real samples and the satisfactory results were obtained. our experimental findings showed that it is possible to obtain a better limit of detection in surfactant medium according to the limit of detection in aqueous medium. in order to evaluate the accuracy and validation of the proposed surfactant sensitized spectrophotometric method, the certified reference material (tmda-70; fortified lake water sample) was also analyzed. it was found that the found and the certified values were in good agreement for validating the surfactant enhancedspectrophotometric method. the comparison of the method with the spectrophotometric methods reported 45eclética química, 36 (3), 37-46, 2011. 1613-1616. 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e-mail: wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: the complexes of 2,6-dimethoxybenzoic acid anion with ions of co(ii), ni(ii), and cu(ii) have been synthesized as polycrystalline solids, and characterized by elemental analysis, spectroscopy, magnetic studies, and also by x-ray diffraction and thermogravimetric measurements. the analysed complexes have following colours: pink for co(ii), green for ni(ii), and blue for cu(ii) compounds. the carboxylate group binds as monodentate, and bidentate bridging and chelating ligands. on heating in air to 1173 k the complexes decompose in four, three or two steps. at first, they dehydrate in one or two steps to anhydrous salts, that next decompose to oxides of the respective metals. the solubility of the investigated dimethoxybenzoates in water at 293 k is of the order of 10-2 mol/dm3. their magnetic moments were determined in the temperature range of 76-303 k. the results reveal the compounds of co(ii) and ni(ii) to be high-spin complexes and that of cu(ii) to form dimer. keywords: 2,6-dimethoxybenzoates; thermal stability; magnetic properties of co(ii), ni(ii) and cu(ii); ir spectra. ´ and to study some of their properties not to be investigated so far, such as magnetic properties in the range of 77-300 k, thermal stability in air at 293-1173 k, solubility in water at 293 k and to record their ftir spectra. thermal stability investigations give informations about the process of dehydration and the ways of decompositions, and the magnetic susceptibility measurements let study the kinds of the way of coordination of the central ions, and the nature of bonding between central ions and ligands. the determination of the solubility is valuable because it informs about the practical use of the acid for separation of transition metal ions by extraction or ion-exchange chromatographic methods. experimental details the 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) were prepared by adding the equivalent quantities of 0.1 m ammonium 2,6dimethoxybenzoate (ph ≈ 5) to a hot solution containing the 0.1 m co(ii), ni(ii), and cu(ii) nitrate(v) and crystallizing at 293 k (1 h). the solid formed were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions and dried at 303 k to a constant mass. the contents of carbon and hydrogen in the complexes were determined by elemental analysis using a chn 2400 perkin elmer analyser. the contents of m2+ metal ions were established gravimetrically, and by asa method with the use of asa 880 spectrophotometer (varian) (table 1). the ir spectra of complexes were recorded over the range of 4000-400 cm-1 using an ftir 1725 x perkin-elmer spectrometer. the samples for the ftir spectra measurements were prepared as kbr discs. some of the results are presented in table 2. the x-ray diffraction patterns were taken on a hzg–4 (carl zeiss, jena) diffractometer using ni filtered cukα radiation. the measurements were made within the range 2q =4-80° by 18 ecl. quím., são paulo, 31(2): 17-24, 2006 table 1. elemental analysis data of co(ii), ni(ii), and cu(ii) 2,6-dimethoxybenzoates, and their solubilities in water at 293 k. h / % c / % m / % calcd. 5.27 5.27 4.51 found 4.90 5.19 4.42 calcd. 43.82 43.84 48.70 found 41.88 43.88 48.68 calcd. 11.95 11.91 14.32 found 12.73 12.73 13.57 table 2. wavenumbers (cm-1) of coobands in the analysed complexes of co(ii), ni(ii), cu(ii), and na(i), and of the cooh band in 2,6-dimethoxybenzoic acid. complex l=c9h9o4 νas cooνs coo∆νcooνm-o νc=o col2·4h2o 1600 1392 208 424 nil2·4h2o 1596 1400 196 432 cul2·h2o 1596 1412 184 472 nal 1608 1408 200 hl 1712 19ecl. quím., são paulo, 31(2): 17-24, 2006 figure 1. dependence of i/i0 vs 2θ for co(ii), ni(ii), cu(ii) 2,6-dimethoxybenzoate. curves and verified by the diffraction pattern registration. the results are presented in table 3. the nature of the solid products of decomposition was established from the tg curves and confirmed by ir and x-ray spectra. magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) were investigated at 76303 k. the measurements were carried out using the gouy method. weight changes were obtained from cahn rm-2 electrobalance. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 1,644⋅10-5 cm-3⋅g-1. correction for diamagnetism of the calibrant atoms was calculated by the use of pascal′s constants [21, 22]. magnetic moments were calculated from eq. (1): µ = 2.83 ( χm ⋅ t )1/2 (1) the solubilities of 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) in water were measured at 293 k. saturated solutions of the obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of co(ii), ni(ii), and cu(ii) were determined by using asa 880 spectrophotometer (varian). the values of solubilities are presented in table 1. means of the debye-scherrer-hull method. the relationships between i/i0 and 2θ for these complexes are presented in fig. 1. the thermal stability of the complexes were determined by paulik-paulik-erday q1500d derivatograph with derill converter, recording tg, dtg, and dta curves (fig. 2). the measurements were made at a heating rate of 10 k·min-1 with a full scale. the samples (60 mg and 100 mg) were heated in platinum crucibles in static air to 1173 k with a sensitivity of tg 60100 mg. dtg, and dta sensitivities were regulated by a derill computer program. the products of decompositions were calculated from the tg figure 2. tg, dtg and dta curves for cu(ii) 2,6dimethoxybenzoate. 20 ecl. quím., são paulo, 31(2): 17-24, 2006 table 3. temperature range of thermal stability of co(ii), ni(ii), and cu(ii) 2,6-dimethoxybenzoates in air. complex ∆ta / k mass loss / % nb final product of l=c9h9o4 decomp. in solid calcd. found state col2⋅4h2o 331-426 14.61 14.40 4 col2 col2 467-858 88.05 87.80 co co 871-905 83.72 83.10 co3o4 co3o4 1146-1188 84.97 85.80 coo nil2⋅4h2o 335-382 3.65 3.60 1 nil2⋅3h2o nil2⋅3h2o 388-438 14.61 14.90 3 nil2 nil2 458-888 84.84 83.70 nio cul2⋅h2o 398-433 4.05 3.40 1 cul2 cul2 448-742 82.07 82.40 cuo ∆ta = temperature range of decomposition processes, nb = number of water molecules lost in the dehydration process figure 3. dependence between magnetic susceptibility values vs temperatures for 2,6-dimethoxybenzoate of co(ii). results and discussion the complexes of 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) were obtained as polycrystalline products with a metal ion to ligand ratio of 1 : 2 and the general formula m(c9h9o4)2⋅nh2o, where m(ii)=co, ni, cu, and n=4 for co(ii) and ni(ii), and n=1 for cu(ii). their colours are following: pink for co(ii), green for ni(ii), and blue for cu(ii) complexes. in these compounds the d→d electron transitions of the central ions are those of the lowest energy and absorption occurs at relatively high wavelengths that depends on the nature of the metal ion [15, 23, 24]. the compounds were characterized by elemental analysis (table 1), and ftir spectra. the figure 4. dependence between magnetic susceptibility (1) and magnetic moment (2) values vs temperature for 2,6-dimethoxybenzoate of cu(ii). 21ecl. quím., são paulo, 31(2): 17-24, 2006 cm-1. table 2 presents the values of the two band frequencies of asymmetrical and symmetrical vibrations for carboxylate group of analysed complexes. the separations of the νas(oco-), and νs(oco-) modes in the compounds, ∆ν(oco-), are greater or smaller than that of the sodium salt (∆νoco= 200 cm-1). it indicates the different participations of ionic bonds in 2,6-dimethoxybenzoates compared to that of the sodium salt. for the complexes the shifts of the frequencies of bands of νas(oco-), and νs(oco-) are lower, and lower, and higher, respectively, than those for sodium 2,6dimethoxybenzoate. accordingly, taking into account the spectroscopic criteria [26, 28, 29] the carboxylate ions appear to be monodentate and bidentate bridging or chelating groups. in order to estimate the crystalline forms of the 2,6-dimethoxybenzoates the x-ray powder diffraction measurements were done. the diffractable 4. magnetic data for the studied compounds of co(ii), ni(ii), and cu(ii). col2⋅4h2o nil2⋅4h2o cul2⋅h2o l=c9h9o4 t / k χm⋅106 µeff / µb t / k χm⋅106 µeff / µb t / k χm⋅106 µeff / µb 76 23208 3.76 76 7513 2.14 76 346 0.46 123 16999 4.09 123 5989 2.43 123 688 0.82 133 15552 4.07 133 5660 2.46 133 770 0.91 143 14617 4.09 143 5370 2.48 143 831 0.98 153 13826 4.12 153 5133 2.51 153 880 1.04 163 13142 4.14 163 4909 2.53 163 921 1.10 173 12554 4.17 173 4711 2.55 173 941 1.14 183 12004 4.19 183 4527 2.58 183 949 1.18 193 11531 4.22 193 4382 2.60 193 961 1.22 203 11204 4.27 203 4158 2.60 203 974 1.26 213 10799 4.29 213 4039 2.62 213 961 1.28 223 10394 4.31 223 3881 2.63 223 961 1.31 233 10075 4.34 233 3749 2.65 233 953 1.33 243 9709 4.35 243 3631 2.66 243 941 1.35 253 9449 4.38 253 3539 2.68 253 945 1.38 263 9246 4.41 263 3433 2.69 263 929 1.40 273 8986 4.43 273 3354 2.71 273 921 1.42 283 8774 4.46 283 3302 2.74 283 913 1.44 293 8581 4.49 293 3222 2.75 293 904 1.46 303 8369 4.51 303 3143 2.76 303 892 1.47 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) exhibit similar solid state ir spectra. some of results are presented in table 2. the band at 1712 cm-1 originating from the rcooh group, presented in the acid spectrum, is replaced in the spectra of complexes by two bands at 1600-1596 cm-1, and 1412-1392 cm-1, which can be ascribed to the asymmetric and symmetric vibrations of coogroup, respectively [25-28]. the bands attributed to asymmetric and symmetric c-h stretching modes of the -ch3 groups are observed at 2944-2936 cm-1, and 2840-2832 cm-1, respectively. the bands with the maxima at 3670-3552 cm-1 in the spectra of 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) are characteristic for ν (oh) vibration [26-28]. the bands of ν (c=c) ring vibrations appear at 1480–1432 cm-1, 1304–1288 cm-1, and 644–640 cm-1, and those corresponding to m-o stretching appear at 472-424 22 ecl. quím., são paulo, 31(2): 17-24, 2006 togram analyses suggest them to be polycrystalline compounds with various degrees of crystallinity [30]. the complexes of co(ii), and ni(ii) seem to be isostructural compounds (fig. 1). the thermal stability of co(ii), ni(ii), and cu(ii) 2,6-dimethoxybenzoates was studied in air at 293-1173 k (table 3, fig. 2). when heated to 1173 k the co(ii) complex is dehydrated in one step and next gradually decomposed to coo with the intermediate formations, at first, of col2, next of co, and co3o4. the found weight loss is equal to 83.10 %, and calculated value 83.72 %. in the range of 1146-1188 k the co3o4 is reduced to coo, which is the final product of decomposition. this process of reduction is connected with the endoeffect, while that of oxidation with exothermic one. the tetrahydrate of 2,6-dimethoxybenzoate of ni(ii) dehydrates in two steps at 335-382 k, and 388-438 k losing one and three molecules of water, respectively, and it forms the anhydrous complex. the mass losses calculated from tg curve being equal to 3.6 %, and 14.90 % correspond to the loss of one, and then three water molecules (theoretical values are equal to 3.65 %, and 14.61 %). the anhydrous 2,6-dimethoxybenzoate of ni(ii) at 458888 k is decomposed to nio, which is the final product of thermal decomposition. the mass loss calculated from tg curve is equal to 83.70 %, that corresponds to the nio formation (calculated value is 84.84 %). the dehydration process is connected with an endothermic effect seen on dta curve, while the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. considering the temperature at which the dehydration process of the complex takes place, and the way by which it proceeds it is possible to assume that the water molecules may be also in the outer sphere of complex coordination [31-34]. during heating to 1173 k the monohydrate of cu(ii) 2,6-dimethoxybenzoate dehydrates in one step (fig. 2). in the temperature range of 398-433 k it losses one water molecule, and forms anhydrous complex. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 3.40 % (the theoretical value is 4.05 %). the anhydrous complex at 448-742 k is decomposed to cuo. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 82.40 % (theoretical value is 82.07 %). the final products of decompositions of co(ii), ni(ii), and cu(ii) complexes were identified by x-ray diffraction on the powder. the solubility of analysed compounds was measured (table 1). it is in the order of 10-2 mol⋅dm-3. the co(ii) 2,6-dimethoxybenzoate is the most soluble salt, while that of cu(ii) the least soluble one. these compounds are relatively readily soluble in water, and the order value is not sufficient to use 2,6-dimethoxybenzoic acid for the separation of some metal ions by ionexchange chromatography method. the magnetic susceptibility of 2,6dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) was measured over the range of 76-303 k (table 4). the measured values for co(ii), and ni(ii) complexes obey the curie-weiss law suggesting a weak ferromagnetic interaction (fig. 3). the magnetic moment values experimentally determined at 76-303 k for co(ii), and ni(ii) compounds change from 3.76 µb (at 76 k) to 4.51 µb (at 303 k) for co(ii) complex, and from 2.14 µb (at 76 k) to 2.76 µb (at 303 k) for ni(ii) 2,6-dimethoxybenzoate. these magnetic moment data are very close to the spin only values for the respective ions calculated from the equation µeff=[4s(s+1)]1/2 in the absence of the magnetic interactions for present spin-system. the magnetic moment values calculated at room temperature for co(ii), ni(ii), and cu(ii) ions are equal to 3.88 µb, 2.83 µb and 1.73 µb, respectively. for co(ii), ni(ii), and cu(ii) ions the magnetic moment values may be different than the spin-only. in the case of co(ii) compound they are higher than the spin-only worth which results from a spin-orbital coupling. for ni(ii), and cu(ii) ions the magnetic moment are lower than the spin-only value. this is due to the fact that the vectors l, and s are aligned by the strong field of the heavy atom in opposite directions, and this diminishes the resultant magnetic moment. the experimental data suggest that compound of ni(ii) seems high-spin complex with octahedral symmetry and probably weak ligand field [34-39]. the magnetic susceptibility values of 2,6dimethoxybenzoate of cu(ii) increase with rising temperatures suggesting a weak antiferromagnetic interaction (fig. 4). the magnetic moment values experimentally determined changed from 0.46 µb (at 76 k) to 1.47 µb (at 303 k). these values are 23ecl. quím., são paulo, 31(2): 17-24, 2006 lower than the d9 spin-only value of µeff=1.73 µb. such dependence is a typical behaviour for copper dimer (table 4, fig. 4) [35-39]. magnetic susceptibility measurements revealed the χcu=f(t) relation course to be typical for the copper(ii) carboxylates, where the paramagnetic centers are antiferromagnetically coupled. magnetic susceptibility is the highest at room temperature, and decreases with the temperature lowering. this is related to the occupation of the triplet and singlet states. occupation of the energetically lower singlet state increases with the temperature lowering. the observed magnetic properties are typical for dimer systems in which exists the magnetic superexchange between the cu(ii) centers [39]. from the obtained results it appears that in 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) and ni(ii) the coordination numbers may be equal to 5 and 6 depending on the dentates of carboxylate group and the position of water molecules in the complex. the coordination numbers of cu(ii), co(ii) and ni(ii) ions could be established on the basis of the complete crystal structure determination of monocrystals but they have not been obtained. therefore according to cu(ii) complex we can only suppose that each copper(ii) ion may show a fivefold coordination in the form of a square pyramid with four oxygen atoms of bidentate 2,6-dimethoxybenzoate anions in the basal plane and one oxygen atom of water molecule at the apex. in the 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii) and ni(ii) the cations are presumably in octahedral coordination in which there are four oxygen atoms of two carboxylate groups, and two oxygen atoms of water molecules. conclusions on the basis of the results it appears that 2,6-dimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were synthesized as hydrated complexes. their colours are following: pink for co(ii), green for ni(ii) and blue for cu(ii) compounds. the complexes are crystalline compounds and on heating in air to 1173 k they decompose in various ways: co(ii) complex in four steps, ni(ii) in three stages and cu(ii) in two steps. in the first step they dehydrate in one or two steps to anhydrous salts that next decompose to the oxides of the appropriate metals. the values of µeff calculated for analysed complexes in the range of 76303 k reveal that the co(ii) and ni(ii) complexes are high-spin and that of cu(ii) forms dimer. recebido em: 22/03/2006 aceito em: 10/04/2006 w. ferenc, a. walków-dziewulska, j. sarzynski. caracterização magnética, térmica e espectral de 2,6-dimetóxibenzoatos de co(ii), ni(ii) e cu(ii). resumo: os anions complexos do ácido 2,6-dimetóxibenzóico com ions de co(ii), ni(ii) e cu(ii) foram sintetizados como sólidos policristalinos e caracterizados por análise elementar, espectroscopia, estudos magnéticos e também por medidas de difratometria de raios x e termogravimetria. os complexos analisados apresentaram a seguinte coloração: rosa para os compostos deco(ii), verde para os compostos de ni(ii) e azul para os compostos de cu(ii). o grupo carboxilato se liga como monodentado, bidentado em ponte e ligantes quelatos. no aquecimento ao ar até 1173 k os complexos se decompõem em quatro, três ou duas etapas. inicialmente, eles se desidratam para sais anidros em uma ou duas etapas, decompondo-se em seguida para os respectivos óxidos metálicos. a solubilidade em água a 293 k dos dimetoxibenzoatos analisados é em torno de 10-2 mol/dm3. seus momentos magnéticos foram determinados no intervalo de temperatures entre 76-303 k. os resultados mostraram que os compostos de co(ii) e ni(ii) são complexos de spin elevado e que os compostos de cu(ii) formam dímeros. palavras-chave: 2,6-dimetoxibenzoatos; estabilidade térmica; propriedades magnéticas dos compostos deco(ii), ni(ii) e 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extração; parâmetros cinéticos. enzimas peroxidases são heme-proteínas encontradas nos diferentes organismos vivos, especialmente vegetais, apresentam importante papel fisiológico/bioquímico como proteção contra microorganismos invasores. a soja, um dos mais importantes produtos para o agronegócio brasileiro apresenta na casca de suas sementes (subproduto) alta atividade de peroxidase, denominada soybean peroxidase,com potencial de utilização em métodos analíticos clínicos. a proposta do trabalho foi aplicar o planejamento fatorial para otimização das condições extração da enzima, definição das condições ótimas de atividade (ph e temperatura), utilizando metodologia de superfície de resposta. os dados obtidos com clara definição foram: i) extração em pó cetonico, ii) meio reacional: ph 3,3, volume da amostra contendo a enzima 330 ìl 340 ìl, -1peróxido de hidrogênio 4,2 mmol.l 150 ìl, tempo de reação 20 segundos, temperatura 50º c, substrato -1 -1guaiacol 30mmol.l 300 ìl, e 0,1 mol.l de nacl. o uso da dessa metodologia para definição das condições de extração e estudos cinético-enzimáticos da peroxidase de soja foram eficientes e mais precisos, comparado a metodologia de variações/repetições (tentativa e erro) introdução a técnica quimiométrica, que usa regressão por mínimos quadrados parciais (pls), área multidisciplinar do conhecimento, envolve a matemática e a estatística na análise de dados obtidos em processos químicos, de natureza multivariada. tal técnica visa o delineamento e a análise de experimentos, estudando e identificando as variáveis, denominadas variáveis latentes, analisando com as relações existentes entre os dados físico-quimicos e o sistema em estudo, através de um planejamento fatorial e de superfície de resposta [1] o planejamento experimental tem como objetivo reduzir o número de experimentos a serem realizados, sem prejuízo da confiabilidade dos resultados [1]. maciel et all em 2007, concluíram que o . planejamento experimental é aplicável ao estudo da peroxidase de folhas de copaifera langsdorffii desf. apresentando resultados similares aos estudos convencionais [2]. com o estudo das variáveis envolvendo adsorção e eluição de horseradish peroxidase (hrp) e peroxidase de soja (sbp) pela cromatografia concanavalina a-agarose, foi indicado que a melhor condição para peroxidase de soja foi ph -1 2+ 2+5,0 e 1m mol.l ca / mg na ausência de sal [3]. para o monitoramento da atividade da enzima hrp verificaram as condições experimentais ótimas de ph 5,0 [4]. assis et all [5] estudando enzima de acerola definiram condições de ensaio da enzima pectina metilesteraase (pme) de acerola, utilizando a metodologia de planejamento fatorial e a análise de superficie de resposta. leite, et all [6], usando o planejamento fatorial definiram também as condições ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 122 artigo article reacionais de catálise da pme de goiaba [6]. os dados da literatura indicam a importancia e a eficiência do uso da técnica de planejamento fatorial para sistemas enzimáticos, o que poderia ser utilizado para estudos de extração e purificação de enzimas. as peroxidases são enzimas classificadas como (doador: h o oxidoredutase (ec 1.11.1.7) 2 2 pertence a uma classe de proteínas que tem como função oxidar uma variedade de doadores de hidrogênio com consumo de peróxido de hidrogênio ou oxigênio molecular, assim como aceptor de elétrons em reações de oxidação [7]. estas enzimas são encontradas em bactérias, fungos, plantas e vertebrados [8]. peroxidase de soja (sbp) pertence à classe iii da superfamília de peroxidase de plantas. peroxidase de soja e a isoenzima hrp-c possuem grande similaridade em suas estruturas tridimensionais, com uma homologia seqüencial de 57% [9]. suas características em comum incluem ferriprotoporfirina ix como grupo prostético e mecanismo de catalise. casca de semente de soja, considerada um subproduto do processamento de soja, pode ser importante fonte de peroxidase. a padronização de uma metodologia extrativa acessível desta enzima pode levar a um maior valor agregado das cascas. associado a isso, com os estudos cinéticos de caracterização enzimática e de aplicação analítica, pode-se constatar se a sbp apresenta especificidade catalítica análoga à peroxidase hrp, o que poderá indicar potencial da sbp como fonte alternativa de peroxidase em substituição a hrp. a considerável atenção biotecnológica pela peroxidase de soja (sbp) deve-se a sua alta estabilidade, e altas concentrações na casca do grão de soja [10]. do ponto de vista tecnológico, as peroxidases em geral tem características interessantes que incluem alta estabilidade térmica, estabilidade ao ph, atuação em solventes orgânicos, e propriedades catalíticas bem definidas [11]. para estudo de enzima deve-se estabelecer as condições de ph, temperatura, natureza do tampão, entre outros, parâmetros estes que afetam a velocidade de reação. peroxidase de diferentes fontes foram estudadas e suas condições de ensaio bem estabelecidas. para isso os estudos são realizados variando cada parâmetro, na forma de tentativa e erro, após muitas curvas cinéticas, até se ter as condições definidas. [2; 12-16]. a busca por uma metodologia que auxilie numa definição precisa dos parâmetros cinéticos para o estudo de enzima, minimizando o numero de cinéticas e tempo, constitui o anseio de enzimologistas. a proposta deste trabalho foi utilizar o planejamento fatorial e de superfície de resposta como ferramenta analítica para obter as condições ótimas do meio reacional da peroxidase de casca de soja (sbp), um subproduto do processamento industrial de grãos de soja brasileira. materiais e métodos todos os ensaios espectrofotométricos foram realizados em espectrofotômetro uv/vis hp 8452, diode array, acoplado a um microcomputador hp – pc iii. para obtenção do pó cetônico, estudos foram feitos com as cascas (tegumento) de soja fornecido pela unisoja, unidade auxiliar da faculdade de ciências farmacêuticas / unesp / araraquara-sp, que produz leite de soja e yogurte de soja para prefeituras municipais de araraquara e região. neste caso a soja é proveniente de diferentes fornecedores, e não tem soja transgênica. com as amostras das cascas de soja foi obtido o pó cetônico da seguinte maneira: uma certa quantidade de tegumeto de soja é congelada com nitrogênio líquido, triturada em almofariz até a obtenção de um pó, que em seguida deve ser lavado várias vezes com acetona a -20ºc até que a ultima lavagem saia sem coloração. o pó cetônico de tegumento de soja obtido foi mantido sob congelamento para posterior estudos de extração da enzima peroxidase (sbp). para otimização da extração (esquema 1) e condições de ensaio da sbp foram realizados testes exploratórios para obtenção do pó cetônico e da otimização das condições de extração, através de planejamento experimental, utilizando metodologia de superfície de resposta, compreendo-se o 7 planejamento estatístico fatorial 2 , resultando 128 experimentos com três repetições. os valores dos efeitos principais e de interação foram calculados empregando o programa estatístico minitab statistical software release 13. após determinar os parâmetros cinéticos qualitativamente, estabeleceuse o planejamento estatístico utilizando a metodologia de superfície resposta. para extração da enzima sbp, partindo-se gramas de cascas de soja adicionou-se tampão extrator na razão de 1:5 (grama de cascas de soja/ml de tampão), na ausência e na presença de nacl nas -1 -1 -1concentrações 0,1mol.l ; 0,03mol.l , e 0,05mol.l de nacl, com o objetivo de obter sbp na forma de extrato bruto concentrado, conforme esquema 1. a ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 artigo article 123 acoplado a um microcomputador hp – pc iii, utilizando como substrato o guaiacol [13, 14, 15]. para determinação da unidade de atividade (u.a.) e da atividade específica (a.e.) definiu-se que uma unidade de atividade é a quantidade de enzima, que leva a uma variação de 0,010 de absorbância em um minuto, nas condições ótimas de ensaio. com os dados de unidade de atividade e do conteúdo protéico total (mg/ml) das amostras, a atividade específica foi calculada segundo a seguinte fórmula: a.e. =u.a. / mg proteina saturação com sal de sulfato de amônio foi feita segundo o nomograma de dixon [12]. o precipitado obtido contendo a enzima foi ressuspenso com o tampão extrator na razão de 1:3 (g de extrato/ml de tampão). para determinação da atividade de peroxidase, utilizou-se como meio de reação: 1218 ìl de tampão -1fosfato-citrato de sódio 50mmol.l ph 3,3; 300 ìl de -1guaiacol (30m mol.l ); 332 ìl amostra enzimática e -1150 ìl h o (4,2mmol.l ) a reação foi seguida 470 2 2 . nm, durante 20 segundos, a 50º c, no espectrofotômetro uv/vis hp 8452, diode array, cascas de soja pó cetônico (20g) nahpo4 50mm ph 7,0 com e sem nacl homogeinização centrifugação 10.000 g/30min precipitado sobrenadante descartar precipitação salina com sulfato de amônio {( nh )4 2so4 70 %} repouso (12 horas) centrifugação 15.000 g/20min precipitado ressuspender 1:3 (mg/ml) em nahpo4 50mm ph 7,0 peroxidase concentrada (estocagem) análises cinéticas sobrenadante descartar esquema 1. procedimento para extração de peroxidase ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 124 artigo article para a determinação das condições ótimas de atividade (ph e temperatura) utilizou-se soluções tampão citrato-fosfato de sódio, com valores de ph entre 3,0 e 5,0; fosfato de sódio com valor de ph 7,0 e glicina-naoh com valor de ph 9,0. resultados e discussão a extração de sbp a partir do pó cetônico proporcionou uma maior atividade enzimática, ou seja, obtenção de maior quantidade de enzima ativa em relação à técnica de extração salina, partindo-se de cascas de soja congeladas. a atividade da sbp em função da temperatura foi realizada entre 25º c e 40º c, partindo-se de dados da literatura onde indica que a temperatura ótima da sbp é 40º c (10). os estudos de otimização das condições de extração consistiram da verificação de alguns parâmetros na extração, tais como: concentração de nacl, efeito do ph da solução tampão, obtenção do pó cetônico e temperatura. cada extração realizada nos estudos de otimização se obteve a partir de uma relação massa:volume de 1g:3ml de tampão fosfato -1de sódio 50mmol.l ph 7,0. foi realizada também a extração clássica salina (sulfato de amônio 70%). nos estudos preliminares observou-se que nas concentrações de sulfato de amônio entre 85 e 90% de saturação, atividade da peroxidase no sobrenadante diminuiu cerca de 85 % . a tabela 1 relaciona os dados de atividade específica (ae) da sbp com as seguintes diluições. realizaram-se estudos com concentrações de -1 -1 -nacl tais como: 0,1mol.l ; 0,03 mol.l ; 0,05 mol.l 1 de nacl e sem nacl. a concentração adotada como -1ideal foi 0,1 mol.l de nacl. os experimentos cinéticos foram realizados, com os dados da velocidade inicial de reação, foram construídos os gráficos de superfície resposta (figura....), que forneceram as condições ótimas de: ph, temperatura, peróxido de hidrogênio, tempo, guaiacol, quantidade da enzima (extrato bruto) e concentração de nacl. 7no planejamento fatorial completo 2 mostra os 7 fatores estudados com seus respectivos níveis +1 e -1, resultando 128 experimentos o qual fornecerá as condições ótimas para ph, temperatura, peróxido de hidrogênio, tempo, guaiacol, quantidade de enzima (extrato bruto) e concentração de nacl (tabela 2). tabela 2. planejamento fatorial completo. fatores nível -1 nível +1 ph 4 5 tempo 20segundos 40segundos temperatura 30º c 40º c guaiacol 100ìl 300ìl nacl sem com peróxido 40ìl 100ìl volume da amostra (enzima) 50ìl 200ìl tabela 1. relação entre ae da sbp, extrato com pó cetônico, e diluições da amostra. *diluições atividade específica unidade de atividade proteína # *enzima : tampão ae ua (mg/ml) 1:1 12,3 10,45 0,85 1:2 66,8 12,02 0,18 1:3 110,9 8,87 0,08 ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 artigo article 125 no gráfico de pareto (figura.1), pode-se observar os efeitos investigados. aqueles que ultrapassaram a linha tracejada são significativos (enzima, ph, temperatura, e peróxido), enquanto que os fatores que não ultrapassaram a linha não são significativos (nacl, guaiacol e tempo), portanto não influenciaram a atividade da enzima ao nível de significância de 95 %. a figura 2 apresenta os efeitos principais (similar ao gráfico de pareto) dos fatores acima apontados, na qual os segmentos de reta com maiores inclinações são mais significativos, enquanto que os segmentos de reta com menores inclinações são pouco significativos. para cada fator também se pode observar no topo a indicação -1 e +1 (indicado os dois 76543210 vol amostra ph temperatura peróxido nacl guaiacol tempo figura 1. gráfico de pareto dos efeitos investigados. vol amostraperoxidonaclguaiacoltemperaturatempoph 1-1 1-1 1-1 1-1 1-1 1-1 1-1 1,90 1,75 1,60 1,45 1,30 a b so rb ân c ia figura 2. efeitos principais para absorbância. tabela 3. análise de variância para planejamento fatorial completo. fatores df seq ss adj ss adj ms f p blocos 2 0,1906 0,1906 0,09532 1,66 0,225 efeitos principais 7 7,2535 7,2535 1,03621 18,05 0.000 erro residual 14 0,8037 0,8037 0,05741 total 23 8,2478 limite de confiança 95 %. df grau de liberdade. ss soma dos quadrados entre os grupos (fatores) e a soma dos quadrados com grupos (erro). ms média dos quadrados (dividindo a soma dos quadrados pelo grau de liberdade). f – f calculado dividindo o fator ms e pelo erro ms. p – valor de p < 0,05. ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 126 artigo article tabela 4. planejamento experimental. fatores nível -1 nível +1 ph 3,5 4,5 temperatura 40º c 50º c peróxido 100ìl 150ìl volume da amostra (enzima) 200ìl 350ìl níveis investigados) para avaliar qual o melhor nível para cada fator. assim tem-se: ?ph => melhor no nível -1–> ph 4,0 ?temperatura => melhor no nível +1–> 40º c ?peróxido => melhor no nível +1–> 100ìl ?volume amostra => melhor no nível +1–> 200ìl ?quanto aos menos significativos: ?tempo => melhor no nível -1–> 20segundos ?guaiacol => melhor no nível +1–> 300ìl ?nacl => melhor no nível +1–> com nacl (0,1 -1mol.l ) a tabela 3 apresenta a análise de variância, onde são estudados os blocos e os efeitos principais, planejamento fatorial completo (anova), mostrando o valor p para cada efeito, sendo que valores de p<0,05 os efeitos principais são significantes. após a obtenção dos dados, elaborou-se o planejamento fatorial completo segunda etapa para análise de superfície de resposta, ver tabela 4. os dados da segunda etapa do planejamento demonstra que os 4 fatores investigados são 0 1 2 3 4 5 6 7 bc bd ab c b a d a: ph b: temperatura c: peróxido d: vol amostra figura 3. gráfico de pareto dos efeitos investigados. vol amostraperóxidotemperaturaph 1-1 1-1 1-1 1-1 1,90 1,75 1,60 1,45 1,30 a bs or bâ nc ia figura 4. efeitos principais para absorbância. significantes (figura 4). fica evidente que o volume da amostra (fator d) é o mais significante, seguido pelo ph (fator a), enquanto que o temperatura e peróxido (fatores b e c) apesar de serem significantes são os de menor importância entre os ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 quatro fatores considerados e comportam-se de forma similar (figura 3). o gráfico dos efeitos principais para absorbância (figura 4) demonstra (pelas inclinações dos segmentos de reta) que todos os fatores são importantes. as melhores condições obtidas para maiores leituras de absorbância são quando o ph está em -1; enquanto que a temperatura, peróxido e volume da amostra estão em +1. o gráfico das interações entre os fatores investigados (figura 5) as linhas tracejadas são para o nível +1 e as contínuas para o nível -1. quando os dois segmentos são paralelos ou quase paralelos entre si a interação entre os fatores envolvidos não existe ou é de pequena importância. quando os segmentos se cruzam, a interação entre os fatores envolvidos existe. na tabela 5 de análise de variância (anova) pode-se ver o valor p para cada efeito, com base no qual foi determinado se o efeito é significante ou não. a análise de variância os efeitos principais estudados ph, temperatura, peróxido e volume da artigo article 127 1-11-11-1 2,0 1,5 1,0 2,0 1,5 1,0 2,0 1,5 1,0 ph temperatura peróxido vol amostra 1 -1 1 -1 1 -1 figura 5. interações entre os fatores investigados. tabela 5. análise de variância para planejamento experimental (anova). fatores df seq ss adj ss adj ms f p blocos 2 0,1906 0,1906 0,09532 1,66 0,225 efeitos principais 4 6,9905 6,9905 1,74763 30,44 0.000 interações 3 0,2629 0,2629 0,08764 1,53 0,251 erro residual 14 0,8037 0,8037 0,05741 total 23 8,2478 limite de confiança 95 %. df grau de liberdade. ss soma dos quadrados entre os grupos (fatores) e a soma dos quadrados com grupos (erro). ms média dos quadrados (dividindo a soma dos quadrados pelo grau de liberdade). f – f calculado dividindo o fator ms e pelo erro ms. p – valor de p < 0,05. ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 tabela 6. relação dos fatores investigados com os níveis experimentais ótimos. fatores nível -1 nível +1 ph 3,5 tempo 20segundos temperatura 50º c guaiacol 300ìl nacl com peróxido 150ìl volume da amostra (enzima) 350ìl tabela 7. relação dos fatores investigados com os níveis experimentais para superfície de resposta e gráfico de contorno. valor de ph volume da amostra ( µl) 3,0 279 3,5 300 2,8 350 4,0 400 4,2 421 amostra – apresentada na tabela 5, mostra valores de p< 0,05 (nível de significância adotado), onde se pode ver que os efeitos principais são significantes. enquanto que os blocos e as interações ph / temperatura, temperatura / volume da amostra e temperatura / peróxido apresentaram valor de p > 0,05. portanto, as interações não são significantes. em resumo pode-se dizer que a condição que apresenta atividade (absorbância) corresponde a que tem o ph em nível -1 e os demais fatores em nível +1 (tabela 6). para finalizar, realizou-se outro estudo de superfície de resposta envolvendo novos ensaios 128 artigo article tabela 8. análise de variância para contorno (anova) . fatores df seq ss adj ss adj ms f p regressão 5 1,4031 1,4031 0,28061 2,62 0,121 linear 2 0,2038 0,4530 0,22652 2,11 0,191 quadrático 2 1,0144 1,0144 0,50720 4,73 0,050 interação 1 0,1849 0,1849 0,18490 1,73 0,230 erro residual 7 0,7502 0,7502 0,10717 1,71 0,302 lack-of-fit* 3 0,4217 0,4217 0,14056 repetições 4 0,3285 0,3285 0,08213 total 12 2,1533 limite de confiança 95 %. df grau de liberdade. ss soma dos quadrados entre os grupos (fatores) e a soma dos quadrados com grupos (erro). ms média dos quadrados (dividindo a soma dos quadrados pelo grau de liberdade). f – f calculado dividindo o fator ms e pelo erro ms. p – valor de p < 0,05. lack-of-fit* este método identifica curvatura nos dados e interações entre os indicadores que podem afetar o ajuste do modelo. sempre que os dados de subdivisão de p-valor é menor que o á-nível: curvatura possíveis na variável x (valor de p = 0,006). ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 com os dois principais fatores: ph e volume de amostra como pode ser verificado na tabela 7. e, fezse a análise de variância que apresentou valor de p (0,05) no efeito quadrático, observando-se o valor significativo (tabela 8). pelos gráficos de contorno (figura 6) e de superfície de resposta (figura 7) pode-se obter as melhores condições experimentais para os dois fatores analisados (ph e volume de amostra). a região de melhor reposta é observada de forma mais nítida pelo gráfico de contorno. assim, as melhores condições estão dentro do elipsóide menor. isto corresponde a ph entre 3,1 a 3,6 e volume de amostra de 290 ìl a 380 ìl, mas as melhores condições estariam no centro do elipsóide com ph=3,3 e volume de amostra de 330 ìl a 340 ìl. a tabela 9 apresenta os valores de p na análise de variância de superfície de resposta para cada efeito 1,3 1,8 2,3 4,03,53,0 400 350 300 ph v o l. a m o s tr a figura 6. gráficos de contorno de absorbância e de superfície. equação da superfície de resposta: 2 2absorbância = -13,22 + 8,40 ph + 0,0 volume amostra -1,75 (ph) 0,0 (volume amostra) + 0,01 (ph + volume amostra). figura 7. gráfico de superfície da absorbância. 0,5 3,0 1,5 3,5 absorbância 4,ph 2,5 300 4,0 4 350 v 300 400 vol. amostra 129 artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 estudado. verificou-se que os efeitos como: regressão, quadrático e lack-of-fit apresentaram os valores de p < 0,05. esses valores p apresentados foram significantes. conclusões pelos dados obtidos pode-se concluir que esse estudo também evidencia a grande utilidade de planejamento experimental , uti l izando a metodologia de superfície resposta, para selecionar as melhores condições para peroxidase de soja (sbp). assim, conclui-se que as melhores condições de ensaio com a sbp/guaiacol/h o , são: 2 2 ?ph 3,3; ?volume da amostra (enzima) entre 330 ìl; a 340 ìl; -1 ?peróxido de hidrogênio (4,2 mmol.l ) 150 ìl; ?tempo 20 segundos; ?temperatura 50º c; -1 ?guaiacol (30mmol.l ) 300 ìl; e -1 ?0,1 mol.l de nacl. após o estabelecimento dessas condições experimentais foi possível constatar que o rendimento obtido foi adequado para o estudo cinético enzimático de peroxidase de soja. tabela 9. análise de variância de superfície de resposta (anova) . fatores df seq ss adj ss adj ms f p regressão 5 1,74509 1,74509 0,34902 4,85 0,031 linear 2 0,20378 0,55860 0,27930 3,88 0,073 quadrático 2 1,35641 1,35641 0,67820 9,42 0,010 interação 1 0,18490 0,18490 0,18490 2,57 0,153 erro residual 7 0,50380 0,50380 0,07197 lack-of-fit* 3 0,42168 0,42168 0,14056 6,85 0,047 repetições 4 0,08212 0,08212 0,02053 total 12 2,24889 limite de confiança 95 %. df grau de liberdade. ss soma dos quadrados entre os grupos (fatores) e a soma dos quadrados com grupos (erro). ms média dos quadrados (dividindo a soma dos quadrados pelo grau de liberdade). f – f calculado dividindo o fator ms e pelo erro ms. p – valor de p < 0,05. lack-of-fit* este método identifica curvatura nos dados e interações entre os indicadores que podem afetar o ajuste do modelo. sempre que os dados de subdivisão de p-valor é menor que o á-nível: curvatura possíveis na variável x (valor de p = 0,006). 130 artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 artigo article 131 referências [1] marco flôres ferrão, claudia wollmann carvalho, edson irineu müller, celso ulysses davanzo. ciênc. tecnol. aliment., campinas, 24(3): 333-340, jul.-set. 2004. 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optimum temperature; optimum ph; enzyme extraction; kinetic parameters ecl. quím., são paulo, 35 4: 121 131, 2010 www.scielo.br/eq volume 34, número 2, 2009 49 síntese de éster de cadeia longa via catálise básica heterogênea (synthesis of long chain ester by heterogeneous base catalysis) d. s. moraes*, g. n. r. filho, j. r. zamian ufpa – universidade federal do pará, instituto de ciências exatas e naturais, faculdade de química, 66075 – 110, belém, pa., e-mail: * dorsan@ufpa.br resumo: um éster de cadeia longa foi sintetizado pela transesterificação do palmitato de metila com álcoois de cadeia longa usando óxido de magnésio como catalisador. esses foram preparados pela decomposição térmica de diferentes precursores, buscando estabelecer relações entre propriedades estruturais e atividades. temperatura e quantidade de catalisador foram variados para se avaliar o rendimento do éster em função do precursor utilizado na preparação do óxido. palavras-chave: transesterificação, ésteres de cadeia longa e óxido de magnésio. introduction nos últimos anos, a diminuição das reservas e os constantes aumentos nos preços dos óleos minerais, além de questões ambientais, têm levado muitos pesquisadores a buscarem rotas de síntese que utilizem produtos naturais que sirvam como alternativa para substituição daqueles insumos. já existem processos que utilizam uma série de substâncias renováveis como o açúcar, o amido, a celulose, os óleos e as gorduras de origem animal e vegetal, dentre muitas outras. neste contexto, as gorduras e os óleos se destacam, pois podem servir como fonte de matérias-primas e produtos diversificados, semelhante à indústria petroquímica atual. por exemplo, ésteres de cadeia longa podem ser obtidos tendo como insumos básicos ácidos graxos e álcoois obtidos de óleos vegetais, portanto de fonte renovável. estes ésteres, conhecidos também como ceras, podem ser utilizados na química fina, entrando na formulação de cosméticos, produtos farmacêuticos e aditivos alimentares. além disso, podem ser utilizados como lubrificantes especiais, pois sua viscosidade sofre pequena alteração em um amplo intervalo de temperatura. nesse processo, catalisadores homogêneos ácidos ou básicos são comumente utilizados. mas muitas vezes, é comum buscar-se catalisadores heterogêneos que possam apresentar desempenho semelhante aos homogêneos, uma vez que em processos de maior escala, os catalisadores heterogêneos apresentam algumas vantagens, como facilidade de separação e possibilidade de reutilização. dados da literatura relacionam que hoje se conhecem mais de trezentos tipos de sólidos ácidos ou básicos que foram desenvolvidos como catalisadores nos últimos 40 anos, demonstrando com isso o grande interesse nessa área de pesquisa [1]. dentre esses, vários óxidos de metais do grupo 2 da tabela periódica, tais como cao, mgo e bao que antes eram considerados como materiais cataliticamente inertes à baixas temperaturas, passaram a ser pesquisados em virtude de seu elevado potencial catalítico em certas reações orgânicas, quando apropriadamente ativados [2]. em particular o mgo pode ser considerado como material de referência em catálise básica heterogênea [3]. ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 200950 o mgo pode ser preparado pela decomposição térmica de diferentes precursores, porém mesmo que cada precursor seja tratado nas mesmas condições, é visto que o óxido apresenta diferentes valores de algumas propriedades texturais, como área específica, volume, diâmetro e distribuição de poros, propriedades estas que podem influenciar na atividade do catalisador. assim, este trabalho procurou unir as vantagens de se utilizar matérias-primas renováveis (que podem ser obtidas a partir de óleos vegetais) e catalisadores heterogêneos (óxido de magnésio) para se obter produtos (ésteres de cadeia longa) que reconhecidamente tem ampla aplicação. [4, 5, 6]. materiais e métodos síntese dos catalisadores os óxidos foram obtidos a partir da calcinação do mg(oh)2, do mgc2o4 e do (mgco3)4. mg(oh)2.5h2o. o mg(oh)2 foi preparado por agitação do mgo p.a. (riedel-dehaën) em água deionizada a temperatura ambiente por 24h e posterior secagem a 100 °c em estufa [7]; o mgc2o4 foi preparado pela mistura de uma solução de c2h2o4.2h2o 2 mol.l-1 aquecida previamente a 40 °c com uma solução de c4h6mgo4.4h2o 2,5 mol.l-1 na mesma temperatura e mantidos sob agitação por mais 5min a 40 °c pois após a mistura das soluções observa-se um ligeiro resfriamento do meio, filtra-se a mistura a vácuo e lava-se o oxalato de magnésio formado com água deionizada até que o filtrante atinja ph aproximadamente igual a 7, seca-se o sólido por 12h em estufa à 80 °c [7, 8]; para o (mgco3)4.mg(oh)2.5h2o foi utilizado o composto p.a. da marca aldrich. duas rotas de calcinação dos precursores foram realizadas, a primeira obedecendo condições experimentais encontradas na literatura onde para o mg(oh)2, e mgc2o4 a temperatura de calcinação foi de 600 °c e do (mgco3)4.mg(oh)2.5h2o a 650 °c (os precursores após sua mudança de fase foram codificados como mgo-2, mgo-4 e mgo-6 respectivamente) por 2h com razão de aquecimento de 4 °c/min partindo da temperatura ambiente [7, 9]. a segunda rota de calcinação obedeceu os resultados da análise térmica efetuada nos precursores e que monitoraram a temperatura de formação dos óxidos, onde obteve-se 420 °c para o mg(oh)2, 540 °c para o mgc2o4 e 530 °c para o (mgco3)4.mg(oh)2.5h2o (codificados após calcinação como mgo-1, mgo-3 e mgo-5 respectivamente) por 2h com razão de aquecimento de 4 °c/min partindo da temperatura ambiente. todos os óxidos gerados foram armazenados após sua síntese sob vácuo à temperatura ambiente até utilização no processo reacional (teste catalítico). caracterização dos óxidos os óxidos sintetizados foram caracterizados através de análise termogravimétrica, difração de raios-x (método do pó) e adsorção física de n2 conforme descrito a seguir. a estabilidade térmica dos precursores foi monitorada em um termoanalisador thermal science modelo pl-sta, dotado de um forno com aquecedor e termobalança de compressão. as curvas tg foram obtidas com razão de aquecimento de 20º/min a partir da temperatura ambiente até 1000 ºc, onde 20 mg de amostra permaneceram por um período de 1 h. a confirmação da fase óxido foi realizada em difratômetro automático philips modelo pw 300 empregando-se radiação monocromática de cukα; a análise foi executada utilizando-se uma tensão de excitação de 40kv e corrente no gerador de 40 ma. a velocidade angular do goniômetro foi de 0,01º/s e intervalo de varredura de 2θ = 20 a 90º. a área superficial específica e o volume de poros dos óxidos foram obtidos através da curva de adsorção física de nitrogênio em um analisador de adsorção gasosa quantachome modelo nova 1200. os resultados obtidos foram plotados pelos métodos multi point bet “adsorption” e bjh cumulative pore size distribution “desorption” respectivamente, onde foram utilizados 0,25 g de amostra nessa determinação. ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 2009 51 síntese dos ésteres (teste catalítico) o hexadecanoato de hexadecila obtido como teste catalítico foi preparado pela transesterificação do palmitato de metila com 1-hexadecanol conforme descrito a seguir, em três temperaturas de reações: 110, 150 e 180 °c e variando a quantidade de catalisador (0%, 0,5%, 1,0% e 3% em relação a massa total dos reagentes). para síntese foi tomado um balão de fundo redondo de 125 ml de capacidade onde foram adicionados 1,00 g de palmitato de metila (3,7 x 10-3 mols) e 1,79 g de 1-hexadecanol (7,3 x 10-3 mols) este último em excesso; o balão foi mantido sob agitação e aquecimento até total fusão dos reagentes, em seguida foi adicionado à mistura reacional o catalisador previamente ativado [9]. depois de adicionado o catalisador ao meio reacional, o sistema é mantido sob agitação e aquecimento, por um período de 6h, que é então filtrada a quente sob vácuo em placa de vidro sinterizada acoplado a um kitassato para recuperação do catalisador. a purificação do éster é feita colocando-se o produto formado, após este atingir a temperatura ambiente e solidificar-se, em um béquer sob agitação com 80 ml de metanol por um período de 2h e posterior filtração a fim de se obter o produto desejado livre do excesso de álcool reagente. caracterização dos ésteres sintetizados os ésteres sintetizados foram caracterizados através de espectroscopia de absorção na região do infravermelho e rmn 1h e 13c, cromatografia em camada delgada comparativa (ccdc) e ponto de fusão. a espectroscopia de absorção na região do infravermelho foi realizada na região de 4000 a 400 cm-1 em um espectrofotômetro perkin-elmer modelo 16 pc ft-ir com transformada de fourier utilizando-se a técnica da pastilha de kbr (mistura de 1,5 mg de amostra para 20 mg de kbr). a espectroscopia de rmn de 1h e 13c, foram realizadas em espectrômetro varian modelo gemini 300, utilizando clorofórmio deuterado para dissolução de 30 mg de amostra a ser analisada em freqüências de 300 e 75 mhz, respectivamente. o ponto de fusão foi tomado em aparelho microquímica modelo mqapf-307 que utiliza chapas de aquecimento e programador de temperatura. a cromatografia em camada delgada foi realizada utilizando vapores de iodo para indicar a produção do éster, utilizando uma mistura de éter de petróleo e éter etílico como solvente de arraste. resultados e discussão determinação da temperatura de calcinação dos precursores como já mencionado no item 2.1, foram preparados um total de seis amostras de mgo, a partir de três diferentes precursores. estas podem ser dividas em dois conjuntos, um em que a temperatura de calcinação utilizada foi tomada da literatura [7, 9] e outro em que a mesma foi determinada a partir dos dados obtidos da curva tg. a curva tg para o hidróxido de magnésio, figura 1, mostra entre a temperatura ambiente até aproximadamente 300 °c uma gradual perda de massa em torno de 3%, possivelmente devido à eliminação de água de hidratação e/ou adsorvida na superfície. entre 300 e 400 °c temos a principal perda de massa para este composto, da ordem de 30%, o que pode ser atribuído à liberação de uma molécula de água e formação do óxido de magnésio, suposição coerente com o cálculo estequiométrico e com os dados da literatura [9]. com base nesta curva tg tomou-se como temperatura de calcinação a de 420 °c para a obtenção do mgo a partir do mg(oh)2, portanto inferior aos 600 °c sugeridos na literatura. a curva tg para o oxalato de magnésio, figura 1, mostra duas perdas de massa bem definidas. a primeira entre 100 e 220 °c de aproximadamente 25% sugere, conforme literatura [10] e cálculos estequiométricos a liberação de duas moléculas de água. a segunda entre 450 e 530 °c, de aproximadamente 47%, foi atribuída à liberação de co e co2 e a formação de mgo. isso está de acordo com a literatura [11] e com os cálculos ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 200952 estequiométricos realizados. portanto, a partir da curva tg determinou-se como 540 °c a temperatura de calcinação para este precursor, novamente abaixo da temperatura encontrada na literatura [7]. a curva tg para o hidroxicarbonato de magnésio, figura 1, mostra três perdas de massa ocorrendo de forma consecutiva. aproximadamente elas ocorrem no intervalo de 100 e 330 °c, 350 a 450 °c e 450 e 520 °c, respectivamente. resultados similares foram encontrados por koel et. al. [12]. eles analisaram, por cromatografia gasosa capilar, os gases liberados em cada um desses passos. no primeiro, observaram perda da maior parte da água de hidratação e uma pequena quantidade de dióxido de carbono. no segundo, o principal gás liberado é o co2 e o restante da água. no terceiro, somente co2 é liberado. o produto final formado a 520 °c é o mgo, o que concorda com os cálculos estequiométricos realizados. assim, novamente encontrou-se uma temperatura de calcinação menor que o proposto em outros trabalhos da literatura [9]. figura 1. curvas tg: (a) mg(oh)2; (b) mgc2o4; (c) (mgco3)4.mg(oh)2.5h2o. ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 2009 53 caracterização dos óxidos a caracterização da formação do mgo para as seis amostras produzidas foi realizada por difração de raios x. os difratogramas de raios x pelo método do pó para os diversos óxidos sintetizados são virtualmente idênticos, assim somente um deles está mostrado na figura 2. todos exibem três picos característicos com d = 2,44; 2,10 e 1, 50 å (2θ = 36,8; 43,0 e 61,9, respectivamente) coerentes com a literatura [9] e outros dois com d = 1,50; 1,27 å (2θ = 74,3 e 78,4 respectivamente), que conferem com a indexação para um sistema cúbico, como mostrado na tabela 1. 15 figura 2. drx (método do pó) para o mgo-1. figura 2. drx (método do pó) para o mgo-1. inserir tabela 1 tabela 1. indexação e espaçamento d para a amostra mgo-1. 2θ sen2 θ razão (h2 + k2 + l2) índices de miller d (å) 36,835 0,099817 3 111 2,44 43,090 0,134859 4 200 2,10 61,930 0,264725 8 220 1,50 74,395 0,365498 11 311 1,27 78,405 0,399503 12 222 1,22 a partir da relação entre o ângulo de difração e o parâmetro reticular obtido pela combinação da equação de bragg com a expressão do espaçamento d em função dos índices de miller permite definir os parâmetros reticulares para o sistema cúbico (a = b = c) através da equação 1 para as amostras anaecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 200954 lisadas, pois no estado cristalino, os átomos estão arranjados em padrões que são caracterizados pela repetição periódica em três dimensões. { }222 2 2 2 4 lkh a sen ++= λθ eq. 1 assim, temos que a ficou em torno de 4,22 a 4,23 å e como esperado é independente dos precursores e condições de síntese do óxido. desde que foi confirmada a formação do mgo pelo dados de difração de raios x, propriedades estruturais obtidas pela adsorção isotérmica de n2 foram medidas e estão resumidas na tabela 2. inicialmente pode-se notar a influência do precursor em tais propriedades. tanto em um conjunto (formado pelos óxidos com temperatura de calcinação determinado pela termogravimetria, mgo-1, mgo-3 e mgo-5) como no outro (calcinados a valores encontrados na literatura, mgo-2, mgo-4, mgo-6), a influência do precursor sobre a área superficial específica, o diâmetro médio de poros e o volume total de poros, segue a seguinte ordem: mg(oh)2 > mgc2o4 > (mgco3)4.mg(oh)2 outra tendência que se pode notar é a influência da temperatura de calcinação sobre tais propriedades. ao se comparar amostras produzidas a partir dos mesmos precursores, nota-se que conforme a temperatura aumenta, há uma tendência em se produzir óxidos com áreas menores, porém com diâmetro médio e volume total de poros maiores. tabela 2. propriedades físicas dos óxidos a partir de diferentes precursores. amostra precursor área específica (m2/g) diâmetro dos poros (å) volume de poros (cc/g) mgo-1 mg(oh)2 à 420 °c 141 264 0,93 mgo-2 mg(oh)2 à 600 °c 115 399 1,15 mgo-3 mgc2o4 à 540 °c 117 159 0,46 mgo-4 mgc2o4 à 600 °c 108 190 0,51 mgo-5 (mgco3)4.mg(oh)2.5h2o à 530 °c 82 130 0,26 mgo-6 (mgco3)4.mg(oh)2.5h2o à 650 °c 51 159 0,20 testes catalíticos e caracterização dos ésteres sintetizados reações de transesterificação são reações em equilíbrio. a presença de água pode promover a hidrólise dos ésteres presentes com a formação de ácidos graxos. por isso, nos vários testes da atividade catalítica do mgo frente à transesterificação do palmitato de metila com 1-hexadecanol que foram realizados, empregou-se sempre um excesso do álcool graxo, visando deslocar o equilíbrio no sentido dos produtos. duas variáveis de processo foram investigadas: a concentração do catalisador e a temperatura da reação. para se evidenciar a atividade do catalisador uma reação controle foi executada, ou seja, a reação foi desenvolvida na melhor condição de temperatura encontrada (180 °c), porém sem a presença de catalisador. o rendimento obtido foi de 18%, e reflete somente o efeito da temperatura no rendimento da reação, como mostrado na tabela 3. para exemplificar a influência destas duas variáveis, todos os experimentos executados para o catalisador mgo-1 estão igualmente apresentados na tabela 3. na menor temperatura (110 °c), não se observa nenhuma reação ou o rendimento é muito baixo, independente de se aumentar a concentração do catalisador. para a temperatura ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 2009 55 intermediária, há um aumento significativo no rendimento do produto, mas novamente, não se observa influência da quantidade de catalisador no processo. para a maior temperatura (180 °c), há um aumento mais significativo quando se passa de 0,5 para 1% de catalisador, mas um aumento para 3% do mesmo não causou um maior rendimento. assim, estabeleceu-se que, em relação a estes dois parâmetros, as melhores condições seriam temperatura de 180 °c e 1% de catalisador em relação à massa dos reagentes. todos os outros testes visando verificar a influência do precursor sobre a atividade catalítica do mgo foram executados nestas condições, como resumido na tabela 3. tabela 3. estudo quantitativo da produção do hexadecanoato de hexadecila. catalisador condições experimentais quantidade de catalisador (%) * rendimento da reação (%) sem catalisador reação a 180° c 18 mgo-1 reação a 110° c 0,5 00 mgo-1 reação a 150° c 0,5 52 mgo-1 reação a 180° c 0,5 53 mgo-1 reação a 110° c 1 9 mgo-1 reação a 150° c 1 49 mgo-1 reação a 180° c 1 60 mgo-1 reação a 110° c 3 00 mgo-1 reação a 150° c 3 50 mgo-1 reação a 180° c 3 60 mgo-2 reação a 180° c 1 63 mgo-3 reação a 180° c 1 67 mgo-4 reação a 180° c 1 77 mgo-5 reação a 180° c 1 76 mgo-6 reação a 180° c 1 72 *em relação à massa de reagentes total empregada. é comum que catalisadores mostrem uma maior atividade quanto maior a área superficial específica. ainda, considerando-se que os reagentes envolvidos são constituídos por moléculas muito volumosas seria de se esperar que poros maiores também favorecessem tal atividade. não é o que é observado nos testes apresentados. de maneira geral, os óxidos de menores áreas e diâmetros de poros mostram as maiores conversões, por isso, a atividade catalítica deve ocorrer na superfície do óxido. esta aparente contradição pode ser explicada considerando o grau de acidez e basicidade de lewis. os caráteres ácido e básico do mgo estão associados respectivamente ao cátion mg2+ e ao ânion o2-, com números de coordenação menores que os encontrados normalmente (6, 6) nesse óxido [9, 13]. assim, quanto maior o número de defeitos estruturais na superfície, maior o grau de acidez/basicidade e espera-se uma maior conversão. embora não tenham sido executadas medidas do grau de basicidade superficial, provavelmente pelos resultados encontrados elas sejam diretamente influenciadas pelo precursor na seguinte ordem: mg(oh)2 > mgc2o4 > (mgco3)4.mg(oh)2 essa é uma suposição razoável considerando que isto é uma tendência geral e todas as outras variáveis do processo são mantidas constantes. o desenvolvimento da reação e a purificação do produto foram acompanhados por cromatografia em camada delgada comparativa (ccdc). após a purificação, o produto foi analisado por ccdc e rmn de 1h e 13c. a análise por ccdc não detectou qualquer contaminação do produto pelos reagentes, mostrando uma única mancha revelada pelo iodo, referente ao hexadecanoato de hexadecila. no espectro de 1h não se detectou a ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 200956 presença de sinais que seriam característicos dos reagentes: para o hexadecanol, um tripleto próximo a 3,5 ppm que seria esperado para os dois hidrogênios pertencentes ao grupo que contem a função álcool; para o hexadecanoato de hexadecila, um singleto próximo a 2,1 ppm que seria esperado para os hidrogênios do grupo -ch3 terminal. no espectro de 13c destacamos a ausência de um sinal próximo a 210 ppm que indicaria a presença do hexadecanoato de hexadecila. já a solução de lavagem mostrou tanto a mancha referente ao reagentes como ainda uma pequena mancha referente ao hexadecanoato de hexadecila, pois o mesmo é parcialmente solúvel em metanol. isso indica que um sistema solvente mais adequado para a purificação provavelmente aumentaria os rendimentos obtidos neste trabalho. caracterização do hexadecanoato de hexadecila após a purificação do produto, a confirmação do seu grau de pureza foi avaliada determinando-se o ponto de fusão para várias frações. todos os resultados obtidos situaram-se entre 53,1 e 53,3 °c, muito próximo ao valor relatado na literatura, que é de 54 °c [14], evidenciando a homogeneidade e mais uma vez a pureza do produto. o sucesso da síntese foi avaliado pela identificação estrutural do éster. tal identificação foi efetuada por espectroscopia de absorção na região do infravermelho e rmn de 1h e 13c. no espectro na região do infravermelho, como esperado para um éster de cadeia longa, se destacam as bandas devido aos estiramentos c–h assimétricos e simétricos (2918 e 2849 cm-1 respectivamente) e as deformações angulares dos grupos -ch2das cadeias carbônicas; os estiramentos c=o (1732 cm-1) e c-o (1183 cm-1) da função éster e uma banda muito característica devido a uma oscilação dos grupos -ch2(723 cm-1) em cadeias longas. no espectro de 1h destacam-se três tripletos centrados em 0,88; 2,28 e 4,05 ppm devido aos hidrogênios dos grupos -ch3 terminais, aos do grupo -ch2vizinho à carbonila e aos do grupo -och2-, respectivamente, além de um sinal muito mais intenso em 1,25 ppm devido aos demais grupos -ch2das cadeias carbônicas. no espectro de 13c o sinal a 173,9 ppm é devido ao carbono da carbonila, o sinal em 64,3 ppm ao c ligado ao oxigênio da função éster, o sinal em 34,4 ppm ao carbono vizinho à carbonila, e o sinal em 14,0 ppm devido ao carbono dos grupos –ch3 terminais. a reunião de todas essas informações mostra claramente o sucesso da rota de síntese e a obtenção dos produtos com elevada pureza, que foi o objetivo principal do presente estudo. conclusão após a execução desta pesquisa pode-se destacar o seguinte: 1 – a atividade do catalisador mgo fica evidente quando se compara o rendimento de 18% para a reação de síntese do hexadecanoato de hexadecila sem sua presença com o rendimento mínimo de 52% quando se utiliza o mgo-1, isto acontecendo fora da temperatura ideal de reação (180 °c). junto com o catalisador a temperatura de reação é um fator de importância destacada, na conversão dos reagentes em produtos, pois um aumento de 110° para 180° c propicia uma melhora significativa no rendimento do processo. demonstrou-se ainda que 1% de catalisador é a quantidade adequada para obter-se um rendimento máximo dentro das condições experimentais estipuladas. 2 – através dos parâmetros físicos analisados (área específica, diâmetro e volume de poros), o precursor influencia diretamente nas características do óxido de magnésio, tanto que comparando-se o mgo-1 obtido a partir do hidróxido de magnésio com o mgo-4 obtido a partir do oxalato de magnésio, ambos empregados nas mesmas condições reacionais, o primeiro apresentou um rendimento de 60% enquanto que o segundo apresentou um rendimento de 77%. porém, também é comprovada através do rendimento reacional que não é o óxido com os maiores valores destas propriedades que são responsáveis pela maior atividade na reação, talvez sim outros fatores superficiais que possam estar acontecendo como a distribuição da acidez e basicidade decorrentes da ecl. quím., são paulo, 34(2): 49 57, 2009 57 criação de defeitos estruturais em função do tratamento térmico imposto ao precursor, comprovando por este motivo que a escolha do precursor é um fator primordial na obtenção do óxido. 3 da mesma forma que a escolha do precursor apresenta um papel importante na obtenção do catalisador com propriedades que podem intensificar o rendimento em um processo, a temperatura em que o precursor é tratado termicamente também contribuí para obtenção do óxido com diferentes valores das propriedades físicas citadas anteriormente. received november 03 2008 accepted october 23 2009 abstract: a long chain ester was prepared by transesterification of methyl palmitate with long chain alcohol using magnesium oxide as catalyst prepared by thermal decomposition of different precursors with the intention of establish relations among structural properties and activities. temperature and catalyst amounts were modified in order to evaluate the yield of the ester in function the precursors used in preparation of the oxide. keywords: transesterification, long chain esters and magnesium oxide. referências [1] k. tanabe, w. f. hölderich, appl. catal. a, general 181 (1999) 399. [2] h. hattori, m. shima, h. kabashima, stud. surf. sci. catal. 130 (2000) 3507. [3] t. f. dossin, et al., appl. catal. b, environmental 67 (2006) 136. [4] c. lacaze-dufaure, z. mouloungui, appl. catal. a, general 204 (2000) 223. [5] s. siler-marinkovic, a. tomasevic, fuel, 12 (77) (1998) 1389. [6] n. sánchez, et al., jaocs 11 (69) (1992) 1150. [7] h. kabashimaa, et al., appl. catal. a, general 165 (1997) 319. [8] a. corma, et al., j. catalysis 173 (1998) 315. [9] m. a. aramendia, v. borau, et al., j. mater chem. 6 (12) (1996) 1943. [10] w. w. wendlandt, thermal analysis, john wiley & sons, new york, 3rd edn., 1986, p. 149 – 150. [11] el-h. m. diefallah, et. al., j. analyt. appl. pyrol. 62 (2002) 205. [12] m. koel, et. al. therm. acta 322 (1998) 25. [13] v. r. choudhary, v. h. rane, r. v. gadre, j. catalysis 145 (1994) 300. [14] m. windholz, the merck index. usa: merck & co., 1983. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 03 | eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 32 rp-lc method for simultaneous determination of sulfamethoxazole and trimethoprim content in veterinary drugs gabriela padovani tahan 1 , simone caetani machado 1 , evandro conti malaguti 1 ; patrícia penido maia 1 , susanne rath 2 , isarita martins 1 ____________________________________________________________________________ abstract: this study describes the development of a method for simultaneous analysis of sulfamethoxazole (smx) and trimethoprim (tmp) through the use of high-performance liquid chromatography/ultraviolet detector, with the application to veterinary medicines. satisfactory chromatographic separation of smx and tmp was isocratically with a c18 column (150 x 4.6 mm, 5 mm). a mobile phase consisting of water, ph 3.5, and methanol (60:40, v/v) was delivered at a flow rate of 1.0 ml min-1 for five minutes and then, increased to 1.8 ml min-1. detection of the drugs was performed at 213 and 230 nm. linearity was demonstrated in the range of 5 to 70 mg ml-1 for smx and 1 to 30 mg ml-1 for tmp (r2 ≥ 0.99 for both compounds). the relative standard deviation was ≤ 5%, and the comparison of the results with the concentrations reported on the drug labels indicated that the quantification was accurate. the resultant stressed samples were analysed by the method. the proposed method shows great potential for simultaneous analysis of the drugs evaluated and represents a new alternative approach to quality control of veterinary medicines. keywords: sulfamethoxazole, trimethoprim, hplc, veterinary medicines 1 toxicants and drugs analysis laboratory, faculty of pharmaceutical sciences, federal university of alfenas, rua gabriel monteiro da silva 700, 37130-000 alfenas, mg, brazil 2 institute of chemistry, department of analytical chemistry, university of campinas, p.o. box 6154, 13084-971 campinas, sp, brazil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 33 33 introduction veterinary drugs are used worldwide to improve animal health, provide economic gains and increase food industry productivity of food of animal origin [1]. the broad goals of the use of drugs on animals are to preserve the health of the animals, improve animal production and protect public health. however, veterinary drug control is only one aspect of these broad subjects of public policy and legislation, and the specific goals of veterinary drug administration are much narrower. animal health relies heavily on veterinary drugs for controlling pests and diseases, but animal health laws extend much further. the primary concern of many of these laws is the movement of animals and animal products, which can act as vectors for transmission of pests and diseases within and between countries. such laws typically provide veterinary authorities with strong powers to control animal movement, inspect animals and place them in quarantine, even to destroy infected animals, animal products and equipment. a country’s status as free, or relatively free, of major pests and diseases can have enormous trade benefits, so these laws are usually rigorously enforced by national authorities and scrutinised carefully by international bodies to ensure that they are not used as unfair restraints on trade [1,2]. the animal health industry, which comprises the production and marketing of veterinary medical products for farm animals and pets, is a global economic sector in imminent growth. at the end of 2013, the global animal health industry recorded revenue of approximately us$23.5 billion. according to sindan (brazilian national association of industrial products for animal health), the brazilian veterinary market totaled approximately r$3.6 billion in 2013, up by 9.7% on 2012 [3]. a veterinary medicinal product that may be put on the market should be subject to authorisation issued by a market authority. prior to issuance of this authorisation, a permit application, containing information and documents relating to the results of tests and trials carried out on the veterinary medicine, must be submitted. intentional or unintentional alterations in the concentrations initially reported for a particular drug can account for significant losses in the animal industry. errors in administration of these drugs can often cause more harm than good and can, in turn, affect international trading opportunities [2]. sulphonamides are a class of antimicrobial agents that are considerably used in human and veterinary medicine. sulphonamides, or sulpha drugs, were the first agents used to treat bacterial infections. sulphonamides are widely used in veterinary medicine. however, incorrect administration of these drugs can lead to the accumulation of drug residues in products intended for human consumption. these residues are considered to have toxicological potential and can cause significant adverse reactions, including allergic reactions [4]. sulfamethoxazole (smx), or 5-methyl-3sulphanilamidoisoxazol, is a sulphonamide-class drug that is widely used in veterinary practice, as it presents a wide spectrum of action and a relatively low cost. it is a structural analogue of amino benzoic acid (paba) and competitively inhibits a bacterial enzyme, dihydropteroatesynthetase, which is responsible for incorporation of paba dihydrofolic acid (folic acid). thus, smx blocks dihydrofolic acid synthesis and decreases the amount of metabolically active tetrahydrofolic acid (a cofactor in the synthesis of purines, thymidine and dna). unlike eukaryotic cells, bacteria do not utilise folic acid or its preforms, and thus they must synthesise it from paba. the action of sulphonamides is antagonised by paba and its derivatives (procaine and tetracaine) and by pus and cellular debris [5-8]. typically, drugs containing sulphonamides consist of multiple compounds. one of the most common combinations is a 5:1 ratio of trimethoprim and sulfamethoxazole, two compounds with synergistic effects [6,7] and a low probability of bacterial resistance [9]. trimethoprim (tmp), or 2,4diamino-5-(3,4,5-trimethoxybenzyl)-pyrimidine, is a lipophilic weak base with bacteriostatic properties and is structurally related to pyrimethamine. tmp binds reversibly to the bacterial enzyme dihydrofolate reductase, inhibiting its activity. the affinity of tmp to this bacterial enzyme is up to 100,000 times greater than its affinity to the equivalent human enzyme. tmp exerts its effects on a stage of folate biosynthesis eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 34 34 immediately subsequent to the stage upon which sulfamethoxazole acts, thus prompting a synergistic action between the two drugs [5-8]. previous studies have discussed various analytical methods for the estimation of smx concentration, either individually or in combination with tmp in human pharmaceutical products. analytical methodologies with high throughput should be considered in the analysis of drugs [10]. the simultaneous determination of the concentrations of both of these compounds generally utilises spectrophotometric methods with multicomponent analysis using a diodearray detector [11,12] and liquid chromatography-hplc [13-19]. kulikov et al. (2005) compared micellar liquid chromatography and reverse-phase liquid chromatography and concluded that the techniques present similar efficiency, sensitivity and selectivity for determination of smx and tmp concentrations [20]. normal-phase high performance thin layer chromatographic methods have also been reported for analysis of these drugs [21]. british pharmacopoeial methods for veterinary medicine recommend analysis of tmp through spectrophotometric methods, while united states pharmacopoeial methods for smx and tmp analysis in human medicines is time consuming and requires expensive reagents, making this type of analysis tedious for routine analysis [22,23]. thus, it is desirable to develop methods that serve as alternatives to the current official methods of smx and tmp analysis. the aim of this work was to develop a simple and fast hplc assay for measuring smx and tmp in veterinary medicinal products. this assay would be applied to simultaneous analysis for quality control and monitoring of agricultural inputs containing the active ingredients. figure 1 shows the chemical structures of these two drugs. figure 1. chemical structure of the drugs: (a) trimethoprim and (b) sulfamethoxazole. the development of the analytical method involves evaluation processes that estimate the efficiency of the laboratory routines. a given method is considered valid if its characteristics agree with preestablished requirements. the purpose of this form of validation is to demonstrate that the analytical method is suitable for the given application [24-28]. experimental details chemicals and solutions analytical grade phosphoric acid was purchased from merck (darmstadt, germany) and methanol (hplc-grade) was purchased from tedia (fairfield, usa). sulfamethoxazole (smx), purity > 98%, was obtained from sigma-aldrich ® (st. louis, usa) and trimethoprim (tmp), purity > 99%, was obtained from fluka (steinheim, germany). standard stock solutions of the drugs were prepared by dissolving 100 mg (±0.1 mg) of each compound in 100 ml of methanol. the solutions were stored at -18ºc between experiments. standard working solutions were prepared daily by diluting the eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 35 35 standard stock solutions with water to within the range of 5-50 µg ml -1 for smx and 1-10 µg ml -1 for tmp. throughout the study, water was obtained from a milli-q system from millipore (bedford, usa). prior to analysis, all solutions were filtered through 0.22m membrane filters from millipore (são paulo, brazil). instrument and chromatography conditions the hplc system consisted of a shimadzu lc10atvp (kyoto, japan) gradient system equipped with a shimadzu sil-10af (kyoto, japan) autoinjector with a 50-µl loop. the column oven was a shimadzu cto-10asvp (kyoto, japan) operated at ambient temperature (25ºc). detection was performed with a shimadzu spd-10avp (kyoto, japan) uv detector at 213 nm and 230 nm. chromatographic separation was achieved using a c18 thermo bds hypersil (150 x 4.6 mm; 5 µm) column protected by a similar guard-column (40 x 4.6 mm). the mobile phase consisted of a mixture of water (adjusted with phosphoric acid to ph 3.5) and methanol (60:40, v/v) and was delivered at a flow rate of 1.0 ml min -1 for the initial 5 minutes, after which the flow was increased to 1.8 ml min -1 . data acquisition and analysis were performed with the class-vp software (shimadzu, kyoto, japan). sample preparation veterinary injectable drugs (n=2) were purchased from a local veterinary store. the labels on the commercially available samples indicated that the medicines contained 20 g of smx and 4 g of tmp per 100 ml of solution. an accurate quantity of the sample was transferred to a 100 ml volumetric flask and diluted with mobile phase to obtain 30 µg ml -1 smx and 6 µg ml -1 tmp. the mixture was sonicated for approximately 15 minutes, and the volume was brought up with mobile phase. the solutions were filtered through a 0.22 µm membrane filter prior to hplc analysis. method validation the method was in house validated using the following performance criteria: linearity and linear range, sensitivity, intra-assay and inter-assay precision, accuracy and ruggedness. we also conducted a forced degradation study on the samples. linearity, linear range and sensitivity were established through the analytical curve obtained at six concentration levels (n=6 for each concentration) in the range of 5 to 70 g ml -1 of smx and 1 to 30 g ml -1 of tmp. the sensitivity was determined as the slope of the analytical curve. ruggedness tests were conducted using the youden approach. eight determinations were made, using a combination of the factors with variations (tables 1, 2). table 1. factors evaluated for ruggedness for the proposed method factor nominal (+) variation (-) water adjusted to ph 3.5: methanol (v,v) 60:40 50:50 ph of the mobile phase 3.5 3.7 column temperature (ºc) 25 35 sample diluents mobile phase methanol table 2. experiments for evaluating the ruggedness of the proposed method experiment assayed factor 1 2 3 4 5 6 7 8 water adjusted to ph 3.5: methanol (v,v) + + + + ph of the mobile phase + + + + column temperature (ºc) + + + + sample diluents + + + + results a b c d e f g h eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 36 36 the influence of the variation was evaluated by comparing the values obtained from the formulas with those obtained from the proposed method (table 3). table 3. variation effect evaluation for ruggedness of the proposed method factor formula to variation effect water adjusted to ph 3.5: methanol (v,v) (a+b+c+d)/4 – (e+f+g+h)/4 ph of the mobile phase (a+b+e+f)/4 – (c+d+g+h)/4 column temperature (ºc) (a+c+e+g)/4 – (b+d+f+h)/4 sample diluents (a+b+g+h)/4 – (c+d+e+f)/4 a forced degradation study was also conducted on samples containing the drugs (in three replicates, containing 30 g ml -1 of smx and 6 g ml -1 tmp) that were exposed to extreme conditions. intentional degradation was initiated by exposing 10 ml of the reference or test stock solutions to 20 ml of 1 mol l -1 hydrochloric acid/sodium hydroxide for 1 and 24 h at 60°c (in a water bath). the solutions were withdrawn to a 10 ml volumetric flask, allowed to equilibrate to room temperature and neutralised with acid or base (when necessary). oxidative degradation of the sample solution was conducted in a water bath maintained at 60°c for 1 and 24 h by exposing equal volumes of the solution and a 1 mol l -1 hydrogen peroxide solution. the solution was allowed to attain ambient temperature and diluted to the proper volume with water. blank solutions were prepared by the aforementioned procedure wherein stock solutions were replaced with the diluent. the solutions were analyzed at 213 (smx) and 230 nm (tmp). additional pda detector data were collected for the peak purity evaluation. the intra-assay precision (repeatability) of the method, expressed as the relative standard deviation of the peak area measurements (n=5), was evaluated by analysing the results obtained with the method operating over the course of one day under the same conditions using solutions of each analyte at three concentrations: 5, 30 and 50 g ml -1 for smx and 1, 6 and 30 g ml -1 for tmp. the inter-assay precision was determined for the same three concentrations and the analyses were performed on three separate days. accuracy was evaluated through analyses of veterinary formulations, performing three replicates for each formulation, using the proposed hplc-uv method. also, the accuracy was tested for standard addition of the 20, 40 and 60 % levels at the middle concentration (30 µg ml -1 for smx and 6 µg ml -1 for tmp). results and discussion all veterinary medicinal products that are to be commercialised should be subject to authorisation issued by proper authorities. quality control methods are important tools for this authorisation application. thus, we developed a method to detect the presence of two drugs extensively used in veterinary clinical practice, sulfamethoxazole and trimethoprim, in a single analysis. this method provides the capability to conduct comprehensive evaluation of quality control of formulations containing theses drugs. figure 2 shows the uv spectra of the drugs measured by a pda detector and by these spectra it is possible to detect and to quantify both analytes at 213 and 230 nm, although smx displays another maximum absorption at 268 nm. eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 37 37 figure 2. spectra for standard solutions of the drugs (50 µg ml -1 ). mobile phase: water (adjusted to ph 3.5, with phosphoric acid): methanol (60:40, v/v). the working conditions for the hplc method were established by preparing various mobile phase systems to provide chromatographic separation (figure 3). smx and tmp were chromatographically separated in isocratic mode using a reversed phase column and a mobile phase composed by water (adjusted to ph 3.5) and methanol (60:40, v/v), delivered at a flow rate of 1.0 ml min -1 for 5 minutes followed by an increase to 1.8 ml min -1 . these conditions enabled us to detect the analytes in a run time of 12 minutes, a length of time that can be easily applied in the routine of quality control. figure 3. typical hplc chromatograms, in optimal conditions evaluated: (1) standard solution containing 30 µg ml -1 of sulfamethoxazole (a) and 6 µg ml -1 of trimethoprim (b); (2) sample containing 20 g of sulfamethoxazole and 4 g of trimethoprim (b). mobile phase: water ph 3.5: methanol (60:40, v/v); column: c18 (150 x 4.6 mm, 5 m) protected by a similar guard-column (40 x 4.6 mm), detector wavelengths at 213 nm (sulfamethoxazole) and 230 nm (trimethoprim). eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 38 38 analysis of the analyte-free mobile phase did not show any interference in the retention time of the compounds studied. the widespread use of hplc in routine analysis makes it important to develop and thoroughly validate satisfactory hplc methods [13-19]. system suitability was evaluated prior to the validation experiments. these tests are used to determine whether the resolution and repeatability of the system are adequate for the analysis. further, they are utilised to check overall system performance. parameters such as plate count, tailing factors and resolution were determined and compared against the specifications, as demonstrated in table 4. table 4. system suitability* and analytical curve parameters for simultaneous determination of sulfamethoxazole (smx) and trimethoprim (tmp) by hplc-uv proposed method. detection wavelengths at 213 nm (sulfamethoxazole) and 230 nm (trimethoprim). parameter smx tri retention time (min) 3.7 8.1 plate counter (n) 10347.7 34560.5 resolution** 7.7 tailing factor (t) 1.5 1.3 capacity factor (k) 2.4 5.1 sensitivity 44892 47256 intercept 22168 29566 linearity (r 2 ) 0.9997 0.9940 *reference values: n ≥ 2000; rs ≥ 2; 0,5 ≤ t ≤ 2; k > 2 ** resolution was calculated between tmp and smx these data indicated that the system was potentially suitable since the results of the test were considered satisfactory according to shabir who reported an acceptable range of plate count ≥ 2000, resolution ≥ 2.0 and tailing factor between 0.5 and 2.0 [29]. linearity was demonstrated over the concentration range of 5 to 70 g ml -1 for smx and 1 to 30 g ml -1 for tmp. these results are shown in table 4 and were considered acceptable, as the correlation coefficients (r 2 ) were ≥ 0.99 for both compounds. ruggedness testing was conducted using the youden approach [30]. the influence of variation was evaluated by comparing the values obtained from the formulas (shown in table 3) with those obtained from the proposed method (nominal parameters). no variations greater than two standard deviations from the results obtained from proposed method (nominal parameters) were observed. forced degradation or stress testing is undertaken to demonstrate specificity when developing stabilityindicating methods, particularly when little information is available about potential degradation products. these studies also provide information about the degradation pathways and degradation products that could form during storage. forced degradation studies may help facilitate pharmaceutical development as well in areas such as formulation development, manufacturing, and packaging, in which knowledge of chemical behavior can be used to improve a drug product [31]. the degradation test was performed samples (in three replicates) containing 30 g ml -1 of smx and 6 g ml -1 tmp that were exposed to extreme conditions (20 ml of 1 mol l -1 hydrochloric acid/sodium hydroxide, 60°c for 1 and 24 h) to trigger intentional degradation. additionally, samples were exposed to 1 mol l -1 hydrogen peroxide solution to trigger oxidative degradation. the results of these experiments are shown in table 5. only the oxidative test, specifically smx after 24 hours and tmp after 1 hour, displayed degradation. however, no interference peak was observed in the retention time of the analytes. eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 39 39 table 5. degradation test in different conditions applied on sample (three replicates containing 30 µg ml -1 of sulfametoxazole (smx) and 6 µg ml -1 of trimethoprim (tmp) % mean relative error (relative standard deviation) condition smx tmp 1 mol l -1 nacl after 1 hour after 24 hours -1.7 (0.7) -1.2 (0.8) +4.3 (0.8) +6.1 (0.6) 1 mol l -1 hcl after 1 hour after 24 hours -0.1 (0.8) +0.1 (0.5) +5.1 (0.6) +7.3 (1.2) 1 mol l -1 h2o2 after 1 hour after 24 hours -7.9 (0.8) -11.0 (1.3) -27.0 (1.7) -27.6 (1.9) water bath (60ºc) after 1 hour after 24 hours -0.6 (0.6) +13.3 (1.5) +0.1 (0.5) -7.5 (1.2) intraand inter-assay precision were assessed at three concentrations and the results are shown in table 6. all values for the relative standard deviations were below 5% and, therefore, considered acceptable for analysis of pharmaceutical formulations. the solutions were freshly prepared to ensure stability of the analytes. however, solutions analysed 24 hours after preparation did not show any appreciable change in assay values. in order to demonstrate the validity of the proposed method, accuracy tests were carried out to analyse commercial products with standard additions (table 6) table 6. intraand inter-assay precision (n=5) and accuracy (n=3) for the determination of sulfamethoxazole (smx) and trimethoprim (tmp) by the proposed method precision smx (µg ml -1 ) tmp (µg ml -1 ) 10 30 70 2 6 30 intra-assay (% rsd*) 1.0 0.7 0.4 0.9 0.8 0.9 interassay (% rsd*) 0.7 2.6 0.4 0.9 3.1 0.9 accuracy smx (µg ml -1 ) tmp (µg ml -1 ) 36 42 48 7.2 8.4 10.8 standard addition (% relative error) a (rsd*) -0.6 1.1 +0.1 0.6 -0.3 0.4 -1.7 1.0 -2.2 1.1 -1.3 0.7 a rsd (relative standard deviation) in order to apply the proposed method, veterinary injectable drugs (n=2) were purchased from a local veterinary store. the labels on the commercially available samples indicated that the medicines contained 20 g of smx and 4 g of tmp per 100 ml of solution. the results of the samples were compared with the values indicated on the product labels (table 7). the relative errors observed were below 5%, indicated that the results were accurately obtained. no differences were observed between the label values and the measured values and these results are comparable with the similar method published [32]. eclética química, vol. 40, 32-41, 2015. 40 40 table 7. sulfamethoxazole and trimethoprim determination, in commercial veterinary products, contained 20 g of sulphametoxazole (smx) and 4 g of trimethoprim (tmp) per 100 ml of solution, by the proposed method smx experimental tmp experimental sample 1 (n=3) 19.4 3.9 a s (g/100 ml) 0.19 0.07 intra-assay precision b (% rsd) 0.98 1.8 sample 2 (n=3) 20.1 4.1 a s (g/100 ml) 0.20 0.1 intra-assay precision b (% rsd) 0.99 2.7 a s: estimate of standard deviation; b rsd: relative standard deviation conclusions our results indicate that the proposed method is sufficiently linear, robust, precise and accurate. it is simple, cheap and rapid and does not involve any complex analyte separation or tedious sample preparation. together, our data indicate that the method can be used in routine quality control analysis of veterinary medicines containing sulfamethoxazole and trimethoprim. acknowledgements this research was supported by the national council for scientific and technological development (cnpq)/brazil and by fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig)/brazil (processes number cds-apq4487-4.04/07 and cds-ppm-00055-09). references [1] j.f. acar, g. moulin, rev. sci. tech. off. int. epiz. 25 (2006) 775. 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respectively. the best conditions for the reactions have been found using -5 –4 -1 -5 multivariate method. beer´s law is obeyed in a concentration ranges 1.03 x 10 to 3.61 x 10 mol l and 1.75 x 10 –4 -1 -6 to 3.48 x 10 mol l for the tetracycline and doxycycline, respectively. the quantification limits were 5.63 x 10 -1 -7 -1 mol l and 7.12 x 10 mol l for the tetracycline and doxycycline, respectively. the proposed method was successfully applied to the determination of these drugs in pharmaceutical formulations and the results obtained were in good agreement with those obtained by the comparative method at the 95% confidence level. keywords: tetracycline, doxycycline, chloramine-t, spectrophotometric. introduction tetracycline-series antibiotics occupy a leading place amongst broad-spectrum antibiotics. they suppress the reproduction of gram-positive and gramnegative microorganisms, acid-resistant bacilli, rickettsia and many viruses [1-3]. owing to such a broad spectrum of action, they are widely used to combat infections and human disease and also for veterinary therapy [4-6]. several methods have been reported for their determinations, both in pharmaceutical formulations and biological samples (fluids and tissues) including methods such as spectrophotometric [7-10], amperometric [11,12], chemiluminescence [13,14], spectrofluorimetric [15,16] and liquid chromatographic [17-23]. the official monographs of the united states pharmacopoeia [24] describe methods for the determination of tetracycline (tc) and doxycycline (dxc) and they are based on high-performance liquid chromatography (hplc), but the conditions to determine each compound are quite different. the biological assay proposed by the british pharmacopoeia [25] is timeconsuming and not suitable for routine analysis. this paper describes a simple, rapid, sensitive and inexpensive method for the determination of tc and dxc in pharmaceutical formulations based on the spectrophotometric detection of the colored product formed by the reaction between these drugs and chloramine-t (cat) in alkaline medium. experimental apparatus all absorbance measurements were carried out 140 artigo article on a spectrophotometer usb 4000 (ocean optics, dunedin, usa) and cell of path length 10 mm. sealpette and eppendorf micropipettes were used to measure the small volumes in the experiments. a thermostatic bath equipped with a pt-100 temperature sensor having a resolution of 0.1°c and a n322-t digital temperature controller was used for heating. reagents and analytical solutions high purity deionized water (resistivity 18.2 m? cm) obtained by using a milli-q plus system (millipore corp., bedford, ma, usa) was used throughout. all reagents were of analytical grade. the excipients used in the interference study were of pharmaceutical grade. stock solution of na co (e. 2 3 merck, darmstadt, germany) 1.0% (w/v) was prepared in water and working solutions were prepared by appropriate dilution of the stock solution. solutions of chloramine-t trihydrate (j.t.baker, mexico, purity active chlorine 13%) 6.0% (w/v) were prepared in water; the solution was stable for a period of 2 weeks 0when refrigerated (4 c). pharmaceutical grade tetracycline hydrochloride was purchased from henrifarma (brazil, purity 99.3%); doxycycline hydrochloride was purchased from deg (brazil, purity 99.0%) and standard -2 -1 solutions were daily prepared as 1.04 x 10 mol l -3 -1 and 1.75 x 10 mol l of tc and dxc, respectively in -5 water. working standard solutions 1.04 x 10 -3.61 x –4 -1 -5 –4 -1 10 mol l of tc and 1.75 x 10 -3.48 x 10 mol l of dxc were prepared by appropriate dilution of the standard solutions in water. optimization of variables the variables were optimized by fractional factorial planning and response surface methodology 4-1[26]. a fractional factorial design (2 ) was carried out to distinguish the significant parameters. the result of this design was used to plan a subsequent design having a central composite, which was performed using the same procedure. all statistical calculations were performed using statistic 6.0 software. samples preparation two commercial samples of pharmaceutical formulations (capsules) containing 500 mg of tetracycline hydrochloride and three commercial samples (tablets) containing 100 mg of doxycycline hydrochloride from different batches and different brands were purchased in local drugstores in araraquara city, (brazil) and analysed by the proposed method. ten tablets (or capsules) of each commercial brand pharmaceutical to be studied were weighed exactly; the tablets were grounded to a fine powder and homogenized. a portion of this powder equivalent to approximately 50 mg of drug was accurately weighed. the sample was dissolved with 25 ml of water, transferred to a 50 ml volumetric flask and the volume was completed with water. in the sequence, this solution was filtered through whatman 41 filterpaper. tetracycline: an aliquot of 1.0 ml of the filtrate was transferred to a 10 ml volumetric flask. 0.7 ml of na co and 2.5 ml of chloramine-t solutions 2 3 were added and the volume was completed with water. after 15 minutes, the absorbance value was recorded at 535 nm against a blank similarly treated. doxycycline: an aliquot of 0.5 ml of the filtrate was transferred to a 10 ml tube. 0.7 ml of na2co3 and 2.5 ml of chloramine-t solutions and 1.3 ml of water were added. the tube was closed and heated in a water-bath at 65±1(ºc) for 5 min. the solution was cooled to room temperature and the absorbance value was recorded at 525 nm against a blank similarly treated. results and discussion chloramine-t has been adopted for the determination of many organic compounds [29-32]. its use depends mainly on its ability to cause oxidation of diverse functional groups. it acts as a selective oxidizing agent in both acid and alkaline medium [33]. preliminary tests revealed that the reaction of tetracyclines with cat in an alkaline medium of na2co3 forms red color products at room temperature. in the sequence, was studied the stability of the products formed of reaction of the tetracycline and of the doxycycline. the product of the tetracycline reactions showed stability after 12 minutes elapsed and remained stable for at least 40 minutes at room temperature, whereas, the product of reaction with doxycycline not showed stability. however, undertaken testes using heating in bath maria by 10 0minutes at 65 c show that the product of the doxycycline with cat remained stable for at least 60 minutes after allowed to cool at room temperature. ecl. quím., são paulo, 35 4: 139 146, 2010 table 1. nominal values: levels (-1) and (+1). variable low level (-1) high level (+1) na co (ml) 0.5 1.02 3 chloramine-t (ml) 2.0 3.0 temperature (ºc) 60 80 time (minutes) 5 10 artigo article 141 optimization of variables using multivariate analysis when more than one variable is potentially important, it is difficult to obtain optimal conditions throughout the commonly used step-by-step optimization procedure. in these cases, multivariate analysis has been extensively applied to determine the best conditions for the analytical methods employed [3,34,35]. the experimental design offers an efficient route to identify the conditions yielding the best results. many variables can be screened simultaneously to determine which of them has a significant effect. the interactions between variables are obtained and from few experiments the variables can be optimized. robustness is an important feature of analytical method development, which can also be verified in this way [3,36,37]. for the reaction between tetracycline and cat in alkaline medium, two variables (cat and na co volumes) were involved in the experimental 2 3 design. in this case, a central composite design was used for the purpose of this study. for this design, it was necessary to do twelve experiments in which the two variables were studied at five levels including four central points for statistical validity within the range –1.41 to +1.41, which corresponds to the cat with a volume range of 1.8 to 3.0 ml and na co 2 3 with a volume range of 0.5 to 0.9 ml. the center points are very important because they yield information concerning the repeatability of the design [36]. these ranges were chosen based on preliminary experiments. the surface response plots constructed by plotting absorbance as a function of important variables are shown in figure 1. in this figure, it is possible to identify that the point referring to the best conditions for the maximum response were cat volume of 2.5 ml and na co volume of 0.7 ml. the 2 3 quadratic regression model is give by: 2 z = -0.42431 + 1.17201x -0.85773x + 0.61534y 2 0.12561y + 0.00504xy, where z represents the response factor corresponding to the absorbance value. the factors x and y are the na co and the cat concentration, respectively. 2 3 the responses of the model, the r values, 2 were greater than 0.94, informing us that the data fitted the model well for the absorbance response. however, to stabilize the doxycycline reaction, it is necessary to heat for a determined time. in this case, four variables: temperature, time, and the volumes of cat and na co . 2 3 4-1 initially, a 2 fractional factorial design was carried out, which allowed simultaneously studying four factors that could have an important effect on the absorbance signal. in this planning, the variables were studied at two levels: low (-1) and high (+1). for this design, 8 experiments were necessary, which were realized in triplicate and randomized to eliminate any environmental variation. the variables and their levels are summarized in table 1. the highest and lowest values of each variable were defined based on preliminary experiments. the 2 responses of the model, the r values, were greater than 0.99, implying that the data fitted the model well in regard to the absorbance response. 0.74 0.90 0.75 0.60 0.45 0.68 0.56 2.8 2.2 1.6 0.62 na co 2 3 cat a figure 1. three-dimensional plot of the optimized response surface showing the absorbance as a function of na co and cat concentration.2 3 ecl. quím., são paulo, 35 4: 139 146, 2010 142 artigo article in figure 2, the pareto graph shows the effects of each variable corresponding to a 95% confidencelevel response. the importance of each variable depends on its sign and value. positive signs indicate that the absorbance signal is increased with an increase of the value of the respective variable within the range studied, while negative signs indicate that the absorbance signal is favored with a decrease of the variable. if the effect is smaller than 5% (i.e. the resulting graph does not go over the vertical line), the variation of the response caused by changing the variable is smaller than the experimental error. therefore, the variable is considered not to be significant [36,37]. since the temperature and time variables have significant negative effects, the absorbance signal will be favored with a decrease in the value those variables. cat and na co volumes were not 2 3 considered to be significant and fixed in 2.5 ml of cat and 0.7 ml of na co . 2 3 afterwards, the above-mentioned variables (temperature and time) were optimized by the response surface methodology. these variables were studied at five levels, including four central points for statistical validity within the range of –1.41 to +1.41, which corresponds to temperature in the range of 40 to 80 ºc and time in the range of 2 to 10 minutes. the figure 5 depicts the response surface with contours of constant z plotted against the time and temperature. it clearly shows that the system produces a stationary point that has the maximum estimated response. by analyzing the fitted surface, it is possible to identify that the points referring to the best conditions for the maximum response were temperature of 67.5ºc and a time equal to 4.8 minutes. the quadratic regression model is give by: 2 z = -2.47065 + 0.09096x -0.00058x + 0.20983y 2 0.00425y -0.00250xy, where z represents the response factor corresponding to the absorbance value. the factors x and y are the temperature and the time, respectively. the respon2 ses of the model, the r values, were greater than 0.91, implying that the data fitted the model well in relation to the absorbance response. analytical data the developed analytical method was validated by evaluating the following parameters: [27,28] linear dynamic range, precision, accurate, ruggedness, limit of detection (lod) and limit of quantification (loq), as well as by applying the standard addition technique. under optimized experimental conditions, the analytical curves were constructed and they figure 2. pareto chart for visualizing the effects of the chemical variables on the absorbance measure(4-1)ments using 2 factorial design for optimization of doxycycline. figure 3. three-dimensional plot of the optimized response surface showing the absorbance as a function of time and temperature. ecl. quím., são paulo, 35 4: 139 146, 2010 artigo article 143 showed excellent linearity within the range of concentrations used. the linear data were adjusted by equation a = a + b [c], where, a is the absorbance, a is the intercept, b is the slope and [c] is the drugs -1 concentration in mol l . the limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) were calculated according to skoog et.al [28], using the following expressions: lod = 3ó/b and loq = 10ó/b, where ó is the standard deviation of twenty measures of the blank and b is the slope of the analytical curves. table 2 contains the figures of merit for the proposed method. the precision and accuracy were evaluated by comparing the results obtained from the analysis of pharmaceutical formulations by the proposed method with those obtained using the official hplc methods [24]. the results are summarized in the table 3. the susceptibility of the developed analytical method to changes was tested to evaluate the ruggedness of the method. for this purpose, the two experimental designs were employed where the variables were tested. the matrix interference can introduce systematic errors on the analytical determination. in order to investigate the presence of matrix effects on the proposed method, a recovery study was realized. -4 -4 -4 -in this study, 1.04x10 , 2.08x10 , 3.15x10 , 4.20x10 4 -1 mol l of tetracycline reference solutions were added separately to each sample of tetracycline, and -5 -4 -4 -4 -1 8.68x10 , 1.74x10 , 2.61x10 , 3.47x10 mol l of doxycycline reference solutions were added separately to each sample of doxycycline. the recoveries obtained by the standard-addition method ranged from 96.7 to 102.3% indicating the absence of any significant matrix effects on the proposed method. the effects of the common excipients present in commercial pharmaceutical formulations such as: microcrystalline cellulose, hydroxypropylmethylceltable 2. results of figures of merit for the proposed method. parameters doxycycline tetracycline l (nm) 525 535 -1 -5 –4 -5 –4linear range / mol l 1.75 x 10 3.48 x 10 1.03 x 10 3.61 x 10 -1 -7 -6limit of detection / mol l 2.14 x 10 1.69 x 10 -1 -7 -6limit of quantification / mol l 7.12 x 10 5.63 x 10 intercept (a) 0.02166 0.01743 -1slope (b) / l mol 3018.08 3109.86 regression coefficient 0.9994 0.9998 table 3. determination of tc and dxc in pharmaceutical formulations. sample label to proposed method official 24content methods b c c bfound t value (2,78) f value (19,00) found tetracycline a 500 500.4 ± 0.4 1.57 3.06 501.1 ± 0.7 b 500 504.7 ± 0.5 2.16 1.44 505.7 ± 0.6 doxycycline a 100 103.3 ± 1.0 1.70 6.25 102.2 ± 0.4 b 100 105.7 ± 0.5 2.47 1.33 104.7 ± 0.5 c 100 102.5 ± 0.6 2.26 1.36 103.7 ± 0.7 ecl. quím., são paulo, 35 4: 139 146, 2010 144 artigo article lulose, lactose, titanium dioxide, starch, talc, sodium lauryl-sulphate, sodic croscarmelose and magnesium stearate were carefully evaluated. it was exhibited that the presence of the above-mentioned excipients up to 1 or 10-times of the weight ratio to tetracycline or doxycycline showed no interference effects for determination of these drugs. the effects were considered to be interference when the signal showed an error of more than 5% in determination of the drug. application the proposed method was applied to determinations of tc and dxc in pharmaceutical formulations. the results of the comparison with the official methods [24] are shown in table 3. for all formulations assayed, the results obtained by the official methods and proposed method were compared by applying the students t-test and variance-ratio f-test at the 95% confidence level [26]. in all cases, the calculated t and f values did not exceed the theoretical values, indicating that there is no significant difference between our method and the official method regarding accuracy and precision in determining these antibiotics in pharmaceuticals. conclusions statistical comparison for the results of the proposed method with the usp indicates that there is no significant difference in regard to accuracy and precision. the good features of the proposed method showed that it's an alternative suitable for the routine analysis of tetracycline and doxycycline in pharmaceutical formulations. acknowledgements the authors would like to thank fapesp, cnpq and capes foundations (brazil) for the financial support. resumo: um método espectrofotométrico simples, rápido, exato e barato foi desenvolvido para a determinação de tetraciclina e doxiciclina. o método é baseado na reação entre estas drogas e cloramina-t em meio alcalino produzindo produtos de cor vermelha com absorbância máxima em 535 e 525 nm para a tetraciclina e doxiciclina, respectivamente. as melhores condições para as reações foram encontradas -5 utilizando métodos multivariados. a lei de beer é obedecida no intervalo de concentração de 1,03 x 10 a 3,61 x -4 -1 -5 –4 -1 10 mol l e 1,75 x 10 a 3,48 x 10 mol l para a tetraciclina e doxiciclina, respectivamente. os limites de -6 -1 -7 -1 quantificação foram 5,63 x 10 mol l e 7,12 x 10 mol l para a tetraciclina e doxiciclina, respectivamente. o método proposto foi aplicado com êxito na determinação destas drogas em formulações farmacêuticas e os resultados obtidos estão de acordo com os obtido pelo método comparativo em 95% de confiança. palavras-chave: tetraciclina, doxiciclina, cloramina-t, espectrofotometria. references [1] a. korolkovas, j. h. burckhalter, química farmacêutica, editora guanabara koogan s.a., rio de janeiro, 1ª ed., 1988, 595. 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therefore, the author has studied the ternary complex system [zn – antibiotics – cephaloglycin] and its kinetics on the basis of stability constants and kinetic parameters for which no reference is traced out so far in the literature. experimental details apparatus and reagents all the chemicals used were of a. r. grade and their solutions were prepared in doubly distilled water. antibiotics were purchased from fluka, aldrich and sigma and used as such without further purification. the concentrations of zn(ii) {zncl2, fluka}, naclo4.h2o (fluka) and triton x-100 (loba chemie) in the analyte were 0.5 mmol l-1, 1.0 mol l-1 and 0.001% respectively. 59ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 polarographic study and electrode kinetics of [zn(ii) – antibiotics – cephaloglycin] system vis a vis kinetics of electrode reactions f. khan* electrochemical laboratory, department of chemistry, dr. h. s. gour university, sagar 470 003, m. p. india *faridkhan58@yahoo.com abstract: electrode kinetics and complex formation of zn(ii) using doxycycline, chlortetracycline, oxytetracycline, tetracycline, minocycline, amoxicillin, chloramphenicol and cephaloglycin were reported at ph = 7.30 ± 0.01 in = 1.0 moll-1 naclo4 used as supporting electrolyte at 25.0°c. kinetic parameters viz. transfer coefficient (α), degree of irreversibility (λ) and rate constant (k) were determined. the study showed that ‘transition state’ behaves between reactant (o) and product (r) response to applied potential. the stability constants varied from 2.14 to 10.31 showing that these drugs or their complexes could be used against zn toxicity. keywords: electrode kinetics; zinc-antibiotics-cephaloglycin system; binary and ternary complexes. eq09-af 21/8/14 6:12 page 59 pure hydrogen gas was passed through the analyte for deaeration before recording the current voltage data. zn(ii) and ligands were taken in the ratio of 1: 40 in case of binary complexes and 1:40:40 in case of ternary complexes and current – voltage curves were drawn at ph 7.10 – 8.80; it has been observed that the maximum shift of e1/2 was observed at ph 7.20 to 8.50 but ph = 7.30 ± 0.01 was selected on account of studying the complexes in human blood ph [9]. µ ph meter (systronics model – 361) was used to measure the ph of the analyte at 7.30 ± 0.01 adjusted with dilute solutions of naoh or hclo4 (both b.d.h.) as required. current – voltage curves were obtained on a polarographic analyzer (elico cl – 362). the capillary was of 5.0 cm in length with diameter 0.06 mm with m2/3t1/6 = 2.40 mg2/3 s-1/2. three electrodes system was used. potassium dihydrogen phosphate – sodium hydroxide buffer was added in the analyte to stabilize the ph of the analyte at 7.30. results and discussion zn(ii) and its complexes[10] gave well defined two electron quasireversible reduction wave in 1.0 mol l-1 naclo4 (s.e.) and 0.001% triton x-100 as suppressor at ph = 7.30 ± 0.01 at 25.0°c. devaries and kroon method [11] was used to determine the number of electrons involved in the reduction [zn – cephaloglycin] system. the concentration of cephaloglycin in the analyte was varied from 5 mmol l-1 to 20 mmol l-1. the e1/2 values increased with increase of concentration of cephaloglycin to zn, showed complex formation. gellings method [12] was used to determine e1/2 reversible values from e1/2 quasireversible values. lingane method [13] confirmed the formation of 1:1 and 1:2 complexes with stability constant log β01 = 2.14 and log β02 = 3.22 respectively [zn –antibiotics – cephaloglycin]. in this system, the concentration of antibiotics varied from 0.5 mmol l-1 to 30.0 mmol l-1. the half wave potential values became more negative with the addition of 0.025 mol l-1 and 0.05 mol l-1 of [cephaloglycin] to [zn – antibiotics] system showed the formation of ternary complexes [zn – antibiotics – cephaloglycin]. gellings method was used to determine the e1/2 reversible values from e1/2 quasireversible values. the current – voltage curves (polarograms) of [zn-doxycycline – cephaloglycin] system at [cephaloglycin] = 0.025 mol l-1 are given in fig. 1. the plots between [e – rt/nf log (id-i)/i] vs. i are given in fig. 2. schaap and mcmaster 60 ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 table 1. polarographic characteristics and fij[x,y] values for [zn – doxycycline cephaloglycin] system*, supporting electrolyte = 1.0 mol l-1 naclo4, ph=7.30 ± 0.01, t = 25.0°c. [cephaloglycin] = 0.025 mol l-1; [cephaloglycin] = 0.05 mol l-1. log a = 0.74, log b = 4.33 , log c = 6.20 , log d = 7.21, log a = 1.08 , log b = 4.89 , log c = 6.49, log d =7.21 ** {[doxycy.] = 1.00 x 10-3 mol l-1, therefore; 1.00 = [doxycy.] x 10 3} *(the data for other systems can be obtained on request.) eq09-af 21/8/14 6:12 page 60 method [14] confirmed the formation of 1:1:1, 1:2:1 and 1:1:2 complexes. the data and plots for fij[x,y] vs. [x] for [zn – doxycycline – cephaloglycin] system {where x and y are doxycycline and cephaloglycin and i and j are their stoichiometric numbers respectively} were given in table 1 and fig. 3 respectively. the values of stability constant of complexes are given in table 2. for comparison of the stability of binary and ternary complexes, the values of mixing constant log km were determined as follows log km = logβ11 – 1/2[logβ20 – logβ02][14] for the reaction 2[zn (doxycy.) (cephalogly.)] [zn(doxycy.)2] + [zn(cephalogly.)2]. the values of log km were 0.25, -0.79, 0.51 and -0.43 for [zn – doxycycline – cephaloglycin], [zn – oxytetracycline – cephaloglycin], [zn –tetracycline – cephaloglycin] and [zn – minocycline – cephaloglycin] respectively. the positive values of log km showed that ternary complexes are more stable than their binary complexes while negative values showed that binary complexes are more stable than their ternary complexes. the complexes 1:1:1 in case of [zn – chlortetracycline – cephaloglycin], 1:2 in case of [zn – amoxicillin – cephaloglycin] and 1:1:1 in [zn – chloramphenicol – cephaloglycin] system was not formed therefore; the values of log km were not calculated for these systems. the trend of stability constant of complexes was doxycycline < chlortetracycline < oxytetracycline < tetracycline < minocycline < amoxicillin < chloramphenicol. the structures of doxycycline, chlortetracycline, oxytetracycline, tetracycline and minocycline are same except in the difference in r1, r2 and r3 positions [15]. they all coordinate to the zn ion through two oxygen atom, one of them the oxygen atom double-bonded to the carbon ring, and the other the oxygen atom belonging to the neighbor amide group. the stability constant of [zn-doxycycline – cephaloglycin] system has the lowest values amongst all other complexes because this system has the lowest values of e1/2 shift. the fact that the stability constants of chlortetracycline complexes are lower than those of oxytetracycline complexes is attributed to the presence of elec61ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 tronegative cl at r1 in former complex, whereas in the latter one the r1 position is occupied by the electropositive hydrogen in place of cl[16]. the stability constants of [zn-oxytetracycline-cephaloglycin] complexes are lower than those of [zntetracycline-cephaloglycin]; fact that is attributed to the presence of ohgroup in oxytetracycline at r3 position. in case of tetracycline, h is present both at r1 and r3 therefore; there is less electronic disturbance in tetracycline complex when compared to the complexes formed by substituted tetracyclines. this order of stability constants of tetracyclines is also supported the order of their pk values [17].the fact that the stability constant values of minocycline complexes are lower than those of amoxicillin complexes is attributed to the presence of thiazoline ring and beta-lactum ring in amoxicillin. an increase in the number of rings within a chelate results in greater stability of chelate[18]. in case of amoxicillin, the n and oxygen of –cooh of thiazolidine ring may take part in coordination with zn while the bonding in minocycline complexes is the same as tetracycline complexes making six membered ring with two double bonds. as the number of rings increases, the stability constant of complex increases [18]. the chloramphenicol made complexes of the maximum stability is due to the fact that this complex system has maximum shift of e1/2 that might be the result of the formation of one 4 and one 5 membered ring with zn[18] . in case of cephaloglycin, o of the cooh and n of the β-lactam ring may take part in bond formation with zn making 5 membered ring. the structure of [zn – doxycycline – cephaloglycin] system is given in figure 4. the values of schaap and mc master functions can be determined as follows: for ternary system m + i x + j y = m xi yj. the values of function f00[x,y] can be calculated by the following equation : f00[x,y] = [0.435nf/rt{ (e1/2)s – (e1/2)c } ] + log im / ic and f10[x,y] = f00[x,y] – a/ [x] f20[x,y] = f10[x,y] – b/[x] fn,0[x,y] = fn-1 [x,y] – const./[x]. eq09-af 21/8/14 6:12 page 61 62 ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 the function f00[x,y] can be expressed as: f00[x,y] = {β00 + β01[y] + β02[y]2 + β03[y]3} [x]0 + {β10 + β11[y] + β12[y]2} [x] + {β20 + β21[y] } [x]2 + {β30 } [x]3 the function f00[x,y] can be factorized and written as f00[x,y] = a + b [x] + c [x]2 + d [x]3, where a, b, c and d are constants and im and ic are the diffusion currents for metal and its complex respectively. by knowing the values of b at two different concentration of y, the values of β11 and β12 can be calculated. figure 1. polarograms of [zn-doxycycline-cephaloglycin] system, [cephaloglycin] = 0.025 moll-1, x axis = (v) volts, yaxis = current (i) µa. eq09-af 21/8/14 6:12 page 62 63ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 table 2. stability constants values for [zn – antibiotics – cephaloglycin] system. ph = 7.30 ± 0.01, supporting electrolyte = 1.0 mol l-1 naclo4, triton x100 = 0.001%, t = 25.0°c. ligands log β01 log β02 log β10 log β20 log β30 log β11 log β12 log β21 doxycycline 3.31 4.90 7.21 4.31 7.48 7.78 chlortetracycline 4.40 7.61 9.50 7.81 9.68 oxytetracycline 4.50 7.81 9.86 4.72 8.10 9.87 tetracycline 4.80 8.01 9.91 5.10 8.31 minocycline 4.85 8.13 9.98 5.24 8.43 10.00 amoxicillin 4.88 10.01 5.48 8.49 10.13 chloramphenicol 4.70 8.21 10.13 8.60 10.31 cephaloglycin 2.14 3.22 figure 2. plots between -[e-rt/nf log(id-i)/i] vs i for [zn doxycycline – cephaloglycin] system. figure 3. [zn doxycycline – cephaloglycin] system. eq09-af 21/8/14 6:12 page 63 [doxycy.] e1/2 r slope α λ dx103 k x e1/2 r slope α λ d x 103 k x 103 x103 -v vs mv sec-1/2 cm2 s-1 103 -v vs mv sec-1/2 cm2 s-1 cm s-1 mol l-1 sce cm s-1 sce 0.00 1.0000 36 0.47 1.20 4.08 5.08 1.0000 36 0.47 1.20 4.08 5.08 0.50 1.0350 38 0.45 1.35 4.01 5.43 1.0500 37 0.47 1.07 3.95 4.24 1.00 1.0400 36 0.42 1.70 4.01 6.84 1.0600 38 0.53 1.35 3.88 5.25 2.00 1.0550 37 0.51 1.51 3.95 5.25 1.0700 36 0.48 1.35 3.88 5.24 3.00 1.0600 37 0.48 1.51 3.95 6.00 1.0750 36 0.51 1.51 3.75 5.70 4.00 1.0650 37 0.50 1.35 3.88 5.25 1.0800 38 0.51 1.51 3.69 5.60 5.00 1.0700 37 0.51 1.20 3.88 4.68 1.0850 38 0.57 1.07 3.69 3.96 6.00 1.0750 37 0.59 1.20 3.82 4.60 1.0850 38 0.57 0.95 3.47 3.47 8.00 1.0750 36 0.52 1.07 3.82 4.10 1.0850 38 0.42 1.70 3.62 6.17 10.00 1.0800 37 0.57 1.35 3.75 5.08 1.0900 36 0.57 1.07 3.55 3.82 20.00 1.0900 38 0.57 1.51 3.69 5.60 1.1000 36 0.55 0.95 3.55 3.40 30.00 1.1000 36 0.42 1.35 3.62 8.52 1.1150 37 0.54 0.95 3.55 3.40 the values of stability constants (logβ) varied from 2.14 to 10.31 which are reasonable [19] values; therefore, either cephaloglycin or [zn – cephaloglycin] or [zn – antibiotics] or [zn – antibiotics – cephaloglycin] could be used against zn toxicity. for all complexes, tamamushi and tanaka methods [20-21] were used to determine the kinetic parameters. the plots between log (z –1) vs. (e1/2 rev.e) for [zn – doxycycline – cephaloglycin] were given in fig. 5(a) and 5(b) respectively. the value of z was calculated by the 64 ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 table 3. kinetic parameters of [zn – doxycycline – cephaloglycin] system. zn (ii) = 0.5 m mol l-1 ph =7.30 ± 0.01, supporting electrolyte = 1.0 mol l-1 naclo4, t = 25.0°c. [cephaloglycin] = 0.025 mol l-1;[cephaloglycin] = 0.05 mol l-1. figure 4. [zn – doxycycline – cephaloglycin] system. o oh oh o h3c r2 ho r3 n(ch3)2 oh c nh2 o zn n ch s h2cc o c ch nh g1 ch2 o c cephaloglycin c h nh2 c o g1 o c oh ococh3 h r1 doxycycline h eq09-af 21/8/14 6:12 page 64 65ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 following equation [20]. z = antilog [nf/2.303rt (e1/2 rev. – e))] + log (id-i)/i, where id is the diffusion current of the polarogram while i is the current at e of the same respectively. the values of kinetic parameters were given in table 3. in all the cases, the values of transfer coefficient (α) varied from 0.41 to 0.57 (0.50) confirmed that the ‘transition state’ behaves between oxidant (o) and reductant (r) figure 5(a). [zn doxycycline cephaloglycin] system, [cephaloglycin] = 0.025mol l-1. eq09-af 21/8/14 6:12 page 65 response to applied potential and it lies always between dropping mercury electrode and solution interface. a small variation in potential affects not only the rate but also the rate constant (k) of the electrochemical reaction greatly. the values of k varied from (2.21 – 8.52) x 10-3 cm / sec. confirmed the quasireversible nature of the electrode processes. 66 ecl. quím., são paulo, 33(3): 59-68, 2008 figure 5(b). [zn doxycycline cephaloglycin] system, [cephaloglycin] = 0.05mol l. eq09-af 21/8/14 6:12 page 66 the oxidant zn (ii) or complex species) reduces at d.m.e. can be given by the following equation: o + ne ———— r —————————— (1) the rate constant of the above reaction can be given by the following equation [20]. kred. = k0 e-α nf/rt (e – e0) ————————(2) where, k0 is the specific heterogeneous rate constant and e0 being the standard redox potential of the system. in the present case, the concentration of depolarizer is 0.5 mmol l-1 therefore; no specific adsorption of ions is at d.m.e [2]. the values of rate constant k are also of the order of 10-3cm/sec. therefore, the electrode processes were quasireversible [20]. when the concentration of electro active species is high (1.0 mmoll-1 or more)[2], adsorption of ions becomes appreciable and the helmholtz plane is now called the inner helmholtz plane remains at the locus of adsorbed ions and the outer helmholtz plane corresponds to the closest approach to the electrode outside the range of adsorption forces. thereafter, gouy chapman diffuse double layer is present. in the present case, no adsorption of ions is there at d.m.e. because the concentration of zn(ii) is 0.5mmol l-1 [1-2]. when some potential is applied between d.m.e. and solution interface, the residual current is observed as a result of continual charging of mercury drops and also the electrical double layer is formed in the vicinity of d.m.e. this current is a sum of faraday current observed due to the reduction of impurities (if present) and non faraday current as a result of the formation of electrical double layer in the vicinity of dropping mercury electrode. at d.m.e., helmholtz layer is formed due to the presence of cations such as na+ and zn2+ and complex species. after the helmholtz layer, there is a diffuse double layer of gouy chapman. when the applied potential became equal to the deposition potential of the electro active species (here complex species), the electroactive species started to reduce at d.m.e. in a quantum mechanical tunneling zone which is about 2 nm from d.m.e. the depletion of the concentration of electro active species is compensated by the complex species moving from bulk of the solution to d.m.e. by diffusion. but diffusion is a slow process therefore, a concentration gradient is established at d.m.e. (helmholtz layer is now diffusion layer). when all the oxidant reaching the d.m.e. gets reduced, the current observed is the limiting current. conclusion in this study, kinetic parameters viz. α, λ and k have been determined. the values of transfer coefficient varied from 0.41 to 0.55 (0.50) confirmed that the ‘transition state’ behaves between reactant and product response to applied potential and it adjusts itself in such a way that it always located in the mid of dropping mercury electrode and solution interface. the exact nature of electrode processes was quasireversible which was confirmed by the values of rate constant (k). the values of d and λ were also as expected [2122]. the values of stability constant (logβ) confirmed that these drugs or their metal complexes could be used against zn toxicity [19]. acknowledgement the author thanks the head, department of chemistry, dr. h. s. gour university, sagar, m. p., india for providing the laboratory facilities and mapcost, bhopal and dst, new delhi for financial support. received july 21 2008 accepted august 29 2008 references [1] m. breiter, m, kleinerman, p. delahay, j. am. chem. soc. 80(1996) 5111. 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soluções de citrato de sódio, ácido sulfúrico ou ácido cítrico como eletrólitos. foram utilizadas as técnicas de drx, frx, rmn e epr de forma a avaliar as alterações resultantes. os resultados indicaram que a remediação eletrocinética tende a reorganizar a estrutura interna do catalisador, recuperando parte da cristalinidade e removendo um percentual dos contaminantes. palavras-chave: catalisador desativado, eletrorremediação, craqueamento catalítico ____________________________________________________________________________ abstract: the electrokinetic remediation process, through the application of electric potential and different electrolytes, aimed at mobilizing and removing contaminant metals in spent catalytic cracking catalysts. in this study, fcc spent catalysts were studied after the remediation process with three different electrolytes (solutions of sodium citrate, sulfuric acid or citric acid). the techniques of xrd, xrf, nmr and epr were used in order to evaluate the changes. the results indicated that the electrokinetic remediation tends to reorganize the internal structure of the catalyst, recovering part of the crystallinity and removing a percentage of the contaminants. keywords: spent catalyst, eletroremediation, catalytic cracking 1 programa de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais, 2 pesquisadora visitante prh-24, 3 departamento de engenharia mecânica, 4 departamento de engenharia química, universidade federal do paraná, centro politécnico, 81530-900, curitiba, paraná. file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 87 87 introdução nas refinarias de petróleo, o processo fcc (craqueamento catalítico em leito fluidizado) permite otimizar as reações de conversão de hidrocarbonetos. a utilização de catalisadores feitos sob medida para as unidades industriais aumenta o rendimento das frações de gasolina e de gases liquefeitos de petróleo (glp) a partir das cargas processadas – essencialmente óleos pesados e resíduos da destilação a vácuo [1]. os catalisadores são sólidos ácidos que aceleram a conversão de moléculas grandes em moléculas de tamanho menor, apropriadas para compor a gasolina. a acidez em sólidos é extremamente interessante frente à catálise com líquidos ácidos, pois caracteriza um catalisador heterogêneo, que é facilmente separado dos produtos, não apresenta problemas de corrosão, é menos tóxico, tem alta seletividade, longa vida e possibilidade de regeneração [2]. a composição dos catalisadores de fcc é de uma matriz inerte (usualmente caulim), uma matriz ativa (alumina), um ligante (sílica ou sílica-alumina) e uma zeólita y. esse catalisador multicomponente tem sido continuamente estudado e modificado para aumentar sua atividade e estabilidade termo-química face às condições degradantes da operação da unidade fcc [3]. alguns elementos metálicos, tais como v, ni, fe, na e ca, estão presentes no petróleo e são contaminantes desativadores do catalisador, seja pelo envenenamento ou pelo bloqueio dos sítios ácidos [4]. na regeneração, como etapa do ciclo fcc, injetase ar para a queima dos depósitos de coque no catalisador. as altas temperaturas atingidas durante a regeneração e a presença de vapor d'água são fatores críticos para a estabilidade do catalisador, contribuindo para a desativação de uma fração desse material, sendo necessária sua renovação parcial a intervalos regulares. como resultado, as frações do catalisador que participam nas reações de craqueamento tem uma distribuição de idade, compostas por catalisador novo (baixa concentração de metais e elevada atividade) e catalisador mais antigo (mais alta concentração de metais e menor atividade). dados recentes atestam a utilização global de 627 kt anuais de catalisadores de fcc [5]. todo esse montante, em determinado momento, torna-se um resíduo, frequentemente classificado como perigoso, por conta do teor de metais potencialmente carcinogênicos e de sua inflamabilidade. isso acarreta um passivo ambiental para as refinarias que devem dar uma destinação adequada aos catalisadores exauridos. a destinação depende da composição final do catalisador, que pode ser reaproveitado em cimenteiras, com algumas restrições, ou segue para aterros industriais controlados implicando em evidentes perdas econômicas [2]. diferentes pesquisas visam valorizar esse resíduo (catalisador desativado de fcc), como exemplos podem ser citados: a utilização como material pozolânico em misturas cimentíceas, com possíveis ganhos em resistência mecânica [6]; na composição de geopolímeros com fins estruturais [7] e como catalisadores no processo de ozonização para tratamento de águas petroquímicas residuais [8]. nesse contexto, o processo de remediação eletrocinética também vem sendo estudado como forma de possibilitar a reutilização do catalisador no próprio processo fcc. a remediação eletrocinética é um tratamento alternativo para materiais contaminados com espécies iônicas que possam ser mobilizadas através da condução elétrica. aplica-se um gradiente de potencial elétrico da ordem de alguns volts por centímetro entre dois eletrodos e o material a ser tratado entre eles. a variação de alguns parâmetros na remediação eletrocinética, como tipo de solução, ph, vazão do eletrólito e corrente, permite otimizar a retirada dos contaminantes [9]. entretanto, faz-se necessária uma melhor compreensão da forma como a remediação atua na estrutura do catalisador, e para isso serão avaliadas as técnicas abaixo citadas: ressonância magnética nuclear (rmn) essa técnica tem sido utilizada na caracterização de sólidos que contenham, em quantidade suficiente, núcleos com momento magnético não nulo. no caso dos catalisadores estudados, os elementos silício e alumínio se enquadram nessa categoria [10]. eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 88 88 a utilização de rmn de 29 si e 27 al traz informações estruturais que podem ser relacionadas à acidez e à atividade catalítica. no caso da rmn de 29 si, é possível distinguir a ocorrência de átomos de silício ligados a 0, 1, 2, 3 ou 4 alumínios na sua vizinhança e assim inferir o grau de isolamento dos átomos de alumínio. a presença de sílica e alumina nos diversos componentes do catalisador além da zeólita (como a matriz, ligantes e aditivos) afeta o desvio químico obtido por rmn, alargando e interferindo nos picos característicos. entretanto, a realização em modo de alta resolução permite a obtenção de informações qualitativas; e a sílica amorfa (não zeolítica) pode ser identificada em desvios mais elevados [11]. no caso da rmn de 27 al, o desvio químico depende da coordenação desse elemento, o que permite distinguir entre alumínio na rede zeolítica com coordenação tetraédrica, e as espécies extra-rede de alumínio (efal – extra-framework aluminum). possíveis ambientes para o alumínio reportados na literatura são as coordenações 4 e 6 em aluminossilicatos amorfos, e alumínio pentacoordenado atribuído a ambientes de baixa simetria ou de defeitos superficiais [12]. como a presença de alumínio é determinante para a acidez do catalisador, seja pela acidez de brönsted ou de lewis, sua identificação é bastante pertinente. occelli et al. [13] demonstrou que o espectro de rmn de um catalisador de fcc novo pode ser considerado como a sobreposição dos espectros de seus principais componentes (zeólita y, caulim e aluminossilicatos). após a desativação ocorre expressiva desaluminização acompanhada por uma alteração nos espectros de rmn. ressonância paramagnética eletrônica (rpe) esta técnica permite inferir o estado de oxidação dos metais contaminantes no catalisador. o paramagnetismo é o fenômeno de emparelhamento de spins na presença de um campo magnético obtido a partir de uma fonte de radiação monocromática. a condição básica para que haja a formação do sinal em rpe é a presença de amostra com spins desemparelhados, como é o caso dos íons dos metais de transição níquel, vanádio e ferro. sinais paramagnéticos também são observados em amostras cerâmicas, quando estas apresentam defeitos pontuais ou imperfeições na rede cristalina, que podem ser considerados como “buracos de elétrons”, gerando sinais de elétrons desemparelhados semelhantes aos metais de transição. a análise semiquantitativa dos teores de ni e v pode ser obtida por fluorescência de raios x, porém a determinação dos estados de oxidação específicos v +4 /v +5 e ni 0 /ni + /ni +2 necessita de um método mais sensível, como a ressonância paramagnética eletrônica. essa técnica apresenta sensibilidade mesmo a baixas concentrações (alguns milhares de ppm) e é possível distinguir entre as espécies v +4 , ni 0 e ni +1 que são ativas em rpe, enquanto v +5 e ni +2 são ditas silenciosas ou não ativas em rpe [14]. o ambiente de coordenação, o estado de oxidação e a força ligante interferem no sinal paramagnético, que vem sendo utilizado na determinação de metais de transição impregnados ou trocados ionicamente em zeólitas [15]. deste modo, este artigo tem por objetivo analisar o efeito da aplicação da eletrorremediação na estrutura e nos contaminantes de catalisador desativado através das técnicas de rmn e epr, além de drx e frx. procedimentos experimentais preparação dos catalisadores desativados – remediação eletrocinética neste trabalho foram estudados catalisadores desativados de petróleo oriundos do processo de craqueamento catalítico. estes foram tratados química e eletricamente através da aplicação de potencial elétrico em meio aquoso ácido (solução de ácido sulfúrico 1 mol/l ou ácido cítrico 1 mol/l) e meio aquoso alcalino (solução de citrato de sódio 1 mol/l) pela técnica de remediação eletrocinética, descrita em detalhes no artigo de valt et al. [16]. caracterização as análises de difração de raios x nas amostras em pó foram realizadas em um difratômetro shimadzu operando com tensão de 40 kv e corrente de 30 ma. a radiação utilizada provém de lâmpada de cuk (λ eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 89 89 =1,5418 a°), o passo foi de 0,02 graus e a velocidade de escaneamento de 2°/min. através dos padrões de difração de raios-x característicos dos sólidos cristalinos é possível identificar a zeólita e detectar a existência de outras formas cristalinas, ou de material amorfo. o parâmetro de rede a0 foi calculado a partir das posições dos picos correspondentes aos índices de miller 533, 642 e 555 utilizando a lei de bragg. a porcentagem de cristalinidade foi calculada em relação à amostra de catalisador virgem, através da comparação das intensidades dos índices de miller recomendados pela astm d 3906-80 (planos 331, 333, 440, 533, 648, 660, 555, 664). a razão si/al da rede foi obtida através das fórmulas propostas por flanigen e breck: nal = 115,2 (a0 – 24,191) (si/al)rede = (192-nal)/nal onde 192 corresponde ao número total de elementos t na célula unitária da zeólita y [10]. a composição química das amostras, bem como a presença de contaminantes, foi aferida por fluorescência de raios-x, com equipamento philips pw 2400. as amostras moídas foram adicionadas de aglomerante e prensadas. foi realizada a leitura da radiação fluorescente emitida após excitação com radiação eletromagnética de alta frequência. os ensaios de ressonância magnética nuclear com rotação da amostra em torno do ângulo mágico (rmn-mas) foram realizados em equipamento bruker avance 400 mhz com rotor cilíndrico de zircônia de 4 mm para amostras sólidas, frequência de giro de 5 khz, janela de aquisição de 52,08 khz e 512 scans acumulados. as análises por ressonância paramagnética eletrônica foram realizadas a temperatura ambiente, com as amostras firmemente acomodadas em tubos de quartzo. foi usado um espectrofotômetro bruker emx operado em frequência de 9,867 ghz, com frequência de modulação de 100 khz, amplitude de modulação de 10 g e potência de micro-ondas de 7,058.104 w. os espectros tiveram sua linha de base ajustadas pelo método savitzky-golay no software origin. resultados e discussão o difratograma do catalisador desativado, adicionado de 10% em massa de padrão de silício metálico, é apresentado na figura i. em destaque encontram-se os planos cristalográficos identificados na amostra: y – zeólita y e a – alumina, além de si – padrão. figura 1 – difratograma do catalisador desativado. [hkl] planos cristalográficos indexados; y – zeólita y, a – alumina, si – padrão de silício. * indicam os planos contabilizados no cálculo da cristalinidade eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 90 90 o difratograma confirma a presença de diferentes fases cristalinas na composição do catalisador de fcc. estão presentes picos referentes à zeólita y, que é o principal elemento ativo e responsável pela acidez do catalisador, e alumina compondo a matriz ativa, presente na fase que possui alta área superficial e cristalitos pequenos responsáveis pelos picos mais largos no difratograma. a matriz inerte do catalisador, que atua como suporte físico, conferindo resistência mecânica, não é identificada no espectro, possivelmente por se tratar de aluminossilicatos amorfos, relacionados com o leve afastamento da linha de base. os difratogramas das amostras após o tratamento de remediação eletrocinética (não mostrados) ainda apresentam os principais picos cristalográficos, sendo observadas apenas pequenas variações de intensidade. no caso da amostra remediada com citrato de sódio, os picos cristalográficos foram menos intensos, o que pode ser atribuído à interferência de algum eletrólito residual, resultando em baixa cristalinidade, como será apresentado na tabela 1. esta tabela também traz a caracterização estrutural dos materiais estudados: a razão global si/al e a presença de óxidos de metais contaminantes determinadas por frx; o parâmetro de rede a0 e a razão si/al da rede obtidos por drx. tabela 1 – caracterização química das amostras si/al global a0 (nm) si/al rede % cristalinidade % fe2o3 % v2o3 %nio novo 1,51 24,71 2,21 100 des 1,11 24,31 12,44 26,40 0,9 0,3 0,4 remh 1,23 24,49 4,54 38,25 0,607 0,198 0,328 remac 1,14 24,51 4,17 33,27 0,71 0,172 0,271 remci 1,13 24,36 9,04 5,12 0,657 0,298 0,326 a comparação entre o catalisador virgem e o catalisador desativado mostra como a operação fcc degrada esse material. são observadas perda acentuada na cristalinidade e leve contração no parâmetro de rede, devido à perda de alumínio na estrutura zeolítica, confirmado pela maior relação si/al da rede obtida após a desativação. a remediação eletrocinética tende a reorganizar a estrutura interna do catalisador, recuperando parte da cristalinidade e diminuindo a razão si/al da rede, especialmente nas remediações ácidas. a remediação também diminui os contaminantes presentes no catalisador, confirmado pelas menores porcentagens dos óxidos de ferro, vanádio e níquel. na figura ii.a é apresentado o espectro de rmn de 29si do catalisador virgem onde podem ser identificados os picos do si zeolítico (tetraedros conectados entre si por átomos de oxigênio – to4) em -105,5; -100 e -95,1 ppm referentes às coordenações [4si, 0al]; [3si, 1al] e [2si, 2al] respectivamente e possivelmente em -110,5 ppm o pico referente à sílica amorfa. no entanto pode ocorrer sobreposição dos picos mascarando outros ambientes do silício presentes na matriz do catalisador. conforme reportado na literatura, há presença de sinais alargados e assimétricos na região espectral entre -90 e -110 ppm referentes a aluminossilicatos (caulim) cuja contribuição não pode ser determinada exatamente [17]. para o espectro de rmn de 27al do catalisador virgem (figura ii.b) tem-se um espectro bem resolvido de material cristalino; em evidência o sinal de al tetraedral em 56,4 ppm proveniente principalmente do al zeolítico e em 4,3 ppm o sinal de al em coordenação octaédrica da matriz ou de espécies extra rede. as chamadas bandas laterais (spinning sidebands) ou sinais satélites são geradas pela alta frequência de giro (5000 hz) aplicadas às amostras e portanto não são contabilizadas na identificação das espécies presentes. eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 91 91 a) b) figura 2 – espectros de 29 si (a) e 27 al (b) rmn mas do catalisador virgem. * indicam bandas laterais (spinning sidebands) os espectros de rmn de 29si dos catalisadores desativados e remediados (não mostrados) foram marcados por um pico intenso em -111,5 ppm atribuído ao si zeolítico (4si, 0al) e não foram notados picos referentes a ligação entre tetraedros de si e al, reflexo da extensa desaluminização ocorrida durante a operação na unidade fcc. ainda assim a cristalinidade foi mantida, e o alumínio continuou presente, porém como espécie extra rede. após a desativação do catalisador os espectros de 27al rmn mas, na figura iii, apresentam picos mais alargados, provenientes de um ambiente químico mais complexo, resultado da operação fcc, com alta temperatura e presença de contaminantes. a desaluminização da zeólita, confirmada nos espectros de si do catalisador desativado, contribui para a geração de espécies extra rede de alumínio com diferentes coordenações. além disso, as transformações da matriz, como a perda de cristalinidade dos aluminossilicatos, afetam a distribuição das espécies de alumínio, conforme citado por occelli [17]. a) b) c) eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 92 92 d) figura 3 – espectros de 27 al rmn mas dos catalisadores a) desativado; b) remediado com ácido sulfúrico; c) remediado com ácido cítrico; d) remediado com citrato de sódio. * indicam bandas laterais (spinning sidebands) na figura 3a, notam-se os sinais referentes às coordenações tetraédrica e octaédrica do alumínio em 54,5 e 0,5 ppm respectivamente, como no material de partida, porém um sinal em 35,5 ppm mostra a presença de espécies de alumínio pentacoordenado, típico de um ambiente químico altamente distorcido. essa espécie não é observada após a remediação, sugerindo uma reorganização estrutural das espécies de alumínio. nota-se também que as remediações ácidas resultam em menores intensidades nos sinais de alumínio nas posições tetraédricas, na faixa de 54 a 58 ppm, principalmente após a remediação com ácido sulfúrico, reflexo de uma lixiviação seletiva dessas espécies. dados da literatura [11] reportam a possibilidade de interconversão entre espécies tetraedrais e octaedrais da rede da zeólita e da matriz do catalisador após adsorção de certas moléculas. os resultados de rmn estão condizentes com a literatura, conforme já relatado por occelli et al. [13], onde o espectro de si de catalisador desativado apresentou apenas um pico de ressonância atribuído aos átomos de silício isolados, enquanto o espectro de rmn de al mostrou um aumento nas espécies fora da rede, já que a zeólita foi desaluminizada. através da ressonância paramagnética eletrônica (rpe), foram gerados os espectros de diferentes amostras de catalisador, apresentados na figura iv. na amostra de catalisador virgem, figura iv.a, observaram-se sinais de caulinita, presente na matriz, íons de ferro e íons de manganês, possivelmente encontrados como substituintes na estrutura dos aluminossilicatos da matriz. a) b) c) figura 4 – espectro de rpe para catalisador a) virgem; b) desativado; c) remediado com ácido sulfúrico eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 93 93 os sinais da caulinita foram observados em 600 g (fator g = 9,0) e 1600 g (fator g = 4,3), devidos às impurezas de íons de ferro trivalentes em domínios diluídos em estruturas rômbicas derivadas de simetrias tetraédrica ou octaédrica. a linha larga em 3400 g (g = 2,1) é consequência da presença de íons de ferro trivalentes em domínios concentrados, possivelmente óxidos de ferro. são vistos também em g = 2, sinais estreitos de danos de radiação com formação de buracos de elétrons, comuns em caulinitas. esses buracos estão em ligações entre si…o e al…o. em torno de 3500 g aparecem 6 picos referentes à estrutura hiperfina do íon mn2+ [18]. após o uso e regeneração na refinaria, conforme figura iv.b, o espectro de um catalisador desativado ainda apresenta os sinais de fe3+ em domínios diluídos, mas com menores intensidades. na região de domínios concentrados os íons de ferro trivalente continuam, talvez com maior intensidade. verifica-se agora o conjunto de linhas de rpe típicas de 55v4+, com momento magnético nuclear, i = 7/2, dando oito linhas paralelas e oito linhas perpendiculares no espectro de rpe. esses íons v4+ estão, muito provavelmente, como o oxicátion vanadilo vo2+. assim a utilização do catalisador na unidade fcc, fez com que o mesmo fosse impurificado com íons de vanadilo. como o vanádio pentavalente é silencioso para a espectroscopia de rpe, nada se pode dizer sobre a presença desse cátion por essa análise. após o tratamento eletroquímico houve um abrandamento das linhas do vanádio, que pode ter sido convertido a v5+ (não ativo para rpe) ou pode ter sido removido durante o tratamento. no tratamento com ácido sulfúrico, espectro da figura iv.c, o sinal de rpe dos íons vo2+ diminuiu de intensidade, corroborando os resultados obtidos por frx que indicaram a remoção de 33% do vanádio existente inicialmente. o íon vanadilo (vo2+) tem um elétron d desemparelhado fora das camadas eletrônicas fechadas, adquirindo a configuração eletrônica do gás nobre argônio. o íon v+4 é paramagnético, como outros metais de transição, e em complexos apresenta simetria c4v, formando ligações coplanares entre seu íon e quatro oxigênios como ligantes equatoriais e o oxigênio do íon em coordenação axial acima do vanádio [18]. conclusões a utilização de técnicas de ressonância permitiu obter informações adicionais sobre os catalisadores desativados e remediados, auxiliando no entendimento da remediação eletrocinética. a ressonância magnética nuclear identificou os possíveis sítios onde o alumínio é encontrado, enquanto a ressonância paramagnética eletrônica demonstrou o estado de oxidação em que se encontram os metais contaminantes. em relação à remediação eletrocinética, os resultados sugerem a reorganização de cátions ligados à estrutura do catalisador, seja na zeólita ou na matriz. o tratamento ácido recuperou uma parcela da cristalinidade e da relação si/al e também favoreceu a retirada de contaminantes metálicos, enquanto o tratamento com citrato de sódio teve menor influência sobre os cátions metálicos, porém manteve a proporção entre o alumínio nas posições tetraedrais/octaedrais. agradecimentos ao suporte financeiro através de bolsa de doutorado do prh-24/anp, e aos laboratórios de epr e rmn da ufpr através dos professores dr. antonio salvio mangrich e dr. anderson barison respectivamente. referências [1] h. s. cerqueira, g. caeiro, and l. costa, j. mol. catal., vol. 292, pp. 1–13, 2008. eclética química, vol. 40, 86-94, 2015. 94 94 [2] g. busca, p. riani, g. garbarino, g. ziemacki, l. gambino, e. montanari, and r. millini, applied catal. a, gen., vol. 486, pp. 176–186, 2014. 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[18] r. a. giannoni, “aplicações de rpe ao estudo de metais de transição em moléculas covalentes, catalisadores e solos,” ufrj, 1998. 1 eclética química journal original research publication in all aspects of chemistry homepage: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ issn 1678-4618 | vol. 41 | 2016 | eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p101-111 101 tratamento de efluente de indústria de processamento de batata por processo foto-fenton heterogêneo utilizando ferrita de pilhas descartadas hellen l. de castro e silva, flávio s. silva, rossano gimenes, márcia m. kondo, milady r. a. da silva 1 ____________________________________________________________________________ resumo: este trabalho trata da degradação do efluente de uma indústria de processamento de batatas da região de itajubá (mg), que é um polo de batata processada. a escolha desse efluente baseia-se no fato de empresas da região estarem em busca de um destino final mais adequado para esse tipo de rejeito. apesar de não tóxico, se este tipo de efluente não for tratado corretamente, pode contribuir para o desaparecimento de nascentes, aparecimento de odor desagradável nos rios e danos à fauna e à flora local. o presente estudo possui como finalidade avaliar se a ferrita de pilha é eficaz no tratamento de efluente de indústria de processamento de batatas. dessa forma, utilizaram-se diferentes catalisadores: fe(no3)3.9h2o e ferrita, diferentes concentrações h2o2 (15 e 30 mmol l -1 ) com presença e ausência de radiação solar em diferentes tempos de tratamentos do efluente de batata com valor de ph ajustado em 2,5. obteve-se uma eficiência de aproximadamente 32% de mineralização dos compostos orgânicos do efluente durante os primeiros dez minutos, evidenciando a eficácia da ferrita como catalisador do processo, além de mudanças significativas na cor do efluente (deixando-o transparente) e eliminação do cheiro fétido. além disso, as ferritas puderam ser recuperadas ao final do processo pela aplicação de um campo magnético, evitando dessa forma, a liberação de catalisador no efluente e permitindo o seu reuso. palavras-chave: processos oxidativos avançados. processo foto-fenton heterogêneo. efluente de processamento de batatas. ferrita. tratamento de efluente. abstract:this work deals with the degradation of effluent of a potato processing industry from itajubá (mg) region, which is a processed potato pole. the choice of this effluent is based on the fact that companies in the region are in search of a final destination more suitable for this type of waste which causes damage to fauna and flora. although not toxic, if this type of effluent is not treated correctly it can contribute to the disappearance of springs, the appearance of unpleasant odors in the rivers and damage to the local fauna and flora. the present study has the purpose to evaluate if the battery ferrite is effective in the treatment of effluent of the potato processing industry. therefore, different catalysts were used: fe(no3)3.9h2o and ferrite, different h2o2 (15 and 30 mmol l -1 ) concentrations with and without solar radiation in different treatment times of the potato effluent with ph value adjusted in 2.5. approximately 32% of mineralization of the effluent organic compounds were reached during the first ten minutes, demonstrating the effectiveness of ferrite as a catalyst in the process, as well as significant changes in the effluent color and elimination of the odor. in addition, the ferrites could be recovered at the end of the process by applying a magnetic field, thus avoiding the release of catalyst in the effluent and allowing its reuse. keywords: advanced oxidative processes. heterogeneous photo-fenton processes. potatoes processing effluent. ferrite. effluent treatment. 1 instituto de física e química, universidade federal de itajubá, minas gerais. autora correspondente: milady@unifei.edu.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p101-111 mailto:milady@unifei.edu.br 102 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. introdução no brasil, no ano de 2016, foi estimada a produção de 3 milhões de toneladas de batatas, sendo o estado de minas gerais o maior produtor 1 . além disso, o estado de minas gerais é também o maior produtor de batata processada no brasil e o número de empresas dedicadas a esse setor cresce cada vez mais 2 . o processamento da batata gera muito resíduo, pois aproximadamente 1/3 da produção incluindo casca e polpa são descartados 3 . assim, o principal componente do efluente gerado é o amido. o efluente contendo amido possui elevada demanda bioquímica de oxigênio (dbo) e não pode ser descartado sem tratamento adequado em recursos hídricos. os grânulos de amido são insolúveis em água fria e dilatam-se por absorção de água em até 25%. sob certas condições, eles podem criar uma suspensão coloidal. essas características tornam difícil o tratamento desses resíduos 4 . apesar de não tóxico, o não tratamento ou o tratamento inadequado desse tipo de efluente pode causar problemas como o desaparecimento de nascentes, aparecimento de odor desagradável nos rios em época de seca e, consequentemente, danos à fauna e à flora local. por outro lado, o processamento de batata (figura 1) usa grandes quantidades de água, como exemplo, em seu processo de lavagem. dessa forma, existe uma demanda para diminuição e/ou reuso da água nas indústrias de batata 5 . figura 1. etapas de processamento da batata 5 , que gera enormes quantidades de efluentes. as grandes empresas têm aplicado diversos tipos de tratamento para esse efluente, como tratamento anaeróbio, sistema de gerenciamento de resíduos sólidos, utilização do resíduo sólido na agricultura como biomassa 6 . no entanto, as pequenas empresas praticamente não possuem tratamento e as que o possuem fazem o tratamento físico-químico, que não é eficiente para esse tipo de efluente. assim, há a necessidade de desenvolver novos métodos de tratamento para esse tipo de efluente, menos onerosos, mais eficazes, que diminuam os impactos gerados na natureza e que gerem a menor quantidade possível de subprodutos. os processos oxidativos avançados (poa) têm sido eficientes no tratamento de efluentes complexos 7 . o processo fenton é um poa que utiliza a reação entre fe 3+ e h2o2 (ph = 2,5 – 3,0) para geração de radicais hidroxila (•oh), que reagem de forma rápida e não seletiva com quase todos os compostos orgânicos transformando-os em compostos não tóxicos, como co2, h2o e ânions inorgânicos. esse processo é melhorado com a aplicação de radiação, processo denominado de foto-fenton 8,9,10,11 . catalisadores sólidos têm sido utilizados em processos fenton e foto-fenton 12 , sendo interessante o emprego de ferritas como catalisadores no processo 103 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. heterogêneo de fenton, pois são óxidos ferromagnéticos podendo ser separados da solução através da utilização de um campo magnético externo, evitando a liberação do catalisador no efluente 13 . ferritas de zinco-manganês sintetizadas a partir da reciclagem de pilhas descartadas têm sido empregadas como catalisadores no processo heterogêneo de fenton 14 . poucos trabalhos são reportados na literatura que tratam efluentes de batata utilizando processo oxidativo avançado. vlyssides e colaboradores 15 hidrolisaram o efluente do processamento de através de reagentes de fenton obtendo a produção de glicose e de outros compostos biodegradáveis. neste trabalho, avaliou-se o processo fotofenton heterogêneo utilizando como catalisador ferritas de pilhas para o tratamento de efluente de uma indústria de processamento de batata da região de itajubá (mg). metodologia materiais nos experimentos, foram utilizados: ácido cítrico (synth), ácido bórico (synth), ácido sulfúrico (química moderna); fe(no3)3.9h2o (synth), hidróxido de sódio (synth); etilenoglicol (synth); e peróxido de hidrogênio 30% (merck). síntese de ferritas zn-mn a síntese da ferrita baseou-se no método citrato precursor, em que os íons metálicos foram complexados com um ácido carboxílico e esterificado com etilenoglicol. posteriormente, a resina poliéster formada foi calcinada em forno (digimec – fhmp) com atmosfera oxidante (ar comprimido) na temperatura adequada 13,14 . amostragem e armazenamento do efluente a coleta do efluente na indústria de processamento de batatas foi realizada utilizando-se um galão de 20 l após a decantação do amido por precipitação por gravidade (sem prévio tratamento químico). a partir de uma análise preliminar, observou-se que sua cor era esverdeada, com forte odor fétido, contendo algumas partículas sólidas em suspensão. durante todo o período do trabalho, o efluente foi armazenado em câmara fria (4ºc). as análises foram realizadas no centro de estudos em qualidade ambiental (cequam-unifei). caracterização físico-química do efluente dentre os parâmetros químicos de caracterização do efluente industrial foram analisados: demanda química de oxigênio (dqo), demanda bioquímica de oxigênio (dbo). também foram avaliados os parâmetros: ph, sólidos totais, sólidos voláteis, sólidos fixos, carbono orgânico total (cot) e quantidade de nitrogênio na amostra. a determinação da dqo foi feita utilizando-se o método colorimétrico 16 . a dbo foi determinada pelo método da diluição e incubação a 20 °c por 5 dias 17 . a mineralização da matéria orgânica na solução durante a fotodegradação foi monitorada por determinações de cot em um analisador de carbono modelo multi n/c 2100s (analitik jena). a determinação da quantidade de sólidos fixos, voláteis, totais e sedimentáveis também foi feita utilizando os métodos previsto no standard methods 16,17 . a determinação da concentração de nitrogênio na amostra foi realizada pelo método de kjeldahl 18,19 . experimentos de degradação do efluente do processamento de batata os experimentos de degradação foram efetuados utilizando processo homogêneo, tendo nitrato férrico hidratado (fe(no3)3·9h2o) na concentração de 0,030% (m/v) como catalisador e também catalisador heterogêneo ferrita de pilha 0,10% (m/v). as concentrações de peróxido de hidrogênio utilizadas foram 15 e 30 mmol l -1 , respectivamente. os experimentos foram realizados na ausência e presença de radiação solar durante 2 horas de reação, em que alíquotas da amostra foram analisadas em diferentes tempos. essas concentrações foram baseadas em artigo da literatura 3 que apresentava processos fenton e fotofenton de efluentes contendo concentrações de dqo próximas à do efluente em questão. 104 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. avaliação das variáveis na degradação do efluente o método de planejamento experimental fatorial fracionário 20 foi utilizado para estudar o efeito das variáveis na degradação do efluente de batata. examinaram-se 4 fatores em dois níveis. diferentes catalisadores: fe(no3)3.9h2o (0,030% m/v) e ferrita (0,10% m/v), diferentes concentrações de h2o2 (15 e 30 mmol l -1 ), na presença/ausência de radiação solar em diferentes tempos de tratamentos (10 e 120 minutos) em 250,00 ml de efluente de batata filtrado com valor de ph ajustado em 2,5 (com h2so4 0,1 mol l -1 ). a resposta estudada foi em termos de cot. a análise estatística foi efetuada no software statistica 7 ® . a tabela 1.variáveis (tempo, catalisador, h2o2 e radiação solar) em diferentes níveis para o estudo de degradação do efluente de batata variáveis níveis -1 +1 tempo (min) 10 120 catalisador (m/v) (fe(no₃)₃·9h₂o) 0,030% ferrita 0,10% h2o2 (mmol l -1 ) 15 30 mmol l -1 radiação solar ausente presente tabela 2.planejamento experimental envolvendo os fatores: tempo, catalisador, h2o2 e radiação solar codificados nos níveis apresentados na tabela 1 experimento tempo catalisador h2o2 radiação solar 1 +1 -1 -1 +1 2 -1 +1 +1 -1 3 -1 +1 -1 +1 4 -1 -1 +1 +1 5 +1 -1 +1 -1 6 +1 +1 -1 -1 7 +1 +1 +1 +1 8 -1 -1 -1 -1 a solução contendo a ferrita foi colocada em um frasco âmbar, mantida sob agitação mecânica (agitador fisatom modelo 715) e incidência direta da radiação solar. para efeito de comparação, as amostras para análise foram retiradas utilizando-se a mesma dose de energia 21 . utilizou-se radiômetro (modelo solar light pma 2200) para medir as doses de energia (j cm -2 ). posteriormente, as amostras foram filtradas em membranas de 0,45 μm (química moderna), de forma a se eliminar a ferrita precipitada em solução. os experimentos foram realizados no inverno, entre o horário de 10 a 14 horas. a utilização do planejamento experimental fatorial em estudos que abrangem muitas variáveis, como é o caso do tratamento de efluentes de batata, é importante, pois torna possível o planejamento e a realização dos experimentos de maneira efetiva, https://www.google.com.br/search?q=tupperware+circular&client=firefox-b-ab&biw=1366&bih=631&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=x&ved=0ahukewjq0ujdmedoahudpx4khtqcboaqsaqihg 105 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. economizando tempo e recursos financeiros, obtendo-se resultados satisfatórios 20,22 . resultados e discussão caracterização físico-química do efluente de batata o efluente de processamento de batata consiste em uma solução que possui amido sólido disperso. no tratamento que a empresa estava empregando, essa solução passava por uma canaleta onde o amido sólido se precipitava e a solução resultante era direcionada para um tanque onde anteriormente se fazia um tratamento físicoquímico e que na época da coleta estava desativado. a empresa estava buscando reaproveitar a parte sólida que fica na canaleta, utilizando-a na agricultura ou agropecuária. neste trabalho, utilizou-se apenas a parte líquida do efluente e a coleta foi realizada na extremidade da canaleta. o líquido era esverdeado, tinha um odor fétido e ainda possuía sólidos dispersos. devido a esse fato, a solução foi filtrada com papel de filtro comum (prolab) antes das análises químicas e para os experimentos de degradação. a tabela 3 apresenta os parâmetros físico-químicos analisados para a caracterização do efluente. tabela 3: caracterização do efluente de indústria de processamento de batata parâmetros resultados (mg l -1 ) dbo 729 dqo 749 cot 1080 sólidos fixos voláteis totais sedimentáveis 101 1688 1795 1 ml h -1 nitrogênio 96 ph 6,5 os padrões de lançamento de efluentes líquidos, de forma direta ou indireta, nos cursos d’água do estado de minas gerais são estabelecidos pela deliberação normativa copam nº 010/86 23 . dessa forma, considerando-se os lançamentos de efluentes de forma direta ou indireta nos corpos d’água, tem-se que os valores máximos para dbo e dqo são, respectivamente, de 60 mg l -1 e de 90 mg l -1 , considerando-se os rios de classes 1 a 4 23 . como se pode observar na tabela 3, os valores para o efluente em questão estão acima dos valores estabelecidos pela legislação. analisando-se o resultado obtido para nitrogênio (n), na tabela 3, tem-se que, de acordo com a resolução do conselho nacional do meio ambiente (conama) 24 a concentração de nitrogênio obtida excede o valor estabelecido em relação às condições e padrões de lançamentos de efluentes, uma vez que a norma considera como concentração máxima 20 mg l -1 de n. como limites estabelecidos para o estado de minas gerais 23 temse que o valor máximo de concentração de nitrogênio é de 5 mg l -1 , considerando-se os rios de classes 1 a 4. a concentração de nitrogênio obtida para o efluente foi de 96 mg l -1 . portanto, o efluente em questão apresenta concentração de nitrogênio que supera muitas vezes o máximo valor estabelecido pela legislação. no que se refere à concentração de sólidos fixos, a dn copam nº 010/86 23 estabelece uma concentração máxima diária de 100 mg l -1 , bem como uma concentração média mensal de 60 mg l -1 de sólidos suspensos, considerando-se os corpos 106 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. d’água de classes 1 a 4 23 . além disso, de acordo com a deliberação citada, bem como a resolução conama 24 , tem-se que a velocidade de deposição das partículas no cone de innhoff não deve ultrapassar o valor de 1 ml h -1 , para um teste de 1 hora. portanto, o resultado obtido se enquadra no estabelecido pela resolução conama em relação à análise mencionada, sendo a única exceção em relação aos resultados obtidos para os outros parâmetros. a biodegradabilidade do efluente pode ser estimada pela razão entre dbo e a dqo, que se aproxima de 1 para esse efluente. sarria e colaboradores 22 encontraram que, se a relação é maior que 0,33, o efluente é facilmente biodegradável. no entanto, devida à alta carga orgânica nesse efluente e alta dbo e dqo é exigido tempo para ser degradado, grande área e o repentino aumento da dbo por qualquer motivo, seja aumento na produção em uma determinada semana, pode intumescer o lodo 5,25 . e em geral as pequenas e médias empresas não possuem disponibilidade de área para o tempo de retenção necessário que pode chegar a até 52 dias 5 . outro problema é que esses efluentes podem conter fenóis e altas concentrações de n que prejudicam a biodegradação 5 . resultados do tratamento do efluente do processamento de batata a figura 2 apresenta a superfície de resposta obtida a partir dos experimentos realizados de acordo com a tabela 2. a resposta utilizada foi em termos de cot. figura 2.superfície de resposta, onde x = tempo, y= catalisador e z= mineralização (%) utilizando os experimentos da tabela 2. observa-se que o catalisador heterogêneo ferrita resultou em maior mineralização que o processo homogêneo usando fe(no3)3, principalmente no início da reação com mineralização de 32% nos primeiros 10 minutos sob radiação solar. nestes experimentos empregouse concentração relativa de fe no catalisador heterogêneo equivalente a 556 mg de fe/l de solução (baseado nos resultados publicados 14 pelo grupo, considerando a análise elementar da ferrita por fluorescência de raios x), enquanto que, para os experimentos empregando nitrato férrico nonahidratado, a concentração relativa de fe foi de 41,5mg fe/l. há de considerar que as concentrações empregadas de nitrato férrico e ferrita foram as que apresentaram melhor degradação (condição otimizada). embora a concentração relativa de fe na ferrita em solução seja consideravelmente maior que a de nitrato férrico (556 mg/l e 41,5 mg/l, respectivamente) os íons fe 3+ estão disponíveis na sua totalidade no nitrato férrico, considerando que a concentração utilizada está bem abaixo do limite de solubilidade deste sal, enquanto que na ferrita, os íons de ferro presentes (fe 2+ e fe 3+ ) estão associados a sua estrutura cristalina. o emprego de ferrita ainda apresenta a vantagem de poder ser separada da solução por 107 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. meio de um campo magnético (imã). isso previne a necessidade de mais uma etapa química para remover o catalisador, como aumento do ph para remover os íons de ferro, o que gera lodo de hidróxido de ferro. prevendo uma aplicação, a ferrita poderá ser empregada em um reator, e estudos adicionais poderão revelar sua capacidade de reutilização para esse tipo de efluente e seu tratamento, sem a necessidade de armazenamento do efluente por um grande período. a maior concentração de h2o2 (30 mmol l -1 ) apresentou maior eficiência de degradação tendo em vista que mais radicais livres (˙oh) são produzidos, uma vez que essas espécies são essenciais para o processo de degradação da matéria orgânica 10 . a figura 3 apresenta o comportamento da degradação em função do tempo reacional e da presença da radiação solar. figura 3. tempo de reação e radiação solar na mineralização do efluente de batata. observa-se que, com a radiação solar, ocorre a ativação do catalisador principalmente no tempo inicial da reação, favorecendo a transição eletrônica da banda de valência para a de condução do catalisador ferrita, melhorando assim a mineralização (32%) do efluente. o modelo matemático empírico, codificados e de 2ª ordem, encontrado com seus respectivos coeficientes estatísticos está apresentado na equação 1, em que os valores são os de significância estatística (95% de confiança). degradação (%) = 25,625 – 0,375.t + 2,375.c + 0,375.p +1,125.r -3,625.t.c+ 0,375.t.p – 0,875.t.r (equação 1) em que ttempo, ccatalisador, r radiação, p peróxido (tabela 1). tabela 1 na otimização experimental, as amostras consideradas foram filtradas em membrana de 0,45 µm, cuja carga orgânica de cot inicial foi de 695 108 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. mg l -1 . as melhores condições obtidas foram: ferrita 0,10% (m/v), tempo: 10 minutos, [h2o2]: 30 mmol l -1 e sob radiação solar. os resultados da remoção de cot nas condições otimizadas estão apresentados na figura 4. figura 4: remoção de cot ([cot0]= 695 mg l -1 ) no tratamento do efluente de batata utilizando o processo foto-fenton heterogêneo solar (∑ de energia : 31 j cm -2 ); [ferrita]= 0,10% m/v; [h2o2] = 30 mmol l -1 em 250,00 ml de solução. a figura 4 mostra que após 120 minutos de radiação solar houve mineralização de 22% da matéria orgânica da solução, o que significa uma remoção de 153 mg l -1 de carbono. esse é um valor de remoção apreciável para um pequeno período, visto também que durante o processo há dissolução de material particulado, verificado pelo aumento na concentração de carbono após 10 minutos de exposição à radiação e a carga orgânica só tende a se estabilizar após 1h de exposição. observou-se experimentalmente que também houve eliminação do odor fétido e da cor esverdeada do efluente após 1 h de tratamento conforme imagem da figura 4. analisando a literatura 5 , verifica-se que o pré-tratamento e/ou tratamento primário remove em média 25% da matéria orgânica prioritariamente ao tratamento biológico. no entanto, muitas etapas e/ou adição de produtos químicos são necessários. nesse contexto, o processo foto-fenton heterogêneo poderia ser utilizado como pré-tratamento, considerando que remove matéria orgânica com menor número de etapas, adição de produtos químicos e geração de subprodutos que os métodos físicos e químicos atualmente empregados. além disso, é conhecida a capacidade do método fenton em aumentar a biodegradabilidade desse tipo de efluente 15 . conclusões este trabalho apresentou o desenvolvimento de uma tecnologia para o pré-tratamento de um efluente de uma indústria de processamento de batatas. foram realizadas análises prévias acerca da caracterização do efluente e observou-se que os parâmetros analisados estão acima dos limites estabelecidos pela legislação vigente no brasil. o uso de ferritas de pilhas descartadas como catalisador da fotodegradação do efluente da indústria de batata teve uma eficiência de 32% de 109 eclética química journal, vol. 41, 101-111, 2016. mineralização da solução durante os 10 minutos iniciais. esses resultados são bastante interessantes para o uso desse processo como pré-tratamento aos tratamentos convencionais. o uso das ferritas como catalisador permite sua recuperação ao final do processo com aplicação de um campo magnético, sem que haja descarte de íons de ferro para o ambiente. essa solução também é bastante atraente para uma futura aplicação in situ, visando o desenvolvimento de reatores e o tratamento contínuo do efluente. com esses resultados, conclui-se que a ferrita de pilhas descartadas pode ser aplicada no processo foto-fenton solar para o tratamento de efluentes de indústria de processamento de batata. referências [1] associação brasileira da batata, batata brasil: área, produção e produtividade disponível em: http://www.abbabatatabrasileira.com.br/site/wp-content/uploads/2016/12/%c3%81reaprodu%c3%87%c3%83o-e-produtividade.pdf. acesso em 28 de set.(2017). 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[25] h. j. porwal, a. v. mane, s. g. velhal, biodegradation of dairy effluent by using microbial isolates obtained from activated sludge. water res. environ. ind., 2015, 9, 1-15. 47eclética química, 36 (3), 47-53, 2011. sendo assim, este trabalho tem por objetivo estudar a incoporação de nb nas zeólitas zsm-5 e y visando aumentar a atividade destes materiais. zeólitas são aluminossilicatos hidratados, que apresentam um esqueleto cristalino formado pela combinação tridimensional de tetraedros to4 (t= si, al, fe, p...) unidos entre si através de átomos de oxigênio. nas zeólitas mais comuns, t representa aos elementos si e al. sendo o alumínio trivalente, os tetraedros alo4 induzem cargas negativas na estrutura, que são neutralizadas por cátions de compensação intercambiáveis. a estrutura das zeólitas apresenta canais e cavidades de dimensões moleculares, nos quais se encontram moléculas de água, adsorbatos e cátions compensadores de carga. a zeólita sintética do tipo y tem em sua estrutura [7], a unidade fundamental sodalita, que é um octaedro truncado constituído de unidades tetraédricas de alo4 e sio4. estes octaedros truncados são interligados através introdução os catalisadores contendo nióbio têm sido alvo de intensa pesquisa, principalmente devido à suas propriedades ácidas e redox [1-4]. os compostos de nióbio exibem propriedades diferenciadas que não são observadas nos compostos de seus elementos vizinhos da tabela periódica. algumas delas tais como a estabilidade ou a forte interação metal-suporte são muito importantes, dependendo da aplicação desejada [5]. recentemente, o nióbio surgiu como um importante constituinte em catalisadores heterogêneos, agindo como componente cataliticamente ativo ou como promotor em formulações multicomponente, e estes catalisadores podem ser empregados em uma grande quantidade de reações de hidrogenação e oxidação[6]. desta forma, uma alternativa interessante para se obter catalisadores com uma estrutura cristalina bem definida, com alta seletividade e com grande estabilidade térmica, seria a utilização de zeólitas[7] como matriz de estabilização. niobium incorporation on zeolites: use as catalysts in the h2o2 decomposition. in this work, the comercial zeolites zsm-5 and y were submitted to previous ionic change with nh4no3, followed by the addition of nb. the incorporation of nb on its structure aims increasing the acidity and improved the catalyst activity of these zeolites. the materials obtained are characterized by x-ray diffraction patterns, chemical analysis, sem and textural analysis by n2 adsorption. furthermore, the materials were avaliated by decomposition reaction of the h2o2. the nb presence improved the catalytic activity for h2o2 decomposition. moreover, high amounts of nb incorporated into zeolites caused a partial destruction of the structure of the materials as evidenced by x-ray diffraction patterns. palavras-chave: zsm-5; y; nb; decomposição catalítica. incorporação de nb em zeólitas: uso como catalisadores na decomposição do peróxido de oxigênio selma calgaroto, cléber calgaroto, fábio g. penha departamento de química, universidade regional integrada do alto uruguai e das missões, campus erechim, av. sete de setembro, 1621, 99700-000 erechim – rs. sibele b. c. pergher* departamento de química, universidade federal do rio grande do norte, av. senador salgado filho, 3000, 59.078-970 natal – rn. luiz carlos a. oliveira departamento de química, universidade federal de lavras, caixa postal 3037, cep 37200-000 lavras-mg. * e-mail: sibelepergher@gmail.com o h2o2 é um oxidante eficiente, seguro e de custo acessível, utilizado há algumas décadas em aplicações ambientais em todo o mundo [16]. a destruição de cloro residual e componentes reduzidos, tais como tiossulfato, sulfetos e sulfitos; redução da demanda química e bioquímica de oxigênio [17-19] oxidação de poluentes orgânicos [20]; oxidação de componentes inorgânicos [21-22] são apenas alguns dos usos desse oxidante. o tratamento de águas e esgotos e efluentes indústrias empregando-se h2o2 é uma prática comum há pelo menos 20-25 anos em países desenvolvidos [23 – 25]. o peróxido de hidrogênio é relativamente estável em solução, sendo necessária uma espécie orgânica, um metal de transição ou radiação para ativálo. esta ativação pode ser feita de diferentes maneiras: (i) reagindo-se h2o2 com espécies metálicas capazes de gerar espécies metal-peroxo ou metal-hidroperoxo, como ti (iv), v(v), mo (vi), nb(v), w(vi) e re (vii); (ii) usando h2o2 como doador de oxigênio, produzindo espécies metal-oxo, que são muito reativas. nesses casos, utilizam-se sistemas baseados em fe (iii), mn (ii) e ru (ii). nas últimas décadas, as espécies peroxo e hidroperoxo formadas com os metais de transição, mo, w, v, nb, tem atraído especial atenção devido à sua coordenação química, importância biológica (atividade antitumoral), bem como seu papel como catalisador em diversos processos, como: oxidação de sulfetos, alquenos, álcoois, hidrocarbonetos e aromáticos e fosfinas [26]. parte experimental materiais as zeólitas zsm-5 e y utilizadas neste trabalho são zeólitas comerciais e foram fornecidas pelo instituto de tecnologia química itq de valência. os materiais preparados foram denominados conforme o tratamento recebido. antes do nome da zeólita foi colocado o símbolo h para indicar que nestes materiais foi realizada uma troca iônica com h+. após o nome da zeólita foi colocado o símbolo nb para os materiais tratados com o composto de nb e após este símbolo o número indicando a quantidade em gramas deste composto empregado no tratamento, exemplos: hzsm 5nb0,5 e hynb1. troca iônica as zeólitas (zsm-5 e y) foram submetidas à de prismas hexagonais dando origem a vários tipos de cavidades. (figura 1). a zeólita zsm-5 caracteriza-se por um alto teor de silício (si/al > 15). a cela unitária da zsm-5 apresenta a seguinte fórmula empírica: mn aln si (96-n) o192.16 h2o, onde m é o cátion de valência n. a zsm-5 possui muitas aplicações industriais devida à sua alta seletividade em determinadas reações catalíticas e ao alto grau de estabilidade térmica e ácida [8]. esta zeólita não possui cavidade. (figura 2). figura 1. estrutura da zeólita y. figura 2. estrutura da zeólita zsm-5. o brasil é o maior produtor mundial de nb, representando 96,6% do total [9], o que torna economicamente viável o seu uso em diversos materiais. atualmente, a aplicação mais importante desse metal é como elemento de liga [10]. recentemente, diversos estudos têm relatado o uso de compostos de nióbio como catalisadores para a ativação de agentes oxidantes visando a oxidação de poluentes em meio aquoso [11-13]. carvalho e colaboradores (2009) utilizaram composto de nióbio em meio aquoso (h2o2) e em fase gasosa (o2) para degradação do corante azul de metileno. em outro estudo [11], na degradação do mesmo corante, foram utilizados compostos de nb associados com hematitas como catalisador em presença de h2o2 e luz uv. assim, os catalisadores à base de nióbio são eficazes em processos de controle de poluição, oxidação seletiva, hidrogenação e desidrogenação, desidratação, hidratação, fotoquímica, eletroquímica e polimerização [14-15]. 48eclética química, 36 (3), 47-53, 2011. um espectrômetro de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (icp-oes), com nebuilizador do tipo gemcone, câmara de nebulização scott, 309,418 nm, 269,706 e 292,781. microscopia eletrônica de varredura as análises de microscopia eletrônica de varredura foram realizadas na universidade federal do rio grande do sul (ufrgs), em um microscópio mev ssz 550 shimadzu e as amostras foram previamente recobertas com um filme de ouro. análise textural por adsorção de nitrogênio (área bet) as medidas de área superficial específica foram realizadas no laboratório de química ambiental da uri erechim por adsorção de nitrogênio, utilizando o aparelho quantachrome nova 2200e. para as análises se utiliza aproximadamente 100 mg de amostra, e estas são tratadas a 150° c por aproximadamente 4 horas com fluxo de ar sintético, após este tratamento se realizam as medidas de adsorção/dessorção. teste catalítico decomposição de peróxido de hidrogênio (h2o2) a decomposição de h2o2, representada pela equação 1, foi acompanhada pela medida volumétrica da quantidade de gás o2 formado, utilizando o sistema mostrado na figura 3. eq. 1 h2o2 h2o + ½ o2 figura 3. sistema utilizado para estudar a decomposição de h2o2 catalisada pelos materiais com nióbio. as reações foram realizadas a temperatura ambiente, utilizando-se 4 ml de solução de h2o2 (30% troca iônica com nh4no3. 12 g das zeólitas (zsm-5 e y) foram adicionadas a 180 ml de nh4no3 1 mol/l. a mistura permaneceu em refluxo a 80°c por 8 horas. após este período, o sólido foi separado por filtração, lavado com água destilada e seco na estufa a 100°c. as amostras foram calcinadas a 500° por 5 horas, obtendose então as zeólitas (hzsm-5, hy). zeólitas trocadas com nb* o composto de nióbio utilizado durante o trabalho foi o oxalato amoniacal de nióbio (nb*), cedido pela cbmm – companhia brasileira de metalurgia e mineração. foram misturadas 2g de zeólitas (hzsm5, hy) em 40 ml de uma solução aquosa de oxalato amoniacal de nióbio contendo 0;5, 1; 5,0 g de nb*. em seguida aqueceu-se a mistura a 80°c, deixando-a sob agitação durante 4 horas. ao final desse tempo os sólidos são separados por filtração, lavados com água destilada e secos a 100°c. caracterização dos materiais todos os materiais preparados foram caracterizados por diversas técnicas complementares: difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura, análise química e análises textural por adsorção de nitrogênio. a atividade catalítica foi avaliada através da reação de decomposição de h2o2. difração de raios-x as análises foram realizadas em laboratório de difratograma de raios-x no centro de estudos em petrologia e geoquímica – cpgq instituto de geociências – da universidade federal do rio grande do sul (ufrgs), sendo que o equipamento utilizado foi diffraktometer – modelo d5000 (siemens) utilizando filtro de ni e radiação cu-ka (λ = 1,54 nm). análise química as amostras foram moídas em gral de ágata e decompostas em frasco de politetrafluoretileno com aquecimento por microondas sob pressão (190°c) por 30 min. foi usada a seguinte mistura ácida para a decomposição: 4 ml de hno3, com 4 ml de hf concentrados. as determinações foram feitas na universidade federal de santa maria (ufsm), em 49eclética química, 36 (3), 47-53, 2011. tabela 1. cristalinidades relativas dos materiais (%). sem nb 0,5 nb 1 nb 5 nb zéoliota y 100 78 52 0 zeólita zsm-5 100 93 91 24 y zsm5 nh4 0,5g nb* 1 g nb* 5 g nb* figura 6. micrografias dos materiais preparados. em todas as amostras foi realizada uma análise para determinar a área superficial específica por adsorção de nitrogênio (bet), sendo que os resultados obtidos encontram-se na tabela 2. observa-se que os valores mais altos de área bet são obtidos para as zeólitas com menores quantidades de nb incorporado. com isso, verifica-se, que maiores teores de nb levam à modificações nas proriedades texturais dos materiais evidenciadas pela diminuição de área superficial e de volume de poros. esse efeito, como observado nas análises de difratometria de raios-x, é mais pronunciado na zeólita y. possivelmente, isso se deve ao fato de que essa zeólita possui poros formados por 12mr, tendo uma estrutura mais aberta que a zsm-5 (poros de 10mr), por isso possui maior área e volume de poros. ao incorporar nb (tabela 3), provavelmente, além de uma destruição parcial da estrutura, esteja ocorrendo bloqueio dos poros v/v), 5 ml de água mili-q e 100 mg do material (zeólitas zsm5 e y). a mistura reacional foi mantida sob agitação magnética por aproximadamente 60 minutos. anotaram-se os volumes de o2 liberado. testes catalíticos também foram realizados empregando a zeólita hy0,5nb e diferentes quantidades de catalisador (50, 100 e 200 mg) e diferentes quantidades de h2o2. (2, 4 e 8 ml). resultados e discussão os materiais foram inicialmente caracterizados por difratometria de raios-x. as figuras 4 e 5 apresentam os difratogramas das amostras. figura 4. difratograma de raios x dos materiais obtidos da zeólita zsm-5. figura 5. difratograma de raios x dos materiais obtidos da zeólita y. os resultados de difração de raios-x (figuras 4 e 5), apontaram que maiores teores de nb levam a uma destruição parcial da estrutura, este efeito é mais evidenciado na zeólita y. a tabela 1 apresenta as cristalinidades relativas dos materiais comprovando que a perda de cristalinidade da zeólita y é muito elevada. isso também é observado através das micrografias (figura 6), onde com o aumento do teor de nb incorporado ocorre uma brusca modificação na morfologia dos materais, tornando-se aparentemente menos cristalinos para teores elevados de nb (5g de nb*). 0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 zsm5nb5,0 zsm5nb1,0 zsm5nb0,5 zsm5 int en sid ad es (u .a. ) 2θ 0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 ynb5,0 ynb1,0 ynb0,5 y int en sid ad es (u .a. ) 2θ 50eclética química, 36 (3), 47 -53, 2011. observa-se, de maneira geral, que os materiais com teores elevados de nb apresentaram menor atividade na decomposição do peróxido de hidrogênio, isto ocorre provavelmente pela perda estrutural das zeólitas e perda de área superficial. além disso, com maiores quantidades de nb no material, pode ocorrer bloqueio dos sítios ácidos pelo metal, acarretando perdas de atividade catalítica [27]. ao aumentar a quantidade de nb incorporado na zeólita zsm-5 de 1 para 5%, a atividade na decomposição de h2o2 diminui, sendo que o tempo de decomposição passa de 15 a 30 minutos respectivamente. no caso da zeólita y, que possui poros maiores e maior área superficial, o aumento inicial da quantidade de nb incorporado (da amostra hynb0.5 a hynb1) leva a um acréscimo na atividade de decomposição do h2o2, entretanto para quantidades elevadas de nb incorporado ocorre grande perda da atividade. esta perda de atividade ocorre supostamente devido a destruição da estrutura zeolítica evidenciada pelo difratograma de raios-x. figura 7. decomposição de h2o2. é consenso na literatura científica [11 – 28] que a decomposição de peróxido de hidrogênio pode ocorrer via mecanismos radicalar, com formação de radicais do tipo *oh, *ooh, entre outros. no entanto, existe a possibilidade de que a decomposição ocorra via sítios vacantes como descrito por oliveira et al 2008 [29]. o gráfico da figura 8 apresenta o acompanhamento cinético mostrando a concentração de água oxigenada com o tempo de reação para a zeólita hy impregnada com 0,5 % de nb em três diferentes concentrações iniciais de água oxigenada. nota-se, pela linearidade no gráfico concentração versus tempo, um comportamento teórico de uma cinética de ordem zero. pela inclinação da reta obtém-se a constante de velocidade (k) da reação num valor de 1,6 mol/l.min. 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 h 2o 2 (m mo l) tempo (min) hy 5 nb hy 1 nb hy 0,5 nb zsm-5 0,5 nb zsm-5 1 nb zsm-5 5 nb diminuindo desta forma a acessibilidade da molécula de nitrogênio para as medidas de adsorção. a tabela 3 apresenta a quantidade de nb incorporada nas amostras e a efetividade de incorporação em relação à quantidade de nb adicionada e a ctc (capacidade de troca catiônica) máxima. observa-se que as amostras preparadas com 0,5g do composto de nióbio conduziram a materiais com teores de 4,3-4,6% de nb incorporado indicando uma incorporação de aproximadamente 80% e valores abaixo da ctc máxima. quando se empregam valores maiores de nb, observa-se uma maior incorporação de nb nas amostras alcançando valores acima de 100% em relação à ctc máxima. isto significa que o excesso de nb incorporado não está compensando carga, mas depositado na superfície do material. tabela 2. áreas específicas e volume de poros para os materiais. amostras sbet (m2/g) smicro (m2/g) sext (m2/g) vtotal (cm3/g) vmicro (cm3/g) vbhj (cm3/g) hy 503 453 50 0,280 0,234 0,0315 hy nb* 0,5 388 341 47 0,219 0,175 0,0291 hy nb* 1,0 302 256 46 0,173 0,131 0,0237 hy nb* 5,0 248 157 91 0,145 0,0767 0,0274 hzsm5 364 268 96 0,296 0,136 0,109 hzsm5 nb*0,5 322 218 104 0,244 0,110 0,097 hzsm5 nb* 1,0 316 208 108 0,241 0,106 0,090 hzsm5 nb* 5,0 277 206 71 0,228 0,105 0,178 tabela 3. análise química dos materiais e efetividade de incorporação (%). amostra quantidade de nb incorporado na amostra (%) efetividade da incoporação em relação a quantidade de nb adicionada (%) efetividade da incorporação em relação a ctc de cada material (%)* hy nb0,5 4,6 83,6 89,5 hy nb1 7,8 71,2 152,0 hy nb5 15,5 28,3 301,7 hzsm5nb0,5 4,3 78,9 86,7 hzsm5nb1 6,6 60,3 132,4 hzsm5nb5 16,8 30,7 338,0 * valores acima de 100% significam que o material incorporado não está compensando carga, e sim depositado na superfície. a eficiência catalítica dos materiais foi testada na decomposição de peróxido de hidrogênio. os perfis de decomposição de h2o2 são mostrados na figura 7. 51eclética química, 36 (3), 47-53, 2011. uma diminuição da atividade na decomposição do h2o2 possivelmente pelas modificações nas propriedades cristalinas e texturais das zeólitas. referências [1] m. ziolek, catal. today. 78 (2003) 47. [2] l. c. a. oliveira, t. c. ramalho, m. gonçalves, f. cereda, k. t. g. carvalho, m. s. nazzarro, k. sapag, chem. phys. lett. 446 (2007) 133. [3] a. esteves, l. c. a. oliveira, t. c. ramalho, m. gonçalves, a. s. anastácio, h. w. p. carvalho, catal. commun. 10 (3) (2008) 330. [4] t. c. ramalho, l. c. a. oliveira, k. t. g. carvalho, e. f. souza, m. nazzarro, mol. phys. 107 (2009) 171. [5] e. l. gomes, tese de doutorado, universidade federal de são carlos, brasil, 2005. [6] a. o. florentino, m. j, saeki, p. cartraud, p. magnoux, m.guisnet, quím. nova 20 (1997) 9. [7] g.g. pace, a. m. rendón, g. r. fuentes, zeólitas: características, propiedades y aplicaciones industriale, editorial innovación tecnológica facultad de ingeniería, ucv, venezuela, 2000. [8] f. lemos; f. r. ribeiro, m. kern, g. giannetto, m. guisnet, appl. catal. 29 (1997) 43. [9] http://www.dnpm.gov.br, acessada em setembro de 2009. [10] http://www.cbmm.com.br, acessada em setembro de 2009. [11] a. c. silva, d. q. l. oliveira, l. c. a. oliveira, a. s. anastácio, t. c. ramalho, j. h. lopes, h. w. p. carvalho, c. e. r. torres, app. catal. a: gen. 357 (1) (2009) 79. [12] l. c. a. oliveira, m. gonçalves,d. q. l. oliveira, a. l. n. guarieiro, m. c. pereira quím. nova 30 (4) (2007) 925. [13] m. gonçalves, m. c. guereiro, l. c. a. oliveira, c. l. da rocha, quím. nova 31 (7) (2008) 1636. [14] i. nowak, m. ziolek, chem. rev. 99 (12) (1999) 3603. [15] k. tanabe, catal. today 78 (2003) 65. [16] e. neyens, j. a. baeyens, j. harzad. mater. 98(2003) 33. [17] b. c. larisch, j. b. duff, water sci. technol. 35 (1997) 163. [18] w. rempel, o. turk, j. e. g. sikes, j. pulp pap. sci. 18 (1992) j77. [19] e. simpura,k pakarinen, tappi environ. conf. proc. (1993) 865. a velocidade de decomposição da água oxigenada independe da sua concentração, entretanto, depende da massa de catalisador empregada como mostra o gráfico da figura 9. nota-se um aumento linear em k com o aumento da massa de catalisador. figura 8. concentração h2o2 em função do tempo para hy0, 5nb. figura 9. constante de velocidade (k) em função da massa do catalisador empregada. conclusões a incorporação de nb nas estruturas zeolíticas zsm-5 e y foi efetiva, entretanto elevados teores de nb levam à obstrução dos poros e destruição parcial da estrutura cristalina. os materiais zeolíticos impregnados com nb foram ativos na decomposição do peróxido de hidrogênio, sendo que a atividade é influenciada principalmente pela estrutura do suporte zeolítico. teores elevados de nb incorporados levam a 52eclética química, 36 (3), 47 -53, 2011. [20] c. j. lu, l. c. fan, c. m. lee, water sci. technol. 34 (1996) 359. [21] n. j. rossi, metal finishing 95 (1997) 16. 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[29] l. c. a. oliveira, t. c. ramalho, e. f. souza, m. gonçalves, d. q. l. oliveira, m. c. pereira, j. d. fabris, appl. catal. b: environ.83 (2008) 169. 53eclética química, 36 (3), 47 -53, 2011. www.scielo.br/eq volume 35, número 2, 2010 51ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 2010 artigo/article desenvolvimento de um método analítico rápido e eficiente para a determinação de corticosteróides plasmáticos por injeção direta em coluna cromatográfica isrp-c18 por clae. e.a. toledo-pinto1, m.l. menezes1, o.c.m. pereira2 1departamento de química, faculdade de ciências, universidade estadual paulista, av. edmundo carrijo coube nº 14-01, cep 17033-360, bauru, são paulo, brasil. 2departamento de farmacologia, instituto de biociências, universidade estadual paulista, distrito de rubião jr., s/nº, cep 18618-000, botucatu, são paulo, brasil. elianetol@hotmail.com resumo: o presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um método analítico simples, rápido e eficiente para a determinação de corticosteróides (cortisona, corticosterona, acetato de hidrocortisona e acetato de dexametasona) em amostras sangüíneas de ratos empregando um sistema isocrático de cromatografia líquida de alta eficiência (clae) com detecção ultravioleta. o método envolveu a injeção direta da amostra sangüínea em uma coluna cromatográfica com superfície interna de fase reversa (isrp-c18), empregando a fase móvel composta por tampão fosfato ph 4,0: acetonitrila (65:35 v/v). a detecção dos analitos foi obtida, através de um detector de ultravioleta de comprimento de onda variável (varian modelo 2550) ajustado em 240 nm e um integrador sp 4400 chromaject (varian associates, inc, sunnyvale, ca, usa). a extração do analito resultou em valores de recuperação entre 90% e 108%, e coeficiente de variação entre 1,1% a 2,5%. os limites de detecção e quantificação do método foram de 0,02 e 0,04 µg ml-1, respectivamente. assim, o método analítico proposto possibilitou a injeção direta (on-line) da amostra sem tratamento prévio apresentando também várias vantagens, tais como: rapidez, exatidão, precisão e especificidade. palavras-chave: corticosteróides, amostra biológica, coluna isrp-c18, clae. introdução corticosteróides os corticosteróides também chamados de adrenocorticosteróides são hormônios de natureza esteroídica produzidos na porção cortical das glândulas adrenais, que estão localizados exatamente no pólo superior de ambos os rins [1]. estes hormônios são sintetizados a partir do colesterol e constituem três famílias: os glicocorticóides, os mineralocorticóides e os andrógenos adrenais. os glicocorticóides atuam primariamente no metabolismo das proteínas, carboidratos e lipídios, e os principais hormônios endógenos são o cortisol e a corticosterona, como exemplos de sintéticos: cortisona, prednisona, metilprednisona, dexametasona, entre outros [2]. os mineralocorticóides atuam ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 201052 artigo article quase exclusivamente em tecidos de troca iônica, reabsorvendo sódio e fluídos, excretando potássio e hidrogênio (equilíbrio eletrolítico), o principal hormônio endógeno é a aldosterona, entre os sintéticos têm-se: 9 α-fluorocortisol e cortisona [3]. os androgênios ou estrogênios atuam sobre as características sexuais secundárias em seus órgãos específicos. considerações sobre análise de corticosteróides radioimunoensaio e ensaios com ligantes protéicos competitivos são freqüentemente usados como métodos de escolha para dosagem de cortisol em humanos. embora estes métodos sejam muito sensíveis, não possuem alta especificidade. a necessidade de desenvolver uma metodologia mais rápida, precisa e específica para analisar corticosteróides em amostras biológicas conduziu muitos pesquisadores a utilizar a cromatografia ou cromatografia líquida de alta eficiência. usualmente para analisar corticosteróides, é necessário um pré-tratamento das amostras de urina incluindo hidrólises enzimáticas, e extração líquido-líquido (lle) ou extração de fase sólida (spe) [1, 4, 5, 6, 7]. já a determinação de corticosteróides em plasma por cromatografia líquida consiste em extração das proteínas e purificação dos analitos antes de injetá-los no sistema. separação de hormônios esteróides por clae com detecção ultravioleta e fluorescência têm sido amplamente utilizados. estes métodos permitem uma determinação bem específica dos corticosteróides tanto na urina como no plasma, providenciando um bom método para as análises [6]. diferentes métodos de clae para separação de compostos e misturas complexas de corticosteróides utilizando convencionalmente fases móveis têm sido recentemente desenvolvidos e aplicados para amostras de urina, plasma e formulações farmacêuticas [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]. em todos os métodos abordados constatou-se que houve a necessidade de um pré-tratamento da amostra empregando a técnica de extração em fase sólida ou extração por solventes. embora as técnicas off-line sejam mais seletivas e modernas, alguns problemas ainda persistem como, por exemplo: o tempo gasto no preparo das amostras, manuseio laborioso nesta etapa e os materiais empregados no desenvolvimento de um método, ou são descartáveis, ou têm tempo de vida curto. assim, o uso de procedimentos on-line vem se destacando em decorrência de suas vantagens: eliminação dos erros humanos de manipulação, diminuição do tempo de assistência do analista durante a análise, minimização de perdas de analito, melhora na precisão e exatidão do método e segurança oferecida por esta técnica ao analista, uma vez que o manuseio de amostras perigosas ou infecciosas é reduzido [12, 13]. os métodos supracitados não foram validados corretamente, com exceção dos trabalhos de marwah e cols. (2001), cirimele e cols. (2000) e hay e morméde (1997) [4, 6, 8], fato importantíssimo em análises quantitativas e qualitativas por cromatografia e por outros métodos analíticos. o objetivo do presente trabalho foi desenvolver um método analítico simples, rápido e eficiente para a determinação de corticosteróides em amostras sangüíneas de ratos empregando coluna cromatográfica isrp-c18 e análise por clae. materiais e métodos reagentes os padrões, cortisona, corticosterona, acetato de dexametasona, acetato de hidrocortisona e albumina de soro humano foram adquiridos junto a sigma aldrich chemical company (usa). o fosfato monossódico 1-hidrato, acetonitrila, metanol (grau clae) e o dissulfito de sódio foram obtidos junto a merck, merck kgaa (darmsradt, germany). a acetonitrila foi obtida da carlo erba (milan, italy). a água deionizada foi obtida a partir de um sistema de purificação milli-q, ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 2010 53 artigo article adquirido da millipore, (millipore, bedford, ma, usa). as soluções-padrão foram preparadas efetuando-se a solubilização de 0,005 g de cada corticosteróide (cortisona, corticosterona, acetato de dexametasona e acetato de hidrocortisona) em 10 ml de metanol. a partir desta solução estoque (500 µg ml-1) foram realizadas diluições obtendose concentrações de corticosteróides para a construção de curvas analíticas e determinação do limite de detecção. animais foram utilizados ratos albinos adultos machos, da variedade wistar, com aproximadamente 90 dias de idade, pesando cerca de 300 gramas, fornecidos pelo biotério central da unesp localizado no campus de botucatu. os experimentos foram aprovados pelo comitê de ética em experimentação animal do instituto de biociências da unesp, botucatu. os animais permaneceram no biotério do departamento de farmacologia do instituto de biociências da unesp, por um período mínimo de 10 dias, sob condições controladas de alimentação, temperatura, ruído e ciclo claro-escuro para aclimatação. estes animais foram mantidos em gaiolas coletivas, contendo cinco animais por gaiola, com livre acesso à água e alimento. instrumentação os experimentos cromatográficos foram realizados sob condições isocráticas em um sistema de cromatografia líquida de alta eficiência (varian modelo 2510), equipado com uma bomba recíproca, um detector de ultravioleta de comprimento de onda variável (varian modelo 2550) ajustado em 240 nm e um integrador sp 4400 chromaject (varian associates, inc, sunnyvale, ca, usa). as amostras e as soluções-padrão foram injetadas em uma coluna isrp-c18 (100 mm x 4,6 mm di), com uma válvula manual de injeção, (rheodyne 7125, cotati, ca, usa), ligada a uma alça de injeção de 100 µl. condições cromatográficas a separação de corticosteróides foi realizada à temperatura de 25°c constante, com vazão da fase móvel ajustado em 0,85 ml min-1. a fase móvel ideal encontrada foi composta por uma mistura de tampão fosfato ph 4,0 e acetonitrila (65: 35 v/v). o tempo de estabilização do sistema de clae foi de aproximadamente 15 minutos antes do início dos procedimentos experimentais. métodos imobilização da albumina de soro humano in situ sobre a superfície da fase estacionária si-c18 o método de imobilização das proteínas in situ empregado seguiu o protocolo de menezes e cols. (1999) e pompon e cols. (1992) [14, 15] partindo de uma coluna cromatográfica c18 (100 mm x 4,6 mm di), phenomenex luna 5 µm, avaliada comercialmente, adquirida junto a labtron comércio e representações ltda. a determinação dos teores de proteínas imobilizadas sobre a superfície das sílicas foi determinada pela injeção de plasma diluído (1:100) fortificado com corticosteróides [13, 16, 17, 18] nas concentrações de 0,15, 0,30, 0,60, 1,20 e 1,6 µg ml-1. avaliação da composição da fase móvel para a seleção da melhor fase móvel foram otimizadas as condições cromatográficas de três fases na separação dos corticosteróides, tampão fosfato ph 4,0: acetonitrila nas proporções de 50: 50, 60: 40 e 65: 35 (v/v) com uma alça de 100 µl. para a escolha adequada da fase móvel foram ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 201054 artigo article realizados os cálculos para determinação dos parâmetros cromatográficos. avaliação da vazão para a seleção da vazão adequada para a determinação de corticosteróides foram avaliados os seguintes intervalos 0,70, 0,75, 0,80, 0,85, 0,90, 0,95 e 1,0 ml min. avaliação da coluna cromatográfica após a imobilização das proteínas (hsa) a partir da otimização das condições cromatográficas foram determinados os parâmetros cromatográficos. a medida da eficiência da coluna, baseada em pratos teóricos (n), bem como fator de capacidade (k), assimetria de pico a 10% (as 0,1), altura equivalente de pratos teóricos (h), seletividade (α), tempo de retenção (tr) e da resolução (rs) foram obtidos a partir do cromatograma ilustrado na figura 1. determinação dos corticosteróides a sensibilidade do equipamento em relação aos corticosteróides foi avaliada através da determinação do limite de detecção (ld) e do limite de quantificação (lq), após a escolha da fase móvel adequada. tais parâmetros foram determinados utilizando-se concentrações decrescentes de corticosteróides (cortisona, corticosterona, acetato de dexametasona e acetato de hidrocortisona) variando de 0,01 µg ml-1 a 5 µg ml-1. a linearidade do detector foi avaliada considerando o fator de resposta que representa a razão entre sinal-1 (s1) e concentração-1 (c1). preparação da curva analítica as soluções padrão de corticosteróides, contendo concentrações variando de 0,01 a 5,0 µg ml-1 foram utilizadas para a construção da curva analítica. estas foram preparadas efetuando-se a diluição da solução estoque de corticosteróides preparada previamente. estas amostras foram injetadas cinco vezes diretamente ao sistema de cromatografia líquida equipado com uma coluna cromatográfica isrp-c18. fortificação das amostras de plasma as amostras de plasmas foram diluídas em água destilada (1:100 v/v), com o intuito de assegurar que os metabólitos e as proteínas fossem eluídas rapidamente da coluna cromatográfica. a essas amostras de plasmas diluídos foram adicionados dissulfito de sódio (0,01 g de dissulfito de sódio para cada 10 ml água) para evitar a decomposição dos corticosteróides no plasma e também foram adicionadas quantidades conhecidas de corticosteróides. as concentrações obtidas foram 0,1, 0,2, 0,4, 0,8 e 1,6 µg ml-1 para a curva padrão da fortificação e 0,15, 0,30, 0,60, 1,20 e 1,60 µg ml-1 para a determinação da fortificação em amostras de plasma. utilizaram-se seis amostras de plasma de rato que foram injetadas diretamente no sistema clae equipado com uma coluna cromatográfica isrp-c18. avaliação da recuperação de corticosteróides nas amostras de plasma para avaliar o efeito da matriz biológica na calibração do método, amostras de plasma de rato foram fortificadas com as concentrações de 0,15, 0,30, 0,60, 1,20 e 1,60 µg ml-1 de corticosteróides. os experimentos de recuperação foram avaliados injetando-se cinco replicatas para cada concentração das amostras sangüíneas. foram realizadas análises em branco (matriz isenta de fármacos) para cada amostra plasmática. verificou-se também o efeito do dissulfito de sódio nas amostras plasmáticas. estresse agudo induzido por natação ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 2010 55 artigo article os animais foram submetidos a uma única sessão de natação com duração de 5, 15, 30 ou 50 minutos. a natação foi efetuada em uma cuba de vidro (45 cm x 35 cm x 33 cm) contendo água à temperatura de 24 ºc [27]. para garantir que os animais nadassem durante todo o período estipulado, cada animal teve em sua cauda um anel metálico pesando cerca de 2% do seu peso corporal. imediatamente após a sessão de estresse, os animais foram decapitados em guilhotina. coleta e estocagem de sangue as amostras sangüíneas (5-6 ml) foram obtidas do tronco encefálico logo após a decapitação dos ratos em frascos heparinizados, sendo centrifugadas a 2.000 r.p.m., durante 20’ a 2°c, o plasma obtido foi estocado à -20°c. os frascos contendo plasma foram acondicionados em um container (recipiente isotérmico com tº estável) para transportar do departamento de farmacologia do instituto de biociências da unesp de botucatu para o departamento de química da faculdade de ciências da unesp de bauru. resultados e discussão a fase móvel mais adequada para a separação de corticosteróides foi composta por solução tampão fosfato ph 4,0 e acetonitrila (65: 35 v/v). de acordo com dados da literatura, a fase móvel composta por acetonitrila e água é muito comum para a determinação de corticosteróides em fluidos biológicos [6, 9, 19], além de ser usada para controlar a seletividade e a separação de amostras no modo reverso de eluição [20]. na tentativa de se buscar, a melhor resolução para os corticosteróides foram realizados estudos quanto às proporções da fase móvel, assim empregou-se as seguintes: tampão fosfato ph 4,0: acetonitrila: 60: 40 (v/v) e 65: 35 (v/v). para cada proporção das fases móveis foram efetuados os cálculos dos parâmetros cromatográficos e assim foi possível optar pela proporção 65: 35 (v/v), na qual apresentou uma excelente eficiência na separação dos corticosteróides e tempo de análise de 20 minutos, no máximo figura 1. vale ressaltar que a amostra de plasma foi diluída 1: 100, para que se pudesse assegurar que os metabólitos e pequenas concentrações de proteínas fossem eluídos rapidamente da coluna cromatográfica. a resolução mede a qualidade da separação, que pode ser melhorada com a definição da vazão através da coluna no sistema cromatográfico. desta maneira, a vazão foi avaliada em um intervalo de 0,70 a 1,0 ml min-1. todas as vazões apresentaram uma boa resolução, entretanto a título de tempo de análise e se tratando de fluido biológico, na qual a saída do plasma é em torno de dois minutos, optou-se pela vazão de 0,85 ml min-1. no decorrer da fase experimental observase que houve um pequeno aumento no tempo de retenção dos analitos (corticosteróides), fato que pode estar relacionado ao acúmulo de amostras plasmáticas injetados na coluna cromatográfica. o desempenho da coluna cromatográfica luna-phenomenex isrp-c18 5 µm (100 mm x 4,6 mm di) foi avaliada em função dos parâmetros apresentados na tabela 1 (tempos de retenção (tr), número de pratos teóricos (n), altura equivalente a um prato teórico (h), resolução (rs), seletividade (α), fator de capacidade (k) e assimetria de pico (as) dos diferentes corticosteróides), calculados a partir da figura 1. de acordo com os resultados obtidos pode-se constatar bom desempenho cromatográfico, uma vez que a imobilização da hsa sobre a superfície externa das partículas esféricas da fase estacionária c18 auxiliou na obtenção de picos bem resolvidos e separação dos corticosteróides do plasma. ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 201056 artigo article tabela 1. parâmetros cromatográficos calculados para os corticosteróides, a partir do cromatograma ilustrado na figura 1. analito tr (min) n h (mm) rs α k as cortisona 3,18 1401 0,1 1,8 2,8 1 corticosterona 5,04 880 0,1 4,1 1,5 5,1 1 ac. hidrocortisona 7,29 1178 0,1 5 1,8 7,8 1 ac. dexametasona 12,48 863 0,1 9,4 14 1 13 figura 1. cromatograma obtido após injeção de 100 l de plasma diluído 1: 100 v/v fortificado com uma solução de 0,60 g ml-1 de corticosteróides (1-cortisona, 2corticosterona, 3-acetato de hidrocortisona e 4-acetato de dexametasona) empregando fase móvel composta por tampão fosfato ph 4,0: acetonitrila (65: 35 v/v), vazão de 0,85 ml min-1 e detecção a 240 nm. tabela 1. parâmetros cromatográficos calculados para os corticosteróides, a partir do cromatograma ilustrado na figura 11. analito tr (min) n h (mm) rs �� k as cortisona 3,18 1401 0,1 1,8 2,8 1 corticosterona 5,04 880 0,1 4,1 1,5 5,1 1 ac. hidrocortisona 7,29 1178 0,1 5 1,8 7,8 1 ac. dexametasona 12,48 863 0,1 9,4 14 1 0 5 10 15 figura 1. cromatograma obtido após injeção de 100 µl de plasma diluído 1: 100 v/v fortificado com uma solução de 0,60 µg ml-1 de corticosteróides (1-cortisona, 2-corticosterona, 3-acetato de hidrocortisona e 4-acetato de dexametasona) empregando fase móvel composta por tampão fosfato ph 4,0: acetonitrila (65: 35 v/v), vazão de 0,85 ml min-1 e detecção a 240 nm. ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 2010 57 artigo article analisando as equações das retas obtidas (figura 2), observou-se que o modelo linear para a determinação de corticosteróides por clae com detector ultravioleta é adequado, já que os coeficientes de correlação foram 0,9991 para a cortisona, 0,9996 para a corticosterona e o acetato de dexametasona e 0,9993 para o acetato de hidrocortisona, como pode ser observado na tabela 2. estes valores expressam a relação entre e as áreas dos picos cromatográficos nos intervalos utilizados (y) e as concentrações dos corticosteróides (x). a relação de x e y na curva é expressa como r2 (coeficiente de correlação), onde os valores ideais esperados são 1 e –1, ou seja, quanto mais próximo da unidade, maior a probabilidade de existir uma relação linear bem definida [21, 22]. entretanto, a linearidade é melhor avaliada pelo coeficiente de variação (cv%) do fator de resposta (área/concentração), sendo que o cv deverá ser inferior a 5%. 14 figura 2. curvas analíticas de acetato de cortisona, corticosterona, acetatos de dexametasona e hidrocortisona os parâmetros obtidos após a regressão linear. valores obtidos após a injeção de 100 l da solução padrão de cada costicosteróide no sistema cromatográfico no intervalo de concentração de 0,02 a 5,00 g ml-1. * média de 5 replicatas para cada concentração. tabela 2. equação da curva analítica dos corticosteróides. analito equação de regressão linear coeficiente correlação coeficiente variação cortisona y = -314,61+37986,33.x 0,9991 2,5 corticosterona y = 589,67+75210,15.x 0,9996 1,1 ac. hidrocortisona y = -222,30+65160,41.x 0,9993 1,6 ac. dexametasona y = -368,16+85426,52.x 0,9996 1,4 x é expresso em g ml-1 e y é expresso em unidade de área. 0 1 2 3 4 5 0 50000 100000 150000 200000 b data1b á re a c or tis on a concentração cortisona (ug ml -1) 0 1 2 3 4 5 -50000 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 b data1b á re a c or tic os te ro na concentração corticosterona (ug ml -1) 0 1 2 3 4 5 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 b data1b á re a ac . h id ro co rt is on a concentração ac. hidrocortisona (ug ml-1) 0 1 2 3 4 5 0 100000 200000 300000 400000 500000 b data1b ár ea a c. d ex am et as on a concentração ac. dexametasona (ug ml-1) figura 2. curvas analíticas de acetato de cortisona, corticosterona, acetatos de dexametasona e hidrocortisona os parâmetros obtidos após a regressão linear. valores obtidos após a injeção de 100 µl da solução padrão de cada costicosteróide no sistema cromatográfico no intervalo de concentração de 0,02 a 5,00 µg ml-1. * média de 5 replicatas para cada concentração. ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 201058 artigo article tabela 2. equação da curva analítica dos corticosteróides. analito equação de regressão linear coeficiente correlação coeficiente variação cortisona y = -314,61+37986,33.x 0,9991 2,5 corticosterona y = 589,67+75210,15.x 0,9996 1,1 ac. hidrocortisona y = -222,30+65160,41.x 0,9993 1,6 ac. dexametasona y = -368,16+85426,52.x 0,9996 1,4 x é expresso em µg ml-1 e y é expresso em unidade de área. diante dos resultados obtidos na figura 2 e tabela 2, pode observar que para todos os corticosteróides o coeficiente de variação esteve abaixo de 5% e o coeficiente de correlação (r) superiores a 0,999, indicando que há linearidade entre as concentrações (x) e as áreas (y) dos picos no intervalo utilizado [23, 24]. com a aplicação da regressão linear concluiu-se que se pode trabalhar com concentrações de corticosteróides (0,02, 0,04, 0,08, 0,16, 0,31, 0,63, 1,0, 1,25, 2,50, 3,75, e 5,0 µg ml-1) nos extremos da reta obtida e dentro da mesma com valores de coeficiente de variação aceitáveis. o procedimento de extração dos corticosteróides foi realizado utilizando o plasma. na diluição das amostras de plasmas em água destilada (1:100) foram adicionados dissulfito de sódio (0,01 g de dissulfito de sódio para cada 10 ml água), para evitar a decomposição dos corticosteróides no plasma. o sal dissulfito de sódio atua como agente antioxidante, sendo muito utilizado na indústria alimentícia, como conservante de alimentos processados para prevenir o crescimento de bactérias tóxicas [25]. sem a adição do dissulfito de sódio junto à diluição do plasma observouse que os corticosteróides eram decompostos. outros métodos para evitar a decomposição dos corticosteróides foram utilizados como manter as amostras em gelo sob abrigo de luz. acredita-se que alguma enzima presente no plasma estava decompondo os corticosteróides adicionados. vale ressaltar que o dissulfito de sódio não afetou a análise dos corticosteróides. para a validação do método foi avaliada a seletividade e a recuperação. para avaliar a seletividade do método proposto foram comparados os cromatogramas das amostras testemunhas e das amostras fortificadas. de acordo com os resultados obtidos nenhum interferente elui no tempo de retenção das substâncias de interesse. o método proposto para este estudo conseguiu atingir 0,02 µg ml-1 e 0,04 µg ml-1 para os limites de detecção e para o de quantificação, respectivamente. nossos resultados mostram-se melhores que os apresentados por [26], onde o limite de detecção e quantificação foram de 0,1 µg ml-1 e 0,2 µg ml-1, respectivamente.vale ressaltar que a metodologia proposta no presente trabalho não necessita do pré-tratamento da amostra, fato que pode ser imprescindível em análises de substâncias bioativas presentes em fluidos biológicos. os métodos que empregam raidioimunoensaio para a determinação de corticosteróides em fluidos biológicos chegam a detectar níveis na ordem de ng ml-1, entretanto não possuem especificidade quando comparados aos métodos cromatográficos [11, 27, 28, 29, 30]. deste modo, o método proposto pode ser uma alternativa na determinação de corticosteróides em laboratórios de análises clínicas, além de ser seguro para as pessoas que o manipulam já que não se trabalha com radioatividade. outra desvantagem do radioimunoensaio é a importação dos kits de reagentes e o número limitado de análises, sendo muitas vezes economicamente inviáveis. assim, a metodologia proposta possui um custo relativamente menor se comparado ao radioimunoensaio, principalmente se o laboratório possuir um aparelho de cromatografia líquida de alta eficiência. de acordo com o roteiro de validação de métodos analíticos [31, 32, 33] as recuperações devem estar entre 70 a 110%. em nossos resultados, a recuperação dos corticosteróides em plasma fortificado de rato ficou entre 90% e 108%, com cv entre 1,1 e 2,5 %, como pode ser observado nas tabelas 2 e 3, para os níveis de fortificações de 0,15, 0,30, 0,60, 1,2 e 1,60 µl ml -1. ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 2010 59 artigo article tabela 3. recuperação r (%) dos corticosteróides (µg ml-1) em plasma de rato fortificado. cortisona corticosterona acetato de hidrocortisona acetato de dexametasona conc (µg ml-1) r (%) dpr r (%) dpr r (%) dpr r (%) dpr 1,6 97 11,6 94 9,5 90 9,1 97 12,7 1,2 103 7,7 103 4,4 98 6,6 103 7,8 0,6 97 10,8 106 4,4 101 5,7 106 6,3 0,3 103 4,4 108 5,7 107 5,8 105 7,5 0,15 102 6,9 102 8,9 105 4,0 105 4,5 os resultados estão expressos em média, o desvio-padrão relativo é expresso pelo desvio-padrão dividido pela % de recuperação x 100. foram consideradas 5 análises para cada concentração de corticosteróides. várias técnicas para a determinação de corticosteróides em fluidos biológicos necessitam do prétratamento da amostra [6, 9, 19, 26, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41] seja através de métodos de extração em fase sólida ou extração por solventes (diclorometano, acetato de etila, metanol, entre outros). vale ressaltar que o pré-tratamento da amostra pode induzir a alguns problemas, como: o tempo dispensado no processo, manuseio laborioso, erros de manipulação, contaminação por outros agentes, alto custo, decomposição de alguns compostos, entre outros. esses fatores são imprescindíveis em análises rotineiras de um grande número de amostras. o presente método analítico desenvolvido dispensa o pré-tratamento da amostra, fato importantíssimo no diagnóstico e no tratamento de doenças endócrinas relacionadas com os corticosteróides, na qual se faz necessário a rapidez na quantificação destes hormônios. para validar o método utilizou-se a dosagem dos níveis plasmáticos de corticosterona; hormônio secretado em ratos; após estresse agudo induzido por natação, no qual observou-se um aumento significativo em todos os tempos (5, 15, 30 e 50 minutos) quando comparados ao grupo controle, não havendo diferenças significativas entre os tempos confrome a tabela 4. tabela 4. níveis plasmáticos de corticosterona (µg ml-1) do grupo controle e dos submetidos ao estresse agudo induzido por natação por 5’, 15’, 30’ e 50 ‘. grupos níveis plasmáticos de corticosterona níveis plasmático de corticosterona (diluição 1:50) controle 0,4 ± 0,1 0,008 ± 0,002 en 05’ 5,1 ± 1,2 0,102 ± 0,03 en 15’ 4,7 ± 2,7 0,094 ± 0,05 en 30’ 4,9 ± 2,7 0,098 ± 0,05 en 50’ 4,7 ± 2,0 0,094 ± 0,04 valores expressos como média ± erro padrão de 5 experimentos tanto do grupo controle como do grupo submetido ao estresse induzido por natação. p < 0.05, anova seguida de tukey-kramer. ecl. quím., são paulo, 35 2: 51 61, 201060 artigo article o aumento dos níveis de glicocorticóides é considerado um mecanismo endócrino de primeira linha para defender o organismo contra as condições estressantes [42]. o aumento de glicocorticóides está relacionando a rápida mobilização de gorduras de suas reservas celulares, tornando-os disponíveis para o fornecimento de energia e para a síntese de outros compostos, incluindo glicose, necessários para os diferentes tecidos do organismo [43, 44]. assim, os resultados obtidos foram próximos aos encontrados em métodos descritos pela literatura especializada, mostrando-se em concordância com os valores aceitáveis para a validação de nova metodologia em amostras biológicas. conclusão na determinação de corticosteróides em plasma de ratos, foi observado o efeito de matriz, na qual a avaliação da recuperação de corticosteróides foi ajustada utilizando o método de adição padrão, o qual foi empregado com sucesso para a avaliação das amostras reais. os resultados obtidos através do estudo de recuperação estão de acordo com valores aceitáveis para a validação de uma nova metodologia analítica em amostras biológicas, assegurando a eficiência e a confiabilidade do método. o método analítico proposto para a determinação de corticosteróides em amostras de plasma empregando um sistema isocrático de cromatografia líquida de alta eficiência com um detector uv-visível e a aplicação de uma coluna cromatográfica isrp-c18 possibilitou a injeção direta (on-line) da amostra sem tratamento prévio, constituindo um método simples, rápido, exato e preciso. agradecimentos os autores agradecem a capes pelo apoio financeiro, para o desenvolvimento deste trabalho. abstract: the present work had as aim the development of simple an analytical method, fast efficient and the determination of corticosteroids (cortisone, corticosterone, acetate of hidrocortisone and acetate of dexametasone) in sanguine samples of rats using an isocratic system of liquid chromatography of high efficiency (clae) with ultraviolet detention. the method involved direct injection of sanguine sample in a chromatographic column with internal surface of phase reverse (isrp-c18), using the composed mobile phase for drain plug phosphate ph 4,0: acetonitrile (65:35 v/v). the detention the analytes was obtained using an ultraviolet detector of changeable wave length (varian model 2550) adjusted in 240 nm and a 4400 integrator sp chromaject (varian associates, inc., sunnyvale, ca, usa). the extraction of the analyte resulted in recovery values between 90% and 108%, and variation coefficient enter 1,1% and 2.5%. the detention and quantification limits of the method were 0,02 and 0,04 µg ml-1, respectively. in conclusion, the analytical method possible the direct injection (on-line) of the sample without previous treatment also presenting some advantages, such as: fast, exactness, precision and specific. keywords: corticosteroids, sanguine samples, column isrpc18, clae. referências [1] k. shimada, k. mitamura, t. higashi. j. chromatogr. a, 935 (1-2) (2001) 141-172. 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large number of sorption methods have been proposed and used for the pre-concentration and removal of trace elements in the food and pharmaceutical industry, , water purification, etc. with the purpose of concentrating and removing traces of metal species occurring in aqueous solutions several adsorbents have been studied, there are included activated carbon, polymers, ion exchangers, chelating resins and many others [ 15 ]. the use of silica gel impregnated with various reagents utilised for pre-concentrating metal species such as cs, ag, hg, cu, cd, etc., indistinctly occurring in the form of ions, has also been frequently practised [ 6,7,8 ]. the creation of an ion exchanger intended for the removal of only organic products is reported [ 6, 9,10 ]. including in the silica gel particle lauryl-methacrylate polymer containing quaternary ammonium functional groups and having a capacity of 0.0012 meq/g makes such an ion exchanger. the excellent capacity of high molecular weight quaternary ammonium salts for removing metals in the form of complex anions[ 11-15] and their selectivity with regards to such anions depending on the ligand accompanying the metal and its stability constant are also reported in specialised literature. such metals, i.e. cd, pb, can form, when combined with halides, complex anions as shown below: where me2+ can be pb2+, cd2+ and the ligand l-, coming from halides, can be cl-, br-, i’, etc. literature reports [ 15 ] that the value of lg. kext for tri-iodides is within the range of 7 11 which enables liquid liquid extraction and the removal of such metals from the aqueous medium where they occur. in keeping with the above, the removal of pbi 3 and cdi 3 is achieved by applying solid-liquid extraction systems which are capable of capturing the lead occurring in solid phase in the liquid. for achieving maximal removal of lead and cadmium it is necessary to ensure a ligand concentration ecl. quím., são paulo, 32(2): 13-16, 2007 (i)me2+ + l mel+ k1 (ii)mel+ + l mel 2 k2 (iii)mel2 + l [mel 3]k3 (iv)[mel 3]+l [mel 4]2 k4 k1, k2, k3, k4 are the equilibrium constants for complexation reactions. volume 32, número 2, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0013 14 such that enables the occurrence of a high percentage of lead in the form of complex anions. assuming mel 3 -, the value of the molar fraction, which ensured the occurrence of over 75 % of pb2+, cd2+ in the form of anions was obtained at lconcentrations higher than 0.01 mole/l. 3 1 3 33 3 1 i it il lc mec melc mel where: φmem 3 = molar fraction of the complex anion(this value-0,75permit the existence complex species mel 3 -) β= stability constant (β3 = k 1 x k 2 x k 3 ) c t (me)= total metal concentration ≥0,75 (v) thus the exchange in the matrix was achieved by using iodide as ligand as per the following equation where q+ represents the impregnated adsorbent: q+ i(s ) + pbi¯ 3(aq) ↔ q+pbi3 (s) + i¯ (aq) (vi) q+ i(s ) + cdi¯ 3(aq) ↔ q+cdi¯ 3 (s) + i¯ (aq) (vii) in the present work, the sorption properties of silica gel are used to adsorption of an anion exchanger (q+ i-) capable of capturing and concentrating toxic metals in aqueous experimental details experiments were conducted at 298 ± 1 k, using merck silica gel (diameter = 0.3 0.5 mm), which was impregnated with 96 % triheptyl octadecyl ammonium iodide dissolved in toluene. the impregnated adsorbent was put into a glass column of 7 mm in diameter and 22 cm in height and used to capture and remove the pb2+ and cd2+ occurring in water. for so doing, the concentration of the potassium iodide solution was adjusted at 10-2 moll/l, this being the optimal condition for the formation of metal complexes. the amount of impregnated silica gel and the flow rate used were 1g and 1 ml/min respectively. the various dilutions of the metals under study, at concentrations of 43 mg/l for pb2+ and 47 mg/l for cd2+ and ph 7, were filtered through such column. the determination of such metal species was done, during filtration, by means of atomic absorption spectrophotometry at a wavelength of 283.3 nm for pb and 228.3 nm for cd in a karl zeiss aas-3 spectrophotometer. desorption of pb was subsequently carried out by filtering the 10-3 mole/l edta solution at a flow rate of 1 ml/min. thus enhancing the factual possibility of determining the said metals by following their desorption and using conventional methods of chemical analysis. sorp.pb(ii) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 v(ml) c (m g /l ) fig. no 1. sorption of pb in dynamic conditions sorpt.cd(ii) 0 10 20 30 40 50 0 500 1000 1500 v(ml) c (m g /l ) fig. no 2. sorption of cadmium in dynamic conditions ecl. quím., são paulo, 32(2): 13-16, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0014 15 results and discussion the breakthrough curve of lead and cadmium in the form of a pbi 3 and cdi 3 ¯ complex anion is shown in fig.1, 2 which shows the excellent capabilities of the adsorbent for capturing the pb and cd occurring in water even at high concentrations. the equation below shows that pb2+ and cd2+ in the form of mei 3 exchanges the ion occurring in the impregnated matrix with an effectiveness of 0,9 meq of pb/g of adsorbent. q+i (s) + pbi¯ 3(aq) ↔ q +pbi 3 ¯ (s) + i(aq) (viii) light yellow q+i (s) + cdi¯ 3(aq) ↔ q + cdi¯ 3 ¯ (s) + i(aq) (ix) deep yellow the calculations of the effective dynamic adsorption capacity (a o ) are carried out by using the following equation, starting from the data from the curves (fig.1 and 2): a o = (x) )(2/ adsmmem vcvc iifo where: co initial concentration of the metal me2+ vf: : final volume of saturation in litres ci and v i : concentration and volume of the portions i, taken as sample. m (me/2): equivalent mass of the metal, in g. m:mass in gram of the adsorbent. fig. 3 shows the desorption of the pb2+ exchanged by the impregnated silica gel, carried out with an edta disodium salt (h 2 y2) at 10-3 mole/l and ph 8 which provides for the breaking up of the pb2+ complex with the iodide and its association with the edta as per the following equation: 2qpbi3(s) + 3h 2 y2(aq) ↔ q 2 h 2 y (s) + 2pbh 2 y (aq) + 6i(xi) yellow white desorption takes place rapidly and the change in colour, from dark yellow to plain white, can be readily observed, the desorption capacity calculated being similar to the one actually observed. the locking up, in silica gel, of a high molecular weight ion exchange matrix, corroborates the ion exchange equation. the filtration of a cd2+ dilution, under similar conditions, in the presence of a 10-2 mole/l iodide solution showed the lower affinity of the cadmium complex with respect to the matrix since the breakthrough curve shows saturation at lower volumes of treated water, this proving that the ion exchange affinity and capability depend, to a large extent, on the stability of the complex in a given medium, which, in this case, is higher for lead than for cadmium. the effective dynamic adsorption capacity established was 0,8 meq per gram of impregnated adsorbent. conclusions the research conducted shows that it is possible to capture, by means of an exchange mechanism for complex ions of the metallic species, the pb and cd occurring in water by using silica gel impregnated with a quaternary amine as adsorbent; also demonstrate that the affinity for the anion exchanger is greater in pbi 3 than in cdi 3 . the possibility of desorbing the metal by using disodium edta dilutions at ph 8 and of subsequently determining the amount of metal desorption by means of conventional analysis methods was also established. thus the effectiveness of the adsorbent enables the detection, concentration and removal of metal species and the utilisation of this adsorbent for the purpose of treating waters for various applications, also including highly-pure water free of pb2+, cd2+, and the purification of reactive. received 16 february 2007 accepted 11 may 2007 references [1] k. terada, anal. sci. 7 (1991)187. [2] m. volkan, o. yavuz and a. g. howard, analyst. (1987) 1409 ecl. quím., são paulo, 32(2): 13-16, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0015 [3] a. i. zouboulis, k. a. kydros and k. a. matis. wat. sci. tech. 27(10) (1993) 83. [4] d.petruzzelli, g. tiravanti, m. santori and r. passino. wat. sci. tech.30(3) (1994) 225. [5] j. rodriguez, estudio de la sorción de pd, pt, au en silica gel modificada con benzoil y furoiltioureas , ph.d. thesis , cuba (1997) [6] j. s. fritz. ion chromatography. monography 20 (1982) [7 ] f.v. moraes, i.l. alcantara, p.s. roldan, g.r.castro, m.a.l. marcionte, p.m. padilha, eclet.quim.28(1)(2003)9. [8] f.a. silva, i.l. alcantara, p.s. roldan, c.c.f. padilha, a.b. araújo, j.p.s. valente, a.o. florentino, p.m. padilha, eclet. quim.30(3)(2005)45. ecl. quím., são paulo, 32(2): 13-16, 2007 [9 ] p.m. padilha, l.a. m. gomes, c.c.f. padilha, j.c. moreira, n.l.dias filho, anal.lett.32 (1999) 1807. 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[15] g. l. starobinetz, zhurnal fiz jimii (belaruse ) 2 (55) (1985) 2045. vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0016 16 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | 10 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 synthesis of chitosan-stabilised iron and nickel nanoparticles and the application in the reductive degradation of nimesulide andressa aparecida gonçalves1 , annelise frança araújo1 , manoel josé mendes pires2 , rodrigo moreira verly1 , débora vilela franco2 , leonardo morais da silva1+ 1 federal university of vales do jequitinhonha e mucuri (ufvjm), department of chemistry, 5000 mgt 367 hwy, km 583, 39100-000 diamantina, minas gerais, brazil 2 federal university of vales do jequitinhonha e mucuri (ufvjm), institute of science and technology faculty of chemical engineering, 5000 mgt 367 hwy, km 583, 39100-000 diamantina, minas gerais, brazil + corresponding author: leonardo morais da silva, phone: +55 38 3532 6000, e-mail address: lsilvamorais@hotmail.com article info article history: received: january 21, 2018 accepted: may 9, 2018 published: may 29, 2018 keywords: 1. iron-nickel nanoparticles 2. emerging pollutants 3. stabilisation of nanoparticles 4. chitosan 1. introduction several organic substances used by the modern society are important pollutants which cause deleterious effects on the environment. in addition, several organic substances are classified as “emerging contaminants” and their occurrence in the environment is caused by the anthropic activities. several studies have demonstrated the presence of different organic pollutants in rivers and wastewaters (e.g., drugs, pesticides, herbicides, hormones, etc.)1-3. the evaluation of the toxicological impacts on the environment of these classes of pollutants is not a facile task. despite the fact that the pollution burden is commonly found at low levels in the environment (e.g., in water bodies, in parts per billion or parts per trillion)1-3, it is verified the simultaneous occurrence of several different anthropic substances for a given contaminated sample. therefore, the complications arising from the combined toxicological effects comprise an environmental concern of extreme relevance. in addition, it is a fact that the emerging pollutants are not efficiently removed from contaminated waters and effluents using the traditional technologies based on physical and biological processes3. from these considerations, the use of more efficient water and wastewater alternative treatment technologies is desirable to ensure that abstract: chitosan (chi)-stabilised ni–fe bimetallic nanoparticles (bnp/chi) were synthesised varying the content of nickel and denoted as 2-bnp/chi, 17-bnp/chi, and 27-bnp/chi. the nanoparticles were characterised using several techniques and used in the removal of nimesulide. xrd and mössbauer analyses confirmed the formation of an amorphous structure containing fe0 and fe2o3 while the ft-ir analysis confirmed the presence of chitosan in the nanoparticles. a very high removal of nimesulide was obtained after only 15 min of treatment with the 17-bnp/chi system. the by-product obtained after the reductive treatment was identified using the chromatography analysis coupled to the mass spectrometry technique. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 mailto:lsilvamorais@hotmail.com http://orcid.org/0000-0001-8024-3384 http://orcid.org/0000-0002-1135-6083 http://orcid.org/0000-0001-8115-7517 http://orcid.org/0000-0003-0356-6862 http://orcid.org/0000-0002-1944-6577 http://orcid.org/0000-0002-1255-4911 original article 11 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 the emerging contaminants can be effectively removed from the environment2, 3. in principle, these contaminants can be removed using advanced reductive and/or oxidative chemical processes, which can permit the conversion of the toxic dissolved organic matter into less harmful substances4-6. regarding the occurrence of drugs in the environment, it was verified that the drug nimesulide (nms) can be considered an emerging contaminant since its occurrence was already verified in different samples2, 3. for instance, papageorgiou et al.3 verified a high concentration of nimesulide in contaminated waters. nimesulide is a nitroaromatic substance/compound (e.g., nac) widely used by the population due to its strong anti-inflammatory properties. in fact, nimesulide commonly exhibits better results for patients in comparison to other similar drugs (e.g., ibuprofen and diclofenac)7. the molecular structure of nimesulide (c13h12n2o5s) is shown in figure 1. as can be seen, the molecular structure is characterised by an aromatic ring containing the phenyl and nitrophenyl groups interconnected to the other aromatic ring by an oxygen atom8. figure 1. chemical structure of nimesulide (nms). it is important to emphasise that the major deleterious effects on the environment caused by nacs are due to the nitroaromatic moiety present in these substances9-10. it is worth mentioning that nacs and the organochlorine substances are wellknown contaminants that can be found in the environment. fortunately, the negative impacts on the environment caused by nacs can be circumvented by removal of the functional nitro group in a redox reaction involving the use of different iron-containing particles (e.g., microparticles or nanoparticles). in this case, the parental substance (e.g., nimesulide) can be converted into less harmful substances (byproducts) that are naturally degraded in the environment9-10. the modification of the zero-valent iron (zvin) system with incorporation of other metal can result in modifications in the reductive properties of the metallic system for heterogeneous redox reactions, as is the case of the reductive degradation of nacs. in fact, the use of a dissimilar metal, such as cobalt, nickel, and palladium, in conjunction with iron can permit to synthesise bimetallic systems highly active for the reductive degradation of different organic pollutants4-6. this type of bimetallic nanoparticle system (e.g., bnps) was used with success in the reductive degradation of several organics10-13. the magnetic properties of zvin and fe-based bnps cause the phenomenon of agglomeration, which in turn decrease the performance of the redox process (heterogeneous reaction) for the degradation of different organic pollutants. thus, to avoid this undesirable phenomenon, these ferromagnetic nanoparticles are commonly stabilised/encapsulated using carboxymethyl cellulose (cmc) or chitosan (chi). in addition, some studies reported the stabilisation of ferromagnetic nanoparticles by means of supporting them on silica microparticles11-12, 14-16. it is worth mentioning that chi is an important polymeric material used in the field of environmental nanotechnology due its interesting properties such as good biodegradability, biocompatibility, and low immunogenicity17, 18. the aims of the present work are: (i) the fabrication and characterisation of bimetallic nanoparticles composed of fe and ni stabilised with chitosan (chi), denoted as bnp/chi, and (ii) the study of the removal/transformation of nimesulide (nms) in contaminated water during the redox reaction with the bnp/chi system. the by-product obtained after the reductive treatment was identified using the chromatography analysis coupled to the mass spectrometry technique. a high degree of dispersibility was verified for the stabilised nanoparticles. as a result, a rapid removal of nimesulide was obtained using the bnp/chi system. 2. materials and methods 2.1 materials all chemicals used in this work (e.g., nimesulide, chitosan, feso4⋅7h2o, c2h4o2, c3h6o, c2h5oh, nabh4, ni(no3)2⋅6h2o, naoh, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 12 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 c2h3n, ch3oh, and c2hf3o2) were “purum p.a.” products purchased from sigma–aldrich, synth, and fluka. high-quality chitosan from sigmaaldrich (product reference: c3646-100g) obtained from shrimp shells (pandalus borealis) with a deacetylation degree  75% was used throughout in this work. solutions were prepared using ultra-pure water obtained from a purelab (brazil) purification system (model classic di-mk2). 2.2 synthesis of the bnp/chi system containing ni and fe firstly, the suspension containing the chitosanstabilized zero-valent iron nanoparticles (fe0/chi(susp.) denoted as zvin/chi(susp.)) was synthesised through chemical reduction of the fe2+ ions using borohydride. in this case, 0.1 g of chi(s) was dissolved in 30 ml of a 5 % (v/v) acetic acid solution, while 2.0 g of feso47h2o was dissolved in 40 ml of water. these two solutions were mixed in an erlenmeyer flask (e.g., reaction flask) resulting in a total volume of 70 ml. the mixture was agitated (250 rpm and 30 min) using an orbital shaker (ika, model ks 260). after that, the ph was adjusted to 6.8 with the addition of some drops of a naoh solution (5.0 m). after the previous immersion of the reaction flask in an ultrasonic bath (5 min), the reduction of fe2+ was carried out by dropwise addition in the reaction flask of 6.90 ml of a nabh4 solution (2.3 m) under strong agitation (250 rpm and 5 min). the reduction of iron ions (fe2+) resulted in the hydrogen evolution and a black suspension composed of the stabilised nanoparticles (fe0/chi(susp.)) was obtained as represented by equation 1: fe2+ (aq.) + 2bh4 − (aq.) + 6h2o(l) + chi(s) → fe0/chi(susp.) + 2b(oh)3(s) + 7h2(g) (1) in comparison with the non-stabilised fe0nanoparticles, it was verified that the use of chi indeed increased the dispersibility of the fe0nanoparticles resulting in a stable black suspension (e.g., fe0/chi(susp.)) that is not prone to agglomeration11, 18. in the second step of the synthesis, the suspension containing the stabilised bimetallic nanoparticles (fe0−ni0/chi(susp.), denoted as bnp/chi(susp.)) was obtained from the as-prepared fe0/chi(susp.) nanoparticles through chemical reduction of the ni2+ ions. in this case, the chitosanstabilised bimetallic nanoparticles containing ni0 and fe0 was obtained by adding 0.2615, 0.5230, and 1.046 g of ni(no3)2⋅6h2o in the suspensions already containing the fe0/chi(susp.) nanoparticles (250 rpm and 20 min). therefore, the nominal (theoretical) ni:fe molar ratios considered in the present work were 0.125:1.0, 0.25:1.0, and 0.5:1.0, respectively. each flask containing the as-prepared nickel solution (ni2+ (aq.)) was covered using parafilm. in all cases, these flasks were immersed in an ultrasonic bath for 5 min. the suspension containing the stabilised nanoparticles was filtered (0.45-µm pore size) using a vacuum. afterward, the suspension was rinsed using ethanol and acetone. as a result, the previously stabilised iron nanoparticles (fe0/chi(susp.)) were partially covered with nickel as described by equation 2: fe0 (x)/chi(susp.) + yni2+ → [fe0 (x − y)ni0(y)]/chi(susp.) + yfe2+ (2) as indicated in equation 2, a fraction of the less noble metal (fe) present in the fe0/chi(susp.) nanoparticles was oxidized (fe0 → fe2+ (aq.) + 2e−) in the presence of the ni2+ ions with the concomitant reduction of the latter (ni2+ (aq.) + 2e− → ni0). the energy dispersive x-ray spectrometry (eds) technique was used to determine the real composition of the freshly prepared bimetallic nanoparticles (e.g., expressed in weight percentage, wt.%). it was obtained the following ni:fe weight ratios: 0.02:0.98, 0.17:0.83, and 0.27:0.73 (see further discussion). the nanoparticles were described as 2-bnp/chi(susp.), 17-bnp/chi(susp.), and 27-bnp/chi(susp.), respectively. the non-stabilised ni–fe bimetallic nanoparticles described as “bnp” were prepared using the aforementioned method in the absence of chi. 2.3 physicochemical characterisation of the bnp/chi system the composition of the nanoparticles was determined using the eds technique (oxford instruments) with the aid of a scanning electron microscope from tescan. high-resolution images were obtained using a transmission electron microscope from fei tecnai (g2-20 supertwin at 200 kv). the structural analysis of the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 13 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 nanoparticles was accomplished with the xrd technique (xrd-6000 diffractometer from shimadzu) using standard conditions (cu–kα radiation: λ = 0.15406 nm, 40 kv, 30 ma, and 0.2 min−1). fourier transform infrared (ft-ir) analyses were accomplished using a spectrometer from varian (model 640-ir ft-ir). all samples were prepared using the standard kbr pellet method. 57fe mössbauer analyses were conducted at 24 c under constant acceleration mode. the spectrometer was composed of wissel and eg&gortec modules using a 57co/rh radiation source. the calibration procedure was done using a standard α-fe foil. bet and bjh methods were used for evaluation of the specific surface area (ssa) (m2 g−1) and the pore size distribution (psd), respectively. experiments were carried out using a quantachrome equipment (autosorb-1). 2.4 degradation of nms with the bnp/chi system the degradation/transformation of nimesulide with the bnp/chi(susp.) system in water phase was accomplished at 24  3 °c. the reactor flask (erlenmeyer, v = 100 ml) was closed with parafilm to minimise the undesirable reaction (oxidation) of the as-prepared nanoparticles with the oxygen present in the air. the reaction medium (e.g., nms and the nanoparticle suspension) was strongly agitated at different agitation frequencies using a model ks 260 orbital shaker from ika. the degradation of nms (conditions: [nms]0 = 40 mg l−1 and f = 250 rpm) with the bnp/chi(susp.) system was firstly accomplished as a function of the ni0-percentage. afterward, the particular composition of the bnp/chi(susp.) system that exhibited the best performance for the reductive degradation of nms was used in the additional studies carried out as a function of the nms and bnp/chi(susp.) concentrations. the agitation frequency was also varied in these studies (e.g., 0, 100, and 250 rpm). it is worth mentioning that no further changes were verified in the rate of the degradation process for agitation frequencies higher than 250 rpm. for each experimental run, a new nimesulide solution (v = 100 ml and ph 11.7) was used for the reaction with the as-prepared bnp/chi(susp.) nanoparticles. aliquots (v = 5 ml) were obtained at regular intervals of the reaction and then filtered (0.45-µm pore size) for further chemical analyses. 2.5 characterisation of the nms solutions treated with the bnp/chi(susp.) system all samples were analysed using the uv-vis technique (cary 50 from varian). in addition, further experiments were conducted using the reverse-phase high-performance liquid chromatography (rp-hplc) technique following the method reported in the literature19. a chromatograph from varian (pro star 315) using an uv-detector was used throughout. experimental conditions: v = 20 µl;  = 393 nm; q = 0.8 ml min−1; c18 column (nucleosil-nucleodur: particle size = 3 m, l = 125 mm, and  = 4.6 mm). the isocratic elution was accomplished using a solution composed of acetonitrile/0.8% tfa and water/0.1% tfa (60:40 (v/v)). 2.6 identification of the by-product formed after the reductive degradation of nimesulide the by-product formed after the degradation/transformation of nimesulide during the redox reaction with the bnp/chi(susp.) system was obtained at an elution time of 5.3 min. this byproduct was identified with the liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry (lc-esi-ms) technique using a model lcms-2020 system from shimadzu. 3. results and discussion 3.1 composition of the bimetallic system and the reductive degradation of nimesulide the influence of nickel present in the bimetallic system (bnp/chi(susp.)) on the reductive degradation/transformation of nimesulide was investigated with the aid of the uv-vis technique. figure 2 shows the degradation of nimesulide as a function of the composition (e.g., nickel content) of the bimetallic system stabilised with chitosan. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 14 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 r e m o v a l e ff ic ie n c y / % t / min 2-bnp/chi 17-bnp/chi 27-bnp/chi figure 2. dependence of the removal of nms as a function of the nanoparticle composition. conditions: [nms]0 = 40 mg l−1; [bnp/chi]0 = 0.8 g l−1; f = 250 rpm; t = 24 ± 3 °c. as can be seen, removal efficiencies of 58 %, 100 %, and 20 % were achieved after 30 min of the redox reaction using the 2-bnp/chi(susp.), 17bnp/chi(susp.), and 27-bnp/chi(susp.) systems, respectively. in addition, the degradation of nimesulide obeys a pseudo first-order kinetic model (r2 > 0.996). in this sense, according to the experimental findings shown in figure 2, the apparent rate constant (kap) depends on the ni0content with a maximum of 0.214 min−1 (17bnp/chi(susp.)). accordingly, kap-values of 0.0289 and 0.0177 min−1 were obtained for the 2bnp/chi(susp.) and 27-bnp/chi(susp.) systems, respectively. according to the literature5, 20, a possible explanation for this behaviour is a decrease in the surface concentration of the redox sites containing fe0 promoted by a surface excess of the metallic centres containing the ni0 species. the best catalyst for the degradation of nimesulide was the 17-bnp/chi(susp.) system due to a trade-off between the surface concentrations of the active surface sites containing fe0 (less noble metal) and the catalyst (e.g., ni0), which in turn promotes the hydrogenation of nms (see further discussion). therefore, the 17-bnp/chi(susp.) system was then characterised with different exsitu techniques (e.g., eds, xrd, tem, bet, ftir, and mössbauer). in addition, this system was used on the degradation/conversion of nimesulide under different experimental conditions. 3.2 the composition of the nanoparticles and the degradation of nimesulide the degradation of nimesulide as a function of the type of nanomaterial is shown in figure 3. 0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 17-bnp/chi 17-bnp zvin/chi chi r em o va l e ff ic ie n cy / % t / min figure 3. influence of the composition of nanomaterial and chitosan on the removal of nms. conditions: [nms]0 = 40 mg l−1; [nanomaterial]0 = 0.8 g l−1; f = 250 rpm; t = 24 ± 3 °c. figure 3 clearly shows that the degradation/removal of nimesulide depends on the composition of the nanomaterial. as can be seen, the best findings were obtained with the 17bnp/chi system. removal percentages of 72 %, 84 %, and 100 % were obtained for nimesulide using the zvin/chi, 17-bnp (e.g., non-stabilised), and 17-bnp/chi systems, respectively. as expected, there was no removal of nms using only the stabilising agent (chi(s)). according to these results, a high dispersability of the stabilised nanoparticles in the aqueous medium has promoted the formation of a high active surface area for the redox reaction thus leading to an accentuated degradation rate of nimesulide. also, due to its catalytic properties for the hydrogenation reaction21-23, the ni0-particles promoted the occurrence of the reductive degradation reaction (see further discussion). as can be seen, the other nanomaterials were less effective for the degradation of nimesulide. in principle, this behaviour can be correlated with the formation of a passive oxide layer which partially hinders the electron transfer in the active surface sites22, 23. in addition, in this case, the formation of the h•-radicals is not catalysed causing a decrease in the rate for the overall redox reaction involving nms. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 15 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 3.3 the influence of the hydrodynamic conditions on the degradation reaction the degradation rate of nimesulide can be affected by the hydrodynamic conditions (e.g., agitation frequency) since the redox reaction involving the fe0-centres is a heterogeneous process with a possible influence of the masstransport of the active species. in this sense, figure 4 shows the influence of the agitation frequency on the degradation/removal of nimesulide using the bnp/chi system. 0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 r e m o v a l e ff ic ie n c y / % t / min 0 rpm 100 rpm 250 rpm figure 4. influence of the agitation frequency (f) on the removal efficiency. conditions: [nms]0 = 40 mg l−1; [17-bnp/chi]0 = 0.8 g l−1; t = 24 ± 3 °c. as seen, the removal of nms depends on the hydrodynamic conditions as a consequence of the influence of mass-transport on the overall redox kinetics. it was verified a complete removal (100 %) of nimesulide after 20 min of reaction for an agitation frequency of 250 rpm. on the contrary, in the case of the other hydrodynamic conditions the removal was less than 83 %. similar results were previously reported24. the removal of nms was not affected by agitation frequencies higher than 250 rpm. therefore, it is assumed under this condition that the removal of nimesulide is under kinetic control and, therefore, the mass-transport no longer affects the heterogeneous redox reaction. all further studies in the present work were conducted at 250 rpm. 3.4 physicochemical characterisation of the 17bnp/chi(susp.) system figure 5 shows the tem images obtained for the 17-bnp/chi(susp.) system. figure 5. tem images obtained for 17-bnp/chi. as can be seen, the individual clusters composed of bimetallic nanoparticles stabilised with chitosan (17-bnp/chi(susp.)) exhibit a rectangular morphology (figure 5c) with a size of  50 nm. these findings are in agreement with the literature11. in addition, according to the literature22, the bimetallic nanoparticles can be partially covered with a passive layer (e.g., fe3o4 and/or fe2o3) since the freshly synthesised (b) (a) (c) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 16 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 nanoparticles were in contact with the atmospheric air. the eds technique was used to obtain the composition of the metallic nanoparticles expressed in weight percentage (wt.%) (see the table 1). table 1. elemental composition of the different nanoparticle systems expressed in wt.% element zvin/chi 17-bnp 2-bnp/chi 17-bnp/chi 27-bnp/chi c 20.7 26.2 22.2 26.5 fe 19.0 48.8 9.5 13.8 7.4 ni 1.2 1.2 2.8 2.8 o 60.3 50.0 63.1 61.2 63.2 as expected, the presence of fe and ni was verified for the bnp/chi(susp.) systems. the presence of carbon was also verified for the different samples. the occurrence of oxygen in the samples is due to the presence of chitosan and iron oxides/hydroxides. this study conducted using the eds technique revealed the following ni:fe weight ratios: 0.02:0.98, 0.17:0.83, and 0.27:0.73. thus, the different metallic nanoparticles were described in the present study as 2-bnp/chi(susp.), 17-bnp/chi(susp.), and 27-bnp/chi(susp.), respectively. the xrd data are presented in figure 6. the first aspect to be noted is the predominant amorphous character of the diffractograms, showing broad background signals. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 feo fe 2 o 3 2 / degree fe 0 bnp zvin/chi 2-bnp/qui in te n s it y 17-bnp/qui 27-bnp/qui figure 6. diffractograms obtained for the different metallic systems composed of nanoparticles. with the exception of the 27-bnp/chi(susp.) system, the diffractograms showed a band centred at  45. similar findings were recently reported by weng et al.23 and by kuang et al.25. in fact, the most intense peak of fe0 is expected at 44.7 (icsd 631728). on the whole, these findings are consistent with the presence of fe0 as small clusters with poor crystallinity. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 17 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 additional interesting findings were verified in the diffractograms for the 30−40 and 60−65 intervals, where the xrd bands can be attributed to the presence of na3fe5o9 and non-stoichiometric fe3+ oxide-hydroxide, as well as feo. it is worth mentioning that the presence of anhydrous or hydrated iron oxide–hydroxide for as-synthesised metallic nanoparticles was recently reported by different authors22, 26, 27. the specific surface area (ssa) and pore size distribution (psd) were obtained for the 17bnp/chi(susp.) system from the bet and bjh analyses, respectively (see supplementary material, fig. s1). an ssa value of 769 m2 g−1 was verified for the 17-bnp/chi(susp.) system. on the contrary, an ssa value of only 33 m2 g−1 was verified for the 17-bnp system (see supplementary material, fig. s1). lin et al.28 reported an ssa value of 15 m2 g−1 for the non-stabilised fe0–ni0 nanoparticles. in addition, weng et al.23 reported an ssa value of 85.6 m2 g−1 for the chitosan-stabilised nanoparticles containing fe0 and ni0. a comparison of these findings with those obtained in the present work highlights the higher ssavalue obtained for the 17-bnp/chi(susp.) system. the high specific surface area obtained for 17bnp/chi(susp.) can be ascribed to a good dispersion of the fe0–ni0 nanoparticles propitiated by the stabilising agent (e.g., chi) since the latter strongly inhibits the agglomeration phenomenon. it is worth mentioning that the high ssa-value obtained for the 17-bnp/chi(susp.) system can improve the removal rate of nms. also, it was verified a narrow interval for the psd (e.g., 17−21 nm) for this particular system, characterising the existence of mesopores. the 17-bnp/chi(susp.) system was also characterised using the mössbauer technique (see supplementary material, fig. s2). the experimental findings were simulated using a distribution function associated with superparamagnetic particles containing fe. the band (e.g., doublet distribution) was characterised by isomeric shifts in the range of 0.137 to 0.146 mm s−1. also, it was verified a quadrupole splitting in the range of 0.0 to 2.0 mm s−1. however, the most probable value is 0.7 mm s−1. in the mössbauer spectrum, the super-paramagnetic behaviour appears as doublet signals. this relatively broad distribution of quadrupole confirms the presence of iron phases exhibiting a poor degree of crystallinity (e.g., oxide-hydroxides and -fe2o3), as was previously verified in the xrd study. these findings are in good agreement with the literature2933. 3.5 nimesulide removal with the 17-bnp/chi system uv-vis spectra obtained as a function of the reductive degradation reaction are presented in figure 7. 200 250 300 350 400 450 500 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 30 min a b s o rb a n c e  / nm 0 min figure 7. uv–vis spectra of the dissolved organic matter obtained as a function of the reaction time. conditions: [nms]0 = 40 mg l−1; [17-bnp/chi]0 = 0.8 g l−1; t = 24 ± 3 c. it is clearly verified that the uv-band centred at 393 nm (t = 0) strongly decreased exhibiting a small bathochromic shift as the reductive degradation reaction proceeds. in principle, these findings are related to the reduction of the nitroaromatic moiety present in the molecular structure of nms9. in addition, the appearance of a new band in the 230−330 nm interval of the spectrum can be attributed to the formation of an aromatic by-product. according to the literature5, the initial step in the redox reaction involving the nacs and fe0-based nanoparticles is the hydrogenation of the n−o bond resulting in the appearance of nitroso compounds which can be then hydrogenated with the formation of hydroxylamine compounds. finally, these compounds can be converted in other substances (e.g., nh4+ and/or n2). according to the literature34, the agglomerates containing the bimetallic nanoparticles partially covered by an insulating oxide layer may result in the water splitting with the generation of hydroxyl radicals. as a result, the organic substance (nms) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 18 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 might also be degraded by an advanced oxidation process. however, this possibility was not considered in this study since the total organic carbon (toc) did not change over the course of the redox reaction with nms. the chromatography analysis (hplc) was carried out for different reaction times (see supplementary material, fig. s3). it was verified a strong reduction of the peak exhibited by nms (e.g., elution at 11 min). in addition, the occurrence of a less intense peak observed at an elution time of 5.3 min can be ascribed to the formation of an aromatic substance. these findings are in good agreement with the uv-vis study (see figure 7 and the discussion thereof). 3.6 influence of the nanoparticle concentration on the reductive degradation of nms figure 8 shows the degradation of nms in terms of the removal efficiency as a function of the nanoparticle concentration using the 17bnp/chi(susp.) system. table 2 gathers the values of the apparent heterogeneous rate constant (kap) obtained for the reductive degradation of nms. 0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 r e m o v a l e ff ic ie n c y / % t / min 0.1 g l -1 0.3 g l -1 0.5 g l -1 0.8 g l -1 1.0 g l -1 figure 8. removal efficiency as a function of the 17bnp/chi concentration. conditions: [nms]0 = 40 mg l−1, f = 250 rpm; t = 24 ± 3 °c. as can be seen, for an increase in the concentration of nanoparticles from 0.1 to 1.0 g l−1 the degradation increased from 18 % to 100 % (t = 15 min), respectively. as a result, kap-values (see table 2) increased from 1.17  10−2 to 3.29  10−2 min−1, respectively. table 2. the kinetic parameter (kap) obtained for the different concentrations of the bimetallic nanoparticles [17-bnp/chi]0 (g l−1) kap (min−1) r2 0.1 1.17  10−2 0.995 0.3 1.45  10−2 0.996 0.5 7.20  10−2 0.992 0.8 2.14  10−2 0.997 1.0 3.29  10−2 0.996 conditions: [nms]0 = 40 mg l−1; t = 24 ± 3 °c and f = 250 rpm. 3.7 the reuse of the bimetallic nanoparticles in different experimental runs it was verified after the first application of the nanoparticles in the reductive treatment that their reuse and stability (dispersability) strongly depend on [nms]0. in fact, it was verified that when [nms]0 < 30 mg l−1 and [17-bnp/chi(susp.)]0 = 1.0 g l−1 the bimetallic nanoparticles might be only reused twice with a loss in efficacy, i.e., the use of the non-fresh nanoparticles in a second experimental run resulted in a decreased removal of about 30−50 %. in addition, it was confirmed that when [nms]0 > 30 mg l−1 and [17bnp/chi(susp.)]0 = 1.0 g l−1 the bimetallic nanoparticles can no longer be used for promoting the degradation of nms in a second experimental run. in fact, during a second experiment using the same bimetallic nanoparticles, these species were completely oxidised with the formation of a brownish precipitate that exhibited characteristics of the hydrated iron oxide. in this sense, the brownish precipitate was dried under vacuum and then subjected to the eds analysis where the presence of iron, oxygen, and a low content of carbon were confirmed. grieger et al.35 conducted a study on the environmental benefits and risks involving the use of fe0-based nanoparticles in remediation processes. it was verified by these authors that https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 19 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 there are no significant risks to the environment in these cases. in fact, the solid product (e.g., mostly oxides) obtained after the reductive degradation of organic substances is not soluble in water and its presence in the environment does not pose any hazard. 3.8 dependence of the heterogeneous rate constant on the initial concentration of nimesulide table 3 shows the kap-values obtained for the different concentrations of nimesulide. table 3. the kinetic parameter (kap) obtained for the different concentrations of nimesulide [nms]0 (mg l−1) kap (min−1) r2 10 1.85 0.991 20 1.74  10−1 0.996 30 3.11  10−1 0.996 40 2.14  10−1 0.997 50 9.57  10−2 0.997 conditions: [17-bnp/chi]0 = 0.8 g l−1; t = 24 ± 3 °c and f = 250 rpm as can be seen, kap-values strongly decreased from 1.85 min−1 to 9.57  10−2 min−1 for an increase in the concentration of nimesulide from 10 to 50 mg l−1, respectively. this behaviour indicates the occurrence of a surface heterogeneous redox reaction where there is a competition between the adsorbates (e.g., nms) for the active fe0-sites and, therefore, the overall concentration of the active surface sites available for the reductive degradation reaction can considerably decrease with an increase of the nimesulide concentration. for the special case when [nms]0 = 10 mg l−1, it was verified a removal percentage of 100 % for nms after 2.5 min of reaction. nonetheless, in the case of higher [nms]0-values a removal percentage higher than 75 % was only obtained after 15 min of reaction. these findings are in agreement with the literature22. 3.9 ft-ir analysis of the 17-bnp/chi system the ft-ir study was carried out under different experimental conditions for chi(s) and 17bnp/chi(susp.) (see supplementary material, figure s4). first, it was observed that the major absorption bands exhibited by chi were also verified for the 17-bnp/chi(susp.) system, before and after the reductive reaction, thus confirming the presence of chi in the bimetallic nanoparticle system. the strong absorption band located at 3268 cm−1, observed for the stabilised nanoparticles, can be ascribed to the presence of water, as well as to the symmetric stretching of the n−h bond of the amide groups of chi23, 36. the band observed at 1643 cm−1 can be ascribed to the symmetric stretching of the n−h bond. the other bands observed at 1373 and 1052 cm−1 are related to bending of the c−ch3 bond and the symmetric stretching of the c−o bond, respectively23, 36. on the whole, the ft-ir findings indicate that the chemical properties of chi are almost unaffected by the reductive degradation reaction. 3.10 identification of the by-product formed during the reductive degradation of nimesulide the lc-esi-ms analysis was accomplished for the by-product obtained at the elution time of 5.3 min. figure 9 shows the spectra obtained for the nms (a) and by-product (b) after the redox reaction with the 17-bnp/chi(susp.) system. as can be seen, the nimesulide is identified by the positive ion [m + h]+ exhibiting an m/z ratio of 309 da, while the by-product obtained from the catalytic hydrogenation of nms is identified by an m/z ratio of 247 da. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 20 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 figure 9. esi-ms spectra obtained before (a) and after (b) the reductive reaction of nms with 17-bnp/chi. conditions: [nms]0 = 40 mg l−1 and [17-bnp/chi]0 = 0.8 g l−1. taking into account the literature6, it was proposed in the present study that the bimetallic nanoparticles composed of 17-bnp/chi(susp.) resulted in the formation of adsorbed h•-radicals due to the catalytic action of the ni0-centres. afterward, these radicals were incorporated in the molecular structure of nms resulting in the reductive degradation/conversion of the parental substance. the overall redox process is shown in figure 10. o nh n + o o s o o ch3 m/z = 309 da o nh nh2 s ch3 m/z = 247 da radical catalytic hydrogenation fe 0 + 2h2o fe 2+ + h2 + 2oh 2ni 0 + h2 2ni-h 2ni 0 + 2h + 2o 2 figure 10. representation of the reductive transformation of the parental substance (nms) during the redox reaction with the bimetallic nanoparticles composed of 17-bnp/chi. as can be seen, the redox process is characterised by the formation of hydrogen from the water splitting in conjunction with the oxidation of the fe0-sites. afterward, the hydrogen molecule is converted into hydrogen radicals due to the catalytic action of ni0. as a result, the 0 200 400 600 800 1000 0.0 5.0x10 10 1.0x10 11 1.5x10 11 2.0x10 11 (b)[m+h] + = 247 m/z intens. 0 200 400 600 800 1000 0 1x10 6 2x10 6 3x10 6 m/z intens. [m+h] + = 309 (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 21 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 degradation/transformation of nms is propitiated by its reaction with the hydrogen radicals with the concomitant release of two oxygen molecules. in this sense, the removal of the nitro and sulphonyl groups during the redox process resulted in the formation of an amine and thioester by-product characterised by an m/z ratio of 247 da. from the above considerations, it can be expected the formation of less-harmful organic substances after the reductive treatment since the functional groups present in the structure of nms were removed/converted during the redox reaction9. therefore, the use of bimetallic nanoparticles containing fe and ni stabilised with chitosan in reductive treatment processes aiming for the degradation of nacs, as is the case of nimesulide, may be quite interesting from the environmental viewpoint. 4. conclusions the suspension containing the chitosan (chi)stabilized ni0–fe0 nanoparticles denoted as bnp/chi(susp.) is very active for promoting the removal/transformation of nimesulide present in water. the stabilising agent (chi) prevented the agglomeration phenomenon thus strongly increasing the redox activity of the bimetallic nanoparticles for the reductive degradation of nimesulide. it was verified that the best composition of the bimetallic system contains 17 wt.% ni and 83 wt.% fe (e.g., 17-bnp/chi(susp.)). the xrd and mössbauer analyses revealed the predominance of amorphous structures for ironrich phases containing fe0 and fe2o3. the presence of the catalyst (ni0) is essential for promoting the reductive degradation of nimesulide where the functional groups of this substance are converted/modified by incorporation of the hydrogen radicals formed during the oxidation of the fe0-centres. the analysis of the by-product formed during the redox reaction revealed the formation of a substance containing the amine and thioester functionalities. in this sense, the present study suggests that the reductive removal/transformation of nimesulide using the 17-bnp/chi(susp.) system can be useful for the reduction of the toxicity intrinsic to this kind of nac substance. 5. acknowledgements l. m. da silva wishes to thank the “conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico – cnpq” (pq-2 grant) and “fundação de ampara à pesquisa do estado de minas gerais –fapemig” (apq-02739-17). 6. references [1] campanha, m.b., awan, a.t., de sousa, d.n.r. grosseli, g. m.; mozeto, a. a.; fadini, p.s. environ. sci. pollut. res. 22 (2015) 7936-7947. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3929-x. 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https://doi.org/10.1016/j.jcis.2015.01.080 https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.03.002 https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.03.002 https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.03.002 https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.03.002 https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.03.002 https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.03.002 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.05.032 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.05.032 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.05.032 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.05.032 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.05.032 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.05.032 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.05.032 https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.09.038 https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.09.038 https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.09.038 https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.09.038 https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.09.038 https://doi.org/10.1051/jphyscol:19766160 https://doi.org/10.1051/jphyscol:19766160 https://doi.org/10.1051/jphyscol:19766160 https://doi.org/10.1051/jphyscol:19766160 https://doi.org/10.1051/jphyscol:19766160 https://doi.org/10.1103/physrevb.69.094401 https://doi.org/10.1103/physrevb.69.094401 https://doi.org/10.1103/physrevb.69.094401 https://doi.org/10.1103/physrevb.69.094401 https://doi.org/10.1103/physrevb.69.094401 https://doi.org/10.1103/physrevb.69.094401 https://doi.org/10.1103/physrevb.69.094401 https://doi.org/10.1180/claymin.2010.045.4.413 https://doi.org/10.1180/claymin.2010.045.4.413 https://doi.org/10.1180/claymin.2010.045.4.413 https://doi.org/10.1180/claymin.2010.045.4.413 https://doi.org/10.1002/pssa.2210180120 https://doi.org/10.1002/pssa.2210180120 https://doi.org/10.1002/pssa.2210180120 https://doi.org/10.1002/pssa.2210180120 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/es071107q https://doi.org/10.1021/es071107q https://doi.org/10.1021/es071107q https://doi.org/10.1021/es071107q https://doi.org/10.1021/es071107q https://doi.org/10.1021/es071107q https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.07.011 https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.07.011 https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.07.011 https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.07.011 https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.07.011 https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.07.011 https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.07.011 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.05.051 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.05.051 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.05.051 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.05.051 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.05.051 original article 24 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 supplementary material synthesis of chitosan-stabilised iron and nickel nanoparticles and the application in the reductive degradation of nimesulide figure s1. bet analysis: (a) isotherm plot and (b) pore radius distribution obtained for 17-bnp/chi. -12 -8 -4 0 4 8 12 98.5 99.0 99.5 100.0 r e la ti v e t ra n s m is s io n / % velocity / mm s -1 e f g figure s2.57fe mössbauer spectrum obtained for the 17-bnp/chi sample at room temperature. the fitted curve is the sum of two signal distributions also shown (displaced on the vertical scale for clarity). 10 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 d v (l o g r ) / c m 3 g -1 pore radius / å (b) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 500 1000 1500 2000 relative pressure, p/p 0 v o lu m e a d s o rb e d / c m 3 g -1 (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article 25 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 10-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40 50 by-product nms a b s o rb a n c e t / min 30 min 0 min figure s3. hplc chromatograms obtained for the treated samples as a function of the reaction time. conditions: [nms]0 = 40 mg l−1; [17-bnp/chi]0 = 0.8 g l−1; t = 24 ± 3 c. 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 (c) (b) 1 0 5 2 1 3 7 3 1 6 4 3 2 3 6 4 tr an sm it ta n ce / % wave number / cm-1 (a) chi (b) 17-bnp/chi (before) (c) 17-bnp/chi (after) 3 2 6 8 (a) figure s4. ft–ir spectra obtained for pure chi and for 17-bnp/chi, before and after the reductive reaction with nms. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.10-25 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 4 | 2018 | 37 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 37-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 simple, fast and inexpensive method for determination of ranitidine hydrochloride based on conductometric measurements eduardo henrique bindewald1 , joão carlos da rosa-sobrinho1, márcio fernando bergamini1 , luiz humberto marcolino-júnior1+ 1 laboratório de sensores eletroquímicos – labsense – universidade federal do paraná –ufpr – curitiba-pr, brazil + corresponding author: luiz humberto marcolino-júnior, e-mail address: luiz1berto@ufpr.br article info article history: received: march 5, 2018 accepted: november 2, 2018 published: december 5, 2018 keywords: 1. ranitidine hydrochloride 2. quality control 3. conductometric determination 1. introduction in recent years, studies indicate that about 10% of the world population will suffers lesions in the gastric mucous membranes or in the duodenum1. the more effective treatment of this type of lesion is based on mainly administration of drugs proton pump inhibitors, as omeprazole2/pantoprazole3 or anti-histamine which ranitidine hydrochloride could be highlighted4. ranitidine hydrochloride (ran-hcl figure 1) plays in the organism action inhibiting the secretion of gastric acid, reducing both volume and content of acid and pepsin secretion5. this drug is largely commercialized around the world and consequently the development of feasible, fast and sensitive methods for pharmaceutical quality control is very important. figure 1. molecular structure of ranitidine hydrochloride. abstract: this work aims the development and optimization of an alternative method for ranitidine hydrochloride (ran-hcl) determination. the proposed method was based on conductometric titration of ran by precipitation of agcl solid using a solution of agno3 as titrant. it was investigated the possibility of performing the titrations on hydroalcoholic and deionized water medium. a limit of detection of 1.0 mmol l-1 and 0.5 mmol l-1 were achieved for ran titration in deionized water and in a 75:25 hydroalcoholic mixture, respectively. such behavior is attributed to the dielectric constant of hydroalcoholic medium, which is lower than aqueous solution, making agcl more insoluble and improving the resolution of the conductivity curve around the end point. therefore, it is concluded that the conductometric titration method to determine ran using agno3 as titrant proved to be feasible at low drug concentrations. the statistical calculations for obtained results suggested good precision for the conductometric method. according to t-test, there were no significant differences between found values at a 95% confidence level. moreover, obtained results showed an excellent performance of the proposed method on quality control of ran-hcl in generic formulations without any sample pretreatment. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 mailto:luiz1berto@ufpr.br https://orcid.org/0000-0003-3730-4588 https://orcid.org/0000-0002-4600-2250 https://orcid.org/0000-0002-6279-469x original article 38 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 37-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 there are several procedures reported in literature for ranitidine determination based on chromatographic6, 7, uv-vis spectroscopy8-10 and voltammetric methods11-13. british pharmacopeia14 describes the dosage of ran-hcl in pharmaceutical formulations for quality control by liquid chromatography using potassium dihydrogen phosphate buffer and acetonitrile as mobile phase with uv detection. brazilian pharmacopeia15 suggests direct molecular absorption spectrophotometry with detection at 314 nm as official method for determination of ranitidine hydrochloride. these cited methodologies are very reliable and exhibit sensibility, precision and accuracy adequate for concentration levels of pharmaceuticals formulations of ran-hcl. however, these techniques demand long-time for sample preparation/treatment, use large volumes of organic solvents and/or require sophisticated and expensive instruments. in order to overcome the drawbacks showed by other techniques, titrimetric procedures are an interesting alternative way for analysis of pharmaceutical formulations and/or biological samples, since this type of methodology is rather simple, with fast response and low-cost instrumentation. moreover, detection of end point can be performed using an instrumental technique which is a practical approach to minimize analyst errors and leads more rapid, precise and accurate results16. several “hydrochlorides” such as ran-hcl can be found as active ingredients in commercialized pharmaceutical formulations. in general, hydrochlorides are more water-soluble and provide better absorption by human body17. some methodologies have been described for determination of these compounds, based on indirect quantification of drug based on chloride ions released from salt dissolution18-21. caetano et al.18 reported a low-cost conductometric method for determination of verapamil hydrochloride in pharmaceutical formulations based on chloride ions released from verapamil hydrochloride which were titrated with an aqueous solution of silver nitrate. similar approach was adopted by noronha et al.19 who described potentiometric and conductometric titration of diltiazem hydrochloride (dtz) determination based on the chemical reaction between chloride ions coming from diltiazem hydrochloride molecule and ag(i) ions, yielding the precipitate agcl solid. the limit of applicability of the conductometric method based on precipitation titration is defined by solubility of solid yielded agcl (kps ~1.8 x 10-10). the solubility product constant can be affected by alteration in the dielectric constant of the solvent () allowing to use lower concentration level of reagents. a decrease in the kps could be obtained simply using of hydroalcoholic medium which presents a minor value of dielectric constant when compared to aqueous solution. this effect plays an important role in the precipitation titration procedure allowing the use of lower quantity of reagents. based on above-cited information, the present work describes a practical and accurate methodology for ran hydrochloride determination based on conductometric titration of chloride ions using by agno3 as titrant in hydroalcoholic medium. 2. materials and methods 2.1. instruments, reagents and chemicals a system comprising by conductometer oakton® com 500 and a classic burette of 25.0 ml associated with a magnetic stirrer were used for all conductometric measurements. the solutions were prepared with deionized water obtained from milliq system or ethanol (carlo erba, 99.9%). other used reagents were silver nitrate and sodium chloride (merck, > 99% content) and ranitidine hydrochloride (aldrich, > 95% content). silver nitrate solutions were used in the titration of the same concentration of ranitidine solutions ranging from 0.10 to 1.0 x 10-3 mol l-1. the same were standardized using anhydrous sodium chloride as primary standard. for comparative method, a spectrophotometer hewlett packard, model 8452a equipped with 1.0 cm light path quartz cuvette. acid-base titrations were performed using a 780 phmeter metrohm equipped with combined glass electrode associated a classic burette of 25.0 ml and magnetic stirrer. 2.2. samples and standard solutions pharmaceutical samples in tablet form containing ranitidine hydrochloride (ran-hcl) were purchased in local drugstore. for each sample, twenty tablets were crushed using mortar and pistil and 50.0 ml of a stock solution with theoretical concentration of 1.0 mmol l-1 was https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 original article 39 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 37-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 prepared using deionized water or hydroalcoholic solution in different proportions of solvent. 2.3. conductometric titration aliquots of 10.0 ml or 5.0 ml (reference solutions or sample) were transferred to beakers and titrated with solutions of agno3 at the same concentration of the analyte (between 5.0 x 10-4 to 0.1 mol l-1) with additions of 0.5 ml or 1.0 ml. conductance values were recorded 10 seconds after the titrant addition. before plotting titration graphs, conductance values were corrected according to volume of titrant added (equation 1), all titrations were conducted in temperature controlled at 20 ºc. (1) where: lcorr = corrected conductance, lexp = experimental conductance, and vini, vadd the initial volume and added volume, respectively. from graph of corrected conductance vs. volume of agno3 solution, the end point was obtained by the intersection of the straight-line segments, and thus determining the concentration of ran-hcl. 2.4. acid-base titration (ph curves) a standard solution of ran-hcl, 0.10 mol l-1 was titrated with naoh at the same concentration, previously standardized by sodium biphthalate. based on the ph vs. naoh volume curve was possible to estimate the pka of ran-hcl. the pka value was estimated using the ph obtained at ½ volume of the end point. 2.5. comparative method comparative method used is described on brazilian pharmacopeia13 based on uv-vis spectroscopy. a portion equivalent to one tablet was dissolved in water and after diluting to concentration around to 0.00125% (w/v). standard solution was prepared at same concentration and the absorbance measurements of samples and standards solution were carry out at 314 nm using a quartz cuvette. 3. results and discussion 3.1 preliminary studies firstly, the potentiality of conductometric titration for proposed determination was investigated in order to show that indirect quantification of ran-hcl can be realized based on precipitation reaction between cland ag+ ions leading to formation of agcl. an aliquot of 10.0 ml of 0.10 mol l-1 ran-hcl standard solution was prepared in deionized water and it was titrated with a standardized solution of agno3 at the same concentration (figure 2). typical conductometric curve for titration of ran-hcl with silver nitrate shows two linear segments with significant difference in the slope. before the endpoint, no significant variation of conductance values was observed which is attributed to consume of chloride ions by precipitation of agcl (solubility, 1.1 x 10-5 mol l-1) concomitantly with reposition of nitrate ions from agno3. slight variation in conductance observed in this segment can be attributed to exchange of ions with very similar ionic mobility (cl76.3 s cm2 mol-1 and no3 71.5 s cm2 mol-1). after the endpoint, a marked increase of conductance values was observed due to excess of silver and nitrate ions in solution. the endpoint was determined by intersection of segment #1 and #2 and ran-hcl concentration was estimated based on 1:1 stoichiometric relationship. figure 2. representative conductometric curve obtained for titration of 10.0 ml of 0.10 mol l-1 ranhcl standard aqueous solution with a standardized solution of agno3 0.10 mol l-1. 𝑳𝒄𝒐𝒓𝒓 = 𝑳𝒆𝒙𝒑 ∗ (𝑽𝒊𝒏𝒊 + 𝑽𝒂𝒅𝒅) 𝑽𝒊𝒏𝒊 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 original article 40 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 37-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 the proposed procedure is based on determination of chloride ions released from ranhcl after its dissolution (ran-hcl(s) + h2o  ran(aq) + h3o +(aq) + cl-(aq)). potentiometric titration of ran-hcl with naoh standard solution was performed in order to verify adequate reactions that occur during the conductometric titration. in figure 3a is possible to observe a curve with similar shape to obtained titration for systems composed by weak acid titrated with strong base (endpoint is observed at ph > 7.0). additionally, from titration curve the pka value for reaction ran-h+ + h2o  ran + h3o + was estimated as 8.05 ± 0.10 (n = 3). thus, based on these results we believe that reactions involved in the proposed procedure could be better attributed to: ranhcl(s)  ran-h+(aq) + cl-(aq) (dissolution step) and ag+(aq) + cl-(aq) agcl(s) (titration step). uv-vis spectrophotometric measurements were performed at different ph values in order to confirm the protonation of ranitidine molecule. figure 3b shows uv-vis spectra where an increase in the absorption intensity at 310 nm with the increase of ph values can be observed. this behavior is attributed to protonation of ran molecule which is majority form at ph values at least 2.0 units lower than pka. these studies confirm that the conductometric titration was performed with ran molecules in the protonated form. figure 3. a) ph curve obtained for titration of ranhcl using naoh standardized solution; b) absorption spectrum in the uv-vis region for ran-hcl in ph values: 1.0 (a), 2.0 (b), 2.5 (c), 3.0 (d), 4.0 (e), 5.0 (f) and 6.0 (g). 3.2. optimization of the titration method several investigations were realized in order to optimize the proposed methodology. for this, all solutions were prepared with deionized water to obtain a lower background signal. firstly, the effect of solution concentration (titrant and titrated) has been evaluated by performing of three successive titrations using concentrations in range between 0.50 and 10.0 mmol l-1. table 1 presents results of recovery studies. table 1. titrations realized with deionized water. concentration of ranitidine added / mmol l -1 concentration of ranitidine found / mmol l -1 recovery 10 9.9 99% 1.0 0.92 92% 0.50 nd nd: not detected adequate recoveries values were obtained using solutions with concentration of 10.0 mmol l-1 indicating a well-defined shape of titration curve. when concentrations of 1.0 mmol l-1 were used, a significant decrease in recoveries values were found suggesting a poor profile of the conductometric titration curve. concentration lower than 1.0 mmol l-1 did not provide a variation in the conductance of solution which did not allow found an end point from titration curve. thus, the best set of results using aqueous solutions were found only for concentrations higher than 1.0 mmol l-1. in order to achieve detections below the limit imposed by use of aqueous solution, we decided to try to alter the solubility of solid formed (agcl) during titration process by using of another solvent mixed on aqueous solutions. the adopted strategy was based on variation of dielectric constant (ε) of solution. the dielectric constant of a solvent could be related with its polarity and ability for solvation of ions. when a dielectric constant of solvent is higher it means that this solvent is more polar, and it is more efficient to solvate the ions. as consequence of this, an increase in solubility of ionic solid could be observed for solvent with high 0 5 10 15 6 8 10 12 200 300 400 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 p h vnaoh / ml g b a b s o rb a n c e / u .a .  / nm a a https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 original article 41 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 37-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 dielectric constant. the dielectric constant of water is 78.3 (25 oc) and it is higher than ethanol (24); so, a higher solubility of agcl solid in water is verified when compared with ethanol. in this way, the use of hydroalcoholic solutions promotes a decrease in the solubility of silver chloride and allows to use of more dilute solutions in the conductometric titration. titrations employing hydroalcoholic solutions in the range of 0 to 75% (v/v) of ethanol were performed using 1.0 mmol l-1 of ran-hcl and agno3 in order to investigate the effect of mix of solvents (figure 4). fig. 4 titrations conductometric curves obtained using different solvents composition. by using of hydroalcoholic solutions, recoveries values close to 100% were obtained for all titrations, indicating that presence of ethanol as solvent results in an improvement in the determination. amounts of ethanol higher than 50% did not yield significant differences between the segments of titration curve which can be related with decrease in the solubility of reagents. for larger amounts of alcohol (25:75 water:ethanol) there was a decrease in sensitivity caused by a poor solubility of agno3. using a composition of 75:25 water:ethanol, it was possible to determine the concentration of ran-hcl employing concentration of 0.5 mmol l-1 for reagent which was not achieved performing the titration in water. such behavior was attributed to the lower dielectric constant inherent to the solution which resulted in a lower background signal enabling the identification of titration equivalence point with good reliability. 3.3. determination of ran-hcl in pharmaceutical samples after the optimization of experimental conditions, the proposed method was applied for determination of ran-hcl in triplicate for three different samples of pharmaceutical formulations (table 2). results obtained using the conductometric titration were compared with those provided using the spectrophotometric method recommended by the brazilian pharmacopoeia and the values given on the pharmaceutical formulations labels. table 2. results of determination of ran-hcl in pharmaceutical formulations. sample labeled values / mg proposed method / mg reference method / mg rsd* generic 1 300 305 ± 9 298.4 ± 0.7 2.1% generic 2 150 158.7 ± 0.3 165 ± 6 3.5% generic 3 150 161.1 ± 0.2 163 ± 5 1.0% *rsd: relative standard deviation (proposed vs. reference method) statistical test suggested good accuracy for the conductometric method in comparison with official methodology, indicating that the excipients used to manufacture the tablets of ranitidine formulations did not exhibit interference in the determination of the drug18-20. according to the t-test, there were no significant differences between the values found at the 95% confidence level. moreover, results obtained showed an excellent performance of proposed method to quality control of ran-hcl in generic formulations without any sample pretreatment. 0.0 2.5 5.0 7.5 6.0 7.5 9.0 10.5 deionized water water:ethanol (75:25) l co r r /  s v agno3 / ml https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 original article 42 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 37-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p37-43 4. conclusions this study demonstrated that conductometric titration is a very powerful methodology for determination of ranitidine hydrochloride, being a simple, fast and inexpensive alternative route to perform quality control of these species, especially in small laboratories. the use of hydroalcoholic solutions allowed a decrease in the detection limit of the technique. it was possible to perform quality control of ran-hcl in the order of 0.5 mmol l-1 with significant reducing costs. pharmaceutical samples without any pretreatment were analyzed using proposed titration and values with excellent agreement with an official method were found. 5. acknowledgments we gratefully acknowledge financial support from fundação araucária, capes, and cnpq. 6. references [1] saul, c., teixeira, c. r., pereira-lima, j. c., torresini, r. j. s., redução da prevalência de úlcera duodenal: um estudo brasileiro (análise retrospectiva na última década: 1996-2005), arquivos de gastroenterologia 44 (4) (2007) 320324. https://doi.org/10.1590/s000428032007000400008. 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http://books.google.ca/books?id=j_6h4hfqdjkc http://books.google.ca/books?id=j_6h4hfqdjkc http://books.google.ca/books?id=j_6h4hfqdjkc https://doi.org/10.2174/157341211797458041 https://doi.org/10.2174/157341211797458041 https://doi.org/10.2174/157341211797458041 https://doi.org/10.2174/157341211797458041 https://doi.org/10.2174/157341211797458041 https://doi.org/10.2174/157341211797458041 https://doi.org/10.2174/157341211797458041 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 https://doi.org/10.2174/1573412910666140403000201 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-40422009000700043&nrm=iso https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)84919-3 https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)84919-3 https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)84919-3 https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)84919-3 https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)84919-3 https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)84919-3 eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 195 artigo/article adsorption isotherm studies of bod, tss and colour reduction from palm oil mill effluent (pome) using boiler fly ash igwe, j.c.1*, onyegbado c.o.2 and abia a.a3. 1department of industrial chemistry, abia state university, p.m.b. 2000, uturu, abia state –nigeria. 2department of chemical engineering 3 department of pure and industrial chemistry, university of port harcourt, choba uniport, river state – nigeria *corresponding author e-mail: jcigwe2001@yahoo.com. phone: 234-803-675-2059 abstract: palm oil is one of the two most important vegetable oils in the world’s oil and fats market. the extraction and purification processes generate different kinds of waste generally known as palm oil mill effluent (pome). earlier studies had indicated the possibility of using boiler fly ash to adsorb impurities and colour in pome treatment. the adsorption treatment of pome using boiler fly ash was further investigated in detail in this work with regards to the reduction of bod, colour and tss from palm oil mill effluent. the amount of bod, colour and tss adsorbed increased as the weight of the boiler fly ash used was increased. also, the smaller particle size of 425μm adsorbed more than the 850μm size. attempts were made to fit the experimental data with the freundlich, langmuir and dubinin-radushkevich isotherms. the r2 values, which ranged from 0.8974–0.9898, 0.8848–0.9824 and 0.6235–0.9101 for freundlich, langmuir and dubinin-radushkevich isotherms respectively, showed that freundlich isotherm gave a better fit followed by langmuir and then dubinin-radushkevich isotherm. the sorption trend could be put as bod > colour > tss. the apparent energy of adsorption was found to be 1.25, 0.58 and 0.97 (kj/mol) for bod, colour and tss respectively, showing that sorption process occurs by physiosorption. therefore, boiler fly ash is capable of reducing bod, colour and tss from pome and hence could be used to develop a good adsorbent for pome treatment. keywords: adsorption, wastewater, isotherm, boiler fl y ash, pome. introduction the palm oil is of tremendous economic and social importance in nigeria. the palm oil industry apart from being a major foreign exchange earner for nigeria in the past has also been identifi ed as a great source of water and land pollution. according to majid et al, (1999) [1], palm oil mills produce crude palm oil and palm kernel as their main products. the milling process also generates considerable amounts of co-products/ waste such as empty fruit bunches (efb), palm oil mill effl uent (pome), palm fi ber and palm shell. the palm oil mill effl uent, the fi nal liquid discharged after extracting the oil from the fresh fruit bunch, contains soil particles, residual oils and suspended solids but only 5% of dry matters. palm oil sludge is the material that remains after decanting the palm oil mill effl uent. both the effl uent and sludge pollute streams, rivers or surrounding land when discharged without proper treatment. these effl uents cause serious depletion of dissolved oxygen and kill fi sh, prawns and crabs, which are important sources of food and nutrients. ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010196 ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010 197 artigo article artigo article the effl uent discharged from an oil mill is still objectionable and the situation in many countries is quite different and much attention has been given to the subject of effective disposal [2]. the quantity of pome produced is about 60% for every tonne of fresh fruit bunches (ffb) processed [3]. apart from the sludge water itself, which amounts to about 300 kg per tonnes of bunches milled (or about 1.5 tonnes per tonne of palm oil), there are also about 175kg of sterilizer condensate and between 40 and 140kg of effl uent from hydro cyclone or clay bath separators per tonne of bunches [4]. the total amount of effl uent is therefore more than half a tonne per tonne of bunches or 2.5 tonnes per tonne of oil produced in a typical mill [5]. hence, an average of 30 tonne ffb per hour mill will generate about 18 tonnes of effl uent per hour. in milling 20 tonnes of bunches per hour, more than 200 tonnes of effl uent may be discharged over 24 hours and this may contain up to a tonne of oil and 9 tonnes of dissolved or suspended solids. this effl uent has a biochemical oxygen demand (bod) of about 20,000 mg/l or 20% for 5 days, which is extremely high. fibre and shell are termed as by-products of the oil mill and they are used as boiler fuel to produce steam for electricity generation for the mill and domestic consumption within the mill complex. boiler fl y ash is produced in palm oil mills from the burning of the fi ber and shell. every tonne of ffb produces about 4kg to 6kg of boiler ash. this porous ash, which contains about 0.28% 1.33% phosphorus, 1.02% 4.31% potassium, 0.39% 3.24% calcium and 0.29% 2.60% magnesium [6], can be used as a soil conditioner. currently, this under utilized waste is mainly used as landfi ll. adsorption of heavy metals from aqueous solution by fl y ash from palm oil mill and other sources has been reported [7-12]. in view of the maximizing waste utilization and with the prospect of federal environmental protection agency (fepa) imposing more stringent bod limits on palm oil mill, an adsorption method using boiler fl y ash may need to be introduced. therefore, in this study, we investigated the use of boiler fl y ash for the reduction of biochemical oxygen demand (bod), total suspended solid (tss) and colour from palm oil mill effl uent (pome). also, adsorption isotherms were used to correlate and model the adsorption studies. materials and methods materials samples of effl uent water were collected from a palm oil mill in okigwe, imo state nigeria. boiler fl y ash was also collected from the same mill. all reagents used were of analytical reagents grade and were used as purchased without further purifi cation. methods sample collection and adsorbent preparation samples of effl uent water were collected in different containers of about 5 liters in volume. the containers were properly washed and rinsed with the effl uent before collection to avoid contamination and dilution. the containers were labeled showing time of collection and temperature at collection. boiler fl y ash was also collected from the same will. to do this, a large quantity was collected using polyethylene bags. the boiler fl y ash was fi rst washed with distilled water and then air-dried. the particle size distribution was determined using a fritsch sieve shaker. this properly sieved the boiler fl y ash into two particular mesh sizes of 425μm and 850μm for the purpose of the experiment. therefore, two samples of boiler fl y ash were obtained and placed in different sample containers and labeled according to their mesh sizes (425μm and 850μm). the specifi c surface area of the fl y ash was determined using the methylene blue absorption test (mbt) method described by santamarina et al (2002) [13]. the moisture content of the sample was measured by heating the fl y ash in an oven at 135oc for two hours [1]. the fl y ash was activated by soaking in dilute (2% v/v) hno3, over night. it was then rinsed with distilled water and air dried, ready for the experiments. the reason for soaking in nitric acid was to wash off soluble contaminants and activate the boiler fl y ash by opening up the pores in readiness for sorption process. determination of specifi c surface area (saa) the specifi c surface area of the adsorbent was determined using the methylene blue absorption test (mbt) method [13]. 2.0g of each adsorbent was suspended in 200ml of deionized water and 10ppm of methylene blue solution was added to the adsorbent suspension and agitated in a shaker for 2 h. there after, it was kept for 24 hr to reach equilibrium, after which 10ml aliquot was taken and centrifuged. the centrifuged aliquot was then analyzed using a unicam – 87oo uv/visible spectrophotometer to determine the amount of methylene blue that remained in solution. also, 20, 30, 40, 50, 60 and 70 ppm solutions of methylene blue were then added sequentially and the previous steps repeated. a graph of concentration of methylene blue added versus the amount of absorbed methylene blue (not shown) was used to identify the point. the specifi c surface area was calculated from the amount of absorbed methylene blue at the optimum point of cation replacement as follows: where; mmb = amount of methylene blue absorbed at the point of complete cation replacement. ms = mass of adsorbent av = avogadro’s number, 6.02 x 1023 amb =area covered by one methylene blue (assumed to be 130å2) sorption experiments effect of weight of fl y ash the adsorption experiments were conducted in a batch system by preparing various amounts of fl y ash (10, 30, 40 and 60g) of the two different mesh sizes in series of 300ml wastewater. the various mixtures of fl y ash and wastewater were allowed to stand with continuous stirring for 60 mins contact time, at a constant temperature of 30oc and ph of 6.4. after the contact time of 60 mins had elapsed, the mixture was centrifuged at 3000 rpm and the supernatant analyzed for bod, tss, colour and ph by the same methods described below. a control sample was prepared by fi ltering the wastewater without the fl y ash. the fi ltrates were then analyzed for bod, tss, and colour as described later. the reductions of these parameters as consequence of adsorption were calculated by difference in the initial concentrations and that remaining in the fi ltrates. effect of initial concentration to investigate the effect of initial concentration of the wastewater on the adsorption process, various initial concentrations were obtained by diluting the wastewater with distilled water. initial concentrations of 10%, 30%, 40%, 50%, 60% and 70% were used. 30 grams of the boiler fl y ash of 800μm size was put into 300ml wastewater of different concentrations and allowed to stand with continuous stirring for 60 minutes contact time. after 60 minutes contact time, the mixtures were centrifuged at 3000rpm for 10 mins and the supernatant analyzed for bod, tss, colour and ph by the same methods described below. ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010198 ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010 199 artigo article artigo article analyses of various parameters the ph of the solution was determined using ph meter (hach 51750 – 60) [14]. the ph meter was fi rst standardized using a buffer solution of about 7.0 and then the other solutions were analyzed for their various ph values. all samples were analyzed for the other parameters as described in the standard methods for the examination of water and wastewater [15] and standard methods for water and effl uents analysis [16]. results and discussion the particle sizes of the fl y ash used were 450μm and 850μm. the specifi c surface area of the boiler fl y ash calculated from the methylene blue absorption test method was 241.4m2g-1 for figure 2: influence of adsorbent dosage for adsorption of colour (hz), tss (mg/g) and bod (mg/g) from palm oil mill effluent using boiler fly ash of particle size 850μm. 0 200 400 600 800 1000 1200 0 20 40 60 80 wt (g) of adsorbent am ou nt a ds or be d colour tss bod 850μm and 280.6m2g-1 for 425μm. the fl y ash was found to have moisture content of 1.7%. sorption capacity the experimental results for the adsorptive removal of bod, colour and tss using boiler fl y ash are presented. the ph of the palm oil mill effl uent was found to be 6.4. the amount adsorbed was calculated from equation (2) below: here qe is the amount adsorbed in mg/g for bod and tss and in hz for colour adsorption; co is the initial concentration and ce is the residual amount (concentration) after sorption process figure 1 shows the amount adsorbed for bod, colour and tss from pome as weight (g) of boiler fl ay ash was varied for particle size of 425μm, while that for particle size of 850μm is shown on figure 2. figure 1: influence of adsorbent dosage on adsorption of colour (hz), tss (mg/g), and bod (mg/g) from palm oil mill effluent using boiler fly ash of particle size 425μm. 0 500 1000 1500 2000 2500 0 20 40 60 80 wt (g) of bioler fly ash am ou nt a ds or be d colour tss bod from these fi gures, it can be seen that for bod, both for 425μm and 850μm sizes of boiler fl y ash, the amount adsorbed increased steadily as the weight of fl y ash was increased. for tss there are little changes and for colour (850μm particle size), the amount sorbed decreased as the amount of fl y ash increased. also, it can be seen that particle size of 425μm gave higher sorption capacity than particle size of 850μm. the amount adsorbed as initial concentration increased for tss, bod and colour is shown on figure 3. in each case, the amount adsorbed increased as the initial concentration of each of the parameters increased. the amount of bod adsorbed was higher followed by colour and then tss. the linear regression equations for each of the parameters and the regression coeffi cient are shown as equations 3, 4, and 5 for bod, colour and tss respectively. it could be seen that all the r2 values are high showing good correlation. the r2 value for tss was highest, followed by bod and then that for colour. ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010200 ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010 201 artigo article artigo article figure 3: influence of initial concentration on adsorption of tss (mg/g), colour (hz) and bod (mg/g) from palm oil mill effluent using boiler fly ash of 850μm particle size 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 10000 20000 30000 40000 50000 initial concentration a m ou nt a ds or be d tss colour bod figure 4: effect of percentage (%) of waste water on adsorption of colour(hz), tss (mg/g) and bod (mg/g) from palm oil mill effluent using boiler fly ash of 850μm particle size. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 10 30 40 50 60 70 percentage (%) or wastewater am ou nt a ds or be d colour tss bod the amount adsorbed against the percentage of wastewater for bod, colour and tss from palm oil mill effl uent using boiler fl y ash is shown on figure 4. it could be seen that the amount adsorbed increased as percentage of wastewater was increased. the amount of bod adsorbed was highest, followed by colour and then tss. in all, it is clear that the boiler fl y ash was capable of reducing the concentrations of bod, tss and colour from palm oil mill effl uent (pome). the adsorptive removal of these contaminants could be explained based on the modes of sorption of materials or contaminants on absorbents. the adsorptive removal of contaminants could be attributed to two main terms; intrinsic adsorption and coulombic interaction [17]. the coulombic term results from the electrostatic energy of interactions between the adsorbents and adsorbates. it can also be observed from the adsorption of cationic species versus anionic species on adsorbents [17]. the intrinsic adsorption of the materials is determined by their surface areas, which can be observed by the effect of different sizes of adsorbents. the smaller particle size of 425μm has a higher adsorption. also, both factors can interact, thereby infl uencing the adsorption capacity. the specifi c surface area (saa) of an adsorbent is the ratio of its surface area to its mass [18]. it has been reported that the surface area has a great effect on the sorption capacities of adsorbent [19]. thus, increase in specifi c surface area increases sorption capacity. the trend of this sorption capacity could be put as bod > colour > tss. this trend could be explained based on solubility and diffusion processes. bod is defi ned as the amount of dissolved oxygen needed to break down the carbonaceous component of the waste. this means that bod involves a dissolved component of wastewater. also, colour is a consequence of dissolved component of the waste but total suspended solid (tss) is not. diffusion takes place before adsorption of the contaminants, most dissolved contaminants diffuse faster than suspended particles, hence will be adsorbed more. therefore, in our opinion, this is the reason for the sorption trend. the ph could be seen as a resultant effect of the interactions of the other parameters. that is, changes in ph of the wastewater are dependent on the changes in the hydrogen ion concentration which in turn is dependent on the dissolved components of the waecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010202 ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010 203 artigo article artigo article stewater. also, it has a fi xed range of values, that is, the ph scale. sorption isotherm when an adsorbent is in contact with the surrounding fl uid of a certain composition, adsorption takes place and after a suffi ciently long time, the adsorbent and the surrounding fl uid reach equilibrium. generally, an adsorption isotherm is an expression or diagram, which provides information about the fraction of a surface that is covered by adsorbed molecules in equilibrium at constant temperature as a function of pressure or concentration [20]. adsorption isotherms are described in many mathematical forms, some of which are based on a simplifi ed physical picture of adsorption and desorption, while others are purely empirical relationship intended to correlate the experimental data in simple equation with two or at most three empirical parameters, the more the number of empirical parameters, the better the fi t between experimental data [21]. three isotherms; freundlich, langmuir and dubinin–radushkevich isotherms were chosen to analyze the adsorption process. the freundlich and langmuir isotherms are the earliest and simplest known relationships. the freundlich isotherm model was chosen to estimate the adsorption intensity. it is an empirical equation after freundlich in 1926, used to describe the isotherm data by; where kf and n are empirical constants [22]. equation (6) may be linearized by taking logarithms as follows: where; kf = constant in freundlich isotherm n = freundlich exponent ce = equilibrium liquid phase concentration qe = equilibrium solid phase concentration the plot of log qe against log ce is linear and constants kf and n were evaluated from the intercepts and slopes respectively. the freundlich isotherm plots are shown on figure 5 for tss, bod and colour. the regression equations and the coeffi cient of regression (r2) are shown as equations 8, 9 and 10 for bod, colour and tss respectively. figure 5: freundlich isotherm plot for adsorption of bod, tss and colour from palm oil mill effluent using boiler fly ash. 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3 3.5 4 4.5 5 log ce lo g q e tss colour bod from these equations and r2 values, it could be seen that the freundlich equation gave a very good fi t to the adsorption process. with r2 value of 0.9898 for colour reduction, which is the highest, it means that the freundlich isotherm fi ts the adsorption of colour more, followed by tss and then bod. the values of the freundlich constants kf and n were generated and are shown on table 1. the freundlich exponents (1/n) are all less than one showing that signifi cant adsorption takes place at low concentration but the increase in the amount adsorbed with concentration becomes less signifi cant at higher concentration and vice versa [22]. also, kf and n determines the curvature and steepness of the isotherm [23]. thus, the higher the kf value, the greater the adsorption intensity. hence the higher value of kf for bod adsorption followed by colour and then tss. ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010204 ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010 205 artigo article artigo article table 1. adsorption isotherm constants for freundlich, langmuir and dubinin-radushkevich isotherm for adsorption of bod, colour and tss using boiler fl y ash. fruendlich isotherm parameter 1/n kf(l/g) r2 tss 0.53 1.00 0.9893 colour 0.62 0.80 0.9898 bod 0.34 49.11 0.8975 langmuir isotherm parameter as(mg/g) k(l/g) r2 tss 277.78 1.0x10-4 0.9118 colour 909.09 4.29x10-5 0.9824 bod 2000.00 1.47x10-4 0.8851 dubinin-radushkevich isotherm parameter β(kj/mol) qd(mg/g) e(kj/mol) r2 tss 0.82 152.81 0.06 0.8102 colour 5.44 478.81 0.03 0.9101 bod 0.47 1233.24 0.02 0.6235 figure 6: langmuir isotherm plot for adsorption of tss, colour and bod from palm oil mill effluent using boiler fly ash 0 20 40 60 80 100 120 0 10000 20000 30000 40000 50000 ce q e/c e tss colour bod the essential characteristics of the langmuir isotherm can be expressed in terms of a dimensionless constant separation factor or equilibrium parameter, rl, which describes the type of isotherm [26] and is defi ned by the equation (11); where, co is the initial concentration of the parameter. the parameter rl shows the shape of the isotherm according to table 2. the rl values were calculated and plotted as shown on figure 7. the values of rl range from 0.2422 to 0.6911 of bod; 0.3647 to 0.8009 for colour and 0.3636 to 0.8000 for tss at various initial concentrations. from figure 7, it means that the sorption process is favourable because the values lie between zero and one. table 2. r2 values and isotherms rl values type of isotherm rl >1 unfavourable rl= 1 linear o<rl < 1 favourable rl=o irreversible the langmuir equation was chosen for the estimation of maximum adsorption capacity corresponding to complete monolayer coverage on the adsorbent surface. the langmuir isotherm is represented by the following equation [24]; the linearized form of equation (11) could be written as; where; ce is the equilibrium concentration of the parameter; qe is the amount of parameter adsorbed. the constants kl and al are the langmuir constant (l/g) and langmuir isotherm constant (l/mg), respectively. the ratio of al/kl represents the maximum adsorption capacity, qmax. another form of the langmuir equation [25], shown below was used to model the adsorption data. where as is the sorbent binding capacity and k is the binding constant. the plots of ce/ qe against ce gave straight lines and are shown on figure 6 for tss, bod and colour adsorption on fl y ash. the regression equations and the linear coeffi cient of regression (r2) are shown on the plots. the plots and the r2 values show that the langmuir model gave did not give a very good fi t to the sorption process for bod and tss. the values of the langmuir constants are show on table 1. it is well known that the langmuir equation is intended for a homogeneous surface. a good fi t of this equation refl ects monolayer adsorption [22]. therefore, the higher the adsorption, the greater the value of the sorbent binding capacity (as). ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010206 ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010 207 artigo article artigo article figure 7: dimensionless separation factor (rl) against initial concentration for bod,colour and tss adsorption on boiler fly ash. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 10000 20000 30000 40000 50000 initial concentration r l tss colour bod figure 8: dubinin-radushkevich isotherm plot for adsorption of tss, colour and bod from palm oil mill effluent using boiler fly ash 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0.5 1 1.5 [rt ln (1+1/ce)]2 ln q e tss colour bod the dubinin-radushkevich isotherm was chosen to estimate the characteristic porosity of the fl y ash and the model is represented by equation (15) [27]; where β is related to the free energy of sorption per mole of the sorbate as it migrates to the surface of the adsorbent from infi nite distance in the solution and qd is the dubinin – radushkevich isotherm constant related to the degree of sorbate sorption by the sorbent surface. the linear form of equation (15) is given as; ln qe = ln qd β ε2 (16) where, ε is the polanyi potential [28,29] which is related to the equilibrium concentration as; ε = rt ln (1+1/ce) (17) the plots of ln qe against [rt ln (1 + 1/ ce)]2 gave fairly straight lines and are shown on figure 8 for tss, bod and colour adsorption on fl y ash. the linear regression equations and r2 values show that the isotherm model does not describe bod and tss removal process very well (table 1). the apparent energy of adsorption from the dubinin–radushkevich isotherm model can be computed using the relationship [27], from the dubinin–radushkevich isotherm, the values of qd, which is related to the degree of sorbate sorption, shows that bod has a higher value (1233.24), followed by colour (478.81) and then tss (152.81). this also shows that the trend of sorption is bod > colour > tss. also, from the value of β, the apparent energy (e) of adsorption was calculated. the values of the energy 0.06, 0.03 and 0.02 (kj/mol) for tss, colour and bod respectively showed that the sorption of bod, colour and tss are physiosorption process. this is because the values obtained are within the range for physiosorption. thus, what takes place is physical sorption without chemisorptions. the values of the dubinin–radushkevich isotherm constants are also shown on table 1, with the r2 values and the apparent energy of adsorption. conclusion boiler fl y ash was utilized as an adsorbent for the reduction of bod, colour and tss from palm oil will effl uent (pome). adsorption studies were carried out to investigate the effect of weight (g) of fl y ash and initial concentration of the effl uent. the boiler fl y ash was capable of removing bod, colour and tss with the effi ciency of bod removal being higher than colour and tss. the amount adsorbed increased as weight (g) of boiler fl y ash was increased. the sorption process was modeled using three sorption isotherms namely; langmuir, freundlich and dubinin-radushkevich isotherms. dubinin-radushkevich isotherm cannot be used to describe the removal of tss colour and bod by this sorbent. langmuir isotherm can be used to describe colour and tss removal. bod removal cannot be described by the three isotherm models. colour removal is more easily described, a good correlation is found when applying the freundlich and langmuir models. generally, from the coeffi cient of determinaeclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 209ecl. quím., são paulo, 35 3: 195 208, 2010208 artigo article tion (r2) for the three isotherms, we can compare their fi tness to the experimental data as freundlich > langmuir > dubinin-radushkevich. from the results of this study, it means that boiler fl y ash can be used as an adsorbent to further reduce the concentration of bod, colour and tss from pome. therefore, because boiler fl y ash is a waste in the palm oil industry, this is a good step in the right direction to industrial waste management. references [1] r.a. majid, a.n ma and e. hisham, palm oil research institute of malaysia (porim) bulletin, 39, (1999), 1-47. 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...........................................................................................................................93, 109 benedict i. ita ...............................................................................................................................103 c. bala sekaran .............................................................................................................................45 c. c. santos..................................................................................................................................169 c. r. g. brighenti ..........................................................................................................................69 célia regina montes ......................................................................................................................55 diogo roberto ferreira néri .......................................................................................................147 divya. n. shetty ...........................................................................................................................109 e. b. s. dias1. e. c. vilela1. f. m. lanças ..................................................................................189 e. g. magalhães ..........................................................................................................................169 e. l. reis e c. reis .........................................................................................................................69 eliane rodrigues de sousa ..........................................................................................................117 fabio augusto ................................................................................................................................17 francisco claudece pereira ........................................................................................ 133, 147, 157 francisco régis da silva pereira ................................................................................ 133, 147, 157 gilberto silvério da silva .............................................................................................................117 gutto raffyson silva de freitas ...........................................................................................133, 147 humberto da silva junior ....................................................................................................133, 147 idongesit o. isaac ........................................................................................................................103 igwe ............................................................................................................................................195 isabel cristina sales fontes jardim ..............................................................................................17 j.c. onyegbado c.o. ...................................................................................................................195 1 summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 42 | 2017 | ..................................33 9 ..................................40 ..................................51 ..................................60 ..................................65 ..................................71 summary editorial board................................................................................................. .......................................2 the launch of eclética química journal...........................................................................................3 instructions for authors................................................................................... .................................4 original review cold gas spray coatings: basic principles corrosion protection and applications....................................9 original articles determination of copper in sugarcane spirit by flame atomic absorption spectrometry using a ternary solvent mixture (water-ethanol-acetone).................. joão carlos de souza, aline theodoro toci, maísa azevedo beluomini, sebastião de paula eiras effect of redox potential on chalcopyrite dissolution imposed by addition of ferrous ions................................................................................................................... denise bevilaqua, ana laura araújo santos, fabiana antonia arena, assis vicente benedetti glass formation in the sb2o3-sbpo4-wo3 system.................................................. douglas faza franco, hassen fares, antônio eduardo de souza, silvia helena santagneli, marcelo nalin the first report of chemical and biological study of essential oil from begonia reniformis leaf (begoniaceae)..................................................................................... anne g. m. da silva, marcilio w. f. silva, giselle b. bezerra, clécio souza ramos optimization of a homogeneous ternary solvent system for the quantification of lead in crystal sugar samples...................................................................................... júnior olair chagas, silviana côrrea, isabela cristina silva melo, fabiana aparecida mobile breathers in a nonlinear model for dna breathing....................................... hernan cortez gutierrez, elso drigo filho, josé roberto ruggiero, milton cortez gutierrez http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 35 flavonoids extraction from alpinia zerumbet (pers.) burtt et smith leaves using different procedures cristiane p. victório1,*; celso luiz s. lage2 ; ricardo m. kuster3 1,2 laboratório de fisiologia vegetal, instituto de biofísica carlos chagas filho,universidade federal do rio de janeiro, av. carlos chagas filho, s/n, ccs, bloco g, sala g2-050. rio de janeiro rj, 21941-902. brazil. 3 laboratório de fitoquímica, núcleo de pesquisas de produtos naturais (nppn), universidade federal do rio de janeiro, av. carlos chagas filho, s/n, ccs, bloco h, rio de janeiro rj, 21941-902. brazil. *corresponding author. e-mail: cris.pvictor@gmail.com, phone: 55 (21) 2562-6643 abstract: the current study aims to verify the best method for a rapid and efficient extraction of flavonoids from alpinia zerumbet. dried leaves were extracted using distillated water and ethanol 70% by extraction methods of shaking maceration, ultrasonic, microwave and stirring. by the application of tlc and reversed-phase hplc techniques the rutin and kaempferol-3o-glucuronide were detected. ethanol 70% was more efficient for flavonoids extraction than water. no significant yielding variation was verified for ultrasonic, microwave and stirring methods using ethanol 70% (11 to 14%). relative concentration of rutin and kaempferol-3-oglucuronide, respectively, was higher by ultrasonic (1.5 and 5.62 mg g-1 dried leaves) and by microwave (1.0 and 6.64 mg g-1 dried leaves) methods using 70% ethanol. rapid and simplified extraction proceeding optimize phytochemical work and acquisition of secondary metabolites. keywords: high performance liquid chromatography, maceration, microwave, ultrasonic, zingiberaceae introduction alpinia zerumbet (pers.) burtt et smith (zingiberaceae) is an herbaceous perennial plant with wide use in brazil. this plant is among the most cited in folk medicine [1]. it is indicated to treat arterial hypertension [2]. the flavonoids and essential oils of this species present remarkable medicinal properties and flavonoids are related to its main biological activity [3-8]. mpalantinos et al. [4] isolated and identified the flavonoids rutin and kaempferol-3-o-glucuronide by nmr, which have a high medicinal value in therapeutic uses [4]. parameters as time, solvent, temperature and extraction technique influence secondary metabolites extraction. for this reason different procedures have been used for acquisition of biologically active compounds from crude plant extracts. recent studies mentioned the ultrasonic and microwave methods as efficient in secondary metabolites extraction [9-11]. solvent type and method of extraction are fundamental factors to consider for optimizing yield extraction [12]. the purpose of this work was to develop and evaluate efficient and simple procedures for extraction of flavonoids from a. zerumbet leaves in short time. artigo/article ecl. quím., são paulo, 35(1): 35 40, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 35 40, 201036 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 35 40, 2010 37 artigo article material and methods materials samples of alpinia zerumbet (pers.) burtt et smith leaves were collected in rio de janeiro (rio de janeiro state, brazil), in the “núcleo de pesquisas de produtos naturais”, in the universidade federal do rio de janeiro. voucher specimens were identified and are deposited at the herbarium of rio de janeiro botanical garden, accession number rb 433485. all chemicals used in analysis as methanol and phosphoric acid were of hplc grades and were purchased from merck. milliq water was utilized to hplc mobile phase and sample preparation. kaempferol-3-o-glucuronide was isolated from alpinia zerumbet and identified by nuclear magnetic resonance (nmr) [4]. rutin was purchased from merck. preparation of extracts leaves of a. zerumbet were collected from adult plants, in the morning, then plant material was dried for 3 d in stove (60oc) and macerated in 70% ethanol or distillated water, in the same proportion of 1 g dried leaves/20 ml solvent. it was evaluated four extraction methods from dried leaves: maceration in shaker at 100 rpm, ultrasonic bath (40 khz, thornton unique, model 1400 usc), microwave (panasonic auto sensor diet, full power) and stirring (table 1). in the microwave extraction, the suspensions were irradiated under microwaves in pre-setting procedures (3 s power on, 60 s off) for three times to the desired temperature about 60 and 70oc. the temperature was measured after turn off the microwave using a thermometer into extracts in becker. for the ultrasonic extraction, the 30 ml flask containing 1 g of dried leaves plus 20 ml of one of extracting solvents was partially immersed into the ultrasonic bath and temperature was controlled. table 1. specifications of extraction methods. extraction methods extracting solvents temperaturea extraction time maceration distillated water and 70% ethanol 25oc 3 d ultrasonic 40 and 60oc 45 min microwave 60 and 70oc 3x (3 s) stirring 50 and 60oc 60 min adata are related to water and ethanol 70%, respectively. crude extracts were filtered in vacuum through a whattman® filter (110 mm ø, 1). aqueous extracts were frozen, liophylizated and the hydroalcoholic extracts were evaporated to dry under reduced pressure at 60oc. the dried weight was measured. the yielding was defined as follows: (crude extract weight/plant material weight) x 100. the crude extract obtained by each extraction technique was analyzed directly by tlc and hplc. tlc analysis aliquots of standards and crude extracts were spotted on tlc plate (silica gel 60 f254 nm, merck) and developed in the mobile phase ethyl acetate:formic acid:water (65:20:15, v/v/v). components were visualized under ultraviolet light (λ 254 and 366 nm, model uvgl-58 upland/eua) and detected by spraying the tlc plates with reagent np (2-aminoethyl-phenyl-borate, 1 mg.l-1 in ethanol, spectrum) and peg (5% poliethyleneglycol-4000, fluka). the flavonoids standards rutin (rf = 0.37) and kaempferol-3-o-glucuronide (rf = 0.64) was verified in extracts after concomitant running with standards and they were visible as yellow and orange fluorescent spots. hplc analysis crude extracts were dissolved in methanol (70%) at 10 mg.ml-1, filtered in vacuum, and hplc analyses were performed on a shimadzu apparatus equipped with spd-m10a diode array detector, lc-10ad pump and cbm-10 interface, uv-vis detector. data were acquired and processed by a reversed-phase column (lichrosorb rp18, 25 cm x 5 mm), ambient temperature. the solvent system used was a gradient of milliq water + 0.1% phosphoric acid (a) and methanol (b). the gradient was as follows: 1-10 min (30% b); 1-20 min (30 a 40% b); 20 to 60 min (40 a 100% b). the flow rate was 1 ml.min-1. the prepared mobile phase was degassed using ultrasonic agitation. the elution was monitored at 254 nm and 360 nm. flavonoids were identified by comparison of hplc retention times, uv spectra and co-elution with authentic samples analyzed in the same conditions. standards were dissolved in methanol 70% at 1 mg.ml-1 and analyzed in the same elution. for co-elution, it was prepared a mixture (1:1, v/v) of extracts at 10 mg.ml-1 and standard at 1 mg.ml-1. the injections were repeated three times. determination of the content of the flavonoids was performed by the external standard method, using authentic standards. linearity was observed in concentration range of 0.0078 – 0.0625 mg.ml-1 of rutin (y= 3.10-7 x – 31152, r= 0.9991, n= 9) and 0.01325 – 0.25 mg.ml-1 of kaempferol-3-o-glucuronide (y= 1.10-7 x – 51000, r= 0.9951, n= 9). each determination was carried out in triplicate. quantification of flavonoids in the extracts was obtained against these calibration curves of standards, where y is peak area and x concentration in mg.ml-1. results and discussion preliminary results obtained by different extraction time 15 and 30 min for ultrasonic and 1 and 2 days for maceration techniques did not indicate significant differences in relation to extraction time presented in this study. table 2 shows the extraction yielding obtained for each extraction technique. regarding the extractive techniques, the most yielding was obtained after ethanol extraction in comparison with distillated water. the lowest yielding was found by maceration technique for both solvents. table 2. yielding from dried leaves extraction of alpinia zerumbet. extracting solvents yielding extraction (%, w/w)a maceration (3 d) ultrasonic (45 min) microwave 3x (3 s) stirring (60 min, 50oc) aqueous 3.7 6.7 11.0 hydroalcoholic 8.2 13.0 13.5 14.0 ecl. quím., são paulo, 35(1): 35 40, 201038 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 35 40, 2010 39 artigo article avalues indicate the averages of the three replicates. hydroalcoholic crude extracts analysis using hplc revealed six main compounds, among them the peak corresponding to rutin (rt: 31.42 min) and kaempferol-3-o-glucuronide (rt: 34.49 min) can be observed right after 30 min, without interference of other components (figure 1). these flavonoids were also verified through tlc technique. figure 1. chromatographic profiles (hplc) of aqueous (a) and hydroalcoholic (b) extracts of alpinia zerumbet obtained by ultrasonic extraction: rutin (1, rt 31.42 min) and kaempferol-3-o-glucuronide (2, rt 34.49 min) at 360 nm. chromatographic profiles of crude extracts obtained through different extraction methods and solvents were similar. the greater variation was achieved in relation to relative flavonoids content (figure 2). the visualization of chromatographic profiles from different extraction technique and extracting solvent of each sample allowed to evaluate the qualitative and quantitative changes in secondary metabolite content and revealed the most appropriate system to obtain bioactive compounds from a. zerumbet leaves. figure 2. flavonoid contents in the aqueous and hydroalcoholic extracts of alpinia zerumbet obtained by hplc, comparing different extraction techniques. each value consisted of average ± sd. equal letters indicate no statistical differences among extraction techniques considering 70% ethanol as solvent, p<0.05. comparing the extractor solvents, *p<0.05, **p<0.01 and ***p<0.001 indicate statistical differences for each isolated technique; #p< 0.05 considering aqueous extract in relation to maceration technique (bonferroni, n= 3). the results indicated that the highest extraction of flavonoids was obtained using 70% ethanol, by all techniques extraction (figure 2). aqueous, alcoholic and hydroalcoholic extracts are commonly used in researches with plant crude extracts [12]. the results in figure 2 also indicate that these four extraction techniques reach significant differences in content of flavonoids in the same material content. the use of ultrasonic and microwave techniques provide a high flavonoid extraction, followed by stirring (figure 2). by comparison with the conventional techniques, ultrasonic and microwave techniques resulted in high levels of flavonoid extracted with the advantage of saving time and solvent. these methods have been reported by the efficiency in extracting secondary metabolites [6, 7, 13]. yang and zhang [14] verified the efficiency and short extraction time of flavonoids using ultrasonic technique. the use of microwave for extracting biologically compounds is recent. some reports have shown its positive results for extracting phenolic compounds, essential oil, flavonoids and alkaloids, more effective than conventional extraction methods [9,15-16]. extraction methods, involving heating, raised the efficiency of solvents. microwave, ultrasonic and stirring may improve the flavonoid extraction using as water as 70% ethanol. these techniques present in common, besides higher temperature, a reduced extraction time in comparison with maceration in shaker. tlc and hplc chromatographic techniques are wide used and favorable for flavonoid detection [17]. reversed-phase hplc is one of the most employed techniques for the analysis of flavonoids [17]. some results using hplc were reported for alpinia officinarum and a. purpurata species [1,19]. the described hplc procedures can be useful for the qualitative and quantitative analysis of flavonoids in crude extracts, especially from zingiberaceae family that has a pronounced presence of flavonoids in its species verified through chemotaxonomic studies [20]. ecl. quím., são paulo, 35(1): 35 40, 201040 artigo article www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 41 conclusion from the results obtained in the current study, the relative proportion of these flavonoids was reduced by maceration conventional technique, while microwave and ultrasonic techniques in combination with 70% ethanol solvent were the most efficient. it may suggest that microwave and ultrasonic methods using 70% ethanol are suitable for fast extraction of flavonoids in a simple way, also considering extraction yield and extraction time. these methods also permitted the acquisition of flavonoids from reduced raw plant material. acknowledgments c. p. victório acknowledges the phd fellowship from capes/ proap/proex (brazil). the authors are also grateful to gisele de oliveira (ufrj) for the valuable technical assistance in hplc use. resumo: o presente estudo teve como objetivo verificar a melhor metodologia de extração para rápida e eficiente obtenção de flavonóides a partir de alpinia zerumbet. folhas secas foram extraídas com água destilada e etanol 70%, utilizando as metodologias de extração: maceração sob agitação, ultrassom, microondas e agitador. para verificação dos flavonóides rutina e kaempferol-3-o-glicuronídeo foram utilizadas as técnicas de ccd e clae em fase reversa. o solvente etanol 70% foi mais eficiente como extrator. para as metodologias ultrassom, microondas e agitador, não houve variação significativa para o rendimento utilizando etanol 70% (11 a 14%). a concentração relativa de rutina e kaempferol-3-oglicuronídeo, respectivamente, foi maior pelos métodos de extração por ultrassom (1,5 e 5,62 mg g-1 folha seca) e microondas (1,0 e 6,64 mg g-1 folha seca), utilizando etanol 70%. procedimentos rápidos e simplificados de extração otimizam o trabalho fitoquímico e a obtenção de metabólitos secundários. palavras-chave: cromatografia líquida de alta eficiência, maceração, microondas, ultrassom, zingiberaceae bibliography [1] c. p. victório, r. m. kuster, c. l. s. lage, braz. j. med. plant 11 (2009) 147. 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[20] c. a. williams, j. b. harborne, biochem. syst. ecol. 5 (1977) 221. artigo/article spot-test identification and rapid quantitative sequential analysis of dipyrone m. tubino1*, a. c. biondo1, m. m. d. c. vila2, l. pezza3 and h. r. pezza3 1 state university of campinas unicamp, institute of chemistry, p.o. box 6154, 13083-970 campinas, sp, brazil, 2 sorocaba university uniso, sorocaba, sp, brazil 3 são paulo state universityunesp, chemistry institute of araraquara, araraquara, sp, brazil *tubino@iqm.unicamp.br abstract: a qualitative spot-test and tandem quantitative analysis of dipyrone in the bulk drug and in pharmaceutical preparations is proposed. the formation of a reddish-violet color indicates a positive result. in sequence a quantitative procedure can be performed in the same flask. the quantitative results obtained were statistically compared with those obtained with the method indicated by the brazilian pharmacopoeia, using the student’s t and the f tests. considering the concentration in a 100 µl aliquot, the qualitative visual limit of detection is about 5×10-6 g; instrumental lod ≅ 1.4×10-4 mol l-1 ; loq ≅ 4.5×10-4 mol l-1. keywords: dipyrone, spot-test, analysis, qualitative, quantitative introduction dipyrone (sodium salt of 1-phenyl-2,3-dimethyl-4-methylaminomethane-sulfonate-5-pyrazolone) (fig. 1) is a water-soluble pyrazolone derivative widely used in therapeutics as a analgesic, antipyretic and antispasmodic drug [1]. dipyrone was developed in germany and was introduced into clinical practice in 1922. it is still in use in many countries for adults and children, where it is sold as an over-the counter (otc) painkiller [2,3]. due to its strong analgesic effect, available parenteral formulation, and low cost, dipyrone is widely used, generating a consumption of more than 10 thousand tons/year. dipyrone is very popular in brazil and is marketed in the sodium salt form or as the magnesium salt, as well as in association with other drugs [4]. however, the use of dipyrone was proscribed more than twenty years ago in the u.s.a. due to its putative role in depressing bone marrow, causing aplastic anemia and agranulocytosis. however, this has been criticized by many authors [2,4,5]. figure1. structural formula of dipyrone. the metabolism of dipyrone has been recently reviewed. it was demonstrated that it inhibits cyclooxygenase (cox). however, in contrast ecl. quím., são paulo, 35(1): 41 46, 2010 o grande densidade federal do rj eclética química, 38, 9-24, 2013. 9 avaliação da qualidade de pilhas alcalinas e zinco-carbono de diferentes procedências leonardo henrique coimbra vieira, rafael gundim silva, bruno oliveira da silva, sérgio de souza henrique júnior, sílvio carrielo câmara e júlio carlos afonso * departamento de química analítica, instituto de química, universidade federal do rio de janeiro, av. athos da silveira ramos, 149 bloco a, sala a-509, 21941-909 rio de janeiro – rj. arnaldo alcover neto, coordenação de análise mineral, centro de tecnologia mineral, av. pedro calmon, 900, 21941-908 – rio de janeiro – rj. este trabalho apresenta um estudo da composição química de pilhas usadas fabricadas no brasil e em países asiáticos. o objetivo era comparar a qualidade desses produtos. as amostras foram desmontadas antes da caracterização química. as pilhas asiáticas apresentam mais elementos, incluindo teores elevados de ferro, mercúrio, cádmio e chumbo, e teores mais baixos de manganês e zinco quando comparadas às pilhas nacionais. portanto, as pilhas de origem asiática representam um risco maior ao meio ambiente. além disso, apresentaram o pior desempenho no funcionamento de diversos equipamentos eletroeletrônicos. aspectos sócioeconômicos explicam a existência de um mercado para as pilhas asiáticas no brasil. palavras-chave: pilhas, composição química, metais pesados abstract this work presents a study on the chemical composition of spent batteries manufactured in brazil and asian countries. the goal was to compare the quality of these products. samples were disassembled prior to chemical characterization. the asian batteries presented much more elements, including higher amounts of iron, mercury, cadmium and lead, and lower amounts of manganese and zinc than brazilian batteries. therefore, they present a higher environmental hazard. also, their performance in several electroelectronic devices was much poorer than the brazilian samples. socio-economical aspects explain the considerable market for asian batteries in brazil. introdução uma pilha é um dispositivo eletroquímico que converte energia química contida em seus materiais ativos em energia elétrica por meio de uma reação de oxirredução, fornecendo uma fonte portátil de energia com amplo uso em vários produtos eletroeletrônicos [1]. a unidade eletroquímica básica, conhecida como “célula”, consiste de um anodo (eletrodo negativo), um catodo (eletrodo positivo) e um eletrólito (solução eclética química, 38, 9-24, 2013. 10 nos quais os íons se movimentam). a reação de oxirredução durante a descarga envolve a transferência de elétrons do anodo, que é oxidado, para o catodo, que é reduzido [1,2]. esses materiais ativos estão contidos em um recipiente externo, geralmente de aço, e separados por materiais poliméricos ou papel [3]. a principal diferença entre as pilhas são os materiais usados como eletrodos e eletrólitos [1,4]. as chamadas pilhas primárias são concebidas para serem utilizadas apenas uma vez, até o esgotamento dos materiais que levam à geração da corrente elétrica. a pilha zincocarbono (zn-c), conhecida como pilha seca (ou de leclanché), é a mais comum das pilhas primárias. são as mais baratas do mercado e as que apresentam menor tempo de vida útil, especialmente se utilizadas continuamente. elas contêm um bastão de grafite coberto por uma mistura em pó de dióxido de manganês (mno2) e carbono pulverizado, que atua como catodo, imerso numa pasta úmida (pasta eletrolítica) contendo nh4cl e/ou zncl2, que funciona como eletrólito, e um pouco de mno2 que atua como agente despolarizante. estes componentes estão contidos em um recipiente cilíndrico de zinco que atua como anodo e como sustentador dos componentes internos [1,4,5]. um separador poroso de plástico ou papelão, evita o contato entre o anodo e catodo [4,5]. na década de 1950, lewis urry (19272004) desenvolveu a pilha alcalina. ela foi introduzida no mercado no início da década seguinte, e lidera o segmento mundial das pilhas primárias [4]. ela possui um bastão metálico em aço em contato com uma mistura de grafite e mno2 como catodo. uma pasta contendo solução de koh (ph ~ 14) atua como eletrólito [4,5]. um recipiente cilíndrico de zinco atua como anodo. essa pilha apresenta um desempenho bem superior ao da pilha de leclanché, representando assim um grande avanço na aplicabilidade das pilhas primárias. as reações que ocorrem durante o processo de descarga das pilhas zn-c e alcalinas são complexas e alguns aspectos ainda não foram complemente elucidados [5]. no brasil, são consumidas anualmente aproximadamente 1 bilhão de pilhas alcalinas e zn-c (cerca de 6 pilhas/habitante) [6,7]. estima-se que as pilhas alcalinas detêm 30% do mercado de pilhas primárias no brasil (o que contraria a tendência mundial) [5-7]. o mercado nacional movimenta cerca de r$ 1 bilhão por ano [8]. a maioria das pilhas (e baterias) usadas é descartada no país junto com os resíduos sólidos urbanos, podendo ser destinadas a aterros controlados e a lixões a céu aberto [6,9]. de acordo com a norma brasileira nbr 10.004, as pilhas zn-c e alcalinas apresentam características de corrosividade, reatividade (ambas devidas ao eletrólito) e toxicidade (presença de pb, cd e hg), classificando-as como resíduos perigosos (classe i) [10]. as pilhas podem afetar a qualidade do produto obtido na compostagem da matéria orgânica presente no lixo. além disso, sua queima em incineradores também gera problemas ambientais, pois os resíduos tóxicos permanecem nas cinzas e parte deles pode volatilizar, contaminando a atmosfera [2,3,11]. desta forma, sendo classificadas como resíduos perigosos, as pilhas (e baterias) precisam receber uma destinação adequada, diferente de aterros controlados, e muito menos “lixões”. o brasil foi o primeiro país da américa latina a estabelecer uma legislação específica para tratar questões de coleta, tratamento e disposição final de pilhas e baterias usadas [6,7]. trata-se da resolução 257/99 do conselho nacional do meio ambiente (conama). nessa resolução, as pilhas alcalinas e zn-c que contivessem em suas composições teores de pb, cd, e hg abaixo de 0,200%, 0,015% e 0,010% m/m, respectivamente, podiam ser dispostas juntamente com os resíduos domiciliares em aterros sanitários licenciados. na 89ª reunião ordinária do conama, ocorrida em março de 2004, o ministério do meio ambiente iniciou um processo de revisão dessa resolução. o resultado foi a resolução 401/2008, que entrou em vigor em julho de 2009. ela estabelece novos limites eclética química, 38, 9-24, 2013. 11 máximos de pb, cd e hg para as pilhas e baterias a serem cumpridos a partir de 1º de julho de 2009: hg, 0,0005% m/m; cd, 0,002% m/m; pb, 0,1% m/m [12]. essa revisão alinha a legislação brasileira com os valores estabelecidos pela comunidade europeia (por meio da diretiva 2006/66/ec em substituição a 91/157/cee) [13], com exceção do pb, cuja utilização em pilhas alcalinas e zn-c foi proibida na europa. os produtos que estiverem em conformidade com esses novos limites podem ser dispostos em aterros sanitários licenciados. contudo, a realidade nacional mostra um quadro muito diferente do previsto pela nova resolução: 63,6% dos municípios brasileiros dispõem seus resíduos urbanos em lixões, 18,4% em aterros controlados e apenas 13,8% em aterros sanitários. em termos mássicos, pouco mais de 50% dos resíduos sólidos urbanos são dispostos em aterros sanitários [14]. a resolução 401/2008, apesar de ser bastante detalhada, não dispõe sobre outros tipos de sistemas eletroquímicos, principalmente se forem considerados o volume e a rapidez de geração desses resíduos, como por exemplo, as baterias de ni-mh (níquel metal-hidreto) e íonslítio que substituíram as baterias ni-cd [15]. os limites preconizados pela nova resolução já estão em geral dentro do que a maioria dos fabricantes de pilhas já alcançou há alguns anos. por outro lado as pilhas, mesmo dentro dos padrões de pb, cd e hg estabelecidos pela resolução 401/2008, contêm quantidades apreciáveis de outros metais pesados, em especial zn e mn, que correspondem a aproximadamente 50% em massa da composição média das pilhas alcalinas e zincocarbono [6,16,17]. apesar da crescente preocupação com o descarte inadequado de pilhas e baterias no meio ambiente e dos avanços tecnológicos (principalmente a diminuição do teor de mercúrio), um controle ambiental apropriado exige uma adequada disposição, que pode ser somente obtida com uma coleta seletiva, seguida de inertização e/ou reciclagem [18]. a utilização de pilhas e baterias é intensa em nossa sociedade face ao crescimento do consumo e da variedade de produtos eletroeletrônicos portáteis acessíveis a todas as camadas da população. alavancado pela grande variedade de equipamentos alimentados por pilhas, e para satisfazer a uma demanda crescente, os fabricantes oferecem pilhas de diferentes características e preços, a fim de atender a um mercado consumidor bastante heterogêneo. uma parte desses consumidores opta pela compra de pilhas de origem asiática, cujo preço é bem inferior ao do similar nacional oriundo de empresas filiadas à abinee (associação brasileira da indústria elétrica e eletrônica). essas pilhas podem ser compradas tanto no comércio popular como em grandes redes de lojas. a aquisição desse tipo de produto é um caso de um problema muito mais amplo, que afeta não só o brasil, mas todo o mundo: a pirataria. produtos como roupas, brinquedos, tênis, relógios, bolsas, óculos, jogos, cds, dvds e até produtos médicos, farmacêuticos e agrotóxicos fazem parte do rol de produtos objetos da pirataria [19-21]. pesquisas revelaram que pelo menos 50% da população brasileira já adquiriu produtos piratas [22], abrangendo todas as classes sociais [22,23], com ênfase na população jovem [24]. a qualidade desses produtos é, no mínimo, duvidosa: durabilidade reduzida, riscos à segurança, à saúde humana e ao meio ambiente, e danos a equipamentos eletroeletrônicos foram relatados [25]. nas apreensões feitas no país, geralmente pilhas e baterias não são citadas entre os itens apreendidos [26]. cabe salientar que, para que o valor das pilhas apreendidas se equipare ao de itens como bolsas, relógios, roupas etc., é preciso uma quantidade enorme das mesmas, dado o baixo valor de mercado delas. o conselho nacional de combate à pirataria, subordinada ao ministério da justiça, coordena as ações contra essa prática no país. fatores de ordem sócio-econômica explicam o porquê de um mercado tão amplo de pilhas asiáticas no brasil [22]. segundo a abinee cerca de 1/3 do mercado nacional de pilhas e baterias é ocupado prelos produtos de origem asiática. por serem particularmente muito consumidas pela parcela da população de menor eclética química, 38, 9-24, 2013. 12 poder aquisitivo, que geralmente mora em condições de infraestrutura urbana e saneamento básico deficientes, as pilhas usadas tendem a ser descartadas em lixões, são queimadas ou ainda lançadas em terrenos baldios e cursos d’água. complementando a resolução 401/2008, medidas visando favorecer o consumo de pilhas recarregáveis e obrigar os importadores à coleta e destinação final de seus produtos foram tomadas [22,23], indicando um amadurecimento da consciência a ser tomada quando se deve gerenciar pilhas e baterias usadas [27]. este trabalho se propõe a identificar e quantificar (quando possível) os elementos presentes em pilhas zn-c e alcalinas (de procedência nacional e asiática). a ênfase se dará em oito elementos: zinco, ferro e manganês, por serem os metais mais abundantes nessas pilhas [15-18]; mercúrio, cádmio e chumbo, pois são os elementos cujos teores máximos admissíveis foram objeto da resolução 257/99 e são agora regulamentados pela resolução 401/2008 [12]; sódio e potássio, por fazerem parte do eletrólito das pilhas [15-18]. será também feita uma tentativa de correlacionar a caracterização química com o desempenho das pilhas deste estudo. parte experimental materiais as pilhas zn-c e alcalinas escolhidas para este estudo correspondem a exemplares usados do formato cilíndrico aa, o mais consumido atualmente no país. além dos produtos de origem nacional (procedentes de empresas filiadas à abinee), foram utilizados produtos de origem asiática (duas marcas) tipicamente vendidos em mercados populares a preços bem abaixo das pilhas nacionais. os prazos de validade variam entre maio de 2005 e março de 2014. as pilhas alcalinas são fabricadas seis anos antes do prazo de validade impresso no produto, e as zn-c, dois anos antes. para cada tipo de pilha trabalhada empregaram-se pelo menos 50 exemplares. para os experimentos de durabilidade, pilhas novas foram adquiridas no comércio popular no centro do rio de janeiro, com prazo de validade similar para cada tipo de pilha utilizada. testes de durabilidade foram empregados três equipamentos: relógio de parede (funciona com uma pilha), rádio e discman (funcionam com duas pilhas). essa escolha reflete o universo de equipamentos eletroeletrônicos que demandam alta e baixa densidade de corrente e alto ou baixo pico de energia inicial para que o produto funcione. para os testes com o relógio (um mesmo modelo foi usado para cada pilha testada), estipulou-se o tempo de duração da pilha desde a sua introdução no mesmo até que o ponteiro dos segundos apresentasse um atraso superior a 1 minuto em 1 hora. no caso dos outros dois equipamentos (um mesmo produto foi empregado para todos os testes), o controle de som foi colocado em um patamar correspondente a 50% do máximo. introduziu-se um cd no discman (que foi tocado continuamente), ou sintonizou-se uma determinada estação de fm. a durabilidade da pilha foi estipulada como sendo desde sua introdução no aparelho até que o som não fosse mais audível (< 20 db). para tal, empregou-se um decibilímetro de acordo com a norma nbr 10152 [28]. voltagem residual todas as pilhas tiveram suas voltagens residuais medidas com o auxilio de um multímetro digital. desmontagem das pilhas o desmonte manual das pilhas (sob proteção adequada – luvas, máscara e óculos de segurança) foi feito em um torno com o auxílio de uma serra, visando à separação de seus componentes básicos: invólucro interno (papelão ou plástico e anodo de zinco), invólucro externo, pasta eletrolítica e coletor de corrente (bastão de carbono ou pino de aço). as condições médias vigentes no laboratório foram: umidade relativa do ar: 70 ± 10% ; temperatura: 27 ± 3 o c. a figura 1 ilustra a desmontagem de uma pilha. eclética química, 38, 9-24, 2013. 13 pilha aberta grafite pasta eletrolítica papelão interno + anodo arruela isolante do catodo arruelas isolantes de papelão lacre do pólo negativo suporte plástico do catodo invólucro externo plástico (1) (2) lacre do pólo positivo figura 1: componentes separados de uma pilha zn-c após abertura: (1) pilha aberta com os componentes principais; (2) demais componentes pré-tratamento da pasta eletrolítica as pastas eletrolíticas foram submetidas a um pré-tratamento em estufa por 24 h, na faixa de temperatura de 40-45ºc, a fim de eliminar a presença de umidade nas amostras (perda por secagem). a baixa temperatura visava reduzir (ou mesmo suprimir) perdas de mercúrio por volatilização. digestão dos componentes separados das pilhas no caso das pastas eletrolíticas secas, elas foram pulverizadas em gral de ágata e peneiradas, recolhendo-se a fração < 150 mesh (< 0,106 mm). uma massa de 9,00 g dos componentes foi colocada em um reator termo-cinético com capacidade de 250 ml contendo gelo. em seguida, em uma capela, 100 ml de água-régia recém-preparada foram adicionados, lentamente, em duas porções de 50 ml, ao reator em banho de gelo, que foi depois tampado com dedo–frio contendo água + gelo para evitar a perda de mercúrio por volatilização durante a digestão das amostras. após a adição, as amostras foram homogeneizadas por agitação manual ocasional e permaneceram em repouso por 24 h. após esse período, os extratos digeridos foram filtrados em papel de filtro de malha média para balões volumétricos de 200 ml e avolumados até a marca com água milli-q. métodos analíticos as pilhas e suas frações foram pesadas em balança analítica digital. os metais foram analisados por espectrometria de absorção atômica (perkin elmer aas 3300), cujos limites de detecção, determinados experimentalmente, são: mercúrio: 0,1 mg l -1 ; cádmio e chumbo: 0,2 mg l -1 ; manganês, ferro e zinco, 0,5 mg l -1 ; sódio e potássio, 1,0 mg l -1 . outra técnica usada para a dosagem de metais foi a fluorescência de raios-x (frx detector de lif e tubo de ag). uma massa de 200 mg de amostra foi fundida em pastilha de metaborato de lítio (libo2). após a varredura semiquantitativa, foram feitas curvas de calibração para os elementos identificados afora os acima listados, a partir de soluções-padrão desses elementos (0,1 -10,0 mg l -1 ). aspectos sócio-econômicos foi realizada uma pesquisa tendo como foco o tipo de pilha consumido pela população de parte da região metropolitana da cidade do rio de janeiro. foi feita uma entrevista com seis vendedores do comércio popular (camelódromo) da rua uruguaiana em outubro de 2009. a escolha desse local se deve ao grande trânsito de pessoas e por ser um dos maiores mercados populares dessa cidade. as perguntas foram: (1) o que determina e quais são as pilhas a serem vendidas em sua barraca? (2) quais as marcas de pilhas que você vende? (3) por que você vende pilhas de origem asiática? (4) quais os tipos de pilha que você costuma vender em sua barraca? (5) por qual motivo você vende pilhas neste camelódromo? resultados e discussão composição média das pilhas estudadas a tabela 1 apresenta as composições médias das pilhas estudadas em função de seus componentes básicos. valores semelhantes foram obtidos na literatura [3,16] para os componentes das pilhas de procedência nacional. as composições variaram pouco no intervalo de prazo de validade para cada tipo de pilha. eclética química, 38, 9-24, 2013. 14 uma constatação imediata se refere às massas totais das pilhas: as de origem asiática têm apenas cerca da metade da massa das pilhas nacionais, principalmente devido à qualidade do invólucro externo: enquanto que o da pilha asiática é feito de uma fina cama de aço envolta em papelão ou mesmo apenas de papelão, o invólucro da pilha nacional é de aço e muito mais espesso (figura 2). por isso, a desmontagem de uma pilha asiática levou menos da metade do tempo gasto para abrir uma pilha nacional. outra diferença é a quantidade de pasta eletrolítica no produto asiático: de 60 a 85% da quantidade média encontrada na pilhas nacionais, embora as porcentagens das pastas eletrolíticas destas últimas sejam menores do que nas pilhas asiáticas (efeito de compensação em relação à massa do invólucro externo). enquanto a pasta eletrolítica das pilhas nacionais é úmida e untuosa (especialmente nas alcalinas), a de uma pilha asiática é virtualmente seca, esfarelando-se facilmente ao contato com uma espátula. por isso, ela foi facilmente separada do anodo de zinco com um mínimo de perdas. figura 2: aspecto do invólucro externo de pilhas asiáticas (acima, de papelão) comparado ao de pilhas alcalinas e zinco-carvão de origem nacional (abaixo, em aço) os valores percentuais em massa encontrados para os coletores de corrente e o invólucro interno (+ anodo de zinco) foram próximos em todas as pilhas. porém notou-se que o anodo de zinco é mais fino numa pilha asiática, sendo colado ao invólucro externo (figura 3). figura 3: fragmentos do anodo de zinco de pilhas asiáticas diretamente coladas sobre um invólucro externo de papelão determinação da voltagem residual a voltagem residual das pilhas asiáticas é menor se comparada àquela dos produtos nacionais (tabela 2). mesmo assim, para algumas pilhas estudadas, notou-se uma voltagem residual considerável, indicando um aproveitamento apenas parcial de sua energia, caso típico quando se empregam pilhas para funcionamento de aparelhos que exigem alta densidade de corrente ou um aporte inicial de energia muito elevado ao serem ligados. perda de massa após secagem da pasta eletrolítica a perda de massa foi praticamente a mesma para as pilhas nacionais: 18% da massa inicial listada na tabela 1. entretanto, as pilhas asiáticas tiveram uma perda menor, da ordem de eclética química, 38, 9-24, 2013. 15 12%. esse fato explica bem a corrosão vista na figura 4, que pode ser chamada de “corrosão seca”, em contraposição ao fenômeno que ocorre nos produtos nacionais (“corrosão úmida”), onde escorre um líquido corrosivo (ácido ou alcalino, conforme se a pilha é zn-c ou alcalina, respectivamente) quando ocorre vazamento no produto. isso justifica a regra de retirar as pilhas dos aparelhos ao ficarem longo tempo sem uso. elementos identificados os elementos identificados nas pilhas, afora os metais pesados escolhidos para um estudo mais detalhado, são apresentados na tabela 3. para aqueles cuja quantidade permite a quantificação por frx, os dados de caracterização são fornecidos nesta tabela. a multiplicidade de elementos identificados nas pilhas asiáticas é notável. mesmo nos produtos de fabricação mais recente, onde a quantidade de elementos identificados e os respectivos teores são menores, esse resultado pode ser reflexo de uma falta de rigor do controle de qualidade das matérias-primas empregadas na fabricação dos componentes desses produtos. os teores de zinco e manganês encontrados nas pilhas asiáticas (tabela 4) mostraram-se mais baixos do que nas pilhas nacionais. para estas últimas os valores para as pilhas alcalinas concordam com os dados da literatura [2,6,7,15-17]. os dados para a pilha znc nacional estão condizentes com os da literatura, exceto para o mn, cujo teor está um pouco abaixo da faixa normalmente relatada [2,16]. os teores de ferro são muito maiores nas pilhas asiáticas. isso sugere uma qualidade inferior do produto, como já fora visto pelos dados da tabela 3. no caso dos elementos cd, pb e hg (tabela 5), as composições das pilhas alcalinas e zn-c nacionais, pelo menos nos lotes analisados com validade a partir de 2008 (zn-c) e 2013 (alcalinas) obedecem à resolução 401/2008, sugerindo uma pré-adequação da indústria às exigências ambientais (elas foram fabricadas em 2006 e 2007, respectivamente) [29]. no caso dos exemplares fabricados anteriormente àqueles anos, os teores de pb e cd obedecem à então resolução em vigor (257/99); o mesmo se verifica para o hg mas dentro do limite máximo admitido naquela época [29]. embora proibido na europa, o chumbo se faz necessário na fabricação do anodo de zinco para a pilha zn-c, segundo a abinee [30], porque o emprego apenas de zinco puro aumenta sobremodo os riscos de surgimento de fissuras, com consequente vazamento da pasta eletrolítica com o tempo. de fato, o teor de pb nestas pilhas (tabela 5) supera em muito aqueles encontrados nas pilhas alcalinas, sendo praticamente inexistente nos modelos de fabricação mais recente. em geral, os teores de chumbo, cádmio e, principalmente, mercúrio para as pilhas asiáticas com validade até 2010 estão sobremodo acima dos valores máximos permitidos pela resolução 257/99 do conama. nessa circunstância, os teores chegaram até a dez vezes acima dos limites máximos permitidos naquela ocasião. as pilhas asiáticas com validade a partir de janeiro de 2011 ainda não obedecem totalmente às normas da nova resolução 401/2008 em relação ao cd e ao hg. estes apresentaram teores em média duas e cinco vezes maiores que os limites estabelecidos pela atual resolução. em relação ao pb, embora esteja dentro dos limites hoje permitidos, sua quantidade pode ser até 30 e 6 vezes maior do que aquela verificada nas pilhas alcalinas e zn-c nacionais, respectivamente, de mesmo mês e ano de validade. assim, independente de quando elas foram fabricadas, as pilhas asiáticas não cumprem quaisquer das resoluções do conama. durabilidade de equipamentos as pilhas asiáticas apresentaram o pior desempenho em todos os testes realizados (tabela 6). a diferença de desempenho se acentuou à medida que o equipamento exigia uma maior densidade de energia para funcionar. esse resultado concorda bem com os menores teores dos elementos que geram a corrente elétrica a partir de reações químicas – zinco e manganês nesses produtos (tabela 4). o sistema fe-zn tem eclética química, 38, 9-24, 2013. 16 uma diferença de potencial inferior ao do sistema mn-zn [1]. por isso, um elevado teor de ferro e uma baixa porcentagem de manganês significam uma menor capacidade energética da pilha em questão. essa conclusão encontra suporte na menor voltagem residual encontrada para as pilhas asiáticas (tabela 2). exposição das pilhas ao tempo dentre as pilhas empregadas neste estudo, a quantidade de exemplares que vazaram é muito maior nas pilhas asiáticas: cerca de 40% delas apresentaram algum vazamento, principalmente no polo negativo, e cerca de 15% desses exemplares também mostraram vazamento pelo polo positivo (figura 4). para as pilhas nacionais, os percentuais obtidos são inferiores a 5% dos exemplares. esse fato se correlaciona muito bem com a qualidade do invólucro externo das pilhas em exame. figura 4: pilhas asiáticas perfiladas mostrando vazamento pelos polos negativo (esquerda) e positivo (direita) outro aspecto a destacar é que a corrosão das pilhas asiáticas é “seca”, na medida em que quase nenhum líquido escorre de seu interior, ao contrário do que ocorre numa pilha nacional (figuras 5 e 6) [31]. o estufamento a que se refere a figura 6 (particularmente na parte cilíndrica) e o vazamento pelos polos (figura 5) decorrem do tipo de invólucro externo encontrado nas pilhas asiáticas: feito de papelão ou de uma fina camada de aço, em vivo contraste com a blindagem mais espessa das pilhas nacionais; ele não resiste por menos tempo às intempéries externas. até mesmo pilhas asiáticas que não tinham sua capacidade energética esgotada vazaram meses antes do prazo de validade. figura 5: pilhas asiáticas com vazamento de componentes internos no topo e na base, antes do final do prazo de validade e do esgotamento energético. a mancha branca à esquerda é devida ao zinco (anodo) e a mancha cinza-esverdeada (direita), ao contato de cobre do pólo positivo (catodo) figura 6: a pilha asiática (abaixo) ainda com carga disponível apresentou vazamento, comprovado pelo estufamento da parede lateral cerca de 6 meses antes de seu prazo de validade, enquanto que a pilha nacional (acima) não apresentou sinais de corrosão 3 meses após seu prazo de validade eclética química, 38, 9-24, 2013. 17 perfil socioeconômico dos consumidores de pilhas todos os vendedores entrevistados oferecem pilhas nacionais e de origem asiática. afora as pilhas alcalinas e zn-c, baterias nimh (niquel-metal hidreto, recarregável) são vendidas em algumas barracas. sistemas eletroquímicos à base de lítio não foram encontrados, devido provavelmente ao seu custo mais elevado e dificuldade de aquisição por parte de consumidores de renda mais baixa. a estratégia de venda é unânime e obedece à seguinte lógica: “o que determina basicamente as pilhas a serem vendidas em minha barraca é o preço de venda, e a procura da quase totalidade dos clientes é sempre pelo produto mais barato”. isso significa que as pessoas olham basicamente para aspectos econômicos e não ambientais ou de qualidade. o que importa é dispor de um produto que satisfaça suas necessidades imediatas. por esse motivo, as principais pilhas vendidas no comércio popular são as de origem asiática, “porque é a mais barata e dá uma maior margem de lucro, pois é o tipo que as pessoas que ganham pouco podem comprar”. essa afirmação mostra bem que o marcado de pilhas de baixo custo é ditado por razões de ordem econômica. a escolha das pilhas como produto de venda no camelódromo visitado foca os aspectos; “não tenho nenhuma qualificação profissional”; “vivia fazendo “bicos” sem nenhuma renda fixa”; “muita gente que ganha pouco passa por este lugar”. comentários gerais os resultados deste trabalho revelam que os consumidores de pilhas asiáticas de baixo preço estão expondo a saúde ao perigo e equipamentos eletroeletrônicos a danos, põem em risco o meio ambiente e desperdiçam recursos financeiros. os consumidores são basicamente os de renda mais baixa [22-24], o que explica o porquê do mercado nacional ser tão atrativo para esses produtos. em geral, os produtos asiáticos imitam no que podem o aspecto visual das pilhas nacionais, confundindo o consumidor menos esclarecido. eles acabam se tornando um embuste para consumidores desatentos e um problema a ser somado à questão da gestão ambiental em nosso país. o mau desempenho energético cria um círculo vicioso pois, como estas pilhas duram sensivelmente menos que as nacionais, seu consumo tende a gerar um maior volume de descarte com o tempo. como a população de baixa renda é a grande consumidora desses produtos, e mora em regiões onde a coleta de lixo é deficiente ou inexistente, aliada ao menor nível de escolaridade e de informações, os terrenos baldios, corpos d´água e outros ambientes naturais, acabam sendo os receptores do descarte inadequado desse produto [32, 33], que tem um impacto ambiental potencialmente mais elevado. eclética química, 38, 9-24, 2013. 18 tabela 1: massas médias (em g) das frações das pilhas do tipo aa analisadas e seus respectivos percentuais em relação à pilha inteira origem pilha inteira pasta eletrolítica invólucro interno + anodo zn invólucro externo pino de aço ou bastão de grafite asiática i 13,34 6,00 (45,0%) 2,94 (22,0%) 4,25 (31,9%) 0,15 (1,1%) asiática ii 11,90 5,01 (42,1%) 2,49 (20,9%) 4,25 (35,7%) 0,15 (1,3%) alcalina i 27,13 8,23 (30,3%) 4,47 (16,5%) 14,22 (52,4%) 0,21 (0,8%) alcalina ii 25,77 7,20 (27,9%) 5,78 (22,4%) 12,57 (48,8%) 0,22 (0,9%) zn-c i 26,68 7,05 (26,4%) 6,84 (25,6%) 12,55 (47,0%) 0,22 (0,8%) zn-c ii 25,98 8,13 (31,3%) 5,44 (21,0%) 12,16 (46,9%) 0,25 (1,0%) tabela 2: voltagem residual dos grupos de pilhas utilizados tipo de pilha voltagem residual (v) alcalina i 0,99 ± 0,11 alcalina ii 1,04 ± 0,11 zn-c i 1,08 ± 0,11 zn-c ii 1,06 ± 0,08 asiática i 0,73 ± 0,05 asiática ii 0,69 ± 0,06 eclética química, 38, 9-24, 2013. 19 tabela 3: elementos identificados nas pastas eletrolíticas* (exceto mn, zn, fe, cd, hg e pb) tipo de pilha elementos validade alcalina i ni, na (0,3%), k (3,5 %) entre 2009 e 2012 alcalina i ni, na (0,2%), k (4,3 %) entre 2013 e 2014 alcalina ii ni, na (0,2%), k (3,9 %) entre 2008 e 2011 alcalina ii na (0,3%), k (4,8 %) entre 2012 e 2014 zn-c i ni, cu, na (0,2%), k (0,3%), cl (1,5%) entre 2005 e 2008 zn-c i cu, na (0,3%), k (0,3%), cl (1,6%) entre 2009 e 2011 zn-c ii ni, na (0,4%), k (0,1%), cl (1,4%) entre 2009 e 2011 zn-c ii na (0,3%), k (0,3%), cl (1,6%) entre 2009 e 2011 asiática i ni, na (0,6%), k (0,5 %), cu, as, si (1,5%), ca (0,6%), mg (0,1%), al, sb, sn, cl (1,2%) entre 2006 e 2009 asiática i na (0,6%), k (0,5 %), cu, si (1,0%), ca (0,3%), al (0,2%), sb, sn, cl (1,2%) entre 2010 e 2011 asiática ii ni, na (0,7%), k (0,9 %), cu (0,1%), as, si (0,7%), ca (0,3%), al (0,1%), sb, p (0,1%) entre 2006 e 2008 asiática ii ni, na (0,6%), k (0,8 %), cu, si (0,6%), ca (0,2%), al, sb, sn, mg, cl (1,3%) entre 2009 e 2011 * dados obtidos por fluorescência de raios-x (% m/m), exceto na e k (absorção atômica) eclética química, 38, 9-24, 2013. 20 tabela 4: % m/m médio de mn, zn e fe nas pilhas inteiras * tipo de pilha ano de validade zn mn fe alcalina i 2009-2010 15,0 20,3 0,06 2012-2014 17,6 19,8 0,05 alcalina ii 2008-2011 14,1 23,8 0,10 2012-2014 13,6 22,8 0,07 zn-c i 2005-2006 14,0 10,3 0,20 2007-2011 14,9 12,7 0,25 zn-c ii 2005-2006 12,8 10,1 0,24 2007-2011 14,0 10,3 0,23 asiática i 2006-2010 4,2 8,2 4,1 2011-2013 4,5 8,2 3,7 asiática ii 2006-2010 7,1 8,9 3,9 2011-2012 7,5 8,9 2,6 * obtidos por absorção atômica eclética química, 38, 9-24, 2013. 21 tabela 5: teor de cd, hg e pb (mg.kg1 ) * nas pilhas analisadas tipo de pilha ano de validade ** cd pb hg alcalina i 2009 5 750 90 2010 3 34 4,5 2012-2014 0,4 3 0,3 alcalina ii 2008-2009 8 250 45 2010-2011 0,1 30 0,13 2012-2014 < 0,01 0,02 0,07 zn-c i 2005-2006 14 160 95 2007-2008 3 45 1,2 2009-2011 2 50 0,6 zn-c ii 2005-2006 12 250 100 2007-2008 2 30 2 2009-2011 0,7 25 0,2 asiática i 2006 180 2700 970 2007-2009 70 1950 320 2010 70 800 150 2011-2013 40 700 25 asiática ii 2006 170 2720 770 2007-2010 165 790 330 2011-2012 45 730 20 * obtidos por absorção atômica; ** as pilhas alcalinas são fabricadas 6 anos antes do prazo de validade, e as zn-c, 2 anos eclética química, 38, 9-24, 2013. 22 tabela 6: desempenho das pilhas nos testes de durabilidade aparelho pilha alcalina pilha zn-c pilha asiática razão durabilidade alcalina/asiática razão durabilidade zn-c/asiática relógio de parede 380 dias 188 dias 76 dias 5 2,5 rádio 360 min 88 min 40 min 9 2,2 discman 180 min 38 min 6 min 30 6,3 conclusões a qualidade inferior das pilhas asiáticas está em consonância com a presença em teores abaixo do desejado dos elementos participantes das reações químicas que geram a corrente elétrica, e pelo aparecimento de outros elementos químicos na formulação do produto, particularmente o ferro. a fragilidade do invólucro externo dessas pilhas faz com que o conteúdo interno destas seja facilmente exposto às intempéries naturais. apesar do baixo preço, a baixa eficiência leva a um dramático aumento de seu consumo frente à pilha nacional para que um equipamento portátil funcione no mesmo intervalo de tempo, o que implica na geração de um passivo ambiental maior. isso elimina a pretensa vantagem inicial obtida por adquirir um produto mais barato. os teores de chumbo, cádmio e mercúrio das pilhas nacionais enquadram-se nas resoluções 257/99 ou 401/2008 do conama conforme o ano de fabricação das mesmas, enquanto que as pilhas asiáticas contêm sempre mais cádmio e mercúrio do que os teores máximos admitidos nessas resoluções. mesmo o chumbo, embora esteja dentro dos teores permitidos pela resolução 401/2008, está em quantidade até 30 vezes maior do que nas pilhas nacionais com validade a partir de 2011. esse fato indica que a pilha asiática, pode conter quantidades consideráveis dos metais pesados citados na resolução 401/2008. são necessários investimentos (poder público, setor produtivo e sociedade) na área de educação e de esclarecimento junto à população da maneira correta de adquirir e de descartar as pilhas usadas. o despreparo da sociedade e do poder público para lidar com esse panorama é evidenciado pelo fato de um material classificado como resíduo perigoso (norma nbr 10.004 e resolução 401/2008) seja disposto juntamente com o lixo domiciliar e urbano em aterros controlados e mesmo lixões. outra medida salutar seria facilitar o acesso da população a pilhas recarregáveis. o custo inicial seria amortizado pela não necessidade de aquisição de pilhas primárias. por fim, outra estratégia seria colocar um selo de certificação nas pilhas que obedecem às leis ambientais, assegurando ao consumidor adquirir um produto de qualidade e ambientalmente mais compatível. limite = 20 ppm limite = 1000 ppm eclética química, 38, 9-24, 2013. 23 agradecimentos à fundação josé bonifácio (fujb) e ao cnpq pelo auxílio financeiro. referências [1] d. linden, t. b. reddy. handbook of batteries, 3 rd ed.: nova iorque, mcgraw-hill, 2002; r. m. dell. solid state ionics 134 (2000) 139. [2] m. f. almeida, s. m. xará, j. delgado, c. a. costa. waste management 26 (2006) 466. [3] m. f. almeida, s. m. xará, j. delgado, c. a. costa. waste management 29 (2009) 342. [4] a. m. bernardes, d. c. r. espinosa, j. a. s. tenório. journal of power sources 130 (2004) 291. [5] n. bocchi, l. c. ferracin, s. r. biaggio. quimica nova na escola 11 (2000) 3. [6] j. s. furtado. baterias esgotadas: legislações & gestão, relatório elaborado para o ministério do meio ambiente, são paulo, brasil, fevereiro 2004, 93 pp. [7] d. c. r. espinosa, a. m. bernardes, j. a. s. tenório. journal of power sources 137 (2004) 134. [8] jornal o globo, rio de janeiro, 11 de abril de 2010, seção economia, p. 33. [9] n. m. v. l. reidler, w. m. r. günther. congresso interamericano de ingeriería sanitaria y ambiental, cancún, méxico, 2002. [10] associação brasileira de normas técnicas, nbr 10004, abnt, rio de janeiro, 2004. [11] s. karnchanawong, p. limpiteeprakan. waste management 29 (2009) 550. [12] resolução n o 257 do conselho nacional de meio ambiente (conama), de 30/06/1999, diário oficial da união, 22/07/1999; resolução n o 401 do conselho nacional de meio ambiente (conama), de 04/11/2008, diário oficial da união, 05/11/2008. [13] directiva 2006/66/ce do parlamento europeu e do conselho, de 06/09/2006, jornal oficial da união européia, 26/09/2006. [14] pesquisa nacional de saneamentobásico pnsb 2000,instituto brasileiro de geografia e estatística: rio de janeiro, 2002; panorama dos resíduos sólidos no brasil, associação brasileira de empresas de limpeza pública e resíduos especiais: são paulo, 2009. [15] a d. c. r. espinosa,. m. bernardes, j. a. s. tenório. journal of power sources 135 (2004) 311. [16] j. c .afonso, a. p. m. g. barandas, g. p. a. silva, s. g. fonseca. química nova 26 (2003) 573. [17] c. c. b. m.souza, d. c. oliveira, j. a. s. tenório. journal of power sources 103 (2001) 120. [18] s. panero, c. romoli, m. achilli, e. cardarelli, b. scrosati, b. journal of power sources 57 (1995) 9. [19] jornal o globo, rio de janeiro, 8 de maio de 2006, seção economia, p. 17. [20] jornal o globo, rio de janeiro, 2 de julho de 2005, seção rio, p. 16. [21] carta da indústria, sistema firjan, rio de janeiro, ano 4, n o . 235, dezembro 2003, p.6-7. [22] jornal o globo, rio de janeiro, 4 de setembro de 2006, seção economia, p. 14; jornal o estado de são paulo, são paulo, 16 de maio de 2010, seção economia & negócios, p. a-23. [23] jornal o globo, rio de janeiro, 2 de abril de 2005, seção economia, p. 20; jornal o estado de são paulo, são paulo, 21 de dezembro de 2007, seção economia & negócios, p. a-16. [24] jornal o globo, rio de janeiro, 8 de março de 2008, seção economia, p. 31. [25] jornal o globo, rio de janeiro, 14 de julho de 2007, seção o mundo, p. 38; jornal o globo, rio de janeiro, 14 de março de 2007, seção economia, p. 25; jornal o globo, rio de janeiro, 5 de dezembro de 2005, editorial, p. 7. [26] jornal o globo, rio de janeiro, 7 de janeiro de 2008, seção economia, p. 23; jornal o estado de são paulo, são paulo, 2 de dezembro de 2009, nacional, p. a-15; jornal folha de são paulo, são paulo, 15 de agosto de 2007, seção dinheiro, p. 13. eclética química, 38, 9-24, 2013. 24 [27] recomendação n° 09 do conselho nacional do meio ambiente (conama), de 22/10/2008, boletim de serviço do ministério do meio ambiente nº 09, de 29/10/2008, p. 3-4 (http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cf m?codlegi=588, acessado em maio 2010). [28] associação brasileira de normas técnicas, nbr 10152, abnt, rio de janeiro, 2000. [29] b. o. silva, s. c. câmara, j. c. afonso, r. neuman, a. alcover neto. química nova 34 (2011) 812. [30] justificativa para a utilização do chumbo na fabricação de pilhas, carta da associação brasileira da indústria elétrica e eletroeletrônica (abinee) ao grupo de trabalho para revisão da resolução 257/99 do conama, são paulo, 18 de agosto de 2008. [31] s. c. câmara, j. c. afonso, l. i. d. silva, n. n. domingues, a. alcover neto. química nova 35 (2012) 82. [32] jornal o estado de são paulo, são paulo, 13 de outubro de 2004, geral, p. a-9; jornal do commercio do rio de janeiro, rio de janeiro, 6 de março de 2005, seção meio ambiente, p. a23. [33] lei n o 12305 (política nacional de resíduos sólidos), de 02/08/2010, diário oficial da união, 03/08/2010. eq7-af introdução o emprego do etanol combustível como uma fonte alternativa de energia tem contribuído para reduzir os níveis de emissão de co2 no brasil. o etanol foi usado inicialmente como um aditivo na gasolina capaz de aumentar sua octanagem, substituindo os compostos organometálicos contendo chumbo [1,2]. atualmente, além de ser utilizado como aditivo a gasolina, o etanol combustível é usado, em sua forma hidratada, como um novo combustível automotivo com vantagens econômicas e ambientais [3]. assim, as características extremamente vantajosas do álcool combustível, como ser obtido de fontes renováveis e ser menos poluente do que os derivados do petróleo, mostram que este combustível irá desempenhar um importante papel na política energética mundial nos próximos anos. apesar de ser menos poluente do que os derivados do petróleo, o etanol combustível apresenta diversos contaminantes, os quais podem exercer efeitos prejudicais tanto aos motores quanto ao meio ambiente. dentre os contaminantes inorgânicos presentes no etanol combustível destacam-se os íons metálicos, os quais, em virtude de estarem presentes no álcool combustível em concentrações extremamente baixas, são as impurezas que apre45ecl. quím., são paulo, 31(2): 45-52, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 determinação de chumbo em álcool combustível por voltametria de redissolução anódica utilizando um eletrodo de pasta de carbono modificado com resina de troca iônica amberlite ir 120 m. f. bergamini*, s. i. vital, a. l. santos, n. r. stradiotto departamento de química analítica, instituto de química, universidade estadual paulista – unesp, campus de araraquara, c. postal 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brasil. *e-mail address: bergamin@posgrad.iq.unesp.br resumo: um método envolvendo a pré-concentração e redissolução anódica em condições de voltametria de pulso diferencial empregando um eletrodo de pasta de carbono modificado (epcm) com uma resina de troca iônica amberlite ir120 foi proposto para a determinação de íons chumbo em álcool combustível. o procedimento é baseado em um pico de oxidação do analito observado em -0,53 v(vs. ag/agcl) em solução de hcl. as melhores condições experimentais encontradas foram: 5% (m/m) da amberlite ir120 para a construção do eletrodo, solução de hcl 0,1 mol l-1, velocidade de varredura de 10 mvs-1, tempo de pré-concentração de 15 min e amplitude de pulso de 100 mv. utilizando essas condições, o epcm apresentou uma resposta linear entre a corrente de pico anódica e a concentração de íons chumbo para o intervalo entre 9,9 x 10-9 e 1,2 x 10-6 mol l-1 e um limite de detecção de 7,2 x 10-9 mol l-1. valores de recuperação entre 96 % e 102 % foram encontrados para amostras de álcool combustível enriquecidas com pb2+ em níveis de 10-7 mol l-1. o efeito da presença de outros íons concomitantes sobre a resposta voltamétrica do eletrodo também foi avaliado. palavras-chave: álcool combustível; íons chumbo; eletrodo de pasta de carbono; amberlite ir120. sentam os maiores desafios quanto ao desenvolvimento de metodologias analíticas. a presença de íons metálicos no etanol combustível pode aumentar seu poder corrosivo, acelerando a corrosão dos componentes metálicos do motor [4], ou promover a formação de gomas e sedimentos em motores que utilizam a mistura etanol-gasolina como combustível [5,6]. a principal fonte de contaminação do etanol combustível por espécies metálicas são os processos corrosivos sofridos pelas colunas de destilação, reservatórios das destilarias e de postos de combustível [7]. com relação à análise de íons metálicos, a quantificação é geralmente baseada em técnicas de absorção atômica, com análise direta da amostra [8,9], ou em conjunto com técnicas de pré-concentração, onde a amostra passa por uma coluna empacotada com um agente complexante [10,11] e é posteriormente eluída para a análise. técnicas de separação, como a cromatografia líquida de alta eficiência, são geralmente empregadas para determinação de contaminantes orgânicos [12]. a utilização de técnicas eletroanalíticas na determinação de chumbo em álcool combustível ainda é pouco explorada. na literatura estão relatadas determinações potenciométricas, empregando eletrodos íons seletivos para cobre [13] e cádmio [14]. a técnica de voltametria de redissolução anódica pode ser empregada na determinação de espécies metálicas, fornecendo alta sensibilidade e precisão com um custo instrumental relativamente baixo. oliveira et al. [15] propuseram a utilização de um eletrodo de filme de mercúrio eletrodepositado sobre carbono vítreo para a determinação voltamétrica de zinco, cobre, chumbo e cádmio. após a otimização das condições experimentais de análise foram obtidos os seguintes limites de detecção: 2,0 x 10-8, 1,7 x 10-8, 1,4 x 10-8 e 2,0 x 10-8 mol l-1 para o zn, cu, pb e cd, respectivamente. munoz e agnes [16] descrevem a utilização de um eletrodo de ouro em um procedimento de redissolução anódica empregando a voltametria de onda quadrada. o método proposto apresentou um limite de detecção de 120 ng l-1 para íons cobre e de 235 ng l-1 para chumbo, sendo aplicado em amostras sintéticas enriquecidas com ambos os íons metálicos sendo observada uma recuperação de 106 e 102% para cobre e chumbo, respectivamente. a utilização dos eletrodos quimicamente modificados permite em geral uma melhora em termos de sensibilidade e seletividade na determinação de espécies de interesse, existem alguns trabalhos de revisão descritos na literatura [17, 18] comentando as características e diferenças entre cada tipo de modificação. a utilização de eletrodos de pasta de carbono modificados (epcm) se mostra como uma possibilidade simples de preparação de eletrodos modificados, onde os agentes modificadores conferem à superfície eletródica propriedades específicas, tais como, eletrocatálise [19] e pré-concentração [20], sendo esta última muito empregada para a determinação de metais. dos materiais comumente empregados como agentes modificadores na preparação de epcm para a pré-concentração de metais podemos citar como exemplos: sílicas organofuncionalizadas [21], compostos orgânicos [22], zeólitas [23] e também resinas de troca-iônica [24]. resinas de troca iônica são compostas por polímeros do estireno e divinilbenzeno, funcionalizadas com grupos trocadores iônicos, sais quaternários de amônia, para resinas aniônicas, e grupamentos sulfônicos (-so3 -) e carboxílicos (coo-), para as trocadoras catiônicas [25]. embora as resinas trocadoras catiônicas apresentem bons resultados para a determinação de metais, são escassos os trabalhos que relatem a aplicação para a determinação de metais em álcool combustível. o presente trabalho apresenta a construção e avaliação da potencialidade analítica de um eletrodo de pasta de carbono modificado pela resina de troca catiônica amberlite ir 120 para determinação de chumbo em álcool combustível, empregando condições de voltametria de pulso diferencial. materiais e métodos reagentes todas as soluções de trabalho foram preparadas com água deionizada e utilizando reagentes de procedência analítica. soluções de hcl (j t baker) em diferentes concentrações foram preparadas e empregadas como eletrólito de suporte para as medidas voltamétricas. 46 ecl. quím., são paulo, 31(2): 45-52, 2006 equipamentos foram realizadas medidas eletroquímicas em um potenciostato/galvanostato modelo µautolab type iii (ecochemie) monitorado com um software gpes 4.9. foi utilizada uma célula eletroquímica convencional com três eletrodos, no qual o eletrodo de referência utilizado foi um eletrodo de ag/agcl (kcl saturado), o eletrodo auxiliar foi uma rede de platina e o eletrodo de trabalho o eletrodo de pasta de carbono. preparação do eletrodo de pasta de carbono modificado o agente modificador utilizado na preparação do epcm foi resina amberlite ir 120 (carloerba), a qual foi previamente triturada com pistilo em um almofariz. diferentes proporções (m/m) da resina ir120 foram avaliadas na preparação da pasta de carbono modificada a fim de se estudar a influência da composição da pasta na resposta voltamétrica do eletrodo. a pasta de carbono modificada foi preparada empregando-se 25% de óleo mineral (nujolæ), (75%-x%) de pó de grafite (aldrich) e x% do agente modificador, onde x é a porcentagem em massa da resina ir120. para homogeneização dos componentes, foi adicionado cerca de 10 ml de hexano com posterior agitação à temperatura ambiente até a secagem do solvente. a pasta foi embutida em um suporte para o eletrodo, que consiste de uma seringa de 1 ml (φint = 6 mm) contendo no interior uma haste de cobre que serve para compactação da pasta e como contato elétrico. procedimento cada ciclo de medida envolve quatro etapas. o epcm foi primeiramente colocado na solução de pré-concentração em condições de potencial de circuito aberto (etapa 1). imediatamente após a etapa 1, o eletrodo foi lavado com água deionizada e transferido para a solução de medida onde foi submetido a um potencial suficiente para promover a redução dos íons chumbo previamente pré-concentrados na superfície do eletrodo (etapa 2). posteriormente, o epcm foi submetido à varredura anódica em condições de voltametria de pulso diferencial (etapa 3). após a etapa 3, o eletrodo foi transferi47ecl. quím., são paulo, 31(2): 45-52, 2006 do para uma solução de hcl 1,0 mol l-1, sendo submetido a um potencial de +1,0 v para promover a remoção de íons chumbo que eventualmente não tenham sido removidos na etapa de redissolução (etapa 4). os estudos de interferentes foram realizados por meio da exposição do epcm a uma solução contendo 1,0 x 10-7 mol l-1 de pb2+ na presença de diferentes concentrações de íons interferentes. resultados e discussão comportamento voltamétrico do sistema a figura 1 apresenta distintos voltamogramas de pulso diferencial registrados em solução de hcl 0,01 mol l-1. a curva a foi obtida para um eletrodo de pasta de carbono não modificado após a exposição por 10 min a uma solução aquosa contendo 1,0 x 10-6 mol l-1 de pb2+ seguido por uma etapa de redução eletroquímica dos íons pb2+ realizada a -1,0 v (vs. ag/agcl) por 60 segundos. nesta curva não são verificados sinais faradaicos dentro do intervalo de potencial avaliado, demonstrando que o eletrodo de pasta de carbono sem modificação não apresenta capacidade de pré-concentração para os íons pb2+. as curvas b, c e d foram obtidas para o epcm contendo 5% da resina de troca iônica para as seguintes condições: sem a etapa de pré-concentração (curva b), na qual verifica-se apenas uma pequena variação de linha de base e a ausência de processos faradáicos, sugerindo que a resina não apresenta eletroatividade nesse intervalo de potencial. quando o epcm foi submetido à etapa de pré-concentração (curva c), pode ser verificado um pico de oxidação em -0,53 v (vs. ag/agcl) o qual pode ser atribuído a oxidação: pb0 → pb2+ + 2e-. medidas consecutivas realizadas para o eletrodo modificado demonstraram que os íons chumbo não são completamente removidos dos grupos trocadores da resina na etapa de redissolução, o que confere ao eletrodo um “efeito de memória”. verificou-se que a aplicação de um potencial de +1,0 v (vs. ag/agcl) em solução contendo 1,0 mol l-1 de hcl por 60 segundos promove eficientemente a remoção dos íons chumbo residuais dos sítios da resina, conforme apresentado no voltamograma (curva d). esses resultados demonstram que o epcm contendo a resina amberlite ir120 pode ser empregado com êxito para o desenvolvimento de um método de análise para a determinação de íons chumbo. otimização das condições experimentais os parâmetros experimentais de cada uma das etapas envolvidas no procedimento analítico desenvolvido foram avaliados e otimizados, assim, os seguintes parâmetros foram otimizados: porcentagem de resina utilizada para a construção do epcm, teor de álcool da solução de pré-concentração, ph da solução de pré-concentração, potencial de redução e os parâmetros inerentes à técnica de voltametria de pulso diferencial (tempo de duração do pulso, amplitude de pulso e velocidade de varredura). o efeito da composição do epcm sobre sua resposta para íons chumbo foi avaliado variando a proporção da resina de troca iônica amberlite ir120 entre 1 e 10 % (m/m). após pré-concentração de pb2+ em solução hidro-alcoólica (90:10) contendo 1,0 x 10-6 mol l-1 deste íon, foi observado um aumento na corrente de pico anódica com o aumento da quantidade da resina até 10 %. porém, 48 ecl. quím., são paulo, 31(2): 45-52, 2006 verificou-se que proporções maiores que 5 %, produzem pastas de carbono que não apresentam resistência mecânica adequada, dificultando, portanto, a realização das medidas voltamétricas. essa observação pode ser atribuída ao fato de resinas trocadoras sofrerem hidratação, o que acarreta um aumento no tamanho das partículas [26], com conseqüente desagregação do material do eletrodo. assim, a composição contendo 5% (m/m) da resina amberlite ir120 foi empregada nos estudos subseqüentes. o teor de álcool na solução de pré-concentração foi avaliado entre 0 e 50 %, sendo verificada uma diminuição da corrente de pico anódica com o aumento da quantidade de álcool, sendo que para composições acima de 40 %, observou-se uma perda de sinal de 95% em relação ao sinal obtido quando a pré-concentração é realizada em ausência de álcool. dessa maneira, nos estudos posteriores, optou-se por realizar a etapa de pré-concentração em uma solução hidro-alcoólica 90:10. a influência do ph na etapa de pré-concentração foi estudada variando este parâmetro entre 3,0 e 9,0 (figura 2). foi verificado um máximo na corrente de pico figura 1. voltamogramas de pulso diferencial registrados em hcl 0,01 mol l-1. após pré-concentração em solução aquosa 1,0 µmol l-1 de pb2+ com (a) epc e (c) epcm(5%). (b) epcm(5%) sem pré-concentração. (d) epcm(5%) após limpeza eletroquímica: eap = +1,0 v em hcl 1,0 mol l-1. condições: ν = 10 mv s-1; tpc = 10 min; ered = -1,0 v e tred = 30 s. figura 2. influência do ph da solução de préconcentração sobre os valores de corrente de pico de redissolução após pré-concentração de pb2+ em mistura hidro-alcoólica (90:10) contendo 1,0 µmol l-1 de pb2+ . condições: ν = 10 mv s-1; tpc = 10 min; ered = -1,0 v e tred = 30 s. anódica para valores de ph próximo de 5,0, valores maiores de ph causam uma diminuição da corrente de pico, provavelmente devido à formação de espécies complexas entre o pb2+ e os ânions oh-. para valores de ph menores que 4,0 provavelmente existe uma competição entre os íons h+ e os íons pb2+, causando uma diminuição da quantidade de íons pb2+ pré-concentrados na superfície do eletrodo. a figura 3a apresenta os voltamogramas de pulso diferencial obtidos para o epcm submetido a diferentes tempos de pré-concentração em solução hidro-alcoólica (90:10) contendo 1,0 x 10-6 mol l-1 de íons chumbo, a figura 3b apresenta a variação da corrente de pico anódica em função do tempo de pré-concentração, onde pode 49ecl. quím., são paulo, 31(2): 45-52, 2006 figura 3. (a) voltamogramas de pulso diferencial registrados com o epcm(5%) em hcl 0,01 mol l1 após pré-concentração em mistura hidro-alcoólica (90:10) contendo 1,0 µmol l-1 de pb2+ em diferentes tpc . condições: ν = 10 mv s-1; ered = -1,0 v e tred = 30 s. (b) influência de tpc sobre os valores de corrente de pico de redissolução. ser verificado um aumento na intensidade da corrente de pico anódica com o aumento do tempo de pré-concentração de 1 a 15 minutos, em tempos maiores não se observou variação significativa na resposta voltamétrica, sugerindo a saturação dos sítios de troca iônica da resina presentes na superfície do eletrodo. o efeito da concentração da solução utilizada como eletrólito de suporte na etapa de redissolução sobre a resposta voltamétrica do epcm, foi estudado para concentrações de hcl entre 0,001 e 1,0 mol l-1, onde, constatou-se um aumento da corrente de pico anódica para concentrações de hcl entre 0,001 e 0,1 mol l-1, para soluções mais concentradas foi observada uma diminuição da intensidade da corrente, provavelmente atribuída à troca de íons pb2+ contidos na superfície eletródica, por íons h+ presentes em solução, portanto, a solução 0,1 mol l-1 de hcl foi adotada como eletrólito suporte. a influência do potencial aplicado para a redução dos íons chumbo pré-acumulados na superfície do eletrodo foi avaliada para potenciais entre 0,6 v e -1,2 v (vs. ag/agcl), sendo verificado que valores de potencial menos negativos que –0,7 v, não são suficientes para promover uma redução sig50 ecl. quím., são paulo, 31(2): 45-52, 2006 figura 4. voltamogramas de pulso diferencial registrados com o epcm (5%) em hcl 0,1 mol l-1 após pré-concentração em mistura hidroalcoólica (90:10) contendo diferentes concentrações de pb2+. inserido: curva analítica. nificativa dos íons chumbo, resultando em valores de corrente de pico anódica não expressivas. potenciais de redução próximos a -0,8 v foram os que apresentaram os melhores resultados, apresentando um aumento significativo da corrente de pico anódica. potenciais mais negativo que -0,9 v provocaram uma diminuição do sinal voltamétrico referente à oxidação do analito, sugerindo que a redução dos íons h+ presentes no meio, competem com a redução dos íons chumbo, sendo esse efeito mais pronunciado em valores de potencial mais negativos que -1,0 v marcado pelo aparecimento de ruídos na corrente, devido à formação e desprendimento de hidrogênio gasoso na superfície do eletrodo. desta maneira, o potencial de redução de -0,8 v (vs. ag/agcl) foi adotado para os demais estudos. para a otimização dos parâmetros operacionais da técnica de voltametria de pulso diferencial empregada na etapa de leitura foram estudados valores de amplitude de pulso entre 10 e 200 mv. verificou-se que uma amplitude de pulso de 100 mv apresentou os melhores valores de corrente de pico e largura de pico. a velocidade de varredura e o tempo de duração do pulso também foram avaliados, sendo escolhidos os valores de 10 mvs-1 e 5 ms, respectivamente. curva analítica após a otimização de todas as condições experimentais envolvidas no procedimento analítico desenvolvido, as quais estão sumarizadas na tabela 1, foi construída uma curva analítica para pb2+ utilizando o epcm modificado com a resina de troca iônica amberlite ir120. a figura 4 apresenta os voltamogramas de pulso diferencial obtidos com o epcm após pré-concentração em solução hidro-alcoólica (90:10) contendo diferentes concentrações de pb2+. a curva analítica obtida com o epcm apresentou uma resposta linear entre corrente de pico anódica e a concentração de íons chumbo no intervalo entre 9,9 x 10-9 e 1,2 x 10-6 mol l-1, expressa pela equação: ipa (µa) = 0,5 + 8,6 x 108 cpb 2+(mol l-1). um limite de detecção, calculado como 3 x desvio padrão do branco/inclinação da curva analítica [27], de 7,2 x 10-9 mol l-1 foi obtido. estudo de interferentes e aplicação analítica do método visando verificar qual a influência de outros íons metálicos na resposta voltamétrica do epcm, algumas espécies, tais como, ferro, níquel, zinco e cobre, foram avaliados em diferentes níveis de concentração na solução de pré-concentração. os resultados obtidos estão apresentados na tabela 2. para os cátions ferro, níquel e zinco não foram observadas variações significativas na resposta voltamétrica do epcm para a oxidação de íons chumbo. porém, íons cobre presentes em concentrações maiores que 1,0 x 10-5 mol l-1 causam um decréscimo na corrente de pico anódica relativa à oxidação do chumbo. estudos de adição e recuperação entre 97% e 104% foram obtidos. embora a presença de íons cobre cause um decréscimo no sinal referente à oxidação do analito, é possível empregar o método desenvolvido na determinação de íons chumbo em amostras de álcool combustível desde que o método da adição padrão seja utilizado. o método desenvolvido foi aplicado na determinação de íons chumbo em duas amostras de álcool combustível enriquecidas com íons chumbo. valores de recuperação entre 97 e 99 % foram obtidos. estes resultados mostram que o método proposto pode ser aplicado com êxito na determinação de íons chumbo em amostras de álcool combustível. conclusões o epcm modificado com 5% (m/m) de resina de troca iônica amberlite ir 120 foi usado com sucesso na pré-concentração e determinação voltamétrica de íons chumbo. os valores de intervalo de linearidade e limite de detecção obtidos demonstraram que o sensor desenvolvido apresenta grande potencialidade para a determinação de chumbo em amostras de álcool combustível. recebido em: 20/04/2006 aceito em: 26/05/2006 51ecl. quím., são paulo, 31(2): 45-52, 2006 referências [1] i. c. macedo, biomass and bioenergy 14 (1998) 77. 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conditions, the proposed methodology responds to lead ions in the concentration range of 9.9 x 10-9 to 1.2 x 10-6 mol l-1 with a detection limit of 7.2 x 10-9 mol l-1. recoveries ranged from 96 to 102 % for pb(ii) spiked in an ethanol fuel sample at 10-7 mol l-1 level were achieved. interferences were also evaluated. keywords: ethanol fuel; lead ions; carbon paste electrode; amberlite ir120. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 08 | eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 77 evaluation by thermogravimetry of the interaction of the poly(ethylene terephthalate) with oil-based paint diógenes dos santos dias 1 , marisa spirandeli crespi 1 , clóvis augusto ribeiro 1 , marcelo kobelnikb 2 ____________________________________________________________________________ abstract: the recycling of post-consumer soft-drink bottles poly (ethylene terephthalate) (pet) has been used as an additive in paint containing alkyd resin. samples of paint containing pet (ppet) were applied in a film form on slides, and its thermal properties were evaluated for thermogravimetry (tg). the thermal behavior of ppet, it was possible to identify that the maximum of pet added to the paint without a change in the film properties was 1%. the kinetic parameters such as activation energy (ea) and pre-exponential factor (a) were calculated using the isoconversional flynn – wall ozawa method for samples containing 0.5 to 1.0% of pet. the kinetic analysis indicates that there was a variation in ea values. the kinetic compensation effect (kce), represented by the equation ln a = 0.105e – 0.21 for the first stage of thermal decomposition. .. keywords: pet, paint oil-based, paint and pet, non-isothermal kinetic 1 universidade estadual paulista unesp instituto de química – araraquara – brasil 2 centro universitário do norte paulista, unorp, são josé do rio preto, sp, brasil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 78 78 introduction paint have been used to several numbers of finishes, as makes the protection of walls, steel corrosion, concrete, improve aesthetic, among another one. today, there are two principal types of paint, which are known as acrylic latex paint and oil-based (alkyd paint) [1]. the latex paint is made with water and acrylic resin which are called of binders. it can include the synthetic or natural resins such as acrylics, polyurethanes, polyesters, melamines, among others. while the oil-based are made of different oil, such as linseed oil, castor oil or alkyd resins are the primary binders for oil-based paints 100% acrylic or vinyl are binders for water based paint like latex or acrylic [24]. the oil-based contain a higher level of organic solvents, as hydrocarbon-based solvent as the vehicle and several alkyd resins, which are responsible for intense and characteristic odor, but both, oil-based and latex paints, use binders to solidify the paint and form a thin layer [4,5]. oil paint was originally made with linseed oil as a binder, which has a high content of di and tri-unsaturated esters, which are especially susceptible to polymerization reactions upon exposure to oxygen in the air. in fact, the polymerization occurs due the non-saturated molecules in the oil and are called drying, and results in the solidification of the paint [6]. the linseed oil, soybean, castor oil and coconut, and others are widely used in several paint types, especially for inferring different drying times. moreover, the drying of these paints can be attributed in part by solvent evaporation and also in part by oxidation of the oil, allowing a plasticizing function [7,8]. the paints from alkyd resins, improved physicochemical properties, because oil based paints have a slow drying time and also exhibit poor weather ability and are also subject to yellowing. as a result, many properties have been improved because the alkyd resins allow combining different kinds of raw materials, given the reactions between polyalcohols (glycerine, pentaerythritol) and polyacid (phthalic acid). the process of drying alkyd paints takes place by evaporation of the solvent and also by oil oxidation. upon this, the use of different polymers added in these alkyd paints can improve the curing process [9-11]. due to the industrial activity and household consumption generate an ever-growing amount of waste products that pose environmental risks and are a matter of concern for public environmental agencies. furthermore, different sectors of society have been pushing for the reduction or recycling of polymeric materials. thus, the recycling of those polymeric materials has become of great interest not only to researchers and users but also to those concerned with the protection of the environment. currently, one of the polymers present in large quantities in urban solid waste is poly (ethylene terephthalate, or pet) from soft-drink bottles, which is used in the production a variety of goods such as fibers and films, or is incorporated into other types of plastics as an additive [12-14]. in brazil, several polymers are amongst the most environmentally damaging waste products due to their slow degradation, as the post-consumer pet bottles were recycled [15]. as the pet is usually transparent and has excellent resistance to oxygen and carbon dioxide present in the atmosphere, it becomes a material of choice for bottling beverages, but when disposed of improperly, it becomes harmful to the environmental. since recycled pet is a polycondensation polymer polyester formed from ethylene glycol (eg) and terephthalic acid (t-pa), it can be used in the synthesis of coating materials where alkyd resins are used. many researchers tried to employ several techniques to modify the molecular structure of pet and prepare pet with high performance. these coating polyesters synthesized from pet, eg and t-pa have characteristics and structure similar to polyester synthesized from eg and phthalic anhydride (pa). the polycondensation that takes place during the reaction causes the depolymerization of pet, eg and t-pa, with random distributions in the polymer. the properties of the films formed from pet, eg and t-pa are comparable to those of conventional film coatings [16]. tg/dtg curves have been used to establish the thermal decomposition reaction and kinetic parameters of alkyd resin from commercial paint [17,18]. eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 79 79 the aim of this work is to evaluate the decomposition reaction for tg curves of the film obtained from the post-consumer soft-drink bottles (pet) used as an additive in commercial alkyd paint (paint oil-based). besides, the present study also improves the knowledge on the kinetic behavior of isoconversional method that was used as a way of obtaining reliable and consistent kinetic information and also to avoids the use of explicit kinetic models [16,19]. thus, the activation energy (ea/kj mol -1 ) data were obtained applying the method proposed by flynn-wall-ozawa [19-21]. kinetic considerations the mathematical description of the data from a single-step solid-state decomposition is usually defined in terms of a kinetic triplet, as activation energy ea, arrhenius parameters a, and a mathematical expression of the kinetic model as a function of the fractional conversion , f(), which can be related to the experimental data as follows [19].    f rt e a dt d        exp (1) for dynamic data obtained at a constant heating rate =dt/dt, this new term is inserted into equation1 which can be simplified as:     f rt ea dt d        exp (2) the activation energy from the dynamic data can be obtained from the flynn-wall isoconversional method [20,21] using the doyle’s approximation [22] for p(x), which involves the measurement of temperature corresponding to fixed values of p(x) obtained from experiments at different heating rates and plotting ln  vs. 1/t:   rt e rg ae 052.1331.5ln          (3) where r=gas constant (8.31432 k –1 j –1 ) and g()=integral of d/f() from 0 to . this method allows us to obtain the apparent ea = ea () independent of the kinetic model. the preexponential factor is evaluated taking into account that this is a first-order reaction and can be defined as [23]:          mm rt e rt e a exp 2  (4) experimental procedures post-consumer soft-drink bottles were washed, dried at room temperature, cut into pieces of approximately 2 mm 2 and for each gram of pet solubilized, were used 10 g of the phenol and 5 ml of the tetrachloromethane at 60ºc. trichloromethane was used as the solution’s stabilizing agent. the commercial paint studied was constituted of modified alkyd resin, vegetal oil, aromatic and aliphatic hydrocarbons, surfactant and drying organometallic compound agents. the soluble paint oil-based was also obtained in trichloromethane once it is used to avoid the precipitation of pet in the mixture. after the solutions had been separately heated to 60ºc, the pet solution was added drop by drop to the paint solution, under vigorous stirring. the mass relationships of pet to paint solutions are presented in table 1. also, the mass adopted were necessary to avoid the precipitation of pet in paint oil-based. the paint/pet mixtures (ppet) were then spread in a film form on slides and wood and dried at room temperature to verify that their visual appearance was effectively similar. the samples were collected after 48 hours to analyze their thermal behavior by tg curves. also, after prepare of the compound mixture was observed that the visual properties of the film obtained have similar characteristics of paint oilbased. eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 80 80 table 1: pet and paint mass relationships for samples 1-3 sample 1 2 3 paint (g) 10.044 9.998 10.087 pet (g) 0.051 0.084 0.101 tg/dtg curves for the kinetic studies were performed using an sdt module from ta instruments under a dynamic nitrogen atmosphere (50 ml min -1 ), with initial sample mass around 9 mg. the heating rates of 10, 15 and 20ºc min -1 were used from 40 up to 800ºc. results and discussion the tg-dta and dtg curves under synthetic air and nitrogen gas purge with the rate of 10ºc min -1 , of this samples, are showed in figures 1 and 2, respectively. for analysis under nitrogen, the pet sample show to be stable until 378ºc. the mass loss occurs one only stage up to 500ºc, with the loss of 77.24%., while between 500 and 900ºc this sample also exhibits a loss of 7.73%. this fact was attributed to the partial thermal decomposition of the sample, and therefore, this mass was converted to residue carbonaceous slowly during the heating. the tg/dtg curves of paint oil-based indicate that the thermal decomposition occurs three times between initial temperature and 500ºc, while until 700ºc occur other mass loss. after 700ºc, the sample shows that is another mass loss, which was attributed to the inorganic filler of the paint. these values of mass losses are showed in table 2. from figure 1, also, it is possible to observe that ppet1, which has thermal behavior similar to the paint, with little weight variation difference between one and another (table 2). however, the major difference can be seen from 700ºc, which shall not be regarded mass loss only occurs in the ink. it was attributed to the interaction between pet and ink, which changed the thermal behavior of inorganic filler paint. for the other samples, ppet2 and ppet3, the thermal behavior shows a similar profile, but have little variation in the mass loss, more intensely in the fourth stage of thermal decomposition. it demonstrates that the used amount of pet is suitable for use, taking into account that larger quantities of pet mixture cause the precipitation of material in the paint. in addition to this work, we showed the tg and dta curves in figures 2 and 3, respectively, which were carried out in the synthetic air only for sample ppet1, which is intended only to show a comparison of thermal behavior in other gas. the tg/dtg curves of pet in the synthetic air indicate that the thermal stability is low about analysis under nitrogen gas purge, as see in table 3. this analysis also shows that there are two main stages of thermal decomposition, where the first stage occurs between 328 – 468ºc and the second mass loss in the interval of 468 – 540ºc, without formation of carbonaceous residue to the final analysis. the analysis of paint, the dtg curve show that the thermal decomposition occurs three stages, between initial temperature and 390ºc, 390 – 490ºc and 490 – 570ºc, where the losses can be seen in table 3. so, also, it is important to observe that the paint shows 12.66% of residue mass in the final of the analysis, which was attributed to the inorganic filler of the paint, as was seen in nitrogen analysis. the tg analysis of mass loss ppet1 sample shows that the thermal behavior is similar to the paint, but the mass loss is lower (table 3) in this case, indicating that the interaction the paint and pet favor the thermal stability of the compound. besides, the amount of residues, in the final analysis, was 26.41%, which is higher that the paint. eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 81 81 table 2: tg data of the mass loss observed in a nitrogen atmosphere (50 ml min -1 ) with a heating rate of 10ºc min -1 for pet, paint, and ppet1. sample stage t /°c mass loss/% pet 1 2 3 30 – 378 378 – 500 500 – 900 1.82 77.24 7.73 paint 1 2 3 4 5 30 – 120 120 – 250 250 – 369 369 – 500 500 – 700 1.55 6.45 21.7 36.17 2.86 6 700 – 900 13.20 ppet 1 1 2 3 4 5 6 30 – 120 120 – 250 250 – 369 369 – 500 500 – 700 700 – 900 1.11 4.63 20.51 39.29 2.87 2.41 ppet 2 1 2 3 4 5 6 30 – 120 120 – 250 250 – 365 369 – 500 500 – 700 700 – 900 1.01 4.64 19.90 34.81 3.03 2.10 ppet 3 1 2 3 4 5 6 30 – 120 120 – 250 250 – 364 369 – 500 500 – 700 700 – 900 1.17 5.04 19.95 38.42 3.18 2.10 now, when we see the analysis of synthetic air, the mass loss of the paint it is different from that observed in nitrogen. note that the mass loss between the initial temperature and 570ºc for both samples is greater in paint pure, which is attributed to the interaction between the material and oxygen. however, under a nitrogen atmosphere, there is an additional loss at the end of the analysis. furthermore, it is also possible to see that the paint sample with pet has a smaller mass loss of the paint, indicating that this interaction favors the thermal stability. as an additional analysis, the dta curve, figure 3, for pet sample exhibit an exothermic reaction for second thermal decomposition stage. this fact also is seen to paint and ppet1 sample, where both reactions show similarity, and therefore without significant thermal event in the interval of 400 to 600ºc. figure 1: tg/dtg curves for the decomposition of the pet, paint and ppet 1 in nitrogen atmosphere with a heating rate of 10°cmin -1 . eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 82 82 table 3– tg data for the mass loss observed in a synthetic air atmosphere (50 ml min -1 ) with a heating rate of 10ºc min -1 for a sample of pet, paint and ppet 1 sample stage t (°c) weight loss (%) pet 1 30 – 328 1.30 2 3 328 – 468 468 – 540 77.63 21.01 1 30 – 390 31.30 paint 2 390 – 490 40.56 3 490 – 570 15.48 1 30 – 392 24.75 ppet 1 2 392 – 501 38.02 3 501 – 575 10.82 figure 2: tg/dtg curves for the decomposition of the pet, paint and ppet 1 in a synthetic air atmosphere with a heating rate of 10ºc min -1 . figure 3: dta curves for the decomposition of the pet, paint and ppet 1 in a synthetic air atmosphere with a heating rate of 10ºc min -1 . kinetic parameters to establish the kinetic model for the decomposition reaction, the kinetic parameters, the activation energy, ea, and the pre-exponential factor, log a, tg/dtg curves of sample 1 (ppet 1), figure 4, were obtained at three different heating rates (10, 15 and 20ºcmin -1 ) within the temperature range used in this study such as to apply the ozawa isoconversional method [15]. the activation energy (ea) versus conversion degree () values for the decomposition stage is shown in figure 5. the nearly constant ea values were obtained within the range of 0.05   0.95 with average values for the first stage of 78.0 kj mol -1 , 69.5 kj mol -1 and 70.8 kj mol -1 for ppet1, ppet2, and ppet3, respectively while the mean value of pet was 170.6 kj mol -1 [15]. figure 4: tg/dtg curves for the decomposition of ppet 1 in nitrogen gas purge with a heating rate of 10, 15 and 20ºc min -1 . eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 83 83 figure 5: the values of ea at various  calculated using the flynn-wall-ozawa method for the thermal decomposition of ppet samples 1-3 and paint oil-based. the analysis show that it is evident that the apparent activation energy is more high that paint evaluation and also show that there weren’t appreciable variation on the conversion degree (). moreover, when tg/dtg curves are evaluated, we can see that there is an overlapping reaction at the beginning of thermal decomposition, which would explain the kinetic behavior at the beginning. furthermore, it could be associated with the noncomplex superficial reaction. besides, the linearity observed in conversion degree indicates that the samples have the same decomposition reaction, as seen in tg/dtg curves. moreover, in another studies previously published by kobelnik et al. about vegetable oils, the kinetic behavior is often not similar to the observed thermal behavior [24, 25]. also, the behavior observed can be used to the evaluation of the kinetic compensation effect (kce). this parameter was first developed in catalysis studies to account for the fact that different treatments of a catalyst resulted in a change in the calculated activation energy, but without modification in the reaction velocity and with the rate of the reaction remaining constant. as an explanation, it was suggested that the pre-exponential factor a varied with the activation energy by equation 5. beaa ln (5) where constants a and b are referred to as compensation parameters. this effect has been observed in many reactions, where the kinetic parameters (a and ea) vary with the experimental conditions even if the mechanism does not change. however, it is important to note that the presence of a certain set of variables, such as impurities, size, the sample size, particle size and distribution of the particles, the heating rate, in the sample, or the presence of gaseous atmosphere surrounding the sample can cause influence in activation energy. thereby, the thermal reaction of a polymer is a complex solid-gas reaction, and its mechanism remains largely unclear since it may take place via either radical chain depolymerization or disproportions of the end chain scission reactions. each group of process rates that constitutes compensation set, an identified fit of a and ea values, contains common chemical characteristics. for decomposition of ppet mixtures 1-3, ln a was plotted against ea, as shown in figure 6. to calculate the activation energy, a conversion degree of  between 0.05 and 0.95 were used for each sample. the existence of kinetic compensation for the three sample is observed from the scattering of the points such that a straight line does not occur, thus suggesting that the equation for this step corresponds to ln a= 0.1706e -6,949 with r2= 0.99987. the linear depending confirms that the analyzed samples have a similar degradation mechanism in two stages, the line slope being 0.005 about [26]. therefore, in this study, it was verified that the amount of mass of pet in the increased up to a limit of 1% limit. the decomposition reaction mechanism for all the samples was the same, as is observed from the sloped straight line for the relationship between ln a and ea [27-33]. figure 6: arrhenius plots of ln (a) vs. ea of the decomposition reaction ppet, with mixtures 1-3. eclética química, vol. 40, 77-85, 2015. 84 84 conclusion after preparing the compound, the mixture was observed that the visual properties of the film obtained have similar characteristics of paint oil-based. the tg/dtg curves were carried out in non-isothermal conditions it because are closer to the real conditions existing in industrial practice. so, the experimental data obtained from the decomposition process of tg/dtg curves, under the non-isothermal condition, allowed get the arrhenius parameters and calculate the activation energy (ea). it was found activation energy values linearly increased and while the paint oil-base has a low activation energy, which was attributed to the mixture of pet sample in paint oilbased. the kinetic behavior of the thermal decomposition of ppet mixtures 1-3 can be correlated with the kinetic compensation effect (kce) because there was a linear relationship between ln a and ea, which reveals phenomena attributed to the similar thermal decomposition. besides, this fact indicates that there was a well homogenized of the sample during prepare of paint oil-base and pet sample. acknowledgements the authors wish to thank cnpq for their financial its support. references [1] loganina v. i., eng. sciences, 7 (36) (2014) 1943. 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[33] galwey, a. k., mortimer, m., int. j. chem. kinect. 38 (2006) 464. introduction carbamates are an important class of biologically active compounds used in the treatment of several diseases, such as myasthenia gravis [1] or alzheimer [2]. in view of this, many researches have focused on correlating molecular structure of carbamate to their pharmacological activity [3–8]. earlier investigations on structure–activity relationship by beers and reich suggested that the distances between functional groups are the main feature responsible by the pharmacological usefulness [3]. nevertheless, furukawa et al. demonstrated that molecular flexibility also plays an important role [5]. they found that (s)-methacholine and (2s,4r,5s)muscarine change their conformation upon binding to an acetylcholine receptor. much of this flexibility is dictated by a hindered rotation around chemical bonds, as is the case of conjugated c–n linkages [9–13]. thus, recently carbamates attracted much attention with respect to their molecular structure [14–19]. several studies on the c–n rotational barrier in carbamates have also been reported [1517]. in particular the rotational barrier of the conjugated c-n bond in 2-n,n-dimethylaminecyclohexyl 1-n’,ní-dimethylcarbamate has been studied for two isomers. in isomer 1 the carbamate group lies at the axial position, whereas in isomer 2 it adopts an equatorial arrangement [20]. it is, however, interesting to notice that from the theoretical point of view there may be four different isomers of this compound. two additional isomers may be created changing the relative position of the n-dimethyl group from equatorial to axial (isomers 3 and 4) [fig. 1]. in this article, a combined experimental and density functional theory study on the stability and ir spectra of all four isomers of 2-n,n53ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 experimental and theoretical investigation of the ir spectra and thermochemistry of four isomers of 2-n,ndimethylaminecyclohexyl 1-n’,n’-dimethylcarbamate a. f. jalbout1*, xin-hua li2*, b. trzaskowski1 and h. raissi1 1department of chemistry, the university of arizona, tucson, arizona, 85721, usa 2school of chemistry and materials science, wenzhou university, zhejiang wenzhou 325027, p.r.china *corresponding authors. e-mail addresses: ajalbout@u.arizona.edu (a.f. jalbout);lixinhua01@126.com(xin-hua li) abstract: a combined experimental and density functional theory (dft) b3lyp/6-311+g* study on the ir spectra of four stable isomers of 2-n,n-dimethylaminecyclohexyl 1-n’,n’-dimethylcarbamate was performed. our theoretical calculations reveal that two new isomers of this compound exist and may be more stable than the known isomers. in addition the entropy, heat capacity, and the enthalpy content of the stable isomers are computed by fitting the calculated data to a standard shomate equation and ir spectra for the two new isomers are presented. keywords: density functional theory (dft); b3lyp; c11h22n2o2; ir spectra; thermochemical properties. dimethylaminecyclohexyl 1-n’,ní-dimethylcarbamate was performed. in addition the entropy, heat capacity, and the enthalpy of the four stable isomers are estimated by fitting to a standard shomate equation. experimental methods ir measurements isomers 3 and 4 were obtained according the procedure described elsewhere [6]. ir spectra for those isomers (900-4000cm-1) were recorded in ccl4 solution on a ftir spectrophotometer. computational methods quantum chemical calculations were performed by using the gaussian 98 [21] software package. full geometry optimizations and frequency calculations of these species were carried out at the b3lyp level of theory [22,23] with the standard 6-311+g* and 6-311++g** basis sets. the dft approach was chosen due to the large size of the molecule and the good experimental correlations with the ir frequencies. zero-point energy corrections scaled by 0.96 were added to the final dft energies. additionally the final molecular energy of the isomers was calculated at mp2 level of theory [24]. the thermodynamical properties were computed using the simple but 54 ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 y y y y figure 1. optimized geometries od molecular models of four different isomers of 2-n,n-dimethylaminecyclohexyl 1-n’,ní-dimethylcarbamate. reasonably accurate rigid rotor harmonic oscillator (rrho) approximation. results and summary the theoretical molecular energies of the four isomers (table 1) reveal interesting information. the computational approach predicts that the new isomers should be more stable than the other two isomers. the results suggest, that isomer 4 is the most stable of all the isomers of 2n,n-dimethylaminecyclohexyl 1-n’,ní-dimethylcarbamate. the energy of isomer 3 is ~2 kcal/mol higher than the energy of isomer 4, what is well within the standard error of the b3lyp method (estimated to be ~2.2 kcal/mol). isomer 1 is also quite close on the energy scale with only 4.6 kcal/mol (2.7 kcal/mol on the mp2 level of theory) more than isomer 4. the least stable of the isomers is compound 2, with ~10.5 kcal/mol more than isomer 4. the high stability of isomers 1, 3 and 4 may be caused by favorable interactions between the n-dimethyl group and carbamate moiety, which in those three isomers are relatively close to each other, allowing overlap of 55ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 table 1. theoretical relative energies and homo/lumo energies of four 2-n,ndimethylaminecyclohexyl 1-n’,n’-dimethylcarbamate isomers calculated at different levels of theory. isomer 1 isomer 2 isomer 3 isomer 4 homodft(hartree) -0.21928 -0.21808 -0.21129 -0.20853 lumodft(hartree) -0.00211 -0.00260 -0.00481 -0.00172 ∆edft (kcal/mol) 4.15 10.24 2.42 0.0 homomp2(hartree) -0.35227 -0.35081 -0.34 -0.34 lumomp2(hartree) 0.06420 0.06472 0.06 0.06 ∆emp2 (kcal/mol) 2.67 10.47 1.76 0.0 figure 2. experimental ir spectrum of isomer 3 in 3.00 x 10-2 m ccl4 solution. 56 ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 figure 3. experimental ir spectrum of isomer 4 in 3.00 x 10-2 m ccl4 solution. table 2. theoretical and experimental frequencies (n, in cm-1) for isomer 3 and the relative theoreticalexperimental absolute errors (in cm-1) at different levels of theory. ν assignment experimental b3lyp/ 6-311+g* b3lyp/ 6-311++g** ν1 ring vibration 916.5 886.7 883.0 2 ring vibration 952.7 907.5 904.2 3 ring vibration 985.2 949.2 945.7 4 amine c-n stretching 1059.9 1010.9 984.5 5 amine ch3 deformation 1111.4 1070.5 1061.7 6 ch2 twist 1146.3 1109.0 1067.0 7 amide ch3 wag 1169.9 1122.1 1102.7 8 c-o stretching 1194.5 1137.0 1132.5 9 ch2 twist 1274.9 1217.3 1209.4 10 ch2 twist 1339.9 1272.8 1265.1 11 ch2 wag 1359.0 1288.8 1296.3 12 amide ch3 deformation 1396.1 1322.8 1325.6 13 amine ch3 deformation 1450.6 1380.1 1371.6 14 amine c-h stretching 1489.9 1415.1 1414.8 15 amine c-h stretching 1558.0 1475.2 1463.0 16 c=o stretching 1700.5 1666.8 1664.2 17 ring c-h stretching 2773.2 2771.9 2766.1 18 ring c-h stretching 2820.9 2784.6 2778.5 19 ring vibration 2865.2 2853.6 2854.8 20 ring vibration 2937.5 2920.8 2917.5 average error 3.56 4.20 ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν the molecular orbitals. on the other hand in isomer 2 those two groups are on the opposite sides of the cyclohexyl ring, preventing any interactions between them. the ir spectra [fig. 2 and 3] of the two new isomers are very similar but show small differences. a thorough analysis of the most important vibrations [table 2 and 3] allowed us to assign specific modes to particular vibrations. it is clear that, while the ir spectra are similar, the small differences existing may be useful in analyzing the occurrence of the isomers in the sample. it is also interesting to notice a good agreement between the experimental and the theoretical spectra, which allow us to validate the computational approach presented in this study. table 4 presents the estimation of the thermodynamic properties (entropy, heat capacity at constant pressure, enthalpy) of all 4 isomers at different temperatures. the calculated data was fit to the shomate equations, as implemented by the national institute of standards and technology (nist) [25] to yield the best values. it is interesting to notice that, while isomers 1 and 4 are close on the energetical scale, the predicted thermochemical properties of these compounds are substantially different. on the other hand the thermochemical properties of isomer 2 and 4 are quite similar in spite of the large differences in their molecular energy. the data obtained using shomate equations allow to predict different values of some of the thermochemical properties of all four isomers at different temperatures, thus 57ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 table 3. theoretical and experimental frequencies (n, in cm-1) for isomer 4 and the relative theoretical-experimental absolute errors (in cm-1) at different levels of theory. assignment experimental b3lyp/ 6-311+g* b3lyp/ 6-311++g** 1 ring vibration 940.2 910.7 906.8 2 ring vibration 955.9 918.6 915.8 3 ring vibration 1001.0 965.7 962.4 4 ring vibration 1060.4 998.3 1010.2 5 ring vibration 1097.2 1042.6 1039 6 amine ch3 deformation 1118.3 1070.4 1061.1 7 amine c-n stretching 1191.2 1127.5 1119.1 8 amine c-n stretching 1259.9 1182.6 1176.2 9 amine c-n stretching 1276.2 1224.1 1215.9 10 ch2 wag 1343.7 1266.6 1280 11 ch3 amide deformation 1354.8 1289.3 1298.4 12 ch3 amide deformation 1394.2 1321.4 1316.8 13 amine c-h stretching 1408.1 1325.6 1351.4 14 amine c-h stretching 1451.9 1381.2 1377.6 15 amine c-h stretching 1490.3 1416.8 1418.2 16 c=o stretching 1652.9 1476.4 1464.3 17 ring c-h stretching 1700.8 1662.7 1660.1 18 ring vibration 2781.2 2771.7 2765.6 19 ring vibration 2827.3 2790.0 2784.6 20 ring vibration 2862.2 2857.0 2854.9 21 ring vibration 2936.7 2864.4 2869.1 average error 4.28 4.34 ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν providing additional means of detecting different isomers. these methods allow for distinction of isomers to be performed under various thermodynamical conditions. they are very useful for indexing purposes by government agencies. conclusions experimental ir spectra and theoretical calculations were used to inspect the stability of two new isomers of 2-n,n-dimethylaminecy58 ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 table 4. thermodynamic properties of isomers 1-4 at different temperatures. property fitted thermodynamic equation (t/1000=t) 100k 298.15k 1000k s (j/mol*k) c -19.27684*ln(t) + 1046.38976*t -308.15331*t2/2 -72.17832*t3/3+0.60117/(2*t2) + 233.31191 cp (kj/mol*k)d 279.67304+942.65658*t -63.49214*t2-57.42896*t3 -0.22514*t-2 1a h° h°298.15 e (kj/mol)e 1.67269*t + 959.98678*t2/2 -181.65772*t3/3 -131.70779*t4/4+0.40953/t s (j/mol*k) -18.01857*ln(t) + 1043.7303*t -308.09809*t2/2 70.85667*t3/3+0.58322/(2*t2) + 238.11687 353.26 553.67 1103.98 cp (kj/mol*k) 281.45185+ 946.76815*t -69.3773*t2-54.81026*t3 -0.22109*t-2 124.06 268.66 653.64 2a h° h°298.15 (kj/mol) 1.66451*t + 963.73597*t2/2 -192.11685*t3/3 -124.90469*t4/4+0.40169/t 7.8 46.65 393.38 s (j/mol*k) 4.12198*ln(t) -42.55898*t +1132.49684*t2/2 -444.20905*t3/3+ 0.0491/(2*t2) + 18.60524 354.61 557.18 1108.23 cp (kj/mol*k) 8.6918 -20.37762*t+546.87866*t2-140.93425*t3 -0.04068*t-2 126.47 269.62 654.04 3a h° h°298.15 (kj/mol) 2.02177*t +965.52164*t2/2 -194.1014*t3/3 -124.42143*t4/4+0.44725/t 7.92 47.13 394.25 s (j/mol*k) -18.75968 *ln(t) 1055.99732 *t -322.42927 *t2/2 -66.43605 *t3/3+0.6207 /(2*t2) + 237.73775 cp (kj/mol*k) 282.85511 -955.04707 *t-73.0603 *t2-54.61964 *t3 3b h° h°298.15 (kj/mol) 1.75634 *t +972.25178 *t2/2 -200.43501 *t3/3 -123.49363 *t4/4+0.43362 /t 7.91 47.24 395.58 s (j/mol*k) 4.87376*ln(t) -45.73716*t +1135.1577*t2/2 444.56315*t3/3+0.04159/(2*t2) + 20.16502 353.17 555.38 1105.97 cp (kj/mol*k) 8.44355-19.51033*t+544.67639*t2-139.75091*t3 -0.03987*t-2 125.38 269.47 653.85 4a h° h°298.15 (kj/mol) 1.98603*t + 965.55544*t2/2 -197.60318*t3/3 -120.88774*t4/4+0.44389/t 7.82 46.99 393.85 4b s (j/mol*k) -15.1279649*ln(t) + 1038.10267*t 297.015371*t2/2 77.7776121*t3/3+0.578806606/(2*t2) + 243.541614 cp (kj/mol*k) 279.92463+ 956.69556*t -77.4193*t2-52.11341*t3 -0.2302*t-2 h° h° 298.15 (kj/mol) 1.92868*t + 971.55095*t2/2 -201.71088*t3/3 -121.53117*t4/4+0.42767/t 7.79 47.05 395.12 aat b3lyp/6-311+g* level of theory bat b3lyp/6-311++g** level of theory c entropy d heat capacity at constant pressure e enthalpy content clohexyl 1-n’,ní-dimethylcarbamate. the results of this study reveals that both new isomers are stable and can be detected using standard spectroscopic approaches. the results aloww us to predict that the termodynamic properties of all four isomers should be similar as well as the new isomers may be more stable than the known ones. aknowledgements we would like to acknowledge the university of arizona for supercomputer resources as well as to cite that figure 1 was created using xyzviewer software provided by sven de marothy. recebido em: 16/12/2005 aceito em: 02/03/2006 59ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 a. f. jalbout, xin-hua li, b. trzaskowski and h. raissi. estudo teórico e experimental dos espectros no ir e da termoquímica de quatro isômeros do 2-n,n-dimetilaminacicloexil 1-n’,ní-dimetilcarbamato. resumo: foi realizado um estudo combinado, experimental e teórico utilizando a teoria da função de densidade (dft) b3lyp/6-311+g* para os espectros de ir de quatro isômeros estáveis do 2-n,n-dimetilaminaciclohexil 1-n’,ní-dimetilcarbamato. os cálculos teóricos mostraram a existência de dois novos isômeros deste composto, que parecem ser mais estáveis que os isômeros conhecidos. além disso, os valores da entropia, capacidade calorífica e entalpia dos isômeros estáveis foram calculados a partir do ajuste dos dados à equação padrão de shomate, e foram obtidos os espectros de ir para os dois novos isômeros. palavras-chave: teoria da função de densidade (dft); b3lyp; c11h22n2o2; espectros no ir; propriedades termoquímicas. references [1] k.p. shaw, y. aracava, a. akaike, j.w. daly, d.l. rickett, e.x. albuquerque mol. pharmacol. 28 (1985), 527. 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h,0,-2.9375229754,-1.066204305,-2.3775255468 h,0,-2.5441915998,-2.6498425615,-0.5460673616 h,0,-4.0394414493,-1.7911923471,-0.2061719389 h,0,-2.6357624447,-1.9222312067,1.8525707419 h,0,-2.8435459163,-0.2668081489,1.3596721685 h,0,-0.5041919618,-0.5940534798,1.9685540033 h,0,-1.3013986916,0.9630902379,0.269692033 h,0,-0.9564435746,0.5073696024,-2.1528558846 h,0,-0.5384900364,-1.1686664259,-1.771012316 h,0,0.1446802578,-4.194497967,1.3769142111 h,0,-1.5051642251,-3.6200292242,1.5416312582 h,0,-0.2562165252,-3.0484210575,2.6709558448 h,0,1.7460667383,-3.0856147726,0.3730940889 h,0,1.7679464976,-1.7245343691,1.5151016226 h,0,1.5858880121,-1.4353561695,-0.2257018517 h,0,3.1606102406,4.1543499891,0.0707044156 h,0,1.5951296679,4.2942846829,-0.7594010858 h,0,3.0167957358,3.6925148072,-1.638581186 h,0,4.0422267739,1.9202416758,0.4880162318 h,0,3.6585060306,1.0670851262,-1.0189435897 h,0,2.9168718971,0.5548729323,0.5103154193 isomer 2 b3lyp/6-311+g*: c,0,0.0159667198,-0.8676607866,-2.5051918022 c,0,-1.3882228775,-1.3455210069,-2.1228346927 c,0,1.0114560759,-1.1582631636,-1.3762461762 c,0,-1.8366473703,-0.6859485455,-0.8129178769 c,0,0.5921909773,-0.7604096593,0.0504369611 c,0,-0.9157366593,-0.9733369507,0.3868974422 o,0,1.1071698939,0.5361240318,0.5010292891 n,0,-1.0367388105,-2.3511966578,0.9351338186 c,0,0.7426887288,1.71752803,-0.0467958787 c,0,-2.3417639559,-2.9877243102,0.8039423768 c,0,-0.6171145056,-2.3999964557,2.3326266286 o,0,-0.0147648911,1.8421178593,-0.992544314 n,0,1.3276083812,2.7686065234,0.6086872072 c,0,1.1533117667,4.1099016236,0.0746294826 c,0,2.3226458469,2.6174207595,1.6600098724 h,0,-0.0108798239,0.2015895128,-2.7190151589 h,0,0.3565028854,-1.3746635293,-3.4153450663 h,0,-1.3951362633,-2.4391106069,-2.0320505306 h,0,-2.1001362651,-1.0960331221,-2.9170793755 h,0,1.9904903269,-0.7147141152,-1.5843920203 h,0,1.1736266941,-2.242125201,-1.336647692 h,0,-2.865779686,-0.9568652717,-0.5651382301 h,0,-1.8335843725,0.3947524994,-0.9586825605 h,0,1.1576320967,-1.4053379163,0.7181278582 h,0,-1.1790053351,-0.2499338152,1.1783861957 h,0,-2.2847745647,-3.9863491539,1.2439182102 h,0,-2.6226246255,-3.1100002497,-0.2409616364 h,0,-3.1528573827,-2.4436408767,1.3215491961 h,0,-0.5607389245,-3.4382535736,2.6685807109 h,0,-1.3156303888,-1.8608729699,2.9993796717 h,0,0.3704328497,-1.9566772526,2.4673106272 h,0,0.8863475925,4.8008058676,0.8801145146 h,0,0.360331636,4.1016604177,-0.6677203852 h,0,2.0762502553,4.47117902,-0.3962013129 h,0,2.1618780051,3.3860600109,2.4214928427 h,0,3.3412778788,2.7343805648,1.2678344354 h,0,2.2384019139,1.6404083653,2.1245747024 60 ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 supplementary information cartesian coordinates of optimized structures isomer 3 (cis) b3lyp/6-311+g*: c,-2.1841955694,0.9096746105,-0.5174513443 c,-3.4407436892,0.0644378367,-0.2783679648 c,-3.2622784966,-1.3557780984,-0.825513096 c,-2.0110407342,-2.017222274,-0.2349840173 c,-0.7351567804,-1.1799738181,-0.4877356836 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c,0,1.7814307626,-0.3902781316,-0.4690284686 o,0,1.6666628101,-0.1647074933,-1.6610994374 n,0,2.957903652,-0.3201505941,0.2206107805 c,0,4.1854772872,-0.0343423481,-0.5045050405 c,0,3.0947202591,-0.6098417049,1.639938115 h,0,3.9468427281,0.1517654603,-1.5482937453 h,0,2.1177324604,-0.6561314722,2.1097818141 h,0,4.6783996212,0.8487476993,-0.0833791246 h,0,4.8794672313,-0.8809768808,-0.4389665451 h,0,3.6115981708,-1.5647531649,1.7986558311 h,0,3.6825948824,0.180160427,2.1188626272 62 ecl. quím., são paulo, 31(1): 53-62, 2006 www.scielo.br/eq volume 35, número 2, 2010 63ecl. quím., são paulo, 35 2: 63 69, 2010 educação/education construção de um calorímetro de baixo custo para a determinação de entalpia de neutralização m. h. m. t. assumpção2, l. d. wolf1, v. g. bonifácio3 e o. fatibello-filho1* 1universidade federal de são carlos, são carlos, sp brasil 2universidade federal do abc, santo andre, sp brasil 3institudo de tecnologia para o desenvolvimento lactec, curitiba, pr brasil * bello@ufscar.br resumo: neste artigo descreve-se a construção de um calorímetro simples, utilizando materiais de fácil aquisição, para a determinação de entalpia de neutralização (pressão constante) de reações ácido-base. foram utilizadas para o desenvolvimento do experimento soluções de ácidos e bases fortes e fracos, além de termômetro e recipiente de poliestireno expandido (isopor) para a medida e manutenção da temperatura, respectivamente. com este experimento, foi então possível determinar a entalpia de neutralização (∆h) de algumas reações de neutralização e compará-las com o valor mais aceito de – 55,84 kj mol -1, a 25 ºc [1]. palavras-chave: entalpia de neutralização, calorimetria, cálculo da entalpia de neutralização. introdução ácidos e bases, reações de neutralização existem várias teorias sobre acidez e basicidade. nos primórdios da química os ácidos eram identificados pelo seu gosto azedo “ácido” e pelo seu efeito sobre certos pigmentos de plantas (por exemplo, o tornassol). em 1884, arrhenius sugeriu a teoria da dissociação eletrolítica e propôs a auto-ionização da água: h2o(l) h+(aq) + oh-(aq) ∆rhθ (298κ, ι=0) substâncias que produzem h+ foram denominadas ácidos e substâncias que produzem oh-, bases, sendo uma típica reação de neutralização a reação a seguir [2]: hcl (aq) + naoh (aq) nacl (aq) + h2o (l) até o final do século 19, acreditava-se que a água era o único solvente no qual reações iônicas poderiam ocorrer. no entanto, estudos realizados em 1897 por cady e em 1898 por franklin e kraus sobre reações em amônia líquida e por walden em 1899 em dióxido de enxofre líquido, revelaram muitas analogias com as reações ocorridas em água [2]. em 1923, brönsted e lowry definiram ácidos como sendo uma espécie que possui tendência a perder ou doar um próton e bases como sendo uma espécie que possui tendência a aceitar ou adicionar um próton [3]. assim, uma típica reação de neutralização pode ser representada pelas reações a seguir: nh4cl(aq) + nanh2(aq) nacl(aq) + 2 nh3(aq) ou co2 (aq) + 2 naoh (aq) h2o (l) + 2 na+ (aq) + co3 2-(aq) ecl. quím., são paulo, 35 2: 63 69, 201064 educação education já lewis, definiu ácidos como sendo substâncias capazes de receber pares de elétrons e bases como sendo substâncias capazes de doar pares de elétrons. assim, um próton pode ser caracterizado por um ácido de lewis e a amônia como uma base de lewis, pois o par de elétrons livre do nitrogênio pode ser doado para o próton: h+ (aq) + nh3 (aq) nh4 + (aq) além das definições já descritas, existem inúmeras outras como as definições de cady e elsey, lux-flood e usanovich, no entanto as mais conhecidas são as supramencionadas. para definição da entalpia de neutralização será utilizada a teoria de arrhenius. entalpia de neutralização de 1882 a 1886, julius thomsen publicou dados de entalpias de neutralização de ácidos e bases. esse pesquisador verificou que a entalpia de neutralização de um ácido forte por uma base forte em solução diluída era praticamente constante e igual a – 57,7 kj mol –1, a 25 ºc [4]. esse resultado e alguns dados de condutividade conduziram svante arrhenius a propor, em 1887, uma nova teoria para o comportamento das soluções eletrolíticas. esse sugeriu que na solução existe um equilíbrio entre as moléculas não dissociadas do soluto e os íons que delas provêm pela dissociação eletrolítica. os ácidos e as bases fortes sendo quase que totalmente dissociados, sua interação era, em todos os casos, equivalente a h+ (aq) + oh(aq) h2o(l), explicando assim a constância do valor da entalpia de neutralização dos mesmos. assim sendo, a entalpia de neutralização pode ser definida como o calor liberado durante a neutralização de uma solução diluída de ácido por uma solução diluída de base. essa entalpia de neutralização é sempre igual a – 55,84 kj mol –1, a 25 ºc [1]. processo endotérmico um processo é dito endotérmico quando este absorve calor do ambiente. quando um processo endotérmico ocorre num sistema (local onde se realiza o processo em estudo como célula ou vaso calorimétrico) com fronteiras (região entre o sistema e o ambiente) diatérmicas, há entrada de energia no sistema, na forma de calor. quando um processo endotérmico ocorre num sistema com fronteiras adiabáticas, a temperatura do sistema diminui. a variação de entalpia (∆h) de um processo endotérmico é positiva, uma vez que a entalpia dos produtos, ∆h(p), é maior que a entalpia dos reagentes, ∆h(r). um exemplo de processo endotérmico é o da vaporização da água. processo exotérmico um processo é dito exotérmico quando este cede energia na forma de calor para o ambiente. quando um processo exotérmico ocorre num sistema com fronteiras diatérmicas, há liberação de calor para as vizinhanças (parte do universo vizinha ao sistema de onde se faz as observações ou medidas). quando um processo exotérmico ocorre num sistema com fronteiras adiabáticas, a temperatura do sistema se eleva. a variação de entalpia (∆h) de um processo exotérmico é negativa, uma vez que, a entalpia dos produtos, ∆h(p), é menor que o a entalpia dos reagentes ∆h(r). um exemplo de processo exotérmico é a reação de combustão. a entalpia de uma determinada reação é calculada mediante as entalpias de formação das substâncias em questão, e de acordo com as expressões (equações 1 e 2): ∆h = ∆hp – ∆hr (1) ∆h = ∑hf (p) – ∑hf (r) (2) sendo hf a entalpia de formação das substâncias. fronteiras diatérmicas ecl. quím., são paulo, 35 2: 63 69, 2010 65 educação education fronteiras que são permeáveis à passagem de energia na forma de calor (como um béquer) são ditas diatérmicas. fronteiras adiabáticas fronteiras que não permitem a transferência de energia na forma de calor são ditas adiabáticas. calorímetros calorímetros são definidos como aparelhos para medir variações de energia em situações onde a temperatura desempenha um papel primordial [5]. os calorímetros são classificados de acordo com as trocas térmicas. são considerados adiabáticos quando não há troca de calor entre a célula e o ambiente (fronteira adiabática); isotérmicos quando as trocas de calor entre a célula e o ambiente são intensas (fronteira diatérmica) e isoperibólico quando o ambiente está a uma temperatura constante e as trocas de calor entre as duas partes são pequenas. o calorímetro construído no presente artigo pode ser considerado isoperibólico (também chamado de jaqueta isotérmica) uma vez que há uma pequena troca de calor entre o vaso calorimétrico e o meio ambiente. um calorímetro similar foi empregado recentemente por braathen at al. [6] para a determinação da entalpia de decomposição do peróxido de hidrogênio com grande sucesso. esse experimento tem como principal objetivo mostrar que a entalpia de neutralização (∆h de neutralização) de um ácido forte com uma base forte, de um ácido forte com uma base fraca, de um ácido fraco com uma base forte, ou de um ácido fraco com uma base fraca, é constante e igual a – 55,84 kj mol -1 [1]. sendo assim, são apresentados nesse trabalho alguns cálculos da entalpia de neutralização (∆h de neutralização), bem como um experimento simples e de fácil execução para a determinação de entalpia de neutralização. cálculos (teóricos) das entalpias de neutralização (em kj mol -1) [3] entalpia de neutralização de um ácido forte com uma base forte: hcl(aq) + naoh(aq) h+ (aq) + cl(aq) + na+ (aq) + oh-(aq) na+ (aq) + cl(aq) + h2o (l) ∆h = ∑hf (p) – ∑hf (r) ∆h = {hf (na+) + hf (cl-) + hf (h2o)} – {hf (h +) + hf (cl-) + hf (na+) + hf (oh-)} ∆h = {(-240,12) + (-167,16) + {(-285,83)} – {(0) + (-167,16) + (-240,12) + (-229,99)} ∆h = 55,84 kj mol -1 (a 25 ºc) (reação exotérmica) onde hf é a entalpia de formação de cada espécie/ substância entalpia de neutralização de um ácido forte com uma base fraca: hcl(aq) + nh3(aq) h+(aq) + cl-(aq) + nh4+(aq) + oh-(aq) nh4+(aq) + cl(aq) + h2o (l) ∆h = ∑hf (p) – ∑hf (r) ∆h ={hf (nh4+) + hf (cl-) + hf (h2o)} – {hf (h +) + hf (cl-) + hf (nh4+) + hf (oh-)} ∆h = {(-132,51) + (-167,16) + (-285,83)} – {(0) + (-167,16) + (-132,51) + (229,99)} ∆h = -55,84 kj mol -1 (a 25 ºc) (reação exotérmica) ecl. quím., são paulo, 35 2: 63 69, 201066 educação education entalpia de neutralização de um ácido fraco com uma base forte: ch3cooh(aq) + naoh(aq) h+ (aq) + ch3coo(aq) + na+ (aq) + oh(aq) na+ (aq) + ch3coo(aq) + h2o (l) ∆h = ∑hf (p) – ∑hf (r) ∆h = {hf (h2o) + hf (na+) + hf (ch3coo-)}–{ hf (h +) + hf (ch3coo-) + hf (na+) + hf (oh-)} ∆h = {(-285,83) + (-240,12) + (-488,90)} – {(0) + (-488,90) + (-240,12) + (-229,99)} ∆h = 55,84 kj mol -1 (a 25 ºc) (reação exotérmica) para a determinação experimental da entalpia de neutralização neste trabalho utilizaram-se as seguintes expressões (eqs. 6 10): ∆h = qreação / n (6) onde: qreação = qcalorímetro + qsolução e qsolução = qsol.ácida + qsol.básica ∆h = qcalorimetro + qsol.ácida + qsol.básica (7) onde: n q = c ∆τ (8) c = m c (9) substituindo-se as equações 7 9 em 6, obtém-se a equação 10: ∆h = [ ccal (tf t2) + mhx chx (tf – thx) + moh coh (tf tmoh)] (10) nmoh sendo: thx = temperatura inicial da solução do ácido tmoh = temperatura inicial da solução da base tf = temperatura final do calorímetro e da solução do sal nmoh = quantidade de matéria da base na solução utilizada mhx e moh = são as massas das soluções de ácido e de base, respectivamente chx e cmoh são as capacidades caloríficas específicas destas soluções, consideradas como sendo igual ao calor específico da água (4,182 j/g ºc) procedimento experimental material e reagentes 1 recipiente de poliestireno expandido (isopor) para garrafas de 600 ml (para substituir o calorímetro) 1 recipiente plástico para substituir o béquer (frasco de maionese) 1 termômetro pequeno (de aquário) ou termômetro contendo álcool [6] 2 balões volumétricos (ou copos de 100 ml) para preparação das soluções 1 pipeta volumétrica (ou seringa de injeção calibrada) para pipetar a solução ácida 1 pedaço de vidro (visor do calorímetro) ácido clorídrico (ou ácido muriático) hidróxido de sódio (ou soda cáustica) ácido acético (ou vinagre) água destilada foram utilizadas soluções de hidróxido de sódio 1,5 mol l-1 e 0,67 mol l-1; solução de ácido ecl. quím., são paulo, 35 2: 63 69, 2010 67 educação education clorídrico 1,5 mol l-1 e solução de ácido acético na concentração de 0,67 mol l-1. estas soluções foram previamente padronizadas [7,8]. procedimento a) construção do calorímetro para a construção do calorímetro, recortouse um retângulo no recipiente (de poliestireno expandido) para garrafas de 600 ml de modo que fosse possível adaptar o pedaço de vidro (visor), como mostrado na figura 1. no interior do calorímetro foi colocado o recipiente plástico, substituindo o béquer, e dentro deste, foi afixado o termômetro com fita adesiva, como ilustram as figuras 1 e 2. figura 1. recipiente de poliestireno expandido (isopor) para garrafas de 600 ml utilizado para a construção do calorímetro. figura 2. recipiente de plástico (frasco de maionese) utilizado com o termômetro afixado com fita adesiva. b) capacidade calorífica do calorímetro a determinação da capacidade calorífica do calorímetro foi realizada como descrito na literatura [9], com ligeira modificação. mediu-se a temperatura inicial do calorímetro, adicionou-se um volume de 200 ml de água destilada a 50 ºc. em seguida, mediu-se a temperatura do conjunto (calorímetro + água) após estabilização da mesma e, então, efetuou-se os seguintes cálculos (eq. 11): ccal = (m água ) x cágua x (tcal+água – tágua) / (tcal+água – tcal) (11) considerando-se que: densidade da água * = 0,986 g ml-1 temperatura do calorímetro (tcal) = 22,0 ºc temperatura da água (tágua) = 50,0 ºc temperatura (calorímetro + água) (tcal+água) = 48,0 ºc ecl. quím., são paulo, 35 2: 63 69, 201068 educação education volume água = 200 ml capacidade calorífica da água (cágua) = 4,18 j/g ºc massa água = 200 ml x 0,986 g/ml = 197,20 g substituindo-se estes valores na equação (11), tem-se: ccal = 197,20 x 4,18 x (48,0 – 50,0)/(48,0 – 22,0) ccal = 63,4 j º c -1 *obs.: conhecendo a densidade da água em diversas temperaturas é possível obter a massa da água empregando a relação d = m v-1. resultados e discussão a) determinação da entalpia de neutralização de um ácido forte com uma base forte para a determinação experimental da entalpia de neutralização de um ácido forte com uma base forte, reagiram-se 100 ml de ácido clorídrico 1,5 mol l-1 e 100 ml de hidróxido de sódio 1,5 mol l-1. para tal procedimento anotou-se as temperaturas iniciais das soluções e também as respectivas massas. colocou-se então a primeira solução e em seguida, a segunda. agitou-se manualmente a solução resultante, obtendo assim um aumento da temperatura, sendo registrada a temperatura máxima. os experimentos foram feitos em triplicata, sendo os valores médios os seguintes. hidróxido de sódio: m = 106,78 g tinicial = 25,5 ºc ácido clorídrico: m = 101,71 g tinicial = 25,0 ºc calorímetro: tinicial = 22,0 ºc tfinal = 34,5 ºc noh = 0,15 mol substituindo-se estes valores na equação (10): ∆h = – [63,4 x (34,5 – 22,0) + 101,71 x 4,18 x (34,5 – 25,0) + 106,78 x 4,18 x (34,5–25,5)] 0,15 ∆h = – 59,0 kj mol -1 b) determinação da entalpia de neutralização de um ácido fraco com uma base forte para a determinação experimental da entalpia de neutralização de um ácido fraco com uma base forte, utilizou-se 100 ml de ácido acético 0,67 mol l-1 e 100 ml de hidróxido de sódio 0,67 mol l-1. utilizou-se o mesmo procedimento, em triplicata, para a determinação da entalpia de neutralização de um ácido forte com uma base forte e os seguintes valores médios foram encontrados: hidróxido de sódio: m = 102,37 g tinicial = 23,5 ºc ácido acético: m = 100,36 g tinicial = 23,0 ºc calorímetro: tinicial = 23,5 ºc tfinal = 27,5 ºc noh = 0,067 mol calculou-se então a entalpia de neutralização, ∆h: ∆h = – [63,4 x (27,5 – 23,5) + 100,36 x 4,18 x (27,5 – 23,0) + 102,37 x 4,18 x (27,5–23,5)] 0,067 ∆h = – 57,5 kj mol−1 ecl. quím., são paulo, 35 2: 63 69, 2010 69 educação education conclusões o experimento proposto envolve o conceito de preparo, padronização e diluição de soluções ácidas e básicas [7,8]. ademais, o objetivo do presente estudo foi ilustrar a entalpia de neutralização (reagindo um ácido e uma base com concentrações, massas e temperaturas conhecidas) por meio de um experimento simples, rápido e de baixo custo. o valor do ∆h de neutralização é constante uma vez que a reação é sempre a mesma (h+(aq) + oh-(aq) h2o (l) ou h3o + (aq) + oh-(aq) 2 h2o (l) ), mudando-se apenas os contra-íons (cl por ch3cooe nh4 + por na + ), que não participam da reação. o erro percentual relativo médio de 4,5 % entre o valor calculado e aqueles determinados experimentalmente é devido à baixa precisão do termômetro empregado e, também, a pequena perda de calor entre o sistema e as vizinhanças. usando um termômetro de mesma precisão que o empregado neste trabalho [6] encontrou-se um erro médio de 3 % na determinação da entalpia de decomposição do peróxido de hidrogênio. o emprego de termômetro digital, que mede a temperatura em décimo de graus, o valor encontrado de entalpia de neutralização ficou muito mais próximo do valor teórico (erro relativo de 1,6 %). assim sendo, diversos docentes podem realizar o presente experimento em sala de aula, após discussão dos conceitos envolvidos e cálculos da entalpia de neutralização, é importante ressaltar que, mesmo trabalhando-se com reagentes e materiais de uso cotidiano, é possível implementar um experimento simples e de baixo custo, mas de grande importância pedagógica. agradecimentos os autores agradecem à fapesp, cnpq e capes pelos recursos concedidos ao labbes, ao cnpq pela bolsa de produtividade em pesquisa de off e à fapesp pela bolsa de iniciação científica de mhmta (processo nº 05/03980-0). abstract: in this article the construction of a simple calorimeter (with easily acquired materials) for the determination of the enthalpy of neutralization at constant pressure of acid-base reactions is described. solutions of weak and strong acids and bases, one thermometer, and one expanded-polystyrene (styrofoam) container were used in the development of the experiment. with this calorimeter, it was possible to determine the enthalpy of neutralization of reactions and compare the obtained values with the most accepted one of 55.84 kj mol-1, at 25 ° c [1]. keywords: enthalpy of neutralization, calorimetry, calculation of enthalpy of neutralization. referências bibliográficas d.w. mahoney, j.a. sweeney, d.a. davenport, [1] r.w. ramette, j. chem. ed. 58 (1981) 730-731. j.d. lee, química inorgânica não tão concisa, 5[2] a ed, trad h. e.toma et al., são paulo, edgard blucher editora ltda, 1996, p. 131-134. b.h. mahan, química um curso universitário, trad. [3] ebe barbieri melardi et al, 2a ed., são paulo: edgard blucher, 1970, p. 110-11, 205-221. w.j.[4] moore, físico-química. vol. 2, trad. tibor rabockai, são paulo, edgard blucher, 1976, p. 391-392. j.a. simoni, r.a. jorge, química nova, 13 [5] (1990) 108-111. p.c.[6] braathen, a.a. lustosa, a.c. fontes, k.g. severino, química nova na escola, 29 (2008) 42-45. a.i. vogel, análise química quantitativa. trad. j.c. [7] afonso et al. 6a ed. rio de janeiro: ltc, 2000, p. 174-176. w.t.[8] suarez, l.h. ferreira, o. fatibellofilho, química nova na escola, 25 (2007) 36-38. c.j. marzzacco, j. chem. ed.[9] 76 (1999) 1517-1518. 51eclética química, 37, 51-60, 2012. waters serve a variety of purposes such as public water supply, watering livestock, irrigation of agricultural crops, conservation of flora and fauna, recreation and lounge [15]. the urban area of the poty river in teresina receives in its bed twenty-three sewers without any pre-treatment. teresina has more than eight hundred and six thousand inhabitants and only 13% of the population has access to a sewage system. moreover, this population often has the largest collective network but the parent company of water and sewerage services of teresina (agua e esgoto do piauí/sa agespisa) did not make the connection to the network of people’s homes [15]. the economic and social development of cities or countries is based on the availability of water quality and in the ability to conserve and protect watersheds. the quantification of the pollutant load of a water body is the key of to any management that focuses on the conservation and sustainable use of water [16]. this study aimed to analyze the level of pollution in the urban area of the poty river in teresina. the results were analyzed using multivariate tools (principal component analysis-pca) which allowed an assessment of the environmental impact caused by waste disposed in the bed of the river without any pretreatment. introduction waterways pollution has worsened terribly after the construction of domestic sanitary sewage plants that dump its polluted contents into the rivers, sea, etc. [1] the accumulation of city-generated solid waste that is washed away by the rain can also cause pollution in water bodies. the poor quality of urban sanitation and lack of public awareness have brought great damage to storm water quality [2-5] metals differ from toxic organic compounds in that they are absolutely non-degradable, so they may accumulate in the environment where their toxicity is manifested. many studies [2-5] have been developed in order to quantify metals in river water and these studies have shown that the concentrations of some metals are very high, and therefore can cause serious environmental problems regarding water and sediments [5,10-14]. the main sources of contamination from these rivers are from various human activities [2-4] the poty river, the subject of this study, has a semi-perennial watercourse that runs 550 km long. it is one of the most predominant of parnaiba, with its origin in joaninha serra, in the state of ceará. its basin is 49,800 km², and reaches 27 municipalities, eleven of those being in the state of ceará and 16 in piauí. its this article reports on the level of contamination of effluents, sediments and water in the poty river, within the city of teresina. the samples were collected in the months of september 2009, december 2009 and march 2010. the results of some physico-chemical parameters investigated, as well as the concentrations of lead, copper and nickel found in the river water samples showed that the body of water in the poty river is unsuitable for use in various activities. these activities include direct recreational usage and primary irrigation of vegetables that are eaten raw as well as fruits that are eaten without removing films, among others. keywords: poty river, pollution of the effluent; water quality evaluation of pollution level caused by domestic efluent in the poty river – teresina pi brazil izabele folha damasceno, vivane lopes leal, ronaldo cunha coelho, carla verônica rodarte de moura e edmilson miranda de moura* departamento de química, universidade federal do piauí, campus da ininga, 64049-550 teresina-pi, brasil *mmoura@ufpi.edu.br 52eclética química, 37, 51 -60, 2012. in september 2009 (mostly dry river), december 2009 (early rains) and march 2010 (full river). the sampling sites (table 1) were defined according to the release of effluents into the poty river, except for the first point (p1) where there is no effluent discharge. the p1 point was chosen as the beginning of the urban perimeter, ie, due to having no contamination caused by effluent discharge. in the urban area of teresina were chosen eight collection points (fig. 1) for sampling of water and sediments and five collection points for sampling of effluent. the sampling sites for water and sediment samples were selected as follows: five samples (points) were collected at approximately 25 meters (before and after) at the beginning waste water collection and the other three points were selected by dividing the urban area into three regions (at the beginning, the middle and end of the collection points). for the effluent sample, there were selected five of the largest waste water samples (sewage) from the poty river. fig 1. poty river map of sampling location in urban area of teresina samples of water and effluents were collected (three samples to form a single composite sample) in polyethylene bottles and stored in a polystyrene box with ice. in the laboratory, they were filtered and preserved at ± 4 °c in a refrigerator until the time of analysis [18] the sediment samples (500 g) were obtained by collecting four single samples (depth 0-10 cm) to form a mixture of sample. all sediment samples were collected experimental solutions and reagents the cleaning material used was initially performed with alkaline detergent solution, then washed with distilled water and left for 24h in hno3 solution (10% (v/v). finally, they were rinsed with deionized water and dried. all solutions were prepared with reagents of analytical grade (merck, aldrich, fluka and vetec) and deionized water (resistivity 18 mω cm-1) purified through the milli-q system (millipore, bedford, ma, usa). as reference solutions, we used stock solutions of 1000 mg l-1 in acid (hno3) to cr (lot in 14618/1), cu (lot 207071/1), ni (lot 207 322) and pb (lot 207233) and pb (lot 671063), all obtained from fluka. the analytical curves of metals were obtained using the diluted stock solutions prepared in advance. the calibration curves were constructed using six different concentrations. equipment dissolved oxygen and temperature were measured using a digital oximeter alfakit model at 140. the ph and conductivity measurements were carried out using, instrutherm conductivity, model cd-830 and tecnal phmeter, model tec-3mp. nitrite and nitrate were measured by colorimetric methods described in standard methods for the examination of water and wastewater [17] using hitachi molecular absorption spectrophotometer, model u3000. metals concentrations pb, cr, ni and cu, were determined using an atomic absorption spectrometometer, model spectraaa 220fs varian gta 100, equipped with background correction, deuterium lamp and operating with cathode current hollow, pass spectral band and the following wavelengths: 5.0 ma, 1.0 and 217.0 nm (pb), 7.0 ma, 0.2 and 347.9 nm (cr), 4.0 ma, 0.2 and 232.0 nm (ni) and 4.0 ma, 0.5 and 324.7 nm (cu). procedure of sampling samples were collected in the poty river in the urban area of teresina (city founded in 1852 and -located in the central north of piaui state and a mid-north of the brazilian northeast, south elevation with 05’05’’ and longitude 12 42 ‘48 42’. samples were collected 53eclética química, 37, 51 -60, 2012. results and discussion given the great importance of the poty river for the state of piauí and its relevance to environmental preservation, it was necessary to monitor the same through different points. some physical and chemical parameters and toxic metals in water and sediments were analyzed as well as some effluents released in the poty river. the samples were collected at the same point, during three periods, comprising in periods of dry and wet precipitation. method evaluation the recovery tests have provided values for pb, cr, ni and cu equal to 97.39, 119.63, 107.21 and 113.93%, respectively. the method showed satisfactory precision due to the results having been quite close together and the variation coefficients below 9%. the acceptable range of recovery for residue analysis is usually between 70 and 120% and accurate to ± 20%. however, depending on the complexity and analytical sample, this value can be 50 to 120% and accurate to ± 15% [20] the quantification limits obtained for this method in water and effluent samples were 0.117 mg l-1 (pb), 0.089 mg l-1 (cr), 0.042 mg l-1 (ni), 0.016 mg l-1 (cu). the quantification limits to sediments samples were 0.149 mg l-1 (pb), 0.169 mg l-1 (cr), 0.056 mg l-1 (ni) and 0.024 mg l-1 (cu). physical and chemical parameters in a plastic cup and after they were sifted with a nylon sieve of 2 mm in diameter, dried in an oven for 5 h at a temperature of 65 °c. after drying, the pellet was pulverized in a porcelain mortar and sieved again in nylon sieve of 1 mm diameter [9,19]. these sediments were stored in plastic bags and stored at room temperature until the time of sample opening to quantify metals. table 1. location of collection points and types of samples collected at each point. metals extraction and recovery test 20 ml hno3 and 10 ml hclo4 (concentrated) were added to 2 g of dry sediment. the mixture was heated in a digestor at 150 °c for 2 h. after a brief cooling, 10 ml of h2o2 (30%) were added slowly [18] then the solution was filtered and diluted to 50 ml with deionized water and analyzed in triplicate by atomic absorption spectroscopy. the method accuracy tests were made by recovery (or recovery factor) of the analyte added in the sample. these studies consisted of samples fortified with known analyte concentrations at different levels, followed by extraction of the metals using the same methodology used to extract the metals in the original samples and subsequent determination of their concentration in spiked samples. statistical analysis the significance of data obtained in this study was verify by pca principal component analysis using the statistical package for social sciences (spss) software and the graphics were constructed by origin software. 54eclética química, 37, 51 -60, 2012. conama resolution nº 357/05 deals with the standards and criteria for water classification. among the regulated variables are ph, dissolved oxygen, nitrate and nitrite concentration, conductivity and temperature. these variables were evaluated in samples of water and waste water and the results can be seen in table 2. table 2. physico-chemical parameters concerning three collections of water, pxa, (x = 1-8) and effluents, pye, (y = 2-7). 55eclética química, 37, 51 -60, 2012. performed in triplicate with standard deviation ranging from ± 0.06 to ± 0.23. the results found in most water samples showed values outside the recommended legislation that establishes values greater than 4 mg l-1 to waters class 3. in the third and fourth collections, some samples showed an increase in the concentration of dissolved oxygen with values greater than 5 mg l-1 (value established for water class 2) [22], which may be related to the precipitation of rain in that period. the effluent samples showed low values of do, throughout the period of study, which was expected due to the strong presence of organic matter (food scraps, dead animals, etc.), that was clearly observed in the effluent samples, and also by the proliferation of water hyacinth (eichornia crassipes) near the effluent. even the samples of effluent coming from the treatment plant, p7e presented low values of do. the first two collections were made in the hottest period of the year, and high temperatures can be contributed to the low do concentrations found in these water samples [22]. table 2 shows the physico-chemical parameters and the results to no3 we can highlight the p7 point of the second collection that has a concentration equal to 97.54 mg l-1, due to this concentration being more than nine times the value permitted by conama resolution 357/05 [25]. the point p7 is located below the discharge of the effluent analyzed in this study that receives treatment by the water and sewage treatment company of piaui. the effluent is subjected to aeration treatment, which oxidizes no2 to no3 -, and in the p7e point the concentration found to no3 was 79.94 mg l-1, and this concentration may be contributing to the high nitrate concentration in the p7 point. with respect to no2 , all water samples meet the planned legislation [22] (1 mg l-1) for fresh water. in relation to the effluent, the quantity found of no2 at the p2e (second collection) was 38.65 mg l-1. this concentration was expected, because high nitrite concentrations are evidence of domestic effluent release and decomposition of organic matter, so at this point a large release of organic matter (food scraps, dead animals, etc.) was observed. metals analysis in samples of effluents, water and sediments collected in poty river the metals are considered as one of the most both effluent samples and water samples met the conama resolution 357/05, which allows variations in ph between 5 and 9 for effluents and 6 and 9 for fresh water. the ph measurements in water samples ranged between 6.6 and 8.0, and they are within the range considered tolerable by law. the value of ph of the point 1 sample has presented the largest at collection in the first collection, which was unexpected, since according to the nautical chart of the parnaíba and poty rivers (2002) there is no record of effluent discharges above those points that are able to make an amendment to increase the quality of that water. however, as this is a place used for entertainment, with bars and restaurants, it is probable that human actions are the main reason for this variation in ph value. in the third collection, which corresponds to the rainy season, the water had the lowest ph values. this fact can be influenced by heavy rain and runoff causing a higher stroke of open sewers that are released in the soil of neighborhoods near the river. the heavy rain and runoff can promote the accumulation of garbage in the streets and storm drains in the long period of drought. the dilution factor must also be considered, because in this period (march) the river had the highest volume of water during the collections. regarding conductivity, only the samples of the third collection (in march) in the points 1-7 did not show values above that permitted by law, which considers freshwater environments impacted when presenting levels above 100 ms cm-1 (cetesb, 2009 ) [21]. the results also suggest that the effluents discharge into the poty river is a punctual source of pollution, with conductivity 3 to 6 times higher than the values found for water samples. the effluents can be considered as the main factors for increasing the electrical conductivity of water bodies. the greatest results for conductivity in the water were found in the non-rain period. in relation to temperature, the current legislation refers only to conditions and standards for effluent discharge. in accordance to conama resolution 397/08, the temperature of discharge should be below 40 °c, while the variation of the receiving body must not exceed 3 °c at the edge of the mixing zone. all temperatures measured were within limits considered safe for the legislation. these values are characteristic of domestic sewage, which do not use heating as the industries. the measures of dissolved oxygen (do) were 56eclética química, 37, 51 -60, 2012. fig. 2. concentrations of pb (a), cu (b) and ni (c) in water samples, compared to the levels permitted by the resolution 357/05 of conama to waters of classes 1 and 3. common contaminants in water and their origin can be anthropic or natural [2,10,16]. the anthropogenic origin of metals can come from many contamination sources, such as effluents from recycling workshops of automobile engines and industries [2]. this study analyzed the concentrations of metals such as, pb, ni, cu and cr, found in water, wastewater and sludge from the poty river. these results were correlated with another study done in sewage from automatic grinds, which throw the waste into the bed of the poty river, without any prior purification [2]. fig. 2 shows the metals analyzed and the results found are below that which is permitted by conama resolution 357/05. cr analysis was below the equipment quantification limit. these concentrations of metals found in the waters of the poty river, according to conama resolution, do not classify them as classes 1, 2 and 3. in other words, these waters can not be used for direct recreational use, neither for irrigation to vegetables that are eaten raw without removal of film. finally, these waters are not suitable to any kind of primary contact before any pre-treatment. the highest metal concentrations found were the samples collected in december (early rains). this fact may be related to the large amount of accumulated waste in the vicinity of the poty river and are drawn with the rain into the river. the pb concentration in water samples was increased from p1 to p8 ranging from 0.30 mg l-1 (p1) to 0.86 mg l-1 (p8). this increase occurs as the water river receives effluent discharges, and this fact can be called “the summation effect”. this same effect was not observed in cu and ni concentrations, and it’s showing that the concentrations of these metals do not change significantly over the teresina urban area. the results of metal analysis performed in the effluent samples showed that concentrations of cu, ni and cr are lower than permitted by conama resolution 357/05. these results show that these metals concentrations will not cause toxicities to aquatic organisms present in the poty river. however, concentrations of pb from effluent collections made in december, the beginning of the rainy season in teresina, present concentrations up to 2.4 times above the maximum allowable, thus corroborating with the results found in water samples collected in the same period. these high concentrations of pb found in the samples collected in december indicate that various types of domestic refuse and/or industrial areas containing lead in their composition are being disposed of in an irregular way and may cause environmental and pathological damage [23]. 57eclética química, 37, 51 -60, 2012. in general, metal concentrations analyzed in sediments, table 3, collected in the poty river, were below the limit of quality established by the company of environmental sanitation technology (cetesb) [24], except for pb and ni, both collections p6s point. it is noteworthy that this collection point is close to a large gallery that receives waste, without any prior treatment, from a variety of sources including a hospital. table 3. concentrations of pb, cu, ni and cr in effluent samples (in mg l-1) and sediment (mg kg-1) (n = 3) in the urban area of teresina. 58eclética química, 37, 51 -60, 2012. metal concentrations and the period of the collections. samples of the second collection also correlated with the second principal component, due to high concentrations of the ni found in these samples. due the low levels of pb, cu, ni and cr, the first samples collections (collected in september) were located near the vertical axis of pc1, indicating a weak correlation with the same. the samples collected in september and march were not correlated due to their location in the negative part of the component pc2 and possibly being influenced by low ni concentration. the samples of sediment that were collected during the rainy season (march) predominated the finest fractions (silt clay) which concentrate the highest levels of metals, because this also contributes to higher concentrations during this period. furthermore, the metals can also be transported from remote locations because the flow rate of water is higher. when we analyze the results shown in figure 3, we can observe a strong correlation between samples of water and waste water. thus, we make a study of pca to those samples in order to investigate correlations between them (fig. 4). fig. 4. biplot graphical of scores and weights (loading) for the first two principal components for 24 samples of water and 15 sewers the samples were separated into three groups depending on the season, because the groups are formed for drought periods (no rain precipitation) and wet periods. the group relative to the first collection (september) includes samples of the dry period where the river is subject to pollution sources due to effluents from teresina. the samples of the second collection (december) stood out in another group, that corresponding the beginning of the rainy season, with some rainfall, addprincipal component analysis (pca) the principal component analysis (pca) was done using a correlation matrix for 63 samples (water = 24, effluent = 15 and sediment = 24) with four variables (pb, cu, ni and cr). the variability of the samples was synthesized in four main components as shown in figure 3. the first of these components (pc1) summarized 90.89% of the original information and the second one (pc2) summarized 5.80%. the other two major components were considered variance residue because they presented a variance below then 10%. the first and the second components explained 96.69% of the data variability [25,26]. fig. 3. biplot diagram of scores and weights considering the first and the second main components of the 63 samples. water and effluent samples were superimposed on the left of the pc1, indicating a strong correlation between them. the sediment samples (p1s to p8s) stood out to the right of that component, being separated into three groups according to the time of collection (period of low or high wet precipitation). the sediment samples were placed in the positive of pc1 component, and they showed strong correlation with the metals analyzed. in addition, we can observe a clear grouping separation of the samples, in accordance to the collection period. samples collected in december (period of low wet precipitationp1ss-p7ss samples) were above the horizontal line, while those samples collected in september (period without wet precipitation-p1sp-p7sp samples) and march (period of large precipitation rainy p1st-p7st samples), stood below the horizontal line. these results show a strong correlation between the -1 0 1 2 3 4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 p1ap p1as p1at p1sp p1ss p1st p2ap p2as p2at p2ep p2es p2et p2sp p2ss p2st p3ap p3as p3at p3sp p3ss p3st p4ap p4as p4at p4sp p4ss p4st p5ap p5as p5at p5ep p5es p5et p5sp p5ss p5st p6ap p6as p6at p6ep p6es p6et p6sp p6ss p6st p7ap p7as p7at p7ep p7es p7et p7sp p7ss p7st p8ap p8as p8at p8sp p8ss p8st p9ep p9es p9et pc 2( 5,8 0% ) pc1(90,89%) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 p1ap p1as p1at p2ap p2as p2at p2ep p2es p2et p3ap p3as p3at p4ap p4as p4at p5ap p5as p5at p5ep p5es p5et p6ap p6as p6at p6ep p6es p6et p7ap p7as p7at p7ep p7es p7et p8ap p8as p8at p9ep p9es p9et cp 2 cp1 59eclética química, 37, 51 -60, 2012. acknowledgment the authors thank the following brazilian agencies: coordenacão de aperfeicoamento de pessoal de nível superior (capes), conselho nacional de desenvolvimento cientıífico e tecnológico (cnpq), financiadora de estudos e projetos (finep), and fundação de amparo a pesquisa do estado do piauıí (fapepi), for their financial support. references [1] r. cassidy, p. jordan, limitations of instantaneous water quality sampling in surface-water catchments: comparison with near-continuous phosphorus time-series data. j. hydrol. 405 (2011) 182-195. 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e na produção de celulose bacteriana (cb) pela gram-negativa, aeróbia e aceto-ácida gluconacetobacter. xylinus. a cb se difere de seu par vegetal, principalmente devido ao seu caráter de fibras nanométricas, contra o caráter micrométrico da vegetal, são extruídas através da parede celular de g. xylinus, com isso sua estrutura macroscópica é mecanicamente e fisicamente mais resistente, abrindo grandes oportunidades de aplicações tecnológicas e biológicas, muito além das obtidas pela celulose vegetal. o desafio atual está no aumento da produção de cb, que se debruça num maior entendimento de sua biossíntese para que seja possível uma posterior manipulação genético-bioquímica oriundas do recente avanço na biologia molecular e nos bioprocessos. são relacionados trabalhos utilizando a cb como base para produção de compósitos como também o que a está sendo feito de mais atual com este material biológico palavras-chave introdução o biopolímero mais abundante no mundo é a celulose (c h o ), com uma produção estimada de 6 10 5 14 10 toneladas por ano e de grande importância econômica, ela pode ser encontrada em diferentes formas de vida como em plantas verdes, fungos, protozoários, e procariontes; em relação à sua estrutura, é constituída por unidades de b-d-glicopiranose unidas por ligações glicosídicas b-(1–>4). a celulose é o principal componente da parede celular de plantas, contendo impurezas como lignina, pectina e hemicelulose, quando se relaciona à fins industriais [1]. este polímero pode ser divido em dois grupos: grupo da celulose complexa e o grupo da celulose pura, no qual se encontra a celulose bacteriana. hoje, acredita-se que a celulose bacteriana se enquadra em um biopolímero bastante promissor, tornando-se um dos biomateriais mais prósperos para a área da saúde, sendo obtida através de rotas de biossíntese por meio de bactérias de figura 1. estrutura linear da celulose. as linhas pontilhadas esquematizam as ligações de hidrogênio possíveis. 166 artigo article alguns gêneros como: gluconacetobacter, rhizobium, sarcina, agrobacterium, alcaligenes e a forma de obtenção desta, a torna livre de impurezas além de diminuir o custo final do produto [1]. o polímero linear de celulose é fortemente associado através das ligações de hidrogênio que são responsáveis pela formação das fibras de celulose. moléculas de celulose formam ligações de hidrogênio intramoleculares e intermoleculares sendo que o primeiro tipo de interação é responsável pela rigidez da cadeia e o segundo pela formação da fibra vegetal. industrialmente a celulose é muito usada na produção de papel, na indústria madeireira, como emulsificador, agente dispersante, agente gelificante, entre outras. atualmente a madeira do eucalipto tem sido uma das principais fontes industriais de celulose sendo composta por celulose (40 a 45%), lignina (25 a 30%), hemiceluloses (30%) e extrativos (até 4%). o mecanismo de cristalização das microfibrilas em g. xylinus pode dar origem a duas aloformas de celulose: a celulose i, constituída por microfibrilas que se orientam de forma paralela e a celulose ii, composta por microfibrilas que se orientam de forma antiparalela[2] [3] [4]. a bactéria gluconacetobacter xylinus, anteriormente denominada acetobacter xylinum [5], foi descrita pela primeira vez por brown em 1886 [6]. ele identificou uma manta gelatinosa formada na superfície do caldo de fermentação do vinagre. uma análise microscópica da manta revelou a presença de bactérias distribuídas por toda ela [7]. a celulose bacteriana possui a mesma fórmula química que a celulose vegetal, mas suas fibras em dimensões nanométricas dão à cb propriedades distintas. entre essas propriedades destacam-se a alta resistência mecânica e à tração, a possibilidade de inserções de materiais para obtenção de compósitos, e mais recentemente, essas inserções têm sido feitas “in situ”, durante o cultivo da bactéria gluconacetobacter xylinus. entre as diversas aplicações biotecnológicas da membrana de cb, alguns exemplos seriam em regeneração tecidual como o biofill da empresa brasileira bionext [8], nos biomateriais da norteamericana xylos [9], o implante vascular artificial basyc [10], no diafragma para fones de ouvido da multinacional japonesa sony [11], mais recentemente na utilização como substrato para oleds [12], e como base para compósitos pela inserção de: prata [13, 14], fosfato [15], pectina [16], amido [17], termoplásticos [18], ouro [19] em condutividade elétrica, sílica [20], entre outros [14, 21, 12, 20, 22] outras aplicações podem ser encontradas na tabela1. biosíntese da bactéria gluconacetobacter xylinus g. xylinus é uma bactéria gram-negativa pertencente à família acetobacteriaceae [23], aeróbia estrita que realiza a oxidação incompleta de diversos açúcares e álcoois, tendo como hábitat natural frutos e vegetais em processo de decomposição. a produção de celulose bacteriana (cb) por g. xylinus pode ser obtida em laboratório utilizando cultivos tanto em meios sólidos como líquidos. para a bactéria, a cb funciona como mecanismo de figura 2. diferenças entre as fibras de celulose bacteriana (a) e vegetal (b) são marcantes quando micrografadas. ecl. quím., são paulo, 35 4: , 2010165 178 artigo article 167 tabela 1 – aplicações da celulose bacteriana área aplicação cosméticos estabilizador de emulsões como cremes tônicos, condicionadores, polidores de unhas. indústria têxtil roupas para esportes, tendas e equipamentos de camping. mineração e refinaria esponjas para coleta de vazamento de óleo, materiais para absorção de toxinas. tratamento de lixo reciclagem de minerais e óleos. purificação de esgotos purificação de esgotos urbanos, ultrafiltração de água. comunicações diafragmas para microfones e fones estéreos. indústria de alimentos celulose comestível (“nata de coco”). indústria de papel substituição artificial de madeira, papéis especiais. medicina pele artificial temporária para queimaduras e úlceras, componentes de implantes dentários. laboratórios imobilização de proteínas de células, técnicas cromatográficas, meio para cultura de tecidos eletrônica materiais opto-eletrônicos (telas de cristal líquido, suporte para oled). energia membranas célula combustível (paládio). flotação, permitindo ao microrganismo permanecer em uma interface ar/líquido para obter oxigênio com maior facilidade para seu crescimento. além de atuar como barreira física que protege a bactéria da radiação ultra-violeta, a cb aumenta a capacidade de colonizar substratos e seu caráter higroscópio permite a retenção de umidade prevenindo a desidratação do substrato [24]. devido sua complexidade ainda hoje a g. xylinus tem sido considerada um organismo modelo para o estudo da biossíntese de celulose [2]. a síntese de celulose por g. xylinus constitui um complexo processo que envolve três etapas principais. a primeira refere-se à polimerização dos resíduos de glicose em cadeias -glucana [2] [3] [4]. a segunda 1-4 etapa corresponde à secreção extracelular das cadeias lineares e a terceira corresponde à organização e cristalização das cadeias de glucanas, por meio de ligações de hidrogênio e forças de van der walls dispostas hierarquicamente em tiras [3]. o resultado desse processo é a formação de uma estrutura tridimensional resistente denominada microfibrila. a cb produzida por g. xylinus apresenta duas características particulares: sua polaridade unidirecional e sua espessura variável [2]. a biossíntese da cb depende de duas vias anfibólicas importantes, a via das pentoses e o ciclo de krebs [2] [3]. a via das pentoses participa da oxidação dos carboidratos e, no ciclo de krebs, ocorre a oxidação dos ácidos orgânicos. g. xylinus é incapaz de metabolizar a glicose anaerobicamente devido à carência da fosfofrutoquinase-1, enzima responsável pela catálise da reação de fosforilação da frutose-6-fosfato a frutose-1,6-difosfato, o que inviabiliza a glicólise [3]. assim, a síntese da celulose em g. xylinus resulta de um pool metabólico de hexose fosfato que é sustentada diretamente pela fosforilação de hexoses exógenas e indiretamente pela via das pentoses e gliconeogênese. a conversão da hexose fosfato em celulose é direta, não dependendo, necessariamente, de clivagens intermediárias do esqueleto carbônico [3]. a síntese de celulose por g. xylinus se dá a partir da glicose transportada do meio externo para o citoplasma da bactéria ou de fontes internas. a conversão da glicose transportada do meio externo para o citoplasma bacteriano é catalisada por quatro enzimas, sendo elas: glicoquinase, que é a enzima responsável pela fosforilação do carbono 6 da glicose, a fosfoglicomutase que catalisa a reação de isomerização da glicose-6-fosfato para glicose-1fosfato, a udpg pirofosforilase (glicose – 1 fosfato uridililtransferase) que sintetiza a udp glicose (udpg) e a celulose sintase (cs) que produz a celulose a partir de udp-glicose. a síntese da celulose, a partir de fontes endógenas, se dá a partir da gliconeogênese que, em g. xylinus¸ ocorre a partir do oxalacetato, via piruvato, devido a um ecl. quím., são paulo, 35 4: 165 178, 2010 168 artigo article mecanismo de regulação não comum das enzimas oxalacetato descarboxilase e a piruvato fosfato diquinase, que converte o piruvato a fosfoenolpiruvato [25] [3] [26]. a reação de síntese de cb constitui um processo oneroso para a célula, consumindo cerca de 10% do atp gerado no metabolismo bacteriano. assim, a energia empregada para a síntese da cb é proveniente do metabolismo aeróbio [2]. existem diferentes propostas quanto ao substrato utilizado pela cs. uma hipótese propõe a ligação da udp-glicose a lipídios da membrana plasmática [2] [27] [28]. outra hipótese considera que o precursor solúvel interage diretamente com a cs [29]. a celulose sintase (cs) é um complexo protéico constituído de três (axccsab, axccsc e axccsd) ou quatro (axccsa, axccsb, axccsc e axccsd) subunidades protéicas codificadas por genes existentes em um operon bcs cromossomal. axccsa e axccsab apresentam um motivo constituído por d,d,d,q-x-x-r-w, completamente conservado em glicotransferases [30]. através da análise funcional da cs, verifica-se que a subunidade a desse complexo, com 83kda, apresenta atividade catalítica. a subunidade b, de 90kda, aumenta a velocidade de síntese da celulose, associando-se a um regulador alostérico positivo, o ácido cíclico diguanílico (c-di-gmp). as subunidades c (138kda) e d (17kda) parecem apresentar atividade estrutural. tem sido hipotetizado que a subunidade c encontrase relacionada com a formação de poros de extrusão da celulose e a subunidade d parece estar relacionada com o processo decristalização, pois cepas mutantes figura 3. modelo hipotético da rota metabólica para a biossíntese de celulose por g. xylinus– glicoquinase atp (1); fosfoglicomutase (2); glicose 6-fosfato desidrogenase (3); fosfoglicoisomerase (4); frutoquinase atp (5); aldolase (6); triose fosfato isomerase (7); gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (8); fosfogliceratomutase (9); enolase (10); piruvatoquinase (11); piruvato difosfato diquinase (12); 6-fosfogliconato desidrogenase (13); fosforribulose epimeraase (14); fosforribulose isomerase (15); transacetolase (16); transaldolase (17); frutoquinase (18); piruvato desidrogenase (19) (modificado de [2, 32] [3] [33] [10]). ecl. quím., são paulo, 35 4: , 2010165 178 artigo article 169 do gene que codifica para a produção da subunidade d ainda são capazes de produzir celulose ii [31]. a figura 3 representa um modelo da rota metabólica para a biossíntese da celulose por g. xylinus. avanços na produção da celulose bacteriana a formação da membrana de cb pode ocorrer não apenas em meio estático, mas também em cultivos dinâmicos, ou seja, agitados, como em biorreatores ou em frascos com agitação, feitos com o objetivo de aumentar a produção pois nestes casos o material produzido tem baixa resistência mecânica, e se apresenta na forma de pellet ou como um emaranhado de fibras. apesar disso, a utilização destes métodos objetiva por aumentar a produção de cb para fins industriais. durante a formação da membrana no meio de cultura é possível inserir diversos materiais no meio de cultura para o desenvolvimento de compósitos à base de cb [1], esta forma de obtenção de compósitos pode ser considerada uma inserção “in situ”, pois acontece durante o cultivo de gluconacetobacter xylinus, que insere materiais na sua rede de fibras através da difusão dos mesmos no meio de cultura, o que leva à formação de estruturas com qualidades adicionais. as adições “in situ” vêm sendo bastante utilizadas na literatura, exemplos como hidroxiapatita [34] e colágeno [35] em regeneração óssea guiada e nanotubos de carbono [36] [37], que possui diversas aplicações tecnológicas. essa possibilidade de inserção de materiais nas fibras de cb, não só através do cultivo, mas também com a membrana in natura, levaram recentemente à uma multiplicação das pesquisas com a cb. além disso, as fibras em escala nanométrica da cb [7] explicam a alta resistência mecânica, que durante a dinâmica de sua biossíntese, através da automontagem de camadas formadas pela sobreposição de fibras oriundas dos poros de gx [38],[3, 39, 40], formam uma resistente trama que através de sua manipulação e utilização, abrem diversas possibilidades de inovações tecnológicas e aplicações comerciais e científicas [8], [41], [1]. pode-se encontrar maiores detalhes e exemplos a respeito das inserções feitas “in situ” na tabela em anexo, que mostra o que têm sido feito na literatura. existe atualmente, um grande interesse com relação ao aumento substancial da produtividade da cb, diversos autores têm trabalhado sobre este enfoque, utilizando diferentes formas de cultivo como em biorreatores e cultivos agitados, em contraste com o cultivo tradicional de meio de cultivo estático, além de variações nas condições de suplementação. o melhor rendimento por litro encontrado na literatura foi de 15,3g/l em 50 horas de cultivo, outros resultados podem ser encontrados na tabela 2 [9], [1]. quase que a totalidade da produção mundial de celulose para usos comerciais é feita pela obtenção através das plantas [7]. para a obtenção desta celulose vegetal (cv) é necessário a sua separação de outros compostos como hemicelulose e lignina, através de reações extremamente poluentes que ao serem realizadas produzem compostos como os organoclorados, entre outros, igualmente nocivos ao meio tabela 2. maiores produções de celulose bacteriana encontradas na literatura. ecl. quím., são paulo, 35 4: 165 178, 2010 170 artigo article ambiente [42, 43]. em contraste com a obtenção da cv, a celulose bacteriana tem processos de downstream e upstream simples, não contendo qualquer composto indesejado, com economia de produção, que após a eliminação de g. xylinus, e o processo de desidratação, pode ser prontamente utilizável [11]. têm-se, com isso, um produto com elevada aplicabilidade industrial, mais versátil, econômico e também ecologicamente sustentável, tanto pela diminuição de impacto ambiental ao eliminar o a produção de efluentes tóxicos, como também pela não utilização de terras agricultáveis para a produção de madeira, aumentando assim, a disponibilidade de áreas para a produção de alimentos. a cb pode ser produzida 365 dias por ano, independente das condições climáticas ou ambientais, sua produção através do cultivo de g. xylinus em ambiente laboratorial ou controlado, permite essa capacidade. apesar de todas essas qualidades, ainda não existe uma planta de produção de cb em grande escala, devido à falta de otimização do cultivo, ocasionando baixos rendimentos, incompatíveis com a demanda por celulose na produção de papel, por exemplo. haja vista as inúmeras aplicações da cb e seu caráter sustentável e a atual perspectiva de mercado para com a celulose e seus derivados [44], é oportuna a comparação de produtividades entre celulose bacteriana e vegetal. neste caso comparando 1 hectare de eucalipto com incremento médio anual 3(ima) de 50 m , e considerando uma densidade básica de aproximadamente 500 kg por m3, têm-se um ima de 25 toneladas por hectare ano. com um plantio de 7 anos com um teor de aproximadamente 45% de celulose, tem-se em torno de 80 toneladas de celulose por hectare após 7 anos de cultivo [45]. a mesma produção seria alcançada com a celulose bacteriana a um rendimento hipotético de 15 gramas por litro em 50 horas (media de 0,3 gramas por hora), 3em um biorreator de 500 m tem-se uma produção de celulose bacteriana equivalente a 1 hectare de eucalipto em sete anos, produzida em aproximadamente 22 dias, além de ser um produto puro e ecologicamente sustentável. na figura 4 encontramse dois tipos de biorreatores que podem ser utilizados na produção de cb, que são uma saída ao cultivo estático. com isso, o mecanismo de biossíntese de cb pode ter sido compreendido, a excreção e a formação da mesma tem atingido um grau elevado de elucidação, o novo enfoque na otimização da produção de cb pode ser pela biologia molecular da bactéria, através do mapeamento do seu genoma, abrindo novas perspectivas pela manipulação da via metabólica de cb ou via clonagem de seus genes em outros microrganismos com maior potencial de produção. nobles e brown [46] clonaram genes de g. xylinus na cianobactéria synechococcus leopoliensis, mimetizando a produção de celulose, e obtiveram bons resultados, que podem ser levados à escala industrial, principalmente na utilização da celulose como substrato para a produção de biocombustíveis de segunda geração, como o etanol de celulose, devido à ausência de cristalinidade do material encontrado pelos autores. ishida e colaboradores [47] bloquearam a produção de ácido acético através de uma mutação da linhagem de g. xylinus bpr 2001, dando o nome de ep1 para a linhagem mutante, para avaliar o rendimento de figura 4. tipos de biorreatores utilizados na produção de celulose bacteriana. em a) biorreator de tanque agitado e b) biorreator airlift; ecl. quím., são paulo, 35 4: , 2010165 178 celulose, o resultado foi uma diminuição na produção de celulose em comparação com a linhagem não transformada. de fato o meio sem acetona, tornou-se heterogêneo, diminuindo a aeração e a razão de oxigênio solúvel, o que mostra que a acetona tem importância no cultivo pela diminuição de viscosidade e conseqüente aumento da aeração e da difusão de substratos no meio. estes exemplos mostram algumas das possibilidades a serem alcançadas pela biotecnologia atual, que em ritmo crescente, pode contribuir com novos avanços neste campo [48]. perspectivas a perspectiva para aumento da produção de celulose bacteriana pode levar à oportunidade de substituir a celulose oriunda do setor florestal, o que teria implicações econômicas, sociais e ambientais, mas uma adaptação gradual seria necessária para o atual setor, mesmo em se tratando de aplicações específicas para a cb. do ponto de vista ambiental e agropecuário grandes oportunidades surgiriam, devido à uma maior disponibilidade de terras agricultáveis ou espaço para reflorestamento com espécies nativas, com recuperação da fauna e flora [49]. com isso um novo enfoque para produtos oriundos da biotecnologia de microorganismos seria dado, como o que ocorreu na década de 70 com o apoio governamental ao pró-álcool, têm-se hoje uma área em pleno desenvolvimento, com perspectivas internacionais e baseada na utilização de um microorganismo, a saccharomyces cerevisiae, na produção de etanol, o mesmo pode ocorrer com a cb, que sob o apoio adequado, pode levar à um novo patamar de desenvolvimento tecnológico ao país. agradecimentos os autores agradecem o suporte financeiro das agências brasileiras cnpq, capes e fapesp i. a. n. donini, denise t. b. de salvi, f. k. fukumoto, w. r. lustri, h. s. barud, r. marchetto, y. messaddeq, s. j. l. ribeiro. biosynthesis and recent advances in production of bacterial cellulose. abstract: . : . the present paper discusses the recent advances about the biosynthesis and production of bacterial cellulose (bc), from gram-negative, aerobic and acetic acid gluconcetobacter xylinus (gx). the bc differs from his vegetal pair, mainly due his feature of nanometric fibers, as opposed to micrometric feature of vegetal cellulose, are extruded through the cellular wall of gx, thereby the macroscopic structure of bc is mechanically and physically more resistant, open big opportunities of biological and technological applications, apart from that obtained by vegetal cellulose. the actual challenge is in the grown of production of bc, which deals a superior understanding of his biosynthesis, to makes possible a later genetic-biochemical manipulation derived from recent advances in molecular biology. are related works using the bc for production of composites and also what is being done of more actual with this biological material keywords bacterial cellulose; gluconacetobacter; advances; biosynthesis referências [1] m. 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cálculo analítico e estimativo do volume molar do gás de van der waals dióxido de carbono a 500 k e 100 atm, através do método de aproximação linear newton-raphson: um comentário sobre o uso de scilab e statistica em cálculos de físico-química e sobre a linguagem computacional l diogenes filho* 1 ; antônio a. m. filho 2 ; ednalva d. duarte 2 1 acadêmico do curso de licenciatura plena em química. 2 professores do curso de licenciatura plena em química – departamento de química/ufrr o uso de softwares nos cálculos químicos é uma realidade constante tanto em análises laboratoriais quanto em processos de simulação de transformações químicas. em torno disto, esta publicação de revisão demonstra o quão apropriado deve ser o auxílio do uso dos programas scilab e statistica em cálculos de natureza química, mais especialmente, no caso do cálculo do volume molar. em torno disto, discutiremos os resultados do emprego destes programas, com vistas sobre um exemplo prático, às ferramentas disponíveis para o cálculo de um polinômio que represente a função do volume molar de um gás em relação à pressão e temperatura termodinâmica. palavras-chave: cálculo numérico; métodos matemáticos; aproximação linear; gás real eclética química, 38, 155-165, 2013. 156 introdução nosso objetivo com este trabalho é estudar o cálculo do volume molar de um gás de van der waals, a partir do auxílio do método de aproximação linear newton-raphson. os debates pouco aprofundados sobre o tema na academia de modo geral e nos cursos de graduação em química, entre outros fatores detalhados a seguir, resultaram no desenvolvimento do projeto de pesquisa e sobre a investigação do tema. o cálculo das raízes de polinômios que representam funções de graus maiores ou iguais a três, recorrentemente, necessita do auxílio de métodos matemáticos para sua resolução. através disto, exemplificamos e comentamos neste trabalho o cálculo do volume molar de um gás de van der waals auxiliado por um método numérico de aproximação linear. além disso, apresentamos os conceitos concernentes ao cálculo numérico do problema fazendo um paralelo com os conceitos e definições sobre o cálculo analítico e estimativo. nosso objetivo, com isso, é diferenciar inicialmente os tipos de cálculos e seus métodos em torno de traçar qual deve ser mais eficiente e, portanto, menos trabalhoso. a metodologia que norteou essa pesquisa contou com fontes de pesquisa bibliográfica. iniciamos nossa investigação analisando bibliografia específica da área de físico-química, posteriormente, cálculo diferencial e integral, cálculo numérico e programação de algoritmos numéricos. de posse desse primeiro material passamos para a fase seguinte, pesquisa e aplicação sobre os softwares scilab 5.3.3 e statistica (statsoft © ). apresentaremos a seguir os tópicos principais de nossa exposição sobre o tema. revisão literária a partir de uma minuciosa pesquisa literária feita na biblioteca central da universidade federal de roraima (campus paricarana) em torno dos livros classificados como livros de química, algumas conclusões iniciais foram apresentadas: mcquarrie e simon (1997) 3 constituem a primeira literatura encontrada na fase da pesquisa bibliográfica (primeira etapa da pesquisa) que trata do método de aproximação linear de newton raphson. na utilização da equação de van der waals para a determinação do volume molar do gás etano a 300 k e 200 atm, os autores recomendam a resolução numérica a partir do método de newton – raphson. além disso, destacam que a primeira aproximação para o cálculo, com o auxílio do método, deve ser dada a partir do volume molar do gás em condições ideais. metz (1988) 4 ao tratar sobre um exemplo de cálculo do volume molar adota a recomendação de que a resolução seja auxiliada pelo método de newton – raphson. neste caso, o autor destaca os conceitos sobre equações polinomiais de várias raízes. atkins (2010) 5 destaca em um exemplo o cálculo do volume molar do gás de van der waals e recomenda que a sua solução seja feita através de forma numérica e com auxílio de programas computacionais comerciais. as únicas referências que tratam sobre o método de aproximação linear de newton – raphson como artifício para a resolução do cálculo sobre o volume molar de um gás de van der waals são metz (2010) e mcquarrie e simon (1997). atkins (2010) omitiu qual seria a ferramenta pela qual o cálculo deveria ser feito, deixando, portanto, vaga a dedução da resolução da equação polinomial de terceiro grau. nos diversos livros que tratam sobre os assuntos de físico – química, em especial no que tange o assunto de teoria dos gases, o cálculo sobre o volume molar de um gás de van der waals é pouco explorado. no livro de atkins e júlio de paula (2010), o cálculo do volume molar do gás dióxido de carbono (co2) é proposto em um exemplo, porém sua resolução não é demonstrada sob o argumento de que a resolução analítica seria trabalhosa, desta forma, os autores recomendam a resolução numérica e computacional. eclética química, 38, 155-165, 2013. 157 em se tratando de métodos de resolução numérica de problemas matemáticos, o método de aproximação linear de newton – raphson é o mais clássico por causa de sua clareza e rapidez na dedução das raízes da equação. falamos em raízes da equação pelo fato de que o volume molar do gás de van der waals deve ser obtido a partir da resolução de uma equação polinomial de terceiro grau. o cálculo estimativo do volume molar de um gás de van der waals, quando feito através do método de aproximação linear, é uma ferramenta que auxilia na conclusão de quanto um gás ideal diferencia-se de um gás de van der waals. sendo assim, tomemos como exemplo o cálculo do volume molar de um gás ideal em comparação ao cálculo estimativo do volume molar do mesmo gás, sob as mesmas condições de temperatura termodinâmica e pressão, todavia interpretado como um gás de van der waals. com isso, ocorre uma significante evidência que diferencia as maneiras de realizarmos o tal cálculo. isto ocorre porque a determinação do volume molar do gás possui duas equações (ou mais) de estado a serem utilizadas, se ele for um gás não-ideal. por um lado, em se tratando da equação de van der waals para um gás real, obtém-se uma equação polinomial de terceiro grau em que as variáveis dependem da temperatura absoluta e da pressão do sistema gasoso, além das constantes específicas de cada gás a e b. o método de aproximação linear de newton-raphson será discutido em torno da estimativa do cálculo analítico e numérico do volume molar de um gás de van der waals. dessa forma, são apresentados os gráficos, algoritmo e cálculos concernentes às deduções matemáticas que auxiliam as conclusões de natureza química. fundamentação e cálculos o gás ideal uma substância é compreendida como um gás quando seu estado físico é o gasoso. este estado físico da matéria é o mais simples – em relação aos estados sólido e líquido -, de modo que a maioria dos gases tende a ocupar todo o espaço em que estão inseridos, ou seja, tende a ocupar o volume do recipiente que o contém. ao tratarmos dos aspectos macroscópicos, o volume ocupado pelo gás sendo igual ao volume de seu recipiente corrobora para a conclusão de que suas partículas estão espalhadas e em movimento aleatório e, portanto, tendendo a ocupar o maior espaço possível. um aspecto de correlação entre a abordagem macroscópica e a microscópica sobre o comportamento de um gás é o de que, admitindo o movimento aleatório e constante das partículas do sistema gasoso, estas exercem infinitesimalmente pressão sobre as paredes do recipiente que contem o gás. isto é, a pressão exercida pelo gás sob o ponto de vista macroscópico é uma conseqüência fundamentada nas colisões das partículas do gás com as paredes do sistema. neste apontamento, deve-se entender que estas propriedades sobre os gases são idealizadas desconsiderando a relevância da atuação das forças intermoleculares que devem atuar no movimento e colisões das partículas. sendo assim, devemos avaliar um gás ideal ou perfeito como sendo aquele em que tais forças intermoleculares não são significativas. por esta razão, um gás para ser ideal deverá estar sob baixas pressões, ou seja, sua pressão deverá tender a zero. para o estado físico gasoso podemos generalizar uma equação de estado, se admitíssemos que o gás esta sob condições de comportamento ideal. desta forma, uma equação geral de estado para um gás é uma função tal que: 𝑓(�̅�, 𝑝, 𝑇) = 0 (1) a condição para que esta equação seja generalizada e o gás seja interpretado como um gás ideal é que, independentemente de sua natureza, ele deva estar rarefeito, ou seja, p 0. eclética química, 38, 155-165, 2013. 158 corroborando para a afirmação citada, pilla (2006) conclui que este tipo de gás, nessas condições, são chamados de “gases ideais”, compreendendo a pressão tendendo a zero e a temperatura do gás em escala termodinâmica. então, podemos postular uma proporcionalidade entre a temperatura, t, nesta escala e a pressão, p, de certa quantidade de gás, a volume constante, quando p 0, ou seja: lim 𝑝→0 ( 𝑝 𝑇 )𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 (2) portanto, obtemos a equação de estado para um gás ideal, que é uma equação estabelecida pela combinação de algumas leis empíricas, as quais são a lei de boyle, a lei de charles o princípio de avogadro e o valor da constante universal dos gases, conforme segue: 𝑝�̅� = 𝑅𝑇 (3) o fator de compressibilidade ao desvio do comportamento de um gás real, em relação ao de um gás ideal damos o nome de fator de compressibilidade (z). este fator empírico pode ser introduzido na equação de estado dos gases ideais, conforme segue: 𝑝�̅� = 𝑧𝑅𝑇 (4) ou seja, sendo �̅�𝑖 o volume molar do gás ideal, temos: �̅�𝑖 = 𝑅𝑇 𝑝 conclui-se que o fator de compressibilidade varia com a pressão e com a temperatura: 𝑧(𝑝, 𝑇) mas, quando p0, os seus valores convergem para um limite comum, seja qual for a temperatura do gás ou sua identidade: lim 𝑝→0 𝑧(𝑝, 𝑇) = 1 com isso, entendemos que o fator de compressibilidade é uma estimativa do quanto um gás desvia seu comportamento em comparação a um gás ideal. além disso, este fator sinaliza o quanto são significativas as forças intermoleculares de atração e repulsão presentes no gás. a equação de estado de van der waals johanes diderik van der waals nasceu em leiden, holanda, em novembro de 1837, e faleceu em 1923. por razão de não ter aprendido latim e grego, ele não estava pronto para continuar com os estudos universitários de pós – graduação e assim trabalhou como professor numa escola secundária. após a aprovação de uma nova legislação, van der waals obteve uma isenção da universidade sobre as línguas clássicas e defendeu sua tese de doutorado na universidade de leiden, em 1873. em sua tese, ele propôs uma explicação para a continuidade em gases e líquidos e em fenômenos em pontos críticos, bem como uma derivação de uma nova equação de estado para gases, agora chamada de equação de van der waals. a justificativa para a derivação de uma nova equação de estado para gases feita por van der waals baseia-se na relação entre as interações repulsivas e atrativas entre as moléculas do gás. inicialmente, ele admitiu que cada molécula comporta-se como uma esfera pequena, rígida e impenetrável e neste fato ele se baseou para concluir que as interações repulsivas entre as moléculas do gás são elevadas. a implicação quanto a isto é que, “em vez de se moverem em um volume v, elas estão restritas a um volume menor v – nb, onde nb é, aproximadamente, o eclética química, 38, 155-165, 2013. 159 volume total ocupado pelas próprias moléculas”. (atkins e paula, 2010, p. 17). 𝑝 = 𝑛𝑅𝑇 𝑉 − 𝑛𝑏 (5) como já visto anteriormente, a pressão do gás está relacionada com a freqüência com que as partículas colidem com as paredes do sistema. esta freqüência e sua intensidade são reduzidas pelas forças atrativas, que atuam proporcionalmente ao quadrado da concentração molar das moléculas, (n/v)². ou seja, o gás de van der waals é uma correção ao modelo ideal. com isso, obtemos uma equação empírica em que as forças repulsivas e atrativas agora fazem parte de sua idealização e influenciam consideravelmente no comportamento do gás. a esta equação dá – se o nome de equação de van der waals para um gás real. (𝑝 + 𝑛2𝑎 𝑉2 ) (𝑉 − 𝑛𝑏) = 𝑛𝑅𝑇 (6) resultados e discussões o método aplicado ao volume molar antes de discutimos a aplicação do método newton-raphson, apresentamos alguns detalhes sobre sua origem e comentários adicionais. primeiro destacamos que “esse método encontra-se nos trabalhos método de fluxos e de analysi e é conhecido hoje como método de newton para solução aproximada de equações” (contador, 2008, p.286) sobre os métodos matemáticos é necessário destacar que: quando há fórmulas exatas disponíveis para resolver uma equação f(x) = 0, podemos recorrer às técnicas numéricas do cálculo para aproximar a solução que buscamos. uma dessas técnicas é o método de newtonraphson, como é mais corretamente chamado. (thomas, 2002, p. 301. apud rodrigues 2010) um dos problemas fundamentais da matemática é resolver equações, sejam elas dos mais variados tipos. em se tratando de equações, encontramos uma vasta classificação sobre elas e algumas um tanto quanto complicadas de serem resolvidas. existem, portanto, maneiras de se resolver estas equações e seus níveis de resolução aumentam de acordo com a complexidade da equação. newton estudou métodos de aproximações lineares para o cálculo das raízes de equações de n graus. conforme consta, “seu trabalho inclui também um método (do qual uma variação é conhecida agora pelo nome de newton) para aproximação dos valores das raízes reais de uma equação numérica, algébrica ou transcedente” (howard, 2004, p. 440) desse modo, devemos explicar como funciona o método de aproximação linear de newton-raphson, parcialmente para demonstrar o que se passa dentro de um sistema computacional de modelagem de resolução de equações polinomiais. no problema em questão e a partir da equação de van der waals equação (12) determina-se que o volume molar do gás compreende uma equação polinomial de terceiro grau: �̅�³− �̅�2 ( 𝑅𝑇 𝑝 + 𝑏) + 𝑎 𝑝 �̅� − 𝑎𝑏 𝑝 = 0 (7) equações polinomiais de terceiro grau não são facilmente resolvidas por resolução analítica, visto que o objetivo é encontrar as raízes da equação. ocorre que, em se tratando de um problema de natureza teórica, algumas conclusões devem ser tomadas antes para a interpretação do problema. uma delas é a de que as raízes negativas e imaginárias devem ser descartadas, pois o valor da raiz procurada identifica o volume molar do gás e não ocorre que um volume molar de um gás seja uma grandeza negativa ou eclética química, 38, 155-165, 2013. 160 imaginária. portanto, neste caso, devemos descartar raízes negativas e imaginárias, caso ocorram. este método baseia-se em uma aproximação linear de uma variável x em relação à raiz que estamos procurando, ou seja, ao volume molar do gás. a variável x, x1, é obtida por conjectura e neste caso particular é o volume molar do gás ideal �̅�𝑖, onde �̅�𝑖 = 𝑅𝑇 𝑝 (8) deste modo, devemos aproximar tanto quanto possível o volume molar ideal ao volume molar obtido pela equação de van der waals. a idéia central em que se baseia o método de newton-raphson é a de que a reta tangente fica próxima da curva, assim, o intercepto x, x2, está próximo do intercepto x da curva, isto é, de uma raiz da equação. geometricamente, a interpretação sobre o método é a seguinte (gráfico 4): gráfico 1 reta tangente à curva y = f(x) y (x, f(x)) l 0 x r x' x fonte: stewart (2008) sabendo que a inclinação de uma reta tangente é dada pela derivação da função f(x), obtém – se a seguinte conclusão: 𝑦 − 𝑓(𝑥) = 𝑓′(𝑥)(𝑥 − 𝑥′)  0 − 𝑓(𝑥) = 𝑓′(𝑥)(𝑥 − 𝑥′) e para seqüências de aproximações temos que 𝑥𝑛+1 = 𝑥𝑛 − 𝑓(𝑥𝑛) 𝑓′(𝑥𝑛) (9) “se para n = 0 dá-se um valor determinado para x, esse valor pertence a x0. [...] quanto mais repetições sejam feitas [...] mais perto estaremos chegando do valor verdadeiro para x quando f(x) = 0”. (franco, 2009, p. 10) desse modo, a aproximação baseia-se na escolha de uma primeira aproximação. esta primeira aproximação é dada pelo volume molar ideal. e a partir daí, a primeira aproximação é utilizada para obtermos uma segunda; a segunda aproximação para obter a terceira e assim por diante. por aproximação linear, segundo o método newton-raphson: 𝑉𝑖+1 = 𝑉𝑖 − 𝑓(𝑉𝑖) 𝑓′(𝑉𝑖) onde vi é o volume do gás ideal. portanto, temos a seguinte equação para a aproximação linear para o cálculo do volume do gás de van der waals: 𝑉𝑖+1 = 𝑉𝑖 − 𝑝𝑣 + 𝑛2𝑎 𝑉𝑖 − 𝑛𝑝𝑏 − 𝑛3𝑎𝑏 𝑉𝑖 2 𝑝 − 𝑛2𝑎 𝑉𝑖 2 + 2𝑛3𝑎𝑏 𝑉𝑖 3 (10) determina-se, então, o volume do gás de van der waals, admitindo-se que n = 1 mol, de modo a obtermos o volume molar do gás. 3.2 o algoritmo newton-raphson em linguagem l muitos algoritmos matemáticos são desenvolvidos, paulatinamente, com o auxílio de várias linguagens. uma linguagem a ser adotada é a linguagem l, linguagem adotada por um conjunto de professores do departamento de informática e de estatística do centro tecnológico da universidade federal de santa catarina. eclética química, 38, 155-165, 2013. 161 segundo riso, schweitzer e heerdt (1996), “um algoritmo escrito em linguagem l é de fácil conversão para o fortran, para o pascal e para o c”. (riso, schewitzer, heerdt, 1996, p. 11) um método para o auxílio e cálculo possível ao uso de métodos interativos trata-se do método de newton-raphson. para o cálculo de raízes reais e complexas, neste caso partindo-se de um valor aproximado, próximo do valor da raiz desejada, as aproximações são tais que: 𝑥𝑛+1 = 𝑥𝑛 − 𝑓(𝑥𝑛) 𝑓′(𝑥𝑛) (11) conforme a relação (5), n = 1, 2, ... 𝑓′(𝑥) = 𝑑𝑓(𝑥) 𝑑𝑥 |𝑥=𝑥𝑛 (12) riso et al. (1996) destaca a seguinte figura (figura 1) como representação para “uma caixa preta com portas para entrada de informações (dados) e para a saída de informações (dados e resultados)”: 11) figura 1 – caixa-preta newton-raphson 4.1 scilab e o cálculo numérico scilab-5.3.3 _______________________________________ consórcio scilab (digiteo) copyright (c) 1989-2011 (inria) direitos reservados (c) 1989-2007 (enpc) ________________________________________ o scilab é desenvolvido pela inria (institut national de recherche en informatique et em automatique) e enpc (école nacionale dês ponts et chaussées) da frança. funciona nas plataformas linux, windows, hp-ux e macosx. é um software de fácil aquisição, inclusive gratuita, utilizado na computação científica com interface para fortran e c. o scilab permite solução de problemas numéricos. • método (a): cálculo das raízes do polinômio condição: não haver elaboração prévia de algoritmo newtonraphson • método (b): cálculo numérico condição: elaboração do algoritmo newton-rapshon com variáveis químicas método (a): o cálculo das raízes do polinômio obedece aos seguintes comandos em scilab 5.3.3: -->mode='coeff’ -->v = poly([-155e-5 361e-4 -453e-3 1],'x','coeff') // polinomio que define a funcao volume molar v = 2 3 0.00155 + 0.0361x 0.453x + x -->raizes = roots(v) // define as raizes de v raizes = 0.3659207 0.0435396 + 0.0483755i 0.0435396 0.0483755i ocorre que o princípio básico para a execução do cálculo a partir do programa decorre da seguinte resolução analítica: seja 𝑓(𝑥) = 𝑥3 − 0,453𝑥2 + 0,0361𝑥 − 0,00155 e 𝑓(𝑥) = 0 com [c,d] um intervalo que contem uma só raiz da equação 𝑓(𝑥). a sucessão de valores xi gerados pelo método de newtonraphson é monótona e limitada pela raiz xo (volume molar do gás ideal) e, portanto convergente. desse modo, devemos obter um eclética química, 38, 155-165, 2013. 162 intervalo em que o valor do volume molar deva estar inserido, de modo que consigamos obter um cálculo mais rápido. considerando as seguintes condições: 1𝑓′(𝑥)  0, x[c,d] 2𝑓"(𝑥) é de sinal constante em ]c,d[, ou seja, 𝑓"(𝑐). 𝑓′(𝑑)0 3o valor inicial xo for o extremo do intervalo ]c,d[ em que 𝑓(𝑥𝑜). 𝑓"(𝑥𝑜)0, isto é, torna-se xo=a ou xo=b de modo que 𝑓(𝑥𝑜) tenha o mesmo sinal. admitimos, portanto, que xo= 0,410 (volume do gás ideal) e sabemos que: 𝑓 ′(𝑥) = 3𝑥2 − 0,906𝑥 + 0,0361  𝑓′(𝑥𝑜) = 0,00607 𝑓"(𝑥) = 6𝑥 − 0,906  𝑓"(𝑥𝑜) = 1,56 conforme os dados tabelados a seguir – tabela 1: destacamos que no caso n = 3, que equivale a 3ª (terceira) aproximação, o valor de xn se repete, portanto, sendo o valor mais aproximado da raiz da função. • método (b): programação condição: elaboração do algoritmo com variáveis químicas devemos relembrar que a linguagem l é conversível em linguagem fortran e c, isto é, o algoritmo “roda” em programas computacionais que reconhecem tais linguagens. por esta razão, pretendemos comparar mais a seguir as maneiras que ocorre o cálculo numérico nas três linguagens: l, fortran e c, respectivamente. em primeiro momento, apresentamos o seguinte algoritmo newton-raphson em linguagem l, segundo riso et al. (1996): algoritmo newton_raphson real x1, x2, erro, erromax, f, flinha, x, abs inteiro it, itmax início f(x) = ... flinha(x) = ... leia x1, erromax, itmax escreveva x1, erromax, itmax erro = 1000.0 it = 1 enquanto (erro maior erromax e it menor itmax) faça x2 = x1 – f(x1)/flinha(x1) erro = abs (x2-x1) it = it + 1 x1 = x2 fim enquanto se erro menor igual erromax então escreva ‘raiz = ‘, x2 senão escreva ‘não foi obtida a precisão desejada’ statistica e os gráficos analíticos statistica é um programa matemático (copyright c statsoft, inc 1984 – 2001 www.statsoft.com ) em que podemos criar gráficos a partir de dados tabelados. além disso, análise multivariada, regressão, etc. podem ser feitas a partir deste software. quando plotamos a variação de volume molar (v/dm³mol -1 ) em função da variação da pressão (p/atm), o gráfico 2 indica que na região em que p  0 o valor do volume molar tende a ser igual ao valor indicado pelo volume molar do gás ideal. http://www.statsoft.com/ eclética química, 38, 155-165, 2013. 163 gráfico 2 – v(dm³mol -1 ) x p (atm) além disso, o caso 5 – caso em que o volume molar é igual ao volume molar do gás ideal – a temperatura é mínima quando a pressão tende a zero. conforme o gráfico 3, vejamos: gráfico 3 – relação entre pressão e temperatura tabela 1 cálculo analítico empregado ao método newton-raphson n 𝒙𝒏 𝒇(𝒙𝒏) 𝒇′(𝒙𝒏) 𝒇(𝒙𝒏) 𝒇′(𝒙𝒏)⁄ 0 4,1000e-01 6,0713e-03 1,6939e-01 3,2583e-02 1 3,7700e-01 1,3434e-03 1,2038e-01 1,1162e-02 2 3,6600e-01 6,6271e-05 1,0707e-01 6,1890e-04 3 3,6600e-01 xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx eclética química, 38, 155-165, 2013. 164 considerações finais propostas sobre o uso de softwares nos casos de estudos químicos têm sido aplicadas em cursos de graduação em química. a nossa proposta é corroborar este adendo trazendo para o âmago da academia ferramentas úteis para os cálculos de natureza química. a partir disso é possível levar em consideração os seguintes argumentos:  embora a proposta inicial trate sobre a utilização dos softwares scilab e statistica em cálculos de físico-química, especialmente para o cálculo do volume molar de um gás de van der waals, podem também ser formuladas estratégias de utilização destes softwares em outras áreas da química a partir dos cursos de graduação.  a conciliação entre os conceitos matemáticos e os químicos será mais evidente quando o uso dos métodos matemáticos for mais relevante, ou seja, os conceitos matemáticos terão maior aplicabilidade nas tarefas de resolução de problemas químicos.  o scilab pode ser utilizado ainda em disciplinas como química geral e química analítica. o statistica pode ser usado em quase todas as áreas da química, visto que o tratamento estatístico e gráfico é uma constante em todo o universo químico. destacam-se os processos de análise quimiométrica como um exemplo significativo para o uso do software. por fim, defendemos mais uma vez a utilização programas computacionais para a resolução de problemas de natureza química. estes comentários buscam enriquecer o vasto campo da ciência computacional e sua aplicabilidade em áreas afins, além disso, demonstrar que os problemas citados – a partir do exemplo comentado neste trabalho – podem ser resolvidos com o auxílio de métodos matemáticos. referências 1. inria.; enpc.; scilab 5.3.3; école nacionale dês ponts et chaussées, frança, 1989. 2. copyright c statsoft; statistica; estados unidos da américa, 1984. 3. mcquarrie, d. a.; simon, j. d.; physical chemistry: a molecular approuch. eua: university science books, 1997. 4. metz, c. r.; theory and problems of physical chemistry, 2.ed. schaum’s outline series, 1988. 5. atkins, p.; paula, j.; físico – química, vol. 1. 8. ed. rio de janeiro: ltc, 2010. 6. contador, p. r. m.; matemática, uma breve história. 2 ed. vol. 2. são paulo: editora livraria da física, 2008. 7. franco, c. r.; aplicações matemáticas em fisicoquímica método newtonraphson. mens agitat, artigo 1. vol. iv, n. 2, 2009, p. 9-12. 8. howard, e.; introdução à história da matemática; trad. hygino h. domingues. campinas, sp: editora da unicamp, 2004 9. stewart, j.; cálculo, vol. 1. 5. ed. são paulo: thomson learning, 2008. thomas, g.; joel, m. d. w. h.; giordano, f. k.; cálculo, vol. 1. 11. ed. são paulo: addison wesley, 2009. rodrigues, r. f.; aplicação do método de newton – raphson na resolução de sistemas de equações não – lineares, 2010. 70p. trabalho de conclusão de curso (graduação em matemática) – faculdade de ciências exatas, universidade do estado de mato grosso, sinop, 2010. cláudio, d. m.; marins, j. l.; cálculo numérico computacional: teoria e prática; 2. ed. são paulo: atlas, 1994. 10. lopes, v. l. r.; ruggiero, m. a. g.; cálculo numérico: aspectos teóricos e computacionais, 2. ed. são paulo: pearson makron books, 1996. eclética química, 38, 155-165, 2013. 165 kwong, w. h.; introdução ao controle de processos químicos com matlab, vol. 1. são carlos: edufscar, 2002. 11. atkins, p.; clugston, m. j.; principios de fisicoquímica, san marcos: sistemas técnicos de edición, s.a. de c.v., 1986. 12. mahan, b. m.; myers, r. j.; química: um curso universitário; são paulo: edgard blucher, 1995. 13. moore, w. j.; físico – química, vol. 1. trad. 4. ed. são paulo: edgard blucher, 1976. 14. oliveira, m. j.; termodinâmica, são paulo: editora livraria da física, 2005. 15. pilla, l.; físico – química i, 2. ed. porto alegre: editora da ufrgs, 2006. universidade federal de ouro preto eclética química, 38, 128-135, 2013. 128 potencial de cianobactérias provenientes de pesque-pagues para biorremediação de águas contaminadas por arsênio. danielli vazzoller fittipaldi, ludmila von randow de abreu bastos pandolpho, rosângela barbosa de deus, vera lúcia de miranda guarda núcleo da cátedra unesco: água, mulheres e desenvolvimento (nucat) laboratório de qualidade de águas (laqua) escola de farmácia universidade federal de ouro preto. rua costa sena, 171 – 35400-000 ouro preto – minas gerais – brasil 31-35591630. corresponding author: vera.guarda@gmail.com resumo a poluição dos recursos hídricos tem trazido sérias consequências para o meio ambiente e consequentemente para a saúde coletiva. a mineração é uma grande responsável pela contaminação da água, principalmente por elementos como o arsênio (as), que recebe atenção especial de autoridades governamentais e de saúde pública, devido aos seus efeitos tóxicos em concentrações elevadas, causados pela exposição prolongada dos organismos vivos, e principalmente o homem. estudos sobre remediação de áreas contaminadas utilizando microrganismos (biorremediação) vêm sendo realizados, e com isso esperamse obter técnicas naturais com custo relativamente baixo e que não comprometam ainda mais o meio ambiente. as cianobactérias, organismos resistentes ao as, vem sendo utilizados em diversos estudos, com a vantagem sobre os demais devido a facilidade do descarte proporcionado pela sua baixa biomassa. este estudo teve como finalidade verificar o potencial biorremediador de cianobactérias em diferentes concentrações de as, por meio de avaliação do seu crescimento e da sua capacidade de absorção. os padrões de crescimento foram realizados comparando-se os teores de clorofila a (chl a) em diferentes dosagens de as: 0; 50,0; 150,0; e 250,0 mg/l na forma de arseniato de sódio (na2asho4.7h2o). após 10 (dez) dias de exposição, evidenciou-se que a produção de chl a se alterou em função da concentração de as, decrescendo com o aumento da concentração. a análise da absorção foi feita através da concentração de as no pélet, cujo resultado mostrou que a absorção de as aumenta com a concentração do metal no cultivo. conclui-se que as cianobactérias responderam bem a concentrações de arsênio usadas podendo ser consideradas com bom potencial de biorremediador para o mesmo. palavras-chave: biorremediação, cianobactérias, arsênio, clorofila a, água. abstract the pollution of water resources has led serious consequences for the environment and for public health. mining is responsible for a major water contamination, mainly by elements such as arsenic (as), which has received special attention from official governments and public health due to their toxic effects at high concentrations, caused by prolonged exposure of living organisms, especially humans. studies on remediation of contaminated areas using microorganisms (bioremediation) have been performed, and therefore are expected to obtain natural techniques with relatively low cost and without compromising the environment even more. cyanobacteria, organisms resistant to as, has been used in several studies, with the eclética química, 38, 128-135, 2013. 129 advantage over other microorganisms due to their low biomass, which facilitates disposal. this study aimed to investigate the potential biorremediador for cyanobacteria in different concentrations of as, by evaluation of its growth and its absorption capacity. the growth patterns were conducted comparing the content of chlorophyll (chl a) in different dosages: 0, 50.0, 150.0, and 250.0 mg/l in the form of sodium arsenate (na2asho4. 7h2o). after ten (10) days of exposure, it was demonstrated that the production of the chl a changed depending on the concentration of as, decreasing with increasing concentration. the analysis to determine the absorption of as was performed in the pellet, the results showed that the absorption of as increases with the concentration of it in the culture. it is concluded that the cyanobacteria responded well to such concentrations and may be considered with good potential biorremediador for arsenic. keywords: bioremediation, cyanobacteria, arsenic, chlorophyll a, water. introdução metal pesado é o termo aplicado para os grupos de metais e metalóides como o cádmio (cd), o cobre (cu), o mercúrio (hg), o níquel (ni), o chumbo (pb) e o zinco (zn), que apresentam densidade maior que 6g/cm 3 [1]. porém, alguns metais como o arsênio, que possuem densidade menor (5,73g/cm 3 ) é incluso neste grupo devido a sua toxicidade [2]. a contaminação das águas por metais representa um risco em potencial à biota, pois os mesmos são estáveis, persistentes e de caráter acumulativo [3]. a mobilidade e a toxicidade dos metais em geral dependem do seu estado de oxidação e da estrutura química da espécie metálica [4]. de acordo com borba et al.(2002) [5], o arsênio apresenta quatro estados de oxidação: as +5 , as +3 , as 0 e as -3 e sua toxicidade é diferenciada para formas orgânicas e inorgânicas. e entre as espécies inorgânicas, a toxicidade é maior para a forma de arsênio trivalente, que é considerada 60 vezes mais tóxica que a forma oxidada. santos, 2008 [2] descreve que dependendo da dose, da modalidade e do tempo de exposição, o arsênio pode causar várias doenças: câncer de pele, pulmão, bexiga, rins e fígado; queratose, doenças gastrointestinais, neurológicas e endocrinológicas e que é possível haver uma relação do consumo de arsênio com o aumento de casos de diabetes mellitus, abortos espontâneos e doenças respiratórias. a resolução conama 357, de 17 de março de 2005, [6] alterada pela resolução conam 430/11, estabelece limites entre 0,01mg.l -1 a 0,14mg.l -1 de as em água, dependendo do seu tipo de uso. essa resolução também estabelece o limite máximo de 0,5mg.l -1 de as em efluentes. apesar disso, existem muitas áreas contaminadas, especialmente pelos rejeitos de mineração, que causam sérios prejuízos ambientais [7], [8]. muito embora ações antrópicas também contribuam para a contaminação de águas por arsênio. o ser humano pode ser exposto ao arsênio através do ar, alimento ou água. no entanto, água com altas concentrações de arsênio é a principal fonte de contaminação [9]. estudos de áreas que apresentam concentrações elevadas de arsênio têm sido documentados desde a década de 60, quando problemas de saúde foram relacionados a altas concentrações de arsênio em água de consumo humano em taiwan, no chile, na argentina e em blangadesh [10], devido ao consumo de águas subterrâneas provenientes de aquiferos com formação geológica arsenífera [3]. a preocupação com o arsênio no brasil data da década de 90. a região do quadrilátero ferrífero em minas gerais é principalmente afetada, devido a uma anomalia natural desse elemento relacionada ao intemperismo das rochas, acelerada pela exploração sem controle durante o ciclo do ouro e o início da exploração de minérios de ferro e manganês na década de 80. além do arsênio, a mineração pode carrear vários outros metais, tais como cu, zn e pb que também são prejudiciais aos seres humanos. vários estudos eclética química, 38, 128-135, 2013. 130 comprovaram a contaminação por arsênio da água, do solo e dos sedimentos no quadrilátero ferrífero. [5], [11-14]. na região de ouro preto/mg, as grandes áreas de mineração trazem como consequência o aumento da concentração de arsênio nas bacias hidrográficas do rio do carmo, pertencente à bacia do rio doce, e do rio das velhas, principal afluente do rio são francisco. assim encontra-se arsênio em captações de águas, em galerias de minas antigas, em bicas e chafarizes. a maior concentração de arsênio é no início do período chuvoso, pois neste período, a chuva carreia todo o arsênio das galerias, jogando-o nos rios e lagos [15]. a remoção de as pode ser feita através de resina de troca iônica, tratamento eletroquímico e precipitação, entretanto muitas vezes esses processos são inadequados, principalmente quando o metalóide está em baixa concentração; outro empecilho é o custo elevado da aplicação desses métodos [16]. uma técnica de remoção que está se consolidando é o tratamento biológico, por se tratar de um processo natural, in situ, que promove um tratamento adequado no meio, com custo relativamente baixo, em comparação com alternativas convencionais de tratamento. a fitorremediação oferece várias vantagens: por ser uma tecnologia relativamente barata, permite seu emprego em grandes extensões de área. é aplicável a um grande número de poluentes orgânicos e inorgânicos, tornando-se ecológica e socialmente satisfatória, e seus procedimentos realizados in situ associam-se a tecnologias mais tradicionais [2]. pesquisas sobre fitorremediação são recomendadas a algumas espécies de plantas terrestres e aquáticas, pelo potencial de tolerância e acumulação de poluentes como as. nesta linha, a biorremediação tem sido estudada em microrganismos, como as bactérias, as microalgas, os fungos filamentosos e as leveduras, e tem-se verificado a eficiência dos mesmos, sendo capazes de remover o poluente. em especial, as cianobactérias devem ser estudadas para serem aplicadas em técnicas de biorremediação, porquanto são constantemente encontrados em ambientes contaminados por as [16]. a remediação de áreas contaminadas torna-se necessária e pode ser feita por meio desses microorganismos que absorvem metais, técnica conhecida como biorremediação. esta é baseada em um processo natural, tem custos relativamente baixos, e vem sendo muito usada nos últimos tempos. porém, há problemas na armazenagem, ou seja, no destino final das plantas utilizadas, porque a biomassa é seca e estocada, não podendo ser descartada em qualquer ambiente, pois os contaminantes estão adsorvidos ou absorvidos na mesma. [17]. as plantas que possuem maior eficiência, sendo mais resistentes aos contaminantes de maior impacto, como os metais, são as superiores de grande porte. o metal fica aderido no seu tecido vegetal, principalmente na lignina, apresentando, portanto, uma maior capacidade de acumulação – sendo chamadas de hiperacumuladoras. as plantas mais sensíveis, que não resistem as grandes concentrações de metais ou qualquer outro elemento são chamadas de biorremediadoras sensíveis ou não tolerantes [2]. cianobactérias, cianofíceas ou algas azuis são microorganismos aeróbicos fotoautotróficos, sendo a fotossíntese a sua principal fonte de obtenção de energia. são classificadas como procariontes, portanto, muito semelhantes bioquímica e estruturalmente às bactérias [18]. o aumento da incidência de floração de microalgas e cianobactérias é resultado da eutrofização dos ambientes aquáticos devido ao enriquecimento artificial desses ecossistemas. a comunidade fitoplanctônica que vive na coluna d’água responde rapidamente ao processo eutrófico, culminando com um decréscimo na diversidade de espécies e predominância de espécies de cianobactérias [19]. estas cianobactérias, após passarem por um teste de toxicidade para verificar seu potencial tóxico, podem ser utilizadas como biorremediadoras, ajudando a eliminar os metais da água, eclética química, 38, 128-135, 2013. 131 com a vantagem sobre os demais, pois sua biomassa é pequena, o que facilita o descarte. o presente trabalho tem por objetivo avaliar o potencial de cianobactérias do gênero microcystis sp, não produtoras de toxinas, provenientes de lagos de pesque-pagues da região dos inconfidentesmg, na biorremediação de água contaminadas por arsênio. experimental produção de biomassa da cianobactéria microcystis sp a produção de biomassa foi feita com o cultivo de microcystis sp, isolada de lagos de pesque-pague, através da repicagem em meio líquido asm-1 em frascos erlenmeyers, e conservada sob condições fotoautotróficas de crescimento: as culturas foram mantidas à temperatura de 21,0±2,0°c, iluminação média de 230μe/sm² proveniente de lâmpada fluorescente e fotoperíodo de 16/8 horas de luz/escuro [16], [20]. avaliação do crescimento da cianobactéria microcystis sp em meio contendo arsênio por avaliação do teor de clorofila a. culturas de 10 frascos da cianobactéria microcystis sp foram concentradas por centrifugação (centrifugador excelsa 3, modelo 204-sb, fanem) a uma velocidade de 3.500 rotações por minuto (rpm), durante 5 minutos, à temperatura ambiente (25°c). após a primeira centrifugação, o sobrenadante foi descartado e o precipitado foi ressuspenso com água destilada e agitação por meio de vórtex (certomat® mv – b. braun biotech international). este processo foi repetido por mais duas vezes, obtendo-se um pélet composto exclusivamente por cianobactérias [16], [17]. 200ml de meio asm-1 foram distribuídos em 8 frascos erlenmeyers. ajuntou-se a seguir a solução de as preparada a partir de arseniato de sódio (na2asho4.7h2o), nas seguintes concentrações: 0; 50,0; 150,0; e 250,0mg/l. na seqüência inocularam-se alíquotas de 1000μl do pélet. para cada concentração foram feitas 4 réplicas (figura 1). figura 1: experimento com diferentes concentrações de arsênio, para determinação de clorofila a. após 10 dias de exposição ao as, as culturas contidas em erlenmeyers foram transferidas para tubos de centrífuga. em seguida, foram centrifugadas a uma velocidade de 3.500rpm, durante 20 minutos, à temperatura ambiente, sendo o sobrenadante descartado e o concentrado de células ressuspenso em 1ml de meio asm-1. posteriormente, as células foram rompidas por movimentos contínuos com bastão de vidro e agitação em vórtex. os tubos foram envolvidos em papelalumínio, para evitar danos fotoxidativos. aos tubos foi acrescentado metanol (ch3oh) 100% (merck®) mantendo a proporção de 9:1 (9 ml de ch3oh:1 ml de concentrado de células). após 15 minutos no escuro, à temperatura ambiente, os tubos foram novamente submetidos à vigorosa agitação em vórtex. os extratos foram centrifugados a uma velocidade de 3.500rpm, durante 10 minutos, à temperatura ambiente, e o extrato metonólico foi lido em espectrofotômetro uv visível (varian), no comprimento de onda de 665,2 nm (a665,2), correspondendo a chl a, sendo o metanol puro usado como branco. o cálculo da concentração de clorofila a foi feito com base na fórmula: eclética química, 38, 128-135, 2013. 132 c = a . a, onde: c = concentração de clorofila a (μg/ml); a = absorvância; e a = coeficiente de absortividade para a clorofila, extraída com metanol (12,7). determinação do acúmulo de arsênio pela microcystis sp. para realizar a avaliação do acúmulo de as pela cianobactéria microcystis sp procedeu-se de forma análoga a determinação do teor de clorofila a, utilizando as mesmas concentrações de arsênio, em duplicata. após 10 dias de exposição ao as, as culturas contidas nos erlenmeyers foram concentradas por centrifugação a uma velocidade de 3.500rpm, durante 10 minutos, à temperatura ambiente (25°c). após a primeira centrifugação, o sobrenadante foi descartado e o precipitado foi ressuspenso com água destilada e agitação por meio de vórtex. este processo por mais duas vezes, obtendo-se um pélet composto exclusivamente por cianobactérias. o pélet foi seco em estufa a 60°c, depois foi resfriado a temperatura ambiente e em seguida foi feita a mineralização com solução nitroperclórica 3:1. após a mineralização, o material foi encaminhado ao laboratório de geoquímica ambiental do departamento de geologia da escola de minas da universidade federal de ouro preto (ufop) para realizar a leitura no espectrômetro de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado – icp oes (spectro ciros modelo ccd) da quantidade de arsênio acumulada nas cianobactérias. resultados e discussão a solução-estoque de as utilizada foi preparada com concentração de 50,0 mg as/l. esta foi lida no icp oes para determinar sua real concentração, sendo o resultado encontrado 56,5 mg as/l. os resultados da avaliação do crescimento da cianobactéria microcystis sp em meio contendo arsênio por determinação do teor de clorofila a, estão compilados na tabela1. o aumento do teor de clorofila a em presença de arsênio (as) (tabela 1) é justificado pelo fato do (as) estimular a produção de clorofila, participando ativamente do metabolismo das cianobactérias, e corrobora os relatos de as mesmas serem relativamente resistentes aos seus efeitos tóxicos, [21], [22]. souza (2007) [16] pondera que a redução do crescimento é um indício de que as cianobactérias estão numa condição de estresse ambiental, e neste caso, o (as), por seu efeito tóxico nas células, causa efeitos deletérios ou inibitórios nesses organismos, uma vez atingida a concentração máxima tolerante pelas cianobactérias. ainda em relação à condição de estresse, e embora haja poucos relatos sobre o efeito direto do (as) nos sistemas de pigmentos, mathis e kleo (1973) [23] afirmam que o teor de clorofila a pode ser alterado nessas condições, o que leva a alterações no crescimento de plantas ou de microrganismos sintetizantes, como as cianobactérias. determinação do acúmulo de arsênio pela microcystis sp. os resultados da leitura das concentrações de arsênio presente nas biomassas mineralizadas e secas realizada no icp-oes podem ser visualizados na figura 2, sendo média de duas determinações. o teor de arsênio no pélet aumenta com a concentração do metal no cultivo, (figura 2). este efeito também foi observado por gomes (2005) [24], que utilizou a cianobactéria geitlerinema e por souza (2007) [16] com as espécies nostoc piscinale e geitlerinema unigranulatum. os resultados mostram que a cianobactéria microcystis sp respondeu bem às concentrações de arsênio utilizadas apresentando um bom potencial para sua biorremediação. eclética química, 38, 128-135, 2013. 133 figura 2: teor de as(mg/l) na biomassa microcystis sp souza (2007) [16] expõe que a acumulação do as é feita por mecanismos de biossorção (adsorção e absorção), via processos físicos, químicos e biológicos, tanto em células vivas quanto em mortas, e faz uma ressalva que estes mecanismos antecedem respostas dos organismos ao estresse – a absorção do (as) pode estar relacionado ao estágio fisiológico das células. as cianobactérias absorvem o (as) até a saturação. essa concentração é conhecida como a máxima tolerante. a partir daí, esta concentração se torna tóxica, podendo levar à sua excreção que pode ser ou não sob a forma metilada [16], [24]. bottino et al. (1978) [25] identificaram a ocorrência da excreção de (as) acumulado em células de phormidium sp., hymenomonas carteare e tetraselmis chuí, após estes terem atingindo os seus platôs de absorção. a relação entre o teor de clorofila a produzido e a quantidade de as acumulado, nas diferentes concentrações nas quais foi exposta a cianobactéria microcystis sp está ilustrada na figura 3. figura 3: comparação entre os teores de clorofila a e de as acumulado na biomassa. a concentração de clorofila a diminui com o aumento da absorção de as pela cianobactéria (figura 3). jacobson e halmann (1982) [26] analisaram que a resistência das cianobactérias pode ser devida à capacidade de formar corpúsculos de polifosfato intracelular, que armazenam fosfato em condição de estresse. souza (2007) [16] explica que o fosfato reduz os efeitos tóxicos do (as) sobre as células, por prevenir a entrada deste metaloide na mesma ou, já estando nas células, o arsênio causa poucos danos, quando o fosfato está presente, provavelmente devido à competição que ocorre pelas rotas metabólicas, como a fosforilação oxidativa e a síntese de membranas. além do crescimento e da absorção, gomes (2005) [24] e souza (2007) [16] salientam que a quantidade de biomassa utilizada é outro fator importante em estudos de biorremediação de arsênio por cianobactérias, expondo que não existe na literatura uma padronização do valor da biomassa a ser empregada na condução dos experimentos, a fim de obter uma resposta adequada à concentração do (as). esta observação se faz necessária devido ao valor da biomassa produzida ser diretamente proporcional à quantidade de sítios de ligação disponíveis, e estes facilitam os processos de absorção do (as) pelas cianofíceas [24]. diante desta falta de uniformidade, gomes (2005) [24] sugere que seja eclética química, 38, 128-135, 2013. 134 utilizado nos experimentos no mínimo 1,0 g de biomassa seca. tabela 1: concentração de clorofila a leitura de absorvância (665 nm) teor de clorofila a na biomassa [as] mg/l a b média a b média 0,00 0,641 0,720 0,681 ± 0,059 8,012 9,000 8,506 ± 0,699 50,00 1,255 1,081 1,168 ± 0,123 15,687 13,512 14,599 ± 1,538 150,00 1,023 1,170 1,097 ± 0,104 12,787 14,625 13,706 ± 1,300 250,00 0,915 1,032 0,973 ± 0,083 11,437 12,900 12,168 ± 1,035 conclusões a cianobactéria microcystis sp gerou biomassa em ambientes contaminados por (as). o teor de clorofila a produzida foi maior onde o metaloide estava presente no meio de cultivo. elas também foram capazes de absorver o arsênio, diretamente proporcional a sua concentração no meio, mostrando-se com potencial de biorremediação para altas concentrações deste poluente. agradecimentos os autores agradecem à fapemig e ao lgqa/degeo/em/ufop referências [1] –b.j. allooway. heavy metals in soil. johnwilwy e sons inc: new york. 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[26] l. jacobson; m. halmann, journal of plankton research. 4(3) (1982), 481 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 11 | eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 106 desenvolvimento de metodologia verde por hplc/uv para determinação de glifosato em amostras ambientais de solo bruno molero da silva 1 , paulo roberto das dores da silva1, maria olímpia oliveira rezende 2 ____________________________________________________________________________ resumo: o glifosato, n-fosfonometil-glicina, é um herbicida sistêmico e pós-emergente com grande eficiência na remoção de ervas daninhas, apresentando baixo custo, que é refletido na sua vasta aplicação. assim, os cuidados relacionados com a possibilidade de contaminação ambiental com esta molécula devem ser estudados cautelosamente, devido a efeitos deletérios no ambiente. portanto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia analítica verde adequada para a determinação do glifosato em amostras de solo utilizando a técnica de cromatografia líquida de alta eficiência (hplc). o método proposto descreveu uma alternativa eficaz para a determinação de glifosato em amostras ambientais de solo eliminando a etapa de cleanup. os limites de detecção e quantificação relacionados ao método foram 9,93 e 30,1 µg l -1 . nas amostras de solo, os resultados de recuperação variaram de 78,1 a 113,2 % de glifosato conforme a porcentagem da fração orgânica, inorgânica, entre outros fatores. palavras-chave: glifosato, amostras de solo, hplc-uv, metodologia verde ____________________________________________________________________________ abstract: glyphosate, n-(phosphonomethyl)glycine, is a systemic herbicide and post-emergent with great efficiency in the removal of weeds, featuring low cost, which is reflected on its wide application. due to this fact, special care in order to not contaminate the environment has to be attended, since there is evidence of deleterious effects on the environment. therefore, the aim of this study was to develop an analytical green methodology for the determination of glyphosate in soil samples using the technique of high performance liquid chromatography. the proposed method describes an efficient alternative for the determination of glyphosate in soil samples by eliminating the step of clean-up. the limits of detection and quantification related to the method were 9.93 and 30.1 µg l-1. samples of soil results in recovery of glyphosate ranged from 78.1 to 113.2% due to the percentage fraction of organic, inorganic, among other factors. keywords: gliphosate, no clean-up step, soil environmental samples, hplc-uv, green methodology 1 centro universitário pe. anchieta. av. dr. adoniro ladeira, km 94, via anhanguera, jundiaí, sp. cep 13210-800. 2 instituto de química de são carlos – universidade de são paulo. av. trabalhador são-carlense, 400, cp 780, são carlos, sp. cep 13560-970. file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 107 107 introdução o glifosato, n-(fosfonometil)-glicina (gli) (figura 1), pertencente ao grupo químico das glicinas substituídas, é um herbicida pós-emergente, classificado como não seletivo, de ação sistêmica, representando cerca de 60% do mercado de herbicidas não seletivos [1 2]. na forma de sal de isopropilamônio, apresenta-se com a adição do grupo (ch3)2chnh3 + (228,2 g mol -1 ). figura 1 – estrutura química do glifosato. ao longo das últimas décadas houve um aumento acentuado no número de formulações de glifosato, conferindo-lhe o título de um dos mais utilizados em todo o mundo [2]. de todos os componentes do solo, a matéria orgânica é um dos principais constituintes. a matéria orgânica é constituída principalmente de substâncias húmicas, as quais, dependendo da solubilidade em solução aquosa, podem subdividir-se em ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e humina. estas substâncias apresentam dois importantes grupos funcionais em sua estrutura: fenólicos e carboxílicos que possuem o hidrogênio ionizável em comum, podendo ou não estar na forma dissociada de acordo com o ph do meio [3]. os grupos funcionais ácidos carboxílicos e fenólicos são os principais responsáveis pelas interações que ocorrem entre os ácidos húmicos e moléculas orgânicas, tais como os pesticidas. as quantidades desses grupos nos ácidos húmicos variam de acordo com a natureza do material. o solo é ainda constituído de fração inorgânica, podendo estar dividido entre os grânulos de silte, argila, areia e material grosso (pedregulho fino, pedregulho médio e grosso). a grande utilização de gli pode levar a efeitos deletérios no ambiente após seu uso prolongado. portanto, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver metodologia analítica ambientalmente correta, comumente denominada de metodologia verde, como uma alternativa eficaz para determinação de gli em amostras ambientais de solo. materiais e métodos ireagentes o padrão gli foi adquirido da sigma-aldrich, catálogo: 45521, lote: 8014x, validade: 14/10/2015. foi preparada uma solução padrão estoque de 100 mg l -1 de gli em água purificada pelo sistema milli-q. a partir dessa solução estoque foram feitas as devidas diluições para 500 µg l -1 , 300 µg l -1 , 150 µg l -1 , 75 µg l -1 e 50 µg l -1 . o estudo foi realizado na parte superior da bacia do rio jacaré-guaçu, importante afluente da margem direita do rio tietê, localizado na região centro oriental do estado de são paulo, com uma extensão aproximada de 1.100 km 2 , definida pelas seguintes coordenadas geográficas: 21 57 30” e 22 22 30” de latitude sul e 47 42 30” e 48 05 30 “ de longitude oeste [4]. a amostragem foi feita nos rios ribeirão do feijão e no rio jacaré-guaçu na cidade de são carlos sp. outras amostras de solo foram coletadas no campus 2 da usp, em são carlos, e em uma fazenda na região periférica de são carlos. analisaram-se solos de diferentes procedências, com o objetivo de obter as porcentagens de recuperação do gli. entre o ribeirão do feijão e o rio jacaré-guaçu, o principal uso da terra é para pastagens, com técnicas de criação de gado bovino semi-intensiva e extensiva. na agricultura destacam-se as culturas de café, canade-açúcar, citrus e milho, com predomínio de pequenos e médios agricultores. na tabela 1 apresentam-se os pontos de coleta com sua localização e amostragem. eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 108 108 tabela 1 – pontos de coleta com sua exata localização pontos de coleta localização 1 ribeirão do feijão na ponte sobre a estrada, aproximadamente a 3,5 km das nascentes. 2 ribeirão do feijão, dentro da fazenda yolanda, a montante da casa principal. 3 córrego do são josé (formador do córrego do laranja azeda, afluente do ribeirão do feijão) 4 córrego do laranja azeda, na fazenda yolanda. 5 ribeirão do feijão, a montante da captação do saae. 6 rio jacaré-guaçu, após a confluência dos ribeirões do feijão e lobo. 7 rio jacaré-guaçu, após o ponto a ponte a jusante da represa de santa ana. 8 rio jacaré-guaçu, antes da confluência com o rio do monjolinho. 9 rio jacaré-guaçu, aproximadamente 500 m após da confluência com o rio do monjolinho. as amostras de solo foram coletadas com o auxílio de uma cavadeira, armazenadas em potes plásticos e transportadas em caixas de isopor com gelo até sua chegada ao laboratório, onde foram mantidas sob-refrigeração no freezer a 10 0 c. caracterização das amostras de solo foi realizada a caracterização química dos solos, segundo as seguintes variáveis: ph em cacl2, carbono total via toc-v coh shimadzu, capacidade de troca catiônica (ctc), através de ocupação dos sítios ativos de troca com íons de hidrogênio em solução 1 mol l -1 de ácido acético glacial, teor de matéria orgânica (mo) e umidade (u), via gravimetria [5]. a extração e quantificação dos ácidos húmicos e ácidos fúlvicos foram realizadas de acordo com a metodologia convencional sugerida pela sociedade internacional de substâncias húmicas (ihss) [6]. a soma dos ácidos húmicos e ácidos fúlvicos foi considerada como matéria húmica total (mht). tratamento estatístico dos resultados todas as determinações foram executadas em quintuplicata, com as amostras secas a 60-65°c, determinando-se a média aritmética e posteriormente o desvio padrão amostral. foi realizado também o tratamento estatístico de student, para um nível de confiança de 95% e o erro da medida foi calculado pela equação 1: e = ± (txσ)/√n equação 1 onde, e = erro da medida; t = coeficiente de student tabelado para um limite de confiança de 95%; σ = desvio-padrão n = número de repetições. preparo das amostras de solo para a determinação em hplc/uv o estudo de recuperação foi realizado utilizando três níveis de concentrações, baixo (1 mg l -1 ), médio (2 mg l -1 ) e alto (3 mg l -1 ). foram realizadas extrações sólido-líquidas, utilizando-se uma mistura extratora proveniente de um sal de 0,1 kh2po4 mol l 1 em água. em seguida, as amostras de solo foram injetadas no hplc sem a etapa de “clean-up”. para a construção das curvas analíticas, utilizouse o método de padronização externa em ordem crescente de concentração de solução de gli: 50 µg l -1 , 75 µg l -1 , 150 µg l -1 , 300 µg l -1 e 500 µg l -1 , respectivamente. cada amostra foi injetada sete vezes, obtendo-se assim um desvio padrão desejável das injeções [7]. as determinações foram realizadas em um hplc modelo lc-10avp equipado com detector de uv-vis spd-10vp da shimadzu, com coluna de troca aniônica, partisil 10 sax com 25 cm de comprimento eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 109 109 por 4,6 mm de diâmetro interno. a fase móvel utilizada foi um tampão preparado usando 0,68 g de kh2po4 com adição de h3po4 (85%) até ph=2, completando-se o volume para um litro de água ultrapurificada (milli-q) em sistema isocrático de eluição com uma vazão de 2,3 ml min -1 . a temperatura da coluna foi mantida a 25 ºc e o comprimento de onda de detecção em 195 nm. o volume de injeção permaneceu constante em 20 µl. foram pesados 5 g das amostras de solo seco para todos os pontos de coleta e, em seguida, as amostras foram fortificadas em três níveis de concentração, adicionando 5 ml de gli a 1 mg l -1 , 2 mg l -1 e 3 mg l -1 para cada ponto de amostragem, permanecendo em repouso por 1 hora. as amostras foram submetidas ao processo de extração (sólido-líquido) com a adição de 20 ml de solução de kh2po4 0,1 mol l -1 . em seguida, agitaram-se as amostras na mesa agitadora por 45 minutos entre 100-200 agitações por minuto. finalmente, o sobrenadante foi separado e uma alíquota do mesmo sobrenadante foi filtrada usando um filtro de seringa com membrana de 0,45 µm de diâmetro. os resíduos gerados foram encaminhados ao laboratório de resíduos químicos para tratamento adequado [8]. resultados e discussão determinação cromatográfica de glifosato nas amostras de solo devido a sua alta polaridade e por não ser uma molécula volátil, o gli é analisado pelo método proposto em hplc/uv. alguns autores consideram esse tipo de análise inapropriada, já que o herbicida não possui agentes cromóforos em sua molécula, tornando-se necessário, portanto, o uso de reações de derivatização, geralmente em pós-coluna. no entanto, a detecção por uv pode ser eficiente com o uso de uma coluna de troca iônica, já que a molécula do glifosato apresenta quatro grupos ionizáveis que podem estar na forma protonada ou dissociada de acordo com o ph do meio. assim, é possível a utilização do sistema hplc/uv para análise de glifosato em amostras ambientais de solo, tornando-se desnecessária uma prévia derivatização da molécula. essa prévia derivatização gera problemas em demanda de tempo e alto custo em análises. no presente estudo foi realizado o procedimento de validação da metodologia incluindo os seguintes parâmetros de desempenho: seletividade, linearidade, sensibilidade, limite de detecção, limite de quantificação, exatidão, precisão e robustez, no qual todos os testes estiveram dentro dos limites aceitáveis [9]. o método utilizado apresentou-se linear com coeficientes de correlação significativos dentro da faixa de concentração de 50 a 500 µg l-1. os coeficientes de correlação (r) e determinação (r2) calculados para a curva analítica foram: r = 0,9982835 e r2 = 0,99657, respectivamente. os valores de ld e lq, relativos ao equipamento nas condições analíticas utilizadas, foram 3,3 e 10 µg l-1, respectivamente. já os valores de ld e lq, relativos ao método foram, respectivamente, de 9,93 e 30,1 µg l-1. isso indica que o método está adequado para detectar e quantificar o herbicida em baixos níveis de concentração. para melhor compreender as diferenças nos resultados de recuperação do gli, determinaram-se as características químicas das amostras de solo. os resultados da determinação de ph, teor de matéria orgânica, umidade, ctcefetiva, porcentagem de mht e carbono total das amostras de solo são mostrados na tabela 2. eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 110 110 tabela 2 – resultados de ph, teor de matéria orgânica, umidade, ctcefetiva, mht e carbono total nas amostras de solo avaliadas. ponto de amostragem ph teor de mo (%) umidade (%) ctc efetiva (cmolc kg -1 ) (%) matéria húmica total da mo carbono total (g kg -1 ) 1 3,89 (0,01) * 3,54 (0,04) 45,03 (1,12) 3,74 (0,80) 24,98 (1,25) 17,49 (0,60) 2 5,0 (0,01) 4,56 (0,05) 33,11 (0,80) 6,82 (0,90) 31,51 (1,40) 55,84 (0,76) 3 5,48 (0,02) 10,82 (0,07) 37,87 (0,06) 5,94 (0,95) 39,54 (1,79) 36,99 (0,58) 4 5,93 (0,02) 4,50 (0,05) 23,56 (0,98) 0,88 (0,01) 4,40 (1,48) 3,73 (0,80) 5 4,97 (0,02) 2,65 (0,03) 18,27 (0,60) 5,06 (0,36) 18,15 (0,90) 38,17 (0,68) 6 4,12 (0,01) 2,80 (0,04) 32,55 (1,15) 2,42 (0,45) 6,57 (1,00) 8,25 (0,90) 7 5,73 (0,01) 2,77 (0,03) 12,64 (0,80) 1,98 (0,58) 5,94 (0,90) 2,87 (0,75) 8 5,08 (0,01) 5,31 (0,03) 14,56 (0,75) 1,81 (0,48) 20,74 (0,50) 31,64 (0,68) 9 4,75 (0,01) 3,09 (0,02) 26,33 (0,45) 5,28 (0,50) 14,49 (0,70) 35,26 (0,90) * entre parêntesis está o erro de maneira geral, as porcentagens de matéria orgânica foram altas para todas as amostras de solo. o ponto 3 apresentou a maior porcentagem de matéria orgânica. nos solos podem ser encontrados valores de ph variando de 3,0 a 10, com variação mais comum nos solos brasileiros entre 4,0 e 7,5, devido à grande atividade microbiana. desta forma, com exceção do ponto 1, pode-se ver que os valores normalmente encontrados coincidem com os valores encontrados para solos brasileiros [10]. os valores mais elevados para a ctcefetiva das amostras de solo foram observados nos pontos de amostragem 2 e 3 e os menores no ponto 4. a ctc é definida como a quantidade de cátions que um solo (ou constituintes do solo) pode reter nas suas cargas negativas [10]. as cargas negativas existentes nos ácidos húmicos e fúlvicos são originárias principalmente dos grupos carboxílicos e fenólicos, devido à presença de hidrogênios dissociáveis. a dissociação do hidrogênio deixa sítios negativos nas substâncias húmicas, os quais podem atrair outros cátions como ca+2, mg+2 e k+. o grau de dissociação depende do ph do meio [11]. os grupos funcionais ácidos carboxílicos e fenólicos são os principais responsáveis pelas interações que ocorrem entre os ácidos húmicos e moléculas orgânicas, tais como os pesticidas. as quantidades desses grupos nos ácidos húmicos variam de acordo com a natureza do material. vários modelos foram propostos para os mecanismos de adsorção de pesticidas no solo. a interação pode ser de natureza física ou química, conforme o pesticida adsorvido e as condições do meio, sendo que pode ocorrer, simultaneamente, mais de um mecanismo. o modo de dissipação de pesticidas pode ser através da proposição de mecanismos de interação com as substâncias húmicas da fração orgânica do solo. segundo senesi (1992), aqueles pesticidas que em solução estão na forma catiônica ou aqueles que se podem protonar sofrem adsorção via ligação ou troca iônica. esse mecanismo envolve grupos ionizáveis ou facilmente ionizáveis como os grupos carboxílicos e ou fenólicos das substâncias húmicas [12]. eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 111 111 as maiores porcentagens de mht foram encontradas nos pontos 3 e 2 e a menor porcertagem foi encontrada no ponto 4. isso pode ser observado na tabela 2. a concentração de carbono total variou de 2,87 g kg-1 (ponto 7) a 55,84 g kg-1 (ponto 2). na avaliação das características químicas dos solos devem ser considerados os grânulos de argila, silte, areia e material grosso. a análise granulométrica revelou que a fração areia predominou em todos os pontos e as outras frações ficaram divididas entre silte e argila. apenas o ponto 6 apresentou pedregulhos de tamanho médio e os pontos 2, 3 e 6 apresentaram pedregulhos finos em comum. os resultados das determinações granulométricas nos solos dos 9 pontos de coleta podem ser vistos na figura 2. figura 2 – porcentagem granulométrica das amostras de solo avaliadas. a tendência de aumento da ctc efetiva está relacionada ao teor de argila e silte (embora menor neste último devido à área superficial) e ao teor de mht. assim, verificou-se que um aumento no teor de argila associado a um aumento no teor de mht atua sinergeticamente na ctc, como pode ser observado na figura 3. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 25 c t c e fe ti v a ( m m m o l k g -1 ) % a rg ila% mht figura 3 – influência da fração argila e do teor de matéria húmica total na ctc das amostras de solo avaliadas. vale ressaltar que se trata de uma correlação grosseira, pois não foi feita uma classificação quanto ao tipo de argila, nem tampouco quanto ao teor de grupos carboxílicos e fenólicos presentes nos ácidos húmicos e fúlvicos. no entanto, essa tendência no comportamento da ctcefetiva é também observada na adsorção do herbicida no solo. onde há maior teor de argila e maior conteúdo de mht, há maior tendência em reter o herbicida, diminuindo sua disponibilidade no meio e, consequentemente, a probabilidade de lixiviação ou percolação até um corpo d’água fica minimizada. recuperação de glifosato no solo nas amostras de solo previamente calcinadas do campus 2 da universidade de são paulo, em são carlos – sp, foi adicionada uma solução preparada com hexametafosfato de sódio em água para remoção de silte e argila. esse teste foi realizado já que o teor de silte e argila interferem na adsorção do herbicida. da mesma forma o teor de matéria orgânica também pode afetar no processo de adsorção [13]. o teste foi realizado nessas condições, buscando uma recuperação máxima do herbicida, já que provavelmente pela eliminação da fração argila e silte, haveria pouca adsorção do gli na amostra. na figura 4, como ilustração, apresenta-se o cromatograma da amostra de solo calcinado do campus 2 com adição de 5 ml de gli a 1 mg l-1. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% p o r c e n ta g e m ( % ) . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pontos de coleta pedregulho grosso pedregulho médio pedregulho fino areia grossa areia média areia fina silte argila eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 112 112 figura 4 cromatograma de uma amostra de solo calcinado do campus 2 da universidade de são paulo com 737,6 µg l -1 de gli. a recuperação do gli foi de 119,17% e o coeficiente de variação de 0,14%. para a amostra de solo arenoso da fazenda, a recuperação diminuiu ligeiramente dentro dos limites de aceitação, já que as concentrações da fração inorgânica e orgânica interferiram no processo de adsorção. assim, a recuperação do gli para a amostra de solo arenoso foi de 102,25 % e o coeficiente de variação de 4,40%. na figura 5a apresenta-se o cromatograma da amostra de solo arenoso da fazenda com adição de 5 ml de gli a 1 mg l-1 e na figura 5b o cromatograma do padrão de gli. figura 5a cromatograma de uma amostra de solo arenoso de uma fazenda na região periférica de são carlos com 613,5 µg l -1 de gli. figura 5b – soluçãopadrão de gli com 300 µg l-1. eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 113 113 estudo de adsorção de gli nas amostras de solo todas as amostras foram submetidas aos testes de adsorção. adicionaram-se 5 ml de solução-padrão de gli a 1 mg l-1 às amostras. a suspensão assim formada permaneceu em repouso por 1 hora. o mesmo procedimento foi adotado usando a soluçãopadrão nas concentrações de 2 mg l-1 e 3 mg l-1. uma alíquota da suspensão previamente filtrada via filtro de seringa com membrana de 0,45 µm de diâmetro foi injetada no sistema hplc/uv. a adsorção foi calculada a partir da subtração da concentração obtida no preparo da solução padrão pela concentração encontrada após a suspensão ficar em repouso por 1 hora. a tabela 3 apresenta os valores de adsorção, fortificação, recuperação e coeficiente de variação. tabela 3 valores de adsorção, fortificação, recuperação e coeficiente de variação (cv) de gli nas amostras de solo avaliadas ponto de coleta adsorção (µg l -1 ) fortificação (mg l -1 ) recuperação (%) cv (%) 1 361 1 2 3 98,59 83,7 99,45 14,28 19,15 7,34 2 416 1 2 3 94,2 85,0 112,67 2,7 10,0 7,08 3 235 1 2 3 84,05 81,69 92,37 14,7 5,6 3,30 4 14 1 2 3 113,4 87,98 112,5 1,34 8,35 1,35 5 332 1 2 3 87,6 101,2 106,4 5,13 7,03 7,74 6 88 1 2 3 85,53 94,35 97,77 18,6 17,72 13,08 7 44 1 2 3 105,54 113,2 92,74 4,46 17,09 4,51 8 297 1 2 3 105,9 108,5 106,93 9,40 3,27 11,97 9 258 1 2 3 78,1 96,36 110,06 9,48 2,79 5,10 eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 114 114 as frações granulométricas mais importantes na recuperação do herbicida são silte e argila. essas partículas, de menor tamanho, apresentam maior potencial de adsorção do gli. segundo miles e moye (1988), a porcentagem de recuperação do gli diminui com o aumento da porcentagem de argila e matéria orgânica no solo. tal fato foi confirmado usando a técnica de hplc com detecção fluorimétrica [14]. sendo assim, é evidente que os valores de porcentagem de recuperação do gli estão relacionados à sua adsorção no solo. por se tratar de uma matriz heterogênea, o solo pode apresentar diferenças nas porcentagens de recuperação e, consequentemente, nos coeficientes de variação. para efetuar os cálculos das porcentagens de recuperação do gli nos três níveis de fortificação, foram descontados os valores de adsorção, pois a maioria dos pontos de amostragem apresentou valores significantes. a recuperação nas nove amostras de solo variou de 78,1 a 113,2% para o gli, sendo considerados em concordância com a faixa recomendada pela agência de proteção ambiental dos estados unidos (epa) [15]. além disso, observa-se que o método empregado possui boa precisão, porque o coeficiente de variação porcentual (cv) foi inferior a 20 % em todos os níveis de fortificação [16]. outro aspecto favorável do método proposto foi o desenvolvimento de uma metodologia analítica verde para determinação do gli em amostras ambientais de solo sem a etapa de “clean-up”, já que esta etapa pode diminuir a recuperação do gli, pois alguns autores utilizam técnicas como destilação, centrifugação e cromatografia preparativa em coluna aberta que são geralmente tediosas, requerendo grandes volumes de solventes orgânicos e apresentando pequena repetibilidade/reprodutibilidade em decorrência das várias etapas envolvendo o analito [15]. o presente trabalho sugeriu a determinação de gli no solo via uma metodologia analítica verde eliminando as etapas de “clean up”, que geralmente são inviáveis devido ao uso de grandes quantidades de solventes orgânicos nas mais variadas formas de extração. outra vantagem deste método foi o uso de um tampão fosfato como fase móvel utilizada nas condições cromatográficas que após um simples tratamento pode ser facilmente descartado, ao contrário da maioria dos solventes orgânicos que, devido a sua toxicidade, podem causar danos à saúde humana e ao ambiente. assim, no método ora proposto, contemplaram-se diretamente os princípios 3, 4, 5, 8 e 10 da química verde que estão relacionados com (3) reações com compostos de menor toxicidade; (4) desenvolvimento de compostos seguros; (5) diminuição do uso de solventes e auxiliares; (8) prevenção da formação de derivados e (10) desenvolvimento de compostos degradáveis [17]. por se tratar de uma matriz heterogênea, o solo pode apresentar diferenças nas porcentagens de recuperação e consequentemente nos coeficientes de variação. portanto, torna-se necessário um estudo elaborado da adsorção do gli no solo para avaliar a influência da fração inorgânica, matéria orgânica e de outros fatores tais como: umidade, ph do solo e quantidade de substâncias húmicas que interferem na recuperação do gli. conclusões o presente trabalho sugere a determinação de glifosato em solos eliminando as etapas de extração e “clean up”, que geralmente são inviáveis devido ao uso de grandes quantidades solventes orgânicos nas mais variadas formas de extração. outra vantagem deste método foi o uso de um tampão fosfato como fase móvel utilizada nas condições cromatográficas que, após um simples tratamento, pode ser facilmente descartado, ao contrário da maioria dos solventes orgânicos que devido a sua toxicidade podem causar danos à saúde humana e ao ambiente. o glifosato pode ser adsorvido tanto às argilas como à matéria orgânica do solo, devido a fatores como: troca de ligantes com os óxidos de ferro e alumínio e ligações de hidrogênio formadas entre o glifosato e as substâncias húmicas presentes no solo, sendo sua recuperação normalmente baixa. a recuperação nas amostras coletadas nos nove pontos variou de 78,1 a 113,2%, sendo estes resultados considerados de acordo com os que se encontram na faixa de recuperação, recomendados pela epa. observou-se que o método empregado eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 115 115 possui boa precisão, porque o coeficiente de variação é inferior a 15 % em quase todos os níveis de fortificação, não sendo apenas nos pontos 1, 6 e 7 em um único nível de fortificação. por se tratar de uma matriz heterogênea, o solo pode apresentar diferenças nas porcentagens de recuperação e, consequentemente, nos coeficientes de variação. os valores de ld e lq, relativos ao equipamento nas condições analíticas utilizadas foram 3,3 e 10 µg l-1, respectivamente. já os valores de ld e lq relativos ao método foram, respectivamente, de 9,93 e 30,1 µg l-1. isso indica que o método está adequado para detectar e quantificar o herbicida em baixos níveis de concentração. agradecimentos os autores agradecem ao engenheiro ms. oscar dos santos neto, do laboratório de mecânica dos solos, do departamento de geotecnia da eesc-usp, por ajudar nos ensaios granulométricos. referências [1] o. p. amarante junior, t. c. r. santos, n. m. brito, and m. l. ribeiro, “glifosato: propriedades, toxicidade, usos e legislação,” química nova, vol. 25, no. 4, pp. 589–593, 2002. 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[10] b. v. raij, h. cantarela, j. a. quaggio, and a. m. c. furlani, recomendações de adubação e calagem para o estado de são paulo. campinas: instituto agronômico & fundação iac, 1996, p. 285. eclética química, vol. 40, 106-116, 2015. 116 116 [11] l. r. m. toni, h. s. santana, and a. m. zaia, “adsorção de glifosato sobre solos e minerais,” química nova, vol. 29, no. 4, pp. 829–833, 2006. [12] n. senesi, “binding mechanisms of pesticides to soil humic substances.,” the science of the total environment, vol. 123–124, pp. 63–76, aug. 1992. [13] e. m. vieira, a. g. s. do prado, m. d. landgraf, and m. o. de o. rezende, “estudo da adsorção/dessorção do ácido 2,4 diclorofenoxiacético (2,4d) em solo na ausência e presença de matéria orgânica,” química nova, vol. 22, no. 3, pp. 305–308, 1999. [14] c. j. miles and h. a. moye, “extraction of glyphosate herbicide from soil and clay minerals and determination of residues in soils,” journal of agricultural and food chemistry, vol. 36, no. 3, pp. 486–491, may 1988. [15] epa, “soil screening guidance: technical background document table of contents.” . [16] m. ribani, c. b. g. bottoli, c. h. collins, and i. c. s. f. jardim, “validação em métodos cromatográficos e eletroforéticos,” química nova, vol. 27, no. 5, pp. 771–780, 2004. [17] a. g. corrêa and v. g. zuin, química verde fundamentos e aplicações. são carlos: edufscar, 2009, p. 171. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 02 | eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 16 avaliação do efeito da irradiação micro-ondas no caldo de cana-de-açúcar como tratamento preliminar para produção de açúcar e etanol josé waldir de sousa filho 1 , marlei barboza pasotto 1, nelson diniz velasco 2 , mônica hitomi okura 1 ____________________________________________________________________________ abstract: the use of non-thermal irradiation technologies such as microwave may simplify the process of sugarcane juice clarification. thus, the aim of this study was to purify sugarcane juice by microwave radiation in order to produce sugar and ethanol. the results were submitted to analysis of variance (anova) followed by tukey test with significance level 0.05. as regards the original and processed material it was analyzed for: turbidity, color, total soluble solids (brix) and ph, as well as microbiologically. the results showed that the microwave in the tested conditions did not promote the sugarcane juice clarification and, also, it had a significant increase in ° brix. keywords: clarification, sugarcane juice, microwave. 1 programa de mestrado profissional em inovação tecnológica, universidade federal do triângulo mineiro, 38064-200 uberaba – mg, brasil. 2 departamento de engenharia química, universidade de uberaba, 38055-500 uberaba – mg, brasil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 17 17 introdução a indústria sucroalcooleira tem como produtos duas commodities que são relevantes para a balança comercial brasileira – açúcar e etanol. o açúcar como produto alimentício tem marcante papel na história do brasil. o etanol, por ser um combustível oriundo de fontes renováveis de energia, é um produto da nova era da sustentabilidade, sendo reconhecido pelas vantagens ambientais, sociais e econômicas; no brasil a matéria-prima predominante é a cana-de-açúcar (melquiades et al., 2012). a busca por redução de custo e aumento de produtividade no processo industrial para produção de combustíveis renováveis tem sido foco da inovação tecnológica no setor sucroalcooleiro (alkasrawi; jrai; al-muhtaseb, 2013). a necessidade de prover a sustentabilidade da produção de etanol da cana-de-açúcar tem sido intensificada no brasil para otimizar o processo com relação aos resíduos e subprodutos, proporcionando ganhos ambientais (moraes et al., 2013). além disso, o etanol se faz presente como um biocombustível com potencial para reduzir os efeitos no aquecimento global, uma vez que a mitigação na emissão de gases de efeito estufa se tornou objeto de importância mundial devido aos efeitos na alteração climática (sun; fujimoto; minowa, 2013). a indústria sucroalcooleira utiliza métodos de purificação para obter o produto final. o processo de clarificação do caldo de cana durante a produção do açúcar e álcool é realizado utilizando-se um ou mais agentes químicos como leite de cal e anidrido sulfuroso; envolve aquecimento, decantação e filtração a vácuo do resíduo decantado (nogueira; venturini filho, 2007). dessa maneira, apresenta-se como um processo trabalhoso, que requer insumos, mão de obra e necessita de equipamentos específicos para cada etapa do tratamento. nesse contexto, a inovação dos métodos de tratamento do caldo de cana-de-açúcar é substancial para reduzir custo, otimizar a produção e não fomentar a geração de produtos danosos ao meio ambiente. nesse ínterim justifica a purificação do caldo por métodos de irradiação, não térmicos, como as microondas. a irradiação micro-ondas cobre a região do espectro eletromagnético entre 1 mm e 1 m (teixeira et al., 2010). é classificada como agente não térmico de transmissão de calor, diferindo dos mecanismos usuais – condução, convecção e radiação como os raios infravermelhos. com isso, é um processo seletivo para o tratamento de sucos, permitindo a manutenção de características como odor e sabor. tem como substratos ideais as moléculas polares que são excitadas e acabam por romper suas ligações (cavicchioli; gutz, 2003). é uma alternativa que não gera resíduos, possui alta eficiência na redução do número de microrganismos e apresenta potencial para clarificar o caldo, reduzindo a turbidez e a coloração e conservando o teor de sacarose, principal objetivo do tratamento. dessa forma, os objetivos desse trabalho são purificar o caldo de cana-de-açúcar utilizando irradiação micro-ondas para produção de açúcar e etanol, além de identificar as melhores condições de operação – para ampliação de escala – pelo monitoramento dos parâmetros potência e tempo de exposição. setor sucroalcooleiro a preocupação sobre a garantia no suprimento de petróleo e o negativo impacto que os combustíveis fosseis causam ao meio ambiente, particularmente a emissão de gases de efeito estufa, têm aumentado a pressão da sociedade pela busca de combustíveis renováveis (hanh-hängerdal et al., 2006). nesse contexto, o interesse global na produção e consumo de biocombustíveis – principalmente etanol e biodiesel – vem crescendo desde a virada do século (walter et al., 2010). em parte, esse interesse foi causado por preocupações ambientais devido à necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa (balat; balat; öz, 2008; furtado; scandiffio; cortez, 2010). além da mitigação de emissões de carbono, a segurança energética e o desenvolvimento da agricultura são os principais condutores desse projeto bioenergético (triana, 2011). a conversão de biomassa em biocombustível representa uma importante opção tanto para exploração de fontes alternativas de energia como eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 18 18 para a redução de gases poluentes, tais como dióxido de carbono (co2), óxidos de nitrogênio (nox) e enxofre (sox) (ghorbani et al., 2010). biocombustíveis são originários de óleos vegetais, beterraba, cereais, resíduos orgânicos e processamento de biomassa (balat; balat; öz, 2008). o combustível renovável mais comum hoje é o etanol, derivado de culturas como milho (amido) e cana-deaçúcar (sacarose). quando o etanol é produzido seguindo essa rota, ele é classificado como biocombustível de primeira geração (gray; zhao; emptage, 2006; hanh-hängerdal et al., 2006; singh; bishnoi, 2012). todavia, a produção de etanol pode incluir outra fonte mais ampla de materiais com alto teor de lignina e celulose, como gramíneas perenes e resíduos agrícolas, lascas de madeira, cascas, ramos ou coprodutos como bagaço. estas fontes são a base de biocombustíveis de segunda geração. à primeira vista, biocombustíveis de segunda geração são muito promissores, no entanto, a via tecnológica para atingir os açúcares incorporados na celulose é muito complexa e o custo ainda é restritivo para a implementação destas tecnologias em escala comercial (triana, 2011). o açúcar tem sido utilizado por séculos na produção de alimento; não somente como adoçante, mas também como ingrediente que confere cor, sabor e textura aos alimentos. a produção de açúcar no mundo é oriunda 70% de cana-de-açúcar e 30% de beterraba; na europa esse percentual é de 98% vindo da beterraba. na produção de açúcar bruto a partir de cana-de-açúcar, a sacarose é transformada a partir da forma solúvel na forma de cristais. esse processo envolve as seguintes etapas: colheita de cana-deaçúcar, extração, purificação do sumo bruto, concentração e cristalização de sacarose (wojtczak; biernasiak; papiewska, 2011). tratamento do caldo quantitativamente, o caldo de cana é constituído basicamente por água (80%) e sólidos totais dissolvidos (20%). dos sólidos totais destacam-se os açúcares: sacarose (17%), glicose (0,4%) e frutose (0,2%); os não açúcares orgânicos, constituídos por substâncias nitrogenadas, gorduras, ceras, pectinas, ácidos orgânicos e matérias corantes; e os não açúcares inorgânicos, representados pelas cinzas (oliveira et al., 2007). oliveira et al. (2007) destacam que, por conter nutrientes orgânicos e inorgânicos, alta atividade de água, ph entre 5,0 e 5,5 e manter-se na temperatura de 25 a 30 °c, o caldo de cana constitui-se em ótimo substrato para o crescimento de grande e diversificada microbiota. os microrganismos mais importantes em associação com o caldo são essencialmente aqueles oriundos do solo e dos vegetais, dentre os quais se destacam os fungos filamentosos e leveduriformes, e as bactérias lácticas e esporuladas. nas usinas, antes de ser levado às dornas de fermentação para produção do álcool ou aos cristalizadores para produção do açúcar, o caldo é direcionado ao pré-tratamento, que é um conjunto de etapas que culminam com a sua clarificação, removendo impurezas e substâncias nocivas ao processo (araújo, 2007). a clarificação do caldo de cana-de-açúcar ocorre por coagulação, floculação e precipitação dos coloides e de substâncias pigmentadas, que são eliminadas posteriormente por decantação e filtração. floculação pode ser dirigida por mudança de ph, utilizando reagentes químicos, ou através de aquecimento (prati; moretti, 2009). os principais objetivos do processo de clarificação de remover coloides e partículas em suspensão, remover impurezas e aumentar o ph do caldo para minimizar a inversão da sacarose durante as etapas subsequentes do processo; incremento da pureza; separação dos não açúcares; separação de matérias estranhas como a terra, bagacilhos finos e outras substâncias solúveis que sejam prejudiciais e produzir um caldo limpo (doherty, 2011; oliveira et al., 2007). a indústria do açúcar precisa encontrar métodos eficientes para clarear o caldo de cana-de-açúcar bruto, a fim de melhorar a qualidade do caldo clarificado e para reduzir ou eliminar o uso de produtos químicos. clarificadores convencionais usam equipamentos pesados que conduzem a altos custos operacionais e a problemas ambientais associados (jegatheesan et al., 2008). a clarificação do caldo tem grande impacto no processo industrial, principalmente nos coeficientes de eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 19 19 transferência de calor nos evaporadores, na cristalização do açúcar, no rendimento do açúcar cru e na qualidade do refino (eggleston; grisham; antoine, 2009). a figura 3 traz a representação do tratamento convencional do caldo de cana-de-açúcar. figura 1 fluxograma do tratamento convencional do caldo micro-ondas jones et al. (2001) evidenciam que desde a segunda guerra mundial tem havido grande desenvolvimento tecnológico no uso de micro-ondas para aplicações de aquecimento, pois, após esse período, percebeu-se que micro-ondas tem o potencial de prover rápida energia para aquecer os materiais. souza e miranda (2011) destacam que a tecnologia de irradiação de micro-ondas começou a ser desenvolvida na década de 40, possuindo um campo de aplicação bastante restrito, sendo utilizada principalmente na indústria de alimentos e polímeros. menéndez (2009) acrescenta que, curiosamente, as aplicações industriais de micro-ondas foram iniciadas através dos fornos domésticos de micro-ondas. micro-ondas estão entre a radiação infravermelha e as rádio-ondas na região do espectro eletromagnético. mais especificamente, são definidas como ondas com comprimento de onda entre 0,001 e 1 m que possuem frequência correspondente entre 300 e 0,3 ghz (appels et al., 2012; dong-liang et al., 2008; menéndez, 2009; zielinski et al., 2007; zielinski; zielinska; debowski, 2012). de acordo com eskicioglu et al. (2007), microondas domésticos e geradores de micro-ondas industriais são geralmente operados na frequência de 2,45 ghz com comprimento de onda correspondente de 12,24 cm e energia de 1,02 x 10 -5 ev. já dongliang et al. (2008) apontam que, para fins industriais, as duas frequências mais comuns utilizadas são 0,915 e 2,45 ghz. diferente dos tratamentos térmicos convencionais, em que calor lentamente penetra nas amostras através dos mecanismos de transferência de calor, a irradiação por micro-ondas utiliza energia eletromagnética para gerar calor que pode penetrar profundamente nas amostras (dong-liang et al., 2008). a energia de micro-ondas é transferida diretamente aos materiais através das suas interações moleculares com o campo eletromagnético. aquecimento por micro-ondas é a transferência de energia eletromagnética em energia térmica (chandrasekaran;ramanathan; basak, 2013). a transformação da energia em calor ocorre simultânea e uniformemente ao longo de todo o volume do material quando se utiliza micro-ondas. a ação do campo elétrico da frequência de micro-ondas – que conduz ao aumento da temperatura em algumas eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 20 20 substâncias – é derivado das características dielétricas, ou seja, sua capacidade de conduzir eletricidade (zielinski; zielinska; debowski, 2012). aqueles materiais que absorvem irradiação microondas são portanto chamados de dielétricos (tahmasebi et al., 2011). a extensão do aquecimento dielétrico é uma propriedade específica do material, que pode ser utilizada para ativar seletivamente sítios catalíticos específicos. assim, as taxas de aquecimento muito mais elevadas podem ser atingidas com relação a quaisquer outros métodos e o aquecimento localizado oferece benefícios para o controle de processo (krech et al., 2013). frequência, concentração, tempo de exposição e penetração da radiação são os principais fatores das micro-ondas que causam impacto no material dielétrico (appels et al., 2012). os materiais podem ser classificados como absorvedores, condutores e isolantes de energia (tahmasebi et al., 2011). aqueles que interagem com as micro-ondas para produzir calor são chamados de absorventes de micro-ondas, ou materiais com alta perda dielétrica. enquanto alguns materiais não possuem fatores que permitam a absorção de energia – são transparentes para micro-ondas, ou com baixa perda dielétrica. excelentes absorvedores de microondas são alguns óxidos inorgânicos e muitos materiais carbônicos. por outro lado, os condutores elétricos refletem as micro-ondas, também denominados de opaco (chandrasekaran; ramanathan; basak, 2013; krech et al., 2013; menéndez, 2009; souza; miranda, 2011). outros fatores também afetam as micro-ondas, são eles: design, tamanho e geometria do forno; umidade, densidade e composição da amostra (chandrasekaran;ramanathan; basak, 2013). comparado com os métodos térmicos convencionais, a irradiação micro-ondas têm muitas vantagens, tais como: não contato com a fonte de calor, transferência de energia e não de calor, rápido aquecimento, seletividade do material a ser aquecido, aquecimento de grandes volumes, início e cancelamento rápido, aquecimento do interior da amostra e alto nível de segurança e automação na operação (menéndez, 2009). metodologia matéria-prima o caldo de cana-de-açúcar in natura foi obtido comercialmente na cidade de uberaba – mg proveniente da safra de 2013. após extração, o caldo foi filtrado e acondicionado em vidros previamente esterilizados, sendo armazenados à temperatura de 15° c para conservação. em todos os experimentos o volume utilizado foi de 50 ml. delineamento experimental para o delineamento experimental deste trabalho, foi utilizado o inteiramente casualizado com 4 repetições no esquema fatorial 3x3. foram analisados dois fatores – potência e tempo de exposição. tendo três níveis de variação cada um, foi atribuído (-1) para o menor nível e (+1) para o maior. os dados foram submetidos à análise de variância, com o uso do teste f, que satisfizeram as pressuposições de independência, homocedasticidade e normalidade, seguido do teste de tukey. o software utilizado para análise dos dados e para elaborar a matriz do planejamento experimental fatorial com pontos centrais, foi o statistica 8.0 (stat-soft, tulsa, ok, usa). a homocedasticidade foi verificada pelo teste de levene, enquanto a normalidade pelo teste de kolmogorov-smirnov. para os dados que indicaram violação desses critérios para o uso da anova foi utilizado o procedimento de transformação de dados; para as análises que continuaram a violar os critérios para anova foi utilizado análise de variância não paramétrica, com a utilização do teste de kruskallwallis. para os casos em que o teste f apresentou significância, foi verificada a ocorrência de interação entre os fatores. o nível de significância adotado em todos os testes foi de 5%. unidade experimental – micro-ondas o equipamento utilizado na pesquisa foi um forno micro-ondas caseiro convencional, marca brastemp maxi, modelo bms35abhna 30 l, eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 21 21 dimensões externas de altura, largura e profundidade de 300 x 539 x 420 mm. possui potência variando de 0 a 900 w. procedimento experimental as metodologias empregadas para as análises de turbidez, sólidos solúveis (°brix), ph, e cor no caldo de cana-de-açúcar, descritas em consecana (2006), foram baseadas nos métodos recomendados pela icumsa international commission for uniform methods of sugar analysis. no experimento laboratorial, foram realizadas análises físico-químicas e microbiológicas do caldo clarificado pelo método de micro-ondas. o caldo de cana-de-açúcar in natura foi analisado seguindo as mesmas metodologias do caldo clarificado. sólidos solúveis totais (°brix) °brix é uma escala de graduação centesimal que corresponde ao teor de sacarose em soluções puras. em se tratando de caldo de cana, que é uma solução impura de sacarose por conter outros sólidos dissolvidos, o teor de sacarose é aparente. grau brix corresponde, em termos práticos, à porcentagem em massa de sólidos solúveis no caldo (consecana, 2006). esta análise é essencial para expressar os resultados, pois permite que comparações sejam feitas sem possíveis influências de diluição ou concentração. as análises foram realizadas em refratômetro de bancada da instrutherm modelo rta 100. determinação de ph a leitura do ph foi realizada em phmetro digital hanna instruments brasil modelo ph 21. o equipamento foi calibrado com soluções de calibração de ph 4,01 e 10,01. determinação de turbidez por definição, turbidez é a interferência à passagem da luz através da água, causada por partículas insolúveis de solo, matéria orgânica, microrganismos e outros materiais, que desviam e/ou absorvem os raios luminosos que penetram na água (magalhães; ferreira; moretti, 2009). a medida da turbidez fornece uma ideia da eficiência da separação do material insolúvel e coloidal presente no caldo de cana-de-açúcar. maior intensidade de dispersão da luz representa maior turbidez. a leitura da turbidez dos caldos de cana-de-açúcar foi realizada em turbidímetro hanna instruments brasil modelo hi 93703. a unidade para turbidez é dada em unidades nefolométricas de turbidez (ntu). determinação do índice de cor icumsa no setor sucroalcooleiro, a análise de cor é de grande importância econômica, haja vista que o melhor preço é conseguido para açúcares com menor valor de cor. quanto mais baixo esse índice, mais claro ou mais branco é o açúcar. a medida de cor icumsa é a expressão do índice de absorbância de uma solução açucarada multiplicada por 1.000. o caldo de cana é primeiramente diluído a 1 °brix. a leitura da absorbância foi realizada em espectrofotômetro biospectro modelo sp-220 luz uv e visíveis faixa 200 a 1000 nm, com cubeta de quartzo de 1 cm a 420 nm, tendo água destilada como branco. determinação número de microrganismos – fungos e bactérias os métodos pour plate – ou semeadura por derramamento, disseminação ou método em profundidade – e spread plate – ou espalhamento – são métodos de contagem em placas. o método pour plate é aquele em que o meio nutritivo, ágar, é mantido no estado líquido a 50 °c, e é derramado sobre a placa de petri contendo a amostra que é então misturada ao meio lentamente. dessa forma, o microrganismo se desenvolve por todo o meio de cultura (tortora; funke; case, 2010). essa técnica pode ser realizada para se obter colônias isoladas ou para contagem de colônias em placa determinando o número de ufc (unidades formadoras de colônias) (okura; rende, 2008). a amostra original é submetida a uma série de diluições para reduzir suficientemente a população microbiana para obter colônias separadas quando plaqueadas (willey; sherwood; woolverton, 2008). os experimentos realizados foram para análise de fungos e bactérias. para contagem de fungos foi utilizado o método spread plate tendo como meio de cultura o pda – potato dextrose ágar – e para eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 22 22 contagem de bactérias os dois métodos spread e pour plate, utilizando meio de cultura – pca – plate count ágar. resultados e discussão para °brix, ph e cor, que apresentaram distribuição normal, é possível realizar anova. embora a normalidade da variável dependente seja um requisito, os testes f realizados na anova são robustos em relação a essa pressuposição (callegari-jacques, 2003; hair et al., 2009). assim, pode-se realizar análise de variância para comparar as médias dessas variáveis, ainda que suas distribuições se desviem da normal, mas desde que o pressuposto de homogeneidade de variâncias seja também observado. as variáveis que apresentaram homogeneidade de variâncias foram: °brix e ph. como as demais variáveis não atenderam aos pressupostos – normalidade e homogeneidade de variância – utilizou-se o teste não paramétrico de kruskal-wallis. análises físico-químicas °brix figura 2. média °brix x tratamentos o efeito dielétrico provocado pelas micro-ondas em moléculas polares como a água ocasiona o aquecimento dos materiais e a evaporação quando se excede a temperatura de ebulição da substância. o °brix, sendo a razão entre a quantidade de açúcar e a massa da solução, tem seu valor elevado pela evaporação da água, consequentemente concentrando o caldo. de acordo com a tabela 1, o tratamento por micro-ondas eleva a temperatura de amostra tanto com a potência quanto para o tempo de exposição. com base nos dados apresentados nas potências 600 e 900 w, o °brix aumenta com tempo de exposição às micro-ondas, conforme figura 2. dessa forma, esses tratamentos não são indicados para clarificação do caldo de cana-de-açúcar, haja vista, que promovem a concentração do suco. e, como o intuito é manter o °brix próximo ao valor inicial – 21,1 –, os tratamentos que atenderam esse quesito e que não possuem 21,1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 °b ri x tratamentos in natura °brix eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 23 23 diferenças significativas entre si, são 1, 3 e 7, sendo que 1 e 3 são correspondentes à potência de 300 w e tempos respectivos de 1 e 3 min, enquanto o tratamento 7 refere-se à 900 w e 1 min. experimentos potência (w) tempo de exposição (min) variação temperatura da amostra (°c) 1 300 1 41 2 300 2 69,7 3 300 3 81,2 4 600 1 75,8 5 600 2 84 6 600 3 89,5 7 900 1 87,2 8 900 2 88 9 900 3 93,7 tabela 1. variação temperatura da amostra após tratamento por micro-ondas ph o ph no caldo in natura foi de 5,07. de acordo com a figura 3, o tratamento com a potência de 900 w foi o único que apresentou queda do ph com aumento do tempo de exposição. essa acidificação da amostra pode ser devida à degradação de compostos, o que necessita de mais estudos para determinação das moléculas que estão sofrendo alterações. para as outras potências não houve uniformidade na variação do ph. dessa forma, não se observa uma relação entre essas potências e seus respectivos tempos de exposição e o ph do caldo submetido a micro-ondas. figura 3. média ph x tratamentos 5,07 0 2 4 6 8 10 12 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p h tratamentos in natura ph eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 24 24 cor o índice de cor do caldo in natura foi de 216,1. como um dos objetivos da clarificação é a obtenção de um caldo com coloração reduzida, os tratamentos com menor índice de cor são os mais indicados. de acordo com a figura 4, o tratamento 5 – 600 w e 2 min – foi o que apresentou o menor índice de cor, sendo estatisticamente diferente somente dos tratamentos 3 e 4. o tratamento 3 corresponde à combinação de potência e tempo respectivamente de 300 w e 3 min e o tratamento 4 de 600 w e 1 min. apenas com a variável cor não se pode concluir estatisticamente qual combinação potência e tempo é a melhor para a clarificação. figura 4. média cor x tratamentos turbidez figura 5. média turbidez x tratamentos 216,1 0 50 100 150 200 250 300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 c o r tratamentos in natura color 1092 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 tu rb id e z tratamentos in natura turbidity eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 25 25 a turbidez do caldo in natura foi de 1.092 e um dos objetivos da clarificação do caldo de cana-deaçúcar é a redução do valores de turbidez. com isso, de acordo com a figura 5, os tratamentos mais indicados seriam 1 e 2 com potência comum de 300 w e tempo de exposição de 1 min e 2 min, respectivamente. como não há significativa diferença estatística entre os tratamentos, com exceção do tratamento 9, não se pode concluir somente pela variável turbidez qual seria o melhor tratamento para a clarificação do caldo de cana-de-açúcar. análises microbiológicas no caldo in natura não foi identificada contaminação por fungos. de acordo com a figura 6, nos tratamentos 1, 2, 7 e 9 houve contagem de colônias de fungos, com isso deduz-se que a contaminação se deu durante o experimento em laboratório. de maneira geral, não há diferença estatística entre os tratamentos. figura 6. média fungos x tratamentos de acordo com as figuras 7 e 8, as bactérias aeróbias facultativas (pour) foram eliminadas nos tratamentos 5 e 6, ambos com 600 w de potência e, respectivamente, 2 e 3 min de tempo de exposição, enquanto as aeróbias (spread) foram eliminadas no tratamento 6. como o intuito é a esterilização parcial ou total do caldo, haja vista que o log bactérias inicial foi de 7,43 o tratamento por micro-ondas pode ser utilizado para clarificação do caldo de cana-deaçúcar, uma vez que diminuem consideravelmente o número de bactérias no caldo. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 003 002 000 000 000 000 001 000 001 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lo g fu n go s tratamentos log in natura log fungos eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 26 26 figura 7. média log bactérias (pour) x tratamentos figura 8. média log bactérias (spread) x tratamentos discussão das análises físico-químicas e microbiológicas nos tratamentos de acordo com a tabela 2, o tratamento 5 apresentou as melhores condições para o tratamento do caldo por micro-ondas. esse tratamento corresponde à potência de 600 w e tempo de exposição de 2 min, em que, em relação ao caldo in natura, a variação do °brix foi insignificante, o ph sofreu redução significativa, a cor e a turbidez não apresentaram variação significativa, não há contaminação por fungos e por bactérias aeróbias e, em relação às facultativas, houve contaminação mas sem relevância estatística. 7,43 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lo g b ac te ri as ( p o u r) tratamentos log in natura log bacterias (pour) 7,43 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lo g b ac te ri as ( sp re ad ) tratamentos log in natura log bacterias (spread) eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 27 27 variável in natura tratamento 5 °brix 21,1 22,7 ph 5,07 4,92 turbidez 1092 1210 cor 216,1 203,8 log fungos 0 0 log bactérias (pour) 7,43 0 log bactérias (spread) 7,43 0,91 tabela 2. composição caldo de cana-de-açúcar in natura e tratamento 5 com relação ao parâmetro °brix para o tratamento 5, não houve alteração significativa, no entanto, para os demais tratamentos com o aumento do tempo de exposição e da potência aplicada, diretamente ligada à temperatura, houve aumento significativo. resultado que está de acordo com o encontrado no trabalho com aquecimento de pasta de maçã (gerard; roberts, 2004); em estudo para desidratação de abacaxi (botha; oliveira; ahrné, 2011); em descongelamento de bordo (aider; halleux, 2007); sobre os efeitos das micro-ondas em sucos de romã e amoras pretas em que houve aumento significativo no °brix deixando esses sucos concentrados (fazaeli; yousefi; emam-djomeh, 2011); com pasteurização de maçãs por micro-ondas (cañumir et al., 2001); e com concentração por evaporação de suco de romã por micro-ondas, sendo que houve aumento significativo no °brix de 20 a 65 ° (maskan, 2004). o ph sofreu redução significativa, não tendo sido encontrado um paralelo na literatura. no entanto, houve redução não significativa do ph no trabalho com pasteurização de maçãs por micro-ondas (cañumir et al., 2001). a cor não sofreu alteração significativa para o tratamento 5, resultado também verificado em desidratação de cascas de cítricos (ghanem et al., 2012); em descongelamento de bordo por micro-ondas (aider; halleux, 2007). mas nos tratamentos com maiores tempos de exposição e também os com potência de 600 w e 900 w houve aumento da coloração. esse aumento de cor também foi encontrado em trabalhos com sucos de maçã (cañumir et al., 2001); com suco de romã (maskan, 2004); com o escurecimento da fruta kiwi por secagem por micro-ondas (maskan, 2000); e em estudo para desidratação de abacaxi (botha; oliveira; ahrné, 2011). de forma geral, houve aumento da turbidez do caldo tratado em relação à turbidez do caldo in natura. houve aumento significativo da turbidez com a elevação da temperatura causada pelo tratamento com micro-ondas tendo como substrato pasta de maçã (gerard; roberts, 2004). quanto às análises microbiológicas, a tecnologia por micro-ondas se mostrou eficiente na redução no número de microrganismos. outros autores também verificaram essa capacidade de inativação como efetiva esterilização de escherichia coli 25922 em cidra de maçã com micro-ondas em fluxo contínuo (gentry; roberts, 2004); redução de saccharomyces cerevisiae e lactobacillus plantarum em suco de maçã (tajchakavit; ramaswamy; fustier, 1999); com pasteurização de sucos de maçãs por micro-ondas sendo eficiente na inativação de e. coli (cañumir et al., 2001). pode-se concluir que micro-ondas, apesar de não ser um tratamento que promova a redução da cor e da turbidez de forma significativa, é uma forma de clarificação do caldo de cana de açúcar que requer um pré-tratamento do caldo como, por exemplo, a decantação com o uso de polieletrólitos eliminando a calagem e a sulfitação do processo de clarificação. como há aumento do °brix com a potência e o tempo de exposição, é evidente que está ocorrendo a concentração do caldo o que pode indicar que microondas pode ser utilizado para concentrar o caldo antes dos cristalizadores. eclética química, vol. 40, 16-31, 2015. 28 28 conclusão o tratamento do caldo de cana-de-açúcar por micro-ondas não promoveu a redução da cor e da turbidez de forma significativa, além de promover o aumento do °brix, o que acarreta perdas no processo produtivo. para ser utilizado para clarificação do caldo de cana de açúcar, micro-ondas necessita de um prétratamento do caldo como, por exemplo, a decantação com o uso de polieletrólitos eliminando a calagem e a sulfitação do processo de clarificação. dessa forma, não é um método alternativo para substituir a clarificação convencional do caldo de cana-de-açúcar para produção de açúcar e etanol. referências 1. melquiades, f.l. et al. direct determination of sugar cane quality parameters by x-ray spectrometry and multivariate analysis. journal of agricultural and food chemistry, campinas, p. 10755-10761. 05 out. 2012. 2. alkasrawi, m.; jrai, a. a.; al-muhtaseb, a. h.. simultaneous saccharification and fermentation process for ethanol production from steam-pretreated softwood: recirculation of condensate streams. chemical engineering journal, muscat, 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izabel cristina piloto ferreira departamento de análises clinicas – universidade estadual de maringá, 87020-900 – maringá – pr, brasil andrey@ufpa.br resumo ______________________________________________________________________________ policetídeos isolados de penicillium herquei. neste trabalho estamos portando o isolamento dos policetídeos citreoserina (1), emodina (2), janthinona (3), dihidrocitrinona (4) e citrinina h-1 (5). os compostos foram isolados por procedimentos cromatográficos e identificados por métodos espectrais de rmn 1d e 2d e em. os compostos 1, 2 e 3 foram testados sobre promastigotas de leishmania brasiliensis. palavras chaves: policetídeos, penicillium, atividade leishmanicida introdução a busca de substâncias com atividades biológicas úteis ao homem é um dos campos mais estudados na ciência como um todo, seja em nível acadêmico como até mesmo em indústrias farmacêuticas, agroquímicas, entre outras. existe sempre a necessidade de se renovar o arsenal de compostos ativos, devido os parasitas adquirir resistência as drogas já existentes no mercado e também devido ao aparecimento de novas doenças. www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 39 os fungos são bons produtores de metabólitos secundários, muitos com atividade biológica útil [1-4]. os fungos endofíticos geralmente produzem substâncias com alguma atividade biológica, onde estas podem ajudar a planta hospedeira no combate a infestações por outros fungos, vírus e bactérias [5,6]. por esta razão é de grande importância o estudo das atividades biológicas de substâncias produzidas por fungos endofíticos. neste trabalho estamos reportando o isolamento de cinco policetídeos dos extratos de p. herquei as antraquinonas citreoroseina (1), emodina (2) e janthinona (3), diidrocitrinona (4) e citrinina h-1 (5). foram ainda realizados ensaios leihmanicidas com as substâncias 1, 2 e 3 frente as formas promastigota de leishmania brasiliensis. materias e métodos procedimentos gerais o espectro de iv foi medido em um espectrofotômetro bomen mb-102 em pastilha de kbr. os dados de apcims foram adquiridos no modo negativo usando um instrumento micromass quattro-lc equipado com uma fonte de íons esi/apci do tipo “z-spray”. os experimentos de rmn 1h e 13c foram obtidos em um espectrômetro bruker drx-400 em cdcl3 com tms como padrão interno. micro-organismo p. herquei foi obtido de uma coleção do laboratório de bioquímica micromolecular de microorganismos do departamento de química da universidade federal de são carlos. esta coleção contém isolados de melia azedarach [7]. cultura de p. herquei em arroz e isolamento dos policetídeos. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 40 quarenta e cinco fracos de erlenmeyer (500 ml), contendo 90g de arroz ("uncle been’s") e 75 ml de água destilada por frasco, foram autoclavados por 45 min a 121 °c. pequenos cubos de meio bda contendo o micélio de p. herquei foram adicionados em 42 frascos de erlenmeyer sob condição estéril. três frascos foram utilizados como controle. após 20 dias de crescimento a 25 °c a biomassa obtida foi macerada com diclorometano, acetato de etila e metanol. da fase diclorometânica, após sucessivos fracionamentos em coluna cromatográfica de sílica gel eluída com hexano, acetona e metanol, em gradiente de polaridade, foram obtidos os policetídeos citreoroseina (1), emodina (2), janthinona (3), diidricitrinona (4) e citrinina h-1 (5). ensaio leishmanicida cultura e manutenção do parasita formas promastigota de leishmania viannia braziliensis mhom/br1987/m11272 foram cultivadas a 25 ºc em meio schneider’s drosophila suplementado com 10 % de soro bovino fetal (fcs). células foram coletadas na fase logarítmica, ressuspensas em meio fresco, contadas em câmara de neubauer e a concentração ajustada par 4x106 cel/ml. ensaio leishmanicida o ensaio foi realizado in vitro com as formas promastigotas do parasita. as substâncias foram adicionadas nas culturas de promastigotas com 4x106 cel/ml nas concentrações de 320 a 0,125 µg/ml solubilizados em dmso e incubados a 25 °c por 24 h. após esse período os parasitas sobreviventes foram contados em câmara de neubauer e comparados com controles, os quais continham somente dmso. isetionato de pentamidina (eurofarma) foi usado como fármaco controle. o valor da ld50/24 foi determinado pela analise de regressão linear do percentual de inibição com erro estatístico de 10%. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 41 resultados e discussão identificação dos policetídeos as substâncias 1, 2 e 3 foram identificadas por análise dos espectros de rmn 1d e 2d, em e por comparação com a literatura e mostraram total similaridade para os policetídeos citreoroseina (1), emodina (2) e janthinona (3) [8-10]. a substância 1 foi obtida na forma de cristais vermelhos através de cromatografia em coluna. seu espectro de rmn ¹h apresentou sinais para sistema aromático com hidrogênios meta relacionados δ 6,67 (d, j = 2,0 hz) e δ 7,27 (d, j = 2,0 hz), δ 7,31 (sl) e δ 7,75 (sl), além de um sinal singleto em δ 4,78 (s, ch2). o espectro de rmn ¹³c apresentou 15 sinais, sendo os δ 182,3 e δ 191,9 atribuídos as carbonilas c-9 e c-10 de antraquinonas. o espectro de massas esi (-) apresentou um m/z 285 [m-h]-, onde juntamente com os dados de rmn ¹h e ¹³c pode-se propor a fórmula molecular c15h10o6 para 1. através das correlações de hsqc e hmbc foi possível atribuir todos os sinais de rmn 1h e 13c corretamente. os dados de 1 são concordantes com os dados descritos na literatura para a citreoroseina [8]. as substâncias 1 e 2 foram identificas em um trabalho anterior [10]. a substância 4 apresenta um espectro de rmn 1h muito parecido com o obtido para citrinina isolada anteriormente por nós [10]. os dois dubletos para hidrogênios metílicos a δ 1,25 (j = 7,2 hz) e 1,33 (j = 6,7 hz), juntamente com o singleto a δ 2,06, e os dois quadupletos em δ 3.04 (j = 7.2 hz) e 4,73 (j = 6.7 hz) são as principais características vistas no espectro. no entanto, o sinal em δ 8,25 referente a h-1 da citrinina (6) não está presente neste espectro. com auxílio dos dados de espectrometria de massas obtidos por esi-ms/ms no modo negativo ([mh]a m/z 265), e comparação com os dados relatados na literatura, concluiu-se que esse policetídeo é a diidrocitrinona (4) [11,12]. no espectro de rmn 1h de s-5 foram observados quatro sinais referentes a dubletos de metila em δ 1,23 (d, j = 6,3 hz), δ 1,30 (d, j = 7,2 hz), δ 1,31 (d, j = 6,9 hz) e δ 1,37 (d, j = 6,2 hz). também foram observados dois sinais singletos em δ 2,11 e δ 2,14. além dos sinais ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 42 referentes as metilas observaram-se ainda os sinais δ 2,94 (dq, j = 7,3 e 4,5 hz), δ 3,19 (dq, j =10,1 e 7,2 hz), δ 4,00 (dq, j = 6,3 e 4,5 hz), δ 5,25 (s), δ 5,45 (dq, j = 10,1 e 6,2 hz), δ 6,59 (s) e δ 7,94 (s). a comparação destes dados do espectro de massas apci (-) m/z 425 [m-h]com observados no rmn ¹³c que apresentou sinais para 24 carbonos e alguns sinais com valores de deslocamento químico semelhantes para citrinina como δ 80,5 (c-3 da citrinina), δ 162,9 (valor próximo ao de c-1 da citrinina) e δ 185,7 (semelhante a carbonila c-6 da citrinina) nos levou a concluir que s-5 viesse a ser um dímero da citrinina. as correlações observadas no hmbc de h1 com os carbonos c-4`, c-5` e c-6` foram fundamentais para localizar o ponto de junção entre as duas unidades de citrinina, bem como a correlação observada no espectro de hmbc entre o hidrogênio a δ 7,94 (s, h-12´) e o carbono a δ 73,2 (c-9´), estabelecendo a posição do grupo formiato no policetídeo, foram determinantes para identificação do policetídeo como citrinina h1. uma análise comparativa dos dados de rmn de 1h e 13c com aqueles registrados na literatura ratificou essa proposta estrutural [13]. ensaio leishmanicida as substâncias foram adicionadas a culturas de promastigota de l. brasiliensis a 25°c e os resultados obtidos após 24h foram comparados ao controle. a substância 2 inibiu 50% dos parasitas a uma concentração de 320 µg/ml, mostrando um resultado promissor. já as substâncias 1 e 3 inibiram cerca de 20% e 22% dos parasitas a uma concentração de 320 µg/ml, respectivamente. parece que a hidroxilação da metila reduziu a atividade da substância 1 em mais de 50%. os resultados obtidos nos ensaios leishmanicidas com as substâncias 1, 2 e 3 nos levam a sugerir que para a ocorrência de atividade as posições c3 e c-6 devem estar uma oxidada e a outra reduzida, pois quando ambas as posições estão oxidadas ou reduzidas há um decréscimo significante na atividade apresentada. conclusão ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 43 as substâncias isoladas de p. herquei são pertencentes à classe dos policetídeos e estão de acordo com a rota biossintética do acetato que é a preferida pelos fungos. a substância 2 apresentou atividade leishmanicida moderado, já as substâncias 1 e 3 perderam metade da atividade quando comparadas a 1 demonstrando uma possível relação estrutura-atividade. agradecimentos os autores agradecem a fundação de amparo à pesquisa do estado do pará (fapespa), fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp), conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) e coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de ensino superior (capes) pelo suporte financeiro. referências [1] petrini, o.; sieber, t. n.; toti, l. & viret, o. naturl toxis. 1 (1992), 185. 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artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 4: 113 119, 2010 otimização e validação de uma metodologia analítica para determinação de 1hidroxipireno em urina de cortadores de cana-de-açúcar 1 *1 2k. a. sakiara , s. j. de andrade , m. r. r. marchi , w. vilegas 3 3r. m. v. bosso , n. d. t. conforti-froes 1departamento de química analítica, instituto de química, universidade estadual paulista (unesp), caixa postal 355, araraquara (sp), cep 14800-900, brasil * sandro_andrade2003@yahoo.com.br 2departamento de química orgânica, instituto de química, universidade estadual paulista (unesp), caixa postal 355, araraquara (sp), cep 14800-900, brasil 1 resumo: este trabalho teve como objetivo otimizar e validar uma metodologia analítica para determinação de 1-hidróxipireno em urina de trabalhadores envolvidos na colheita da cana-de-açúcar. o método utilizado para determinação de 1-hidroxipireno em urina humana utilizado consiste na hidrólise enzimática, extração e cleanup por extração em fase sólida (spe) e quantificação por cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência (clae/flu). quatro tipos de cartuchos foram testados para verificação da porcentagem de recuperação. urina de cortadores de cana-de-açúcar (não-fumantes e de ambos os sexos) foram coletadas no período da safra (n=39) e entressafra (n=34) da cana-de-açúcar. os melhores resultados de recuperação foram atribuídos aos cartuchos c18. os mesmos apresentaram recuperação entre 79% e 108%, com coeficiente de variação entre 5% e 10%. o limite de quantificação do método foi de 74 ng de 1-hidroxipireno por litro de urina. a metodologia otimizada e validada foi utilizada para determinação de amostras reais. os resultados encontrados na urina dos trabalhadores no período da safra variaram de 0,026 a 2,3 mol de 1-hidroxipireno por mol de creatinina. no período da entressafra os resultados variaram de 0,0023 a 0,38 mol de 1-hidroxipireno por mol de creatinina. a metodologia validada mostrou-se adequada para determinação de 1-hidroxipireno em urina humana. os dados obtidos permitem concluir que há forte correlação entre excreção de 1-hidroxipireno e os períodos de safra e entressafra da cana de açúcar. palavras-chave: saúde ocupacional, urina, 1-hidroxipireno, cortadores de cana-de-açúcar, validação de metodologia analítica. introdução o brasil produz (safra 2007/08) aproximadamente 500 milhões de toneladas de cana-de-açúcar [1] fato que o destaca como o maior produtor mundial dessa cultura, seguido pela índia e austrália [2]. apesar da crescente mecanização da colheita da cana-de-açúcar, estimulada principalmente pela lei 11.241/2002 [3] que estipula um cronograma para a erradicação das queimadas no estado de são paulo (maior produtor brasileiro), ainda hoje, grande parte das plantações são queimadas antes da colheita para facilitar o trabalho dos cortadores e protegê-los de animais peçonhentos que se abrigam nas folhagens secas das plantas [2,4]. a queima de biomassa é uma importante fonte de aerossóis para a atmosfera [5]. 114 artigo article estima-se que sua contribuição mundial esteja na ordem de 104 tg/ano [2,6]. dentre as várias substâncias liberadas pela combustão da palha da cana de açúcar, encontram-se os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (hpas) [7]. os hpas constituem uma família de compostos caracterizada por possuírem 2 ou mais anéis aromáticos condensados [8,9]. vários hpas sã0 reconhecidos como agentes mutagênicos/carcinogênicos [10]. o pireno, um hpa de quatro anéis condensados, ocorre em altas concentrações na mistura de hpas atmosférico e é absorvido pelo organismo vivo através da inalação, via oral ou em contato com a pele. o pireno é quase exclusivamente metabolizado em 1hidroxipireno (1-ohp) (etapa 1) e depois sofre uma conjugação com ácido glucurônico ou sulfato (etapa 2). em ambos os casos, livre ou conjugado, o 1hidróxipireno é eliminado pelo organismo através da urina [11]. as estruturas química do pireno, 1-ohp e do 1-ohp conjugado com ácido glucurônico são mostradas na figura 1. o 1-ohp, foi introduzido como biomarcador de exposição por jongeneelen e colaboradores [12]. eu seu trabalho, foi desenvolvido um método que vem sendo utilizado em vários estudos envolvendo exposição ocupacional. o método consiste na hidrólise enzimática, seguida por um clean-up utilizando extração em fase sólida (spe) e posterior determinação de 1-ohp por clae/fluorescência. a hidrólise enzimática tem a função de converter o 1ohp conjugado em 1-ohp livre. em nosso trabalho, uma metodologia analítica foi otimizada e validada com o objetivo de determinar 1-ohp em urina de cortadores de canade-açúcar da região de araraquara/sp. a metodologia validada foi aplicada em amostras reais de trabalhadores no período da safra e da entressafra da cana-de-açúcar. experimental materiais 1-hidróxipireno (98%) (aldrich, milwalkee, winsconsin, usa); -glucuronidase/arylsulfatase (30u/ml and 60 u/ml, respectivamente) (merck, darmstadt, alemanha); metanol grau hplc (mallincrodt, kentucky, usa). água deionizada foi obtida de um sistema milli-q (millipore, frança). os cartuchos de spe utilizados foram: absolut nexus, 60mg (varian, harbor city, usa); sep pak c , 360 18 mg (waters, milford, massachusetts); supelco c , 18 1000 mg (supelco, bellefonte, usa); bond elut c , 18 200 mg (varian, harbor city, usa) preparação da curva analítica -1solução-estoque (20 µg ml ) foi preparada dissolvendo-se o analito (1-ohp) em metanol. soluções-padrão com diferentes concentrações de 1ohp foram obtidas pela diluição da solução-estoque em metanol. todas as soluções foram estocadas em frasco âmbar com septo de ptfe. as curvas analíticas foram construídas com urina de pessoas não-expostas fortificada com as soluções-padrão, -1variando de 0,5 a 10,0 ng ml (curva analítica “extraída”). instrumentação todas as análises foram realizadas num sistema clae (varian, walnut creek, usa) composto de uma bomba modelo pro star, um injetor automático (modelo 400) e um detector de fluorescência (modelo 360). utilizou-se uma coluna cromatográfica de octadecilpolisiloxano (c ) com 250 mm (comprimen-18 (a) (b) (c) figura 1. estrutura química do pireno (a), 1-hidróxipireno (b) e do 1-hidróxipireno/ácido glucurônico (c). ecl. quím., são paulo, 35 4: 113 119, 2010 artigo article 115 to) x 4,6 mm (diâmetro interno) e 5 m (tamanho de partícula) (varian, walnut creek, usa) protegida com uma pré-coluna. a fase móvel foi composta por um gradiente metanol/água (gradiente linear: 0 –15 min 46 to 96% metanol, 15-20 min 96 to 100% metanol). -1a vazão foi de 0,8 ml min e o volume de injeção foi de 20 l. os comprimentos de onda de excitação e de emissão foram 242 e 388 nm, respectivamente. preparação da amostra o método para determinação de 1-ohp em urina consistiu em hidrólise enzimática, extração e cleanup com cartuchos de spe e determinação por clae/fluorescência. o ph de uma alíquota de 20 ml -1de urina foi ajustado com ácido clorídrico 1,0 mol l . o volume da solução foi aumentado para 30 ml com solução tampão acetato (ph=5). essa mistura foi incubada por 2,5 horas com 12,5 l of b-glucuronidase/ oarylsulfatase à 37 c e centrifugada à 2000 rpm. então, a amostra foi aplicada em cartuchos de spe previamente lavados e condicionados. os volumes de solvente utilizados na lavagem, condicionamento e eluição do 1-ohp foram otimizados. a tabela i mostra o volume de solvente otimizado para cada cartucho de spe. depois da eluição do 1-ohp, o metanol foi evaporado até a secura sob fluxo de nitrogênio à 40o50 c. o resíduo foi dissolvido em 1,0 ml de metanol e o 1-ohp foi quantificado por clae/fluorescência utilizando o método do padrão externo. estudos de recuperação estudos de recuperação foram realizados nos -1níveis de concentração 0,074, 8,39 e 16,78 ng ml de 1-ohp em urina de pessoas não-expostas. depois da 0fortificação, a urina foi estocada a -10 c por uma noite antes da análise. a recuperação foi calculada através da razão entre a área do analito na amostra e a área do analito na solução padrão, usando a curva analítica previamente construída. descrição das amostras reais as amostras foram coletadas de trabalhadores envolvidos na colheita da cana-de-açúcar, em dois períodos: período de safra (abril a novembro) e período de entressafra (dezembro a março). as amostras foram coletadas sempre do mesmo grupo de trabalhadores, sendo 39 indivíduos no período da safra e 34 indivíduos no período da entressafra. cada amostra foi formada por um pool de amostras individuais recolhidos no final do turno de trabalho de pelo menos três dias. as amostras foram congelaoda (-18 c) e transportadas para o laboratório. as análises foram realizadas 30 dias após a coleta. o procedimento de análise utilizado foi o estabelecido na validação da metodologia. resultados e discussão quatro tipos de cartuchos de spe comerciais foram utilizados com o objetivo de avaliar a recuperação de 1-ohp em urina. a tabela i mostra os volumes de solventes otimizados para cada cartucho, enquanto que a tabela ii apresenta a recuperação, o tempo e o volume de metanol requerido para a eluição do 1-ohp. a figuras 2 mostra os cromatogramas do branco. a figura 3 mostra os cromatogramas cartucho condicionamento lavagem vágua (ml) eluição vmetanol(ml) vágua(ml) vmetanol(ml) sep pak 5 10 8 10 supelco 10 20 15 20 bond elut 5 10 8 12 nexus fabricante não recomenda condicionamento 8 10 tabela 1. volumes de condicionamento, lavagem e eluição usados para os quatro cartuchos comerciais de spe. ecl. quím., são paulo, 35 4: 113 119, 2010 116 artigo article obtidos de urina fortificada no nível alto (16,78 ng -1ml ). o perfil dos cromatogramas nos níveis baixo -1 -1(0,074 ng ml ) e médio (8,39 ng ml ) são semelhantes ao apresentado no nível alto. nas condições cromatográficas empregadas, o 1-ohp elui em 13,9 minutos. no intervalo de 10-20 minutos, o cartucho sep-pak apresentou melhores resultados, pois obteve-se um cromatograma mais “limpo”. os cartuchos supelco e bond elut apresentaram cromatogramas similares, sem picos significativos em 13,9 minutos. o cartucho nexus apresentou um intenso pico próximo à região de eluição do 1-ohp. para urina de pessoas não-expostas, os cartuchos supelco, bond elut e sep-pak apresentaram cromatogramas com picos alargados entre 2-11 minutos. o cartucho nexus mostrou um cromatograma totalmente diferente com picos apenas entre 2-3,5 minutos. a mais alta recuperação obtida foi com cartuchos bond elut (108 ± 10 %) e a mais baixa, com cartuchos sep-pak (76 ± 3 %). os picos foram claramente identificados sem interferências em relação a urina, solventes ou cartuchos. entretanto, através da análise da tabela ii, table 2. recuperação, tempo requerido e volume usado de metanol. -1 -1 -1 cartucho 0,074 ng ml 8,39 ng ml 16,78 ng ml tempo consumo de r(%)cv(%) (min)* metanol (ml) sep pak 76 3 74 1 77 1 85 15 bond elut 108 10 82 1 79 5 35 17 supelco 80 9 94 5 110 3 80 30 nexus 89 13 58 5 75 8 30 10 *inclui o tempo de secagem da amostra. r – recuperação. cv – coeficiente de variação. valores da média e do cv foram obtidos através de 3 determinações. figura 2. cromatogramas obtidos do branco com cada cartucho. ecl. quím., são paulo, 35 4: 113 119, 2010 artigo article 117 pode-se verificar que os cartuchos nexus permitem uma maior recuperação do analito em todos os níveis enquanto que os cartuchos supelco apresentam melhor recuperação em todos os níveis. os cartuchos bond elut, apresentam resultados intermediários, com recuperação de aproximadamente 80%. o tempo requerido de clean-up foi distinto. os cartuchos sep-pak e supelco requerem aproximadamente 80 minutos, enquanto que os cartuchos bond elut e nexus requerem apenas 30 minutos. o consumo de solvente (condicionamento e eluição) foi mais alto para os cartuchos supelco (~30 ml) e mais baixo para os cartuchos nexus (~10 ml). valores intermediários foram obtidos para os cartuchos sep-pak e bond elut (~16 ml). em relação à recuperação do 1-ohp, nos três níveis de concentração, os cartuchos bond elut apresentaram melhores resultados com tempos de extração e consumo de solventes aceitáveis. os cartuchos supelco mostraram recuperação irregular, alto tempo de extração e maiores volumes de solvente. apesar do baixo volume de metanol consumido e baixo tempo de extração, os cartuchos nexus também apresentaram recuperação de 1-ohp irregular. diante do que foi apresentado, considerandose os parâmetros avaliados, conclui-se que o uso de cartuchos bond elut é a melhor alternativa para análise de 1-ohp em urina, pois apresentou satisfatória capacidade de recuperação associada com baixo consumo de metanol e baixo tempo de extração. dessa forma, o método foi aplicado na determinação de 1-ohp de urina de pessoas envolvidas com a colheita da cana-de-açúcar (cortadores de cana). os picos foram comprovados pela adição de padrão e pela técnica cg/em. as concentrações de 1-1ohp em urina variaram 0,026-2,3 µmol mol table 3. alguns trabalhos mostrando a relação de excreção de 1-ohp em função da ocupação do trabalhador. ocupação concentração de referência 1-hidroxipireno -1(mmol mol de creatinina) indústria de borracha 0,071 (controle) 16 (vulcanização) 0,14 (expostos) coletores de lixo 0,01 – 0,51 (controle) 17 0,03 – 0,62 (expostos) motorista de ônibus 0,05 – 1,60 18 policiais de trânsito 0,021 – 0,974 19 cozinheiros 0,30 – 0,83 20 figura 3. cromatogramas obtidos com urina de pessoas não-expostas fortificadas no -1alto nível de concentração (16,78 ng ml ). ecl. quím., são paulo, 35 4: 113 119, 2010 118 artigo article creatinina (n = 39) no período da safra e de 0,0023-0,38 -1µmol mol de creatinina (n = 34) no período da entressafra. os resultados foram expressos em função do teor de creatinina, para corrigir a diluição da urina que pode variar significativamente. a excreção de creatinina num indivíduo normal é praticamente constante num período de 24 horas [13,14]. em seu artigo de revisão, hansen e colaboradores [15] apontam que estudos envolvendo determinação de 1-ohp em urina de trabalhadores vem sendo realizados nos mais diversos segmentos, como trabalhadores rurais envolvidos com queima de madeira, carvoarias, fundição, produção de alumínio, vulcanização da borracha, pavimentação (asfalto), coletores de lixo, motoristas de ônibus, policiais e muitas outras atividades. a tabela iii apresenta o resultado de alguns desses estudos [16-20]. comparando-se os resultados deste trabalho com os resultados apresentados nos trabalhos da tabela iii, pode-se concluir que a eliminação de 1ohp na urina dos cortadores de cana-de-açúcar é muito superior que a dos trabalhadores envolvidos em atividades como vulcanização da borracha, coleta de lixo, motoristas de ônibus, policiais de trânsito e cozinheiros. a grande diferença de concentração de 1ohp na urina dos trabalhadores quando comparado os períodos de safra e entressafra da cana-de-açúcar pode ser explicada pela maior exposição dos trabalhadores aos hpas no período da safra da canade-açúcar. em seu trabalho com material particulado atmosférico (mp ), andrade e colaboradores [21] 10 encontraram na atmosfera de araraquara/sp, concentrações de mp três vezes maiores no período 10 da safra do que no período da entressafra. em relação à concentração dos hpas, os valores encontrados no período da safra foram aproximadamente quatro vezes superiores ao do período da entressafra. neste trabalho, os valores de concentração de 1-ohp foram aproximadamente seis vezes maiores no período da safra em relação à entressafra. portanto, superior às razões encontradas por andrade e colaboradores para mp e hpas. isso pode ser explicado pelo fato de, na 10 fuligem, os hpas ainda não terem sofrido reações significativas de transformação em seus derivados, o que ocorre no material particulado atmosférico [22]. segundo jongeneelen [23], pode-se classificar a concentração de 1-ohp eliminado pela urina -1em três categorias: nível 1 0,24 e 0,76 µmol mol de creatinina, para pessoas não-expostas ocupacionalmente, não-fumantes e fumantes, respectivamente; -1nível 2 1,4 µmol mol de creatinina, para pessoas expostas ocupacionalmente. esse é a menor concentração em que não há evidências de efeitos -1genotóxicos; nível 3 2,3 e 4,9 µmol mol de creatinina, para trabalhadores de coqueria e de plantas de fabricação de alumínio, respectivamente. este nível corresponde ao limite de exposição profissional. diante dessa classificação, pode-se concluir que a exposição dos cortadores de cana-de-açúcar pode atingir o terceiro nível de exposição, fato, no mínimo preocupante. conclusão a metodologia otimizada e validada mostrouse adequada para a quantificação do 1-ohp em urina humana. os resultados encontrados apontam uma expressiva diferença entre os valores obtidos no período da safra e da entressafra da cana-de-açúcar sugerindo uma importante exposição dos trabalhadores aos hpas na sua atividade ocupacional. agradecimentos os autores agradecem a fapesp (fundação de amparo à pesquisa no estado de são paulo, brasil) pelo suporte financeiro (processo 98/015145) e a bolsa de mestrado à k.a.sakiara (proc. 98/12097-7). agradecem, também, a prof. dra. regina célia vendramini (faculdade de ciências farmacêuticas/unesp, araraquara) pela determinação da creatinina urinária. ecl. quím., são paulo, 35 4: 113 119, 2010 artigo article 119 referências bibliográficas [1] http://www.unica.com.br/dadoscotacao/ estatistica/. acesso em julho/2009. [2] d. magalhães, r.e. bruns, p.c. vasconcellos, quim. nova. 30 (3) (2007) 577. [3] lei n. 11.241, de 19 de setembro de 2002 (dispõe sobre a eliminação gradativa da queima da palha da cana-de-açúcar e dá providências correlatas). [4] a.f.l. godoi, k. ravindra, r.h.m. godoi, s.j. andrade, m. santiago-silva, l. van vaeck, r. van grieken, j. chromatogr. a, 1027 (2004) 49. [5] r.h.m. godoi, a.f.l. godoi, a. worobiec, s.j. andrade, j. hoog, m.r. santiago-silva, r. van grieken, microchim. acta 145 (2004) 53. [6] c.y.m. santos, d.a. azevedo, f.r. aquino neto, atmos. environ. 36 (18) (2002) 3009. [7] g.c.m. zamperlini, m.r.r marchi, w. vilegas, chomatographia 46 (11) (1997) 655. [8] c. bosetti, p. boffetta, c. la vecchia, annals of oncology 18 (2007) 431. [9] h.c.a. brandt, w.p. watson, ann. occup. hyg. 47 (5) (2003) 349. [10] l. qiu, s. leng, z. wang, y. dai, y. zheng, z. wang, cancer epidemiol biomarkers prev. 16 (6) (2007) 1193. [11] m. dell'omo, g. muzi, g. marchionna, l. latini, p. carrieri, p. paolemili, g. abbritti, occup. environ. med. 55(1998) 401. [12] f.j. jongeneelen, r. anzion, p.t. henderson, j. chromatogr.413 (1987) 227. [13] c. viau, m. lafontaine, j.p. payan, int. occup. environ. health 77 (2004) 177. [14] e. liotta, r. gottardo, l. bonizzato, j.p. pascali, a. bertaso, f. tagliaro, clin. chim. acta 409 (2009) 52. [15] å.m. hansen, l. mathiesen, m. pedersen, l.e. knudsen, int. j. hyg. environ. health 211 (2008) 471. [16] l.s. jönsson, k. broderg, a. axmon, u. bergendorf, m. littorin, b.a.g. jönsson, int. arch. occup. environ. health 82 (2008) 131. [17] k. hara, t. hanaoka, y. yamano, t. itani, sci. total environ. 199 (1997) 159. [18] å.m. hansen, h. vallin, m.l. binderup, m. dybdahl, h. autrup, s. loft, l.e. knudsen, mutat. res. genet. toxicol. environ. mutagen. 557 (2004) 7. [19] m. ruchirawat, c. mahidol, c. tangjarukij, s. puiock, o. jensen, o. kampeerawipakorn, j. tuntaviroon, a. aramphongphan, h. autrup, sci. total environ. 287 (2002) 121. [20] b. chem, y. hu, t. jin, l. zheng, q. wang, y. shen, y. zhou, toxicol. letters 171 (2007) 119. [21] s.j. andrade, j. cristale, f.s. silva, g.j. zocolo, m.r.r. marchi, atmos. environ. 44 (2010) 2913. [22] w.l. lopes, j.b. andrade, quim. nova 19 (1996) 497. [23] f.j. jongeneelen, ann. occup. hyg. 45 (1) (2001) 3. k. a. sakiara, s. j. de andrade, m. r. r. marchi, w. vilegas, r. m. v. bosso, n. d. t. conforti-fróes. optimization and validation of analytical methodology for determination of 1-hydroxypyrene in urine of sugar cane workers. abstract: this study aimed to optimize and validate an analytical methodology for determination of 1hydroxypyrene in urine of workers involved in harvesting sugar cane. the method used for determining 1hydroxypyrene in human urine is the enzymatic hydrolysis, extraction and clean-up by solid phase extraction (spe) and quantified by high performance liquid chromatography with fluorescence detection (hplc / flu). four types of cartridges were tested to verify the percentage of recovery. urine of sugar-cane workers (nonsmokers and of both sexes) were collected during the harvest (n = 39) and non-harvest season (n = 34) of cane sugar. the best recovery results were attributed to the c18 cartridges. they presented recovery between 79% and 108%, with a coefficient of variation between 5% and 10%. the limit of quantification was 74 ng of 1hydroxypyrene per liter of urine. the optimized and validated methodology was used for determination of real samples. the results found in the urine of workers at harvest period ranged from 0.026 to 2.3 mol of 1hydroxypyrene per mol creatinine. during the non-harvesting season the results ranged from 0.0023 to 0.38 mol of 1-hydroxypyrene per mol creatinine. the validated methodology proved suitable for determination of 1-hydroxypyrene in human urine. the data indicate that there is strong correlation between excretion of 1hydroxypyrene and the periods during and between harvests of sugar cane. keywords: occupational health, urine, 1-hydroxypyrene, sugar-cane workers, validation of analytical methodology. ecl. quím., são paulo, 35 4: 113 119, 2010 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 05 | eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 52 determinação de catequinas por eletrodo de carbono impresso modificado com nanotubo de carbono funcionalizado silva, a. l 1 ; da silva, q. g. 2 ; kubota, l. t. 3 4 ; tanaka, a. t. 4 5 ____________________________________________________________________________ resumo: a catequina é um composto fenólico com grande potencial oxidante, encontrada em diversos tipos de alimentos, dentre alguns dos benefícios da catequina estão o fortalecimento capilar, melhoria do fluxo sanguíneo, redução dos níveis de colesterol. neste artigo, utilizou-se da técnica de voltametria cíclica (vc) para otimizar o eletrodo de carbono impresso modificado com nanotubo de carbono funcionalizado para detectar e quantificar catequina por meio da técnica de voltametria de onda quadrada (voq). para este eletrodo, os melhores resultados foram obtidos a uma concentração de 1x10 -3 mol l -1 de catequina em meio de tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 7,0 a uma velocidade de varredura de potencial de 0,05 v s -1 . a partir destas condições foi obtida uma curva analítica com comportamento linear no intervalo de concentração de catequina entre 2,0x10 -7 a 1,68x10 -5 mol l -1 , com limites de detecção e de quantificação de 9,2x10 -8 e 3,0x10 -7 mol l -1 , respectivamente por voq. este eletrodo apresentou boa repetibilidade com um desvio de padrão relativo de 4,05%. a oxidação da catequina apresentou um pico localizado em torno de 0,15v vs ag/agcl, estando próximo dos potenciais de pico mostrados na literatura. palavras-chave: catequina, eletrodo de carbono impresso, nanotubo de carbono, sensor eletroquímico ____________________________________________________________________________ abstract: catechin is a phenolic compound with high oxidizing potential, found in several types of foods, some of the benefits of catechins are capillary strengthening, improvement of blood flow and reduction of cholesterol levels. in this paper, it was used the cyclic voltammetry technique (cv) to optimize the printed carbon electrode modified with carbon nanotube, functionalized to detect and quantify catechin by means of the squarewave voltammetry technique (swv). for this electrode, the best results were obtained at a catechin concentration of 1x10 -3 mol l -1 in means of 0.1 mol l -1 phosphate buffer ph 7.0 at a potential scan rate of 0.05 v s -1 . from these conditions, an analytical curve was obtained with a linear behavior in the catechin concentration range of 1,68x10 -5 to 2,0x10 -7 mol l -1 , with limits of detection and quantification of 9,2x10 -8 and 3,0x10 -7 mol l -1 , respectively, by swv. this electrode showed good repeatability with a standard deviation of 4.05%. oxidation of catechin showed a peak located around 0,15v vs ag / agcl, being close to the peak potentials shown in the literature. keywords: catechin, printed carbon electrode, carbon nanotubes, eletrochemical sensor 1 departamento de físico-química, universidade federal fluminense, 24020-141, niterói, rj, brasil. 2 departamento de química e biologia, centro de estudos superiores de caxias, universidade estadual do maranhão, caxias, ma, brasil. 3 instituto de química, universidade estadual de campinas, caixa postal 6154, 13084-971, campinas, sp, brasil. 4 instituto nacional de ciência e tecnologia de bioanalítica, universidade estadual de campinas, caixa postal 6154, 13084-971, campinas, sp, brasil. 5 departamento de química, universidade federal do maranhão, 65080-040, são luís, ma, brasil. file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 53 53 introdução a catequina é um composto fenólico que tem grande interesse dos pesquisadores devido à ação antioxidante encontrada em frutas, chás, vinhos, e, consequentemente, seu efeito fisiológico benéfico à saúde [1-3]. as catequinas são os membros mais importantes da classe dos flavonoides, elas foram reconhecidas como um antioxidante potente e uma destruidora de radicais livres [4]. as catequinas têm sido associadas a muitos benefícios à saúde, incluindo diminuição da fragilidade capilar [6], a prevenção de dano ao dna, devido à oxidação e à melhoria do fluxo sanguíneo, logo, da função hepática[6]. as catequinas são, portanto, tanto antimutagênicas e anticarcinogênicas [7]. foi também demonstrado serem capazes de proteger os neurônios e células hepáticas contra os danos dos radicais livres gerados durante isquemia [3,8] e de aumentar a resistência de glóbulos vermelhos do sangue ao estresse oxidativo [9,10]. outras aplicações do uso de catequina é na progressão de retardo das lentes de cataratas [11] para inibir a radiação ultravioleta que causa câncer na pele e reduzir o nível de colesterol por proteger lipoproteínas de baixa densidade a partir da oxidação [6,12]. a estrutura da catequina está representada na figura 1. figura 1 estrutura molecular da catequina para a determinação de antioxidantes, dentre eles os polifenóis, são geralmente utilizados os métodos espectrofométricos e cromatográficos. tais métodos são bastante sensíveis. no entanto, requerem instrumentos caros e mais sofisticados, consomem muito tempo, usam reagentes tóxicos, ou fornecem altos limites de detecção [13-15]. os métodos tradicionais para a detecção de catequinas incluem cromatografia líquida de alta eficiência (hplc) [1,16,17] combinada com quimiluminescência [18,19], espectrofotometria [2], eletroquímica [3,20-26], uv e detecção fluorimétrica [27]. técnicas que fornecem baixos limites de detecção e uma gama de informações que caracterizam eletroquimicamente alguns sistemas, como as técnicas analíticas, têm algumas vantagens sobre outros métodos, tais como instrumentação relativamente barata, uso de quantidade menor de reagentes, além de serem instrumentos de manuseio fácil [28]. contudo, o desenvolvimento de novos métodos que possibilitem o mínimo de reagentes e um menor tempo de análise é muito importante. um campo que tem se destacado é o de desenvolvimento de novos eletrodos [29]. o desenvolvimento desses eletrodos se dá principalmente devido aos novos desafios impostos por amostras de interesse clínico, hospitalar, ambiental, alimentício, farmacêutico, entre outros [30,31]. para obter uma maior eficácia das técnicas atuais, uma área que está aumentando a aplicabilidade e eficiência dos sensores eletroquímicos é a que compreende os chamados eletrodos quimicamente modificados (eqm) [31-34]. nesse contexto, este artigo tem como objetivo determinar, em diferentes condições, e avaliar eletroquimicamente a catequina, por meio de eletrodo de carbono impresso modificado com nanotubo de carbono funcionalizado. procedimentos experimentais reagentes e soluções os reagentes catequina (ctq) e o nanotubo de carbono de paredes múltiplas (ntcpm) foram adquiridos da sigma-aldrich company ® . todos os reagentes utilizados neste trabalho foram de grau analítico e preparados com água deionizada em sistema milli-q da millipore, e o ph das soluções eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 54 54 tampão foi medido em um ph-metro modelo 300 da analyser (são luís-brasil). medidas eletroquímicas as medidas eletroquímicas foram realizadas utilizando um potenciostato /galvanostato ecochemie modelo μautolab-2, acoplado a um computador com o software gpes 4.9 e um conjunto de eletrodos de carbono impresso (eci) adquiridos da dropsens ® , em sistema convencional. os eci (figura 2a) utilizados possuem área geométrica aproximada de 0,05 cm 2 . o arranjo consiste em três eletrodos organizados sobre um suporte cerâmico sendo um eletrodo de trabalho, um eletrodo de referência de (ag|agcl) e um contra-eletrodo de carbono. foi utilizada uma célula eletroquímica com capacidade de 5 ml como mostra a figura 2b. figura 2 representação esquemática do (a) dispositivo contendo os eletrodos impressos e (b) béquer utilizado como célula eletroquímica o eletrodo de carbono impresso foi modificado por meio da deposição de 7 µl da suspensão homogênea de ntc, em seguida o eletrodo é colocado em um dissecador acoplado a bomba de vácuo para a evaporação [35]. antes de cada análise, o oxigênio das soluções eletrolíticas foi removido por borbulhamento com n2 do tipo 5.0 – gases especiais da white martins s. a. resultados e discussão estudo comparativo dos eletrodos inicialmente, realizou-se um estudo comparativo entre os eletrodos de carbono impresso (eci), eletrodo de carbono impresso contendo nanotubo de carbono sem pré-tratamento (eci/ntc/spt) e eletrodo de carbono impresso contendo nanotubo de carbono prétratado (eci/ntc). na figura 3, estão representados os voltamogramas cíclicos em solução tampão fosfato 0,1 mol l -1 (ph 7) na presença de catequina 1x10 -4 mol l -1 sobre os eletrodos eci, eci/ntc/spt e eci/ntc. figura 3 voltamogramas cíclicos em meio de solução tampão fosfato ph 7,0 na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 em diferentes eletrodos: (a) eci; (b) eci/ntc(spt) e (c) eci/ntc, v = 0,05 v s -1 . observou-se que o eci/ntc mostrou melhor resultado, uma vez que apresentou maior intensidade de pico, maior área, justificando sua escolha para a determinação da ctq. eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 55 55 avaliação da resposta eletroquímica da catequina sobre o eletrodo de carbono impresso pré-tratado de acordo com os dados anteriores, o eletrodo que melhor se comportou frente à oxidação de ctq foi o eci/ntc e, com base nisso, os estudos posteriores foram realizados utilizando este eletrodo. utilizou-se a técnica de voltametria cíclica para analisar o comportamento voltamétrico do eci/ntc em solução tampão fosfato 0,1 mol l -1 (figura 4). figura 4 voltamograma cíclico do eci/ntc em solução de tampão fosfato ph 7,0 na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 , v = 0,05 v s -1 . o perfil do voltamograma da figura 4 está de acordo com o estabelecido na literatura [2,21], que associa o pico 1 com a oxidação do grupo catecol e envolve 2 elétrons e 2 prótons, com a formação de orto-quinona como produto conforme a figura 5. figura 5 mecanismo da oxidação da catequina [21] a figura 4 mostra o voltamograma cíclico da ctq até o potencial 0,55 v, no entanto, ao repetir sucessivas varreduras, o voltamograma da ctq sofre um deslocamento no potencial de pico e uma diminuição brusca na corrente de pico devido a uma possível reação acoplada à superfície do eletrodo. com isso, optou-se por limitar o potencial em 0,35 v conforme a figura 6, uma vez que, ao fazer isso, aumentou a estabilidade e o pico de corrente do eletrodo frente ao analito. eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 56 56 figura 6 voltamograma cíclico do eci/ntc na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 em solução de tampão fosfato ph 7, v = 0,05 v s -1 . estudo da natureza do meio para estudar o melhor meio para se determinar ctq, foram obtidos voltamogramas cíclicos em vários eletrólitos suportes tais como: tampão fosfato, tampão sörenser, tampão mcllvaine e tampão brittonroinson (br) todos em ph 7,0, 0,1 mol l -1 . na figura 7, são apresentados os voltamogramas cíclicos em diferentes eletrólitos suporte na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 . figura 7 voltamogramas cíclicos de diferentes eletrólitos do eci-nt na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 , v = 0,05 v s -1 . o eletrólito suporte que proporcionou uma melhor resposta para o processo de oxidação da catequina foi o tampão fosfato, com um perfil voltamétrico melhor definido, intensidade de corrente de pico ligeiramente maior e, ainda, apresentou um potencial de pico menor. estudo de força iônica para o estudo da força iônica em voltametria cíclica com eci/ntc, usou-se ctq 1x10 -4 mol l -1 em meio de solução tampão fosfato ph 7,0 em diferentes concentrações, 0,01; 0,05; 0,1 e 0,5 mol l 1 . a figura 8 apresenta como melhor sinal de intensidade de corrente a concentração 0,5 mol l -1 , no entanto, selecionou-se 0,1 mol l -1 por usar menos reagente e não ter tanta perda de sinal em relação à concentração de 0,5 mol l -1 . figura 8 voltamogramas cíclicos com eci/ntc na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 em solução de tampão fosfato ph 7,0 em diferentes concentrações: 0,01; 0,05; 0,1 e 0,5 mol l -1 , v = 0,05 v s -1 . estudo do ph do meio este estudo foi realizado utilizando o eletrólito suporte tampão britton-robinson – (br) por apresentar uma faixa tamponante ampla. investigou-se a influência do ph sobre a resposta voltamétrica para a oxidação de ctq 1x10 -4 mol l -1 em solução tampão br 0,1 mol l -1 sobre o eci/ntc variando-se o ph do eletrólito suporte entre 2,0 e 12,0. eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 57 57 as voltametrias cíclicas para ctq 1x10 -4 mol l -1 em eci/ntc em diferentes valores de ph podem ser visualizadas na figura 9. figura 9 voltamogramas cíclicos do eci-ntc em solução de tampão br em diferentes valores de ph (2 – 12) na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 , v = 0,05 v s -1 . observa-se um deslocamento no potencial de pico em função do ph do meio. analisando os gráficos das figuras 10a e 10b, potencial de pico em função do ph do meio, observa-se que o maior potencial de pico se deu no ph 7,0. na figura 10b, os resultados obtidos apresentam uma relação linear com coeficiente angular igual a 60,6 mv / ph, valor próximo de 59,2 mv / ph previsto pela equação de nernst, o que sugere a participação de dois prótons e dois elétrons no processo de oxidação da ctq [2,21]. figura 10 (a) corrente de pico em função do ph do meio. dados extraídos da fig. 9. e (b) potencial de pico em função do ph do meio. dados extraídos da fig. 10a. em valores de ph acima de 10, não são observados picos característicos de oxidação da ctq, devido a ctq ser oxidada à quinona que em soluções alcalinas age como ácido fraco dissolvendo-se em soluções alcalinas formando soluções de cor laranjaavermelhada. contudo o melhor sinal de corrente de pico aliado a um potencial de pico menor foi observado em ph 7,0, por isso, para a otimização e seleção dos parâmetros eletroquímicos optou-se em trabalhar com uma solução de tampão fosfato 0,1 mol l -1 em ph 7,0. estudo do efeito da velocidade de varredura para o estudo do efeito de velocidade de varredura de potencial, foram realizados experimentos em diferentes velocidades em solução de ctq 1x10 -4 mol l -1 . na figura 11, são observados os voltamogramas cíclicos para o eci/ntc num intervalo de velocidade de varredura de potencial de 0,01 e 0,1 v s -1 , no qual nota-se um pequeno deslocamento no potencial de pico, indicando um sistema cuja separação de picos de correntes anódica e catódica sugere um processo quase reversível, porém, eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 58 58 a variação linear de ip versus v 1/2 indica que ocorre transporte de massa por difusão [36]. figura 11 voltamogramas cíclicos do eci-nt em solução de tampão fosfato ph 7,0 na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 em diferentes velocidades de varredura de potencial: 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09 e 0,1 v s -1 . a dependência da corrente de pico com a raiz quadrada da velocidade de varredura de potencial (figura 12) obtida com os dados da figura 11, mostra um comportamento linear com coeficiente angular igual a 0,43, valor próximo a 0,5 indicado para sistemas com processo redox controlado pelo transporte de massa [36,37]. figura 12 corrente de pico em função da raiz quadrada da velocidade de varredura do potencial. dados extraídos da fig. 11. estudo de repetibilidade o estudo de repetibilidade foi realizado no mesmo dia, com o eci/ntc modificado uma única vez. a repetibilidade do eci/ntc foi estudada empregando-se uma solução de ctq 1x10 -4 mol l -1 em meio de tampão fosfato ph 7,0. para esse estudo, foram realizadas 20 medidas (n = 20) no mesmo equipamento, no menor espaço de tempo possível. na figura 13, estão sobrepostas as 20 medidas consecutivas de ctq 1x10 -4 mol l -1 em eletrodo de eci/ntc. este estudo foi realizado para avaliar a estabilidade do eletrodo frente à oxidação de ctq. figura 13 voltamogramas cíclicos do eci-nt em solução de tampão fosfato ph 7,0 na presença de ctq 1x10 -4 mol l -1 em 20 medidas consecutivas, v = 0,05 v s -1 . o desvio padrão relativo obtido para o estudo de repetibilidade foi de 4,05%. o eci/ntc apresentou uma boa repetibilidade com um baixo desvio padrão relativo. curva analítica após a otimização dos parâmetros experimentais para o eci/ntc utilizando a técnica de voltametria cíclica foram realizadas sucessivas adições de catequina em diferentes concentrações no intervalo de 2x10-7 mol l-1 a 1,68x10-5 mol l-1 obtendo os voltamogramas cíclicos para cada concentração (figura 14a) e sua respectiva curva analítica (figura 14b). eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 59 59 figura 14 (a) voltamogramas cíclicos do eci-nt em solução tampão fosfato ph 7 na presença de diferentes concentrações de ctq: (1) tampão fosfato; (2) 2 x 10 -7 ; (3) 3,98 x 10 -7 ; (4) 5,96 x 10 -7 ; (5) 7,94 x 10 -7 ; (6) 9,9 x 10 -7 ; (7)1,38 x 10 -6 ; (8) 1,77 x 10 -6 ; (9) 2,15 x 10 -6 ; (10) 2,53 x 10 -6 ; (11) 2,91 x 10 -6 ; (12) 3,91 x 10 -6 ; (13) 4,76 x 10 -6 ; (14) 5,84 x 10 -6 ; (15) 6,89 x 10 -6 ; (165) 7,92 x 10 -6 ; (17) 9,26 x 10 -6 ; (18) 1,06 x 10 -5 ; (19) 1,18 x 10 -5 ; (20) 1,3 x 10 -5 ; (21) 1,42 x 10 -5 ; (22)1,54 x 10 -5 ; (23) 1,68 x 10 -5 mol l -1 , v = 0,05 v s -1 . (b) curva analítica. a equação da reta obtida foi: (ip / µa) = -1,07 + 4,84 x 10 6 [ctq] mol l -1 e coeficiente de correlação foi igual a 0,999. observa-se um aumento das intensidades de corrente de pico com o aumento da concentração de ctq, o qual apresentou um coeficiente de correlação (r) de 0,999, e a equação da reta obtida está escrita na equação 1. i(µa) = -1,07 + 4,84x10 6 [ctq] (1) o limite de detecção é a menor concentração do analito presente em uma amostra e foi calculado de acordo com a equação 2, na qual sd é o desvio padrão dos valores obtidos para 15 determinações com o eletrólito sem catequina (branco) no mesmo potencial de oxidação da catequina e b é o valor do coeficiente angular da curva analítica. ld = 3 sd / b (2) o limite de quantificação é a concentração mais baixa do analito na curva que pode ser determinada e este foi calculado de acordo com a equação 3: lq = x + 10sd (3) onde x é a média dos brancos e sd é o desvio padrão dos brancos. o método proposto foi aplicado na determinação de catequina em chás utilizando-se para isso o método de adição de padrão. a tabela 1 mostra os dados obtidos neste trabalho em comparação a outros dados da literatura com estudos de determinação de ctq. tabela 1 comparação entre os resultados obtidos pelo método proposto e alguns autores para determinação de ctq eletrodos técnica eletrólito ep (v) ld (mol -1 ) referências eci/ntc vc tampão fosfato ph 7 0,12 9,2x10 -8 mol l -1 * epc vc tampão fosfato ph 7,4 0,2 4,65x10 -6 mol l -1 [3] eclética química, vol. 40, 52-61, 2015. 60 60 eccm-ni(oh)2 vpd tampão fosfato ph 6,8 ---5,5x10 -8 mol l -1 [38] eccm-cu3(po4)2 vpd tampão fosfato ph 6,8 0,16 5,8x10 −8 mol l −1 [38] * este trabalho analisando a tabela, é possível observar que o eletrodo objeto de estudo deste trabalho é suficientemente aplicável para a detecção de ctq, uma vez que apresenta ld e lq dentro da ordem de grandeza de técnicas eletroanalíticas mais sensíveis comparadas com este trabalho. conclusões este trabalho demonstra a viabilidade do emprego dos eletrodos de carbono impresso associados à nanotubo de carbono funcionalizado (eci/ntc) para a determinação de catequina em comparação aos eletrodos de carbono impresso (eci) e eletrodo de carbono impresso associados à nanotubos de carbono sem pré-tratamento (eci/ntc/spt) pelos seguintes fatos: aumentou significativamente as correntes de pico e elevada área e capacidade eletrocatalítica que favoreceram o eci/ntc na determinação de catequina. os teste de detecção de ctq sobre o eci/ntc mostraram que a resposta de corrente foi mais intensa em solução de tampão fosfato 0,1 mol l -1 ph 7,0. o estudo do ph sobre o sinal analítico do sensor também mostrou que a melhor sensibilidade na determinação de catequina foi no ph 7,0. os limites de detecção e quantificação encontrados por voltametria cíclica foram 9,2x10 -8 mol l -1 e 3,0x10 -7 mol l -1 , respectivamente, valores bastante significativos para a determinação de ctq. agradecimentos à capes pela bolsa de pesquisa, ao laboratório de eletroquímica, ao mestrado de biodiversidade e conservação pelo conhecimento adquirido e à ufma pelos recursos disponibilizados. referências [1] y. masukawa, y. matsui, n. shimizu, n. kondou, h. endou, m. kuzukawa, t. hase, j. chromatogr. b, 834 (2006) 26-34. 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[38] k. h. g. freitas, o. fatibello-filho. anal. letters. 43 (2010) 2091-2104. 54eclética química, 36 (4), 54-61, 2011. genated glycerol products (glycerol ethers12, glycerol acetals13, glycerol esters14, and alcohols15, e.g.) show noticeable physico-chemical properties for petroleum fuels, improving its combustion and reducing its harmful environmental impact. table 1 – physicochemical characteristics of crude glycerol crude glycerol in brazil according to the national agency of petroleum, natural gas and biofuels (anp), in 2009, the 57 brazilian power plants has produced approximately 1.6 million m3 biodiesel (table 2), releasing 178,700 m3 crude glycerol to the internal market16. unfortunately, only a small part of this co-product is promptly commercialized, being the remain portion stored in metal introduction in consequence of the several environmental problems caused by petroleum use, a large number of nations have adopted policy strategies based on renewed energy sources as eolic, photovoltaic and biomass (bioethanol, biodiesel e.g.). the brazilian government, through the national program for biodiesel production and use, made it mandatory the blend of 5% (v/v) of biodiesel to the petroleum-based diesel oil, for its commercialization in all territory1. besides the economic, environmental and social advantages, biodiesel manufacturing results in a large amount of crude glycerol (co-product) with low profitable prices due to its extension in the local market 2,3,4. nowadays, crude glycerol has been used as combustive5, composite6, anaerobic digestive7 and nutritious feed for animals (pigs8, poultries9 and laying hens10). in general, the crude glycerol properties slightly vary with its manufacture and refine69 (table 1). however, applying crude glycerol as fuel additive is not technically promising hence its hygroscopic properties and high polarity. in addition, glycerol can polymerizes at high temperatures, causing clogging of internal combustion engines, or partially oxidize into acrolein, being potentially toxic11. conversely, oxydue to the excessive production of crude glycerol by the brazilian biodiesel industries, the commercial interest for glycerol derivatives has widely increased. therefore, several methodologies have been proposed for such purpose, combining the reuse of this abundant raw material with new applications. in such context, this review summarizes a number of works focused on oxygenated glycerol derivatives production, regarding the reactions mechanisms (etherification, acetalization, esterification, and fermentation) and the physicochemical chemical properties and application. thus, this work aims to contribute to future studies in chemical modification of crude glycerol; hence most of the scientific publications have discussed additives yielded from pure glycerol. key words: glycerol, etherification, acetalization, esterification, fermentation oxygenated glycerol derivatives as an alternative source of energy: a review kiany s. b. cavalcante1,2, mitchell g. s. da silva1, francisco s. m. sifrônio1, renata r. s. valois1, adeilton p. maciel1, antonio g. souza2, fernando c. silva1*1 1 universidade federal do maranhão, dep. de química, ccet, campus do bacanga, são luis/ma 2 universidade federal da paraíba, dep. de química, ccen, campus i, joão pessoa/pb 1 e-mail: fcs.ufma@gmail.com 55eclética química, 36 (4), 54-61. 2011. tertiary alkyl groups (c4-c5) or c1-c10 alkyl groups24,71,72. figure 1 – conversion of glycerol into oxygenated derivatives. glycerol alkyl ethers can be synthesized as described by williamson21,22, though a bimolecular nucleophilic substitution of alkyl halide with alkoxide ions (sn2). another acceptable process for ether formation is etherification with an alcohol or olefin in the presence of an acid catalyst23. the first commercial patent (us1968033) to define the formation of ether from glycerol used isobutylene reagent and sulfuric acid as catalysis25. aiming to improve the percentage of glycerol ethers, karinen and krause (2003)26 studied the ideal conditions to expand the selectivity for ethers by modifying the pure glycerol/isobutene molar ratio and temperature. etherification of glycerol with isobutene results in the substitution of some or all three hydroxyl groups in the glycerol molecule. thus, up to five ether isomers can be formed depending on the degree of etherification: two mono-substituted ethers (3-tert-butoxy-1,2-propanediol and 2-tert-butoxy-1,3-propanediol), two di-substituted ethers (2,3-di-tert-butoxy-1propanol and 1,3-di-tert-butoxy-2-propanol), and one tri-substituted ether (1,2,3-tri-tert-butoxy-propane), known as glycerol tert-butyl ether (gtbe). the monoand di-ethers are the main products when the molar ratio of pure glycerol/isobutene is less than 1:3. however, tri-tert-butyl-glycerol ethers are produced at significant proportions when molar ratios higher than 1:4 are used. in both cases, secondary products of isobutene oligomerization are detected at the beginning of the reaction, which tend to increase when the temperature exceeds 80 ºc. this might occur when the activation energy of the oligomerization reaction is higher than that of etherification26. noureddini et al. (1998) investigated the influence of impurities in glycerol on the etherification reaction. the authors found that the presence of methanol and water residue from the oil transesterification tanks under inappropriate conditions. table 2 – production of crude glycerol in brazil contaminants traces originated by the biodiesel synthesis (catalyst, unconverted substances and secondary product) often remains in the crude glycerol phase, influencing on the overall quality of its oxygenated compounds. in the main, the brazilian biodiesel industries use homogeneous alkaline catalysts (sodium and potassium hydroxide) due to its reasonable low cost and high reactivity4. however, the yielded glycerol requires certain purification treatment, such as removal of the applied catalyst and fatty acid salts, being time consuming and expensive processes17,18. day (2008) describes one of these processes by adding inorganic acid (sulfuric, hydrochloric or nitric acid) to glycerol under heating (40 90 ºc) and low stirring. the remained water and alcohol traces are then removed under room or reduced pressure, being followed by the precipitated salts19. in contrast, industries that apply heterogeneous catalysts (inorganic oxides, modified zeolites etc.) do not have technical restrictions for triacylglycerides saponification or catalyst removal. contrariwise, they often lead to problems attributed to corrosion of the operation unities2. 3. glycerol derivatives a series of processes are being explored by researchers worldwide for the catalytic conversion of glycerol into potential fuel additives70, such as etherification12, acetalization13, acetylation14, and fermentation15 of glycerol (figure 1). 3.1 glycerol ethers by definition, glycerol ethers contain three oxygen-bound carbons derived from glycerol and r1, r2 and r3 radicals, being hydrogen atoms or alkylated groups. preferentially, r1 and r3 are etherification acetalization acetylation fermentation (r1 and r2 = hydrogen or alkylated groups and r3 = alkylated groups) (r1, r2 and r3 = hydrogen or alkylated groups) r1o or2 or3 acetal and ketal r1 r1 r2 r2 r3 r3 ether aco oac oac ester 1,3-propanodiol e other alcoholsr – oh (ac = ch3coo-) (r = alkylated groups) 56eclética química, 36 (4), 54-61. 2011. etherification of glycerol produces compounds of lower polarity and viscosity, hence they are often volatile30. gtbes are excellent additives for diesel and biodiesel fuels. studies have shown that glycerol ethers, i.e., a mixture of 1,3-di-, 1,2-diand 1,2,3-tri-tert-butyl glycerol, can be incorporated into standard diesel fuel that contain about 30 40% of aromatic compounds. this addition leads to a significant reduction in the emission of particle matters, hydrocarbons, carbon monoxide, and aldehydes. also, gtbe can increase the octane number of fuel but, since it is a branched molecule, lowers its cetane number24,31. table 4 shows some of the physicochemical properties of biodiesel and diesel oil containing 400 ppm sulfur and 31% aromatic compounds, blended with 5% (v/v) gtbes, with composition 70:10:2024 and 24:62:1431. table 4 – parameters of diesel-glycerol ether blend karas et al. (1994) studied the emission of pollutant gases from a diesel engine. the addition of 5% (w/w) gtbes to certified diesel (0.25% sulfur, 43% aromatic compounds, cetane number: 39) substantially reduces the emission of carbon monoxide and hydrocarbons32. the ethers leads to a slightly reduction in particle matter, but it frequently goes with an increase of the nox emission (figure 2). process can consume the etherification agent, reacting with isobutylene and forming methyl-tert-butyl ether and tert-butyl alcohol, respectively27. furthermore, the presence of sodium hydroxide deactivates the catalyst and reduces the reaction yield, suggesting that the absence of crude glycerol pretreatment may result in undesired compositions and low conversion rates. in order to minimize these effects, the authors neutralized crude glycerol with amberlyst-15, preventing the formation of sodium salts. the etherification reaction of crude glycerol pretreated with amberlyst-15 showed the same behavior as that of pure glycerol. di serio et al. (2010) proposed a new process in which gtbe were extracted with biodiesel as extraction agent68. the final product was a mixture of biodiesel and gtbes with glycerol content below the required level, which can be used directly as diesel additive. the applied reaction settings were: isobutene/ glycerol molar ratio of 2; 1.1% (m/m) amberlyst-15; temperature of 92 ºc; pressure of 15 bar, and reaction time of 480 min. the performance of the process was evaluated by means of preliminary kinetic analysis, demonstrating satisfactory results. klepacova et al. (2003, 2006)28,29 evaluated various catalysts for the etherification of glycerol with isobutene: ion-exchange resins amberlysts (a) and large-pore zeolites (hy and h-bea). the conversion results suggested that amberlysts were the most active catalysts due to the pore size and high degree of crosslinking structure that allows the formation tert-butylether of glycerol. table 3 summarizes some reaction methodologies (molar ratio of etherification agent/glycerol, temperature, reaction time, and catalyst) used for the conversion of glycerol into ethers using alkenes and alcohols. table 3 – etherification of glycerol 57eclética química, 36 (4), 54-61. 2011. delfort et al. (2003) adding 1-40% (v/v) of acetals to diesel oil, observed that the blend solubility was favorable to the separation of compounds during its storage36. by means of compression ignition engine test, nord and haupt (2005) detected that glycerol acetals/ diesel mixture didn’t alter the physicochemical characteristics of fossil fuel (table 6) and it has lower number of particle materials; however, a high quantity of hydrocarbons and carbon monoxide, 4.9 and 3.8% respectively, are emitted (figure 3)37. according to the authors, such behavior is attributed to a reduction in cetane number that delays the onset of combustion and reduces the efficiency of the engine. the lower cetane number may also explain the reduced formation of nox. in contrast, a moderate increase of formaldehyde and acrolein formation was observed, in comparison to acetaldehyde, probably due to incomplete fuel combustion, decomposition and/or oxidation of the acetal. table 6 – parameters of glycerol acetal-diesel blend figure 2 – emissions from gtbe-fuel blends. pm: particle matter; nox: nitrogen oxides; co: carbon monoxide; hc: hydrocarbons. source: karas et al. (1994). glycerol acetals and ketals acetals and ketals derived from glycerol are obtained by acetalization or transacetalization of glycerol in acid medium with aldehydes and ketones under the action of acid catalysts. their structure contains r1 and r2 radicals, which generally are hydrogen atoms or a methyl, ethyl or propyl radical, and a methyl or ethyl radical at r3 36. according to mota et al. (2009)30, acetalization of glycerol with ketones almost exclusively results in the formation of a ketal. the ketal contains a five-member ring due to dehydration of the hemiketal and the formation of a tertiary carbocation that is rapidly attacked by the central hydroxyl group, forming the ring. the reaction with aldehydes forms two acetals by dehydration of the hemiacetal through an sn2 mechanism. the first study on the acetalization of pure glycerol was published in 1958 by piantadosi et al. table 5 shows some other reaction settings for the formation of glycerol acetals and ketals. table 5 – acetalization of glycerol 0.433 1.979 4.170 0.174 0.291 1.588 4.235 0.154 0 1 2 3 4 5 hc co nox pm emission of atmospheric pollutants (g/bhp-hr) diesel + 5% gtbe diesel 58eclética química, 36 (4), 54-61. 2011. according to gelosa (2003), conversion efficiency is widely influenced by the reaction mechanism and the equilibrium parameters, being strongly unfavorable to the dehydration of acetic acid45: glycerol + acetic acid monoacetin + water (1) monoacetin + acetic acid diacetin + water (2) diacetin + acetic acid triacetin + water (3). the author therefore investigated this organic synthesis catalyzed by acid polymer resin using reactive chromatography, which consists of the simultaneous reaction and separation of the products. the reactor permitted to obtain high conversion rates of glycerol and high purity of the products45. later, mota et al. (2008)46 evaluated the performance of glycerol acetylation using different solid acid catalysts, whom proposed the kinetic mechanism for glycerol into mono-, diand triacetin. in such work, amberlyst-15 was found to be the most active catalyst, converting 97%, being followed by montmorillonite k-10, nb2o5 and the zeolites hzsm-5 and husy. even expected, the catalyst acidity was not an indicator its catalyst efficiency, with zeolites presenting low conversion and selectivity for diand triacetin despite its high acidity. such chemical behavior can be explained by diffusion limitations within the zeolite pores. other similar reaction as summarized in table 7 using different types of acid catalysts. delgado (2003) produced glycerol triacetate by the reaction of crude glycerol with methyl acetate and potassium hydroxide. when applied as biodiesel additive the glycerol yielded in a high freezing point and low viscosity of biofuel (table 8) 47. figure 3 – emissions of acetal-fuel blends. pm: particle matter; nox: nitrogen oxides; co: carbon monoxide; hc: hydrocarbons. source: nord and haupt (2005). adding ketals to gasoline, mota et al. (2010) observed a significant reduction of gum formation in conventional gasoline and ethanol blended gasoline. in contrast, the addition of acetals leads to gum formation. one hypothesis to explain such contradictory behavior is the radical reactions and, consequently, the polymerization of olefins present in gasoline38. the acetal obtained for bruchmann et al. (1999)39, called acetal-1, apparently does not meet the requisite of a low flashpoint and oxidation stability of biodiesel. garcia et al. (2008)40 synthesized a new acetal (2,2-dimethyl-1,3-dioxan-4-yl-methyl acetate) from crude glycerol and acetic anhydride, capable to improve the biodiesel viscosity, flashpoint and oxidation stability. glycerol esters triacetin, triacetate ester of glycerol, is a colorless fuel oil, being poorly soluble in water43,44. triacetin can be obtained by means of methyl acetate transesterification or glycerol esterification with acetic acid, also yielding in di-acetin and mono-acetin (intermediate products). table 7 – acetylation of glycerol 0.433 0.373 5.056 6.249 0.410 0.358 4.892 4.124 0 1 2 3 4 5 6 7 hc co nox pm emission of atmospheric pollutants (g/bhp-hr) diesel + 5% acetal diesel 59eclética química, 36 (4), 54-61. 2011. erol is dehydrated into 3-hpa, followed by hydrogenation of 1,3-propanediol by nadh2. on the other hand, glycerol is converted into glyceraldehyde-3-phosphate by dha and into pyruvate which, in turn, is further metabolized to produce nadh2 and other subproducts (acetate, lactate, butyrate, ethanol, h2 and co2) 61. according to barbirato et al. (1998), industrial production of 1,3-propanediol by means of clostridium butyricum presented reasonable efficiency. the table 9 shows the different types of bacterial species, media and growth conditions used for the production of 1,3-propanediol62,63. most researchers use the pure glycerin. rangaswamy, et al. (2010) used the crude glycerin, byproduct of biodiesel production from jatropha, with about 1822% glycerol, 9% of free fatty acids, 29% soap, 10% moisture and volatile impurities, 14.5% methanol, 3% of methyl esters, 2.5% of sediment and ph 3.863. table 10 – parameters of alcohol-gasoline blends the use of alcohols derived from glycerol was studied by fernando and colleagues (2007) in commercial gasoline. they evaluated the amount of energy and octane number of the mixtures (table 10)64. the 14:10:76 ethanol/propanediol/gasoline mixture presenttable 8 – parameters of glycerol ester-fuel blends alcohols glycerol can be catalytically converted into a complex mixture of lower alcohols using inorganic catalysts (supported zro2 49 and copper50) bacterium species such as clostridium51,52,53,54, klebsiella and citrobacter55,56, enterobacter57, escherichia coli15, and saccharomyces cerevisiae58,59. table 9 – fermentation of glycerol fermentation of glycerol by different microorganisms has been reported recently59. the application of glycerol as raw material for ethanol manufacture was evaluated recently, being feasible with recombinant s. cerevisiae strains. 1,3-propanediol, one of the oldest fermentation products, was obtained from glycerol for the first time in 188160. glyc60eclética química, 36 (4), 54-61. 2011. co-product markets in wyoming, wyoming department of agriculture, and international center for appropriate and sustainable technology, lakewood, co, 2007. 7. holm-nielsen, j. b.; lomborg, c. j.; oleskowicz-popiel, p.; esbensen, k. h. biotechnol. bioeng. 2008, 99, 302. 8. lammers, p. j.; kerr, b. j.; weber, t. e.; dozier, w. a.; kidd, m. t.; bregendahl, k.; honeyman, m. s. j. anim. sci. 2008, 86, 602. 9. cerrate, s.; yan, f.; wang, z.; coto, c.; sacakli, p.; waldroupand, p. w. int. j. poult. sci. 2006, 5, 1001. 10. lammers, p. j.; kerr, b. j.; honeyman, m. s.; stalder, k.; dozier, w. a.; weber, t. e.; kidd, m. t.; bregendahl, k. poult. sci. 2008, 87, 104. 11. nascimento, m. da g.; costa neto, p. r.; mazzuco, l. m.. biotec. ciênc. & desenv. 2001, 19, 28. 12. melero, j. a.; vicente, g.; morales, g.; paniagua, m.; moreno, j. m.; roldan, r.; ezquerro, a.; pérez. appl. catal. a: gen., 2008, 346, 44. 13. mota, c j. a.; gonçalves, v. l. c.; silva, c. x. a. da. green chem., 2009, 11, 38–41 14. balaraju, m.; nikhitha, p.; jagadeeswaraiah, k.; srilatha, k.; sai prasad, p. s.; lingaiah, n. fuel process. technol. 2010, 91, 249. 15. tang, x.; tan, y.; zhu, h.; zhao, k.; shen, w. appl environ microbiol. 2009, 75, 1628. 16. anp – agência nacional do petróleo, gás natural e biocombustíveis. available at: http://www.anp.gov.br/ accessed january 9, 2010. 17. di serio, m.; ledda, m.; cozzolino, m.; minutillo, g.; tesser, r. and santacesaria, e. ind. eng. chem. res. 2006, 45, 3009. 18. mahajan, s.; konar, s. k.; boocock, d. g. b.; j. am. oil chem. soc. 2007, 84, 189. 19. day, p. patent wo2008075003, 2008. 20. faria, e. a.; marques, j. s.; dias, i. m. andrade, r. d. a.; suareza, p. a. z.; prado, a. g. s. j. braz. chem. soc., 2009, 20, 1732. 21. doelling, g. l. patent us2255916, 1941. 22. queste, s.; bauduin, p.; touraud, d.; kunz, w.; aubry, j.-m. green chem. 2006, 8, 822. 23. kesber, w. patent wo2009147541, 2009. 24. kesling, h. s.; karas, l. k.; liotta, f. j. patent us005308365, 1994. 25. theodore, e.; edlund, k. r. patent us1968033, 1934. 26. karinen, r. s.; krause, a. o. i. appl. catal. a. 2003, 306, 128. 27. noureddini h, daily wr, hunt ba. chem biomol ed the highest energy value, but the other mixtures can also be used as fuel for spark ignition since their octane number is higher than 100. anhydrous ethanol is added to gasoline for ignition engines in various countries, including brazil. the use of ethanol as an additive of unleaded gasoline improves the performance of the engine and reduces significantly the carbon monoxide and hydrocarbon emissions (46.5% and 24.3%, respectively), though it increases the co2 emissions in about 7.5% 65. furthermore, addition of ethanol to diesel can decrease the particle matter formation, depending of the engine design. nevertheless, considering the overall combustibility of such binary mixture, compere to pure diesel, some safety measures are required to its storage66. ahmed et al. (2001)67 has reported a reduction of 41% in particle matter and of 5% in nox emissions when ethanol-diesel mixtures were used in vehicles engines. conclusion oxygenated glycerol derivatives produced by etherification, acetalization, esterification and fermentation of glycerol represent a promising alternative energy sourcel, allowing the reuse of renewable residues, reduce the costs of residue treatment and increase the commercial coast of glycerol. however, most studies have used purified glycerol as raw material, hence crude glycerol leads to catalyst deactivation and lower chemical conversions. references 1. brasil. presidência da república. lei nº 11.097, de 13 jan. 2005. diário oficial da união. section 1. 14 jan. 2005. 2. schuchardt, u.; sercheli, r.; vargas, r. m.; j. braz. chem. soc. 1998, 9, 199. 3. costa neto, p. r., rossi, l. f. s. quim. nova. 2000, 23, 531. 4. pinto, a. c.; guarieiro, l. l. n.; rezende, m. j. c.; ribeiro, n. m.; torres, e. a.; lopes, w. a.; pereira, p. a. 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electronic properties of 1-(5-hydroxymethyl 4 –[ 5 – (5-oxo-5-piperidin-1-yl-penta1,3dienyl)-benzo[1,3]dioxol-2-yl] -tetrahydro-furan-2-yl)-5methyl-1h-pyrimidine-2,4dione molecule a. h. essa1, a. f. jalbout2* 1department of chemistry, college of science, university of basrah, basrah, iraq 2instituto de química, universidad nacional autónoma de méxico, méxico d.f. * ajalbout@u.arizona.edu abstract: the structural and electronic properties of 1-(5-hydroxymethyl 4 –[ 5 – (5-oxo-5piperidin1 -yl-penta1,3 -dienyl)-benzo [1,3] dioxol2 -yl]tetrahydro -furan-2 -yl)-5-methy l-1hpyrimidine-2,4dione (ahe) molecule have been investigated theoretically by performing density functional theory (dft), and semi empirical molecular orbital calculations. the geometry of the molecule is optimized at the level of austin model 1 (am1), and the electronic properties and relative energies of the molecules have been calculated by density functional theory in the ground state. the resultant dipole moment of the ahe molecule is about 2.6 and 2.3 debyes by am1 and dft methods respectively, this property of ahe makes it an active molecule with its environment, that is ahe molecule may interacts with its environment strongly in solution. keywords: anti-hiv drugs; ahe molecule; austin model 1 (am1). c10h13n5o4, and the molecular mass 267.24 . azt was the first drug approved against hiv-1 and is still widely used in combination with other antiretroviral drugs.[3] figure 1. the chemical structure of a : azt ; b : piperine. common side-effects of azt include nausea, vomiting, headache, dizziness, fatigue, weakness and muscle pain. other side-effects occasionally reported from azt include rashes, severe muscle pain and inflammation, nausea, insomnia, nail discoloration, and kidney disorders. these toxicities are more severe and more common in people with damaged immune systems.[4] medicines to control nausea and headache can be prescribed before starting azt. the side-effects of azt are most likely to occur during the early weeks of treatment. azt may damage the bone marrow, the substance in the body which produces blood cells. people with more advanced hiv infection are more likely to suffer blood deficiencies such as anemia (low levels of red blood cells) or neutropenia (low levels of neutrophils, a type of white blood cell). in combination with other risk factors for anemia, such as other medications and opportunistic infections, taking azt may result in more severe side-effects.[5,6] most of the side effects are caused by the azid group (n3).[7-10] therefore, many of researchers are having some spectacular success at the moment (1999) against hiv and aids by using a combination of azt.[11-18] a much more modified nucleoside 1-(5-hydroxymethyl-4–[5–(5-oxo-5-piperidin1-yl-penta-1,3-dienyl)–benzo[1, 3]dioxol-2-yl]tetrahydro-furan-2-yl)-5-methyl-1h-pyrimidine2,4dione (ahe), which is active against azt-resistant viruses. this drug is based on azt but the azide group has been replaced by piperine though it is recognizably similar especially in the stereochemistry.[19] the chemical name of piperine (figure i) is 1-[(2e, 4e)-5-(1, 3-benzodioxol-5-yl)-1-oxo-2, 4pentadienyl], and the chemical formula is c17 h19 n o3. piperine can be isolated in good yield from ground black pepper, which is made up of 5-9 % of alkaloids that also include piperidine, piperettine and piperanine and comes from the dried fruit of aschanti.[20] the iupac name of the studied molecule is 1-(5-hydroxymethyl -4–[5–(5-oxo-5piperidin-1-yl-penta-1,3dienyl)–benzo[1,3]dioxol2-yl]-tetrahydro-furan-2yl)5 -methyl -1h -pyrimidine-2,4dione (ahe), and its chemical formula is c27h31n3o7. the chemical structure is shown in figure 2. 72 ecl. quím., são paulo, 33(1): 71-76, 2008 scheme 1. the relative stereochemistry around the ribose ring of the nucleosides in dna and rna because the bases can be persuaded to cyclize on to the ring in certain reactions. treatment of deoxythymidine with reagents that make oxygen atoms into leaving groups leads to cyclization by intramolecular sn2 reaction. the amide oxygen of the base attacks the 3?-position in the sugar ring. this sn2 reaction has to happen with inversion, proving that the base and the 3?-oh group are on opposite sides of the ribose ring. the cyclized product is useful too. if it is reacted with piperine ion the ring reopens with inversion in another sn2 reaction and ahe is formed as shown in scheme i.[21] because of the biological and medical importance of the ahe molecule i have investigated the structural features and electronic properties theoretically in this work. method of calculation the ahe molecule has been investigated theoretically by performing semi-empirical molecular orbital and density functional theory calculations. semi-empirical self-consistent-field molecular orbital (scf-mo) method at austin model 1 (am1) level,[22] within the restricted hartreefock (rhf).[23] formalism has been considered to optimize fully the geometry of the ahe molecule in its ground state. geometry optimization is carried out by using a conjugate gradient method (polakribiere algorithm),[24] then the electronic structure 73ecl. quím., são paulo, 33(1): 71-76, 2008 figure 2. the chemical structure of ahe. of the system has been calculated by applying the density functional theory (dft) method [25] considering b3lyp exchange-correlation functional.[26,27] 3-21g basis set [28] has been chosen in the dft calculations. the scf convergency is set to 0.001 kcal/mol and the rms gradient is set to 0.001 kcal/(ao mol) in the calculations. we have performed all the calculations by using the hyperchem-7 packet program,[29] running on windows xp workstation in pentium iv pc. results and discussion some molecular information about the system considered are given in table (i) . quantity value am1 dft no. of electrons 196 270 no. of doubly occupied levels 98 135 no. of total orbitals 179 216 the geometry optimization of am1 and dft methods yields a non-planar structure as the stable form with c1 symmetry of the ahe. in the ahe some of the carbon atoms have positive excess charge, some of them have negative excess charge, the magnitude of positive charges vary from + 0.047 to + 0.403 (am1) and 0.021 to + 0.451 (dft), whereas the magnitude of negative charges vary from 0.010 to 0.235 (am1) and 0.001 to 0.274 (dft). all the oxygen atoms have negative excess charge, their magnitude vary from – 0.235 to – 0.384 (am1) and 0.267 to 0.378 (dft). similar to carbon atoms some of the hydrogen atoms have positive excess charge, some of them have negative excess charge, the magnitude of positive charges vary from 0.076 to 0.226 (am1) and 0.004 to 0.219 (dft), where as the magnitude of negative charges vary from 0.010 to 0.021 (dft). finally, the nitrogen atoms have negative excess charge, their magnitude vary from – 0.283 to – 0.382 (am1) and – 0.379 to – 0.441 (dft). the large charge accumulation takes place on the oxygen and nitrogen atoms. isosarface of the electrostatic potential (esp) of molecule is shown in figure (iii). dark (green) colors indicate negative esp regions and light (violet) colors indicate pos74 ecl. quím., são paulo, 33(1): 71-76, 2008 figure 3. isosurface of electrostatic potential in the spatial vicinity of ahe. a: am1 b: dft. (a) (b) table 2. the energy values ( in kcal mol-1 ), the mo energy of homo,lumo levels,æ e (in ev), and dipole moment µ (in debyes ) for ahe which is calculated by am1 and dft methods. itive esp regions. these figures shown that oxygen and nitrogen atoms have more negative esp regions in compare with other atoms. this means that oxygen and nitrogen atoms undergo protonation reaction with acidic reagents.[30] the calculated energies values obtained by different methods (am1 and dft) of the system studied as well as the highest occupied and figure 4. the vibration spectrum of the studied molecules. normal mode frequencies, varies between 290 and 3520 cm-1, and infraded band intensities vary between 20 and 360 km mol-1. the lowest unoccupied mo (homo and lumo respectively) energies and the interfrontier mo energy gap (lumo – homo energy difference, æ e) with the lowest and highest level energy values are also given in table (ii). the ahe molecule has a binding energy value of about – 7045.7 kcal mol-1 (am1). on the other hand, the heat of formation of the system studied is exothermic and has the value of about -60.58 kcal mol-1.the lumo – homo gap of the ahe is about 8 ev by am1 and 1 by dft methods. the resultant dipole moment of the ahe molecule is about 2.6 and 2.3 debyes by am1 and dft methods respectively .this value of dipole moment may be considered as large for such a molecule.[31] this high dipole moment may make the ahe molecule reactive and attractive for the interaction with other systems, in other words the ahe molecule with large dipole moment my be very polar (hydrophilic). this property of ahe makes it an active molecule with its environment that is ahe molecule may interacts with its environment strongly in solution.[32] the infrared spectrum (ir) for the studied molecule calculated according to dft method is displayed in figure iv. to best of our knowledge, the experimental spectrum has not been reported in the literature. the range of the vibrational frequencies varies between 290 and 3503 cm-1. the infrared band intensities vary between 20 and 360 km mol-1. the principal peaks are as following: the scaled –oh rocking in the range 299-650 cm-1, several ch2 rocking in the range 900-1000 cm-1, the asymmetric stretching of c-c-o in the range 1000-1060 cm-1, c-o stretching in the range 1100-1200 cm-1, the o-h and c-h rocking in the range 1300-1425 cm-1, the -ch3 wagging in 1400-1550 cm-1, the stretching c=o in the range 1650 and 1780 cm-1, the stretching c-h appear in the range 2800-3050 cm-1, stretching of n-h in the range 3300-3390 cm-1, finally the oh stretching in the range 3450-3390 cm-1. these values could be compared with the peaks obtained for the ir spectra of the parent molecules azt and piperine. for example, the 1470 cm-1 peak could be related with the experimental 1495 cm-1; the 1513 cm-1 peak could be related with the experimental 1450 cm-1; and the 3442 cm-1 peak could be related with the experimental 3390 cm-1. received 14 december 2007 accepted 28 march 2008 references [1] p. l. boyer, s. g. sarafianos, e. arnold, and s. h. hughes, journal of virology. 2001 ,75, 4832-4836. 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[32] s. erkoc, and f. erkoc, j. mole. struct . theochem, 2005, 719, 1-5. 76 ecl. quím., são paulo, 33(1): 71-76, 2008 eclética química, 39, 227-243, 2014. 227 utilização do resíduo de erva-mate como material adsorvente do corante azul de metileno m. t. veita,*, s. bedina, m. r. fagundes-klena, s. m. palácioa , g. c. gonçalvesb adepartamento de engenharia química, universidade estadual do oeste do paraná, rua da faculdade, 645, jardim la salle, cep: 85903-000 toledo, pr, brasil buniversidade tecnológica federal do paraná, campus de toledo, rua cristo rei, 19, vila becker, cep 85902-490 toledo, pr, brasil *marcia_veit@yahoo.com.br resumo: oresíduode erva-mate (ilex paraguariensis st. hil) foi utilizado como um potencial adsorvente do corante azul de metileno em soluções aquosas. no processo de adsorção foram avaliados três diferentes tamanhos de partícula e de velocidade de agitação. o equilíbrio cinético foi estabelecido em torno de 350 minutos. o modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que melhor descreveu os dados cinéticos de adsorção do corante. os dados de equilíbrio de adsorção do corante foram adequadamente representados pelo modelo de isoterma de langmuir com um qmax de 44,84 mg.g-1 para a temperatura de 30°c. o resíduode erva-mate demonstrou ser um adsorvente alternativo com potencial de remoção do corante. palavras-chave: resíduo de erva-mate; corante; azul de metileno; adsorção. using the residue of erva-mate as adsorbent material of methylene blue dye abstract: the residue of erva-mate (ilex paraguariensis st. hil) was used as a potential adsorbent to remove methylene blue in aqueous solutions. three particle sizes and three agitation speeds were evaluated on the adsorption process. the kinetic equilibrium was reached about 350 minutes. the kinetic model of pseudo-second order was the one that best described the kinetic data of adsorption. the equilibrium data were better represented by langmuir model with a qmax of 44.84 mg g-1 for a temperature of 30°c. the residue of erva-mate proved to be an alternative adsorbent with the potential to remove this dye. keywords: residue of erva-mate; dye; methylene blue; adsorption. eclética química, 39, 227-243, 2014. 228 introdução os corantes normalmente têm origem sintética e complexa estrutura molecular aromática, fato que os torna mais estáveis e de difícil degradação. em torno de 10000 corantes estão disponíveis comercialmente, sendo utilizados largamente em produtos têxteis, papel, borracha, plástico, couro, cosméticos, fármacos e indústrias de alimentos [1]. estes efluentes coloridos despejados em corpos receptores provocam sérios problemas nestas águas, aumentando a toxicidade e a demanda química de oxigênio (dqo). deste despejo inadequado resultam também problemas quanto à penetração da luz o que afeta o fenômeno da fotossíntese prejudicando todo o ecossistema [1]. dessa forma, efluentes contendo corantes necessitam de tratamento prévio antes de serem descartados no ambiente. o corante azul de metileno (c16h18cln3s) apresenta peso molecular de 373,9 g mol-1 e tem aplicação na coloração de papel, tintura para cabelo, tingimento de algodão, madeira, seda e lãs [13]. embora o azul de metileno não seja extremamente perigoso, este corante pode causar alguns efeitos prejudiciais aos seres humanos quando submetidos à sua exposição aguda, tais como aumento dos batimentos cardíacos, vômito, icterícia, tetraplegia e necrose de tecidos [1, 3]. com o propósito de diminuir o impacto dos corantes no ambiente, vários métodos têm sido investigados para sua remoção. dentre os processos desenvolvidos cita-se a descoloração por oxidação catalítica, decomposição microbiológica ou enzimática e a adsorção [4]. o processo de adsorção é considerado o procedimento mais eficiente para a remoção de corantes sintéticos em efluentes industriais, consistindo na transferência do corante para uma fase sólida. o material adsorvente saturado de corante após o processo de adsorção pode ser encaminhado para a regeneração ou então condicionado de forma adequada em local seco [5]. o desempenho da adsorção é dependente da concentração de equilíbrio entre o adsorvente e o adsorbato, e da taxa em que essa transferência de massa ocorre no processo [6]. o carvão ativado por apresentar excelentes propriedades de adsorção atribuídas à sua elevada área superficial e estrutura porosa é considerado o adsorvente mais utilizado na remoção de corantes [5]. no entanto, o seu alto custo tem incentivado a busca de materiais adsorventes mais baratos, os quais não requerem muitos tratamentos prévios tais como os derivados de resíduos agrícolas ou de materiais naturais [1, 7, 8]. diversos materiais adsorventes de baixo custo são relatados na literatura, podendo-se citar espigas de milho, girassol, cinzas, algas marinhas, lama vermelha, casca de resíduos orgânicos, galhos de samambaia, entre outros [9]. o palito de erva-mate (ilex paraguariensis st. hil) é um resíduo da erva-mate, proveniente da secagem e cancheamento das folhas [10]. estudos apontaram o carvão produzido a partir do eclética química, 39, 227-243, 2014. 229 resíduo de erva-mate (ilex paraguariensis st. hil) como bom adsorvente de contaminantes orgânicos em meio aquoso [11]. no processo de adsorção, o estudo da cinética é desejável, pois fornece informações sobre o mecanismo de adsorção, que é importante para a eficiência do processo [9]. na adsorção sólidolíquido, o processo de transferência de soluto é geralmente caracterizado por uma transferência de massa externa (camada limite de difusão) ou difusão intrapartícula ou ambos [7]. o mecanismo para a remoção de corante por adsorção compreende as seguintes etapas: 1) migração da maior parte do corante da solução para a superfície do material adsorvente; 2) difusão do corante através da camada limite para a superfície do adsorvente; 3) adsorção do corante em um sítio ativo na superfície do adsorvente; 4) difusão intrapartícula do corante no interior da estrutura dos poros do adsorvente (pode ou não ocorrer) [9]. a capacidade de biossorção de um biossorvente depende de vários fatores, que incluem o tipo de biossorvente (espécie, idade), tipo de sorbato, presença de outros íons concorrentes e método de preparação de biomassa, juntamente com diversos fatores físico-químicos tais como temperatura, ph, concentração iônica, entre outros [9]. a variação da velocidade de agitação em reator batelada é geralmente usada para confirmar a ausência de significante resistência externa [12]. a velocidade de agitação desempenha um papel importante em sistemas em batelada, pois afeta o filme da camada externa e a distribuição do soluto na solução [13]. as isotermas de adsorção são importantes no processo, pois descrevem como os adsorbatos interagem com os adsorventes [7]. sendo assim, este trabalho teve por objetivo realizar experimentos cinéticos e de equilíbrio, em sistema batelada, para determinar o potencial do palito de erva-mate como material adsorvente na capacidade de adsorção do corante básico azul de metileno em soluções aquosas. experimental preparo do adsorvente o material adsorvente utilizado nos experimentos foi o palito de erva-mate (ilex paraguariensis st. hil) gentilmente cedido por uma empresa situada na região oeste do paraná/pr. os palitos de erva-mate foram submetidos à lavagem com água corrente para a remoção das partículas finas da erva-mate, seguido de sucessivos enxagues em água destilada. posteriormente, este material foi seco em estufa por um período de 72 horas à temperatura de 40 ºc. depois de seco, o palito foi granulometricamente separado através do conjunto de peneiras de aberturas (12, 9 e 7 eclética química, 39, 227-243, 2014. 230 mesh). os palitos de erva-mate com diâmetro médio de 1,7 mm, 2,4 mm e < 2,8 mm foram armazenados em embalagens plásticas a temperatura ambiente para posterior utilização nos experimentos. soluções de azul de metileno as soluções de corante utilizadas nos experimentos cinéticos e de equilíbrio foram preparadas a partir da dissolução em água destilada do corante comercial catiônico azul de metileno (c16h18cln3s), produzido pela vetec química fina. as concentrações requeridas foram preparadas a partir da solução estoque de 1000 mg l-1. cinética de adsorção influência da velocidade de agitação e do tamanho de partícula a influência da velocidade de agitação do sistema no processo de transferência de massa da fase aquosa para a fase sólida e da granulometria do adsorvente palito de erva-mate sobre a capacidade de adsorção foram investigadas, utilizando-se soluções aquosas de concentração inicial de 150 mg l-1 do corante azul de metileno sem correção de ph da solução. ao término do experimento, o parâmetro ph também foi determinado, apresentando variação de valor entre 5,5 e 6,2 comparado ao ph médio da solução de 5,7 (branco). para avaliar a quantidade de corante adsorvida pelo palito de erva-mate nas três diferentes granulometrias (1,7, 2,4 e < 2,8 mm) e velocidades de agitação do sistema (20, 80 e 160 rpm) empregou-se as seguintes condições experimentais: 0,5 g (base seca) de adsorvente; 50 ml de solução de corante; temperatura controlada de 30 °c. os ensaios cinéticos foram realizados em sistema batelada, sendo retiradas alíquotas da solução em intervalos regulares de tempo. o valor do ph de cada amostra foi medido (digimed dm-22) e também realizada a quantificação da concentração de corante em espectrofotômetro mono-feixe uv/visível shimadzu, no comprimento de onda de 664,5 nm. os experimentos foram realizados em duplicata. a quantidade de corante adsorvida em cada intervalo de tempo por unidade de massa de adsorvente, qt (mg g-1) foi calculada pela equação: (1) em que, c0 é a concentração inicial de corante (mg l-1); ct é a concentração de corante em cada tempo (mg l-1), v é o volume de solução (l) e ms (g) é a massa de adsorvente (base seca). para representar os dados experimentais cinéticos de adsorção do azul de metileno pelo palito de erva-mate, empregou-se os modelos cinéticos de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem disponíveis na literatura. eclética química, 39, 227-243, 2014. 231 modelo de pseudo-primeira ordem a equação da taxa de lagergren é a equação mais utilizada para a adsorção de um soluto de uma solução aquosa, sendo sua representação dada por [14]: (2) em que, qt é a quantidade de corante adsorvido em um tempo t (min) (mg g-1); qe é a quantidade de corante adsorvida no equilíbrio (mg g-1); k1 é a constante da taxa de adsorção de pseudo-primeira ordem (min-1) e t é o tempo de contato (min). modelo de pseudo-segunda ordem a cinética de adsorção também pode ser dada por uma reação de pseudo-segunda ordem, representada por [15]: (3) em que, k2 é a constante da taxa de adsorção de pseudo-segunda ordem (g mg-1 min-1). os parâmetros (k1, k2, qe) foram determinados utilizando-se o software statistica para windows, o método de estimativa não linear simplex e a função objetivo, soma do quadrado do erro (observado – predito)². isotermas de adsorção os dados de equilíbrio foram obtidos em três distintas temperaturas (30 °c, 40 °c e 50 °c) em sistema batelada nas seguintes condições experimentais: 0,5 g (base seca) de palito de ervamate de granulometria 1,7 mm; 50 ml de solução de corante azul de metileno; concentrações iniciais das soluções variando entre 5 e 700 mg l-1; velocidade de agitação de 160 rpm. após 24 horas de contato palito-corante, amostras da solução foram retiradas e a concentração do corante remanescente na solução determinada em espectrofotômetro mono-feixe uv/visível shimadzu, no comprimento de onda de 664,5 nm. os experimentos foram realizados em duplicata. a capacidade de adsorção foi calculada usando a equação: (4) em que, ce é a concentração de equilíbrio do corante na solução (mg l-1). eclética química, 39, 227-243, 2014. 232 os dados de equilíbrio de adsorção obtidos fornecem informações sobre a capacidade máxima de adsorção do corante pelo material adsorvente, sendo representado pelos modelos de langmuir e freundlich. isoterma de langmuir o modelo de isoterma de langmuir é simples, porém não considera a heterogeneidade do material, fato importante em sistemas reais [16]. esse modelo é válido para adsorção monocamada em uma superfície com um número finito de sítios idênticos que são distribuídos homogeneamente sobre a superfície do adsorvente e representado por [2]: (5) em que, qmáx é a capacidade máxima de adsorção (mg g-1) e k é a constante de equilíbrio de adsorção(l mg-1). isoterma de freundlich o modelo de freundlich é uma equação empírica baseada na adsorção em uma superfície heterogênea, sugerindo que os sítios de ligação não são equivalentes e/ou independentes [2]. o modelo de freundlich supõe que existem muitos tipos de sítios que atuam simultaneamente, cada um com uma energia livre de adsorção diferente, e que há uma grande quantidade de sítios disponíveis [17]. esse modelo é representado por: (6) em que, kf é a constante de equilíbrio da capacidade de adsorção (l mg-1) e n é a constante da intensidade de adsorção. os parâmetros foram determinados utilizando-se o software statistica para windows, o método de estimativa não linear simplex e a função objetivo, soma do quadrado do erro (observado – predito)2. resultados e discussão cinética de adsorção influência da velocidade de agitação e do tamanho de partícula o efeito de três velocidades de agitação (20, 80 e 160 rpm) e três granulometrias (1,7, 2,4 e < 2,8 mm) foram investigados no estudo cinético de adsorção do corante azul de metileno eclética química, 39, 227-243, 2014. 233 empregando o adsorvente palito de erva-mate. os resultados obtidos para as diferentes condições experimentais são apresentados na figura 1. 0 100 200 300 400 500 0 2 4 6 8 10 granul. 1,7 mm, 160 rpm granul. 1,7 mm, 80 rpm granul. 1,7 mm, 20 rpm q (m g g -1 ) tempo (min) (a) 0 100 200 300 400 500 0 2 4 6 8 10 granul. 2,4mm, 160 rpm granul. 2,4mm, 80 rpm granul. 2,4mm, 20 rpm q ( m g g -1 ) tempo (min) (b) 0 100 200 300 400 500 0 2 4 6 8 10 granul. <2,8mm, 160 rpm granul. <2,8mm, 80 rpm granul. <2,8mm, 20 rpm q ( m g g -1 ) tempo (min) (c) figura 1. cinética de adsorção do corante nas diferentes velocidades de agitação e granulometrias eclética química, 39, 227-243, 2014. 234 do palito de erva-mate: (a) 1,7 mm; (b) 2,4 mm; (c) < 2,8 mm (t=30 0c, c0= 150 mg l-1) analisando-se a figura 1(a), 1(b) e 1(c), observa-se para as condições experimentais investigadas de velocidade de agitação de 80 e 160 rpm um tempo de contato em torno de 350 minutos para a saturação do material adsorvente pelo corante azul de metileno. a remoção do corante pelo palito de erva-mate ocorreu de forma rápida no período inicial de contato e foi seguida de uma remoção mais lenta até alcançar o equilíbrio nos diferentes sistemas. a etapa mais lenta normalmente está associada a gradual redução de sítios ativos disponíveis no material adsorvente. vários estudos [7, 9, 12, 18, 19] reportaram para diferentes concentrações iniciais de corante, tempos de contato variando de 30 a 120 minutos para a adsorção do azul de metileno utilizando distintos materiais adsorventes. para a concentração inicial de corante azul de metileno de 150 300 mg l-1 hameed et al. [20] obtiveram um tempo de equilíbrio de 4 horas utilizando como material adsorvente resíduos do caule do abacaxi. resultado este, semelhante ao tempo de 5,8 horas obtido no presente estudo para a concentração inicial de 150 mg l-1 do corante para o palito de erva-mate. ressalta-se que na maior velocidade de agitação, bem como a medida que o tamanho da partícula diminuiu se verificou uma maior remoção do corante na cinética de adsorção, o que demonstra a influencia desses parâmetros na quantidade de corante removida. as porcentagens adsorvidas do corante azul de metileno são apresentadas na tabela 1. tabela 1. porcentagem de corante azul de metileno removida empregando o palito de erva-mate. granulometria (mm) rotação (rpm) remoção de corante (%) 1,7 20 69,63 80 84,29 160 88,50 2,4 20 69,06 80 74,01 160 76,19 < 2,8 20 58,44 80 66,78 160 70,86 na tabela 1, pode-se verificar nas três velocidades de agitação (20, 80 e 160 rpm), que os palitos de erva-mate com granulometria de 1,7 mm apresentaram o maior potencial de adsorção do corante estudado, isto é, superior a 69,63%. fato semelhante foi relatado por dogan et al. [9], quando obtiveram em torno de 75% de remoção do corante azul de metileno utilizando como eclética química, 39, 227-243, 2014. 235 material adsorvente a menor granulometria (0-75 m) da casca de avelã. conforme os autores, com a redução do tamanho das partículas, a taxa de adsorção do corante aumenta, sendo associada à maior área de superfície. para partículas maiores do adsorvente, a resistência à difusão no transporte de massa é maior, pois o corante fica retido na superfície externa do material adsorvente, formando uma película impermeabilizante [9]. devido a este fato, a maioria da superfície interna das partículas acaba não sendo utilizada no processo de adsorção, desperdiçando-se assim uma grande quantidade de adsorvente. de acordo com ozer et al. [2], o processo de adsorção está diretamente relacionado com a área superficial do adsorvente, a qual determina o tempo necessário para o transporte do corante até os sítios de adsorção. portanto, o tamanho das partículas é um fator muito importante no processo e que afeta a capacidade de adsorção. o aumento da quantidade de corante removida com o aumento da velocidade de agitação de 20 para 160 rpm pelo palito (figura 1(a), 1(b), 1(c) e tabela 1), pode ser atribuída ao fato que a baixa velocidade de agitação requer um maior tempo de contato para atingir o equilíbrio. quando ocorreu um aumento da velocidade de agitação houve um melhor contato entre o corante e o adsorvente palito de erva-mate no sistema, resultando em um aumento na taxa de adsorção. observou-se que o tempo de contato empregado em torno de 480 minutos não foi suficiente para o sistema atingir o equilíbrio, principalmente para a menor rotação investigada de 20 rpm, conforme se pode observar na figura 1 e tabela 1. segundo al-ghouti et al. [12], se a transferência de massa das moléculas de corante for um fator importante no controle da taxa, a taxa de agitação tem efeito sobre a adsorção. dessa forma, a quantidade de corante removida ser maior para a maior velocidade de agitação no sistema analisado, pode ser atribuída à diminuição da espessura da camada limite formada em torno dos palitos de erva-mate, criando uma pequena diferença entre a concentração de soluto na solução e na superfície da partícula. assim, pode ser notado que a adsorção do corante é mais rápida em 160 rpm, rotação esta que minimiza a resistência oferecida a película entre o seio do fluido e a partícula adsorvente, isto é, maximiza a taxa de transferência de massa do corante azul de metileno até as partículas de palito de erva-mate, tornando esta condição interessante para fins industriais. os modelos cinéticos de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem foram utilizados com o intuito de determinar a taxa do processo de adsorção do corante azul de metileno. os resultados da quantidade de corante removida por grama do adsorvente obtidas experimentalmente e as eclética química, 39, 227-243, 2014. 236 constantes cinéticas dos modelos empregados para as diferentes velocidades de agitação e tamanho de partícula são apresentados na tabela 2. tabela 2. parâmetros dos modelos cinéticos de adsorção do corante azul de metileno em diferentes velocidades de agitação e tamanhos de partícula do palito de erva-mate (c0= 150 mg l-1). rotação (rpm) granulometria (mm) 1,7 2,4 <2,8 20 modelo pseudo-primeira ordem k1 (min-1) 0,027±0,005 0,010±0,002 0,008±0,001 p-valor (k1) 4,329e-04 1,001e-04 1,008e-05 qe(calc) (mg g-1) 6,648±0,336 7,583±0,399 6,823±0,327 p-valor (qe (calc)) 5,989e-10 9,187e-10 3,414e-10 qe (exp) (mg g-1) 6,916 7,782 6,654 r2 0,927 0,976 0,983 função objetivo 5,018 2,334 1,317 modelo pseudo-segunda ordem k2 (g mg-1 min-1) 0,005±0,001 0,001±0,0003 0,0009±0,0002 p-valor (k2) 1,943e-03 9,404e-04 1,969e-03 qe (calc) (mg g-1) 7,383±0,373 9,283±0,519 8,730±0,601 p-valor (qe (calc)) 5,901e-10 1,759e-09 1,595e-08 qe (exp) (mg g-1) 6,916 7,782 6,654 r2 0,956 0,989 0,987 função objetivo 3,052 0,999 1,075 80 modelo pseudo-primeira ordem k1 (min-1) 0,022±0,0008 0,015±0,0014 0,022±0,003 p-valor (k1) 1,166e-11 4,586e-07 3,656e-06 qe(calc) (mg g-1) 8,251±0,081 7,267±0,198 7,246±0,221 p-valor (qe (calc)) 1,039e-17 7,409e-13 2,577e-12 qe (exp) (mg g-1) 8,288 7,365 7,617 r2 0,998 0,989 0,979 função objetivo 0,292 1,185 1,971 modelo pseudo-segunda ordem k2 (g mg-1 min-1) 0,003±0,0003 0,002±0,0003 0,003±0,0003 p-valor (k2) 7,540e-06 3,663e-05 8,239e-07 qe (calc) (mg g-1) 9,515±0,271 8,704±0,312 8,311±0,181 p-valor (qe (calc)) 1,192e-12 1,480e-11 6,498e-14 qe (exp) (mg g-1) 8,288 7,365 7,617 r2 0,990 0,991 0,994 função objetivo 1,332 0,992 0,536 160 modelo pseudo-primeira ordem k1 (min-1) 0,035±0,003 0,021±0,002 0,027±0,004 p-valor (k1) 5,811e-08 6,637e-08 5,774e-05 qe(calc) (mg g-1) 8,313±0,172 7,422±0,159 7,562±0,301 eclética química, 39, 227-243, 2014. 237 p-valor (qe (calc)) 3,632e-14 5,429e-14 4,514e-11 qe (exp) (mg g-1) 8,746 7,591 8,066 r2 0,988 0,990 0,958 função objetivo 1,556 1,068 4,055 modelo pseudo-segunda ordem k2 (g mg-1 min-1) 0,005±0,0004 0,003±0,0003 0,004±0,001 p-valor (k2) 4,374e-07 4,168e-06 3,777e-05 qe (calc) (mg g-1) 9,277±0,183 8,586±0,231 8,499±0,267 p-valor (qe (calc)) 2,199e-14 6,352e-13 3,461e-12 qe (exp) (mg g-1) 8,746 7,591 8,066 r2 0,993 0,991 0,984 função objetivo 0,933 0,965 1,557 na tabela 2, se pode observar que ambos os modelos cinéticos avaliados apresentaram altos coeficientes de determinação (r² > 0,927) e baixos p-valor (< 0,05) para os parâmetros estimados. além disso, os valores obtidos para a quantidade de corante removida experimental (qe, exp.) estão próximos aos valores calculados pelos modelos (qe, calc.). considerando a conformidade entre os dados experimental e os valores preditos pelos modelos expressos pelo coeficiente de determinação (r2), a escolha do modelo cinético mais adequado para descrever os dados experimentais foi baseado nos menores valores calculados para a função objetivo. analisando os resultados obtidos para a função objetivo (tabela 2) pode-se observar que os menores valores correspondem ao modelo cinético de pseudo-segunda ordem. assim, pode-se inferir que o modelo de pseudo-segunda ordem promove uma adequada representação dos dados cinéticos experimentais de adsorção do corante azul de metileno pelo adsorvente palito de erva-mate. vários autores tem apontado o modelo de pseudo-segunda ordem como o mais apropriado para descrever a cinética de adsorção do azul de metileno pelo adsorvente semente de papaia [7], diatomita [12], resíduos do caule do abacaxi [20], zeolita natural [21] e casca de trigo [22]. na tabela 2 de forma geral, pode-se notar que o valor da constante cinética do modelo de pseudo-segunda ordem, k2, diminui com o aumento do tamanho de partícula e aumenta com o aumento da velocidade de agitação do sistema. dentre todas as condições experimentais investigadas, observou-se que a velocidade de agitação do sistema de 160 rpm e o tamanho de partícula de 1,7 mm apresentou a maior capacidade de adsorção (88,50%) do corante azul de metileno pelo palito de erva-mate, correspondendo a uma remoção de 8,746 mg do corante/g de adsorvente (qe, exp.). os resultados da modelagem cinética da adsorção do corante azul de metileno pelo adsorvente na melhor condição experimental de velocidade de agitação e granulometria é mostrada na figura 2. eclética química, 39, 227-243, 2014. 238 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 2 4 6 8 10 q ( m g g -1 ) tempo (min) experimental granul. 1,7mm, 160 rpm modelo de pseudo-primeira ordem modelo de pseudo-segunda ordem figura 2. dados experimentais e modelagem cinética da adsorção do corante pelo palito de erva mate (160 rpm e granulometria de 1,7 mm) isotermas de adsorção para o projeto de sistemas de adsorção se faz necessário a obtenção de dados de equilíbrio. estes foram realizados em sistema batelada com intuito de obter a capacidade máxima de adsorção do corante azul de metileno pelo adsorvente palito de erva-mate nas temperaturas de 30, 40 e 50 °c. os dados experimentais de equilíbrio obtidos nas melhores condições de velocidade de agitação e granulometria, nas diferentes temperaturas foram descritos utilizando os modelos de isotermas de langmuir e de freundlich. as constantes de adsorção referentes às figuras 3(a), 3(b) e 3(c), bem como seus respectivos coeficientes de determinação (r2) são apresentados na tabela 3. 0 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 q e ( m g g -1 ) c e (mg l -1 ) experimental modelo de langmuir modelo de freundlich (a) eclética química, 39, 227-243, 2014. 239 0 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 q e ( m g g -1 ) c e (mg l -1 ) experimental modelo de langmuir modelo de freundlich (b) 0 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 q e ( m g g -1 ) c e (mg l -1 ) experimental modelo de langmuir modelo de freundlich (c) figura 3. isotermas de langmuir e freundlich para a adsorção do corante azul de metileno pelo palito de erva-mate: (a) 30 °c, (b) 40 °c, (c) 50 °c (c0= 5 700 mg l-1, 160 rpm, 1,7 mm). na figura 3(a), 3(b) e 3(c), verifica-se que a maior adsorção do corante azul de metileno usando o biossorvente palito de erva-mate ocorreu para a menor temperatura (30 °c), sendo equivalente a 55,81% da concentração inicial de 684 mg l-1 de solução em ph 5,9. resultados semelhantes foram relatados por hamdaoui [23] no estudo da adsorção do corante azul de metileno utilizando como material adsorvente serragem de cedro e tijolo moído e por brito et al. [19], utilizando como material adsorvente a casca de castanha brasileira. as percentagens de remoção do azul de metileno obtidas por hamdaoui [23] para ambos os adsorventes foi em torno de 97% da concentração inicial de 40 mg l-1 (ph de 7 e temperatura de 20 °c). brito et al. [19] obtiveram uma remoção do azul de metileno correspondente a 71,77% para a temperatura de 20 °c e 67,07% para a de 60 °c empregando uma solução de concentração inicial de 1100 mg l-1 e ph de 6,5. eclética química, 39, 227-243, 2014. 240 segundo hamdaoui [23], a maior remoção deste corante na menor temperatura avaliada é devido ao fato do processo de adsorção ser exotérmico e espontâneo, e pelo enfraquecimento das ligações entre as moléculas de corante e sítios ativos dos adsorventes para altas temperaturas. outros pesquisadores também obtiveram resultados de diminuição da adsorção de outros corantes com o aumento da temperatura da solução usando diferentes adsorventes [24 – 26]. tabela 3. parâmetros de equilíbrio em diferentes temperaturas para adsorção do corante azul de metileno pelo palito de erva-mate (c0= 5 – 700 mg l-1; 160 rpm; 1,7 mm). isoterma de langmuir t=30 °c t=40 °c t=50 °c qmax (mg g-1) 44,844±1,905 40,899±1,089 38,921±1,842 p-valor (qmax) 2,152e-09 3,341e-11 5,588e-09 b (l mg-1) 0,029±0,003 0,032±0,003 0,027±0,004 p-valor (b) 8,519e-06 4,498e-07 6,216e-05 r2 0,987 0,995 0,987 função objetivo 23,147 8,371 19,697 isoterma de freundlich k 5,529±1,310 5,387±0,996 4,569±0,719 p-valor (k) 2,232e-03 4,266e-04 1,317e-04 n 0,362±0,050 0,355±0,038 0,372±0,033 p-valor (n) 4,735e-05 6,107e-06 1,141e-06 r2 0,901 0,948 0,959 função objetivo 176,574 83,115 59,123 analisando-se os valores da adsorção do corante azul de metileno pelo palito de erva-mate apresentados na tabela 3, percebe-se que o modelo de langmuir apresenta maior remoção do corante para a menor temperatura avaliada (30 0c) sendo estimada em 44,84 mg de corante por grama de biossorvente. essa constante de langmuir, qmáx, representa a saturação da monocamada em equilíbrio. na figura 3(a), 3(b) e 3(c), observa-se que os dados experimentais de equilíbrio foram melhor descritos pelo modelo de langmuir, apresentando um coeficiente de determinação maior de 0,98 e menores valores para a função objetivo comparado ao modelo de freundlich, conforme tabela 3. o fato da isoterma de langmuir ajustar melhor os dados experimentais pode ser associada a hipótese que o modelo assume distribuição homogênea dos sítios ativos sobre a superfície do adsorvente. também as formas das curvas das isotermas de adsorção obtidas foram do tipo favorável e demonstraram uma grande afinidade do palito de erva-mate com as moléculas do corante azul de metileno. a isoterma de langmuir (figura 3) indica que a capacidade máxima de adsorção aumenta com a diminuição da temperatura, sugerindo uma adsorção de natureza exotérmica. weng et al. eclética química, 39, 227-243, 2014. 241 [13] obtiveram um resultado semelhante quando estudaram a remoção do corante azul de metileno em soluções aquosas por adsorção em pó de folhas de abacaxi, utilizando uma faixa de temperatura de 4 a 54 °c. na tabela 4 são apresentados os valores da capacidade máxima de adsorção do corante azul de metileno obtida para vários materiais adsorventes. tabela 4. remoção de corante azul de metileno por diferentes adsorventes. adsorvente t (0c) qmax (mg g-1) referencia casca de castanha brasileira 30 7,81 19 casca de trigo 30 16,56 22 casca de laranja 30 18,60 27 casca de banana 30 20,8 27 casca de arroz 30 40,59 28 palito de erva-mate 30 44,84 presente estudo apesar dos materiais adsorventes dispostos na tabela 4 serem de origens diferentes, pode-se verificar que a capacidade máxima de adsorção do corante pelo palito de erva-mate é maior comparada aos demais adsorventes. dentre suas inúmeras vantagens, o palito de erva-mate apresenta baixo custo, não exige pré-tratamentos, apresenta disponibilidade local e é um resíduo da produção de erva-mate. de fato, este adsorvente pode ser considerado um material com promissor potencial de aplicação na remoção do corante azul de metileno de meios aquosos. 4. conclusão neste estudo, avaliou-se o palito de erva-mate, que é um material com disponibilidade local e de baixo custo, para ser utilizado como um adsorvente alternativo na remoção do corante básico azul de metileno de soluções aquosas. em relação à cinética de adsorção, as melhores condições de remoção do corante (88,50%, qe = 8,746 mg g-1) obtidas experimentalmente, foram para a menor granulometria (1,7 mm) e para a maior velocidade de agitação (160 rpm). o equilíbrio de adsorção para 80 e 160 rpm foi atingido em torno de 350 minutos. a cinética de adsorção do corante foi descrita adequadamente pelo modelo de pseudo-segunda ordem, apresentando os menores valores para a função objetivo. o modelo de isoterma de langmuir demonstrou um melhor ajuste dos dados experimentais de equilíbrio com uma capacidade máxima de adsorção de 44,84 mg g-1. a adsorção eclética química, 39, 227-243, 2014. 242 diminuiu com o aumento da temperatura. os resultados obtidos indicam que o palito de erva-mate demonstra ser um promissor adsorvente na remoção do corante azul de metileno. referências [1] b. h. hameed, a. a. ahmad, j. 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[23] o. hamdaoui, j. hazard. mater. 135 (2006) 264. eclética química, 39, 227-243, 2014. 243 [24] j. m. chern, c. y. wu, water research 35 (2001) 4159. [25] y. s. ho, g. mckay, chem. eng. j. 70 (1998) 115. [26] m. s. chiou, h. y. li, j. hazard. mater. 93 (2002) 233. [27] g. annadurai, r. juang, d. lee, j. hazard. mater. 92 (2002) 263. [28] v. vadivelan, k. v. kumar, j. colloid interface sci. 286 (2005) 90. eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 61 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 55 60, 201060 artigo article conclusões considerando os resultados obtidos, concluimos que é possível a utilização da ressonância paramagnética eletrônica para avaliar a dinâmica da matéria orgânica de solos, com altos teores de íons paramagnéticos fe3+, irrigados com eet, a partir do estudo da fração argila, onde geralmente, encontra-se o maior percentual de matéria orgânica dos solos. visto que, os resultados evidenciam a melhora espectral para a fração argila após o tratamento com solução de ácido fl uorídrico 10%. agradecimentos à embrapa instrumentação agropecuária pela infra-estrutura cedida. à fapesp, cnpq e capes pelo auxílio concedido. abstract: treated sewage effluent utilization for irrigation represents an antique, popular and attractive alternative to the common disposal of effluent to watercourses and includes three main purposes: effluent complementary treatment, water and nutrient source to the soil-plant system. however, because in brazil no experiences in wastewater recycling exists consequently few scientific studies were carried out despite the importance of the subject. the present study aimed to evaluate by chemical and spectroscopy techniques the soil organic matter from soils irrigated with treated sewage effluent. five treatments were evaluated: tsi (control) irrigation with potable water and addition of the nitrogen as mineral fertilizer; t100, t125, t150 and t200 irrigation with treated sewage sludge effluent and addition of the nitrogen as mineral fertilizer. the results obtained shown changes in the carbon contend and humification degree for the soils irrigated with treated sewage sludge effluent due to the increase activity of the decomposition of organic matter, stimulated by the increase of water in the soil. referências bibliográficas [1] m. edraki, h.b. so, e.a. gardner. agricultural water management, 67 (2004) 157. 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[14] e.h. novotny, l. martin-neto. geoderma, 106 (2002) 305. estudo preliminar do vermicomposto produzido a partir de lodo de esgoto doméstico e solo p. r. d. silva; m. d. landgraf; t. c. zozolotto; m. o. o. rezende (*) instituto de química de são carlos universidade de são paulo cp 780. cep 13566-590 são carlos, sp, brasil i. pelatti serviço autônomo de água e esgoto av. getúlio vargas, 1500. cep 13570-390 são carlos, sp (*) mrezende@iqsc.usp.br resumo: o lodo de esgoto doméstico é um resíduo gerado durante os processos de tratamento de esgoto, podendo ser estabilizado por diversos processos químicos, físicos e biológicos. o lodo de esgoto estabilizado (biossólido) não possui um destino final adequado e gera diversos problemas no sentido de sua disposição final. dentre os muitos processos que visam à disposição do biossólido, destaca-se a reciclagem agrícola. a utilização da vermicompostagem como meio de estabilização do lodo de esgoto mostra-se como uma ferramenta útil na estabilização deste resíduo. o processo de vermicompostagem apresentou características físico-químicas satisfatórias para ser utilizado como técnica de estabilização do lodo de esgoto doméstico. o produto final apresentou potencial para ser utilizado na agricultura como fertilizante ou condicionador de solos. palavras-chave: biossólido, minhocas eisenia foetida, vermicompostagem, fertilizante introdução o lodo de esgoto é um resíduo rico em matéria orgânica (mo), gerado durante os processos de tratamento das águas residuárias nas estações de tratamento de esgotos (etes) [1,2]. a adição de mo é de fundamental importância para a manutenção do potencial produtivo do solo, por isso a possibilidade do aumento do c orgânico proporcionado pela adição do lodo tem efeito positivo nas propriedades químicas e físicas e, conseqüentemente, na produtividade agrícola. o lodo de esgoto promove o aumento de cargas negativas devido à sua alta concentração de mo, além de enriquecer o meio principalmente com ca2+ e mg2+, fato que contribui para o aumento da ctc [3-5]. com a fi nalidade de diminuir, ou até mesmo eliminar alguns inconvenientes presentes no lodo de esgoto doméstico, são empregados processos químicos, físicos e biológicos visando a uma estabilização desse material. após sua estabilização, o lodo original recebe o nome de biossólido [1]. apesar dessa etapa de estabilização, o biossólido continua gerando vários problemas quanto a sua disposição ou destino fi nal e, na maioria das vezes, acaba causando algum tipo de impacto ambiental [6]. dentre os muitos processos de disposição fi nal, destaca-se a reciclagem agrícola pela sua adequação sanitária e ambiental [6]. dependendo do processo químico empregado na estabilização do lodo, o biossólido pode tornar-se alcalino, inviabilizando o seu uso em solos agricultáveis. ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 201062 ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 2010 63 artigo article artigo article a adição de biossólidos alcalinizados no manejo do solo, pode elevar o ph a patamares em que a dinâmica de nutrientes e a atividade biológica dos solos são drasticamente alteradas, prejudicando a absorção de nutrientes, o desenvolvimento e a produtividades das culturas [6]. alguns pesquisadores (1,2, 7) observaram que, com elevação do ph pela adição do lodo caleado, a produtividade foi reduzida, em razão de o estoque de n no sistema solo-planta apresentar níveis muito acima do necessário. portanto, o ph inicial do solo representa um dos fatores que devem ser considerados como limitante de dosagens para o lodo caleado. visando a sanar este problema propõe-se a utilização do lodo de esgoto como matriz para a produção de húmus de minhoca ou vermicomposto. este fertilizante é conhecido por seu alto teor de matéria orgânica estabilizada [8]. a vermicompostagem é o processo de transformação de matéria orgânica recente em matéria orgânica estabilizada, através da ação das minhocas junto com a microfl ora que vive em seu trato digestivo [8]. no intestino das minhocas, os restos orgânicos que não foram digeridos, bem como os que não foram assimilados, são expelidos juntamente com as partículas de terra, na forma de um composto orgânico rico em nutrientes, que recebe o nome de coprólito, sendo facilmente assimilável pelas plantas [8,9]. a tecnologia da vermicompostagem, que abrange ambas as metas sociais e ambientais de desenvolvimento sustentável, é amplamente utilizada em países, como a índia, austrália e nova zelândia, cuba e itália [10-12]. essa prática de estabilização pela ação das minhocas pode ser aplicada no tratamento de resíduos orgânicos municipal, industrial e biossólidos [13]. o resultado do processo de vercompostagem é um produto de alta qualidade que ser utilizado como regulador da matéria orgânica do solo [8,9]. façanha, e colaboradores. avaliaram a bioatividade dos ácidos húmicos de lodo de esgoto e de vermicomposto com relação ao transporte de prótons através da membrana plasmática de células de raízes de café e milho [14]. em ambos os tratamentos houve estimulo da h+-atpase de membrana plasmática com a presença de grupamentos de auxina, indicando a bioatividade dos ácidos húmicos [15]. o presente trabalho tem por objetivo principal a utilização da vermicompostagem como forma de estabilização do lodo de esgoto, uma vez que o vermicomposto produzido por este processo pode ser incorporado em solos agrícolas e utilizado como condicionador dos mesmos, além de possuir a vantagem de ser um processo de fácil realização e de baixo custo operacional, quando comparado com outros processos sugeridos. foi utilizado o resíduo gerado pelo tratamento de esgoto, via reator uasb, da estação de água vermelha, distrito de são carlos, sp, gerenciado pelo saae são carlos. material e métodos preparo do vermicomposto para a realização do experimento foi montada uma caixa de 0,700 m de comprimento, 0,700 m de largura e 0,700 m de altura. a esta caixa foram adicionados solo e lodo de esgoto líquido e na forma pastosa, na proporção de 7:4 (solo: esgoto líquido) mais 8,00 kg de material pastoso e, em seguida, foram inoculadas 400 minhocas da espécie eisenia foetida. as determinações da temperatura foram realizadas sempre no mesmo período do dia, às 11:00 horas da manhã no centro das caixas, com auxílio de um termômetro durante todos os 60 dias de vermicompostagem, de acordo com a instrução normativa nº 23 de 31/08/2005 do ministério da agricultura, pecuária e abastecimento mapa [13] após a inoculação das minhocas, o material foi compostado durante 60 dias [9] e o processo acompanhado experimentalmente com a realização de coletas de amostras e determinações de vários parâmetros. a amostra 1 foi coletada imediatamente após a mistura de solo e lodo; a amostra 2 foi coletada após 15 dias e assim sucessivamente, de 15 em 15 dias durante os 2 meses de experimento. metodologia analítica determinação da taxa de umidade e do teor de matéria orgânica uma amostra de aproximadamente 10,00 g foi pesada em cadinho e levada à estufa, à temperatura de 100 a 110 °c, por 12 horas. após esse tempo, retirou-se a amostra da estufa, a qual permaneceu em dessecador até alcançar o equilíbrio com a temperatura ambiente, sendo então, pesada. pela diferença de massas calculou-se a taxa de umidade. essa mesma amostra foi levada à mufl a por 4 horas, sendo posteriormente pesada para determinação do teor de matéria orgânica. determinação do carbono orgânico total (toc) uma massa de 100,00 mg da amostra seca em estufa foi introduzida no tubo de combustão de um equipamento shimadzu modelo toc-vcph. e oxidada cataliticamente à temperatura de 680°c, sendo os componentes do carbono total convertidos a dióxido de carbono e determinados por espectroscopia de infravermelho. determinação do nitrogênio kjeldahl total (nkt) a uma alíquota de 0,500 g da amostra adicionaram-se 7,00 ml de h2so4 concentrado aquecendo-se a mistura a 320 °c. após 15-20 minutos adicionaram-se gradativamente 7,00 ml de h2o2 30%. a mistura fi nal foi diluída para 100,00 ml com água destilada e a determinação do nitrogênio foi realizada pelo equipamento hach, pelo método 399 nitrogênio kjeldahl total (nkt) [16]. razão c/n a razão c/n foi determinada dividindo-se a razão atômica de carbono total pela razão atômica de nitrogênio total. determinação qualitativa de ácido húmico (ah) a extração e purifi cação de ah foi realizada ajustando-se o procedimento da sociedade internacional de substâncias húmicas, baseado nas extrações ácido-base seguido de purifi cação através de sucessivas eluições em resinas de troca iônica [17-19]. determinação da quantidade de ovos de helmintos viáveis o método utilizado foi o de sedimentação, que consiste em ressuspender, inicialmente, o sedimento com solução de sulfato de zinco 33% (densidade 1,18) e solução álcool ácida e posterior sedimentação com solução de ácido sulfúrico 0,1 mol l-1. observa-se o sedimento em câmara de sedgewick rafter e se determina a quantidade de ovos viáveis [20]. resultados e discussão as tabelas 1 e 2 apresentam a evolução dos parâmetros do material em degradação, nos diferentes estádios do processo de vermicompostagem. o teor de umidade manteve-se constante após os primeiros 15 dias de vermicompostagem. à medida que o tempo de vermicompostagem aumentou, houve um decréscimo no teor de matéria orgânica, indicando processos de estabilização, o que levou a um enriquecimento do conteúdo de ácidos húmicos, tabela 2. isso ocorre devido à alimentação das minhocas, que utilizam parte da matéria orgânica existente no vermicomposto para seu desenvolvimento, evidenciando que o processo de vermicompostagem está em andamento, evidenciando também a mineralização do carbono orgânico para co2. o aumento da concentração de nitrogênio nos vermicompostos é proporcionado pela redução na massa de material, notadamente carbono, liberado nos processos metabólicos das minhocas. a relação c/n indica o grau de incorporação do n na estrutura de sh e o grau de humifi cação. uma alta relação c/n indica baixa incorporação de n e baixo grau de humifi cação. a relação ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 201064 ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 2010 65 artigo article artigo article c/n nos ah e hf encontram-se dentro da faixa que indica estabilidade biológica (11,22 ±0,21 12,83 ±0,06), [18,19, 21, 22]. durante todo o processo de vermicompostagem a relação c/n diminuiu gradativamente, indicando a capacidade das minhocas em concentrar o nitrogênio. vale ressaltar que o material inicial, utilizado no processo, era rico em nitrogênio. a aceleração no processo de humifi cação promovido pelas minhocas durante a vermicompostagem promove uma diminuição na razão c/n (23). os valores encontrados para razão c/n ao fi nal do processo estão abaixo dos citados na literatura (22,23) para utilização do húmus de minhoca na agricultura. porém, estes valores, mesmo estando abaixo dos citados na literatura, não devem interferir no caráter fertilizante do vermicomposto, uma vez que a razão c/n indica o grau de humifi cação do vermicomposto. tabela 1. variação da taxa de umidade (u) e do teor de matéria orgânica (mo) com o tempo. amostra u (%) mo (%) 1 29,54% ±4,38 11,45% ±0,90 2 22,22% ±0,82 8,47% ±0,63 3 20,82% ±1,12 7,92% ±1,30 4 22,91% ±0,47 8,24% ±0,31 5 22,70% ±0,39 8,07% ±0,25 tabela 2. porcentagem de ácidos húmicos (ah) e relação c/n ao longo dos 60 dias de vermicompostagem. amostra ah (%) c/n 1ª 1,95 ± 0,01 12,83 ±0,06 2ª 2,51 ± 0,01 12,55 ±0,14 3ª 2,67 ± 0,01 12,20 ±0,26 4ª 4,72 ± 0,01 12,06 ±0,40 5ª 5,11 ± 0,01 11,22 ±0,21 o número de ovos de helmintos viáveis sofreu um decréscimo ao longo do experimento, começando com uma quantidade de 4,70 no início e passando para aproximadamente 0,00 ao término do processo de vermicompostagem. a instrução normativa nº 23 de 31/08/2005 do ministério da agricultura, pecuária e abastecimento mapa [13], estabelece os limites para concentração de ovos viáveis de helmintos em biossólidos. para a classe a, serão permitidos para o uso na agricultura brasileira a partir de 2011 (conama, 2006); o limite máximo de 0,25 ovos viáveis de helmintos por grama de matéria seca, que será padrão brasileiro para biossólidos de uso agrícola. eastman, 2001 [24], demonstrou a viabilidade de se utilizar a vermicompostagem para eliminar ovos de helmintos e outros parasitas, de lodos de esgoto. o autor sugere que a vermicompostagem é um método relativamente barato que apresenta resultados satisfatórios comparado com outros métodos de estabilização de biossólidos, sugeridos pela united states environmental protection agency (usepa) [25]. além disso, a grande vantagem da vermicompostagem é a eliminação da etapa de precompostagem [21,24]. a vermicompostagem pode ser considerada mais efi ciente na higienização de lodos de esgoto que a compostagem. dionísio e ressetti, 1997 [26] eliminaram 100% dos ovos e larvas viáveis de ascaris lumbricoides, enterobius vermicularis e ancilostomídeos ao inocularem minhocas da espécie eisenia fetida em biossólido compostado. segundo os autores as minhocas possuem melhor desenvolvimento quando criadas em materiais contaminados por patógenos humanos, tais como coliformes fecais, protozoários e outros, pois esses patógenos servem de alimento [26-27]. figura 1. teor de ah em função do tempo de vermicompostagem. 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 6 p or ce nt ag em d e a .h . ( % ) dias de vermicompostagem ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 201066 ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 2010 67 artigo article artigo article conclusões pelos estudos realizados fi ca evidente que a vermicompostagem pode ser uma importante ferramenta para reciclagem de lodo com grande diminuição na quantidade de ovos viáveis de helmintos. a vermicompostagem apresenta estabilização do lodo, produzindo um vermicomposto rico em ácidos húmicos, com uma alta capacidade para reter umidade e com valor da relação c/n próxima a sugerida na literatura para processos de humifi cação. abstract: domestic waste, a residue generated during sewage treatments, can be stabilized by many chemical, physical and biological processes. however, the stabilized waste (biosoil) currently lacks proper disposal alternatives. a new and promising disposal method is called farm recycling. the use of vermicomposting has shown to be useful as a mean to stabilize domestic waste. the biosoil achieved through this method exhibits high humidity-retaining capacity, good c/n relationship, as well as a satisfactory percentage of humic acid, thus being able to be incorporated into the soil as a conditioner and fertilizer. keywords: biosoil, earthworms eisenia foetida, vermicomposting, fertilizer referências [1] c.v. andreoli, resíduos sólidos no saneamento, processos de reciclagem e disposição final, 1a ed., rio de janeiro, 2001. 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carboxylate group binds as monodentate and bidentate ligands. on heating to 1273k in air the complexes decompose in the same way. at first, they dehydrate in one step to anhydrous salts, that next decompose to the oxides of respective metals with the intermediate formation of the oxycarbonates. their solubility in water at 293k is of the order of 10-5 mol·dm-3. the magnetic moments of analysed complexes were determined in the range of 76-303k. the results reveal them to be high-spin complexes of weak ligand fields. keywords: 2-methoxyphenoxyacetates, thermal stability, magnetic properties of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii). introduction the carboxylates play an important role in inorganic and bioinorganic chemistry. many metal cations in a great number of various biological processes are a component of several vitamins and drugs [1-3]. the carboxylates of dand 4fion elements may be used as electric materials in the modern branches of techniques and technology or they may have applications as precursors in superconducting ceramic and magnetic field productions. these kind of compounds are often used as catalysts, pigments, solvents, food preservatives and plastics productions. from the survey of literature it follows that metal carboxylates may be applied for the productions of high degree purity of metal oxides and polycarboxylic acids are often used for supramolecular compound synthesis, which in many cases, form with metal ions the molecular polymers containing in their structures, pores and channels owning to them they appear catalytic and adsorption properties. therefore they may be used for the adsorption of inorganic gases such as: argon, nitrogen and hydrocarbons or small molecules of another inorganic compounds. polycarboxylic acid may also form the molecules with twoand three – dimentional structures, yielding special magnetic and luminescence properties which let them be used in optical and electronic industries [1,4,5]. 2-methoxyphenoxyacetic acid is a greywhite solid hardly soluble in water. a literature ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 201090 artigo article survey indicates that its compounds with various cations have been relatively seldom studied. the complex of cu(ii) with 2-methoxyphenoxyacetic acid was synthesized and its structure determined [6]. as a continuation of our studies on carboxylates we decided to synthesize 2-methoxyphenoxyacetates with mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) and to study some of their properties not to be investigated so far, such as magnetic properties in the range of 77-303k thermal stability in air at 293-1273k, solubility in water at 293k and to record their ftir spectra. thermal stability investigations give informations about the dehydratation process and the ways of decompositions, and the magnetic susceptibility measurements let study the kinds of the way of coordination of the central ions and ligands. the determination of the solubility is valuable because it informs about the practical use of acid for separation of transition metal ions by extraction or ion-exchange chromatographic methods. experimental the 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were prepared by the addition of the equivalent quantities of 0,1 mol·dm-3 ammonium 2-metoxyphenoxyacetate (ph ≈ 5) to a hot solutions containing the 0,1 mol·dm-3 mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) chlorides and crystallizing at 293k. the solid formed were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions and dried at 303k to a constant mass. the contents of carbon and hydrogen in the complexes and in the intermediate and final products obtained from their thermal decompositions determined by elemental analysis using a chn 2500 perkin-elmer analyzer. the contents of m2+ metals were established by xrf method using spectrometer of x-ray fluorescence with energy dispersion edxrf-1510 (canberra firm). table 1. elemental analysis data of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) 2-methoxyphenoxyacetates and their solubility in water at 293k complex l= c9h9o4 h/% c/% m/% solubility calcd found calcd found calcd found mol/dm3 mnl2∙4h2o 5.32 5.14 44.18 44.11 11.23 11.20 2,61 ·10-5 col2∙4h2o 5.27 5.11 43.82 43.76 12.76 12.70 9,28 ·10-5 nil2∙4h2o 5.28 5.04 43.84 43.04 11.90 11.70 1,50 ·10-5 cul2∙4h2o 5.23 5.27 43.42 43.58 12.76 12.70 5,11 ·10-5 the ftir and fir spectra of complexes were recorded over the ranges of 4000-400cm-1 and 600-100cm-1, respectively, using m-80 and perkin-elmer 180 spectrometers. samples for ir spectra measurements were prepared as kbr discs. fir spectra were obtained in nujol mulls sandwiched between polyethylene plates (table 2). the ftir spectra of the intermediate and final products obtained from the complex thermal decompositions were also registered. ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 2010 91 artigo article table 2. wavenumbers (cm-1) of coobands in the analysed complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii), and na(i), and of the cooh in 2-methoxyphenoxyacetic acid complex l-=c9h9o4 ν c=o ν as oco ν sym oco δν oco ν m-o mnl2∙4h2o 1654 1425 229 465 col2∙4h2o 1619 1412 207 470 nil2∙4h2o 1603 1414 189 472 cul2∙4h2o 1597 1427 170 465 hl 1742 nal 1615 1427 188 454 the x-ray diffraction patterns of hydrated, intermediate and final products of complex thermal decompositions were taken on a hzg-4 (carl zeiss jena) diffractometer using ni filtered cu kα radiation. the measurements were made within the range 2θ = 4-80o by means of the bragg brentano method. the relationships between i/io and 2θ for these complexes are presented in fig.1. ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 201092 artigo article 2θ 10 20 30 40 i/i 0 0 20 40 60 80 100 120 2θ 10 20 30 40 50 60 70 80 i/i 0 0 20 40 60 80 100 120 2θ 10 20 30 40 50 60 70 80 i/i 0 0 20 40 60 80 100 120 2θ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 i/i 0 0 20 40 60 80 100 120 mnl2  4h2o col2  4h2o nil2  4h2o cul2  4h2o fig.1. dependence of i/i0 vs 2θ for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes the thermal stability and decomposition of the analysed complexes were determined by paulik-paulik-erday q-1500d derivatograph with derill converter, recording tg, dtg, and dta curvers (fig.2). the measurements were made at a heating rate of 10 k·min-1 with a full scale. the samples (100mg) were heated in platinum crucibles in static air to 1273k with a sensitivity of tg-100mg. dtg and dta sensitivities were regulated by a derill computer program. the products of decomposition were calculated from tg curves and verified by the diffraction pattern registration and ir spectra. the thermogravimetric analysis of dsc/tg was performed at temperature 323-723k using a differential thermoanalyzer netzsch sta 409c 3f. the measurements were carried out under nitrogen flow (99,995% purity) and temperature increase rates of 1-12 k·min-1. ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 2010 93 artigo article table 3. temperature ranges of thermal stability of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) 2-methoxyphenoxyacetates in air complex l= c9h9o4 δt1 / k mass loss / % n h2o δh / kj·mol-1 ohh 21∆ / kj·mol-1 residuecalcd. found mnl2∙4h2o 348-443 14,73 14,69 4 128,91 32,2 mno col2∙4h2o 353-433 14,61 14,70 4 113,76 28,4 coo nil2∙4h2o 323-433 14,61 14,54 4 128,48 32,1 nio cul2∙4h2o 318-393 14,47 14,48 4 117,47 29,4 cuo δt1 – temperature range of dehydration process, n – number of water molecules lost in the dehydration process, δh – enthalpy of dehydration process, ohh 21∆ enthalpy value for one molecule of water, m as s lo ss % en do ←← ←← ∆∆ ∆∆t →→ →→ e xo fig.2. tg, dtg and dta curves for co(ii) 2-methoxyphenoxyacetate magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were measured by the gouy method using a sensitive cahn rm-2 balance. the samples were placed in a long cylindrical tube which was suspended from an analytical balance. the sample tube was positioned between the poles of the magnet such that one its end was in the region of homogeneous field and the other end was in the region of zero field. the force exerted on the sample was a function of the volume occupied by the sample in the region of the field gradient. this force may be written in scalar form as a function of the isotropic volume susceptibility. measurements were carried out at a magnetic field strength of 9,9 koe. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 1,644∙10-5cm3g-1. ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 201094 artigo article correction for diamagnetism of the calibrant atoms was calculated by the use of pascal’s constants [8,9]. magnetic moments were calculated from eq.(1): μeff = 2,83 (χm ∙ t)1/2 (1) table 4. magnetic data for the studied complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) mnl2∙4h2o l= c9h9o4 col2∙4h2o nil2∙4h2o cul2∙4h2o t/k χm∙106 µeff/µb t/k χm∙106 µeff/µb t/k χm∙106 µeff/µb t/k χm∙106 µeff/µb 76 60395 6.06 76 31831 4.40 76 16750 3.19 76 5747 1.87 123 38190 6.13 123 21090 4.56 123 10150 3.16 123 3483 1.85 133 34155 6.03 133 19687 4.58 133 9434 3.17 133 3317 1.88 143 31641 6.02 143 18628 4.62 143 8986 3.21 143 3059 1.87 153 29635 6.03 153 17653 4.65 153 8461 3.22 153 2875 1.88 163 27849 6.03 163 16344 4.62 163 7937 3.22 163 2709 1.88 173 26371 6.04 173 15511 4.64 173 7489 3.22 173 2581 1.89 183 24982 6.05 183 14774 4.65 183 7093 3.22 183 2433 1.89 193 23880 6.08 193 14108 4.67 193 6747 3.23 193 2341 1.90 203 22777 6.09 203 13454 4.68 203 6440 3.24 203 2212 1.90 213 21796 6.10 213 12871 4.69 213 6108 3.23 213 2139 1.91 223 20749 6.09 223 12216 4.67 223 5788 3.22 223 1991 1.89 233 19889 6.09 233 11717 4.68 233 5532 3.21 233 1936 1.90 243 19183 6.11 243 11348 4.70 243 5340 3.22 243 1863 1.90 253 18522 6.13 253 10967 4.71 253 5148 3.23 253 1826 1.92 263 17904 6.14 263 10634 4.73 263 4982 3.24 263 1789 1.94 273 17639 6.15 273 10599 4.77 273 4918 3.25 273 1734 1.99 283 16934 6.20 283 10230 4.77 283 4803 3.27 283 1697 1.94 293 16449 6.21 293 9921 4.78 293 4649 3.27 293 1660 1.96 303 15986 6.23 303 9516 4.81 303 4419 3.27 303 1586 1.96 ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 2010 95 artigo article fig.3. ftir spectrum of gaseous products of thermal decomposition of mn(ii) 2-methoxyphenoxyacetate the solubilities of 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) in water were measured at 293k. saturated solutions of the obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were determined using asa 880 spectrophotometer (varian). the values of solubilities are presented in table1. results and discussion 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) were obtained as polycrystalline products with a metal ion to ligand ratio of 1:2 and the general formula m(c9h9o4)3·4h2o, where m(ii) = mn, co, ni and cu. the colours of these complexes are typical for m(ii) ions: pinkish for mn(ii), pink for co(ii), green for ni(ii), and blue for cu(ii). in these compounds the d→d electron transitions of the central ions are those of the lowest energy and absorption occurs at relatively high wave lengths that depends on the nature of the metal ion [9,10]. the compounds were characterized by elemental analysis (table 1), ftir and fir spectra (table 2). the 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) exhibit similar solid state ir spectra. the band at 1742 cm-1 originating from the -cooh group, seen in the acid spectrum, is replaced in the spectra of complexes by two bands at 1619-1581 cm-1 and 1355-1341cm-1, resulting from the asymmetric and symmetric vibrations of coogroup, respectively [11-14]. the bands with the maxima at 3565-3208cm-1, 1599-1505cm-1 and 971-908cm-1 confirm the presence of crystallization water molecules in the analyzed complexes. the bands of ν(c=c) ring vibrations appear at 1654-1597cm-1, 1493cm-1, 1290-1010cm-1 and 670-620cm-1. the bands attributed to asymmetric and symmetric c-h stretching modes of the ch3 groups are observed at 2969-2928cm-1 and 29242901cm-1, respectively. the bands of asymmetric and symmetric valency vibrations occur at 12601217 and 1060-1058cm-1, respectively. the bands ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 201096 artigo article at 472-465cm-1 confirm the ionic metal-oxygen bond [15-21]. in the range of 472-465cm-1 they increase in the following way: mn(ii) = cu(ii) < co(ii) < ni(ii), which suggests the strongest m-o bond in the case of ni(ii) complex. the bands in the range of 336-276cm-1 are connected with the o-h…o streching vibrations and they change their shapes according to the rise of atomic number of elements in 2-methoxyphenoxyacetates. table 2 presents the values of the two band frequencies of asymmetrical and symmetrical vibrations for carboxylate group of analyzed complexes. the separations of the νascoo , and νscoo modes in the compounds δν(coo-) are greater or smaller than those of the sodium salt (δνcoo = 188cm-1) indicating a various degree of m-o ionic bonds in 2-methoxyphenoxyacetates compared to that of the sodium salt. for the complexes the shifts of the frequencies of bands of νas(coo-), and νs(coo-) are lower and higher, respectively, than those for sodium 2-methoxyphenoxyacetate. accordingly, taking into account the spectroscopic criteria [12,14,22] the carboxylate ions appear to be monodentate (co(ii), ni(ii) and mn(ii)) or bidentate (cu(ii) complex) groups. in order to estimate the crystalline forms of the 2-methoxyphenoxyacetates the x-ray powder diffraction measurements were done. the diffractogram values suggest them to be polycrystalline compounds with various degree of crystallinity (fig.1) [23]. the thermal stability of mn(ii), co(ii), ni(ii), and cu(ii) 2-methoxyphenoxyacetates was studied in air at 293-1273 k (table 3. fig.2). when heated to 1273 k the mn(ii) complex is dehydrated in one step. in the temperature range of 348 – 443 k it losses two water molecules in one step and forms anhydrous salt. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 14,69% (theoretical value is 14,73%). the anhydrous salt at 603–703 k is gradually decomposed to mno that is the final product of complex decomposition. the intermediate compound formed in this range of temperature is oxycarbonate of manganium. the dehydration process is connected with endothermic effect whereas the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. the final product of complex decomposition was confirmed by ir spectra and x-ray powder diffractogram. the tetrahydrate of 2-methoxyphenoxyacetate of co(ii) during heating in air losses the water molecules in one step at 353 – 433 k and forms the anhydrous complex. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 14,70% and calculated one 14,61%. during heating the anhydrous salt 1183-1223 k is decomposed to coo with the intermediate formation of oxycarbonate of cobalt. the final product of complex decomposition was identified by x-ray powder diffractogram as coo. the dehydration process is accompanied with the endoeffect while that of oxidation by exothermic one (fig.2). when heated in air to 1273 k the tetrahydrate of ni(ii) 2-methoxyphenoxyacetate dehydrates in one step at 323 – 433k and forms anhydrous complex. the found mass loss being equal to 14,54% corresponds to the loss of four molecules of water (theoretical value is equal to 14,61%). the anhydrous 2-methoxyphenoxyacetate of ni(ii) at 633-713 k is decomposed to nio, which is the final product of thermal decomposition. the dehydration process is connected with an endothermic effect seen in dta curve, while the combustion of the organic ligand is connected with exothermic one. during heating to 1273 k the cu (ii) complex dehydrates in one step. in the temperature range of 318 – 393 k it losses four molecules of water and forms anhydrous salt. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 14,48% (the theoretical value is 14,47%). the anhydrous complex at 598-768 k is decomposed to cuo that is a final product of complex decomposition. the intermediate compounds formed in this range of temperature may contain oxycarbonate of cu, cu and cu2o that being next oxidized to cuo. the final product of complex decomposition was identified by x-ray powder diffractogram. the dehydration process, in this case, is connected with an endothermic effect seen on dta curve, while the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. considering the temperature of dehydration process and the way by which it proceeds it is possible to assume that the water molecules may be in the outer coordination sphere of the complex [24,25]. ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 2010 97 artigo article taking into account the temperature values of the initial dehydration process it appears that co(ii) complex is the most thermally stable while cu(ii) compound has the least thermal stability because it starts to release water molecule at 318k. the values of enthalpy of dehydration process were determined with the use of dsc/tg system under nitrogen atmosphere. they are in the range of 128,9 – 113,7 kj∙mol-1 and 32,2 – 28,4 kj∙mol-1 per one molecule of water. these values indicate that the water molecule is the strongest bounded in the mn(ii) complex while that the weakest in co(ii) compound. the decomposition process with the gas product analysis was recorded for 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii). for example the ftir spectrum of gaseous products of decomposition process of mn(ii) 2-methoxyphenoxyacetate is presented in fig.3. ftir spectra of the gas phase products indicate that the decomposition of complexes is connected with the release of co2, co, h2o, alcohols and hydrocarbons. the characteristic valence and deformation vibration bands of water molecules in ftir spectra appear in the wavenumber ranges of 4000-3500cm-1 and 2000cm-1. the bands characterictic for co2 molecule vibrations occur in the following ranges: 2700 – 2500 cm-1 and 1000 cm-1. the bands of hydrocarbon vibrations are observed at 2250 cm-1and the band characteristic for co molecule vibrations appears at 2060 cm-1. the bands typical for alcohol molecule vibrations are observed at 4000 – 3500 cm-1 and 1700-1500 cm-1 [26-28]. the solubility of analyzed compounds was measured (table 1). it is in the order of 10-5 mol·dm-3. the co(ii) 2-methoxyphenoxyacetate is the most soluble salt, while that of ni(ii) the least soluble one. the compounds are hardly soluble in water and the order value is not sufficient to use 2-methoxyphenoxyacetic acid for the separation of some metal ions by ion-exchange chromatography method. the magnetic susceptibility of 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) was measured in the temperature range of 77-303k (table 4. fig.4). temperature (k) 50 100 150 200 250 300 350 χ( cm 3 /m ol ) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 fig.4. dependence between magnetic susceptibility values vs temperatures for 2-methoxyphenoxyacetate of cu(ii) the values of the weiss constant, θ, for all complexes were found to have a negative sign which probably arises from antiferromagnetic spin interaction or from a crystal field splitting of the paramagnetic spin state [29-34]. the magnetic moment values experimentally determined at 76-303k for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) compounds change from 6,06 µb (at 76k) to 6,23 µb (at 303k) for mn(ii) complex, from 4,40 µb (at 76k) to 4.81 µb (at 303k) for co(ii), from 3,19 µb (at 76k) to 3.27 µb (at 303k) for ni(ii) and from 1.87 µb (at 76k) to 1,96 µb (at 303k) for cu(ii) 2-methoxyphenoxyacetates. the magnetic moment data are very close to the spin only values for the respective ions calculated from the equation μeff = [4s(s+1)]1/2 in the absence of the magnetic interactions for present spin-system. the magnetic moment values calculated at room temperature for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions are equal to 5,9 µb, 3,88 µb, 2,83µb, and 1,73µb, respectively. for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions the magnetic moment values may be different than the spin-only. these values are higher than the spin-only worth which results from a spin-orbital coupling. the experimental data suggest that these compounds are high-spin complexes with weak ligand field [29-34]. from the obtained results it appears that in 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) the coordination numbers may ecl. quím., são paulo, 35 2: 89 98, 201098 artigo article be equal to 5 and 6 depending on the dentates of carboxylate group and the position of water molecules in the complex. the coordination numbers of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions could be established on the basis of the complete crystal structure determination of monocrystals but they have not been obtained so far. conclusions on the basis of the results it appears that 2-methoxyphenoxyacetates of mn(ii), co(ii), ni(ii), and cu(ii) were synthesized as tetrahydrates. their colours are typical for m(ii) ions. the complexes are crystalline compounds and on heating in air to 1273k they decompose in two steps: at first they dehydrate to form anhydrous compounds that next are decomposed to the oxides of respective metals. the values of µb calculated for analysed compounds reveal mn(ii), co(ii) and ni(ii) complexes to be high-spin and that of cu(ii) to be monomer. references w. ferenc, m. bernat, j. sarzyński, and b.paszkowska, [1] ecl. quim., são paolo, 33 (1) (2008)7. s.c. mojumdar, d. hudecova and m. melnik, pol. j. 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[3], gao et al. [9], sagrado e cronin [10] e tang e li [11]. diversas aplicações práticas, no entanto, priorizam a categorização de uma amostra em classes de acordo com determinada especificação (como qualidade final do produto, nível de toxidade de um composto químico e nível de reatividade de uma substância, entre outros), em detrimento à predição da variável dependente. nesta natureza de aplicação, a disponibilidade de um conjunto reduzido de variáveis relevantes é fundamental para categorizações precisas. a correta classificação de amostras químicas em classes, especialmente durante os primeiros estágios de produção, permite ajustes sobre os parâmetros do processo com vistas à correção de inconsistências no mesmo. métodos de seleção de variáveis com propósitos de classificação, no entanto, são incipientes na litintrodução sistemáticas voltadas à seleção de variáveis com propósito de predição têm encontrado vasta aplicação em processos químicos. o objetivo geral consiste na identificação de um subconjunto de variáveis independentes (geralmente associadas a níveis ou propriedades químicas dos reagentes) que conduzam à melhor predição da variável dependente (usualmente característica ou especificação de um produto ou substância). ferramentas como regressão pls (partial least squares) e algoritmo genético são algumas das técnicas utilizadas com esse propósito [1,2,3]. os parâmetros da regressão pls têm oferecido suporte na identificação das variáveis mais relevantes para predição em processos químicos distintos: reciclagem de papel [1], fabricação de aço [4] e produção de antibióticos, látex e óxido de titânio [2,5]. a regressão pls também tem sido aplicada na seleção de variáveis em dados espectrais de análises químicas, os quais são usualmente caracterizados por milhares de variáveis independentes. nestas abordagens, os parâmetros pls permitem minimizar o impacto de variáveis irrelevantes em modelos de predição [6,7]. com objetivos similares, áreas relacionadas à qsar (quantitative structure-acthis paper presents a method to select the best variables to categorize chemical samples into two classes, say conforming or non-conforming. for that matter, pls regression is combined with a data mining tool, the k-nearest neighbor classification technique, through an iterative variable selection process. the recommended subset of variables is chosen based on several criteria: sensitivity, specificity and percent of retained variables. when applied to two datasets related to wine analysis and one associated to qsar, the proposed method significantly reduced the number of variables required for classification, while yielding superior categorization performance when compared to using all original variables. keywords: variable selection; chemical samples; pls regression seleção de variáveis para categorização de amostras químicas m. j. anzanello (anzanello@producao.ufrgs.br) departamento de engenharia de produção e transportes – universidade federal do rio grande do sul av. osvaldo aranha, 99, 5 andar, porto alegre, rs, 90035-190 29eclética química, 36 (4), 28-33, 2011. multivariado que relaciona as matrizes de variáveis x (independentes) e y (dependentes). tal regressão apresenta vantagens quando comparada à tradicional regressão linear múltipla, visto que não é afetada por variáveis altamente correlacionadas, elevados níveis de ruído e observações faltantes [14]. a regressão pls também é recomendada em situações em que o número de variáveis é superior ao número de observações [1,15]. a regressão pls é operacionalizada como segue. geram-se l componentes (t1,t2,…,tl), onde zz xwxwxwt 12121111 ...+++= = w1¢x é o primeiro componente da matriz x (com n observações e z variáveis), e w1 = )',...,,( 11211 zwww é o vetor de pesos do componente t1. uma relação similar é construída para a matriz y (n observações ´ m variáveis), onde o primeiro componente é representado por zz ycycycu 12121111 ...+++= = c1¢y, e c1 = )',...,,( 11211 zccc representa o vetor de pesos do componente u1. os vetores w1 e c1 são estimados através da maximização da covariância entre as combinações lineares de x e y, restrito à condição de ortogonalidade de w [1]. de acordo com wold et al.[1], os componentes t e u podem ser manipulados de forma a gerar o coeficiente de regressão bmz [eq. (1)], similar ao coeficiente da regressão linear múltipla. a magnitude de bmz sinaliza a relevância da variável independente z para a explicação da variância da variável dependente m. l representa o número de componentes retidos para análise. de maneira geral, dois ou três componentes explicam a maior parte da covariância, justificando a larga utilização de pls como técnica de redução dimensional em bancos de dados caracterizados por elevado número de variáveis. maiores detalhes sobre a estrutura matemática da regressão pls podem ser obtidos em wold et al. [1,16]. ∑ = = l a zamamz wcb 1 m=1,..,m e z=1,..,z (1) a ferramenta knn, por sua vez, tem sido amplamente utilizada em procedimentos de classificação por conta de sua simplicidade e robustez. knn insere uma nova amostra à classe (categoria) com maior número de incidências entre as k amostras mais próximas. considere n amostras em uma porção de treino com dimensões definidas pelas z variáveis independentes. objetiva-se classificar uma nova observação como 0 ou 1 (conforme ou não-conforme, respectivamente), utilizando somente variáveis independentes. a ferramenta knn calcula a distância euclidiana entre a nova amostra e as k amostras mais próximas. a classe das k amostras mais próximas é conhecida, 0 ou 1. a eratura quando comparados aos métodos voltados à predição [12]. este artigo apresenta um método para seleção de variáveis com vistas à categorização de amostras químicas em duas classes com base em diversas medidas de desempenho de classificação. para tanto, aplica-se a regressão pls em dados históricos de amostras, de maneira a capturar as relações entre as variáveis dependentes e independentes. o coeficiente da regressão pls é então utilizado como indicador da importância de cada variável independente [2]. na sequência, inicia-se um procedimento iterativo de eliminação das variáveis independentes com base nos coeficientes pls e classificação das amostras após cada eliminação de variável. o procedimento de classificação é operacionalizado através da ferramenta k-nearest neighbor (knn). a precisão de categorização, medida após cada eliminação de variável, é avaliada através de sensibilidade e especificidade. o subconjunto de variáveis com o melhor compromisso entre sensibilidade, especificidade e percentual de variáveis retidas é escolhido como solução final. ao ser aplicado em três bancos de dados (análises químicas de vinhos e qsar), o método proposto reduziu significativamente o número de variáveis a serem utilizadas e aumentou a precisão de classificação frente à utilização de todas as variáveis. este artigo inova através da integração da técnica multivariada de regressão pls à ferramenta de classificação knn com vistas à categorização de amostras químicas em classes. outra contribuição vem da utilização de diversos critérios para seleção do melhor subconjunto de variáveis: sensibilidade, especificidade e percentual de variáveis retidas. grande parte das abordagens para identificação de variáveis utiliza apenas um critério de seleção, seja acurácia em procedimentos de classificação [13] ou soma dos erros em procedimentos de predição [2]. o restante deste artigo é organizado como segue. a seção 2 apresenta os fundamentos da regressão pls e knn, enquanto que a seção 3 descreve a metodologia sugerida. exemplos númericos são apresentados na seção 4, e uma conclusão encerra o artigo na seção 5. referencial teórico essa seção descreve os fundamentos das ferramentas utilizadas no método proposto: regressão pls e ferramenta de classificação knn. a regressão pls é um modelo de regressão 30eclética química, 36 (4), 28-33, 2011. independentes são classificadas como conformes ou não-conformes através de knn, e medidas de sensibilidade e especificidade de classificação são calculadas. essas medidas de precisão de classificação são definidas como segue [20]. considere quatro possibilidades de classificação: 1) positivos verdadeiros (pv), os quais denotam a correta classificação de amostras conformes, 2) negativos verdadeiros (nv), indicando a correta categorização de amostras não-conformes; 3) positivos falsos (pf), indicando a equivocada classificação de amostras não-conformes na categoria conforme; e 4) negativos falsos (nf), indicando a equivocada categorização de amostras conformes na categoria não-conforme. sensibilidade é definida como a fração de casos conformes corretamente categorizados, de acordo com a eq. (2); similarmente, especificidade é dada pela fração de casos não-conformes corretamente categorizados, conforme a eq. (3). fnpv pvadesensibilid + = (2) fpnv nvdadeespecifici + = (3) na sequência, remove-se a variável com o menor valor absoluto de bmz e classifica-se novamente a porção de treino consistindo de z-1 variáveis. a sensibilidade e especificidade de classificação são novamente calculadas. esse processo de eliminação e classificação é repetido até atingir-se um número mínimo de variáveis remanescentes; recomenda-se a retenção de duas variáveis para assegurar a consistência da ferramenta de classificação knn. após concluir-se o processo de eliminação das variáveis, constrói-se um gráfico associando as medidas de sensibilidade e especificidade ao percentual de variáveis retidas. cada ponto deste gráfico, referente ao desempenho de classificação decorrente da eliminação de uma variável, tem sua distância euclidiana calculada em relação a um ponto do gráfico tido como ideal. as coordenadas do ponto ideal são definidas pelo usuário e devem ser coerentes com os critérios analisados: valores próximos a 1 para sensibilidade e especificidade e valores próximos a 0 para o percentual de variáveis retidas. o ponto com a menor distância ao ponto ideal identifica o melhor subconjunto de variáveis a ser retido. por fim, as amostras da porção de teste são categorizadas utilizando as variáveis selecionadas, calculando-se então sensibilidade e especificidade para aquela porção de dados. nova amostra é então classificada como 0 se a maioria das k amostras mais próximas pertencem à classe 0. o parâmetro k pode ser obtido através de validação cruzada na porção de treino, maximizando-se indicadores de performance de classificação como sensibilidade e especificidade, entre outros. maiores detalhes sobre knn podem ser obtidos em duda et al. [17], enquanto que exemplos de aplicações são encontrados em golub et al. [18], weiss et al. [19] e chaovalitwongse et al. [20]. método o método para seleção de variáveis com vistas à categorização de amostras químicas inicia com a aplicação da regressão pls nos dados históricos. cada observação do banco de dados representa uma amostra descrita por z variáveis independentes (componentes ou substâncias químicas) e uma única variável dependente (usualmente uma especificação do produto medida em unidade apropriada). cada amostra é categorizada em uma classe (não-conforme e conforme, por exemplo), valendo-se de um ponto de corte na variável dependente (esse ponto pode ser definido por especialistas de processo). na sequência, as observações são randomicamente divididas em duas porções: a porção de treino é utilizada para identificar as variáveis mais importantes e a porção de teste representa novas amostras a serem categorizadas. recomenda-se uma proporção de 60% para porção de treino e 40% para porção de teste [21]. a regressão pls é então aplicada na porção de treino, visando capturar a relação entre as variáveis independentes e dependente. os dados devem ser normalizados antes da aplicação de pls para eliminar efeitos de escala. os parâmetros de interesse gerados pela regressão pls são os coeficientes bmz [ver equação (1)], os quais caracterizam a intensidade da relação entre as variáveis independentes e dependente. tendo-se em vista que os dados históricos são normalizados antes da aplicação da regressão, o valor absoluto de bmz pode ser utilizado para identificar as variáveis independentes que mais afetam a variância da variável dependente (elevados valores de bmz sinalizam variáveis independentes mais importantes). de acordo com duda et al. [17], variáveis com elevada variância conduzem a classificações mais precisas. a próxima etapa do método consiste na eliminação das variáveis irrelevantes da porção de treino. para tanto, as observações consistindo de z variáveis 31eclética química, 36 (4), 28-33, 2011. de treino dos processos da tabela 1. três componentes pls foram retidos em cada banco de dados, com base no percentual de variância explicada em y (vinho tinto=81%, vinho branco=77%, qsar=70%). o parâmetro k da ferramenta knn foi determinado por intermédio de 15 repetições de validação cruzada, sendo que cada banco de dados foi dividido em 5 porções em cada procedimento [20]. definiu-se k=3 para os três bancos de dados ao maximizar-se sensibilidade e especificidade simultaneamente. todos os procedimentos computacionais foram realizados em matlab 7.4®. a figura 1 traz o perfil de sensibilidade e especificidade gerado com a eliminação de variáveis para o banco de dados de vinho tinto. o ponto superior direito do gráfico refere-se à sensibilidade e especificidade quando todas as variáveis são utilizadas no procedimento de categorização; os pontos subsequentes denotam os mesmos indicadores à medida que as variáveis são removidas de acordo com a magnitude do coeficiente de regressão bmz e novas classificações são efetuadas. o ponto realçado com um quadrado representa o melhor subconjunto de variáveis a ser retido, visto que detém a menor distância ao ponto ideal (0, 1, 1), representado por um triângulo no extremo esquerdo do gráfico. figura 1: perfil de sensibilidade e especificidade com a eliminação de variáveis os valores de sensibilidade e especificidade para as porções de treino dos três bancos, bem como as variáveis selecionadas, são apresentadas na tabela 2. foram retidas apenas 3 variáveis para todos os casos. as variáveis retidas conduziram a categorizações 3,3% resultados e discussão o método proposto foi aplicado em três bancos de dados de processos químicos, detalhados na tabela 1. os dois primeiros referem-se a análises de amostras de vinho tinto e vinho branco, sendo descritas por 11 variáveis independentes: (x1) ácidos fixos, (x2) acidez volátil, (x3) ácido cítrico, (x4) açúcar residual, (x5) cloretos, (x6) dióxido de enxofre livre, (x7) dióxido de enxofre total, (x8) densidade, (x9) ph, (x10) sulfatos, e (x11) álcool. a variável de resposta, y, é uma escala de qualidade compreendida entre 0 (menor qualidade) e 10 (maior qualidade). o terceiro banco de dados refere-se à análise qsar de aminoácidos, sendo descrito por variáveis independentes relacionadas à área de superfície e volume molecular do aminoácido, entre outras. a variável dependente refere-se à energia livre para desdobramento de uma proteína específica. os dois primeiros bancos de dados estão disponíveis em cortez et al. [22], enquanto que o terceiro está disponível em wold et al. [1]. por conta do reduzido número de amostras, gera-se somente a porção de treino para o banco qsar. tabela 1: bancos de dados analisados as observações de cada banco de dados (representando amostras) foram classificadas em dois níveis de qualidade, de acordo com especificações das variáveis y (amostra conforme =1, amostra não-conforme=0). as especificações para os bancos relativos aos processos de produção de vinho foram levantadas junto a especialistas do setor, os quais definem que um vinho com escala de qualidade igual ou superior a seis é tido como de elevada qualidade ou conforme (ou seja, amostras de vinho com escala inferior a 6 são classificadas como não-conformes). procedimento similar foi desdobrado para o banco qsar, cuja especificação procede de wold et al. [1]. a regressão pls foi então aplicada à porção 32eclética química, 36 (4), 28-33, 2011. e especificidade na classificação da porção de teste (tabela 3), frente à porção de treino (tabela 2). tal ocorrência é natural em procedimentos de classificação e predição em que os dados históricos são divididos em duas porções; as precisões são mais elevadas na porção em que o modelo foi gerado (porção de treino), visto que peculiaridades daqueles dados são capturadas pelo modelo. ao aplicar-se o mesmo modelo sobre dados de teste, percebe-se que algumas peculiaridades dos dados daquela porção não são corretamente capturadas, diminuindo a acurácia de classificação. tal comportamento é corroborado em [12, 17, 20, 23], entre outros. conclusão bancos de dados de processos compostos por elevado número de variáveis são amplamente encontrados em aplicações industriais e químicas, demandando mais precisas em termos de sensibilidade e 8% em termos de especificidade, considerando a média sobre os três bancos analisados. esse incremento deve-se à eliminação de variáveis ruidosas e irrelevantes do procedimento de categorização. além disso, percebese que as variáveis mais adequadas para categorização das amostras de vinho diferem entre si: as melhores variáveis para o vinho tinto são acidez volátil, sulfatos e álcool, ao passo que as amostras de vinho branco são mais precisamente classificadas pela acidez volátil, açúcar residual e álcool. tabela 2: desempenho de classificação na porção de treino tabela 3: precisão de classificação na porção de teste por fim, as variáveis selecionadas são utilizadas na classificação de novas amostras, representadas pela porção de teste (tabela 3). verifica-se um aumento de 15,6% na sensibilidade e de 18,4% na especificidade ao utilizarem-se apenas as variáveis selecionadas no procedimento de categorização. é importante salientar que se verifica uma redução dos níveis de sensibilidade 33eclética química, 36 (4), 28-33, 2011. [7] l. xu, j. jiang, h. wu, g. shen, r. yu, chemometr. intell. lab. 85 (2007) 140. [8] h. zhai, x. chen, z. hu, chemometr. intell. lab. 80 (2006) 130. [9] h. gao, m. lajiness, j. drie, j. mol. graph. model. 20 (2002) 259. [10] s. sagrado, m. cronin, anal. chim. acta, 609 (2008) 169. [11] k. tang, t. li, chemometr. intell. lab. 64 (2002) 55. [12] m. anzanello, s. albin, w. chaovalitwongse, chemometr. intell. lab. 97 (2009) 111. [13] m. anzanello, gestão & produção 16 (2009) 1. [14] p. nelson, j. macgregor, p. taylor, chemometr. intell. lab. 80 (2006) 1. [15] h. abdi, h. partial least squares (pls) regression, in encyclopedia of social sciences research methods. thousand oaks: sage, 2003. [16] s. wold, j. trygg, a. berglund, h. antii, chemometr. intell. lab. 58 (2001) 131. [17] r. duda, p. hart, d. stork, pattern classification, new york: wiley interscience, 2nd ed., 2001. [18] t. golub, d. slonim, p. tamayo, c. huard, m. gaasenbeek, j. mesirov, h. coller, m. loh, j. downing, m. caligiuri, c. bloomeld, e. lander, science, 286 (1999) 531. [19] s. weiss, c. apte, d. dameray, d. johnson, f. ples, t. goetz, t. hampp, ieee intell syst. 14 (1999) 63. [20] w. chaovalitwongse, y. fan, c. sachdeo, ieee trans syst man cy a 37 (2007) 1005. [21] i. chong, s. albin, c. jun, iie trans. 39 (2007) 795. [22] p. cortez, a. cerdeira, f. almeida, t. matos, j. reis. decis. support. syst. 47 (2009) 547. disponível em http://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/wine+quality ou http://www3.dsi.uminho.pt/pcortez (acesso em 05/2011). [23] x. wu, v. kumar, j, quinlan, j. ghosh, q. yang, h. motoda, g. mclachlan, a. ng, b. liu, p. yu, z. zhou, m. steinbach, d. hand, d. steinberg. knowl. inf. syst. 14 o desenvolvimento de métodos robustos para seleção das variáveis mais relevantes. a ampla diversidade de abordagens para seleção de variáveis com propósitos de predição contrasta, no entanto, com a reduzida disponibilidade de sistemáticas de seleção voltadas a procedimentos de classificação. este artigo reporta um método para seleção de variáveis com vistas à categorização de amostras químicas em duas classes com base em diversas medidas de desempenho de classificação. a regressão pls é inicialmente aplicada em dados históricos de amostras, gerando o coeficiente da regressão pls. na sequência, as variáveis são eliminadas com base na magnitude daquele coeficiente e as amostras então classificadas através de knn. o subconjunto de variáveis com o melhor compromisso entre sensibilidade, especificidade e percentual de variáveis retidas aponta a solução final. ao ser aplicado em dois processos de elaboração de vinho e um processo do tipo qsar, o método reduziu significativamente o número de variáveis a serem utilizadas e aumentou a precisão de classificação frente à utilização de todas as variáveis. além disso, percebe-se que variáveis distintas devem ser utilizadas para classificar amostras de produtos semelhantes, como vinho branco e tinto. desdobramentos futuros do método proposto incluem a utilização de outras ferramentas de classificação, como máquina de suporte vetorial e árvores de decisão. o desenvolvimento de índices robustos de importância para as variáveis também se constitui em tópico de interesse. referências [1] s. wold, m. sjostrom, l. eriksson, chemometr. intell. lab. 58 (2001) 109. [2] j. gauchi, p. chagnon, chemometr. intell. lab. 58 (2001) 171. [3] m. ferreira, c. montanari, a. gaudio, quím. nova 25 (2002) 439. [4] i. chong, c. jun, chemometr. intell. lab. 78 (2005) 103. [5] a. lazraq, r. cleroux, j. gauchi, chemometr. intell. lab. 66 (2003) 117. [6] a. hoskuldsson, chemometr. intell. lab. 55 (2001) 23. eq07-af introduction many plants used in folk medicine contain a wide variety of phenolic compounds. the phenolic compounds act in the scavenging of free radical and in the inhibition of lipid peroxidation, especially the flavonoids [1]. epidemiological studies support the belief that flavonoids in the human diet can reduce the risk of various cancers, especially hormone-dependent breast and 53ecl. quím., são paulo, 33(4): 53-60, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 determination of phenolic compounds and evaluation of antioxidant capacity of campomanesia adamantium leaves i. d. coutinho1, r. g. coelho1, v. m. f. kataoka2, n. k. honda1, j. r. m. silva1, w. vilegas3 and c. a. l. cardoso1,2,* 1universidade federal de mato grosso do sul, departamento de química, caixa postal 549. 79070-900, campo grande/ms. brazil 2universidade estadual de mato grosso do sul, curso de química, caixa postal 351, 79804-970, dourados/ms, brazil 3universidade estadual paulista, departamento de química orgânica, caixa postal 355, 14801-970, araraquara/sp, brazil *claudia@uems.br abstract: five flavanones and three chalcones were isolated from campomanesia adamantium berg. (myrtaceae) leaves. the contents of these compounds were determined by hplc. the phenolic contents were also determined. the monitoring of the antioxidant activity was carried out by inhibition of peroxidation using the linoleic acid system and radical-scavenging (dpph). the plants were collected from 4 distinct cities of the mato grosso do sul state, brazil. the different samples exhibited a range of 4.67-232.35 mg/g chalcones and 15.62-50.71 mg/g flavanones and phenolic contents of the 7.24-21.19 mg/g gallic acid. all extracts showed high antioxidant activity with a wide range of the radical-scavenging (dpph) from 52.0 to 92.2 % and inhibition oxidation of linoleic acid from 14.6 to 94.2%. keywords: campomanesia adamantium; chalcones; flavanones; antioxidant activity.. prostate cancer [2]. studies “in vitro” activity of flavanones and chalcones demonstrated that these compounds have antitumoral effects [3]. the chalcones also exhibit numerous beneficial activities such as antibacterial, antifungal, antiinflammatory, antileishmanial, antimalarial [4] and anti-hiv protease [5]. given the importance of dietary habits and food components to health, studies of the identification of compounds in plants associated eq07-af 10/12/08 11:52 page 53 with antioxidant activity are important to support the protective status of fruits and vegetables for people. the chemical composition and antioxidant activity of the campomanesia species, a brazilian “cerrado” plant, has been investigated by our group. campomanesia adamantium (myrtaceae) is a small tree with edible fruit and commonly known as guavira or guabiroba [6]. the fruits and leaves are widely used to make liqueurs, juices and sweets. in popular medicine the leaves are used as depurative, anti-diarrhoeic, cleanser, antirheumatic and reducer of blood cholesterol [7] and the roots are also used by people in the treatment of diabetes. the hplc technique has been shown to be a very efficient system for separating complex mixtures of plants. hplc methods have been reported for the determination of substances and for monitoring variation in the composition of samples [8,9]. a procedure suitable for hplcuv analysis of flavanones and chalcones contents in c. adamantium, has been developed by this research team. this paper describes the isolation of flavanones and chalcones and the evaluation of antioxidant activity from c. adamantium leaves during flowering stage. and also the quantification of these compounds, the determination of the phenolic contents and antioxidant activity in samples collected from four cities of the mato grosso do sul state, brazil during fruit bearing stage. materials and methods chemical and spectral measurements materials used and the suppliers were: quercetin, gallic acid, 2,6-di-tert-butyl-4methylphenol (bht), naringenin, 2,2-diphenyl1-picryl-hydrazil (dpph) and linoleic acid were obtained from sigma-aldrich; folin-cicauteau from merck; β-carotene from calbiochem; tanic acid from cetus; chloroform-d from cambridge isotope laboratories, inc; spectroscopy-grade acetonitrile and methanol were purchased from merck (darmstadt. germany); water was purified using a milli-q system (millipore). the solvents employed in other analyses were grade analytic. nmr 1d and 2d spectra were recorded in chloroform-d used as an internal reference, employing a bruker dpx-300 (1h 300 mhz; 13c 75 mhz). the antioxidant activity assays were recorded in meoh, employing 700 s femto uv spectrophotometer of 517 nm wavelength. column chromatography was performed with kieselgel 60 (70-230 mesh. merck). preparative tlc was carried out on silica gel pf254. spots were visualized under ultraviolet light of 254 nm wavelength, sprayed with panysaldeyde and heated. sephadex lh-20 (pharmacia) was used for gpc. the collection of the vegetable material for the phytochemical work, the leaves of the c. adamantium were colleted in mato grosso do sul state, brazil, in the city of jardim (caif latitude 21° 25’ 02.0’’ s and longitude 056° 13’’ 77.0’’ w) during the flowering stage. for quantification and chemistry analyses the leaves were collected in the cities of dourados (cae; latitude 22º 11’ 813’’ s and longitude 054º 55’ 801’’ w); bela vista (cal; latitude 22º 06’ 35.8’’ s and longitude 056º 33’ 00.8’’ w); bonito (cab; latitude 21° 07’ 50.0’’ s and longitude 056° 24’ 68.0’’ w) and jardim (cai; latitude 21° 25’ 02.0’’ s e longitude 056° 13’’ 77.0’’w) during the fruit bearing stage. the species were identified by marcos sobral (ufmg) and voucher specimens 5196 (dourados), 5198 (bela vista), 5197(bonito) and 5195 (jardim) have been deposited in the herbarium of mato grosso do sul hms, campo grande, ms, brazil. isolation of chemical constituents and purification the air-dried and powdered c. adamantium leaves (804.19 g) collected in the city of jardim (caif), were extracted exhaustively with hexane, chloroform and methanol at room temperature (seven days for each solvent). the solvent was removed from the extract under vacuum yielding the hexane (5.32 g), chloroform (8.86 g) and methanol (58.88 g) extracts. for this paper only the methanol extract is discussed. the methanol extract (em) was partitioned using water/hexane (1:1 v/v) and water/ethyl acetate (1:1 v/v). from that liquid-liquid partition were obtained the hexane phase and a mixture of the 54 ecl. quím., são paulo, 33(4): 53-60, 2008 eq07-af 10/12/08 11:52 page 54 three phases denominated ethyl acetate phase, water phase and inter-phase ip, the latter phase being insoluble in ethyl acetate and water. the sample ip (675.60 mg) was dissolved in 15 ml of methanol/ethyl acetate and fractionated by sephadex lh-20 cc (3.5 cm x 40 cm) and eluted with methanol/ethyl acetate isocratyc systems. two-hundred and five fractions of 10 ml were collected and were combined according to their behavior using tlc f254 in hexane/ethyl acetate/chloroform (4:4:2 v/v/v). the fractions 46-51 and 60-62 were purified on cc using silica gel 70-230 mesh (1.5 cm x 15 cm) and eluted with toluene/ethyl acetate/ethanol gradient systems. compounds 1 and 2 were isolated from fractions 46-51 and compounds 3, 4, 5, 6 and 7 were isolated from fractions 60-62. the fractions 90-98 were purified in cc using silica rp18 (1.5 cm x 15 cm) and eluted with water/acetonitrile/methanol gradient systems, resulting in the isolation of compound 8. all compound structures were determined by nmr 1d and 2d and compared with data in the literature [5, 10-15]. preparation of the extracts from the plant collected in different regions for quantitative chemical analyses for the antioxidant activity assay in me and ip the samples were prepared from 20 mg in 10 ml of methanol. samples cae, cal, cai and cae collected during the fruit bearing stage were prepared with 50 mg of leaves in 25 ml methanol (maceration in sonication for two hours), filtered through a milex filter (0.22 µm diameter pore) and reconstituted in a 25 ml volumetric flask with methanol (n=3) for the determination of phenolic contents, antioxidant activity and the quantification of flavonones and chalcones. determination of the flavanones and chalcones contents by hplc analysis by hplc the methanolic extracts obtained from c. adamantium leaves collected during the fruit bearing stage were analysed by an analytical hplc (varian 210) system with a ternary solvent delivery system, equipped with an autosampler and a photodiode array detector. the star ws 55ecl. quím., são paulo, 33(4): 53-60, 2008 (workstation) software was used for chromatograms and measuring peak areas. the hplc column was a rp18 (25 cm x 4.6 mm x 5 µm) reversed-phase column, with a small precolumn (2.5 cm x 3 mm) containing the same packing, used to protect the analytical column. elution was carried out with a gradient solvent program of methanol/water/acetonitrile (40:50:10) taking 40 minutes to reach 80% methanol, 10% water and 10% acetonitrile, returning after that in 20 minutes to the initial conditions. the flow rate of 1.0 ml/min and the volume injected was of 50 µl. all chromatographic analyses were performed at 22º c. the quantification of flavanones and chalcones the estimation of the contents of compounds 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 9, the last compound was isolated from campomanesia pubescens fruits [16], in the samples cae, cab, cai and cal, was performed by external calibration. the standards (2-7 and 9) were purified by hplc (purity was ≥ 90 %) as is standard for hplc analysis. in this study the compounds were dissolved separately in spectroscopy-grade methanol in order to obtain stock solutions, which were appropriately diluted in 5 concentrations for each substance. aliquots (50 µl) of 5 dilutions for each standard were analyzed by hplc (n=3). for each standard was obtained a corresponding chromatogram and a graphic plot was constructed of the means of areas made against the weight of each substance. linear least squares regression of the peak areas as a function of the weight was performed to determine correlation coefficients. the equation parameters (slope and intercept) of each standard curve were used to obtain concentration values for samples. determination of the phenolic contents aliquots of 0.1 ml samples of cae, cab, cai and cal were mixed with 0.5 ml (1/10 dilution) of the folin-cicauteau reagent and 1 ml of ultrapurified water. the solutions were mixed and incubated at room temperature for 1 min. after 1 min, 1.5 ml of 20% sodium carbonate solution was added and incubated at room temperature for 40 min. the reaction mixture absorbance was measured at 760 nm on a spectrophotometer. the eq07-af 10/12/08 11:52 page 55 56 ecl. quím., são paulo, 33(4): 53-60, 2008 tubes containing 300 µl of test samples in the concentrations of 10.0, 20.0, 40.0, 80.0 and 160.0 µg/ml for the me and ip samples and concentrations of 48.0, 144.0, 240.0 and 336.0 µg/ml for the cal, cai, cab and cae samples. the absorbance in 470 nm was measured in the initial time of the reaction and after two hours. the bht, tanic acid, naringenin and quercetin were used as standards in concentrations of 10.0, 20.0, 40.0, 80.0 and 160.0 µg/ml. a control containing 300 µl of methanol and 2.5 ml of the above mixture was prepared. the tubes were placed at 45 ºc in a water bath for two hours. all the tests were conducted in triplicate. the inhibition of peroxidation of the solutions tested was calculated using the following equation: inhibition of peroxidation (%)= (βcarotene content after 2 h assay/initial β-carotene content) x 100. stability study the stability of the working standard solutions was tested at 22 ºc (working temperature) and –20 ºc (storage temperature). the stability of substances in the samples was evaluated during all the storage steps (i.e. at room temperature and at –20 ºc). stability was defined as being less than 2% loss of the initial drug concentration in the stated time. results and discussion general the substances isolated from c. adamantium leaves collected in the flowering stage are here described for first time. compounds 1-4 and 6 were characterized as flavanones and 5 and 7-9 as chalcones: 7-hydroxy-5-methoxy-flavanone (1), 7-hydroxy-5methoxy-6-methylflavanone (2), 5,7-dihydroxy-6-methylflavanone (3), 5,7-dihydroxy8-methylflavanone (4), 2’,4’-dihydroxy-6’methoxychalcone (5), 5,7-dihydroxy-6,8-dimethylflavanone (6), 2’,4’-dihydroxy-6’-methoxy-5’-methylchalcone (7), 2’.4’-dihydroxy-6’-methoxy-3’-methylchalcone (8) and 2 ’ , 4 ’ d i h y d r o x y 6 ’ m e t h o x y 3 ’ , 5 ’ dimethylchalcone (9). blanks were prepared with all the reagents except the sample. gallic acid was chosen as a standard using 6 point standard curve (10, 50, 100, 150, 300 and 400 µg/ml). all the tests were conducted in triplicate. the data were expressed as milligram gallic acid /g extract. determination of the antioxidant activity free radical scavenging activity (dpph) the free radical scavenging assay of samples me and ip in the concentrations of 10.0, 20.0, 40.0, 80.0 and 160.0 µg/ml and samples cal, cai, cab and cae in the concentrations of 160.0, 480.0, 800.0 and 1120.0 µg/ml were determined based on their ability to react with the stable dpph free radical. the assay was carried out with aliquots of 1ml of each sample added to 2 ml of a methanol solution of 2.2-diphenyl-1picryl-hydrazyl (dpph) 0.004% and the mixture was incubated at a temperature of 25oc for 30 min and the absorbance of each solution was determined at 517 nm. the scavenging effect of the radical of each sample was calculated and compared with the scavenging effect of quercetin, naringenin, bht and tanic acid in the concentrations of 10.0, 20.0, 40.0, 80.0 and 160.0 µg/ml. all the tests were conducted in triplicate. the scavenging effect of the dpph radical was calculated using the following equation [17]: dpph scavenging effects (%) = [(ao – (a-aa)) / ao] x 100 ao is a517 of dpph without a sample (control). a is a517 of a sample and dpph. aa is the a517 of a sample without dpph (blank). β-carotene/linoleic acid assay the β-carotene-linoleic acid assay was performed as reported by tepe et al. [18] with some modifications. a stock solution of βcarotene-linoleic acid mixture was prepared as follows: 0.5 mg β-carotene was dissolved in 1 ml of chloroform and 25 µl linoleic acid and 200 mg of tween 20 were added. the chloroform was removed under nitrogen. the volume of the resulting mixture was completed up to 100 ml with aerated water. aliquots (2.5 ml) of this reaction mixture were dispensed into different test eq07-af 10/12/08 11:52 page 56 quantification of flavanones and chalcone a number of preliminary hplc experiments employing samples of c. adamantium leaves were performed to establish optimal conditions for hplc analysis of this species. hplc analysis showed baseline separation for the compounds under consideration. the observed retention time to isolate compounds is shown in table 1. the quantification of compounds 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 9 was made by comparison of their retention time with those of authentic standards and by standards addition in the same samples analyzed using hplc. the photodiode array detector was employed in the samples in the determination of compounds and in the evaluation of interference in all peaks of the chromatograms. the analysis of the precision of the assay intraday cvs were less than ± 2%. the compounds were stable in the working solutions after 24 h at 22 ºc, two months at 20 oc. the calibration curves were determined by linear regression (table 1). average standard 57ecl. quím., são paulo, 33(4): 53-60, 2008 table 1. retention time and regression data of calibration curve for quantitative determination by hplc. compounds 2 3 4 5 6 7 9 retention time (min.±s.da.) 15.33 ± 0.16 22.02 ± 0.24 23.51 ± 0.27 24.70 ± 0.21 26.22 ± 0.26 30.18 ± 0.25 33.67 ± 0.24 lrb 0.04-10.80 0.16-4.10 0.12-3.67 0.20-5.00 0.21-5.00 5.65-22.66 3.00-28.00 bc 4.95919.106 6.58015.106 1.80351.107 5.60768.106 5.15469.106 500747.0648 507205.62017 ad -161369.02552 -1.3073.106 -2.37114.106 -1.29557.106 -564964.75892 -35037.81908 -22757.06765 re 0.99962 0.99889 0.99978 0.99825 0.99921 0.9995 0.99860 nf 6 5 5 5 5 5 5 as.d.: standard deviations. blr: linear range. linear regression. formula: y = a + bx. where y = peak areas ratio. cb: slope. da: intercept. x: µg. er: correlation coefficient. fn: number of samples. compounds: 7-hydroxy-5methoxy-6-methylflavanone (2), 5,7-dihydroxy-6-methylflavanone (3), 5,7-dihydroxy-8-methylflavanone (4), 2’,4’-dihydroxy-6’-methoxychalcone (5), 5,7-dihydroxy-6,8-dimethylflavanone (6), 2’,4’-dihydroxy-6’-methoxy5’-methylchalcone (7) and 2’,4’-dihydroxy-6’-methoxy-3’,5’-dimethylchalcone (9). errors for the peak areas of replicate injections (n=3) were smaller than 2% showing good repeatability of the calibration curve. the peak areas for the calibration curve of compound 2 were determined at 284 nm, compounds 3 and 4 at 296nm, compound 5 at 350 nm, compound 6 at 299 nm, and compounds 7 and 9 at 340 nm. table 2 shows the contents of the compounds identified in samples in distinct cities during the fruit bearing stage. the data displayed showed that cal contains larger amounts of the flavanones and chalcones followed by cab, cai and cae. the samples show higher amounts of the chalcones than that of flavanones. though the flavanones and chalcones contents showed a difference quantitatively in different samples, those consumed by the bela vista, bonito and jardim populations exhibited higher contents, mainly chalcones 7 and 9. studies of the latter exhibited individually activity against staphylococcus aureus and bacillus cereus and increased activity in synergy with the antibiotics berberin and table 2. contents of compounds identified in the methanolic extracts from the c. adamantium leaves. flavanones (mg/g ± s.d. a) chalcones(mg/g ± s.d. a)compounds samples cai cab cal cae 2 6.72±0.44 8.27±0.42 10.12±0.11 3 22.82±0.95 12.74±0.33 30.17±0.62 12.67±0.28 4 6.38±0.30 6.26±0.24 10.42±0.21 2.95±0.03 5 5.74±0.41 6.39±0.12 10.62±0.25 6 3.71±0.28 3.49±0.09 6.37±0.24 4.67±0.23 7 82.42±5.01 94.70±2.81 194.66±2.32 9 11.24±0.78 15.01±0.35 31.32±0.76 as.d.: standard deviations. eq07-af 10/12/08 11:52 page 57 tetracycline [4]. the samples from bela vista, bonito and jardim show chalcone 5, which have anti-hiv-1 protease activity. although, the sample consumed by the dourados population does not showed the presence of 2, 5, 7 and 9. hence supposing that the production and concentration of the secondary metabolites in the guavira leaves can be influenced by environmental strain of each region, these changes might be associated with the variation of the medicinal properties of the vegetables in each municipality. determination of the free radical scavenging activity the use of 2.2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl (dpph) as a reagent for screening the antioxidant activity of molecules has been reported [19]. in this assay the scavenging of the dpph radical is followed by monitoring the decrease in absorbance at 517 nm, which occurs due to the reduction by antioxidants and has been used to assess the ability of phenolic compounds to transfer labile h atoms to radicals [1]. the antioxidant activity of me and ip using the dpph assay displayed in figure 1 shows that the c. adamantium leaves exhibit very good radical scavenging activities. but only the concentration from the 80.0 µg/ml samples showed similar activity with quercetin and tanic acid standards and that more active than bht and naringenin, all in the same concentration. the me and ip show the highest activity with 91.6% and 88.9% at 160.0 µg/ml and quercetin standard of 94.6% in some concentrations. the cai and cab samples showed an scavenging effect larger than 80.0 % as of 480.0 µg/ml, while cal and cae showed that the scavenging effect was larger than 80.0 % as of 160.0 58 ecl. quím., são paulo, 33(4): 53-60, 2008 figure 1. free radical scavenging activity of me, ip, quercetin, bht, naringenin and tanic acid. µg/ml. the antioxidant activity in all extracts in 160.0 µg/ml were lower than the quercetin standard in 160.0 µg/ml (94.6 %), except the cal sample that showed the same scavenging effect as quercetin in the lower concentration. the analysis of the precision of the assay intraday cvs were less than ± 2%, except for cai (160.0 µg/ml) and cab (160.0 µg/ml), 5% and 6%, respectively. the compounds analyzed by extracts did not show direct correlation with antioxidant activity, except the cal sample. the antioxidant activity of phenolics is mainly due to their redox properties which make them act as reducing agents, hydrogen donors and singlet oxygen quenchers. the chemical nature of the flavonoids depends on structural class, degree of hydroxylation, other substitutions and conjugations [20]. studies of structure-radical scavenging activity of phenolic compounds in chinese plants showed that the lowest antiradical activity of the flavonoids was attributed to the flavanones and isoflavanones, therefore the antioxidant activity depends on the number and position of hydroxyl groups in rings a and b as well as 2,3-double bond (insaturation) and the 4-oxo group in ring c [21]. inhibitory effect on lipid peroxidation in the β-carotene/linoleic acid assay the antioxidant capacity is determined by measuring the inhibition of the organic compounds and the conjugated diene hydroperoxides arising from linoleic acid oxidation [18]. this assay has been used to simulate the oxidation of the membrane lipid components in the presence of antioxidants inside the cell [22]. the results obtained from extracts of c. adamantium leaves are exibited in figure 2. figure 2. antioxidant activity of me, ip, quercetin, bht, naringenin and tanic acid by βcarotene/linoleic acid system. eq07-af 10/12/08 11:52 page 58 sample me shows low inhibition of peroxidation 50.8% in a concentration of 160.0 µg/ml, while the ip shows appreciable inhibiton of 79.7% with values similar to the quercetin (81.3%), higher than tanic acid (56.9%) and naringenin (6.7%) and lower than bht (92.1%) all the same concentrations. the samples collected in distinct cities exhibited antioxidant activity based on inhibition of peroxidation assay ranging from 14.6-94.2 % in a concentration of 48-336 µg/ml and a lower variation between samples. samples cal, cai, cae and cab in the 144.0 µg/ml concentrations show inhibition of peroxidation of 89.8, 84.8, 66.3 and 46.5 %, respectively. these results indicate that of the c. adamantium leaves the samples cal and cai exhibited appreciable inhibition of peroxidation compared to bht of 160.0 µg/ml (92.1%). the analysis of the precision of the assay intraday cvs were less than ± 5%. analysis of the structure-antioxidant activity relationship of the standards shows that the lipophilic compounds with the bht are more potent that the hydrophilic compounds such as quercetin and tanic acid, as well as compounds of low insaturation and absence of the lipophilicity substituent with naringenin. compounds 3, 4, 6, 7 and 9 show correlation which enhances the inhibition of peroxidation, mainly chalcones 7 and 9 in the cal, cai and cab samples and flavanones 3, 4, 6 with methyl substituents in all samples. determination of total phenolic content the results showed cal (21.2 mg/g) and cae (15.9 mg/g ) with high phenolic content in comparison to cai (9.0 mg/g ) and cab (7.2 mg/g). the precision analysis of the assay intraday cvs was less than ± 5% showing reproductibility of the extraction procedure. the compounds identified in the samples, in general, did not show direct correlation to phenolic contents. the cal sample showed direct correlation to the compounds under consideration in relation to phenolic content. the cae, cab and cai samples did not show this profile. the antioxidant activity by inhibition of peroxidation shows correlation to phenolic contents, except the cae sample. and also with 59ecl. quím., são paulo, 33(4): 53-60, 2008 antioxidant activity by dpph radical scavenging in a concentration of 160.0 µg/ml, but in higher concentration the cai sample showed no correlation. these results showed that in high concentrations, the extract exhibited high antioxidant activity and that as it increases the concentration of the extract, the activity is practically constant, even with a variation of phenolic content. the higher antioxidant activity showed in the extracts might be associated with other compound phenolics that were not isolated, mainly the cae samples, which show higher phenolic content and lower phenolic content among the compounds isolated. conclusions on the basis of the results it is suggested that the campomanesia adamantium leaves evaluated here can be used as a source of natural antioxidant. however, the results showed a distinct composition quantitave in this vegetable of some species collected in distincts cities, but a similar chemical composition qualitative (except the dourados sample). the different samples exhibited a range of total phenolics contents variyng from 7.2 to 21.2 mg/g. phenolic compounds seem to have important role in stabilizing lipid oxidation and to be associated with antioxidant activity. the phenolic compounds may contribute directly to antioxidative action. therefore, further work could be done on the isolation and purification of the active components from the crude extracts of campomanesia species for showing the mode of action of them. acknowledgements we thank the fundação de apoio ao desenvolvimento do ensino, ciência e tecnologia do estado de mato grosso do sul (fundect) for financial support. we also thank to capes for grant given to i.d.c., and to cnpq for grant given to r.g.c. and j.r.m. we also thank marcos sobral for the identification of c. adamantium. received june 16 2008 accepted november 03 2008 eq07-af 10/12/08 11:52 page 59 references [1] a. djeridane, m. yousfi, b. nadjemi, d. boutassouna, p. stocker, and n. vidal, food chemistry 97(2006) 654. 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(myrtaceae). o teor desses compostos foram determinados por clae. o teor de compostos fenólicos também foi determinado. o monitoramento da atividade antioxidante foi feito pela inibição da peroxidação usando o sistema do ácido linoleico e método do radical livre 2,2-difenil-1-picrilhidrazila dpph•. as espécies vegetais foram coletadas em 4 cidades diferentes do estado de mato grosso do sul, brasil. as diferentes amostras exibiram uma variação de 4,67-232,35 mg/g chalconas e 15,62-50,71 mg/g flavanonas e teor de compostos fenólicos de 7,24-21,19 mg/g ácido gálico. todos os extratos exibiram alta atividade antioxidante com uma variação do efeito radical livre (dpph) de 52,0-92,2 % e da inibição da oxidação do ácido linoleico de 14,6-94,2%. palavras-chave: campomanesia adamantium; chalconas; flavononas; atividade antioxidante. eq07-af 10/12/08 11:52 page 60 1eclética química, 38, 1, 1-13, 2011. que 100 nm. as propriedades eletrônicas também mudam drasticamente [1 6]. dentro da ciência dos nanomateriais, há, recentemente, um grande número de trabalhos que vêm investigando tanto a síntese quanto as propriedades de nanopartículas magnéticas. o interesse nesses materiais é decorrente das aplicações dessas nanopartículas que vão desde os seus usos em bioquímica, direcionamento de fármacos no organismo, magnetoforese de entidades biológicas específicas, até o uso desses materiais como meios de gravação [7 15]. alguns dos mais representativos materiais magnéticos são os óxidos metálicos, tais como várias ferritas [16 19]. entretanto, estas são muitas vezes obtidas como misturas de vários óxidos, o que implica que suas propriedades magnéticas não são sempre bem definidas e reprodutíveis [16 19]. aparte dos óxidos metálicos magnéticos, metais puros como cobalto, ferro, níquel introdução nanotecnologia é a compreensão e o controle da matéria de dimensões de aproximadamente 1 – 100 nm, onde fenômenos originais permitem novas aplicações. as propriedades físicas e químicas dos nanomateriais são marcadamente dependentes dos seus tamanhos e formas (ou morfologias). por isso, as pesquisas nesse campo da ciência estão direcionadas para o desenvolvimento de métodos simples e efetivos para fabricar nanomateriais que permitam controlar o tamanho e a morfologia das nanopartículas e, conseqüentemente, suas propriedades. um importante aspecto da ciência dos nanomateriais é que quanto menor o tamanho da partícula maior è a área de superfície do material. em nanoescala, propriedades como condutividade elétrica e força mecânica não são as mesmas do que as apresentadas pelos materiais contendo partículas com dimensões muito superiores do nanotechnology is the understanding and control f matter at dimensions of roughly 1 – 100 nm. at the nanoscale, the properties like electrical conductivity and mechanical strength are not the same as the materials with particles in dimensions much more than 100 nm. the electronic structure changes dramatically too. between nanomaterials, there is recently a great number of works that investing as the synthesis as the properties of the magnetic nanoparticles. the interest in these materials is due to its magnetic applications. some of more representative magnetic materials are the metallic oxides, as some ferrites. however, the ferrites are often obtained as mixture of some oxides, which implies that the magnetic properties are not always well defined and reproducible. thus, the researches has been turned to use of the magnetic metals, between which the cobalt. the cobalt is investigated because its high magnetic susceptility. however, this transition metal is easily oxidate in air and is toxic to human organism. for this reason, it has looked for to effect synthesis involving core – shell structures, which no to allow the oxidation of the cobalt and prevent against its toxicity. between the shells that come being obtained it is of silica and of gold. in addition, in if treating to catalysis in a general way, the price of the cobalt and its magnetic properties are adjusted for the attainment core – shell catalysts, cocore@ptshell, (co@pt). so, the aim of this article is to present and to do an analysis of the more representative synthetic route used until the present moment to obtain the core – shell structures: co@sio2, co@au and co@pt. keywords: magnetic nanoparticles, co@sio2, co@au, co@pt. magnetic nanoparticles: co@sio2, co@au and co@pt vagner sargentelli e antônio a.p. ferreira laboratório de materiais fotônicos, departamento de química geral e inorgânica, instituto de química de araraquara – unesp. rua prof. francisco degni s/n, cep: 14.801 – 970, c. p. 355, araraquara – sp, brasil. 2eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. as propriedades magnéticas de nanoestruturas são muito sensitivas ao seu tamanho e à sua forma. geralmente, as pesquisas nas últimas décadas foram realizadas com nanoestruturas esféricas que apresentavam diâmetro menor do que 100 nm. entretanto, atualmente, o desenvolvimento está centrado em nanohastes. concernente ao interesse desse estudo, a forma das hastes é vantajosa porque, usando o mesmo volume de material do que uma nanoesfera correspondente, a nanohaste exibirá um momento de dipolo maior sob a aplicação de um mesmo campo magnético [22]. a idéia central desse tipo de estudo é o de fazer nanoestruturas de cobalto na forma de hastes [29-33]. diante disso, é importante desenvolver metodologias que permitam a estabilidade química das nanopartículas e, no caso do cobalto, que também previnam contra a sua alta toxicidade. nanocristais estruturados núcleo – escudo são interessantes devido às suas propriedades físicas e químicas, bem como devido às suas aplicações tecnológicas [7 15]. nanopartículas estruturadas na forma núcleo – escudo têm a vantagem de apresentar suas propriedades físicas e químicas através do ajuste da sua composição química bem como de seus tamanhos e formas [7 15]. as propriedades físicas e químicas e o desempenho de nanopartículas na forma núcleo – escudo são muito dependentes de suas microestruturas, as quais incluem a estrutura e a forma do núcleo, do escudo e da interface. a interface é particularmente importante porque sua combinação e seu gradiente químico são críticos para a transferência eletrônica [7 15]. além disso, um escudo para os metais magnéticos puros impossibilita as suas oxidações e, no caso do cobalto, previne contra sua toxicidade e, portanto, possibilita seu uso em aplicações na biomedicina. metais nobres têm sido depositados através de reações de microemulsão ou métodos químicos, tal como a reação redox de transmetalação [34-36]. em detrimento da preocupação em manter o cobalto como sendo o “núcleo”, alguns autores reportaram a síntese da estrutura núcleo – escudo reversa ag@co, na qual o cobalto é o escudo. apesar de não ter sido constatada a presença de óxido de cobalto, a estabilidade desse material não foi completamente esclarecida [37]. a deposição de escudo de sílica sobre partículas magnéticas tem sido usada por vários autores [38-44]. entre as propriedades da sílica que propiciam o seu uso como escudo estão: excepcional estabilidade em dispersões aquosas, fácil modificação de sua superfície, o que permite a preparação de colóides não – aquosos e e suas ligas metálicas são também usados em vários campos do magnetismo [20 21]. estes metais possuem várias propriedades que são mais ideais do que àquelas observadas para os óxidos de ferro. metais de transição magnéticos nanoestruturados exibem comportamento ferromagnético, enquanto que àqueles de ferro exibem comportamento superparamagnético. as estruturas ferromagnéticas produzem um momento magnético maior do que as estruturas superparamagnéticas. também, os metais de transição retêm suas propriedades magnéticas na ausência de um campo magnético, enquanto que as nanoestruturas de óxido de ferro não retêm. nanopartículas de fe3o4 e suas estruturas núcleo – escudo apresentam uma definição magnética pobre e controlar suas propriedades magnéticas é difícil [22]. muitas complicações são encontradas em seus procedimentos de síntese, a saber: uma mistura de muitas fases de óxidos de ferro, baixa cristalinidade e grande dispersão no tamanho do “núcleo”. todas essas confusas com a interpretação das propriedades magnéticas. além disso, se um “núcleo” magnético perfeito é desejado, é necessário desenvolver uma nova série de rotas sintéticas para cada “núcleo” [23-25]. a maior dificuldade para o uso de metais puros advém de suas instabilidades nas condições ambientes, a qual se torna mais fácil quanto menor o tamanho da partícula. dentre os metais citados, o cobalto merece destaque em decorrência da sua alta susceptibilidade magnética. é importante frisar aqui que o cobalto também está presente no organismo humano e faz parte da vitamina b12 (cianocobalamina). esta vitamina é essencial para a função de todas as células, particularmente das células da medula óssea, sistema nervoso e gastrointestinal. as principais funções da vitamina b12 são: produção de glóbulos vermelhos normais, metabolismo do ácido fólico, proteção das capas mielínicas dos nervos, metabolismo dos alimentos (carboidratos, proteínas e lipídios) e regeneração da glutationa no fígado. a carência do cobalto no organismo humano pode causar anemia e retardo do crescimento. as principais fontes naturais do cobalto são: carne, rins, fígado, leite, ostras e mexilhões, ovos e queijos. apesar da sua importância na bioquímica humana, o excesso do cobalto é altamente tóxico e pode causar: asma, dispnéia, fibrose, dermatites, cardiomiopatia, disfunção da glândula tiróide (hipotireiodismo), nefrotoxicidade, policetemia, pneumoconiose e morte. não obstante a essas enfermidades, o cobalto é tido como elemento carcinogênico [26 – 28]. em função de sua toxicidade, o cobalto não pode ser usado para aplicações em biomedicina. 3eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. osa. o procedimento é uma modificação do método sol – gel. na síntese, as partículas de cobalto foram obtidas através da adição de uma solução de cocl2 em água a uma solução aquosa dearada de nabh4 contendo ácido cítrico. foram feitos experimentos variando a concentração do ácido cítrico de 4 x 10-6 a 4 x 10-4 m. a solução foi mantida sob borbulhamento de nitrogênio. imediatamente após a reação de redução, formou – se o escudo de sílica através da adição de uma solução etanólica contendo moléculas de aminopropoxisilano (aps) e ortosilicato de tetraetila (teos) em uma proporção molar de 1:9. na mistura água/etanol, a superfície das partículas de cobalto são envolvidas por moléculas de aps e, em seguida, ocorre a hidrólise/condensação tanto de aps quanto de teos, que resulta na formação de escudos de sílica. para a cristalização de co@sio2, as partículas foram separadas por centrifugação e secagem e o pó resultante foi aquecido em ar a temperaturas entre 200 e 700 oc por duas horas [48]. segundo os autores, o procedimento experimental, brevemente descrito no parágrafo anterior, foi ótimo para a produção de colóides estáveis. em particular, quanto menores quantidades de aps e teos foram usadas, observou – se ausência de partículas de cobalto no material obtido através da microscopia eletrônica de transmissão. isto significa que a ligação de aps às partículas e a subseqüente condensação não foram suficientes para proteger o núcleo de cobalto contra a oxidação e à agregação. o tamanho médio das nanopartículas de cobalto foi de 10 a 20 nm, sendo que diâmetros maiores foram encontrados para menores concentrações de citrato. atribuiu – se esses resultados ao fato de que maiores núcleos são feitos de agregados de pequenas partículas, as quais estão relacionadas à insuficientes quantidades de íons citrato durante a síntese. para amostras recozidas até 400 oc, houve a detecção da presença de co3b e co4b, juntamente com cobalto metálico. entretanto, co3b e co4b não foram detectados em amostras aquecidas a 500 e 600 oc. todavia, com o aquecimento nessas últimas temperaturas foi detectado óxido de cobalto na estrutura co@sio2. a temperaturas maiores, 700 oc, ocorre a cristalinização da sílica (cristobalita) e o cobalto metálico desaparece no material final. apesar disso, pode – se dizer que sob aquecimento as estruturas núcleo – escudo obtidas na síntese podem ser convertidas em nanopartículas independentes e cristalinas, as quais são estáveis ao ar por um longo período de tempo [48]. aslam, li e dravid apresentaram a obtenção de co@sio2 por uma aproximação do método de kofácil controle das interações inter – partículas, tanto em solução quanto dentro das estruturas. alguns trabalhos envolveram o revestimento de hematita, fe2o3, a qual poderia ser subseqüentemente reduzida a ferro metálico, e de clusters de magnetita, fe3o4 [38,39]. em tais casos o recobrimento foi feito em óxidos, os quais ligam – se facilmente à sílica através de grupos oh das suas superfícies. todavia, a deposição de sílica sobre metais puros é mais complicada devido à falta de grupos oh na superfície do metal. por isso é necessário fazer uma superfície vitreofílica [45]. esta química também tem sido usada para metais nobres, os quais são quimicamente muito estáveis [46-47]. uma dificuldade adicional que precisa ser superada nas preparações de recobrimento do cobalto com sílica é que este metal de transição oxida – se na presença de oxigênio dissolvido. para a finalidade de cobrir a superfície do cobalto, o ouro também uma é substância adequada, pois este metal é altamente estável em condições ambientes e pode ser usado para estudos in vivo. porém, é preciso mencionar que a estabilidade do ouro diminui na medida em que o tamanho das suas partículas diminui. também, o ouro é o material nanoparticulado mais explorado e é comumente usado para ancoragem biomolecular [22-25,33]. concernente à aplicação catalítica de um modo geral, o sistema co@pt é de particular interesse. é fato conhecido que a platina catalisa uma série de reações, entre as quais a de hidrogenação de hidrocarbonetos. a platina é um metal mais caro do que o cobalto. assim, a obtenção de estruturas núcleo – escudo co@pt diminui o custo da catálise. além disso, fazendo uso das propriedades magnéticas do cobalto, o sistema co@pt é mais facilmente removido do meio reacional, o que possibilita maior reuso do catalisador. essas duas características fazem com que nanopartículas de co@pt sejam de extrema importância tecnológica. portanto, o objetivo do presente artigo é o de apresentar e efetuar uma análise das mais representativas metodologias sintéticas utilizadas até o presente momento para se preparar as estruturas núcleo – escudo: co@sio2, co@au e co@pt. uma comparação de co@sio2 com sistemas co/sio2 e de co@pt com pt@ co também é apresentada. o sistema cobalto – sílica. kobayashi e colaboradores descreveram um procedimento que permitiu a preparação de estruturas núcleo – escudo co@sio2 a partir de uma solução aqu4eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. colaboradores mostra que este procedimento sintético propiciou a obtenção de nanopartículas de cobalto com diâmetros maiores e fino escudo de sílica. os autores, através de parâmetros magnéticos, apresentaram uma simulação molecular dinâmica quantitativa para obter a compreensão do processo de formação de nanopartículas de cobalto no material obtido, co@sio2. o modelo permitiu calcular o diâmetro crítico das nanopartículas de cobalto e efetuar uma comparação com àquele obtido experimentalmente. concluíram que a presença de óxido de cobalto no material contribuiu para a formação de maiores nanopartículas do metal puro [51]. o método de síntese de co@sio2 utilizando aps e teos também foi utilizado por outros autores [52]. a investigação das propriedades das nanopartículas obtidas mostrou que o material apresenta ferromagnetismo. nanocompósitos co@sio2 foram preparados por peng e colaboradores usando o método sol – gel combinado com redução por h2 e utilizando o dispersante polietilenoglicol (peg – 8000) [53]. em um experimento típico, quantidades de nitrato de cobalto hexahidratado e teos foram dispersos em etanol anidro à temperatura ambiente usando ultra – som. após dez minutos de sonificação, peg – 8000 foi adicionado à solução de nitrato de cobalto (ii). ácido cítrico monohidratado também foi adicionado. após agitação por aproximadamente uma hora, uma solução aquosa de teos foi gotejada, sob agitação, na suspensão a uma temperatura de 60 oc e, então, uma solução água/teos 3:1 também foi adicionada. em seguida, gotas de ácido nítrico foram adicionadas para ajustar o ph a, aproximadamente, 5. o sol permaneceu sob agitação por uma hora (até a formação do gel). para obter xerogéis, os géis foram secos a 80 oc. então, os xerogéis foram calcinados a 500 oc por três horas em ar e, em seguida, reduzidos por h2 a 600 oc e 700 oc por seis horas, respectivamente. o experimento foi repetido sem a utilização de ácido cítrico e com diferentes quantidades de peg – 8000. o mecanismo global da reação foi proposto como sendo: co3o4→coo→co. a utilização de peg propiciou a formação de nanopartículas de cobalto com diâmetros médios da ordem de 30 nm, enquanto que com a utilização de ácido cítrico os diâmetros são maiores do que 300 nm. isto demonstrou que o ácido cítrico é um reagente dispersivo não efetivo no experimento. os autores argumentam que os tamanhos das nanopartículas de cobalto foram bem controlados utilizando quantidades apropriadas de peg. a espectroscopia vibracional na região do infravermelho mostrou que bayashi descrito anteriormente. a principal modificação foi a utilização da proporção de cobalto: citrato na relação de 1:1. a caracterização do material mostrou partículas núcleo – escudo individualmente isoladas e uniformes [49]. fu e colaboradores usaram o reagente 3 – mercaptopropiltrimetoxisilano (mpts) para modificar a superfície do cobalto com o objetivo de facilitar a formação do escudo de sílica [41]. resumidamente, nanopartículas de cobalto foram dispersas em tolueno anidro contendo mpts à temperatura ambiente utilizando ultra – som. após trinta minutos de sonificação, uma suspensão foi obtida, a qual foi envelhecida por mais seis horas para assegurar a completa complexação dos grupos tióis à superfície do cobalto. a suspensão foi centrifugada e lavada com etanol anidro. este último procedimento foi repetido três vezes para assegurar a completa remoção do excesso de mtps. finalmente, o pó modificado (co-mpts) foi seco sob vácuo a 40 oc por três horas. na seqüência, co-mpts recentemente preparado foi adicionado à etanol e agitados vigorosamente a 40 oc por trinta minutos. em seguida, água e solução aquosa de nh4oh foram adicionadas à mistura. após a temperatura estabilizar em 45 oc, teos foi injetado no sistema. o sólido obtido foi separado da solução e seco a 50 oc sob vácuo por oito horas [50]. a difração de raios x apresentou picos atribuídos a fase fcc do cobalto e que o escudo de sílica é amorfo. os resultados de xps mostraram que uma pequena fração de cobalto foi oxidada à seu respectivo óxido. a microscopia eletrônica de transmissão indicou que as nanopartículas de cobalto são esféricas com diâmetro médio de cerca de 70 nm. as curvas tg-toda indicaram que a camada de sílica cobriu a superfície das nanopartículas de cobalto de modo uniforme e compacto. os autores afirmaram ainda que, variando o tempo entre a retirada dos pós de co@sio2 da solução para a secagem a 50 oc por oito horas, é possível obter estruturas núcleo – escudo com diferentes espessuras de sílica e que isto pode conduzir ao ajuste das propriedades magnéticas das nanopartículas de cobalto [50]. salguerino – macieira e colaboradores efetuaram a síntese de co@sio2 por um método similar ao descrito em [48]. a diferença foi a utilização de uma pequena quantidade de ácido cítrico e uma proporção menor entre este e os íons de cobalto [51]. a microscopia eletrônica de transmissão mostrou que as nanopartículas de cobalto apresentaram diâmetro médio de 32 nm e a espessura do escudo de sílica ao redor de 3 – 5 nm. a comparação deste resultado com àquele reportado por kobayashi e 5eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. tenção do sistema co/sio2. o sistema co/sio2 pode ser preparado pelo método da impregnação envolvendo o nitrato de cobalto ou outros sais de cobalto, tais como cloretos ou acetatos. nestes métodos, outros metais podem ser incorporados com o intuito de melhorar o desempenho do sistema catalítico co/sio2 [56-67]. no método de impregnação, o suporte de sílica é impregnado com uma solução aquosa de sal de cobalto e o pó é seco a 353 k sob vácuo por aproximadamente doze horas. o diâmetro médio das partículas de cobalto obtido através da redução desses precursores é relativamente grande e os diâmetros apresentam grande dispersão de tamanho. a preparação de co/sio2 pode ser feita através do método da amônia, originalmente elaborado para a obtenção do sistema ni/sio2. na preparação, nitrato de cobalto hexahidratado é adicionado em água à temperatura ambiente. para prevenir a oxidação do co2+ o oxigênio é removido através da ebulição da água e o sistema é protegido do ar por borbulhamento de argônio. uma solução de amônia (28 % em peso) é adicionada à solução. o precipitado é dissolvido por um excesso de amônia. então, a sílica é adicionada à mistura. o sistema é mantido sob agitação por duas horas. em seguida é centrifugado e lavado com uma solução de nitrato de cobalto. finalmente, o pó é seco sob vácuo a 353 k por aproximadamente doze horas e reduzido com h2 a 648 k por dezesseis horas [68,69]. argumentou – se que o método propicia a formação de nanopartículas de cobalto que não excedem o tamanho de 16 – 20 nm. os resultados sugeriram que a fase do cobalto nestes catalisadores consiste de polisilicatos bidimensionais. a comparação do método da amônia com o método da impregnação mostrou que o primeiro é mais eficiente no que se refere à obtenção de cobalto disperso e também apresenta melhores resultados de termoestabilidade. entretanto, é difícil obter nanopartículas de cobalto menores do que 4,0 nm. bianchi e colaboradores descrevem um método no qual, após a impregnação da sílica e antes da redução com hidrogênio (método da impregnação), as amostras são adicionadas a uma solução de hidrazina a 353 k e submetidas à sonificação por quinze minutos [70]. outros autores prepararam co/sio2 pelo método sol – gel, dissolvendo co(no3)2.6h2o em thf seco e, então, adicionando tetrametoxisilano (tmos) e água. o solvente foi evaporado, ocorrendo a formação do gel que foi seco sob vácuo à temperatura ambiente e reduzido com hidrogênio [71]. em outro procedimento sintético, a solução aquas nanopartículas de cobalto estão envoltas por camadas de sílica [53]. lu e colaboradores também usaram a redução com h2 para a obtenção de nanopartículas de co@sio2, todavia, a partir de uma solução aquosa diferente. no experimento, uma solução contendo de cloreto de cobalto hexahidratado em água e outra solução, de hidróxido de sódio, foram simultaneamente gotejadas em água sob agitação e à temperatura ambiente. a quantidade de solução de hidróxido de sódio utilizada foi tal para que mantivesse o ph entre 12 e 14. a mistura reacional foi agitada por trinta minutos. então, o dispersante polietilenoglicol foi adicionado na solução para evitar a agregação das partículas. minutos após, e sob vigorosa agitação, uma solução aquosa de silicato de sódio foi adicionada à solução, controlando a proporção molar de co2+/sio2 a 97:3, 92:8, 85:15 e 80:20, respectivamente. o ph foi mantido entre 7,0 e 9,0 para a completa hidrólise do silicato de sódio e a precipitação do silicato. a suspensão foi lavada e filtrada repetidas vezes e, então, seca a 100 oc em ar. o pó seco foi posteriormente reduzido por hidrogênio a 500 oc de 2 a 16 horas. os autores afirmaram que o método é adequado para a obtenção de estruturas núcleo – escudo co@sio2 e que para eliminar completamente o óxido de cobalto residual o tempo de redução e o teor de sílica na síntese precisam ser aumentados. dois tipos de estruturas para as nanopartículas de cobalto foram obtidas: fcc e fcp. para obter a fase fcc, o tamanho das partículas precisa ser muito pequeno e a temperatura de redução não ser menor do que 400 oc. nanopartículas de forma esférica, com diâmetros médios da ordem de 20 – 150 nm foram predominantes nas amostras. entretanto, com o aumento do teor de sílica, partículas na forma de agulha, com aproximadamente 70 nm de comprimento e 10 nm de diâmetro, foram obtidas [54]. catalisadores baseados no cobalto têm encontrado vasta aplicação em processos industriais, tais como em hidrogenação, como nas reações de fischer – tropsch (reação de monóxido de carbono e hidrogênio para formar hidrocarbonetos alifáticos), entre outras [55]. suportes para o cobalto como mgo, c, al2o3, tio2 e sio2 têm sido utilizados. contudo, devido às suas características, o sistema co/sio2 é muito investigado. todavia, aqui não se obtém uma estrutura do tipo núcleo – escudo e sim o cobalto vastamente disperso na superfície da sílica. devido à importância desse sistema catalítico e como uma comparação aos materiais co@ sio2, abaixo aborda – se, resumidamente, alguns métodos sintéticos que podem ser empregados para a ob6eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. um solvente não polar. neste trabalho, que envolveu a decomposição térmica do octacarbonil de dicobalto, co2(co)8 foi dissolvido em 1,2-diclorobenzeno (db), formando uma solução estoque. esta solução foi, então, adicionada a uma solução, pré – aquecida a 180 oc, constituída de db, ácido oléico (ao) e trioctilamina (ta). a mistura reacional foi refluxada por quinze minutos. o sólido obtido foi separado e lavado com metanol, obtendo – se, desse modo, nanopartículas de cobalto [74]. na seqüência do procedimento sintético, o cobalto obtido na síntese anterior foi disperso em tolueno, formando uma solução homogênea de coloração escura. esta solução foi aquecida, vagarosamente e sob atmosfera de argônio, a 95 oc. a solução precursora de ouro foi obtida dissolvendo – se [(c6h5)p]aucl e oleilamina (ol) em tolueno, sob atmosfera inerte. então, a solução precursora de ouro foi adicionada à solução precursora de cobalto, a 95 oc, e mantida nesta temperatura por uma hora. uma solução amarela escura foi obtida, conduzindo à formação de co@au. o trabalho resultou na obtenção de um “núcleo” da ordem de 5 6 nm e o escudo entre 1,5 – 2,0 nm. a difração de raios x apresentou picos atribuídos à forma estrutural do ε do cobalto, bem como à formação do ouro. os resultados das propriedades magnéticas, efetuados com medidas de magnetização dependentes da temperatura, mostraram um pico fino a 55 k, sugerindo que as partículas obtidas são superparamagnéticas à temperatura ambiente e paramagnéticas abaixo de 55 k [74]. em um procedimento sintético muito similar ao descrito nos dois parágrafos precedentes, bao, calderon & krishmann, dissolveram cobalto em tolueno, usando a sonificação e, em seguida, deararam a solução com argônio. a solução foi aquecida a 105 oc e a solução de ouro, formada pela dissolução de [(c6h5)p]aucl, ol e tolueno, foi adicionada. a mistura reacional foi mantida a 105 oc, obtendo – se uma solução amarela escura e a formação de co@au [75]. os autores obtiveram uma dimensão para o “núcleo” da ordem de 9 nm e para o escuro da ordem de 12 nm. também, o experimento mostrou nucleação de cobalto com diâmetro médio de 8 nm [75]. partindo do princípio de que a escolha do precursor metálico, da concentração do ligante e da mobilidade do ligante, pode orientar a formação de co@ au, wetz e colaboradores desenvolveram duas metodologias de síntese, utilizando diferentes precursores de ouro: [(c6h5)p]aucl e [aucl(tht)], tht = tetrahidrotiofeno [76]. estes autores obtiveram nanopartículas osa de nitrato de cobalto (ii) hexahidratado foi diretamente adicionada à sílica sob sonificação por uma hora à temperatura ambiente e o pó, seco, foi, então, reduzido com hidrogênio a 648 k por dezesseis horas [69]. a comparação dos resultados da catálise com co/sio2 preparado por este método com co/sio2 obtidos pelo método da hidrazina [70] e sol – gel [71], mostrou que esta via sintética propicia a obtenção de um catalisador mais eficiente. outros métodos utilizando a imobilização do sol e o uso do cof3 também foram reportados [72,73]. todavia, o desempenho catalítico obtido não foi superior ao dos catalisadores co/sio2 obtidos pelas vias sintéticas anteriormente descritas. o sistema co@au. o`connor & ban apresentaram uma síntese de co@au através de um método que envolve uma reação em solução não aquosa. de modo resumido, cocl2 dissolvido em 1-metil-2-pirrolidinona (nmpo) foi adicionado a uma solução contendo sódio metálico e naftaleno em nmpo. a solução foi agitada por duas horas e, então, centrifugada para remover o cloreto de sódio. uma pequena quantidade do reagente 4-benzilpiridina foi, então, adicionada à solução, a qual foi aquecida e refluxada a 165 oc por três horas. após esse período, a solução foi resfriada à 60 oc, sendo obtido uma mistura preta. esta solução foi adicionada à outra de haucl4 dissolvido em nmpo. a mistura reacional resultante foi agitada e aquecida a 125 oc por quatro horas, obtendo – se uma solução de coloração azul. após a reação, o sistema foi centrifugado para obter uma pasta preta. todas as operações descritas foram efetuadas em atmosfera inerte. a amostra foi, então, lavada com etanol, 8% de solução de ácido clorídrico e etanol, por três vezes. após a última etapa, a amostra foi seca em vácuo. a síntese propiciou a formação de nanoestruturas de co@au nas quais o tamanho de partícula do “núcleo” foi de aproximadamente 6 nm e o escuro com dimensões da ordem de 2 nm. a difração de raios x apresentou picos atribuídos à difração do ouro, sem, no entanto, serem observados picos referentes ao cobalto ou ao seu óxido. os resultados das propriedades magnéticas mostram uma saturação magnética da ordem de 140 meu/g [25]. bao, calderon & krishmann, desenvolveram uma metodologia de síntese de co@au usando um composto organometálico de ouro como precursor e 7eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. campo magnético externo à mistura reacional. em seguida, uma solução de haucl4 (em solução aquosa com ph 7,0 ajustado com naoh) foi adicionada à mistura reacional. após a reação, a mistura foi centrifugada e o pó obtido foi caracterizado. o método propiciou a formação de nanopartículas de cobalto com estruturas fcc revestidas com uma camada de ouro que apresentou estrutura cúbica de face centrada. a microscopia eletrônica de varredura mostrou que a amostra obtida é composta por inúmeras nanoesferas com partículas uniformes de diâmetro de aproximadamente 112 nm [78]. o sistema cobalto platina foi mencionado anteriormente que nanopartículas de cobalto suportadas, por exemplo, em sílica atuam como catalisadores seletivos em sínteses fischer – tropsch. é fato conhecido que há reportados muitos catalisadores para os mais variados processos reacionais. entre esses, a platina catalisa, também, reações de hidrogenação de hidrocarbonetos. foi citado que ao se preparar estruturas núcleo – escudo do tipo co@pt o preço do catalisador diminui, pois, a platina é mais cara do que o cobalto. além disso, fazendo uso das propriedades magnéticas do cobalto, o material co@pt pode ser facilmente removido do meio reacional, o que possibilita o reuso do catalisador. o escudo de platina evita, inclusive, a oxidação do cobalto. aqui um fato interessante. a formação da liga cobalto – platina afeta a oxidação do cobalto. assim, estruturas núcleo – escudo reversas pt@co também podem ser obtidas, onde a catálise passa a ser efetuada sobre a superfície do cobalto a qual é estabilizada pela platina. a seguir apresentam – se exemplos de metodologias para obter o sistema cobalto – platina. exemplificaremos a obtenção de co@pt pelo método da reação redox de transmetalação e deposição eletrolítica [79-81]. outros métodos envolvem a adição de um sal iônico típico ou um precursor organometálico de cobalto à solução de reagentes redutores tais como borohidreto ou dióis [82,86]. a reação de transmetalação pode ser efetuada através da adição de uma solução de co2(co)8 em tolueno a uma solução de hexafluoracetilacetonato de platina, pt(hfac)2. a platina forma uma camada ao redor do “núcleo” de cobalto e a superfície do escudo é estabilizada por isocianeto de docecila. após a formação da estrutura núcleo – escudo o material co@ de cobalto pelo procedimento da decomposição de um composto organometálico sobre hidrogênio na presença de uma cadeia longa de amina e na presença de um ácido. o composto escolhido foi [co{n(sime3)}], sob h2 na presença de ao e hexadecilamina (ha). a reação de [(c6h5)p]aucl com uma suspensão de nanohastes de cobalto (55% de co) em tolueno a 20 oc, conduziu a formação de co-au. o mesmo produto foi obtido empregando – se [aucl(tht)] [76]. o trabalho mostrou que o controle químico do precursor de ouro e do ligante permitiu controlar o processo de crescimento das nanopartículas de ouro. todavia, não foram evidenciadas diferenças significativas no produto final, co@au, em comparação com os diferentes precursores de ouro utilizados [76]. a síntese de nanopartículas de co@au também foi efetuada por cheng & walker [77]. resumidamente, óxido de trifenilfosfina (otf) e ácido oléico foram dearados em argônio. então, db foi introduzido no frasco sob atmosfera de argônio. a solução foi aquecida ao refluxo (~ 182 oc) e co2(co)8, diluído em db, foi rapidamente adicionado à mistura. a reação continuou por 10 minutos e, então, uma solução coloidal foi extraída e guardada em um frasco sob atmosfera de argônio. um mililitro desta solução foi centrifugado em condições ambientes. o precipitado foi redisperso em tolueno contendo ao. a solução, assim obtida, foi usada para preparar co@au. a solução precursora de ouro foi constituída de didodecildimetilamônio (da) e aucl3 em tolueno. a solução redutora foi formada por borohidreto de tetra – butilamônio (bhtba) em tolueno e didodecildimetilamônio. o procedimento sintético elaborado resultou na obtenção de nanopartículas da ordem de 14,2 nm com um desvio padrão da ordem de 3,6 nm. a difração de raios x mostrou ouro na estrutura cúbica de face centrada e o cobalto na estrutura ε. os resultados das medidas magnéticas mostraram que o cobalto apresenta ferromagnetismo a 5 k com coercividade de 12,0 ka/m [77]. lu e colaboradores descreveram um método para a obtenção de co@au à temperatura ambiente através da reação galvânica de uma única etapa que envolve nanopartículas magnéticas de cobalto e haucl4, explorando as diferenças nos potenciais da redução, e utilizando água deionizada como solvente na presença de polivinilpirrolidona (pvp). tipicamente, uma mistura de cocl2 e pvp foi adiciona a água deionizada dearada com nitrogênio. após dispersão com ultra-som e borbulhamento de nitrogênio, adicionou – se uma solução de borohidreto de sódio, aplicando se um 8eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. cedimento sintético denominado de síntese vitreofílica. nesta, reagentes são adicionados às soluções contendo cobalto para envolver este metal para a posterior formação do escudo de sílica. isto é necessário porque o cobalto metálico não dispõe de grupos oh na superfície para a interação com a sílica. nos métodos de preparação do sistema co/sio2 esta etapa não precisa ser incorporada nos procedimentos. para obter co@sio2 é necessário utilizar um agente redutor. os mais utilizados são o borohidreto de sódio e o hidrogênio. também, utilizou – se ácido cítrico nas preparações, com exceção do método de liu [54]. já os reagentes para coordenar o cobalto no meio reacional foram diferentes: aminopropoxisilano (aps) [48,49,51,52], 3 – mercaptopropiltrimetoxisilano (mpts) [44] e polietilenoglicol (peg) [53, 54]. o borohidreto de sódio foi empregado nas sínteses com aps e mpts, enquanto que o hidrogênio nas sínteses com peg. o agente coordenante atua, inclusive, como dispersante, de modo a impedir a agregação das partículas de cobalto. no método do citrato, observou – se que a concentração do mesmo no meio reacional exerce influência sobre o tamanho das nanopartículas de cobalto obtidas. ao que as preparações indicaram, uma utilização de menor quantidade de citrato para a concentração de cobalto favorece o surgimento de partículas maiores, quando se utiliza o aps. a utilização de mps propiciou a formação de nanopartículas de cobalto maiores em comparação com a metodologia utilizando aps. contudo, obteve – se um escudo de sílica com espessura menor. já a utilização de peg sem o uso de citrato propiciou a formação de nanopartículas menores em comparação com o método discutido no parágrafo anterior. já a utilização de peg e a solução aquosa de hidróxido de sódio originaram um material com diâmetro médio das partículas de cobalto vastamente disperso e com duas estruturas cristalinas para o metal [54]. o interesse na preparação do sistema co@ sio2 deve – se às suas potenciais aplicações em, por exemplo, biomedicina. para a aplicação tecnológica de um determinado material é condição sine qua non que o material apresente reprodutibilidade em suas propriedades. para tanto, deve apresentar sempre a mesma composição. esta é uma etapa que precisa ser superada para a preparação do sistema núcleo – escudo de cobalto e sílica. isto porque os seguintes parâmetros necessitam ser controlados, a saber: distribuição do tamanho das nanopartículas pt retém suas propriedades magnéticas. o diâmetro do cobalto foi da ordem de 4,6 nm e a estequiometria geral do material foi de co0,45pt0,55. [79-81]. o método eletroquímico envolve a deposição de platina sobre catalisador de cobalto suportado sobre carbono (co/c). o catalisador assim obtido é utilizado em eletrocatálise. para 2 % de massa de núcleo co/c a técnica permitiu que a cobertura de camada de platina fosse obtida com várias monocamadas. os resultados de microscopia eletrônica de alta resolução indicaram que a continuidade do escudo de pt sobre o núcleo de cobalto depende do tamanho da partícula precursora de cobalto, onde “grandes” partículas de cobalto (>10 nm) favorecem a não – continuidade, enquanto que estruturas tridimensionais de platina e “pequenas” partículas de cobalto (< 6 nm) favorecem o crescimento de camada por camada. a área de superfície específica revelou que os catalisadores pt-co/c são melhores do que os catalisadores pt/c comerciais [80]. a síntese de estruturas núcleo – escudo reversa pt@co, onde o cobalto é o escudo, foi apresentada por sobal e colaboradores [87]. os autores utilizaram uma modificação do processo denominado poliol. a síntese foi efetuada em duas etapas. primeiro, obteve – se nanopartículas de platina pura com diâmetros definidos. em seguida, efetuou – se a deposição de cobalto através da decomposição térmica de octacarbonil de dicobalto. a espessura do escudo de cobalto pôde ser controlada por alterações na quantidade de co2(co)8. as partículas sintetizadas revelaram uma pequena distribuição de tamanho com diâmetros médios de 2,6 nm para a platina e de 7,6 nm para o cobalto. apesar de bons resultados, os autores não descartaram a formação de óxido de cobalto na superfície do cobalto metálico [87]. iv discussão diante do exposto, fica evidente a diferença nas metodologias de sínteses dos sistemas co@sio2 e co/ sio2. no primeiro, objetiva – se obter o cobalto no centro de uma estrutura esférica tridimensional como se o cobalto fosse o interior de um ovo e a sílica ao redor, como se fosse a casca. no sistema co/sio2 o cobalto está vastamente disperso na forma de polisilicatos, de tal modo que sua superfície fique exposta. observando as preparações desses dois sistemas, resumidamente exemplificadas em ii, observa – se que para a obtenção de co@sio2 faz – se necessário a utilização de um pro9eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. o cobalto geralmente na forma esférica. assim, como anteriormente mencionado e diante dessas verificações, ainda são necessários maiores esforços para se obter o sistema núcleo – escudo cobalto@sílica adequado para aplicação tecnológica, apesar dos métodos preparativos por via química serem promissores no que se refere à sínteses de materiais em grande escala. o sistema co/sio2 é vastamente investigado para a utilização em sínteses fischer – tropsch. não se pretende aqui discutir tal sistema, haja vista que exemplos de obtenção do mesmo foram abordados com o objetivo de mostrar as principais diferenças nas sínteses de co/sio2 com co@sio2. todavia, uma rápida análise do que foi exposto mostra que a preparação de co/sio2, apenas, através da impregnação da sílica diretamente com uma solução de nitrato de cobalto (ii) utilizando ultra – som e a posterior calcinação e redução do material, propiciou um catalisador mais eficiente para a de cobalto. é necessária a obtenção de partículas com tamanhos homogêneos; estrutura cristalina uniforme. não é adequada a obtenção de materiais que apresentem o cobalto em mais de uma estrutura cristalina; forma homogênea das nanopartículas. preferencialmente, o cobalto na forma de nanohaste. tabela 1. resumo dos métodos preparativos de co@au. o controle dos parâmetros acima é de fundamental importância para maximizar as propriedades magnéticas do cobalto e obter um material reprodutível em suas propriedades para que o mesmo possa encontrar aplicação tecnológica satisfatória. pode ser verificado que, invariavelmente, nas sínteses de co@sio2 descritas em ii, os autores constataram a formação de óxido de cobalto (que é antiferromagnético). além disso, todos os materiais obtidos apresentam grande dispersão de tamanho das nanopartículas de cobalto e, também, 10eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. mostrada de ban e o`connor (ref. [25]) exigir maior trabalho experimental, seu custo é menor em comparação com as demais. obtém – se tamanho adequado de nanopartículas de cobalto e uma fina espessura para a camada de ouro. contudo, a reprodutibilidade dos resultados necessita ser averiguada. de modo análogo ao sistema co@sio2 os parâmetros de distribuição de tamanho, estrutura cristalina e forma necessitam se completamente controlados. o catalisador co@pt é de particular interesse em síntese de hidrogenação de hidrocarbonetos. neste caso, as propriedades do cobalto tem por finalidade baratear o custo do catalisador e propiciar um modo fácil de remoção do sistema co@pt do meio reacional. apesar de o principal foco ser uma aplicação in vitro e com moléculas orgânicas, os argumentos feitos para a obtenção de co@sio2 adequado para a aplicação, são válidos para o sistema co@pt. todavia, pode ser constatado através da via de reação de transmetalação apresentada, que as nanopartículas do cobalto são pequenas, contudo, dispersas. a relação do co:pt é adequada do ponto de vista comercial. a deposição eletrolítica de platina sobre co/c teve a finalidade de obter um sistema útil em eletrocatálise. ao que tudo indica, o desempenho catalítico do material obtido é superior ao do pt/c. o sistema pt@co foi obtido de modo similar à síntese de co@pt, sem, contudo usar o reagente isocianeto de docecila, que tem a finalidade de estabilizar as partículas de cobalto. o procedimento envolve, também, a decomposição térmica do octacarbonil de dicobalto. apesar da formação da liga metálica estabilizar o cobalto, os autores argumentaram que há presença de óxido de cobalto na superfície do metal. as nanopartículas também foram obtidas como uma distribuição de tamanho. assim, a completa estabilidade do cobalto não foi definitivamente comprovada. tanto para a síntese de co@sio2 quanto para a de co@au e co@pt a formação do sistema núcleo – escudo é importante, pois, nestes casos obtém – se o cobalto no núcleo sendo envolvido por uma camada de sílica, ouro ou de platina, respectivamente, formando um arranjo tridimensional. no primeiro e no segundo a importância está relacionada à aplicação do material em biomedicina, em decorrência da toxicidade do cobalto como anteriormente mencionada. no terceiro, a eficiência do catalisador é mantida, o seu custo é diminuído e a sua retirada do meio reacional é favorecida. note que a obtenção de co@pt é diferente da obtenção de uma liga bimetálica envolvendo tanto o cobalto quanto a platina, reação entre monóxido de carbono e hidrogênio do que os catalisadores co/sio2 preparados através das outras vias sintéticas apresentadas. a tabela 1 resume as sínteses de co@au e a tabela 2 o tamanho das partículas de cobalto de alguns procedimentos sintéticos de co@au. tabela 2. diâmetro das nanopartículas de cobalto e do escudo em sistemas co@au. constata – se que os diferentes precursores de cobalto foram utilizados, sendo que o método de decomposição térmica do co2(co)8 foi o preferido para a obtenção de nanopartículas de cobalto. as metodologias de sínteses produziram partículas esféricas, com exceção do trabalho de wetz e colaboradores, que, partindo de [co{n(sime3)}], obtiveram nanohastes de cobalto. isto é relevante no que concerne à maximização das propriedades magnéticas das nanopartículas co@ au obtidas. já o trabalho de cheng e walker, tendo o co2(co)8 como composto de partida para a obtenção do cobalto metálico, reporta a formação de nanopartículas de cobalto na forma ε, contudo com um tamanho de escudo maior em comparação com os outro métodos sintéticos. a utilização de surfactantes tem por objetivo evitar a aglomeração de partículas. a comparação dos métodos descritos neste trabalho mostra que os procedimentos sintéticos objetivando a produção de nanopartículas de co@au são similares. os tamanhos das várias nanopartículas, suas propriedades magnéticas e suas estruturas não são significativamente diferentes umas das outras. todavia, o ouro modifica, em parte, as propriedades magnéticas do cobalto. além disso, foi obtido cobalto em uma forma estrutural não usual, a forma ε. assim, a principal diferença entre estes procedimentos sintéticos está no trabalho experimental desenvolvido. apesar da síntese 11eclética química, 36 (4), 1 -13, 2011. referências [1] d. s, mathew, r-s. juang, chem. engin. j. 129 (13) (2007) 51. 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[8] avaliaram a presença de ca, mg, al, fe, ba, mn, ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 48 sr, ti, ag, be, cd, co, cr, cu, mo, ni, pb e zn na água do rio tapajós no encontro com o rio amazonas em frente a cidade de santarém e encontraram os elementos al e fe em altas concentrações. o objetivo deste estudo foi efetuar a caracterização dos elementos as, al, mn e pb no estuário do rio amazonas sua distribuição pelos canais norte e sul e rio pará e estudar a significância dos resultados usando a estatística multivariada. experimental as amostras foram coletadas na foz do rio amazonas (figura 1) em triplicata da camada superficial (1 m), intermediária (5 m) e fundo (10 m) totalizando 84 amostras. as coletas foram realizadas com o auxilio de um navio da marinha do brasil (np bocaina) e lanchas de apoio ao longo do canal norte (12 estações n1 a n12), canal sul (10 estações s1 a s10) e rio pará (6 estações rp1 a rp6). os locais de amostragem foram georeferenciados através de um gps (global positioning system), modelo garmin, etrex. para o planejamento da amostragem foi utilizada a tábua de maré fornecida pelo dhn e a carta náutica da área de estudo. a foz do amazonas se constitui no grande depositário dos elementos químicos de toda a bacia do amazonas daí sua importância como indicador do enriquecimento de metais na região. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 49 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 50 figura 1. foz do rio amazonas com pontos amostrais fonte: adaptado [9] as amostras coletadas foram preservadas sob refrigeração a 4o c e encaminhadas ao laboratório para análise. para a análise dos elementos solúveis as amostras foram filtradas em filtro milipore 0,22 �m que retêm pequenas partículas permitindo a análise somente dos elementos solúveis, acidificadas com ácido nítrico até ph 2 e encaminhadas para as análises. um espectrofotômetro de absorção atômica (aas), modelo spectraa-55, com acessório para geração de hidreto, modelo vga-77, varian ind. & com. ltda foi usado na análise do as e um espectrômetro de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (icpaes), modelo vista-pro, varian ind. & com. ltda foi usado na análise do al, mn e pb. a calibração dos instrumentos utilizados foi realizada através da confecção de curvas analíticas visando à determinação do coeficiente angular (a) e linear (b), e coeficiente de correlação (r) além do cálculo dos limites de detecção (ld) através da análise de 15 brancos (3s) e cálculo do limite de quantificação (lq). todas as curvas se mostraram lineares com coeficientes de correlação acima de 0,9945. os resultados para o limite de detecção e limite de quantificação mostraram que a técnica do icpaes pode ser usada na determinação de elementos traço em amostras de água, onde os mesmos se encontram em baixas concentrações. o estudo da exatidão foi realizado com a análise do material padrão de referência de água de rio (srm 1640 nist), no geral os resultados estão dentro da faixa aceitável para a recuperação dos padrões. al apresentou excelente recuperação (96-101%), mn apresentou perdas (86-89%) e as e pb com incrementos na concentração (109-110%). os resultados obtidos foram tratados utilizando-se estatística descritiva e multivariada como ferramenta auxiliar e os programas microsoft® office excel 2007 e statistica® 7 no cálculo dos resultados. os gráficos foram executados nos mesmos programas. resultados e discussão os resultados médios para a distribuição de as, al, mn e pb na foz do rio amazonas são apresentados na tabela 1, neste estudo o rio amazonas foi classificado como rio de classe 2 de acordo com a resolução 357/05 do conama. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 51 tabela 1. distribuição de as, al, mn e pb no canal norte, canal sul e rio pará (µg/l) estações as al mn pb estações as al mn pb estações as al mn pb rc357/05 10 100 100 10 rc357/05 10 100 100 10 rc357/05 10 100 100 10 n1 3,10 472,26 57,75 28,67 s1 50,60 525,91 250,46 <0,18 rp1 <0,35 106,74 41,81 13,44 n2 6,35 979,52 100,20 19,32 s2 8,33 175,82 253,37 <0,18 rp2 1,51 290,89 53,63 <0,18 n3 3,38 3225,4 403,39 51,96 s3 12,70 196,14 275,06 10,85 rp3 6,84 <1,88 <1,92 12,23 n4 5,71 663,89 81,18 <0,18 s4 4,68 250,42 276,71 11,62 rp4 7,03 <1,88 17,19 <0,18 n5 6,64 694,88 91,61 <0,18 s5 10,13 118,05 271,95 <0,18 rp5 4,77 <1,88 8,18 <0,18 n6 7,28 2295,50 184,05 41,72 s6 4,70 60,54 238,04 <0,18 rp6 5,00 263,42 108,0 5 12,07 n7 7,81 2317,60 151,33 12,41 s7 11,37 214,17 272,46 <0,18 n8 16,05 2302,90 167,83 14,59 s8 7,72 257,13 266,51 <0,18 n9 7,58 3347,70 258,19 42,19 s9 5,92 58,84 239,42 <0,18 n10 9,19 1686,80 129,98 9,80 s10 3,76 228,56 269,79 <0,18 n11 8,84 886,40 71,51 <0,18 n12 14,22 978,08 85,67 <0,18 média 8,01 1654,24 148,56 18,39 média 11,99 208,56 261,38 2,25 média 4,19 110,18 38,14 6,29 sd 3,83 1018,45 98,72 18,64 sd 13,90 132,92 14,77 4,74 sd 2,86 136,07 39,83 6,91 mínimo 3,10 472,26 57,75 <0,18 mínimo 3,76 58,84 238,04 <0,18 mínimo <0,35 <1,88 <1,92 <0,18 máximo 16,05 3347,70 403,39 51,96 máximo 50,60 525,91 276,71 11,62 máximo 7,03 290,89 108,0 5 13,44 resultados em negrito acima da rc: resolução conama, n: canal norte; s: canal sul; rp: rio pará; sd: desvio padrão o as apresentou na foz do rio amazonas uma média de 8,61±8,98 µg/l variando de <0,35 a 50,60 µg/l. constatou-se um enriquecimento do as de cerca de 4 vezes em relação ao encontrado por seyler & boaventura [7], com alguns pontos (n8, n12, s1, s3, s5 e s7) apresentando teores acima do que estabelece a resolução 357/05 do conama (10 µg/l), no ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 52 canal sul este enriquecimento é em torno de 7 vezes. o enriquecimento se repete no canal norte e rio pará em menor intensidade. os efeitos do as em excesso nos seres vivos envolvem danos em vários órgãos e sistemas como o sistema cardiovascular (distúrbios vasculares seguido de gangrena e doença do pé negro), sistema sangüíneo, sistema reprodutor (incremento de freqüência nos abortos espontâneos), pele (tumores, hiperpigmentação, hiperqueratose), fígado (disfunção hepática), sistema nervoso e sistema respiratório [10]. förstner & wittmann [11] encontraram teores de as variando de 2,0-3,0 µg/l em água de rio. o as de origem natural na foz do rio amazonas pode ser explicado pelo transporte de materiais (dissolvidos, particulado), oriundos dos andes, que atingem valores da ordem de 1,53 µg/l de as dissolvido registrado no rio solimões a 2.500 km da foz do rio amazonas, estes valores vão diminuindo em direção a estação de óbidos devido a diluição proveniente dos rios que drenam do escudo cristalino, que apresentam teores da ordem de 0,1 µg/l ou menores [7] e aumentam repentinamente na foz de acordo com os resultados obtidos neste estudo. a presença de as de origem antrópica na foz do rio amazonas são explicados nos estudos de seyler & boaventura [7] que realizaram estimativas sobre emissões atmosféricas de as oriundas de atividades antrópicas (notadamente desmatamentos e queimadas), que chegam à cerca de 250 toneladas de as anualmente. outra possibilidade da origem antrópica do elemento na foz do amazonas diz respeito a lixiviação de rejeitos ricos em as provenientes de uma usina de pelotização da mineradora icomi que atuava na cidade de santana localizada as margens do rio amazonas próxima a cidade de macapá capital do estado do amapá. segundo o box-plot da distribuição do as (figura 2) a maior variabilidade dos resultados foi observada no canal sul que também apresentou os maiores resultados para o elemento. as condições de corrente e outros aspectos hidrológicos podem estar contribuindo para o enriquecimento do as neste local. foram identificados dois resultado anômalos no canal norte e um resultado extremo no canal sul, entretanto, através do testes de hipóteses (teste de dixon) foi observado que somente o resultado de as para a amostra s1 (canal sul) foi considerada fora da normalidade de resultados. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 53 figura 2. box-plot da distribuição do as na foz do rio amazonas nos estudos da correlação (pearson) o as não apresentou correlações significativas com os outros elementos no canal norte, apenas uma regular correlação negativa (r= -0,428; ρ= 0,1652; y= 35,0659 2,0814x) sem significância foi encontrada entre o as e pb e no rio pará a correlação negativa foi entre o as e al (r= -0,522; ρ= 0,2882; y = 214,3588 24,855x) também com pouca significância. a ausência de fortes correlações do as em relação aos outros elementos, principalmente al e mn no canal norte e rio pará mostra que nestes locais o elemento pode ter origem antrópica, já que o al e mn fazem parte da geoquímica local. no canal sul foi encontrada uma excelente correlação positiva (r= 0,833; ρ=0,0028; y= 113,0736 + 7,963x) com um grau de confiança de 95% ou 0,05 entre o as e o al indicando uma provável origem natural do as associada a intensa exploração da bauxita na região. como as principais fontes de as natural são a arsenopirita e a pirita enriquecida em as, a exploração de depósitos contendo quantidades ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 54 significativas destes minerais constitui também uma importante fonte natural de liberação de compostos de as para o ambiente [10]. elevadas concentrações de al com média de 807,06±995,73 µg/l, foram observadas para toda a região estuarina do rio amazonas (variação de <1,88 a 3347,70 µg/l), acima do que preconiza a resolução 357-05 do conama (100 �g/l) [12], estes altos valores podem estar associados a presença de argilominerais, principalmente a caulinita, tido como o principal contribuinte de al na região amazônica. o al ocorre no ambiente sob a forma de silicatos, óxidos e hidróxidos, combinado com outros elementos tais como sódio e flúor e complexado com a matéria orgânica. o al é um constituinte maior e não reativo dos argilominerais, que por sua vez constituem a maior parte do material em suspensão e sedimentos [13]. o al, embora seja o terceiro elemento mais abundante da crosta terrestre, possui reduzida função biológica. esse elemento pode interferir no metabolismo de diversas formas de vida. no fitoplâncton, é capaz de inibir a absorção e os processos fisiológicos do fósforo; enquanto que, nos peixes, o excesso de al torna-se uma potencial causa de problemas respiratórios. existe forte possibilidade de que uma dieta contendo al causa neurotoxicidade, principalmente a doença de alzheimer [14]. de acordo com baird [15] águas naturais apresentam concentração de al na ordem de 26,98 µg/l valor em torno de 60 vezes menor que a média encontrada no canal norte. altas concentrações de al também foram encontrados por miranda et al. [8] que avaliaram o rio tapajós na sua foz onde ocorre o encontro deste rio com o rio amazonas, com teores médios de 280,01±294,69 µg/l (variação de 47,55 a 788,14 µg/l). o al ocorre no ambiente sob a forma de silicatos, óxidos e hidróxidos, combinado com outros elementos tais como sódio e flúor e complexado com a matéria orgânica. o al é um constituinte maior e não reativo dos argilominerais, que por sua vez constituem a maior parte do material em suspensão e sedimentos. no ambiente estuarino o al em solução é estabilizado em complexos orgânicos, podendo precipitar na forma de óxidos hidratados, e com o aumento do ph pode reagir com o silício e formar aluminossilicatos hidratados [13]. pelo estudo do box plot (figura 3) percebe-se um incremento maior e uma maior variabilidade da concentração de al no canal norte, tendo sido verificado um resultado anômalo para o elemento no canal sul, entretanto este valor não pode ser descartado de acordo com o teste q. o al se correlacionou positivamente com o mn (r=0,891; ρ=0,0001; y= 5,6682 + 0,0864x) e pb (r=0,723; ρ=0,0079; y= -3,4943 + 0,0132x) no canal norte, mesmo comportamento foi ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 55 observado para a correlação do al com o mn no rio pará (r= 0,860; ρ= 0,0279; y= 10,3987 + 0,2518x). figura 3. box-plot da distribuição do al na foz do rio amazonas o mn está presente em águas naturais tanto na forma dissolvida ou em suspensão, que podem conter entre 1 e 500 µg/l de mn total, podendo ser maior em áreas onde o mn ocorre naturalmente [16]. o mn variou de <1,92 a 403,39 �g/l, com média de 165,19±107,11 �g/l, na foz do rio amazonas, teores acima da resolução 357/05 (100 �g/l). o mn foi encontrado em baixas concentrações por miranda et al. [8] na foz do rio tapajós, afluente do rio amazonas, com teores médios de 12,02±6,93 µg/l (variação de 2,20 a 22,95 µg/l). o mn natural dissolvido é proveniente do intemperismo de seus compostos em rochas ígneas, sob forma de mn2+, sendo precipitado com o aumento do ph [16]. o enriquecimento do mn na foz do rio amazonas pode ser devido à intensa exploração mineral de mn ocorrida na área de serra do navio no amapá por 50 anos e pela deposição de rejeitos ricos em mn e em outros elementos oriundos de indústria de pelotização de minério na cidade de santana. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 56 segundo salomons & forstner [17], este elemento pode ser liberado dos sedimentos recentemente depositados através de processos de difusão, bioturbação e erosão para ser novamente mobilizado. o mn é amplamente distribuído na natureza, mas não ocorre como metal livre. os compostos mais abundantes são os óxidos, sulfetos, carbonatos e os silicatos. a precipitação pode ocorrer sempre que o ph aumentar, desde que carbonatos ou silicatos presentes estejam em altas concentrações. de acordo com o box-plot (figura 4) os teores de mn no canal norte apresentam maior variabilidade, os maiores valores foram observados no canal sul com um valor anômalo no canal norte que não foram descartados pelo teste q. o mn se correlacionou positivamente com o pb no canal norte (r= 0,788; ρ= 0,0023; y= -3,7053 + 0,1487x) e canal sul (r= 0,518; ρ= 0,1249; y = -41,2202 + 0,1663x) com baixa significância. figura 4. box-plot da distribuição do mn na foz do rio amazonas o pb se apresentou em altas concentrações com média de 10,03±14,64 µg/l e variação de <0,18 a 51,96 µg/l, estes valores estão em não conformidade com a resolução 357/05 do ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 57 conama, indicando um enriquecimento, que pode ser de origem natural ou antrópica. pereira et al. [18] avaliaram os níveis de pb e outros elementos no rio murucupi, e encontraram uma média de 2,8±5,4 µg/l (variação de <9,7 a 15,0 µg/l) para o pb, nível médio em torno de 4 vezes abaixo do encontrado neste estudo. o rio murucupi é afluente do rio pará e está localizado em área impactada pela indústria de al. a intoxicação por pb no homem causa danos ao sistema sangüíneo (destruição de glóbulos vermelhos), nervoso (cérebro, espinha dorsal, nervos sensores e motores), renal, cardiovascular [19]. o pb que entra no organismo é inicialmente encontrado no sangue, eventualmente o pb se deposita nos ossos, onde ele substitui o cálcio devido os íons pb2+ e ca2+ serem de tamanhos similares. o pb permanece no corpo humano por vários anos acumulando-se no organismo [15]. livingstone [20] estimou que a média global do teor de pb em lagos e rios é de 1-10 �g/l. embora essa estimativa inclua a contribuição antrópica, ela provavelmente ainda representa uma aproximação justa de condições naturais, pois a água que flui através dos ecossistemas tem uma considerável capacidade de auto-recuperação. grandes descargas também podem ocorrer diretamente em águas naturais, mas, nesses casos, o pb tende a se localizar perto de pontos de descarga, devido à baixa solubilidade dos compostos que são formados em contato com o solo e a água [21]. fontes de descargas de pb na foz do rio amazonas podem ter origem na exploração mineral e atividade industrial na área considerada. o maior teor de pb foi encontrado na estação s1 (canal sul próximo a cidade de santana (ap) e afuá (pa)) local que apresentou também o maior teor de as. a presença de pb e as em elevadas concentrações neste local necessita ser melhor avaliada em relação as prováveis fontes antrópicas de contribuição. de acordo com o box-plot (figura 5) os maiores valores de pb foram encontrados no canal norte, local com maior variabilidade de resultados, foi encontrado um resultado extremos para o pb no canal sul. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 58 figura 5. box-plot da distribuição do pb na foz do rio amazonas a maior contribuição dos elementos as, al, mn e pb na foz do rio amazonas dá-se apenas pelas três primeiras componentes principais, com seus respectivos valores de variância: componente 1 (al =45,62 %), componente 2 (mn= 38,23 %) e a componente 3 (pb= 12,32 %), totalizando uma variância acumulada de 96,17 %. com base nessas informações é possível afirmar que dentre as variáveis as, al, mn e pb as que detêm a maior parte da informação (96,17 %) sobre o conjunto de dados são: al, mn e pb. o as se manteve isolado na análise de componentes principais (pca) que comprova a provável origem antrópica do elemento. foi observado por meio do valor da significância (anova) que as médias dos resultados das variáveis al (ρ=3,08e-05), mn (ρ=5,23e-06) e pb (ρ=0,022) diferem significativamente e são as que apresentam informações para explicar as características da área estudada, com um grau de confiança de 95% ou 0,05. as médias para o as não diferiram significativamente com f calculado < f crítico e significância de 0,239. no gráfico dos scores (figura 6) foi observada a formação de agrupamentos influenciados pelas variáveis selecionadas. o primeiro agrupamento é formado pelas amostras correspondentes ao canal sul (s) que são influenciadas pela concentração de mn. o segundo agrupamento ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 59 influenciado pelo al e o pb e constituído pelas amostras do canal norte (n) e do rio pará (rp) devido à característica de alguns metais que se encontram associados à fração dissolvida da água de apresentarem uma tendência pela forma iônica. este fato foi evidenciado em trabalhos realizados por cavalcante [22] na região sob influência da descarga do rio amazonas. figura 6. gráfico dos scores destacando os agrupamentos de amostras. o método de análise por agrupamento hierárquico (hca) foi usado com o objetivo de verificar as semelhanças entre as amostras com base nos teores de elementos determinados para as diversas amostras na foz do rio amazonas, através do cálculo de similaridade (calculada utilizando a distância euclidiana entre as amostras). o resultado de acordo com o dendrograma (figura 7) mostra a formação de três grupos, tomando-se como base uma distância euclidiana inferior a 500 unidades. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 60 figura 7. dendrograma da distribuição de as, al, mn e pb nos canais norte e sul e rio pará as principais similaridades observadas confirmam os resultados obtidos na análise de componentes principais, no que diz respeito à composição dos agrupamentos onde é observado um cluster que identifica uma grande similaridade entre os grupos das amostras correspondentes ao rio pará (rp) e as amostras que formam o canal norte (n) e os grupos das amostras do canal sul (s) separado dos demais indicando que esta área possui características únicas que contribuem para o enriquecimento anômalo dos elementos principalmente as e pb. conclusões no presente estudo procurou-se mostrar a distribuição dos elementos as, al, mn e pb no estuário do rio amazonas e constatou-se a presença de elementos tóxicos, principalmente as e pb, com provável origem antrópica, os resultados deste estudo servem de alerta aos órgãos de controle ambiental, para um controle maior dos lançamentos de efluentes nos recursos hídricos locais. os elementos se distribuíram pelas três áreas estudadas sendo mais evidente o enriquecimento dos elementos nos canais norte (al, mn) e sul (as, pb), o rio pará sofre um enriquecimento próximo à área industrial de barcarena-pa, local de industrialização de al e outros produtos. os teores médios para al, mn e pb estiveram em não conformidade com a ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 61 resolução 357/05 do conama, assumindo um caráter anômalo. o as apresentou elevadas concentrações principalmente no canal sul, próximo a cidade de afuá na ilha do marajó-pa. similaridades foram encontradas entre os grupos de amostras oriundas do canal norte e rio pará comprovando a influência do rio amazonas na formação do rio pará. o canal sul ficou isolado dos demais indicando a influência do oceano atlântico e de outros fatores hidrodinâmicos e geoquímicos característicos da área da ilha do marajó no enriquecimento dos elementos tóxicos. agradecimentos agradecemos o apoio da eletronorte, cnpq, capes, finep e ao programa de pós-graduação em química da ufpa. pereira, s.f.p.; pires, o.o.; saraiva, a.f.; oliveira, g.r.; sousa junior, p.m.; miranda, r.g.; silva, c.s.; reginaldo, s.s. toxic elements distribution in the amazon river estuary abstract: the non-essential elements found in the superficial waters of the amazon river is a global worry since the local hydric resources represent the world’s largest fresh water reservoir. this research aimed at studying the occurrence of as, al, mn and pb in the waters of the amazon river estuary. the 84 samples in three depths were collected in three different regions: north channel of the amazon river, in the state of amapá; south channel of the amazon river, in the state of pará; and pará river, also in the state of pará. inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (icpaes) method was employed to determine the concentrations of al, mn and pb in the samples while hydride generation atomic absorption spectrometry (hgaas) method was employed in determining their as concentrations. as concentrations varied from <0.35 to 50.60 µg/l; al concentrations varied from <1.88 to 3347.70 µg/l; mn concentrations varied from <1.92 to 403.39 µg/l; and pb concentrations varied from <0.18 to 51.96 µg/l. on average, the concentrations of as (samples from the south channel), of al (samples from the three regions), of mn (samples from the north channel and from the south channel), and of pb (samples from the north channel) were higher than allowed by the brazilian legislation. the origin of the elements can be anthropogenic due to mining and industrial activities as well as natural due to decomposition of igneous rocks from the drainage basin of the amazon river which releases the element linked to the suspended particulate matter. high concentrations of toxic elements, especially of as and pb, put the health of the populations who consume water of the amazon river and the pará river at risk. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 62 keywords: toxic elements, amazon river mouth, multivariate study referências [1] m. molinier, j.l. guyot, j. callède, v. guimarães, e. oliveira, n. filizola, hydrologie du bassin amazonien, environnement et développement en amazonie brésilienne, théry h. 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[22] p.r.s. cavalcante, partição de metais de transição na foz do rio amazonas. universidade federal fluminense. rio de janeiro. dissertação de mestrado em geoquímica, (1991) 127. introdução cis-{pt(nh3)2cl2}, cisplatina, é eficiente no tratamento de diversos tipos de câncer como o de pulmão, cabeça, estômago e em especial o de ovário e testículo, sendo que para este último tem-se conseguido aproximadamente 90% de cura [1-4]. sobretudo a cisplatina é utilizada em associações com outras drogas em vários esquemas terapêuticos [5, 6]. contudo, os efeitos tóxicos associados a este composto, o limitado espectro de atividade e o aparecimento de resistência celular levaram ao desenvolvimento de uma série de análogos, dentre eles a carboplatina e oxaloplatina, que estão disponíveis comercialmente. em relação à cisplatina, a grande vantagem destes análogos diz respeito à diminuição da nefrotoxicidade, permitindo o uso de doses maiores. entretanto, quanto ao espectro de atividade, eles são um pouco menos eficientes do que a cisplatina [5]. assim vários outros complexos de platina estão sendo desenvolvidos e novos tipos estruturais têm emergido dos laboratórios de pesquisa. a alteração do grupo abandonador tem revelado resultados interessantes, inclusive na redução da toxicidade [2, 7]. neste trabalho utilizou-se os ligantes 2furanocarboxaldeído oxima, ligante a, e 2-furanocarboxaldeído semicarbazona, ligante b, figura 1. oximas e seus complexos apresentam atividade antiviral e exercem atividade citotóxica em linhagens celulares humanas e em tumores sólidos [8]. semicarbazonas e seus complexos metálicos apresentam diversas atividades biológicas, como exemplo antitumoral e antiviral [9]. este trabalho reporta parte da estratégia de nosso grupo de pesquisa na obtenção de novos complexos de platina variando a natureza dos ligantes. recentemente, publicamos um trabalho envolvendo a preparação de complexos de platina (ii) contendo derivados do furano e cloreto como ligantes [6]. 39ecl. quím., são paulo, 31(1): 39-44, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 síntese e caracterização de complexos de platina (ii) contendo iodeto e derivados do furano como ligantes w. guerra1, h. silva1, m. v. de almeida1 e a. p. s. fontes1* 1departamento de química, ice, universidade federal de juiz de fora, campus martelos, 36036-330 juiz de fora mg *e-mail: ana.fontes@ufjf.edu.br resumo: alguns compostos de platina (ii), como por exemplo, cisplatina, carboplatina e oxaloplatina, têm sido utilizados como agentes quimioterápicos no tratamento de vários tipos de câncer. contudo, na tentativa de reduzir a toxicidade e ampliar o espectro de atividade da cisplatina e de seus análogos, milhares de complexos têm sido preparados variando a natureza dos ligantes. este trabalho descreve a síntese e caracterização de novos complexos de platina, tendo iodeto e derivados do furano como ligantes. os complexos foram caracterizados por rmn, iv e análise elementar. palavras-chave: complexos de platina; oximas; semicarbazonas; furano. material e métodos síntese dos ligantes 2-furanocarboxaldeído oxima (a) uma mistura de 0,840 g de bicarbonato de sódio com 0,695 g de cloridrato de hidroxilamina em metanol e água, foi acrescentada a uma solução de 0,82 ml (10 mmols; 0,96 g) de furfural em 20 ml de metanol e a mistura resultante permaneceu sob agitação durante 24 horas. após este tempo, evaporou-se o solvente e com o sólido obtido, redissolvido em diclorometano, fez-se uma coluna (eluente: acetato/ hexano 2:8). o composto puro foi obtido nas primeiras frações como um sólido cristalino branco, com rendimento de 58 % (0,64 g). iv. ν kbr (cm-1): 3286 (νoh), 3080 (νs ch fur.), 3041 (νas ch fur.), 2860 (ν ch alif.), 1646 (ν c=n), 1478 ( ν noh), 1144 (ν no), 1017 (ν c-o-c). rmn de 1h (200 mhz; cd3od) δ 7,39; 4,88 (2s, hc1 e h do grupo oh); 7,52; 6,53 (2dd, hc5 e hc4, j1-2= 0,62 hz, j1-3= 1,76 hz); 7,26 (d, hc3, j= 3,4 hz). rmn de 13c (50 mhz; cd3od) δ 112, 118, 144 e 137 (c4, c3, c5 e c1); 147 (c2). 2-furanocarboxaldeído semicarbazona (b) uma solução com 1,0 g de cloridrato de semicarbazida e 1,5 g de acetato de sódio dissolvidos em água foi adicionada sob agitação a 40 ecl. quím., são paulo, 31(1): 39-44, 2006 o ch=noh ligante a o ch=nnhconh 2 ligante b 1 2 34 5 1 2 34 5 figura 1. 0,5 ml de furfural (6 mmols, 0,59 g) a 0 0c. a reação ocorreu instantaneamente, produzindo um sólido amarelado. o sólido foi filtrado e lavado com éter etílico e depois de seco foi pesado, obtendo-se um rendimento de 82 % (0,77 g). iv. ν kbr (cm-1): 3459 (νs nh2), 3279 (νas nh2), 3180 (νs nh), 3160 (νas nh), 3081 (νs ch fur.), 3008 (νas ch fur.), 2852 (ν ch alif.), 1696 (ν c=o), 1658 (νc=n), 1007 (ν c-o-c). rmn de 1h (200 mhz; acetona-d6) δ 10,23; 7,74 (2s, hc1 e h do grupo nh); 6,31 (h do grupo nh2); 7,73 (hc5); 6,70; 6,60 (d e dd, hc3 e hc4). síntese dos complexos em uma solução de 0,5 mmol (0,208 g) de k2ptcl4 dissolvidos em 5 ml de água, foi adicionado 2 mmols (0,332 g) de ki dissolvidos em 5 ml de água. a solução foi mantida sob agitação durante 25 minutos. após este tempo, foi adicionado in situ 1 mmol (0,111 g) de 2-furanocarboxaldeído oxima dissolvidos com o auxílio do ultra-som em 20 ml de água, para complexo i, ou 1 mmol (0,153 g) de 2-furanocarboxaldeído semicarbazona em 13 ml de água, para complexo ii. a reação foi mantida sob agitação durante 24 horas. após este tempo, filtrou-se o precipitado, que foi lavado com metanol e água. obteve-se 0,236 g do complexo i (rendimento de 70 %), e 0,200 g do complexo ii (rendimento de 66%). ii.v. ν kbr (cm-1): 3210 (ν oh), 3018 (ν ch fur.), 2860 (ν ch alif.), 1615 (ν c=n), 1469 (ν noh), 1144 (ν no), 1027 (c-o-c), 571 (ν pt-n). análise elementar calculada para c10h10o4n2pti2 : c 17,83; h 1,49; n 4,16; pt 29,06. encontrada: c 17,90; h 1,52; n 4,11; pt 28,58. rmn de 195pt (86 mhz; dmf-d7): ν 3393.23. iii.v. ν kbr (cm-1): 3458 (νs nh2), 3279 (νas nh2), 3180 (νs nh), 3158 (νas nh), 3108 (νs ch fur.), 3009 (νas ch fur.), 2852 (ν ch alif.), 1686 (ν c=o), 1650 (ν c=n), 1011 (ν c-o-c), 527 (ν pt-n). análise elementar calculada para c6h7o2n3pti2 : c 11,96; h 1,16; n 6,98; pt 32,39. encontrada: c 11,99; h 1,12; n 7,02; pt 31,44. rmn de 195pt (86 mhz; dmf-d7): ν 2931,07. todos reagentes e solventes utilizados neste trabalho tinham grau de pureza p.a. e foram adquiridos da aldrich e merck, tendo sido também usados sem prévia purificação. os espectros na região do iv foram medidos no dq da ufjf num espectrofotômetro bomem ftir mb-102, na região de 4000 a 300 cm-1, utilizando como suporte pastilhas de kbr. resolução: 4 cm-1. os resultados de análise elementar dos compostos foram obtidos na central analítica do instituto de química da usp. as análises de pt por absorção atômica foram feitas num espectrofotômetro hitachi 8200, no dq da ufmg. os espectros de rmn de 1h, de 13c e de 195pt foram feitos no dq da ufmg utilizando um espectrômetro brucker avance drx 400. os deslocamentos químicos foram expressos a partir do padrão interno tms (rmn de 1h) e de uma solução de k2ptcl4 em d2o (rmn de 195pt). resultados e discussão os ligantes utilizados neste trabalho, 2furanocarboxaldeído oxima, a, e 2-furanocarboxaldeído semicarbazona , b, foram sintetizados de acordo com o esquema 1. para a obtenção do ligante a, fez-se a reação de 2-furanocarboxaldeído com cloridrato de hidroxilamina em metanol . este ligante foi purificado por coluna cromatográfica utilizando como eluente diclorometano e metanol. a síntese e a caracterização do ligante b já foi anteriormente descrita por nós [6]. os ligantes foram caracterizados por análise elementar, ir, rmn de 1h e rmn de 13c. o espectro no infravermelho do ligante a apresentou bandas de absorção em 3286 e 3168 cm-1, correspondentes aos νs do grupo oh. uma banda de absorção em 1646 cm-1 corresponde ao estiramento do grupo c=n. a análise do espectro de rmn de 1h nos revelou a presença de um simpleto em ν 7,39 referente ao hidrogênio 1, um dupleto em ν 7,26 (j= 3,40 hz) e um dupleto duplo a ν 6,53 (j1-2= 0,62 hz e j13=1,76 hz) correspondentes aos hidrogênios 3 e 4, e outro dupleto duplo em ν 7,52 (j1-2= 0,62 hz e j1-3= 1,76 hz) referente ao hidrogênio 5. o espectro de rmn de 13c revela a presença de sinais em ν112, 118, 137, 144 e 147 referentes aos carbonos do anel furânico c4, c3, c1, c5 e c2 respectivamente. para a síntese dos complexos partiu-se do precursor k2[pti4] que foi preparado a partir da reação de k2[ptcl4] com iodeto de potássio. os complexos obtidos, figura 2, são sólidos de cor amarelo, sendo solúveis em dimetilssulfóxido (dmso) e dimetilformamida (dmf). além da análise elementar e absorção atômica, os complexos foram caracterizados por iv, por rmn de 1h e rmn de 13c e por rmn de 195pt. os resultados de análise elementar e absorção corroboram com as formulações propostas. no espectro no infravermelho do complexo i pode-se observar que a banda referente ao 41ecl. quím., são paulo, 31(1): 39-44, 2006 o cho + meoh / h2o o ch=noh 2-furanocarboxaldeído ligante a nahco3 o cho + meoh / h2o o ch=nnhconh 2 2-furanocarboxaldeído ligante b ch3coona nh2nhconh2hcl nh2oh.hcl esquema 1. νc=n do complexo encontra-se deslocada e com menor intensidade quando comparada com o espectro do ligante livre. de1646 cm-1 ela se desloca para 1615 cm-1 indicando que o metal se coordena pelo nitrogênio. no espectro no infravermelho do complexo ii pode-se observar que as bandas referentes aos νc=n e νc=o do complexo encontram-se deslocadas quando comparadas com o espectro do ligante livre. de 1696 e 1658 cm-1 estas bandas se deslocam para 1686 e 1650 cm-1, respectivamente, indicando que o metal se coordena pelo oxigênio do grupo c=o e pelo nitrogênio do grupo c=n. outra possibilidade seria a coordenação do metal ao nitrogênio do grupo nh2. entretanto, o espectro de infravermelho do complexo, quando comparado ao do ligante livre, mostra que não há deslocamento das bandas de absorção referentes ao estiramento deste grupo, indicando que o mesmo não se encontra coordenado ao metal. os complexos aqui estudados apresentam novas bandas de absorção em 571 cm-1 e 527 cm1 que podem ser atribuídas aos νpt-n para complexo i e ii, respectivamente. para o complexo ii ainda observa-se uma nova banda em 408 cm-1 que pode ser atribuída ao ν pt-o [10]. 42 ecl. quím., são paulo, 31(1): 39-44, 2006 figura 2. os espectros de rmn de 1h e rmn de 13c dos complexos foram obtidos. entretanto, estes espectros não forneceram informações adicionais úteis para a caracterização do mesmo, estando, porém, coerente com a estrutura proposta. os complexos de platina foram caracterizados por rmn de 195pt em dmf para evitar a solvólise em dmso, fenômeno bastante comum e bem documentado na literatura [11, 12]. o espectro de rmn de 195pt para o complexo i mostra um sinal em ν -3393. este valor de deslocamento químico está condizente com complexos similares encontrados na literatura, nos quais a platina tem na sua esfera de coordenação dois iodetos e dois átomos de nitrogênio [13, 14]. em comparação com o complexo i, o valor de deslocamento químico do sinal de ressonância encontrado em rmn de 195pt para o complexo ii (ν –2931) encontra-se deslocado para campo baixo, o que está coerente com a estrutura proposta já que, no segundo complexo, a platina apresenta em sua esfera de coordenação um átomo de oxigênio, além de dois iodetos e de um átomo de nitrogênio. conclusões este trabalho descreveu a síntese de dois novos complexos de platina contendo iodeto e derivados do furano como ligantes. as reações para obtenção dos compostos foram feitas sob condições brandas e com bons rendimentos. as estruturas dos complexos obtidos podem ser modificadas tendo em vista que o iodeto é um bom grupo abandonador, podendo ser substituído por outro ligante. os complexos foram caracterizados pelas técnicas usuais de análise. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, à capes e fapemig pelo suporte financeiro. recebido em: 02/01/2006 aceito em: 06/03/2006 referências [1] c. x. zhang, s. j. lippard, current opinion in chem. biol.. 7 (2003) 481. 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(ou entalpia de solução). para calcular a quantidade de calor liberada ou absorvida durante a reação de dissolução, é necessário conhecer a capacidade calorífica do interior do calorímetro. esse conceito, de acordo com russel, baseia-se na quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do sistema de 1 oc. a determinação da capacidade calorífica de um calorímetro é feita utilizando-se água. o calor cedido/ganho pela água deve ser igual ao calor ganho/cedido pelo calorímetro, isto é: qcal = -qágua (2) sendo qcal = c . ∆t (calor liberado/absorvido pelo calorímetro); c = capacidade calorífica do calorímetro; ∆t = variação de temperatura; qágua = m.c. ∆t (calor absorvido/liberado pela água); m = massa da água. assim, substituindo-se estas variáveis na equação 2, tem-se: ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 72 ccal . (tf – t2) = m . cágua . (tf – t1) (3) ou ccal = m . cágua . (tf – t1)/((tf – t2) (4) sendo: tf a temperatura final do calorímetro, após dissolução do sal; t2 a temperatura do calorímetro vazio e t1 a temperatura da h2o no calorímetro. conhecendo-se a capacidade calorífica do calorímetro, é possível determinar experimentalmente a entalpia de dissolução de uma substância contida no calorímetro de acordo com as equações 5 e 6: qreação = qdissolução + qcalorímetro (5) sendo qreação = calor liberado na reação; qdissolução = qsolvente + qsoluto (calor absorvido pela solução); qsolvente = mágua . cágua . ∆t qsoluto = msal . csal . ∆t qcalorímetro = c . ∆t (calor absorvido pelo calorímetro) ∆h = qreação/n (6) onde n = quantidade de matéria que dissolveu ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 73 substituindo-se a eq. 5 na eq. 6 obtém-se: ∆h = -[ccal (tf – t2) + mágua . cágua . (tf – t1) + msal . csal . (tf – tsal)/nsal (7) parte experimental material e reagentes 1 recipiente de poliestireno expandido (isopor) para mamadeira (para substituir o calorímetro) 1 recipiente plástico para substituir o béquer (frasco de maionese) 1 motor n20 (motor de brinquedos) 1 tudo de caneta esferográfica bastão de cola quente aplicador de cola quente balança analítica termômetro comum (fundo escala de 1 oc) termômetro de aquário água destilada carbonato de sódio (na2co3) hidrogenocarbonato de sódio (nahco3) sulfato de cobre (cuso4) ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 74 cloreto de sódio (nacl) procedimento para a execução do experimento, procedeu-se à montagem do sistema ilustrado na figura 1. figura 1. recipiente de poliestireno expandido (isopor) para mamadeiras utilizado para a construção do calorímetro. a) descrição da construção do calorímetro com um estilete, cortou-se um retângulo no isopor de modo que fosse possível adaptar um pedaço de vidro para facilitar a visualização do termômetro no seu interior. dentro do isopor, colocou-se o recipiente plástico com tampa. na tampa fez-se dois orifícios, um retangular ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 75 para adição dos reagentes no interior do vidro e o outro para acoplar um suporte de borracha para encaixar o termômetro e facilitar sua retirada em cada reação (figuras 2 e 3). figura 2. tampa do recipiente de plástico com o termômetro e o tubo de caneta estereográfica. figura 3. recipiente plástico com a tampa, o termômetro e o tubo de caneta estereográfica. para substituir o agitador magnético montou-se um sistema alternativo, confeccionado com objetos do cotidiano. instalou-se um motor do lado externo do calorímetro para não dificultar a adição dos reagentes e garantir o isolamento térmico do sistema (figura 4). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 76 figura 4. isopor com o motor e o recipiente já acoplados. neste motor foi fixada uma mola de caneta para que transmitisse seu movimento a um tubo de caneta esferográfica cuja carga foi adaptada a uma pequena hélice e fixada no interior do tubo para formar um sistema que gire livremente (figura 5). ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 77 b) determinação da capacidade calorífica do calorímetro após a construção do calorímetro, determinou-se sua capacidade calorífica (ccal), procedendo-se conforme descrito por assumpção et al. mediu-se a temperatura inicial do calorímetro, adicionou-se um volume de 200 ml de água destilada a 50 ºc. em seguida, mediuse a temperatura do conjunto (calorímetro + água) após estabilização da mesma e, então, efetuouse os cálculos para obtenção da capacidade calorífica do calorímetro. c) determinação da entalpia de dissociação determinada a capacidade calorífica do calorímetro, pesaram-se as massas dos sais supramencionados: 11,68g de nacl; 21,20g de na2co3; 16,80g de nahco3 e 49,94g de cuso4. logo após, o primeiro sal foi introduzido no calorímetro contendo 200 ml de água. fechouse rapidamente o sistema e ligou-se o motor de modo que a agitação contribuísse para a dissolução do sal, evitando que ele se depositasse no fundo do frasco. a variação da temperatura foi acompanhada até atingir valor constante. o calorímetro, após a dissolução de cada sal, foi lavado e seco, aguardando-se até que sua temperatura ficasse constante, podendo então ser utilizado novamente com o segundo sal e assim consecutivamente. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 78 resultados e discussões determinação da capacidade calorífica do calorímetro conhecendo o princípio da igualdade das trocas de calor, pode-se afirmar que a soma das quantidades de calor do calorímetro e da água é igual a zero, portanto, substituindo-se os valores obtidos experimentalmente na equação (4) tem-se: ccal = 197,2 x 4,184 (43 – 46)/(43 – 25) ccal = 137,5 j/oc obs.: considerar a capacidade calorífica específica e a densidade da água iguais a da água pura, 4,184 j/g oc e 0,986 g/cm3, respectivamente determinação do calor de dissolução dos sais (∆hdiss) o nacl, por exemplo, se dissocia da seguinte forma (equação 8) nacl(s) na+ (aq) + cl(aq) (8) de acordo com os dados obtidos experimentalmente, calculou-se o calor de dissolução do nacl: ccal = 137,5 j/oc; tf = 23,5 oc (temperatura final do calorímetro, após dissolução do sal); ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 79 t2 = 25 oc (temperatura do calorímetro vazio); cágua = 4,184 j/g oc; t1 = 24 oc (temperatura da h2o no calorímetro); csal = capacidade calorífica especifica do nacl = 0,722 j/g oc; tsal = 25 oc (temperatura do sal); n = 0,2 mol (quantidade de matéria do sal). substituindo esses valores na equação (7), obtém-se: ∆hdiss = + 3,16 kj/mol o mesmo procedimento empregado para cálculo da entalpia do nacl fora empregado para os demais sais. os valores de entalpia de dissolução obtidos experimentalmente além dos valores teóricos são mostrados na tabela abaixo (tabela 1). tabela 1: valores de entalpia de dissociação obtidos experimentalmente e valores teóricos sal ∆hdissolução (experimental) / kj/mol ∆hdissolução (teórico) / kj/mol nacl na2co3 nahco3 + 3,16 24,66 +17,54 + 3,88 23,29 +17,15 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 80 cuso4.5h2o -13,19 -15,90 * o sinal algébrico indica se a reação é endotérmica (+) ou exotérmica (-) conclusões a realização deste experimento permite ao aluno a assimilação de alguns conceitos termoquímicos de fundamental importância como: a primeira lei da termodinâmica, entalpia, reação endotérmica, reação exotérmica, capacidade calorífica, calor de dissolução, entre outros. desta forma, este experimento consiste em utilizar materiais e reagentes de uso cotidiano para realização de um experimento com alto valor pedagógico. neste experimento foi possível determinar as entalpias de dissolução de alguns sais, a partir de um calorímetro simples e de baixo custo, sendo obtidos valores muito próximos daqueles encontrados na literatura. questões propostas 1) o procedimento utilizado para a determinação do calor de dissolução de sais também pode ser usado para o calor de neutralização? explique. 2) porque o sistema deve ser isolado termicamente? qual a função de um calorímetro? 3) o que diz a primeira lei da termodinâmica? 4) conceitue reações químicas em que ocorre liberação e reações com absorção de energia. agradecimentos os autores agradecem à fapesp, cnpq e capes pelos recursos concedidos ao labbes, ao cnpq pela bolsa de produtividade em pesquisa de off e à fapesp pela bolsa de doutorado de vgb e de iniciação de mhmta. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 81 referências bibliográficas assumpção, m. h. m. t.; wolf, l. d; bonifácio, v. g.; fatibello-filho, o. construção de um calorímetro de baixo custo para a determinação de entalpia de neutralização. eclética química, são paulo, 35 (2): 63 69, 2010. castellan, g. fundamentos de físicoquímica. trad. de c. m. p dos santos e r. b. faria. rio de janeiro, livros técnicos e científicos, 1986. giesbrecht, e.; felicíssimo, a. m. p.; toma, h. e.; prado, j. c.; aas, k. z.; barbieri, l.; marcondes, m. e. r.; constantino, m. g.; kuya, m. k.; isuyama, r.; najjar, r.; osório, v. k. l.; de oliveira, w. experiências de química : técnicas e conceitos básicos. peq-projetos de ensino de química moderna são paulo 1982. mahan, b. h. química um curso universitário. trad ebe barbieri melardi. são paulo, 1970. russel, j.b. química geral. 2ª ed, trad. m. a. brotto et al, são paulo: makron books do brasil editora ltda, 1994. construction of a simple calorimeter for the enthalpy of dissolution determination abstract: ______________________________________________________________________ ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 82 in this article the construction of a simple calorimeter for the development of a protocol with which it is possible to determine the enthalpy of dissolution of salts is described. thereunto, salts solutions such as sodium carbonate, sodium bicarbonate, copper sulfate and sodium chloride besides one thermometer and one expanded-polystyrene (styrofoam) container were used. the experiment allows to assimilate thermochemistry concepts and can be applied to any high school, since it uses materials easily obtainable at low cost. keywords: calorimetry, enthalpy of dissolution, first law of thermodynamics legenda das figuras ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 83 figura 1. recipiente de poliestireno expandido (isopor) para mamadeiras utilizado para a construção do calorímetro. figura 2. tampa do recipiente de plástico com o termômetro e o tubo de caneta estereográfica. figura 3. recipiente plástico com a tampa, o termômetro e o tubo de caneta estereográfica. figura 4. isopor com o motor e o recipiente já acoplados. 61eclética química, 37, 61-67, 2012. dos fármacos disponíveis no arsenal terapêutico para o tratamento dessa doença estimulam o desenvolvimento de novas formas de administração de medicamentos que facilitem a adesão ao tratamento dessa doença, bem como promovam uma menor toxicidade dos mesmos. a volatilidade e a baixa hidrossolubilidade dessa substância estimulam o desenvolvimento de sistemas de liberação modificada deste ativo na forma de sistemas matriciais poliméricos. um polímero bastante utilizado na literatura científica para veiculação de fármacos é a quitosana.10 esta substância é a forma desacetilada da quitina, que é o segundo polímero mais abundante na natureza, por isso é uma fonte renovável e de baixo custo, tendo grande importância econômica e ambiental.11 é um polímero atóxico, biocompatível e biodegradável, características desejáveis e necessárias para veiculação de fármacos, sendo utilizada em diversas formulações farmacêuticas como pós, comprimidos, emulsões e géis, além de ser utilizado em imobilizações enzimáticas.12-14 nosso grupo de pesquisa desenvolveu formulações na forma de filmes, utilizando a quitosana como introdução o nerolidol é um sesquisterpeno acíclico (figura 1) de origem natural encontrado em muitos óleos voláteis de plantas como cymbopogon citratus (dc) stapf. (capim-limão), lavandula officinalis chaix (alfazema) e jasminum sp. (jasmim).1 é um óleo amarelo claro com aroma de flores com reminiscências de rosa e maçã. é utilizado em perfumes, xampus, sabonetes e outros produtos de higiene pessoal, bem como em produtos não cosméticos de limpeza, com um consumo mundial de 10-100 toneladas/ano.2 o nerolidol possui atividade antiúlcera, antimicromiana, anticancerígena e tem atividade biocida para diferentes patógenos, inclusive protozoários.3-7.além disso, é utilizado como agente promotor de absorção de fármacos na pele, como por exemplo anti-inflamatórios como os cortiscoteróides e o dicofenaco de sódio e de anti-hipertensivos como o hidrocloridrato de verapamil.8 a utilização do nerolidol como fármaco no tratamento da leishmaniose foi recentemente estudada.9 a dificuldade relacionada a toxicidade da maioria this work describes the development and validation of analytical method to assay nerolidol in a hydrophilic matrix of quitosan by uv/visible spectroscopy. the method is based on the formation of purple derivative between nerolidol and vanillin. the validated method was linear (2.5 50 mg ml-1 , concentration range, r > 0.99), precise (rsd 0.44% for repeatability and 0.32% for intermediate precision), accurate (100.04% recovery), robust and specific. detection and quantitation limits were 0.74 mg ml-1 and 2.26 mg ml-1, respectively. the method is simple and fast and it was applied successfully. alternatively, the described method may be applied for the analysis of alcohols and unsaturated lipids. keywords: nerolidol; quitosan; spectrometric method for alcohols and lipids. desenvolvimento e validação de método analítico espectrofotométrico para quantificação de nerolidol em um dispositivo polimérico de liberação prolongada, após derivatização com vanilina tatiana gomes ribeiro1, juçara ribeiro franca1, andré mesquita marques2, maria auxiliadora coelho kaplan2, andré augusto gomes faraco1 e rachel oliveira castilho1,* 1ufmg departamento de produtos farmacêuticos, faculdade de farmácia, universidade federal de minas gerais. avenida antônio carlos, 6627, pampulha, 31270-901 belo horizonte mg, brasil 2ufrj núcleo de pesquisas de produtos naturais, centro de ciências da saúde, universidade federal do rio de janeiro, bloco h, cidade universitária, 21941-590 rio de janeiro – rj, brasil 62eclética química, 37, 61-67, 2012. a formulação utilizada foi um dispositivo polimérico de liberação prolongada, cuja matriz hidrofílica é a quitosana e o fármaco é o nerolidol (mistura cistrans, grau de pureza 98%) ambos da sigma-aldrich®. para o estudo dos interferentes foram empregados os excipientes talco, amido e quitosana, os quais foram utilizados para a produção do dispositivo polimérico. a solução tampão foi produzida através de uma mistura dos reagentes difosfato e monofosfato de sódio em água destilada com um ph 7,4, sendo denominado doravante tampão pbs. todos os reagentes utilizados foram de grau p.a. equipamentos as medidas espectrométricas foram realizadas no espectrômetro uv/visível shimadzu, modelo 160 a, fabricado no japão. para o estudo da robustez e da precisão intermediária foi utilizado o espectrômetro hitachi, modelo uv-2900. para a agitação das amostras foi utilizado o aparelho de ultrassom unique, modelo ultra cleaner. para o aquecimento das amostras foi utilizado o banho maria fanem. as massas foram medidas em balança digital analítica sartorius, modelo bp 2215 e os volumes em pipetas automáticas calibradas htl. desenvolvimento do método preparo do reagente foram adicionados 5 mg de vanilina em 1 ml de ácido sulfúrico 96%. o reagente foi armazenado em frasco âmbar. estabilidade do reagente para a avaliação do tempo de estabilidade do reagente, foram preparados 250 ml da solução reagente. o reagente previamente preparado (1 ml) foi adicionado a 1 ml da solução de nerolidol (25,0 mg ml-1) em tampão pbs. a mistura foi agitada e submetida a aquecimento de 50 ºc por 10 min em banho maria. a medida de absorção no espectrofotômetro foi realizada imediatamente em l 542 nm. o branco foi feito, empregando-se 1 ml de tampão pbs com 1 ml do reagente, seguindo-se o mesmo procedimento da solução amostra. repetiu-se esse procedimento de dez em dez minutos durante quatro horas. matriz polimérica, para veicular esse princípio ativo e realizar testes de atividade leishmanicida in vitro e in vivo. a forma farmacêutica de filmes contendo nerolidol não se encontra inscrita, até o presente momento, nos compêndios oficiais, não havendo inclusive métodos de quantificação na literatura desse princípio ativo em formulações. há descrições da análise do nerolidol em diversos óleos essenciais por cromatografia gasosa acoplada à espectroscopia de massas (cg/ms)15,16 e cromatorafia líquida de alta eficiência (clae).17 a cromatografia gasosa (detecção por ionização de chama) e a cromatografia gasosa acoplada à espectroscopia de massas são as técnicas mais indicadas para análises quantitativas e qualitativas de substâncias lipofílicas, como os óleos voláteis e seus constituintes isoladamente.18,19 trabalhos recentes demonstram análise de óleos essenciais por clae e detecção em arranjo de diodos (dad).17,20 esses métodos são sensíveis o suficiente para a determinação de pequenas quantidades de amostra, entretanto, muitas vezes, não são simples, rápidos e de baixo custo para serem adotados em análises de rotina. tendo em vista o grande número de métodos espectrofotométricos no uv/visível utilizados, devido à simplicidade, economia, precisão, robustez e rapidez dessa técnica,21 o presente trabalho teve como objetivo desenvolver e validar um método analítico por espectrofotometria no uv/visível, baseado nas reações de komarowsky22 e da sulfo-fosfo-vanilina,23,24 para quantificação do nerolidol em filmes poliméricos de quitosana de liberação prolongada, aplicando-o para os ensaios de liberação in vitro das formulações desenvolvidas. além disso, esse método tem potencialidade de aplicação na análise de álcoois e lipídeos não saturados. figura 1 parte experimental reagentes oh oha b 63eclética química, 37, 61-67, 2012. plando concentrações de 2,5; 5; 10; 15, 25, 50 mg ml-1. foi adicionado a solução de nerolidol em tampão pbs a ser quantificada, 1 ml da solução reagente. a mistura foi agitada e submetida a aquecimento de 50 ºc por 10 min em banho maria. foi realizada a medida de absorção no espectrofotômetro em l 542 nm. o branco foi feito, empregando-se 1 ml de tampão pbs com 1 ml do reagente, seguindo-se o mesmo procedimento da solução amostra. a equação da reta foi determinada através do estudo de regressão linear. foram feitas duas curvas analíticas em dias diferentes. limites de detecção (ld) e de quantificação (lq) foram calculados a partir do desvio padrão do intercepto de b (d) e do coeficiente angular (s) da curva analítica de calibração,26 através das equações 1 e 2, respectivamente: ld = 3,3 d (1) s lq = 10 d (2) s precisão a precisão intra-ensaio (repetibilidade) foi avaliada através da análise de seis soluções de amostra (25 mg ml-1) no mesmo dia e com o mesmo analista. a precisão intermediária foi determinada pela análise de seis medidas de soluções na mesma concentração (25 mg ml-1) em dias diferentes e em equipamento diferente, e então feita à análise estatística (dpr) dos resultados obtidos nos dois dias (n = 12). exatidão esse parâmetro foi determinado por intermédio da adição da solução padrão de nerolidol a uma mistura dos componentes da formulação. quantidades conhecidas do padrão nerolidol foram adicionadas ao dispositivo polimérico placebo, de modo a obter soluções com as concentrações baixa, média e alta: 17,5; 25 e 32,5 mg ml-1, respectivamente 70%, 100% e 130% da concentração de trabalho, com 3 réplicas cada. posteriormente o reagente foi adicionado. a mistura foi agitada e submetida a aquecimento (50 ºc) por 10 min em banho maria. foi realizada a medida da leitura de absorção no validação do método o método analítico foi validado de acordo com as especificações recomendadas pela resolução re nº 899 de 29 de maio de 2003 da anvisa25 e pelo guia ich q2b.26 os parâmetros de validação avaliados foram: especificidade, linearidade, limites de detecção e quantificação, precisão intra-corrida (repetibilidade), precisão inter-corrida (intermediária), exatidão e robustez. preparo da solução de trabalho foram pipetados, exatamente, 29,15 ml de nerolidol para balão volumétrico de 250 ml e foram adicionados 230 ml de tampão pbs. submeteu-se ao ultrasom por dez minutos e completou-se o volume com o mesmo solvente, obtendo-se solução a 100 mg ml-1. a partir dessa solução foram preparadas amostras com diferentes concentrações. preparo da solução amostra o preparo da solução amostra foi feito através da adição da solução de trabalho do nerolidol de concentração conhecida em tampão pbs a uma formulação placebo. foi adicionado o reagente na proporção de 1:1. a mistura foi agitada e submetida a aquecimento de 50 ºc por 10 min em banho maria. foi realizada imediatamente a medida de absorção no espectrofotômetro no comprimento de onda de 542 nm. o branco foi feito, empregando-se a formulação placebo, sem o nerolidol, com o reagente, seguindo-se o mesmo procedimento da solução amostra. especificidade a especificidade do método foi avaliada através de análises comparativas entre as formulações sem nerolidol (placebo) e as contendo nerolidol. adicionou-se a cada formulação 1 ml do reagente, seguido de 1 ml do tampão. a mistura foi agitada e submetida a aquecimento de 50 ºc por 10 min em banho maria. foi realizada a medida de absorção no espectrofotômetro em l 542 nm. espectros de absorção na região uv/visível foram traçados na faixa de l 200 a 900 nm. linearidade foi verificada através da construção de uma curva analítica de calibração em quintuplicata, contem64eclética química, 37, 61-67, 2012. co da hidroxila do nerolidol no carbono carbonílico da vanilina (substância 4); (c) prototropismo, seguido da perda de água, dando origem a substância (6) estabilizada por ressonância e com absorção em torno de l 542 nm. uma proposta alternativa que explicaria o fenômeno químico é baseada na reação de knight24 em que uma sequência de dois passos são fundamentais (figura 3): (a) adição eletrofílica do próton, proveniente do meio ácido, na ligação dupla do nerolidol, formando um carbocátion (substância 7); (b) reação do carbocátion com a vanilina, dando origem a substância (6). figura 2 figura 3 no desenvolvimento do método foram avaliados várias proporções dos reagentes, uma mistura de vanilina e ácido sulfúrico, e o nerolidol, otendo-se uma proporção de 1:1 de reagente e solução aquosa do nerolidol. além disso, avaliou-se-também diferentes temperaturas de aquecimento, concluindo-se que a melhor para que a reação de derivatização ocorresse de forma espectrofotômetro em l 542 nm. o branco foi feito empregando-se a formulação placebo sem o nerolidol, seguindo-se o mesmo procedimento da solução amostra. a exatidão foi expressa pela relação entre a concentração média determinada experimentalmente e a concentração teórica correspondente: 100 teóricaãoconcentraç alexperimentmédia ãoconcentraçexatidão ×= (3) robustez as condições analíticas deliberadamente variadas para avaliação da robustez foram: variação da temperatura de aquecimento da reação (49 °c, 50 °c e 51 °c), variação do ph da solução de nerolidol ( ph 7,3; 7,4 e 7,5) e equipamentos diferentes (shimadzu e hitachi).25 a concentração do padrão de trabalho de nerolidol utilizada foi de 25 mg ml-1 e cada condição foi avaliada com um n = 6. análise estatística a análise estatística dos dados foi realizada por anova, com resultados considerados significativos quando a probabilidade é inferior a 5% (p < 0,05), teste t de student e teste de tukey com nível de significância a = 0,05. os oultliers, no estudo de estabilidade do reagente, foram analisados através de boxplot com ajuda do programa minitab. resultados e discussão desenvolvimento e otimização do método o nerolidol é um álcool terciário, volátil, com cadeia carbônica de quinze átomos e três insaturações não conjugadas (figura 1). explorando-se essas características químicas buscou-se um método para quantificar o nerolidol em baixas concentrações de forma rápida, simples, precisa, e barata e para isso propôs-se um método espectrofotométrico no uv/visível utilizando a derivatização do nerolidol com a vanilina em meio ácido. foram feitas também duas propostas mecanisticas para explicar as bases químicas do novo método. na primeira proposta (figura 2) a reação pode ser esquematizada em três passos: (a) protonação do grupo aldeído da vanilina (substância 2); (b) ataque nucleofíli oh och3 h o h+ oh och3 h o h 1 2 roh 4 h oh och3 h o h o r 5 o och3 h o h o r h h 6 o och3 h o r r = ho 3 h2o, h+ 3 ho h+ ho 7 1 oh och3 h o o och3 h o oh h 8 o och3 o oh 6 h+ 65eclética química, 37, 61-67, 2012. o método demonstrou ser sensível a baixas concentrações, tendo como valor de limite de detecção 0,74 mg ml-1 e limite de quantificação 2,26 mg ml-1. os resultados de repetibilidade e precisão intermediária foram expressos em termos de desvio padrão relativos (dpr) (tabela 2). neste ensaio foram utilizadas seis determinações a 100% da concentração de trabalho e observada à diferença entre as repetições. a repetibilidade e a precisão intermediária apresentam dpr de 0,44 e 0,32, respectivamente. os valores obtidos são inferiores a 5%, limite máximo aceito para esse parâmetro.25 a análise anova demonstrou que não há diferenças estatísticas entre as análises dos diferentes períodos para p = 0,05. esses resultados de doseamento de nerolidol obtidos com o método proposto apresentam elevado grau de concordância. tabela 2. resultados da repetibilidade e precisão intermediária para o método de doseamento do nerolidol em tampão pbs ph = 7,4 por espectrofotometria a porcentagem média para a exatidão foi de 100,04% e o dpr de 0,65% (tabela 3). através do teste t de student, pode-se afirmar que o valor encontrado é estatisticamente igual a 100% com significância de p = 0,05. além disso, esse resultado demonstra que não há interferências dos excipientes da forma farmacêutica no doseamento do produto final. portanto, o método é exato. a avaliação da robustez de um método perrápida e que o nerolidol, uma substância volátil, não fosse perdido era um aquecimento a 50 °c por 10 min. após o desenvolvimento do método, buscou-se validá-lo, a fim de que o novo método estivesse adequado aos ensaios propostos. para isso, utilizou-se como formulação modelo o nerolidol em um dispositivo polimérico cuja matriz polimérica é a quitosana (matriz hidrofílica). estabilidade do reagente a estabilidade do reagente foi avaliada durante 4 horas com leituras sequenciais de dez em dez minutos. analisou-se os resultados nesse intervalo de tempo através de boxplott do programa minitab e não se observou oultlier. esse fato demonstrou a estabilidade no intervalo de tempo de 4 horas do reagente proposto. validação do método para a especificidade espectros de absorção na região uv/visível da solução amostra de nerolidol (25,0 mg ml-1; 100% da concentração de trabalho) e da formulação placebo, em tampão pbs, foram traçados na faixa de l 200 a 900 nm. os espectros de absorção obtidos demonstraram que os excipientes presentes na formulação não apresentam absortividade em l 542 nm (≤ 0,001a), sendo o método específico para o doseamento do nerolidol nesse comprimento de onda. para a linearidade foram feitas curvas de calibração em dias diferente. as equações da reta, calculadas por regressão linear, pelo método dos mínimos quadrados, podem ser visualizadas na tabela 1. os coeficientes de correlação foram superiores a 0,99. os resultados da análise estatística indicam ajuste adequado dos dados aos modelos de regressão linear, sendo método linear na faixa de concentração de 2.5 50 mg ml-1. tabela 1. dados referentes à linearidade para o método de doseamento do nerolidol em tampão pbs ph = 7,4 por espectrofotometria no visível 66eclética química, 37, 61-67, 2012. tabela 4. resultados da robustez para o método de doseamento do nerolidol em tampão pbs ph = 7,4 por espectrofotometria no visível conclusão neste trabalho foi possível desenvolver um método espectrofotométrico na região do uv/visível para o doseamento do nerolidol em uma matriz hidrofílca de quitosana por derivatização do fármaco com a vanilina em meio ácido. o método desenvolvido mostrou-se simples, preciso, rápido e sensível a baixas concentrações. a validação comprovou que método é seletivo e robusto com relação à mudança de temperatura, ph e equipamento, podendo ser utilizado no controle de qualidade dessa formulação e de outras formulações que usem como fármaco o nerolidol. alternativamente, o método descrito pode ser aplicado à análise de álcoois ou lipídeos não saturados. agradecimentos a fapemig e ao cnpq pelo apoio financeiro. referências 1. dewick m. p., medicinal natural products – a biosynthetic approach, john mite identificar parâmetros críticos do procedimento analítico que possam influenciar negativamente na sua exatidão e precisão. uma vez identificados, esses parâmetros devem ser controlados e precauções devem ser incluídas no procedimento analítico. tabela 3. resultados da exatidão para o método de doseamento do nerolidol em tampão pbs ph = 7,4 por espectrofotometria no visível foram avaliadas pequenas e deliberadas variações na metodologia analítica: temperatura de aquecimento da reação, ph do pbs utilizado para dissolução da formulação com nerolidol e leituras de absorbância em diferentes equipamentos. os dados experimentais obtidos indicaram que estas modificações não influenciaram significativamente os resultados (tabela 4). os dados ajustaram-se adequadamente ao modelo anova, teste de tukey, com significância de p = 0,05. a partir dos resultados, verificou-se não haver diferença estatisticamente significativa entre os resultados do doseamento obtido em cada uma das condições avaliadas. 67eclética química, 37, 61-67, 2012. dação de métodos analíticos e bioanalíticos. ministério da saúde: brasil, 2003. 26. ich international conference on harmonization of technical requirements for registration of pharmaceutical for human use: q2b – validation of analytical procedures: text and methodology, 1996. wiley & sons ltd, united kingdom, 2009. 2. d. mcginty, c. s. letizia, a. m., food chem. toxicol. 48, (2010) s43. 3. f. c. klopell, m. lemos, j. p. sousa, e. comunello, e. l. maistro, j. k. bastos, s. f. de andrade, z. naturforsch. 62, (2007) 537. 4. s. lee, j. han, g. lee, m. park, i. choi, k. na, e. jeung, model. biol. pharm. bull. 30, (2007) 184. 5. l. w. wattenberg, carcinogenesis 12, (1991) 151. 6. c. s. de macedo, m. l. uhrig, e. a. kimura, a. m. katzin, fems microbiol. lett. 207, (2002) 13. 7. g. h. rodrigues, e. a. kimura, v. j. peres, a. s. couto, d. f. a. aquino, a. m. katzin, antimicrob. agents chemother. 48, (2004) 2502. 8. k. moser, k. kriwet, a. naik, y. n. kalia, r. h. guy, eur. j. pharm. biopharm. 52, (2001) 103. 9. d. c. arruda, f. l. d’alexandri, a. m. katzin, s. r. b. uliana, antimicrob. agents chemother. 49, (2005) 1679. 10. m. amidi, w. e. hennink, adv. drug deliv. rev. 62, (2010) 1. 11. m. c. m. laranjeira, v. t. de fávere, quim. nova 32, (2005) 672. 12. a. giannantoni, s. m. di stasi, m. b. chancellor, e. costantini, m. porena, eur. urol. 50, (2006) 1183. 13. c. valenta, adv. drug deliv. rev. 57, (2005) 1692. 14. a. a. mendes, p. c. de oliveira, h. f. de castro, l. r. giordano, quim. nova 34, (2011) 831. 15. a. rahman, s. c. kang, food chem. 116, (2009) 670. 16. r. sergio, b. maurizio, a. maggio, r. a. raccuglia, b. svetlana, f. senatore, c. formisano, biochem. syst. ecol. 37, (2009) 426. 17. w. huanga, j. yanga, j. zhaoa, c.-z. wangb, c.-s. yuanb, s.-p. li, pharm. biomed. anal. 53, (2010) 906. 18. h. g. castro, l. o. oliveira, l. c. a. barbosa, f. a. ferreira, d. j. h. silva, p. r. mosquim, e. a. nascimento, quim. nova 27, (2004) 55. 19. r. o. castilho, m. a. c. kaplan, rec. nat. prod. 4, (2010) 31. 20. c. turek, f. c. stintzing, anal. bioanal. chem. 400, (2011) 3109. 21. r. b. friedrich, a. ravanello, l. c. cichota, c. m. b. rolim, r. c. r. beck, quim. nova. 32, (2009) 1052. 22. a. komarovsky, chemiker-zeitung. 27, (1903) 807 . 23. m. r. f. ashworth, i. venn, anal. chim. acta. 49, (1970) 535. 24. j. a. knight, s. anderson, j. m. rawle, clin. chem. 18, (1972) 199. 25. agência nacional de vigilância sanitária anvisa; re nº 899, de 29 de maio de 2003: guia para vali30eclética química, 37, 30-37, 2012. foram sendo criadas e/ou aperfeiçoadas. exemplos clássicos disso são as observações iniciais de joannes m. marci [4] em 1648 sobre o espalhamento da luz solar nas gotículas d’água produzindo o efeito ótico conhecido como arco-íris e os experimentos de isaac newton sobre decomposição e recomposição da luz solar por um prisma, sendo tais exemplos a base científica que levou robert w. bunsen e gustav r. kirchhoff em 1858 a criar um espectroscópio capaz de fazer a medição das linhas de emissão de alguns elementos químicos excitados em um queimador. isso propiciou o nascimento das técnicas de absorção e emissão atômica. atualmente, as técnicas instrumentais de análise são responsáveis pelo fornecimento de informações vitais para praticamente todas as áreas de ciências naturais: química, biologia, medicina, arqueologia, metalurgia, botânica... em maior ou menor escala, todos os campos de ciência precisam das ferramentas da química analítica instrumental e de uma correta interpretação dos dados fornecidos por essas ferramentas, hoje conhecidas como técnicas instrumentais de análise. os métodos analíticos baseados na gravimetria e volumetria – hoje conhecidas como técnicas clássicas de análise possuem mais relevância na aplicação de introdução a história da química se mistura com a criação da análise química. ainda em seus primórdios – no século xvii – os alemães usavam o termo scheidekunst como referência a química, termo esse que significa isolar o material em seus componentes [1]. um dos primeiros instrumentos utilizados para auxiliar as análises químicas foi a balança, embora sua descoberta remote a época dos antigos egípcios [2], as primeiras balanças confiáveis passaram a ser utilizadas apenas no século xvii, quando antoine lavoisier reconheceu a necessidade da precisão nas pesagens para um melhor entendimento do comportamento da matéria [3]. essa maior precisão na medição da massa de um ou mais determinados componentes extraídos de uma amostra permitiu o crescimento da análise gravimétrica. não só isso, em análises percentuais de minerais, a diferença entre as massas teóricas esperadas e o somatório das massas encontradas possibilitou a descoberta de novos elementos químicos, alguns deles denominados como “terras”, entre eles: óxidos de zircônio, urânio, telúrio e titânio. a medida que o conhecimento em ciência e tecnologia foi se desenvolvendo, novas técnicas de análise spectrofluorimetric determination of furosemide in pharmaceutical – a didactical approach, from theory to practice. the purpose of this paper is to present a complete possible application of simple strategies to teach basic concepts of molecular spectrofluorimetry. an ordinary anti-hypertensive drug was chosen in order to demonstrate many theoretical and practical aspects of spectrofluorimetric determinations in an accurate, precise, and inexpensive analytical lab practice. historical aspects and fundamentals, and their contextualization for students, are also presented, being some experiments described using cheap samples. keywords: molecular spectrofluorimetry; furosemide; education in analytical chemistry. spectrophotometric determination of furosemide in pharmaceutical formulations – a didactic approach, from practice to theory adalberto alves da silva neto, wagner felippe pacheco, felipe silva semaan* departamento de química analítica, instituto de química da universidade federal fluminense, outeiro de são joão batista, s/n, 24020-150, niterói rj, brasil. *felipesemaan@gmail.com 31eclética química, 37, 30-37, 2012. e soluções injetáveis (10 mg ml-1), sendo fabricadas e vendidas por diversas indústrias farmacêuticas. comprimidos de 40 mg podem ser obtidos gratuitamente através do sistema único de saúde (sus). a posologia para adultos varia entre 20 e 80 mg, em dose única pela manhã, podendo ser aumentada gradativamente, evitando-se ultrapassar 600 mg dia-1. em crianças, utiliza-se dose única de 2 mg kg-1 de peso, podendo ser ajustada entre 1 e 2 mg, tendo-se como dosagem máxima 6 mg kg-1. o medicamento de referência é o lasix® (aventis), de ampla utilização como diurético. com o advento dos medicamentos genéricos, aumentou-se o número de formas farmacêuticas disponíveis, exigindo maior controle da qualidade do medicamento produzido e disponibilizado ao usuário, quer seja no controle microbiológico, físico-químico ou de princípios ativos, tornando necessárias metodologias rápidas e confiáveis para aplicação nestas situações. por outro lado, observa-se, também a necessidade de controle rigoroso de princípios ativos, visto ser seu excesso ou falta gerador de danos à saúde do paciente. dentre às reações adversas mais comuns, associadas ao uso excessivo da furosemida, pode-se citar a depleção excessiva de água e eletrólitos, como dito acima, principalmente potássio (hipocalemia), alcalose metabólica (em função da excreção de h+), hipovolemia e hipotensão, podendo ser observados efeitos mais severos como náuseas, reações alérgicas, ou ainda, surdez [7; 8; 9]. em tratamentos contínuos de crianças e adultos observa-se, ainda, a possibilidade de surgimento de tolerância e resistência ao diurético, o que pode ser superado com a administração da furosemida em associação a outros fármacos como as tiazidas. espectroscopia de emissão (ou luminescência) molecular. a espectroscopia de luminescência molecular é uma técnica analítica baseada no monitoramento da radiação eletromagnética (em geral luz ultravioleta, luz visível, ou infravermelho próximo) emitida por uma molécula quando essa parte de um estado excitado para o seu estado fundamental [10]. existem diversas formas de promover a excitação da molécula para esse estado de maior energia, e é justamente essa etapa de excitação que irá diferenciar a técnica luminescente. caso a excitação seja por uma reação química, princípios básicos de química analítica (como reações químicas) do que em aplicações rotineiras, uma vez que as técnicas instrumentais fornecem meios para uma quantificação a níveis cada vez menores de concentração, e normalmente com um tempo mais curto de análise. dentro desse âmbito, as instituições de ensino superior (e muitas das instituições técnicas de ensino) têm adaptado seus currículos para incluir tais técnicas. devido ao nível de desenvolvimento alcançado e à conseqüente complexidade adquirida, a análise instrumental divide-se de acordo com os princípios sobre o qual a técnica é fundamentada. por exemplo, os métodos espectrofotométricos são fundamentados na interação entre a radiação eletromagnética e a matéria. entre eles destacam-se as espectrometrias de absorção e emissão atômicas, e as espectrometrias de absorção e luminescência molecular. a furosemida a furosemida, denominada ácido 4-cloro-nfurfuril-sulfamilantranilico, é um pó cristalino, branco e inodoro, praticamente insolúvel em água e soluções ácidas diluídas, ligeiramente solúvel em solventes orgânicos como álcoois e acetona, solúvel em soluções alcalinas diluídas [5] . a fórmula estrutural da furosemida é apresentada na figura 1: figura 1: fórmula estrutural da furosemida. derivada do ácido antranílico, a furosemida representa um potente diurético que, se administrado em excesso, pode gerar depleção excessiva de água e eletrólitos, devendo, portanto, ser utilizada com cuidadosa supervisão médica, havendo necessidade de ajuste de dosagem de acordo com a necessidade do paciente [6; 7; 8]. apresentações comerciais disponíveis deste fármaco variam entre comprimidos (20, 40 e 80 mg) h2n s oo oh cl o n o h 32eclética química, 37, 30-37, 2012. princípios da fluorescência molecular. uma vez no estado excitado, a molécula possui vários caminhos possíveis para eliminar esse excesso de energia absorvido (desativação), competindo com os fenômenos radiativos (fluorescência ou fosforescência). usualmente esses processos são mais bem compreendidos pelo diagrama de perrin-jablonski (figura 2). nesse diagrama, o estado eletrônico fundamental (s0) e os excitados (s1, s2) são representados pela linha grossa, e cada um desses estados eletrônicos possui vários estados vibracionais, representados pelas linhas horizontais mais finas. as transições eletrônicas são representadas pelas setas verticais. cada transição eletrônica é da ordem de 10-15 s, tempo muito curto quando comparado à vibração das ligações na molécula (da ordem de 10-10 a 10-12 s). essa diferença de tempo faz com que todo o processo de absorção de luz, com consequente promoção do elétron de um orbital molecular para outro dentro da mesma molécula, ocorra sem que a molécula possua nenhuma mudança na posição relativa dos núcleos atômicos ou do ambiente molecular (princípio de franck-condon). figura 2: diagrama de perrin-jablonski a diferença energética entre s0 e s1 é muito alta para ser atingida pela agitação térmica a temperatura ambiente, de forma que o processo de transição eletrônica normalmente se inicia do estado fundamental s0. mesmo tendo em mente os diferentes níveis vibracionais referentes ao primeiro nível eletrônico, pode ser calculado pela equação de boltzman que, a temperatura ambiente, a maioria absoluta das moléculas se encontra no estado vibracional de energia mais baixa, de forma que a banda de absorção é o conjunto de cada uma dessas transições a partir do estado mais baixo (tanto a técnica será chamada de (quimiluminescência) [11; 12; 13]. no caso dessa excitação ocorrer pela passagem de uma corrente elétrica através do material, tem-se a eletroluminescência (14). a excitação pode ser obtida pela energia estática gerada na superfície de algumas substâncias cristalinas quando essas são atritadas, resultando na emissão de luz, nesse caso, a técnica luminescente é chamada de triboluminescência [15; 16]. outra forma de excitação é a induzida em líquidos por meio de ondas de choque (sonoluminescência) [17; 18] ou, a mais frequentemente utilizada, induzida pela incidência de luz ultravioleta, visível ou infravermelho próximo, nesse caso, a técnica é chamada de fotoluminescência [19]. fluorescência e fosforescência são casos particulares da fotoluminescência. ambos os processos se iniciam quando a molécula absorve um fóton de energia adequada para promover a transição de um elétron de um orbital molecular para um outro vazio, de maior energia. normalmente o elétron sai do orbital molecular ocupado de energia mais alta (homo) e passa para o orbital molecular de energia mais baixa (lumo). como consequência dessa transição eletrônica, toda a molécula é dita como estando no estado excitado. quando um dos dois elétrons de spin opostos pertencentes ao mesmo orbital molecular do estado fundamental é promovido a um orbital molecular de energia mais alta, em princípio seu número de spin é mantido, de forma que o número quântico de spin s permanece zero ( , com si = +1/2 ou -1/2). como a multiplicidade “m” tanto do estado fundamental como do estado excitado é igual a 1 (m = 2s + 1), ambos são chamados de estado singleto. isso é o que ocorre na fluorescência. nesse caso, o estado eletrônico fundamental é representado por s0, o primeiro estado eletrônico excitado por s1, e por aí vai. na fosforescência ocorre inversão de spin do estado eletrônico excitado, de forma que o número quântico de spin s muda para 1, e a multiplicidade da molécula no estado excitado muda para 3, sendo por isso chamada de estado triplete. o estado eletrônico é, então, representado pela letra t. a transição eletrônica singleto-tripleto é uma transição eletrônica proibida de acordo com as regras da mecânica quântica [10], no entanto, sempre há uma pequena interação entre as funções de onda de diferentes multiplicidades via acoplamento spin-orbital. isso leva a uma pequena, porém não negligenciável, fração de transição eletrônica com inversão de spin. na fosforescência os experimentos são realizados para aumentar essa fração. 33eclética química, 37, 30-37, 2012. co. isso explica um ponto importante: o porquê de mesmo quando se observa em algumas moléculas vários picos de excitação (que são os análogos aos observados na espectrofotometria de absorção molecular na região do uv-vis), só se observa um pico de emissão. outro ponto a ser ressaltado é que, mesmo a conversão interna sendo menos eficiente a partir do 1º nível eletrônico excitado, ela ainda ocorre na maioria das moléculas. isso explica a razão pela qual a maioria das moléculas apresenta espectros de absorção molecular, mas não apresenta espectros fotoluminescentes. provavelmente, para pelo menos alguns desses casos, o tempo gasto na conversão interna foi menor do que o tempo do estado excitado, de modo que quando a molécula estava pronta para emitir energia na forma de luz, ela já não possuía mais esse excesso de energia (o qual foi convertido totalmente em energia térmica pela colisão com as moléculas do solvente). quando nenhum dos processos de desativação não radiativa acontece, a molécula irá emitir esse excesso de energia sobre a forma de luz. caso a emissão se dê diretamente sem modificação do spin, o processo é chamado fluorescência. como a molécula perdeu parte da energia absorvida pela relaxação vibracional, a energia que será emitida será menor que a energia absorvida (e por tanto, o comprimento de onda será maior). o resultado disso é que o espectro de emissão não é sobreposto ao espectro de excitação, e sim deslocado para comprimentos de ondas maiores. a diferença entre esses picos é chamada de deslocamento de stokes. em um espectro de fluorescência típico, parte do espectro de excitação e do espectro de emissão se sobrepõe, de forma que, aparentemente, uma pequena fração da solução sofre um comportamento atípico, ou seja, absorvem em comprimentos de onda maiores do que o que emite. a explicação para esse fenômeno é relativamente simples. embora tenha representado no diagrama que toda a absorção molecular se dê a partir do estado vibracional mais baixo do estado eletrônico fundamental, uma fração muito pequena (normalmente inferior a 10 ou mesmo 1%) se encontra em níveis vibracionais mais altos, de forma que eles podem absorver para o 1º nível vibracional do 1º nível eletrônico, e emitirem para um nível vibracional diferente do fundamental do nível eletrônico fundamental, e esse excesso de energia sendo perdido por relaxação vibracional. essa pequena fração de moléculas possui um comportamento anti-stokes. eletrônico quanto vibracional) para diferentes níveis (vibracionais e eletrônicos) de energia mais alta. como já foi comentado, o tempo para uma transição eletrônica é da ordem de 10-15 s, e uma vez formado esse estado excitado, ele costuma se manter por cerca de 10-8 s antes de emitir luz (fluorescência). como o estado excitado para o qual a molécula foi transferida inclui um estado vibracional mais alto, uma das possibilidades é que a molécula passe a vibrar com frequência mais alta. essa maior frequência vibracional aumenta a possibilidade de colisões com moléculas do solvente (e também aumenta a intensidade de cada uma dessas colisões), o resultado disso é que a molécula pode transferir parte dessa quantidade de energia que ela absorveu (durante a absorção) para a molécula do solvente, se desativando, e causando um aumento imperceptível da temperatura da solução. esse processo se dá sem emissão de luz (e, portanto, não radiativo), e pode acontecer em níveis eletrônicos diferentes. caso a queda de energia se dê de um estado vibracional mais alto para o fundamental, mas dentro do mesmo estado eletrônico, o processo é chamado desativação vibracional (representado pelas linhas onduladas no diagrama), caso a queda de energia se dê de um estado vibracional mais alto para o fundamental de um estado eletrônico mais baixo, o processo é chamado conversão interna (ic no diagrama). uma atenção especial no tempo de vida desses fenômenos deve ser dada para uma melhor compreensão das competições que estarão acontecendo. o tempo de vida do estado excitado é da ordem de 10-10 a 10-7 s, da desativação vibracional 10-12 a 10-10 s e da conversão interna 10-11 a 10-9 s. comparando o tempo de vido do estado excitado e da relaxação vibracional, observa-se que esse último processo é sempre mais rápido que a duração do estado excitado. o resultado disso, é que quando a molécula vai emitir luz, a molécula já se encontra em um nível vibracional mais baixo, e todas as emissões serão a partir do nível vibracional mais baixo do mesmo nível eletrônico. mais comumente ainda é que essa emissão se dê a partir do 1º nível eletrônico excitado (mesmo que a molécula absorva para um 2º ou 3º nível eletrônico). isso por que, como a diferença de energia entre esses níveis é muito menor que a diferença de energia entre o 1º e o fundamental, o tempo para essas desativações (no caso, cruzamento interno) é menor (e, portanto a eficiência do processo é maior) do que a necessária para desativar vibracionalmente a partir do 1º nível eletrôni34eclética química, 37, 30-37, 2012. por comprimido foram adquiridas do laboratório teuto®; vinte comprimidos foram triturados e homogeneizados, obtendo-se como massa média de um comprimido e respectivo desvio-padrão o seguinte intervalo: pm = (0,1994 ± 0,0013)g tal informação foi base para a dissolução e extração da amostra visando posterior análise empregando curvas de calibração externa e adição de padrão, bem como para interpretação dos resultados obtidos. otimização das condições experimentais medidas foram realizadas empregando-se um equipamento espectrofluorímetro cary eclipse, da varian. partindo-se do estoque e empregando diluição direta de alíquotas adequadas do analito em tampão acetato, uma solução de furosemida a 10-5 mol l-1 em ph 3,3 foi obtida e empregada visando otimização da obtenção de sinais analíticos; fendas de 5 nm (tanto para excitação quanto para emissão) foram mantidas fixas, resultando, desta forma, em espectros de excitação e emissão adequados. no caso do espectro de emissão, este foi obtido fixando-se o λexcitação em 271 nm, obtendo-se emissão máxima em 410 nm, conforme apresentado na figura 3. figura 3: espectros de excitação e emissão para solução do analito a 10-5 mol l-1 em tampão acetato ph 3,3, fendas de excitação e emissão fixas em 5 nm. com base nos resultados iniciais, o sistema foi ajustado com comprimentos de onda de excitação e emissão em 271 nm e 410 nm, respectivamente; fendas de 5 nm foram inicialmente convencionadas, sendo outra possibilidade do composto emitir luz é sofrendo uma inversão do spin, nesse caso ocorre à fosforescência. esse fenômeno não será abordado aqui, apenas deve ser ressaltado que ocorrendo a inversão do spin, (cruzamento intersistemas) a quantidade de moléculas disponíveis para emitir fluorescência vai diminuir, de forma que esse fenômeno irá atenuar a fluorescência. com base ao exposto, o presente trabalho tem por meta a apresentação de experimentos didáticos visando abordagens teórica e experimental sucintas, porém completas, do tema espectroscopia de fluorescência molecular, empregando amostras e reagentes de baixos custo e toxicidade, e fácil acesso, sem geração de resíduos que exijam tratamento especial. procedimentos experimentais preparo de soluções e amostras todas as soluções empregadas foram preparadas pela dissolução direta dos respectivos sólidos em água bi-destilada ou solução de hidróxido de sódio no momento do uso, não havendo, portanto, armazenamento por períodos que possivelmente comprometeriam sua aplicabilidade. solução de hidróxido de sódio (merk, alemanha) a 0,1 mol l-1 foi preparada visando a solubilização do analito (furosemida, pharmanostra, itália) e a extração do princípio ativo das amostras comerciais analisadas. tendo em vista o comportamento do analito em valores de ph abaixo de seu pka [20] uma soluçãotampão de acetato de sódio (acetato de sódio p.a. e ácido acético glacial, ambos da merk, alemanha) com ph 3,3 foi preparada e empregada como meio em todas as medidas instrumentais; em casos de mais elevada acidez, como em ph 2,0 [21; 22; 23] o sistema se torna ligeiramente mais sensível porém, caso as medidas não ocorram imediatamente após o preparo das soluções, a hidrólise ácida pode gerar degradação significativa do analito, elevando consideravelmente as possibilidades de erros. solução-estoque de furosemida a 2,5 x 10-3 mol l-1 foi preparada pela dissolução de massa adequada do analito em naoh 0,02 mol l-1, tal estoque mostrou-se estável por até uma semana quando armazenado ao abrigo da luz e sob refrigeração. amostras comerciais genéricas de furosemida® contendo nominalmente 40 mg do princípio ativo 35eclética química, 37, 30-37, 2012. possíveis efeitos de matriz bem como reduzir o uso de reagentes e amostras. neste caso, alíquotas constantes de 1,0 ml da amostra solubilizada (solução a) foram distribuídas em balões volumétricos, aos quais foram adicionadas alíquotas crescentes da solução-estoque padrão de furosemida, visando obter concentrações entre 2 e 4 μmol l-1, tais soluções foram empregadas para a construção da curva de adição e avaliação das amostras (figura 4). condições de excitação e detecção foram mantidas inalteradas, embora fendas de 10 nm tenham sido empregadas neste caso. resultados e discussões além da abordagem da fluorescência como ferramenta analítica, alguns aspectos da técnica de espectrofluorimetria podem ser abordados com o uso da furosemida. um deles é a regra de kasha, no qual foi observado que o pico de fluorescência é independente do comprimento de onda de excitação, apenas a sua intensidade vai alterar. isso pode ser observado na figura 5, na qual vários espectros de emissão foram registrados para diferentes comprimentos de onda de excitação; valores de máximo correspondem, justamente, a cada valor de excitação. figura 5: aplicação da regra de kasha para a furosemida. as figuras 3 e 6 apresentam espectros eletrônicos para a mesma solução de furosemida obtido pela técnica de espectrofotometria de absorção molecular na região do uv-vis; como esperado, os espectros são análogos ao de excitação (com três picos), enquanto o espectro de emissão possui apenas um. isso é uma observação do fenômeno de desativação do estado exposteriormente alteradas conforme necessidade da aplicação, para melhor definição dos sinais e maior sensibilidade. curvas analítica e adição de padrão diferentes soluções foram adequadamente preparadas a partir de sistemática diluição do estoque em solução tampão acetato ph 3,3, obtendo-se limites de detecção e quantificação de 1 e 3 μmol l-1, respectivamente. soluções de calibração entre 3 e 10 μmol l-1 em furosemida (região linear) foram preparadas da mesma forma sendo imediatamente submetidas à medidas após preparo . no caso da amostra, massas adequadas do pó obtido dos comprimidos (equivalentes a meio comprimido) foram transferidas para balão volumétrico de 500,00 ml, dissolvidas e extraídas com naoh 0,1 mol l-1 (25 ml), o volume foi ajustado com água bi-destilada (solução a), realizou-se uma nova diluição de 5,0 ml em 100,0 ml (ajustado com tampão acetato ph 3,3; solução b). foi feita a medida de fluorescência da solução b, os resultados foram interpolados à curva analítica obtida. no caso dos experimentos com curvas analíticas as fendas foram alteradas para 10 nm tanto para excitação quanto emissão, visando melhorias em perfis de sinal e sensibilidade. figura 4: curva de adição de padrão sobre amostra de furosemida teuto®, comprimentos de excitação e emissão respectivamente em 271 nm e 410 nm, fendas de excitação em emissão em 10 nm. uma segunda série de experimentos foi realizada visando avaliar a possibilidade do emprego de procedimentos de adição de padrão visando minimizar 200 250 300 350 400 450 500 550 0 30 60 in te ns id ad e (u .a .) comprimento de onda (nm) 229 nm 271 nm 330 nm 280 nm 237 nm 36eclética química, 37, 30-37, 2012. tação é importante observar a viabilidade de emprego dos três valores observados no espectro anteriormente apresentado porém, com base às possibilidades de interferência de demais moléculas orgânicas posssivelmente presentes em amostras mais compelxas, recomenda-se o uso de 271 nm como comprimento de onda de excitação. os resultados foram obtidos em quadruplicatas, tanto por curva de calibração quanto por adição-padrão, e são apresentados na tabela 1. testes estatísticos (tpareado) a um nível de confiança de 95% apontam para concordância entre os procedimentos realizados (tcalc. < ttab.; 0,58 < 2,78) e entre cada procedimento individual e a referência do rótulo, permitindo a escolha do mais adequado em função das necessidades. tabela 1: conclusões o uso de fármacos e medicamentos como amostras para aulas experimentais exerce grande apelo que, somado às possibilidades de exploração de conceitos tanto teóricos quanto práticos, representa uma poderosa alternativa às aulas tediosas envolvendo sondas e padrões há muito conhecidos e discutidos e sem muita aplicação na rotina profissional. no presente caso foi empregada uma molécula orgânica bioativa, a furosemida, portadora de importantes grupos funcionais e, portanto, propriedades físico-químicas e biológicas, sendo tal analito extraído da amostra comercial (comprimidos) pelo uso de simples solução de hidróxido de sódio. o custo previsto para o experimento é baixo, e a obtenção, tanto do padrão quanto das amostras, é simples. o experimento proposto tem duração relativamente curta e permite a abordagem de diferentes conceitos de forma direta e simples, sem comprometimento da qualidade da aprendizagem. conceitos indiretamente relacionados, como estatística e normas regulatórias para produtos farmacêuticos, podem, ainda, ser explorados, tornando ainda mais eclética e realista a execução da aula nos cursos de farmácia e química. citado por cruzamento intersistemas, e consequente reemissão a partir do 1º estado fundamental. como os dois primeiros picos são de maiores energias, são eles os responsáveis para transições para níveis superiores (3º e 2º, respectivamente), enquanto o 3º pico de excitação é o responsável pela excitação ao 1º nível eletrônico excitado, não é coincidência, portanto, que o formato do pico de emissão seja a imagem especular desse pico, o que baseado pelo princípio de franck-condon, representa que não houve alteração estrutural na molécula do 1º nível excitado para o estado fundamental. também se torna interessante explorar a influência do ph na intensidade dos sinais analíticos obtidos. considerando os valores já descritos de pka´s para o analito em estudo pode-se definir as distribuições de espécies em função da acidez do meio (figura 6) de modo que, em valores de ph entre 0 e 2,0, é possível observar a co-existência das formas a e b, sendo a última (b) vulnerável à hidrólise ácida gerando saluamina e álcool furfurílico, conforme descrito por cruz et al [24] e beyers et al [25]. figura 6: possíveis formas da furosemida em função do ph. tal hidrólise pode ser relacionada a diferentes eventos, sendo bem descrita por cruz et al [24] e beyers et al [25] , um dos principais é o enfraquecimento da ligação c-n por efeitos indutivos (-i) e de deslocamento, como descrito por beyers et al [25]. em ph 3,3 é calculada uma distribuição de 89,91% e 10,09% para as formas a e c, respectivamente; sob tais condições é possível presumir a existência de uma interação de hidrogênio intramolecular entre o grupo carboxilato e a amina secundária ocasionando uma possível contribuição de tal interação à formação e estabilização da molécula, aumentando sua rigidez e, consequentemente, sua emissão de fluorescência. com relação ao comprimento de onda de exci37eclética química, 37, 30-37, 2012. c. m. a. brett, electroanalysis 20 (2008) 2287. [21] d. r. el-wasseef, d. t. el-sherbiny, m. a. abuel-enein, s. m. el-ashry, j. fluoresc. 19 (2009) 817. [22] f. s. semaan, p. a. nogueira, e. t. g. cavalheiro, anal lett. 41 (2008) 66.[23] a. buitrago, avances en química 5 (2010) 15.[24] j. e. cruz, d. d. maness, g. j. yakatan, int. j. pharm. 2 (1979) 275.[25] h. beyers, s. f. malan, j. g. van der watt, m. m. de villiers, drug dev. ind. phar. 26 (2000) 1077. agradecimentos sinceros agradecimentos à faperj (processos e-26/110.092/2010 e e-26/110.097/2010, nossos auxílios inst), à proppi-uff. referência bibliográfica [1] a. yoshiko, anal sci. 17 (2001) 571. [2] j. c. s. afonso, r. m. silva, quim. nova. 27 (6) (2004) 1021. [3] n. baccan, química analítica quantitativa elementar. edgard blucher ltda, são paulo, 3rd edn, 2001. [4] b. welz, m. sperling, atomic absorption spectrometry, . wiley-vch: weinheim, 3rd edn, 1999. [5] merck. the merck index: an encyclopedia of chemicals, drugs and biologicals. ed. whitehouse station, 14th edn 2001. 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[20] f. s. semaan, e. m. pinto, e. t. g. cavalheiro, eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 179 artigo/article a simple spectrophotometric method for the determination of captopril in pharmaceutical preparations using ammonium molybdate p. r. s. ribeiro1*, l. pezza2, h. r. pezza2 1. centro de ciências sociais, saúde e tecnologia – ufma, cep 65900-000, imperatriz, ma, brazil. 2. instituto de química – unesp, p.o. box 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brazil. *corresponding author. e-mail: pauloufma@ufma.br. fax: +55-99-3524-6200 abstract: a simple, rapid and sensitive spectrophotometric method for the determination of captopril (cpt) in pharmaceutical formulations is proposed. this method is based on the reduction reaction of ammonium molybdate, in the presence of sulphuric acid, for the group thiol of cpt, producing a green compound (λmax 407 nm). beer’s law is obeyed in a concentration range of 4.60 x 10-4 – 1.84 x 10-3 mol l-1 of cpt with an excellent correlation coefficient (r = 0.9995). the limit of detection and limit of quantification were 7.31 x 10-6 e 2.43 x 10-5 mol l-1 of cpt, respectively. the proposed method was successfully applied to the determination of cpt in commercial brands of pharmaceuticals. no interferences were observed from the common excipients in the formulations. the results obtained by the proposed method were favorably compared with those given by the official reported method at 95 % confidence level. keywords: captopril, spectrophotometric determination, ammonium molybdate. introduction captopril, 1 [(2s)3 mercapto -2 -methylpropionyl]-l-proline (figure 1), (cpt) is an angiotensin-converting enzyme inhibitor, which reduces peripheral resistance end lowers blood pressure. it is extensively used for the treatment of hypertension [1] and congestive failure [2]. n coohco hs ch3 fi�ure �� chemical structure of captopril. in order to assure the quality of cpt containing pharmaceutical formulations, several methods have been developed for its determination, including batch fl uorimetry [3], chemiluminescence [4 – 7], aas [8, 9], high-performance liquid chromatography (hplc) [10 – 17], gc [18], differential pulse polarography [19], amperometry [20 – 22], volumetric titration [23], potentiometric titration [24 – 28], capillary electrophoecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010180 ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010 181 artigo article artigo article resis [29], conductometry [30], coulometry [31], voltammetry [32] and potentiometry [33]. however, batch methods are generally time-consuming and laborious. in addition, chromatographic methods are slow and require expensive and complicated instrumentation, features that make them unattractive to routine analysis. titrimetric method has suffered from a lack of specifi city and sensitivity, under certain circumstances, such as the presence of unsaturated organic compounds. obviously, because of its low operating costs, simple equipment, as well as the widespread use of common laboratory, spectrophotometry has been an important analytical method to the chemical workers of analysis. it is very signifi cant to fi nd a rapid, accurate and simple method to determine captopril in the researches of the clinical medicine. thus, spectrophotometric methods have also been described for the determination of cpt in the pure form and in pharmaceutical formulations [27, 34 – 42]. a uv spectrophotometric procedure has been used for the determination of cpt in bulk drug and tablets in the presence of iodine, where the indirect quantization of the product was carried at 351 nm [34] this method present low selectivity, as all unsaturated compounds display one or more bands in that region of the spectrum. the cpt has been determined in the area of the visible after the reaction with iodine [34], ferric chloride in presence of 2,2’– bipirydil [34] and potassium ferricyanide [35], pd(ii) [27, 36, 37], co(ii) in presence of 2,2’-dipyridil-2-pyridylhydrazone [38], n–(1–naphtyl) ethylenediamine in acid media (nitrous acid) [39], folin-ciocalteu reagent [40, 41] and molybdophosphoric acid [42]. this last procedure can only be used for the determination of cpt in pure forms, because the presence of the most common excipients in pharmaceutical formulations (glucose, fructose, lactose, sucrose, starch) they interfere seriously in this method. such interferences, no studied by the authors, they were confi rmed starting from preliminary tests accomplished at our research laboratory. however, no spectrophotometric method for determination of cpt based on the reduction reaction of ammonium molybdate has been reported. salts of molybdenum (vi) have been used as oxidizing agents in the spectrophotometric determinations of a number of substances of pharmaceutical interest. tetracyclines have been assayed by using sodium molybdate [43, 44]. molybdophosphoric acid has been applied in the determination of cephalosporins [45, 46], levodopa, carbidopa, α-methyldopa, isoniazid and acetaminophen [47]. the same reagent has also been applied successfully for the determination of phenothiazines [48, 49]. in this work, we report a novel, simple, rapid, cost-effective, precise, sensitive and accurate spectrophotometric method that is ideal for routine analysis of cpt in pharmaceuticals. additionally, the proposed technique was ascribed to the fact that they are easily and widely used in laboratory analysis in addition to being economical in terms of their implementation and maintenance. the proposed method is based on reaction of reduction of ammonium molybdate for the group thiol of cpt in acid media. the measurement of absorbance is made spectrophotometrically at 407 nm. the results agreed fairly well with those obtained by the usp standard procedure [23] at 95% confi dence level. in this method, the cpt has been determined by volumetric titration, where the oxidation of the thiol group through iodometric titration. experimental apparatus a hp 8453 spectrophotometer with 1 cm matched silica cells was used for all absorbance measurements. volume measurements were made with plunger-operated pipetters (25–250 μl and 100–1000 μl) and metrohm model 665 automatic burettes. all experiments were performed in a thermostated room (25±1) °c. reagents and solutions for the preparation of the solutions and samples, deionised water (conductivity > 1μs cm– 1) or chloroform and grade a glassware were used throughout. analytical-reagent or pharmaceutical grade chemicals were used. captopril (standard substance) was purchased from purifarma, brazil (purity > 99.9%). its characteristic was consistent with the usp [23]. a 4.60 x 10-2 mol l-1 (1000 mg l-1) captopril stock was prepared daily by dissolving 50.0 mg of the drug in 5.0 ml of chloroform. working standard solutions were obtained by appropriate dilution of this stock solution with the same solvent. the sulphuric acid (mallinckrodt, xalostoc, mexico) solution 8.73 mol l-1 was prepared in the usual way, from the concentrated acid (96%). the ammonium molybdate [(nh4)6.mo7. o24.4h2o] (mallinckrodt, xalostoc, mexico) aqueous solution 2% (m v-1) was prepared daily. recommended procedure procedure for the calibration curve transfer 300 μl of captopril working standard solutions (comprising 4.60 x 10-4 – 1.84 x 10-3 mol l-1 of the drug) into each series of 5.0 ml graduated fl asks. add to each graduated fl ask 3.00 ml 8.73 mol l-1 h2so4 followed by 1.000 ml 2% ammonium molybdate (under stirring). the graduated fl ask are loosely stoppered to room temperature (25±1 °c) for 30 min. after the time, the contents were diluted to the mark with deionised water and mixed well. the blank solution is prepared in a similar way, but omitting captopril. immediately, the absorbance each fl ask was measured at 407 nm, against corresponding reagent blank. calibration graphs prepares by plotting absorbance against drug concentration. these graphs or the corresponding linear least squares equations are used to convert absorbance into captopril concentration, for any analyzed sample. procedure for the assay of cpt in pharmaceutical samples for the determination of cpt in pharmaceutical samples, sixteen tablets were weighed to calculate the average tablet weight. they were fi nely powdered and homogenized. equivalent to about 41.7 mg of captopril of the powder was accurately weighed and transferred into a 10.0 ml standard fl ask dissolved with approximately 7.0 ml of chloroform and, by sonicating for 20 min in an ultrasonic bath, and the volume completed with the same solvent. aliquots of 300 μl of supernatant liquid of this resulting mixture were analyzed according to the recommended procedure. results and discussion captopril, as all thiols was expected to undergo to some extent oxidative degradation such as the formation of disulphide [50] and this suggests the investigation of an analytical procedure based on the reactivity of the thiol group, with regard to obtaining a stability indicating assay method. it has long been know that a colour solution is obtained by reduction of an acidifi ed solution of mo (vi). the substances responsible for this colour are compounds in which the mean oxidation state of mo is between 4+, 5+ and 6+. these compounds contain both oxides and hydroxides appear to be an entire series of “genotypic” compounds (i.e. having the same basic structure but differing in the charges on cations and anions) with moo(oh)2 (green colour) as one limit and moo3 as the other. so, the tone of the colour of a reduced solution of mo (vi) changes as a function of the variation of the concentration of each absorbent particle, which derived from the reduction of the mo (vi), the concentration and of the reducing strength of the used reducing agent. the captopril has been used as reducing agent due to reactivity of the thiol group of this compound. the method involves the reaction of cpt with molybdate ions, in acidic media, to produce green product. the absorption spectrum of the reaction product (figure 2) shows that the best analytical wavelength is located at 407 nm. ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010182 ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010 183 artigo article artigo article 400 500 600 700 800 0.2 0.4 0.6 0.8 ab so rb an ce wavelength (nm) figure 2. absorption spectrum of the reaction product. captopril fi nal concentration = 1.61 x 10-3 mol l-1; optical path = 1 cm. measurements taken at 25 °c against the reagent blank after stoppered to room temperature for 30 min, as described in the recommended procedure. the figure 3 show that a stoppered to room temperature (25±1 °c) time of 30 min is required for full colour development and the resulting chromogen is stable for at least 1 day at room temperature. thus, below this time (30 min) the colour intensity and the sensitivity of method diminished. 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 0 . 4 0 0 . 4 5 0 . 5 0 0 . 5 5 0 . 6 0 a b s o rb a n c e ( 4 0 7 n m ) t e m p o ( m i n ) figure 3. effect of stoppered to room temperature (25±1 °c) time on the reaction. a captopril concentration: 1.38 x 10-3 mol l-1. b measurements taken at 407 nm against the reagent blank for reactants after stoppered to room temperature (25±1 °c) time (as described in the recommended procedure). c the absorbance remains unchanged standing for 1 day at 25 °c. optimization of different experimental parameters and stability the optimum conditions were established based on the development of maximum colour intensity and stability on variation of parameters affecting captopril oxidation and the coupled colour reaction with ammonium molybdate. using different concentrations of h2so4, it was found that maximum colour intensity and stability were obtained by developing the reactions in 8.73 mol l-1 h2so4, as described in the recommended procedure. at higher concentrations of h2so4, the absorbance was found to decrease, whereas, below of this concentration the colour became unstable and the colour intensity diminished. other acids were also studied for production of colour and it was found that no colour reaction was produced with acids like acetic acid, phosphoric acid and nitric acid, whereas, with hydrochloric acid a very light yellow colour was obtained which was unstable. ammonium molybdate was used as a colour producing reagent. the adopted ammonium molybdate concentration (2%) was found to be suffi cient for providing maximum and repeatable colour intensity, when the concentration of this reagent was above or below of this concentration the absorbance was found to decrease. the order of addition of the reactants recommended in the general procedure produced quantitative results. any other order was found to produce deviant results and the colour intensity diminished. analytical curves and sensitivity the analytical curve (figure 4) was obtained by the method of least squares from eleven points, each of which was the average of three determinations. the beer’s law is obeyed within 4.60 x 10-4 – 1.84 x 10-3 mol l-1 of cpt, in the fi nal solution, with an excellent correlation coeffi cient (r = 0.9998; slope = 471.72 ± 1.18 l mol-1 cm-1 and intercept = -0.0162 ± 0.0003). the limit of detection (3.sdblank/slope of curve) and limit of quantifi cation (10.sdblank/slope of curve) were 7.31 x 10-6 e 2.43 x 10-5 mol l-1 of cpt, respectively [50]. ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010184 ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010 185 artigo article artigo article 4.0x10-4 6.0x10-4 8.0x10-4 1.0x10-3 1.2x10-3 1.4x10-3 1.6x10-3 1.8x10-3 2.0x10-3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 linear regression: y = a + b . x parameter valor ---------------------------------a -0.0162 b 471.7267 r 0.9998 ---------------------------------ab so rb an ce (4 07 n m ) concentration of cpt (mol l-1) figure 4. analytical curve for determination of captopril. table 1. determination of cpt in commercial pharmaceutical preparations sample label value a proposed method offi cial method [23] found b r.s.d (%) c t-value (2.45) d f-value (9.28) d found b rsd (%) c a 25.0 26.2±0.8 3.0 0.40 2.56 26.0±0.5 1.9 b 25.0 26.3±0.6 2.3 0.92 4.00 26.2±0.3 1.1 c 25.0 26.5±0.6 2.2 0.56 2.25 26.3±0.4 1.5 d 25.0 25.6±0.3 1.2 0.61 9.00 25.6±0.1 0.4 e 25.0 25.0±0.5 2.0 1.37 6.25 26.6±0.2 0.8 f 12.5 12.6±0.2 1.6 1.18 4.00 12.8±.0.1 0.8 a label to content for tablets: mg unit –1. b average value ± standard deviation (sd) of four determinations. c relative standard deviation (rsd) of four determinations. d the fi gures between parentheses are the theoretical values of t and f at p = 0.05 effected of interferents to assess the use fullness of the proposed method, the effect of the common components (additives, adjuvants and excipients) witch often accompany captopril in tablet dosage formulations (lactose, microcrystalline cellulose, croscarmellose sodium, starch and magnesium stearate) were investigated using the developed method. the ratios of the concentrations of cpt to those excipient substances were fi xed at 1.0 and 10.0. no interferences were observed in the presence of the substances tested. analytical applications, recovery and repeatability studies in order to assess the utility of the presently developed method it was applied to the estimation of captopril in several pharmaceutical forms. the samples were prepared using the developed method. then, the proposed method was successfully applied for cpt determination in six tablet formulations. the results, presented in table 1, compare favorably with the offi cial method of the united states pharmacopoeia [23] at 95% confi dence level. the results were subjected to a paired comparison test [52], the data of t and f ratios show no signifi cant differences between the results of the proposed and the offi cial methods, indicating very good accuracy and precision. for further confi rmation, the standard addition method was applied to test the reliability and recovery of the proposed method. the recovery studies were carried out after adding known quantities (100.0, 125.0 and 150.0 mg l-1) of the standard substance (pure drug) to the six preanalyzed formulations. the results presented in table 2 show that the percentage average recoveries were found to be close to 100.0% of cpt from six commercial pharmaceutical preparations samples; the relative standard deviation (rsd) were within 0.1 – 1.0. these results point out the accuracy and precision of the method and the absence of signifi cant matrix effects on spectrophotometric measurements. ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010186 ecl. quím., são paulo, 35 3: 179 188, 2010 187 artigo article artigo article table 2. recovery data for captopril spiked to pharmaceuticals sample added (mg l –1) found (mg l –1) recovery (%) a a 100.0 125.0 150.0 99.9 127.3 151.8 99.9 101.8 101.2 μ a = 100.9 ± 1.0 b 100.0 125.0 150.0 101.1 126.0 151.4 101.1 100.8 100.9 μ a = 100.9 ± 0.2 c 100.0 125.0 150.0 100.1 125.2 150.4 100.1 100.2 100.3 μ a = 100.2 ± 0.1 d 100.0 125.0 150.0 100.9 125.9 149.3 100.9 100.7 99.5 μ a = 100.4± 0.8 e 100.0 125.0 150.0 100.2 126.3 148.9 100.2 101.0 99.3 μ a = 100.2 ± 0.8 f 100.0 125.0 150.0 100.0 125.1 151.0 100.0 100.1 100.7 μ a = 100.3 ± 0.4 a average ± standard deviation (sd) of three determinations. require the removal of usual excipients since they were found not to interfere with the determination of captopril. acknowledgements we would like to thank fundunesp, capes and fapesp foundations (brazil) for fi nancial support. resumo: um método simples, rápido e sensível para a determinação espectrofotométrica de captopril (cpt) em formulações farmacêuticas é proposto. este método é baseado na reação de redução do molibdato de amônio, na presença de ácido sulfúrico, pelo grupo tiol do cpt, produzindo um composto verde (λmax 407 nm). a lei de beer é obedecida na faixa de concentração de 4,60 x 10-4 a 1,84 x 10-3 mol l-1 de cpt com um excelente coeficiente de correlação (r = 0,9995). o limite de detecção e o limite de quantificação foram de 7,31 x 10-6 e 2,43 x 10-5 mol l-1 de cpt, respectivamente. o método proposto foi aplicado com sucesso na determinação da cpt em amostras comerciais de produtos farmacêuticos. não foram observadas interferências dos excipientes comumente encontrados nas formulações farmacêuticas. os resultados obtidos pelo método proposto foram comparados favoravelmente com aqueles obtidos pelo método oficial relatado em um nível de 95% de confiança. palavras-chave: captopril, determinação espectrofotométrica, molibdato de amônio. to examine the repeatability of the procedure, replicate (n = 10) determinations were made on the same solution containing equivalent to 1.38 x 10-3 mol l-1 of cpt (300 mg l-1). the relative standard deviation (rsd) at this concentration level was 1.2. this is good evidence of repeatability of the proposed method. conclusion the proposed method results a simple, sensitive, inexpensive, precise and accurate analytical technique to determine captopril in commercial pharmaceutical preparations with satisfactory recoveries. statistical comparison for the results of the proposed method with the offi cial reported method indicates that there is no signifi cant difference, at 95% confi dence level, with regard to accuracy and precision. additionally, it fulfi lls all the main demands of routine analysis as it is robust, has low instrumentation and operational cost in comparison to chromatographic methods and it doesn’t request pretreatment of the sample. when applied to the assay of various tablet dosage forms, its advantage is in that it does not references [1] k. fiorey, analytical profiles of drugs substances, vol. 11, academic press, new york, 1982, p. 81. 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pesticida [2], óleo, cromatografi a, extração [3]. introdução óleos vegetais composição e propriedade dos óleos vegetais os óleos vegetais representam uma das três maiores categorias de produtos alimentícios, além das proteínas e carboidratos. como alimento energético o óleo fornece cerca de 9,5 kcal/g, quando metabolizado no organismo humano. ao passo que os carboidratos e proteínas apenas 4,0 kcal/g. além do valor energético são nutrientes essenciais á dieta humana. consistem predominantemente de triglicerídeos os quais são ésteres do glicerol e uma classe particular de ácidos graxos. os radicais de ácidos graxos sendo de alto peso molecular perfazem a maior parte da molécula do triglicerídeo constituindo a parte mais reativa [4]. agrotóxicos a obtenção do registro para uso de agrotóxicos no brasil é de competência do ministério da agricultura e da reforma agrária (mara) sendo formada por três relatórios. um relatório de efi ciência agronômica que a empresa registrante submete ao mara. um relatório toxicológico repassado ao ministério da saúde (ms) para análise e publicação da respectiva monografi a contendo os limites máximos de resíduos (lmr) ou, as tolerâncias e períodos de carência para as quais aquele pesticida está sendo registrado e um relatório de periculosidade ambiental que é encaminhado à secretaria nacional do meio ambiente (senam), onde serão avaliados os dados relativos aos aspectos ecológicos das substâncias em ecl. quím., são paulo, 35 3: 189 193, 2010 modelo-af introdução os cálculos urinários vêm afligindo o ser humano desde a antiguidade, sendo que os primeiros registros acusam a presença de cálculos renais em múmias egípcias datadas de 4.800 a.c [01]. atinge cerca de 3 a 5% da população, ocorrendo principalmente em adultos com idade entre 30 e 50 anos de vida e com incidência três vezes maior no sexo masculino [02]. a composição química, a estrutura e o arranjo interno dos cálculos urinários são fundamentais para o entendimento dos mecanismos de sua formação e crescimento, permitindo uma correlação entre o quadro clínico e os hábitos de um paciente com a composição do cálculo a ser formado. os mecanismos envolvidos na formação dos cálculos urinários são múltiplos e, para que isso ocorra, é necessária a participação de vários destes mecanismos. esta precipitação de cristais é resultante da supersaturação urinária influenciada pela eliminação de solutos excretados pelos rins, pelo ph e pelo volume urinário. quando existe a supersaturação ocorre a nucleação e são formados os cristais. este núcleo formado servirá de superfície para depósitos de novos cristais levando ao crescimento do cálculo. nancollas [3] e robertson [4] relataram vários fatores fisico-químicos envolvidos na cinética do crescimento dos cristais e a formação de cálculos renais. em decorrência destes mecanismos formadores e inibidores da cristalização/formação de cálculos, os pacientes formarão cálculos compostos por variadas espécies, sendo rara a formação de cálculos puros, porém sendo freqüente a predominância de um determinado elemento constituinte do cálculo urinário. borden e lyon [05] estudaram a influência do ph e da presença de magnésio na formação de cálculos de oxalato de cálcio. eliiot [06] procurou correlacionar os aspectos clínicos e químicos na formação de cálculos de oxalatos de cálcio. ansari e colaboradores [07] estudaram cerca de 1050 amostras de cálculo renal através da difração de raios x. a decomposi51ecl. quím., são paulo, 34(1): 51-56, 2009 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 34, número 1, 2009 caracterização de cálculos renais por análise térmica c. h. d. branco1, a. l. silva 2, *j. m. luiz2, l. p. mercuri3 j. r. matos4 1hospital escola da faculdade de medicina de valença rj 2faculdade de engenharia de guaratinguetá feg/unesp , 3cetec-universidade cruzeiro do sul-unicsul, 4depto. de química fundamental–iq/usp, * jmluiz@feg.unesp.br resumo: dez amostras de cálculos renais foram estudadas por análise elementar de chn (ea), espectroscopia de absorção no infravermelho (iv) e difração de raios x pelo método de pó (xrd). o comportamento térmico das amostras foi estudado por termogravimetria/termogravimetria derivada (tg/dtg) e por calorimetria exploratória diferencial (dsc). os resultados de ea, espectroscopia de absorção iv e xrd mostraram a presença de estruvita [nh 4mg(po4).6h2o], apatita, oxalato de cálcio monohidratado e oxalato de cálcio dihidratado. as curvas tg e dsc permitiram classificar as amostras em dois grupos diferentes: grupo i mostrando comportamento térmico típico de estruvita e grupo ii apresentando um perfil termoanalítico característico de mistura de oxalatos. palavras chaves: pedras de rins; cálculo urinário; estruvita; análise térmica. eq08-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 51 ção térmica de estruvita, um mineral encontrado em tratos urinários e cálculos renais foi estudada por frost [08]. cerca de 200 cálculos renais foram estudados através termogravimetria e por espectroscopia vibracional na região do infravermelho por afzal e colaboradores [09]. objetivos este trabalho tem como objetivo analisar as características de cálculos urinários através de técnicas analíticas e físico-químicas, visando à facilitação de estratégias, durante o ato cirúrgico, para melhor fragmentação do cálculo em função de sua constituição. materiais e métodos dez amostras de cálculos renais provenientes de pacientes da faculdade de medicina de valença (rj) foram caracterizadas através da análise elementar (ae) de chn, por espec troscopia de absorção na região do iv (ftir) e por difratometria de raios x (xrd). os resultados de análise elementar e espectroscopia vibracional na 52 ecl. quím., são paulo, 34(1): 51-56, 2009 região do infravermelho foram obtidos na central analítica do instituto de química da universidade de são paulo (usp-sp). os resultados de difração de raios x pelo método de pó foram obtidos no departamento de mineralogia e geotectônia, do instituto de geociências da universidade de são paulo (usp, sp). na caracterização termoanalítica foram usadas as técnicas tg/dtg e dsc utilizando, respectivamente, uma termobalança tga-50 e uma célula dsc-50 da shimadzu do laboratório de análise térmica “prof. ivo giolitos” do departamento de química fundamental do instituto de química da universidade de são paulo (uspsp), sob as seguintes condições: atmosfera dinâmica de ar sintético, razão de aquecimento de 10°c/min, cadinhos de pt (para tg/dtg) e de al (para dsc) e massa de amostra entre 2 e 5 mg. resultados e discussão os resultados de ae, espectroscopia iv e difração de raios x permitiram classificar as amostras em dois grupos distintos: grupo i) %c entre 2,5 e 3,7% e %n duas a cinco vezes maior do que nas amostras do grupo ii; modos vibracionais característicos de fosfatos, indicando a presença de eq08-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 52 estruvita nas amostras. grupo ii: %c entre 13 e 18%, modos vibracionais característicos de oxalato de cálcio mono hidratado, o que foi confirmado por xrd. os resultados são apresentados na tabela 1. os resultados de espectroscopia vibra cional na região do infravermelho são mostrados nas figuras 1 e 2. segundo afzal [09] a distinção entre as duas formas hidratadas do oxalato de cálcio pode ser acompanhada identificando a presença ou ausência de um pico adicional em 960 cm-1. a forma mono hidratada exibe dois picos de baixa intensidade em 952 e 880 cm-1, enquanto que a forma dihidratada, em lugar desses picos, mostra uma única absorção em 915 cm-1. alem disso a forma mono hidratada mostra absorções em 660 e por volta de 515 cm-1, enquanto que a primeira absorção está ausente no dihidratado e em seu lugar aparece uma banda de absorção por volta de 600 cm-1. a banda de absorção por volta de 1639 cm-1 no dihidrato é larga e relativamente intensa. ainda no caso dos dihidratos, a absorção em 780 cm-1 é larga e menos intensa do que nos monohidratos. com relação à estruvita é relatado que os espectros na região do infravermelho apresentam uma banda de absorção forte e larga entre 3300-3030 cm-1 e um ombro em 2304 cm-1 atribuída a modos vibracionais na ligação n-h. uma absorção muito forte e larga entre 1100-1000 cm-1 é característica do íon fosfato. na região de 1437 cm-1 deve-se observar uma forte absorção devido à deformação do nh4 +, alem de outras absorções em 1653, 1398, 881 e 760 cm-1. conforme pode ser observado nas figuras 1 e 53ecl. quím., são paulo, 34(1): 51-56, 2009 figura 1. espectros de absorção na região do infravermelho de amostra do grupo i. figura 2. espectros de absorção na região do infravermelho de amostra do grupo ii. 2, os resultados aqui apresentados são compatíveis com as atribuições de afzal [09]. os difratogramas de raios x mostraram que algumas amostras apresentaram uma mistura de componentes, tais como apatita [ca9(po4)6 . cax2] e estruvita [nh4mg(po4).6h2o]. os resultados de xrd com a indicação do tipo dos cristais foram atribuídos conforme a comparação com a biblioteca pdf-ii ed. icdd2001 e são apresentados na tabela 1. através das curvas tg e dsc nas figuras 3 a 6, das amostras analisadas, algumas considerações podem ser feitas em relação ao comportamento térmico e os resultados são apresentados na tabela 2. as curvas tg na figura 6 e dsc na figura 4 das amostras 4, 5, 6, 7, 8 e 10 apresentam o mesmo padrão de comportamento térmico, atribuído a uma matriz de oxalato de cálcio. pequenas variações são observadas com relação à posição dos eventos térmicos e também em relação à percentagem de massa perdida em cada uma das etapas. entre 25oc e aproximadamente 230oc observa-se uma perda de massa que varia entre 7% e 14% que pode ser atribuída a saída de moléculas de água. tal evento é acusado pelas curvas dsc com um pico endotérmico próximo a 170 oc. entre 225oc e aproximadamente 500oc observa-se uma perda de massa, que pode variar nas amostras, entre 10% e 23% sendo atribuída a decomposição térmica do oxalato de cálcio anidro até a formação do respectivo intermediário estável carbonato de cálcio. nessa etapa, segundo afzal [09], pode ocorrer a queima de matéria eq08-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 53 54 ecl. quím., são paulo, 34(1): 51-56, 2009 orgânica oriunda de tecidos e secreções do urotélio, que geralmente ficam impregnadas na matriz inorgânica. a queima desse material daria origem a um pico exotérmico, conforme pode ser observado nas curvas dsc na região de 450oc. a última etapa de decomposição térmica envolve a liberação de co2 a partir do carbonato de cálcio levando à formação do respectivo óxido. observa-se ainda que o intermediário carbonato de cálcio permanece estável por uma faixa de temperatura da ordem de 80oc. as curvas tg e dsc mostram que as amostras 1, 2, 3 e 9, figuras 5 e 3, respectivamente, formam outro grupo diferente do anterior. em função dos resultados de análise elementar percebe-se que tais amostras apresentam um teor de nitrogênio maior do que as demais. tal fato sugere que estas amostras apresentem uma matriz de estruvita (fosfato duplo de amônio e magnésio hexahidratado). além disso, os modos vibracionais apresentados nos espectros de absorção na região do infravermelho, dessas amostras, reforçam essa idéia. do mesmo modo, as citações feitas por afzal [09] em relação ao aspecto das curvas tg são coincidentes com o comportamento térmico apresentado por essas amostras. entre 25oc e 210oc observa-se um perda de massa que pode chegar à 28% e é caracterizada por um pico dsc endotérmico bastante intenso próximo à 100oc. este pico pode ser atribuído a perdas de moléculas de água. outro evento térmico importante ocorre de forma lenta e gradual até próximo a 890oc onde há a formação de um resíduo com perda de massa por volta de 10,6%. os resultados obtidos através das técnicas termoanalíticas reforçam a observação feita através da análise elementar e da espectroscopia de absorção na região do infravermelho de que tais amostras podem ser classificadas em dois grupos distintos, com uma predominância de cálculos com uma matriz de oxalato de cálcio. figura 3. curvas dsc das amostras do grupo i. figura 4. curvas dsc de amostras do grupo ii. figura 5. curvas tg das amostras do grupo i. figura 6. curvas tg das amostras do grupo ii eq08-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 54 conclusões apesar do reduzido número de amostras o presente trabalho possibilitou a abordagem de técnicas pouco utilizadas no meio clínico para a identificação dos cálculos urinários, apontando para a necessidade de uma melhor adequação dos laudos laboratoriais. as técnicas utilizadas mos55ecl. quím., são paulo, 34(1): 51-56, 2009 eq08-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 55 traram-se eficiente, com resultados concordantes entre si, permitindo uma boa caracterização para este tipo de material podendo, futuramente, viabilizar uma correlação entre os diferentes tipos de cálculos renais e os dados clínicos do paciente. as amostras foram classificadas em dois grupos, com predominância de oxalato de cálcio. cerca 40% das amostras apresentaram apatita em sua constituição. este fato é surpreendente, pois a literatura indica que essa porcentagem geralmente está por volta de 5%. as curvas tg/dtg e dsc confirmam a classificação das amostras em dois grupos distintos. as amostras do grupo i apresentam um comportamento térmico típico da estruvita, com perdas de massa entre 25 e 890oc, de forma contínua sem formação de um intermediário estável. um pico dsc, característico de desidratação, é observado próximo a 100oc. as amostras do grupo ii apresentam um perfil termoanalítico típico de oxalato de cálcio hidratado. entre 25 e 230oc são observadas perdas de massa, atribuída o processo de desidratação, evidenciadas por picos endotérmico nas curvas dsc. entre 225 e 500oc tem início o processos de decomposição térmica de oxalato de cálcio anidro e formação de carbonato de cálcio. nessa etapa ocorre a queima de matéria orgânica de tecidos e secreções do urotélio, impregnada em matriz inorgânica, originando um pico dsc exotérmico, em torno de 450oc. a etapa final de decomposição térmica envolve o liberação de co2 a partir do caco3 e formação do respectivo óxido. agradecimentos os autores agradecem a matheus m. costa pela obtenção das curvas tg e dsc, flávio m.s. carvalho pela obtenção dos difratogramas de raios-x, a fapesp, capes e cnpq.) recebido 03 novembro 2008 aceito 08 dezembro 2008 56 ecl. quím., são paulo, 34(1): 51-56, 2009 c. h. d. branco, a. l. silva, j. m. luiz, l. p. mercuri, j. r. matos. characterization of kidney stone by thermal analysis. abstract: ten samples of kidney stone had been studied through elemental analysis of chn (ea), infrared absorption spectroscopy and x-ray powder diffraction (xrd). the thermal behavior of the samples is studied by thermogravimetry/derivative thermogravimetry (tg/dtg) and differential scanning calorimetry (dsc). the results of ae, iv absorption spectroscopy and xrd showed the presence of struvite (nh4mg [po4].6h2o), apatite, monohydrated calcium oxalate and dihydrated calcium oxalate. the tg and dsc curves allowed to classify the samples in two different groups: group i show typical thermal behavior of struvite and group ii present a profile thermal analytical characteristic of a mixture of calcium oxalate. keywords: kidney stone; urinary calculi; struvite; thermal analysis. bibliografia [01] p. c. walsh, et al. campbell´s urology, 8th ed., philadelphia: saunders, (2002). v. 4, cap.12, p. 3227-3452. 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[9] m. afzal, m. iqbal, h. ahmad. j. thermal. anal., v.38, 1671 (1992).figura 3. curvas dsc das amostras do grupo i. eq08-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 56 www.scielo.br/eq volume 34, número 2, 2009 15 synthesis, characterization and thermal behaviour on solid pyruvates of some bivalent metal ions. a. b. siqueira1, c. t. de carvalho1, e. y. ionashiro2, m. ionashiro1*. 1instituto de química, unesp, cp 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brazil. 2 instituto de química, ufg, campus ii, cep74001-979, goiânia, go, brazil. *corresponding author abstract: solid state m-l compounds, were m stands for bivalent mn, fe, co, ni, cu, zn and l is pyruvate, have been synthesized. thermogravimetry and derivative thermogravimetry (tg/ dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, elemental analysis, and complexometry were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. the results led to information about the composition, dehydration, ligand denticity, and thermal decomposition of the isolated compounds. keywords: bivalent metals, pyruvate, characterization, thermal behaviour. introduction investigations on pyruvic acid (hpy), as well as compounds derivatives of hpy, have been carried out in biological science researches. however little works on salts of pyruvic acid (h3cco-cooh) have been described in the literature. in aqueous solutions the formation of some metal ions complexes with pyruvic acid in ratio of metal: ligand 1:1 and 1:2 have been established by the spectroscopic method [1-3]; the stability constants and thermodynamic functions of complexes formation of lanthanides with pyruvic acid: ∆g, ∆h, ∆s, have also been determined [4]. in the solid state, preparation of europium pyruvate [5], as well as the preparation and properties of lanthanides and yttrium pyruvates have also been described [6,7,8]. the aim of this work has been to obtain bivalent metal pyruvates in solid state and to investigate by means of complexometry, elemental analysis, x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, thermogravimetry (tg) and differential scanning calorimetry (dsc). experimental the sodium pyruvate with 99% purity was obtained from sigma. aqueous solution of sodium pyruvate 0.8 mol l-1 was made by direct weighing of the solid salt. aqueous solutions of bivalent metal ions 0.4 mol l-1 were prepared by dissolving the corresponding chlorides. the solid state compounds were prepared by mixing 10 ml solutions of the corresponding metal chlorides with 10 ml solution of sodium pyruvate. the resulting solutions were evaporated in a water bath until dryness. the dry compounds were washed with a mixture of water:ethanol (6:4) until chloride ions were eliminated, filtered through and dried on whatman n° 42 filter paper and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. for the mn(ii) and fe(ii) compounds, to avoid oxidation, all their solutions as well as the solution employed for washing their compounds were purged with nitrogen gas, even during the drying in a water bath. in the solid state compounds, the metal ions contents were determined by complexometry with ecl. quím., são paulo, 34(2): 15 21, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 15 -21, 200916 standard edta solution [9]. the metal ions contents were also estimated from their corresponding tg curves. the dehydration of the compounds was firstly pointed out by their dtg curves and subsequently confirmed by the broad endothermic peaks centered at 75-175 °c in the respective dsc curves. the water contents were then determined from the corresponding mass losses observed in the tg curves. next, the ligand content was also assessed from the tg curves. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-5000 x-ray diffractometer with cukα radiation (λ = 1,541 å) and under 40 kv and 20 ma settings. infrared spectra for sodium pyruvate as well as for its metal-ion compounds were recorded on a nicolet model impact 400 ftir instrument in 4000-400cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. carbon and hydrogen were determined by microanalytical procedures with an ea 1110 chnso, elemental analyser from ce instruments. the tg and dtg curves were obtained using a mettler ta 4000 thermal analysis system with an air flow of 100 ml min-1, a heating rate of 20 ºc min-1 and with sample weighing about 7 mg. an alumina crucible was used for the tg/ dtg curves. the dsc curves were obtained with thermal analysis system model q10 from ta instruments. the purge gas was an air flow of 50 ml min-1. a heating rate of 20 ºc min-1 was adopted with samples weighing about 5 mg. aluminium crucibles, with perforated cover, were used for recording the dsc curves. results and discussion table 1 presents the analytical, thermoanalytical (tg) and elemental analysis (ea) data for the prepared compounds from which the general formula m(l) 2.nh2o can be established, where m represents bivalent metals, l is pyruvate and n = 2 (cu), 3 (fe, zn), 3.5 (mn, co, ni). table 1. analytical and thermoanalytical (tg) data for m(l)2.nh2o, where m = bivalent metals and l = pyruvate. compound metal oxide (%) l, lost (%) water (%) carbon (%) hidrogen (%) final residuecalcd. tg edta calcd. tg calcd. tg calcd e.a calcd e.a mn(l)2.3.5h2o 27.02 26.95 26.67 51.39 51.63 21.59 21.42 24.67 24.94 4.49 4.51 mn2o3 fe(l)2.3h2o 27.17 26.87 27.33 53.80 54.31 19.03 18.82 25.37 25.41 4.27 4.10 fe3o4 co(l)2.3.5h2o 27.10 26.32 27.35 51.60 51.85 21.30 21.33 24.33 24.40 4.43 4.65 co3o4 ni(l)2.3.5h2o 25.25 25.07 24.90 53.44 53.68 21.31 21.25 24.35 24.03 4.44 4.30 nio cu(l)2.2h2o 29.06 29.31 29.34 57.77 57.69 13.17 13.00 26.33 26.67 3.69 3.50 cuo zn(l)2.3.5h2o 27.72 27.60 27.97 53.86 54.13 18.42 18.27 24.55 24.35 4.13 4.21 zno the x-ray powder diffraction patterns, fig. 1, show that all compounds, except iron compound, have a crystalline structure. the others compounds, except for the copper compound, evidence for formation of an isomorphous series is observed. ecl. quím., são paulo, 34(2): 15 21, 2009 17 13 10 20 30 40 50 60 (b) (a) (c) (d) (e) (f) 2θ fig. 1: x-ray powder diffraction patterns of (a) mnl2.3.5h2o; (b) fel2.3h2o; (c) col3.3.5h2o; (d) nil3.3.5h2o; (e) cul3.2h2o; (f) znl3.3h2o. l= pyruvate. fig. 1: x-ray powder diffraction patterns of (a) mnl2.3.5h2o; (b) fel2.3h2o; (c) col3.3.5h2o; (d) nil3.3.5h2o; (e) cul3.2h2o; (f) znl3.3h2o. l= pyruvate. the infrared spectroscopic data on sodium pyruvate and its compounds with the metal ions considered in this work are shown in table 2. the investigation was focused mainly within 1750 – 1350 cm-1 range because this region is potentially most informative in attempting to assign coordination sites. in sodium pyruvate, strong band at 1709 cm-1 is attributed to the stretching frequency of the ketonic carbonyl group and strong bands at 1654/1631 cm-1 and 1405 cm-1 are attributed to the anti-symmetrical and symmetrical frequencies of carboxylate group, respectively [10,11]. pyruvates are also twisted in the solid state, but the dihedral angle is not larger than 25°, and sodium interact with both the α-c=o and coogroups [12]. mn, co, ni and zn pyruvates are essentially identical, but fe and zn pyruvates show a different type of coordination, because of the increase ν(c=o) of these compounds. it also suggest that the interaction fe-o and cu-o (α-c=o) is more weak than other compounds obtained. for the prepared compounds the infrared spectra show a broad band in the range of 3000-3500 cm-1 is attributed to hydration water. table 2. spectroscopic data for sodium pyruvate and compounds with bivalent metal ions compound ν(o-h)h2o b ν(c=o) c νasym (coo ) d νsym (coo-)d na(py) 1709s 1654,1631s 1405s mn(py)3.3.5h2o 3151br 1704s 1674,1605s 1373s fe(py)3.3h2o 3376br 1734m 1635,1624s 1383s co(py)3.3.5h2o 3244br 1705s 1678,1605s 1396s ni(py)3.3.5h2o 3320br 1703s 1678,1602s 1398s cu(py)3.2h2o 3408br 1729s 1654br 1398s zn(py)3.3h2o 3110br 1712s 1676br 1394s s: strong, m: medium, br – broad; νasym (coo ) and νsym (coo ) : symmetrical and anti-symmetrical vibrations of the coogroup, respectively ∆νasym (coo ) = νasym (coo ) nal νasym (coo ) metal complex) ν(c=o),: ketonic carbonyl stretching frequency. ν(o-h): hydroxyl group stretching frequency; ecl. quím., são paulo, 34(2): 15 -21, 200918 the tg and dtg curves of the compounds are shown in fig. 2. these curves show mass losses in three consecutive and/or overlapping steps and without evidence concerning the formation of stable anhydrous compounds. as previously stressed, the temperatures corresponding to the mass losses due to dehydration were depicted from the dtg curves. 14 fig. 2: the tg/dtg curves of (a) mnl2.3.5h2o (m=7.053 mg); (b) fel2.3h2o (4.600 mg); (c) col3.3.5h2o (7.254 mg); (d) nil3.3.5h2o (7.295 mg); (e) cul3.2h2o (6.933 mg); (f)znl3.3h2o (7.289 mg). l= pyruvate. 0 200 400 600 800 1000 dtg tg temperature /oc (a) tg (b) 0 200 400 600 800 1000 dtg temperature/oc 0 200 400 600 800 1000 tg temperature/oc dtg (c) 0 200 400 600 800 1000 tg temperature/oc dtg (d) 0 200 400 600 800 1000 tg temperature/oc dtg (e) 0 200 400 600 800 1000 tg temperature/oc dtg (f) fig. 2: the tg/dtg curves of (a) mnl2.3.5h2o (m=7.053 mg); (b) fel2.3h2o (4.600 mg); (c) col3.3.5h2o (7.254 mg); (d) nil3.3.5h2o (7.295 mg); (e) cul3.2h2o (6.933 mg); (f)znl3.3h2o (7.289 mg). l= pyruvate. ecl. quím., são paulo, 34(2): 15 21, 2009 19 for all compounds, the first mass loss up to 140 °c (fe, cu) and 150 °c (mn, co, ni, zn) is attributed to dehydration, which occurs in a single step. immediately after the dehydration the thermal decomposition of these compounds occurs in two (co, ni, cu, zn) and three (mn, fe) steps, with mass losses in each step characteristic of each compound. for the manganese compound, fig. 2(a), the first mass loss observed between 50 and 150 °c is due to dehydration, with loss of 3.5 h2o (calcd. = 21.59%; tg = 21.42%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps, between 150-290 °c and 290-390 °c, with losses of 16.87 and 34.76%, respectively. the total mass loss up to 390 °c is in agreement with the formation of mn2o3 (calcd = 72.98%; tg = 73.05%). the mass loss observed between 920980 °c, is assigned to the reduction of mn2o3 to mn3o4 (calcd = 0.91%; tg = 0.90 %) and confirmed by x-ray powder diffractometry, and in agreement with the thermal decomposition of manganese 4-methylbenzylidenepyruvate [13]. literature reports on the thermal stability and reduction temperature of mn2o3 are in disagreement among themselves [14-16] and with the data obtained in this work. this behaviour concerning manganese oxides has already been pointed out [14]; it is reported that the properties significantly depend on the preparation conditions, structural properties of the oxides and upon operational parameters during the reduction step [14]. for the iron compound, fig. 2(b), the first mass loss between 50-140 °c is due to dehydration with loss of 3h2o (calcd = 19.03%, tg = 18.82%). after the dehydration the thermal decomposition occurs in three steps, being the first two between 140-270 °c and 270-425 °c fast processes, followed by a slow process for the third step (425-900 °c) with losses of 13.38, 37.78 and 3.15% respectively. the total mass loss up to 900 °c is in agreement with the formation of fe3o4 (calcd. = 72.83%, tg = 73.13%). the formation of fe3o4 was also confirmed by the black colour and magnetic property of the residue and by x-ray diffractometry. for the cobalt compound, fig. 2(c) the first mass loss between 40-150 °c is due to dehydration with loss of 3.5 h2o (calcd.= 21.30%, tg = 21.33%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps, between 150-320 °c and 320-370 °c, with losses of 23.33 and 28.52%, respectively. the total mass loss up to 370 °c is in agreement with the formation of co3o4 (calcd.= 72.90%, tg = 73.18%). the mass loss observed between 900 and 930 °c, is ascribed to the reduction of co3o4 to coo (calcd. = 1.81%; tg = 1.74%) in agreement with the literature [17, 18]. for the nickel compound, fig. 2(d) the first mass loss between 50-150 °c is due to dehydration with loss of 3.5 h2o (cald. = 21.31%, tg = 21.33%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps, between 150-300 °c and 300-440 °c with losses of 11.78 and 41.90%, respectively. the total mass loss up to 440 °c is in agreement with the formation of nio (calcd = 74.75%, tg = 74.93%) and confirmed by x-ray diffractometry. for copper compound, fig. 2(e) the first mass loss between 40 and 140 ºc is due to dehydration with loss of 2h2o (calcd. = 13.17%, tg = 13.00 %). after the dehydration although the dtg curve to show mass loss in four overlapping steps, the tg curve suggests two steps between 140 – 245 ºc and 245 – 400 ºc with losses of 38.69 and 19.70%, respectively and formation of a mixture of cu(i) and cu (ii) oxides. the mass gain between 400 – 430 ºc is attributed to the oxidation of cu(i) to cu(ii). the total mass loss up to 430 ºc is in agreement with the formation of cuo (calc. = 70.94%, tg = 70.69%) and confirmed by x-ray diffractometry. for the zinc compound, fig. 2(f) the first mass loss between 50 and 150 °c is due to dehydration with loss of 3h2o (calcd. = 18.42%, tg = 18.27%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 150-275 °c and 275-450 °c with losses of 12.89 and 41.24%, respectively. the total mass loss up to 450 °c is in agreement with the formation of zno (calcd. = 72.28%, tg = 72.40%) and confirmed by x-ray diffractometry. ecl. quím., são paulo, 34(2): 15 -21, 200920 the dsc curves of the compounds are shown in fig. 3. these curves show endothermic and exothermic peaks that all accord with the mass losses observed in the tg curves. the broad endothermic peak at 162 °c (mn), 129 °c (fe), 170 °c (co), 180 °c (ni), 134 °c (cu) and 161 °c (zn) is attributed to the dehydration. the dehydration enthalpies found for these compounds were: 130.3, 80.7, 133.6, 135.1, 63.2 and 108.6 kj mol-1, respectively. 15 0 100 200 300 400 500 600 dsc (a) (c) (b) (d) (e) (f) temperature/oc fig. 3: the dsc curves of of (a) mnl2.3.5h2o (m=5.060 mg); (b) fel2.3h2o (5.030 mg); (c) col3.3.5h2o (5.026 mg); (d) nil3.3.5h2o (5.033 mg); (e) cul3.2h2o (5.012 mg); (f) znl3.3h2o (4.992 mg). l= pyruvate fig. 3: the dsc curves of of (a) mnl2.3.5h2o (m=5.060 mg); (b) fel2.3h2o (5.030 mg); (c) col3.3.5h2o (5.026 mg); (d) nil3.3.5h2o (5.033 mg); (e) cul3.2h2o (5.012 mg); (f) znl3.3h2o (4.992 mg). l= pyruvate the endothermic peak at 184 °c that precede the exothermic events, observed only for copper compound, is attributed to the initial thermal decomposition. the exotherms observed for all the compounds with evidence of several overlapping events between 280-530 °c (mn), 225-500 °c (fe), 210-480 °c (co), 210-460 °c (ni), 190470 °c (cu) and 280-515 °c (zn), are attributed to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of the organic matter takes place in overlapping steps. ecl. quím., são paulo, 34(2): 15 21, 2009 21 conclusions from tg curves, elemental analysis and complexometria results a general formula could be established for these compounds in the solid state. the x-ray powder patterns of the synthesized compounds have a crystalline structure, except the iron compound. the infrared spectroscopic data suggest that the pyruvate acts as a tridentate ligand towards the metal ions considered in this work. the tg/dtg and dsc curves, provided information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank fapesp (procs. 90/29324 and 2005/00926-4), cnpq and capes foundations (brazil) for financial support. síntese, caracterização e comportamento térmico dos piruvatos de alguns metais bivalentes no estado sólido. received august 13 2009 accepted november 04 2009 resumo: compostos m-l foram sintetizados no estado sólido, onde m representa os íons bivalentes mn, fe, co, ni, cu e zn e l é o ânion piruvato. esses compostos foram caracterizados e estudados utilizando-se as técnicas: termogravimetria e termogravimetria derivada (tg/dtg), calorimetria exploratória diferencial (dsc), difratometria de raios x pelo método do pó, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise elementar e complexometria. os resultados forneceram informações com respeito à composição, desidratação, sítio de coordenação e decomposição térmica dos compostos isolados. palavras chave: metais bivalentes, piruvato, caracterização e comportamento térmico. references [1] s. ramamothy, a. raghavan, v.r. vijayaraghavan, m. schutappa, j. inorg. chem., 31(1969) 1851. 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human use, ich harmonised tripartite guideline, validation of analytical procedures: text and methodology q2(r 1),complementary guideline on methodology dated 06 november 1996, incorporated in november 2005, london. j. inczedy, t. lengyel, a.m. ure,. iupac compendium [32] of analytical nomenclature : 1998. definitive rules, blackwell science inc., boston. artigo/article complexes of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) w.ferenc1*, m.bernat1, j.sarzyński2 and h.głuchowska1 1faculty of chemistry, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland 2faculty of physics, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland * author for correspondence: e-mail: wetafer@poczta.umcs.lublin.pl abstract: the complexes of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) have been synthesized as polycrystalline hydrated solids, and characterized by elemental analysis, spectroscopy, magnetic studies and also by x-ray diffraction and thermogravimetric measurements. the analysed complexes have the following colours: violet for nd(iii), white for gd(iii) and cream for ho(iii) compounds. the carboxylate groups bind as bidentate chelating (ho) or bridging ligands (nd, gd). on heating to 1173k in air the complexes decompose in several steps. at first, they dehydrate in one step to form anhydrous salts, that next decompose to the oxides of respective metals. the gaseous products of their thermal decomposition in nitrogen were also determined and the magnetic susceptibilites were measured over the temperature range of 76-303k and the magnetic moments were calculated. the results show that 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) are high-spin complexes with weak ligand fields. the solubility value in water at 293k for analysed 4-chlorophenoxyacetates is in the order of 10-4mol/dm3. keywords: 4-chlorophenoxyacetates, thermal stability, magnetic properties of nd(iii), ho(iii) and gd(iii). introduction the carboxylates play an important role in inorganic and bioinorganic chemistry. many metal cations are a component of several vitamins and drugs [1,2]. the carboxylates of dand 4fion elements may be used as electric materials in the modern branches of techniques and technology. they may have also applications as precursors in superconducting ceramic and magnetic field productions and may be used as catalysts, pigments, solvents, food preservatives and plastics productions. metal carboxylates are applied for the productions of high degree purity of metal oxides and polycarboxylic acids are used for supermolecular compound synthesis, which in many cases, form with metal ions the molecular polymers containing in their structures, pores and channels owning to them they appear catalytic and adsorption properties. therefore they may be used for the adsorption of inorganic gases such as: argon, nitrogen and hydrocarbons or small molecules of another inorganic compounds. polycarboxylic acids may also form the molecules with twoand three–dimentional structures, yielding special magnetic and luminescence properties which let them be used in optical and electronic industries [3-10]. 4-chlorophenoxyacetic acid is a white solid hardly soluble in water (k=7,9 ·10-4) and easily soluble in ether and ethanol [10,11]. it is used as growth hormone for plants [12]. in some papers the details of its molecular structure was presented [13-15]. literature survey informs that its complexes with li(i), cu(ii), co(ii), mn(ii) and ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 201068 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 2010 69 artigo article ni(ii) ions were synthesized and their properties were studied [10,16,17]. as a continuation of our studies on chlorophenoxyacetates and also on carboxylates [10,1830] we decided to synthesized 4-chlorophenoxyacetates with nd(iii), gd(iii) and ho(iii) and to study some of those of their properties not to have been investigated so far, such as magnetic proper-investigated so far, such as magnetic properso far, such as magnetic properties in the range of 76-303k, thermal stability in air at 293-1173k, solubility in water at 293k and to record their ftir spectra. thermal stability investigations give informations about the process of dehydration about the ways of decompositions, and the magnetic susceptibility measurements let study the kinds of the manner of central ion coordination. the determination of the solubility is valuable because it informs about the practical use of acid for separation of transition metal ions by extraction or ion-exchange chromatographic methods. experimental details the 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) were prepared by the addition of the equivalent quantities of 0,1mol·dm-3 ammonium 4-chlorophenoxyacetate (ph ≈ 5) to a hot solutions containing the 0,1 mol·dm-3 nd(iii), gd(iii) and ho(iii) nitrates (v) and crystallizing at 293k (1h). the solids formed were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions and dried at 303k to a constant mass. the contents of carbon and hydrogen in the complexes and in the intermediate and final products obtained from their thermal decompositions were determined by elemental analysis using a chn 2500 perkin-elmer analyzer and the content of chlorine by the schöniger method (table 1). table 1. elemental analysis data of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) 4-chlorophenoxyacetates and their solubility in water at 293k. complex l= c8h6clo3 h/% c/% cl/% m/% solubility calcd found calcd found calcd found calcd found mol·dm-3 ndl3·2h2o 3.00 2.77 39.10 38.96 14.50 14.48 19.60 22.70 5,3 ·10-4 gdl3·2h2o 2.90 2.79 38.40 38.94 14.20 14.18 20.90 19.50 7,6 ·10-4 hol3·3h2o 3.10 2.88 37.10 37.16 14.10 14.08 21.80 21.20 8,5 ·10-4 the contents of m3+ were established gravimetrically and by xrf method using spectrometer of x-ray fluorescence with energy dispersion edxrf-1510 (canberra firm). the ir and fir spectra of complexes were recorded over the ranges 4000-400cm-1 and 600100cm-1, respectively, using m-80 and perkin-elmer 180 spectrometers. samples for ir spectra measurements were prepared as kbr discs. fir spectra were obtained in nujol mulls sandwiched between polyethylene plates (table 2). the ftir spectra of the intermediate and final products obtained from the complex thermal decompositions were also registered. table 2. wavenumbers (cm-1) of coobands in the analysed complexes of nd(iii), gd(iii), ho(iii), and na(i), and that of the cooh band in 4-chlorophenoxyacetic acid. complex l-=c8h6clo3 ν c=o ν as oco ν sym oco δν oco ν c-cl ν m-o ndl3·2h2o 1567 1335 233 507 451 gdl3·2h2o 1572 1337 235 507 452 hol3·3h2o 1572 1346,1328 226, 244 528, 503 449 hl 1708 722 nal 1615 1344 271 722 449 the x-ray diffraction patterns of hydrated and dehydrated complexes, the intermediate and final products of complex thermal decompositions were taken on a hzg-4 (carl zeiss jena) diffractometer using ni filtered cu kα radiation. the measurements were made within the range 2θ = 4-80o by means of the debeye-scherrer-hull method. the relationships between i/io and 2θ for these complexes are presented in fig.1. fig. 1. dependence of i/io vs 2θ for nd(iii), gd(iii) and ho(iii) 4-chlorophenoxyacetates. the thermal stability and decomposition of the prepared complexes were determined by paulik-paulik-erday q-1500d derivatograph with derill converter, recording tg, dtg, and dta curvers (fig.2). the measurements were made at a heating rate of 10k min-1 with a full scale. the samples (100mg) were heated in platinum crucibles in static air to 1173k with a sensitivity of tg-100mg. dtg and dta sensitivities were regulated by a derill computer program. the products of decomposition ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 201070 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 2010 71 artigo article were calculated from tg curves and verified by the diffraction pattern registration and ir spectra. the termogravimetric analysis of dsc/tg was performed at temperature 323-723k using a differential thermoanalyzer netzsch sta 409c 3f. the measurements were carried out under nitrogen flow (99,995% purity) and temperature increase rates of 1-12k min-1. table 3. temperature ranges of thermal stability of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) 4-chlorophenoxyacetates in air. complex l= c8h6clo3 δt1/k mass loss/% n h2o δt2/k mass loss/% intermedate product δh/ kj·mol-1 ohh 21∆ /kj·mol-1 tk/k mass of residue/% final product of decomposition calcd. found calcd found calcd found ndl3·2h2o 338-416 4,34 4,88 2 553873 73,45 72,14 ndocl 90,8 45,4 1273 22,80 ~23,3 nd2o3 gdl3·2h2o 316-412 4,27 4,81 2 573923 72,18 71,42 gdocl 136,5 68,3 1270 24,30 ~24,0 gd2o3 hol3·3h2o 312-425 6,96 6,68 3 573912 70,20 68,22 hoocl 156,8 52,3 1223 24,27 24,3 ho2o3 δt1 – temperature range of dehydration process, δt2 – temperature range of anhydrous complex decomposition, n – number of water molecules lost in the one step of dehydration process, δh – enthalpy value of dehydration process, tkfinal temperature of decomposition process, ohh 21∆ enthalpy value for one molecule of water, tk final temperature of decomposition process fig. 2. tg,dtg and dta curves for ho(iii) 4-chlorophenoxyacetate in air magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) were measured by the gouy method using a sensitive cahn rm-2 balance. the samples were placed in a long cylindrical tube which was suspended from an analytical balance. the sample tube was positioned between the poles of the magnet such that one its end was in the region of homogenous field and the other end was in the region of zero field. the force exerted on the sample was a function of the volume occupied by the sample in the region of the field gradient. this force may be written in scalar form as a function of the isotropic volume susceptibility. measurements were carried out at a magnetic field strength of 9,9 koe. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 1,644·10-5cm3g-1. correction for diamagnetism of the calibrant atoms was calculated by the use of pascal’s constants [31,32]. magnetic moments were calculated from eq.(1): μeff = 2,83 (χm · t)1/2 (1) table 4. magnetic data for the studied complexes of nd(iii), gd(iii) and ho(iii), l= c8h6clo3. ndl3·2h2o θ = -25 gdl3·2h2o θ = -8,2 hol3·3h2o θ = -35 t/k χm·106 µeff/µb t/k χm·106 µeff/µb t/k χm·106 µeff/µb 76 14292 2.95 76 97416 7.70 76 166685 10.07 123 9964 3.13 123 60763 7.74 123 106935 10.26 133 9335 3.15 133 55865 7.71 133 98520 10.24 143 8763 3.17 143 51821 7.70 143 91856 10.26 153 8343 3.20 153 48289 7.69 153 87225 10.34 163 7924 3.22 163 45099 7.67 163 81917 10.34 173 7543 3.23 173 42622 7.68 173 77229 10.34 183 7237 3.26 183 40172 7.67 183 73389 10.37 193 7009 3.29 193 38435 7.71 193 69831 10.39 203 6742 3.31 203 36669 7.72 203 66386 10.39 213 6418 3.31 213 34733 7.70 213 63506 10.41 223 6189 3.32 223 33252 7.71 223 60683 10.41 233 5960 3.33 233 31771 7.70 233 57972 10.40 243 5769 3.35 243 30518 7.71 243 55713 10.41 253 5636 3.38 253 29293 7.70 253 53680 10.43 263 5445 3.39 263 28467 7.74 263 51985 10.46 273 5274 3.40 273 27470 7.75 273 51082 10.57 283 5178 3.43 283 26701 7.78 283 49049 10.54 293 5083 3.45 293 25933 7.80 293 47693 10.58 303 4949 3.47 303 25192 7.82 303 45943 10.56 the solubilities of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) in water were measured at 293k. saturated solutions of the obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) were determined using asa 880 spectrofotometer (varian). the values of solubilities are presented in table1. results and discussion the complexes of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) were obtained as polycrystalline products with a metal ion to ligand ratio of 1:3 and the general formula m(c8h6clo3)3· nh2o, where m(iii)= nd, gd, ho and n=2 for nd and gd and n=3 for ho.their colours are following: violet for nd(iii), cream for ho(iii), and ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 201072 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 2010 73 artigo article white for gd(iii) complexes. in these compounds the f→f electron transitions of the central ions are those of the lowest energy and absorption occurs at relatively high wave lengths that depends on the nature of the metal ion [33,34]. the compounds were characterized by elemental analysis (table 1), ftir and fir spectra (table 2). the 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) exhibit similar solid state ir spectra. the band at 1708 cm-1 originating from the rcooh group, presented in the acid spectrum, is replaced in the spectra of complexes by two bands at 1572-1567 cm-1 and 1346-1328cm1, which can be ascribed to the asymmetric and symmetric vibrations of coogroup, respectively [35-38]. the bands with the maxima at 34293410cm-1 characteristic for νoh vibrations [35-40] confirm the presence of crystallization water molecules in the complexes. the bands of c-h vibrations are observed at 2929-2918cm-1. the bands of ν(c=c) ring vibrations appear at 1624-1622cm-1, 1494cm-1, 1177-1174cm-1, 1111-1104cm-1 and 1068-1066cm1.the valency ν(c-cl) vibration bands occur at 734-730cm-1 and those of the asymmetric and symmetric ν(c-o-c) at 1082-1068cm-1 and 10601058cm-1, respectively. the bands at 451-449cm1 confirm the ionic metal-oxygen bond [41-50]. these bands change insignificantly their positions which may suggest the different stability of these complexes. the bands in the range of 118-106cm-1 are connected with the o-h…o streching vibrations and they change their shapes according to the rise of atomic number of elements and the degree of hydration in 4-chlorophenoxyacetates. the bands at 138-122cm-1 confirm the internal c-c torsion vibrations and the bands at 283-267cm-1 arising from the aromatic ring vibrations also change their shapes. table 2 presents the values of the two band frequencies of asymmetrical and symmetrical vibrations for carboxylate group of analysed complexes. the separations of the νas(coo-), and νs(coo-) modes in the compounds, δν(coo-), are smaller than that of the sodium salt (δνcoo = 271cm-1) indicating a smaller degree of m-o ionic bonds in 4-chlorophenoxyacetates compared to that of the sodium salt. for the complexes the shifts of the frequencies of bands of νas(coo-), and νs(coo-) are lower, and lower or the same, respectively, than those for sodium 4-chlorophenoxyacetate. accordingly, taking into account the spectroscopic criteria [36-38,49,51] the carboxylate ions appear to be bidentate groups. in order to estimate the crystalline forms of the 4-chlorophenoxyacetates the x-ray powder diffraction measurements were done. the diffractogram values suggest them to be polycrystalline compounds with various degree of crystallinity [52] (fig.1) the thermal stability of nd(iii), gd(iii) and ho(iii)) 4-chlorophenoxyacetates was studied in air at 293-1273k (table 3. fig.2). when heated to 1273k the nd(iii) complex is dehydrated in one step. in the temperature range of 338 – 416 k it losses two water molecules and forms anhydrous salt. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 4,88% (theoretical value is 4,34%). the anhydrous salt at 553 – 1273 k is gradually decomposed to nd2o3 that is the final product of complex decomposition. the intermediate compound formed in this range of 553-873k is ndocl. the found mass loss is equal to 72,14% and the calculated value 73,45%. the residue mass estimated from tg curve is equal to 23,27% while that theoretically calculated 22,80%. the dehydration process is connected with endothermic effect whereas the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. the final product of complex decomposition was confirmed by ir spectra and x-ray powder diffractogram. the dihydrate of gd(iii) 4-chlorophenoxyacetate during heating in air losses the water molecules in one stage in the range of 316 – 412 k and forms anhydrous salt. the final product of complex decomposition was identified by elemental analysis and x-ray powder diffractogram as gd2o3. the intermediate product of complex decomposition is gdocl formed at 573-923k. the found weight loss is equal to 71,42 and calculated one 72,18 %. the residue mass estimated from tg curve is 24,0% and theoretically determined 24,30%. the dehydration process is connected with the endoeffect while that of oxidation with exothermic one. when heated in air to 1173k the trihydrate of 4-chlorophenoxyacetate of ho(iii) dehydrates in one step at 312 – 425k and forms anhydrous salt. the mass loss calculated from tg curve being equal to 6,68% corresponds to the loss of three molecules of water (theoretical value is equal to 6,96%). the anhydrous 4-chlorophenoxyacetate of ho(iii) at 573 – 1223k is decomposed to ho2o3, which is the final product of thermal decomposition. the mass loss calculated from tg curve is equal to 74,29% that corresponds to the ho2o3 formation (calculated value is 75,73%). the intermediate product of complex decomposition formed at 573-912k is hoocl. the dehydration process is connected with the endothermic effect seen in dta curve, while the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. considering the temperature at which the dehydration process of the complexes takes place, and the way by which it proceeds it is possible to assume that the water molecules may be in the outer sphere of complex coordination [41, 5355]. the ir and fir spectra recorded for analysed compounds may also suggest that the molecules of water are probably bounded by hydrogen bond in outer-sphere of complex. the detailed data obtained from the determination of the complete structures of these complexes can give fair answer concerning above assumption. however, their monocrystals have not been obtained so far, but attempts to obtain them have been made. the results indicate that the thermal decomposition of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) in air proceeds in the following way: lnl3 · nh2o → lnl3 → lnocl → ln2o3 where ln(iii)=nd, gd, ho and n=2 for nd and gd and n=3 for ho. the values of enthalpy of dehydration process were determined with the use of dsc/tg system under nitrogen atmosphere. they are in the range of 156,80 90,81 kj·mol-1 and 68,25 45,4 kj·mol-1 per one molecule of water. these values indicate that the water molecule is the strongest bounded in the gd(iii) complex while that the weakest in nd(iii) compound. taking into account the temperatures of dehydration process it appears that nd(iii) complex is the most thermally stable while ho(iii) has the least thermal stability. the solubility of analysed compounds was measured (table 1). it is in the order of 10-4 mol·dm-3. the ho(iii) 4-chlorophenoxyacetate is the most soluble salt, while that of nd(iii) the least soluble one. these compounds are relatively hardly soluble in water and the order value is not sufficient to use 4-chlorophenoxyacetic acid for the separation of some metal ions by ion-exchange chromatography method [10]. the magnetic susceptibility of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) was measured over the range of 76-303k (table 4). the values of the weiss constant, θ, for analysed complexes were found to have a negative sign which probably arises from the antiferromagnetic spin interaction or from a crystal field splitting of the paramagnetic spin state [56-61]. the analysed complexes obey the curie-weiss law. the magnetic moment values experimentally determined at 76-303k for nd(iii), gd(iii) and ho(iii) compounds change from 2,95 µb (at 76k) to 3,47 µb (at 303k) for nd(iii) complex, from 7,70 µb (at 76k) to 7.82 µb (at 303k) for gd(iii), and from 10.07 µb (at 76k) to 10,56 µb (at 303k) for ho(iii) 4-chlorophenoxyacetates. in 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) the paramagnetic central ions remain practically unaffected by diamagnetic ligands coordinated around them. the f-electrons causing their paramagnetism are well separated from outside influences and they do not participate in the formation of m-o bond. they are in an inner shell characterized by radius 0,35ǻ [62] to be very small in comparison with the radius of the 5s25p6 closed shell (~1 ǻ).their energy levels are the same as in the free ions. for most of the lanthanide ions the ground state is separated by several hundred of cm-1 from the next higher lying state. therefore the magnetic properties can be taken as those of the ground state alone. taking into account this fact lanthanide ions in the compound act in the same way as the free ions. the values of μeff determined for 4-chlorophenoxyacetates are close to those calculated for ln3+ ions by hund and van vleck (table 5). their values at room temperature for analysed complexes are ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 201074 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 2010 75 artigo article following: 3,74 µb for nd; 7,23 µb for gd and 10,60µb for ho [63]. from the values of magnetic moments determined for the complexes it appears that energies of 4f electrons in the central ions are not changed compared to those in the free lanthanide ions. thus, the colours of the complexes stay the same as those in the free lanthanide ions. the electron density in the molecules makes the f-f electronic transitions of the central ions to be those of the lowest energy and the absorption occurs at relatively high wavelengths. the 4f orbitals of lanthanide ions effectively shielded by the 5s25p6 octet. therefore the metal ligand bonding in lanthanide complexes is mainly electrostatic in nature [64,65]. conclusions on the basis of the results obtained it appears that 4-chlorophenoxyacetates of nd (iii), gd(iii), and ho(iii) were synthesized as hydrated complexes. their colours are typical for the particular ln(iii) ion, i.e. violet for nd, white for gd, and cream for ho, having their origin in the lowest energy of f-f electronic transitions of the central ions. their energies are not radically changed in comparison with the free lanthanide ions, therefore the colours of the complexes are the same as those for the free lanthanide ions. the ln-o band is mainly electrostatic in nature. the complexes are crystalline compounds that on heating in air to 1173k decompose in three steps. in the first step they dehydrate to form anhydrous complexes that next decompose to the oxides of appropriate metals with intermediate formation of lnocl. the values of µeff calculated for the compounds ale close to those obtained for ln3+ by hund and van vleck. there is no influence of the ligand field of 4f electrons on lanthanide ions. the solubilites of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) 4-chlorophenoxyacetates in water at 293k are of the order of 10-4mol·dm-3. references s.c. mojumdar, d. hudecova, and m. melnik, pol. j. 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synthesis of supramolecules that provide new shapes, sizes and chemical environments as well as the searches for new functional materials causes an incessant interest in supramolecular chemistry [1-10]. this is not only due to their complicated structural diversity, but also they are fundamental steps to discover and fabricate various fundamental supramolecular devices or technologically useful materials [11-15]. in the synthesis of supramolecular inorganic architectures by design, the assembly of molecular units in predefined arrangements is a key goal[16-18]. directional intermolecular interactions are the primary tools in achieving this goal and hydrogen bonding is currently the best among them[19-20]. the use of noncovalent interactions (such as the hydrogen bonds and aromatic π–π stacking interactions) to arrange molecular building blocks has evolved into one of the most useful and flexible strategies for the crystal engineering design of extended constitutes that have versatile functions [21-25]. h3dcp (scheme 1) is a suitable candidate for assembling supramolecular structure due to its two interesting structural features. at first, it has multiple coordination sites that allow structures of higher dimensions involving both the nitrogen atoms of the pyrazole ring and all of the carboxylate oxygens. these multifunctional coordination sites are highly accessible to metal ions; h3pdc can coordinate as a mono-, bi-, or tetradentate ligand and can act to link together to the metal centers through a number of bridging modes. a variety of its coordination compounds containing transition, lanthanide and alkalineearth metals have been synthesized and reported in the literature [26-30]. second, it can act both as an excellent hydrogen donor and hydrogen acceptor in hydrogen bonding, which interactions are fundamental in supramolecular chemistry. furthermore, there are strong π-π stacking interactions between pyrazole rings, which can consolidate the framework. all 13ecl. quím., são paulo, 33(2): 13-19, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 self-assembly of supermolecular species directed by hydrogen bonding and aromatic π–π stacking interactions x.h. li1, a. f. jalbout2* and w.d. xiang1 1college of chemistry and materials engineering, wenzhou university, wenzhou, zhejiang 325027, p.r.china 2instituto de quimica, universidad nacional autonoma de mexico, mexico d.f. * ajalbout@u.arizona.edu abstract: a new cu(ii) trimers, [cu3(dcp)2(h2o)8]. 4dmf, with the ligand 3,5-pyrazoledicarboxylic acid monohydrate (h3dcp) has been prepared by solvent method. its solid-state structure has been characterized by elemental analysis, thermal analysis (tga and dsc), and single crystal x-ray diffraction. x-ray crystallographic studies reveal that this complex has extended 1-d,2-d and 3-d supramolecular architectures directed by weak interactions (hydrogen bond and aromatic π-π stacking interaction) leading to a sandwich solid-state structure. keywords: copper complex; crystal structure; supramolecular; π-π interaction. eq02-af 26/6/08 12:37 page 13 the factors above strongly stimulate our interest, in this paper, we report a new cu(ii) trimers, [cu3(dcp)2(h2o)8]. 4dmf. interestingly, the complex exhibits a sandwich structure, which is constructed by intense intermolecular hydrogen bond and aromatic π-π interaction. 14 ecl. quím., são paulo, 33(2): 13-19, 2008 scheme 1. experimental materials and instrumentation all reagents were commercially obtained and used without any further purification. elemental analyses (c, h and n) were carried out on a carlo-erba 1112 elemental analyzer. crystal structure was obtained on a bruker smart-1000 ccd diffractometer. thermogravimetric (tga) and calorimetric analyses were performed on a sdt q600 v5.0 build 63 simultaneous thermobalance and a differential scanning calorimeter (dsc), respectively, at 20°c min-1 to a maximum temperature of 825°c in dynamic dinitrogen atmosphere of approximately 150 cm3 min-1. synthesis of the title compound copper(ii) sulfate pentahydrate (0.25g, 1 mmol) was dissovled in water (10 ml), then, a dmf solution (10 ml) of 2,2’-bipyridine (0.16g, 1mmol), and 3,5-pyrazoledicarboxylic acid (0.16 g, 1 mmol) was added dropwise with stirring at 298 k temperature. then the reaction mixture was filtered and the filtrate stood for about two weeks until the blue single crystals were obtained. the prism shaped crystals suitable for x-ray diffraction were collected by filtration, washed with water and ethanol and dried in air. yield 40%. anal. calcd for c22 h46 n8 o20 cu3 (%) c, 28.29; h, 4.93; n, 12.00. found: c, 28.36; h, 5.02; n, 11.88. x-ray crystallography all measurements were made on a bruker smart-1000 ccd diffractometer with graphite monochromated mo-kα radiation (λ = 0.071073 nm) using ω-scan technique. determination of the laue class, orientation matrix, and cell dimensions were performed according to the established procedures. lorentz polarization and absorption corrections were applied. absorption table 1. crystallographic data and structure refinement summary for the title complex 1. eq02-af 26/6/08 12:37 page 14 corrections were applied by fitting a pseudoellipsoid to the ω-scan data of selected strong reflections over a wide range of 2θ angles. most of the non-hydrogen atoms in the crystal structure were located with the direct methods, and subsequent fourier syntheses were used to derive the remaining non-hydrogen atoms. all of non-hydrogen atoms were refined anisotropically, and all of the hydrogen atoms were held stationary and included in the final stage of fullmatrix least-squares refinement based on f2 using the shelxs-97 and shelxl-97 programs package[31-32]. the crystal data are given in table 1. the select bond lengths and bond angles are given in table 2. the hydrogen bonding data is given in table 3. 15ecl. quím., são paulo, 33(2): 13-19, 2008 table 2. selected bond lengths (å) and bond angles (°) for the title complex 1 at 298 k. bond lengths(å) cu(1)-o(11) 1.943(4) cu(1)-o(2) 1.960(4) cu(1)-o(9) 2.003(4) cu(1)-n(1) 2.030(4) cu(1)-o(10) 2.345(4) cu(2)-o(4) 1.961(4) cu(2)-o(5) 1.962(4) cu(2)-n(2) 1.983(4) cu(2)-n(3) 1.996(4) cu(2)-o(12) 2.247(4) cu(3)-o(14) 1.930(3) cu(3)-o(7) 1.943(4) cu(3)-o(13) 1.975(4) cu(3)-n(4) 1.986(4) cu(3)-o(15) 2.321(4) bond angles(°) o(11)-cu(1)-o(2) 174.57(15) o(11)-cu(1)-o(9) 90.90(15) o(2)-cu(1)-o(9) 84.07(15) o(11)-cu(1)-n(1) 103.40(16) o(2)-cu(1)-n(1) 81.66(15) o(9)-cu(1)-n(1) 165.69(16) o(11)-cu(1)-o(10) 89.70(15) o(2)-cu(1)-o(10) 92.06(16) o(9)-cu(1)-o(10) 86.72(15) n(1)-cu(1)-o(10) 92.62(16) o(4)-cu(2)-o(5) 169.62(17) o(4)-cu(2)-n(2) 82.45(16) o(5)-cu(2)-n(2) 96.02(16) o(4)-cu(2)-n(3) 97.31(16) o(5)-cu(2)-n(3) 82.10(16) n(2)-cu(2)-n(3) 168.33(17) o(4)-cu(2)-o(12) 94.07(16) o(5)-cu(2)-o(12) 96.32(17) n(2)-cu(2)-o(12) 97.67(17) n(3)-cu(2)-o(12) 93.99(16) o(14)-cu(3)-o(7) 173.16(16) o(14)-cu(3)-o(13) 87.71(16) o(7)-cu(3)-o(13) 86.28(16) o(14)-cu(3)-n(4) 101.49(16) o(7)-cu(3)-n(4) 83.19(16) o(13)-cu(3)-n(4) 159.46(18) o(14)-cu(3)-o(15) 93.51(14) o(7)-cu(3)-o(15) 90.81(15) a symmetry transformations used to generate equivalent atoms: b -x+1/2, y+1/2, -z+1/2; c x, y+1, z. results and discussion crystal structures determination of the structure by x-ray crystallography reveals that the complex consists of zero-dimensional lattices of [cu3(pdc)2(h2o)8]. 4dmf trimers. the trinuclear unit is nearly co-planar which contains a six-coordinate and two five-coordinate cu(ii) ions bridged by two dcp 3trianions. the basic trinuclear unit does not link to the adjacent trimers, which results in the formation of the crystallographic 0-d lattices. four dmf molecules link to the unit through hydrogen bonds. compared to [cu3(dcp)2(h2o)4], in which a copper atom lies on a crystallographic inversion eq02-af 26/6/08 12:37 page 15 figure 1. ortep drawing with labeling scheme for [cu3(pdc)2(h2o)8]. 4dmf (1), dmf molecules are omitted for clarity. center [33], this complex doesn’t have an inversion center. here, dcp3coordinates as a tetradentate ligand. as shown in figure 1, cu (1) atom is sixcoordinated and has a distorted octahedron geometry. a pyrazole nitrogen n (1) and a carboxylate oxygen o (2) from one carboxylate group of a pdc 3trianion occupy two coordination sites on cu (1). four further positions are occupied by oxygens from four h2o molecules. the angles subtended the cu(1) range from 89.70(15).° to 92.62(16).° the distortion from octahedral geometry of the cu(1) site is a result of ligand constraints and the jahn-teller effect. the latter is responsible for the elongated axial bonds. in the case of the central pentacoordinate copper in the trimeric unit, the geometry of cu(2) atom is a transmutative square-pyramidal which is defined by cu(2), o(4), o(5), n(2), n(3) and o(12). two pyrazole nitrogen atoms [cu(2)n(3), 1.996(4) å; cu(2)-n(2) 1.983(4) å], and two carboxylate oxygen atoms [cu(2)-o(5), 1.962(4) å; cu(2)-o(4) 1.961(4) å], from pdc 3ligands form the distorted equatorial plane 16 ecl. quím., são paulo, 33(2): 13-19, 2008 table 3. hydrogen bonds for [cu3(pdc)2(h2o)8]. 4dmf (å and °). d-h...a d(d-h) d(h...a) d(d...a) <(dha) o(20)-h(20d)...o(3)#1 0.73(10) 2.08(10) 2.809(6) 169(11) o(20)-h(20e)...o(17)#2 0.72(10) 2.05(10) 2.719(5) 156(11) o(15)-h(15)...o(6)#3 0.82 2.13 2.874(4) 149.4 o(15)-h(15d)...o(19)#4 0.82 1.90 2.714(8) 172.1 o(14)-h(14)...o(4) 0.82 1.79 2.604(3) 171.9 o(14)-h(14d)...o(2)#2 0.82 1.95 2.746(3) 165.1 o(13)-h(13)...o(2)#2 0.82 2.61 3.267(4) 138.3 o(13)-h(13)...o(1)#2 0.82 1.94 2.691(4) 150.7 o(13)-h(13d)...o(20)#3 0.82 1.92 2.736(4) 174.1 o(12)-h(12)...o(18)#5 0.83 1.88 2.690(9) 166.2 o(12)-h(12d)...o(1)#6 0.82 1.93 2.748(4) 171.6 o(11)-h(11)...o(7)#7 0.82 1.93 2.750(4) 173.3 o(11)-h(11d)...o(5) 0.82 1.81 2.623(3) 171.9 o(10)-h(10)...o(16)#2 0.83 1.97 2.756(7) 158.4 o(10)-h(10a)...o(6)#8 0.82 2.01 2.808(4) 165.8 o(9)-h(9)...o(15)#1 0.82 2.46 2.853(4) 110.5 o(9)-h(9a)...o(7)#7 0.82 2.54 3.272(5) 148.8 o(9)-h(9a)...o(8)#7 0.82 1.97 2.728(5) 153.6 symmetry transformations used to generate equivalent atoms: #1=x,y+3/2,z+1/2, #2=x,-y+3/2,z-1/2, #3 =x,-y+1/2,z-1/2, #4 x+1,-y+1/2,z-1/2, #5= -x+1,y-1/2,-z+1/2, #6=x,y-1,z, #7=x,-y+1/2,z+1/2, #8=x,y+1,z around cu(2) with a chelating angle o(5)-cu(2)n(3) of only 82.10(16)°c. the remaining axial coordination sites are occupied by an oxygen from a h2o molecule [cu(2)-o(12), 2.247(4) å]. the cu(3) atom has a pentacoordinate geometry which is intermediate between squarepyramidal and trigonal-bipyramidal. a pdc 3ligand chelate to cu(3) through a carbaxylate oxygen and adjacent nitrogen atoms(o(7)/n(4)), occupying two coordination sites of cu(3), the others are taken by three h2o molecules(o(3),o(14),o(15) ). eq02-af 26/6/08 12:37 page 16 17ecl. quím., são paulo, 33(2): 13-19, 2008 as shown in figure 2, strong intermolecular hydrogen bond exists between the trimers, resulting in an one-dimensional supramolecular ribbon, which is strengthened by π-π stacking interaction. further hydrogen-bonding among the ribbons leads to a two-dimensional h-bonded sheet (fig.3). a sandwich structure has been formed in the whole three-dimensional stacking (see fig.4). the dmf guest in the title compound disposed between the mutually parallel planes of two planes of fig. 3 and is coordinated to each of them by intermolecular hydrogen bonds and other interactions. the structure of the complex is shown in an undulated one-dimension ribbon constructed by hydrogen bonds and π...π stacking interactions, fig. 2. undoubtedly, the hydrogen bonding plays important roles in the stabilization of the title complex. two neighboring hma+ cations are held together by n–h…n hydrogen bond, meanwhile, there are strong π...π stacking interactions between two hma+ cations from adjacent layers to yield molecular ribbon. hma+ cations in adjacent unit cell related by an inverse centre are connected by pairs to form undulate ribbons via r2 2(8) ring motifs, each composed of two pairs of n–h…n hydrogen bonds [ n(7)…n(10) #6 2.994(6)å, n(2)…n(6) #7 3.048(7)å]. the r2 2 (8) hydrogenbonded motifs involving n–h…n hydrogen bonds has been found in the crystal structures of many ma complexes [27,29, 37-39]. as we can see from fig. 3, the ribbons are held together in a three-dimensional microporous arrangement by the intense intermolecular (n–h…o and o–h…o) hydrogen bonds. between the protonated aromatic/amino nitrogen atoms of ma and the sulfate oxygenatoms, the ribbons of hma+ cations and so4 2anions are interconnected alternatively, giving rise to a 14-membered hydrogen bonded r3 3(14) ring motifs[ n(3)…n(11) 3.093(7) å, n(1)…o(2) 2.849(6) å, n(8)…o(3) 2.989(6) å] to generate corrugated layers. interestingly, the o(2) and o(3) atoms of so4 2bridge two amino hydrogen atoms from two different hma+ cations respectively, while o(1) and o(4) atoms connect two triazine nitrogen atoms from two different hma+ cations and two oxygen atoms from two water molecules [o(1)…o(6) 2.815(7) å, o(2) #1…o(6) 2.904(7) å]. the adjacent ribbons are also hydrogen-bonded through water molecules to the amino groups [n(2)…o(6) #8 3.025(7) å, n3…o(6) #4 2.941(7) å]. such ribbons extend into a layer structure. these layers are stacking into a 3d microporous network (fig. 3) by (n–h…o, n–h…n, o–h…o) hydrogen bonds. meanwhile, there are strong π...π stacking interactions between the hma+ cations from adjacent layers, which are found to consolidate the undulated ribbons. figure 2. stereoview of the 1-d linear structure of 1 constructed by hydrogen bonds and π-π stacking interactions. figure 3. stereoview of the 2-d sheet structure of 1 constructed by hydrogen bonds. figure 4. stereoview of the 3-d sandwich structure of 1 constructed by hydrogen bonds. eq02-af 26/6/08 12:37 page 17 18 ecl. quím., são paulo, 33(2): 13-19, 2008 thermal analysis dmf molecules linked to the trimmer by weak hydrogen bonds. this action is weaker than the coordination action of water molecules and pdc3trianions obviously. compare to tetradentate pdc3l trianions, water molecules only coordinate copper(ii) ion by one oxygen atom. so, the decomposed order is dmf, water and pdc3ligand. the thermal behavior of the title coordination compound has been deduced from the tg analysis in nitrogen atmosphere. a crystalline sample was heated at a constant rate of 10°c/min from 40 to 800°c. the sample lost weight immediately. just as what we have been supposed: the weight loss at 50-200 °c is considered as the loss of four dmf guests in each formula unit 31.0% (calcd 31.3%). and the sheet (see fig.2) is left. the weight loss at 200-250°c is considered as the loss of eight ligand water molecules, 15.0% (calcd 15.4%). this means the complex has been disassembled. at 250-650°c, there is a obviously exothermic progress. it is ascribed to decomposition of the organic acid ligands. figure 5. tga=% mass loss, dsc=∆t (µv) curves at 20°c min-1 in dynamic dinitrogen atmosphere at 150 cm3 min-1 [cu3(pdc)2(h2o)8]. 4dmf. the thermal decomposition behavior of the title supramolecular complex has been followed up to 800 ºc by the thermogravimetric (tga) and differential scanning calorimeter (dsc) analysis. the tga curve shows that the complex is stable up to 500 ºc, above which its structure begins to collapse. the tga and dsc curves exhibit a continuous weigh loss, indicating a multi-step decomposition of the complex. the tga curve shows that the weight loss of 9.54% in the temperature range 50-310 ºc can be attributed to the removal of two water molecules (cacld 9.3%). the violently exothermic peak between 310-400 ºc is attributed to the degradation of the sulfate dianion with the weight loss of 24.24% which is in good agreement with the result obtained from x-ray diffraction (24.85% for one sulfate dianion). the weight loss of 35.11% in the temperature range 400-500 ºc is in agreement with the weight loss calculated for the loss of melamine molecules (calcd 32.64%). the weight drops off sharply between 500 and 610 ºc attributed to framework decomposition. the decomposition process of the complex ends at around 650 ºc. the dsc curve display three endothermic peaks at 135, 355 and 490 ºc due to the elimination of water molecule, sulfate dianion, ma, respectively, and a exothermic peak at 610 ºc which is ascribed to decomposition of melamine cations. the tga and dsc curves reveal the intensity of interactions in the complex (water molecules < sulfate dianion <ma). according to the dsc curve, water molecules and sulfate dianion link to ma only with hydrogen bonds. when the complex is heated, water molecule is vaporized first, then is sulfate dianion. this phenomena indicates that the hydrogen bonding interaction of water molecules is much weaker than sulfate dianion. the ma cation disconnect last at 500 ºc due to the intense hydrogen bonding and aromatic π-π stacking interaction between ma cations. conclusions a trimer complex of [cu3(pdc)2(h2o)8]. 4dmf is prepared by solution method. its structure is a zero-dimensional lattice. the weak interactions (hydrogen bonding and aromatic π-π stacking interaction) between each unit result in a sandwich supramolecule . a new ma-sulfate cocrystal is obtained, which exhibits interesting hydrogen bonding patterns and 3-d microporous structure. this kind of hydrogen bonding patterns and 3-d microporous structure is rarely seen in other similar ma comeq02-af 26/6/08 12:37 page 18 plexes. there are three kinds of hydrogen bonds (n-h…o, n–h…n, o-h…o) which sustain the microporous structure. the hydrogen-bonding patterns include the commonly observed r2 2(8) ring motifs and the less commonly observed r3 3(14) ring motifs. the results demonstrate that the main driving forces in the formation of the final 3d structures are intermolecular hydrogen bonding and π-π stacking interactions. the thermal analysis supports the results of this supramolecular structure and reveals the intensity of interactions in the complex. acknowledgement we acknowledge financial support by the s & t project of zhejiang province (no. 2007c31035), the s & t project of wenzhou (no. g20060097 and g20060090), and the nation natural science foundation of china (grant no. 50772075 and 50472018). supporting information available ccdc-628830 contains the supplementary crystallographic data for this paper. these data can be obtained free of charge at www.ccdc.cam.ac.uk/conts/ retrieving.html [or from the cambridge crystallographic data center, 12, union road, cambridge cb2 1ez, uk; fax: (internat.) +44-1223/336-033; e-mail: deposit@ccdc.cam.ac.uk]. received 26 february 2008 accepted 28 april 2008 references [1] t.k. maji, k. uemura, h.-c. chang, r. matsuda, s. kitagawa, angew. chem. int. ed. 43 (2004) 3269. 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complexes of silver(i) with 2,3-, 2,4-, 2,6-, 3,4-, 3,5-dimethoxy-, and 2,3,4and 3,4,5trimethoxybenzoic acid anions have been synthesized and characterized by elemental analysis, ir spectroscopy, thermogravimetric and x-ray studies. their solubility in water has been also determined at 293k. all analysed complexes were found to be crystalline, anhydrous compounds with low symmetry. the carboxylate groups act as bidentate or monodentate ligands. the thermal stability of compounds has been examined in air in temperature range of 293-1173k. the analysed complexes were found to be stable at room temperature and their solubilities in water at 293k to be in the order of 10-4 mol.dm-3. keywords: complexes of ag(i); thermal stability; ftir spectra. in the presented acid molecules there are two kinds of substituents: -cooh and –och3. the first one, as an electron acceptor decreases the electronic density of benzene ring molecule while –och3 as being its donor decreases the acidity of benzoic acid derivatives.these distinct characters of above presented two kinds of substituents influence the properties of methoxybenzoic acid isomers and their compounds. moreover the mesomeric, inductive and steric effects are known to affect the properties of aliphatic and aromatic compounds. the inductive effects of each methoxygroup causing the delocalization of the electrons in the complex molecule change its energy state and bring about the conjugation of electrons. furthermore the mesomeric effects caused by those groups rise the energetic changes in the molecule of the organic compound. the inductive effect created by those substituents influences mainly the electron density in benzene ring in their metaposition, while in eq010-af:modelo-af 7/20/09 10:15 pm página 63 their paraposition both inductive and mesomeric effects play an important role. in our earlier papers the synthesis of complexes of co(ii), ni(ii) and cu(ii) with various isomers of diand trimethoxybenzoic acid anions was described and the investigation of their properties was presented [3-12]. now we decided to present the preparation of diand trimethoxybenzoates of ag(i) in the solid state, and the examination of their properties such as: thermal stability in air, solubility in water, the ways of coordination of carboxylate groups and their crystalline form. in this paper we try to present our consideration concerning the influence of methoxysubstituents being in various positions in benzene ring on the properties of analysed silver(i) complexes. experimental synthesis of the complexes the 2,3-, 2,4-, 2,6-, 3,4-, 3,5-dimethoxyand 2,3,4and 3,4,5-trimethoxybenzoic acids and agno3 used for the preparation of complexes were produced by aldrich chemical company. in the experiments the solution of nh3aq (25 %) produced by polish chemical reagents in gliwice (poland) was also used. the 2,3-, 2,4-, 2,6-, 3,4-, 3,5-dimethoxyand 2,3,4and 3,4,5-trimethoxybenzoates with ag(i) were obtained by the addition of equivalent quantities of 0.1 m ammonium 2,3-, 2,4-, 2,6-, 3,4-, 3,5-dimethoxyand 2,3,4and 3,4,5-trimethoxybenzoates (ph ª 5) to hot solution containing the nitrate(v) of silver(i) and crystallizing at 293 k. the solids were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions and dried at 303 k. instrumentations elemental analysis for c, h was performed by using a perkin-elmer chn 2400 analyser. the contents of ag+ ions were established by asa method with the use of asa 880 spectrophotometer (varian) (table 1). the ir spectra of complexes were recorded over the range 4000-400 cm-1 using m–80 spectrophotometer (carl-zeiss, jena). samples for ir spectra measurements were prepared as kbr discs (tables 2, 3). the x-ray diffraction patterns were taken on a hzg–4 (carl zeiss-jena) diffractometer using ni filtered cuka radiation. the measurements were made within the range 2q =  4–80° by means of the debyescherrer-hull method. thermal stability and decomposition of the complex was determined by setaram setsys 16/18 derivatograph recording tg, dtg and dsc curves. the measurement was made at heating rate of 10k.min-1 with full scale. the samples (7.16-7.78mg) was heated in ceramic crucible in air to 1173k (table 4). the solubilities of analysed complexes in water were measured at 293 k. saturated solution of the obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of ag(i) were determined by using asa 880 spectrophotometer (varian). the values of solubilities are presented in table 1. results and discussion the infrared spectroscopy the complexes were characterized by elemental analysis (table 1) and ftir spectroscopy (tables 2,3, and fig. 1). the characterized frequencies related to the carbonyl group are altered markedly in going from acids to the respective salts. the bands of the u(c=o) (from -cooh groups) present in the spectra of the acids, disappear in the spectra of the complexes and two bands arising from asymmetric and symmetric vibrations of the coogroups are observed (table 3) [13-17]. according to spectroscopic criteria and especially with regard to that of nakamoto [13] the carboxylate groups in the analysed complexes show different modes of coordination. in the 2,3-, 2,6-, 3,5-dimethoxyand 2,3,4-trimethoxybenzoates they may function as bidentate bridging groups, in the 3,4,5trimethoxybenzoates as bidentate chelating while in the 2,4and 3,4-dimethoxybenzoates of silver(i) as monodentate. the bands attributed to asymmetric uc-h stretching modes of the -ch3 groups are observed at 2980-2928 cm-1. the changes in the values of these frequencies are probably connected with the various influences of inductive, mesomeric and steric effects of methoxygroups on the electron density of the aromatic system. the assigments of bands as symmetric uc-h stretching in -och3 groups are 64 ecl. quím., são paulo, 34(1): 63-66, 2009 eq010-af:modelo-af 7/20/09 10:15 pm página 64 observed at 2840-2832 cm-1.the bands of asymmetric (dasch3) and symmetric (ds ch3) in plane bending of the -ch3 groups appear at 1468-1416 cm-1, and 1292-1260 cm-1, respectively. the bands corresponding to the silver-oxygen stretching occur at 496cm-1 and 424 cm-1, in the spectra of 2,6and 3,5-dimethoxybenzoates, respectively, while those for the other analysed complexes are probably below 400 cm-1 [13-17]. x-ray diffraction patterns the analysis of the diffractograms suggests that the 2,3-, 2,4-, 2,6-, 3,4-, 3,5-dimethoxyand 2,3,4and 3,4,5-trimethoxybenzoates of silver(i) are polycrystalline compounds [18]. the some of them are presented in fig. 2. the structures of the compounds were not determined because their single crystals were not obtained. thermal analysis the thermal stability of 2,3-, 2,4-, 2,6-, 3,4-, 3,5-dimethoxyand 2,3,4and 3,4,5trimethoxybenzoates of ag(i) was studied in air (table 4, fig. 3). all the analysed complexes are anhydrous compounds which decompose in two steps (with the exception of 3,4,5-trimethoxybenzoate of silver(i)). at first they form the unstable intermediate product that next, in the second step, are decomposed to ag2o being the final product of decomposition. heated, the anhydrous 3,4,5trimethoxybenzoate of ag(i) is directly decomposed to silver(i) oxide.the combustion process of the organic ligand in the analysed complexes is connected with exothermic effect seen on dsc curves. the thermal stability of anhydrous diand trimethoxybenzoates increases in the order: 2,3< 3,4,5ª 2,4< 2,3,4< 3,4<2,6ª 3,5-. from the comparison of temperature values of the thermal decomposition it follows that the various position of –och3 substituents in benzene ring influences the thermal stability of complexes. probably it is connected with the different participations of the inductive and mesomeric effects of methoxygroups in the electron density of the system. in our previously published papers [6, 8, 10-12] it was said that the complexes of 3,5-dimethoxybenzoates with co(ii), ni(ii) and cu(ii) were more thermally stable than those of the remaining isomers. the hydrates of 3,5-dimethoxybenzoates 65ecl. quím., são paulo, 34(1): 63-66, 2009 of co(ii), ni(ii) and cu(ii) losing water molecules in one step form the anhydrous compounds that next are decomposed at higher temperatures than dimethoxyand trimethoxybenzoates of those elements. their higher thermal stability is caused by the greater arrangements of the molecule structure and the decay of the steric effects. in these compounds the substituents are placed far from each other in benzene ring. taking into account the structures of the remaining isomer molecules it is possible to state that the steric effects resulting from the close situated substituents in benzene ring may decrease their thermal stability. solubility the solubilities of 2,3-, 2,4-, 2,6-, 3,4-, 3,5-dimethoxyand 2,3,4and 3,4,5-trimethoxybenzoates of silver(i) in water were measured at 293 k (table 1). they are in the order of 10-4 mol.dm-3. the 2,3,4and 3,4,5-trimethoxybenzoates of ag(i) are more soluble salts than those of dimethoxybenzoates. conclusions according to the survey of literature the silver(i) complexes are unstable in air, while our investigations appeared them to be stable compounds with thermal stability being comparable with those hydrates of diand trimethoxybenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii). the complexes of ag(i) are anhydrous compounds with carboxylate groups of various dentates resulting from the different influences of inductive, mesomeric and steric effects of -och3 groups on the electron density of the system depending on their position in benzene ring. received november 16 2008 accepted december 19 2008 references [1] s. c. mojumdar, d. hudecova, and m. melnik, pol. j. chem., 73 (1999) 759. [2] m. mccann, j. f. cronin, and m. devereux, polyhedron, 17 (1995) 2379. eq010-af:modelo-af 7/20/09 10:15 pm página 65 66 ecl. quím., são paulo, 34(1): 63-66, 2009 [3] w. ferenc, a. walków-dziewulska, p. sadowski, j. chruściel, j. serb. chem. soc., 70 (6) (2005) 833. [4] w. ferenc, a. walków-dziewulska, p. sadowski, j. therm. anal. cal., 82 (2005) 365. [5] w. ferenc, a. walków-dziewulska, j. serb. chem. soc., 70 (8-9) (2005) 1075. [6] w. ferenc, a. walków-dziewulska, p. sadowski, chem. pap., 59 (4) (2005) 324. [7] w. ferenc, b. bocian, a. walków-dziewulska, j. sarzyński, chem. pap., 59 (5) (2005) 316. [8] w. ferenc, a. walków-dziewulska, j. sarzyński, j. serb. chem. soc., 70 (8-9) (2005) 1089. [9] w. ferenc, a. walków-dziewulska, j. sarzyński, ecl. quim., sao paolo, 31 (2) (2006) 17. [10] w. ferenc, a. walków-dziewulska, j. sarzyński, b. paszkowska, ecl. quim., sao paolo, 31 (3) (2006) 7. [11] w. ferenc, a. walków-dziewulska, j. sarzyński, b. paszkowska, ecl. quim., sao paolo, 31 (3) (2006) 53. [12] w. ferenc, a. walków-dziewulska, j. sarzyński, acta chim. slov., 54 (2007) 248. [13] k. nakamoto, infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds, wiley, toronto, 1997 [14] g. socrates, infrared and raman characteristic group frequencies, john wiley&sons, chichester, 2001. [15] r. m. silverstein, f. x. webster and d. j. kiemle, spektroskopowe metody identyfikacji eq010-af:modelo-af 7/20/09 10:15 pm página 66 www.scielo.br/eq volume 34, número 3, 2009 57 harmonical oscillator and electro-mechanical analogy: an interdiscinary experiment to high precision mass variation measurements ailton m. watanabe1,2, adriano dos santos2 e paulo r. bueno*,1,2 1usp, faculdade de filosofia, ciências e letras de ribeirão preto, departamento de física e matemática, cep 14040-901, ribeirão preto, sp, brasil 2unesp, universidade estadual paulista, instituto de química, departamento de físico-química, p. o. box 355, cep 14800-900, araraquara, sp, brasil. *autor correspondente: prbueno@iq.unesp.br abstract: in general, the traditional physics courses needs examples of the aplications of the physics concepts in other areas such as chemistry and biology. this lacks tend to demotivate chemistry and biology students regarding to deal with physical concepts developed in classroom. in this work, the analogy among mechanic and electric oscillators is investigated to be applied in chemistry and biology areas, showing to be valuable due to its aplication in techniques that aims to measure mass variation with high precision. this measure could be made in a direct or indirect way. these techniques are known as electrogravimetric techniques and they are important in biosensor aplications. thus, this paper explores the electromechanic analogy in an interdisciplinary way involving areas like physics, chemistry and biology. based on this analogy, it is proposed an experiment that can be applied in different ways, i.e. by an basic approach or more deeper, depending on the students specific formation, in other words, physics, chemistry or biology. keywords: block-spring oscillator; rlc oscillator; eletromechanical analogy; piezoelectric oscillator; electrogravimetry. 1. introdução o oscilador harmônico simples é abordado tanto em cursos de física básica [1-3] quanto em cursos de física avançada [4, 5]. como exemplos de osciladores harmônicos simples, citam-se o pêndulo e um sistema massa-mola, ambos como sistemas ideais ou conservativos, ou seja, onde não se considera forças dissipativas. no exemplo do oscilador massa-mola ideal a energia total do sistema varia entre a energia potencial elástica, originada da deformação da mola, e a energia cinética, devido ao movimento do bloco. no exemplo do pêndulo ideal a energia total do sistema varia entre a energia potencial gravitacional e energia cinética da esfera. além dos osciladores harmônicos, são estudados os osciladores amortecidos, tais como o sistema massa-mola vertical com uma superfície submersa em um fluido [4, 6] ou um pêndulo composto de um fio longo e uma esfera de pequena densidade em atrito com o ar. são estudados também os osciladores forçados (oscilador harmônico submetido a uma força externa) e forçado amortecido (movimento de uma agulha magnética [7]). os osciladores citados anteriormente são exemplos de osciladores harmônicos do tipo mecânicos. além destes, existem os osciladores eleecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 educação/education ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200958 educação education tromagnéticos, ou seja, circuitos elétricos que envolvem indutores (l) e capacitores (c), podendo ou não apresentar um elemento resistivo (r). nesses sistemas ideais somente elementos indutivos e capacitivos estão presentes. esses circuitos formados por estes dois elementos são chamados de circuitos lc. portanto, um circuito lc é exemplo de oscilador harmônico sem dissipação, no qual a energia do sistema oscila entre elétrica (devido ao capacitor) e magnética (devido ao indutor). por outro lado, um circuito rlc é um exemplo de oscilador amortecido, devido ao fato que o elemento resistivo dissipa energia na forma de calor para o ambiente externo. quando nesse circuito é adicionada uma fonte de energia externa como uma diferença de potencial alternada (gerador), esse oscilador torna-se um exemplo de oscilador forçado ou forçado amortecido [8], porque se mantém oscilando desde que a energia fornecida pelo gerador seja maior que aquela dissipada pelo resistor (r) por ciclo. devido às semelhanças matemáticas que descrevem o comportamento oscilatório dos sistemas mecânico e eletromagnético, é possível fazer uma analogia quantitativa direta entre eles. esta analogia é conhecida como equivalência eletromecânica. embora esses exemplos de osciladores mencionados assim como a equivalência eletromecânica sejam muito bem estudados e discutidos nos livros didáticos, ainda há uma deficiência no contexto prático, sobretudo na visualização deste conteúdo em aplicações tecnológicas e no desenvolvimento científico. além do mais, diversas disciplinas oferecidas tanto nos cursos de graduação em física quanto nos de química e biologia não exploram a interdisciplinaridade inerentes destas ciências, que poderiam ser utilizadas como forças motivadoras ao aprendizado, sobretudo mostrando ao aluno de graduação as potenciais aplicações dos conceitos relacionados à essas áreas, bem como no desenvolvimento de pesquisas em nível de pós-graduação das quais abrangem. desta forma, com o intuito de enriquecer a literatura com exemplos de experimentos que sejam capazes de explicar a analogia eletromecânica e mostrar a interdisciplinaridade entre as áreas de biologia, química e física, o objetivo deste trabalho é descrever esta analogia e mostrar como aplicá-la em estudos de técnicas eletrogravimétricas, ou seja, técnicas baseadas na detecção de massa através de um sinal elétrico. estas técnicas são ferramentas importantes na elucidação da formação de monocamadas automontadas (sam, do inglês self assembled monolayer) de determinadas moléculas orgânicas contendo grupos específicos sobre um substrato metálico, assim como no estudo e desenvolvimento de biossensores [9-11] atualmente muito explorados para estudo científico na área de biotecnologia, nos quais os conceitos de oscilador harmônico e equivalência eletromecânica encontram-se presentes. 2. teoria e aplicação o conteúdo teórico que permite a interpretação da analogia dos sistemas mecânico e elétrico é de fundamental importância no entendimento de sua aplicação em dispositivos sensores de massa e, por isso, merece uma abordagem detalhada. um oscilador massa-mola em repouso sobre uma superfície perfeitamente lisa (figura 1(a)), possui energias cinética (ec ) e potencial elástica (ep) nulas, uma vez que o bloco não está em movimento e a mola não se encontra deformada. ao se deslocar o bloco de sua posição de repouso para uma posição +x (figura 1(b)), a energia utilizada para promover o movimento do bloco (bioquímica, mecânica, etc.) foi armazenada no sistema como energia potencial elástica. esta energia está associada ao trabalho w realizado para deformar a mola, dado pela integral: 0 x w fdx= ∫ (1) a força envolvida é a força restauradora da mola, contrária ao movimento. segundo a lei de hooke: f kx= − (2) sendo k a constante de mola e x a deformação. ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 59 educação education substituindo a equação 2 na equação 1 e resolvendo a integral, encontra-se: 21 2 w kx= − (3) sabe-se que variação de energia potencial do sistema é definida com sendo igual ao oposto do trabalho realizado pela força restauradora da mola: pe w∆ = − (4) como inicialmente a energia potencial é nula (a mola estava em seu estado natural) a energia potencial do sistema é: 21 2pe w kx= − = (5) portando, a energia total do sistema é dada pela relação da equação 5, que depende da constante k de deformação da mola e o quanto esta foi deformada, ou seja, do valor de x. figura 1. (a) sistema massa-mola ideal. (b) quando o bloco é puxado para o ponto +x, a energia envolvida para o movimento do bloco é transferida para o sistema como energia potencial elástica. o valor da energia armazenada é dada pela relação mostrada na equação 5. ao soltar o bloco, a energia potencial armazenada no sistema é convertida gradualmente em cinética, conforme equação 6: 21 2ce mv= (6) onde m é massa e v a velocidade do bloco. somente quando o bloco passar pela origem (e a mola volta ao seu estado natural), toda a energia potencial é convertida em energia cinética, ou seja, neste ponto a velocidade do bloco é máxima. passando do ponto inicial, o bloco começa a perder velocidade, pois a energia cinética está sendo transferida para a mola, comprimindoa, até atingir a velocidade nula no ponto -x, onde somente há contribuição de energia potencial para a energia do sistema. novamente, o bloco adquire velocidade até atingir seu valor máximo no ponto inicial e volta a estar em repouso quando se encontra em +x, iniciando-se novo ciclo de oscilação. como o sistema é ideal, não apresentando perdas energéticas, a energia mecânica (em), que é a soma das energias potencial (equação 5) e cinética (equação 6), é sempre constante, independente do tempo (equação 7). como exemplo ilustrativo, é mostrado na figura 2 o ciclo de oscilação do sistema massa-mola em detalhes. 0m d e dt = (7) é possível deduzir uma equação diferencial que descreve o movimento oscilatório do bloco no sistema massa-mola. da conservação da energia mecânica (equação 7): 2 21 1 0 2 2 d dv dxmv kx mv kx dt dt dt  + = + =   (8) fazendo dx v dt = e 2 2 dv d x dt dt = , chega-se a: 2 2 0d xm kx dt + = (9) a solução geral para a equação diferencial mostrada na equação 9 é: ( )cosx x tω φ= + (10) sendo x a amplitude do movimento, ω a frequência angular de oscilação e φ a constante de fase (valor dependente do deslocamento e da velocidade do bloco em t = 0). ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200960 educação education o sistema massa-mola é um exemplo clássico de oscilador harmônico simples linear. realizando o cálculo da primeira e segunda derivada da equação 10, obtém-se a relação matemática que descreve a velocidade (equação 11) e a aceleração (equação 12), respectivamente, do bloco oscilante no sistema em função do tempo: ( ) ( )cos ( ) send x t v t x t dt ω φ ω ω φ+ = = − + (11) ( ) ( ) 2 2 2 2 cos cos ( ) ( )d x t x t a t x t dt ω φ ω ω φ ω+ = − + = = − (12) combinando o resultado da equação 12 com a segunda lei de newton, encontra-se que: 2f m xω= − (13) ou seja, a força restauradora da mola é proporcional ao deslocamento. figura 2. mecanismo de oscilação de um sistema massa-mola após o fornecimento de energia dada pela equação 5. a flecha “cortada” indica o sentido e direção do movimento do bloco. (a) sistema massa-mola constituído por uma mola de constante k e bloco de massa m. o bloco passa pela origem, onde a velocidade é máxima. neste ponto, a energia cinética é máxima. (b) quando o bloco se aproxima do ponto +x, a amplitude, a energia cinética é aos poucos convertida em energia potencial. (c) quando o bloco alcança o ponto de amplitude +x, toda a energia cinética é convertida em potencial. após o ponto de amplitude, em (d), o bloco começa a ganhar velocidade e alcança seu valor máximo em (e). a energia do sistema é apenas cinética em (e) e é parcialmente convertida para potencial elástica em (f). em (g) toda a energia do sistema está armazenada na forma de energia potencial, sendo transferida parcialmente em (h) para cinética. novamente em (a) inicia-se outro ciclo. ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 61 educação education combinando a equação 13 com a lei de hooke (equação 2), encontra-se a relação que descreve a frequência angular (equação 14) e o período de oscilação t do bloco (equação 15): k m ω = (14) 2 mt k π= (15) as relações matemáticas que descrevem a energia do sistema em função do tempo podem ser facilmente deduzidas combinando as equações 5 e 10 para a energia potencial (equação 16) e equações 6 e 11 para a energia cinética (equação 17): ( )2 21 cos 2pe kx tω φ= + (16) ( ) ( )2 2 2 2 21 1sen sen 2 2ce mx t kx tω ω φ ω φ= + = + (17) até o momento foi considerado apenas um sistema ideal, ou seja, um sistema sem a presença de forças que dissipam a energia, como o atrito entre o bloco e a superfície. neste caso, a energia total do sistema armazenada inicialmente como energia potencial (equação 5) é gradualmente perdida para o ambiente, sem a possibilidade de reaproveitá-la para o sistema durante os ciclos de oscilação. estes sistemas que apresentam forças que dissipam a energia sem reaproveitamento são chamados de sistemas amortecidos. outro exemplo de sistema oscilador amortecido é mostrado na figura 3, que consiste em um oscilador massamola contendo uma pá imersa em um líquido, do qual exerce uma força que dificulta o movimento do bloco (amortecimento, b) quando este sobe e desce em seu movimento oscilatório [1]. figura 3. oscilador massa-mola amortecido ideal. a pá imersa no líquido exerce uma força de amortecimento no sistema a cada ciclo de oscilação. as equações que descrevem o sistema massa-mola amortecido devem levar em consideração a força de amortecimento presente no sistema (fa). considerando que o sistema massa-mola amortecido mostrado na figura 3 seja ideal e que fa seja proporcional em módulo à velocidade do bloco, tem-se que: af bv= − (18) onde b é uma constante de amortecimento, que depende das características do sistema [1]. o sinal negativo indica que se opõe ao movimento do bloco. de acordo com a segunda lei de newton: bv kx ma− − = (19) substituindo v por dx dt e a por 2 2 d x dt e rearranjando a equação 19, encontra-se a seguinte equação diferencial 2 2 0d x dxm b kx dt dt + + = (20) cuja solução é dada por ( )2( ) cos ' b t mx t xe tω φ − = + (21) ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200962 educação education onde x é a amplitude e ω’ é a frequência angular do oscilador amortecido. em termos energéticos, em um oscilador não amortecido, a energia total do sistema é dada pela equação 5, uma relação independente do tempo. na equação 21, a amplitude é dada por 2 b t mxe − , ou seja, a amplitude do movimento de um oscilador massa-mola amortecido depende do tempo e consequentemente, a energia também deve variar com o tempo. de fato, a energia de um sistema amortecido varia com o tempo e é dada pela equação 22 [1]. 21( ) 2 bt me t kx e − ≈ (22) caso nenhuma força externa atue no sistema fornecendo energia extra, a energia decairá até zero exponencialmente. caso contrário, se uma fonte de energia externa fornecer energia igual à perdida durante um ciclo de oscilação, o sistema permanecerá oscilando indefinidamente. nestes casos, diz-se que o sistema é um oscilador forçado. exemplificando, pode-se considerar como oscilador forçado o sistema massa-mola esquematizado na figura 1 com o suporte movendo-se na horizontal em ciclos de oscilação numa frequência conhecida como ωd [1]. caso esta frequência de oscilação forçada for igual à frequência de oscilação natural do sistema (ω ou ω’) o sistema entrará em ressonância e, consequentemente, a amplitude de oscilação será a máxima possível. as considerações detalhadas até o momento dizem respeito a um oscilador harmônico mecânico, embora estas deduções matemáticas também possam ser realizadas de forma análoga a um oscilador harmônico eletromagnético, como um circuito lc: sistema constituído por um indutor de indutância l (elemento responsável por armazenar energia magnética) e um capacitor de capacitância c (elemento responsável por armazenar energia elétrica). ao ligar o circuito lc a uma fonte de energia externa, como uma bateria (figura 4), a energia elétrica começará a se acumular nas placas do capacitor. neste caso, comparando com o oscilador massa-mola, a energia fornecida pela bateria ao circuito lc equivale à energia fornecida ao sistema massa-mola quando o bloco é deslocado a partir de sua posição de equilíbrio. desta forma, pode-se fazer uma analogia entre a constante k da mola e a capacitância (c) do capacitor. figura 4. circuito lc. ao fechar a chave s1, mantendo a chave s2 aberta, o capacitor é carregado até possuir uma diferença de potencial igual a da bateria. após o carregamento do capacitor, desligando a chave s1 e ligando a chave s2, a energia acumulada como elétrica no sistema oscilará entre elétrica e magnética. a energia fornecida ao capacitor é igual ao trabalho que um dispositivo de fem (uma bateria) tem que executar, à custa de reações de óxido-redução, para carregar as placas do capacitor. esta energia é armazenada como energia potencial elétrica (uc), dada pela relação: 2 21 1 2 2c qu cv c = = (23) onde q é a carga do capacitor, c sua capacitância e v a diferença de potencial entre as placas. a energia para carregar o capacitor tem um limite: está inteiramente relacionada ao potencial da bateria que o capacitor está conectado, ou seja, quando a diferença de potencial entre as placas do capacitor for igual à diferença de potencial v da bateria, não haverá mais carregamento das placas. importante notar que as equações 5 e 23 são parecidas. de fato, as grandezas físicas presentes em ambas as equações possuem comportamento parecidos frente aos seus sistemas em particular. na equação 5, a energia potencial máxima do sistema massa-mola está relacionada, principalmente, ao quanto a mola foi esticada de sua posição de equilíbrio. no caso do circuito lc, a energia ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 63 educação education potencial máxima está relacionada à quantidade de carga que o dispositivo de fem conseguiu carregar (separar) nas placas. as grandezas k e c são inerentes ao elemento mola e capacitor, respectivamente, e não dependem do quanto à mola foi alongada e quantas cargas foram separadas para carregar o capacitor. desta forma, comparando as relações matemáticas, pode-se fazer a analogia entre o capacitor e a mola (tabela 1). a energia armazenada nas placas do capacitor pode ser recuperada ao desligar a chave s1 e ligar a s2 da figura 4. as cargas começam a fluir pelo circuito, produzindo uma corrente elétrica i passando pelo indutor. sabe-se que o indutor tem a capacidade de armazenar energia magnética (ub) quando uma corrente i flui através do circuito. esta energia é dada pela equação 24: 21 2bu li= (24) onde l é a indutância e i a corrente que passa pelo circuito. em um circuito ideal, sem a presença de um elemento resistivo que dissiparia a energia do sistema como térmica para o ambiente, a energia do sistema ficaria oscilando entre elétrica e magnética: quando o capacitor começa a descarregar, gera uma corrente i que passa pelo circuito, fornecendo energia magnética para o indutor. quando a energia elétrica do capacitor for nula, toda a energia do sistema estará armazenada no campo magnético do indutor. pela equação 24, isto ocorre quando i é máximo. a partir deste ponto, i começa a diminuir, significando que a quantidade de cargas responsáveis pela corrente está diminuindo. esta queda do valor da corrente elétrica é justificada porque as cargas estão se acumulando nas placas do capacitor, transferindo a energia magnética para elétrica. quando i for nulo, toda a energia do sistema estará novamente armazenada no capacitor. as cargas começam a fluir novamente no circuito e inicia-se novo ciclo. é mostrada na figura 5 a oscilação entre as energias elétrica e magnética no circuito lc em detalhes (com capacitor de placas paralelas). novamente, ao realizar a analogia entre os sistemas, percebe-se o quanto eles se assemelham do ponto de vista físico. no oscilador massa-mola, após o bloco ser solto da posição +x, como mostrado na figura 1b, toda a energia inicialmente armazenada como energia potencial elástica é transformada totalmente em cinética quando a velocidade do bloco é máxima, na posição de equilíbrio. no circuito lc ocorre algo similar: quando a corrente é máxima, toda a energia elétrica do sistema é convertida em magnética. esta analogia é evidenciada pela semelhança matemática das equações 6 e 24. desta forma, pode-se fazer uma analogia entre a posição do bloco e a carga do capacitor, a velocidade do bloco e a corrente do circuito e entre a massa do bloco e o indutor (tabela 1). as equações diferenciais que descrevem o comportamento oscilatório do circuito lc também podem ser deduzidas da mesma forma que para o sistema massa-mola, já descrita anteriormente. enquanto no sistema massa-mola a equação diferencial fornece a posição do bloco em função do tempo, no circuito lc a equação diferencial dá como solução a carga do capacitor em função do tempo. ( )cosq q tω φ= + (25) onde q é a carga máxima no capacitor, ω é a frequência angular das oscilações eletromagnéticas e φ a constante de fase, que depende da carga contida no capacitor no tempo inicial. realizando o cálculo de primeira derivada da equação 25 encontra-se a corrente em função do tempo, de forma análoga ao encontrar a velocidade do bloco no sistema massa-mola. ( )sendqi q t dt ω ω φ= = − + (26) onde o valor ωq é a amplitude da corrente no circuito lc. a frequência angular de oscilação do circuito lc pode ser obtida realizando a corresponecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200964 educação education dência entre as grandezas mostradas na tabela 1 e substituindo na equação 14. fazendo-se estas substituições, chega-se na expressão: 1 lc ω = (27) figura 5. mecanismo de oscilação num circuito lc, com capacitor de placas paralelas: (a) inicialmente, toda a energia no sistema está armazenada no capacitor em forma de energia elétrica. (b) uma parte da energia inicial está armazenada no capacitor e a outra no indutor, em forma de energia magnética. (c) toda a energia armazenada inicialmente em no capacitor é transformada em energia magnética no indutor. (d) parte da energia armazenada no indutor é transferida para o capacitor (e) o sistema volta ao seu estado inicial, ou seja, toda a energia do sistema está armazenada no capacitor. na seqüencia, os estados anteriores se repetem, formando um novo ciclo de transformação de energia. ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 65 educação education as equações que descrevem a oscilação em termos energéticos podem ser obtidas de forma análoga ao procedimento realizado no sistema massa-mola. ( ) 2 2 2cos 2 2e q qu t c c ω φ= = + (28) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2sen sen 2 2b li qu l q t t c ω ω φ ω φ= = + = + (29) caso um elemento resistivo for introduzido no sistema, este dissipará a energia termicamente para o ambiente. este tipo de circuito, contendo o elemento resistivo, é chamado de rlc. analogamente ao oscilador massa-mola, podem-se deduzir as equações que descrevem este comportamento. de forma geral, a energia eletromagnética total u no circuito rlc é dada pela soma entre as energias magnética e elétrica, uma vez que o resistor não armazena energia. matematicamente: 2 21 1 2 2b e qu u u li c = + = + (30) o resistor dissipa a energia do sistema como térmica para o ambiente na taxa de 2du i r dt = − (31) derivando a equação 30 em relação ao tempo e combinando com a equação 31, 2du di q dqli ir dt dt c dt = + = − (32) substituindo i por dq dt e di dt por 2 2 d q dt , chega-se na equação diferencial 2 2 0d q dq ql r dt dt c + + = (33) cuja solução é ( )2 cos ' rt lq qe tω φ − = + (34) onde 2 2' 2 r l ω ω  = −    (35 combinando a equação 34 com a equação 23, obtém-se ( ) 2 2 2 cos ' 2 rt l e qu q e t c ω φ − = = + (36) ou seja, a energia do sistema diminui exponencialmente com o passar do tempo, de forma análoga ao sistema massa-mola. com o intuito de facilitar a visualização das analogias entre os osciladores mecânico e elétrico, é apresentada na tabela 1 um resumo da equivalência eletromecânica. ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200966 educação education tabela 1. equivalência eletromecânicatabela 1. equivalência eletromecânica equivalência eletromecânica sistema massa-mola circuito lc circuito rlc bloco de massa m indutor indutor mola capacitor capacitor atrito resistor energia transferida para o sistema bioquímica, mecânica, etc. elétrica elétrica grandezas físicas m l l k 1 c 1 c x q q dxv dt = dqi dt = dqi dt = energia cinética (ec) energia magnética (ub) energia magnética (ub) energia potencial elástica (ep) energia elétrica (ue) energia elétrica (ue) energia térmica energia térmica equações 2 2 0d x dxm b kx dt dt + + = 2 2 0d q ql dt c + = 2 2 0d q dq ql r dt dt c + + = ( )2( ) cos ' b t mx t xe tω φ − = + ( )cosq q tω φ= + ( )2 cos ' rt lq qe tω φ − = + 2 2' ; 2 b k m m ω ω ω = − =   1 lc ω = 21' 2 r lc l ω  = −    21 2pe kx= (não-amortecido) ( ) 2 21 sen 2b qu t c ω φ= + 21 2ce mv= (não-amortecido) ( ) 2 21 cos 2e qu t c ω φ= + ( )2 221 cos ' 2 b t m pe kx e tω φ − = + ( ) 2 221 cos ' 2 r t l e qu e t c ω φ − = + ( )2 221 sen ' 2 b t m ce kx e tω φ − = + ( ) 2 221 sen ' 2 r t l b qu e t c ω φ − = + uma forma de permitir que o circuito rlc oscile indefinidamente é alimentar este sistema com um dispositivo de fem (e) alternada o que caracteriza um oscilador forçado amortecido (figura 6). ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 67 educação education figura 6. circuito rlc ligado a uma fem alternada, um oscilador forçado amortecido. similar a um sistema massa mola onde é considerado o atrito entre o bloco e a superfície. a equação que descreve o circuito apresentado na figura 6 é: 2 02 1 sen( )d d q dql r q t dt dt c ω+ + = e (37) analogamente ao sistema massa-mola, o dispositivo de fem alternada garante ao sistema energia necessária para oscilar indefinidamente desde que a energia oferecida pela fem seja maior ou igual à energia perdida pelo resistor por ciclo. uma condição especial da oscilação forçada é quando a frequência angular de oscilação da fem alternada, ωd, é igual à frequência angular natural do circuito rlc, ω cujo fenômeno dá-se o nome de ressonância (equação 38). quando o sistema está em ressonância, a amplitude de carga no capacitor e corrente no circuito serão as máximas possíveis. 1 d lc ω ω= = (38) a ressonância é de fundamental importância quando se trabalha com técnicas eletrogravimétricas, onde é utilizada uma fonte externa de corrente alternada para promover a oscilação de um cristal de quartzo. gravimetria é um conjunto de técnicas que possibilitam a quantificação de massa em uma determinada reação química, portanto, representa uma grande importância na química. deste modo, eletrogravimetria é uma forma de inferir a massa a partir de um sinal elétrico, mais especificamente por meio da frequência de ressonância do cristal, da qual se pode estabelecer a correlação eletromecânica. quando o cristal é forçado a oscilar alimentado por uma fonte de tensão alternada (oscilação forçada), o mesmo comporta-se como um conjunto de componentes elétricos (circuito rlc). sendo assim, diz-se que este cristal possui um circuito equivalente, também conhecido como circuito de butterworth-van dike (bvd). esta resposta do cristal de quartzo como um circuito equivalente ocorre devido ao fenômeno de piezeletricidade (que será detalhado mais adiante), um fenômeno que ocorre com certos materiais que se deformam mecanicamente quando submetidos a uma fonte de diferença de potencial. especificamente o cristal de quartzo piezelétrico quando submetido a uma tensão de fonte de corrente alternada provoca uma oscilação mecânica no cristal de quartzo. essa oscilação mecânica forçada é provocada eletricamente e o equivalente elétrico é um circuito rlc. os elementos rlc em série formam o ramo dinâmico do circuito de butterworth-van dike. o ramo estático é formado apenas por um capacitor c0 (figura 7). este ramo é decorrência do fato de que há eletrodos metálicos sobre as faces do cristal de quartzo, um material dielétrico, em outras palavras, o conjunto eletrodo-cristal de quartzoeletrodo caracteriza um capacitor. figura 7. circuito equivalente representando o cristal de quartzo, dividido em ramo dinâmico formado por um circuito rlc em série e ramo estático formado apenas por um capacitor c0. o circuito geral é denominado circuito de butterworth-van dike. o ramo dinâmico nada mais é do que uma representação elétrica equivalente para a oscilação mecânica induzida eletricamente pela fonte de tensão alternada. ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200968 educação education quando a frequência da fonte for igual à frequência natural de oscilação mecânica forçada do cristal de quartzo, o sistema está em ressonância. devido à frequência natural de oscilação mecânica precisa dos cristais de quartzo, estes são comumente utilizados como elemento de referência em circuitos que necessitam de precisão no controle da frequência. pode-se agora descrever melhor porque o cristal de quartzo possui uma frequência de oscilação eletromecânica. basicamente, isso ocorre devido a uma propriedade do cristal de quartzo, a piezeletricidade. piezeletricidade é uma propriedade que existe em certos materiais que lhes dão a capacidade de se deformarem quando submetidos a uma diferença de potencial e vice-versa (figura 8). desta maneira, a piezeletricidade também é a responsável pela resposta do cristal de quartzo como o circuito equivalente descrito anteriormente. a origem da piezeletricidade é a não existência de um centro de simetria no cristal, o que provoca a formação de dipolos em seu interior. quando um cristal de quartzo é alimentado por uma corrente alternada, as cargas positivas e negativas oscilam (similar à oscilação de uma corda de violão, onde ambos os lados são fixos) e o movimento resultante no cristal é de cisalhamento de espessura (figura 8b). a frequência da oscilação destas cargas no interior do cristal está diretamente relacionada com a sua espessura [12, 13]. essa relação entre a frequência e espessura do cristal é explorada em técnicas eletrogravimétricas, pois ao se adicionar algum material na superfície, seja por adsorção física ou química, faz-se com que a espessura do cristal aumente e consequentemente, sua frequência de oscilação diminui provocando mudanças nos parâmetros do circuito equivalente. a grande vantagem de se utilizar eletrogravimetria frente a gravimetria convencional é a alta precisão conferida pela característica eletromecânica. desta maneira, esta forma de medida de massa apresenta uma precisão superior quando comparado com outras técnicas, atingindo-se níveis de nanogramas/hz. figura 8. fenômeno da piezeletricidade. a) ao exercer uma força de deformação sobre o material piezelétrico, este gera uma diferença de potencial. b) ao ligar o material piezelétrico numa fonte de diferença de potencial, como uma bateria, o material sofre uma deformação mecânica. c) esta deformação ocorre devido a existência de dipolos no material piezelétrico. d) quando os eletrodos são carregados, estes atraem os dipolos com carga oposta, deformando o material. note que se a fonte de tensão é alternada, o cisalhamento também será alternando, resultando em uma oscilação forçada do cristal de quartzo, com frequência característica. o cristal de quartzo pode ser utilizado em técnicas eletrogravimétricas de três formas distintas: a) excitação por pulso, onde é aplicado um pulso de corrente no cristal e faz-se a análise do amortecimento do cristal, b) circuito oscilador, na qual o cristal é alimentado continuamente por uma fonte de corrente alternada e c) análise da impedância ou admitância/condutância do cristal de quartzo, onde se varia a tensão do gerador de corrente alternada e analisa-se a relação tensãocorrente (impedância) ou corrente-tensão (admitância/condutância). usualmente, o mais utilizado é o método a), também denominado de mcq (microbalança à cristal de quartzo). neste texto, descreveremos ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 69 educação education este método e também o método c), conhecido como admitância eletroacústica. desta forma, é importante descrevermos melhor o caso c), o qual exige ainda alguns conceitos complementares de física. assim, é importante recordar a resposta entre corrente e tensão para um circuito rlc forçado. para isto, vamos analisar a resposta dos componentes por partes. o primeiro passo é considerar um circuito simples contendo somente um resistor r e a fem (e) alternada (equação 39), como já citado anteriormente (equação 37). ( )0( ) sen dt tω=e e (39) sendo que a corrente esperada para cada componente é da forma ( )sen di i tω φ= − (40) a tensão e a corrente no resistor são dados por: ( )senr r dv v tω= (41) ( ) ( )sen senr r r d r d v vi t i t r r ω ω= = = (42) nota-se que neste circuito simples não há defasagem entre a corrente e tensão (a fase φ é zero) em um resistor. já para um circuito contendo um capacitor e uma fem alternada, as equações são: ( )senc c dv v tω= (43) ( ) ( )ocos sen 90c c d c d d c vi cv t t x ω ω ω   = = +    (44) onde 1 c d x cω = é a reatância capacitiva. a reatância tem a mesma dimensão da resistência (ω). neste caso há uma defasagem de -90°, ou seja, num circuito contendo um capacitor e uma fonte alternada, a corrente encontra-se adiantada 90° em relação à tensão. por outro lado, num circuito com uma fem alternada e um indutor, a corrente encontra-se atrasada em 90° em relação à tensão (equações 44 e 45). ( )senl l dv v tω= (45) ( ) ( )ocos sen 90l l l d d d l v vi t t l x ω ω ω     = − = −       (46) sendo l dx lω= a reatância indutiva. após a análise dos componentes em separado com uma fonte alternada, é interessante analisar a resposta de um circuito rlc em série com uma fonte alternada, ou seja, analisar a resposta de um oscilador forçado amortecido e consequentemente um circuito parecido com o circuito equivalente do cristal de quartzo. utilizando as leis das malhas na figura 6, encontra-se: r c lv v v= + +e (47) a forma mais simples de resolver a equação 44 é utilizando um diagrama de fasores ou vetores de rotação que são vetores bidimensionais que giram no plano, neste caso, este plano é formado pelos eixos denominados como amplitude (ordenada) e fase (abscissa). pode-se encontrar a relação resultante considerando um instante t qualquer. neste instante, temos a amplitude do potencial (vr) com uma fase dtω φ+ (figura 9(a)). para outros elementos há uma defasagem de ±90° em relação ao potencial no resistor, como visto anteriormente, a tensão no capacitor encontra-se atrasada em relação à corrente e no indutor a tensão está adiantada (figura 9(b)). já a tensão da fem (e ) tem fase zero em qualquer instante t (figura 9(c)). na figura 9(d) está representada a soma dos fasores, onde nota-se que a soma dos vetores vr e vl-vc resulta em e0. ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200970 educação education figura 9. diagrama de fasores para um circuito rlc. em (a) a amplitude vr num dado instante t. (b) a soma dos fasores, com vl adiantado em 90° e vc atrasado em 90° em relação ao fasor vr. (c) o fasor e0, cuja fase é zero e em (d) a soma dos fasores representados em (b) resulta em e0. pela soma vetorial nota-se que o vetor vl e vc possuem a mesma direção, mas sentidos opostos, logo a resultante desta soma vetorial é vl-vc. desta forma, a soma vetorial entre vr e vl-vc é dada por: ( )22 2 0 r l cv v v= + −e (48) substituindo as amplitudes dos potenciais, obtém-se ( ) ( )2 22 0 l cir ix ix= + −e (49) desta forma, a corrente é dada por ( ) 0 22 l c i r x x = + − e (50) onde o termo ( )22 l cr x x+ − é conhecido como impedância e o inverso desta relação é a admitância. substituindo as reatâncias na equação 47, obtém-se 0 2 2 1 d d i r l c ω ω =   + −    e (51) analisando a equação 48 nota-se que a corrente máxima ocorre quando o termo 1 0d d l c ω ω − = . nestas condições, encontra-se que 1 d lc ω = (52) ou seja, o pico de corrente ocorre justamente na frequência de ressonância, pois 1 lc é exatamente a frequência de oscilação natural de um circuito rlc. o gráfico da corrente em função da frequência da fonte alternada é apresentado na figura 10. no caso prático, sempre que houver uma adsorção de massa sobre o cristal de quartzo, haverá uma variação de frequência, porque m∆ causará uma variação em l∆ , conforme nos indica o equivalente eletromecânico (ver tabela 1). a variação de l∆ induz uma diminuição da frequência de ressonância de acordo com a eq. (49). desta maneira, nota-se que uma variação positiva de massa causa uma variação negativa na frequência de ressonância. a equação que define esta relação é conhecida como equação de sauerbrey e é representada abaixo: mcf f ∆−=∆ (53) nesta equação, cf é uma constante que depende das características físicas do cristal de quartecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 71 educação education zo (módulo de cisalhamento, densidade, etc.). esta equação é quantitativamente válida com precisão para massas rígidas e quando a m∆ é menor que 10%. além disso, a equação 50 define e fundamenta as técnicas eletrogravimétricas conhecidas como microbalança à cristal de quartzo (qcm). figura 10. gráfico da corrente (note que a corrente é proporcional a condutância) em função da frequência da fonte de corrente alternada para um circuito rlc. na próxima seção será descrito um experimento que pode ser facilmente reproduzido em laboratório, mesmo didático, o qual exemplifica os conceitos expostos neste texto e basicamente sumariza a aplicação do equivalente eletromecânico na área de química e ou/ biotecnologia. 3. materiais e métodos nesta seção, são descritos os materiais e métodos que podem ser empregados no experimento de estudo do equivalente eletromecânico em cursos de pós-graduação em biotecnologia ou mesmo nos cursos de graduação em química ou biologia. este experimento pode ser indicado como um experimento conjunto para os cursos de bioquímica e física e/ou biofísica para um curso de farmácia, por exemplo. propõe-se utilizar cristais de quartzo de corte at com frequência fundamental de 10 mhz, diâmetro de 16 mm, e 290 µm de espessura, contendo eletrodos de ouro concêntricos de 5 mm de diâmetro em ambos os lados. para promover a oscilação do cristal de quartzo os eletrodos de ouro foram presos mecanicamente em contatos metálicos. o conjunto suporte com contato e cristal de quartzo deve ser inseridos em uma célula de medida confeccionada em teflon®, sendo utilizados anéis de silicone (“o-rings”) em ambos os lados para a vedação. a figura 10 mostra o esquema de montagem da célula. figura 11. esquema de montagem da célula. depois de lavado, o cristal é inserido nos contatos metálicos. o conjunto, cristal-contatos é inserido numa célula de teflon® entre o-rings e depois a célula e fechada e ligado ao impedancímetro. neste caso, optou-se pela realização de medidas de admitância/condutância eletroacústica utilizando um analisador de resposta em frequência de precisão da agilent modelo 4294 a, com capacidade de varredura em frequência de 40 hz a 110 mhz e precisão na impedância de ± 0,8% e 1 mhz para a frequência. este é um equipamento sofisticado e de alto custo para laboratórios didáticos e foi utilizado somente com a finalidade de detalhar o conceito de equivalente eletromecânico discutido neste texto. no entanto, o experimento também pode ser realizado utilizando-se somente um circuito oscilador (custo baixo, em torno de us$ 100,00) e um frequencímetro, equipamento ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200972 educação education comumente encontrado em laboratórios didáticos de física. o analisador de resposta em frequência para os estudos realizados pode ser ajustado da seguinte maneira: medida de g-b (condutância e susceptância que são as partes real e imaginária da admitância, respectivamente); 801 pontos de aquisição que é justamente o máximo de pontos fornecidos pelo equipamento para obter uma precisão maior nas medidas; calibrações para subtrair a impedância/admitância do sistema (contato e cabos) calculadas pelo próprio equipamento. após esses ajustes mede-se a admitância/condutância do cristal inserido no contato metálico e o conjunto inserido na célula para encontrar a frequência de oscilação do cristal com o objetivo de escolher o melhor intervalo de frequência a ser estudado. além disso, varia-se a frequência entre -10 khz e +10 khz em relação à frequência de ressonância do cristal de quartzo. a condutância é proporcional a corrente indicada e exemplificada na figura 10. 4. detalhes do experimento com o objetivo de demonstrar um experimento que ilustre a analogia eletromecânica relacionando conceitos físicos e químicos, propõe-se o estudo da formação de um filme automontado. filmes automontados, conhecidos como self assembled monolayer (sam), são camadas autoorganizadas de substâncias que possuem grande afinidade por uma superfície metálica, como a forte interação entre o átomo de enxofre de tióis (-sh), sulfeto e dissulfeto pelo ouro [10, 11, 14, 15]. o estudo da formação destas camadas é muito importante porque é chave para a obtenção de biossensores: são nestas estruturas que os biossensores são construídos. para o exemplo deste trabalho foi utilizada a substância cistamina, um dissulfeto contendo grupos amina em ambos os lados da molécula (figura 12). encontra-se na literatura que dissulfetos ligam-se ao ouro rompendo as ligações s-s [16]. figura 12. representação esquemática da molécula de cistamina, o dissulfeto utilizado para detecção de massa na superfície do ouro, devido ao fato que a mesma se ligará covalentemente a superfície do ouro. figura 13. esquema hipotético da formação da ligação entre cistamina e ouro. a) aproximação do cistamina na superfície de ouro. b) quando os átomos de enxofre e ouro estão próximos sufuciente, ocorre o rompimento da ligação s-s ao mesmo tempo em que duas ligações au-s se formam. em c) ocorre a formação da ligação au-s e d) as moléculas se autoorganizam. é importante, antes da adição da cistamina na célula contendo o cristal de quartzo, esperar a estabilização do cristal em água destilada antes de medir a admitância/condutância deste sistema (figura 14). então, a solução de cistamina (concentração de 0,1 m, preparada em água destilada) é adicionada (figura 15) de modo que a concentração deste dissulfeto na célula seja de 17,5 mmol/l e espera-se cerca de 30 minutos para a formação da monocamada. após este tempo o cristal pode ser lavado com água e a admitância pode ser novamente medida (figura 14). ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 73 educação education figura 14. curvas de admitância para a célula contendo apenas água e após a formação da monocamada de cistamina. figura 15. esquema da imobilização da cistamina em ouro. a) seringa contendo solução de cistamina. b) célula contendo água destilada. c) impedancímetro e d) computador. as curvas de admitância/condutância da figura 14 foram submetidas a um ajuste utilizando o algoritmo de levenberg-marquardt. com este ajuste pode-se os valores e parâmetros do circuito equivalente. estes parâmetros são mostrados na tabela 1. note que este procedimento foi realizado aqui para exemplificar e deixar aqui dados de referência para um experimento em laboratório didático, o qual poderia ser realizado simplesmente observando-se o deslocamento do valor de frequência de ressonância do cristal, medida por um frequencímetro comum. tabela 2. parâmetros do circuito equivalente para a célula contendo água e cistamina.tabela 2. parâmetros do circuito equivalente para a célula contendo água e cistamina. r (ω) l (mh) c (ff) c0 (pf) f (hz) água 385 13,4182 18,96262 6,070464 9977536 cistamina 395 13,4196 18,96089 6,143297 9977495 diferença 10 0,0014 -0,00173 0,072833 -41 tabela 3. parâmetros de um oscilador mecânico obtidos ao realizar a analogia eletromecânica com os valores mostrados na tabela 2. b (kg/s) m (g) k (1013n/m) k0 (1011n/m) f (hz) água 385 13,4182 5,27353 1,647327 9977536 cistamina 395 13,4196 5,27179 1,627790 9977495 diferença 10 0,0014 -0,00174 -0,01953 -41 de acordo com a analogia eletromecânica, pode-se notar que houve um aumento na massa e um decréscimo na constante de mola quando estas alterações são comparadas com um oscilador mecânico (tabela 3). tabela 3. parâmetros de um oscilador mecânico obtidos ao realizar a analogia eletromecânica com os valores mostrados na tabela 2. tabela 2. parâmetros do circuito equivalente para a célula contendo água e cistamina. r (ω) l (mh) c (ff) c0 (pf) f (hz) água 385 13,4182 18,96262 6,070464 9977536 cistamina 395 13,4196 18,96089 6,143297 9977495 diferença 10 0,0014 -0,00173 0,072833 -41 tabela 3. parâmetros de um oscilador mecânico obtidos ao realizar a analogia eletromecânica com os valores mostrados na tabela 2. b (kg/s) m (g) k (1013n/m) k0 (1011n/m) f (hz) água 385 13,4182 5,27353 1,647327 9977536 cistamina 395 13,4196 5,27179 1,627790 9977495 diferença 10 0,0014 -0,00174 -0,01953 -41 ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 200974 educação education de acordo com os dados apresentados na tabela 2, a diferença entre a indutância do circuito equivalente contendo cistamina (diluído em água) e apenas água foi de 14 μh. aplicando a analogia eletromecânica (tabela 3) verifica-se que esta variação equivale a 1,4 mg. o esquema mostrado na figura 16 ilustra as variações dos parâmetros r, l e c devido à formação da monocamada, conforme tabela 2. é importante ressaltar que o experimento realizado aqui ilustra a aplicação dos conceitos da analogia eletromecânica na área específica de bioquímica ou química, dependendo da abordagem que o professor em sala de aula queira dar para seus alunos. a equação 50, conforme comentado, é quantitativamente válida para m∆ menores que 10% e massas rígidas, o que não é caso do presente experimento. porém, é importante notar, que mesmo nos casos em que tal condição não é obedecida, que é o caso também do experimento presente, a relação é sempre válida do ponto de vista qualitativo. sempre que houver uma ligação química na camada ativa (que pode ser arquitetada como se desejar) haverá uma resposta elétrica, i.e. variação da frequência de oscilação. esta informação é importante, porque com isso pode-se projetar biossensores, ou seja, detecção de bioquímica ou biomolecular a partir de um sinal elétrico. é assim que são desenhados os sensores biológicos baseados nos conceitos eletrogravimétricos. figura 16. mecanismo proposto para a formação da monocamada de cistamina em ouro considerando variações dos parâmetros r, l e c. as moléculas de solvente (água) não foram desenhadas para clareza do desenho. (a) a oscilação forcada de um cristal de quartzo pizelétrico em uma frequência f pode ser comparada ao circuito de butterworth-van dike. (b) a cistamina começa a se ligar no ouro, através da quebra da ligação s-s. (c) após a lavagem do eletrodo, a variação de massa sobre a superfície do quartzo está relacionada com uma alteração dos parâmetros c1, l1 e r1 para c2, l2 e r2. ecl. quím., são paulo, 34(3): 57 75, 2009 75 educação education a importância das técnicas eletrogravimétricas está em sua alta precisão, pois pequenas variações de massa depositadas sobre o cristal de quartzo podem ser detectadas. finalmente, é importante frisar que a variação dos demais parâmetros além do l no experimento exemplificador dos conceitos físicos abordados no texto é devido aos fatores já discutidos de massa não rígida. neste caso, poder-se-ia discutir conceitos de viscoelasticidade, etc., caso o experimento fosse direcionado diretamente para alunos de física, onde uma abordagem mais profunda poderia ser dada. 5. conclusões o experimento do equivalente eletromecânico proposto aqui, além de ser interdisciplinar, pois pode ser trabalhado com cursos de física, química e biologia, fornece dados relevantes sobre o material que está sendo estudado devido à exploração da analogia entre os osciladores mecânico e elétrico para detecção precisa de massa. além disso, o experimento pode ser realizado em diversas abordagens dependendo do nível de conhecimento que se queira ministrar aos alunos, ou seja, é possível aplicar tanto uma abordagem superficial quanto uma mais profunda, desde o ponto de vista físico (caso o curso seja direcionado a alunos do curso de física) como para as outras disciplinas. resumo: de forma geral, os cursos de física clássica oferecidos nas universidades carecem de exemplos de aplicações nas áreas de química e biologia, o que por vezes desmotivam os alunos de graduação destas áreas a estudarem os conceitos físicos desenvolvidos em sala de aula. neste texto, a analogia entre os osciladores elétrico e mecânico é explorada visando possívies aplicações em química e biologia, mostrando-se de grande valia devido ao seu uso em técnicas de medição de variação de massa com alta precisão, tanto de forma direta como indireta. estas técnicas são conhecidas como técnicas eletrogravimétricas e são de especial importância em aplicações que envolvem biossensores. desta forma, o texto explora o estudo da analogia eletromecânica de forma interdisciplinar envolvendo as áreas de física, química e biologia. baseado nessa analogia é proposto um experimento que permite a sua aplicação em diferentes níveis conceituais dessas disciplinas, tanto em abordagem básica como mais profunda. palavras-chave: oscilador massa-mola; oscilador rlc; equivalência eletromecânica; oscilador piezoelétrico; eletrogravimetria. referências [1] d. halliday, r. resnick, j. walker, fundamentos de física, livros técnicos e científicos, rio de janeiro, 6. ed., 2002, v. 2. 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[16] a. ulman, chem. rev. 96(4) (1996) 1553. www.scielo.br/eq volume 34, número 4, 2009 65 spectrophotometric determination of ofloxacin in pharmaceuticals and human urine k b vinay, h d revanasiddappa, m r. divya and n. rajendraprasad* department of studies in chemistry, manasagangothri, university of mysore, india-570006 *corresponding e-mail: basavaiahk@yahoo.co.in abstract: three simple and sensitive spectrophotometric methods are described for the determination of ofloxacin (ofx) in pharmaceuticals and in spiked human urine. first and second methods are based on the measurement of absorbance of ofx in 0.1 m hcl at 293 nm (method a) and 0.1 m naoh at 287 nm, respectively. the third method is based on the measurement of 2:1 complex formed between ofx and iron(iii) in h2so4 medium, the complex peaking at 420 nm (method c). the optimum conditions for all the three methods are optimized. beer’s law is obeyed over the ranges 0.63-12.5 using method a and method b, and 10-120 µg ml-1 using method c. the apparent molar absorptivity values are calculated to be 3.5 × 104, 2.76 × 104 and 2.51 × 103 l mol-1cm-1 for method a, method b and method c, respectively. the sandell sensitivity, limit of detection (lod) and limit quantification (loq) values are also reported. all the methods were validated in accordance with current ich guidelines. the developed methods were employed with high degree of precision and accuracy for the estimation of total drug content in commercial tablet formulations of dox. the results obtained from human spiked urine are satisfactory and recovery values are in the range 95.5-106.6%. keywords: ofloxacin; determination; spectrophotometry; pharmaceuticals; spiked urine. introduction ofloxacin (ofx), a new synthetic second generation fluoroquinolone antibiotic with a broad spectrum of activity against gram-positive and gram-negative bacteria [1]. it is chemically known as (rs)-7-fluoro-2-methyl-6-(4-methylpiperazin-1-yl)-10-oxo-4-oxa-1-azatricyclo[7.3.1.05,13] trideca-5(13),6,8,11-tetraene-11-carboxylic acid (fig 1). o nn n ch3 f o oh o ch3 figure 1. chemical structure of ofx. several methods for the determination of ofx in pharmaceuticals or/and in urine are found in the literature including fluorimetric [2, 3], chromatographic [4-15], electrophoretic [16-18], electroanalytical [19-23], chemiluminescence flow ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 77, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 200966 artigo article injection analysis [24-29] and bioassay [30]. in some pharmacopoeias ofx has been determined [31-33] by non-aqueous titrimetric procedure. spectrophotometry is characterized by its speed and simplicity, accuracy and inexpensive instrument needed, and hence it is an important alternative to other analytical methods, with clear advantages in terms of cost of analysis. inspite of its simplicity and versatility, no uv-spectrophotometric method has ever been reported for ofx. several visible spectrophotometric methods [3440] employing different reactions have been reported for the assay of ofx either alone or with some other therapeutic agents. however, the reported spectrophotometric methods, though sensitive, suffer from one or the other disadvantage such as use of boiling or extraction step, strict ph control, use of organic solvent/expensive chemical and measurement of less sensitive species (table 1). table 1. comparison of the performance characteristics of the present methods with the published methods. table 1. comparison of the performance characteristics of the present methods with the published methods. sl. no. reagent/s used methodology λmax (nm) linear range (µg ml-1) remarks ref 1 citric acid-acetic anhydride pink colored chromogen measured 552.5 5-55 (ε= 6.04 x 103) boiling for 20 min required. 34 2 a) bromophenol blue yellow chloroform extractable 1:1ion-pair complex complex was measured 410 5-25 (ε= 1.04 x 104) ion-pair formation and extraction is ph dependent, extraction step involved, organic solvent is used, narrow linear range. 35b) bromothymol blue 415 2-15 (ε= 2.01 x 104) c)bromocresol purple 410 2-20 (ε= 1.04 x 104) 3 a) tropaeolin 000 (tp 000) red chloroform extractable ion-pair complex measured 485 2.5-30 (ε= 8.24 x 103) ion-pair formation and extraction is ph dependent, extraction step involved, organic solvent is used, narrow linear range. 36 b) supracene violet 3b (sv 3b) chloroform extractable ion-pair complex measured 575 2.5-25 (ε= 1.09 x 104) 4 iron(iii) nitrate ambered coloured complex was measured 370 0-62.5 (a1% = 207) buffers used. 37 5 iron(iii) chloride/hcl yellow complex measured 410 20-160 less sensitive, significant blank absorbance. 38 6 iron(iii) alum/h2so4 yellow complex measured 420 1.8-289 flow-injection analysis assembly required. 39 7 ce(iv)-mbth oxidative coupling reaction product measured 640 1-10 uses expensive reagent, less stable species measured. 40 8 a) 0.1 m hcl uv spectrophotometric detection 293 0.63-12.5 (ε= 3.5 x 104) very simple, sensitive and precise. no heating /extraction involved. free from critical experimental variables. highly stable coloured specied measured (visible method), wide linear dynamic ranges. present work b) 0.1 n naoh uv spectrophotometric detection 287 0.63-12.5 (ε= 2.76 x 104) c) iron(iii) ammonium sulphate-acid medium yellow complex measured 420 10-120 (ε= 2.51 x 103) ε = molar absorptivity in mol l-1cm-1. ε = molar absorptivity in mol l-1cm-1. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 2009 67 artigo article there is a need for methods that are simple, precise, accurate and fast for the routine determination of ofx. this study describes the development and validation of two uvand one visible-spectrophotometric methods for the determination of ofx in bulk drug, tablets and in spiked human urine. the uv-methods are based on the measurement of the absorbance of ofx solution either in 0.1 n hcl at 293 nm (method a) or in 0.1 n naoh at 287 nm (method b). the visible spectrophotometric method (method c) is based on the measurement of yellow complex, peaking at 420 nm formed between ofx and iron(iii) in h2so4 medium. different iron(iii) salts have previously been employed for the assay of ofx in pharmaceuticals. the method using iron(iii) nitrate nanohydrate [37] has not been validated as per the current ich guidelines. mathur et al [38] have used iron(iii) chloride in hcl medium as the chromogenic agent where the reagent blank is found to exhibit significant absorbance at the wavelength of measurement (410 nm). the method using iron(iii) alum [39] as a reagent, though has a wide linear dynamic range and has been applied for spiked urine sample lacks the simplicity required for routine analysis since it requires a flow-injection analysis assembly. the proposed method using iron(iii) alum overcomes most of the limitations of the existing visible spectrophotometric methods and has been optimized for the experimental variables involved and validated for linearity, sensitivity, selectivity, robustness and ruggedness besides intra-day and inter-day precision and accuracy. experimental apparatus shimadzu pharmaspec 1700 uv/visible and systronics model 106 digital spectrophotometers with 1 cm path length quartz cells were used for absorbance measurements. reagents and solutions all chemicals used were of analytical reagent grade. distilled water was used throughout the investigation. hydrochloric acid (0.1 m): prepared by successive dilution of concentrated acid (s.d. fine chem, mumbai, india, sp. gr. 1.18) with water. sodium hydroxide (0.1 n): one g of pure naoh (s.d. fine chem, mumbai, india) was dissolved in water and diluted to 250 ml. sulphuric acid (0.05 and 0.01 m): concentrated acid (s.d. fine chem, mumbai, india, sp. gr. 1.84) was diluted appropriately with water to get 0.05 and 0.01 m solutions. iron(iii) solution: a 0.5 % iron(iii) alum solution was prepared by dissolving 1.25g of pure ammonium iron(iii) sulphate (s.d. fine chem, mumbai, india) in 0.05 m h2so4 and diluting to volume with the same acid in a 250 ml calibrated flask. urine: sample was collected from healthy volunteers (around 25-year-old female and 32-year-old male) and kept frozen until use after gentle thawing. pure ofx (pharmaceutical grade) sample was kindly provided by cipla india ltd, india, as a gift and used as received. two brands of tablets, namely, of 400 (j.b chemicals and pharmaceuticals ltd, mumbai, india) and zenflox 400 (mankind pharma pvt ltd, new delhi, india) were used in the investigation. standard drug solutions of 25 µg ml-1 each in 0.1 m hcl and 0.1 n naoh for method a, and method b, respectively, and 200 µg ml-1 in 0.01 m h2so4 for method c were prepared by dissolving the calculated quantities of pure ofx in the specified solvents. general procedures method a varying aliquots (0.25, 0.5, 1.0, 2,0, 3.0, 4.0 and 5.0 ml of 25 µg ml-1 in 0.1 m hcl) of standard solution corresponding to 0.625-12.5 µg ml-1 ofx were taken into a series of 10 ml volumetric flasks, the content was diluted to the mark with the same solvent and mixed well. the absorbance of each solution was then measured at 293 against 0.1 m hcl. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 200968 artigo article method b into a series of 10 ml calibration flasks, aliquots of ofx standard solution (25 µg ml-1 in 0.1 n naoh) equivalent to 0.63-12.5 µg ml-1 ofx were accurately measured and transferred, and volume was made up to mark with 0.1 n naoh. after mixing the content, the absorbance of each solution was measured at 287 nm vs 0.1 n naoh. method c different aliquots (0.0-6.0 ml) of ofx (200 µg ml-1) were accurately measured into a series of 10 ml calibrated flasks by means of microburette and the total volume was adjusted to 6.0 ml with 0.01 m h2so4. to each flask, 2 ml of 0.5% iron(iii) alum solution was added. the content was mixed and allowed to stand for 5 minutes and then diluted to 10 ml with water. after mixing well, the absorbance was measured at 420 nm against the reagent blank. in all three methods, calibration curves were prepared and the concentration of the unknown was read from the calibration graph or computed from the respective regression equation derived using absorbance-concentration data. procedure for tablets method a twenty tablets were weighed and pulversized. a quantity of tablet powder containing 10 mg of ofx was transferred into a 100 ml volumetric flask. the content was shaken well with about 50 ml of 0.1 m hcl for 20 min. the mixture was diluted to the mark with the same acid. it was filtered using whatmann no 42 filter paper. first 10 ml portion of the filtrate was discarded. a suitable aliquot of the subsequent portion was diluted to get 25 µg ml-1 working concentration and subjected to analysis following the procedure described earlier. method b tablet powder equivalent to 10 mg of ofx was transferred into a 100 ml volumetric flask. the content was shaken well with about 50 ml of 0.1 n naoh for 20 min and diluted to the mark with 0.1 n naoh. it was filtered using whatmann no. 42 filter paper. first 10 ml portion of the filtrate was discarded and subsequent portion was analyzed after dilution to 25 µg ml-1 ofx with 0.1 n naoh. method c an accurately weighed portion of the tablet powder, equivalent to 20 mg of the drug was shaken with about 50 ml of 0.01 m h2so4 in a 100 ml standard flask for 20 min. the mixture was diluted to the mark with 0.01 m h2so4, mixed well and then filtered through a whatmann no.42 filter paper. first 10 ml portion of the filtrate was discarded and a convenient aliquot of subsequent portion was analyzed by the general procedure described for pure drug. procedure for spiked human urine method a and method b to prepare spiked urine sample, 2.5 mg of the pure ofx and 10 ml of urine sample were transferred into a separating funnel, mixed well till dissolution was complete. the solution was extracted with three 10 ml portion of ethyl acetate and the organic layer was collected in a beaker after drying over anhydrous sodium sulphate. the solvent was evaporated to dryness. the resulting residue was reconstituted either in 0.1 m hcl and diluted to 100 ml or with 0.1 m naoh before diluting to 100 ml with the same solvent. then, the analysis was performed as described under general procedure for pure drug by taking 2-3 ml of the above solution. method c five mg of the pure ofx was transferred into a 25 ml volumetric flask and dissolved in 5 ml of 0.01 m h2so4. after the addition of 12.5 ml of urine, the volume was brought upto the mark with 0.01 m h2so4 and mixed well. two to ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 2009 69 artigo article three ml portion of aliquot was then subjected to analysis as described earlier. results and discussions spectral characteristics ofx dissolved either in 0.1 m hcl or in 0.1 n naoh exhibited an absorption peak at 293 nm or 287 nm (fig 2), and the absorbance at this wavelength was found to be linearly dependent upon the concentration of drug which served as the basis for the quantification of ofx. in both the cases, the corresponding blank solutions showed negligible absorbance. therefore these wavelengths were used as analytical wavelength throughout the investigation. 1 2 3 figure 2. absorption spectra of: 1. 8.75 µg ml-1 ofx in 0.1 n hcl; 2. 10.5 µg ml-1 ofx in 0.1 n naoh and 3. 0.1 n hcl and 0.1 n naoh. ofx is reported to react with iron(iii) at ph 3.8 to form a water soluble yellow complex [41]. preliminary spectrophotometric studies concerning the absorbance of iron(iii) and ofx-iron(iii) complex solutions in different media (methanol, acetic acid, hydrochloric acid and sulphuric acids) were carried out. the greatest difference between the absorbance of ofx-iron(iii) complex and iron(iii) solution at the wavelength of maximum absorbance (420 nm) was obtained in h2so4 medium. this medium was therefore used for developing a spectrophotometric method for ofx. figure 3 shows the absorption spectra in h2so4 medium of ofx-iron(iii) complex (40 µg ml-1 ofx) (curve 1) and the blank (curve 2). as can be seen, iron(iii) in h2so4 medium shows low absorbance at 420 nm at which ofx doesnot absorb. this wavelength was selected for further studies. 1 2 figure 3. absorption spectra of: 1. ofx-iron(iii) complex (40 µg ml-1 ofx) and 2. iron(iii) in sulphuric acid. method optimization method c effect of iron(iii) solution the effect of iron(iii) concentration on the formation of ofx-iron(iii) complex was investigated by varying the volume of iron(iii) solution, and using a fixed amount of drug. the results revealed that the complex formation was unaffected in the range of 1-4.0 ml of 0.5% iron(iii) solution in a total volume of 10 ml. hence, 2 ml of 0.5% iron(iii) solution was used throughout the investigation. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 200970 artigo article effect of sulphuric acid concentration on ofx iron(iii) complex formation the effect of h2so4 concentration on the complex formation was studied by adding various amounts of 2 m sulphuric acid (0 4 ml) to a fixed amount of the drug solution before mixing with iron(iii) solution. the results revealed that complex formation, sensitivity and stability were unaffected in the concentration range studied. therefore, no additional sulphuric acid was used in the investigation. this study revealed that ph has no effect on the complex and its sensitivity as well as stability. reaction time and stability of the complex the effect of reaction time after adding iron(iii) solution and diluting to the mark with water was studied. the colour formation was complete in 5 min and stable upto 60 min thereafter. composition of ofx -iron(iii) complex the composition of the ofx-iron(iii) complex was studied using job’s continuous variations method [42]. drug and iron(iii) solutions of 1.36 x 10-3 m each, were prepared in 0.01 m h2so4 and 0.05 m h2so4, respectively, and mixed in various molar ratios (with a total volume of 5 ml) in 10 ml volumetric flasks. after 5 min, the solutions were made upto mark, mixed well and the absorbance was subsequently measured at 420 nm. the graph of the results obtained (fig. 4) gave a maximum at a molar ratio of xmax= 0.666 which indicated the formation of a 2:1 (ofx:iron(iii)) complex as shown in figure 5. the formation constant (kf) of the complex was also calculated from the continuous variation data using the following equation [43]: [ ] n m n m m f ncaa aa k )(/1 / 2+− = where a and am are the observed maximum absorbance and the absorbance value when all the drug present is complexed, respectively. cm is the molar concentration of drug at the maximum absorbance and n is the stoichiometry with which iron(iii) complexes with drug. the log kf value was found to be 5.65. figure 4. continuous variation plot for ofx iron(iii) complex. feo n n n ch3 f o o o ch3 o n n n ch3f o o o ch3 oh2 h2o figure 5. probable structure of the ofx-iron(iii) complex. method validation linearity, sensitivity, limits of detection and quantification a linear correlation was found between absorbance at λmax and concentration of ofx in the ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 2009 71 artigo article ranges given in table 2. the graphs are described by the regression equation: y = a + bx (where y absorbance of 1-cm layer of solution; a intercept; b slope and x concentration in µg ml-1). regression analysis of the beer’s law data using the method of least squares was made to evaluate the slope (b), intercept (a) and correlation coefficient (r) for each system and the values are presented in table 2. the optical characteristics such as beer’s law limits, molar absorptivity and sandell sensitivity values [44] of all the three methods are also given in table 2. the limits of detection (lod) and quantification (loq) calculated according to ich guidelines [45] using the formulae: lod = 3.3 s/b and loq = 10 s/b, (where s is the standard deviation of blank absorbance values, and b is the slope of the calibration plot) are also presented in table 2. the high values of ε and low values of sandell sensitivity and lod indicate the high sensitivity of the proposed methods. table 2. sensitivity and regression parameters.table 2. sensitivity and regression parameters. parameter method a method b method c λmax, nm 293 287 420 linear range, µg ml-1 0.63-12.5 0.63-12.5 10-120 molar absorptivity(ε), l mol-1 cm-1 3.5 x 104 2.76 x 104 2.51 x 103 sandell sensitivity*, µg cm-2 0.0103 0.0131 0.1441 limit of detection (lod), µg ml-1 0.10 0.12 2.66 limit of quantification (loq), µg ml-1 0.29 0.37 8.05 regression equation, y** intercept (a) 0.0033 0.0018 0.0113 slope (b) 0.10 0.08 0.01 standard deviation of a (sa) 0.0998 0.0998 0.0998 standard deviation of b (sb) 0.0089 0.011 0.001 variance (sa2) 0.01 0.01 0.01 regression coefficient (r) 0.9999 0.9999 0.9996 *limit of determination as the weight in µg per ml of solution, which corresponds to an absorbance of a = 0.001 measured in a cuvette of cross-sectional area 1 cm2 and l = 1 cm. **y=a+bx, where y is the absorbance, x is concentration in µg ml-1, a is intercept, b is slope. table 3. evaluation of intra-day and inter-day accuracy and precision. method ofx taken, µg ml-1 intra-day accuracy and precision (n=7) inter-day accuracy and precision (n=5) ofx found ±cl, µg ml-1 %re %rsd ofx found±cl, µg ml-1 %re %rsd a 3.0 6.0 9.0 3.05±0.02 5.93±0.04 9.06±0.08 1.67 1.17 0.67 0.56 0.67 0.89 3.09±0.07 6.08±0.12 9.11±0.22 3.00 1.33 1.22 1.80 1.56 1.98 b 3.0 6.0 9.0 2.92±0.02 6.08±0.04 8.95±0.07 2.67 1.33 0.56 0.62 0.79 0.82 3.07±0.06 6.11±0.09 9.10±0.13 2.33 1.83 1.11 1.56 1.22 1.11 *limit of determination as the weight in µg per ml of solution, which corresponds to an absorbance of a = 0.001 measured in a cuvette of cross-sectional area 1 cm2 and l = 1 cm. **y=a+bx, where y is the absorbance, x is concentration in µg ml-1, a is intercept, b is slope. precision and accuracy the assays described under “general procedures” were repeated seven times within the day to determine the repeatability (intra-day precision) and five times on different days to determine the intermediate precision (inter-day precision) of the methods. these assays were performed for three levels of analyte. the results of this study are summarized in table 3. the percentage relative standard deviation (%rsd) values were ≤ 1.58% (intra-day) and ≤ 2.11% (inter-day) indicating high precision of the methods. accuracy was evaluated as percentage relative error (re) between the measured mean concentrations and taken concentrations for ofx. bias {bias % = [(concentration found known concentration) x 100 / known concentration]} was calculated at each concentration and these results are also presented in table 3. percent relative error (%re) values of ≤ 3.0% demonstrate the high accuracy of the proposed methods. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 200972 artigo article table 3. evaluation of intra-day and inter-day accuracy and precision. table 3. evaluation of intra-day and interday accuracy and precision. method ofx taken, µg ml-1 intra-day accuracy and precision (n=7) inter-day accuracy and precision (n=5) ofx found ±cl, µg ml-1 %re %rsd ofx found±cl, µg ml-1 %re %rsd a 3.0 6.0 9.0 3.05±0.02 5.93±0.04 9.06±0.08 1.67 1.17 0.67 0.56 0.67 0.89 3.09±0.07 6.08±0.12 9.11±0.22 3.00 1.33 1.22 1.80 1.56 1.98 b 3.0 6.0 9.0 2.92±0.02 6.08±0.04 8.95±0.07 2.67 1.33 0.56 0.62 0.79 0.82 3.07±0.06 6.11±0.09 9.10±0.13 2.33 1.83 1.11 1.56 1.22 1.11 c 30.0 60.0 90.0 29.4±0.30 60.9±0.69 91.0±1.33 2.00 1.50 1.11 1.11 1.22 1.58 30.6±0.56 61.3±1.44 91.8±2.40 2.00 2.17 2.00 1.48 1.89 2.11 %re. percent relative error, %rsd. relative standard deviation and cl. confidence limits were calculated from: cl = ± ts/√n. (the tabulated value of t is 2.45 and 2.77 for six and four degrees of freedom respectively, at the 95% confidence level; s = standard deviation and n = number of measurements). %re. percent relative error, %rsd. relative standard deviation and cl. confidence limits were calculated from: cl = ± ts/√n. (the tabulated value of t is 2.45 and 2.77 for six and four degrees of freedom respectively, at the 95% confidence level; s = standard deviation and n = number of measurements). selectivity a systematic study was performed to determine the effect of matrix by analyzing the placebo blank and synthetic mixture containing ofx. a placebo blank of the composition: starch (10 mg), acacia (15 mg), hydroxyl cellulose ( 10 mg), sodium citrate (10 mg), talc (20 mg), magnesium stearate (15 mg) and sodium alginate (10 mg) was made and its solution was prepared as described under ‘tablets’, and then subjected to analysis. the absorbance of the placebo solution in each case was almost equal to the absorbance of the blank which revealed no interference. to assess the role of the inactive ingredients on the assay of ofx, a synthetic mixture was separately prepared by adding 20 mg of ofx to the placebo mentioned above. the drug was extracted and solution prepared as described under the general procedure for tablets. the solutions after appropriate dilution wherever necessary were analyzed following the recommended procedures. the absorbance resulting from 10 µg ml-1 ofx in method a and method b, and 70 µg ml-1 ofx solution method c, were nearly the same as those obtained for pure ofx solutions of identical concentrations. this unequivocally demonstrated the non-interference of the inactive ingredients in the assay of ofx. further, the slopes of the calibration plots prepared from the synthetic mixture solutions were about the same as those prepared from pure drug solutions. robustness the robustness of the method (method c) was evaluated by making small incremental changes in the volume of iron(iii) and reaction time, and the effect of the changes was studied by calculating the mean rsd values. the changes had negligible influence on the results as revealed by small intermediate precision values expressed as % rsd (2.66%). ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 2009 73 artigo article ruggedness method ruggedness was expressed as the rsd of the same procedure applied by four different analysts as well as using four different instruments. the inter-analysts rsd were within 2.89% whereas the inter-instruments rsd for the same ofx amount was less than about 3% suggesting that the developed methods were rugged. the results are shown in table 4. table 4. method robustness and ruggedness expressed as intermediate precision (% rsd). table 4. method robustness and ruggedness expressed as intermediate precision (% rsd). method ofx taken* robustness ruggedness parameter altered inter-analysts, (%rsd) (n=4) interinstruments, (%rsd) (n=4) volume of iron(iii)* (%rsd) reaction time** a 10 1.89 2.98 b 10 2.89 3.00 c 60 2.66 1.74 2.25 2.55 *volumes of iron(iii) solution used were 1.8, 2.0 and 2.2 ml. **reaction times studied were 4, 5 and 6 min. table 5. results of analysis of tablets by the proposed methods and statistical comparison of the results with the reference method. tablet brand name nominal amount, (mg/tablet) found* (percent of label claim ± sd) reference method proposed methods method a method b method c of-400 400 100.2±0.89 98.9±0.98 t = 2.19 f = 1.21 100.8±1.5 t = 0.79 f = 2.84 101.8±1.8 t = 1.88 f = 4.09 zenflox 400 400 101.6±0.72 99.2±0.98 t = 4.46 f = 1.85 102.6±1.57 t = 1.38 f = 4.75 102.0±1.75 t = 0.51 f = 5.91 *average of five determinations. tabulated t value at the 95% confidence level is 2.77. tabulated f value at the 95% confidence level is 6.39. *volumes of iron(iii) solution used were 1.8, 2.0 and 2.2 ml. **reaction times studied were 4, 5 and 6 min. analysis of pharmaceutical formulations the described procedures were successfully applied to the determination of ofx in its pharmaceutical formulations (of 400, zenflox 400). the results obtained (table 5) were statistically compared with the british pharmacopoeial method [31]. the method involved the titration of ofx in anhydrous acetic acid with acetous perchloric acid to a potentiometric end point detection. the results obtained by the proposed methods agreed well with those of reference method and with the label claim. the results were also compared statistically by a student’s t-test for accuracy and by a variance f-test for precision [46] with those of the reference method at 95 % confidence level as summarized in table 5. the results showed that the calculated t-and f-values did not exceed the tabulated values inferring that proposed methods are as accurate and precise as the reference method. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 200974 artigo article table 5. results of analysis of tablets by the proposed methods and statistical comparison of the results with the reference method. table 4. method robustness and ruggedness expressed as intermediate precision (% rsd). method ofx taken* robustness ruggedness parameter altered inter-analysts, (%rsd) (n=4) interinstruments, (%rsd) (n=4) volume of iron(iii)* (%rsd) reaction time** a 10 1.89 2.98 b 10 2.89 3.00 c 60 2.66 1.74 2.25 2.55 *volumes of iron(iii) solution used were 1.8, 2.0 and 2.2 ml. **reaction times studied were 4, 5 and 6 min. table 5. results of analysis of tablets by the proposed methods and statistical comparison of the results with the reference method. tablet brand name nominal amount, (mg/tablet) found* (percent of label claim ± sd) reference method proposed methods method a method b method c of-400 400 100.2±0.89 98.9±0.98 t = 2.19 f = 1.21 100.8±1.5 t = 0.79 f = 2.84 101.8±1.8 t = 1.88 f = 4.09 zenflox 400 400 101.6±0.72 99.2±0.98 t = 4.46 f = 1.85 102.6±1.57 t = 1.38 f = 4.75 102.0±1.75 t = 0.51 f = 5.91 *average of five determinations. tabulated t value at the 95% confidence level is 2.77. tabulated f value at the 95% confidence level is 6.39. *average of five determinations. tabulated t value at the 95% confidence level is 2.77. tabulated f value at the 95% confidence level is 6.39. application to spiked human urine as another application of the proposed methods, recovery from human urine samples was carried out followed by a prior extraction of drug from urine in method a and method b, and treatment of drug with urine without any extraction step in method c. recovery studies were performed with the sample containing various amounts of ofx. the results of recovery studies (table 6) revealed that, other constituents present in the urine did not interfere in the method. the recovery values were in the range 95.5106.6% with standard deviation of 0.52-1.60. ofloxacin is rapidly and efficiently absorbed after oral administration and is eliminated principally by hepatic metabolism and subsequent urinary excretion. the normal dose for adults is 400 mg day-1. ofloxacin undergoes only limited metabolism: nearly 80% of an orally administered dose is excreted unchanged in urine [17]. the concentration of ofx in urine passed during 24 h is within the range of ofx determination by the proposed methods. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 2009 75 artigo article table 6. application of the proposed methods to the ofloxacin concentration measurements in spiked urine. table 6. application of the proposed methods to the ofloxacin concentration measurements in spiked urine. method ofx added, µg ml-1 ofx found *, µg ml-1 recovery of ofx (percent±sd) a 4.0 8.0 12.0 3.82 7.82 12.45 95.5±0.86 97.8±1.02 103.8±1.58 b 4.0 8.0 12.0 4.09 8.44 12.79 102.3±1.55 105.5±1.30 106.6±1.11 c 40.0 80.0 120.0 38.25 79.65 123.8 95.62±0.52 99.56±1.25 103.2±1.60 *mean value of three determinations.*mean value of three determinations. recovery study to further assess the accuracy of the methods, recovery experiments were performed by applying the standard-addition technique. the recovery was assessed by determining the agreement between the measured standard concentration and added known concentration to the sample. the test was done by spiking the pre-analysed tablet powder with pure ofx at three different levels (50, 100 and 150 % of the content present in the tablet powder (taken) and the total was found by the proposed methods. each test was repeated three times. in all the cases, the recovery percentage values ranged between 98.7-102.6% with relative standard deviation in the range 0.88-1.5%. closeness of the results to 100 % showed the fairly good accuracy of the methods. the results are shown in table 7. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 200976 artigo article table 7. results of recovery study using standard addition method. table 7. results of recovery study using standard addition method. method a tablet studied ofx in tablet extract, µg ml-1 pure ofx added, µg ml-1 total ofx found, µg ml-1 pure ofx recovered (percent±sd*) of 400 4.95 4.95 4.95 2.50 5.00 7.50 7.42 9.96 12.35 98.8±1.23 100.2±1.32 98.7±1.02 zenflox 400 4.96 4.96 4.96 2.50 5.00 7.50 7.48 9.92 12.36 100.8±1.50 99.2±1.45 98.7±0.99 method b ofx in tablet extract, µg ml-1 pure ofx added, µg ml-1 total ofx found, µg ml-1 pure ofx recovered (percent±sd*) 5.04 5.04 5.04 2.50 5.00 7.5 7.52 10.01 12.60 99.2±1.25 99.4±1.22 100.8±1.50 5.13 5.13 5.13 2.50 5.00 7.50 7.70 10.14 12.75 102.6±1.20 100.1±0.89 101.6±0.99 method c ofx in tablet extract, µg ml-1 pure ofx added, µg ml-1 total ofx found, µg ml-1 pure ofx recovered (percent±sd*) 40.72 40.72 40.72 20.0 40.0 60.0 60.55 81.04 101.8 99.16±1.45 100.8±0.88 101.8±1.05 40.80 40.80 40.80 20.0 40.0 60.0 61.20 81.44 101.9 102.0±1.33 101.6±0.94 101.9±1.50 *mean value of three determination.*mean value of three determination. conclusion three simple, rapid, accurate and precise, and cost-effective spectrophotometric methods were developed and validated for the determination of ofx in pharmaceuticals and in spiked human urine. the proposed spectrophotometric methods do not require any expensive equipment and specialized technicians when compared alongside hplc, chemiluminescence, fia, electroanalytical and bioassay techniques. besides, other characteristics of these methods are short time required for performance and ease of handling. the proposed uv methods are more sensitive than many reported methods, require no additional reagents or organic solvents. though the sensitivity of method c is less when compared to method a and method b, the ofx-iron(iii) complex in sulphuric acid medium has suitable characteristics for the spectrophotometric determination of ofx. the visible spectrophotometric method is the simplest of all the reported spectrophotometric methods in terms reagents used, optimal conditions employed, since no heating or extraction step is involved. the procedure has been demonstrated to be independent of ph of the reaction medium unlike the reported method using iron(iii) nitrate which employs buffer medium. the proposed methods are highly ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 2009 77 artigo article precise compared to most reported methods where the precision is affected by critical experimental variables. the absence of any crucial experimental variable makes the present methods more accurate than many reported methods. the methods are useful for the quality control and routine analysis of ofx in pharmaceuticals since there is no interference from the common excipients that might be found in commercial preparations. also, these methods allow determination of ofx in human urine samples in the physiological concentration range obtained after the usual therapeutic dose of ofx has been administered. acknowledgement authors thank cipla india ltd, india, for gifting pure ofx. kbv thank the authorities of the university of mysore, mysore, for permission and facilities. references k. sat, u. matsura, m. inone, t. ueno, y. osada, h. ogawa, m. mitshuhashi, antimicrob. agents chemother. 22 (1982) 548. f.a. el-yazbi, spectrosc. lett. 25 (1992) 279. q.j. gong, j.l. quiao, l.m. du, c. dong, talanta 53 (2000) 359. a. le coguic, r. bidault, r. farinotti, a. dauphin, j. chromatogr. 434 (1988) 320. o. okazaki, h. aoki, h. hakusui, j. chromatogr. 563 (1991) 313. g. carlucci, p. mazzeo, t. fantozzi, anal. lett. 26 (1993) 2193. v.m. shinde, b.s. desai, n.m. tendolkar, indian drugs 35 (1998) 715. u.p. halkar, p.b. ankalkope, indian drugs 37 (2000) 585. m. s. ali, m. ghori, a. saeed. j. chromatogr. sci. 40 (2002) 429. a.j.n. groenveld, j.r.b. brouwers. pharm. world sci. 8 (1986) 79-84. r.r. kalta, r. sharma, s.c. chaturvedi. ind. j. pharma. sci. 70 (2008) 491-494. k. p. chan, k. on chu, w. w-k. lai, k.w. choy, c.c. wang, d. s-c lam, c. p. pang. anal. biochem. 353 (2006) 30-36. t. ohkubo, m. kudo, k. sugawara. anal. sci. 7 (1991) 741743. m.a. gracia, c. solans, a. calvo, m. royo, e. hernandez, r. rey, m.a. bregante. chrmatographia, 55 (2002) 431-434. b. srividya, r.m. cardoza, p.d. amin, indian drugs, 40 (2003), 41-43. s.w. sun, a.l. wu, j. liq. chromatogr. relat. technol. 22 (1999) 281. c. horstkoetter, g. blaschke, j. chromatogr. b 754 (2000) 169. s.s. zhang, h. liu, y.j. wu, c.l. yu, analyst 126 (2001) 441. a. tamer, anal. chim. acta. 231 (1990) 129. m. tuncel, z. atkosar, pharmazie 47 (1992) 642. g. zhou, j. pan, anal. chim. acta. 307 (1995) 49. m. rizk, f. belal, f. aly, n. el-enany, talanta 46 (1998) 83. j. wu, h. zhao, l. wei, t.z. ai, x.z. dong, fenxi huaxue 29 (2001) 1106. f. paul, j.l adcock, anal. chim. acta. 541 (2005) 3. s. hanwen, l liqing, c. xueyan, anal. sci. 22 (2006) 1145. y rao, y tong, x.r. zhang, g. luo, baeyens, willy, j. fluoresc, 17 (2007) 481. l. yi, h. zhao, s. chen, l. jin, d. zheng, z. wu, talanta 61 (2003) 403. y.d. liang, j.f. song, x.f. yang, anal. chim. acta 510 (2004) 21. b. li, z. zhang, l. zhao, ch. xu, talanta 57 (2002) 765. s.e. lisiane da, e.s.s. elfrides. j. pharm. biomed. anal, 27 (2002) 91. british pharmacopeia. vol iii her majesty’s stationery office, london, (2003) p 1357. united states pharmacopoeia xxii, national formulary xvii, rockville, usa convention, (1990) p 912. european pharmacopoeia. edqm, council of europe, strasbourg, france. 5 (2005) p 2131. p.u. patel, b.n. suhagia, m.m. patel, g.c. patel, g.n. patel, indian pharmacist, 6 (2007) 59. y.m. issa, f.m. abdel-gawad, m.a. abou table, h.m. hussein, anal. lett. 30 (1997) 2071. c. s. p. sastry, kolli rama rao, d. siva prasad, talanta, 42 (1995) 311. c.j. eboka, s.o. aigbavboa, j.o. akerele, j. antimicrob. chemother. 39 (1997) 639. s.c. mathur, y. kumar, n. murugesan, y.k.s. rathore, p.d. sethi, indian drugs, 29 (1992) 376. m.s. soledad, m.i. albero, c. sanchez-pedreno, m.s. abuherba, eur. j. pharm. biopharm. 61 (2005) 87. c.s.p. sastry, k.r. rao, d.s. prasad, indian drugs, 32 (1995) 172. d. lee, h. han, k. kim, w. park, j.cho. j.kim, j. pharm. biomed. anal. 12 (1994) 157. douglas, a. s and donald. m. w. 1971. “principels of instrumental analysis,” holt, rinheart and winston, new york, p 104. erk n anal. lett. 36 (2003) 1183. ecl. quím., são paulo, 34(4): 65 78, 200978 artigo article zavis, h., ludvik, d., milan, k., ladislaw, s. and frantisck, v. handbook of organic reagents in inorganic analysis. translated by stanislav, k, dr. chalmers (the series and translation editor: university of aberdem, ellis horwood limited, chichester, a division of john wiley & sons ic, new york, london, sydney. toronto. (1976) p 364. international conference on hormonisation of technical requirements for registration of pharmaceuticals for human use, ich harmonised tripartite guideline, validation of analytical procedures: text and methodology q2(r 1), complementary guideline on methodology dated 06 november 1996, incorporated in november 2005, london. inczedy, j., lengyel, t. and ure, a.m. 1998. iupac compendium of analytical nomenclature : definitive rules, blackwell science inc., boston. a03v33n1.pdf introduction in recent years there have been continuous studies to investigate the endohedrally [1], exohedrally [2] and substitutionally [3] fullerenes. the great deal of these investigations has been directed toward investigating the photophysical and electrochemical properties of fullerenes [4]. significant efforts have been directed at the synthesis of functionalized fullerenes in which different atoms are covalently-linked to the fullerene cage [5, 6]. the introduction of heteroatom, such as fe, ni, co, rh and ir, into the fullerene cage leads to significant modification in the electronic and structural properties of fullerenes [7, 8].these modified systems exhibit interesting superconducting, optical and electronic properties [9,10]. a variety of heterofullerenes have been reported, where in these systems number of carbon atoms have been substituted by heteroatom such as boron or nitrogen atoms [10-13] . the vast majority of these studies have been done on c60 molecule. the electronic properties of such systems have been studied theoretically by performing the semiempirical and dft calculations to understand the doping influences [13-15]. there are few reports about doped c80. however, heterofullerene such as c79n have been generated [16]. the fact that c80, which in the empty case is an open shell system and therefore very unstable, also efficiently encapsulates rare earth metals, to form stable endohedrals m2@c80, suggests, that the electronic structure of the fullerene shell is dramatically influenced by the central metals [17]. 21ecl. quím., são paulo, 33(1): 21-27, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 1, 2008 spectroscopic analysis of c80 doping with group iii and group v elements using semiempirical pm3 molecular modelling technique medhat ibrahim1* , hanan elhaes2, ali jameel hameed3, ali hashem essa3 1spectroscopy department, national research centre, dokki, cairo, egypt 2physics department, faculty of women for arts, science, and education, ain shams university, cairo, egypt 3chemistry department, college of science, university of basrah, basrah, iraq *medahmed6@yahoo.com abstract: semiempirical calculations at the level of pm3 of theory were carried out to study the structural and electronic properties of c80 and some of its doped derivatives with the elements of group iii and v at the level of pm3 of theory. we have selected these elements to be substituted in the fullerenec80 cage in order to show the effect of such structural change on the electronic properties of the molecules studied. the theoretical ir spectra, some of physical and chemical properties of the molecules studied are obtained and discussed. keywords: hetrofullerene; c80; final heat of formation; vibrational spectrum. currently, we are working on the molecular orbital theoretical calculations to predict the structures and behavior of some doped fullerenes. in previous work [18] the structural and vibrational properties of c60 doped with si, ge and al. in this paper, we have investigated theoretically the molecular and vibrational structures of c80 and some of its doped derivatives with the elements of group iii and v by performing the semiempirical calculations at the level of pm3 of theory. experimental details all calculations were carried out on a personal computer, performed using semiempirical quantum mechanics package, mopac 2002 which is implemented within the cache program (full version 1.33 by fujitsu). the initial geometry optimizations of both c80 and doped c80 were performed with the molecular mechanics force field to obtain approximate minimum energy structures. the lowest energy conformations obtained by the molecular mechanics method were further optimized with the semiempirical, pm3 method [19,20]. results and discussions in the present work pm3 is conducted to study the vibrational spectra of fulleropyrrolidine-1-carbodithioic acid 2; 3 and 4-substitutedbenzyl esters. the substituents include: nh2, ome, f, cl, co2me, come, cn and no2. we have selected these substituents to be in ortho, 22 ecl. quím., são paulo, 33(1): 21-27, 2008 figure 1. optimized pm3 structure of c80. note that the dopant is replaced with carbon atom number 3. meta andpara positions relative to the methylene group in order to show the effect of such structural change on the structural and electronic properties of the molecules. vibraional spectra of each structure are obtained. calculated optimized geometry fig.1. shows the structure of c80 which doped with the elements of group iii and v. we have selected the elements of group ii and v to be replaced with the carbon atom number 3 in the fullerene-c80 cage. the geometry of c80 and its derivatives are optimized at semiemprical pm3 method. some of selected structural parameters (the bond distances, molecular dimensions and molecular point group) of the studied molecules are indicated in table 1 and 2. we have selected the bond lengths (d3-c2, d3-c4 and d3-c16) to show the effect of doping upon the structure of c80. as mentioned in these tables, the molecular point group is not changed as a result of doping and remains corresponding to c1 point group. furthermore, except c79-n, all the studied structures have shown an enlargement in their bond distances as well as molecular dimension as compared with that of c80. regarding table 2, group v doped fullerenes have shown an increase in the calculated bond distances ongoing from c79-n to c79-bi. table 1 shows bond lengths which decrease from c79-al to c79-ga following an increase from c79in to c79-tl. it is worth to mention that the structure c79-b has no optimized geometry at this level of theory so that it is not included in the tables. final heat of formation figures 2 and 3 present the final heat of formation (fhf) as a function of temperature in 23ecl. quím., são paulo, 33(1): 21-27, 2008 figure 2. final heats of formation (kcal/mol) as a function of temperature for c80 as well as c80 doped with the studied iii elements. figure 3. final heats of formation (kcal/mol) as a function of temperature for c80 as well as c80doped with the studied v elements. the temperature range 200k to 500k for c80 as well as c80 doped with the elements of groups iii and v respectively. fhf is treated in our previous work [18, 21].it is relative to the elements in their standard state at 298 k. as shown in fig.2, c80 indicates an increase in its fhf values as the temperature increases. other doped fullerenes obey the same behavior. comparing doped fullerenes with c80 revealed that, doped fullerenes have lower fhf as compared with that of c80. moreover the fhf of the group iii could be arranged according to the following order: c80 > c79-tl > c79-in > c79-al> c79-ga calculated fhf at fig. 3 shows that fullerenes which doped with group v have higher fhf as compared with that of c80. fhf is increased from c79-n to c79-as then decrease from c79-sb to c79-bi. finally the fhf of the group v could be arranged according to the following order: c79-bi > c79-as > c79-sb > c79-p > c79-n > c80 charge and dipole moment as listed in tables 3 to 7; the charge, number of electrons, number of electrons in s-state 24 ecl. quím., são paulo, 33(1): 21-27, 2008 and p-state as well as the dipole moment are calculated. regarding c80 the charge is nearly tend to zero with nearly 4 electrons distributed as 1.2 electron at s-state and 2.8 electron at p-state. the total dipole moment is 3.1017 debye distributed as -1.400, 2.350 and 1.475 in the x, y and z directions respectively. as the effect of doping the change in the carbon atom number 3 will be discussed. al shows an increase in its charge to be 0.596 with a net number of electrons 2.4 distributed as 0.6 and 1.79 in s-state and p-state respectively. the value of dipole moment is twice as compared with that of c80. ga and tl has nearly the same charge as al while a negative charge of -0.065 is regarded in case of in. al, ga and in showed dipole moment value around 6.0 debye while it increases as 14.639 debye corresponding to tl. regarding the calculated values of group v the charge is 0.413, 0.929, 0.761, 1.048 and 0.872 respectively. although the net number of electrons is around four there a difference in the electron distribution such that; at s-state 1.2 corresponding to n, 1.7 corresponding to p and as finally 1.9 corresponding to sb and bi. the remaining electrons are distributed in p-state. the calculated dipole moment was 1.917, 3.002, 2.297, 3.686 and 5.464 debye respectively. this indicates that, both c79-n and c79-as are lower than c80. while both c79-p has the same dipole moment value as c80, c79-sb is slightly higher than c80. finally c79-bi is higher than c80. vibrational spectra fig. 4 and fig.5 shown the active vibrational modes for c80 as well as c80 doped with the elements of groups iii and v respectively. there 25ecl. quím., são paulo, 33(1): 21-27, 2008 are 174 genuine vibrations for c80. as a result of the extremely high symmetry of c80 there are only 4 strong vibrational bands; two weak bands in addition to two shoulders. the assignment of c80 spectrum is aided by the program; by comparing the coordinates of each vibrational mode with that of the coordinates corresponding to the energy minimum. c80showed comparable vibrational characteristic to that of c60. on these bases the spectrum of c80could be assigned. a c80 line at 406.38 cm-1 is assigned as the lowest frequency hg “squashing” mode of buckminsterfullerene. the ag (1) mode was 26 ecl. quím., são paulo, 33(1): 21-27, 2008 figure 4. active vibrational modes for c80 as well as c80 doped with the studied iii elements. figure 5. active vibrational modes for c80 as well as c80 doped with the studied v elements. obtained around 581.67 cm-1. the two strongest c80 lines, found at 1011.95 cm-1 and 1904.38 cm1, can consistently be assigned to the two totally symmetric ag (2) modes. two weak bands at 1537.85 cm-1 and 1370.48 cm-1 are assigned also as symmetric ag (2) modes. the two shoulders were obtained at 693.22 cm-1 and 1123.51 cm-1. the first shoulder is asymmetric ag (1) mode so that it’s too small. the second shoulder is assigned as asymmetric ag (2) mode. the effect off doping on the vibrational catachrestic is varied from an element to another as in the following. regarding group iii, an increase in transmittance of the doped fullerenes is regarded as compared with c80. the four strong bands are not shifted; while the two shoulders are shifted toward higher frequencies. furthermore the two shoulders became more obvious as a result of doping. the increase in the transmittance of the four strong bands -as a symmetric bands and the increase in the transmittance of the shoulders -as asymmetric bandsmatch each other and keep the symmetry of the doped molecules unchanged. regarding group v, we could distinguish between two areas. the first up to 900.00 cm-1 and the second beyond 900.00 cm-1. the transmittances of the c79-p and c79as bands are lower than c80; while the others are higher. in the second region all the bands have higher transmittance as compared with c80. as the effect of doping the weak bands became stronger with a shift toward higher frequencies. the symmetric ag (2) band is shifted toward higher frequencies while the other strong bands remain unshifted. the shift in the asymmetric ag (1) shoulder became more obvious toward higher frequencies. which is also notices for the second shoulder. conclusions in this work we have studied the structural and electronic properties of c80 and some of its doped derivatives with the elements of group iii and v by performing the semiempirical molecular orbital theory at the level of pm3 of theory. we have seen that no change in the symmetry of the doped fullerenes, while the molecular dimensions as well as bond distance were changed. dipole moments of the doped c80 with group iii element are increased while that of group v is decreased except c79-sb and c79-bi. an increase in the total charge is recorded with net electrons in group iii doped fullerenes. although the number of electrons was around 4 the distribution of electrons in both s and p states are changed in group v doped fullerenes. received 25 october 2007 accepted 05 december 2007 references [1] k. shelimov , m.f. harrold, j. am. chem. soc. 118 (1996)1139. 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[5], porém, na maioria das vezes os laboratórios não possuem estrutura e tecnologia para utilizar esses métodos. a cromatografia a líquido de alta eficiência (clae) é uma técnica alternativa para a detecção e quantificação de alguns pesticidas, em especial os piretróides que possuem alta massa molecular em comparação com a maioria dos pesticidas. usualmente os resíduos de inseticidas piretróides são determinados por cromatografia a gás com detector de captura de elétrons (cg-ecd) ou detector de espectrometria de massa (cg-ms), como citado por vieira et al. [6], porém a determinação de piretróides por cromatografia a gás, principalmente quando colunas introdução de acordo com head, citado por hirata [1], as piretrinas são extraídas de flores da chrysanthemum cinerariaefolium, muito semelhante a margarida comum; as propriedades destas plantas são conhecidas pelo menos desde o primeiro século da nossa era, como testemunhado pelos chineses, mas foram os comerciantes armênios que a trouxeram do cáucaso e de regiões vizinhas, para a europa ocidental [2]. o piretro utilizado há aproximadamente 400 anos no controle de insetos, era conhecido como o “pó da pérsia”. em 1880 o piretro foi introduzido no japão, que passou a exportá-lo em 1886, tendo sido, até a primeira guerra mundial, o principal produtor [3]. os resultados levantados nas avaliações de resíduos de pesticidas servem para dar suporte aos serviços governamentais de extensão agrícola, para aperfeiçoar o uso de pesticidas e práticas de aplicação por agricultores, bem como para minimizar os riscos ao a rapid liquid chromatographic (lc) method was developed for simultaneous determination of 7 pyrethroid insecticides in beans. residues were extracted from beans with acetone, followed by partition with ethyl acetate/cyclohexane (1+1) and clean up by gel-permeation chromatography. lc separation was performed on a lichrospher 100 rp-18 column using acetonitrile/water (8+2) as mobile phase. the pesticides were detected by molecular absorption spectrophotometry at 212 nm. recoveries of 7 pyrethroids fortified at 0.010; 0.10; 1.0 mg kg-1 levels were within the range 71-105 %. advantageous features of this method are: the quantification limits, which were between 0.004 and 0.011 mg kg-1, and the simplicity in the sample treatment, which requires less clean-up if compared with the gc-ecd determination. no residues of pyrethroids were detected in 48 bean samples commercialized in são paulo city during 2008. key words: pesticide residue determination, high performance liquid chromatography, method development, method validation a liquid chromatography method for determination of pyrethroids insecticides residues in beans. sérgio henrique monteiro(1), cláudia helena pastor ciscato(1), amir bertoni gebara(1) e jorge cesar masini(2) (1)laboratório de resíduos de pesticidas, instituto biológico, av. conselheiro rodrigues alves, 1252, vila mariana, 04014-002 são paulo – sp, brasil. e-mail: monteiro@biologico.sp.gov.br, ciscato@biologico.sp.gov.br, gebara@biologico.sp.gov.br (2)instituto de química, universidade de são paulo, av. prof. lineu prestes, 748, butantã, 05508-000, são paulo – sp, brasil. e-mail: jcmasini@iq.usp.br 15eclética química, 36 (4), 14-20. 2011. ato 99% (riedel-de-haën), fempropatrina 97% (riedel-de-haën), deltametrina 99,15% (ultra scientific), lambda-cialotrina 99% (accustandard), cipermetrina 98% (ultra scientific), bifentrina 99,7% (accustandard) e permetrina 99,6% (dr. ehrenstorfer), foram inicialmente dissolvidos em acetonitrila, preparando-se soluções estoques de concentrações 1000 ng µl-1. as demais soluções foram preparadas em acetonitrila/água (8+2). extração pesar em frasco reagente de 250 ml, 20 g de amostra previamente triturada e homogeneizada. utilizar para isso uma balança analítica com resolução até 0,1 mg. adicionar 36,5 g de água desionizada e homogeneizar agitando manualmente. adicionar 100 ml de acetona. homogeneizar no ultra turrax® por 3 minutos. adicionar 17,5 g de nacl. homogeneizar no ultra turrax® por mais 1 minuto. partição adicionar 50 ml de solução acetato de etila/ cicloexano (1+1). homogeneizar no ultra turrax® por 1 minuto. deixar em repouso para separar as fases por aproximadamente 30 minutos. coletar 100 ml da fase orgânica (sobrenadante). filtrar em funil analítico com algodão coberto com 50 g de sulfato de sódio anidro, recolhendo o filtrado em balão de fundo redondo de 250 ml. lavar o sulfato de sódio duas vezes com 10 ml de solução acetato de etila/cicloexano (1+1). concentrar no evaporador rotativo a 40o c e 40 psi até o volume de aproximadamente 2 ml. secar com fluxo suave de nitrogênio. ressuspender em 10 ml da solução acetato de etila/cicloexano (1+1). purificação em coluna de cromatografia de permeação a gel (gpc) filtrar os 10 ml obtidos anteriormente em na2so4 anidro com auxílio de funil pequeno de vidro e algodão lavado com diclorometano. injetar 5 ml, da solução filtrada, no gpc com vazão de 5ml min-1 usando a solução acetato de etila/cicloexano (1+1) como eluente. desprezar a solução eluida referente aos primeiros 18 minutos (90 ml). recolher em balão de 250 ml os próximos 110 ml, onde se encontram os piretróides. este volume corresponde a 22 minutos de tempo de eluição. efetuar a limpeza do gpc eluindo a solução por mais 5 minutos (25 ml). concentrar em evaporador rotativo, a 40ºc e pressão de 55 psi, os 110 ml recolhidos no gpc até um volume de aproximadamente 2 ml. secar com fluxo capilares são utilizadas, identificam vários isômeros que muitas vezes não são separados de forma satisfatória, apresentando baixa resolução cromatográfica. na determinação por clae, utilizando colunas de fase reversa, esta dificuldade é descartada devido a observação de apenas um pico para cada piretróide, salvo para permetrina que apresenta seus isômeros cis e trans com ótima resolução. para uma otimização no emprego de clae e cg em análise de resíduos de pesticidas em alimentos (origem vegetal e animal) e amostras ambientais, é necessário que ocorra um preparo adequado da matriz a ser analisada utilizando técnicas apropriadas, como também, na extração, purificação, identificação e quantificação dos pesticidas. a clae permite a determinação de compostos não voláteis e termo-lábeis e, além disso, o método não requer a perfeita limpeza (clean-up) das amostras, como acontece no emprego do cg-ecd [7]. segundo informações recolhidas na página eletrônica da embrapa, o feijão é um alimento básico para o brasileiro, chegando a ser um componente obrigatório na dieta diária da população. a média atual de consumo de feijão é de 14,9 kg/brasileiro/ano. a preferência do consumidor é regionalizada e diferenciada principalmente quanto à cor e ao tipo de grão [8]. a validação de um método estabelece, através de estudos sistemáticos de laboratório, que o método é adequado à finalidade, isto é, suas características de desempenho são capazes de produzir resultados correspondentes às necessidades do problema analítico [9]. os parâmetros de validação de métodos analíticos envolvem: especificidade/seletividade, função de resposta (curva analítica), intervalo de trabalho (faixa), linearidade, exatidão, precisão, limite de detecção e limite de quantificação [10]. no presente trabalho será descrito o desenvolvimento e a validação de um método de cromatografia de fase líquida, com detecção por espectrofotometria de absorção molecular na região do ultravioleta, para determinação de resíduos de piretróides em feijão. material e métodos reagentes e soluções os reagentes utilizados no método foram: sulfato de sódio pa (quimex); cloreto de sódio pa (quimex); acetona rp (tedia); acetato de etila rp (tedia); cicloexano rp (tedia); resina bio-beads® sx3 (bio-rad); acetonitrila hplc (tedia); água grau i. os padrões primários dos produtos, fenvaler16eclética química, 36 (4), 14-20. 2011. valores de recuperação e coeficiente de variação foram comparados com os intervalos propostos por diferentes órgãos como codex alimentarius, sanco, epa e aoac/fao/iaea/iupac. amostras analisadas foram analisadas 48 amostras de feijão adquiridas no comércio varejista da cidade de são paulo durante o ano de 2008 e coletadas aleatoriamente. as amostras foram analisadas no mesmo dia em que deram entrada no laboratório. resultados e discussão cultura estudada os critérios para a escolha da cultura estudada seguiram dois princípios: as culturas mais sujeitas à aplicação de pesticidas piretróides e a maior porcentagem de comercialização destas culturas no país. desta forma foi escolhido o feijão para ser estudado, pois, além do grande consumo deste produto pelos brasileiros, ele também apresenta registro para a maioria dos piretróides estudados, como mostrado na tabela 1. tabela 1 – limites máximos de resíduo permitido dos piretróides estudados, na cultura de feijão [15]. condições cromatográficas foram realizados estudos para a verificação das melhores condições de análise, variando-se os seguintes parâmetros: fase estacionária, fase móvel, vazão da fase móvel e comprimento de onda. os comprimentos de onda utilizados para a suave de n2. lavar o balão com 5 ml de acetonitrila/água (8+2) e recolher em tubo graduado de 10 ml com rosca esmerilhada. injetar 100 μl no cromatógrafo a líquido com detector uv-visível. condições cromatográficas cromatógrafo de fase líquida varian®: bomba 9012, detector uv-visível 9050; coluna: merck® lichrospher® rp 18 5 μm x 15 cm x 0,46 mm; vazão: 0,8 ml min-1; tempo de corrida: 30 minutos; tempo de estabilização: 2 minutos; comprimento de onda: 212 nm; volume de injeção: 100 μl; fase móvel: acetonitrila/ água (8+2); integrador 4400 varian®; atenuação: 16; velocidade do papel: 0,5 cm min-1; inibição de integração: integrar após 11 min; tipo de integração: valley-to-valley baselines. validação os parâmetros de validação estudados foram: especificidade/seletividade, função de resposta (curva analítica), intervalo de trabalho (faixa), linearidade, exatidão, precisão (repetitividade e reprodutibilidade), limite de detecção e limite de quantificação. para avaliação da função de resposta/intervalo de trabalho/linearidade foram construídas curvas analíticas de calibração para cada piretróide com concentrações entre 0,02 a 2,00 ng ml-1, cobrindo toda a faixa de resposta obtida nos três níveis de fortificação estudados, obtidas a partir de 3 injeções consecutivas de 8 concentrações de soluções-padrão injetadas em ordem crescente de suas concentrações. limite de detecção/limite de quantificação: o limite de detecção foi calculado como a razão sinal/ ruído com valores de 2:1 e o limite de quantificação foi estabelecido pela razão sinal/ruído 10:1, obtida por meio da comparação dos sinais medidos da amostra com baixas concentrações conhecidas do analito, com as do branco [11, 12, 13, 14]. seletividade: foram analisadas 7 repetições do branco (amostras testemunhas de feijão adquiridas com produtores orgânicos) para observar a não interferência de picos na região cromatográfica de interesse. além disso, uma amostra fortificada foi injetada em cromatógrafo a gás com detector de captura de elétrons, comparando-se os tempos de retenção com os tempos característicos dos padrões de piretróides injetados nas mesmas condições. exatidão/precisão: as amostras testemunhas de feijão foram fortificadas em 3 níveis: 0,010; 0,10 e 1,0 mg kg-1 e realizadas 7 repetições para cada nível. os 17eclética química, 36 (4), 14-20. 2011. um dado piretróide. observa-se na tabela 3 que todos os piretróides apresentaram coeficientes de correlação > 0,997, indicando uma linearidade de resposta nas condições cromatográficas especificadas, o que demonstra a habilidade do método em obter os resultados de teste proporcionais a concentração dos piretróides estudados, na faixa de trabalho pretendida. tabela 3 dados da equação linear e coeficiente de correlação das curvas analíticas de calibração. como substâncias diferentes podem apresentar respostas similares em dadas condições deve-se proceder à verificação da especificidade, seguida por outras técnicas comprobatórias. a seletividade foi verificada pela observação dos cromatogramas das amostras em branco, que não apresentaram nenhum pico na região cromatográfica de interesse. e para se ter certeza de que os picos encontrados nos estudos de fortificação são realmente os picos característicos dos piretróides, uma amostra em estudo foi injetada em cromatógrafo a gás com detector de captura de elétrons, comparando-se os tempos de retenção com os tempos característicos dos padrões de piretróides injetados nas mesmas condições. isto confirmou a identificação qualitativa dos piretróides feitas por clae, comprovando sua seletividade. observa-se na tabela 4, que todos os piretróides apresentaram recuperações dentro do intervalo de 70 a 120%, proposto pela agência de proteção ambiental dos estados unidos da américa [19] e pelo codex alimentarius, [20]. os valores estão também de acordo com a comissão européia para monitoramento de resíduos de pesticidas, que propõe um intervalo de 70 a 120% [21]. todas as recuperações variaram entre 70 106% (tabela 4), de acordo com os intervalos aceitos determinação dos piretróides foram selecionados a partir dos espectros de absorção molecular na região do uv-vis obtidos entre 190 e 400 nm. o comprimento de onda de 212 nm apresentou melhor resultado, onde os piretróides apresentaram maior absortividade, com menor variação da linha de base cromatográfica. com injeções nas condições cromatográficas apresentadas em “material e métodos”, observa-se as resoluções cromatográficas apresentadas na tabela 2. a resolução foi maior que 1,5 para todos os picos e desta forma é possível à determinação quantitativa para todos os piretróides na mesma amostra. tabela 2 – valores de resolução dos picos para solução padrão 0,02 ng µl-1. metodologia de extração e purificação da amostra: a técnica de extração utilizada foi a mesma descrita no método dfg-s19 [16, 17], com modificações [18], sendo utilizados apenas 100 ml de acetona em 20 g de amostra. foi realizada uma partição utilizando apenas 50 ml de acetato de etila/ciclohexano (1+1), seguindo-se a purificação por cromatografia de permeação em gel (gpc), também utilizada no método dfg-s19, com modificações. validação do método os piretróides apresentam vários isômeros, muitas vezes de difícil separação. a cromatografia líquida de fase reversa de modo geral não separa os isômeros, com exceção da permetrina, que apresentou os picos referentes a suas formas cis e trans. essa característica facilita a interpretação dos cromatogramas, sem prejudicar a informação sobre presença ou não de 18eclética química, 36 (4), 14-20. 2011. para concentrações baixas, como em análise de resíduos de pesticidas, os valores de recuperação e coeficientes de variação são geralmente semelhantes aos propostos pela comissão de especialistas de reconhecidas organizações tais como, aoac, fao, iaea, epa, iupac [9, 21, 22, 23]. os cv% apresentados na tabelas 3 variaram entre 0,9 14,4% e estão dentro do que é comumente aceito para analise de resíduos de pesticidas, mostrando que o método possui repetitividade adequada e é preciso nas concentrações estudadas. para as concentrações estudadas; o método proposto mostra-se, assim, exato. tabela 4 – recuperações, limites de detecção e limites de quantificação. os valores de coeficientes de variação porcentual estão de acordo com os índices propostos de até 20%, segundo a comissão formada por membros das organizações: association of analytical communities (aoac), food and agriculture organization of the united nations (fao), international atomic energy agency (iaea) e international union of pure and applied chemistry (iupac) [22] os limites de detecção e quantificação do método estão apresentados na tabela 4. 19eclética química, 36 (4), 14-20. 2011. o diferencial deste método é o baixo limite de quantificação que se conseguiu em relação aos outros métodos descritos na literatura; a simplificação na determinação, devido não ter apresentado os picos dos isômeros; a necessidade de menos clean-up, quando comparado a determinação com cg-ecd. a ausência de resíduos de piretróides nas amostras analisadas sugere a boa qualidade, em relação aos compostos analisados, do feijão consumido na cidade de são paulo, o que atende à legislação brasileira neste setor, como ainda, indica que as normas de boas práticas agrícolas estão sendo obedecidas e seguidas. entretanto, para que esta conclusão seja confirmada, a presença de inseticidas de outras classes, especialmente os organofosforados, precisa ser investigada. referências [1] r. hirata, química nova, 18(4) (1995) 368. 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[13] i. kuselman, a. shenhar, analytica chimica acta, a reprodutibilidade foi verificada através da realização das análises por diferentes analistas e em diferentes datas. assim, as 7 amostras fortificadas foram separadas em dois grupos de 3 e 4 amostras. um dos grupos foi analisado em um dia por uma equipe de analistas e o outro grupo, 5 dias depois, por outra equipe de analistas. os valores de recuperação se mantiveram sem grandes variações nos dois grupos de amostras analisadas separadamente, com cv% menores que 20%, portanto estatisticamente não significativos. resultado das análises de amostras de feijão nenhuma das 48 amostras de feijão analisadas apresentou resíduos de pesticidas piretróides, resultado perfeitamente aceito visto a baixa persistência desses no meio ambiente e, também, à sua alta atividade inseticida, possibilitando sua aplicação em pequenas dosagens. nakagawa e andréa [24] observaram que plântulas de feijão plantado em solo com resíduos ligados de 14c-atrazina, não absorveram estes resíduos. o mesmo talvez possa ocorrer com os piretróides. em um estudo realizado por lopes e dóres [25], na cidade de aracaju, estado de sergipe, foi encontrado 1,83 mg kg-1 de deltametrina em uma amostra de feijão, juntamente com o inseticida diazinona e propanil. nenhuma outra referência da literatura nacional descreve a presença de resíduo de piretróides em amostras de feijão. a presença destes inseticidas em amostras de feijão se dá pelo uso desses no processo de armazenamento de grãos. a aplicação de pesticidas durante o armazenamento é recomendado como a técnica com melhor custo/benefício para controle de insetos. os inseticidas mais recomendados para esta finalidade são os piretróides e organofosforados. como nas amostras estudadas não se detectou a presença de piretróides, pode-se inferir a possibilidade de ocorrência de outros inseticidas, sendo que os organofosforados seriam a primeira classe a ser estudada. conclusão o método desenvolvido mostrou-se eficiente para análise de feijão. isto foi demonstrado nos resultados de validação, os quais estão de acordo com as diretrizes requisitadas para validação de métodos analíticos pelos principais órgãos nacionais e internacionais regulamentadores e normativos. 20eclética química, 36 (4), 14-20. 2011. 306 (1995) 301. [14] m. e. swartz, i. s. krull, pharmaceutical technology, 2(3) (1998) 12. [15] anvisa, agência nacional de vigilância sanitária. monografia de produtos agrotóxicos, disponível em: http://www.anvisa.gov.br/toxicologia/monografias/ monografias.pdf. acesso em: 15 jan. 2011. [16] h. p. thier, j. kirchhoff, manual of pesticide residue analysis, wiley: vch, 2, 1992, 482p. [17] h. p. thier, h. zeumer, manual of pesticide residue analysis, weinheim: vch, 1, 1987, 432p [18] w. specht, s. pelz, w. gilsbach, fresenius journal analytical chemistry, 353 (1995) 183. [19] epa environmental protection agency. residue chemistry test guidelines. office of presention, pesticides and toxic substances 860.1340: residue analytical method, washington, 1996, 12p. [20] codex alimentarius. guidelines on good laboratory practice in residue analysis, cag/gl 401993, rev.1-2003, 36p. 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[25] w.g. lopes, h. g. dóres, pesticidas: resíduos ecotoxicologia e meio ambiente, 13 (2003) 13. eclética química, 39, 192-199, 2014. 192 obtenção do biodiesel metílico através da transesterificação via catálise básica do óleo de coco-da-baía (cocos nucifera l) v. o. lace1; j. r. c. fernandez1; c. r. gonçalves1; i. m. fraga1* 1instituto federal de educação, ciência e tecnologia de mato grosso campus cáceres. av. dos ramires, s/n cep: 78.200-000-cáceres / mt, brasil. isabel.fraga@cas.ifmt.edu.br resumo: o presente trabalho tem como objetivo principal a produção de biodiesel metílico através da reação de transesterificação via catálise básica, utilizando como matéria-prima alternativa ao óleo de soja comumente utilizado, o óleo de coco-da-baía (cocos nucifera l). o biodiesel foi caracterizado quanto ao seu índice de acidez, densidade, umidade, teor de éster, ponto de fulgor, glicerol (livre, total, mono, di e triglicerol) e porcentagem máxima de metanol. o óleo usado foi caracterizado por índice de acidez, índice de saponificação, ácidos graxos, densidade e umidade. através destes resultados, verificou-se a qualidade do biocombustível obtido. palavras-chave: biodiesel, cocos nucifera l, transesterificação. obtaining methyl biodiesel through transesterification via basic catalysis of bay coconut oil (cocos nucifera l) abstract: the main objective of this work is to produce methyl biodiesel through the transesterification reaction via basic catalysis, using coconut oil (cocos nucifera l.) as an alternative raw material to the commonly used soybean oil. the biodiesel was characterized according to its acidity index, density, moisture, ester content, flash point, glycerol (free, total, mono, di and triglycerol) and maximum percentage of methanol. the acidity index, saponification index, fatty acids, density, and moisture were used to characterize the used oil. through these results, the quality of the biofuel obtained was verified. keywords: biodiesel, cocos nucifera l, transesterification. introdução o potencial do uso dos biocombustíveis vem se mostrando promissor no mundo inteiro, destacando-se como um mercado que cresce de forma acelerada devido a vários fatores como, a contribuição ao meio ambiente e por ser fonte estratégica de energia renovável em substituição ao óleo diesel [1]. de acordo com a lei 11.097 de 13/01/2005, o biodiesel pode ser definido como: “biocombustível derivado de biomassa renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão ou para geração de outro tipo de energia que possa substituir parcial ou totalmente o uso de combustível de origem fóssil”[2]. atualmente, o brasil desponta como uma grande potência no desenvolvimento de tecnologia para produção de substitutos para os derivados do petróleo. graças a sua extensão territorial, ao clima propício ao plantio de diversas culturas, e principalmente a sua mailto:isabel.fraga@cas.ifmt.edu.br eclética química, 39, 192-199, 2014. 193 biodiversidade. o biodiesel, no brasil, hoje é visto como o principal substituto do óleo diesel derivado do petróleo[3]. o processo mais comumente utilizado para a produção do biodiesel, é o processo de transesterificação, pois o mesmo é relativamente simples e seu custo de produção é considerado acessível. as características físico-químicas dos ésteres de ácidos graxos (biodiesel) obtidos são muito semelhantes às do óleo diesel. a transesterificação consiste numa reação química na qual um éster é transformado em outro através da troca dos grupos alcóxidos. na transesterificação de óleos vegetais, um triglicerídeo reage com um álcool na presença de um catalisador produzindo uma mistura de ésteres monoalquílico de ácidos graxos e glicerol [4]. a reação de transterificação deve ser completa, acarretando ausência total de ácidos graxos remanescentes e o biocombustível deve ser de alta pureza, não contendo traços de glicerina, de catalisador residual ou de álcool excedente da reação. entre as várias oleaginosas que se tem conhecimento na literatura, as que apresentam um alto teor de óleo na semente, são favoráveis para a produção de biodiesel. dentre estas, pode-se destacar as sementes oleaginosas de soja, amendoim, girassol, babaçu, milho, canola (colza), mamona e algodão [5]. atualmente a produção nacional de biodiesel utiliza quase que exclusivamente a soja para a produção de óleo, caracterizando-se como monocultura para a produção do combustível, portanto é imprescindível a pesquisa de outras matérias primas que sejam técnica e economicamente viáveis para a produção desse combustível. dentre muitas matérias-primas que podem ser avaliadas como potencial para a produção de biodiesel, destaca-se o cocos nucifera l, popularmente conhecido como coco-da-baía que reúne características potenciais para a produção de óleo, pois contêm elevados teores de acido láurico, substância muito usada na indústria de alimentos, cosméticos, sabões e na fabricação de álcool [6]. o coqueiro (cocos nucifera l.), originário do sudeste asiático, foi introduzido no brasil em 1553, onde se apresenta naturalizado em longas áreas da costa nordestina proporcionando abundante matéria-prima tanto para as agroindústrias regionais quanto para uso alimentício [7]. até então, existem poucos trabalhos desenvolvidos a partir do óleo de coco. o coqueiro é uma das principais oleaginosas de fácil adaptação ao nordeste brasileiro, boa parte da região africana e parte da ásia; e com excelente desenvolvimento sob o clima tropical [3]. diante do exposto, o presente estudo tem como objetivo produzir biodiesel metílico através da reação de transesterificação do óleo de coco-da-baía, utilizando um catalisador de caráter básico. materiais e métodos transesterificação metílica do óleo de coco-da-baía, via catálise básica o biodiesel foi sintetizado a partir da reação de transesterificação do óleo de coco, juntamente com o metanol fornecido pela labsint, utilizando uma razão molar álcool/óleo de 6:1. como catalisador, foi utilizado o hidróxido de potássio (koh) fornecido pela dinâmica, na proporção de 1 % em relação a massa de óleo. a reação foi processada durante 1 h, a uma faixa de temperatura que variou entre 75-80 ºc. foram adicionados 300 ml de óleo de coco a um balão de fundo chato de 1000 ml, posteriormente o óleo foi aquecido até atingir a temperatura de 80 ºc. enquanto isso, em um bécher de 250 ml, 3 g de koh foram adicionados a 300 ml de metanol e foram conduzidos a agitação, até completa dissolução. a mistura álcool/koh foi então adicionada ao balão contendo o óleo aquecido para dar início a reação de transesterificação. a reação foi mantida durante 1 h em um banho-maria, a uma faixa de eclética química, 39, 192-199, 2014. 194 temperatura que variou entre 75-80ºc, sob constante agitação. o aparato experimental onde foi processada a reação é apresentado na figura 1. figura 1. aparato experimental, onde a reação de transesterificação metílica do óleo de coco via catálise básica foi processada transcorrido o tempo de 1 h, a mistura foi transferida para um funil de separação, e deixada em repouso por 24 h para total separação de fases. a fase inferior era composta por glicerina bruta (figura 2) e a fase superior era composta pelo biodiesel. a figura 3 apresenta o funil de separação contendo as duas fases [8]. figura 2. glicerina bruta, obtida como coproduto da produção de biodiesel de óleo de coco. figura 3. funil de separação contendo as duas fases, fase inferior era composta por glicerina bruta e a fase superior era composta pelo biodiesel. a seguir o biodiesel produzido foi submetido a etapa de lavagem dentro do funil de separação. inicialmente foram adicionados 75 ml da solução aquosa de ácido clorídrico a 0,5% (v/v), a mistura foi deixada em repouso por 15 minutos para completa separação de fases, a fase inferior foi descartada, esse processou se deu por duas vezes. posteriormente foram adicionados 60 ml de solução saturada de cloreto de sódio (nacl) e, finalmente, com 600 ml de água destilada. a parte inferior foi descarta e aparte superior (biodiesel) foi submetida a verificação de ph para confirmação da ausência do catalisador básico no biodiesel. para remoção dos traços de umidade o biodiesel foi filtrado utilizando-se sulfato de sódio anidro [8]. caracterização físico-química do biodiesel o biodiesel produzido também foi caracterizado para posterior comparação com as especificações da anp (agência nacional de petróleo, gás natural e biocombustíveis). as análises foram realizadas na central analítica de combustíveis-ceanc / campus ufmt e determinadas de acordo com os itens descritos abaixo. o índice de acidez (ac) é definido como o número de mg de hidróxido de potássio (koh) necessário para neutralizar os ácidos livres de um grama de amostra. este procedimento foi determinado segundo moretto e alves, (1986) e esteves et al., (1995) [9]-[10]. para o biodiesel a resolução da nº14 de 2012 (ranp 14/12) da anp determina o valor máximo de acidez no biodiesel de 0,5 mg koh/g [11]. nessa etapa o óleo de coco-da-baía também teve seu índice de acidez analisado. a determinação da umidade foi efetuada através do método de perdas por dessecação em estufa de acordo com o método aocs bc 2-49. cerca de 5 g de cada amostra foram pesadas em eclética química, 39, 192-199, 2014. 196 cadinhos de porcelana e aquecidas a 130 °c em estufa. após o aquecimento, as amostras foram imediatamente tampadas e resfriadas em dessecador até atingirem a temperatura ambiente e, em seguida, foram novamente pesadas [12]. utilizou-se um picnômetro, instrumento aplicado para determinação da densidade real de óleos. anteriormente calibrou-se com água a temperatura ambiente, logo após verteu-se o óleo sobre o picnômetro até que transbordasse, encaixou-se a tampa e limpando completamente a fim de evitar interferência no resultado, pesou-se anotando o valor correspondente a pesagem, tanto vazio quanto cheio[2]. a ranp 14/12 da anp determina o valor máximo da densidade do biodiesel de 850-900 kg/m3[11]. o teor de ésteres metílicos no biodiesel é um parâmetro previsto na ranp 14/12. a determinação foi realizada, utilizando o método abnt nbr 15764 (associação brasileira de normas técnicas ) [11],[13]. o ponto de fulgor é um parâmetro muito importante quanto à segurança no armazenamento e no transporte, principalmente quando a transesterificação foi realizada com metanol que, além de altamente inflamável, apresenta elevada toxidez. para a realização dessa análise foi utilizado o método descrito na norma astm d6751 (american society for testing and materials) (método analítico astm d93). a ranp 14/12, recomenda, além dos métodos citados, o método abnt nbr 14598 [11],[13]. a glicerina é um co-produto da reação de transesterificação de óleos e gorduras. a determinação da glicerina residual serve como parâmetro para avaliar a eficiência do processo de purificação do biodiesel. a determinação foi realizada através do método astm d6584, da norma americana [13]. a glicerina combinada, que inclui mono-, die triglicerídeos, é proveniente da reação incompleta dos glicerídeos, logo, este é um importante parâmetro que pode ser utilizado para avaliar a eficiência da conversão de óleos e gorduras em biodiesel. a glicerina combinada pode ser calculada a partir das concentrações de mono-, die triglicerídeos, aplicando-se fatores de conversões individuais baseados na massa molar média dos ácidos graxos que participam da composição da matéria-prima [14]. a soma da concentração da glicerina livre com a glicerina combinada é denominada como glicerina total. a determinação do teor de glicerina total foi realizada através dos métodos descritos pelas normas abnt nbr 15344 e 15908 [11]. para a determinação dos valores de monogliceróis utilizou-se os métodos descritos pela norma brasileira abnt nbr 15342 ,15344 e 15908. para a determinação dos valores de di e trigliceróis utilizou-se também, os métodos descritos pela norma brasileira abnt nbr 15342 ,15344 e 15908 [11]. o teor de álcool no biodiesel pode ser utilizado também para avaliar o processo de purificação do biodiesel. a concentração de álcool foi determinada pelo método cromatográfico en iso 14110 para determinação tanto de metanol como de etanol. na análise, é empregado um cromatógrafo equipado com uma coluna capilar polar, utilizando um detector de ionização de chama. uma fração da fase gasosa de um recipiente hermeticamente fechado, contendo a mostra em equilíbrio a 80 ºc, é então ser injetada no cromatógrafo, utilizando-se 2-propanol para calibração interna. a norma brasileira indica também o método abnt nbr 15343, principalmente para análise de biodieseis de misturas de matérias primas onde uma delas é o óleo de mamona [11],[13]. resultados e discussão o biodiesel produzido apresentou o aspecto límpido e incolor (figura 4), correspondendo ao aspecto exigido pela ranp 14/12 da anp [11]. eclética química, 39, 192-199, 2014. 197 figura 4. biodiesel de aspecto límpido e incolor, produzido a partir da transesterificação metílica via catálise básica do óleo de coco-da-baía. os resultados da caracterização físico-química do biodiesel metílico de óleo de coco-da-baía, são descritos na tabela 1. tabela 1. propriedades físico-químicas encontradas para o biodiesel metílico produzido via catálise básica a partir do óleo de coco-da-baía. características unidade biodiesel de óleo de coco índice de acidez mg koh/g 0,77 densidade kg/m³ 890 umidade e matéria volátil % 53,69 metanol ou etanol % em massa 0,00 teor de éster % em massa 93,2 ponto de fulgor ºc 114,2 glicerol livre % em massa 0,00 glicerol total % em massa 0,08 monoglicerol % em massa 0,29 diglicerol % em massa 0,01 triglicerol % em massa 0,00 o índice de acidez revela o estado de conservação do óleo. a decomposição dos glicerídeos é acelerada pelo aquecimento e pela luz. a rancidez é quase sempre acompanhada pela formação de ácido graxo livre [15]. observa-se que o índice de acidez do óleo nesse estudo foi igual a 1,19 mg koh/g, um pouco maior que o valor estabelecido no estudo de araújo e sua equipe (2007), segundo os autores resíduos gordurosos devem conter no máximo a acidez de 1 mg koh/g para que atenda a acidez normalizada pela anp de a 0,5 mg koh/g para o biodiesel [16]. essa afirmação pode explicar o valor da acidez do biodiesel, encontrado na tabela 1. sabe-se que a especificação da anp estabelece um valor máximo de 0,5 mg koh/g para o biodiesel [11], porém nesse trabalho o biodiesel produzido apresentou o valor de 0,77 mg koh/g, o que indica que apesar de ter apresentado uma baixa acidez, o óleo de coco extraído nesse estudo poderia ter sido submetido a um tratamento prévio, para diminuição da acidez. vale ressaltar que o valor antes permitido pela anp para esse parâmetro era de 0,8 mg koh/g. de acordo com lôbo et al., (2009), o monitoramento da acidez no biodiesel é de grande importância durante a estocagem, na qual a alteração dos valores neste período pode significar a presença de água [13]. o valor acima daquele exigido na ranp 14/12, pode também estar relacionado a presença de água ou ácido que não foram completamente removidos durante o processo de lavagem. albuquerque (2006) obteve biodiesel metílico de óleo de canola e encontrou a acidez de 0,55 mg koh/g [15]. um índice de acidez elevado influencia na hidrólise do biodiesel e na sua oxidação, e pode catalisar reações intermoleculares dos triacilglicerídeos, ao mesmo tempo em que afeta a estabilidade térmica do combustível na câmara de combustão [17]. a densidade encontrada nesse estudo para o biodiesel metílico de óleo de coco (890 kg/m3), encontra-se dentro da especificação descrita pela ranp 14/12 que é de 850-900 kg/m3 [11]. de acordo com lôbo et al., (2009), a densidade do biodiesel está diretamente ligada com a estrutura molecular das suas moléculas. quanto maior o comprimento da cadeia carbônica do alquiléster, maior será a densidade, no entanto, este valor decrescerá quanto maior forem o número de insaturações presentes na molécula. a presença de impureza também poderá influenciar na densidade do biodiesel como, por exemplo, o álcool ou substâncias adulterantes [13]. eclética química, 39, 192-199, 2014. 198 a presença de metanol no biodiesel, está intimamente ligada ao processo de purificação do mesmo. os resultados mostram que, não foi encontrada, nenhuma porcentagem mássica de metanol no biodiesel analisado, isso mostra que a reação teve um rendimento satisfatório, e todo excesso de metanol utilizado para converter o óleo em biodiesel, foi eliminado. de acordo com knothe et al., 2006, teores residuais de álcool no biodiesel podem resultar um efeito na diminuição do ponto de fulgor [4]. o percentual de ésteres verificado pela análise encontra-se ligeiramente inferior ao mínimo exigido pela anp que é de 96,5%. essa diferença pode estar relacionada a um baixo excesso de metanol para a conversão da reação. pode ser que sejam necessários também, maiores tempos ou maiores temperaturas para uma maior conversão. porém os valores encontrados estão bem próximos da especificação da anp [11]. marques e colaboradores (2010) avaliaram o teor de ésteres graxos em biodiesel metílico de óleo de soja e encontraram um valor de 92,5% [18]. os resultados para análise de umidade e material volátil evidenciam a presença de água no biodiesel final, visto que para metanol, a porcentagem foi de 0 %. a água, além de promover a hidrólise do biodiesel resultando em ácidos graxos livres, também está associada à proliferação de micro-organismos, corrosão em tanques de estocagem com deposição de sedimentos [13]. o ponto de fulgor do biodiesel produzido apresentou-se acima do valor mínimo exigido pela ranp 14/12, 114,2 ºc, o que indica um excelente resultado visto que o ponto de fulgor é a temperatura mínima onde é observada a liberação de vapores de um líquido, em quantidade suficiente para forma uma mistura inflamável com o ar [11]. para o biodiesel, os valores de ponto de fulgor são, consideravelmente, mais elevados que os valores encontrados para o diesel mineral. um alto ponto de fulgor, favorece o transporte e armazenamento do produto final, tornando-o um material menos inflamável. os teores de glicerol livre, total mono, di e trigliceróis, estiveram sempre abaixo do limite máximo exigido pela ranp 14/12 [11]. altas concentrações de glicerina no biodiesel provocam problemas de armazenamento, pois quando o biodiesel é misturado com o diesel de petróleo, observa-se a separação da glicerina nos tanques de estocagem. problemas como formação de depósitos, entupimento dos bicos injetores do motor e emissões de aldeídos também estão relacionados com a alta concentração da glicerina no biodiesel. a glicerina livre residual pode ser facilmente eliminada através de lavagens do biodiesel. embora seja praticamente insolúvel no biodiesel, a glicerina pode ser encontrada dispersa na forma de gotículas [13]. a análise de glicerina livre no biodiesel comprovou a eficiência da purificação, uma vez que os resultados obtidos atendem a legislação que estabelece uma tolerância de, no máximo, 0,02% de glicerina livre no biodiesel [19]. apesar de a glicerina ser um produto indesejável na reação de transesterificação pode ser um produto de alto valor comercial, dada sua ampla aplicação industrial (especialmente na indústria de cosméticos), assim tem-se além do biodiesel a glicerina como produto comercial [20]. conclusões o biodiesel metílico produzido via catálise básica se apresentou límpido e satisfatório em relação às normas da anp para oito das onze propriedades analisadas. o resultado não conforme estava apenas na acidez ao final do processo, e no teor de éster um pouco abaixo do valor especificado na ranp 14/12. diante do exposto, a transesterificação do biodiesel metílico via catálise básica produzido a partir do óleo de coco-da-baía, apresentou boa qualidade, é necessário portanto, que sejam investigados, outros parâmetros, como excesso de álcool e temperatura de transesterificação, o que poderia influenciar diretamente na conversão do eclética química, 39, 192-199, 2014. 199 produto final. o óleo de coco-da-baía, se mostrou portanto, como uma matéria-prima alternativa promissora para a produção de biodiesel metílico. referências [1] m. a. m. f. melo. avaliação das propriedades de óleos vegetais visando a produção de biodiesel. dissertação de mestratro em química, universidade federal da paraíba, ufpb, joão pessoa, 2010. 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[20] froehner, s.; leithold, j.; lima júnior, l. f.; quim. nova 2007, 30, 2016. eq06-af introduction the gas gangrene or myonecrosis is a serious infectious process of fast evolution, that may arises from the contamination of wounds for its etiological agents. although the disease is known since remote times, its etiology was only defined in the end of the xix century, when gram-positive bacilli obligate anaerobes were isolated from infected wounds. initially classified under the gender bacillus, were later included in the gender clostridium. although the species clostridium perfringens is more frequently isolated from gas gangrene lesions, other clostridium species also occur as its etiological agents, like c. histolyticum, c. septicum, c. sporogenes and c. bifermentans. these organisms, under appropriate conditions, namely, low partial tension of oxygen, multiply quickly and produce a series of toxins and hydrolytic enzymes, responsible for the pathogeny and clinical manifestations of the process. this it is characterized by extensive necrosis of the muscular and conjunctive tissues starting in the neighborhoods of the infected 47ecl. quím., são paulo, 33(4): 47-52, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 inhibitors of clostridium histolyticum colagenase s. r. a. leite* instituto de química, unesp, cp 355, 14801-970, araraquara, sp, brasil *leite@iq.unesp.br abstract: different substances were tested as inhibitors of clostridium histolyticum collagenase, both experimental and theoretically. the in vitro collagenase activity, alone and in the presence of inhibitors, was quantified by reaction with bovine collagen and dosage of the releasing amino acids. collagenaseinhibitor interaction was studied theoretically by docking computational calculations. only one among the tested substances showed inhibitor activity against the bacterial collagenase. keywords: clostridium histolyticum; collagenase; inhibitors; docking. wound, and by systemic manifestations, that increase with the development of the process. the primary cause of the necrosis is the lysis of the tissue structures by lytic enzymes, e.g., lecitinase, hyaluronidase, desoxi-ribonuclease and several proteases, as gelatinase and collagenase, with prominence for this last one, as one of the main responsible for the destruction of conjunctive, muscular and vascular tissues. this collagenase is obtained commercially from cultures of clostridium histolyticum. this is the enzyme with collagenolitic activity more used in practice, for example, in the separation of cells and in dermatological products. in the present work we intended to study inhibitors of the collagenase of c. histolyticum. inhibitors of this enzyme should be used as auxiliary drugs for treatment of gas gangrene. the work consisted of an experimental part, in which the effect of different substances was verified on collagenase of c. histolyticum, and of a theoretical part, in which the simulation of the structures of these substances and their interaction with the collagenase were performed. eq06-af 4/12/08 9:55 page 47 experimental the collagenase activity was measured by collagen hydrolysis and determination of the released amino acids. the method was adapted from mandl et al [1], in which native collagen is incubated for 5 hours with collagenase and the amino acids are colorimetrically determined by reaction with ninhydrine [2]. the reaction medium was buffered to ph 7,5 with tricine 50 mm added of 0,4 m nacl. for the inhibition trials, the ligands were mixed to the enzyme one hour before the beginning of the reaction. the choice of substances for test was made in function of reports in the literature (experimental or clinical) among common drugs with inhibiting effect upon collagenases. the selected drugs have different structures and pharmacological activities, but all share such inhibiting effect [3-9]. six ligands were tested: three oxicans, namely meloxicam, tenoxicam and piroxicam, tetracycline, doxycycline and sodium alendronate. the inhibition constant was determined for those that exhibited activity against the enzyme. c. histolyticum collagenase (type ia) was obtained from sigma, st. louis, mo, usa. the drugs (ligands) were bought from purifarma, são paulo, sp, brazil. the bovine collagen was produced by gelita south america, maringá, pr, brazil. the computational calculations comprise the determination of the three-dimensional structure of the ligands by energy minimization methods, and the simulation of the interaction between ligands and collagenase active site by a docking procedure. the enzyme structure was obtained from protein data bank (structure 1nqd), determined by x-ray diffraction. the structures of the collagen co-crystallized with any inhibitor are not known. therefore the area of the surface of the enzyme capable to interact with ligands had to be obtained by simulation. for this purpose, a model of a fragment of collagen, constituted by the hexapeptide pro-pro-gly-pro-pro-gly, was positioned close to active center amino acids residues and then performed a grid calculation [10]. docking calculation and a mixed quantum-classical mechanics determination of ligand-enzyme interaction energy, led to the most probable complex structures [10, 11]. 48 ecl. quím., são paulo, 33(4): 47-52, 2008 calculations were performed on a compaq ap400 workstation with two processors (windows software for classical and quantum mechanics energy minimization) and on a silicon graphics octane workstation (unix software for docking and ab initio quantum mechanics calculation). for the former it was used cache worksystem 5.04 for windows (fujitsu systems business of america, inc., beaverton, or, usa) [12] and for the last first discovery 1.8 (modules: glide; liaison; qsite; impact) and jaguar 4.1. for irix (in other words, sgi unix) (schrödinger inc., portland, or, usa).[10, 11] results and discussion the kinetic parameters for the collagenase-catalyzed hydrolysis of bovine collagen were determined from the plot of absorbance of ninhydrine-amino acid reaction product versus collagen concentration in mol/l, considering the protein molecular weight as 3,00 x 105 d. this system displays a standard michaelis-menten kinetics with a v = 1,45 µkat and km = 19,9 µm. the specific activity results equal to 363 kat/kg. only piroxicam inhibited the bacterial collagenase among all the tested drugs (fig. 4). the others had no significant effect (including the remaining oxicans, fig. 1, doxycycline, fig. 2, and tetracycline, fig. 3), except alendronate that increased enzyme activity (fig. 5). figure 1. effect of oxicans upon activity of c. histolyticum collagenase, measured by absorbance at 600nm of the ninhydrine-amino acid reaction product. eq06-af 4/12/08 9:55 page 48 49ecl. quím., são paulo, 33(4): 47-52, 2008 figure 3. effect of tetracycline upon activity of c. histolyticum collagenase. the constant of inhibition ki of the system piroxicam-collagenase (constant of enzymeinhibitor dissociation) was calculated starting from the michaelis-menten graph, namely: kma = 6,81 mg/ml = 22,7 µm v = 1,07 ∆a/5h or 1,37 µkat where kma is the apparent michaelis constant. then: ki = km [ i ] / kma km , where [ i ] is the inhibitor concentration, [piroxicam]. therefore, ki = 1,42 mm the maximum reaction speed measured in presence of piroxicam was the same of the reaction without inhibitor, within the experimental uncertainty, what confirms the competitive nature of the process. the apparent michaelis constant has a value only 14% greater of the true one, what implies in a relatively high ki (1,42 mm), indicating a weak inhibitor – enzyme affinity. in other words, piroxicam is a poor candidate for a drug as a bacterial collagenase inhibitor. however, maybe a good starting point to search more active derivates. as stated above, the others ligands did not inhibit the collagenase of c. histolyticum. curiously, the alendronate increased enzyme activity (fig. 5). figure 2. effect of doxycycline upon activity of c. histolyticum collagenase. figure 4. effect of piroxicam upon activity of c. histolyticum collagenase, measured by absorbance at 600nm of the ninhydrine-amino acid reaction product. ic50 = 2,2 x 10-4 mol/l. figure 5. effect of alendronate upon activity of c. histolyticum collagenase, measured by absorbance at 600nm of the amino-amino acid product reaction. eq06-af 4/12/08 9:55 page 49 50 ecl. quím., são paulo, 33(4): 47-52, 2008 the best geometries obtained through the docking calculation represent the low interaction energy between ligand-enzyme, resulting in stronger chemical bonds. among them stand out hydrogen bonds, whose involvement of groups of enzyme active site can explain the effect on the enzymatic activity. the number and the position of hydrogen bonds formed between ligand and enzyme are described in the table 1. all the best poses obtained in the “docking” procedure were submitted to energy calculation. this calculation was mixed: ab initio quantum mechanics, which is more accurate, for the ligand and the neighboring area of the enzyme, and classic molecular mechanics for the rest of the protein, because is unviable to perdocking calculations defined the best geometry for ligand-enzyme interaction. the best poses between each ligand and collagenase active site were select. see figure 6 as an example. tetracycline was the only ligand for which a favorable interaction with the enzyme was not gotten. the calculation didn’t supply any adjustment of the tetracycline with the active site that resulted in attractive interactions among their structures. table 1. hydrogen bonds between ligands and active site of clostridium histolyticum collagenase. number of hydrogen bonds formed with each amino acid residue ligands meloxicam tenoxicam piroxicam alendronate doxycycline arg 929 3 1 3 2 2 tyr 931 1 1 1 thr 957 1 his 959 1 asp 966 1 figure 6. piroxicam bonding to c. histolyticum collagenase active site. form an ab initio quantum mechanics method with a too many atoms system like a protein. the energy of the isolated ligand was obtained by the same quantum mechanics method and of the free enzyme by analogous mixed procedure. classic molecular mechanics utilized opls-aa force field, and the ab initio quantum mechanics calculation used a density functional theory type b3lyp with a base lacvp+. starting from these results the total ligand-enzyme bond energies were calculated, namely: eb = el + ee ecle where: eb bond energy, el energy of ligand, ee energy of enzyme, ecle energy of complex ligandenzyme. see table 2 for the results. table 2. total bond energy between ligands and collagenase of clostridium histolyticum. ligands meloxicam tenoxicam piroxicam alendronate doxycycline bond energy enzyme-ligand (hartree) -0,186001 -0,200768 -0,210681 -0,428059 -0,189599 bigger bond energy means a stronger interaction between ligand and enzyme, but does not mean that this ligand is a better inhibitor, because this property depends on the nature of the interaction and the groups involved. outstanding example in this group is aleneq06-af 4/12/08 9:55 page 50 dronate: the worst inhibitor (actually an activator) is the molecule that interacts more strongly with the enzyme. on the other hand, when similar molecules are compared, as the oxicans, we see that piroxicam is the best inhibitor and the more strongly bonding to the enzyme. the conclusion is: first it is necessary to find the species that interact more favorably regarding the expected effect. once found a substance like this, its structure must be modified seeking to obtain a stronger interaction that intensifies such effect. the definition of which interactions are favorable to the inhibiting effect depends on the knowledge of which groups of the active site are important for the enzymatic activity. in the case of clostridium histolyticum collagenase, wilson et al. [13] identified the amino acids residues relevant for the enzymatic activity, through the analysis of the mutagenesis effect of each residue upon such activity. the authors concluded that: 1. thr957, tyr970, leu992, tyr994 e tyr996 amino acids residues are very important for the bond with collagen (tyr994 is probably the most important: its substitution reduces the activity in more than 5 times). 2. tyr990, tyr931, tyr932, asp966 e asp974 are less important, because their loss or blockade have a small inhibition effect. 3. his959 interacts with only one of the four collagen orientations proposed by the authors. 4. arg929 mutation intensifies the bonding with collagen. based on these conclusions, we can discuss the experimental results regarding docking calculations. initially consider the oxicans series: piroxicam, tenoxicam and meloxicam. the experiments show that the inhibiting effect on bacterial collagenase decreases from piroxicam to meloxicam. according to table 2, total interaction energy follows the exact sequence above: the more negative figure (stronger global interaction) is that of piroxicam, following by tenoxicam and meloxicam bond energies. concerning the amino acids residues that interact with the oxicans, first, the piroxicam, although it forms three hydrogen 51ecl. quím., são paulo, 33(4): 47-52, 2008 bonds with arg929, whose blockade is activator, it is the only of the oxicans tested that bonds to two groups of relevance for the interaction enzyme-substratum, what should generate a more efficient blockade to the approach and interaction of the enzyme with collagen. tenoxicam and meloxicam bond to arg929 too and each one to a second relevant group for enzyme activity: tyr931 with tenoxicam and thr957 with meloxicam. however, meloxicam bonds much more strongly to arg929 (three hydrogen bonds) than tenoxicam (only one), residue whose blockade is stimulating for the activity, what can explain the complete absence of inhibiting effect in the case of meloxicam. concerning the tested tetracyclines, it was possible to simulate the docking only with the doxycycline, because the calculation with tetracycline did not result in any favorable interaction. the calculated bond energy for doxycycline-enzyme is similar to that of meloxicamenzyme (table 2). the hydrogen bonds between each ligand and the collagenase have much in common, namely, both bond to arg929, residue whose blockade is activator for the enzyme, meloxicam by three hydrogen bonds and doxycycline through two. on the other side, both bond to one residue whose blockade is inhibitor: thr957 for meloxicam and asp966 for doxycycline. the former has a more intense influence upon the inhibition of the enzyme than the second, what should compensate the stronger interaction of meloxicam with arg929 and to result in a similar effect comparatively to doxycycline. finally, alendronate forms two hydrogen bonds with arg929 and one with tyr931, residue whose suppression has very little inhibiting effect. probably the strong bond energy alendronate-collagenase translates a very strong interaction between this ligand and arg929, resulting in the stimulating effect upon enzyme activity of this drug. conclusion among the tested compounds, piroxicam is the only useful as leader for the synthesis of derivates in the search of c. histolyticum collagenase inhibitors with larger activity. eq06-af 4/12/08 9:55 page 51 references [1] i. mandl, j. maclennan, e. howes, r. debellis and a. sohler, j clin invest 32 (1953) 1323-1329. 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e mail: sandro.barbosa@ufvjm.edu; brunakaicy@hotmail.com; camila_dianalima@yahoo.com.br; alicelopesm@hotmail.com; 2 department of physics and chemistry, faculdade de ciências farmacêuticas de ribeirão preto, universidade de são paulo, av. do café s/n, 14040-903 ribeirão preto, sp, brazil; e-mail: gclososki@yahoo.com.br; nplopes@fcfrp.usp.br; 3 department of general and inorganic chemistry, instituto de química, universidade estadual paulista – unesp, r. prof. francisco degni, 55, quitandinha, cep 14800-060 araraquara, sp, brazil; e mail: stanleiklein@yahoo.com.br. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p54-59 mailto:sandro.barbosa@ufvjm.edu mailto:alicelopesm@hotmail.com mailto:nplopes@fcfrp.usp.br mailto:stanleiklein@yahoo.com.br eclética química journal, vol. 41, 54-59, 2016. 55 55 introduction the present situation of the research in biofuel production seems to be divided in two different fronts that of the environment friendly preparation of alkyl esters from triglycerides, and the overwhelming concern of what to do with the inevitable byproduct glycerol. the efforts to address the first issue have been nicely put into perspective by sherstyuk and coworkers 1 . on the other hand, the attempts to transform glycerol into value added chemicals have attracted attention all the way down from the production of c3 chemicals from hydrogenolysis or dehydration 2-5 and glycerol carbonate formation 6 , to the more prosaic etherification 7 and reactions with ketones or aldehydes to produce ketals for fuel additives 8-9 . an up to date account of these later efforts have been summarized by fan et al., who called the attention to the fact that common inorganic acids used as catalysts for the ketalization reactions pose serious erosion of devices and other environmental problems; to circumvent these drawbacks, heterogeneous acidic catalysts such as cation-exchange resins, heteropolyacids, zeolites, solid superacids and supported metal oxides have been developed 10 . however, to the best of our knowledge, there is no account in the literature that describes, at the same time, the production of biodiesel and its ketal additive from a single source, e.g., sunflower oil, with the use of a single catalyst, in our case the ionic liquid 3-methylimidazolium hydrogensulfate. experimental procedures refined sunflower oil, anhydrous methyl alcohol (99.3%), acetonitrile, 1-methylimidazole, and glacial sulfuric acid are commercially available and were used without purification. preparation of 3-methylimidazolium hydrogensulfate ([hmim] + hso4 ) sulfuric acid (0.98 g, 0.01 mmol) was added dropwise to a stirred solution of 1-methylimidazole (0.82 g, 0.01 mmol) dissolved in 10 ml of acetonitrile at 0 o c. the mixture was further stirred for 30 min, and the acetonitrile was decanted to afford the ionic liquid in quantitative yield. general procedure for the biodiesel synthesis 25 ml of sunflower oil, 15 ml of methanol and 10.0 g of ([hmim] + hso4 ) were added to a 100 cm 3 , round-bottomed flask fitted with a reflux condenser. the transesterification was typically allowed to proceed for 24 h with vigorous stirring at the reflux temperature. the alcohol was distilled off in a rotatory evaporator, after which two phases were formed and separated. the upper layer, consisting of biodiesel, was washed with deionized water and dried over anhydrous mgso4. the lower layer, containing glycerol and catalyst, was dried under vacuum for 4 h and subsequently used for the synthesis of the ketal. preparation of ketal 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane-4-yl methanol the ionic liquid and glycerol from the previous preparation was mixed with 15 ml of acetone, and the mixture was heated to the reflux temperature for 12 h. after allowing the mixture to reach the room temperature, the organic layer was separated from the ionic liquid catalyst by decanting, and its composition identified by gc – ms. ([hmim] + hso4 ) was reused for the entire process after removal of water under vacuum, without loss the catalytical activity. instrumentation gas chromatograph/mass spectrometer gc/ms-qp 2010/aoc-5000 auto injector/shimadzu, equipped with a split capillary inlet was used. separation of the different compounds was achieved in an agilent j&w gc columns db5ms (30 o m o x o 0.25 o mm, 0.25 o µm film thickness). initial oven temperature was set at 100 °c, held for 4 min; ramped at 5 °c min −1 up to 200 °c, held for 8 min; ramped at 10 °c min −1 up to 260 °c and held for eclética química journal, vol. 41, 54-59, 2016. 56 56 10 min. the ionization energy used was 70 ev in ei (electron ionization) mode. a bruker microtofq ii – eletrospray ionisation time od flight (esi-tof) mass spectrometer was used in positive mode detection, with an internal calibration solution of 10 mg/ml natfa (tof). analytical conditions: end plate: 500 v; capillary: 4500 v; capillary exit: 120 v; skimmer 1: 50 v; skimmer 2: 22 v; transfer: 57 µs; dry gas temp 180 o c; dry gas flow 4 l/min; neb gas pressure of nitrogen gas 0.4 bar. results and discussion the most facile and trivial way to perform both transesterification reactions from triglycerides, and the conversion of polyols to ketals, is the use of protic, or brönsted inorganic acids 8,9 . however, the known environmental hazards derived from the use of those polluting acid residues preclude the large scale implementation of those processes. there is, however, a different kind of brönsted acids, represented by the cations derived from the direct protonation of suitable tertiary nitrogen molecules, and this field of ionic liquids has been recently reviewed 11 . some characteristics of these brönsted acids brought our attention, for instance, their capacity to form hydrogen bonds with suitable lewis bases 12 suggested that they should easily interact with glycerides and their derivatives. also, the known ability of imidazol ionic liquids to serve as phase transfer agents 13 should be helpful to keep in contact the hard to mix substances of different polarities. these qualities prompted us to use the easily prepared brönsted acidic 3methylimidazolium hydrogensulfate as catalyst for a) the transesterification of sunflower oil, and b) the ketalisation of glycerol with acetone, two reactions which suffer from the poor solubility of triglycerides in methanol, and glycerol in acetone. the known poor catalytic effect of imidazolium cations in etherification reactions 13 indicated that more drastic reaction conditions should be used, if the intended transesterification and ketalisation reactions were to be properly performed. fortunately, we found that these extreme conditions resumed to methanol or acetone reflux temperatures, with reaction times up to 24 h, two factors that do not imparted the development of the combined processes. on the other hand, the easiness that it was found of the catalyst recovery from either of the chemical reactions now typifies the environmental friendliness of the entire process, which makes it an appropriate candidate for large scale implementation. in our trial experiments, we determined the optimal conditions for the conversion of sunflower oil into biodiesel, by following the reactions progresses by thin layer chromatography, using a eluting mixture consisting of the addition of two drops of acetic acid to 10 ml of a 5:95 solution of ethyl acetate in hexane, since this mixture allows the separation, and therefore the easy visualization, of the mono and diglycerides produced within the original reaction mixture, with the disappearance of the monoglycerides spots taken as the end point of the experiments. in this way, we found that the conversion of sunflower oil into fatty acid methyl esters (fame), mediated by the catalyst ([hmim] + hso4 ) was a slow process, when compared to the traditional methods of using alkaline hydroxides as catalysts 14 . on the other hand, it was very interesting to find that, after stripping off the remaining alcohol from the reacted mixture, the layers of fame and glycerol separated nicely, as usual, and, more interesting, that the fame phase was only slightly acidic, requiring few washings to achieve a neutral ph. the outcome of the transesterification reaction was also followed by high resolution mass spectrometry. the esi-ms (positive mode) of the pure oil is shown in fig. 1, where the tri and diglycerides appear in the regions of m/z 880 and 600, respectively. interestingly, the esi-ms of the reacting mixture after one hour of reflux, fig. 2, showed a reduction of the intensities of the peaks around m/z 880, but an increase of the peaks around m/z 960, which probably reflects the complexation of the cation [hmim] + with the triglycerides. fig. 2 also shows a remarkable decrease of the peaks around m/z 600, which suggests that the glycerides containing at least one free –oh group may be transesterified first under the brönsted ionic liquid conditions. this strong roh-[hmim] + interaction may also explain the relative easiness of ketal formation from glycerol and acetone, see below. figure 3 shows the spectrum of the same reaction mixture after 24 hours of reflux, where the eclética química journal, vol. 41, 54-59, 2016. 57 57 signals around m/z 300 refer to the mixture of methylesters produced. according to the common interpretation of esi-tof-ms spectra, the major peaks can be associated to the protonated and sodiated forms of the methyl esters of linoleic ([m + h] + 293; [m + na] + 315), oleic ([m + h] + 297; [m + na] + 319), stearic ([m + h] + 299; [m + na] + 321) and palmitic acids ([m + h] + 271; [m + na] + 393). it is also possible to observe in fig. 3 the presence of residual diglycerides, however, in quantities well below those accepted by the astm d6584 limits for these biodiesel contaminants. figure 1. (+)esi-tof-ms refined sunflower oil, showing the prevalence of triglycerides around 880 m/z and diglycerides around 620 m/z. figure 2. (+)esi-tof-ms of the sunflower oil, methanol and catalyst reaction mixture, after 1 hour of reflux. the peaks around m/z 960 are assigned to triglyceride-[hmim] + adducts. figure 3. (+)esi-tof-ms of the reaction mixture after 24 hours reflux, showing the total consumption of triglycerides. 187.0271 317.2424 371.0903 509.3048 601.5159 639.4939 771.6164 881.7577 +ms, 13.6min #815 0 20 40 60 80 100 intens. [%] 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 m/z 165.1136 277.0960 443.1017 513.4049 623.1216 721.0870 803.1389 963.8102 1041.8413 +ms, 5.9min #352 0 20 40 60 80 100 intens. [%] 200 400 600 800 1000 m/z 127.0705 263.2366 317.2475 395.2701 555.1248 609.4894 297.2779 245.2254 +ms, 16.1min #963 0 20 40 60 80 100 intens. [%] 100 200 300 400 500 600 700 800 900 m/z eclética química journal, vol. 41, 54-59, 2016. 58 58 after the completion and cooling to room temperature of the transesterification reaction, the fame phase was decanted, and the phase containing both glycerol and catalyst was mixed with the desired amount of acetone, and this mixture was heated to its reflux temperature for 12 h. after cooling down of the system to room temperature, it was found that the addition of a small portion of diethyl ether was beneficial, but not indispensable, for the rapid separation of the organic components from the ionic liquid. the ether being removed, the fragmentation pattern of the gc-ms spectrum of the organic phase revealed it to be consisted of 93% of the five membered ring ketal 2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl methanol 1, its six membered ring isomer being absent; the ether 1,4-dioxane-2,6-diyl dimethanol, 2 could be identified among the other 7% of the mixture; it is important to emphasize that these highly oxygenated compounds are themselves serious candidates for biodiesel fuels. oh ho oh n n h o o hoo o o ohho 1 2 figure 4. major byproducts of the ketalisation of glycerol with acetone with [hmin] + (hso4) . conclusion fames biodiesel can be conveniently produced by the transesterification of sunflower oil with methanol, catalyzed by the easily prepared ionic liquid 3-methylimidazolium hydrogensulfate. the resulting solution of the catalyst and the glycerol byproduct can be sequentially used in a ketalisation process with acetone, affording quantitative amounts of biodiesel additives, 93% of which consisted of 2,2-dimethyl1,3-dioxolan-4-yl methanol. the catalyst can be easily recovered. references [1] o.v. sherstyuk, a.s. ivanova, m. y. lebedev, m. v. buckhtiyarova, l. g. matvienko, a. a. budneva, a. n. simonov, v. a. yakovlev, transesterification of rapeseed oil under flow conditions catalyzed by basic solids: m al(la) o (m = sr, ba), m mg o (m = y, la), appl. catal. a, 2012, 419-420, 73-83. 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ph was adjusted to 5 with 10% hcl solution and the culture was incubated over magnetic stirring for 3 days. cells in suspension (15 ml portions) were transferred to new erlenmeyer flasks and reached suitable growth after 24 h. then, the substrate 1 (0.69 g) was added (0.5 ml/flask, 53 mg/ml). after 13 days, the flasks contents were extracted with ethyl acetate and the solvent was taken out under vacuum. residue (1.37 g) was chromatographed over silica gel (21.5 g), using hexane, ch2cl2, acoet and ch3oh, either neat or in mixtures of increasing polarity. a group of fractions (g-7, 81.5 mg), eluted from ch2cl2/acoet 1:1, was rechromatographed over silica gel (3.2. g), using the same solvent system. g-7-2 (25.0 mg) gave an amorphous white solid [3.7 mg, ent-kauran-16b,19-diol, (2)], corresponding to a single spot by tlc (hexane/acoet 75:25), by another silica gel column chromatography. g-7-3 (17.0 mg), after new purification by silica gel column chromatography, gave a crystalline white solid [12.8 mg, entkauran-16b,17,19-triol (3)], also pure by tlc (eluents: hexane/acoet 70:30). bioassay lactuca sativa (cv grand rapids) seeds were purchased from isla pak, rs, brazil. all undersized and damaged seeds were discarded. germination and growth were conducted in 100 mm petri dishes containing a 9.0 cm sheet of whatman no. 1 filter paper as suport. then, 25 lettuce seeds were placed per dish with 10 ml of a test (10-4, 10-6 and 10-8 m) or a control solution. all 58 ecl. quím., são paulo, 34(1): 57-62, 2009 scheme 1 – biotransformation of ent-kaur-16-en-19-ol (1) by c. aphididcola eq09-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 58 solutions were prepared with deionized water and their ph values [buffered with 10 mm 2-(n-morpholino) ethanesulfonic acid, mes] were adjusted to 6.0 6.5 with naoh solution. concentrations lower than 10-4 m were obtained by dilution series. all tests were triplicated. dishes were covered with parafilm to reduce evaporation and incubated in the dark at 25 oc, in a controlled-environment growth chamber, for 5 days. after this time, number of germinated seeds were counted (a seed was considered to be germinated when the radicle was at least 0.2 mm long), the lengths of radical and shoots were measured (using a pachymeter). during the measurement process, the dishes were kept at 4 oc to avoid subsequent growth. the osmotic pressure values were measured on a microsmometer and ranged between 30 and 38 mosmolar [15]. data analysis the effects on germination and growth are given as percent differences from control, and consist of the differences (in cm) between mean values of seeds with tested compounds and mean values for control (seeds grown without addition of tested compounds)/ mean values for control x 100. thus, zero represents the control, positive values represent stimulation of the studied parameter and negative values represent inhibition. the data were evaluated using student’s ttests and the differences between the experiment and control were significant at a value of p ≤0.05. the results obtained for compounds 2 and 3 are shown in figure 2. results and discussion compounds 2 and 3 were identified by 1d and 2d 1h and 13cnmr as products of mono and dihydroxylation, respectively, of the original c16-c17 double bond of substrate 1, since in the 1hnmr spectrum of both products, the unsaturated exocyclic methylene signals, present on starting material at dh 4.73 and 4.79 were not observed . also, this spectrum showed the signals for c-19 hydroxymethyl ab system for both products, those of 2 at dh 3.44 (1h, d, j=11.2 hz) and 3.72 (1h, d, j=11.2 hz). the 1h nmr of 2 exhibited signals for two methyl groups at dh 0.95 (3h, 59ecl. quím., são paulo, 34(1): 57-62, 2009 s, h-18) and 1.01 (3h, s, h-20) and for a new methyl group at dh 1.35. 13c-nmr spectrum and dept experiment showed a chemical shift at dc 65.6, of the c-19 oxygenated methylene carbon, from the starting material. additionally, signals for nine methylene carbons, three methine carbons, and four quaternary carbons (including a new oxygenated carbon at dc 79.3) were observed. in order to carry on a more detailed spectroscopic analysis of the products, bidimensional spectra (hsqc, hmbc and roesy) were obtained for 2, since they are of special help for complete attribution of terpene compounds [21]. hsqc spectrum showed the correlations between the signal at dh 1.82 with dc 49.0, attributed to c-13, by comparison to the spectroscopic data of the starting material; the signals at dh 1.43 and 1.48 were correlated to a signal at dc 18.0 (c-11); the signals at dc 1.57 and 1.88 to a signal at dc 37.5 (c-14). a correlation of the signal at dh 0.99 with the signal at dc 57.0 (c-9) was also observed. the signals corresponding to methine positions 5, 9 and 13 appeared at dh 0.91 and dc 56.8; at dh 0.99 and dc 57.0; and at dh 1.82 and dc 49.0, respectively. also, the signal at dh 1.35 (3h) was correlated, in the hsqc spectrum, to a signal at dc 24.4, and was associated with c17, since this was the only option for the introduction of an additional methyl group in the molecule, and consequently the new oxygenated quaternary carbon signal observed at dc 79.3 can be associated to c-16. in the hmbc spectrum, 3j correlations between h19b (dh 3.72) with c-18 (dc 27.0) and between h19b (dh 3.44) with c-3 (dc 35.7) were observed. besides, correlations between hydrogens of the methyl group at c17 (dh 1.35) and c13 (dc 49.0), c15 (dc 57.9) and c16 (dc 78.3) were further evidence of the presence of a methyl group at c-17. therefore, 2 was identified as the product of monohydroxylation of the original exocyclic double bond from starting material (table 1). the configuration of c-16 was established by analysis of roesy spectrum, where the correlation of ch3-20 (dh 1.01) with h-14a, at dh 1.57, was observed. thus, by using hsqc spectrum, the signal of h-14b was located at dh 1.88. no roesy correlation was observed between h-14b and h-17 (dh 1.35). also by roesy spectrum, the signal related to h-11a eq09-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 59 60 ecl. quím., são paulo, 34(1): 57-62, 2009 was found to be dh 1.43, due to its correlation with h-9 (dh 0.99) therefore by hsqc spectrum h-11b (dh 1.48) was located and, as this signal correlates with ch3-17 (dh 1.35) in the roesy spectrum, the later is unequivocally at the aposition (figure 1). thus, 2 was proposed to be ent-kauran-16b,19-diol. this compound was already isolated as natural product from stems of aristolochia rodriguesii [22] and leaf and stems of ozothamnus hookeri (asteraceae) [23]; 2 was also obtained by chemical modification of entkaur-16-en-19-oic acid [2]. nmr spectra of product 3 were not consistent with the presence of a methyl group at c-17, since only a new signal in 1hnmr spectrum at dh 4.03 (2h) was observed. two new oxygenated carbon signals were detected in 13c nmr spectrum, at dc 78.7 and 71.8 (quaternary and methylene, respectively, according with dept experiment). hsqc spectrum presented correlations between the signal at dh 0.95 with dc 57.1, associated with c-9; at dh 1.36 and 1.48 with dc 18.1 (c11); at dh 1.57 and 1.84 with dc 37.5 (c-14). this spectrum also showed the correlation between the signal at dh 4.03 with the signal at dc 71.8. since, the signals related to the exocyclic double bond of starting material are not present in the nmr spectra of 3, these signals can be only associated to a hydoxymethyl group at 17 position. therefore, the signal related to a quaternary carbon, at dc 78.7, was attributed to c-16. the b-hydroxy stereochemistry of c-16 was defined, as for 2, based on a roesy experiment (figure 1), mainly due to the correlation observed between h-11b (dh 1.48) and 17-ch2oh (dh 4.03). compound 3 was, then, proposed to be the ent-kauran-16b,17,19-triol. this compound was already isolated as natural product from leaf and stems of ozothamnus hookeri (asteraceae) [23], from the fern lindsaea javanensis, as 19-o-b-d-glucopyranoside [24] and from aerial parts of bahia glandulosa, as the 19acyl derivative [25]. eq09-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 60 the effect of compounds 2 and 3 on radical and shoot growth of l. sativa, in three different concentrations, was tested and the results are shown in figure 3. both diol and triol inhibited radical growth in all three concentrations, and the best result was observed for compound 2 at the concentration of 10-4 m. on shoot growth, the effect of the tested compounds was stimulatory at the concentrations of 10-4 and 10-6 m. at 10-8 m, both biotransformation products 2 and 3 inhibited shoot growth. the best growth stimulatory concentration was 10-6 m. with kaurenol (1), the compound used to provide derivatives 2 and 3, radical 61ecl. quím., são paulo, 34(1): 57-62, 2009 figure 1 – correlations observed in the roesy spectra of compounds 2and 3. figure 2 effect of diol (2) and triol (3) on radical and shoot length of l. sativa. values are presented as percentage differences from the control, zero representing an observed value identical to the control, a positive value representing stimulation and a negative value representing inhibition. and shoot growth were also inhibited at the higher concentration, while stimulation of both occurred at middle concentration [14]. aknowledgements the authors thank cnpq for adr, jat and madb grants, to fapemig and to ifs for financial help. received november 15 2008 accepted december 20 2008 referências bibliográficas [1] j. r. hanson, an introduction to biotransformations in organic chemistry, w. h. freeman/spectrum and co. ltd, new york, 1995. 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[25] a.-l. pérez-castorena, m. martínez-vázquez a. r. de vivar, phytochemistry 46 (1997) 729. 62 ecl. quím., são paulo, 34(1): 57-62, 2009 eq09-af:modelo-af 7/20/09 10:14 pm página 62 45eclética química, 37, 45-50, 2012. chama é feita frequentemente em espectrômetros com fontes de radiação discretas (ls faas) [3]. esta determinação é uma tarefa simples, contudo trabalhosa e morosa porque requer otimizações instrumental e operacional específicas para cada elemento, tais como: a troca e o condicionamento das fontes de radiação, os espaços temporais relativamente longos entre calibrações, os ajustes da diluição da amostra aos respectivos intervalos lineares das curvas analíticas que consomem tempo e aumentam os custos analíticos. estes aspectos negativos podem ser minimizados se vários elementos puderem ser determinados conjuntamente numa única alíquota da amostra [4]. apesar dos teores de mg em tecidos vegetais serem inferiores aos usualmente encontrados para ca e k [5], a utilização da linha atômica principal ou secundária do mg não permite determiná-lo na mesma alíquota de amostra utilizada para determinar ca e k, uma vez que os limites superiores de resposta linear são baixos (0,5 e 10 mg l-1 mg, respectivamente), exigintrodução conhecer a composição de plantas medicinais é uma forma de garantir a população brasileira o acesso seguro e o uso racional dessas plantas, promover o uso sustentável da biodiversidade e desenvolver a cadeia produtiva nacional. as plantas medicinais podem apresentar alto valor nutritivo e a determinação do teor total de um elemento é relevante [1]. o estabelecimento de métodos de análise desta classe de plantas voltados a um controle de qualidade eficiente, visando minimizar a probabilidade de ocorrência de problemas toxicológicos, afigura-se como promissor. entre as técnicas analíticas, a espectrometria de absorção atômica [2] ocupa um espaço importante no campo das análises químicas elementares. a determinação de ca, k e mg em plantas medicinais por espectrometria de absorção atômica em a simple and rugged method to determine ca, k and mg in a single aliquot of medicinal plants by high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry is proposed. secondary lines for ca (239.856 nm) and k (404.414 nm), and the alternate line measured at wing of the secondary line for mg at 202.588 nm allowed calibration within the 20 – 500 mg l-1 ca and k, and 1.0 – 80 mg l-1 mg. twenty samples and three plant certified materials were analyzed. results were in agreement at a 95% confidence level with reference values. limits of detection were 2.4 mg l-1 ca, 1.9 mg l-1 k and 0.3 mg l-1 mg. the rsd (n=12) were ≤ 5.1% and recoveries were between 83 and 108% for all analytes. keywords: macronutrients; medicinal plants; hr-cs faas multi-element determination of calcium, potassium and magnesium in medicinal plant by high-resolution continuum source atomic absorption spectrometry tiago varão silva, jardes figuerêdo rêgo, mercedes de moraes, alberto josé cavalheiro, josé anchieta gomes neto1 instituto de química, universidade estadual paulista, cp 355, 14801-970 araraquara sp, brasil jorge luiz raposo júnior faculdade de ciências exatas e tecnologia, universidade federal da grande dourados, cp 533, 79804-970 dourados ms, brasil 1 autor para correspondência. tel: 16 33019611; fax: 16 33019692. e-mail: anchieta@iq.unesp.br (j.a. gomes neto) 46eclética química, 37, 45 -50, 2012. toque foram armazenadas em frascos de polipropileno (nalgene®, eua) de alta densidade e mantidas sob refrigeração. para a determinação dos teores de ca, mg e k, soluções analíticas multielementares contendo 20 – 500 mg l-1 ca, k e 1,0 – 80 mg l-1 mg foram preparadas por diluição apropriada de soluções estoque individuais em meio 1,0% (v/v) hno3 e 1,0% (m/v) la. as amostras de plantas medicinais foram adquiridas na casa de ervas são francisco, araraquara-sp, ou junto ao centro pluridisciplinar de pesquisas químicas, biológicas e agrícolas – cpqba/unicamp. materiais de referência certificados 1572 citrus leaves, 1515 apple leaves e 1547 peach leaves do national institute of standards and technology (gaithersburg, eua) foram utilizados para avaliar a exatidão do método. as soluções analíticas e amostras foram introduzidas no sistema nebulizador/queimador do espectrômetro com auxílio do amostrador sfs6. todas as medidas foram feitas em triplicata. a vidraria e os frascos empregados no preparo e armazenamento das soluções foram previamente limpos por imersão em banho de hno3 10% (v/v) por 24 h e posteriormente lavados com água deionizada. instrumentação e acessórios a determinação dos elementos ca, k e mg foi feita com auxílio de um espectrômetro de absorção atômica em chama com fonte contínua e de alta resolução contraa 300 (analytik jena®, alemanha) equipado com uma lâmpada de arco curto de xenônio 300w (gle, berlim, alemanha) com fonte de radiação contínua compreendida entre 190 a 900 nm e queimador de 50 mm. devido aos elevados teores naturais desses macronutrientes em plantas medicinais, as medidas de absorbância foram feitas nos comprimentos de onda secundários do ca (239,856 nm) e do k (404,414 nm). as absorbâncias do mg foram medidas no comprimento de onda adjacente (202,588 nm) ao secundário (202,582 nm), ou seja, localizado em parte da asa do sinal de absorção atômica do elemento. este procedimento permitiu estender a faixa linear de trabalho para mg e determinar conjuntamente ca, k e mg na mesma alíquota de digerido da amostra. no caso do procedimento de medida por spr, os comprimentos de onda 202,575 nm, 202,577 nm, 202,586 nm e 202,588 nm foram avaliados. como o objetivo era reindo diluições subsequentes da amostra. diferentemente da ls aas, a espectrometria de absorção atômica em chama com fonte contínua e alta resolução (hr-cs faas) [6] possibilita monitorar a absorbância dos elementos em diferentes comprimentos de onda, desde os mais sensíveis até aqueles localizados nas regiões adjacentes ao máximo de uma linha (side pixel registration spr) [7], viabilizando assim determinações multielementares em ampla faixa de concentração numa mesma alíquota de amostra [8]. este trabalho consiste em avaliar a redução da sensibilidade e o aumento do intervalo linear de trabalho com vistas ao desenvolvimento de um método simples e rápido para determinar de modo sequencial rápido ca, k e mg numa mesma alíquota de digeridos de plantas medicinais por hr-cs faas. parte experimental reagentes, soluções analíticas e amostras todas as soluções foram preparadas em água deionizada de alta pureza obtida a partir de um sistema de osmose reversa millipore rios 5tm combinado com deionizador millipore milli-q academic. para a digestão das amostras de folhas de plantas medicinais, acido nítrico 70% (spectrum chemical®) e peróxido de hidrogênio 30% (m/v) de grau analítico foram utilizados. solução estoque 1000 mg l-1 mg foi preparada a partir do respectivo padrão espectroscópico (chemis®) por diluição do conteúdo da ampola em balão volumétrico de 1000 ml com água. solução estoque 5009 mg l-1 ca foi preparada a partir de caco3 (mallinckrodt baker, xalostoc, méxico). uma massa de 3,127 g caco3 previamente seco em estufa (100 °c) foi dispersa em cerca de 100 ml de água e dissolvida após adição de pequenas alíquotas de hno3 concentrado. a solução resultante foi diluída a 250 ml com água deionizada e em seguida padronizada com edta. solução estoque 5000 mg l-1 k foi preparada a partir da dissolução de 2,383 g kcl (mallinckrodt baker, xalostoc, méxico) previamente seco em estufa (100 °c), e diluição a 250 ml com água deionizada. solução estoque 5% (m/v) la foi preparada pela dissolução de 58,6 g la2o3 (j. t. baker®, méxico) em 250 ml de ácido clorídrico concentrado e diluição a 1000 ml com água. todas as soluções es47eclética química, 37, 45 -50, 2012. chile (plectranthus barbatus andrews), camomila (matricaria chamomilla), centelha asiática (centella asiatica), guaçatonga (casearia sylvestris), chapéu de couro (echinodorus grandiflorus), erva cidreira (lippia alba), espinhadeira santa (maytenus ilicifolia), guaco (mikania glomerata), carqueja (baccharis crispa spreng) e cavalinha (equisetum arvense), foram pesadas com precisão de 0,1 mg, transferidas para os frascos digestores do forno de microondas seguidas da adição de alíquotas de 3,0 ml de hno3 + 1,0 ml de h2o2 + 2,0 ml de água. em seguida, os frascos contendo amostra e reagentes foram dispostos no interior das “jaquetas” do forno de microondas, acomodados no rotor e então submetidos ao programa de aquecimento proposto para decomposição dos tecidos vegetais [10]. os digeridos foram transferidos para balões volumétricos de 25 ml e o volume completado com água deionizada em meio de 1,0% (m/v) la. todas as soluções de amostras foram armazenadas em frascos de polipropileno de alta densidade (nalgene, rochester, eua) e mantidas sob refrigeração até o momento da análise. resultados e discussão vários experimentos foram realizados visando estabelecer o intervalo linear das curvas analíticas e os comprimentos de onda ótimos para a determinação dos três elementos num mesmo digerido. considerando que os analitos em questão são macronutrientes [11], as medidas foram realizadas utilizando-se apenas 1 pixel, em cada comprimento de onda empregado. inicialmente foram realizadas medidas nos comprimentos de onda mais sensíveis (422,673 nm ca, 766,490 nm k e 285,213 nm mg) que forneceram os seguintes intervalos lineares: 0,1 a 10 mg l-1 ca, 0,1 a 10 mg l-1 k e 0,1 a 4,0 mg l-1 mg. esses intervalos não atendiam a faixa de aplicação em virtude das altas concentrações de ca, k e mg nos digeridos das amostras. optou-se então por construir curvas analíticas utilizando os comprimentos de ondas secundários dos elementos: 239,856 nm (ca), 404,414 nm (k) e 202,582 nm (mg). nesta situação, as faixas lineares obtidas foram de 10 a 250 mg l-1 ca; 10 a 250 mg l-1 k e 0,5 a 5 mg l-1 mg. visando diminuir ainda mais a sensibilidade, estes mesmos experimentos foram repetidos empregando-se o queimador de 50 mm, em vez daquele de 100 mm utilizado nos experimentos anteriores. nestas condições, os intervalos lineares obtidos foram 20 a 500 mg l-1 ca, 20 a 500 mg l-1 k e 1,0 a 10 mg l-1 mg. os valores de absorbâncias de ca e k obtidos para a grande maioria dos digeridos das amostras duzir a sensibilidade da medida para mg, a absorbância integrada no comprimento de onda foi equivalente a 1 pixel, a mínima permitida pelo programa gerenciador do espectrômetro. a mistura ar-acetileno (acetileno 99,7%, air liquide, sertãozinho-sp, brasil) foi utilizada para atomizar ca, k, mg. a taxa de aspiração da amostra foi fixada em 5,0 ml min-1, e os demais parâmetros instrumentais (vazão dos gases, altura de observação e tipo de queimador) foram otimizados e constam da tabela 1. tabela 1. parâmetros instrumentais otimizados para determinar ca, k e mg em plantas medicinais por hr-cs faas. as amostras de plantas medicinais foram secas em estufa com circulação forçada de ar (te-394/2 tecnal®) a 40oc por 72 h e moídas em moinho de facas (willey tecnal® 648) com peneira de abertura de aproximadamente 0,84 mm (20 mesh). a digestão das amostras foi feita em forno de microondas anton paar multiwave® 300 (graz, áustria) de 48 posições equipado com frascos de polietileno com capacidade de 25 ml. um espectrômetro de absorção atômica em chama e com fonte de linhas perkin-elmer aanalyst® 100 foi empregado para comparação de resultados. decomposição ácida assistida por radiação microondas o preparo de soluções das amostras de plantas medicinais e dos materiais de referência utilizados na avaliação do método de determinação de ca, k, e mg foi feito em forno de microondas com controle de pressão e temperatura [9]. massas de aproximadamente 0,25 g de folhas secas e moídas das plantas medicinais melissa (melissa officinalis ), ginkgo biloba (ginkgo biloba l.), hortelã (mentha s.p.), sene (senna alexandrina), cáscara sagrada (rhamnus purshiana), graviola (annona muricata), poejo (mentha longifólia), ginseng (panax ginseng), pata de vaca (bauhinia forficata), erva doce (pimpinella anisum), boldo do 48eclética química, 37, 45 -50, 2012. nessas condições, os limites de quantificação [12] obtidos por hr-cs faas foram 8,0 mg l-1 ca, 6,3 mg l-1 k e 1,0 mg l-1 mg. a precisão associada a 12 medidas sucessivas de uma solução contendo 100 mg l-1 ca, 200 mg l-1 k e 50 mg l-1 mg foi de 4,3%, 3,9% e 5,1%, respectivamente. as linhas 239,856 nm, 404,414 nm e 202,588 nm permitiram determinar respectivamente ca, k e mg em todas as amostras de plantas sem diluição de seus digeridos. as principais figuras de mérito analítico dessas linhas utilizadas para calibrar o espectrômetro na determinação de ca, k e mg estão resumidas na tabela 2. tabela 2. figuras de mérito analítico das linhas selecionadas para análise. tabela 3. resultados (média ± desvio padrão) expressos em mg g-1 da determinação (n= 3) de ca, k e mg nos materiais de referência certificados 1572 citrus leaves, 1515 apple leaves e 1547 peach leaves por hr-cs faas a exatidão do método proposto foi avaliada após análise de três materiais de referência e os resultados obtidos para ca, k e mg não foram significativamente diferentes dos valores certificados ao nível de 95% de confiança (tabela 3). após análise dos materiais de referência certificados e avaliação positiva da eficiência do método para determinar ca, k e mg em material vegetal (plantas medicinais), o método foi em seguida aplicado na determinação conjunta desses três analitos em 20 amostras de plantas medicinais amplamente comercializadas e consumidas no país (tabela 4). as concentrações dos analitos nos digeridos das amostras de plantas medicinais analisadas variaram de 25,86 475,2 mg l-1 ca, 36,88 402,5 mg l-1 k e 3,14 80,88 mg l-1 mg. essas concentrações estão situsituaram-se entre os limites inferiores e superiores destas curvas. por outro lado, várias amostras apresentaram teores de mg superiores a 10 mg l-1 (limite superior de resposta linear), exigindo diluições sucessivas. em seguida avaliou-se a influência do spr na absorbância do mg. os comprimentos de onda 202,575 nm, 202,577 nm, 202,586 nm e 202,588 nm, localizados na asa da linha secundária do mg, forneceram respectivamente os seguintes intervalos lineares (em mg l-1): 1,0 – 30; 1,0 – 20; 1,0 – 35; 1,0 – 80. a linha 202,588 nm foi escolhida para os experimentos subsequentes porque forneceu o mais amplo intervalo de trabalho e o maior limite superior de resposta linear. desta maneira, os comprimentos de onda ideais para determinar conjuntamente esses três elementos em alíquotas de digeridos de plantas medicinais sem a necessidade de diluição corresponde aos comprimentos de onda 239,856 nm para ca, 404,414 nm para k e 202,588 nm para mg. as curvas analíticas otimizadas para determinação ca, k e mg num mesmo digerido, foram construídas e estão ilustradas na figura 1. figura 1. curvas analíticas otimizadas para (a) ca em 239,856 nm (l secundário); (b) k em 404,414 nm (l secundário); (c) mg em 202,588 nm (asa do l secundário), obtidas por hr-cs faas com absorbância integrada no comprimento de onda equivalente a 1 pixel, empregando-se queimador de 50 mm. 0 20 40 60 80 0.00 0.06 0.12 ab so rbâ nc ia mg, mg l-1 (c) 0 100 200 300 400 500 0.000 0.025 0.050 ab so rbâ nc ia ca, mg l-1 (a) 0 100 200 300 400 500 0.00 0.13 0.26 ab so rbâ nc ia k, mg l-1 49eclética química, 37, 45 -50, 2012. adas dentro das respectivas faixas lineares de trabalho definidas a partir das calibrações obtidas para as linhas secundárias do ca (239,856 nm) e k (404,414 nm) e a linha alternativa do mg (202,588 nm), revelando que o método desenvolvido atendeu os objetivos propostos. os teores dos analitos nas amostras de plantas medicinais analisadas expressos em mg g-1 (massa seca) estão compilados na tabela 4. os resultados apresentados pelo método proposto não foram significativamente diferentes daqueles obtidos com a técnica alternativa (ls faas) ao nível de 95% de confiança. testes de adição e recuperação de analito conduzidos em cinco digeridos de amostras forneceram os seguintes intervalos de recuperação: 88 104% (ca), 89 105% (k) e 83 108% (mg). tabela 4. teores de ca, k e mg (em mg g-1, média ± desvio padrão) determinados (n= 3) em plantas medicinais empregando o método proposto por espectrometria de absorção atômica com fonte contínua e alta resolução (cs aas) e por espectrometria de absorção atômica com fonte de linhas (ls aas) 50eclética química, 37, 45 -50, 2012. [11] malavolta, e. elementos de nutrição mineral de plantas. 1st ed. são paulo: agronômica ceres ltda; 1980. [12] currie, l. a. anal. chim. acta 391 (1999) 105. conclusões o arranjo instrumental da técnica hr-cs faas permitiu monitorar de modo rápido e sequencial as linhas secundárias do ca em 239,856 nm, do k em 404,414 nm e a linha alternativa do mg em 202,588 nm. medir a absorbância do mg na asa do comprimento de onda secundário foi essencial para estender a faixa linear de trabalho até 80 mg l-1 e viabilizar a determinação conjunta de ca, k e mg em alíquotas únicas de digeridos de plantas medicinais, evitando diluições sucessivas de amostra. os resultados foram compatíveis com os obtidos por espectrometria de absorção atômica com fonte de linhas. agradecimentos os autores agradecem a fapesp (proc. 09/52480-0) e fundunesp (proc. 01113/11) pelo auxílio concedido, a capes pela bolsa de estudos de j.f.r, e ao cnpq pela bolsa de produtividade em pesquisa de j.a.g.n. referências [1] andrade, e. c. b.; alves, s. p.; takase, i. ciênc. tecnol. aliment. 25 (2005) 844. 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[10] cardili, c.; raposo jr., j. l.; cavalheiro, a. j.; gomes neto, j. a. braz. j. anal. chem., prelo. a09v33n1.pdf introdução as ligas cu-al apresentam boas propriedades mecânicas e dependendo da concentração de alumínio uma boa estabilidade química. de acordo com o diagrama de equilíbrio para o sistema cu-al [1,2], a solubilidade do al no cobre é completa até em torno de 8,5% em massa, o que corresponde à região de existência da fase ?. as ligas com composição nesta região são bastante dúcteis e apresentam estrutura semelhante à do cobre puro. estas ligas não são susceptíveis à modificação em suas propriedades através de tratamentos térmicos. a adição de prata altera o limite de estabilidade de algumas fases presentes nas ligas do sistema cu-al [2-4], a dureza das ligas [5], sua resistividade elétrica [6] e a cinética de precipitação [7]. neste trabalho a reação de precipitação de ag na liga cu-8%al foi estudada usando medidas de variação da microdureza com a temperatura e o tempo, difratometria de raios x (xrd), calorimetria exploratória diferencial (dsc), microscopia eletrônica de varredura (mev) para discutir o mecanismo de formação dos precipitados de ag na liga cu-8%al-6%ag. material e métodos a liga cu-8%al-6%ag foi preparada em um forno de indução inductotherm sob atmosfera de argônio, usando material de partida com pureza em torno de 99,95% e cadinho de grafite. a análise química de amostras da liga indicou uma concentração resultante bastante próxima da nominal. a partir do tarugo obtido foram cortados discos com cerca de 2,0 mm de espessura, que foram laminados até a deformação de 50%, para se obter pequenas placas quadradas, com cerca de 20 mm de lado e 1,0 mm de espessura. essas amostras foram inicialmente submetidas a um recozimento prolongado durante 120 horas a 850 °c, para homogeneização. em seguida foram feitos tratamentos térmicos nas amostras recozidas e submetidas a têmpera em água gelada a partir de 850°c. os tratamentos térmicos foram realizados em um forno edg 3p com controlador de temperatura. as medidas de variação da microdureza com a temperatura e o tempo foram efetuadas utilizando-se um microdurímetro digital burhler micromet 2003. as curvas de dsc foram obtidas em um aparelho dsc 2910 da ta instruments com razão de aqueci63ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 1, 2008 reação de precipitação de ag na liga cu-8%al-6%ag r.a.g.silva*, a.g. magdalena, t. m. carvalho instituto de química –unesp, c. postal 355, 14801-970 araraquara –sp, brazil *ricsilva@iq.unesp.br resumo: a reação de precipitação de prata na liga cu-8%al-6%ag foi estudada usando medidas de variação da microdureza com a temperatura e o tempo de envelhecimento, difratometria de raios x (drx), calorimetria exploratória diferencial (dsc), microscopia eletrônica de varredura (mev). os resultados obtidos indicaram que o mecanismo da reação de precipitação da prata é um processo controlado pela difusão da prata e a velocidade desta reação atinge um máximo em torno de 500°c. palavras-chave: ligas à base de cobre; adições de ag; microdureza. mento igual a 20,0 ocmin-1. após o tratamento térmico as amostras foram polidas, atacadas e examinadas utilizando um microscópio eletrônico de varredura jeol jsm t330a e os precipitados de ag identificados a partir de difratogramas de raios x obtidos usando um difratometro siemens d5000 4b, com radiação (cu-k|). as amostras utilizadas durante os ensaios de difratometria de raios x não estavam pulverizadas. resultados e discussão a figura 1 mostra os gráficos obtidos para a liga cu-8%al-6%ag inicialmente submetida a recozimento prolongado a partir de 850ºc e resfriada lentamente a um razão em torno de 1,0 ocmin-1. a figura 1-a mostra a curva de dsc obtida com 64 ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 figura 1. (a) curva dsc e (b) gráfico de variação da microdureza em função da temperatura de têmpera ambos obtidos para a amostra cu-8%al-6%ag inicialmente submetida a recozimento prolongado. uma razão de aquecimento igual a 20°cmin-1. nesta curva pode-se observar um pico endotérmico (p1) em torno de 315°c, que deve estar associado com o desordenamento da fase |2 [7]. a figura 1-b mostra o gráfico da variação da microdureza em função da temperatura de têmpera. neste gráfico observa-se que o valor da microdureza mantém-se constante no intervalo entre a temperatura ambiente e 550°c, o que deve estar associado à presença de precipitados ricos em prata formados durante o resfriamento lento da amostra. a partir de 550°c há um decréscimo no valor da microdureza da liga, devido à dissolução da prata na matriz cu-al, conforme mostram os difratogramas de raios x da figura 2. figura 2. difratogramas de raios x obtidos a partir da liga cu-8%al-6%ag inicialmente submetida a recozimento prolongado. a figura 3 mostra os gráficos obtidos para a liga cu-8%al-6%ag inicialmente submetida a têmpera a partir de 850oc, para dissolver a ag formada durante o resfriamento lento na matriz cu-al. a figura 3-a mostra a curva de dsc obtida com razão de aquecimento igual a 20 °cmin1. nesta curva pode-se observar um pico exotérmico (p2) em torno de 500 °c, que deve estar associado com a reação de precipitação da prata [8]. a figura 3-b mostra o gráfico da variação da microdureza da liga em função da temperatura de têmpera. neste gráfico observa-se que o valor da microdureza mantém-se constante no início da curva até 300°c, aumenta até o intervalo de temperaturas de 400 a 500 oc, e então, diminui até valores de microdureza próximos aqueles iniciais. o pico exotérmico observado na figura 3-a e o aumento na microdureza observado em 3-b estão relacionados à reação de precipitação de ag [8]. nas micrografias da figura 4 é possível observar precipitados nos contornos de grão antes do pico verificado na figura 3 (figura 4-a), precipitados ricos em prata nos contornos de grão da fase | são observados na micrografia obtida a 400 oc (figura 4-b) e para temperaturas elevadas nenhum precipitado é observado nos contornos de grão da matriz cu-al (figura 4-c). os difratogramas de raios x da figura 5 confirmam a discussão proposta acima. 65ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 figura 3. (a) curva dsc obtida para a liga cu-8%al6%ag e (b) gráfico de variação da microdureza em função da temperatura de têmpera. figura 4. micrografias eletrônicas de varredura obtidas a partir de amostras da liga cu-8%al-6%ag inicialmente submetidas a têmpera a partir de 850oc (a) e posteriormente submetidas a têmperas sucessivas a partir de (b) 400oc e (c) 900 oc. (a) (b) (c) os resultados apresentados indicam que as medidas de variação de microdureza são sensíveis à reação de precipitação de prata e que esta reação é o único processo detectado pelos métodos utilizados no intervalo de temperaturas de 300 a 500 oc. sabe-se que está associado com a velocidade ou número de partículas com energia térmica suficiente para sobrepor a barreira de ativação [9]. portanto, pode-se considerar que a maior fração possível de átomos de prata solubilizados na matriz cu-al está em torno de 850 oc. com o aumento da temperatura de têmpera, a fração de prata que precipita também aumenta proporcionalmente a temperatura até atingir um máximo, que corresponde ao maior valor da microdureza observado na figura 3-b. então, o máximo na figura 3-b está associado a maior fração de precipitados formados com o tempo constante, indicando que a velocidade máxima da reação de precipitação de prata na liga cu8%al-6%ag deve estar em torno de 400 oc. dessa forma, foram escolhidas cinco temperaturas em torno do valor máximo da microdureza no gráfico da figura 3-b, entre 300 e 500 oc, para a análise isotérmica da reação de precipitação de ag na liga cu-8%al-6%ag. para a análise da cinética isotérmica da reação precipitação de ag na liga cu-8%al6%ag as amostras foram inicialmente submetidas a um tratamento térmico para a solubilização da prata, e então foram feitas medidas de variação da microdureza com o tempo envelhecimento no intervalo de temperaturas considerado. 66 ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 figura 5. difratogramas de raios x obtidos a partir da liga cu-8%al-6%ag inicialmente submetidas a têmperas a partir de 850°c. a figura 6 mostra a variação da microdureza em função do tempo de envelhecimento, obtida para a liga envelhecida a 300, 350, 400, 450 e 500°c. nesta figura é possível observar que os valores iniciais e finais das curvas são praticamente constantes em todo o intervalo de temperaturas e que o aumento da microdureza foi sempre precedido de um período de incubação que diminui com o aumento da temperatura [8]. os difratogramas de raios x da figura 7 indicam que o aumento da microdureza, como já era esperado, está associado com a formação dos precipitados ricos em prata, confirmando que o processo associado com a variação da microdureza na liga cu-8%al-6%ag é a reação de precipitação de ag. as curvas de variação da microdureza em função do tempo de envelhecimento na figura 6, figura 6. gráfico de variação da microdureza em função do tempo de envelhecimento. figura 7. difratogramas de raios x obtidos para a amostra envelhecida a 300oc. mostram um período de incubação que pode ser relacionado com o processo de nucleação, que neste caso, corresponde à formação dos núcleos ricos em prata. durante este período, a nucleação é o processo dominante e o crescimento dos precipitados ricos em prata começa a dominar no final do período de incubação. isto é evidenciado pelo aumento da microdureza, e também indica que, nestes casos, os processos de nucleação e crescimento podem ser interpretados como consecutivos. então, pode-se considerar que, depois do final do período de incubação, os núcleos crescem continuamente, e em qualquer dimensão da região transformada é uma função linear do tempo. isto corresponde a uma variação linear da microdureza com o tempo a temperatura constante. considerando que a fração transformada é definida pela relação (1) onde y é a fração transformada em uma dada temperatura, hvd é o valor da microdureza quando a reação considerada é completada, hvo é a microdureza inicial e hv(t) o valor da microdureza em um dado tempo t, a equação de jonhson-mehlavrami (2) pode ser escrita como (3) onde n e k são parâmetros cinéticos. ajustando a eq. (3) aos pontos experimentais na figura 6, usando um método de regressão não-linear [10], é possível estimar os valores dos parâmetros 67ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 cinéticos n e k. estes valores, embora aproximados, podem fornecer informações sobre o processo cinético estabelecido durante a formação dos precipitados ricos em prata no intervalo de temperaturas considerado. os valores dos parâmetros cinéticos n e k obtidos a partir do ajuste da equação de jonhsonmehl-avrami aos dados experimentais são mostrados na tabela 1. para a liga cu-8%al6%ag os valores não-inteiros de n indicaram um crescimento de precipitados controlados por difusão e taxa de nucleação crescente em todo o intervalo de temperatura [11]. como já observado, os pontos experimentais obtidos a partir das medidas de microdureza com o tempo de envelhecimento forneceram curvas sigmoidais. devido à forma sigmoidal das curvas obtidas, pode-se sugerir que a derivada primeira, dhv/dt, dos ajustes obtidos a partir destas curvas é crescente até o ponto de inflexão e depois decresce aproximando assintóticamente de zero. portanto, a derivada primeira do ajuste da equação jma, obtida para as curvas sigmoidais, deve fornecer informações sobre a variação da velocidade da reação de precipitação de ag com o tempo de envelhecimento. o gráfico da figura 9 mostra a variação da derivada primeira dos ajustes obtidos a partir das curvas mostradas na figura 6. como já mencionado, é possível observar que estas curvas atingem um máximo que aumenta e é deslocado para tempos menores com o aumento da temperatura de envelhecimento. o aumento da velocidade da reação, na etapa inicial, é atribuído à formação dos precipitados ricos em prata que, devido à interferência mutua e a competição por átomos do soluto, diminui a partir do ponto mais elevado da curva. é interessante notar que a velocidade de reação aumenta com o aumento da temperatura de envelhecimento durante todo o intervalo considerado e atinge um máximo em torno de 500 oc, indicando a existência de um processo termicamente ativo. isto sugere que a equação de arrhenius pode ser usada para descrever o processo de formação dos precipitados ricos em prata. dessa forma, a constante k, obtida a partir da equação 3, pode ser descrita pela equação de arrhenius: (4) onde ko é um fator pré-exponencial, e é a energia de ativação para o processo e r é a constante dos gases. a figura 9 mostra o gráfico de ln k em função do inverso da temperatura absoluta, para os valores de k apresentados na tabela 1. neste gráfico é possível verificar a existência de um processo cinético, que deve estar associado com a precipitação da prata. o valor da energia de ativação obtido a partir da inclinação desta reta foi e = 56,5 kjmol-1. este valor está bastante próximo daquele encontrado na literatura para uma liga cu-8%al2%ag, confirmando que o valor obtido está associado com precipitação da prata [8]. os resultados apresentados mostraram que a solubilização completa da prata na liga cu8%al-6%ag ocorre em torno de 600 oc (figs. 1 e 2) e o máximo da velocidade da reação de precipitação de ag está em torno de 500 oc (fig. 8). dessa forma, o intervalo de temperatura escolhido para o estudo isotérmico ficou estabelecido entre o início e o máximo da velocidade da reação de precipitação de ag (300 a 500 oc). segundo os dados obtidos a partir das figs. 6 e 8 e a tabela 1, o processo de formação dos precipitados ricos em prata é termicamente ativado e controlado pela difusão de ag. starink [12] comparou a capacidade da equação de jma para ajustar dados de reações de precipitação controladas por difusão com a equação de austin-rickett (ar) e verificou que em muitos casos a equação ar fornece um melhor ajuste e, portanto os valores de n obtidos a partir da equação de jma não devem estar relacionados a um processo físico definido. dessa forma, foi sugerido que a equação de ar seria a mais adequada para ajustar dados de reações de precipitação controladas por difusão em ligas à base de al. neste trabalho os valores de n, embora com estas restrições, estão consistentemente conectados ao processo físico envolvido com a reação e de acordo com o que foi observado nas figs. 3 e 8. estas figuras mostram um aumento da velocidade de reação com o aumento da temperatura, enquanto os valores de n indicaram uma taxa de nucleação crescente em todo o intervalo selecionando, mostrando que os valores de n obtidos pela equação de jma para a liga cu-8%al6%ag estão de acordo com o que foi observado experimentalmente. a formação dos precipitados ricos em prata é um processo de nucleação e crescimento que está intimamente relacionado à difusão de 68 ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 figura 8. gráfico da variação de dhv/dt em função do tempo de envelhecimento. figura 9. gráfico de ln k em função do inverso da temperatura absoluta. ag, como discutido acima. conseqüentemente, a interação dos pares atômicos envolvidos no processo torna-se importante para o entendimento das mudanças nos parâmetros associados com a formação da fase rica em prata. na liga cu8%al-6%ag existe uma pequena diferença no tamanho atômico dos solutos (ag e al). já a diferença de eletronegatividade do par al-ag é da mesma ordem de grandeza daquela experimentada pelo par al-cu, enquanto o par cu-ag apresenta uma pequena diferença de eletronegatividade, quando comparado aos demais pares. isto fornece características interessantes ao sistema, as quais dependem da concentração de al e ag e sua interação na liga. durante o crescimento dos precipitados ricos em prata dois processos são possíveis. primeiro, a difusão de longo-alcance por distâncias de muitos espaçamentos atômicos e depois o “salto” do átomo de ag para a interface do precipitado. a formação destes precipitados produz um decréscimo na concentração de prata solubilizada, causando um aumento no potencial químico da prata dissolvida. com isso, a probabilidade de encontrar átomos de ag em torno de um átomo de al é diminuída. este efeito contribui para o decréscimo da interação ag-al aumentando a velocidade de difusão da ag e conseqüentemente tornando o estágio de crescimento dos precipitados mais rápido. isto indica que a etapa de difusão de longo alcance de ag é a determinante da velocidade, enquanto os “saltos” dos átomos de ag para interface do precipitado são favorecidos. isso é evidenciado pelo aumento abrupto dos valores da microdureza no final do período de incubação das curvas da fig. 6. conclusões os resultados obtidos indicaram que é possível determinar adequadamente a reação de precipitação de ag por medidas de variação de microdureza e que a derivada primeira dos ajustes da eq. de jma aos pontos experimentais fornece a temperatura na qual a velocidade da reação de precipitação de ag atinge o maior valor possível neste intervalo de temperatura. os resultados também indicaram que o mecanismo da reação é controlado pela difusão da prata e a etapa determinante da velocidade da reação é a difusão de longo alcance dos átomos de ag do interior da liga para os contornos de grão. recebido em 29 de fevereiro de 2008 aceito em 28 de março de 2008 69ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 r. a. g. silva, a.g. magdalena, t. m. carvalho. ag precipitation reaction in the cu-8wt.%al6wt.%ag alloy. abstract: ag precipitation reaction in the cu-8wt.%al-6wt.%ag alloys was studied using microhardness measurements with temperature and ageing time, x-ray diffraction patterns (drx), differential scanning calorimetry (dsc) and scanning electron microscopy (sem). the results obtained showed that the mechanism of ag precipitation reaction is an ag diffusion controlled process and reaction rate reaches a maximum at about 500ºc. keywords: cu based alloys; ag additions; microhardness. referências [1] t. b. massalski, ed. “binary alloy phase diagrams’. 2nd., vol., p 141-243. american society for metals, metals park, ohio, 1992. 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[12] m. j. starink, thermoch. acta 404 (2003) 163. 70 ecl. quím., são paulo, 33(1): 63-70, 2008 eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 117 artigo/article avaliação da qualidade das águas do rio são francisco falso, tributário do reservatório de itaipu, paraná. gilmar. silvério da silva, * 1 sandra miola2, gilberto silvério da silva3, eliane rodrigues de sousa4 1 instituto federal de educação, ciência e tecnologia do maranhão, campus monte castelo, 65025-001, são luís-ma, brasil. 2 universidade tecnológica federal do paraná, campus medianeira, 85884-000, medianeira/pr, brasil. 3 instituto federal de educação, ciência e tecnologia goiano, campus morrinhos, , br 153, km 633 c. postal 92 cep: 75650-00, morrinhos/ma. 4 instituto federal de educação, ciência e tecnologia do maranhão,campus maracanã, são luís-ma, brasil. *gilmarsilverio@gmail.com resumo: uma avaliação do impacto das espécies do nitrogênio e do fósforo foi conduzida nas águas do rio são francisco falso, afluente do reservatório de itaipu. os resultados de quatro campanhas revelam que o estado trófico destas águas oscila de oligotróficas a mesotróficos, sendo que o ultimo estado foi observado em campanhas sobre influência de chuvas. das espécies do nitrogênio, o no2 apresentou valores acima dos recomendados pela agência ambiental canadense, representando um risco à vida aquática. em comparação ao rio ocoí, outro afluente do reservatório de itaipu, as águas do rio são francisco falso apresentam melhor qualidade. palavra-chave: eutrofi zação, bacia hidrográfi ca, índice do estado trófi co introdução fósforo e nitrogênio apresentam-se no meio ambiente segundo várias espécies [1, 2]. o fósforo geralmente é encontrado na coluna d’água na forma de ortofosfato, o qual é prontamente assimilável pelos organismos. o nitrogênio, por sua vez, ocorre como nitrito e nitrato, suas formas oxidadas, e amônia, a forma reduzida. embora essenciais à produção de biomassa, o excesso destes nutrientes pode levar o corpos aquáticos à eutrofi zação e suas nefastas conseqüências [3, 4, 5, 6]. além disso, as espécies do nitrogênio podem ser tóxicas à vida aquática [7]. com esta preocupação, silva e jardim [8] desenvolveram um índice específi co para avaliação da toxicidade da amônia para proteção da vida aquática. silva et. al. [9] chamou atenção para a toxicidade do nitrito em corpos aquáticos. de um modo geral, os poluentes abordados neste trabalho estão intimamente conectados ao estilo de vida da sociedade [10] e da infra-estrutura de saneamento, tornando-se muitas vezes causa principal de preocupação das comunidades nacional e internacional, como no caso de nova diretiva européia para gestão destes compostos [11]. nesta direção, o presente trabalho oferece uma avaliação do estado de qualidade das águas destes afl uentes do reservatório de itaipu, um dos principais ecossistemas nacionais e cujas águas vem apresentando sinais de eutrofi zação [9]. especifi camente, o trabalho visa avaliar o impacto das espécies do nitrogênio e do fósforo na qualidade das águas do rio são francisco falso, investigando o perfi l de fontes poluidoras neste sistema aquático. ecl. quím., são paulo, 35 3: 117 122, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 117 122, 2010118 ecl. quím., são paulo, 35 3: 117 122, 2010 119 artigo article artigo article experimental área de estudo o rio são francisco falso pertence à bacia hidrográfi ca do paraná iii e é um dos afl uentes do reservatório de itaipu (figura 1). o presente rio é formado por dois braços, chamados de rio são francisco falso braço norte e rio são francisco falso braço sul, cuja confl uência se dá numa das ramifi cações dentrítica do reservatório de itaipu. diferente de outro rio estudado nesta mesma bacia [9], o rio ocoí, este sistema aquático não recebe descarga de atividades urbano-industriais em suas águas, sendo marcado pela presença de atividades de pecuária e agricultura. o presente rio não é manancial para os municípios em seu entorno. figura 1. reservatório de itaipu e seus afl uentes na bacia do rio paraná iii. o símbolo · representa os municípios. s.1, s.2, n.1 e n.2 correspondem aos pontos de coleta do braço sul e norte do rio são francisco falso, respectivamente. pontos de coleta e amostragem em cada um dos braços do rio são francisco falso foi escolhido dois pontos de amostra, sendo o primeiro mais próximo à nascente e outro próximo à foz (figura 1). no braço norte os pontos foram: n1: s 24 59 481’ e w 53 52 572’ (altitude: 447m); n2: s 24 52 057’ e w 54 13 189’ (altitude: 225m). no braço sul os pontos foram: s1: s 24 59 569’ e w 54 07 822’ (altitude: 248m); s2: s 24 54 184’ e w 54 12 709’ (altitude: 208m). as coletas foram realizadas durante quatro campanhas durante o ano de 2006: 08/08, 22/09, 26/10 e 06/12. a segunda campanha foi realizada logo após chuvas, portanto, com grande contribuição do escoamento superfi cial da bacia de drenagem. as segunda e terceira campanhas ocorreram na ausência de chuvas, marcado pelo início de um período de estiagem. na quarta campanha, o nível d’água estava relativamente alto comparativamente a primeira e terceira campanha devido a chuvas que ocorreram dias antes. análises as análises realizadas nas amostras de água foram: fósforo total (ft), amônia (nh3), nitrito (no2), nitrato (no3), cloreto (cl), turbidez, ph, condutividade (cond.). as concentrações de ft, no2 e no3 foram expressas como mg l-1 de p e n, respectivamente. os métodos analíticos utilizados foram estabelecidos pela apha [12]. as amostras foram coletadas na superfície da coluna d’água e acondicionadas seguindo a norma nbr 9898 abnt [13], e encaminhadas ao laboratório da utfpr onde posteriormente foram analisadas. índice do estado trófi co (iet) para avaliar o estado trófi co das águas do rio são francisco falso foi utilizado o índice desenvolvido por carlson [14, 15] e recentemente adaptado para águas dos rios do estado de são paulo por lamparelli [16]. este índice pode ser aplicado usando a concentração de ft e de clorofi la a; este trabalho aplicou somente o primeiro parâmetro e, neste caso, o índice é chamado de índice do estado trófi co baseado no ft (ietp) [17], segundo a equação 1. ietp indica a capacidade potencial do corpo aquático em produzir biomassa em excesso, enquanto o índice composto pela concentração de clorofi la a mede a produção efetiva de biomassa produzida [16]. detalhes sobre ietp e grau de trofi a é discutido em detalhe na literatura [16, 17]. lnft ln2ietp = 10 ( 6 _ ( 1,77 _ 0,42____)) (1) resultados e discussão os valores dos diversos parâmetros monitorados nas águas do rio são francisco falso constam na tabela 1. deve-se destacar que a segunda campanha foi marcada pela presença de chuvas e o nível das águas estava muito elevado. nesta campanha, os valores de alguns parâmetros mostraram-se expressivamente maiores. por exemplo, o cl passou de 6,4 mg l-1 na primeira campanha para 19,2 mg l-1 no ponto s1 na segunda campanha. em geral, os valores dos parâmetros mantiveram-se dentro do limite estabelecido pela portaria 357/05 para corpos aquáticos classe 2 [18]. no caso das espécies do nitrogênio, no2, no3 e nh3, na segunda campanha foram observadas uma elevação das suas concentrações, o que se explica pela contribuição da bacia de drenagem, cujo escoamento superfi cial contribui para o transporte destas espécies das áreas dedicadas a agricultura e pecuária, em particular de granjas de suínas, até os corpos aquáticos. durante os períodos chuvosos, os escoamentos das águas pluviais transportam inúmeras espécies químicas, entre as quais no2 e no3, as quais são muito solúveis em água [19]. no caso da nh3, a sua concentração na segunda campanha atingiu 0,44 mg l-1 no ponto n1. considerando que o ph destas águas encontra-se em 7, segundo prescreve a diretiva conama 357/05, o limite para esta espécie é de 3.7 mg l-1 nh3-n para ph £ 7.5 [18]. portanto, devido ao baixo valor de nh3 encontrado nestas amostras, pode-se concluir que tanto a presença de fontes pontuais quanto difusas parecem não ser tão expressivas, sendo similar ao máximo valor de nh3 observado para as águas do rio ocoí, 0,56 nh3-n [9]. além da nh3, outra espécie do nitrogênio importante para proteção da vida aquática é o no2 -. de acordo com canadian water quality guidelines (ccme, 2001) [20], o valor de no2 estabelecido para proteção da vida aquática é de 0,06 mg l-1 no2 —n. no mesmo documento é estabelecido um limite de 13 mg l-1 no3 —n, uma vez que está espécie pode ser convertido em no2. os mais altos valores de no2 e no3 no rio são francisco falso foram observados no ponto s1, 0,21 e 0,32 mg l-1, respectivamente. os valores para o no2 observados em todos os pontos e campanhas superam o valor-guia do ccme e representa um risco para a vida aquática. neste cenário, atenção especial deve ser dedicada à monitoração destas águas diante uso potencial de suas águas para aqüicultura. ecl. quím., são paulo, 35 3: 117 122, 2010120 ecl. quím., são paulo, 35 3: 117 122, 2010 121 artigo article artigo article tabela 1. parâmetros ambientais das águas do rio são francisco falso. as quatro campanhas foram realizadas no segundo semestre de 2006. parâmetros campanhas 1ª 2ª 3ª 4ª *s.1 point cl 6,4 19,2 17,04 15,4 condutividade 61,7 98 66,3 83 ph 7,1 7,0 6,9 7,2 turbidez 2,67 71 6,0 80 no2 0,10 0,21 0,08 0,13 no3 0,22 0,32 0,12 0,22 nh3 0,08 0,22 *s.2 point cl 5,30 17,8 16,33 46,5 condutividade 72,4 102 73,6 78 ph 7,2 6,9 6,9 7,3 turbidez 4,17 69,2 5,74 17,6 no2 0,13 0,20 0,12 0,15 no3 0,19 0,29 0,17 0,25 nh3 0,09 0,23 *n.1 point cl 4,9 16,3 17,75 16,3 condutividade 52,8 105 44,4 65 ph 7,4 7,0 7,0 6,9 turbidez 6,1350,3 8 30,2 no2 0,15 0,19 0,10 0,16 no3 0,25 0,30 0,15 0,27 nh3 0,09 0,43 *n.2 point cl6,4 13,5 17,75 17,8 condutividade 54,3 85 57,4 60 ph 7,4 6,9 7,1 7,1 turbidez 5,20 9,35 9,35 27,2 no2 0,19 0,18 0,11 0,14 no3 0,24 0,27 0,19 0,24 nh3 0,17 0,11 * s.1, s.2, n.1 e n.2 correspondem aos pontos de coleta do braço sul e norte do rio são francisco falso, respectivamente. com relação ao fósforo, na figura 2 pode-se ver o perfi l da concentração de ft nas águas do rio são francisco falso. como esperado, na segunda campanha são observados os valores mais altos de concentração deste nutriente; espécies como o fosfato são adsorvidas as partículas minerais e pelo escoamento superfi cial atingem os corpos aquáticos. de modo similar às espécies do nitrogênio, há presença de fontes difusas, uma vez que a concentração do ft aumenta em função da vazão do rio (período de chuvas). nesta campanha, os valores de ft variaram de 0,023 a 0,033 mg l-1 p. a amplitude da variação das concentrações em todas as campanhas foi de 0,013 a 0,033 mg l-1 p, inferior ao observado para o rio ocoí e seus tributários, cujo valor máximo atingiu 0,1 mg l-1 p [9]. segundo a diretiva conama 357/05, os valores de ft para o rio são francisco falso, classe 2, sistema aquático lótico que deságua diretamente em ambiente lêntico, o reservatório de itaipu, é de 0,05 mg l-1 p [18]. logo, as águas deste sistema aquático estão abaixo deste parâmetro. de acordo com índice do estado trófi co (ietp), as amostras se enquadram em sua maioria como oligotrófi cos, o que indica baixo risco de eutrofi zação (tabela 2). os pontos que foram enquadrados como mesotrófi cos correspondem à segunda campanha, devido à presença de chuvas, e a quarta campanha, cujo nível d`água estava relativamente alto comparativamente a primeira e terceira campanha. esta piora da qualidade da água com a presença de chuvas reforça o fato de que a principal causa de poluição destas bacias hidrográfi cas são fontes difusas, marcadas pelo uso intensivo de fertilizantes e pecuárias intensivo, especialmente aves e suínos. figura 2. perfi l espacial-temporal da concentração de fósforo total (ft) nas águas do rio são francisco falso, braços norte e sul, tributário do reservatório de itaipu, paraná. tabela 2. índice do estado trófi co baseado no fósforo (ietp) para as amostras de águas do rio são francisco falso, tributário do reservatório de itaipu, paraná. ponto coleta 1ª campanha 2ª campanha 3ª campanha 4ª campanha ietp classe ietp classe ietp classe ietp classe s1 48,3 oligoa 51,4 oligo 48,3 oligo 49,8 oligo s2 49,2 oligo 52,1 mesob 47,7 oligo 52,4 meso n1 47,7 oligo 51,3 oligo 48,7 oligo 47,3 oligo n2 48,3 oligo 50,2 oligo 48,1 oligo 49,5 oligo a oligotrofi co, b mesotrofi co eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 123 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 117 122, 2010122 artigo article conclusão as águas do rio são francisco falso não apresentaram condições propícias à produção de biomassa, uma vez que prevaleceu em suas águas o estado oligotrófi co. as espécies de nitrogênio e o fósforo total tiveram suas concentrações elevadas durante campanhas marcadas pela infl uência de chuvas, indicando presença de fontes difusas. o no2 em todas as amostras apresentou valores de concentração acima do recomendado pela ccme para proteção da via aquática. por sua vez, a nh3 não representa um risco potencial à vida aquática em função das baixas concentrações. em comparação com o rio ocoí, o rio são francisco falso demonstra estar em melhor condição de preservação, o que pode ser em parte explicado pela ausência de atividades urbano-industriais. agradecimentos os autores agradecem a fundação parque tecnológico de itaipu (fpti) e utfpr/campus medianeira pelo apoio fi nanceiro. abstract: an environmental assessment about phosphorus and nitrogen species was carried out in waters of são francisco falso river, tributary of itaipu reservoir. results from four field campaigns showed that trophic state vary of oligotrophic to mesotrophic, being the latter observed under rain influence. among nitrogen species, no2 presented concentration above guide-value recommended by canadian environmental agency, what means a risk for aquatic life. in comparison to ocoí river, another tributary of itaipu reservoir, são francisco’s waters showed better quality. keyword: eutrophication, hydrographic basin, trophic state index. referências [1] koo, b. k., 0’connell, p. e., sci. total environ. 359 (2006) 1. 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[20] http://www.ccme.ca/ acessado em fevereiro 2009. development and validation of spectroscopic methods for simultaneous estimation and dissolution of ofloxacin and ornidazole in tablet dosage forms r.c. mashru, s.v. saikumar* centre of relevance and excellence in novel drug delivery system, pharmacy department, the maharaja sayajirao university of baroda, g.h. patel building, donor’s plaza, fatehgunj, 390002, vadodara, india *svsaikumar@gmail.com abstract: the aim of this work was to develop and validate simple, accurate and precise spectroscopic methods (multicomponent, dual wavelength and simultaneous equations) for the simultaneous estimation and dissolution testing of ofloxacin and ornidazole tablet dosage forms. the medium of dissolution used was 900 ml of 0.01n hcl, using a paddle apparatus at a stirring rate of 50 rpm. the drug release was evaluated by developed and validated spectroscopic methods. ofloxacin and ornidazole showed 293.4 and 319.6nm as λ max in 0.01n hcl. the methods were validated to meet requirements for a global regulatory filing. the validation included linearity, precision and accuracy. in addition, recovery studies and dissolution studies of three different tablets were compared and the results obtained show no significant difference among products. keywords: dissolution • ofl oxacin • ornidazole • spectroscopy • simultaneous estimation introduction chemically ofl oxacin ( ofl, fig. 1) is (±) 9-fluoro-2,3,dihydro-3-methyl-10-(4-methyl-1-piperazinyl)-7-oxo-7h-pyrido[1,2,3-d,e]-1,4-benzoxazine-6-carboxylicacid, belongs to new generation of synthetic fl uorinated quinolone, structurally related to nalidixic acid [1-3]. this agent is a new broad spectrum antibacterial drug active against most gram-negative, gram-positive bacteria, and some anaerobes [4]. its bacterial action is based on its anti-dna gyrase activity [5]. this broad spectrum of antibacterial activity and widespread distribution to most tissues and body fl uids at relatively high concentrations after oral administration have made this drug useful for the treatment of systemic infections including urinary tract, respiratory, and gastro-intestinal infections [6-8]. ornidazole (orn fi g. 2)1-(3-chloro−2hydroxy)-propyl-2-methyl-5-nitroimidazole, is a nitroimidazole derivative with antiprotozoal and antibacterial properties. it is used for the treatment and prophylaxis of infections, which is induced by anaerobic and microaerophilic bacteria and protozoa [9]. combinations of ofl oxacin and ornidazole are available in the market, which are highly active against many bacterial infections of enteritis and anaerobic bacteria [23]. both ofl oxacin and ornidazole are almost completely absorbed from the small intestine when administered orally both having almost 100% bioavailability. subsequent ecl. quím., são paulo, 35 3: 123 132, 2010 www.scielo.br/eq volume 34, número 3, 2009 77 análise do teor de cocaína em amostras apreendidas pela polícia utilizando-se a técnica de cromatografia liquida de alta eficiência com detector uv-vis marcelo firmino de oliveira*1, jacqueline querino alves1, josé fernando de andrade1, adelir aparecida saczk2, leonardo luiz okumura3 1 departamento de química, faculdade de filosofia, ciências e letras de ribeirão preto, universidade de são paulo. av. bandeirantes 3900, cep 14040-901, ribeirão preto sp, brasil. 2 departamento de química, universidade federal de lavras. campus universitário, caixa postal 3037, cep 37200-000, lavras – mg, brasil. 3 departamento de química, centro de ciências exatas, universidade federal de viçosa. av. peter henry rolfs, s/n, cep 36570-000, viçosa – mg, brasil. * email: marcelex@ffclrp.usp.br resumo: a técnica de clae com detecção uv-vis foi empregada na análise do teor de cocaína em amostras apreendidas de cocaína e crack. uma fase móvel de acetonitrila/água (95:5v/v) possibilitou um sinal de pico para a cocaína em 3,5 minutos. o sinal espectrofotométrico otimizado foi obtido em um comprimento de onda de 224 nm. a curva analítica de 1,0 a 40,0 ppm para cocaína foi obtida, exibindo um coeficiente de correlação linear de 0,9989, com limites de detecção e quantificação de 0,75 e 3,78 ppm, respectivamente. esta metodologia foi aplicada na dosagem de amostras confiscadas de cocaína e crack no laboratório de polícia científica de ribeirão preto-sp. palavras-chave: cocaína, clae, química forense 1 – introdução a problemática das drogas de abuso um dos problemas que mais afetam o contexto social atual é o consumo de drogas ilícitas. isso porque este consumo reflete não só na saúde, no convívio familiar e social, como também movimenta milhões por ano, consistindo em um mercado financeiro ilícito não só no brasil, mas em muitos outros países também [1-3]. também há que se considerar que indivíduos usuários de drogas certamente são mais suscetíveis à prática de crimes, tanto devido ao fato de geralmente ficarem racionalmente afetados quando do uso da droga, quanto por necessidade de angariar fundos para a mantença do vício. faz jus ao destaque uma das atuais medidas legislativas tomadas com relação ao assunto supra, a lei 11.343 de 23 de agosto de 2006 [4], a qual instituiu o sisnad – sistema nacional de políticas públicas sobre drogas – e dispõe não somente sobre os crimes relacionados às drogas, mas também aponta medidas relativas à prevenção e reinserção social de usuários e dependentes de substâncias desta classe [2]. e, não obstante opiniões contrárias, a posse de pequena quantidade já configura o delito previsto no artigo 28 da lei 11.343/06, o que comprova serem tais substâncias realmente nocivas à saúde humana, bem como à sociedade em si mesma considerada. várias são as medidas que podem ser tomadas visando o combate ao uso e tráfico ecl. quím., são paulo, 34(3): 77 83, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(3): 77 83, 200978 artigo article de drogas e, nestas, certamente, tem papel de merecido destaque, o incentivo à pesquisa em química forense e subseqüente aplicação destes conhecimentos nos laboratórios de polícia científica. com relação ao estado de são paulo, os dados referentes às apreensões no ano de 2008 (total de 24.930), em comparação a 2007 (total de 23.127), apresentam aumento de 6,9%. considerando-se desde 1999 (total de 10.525), houve um acréscimo de 105,6% nas apreensões [3]. cocaína e crack a cocaína constitui o mais importante alcalóide natural extraído das folhas do arbusto erythroxylon coca [5] sendo sua estrutura reportada na figura 1. em sua forma purificada, esta espécie constitui um sólido branco, cristalino, de odor aromático, sob a forma de um sal, o cloridrato de cocaína, o qual é solúvel em água e, portanto, pode ser aspirado ou dissolvido em água para uso endovenoso. adicionalmente, uma nova forma de consumo da cocaína, constitui na mistura da base livre da cocaína com bicarbonato de sódio, tornando a mistura alcalinizada, originando uma massa petrificada, geralmente de aspecto marromamarelado, popularmente conhecida como “crack”, o qual é pouco solúvel em água, mas que se volatiliza facilmente quando aquecido (95 oc), é comumente fumado em cachimbos improvisados, conhecidos por “maricas”. a palavra “crack” é derivada do ruído característico que é produzido pelas pedras quando estão sendo decompostas pelo fumo. os efeitos iniciais da cocaína no organismo constituem em euforia, excitação, insônia e supressão do apetite, devido à ação no sistema nervoso central [4]. figura 1: estrutura molecular da cocaína. a análise de cocaína pelas técnicas de cromatografia líquida de alta eficiência (clae) [69] e cromatografia gasosa (cg) [10-16] tem sido amplamente reportada na literatura, indicando o potencial das mesmas para as análises forenses. a boa acuracidade e robustez, aliadas à possibilidade de obtenção de limites de detecção na ordem de ng ml-1 para a cocaína utilizando-se tais metodologias, possibilitou a aplicação destas técnicas cromatográficas na análise do referido entorpecente em diversas matrizes, tais como fluidos biológicos [7,15,16], cabelo [6,8,14] e peças de interesse forense, como papel moeda [16], indicando a versatilidade de tais métodos. neste sentido, este trabalho visa investigar a aplicabilidade da técnica de clae com detector uv-vis na análise de rotina de cocaína em amostras de cocaína e crack apreendidas pela polícia. 2 – parte experimental materiais e reagentes as amostras de cocaína e crack, bem como os padrões purificados de cocaína foram fornecidos pelo núcleo de exames toxicológicos núcleo de perícias criminalísticas de ribeirão preto-sp. todas as amostras analisadas apresentaram resultado positivo para testes prévios colorimétricos para cocaína. adicionalmente, foram utilizadas amostras de processos judiciais concluídos. o padrão cromatográfico de cocaína utilizado foi uma solução de cocaína (base livre) em acetonitrila na dosagem de 1000ppm, da cerrilliant. o solvente orgânico utilizado na fase móvel cromatográfica foi acetonitrila da merck, padrão hplc. para a composição aquosa desta fase móvel, utilizou-se água deionizada. preparo das soluções-padrão de cocaína o preparo das soluções-padrão foi efetuado por diluição de solução padrão 1000 ppm, em diferentes volumes finais de acetonitrila, sendo obtidos os padrões de 1,0 , 5,0 , 10,0 20,0 e 40,0 ppm. ecl. quím., são paulo, 34(3): 77 83, 2009 79 artigo article preparo das amostras visando-se obter uma metodologia rápida e prática de análise, cada alíquota de 2,5 mg de amostra foi dissolvida diretamente em 100g de acetonitrila, estando portanto em 25 ppm de amostra. dispositivo cromatográfico foi utilizado um equipamento de clae da marca shimadzu, com controle de equipamento e aquisição de dados por intermédio de um microcomputador acoplado. o fluxo de solução de fase móvel foi mantido em condições isocráticas, a 1,0 ml por minuto, com fase móvel de acetonitrila e água, na proporção de 95:5 v/v. a válvula de injeção foi composta por alça de amostragem de 20 µl. fez-se uso de uma coluna c18 de 15 cm da labtron acompanhada da coluna de guarda também c18, de mesma marca. o comprimento de onda foi selecionado com base no máximo de absorbância obtida para a cocaína. as soluções de amostras de cocaína foram injetadas diretamente no cromatógrafo, sendo realizada tão somente uma filtração prévia por seringa dotada de filtro descartável. análise quantitativa a curva analítica para dosagem de cocaína foi obtida por regressão linear, plotando-se as áreas dos picos obtidos para cada solução-padrão de cocaína em função das concentrações. o teor de cocaína nas amostras desconhecidas de cocaína e crack foi obtido pela integração das áreas dos picos pertinentes à cocaína nos cromatogramas das amostras e subseqüente extrapolação da área obtida na curva analítica. a análise das soluções de padrões, bem como das soluções de amostras foi feita em triplicata. 3 – resultados e discussão seleção da fase móvel para as medições cromatográficas efetuadas neste trabalho, foi escolhida a mistura de acetonitrila e água, na proporção 95:5 v/v como fase móvel, em decorrência das facilidades encontradas quando do uso desse sistema, em testes prévios realizados neste projeto. valores otimizados de tempo de retenção abaixo de 5 minutos, bem como picos bem definidos são obtidos quando acetonitrila é empregada. seleção do comprimento de onda os valores de absorbância foram medidos em comprimento de onda igual a 224 nm, dado ser este o comprimento de onda com máximo de absorção encontrado para a molécula de cocaína neste experimento. análise de cocaína em amostras por clae os cromatogramas obtidos para a cocaína em diferentes concentrações no sistema cromatográfico proposto indicaram um tempo de retenção ao redor de 3,5 minutos, conforme reportado na figura 2. a curva analítica obtida para a cocaína no intervalo de 1,0 a 40,0 ppm (figura 2) apresentou um coeficiente de correlação linear de 0,9989 e uma sensibilidade espectrofotométrica de 87,5 ppm-1. considerando-se o desvio padrão obtido para a referida curva em 21,9 , foi possível calcular os limites de detecção e quantificação para a cocaína em 0,75 ppm e 3,78 ppm, respectivamente, utilizando-se as relações 3 sd/m e 10 sd/m (sd = desvio padrão da curva; m = sensibilidade da curva analítica). ecl. quím., são paulo, 34(3): 77 83, 200980 artigo article figura 2: cromatogramas obtidos para diferentes concentrações de cocaína: 1,0 , 5,0 , 10,0 , 20,0 , 30,0 e 40,0ppm. fase móvel: acetonitrila:água (95:5); vazão: 1,0ml/min; detecção em 224nm. os estudos de recuperação para a técnica proposta situaram-se em um intervalo entre 95% e 101%, com coeficientes de variação (cv) entre 0,4% e 3,9%, indicando uma elavada precisão na analise de cocaína, tanto na forma cloridrato quanto na forma de base livre (crack). a presença de substâncias contaminantes e adulterantes nas amostras estudadas não constituiu em interferência para tais análises, uma vez que as mesmas apresentam diferentes tempos de retenção na eluição da fase móvel, conforme evidenciado em um típico cromatograma de solução de amostra apreendida de crack, na figura 3. considerando-se um período de 6 minutos para uma análise completa da solução de amostra de cocaína sem efeitos de carryover, é possível estimar uma freqüência analítica de 10 análises por hora, ou 80 análises por dia, considerando-se somente período comercial de 8 horas diárias. neste contexto, tal metodologia atende perfeitamente a demanda local para estas análises, conforme informações coletadas no laboratório de polícia científica local. ecl. quím., são paulo, 34(3): 77 83, 2009 81 artigo article figura 3: cromatograma típico obtido para solução de amostra apreendida de cocaína, atentando-se para a presença de substâncias contaminantes/adulterantes na composição da mesma. fase móvel: acetonitrila:água (95:5); vazão: 1,0ml/min; detecção em 224 nm. utilizando-se a curva analítica obtida, bem como os cromatogramas obtidos para cada solução de amostra, foi possível calcular os teores de cocaína nas amostras de cocaína e crack estudadas neste trabalho, sendo estes resultados reportados na tabela 1, em ordem decrescente de teor de cocaína. ecl. quím., são paulo, 34(3): 77 83, 200982 artigo article tabela 1: resultados obtidos para a dosagem de cocaína em amostras apreendidas pela polícia utilizando-se a técnica clae com detector uv-vis (sd = desvio padrão para 3 medidas; cv = coeficiente de variação). amostra [cocaína] esperada (ppm) [cocaína] obtida (ppm) sd cv(%) dosagem (%) 1 25,0 23,9 0,9 3,7 95,6 2 25,0 21,5 0,5 2,4 86,0 3 25,0 19,4 0,2 1,2 77,6 4 25,0 16,4 0,3 1,9 65,6 5 25,0 16,2 0,1 0,7 64,9 6 25,0 9,4 0,1 1,3 37,4 7 25,0 5,4 0,2 3,2 21,6 8 25,0 4,7 0,1 2,9 18,9 9 25,0 4,4 0,2 3,9 17,5 10 25,0 3,4 0,1 2,7 13,6 os resultados obtidos indicaram a presença de cocaína em todas as amostras analisadas, com teores compreendidos entre 37,4% e 95,6% para amostras de cocaína e entre 13,6% e 21,6% para amostras de crack. estes resultados estão coerentes com o perfil químico observado para estas espécies, ou seja, um menor teor de cocaína nas amostras de crack é esperado, uma vez que a produção desta forma de entorpecente decorre do reaproveitamento das sobras das etapas de síntese da cocaína cloridrato. 4 conclusões a técnica cromatográfica proposta neste trabalho para a análise do teor de cocaína em amostras apreendidas apresentou boa repetibilidade e acuracidade. a freqüência analítica de 80 análises/dia viabiliza a referida técnica para ser aplicada em análises de rotina em laboratórios forenses, tanto na análise de amostras de cocaína quanto de crack. esta técnica instrumental apresenta inúmeras vantagens em relação aos testes clássicos convencionais colorimétricos empregados em análises de rotina, tais como a possibilidade de quantificação das amostras, bem como a eliminação de possibilidades de resultados do tipo falso positivo, inerentes aos exames colorimétricos, oferecendo desta forma, informações cruciais na etapa de investigação policial. como exemplo, pode-se obter um perfil químico das drogas apreendidas, com base na detecção tanto da droga quanto dos interferentes que a constituem, podendo-se correlacionar as amostras apreendidas a determinados traficantes ou determinadas regiões do planeta. de acordo com a literatura, esta é a primeira vez que um estudo sobre dosagem de cocaína em amostras apreendidas de entorpecentes pela técnica de clae é reportado no brasil. analysis of cocaine content in samples apprehended by police using the high-performance liquid chromatography technique with uv-vis detector. ecl. quím., são paulo, 34(3): 77 83, 2009 83 artigo article abstract: the hplc technique with uv-vis detection was employed in the analysis of cocaine content in apprehended samples of cocaine and crack. a peak signal for cocaine was obtained in 3.5 minutes run by using acetonitrile/water (95:5v/v) as a mobile phase. optimized spectrophotometric signal was obtained at a wavelength of 224 nm. the analytical curve from 1.0 to 40.0 ppm of cocaine was obtained, showing a linear correlation coefficient of 0.9989, with detection and quantification limits of 0.75 ppm and 3.78 ppm, respectively. this methodology was employed at the dosage of confiscated samples of cocaine and crack in the scientific police laboratory of ribeirão preto-sp city. keywords: cocaine, hplc, forensic chemistry 5 – agradecimentos os autores agradecem o suporte financeiro da fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp) e do conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). referências [1] santos, m. j.; kassouf, a.l. economia, 8 (2007) 187. [2] fajnzylber, p., lederman, d., & loayza, n. determinants of crime rates in latin america and the world: viewpoints. the world bank, washington, 1998. [3] coordenadoria de análise e planejamento. secretaria da segurança pública. estudos criminológicos 3 . disponível: <http://www.ssp.sp.gov.br/estatisticas/downloads/manual_estudos_criminologicos_3.pdf>. acesso: 28 abr. 2009, 14:19:00. [4] lei 11.343/ 2006 em: vade mecum. obra coletiva de autoria da editora saraiva com a colaboração de antonio luiz toledo, márcia cristina vaz dos santos windt e lívia céspedes. 7. ed. atual. ampl. saraiva: são paulo, 2009. p. 1731. [5] – j. l. zarzuela, química legal. em: tochetto, d. et al. tratado de perícias criminalísticas. ed. sagra-dc luzzatto, porto alegre, 1995, cap. 8, p. 164-169. [6] – m. l. menezes, g. a. muzardo, m. s. chaves, j. liq. chrom. rel. tech., 27 (2004) 1799. [7] – p. fernandez, l. morales, forensic sci. int. 161 (2006) 31. [8] – f. tagliaro, r. valentini et al., forensic sci. int. 107 ( 2000) 121. [9] – p. fernandez, m. leon et al., j. liq. chrom. rel. tech. 26 ( 2003) 2003. [10] – f. s. romolo, m. rotolo, et al., forensic sci. int. 138 (2003) 17. [11] – m. montagna, a. polentini et al. forensic sci. int. 128 (2002) 79. [12] – l. skender, v. karacic, et al., forensic sci. int. 125 (2002) 120. [13] – o. quintela, a. m. bermejo et al., forensic sci. int. 107 (2000) 273. [14] – m. c. ricossa, m. bernini, f. de ferrari, forensic sci. int.,107 (2000) 301. [15] – l. bujan, p. fernandez, anal. lett., 34 (2001) 2263. [16] –e. donato, c.c.s. martin, b. s. martinis, quim. nova 30 (2007) 1966. 21eclética química, 36 (4), 21-27, 2011. do para avaliação da concentração desses compostos em adultos (fêmeas em idade fértil), bem como a exposição das crianças [3]. os lactantes consomem quantidades substanciais de leite materno que podem atingir ou exceder a ingestão diária aceitável destes compostos [4]. laug et al. [5], foram os primeiros pesquisadores a relatar a presença de resíduos de ddt em amostras de leite humano nos estados unidos. a partir deste estudo, novas investigações em diferentes regiões do globo também detectaram resíduos de pesticidas organoclorados em amostras de leite humano, inclusive em comunidades isoladas e localizadas em áreas remotas [6]. apesar do uso de alguns dos compostos da classe dos organoclorados estar atualmente proibido pela legislação brasileira [7], resíduos destes compostos ainda são comumente encontrados, persistindo no meio ambiente, podendo assim contaminar águas, alimentos, animais e pessoas. matuo [8] determinou resíduos do ddt e seus metabólitos em leite humano em doadoras da região de ribeirão preto, sp. os valores encontrados foram comparáveis aos níveis observados em estudos conduzidos em diversos países desenvolvidos, variando entre 0,2 a 6,38 vezes o valor do limite de resíduos estabelecido para leite bovino pela fao/who [9]. matuo et al. [10], determinaram a presença de resíduos de lindane, heptacloro, aldrin, dieldrin e endrin em adição ao ddt, introdução o uso indiscriminado de pesticidas e a potencial contaminação ambiental associada têm preocupado pesquisadores e órgãos governamentais, principalmente os envolvidos com as questões de saúde pública e meio ambiente. o mau uso dos pesticidas pode acarretar efeitos nocivos tais como: aumento do número de pragas resistentes; toxicidade crônica e aguda em animais, inclusive ao homem (contaminação e intoxicação); mortalidade de algumas espécies; poluição ambiental [1] e resíduos em alimentos . devido a sua eficiência no controle de pragas, os pesticidas organoclorados foram intensivamente empregados na agricultura desde a década de 1940. a partir da década de 1970, devido a seus efeitos carcinogênicos e acumulativos, seu uso foi restringido. a presença de resíduos de organoclorados no ambiente está diretamente associada as propriedades físico-químicas deste grupo de moléculas, tais como natureza lipofílica, estabilidade e persistência [2]. o leite humano é uma via de eliminação dos pesticidas organoclorados, devido a sua bioacumulação em tecidos ricos em lipídeos nos organismos, por não ser uma técnica invasiva vem sendo amplamente utilizaworldwide, there is great concern with the issue of bioaccumulation of organochlorine compounds in human milk and their potential impact on health. breastfeeding is recognized as essential for the proper development and protection of children’s health. in this study, we collected human milk samples from 40 donors in piracicaba sp, and analyzed to determine the levels of residues of organochlorine pesticides: hexachlorobenzene (hcb), lindane, heptachlor, aldrin, heptachlor epoxide, o,p’ dde, aendosulfan, p,p’ dde, dieldrin, endrin, b-endosulfan, endosulfan sulfate, and methoxychlor. the analysis was performed by solid phase extraction (spe) and quantification by gas chromatography using electron capture detector (ecd). residues of organochlorine pesticides were detected in 65% of the donors evaluated. determination of organochlorine pesticide residues in human milk in piracicaba, sp rosana m.o. freguglia*1; graziela c. r. moura andrade1; valdemar luiz tornisielo1. 1laboratório de ecotoxicologia, centro de energia nuclear na agricultura – cena/usp, av. centenário, 303, bairro são dimas, caixa postal 96, cep: 13400-970, piracicaba – sp.* autor correspondente: ro_freguglia@hotmail.com 22eclética química, 36 (4), 21-27. 2011. centração 20 hg ml-1 do padrão contendo mistura dos pesticidas organoclorados, em hexano grau resíduo. a partir da solução estoque, foram preparadas soluções de trabalho (mix de organoclorados) nas concentrações: 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 hg ml-1 diluidas em hexano. o método de extração utilizado foi o descrito por mañes et al. [13] através de extração em fase sólida (sfe) utilizando cartuchos c18 (sep-pak vac 1g, waters corporation) com capacidade de 6 ml. as extrações (filtração e eluição) das amostras foram feitas com auxilio de câmara de vácuo. primeiramente, a coluna c18foi condicionada com 10 ml de metanol e 10 ml de água destilada (sob vácuo – fluxo 1 a 2 ml min-1). depois foi adicionado 5 ml de leite, 5 ml de água destilada, 10 ml de metanol e após foi homogeneizado por sonificação por 10 min. após a coluna foi lavada com água destilada (2 vezes) e a água descartada. a eluição foi realizada utilizando 10 ml de hexano, o extrato foi concentrado e ressuspendido em hexano. sistema cg-ecd as análises cromatográficas foram realizadas empregando-se um cromatográfo gasoso, marca chrompack cp 9001, equipado com detector de captura de elétrons 63ni; injetor “split” e nitrogênio ultrapuro como gás de arraste. condições cromatográficas foi empregada coluna db-5ms (j&w scientific inc.) com temperatura inicial de 240°c, final 280°c, com aquecimento de 20°c min-1, com temperatura do injetor de 250°c e do detector a 300°c; e volume de injeção de 2ml. para identificação e confirmação das amostras positivas, foi utilizado cromatógrafo gasoso acoplado ao espectrômetro de massa cg/em finnigan cgq, coluna db-5ms (j&w scientific inc.). a quantificação foi realizada por padronização externa. para a construção das curvas analíticas foram preparadas cinco soluções de trabalho diluídas com hexano, nas concentrações de 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 hg ml-1. as amostras de leite foram fortificadas com os organoclorados nas concentrações de 0,01 a 0,05 hg ml-1; homogeneizadas e colocadas a 4oc “overnight”. o branco de reagente foi preparado sem a matriz e a testemunha foi preparada com leite integral, sem fortificação. os resultados foram avaliados segundo codex alimentarius – resíduos de pesticidas em alimentos/ limites máximos de resíduos estranhos lmre [9] utilizando-se a recomendação de ingestão diária aceitável em 37 amostras de leite humano. os autores relataram a presença de resíduos em porcentagem significativa das amostras analisadas, sendo que o lindane foi detectado em 32% das amostras, algumas com valores elevados enquanto o heptacloro foi detectado em 65% das amostras consideradas. com a crescente preocupação com o destino e impacto dos pesticidas a fao/who tem formado comissões de especialistas em pesticidas para avaliar o impacto destes compostos, estabelecendo limites de resíduos em alimentos a partir dos dados científicos disponíveis. a ingestão diária aceitável (ida) expressa em mg kg–1 de massa corporal, estabelecida por longa avaliação toxicológica em animais experimentais, é definida como a quantidade de uma substância química que pode ser ingerida diariamente pelo homem durante toda vida, sem risco apreciável a sua saúde [11-12]. o presente trabalho teve por objetivo determinar os níveis de resíduos de pesticidas organoclorados hexaclorobenzeno (hcb), lindane, heptacloro, aldrin, heptacloro epóxi, o,p’ dde, aendosulfan, p,p’ dde, dieldrin, endrin, b-endosulfan, endosulfan sulfato e metoxicloro em leite humano, na região de piracicaba-sp e, com base nestas determinações, gerar um banco de dados sobre a contaminação de leite humano por resíduos de organoclorados. procedimentos experimentais as amostras de leite humano foram obtidas de mães voluntárias em processo de lactação no período de setembro de 2000 a agosto de 2002. foram coletados cerca de 30 g de leite, em frascos de vidro de boca larga. os frascos foram identificados, acondicionados em caixas térmicas com gelo e transportados ao laboratório de ecotoxicologia do centro de energia nuclear na agricultura – cena/usp, em piracicaba – são paulo. no laboratório, foram conservados sob refrigeração a 4oc até o momento da análise. foram rastreados os seguintes organoclorados: hexaclorobenzeno (hcb), lindane, heptacloro, aldrin, heptacloro epóxi, o,p’ dde, aendosulfan, p,p’ dde, dieldrin, endrin, b-endosulfan, endosulfan sulfato e metoxicloro (chemservice, west chester, usa). os solventes utilizados no processo de extração foram: metanol grau resíduo (tedia company – eua); hexano grau resíduo (mallinckrodt – frança). para lavagem e limpeza da vidraria foi utilizada acetona p.a (j.t. baker – méxico) e acetona grau resíduo (mallinckrodt – frança). foi preparada solução estoque na con23eclética química, 36 (4), 21-27. 2011. experimental. os mesmos critérios de ld foram adotados para o lq, utilizando a relação 10:1 [16]. a precisão representa a dispersão de resultados entre ensaios independentes, repetidos de uma mesma amostra, amostras semelhantes ou padrões, sob condições definidas e pode ser expressa através da estimativa do desvio padrão relativo (rsd), também conhecido como coeficiente de variação (cv) [16]. a exatidão é definida como sendo a concordância entre o resultado de um ensaio e o valor de referência aceito como convencionalmente verdadeiro [15] e foi avaliada através de ensaios de recuperação. resultados os parâmetros de validação do método estão apresentados na tabela 1 e os valores de recuperação variaram entre 70 e 120% e os cv foram menores que 20% para todos os organoclorados rastreados, de acordo com os critérios estabelecidos para análise de resíduos. resíduos de pesticidas organoclorados foram detectados em 65% das 40 amostras de leite humano avaliadas. do total de amostras avaliadas, 14 não apresentaram níveis detectáveis dos organoclorados monitorados. tabela 1. coeficiente de determinação, média das recuperações (nos níveis 0,02, 0,03 e 0,04 hg ml-1), coeficiente de variação, limite de detecção e limite de quantificação (ida), expresso em mg kg–1 de massa corporal, estabelecida por longa avaliação toxicológica em animais experimentais. a ingestão diária do contaminante (tid) expressa em mg kg-1 de massa corporal foi calculada através da fórmula [9]: tid = c . f. m onde: c= concentração média do contaminante na gordura do leite (mg g –1) f= concentração média da gordura no leite (g g –1) m= consumo médio de leite (g kg dia -1) a diferença entre a tid e a ida foi usada como indicativo para avaliar os níveis de contaminação: tid – ida ≤0: níveis de contaminação abaixo do estabelecido; tid – ida >0: níveis acima do estabelecido. de acordo com kelts e jones [14], o valor adotado para consumo médio foi de 125 g de leite kg dia -1, o teor de gordura no leite de 3,2 % e densidade de 1,032 g ml-1. validação do método a linearidade é a habilidade de um método analítico em produzir resultados diretamente proporcionais à concentração do analito nas amostras em dada faixa de concentração. a linearidade pode ser obtida por padronização interna ou externa e é formulada como expressão matemática usada para o cálculo da concentração do analito a ser determinado na amostra real. o coeficiente de determinação (r2) é freqüentemente usado para indicar o quanto pode ser considerada adequada a reta como modelo matemático [15]. o limite de detecção (ld) representa a menor concentração da substância em exame que pode ser detectada, mas não necessariamente quantificada, utilizando um determinado procedimento experimental. neste estudo foi comparado os picos de amostras em baixas concentrações conhecidas do composto de interesse na matriz e no branco (matriz isenta do composto de interesse), estabelecendo assim uma concentração mínima na qual a substância pode ser facilmente detectada. a relação sinal-ruído considerada foi de 3:1 [16]. o limite de quantificação (lq) representa a menor concentração da substância em exame que pode ser medida, utilizando um determinado procedimento 24eclética química, 36 (4), 21-27. 2011. tabela 2 – limite máximo de resíduo estranho, resíduos, ingestão diária aceitável, tid e tid – ida dos organoclorados detectados no leite humano 25eclética química, 36 (4), 21-27. 2011. a tid do hexaclorobenzeno foi respectivamente 36 e 241% maiores que a ida determinada pelo codex. não foi possível explicar porque estas amostras apresentaram resíduo de hexaclorobenzeno em níveis considerados elevados. alguns autores atribuem este fato a contaminações originárias de produtos empregados em uso doméstico ou acidental [18]. segundo cunha [19], um dos principais usos do hcb técnico foi na atividade agrícola, florestal e para fins sanitários, inclusive no uso doméstico para controle de escabiose. em 5 % das amostras analisadas, foram encontrados p,p’ dde e o,p’ dde, respectivamente, e em 3% o organoclorado metoxicloro. segundo os critérios estabelecidos pela fao, os níveis residuais destes compostos foram considerados toleráveis (abaixo da lmre). entretanto, as concentrações presentes estiveram acima do limite de detecção do método empregado, sendo que, num alimento importante como o leite materno, seria desejável uma completa ausência de contaminação por este tipo de composto. o organoclorado lindane foi detectado em 5% das amostras analisadas, entretanto todas abaixo dos limites seguros estabelecidos para este pesticida. do total de amostras analisadas, 35% não apresentaram níveis detectáveis dos pesticidas organoclorados avaliados. discussão em doadoras de leite materno de cuiabá, mt, 12% das amostras de leite estavam contaminadas por heptacloro [20]. do total de 32 doadoras pesquisadas, 4 amostras de leite apresentaram resíduos de heptacloro, porém, todas com níveis abaixo do determinado pelo lmre. em estudos realizados com leite humano em diferentes regiões [9, 21-26] pode-se observar que, devido a grande diversidade de organoclorados utilizados e a variedade de culturas e costumes, não é possível traçar um perfil epidemiológico ou avaliar os resíduos de organoclorados detectados, ao longo dos anos. o perfil tem um caráter regional, muito ligado ao tipo de agricultura que se praticou e da cultura predominante na região. ou seja, há uma clara necessidade de investigações detalhadas e locais quanto aos níveis de organoclorados presentes em amostras de leite humano, sendo igualmente importante se conhecer as principais vias de exposição a estes contaminantes. o aldrin foi um pesticida muito utilizado na agricultura, principalmente em regiões canavieiras, como o composto organoclorado encontrado com maior incidência foi o heptacloro epóxi, presente em 43% das amostras. apenas uma amostra, identificada por ne08, apresentou concentração do contaminante acima dos limites estabelecidos para ida (tabela 2). das amostras analisadas 13% apresentaram resíduos de heptacloro. a amostra ne08 também apresentou resultados acima da ida (tabela 2) para este organoclorado. a ida estabelecida para resíduos de heptacloro e heptacloro epóxi é de 0,0001 mg kg-1 de peso corporal, referindo-se à soma dos níveis toleráveis dos produtos. a amostra ne08 apresentou níveis acima dos aceitáveis para ambos os compostos (tid= 0,00031 mg kg-1 de massa corporal), sendo este valor 3 vezes maior que o recomendado. a amostra e19 apresentou valor de tid= 0,000123 mg kg-1 de massa corporal para heptacloro epóxi, 23% acima do determinado pelo codex [9]. os tid médios encontrados neste trabalho foram de 0,00059 mg kg-1 de massa corporal para o heptacloro epóxi e 0,00075 mg kg-1 de massa corporal para o heptacloro, valores correspondentes à concentração média de 0,001637 e 0,001971 mg kg-1, respectivamente. estes valores são muito próximos aos encontrados por matuo et al. [10], que estudou resíduos de organoclorados em amostras de leite humano da região de ribeirão preto, sp, encontrando heptacloro em 66% das 37 amostras analisadas, com concentração média de 0,0014 mg kg–1. o dieldrin foi detectado em 30% das amostras avaliadas. das amostras analisadas, somente as identificadas como ne25 e ne26 apresentaram valores acima dos estabelecidos pela legislação vigente; nas demais, os níveis detectados estiveram abaixo do lmre (tabela 2). os organoclorados aldrin e o endrin não foram detectados nas amostras analisadas. o aldrin, após a absorção, sofre rápida metabolização hepática, transformando-se em seu epóxido correspondente, o dieldrin. deste modo, caso não hajam indícios de exposição recente ao composto, existe pouca probabilidade de se encontrar este resíduo em sua forma original [8, 17]. em 18% das amostras de leite foram encontrados resíduos de hexaclorobenzeno, sendo que, duas amostras apresentaram concentração acima do lmre permitido para este composto (e36 e ne33). a amostra e36 apresentou valor de 276% acima do lmre, enquanto que os resultados da amostra ne33 foram 842% acima do permitido. para estas duas amostras, 26eclética química, 36 (4), 21-27. 2011. permitidos. no brasil, apesar da proibição do uso de organoclorados desde 1985 seu uso clandestino ainda é representativo, seu uso é permitido em campanhas públicas para combate de vetores transmissores de malária e em outros países são utilizados nas plantações de tabaco. atualmente o organoclorado dicofol é permitido nas culturas de algodão, citros e maça e o organoclorado endosulfam, classificado pelo ministério da agricultura como ciclodienoclorado, ainda é permitido nas culturas de algodão, cacau, café, cana-de-açúcar e soja. no brasil, o primeiro trabalho avaliando resíduos de ddt foi apresentado por matuo [8], em ribeirão preto, sp. passado uma década, matuo [29] observou que os níveis de ddt encontrado na mesma região haviam diminuído. o ddt e seus metabólitos foram os organoclorados que mais despertaram interesse dos pesquisadores. os primeiros alertas sobre o ddt tiveram início nos anos sessenta, do século passado, quando alguns ambientalistas já discutiam sobre alterações observadas no meio ambiente. após a proibição do uso nos anos 70 estudos de monitoramento têm apresentado o ddt como o composto que vêm apresentando maior queda nas concentrações. na suécia [18], pesquisas mostraram que, em 1997 a concentração de ddt representava 1% da encontrada em 1967. o p,p’ dde avaliado a partir de 1972 apresentou um decréscimo de 95% na avaliação realizada em 1997. conclusão resíduos de organoclorados foram encontrados em 65% das amostras de leite humano avaliadas sendo detectados, principalmente, os compostos: heptacloro epóxi, heptacloro, dieldrin e hexaclorobenzeno. em apenas 1 doadora, a ida apresentou-se acima do limite estabelecido pela fao/who. o contaminante mais freqüente neste grupo de doadoras foi o heptacloro epóxi, presente em 43% do leite das doadoras. isto reflete a realidade da região de piracicaba, sp, onde a cultura de cana-de-açúcar é economicamente importante e, onde este organoclorado foi utilizado em larga escala. quanto ao hexaclorobenzeno, encontrado em 18% das doadoras, o fato de uma doadora apresentar nível 3,4 vezes acima do limite estabelecidos pelos órgãos ligados a saúde foi tratado como um caso isolado, pois, pelos dados levantados, não foi possível estabelecer as origens desta contaminação. é o caso de piracicaba, sp. os organoclorados heptacloro e aldrin, além de serem muito empregados como formicidas, são também recomendados para outras culturas. em levantamentos feitos até 1983, o dieldrin chegou a ser detectado em 100% das amostras de leite humano, sendo que, em 1992, foi encontrado com freqüência média de 20%, [10]. na suécia, as concentrações de dieldrin encontradas no leite humano em 1985 corresponderam a 13% do encontrado em 1967 [18]. no brasil são conhecidos poucos casos de contaminação pelo hexaclorobenzeno, entre eles o ocorrido no município de duque de caxias-rj, onde foi instalada uma unidade de produção na década de 50. a fábrica foi desativada em 1960, porém, estudos desenvolvidos pela fundação estadual de engenharia de meio ambiente do rio de janeiro indicaram a existência de aproximadamente 15.000 m3 de solo contaminado na região, com concentração média superior a 100 mg kg –1. a região de são caetano do sul-sp vem enfrentando problema semelhante, onde se instalou o complexo industrial matarazzo, desativado na década de 80. na avaliação do risco de contaminação realizada por cunha [19] nessas áreas contaminadas por fontes industriais desativadas, os resultados apresentaram elevados níveis de contaminação no solo. em países mais desenvolvidos, a proibição de organoclorados como hexaclorobenzeno e lindane tem resultado em um declínio gradual dos níveis destas substâncias no ambiente. no monitoramento realizado na suécia, não foi observado declínio acentuado destes resíduos até 1974, sendo que a partir desta data as concentrações de hexaclorobenzeno foram gradativamente diminuindo e, em 1997, representavam apenas 5% dos valores originalmente determinados para 1974 [18]. em outros estudos, porém, apesar da tendência de declínio verificada, o mesmo foi mais lento, sendo que as concentrações encontradas parecem refletir a circulação total dessas substâncias em todo o planeta. em duas cidades da espanha, granada e alméria, campoy et al. [27] obtiveram como resultados preliminares 94% das amostras de leite humano contaminadas com hcb, o que se justifica pelo fato do hcb ter sido muito utilizado como fungicida até 1980 em toda a europa. a presença de resíduos de organoclorados em leite materno é relatada por diversos autores em países como austrália [3], argentina [4], índia [28] e china [26] e um decréscimo não tão acentuado dessas concentrações tem sido observada nas últimas décadas. essa desaceleração pode estar relacionada à ingestão de alimentos oriundos de regiões onde os organoclorados são 27eclética química, 36 (4), 21-27. 2011. acessado em 14/agos/2009. [13]. j. mañes, g. font, y. picó, j. chromat. 642 (1993) 195. [14]. d. g. kelts; e. g. jones, manual de nutrição infantil. rio de janeiro: editora guanabara, 1995, 312. [15]. inmetro. orientação sobre validação de métodos de ensaios químicos: doq-cgcre-008. rev. 02, (2007) 24. 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[29]. y. k. matuo, tese (doutorado) escola de enfermagem, universidade de são paulo (1987) 189. evidencia-se a necessidade de maiores estudos sobre os organoclorados na região, evitando-se o agravamento do problema. faz-se necessário ainda maiores esforços para o estabelecimento de programas de educação voltados à comunidade e medidas de prevenção de riscos à saúde humana e ao ambiente. diante dos níveis de contaminação e das vantagens associadas ao aleitamento materno, este estudo se apresenta como um alerta às autoridades sobre a presença de contaminantes que, apesar de dentro dos limites, não deveriam estar presentes no leite humano. agradecimentos os autores agradecem à fundação de amaro à pesquisa do estado de são paulo e ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico pelo apoio financeiro. referências: [1] s. h. g. brondi, tese (doutorado) instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, (2000) 133. 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[12]. anvisa. disponível em: <http://www.anvisa. gov.br/alimentos/informes /17_190106.htm>. 0921.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 17 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, : 17 23, 201035 4 extração do corante da beterraba (beta vulgaris) para utilização como indicador ácido-base 1 2 1*ariela suzan cuchinski , josiane caetano , douglas c. dragunski 1universidade paranaense, praça mascarenhas de moraes, 87502-210, umuarama – pr-brasil. 2departamento de engenharias e ciências exatas, universidade estadual do oeste do paraná, unioeste pr, toledo-pr 85903-000, brazil resumo: . palavras-chave: beterraba, titulação, indicador natural. no presente trabalho, foi investigado o comportamento do extrato aquoso e alcoólico da beterraba (beta vulgaris) como um indicador ácido-base, tendo como objetivo principal despertar o interesse pelo uso dos indicadores naturais, como alternativa didática para transmissão dos conceitos de titulação, equilíbrio químico e a lei de lambert-beer. para a realização dos experimentos foram utilizadas soluções padrão de ácido clorídrico (hcl), ácido acético e hidróxido de sódio (naoh). inicialmente foram feitos testes para avaliar a reversibilidade do sistema, e observou-se que a coloração passa de vermelho para amarela com adição de base e retorna para vermelho com adição do ácido, sendo possível sua utilização para explicação do equilíbrio químico. as análises de espectroscopia uv-vis mostraram que os espectros de absorção molecular na região do visível, apresentam diferentes característica, dando indícios que ocorreu modificação na estrutura do indicador em meio ácido e básico. após as análises volumétricas constatou-se que os pontos de equivalência determinados com o indicador natural tiveram concordância com os obtidos pelo método potenciométrico. além disso, os extratos aquosos e alcoólicos da beterraba apresentam potencial didático para a explicação da lei de lambert-beer, sendo que no meio ácido houve uma melhor correlação comparado com o meio básico 1. introdução inúmeras espécies de plantas, flores e frutas possuem substâncias coloridas em sua seiva que mudam de cor conforme o ph do meio em que estão inseridas, sugerindo que tais espécies podem atuar como indicadores ácido-base. estes indicadores naturais estão se revelando como um providencial recurso didático utilizado em algumas regiões do país [1]. os indicadores são substâncias capazes de mudar de cor dependendo das características físicoquímicas da solução na qual estão contidas. podem ser classificados de acordo com o mecanismo de mudança de cor ou os tipos de titulação nos quais são aplicados. os indicadores ácido-base, ou indicadores de ph, são substâncias orgânicas fracamente ácidas (indicadores ácidos) ou fracamente básicas (indicadores básicos) que apresentam cores diferentes para as suas formas protonadas e desprotonadas. a mudança de coloração ocorre numa estreita, porém, bem definida faixa de ph [2]. os ácidos e as bases estão entre os compostos mais comuns, sendo que muitos são substâncias industriais e domésticas, e alguns deles componentes dos líquidos biológicos [3]. também podem ser usados na química para determinar as concentrações de vários componentes de uma amostra. isso ocorre quando são realizadas titulações em que o titulante e o titulado são bases ou ácidos reagindo estequiometricamente. a utilização de um método visual de mudança de coloração com o auxílio de indicadores de ph, é uma forma para identificar a equivalência entre os ácidos de 18 artigo article bases. assim, à substância é adicionada á solução a ser titulada até que ocorra uma alteração de coloração, indicando o ponto final. outra maneira de se realizar esta titulação é através de um phmetro, em que é possível observar a variação de algumas unidades no ph da solução [4,5,6]. uma alternativa para ensinar a titulação em aulas práticas é a utilização de corantes naturais, os quais possuem a propriedade de mudar de coloração quando se varia o ph. a beterraba é um destes indicadores naturais pertencendo à família chenopodiaceae, na qual a parte comestível é a raiz tuberosa. esta hortaliça tem coloração vermelho-arroxeada devido à presença dos pigmentos betalaínas. as betalaínas são compostos semelhantes às antocianinas e flavonóides, sendo pigmentos hidrossolúveis e são divididas em duas classes: betacianina (responsável pela coloração avermelhada) e betaxantina (responsável pela coloração amarelada), caracterizando a coloração típica das raízes de beterraba [7]. na beterraba fica evidenciada a presença de um pigmento vermelho com características polares, a substância betanina, que corresponde a entre 75% e 95% dos pigmentos. as betalaínas são estáveis em ph 4 e 5; e razoavelmente estáveis em ph 5 a 7 e instáveis em presença de luz e ar, além destes fatores a atividade de água e o oxigênio afetam a estabilidade dos pigmentos[8]. figura 1. conversão da betanina em função do ph do meio. ecl. quím., são paulo, : 17 23, 201035 4 artigo article 19 os extratos da beterraba apresentam diferentes colorações quando estão em meio ácido ou básico. o comportamento observado é justificado pela isomerização da betanina em função do ph do meio, conforme pode-se observar na figura 1 [8]. assim, este trabalho teve como objetivo despertar o interesse pelo uso dos indicadores naturais (extratos de beterraba), como alternativa didática para transmissão dos conceitos de titulação, equilíbrio químico e aplicação da lei de lambert-beer, devido a sua fácil obtenção e baixo custo para o ensino, proporcionando sua utilização em qualquer escola. 2. material e métodos 2.1. obtenção do extrato 2.1.1. extrato aquoso a espécie utilizada para obtenção dos extratos da beterraba foi a beta vulgaris, em que foram usados aproximadamente 50g de beterraba in natura, previamente descascada e cortada. posteriormente, adicionou-se 150 ml de água destilada, aqueceu-se a solução à fervura, até que a água reduzisse a metade do volume inicial. o tempo da extração foi de aproximadamente 45 minutos, esperou-se a solução esfriar onde então se filtrou, sendo posteriormente armazenado em frasco escuro, em congelador doméstico [9]. 2.1.2. extrato alcoólico para a obtenção do extrato alcoólico foram utilizados 50g de beterraba in natura, previamente descascada e cortada em pequenos pedaços e utilizou-se como solvente 100 ml de etanol 99,5%; o tempo estabelecido para a extração foi de 48 horas. o béquer foi envolto por papel alumínio e mantido em temperatura ambiente, após este período filtrou-se a solução e levou o filtrado à evaporação em rota evaporador à temperatura de 49º c, até obtenção de volume constante, o extrato foi armazenado em frasco escuro, em congelador doméstico [10]. 2.2. reagente e soluções as soluções foram preparadas com água destilada. todas as operações foram realizadas em sala oclimatizada a (25 ± 1) c, onde se encontram instalados os equipamentos de medida. tanto as soluções dos ácidos clorídrico e acético quanto às soluções de hidróxido de sódio foram preparadas em concentra-1ções de 0,1 mol l , segundo procedimento descrito em livros-texto de química analítica experimental, posteriormente padronizadas [11]. estas soluções foram utilizadas nas titulações ácido-base. 2.3. equipamentos ph – metro com eletrodo combinado de vidro: tecnal tec – 2; rota – evaporador: tecnal te 210, acoplado a uma bomba de vácuo tecnal te – 058; espectrofotômetro: analyser 800 m; agitador: fieston mod. 752 a; 2.4. análise volumétrica as análises volumétricas foram realizadas utilizando as soluções padronizadas de ácidos clorídrico e acético (titulados) e hidróxido de sódio (titulante). o extrato de beterraba foi utilizado como indicador do ponto final. foram usadas pipetas de 20ml e buretas de 50ml, calibradas previamente. para comparação dos valores obtidos, fez-se a mesma titulação usando o eletrodo de vidro combinado, em que o valor do ponto de equivalência foi determinado através da primeira derivada. 2.5. lei de lambert-beer espectros de absorção na região do ultravioleta e do visível foram obtidos em diferentes valores de ph, para determinação dos comprimentos de onda dos máximos de absorção, bem como para demonstração da alteração destes espectros em função da acidez do meio. para verificação da lei de lambert-beer foram utilizadas alíquotas do extrato aquoso e alcoólico, 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; e 1,0 ml, respectivamente as quais foram diluídas com soluções de hcl e naoh, obtendo-se um volume final de 5 ml. as absorbâncias foram medidas em função da diluição. 3. resultados e discussão 3.1. reversibilidade do equilíbrio e mudança de cor em função do ph inicialmente os extratos foram colocados em diferentes ph (1 à 12) para avaliar a alteração de coloração. nas figuras 2a e 2b, pode-se observar que tanto o extrato aquoso como o alcoólico apresentaram coloração avermelhada quando colocados em meio ácido, apresentando alteração de coloração com o aumento do ph. na faixa de ph entre 1 e 9,5 a coloração permaneceu a mesma (vermelha), entretanto ocorreu uma alteração na coloração para amarelo próximo do ph 12. assim este indicador natural poderia ser utilizado para visualizar diferenças entre ph abaixo de 9,5 (vermelho) e acima 12,1 (amarelo). foram também realizados testes para avaliar a reversibilidade deste sistema. notou-se que após a ecl. quím., são paulo, : 17 23, 201035 4 20 adição de ácido (quando a coloração encontrava-se amarela, ph>12), ocorreu o retorno da coloração vermelha, indicando que a beterraba poderá ser utilizada em estudos para a demonstração do equilíbrio químico, corroborando com estudos realizados pelo gepeq [12]. 3.2. comparação entre métodos para avaliar a viabilidade na utilização destes indicadores, foram realizadas titulações ácido-base e comparadas com a tradicional técnica potenciométrica utilizando o eletrodo de vidro. as medidas foram realizadas em triplicata usando o ácido clorídrico e o acético como titulados e o hidróxido de sódio como titulante. para as medidas potenciométricas os volumes de equivalência foram obtidos utilizando a primeira derivada (figuras 3a e 3b). comparando os resultados da titulação potenciométrica com a titulação volumétrica (tabela 1), pode-se notar que os mesmos estão próximos, indicando que este extrato poderá ser utilizado como indicador ácido-base em titulações, sendo que o valor do erro comparando o método potenciométrico com o visual foi em torno de 2%, este erro é observado geralmente nas titulações. nota-se que para o ácido fraco o erro foi mais pronunciado (6,1%), corroborando com o apresentado por bobbio [13], pois o extrato em meio básico pode sofre alguns modificações estruturais, dificultando a visualização do ponto de viragem, proporcionando assim um maior erro. figura 3. (a) titulação potenciométrica de ácido acético com hidróxido de sódio; (b) titulação potenciométrica de ácido clorídrico com hidróxido de sódio. figura 2. (a) escala de ph para o extrato aquoso: tubo 1 ph 1,2; tubo 2 ph 3,1; tubo 3 ph 5,5; tubo 4 ph 9,5; tubo 5 ph 10,8 e tubo 6 ph 12,1. (b) escala de ph para o extrato alcoólico: tubo 1 ph 1,2; tubo 2 ph 3,1; tubo 3 ph 5,5; tubo 4 ph 9,5; tubo 5 ph 10,8 e tubo 6 ph 12,1. (a) (a) (b) (b) 0 2 4 6 8 10 12 14 o 1 derivada p h volume de base (ml) acido acético x hidróxido de sódio 0 5 10 15 20 25 30 17 ml 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 12 14 p h volume de base (ml) ácido clorídrico x hidróxido de sódio o 1 derivada 18 ml artigo article ecl. quím., são paulo, : 17 23, 201035 4 artigo article 21 3.3. espectros de absorção molecular as medidas espectroscópicas mostraram alterações nas bandas espectrais, dando indícios de que as estruturas das moléculas sofreram modificações em diferentes ph (3,1 e 12,1), como pode ser visto nas figuras 4a e 4b. o comportamento do extrato aquoso e alcoólico da beterraba, tanto em meio ácido quanto em meio básico, demonstra a modificação de coloração associada à forma dos espectros, ou seja, dos máximos de absorção, como mostrados nas figuras 4a e 4b [14]. em meio ácido, predomina uma coloração vermelha (ph abaixo de 5,0), com ë máx. (comprimento de onda máximo) em 540nm para o extrato aquoso e 545nm para o extrato alcoólico. utilizou-se este valor de absorção, devido a esta banda estar mais distante da forma básica, assim pode-se visualizar melhor os resultados. no meio básico (ph acima de 12,0), apresenta-se uma coloração amarela, com intensificação da banda em 418 nm para o extrato aquoso e 424nm para o extrato alcoólico. a mudança de coloração geralmente é atribuída à variação estrutural dos corantes presentes no extrato, neste caso principalmente as betalaínas. esses resultados corroboram com os obtidos visualmente. 3.4. verificação da lei de lambert-beer a relação que existe entre a absorbância de uma solução e a quantidade de espécie absorvente, em certo comprimento de onda, é dada pela expressão [15]: tabela 1. comparação entre os resultados de detecção dos pontos finais em titulação ácido – base, utilizando extrato aquoso e alcoólico como indicador visual e com eletrodo de vidro. * média de 3 determinações. condições: volume de ácido titulado = 20ml. todos os reagentes utilizados em -1concentrações de 0,1 mol l . titulante adicionado a partir de uma bureta de 50,0ml sistema volume médio de equivalência* (ml) potenciométrico visual erro (%) hcl/naoh extrato aquoso 18,0 17,6 2,2 extrato alcoólico 18,0 17,5 2,7 ac. acético/naoh extrato aquoso 17,0 17,7 4,1 extrato alcoólico 17,0 18,0 6,1 350 400 450 500 550 600 650 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 ë = 418nm ë = 540nm a b so rb â n ci a comprimento de onda (nm) extrato aquoso ph = 3,1 ph = 12,1 350 400 450 500 550 600 650 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 ë = 545nm ë = 424nm a b s o rb â n ci a comprimento de onda (nm) extrato alcoólico ph = 3,1 ph = 12,1 (a) (b) figura 4. (a) espectros de absorção molecular do extrato alcoólico em meios ácido e básico. (b) espectros de absorção molecular do extrato aquoso em meios ácido e básico. ecl. quím., são paulo, : 17 23, 201035 4 22 artigo article a = a b cë ë onde a = absorbância no comprimento de onda ë.ë a = coeficiente de absortividade no comprimento ë de onda ë. b = caminho óptico. c = concentração da espécie absorvente. a lei de lambert-beer propõe uma dependência linear entre a absorbância e a concentração das espécies presentes em uma solução. assim, observouse o comportamento dos extratos alcoólico e aquoso da beterraba, em relação a esta lei. os resultados obtidos estão apresentados nas figuras 5a e 5b. constatou-se que em meio ácido, tanto para o extrato aquoso quanto alcoólico, os pontos estão mais próximos da reta, ou seja, o valor do coeficiente linear está mais próximo de 1, como mostrado nas figuras 5a e 5b e na tabela 2. entretanto, para o meio básico não se observa o mesmo comportamento, ou seja, os pontos não estão próximos da reta e os valores do coeficiente são diferentes de 1. estes desvios podem ser atribuídos à instabilidade do extrato em meio básico como mostrado por bobbio [13]. figura 5. . (a) valores de absorbância em função da concentração de extrato, ë de 540nm para o meio ácido e máx. ë de 418 para o meio básico. (b) valores de absor-máx. bância em função da concentração de extrato, ë de máx. 545nm para o meio ácido e ë 424 para o meio básicomáx. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 a b so rb â n ci a volume de extrato (ml) extrato alcoolico meio basico meio acido (b) (a) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 a b so rb â n ci a volume de extrato (ml) extrato aquoso meio basico meio acido forma á c i d a forma b ásica â / nm extrato r â / nm extrato r 545 alcoólico 0,998 424 alcoólico 0,988 540 aquoso 0,987 418 aquoso 0,934 tabela 2. resultados do comportamento do extrato aquoso e alcoólico em relação à lei de lambert – beer. r – coeficiente de correlação através dos dados apresentados observa-se que o extrato alcoólico obteve um melhor resultado em relação à lei de lambert–beer para o meio ácido e básico. no entanto, o extrato aquoso apresentou resultados satisfatórios para o meio ácido. 4. conclusão os resultados para os extratos de beterraba mostraram-se promissores para sua utilização como indicadores de ph em titulações ácido-base, pois a mudança de coloração foi percebida facilmente no ponto de viragem, além dos volumes de equivalência estarem próximos aos obtidos com o eletrodo de vidro (potenciométrico). podem também ser aplicados para a explicação de equilíbrio químico, por ter apresentado boa reversibilidade da cor em diferentes ph. os extratos apresentaram uma boa concordância com a lei de lambert-beer, tendo um destaque para o extrato alcoólico, o qual apresentou excelente correlação, tanto em meio ácido quanto básico. portanto, estes extratos podem ser uma alternativa simples e de baixo custo para explicar diversos conteúdos nas aulas de química, tornando o aprendizado mais interessante. ecl. quím., são paulo, : 17 23, 201035 4 artigo article 23 5. referências [1] c. a. i. mazali, f. ferraz, i. c. voegel, a. b. sá, revista científica do imapes (2006) 13. 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zn, cu e ni nos sítios mais poluídos próximos ao centro da cidade. além disso, enriquecimento de mn foi observado para as amostras da área menos poluída coletadas em época de frutificação. uma inconsistência foi encontrada sobre os baixos valores do fator de enriquecimento de la e y e a distribuição desses elementos nas amostras. isso sugere que o algoritmo aplicado ainda não é o melhor parâmetro para avaliar a acumulação desses elementos nesse tipo de matriz ambiental. o teste de pearson encontrou significante correlação entre o elemento na, ca, cu, fe e correlação negativa com na e mn. correlações positivas também foram encontradas entre co e k, la e al. três aspectos podem ser considerados nos resultados obtidos: a morfologia da rhipsalis; a influência da concentração dos íons em efeitos inibitórios de absorção de outros íons; a deposição do spray marinho nas plantas. palavras-chave: rhipsalis lindbergiana k. schum, bioindicadores, metais traços ____________________________________________________________________________ abstract: currently epiphytes have been considered an important type of passive biomonitors for its high spread in the forests of tropical countries. the rhipsalis lindbergiana is a typical epiphyte in the atlantic forest of brazil, but there is no data available to establish its role as a metal traces bioaccumulator. in this way, this work has succeeded in elementar characterization of the rhipsalis lindbergiana samples collected in niterói city, rj. it was applied optical spectrometry in order to evaluate the amounts of major ca, k, mg and na and trace elements fe, al, mn, zn, cu, co, ni, la and y. the results showed the average ratio ca / k = 0.59 ± 0.27, with range between 1.16 and 0.19. the al normalization showed enrichment of zn and cu in the sites of uff’s chemistry institute; zn, cu and ni in the most polluted sites next to town. furthermore, enrichment of mn was observed in the sample of green area collected during the fructification season. an inconsistency was found about low values of the enrichment factor of la and y and the distribution of these elements in the samples. this suggests that the applied algorithm is not yet the best parameter to evaluate the accumulation of these elements in this type of environmental matrix. pearson's test pointed out a significant positive correlation between the elements na, ca, cu and fe and a negative correlation with na and mn. positive correlations were also found between co and k, la and al. three aspects can be taken into account from the results obtained: the 1 instituto de química, universidade federal fluminense. outeiro de s. joão baptista, s/no, centro, 24020-150, niterói. file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 43 43 morphology of the rhipsalis; the influence of some ion concentration on absorption of other ions; the deposition of sea spray on the plants. introdução bioindicadores são organismos ou comunidade de organismos que reagem a alterações ambientais com a modificação de suas funções vitais normais e/ou da sua composição química, permitindo conclusões a respeito das condições do ambiente onde se situam e uma real verificação do impacto da poluição para o ecossistema, pois considera a integração de fatores endógenos do organismo monitorado, assim como integração de fatores externos e detecção de estresse crônico por baixos níveis de poluição atuando por períodos prolongados [1]. o papel das plantas lenhosas como bioacumuladores e biorremediadores de solos vem sendo estabelecido tanto para países temperados como para de clima tropical, porém os métodos de pesquisa, bem como os processos de absorção e adsorção dos poluentes e contaminantes ainda não são bem conhecidos [2-12]. inicialmente, foram utilizados os líquens como bioindicadores, na tentativa de diminuir a complexidade dos processos investigados no triângulo contaminante atmosférico – planta indicadora – ecossistema. este sistema simbiótico de algas e fungos vem sendo empregado com sucesso, tanto como indicador passivo quanto indicador ativo, ou seja, introduzido no ecossistema estudado [13-18]. atualmente, as epífitas têm sido consideradas um importante tipo de biomonitor passivo pela sua alta disseminação nas matas dos países tropicais, em paralelo a sua significação ecológica. as plantas epífitas simplificam as questões sobre os processos de acumulação de poluentes, pois guardam a vantagem de não sugar a seiva de seu hospedeiro. seus nutrientes são obtidos do húmus que se forma na casca dos galhos e troncos velhos, bem como da poeira do ar [19]. é o caso de algumas espécies da tillandsia, por exemplo [20-28]. plantas epífitas vasculares (possuem tecidos vasculares especializados, como xilema e floema, ao contrário dos musgos e hepáticas) compõem cerca de 10% de todas as plantas vasculares conhecidas, perfazendo em torno de 29.000 espécies. típicas de países tropicais, as plantas epífitas vêm sendo sugeridas como bioindicadores passivos destes ecossistemas. elas apresentam relevantes modificações na sua abundância, variedade e estrutura no que se refere à interferência antropogênica e climática sobre as florestas [25]. as epífitas são importantes fontes de recursos para a infinidade dos organismos voadores, arborícolas e escansoriais do dossel da floresta, contribuindo com alimento, água ou mesmo material para construção de ninhos. a capacidade de elaborar quantidades consideráveis de biomassa suspensa, associada à retenção de águas e detritos, confere aos epífitos vasculares um importante papel na produtividade primária e ciclagem de nutrientes da floresta. além de atuarem como indicadoras globais de mudanças climáticas, provêm o homem com material de valor horticultural, medicinal e econômico [30-32]. a rhipsalis lindbergiana k. schum. é uma cactácea epífita vulgarmente conhecida como rhipsalis ou “rabo de rato”, típica da mata atlântica da região sudeste do brasil [33-36]. possui caule verde, excepcionalmente cilíndrico e a dificuldade maior para o leigo está em distingui-la de outras espécies, como a rhipsalis cassutha ou também conhecida como baccifera [37-41]. a princípio, ela parece bem disseminada pela mata atlântica, porém percebe-se uma grande retirada de seus habitats naturais para uso de jardinagem, assim como consequência de podas indiscriminadas e retiradas de árvores para urbanização [42]. encontram-se disponíveis sobre as rhipsalis algumas publicações a respeito da estrutura, disseminação, filogenia e relações em ecossistemas específicos [43-50], porém seu potencial como bioacumulador de metais traços ainda não foi investigado. a fim de favorecer essa discussão, no presente artigo são apresentados os resultados da caracterização química multielementar de amostras de rhipsalis lindbergiana coletadas no município de niterói entre os anos de 2006 a 2008, em áreas de níveis de impactação antrópicas relativamente diferenciadas. eclética química, vol. 40, 42-51, 2015. 44 44 procedimentos experimentais local de coleta niterói está localizada a leste do rio de janeiro (22 o 52’s e 43 o 06’o). é caracterizada pelo litoral praiano constituído de praias e morros; mas é também uma cidade repleta de pequenas indústrias, uma estação de balsas, indústria naval e apresenta uma ocupação humana desordenada ao longo dos últimos anos [51]. as amostras de rhipsalis lindbergiana foram inicialmente coletadas em três áreas com níveis de impactação ambientais aparentemente diferenciados: a) ambiente urbano com matas preservadas ( região de pendotiba); b) ambiente urbano com alta densidade de tráfego (bairros de icaraí, santa rosa e centro); c) campus da uff onde se situa o instituto de química, situado em um morro bastante arborizado e arejado, que fica diante da baía de guanabara, conhecido como morro do valonguinho. a coleta foi racionalizada, sendo tecnicamente fácil, não prejudicando a comunidade do haustório. foram coletadas diversas amostras pertencentes à mesma espécie, ou seja, rhipsalis lindbergiana, de 0,5 a 1,0 m e com pouca oxidação (caules verdes). tomou-se o cuidado para realização da coleta após alguns dias de chuva (em torno de 03 a 05 dias seguidos) e as amostras não lavadas não apresentaram diferença apreciável para as amostras lavadas. a tabela 1 apresenta os exemplares coletados, a denominação das amostras e descrição breve. os sítios 1 e 2 se situam no campus do instituto de química da universidade federal flumimense, no centro do município de niterói. historicamente, as plantas destes dois sítios podem ter sido submetidas a diferentes pressões naturais (os exemplares do sítio 2 parecem receber uma maior intensidade luminosa) e antrópicas, pois o sítio 1, localizado alguns metros mais acima que o outro, fica próximo a uma casa antiga conhecida como prédio da ‘antiga física’ e ganhou um estacionamento assim como alguns laboratórios anexos do curso de química nos últimos dez anos. além disso, nos anos de coleta, este sítio ficava bem próximo do prédio pertencente ao chamado de “antigo cíclotron” (“reator desativado” – comum. pessoal a.v.b. bernedo). o sítio 3 é considerado neste trabalho como o local de referência menos contaminado, pois pertence a um condomínio, situado na região de pendotiba, localizada em torno de 100 m acima do nível do mar; é uma região bem arborizada ainda com áreas florestais conservadas. os sítios 4, 5 e 6 estão localizados próximos à cidade, em bairros diferenciados. o sítio 4 pertence à uma praça no centro de niterói com trânsito intenso durante a maior parte do dia, o sítio 5 fica próximo a um túnel que liga dois bairros e o sítio 6 numa rua próxima à praia. tabela 1 – denominação das amostras e observações breves de campo denominação observações respectivas p1a, p1b, p1c (fp1c), p1d campus da uff; planta não lavada; caule novo e frutos; caule velho p2a, p2b campus da uff, meses diferentes (jun e set, respectivamente) p3a, p3b, p3c e fp3c área verde e área de lazer (e frutos) p4 praça do rink tráfego intenso p5a, p5b ruas diferentes, próximas a túneltráfego intenso p6 rua próxima à praia, tráfego moderado caracterização química após a coleta, com exceção das amostras p1b e p3a, que não foram lavadas, as demais foram lavadas com água desmineralizada, picadas com bisturi de aço inox e congeladas, para posterior liofilização. depois de liofilizadas, as amostras foram maceradas em um liquidificador previamente descontaminado com soluções de a) edta/citrato, ph 8,0; b) ácido acético pa diluído (2%); c) água desmineralizada; a água de lavagem final era reservada para análise, mas não apontaram contaminação. entre uma amostra e a seguinte, o liquidificador era descontaminado e seco. eclética química, vol. 40, 42-51, 2015. 45 45 depois de picadas, as amostras eram peneiradas em peneiras de plástico de 1 mm de diâmetro de poro, também previamente descontaminadas em hcl 10% e água desmineralizada. para dissolução das amostras, utilizou-se a mistura de hno3 e hcl na proporção de 4 ml para 1 ml, ambos merck, p.a., no forno de microondas da anton paar, multiwave, segundo o método paaroo5h. a massa da amostra foi compatível com a capacidade do tubo de digestão e método de abertura, e consistiu em 200 mg de massa seca. o método dissolveu totalmente as plantas, não restando resíduo. depois de avolumadas a 20,0 ml, o teor dos metais extraídos foi determinado por espectrometria de emissão ótica em plasma indutivamente acoplado (icp-oes), no espectrômetro da horiba jobinyvon, ultima 2, utilizando câmara nebulizadora ciclônica e nebulizador meinhard e, quando necessário, o nebulizador ultrassônico cetac– u500at+. foram determinados os macroconstituintes ca, mg, na e k, e os elementos traços fe, al, mn, zn, cu, co, ni, la e y. paralelamente, foram realizados testes brancos, tanto das águas de lavagem do liquidificador (aleatoriamente separadas para análises químicas), quanto mistura ácida padrão de dissolução. resultados aceitáveis foram aqueles que apresentaram menos que 10% entre as replicatas das amostras. a determinação dos elementos maiores utilizaram os seguintes parâmetros para o icp: potência de 1000 w; velocidade da bomba peristáltica de 20 ciclos por min; fluxo do plasma: 12 l.min -1 ; fluxo de gás de revestimento: 0,6 l.min -1 ou 0,2 l.min -1 (para na e k; ou ca e mg , respectivamente); fluxo do nebulizador: 0,6 l.min -1 ,com pressão de 2,0 bar. no nebulizador ultrassônico, os parâmetros utilizados foram: inicialmente, os mesmos, porém o fluxo do nebulizador: 0,4 l.min -1 , pressão de 3,0 bar. os comprimentos de onda selecionados foram (nm): na: 588,995; k: 766,490; fe: 259,940; al: 394,401; ca: 393,66; mn: 257,610; zn: 213,856; ni: 221,647; co: 228,616; cu: 324,754; y: 371,029; la: 408,671. limites de detecção obtidos para os elementos traço (ng. ml -1 ): fe: 19; al: 43; mn: 16; zn: 32; ni: 3,0; co: 0,36; cu: 0,40; y: 1,2; la: 1,1. resultados e discussão os resultados obtidos para as plantas coletadas estão apresentados nas tabelas 2 e 3, que mostram a estatística descritiva para os mesmos. quando comparadas média e mediana, percebe-se que os elementos de maior assimetria são os traços mn, zn, ni, co e y. entre os macroelementos, o mais homogêneo foi o potássio, com coeficiente de variação em torno 28%; o de maior heterogeneidade nas amostras foi o elemento na. os teores de potássio comparados aos teores de cálcio podem descrever a idade das plantas, já que o elemento ca é menos móvel que o k, e costuma ser acumulado no final da via de transporte xilemática. no entanto, deve-se levar em conta que outros fatores podem ser responsáveis pelo aumento ou diminuição de tais íons, como efeitos de sinergismo ou inibição competitiva [52]. a média da relação ca/k foi de 0,59 ± 0,27, com amplitude entre 1,16 e 0,19 entre (tabela 4). neste cálculo, não foram contabilizados os frutos, que naturalmente apresentaram os menores valores, devido à sua recente formação. tais valores mostram como é difícil a coleta, apesar de todo o cuidado de campo na busca de amostras similares à vista. tabela 2 – estatística descritiva dos elementos maiores eclética química, vol. 40, 42-51, 2015. 46 46 tabela 3 – estatística descritiva dos elementos menores da planta seca* fe al mn zn cu ni co la y mediana 96,7 164 33,0 43,1 5,32 192 6,8 21,0 <ld média (dp) 139 (127) 198 (118) 283 (544) 70,9 (51,1) 5,66 (2,3) 2661 (5016) 291 (439) 25,7 (26) 6,85 (12,5) cv% 92 60 192 72 41 188 151 101 182 * fe, al, mn, zn e cu : mg.kg -1 ; ni, co, la e y: μg.kg -1 . tabela 4 – relação ca/k para as amostras de rhipsalis lindbergiana amostra p1a p1b p1c p1d p2a p2b p3a p3b p3c p4 p5a p6 ca/k 0,50 1,2 0,19 0,45 1,04 0,77 0,42 0,63 0,40 0,38 0,71 0,59 para melhor visualização do quanto é acumulado pela planta quando comparada com a poeira natural, que teoricamente sofre a influência geológica, utilizou-se o cálculo do fator de enriquecimento (fe) em relação ao alumínio (tabela 5), pois este costuma ser o fe clássico referendado na literatura. considerase que valores inferiores a 2 apontam fontes naturais para os elementos relacionados aos mesmos, porém alguns autores têm proposto diferentes números, bem como diferentes algoritmos para tentar chegar a um fe que realmente expresse a natureza das fontes (naturais ou antropogênicas), bem como dos processos que envolvem a concentração de elementos em diversas matrizes naturais, inclusive as plantas [5358]. kłos sugere que o acesso das origens dos poluentes baseado em fe menores que 10 é altamente incerto [59]. a escolha do elemento de referência é importante também, pois este não pode ter comportamento móvel na matriz da amostra. a escolha do al neste trabalho foi baseada no seu comportamento conservativo no solo, para fins de comparação, pois a poeira do solo teoricamente chegará à planta através do particulado atmosférico. utilizou-se neste trabalho os valores atualizados de taylor e maclennan [60] comparáveis aos valores modernos de condie [61], segundo rudnick e gao [62]. ca (%) k (%) mg (mg.kg -1 ) na (mg.kg -1 ) mediana 1,06 2,04 3203 1627 média (dp) 1,01 (0,43) 2,13 (0,60) 3827 (2048) 1358 (827) cv% 43 28 53 61 eclética química, vol. 40, 42-51, 2015. 47 47 tabela 5 – fatores de enriquecimento após normalização pelos valores de al (a) fe al mn zn cu ni co la y p1a 0,25 1,31 1,72 66,5 17,1 0,81 0,97 0,08 0,05 p1b 0,24 1,05 2,40 96,7 16,0 1,98 1,31 0,09 0,04 p1c 0,15 0,53 2,08 24,5 9,38 nd 3,51 nd nd p1d 0,12 0,42 1,51 35,6 10,8 0,18 2,14 nd nd fp1 0,16 0,46 1,56 22,7 7,72 0,10 0,72 nd nd p2a 0,12 2,13 0,47 7,96 6,89 nd 0,14 0,07 0,03 p2b 0,22 2,02 5,37 72,8 12,7 nd 1,43 0,10 0,07 p3a 0,17 0,83 28,0 64,2 6,46 0,06 nd 0,04 nd p3b 0,12 0,44 31,0 85,9 4,83 0,56 nd 0,01 nd p3c 0,15 0,70 105 37,9 6,18 0,00 nd 0,05 nd fp3 0,14 0,59 40,0 13,8 5,01 0,53 nd 0,04 nd p4 0,34 1,62 0,47 22,5 8,59 12,2 0,02 0,01 nd p5a 0,96 1,64 0,26 19,0 10,4 0,33 nd 0,03 nd p5b 0,09 0,45 0,36 10,2 9,24 7,54 0,01 nd nd p6 0,23 0,83 0,63 24,3 5,73 13,3 0,01 nd nd * valores médios crustais (mg.kg -1 ) : fe: 24230 ; al: 7993; mn: 774; zn : 71; cu: 25; ni: 44; co:17 ; la:30; y:22 os elementos que apresentaram maiores fe foram mn (p2b, p3c e fp3c) e zn (p1a, p2a, p3b, p3c), seguidos do cu (todas as amostras) e ni (p4, p5b,p6). em geral, portanto, os maiores valores de fe foram para os sítios 1 e 2, nas proximidades do instituto de química da uff, e nos sítios 4, 5 e 6, mais poluídos. o mn apresentou, no entanto, seus picos máximos nas amostras coletadas na área verde de pendotiba, estando as mesmas no período de frutificação (setembro). entre diversos lantanídeos medidos, apenas o elemento la foi detectado na maior parte das plantas e y para as amostras p1 e p2 coletadas em junho. lantanídeos são recentes indicadores de atividade antrópica, tanto devido a sua presença nos catalisadores utilizados no fracionamento de petróleo, bem como atividades nucleares ou materiais de ponta, como cerâmicas, baterias, entre outros [63,66]. a fonte natural de la iii são partículas de poeira, pois é elemento terrígeno e considerado imóvel ou seja, de difícil absorção pela planta [67,68]. sabe-se que as rochas ígneas e sedimentos possuem uma quantidade de la natural existente, porém, se fosse o caso, deveriam ser encontrados acima do ld em todas as amostras, já que estão expostas ao mesmo ambiente geológico. no caso das amostras p1 e p2, portanto, pode-se pensar em dois motivos para sua contaminação pelos representantes das terras raras: contribuição pelo antigo cíclotron ou o recente uso de cimento na construção do estacionamento, entre outras obras de reformas locais [69,70]. la e y apresentaram fe abaixo de 1, o que denota que o algoritmo usado para não parece ser um índice esclarecedor para a fonte destes elementos. do ponto de vista do autor, pode-se imaginar que talvez a planta não esteja conseguindo absorver tais elementos seja devido às suas propriedades químicas, seja por inibição sinergética causada por outros elementos presentes, tais como al ou ca. a matriz de correlação de spearman obtida (tabela 6) mostra fraca correlação significativa (rcrítico= 0.60 ; p = 97%) entre o elemento na e os elementos ca, fe e cu (0,63; 0,62 e 0,66), indicando influência da brisa marinha e poeira particulada e correlação negativa com mn (-0,68). de fato, maiores picos de mn ocorrem na região serrana, longe do mar. eclética química, vol. 40, 42-51, 2015. 48 48 ocorre também uma correlação positiva entre co e k (0,61), bem como la e al (0,64) o que é esperado, já que la e al possuem algumas características químicas similares, devido aos seus raios iônicos e número de oxidação trivalente. é possível que mantenham semelhança de comportamento no que diz respeito à mobilidade e capacidade de absorção pela rhipsalis. neste trabalho é possível pensar na existência de pelo menos três fatores de influência para estes dados preliminares: a morfologia da rhipsalis, que, por ausência de copo de acumulação em seu interior, como os existentes nas bromélias, deve absorver de forma direta os componentes carregados pela poeira do ar; a influência da concentração dos íons em efeitos sinergéticos ou inibitórios de absorção de outros íons; e a própria assinatura da poeira do ar. na cidade de niterói, por exemplo, além da poluição do tráfego, existe uma comum névoa marinha em determinadas épocas do ano, além da poeira oriunda das argilas da geologia local. conclusões os resultados obtidos para as amostras de rhipsalis lindbergiana coletadas na cidade de niterói apresentaram, de forma geral as seguintes tendências: relação de ca/k entre 1,16 e 0,08, apresentando, portanto, graus de hidratação ou de idade relativamente variada. notou-se maior acúmulo de mn nas amostras coletadas em época de frutificação, oriundas da área verde. os elementos ca, mg e na apesar de serem majoritários, mostram tendência variável e o de menor variabilidade foi o k. encontrou-se uma significante correlação entre o elemento na e os elementos ca, fe e cu e correlação negativa com mn. os sítios 1 e 2 próximos ao instituto de química apresentaram de forma geral maiores fatores de enriquecimento nos metais. nestes sítios, pode-se detectar la e y, porém seus fe foram menores que 1, o que demonstra que este fator não foi capaz de explicar origem nem mecanismos de absorção seletiva da planta para alguns elementos. mn apresentou maiores fe para as amostra de região menos poluída. em geral, existem pelo menos três aspectos a serem levados em conta nos resultados: a morfologia da rhipsalis, a influência da concentração dos íons em efeitos inibitórios de absorção de outros íons e a assinatura da poeira atmosférica, que parece refletir a contribuição do spray marinho. tais resultados ainda são insuficientes para apontar ou negar a capacidade bioacumuladora da rhipsalis lindbergiana, pois cuidados com a classificação de plantas de idades mais homogêneas e escolha mais aprofundada de um algoritmo para o fator de enriquecimento devem contribuir para a necessária melhoria da metodologia atual no que se refere à indicação de bioindicadores com caráter de bioacumulação de compostos e elementos químicos. além do conhecimento mais aprofundado dos processos fisiológicos que envolvem tais elementos nas plantas em estudo. espera-se, no entanto, através deste trabalho, chamar a atenção para a importância da rhipsalis e sua relação com o stress químico a que vem sido subordinada nos tempos atuais. agradecimentos à dra. andréa rocha pelo apoio durante a amostragem; ao dr. júlio lombardi por sua gentil identificação da espécie; à fundação de amparo à pesquisa do estado do rio de janeiro; à pró-reitoria de pesquisa, pós-graduação e inovação da universidade federal fluminense (proppi-uff); ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), pelas bolsas pibicuff. referências [1] klumpp, a.; utilização de bioindicadores de poluição em condições temperadas e ambientais. in: maia, m.b.; martos, h.l.; bartella, w. 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sultan, 1998; foppen, 2002; matthiesen, 2008). source of contamination are different, however wastewater represents one of the most important one, especially when sewerage system is not available. the urban water supply and sanitation (uwss) sub-sector reform in yemen started in 1997. since then, the decentralization of artigo/article ecl. quím., são paulo, 35(1): 77 84, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 77 84, 201078 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 77 84, 2010 79 artigo article uwss has covered 95 percent of the urban population and has improved its standards of delivery tremendously. previous research on groundwater quality and drinking water supply between 1995 and 2000 has been carried out in sana’a secretariat (foppen, et. al., 2005), however ground water as an essential resource in yemen shall regularly be monitored to ensure its protection from contamination. the present study focused on assessment of hydrochemical quality of ground water samples collected from wells located in three district of sana’a secretariat, to compare the results with the different standards and to illustrate ground water suitability for utilizations in drinking, irrigation and industrial purposes through the calculation of some indices. materials and methods site of wells groundwater samples were collected form nine wells located in three districts of sana’a secretariat. well no. 1, located at aldurafi stadium, within al-tahreer district. wells no. 4, 5, 6, 7, 8 and 9 located at adhban, tayseer, 22 may, bin maged, al-zubairy, al-baladiah zones respectively, within al-wahdah district and wells no. 2, 3 located at shamlan and asser zones respectively, within maeen district. sampling groundwater samples were taken in 2003, 2004 from nine drilled wells located at the three different districts, as mentioned here above, where al-tahreer is considered as part of the city center, but al-wahdah and maeen tend to be as part of the zone located in the western part of the sewered area of sana’a secretariat, as indicated by foppen, (2002). submersible pumps were used to draw the samples into 2.5 letter acid-washed polyethylene bottles, which were thoroughly rinsed several times with distilled water, followed with a portion of the water sample prior to sampling. samples were immediately cooled at 4º c using portable icebox and transported to the laboratory, where they were analyzed within 48 hours maximum. measurements and analyses: all chemicals used in this study were of analytical grade and purchased from local distributors of bdh and sigma companies in yemen. the various parameters were determined according to the procedures stated in the american public health association (apha), standard methods for the examination of water and wastewater (1998). indices of calculations sodium adsorption ration (sar), ratio of dissolved sodium (rds) and residual sodium carbonate (rsc) indices were calculated according to formulae stated by eaton, f.m., 1950, and lately used by shaki and adeloye, (2006), while saturation index (si) was calculated according to formula stated by soltan (1998). results and discussion 1. physical and chemical properties of the ground water samples mean values of the various parameters determined in the ground water samples drawn from the nine wells located at the three different districts, namely: al-tahreer, al-wahdah and maeen, located in sana’a secretariat, are shown in table (1). table 1. mean values of physical and chemical parameters of ground water samples drawn from wells located at different districts in sana’a secretariat. ph ( 20ºc) e.c. µs/cm anions and cations (mg/l) co3 2hco3 clno3 so4 2ca2+ mg2+ fe3+ k+ na+ al-durafi stadium (well no. 1) 6.86 1807 nil 249 310 40 185 269 38 0.13 3.3 38 shamlan area (well no. 2) 7.13 577 nil 234 44 5.3 65 48 17.5 0.15* 4.2 44 asser area (well no. 3) 8.11 626 nil 244 50 4 70 17.6 9.7 0.03 6.3 103 adhban area (well no. 4) 7.51 410 nil 239 22 4.4 35 38.5 7 0.98 4.21 56 al-tahreer (well no. 5) 8.36 566 nil 220 75 6.6 40 19 12 0.02 4.5 92 22 may area (well no. 6) 7.28 660 nil 239 108 7.8 45 109 21 0.01 2.2 30 bin maged (well no. 7) 8.78 447 nil 102 56 4.4 32.5 6.5 0.91 0.00 0.5 96 al-zubairy garden (well no. 8) 9.45 494 4.8 137 68 12 28 11 6.8 0.01 1.4 91 al-baladiah area (well no. 9) 9.40 507 29 107 45 22 60 3.2 2.9 0.22 0.6 119 who limits 6.5 – 8.5 250 50 500 0.30 200 yemeni limits optimal level 6.5 – 8.5 450 1000 150 200 10 200 75 30 0.30 8 200 highest permissible level 6.5 – 9 2500 500 600 50 400 200 30 -150 1 12 400 each value of the determined parameter represents a mean of three measurements. nil, means not detectable. (-), means not available. the ph mean values of ground water samples determined for this study were in the range of 6.86–9.45, (lowest in well no. 1 and highest in well no. 8). the ph mean value (6.86), seems to be in agreement with what foppen, j., (2002) concluded regarding ph decrease of ground water samples obtained from wells located in a part of sana’a secretariat that has been developed between 1975 and 1995, because well no. 1, in al-durafi stadium is located within this part of sana’a secretariat. ph mean values of samples collected from wells no. 2 and 3 of maeen district and wells no (4-9) of al-wahdah district were ranged from 7.3 to 9.45. this result also goes along with that indicated by foppen, j., (2002) in his model for ground water in depth of more than 150m in the aquifer below sana’a secretariat, five years after the year 2000. location of these two districts within the western part of sana’a secretariat, where pit latrines are still very common might be an appropriate reason to be used as a justification for considering such ph mean values are relatively comparable with that indicated by foppen’s model. the range of electrical conductivity (ec), was 410 to 1807 µsimens/cm, (highest in well no. 1 and lowest in well no. 4). although ec values of the ground water samples of this study are related to those of total dissolved solids (tds), shown in table (2) here below, the ec values were all, except that of well no. (1) came within the optimal range levels specified in the yemeni standard. chloride [cl-] of the ground water samples was found in the range 22-310 mg/l, (highest in well no. 1 and lowest in well no. 4). considering ecl. quím., são paulo, 35(1): 77 84, 201080 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 77 84, 2010 81 artigo article that [cl-] is a major indicator that might be used to infer infiltration of waste water from cesspits into ground water (foppen, j., 2002), and as it can be noted from table (1), [cl-] in ground water sample collected from well no. 1 was approximately equal to 9 mmol/l. such mean value is considerably high and relatively comparable to the higher limit of [cl-], reported by foppen, j., (2002) in ground water samples collected from wells located at the center and northern part below sana’a secretariat. ground water sample of well no. 1, located at aldurafi stadium in al-tahreer district within the city center area is thus very likely contaminated with waste water that might be infiltrate into it from surrounded cesspits. this inference might be supported [no3 -], elaborated within the same table, where it is noted that [no3 -] in the ground water samples ranges from 4 40 mg/l, (highest in well no. 1 also). however, [no3 -] in well no. 1, as 40 mg/l (0.64 mmol/l) was fairly below the lower limit of range 1 to 3 mmol/l in ground water samples of aquifer below sana’a secretariat, as reported by foppen, j., (2002). yet fetouani, s. et al.,( 2008) indicated that ground water is considered contaminated with waste water, when its [no3 -] exceeds 0.13 mg/l according to norms proposed by the who for drinking water. while lowest levels of sulphae [so4 2-] in well no. 8, as 28 mg/l, the highest level of the [so4 2-] was found in well no. 1 as 185 mg/l. the highest calcium concentration [ca2+] was found in ground water sample of well no. 1, as 269 mg/l and the lowest, in ground water sample of well no. 9, as 3.2 mg/l. though [ca2+] of ground water sample collected from well no. 1 was beyond the higher yemeni permissible limit, none of the other ground water samples analyzed in this study for [ca2+], however exceeded such limit. magnesium concentration [mg2+] in the ground water samples were in the range of 2.9 and 38 mg/l. the lowest and the highest were in well no. 9 and well no. 1 respectively, but even in well no. 1 [mg2+] was within the range limits (30 – 150 mg/l), stated in the yemeni permissible level. iron concentrations [fe3+] in ground water samples range from zero to 0.98 mg/l, and none of the samples analyzed for iron in this study exceeded the permissible limits of the who and yemen. mean values of potassium [k+] and sodium [na+] were found to be in the ranges 0.5-6.3 mg/l and 30-103 mg/l respectively. even though ground water samples collected from well no. 3, located in maeen district, were of the highest in concentrations of both potassium and sodium, ground water samples collected from wells no. 6 and 7 were of the lowest concentrations of the two cations. yet, wells no. 6 and 7 are located in alwahdah district. 2-classification of the ground water samples according to different criteria: classification of the water ground samples that were under investigation for this study is demonstrated in table (2). table (2). classification of ground water samples according to different criteria. clhco3 + co3 2so4 2hardness tds (103ºc) base exchange* met.genesis meq/l class meq/l class meq/l class meq/l class mg/l class meq/l class meq/l class al-durafi stadium (well no.1) 8.73 normal 4.08 normal 3.9 normal 16.67 very hard 1175 brackish <1 a <1 deep shamlan area (well no.2) 1.24 normal 3.84 normal 1.35 normal 3.86 mod. hard 375 fresh <1 a <1 deep asser area (well no.3) 1.41 normal 4 normal 1.46 normal 1.69 soft 304 fresh >1 b >1 surface adhban aeria (well no.4) 0.62 normal 3.92 normal 0.73 normal 2.51 mod. soft 267 fresh >1 b >1 surface al-tayseer (well no.5) 2.11 normal 3.61 normal 0.83 normal 1.95 soft 275 fresh >1 b >1 surface 22 may area (well no.6) 3.04 normal 3.92 normal 0.94 normal 7.2 mod. hard 429 fresh <1 a <1 deep bin maged (well no.7) 1.58 normal 1.67 normal 0.68 normal 0.41 soft 291 fresh >1 b >1 surface alzubairy garden (well no.8) 1.92 normal 2.41 normal 0.58 normal 1.12 soft 239 fresh >1 b >1 surface albaldiah area (well no.9) 1.27 normal 2.72 normal 1.25 normal 0.4 soft 330 fresh >1 b >1 surface * base exchange, 10 table (2). classification of ground water samples according to different criteria. criteria well site & no. clhco3 + co3 2so4 2hardness tds (103ºc) base exchange* met.genesis meq/l class meq/l class meq/l class meq/l class mg/l class meq/l class meq/l class al-durafi stadium (well no.1) 8.73 normal 4.08 normal 3.9 normal 16.67 very hard 1175 brackish <1 a <1 deep shamlan area (well no.2) 1.24 normal 3.84 normal 1.35 normal 3.86 mod. hard 375 fresh <1 a <1 deep asser area (well no.3) 1.41 normal 4 normal 1.46 normal 1.69 soft 304 fresh >1 b >1 surface adhban aeria (well no.4) 0.62 normal 3.92 normal 0.73 normal 2.51 mod. soft 267 fresh >1 b >1 surface al-tayseer (well no.5) 2.11 normal 3.61 normal 0.83 normal 1.95 soft 275 fresh >1 b >1 surface 22 may area (well no.6) 3.04 normal 3.92 normal 0.94 normal 7.2 mod. hard 429 fresh <1 a <1 deep bin maged (well no.7) 1.58 normal 1.67 normal 0.68 normal 0.41 soft 291 fresh >1 b >1 surface alzubairy garden (well no.8) 1.92 normal 2.41 normal 0.58 normal 1.12 soft 239 fresh >1 b >1 surface albaldiah area (well no.9) 1.27 normal 2.72 normal 1.25 normal 0.4 soft 330 fresh >1 b >1 surface * base exchange = meqll so clna    2 4 , a= na-so4 type, b = na-hco3 type a= na-so4 type, b = na-hco3 type well site & no. criteria it is apparent from the table that the concentrations of cl-, so4 2-, hco3 + co3 2 in all samples were found to be < 15 meq/l, < 6 meq/l, and (2–7 meq/l) respectively. hence and according to the american public health association (1992) criteria, the samples are classified as normal chloride, normal sulphate and normal carbonate and bicarbonate. depending on mean values reflecting degree of hardness in table (2) and according to classification of ground water proposed by klimentov, (1983), the ground water samples of the wells no. (2 and 5) are considered moderately hard, while that the well no. (1) is very hard, but those of the wells no.( 3, 5, 7, 8 and 9) are soft, and that of the well no. (4) is moderately soft. as it can be noted from table (2), the ranges of total dissolved solids (tds) were 239 to 1175 mg/l, (highest in well no. 1 and lowest in well no. 8). in other words, the tds mean values of all ground water samples, except that of well no. (1), were below the optimal value (650) defined within the yemeni standards, and they were far below the lower limit (1000), specified in the who standards. hence, ground water samples of the wells no. (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), when the criteria specified by davis, and de wiest, (1967) is considered, would be classified as fresh, however that of the well no. (1), would be brackish. according to the base exchange values, calculated based on the formula proposed by matthess, (1982) and shown below table (2), the predominate water type of samples, drawn from well no. (1, 2, and 6) in, located in al-durafi stadium, shamlan area and 22 may area respectively, are na-so4, while na-hco3 water type is predominate in the other samples drown from well located in adban, al-tayseer, bin maged, al-zubairy garden and albaladiah areas. ground water samples, drawn from well no. (1, 2, and 6) in, located in al-durafi stadium, shamlan area and 22 may area ecl. quím., são paulo, 35(1): 77 84, 201082 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 77 84, 2010 83 artigo article respectively, were classified to be deep meteoric water percolation type, and those of well no. (3, 4, 5, 7, 8, & 9) were classified as surface and shallow meteoric water percolation type. such classification was judged based on the values of hydrochemical parameters rk/cl, rna/rcl, rmg/rcl, rca/rcl, and rso4/rcl of the ground water samples under study, where (r = mq/l) for these parameters in each sample compared with that of the standard values of sea water as demonstrated by abdel moneim, a.a. (1998). 3suitability of the ground water samples for irrigation and industrial purposes: table (3) shows values of parameters that are typically used as indices for inferring suitability of ground water for irrigation and industrial uses. table (3). parameters indicating suitability of the ground water samples for irrigation and industrial uses. well site & no. parameter sar (meq/l) rds (na%) rsc (meq/l) si al-durafi stadium (well no.1) 0.57 9.0 12.54 0.3 shamlan area (well no.2) 1.38 32.5 0.02 0.21 asser area (well no.3) 4.87 70.8 2.31 0.35 adhban aeria (well no.4) 2.17 48.2 1.41 0.08 al-tayseer (well no.5) 4.05 66 1.66 0.6 22 may area (well no.6) 0.69 15.2 3.28 0.31 bin maged (well no.7) 9.26 90.9 1.26 0.21 alzubairy garden (well no.8) 5.29 77.4 1.29 1.28 albaldiah area (well no.9) 11.50 92.5 2.32 0.73 sodium adsorption ratio (sar) 11 table (3). parameters indicating suitability of the ground water samples for irrigation and industrial uses. well site & no. parameter sar (meq/l) rds (na%) rsc (meq/l) si al-durafi stadium (well no.1) 0.57 9.0 12.54 0.3 shamlan area (well no.2) 1.38 32.5 0.02 0.21 asser area (well no.3) 4.87 70.8 2.31 0.35 adhban aeria (well no.4) 2.17 48.2 1.41 0.08 al-tayseer (well no.5) 4.05 66 1.66 0.6 22 may area (well no.6) 0.69 15.2 3.28 0.31 bin maged (well no.7) 9.26 90.9 1.26 0.21 alzubairy garden (well no.8) 5.29 77.4 1.29 1.28 albaldiah area (well no.9) 11.50 92.5 2.32 0.73 sodium adsorption ratio (sar) 2 )(     mgca na meq/l ratio of dissolved sodium (rds) na% =    kmgcana na 22 × 100 residual sodium carbonate (rsc) = (co3 2+ hco3 -) – (ca2+ + mg2+), (-) value indicates no residual carbonate, and (+) value indicates presence of residual carbonate. saturation index (si) is phc = ( pk2 – pks) + pca2+ + palk (-) value indicates suitability for industrial purposes, and (+) value indicates unsuitability for industrial purposes. meq/l ratio of dissolved sodium (rds) na% 11 table (3). parameters indicating suitability of the ground water samples for irrigation and industrial uses. well site & no. parameter sar (meq/l) rds (na%) rsc (meq/l) si al-durafi stadium (well no.1) 0.57 9.0 12.54 0.3 shamlan area (well no.2) 1.38 32.5 0.02 0.21 asser area (well no.3) 4.87 70.8 2.31 0.35 adhban aeria (well no.4) 2.17 48.2 1.41 0.08 al-tayseer (well no.5) 4.05 66 1.66 0.6 22 may area (well no.6) 0.69 15.2 3.28 0.31 bin maged (well no.7) 9.26 90.9 1.26 0.21 alzubairy garden (well no.8) 5.29 77.4 1.29 1.28 albaldiah area (well no.9) 11.50 92.5 2.32 0.73 sodium adsorption ratio (sar) 2 )(     mgca na meq/l ratio of dissolved sodium (rds) na% =    kmgcana na 22 × 100 residual sodium carbonate (rsc) = (co3 2+ hco3 -) – (ca2+ + mg2+), (-) value indicates no residual carbonate, and (+) value indicates presence of residual carbonate. saturation index (si) is phc = ( pk2 – pks) + pca2+ + palk (-) value indicates suitability for industrial purposes, and (+) value indicates unsuitability for industrial purposes. residual sodium carbonate (rsc) = (co3 2+ hco3 -) – (ca2+ + mg2+), (-) value indicates no residual carbonate, and (+) value indicates presence of residual carbonate. saturation index (si) is phc = ( pk2 – pks) + pca2+ + palk (-) value indicates suitability for industrial purposes, and (+) value indicates unsuitability for industrial purposes. sodium adsorption ratio (sar), ratio of dissolved sodium (rds) as na%, or residual sodium carbonate (rsc) might equally be used for calculating a value which can be utilized as an index of ground water suitability for irrigation purposes (shaki and adeloye, 2006). all three parameters were employed in this study; however sar is the most commonly one used for evaluating ground water suitability for irrigation purposes (ayers and westcot, 1985). as it can be noted from table (3), sar values of samples drawn from wells no. (1, 2, 4, 5and 6) ranged from 0.57 to 4.05. such values indicated that these wells’ water is considered as good for irrigation purposes at any types of soil (soltan, 1998). sar values of the water samples drawn from wells no. (3, 7, 8 and 9) ranged from 4.87 to 11.50 and this may imply the presence of a hazard to soil and crop, when used such ground water source used for irrigation. that is because excessive sodium concentration in irrigation water would result in substantial decrease in soil permeability (soltan, 1998; shaki and adeloye, 2006). this also can be supported through taking into consideration the rds values of the water samples drawn from wells no. (3, 7, 8 and 9) shown within the same table, where it was proved that they all exceed 70% na. moreover, it is clear from table (3) that these ground water samples had rsc indices of positive value, implying that the cumulative concentration of the (co3 2 and hco3 -) is higher than the combined (ca2+ and mg2+) concentration. this would indicate there is a residual carbonate to react with sodium, presenting sodium hazard to soil when irrigated with such water. as for testing the ground water suitability of this study for industrial purposes, the saturation index (si) was used to speculate the extent to which water flowing through pipes will precipitate or dissolve calcium carbonate. according to rhades and bernstein (1971), this index is defined as the actual ph of a water sample (phw) minus the ph calculated, which the water would have equilibrium with calcium carbonate phc as follows: phc = ( pk2 – pks) + pca2+ + palk where pk2 is the negative logarithms of the second dissociation constant of h2co3, pks is the solubility product constant of calcium carbonate, pca2+ is the molar concentration of calcium and palk is the equivalent concentration of co3 2plus hco3 -. if the saturation index is positive, caco3 will precipitate, but if it is negative, caco3 will dissolve. by applying this index to the data of the samples shown in table (3), it was found that samples drawn from wells no. (1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9) had positive values, while that of well no. (2) had negative value. such finding exhibit tendency for all ground water samples, except that of well no. (2) to precipitate caco3 in pipes. therefore, almost all ground water of wells used for this study appeared not to be suitable for industrial purposes. conclusion based on criteria limits specified in the standards of the who, and according to the standards of the yemeni guideline for drinking water quality, ground waters of all wells, except that of well no. (1), which belongs to al-tahreer district, were considered suitable for drinking and domestic uses. although ground water samples of this study were found to be good for irrigation purposes at any types of soil, only that of well no. (2) was found to be suitable for industrial uses. references abdel moneim,a.a. (1998). hydrogeology of the nile ba-[1] sin solag province, msc. thesis,geol. dept., fac.sci, assuit univ., assiut egypt. american public health association, apha, (1998). [2] standard methods for the examination of water and wastewater 20th apha, washington, dc,usa. ayers, r.s., westcot, d.w., (1985). water quality for [3] agriculture. in: fao irrigation and drainage paper 29 rev. 1, fao, rome. chgue’-goff, c., rosen, m. r. and eser, p., (1999). sewa-[4] ge effluent discharge and geothermal input in natural wetland, tongariro delta, new zealand. ecological eng., 12, 149 – 170. davis, s.n. and de wiest, r.j., (1967). hydrogeology (2[5] nd edn) p.463. willey new york. eaton, f.m., 1950. significance of carbonate in irrigation [6] waters. soil sci. 69, 123133. fetouani, s., m. sbaa, m. vanclooster, b. bendra (2008). 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solvent for variety of chemical processes due to its vast chemical properties. it has been used in manufacturing processes of polymers, detergents, pharmaceuticals rubber and many more chemical substances. however, it creates large amount of residue in some of these processes which has to be dealt with. many well known methods such as basf in rubber producing units have tried to regenerate the solvent at the end of each run, however, there is still discarding of large amount of residue containing nmp, which over time, could cause environmental concerns. in this study, we have tried to optimize regeneration of the nmp extraction from butadiene production. it is shown that at higher temperatures nmp is separated from the residue with close to 90% efficiency, and the solvent residue proved to be the most effective with a 6: 1 ratio. introduction n-methylpyrrolidone is a weak base and is an aprotic solvent with low volatility and toxicity (1).it is a powerful solvent for a wide range of chemicals, and due to its thermal stability and its relatively high dielectric constant, it is extensively used in polymer industries (2,3).its numerous advantageous qualities such as being environmentally friendly substance, non-carcinogenicity, noncorrosiveness, and low solvent loss have given a widespread use in pharmaceutical products(4), detergent industries, polymer and rubber producing plants (5,6), and many more usages are being found everyday. n-methylpyrrolidione is used in series of processes such as degassing, distillation, and solvent regeneration in rubber manufacturing as solvent for the extraction of 1,3-butadiene due to its high merit as a solvent, with the extractability of more than 99%; later the nmp and the residue is discarded or managed in a biologically equipped industrial waste treatment units which itself requires extra process and financial resources (5,6,7). recently, however, efforts have been invested in reviewing and revising the current method. our goal in this study was to find a way to extract nmp from the discarding residue of 1,3-butadiene line to a higher percentage. experimental instruments and reagents all chemicals methanol, benzene, toluene, chloroform, carbon tetrachloride, xylene, ethyl ecl. quím., são paulo, 35(1): 85 89, 2010 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 2 | 2018 | 59 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 59-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 spatial distribution of atmospheric pollutants through biomonitoring in tree bark using x-ray fluorescence bruno martins gurgatz1 , regiani carvalho-oliveira2 , gisele antoniaconi, paulo hilário do nascimento saldiva2 , luciano fernandes huergo1 , rodrigo arantes reis1+ 1 federal university of paraná – litoral, 512 jaguariaíva st, matinhos, paraná, brazil 2 medical school of são paulo university (fmusp), 455 dr. arnaldo av, cerqueira césar, são paulo + corresponding author: rodrigo arantes reis, phone: +55 51 3717-7545, e-mail address: reisra@gmail.com article info article history: received: january 28, 2018 accepted: july 4, 2018 published: august 23, 2018 keywords: 1. air pollution 2. biomonitoring 3. harbor 4. fertilizer 1. introduction it is estimated that air pollution-related diseases killed seven million people in 2012 worldwide, and air pollution it is known to be the single largest environmental risk today1. in latin america, approximately 35,000 people die annually because of air pollution. the air pollution is the result of urbanization and industrialization processes along with a heavy dependence on fossil fuels and2, 3. traditional methods for monitoring air quality are generally time consuming and expensive, an alternative method for air quality surveys is the use of living organisms, a process known as biomonitoring. a biomonitor is an organism that accumulates pollutants in its tissues, acting as a sampler of pollutants4. several studies have shown that tree barks can absorb air contaminants. hence, trees can be used as biomonitors to identify the distribution of atmospheric pollutants5-7. in brazil, studies have validated the use of tree barks as air biomonitor for urban traffic5, industrial activities8 and environmental injustice assessment9. the operation of ports relay on the use of several equipments contribute to air pollution including ships, trucks, and train engines10. diesel abstract: several studies have shown that tree barks can absorb air contaminants, therefore, trees can be used as biomonitors to identify the distribution of atmospheric pollutants. the city of paranaguá, located at the coast of the paraná state in brazil, hosts the largest bulk cargo port in latin america and an elevated number of fertilizer processing industries. in this study we used tree barks coupled to x-ray fluorescence spectrometer analysis to biomonitor the distribution of air pollutants in the city of paranaguá. we identified correlation between the levels of the elements k and cl, with high levels detected near fertilizer warehouses. high levels of fe were detected near railways and train stations. the low levels of zn, al, ba and mg detected in a traffic restricted zone confirmed that these elements are good indicators of vehicles traffic and validate our experimental approach of using tree barks for air pollution biomonitoring. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 mailto:reisra@gmail.com http://orcid.org/0000-0001-7059-7533 http://orcid.org/0000-0003-2871-0162 http://orcid.org/0000-0003-2005-8253 http://orcid.org/0000-0002-7587-9510 http://orcid.org/0000-0002-8082-1591 original article 60 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 59-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 is widely used in port activities and is directly related to asthma, rhinitis, and the development of cancer11–13. a recent study has estimated the annual environmental costs of the port of kaohsiung in taiwan at approximately 123 million dollars14. the city of paranaguá, located at the coast of the paraná state in brazil, hosts the largest bulk cargo port in latin america. most of the soybean produced in brazil is exported at the paranaguá port, this port is also a stream for the import of fertilizers that supply brazilian crops. the paranaguá port also attends demands of other general cargo and chemical products15. the transport of goods in and out the port is achieved mostly by the use of heavy trucks and by a railway service. the city of paranaguá also hosts a number of fertilizer processing industries. the portuary and industry activities are the main sources of atmospheric pollution that can negatively impact in human health in the region. in this study we used tree barks coupled to x-ray fluorescence spectrometer analysis to biomonitor the distribution of air pollutants in the city of paranaguá. 2. experimental a map of the paranaguá city is depicted in figure 1. the map shows the location of the port, major roads, railway, fertilizer industries, terminals and the location where samples were collected. figure 1. sample points and location of the potential air pollution emission sources in paranaguá. due to their wide distribution and importance, elementary schools were used as references to determine the sampling areas, 20 sampling points were selected (a-n and p). the (o) sample was lost due to sampling problems (figure 1). additional samples were collected in the front of the port (x1); in the center of the port area (x2); in a residential area next to the city access (x3); in the fertilizer industrial area (x4). due to its wide use in tropical urban environments, the barks of the tree terminalia catappa, also know in brazil as “sombreiro” (shadow maker), were used as a bioindicator of air pollutants. the samples of the tree barks were collected using an ultrapure titanium knife at a height of 1.5–2.5 m from the soil. at each sampling site, two bark samples were collected located on different regions of the tree. to minimize the possible effects of variation due to different patterns of accumulation, these barks were mixed into a single sample for analysis. each sample was stored in a paper bag. information concerning the sampling site, such as the geographical coordinates and the land use around the sampling site were registered. the tree barks were cleaned using disposable white dental brushes with nylon soft bristles to remove loosely attached particles, and then, barks were manually ground using a titanium grater until samples of 3-mm thickness were obtained. each sample was then ground to powder using a vibratory micro mill with an agate mortar (frisch pulverisette 0). to ensure the homogeneity of the particle sizes, all bark samples were sieved using a 400-mesh sieve. approximately 0.5 g of each powdered sample was transformed into 20-mm diameter tablets by applying 15 tons of pressure for 60 s. a duplicate tablet was made for each sampling site. the content of the prepared sample was measured using an energy dispersive x-ray fluorescence spectrometer (edx 700-hs, shimadzu corporation analytical instruments division, kyoto, japan). the instrument employed a low-power rh-target tube, at a voltage of 5–50 kv and a current of 1–1000 ua. the characteristic x-ray radiation emitted was detected using a si(li) detector. x-ray fluorescence emission spectra were collected for 240 s for the elements na–sc and 400 s for the elements in the range of t–u on a 10 mm surface area of the samples in a vacuum. each tree bark sample tablet was analyzed twice. the sample intensities were converted into element https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 original article 61 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 59-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 concentrations (µg g−1) according to fundamental parameter calibrations using the nist standard, srm 1547 peach leaves (national institute of standards, gaithersburg, md, usa). finally, carbon, in the form of cellulose, was used as the mass balance. the sampling and analysis method was validated by carneiro et. al.5. a geographic information system was used to spatialize the results obtained using x-ray fluorescence. the method of “pretty breaks”, traditional in geospatial software and geospatial analysis was used to create a pollutant scale. using this method, a sequence of equally spaced and rounded values in the range of the values obtained in the samplings is calculated. the values are chosen to be 1, 2 or 5 the power of 10. 3. results and discussion the levels of the chemical elements in tree bark are shown in table 1. in order to differentiate the pollutant emission sources in the city the following indicators were used: cl, k and p, as indicators of the manufacture of fertilizers; zn, al, ba and mg indicators of traffic5, 16, s as heavy oils burn indicator10 and fe as indicator of railway activity17. potassium is one of the most used elements for crops fertilization. it is commonly applied in the salt form kcl, the association with clmakes the k+ less leachable when applied to the soil18. the results depicted in figure 2a shows that k and cl have the same distribution profile, both more abundant in sites next the major fertilizer warehouses (figure 2a). crop chemical fertilizers are usually manufactured as a mixture of k, n and p to give the so called npk fertilizer mixture. the results obtained showed that p has a less clear distribution than k, however, in one sample, high values of p were detected near a fertilizer warehouse (figure 2a). it was not possible to identify patterns for traffic-related elements (zn, al, ba and mg), the exception occurred in the sampling point i, which presented low values for all traffic-related elements. this particular sampling site is located on an island (ilha dos valadares) which is a traffic restricted area with access only to emergency vehicles19. this data corroborates the use of zn, al, ba and mg as traffic indicators (figure 2b). table 1. sample points with coordinates and the results of the elemental tree bark analysis in ppm. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 original article 62 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 59-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 figure 2. maps of the analyzed elements according to the classification of probable emission source. (fertilizers: cl, k and p; traffic: zn, al, ba and mg). sulphur is related to crude oil burn; this element is present in naval fuel and in low quality commercial diesel10. the distribution of s indicates that this element is abundant in sites near crossroads of heavy truck traffic and in the sampling site near the port (figure 3a). figure 3b shows the distribution of fe. the higher levels of this element were identified in sampling sites near the railway and train stations, hence, confirming the relationship between fe levels and railways described in the literature17. figure 3. maps of the analyzed elements according to the classification of probable emission source (a – crude oil and b – railroads). a b https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 original article 63 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 59-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p59-64 4. conclusions in this work we investigated the use of tree barks as an atmospheric pollution bioindicator aiming to determine the emission sources in a portuary context. we identified that high levels of k and cl were detected near fertilizer warehouses. furthermore, high levels of fe were detected near railways and train stations. the low levels of the elements zn, al, ba and mg detected in a traffic restricted zone confirm the use of these elements as markers of vehicles traffic and validate the approach of using tree barks for air pollution biomonitoring. 5. acknowledgments this work was funded by the brazilian ministry of science, technology and innovation (mcti), the coordination for the improvement of higher education personnel brazil (capes) and the national council for scientific and technological development (cnpq). 6. references [1] who, 7 million premature deaths annually linked to air pollution, who. 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https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2006.09.021 https://doi.org/10.1590/s0100-06832007000200022 https://doi.org/10.1590/s0100-06832007000200022 https://doi.org/10.1590/s0100-06832007000200022 https://doi.org/10.1590/s0100-06832007000200022 https://doi.org/10.1590/s0100-06832007000200022 https://doi.org/10.1590/s0100-06832007000200022 https://doi.org/10.1590/s0100-06832007000200022 http://dspace.c3sl.ufpr.br:8080/dspace/handle/1884/24437 http://dspace.c3sl.ufpr.br:8080/dspace/handle/1884/24437 http://dspace.c3sl.ufpr.br:8080/dspace/handle/1884/24437 http://dspace.c3sl.ufpr.br:8080/dspace/handle/1884/24437 1004.cdr eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 4, 2010 55 artigo/articleartigo/article ecl. quím., são paulo, 35 4: 55 62, 2010 synthesis, characterization and thermal behaviour of solid 2methoxycinnamylidenepyruvate of some bivalent metal ions in co2 and n2 atmospheres 1 2 3 4*c. t. de carvalho , a. b. siqueira , e. y. ionashiro , m. ionashiro 1universidade federal da grande dourados, cep 79.804-970, dourados, ms, brazil. 2universidade federal de mato grosso, cep 78698-000, barra do garças, mt, , brazil 3instituto de química, ufg, cep 74001-979, goiania, go, brazil. 4instituto de química, unesp, cp 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brazil abstract: keywords: . solid state m-2-meo-cp compounds, where m stands for bivalent metals (mn, fe, co, ni, cu and zn) and 2-meo-cp is 2-methoxycinnamylidenepyruvate, were synthesized. simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), differential scanning calorimetry (dsc), elemental analysis and complexometry were used to establish the stoichiometry and to study the thermal behaviour of these compounds in co and n atmospheres. the results were consistent with the general formula: m(l) ·h o. in 2 2 2 2 both atmospheres (co , n ) the thermal decomposition occurs in consecutive steps which are characteristic of 2 2 each compound. for co atmosphere the final residues were: mn o , fe o , co o , nio, cu o and zno, while 2 3 4 3 4 3 4 2 under n atmosphere the thermal decomposition is still observed at 1000 º c.2 bivalent metals, 2-methoxycinnamylidenepyruvate, thermal behaviour, co n2, 2 introduction several metal-ion complexes of phenyl-substituted derivatives of cinnamylidenepyruvate, c h -6 5 -(ch) -cocoo (cp), have been investigated in 4 aqueous solutions [1-2] and in the solid state [3-11]. these works reported the thermodynamic stability (â ), and spectroscopic parameters (å , ë ) in 1 1max max aqueous solutions associated with 1:1 complex species. the works also report the synthesis and investigation of the compounds in the solid state by means of thermogravimetry, differential thermal analysis (dta), differential scanning calorimetry (dsc), and other methods of analysis.establishment of the stoichiometry and the details of the thermal decomposition were the main purpose of the studies. however, the thermal behaviour of 2methoxycinnamylidenepyruvate of mn(ii), fe(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) in co and n 2 2 atmospheres have not been reported. in this paper, the objective of the present research was to prepare sodium2-methoxycinnamylidenepyruvate and 2-methoxycinnamylidenepyruvate of some bivalent metal ions in the solid state and too investigated by means of complexometry, elemental analysis, simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta) and differential scanning calorimetry (dsc). the results allowed us to acquire information concerning the thermal behaviour in an atmosphere of co and n .2 2 56 artigo article experimental the 2-methoxycinnamaldehyde, (ch o-3 c h -(ch) -cho) 96% pure predominantly trans, 6 4 2 was obtained from aldrich and sodium pyruvate (h c-co-coona) 99% pure was obtained from 3 sigma. sodium 2-methoxycinnamylidenepyruvate (na-2-meo-cp) and its corresponding acid were both synthesized following the same procedure as described in literature [12], with some modifications, which were as follows: an aqueous solution of sodium pyruvate (1.5g per 10 ml) was added dropwise with continuos stirring to a methanolic solution of 2-methoxycinnamaldehyde (2.0g per 50ml). five millilitres of an aqueous sodium hydroxide solution -11.25 mol. l was added slowly while the reacting system was stirred and cooled in an ice bath. the rate of addition of alkali was regulated so that the temperature remained between 5 and 9 ºc. the system was stirred at ambient temperature (~28 ºc) for about 5h. to the pale yellow solution was added dropwise with continuous stirring with a glass rod, twenty millilitres of chilled -1concentrated (12 mol.l ) hydrochloric acid. the system was left to stand for ca. 16h in a freezer (-6 ºc) and the yellow orange precipitate (impure 2methoxycinnamylidenepyruvic acid) was filtered, washed with distilled water to remove most of the unreacted aldehyde and secondary products and dried on whatman nº 41 filter paper. the aqueous suspension of the impure acid was dissolved with 5 ml of -1aqueous sodium hydroxide solution 2 mol l and filtered on whatman nº 44 filter paper. the yellow solution was stirred with a glass rod and added slowly -120 ml of chilled concentrated (12 mol l ) hydrochloric acid and left to stand for ca. 16h in freezer (-6ºc). the orange precipitate of 2-methoxycinnamylidenepyruvic acid was filtered and washed with distilled water until elimination of chloride ions and dried on whatman nº 41 filter paper and kept in desiccators over anhydrous calcium chloride. -1 aqueous solution of na-meo-cp 0.1 mol l was prepared from aqueous 2-meo-hcp suspension by treatment with sodium hydroxide solution 0.1 mol -1l ., whose ph were adjusted around 8. aqueous solutions of the bivalent metal ions were prepared by dissolving of the chlorides. the solid-state compounds were prepared by slowly adding the solution of the ligand to the respective metal chloride under continuous stirring until total precipitation of the metal ions. to avoid oxidation of mn(ii) and fe(ii), all their solutions as well as the water employed for washing their precipitates were purged with nitrogen gas. the precipitates were washed with distilled water until the chloride ions were totally eliminated. this was then filtered through and dried on whatman nº 42 filter paper and kept in desiccators over anhydrous calcium chloride. for the compounds in the solid state, tg curves were used to determine the hydration water, ligand and metal contents. the metal ions were also determined by complexometric tritration with standard edta solution [13, 14] after igniting the compounds to their respective oxides and then dissolving them in hydrochloric acid solution. carbon and hydrogen contents were determined by microanalytical procedures, with an ea 1110 chns-o elemental analyzer from ce instruments. simultaneous tg-dta and dsc curves were obtained with two thermal analysis systems, model sdt 2960 and dsc q10, both from ta instruments. -1the purge gas was co2 flow of 100 ml min for the -1tg-dta and 50 ml min for the dsc. a heating rate -1of 20 ºc min for the tg-dta and dsc, with samples weighing about 5 mg for the tg-dta and 2 mg for the dsc. alumina and aluminium crucibles, the latter with perforated covers, were used for the tg-dta and the dsc, respectively. results and discussion the analytical and thermoalytical (tg) results of the synthesized compounds are shown in table 1. these results permitted to establish the stoichiometry of the compounds, which is in agreement with the general formula m(l) .nh o, 2 2 where m represents bivalent mn, fe, co, ni, cu and zn, l is 2-methoxycinnamylidene pyruvate and n=2. tg-dta the simultaneous tg-dta curves of the compounds in co and n atmospheres are shown in 2 2 * *fig. 1 in co (a f) and n (a f ), respectively. these 2 2 curves show mass losses in three (fe), four (mn, co, zn) and five (cu, ni) steps in co atmosphere and 2 three (co, ni), four (mn, fe, zn) and five (cu) steps in n atmosphere. in both atmospheres a great 2 ecl. quím., são paulo, 35 4: 55 62, 2010 artigo article 57 similarity is observed in the tg-dta curves up to the second (fe, co), third (mn, ni, zn) and four (cu) steps. this similarity suggests that as much in co as 2 in n atmospheres the thermal decomposition 2 mechanism for each compound must be the same. the tg curve in n atmosphere also shows that the 2 mass loss are still being observed up to 1000 ºc, in all the compounds. the thermal behaviour of the compounds is heavily dependent on the nature of the metal ion and so the features of each of these compounds are discussed individually table 1. analytical and thermoanalytical (tg) data for m(l)2.nh2o, where m = metal and l: 2methoxycinnamylidenepyruvate. metal oxide (%) l (lost) (%) water (%) compound residue * * *calcd. tg edta calcd. tg calcd tg mn(l) ·2h o 13.78 13.97 13.47 79.71 79.62 6.51 6.41 mn o2 2 3 4 fe(l) ·2h o 13.92 13.89 14.15 79.58 79.40 6.50 6.71 fe o2 2 3 4 co(l) ·2h o 14.40 14.43 13.96 79.13 78.98 6.47 6.59 co o2 2 3 4 ni(l) ·2h o 13.41 13.09 13.55 80.12 80.52 6.47 6.39 nio2 2 cu(l) ·2h o 12.73 12.50 12.89 80.86 81.25 6.41 6.25 cu o2 2 2 zn(l) ·2h o 14.43 14.19 14.14 79.18 79.51 6.39 6.30 zno2 2 * 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 ( a ) ( b ) ( c ) (d ) ( e ) ä m (% ) t e m p e ra tu r e /º c ( f ) 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 ( a * ) ( b * ) ( c * ) ( d * ) ( e * ) ( f * ) t e m p e r a t u r e / º c ä m (% ) *figure 1. tg-dta curves of the compounds in co and n : (a, a*) mn(l) ·2h o (m = 4,94mg; 5,04 mg *), 2 2 2 2 (b,b*) fe(l) ·2h o (m = 5,07 mg;5.08mg*), (c,c*) co(l) ·2h o (m =5.13mg; 5,14mg*), (d,d*) ni(l) ·2h o 2 2 2 2 2 2 (m = 5,00mg; 5,12mg*), (e,e*) cu(l) ·2h o (m = 4.88mg; 5,13mg*) and (f,f*) zn(l) ·2h o 2 2 2 2 (m = 5.03mg; 5.05mg*). l= 2-methoxycinnamylidenepyruvate. ecl. quím., são paulo, 35 4: 55 62, 2010 58 artigo article manganese compound. the simultaneous tgdta curves in co and n atmospheres are shown in 2 2 *fig. 1 (a, a ). the first mass loss observed between 50 – 145 ºc (co ) and 50 – 140 ºc (n ) corresponding to the 2 2 endothermic peak at 135 ºc (co ) and 130 (n ) is 2 2 attributed to dehydration with loss of 2 h o (calcd. = 2 6.51%, tg = 6.41% (co ), 6,65% (n )). for the co 2 2 2 atmosphere, the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in three steps between 145 – 220 ºc, 220 – 555 ºc and 555 – 580 ºc, with losses of 4.64, 37.82 and 37.16% respectively, corresponding to the indicium of exothermic event at 210 ºc and a large endothermic peak at 835 ºc, with formation of mn o , as final residue (calc = 13.78%, 3 4 tg = 13.97%). for the n atmosphere, the thermal 2 decomposition also occurs in three steps between 140 – 220 ºc, 220 – 565 ºc and 565 ºc – 1000 ºc, with losses of 5.12, 38.92 and 5.51%, respectively, corresponding to the exothermic peak at 210 ºc and small endothermic peak at 895 ºc. iron compound. the simultaneous tg-dta curves in co and n atmospheres are shown in fig. 1 2 2 (b, b*). the first mass loss that occurs between 50 – 155 ºc, corresponding to the endothermic peak at 150 ºc, in both atmospheres is attributed to dehydration with loss of 2h o (calc. = 6.50 %, tg = 6.71 % 2 (co ), 6.65 % (n )) the thermal decomposition of 2 2 the anhydrous compound in co atmosphere occurs 2 in two steps between 155 º 540 ºc and 540 – 730 ºc, with losses of 45.99 and 33.41% respectively, corresponding to the endothermic peak at 700 ºc, with formation of fe o , as final residue (calc. = 3 4 13.92 %, tg = 13.92 %, 13.89 %). for the n 2 atmosphere, the tg-dta curves show mass losses in three steps between 155 – 500 ºc, 500 – 690 ºc and 690 – 1000 ºc, with losses of 46.47 %, 9.10 % and 5.14%, respectively, corresponding to the indicium of exothermic event at 220 ºc and endothermic peaks at 650 and 750 ºc. cobalt compound. the simultaneous tgdta curves in co2 and n atmospheres are shown in 2 fig.1 (c, c*). the first mass loss that occurs between 50 – 165 ºc, corresponding to the endothermic peak at 160 ºc in both atmospheres is attributed to dehydration with loss of 2 h o. (calcd. = 6.47%, tg 2 = 6.59% (co ), 6.32% (n )). the thermal decompo-2 2 sition of the anhydrous compound in co atmosphe-2 re occurs in two steps between 165 – 510 ºc and 510 – 640 ºc, with losses of 43.37 and 38.55%, respectively, corresponding to the endothermic peak 620 ºc, with formation of a mixture of co and coo. the mass gain of 2.94% between 640 – 800 ºc is attributed to the oxidation of co and coo to co o , as final 3 4 residue (calcd. = 14.40%, tg = 14.43%). in n 2 atmosphere, the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 165 – 610 ºc and 610 – 1000 ºc, with losses of 50.56 % and 4.81 % respectively, corresponding to the endothermic peak at 850 ºc. nickel compound. the simultaneous tgdta curves in co and n atmospheres are shown in 2 2 fig. 1 (d, d*). the first mass loss observed between 50 – 170 ºc, corresponding to the endothermic peak at 165 ºc, in both atmospheres is ascribed to dehydration with loss of 2 h o (calcd. = 6.47 %, tg = 6.39 % 2 (co ), 6.50 % (n ). the thermal decomposition of 2 2 the anhydrous compound in co atmosphere occurs 2 in three steps between 170 – 210 ºc, 210 450 ºc and 450 – 640 ºc, with losses of 5.38, 53.70 and 24.10 % respectively, corresponding to the endothermic peaks at 340 and 600 ºc, with formation of a mixture of ni and nio. the mass gain of 1.67 % between 640 – 980 ºc corresponding to the exothermic peak at 940 ºc is attributed to the oxidation of ni to nio, as final residue (calcd. = 14.41 %, tg = 13.09 %). the thermal decomposition in n atmosphere occurs in 2 three steps between 170 – 210 ºc, 210 -430 ºc and 430 – 1000 ºc, with losses of 6.07, 53.69 and 7.66 %, respectively, corresponding to the endothermic peak at 340 ºc. copper compound. the simultaneous tgdta curves in co and n atmospheres are shown in 2 2 fig.1 (e, e*). the first mass loss that occurs between 50 – 130 ºc, corresponding to the endothermic peak at 125 ºc, in both atmospheres is attributed to dehydration with loss of 2h o (calcd. = 6.41 %, tg 2 = 6.25 % (co ), 6.22 (n )). in co atmosphere, the 2 2 2 anhydrous compound shows mass losses in four steps between 130 – 180 ºc, 180 – 240 ºc, 240 – 545 ºc and 545 – 1035 ºc, with losses of 5.66, 13.14, 35.73 and 26.72 %, respectively, corresponding to the exothermic peaks at 175 ºc, 235 ºc and endothermic peaks at 870, 990 ºc, with formation of cu o, as 2 final residue (calcd. = 12.73 %, tg = 12.50 %). the thermal decomposition in n atmosphere also occurs 2 in four steps between 130 – 190 ºc, 190 – 245 ºc, 245 – 515 ºc and 515 – 1000 ºc, with losses of 5.35, 13.39, 37.20 and 4.29 %, respectively, corresponding to the exothermic peaks at 185 ºc and 240 ºc. zinc compound. the simultaneous tg-dta curves in co and n atmospheres are shown in fig.1 2 2 (f, f*). the first mass loss between 50 – 140 ºc, corresponding to the endothermic peak at 130 ºc, in both atmospheres is attributed dehydration with loss of ecl. quím., são paulo, 35 4: 55 62, 2010 artigo article 59 t ab le 2 . m as s lo ss es , t em pe ra tu re ra ng es a nd p ea k te m pe ra tu re s ob se rv ed in e ac h st ep o f t he t g -d t a c ur ve s. f ir st s te p s ec on d st ep t hi rd s te p f ou rt h st ep f if th s te p c om po un d c o n c o n c o n c o n c o n 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 m n( l ) ·2 h o è/ ºc 50 1 45 50 14 0 14 5 22 0 14 0 22 0 22 0 55 5 22 0 56 5 55 5 88 0 56 5 – 10 00 2 2 ä m /% 6. 41 6. 65 4. 64 5. 12 37 .8 2 38 .9 8 37 .1 6 5. 51 p ea k/ ºc 13 5 13 0 83 5 89 5 f e( l ) ·2 h o è/ ºc 50 1 55 50 15 5 15 5 54 0 15 5 50 0 54 0 – 73 0 50 0 – 69 0 69 0 – 10 00 2 2 ä m /% 6. 71 6. 65 46 .4 7 46 .4 7 33 .4 1 9. 1 5. 14 p ea k/ ºc 15 0 15 0 70 0 65 0 75 0 c o( l ) ·2 h o è/ ºc 50 1 65 50 1 65 16 5 61 0 16 5 61 0 51 0 – 64 0 61 0 10 00 64 0 – 80 0 2 2 * ä m /% 6. 59 6. 32 50 .5 6 50 .5 6 38 .5 5 4. 81 2. 94 p ea k/ ºc 16 0 16 0 62 0 85 0 n i( l ) ·2 h o è/ ºc 50 1 70 50 1 70 17 0 21 0 17 0 21 0 21 0 – 45 0 21 0 – 43 0 45 0 – 64 0 43 0 – 10 00 64 0 – 98 0 2 2 * ä m /% 6. 39 6. 50 6. 07 6. 07 53 .7 0 53 .6 9 24 .1 0 7. 66 1. 67 p ea k/ ºc 16 5 16 5 34 0 34 0 60 0 90 0 c u( l ) ·2 h 2o o è/ ºc 50 1 30 50 13 0 13 0 19 0 13 0 19 0 19 0 – 24 5 19 0 – 24 5 24 0 – 54 5 24 5 – 51 5 54 5 – 10 35 51 5 10 00 2 ä m /% 6. 25 6. 22 5. 35 5. 35 13 .3 9 13 .3 9 35 .7 3 37 .2 0 26 .7 2( c uo )) ) 4. 29 p ea k/ ºc 12 5 12 5 22 5 22 5 87 0, 9 90 z n( l ) ·2 h o è/ ºc 50 1 40 50 1 40 14 0 -2 15 14 0 – 21 5 21 5 – 51 0 21 5 – 51 0 50 0 – 98 5 51 0 – 98 5 2 2 ä m /% 6. 30 6. 28 5. 42 5. 42 39 .5 3 39 .5 3 34 .6 5 19 .5 0 p ea k/ ºc 13 0 13 0 95 0 95 0 l : 2 -m et ho xy ci nn am yl id en ep yr uv at e, * m as s ga in a m : m et al . ecl. quím., são paulo, 35 4: 55 62, 2010 60 artigo article 2 h o (calc. = 6.39 % (co ), 6.28 % (n )). the thermal 2 2 2 decomposition of the anhydrous compound in co2 atmosphere occurs in three steps between 140 – 205 ºc, 205 – 500 ºc and 500 – 985 ºc, with losses of 5.10, 39.76 and 34.65%, respectively, corresponding to the exothermic peak at 200 ºc and an endothermic peak at 950 ºc, with formation of zno, as final residue (calc. = 14.43%, tg = 14.19%). in n atmosphere, the thermal 2 decomposition of the anhydrous compound also occurs in three steps between 140 – 215 ºc, 215 – 510 ºc and 510 – 1000 ºc, with losses of 5.42, 39.53 and 19.50 %, respectively, corresponding to the exothermic peak at 210 ºc and an endothermic peak at 950 ºc. the formation of the respective oxides: mn o , fe o , co o , nio, cu o and zno in co 3 4 3 4 3 4 2 2 atmosphere. for n atmosphere the tg-dta curves 2 show that the thermal decomposition are still being observed up to 1000 ºc, thus do not allowing to verify which oxides are formed, since only 65.4 % (mn), 78.2 % (fe), 72.1 % (co), 8.51 % (ni), 76.0 % (cu) and 82.4 % (zn) of these compounds were lost, when compared with the mass losses of the tg-dta curves obtained in co atmosphere.2 dsc the dsc curves of the compounds in co and 2 n atmospheres are shown in figs. 2. these curves 2 show endothermic and exothermic peaks that all are in agreement with the mass losses observed in the tgdta curves up to 600 ºc. the endothermic peak in the range 130 170 ºc in both atmospheres is assigned to the dehydration which occurs in a single step. the dehydration enthalpies found for these compounds in co and n2 2 atmospheres were: 116.6; 110.8 (mn), 113.0; 108.9 (fe), 124.8; 114.5(co), 119.2; 111.1 (ni), 91.8; 87.4 -1(cu) and 116.2; 116.6 (zn) kj mol , respectively. the exothermic peak observed in both atmospheres (except for copper) at 209 ºc (mn), 213 ºc (fe), 222 ºc (co), 285 ºc (ni) and 200 ºc (zn), corresponding to the first mass loss of the anhydrous compound, is probably due to the descarboxylation process. for the copper compound two sharps exothermic peaks at 177 ºc and 238 ºc in both atmospheres corresponding to the first two mass losses of the anhydrous compound is probably due to the descarboxylation process and * *figure 2. dsc curves of the compounds in co and n : (a,a ) mn(l) ·2h o (m = 2.22 mg; 2.24 mg*), (b,b*) 2 2 2 2 fe(l) ·2h o (m = 2.12 mg; 2.29 mg*), (c,c*) co(l) ·2h o (m = 2.29 mg, 2,29 mg*), (d,d*) ni(l) ·2h o ( m = 2 2 2 2 2 2 2.46 mg, 2.24 mg*), (e,e*) cu(l) ·2h o (m = 2.22 mg; 2,48 mg* ) and (f,f*)zn(l) ·2h o (m = 2.18mg, 2 2 2 2 2.25mg*). l= 2-methoxycinnamylidenepyruvate. ecl. quím., são paulo, 35 4: 55 62, 2010 artigo article 61 loss of the methoxy group, respectively (calcd. = 18.86 %, tg = 18.80 %). the profile of the exothermic peak at 238 ºc, suggest that this step the mass loss is accompanied by a physical phenomenon. the small endo or exothermic peaks observed above 240 ºc (mn, zn), 260 ºc (fe, co, cu) and 320 ºc (ni) in both atmospheres up to 550 ºc and no observed in the dta curves, suggest that in this step endo and exothermic events must occur simultaneously, where the net heat produce only small endo or exothermic peaks or no thermal events. conclusion from tg curves (co ), and complexometry 2 results, a general formula could be established for these compounds in the solid state, which are in agreement which m(l) ·2h o.2 2 for co2 atmosphere the final thermal decomposition occurs at temperature below 1000 ºc with formation of the respective oxide: mn o , fe o , 3 4 3 4 co o , nio, cu o and zno. for n atmosphere the 3 4 2 2 mass loss is still being observed up to 1000 ºc. the tg-dta and dsc curves provided information concerning the thermal behaviour and thermal decomposition of these compounds in co 2 and n atmospheres, which are characteristic of each 2 compound. acknowledgements the authors thank fapesp, cnpq and capes and foundations (brazil) for financial support. resumo: compostos m-2-meo-cp foram sintetizados no estado sólido, onde m representa os metais bivalentes (mn(ii), fe(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) e zn(ii)) e 2-meo-cp é o 2-metoxicinamalpiruvato. para estabelecer a estequiometria e estudar o comportamento térmico desses compostos foram utilizadas termogravimetria, análise térmica diferencial simultânea (tg-dta), calorimetria exploratória diferencial (dsc), análise elementar e complexometria com edta. os resultados foram concordantes com a fórmula geral: m(l) ·h o. em ambas as atmosferas a decomposição térmica ocorre em etapas consecutivas e é 2 2 característica de cada composto. em atmosfera de co os resíduos finais foram: mn o , fe o , co o , nio, 2 3 4 3 4 3 4 cu o e zno, enquanto que em atmosfera de n a decomposição térmica ainda é observada até 1000 ºc.2 2 references [1] o. s. siqueira, c. b. melios, m. ionashiro, m. de moraes and m. molina, j. alloys compd., 225 (1995) 267. 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[11] e. schnitzler, m. lazzarotto, m. a. s. carvalho filho and m. ionashiro, ecl. quim., 27 (2002) 41. [12] g. bannach, e. schnitzler, o. treu filho, v. h. s. utuni and m. ionashiro, j. therm. anal. cal., 83(1) (2006) 233. [13] h. a. flaschka, edta tritrations, pergamon press, oxford, 1964. [14] c. n. de oliveira, m. ionashiro and c. a. f. graner, ecl. quim. 10 (1985) 7. [15] g. socrates, infrared characteristic group frequenndcies, 2 ed. wiley, new york, 1994, pp. 91 and 236 – 237. [16] r. m. silverstein, f.x. webster, spectrometric thidentification of organic compounds, 6 ed., wiley, new york, 1998, pp. 92, 93, 96 and 97. [17] f. a. cotton, in: j. lewis, r. g. wilkius (eds), the infrared spectra of transition metal complexes in modern coordination chemistry, interscience, new york, 1960, p. 379-386. [18] k. nakamoto, infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds, part b, 5 th ed., wiley, new york 1997, p. 58-61. ecl. quím., são paulo, 35 4: 55 62, 2010 eq-vol30n03 07.pmd 57 volume 30, número 3, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(3): 57-61, 2005 electrochemical evidence of sulfinic acid derivative as an intermediate in the reduction of aromatic sulfonyl chloride in an aprotic medium a. c .d. angelo a, s. m. a. jorge b, n. r. stradiotto* c a dept. of chemistry, f.c., unesp, 17033-360, bauru, sp, brazil b dept. of chemistry and biochemistry, i.b., unesp, 18618-000, botucatu, sp, brazil c dept. of analytical chemistry, i.q., unesp, 14040-910, araraquara, sp, brazil *nrstradi@iq.unesp.br abstract: the electrochemical reduction of p-nitrobenzenesulfonyl chloride (nbscl) in dimethylsulfoxide (dmso) solution is used here as a model to investigate the role of sulfinic acid derivative in this compound’s global reduction process. cyclic voltammetric experiments reveal the production of sulfinic acid derivative, which is important in chemical reactions involving the original compound and other intermediates. this paper also discusses the probable mechanisms of the reduction. keywords: electrochemistry; sulfonyl compounds; sulfinic acid and derivatives; mechanism. introduction sulfinic acids are highly unstable organic compounds that do not usually participate in chemical reactions. however, sulfinic acid derivatives are normally observed as intermediates or products of a wide range of electrochemical reactions. simonet and jeminet [1] conducted polarographic studies with aromatic sulfones to investigate the influence of the aromatic substituent in these compounds’ reduction process. in a protic medium, they obtained a bielectronic wave corresponding to the production of sulfinate ions and hydrocarbon as an electroinactive substituent. two monoelectronic waves were observed in an aprotic medium, and the authors suggested the production of the p-toluenesulfinate ion in the global reduction process. gourcy et al. [2] studied the electrochemical reduction of aromatic sulfonyl chlorides in acetonitrile and dimethylformamide solutions in the presence of alkyl halides. the reduction of these compounds in an aprotic medium produces sulfinate and sulfide ions, which react with the alkyl sulfide, producing the corresponding sulfone or sulfide. in dimethylformamide, probably due to the alkaline character of that solvent, the global process indicates the production of chloride, sulfide and sulfonic ions. jeminet et al. [3] reported results on their studies of the electrochemical reduction of sulfonyl chlorides in aprotic and protic mediums on mercury, pointing out the role of the acidic nature of the electrolytic solution in the electroreduction process. the global process the authors described indicates the production of sulfinate ions by the faradaic step. johansson and persson [4], who studied the electrochemical reduction of aromatic sulfonyl chlorides on mercury and glassy carbon electrodes in acetonitrile, demonstrated the production of chloride and benzenesulfinate ions using cyclic voltammetry and coulometry on glassy carbon. the cathodic behavior of long chain aromatic sulfones in a low acidic medium was investigated by mabon et al. [5]. their studies conducted in dimethylformamide solutions using cyclic voltammetry and electrolysis under a controlled potential showed cleavage of the c-s bond with the production of sulfinate ions and hydrocarbon. 58 ecl. quím., são paulo, 30(3): 57-61, 2005 in a 1991 review, simonet [6] pointed out the occurrence of the sulfinate ion in the reduction of sulfonyl chlorides via a two-electron cleavage process of the s-cl bond. such a cleavage can be considered a source of sulfinate ions as intermediates of the reduction process. a few years ago, angelo and stradiotto [7] proposed a mechanism for the electrochemical reduction of aromatic sulfinic acids in an aprotic medium, demonstrating the importance of the chemical reactions of derivative intermediates. the above findings lead us to conclude that the production of sulfinate ions in the sulfonyl halide and sulfone reduction process is an essential step. although sulfonyl halides also lead to the production of the halide ion, and sulfone leads to that of the corresponding hydrocarbon, these studies found no evidence of the role of sulfinic acid derivatives in the global process. p-nitrobenzenesulfonyl chloride (nbscl) was elected as a model compound to shed light on the role of the sulfinic acid derivative in the electrochemical reduction process. the electronremoval character of the nitro substituent allows the compound to be reduced at less negative potentials and also to produce stable intermediates. the aim of this work is to find electrochemical evidence of the participation of the aromatic sulfinic acid derivative in the electrochemical reduction process of the corresponding sulfonyl chlorides. experimental commercially available nbscl (merck) was used as received. the purity of the compound was analyzed using melting point, nuclear magnetic resonance and infrared spectrometry techniques. the electrochemical experiments were performed in dimethylsulfoxide (dmso, merck) solutions using tetrabutylammonium tetrafluorborate (bu 4 nbf 4, merck) as the supporting electrolyte, at 25oc. the solutions were deaerated by bubbling nitrogen gas before each experiment. a twocompartment glass cell was used in the cyclic voltammetric experiments, and a three-compartment cell was used in the potential-controlled electrolysis experiments. the counter electrodes were a platinum ring for cyclic voltammetry and a platinum grid for electrolysis. a glassy carbon disk with an area of 0.07 cm2 (tokai carbon co.) was used as a working electrode for cyclic voltammetry, and a glassy carbon plate with an area of 9.2 cm2 (cta) was the working electrode in our electrolysis studies. all the potentials cited in this work are referred to an sce, saturated calomel electrode (analion). an eg&g princeton applied research model 173 potentiostat-galvanostat coupled to an eg&g model 175 universal programmer was used for the electrochemical studies. the data obtained were recorded with a houston instruments model re0091 recorder. for rapid scan rates, an ibmcompatible pc interfaced by an adc card to the above mentioned potentiostat was used. results and discussion figure 1 displays cyclic voltammograms obtained for the reduction of nbscl in dmso/ bu 4 nbf 4 on a glassy carbon electrode. three cathodic peaks are visible at -0.84 v (peak i), -1.0 v (peak ii) and -2.2 v (peak iii) and one anodic peak at -0.92 v. peaks i and iii did not show the corresponding anodic peaks even when a sweep rate as high as 10 v s-1 was applied, suggesting their irreversible character due to a fast coupled chemical reaction and/or an irreversible charge transfer reaction. on the other hand, peak ii indicates the corresponding anodic process located at -0.92 v. the profile is characteristic of the reduction of aromatic sulfur compounds activated by a nitro substituent in aprotic medium. figure 1. cyclic voltammograms for nbscl in dmso solution at 25ºc (v=0.10 v s-1), with the cathodic sweep reverted after each cathodic peak. 59ecl. quím., são paulo, 30(3): 57-61, 2005 the effect of repetitive scans on the shape of the cyclic voltammograms is shown in figure 2. in addition to a decline in the current peak due to the concentration gradient, an almost complete suppression of peak i was observed in the successive scans, suggesting that, close to the electrode, nbscl was consumed through a chemical step following the second and third electron transfer steps. these cyclic voltammetric experiments suggest that the first step in the electrochemical reduction of nbscl may be: o 2 n-ar-so 2 cl + e [o 2 n-ar-so 2 cl]• (1) which is responsible for peak i and produces the starting radical-anion compound that leads to the r-cl bond cleavage. [o 2 n-ar-so 2 cl]•-→[o 2 n-ar-so 2 ]•+cl(2) hence, the sulfinic acid derivative (sulfinate radical) produced (eqn. 2) can either subtract a proton from the medium and generate pfigure 3. cyclic voltammograms obtained for nbscl in dmso solution at 25ºc (v=0.10 v s-1); cathodic sweep reverted after peak (ii). (a) 1st cycle, and (b) 8th cycle. figure 2. cyclic voltammograms obtained for nbscl in dmso solution at 25ºc (v=0.10 v s-1), with the cathodic sweep reverted after peak (iii). (a) 1st cycle, and (b) 7th cycle. cyclic voltammograms obtained with the scan limited to the potential of peak ii (figure 3) show the same behavior, indicating that the chemical step occurred with an intermediate produced from the second electron transfer step. this can be explained by the fact that radicals generated in organic compound reactions are usually highly reactive and, when present in the diffusion layer, can react with a variety of species, including the starting compound. cyclic voltammetry experiments were also performed by holding the potential immediately after reaching peak ii. if the potential is held after peak ii, the cyclic voltammogram recorded inhibits peak i, as indicated in figure 4. this result reinforces the suggestion that an intermediate produced from the second cathodic process reacts with the starting compound through a chemical step. moreover, it should be noted that a consecutive sweep experiment made after holding the potential allows one to reproduce the voltammetric profile of the sulfinic acid derivative in an aprotic medium [8,9]. figure 4. cyclic voltammograms for nbscl in dmso solution at 25ºc (v=0.10 v s-1): (a) start holding for 30 s; (b) restarting of the sweep. 60 ecl. quím., são paulo, 30(3): 57-61, 2005 nitrobenzenesulfinic acid or participate in an electron transfer reaction. furthermore, the same step produces the clion which is commonly determined to be a product of the electrochemical reduction of sulfonyl chlorides. assuming that the sulfinate radical persists in the diffusion layer, such species could receive a second electron (peak ii), producing the reactive sulfinate [o 2 n-ar-so 2 ]• + e o 2 n-ar-so 2 (3) ion. this anion presumably attacks the starting compound via the nucleophilic chemical reaction: o 2 n-ar-so 2 + o 2 n-ar-so 2 cl → [o 2 n-ar -so 2 -so 2 -ar-no 2 ] + cl(4) which was probably responsible for the disappearance of peak (i) in the consecutive sweeps and potential-holding experiments. it must be pointed out that step (4) also produces the clion. this process has also been reported by lazar and vinkler [10]. peak (iii) can be formed in response to the electrochemical cleavage of the disulfone produced in step (4): [o 2 n-ar-so 2 -so 2 -ar-no 2 ] + 2 e → 2 o 2 n -ar-so 2 (5) which also produces the sulfinate ion that can react with the starting compound via step (4). at this point, the global process may acquire a complex and loop like a singularity, in which the nucleophilic attack from the sulfinate ion to the starting compound assumes a prevalent role. to better understand the cathodic process, the influence of the sweep rate (v) on the reduction peaks was investigated. the data obtained, which was plotted as i p /v1/2, is shown in figure 5. the peak current declined slightly with the sweep rate in the first and second cathodic processes of nbscl reduction. figure 5 also reveals a pronounced decrease with the sweep rate in the third nbscl reduction process. these results indicate a chemical reaction occurred in each electron transfer step. note that this assumption was suggested earlier, based on the successive sweeps and holding experiments conducted in this study. figure 5. influence of the sweep rate on the current function (i p /v1/2) for electrochemical reduction of nbscl in dmso at 25oc. (a) peak i; (b) peak ii; and (c) peak iii. 61ecl. quím., são paulo, 30(3): 57-61, 2005 our analysis of the influence of the sweep rate on the cathodic peaks also revealed a shift in e p (potential of the cathodic peak) as a function of log v (sweep rate). the ∂e p /∂log v values calculated from these plots were 0.031 v, 0.015 v and 0.040 v, respectively, for the first, second and third cathodic step of the nbscl reduction. these values indicate a significant cathodic shift in the e p as the sweep rate increased. based on the diagnostic criteria, these values suggest a coupled chemical reaction following each faradaic step. it should be pointed out that the magnitudes of such values are established by the kinetic characteristics of the chemical reactions involved, which depend on the stability of the intermediates produced from the faradaic steps. the overall equation that represents the proposed mechanism is: o 2 n-ar-so 2 cl + 2 e → o 2 n-ar-so 2 + cl(6) which indicates that each molecule of the starting compound appears to transfer 2 electrons. the constant potential electrolysis experiments produced a number equal to 2.1, which is in good agreement with the predicted value. the proposed mechanism is congruous with the experimental findings of this work and confirms the reaction products already determined by others [2-4,6]. therefore, we have shown electrochemical evidence of the participation of the sulfinic acid derivative as an intermediate in the electrochemical reduction of the model compound nbscl in dmso solution. acknowledgments the authors thank cnpq, fapesp and capes (brazil) for their financial support. recebido em: 15/04/2005 aceito em: 13/07/2005 a. c .d. angelo, s. m. a. jorge, n. r. stradiotto. evidência eletroquímica do derivado ácido sulfínico como intermediário na redução do cloreto de sulfonila aromático em meio aprótico resumo: a redução eletroquímica do cloreto de p-nitrobenzenosulfonila (nbscl) em dimetilsulfóxido (dmso) foi utilizada como um modelo para o estudo da participação do derivado sulfínico no processo global de redução deste composto. para isso foram utilizados ensaios de voltametria cíclica, onde foi evidenciada a produção do derivado sulfínico que assume papel preponderante nas reações químicas envolvendo o composto original e outros intermediários. são também discutidos os prováveis mecanismos de redução. palavras-chave: eletroquímica; compostos sulfonila; ácido sulfínico e derivados; mecanismo. references [1] j. simonet, g. jeminet, bull. soc. chim. franc. 7 (1971) 2754. [2] j. g. gourcy, g. jeminet, j. simonet, c.r. acad. sc. paris 227 (1973) 1079. [3] g. jeminet, j. simonet, j. g. gourcy, bull. soc. chim. franc. 5(6) (1974) 1102. [4] b. l. johansson, b. persson, acta chem. scand. 832 (1978) 431. [5] g. mabon, m. c. el badre, j. simonet, bull. soc. chim. franc. 129 (1992) 9. [6] j. simonet, in the chemistry of sulphonic acids, esters and their derivatives, s. patai, z. rappoport, eds. john wiley & sons ltd., 1991, 553. [7] a. c. d. ângelo, n. r. stradiotto, j. electrochem. soc. 144(3) (1997) 773. [8] m. r. asirvatham, m. d. hawley, j. electroanal. chem. 53 (1974) 293. [9] g. m. silva, master’s dissertation, instituto de física e química de são carlos-usp, brazil, 1991. [10] j. lazar, e. vinkler, acta chim. acad. sci. hung. 106 (1981) 275. eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 69 artigo/article características físico-químicas de ácidos húmicos em diferentes etapas da vermicompostagem c. r. g. brighenti 1, e. l. reis 2 e c. reis 2 1departamento de engenharia de biossistemas universidade federal de são joão del rei praça dom helvécio, 74, cep: 36301-160 são joão del rei mg e-mail: carlabrighenti@ufsj.edu.br 2departamento de química universidade federal de viçosa viçosa – mg e-mail:efraim@ufv.br resumo: amostras de materiais coletados em diferentes estádios de vermicompostagem foram submetidas a procedimentos de extração de ácidos húmicos. técnicas de titulação potenciométrica, termogravimetria (dtg), difração de raios x e espectrofotometria no uv/visível e no infravermelho foram utilizadas no estudo desses materiais. os dados de titulação foram submetidos ao ajuste por regressão não-linear, determinando-se, assim, cinco valores de pka característicos de cinco classes de grupos tituláveis. nas curvas dtg, foram observadas duas etapas, sendo a primeira característica da separação de estruturas alifáticas e, ou, alicíclicas e a segunda, a decomposição de estruturas aromáticas. a difratometria de raios x apresentou diferenças marcantes nos resultados, principalmente nos três primeiros picos onde parecem ocorrer reorganização estrutural e polimerização ao longo do processo de vermicompostagem. os espectros do infravermelho não apresentaram diferenciação entre os espectros. os valores da razão e4/e6 encontrados estão de acordo com os característicos dos ácidos húmicos, mas não fornecem informações que possam contribuir para a elucidação da estrutura e formação desses ácidos. palavras-chave: titulação, termogravimetria, difração, espectrofotometria, regressão não-linear. introdução a transformação da matéria orgânica, resultante da ação combinada das minhocas do tipo eisenia foetida e da microfl ora que vive em seu trato digestivo, é conhecida como vermicompostagem. o valor agronômico do vermicomposto, quanto às características físico-químicas, é compatível com as características dos compostos convencionais, porém atinge mais rapidamente o estádio de maturação[1]. a maturação é a segunda fase do processo em que ocorre a humifi cação dos intermediários mais estáveis e a redução dos organismos patogênicos remanescentes, melhorando a qualidade do produto fi nal [2]. nesta fase há formação de ácidos húmicos (ah). a composição elementar do ácido húmico é c308h328o90n5, com a massa molecular de 5.539,949 g mol-1 e análise elementar de 66,78% c, 5,97% h, 25,99% o e 1,26% n [3]. dentre alguns métodos utilizados para caracterização de macromoléculas, aplicados ao estudo de substâncias húmicas, destacam-se: titulação, termogravimetria, difratometria e espectrofotometria no uv-visível e infravermelho [4]. ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 201070 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 2010 71 artigo article artigo article as curvas de titulação de substâncias húmicas não apresentam pontos de infl exão bem defi nidos, difi cultando a aplicação de métodos clássicos da primeira e segunda derivada. titulações levadas até um ph preestabelecido também estão sujeitas a erros devido à ampla faixa de pk dos grupos ionizáveis [5]. para quantifi car a estequiometria e as constantes de ionização condicionais dos grupos ionizáveis em substâncias húmicas, os dados das titulações potenciométricas devem ser tratados por métodos numéricos baseados em regressão linear ou não-linear [6]. as análises termogravimétricas permitem estudar a estabilidade térmica e estimar o grau de aromaticidade do material húmico [7]. com a perda de massa registrada abaixo de 673 k, devida à desidratação e à eliminação de grupamentos funcionais das partes alifáticas, uma estimativa do “grau de aromaticidade” pode ser obtida, determinando-se a perda de massa acima de 673 k [8]. as análises de difração de raios x têm sido utilizadas para caracterizar a natureza dos compostos húmicos dos solos e o produto de suas interações com metais. no drx normalmente ocorrem picos fracos e linhas difusas [9]. em função da grande quantidade e variabilidade de grupos cromóforos existentes nas macromoléculas húmicas, os espectros obtidos no uv/visível são geralmente formados pela sobreposição de várias bandas, sem picos defi nidos [10]. na faixa do visível, as absorbâncias em 465 e 665 nm e a relação entre estas (e4/e6) têm sido usadas para caracterização de substâncias húmicas [4]. segundo chen, senesi e schnitzer [11], a razão e4/e6 está relacionada ao tamanho e ao peso molecular das substâncias húmicas. stevenson [12] relatou que a razão e4/e6 diminui com o aumento do peso molecular e com a quantidade de estruturas aromáticas. outro método utilizado para caracterização de substâncias húmicas é o infravermelho com transformada de fourier (ftir). embora existam diferenças entre os espectros, a feição geral é bastante similar, ocorrendo variações nas proporções entre os sinais e pequenos deslocamentos na freqüência de absorção [10]. a informação provida pela análise comparativa entre espectros é de maior valia que a análise isolada. neste trabalho, pretendeu-se caracterizar fi sico-quimicamente ácidos húmicos extraídos ao longo do processo de vermicompostagem, sendo feita inicialmente a extração dos ácidos a partir da metodologia proposta pela sociedade internacional de substâncias húmicas, seguida pela titulação potenciométrica, espectrometria por difração de raios x, termogravimetria e espectrofotometria no uv/visível e infravermelho, com os objetivos de distinguir diferentes grupos carboxílicos, fenólicos e amínicos e determinar se o vermicomposto atingiu grau satisfatório de estabilização. materiais e métodos 1. obtenção das amostras as amostras foram obtidas no minhocário minhobox ® situado em juiz de fora mg, que utiliza o sistema de minhocultura verticalizada em caixas, em que o esterco é curtido durante 35 dias em leiras prismáticas montadas em canteiros e depois de atingir cor e granulometria estabelecida é adicionado em caixas organizadas em prateleiras, com capacidade para 62,5 l de esterco previamente curtido e 2 l de minhoca em cada caixa, onde permanece por mais 28 dias. 2. coleta da amostra foram separadas três leiras (denominadas s, t e q) em que se efetuou o reviramento das leiras a cada dois dias. a coleta foi realizada de sete em sete dias. coletaram-se amostras desde o dia da montagem das leiras com a matéria-prima crua (esterco bovino) até a total humifi cação da matéria orgânica e obtenção do vermicomposto propriamente dito, num total de 30 amostras, sendo 10 amostras de cada leira. 3. extração de ácidos húmicos depois de seca ao ar por 24 horas, cada amostra foi triturada e pulverizada em grau de porcelana e passada em peneira de 80 mesh. as frações pulverizadas foram embaladas, etiquetadas separadamente em frascos de vidro e armazenadas em refrigerador a 3º c. pesaram-se 30 g de amostra de vermicomposto, colocando em agitação com 150 ml de nacl 0,5 mol l-1 por 4 horas em atmosfera de nitrogênio para pré-lavagem das amostras. em seguida, centrifugou-se a mistura, descartando o sobrenadante. diluiu-se o resíduo sólido em 300 ml de naoh 0,1 mol l-1, colocando-o em agitação por 20 horas, em atmosfera de n2, para evitar a oxidação dos ahs. após a agitação branda por 20 horas, centrifugou-se o material a 5.000 g (fcrmédia) por 20 minutos. recolheu-se o sobrenadante, e imediatamente reduziu-se o ph para 2,0, por gotejamento de solução aquosa de hcl 1:1. esse extrato foi mantido no refrigerador. o resíduo sólido foi novamente submetido à extração, da mesma forma. esse sobrenadante foi misturado ao anterior, ajustando-se novamente o ph para 2,0. o extrato acidifi cado foi deixado em geladeira para precipitação dos ahs. após 18 horas, retirou-se por sifonação o excesso de sobrenadante (fração ácido fúlvico), que foi descartado. centrifugou-se o restante do material a 5.000 g (fcrmédia) por 10 minutos, eliminando o sobrenadante. ressobilizou-se o ácido húmico em 300 ml de solução de naoh 0,1 mol l-1, em atmosfera de n2, repetindo o processo duas vezes. lavou-se o ah com solução hcl 0,01 mol l-1 até a clarifi cação do sobrenadante, que foi levado para o congelador até a sua solidifi cação. algumas horas depois, cada amostra foi descongelada, o excesso de água retirado e novamente congeladas para serem liofi lizadas. obteve-se um sólido escuro na forma granular. 4. experimentos de caracterização do vermicomposto 4.1. titulação potenciométrica as titulações com naoh, em força iônica constante, foram executadas no sistema potenciométrico, com eletrodo combinado ag/agcl, interfaceado a um microcomputador. o titulante foi adicionado por um sistema automatizado, sendo o volume do titulante e o ph da solução medidos após cada adição. a concentração de ácido húmico inicial era de 6 g l-1. o sistema de titulação, desenvolvido no laboratório de instrumentação e quimiometria da ufv, foi baseado no potenciômetro da orion, onde a propulsão do titulante é feita através de uma bomba peristáltica izmatec e, o controle das injeções, através de válvulas solenóides de “tefl on”. todo o sistema foi gerenciado, e os dados adquiridos por um programa desenvolvido em visual basic. as curvas de titulação foram preparadas no programa microcal origin. 4.1.1. análise por regressão não-linear utilizou-se um programa de ajuste multiparamétrico baseado em regressão não-linear, modifi cado do original, utilizado por masini, abate e lima [13]. o programa usa a equação geral que descreve a titulação de mistura de um ácido forte com n ácidos fracos, ou seja: em que v é o volume do titulante e vo é o volume inicial presente na cela antes do início da titulação; e são, respectivamente, o volume de equivalência para o ácido forte e para o sítio ionizável han; kw é a constante de ionização da água a 25oc e cb é a concentração do titulante (mol l-1). o termo an é defi nido por em que é a constante de ionização do sítio han. e são os parâmetros ajustáveis no cálculo, o qual é realizado, minimizando-se o erro da soma, m 2 j(med) j(calc) j 1 s ph ph = ⎡ ⎤= −⎣ ⎦∑ em que m é o total de dados (v, ph) usados na regressão, ph(med) refere-se ao ph experimental e ph(calc) o ph calculado. os valores de ph(calc) foram calculados, usando-se uma sub-rotina baseada no método de newton-raphson. ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 201072 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 2010 73 artigo article artigo article 4.2. análise termogravimétrica as medidas termogravimétricas foram realizadas em uma termobalança shimadzu, modelo tga-50, em atmosfera dinâmica de n2 (150 ml min-1), utilizando-se amostras com massa de 6 a 15 mg, em cadinho de platina, com granulometria entre 325 a 400 mesh, a uma taxa de aquecimento de 10 oc min-1 e temperatura fi nal de 1.000 oc. 4.3. análise espectrométrica por difração de raios x os difratogramas foram obtidos de lâminas escavadas com amostras de ahs em um difratômetro rigaku, com goniômetro horizontal com tubo de cobre e fi ltro de níquel (radiação cukα), de 10 a 50 o2θ, com velocidade angular de 4 2θ/ min. para digitalização dos dados, foi utilizado o programa raios x, desenvolvido pelo departamento de solos da ufv. 4.4. análise espectrofotométrica no uv/visível as leituras na faixa do uv/visível foram feitas em um espectrofotômetro hitachi, modelo u2000, utilizando-se células de quartzo com caminho ótico de 10 mm. utilizou-se cerca de 2 mg do ah em 10 ml de nahco3 0,05 mol l-1, para ajuste do ph. na faixa do visível, as absorvâncias em 465 e 665 nm e a relação entre estas (e4/e6) foram utilizadas. 4.5. análise espectrofotométrica no infravermelho utilizou-se um espectrofotômetro modelo perkin elmer (ft-ir 1000). obtinham-se os espectros com pastilhas preparadas com 100 mg de kbr pulverizado e secado a 110 oc e 1 mg de ácido húmico de vermicomposto. a leitura foi feita na faixa de 4.000-400 cm-1. resultados e discussão 1. titulação potenciométrica foram obtidas curvas de titulação das 30 amostras utilizando-se cerca de 70 pontos. utilizou-se para ajuste dos dados com os seguintes valores: vmáximo = 20 ml; vazão = 1,852 g min-1; incremento =0,1 ml; resolução: 0,003. a calibração dos eletrodos foi feita a partir da titulação de 25 ml de solução de hcl 0,1046 mol l-1 com 50 ml de solução-padrão de naoh 0,1026 mol l-1. 1.1 regressão não-linear através de gráfi cos de derivadas de titulações dos ahs, conseguiu-se pré-estabelecer um valor inicial para a constante de dissociação de grupos carboxílicos e fenólicos. foi traçado o gráfi co de dph/dml como função do ph e depois a segunda derivada (dph2/d2ml); o valor no qual esta tendia a zero fornecia o volume de equivalência aproximado para cada grupo ácido. aos dados obtidos nas titulações, aplicou-se, então, o programa de ajustes por regressão não-linear modifi cado, para diferenciar os grupos ácidos, permitindo a determinação dos pka. no caso de ahs de vermicomposto, consideraram-se 11 parâmetros a serem calculados pelo programa, sendo um deles o volume para neutralizar o excesso de ácido forte; os outros 10 referentes aos volumes de neutralização de cada um dos cinco ácidos fracos e respectivos pks. os valores atribuídos inicialmente são baseados no gráfi co da derivada segunda, a partir do qual é possível estabelecer um intervalo possível de existência de um grupo titulável e, a partir daí, refi nar os valores até que estes possam convergir adequadamente. os valores de pk iniciais foram baseados nos cinco valores citados por masini, abate e lima [13] para ahs de vermicomposto. utilizando o programa, verifi cou-se a existência de cinco constantes de equilíbrio para alguns ahs das etapas de vermicompostagem. em outros, notou-se a existência de dois dos pks calculados com valores aproximadamente iguais ou mesmo iguais, supondo-se, portanto, a existência de dois grupos com pks não distinguíveis pelo programa, como se verifi ca no tabela 1. tabela 1. resultados obtidos pela titulação de ácido húmico com naoh 0,0981 mol l-1 com pk de cada grupo ácido com força iônica 0,5 mol l-1 e temperatura de 25 oc. amostra vhcl v1 pk1 v2 pk2 v3 pk3 v4 pk4 v5 pk5 1q 1,76 3,91 3,98 5,19 5,28 6,23 6,23 6,83 7,99 9,10 9,66 1t 1,04 1,82 4,58 2,11 5,89 2,61 6,18 3,18 7,22 4,27 9,23 1s 1,03 1,48 4,50 1,92 4,51 2,91 5,89 3,37 7,58 4,84 9,59 2q 1,02 1,88 4,49 2,23 5,82 2,67 5,84 3,07 7,32 4,17 9,28 2t 0,77 1,26 4,67 1,35 4,68 1,81 6,01 2,16 7,34 2,82 9,19 2s 0,93 1,57 4,58 1,85 4,56 2,74 5,95 3,21 7,65 4,59 9,63 3q 0,88 1,18 4,48 1,71 4,48 2,44 5,95 2,89 7,59 3,94 9,47 3t 0,92 0,95 4,61 1,68 4,62 2,20 5,98 2,53 7,40 3,22 9,19 3s 0,84 0,95 4,53 1,70 4,53 2,34 5,93 2,76 7,17 3,50 9,34 4q 2,36 2,75 4,42 3,47 4,44 4,41 5,90 4,92 7,55 6,03 9,45 4t 1,27 2,35 4,39 3,00 5,76 3,25 6,51 3,71 7,58 4,76 9,42 4s 1,25 1,86 4,53 2,42 4,53 3,37 5,91 4,26 7,29 6,05 9,57 5q 0,97 1,79 4,59 2,17 5,94 2,45 6,65 2,64 7,70 3,17 9,21 5t 1,59 2,66 4,16 3,44 5,45 3,88 6,37 4,33 7,53 5,39 9,15 5s 2,09 2,58 4,61 3,23 4,61 4,09 6,06 4,58 7,41 5,78 9,23 6q 1,77 2,90 4,21 3,03 5,71 4,07 5,72 4,56 7,29 5,60 9,15 6t 1,45 2,69 4,32 3,21 5,72 3,47 5,73 3,98 7,24 4,98 9,09 6s 0,88 1,44 4,54 1,76 4,53 2,45 6,11 2,68 7,41 3,36 9,13 7q 1,91 3,15 4,27 4,01 5,68 4,33 6,58 4,77 7,68 5,71 9,33 7t 1,52 2,74 4,18 3,44 5,41 3,73 6,13 4,24 7,17 5,17 9,04 7s 2,24 2,54 4,57 3,42 4,57 4,34 6,01 4,83 7,47 5,79 9,48 8q 0,92 1,15 4,43 1,81 4,43 2,43 5,88 2,84 6,97 3,57 9,01 8t 1,06 1,57 4,34 2,33 4,25 3,25 5,87 3,83 7,54 4,87 9,41 8s 1,10 2,27 4,29 3,17 5,70 3,58 6,58 4,03 7,81 5,20 9,50 9q 1,37 2,35 4,41 2,74 4,43 3,27 6,17 3,58 7,38 4,32 9,13 9t 0,83 1,04 4,34 1,77 4,34 2,57 5,83 2,91 7,41 3,71 9,26 9s 1,15 1,89 4,39 2,31 4,39 3,09 5,93 3,57 7,51 4,56 9,34 10q 1,13 1,77 4,40 2,29 4,40 3,63 5,86 4,16 7,46 5,86 9,54 10t 1,01 2,01 4,50 2,41 5,80 2,44 6,4 2,81 7,41 3,46 9,23 10s 1,09 1,13 4,37 2,20 4,41 2,80 5,85 3,16 7,36 3,90 9,18 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 201074 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 2010 75 artigo article artigo article o primeiro volume vhcl é correspondente ao excesso de ácido forte, e os outros cinco volumes (v1,..., v5) correspondem ao volume de equivalência para cada grupo titulável. analisando os dados tratados, foram determinadas cinco classes de grupos tituláveis, compatíveis com os resultados da literatura com relação a substâncias húmicas [13,14], sendo ha1, ha2 e ha3, as três primeiras (pk < 7), tituladas em uma região de ph típica para grupamentos carboxílicos e as duas últimas, ha4 e ha5 (pk > 7), atribuídas a grupamentos fenólicos. os três primeiros valores médios de pka encontrados foram próprios para grupos carboxílicos. os dois últimos pka foram próprios de fenóis. o valor de pka normalmente obtido para o sexto grupo em ah extraído do solo e comercial foi próximo de 10,0 e atribuído a grupos fenólicos. em estudo comparativo, shin, monsallier e choppin [15] demonstraram ocorrer alteração química com alguma perda de grupos carboxílicos no ah purifi cado em relação ao não-purifi cado. na figura 1 comparou-se a curvas de titulação experimental com a curva ajustada pelo programa de regressão não-linear, sendo que, a maior parte da curva gerada coincidiu com a curva de titulação real, evidenciando um bom ajuste pelos dados gerados. 0 2 4 6 8 10 12 14 2 4 6 8 10 12 14 1q real 1q estimado ph vol naoh 0 2 4 6 8 2 4 6 8 10 12 14 1t real 1t estimado ph vol naoh 0 2 4 6 8 2 4 6 8 10 12 14 1s real 1s estimado ph vol naoh 0 2 4 6 8 2 4 6 8 10 12 14 2q real 2q estimado ph vol naoh 0 1 2 3 4 5 2 4 6 8 10 12 14 2t real 2t estimado ph vol naoh 0 1 2 3 4 5 6 7 2 4 6 8 10 12 14 figura 23: curvas de titulação e ajustes por regressão não linear das amostras 1q, 1t, 1s, 2q, 2t e 2s. 2s real 2s estimado ph vol naoh figura 1. curva de titulação experimental de ácido húmico com naoh e ajustada por regressão não-linear da amostra 2s. 2. análise termogravimétrica para ácidos húmicos, é comum utilizar a razão da perda de massa versus temperatura (curva tg), em que se observam dois picos principais. o primeiro, em baixa temperatura (≈ 260 oc), é atribuído à decomposição de celulose; o outro, em temperatura mais elevada (> 400 oc), relacionado com a decomposição de celulose+lignina [16]. as principais etapas da pirólise que as substâncias húmicas geralmente admitem são desidratação até 473 k, eliminação dos grupamentos funcionais entre 520 e 580 k e decomposição do “núcleo central” a uma temperatura superior a 673 k. a decomposição térmica foi um processo complexo, ocorrendo em duas etapas superpostas. a comparação da curva tg com sua primeira derivada, permitiu localizar o ombro a 400 oc e confi rmar o decaimento a 260 oc (figura 2). 0 200 400 600 800 1.000 6 8 10 12 14 16 18 20 4q massa (mg) temperatura (oc) -0,04 -0,02 0,00 figura 2. curva de tg/dtg, em atmosfera de n2, cadinho de platina a 10 oc min-1, amostra 4q. a primeira reação representou a separação de estruturas alifáticas e, ou, alicíclicas e, a segunda, a decomposição de estruturas aromáticas, sendo mais rápida que a segunda. assim, é esperado que exista algum tipo de diferença de natureza estrutural, talvez em nível molecular. a estabilidade térmica dos ácidos húmicos foi estudada por meio das medidas termogravimétricas em nitrogênio. as curvas indicaram que a perda do peso foi de 52,5 % a 91,7 % de massa total, com a ressalva de que, em média, 73,19 % ocorriam abaixo de 400 oc (tabela 2), o que foi indicativo de uma proporção pequena de estruturas aromáticas. ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 201076 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 2010 77 artigo article artigo article tabela 2. resultados de perda de massa das 30 amostras de ácidos húmicos perda de massa leira semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 após 400 oc (%) q 50,9 20,5 28,6 31,7 19,6 32,4 35,5 21,9 22,3 21,9 t 27,8 30,9 25,6 19,7 22,1 33,9 21,9 20,9 20,7 24,0 s 22,4 19,8 21,0 42,3 26,5 22,2 38,2 20,7 21,2 37,1 total (%) q 91,7 56,9 57,6 62,1 52,5 63,0 68,9 52,6 54,0 55,4 t 61,4 59,7 59,2 58,1 53,7 65,9 55,8 53,0 52,5 55,7 s 53,0 57,3 56,9 76,7 59,2 55,3 70,5 53,1 54,0 69,6 considerando que grupos funcionais e cadeias alifáticas se decompõem ~ 300 oc e que os núcleos aromáticos o fazem em temperaturas > 400 oc, concluiu-se que os ahs nas amostras 1q, 2t, 4q, 4s, 6q, 6t, 7q, 7s e 10s apresentam estrutura aromática em maior proporção do que nas amostras menos maturadas, já que a perda de massa foi mais lenta. observou-se que a amostra de 65 dias de vermicompostagem apresentou um dos maiores teores de estruturas aromáticas. os resultados obtidos foram promissores e indicaram a utilidade do dtg na análise do processo de humifi cação, estando de acordo com os encontrados em ahs por busnot et al. [8]. houve coincidência no comportamento de variação de perda de massa após 400 ºc entre as leiras q e s, sendo a única diferença observada da 5ª para 6ª semana onde uma teve um aumento (q) e a outra uma diminuição (s). a partir da 8ª semana ocorreu uma estabilização no grau de aromaticidade, indicando, o término do processo. a amostra 10s alcançou aumento acentuado na perda de massa, mostrando talvez uma diferenciação na composição da leira s (figura 3). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 leira q t s pe rd a d e m as sa ap ós 67 3 k (% ) semana figura3. acompanhamento da perda de massa das amostras de ácidos húmicos ao longo do tempo de vermicompostagem. o fato de o ah não ter sido purifi cado provocou aumento no resíduo como previsto por campanella e tomasseti [17]. 3. análise espectrométrica por difração de raios x uma difração-padrão de ácido húmico mostra usualmente bandas próximas de 3,5 å devido à condensação de anéis aromáticos. a intensidade e a extensão dessas bandas serão dependentes da constituição dos compostos húmicos, isto é, do grau de aromaticidade e da natureza dos componentes alifáticos, como carboxílico (-cooh) e hidroxílico (-oh). um aumento na banda de 3,5 å indicará decréscimo no número de anéis condensados e imperfeição na sua estrutura [9]. a sobreposição dos difratogramas dos ahs evidenciou aumento de cristalinidade com o transcorrer do processo de vermicompostagem, caracterizando a presença de lignina e metabólitos microbiológicos, sendo a amostra do 1º dia completamente amorfa aos raios x, na faixa estudada, o que evidenciou abundância em matéria orgânica carbonizada, enquanto nas demais vão se defi nindo cerca de 15 picos, sendo os principais correspondentes aos espaçamentos 0,718; 0,417; 0,359; 0,243; e 0,170 nm (figura 4). desses, os três primeiros são os que mais variaram durante o processo, e o correspondente ao espaçamento de 0,359 nm foi o último a se defi nir, apresentando amplitude máxima a partir do 49o dia. schnitzer, kodama e ripmeester [18] atribuíram as bandas na região entre 0,41-0,47 nm a grupamentos alifáticos de cadeias laterais e as bandas em torno de 0,35 nm a grupamentos aromáticos em ordenamento semelhante ao do plano (002) do grafi te. 0,170 nm 0,243 nm 0,359 nm 0,417 nm 0,718 nm 50 40 30 20 10 10q 7q 4q 1q o 2 θθ figura 4. exemplo de difratogramas de raios x das amostras de ahs 1q, 4q, 7q e 10q. ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 201078 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 2010 79 artigo article artigo article os resultados obtidos apresentaram-se coerentes com essas expectativas, uma vez que os picos que correspondem aos espaçamentos de 0,718 e 0,417 nm tiveram evolução simultânea e atingiram o máximo antes do espaçamento de 0,359 nm, que corresponderia aos núcleos aromáticos. uma vez que os principais picos somente se defi niram após a sétima semana, é esperado que a polimerização e o ordenamento cristalino dos ácidos húmicos não ocorram totalmente nos 30 primeiros dias de decomposição ativa. é possível verifi car alterações nos difratogramas de raios x, onde ocorrem variações na intensidade dos picos durante todo o processo. a amostra 2s também não apresentou os picos presentes nas demais. esses resultados obtidos apontaram para uma grande utilidade da difração de raios x no acompanhamento do processo de humifi cação, uma vez que diferenças marcantes de cristalinidade e ordenamento dos átomos dos ácidos húmicos foram observadas. isso parece indicar que o processo de humifi cação não se dá com grandes diferenciações na composição qualitativa dos grupamentos funcionais da mistura, mas sim com reorganização estrutural e possível polimerização de grupamentos de menor massa molar. contudo, esse processo ainda é um campo aberto para maiores elucidações. 4. análise espectrofotométrica no uv/visível o espectrofotômetro utilizado apresentou uma porta serial (rs-232), que permitiu o interfaceamento com microcomputador. dessa forma, os resultados provenientes da análise as análises puderam ser adquiridos e salvos utilizando um software de gerenciamento e aquisição de dados desenvolvido em visual basic. nos espectros uv/visível de ácidos húmicos, a absorção diminui com comprimento de onda crescente e dá pouca informação estrutural. com a maioria das amostras, entretanto, um ombro na região de 250-270 nm é observado (figura 5). 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 1 2 3 4 4q 10q 1q 7q ab so rv ân cia comprimento de onda (nm) figura 5. exemplo de espectro de uv/visível de ácido húmico extraído de vermicomposto – amostras 1q, 4q, 7q e 10q. a razão e4/e6 é governada principalmente pelo peso molecular médio e tamanho das cadeias que constituem o ácido húmico. nas amostras estudadas, os valores da razão e4/e6 sofrem pequenas variações, sendo os valores mais baixos obtidos nas amostras das duas primeiras semanas. dentre estas, a amostra 2s apresentou o menor valor, assim como na análise da difração de raios x. nas outras amostras, não houve variação relacionada com o tempo de maturação, indicando que não houve mudanças no tamanho das cadeias durante esse período. os valores encontrados estão de acordo com o esperado para ácidos húmicos, o qual geralmente é menor do que 5,0 [19]. na tabela 3 são apresentados os resultados da razão e4/e6 para as 30 amostras. tabela 3. razão e4/e6 das amostras de ácidos húmicos de vermicomposto leira semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 q 3,63 3,14 4,18 4,31 3,94 4,29 4,31 3,86 4,24 4,21 t 3,27 3,50 4,02 4,36 4,24 4,65 4,21 4,28 4,09 4,24 s 3,82 2,96 4,19 4,77 4,30 4,42 4,48 4,60 4,40 4,37 verifi ca-se que ocorre uma variação brusca na razão e4/e6 durante as duas primeiras semanas e estes valores continuam oscilando a cada semana, mas é interessante notar que os valores obtidos para as amostras extraídas das leiras s e q têm sempre comportamentos semelhante de aumento ou diminuição, indicando que o peso molecular estaria sendo alterando durante todo o processo. o único ponto de incoerência ocorreu na oitava semana, sendo que a tendência após a nona semana é de estabilização do processo (figura 6). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 leira q t s e 4/e 6 semana figura 6. razão e4/e6 obtida do espectro de uv/visível de ácido húmico extraído de vermicomposto das leiras s, t e q. ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 201080 ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 2010 81 artigo article artigo article 5. análise espectrofotométrica no infravermelho os espectros apresentaram bandas características de grupos fenólicos e carboxílicos, mas as diferenças espectrais foram praticamente inexistentes. o espectro apresentado na figura 7 é um exemplo do que ocorreu de maneira geral. apresentou, na região de 3.500-3.000 cm-1, banda forte e larga, centrada em aproximadamente 3.400 cm-1, que pode ser atribuída ao estiramento υ(o-h), que corresponde a vários grupos contendo oh fenólico. há também uma banda localizada na região de 1.750-1.500 cm-1, onde apareceram os estiramentos υ(c=o) de grupos carboxílicos e estiramento assimétrico υas(c=o) dos carboxilatos, indicando alta concentração de grupos carboxílicos. a estrutura complexa de bandas nessa região também recebe contribuição da deformação d(n-h) e do estiramento υ(c=c) aromático. essas bandas encontradas estão de acordo com trabalhos feitos anteriormente [7, 13, 20]. 3412 2812 2212 1612 1012 1x107 2x107 3x107 4x107 5x107 6x107 7x107 4q 1q 7q 10q tr an sm itâ nc ia (% ) número de onda (cm-1) figura 7. espectro de infravermelho de ácido húmico extraído de vermicomposto – amostras 1q, 4q, 7q e 10q. a banda localizada na região de 3.000 -2800 cm-1 é atribuída ao estiramento υ(c-h). há ainda uma banda na região entre 1.120-1.050 cm-1 que pode ser atribuída ao estiramento υ(c-o) de álcoois, que aparece nos espectros de quase todas as amostras, à exceção da 1q. os espectros apresentaram aspectos muito similares, com picos característicos em determinadas regiões, variando de intensidade, mas com poucas variações nas freqüências de absorvância. na comparação de espectros de ácidos húmicos extraídos de diferentes etapas do processo de vermicompostagem, poucas diferenças foram observadas. na tabela 4 são apresentados alguns picos característicos de ácido húmico de vermicomposto citados por landgraf, silva e rezende [21]. tabela 4. tabela de valores de número de onda vs. atribuições número de onda/cm-1 atribuição 3.500-3.000 estiramento o–h de oh fenólico 3.000-2.800 estiramento c-h cíclico e alifático 1.720-1.750 ν (c = o)cooh 1.650-1.500 νas (c = o)coo– e/ou ν (c = c)aromático 1.530 ν (c – o)fenol 1.400 νs coo–e (–ch)aromático 1.320-1.210 ν (o – h)fenol 1.180-1.000 ν (c – o) de álcool, éter e éster 900-650 ch aromático dessa forma, a análise espectroscópica no infravermelho dos ácidos húmicos de vermicomposto apenas confi rmou a presença de grupos carboxílicos e fenólicos, não sendo possível a diferenciação nas diversas etapas da vermicompostagem. conclusões a caracterização das amostras foi realizada através de titulação potenciométrica, de termogravimetria, de difratometria de raios x, de espectrofotometria no uv/visível e no infravermelho, verifi cando a existência de similaridades e, ou, dissimilaridades entre as amostras, de acordo com o decorrer do processo. o programa de ajuste por regressão não-linear mostrou-se efi ciente no cálculo de pka dos diferentes ácidos, distinguindo cinco grupos tituláveis nos ácidos húmicos estudados. as curvas de titulação obtidas apresentaram resultados satisfatórios, que puderam ser confi rmados pela sobreposição quase que total das curvas geradas pelo programa. as bandas presentes nos espectros do infravermelho apenas confi rmaram a presença de grupos carboxílicos e fenólicos nas amostras. com o resultado da espectrofotometria no uv/visível foram calculadas as razões e4/e6, diferenciando as amostras das duas primeiras semanas de vermicompostagem das demais. os difratogramas de raios x apresentaram diferenças marcantes, indicando uma reorganização estrutural nas amostras estudadas. três picos principais foram identifi cados em quase todas as amostras. os termogramas apresentaram dois picos principais atribuídos à eliminação de grupamentos funcionais e à decomposição de estruturas aromáticas. pelos resultados obtidos verifi cou-se que o ácido húmico de vermicomposto aqui estudado mantém suas principais características, mas sofre transformações estruturais, como o aumento da cristalinidade. eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 83 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 69 82, 201082 artigo article abstract: samples of materials, collected at different stages of vermicompostaging, were submitted to extraction procedures of humic acids. titration, termogravimetry (dtg), x-ray diffraction, spectrophotometry in the uv/visible and infrared techniques, were used in the study of these materials. the data from the potentiometry titration analysis were submitted to adjustment by non-linear regression, determining thus five values of pka’s characteristic of five classes of titrable groups. in the dtg curves two stages can be observed, being the first one characteristic of the separation of aliphatic and/or alycyclic structures and the second of decomposition of aromatic structures. the x-ray diffraction technique exhibed marked differences in the results, mainly in the first three peaks, were a structural reorganization and a polymerization along the vermicompostaging process. the infrared spectra practically no differentiation between the samples. the values for the ratio e4/e6 found are in accordance with the characteristic values for humic acids, but do not supply information that can contribute to the elucidation of the structure and formation of these acids. keywords: titration, termogravimetry, diffraction, spectrophotometry, non-linear regression. referências bibliográfi cas [1] d. j. silva, m. f. lima, rev. bras. frutic., 23(3) (2001) 139. 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[21] m. d. landgraf, s. c. silva, m. o. o. rezende, analytica chimica acta, 368(1998) 155. estimation of standard enthalpy of formation of alkanes in gaseous state by calculating size, structural and electronic parameters in the molecules. verma,p.s. prof.& head of department of chemistry, university of ajasthan, jaipur (india); gorsi, b.l.*; *e-mail – blgorsi.2007@yahoo.com kalwania,g.s. and lovel. dept of chemistry, s.k.govt. p. g. college, sikar (india) abstract: a quantitative analysis is made on the correlation ship of thermodynamic property, i.e., standard enthalpy of formation (δh f 0) with kier’s molecular connectivity index(1xv),vander waal’s volume (vw) electrotopological state index (e) and refractotopological state index (r) in gaseous state of alkanes. the regression analysis reveals a significant linear correlation of standard enthalpy of formation (δh f 0) with 1xv, vw, e and r. the equations obtained by regression analysis may be used to estimate standard enthalpy of formation (δh f 0) of alkanes in gaseous state. keywords: kier’s molecular connectivity (1xv); vander waal’s volume (vw); electrotopological state index (e); refractotopological state (r). i. introduction standard enthalpy of formation is a basic thermodynamic property. it is used in chemical engineering calculations. experimental measurements of standard enthalpy of formation (δh f 0) involve experimental diffi culties and they are not always feasible and the corresponding methods possess real drawbacks. consequently, it is necessary to resort to a theoretical calculation of these parameters. this option is now accessible because an important, fruitful and current fi eld of research. the additive approach applied to the estimation of thermo physical properties was systematically developed by s.w.benson and coworkers1-3. many topological distances based indices as molecular descriptors for qsar4,5 and additive scheme6 have been developed for the estimation of enthalpy of formation of organic compounds. one of the most important points in such research is the selection of adequate descriptors containing the information stored in the molecular structure. the quite satisfactory results of applying regression analysis may be used to calculate heats of formation seems to indicate this way is a suitable one to compute the enthalpy content of molecules. since results are good enough and errors are nearly the same as experimental uncertainties, the equations show to be a suitable method to systematize data and to derive certain rules regarding the structural elements and group contribution to the molecular enthalpy of formation. there are a wide variety of molecular descriptors to be used as independent variable and this large number of possibilities allows one to make quite different choices to perform the calculation ecl. quím., são paulo, 35 3: 83 91, 2010 23eclética química, 37, 23-29, 2012. outros, influenciam as reações de adsorção/dessorção, precipitação/dissolução, complexação e oxirredução de metais no solo, [4] influenciando também, dessa forma, a concentração e disponibilidade dos elementos traços para as plantas. dentre esses contaminantes encontramse os metais pesados (ou elementos traços) como o cádmio e o chumbo (pb), que não apresentam quaisquer benefícios ao organismo humano e, atualmente, a contaminação do solo e das águas por estes elementos é um grave problema ambiental, devido a sua persistência e elevado poder de toxicidade. o pb, em sua forma catiônica pb2+, é absorvido pelas plantas devido à sua semelhança com os metais de transição essenciais, diferindo no que se refere à translocação nas plantas, devido à sua facilidade de formar complexos com elevado impedimento estéreo [5-6]. as altas concentrações de pb interferem na divisão celular e inibem a extensão do sistema radicular e concentrações abaixo do nível considerado tóxico podem estimular o crescimento radicular [7]. a diminuição do processo respiratório, causada pela redução na assimilação de co2, provoca redução no crescimento. a interrupção do metabolismo do ca e a inativação enzimática também são provocadas pela introdução a preocupação com o nível de metais pesados advém da capacidade de ficar retido no solo, solubilizarem-se na água, da sua movimentação, da possibilidade de atingirem o lençol freático e, sobretudo, da sua absorção pelas plantas, podendo atingir, assim, a cadeia alimentar [1]. estes elementos são amplamente distribuídos no meio ambiente, sendo depositados na água (lagos, rios e oceanos), acumulados no solo, nas plantas, nos animais, provenientes da lixiviação do solo e como produto do desenvolvimento da tecnologia moderna (poluição atmosférica e fontes antropogênicas, dentre as quais se destacam a indústria química e metalúrgica, a mineração, alguns pesticidas agrícolas e esgotos domésticos) [1-3]. a possibilidade de contaminação ambiental por metais pesados está diretamente relacionada com os processos de adsorção-dessorção desses elementos nos solos. no solo, os metais pesados podem estar adsorvidos eletrostaticamente nos sítios de troca, na solução do solo e ligados a compostos orgânicos. fatores como concentrações e tipos de argila, ph, capacidade de troca de cátions, concentração de matéria orgânica, entre having the objective of evaluating the effect of application of cadmium and lead in tomato in the content, rate of growth and translocation in different parts of the plant, tomato plants were grown in nutrient solution of clark and submitted to rising doses of pb: 0; 0,25; 1,0; 5,0 and 10,0 mg l-1. cadmium translocated 21,9% to more than lead to the aerial part showing pb concentrated in the roots while in the fruits, the translocation of these metals reached 1,89% for cd and 1,38% for pb. in relation to the control treatment, the fruits production was reduced from the concentration 5,0 mg l-1 de pb and 1,0 mg l-1 of cd. keywords: heavy metals, tomato, translocation index. assessment of toxicity of cadmium and lead in tomato alexandre carvalho bertoli*(1), ruy carvalho(1), marcele gabriel cannata(1), ana rosa ribeiro bastos(2)e amanda dos santos augusto(1) (1) universidade federal de lavras ufla, departamento de química, caixa postal 3037, cep 37200 000, lavras mg. (2)universidade federal de lavras – ufla, departamento de ciência do solo, caixa postal 3037, cep 37200-000, lavras mg. *e-mail: bertolialexandre@yahoo.com.br 24eclética química, 37, 23 -29, 2012. (plantmax)®, sendo irrigadas com água desmineralizada de forma a mantê-las úmidas durante 21 dias. quando estavam com uma altura aproximada de 10 cm, as mudas foram transplantadas para uma bandeja com solução de clark [13], permanecendo em adaptação durante duas semanas, na primeira semana com 25% da concentração máxima da solução e na semana seguinte com 50% da concentração. decorrido esse período, o experimento foi montado em potes individuais com solução de clark a 75%, incluindo a adição de cd e pb. foram aplicadas as concentrações diferentes de cádmio (cd), 0; 0,025; 0,1; 0,5; 1,0 mg l-1 e de chumbo (pb), 0; 0,25; 1,0; 5,0; 10,0 mg l-1, utilizando nitrato de cádmio cd(no3)2.4h2o e nitrato de chumbo pb(no3)2.4h2o como fonte do elemento contaminador. foram utilizados frascos plásticos, opacos, com capacidade de aproximadamente 3l, onde as plantas escolhidas de tomate se desenvolveram. a solução foi arejada constantemente por tubulações de plástico ligadas a um moto-compressor. ao final do ciclo vegetativo as plantas foram colhidas, separada em parte aérea, sistema radicular e frutos, lavadas com água deionizada. as raízes e a parte aérea foram secas em estufa em temperatura entre 65 e 70°c até peso constante. os frutos foram congelados a -80ºc em ultrafreezer e liofilizados em um aparelho liobrás l202, a uma temperatura de -50ºc. em seguida, o material foi pesado e posteriormente triturado em moinho tipo willey, equipado com peneira de 20 cm2. para determinação da concentração dos elementos, fez-se a digestão nitroperclórica na proporção de 2:1 (v/v) de hno3 e hclo4. as concentrações de cd e pb da matéria seca da parte aérea (mspa), do sistema radicular (msr) e dos frutos (msf) foram dosados utilizando-se um espectrofotômetro de absorção atômica varian com chama de gás acetileno e lâmpadas de cátodo oco [14]. para calcular o índice de translocação (it) dos elementos da raiz para a parte aérea e raiz, parte aérea para os frutos, [15] utilizou-se as seguintes expressões: o delineamento estatístico adotado foi inteiramente casualizado, com cinco tratamentos (0; 0,025; 0,1; 0,5 e 1,0 mg l-1 de cd) e (0; 0,25; 1,0; 5,0 e 10,0 mg l-1 de pb) quatro repetições, sendo cada repetição representada por um vaso com uma planta, perfazendo, assim, um total de 40 plantas (parcelas experimentais). os dados foram submetidos à análise de variância, sendo ajustadas equações de regressão para a concentração e o índice de translocação dos diferentes elementos analisados, utilizando-se o programa toxicidade de pb nas plantas [8]. uma vez no solo, o cd pode ser absorvido pelas plantas de duas maneiras: passiva (em que a captura envolve difusão dos íons da solução do solo para dentro da endoderme) ou ativa (por gradiente de concentração, requerendo energia metabólica). após ter sido absorvido através das raízes, o metal pode ser transportado pelos vasos do xilema, possibilitando a sua movimentação por toda a planta. nas folhas, os íons metálicos podem ser incorporados dentro de proteínas ou translocados através do floema, junto com fotoassimiladores, causando uma série de fitotoxicidades [9]. normalmente, o cd é retido nas raízes e somente pequenas quantidades são transportadas para a parte aérea, acumulando-se, principalmente, nas folhas. contudo, os íons de cd na parte aérea das plantas podem ser translocados para os frutos em desenvolvimento via transporte mediado pelo floema [10]. isso acontece porque os frutos e as sementes dependem principalmente das folhas, que são as fontes primárias de açúcares, para o crescimento e o acúmulo de reservas e esta matéria prima chega quase que exclusivamente pela seiva do floema [11]. assim, devido ao avanço da degradação ambiental e a ampla toxicidade dos metais pesados para as plantas, para os animais e para saúde humana e pelo fato de as plantas serem o principal ponto de ligação entre os metais pesados e o homem via cadeia alimentar é que se torna necessária à realização de estudos que possibilitem a determinação do efeito destes elementos nas plantas [12]. este trabalho teve como objetivo avaliar a translocação de cd e de pb nas plantas de tomate submetidas a diferentes concentrações dos metais, indicar e discutir os limites de tolerância do tomate a cd e pb, capazes de influenciar a sua produção. material e métodos os experimentos foram conduzidos em laboratórios dos departamentos de ciência do solo e de química e em casa de vegetação do departamento de ciência do solo da universidade federal de lavras (ufla), lavras – mg, em solução nutritiva. a pesquisa foi conduzida no período de 26/03/2010 a 04/08/2010, correspondente ao ciclo vegetativo das plantas de tomate. as sementes de tomate utilizadas, lycopersicum esculentum, cultivar santa clara, foram colocadas em bandeja de isopor com um substrato comercial 25eclética química, 37, 23 -29, 2012. pode-se deduzir que o metal se transloca muito pouco na planta, dada a diferença expressiva de contaminante encontrada nas três partes da planta, com maior concentração nas raízes. figura 2: índice de translocação de cd na parte aérea e frutos do tomateiro, em função de doses diferentes de cádmio (** significativo, a 1% de probabilidade, pelo teste f). por meio do índice de translocação (it) pode ser observada a quantidade de metal que se translocou das raízes para a parte aérea e das raízes para os frutos. na parte aérea, a dose que mais translocou cádmio foi 0,5mg l-1, com 37,89%, seguida pelas doses de 1,0; 0,1; 0,025 mg l-1, com 32,82%, 26,09% e 21,89% de translocação, respectivamente. o maior it para os frutos, novamente, foi para a dose de 0,5 mg l-1, com 1,89%, seguida pelas doses de 1,0; 0,1; 0,025 mg l-1, com as respectivas porcentagens de 1,77%, 1,44% e 0,29%. isso significa que as plantas de tomate restringem a translocação de cd para a parte aérea e frutos até certo limite, quando, então, passam a translocá-los com maior intensidade, até que, possivelmente, alcance um patamar de saturação e haja novamente uma restrição na translocação do metal. a toxidez do cd em plantas e organismos vivos em geral relaciona-se à facilidade de combinação do elemento com grupos químicos das enzimas envolvidas no metabolismo. a facilidade de combinação do cd2+ com doadores de elétrons de aminoácidos livres, enzimas e proteínas foi estudada [6-7], em pesquisa de síntese e sisvar [16]. resultados e discussão as equações de regressão ajustadas para as concentrações e índice de translocação de cd e pb na raiz, parte aérea e nos frutos do tomateiro, em função das doses aplicadas em solução nutritiva, mostram que esses metais afetam esses parâmetros de forma diferenciada para cada parte da planta. concentração e translocação de cd nos diferentes compartimentos do tomateiro figura 1: concentração de cd nas raízes, parte aérea e frutos do tomateiro, em função de doses diferentes de cádmio (** significativo, a 1% de probabilidade, pelo teste f). de acordo com os resultados obtidos, podese observar que a aplicação de doses crescentes de cd induziu ao aumento da concentração desse elemento nas raízes, na parte aérea e nos frutos do tomateiro e em todas as partes foram obtidos respostas quadráticas negativas. a absorção foi diretamente proporcional à quantidade de metal oferecida à planta, ou seja, quanto maior a concentração de metal, maior a absorção nas partes estudadas. houve, por outro lado, uma nítida diferença entre as concentrações absorvidos. nas doses de 0, 0,025, 0,1, 0,5, 1,0 mg l-1 foram observados concentrações de, respectivamente, 0; 59,42; 145,93; 224,05; 330,83 mg kg-1, para o sistema radicular, 0; 16,38; 52,45; 141,08; 166,15 mg kg-1, para a parte aérea e 0; 0,275; 2,9; 7,08; 8,95 mg kg-1, para os frutos. por meio destes dados 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 100 200 300 400 0 50 100 150 200 raizes: y = 289,22x + 58,05** r2 = 0,89 doses de cd mg l-1 co nc en tra ça o de c d m g kg -1 0 2 4 6 8 10 parte aérea: y = 163,99x + 21,91** r2 = 0,88 frutos: y = 8,93x + 0,93** r2 = 0,90 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 9 18 27 36 45 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 in di ce tr an sl oc aç ão c d (% ) doses de cd mg l-1 it parte aérea: y = -75,513x2 + 96,16x + 11,524** r2 = 0,72 frutos: y = -4,346x2 + 5,775x + 0,298** r2 = 0,82 26eclética química, 37, 23 -29, 2012. houve, como observado para o cd, grande diferença de absorção nas partes estudadas. nas doses de 0, 0,25, 1, 5 e 10 mg l-1, observou-se uma absorção de, respectivamente, 0; 1096,52; 1734,08; 2571,05; 2988,08 mg kg-1, para o sistema radicular, 0; 89,55; 72,4; 193,93; 570,83 mg kg-1, para a parte aérea e 0; 1,48; 25,1; 31,4; 13,6 mg kg-1, para os frutos. conforme o cádmio, o chumbo também se transloca pouco nas plantas, dada a diferença expressiva do contaminante encontrada nos três compartimentos das mesmas. figura 4: índice de translocação de pb na parte aérea e nos frutos do tomateiro, em função de doses diferentes de chumbo (**significativo, a 1% de probabilidade e ns, não significativo, pelo teste f). no gráfico 4 nota-se a dificuldade de mobilização do chumbo nas plantas, pelo índice de translocação muito baixo. a dose de 10 mg l-1, quando observada a parte aérea, foi a mais eficiente, com 15,97% de translocação. ao contrário, quando comparado este índice pelos frutos, apesar de não se verificar efeito significativo, observou-se apenas 0,38% de translocação. os efeitos tóxicos do pb, tais como prejuízos à fotossíntese, mitose e absorção de água e sintomas físicos como folhas verdes e escuras, murchamento das folhas mais velhas e parte aérea e raízes pouco desenvolvidas e pardas, podem ser observados em plantas, mas não são totalmente específicos [20]. no presente trabalho, observaram-se diversos sintomas semelhantes em plantas sob as doses de 5 e 10 mg l-1 de pb. o pb interfere na síntese de clorofila aliada a um reduzido transporte de fe, necessário à formação caracterização de quelatos de cd, cu, zn e pb com ácido dietilenotriaminopentacético, ou dtpa, um aminoácido sintético. os trabalhos parecem confirmar não apenas a forma de intoxicação das plantas estudadas pelo cd2+ mas também a eficácia da desintoxicação de organismos vivos em geral pelo ácido etilenodiaminotetracético, ou edta, uma estrutura semelhante ao dtpa [17]. a redistribuição de cádmio na planta está associada com fitoquelatinas [18]. o complexo cdfitoquelatinas pode representar uma forma móvel para o transporte de cádmio das raízes para as partes aéreas. a fitoquelatina é uma estrutura complexa, formando peptídeos ricos em cisteína, ou seja, ricos em aminoácidos, que são doadores de elétrons, condição necessária à formação de complexos com metais de transição (ácidos de lewis) como é o caso do cd [19]. concentração e translocação de pb nos diferentes compartimentos do tomateiro. figura 3: concentração de pb nas raízes, parte aérea e frutos do tomateiro, em função de doses diferentes de chumbo (** significativo, a 1% de probabilidade, pelo teste f). pode-se observar que a aplicação de doses crescentes de pb induziu ao aumento linear da concentração desse elemento na parte aérea do tomateiro, enquanto nas raízes e frutos foram obtidas respostas quadráticas negativas. a absorção do metal pelas plantas de tomate foi, mais uma vez, proporcional à dose de metal oferecida às mesmas quando se refere às raízes e à parte aérea. para os frutos, houve uma redução na concentração de pb na dose de 10,0 mg l-1 quando comparado com as doses de 1 e 5 mg l-1. 0 2 4 6 8 10 12 0 1000 2000 3000 4000 0 150 300 450 600 doses de pb mg l-1 raizes: y = -39,64x2 + 626,233x + 642,088** r2 = 0,85 frutos: y = -1,07x2 + 11,637x +3,475** r2 = 0,79 co nc en tra ça o pb m g kg -1 parte aérea: y = 51,343x +18,474** r2 = 0,94 0 10 20 30 40 0 2 4 6 8 10 12 0 4 8 12 16 20 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 in di ce d e tra ns lo ca çã o pb (% ) doses de pb mg l-1 it parte aérea: y = 1,202x + 3,005** r2 = 0,75 it frutos = ns 27eclética química, 37, 23 -29, 2012. analisando os dados dos gráficos 2 e 4, observase diferença na translocação de cd e pb no tomateiro. nas plantas cultivadas com pb o it, principalmente das folhas, foi significativamente menor que aquelas cultivadas com cd. um argumento válido para explicar o fato refere-se a propriedades periódicas dos dois metais, principalmente o raio atômico (0,97 e 1,32 å para cd e pb, respectivamente) e a densidade (8,6 g cm-3 para cd e 11,3 g cm-3 para pb), fatores que dificultam a mobilidade e, portanto, a atividade do pb, muito mais que a do cd. outra teoria sobre mobilidade refere-se à eletronegatividade. assim, o cd (1,7ev) seria mais móvel que o pb (2,3 ev) [22]. influência das doses de cd e pb na produção de matéria seca do tomateiro nas tabelas 1 e 2 encontram-se os dados médios relativos aos resultados do crescimento das plantas de tomate sob diferentes doses de cádmio e chumbo respectivamente. tabela 1: média dos valores de matéria seca (ms) das partes da planta em função da aplicação de cd para a msr houve crescimento das raízes de tomate em todas as concentrações de cd, chegando à produção máxima de 2,355 g na dose de 1,0 mg l-1. observa-se, também na tabela 1, que há um comportamento diferente entre o crescimento das doses de cd na solução nutritiva e a produção de parte aérea e frutos. na parte aérea (mspa) e frutos (msf), houve um aumento na produção até a concentração 0,1 mg l-1, chegando a 18,705 g e 17,308 g, respectivamente. a partir daí tiveram sua produção reduzida até valores próximos aos encontrados no tratamento controle. dos grupos heme. nas folhas aparece, então, um sintoma de deficiência (clorose), provocando danos em plantas estressadas [21]. em estudos realizados em feijoeiro cultivado em dois latossolos, a concentração extraído de chumbo foi quantificado [4]. para a dose de 250 mg dm-3, a concentração de pb na parte aérea correspondeu a 20,7% da dose aplicada para o latossolo vermelho distrófico (lvd) e 26,5% para o latossolo vermelho-amarelo húmico (lvah). sob a dose de 500 mg dm-3, no solo lvd, observou-se uma extração pela planta de 19,3% e, para o lvah, 18%. esses dados em solos confirmam a baixa translocação do metal, mesmo considerando doses bem maiores em solos que em solução nutritiva, pois se considera, na solução nutritiva, que o metal encontra-se prontamente disponível para absorção pelas raízes. a baixa translocação de pb e cd foi confirmada, [4] notadamente do pb, mostrando que, dependendo da dose presente no solo, desde que insuficiente para eliminar as plantas, e se elas forem capazes de produzir sementes, podem ser consumidas na alimentação sem riscos à saúde, devido as concentrações insignificantes do metal nos frutos (grãos e vagem). os mesmos autores atribuíram também ao impedimento estérico dos quelatos de pb com aminoácidos ou substâncias afins da raiz a baixa translocação. estudos de síntese e caracterização de quelatos de pb e cd com dtpa, comprovam que ambos são estruturas de elevado impedimento estérico, notadamente o quelato de pb. isso parece justificar a dificuldade de ascensão do metal na planta, já que permanece, em grande parte, quelatizado a aminoácidos livres, proteínas ou secreções diversas das raízes, ambos ricos em grupamentos doadores de elétrons, como o dtpa [6-7]. os possíveis efeitos danosos do pb em relação aos macro e micronutrientes presentes no tomateiro foram avaliados e observou-se que as concentrações do metal prejudicam a absorção e a translocação de alguns desses nutrientes. os autores concluíram que as concentrações de pb utilizadas reduziram as concentrações de k na parte aérea, s nas raízes e zn nos frutos. em relação à translocação, o pb reduziu p nos frutos e parte aérea [12]. a semelhança de comportamento químico de pb e cd em plantas, aliás, a mesma entre cu e zn, foi constatada em solo contaminado com resíduos de mineração de zn [3]. após a extração de zn do minério carbonato de zinco, seus dejetos, ricos em pb, cd e zn, provocam sérios problemas ao solo. 28eclética química, 37, 23 -29, 2012. do metal a polímeros orgânicos insolúveis, alguns dos quais contendo fosfatos como doadores de elétrons, formando precipitados amorfos [24]. a dose de 10 mg l-1 foi a que mais influenciou negativamente o desenvolvimento das plantas, provocando uma queda de produção, principalmente para msf. conclusões 1. doses de cd inferiores a 1mg l-1 e de pb inferiores a 5 mg l-1 não prejudicaram o desenvolvimento das plantas. estes foram os limites de tolerância do tomateiro a cd e pb. 2. pb e cd translocam-se muito pouco nas plantas, concentrando-se nas raízes. baixa translocação de cd e pb e aumento da produção de frutos pelo tomateiro não permitem apontar para o consumo dos frutos porque há controvérsias quanto à tolerabilidade dos organismos aos referidos metais. agradecimentos ao laboratório de análise foliar do departamento de química da universidade federal de lavras – lavras – mg pelas análises espectrofotométricas, ao departamento de ciência do solo da universidade federal de lavras – lavras – mg pelo auxílio na realização do experimento. referências bibliográficas [1] e. d. costa, adsorção e competição de alguns metais por ácidos húmicos extraídos de latossolo húmico da região araponga, minas gerais, universidade federal de viçosa, viçosa/mg, 1998 /dissertação de mestrado/. 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[6] v. l. silva, r. carvalho, m. p. freitas, c. f. torpercebe-se que, até a dose 0,5 mg l-1, embora tenha havido redução de mspa na referida concentração, a intensidade do fenômeno foi suficiente para aumentar msf, objetivo maior do cultivo de tomate em solução nutritiva ou em solos. houve, ao contrário do esperado, “um benefício” para a produção de frutos. é possível que tenha havido um efeito antagônico (competitivo) entre o cd e alguns elementos essenciais, devido aos aumentos na produção de frutos nas doses de 0,025, 0,1 e 0,5 mg l-1. ocorre uma competição (ou efeito antagônico) entre cátions divalentes e o cádmio, quanto à absorção pelas plantas [23]. considerando como muito baixas as concentrações de cd utilizadas, é razoável supor, dentre os efeitos antagônicos possíveis, o estímulo do cd a uma maior absorção de cátions divalentes, essenciais ao crescimento das plantas, nas doses testadas. tabela 2: média dos valores de matéria seca (ms) das partes da planta em função da aplicação de pb conforme demonstram os dados da tabela 2, as doses de pb aplicadas promoveram maiores crescimentos nas partes da planta nas concentrações de 0,25 e 1,0 mg l-1, chegando a 2,396 g, 17,298 g e 15,905 g para raízes, parte aérea e frutos, respectivamente. nas concentrações de 5 e 10 mg l-1, as plantas tiveram sua produção reduzida, principalmente na maior dose em que a mspa e msf foi significativamente afetada, atingindo a produção de 10,985 g e 5,828 g, respectivamente. o pb absorvido se acumula nas paredes celulares, notadamente das raízes, o que parece contribuir para diminuir seu efeito tóxico para a planta e seu transporte para os frutos [23]. esse fato, aparentemente, explica o “efeito benéfico” de algumas doses de pb para as plantas, conforme os dados desta pesquisa. o mecanismo de exclusão do pb é realmente a deposição radicular. o fenômeno ocorre por ligação 29eclética química, 37, 23 -29, 2012. mena, w. c. melo, spectrochimica acta 68(5) (2007b) 1197-1200. 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[24] a. kabata-pendias, h. pendias, trace elements in soils and plants, crc press, flórida, 3.ed., 2001, 315p. 1 original review iq.unesp.br/ecletica | vol. 42 | 2017 | 09 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 abstract: in this review, the beginnings and evolution of the cold gas spray (cgs) technique are described, followed by the main fundamental aspects of the technique together with a description of the several spraying systems up to date. sequentially, the main spray parameters and their influence on the properties of the coatings are reported. afterwards, the most important methodologies for preparing the feedstock powders to be sprayed, the effect of the powder composition, microstructure, particle size and shape on the properties of the coatings are discussed. the nature of the spray gun and nozzle, and the substrate pre-treatments were also discussed. with regard to microstructure and properties, the chemical and physical characterization of the coatings and the performance in protecting the substrates against corrosion together with some mechanical properties are presented and compared. the lacking systematic studies about the great part of investigated systems is the main drawback to compare the published results. closing this review, the main applications, and the potentialities of the cgs coatings are evidenced. cold gas spray coatings: basic principles, corrosion protection and applications fernando santos da silva1,2+ , núria cinca2 , sergi dosta2 , irene garcia cano2 , josep maria guilemany2 , assis vicente benedetti1 1 são paulo state university, institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st., 14800-060 araraquara, são paulo, brazil 2 barcelona university, centre de projecció tèrmica, martí i franqués 1 st., 08028 barcelona, spain + corresponding authors: fernando santos da silva, phone: +55-16-3301-9649, e-mail address: fernandoquimicauems@gmail.com assis vicente benedetti, phone: +55-16-3301-9641, e-mail address: benedeti@iq.unesp.br article info article history: received: october 6, 2017 accepted: november 15, 2017 published: december 30, 2017 keywords: 1. cold gas spray (cgs) coatings 2. feedstock powders 3. spray parameters 4. corrosion 5. cgs technology applications contents 1. history of cold gas spray (cgs) 2. fundamental principles of cgs 3. spray parameters and other factors influencing the properties of the coating 3.1 pressure and temperature 3.2 spray distance 3.3 gun transverse speed 3.4 spray angle 3.5 substrate temperature 3.6 feedstock powder 3.6.1 main processes for obtaining powders 3.6.1.1 atomization 3.6.1.2 agglomeration and sintering 3.6.1.3 mechanical process 3.6.2 influence of composition, structure, and size of the feedstock powder 3.7 influence of spray gun and nozzle 3.7.1 spray gun 3.7.2 spray gun nozzle 3.8 substrate preparation 4. some relevant corrosion studies of cold spray coatings and corrosion protection 5. applications of cgs technology 6. concluding remarks 7. acknowledgments 8. references http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 mailto:fernandoquimicauems@gmail.com mailto:fernandoquimicauems@gmail.com mailto:benedeti@iq.unesp.br https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 https://orcid.org/0000-0002-2925-1933 https://orcid.org/0000-0003-4947-5675 https://orcid.org/0000-0002-3393-0947 https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 original review 10 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 1. history of cold gas spray (cgs) cold gas spray (cgs) has recently emerged in the field of thermal spray techniques. it was developed in the mid-1980s by a. papyrin and his team at institute of theoretical and applied mechanics of the siberian branch, now called khristianovich institute of theoretical and applied mechanics in novosibirsk city, russia 1–6 . this group of scientists, studying aerodynamic systems in a supersonic wind tunnel, decided to use small particles of steel and aluminum mixture with the supersonic gas system to make a twophase (gas+solid) fluid. after the test, it was observed that particles of different sizes and sprayed at different velocities and angles were deposited onto the material surface when the fluid velocity had reached certain critical value. this process was called “cold spray” phenomenon 1–6 . figure 1 shows the timeline for key developments of cold gas spray processes. figure 1. timeline of cold gas spray processes. from 1986 to 1990, this group developed two patents of the cgs equipment construction and a method for coating deposition 1 . from 1990 to 2000 the united states of america established a partnership with the russian government to build the first cgs equipment. the system was made by a. papyrin, and the us was the second country to have a cold gas spray system. in the same decade, germany and other european countries made their cgs systems and began to investigate new applications. after that, basic studies about the spray parameters and the use of many techniques to evaluate the coating formation and microstructure allowed to increase the cgs applications in the industry field 1,3 . after the 2000’s, the cgs process experimented great development, and significantly spread to different countries, mainly during the last years thanks to r&d actions and production efforts all over the world. a recent study 7 published the state-of-art of cgs installations worldwide. the european represents 55% of the cgs system being used for r&d and production, usa 20%, china 7% and 18% are divided by japan, korea, taiwan, india, australian and canada. the installations worldwide are used for r&d activities (60%) rather than for production (40%). a wide spectrum of investigations is being conducted at many research centers and companies which are developing many applications. some of them will be discussed at the section 5 of this review. 2. fundamental principles of cgs in cgs, metallic or nonmetallic materials are heated at relatively low temperatures (<1000 °c) and accelerated between 500 and 1200 m/s, depending on the gas used, spraying parameters and nozzle design, in a high pressure supersonic gas jet that allows the particles to be plastically deformed during impact with the target to form interconnected splats adhered to the substrate 1,3,4,8,9 , resulting in the coating (figure 2). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 11 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 (a) (b) (c) figure 2. process of cold gas spray coating formation: a) spraying of the particles on the surface; b) plastic deformation of the particles and c) coating formation [10]. unlike other thermal spray techniques, the cgs uses high kinetic energy and low thermal energy for the coating deposition 5,11,12 (figure 3). therefore, the coatings can be thicker, with lower porosity, without cracks (stresses tend to be compressive rather than tensile) and with minimum oxidation. the temperatures used during the spraying process prevent the oxidation of the feedstock material as well as thermal degradation; thus, the coatings are practically oxidesfree and chemical reactions which may lead to the formation of new phases do not occur. figure 3 compares the temperature and the velocity of the particles used in the conventional thermal spray and cgs techniques 2,6 . figure 3. classification of thermal spray processes according to particle velocity and work temperature. there are two types of cgs equipment designs available for commercial use: low-pressure cold spray (lpcs) and high-pressure cold spray (hpcs). in lowpressure cold spray (lpcs) compressed air or nitrogen can be used as spraying gas 4 . the gas pressure is relatively low, between 5-10 bars, and at a temperature around 550 °c. in that system, the gas contained in a reservoir follows a pipeline to the heating system of the equipment where it is heated and brought to the low-pressure chamber and heating the spray gun and then forced through the convergence / divergence (figure 4) 4 . at the exit of the nozzle (divergent side), the velocity of the particles can reach between 300-600 m s -1 . the solid particles are injected radially shortly after the beginning of the divergent part of the nozzle and accelerated towards the substrate 4,12 . figure 4. low-pressure cg spraying system. some of the advantages of the lpcs systems are their compact size and low weight. this equipment is portable which allows the use in industrial platforms and transport without major difficulties. there is improvement on the operational safety due to the use of lower pressure. during the spraying process, the particles do not flow through the throat of the nozzle, hence wear of the nozzle walls occurs only in the supersonic portion of the nozzle and, this ensures a longer service life of the nozzle. in addition, a lpcs system is more compatible with several system modifications and cheaper than others cgs systems. however, the lpcs system shows disadvantages, for example, a low deposition efficiency when used to spray harder materials such as ceramics and some metals, e.g. titanium 4,13 . the other cgs set-up commercially available is the high-pressure cold spray (hpcs). in hpcs, helium or nitrogen can be used as carrier gas 4 . the gas pressure during spraying process is ca. 25-40 bar and the working temperature can reach up to 1000 °c. the solid powder feedstock particles mix with the propellant gas in the pre-chamber zone and are then axially fed into the gas stream, upstream of the converging section of the nozzle at a higher pressure than the accelerating gas to prevent backflow of the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 12 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 carrier gas to the powder feeder as shown in figure 5 4 . at the exit of the nozzle (divergent side) the velocity of the particles can reach between 600-1200 m s -1 . the hpcs systems are stationary and can be used for the spraying of the most diverse kinds of feedstock material with high deposition efficiency even for harder materials such as ceramics. al-based metallic glass powder with 81% of amorphous phase was recently prepared by hpcs onto aluminum-7075-t6 alloy with better mechanical properties and higher corrosion resistance than the substrate 14 . figure 5. scheme of the high-pressure cold spray system. the mechanism of the cgs coating formation where the particle plastically deforms and adheres on the substrate is not yet well established and seems to depend considerably on the pair of materials and their inherent properties. it is known that when a particle is sprayed onto the substrate, its kinetic energy is transformed into strain energy and heat, which can involve an intense plastic deformation of both particle and substrate surface or mainly of one of the two; when the substrate is much harder than the particle, the particle tends to flatten while, on the reverse case, the particle tends to embed within the substrate. the process of impact tends to break thin oxide films on the substrate and particle surface, and establishes intimate contact between “clean” and chemically active surfaces, which also happens when building up the coating among particle-particle contact points. moreover, the high pressures during spraying cause the packing of particles, and these conditions lead to a strong bonding between particles/substrate and particles/deposited material 1,2 . other phenomena assigned to the adhesion of materials and coating formation relate to metallurgical bonding, as for example, interfacial fusion or diffusion of materials through different phases were studied 1,2,15,16 . nevertheless, the results show that diffusion does not occur in the cgs coating formation due to the very short particle/substrate contact time scales. in cgs, the adiabatic shear instability is considered one of the dominant mechanisms to explain the strong bonding between microparticles and the substrate or the deposited layer, which is related to the abnormal strain rise and stress collapse due to the plastic deformation at the interface 17,18 . using this concept, the deformation behavior was examined and critical velocities estimated 17-19 . copper is a model metal to investigate the mechanism, but its behavior is not followed by other metals because the start of material instability depends on the thermal-softening and strain-rate hardening of each material 20 . drehmann et al. 15 and grigoriev et al., 2 analyzing the existence of fusion at particle/substrate interface, showed that the kinetic energy to deposit the particles plus the thermal energy of the particles during the spraying process are smaller than the energy required to promote the fusion of particle/substrate interface for different coatings and substrates 20,21 . the plastic deformation is also an energy dissipation process and the increase of temperature at interfacial region due to the particles deposition is not enough to allow the material diffusion between the phases 2,8,15 , and depending on the particle/substrate nature four interfases can be distinguished: soft / soft; hard / hard, soft / hard and hard / soft and the consequences of the different sizes of the thermal boost-up zone on the aspects of the adiabatic shear instability were discussed 20 . a comprehensive description of bonding in cgs process based on theoretical studies combined to experimental results led to the prediction of coating properties and opened a possibility to optimize the process parameters and nozzle geometry 22 . therefore, the cgs coating formation is a solid-state process considering that the all particle is not molten, however, a very thin layer is in a so deformed condition, in which melting could occur, but it is still an open question. the most important criterion in cgs is that material deposition takes place only if the velocity of the particles when impacting the substrate exceeds certain value, which is called critical velocity. figure 6 schematically displays the materials deposition efficiency (de). as the material deposition occurs only when the critical velocity is reached, a further increase of velocity leads to a steep increase in de and may attain deposition efficiency close to 100%. after reaching the highest deposition efficiency, a further increase of particle velocity makes the de to decrease due to erosive effects of the particles penetration in the substrate or in the already deposited material 2,22 . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 13 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 figure 6. schematic correlation among particle velocity, deposition efficiency (de), and impact effects for a constant temperature. in summary, the critical velocity is a relation among kinetic, thermal energy and physical chemical characteristics of the feedstock. assadi et al. 23 even proposed a  parameter to build some selection maps; this is a dimensionless parameter, defined as the ratio of particle impact velocity to critical particle impact velocity. some works 2,3,22 have proposed mathematical equations to model the critical velocity behavior. however, it has not been completely understood; it is difficult to consider the influence of the substrate within the first layer and fails at considering that real spraying involves a particle size distribution. it is wellknown that to obtain dense and compact coatings with higher deposition efficiency, the particle must reach the critical velocity. therefore, the studying and planning in detail the spray parameters are important steps to follow before producing any cgs coating. these parameters and their importance will be discussed below. 3. spray parameters and other factors influencing the properties of the coating 3.1 gas pressure and temperature gas pressure and temperature are the main spray parameters because small changes in these parameters can produce an increase or decrease of the velocity and oxidation of the particles, characteristics that can reduce the deposition efficiency and adhesion of the coating on the substrate. the critical velocity obtained through the relationship between relative deposition efficiency and spray angle by simulation and experiments for copper is reasonable, and the increase in the particle temperature can decrease the critical velocity of the particle until 14 m s -1 each increment of 100 °c 24 . it happens because of the feedstock material becomes more ductile with increasing the temperature, consequently, can deform more easily the particles during the impact. the higher the pressure values used, the higher the spraying velocity reached. in cgs, it is possible to work with pressures between 5-40 bar; nevertheless, a systematic study of this parameter must be performed for each system, since low pressure values may not be enough for the particles to reach the critical velocity and to form the splats (figure 7a) 25 . on the other hand, too high pressures may cause the particle deflection or cavitation (figure 7b) 26 depending on the feedstock powder and substrate material characteristics, leading to decrease the deposition efficiency. figure 7. correlation between pressure and splat formation. adapted from refs. [25,26]. reproduced with permission. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 14 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 3.2 spray distance the spray distance is the distance between the nozzle of the spray gun and the surface of the substrate and is defined as the path that the particles travel on leaving the gun until they collide with the substrate 27 . the spraying distances used in cgs do not exceed 50 mm, much smaller than those used in other spray techniques, which range from 120 to 300 mm. this parameter can determine the speed and temperature at the point that the particle reaches the substrate, and directly influences the formation of the coating. figure 8 depicts that increasing the spray distance, the deposition efficiency of the coatings decreases regardless of the sprayed material characteristics 28 . figure 8. influence of spray distance on deposition efficiency of the coating. adapted from ref.28 with permission. 3.3 gun transverse speed the gun transverse speed defines the amount of material that will be deposited 27 . for a defined number of passes, a slow gun transverse speed implies a larger amount of deposited material. a higher gun transverse speed will cause the opposite process, with less deposition of material. 3.4 spray angle the effect of spray angle 29 can mainly influence the deposition efficiency and consequently coating thickness. phase angle influence on the deposition efficiency can be evaluated dividing the spray angle values into three regions: maximum angle deposition efficiency (angle normal to the substrate surface), transient angle range (the deposition efficiency increases from zero at the critical spray angle to 100% and depends on the particle velocity distribution) and no deposition efficiency angle range (spray angle < 40 o and depends on the material being sprayed). the phase angle also influences the microstructure of the coating and the deformation flow direction of particles in the coating is almost perpendicular to the particle approaching direction. 3.5 substrate temperature the substrate temperature may also influence the performance of the coating. the increase of substrate temperature will contribute to deposit at lower particle velocity, since the thermal-softening effect can be present during the particle impact the substrate. the deposition of cu and al on al2o3 by cgs on heated substrates resulted in relatively low compressive stresses and low hardness, high electrical conductivity values, and improvement of the coatings properties 30 . 3.6 feedstock powder 3.6.1 main processes for obtaining powders 3.6.1.1 atomization the gas atomization is the cheapest and most suitable process for the manufacturing of the feedstock powder for cgs spraying 31-33 . this technique can easily produce a high amount of feedstock with spherical morphology and regular size between 10 μm to 100 μm. the powders show a micrometer particle size with submicron particles formed during solidification in the gas atomization process 31-33 . in the atomization process (figure 9), the metal is melted in a high temperature furnace using air, nitrogen, or helium atmosphere 31,33 . the liquid metal flows through the hole between two small nozzles which work with a high gas pressure, and simultaneously the gas jet disperses the liquid metal to lead the formation of small droplets, which cooling down during their fall in the atomizing tower and become solid particles 31,33 . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 15 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 figure 9. a) atomization system for powder production and b) copper powder prepared by gas atomization process using air atmosphere34. 3.6.1.2 agglomeration and sintering metallic-ceramic powders, e.g. tungsten carbides (wcs) are produced by the agglomeration and sintering process 1,10,35-37 . sintering occurs from a solid-state reaction between calcium tungstate (cawo4) and calcium carbides (cac2) at temperatures close to their respective melting points. after the reaction, wc is obtained in a ratio up to 65%wt. to produce tungsten carbide and cobalt (wc-co) the last step is mixing co in amounts between 12-20%wt at inert atmosphere, usually pure nitrogen. the prepared powder (figure 10) is porous and has good regularity in size and shape. figure 10. wc-co powder prepared by agglomeration and sintering. 3.6.1.3 mechanical process composite feedstock powder or obtained from metallic alloys can be prepared by mechanical processes using ball milling system (figure 11). in this process, zirconia or ceramic balls are placed inside a cylindrical metal chamber with the material to be processed. in the ball milling system at certain velocity the balls press the material on the cylinder walls, the friction increases the temperature and the pressure causes the plastic deformation of the particles 31 . the particle size reduction results from a complicated dynamic interaction of the balls with turbulent slurry during the ball milling process. as seen in figure 11, particle breakage may occur by the collision of balls in many places. the morphology of these powder depends on many parameters, such as ball size, ball shape, ball filling, slurry loading (with respect to ball amount), powder loading with regard to the amount of total slurry (slurry viscosity), and rotation speed 38 . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 16 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 figure 11. ball milling system used for feedstock powder producing. adapted from [39] with permission. 3.6.2 influence of composition, structure, and size of the feedstock powder materials used in cgs have the morphology of powder. before using any kind of material, it is extremely important to know some characteristics such as: chemical composition, crystalline structure (metals) or polymer structure (polymers), size and morphology of the particles, and physical and mechanical properties as well. these characteristics help us to choose which parameters are most suitable for spraying the feedstock powders. the determination of the composition and crystalline structure of the metallic feedstock powders can be performed by x-ray diffraction analysis. in cgs, the plastic deformation of the particle depends on temperature and pressure during the coating building. for metals, it is also dependent on the kind of crystalline structure of the feedstock material 12,40 . metals with face-centered cubic (fcc) structure deform plastically more easily, because the crystalline structure of these metals is symmetrical, which facilitates the sliding of the crystalline planes, making these materials less resistant to the plastic deformation. metals as aluminum, copper, silver, and others having a fcc structure are easily deposited by cgs. on the other hand, metals with body-centered cubic (bcc) are more difficult to be plastic deformed and the spraying parameters should be investigated with more caution for their deposition. this is the case of tungsten, tantalum, vanadium, and others. metals like zn, al and cu are ideal for cgs deposition due to low mechanical strength and relatively low melting point, requiring low process temperatures and no gas pre-heating to deposit dense coatings. al deposition is little difficult than the others because of its high heat capacity despite its low melting point and low yield strength. for these metals and their alloys, the thermal properties are not considered, but this property can be important for materials with higher strength, e.g., fe-, niand ti-based materials. in these cases, low process temperatures may not be successful in depositing them, since no enough energy is provided, but even thus, deposition of these materials using cs technology has been reported 41 . for the polymeric materials, thermoplastic polymers are the most used for the coating production by cgs 42 . these polymers have plastically deformed under different pressure and temperature conditions. in addition, these polymers are easily produced in powder form. among the most used polymers are polyethylene and polyethylene terephthalate. the analysis of the size and morphology of the powders are performed using laser diffraction (dl) measurements and scanning electron microscopy (sem), respectively. laser diffraction measures the particle size distribution by the angular variation in the intensity of diffused light as a laser beam interacts with the particles dispersed in liquid. sem allows analyzing the morphology which is performed both on free surface and cross section. the analysis of the morphology and size of the particle is extremely useful due to the strong influence they exert on the critical velocity. the velocity of the particle during the spraying process is inversely proportional to its size. accordingly, higher velocities are achieved using smaller particle size. however, studies show difficulty in spraying small particles (size <5 μm), because these undergo agglomeration, which can cause problems such as nozzle clogging 1,31,43 . the particle size for cgs can be between 5-400 µm 1 , but the ideal size of particles is much lower, between 1-50 m 21,43 . 3.6.3 influence of powder morphology for a particular material both particle size and morphology are very important parameters to determine if the critical velocity will be surpassed. particles with irregular form are easier accelerated than spherical particles with the same size due to hydrodynamic effects, however irregular and coarse particles have their velocity diminished that can be lower than smaller spherical particles. an experimental study on the influence of the titanium powder composed of agglomerates and deposited on 7075-t6 al alloy was developed to understand the formation process of the coating / substrate interface and particle / https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 17 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 particle boundary within aggolomerate 44 . transmission electron microscopy examinations of a focused ion beam lift-out prepared sample pointed out to jettingout, the occurrence of oxide layers and grain size refinement as the key aspects. recrystallization was exhibited for both al alloy titanium side at the particle– substrate interface and ti particles in small agglomerates showed grain refinement at particle / particle interface while the original structure was preserved outside those boundaries. the structure within the titanium particles was highly heterogeneous and seems that the irregular particle morphology influenced the stress distribution and a non-uniform contact at the substrate / particle interface. 3.7 influence of spray gun and nozzle 3.7.1 spray gun figure 12 shows a scheme of a cgs gun. the most important parts are the high pressure / heating chamber and the nozzle. the chamber has the function of maintaining the working temperature of the gas and is also the place where the high-pressure system of the gas / particle mixture is formed 45 . most commercially available spray guns are similar in design to figure 12. figure 12. spray gun for cgs45. from https://www.fst.nl/systems/cold-gas-spray/ (accessed october 24, 2017). 3.7.2 spray gun nozzle in cgs, the particles are accelerated and heated due to their interaction with the high velocity gas flow. the main purpose of the nozzle in this system is to form a particle / gas flow with sufficient thermal and kinetic energy for successful deposition to occur. the nozzle of the spray gun is a piece usually made from tungsten carbide or polymers. the nozzles can be constructed with different geometries; however, three types are the most common: convergent, convergent / divergent conical and convergent / divergent cylindrical (figure 13). figure 13. schematic cross sections of the cold spray nozzles: (a) convergent-barrel nozzle; (b) convergent– divergent nozzle; (c) convergent–divergent-barrel nozzle. the nozzles may have differences in the gas inlet diameter, throat diameter, gas expansion outlet diameter and divergent and convergent section length, all factors influence the velocity of the particle during spraying 1,46 . computational simulation studies 1,46 have shown that the higher the nozzle length, the higher the particle velocity during spraying. the velocity of the particles after the exit of the nozzle is also greater for a convergent / divergent system. this nozzle is also capable of spraying particles with diameter up to ≈400 μm, which results in a denser coating. 3.8 substrate preparation preparation of the substrate surface is very important when it is desired to produce a coating by cgs. it is mandatory that the substrate be clean and free from chemical residues and oxides prior to coating deposition. before spraying, the preparation of the substrate is mainly done in two ways: abrading using silicon carbide papers (sic) which provides a roughness around 0.5 μm, or blasting, which is the most widely used method, in which al2o3 particles are blasted on the substrate surface, what may produce a surface roughness up to 5 μm 47 . to prepare the surface by blasting procedure, it is important to define the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 18 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 following parameters / conditions: the type of particle used, its size and shape, gas pressure, angle, and time of blasting, as these characteristics can determine how rough the surface may be 31,48 . in general, al2o3 particles of granular shape and size of less than 100 μm are used. blasting is done in a short time, with the sample at 90° angle and using pressures less than 5 bar. cgs equipment having two spray powder compartments may be used to make the blasting process followed by spray coating. this is a great advantage as it prevents exposure of the clean surface to the environment for a long time, preventing the formation of oxides or deposition of dirt on the surface. studies report that when cgs coatings are deposited on rougher surfaces, the deposition efficiency of the material increases 3,31,47,48 . this happens because the particles deform more severely on a rough surface than on a smooth surface. in addition, these coatings show greater adhesion on blasted substrates 3,22,47,48 . another way of surface preparation is laser abrasion which uses a short pulse laser system to rapidly vaporize a surface layer from the substrate. this technique is widely used for surface preparation of biomaterials that will be coated with cgs technique. surface preparation methods such as chemical cleaning or electropolishing are generally poorly used and there is no literature about studies showing spray coatings on so prepared surfaces. different materials can be sprayed on a flat surface that constitutes an advantage of cgs technique. 4. some relevant corrosion studies of cold spray coatings and corrosion protection corrosion has been defined as the undesirable deterioration of a metal or alloy, or other material, i.e., an interaction of the material with its environment that adversely affects those properties of the material that are to be preserved 49 . an alternative for protecting the substrate from contact with the environment and prevent its corrosion is the use of coatings. the coating has a purpose of covering the metal surface and acting as a barrier preventing that oxygen, water, chloride ions and other aggressive substance reach the substrate and begin its corrosion. the corrosion resistance of cgs coatings depends mainly on the porosity and thickness of the coatings. coatings with corrosion resistance for long immersion times show porosity values less than 1% and can be considered as compact 35,47 . they also show an increase in the corrosion resistance by increasing their thickness. it has happened because for a thicker coating the interconnected porosity and paths formation that allow the electrolyte to reach the coating/substrate interface can occur after a long immersion time compared to a thin coating. in addition, to draw a general guideline towards improved corrosion resistance, an understanding of the effects of cold spray parameters and conditions on corrosion behavior is essential. cold spray provides the possibility of exploring wide range of materials system for corrosion protection. some of relevant studies about the cgs coatings and their corrosion features are show in table 2. before the cgs process, a thick aluminum-based coating with low porosity could be hardly obtained by conventional methods. even utilizing spray techniques such as hvof and plasma spray, the deposition of aluminum coatings was difficult because of the high temperatures used during the spray process that causes the melting of the feedstock material and a high oxidation of aluminum. an extensive literature 52,53,64-87 shows the production of the aluminum cgs coatings and in some of these works 47,52,53,56,73,82,83,88 also the corrosion resistance was evaluated. silva et al. 47 , using sem images, measuring the open circuit potential (eocp) and working with electrochemical impedance spectroscopy (eis), have evaluated the corrosion resistance during long immersion times of al coatings deposited onto ground low carbon steel (time up to 600 h) and grit blasted steel (time up to 2000 h). a reinforced aluminum/alumina (10%al2o3) coating was also evaluated (time up to 600 h) 47 . the al/grit blasted steel show a thickness of 381µm, which was thicker than the al/ground steel (309 µm) and the reinforced coating (320 µm). for al-based coatings, the eocp measurements during long immersion times showed potential oscillations (figure 14). at the end of the experiments, all coatings showed a potential value close to -0.87 v/ag|agcl|kcl3mol/l, which suggests that the electrolyte did not attack the substrate yet, since the potential of the substrate was around -0.75 v/ag|agcl|kcl3mol/l. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 19 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 table 1. coatings prepared by cgs for corrosion protection purpose and their features. coating substrate corrosion test thickness porosity adhesion hardness rb volume loss sw volume loss ref. al carbon steel 2000 h (salt spray) 381 µm <0.8%* 30 mpa 51±3 hv100 1.9 × 10−4 mm3/nm (9 ± 2) x 10−4 mm3/nm [47] al-al2o3/al carbon steel 2000 h (salt spray) 320 µm <0.8%* 30 mpa 65±5 hv100 1.7 × 10−4 mm3/nm (6 ± 1) x 10−4 mm3/nm [47] zn-ni carbon steel 1000 h (eocp, eis) [50] ti6al4v aa6061 4 h (eocp), polarization curves 3.5% nacl 2.35 mm 2.8%* 50.3 mpa 485 hv500 112 × 10−5 𝑚𝑚3/𝑁m [51] cocrmo aa6061 4 h (eocp), polarization curves 3.5% nacl 2.4 mm 2.5%* 66 mpa 362 hv500 3.89 × 10−5 𝑚𝑚3/𝑁m [51] al az31b 2000 h (salt fog) 250 µm 52 hv100 [52] al az91d eocp and eis (240 h), cyclic polarization 150 mv to +100 mv vs. eocp at 1 mv/s 3.5% nacl [53] ti6al4v ti6al4v eocp and eis (25 h), polarization curves 200 mv to +250 at 0.5 mv/s 3.5% nacl 9 mm 3.5 ± 0.9* ≈450 hv200 92x10-14 m3/(nm) [54] zn mild steel 72 h (eocp, eis) 3.5% nacl 750 µm 0.25%* 55 hv100 [55] al q235 steel 480 h (eocp, eis) 3.5% nacl [56] wc-25co carbon steel 16 h eocp 3.5% nacl 263 µm 74 mpa 981 hv100 [35] wc-25co al7075-t6 16 h eocp 3.5% nacl 211 µm 848 hv100 2.87 x10-5 mm3 n/m [35] wc-12co al7075-t6 24 h eocp 3.5% nacl 93 µm 19 mpa 1419 hv100 8.7 × 10-6 mm3/n 0.0038 mm3 [11] wc-17co al7075-t6 24 h eocp 3.5% nacl 129 µm 26 mpa 1223 hv100 1.3 × 10-5 mm3/n 0.0086 mm3 [11] al-5% mg ze41a-t5 mg 1000 h (salt spray) 380 µm 0.5%a 60 mpa 124 [57] ti q235a steel eocp 800 h, cyclic polarization -150 mv to +100 mv vs. eocp at 1 mv/s 3.5% nacl 1 mm 1.6 %* [57] ti-polished q235a steel eocp 800 h, polarization curves -600 mv to +600 mv vs eocp at 10 mv/min 3.5% nacl 1 mm 1.6 %* [58] ta low carbon steel tafel curves 1.5 to +1 v at scan rate of 1 mv/s and eis 1 mol/l koh 800 µm 0.3%* 350 hv100 [59] ss 316l mild steel substrate polarization curves in 0.1 n hno3 0.8%* 298 hv100 [60] al ndfeb tafel curves and eis 3.5 % nacl 170 µm [61] 316 l stainless steel az91e tafel curves 0.166 mv s-1 300 µm 4%* [62] 20 wt% hap/ti ti -1 v to +5 v at 1 mv/s and eis in hanks’ solution 200 µm 130 hv100 [63] 20 wt% hap/ti ti -1 v to +5 v at 1 mv/s and eis in hanks’ solution 200 µm 330 hv100 [63] * porosity estimated on the basis of the astm e2109-01. a the method used was not reported. rb – rubber wheel test. swsliding wear test. hap-hydroxyapatite. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 20 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 0 200 400 600 800 1000 1200 -0.96 -0.92 -0.88 -0.84 -0.80 -0.76 -0.72 -0.68 ground steel al/ground steel al-al 2 o 3 /al/ground steel al/grit blasted steel t / h e o c p / ( v v s . a g / a g c l / k c l 3 m o l/ l) figure 14. eocp versus time measured in aerated and unstirred 3.5 wt% nacl solution for the steel and different coated samples for relatively high immersion times47 reproduce with permission. the potential oscillations are caused by the formation/repassivation of pits on aluminum surface, probably by a queuing process 89 . for the al coatings, the pits begin to be formed on the thinner and/or defected aluminum oxide film. for the reinforced coatings, the pits are mainly initiated surrounding the al2o3 particles (figure 15). corrosion around these particles can be explained, as usual, by the formation of local cells between al2o3 (nobler) and the al matrix (more active). the eis results were analyzed by fitting equivalent electrical circuits (eec) 47 . rox was assigned to the aluminum oxide itself and aluminum oxidation, rct to the charge transfer resistance and rfilm was assigned to the resistance of the corrosion products of aluminum which may include oxides with different properties of the native or the al2o3-al composite. the resistance values were plotted versus time to compare the different coatings as shown in figure 16. for al-al2o3/al/ground steel coating, the (rox+rct) resistance values have varied up and down during all the immersion time, as shown in figure 16a. the increase of (rox+rct) resistance at short immersion times could be related to the oxide formation by the reaction of water with aluminum, increasing the area covered by aluminum oxide 47 . the chloride has begun attacking at the defects of aluminum oxide around the aluminum particles forming local cells, as observed by the sem images (figure 15b). for long times, these local cells accelerated the aluminum dissolution leading to a rapid decreasing of the (rox+rct) resistance (figure 16a) 47 . (a) (b) figure 15. sem image of al–al2o3/al/ ground steel coating at high magnification before (a) and after (b) longer immersion times. rfilm values (figure 16b) also show a sharply decrease to very low values after 500 h of experiment, probably due to the oxide film dissolution caused by the formation of local cells and preferential attack around the alumina particles, as shown in the sem image (figure 15). the eis analysis and sem images show that only after 2200 h the coating show interconnected porosity and some paths that allow the electrolyte to reach the coating/substrate interface. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 21 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 moreover, all the studied al-based coatings have protected the substrate against corrosion in salt fog tests for a long time such as 3000 h 47 . 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 5 10 15 20 25 30 al/ground steel al-al2o3/al/ground steel al/grit blasted steel (r o x + r c t) / k  c m 2 t / h (a) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 ground steel al/ ground steel al-al2o3/al/ ground steel al/grit blasted steel r fi lm /k  c m 2 time/h (b) figure 16. (a) (rox + rct) and (b) rfilm for al and al-al2o3 based coatings versus immersion time in 3.5% nacl solution at 25 oc47. reproduced with permission. for the al coatings, the highest initial values (rox+rct) were associated with the presence of the natural oxide layer that was formed on the as-prepared surface of the samples. this oxide was attacked, at some defects, by the electrolyte exposing the more active al coated areas, and, consequently, the resistance has decreased. but, as the time went by, the product of the hydrolysis of aluminum ions might accumulate on the active regions, leading to an increase of the (rox+rct) values. in resume, for immersion times (< 200 h), the al-al2o3/al composite coating showed higher corrosion resistance, probably due to the lower active area of al, but for immersion times higher than 200 h a lower corrosion performance was observed due to the severe corrosion of al matrix surrounding the alumina particles. the feedstock powders size and composition also exert influence in the corrosion resistance of cgs coatings and, as previously described, the particle size for cgs particles can be between 5-400 µm 1,42,43 , but the ideal size is below 50 m 1,42,44 . the fine powders, with narrow size distribution and containing low oxygen content are usually more suitable and desirable 90 . also, the plastic deformation can occur more easily depending on the crystalline structure 1,40,52,90 . all these effects on the coating formation are described in literature 1,42 and some studies show that they have high influence in the corrosion protection performance 62 . the 316l stainless steel with different particle size was deposited under the same spray conditions onto az91 alloy and the corrosion resistance evaluated 62 . the coatings prepared with small and large particles showed the same thickness value. however, the porosity was 4% for large particles powder and less than 1% for the powder with small particle size. the electrochemical results showed that the corrosion rate decreases by reducing the powder size due to the less porous structure of the coating with smaller particles. the improved quality of interparticle bonding, in this case, also played an important role to reduce the effect of localized corrosive attack. different carbide feedstock powders, wc-12co and wc-25co, were sprayed by cgs onto al 7075-t6 alloy and the microstructure and corrosion resistance were evaluated in nacl 3.5% medium. the cross section images of coatings showed a dense structure with low porosity. the coating thickness was 65 µm for wc-12co and 118 µm for wc-25co. sem images and electrochemical results after 700 h of immersion in 3.5% nacl solution showed that wc-25co offers higher protection against corrosion of the substrate than wc-12co. wc-12co and wc-25co coatings withstood, respectively, 1000 and 3000 h of salt fog spray test 91 . the influence of the oxygen content in the deposition efficiency and corrosion resistance of copper coatings deposited onto low carbon steel using cgs technique was also investigated 92 . the electrochemical results showed that the electrolyte reaches the substrate after 200 h of immersion in 3.5% nacl solution for the coatings obtained from the oxidized powders. the coatings obtained from annealed powders showed thickness greater than 500 µm and the electrolyte did not reach the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 22 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 substrate/coating interface even after 700 h of immersion. in addition, they showed high corrosion resistance in salt fog test without any corrosion at the coating / substrate interface for testing time of 2000 h 92 . as previously reported, cold-sprayed coatings can be extremely dense and show a very low porosity under suitable spraying conditions, in which the particles experience intense plastic deformation 93 . however, under some spraying conditions and, depending on the starting material, the temperature of particles during the deposition process generates some residual tensile stresses due to thermal effects 94,95 . moreover, the severe impact deformation generates some residual compressive stresses due to the kinetic effects 26-28,31 . the existence of residual stresses in the cold-sprayed coatings can decrease the mechanical, thermal, electrical and corrosion resistance properties. an alternative to improve the performance of these coatings is the use of heat treatment as previously reported 63,66,75,78,81,84,93,96,97 . heat treatment can effectively change the microstructure of cold-sprayed cu 82,86,87,94,98,99 , al 75,78,93 , stainless steel coatings 60,100 and inconel 718 101 . moreover, the mechanical properties (tensile strength, elongation) and corrosion resistance of cold-sprayed coatings may also be improved by applying heat treatments 60,94 . the evolution of cold-sprayed coatings microstructure during heat treatment was discussed in literature 93 . two typical cold sprayed coatings, i.e., dense, and porous are shown in figure 17. at lower heat-treating temperature, some diffusion between particles will happen as shown in figure 17b. for the porous coating, the interface between particles will become obscure for the dense coating and only the compactly connected interfaces will disappear 93 . this improves the bond between the particles interface. however, dense coatings will become more compact and stronger, but with low ductility 93 . further increasing in the heat treatment temperature, diffusion at the particle interfaces became more intense and the interfaces completely disappear (figure 17c). if the heat treatment temperature is too high, the grain will grow as shown in figure 17d. in summary, heat treatment improves the bonding quality and diminishes interparticle boundaries, which are preferential sites for corrosion. moreover, the heat treatment decreases the coating porosity and increases the coating barrier effect 51,55,93 figure 17. schematic representation of the evolution of cold spray coatings during heat treatment. . as-prepared and heat-treated tantalum sprayed cgs coatings onto low carbon steel were compared by means of corrosion tests with the bulk material 59 . the coatings were thermally treated at 500, 750, 1000, 1250, and 1500 °c in a vacuum furnace for 2 h. the microstructure analyses show an exponential decrease in the porosity from 0.3% (as-prepared) to 0.05% (1500 °c). the decrease in porosity has directly influenced the corrosion resistance of coatings. cyclic polarization test in 1 mol l -1 naoh solution showed that the changes in current density and corrosion potential are compatible with an enhancing of the corrosion resistance of the coatings because of the heat treatment. the corrosion currents of as-deposited coatings and those heat-treated at 1500 °c were found to be 7.1 and 0.7 µa/cm 2 , respectively. this indicates substantially superior performance of heat-treated coatings, approaching that of the bulk, which was found to have a corrosion current density of 0.52 µa/cm 2 59 . for all the heat-treated specimens, during reverse polarization, the current density showed a lower value than during the forward scan, which is an indication of effective repassivation. it is evident from these results that closure of pores and cracks, with reduction in grain boundaries, due to the heat treatment, is responsible for the increase of corrosion resistance 59 . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 23 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 sundararajan et al. 60 demonstrated that the corrosion resistance of cold-sprayed ss 316l coatings increases as a function of the temperature of heat treatment for different exposure times in 0.1 mol l -1 hno3. as-prepared condition showed a microstructure characterized by weakly / unbounded intersplat boundaries and high porosity. on the other hand, the heat-treated coatings showed an improved intersplat bonding and porosity decrease. similar results were found for heat-treated cold-sprayed zinc coatings 55 , ss 304 coatings 100 and titanium coatings 93 . eis measurements of the zinc coatings 55 during 80 h of immersion and the fitting of the data were performed using eec to evaluate the corrosion resistance of as-deposited and heat-treated zn coatings in a vacuum oven at 150 °c for 1 h. the first time constant cdl/rct was assigned to the corrosion process of zn coating at the electrolyte/coating interface represented by a charge transfer resistance (rct) in parallel with the double layer capacitance (cdl). a second time constant ccorr/rcorr was assigned to the process that occurs at the electrolyte/pore inner surface interface, subsequently to the penetration of the electrolyte into the numerous pores present in the coating. for as-deposited sample, the rcorr values increased up to 24 h of immersion. the increase of rcorr value is probably the result of the formation and deposition of corrosion products which interfere in the corrosion process within the pores 55 . on the other hand, for the heat-treated coating, the rcorr value reaches a maximum only at 72 h. this indicates that the corrosion products start interfering with the corrosion process at the pores walls at a much later stage in the case of heat-treated condition 55 . the above observation is consistent with the fact that pores and intersplat cracks are considerably lower in the heat-treated coating 55 . the rct values for the zn coatings in heat-treated condition are higher than that of the as-deposited zn during all immersion times. however, rct of the heat-treated coating decreases continuously with increasing exposure duration, indicating a general degradation of the corrosion resistance with increasing exposure. the rct results show that for long immersion times, the heat treatment may not improve the corrosion resistance of the cgs coating. detailed studies analyzing the coatings during immersion times up to 500 h and evaluating other types of coatings and heat treatment conditions should be performed. it can help to elucidate if the heat treatment influences or not the corrosion resistance of the cgs coatings mainly at long immersion times. although the use of the heat treatment helps to improve the corrosion resistance of the coatings, it is necessary to observe if the working temperature used during the heat treatment is suitable. high temperatures may oxidize the coatings and increase their oxide content mainly between splats and on the surface. this condition can also provoke the coating degradation and the formation of new crystalline phases or amorphous material. in some cases, the use of high temperatures may not be sufficient to close large pores or microstructure defects. it can occur mainly in the case of less ductile materials. in these cases, it is better to make an optimization of the spraying parameters or sealing the coatings. the cgs metallic coatings generally show an acceptable corrosion resistance during long immersion times and under corrosive environments. however, they show a wear resistance less than the bulk material. the use of ceramic particles to make composite coatings improves the mechanical resistance of these coatings 47,73,102,103 . in addition, the cgs technique can produce coatings with high wear resistance using feedstock powders like wc-co 11,35,37,104 , wc+aisi316 105 , cu–al2o3 106,107 . in preparing this review, we have realized that the comparison of the corrosion behavior of the different coatings deposited by cgs technique is difficult mainly due to lack systematic and long-term electrochemical studies. in many cases, fundamental information such as coating thickness, adhesion values are missing, or the spraying conditions are not clearly informed. 5. applications of cgs technology as previously described, the first applications of the cgs technique were done in the last decade of last century 1 . in industry, the cgs process improves the performance and functionality of a lot of commercial products increasing their commercial values. this technique also allowed in situ repairing of many materials and industrial parts, increasing the lifetime, and decreasing the parts replacement. cgs offers the possibility to produce more efficient coatings and almost without environmental impact or toxic waste production. table 2 shows the main applications of coatings produced by cgs in the most varied fields of industry 5,108 . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 24 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 table 2. applications of the cgs coatings. coating application author i metals cu and alloys corrosion protection, electrical and thermal conduction, antimicrobial activity, repairs, and maintenance [109] al and alloys corrosion protection, aircraft parts maintenance [110] zn and alloys protection against corrosion, repairs, and maintenance [55] stainless steel biomaterials, parts maintenance [62] ti and alloys biomaterials, parts maintenance [28, 63, 111] ni and alloys corrosion protection, parts maintenance [112] ta refractory materials [113] al–5fe–v–si internal combustion engines [5] fe72.8si11.5 cr2.2b10.7c2.9 metallic glass, electronic system [11,114] ii metal matrix composites ti/al, tial3–al corrosion protection in high temperature systems [1] sicp/al 5056 corrosion protection [115] co+ni alloys nuclear power generation systems, tools [116] nd2fe14b+al electronic components, sensors, and actuators al al+mg17al12 corrosion protection [81] wc+aisi316 corrosion protection [100,111,105, 117] al al+al2o3 corrosion protection and wear resistance [47] al+sic, al+al2o3 electronics components [47] cu–al2o3 corrosion protection and wear resistance [95,96,106,107] wc–co, wc– 10co– 4cr corrosion protection and wear resistance [25,27,35,37] cr3c2–nicr cr3c2– ni corrosion protection and wear resistance [117] cu/cu2o antifouling [119,120] b4c/ni corrosion protection and wear resistance [121] ti/ hydroxyapatite biomaterials [111,122] carbon nanotubescu heatsinks in electronic systems [123] iii ceramics sic corrosion resistance at high temperatures [71,124,125] wo3 photoelectrodes production tio2 photocatalysts [42] al2o3 wear resistance [61,73,98,110, 115,126] tin corrosion protection and wear resistance [5] iv polymers polyamides, polyethylene corrosion protection [127] v nanocrystalline mcraly thermal barriers and gas turbines [128] fe/al corrosion protection in high temperature systems [129] cunife inert anodes for al production/deposition [5] https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 25 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 the aluminum-based coatings, obtained by cgs, have several applications; due to that, before the onset of cgs, it was very difficult to obtain thick coatings, for instance, based on aluminum with low oxidation. aluminum-based coatings are the most investigated, mainly in the aeronautical industry in which the cgs technique is also used for parts repairing 1 . aluminum has also been used to produce conductive coatings on ceramic substrates 15 . the metallization of insulating materials for electronic applications has become a very promising process for the application of the cgs technique, mainly for obtaining ceramic piezoelectric materials that convert mechanical energy into electrical energy or vice versa. metal electrodes are deposited on the face of piezoceramic sensors at opposite positions each other, allowing the formation of a uniform electric field. the powder spraying to form the coatings does not alter the properties of the substrate, and the thickness of the electrodes is greater than those obtained by sputtering. copper-based coatings obtained by cgs have also a potential application in corrosion protection in the electronic industry, in heat exchangers and in conductive systems 1,6,7,119 . the low porosity and low oxide content of these coatings allow greater thermal and electrical conductivity as well as greater resistance to corrosion. wc-co-based coatings have large application as protective coatings against mechanical wear and corrosion 11,35,36,130,131 . the hardness of the wc particles confers wear resistance while the metal matrix offers toughness. when sprayed by hvof, these coatings undergo decomposition to form w2c, w, co6w6c and co3w3c phases, which makes the coating fragile and with low mechanical strength. on the other hand, wcco coatings sprayed by cgs do not undergo thermal decomposition and present only the wc and co phases, being quite homogeneous and more resistant to wear. one of the applications of these coatings is in turbine rotors used in hydropower plants 7 . these turbines suffer wear due to the erosion process. water at high pressures plus solid particles collide to the surface of the turbine and remove metallic material. this wear creates a loss of working efficiency and higher working efficiency maintenance costs. using the wc-co coatings, the service life of these turbines may be higher due to the wear resistance offered by the coating 1 . the cgs coatings show corrosion and wear resistance but the technique can produce functionality surfaces as well, for example, photocatalytic 42 and coatings with antifouling activity 119,120 . the photocatalytic activity and the microstructure of ectfe polymer composite coatings and c-tio2 nanoparticles deposited onto an epoxy resin by low pressure cold gas spraying (lpcgs) was investigated by robotti et. al. 42 . to produce the novel coatings, ctio2 was mixed with an ectfe polymer, by means of a low energy ball milling (lebm) process. the lebm system permits the mechanical anchoring of small tio2 aggregates around the large ductile polymeric particles. a well-bonded coating with good mechanical coupling and thickness ≈ 400 µm was formed onto the substrate. photocatalytic tests showed that the cgs polymer-tio2 coatings actively photodegraded no and the byproduct, no2. compared to commercial paint, these asprepared coatings enhanced photocatalytic performance. cgs technology is also able to make the metallization process. it consists in the spraying of a feedstock material onto surfaces with low thermal or electric conductive to improve it is characteristics or bring some functionality to the surface 119,120 . highdensity polyethylene (hdpe) used in boats parts was metalized by cgs process and has shown excellent antifouling properties. the antifouling activity of hdpe with area of 1 m 2 metalized by copper powder using cgs technology and the hdpe covered by conventional antifouling paint was compared 119 . the painted polymer showed 63% of the total area covered by organic material after 250 days on the other hand only 3% of the total area was covered for the metalized polymer. recently, cgs has been used, combined or not, with other techniques to perform non-thermal freeform fabrication and would be a perspective additive manufacturing technology 8 . when compared to other additive manufacturing methods, cs technology involves neither high-temperature processing as selective laser melting and direct metal deposition nor ecologically unfriendly chemicals as electroplating. the ability of cgs works with multi-materials open a window for new developments as using micronozzles (< 1 mm diameter with spray spot < 1 mm) with optimization of spraying strategies to produce freeform 3d objects. 6. concluding remarks thick coatings with low porosity, without cracks and with low content of oxides may be produced by the cold gas spray (cgs) technique due to the high kinetic energy and low thermal energy used for the coating deposition. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 original review 26 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p09-32 cgs coatings prepared using optimized conditions may present very high adhesion, very low porosity, excellent mechanical properties, corrosion resistance immersed into an aggressive medium for more than 2000 h, and protection to the substrate against corrosion in salt fog tests for 3000 h. thus, optimizing all spraying parameters is mandatory to have success in preparing coatings with high corrosion resistance and high mechanical properties performance. a global characterization of the coatings including chemical, physical, microstructural, mechanical and evaluation of corrosion resistance is essential to give a feedback for improving the performance of coatings which may be applied for multipurpose. the cgs is not only a promising technology to help industry to solve many local concerns in the present and future, but is a reality in protecting many materials against corrosion and wear, extending their service life and cost-effective by avoiding substitution of many parts in the industrial parks and of industrial products. cgs is also a promising technology to functionalize surfaces for different applications in protection of materials against biocorrosion, antifouling, and energy production, additive manufacturing among other applications. 7. acknowledgments the authors would like to thank the cnpq – conselho nacional de pesquisa (procs. 153177/2014-4 and 201325/2014-4) for the financial support and scholarships. 8. references [1] champagne v. k. the cold spray materials deposition process fundamentals and applications, 2007. https://doi.org/10.1533/9781845693787.frontmatter. 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file:///c:/documentos/publicacoes/2017/fernando/eclética%20quimica%20journal/proof/henao,%20j.,%20concustell.%20a.,%20dosta,%20s.,%20g.bolelli,%20g.,%20cano,%20i.%20g.,%20lusvarghi,%20l.,%20guilemany,%20j.%20m.%20deposition%20mechanisms%20of%20metallic%20glass%20particles%20by%20cold%20gas%20spraying,%20acta%20mater.%20125%20(2017)%20327–339.%20https:/doi.org/10.1016/j.actamat.2016.12.007. file:///c:/documentos/publicacoes/2017/fernando/eclética%20quimica%20journal/proof/henao,%20j.,%20concustell.%20a.,%20dosta,%20s.,%20g.bolelli,%20g.,%20cano,%20i.%20g.,%20lusvarghi,%20l.,%20guilemany,%20j.%20m.%20deposition%20mechanisms%20of%20metallic%20glass%20particles%20by%20cold%20gas%20spraying,%20acta%20mater.%20125%20(2017)%20327–339.%20https:/doi.org/10.1016/j.actamat.2016.12.007. 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https://doi.org/10.1361/105996306x124400 https://doi.org/10.1361/105996306x124400 https://doi.org/10.1361/105996306x124400 https://doi.org/10.1361/105996306x124400 https://doi.org/10.1361/105996306x124400 https://doi.org/10.1080/08927014.2012.670849 https://doi.org/10.1080/08927014.2012.670849 https://doi.org/10.1080/08927014.2012.670849 https://doi.org/10.1080/08927014.2012.670849 https://doi.org/10.1080/08927014.2012.670849 https://doi.org/10.1080/08927014.2014.906584 https://doi.org/10.1080/08927014.2014.906584 https://doi.org/10.1080/08927014.2014.906584 https://doi.org/10.1080/08927014.2014.906584 https://doi.org/10.1080/08927014.2014.906584 https://doi.org/10.1080/08927014.2014.906584 https://doi.org/10.1007/s11666-012-9774-x https://doi.org/10.1007/s11666-012-9774-x https://doi.org/10.1007/s11666-012-9774-x https://doi.org/10.1007/s11666-012-9774-x https://doi.org/10.1007/s11666-012-9774-x https://doi.org/10.1007/s11666-012-9774-x https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.040 https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.040 https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.040 https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.040 https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.040 https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.040 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.05.042 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.05.042 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.05.042 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.05.042 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.05.042 https://doi.org/10.1361/10599630419355 https://doi.org/10.1361/10599630419355 https://doi.org/10.1361/10599630419355 https://doi.org/10.1361/10599630419355 https://doi.org/10.1361/10599630419355 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.047 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.047 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.047 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.047 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.047 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.047 https://doi.org/10.1007/s11666-014-0094-1 https://doi.org/10.1007/s11666-014-0094-1 https://doi.org/10.1007/s11666-014-0094-1 https://doi.org/10.1007/s11666-014-0094-1 https://doi.org/10.1007/s11666-014-0094-1 https://doi.org/10.1007/s11666-014-0094-1 https://doi.org/10.1007/s11666-017-0627-5 https://doi.org/10.1007/s11666-017-0627-5 https://doi.org/10.1007/s11666-017-0627-5 https://doi.org/10.1007/s11666-017-0627-5 https://doi.org/10.1007/s11666-017-0627-5 https://doi.org/10.2472/jsms.60.159 https://doi.org/10.2472/jsms.60.159 https://doi.org/10.2472/jsms.60.159 https://doi.org/10.2472/jsms.60.159 https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.01.020 https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.01.020 https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.01.020 https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.01.020 https://doi.org/10.1007/s11666-014-0133-y https://doi.org/10.1007/s11666-014-0133-y https://doi.org/10.1007/s11666-014-0133-y https://doi.org/10.1007/s11666-014-0133-y https://doi.org/10.1007/s11666-014-0133-y https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.04.058 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.04.058 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.04.058 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.04.058 introduction the well-established thermogravimetric analysis (tga) and differential scanning calorimetry (dsc) techniques have been reliably widely used over many decades in studying the thermal behaviour and properties of various types of materials and evaluating the thermal parameters for their degradation processes. these methods have allowed determination of the chemical steps of the investigated degradation and the evaluation, by some methods [1, 2], of the kinetic parameters for each step. the evaluation of the kinetic parameters has been often performed by using a single thermogravimetric curve (tg curve) recorded at a certain heating rate and atmospheres (under nitrogen or air flow). some recent results concerning the thermal and thermo-oxidative degradation of polymers or polymeric material, metal complexes, medicinal plant leaves and thermoplastic starch obtained by thermoanalytical methods (tg, dtg, dta, dsc) have been reported [3 – 14]. these reports show that the kinetic parameters evaluated for each step of degradation processes are carried out by using the integral methods considering a reaction order model for the kinetic analysis of the a single thermogravimetric curve data. in our previous studies published elsewhere [15], the temperature variation of the dc electrical conductivity was measured in the range 298 – 498 k for the polymer-metal complexes under investigation in the present work, and as a result the activation energies for different temperature segments were worked out. for the reason that a change in the composition may lead to changes of the measured electrical quantities (i.e. the role of adsorbed water), the thermal analysis results (tga curves) were used only to monitor the loss of adsorbed water in order to study its effect on the dc electrical conductivity at 298 – 498 k range. 45ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 thermal degradation behaviour of some polydithiooxamide metal complexes h. al-maydama1, a. el-shekeil*, m. a. khalid2 and a. al-karbouly3 1chemistry department and 2physics department, faculty of science, sana’a university, p. o. box 12463, sana’a, yemen. 3chemistry department, faculty of science, anbar university, khalidiya, iraq *corresponding author. e-mail : shekeil@yemen.net.ye abstract: the thermal decomposition behavior of the fe(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii) complexes of polydithiooxamide has been investigated by thermogravimetric analysis (tga) at a heating rate of 20°c min-1 under nitrogen. the coats-redfern integral method is used to evaluate the kinetic parameters for the successive steps in the decomposition sequence observed in the tga curves. the processes of thermal decomposition taking place in the four complexes are studied comparatively as the tga curves indicate the difference in the thermal decomposition behavior of these complexes. the thermal stabilities of these complexes are discussed in terms of repulsion among electron pairs in the valence shell of the central ion and electronegativity effects. keywords: polydithiooxamide-complexes; thermal behaviour; kinetic parameters; thermal stability. in this work, we illustrate a comparative study of some polymer-metal complexes of a particular ligand with various metals from the point of view of the thermogravimetric analysis (tga) and its thermal parameters at a give condition (i.e. heating rate of 20°c min-1 under nitrogen). the chosen organic compound, dithiooxamide, is rich in electrons due to the existence of nitrogen and sulphur atoms forming the desired polydithiooxamide-metal complexes (pdta) wherein the metal ion is placed in the backbone chain itself. in other words, the metal ion is the connecting link between the organic units in the linear chain, i.e. polymerization through coordination with the metal ion. we have chosen for the complex-ion the 3d-transition elements: fe(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii). the processes of thermal degradation taking place in these polymer-metal complexes have been investigated by thermogravimetric method (tg, dtg) and coats-redfern integral method [16] has been used to determine the associated kinetic parameters for the successive steps in the decomposition sequence. although these four polymer-metal complexes are identical in terms of the ligand type around the metal ions of fe(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii), the difference in thermal decomposition behaviour and that in thermal stability are clearly observed. therefore, information concerning the thermal decomposition behaviour, thermal stability, mechanism and kinetics of the investigated degradation process obtained from the tg curves recorded for the four conducting polymer-metal complexes at a certain condition (i.e. heating rate of 20°c min-1 and nitrogen flow) has become of interest to be studied comparatively. experimental synthesis of polymer complexes and physical analysis complete details of the synthesis, physical measurements, characterization and identification as well as the dc electrical conductivity of the three conducting polymer complexes of interest (pdta-fe, pdta-co, pdta-ni and pdtazn) and their structure shown in structure 1 are published elsewhere [15]. thermal analysis the tg and dtg curves were obtained by using, perkin-elmer thermogravimetric analyzer at a heating rate of 20°c min-1 under nitrogen flow and heating programme 30 – 800°c. methods from the tg and dtg curves recorded for the successive steps in the decomposition process of these polymer complexes it was possible to determine the following characteristic thermal parameters for each reaction step: initial point temperature of decomposition (ti): the point at which dtg curve starts deviating from its base line. final point temperature of decomposition (tf): the point at which dtg curve returns to its base line. peak temperature, i.e. temperature of maximum rate of weight loss (tdtg): the point obtained from the intersection of tangents to the peak of dtg curve. mass loss at the decomposition step (∆m): it is the amount of mass that extends from the point ti up to the reaction end point tf on the tg curve, i.e. the magnitude of the ordinate of a tg curve. the material released at each step of the decomposition is identified by attributing the mass loss (∆m) at a given step to the component of similar weight calculated from the molecular formula of the investigated complexes, comparing that with literatures of relevant compounds considering their temperature. this may assist identifying the mechanism of reaction in the decomposition steps taking place in the polymer complexes under study. activation energy (ea) of the composition step: the integral method used is the coatsredfern equation [16] for reaction order n ≠ 1, which when linearised for a correctly chosen n yields the activation energy from the slop; where: α = fraction of weight loss, t = temperature (k), n = order of reaction, z = pre-exponential factor, r = molar gas constant, ea = activation energy and q = heating rate. log 11-α 1-n t2 1-n = log zr qe 1-2rt e e 2.303rt 46 ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 47ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 m = fe, co, ni, zn y = 0.5, 1.5, 3, 0 structure 1 results and discussion the thermogravimetric (tg) and derivative thermogravimetric (dtg) curves, which characterize the thermal decomposition of the fe(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii) complexes of polydithiooxamide (pdta) in nitrogen atmosphere at a heating rate of 20°c min-1 are given in figure 1. these curves show clearly the difference in the thermal decomposition behaviour of these polymer-metal complexes and the results are summarized in table 1. close examination of the tg / dtg curves (fig. 1) reveals that with overlapping steps being various, a two-step decomposition process for pdta-zn complex at the 132-746°c range, a three-step process for pdta-fe complex at the 30-587°c range, a fourstep for pdta-co complex at the 40-600°c and a five-step for pdta-ni complex at the 40784°c range. it seems that the overlapping steps increase as the electronegativety of the metals increases; ni > co > fe > zn. table 1 compares the characteristic thermal and kinetic parameters determined or evaluated, from the tg curves, for each step in the decomposition sequence of the complexes. it can be seen clearly (table 1) that the mass losses obtained from the tg curves and that calculated for the corresponding molecule or molecules are in good agreement as is the case for all of these complexes. however, as the compositions of the final decomposition products (i.e. final residues) are not proved, ill-defined final states are considered for the thermal decomposition of these four complexes. the activation energies (ea) are calculated from the slopes of the best fit straight lines obtained when the plots of the coats-redfern equation [16] are used for the best values of reaction order (n). the first-steps of decomposition in the tg curves at the 30-140°c, 40-163°c and 40-190°c range with their temperatures of maximum rate of weight loss (tdtg) in the dtg curves (fig 1a,b,c) at 87 °c, 88 °c and 90°c indicate the loss of half molecule, one and half molecules and three molecules of water of crystallization in the fe, co and ni-polymer complexes, respectively. this corresponds well with weight loss data for fe (found 3.60%, cal 3.52%), co (found 9.68%, cal 9.75%) and ni –polymer complex (found 17.54%, cal 17.79%). dehydration of adsorbed water is not observed in the case of zn complex. the temperature ranges reported [17-19] for releasing adsorbed water in some metal complexes are in good agreement with that mentioned above. the activation energy determined for these reactions in the polymer complexes of fe, co and ni are 50.8 kj mol-1, 48.5 kj mol-1 and 49.1 kj mol-1, respectively. their temperature ranges and order of reaction (1.1, 1.7 and 2.6 for the fe, co and ni complexes respectively) slightly vary (table 1). in this dehydration process, the ease of water desolvation (30°c ≤ t ≤ 190°c) in these complexes suggests that the water molecules are trapped in the crystal voids and make no contribution to the lattice forces [20, 21]. the small differences in the tdtg values (87, 88 and 90°c for the fe, co and ni complexes, respectively) and that in the values of the activation energies (50.8, 48.5 and 49.1 kj mol-1 for fe, co and ni complexes, respectively) suggest that the water in these complexes may be identical, i.e., play similar little or no role in holding the crystal together. the first-step of the pdta-zn complex decomposition occurs at the 132-273°c range (fig 1d) with a very large and strongly sharp peak (tdtg) at 239°c indicates a rapid and vigorous decomposition feature. this step is accompanied order of reaction (n): it is the one for which a plot of the coats-redfern expression gives the best straight line among various trial values of n that are examined relative to that estimated by the horovitz-metzger method [17]. by 54.23% weight loss recorded on the tg curve (fig 1d) which may be accounted for by the evolution of two chloride atoms along with the decomposition of 56.71% of the backbone components (cal. 54.22%). the activation energy (136.1 kj mol1) is determined for the reaction of this step. in the contrary, the second-step of zncomplex (fig 1d) at the 273-746 °c range, with a small and weak tdtg (699°c) due to extremely slow bleed of 20.38% weight loss, corresponds to the elimination of the remaining 43.29% of the backbone components (cal. 20.29%). the total mass loss up to 746°c leaves a 25.39% residual weight, which is in agreement with the final product (cal. 25.49%) at the end of the zn-complex decomposition with an ill-defined final state. the activation energy (23.40 kj mol-1) is determined for the reaction at this second step. the tg curve of the pdta-fe complex (fig 1a) suggests that the weight loss (57.37%) of a rapid decomposition at the second-step (153397°c) with a very large and strong tdtg 48 ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 table 1. characteristic parameters of thermal decomposition (20°c min-1) for fe(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii) polymer complexes. tga comp. step wt. loss found (calc.)% ti/°c tf/°c tdtg n ea/ kj mol-1 reaction 1 3.60 (3.52) 30 140 87 1.1 50.8 0.5 h2o 2 57.37 (57.45) 153 397 293 1.5 39.2 [2cl + 63.35% of bb a ]fe 3 17.25 (17.22) 397 587 468 3 167.6 [36.65% of bb] final residual weight; (found 21.78%, cal. 21.82%) 1 9.68 (9.75) 40 163 88 1.7 48.5 1.5 h2o 2 12.84 (12.80) 170 300 262 1.3 90.6 cl 3 27.67 (27.61) 300 370 333 1.6 293 -[cl +34.14% of bb]co 4 15.16 (15.07) 370 600 533 2.5 120.4 [ 34.74% of bb] final residual weight; (found 34.84%, cal. 34.77%) 1 17.54 (17.79) 40 190 90 2.6 49.1 3 h2o 2 11.79 (11.67) 190 300 284 0.5 53.8 cl 3 11.64 (11.67) 300 372 348 1.2 206.2 cl 4 10.71 (10.55) 372 452 390 4 400.1 [26.66% of bb] ni 5 21.11 (21.10) 478 784 661 2 110.9 [53.34% of bb] final residual weight; (found 27.15%, cal. 27.22%) 1 54.23 (54.22) 132 273 239 1 136.1 [2 cl + 56.71% of bb] zn 2 20.38 (20.29) 273 746 699 3 23.4 [43.29% of bb] final residual weight; (found 25.39%, cal. 25.49%) abb; backbone components 49ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 figure 1. tga and dtg thermograms of the pdta complexes of fe (a), co (b), ni (c) and zn (d) in nitrogen at the heating of 20°c min-1. (293°c), and consecutively the weight loss (17.25%) of a gradual decomposition at the thirdstep (397-587°c) with a small and broad tdtg (468°c). these correspond to the co-evolution of two chlorine atoms with 63.35% of the backbone components (cal 57.45%) and the elimination of the remaining 36.65% of the backbone components (cal. 17.22%), respectively. the final residual weight found (21.78%) is referred to an illdefined final product (cal 21.82%) at the end of the fe-complex decomposition. the following activation energies; 39.20 kj mol-1 and 167.60 kj mol-1 are calculated for the second and third steps in the sequential decomposition of the pdta-fe complex, respectively. from the tg curve of the pdta-co complex (fig. 1b), four steps in the decomposition sequence are observed. the second and third steps in the (170-370°c) range clearly appear as consecutive and overlapping steps. the weight loss (12.84%) at the second-step (170-300°c) with a weak and very broad peak (tdtg) at 262°c suggests a very slow evolution of one chlorine atom (cal 12.80%). this temperature range is within the acceptable limit to that reported for the release of chlorine in some complexes of cobalt [18, 20, 22]. however, the weight loss (27.67%) at the third-step (300-370°c) with a large and strongly sharp peak tdtg at 333°c indicating a rapid and vigorous decomposition for the co-evolution of the second chlorine atom with 34.14% of the backbone components (cal 27.61%). the activation energies 90.6 kj mol-1 and 293 kj mol1 are determined for the second and third steps. the fourth-step (370-600°c) with a small and weak tdtg (533°c) indicates that the weight loss (found 15.16%, cal. 15.07%) is due to a very slow elimination of 34.74% of the backbone components. the total mass loss up to 600°c is in agreement with the relative magnitude (found 34.84%, cal. 34.77%) of an ill-defined final residue of the zn-complex decomposition. the activation energy (120.40 kj mol-1) is determined for this step. unlike the others, the tg curve (fig 1c) for the ni-complex decomposition shows five steps, with the second, third and fourth being overlapping steps at the peaks (tdtg) 284°c, 348°c and 390°c , respectively. these three overlapping steps are consequent upon three rapid and consecutive decomposition processes. therefore, the ni-complex losses its first chlorine atom (cal. 11.67%) at the second step (190-300 °c), and the second one (cal. 11.67%) at the third step (300-372°c) and then followed by the loss of 26.66% of the backbone (cal. 10.55%) at the fourth step (372-452°c). this corresponds to 11.79%, 11.64% and 10.71% weight losses from the tg curve (fig. 1c) for these three consecutive and overlapping steps in the (190-452°c) range, respectively. the temperatures (270°c, 315°c, 220-374°c, 217-291°c and 330°c) reported for the release of chlorine atom in some nickel complexes [18, 20, 23, 24] are in accordance with that obtained. the activation energies (53.8 kj mol-1, 206.2 kj mol-1 and 400.1 kj mol-1) are determined for the second, third and fourth step reactions, respectively. a large and a very broad peak (tdtg) at 661°c for the fifth-step (478-784°c ) weight loss (21.11%) is attributed to the gradual elimination of 53.34% of the backbone components (cal 21.10%). the final residual weight found (27.15%) corresponds to an ill-defined final product (cal 27.22%) at the end of the ni-complex decomposition. the activation energy (110.9 kj mol-1) is obtained for this slow reaction at the fifth-step. as preceded, the complex of cobalt and that of nickel both lose their two chlorine atoms in two steps. in case of nickel complex one chlorine atom in each step is observed. the secondstep of the co-complex and of the ni-complex assigned for the release of one chlorine atom are comparable with each other in terms of their temperature range and temperature peak (tdtg), but their order of reaction and activation energies are incomparable. this reflects the kinetic difference and nature of these two molecules at the transition-state, i.e. their activated molecules are of different reaction nature. therefore, rapid elimination of the chlorine atom with the lower activation energy (53.8 kj mol-1) is observed in case of the ni-complex, while in case of the co-complex slow elimination of chlorine atom with the higher activation energy (90.6 kj mol-1) is observed. on the other hand, the thermal stability of these four polymer-metal complexes under inves50 ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 tigation is discussed here on the basis of the starting point (i.e. initial temperature) of the first decomposition reaction which alters the multiplebonding (six bonds) to a lower coordination numbers in the valence shells of the central ions. hence, as the initial temperature (ti) of the decomposition peak (table 1) is taken as a measure of the thermal stabilities of these complexes, the following may be concluded: the nickel complex shows a higher thermal stability (190°c) than those of cobalt (170°c), iron (153°c) and zinc (132°c) and this seems to be in accordance with the increasing values of the elecronegativity in the following order ni > co > fe > zn and decreasing ionic size ni < co < fe =zn. however, these initial temperatures (190°c, 170°c, 153°c,132°c for the complexes of ni, co, fe, and zn, respectively) generally suggest a low thermal stability feature for these complexes. this may be due to a high repulsion among the multiple-bonding (six bonds) electron pairs in the valence shells of these complex-ions, while the small and close differences (20°c, 17°c, and 21°c; ni-co, co-fe and fe-zn, respectively) show no steric effect as they have only two chelate rings. furthermore, it is noteworthy that in the situation of lower coordination numbers where the repulsion between the electron pairs in the valence shall of the central ion is decreased, the electronegativity of the central metal seems to become the predominant factor in the stability. this is observed in the backbone decomposition of the cobalt and nickel complexes of lower coordination numbers that are produced after losing their chlorine atoms individually. as the co-complex loses its first chlorine atom and the ni-complex loses its two chlorine atoms, they become of lower coordination numbers as five and fourbonding electron pairs in the valence shell of the cobalt and nickel ions, respectively. in fact, the nickel of the higher electronegativity and smaller ionic size unlike the others becomes of a five and four-bonding by losing its chlorine atoms successively as degradation proceeds. hence, if the stability of the backbone with respect to the lower coordination numbers is considered, the nickel complex shows a higher thermal stability (372°c) for the initial decomposition of the backbone components, and a high thermal stability (300°c) for the cobalt complex is observed. these high thermal stabilities of the nickel and cobalt complexes perhaps suggest the electronegativity as the predominant factor. however, the thermal stability difference (72°c) between these two complexes explains the difference in the repulsion between the electron pairs in the five-bonding and that in the four-bonding of the cobalt and nickel complexes, respectively, i.e. higher repulsion in the five than that in the four-bonding electron pairs, and also considering the electronegativity difference between nickel and cobalt. conclusion the results obtained from the tg and dtg curves (table 1) confirm the hydration degree and the stoichiometry of the prepared pdta metal complexes (structure 1) that are established [15] by elemental analysis (chn analyzer) and metal content measurements (atomic absorption spectrophotometer). in addition to that, although these polymer-metal complexes are of a particular ligand with various metals, various thermal decomposition behaviour and thermal stability are clearly observed. this may be attributed to the differences in the electronegativity values of the metals. recebido em: 05/12/2005 aceito em: 08/03/2005 51ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 references [1] m. e. brown, d. dollimore and a. k. galwey, reactions in the solid state. comprehensive chemical kinetics, amsterdam: elsevier, 1980. 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[24] a. m. donia and h. a. el-boraey, transition met. chem. 18 (1993) 315. 52 ecl. quím., são paulo, 31(1): 45-52, 2006 h. al-maydama, a. el-shekeil, m. a. khalid and a. al-karbouly. comportamento térmico da decomposição de alguns complexos metálicos de poliditiooxamidas. resumo: o comportamento térmico da decomposição dos complexos de poli-ditiooxamidas de fe(ii), co(ii), ni(ii) e zn(ii) foi estudado por termogravimetria (tg), com razão de aquecimento de 20°c min-1 sob atmosfera de nitrogênio. o método integral de coats-redfern foi usado para calcular os parâmetros cinéticos das etapas sucessivas da decomposição observada nas curvas tga. os processos de decomposição térmica observados nos quatro complexos foram comparados e as suas respectivas estabilidades térmicas foram discutidas em função da repulsão entre os pares de elétrons da camada de valência do íon central e dos efeitos da eletronegatividade. palavras-chave: complexos de poliditiooxamidas; comportamento térmico; parâmetros cinéticos; estabilidade térmica. introduction phagocytosis by polymorphonuclear leukocytes is a process that generates reactive oxygen metabolites during the respiratory burst of non-mitochondrial o2 uptake. simultaneously, an increase in glucose oxidation via the hexose monophosphate shunt, and a decrease in the nadph/nadp+ ratio, are observed. two key enzyme systems are involved in these oxidative stress reactions, which produce reactive oxygen species (ros). first is nadph oxidase, a mitochondrial membrane multienzyme complex, which catalyses the univalent reduction of molecular oxygen by nadph and generates o2 • -. subsequently, h2o2, which is also generated during the respiratory burst, is utilized by myeloperoxidase (mpo, an enzyme present in the azurophil granules in neutrophils) in the presence of halide ions such as cl ?, or br -, to produce, respectively, hocl, hobr, and related oxidative compounds, such as chloramines [1]. during the respiratory burst, a number of enzymatic processes are activated, which then produce oxygenated metabolites. reactive halogen species (rhs: x2 and hox, where x represents cl, br, or i) are some of the metabolites mediated by neutrophil activation and their respiratory burst [2]. like other peroxidases (haem proteins that use oxygen as a substrate for oxidative reactions), mpo can also catalyse the oxidation by h2o2 of a number of organic compounds, including phenolic compounds [1]. despite their physiological role in defence of the organism, reactive oxygen species have been implicated in initiating, accompanying or causing many diseases. there is some evidence that abnormalities in lipid compounds may cause overproduction of ros and, in turn, antioxidant enzyme activity and lipid peroxidation, and that these phenomena may be related to the pathophysiology of general depression. free radicals such as the superoxide anion (o2 • -) and the hydroxyl radical (ho •), which cause lipid peroxidation, can lead to 65ecl. quím., são paulo, 32(1): 65-70, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 does cotinine act upon reactive oxygen species and peroxidases? j.c.r. vellosa1,2, n.m. khalil1,2, l.m. fonseca2, i.l. brunetti2, o.m.m.f. oliveira1* 1unesp sao paulo state university, biochemistry and technological chemistry department, chemistry institute, araraquara-sp, brazil; 2unesp sao paulo state university, clinical analysis department, school of pharmaceutical sciences, araraquara-sp, brazil. *corresponding author e-mail: olgaenzimologia@yahoo.com.br abstract: nicotine, an oxidizing agent, is certainly one of the most widely used alkaloids in the world. it is, together with its main metabolite, cotinine, responsible for tobacco-dependence. the use of tobacco is closely associated with lung disease, morphological leukocyte modification and generation of oxidant species. the aim of this study was to look for a possible relationship between cotinine, oxidant species generation and oxidative processes. after studying the action of cotinine in some chemical oxidation models and on the enzymatic kinetics of peroxidases (myeloperoxidase and horseradish peroxidase), we concluded that cotinine does not act directly upon h2o2, hocl, taurine chloramines, horseradish peroxidase or myeloperoxidase. keywords: nicotine; cotinine; myeloperoxidase; ros; oxidative damage. cell death. hydrogen peroxide is thought to be the major precursor of highly reactive free radicals, and it has been reported to induce apoptosis in cells of the central nervous system [3]. oxidative processes play a significant role in atherosclerosis. oxidized lipids, sterols and proteins have been detected at high levels in human lesions. the interaction of the extra-cellular matrix (ecm) with cells regulates their adhesion, migration and proliferation, and it is believed that damage to vascular matrix components is a factor in the development of atherosclerosis. there is some evidence that the heme enzyme mpo, released by activated monocytes (and possibly macrophages) has a role in oxidative events within the artery wall. as mpo is released extracellularly, and is highly basic, it might be expected to associate with polyanionic matrix components thereby localizing damage to the ecm [4]. mpo has recently attracted considerable attention as a possible mediator of coronary artery disease and acute coronary syndromes. active mpo, hypochlorite-modified proteins and peptides, and chlorinated oxidized lipid species with proatherogenic properties have been detected in human atherosclerotic lesions [5].cigarette smoking is a risk factor for the development of atherosclerosis. possible mechanisms for this include leukocyte and platelet activation and/or damage to the endothelium, any of which may contribute to thrombosis and changes in haemostasis [6]. nicotine [3 (1methyl – 2 pyrrolidinyl) pyridine] is the principal alkaloid in tobacco and is present as a major component of tobacco smoke. it is absorbed in measurable quantities by both active and passive smokers, the latter having been shown to inhale an amount of nicotine proportional to the product of concentration, duration of exposure and respiration rate [7]. recently, it has been shown in human liver microsomes that nicotine and cotinine [1 – methyl – 5 (3 pyridinyl)2 pyrrolidinone] 66 ecl. quím., são paulo, 32(1): 65-70, 2007 are oxidized primarily via cyp 2a6 [8]. as shown in scheme 1, nicotine is primarily metabolized to cotinine, and cotinine is further metabolized to trans-3’-hydroxycotinine in the human liver, which is a major metabolite of nicotine in humans [9]. cotinine is used as a marker of nicotine exposure, both in smokers and in nonsmokers, as it is one of the main metabolites of nicotine and has a longer half-life than its precursor [10]. nicotine administration may result in oxidative stress by inducing the generation of reactive oxygen species in the peripheral and central nervous system [11]. cotinine has been reported to have pharmacological activity. it interferes with the release of brain neurotransmitters and affects enzymes involved in the synthesis of estrogen and testosterone, decreases vascular resistance and blood pressure in animals, and has been reported to have effects on cognitive performance and to modify nicotine withdrawal symptoms in abstinent smokers [10]. the major inducer of oral cancer is exposure to tobacco, which is responsible for 50 to 90% of cases worldwide [12]. cigarette smoking results in an increased cumulative exposure to ros and, because its accumulation, it would seem cigarette smokers may have an increased requirement for antioxidant nutrients [13]. owing to the involvement of cigarette smoking in oxidative damage, it was seen as highly relevant to determine whether cotinine, one of the main metabolites of nicotine, has any effect on ros activity. experimental details apparatus and materials both enzymes and chemicals were purchased from sigma chemicals co. spectrophotometric assays were performed in a diode array spectrophotometer (hp scheme 1. nicotine transformation into cotinine by cytochrome p450 [8]. 8453), monitored by a pc pentium iii from hewlett packard. chemiluminescence assays were performed in a 1251 luminometer from bioorbit, monitored by a workstation with the program multiuse v 2.0. hydrogen peroxide scavenging assay tnb (5-thio-2-nitrobenzoic acid), was prepared by incubating, 1 mmol.l-1 dtnb (5,5’dithio-2-nitrobenzoic acid), 20 mmol.l-1 nabh4 in 50 mmol.l-1 potassium phosphate solution, ph 6.6, with 5 mmol.l-1 edta (ethylene diamine tetraacetic acid), at 370c for 30 min. tnb oxidation is widely used to verify a possible hypochlorous acid-scavenging activity [14]. tnb is oxidized by h2o2 too, resulting in a decreasing absorbance at 412 nm, because the product dtnb does not absorb at this wavelength. we tested the effect of adding cotinine at 0.1 mmol.l-1. tnb concentration was measured by its molar absorption coefficient (13600 mol-1l.cm-1) at 412 nm [14]. hypochlorous acid and chloramine scavenging assays potassium iodide (ki) is oxidized by hocl or chloramine (taurine chloramine-taucl), decreasing the absorbance at 350 nm. chloramine was produced by incubation of 0.05 mmol.l-1 hocl and 0.2 mmol.l-1 taurine (tau) for 1 min. both reactants were prepared in pbs-d (dulbecco’s phosphate-buffered saline) [15]. chemiluminescence from hrp kinetics the solutions (luminol, horseradish peroxidase hrp and hydrogen peroxide h2o2) were prepared in water and their molar concentrations were determined by the molar absorption coefficients: luminol: ε 347 nm = 7636 mol-1.l.cm-1 [16] h2o2: ε 230 nm = 80 mol-1.l.cm-1 [17] hrp : ε 403 nm = 1,02 x 105 mol-1.l.cm-1 [18] hrp is an important model for peroxidase studies, so we carried out some kinetic studies with this classic working enzyme. hrp/h2o2/luminol chemiluminescence [19] studies were performed in the presence (1 mmol.l-1, 0.1 mmol.l-1 and 0.01 mmol.l-1) and absence of cotinine, in pbs-d buffer, ph 7.4, at 250c. light intensity was registered as mv and integrated by multiuse v 2.0. 67ecl. quím., são paulo, 32(1): 65-70, 2007 spectrophotometric hrp kinetics hrp and hydrogen peroxide solutions were prepared as described before. guaiacol was diluted in 50 mmol.l-1 potassium phosphate buffer 50, ph 7.0. reactions were performed in pbs-d, ph 7,4, 250c, monitored spectrophotometrically at 470 nm. the absorbance increased due to guaiacol oxidation by hrp and h2o2. mpo kinetics mpo activity was determined by the guaiacol assay as recommended by sigma chemical co. luminol, and h2o2 solutions were prepared as described before. mpo/h2o2/luminol chemiluminescence [19] studies were performed in the presence (0.1 mmol.l-1) and absence of cotinine, in pbs-d buffer, ph 7.4, at 250c. light intensity was registered as mv and kinetics integrals were analyzed by the program multiuse v 2.0. results and discussion the results are all expressed as means ± sd (standart deviation). data were analyzed with the graphical and statistical modeling package “origin5.0”, and differences were tested by anova (analysis of variance), significance being declosed at p≤ 0.05. to enable measurement of concentrations of cotinine solutions, we determined its molar absorption coefficient in water. from the slope of trace linear plots of the absorbance at 261 nm versus the molar concentration of cotinine, we obtained the result 2196.3 + 10.5 mol-1.l.cm-1. the h2o2 reactions were followed by the decrease in absorbance of tnb at 412 nm, as hydrogen peroxide oxidized tnb to dtnb; as can be seen in figure 1, there was no significative difference in the absorbance at any wavelength, with or without cotinine. the hocl or taucl reactions were followed by decreasing absorbance of ki at 350 nm, as hocl or taucl oxidized ki. as observed in figures 2 and 3, cotinine had no effect on the hocl and taucl oxidative capacities. hrp kinetics were monitored by chemiluminescence, comparing the light intensity (mv) in the presence and absence of cotinine at various molar concentrations. as shown figure 4, coti68 ecl. quím., são paulo, 32(1): 65-70, 2007 figure 2. oxidation of 1mmol.l-1 ki by 0.05 mmol.l-1 hocl in presence and absence of cotinine, 1mmol.l-1 or 0.1 mmol.l-1, followed on 350 nm. hocl and cotinine were incubated for one minute before ki was added. pbs-d, ph 7.4, 25°c. figure 1. tnb 0.066 mmol.l-1 oxidation by h2o2 0.5 mmol.l-1. pbs-d buffer, ph 7.4, 25°c. (a) abs xλ(nm), without cotinine 0.1 mmol.l-1 (∆a412nm ~ 0.5); (b) absorbance x λ(nm), in presence of cotinine 0.1 mmol.l-1 (∆a412nm ~ 0.5). figure 3. oxidation of 1 mmol.l-1 ki by hocl 0.05 mmol.l-1 + tau 0.2 mmol.l-1 in the presence and absence of cotinine, 1 mmol.l-1 or 0.1 mmol.l-1, followed at 350 nm. taucl and cotinine were incubated for one minute before ki was added. pbs-d, ph 7.4, 25°c. figure 4. hrp (3.10-8 mol.l-1) kinetics in presence of h2o2 (1.10-5 mol.l-1), and luminol (1.10-5 mol.l-1); with or without various cotinine molar concentrations; n=3. pbs-d buffer, ph 7.4; 25ºc. 4a) light emission kinetics; background is without hydrogen peroxide. 4b) areas under light emission curves; p≤0.05 compared to kinetics without cotinine. nine was not able to stimulate or inhibit luminol oxidation by hrp. the hrp reaction was also studied spectrophotometrically by guaiacol oxidation, which generates a product with an absorbance at 470 nm. the absorbance changes in the presence and absence of cotinine at various molar concentrations were compared, (figure 5) and it is clear, as in chemiluminescent assay, that cotinine did not affect hrp activity. mpo kinetics was also monitored by chemiluminescence, light intensity (mv) being compared in the presence and absence of cotinine. myeloperoxidase is an important component of ros generation in living organisms, which is able to generate hypochlorous acid, a strong deleterious ros. so it is important to 69ecl. quím., são paulo, 32(1): 65-70, 2007 detect different substances in tobacco that are able to increase the oxidative process. in this assay, shown in figure 6, it is clear that cotinine, a nicotine-derived product, does not act upon luminol oxidation by mpo. conclusion tobacco smoking is one of most widespread habits in the world. it ocurrs because it is an easily acquired addiction, being, like alcohol, a permitted drug. it has consequences for public health, representing heavy cost that the government has to cover. tobacco has many potentially oxidants and carcinogenic substances and it is necessary to know how these substances figure 5. guaiacol kinetic of oxidation by system hrp 7 nmol.l-1; guaiacol 1mmol.l-1 and h2o2 0.1 mmol.l-1; λ=470 nm; pbs-d buffer, ph 7.4, 25ºc. figure 6. mpo 75 mu kinetics in presence of h2o2 (6.7.10-5 mol l-1), and luminol (1.5.10-5 mol l-1); with or without 0.1 mmol l-1 cotinine; n=3. pbs-d buffer, ph 7.4 a 25ºc. 6a) light emission kinetics; 6b) integrated areas under light emission curves; p>0.05 compared to kinetics without cotinine. references [1] c. capeilleare-blandin, biochem. j. 336 (1998) 395. 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[19] i.l. brunetti, o.m.m.f. oliveira, rev. cienc. farm. 16 (1996) 55. affect free radical generation in the human body. cotinine was in others enzymes systems (like cytochrome p450) but not on ours studied systems, then, this study is relevant so far as: i) it may help elucidate this involvement in oxidative generation and its consequent damage; ii) it determined the molar abortion coefficient of cotinine in water, 2196.3 + 10.5 mol-1.l.cm-1. cotinine, as the main product of nicotine metabolism, could be involved in the oxidative burst, making it necessary to study its influence on ros action and generation. we have carried out chemical experiments to elucidate the interference of cotinine in the oxidative activity of three major oxidative species that participate on myeloperoxidase ros generation: hydrogen peroxide, hypochlorous acid and taurine 70 ecl. quím., são paulo, 32(1): 65-70, 2007 j.c.r. vellosa, n.m. khalil, l.m. fonseca, i.l. brunetti, o.m.m.f. oliveira, a cotinina age sobre espécies reativas do oxigênio e peroxidases? resumo: a nicotina, um agente oxidante, é certamente um dos alcalóides mais amplamente utilizados no mundo. juntamente com seu principal metabolito, a cotinina, a nicotina é responsável pela tabacodependência. o uso de tabaco está intimamente associado a doenças pulmonares, modificações morfológicas em leucócitos e a geração de espécies oxidantes. o principal objetivo deste estudo foi identificar uma possível relação entre cotinina, geração de espécies reativas do oxigênio e processos oxidativos. após o estudo da ação da cotinina em diferentes modelos químicos e em cinéticas enzimáticas com peroxidases (mieloperoxidase e peroxidase de raiz forte), conclui-se que a cotinina não age diretamente sobre h2o2, hocl, taurine cloramina, peroxidase de raiz forte ou mieloperoxidase. palavras-chave: nicotina; cotinina; mieloperoxidase; ros; dano oxidativo. chloramine. the experimental results show that cotinine has no influence on oxidative action of these molecules. we can conclude, too, from these results that cotinine neither inhibits nor stimulates peroxidase (hrp and mpo) activity. further work will be needed to confirm that cotinine is not one of the molecules involved in oxidative stress promoted by tobacco smoking. acknowledgement j. c. r. vellosa is grateful to cnpq/pibic for his scholarship. recebido em: 15/12/2006 aceito em:15/03/2007 www.scielo.br/eq volume 34, número 4, 2009 7 artigo/article comportamento fotofísico do antraceno em sistemas microheterogêneos argila-surfactantes-íons metálicos r. magri, f.l.fertonani, i.a. pastre* instituto de química, unesp, campus de araraquara, cep 14801-970 – araraquara – sp – brasil refez@ig.com.br; fertonan@iq.unesp.br; *pastre@ibilce.unesp.br resumo: argilas constituem uma classe de complexos micro-heterogêneos e podem ser utilizados como substrato para adsorção. o seu comportamento de sorção em fase sólida intensificada pela presença de surfactantes, argilas organofílicas, é um importante fenômeno explorado pela tecnologia ambiental para a remoção de compostos orgânicos policíclicos (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, hpa) da água, introduzidos no ambiente por fontes antropogênicas. este trabalho tem por objetivo estudar o comportamento fotofísico do antraceno, como modelo de hpa, em sistemas micro-heterogêneos argila-surfactantes-íons metálicos (m(ii)= cd(ii), cu(ii), hg(ii), ni(ii) e pb(ii); surfactantes: ctacl; sds; tr-x100). os estudos foram conduzidos pelo monitoramento na mudança das propriedades de fluorescência estática e na supressão da emissão do antraceno utilizado como sonda fluorescente. como supressores foram utilizados os cátions metálicos: cd(ii), cu(ii), hg(ii), ni(ii) e pb(ii). o perfil do espectro de fluorescência e os resultados dos ensaios de supressão da fluorescência da sonda permitiram inferir na localização do sítio de solubilização do antraceno nos sistemas micro-heterogêneos estudados e na conseqüente organização dos mesmos. palavras-chave: antraceno; argila; supressão; fluorescência; íons metálicos. introdução o estudo fotoquímico e fotofísico de moléculas sondam em sistemas micro-heterogêneos inorgânicos são de grande interesse, de modo que moléculas tais como tris(2,2’-bipiridina) rutênio(ii), pireno e derivados de pireno, antraceno e derivados, 8-hidroxiquinolina e corantes são muito utilizadas como sondas fluorescentes para a obtenção de propriedades físico-químicas dos diferentes microambientes formados em matrizes de sílica [1;2], argilas [3;4;14;15] e óxidos [5;6], dentre outras. argilominerais são atrativos para aplicações desta natureza devido a sua grande área de superfície, capacidade de inchamento, de troca iônica, sua abundante ocorrência na natureza, e seu comportamento catalítico. o mais importante mecanismo de adsorção na superfície da argila é o de troca de íons por moléculas carregadas positivamente. os estudos dos processos de adsorção envolvem: 1) a velocidade de adsorção, 2) a distribuição de cátions adsorvidos sobre a superfície das partículas de argila, especialmente à baixa cobertura, 3) a distribuição de moléculas adsorvidas nas diferentes partículas de argila e nos espaços interlamelares [13]. a coadsorção de moléculas como os surfactantes na superfície da argila é uma forma de solubilizar moléculas apolares, o que pode ser evidenciado nos experimentos fotoquímicos, bem como interferir na estabilidade coloidal dos sistemas aquosos, na interação partícula-partícula e na formação de sedimentos [7]. assim, nanocomecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 20098 artigo article pósitos formados por argila-surfactante, são materiais que apresentam propriedades de interesse científico e tecnológico [8;9;10]. existem uns conjuntos significativos de técnicas físico-químicas empregadas para o estudo de superfícies e superfícies modificadas, tais como: análise termogravimétrica, espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética, difração de raios x, dentre outras. a observação de processos que ocorrem nos estados excitados de moléculas adsorvidas na interface argilomineral–moléculas orgânicas tem sido investigada empregando-se a técnica de fluorescência na região do uv-visível. as moléculas dos compostos utilizados como sondas fotofísicas e fotoquímicas são aquelas que sofrem variações nas suas propriedades de emissão (deslocamentos espectrais ou variações temporais) dependendo do meio reacional em que se encontram. estas variações se devem a reações no estado excitado, alterações na interação solutosolvente, as quais podem afetar a população relativa em vários níveis vibracionais do estado excitado, sendo manifestada por aparecimento de uma nova banda, variação na intensidade das bandas e deslocamentos espectrais para o azul ou o vermelho freqüentemente acompanhados por mudanças no rendimento quântico de fluorescência (φf), que é a relação de fótons emitidos pelos absorvidos [11;13;14]. as técnicas de investigação usando sondas fluorescentes ou fosforescentes são importantes, por serem sensíveis ao meio e empregadas em baixa concentração, não perturbando o sistema em estudo, sendo muito utilizadas na determinação da concentração micelar crítica, número de agregação em sistemas micelares, distribuição de solutos, características dos microambientes nos sistemas micro-heterogêneos e efeito de agregados micelares e polieletrólitos nas cinéticas de reações.[8,12-13] sistemas desta natureza são atrativos porque a fluorescência é um evento que ocorre em uma escala de tempo muito menor do que os processos de cinética micelar. assim, um processo de supressão ocorre mantendo a micela intacta, não ocorrendo à saída da sonda, nem destruição da micela durante o processo. antraceno, naftaleno e pireno, entre outros, são hidrocarbonetos aromáticos que têm sido muito utilizados como sondas fotoquímicas para investigar a superfície de argilas. a adsorção destes compostos nas superfícies das matrizes modifica significativamente suas propriedades fotoquímicas e fotofísicas. desta forma, toda a química dos colóides, atualmente, está associada à fotoquímica porque a técnica de investigação empregando-se de sondas fluorescentes ou fosforescentes permite a determinação das propriedades químicas e físicas dos sistemas micro-heterogêneos. este trabalho tem por objetivo estudar o comportamento fotofísico do antraceno, como modelo de hpa, em sistemas micro-heterogêneos argila-surfactantes-íons metálicos (m(ii)= cd(ii), cu(ii), hg(ii), ni(ii) e pb(ii); surfactantes: ctacl; sds; tr-x100), de modo a se contribuir para o entendimento do processo de acomodação das moléculas de antraceno e de surfactantes na superfície dos colóides de natureza inorgânica. material e métodos o antraceno, previamente purificado por sublimação [11], foi utilizado como sonda por apresentar um alto rendimento quântico de fluorescência e variação espectral em função da polaridade do meio. tais propriedades o tornam um potente sonda na investigação de sistemas micro-heterogêneos [11]. assim, os resultados das medidas da variação espectral e de supressão de fluorescência foram utilizados para definir os locais de solubilização da sonda e as forças eletrostáticas e ou hidrofóbicas que atuam na interação surfactante-argila. os surfactantes utilizados nos estudos apresentavam carga idêntica (aniônicos) e contrária (catiônicos) à da argila; foi incluído surfactante não iônico para comparação. na obtenção dos dados procurou-se estabelecer uma análise comparativa do comportamento espectral (intensificação ou deslocamento de bandas de fluorescência) e da eficiência da supressão da fluorescência da sonda pela presença de cátions metálicos, em água e em suspensão aquosa da argila. as medidas espectrofluorimétricas em sistemas aquosos e nos sistemas micro-heterogêneos foram obtidas no tempo zero da adição da sonda. o tempo zero ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 2009 9 artigo article é definido operacionalmente como: adição da sonda, homogeneização e posterior leitura. as medidas espectrofluorimétrica foram realizadas em um espectrofluorímetro hitachi, modelo f 4500, empregando-se λexcitação= 260 nm, cubeta de quartzo de 1,00 cm de caminho óptico e leitura da luz de emissão a 90o em relação à excitação. as leituras foram realizadas a temperatura de (25 ± 2) oc. preparação dos sistemas antraceno – água, antraceno-surfactante, antraceno-argila e antraceno-surfactante-argila foram preparadas soluções de: a) antraceno (1x10-6 ≤ csonda ≤ 1x10-4) mol l-1 diretamente na cubeta da amostra, pela adição de volume adequado de solução estoque de antraceno (3x10-3 mol l-1) para um volume final de 3,00 ml; b) mistura antraceno-surfactante a partir da adição de solução estoques de surfactante (0,10 mol l-1) à solução de antraceno (cfinal= 3,0 x 10-5 mol l-1; vfinal = 3,00 ml) de modo a se obter valores de concentrações de surfactantes abaixo e acima da cmc (valores de cmc: sds 8,0 x 10-3; ctacl 1,4 x 10-3; triton x-100 2,6 x 10-4;cpycl 8,0 x 10-4 mol l-1) [12]; c) antraceno (1x10-6 ≤ csonda ≤ 1x10-4) mol l-1 diretamente na cubeta da amostra, conforme descrito em a), porém, contendo suspensão de argila (0,11g l-1); d) mistura antraceno-surfactante, conforme descrito em b),porém, adicionados a suspensão de argila (0,11g l-1). estudos de supressão de fluorescência pela presença de íons m(ii) (m= ni(ii), cu(ii), pb(ii), cd(ii) e hg(ii)) os experimentos de supressão foram obtidos pela adição de solução do íon (1,7x10-4 ≤ m(ii) ≤ 1,9x10-2) mol l-1 as soluções preparadas como descrito no item anterior ( a) – d) ). reagentes foi empregada como sonda fluorescente o antraceno (aldrich). os agentes surfactantes dodecil sulfato de sódio ( sds) , aniônico (mallinckrodt); cloreto de cetil-trimetil-amônio, catiônico (ctacl) (aldrich); cloreto de cetil piridinio (cpycl), catiônico (aldrich); triton x – 100 (t x–100) , não iônico (reagen), foram empregados sem purificação prévia. a argila montmorilonita natural (swy-1) foi obtida da source clays, clay mineral society, university of missouri, columbia, m.o.. os sais de nicl2, cuso4, pb(no3)2, cdcl2, hgcl2, foram empregados para o preparo das soluções dos supressores sem prévia purificação (merch). resultados e discussão comportamento do sistema antraceno-água os estudos da emissão de fluorescência do antraceno, em fase aquosa, foram realizados em função do incremento da concentração e estão apresentados na figura 1. os espectros apresentados na figura 1a revelam que as intensidades dos componentes vibrônicos das bandas nos comprimentos de onda acima de 400 nm aumentam com o aumento da concentração, enquanto que para a banda (i) em 380 nm o decréscimo da intensidade de fluorescência se deve ao efeito de reabsorção da emissão. a intensidade relativa de fluorescência obtida do espectro normalizado, figura 1b, sugere que o decréscimo acentuado da emissão da espécie monomérica em 380 nm (i) e o incremento da emissão do agregado em 445 nm (iv) estão atrelados ao aumento de concentração local e são indicativos da presença de excímeros estáticos, espécies pré-associadas no estado fundamental em solução aquosa. ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 200910 artigo article figuras figura 1. a) espectro de fluorescência do antraceno em solução aquosa; b) intensidade de fluorescência normalizada em função do aumento da concentração do antraceno em solução aquosa, exc = 260 nm. figura 2. espectro de fluorescência do antraceno em solução com adição de surfactante:a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl, exc = 260 nm. 400 500 0 2000 4000 iv iiiii i antraceno / mol l-1 1,0 x 10-6 7,0 x 10-6 2,0 x 10-5 1,0 x 10-4 if / u .a .  (nm) 0,0 5,0x10-5 1,0x10-4 0,0 0,5 1,0 = 380 nm  = 445 nm if n o r m al iz ed [antraceno] 400 500 0 500 1000 1500 a) iv iiiii i antraceno (3 x 10-5 mol l-1) sds (mol l-1) 0 8,0 x 10-3 1,5 x 10-2 2,0 x 10-2 if / u .a .  (nm) 400 500 0 1000 2000 3000 b) iv iii ii i antraceno 3 x 10-5 mol l-1 ctacl (mol l-1) 0 7,0 x 10-4 1,4 x 10-3 4,0 x 10-3 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 1000 2000 c) iv iii ii i antraceno 3 x 10-5 mol l-1 triton x 100 (mol l-1) 0 5,0 x 10-5 4,0 x 10-4 6,0 x 10-4 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 1000 2000 d) i iv iii ii antraceno 3 x 10-5 mol l-1 cpycl (mol l-1) 0 1,0 x 10-4 8,0 x 10-4 1,5 x 10-3 i f / u .a .  (nm) figura 1. a) espectro de fluorescência do antraceno em solução aquosa; b) intensidade de fluorescência normalizada em função do aumento da concentração do antraceno em solução aquosa, λexc = 260 nm. comportamento do sistema antraceno-surfactantes os espectros de fluorescência do antraceno em função do aumento da concentração dos surfactantes estão apresentados na figura 2 a-d. observa-se a partir da figura que a intensidade de emissão aumenta com o aumento da concentração do surfactante. no entanto, a razão da intensidade das bandas iii/i apresenta um decréscimo de valor quando comparado à emissão em água. tal observação é atribuída à incorporação do antraceno num microambiente de menor polaridade, em função da formação de pré-agregados e micelas, do surfactante em soluções com concentrações acima da cmc (sds: 8,0x10-3; ctacl: 1,4x10-3; cpycl: 8,0x10-4; tx-100: 2,6x10-4 mol l-1). os espectros de emissão não mostram o aparecimento de excímeros (emissão em λantraceno = 560 nm) e deslocamento espectral das bandas de (i) a (iv). na presença de cpycl a banda (i) é totalmente suprimida e as bandas (ii), (iii) e (iv) decrescem de intensidade com o aumento da concentração do surfactante. este comportamento sugere que o antraceno se encontra na região da interface da micela-água associado ao anel aromático do surfactante. ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 2009 11 artigo article figuras figura 1. a) espectro de fluorescência do antraceno em solução aquosa; b) intensidade de fluorescência normalizada em função do aumento da concentração do antraceno em solução aquosa, exc = 260 nm. figura 2. espectro de fluorescência do antraceno em solução com adição de surfactante:a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl, exc = 260 nm. 400 500 0 2000 4000 iv iiiii i antraceno / mol l-1 1,0 x 10-6 7,0 x 10-6 2,0 x 10-5 1,0 x 10-4 if / u .a .  (nm) 0,0 5,0x10-5 1,0x10-4 0,0 0,5 1,0 = 380 nm  = 445 nm if n o r m a li ze d [antraceno] 400 500 0 500 1000 1500 a) iv iiiii i antraceno (3 x 10-5 mol l-1) sds (mol l-1) 0 8,0 x 10-3 1,5 x 10-2 2,0 x 10-2 if / u .a .  (nm) 400 500 0 1000 2000 3000 b) iv iii ii i antraceno 3 x 10-5 mol l-1 ctacl (mol l-1) 0 7,0 x 10-4 1,4 x 10-3 4,0 x 10-3 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 1000 2000 c) iv iii ii i antraceno 3 x 10-5 mol l-1 triton x 100 (mol l-1) 0 5,0 x 10-5 4,0 x 10-4 6,0 x 10-4 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 1000 2000 d) i iv iii ii antraceno 3 x 10-5 mol l-1 cpycl (mol l-1) 0 1,0 x 10-4 8,0 x 10-4 1,5 x 10-3 i f / u .a .  (nm) figura 2. espectro de fluorescência do antraceno em solução com adição de surfactante:a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl, λexc = 260 nm. na figura 3a-d estão representadas as intensidades de fluorescência das bandas (i) e (iv) em função da concentração de cada surfactante. as bandas (i) e (iv) foram empregadas para esta análise pelo fato das variações na sua intensidade de emissão refletirem o processo de agregação/desagregação do antraceno. a banda (iv) foi empregada pelo fato de sua emissão estar localizada na região de excímeros estáticos (λantraceno = 445 nm). a banda (i) apresenta comportamento similar para os sistemas antraceno-sds, antraceno-ctacl e antraceno-tx-100. no entanto, esta banda mostra um aumento significativo de intensidade de fluorescência para concentrações superiores a cmc (figura 3 a-c). por outro lado, para a banda (iv) (figura 3 a-d) verifica-se a diminuição de intensidade de fluorescência com o aumento da concentração do surfactante. este comportamento permite sugerir a presença de restrições às transições eletrônicas de menor energia, causadas por distorções impostas às moléculas do antraceno incorporadas aos microdomínios apolares das micelas. ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 200912 artigo article figure 3. intensidade de fluorescência do antraceno em função do aumento da concentração de surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl. figura 4. espectro de fluorescência do antraceno em suspensão aquosa de argila, exc = 260nm. 0,0 1,0x10-3 2,0x10-3 0 1000 2000 d) iv ii antraceno 3 x 10-5 mol l-1 cpycl / mol l-1  = 401 nm  = 445 nm i f / u .a . cpycl / mol l-1 0,0 2,0x10-3 4,0x10-3 0 500 1000 b) iv i antraceno (3 x 10-5) mol l-1 ctacl (mol l-1)  = 380 nm  = 445 nm i f / u .a . ctacl / mol l-1 0,0 1,0x10-2 2,0x10-2 0 200 400 600 a) iv i antraceno sds  = 380 nm  = 445 nm i f / u .a . sds / mol l-1 0,0 2,0x10-3 0 500 c) iv i antraceno 3 x 10-5 mol l-1 triton x 100 (mol l-1)  = 380 nm  = 401 nm i f/u .a . triton x 100 / mol l-1 400 500 0 1000 2000 i iv iii ii argila/ 0,11g l-1 antraceno / mol l-1 1,0 x 10-6 7,0 x 10-6 2,0 x 10-5 1,0 x 10-4 if / u. a.  (nm) figure 3. intensidade de fluorescência do antraceno em função do aumento da concentração de surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl. comportamento do sistema-antraceno-argila a figura 4 mostra os espectros de emissão de fluorescência do antraceno em suspensão aquosa de argila. os espectros de emissão em função do aumento da concentração do antraceno não apresentam mudança estrutural. para o sistema antraceno-argila se observa: a) a ausência da emissão da banda (i) em 380 nm; b) a diminuição expressiva da intensidade de emissão de fluorescência das bandas (ii iv) em relação ao sistema antraceno-água. estes efeitos podem ser atribuídos à: a) supressão da emissão de fluorescência causada pela argila, e b) a reabsorção da emissão do antraceno presente nos microdomínios apolares na superfície da argila, mesmo para baixas concentrações, induzindo a formação de agregados estáticos não fluorescentes do antraceno. ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 2009 13 artigo article figure 3. intensidade de fluorescência do antraceno em função do aumento da concentração de surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl. figura 4. espectro de fluorescência do antraceno em suspensão aquosa de argila, exc = 260nm. 0,0 1,0x10-3 2,0x10-3 0 1000 2000 d) iv ii antraceno 3 x 10-5 mol l-1 cpycl / mol l-1  = 401 nm  = 445 nm i f / u .a . cpycl / mol l-1 0,0 2,0x10-3 4,0x10-3 0 500 1000 b) iv i antraceno (3 x 10-5) mol l-1 ctacl (mol l-1)  = 380 nm  = 445 nm i f / u .a . ctacl / mol l-1 0,0 1,0x10-2 2,0x10-2 0 200 400 600 a) iv i antraceno sds  = 380 nm  = 445 nm i f / u .a . sds / mol l-1 0,0 2,0x10-3 0 500 c) iv i antraceno 3 x 10-5 mol l-1 triton x 100 (mol l-1)  = 380 nm  = 401 nm i f/u .a . triton x 100 / mol l-1 400 500 0 1000 2000 i iv iii ii argila/ 0,11g l-1 antraceno / mol l-1 1,0 x 10-6 7,0 x 10-6 2,0 x 10-5 1,0 x 10-4 if / u. a.  (nm) figura 4. espectro de fluorescência do antraceno em suspensão aquosa de argila, λexc = 260nm. ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 200914 artigo article comportamento do sistema antraceno-argila-surfactantes os espectros de fluorescência do antraceno em suspensão de argila com adição dos surfactantes sds, ctacl, cpycl e triton x–100 estão apresentados na figura 5 a-d. figura 5. espectro de fluorescência do sistema antraceno-argila-surfactante com o aumento da concentração do surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl, exc = 260 nm. figure 6. intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração de surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl. 400 500 0 1000 2000 a) iv iii ii i argila / 0,11 g l-1 antraceno / 3,0 x 10-5 mol l-1 sds / mol l-1 0 5,0 x 10-3 1,9 x 10-2 3,9 x 10-2 if / u .a .  (nm) 400 500 0 500 1000 c) iv iii ii i argila / 0,11 g l-1 antraceno / 3,0 x 10-5 mol l-1 triton x 100 / mol l-1 0 1,0 x 10-3 2,4 x 10-3 5,2 x 10-3 8,0 x 10-3 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 500 b) iv iiiii i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 ctacl / mol l-1 0 2,4 x 10-3 5,2 x 10-3 8,0 x 10-3 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 500 d) iv iii ii i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 cpycl / mol l-1 0 6,0 x 10-5 2,4 x 10-4 8,0 x 10-4 i f / u .a .  (nm) 0,0 2,0x10-2 4,0x10-2 0 500 1000 a) iv i argila / 0,11 g l-1 antraceno / 3,0 x 10-5 mol l-1 sds / mol l-1  = 382 nm  = 445 nm i f/u .a . sds / mol l-1 0,0 4,0x10-3 8,0x10-3 0 200 400 b) iv i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 ctacl / mol l-1  = 382 nm  = 445 nm i f / u .a . ctacl / mol l-1 0,0 5,0x10-3 1,0x10-2 0 500 c) iv i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 triton x 100 / mol l-1  = 383 nm  = 443 nmi f / u .a . triton x-100 / mol l-1 0,0 4,0x10-4 8,0x10-4 0 500 d) argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 cpycl / mol l-1  = 401 nm  = 445 nm i f / u .a . cpycl / mol l-1 figura 5. espectro de fluorescência do sistema antraceno-argila-surfactante com o aumento da concentração do surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl, λexc = 260 nm. a mudança de meio onde se localiza a sonda afeta o espectro de emissão, o que pode ser verificado para o antraceno a partir da mudança da estrutura fina de emissão de fluorescência mostrada pelo aumento da concentração dos surfactantes. para o sistema antraceno-argila em presença dos surfactantes, sds, ctacl e triton x – 100 (figura 5 a-c), observa-se a intensificação da banda (i) em 380 nm. a intensificação da banda (i) é atribuída à incorporação do antraceno nos microdomínios hidrofóbicos das micelas dos surfactantes, diminuindo o efeito de reabsorção; simultaneamente, se observa um decréscimo das bandas (iii) e (iv) (figura 6 a-c). ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 2009 15 artigo article figura 5. espectro de fluorescência do sistema antraceno-argila-surfactante com o aumento da concentração do surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl, exc = 260 nm. figure 6. intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração de surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl. 400 500 0 1000 2000 a) iv iii ii i argila / 0,11 g l-1 antraceno / 3,0 x 10-5 mol l-1 sds / mol l-1 0 5,0 x 10-3 1,9 x 10-2 3,9 x 10-2 if / u .a .  (nm) 400 500 0 500 1000 c) iv iii ii i argila / 0,11 g l-1 antraceno / 3,0 x 10-5 mol l-1 triton x 100 / mol l-1 0 1,0 x 10-3 2,4 x 10-3 5,2 x 10-3 8,0 x 10-3 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 500 b) iv iiiii i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 ctacl / mol l-1 0 2,4 x 10-3 5,2 x 10-3 8,0 x 10-3 i f / u .a .  (nm) 400 500 0 500 d) iv iii ii i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 cpycl / mol l-1 0 6,0 x 10-5 2,4 x 10-4 8,0 x 10-4 i f / u .a .  (nm) 0,0 2,0x10-2 4,0x10-2 0 500 1000 a) iv i argila / 0,11 g l-1 antraceno / 3,0 x 10-5 mol l-1 sds / mol l-1  = 382 nm  = 445 nm i f/u .a . sds / mol l-1 0,0 4,0x10-3 8,0x10-3 0 200 400 b) iv i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 ctacl / mol l-1  = 382 nm  = 445 nm i f / u .a . ctacl / mol l-1 0,0 5,0x10-3 1,0x10-2 0 500 c) iv i argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 triton x 100 / mol l-1  = 383 nm  = 443 nmi f / u .a . triton x-100 / mol l-1 0,0 4,0x10-4 8,0x10-4 0 500 d) argila / 0,11 g l-1 antraceno 3,0 x 10-5 mol l-1 cpycl / mol l-1  = 401 nm  = 445 nm i f / u .a . cpycl / mol l-1 figure 6. intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração de surfactante: a) sds; b) ctacl; c) tx-100; d) cpycl. a intensidade de fluorescência de todas as bandas vibracionais do antraceno em cpycl (figura 6 d) diminui com o aumento da concentração do surfactante tendo sido este efeito atribuído ao efeito de supressão causado pela presença do cpycl. para os sistemas estudados empregando os surfactantes sds, ctacl e triton x-100, as intensificações da banda (i) observadas nos espectros de emissão do antraceno estão relacionadas com a concentração micelar crítica dos surfactantes. para o sistema antraceno-argila-surfactante, empregando o tx-100, verifica-se um ponto de máximo de emissão de fluorescência para a banda (i), para a concentração de 3,0x10-3 mol l-1, seguido da diminuição de sua intensidade. este fenômeno de diminuição da fluorescência da banda (i) pode estar associado ao processo de reabsorção de energia radiante pela molécula do surfactante. supressão da emissão de fluorescência do antraceno nos sistemas: antraceno-água, antracenoargila, antraceno-argila-surfactante na presença de íons metálicos (m(ii)) a figura 7 a-b apresenta os o comportamento da banda (ii), para os sistemas antraceno-água-m(ii) e antraceno-argila-m(ii), m(ii)= cu(ii); cd(ii); hg(ii); ni(ii); pb(ii), como função do aumento da concentração dos íons (0.0166 ≤ cm(ii) ≤ 1.92x10-2) mol l-1. uma avaliação da figura 7 a permite observar que todos os íons m(ii), de modo geral, promovem a supressão da fluorescência do antraceno. para baixas concentrações dos íons m(ii) verifica-se de partida uma considerável supressão da intensidade da fluorescência da banda (ii). com o aumento da concentração, cm(ii) > 5,0x10-3 mol l-1, o valor da intensidade de ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 200916 artigo article ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 26, 2009 fluorescência permanece aproximadamente constante. a eficiência na supressão da fluorescência da banda (ii) obedece as seguintes ordens: 1para baixas concentrações ((0.0166 ≤ cm(ii) ≤ 1.2x10-3) mol l-1): cu(ii) > pb(ii) > hg(ii) = ni(ii) > cd(ii); 2para concentrações > 1,2x10-3 mol l-1: cu(ii) > hg(ii) > ni(ii) > pb(ii) = cd(ii). os resultados de supressão permitem sugerir que os íons de hg(ii) e cu(ii) apresentam-se como melhores agentes para a supressão da fluorescência. tal fato é corroborado pelo elevado potencial de redução destes íons e o baixo valor de pka, em comparação aos demais. para os sistemas contendo argila em suspensão, figura 7 b, sistema antraceno-argilam(ii), verifica-se comportamento semelhante ao observado para a figura 7 a, porém, a supressão da fluorescência da banda (ii) ocorre com maior intensidade. a fluorescência é reduzida de 90 % para a adição do íon pb(ii), cpb(ii) 1,0x10-4 mol l-1, permanecendo aproximadamente constante para as concentração superiores. para os demais íons metálicos, na mesma concentração, observase uma atenuação em torno de 50 % para o íon cu(ii) e de aproximadamente 25 % para os íons cd(ii), hg(ii) e ni(ii). para valores de concentração superiores a 1,0x10-4 mol l-1, de modo geral, as intensidades de fluorescência continuam diminuindo assintoticamente. uma comparação dos resultados descritos para o sistema antraceno-argila-m(ii) com aqueles do sistema antraceno-água-m(ii) permite evidenciar uma alteração na ordem de eficiência da supressão da banda (ii), conforme segue: pb(ii) > cu(ii) = hg(ii) > ni(ii) = cd(ii). a modificação na ordem de eficiência na supressão da fluorescência da banda (ii) está, provavelmente, relacionada ao efeito hidrofóbico que favorece a interação antraceno-argila. a presença do antraceno e dos cátions metálicos na superfície da argila, com os cátions ocupando os sítios de troca, favorecem a maior aproximação das espécies químicas e a conseqüente supressão da fluorescência da banda (ii) do antraceno. o esquema abaixo mostra o equilíbrio entre as espécies químicas na superfície da argila, para o sistema antraceno-argila-m(ii): 1) l + argilan l--argilan; 2) mn+ + argilan m---argila; 3) l + mn+ + argilan l--m— argila l = antraceno; m = íon metálico. figura 7: a) intensidade de fluorescência do antraceno, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos; 7b) intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos, ex = 260 nm. figura 8. intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos, na presença dos surfactantes: a) sds, b) ctacl 0,0 5,0x10-3 1,0x10-2 0,0 0,5 1,0 antraceno / água  = 400 nm cd2+ cu2+ hg2+ ni2+ pb2+ i f / u .a . cation / mol l-1 0,0 5,0x10-3 1,0x10-2 0,0 0,5 1,0 antraceno / argila  = 400 nm cd2+ cu2+ hg2+ ni2+ pb2+ i f / u .a . cátion / mol l-1 0,0 2,0x10-3 4,0x10-3 0,0 0,5 1,0 b) antraceno / argila ctacl ( = 400 nm) cd2+ cu2+ ni2+ hg2+ pb2+ i f / u .a . cátion/ mol l-1 figura 7: a) intensidade de fluorescência do antraceno, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos; 7b) intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos, λex = 260 nm. nos sistemas formados por argila em suspensão e surfactantes, figuras 8a e 8b, semelhante à figura 7 a-b, apresenta a intensidade de fluorescência do antraceno no sistema antraceno-argila-surfacecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 2009 17 artigo article tante, empregando os surfactantes sds (aniônico) e o ctacl (catiônico), como sistemas representativos dos demais surfactantes. observa-se a partir da figura que a intensidade de fluorescência da banda (ii) diminui com o aumento da concentração dos cátions metálicos. a supressão da fluorescência encontra sua maior efetividade para o sistema antraceno-argila-sds, na presença dos íons pb(ii) e cu(ii) (figura 8 a) e para o hg(ii) no sistema antraceno-argila-ctacl (figura 8 b). o sds, aniônico, apresenta fraca interação com a superfície da argila e o antraceno pode estar localizado prioritariamente nos microdomínios hidrofóbicos formados pelos agregados de surfactantes no seio da solução. assim, o antraceno estando protegido nos microdomínios hidrofóbicos o efeito supressor é similar àquele observado nas soluções aquosas diluídas. desta forma, os íons de pb(ii) e cu(ii) apresentam-se como os melhores supressores em sds pela maior associação com as cargas negativas do grupo polar da micela. o ctacl, surfactante catiônico, apresenta forte interação com a superfície da argila sendo que o antraceno pode estar localizado nos microdomínios hidrofóbicos, gerados pelo surfactante na superfície da argila, ou localizado nos agregados do surfactante no seio da solução. assim, a adição dos cátions metálicos exerce menor efeito na supressão da emissão do antraceno em relação ao observado no sistema antraceno-argila-sds. o mercúrio, ao contrário dos demais cátions metálicos, promove a floculação do sistema antracenoargila-ctacl observando-se acentuado decréscimo da emissão nas primeiras adições do cátion metálico. o sistema floculado era visível a olho nu. figura 7: a) intensidade de fluorescência do antraceno, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos; 7b) intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos, ex = 260 nm. figura 8. intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos, na presença dos surfactantes: a) sds, b) ctacl 0,0 5,0x10-3 1,0x10-2 0,0 0,5 1,0 antraceno / água  = 400 nm cd2+ cu2+ hg2+ ni2+ pb2+ i f / u .a . cation / mol l-1 0,0 5,0x10-3 1,0x10-2 0,0 0,5 1,0 antraceno / argila  = 400 nm cd2+ cu2+ hg2+ ni2+ pb2+ i f / u .a . cátion / mol l-1 0,0 2,0x10-3 4,0x10-3 0,0 0,5 1,0 b) antraceno / argila ctacl ( = 400 nm) cd2+ cu2+ ni2+ hg2+ pb2+ i f / u .a . cátion/ mol l-1 figura 8. intensidade de fluorescência do antraceno, em suspensão de argila, em função do aumento da concentração dos cátions metálicos, na presença dos surfactantes: a) sds, b) ctacl conclusões os parâmetros de emissão avaliados fornecem subsídios para o entendimento da adsorção de surfactantes e cátions metálicos na superfície hidrofílica de argilas. contribuindo, dessa forma, para um melhor entendimento da interação surfactantes-argila em suspensão aquosa, uma vez que as argilas modificadas organicamente apresentam-se eficientes na solubilização de compostos orgânicos apolares. o caráter hidrofóbico da sonda define, portanto, a eficiência de sua interação com os microdomínios criados pelos surfactantes ou com a superfície da argila. os resultados obtidos para os ensaios de supressão permitem sugerir que a superfície siloxano da argila possui sítios de adsorção que complexam ácidos mais duros, p.e., o íon cu(ii). o íon uma vez fixado ao substrato da argila não é facilmente trocado pelas espécies orgânicas (catiônicas/aniônicas/não iônica) presentes no meio ecl. quím., são paulo, 34(4): 7 19, 200918 artigo article reacional. as espécies orgânicas podem, preferencialmente, coordenarem-se ao íon metálico, sendo que a intensidade desta interação é dependente da habilidade do soluto orgânico em competir com outros sítios de coordenação; sítios disponíveis na superfície da argila próximos ao íon metálico. nos ensaios de supressão da fluorescência da banda (ii) no sistema antraceno-água-m(ii) o íon cu(ii) apresentou-se como o supressor mais eficiente. os íons cd(ii) e ni(ii) apresentaramse como os de menor eficiência. a intensidade da supressão causada pelos íons cu(ii) é devida a contribuição de supressão estática e dinâmica do processo fotoquímico. nos sistemas antracenoargila-surfactante-m(ii), surfactante catiônico, os íons de hg(ii) promoveram a máxima supressão da fluorescência da banda (ii) e a concomitante floculação do sistema. situação semelhante foi observada para o sistema preparado empregandose surfactante aniônico na presença de íons pb(ii). tal comportamento permite sugerir a aplicação de sistemas desta natureza para a remoção de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos de água e águas residuais. r. magri, f.l. fertonani, i.a. pastre. pho-photophysical behavior of anthracene in micro-heterogeneous systems clay-surfactant-metallic ions abstract: clays are a class of complex micro-heterogeneous and can be used as a substrate for adsorption. the sorption behavior of solid-phase enhanced by the presence of surfactants, organoclay, is an important phenomenon studied by environmental technology for removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (pahs) anthropogenic sources from water. this work aims to study the photophysical behavior of anthracene as a model of hpa systems in microheterogeneous clay-surfactant-metal ions (m (ii) = cd (ii), cu (ii), hg (ii), ni (ii) and pb (ii); surfactants: ctacl; sds; tr-x100). the experimental assays were conducted by monitoring changes in the static properties of fluorescence and anthracene emission suppression; anthracene was used as fluorescent probe. m(ii)ions, like cd(ii), cu(ii), hg(ii), ni(ii) and pb(ii)were used as anthracene fluorescence suppressors. the profile of the fluorescence spectrum and the results of the suppression of fluorescence of the probe allowed inferring the specific place of the anthracene solubilization into the micro-heterogeneous systems studied and the consequent arrangement of them. keywords: anthracene; clay; suppression; fluorescence; metallic ions. referências [1 ] d. avnir; r. busse, m. ottolengh, e. wellner, k. a. 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[15] newmann, m.g.; guesner, f.; cione,a.p.p.;sartori, r.a.; shimitt cavalheiro, c.c. “interação entre corantes e argilas em suspensão aquosa”. química nova, v. 23 (2008) 818-830. original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 2 | 2018 | 10 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 a comparative study of schiff base chelating resins: synthesis, uptake of heavy metal ions, and thermal studies fatma a. al-yusufy1+ , mohammed q. al-qadasy1, yasmin m. s. jamil1, hussein m. al-maydama1, moathe m. akeel1 1 sana'a university, faculty of science, department of chemistry, sana'a, yemen + corresponding author: fatma a. al-yusufy, e-mail address: f_alyusufy@yahoo.com article info article history: received: february 5, 2018 accepted: may 7, 2018 published: august 23, 2018 keywords: 1. schiff bases 2. chelating resins 3. cross-linking 4. metal ion uptake 5. physical parameters 1. introduction the removal and separation of metal ions in aqueous solution play an important role for the analysis of wastewaters, industrial and geological samples as well as for environmental remediation1, 2. chelating resins have been widely utilized for the removal of the undesired metal ions from these aqueous solutions3, 4. the development of high performance chelating resins for removing heavy metal ions from aqueous solution is considered not only as research priority in the environmental field but also as an area of interest in inorganic catalyst and recovery of valuable trace metal ions5-8. these resins show greater selectivity compared to the conventional types of ion exchangers9-11. besides, they show good physical and chemical properties such as porosity, high surface area, durability and purity12-14. many chelating resins with different functionalities like quaternary amine11, 12, sulfonamides15, schiff base7, 8,16-20, sulfonic acid21, hydroxamic acid22 and amidoxime23, 24 have been emphasized for interaction with metal ions. schiff bases having multidentate coordination sites are known to form complexes with transition metal ions readily. present in a polymer matrix, they are expected to show affinity and selectivity abstract: two new chelating resins (rciaa91 and rciaa73) with different compositional chelating groups and degree of crosslinking were prepared by free radical copolymerization of schiff bases obtained from condensation reaction of cinnamaldehyde (ci) with anthranilic acid (aa) and 1,4-phenylenediamine (pn) monomers. the synthesized materials were characterized using chn analyses, ftir, 1h-nmr, and thermal analyses (tga, dta). batch technique was applied, and the contact time, ph and initial concentration of the metal ions were investigated as factors affecting the uptake behavior. the results obtained indicated that the chelating resin with larger compositional ratio of chelating moieties and lower degree of cross-linking showed lower optimum reaction time and higher uptake affinity towards the metal ions cu(ii), cd(ii), co(ii), zn(ii), hg(ii), and pb(ii), under the same conditions. both the chelating resins showed uptake behavior of the metal ions in the following order hg2+ > cu2+ > zn2+>pb2+>co2+ > cd2+ each metal at its optimum ph and at the same reaction time and ion concentration. the thermal degradation behavior and stability of the resins were investigated by using non-isothermal thermogravimetric analysis (tga/dtg/dta), at 10 °c min-1 heating rate and under nitrogen. the coats-redfern method was used to evaluate the kinetic and thermodynamic parameters (δg*, δh* and δs*) for the prominent degradation steps in the tga curves at 450-660 °c range. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 mailto:f_alyusufy@yahoo.com https://orcid.org/0000-0003-4061-7542 original article 11 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 towards the metal ions at an appropriate ph7, 8, 16-20. this led us to synthesize chelating resins, which will show affinity for the metal ions at appropriate ph. in the present work schiff base chelating resins have been prepared. the adsorption behavior of the resin obtained towards heavy metal ions (ii); cu, cd, co, zn, hg, and pb have been studied. both kinetic thermodynamic parameters of the adsorption process were also calculated. it also reported the thermal behavior, degradation kinetic, thermodynamic parameters and the thermal stability of the ricaa91 and ricaa73 resin at a single heating rate (10 °c min-1). 2. experimental 2.1 chemicals all starting materials were reagent grade: solvents, indicators and metal ions (cu2+, cd2+, co2+, zn2+, hg2+, and pb2+) were purchased from bdh chemical company england, anthranilic acid, and absolute ethanol from fluka chemical company-usa, 1,4-phenylenediamine and benzoyl peroxide from aldrich chemical companygermany, and cinnamaldehyde and 1,2 azobisisobutyronitrile (aibn) were from himedia laboratoriesindia. anthranilic acid was purified and recrystallized before use from distilled water. 1,4phenylenediamine was recrystallized from benzene. cinnamaldehyde and 1,2 azobisisobutyronitrile were used as received. 2.2 techniques melting points were determined on stuart scientific electro-thermal melting point apparatus. ftir spectra were recorded using the kbr disc technique on a jasco 410 ftir spectrophotometer. elemental analyses (chn) were performed on an elemental analyses system, gmbh varioel v2.31998 chns mode. 1hnmr spectra were recorded in d6 dmso on varian 300 mhz ft-nmr spectrometer (δ in ppm) using tms as an internal reference. the tga/drtga, dta/drdta thermo-analytical curves were measured in a heating range (25-800 °c) and at a rate of 10 °c min-1 under nitrogen using shimadzu tga-50h and shimadzu dta50h thermal analyzers, respectively. 2.3 synthesis of schiff bases 2.3.1 synthesis of cinnamaldehyde anthranilic acid (ciaa) the schiff base ciaa was prepared by adding cinnamaldehyde (0.05 mol, 6.38 ml) to solution of anthranilic acid (0.05 mol, 6.86 gm) in 20 ml absolute ethanol with stirring and gentle heating. the formed precipitate was filtered, washed with ethanol and then dried in air (scheme 1). color yellow. mwt. 251. yield 85%. m.p. 140 °c. elemental analysis (% chn): calcd. (found) c: 76.47 (76.23), h: 5.21 (5.07), n: 5.57 (5.32). 1hnmr data (dmso-d6): (ppm), 47 8.00 (m, ch vinyl, ch arm), 9.65(d, ch=n). ir (kbr) /cm-1: 3100 2634 (broad band ohstr), 3063, 3029 (=ch vinyl, arm), 1704 (c=o), 1616 (ch=n), 1603, 1586, 1509 (c=c vinyl, arm), 747, 687 (=choop). scheme 1: synthesis of the schiff base ciaa 2.3.2 synthesis of cinnamaldehyde-1,4phenylenediamine (cipn) to a solution of 1,4-phenylenediamine (0.05 mol, 5.41gm) in 20 ml absolute ethanol, a cinnamaldehyde (0.1 mol, 12.7 ml) was added with stirring and gentle heating. the precipitate obtained was filtered, washed thoroughly with ethanol and then dried in air (scheme 2). color, pale yellow. mwt. 336. yield 80%. m.p. 227 °c. scheme 2: synthesis of the schiff base cipn. elemental analysis (% chn): calcd. (found) c: 85.68 (85.06), h: 5.99 (5.86), n: 8.32 (7.90). 1hnmr data (dmso-d6): (ppm),  7.6 (m, ch vinyl, ch arm), 8.4 (d, ch=n). ir (kbr) υ/cmhttps://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 12 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 1: 3077, 3039, 3029 (=chstr), 1626 (ch=n), 1603, 1599, 1586, 1572 (c=c vinyl, arm), 838, 745, 693(=choop). 2.4 synthesis of (ciaa – cipn) copolymers (chelating resins) a general heterogeneous copolymerization method was used in the preparation of the chelating resins in this study25. each of the comonomers, ciaa and cipn, were mixed individually with aibn (1 mol/100 mol of common mixture) as a polymerization initiator in 5 ml dmf. the radical copolymerization was maintained by mixing together the two comonomer mixture solutions, then heating to 75 °c under reflux for 24 h. after cooling the chelating resin was precipitated in methanol, filtered off, washed several times with methanol and finally, dried in air (scheme 3). since the schiff base cipn possess two vinyl (ch2=ch2) moieties on either sides of its chemical structure, it was deliberately used as the cross-linking agent in the preparation of the chelating resins. scheme 3: synthesis of schiff base chelating resins, rciaa91 and rciaa73. the resin of (ciaa-cipn) copolymer was prepared as crosslinked chelating resins in two different ratios of ciaa and cipn mixtures26; a mixture of ciaa (9 gm, 35.9×10-3 mol) and cipn (1 gm, 3×10-3 mol) to form the resin rciaa91, and that of ciaa (7 gm, 27.9×10-3 mol) and cipn (3 gm, 8.9×10-3 mol) to form the resin rciaa73. 2.5 metal ion adsorption measurements using a batch method. stock solutions of the metal ions were prepared in distilled water. a stock solution of edta (5.0 x 10-3 mol l-1) was prepared and standardized against a solution of mgso4 .7h2o using eriochrome black-t (ebt) as an indicator27. buffers of acetic acid/sodium acetate and ammonium hydroxide/ammonium chloride were used for the experiments carried out under a controlled ph. the metal ion adsorption experiments using the batch method were carried out at a controlled ph by placing 0.05 g chelating resin with 50 ml metal ion at initial concentration 5.0 x 10-3 mol l-1. the contents of the flask were equilibrated on a gallenkamp flask shaker at room temperature for 60 min at 150 rpm. the ph of the solution was adjusted using a suitable buffer. then, 5 ml of the solution (free of suspended solid) were taken at the end of the experiment at different intervals. the residual concentration of the metal ion solution was determined via titration against 5.0 x 10-3 mol l-1 edta using ebt indicator27, 28. 2.6 effect of ph on the uptake of metal ions the effect of ph of the metal ion test solution is an important parameter for adsorption of metal ions because it affects the solubility of the metal ions, concentration of the counter ions, on the functional groups of the adsorbent and the degree of ionization of the adsorbent29. adsorption measurements under ph control were carried out following the above procedures of uptake experiments. the ph was controlled using nh4oh/nh4cl buffer solution to study the uptake behavior at the alkaline mediums (ph 6–12) and acetic acid/sodium acetate (acoh/naoac) buffer was used to study the uptake in the acidic medium (ph 4). 3. results and discussion 3.1 synthesis and characterization https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 13 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 the schiff bases, ciaa and cipn were prepared as described in the experimental part, by the reaction of cinnamaldehyde (ci) with anthranilic acid (aa), and 1,4-phenylenediamine (pn), respectively. the schemes 1 and 2 display the structures of the synthesized schiff bases ciaa, cipn, respectively. two chelating resins, rciaa91 and rciaa73 were then synthesized using free radical polymerization reaction of the synthesized schiff bases with different compositional weight ratios (ciaa:cipn), 9:1 and 7:3, respectively, (scheme 3). the synthesized schiff bases were subjected to elemental analysis (chn) and their found values were in good agreement with those of the calculated values for the suggested formulas of the prepared samples. the melting points were sharp, indicating the purity of prepared schiff bases. 3.2 spectral analysis ftir spectra the chemical structures of the synthesized schiff bases were confirmed by the ir and 1hnmr spectra. the ftir spectra of the synthesized schiff bases, ciaa and cipn, showed sharp and strong characteristic absorption peaks. figure 1 displays the ftir spectra of the synthesized schiff bases, and their corresponding copolymer rciaa91. the disappearance of the aldehydic carbonyl (c=o) band and the amino (nh2) bands of the starting materials, and the appearance of the azomethine  (c=n) band confirmed the formation of the schiff bases. the (c=n) stretching frequencies of the schiff bases, ciaa and cipn appeared at 1616, 1626, respectively. upon copolymerization of the schiff bases ciaa and cipn, the ir spectra of the chelating resins showed broader and less intense peaks compared to their corresponding comonomers. the medium broad peak in the range of 3400 – 3200 cm-1 could be due to the adsorbed water molecules on the schiff base chelating resin because of its hygroscopic nature18. figure 1: ftir spectra of the schiff bases, ciaa and cipn, and the chelating resin rciaa91. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 14 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 figure 2 shows the 1hnmr spectra of the schiff base, ciaa and cipn. the 1hnmr spectra of the schiff bases, ciaa and cipn showed doublet signals for the  (ch=n) protons at 9.65 and 8.45, respectively. the multiple peaks in the range  6.47 8.00 ppm were attributed to the vinyl and aromatic protons of the conjugated structure of the schiff bases. the singlet peak at 2.51 ppm in the spectra of is due to the dmso solvent used in the analysis. the appearance of a broad signal at  3.2 ppm in 1hnmr spectrum of the schiff base cipn could be attributed of the presence of traces of unreacted nh2 in its chemical structure30. figure 2: 1hnmr spectra of the schiff bases, ciaa and cipn. 3.3 uptake of metal ions (cu2+, cd2+, co2+, zn2+, hg2+, pb2+) by the chelating resins 3.3.1 optimum ph of the metal ion uptake the preliminary uptake experiments of the metal ions; cu2+, cd2+, co2+, zn2+, hg2+ and pb2+ by the chelating resin rciaa91 and rciaa73 at different ph values between 4 and 10 were examined by batch technique for 60 minutes as a reaction time26. the results are shown in table 1. in general, the uptake of the metal ions increased with increasing ph, until reaching a maximum value and then followed by a decrease in the uptake values at higher ph values, due to the precipitation of the metal hydroxides in the basic solution31. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 15 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 table 1. effect of ph on the uptake of the metal ions (cu2+, cd2+, co2+, zn2+, hg2+, pb2+) by the chelating resins rciaa91 and rciaa73 after 60 minutes. ph capacity (mmol/g resin) rciaa91 rciaa73 cu 2+ cd 2+ hg 2+ co 2+ pb 2+ zn 2+ cu 2+ cd 2+ hg 2+ co 2+ pb 2+ zn 2+ 4 1.36 0.13 2.32 0.42 1.10 0.72 1.08 0.13 2.17 0.15 0.70 0.54 5 1.44 0.27 2.92 0.42 1.13 1.02 1.28 0.20 2.60 0.57 0.97 0.87 6 --2.77 -1.28 ---2.50 -1.12 - 7 1.84 0.65 2.4 1.17 1.53 1.48 1.40 0.53 1.75 0.93 1.28 1.22 8 1.84 0.90 -1.10 -1.79 1.40 0.76 -0.79 -1.38 9 -1.00 ---1.66 -0.88 ---1.32 10 1.43 0.53 ----1.28 0.50 ---- the optimum ph values obtained for the metal ions under study; cu2+, cd2+, co2+, zn2+, hg2+, pb2+ are 8, 9, 7, 8, 5, 7, respectively. table 1 showed that the chelating resins rciaa91 and rciaa73 absorbed the metal ions in the following order hg2+ > cu2+ > zn2+ > pb2+ > co2+ > cd2+ each metal at its optimum ph and at the same reaction time and ion concentration. a special feature seen in this study is that hg2+ ion showed the highest uptake affinity at low ph compared to the rest of the metal ions under study. this allows separation of hg2+ ions, selectively, in the presence of other metal ions. 3.3.2 effect of contact time the interaction between the resin and metal ion continues until most of effective sites of the resin are occupied by the metal ion. at this point the resin is said to have reached the equilibrium state with the metal ions32. the time required to reach the equilibrium state for the uptake processes of each metal ion with the chelating resins rciaa91 and rciaa73 was evaluated at their optimum ph values. table 2 and figures 3 and 4 show the relationship between the uptake processes of each metal ion and the equilibrium reaction time, for the chelating resins rciaa91 and rciaa73, respectively. in the case of the chelating resins rciaa91, the equilibrium state was attained within 30 min for all the metal ions and the time required for 50% uptake was about 10 min. on the other hand, for the chelating resin rciaa73, the equilibrium state was attained within 60 min for the metal ions under investigation and the time required for 50% uptake was about 30 min. figure 3. effect of the reaction time on the uptake of the metal ion (cu2+, cd2+, hg2+, co2+, pb2+ and zn2+) for the resin rciaa91. resin; 0.05 g, metal ion; 0.005 mol l-1 and solution volume 50 ml. figure 4. effect of the reaction time on the uptake of the metal ions (cu2+, cd2+, hg2+, co2+, pb2+ and zn2+) for the resin rciaa73. resin; 0.05 g, metal ion; 0.005 mol l-1 and solution volume 50 ml. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 16 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 table 2. effect of reaction time on the uptake of the metal ions (cu2+, cd2+, co2+, zn2+, hg2+, pb2+) by the chelating resins rciaa91 and rciaa73 at optimum ph. time (min) capacity (mmol./g resin) rciaa91 rciaa73 cu 2+ cd 2+ hg 2+ co 2+ pb 2+ zn 2+ cu 2+ cd 2+ hg 2+ co 2+ pb 2+ zn 2+ 10 0.9 0.54 1.57 0.65 0.69 0.83 0.51 0.48 0.53 0.57 0.39 0.71 30 1.83 0.98 2.90 1.17 1.38 1.78 1.00 0.88 1.81 0.76 0.93 1.03 60 1.83 0.98 2.90 1.17 1.43 1.78 1.40 0.88 2.60 0.93 1.28 1.38 120 1.83 0.98 2.90 1.17 1.43 1.78 1.40 0.88 2.60 0.93 1.28 1.38 180 1.83 0.98 2.90 1.17 1.43 1.78 1.40 0.88 2.60 0.93 1.28 1.38 from the data obtained it could be concluded that the uptake values depend on both the metal ion and the ph values. the uptake capacity of the chelating resins, rciaa91 and rciaa73 for different metal ions showed a maximum value of 2.9 mmol g-1 resin and 2.6 mmol g-1 resin for hg2+ ions and a minimum value of 0.98 mmol g-1 resin and 0.88 mmol g-1 resin for cd2+ ions, respectively. the uptake capacities of the rest of the metal ions were in between for both the chelating resins rciaa91 and rciaa73 as seen in figures 3 and 4, respectively. the differences in the uptake capacities may be attributed to i) the differences in the stability constants of the formed complexes between the different metal ions and the resin33, 34. for this reason, the differences in the stability constants may explain the high uptake capacities of hg2+ for both the chelating resins, in spite of the large ionic radii of the mercury (ii) ion compared to the other ions under investigation, ii) the differences in ionic radii of the metal ions; the smaller the ion size the easier it can penetrate through the network of the resin33. this explains why, the smallest ion cu2+, (ionic radii 0.72å) showed high uptake capacities, 1.84 mmol g-1 and 1.40 mmol g-1, whereas the largest ion cd2+, (ionic radii 0.97 å) showed low uptake capacities, 0.90 mmol g-1 and 0.88 mmol g 1, for rciaa91 and rciaa73, respectively. 3.4 the effect of compositional ratio of the chelating groups and degree of cross-linking between rciaa91 and rciaa73 on the uptake processes. table 3 and the figure 5 show the effect of chelating group and degree of cross-linking ratio of rciaa91 and rciaa73 on the uptake process of the metal ions at the same ph medium, initial metal concentration and reaction time. table 3. effect of degree of cross-linking on the uptake of metal ions (cu2+, cd2+, hg2+, co2+, pb2+ and zn2+) for the resins rciaa91 and rciaa73 at 60 min. chelating resin degree of crosslinking (%) by weight capacity (mmol/g resin) cu2+ cd2+ hg2+ co2+ pb2+ zn2+ https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 17 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 rciaa91 10 1.84 0.98 2.9 1.17 1.43 1.78 rciaa73 30 1.4 0.88 2.6 0.93 1.28 1.38 uptake difference (%) 24 10 10 21 10 22 figure 5. a comparative result on the uptake of metal ions (cu2+, cd2+, hg2+, co2+, pb2+ and zn2+) by the resins rciaa91 and rciaa73. the results obtained indicated that the resin rciaa91 has higher uptake efficiency than rciaa73 at the same conditions. this is due to the difference in the compositional ratio of chelating groups and degree of cross-linking of the chelating resins rciaa91 and rciaa73. the resin rciaa91 with ratio (9:1) by weight, has about 20% of coordinating groups rch=n-c6h4-cooh more than the resin rciaa73 with compositional ratio (7:3) by weight. therefore, the low metal ion uptake capacity of the chelating resin rciaa73 could be attributed to its higher degree of cross linking. this presumably hinders the approach of the metal ions to the polymeric matrix and, hence, limits the chelating reaction35. the uptake of the resin rciaa91 was about 20% more than that of the resin rciaa73 for the small metal ions under investigation (cu2+, co2+, zn2+) whose ionic radii was nearly 0.7 å. this ratio is nearly close to the theoretical ratio of chelating groups between the two resins. on the other hand, the uptake of the large ions (cd2+, hg2+and pb2+) with ionic radii of about 1 å, by the resin rciaa91 was about 11% more than that of the resin rciaa73. this shortage in uptake capacity maybe due to the larger ionic volume of metal ions (cd2+, hg2+and pb2+) and the increasing of degree of cross linking in the resin rciaa7326, 33. 3.5 the effect of the degree of cross linking on the optimum reaction time for the uptake processes. the data in the table 2 and figures 3 and 4 showed that the resin rciaa91 with a lower degree of cross linking reached the optimum reaction time for the uptake process at half time period compared to the resin rciaa73. for example, the equilibrium state for the uptake of cu2+ ions by rciaa91 at the optimum ph 8 was attained after 30 min, whereas the equilibrium state for the uptake of cu2+ ions by rciaa73 was reached after 60 min. also, it was calculated from the data obtained that the time required to achieve 50% of the metal ion uptake was within 5 min for rciaa91, whereas, it was within 20 min for rciaa73. the comparison between the optimum reaction time for the resins, rciaa91 and rciaa73, which have the same chemical structure, but different degree of cross-linking proved that, the higher the degree of cross-linking the higher the optimum reaction time, at the same ph medium. the resin rciaa73 has about 200% more cross linking through rch=nc6h4n=chr than the resin rciaa91. a high degree of cross-linking makes the polymer chains more rigid and more hindering for the metal ions to penetrate the network of the resin in order to act with the active sites. this in turn, will lead to a decrease in the rate of uptake process and increase in the time required to reach the equilibrium state during the uptake26, 33. 3.6 thermal studies the tga and dta curves of the prepared rciaa91 and rcaa73 resins are given in figures 6.1 and 6.2. these curves characterize and compare the thermal degradation of these two resins at 10 °c min-1 heating rate, under nitrogen and over the range 20-800 °c. for the evaluation of the thermal degradation kinetics parameters at a single heating rate (10 °c min-1), the activation energy (ea) and pre-exponential factor (z) are determined by using the coats-redfen method36 for the reaction order n ≠ 1. when the coats-redfern method is linearized for a correctly-chosen order of reaction (n) yields the activation energy (ea) from the slope of the equation: https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 18 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 𝑙𝑜𝑔 [ 1 − (1 − 𝛼)1−𝑛 𝑇2(1 − 𝑛) ] = 𝑙𝑜𝑔 [ 𝑍𝑅 𝑞𝐸𝑎 (1 − 2𝑅𝑇 𝐸𝑎 )] − 𝐸𝑎 2.303𝑅𝑇 𝑓𝑜𝑟 𝑛 ≠ 1 → 1 where: α = fraction of weight loss, t = temperature (k), z = pre-exponential factor, r = molar gas constant, q = heating rate and n = reaction order; estimated by horovitz-metzger method37. figure 6.1. tga thermograms of rciaa91 and rciaa73 in nitrogen at 10 °c min-1 heating rate. figure 6.2: dta thermograms of rciaa91 and rciaa73 in nitrogen at 10 °c min-1 heating rate. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 19 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 the thermodynamic parameters of the thermal degradation step; enthalpy (δh*), entropy (δs*), and gibbs energy (δg*) of activation are calculated using the following standard equations: max ln kt zh rs =  maxrteh a −=   −= sthg max the characteristics of the thermal degradation of these two resins recorded on the tg/dtg/dta curves, their kinetics and thermodynamics parameters extracted from these curves are given in tables 4 and 5. the thermal degradation tg curves of rciaa91 and rciaa73 resin (figures 6.1 and 6.2) showed a very slow and continuous mass bleeding (i.e. no plateau from the start up to about 450 °c) of about 37.7% and 27.8%, respectively. consequently, very small and weak dtg peaks are observed on the dtg curves of these resins and this is indicative to the very slow degradation process in both resins at the about 35-450 °c range. therefore, the prominent steps of these two resins that occur at about 470-641 °c range with large and strong dtg peak at 580 °c (rciaa91) and 584 °c (rciaa73) are considered as characteristic steps for which the thermal degradation, kinetics and thermodynamics parameters are determined and hence compared (tables 4 and 5). the rciaa91 resin showed a mass loss (61.3%) at the prominent step (470-634 °c) with strong tdtg at 584 °c and exothermic tdta peak at 580 °c. the calculated activation energy ea of the rciaa91 resin for this prominent step is 184 kj mol 1, while -167 j k-1 mol-1, 83 kj mol-1 and 226 kj mol-1 are the values of entropy (δs*), enthalpy (δh*), and gibbs energy (δg*) changes. the prominent step (480-641 °c) of the rciaa73 resin showed also exothermic mass loss (64.7%) with strong tdtg (580 °c) and tdta (592 °c). the activation energy ea, entropy (δs*), enthalpy (δh*), and gibbs energy (δg*) changes are 180 kj mol-1, -211 j k-1 mol-1, 49 kj mol-1 and 226 kj mol-1, respectively. table 4. characteristic parameters of the thermal degradation of the resins rciaa91 and rciaa73. resin tga dta ea kj mol-1 δm % ti °c tf °c tdtg °c tdta °c peak rciaa91 61.3 470 634 584 580 exo 184 rciaa73 64.7 480 641 580 592 exo 180 table 5. kinetic and thermodynamic parameters of the thermal degradation of the resins rciaa91and rciaa73 resin r n tmax °c z s-1 ea kj mol-1 δs* kj mol-1 δh* kj mol-1 δg* kj mol-1 rciaa91 0.997 0.9 584 2.9×1017 184 80.6 176.9 108.3 rciaa73 0.998 0.7 580 8.3×1016 180 70.3 172.9 112.9 if the initial molecular structure destruction temperature (ti) of the ricaa91 and ricaa73 resin is taken as a measure of the thermal stability, these two resins are of similar thermal stability for their similar ti (35 °c). it can be concluded that although the two resins ricaa91 and rciaa73 are of similar chemical structure but different degree of crosslinking, their tga curves and the data extracted from them (tables 4 and 5) indicate almost similar thermal degradation behavior, kinetics and thermodynamics parameters as well as similar thermal stability regardless the difference in the degree of the cross-linking 1:3 (rciaa91:rciaa73). the resin rciaa91 losses 37.7% of its mass slowly and 61.3% rapidly with 1% residue, while rciaa73 losses 28% slowly and 64.7% rapidly with 7.5% residue. this difference in mass loss degradation process may be due to the cross-linking variation. 4. conclusions the effect of the compositional ratio of the chelating groups and the degree of the crosslinking of the schiff base chelating resins, rciaa91 and rciaa73 on the uptake behavior of the heavy metal ions (cu2+, cd2+, hg2+, co2+, pb2+ and zn2+) was the main aim of this research. a special feature observed in this study was that hg2+ ions showed the highest uptake affinity at low ph compared to the rest of the metal ions under study for both https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 original article 20 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 10-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p10-22 resins, rciaa91 and rciaa73. the difference in the uptake affinity of the chelating resins maybe due to i) the ionic radii of the metal ions; the smaller the ion size the easier it can penetrate through the network of the resin, ii) the stability constants which explains the high uptake capacities of hg2+ for both the chelating resins, in spite of the large ionic radii of the mercury (ii) ion compared to the other ions under investigation. when comparing between the uptake affinity and the optimum reaction time for the chelating resins rciaa91 and rciaa73, which have the same chemical structure, but different degree of cross linking, one concludes that the higher the degree of cross-linking the higher the optimum reaction time and the lower the uptake affinity towards the heavy metal ions. the chelating resins showed good thermal stability. the thermal degradation behavior and the kinetic parameters of the resin rciaa91 and rciaa73 are almost similar, indicating that the differences in the degree of cross-linking are almost of no significant effects. 5. references [1] shah, b. a., shah, a.v., shah, p.m., analytical and morphology studies of phthalic acidformaldehyde resorcinol as chelating resin, malaysian polymer journal (mpj) 4 (2) (2009) 112. 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pb2+ e cr3+) em biomassa seca de pycnoporus sanguineus nascimento, j. m.; oliveira, j. d. departamento de química e biologia – universidade estadual do maranhão; centro de estudos superiores de imperatriz, rua: godofredo viana s/n centro cep: 65901-480 – imperatriz – ma – brasil telefone: (99) 35252761 – e-mail: jessicanascimento14@hotmail.com resumo: a contaminação das águas por metais potencialmente tóxicos tem se tornado algo evidente devido ao crescimento industrial e populacional acarretando com isso um problema crescente ao meio ambiente e à saúde das pessoas em função da alta toxicidade destas espécies metálicas, mesmo em baixas concentrações. dentre estes metais potencialmente tóxicos, destacam-se os íons cádmio, chumbo e cromo. este trabalho tem como objetivo verificar o potencial de biossorção dos metais potencialmente tóxicos cd2+, pb2+ e cr3+ utilizando a biomassa do fungo orelha de pau (pycnoporus sanguineus) de acordo com os estudos de dosagem do biossorvente, tempo de contato e isotermas de adsorção segundo o modelo de langmuir. palavras – chave: adsorção. metais potencialmente tóxicos. orelha de pau. abstract: water contamination by potentially toxic metals has become something obvious due to the industrial and population growth, thus bringing about a growing problem to the environment and human health due to the high toxicity of these metal species, even at low concentrations. among these potentially toxic metals, highlight the cadmium, lead and chromium ions. this study aims to determine the potential for bioremediation of potentially toxic metals cd2+, pb2+ and cr3+ using the biomass of fungus ear stick (pycnoporus sanguineus) according to the studies of dosage of biosorbent, contact time and adsorption isotherms according to the langmuir model. keywords: adsorption. potentially toxic metals. ear stick. mailto:jessicanascimento14@hotmail.com eclética química, 39, 151-163, 2014. 152 introdução o crescente consumo, produção e exploração de matérias primas, como fósseis e minerais associados ao crescimento da população nas últimas décadas têm causado uma série de graves problemas ambientais em função da geração de resíduos contendo metais potencialmente tóxicos [1]. quando lançados em sistemas aquáticos, sem nenhum tratamento adequado essas espécies podem contaminar o solo, subsolo, e os lençóis freáticos [2]. contudo, as poluições industriais ameaçam a saúde dos seres vivos devido a seu impacto na qualidade das águas, alimentos e ecossistemas. dentre estes metais potencialmente tóxicos, destacam-se os íons de cd2+, pb2+ e cr3+. uma alternativa bastante utilizada na remoção de metais potencialmente tóxicos de águas residuais de processos industriais (galvanoplásticos, metalúrgicos, etc.) são os métodos convencionais de tratamento físico-químico: coagulação, floculação, sedimentação, filtração e ozonização. entretanto, estes métodos são bastante onerosos e envolvem longos períodos de detenção, o que dificulta sua implementação [3]. um método bastante eficaz e versátil utilizado na remoção de metais potencialmente tóxicos em solução aquosa é a adsorção [4]. o principal adsorvente utilizado para a remoção de vários compostos orgânicos e íons metálicos é o carvão ativo. porém, o alto custo deste material é um sério problema [5]. entretanto, a procura de novos materiais biológicos de fonte renovável, baixo custo, fácil manuseio e com menor impacto ambiental vem sendo incentivada para este objetivo [6]. o estudo de biomassa para remoção de metais potencialmente tóxicos teve seu início aproximadamente na década de 80. vários estudos confirmaram a habilidade deste material para remoção de diferentes espécies metálicas e de componentes orgânicos [7] do meio aquoso, de modo que, logo em seguida veio o reconhecimento como biossorvente [8]. a biossorção é o processo de adsorção que se refere à ligação passiva de íons metálicos por biomassa viva ou morta. biomassa é toda matéria orgânica de origem vegetal, animal ou microbiana incluindo os materiais procedentes de suas transformações naturais ou artificiais, podendo ser classificada em biomassa natural: produzida na natureza, sem intervenção humana; biomassa produzida: cultivada, com o propósito de obter um material para transformá-lo em um produto comercializável; biomassa residual: gerada como subproduto de atividades antropogênicas, como processos de agroindústrias, por exemplo. eclética química, 39, 151-163, 2014. 153 a biossorção tem sido aplicada principalmente para tratar soluções sintéticas contendo um único íon metálico. a redução de um metal pode ser influenciada pela presença de outros metais, pois, os resíduos industriais aquosos contêm varias espécies de compostos poluentes, sistemas multicomponentes necessitam de estudos detalhados. o processo de biossorção envolve uma fase sólida (biossorvente) e uma fase liquida (solvente, normalmente água) contendo uma espécie dissolvida que é o adsorvato (por ex. íons metálicos). à afinidade eletrostática existente entre o biossorvente e as espécies metálicas que compõem o adsorvato, atraem o sólido pelos mecanismos acima citados. apesar de a troca iônica ser considerado o principal mecanismo de remoção de íons metálicos pelos biossorvente algáceos, geralmente o tratamento dos dados de equilíbrio é feito na forma de isotermas de adsorção. a vantagem do processo de separação por biossorção, para o tratamento de resíduos líquidos sobre os métodos convencionais está relacionada à fácil regeneração dos biossorvente que aumenta a economia do processo tornando possível a sua reutilização em ciclos de sorção múltipla. a otimização do ciclo sorção/dessorção resulta em efluente livre de metal e pequeno volume de alta concentração de metal em soluções dessorvidas, facilitando uma recuperação do metal por processos convencionais. cabe ressaltar que, o biossorvente usado e carregado com metais pode ser incinerado em temperaturas moderadas e depositado em aterros reduzindo o volume de resíduos líquidos. a biossorção por fungos é uma opção para o tratamento de efluentes carregados com íons metálicos potencialmente tóxicos. estes micro-organismos podem acumular metais metabólicos e não metabólicos por precipitação ou pela ligação dos componentes presentes na parede celular ou na membrana celular, como carboxila, hidroxila, fosfatos e outros ligantes negativos presentes na parede celular. este trabalho tem por objetivo principal avaliar o potencial do processo de biossorção usando biomassa seca de pycnoporus sanguineus, como biossorvente em soluções sintéticas aquosas contendo íons metálicos cd (ii), pb (ii) e cr (iii), bem como avaliar o processo de biossorção com relação à dose de biossorvente, tempo de contato e isoterma de adsorção. eclética química, 39, 151-163, 2014. 154 materiais e métodos material todos os reagentes usados eram de grau analítico. as soluções dos íons metálicos foram preparadas a partir da diluição de solução estoque com água ultrapura do sistema millipore milli-q [9]. mesa agitadora, liquidificador industrial e espectrofotômetro de absorção atômica faas – varian foram utilizados. métodos preparação da biomassa seca de pycnoporus sanguineus a amostra de orelha de pau (pycnoporus sanguineus) foi adquirida nas árvores localizadas no pátio do centro de estudos superiores de imperatriz cesi-uema e residências no município de imperatriz-ma. após a coleta o material foi submetido à identificação no laboratório de botânica do centro de estudos superiores de imperatriz cesi/uema. o material após a identificação foi submetido à secagem ao ar em temperatura ambiente aproximadamente 28 ºc, decorrido o tempo de secagem a amostra foi triturada em liquidificador para obtenção do pó. a capacidade de biossorção foi determinada segundo a equação 1 [10]. a eficiência de remoção do biossorvente foi determinada utilizando a percentagem de remoção do adsorvato de acordo com a equação 2 [11]. q = 𝐶𝑖−𝐶𝑒 𝑚 * v equação (1) e= ( 𝐶𝑖−𝐶𝑒 𝐶𝑖 ) *100 equação (2) onde: ci = concentração inicial da solução ce = concentração de equilíbrio e = eficiência de biossorção q = capacidade biossorção m = massa do biossorvente v = volume da solução aquosa sintética com as espécies metálicas em estudo eclética química, 39, 151-163, 2014. 155 estudo do efeito de dosagem o efeito da concentração do biossorvente na remoção dos íons metálicos foi verificado para as concentrações 5, 10, 15, 20, 25, 35, 40, 45, 50 55 e 60 g l-1 do material por 3 horas, em solução multielementar de 25 mg l-1 em ph 5. foram adicionados 50 ml de uma solução de 25 mg l-1 e mantidos sob agitação de 20 rpm durante 24 h. decorrido o tempo foram filtradas com auxílio de uma bomba de vácuo em filtro de membrana 0,45 µm. em seguida, foram analisadas e determinadas à capacidade e a eficiência de biossorção de acordo com as equações 1 e 2. estudo de cinética de adsorção o estudo de cinética foi conduzido em sistema de batelada. uma série de frascos (erlenmeyer de 250 ml) contendo 0,5 g do adsorvente in natura foi colocado em contato com 10 ml de solução iônica multielementar (cd2+, pb2+ e cr3+) com concentração de 25 mg l-1, em ph 5,0, sob agitação de 20 rpm. em intervalos pré-determinados entre 10 e 120 min. após o período de agitação, cada mistura foi filtrada com auxílio de uma bomba de vácuo em filtro de membrana 0,45 µm, a capacidade e a eficiência de biossorção foram determinadas de acordo com as equações 1 e 2. isoterma de langmuir neste estudo foram preparadas soluções com concentrações de 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 e 50 mg l-1 multielementar de cd2+, pb2+ e cr3+ respectivamente. para cada g de amostra foram adicionados 20 ml de cada solução. as misturas foram mantidas sob agitação de 20 rpm durante 24 horas. decorrido o tempo de agitação foram filtradas com auxílio de uma bomba de vácuo em filtro de membrana 0,45 µm e analisadas segundo as isotermas de langmuir a teoria de langmuir admite que a adsorção ocorra em sítios específicos e sendo estes homogênios na superfície do adsorvente, sendo cada sítio responsável pela adsorção de apenas uma molécula. para este estudo utilizou-se a seguinte equação: 𝑚𝑎𝑑𝑠 = mmáx ads kl 𝐶𝑒 1+kl 𝐶𝑒 (3) eclética química, 39, 151-163, 2014. 156 a linearização da (equação 3), através da regressão linear do gráfico de (1 / m ads). em função de (1 / ce), (equação 4) fornece os coeficientes linear (1 / mmáx ads ) e o angular (1/ m máx). 1 / m ads = 1 / mmáx ads kl ce + 1 / mmáx ads (4) onde: m ads = massa do adsorvato remanescente na solução de equilíbrio, mg g-1 mmáx ads = capacidade de adsorção máxima correspondendo a cobertura completa da monocamada, mg g-1 kl = constante de equilíbrio relacionada com a energia de adsorção l mg-1 ce = concentração do soluto em equilíbrio que permanece em solução mg l-1 resultados e discussão estudo do efeito de dosagem nas figuras 1a e 1b estão representadas a capacidade e a eficiência de biossorção para os íons cd2+, pb2+ e cr3+ em relação às dosagens do biossorvente em biomassa in natura. a figura 1a referente ao estudo de capacidade de biossorção demonstra uma capacidade de remoção mais efetiva para o cr3+ em baixas concentrações do biossorvente. conforme aumenta a dosagem do biossorvente percebe-se uma competição entre as espécies metálicas em estudo sendo que a partir de 100 g l-1 a capacidade de biossorção decresce para todas as espécies metálicas. em concentrações abaixo de 25 g l-1 observa-se uma competição entre os íons cd2+ e cr3+ porém o cr3+ foi o que deteve a melhor capacidade de biossorção em relação às outras espécies metálicas. acima de 25 g l-1 evidencia-se um aumento na capacidade de remoção do pb2+ sendo que este íon apresentou uma maior capacidade de biossorção em relação ao cd2+ e o cr3+ nesta dosagem apresentando um decréscimo a partir de 100 g l-1 de biomassa assim como o cd2+ e o cr3+. eclética química, 39, 151-163, 2014. 157 figura 1a capacidade de biossorção sem tratamento a figura 1b mostra uma remoção mais efetiva para o pb2+, até uma concentração de 100 g l-1 do biossorvente e uma eficiência melhor para o cd2+ em concentrações acima de 100 g l-1, esse comportamento permite avaliar que a concentração do biossorvente influencia o processo de biossorção. figura 1b eficiência de biossorção sem tratamento 0 50 100 150 200 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 c a p a c id a d e d e b io ss o r ç ã o e m m g k g -1 concentração do biossorvente em g l -1 cd 2+ pb 2+ cr 3+ eclética química, 39, 151-163, 2014. 158 estudo de cinética de adsorção nas figuras 2a e 2b estão representadas a capacidade e a eficiência de biossorção para cd2+, pb2+ e cr3+ em relação à cinética em biomassa in natura. a figura 2a demonstra que as espécies metálicas em estudo possuem capacidades de biossorção semelhantes entre si evidenciando que o tempo de contato do metal interferiu na capacidade de biossorção dos íons estudados sendo encontrado em valores abaixo de 0,25 mg kg-1 de metal biossorvido por biomassa. figura 2a capacidade de biossorção sem tratamento a figura 2b mostra uma remoção mais efetiva para o pb2+, em todos os tempos trabalhados, consequentemente na biomassa fúngica o metal que possuiu melhor eficiência foi o pb2+ seguido de cd2+ e cr3+. 0 20 40 60 80 100 120 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 c a p a c id a d e d e b io ss o r ç ã o m g k g -1 tempo em (min) cd 2+ pb 2+ cr 3+ eclética química, 39, 151-163, 2014. 159 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 e fi c iê n c ia d e b io s s o rç ã o ( % ) tempo (min) cd 2+ pb 2+ cr 3+ figura 2b eficiência de biossorção sem tratamento isoterma de langmuir na figura 3a está representado para o íon cd2+ o estudo de isoterma de adsorção segundo o modelo de langmuir. as análises dos parâmetros da isoterma de langmuir apontam que para o íon cd2+ este modelo de isoterma se ajustou a biomassa, pois para a biomassa in natura o seu coeficiente de correlação ficou acima de 0,90. as características fundamentais do modelo de langmuir podem ser expressas pela constante rl esta relacionada ao fator de separação adimensional ou parâmetro de equilíbrio [12], onde este prevê se o sistema de adsorção é favorável ou desfavorável os valores de rl podem ser observados na (tabela 1), evidencia-se que para o modelo de langmuir a biomassa obteve o parâmetro rl na faixa de (0 < rl < 1) sendo, portanto uma adsorção favorável. tabela 1 fator de separação (rl) e tipo de isoterma rl tipo de isoterma rl > 1 desfavorável rl = 1 linear 0 < rl < 1 favorável rl = 0 irreversível eclética química, 39, 151-163, 2014. 160 figura 3a isoterma de adsorção do cd2+ ajustada pelo modelo de langmuir nas figuras 3b está representado para o íon pb2+ o estudo de isoterma de adsorção segundo o modelo de langmuir. as análises dos parâmetros da isoterma de langmuir apontam que para o íon pb2+ este modelo de isoterma também se ajustou a biomassa. para o íon pb2+ o fator rl esteve na faixa de 0 < rl < 1 indicando neste caso que o processo de adsorção é favorável. figura 3b isoterma de adsorção do pb2+ ajustada pelo modelo de langmuir 0 20 40 60 80 100 120 40,0 40,5 41,0 41,5 42,0 (1 /q ) (1/ce) sem tratamento y = 41,02 0,006x 10 12 14 16 18 20 41,6 41,8 42,0 42,2 42,4 42,6 42,8 43,0 (1 /q ) (1/ce) sem tratamento y = 44,6 0,15x eclética química, 39, 151-163, 2014. 161 na figura 3c está representado para o íon cr3+ o estudo de isoterma de adsorção segundo o modelo de langmuir. as análises dos parâmetros da isoterma de langmuir (tabela 2) apontam que para o íon cr3+ este modelo de isoterma não se ajustou a biomassa, pois para a biomassa em estudo o seu coeficiente de correlação ficou abaixo de 0,90. para o íon cr3+ o fator rl esteve na faixa de 0 < rl < 1 indicando neste caso que o processo de adsorção é favorável. figura 3c isoterma de adsorção do cr3+ ajustada pelo modelo de langmuir tabela 2 parâmetros da isoterma de langmuir para as três espécies metálicas estudadas cd2+ pb2+ cr3+ kl -0,00015 -0,004 -0,0005 rl 0,99 0,99 0,99 qm 0,024 0,023 0,024 r2 0,95 0,99 0,87 20 40 60 80 100 40,4 40,8 41,2 41,6 42,0 (1 /q ) (1/ce) sem tratamento y = 41,9 0,02x eclética química, 39, 151-163, 2014. 162 conclusão os resultados mostram que a orelha de pau apresentou comportamento mais favorável quanto à remoção de íons cd2+ e pb2+, e que os parâmetros raio de hidratação e energia de hidratação influenciaram no processo de remoção dos íons estudados. o estudo de isoterma de adsorção segundo o modelo de langmuir demonstrou que a biomassa fúngica demonstrou ser favorável para o processo de biossorção das espécies metálicas em estudo. referências [1] moreira, s. a. et al. remoção em soluções aquosas usando bagaço de caju. química nova, v. 32, n. 7, p. 1717-1722, 2009. 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ambiente,universidade de trás-os-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza aline trabuco delgado eclética química journal 2017 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index www.scielo.br/eq volume 34, número 4, 2009 37 otimização da produção de biodiesel a partir de óleo de coco babaçu com aquecimento por microondas ulisses magalhães nascimento*, antônio c. s. vasconcelos e eduardo bessa azevedo núcleo de biodiesel. departamento de química, centro de ciências exatas e tecnologia, universidade federal do maranhão, cep 65080-040. são luís – ma. fernando carvalho silva laboratório de desenvolvimento de tecnologias ambientais. instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, cep 13560-970. são carlos – sp. resumo:as reações sob aquecimento por microondas geralmente apresentam significativa redução no tempo de reação e elevados rendimentos. portanto, o objetivo desse trabalho foi adaptar um forno de microondas doméstico de forma adequada e segura para realização de reações de transesterificação, e otimizar o processo de produção de biodiesel por microondas usando óleo de coco babaçu como matéria prima. para este fim, foi usado um planejamento composto central no qual se variou o tempo de irradiação, concentração de koh e razão óleo:metanol. análises estatísticas foram feitas para avaliarem a significância do modelo usado. as condições experimentais ótimas foram: razão óleo:metanol, 8,59, concentração de koh, 2,19%, tempo de irradiação, 70 segundos, dando rendimento de aproximadamente 100%. palavras-chave: biodiesel, microondas, transesterificação, babaçu. introdução o óleo de coco babaçu possui características interessantes para produção de biodiesel, considerando que a sua composição é predominantemente de ácido láurico. este fato simplifica a reação para produção de biodiesel, pois esse ácido tem cadeia curta [1]. o biodiesel é um biocombustível obtido a partir de óleos vegetais, gorduras animais ou óleos de frituras usados. comumente é produzido pelo processo de transesterificação, no qual o óleo reage com um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol), na presença de um catalisador homogêneo básico ou ácido. a transesterificação pode ser efetuada em batelada ou em fluxo contínuo utilizando aquecimento convencional. outras metodologias para produção de biodiesel empregam fluidos supercríticos, craqueamento térmico e aquecimento por microondas [2,3,4]. na produção de biodiesel sob aquecimento convencional, o calor é transferido ao meio reacional a partir da sua superfície por condução e convecção. sendo assim, os métodos convencionais de aquecimento consomem mais energia e um tempo de produção de biodiesel na faixa de 5 a 30 minutos, para obter cerca de 90% de rendimento em ésteres [5,6]. há alguns anos tem-se observado o crescimento do interesse na aplicação de microondas para digestão de amostra para análises inorgânicas e biológicas. além disso, tem havido esforços crescentes para aumentar a taxa de reação de sínteses orgânicas sob aquecimento por microondas [7]. os reatores de microondas são muito úteis em laboratórios de química, existindo no mercado artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 200938 artigo article uma grande variedade desses reatores para diversas finalidades, porém ainda com custos elevados, o que inviabiliza seu uso como equipamento de rotina em laboratório. sendo assim, muitos pesquisadores têm optado por desenvolver projetos próprios de fabricação desses reatores ou utilizar fornos domésticos para fins laboratoriais, com ou sem adaptações [8]. o objetivo deste trabalho é adaptar um forno de microondas doméstico para reações de transesterificação e otimizar as condições do processo de produção de biodiesel a partir do óleo de coco babaçu com aquecimento por microondas. parte experimental adaptação do forno de microondas o forno de microondas utilizado em todos os experimentos foi um panasonic, modelo nn-s65bk, 220 v, 60 hz, 35 litros, com gerador de microondas na faixa de freqüência de 2.450 mhz. como ilustra a figura 1, para execução dos experimentos de transesterificação sob irradiação de microondas foi necessário adaptar um balão de vidro de duas bocas e um condensador de alta eficiência acoplados entre si por conectores de ptfe (politetrafluoretileno — teflon®), entre os quais foi inserida uma grade de aço inox 304 com pequenos furos de 1,0 mm de diâmetro, de forma a permitir a passagem de vapores e bloquear vazamentos de microondas. além disso, foi inserido um termopar através de um furo de 3,0 mm de diâmetro até a segunda boca do balão. para o controle de temperatura do forno de microondas, o termopar foi conectado a um controlador de temperatura com um adaptador eletrônico de acionamento das teclas liga e desliga de forma a automatizar o acionamento e interrupção da irradiação de microondas. o prato giratório e seu motor de rotação foram retirados do forno. ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 2009 39 artigo article figura 1 (a) forno de microondas doméstico adaptado para produção de biodiesel e (b) parte interna do forno de microondasdeterminação da potência do forno a determinação da potência do forno de microondas adaptado foi realizada indiretamente pela medida da temperatura da água destilada por um tempo estabelecido, contida em um erlenmeyer po-erlenmeyer poposicionado no centro da cavidade do forno, local onde posteriormente seria posicionado o balão com o meio reacional. o aquecimento foi realizado por 60,0 segundos, nas potências disponíveis no aparelho (p1 a p10). a potência (p) foi determinada pela razão entre a energia absorvida pela água (n . cp ∆t)e o tempo de irradiação conforme a equação 1, onde n é a quantidade de matéria de água, neste caso 55,6 mols; cp é a capacidade calorífica molar da água (75,3 j k–1 mol–1); ∆t é a variação de temperatura observada em k; e t é o tempo de irradiação (60 s). todos os experimentos foram feitos em triplicada e calculada a média aritmética [7] p= n . cp ∆t t (1) ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 200940 artigo article análises físico-químicas do óleo de coco babaçu o óleo de coco babaçu utilizado nas reações de transesterificação foi obtido no comércio local e caracterizado seguindo metodologias normalizadas, segundo a tabela 1. tabela 1. propriedades e métodos para a especificação do óleo de babaçu. propriedades métodos índice de acidez (mg koh/g óleo) smaofd1 2.201 índice de saponificação (mg koh/g) smaofd 2.202 percentual dos ácidos graxos smaofd 2.301 matéria insaponificável (%) smaofd 2.401 índice de peróxido (meq/kg) smaofd 2.501 umidade e matéria volátil (%) smaofd 2.602 viscosidade cinemática a 40ºc (mm2/s) astm2 d 445 massa específica a 20ºc (kg/m3) astm d 4052 caracterização do biodiesel a partir do óleo de coco babaçu o biodiesel produzido em condições otimizadas foi submetido a alguns ensaios físico-químicos empregados no controle de qualidade do biodiesel, segundo a tabela 2. tabela 2. algumas propriedades e métodos para a especificação do biodiesel. propriedades métodos viscosidade cinemática (mm2/s) a 40ºc astm d 445 massa específica a 20ºc (kg/m3) astm d 4052 ponto de fulgor (ºc) astm d 93 enxofre total (% massa), máx. astm d 4294 teor de ésteres (% massa), máx. cen* en 14103 *cen – comité européen de normalisation análise cromatográfica para a quantificação cromatográfica da conversão dos ácidos graxos do óleo de babaçu em ésteres metílicos, utilizou-se um cromatógrafo a gás, marca varian, modelo cp-3800, acoplado a um detector de ionização em chama (cg-dic). o cromatógrafo possui um injetor com divisão de fluxo (1:50) e uma coluna capilar de sílica fundida varian (5% fenil e 95% dimetilpolisiloxano) com dimensões de 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm. as seguintes condições cromatográficas foram utilizadas: 1,0 µl de volume de injeção; hélio com 99,95% de pureza, como gás de arraste, com um fluxo de 1,2 ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 2009 41 artigo article ml min–1; temperaturas no detector e no injetor de 300 e 290ºc, respectivamente; programação de temperatura no forno de 150oc por 1 min, rampa de 150 a 240oc a 10oc min–1 e 240oc por 2 min; rampa de 240 a 300oc a 15oc min-1 e 300oc por 5 min. inicialmente injetou-se um padrão de mistura de ésteres metílicos utilizando o mesmo método, para a identificação dos picos nos cromatogramas de cada amostra de biodiesel. produção do biodiesel com aquecimento por microondas o processo de produção de biodiesel metílico a partir de óleo de coco babaçu (bmb) consistiu nas etapas descritas pelo fluxograma apresentado na figura 2. secagem (90ºc, 5 h) óleo de coco babaçu (50 g) adição do catalisador preparação do catalisador (metóxido de potássio) transesterificação sob microondas decantação (12 h) e remoção da glicerina lavagem ácida (hcl a 1%) neutralização (água destilada) p u r i f i c a ç ã o secagem (110°c, 5 h) figura 2 fluxograma do processo de produção do bmb. planejamento experimental para uma avaliação mais precisa da influência das variáveis sobre o rendimento da reação de transesterificação do óleo de coco babaçu, utilizou-se um planejamento composto central com três fatores, sendo os resultados avaliados através da aplicação de metodologia de superfície de resposta (msr) e análises de resíduos [9,10]. para tratamento dos dados e obtenção dos gráficos estatísticos foi utilizado o programa statistica® 7.0, utilizando-se o módulo de estimação não-linear para se obter uma equação empírica que representasse os dados experimentais obtidos. a partir dessa equação empírica, utilizou-se o pacote solver do excel® para a obtenção do ponto de máximo rendimento em teor de ésteres. como apresentado na tabela 3, as variáveis avaliadas foram: razão óleo/metanol, concen-razão óleo/metanol, concentração de koh e tempo de reação. a massa do óleo de coco babaçu, a potência e a temperatura usadas em todos os experimentos foram mantidos constantes em 50,0 g, 255 w (p9) e 60,0 ± 10ºc, respectivamente. ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 200942 artigo article tabela 3. planejamento composto central realizado. níveis variáveis –1,68 –1 0 +1 +1,68 razão óleo:meoh 1:3,6 1:5 1:7 1:9 1:10,4 teor de koh (%) 0,66 1,0 1,5 2,0 2,34 tempo de reação (s) 26,4 40 60 80 93,6 resultados e discussão adaptação do forno de microondas doméstico o condensador de alta eficiência adaptado ao forno para evitar a perda de álcool por evaporação, e os furos feitos com diâmetros de 1,0 mm, menores que o comprimento de onda mínimo possível para as microondas [11,12], foram eficazes, não tendo sido detectado em nenhum dos experimentos o vazamento de álcool e nem de microondas. o controlador de temperatura com o adaptador eletrônico apresentou um bom funcionamento na faixa de temperatura utilizada. não foi adaptado nenhum tipo de sistema de agitação no forno, porque foi percebido em testes pré-liminares que seria possível fazer as reações sem necessidade de agitação. a determinação da potência no forno mostrou que, nos diferentes níveis (p1 a p10), ela permanece praticamente a mesma, sendo o nível de potência p9 (255 w de potência, em média) o que mostrou o menor desvio-padrão. caracterização do óleo de coco babaçu análises físico-químicas embora não exista uma especificação oficial para os óleos vegetais utilizados na produção de biodiesel, estudos revelaram que elevados índices de acidez e umidade, por exemplo, reduzem o rendimento da reação [3]. os resultados obtidos e mostrados na tabela 4 apresentaram um índice de acidez e um teor de umidade dentro das faixas consideradas aceitáveis para produção de biodiesel: 2,00 mg de koh por grama de óleo e 0,50%, respectivamente [13]. o índice de acidez indica a quantidade em massa de hidróxido de potássio necessária para neutralizar os ácidos graxos livres (agl) nãoesterificados. em meio básico, os agl formam os sais de ácidos graxos (sabões) responsáveis pela formação de emulsão durante a lavagem do biodiesel, reduzindo assim o rendimento da reação [14]. o óleo de coco babaçu apresentou índice de peróxido de 1,14 meg kg–1, indicando uma baixa deterioração oxidativa, pois nos óleos este índice não deve ultrapassar o valor de 10 meg kg–1 de amostra [15]. a viscosidade aumenta com o comprimento das cadeias dos ácidos graxos dos triglicerídeos e diminui quando aumenta o número de insaturações [14]. a viscosidade relativamente alta dos óleos, superior à da água, deve-se às atrações intermoleculares das grandes cadeias dos ácidos graxos, que constituem os triglicerídeos. a tabela 4 demonstra que a viscosidade do óleo de coco babaçu foi de 34,84 mm2 s–1 a 40ºc, característico de oleaginosa constituída principalmente de ácidos graxos saturados. ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 2009 43 artigo article tabela 4. análises físico-químicas do óleo de coco babaçu. parâmetros óleo de coco babaçu índice de acidez (mg koh / g óleo) 0,530 umidade e matéria volátil (%) 0,034 índice de peróxido (meq/kg) 1,136 matéria insaponificável (%) 0,200 índice de saponificação (mg koh/g) 119,9 viscosidade cinemática (mm2/s) 34,84 massa específica a 20 ºc (kg/m3) 0,923 análise cromatográfica os ésteres obtidos foram analisados por cromatografia gasosa (cg-dic), através da qual observou-se que a composição em ácidos graxos do óleo de coco babaçu utilizado estava próxima da composição teórica para esse óleo [1], como apresentado na tabela 5. tabela 5. percentuais de ácidos graxos no óleo de coco babaçu. ácidos graxos massa molar % simbologia tipo c 08:0 ácido caprílico 144 1,04 c 10:0 ácido cáprico 172 4,97 c 12:0 ácido láurico 200 27,32 c 14:0 ácido mirístico 228 19,13 c 16:0 ácido palmítico 256 14,35 c 18:0 ácido esteárico 284 24,87 c 18:1 (9) ácido oléico 282 c 18:2 (9,12) ácido linoléico 280 7,61 outros — 0,61 planejamento composto central para a produção do biodiesel de óleo de coco babaçu a matriz do planejamento experimental para o bmb foi o fatorial 23 com 4 pontos centrais e 6 pontos axiais. utilizaram-se como variáveis independentes a razão de quantidade de matéria óleo:metanol (x1), o teor de koh (x2) e o tempo de irradiação (x3); e como variável dependente o teor de ésteres, conforme apresentado na tabela 6. a metodologia de produção de biodiesel a partir do óleo de coco babaçu aplicada nesse trabalho foi eficiente, e ainda, obteve-se uma considerável redução no tempo de reação, já que foram obtidos rendimentos acima de 90,0% em teor de ésteres em tempos de irradiação menores que 30 segundos, enquanto que, em métodos que utilizam aquecimento convencional obtêm-se tempos de reação maiores que 5,0 minutos [5,6]. é possível que essa drástica redução no tempo de reação ocorra devido alta taxa ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 200944 artigo article de aquecimento, causada pela excelente capacidade do metanol em absorver as microondas irradiadas e converter essa energia em calor (tan ∂ = 0,941), ou ainda, pela presença de íons no meio reacional proveniente do koh que, poderão movimentar-se no meio por influência do campo elétrico, resultando na conversão da energia produzida pelo aumento na taxa de colisões em calor [12]. tabela 6. matriz do planejamento realizado ensaios variáveis dependentes (%) ésteresx 1 x 2 x 3 1 –1 –1 –1 93,66 2 –1 –1 +1 92,27 3 –1 +1 –1 97,20 4 –1 +1 +1 98,22 5 +1 –1 –1 97,88 6 +1 –1 +1 94,53 7 +1 +1 –1 98,52 8 +1 +1 +1 98,79 9 –1,68 0 0 95,49 10 +1,68 0 0 96,19 11 0 –1,68 0 95,31 12 0 +1,68 0 99,07 13 0 0 –1,68 97,81 14 0 0 +1,68 97,53 15 0 0 0 97,58 16 0 0 0 98,03 17 0 0 0 97,44 18 0 0 0 98,31 metodologia de superfície de resposta o método da superfície de resposta (msr) é uma técnica estatística muito útil para a modelagem e a análise de problemas nos quais as respostas são influenciadas por várias variáveis e que o objetivo é a otimização da resposta [10,16]. a partir do módulo de estimação não-linear, obteve-se um polinômio com o maior coeficiente de determinação possível que representasse os pontos experimentais, mostrado na equação 2. 6 influência do campo elétrico, resultando na conversão da energia produzida pelo aumento na taxa de colisões em calor [12]. (tabela 6) metodologia de superfície de resposta o método da superfície de resposta (msr) é uma técnica estatística muito útil para a modelagem e a análise de problemas nos quais as respostas são influenciadas por várias variáveis e que o objetivo é a otimização da resposta [10,16]. a partir do módulo de estimação não-linear, obteve-se um polinômio com o maior coeficiente de determinação possível que representasse os pontos experimentais, mostrado na equação 2. 2 3 2 2 2 1122331 2 2221 2 2 1112 2 222 2 1113223311321123322110 xxxxx xxxxxxxxxxxxxy 1  (2) a figura 3 mostra o gráfico de contorno da interação das variáveis koh  óleo:meoh, para um tempo de irradiação de 60 s, onde a partir de uma avaliação isolada dessa interação observa-se uma ampla faixa em que pode-se obter rendimento de 100% em teor de ésteres, demonstrando uma boa robustez do processo de produção biodiesel testado. (figura 3) ainda na figura 3, mostra-se o ponto ótimo para a produção de bmb com aquecimento por microondas que foi estimado pelo solver a partir da equação 2: razão óleo/meoh, 8,59; koh, 2,19%; e tempo, 70 s, como pode ser percebido, todos os valores estão dentro da faixa estudada nesse trabalho o que denota um modelo robusto e preditivo. análise de resíduos a análise de resíduos é imprescindível para avaliar o ajuste de qualquer modelo. um modelo que deixe muitos resíduos é um modelo ruim. em um modelo ideal não haveria resíduos, ou seja, os resultados observados seriam iguais aos previstos [10,16]. a tabela 7 demonstra que todos os parâmetros utilizados no modelo não-linear, são estatisticamente significativos, pois nenhum destes tem um limite de confiança que o anule. a partir da análise de variância (anova) determinou-se o valor da estatística f, que consiste na razão da média quadrática devido à regressão sobre a média quadrática devido ao erro, conforme a tabela 8. a análise de regressão foi significativa, visto que o valor calculado de f11,6 (13,54) é maior que o fr,r tabelado (4,03) e para a falta de ajuste, o valor calculado de f3,3 (0,14) foi menor que o ffaj,ep tabelado (9,28), mostrando que o modelo é preditivo e significativo no nível de confiança de 95%, além de não apresentar falta de ajuste dentro da faixa avaliada [10,16,6]. (2) ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 2009 45 artigo article a figura 3 mostra o gráfico de contorno da interação das variáveis koh × óleo:meoh, para um tempo de irradiação de 60 s, onde a partir de uma avaliação isolada dessa interação observa-se uma ampla faixa em que pode-se obter rendimento de 100% em teor de ésteres, demonstrando uma boa robustez do processo de produção biodiesel testado. figura 3 gráfico de contorno da interação koh × óleo:meoh para o tempo de irradiação de 60 s (variáveis codificadas). ainda na figura 3, mostra-se o ponto ótimo para a produção de bmb com aquecimento por microondas que foi estimado pelo solver a partir da equação 2: razão óleo/meoh, 8,59; koh, 2,19%; e tempo, 70 s, como pode ser percebido, todos os valores estão dentro da faixa estudada nesse trabalho o que denota um modelo robusto e preditivo. análise de resíduos a análise de resíduos é imprescindível para avaliar o ajuste de qualquer modelo. um modelo que deixe muitos resíduos é um modelo ruim. em um modelo ideal não haveria resíduos, ou seja, os resultados observados seriam iguais aos previstos [10,16]. ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 200946 artigo article a tabela 7 demonstra que todos os parâmetros utilizados no modelo não-linear, são estatisticamente significativos, pois nenhum destes tem um limite de confiança que o anule. tabela 7. estimativa dos parâmetros para o modelo para o bmb. parâmetros coeficientes limite de conf. β0 97,780 ± 0,164 β1 0,208 ± 0,169 β2 1,118 ± 0,169 β3 -0,287 ± 0,109 β12 -0,574 ± 0,142 β13 -0,339 ± 0,142 β23 0,754 ± 0,142 β11 -0,687 ± 0,116 β22 β112 β221 β112233 -0,210 0,681 0,838 -0,503 ± 0,116 ± 0,221 ± 0,221 ± 0,207 a partir da análise de variância (anova) determinou-se o valor da estatística f, que consiste na razão da média quadrática devido à regressão sobre a média quadrática devido ao erro, conforme a tabela 8. tabela 8. análise de variância do modelo para produção de biodiesel a partir de óleo de coco babaçu com aquecimento por microondas. fonte de variação s. q. g. l. m. q. fcalc. ftab. regressão 60,40 11 5,49 13,54 4,03 resíduos 1,11 6 0,18 falta de ajuste 0,62 3 0,21 0,14 9,28 erro puro 0,48 3 0,16 total 61,51 17 % de variação explicada: % máxima de variação explicável: 0,982 0,992 a análise de regressão foi significativa, visto que o valor calculado de f11,6 (13,54) é maior que o fr,r tabelado (4,03) e para a falta de ajuste, o valor calculado de f3,3 (0,14) foi menor que o ffaj,ep tabelado (9,28), mostrando que o modelo é preditivo e significativo no nível de confiança de 95%, além de não apresentar falta de ajuste dentro da faixa avaliada [10,16,6]. ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 2009 47 artigo article o ajuste do modelo também foi expresso pelo coeficiente de determinação (r2), igual a 0,982 para o rendimento em teor de ésteres do bmb; demonstrando que esse modelo explica 98,2% dos 99,2% de variação explicável. como o valor de r2 está próximo ao teórico, pode-se dizer que a modelagem mostrou-se adequada. o gráfico do valor observado versus valor previsto pelo modelo é outra forma de se analisar a qualidade do ajuste do modelo estudado. a figura 4 confirma que o modelo tem um bom ajuste, sendo que os valores previstos e observados são semelhantes, e ainda, que os resíduos estão normalmente distribuídos. previsto = 1,7444+0,982*x 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 observado 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 p revisto (a) -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 resíduos -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 v alor n orm al e sperado 0.01 0.05 0.15 0.30 0.50 0.70 0.85 0.95 0.99 (b) figura 4 gráfico dos resíduos: valores previstos × valores observados; (b) gráfico da probabilidade normal dos resíduos.conclusão as adaptações no forno de microondas para produção de biodiesel de óleo de coco babaçu foram realizadas com sucesso, funcionando de forma eficiente e segura. o tempo de reação foi reduzido no mínimo em 10 vezes em relação aos métodos convencionais e sem detecção de vazamentos de irradiação de microondas. o óleo de coco babaçu demonstrou ser uma boa alternativa como matéria-prima para produção de biodiesel, considerando que a qualidade desse óleo é adequada para a transesterificação e que foram obtidos elevados rendimentos de biodiesel dentro dos padrões de qualidade exigidos pelas legislações vigentes. o modelo de regressão, no nível de 95% de confiança, mostrou que dos 99,2% de variação explicável para o rendimento em teor de ésteres do bmb, foi possível explicar 98,2% dessas variações com a equação empírica estimada. o ponto ótimo para produção de bmb com aquecimento por microondas encontrado foi: razão óleo/meoh, 8,59; koh, 2,19%; e tempo, 70 s. agradecimentos agradecemos a fapema pelo financiamento da bolsa e ao cnpq pelo fomento desta pesquisa. ecl. quím., são paulo, 34(4): 37 48, 200948 artigo article abstract: reactions under microwave heating present reduced reaction times and larger yields. therefore, this work is aimed at adapting a domestic microwave oven and optimizing the transesterification reaction used in biodiesel production with microwave heating, using babaçu coconut oil as raw material. it was used a central composite design for varying irradiation time, koh concentration, and oil:methanol ratio. statistical analyses were performed in order to assess the significance of the model used. the optimized experimental conditions were: oil:methanol ratio, 8.59; koh concentration, 2.19 %; and irradiation time, 70 seconds, giving an yield of approximately 100% regarding esters formation. keywords: biodiesel, microwave, transesterification, babaçu. referências [1]. http://www.anvisa.gov.br/, acessada em agosto de 2007. 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transporte ativo através da membrana e os níveis de soluto dentro das células [16]. a maior importância da utilização do apa na desinfecção de esgoto é sua propriedade virucida, visto que, em relação ao hipoclorito de sódio a sua capacidade de inativação é menos afetada pela presença de matéria orgânica e permanece em atividade por mais tempo [7]. quanto à eficiência de inativação de microrganismos o apa apresenta poder bactericida similar ao hipoclorito introdução os efluentes finais provenientes das estações de tratamento de esgoto (ete) apresentam elevada densidade de microrganismos indicadores de contaminação fecal (na faixa de 106 105 nmp/100 ml). mesmo após os tratamentos convencionais, com uma eficiência de 90% de redução de coliformes, ainda não é suficiente para possibilitar que o efluente seja reutilizado para irrigação ou balneabilidade, em que o limite máximo permitido pela resolução do conselho nacional do meio ambiente (conama) n° 357/11 para e. coli é de 103 nmp/100 ml. o desinfetante mais utilizado atualmente é o cloro. a grande desvantagem deste desinfetante é a formação de compostos organoclorados, como os trihalometanos, os quais são potencialmente cancerígenos [1, 2, 3]. neste contexto, justificam-se os estudos de desinfetantes alternativos como o ácido peracético (apa). no brasil, a utilização do apa como desinfetante e esterilizante foi concedida pela agência nacional de vigilância sanitária (anvisa), em 1993, regulamentando-o como um domissanitários de finalidade antimicrobiana. o apa é um desinfetante com grande potencial na desinfecção de efluentes, sendo mais amplamente this paper aimed to study the use of peracetic acid (paa) to disinfect the wastewater. in this perspective, the consume of paa and its efficiency to deactivate total coliforms microorganisms and e.coli was investigated and under different conditions of total suspended solids (tss) and ph. the tests of disinfection with paa demonstrate that content of tss over than 50 mg/l led to an increase of up to 50% in the consume of disinfectant to the microbial inactivation. the efficiency for inactivation of paa related to e.coli was also damaged in ph conditions greater than 8. the time of contact had greater influence in the disinfection in dosages up to 5mg/l of paa. keywords: peracetic acid. disinfection of wastewater. interfering physical-chemical wastewater. influência das características físico-químicas do esgoto sanitário na desinfecção com ácido peracético cavallini, g. s.1*, campos, s. x.2, souza, j. b.1, vidal, c. m. s.1 1 universidade estadual do centro-oeste unicentro, cp 21 cep 84.500-000, irati, pr. *grasiele@irati.unicentro.br 2 universidade estadual de ponta grossa uepg, cep 84.030-900, ponta grossa, pr 39eclética química, 37, 38 -44, 2012. guidos de lagoa facultativa, além de unidade de secagem de lodo. os parâmetros selecionados para caracterização do efluente foram: oxigênio dissolvido, dbo, dqo, fósforo total, nitrogênio amoniacal, ph, sólidos, turbidez, cor, cloreto e microbiológico (coliformes totais e e.coli). as metodologias adotadas para a caracterização do efluente seguiram as descrições do standard methods for the examination of water and wastewater (1998). o apa empregado para a realização dos experimentos foi o proxitane® 1512 doado pela peróxidos do brasil. ensaios de desinfecção do efluente com apa para a desinfecção do efluente com apa foram realizados ensaios variando: tempo de contato (5, 10 e 20 min), dosagem de apa (1, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 mg/l), presença e ausência de peróxido de hidrogênio (através da catalase), sst e ph. em todos esses ensaios a eficiência de desinfecção foi avaliada observando-se a inativação dos microrganismos indicadores de contaminação fecal e. coli e coliformes totais através do método de membranas filtrantes (nitrato celulose 0,45 µm) incubadas à 36°c em meio de cultura seletivo diferencial e a determinação do apa residual determinado por cerimetria/iodometria. para simular diferentes condições de sst do efluente foram utilizadas duas porosidades de membranas: uma com 1,2 μm (micropore) e outra com 28 μm (quality). a dosagem de apa utilizada foi de 10 mg/l e o tempo de contato de 20 minutos. a eficiência de desinfecção do apa foi testada em 7 faixas de ph: 4; 5; 6; 7; 8; 9 e 10. os valores de ph ácido foram controlados com a adição de ácido sulfúrico (fmaia) 0,1 mol/l e os valores de ph alcalino através da adição de hidróxido de sódio (biotec) 0,1 mol/l. resultados e discussão o apa na desinfecção de esgoto sanitário a caracterização físico-química do esgoto foi realizada para cada coleta e apresentou valores estáveis para todos os parâmetros analisados, exceto para a série de sólidos e cor. na tabela 1 são apresentados os valores médios dos parâmetros realizados, fornecendo um diagnóstico geral das condições do esgoto em estudo. de sódio em relação a coliformes totais, coliformes fecais, e. coli, salmonella sp. e pseudomonas sp. de acordo com suas propriedades físico-químicas, o apa apresenta-se mais eficiente na inativação de bactérias, seguido de vírus, esporos bacterianos e protozoários [17]. o apa é uma mistura quaternária em equilíbrio, formada por ácido peracético, peróxido de hidrogênio, ácido acético e água (reação 1). ch3cooh + h2o2 ch3coooh + h2o (reação 1) o grupo funcional do apa é classificado como ácido percarboxílico. os perácidos em solução são mais voláteis e menos ácidos do que os ácidos carboxílicos correspondentes. o pka do ácido peracético é 8,2, enquanto o pka do ácido acético é 4,76. isto ocorre, porque o perácido tende a formar uma ligação de hidrogênio intramolecular, reduzindo o efeito indutivo do grupo acila sobre o próton devido à introdução de um segundo átomo de oxigênio, como se observa na figura 1 [18]. figura 1 – possível estrutura do apa (ando et al., 1992 [apud 17]). a eficiência de desinfecção do apa pode variar conforme o tempo de contato, a temperatura, o ph e o teor de matéria orgânica e de sólidos do efluente [9, 19, 20]. desta forma, é importante investigar como estes interferentes influenciam na desinfecção, no intuito de prever dosagens adequadas para sua aplicação, ou ainda, a viabilidade da utilização do apa de acordo com as características físico-químicas do efluente. materiais e métodos caracterização do efluente para realização da pesquisa foi utilizado efluente final de uma estação de tratamento de esgoto (ete) municipal que possui gradeamento, desarenador, dois reatores em paralelo dos tipos uasb e ralf, se40eclética química, 37, 38 -44, 2012. de acordo com os resultados obtidos, dosagens superiores a 1mg/l de apa são necessárias para inativação de e. coli, contudo, nesta dosagem a inativação de coliformes totais (ct) já é iniciada. outros pesquisadores observaram a inativação de 2 logs de e. coli com aplicação de 2 mg/l de apa por 20 minutos, em esgoto sanitário secundário [20]. enquanto morris (1993) [apud 4] indicou 5 mg/l de apa e tempo de contato de 20 minutos para inativação de 4 a 5 logs de coliformes totais na desinfecção de esgoto sanitário secundário. na figura 2 verificou-se que a partir do tempo de contato de 10 minutos com a dosagem de 5 mg/l de apa foi possível atingir a mesma ordem logarítmica de inativação, tanto de e. coli quanto de ct, que na maior dosagem empregada de 10 mg/l. o aumento do tempo de contato na dosagem de 10 mg/l não contribuiu para a melhoria da eficiência de inativação dos microrganismos, com isso, pode-se observar que o tempo de contato não interferiu significativamente na desinfecção do esgoto quando as concentrações do desinfetante eram maiores que as necessárias para a desinfecção. a partir das concentrações residuais de apa obtidas pelas aplicações das dosagens de 5 e 10 mg/l foi possível observar que a inativação dos microrganismos não é limitada apenas pelo consumo completo do desinfetante, visto que, a inativação cessou mesmo havendo apa disponível no esgoto. ensaios com dosagens mais elevadas de apa foram realizados (figura 3) com efluente apresentando: ph= 7,38; turbidez= 26,9 ut, sst= 56 mg/l e st= 474 mg/l. figura 3 – inativação de e. coli e ct conforme a dosagem de apa. os resultados apresentados na figura 3 são referentes aos ensaios realizados com tempo de contato fixo de 20 minutos. este tempo pode ser indicado para desinfecção de esgoto sanitário com dióxido de cloro, tabela 1 – valores médios dos parâmetros físico-químicos analisados no esgoto. a análise preliminar da eficiência do apa na desinfecção foi realizada utilizando três diferentes dosagens de apa, cada uma delas em três tempos de contato 5, 10 e 20 minutos. a figura 2 demonstra de forma comparativa as diferentes dosagens aplicadas, nos tempos de contato e os respectivos resultados de inativação obtidos de acordo com a equação log n/n0, em que n0 é o número inicial de microrganismos antes da desinfecção e n é o número final de microrganismos após a desinfecção, considerando o esgoto com ph= 7,57; turbidez= 23,8 ut e sst= 54 mg/l. figura 2 – desinfecção com apa variando dosagens e tempos de contato. 41eclética química, 37, 38 -44, 2012. participação do peróxido de hidrogênio na desinfecção com apa considerando que tanto o peróxido de hidrogênio quanto o apa apresentam propriedades desinfetantes, o efeito da eficiência individual ou em conjunto dessas substâncias torna-se importante. alguns autores [24] levantam a hipótese de que o peróxido de hidrogênio contribui adicionalmente na eficiência de desinfecção com apa, porém, não realizaram ensaios que comprovassem este sinergismo. a fim de investigar este efeito, a inativação de microrganismos foi avaliada na presença e na ausência do peróxido de hidrogênio, utilizando a catalase como inibidora deste oxidante. na tabela 3 são apresentados os resultados obtidos para verificação da participação do peróxido de hidrogênio na desinfecção com apa em duas condições diferentes de sst do esgoto. de acordo com os resultados obtidos a participação do peróxido de hidrogênio não contribuiu significativamente na eficiência de inativação dos microrganismos, visto que a pequena variação nos logs de remoção pode ser considerada como uma variação amostral. em comparação com o resultado obtido por outro autor [22] 12 mg/l de apa ou 3125 mg/l de peróxido de hidrogênio apresentaram a mesma eficiência de inativação bacteriana. quando utilizados de forma combinada a mesma eficiência de inativação foi obtida com 3 mg/l de apa e 390 mg/l de peróxido de hidrogênio. portanto, o sinergismo entre os oxidantes ocorreu em proporções de peróxido de hidrogênio 130 vezes maior que a concentração do apa [22]. com isso contata-se que embora o sinergismo entre o apa e o peróxido de hidrogênio exista, a proporção das dosagens em estudo não é suficiente para desencadeá-lo entre os desinfetantes, atribuindo-se totalmente ao apa as eficiências de inativação obtidas nesse estudo. a influência dos sst na desinfecção com apa sendo assim, as mesmas dimensões do tanque de contato poderiam ser utilizadas tanto para o cloro como para o apa em casos de aplicação do apa em escala plena numa ete [21, 23]. embora tempos de contato de 5 e 10 minutos já sejam suficientes para dosagens acima de 5 mg/l, as condições estruturais devem ser consideradas, desta forma tanques já existentes podem ser utilizados diminuindo os custos para implantação do apa como desinfetante. quanto aos resultados obtidos as dosagens de 5 a 30 mg/l permitiram a mesma ordem logarítmica de inativação, com variação inferior a 0,3 log na inativação de e. coli e de 0,6 log na inativação de ct. esta variação pode ser atribuída às dosagens aplicadas, como também à variação populacional da amostra, visto que variações nestas proporções são observadas em ensaios de repetição, onde a variação ocorre mesmo em condições de dosagem, tempo de contato e efluentes iguais. na dosagem de 10 mg/l de apa a inativação de e. coli foi de aproximadamente 3 logs. na tabela 2 são apresentados os valores consumidos de apa e peróxido de hidrogênio durante os ensaios de desinfecção demonstrados na figura 3. com estes resultados é possível avaliar que um valor médio de consumo de apa pode ser calculado, ou seja, o consumo de apa demonstrou uma relação maior com as condições do efluente do que com sua concentração inicial, ao contrário do ocorrido com o peróxido de hidrogênio. tabela 2 – consumo de apa e peróxido de hidrogênio durante a desinfecção. das dosagens utilizadas selecionou-se a dosagem de 10 mg/l de apa e o tempo de contato de 20 minutos para prosseguir com os estudos de desinfecção. esta dosagem foi selecionada para garantir que o apa estivesse em uma concentração suficiente mesmo que o esgoto apresentasse condições físico-químicas e microbiológicas que requeressem maiores doses de desinfetante. 42eclética química, 37, 38 -44, 2012. fenômenos dependentes do tipo de partícula sólida e da associação entre o material em suspensão e o microrganismo. no presente estudo, nas condições de sst mais baixos a eficiência de inativação do apa foi maior em relação a e. coli do que em relação a ct, e a figura 4 representa isto considerando os logs de inativação tanto de e. coli como de ct. figura 4 – eficiência de desinfecção do apa em condições variáveis de sst. tabela 4 – influência do sst na desinfecção e no consumo de apa. para descrever a associação das bactérias coliformes no material particulado foram realizados ensaios com duas porosidades micrométricas de membrana, conforme a tabela 5. tabela 3 – estudo da participação do peróxido de hidrogênio na desinfecção com apa em um tempo de contato de 20 minutos. as bactérias coliformes podem estar presentes no esgoto de duas formas: associadas ao material particulado ou dispersas na solução. o apa pode ser aplicado em efluentes com valores de sst até 100 mg/l [9]. isto porque, o aumento dos sólidos colabora para que a maior parte das bactérias esteja associada ao material particulado no efluente, contribuindo para o aumento da demanda do desinfetante e diminuição da eficiência de inativação dos microrganismos, por estes estarem protegidos pelos sólidos suspensos [9, 19, 20]. este comportamento pôde ser observado na desinfecção com apa comparando diferentes condições de sst no esgoto. a tabela 4 demonstra que, com o aumento dos sst ocorreu tanto o decréscimo da eficiência do apa como o maior consumo do desinfetante, sendo que, em condições de sst superiores a 50 mg/l o consumo de apa foi 50% maior. de acordo com outros trabalhos a presença de sst até 10 mg/l aumenta a demanda de apa na inativação de microrganismos e, a partir de 10 até 40 mg/l de sólidos em suspensão, mesmo com o aumento do oxidante não há acréscimo da eficiência de inativação microbiana [19]. no entanto, outros autores não observaram esta influência dos sst na desinfecção de esgoto sanitário tanto com apa nas concentrações aplicadas de 5, 10 e 15 mg/l com sst entre 43 e 107 mg/l [11] como com sst médio de 17 mg/l, utilizando dosagens próximas de 2 mg/l de apa [25]. sobsey (1989) [apud 11] justifica esta variação da influência ou não dos sst na desinfecção como 43eclética química, 37, 38 -44, 2012. a influência do ph na desinfecção com apa o estudo da influência do ph na desinfecção do esgoto com apa teve como propósito encontrar uma faixa de ph onde a desinfecção fosse mais efetiva. de acordo com os dados apresentados na tabela 6 pode-se observar o comportamento do apa em cada faixa de ph estudada e sua eficiência de inativação correspondente. as maiores concentrações de apa residual ocorreram nos ensaios com ph abaixo de 7,0, em que o ácido sulfúrico foi adicionado, isto porque a adição do ácido sulfúrico catalisa o equilíbrio entre a mistura: ácido acético, peróxido de hidrogênio e apa, impedindo sua decomposição [29, 30, 31]. a ausência do ácido sulfúrico nas faixas de ph alcalino contribui para a decomposição do apa e por isso os resultados referentes a concentração de apa residual foram menores. além disso, o apa em ph alcalino se encontra principalmente na forma dissociada, não ativa, visto que seu pka é de 8,2 [9], o que é evidenciado pelo decréscimo nas concentrações de apa residual conforme o aumento do ph. tabela 5 – ensaios de desinfecção com efluente filtrado. com a membrana de 28 μm é possível avaliar a quantidade de microrganismo protegidos por partículas relativamente grandes. nesta amostra, apenas os coliformes totais estavam associados a estas partículas maiores, correspondendo a 91% da população de ct. para os padrões de qualidade da água os sólidos suspensos correspondem ao material particulado retido em membrana de 1,2 μm [26, 27, 28]. a partir desta filtração é possível estimar o número de microrganismos associados ao material particulado. de acordo com a tabela 5 observou-se que nesta amostra 95,4% da população de e.coli está no material particulado, assim como 99,6% dos coliformes totais. no entanto, mesmo com a retirada dos sst a desinfecção com apa não foi total, obtendo-se apenas um aumento na inativação de ambos os indicadores de contaminação. embora estes ensaios confirmem a influência dos sst na desinfecção com apa, evidenciou-se também que este não é o único fator que interfere na eficiência de inativação do desinfetante, o que levou a questionar outras características físico-químicas do esgoto, como o ph. tabela 6 – influência do ph na desinfecção com apa. 44eclética química, 37, 38 -44, 2012. r. briancesco, c. martini, g, cecchini, p. anastasi, m. ottaviani, water res. 37 (2003) 78. [3] r. dumitru, u. von gunten, a. mocan, r. chira, b. siegfried, m. h.kovacs, s. vancea, environ. sci. pollut. res.16 (2009) 55. [4] m. kitis, environ. int. 30 (2004) 47. [5] m. g. c. baldry, m. s. french, wat. sci. tech. 21 (3) (1989a) 203. [6] m. g. c. baldry, m. s. french, wat. sci. tech. 21, (1989b) 1747. [7] m. g. c. baldry, m. s. french, d. slater, wat. sci. tech. 24 (2) (1991) 353. [8] m. g. c. baldry, a. cavadore, m. s. french, g. massa, l. m. rodrigues, p. f.t. schirch, t. l. threadgold, wat. sci. tech. 31(5-6) (1995) 161. [9] c. sanchez-ruiz, s. martinez-royano, i. tejero-monzon, wat. sci tech. 32 (7) (1995) 159. [10] r. l. rajala-mustonen, p. s. toivola, h. heinonen-tanski, wat. sci. tech. 35 (11) (1997) 237. [11] l. sartori, tese (dourado) escola de engenharia de são carlos (2004) 202. [12] j. koivunen, h. heinonen-tanski, water res. 39 (2005) 4445. [13] d. falsanisi, r gehr, d. santoro, a. dell’erba, m. notarnicola, l. liberti, water qual. res. j. can. 41(4) (2006) 398. [14] j. b. souza, tese (dourado) escola de engenharia de são carlos (2006). [15] s. rossi, m. antonelli, v. mezzanofte, c. narizzo, water environ. res. 79 (4) (2007) 341. [16] a. jolivet-gougeon, a. s. braux, f. sauvager, m. arturo-schaan, m. cormier, can. j. microbiol. 42 (1996) 60. [17] l. liberti, m. notarnicola, wat. sci. technol. 40 (1999) 235. [18] j. b. brasileiro, j. l. colodette, d. piló-veloso, quím. nova 24 (6) (2001). [19] v. lazarova, m. l. janex, l. fiksdal, c. oberg, i. barcina, wat. sci. tech. 38 (12) (1998) 109. [20] d. falsanisi, r. gehr, l. liberti, m. notarnicola, water qual. res. j. can. 43 (1) (2008) 47. [21] s. stampi, g. de luca, m. onorato, e. ambrogiani, f. zanetti, j. app. microbiol. 93 (2002) 725. [22] a. aslari, c. roques, g. michel, can. j. microbiol. 38, (1992) 635. é possível observar ainda, de acordo com os dados apresentados na tabela 6, que a inativação microbiana foi afetada pelo ph mesmo sem a adição do apa, isto porque, existem faixas de tolerâncias de ph específicas, para o cultivo, crescimento e sobrevivência para cada grupo de microrganismos, sendo por exemplo, a faixa de ph ótimo de crescimento de e. coli situada entre 6,0 e 7,0 com faixa de tolerância entre 4,4 e 8,5. de acordo com os resultados obtidos constatou-se que embora a eficiência do apa tenha sido melhor em ph 5, a acidificação do esgoto em estudo não colaborou de forma significativa para a desinfecção com apa. nesse sentido, em situações de escala real, a desinfecção pode ser realizada no ph natural do esgoto e a acidificação só é indicada em casos de faixas de ph de esgoto acima de 9, o que não é comum de ser verificado em esgoto sanitário tratado. conclusões através dos estudos realizados neste trabalho observou-se que para os ensaios de desinfecção com apa o tempo de contato contribui para inativação de microrganismos e. coli e ct em dosagens até 5 mg/l. a eficiência de desinfecção do apa na inativação destes microrganismos não apresentou-se unicamente dependente da dosagem aplicada, uma vez que a diminuição dos sst do esgoto e as condições de ph ácido à neutro contribuíram para a eficiência deste desinfetante. no entanto, a não inativação total dos microrganismos mesmo com a remoção dos sst dá indícios de que partículas coloidais menores que 1,2 μm podem proteger os microrganismos. a presença do peróxido de hidrogênio na composição do apa não apresentou contribuição na sua eficiência desinfetante, excluindo a possibilidade de sinergismo entre os oxidantes nas proporções apresentadas pelo apa 15% comercial. de forma geral, percebe-se que a eficiência de desinfecção do apa em esgoto sanitário pode ser limitada pelas características físico-químicas do efluente, o que faz com que erroneamente dosagens excessivas de desinfetante sejam utilizadas sem reais contribuições, justificando a investigação e identificação destes interferentes. referências bibliográficas [1] p. c., singer, wat. sci. tech. 40 (9) (1999) 25. [2] e. veschetti, d. cutilli, l. bonadonna, eq5-af introduction the chemistry of vanadium is very prominent in both biological and industrial systems [1]. besides this, a new interest in the chemistry of vanadium has developed during the last decades [1,2]. this has arisen in part from antiviral, including antiaids activity of vanadates and their interaction with biological molecules like proteins [3,4]. vanadium also exhibits catalytic properties in an extensive variety of chemical reactions. these include the use of vanadium oxide as catalyst in the following: sulfur dioxide to the trioxide, the sulfonation of aromatic hydrocarbons or of pyridine, the reduction of olefines; the oxidation of hydroiodic acid by hydrogen peroxide, of sugar by nitric acid, of alcohol by air, of stannous salts by nitric acid, of cyclic organic compounds by hydrogen peroxide, of naphthalene by air, and the reduction of aromatic hydrocarbons by hydrogen [5]. a number of recent studies have shown that vanadium oxide catalyst is very promising in oxidative dehydrogenation of alkanes but its activity and selectivity depends on the manner in which the catalyst is pretreated [610]. the structure of the vanadia is a very important factor [8,10]. khodakov et al [11] have recently determined that the oxidative dehydrogenation rates of propane increase as the size of poly-vanadate domain increases. efforts aimed at relating the structures of the vanadium species to its catalytic activity and selectivity suggest that the catalytic performance depend on the type of structure, bond 31ecl. quím., são paulo, 31(2):31-38, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 electrometric studies on formation of cerium vanadates as a function of ph s. prasad*, v. d. leiteb, r. a.c. santanaa and e. a. medeirosa adepartment of chemical engineering, universidade federal de campina grande, cx. postal 10108, cep 58109-970 campina grande, pb. bdepartment of chemistry, universidade estadual da paraíba,cep 58104-485 campina grande, pb. * corrresponding author. e-mail: prasad@deq.ufcg.edu.br abstract: the precise nature of the reaction between nitric acid and sodium ortho-vanadate solutions has been studied by means of electrometric techniques involving potentiometric and conductometric titrations. the well defined inflections and breaks in the titration curves confirm the existence of the anions, pyro-v2o7 4-, meta-vo3 and poly-h2v10o28 4corresponding to the ratios of vo4 3-:h+ as 1:1, 1:2 and 1:2.6 in the neighborhood of ph 10.5, 7.4 and 3.6, respectively. the interaction of cerium(iii) nitrate with sodium vanadate solutions, at specific ph levels 12.4, 10.5, 7.4 and 3.6 was also studied by potentiometric and conductometric titrations between the reactants. the end-points obtained from the sharp inflections in the titration curves provide definite evidence for the formation and precipitation of cerium ortho-ce2o3.v2o5, pyro-2ce2o3.3v2o5 and meta-ce2o3.3v2o5 vanadates in the neighborhood of ph 7.4, 6.2 and 4.8, respectively. analytical investigations on the precipitates formed confirm the results of the electrometric study. keywords: vanadates; cerium vanadates; electrometry. length and distance between active and selective sites [2,12-15]. in highly alkaline solution, ph >14, vanadium(v) exists as a tetrahedral vo4 3anion [16]. on acidification the aqueous solutions turn from colorless to orange-yellow polymeric species. a survey of literature suggests the occurrence of a series of alkali metal vanadates having the ratio of na2o:v2o5 as 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:2.5, 1:3, 2:3, etc. in solution under different conditions [5,17]. the existence of so many polymeric species seems to be doubtful; moreover, there is a great variance in the results published by earlier workers which allows no satisfactory interpretation of the mechanism of the condensation process. a further verification of the vanadate system seems very desirable with a view to rationalizing the conflicting details of the previous workers by employing electrometric techniques, which have provided more conclusive evidences on such systems [18-20]. the knowledge on the formation of different species under different conditions will help in the explanation of the catalytic performance of vanadium and may be a key to understanding the catalytic mechanism. in an earlier publication the results of ph change by hcl on solution of na3vo4, and composition of nickel vanadates have been reported [21]. the results obtained on ph change of na3vo4 by hno3, and on formation of different vanadates of cerium(iii) are presented here. experimental v2o5, naoh, ce(no3)3, hno3 and ethanol of extra-pure grade were used and their solutions were prepared with deionized distilled water. the solution of sodium ortho-vanadate na3vo4 was prepared by digesting one mole of v2o5 in boiling solution of naoh containing six moles of it. ph measurements were carried out on metrohm herisau ph-meter using scott gerate glass combination electrode. conductance values were recorded by employing a metrohm conductometer. a series of ph and conductometric titrations was carried out between sodium ortho-vanadate in concentrations ≥ 10-4mol l-1 and nitric acid using same concentration of the reactants in each technique. all observations were taken at the state of chemical equilibrium. for attaining the equilibrium state the titrations were performed by heating the solution after each addition of titrant and cooling to 25oc before taking observations. all care was taken for maintaining concentration of the solution contents unaltered during the heating operation. the achievement of constant values of ph and conductance required about 30 seconds boiling after each addition of the titrant for the formation of pyro-vanadate, whereas the time needed for attaining the state of chemical equilibrium for the formation of metaand poly-vanadate was 1 minute and 2.5 minutes, respectively. the curves were plotted between ph and corrected conductance versus volume of acid used. cerium(iii) vanadates the formation of cerium vanadates was investigated by the action of cerium(iii) nitrate with different vanadate anions at specific ph levels 12.4, 10.5, 7.4 and 3.6 using different concentrations of the reactants. for this purpose, the variations of ph of na3vo4 solutions were obtained by progressive additions of determined quantities of nitric acid. a series of ph and conductometric titrations was performed by direct and reverse methods, i.e. when cerium nitrate solution from the microburette was added to sodium vanadate solution and vice-versa. 25 ml of ethanolic solution (20%) was taken in the cell, which was thermostated at 25± 0.1oc. the precipitates obtained at the end-points of titrations between cerium nitrate and sodium vanadates were also analyzed to substantiate the electrometric results. the different cerium vanadates were prepared by mixing stoichiometric amounts of cerium nitrate solution with the respective sodium vanadate solutions. the precipitates obtained were washed several times with 20% ethanolic solution and dried in a vacuum desiccator for 40 h. a known amount (ca 2 g) of each of the above precipitates was dissolved in a minimum quantity of nitric acid and then analyzed quantitatively for cerium by ferrous ammonium sulfate [22a] and vanadium as silver vanadate [22b]. from the proportions of cerium and vanadium in the compounds thus obtained their composition was established. 32 ecl. quím., são paulo, 31(2): 31-38, 2006 results and discussion in an earlier publication [21] prasad et al. have shown that the addition of hcl to na3vo4 solutions at room temperature causes the formation of various poly-anions of uncertain compositions, but when the solutions were heated after each addition of titrant the three different vanadates viz. pyro (na4v2o7), meta (navo3) and poly (na4h2v10o28) are formed in the neighborhood of ph 10.5, 7.4 and 3.6, respectively. in the present study related to the formation of different cerium(iii) vanadates as a function of ph, by the interaction of cerium(iii) nitrate with alkali vanadates at specific ph levels, the use of hno3 for ph variation was considered more appropriate because it involves the same cation (nitrate) as present in cerium nitrate. hence it was considered of interest to ascertain whether similar alkali vanadate species are formed by the action of hno3 with na3vo4 solutions. a series of glass electrode and conductometric titrations of na3vo4 solution with hno3 were therefore performed. a typical titration curve between ph observed and volume of the acid added is demonstrated in fig 1 (curve 1). the three inflections in the titration curve at the molar ratios of h+:vo4 3as 1, 2 and 2.6 corresponding to the stoichiometry for the formation of pyro-v2o7, meta-vo3 and polyh2v10o28 4anions confirm the formation of the same three vanadate species as obtained by our previous study with hcl [21]. the conductometric titrations between the acid and na3vo4 also confirm the formation of the same species (fig. 1, curve 2). the stiochiometry obtained by this electrometric study did not correspond to confirm the existence of v6o16 2as reported by sen gupta [23] and russel and salmon [24], and of v3o8 -, v5o14 3-, v10o28 6and hv10o28 5as reported by bystrom and evans [25] and naumann and hallada [26]. the stepwise condensation of orthovanadate to poly-vanadate can be represented by the following set of equations: 2vo4 3+ 2h+ = v2o7 4+ h2o (1) v2o7 4+ 2h+ = 2vo3 + h2o (2) 0vo3 + 6h+ = h2v10o28 4+ 2h2o (3) 33ecl. quím., são paulo, 31(2):31-38, 2006 figure 1. ph (1) and conductometric (2) titrations. 25 ml of m/50 na3vo4 titrated with m/5 hno3. the above studies show that the addition of acid to sodium ortho-vanadate under suitable conditions causes the formation of three different sodium vanadates containing the anions pyrov2o7 4-, meta-vo3 and poly-h2v10o28 4-. therefore it was considered of interest to ascertain whether similar salts of heavy metals may be precipitated as a result of double decomposition. the reactions of ce(iii) with alkali vanadates have therefore been studied by means of potentiometric and conductometric titrations. a solution of sodium ortho-vanadate was prepared by digesting one mole of v2o5 in boiling solution of naoh containing six moles of it. the solutions of sodium pyro-, metaand poly-vanadates were prepared by adding one, two and 2.6 moles of hno3 to one mole of na3vo4 at 100oc. 6naoh + v2o5 = 2na3vo4 + 3h2o (4) 2hno3 + 2na3vo4 = na4v2o7 + 2nano3 + h2o (5) 2hno3 + na3vo4 = navo3 + 2nano3 + h2o (6) 26hno3 + 10na3vo4 = na4h2v10o28 + 26nano3 + 12h2o (7) formation of cerium(iii) vanadates a series of direct and reverse electrometric titrations between the solutions of cerium(iii) nitrate (ph 3.5) and different sodium vanadates at specific ph levels 12.4, 10.5, 7.4 and 3.6 were realized and the results obtained from the stoichiometric end-points are summarized in table 1. only three figures illustrating the formation of cerium ortho-vanadate (fig. 2) ), pyro-vanadate 34 ecl. quím., são paulo, 31(2): 31-38, 2006 table 1. summary of results of electrometric study on formation of cerium vanadates. volume of titre solution taken in the cell = 25 ml molarity of solutions equivalence points (ml) formula supported calculated observed from ph conductance ce(no3)3 na3vo4 direct ortho-vanadate titrations (fig. 2) ce2o3.v2o5 m/10 m/125 2.00 2.00 2.00 m/40 m/450 2.22 2.22 2.20 m/100 m/1100 2.27 2.25 2.25 reverse ortho-vanadate titrations ce2o3.v2o5 m/125 m/10 2.00 2.00 2.00 m/450 m/40 2.22 2.22 2.20 m/1100 m/100 2.27 2.25 2.25 ce(no3)3 na4v2o7 direct pyro-vanadate titrations (fig. 3) 2ce2o3.3v2o5 m/10 m/150 2.22 2.20 2.20 m/40 m/550 2.42 2.40 2.42 m/100 m/1600 2.08 2.08 2.05 reverse pyro-vanadate titrations 2ce2o3.3v2o5 m/80 m/10 2.34 2.35 2.35 m/450 m/50 2.08 2.10 2.10 m/1750 m/200 2.14 2.15 2.16 ce(no3)3 navo3 direct meta-vanadate titrations (fig. 4) ce2o3.3v2o5 m/10 m/40 2.08 2.08 2.10 m/40 m/150 2.22 2.20 2.20 m/100 m/350 2.38 2.40 2.40 reverse meta-vanadate titrations ce2o3.3v2o5 m/350 m/10 2.14 2.14 2.15 m/1000 m/30 2.25 2.25 2.30 m/1850 m/60 2.43 2.45 2.45 35ecl. quím., são paulo, 31(2):31-38, 2006 figure 2. cerium ortho-vanadate titrations. 25 ml of m/125 na3vo4 titrated with m/10 ce(no3)3. figure 3. cerium pyro-vanadate titrations. 25 ml of m/150 na4v2o7 titrated with m/10 ce(no3)3. figure 4. cerium meta-vanadate titrations. 25 ml of m/40 navo3 titrated with m/10 ce(no3)3. (fig. 3) and meta-vanadate (fig. 4) by direct titrations have been given for the sake of brevity. the precipitates obtained at the end-points of the electrometric titrations between cerium nitrate and sodium vanadates were also analyzed to substantiate the electrometric results. the analytical results are presented in table 2. cerium ortho-vanadate using different concentrations of cerium(iii) nitrate (ph 3.5) and na3vo4 (ph 12.4) a series of ph titrations was carried out. fig. 2 (curve 1) shows the changes occurring in h+ ion concentration when the solution of na3vo4 was titrated with cerium nitrate solution. it may be noted that the first addition of acidic cerium nitrate solution to the alkaline vanadate results in gradual decrease in ph to about 11.0. further addition of the titrant brings about steep fall in ph value at a point where the molar ratio of ce3+:vo4 3is 1:1 (see table 1), corresponding to the stoichiometry for the precipitation of cerium ortho-vanadate ce2o3.v2o5 in the vicinity of ph 7.4. the reaction can be represented as follows: 2ce(no3)3 + 2na3vo4 = ce2o3.v2o5 + 6nano3 (8) in the case of conductometric titrations of the solution of na3vo4 with cerium nitrate (fig. 2, curve 2) the conductance value decreases gradually in the beginning of the titration (due to removal of the vo4 3ions in the form of a precipitate), but after completion of the reaction, conductance starts rising with the increase in ionic concentration at the ratio ce3+:vo4 3as 1:1, which coincides with the stoichiometry indicated by the ph study. cerium pyro-vanadate fig. 3 (curve 1) illustrates the changes occurring when cerium nitrate solution (ph 3.5) was added from the microburette to the solution of sodium pyro-vanadate (ph 10.5). the titration curve shows a well-defined inflection at the equivalence point, where the molar ratio ce3+:v2o7 4is 4:3, corresponding to the stoichiometry for the formation of cerium pyrovanadate 2ce2o3.3v2o5, in the neighborhood of ph 6.2. the reaction can be represented by the following equation: 4ce(no3)3 + 3na4v2o7 = (2ce2o3.3v2o5) + 12nano3 (9) employing similar concentrations of the reactants a series of conductometric titrations between the solution of cerium nitrate and sodium pyro-vanadate was carried out. well-defined breaks in the titration curves (fig. 3, curve 2) were obtained at 4:3 molar ratio of ce3+:v2o7 4-, which confirm the formation of the identical compound, cerium pyrovanadate 2ce2o3.3v2o5. in these titrations, when cerium nitrate solution was added from the microburette to sodium pyro-vanadate solution in the titration cell, a gradual increase in conductance value was observed until the stoichiometric endpoint, after which the conductance increased sharply with the increase in ionic concentration. cerium meta-vanadate using different concentrations of cerium nitrate (ph 3.5) and sodium meta-vanadate (ph 7.4) a series of ph and conductometric titrations (fig. 4) was carried out. the breaks and inflections in the titration curves at the stoichiometric end-point corresponding to the molar ratio ce3+:vo3 as 1:3, suggest the formation of cerium meta-vanadate ce2o3.3v2o5 in the neighborhood of ph 4.8, according to the equation: 2ce(no3)3 + 6navo3 = ce2o3.3v2o5 + 6nano3 (10) similar studies using the different sodium vanadate solutions as titrant (reverse titrations) was also realized (table 1). the breaks and inflections in titration curves confirmed the results obtained by the direct titrations. as the curves were normal in shape and nature the figures of these titrations are not presented for the sake of brevity. the reaction between cerium nitrate and sodium poly-vanadate na4h2v10o28 (ph 3.6) was also studied, but the curves did not exhibit any appreciable break or inflection at the stoichiometric end-point. this may be ascribed to too small difference in the ph values of the reactants for getting inflection in the potentiometric 36 ecl. quím., são paulo, 31(2): 31-38, 2006 table 2. summary of analytical results of the precipitates of cerium vanadates proposed formula mode of analysis analysis %: found (calculated) of the compound ce v analysis of cerium ortho-vanadate precipitates ce2o3.v2o5 directa 54.89(54.94) 20.01(19.97) reverseb 54.97 19.94 analysis of cerium pyro-vanadate precipitates 2ce2o3.3v2o5 direct 46.58(46.62) 25.45(25.43) reverse 46.67 25.40 analysis of cerium meta-vanadate precipitates ce2o3.3v2o5 direct 32.02(32.07) 35.04(34.98) reverse 32.11 34.95 a cerium nitrate solution added to sodium ortho-vanadate solution. bsodiun ortho-vanadate solution added to cerium nitrate solution. 37ecl. quím., são paulo, 31(2):31-38, 2006 titration curves and the presence of nano3 in appreciable amount in poly-vanadate solution (see eqn. 7) for preventing occurrence of breaks in the conductometric titration curves. the precipitates obtained at the end-points of the titrations of cerium nitrate with sodium vanadates were analyzed by classical methods. cerium was determined volumetrically by ferrous ammonium sulfate and vanadium gravimetrically as silver vanadate, and oxygen was calculated from the difference in the percentage. from the proportions of cerium, vanadium and oxygen in the compounds thus obtained, their compositions were established, which were found to be the same as obtained by the electrometric study (table 2). it was noted that the presence of ethanol in cerium vanadate titrations slightly improves the end-points and gives better results as it decreases solubility of the precipitates formed and minimizes hydrolysis and adsorption. 20% ethanolic medium was therefore employed for the entire course of the study. a thorough stirring in the vicinity of the end-point had a favorable effect. as the structure of these compounds is not known these are represented as double oxides, the manner, which is usually adopted for such, compounds [27,28]. conclusions the results of the electrometric investigations on the system nitric acid and sodium orthovanadate, at the specific concentration level of ≥ 10-4m, suggest the formation of para-v2o7, metavo3 and poly-h2v10o28 4vanadate anions in the neighborhood of ph 10.5, 7.4 and 3.6, respectively. the results obtained by this study are similar to those obtained by using hydrochloric acid [21]. the electrometric and analytical investigations on the interaction of cerium(iii) nitrate with sodium vanadate at specific ph levels 12.4, 10.5 and 7.4 provide cogent evidence for the formation and precipitation of cerium ortho-ce2o3.v2o5, pyro2ce2o3.3v2o5 and meta-ce2o3.3v2o5 vanadates in the vicinity of ph 7.4, 6.2 and 4.8, respectively. the composition of heavy metal vanadates can thus be represented by the general formula nm2o3.3v2o5 for a trivalent metal and the proportion of the metal oxide in the vanadate obtained decreases with the ph of the medium. therefore by controlling the ph of the medium one can control the composition of the vanadate. acknowledgement the authors wish to express their sincere thanks to the cnpq, brasília, for financial assistance. recebido em: 01/02/2006 aceito em: 05/05/2006 references [1] d. hou, new chemistry of polyvanadates in non-aqueous and aqueous media, emory univ. atlanta, ga, aval. univ. microfilms int., order no. da9505696, 1994, p. 229. 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inflexções nítidas nas curvas de titulações forceram evidências incontestáveis sobre a formação e precipitação de vanadatos orto-ce2o3.v2o5, piro-2ce2o3.3v2o5 e meta-ce2o3.3v2o5 de cério nas proximidades dos valores de ph 7,4; 6,2 e 4,8, respectivamente. investigações analíticas sobre os precipitados formados confirmam os resultados do estudo eletrométrico. palavras-chave: vanadatos; vanadatos de cério; eletrometria. eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 45 artigo/article development and validation of spectrophotometric method for the determination of dpp-4 inhibitor, sitagliptin, in its pharmaceutical preparations c. bala sekaran1*, a. prameela rani2 1 department of biotechnology, j. k. c. college, guntur, india. 2 department of pharmaceutics, k.v.s.r. siddhartha college of pharmaceutical sciences, vijayawada, india. * corresponding author: c. bala sekaran, 20-3/2-5, ii floor, ramalayam street, ayodhya nagar, vijayawada – 520 003. andhra pradesh. e-mail: balumphil@gmail.com call: 91-866-2538492 abstract: a simple, sensitive and reproducible spectrophotometric method was developed for the determination of sitagliptin phosphate in bulk and in pharmaceutical formulations. the proposed method is based on condensation of the primary amino group of sitagliptin phosphate with acetyl acetone and formaldehyde producing a yellow colored product, which is measured spectrophotometrically at 430nm. the color was stable for about 1 hour. beer’s law is obeyed over a concentration range of 5-25 μg/ml. the apparent molar absorptivity and sandell sensitivity values are 1.067 x 104 lmol-1cm-1 and 0.0471 μgcm-2 respectively. all the variables were studied to optimize the reaction conditions. no interference was observed in the presence of common pharmaceutical excipients. the validity of the method was tested by analyzing sitagliptin phosphate in its pharmaceutical preparations. good recoveries were obtained. the developed method was successfully employed for the determination of sitagliptin phosphate in various pharmaceutical preparations. keywords: sitagliptin phosphate, acetyl acetone, beer’s law, sandell’s sensitivity. introduction sitagliptin phosphate(stp)(1-4) is 1,2,4-triazolo[4,3-a]pyrazine,7-[(3r)-3-amino-1-oxo-4-(2,4,5-trifluorophenyl)butyl]-5,6,7,8-tetrahydro-3-(trifl uoromethyl)-, phosphate, whose structure is given in the fig. 1. it is used in the treatment of diabetes. it is an oral antihyperglycemic (anti-diabetic) drug of the dipeptidyl peptidase-4 (dpp-4) inhibitor class. literature survey reveals that only lc-ms (5-8) methods were reported for the determination of sitagliptin phosphate in plasma and urine of humans, rats and dogs. so far, no assay procedure has been reported for the determination of this drug in its pharmaceutical formulations. among the various methods available for the determination of drugs, spectrophotometry continues to be very popular, because of their simplicity, specifi city and low cost. this study presents new spectrophotometric method for the determination of sitagliptin phosphate in bulk and pharmaceutical formulations. the developed method is based on the reaction of sitagliptin phosphate with acetyl acetone and formaldehyde producing hantzsch product. ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 201046 ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 2010 47 artigo article artigo article fig 1. sitagliptin phosphate experimental apparatus • spectral and absorbance measurements were carried out by using systronics uv – visible double beam spectrophotometer model 2201. • systronics digital ph meter was used to adjust and determine the hydrogen ion concentration (ph) of the buffer solution. materials and reagents: all the chemicals used were of analytical grade. all the solutions were freshly prepared in distilled water. • acetylacetone: 8.4% v/v solution was freshly prepared by mixing 2.1 ml of acetyl acetone with 10 ml of acetate buffer (ph 5) and diluted to 25 ml with distilled water. • formaldehyde (34 40%): twenty percent solution was prepared by mixing 5 ml of formaldehyde with 10ml of acetate buffer (ph 5) and diluted to 25 ml with distilled water. • acetate buffer (ph 5): prepared by dissolving 13.6 g of sodium acetate and 6 ml of glacial acetic acid in suffi cient water to produce 1000 ml. • pharmaceutical grade sitagliptin phosphate, certifi ed to be 99.8% pure was procured from local pharmaceutical industry and was used as received. • januvia 100mg, 50mg and 25mg (labeled to contain 100mg, 50mg and 25mg of sitagliptin phosphate per tablet) were obtained from the local pharmacy. standard drug solution stock solution of stp (1 mg/ml) was prepared by dissolving 100 mg of stp in distilled water and making the volume to 100 ml in a standard volumetric fl ask. working solution of lower concentration (100 μg/ml) was prepared by further dilution of the above standard stock solution with water. general procedure for the determination of sitagliptin phosphate different aliquots of working standard solutions containing 50-250μg of stp was transferred into a series of serially numbered 10ml volumetric fl asks. to each fl ask 1 ml of 8.4% v/v acetyl acetone solution and 0.5 ml of 20% formaldehyde reagents were added. the fl asks were stoppered, contents were mixed well. the mixture was heated for 5 min, cooled and diluted to 10 ml with distilled water. the absorbance of the yellow color solution was measured at 430 nm using the experiment as a blank. the amount of sitagliptin phosphate present in the sample was computed from the corresponding calibration curve. the calibration graph was prepared was prepared by plotting absorbance versus concentration of drug and the concentration of the unknown was read from the calibration graph or computed from the regression equation derived from the beer’s law data. the calibration graph was then prepared by plotting the absorbance versus concentration of the drug assay procedure for pharmaceutical tablets for the analysis of stp, three brands of commercially available tablets (20) were weighed and ground into a fi ne powder. an accurately weighed portion of the powder equivalent to 100mg of sitagliptin phosphate was transferred in to a 100ml beaker containing small volume of water and the solution was shaken thoroughly for 10-15 minutes and fi ltered through a whatman fi lter paper no.1 to remove the insoluble matter. the fi lter paper was washed with water and the washings were added to the fi ltrate, the fi nal volume (100ml) was made with water. a suitable aliquot of this solution in the working range of sitagliptin phosphate was treated as per procedure described in the above determination of pure sitagliptin phosphate. the nominal content of stp in the tablets was calculated either from a previously plotted calibration graph or using the regression equation results and discussion determination of absorption maxima (λmax): to determine the λmax 10 μg/ml of the stp was added to 10 ml volumetric fl ask. then 1 ml of 8.4% v/v acetyl acetone solution and 0.5 ml of 20% formaldehyde reagents were added. the contents were mixed well. the mixture was heated for 5 min, cooled and diluted to 10 ml with distilled water. the absorbance was measured against reagent blank in the range of 400-700 nm. λmax for stp was found to be 430 nm. absorption spectrum of the proposed method was shown in fig. 2. under the experimental conditions each reagent blank showed a negligible absorbance at the corresponding λmax. fig 2. tentative reaction scheme for the formation of hantzch product chemistry of the colored species hantzsch reaction is a known condensation reaction that was reported in the literatures as a useful pathway for pyrrole and pyridine synthesis (9). in the same manner, acetylacetone together with formaldehyde react with aliphatic amines by hantzsch reaction forming a yellow product that can be measured spectrophotometrically or spectrofl uorimetrically. this reaction was applied for the determination of certain sulpha-drug (10), kanamycin (11), lisinopril (12) and gabapentin and cefprozil (13). the proposed method for determination of stp (primary amine compound) was based on hantzsch condensation reaction using acetylacetone as β -diketone and formaldehyde as an aldehyde to form a colored condensation product. the formed yellow color showed maximum absorption at 430 nm (fig. 3). the probable reaction mechanism was based on the reported method (14) is given in fig.2 ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 201048 ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 2010 49 artigo article artigo article fig 3. absorption spectra of the hantzch product 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 wave length (nm) ab so rb an ce investigation of assay parameters optimum reagent concentrations required for the formation of sensitive and quantitative colored products were determined by varying one reagent concentration and fi xing the concentrations of other reagents and its effect on absorbance was measured at 430nm. effect of heating time: to study the effect of heating time for the development of maximum color, the contents of the mixture were heated for up to 30 min at 100 ± 1°c. the intensity of the color developed was measured at room temperature (25 ± 1°c) after dilution to 10.0ml with double distilled water. it is apparent from this investigation that the maximum intensity of color was obtained after 5 min of heating and remained constant up to 30 min. therefore, the optimum heating time was fi xed at 5 min. effect of reagent concentration: the effect of acetyl acetone and formaldehyde concentration on the absorbance was studied; volumes from 0.5-2.5ml of 8.4% acetyl acetone solutions and 0.1 to 1.0ml of 20% formaldehyde solutions were examined. the investigations showed that 1ml of acetyl acetone and 0.5ml of formaldehyde gave maximum absorbance. so the same volumes of both the reagents were chosen for the procedure. effect of ph: different acetate buffers with ph range of 3.0 7.0 were tried and ph 5 was the ph of choice for the proposed method. effect of solvents: different diluting solvents were used, such as water, ethanol, methanol, acetonitrile and acetone. best color intensities were obtained using the fi rst three solvents; water was used, being the most available solvent. interference studies to study the potential interference from the commonly used excipients and other additives such as glucose, lactose, starch, sodium starch glycolate, cellulose, magnesium stearate and ascorbic acid, recovery studies were carried out. under the experimental conditions employed, to a known amount of drug (sitagliptin phosphate 25 μg/ml), excipients in different concentrations were added and analyzed. results of the recovery analysis are presented in table 1. excipients at the concentrations shown in table 1 do not interfere with the assay. in addition recoveries in most cases were around 100% and the lower relative standard deviation (rsd) values indicate the good precision of the proposed method. table 1. determination of stp in the presence of excipients s.no. excipients amount taken (25 μg/ml) recovery (%) rsd (%) (n = 5) 1 cellulose 300 99.8 0.26 2 glucose 50 99.6 0.15 3 lactose 300 99.4 0.36 4 starch 200 100.2 0.42 5 sodium starch glycolate 100 99.8 0.28 6 magnesium stearate 50 99.5 0.37 7 ascorbic acid 50 100.1 0.46 validation of the method: detection and quantifi cation limits: according to the analytical methods committee(15) the detection limit (lod) is the concentration of drug corresponding to a signal equal to the blank mean (yb) plus three times the standard deviation of the blank (sb). quantifi cation limit (loq) is the concentration of drug corresponding to the blank mean plus ten times the standard deviation of the blank. the lod and loq values for stp were found to be 1.947 and 5.90 μg /ml respectively. quantifi cation: the optical characteristics such as beer’s law limits (fig: 4), sandell’s sensitivity and molar absorptivity were calculated for the proposed method and the results are summarized in table 2. regression analysis of the beer’s law plot at their λmax revealed a good correlation. graphs of absorbance versus concentration showed zero intercept and are described by the regression equation y = bx + a (where y is the absorbance, b is the slope, x is the concentration of drug in μg /ml and a is the intercept) obtained by least squares method. the results were summarized in table 2. ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 201050 ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 2010 51 artigo article artigo article fig 4. linearity of absorbance to concentration of hantzch product 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 5 10 15 20 25 30 concentration (μg/ml) ab so rb an ce a t 4 30 nm table 2. optical and regression characteristics, precision and accuracy of the proposed method parameters method b λ max (nm) 430 beer’s law limit (μg/ ml) 5 25 sandell’s sensitivity (μg/cm2/0.001 abs. unit) 0.0471 molar absorptivity(litre.mole-1.cm-1) 1.067 x 104 stability of color (hours) 1 regression equation (y)* intercept (c) 0.0106 slope(b) 0.0020 correlation coeffi cient 0.9998 % relative standard deviation** 1.13 % range of errors 0.05% level 0.951 0.01% level 1.397 limit of detection (μg/ ml) 1.947 limit of quantifi cation (μg/ ml) 5.90 * y= c + bx, where y is the absorbance and x is the concentration of sitagliptin phosphate in μg/ml ** average of six determinants accuracy precision and recovery studies: the accuracy and precision of the proposed method was evaluated by performing fi ve replicate determinations of stp in pure form at three different concentrations (5, 10 and 15 μg/ml) by short term (intra day) and daily (inter day) precisions (table 3). the standard analytical errors, relative standard deviations (rsd) and recoveries obtained in the intra day and inter day analysis for the proposed method was found to be acceptable. thus the proposed method is effective for the determination of stp. table 3. evaluation of the accuracy and precision of the proposed method by intra day and inter day assay concentration of sitagliptin phosphate(μg/ml) observed concentration of stp (μg/ml) intra-day inter-day mean* error (%) rsd (%) recovery (%) mean* error (%) rsd (%) recovery (%) 5 4.97 0.60 0.56 99.40 5.02 0.40 0.48 100.4 10 10.10 1.00 0.39 101.00 9.98 0.20 0.19 99.80 15 15.06 0.40 0.43 100.40 14.97 0.20 0.73 99.80 * for fi ve determinants the accuracy of the proposed method was further checked by performing recovery experiments through standard addition technique. for this purpose, a known amount of pure stp was added to pre-analyzed dosage forms and then determined by the recommended procedure. the results (table 4) shown that the mean recovery and relative standard deviation (rsd) were in the range of 99.94–100.12 and 0.26–0.54% indicating the reproducibility of the method. no interference from the common excipients was observed. table 4. determination of stp in pharmaceutical formulations by standard addition technique amount of drug added(μg) theoretical amount(μg) mean amount (μg) recovered(n=5) mean % of recovery(n=5) rsd (%) 50 50 100.12 100.12 0.26 100 100 199.89 99.94 0.54 analysis of pharmaceutical preparations the proposed methods were applied to the analysis of stp in pharmaceutical dosage forms and the results were statistically compared with uv method by calculating the student’s tand f-values. the evaluated tand f-values were less than the tabulated values at the 95% confi dence level for eight degrees of freedom (16), as revealed by the results complied in table 5. this actually suggests that the proposed methods are accurate and precise as the uv method. ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 201052 ecl. quím., são paulo, 35 3: 45 53, 2010 53 artigo article artigo article table 5. results of analysis of tablet formulations containing stp formulations labeled amount(mg) % found** ± s.d reference method* proposed method t-test f-test tablet i 100 99.83 ± 0.24 99.94 2.01 5.01 tablet ii 50 100.16 ± 0.56 98.82 1.58 4.25 tablet iii 25 99.83±0.24 99.93 1.56 3.45 ** recovery amount was the average of fi ve determinants * uv method developed in the laboratory tabulated t-value at 95% confi dence level is 2.306 tabulated f-value at 95% confi dence level is 6.39 conclusions the proposed method was quite simple and do not require any pretreatment of the drug and tedious extraction procedure. the methods have wider linear range with good accuracy and precision. hence, the data presented in the manuscript “development and validation of a spectrophotometric method for the determination of a dpp-4 inhibitor, sitagliptin, in its pharmaceutical preparations” demonstrate that the proposed method was accurate, precise, linear, selective and offer advantages of reagent availability and stability, less time consumption and high sensitivity. thus it can be extended for routine analysis of stp in pharmaceutical industries, hospitals and research laboratories. unlike the lc/ms procedure and high performance liquid chromatography procedures, the uv-visible spectrophotometer instrument is simple and not of high cost, on the other hand in terms of simplicity and expense, the method could be considered superior in comparison with the previously reported methods. moreover the methods are free from interferences by common additives and excipients. acknowledgements the authors are grateful to the management of j.k.c college, guntur and management of siddhartha academy, vijayawada for their continuous support and encouragement for providing the necessary facilities. references [1] g. herman, c. stevens, k. van dyck, a. bergman, yi b, m. de smet, k. snyder, d. hilliard, m. tanen, w. tanaka, a. wang, w. zeng, d. musson, g. winchell, m. davies, s. ramael, k. gottesdiener and j. wagner, clinical pharmacology and 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solvation; partition coefficient; octanol; solution thermodynamics. transfer of drug compounds can be studied by measuring the partition coefficient and/or solubility as a function of temperature. such data can be used for the prediction of absorption, membrane permeability, and in vivo drug distribution [3]. semi-polar solvents have been found to yield better correlations with partitioning of solutes obtained in model membranes compared to non-polar solvents such as cyclohexane (ch), which interacts only by non-specific forces (london interactions). in particular, octanol (roh) has been found to be a useful solvent as the reference for extrathermodynamic studies in a variety of systems [4]. as a contribution to systematization of physicochemical information about anti-inflammaeq04-af 11/12/08 13:05 page 33 tory drugs’ transfer properties, the main goal of this study was to analyze the solvation and dilution behavior of acn, acp, and pnc in the octanol/water (roh/w) system by employing a thermodynamic approach based on solubility [5], partitioning [6, 7] and sublimation processes [2]. from the obtained values of the corresponding thermodynamic quantities for drug’s transfer processes, an interpretation based on solute-solvent and solvent-solvent interactions was developed. theoretical the partition coefficient expressed in molality ( ), for any solute between organic and aqueous phases is calculated by means of: (1) where, ww and wo are the masses (usually in g) of aqueous and organic phases, respectively, and c1 and c2 are the aqueous concentrations of solute (usually in µg ml–1) before and after the transfer of the solute from the aqueous phase to the organic medium, respectively [3]. the rational partition coefficients ( , in mole fraction) are calculated from values as: (2) where, mo and mw are the molar masses of the organic and aqueous phases, respectively [8]. the standard change for gibbs free energy of transfer of a solute from an aqueous phase to an organic medium is calculated as follows: (3) on the other hand, the enthalpy change for the transfer may be obtained indirectly by means of the analysis of the temperature-dependence for partitioning by using the van’t hoff method. this procedure permits to obtain the standard enthalpy change ( ) from: (4) therefore, is determined from the slope of a weighted linear plot of as a function of 1/t. the standard entropy change of transfer is obtained by means of: 34 ecl. quím., são paulo, 33(4): 33-40, 2008 (5) the thermodynamic functions and represent the standard changes in enthalpy and entropy, respectively, when one mole of drug is transferred from the aqueous medium to the organic system at infinite dilution expressed in the mole fraction scale [3]. on the other hand, for the solution process of drugs some equations similar to 3, 4 and 5 have been used for calculating the respective thermodynamic functions. in this case, drug solubility expressed in mole fraction (x2) is used instead of [5]. results and discussion all the experimental values of solubility, partitioning and sublimation for the evaluated drugs have been taken from the literature [2, 5-7]. the molecular structure and some physicochemical properties of the drugs are summarized in table 1 [2, 9]. the solubility in water and the roh/w partitioning was determined at ph 7.4 (resembling the blood physiological value). at this ph value the three compounds are present mainly in their molecular form without dissociation and therefore they have their lowest aqueous solubility and highest partitioning. table 1. some physicochemical properties of the drugs studied. drug molecular m / ∆hfus / tfus / k (b) structure (a) g mol–1 (a) kj mol–1 (b) acn 135.16 21.2 (0.5) 386.1 (0.2) acp 151.16 27.1 (0.2) 443.6 (0.5) pnc 179.21 31.3 407.2 (a) from budavari et al. [9]; (b) from perlovich et al. [2]. eq04-af 11/12/08 13:05 page 34 thermodynamics of solution and solvation at saturation table 2 summarizes the thermodynamic functions relative to solution processes in octanol-saturated water (w(roh)) and in watersaturated octanol (roh(w)) taken from ref. [5]. 35ecl. quím., são paulo, 33(4): 33-40, 2008 the solution process may be represented by the following hypothetic stages [10]: solute(solid) → solute(vapor) → solute(solution) where, the respective partial processes toward the solution are solute sublimation and solvation, which permits to calculate the partial thermodynamic contributions to solution process by means of equations 6 and 7, respectively, while the gibbs free energy of solvation is calculated by means of eq. 8: (6) (7) (8) the values presented in table 3, which are required for calculate the solvation quantities, were taken from perlovich et al. [2], and therefore, the function was calculated from values presented in table 2. in table 4 the thermodynamic functions of solvation are presented, while on the other table 2. thermodynamic quantities for drugs solution processes in the aqueous and organic media at 25.0 °c (a). drug solvent kj mol–1 kj mol–1 kj mol–1 kj mol–1 acn w(roh) 17.84 (0.01) 30.9 (1.7) 43.9 (2.4) 13.1 (0.7) roh(w) 5.15 (0.03) 14.8 (0.4) 32.4 (1.0) 9.7 (0.3) acp w(roh) 15.74 (0.01) 26.9 (1.0) 37.6 (1.4) 11.2 (0.4) roh(w) 8.97 (0.07) 11.4 (0.9) 8.0 (0.6) 2.4 (0.2) pnc w(roh) 22.79 (0.04) 22.5 (1.5) –1.0 (0.1) –0.30 (0.03) roh(w) 9.76 (0.06) 44 (4) 114 (10) 34.0 (3.0) (a) from baena et al. [5]. table 3. thermodynamic quantities for drugs sublimation processes at 25.0 °c (a). drug kj mol–1 kj mol–1 j mol–1 k–1 kj mol–1 acn 40.5 99.8 (0.8) 197 (2) 58.7 (0.6) acp 60.0 117.9 (0.7) 190 (2) 56.6 (0.6) pnc 52.3 121.8 (0.7) 226 (2) 67.4 (0.6) (a) from perlovich et al. [2]. hand, with the aim to compare the relative contributions by enthalpy (%ζh) and entropy (%ζts) toward the solvation process, the equations 9 and 10 were employed. (9) (10) from the values of %ζh and %ζts presented in table 4 it follows that the main contributing force to standard free energy of the solvation process of these drugs in both solvents is the enthalpy, especially for pnc in roh(w) (%ζh is 70 %). because not only the main driving force of solvation process of drug compounds is important, but also the balance between specific and non-specific solute-solvent interactions as well, therefore parameters which describe the relative ratio of specific and non-specific solutesolvent interaction in terms of enthalpies (%εh) eq04-af 11/12/08 13:05 page 35 36 ecl. quím., são paulo, 33(4): 33-40, 2008 both the %εh and %εs values for the drugs’ solvation are also presented in table 4. these values indicate that during solution of these drugs in all mixtures studied, the specific solute-solvent interactions (hydrogen bonding, mainly) effectively affect the entropic term of free energy with respect to non-specific interactions, especially for pnc in water, although it is also significant for acp in roh(w) and acn in both solvents. with regard to the enthalpic term the specific solute-solvent interactions predominate for pnc in water and for acn in both solvents (%εh > 100 %). thermodynamics of transfer according to partitioning table 6 summarizes the thermodynamic functions relative to transfer processes of the drugs from aqueous medium up to octanol phase taken from baena et al. [6, 7]. the values for acp [7] presented in the molarity scale were converted into the mole fraction scale according to procedures previously described [3]. and in terms of entropies (%εs), were used according to the following definitions introduced by perlovich et al. [11]: (11) (12) where, cyclohexane was chosen as an “inert” solvent, which interacts with drug molecules solely by nonspecific interactions (dispersion forces), while the water and roh(w) interact with these drugs by specific interactions such as hydrogen bonding. solution thermodynamics data for the drugs in ch presented in table 5 were taken from baena et al. [5]. table 4. thermodynamic quantities for drugs solvation processes in the aqueous and organic media at 25.0 °c obtained by considering the solubility behavior. drug solvent %ζh %ζts %εh %εs kj mol–1 kj mol–1 j mol–1 k–1 kj mol–1 acn w(roh) –22.7 –68.9 (1.9) –153 (3) –45.6 (0.9) 60.2 39.8 123.7 72.4 roh(w) –35.4 –85.0 (0.9) –165 (2) –49.1 (0.6) 63.4 36.6 176.0 79.6 acp w(roh) –44.3 –91.0 (1.2) –152 (2) –45.4 (0.6) 66.7 33.3 14.0 8.7 roh(w) –51.0 –106.5 (1.1) –182 (2) –54.3 (0.6) 66.2 33.8 33.5 80.6 pnc w(roh) –29.5 –99.3 (1.7) –227 (2) –67.7 (0.6) 59.5 40.5 143.4 100.5 roh(w) –42.5 –78 (4) –112 (10) –33.4 (3.0) 70.0 30.0 90.7 38.8 table 5. thermodynamic quantities for drugs solution processes in ch at 25.0 °c (a). drug kj mol–1 kj mol–1 j mol–1 k–1 kj mol–1 acn 21.60 (0.04) 69 (5) 159 (11) 47.4 (3.3) acp 25.78 (0.06) 38.1 (1.9) 41.2 (2.1) 12.3 (0.6) pnc 25.44 (0.01) 81.0 (1.2) 186 (3) 55.6 (0.9) (a) from baena et al. [5]. table 6. thermodynamic quantities for drugs transfer processes from water to organic media at 25.0 °c obtained from partitioning (a). drug kj mol–1 kj mol–1 j mol–1 k–1 kj mol–1 acn –11.21 (0.01) 22.4 (2.6) 113 (13) 33.7 (3.9) acp –7.17 (0.08) –18.9 (0.6) –39.2 (1.4) –11.7 (0.4) pnc –13.10 (0.04) 1.5 (0.2) 49 (6) 14.6 (1.8) (a) from baena et al. [6, 7]. eq04-af 11/12/08 13:05 page 36 both the enthalpic and entropic changes of transfer imply respectively, all the energetic requirements and the molecular randomness (increase or decrease in the molecular disorder), involved in the net transfer of the drugs from water to different organic media. in general terms, it should be considered the behavior presented in each phase, before and after the partitioning process. since initially the drugs are present only in water, then, it is necessary to create a cavity in the organic medium in order to accommodate the solute after the transfer process. this is an endothermic event, since an energy supply is necessary to separate the organic solvent molecules (to overcome the cohesive forces). when the solute molecules are accommodated into the organic phase an amount of energy is released due to solute-organic solvent interactions. this event would imply an entropy increase in this medium due to the respective mixing process associate. in turn, after a certain number of solute molecules have diffused from the aqueous phase to the organic medium to reach the partitioning equilibrium, the original cavities occupied by the drug molecules in the aqueous phase have been now occupied by water molecules. this event produces an energy release due to water-water interactions. however, depending on the solute’s molecular structure, it is also necessary to keep in mind the possible disruption of water-structure, that is, the water molecules organized as “icebergs” around the alkyl or aromatic groups of the drug (namely, hydrophobic effect or hydrophobic hydration). this event in particular implies an intake of energy in addition to a local entropy increase by separation of some water molecules which originally were associated among them by hydrogen bonding [12]. from table 6 it can be observed that for acp, the transfer process from water to roh(w) was exothermic and negentropic, whereas it was endothermic and entropic for acn and pnc. in principle, it could be said that the obtained values in enthalpy and entropy for acn and pcn are due mainly to disruption of water-icebergs present around the hydrocarbon groups of these drugs (methyl, ethyl, and/or phenyl groups), and on the other hand, the creation of a cavity in the organic 37ecl. quím., são paulo, 33(4): 33-40, 2008 solvent to accommodate the solute. both events, as was already said, imply an energy intake and a disorder increase at the molecular level. for acp, both and were negative. these values could be explained in terms of a possible organization in the water-saturated octanol due to the replacement of an octanol molecule by a drug molecule. this replacement would be present in some centers conformed by two water molecules and six octanol molecules, inside the microheterogeneus structure of this water-saturated organic solvent [4, 13]. the previous event releases energy and compensates the molecular disorder produced by the drug-organic solvent mixing process and the energy intake required in the aqueous media to separate the water molecules present around the non polar groups of this drug. on the other hand, the hydroxyl group present in acp establishes easily h-bonds with water, which in turn diminishes the hydrophobic hydration around the phenyl group. this particular event is different with respect to observed for acn (around phenyl group) and pnc (around phenyl and ethyl groups). thus, the hydrophobic hydration would be greater for both drugs respect to acp. thermodynamics of solvation according to partitioning according to katz and diamond [14], the values of thermodynamic functions of partitioning, and , depend both upon interactions between drug and water and upon interactions between drug and organic medium. in order to obtain quantities that can be discussed solely in terms of drug-organic medium interactions, the contributions of drug-water must be removed. this can be accomplished by referring to hypothetic processes presented in fig. 1: 0 ow→∆s0 ow→∆h figure 1. transfer processes of the drugs between octanol-saturated water, water-saturated octanol, and its vapor phase. eq04-af 11/12/08 13:05 page 37 in which, , stands for any thermodynamic function whose change can be measured when one mole of drug is transferred between water, organic medium and the vapor phase. the term represents the standard gibbs free energy, enthalpy, or entropy of solvation of drug in water, while the term represents correspondingly the standard gibbs free energy, enthalpy, or entropy of solvation of drug in organic medium. from this, the following equations can be stated: (13) (14) (15) where, is the respective thermodynamic value of the function in the vapor phase. the values for the drugs obtained from partitioning experiments are presented in table 6. on the other hand, the values of solvation for these drugs in octanol-saturated water are presented in table 4. from these values, the values were calculated by means of eq. 16: (16) table 7 shows the standard thermodynamic functions of solvation of the drugs in roh(w) obtained considering the partitioning processes. in all cases, the and values are negative. these results as well as those presented in table 4 indicate the preference of these drugs by organic media respect to its vapor phase independently of their concentrations (at saturation in solubility and highly diluted in partitioning), and also indicate that the solvation processes are enthalpy driven. in the case of , this functionxs 0 solv∆ x solvh 0∆x solvg0∆ x o 0∆ψ x o 0∆ψ x w 0∆ψ x0ψ 38 ecl. quím., são paulo, 33(4): 33-40, 2008 is negative which implies a diminishing in the molecular randomness by passing of drug molecules from vapor state to this liquid media. according to ζh and ζts values, the enthalpy is the main property contributing to solvation process in all media, including the aqueous phase. dilution thermodynamics based on solution and partitioning another interesting process is the drug dilution in roh(w). the respective thermodynamic functions ( ) are calculated according to: (17) where, and are the thermodynamic quantities of solvation in roh(w) obtained from partitioning and solution processes (tables 7 and 4), respectively. table 8 shows the drugs concentrations obtained in the aqueous and organic media obtained in the partitioning equilibria. these values were calculated based on experimental details described in the literature [6, 7]. 0 dilution∆ψ table 7. thermodynamic quantities for drugs solvation processes in the aqueous and organic media at 25.0 °c obtained by considering the partitioning behavior. drug kj mol–1 kj mol–1 j mol–1 k–1 kj mol–1 acn –33.9 –46.5 (3.2) –40 (13) –12.0 (3.9) acp –51.4 –109.9 (1.3) –192 (2) –57.1 (0.6) pnc –42.6 –97.8 (1.7) –178 (6) –53.1 (1.8) table 8. final drugs concentrations expressed in mole fraction in aqueous and organic media after partitioning. drug aqueous organic acn 6.08 × 10–7 5.49 × 10–5 acp 7.18 × 10–7 1.30 × 10–5 pnc 5.88 × 10–7 1.18 × 10–4 the equilibrium solubility values in roh(w) in mole fraction at 25.0 °c for acn, acp, and pnc are 0.1248, 0.0267, and 0.0194, respectively [5]. therefore, the drugs concentrations obtained after the hypothetic dilutions are approximately 2000-fold lower for acn and acp, and 200-fold lower for pnc. table 9 shows the respective thermodynamic quantities for the drugs’ dilution processes. the dilution process essentially implies the diminishing in solute-solute interactions with the respective predominance of solute-solvent interactions as well as the solvent-solvent interactions. according to table 9 the gibbs energies of dilution were favourable for acp and pnc ( < 0) but0 dilutg∆ eq04-af 11/12/08 13:05 page 38 unfavourable for acn ( > 0), whereas the respective enthalpies and entropies were negative for acp and pnc but positive for acn indicating enthalpy-driving for the dilution process in the case of the former drugs and entropy-driving for the last one. as was already said. roh(w) has a microheterogeneus structure centered on two molecules of water h-bonded between them and surrounded by six octanol molecules which could be replaced by drug molecules during the solution process. because energy must be supplied in order to overcome the solute-solute interactions during the dilution process the drugs’ partial enthalpy and entropy increases as well. on the other hand, the increase in solvent-solvent interactions caused by the drug dilution process implies a decrease in the solvent partial enthalpy and entropy. the thermodynamic values presented in table 6 correspond to the net result obtained by considering the partial contributions of solutesolute and solvent-solvent interactions. the opposite behavior presented by acn compared with acp and pnc could be explained in terms of their high solubility (0.1248 in mole fraction). because of the high drug concentration in saturation a great energy consumption is required in order to separate the drug molecules which in turn overcome the energy released by the solvent-solvent bonds established. this event also implies a great increase of the drug’s partial entropy which in turn overcomes the entropy decrease presented in the solvent. finally, in order to clarify and understand the specific interactions presented between these drugs and roh(w), it would be very important to dispose information about uv, ir and nmr spectral data, and dsc and solution calorimetric values, among others. 0 dilutg∆ 39ecl. quím., são paulo, 33(4): 33-40, 2008 table 9. thermodynamic quantities for drugs dilution processes in roh(w) at 25.0 °c obtained by considering the solubility and partitioning behavior. drug kj mol–1 kj mol–1 j mol–1 k–1 kj mol–1 acn 1.48 (0.03) 38.5 (2.6) 125 (13) 37.1 (3.9) acp –0.40 (0.11) –3.4 (1.1) –9.6 (1.5) –2.9 (0.5) pnc –0.07 (0.07) –20 (4) –66 (12) –19.7 (3.6) conclusions from the previously exposed analysis, in general terms it could be concluded that these drugs have mainly a lipophilic behavior but in turn they are not certainly hydrophobic drugs. on the other hand, they are greatly solvated in the organic solvent. although these drugs have great affinity for the roh(w) phase great differences in the possible mechanisms of transfer from the aqueous medium up to the organic solvent are found among them. these results are consequence of their successive substitutions on the phenyl ring passing from acn to acp by replacing an hydrogen atom by a hydroxyl group, and from acp to pnc by replacing the hydroxyl group by an ethoxyl group, which in turn, changes the molar volumes and the h-bonding properties. received march 28 2008 accepted september 12 2008 references [1] l. j. roberts ii, j. d. morrow, goodman & gilman’s. the pharmacological basis of therapeutics, 10th edn., hardman, j. g.; limbird, l. e.; gilman, a. g., eds., mcgraw-hill, new york, 2001, ch. 27. 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[14] y. katz, j. m. diamond, j. membrane biol. 17(1) (1974) 101. eq04-af 11/12/08 13:05 page 39 introduction methyldopa (α-methyl-3, 4-dihydroxyphenylalanine), whose structure is shown in figure 1, is a cathecolamine derivative widely used in the control of moderate and severe arterial hypertension. methyldopa is considered a prodrug since it acts mainly due to its metabolism in the central nervous system to α-methylnorepinephrine, a α2-adrenergic agonist [1]. several methods have been proposed to quantify methyldopa in pharmaceutical formulations, including high-performance liquid chro7ecl. quím., são paulo, 33(3): 7-12, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 a simple spectrophotometric method for the determination of methyldopa using p-chloranil in the presence of hydrogen peroxide m. a. gotardo, l. s. lima, r. sequinel, j. l. rufino, l. pezza, h. r. pezza* são paulo state university unesp, chemistry institute of araraquara, p.o. box 355, 14801-970, araraquara, sp, brazil *hrpezza@iq.unesp.br abstract: a simple, rapid and sensitive spectrophotometric method has been developed for the determination of methyldopa in pharmaceutical formulations. the method is based on the reaction between tetrachloro-p-benzoquinone (p-chloranil) and methyldopa, accelerated by hydrogen peroxide (h2o2), producing a violet-red compound (λmax = 535 nm) at ambient temperature (25.0 ± 0.2 0c). experimental design methodologies were used to optimize the measurement conditions. beer’s law is obeyed in a concentration range from 2.10 x 10-4 to 2.48 x 10-3 mol l-1 (r = 0.9997). the limit of detection was 7.55 x 10-6 mol l-1 and the limit of quantification was 2.52 x 10-5 mol l-1. the intraday precision and interday precision were studied for 10 replicate analyses of 1.59 x 10-3 mol l-1 methyldopa solution and the respective coefficients of variation were 0.7 and 1.1 %. the proposed method was successfully applied to the determination of methyldopa in commercial brands of pharmaceuticals. no interferences were observed from the common excipients in the formulations. the results obtained by the proposed method were favorably compared with those given by the brazilian pharmacopoeia procedure at 95 % confidence level. keywords: spectrophotometry; p-chloranil; hydrogen peroxide; methyldopa; pharmaceutical formulations. figure 1. chemical structure of methyldopa. matography (hplc) with uv detection [2-5], potentiometry [6], differential pulse polarography [7], titrimetry [8], uv [9,10] and visible spectrophotometry [11-20] and flow injection analysis (fia) [21-24]. however, many of these methods are timeconsuming and/or require expensive equipment. eq01-af 21/8/14 5:50 page 7 molecular absorption spectrophotometry is by far the instrumental technique of choice in industrial laboratories, owing mainly to its simplicity, often demanding low-cost equipment and lending itself to easy automation of trace analysis procedures. as already mentioned, a number of uv/visible spectrophotometric methods for methyldopa determination have been reported. the visible spectrophotometric method recommended by the brazilian pharmacopeia for methyldopa tablets is based on the reaction with ferrous tartarate at ph 8.5 [11]. other visible spectrophotometric methods involve the employment of diverse chromogenic reagents such as n-bromosuccinimide and isoniazid [12], barbituric acid [13], sodium nitroprusside in the presence of hydroxylamine hydrochloride [12], periodate in acidic medium [14], diazotized sulphanilamide in the presence of molybdate ions in acidic medium [15], p-dimethylaminocinnamaldehyde [16], vanillin in alkaline medium [17], cerium (iv) nitrate [18], ferric chloride in acidic medium [19], iron(iii) in the presence of 1,10-phenanthroline and 2,2’-bipyridyl [20]. the methods by fia with spectrophotometric detection involve the use of p-toluidine and sodium periodate [21], metaperiodate [22], p-aminophenol in alkaline medium [23] and ammonium molybdate [24] as chromogenic reagents. nevertheless, most of the aforementioned methods present some limitations and drawbacks such as low selectivity [9], long waiting time for the color development [17,18], or heating step [9,13,18,22]. still, there is in the literature a spectrophotometric method for the determination of methyldopa in pharmaceutical formulations using p-chloranil [10]. however, this method that is based on uv absorption (358 nm) shows problems related to low selectivity and requires a tedious heating step (30 minutes). according to above considerations, the need for a simple, fast, low-cost, and selective method for determination of methyldopa seems clear. the method described in this paper is based on the reaction between methyldopa and tetrachloro-p-benzoquinone (p-chloranil), accelerated by hydrogen peroxide, yielding a violet-red compound (λmax = 535 nm) at ambient temperature (25.0 ± 0.2°c). this work proposes the employment of h2o2 as a good strategy to accelerate the previously mentioned reaction. in this case, the heating step is not required. in addition, the reaction conditions were studied by experimental design approaches in order to optimize the analytical response. the analytical results obtained by applying the proposed method are trustworthy when compared with those given by brazilian pharmacopeia standard procedure. experimental apparatus the absorbance measurements for the proposed method and for the standard method were performed using a portable uv/vis spectrophotometer (usb 4000 model – ocean optics); with wavelength range work 200 – 850 nm and equipped with a cell of 10 mm path length. software ooi base 32 (ocean optics) was used for acquisition and storage of the spectral data. materials pharmaceutical formulations (tablets) of four commercial brands were analyzed. these tablets were purchased from local drugstores and all were tested prior to the listed expiration date. all studied pharmaceuticals were package labeled to contain 250 mg of methyldopa per tablet. the excipients used in the interference study were of pharmaceutical grade. reagents and solutions all reagents and solvents employed were of analytical grade. acetone, methanol (mallinckrodt, xalostoc, mexico) were used. p-choranil (sigma, st louis, e.u.a.) was used to prepare a 4.07 x 10-2 mol l-1 (1.0%, w/v) solution in acetone. a 4.55 mol l-1 hydrogen peroxide solution was prepared by appropriate dilution of h2o2 30% (w/w) (merck, darmstadt, germany) in methanol and standardized by permanganometric titration, according to the procedure described in the literature [25]. a stock standard solution of methyldopa (henrifarma – são paulo, brazil, purity grade > 99.8%) in methanol was prepared at 1.68 x 10-2 mol l-1 and working solutions were prepared by convenient dilutions with methanol. all solutions were daily prepared. preparation of the analytical curve aliquots from the methyldopa stock solution (1.68 x 10-2 mol l-1) were transferred into 5.00 ml volumetric flasks in order to obtain an analytical curve in the concentration range from 2.10 x 104 to 2.48 x 10-3 mol l-1. after that, 770 µl of pchloranil solution (4.07 x 10-2 mol l-1) and 85 µl 8 ecl. quím., são paulo, 33(3): 7-12, 2008 eq01-af 21/8/14 5:50 page 8 of h2o2 (4.55 mol l-1) were added. the final volume was completed to 5.00 ml with methanol. the absorbance measurements were carried out at 535 nm against reagents blank. the analytical curve was obtained by plotting absorbance values versus methyldopa concentration in mol l-1. analysis of pharmaceutical formulations (tablets) twenty tablets of each commercial pharmaceutical brand to be studied were weighed and finely powdered. a portion of this powder, equivalent to c.a. 100 mg of methyldopa, was accurately weighed. the sample was shaking with methanol in a magnetic mixer for 10 min and transferred into a 25 ml volumetric flask and the volume completed with methanol. the solution was filtered in whatman 41 filter paper and an aliquot from this filtered solution was analyzed according to the procedure described in the preparation of the analytical curve. results and discussion p-chloranil has been used as chromogenic reagent for the determination of several drugs, such as fluoxetine and sertraline [26,27], paroxetine[27], salbutamol [28], nortriptyline [29], tranquillizers and antidepressants [30], trimetazidine dihydrochloride [31], b-adrenergic blockers [32], dicyclomine hydrochloride [33], omeprazole [34], isoprenaline and methyldopa [10]. these methods are based on the interaction between electrons donors (drugs) and p-chloranil, which acts as an electron acceptor producing intensely colored charge transfer complexes (scheme 1) [35]. 9ecl. quím., são paulo, 33(3): 7-12, 2008 scheme 1. chemical structure of methyldopa. in order to develop a simple procedure, the proposed method used the reaction between methyldopa and p-chloranil, which was markedly accelerated in the presence of h2o2. this reaction produced a colored compound at ambient temperature (25.0 ± 0.2°c) and the absorbance measurements were carried out at 535 nm. figure 2 shows the absorption spectrum of the product of the reaction between methyldopa and p-chloranil in the presence of h2o2. as it can be noted (figure 2), the spectrum exhibits large bands, which are characteristic of charge transfer complexes [35]. it should be also observed in figure 2 that the spectrum exhibits a maximum absorption band at 535 nm and another at 535 nm. the study of the optical stability reveals that the colored complex is stable at least 60 min at 435 nm. it is important to emphasizes that in the absence of h2o2 the reaction was extremely slow and the product was not stable. figure 2. absorption spectrum of the product of the reaction between methyldopa and p-chloranil in the presence of h2o2. the analytical wavelength was 535 nm. methyldopa solution was at 1.07 x 10-3 mol l-1, optical path = 1 cm. p-chloranil has been also used to detect methyldopa in pharmaceutical formulations on thin-layer [36]. as aforementioned, a spectrophotometric method for the determination of methyldopa using p-chloranil as chromogenic reagent [10] shows problems related with the low selectivity, requires a tedious heating step (30 minutes) and involve various manipulation steps. to the best of our knowledge, there is a single spectrophotometric method for the determination of saccharin using p-cloranil described in the literature that also used h2o2 as accelerator agent [37]. so, our results corroborate with those already described for analysis of saccharin, suggesting that reactions involving p-chloranil and electrons donors could be accelerated by using of h2o2. eq01-af 21/8/14 5:50 page 9 experimental design in order to investigate the best conditions for the reaction between p-chloranil and methyldopa in the presence of h2o2 an experimental design using central composite design was employed. central composite design allowed studying simultaneously the two factors that could have an important effect on the reaction. the factors of interest were p-chloranil and h2o2 concentration. to study these factors, aliquots were taken of the 4.07 x 10-2 mol l-1 p-chloranil solution and 4.55 mol l-1 h2o2 solution, respectively. table 1 shows the equivalent matrix of the central composite design as well as the absorbance data. the experiment corresponding to the central point was carried out in four replicates. all experiments were carried out with solution of methyldopa set at 1.59 x 10-3 mol l-1. 10 ecl. quím., são paulo, 33(3): 7-12, 2008 table 1. matrix and results from of the central composite design. experiments factor response p-chloranil h2o2 a (535 nm) volume (ml)a volume (ml)b 1 600 40 0.4397 2 1100 40 0.5454 3 600 90 0.5921 4 1100 90 0.5813 5 850 65 0.5978 6 850 65 0.6151 7 850 65 0.6094 8 850 65 0.6165 9 500 65 0.5946 10 1200 65 0.5973 11 850 30 0.5758 12 850 100 0.6055 a p-chloranil solution at 4.07 x 10-2 mol l-1. b h2o2 solution at 4.55 mol l-1. figure 3. response surface of quadratic model for absorbance values as a function of p-chloranil volume and h2o2 volume. the quadratic regression model is given by: z=0.177376+0.000965x+0.009891y-0.000037y2 (1) where, z is the response factor corresponding to the absorbance value. the factors x and y are the pchloranil volume and h2o2 volume, respectively. the coefficient value of x2 factor as well as the coefficients of the interactions of the factors were very small and for this reason they were not shown. it can be observed by the surface shape (figure 3) that the optimal region was found and that the maximum responses were achieved with 770 µl of p-chloranil solution and 85 µl of h2o2. analytical characteristics the proposed analytical method was validated by evaluating linear dynamic range, precision, limit of detection (lod), and limit of quantification(loq). under the described experimental conditions beer’s law is obeyed in the concentration range from 2.10 x 10-4 to 2.48 x 10-3 mol l-1 (50 590 mg ml-1), with a correlation coefficient of 0.9997. the absorbance values for this concentration range were adjusted by the equation: a = -0.0401 + 364.315 x c, where c is the concentration of methyldopa in mol l-1 and the angular coefficient value corresponds to the molar absorptivity (ε), that is 3.64 x 102 l mol-1 cm-1. assay of precision was defined by determining intraday and interday precision, the absorbance values obtained experimentally from central composite design were represented by a three-dimensional graph that is known as response surface (figure 3). the experimental data were fitted to the response surface in order to obtain the optimum reaction conditions. eq01-af 21/8/14 5:50 page 10 expressed as relative standard deviation (rsd). the interday variation was evaluated over 3 days. the intraday and interday precision were studied for 10 replicate analyses of 1.59 x 10-3 mol l-1 methyldopa solution. the coefficients of variation were 0.7 and 1.1% respectively, indicating that the proposed method has high repeatability. in order to investigate the presence of matrix effects on the proposed method, a recovery study was carried out. in this study, 2.52 x 10-4; 5.04 x 10-4; 7.55 x 10-4 and 1.00 x 10-3 mol l-1 of methyldopa reference solutions were added in three representative pharmaceuticals (samples a,b and c). recovery mean values for all samples (n=3) ranged from 97.8 102.7% indicating the absence of significant matrix effects on the measurements. the lod (3.sdblank/ slope of analytical curve) and loq (10.sdblank/ slope) were 7.55 x 106 and 2.52 x 10-5 mol l-1, respectively [38]. study of interferences since the aim of this study was to determine methyldopa in pharmaceuticals, the effects of the most commonly used excipients were carefully examined. the excipients studied were starch, talc, magnesium stearate, tartaric acid, polyethyleneglycol, polypropyleneglycol, cellulose, ethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, lactose, silicon dioxide and sodic croscarmelose. for this study, solutions containing methyldopa and each of the excipients taken separately in concentrations equal or 10 times greater than that of methyldopa were shaking with methanol in a magnetic mixer for 10 minute, diluted, filtered when necessary, and analyzed under the same conditions described in the preparation of analytical curve. the effect of each excipient was considered interference when the absorbance signal showed an error equal or more than 3% in the determination of the drug. the percentage of methyldopa found in these solutions ranged of 97.4 to 103.1 %, with variation coefficients values less than 3% for three replicates, indicating that no interferences were observed under the studied conditions. analytical application the applicability of the proposed method for determination of methyldopa in commercial dosage were statistically [39] compared with those obtained by the brazilian pharmacopoeia 11ecl. quím., são paulo, 33(3): 7-12, 2008 table 2. determination of methyldopa in pharmaceutical formulations. samplesa proposed pharmacopeial method method11 found valueb t value f value found valueb (mg/tablet) (2.78)c (19.00)c (mg/tablet) a 250.3±2.1 0.67 2.97 249.0±1.8 b 248.1±1.6 1.92 4.00 249.9±1.2 c 248.6±2.3 0.46 1.83 248.4±1.7 d 253.5±3.1 0.82 4.90 254.2±1.4 a package labeled to contain 250 mg methyldopa per tablet. b average ± standard deviation (sd) of three determinations (n = 3). c theoretical values of t and f at 95% confidence level procedure [11] and are summarized in table 2. in all cases, the calculated f and t values did not exceed the theoretical values, indicating that there is no significant difference between the performance of the two methods as regard accuracy (t-test) and precision (f-test). conclusions the proposed spectrophotometric method, which is simple, rapid and inexpensive provide gain of sensitivity without the need of additional step as extraction or heating. the method does not involve stringent reaction conditions and gives precise and accurate results. its usefulness for methyldopa determination in pharmaceutical formulations was demonstrated, suggesting its use as an attractive alternative to many other previously reported methods for analysis of methyldopa. acknowledgements we would like to thank capes, cnpq and fapesp foundations (brazil) for financial support. received may 14 2008 accepted july 18 2008 eq01-af 21/8/14 5:50 page 11 references [1] b.b. hoffman, in: j.g. hardman, l.e. limbird, a. goodman-gilman (eds.), as bases farmacológicas da terapêutica, mcgraw-hill, rio de janeiro, 2003, pp. 163. 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p-cloranil; peróxido de hidrogênio; metildopa; formulações farmacêuticas. eq01-af 21/8/14 5:50 page 12 www.scielo.br/eq volume 34, número 2, 2009 23 potentiometric determination of minoxidil in topical use pharmaceutical samples rogério adelino de sousa1, éder tadeu gomes cavalheiro2* 1 – departamento de química, universidade federal de são carlos, rod. washington luiz km 235, são carlos, são paulo, brasil, cep 13565-905, caixa postal 676. 2 – departamento de química e física molecular, instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, av trabalhador sãocarlense, 400, centro, são carlos, são paulo, brasil, cep 13560-970, caixa postal 780. *cavalheiro@iqsc.usp.br abstract: a potentiometric titration method for the determination of minoxidil based on its redox reaction with k2cr2o7 is described. the best results were observed using 1.00 x 10-3 mol l-1 k2cr2o7 and 1.00 x 10-2 mol l-1 minoxidil solutions, and the minoxidil as titrant in 2.00 mol l-1 h2so4 medium. the method was applied to commercial samples and compared with the results from a chromatographic procedure. recoveries from 97.4 to 98.7 % were observed depending on the sample. comparison with the chromatographic procedure reveled agreement within 90% confidence level. keywords: minoxidil determination; titration; potenciometry. introduction minoxidil (2,4-diamino-6-piperidinopyrimidine-3-oxide) is an odorless white crystalline powder, insoluble in water, acetone or alkaline solutions, slightly soluble in alcohols, and freely soluble in acidic solutions [1]. it has been used as a peripheral vasodilator drug orally administrated, applied in the treatment of refractory hypertension patients [2] and liquid retention and hirsutism is being observed for excessive doses [3]. minoxidil also shows new applications in dermatology, especially in the treatment of androgenic alopecia [3,4]. in this case, this drug has been topically applied in order to stimulate hair growth by inducing vasodilatation and increasing the local irrigation and blood flow [4]. commercially available products typically contain 2% minoxidil (m/v), in topic use formulations, containing ethanol, and propylene glycol, or their mixture with 2-n-nonyl-1,3-dioxolane as a vehicle [5,6]. concerning analytical methods, mno4 has been proposed for the oxidimetric titration of minoxidil [2,7-8]. in addition, several instrumental techniques have been described for minoxidil determination in matrixes such as serum and pharmaceutical products. most of them are based in chromatographic methods as described in references [3, 9 – 12]. potentiometric titration [13,14] using k2cr2o7 is proposed in this paper. high purity k2cr2o7 is available, it is thermally stable and standard solutions can be prepared, stable to the action of light. it is not reduced by hydrochloric acid (hcl), reacts with organic matter being reduced from cr(vi), orange, to cr(iii), green, according to the half-reaction (eq. 1) [15,16]. cr2o7 2 + 14 h+ + 6 e→ 2cr3+ + 7 h2o eo = 1,33 v (eq. 1) ecl. quím., são paulo, 34(2): 23 27, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(2): 23 27, 200924 experimental reagents and solutions all the reagents were of analytical grade and used as received. solutions were prepared using water bi-distilled in quartz stiller. potassium dichromate (merck, germany) solutions were prepared by direct dissolution of the salt in h2so4 solution (2.00 mol l-1). minoxidil was from natural pharma (brazil), and h2so4 from mallinckrodt (mexico). potentiometric methods potentiometric titrations were performed within an glass cell containing a platinum electrode (indicator) and a saturated calomel electrode (reference) and a ph-meter corning m 425 (corning, usa) 10.00 ml of a 1.00 x 10-3 mol l-1 k2cr2o7 in 2.00 mol l-1 h2so4 were added to cell at (60±1) ºc controlled temperature. aliquots of 0.500 ml of minoxidil solutions were added to the k2cr2o7 solution in acid media from a 10.00 ml full capacity burette. after each addition of titrant the system was let to stabilize during 3 minutes, before the potential measurement. commercial samples the commercial samples used in this work were regaine® from pharmacia (usa) and neoxidil® from galderma (brazil); both purchased in the local market. samples were topic use formulations of minoxidil 2% (20 mg ml-1) in a mixture of ethanol and propylene glycol as vehicle. as observed in test titrations both propylene glycol and ethanol present in the commercial samples severely interfered in the minoxidil determinations. thus they were removed first by evaporation of ethanol in a rotary evaporator at 70ºc under reduced pressure followed by addition of acetone to the resulting viscous liquid. at this point minoxidil precipitates as a white solid that was recovered by filtration in a glass plate funnel. the precipitate was dried at 60ºc in an oven during 30 minutes and dissolved in 2.00 mol l-1 h2so4 and then titrated. comparison method in order to check the accuracy of the proposed procedure the results were compared with those from a chromatographic procedure describe by zarghi et al. [8], using a hplc lc-6ad shimadzu chromatographic system with a spd–10a vp shimadzu spectrophotometric detector, supelco c-18 (150 x 3.9 mm, 4 mm) column, detection at 254 nm, mobile phase methanol / water (80 /20) flowing at 1.3 ml min-1. results and discussion the redox reaction between the k2cr2o7 and minoxidil was very slow at 25ºc. however significant stabilization of the potential was observed when the system was held for 3 minutes after each addition of the titrant at 60ºc. the effect of temperature on the redox titration profile was investigated for 40, 50, 60 and 70°c, as shown in figure 2. the profiles of potentiometric curves and the end points of each titration were compared sousa et al. fig.2 0 3 6 9 12 15 18 -975 -900 -825 -750 -675 -600 -525 -450 400c 500c 600c 700c e / m v v s s c e volume of tritant / ml the best results for the potentiometric curve shape and accuracy of the end point were reached at 60ºc (figure 2). equation 2 gives a sugecl. quím., são paulo, 34(2): 23 27, 2009 25 gestion for the reaction between the minoxidil and k2cr2o7. n n n o nh2h2n + 2 cr2o7 -2 + 8h2o h+ 4 cr+316 3 n n n o nh2o2n + 3 1 2 34 5 6 (eq.2) this suggestion is based on the stoichiometry of the titration in which 2 mols of cr2o7 2are consumed by 3 mols of minoxidil. the oxidation of the amine group at position 5 of the aromatic ring is proposed considering the lower reactivity of the amine group in position 3. sample determinations the titrant addition resulted in a potential change of the platinum electrode. to better identify the end point of potentiometric titrations the gram method was used [17] which consists of a δe / δv vs volume of titrant added curve, in which the intersection between the two linear portions indicates the end point of the titration, see figure 3 for an example. 0 30 60 90 120 0 2 4 6 8 10 12 14 0 30 60 90 120 a regaineend point = 5.76 ml ∆e / ∆ v m v / m l b neoxidilend point = 5.75 ml titrant volume / ml sousa et al. fig.3 the values of minoxidil concentration (table 1) contained in the commercial samples were consistent with the label values. the proposed method agrees in 90% confidence level, with the label value of commercial samples and 95% confidence level, with the values obtained by the comparative chromatographic method, according to the student t-test [18]. table 1: results of potentiometric titrations samples label a found b* comparison b* e1 / % c e2 / % d neoxidil ® 20.0 20.7 ± 0.2 19.4 ± 0.4 +3.72 +6.70 regaine ® 20.0 21.0 ± 0.3 20.9 ± 0.5 +4.71 +0.48 * n = 3 a – concentration in mg ml-1 b – concentration in mg ml-1 ± sd c – relative error to the label d – relative error to the comparison methods in order to evaluate the accuracy of the proposed method recovery tests were performed with recoveries between 98.7% for neoxidil® and 97.4% for regaine®. ecl. quím., são paulo, 34(2): 23 27, 200926 figure captions figure 1: structural formula of minoxidil. sousa et al. fig.1 n no nh2 n nh2 figure 2: effect of the temperature in the potentiometric titration. conditions: [minoxidil] = 1,00 x 10-2 mol l-1 ; [k2cr2o7] = 1,00 x 10-2 mol l-1; volume of k2cr2o7(aq) = 3,00 ml; [h2so4] = 2,00 x 10-2 mol l-1; volume of h2so4(aq) = 5 ml; stabilization time = 3 minutes. figure 3: identication of the end point of the potentiometric titration (gram’s method) of the commercial samples; a – regaine®; b – neoxidil®. conditions: [minoxidil] = 1,00 x 10-2 mol l-1 ; [k2cr2o7] = 1,00 x 10-2 mol l-1; volume of k2cr2o7(aq) = 3,00 ml; [h2so4] = 2,00 x 10-2 mol l-1; volume of h2so4(aq) = 5 ml; stabilization time = 3 minutes; t = 60ºc. conclusions the method proposed in this study was effective in the determination of minoxidil in commercial samples for topical applications, considering the apparatus limits and errors inherent to the classical technique. although time consuming, this procedure can be an alternative for quality control in the magistral pharmacies, presenting low cost and good precision when compared with other more expensive and waste generating methods as chromatography,. acknowledgements the authors are grateful to brazilian agencies capes and cnpq for ras and etgc fellowships. determinação potenciométrica de minoxidil em formulações farmacêuticas de uso tópico received november 03 2008 accepted october 14 2009 resumo: um método potenciométrico para a determinação de minoxidil em formulações farmacêuticas baseado na reação redox entre k2cr2o7 e o minoxidil, foi desenvolvido. os melhores resultados foram obtidos usando concentrações de 1,00 x 10-2 mol l-1 para o minoxidil e 1,00 x 10-3 mol l-1 para o k2cr2o7 ambos diluídos em uma solução em de h2so4 2,00 mol l-1, a 60°c. as recuperações para método proposto foram da ordem de 98,7 % a 97,4 % dependendo da amostra comercial. o método proposto foi aplicado à amostras comerciais contendo minoxidil e, quando comparado com resultados obtidos a partir de procedimentos cromatográficos, apresentou concordância no nível de confiança de 95%, de acordo com o teste t-student. palavras chave: determinação minoxidil; titulação; potenciometria. ecl. quím., são paulo, 34(2): 23 27, 2009 27 references [1] s. s. budavari, m.j. o’neil, a. smith, p.e. heckelman, j.f. kinneary, the merck index, 13th , erck & company incorporated, whitehouse station, new jersey, 2001, 6229p. 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cuja oxidação segue uma reação de pseudo-primeira ordem com constante de velocidade inicial de -0,040 mim-1 e uma eficiência de corrente de 51%. os resultados são superiores á fotocatálise convencional nas mesmas condições sem a polarização do fotoanodo que leva a 65% de mineralização sob constante de velocidade de -0,024 mim-1. palavras-chaves: corante azul básico 41, fotoeletrocatálise, fotocatálise, ti/tio2, tratamento de corantes. introdução as indústrias têxteis lançam para os efluentes cerca de 10-15% de corantes que não são fixados nos substratos durante o processo de tingimento, podendo ser nocivo ao meio ao qual é aportado, uma vez que, alguns corantes utilizados nas indústrias têxteis, e seus subprodutos de biodegradação, podem apresentar alto grau de toxicidade, como mutagenicidade e carcinogenicidade ao ser humano[1-4]. o corante azul básico 41 (ab 41), figura 1, ostenta um grupo cromóforo azo e, é utilizado na tintura de fibras sintéticas, tais como poliamida, poliéster e viscose[5,6]. corantes básicos (catiônicos) que, em sua maioria, apresentam estabilidade à hidrólise, são sensíveis ao ph e solúveis em meio aquoso[7]. portanto requerem métodos de tratamento mais eficientes para sua completa remoção em águas superficiais e efluentes. h3co n s n n c2h5 ch2ch2oh n ch3oso3 figura 1: estrutura do corante azul básico 41. a técnica de fotoeletrocatálise utilizando semicondutores como tio2, wo3, zno, sno2, entre outros, são reportados na literatura como uma alternativa promissora no tratamento de corantes, promovendo simultaneamente a descoloração e mineralização do poluente orgânico[3,8-10]. as reações fotocatalíticas sobre superfícies semicondutoras se processam segundo as etapas básicas de: excitação com luz de energia maior que a banda de energia proibida, “band gap” (eg), do ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 200928 artigo article semicondutor, geração de pares de elétron/lacuna (e-/h+); aprisionando elétrons e lacunas pelas espécies adsorvidas. o mecanismo de processos redox mediado por semicondutores do tipo n como tio2 e wo3 em meio aquoso promove a formação do radical hidroxila (oh•), poderoso agente oxidante (+2,72 v vs. enh ), gerado pela promoção da oxidação da água/hidroxilas adsorvidas pela lacuna, tornando o processo fotocatalítico altamente eficiente para oxidar a maioria dos compostos orgânicos[11-13]. considerando que a eficiência desse processo esta relacionada ao tempo de vida das lacunas (h+ bv) e retardamento da velocidade de recombinação das cargas geradas (e-/h+) no semicondutor, a fotoeletrocatálise tem sido uma metodologia difundida para a ampliação na eficiência, com a aplicação de um potencial ou densidade de corrente externo. quando a densidade de corrente é aplicada ao semicondutor, há a formação de um gradiente de densidade de corrente que impulsiona o elétron para o contra eletrodo e a lacuna para a superfície do eletrodo, diminuindo a velocidade de recombinação, promovendo um consequente aumento da eficiência fotoeletrocatalítica com a geração de radicais hidroxilas, conforme as equações abaixo[14]: fotoânodo: tio2 + hν → tio2 e bc + tio2 – h+ bv [1] tio2 – h+ bv + h2oads → tio2 – oh• s + h+ 2 [2] cátodo: h2o + 2e→ h2 + 2 oh[3] no entanto a maioria dos trabalhos para tratamento fotoeletrocatalítico de corantes descritos na literatura [15-17], são baseados para corantes do tipo disperso, reativo e ácidos, e os trabalhos relacionados com corantes básicos são raros. deste modo, considerando que cada grupo de corantes pertence a classes distintas com estruturas e propriedades físico-químicas diferentes, é objetivo do presente trabalho investigar a degradação fotoeletrocatalítica do corante azul básico 41 utilizando semicondutor nanoporoso de ti/tio2 em um reator fotoeletroquímico usando irradição uv, visando desenvolver um método alternativo para remoção de corantes do tipo básico. parte experimental a) preparação do semicondutor nanoporoso de ti /tio2 o semicondutor foi preparado segundo procedimento previamente descrito na literatura[3,18]. uma placa de titânio (área de 25 cm2) foi lavada, imersa em acetona e submetida à ultrasson durante cinco horas. em seguida foi calcinada por três horas sob temperatura de 350 0c. a placa foi recoberta com dióxido de titânio em suspensão através da técnica de dip-coating, seca em estufa por uma hora a 100 0c e, em seguida calcinada a 350 0c por três horas. este procedimento foi repetido por mais quatro vezes. as suspensões de tio2 foram preparadas pelo processo sol-gel, utilizando tetraisopropóxido de titânio e ácido nítrico nas razões ti/h+/h2o de 1/0,5/200 ml, submetido à processo de diálise até ph em 3,5.[11,19]. b) instrumental as medidas de ph foram realizadas em phmetro corning modelo 455. nas medidas de densidade de corrente constante, utilizou-se um galvanostato par 283. as medidas espectrofotométricas na região do uv-vis foram realizadas em um espectrofotômetro hewlett packard modelo 8453 interfaciado por um programa uvvisible chemstation software hp-854x, com cubetas de quartzo de 1 cm de caminho óptico. as análises de carbono orgânico total (cot) foram realizadas com um analisador de carbono toc-vcpn com injetor automático asi-v shimadzu. c) oxidação fotoeletrocatalítica os experimentos de fotoeletrocatálise e fotocatálise do corante azul básico 41 foram realizados em um reator desenvolvido no laboratório de eletroanalítica no instituto de química da unesp-araraquara. este reator é composto de uma célula de quartzo com capacidade de 250 ml, com dois eletrodos (trabalho: eletrodo nanoporoso de ti/tio2 e contra-eletrodo: rede de platina) , ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 2009 29 artigo article um tubo de quartzo para a imersão da lâmpada de vapor de mercúrio 125 w e um borbulhador de ar. as medidas foram realizadas em sulfato de sódio 0,10 mol l-1 e 8,33x10-5 mol l-1do corante azul básico 41. alíquotas de 2,0 ml foram removidas sob tempo controlado e submetidas à análise de uvvis e análise de carbono orgânico total. resultados e discussão a) fotoatividade do semicondutor nanoporoso de ti/tio 2 voltamogramas lineares de fotocorrente vs potencial foram obtidos no intervalo de -550 a 1500 mv, a 10 mv s-1 para o eletrodo de ti/tio2 em presença de na2so4 0,1 mol l-1, como mostra a figura 2. -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 10 20 30 40 50 60 curva b curva a i ph / m a cm -2 e / v figura 2 curvas de fotocorrente-potencial obtidas para o semicondutor nanoporoso de ti/tio2 sem irradiação (curva a), sob irradiação uv em na2so4 0,10 mol l-1 (curva b), ph= 2,0 e ν = 0,01 v s-1. a fotocorrente é negligenciável sob condições sem irradiação uv (curva a). entretanto, sob irradiação (curva b), há um aumento da fotocorrente em potenciais acima de -200 mv, indicando que o par e-/h+ é gerado quando o semicondutor é irradiado por luz uv (hν) com energia maior que a energia da banda proibida deste ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 200930 artigo article semicondutor, e há uma favorável separação das cargas fotogeradas, sob polarização do eletrodo num potencial mais positivo que o potencial de banda plana (flat band), simultaneamente a irradiação uv, assim observando um gradiente de densidade de corrente impulsionado as lacunas para a superfície do semicondutor e os elétrons para o interior, que são levados ao contra-eletrodo não fotoatico[20]. este processo diminui a recombinação e-/h+ aumentando o tempo de vida dos radicais oh• gerados na superfície do eletrodo de trabalho e como conseqüência na melhor eficiência do processo. b) oxidação fotoeletrocatalítica corante do azul básico 41 b.1) efeito da variação do ph a oxidação fotoeletrocatalítica de 8,33x105 mol l-1 do corante azul básico 41 em na2so4 0,1 mol l-1 foi investigada em ph inicial de 2, 4, 6 e 8. os respectivos valores obtidos para a descoloração do corante (λ= 590 nm) são mostrados na figura 3. 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 ph= 2,0 ph= 4,0 ph= 6,0 ph= 8,0 % d es co lo ra çã o tempo de fotoeletrocatálise / min figura 3 porcentagem de descoloração (λmax= 590 nm) do [azul 41]= 8,33x10-5 mol l-1 em na2so4 0,10 mol l-1, utilizando eletrodo nanoporoso de ti/tio2, sob irradiação uv. ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 2009 31 artigo article observa-se que o tratamento fotoeletroquímico promove valores entre 85% a 100% de descoloração nos valores de ph estudados. no entanto o processo é mais eficiente em ph 2, quando atinge 100% de descoloração após 30 minutos de oxidação. de acordo com a literatura, sabendo-se que o estudo do potencial de carga zero[21] do semicondutor de ti/tio2, é ao redor de ph 5, nesta região, a superfície do semicondutor encontra-se carregado positivamente, e a solução do corante está carregada negativamente, uma vez que possui pka ≤ 1,2; facilitando a adsorção do corante na superfície do semicondutor, aumentando consequentemente a eficiência do processo. b.2) efeito da densidade de corrente no intuito de melhorar a eficiência da degradação fotoeletrocatalítica, com semicondutor nanoporoso de ti/tio2, do corante azul básico 41, estudamos o efeito da densidade de corrente na eficiência do processo. as densidades de correntes aplicadas foram 0,20; 0,40; 0,60 e 0,80 ma cm-2. para isto, utilizou-se 8,33x10-5 mol l-1 do corante em na2so4 0,10 mol l-1, ph= 2,0 e irradiação uv para valores de corrente entre 10, 20, 30 e 40 ma. 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 [ i ]= 0,20 ma cm-2 [ i ]= 0,40 ma cm-2 [ i ]= 0,60 ma cm-2 [ i ]= 0,80 ma cm-2 % d es co lo ra çã o tempo de fotoeletrocatálise / min figura 4 porcentagem de descoloração (λmax= 590 nm) do [azul 41]= 8,33x10-5 mol l-1 em na2so4 0,10 mol l-1, ph= 2,0 e sob irradiação uv. a figura 4 mostra o efeito da densidade de corrente na descoloração do corante. para todos os valores de densidade de corrente aplicados, há 100% de descoloração da solução. entretanto sob densidade de corrente de 0,40 ma cm-2, observa-se maior eficiência do processo, alcançando 100% de remoção da cor em apenas 20 minutos de tratamento. ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 200932 artigo article a eficiência de corrente foi calculada usando a seguinte relação, de acordo com a literatura[22,23]. 7 ec(%) = [(cot)0 – (cot)t 8 i ∆t fv100 onde (cot)0 e (toc)t são o carbono orgânico total (g l-1) nos tempos 0 e t, respectivamente, i a corrente (a), f a constante faradaica (26,8 ah), v o volume da solução (l) e ∆t o tempo de tratamento (h). obteve-se 51% de eficiência de corrente nas condições fotoeletrocatalíticas otimizadas em 40 minutos de tratamento, figura 5. figura 5 c) avaliação da mineralização do corante azul básico 41 a mineralização do composto foi monitorada por medidas de carbono orgânico total (cot), seguindo análises da alíquotas removidas durante 60 minutos de tratamento. a porcentagem de degradação do corante azul básico 41 foi obtida pela equação: % de degradação de cot= [(cotinicial-cotfinal)/cotinicial] x 100, nas condições otimizadas de fotoeletrocatálise: ph= 2,0; densidade de corrente 0,40 ma cm-2, na2so4 0,10 mol l-1, sob irradiação uv e 8,33x10-5 mol l-1 do corante. o resultados são apresentados na figura 6. figura 6 degradação de 80% do corante é obtida após 60 minutos de fotoeletrocatálise. a cinética de degradação do corante azul 41 foi investigada usando a relação ln [a]t/[a]0 vs tempo de fotoeletrocatálise, sendo [ ]t e [ ]0 a concentração da matéria orgânica remanescente no tempo t e no tempo zero, usando medidas de cot, e observou um decaimento segundo uma cinética de pseudoprimeira ordem, cujo valor da constante de velocidade (k) de degradação fotoeletrocatalítica do cot é de -0,040 min-1. d) comparação entre oxidação fotoeletrocatalítica e fotocatalítica os processos fotoeletrocatalítico e fotocatalítico foram comparados usando as condições otimizadas de ph= 2,0; na2so4 0,10 mol l-1, concentração do corante 8,33x10-5 mol l-1 e densidade de corrente 0,40 ma cm-2 (fotoeletrocatálise), sob irradiação uv. a partir dos valores de absorbância fixos em λmax= 590 nm, observou-se a descoloração do corante ab 41, em ambos os processos, como mostra a figura 7. remoção de 100% da cor é obtida após 60 minutos de tratamento, para onde (cot)0 e (toc)t são o carbono orgânico total (g l-1) nos tempos 0 e t, respectivamente, i a corrente (a), f a constante faradaica (26,8 ah), v o volume da solução (l) e ∆t o tempo de tratamento (h). obteve-se 51% de eficiência de corrente nas condições fotoeletrocatalíticas otimizadas em 40 minutos de tratamento, figura 5. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 e fic iê nc ia d e co rre nt e, % tempo de fotoeletrocatálise figura 5 eficiência de corrente em função do tempo de fotoeletrocatálise (20, 40 e 60 minutos) sob aplicação de densidade de corrente de 0,40 ma cm-2. a) avaliação da mineralização do corante azul básico 41 a mineralização do composto foi monitorada por medidas de carbono orgânico total (cot), seguindo análises da alíquotas removidas durante 60 minutos de tratamento. a porcentagem de degradação do corante azul básico 41 foi obtida pela equação: % de degradação de cot= [(cotinicial-cotfinal)/cotinicial] x 100, nas condições otimizadas de fotoeletrocatálise: ph= 2,0; densidade de corrente 0,40 ma cm-2, na2so4 0,10 mol l-1, sob irradiação uv e 8,33x10-5 mol l-1 do corante. o resultados são apresentados na figura 6. ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 2009 33 artigo article 0 10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 20 30 40 50 60 -1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 y= 0,849 0,040 x r= 0,99875 k= -0,040 min-1 ln [a t / a 0] tempo de fotoeletrocatálise / min % c o t tempo de fotoeletrocatálise / min figura 6 porcentagem de degradação do cot do azul 41 para as condições de fotoeletrocatálise otimizadas: ph= 2,0; [ i ]= 0,40 ma cm-2, na2so4 0,10 mol l-1, [azul 41]= 8,33x10-5 mol l-1 e sob irradiação uv. degradação de 80% do corante é obtida após 60 minutos de fotoeletrocatálise. a cinética de degradação do corante azul 41 foi investigada usando a relação ln [a]t/[a]0 vs tempo de fotoeletrocatálise, sendo [ ]t e [ ]0 a concentração da matéria orgânica remanescente no tempo t e no tempo zero, usando medidas de cot, e observou um decaimento segundo uma cinética de pseudoprimeira ordem, cujo valor da constante de velocidade (k) de degradação fotoeletrocatalítica do cot é de -0,040 min-1. b) comparação entre oxidação fotoeletrocatalítica e fotocatalítica os processos fotoeletrocatalítico e fotocatalítico foram comparados usando as condições otimizadas de ph= 2,0; na2so4 0,10 mol l-1, concentração do corante 8,33x10-5 mol l-1 e densidade de corrente 0,40 ma cm-2 (fotoeletrocatálise), sob irradiação uv. a partir dos valores de absorbância fixos em λmax= 590 nm, observou-se a descoloração do corante ab 41, em ambos os processos, como mostra a figura 7. remoção de 100% da cor é obtida após 60 minutos de tratamento, para ambos os processos. os valores da constante de velocidade (k) da descoloração fotoeletrocatalítica e fotocatalítica são k= -0,11566 min-1 e k= -0,05253 min-1, segundo a cinética de pseudo-primeira ordem, figura 8. ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 200934 artigo article 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 fotoeletrocatálise fotocatálise tempo de fotoeletrocatálise fotocatálise / min re mo çã o d e c ot , % 0 20 40 60 80 100 descoloração, % figura 7 porcentagem de descoloração, em λmax= 590 nm, e remoção de cot do corante azul básico 41, através da fotoeletrocatálise ([ i ]= 0,40 ma cm-2) e fotocatálise, em ph= 2,0; na2so4 0,10 mol l-1 e sob irradiação uv. 20 30 40 50 60 -7 -6 -5 -4 -3 -2 k / m in-1 tempo de fotoeletrocatálise fotocatálise / min fotoeletrocatálise, k= -0,11566 min-1 fotocatálise, k= -0,05253 min-1 figura 8 gráfico de ln [at/a0] vs tempo de fotoeletrocatálise (0,40 ma cm-2) e fotocatálise na descoloração do corante azul básico 41, em ph= 2,0; [ i ]= 0,40 ma cm-2, na2so4 0,10 mol l-1 e sob irradiação uv. ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 2009 35 artigo article no entanto, o estudo de degradação na remoção do cot nos processos fotoeletrocatalítico e fotocatalítico do azul básico 41 são diferentes como apresentado também na figura 7. observase a degradação de 81% de cot no processo fotoeletrocatalítico e apenas 65% de cot na fotocatálise. a cinética de degradação do azul básico 41 foi determinada através da relação ln [a]t/[a]0 vs tempo de fotoeletrocatálise, tomando-se para tal a degradação do carbono orgânico total do corante azul básico 41. a partir da figura 9, determinouse o valor da constante de velocidade (k) da degradação fotocatalítica do corante azul básico 41, que é k= -0,024 min-1, confirmando assim a maior eficiência do processo fotoeletrocatalítico em relação ao fotocatalítico, que apresenta valores de 0,040 min-1. 10 20 30 40 50 60 70 -1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 fotoeletrocatálise, k = -0,040 min-1 fotocatálise, k = -0,024 min-1 ln [a t/a 0] tempo de fotoeletrocatálise fotocatálise / min figura 9 gráfico de ln [at/a0] vs tempo de fotoeletrocatálise e fotocatálise na degradação de cot do corante azul básico 41, em ph= 2,0; [ i ]= 0,40 ma cm-2, na2so4 0,10 mol l-1 e sob irradiação uv. portanto, o processo fotoeletrocatalítico apresentou uma maior performance em relação à fotocatálise, tanto na descoloração do azul 41 como na mineralização do composto, evidenciando a eficiência da densidade de corrente sobre o processo fotocatalítico. conclusão o semicondutor nanoporoso de ti/tio2 apresenta uma boa fotoatividade, com valores de fotocorrente ao redor de 40 ma cm-2 em potencial de 1000 mv e pode ser usado como fotoanodo nas medidas de oxidação fotoeletrocatalítica. a melhores condições experimentais para a degradação do corante azul básico 41 é em meio ácido ( ph= 2,0), densidade de corrente igual a 0,40 ma cm-2. usando as melhores condições experimentais, o processo fotoeletrocatalítico sob irradiação uv, promoveu a descoloração de 100% da solução e remoção de 81% de cot após 60 minutos sob constante de velocidade de degradação inicial de -0,040 mim-1 e uma eficiência de corrente de 51% em 40 minutos de tratamento. o processo mostrou-se mais eficiente quando comparado à fotocatálise, que nas mesmas condições experimentais apresenta constante de degradação na ordem de ecl. quím., são paulo, 34(4): 27 36, 200936 artigo article 0,024 min-2. deste modo, os resultados ilustram que o processo fotoeletrocatalítico, utilizando semicondutor nanoporoso de ti/tio2 como fotoanodo, pode ser aplicado como uma técnica alternativa na remoção de corantes básicos. agradecimentos os autores agradecem a fapesp e a capes pelos financiamentos. abstract: the present work investigates the photoelectrocatalytical degradation basic blue 41 (bb 41) largely applied to dye synthetic fibers, using a semiconductor ti/tio2 as photoanode. 100% of degradation of 8.33 10-5 mol l-1 dye in 0.1 mol l−1 na2so4, ph 2 was obtained under current density of 0.40 ma cm−2 and irradiation uv after 60 min of treatment and 80% of total organic carbon removal. the oxidation follows pseudo-first order reaction with initial rate constant of -0,040 mim-1 and a current efficiency of 51%. the results are superior the conventional photocatalysis in the same conditions without the polarization of the photoanode that takes to 65% of mineralization under initial rate constant -0,024 min-1. keywords: basic blue 41, photoelectricatalysis, photocatalysis, ti/tio2, dye treatment. referências [1] c. fernández, m. l. larrechi, m. p. callao, talanta, 79 (2009) 1292–1297. 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[12] m. e. osugi, g. a. umbuzeiro, m. a. anderson, m. v. b. zanoni, electrochimica acta,50 (2005) 5261-5269. [13] m. e. osugi, g. a. umbuzeiro, f. j. v. castro, m. v. b. zanoni, journal of hazardous materials b, 137 (2006) 871877. [14] s. t. martin, h. herrmann, w. choi, m. r. hoffmann, part 1., trans. faraday soc., 91 (1994) 3315. [15] a. c. patricia et al. chemosphere, 59 (2005) 431–439. [16] f. h. oliveira, m. e osugi, f. m. m. paschoal, d. profeti, p. olivi, m. v. b. zanoni, journal of applied electrochemistry, 37 (2007) 583-592. [17] m. e. osugi, c. c. i. guaratini, n. r. stradiotto, m. v. b. zanoni, química nova, 27(3) (2004) 417-420. [18] g. patermarakis, e. fountoukidus, water res. 24 (1990) 1491-1496. [19] l. e. fraga, m. a. anderson, m. l. p. m. a. beatriz, f. m. m. paschoal, romão, l. p. romão, m. v. b. zanoni, electrochimica acta, 54 (2009) 2069-2076. [20] blesa, m. a.. (ed.). la plata: digital grafic, 2001. 316 p. [21] paschoal, fabiana maria monteiro. aplicações da técnica fotoeletrocatalítico na oxidação de corantes ácidos, corantes dispersos, surfatantes e na redução de cr(vi) e bromato em efluentes usando eletrodos nanoporosos de ti/tio2. araraquara, 2008. tese de doutorado. instituto de química, unesp. [22] c. r. costa, c. m. r. botta, e. l. g. espindola, p. olivi, journal of hazardous materials 153 (2008) 616. [23] m.a. butler, journal appl. phys., 48 (1977) 1914. www.scielo.br/eq volume 35, número 2, 2010 79 determination of alkalinity and dissociation constants of high salinity waters: use of f5bc titration function. cavalcanti, b.f.1*, agostinho, l.c.l.2 and nascimento, l.2 1 civil engineering department1federal university of campina grande – ufcg e-mail: bernardete.ufcg@gmail.com 2 federal university of paraiba, materials department, joão pessoa, pb. abstract: measurements of parameters expressed in terms of carbonic species such as alkalinity and acidity of saline waters do not analyze the influence of external parameters to the titration such as total free and associated carbonic species concentration, activity coefficient, ion pairing formation and residual liquid junction potential in ph measurements. this paper shows the development of f5bc titration function based on the titrations developed by gran (1952) for the carbonate system of natural waters. for practical use, samples of saline waters from pocinhos reservoir in paraiba were submitted to titration and linear regression analysis. results showed that f5bc involves f1x and f2x gran functions determination, respectively, for alkalinity and acidity calculations without knowing “a priori” the endpoint of the titration. f5bc also allows the determination of the first and second apparent dissociation constant of the carbonate system of saline and high ionic strength waters. keywords: saline waters; alkalinity; dissociation constants. 1. introduction surface waters and groundwaters in the northeast semi – arid region of brazil are classified as high ionic strength waters. these waters exhibit excess of salt concentration, high hardness and are supersaturated with calcium carbonate, caco3. total carbonic species concentration, ct in saline waters is represented by the sum of the carbonate species such as carbonic gas, co2, total bicarbonate (where t refers to total concentrations; i.e., free species and ion pairing or associated species), hco3t and total carbonate (free and associated species), co3 2t. the system h2co3* + hco3 t + co3 2t (where h2co3* refers to the sum of carbonic acid and carbonic gas) is determined from ph electrometric measurement and from any parameter defined in terms of the carbonic species [9]. in practice, it is difficult to measure ct and, hence, it is defined total alkalinity in order to determine all carbonic species. equations for alkalinity and acidity are as follows (in calcium carbonate scale, mg/lcaco3): alc = h+ + hco3t+ co23t+ oht (1) ac = h2co3* + hco3t+ h+ – oht (2) interrelationship between alkalinity and acidity mass parameters and ph is depicted by means of graphical representations such as ct versus ph diagram, mass diagram, bjerrum diagram and modified caldwell – lawrence diagram. in high salinity waters addition of co2 is considered for alkalinity determination. in this case ph ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 2010 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 201080 artigo article depends on ct and ionic matrix of the solution (ion pairing) and the first dissociation constant must be known. the endpoint of titration known as the h2co3* equivalence point, phe1 varies with ct and pk”1 (where p refers to the negative decimal logarithm). this point is given by (in molar scale): [h+] = + [hco3] t+ co3 2t+ oht (3) from the above proton balance equation alkalinity is defined by equation (1) in molar scale as follows: [alk] = [h+] + [hco3] t+ co3 2t+ oht (4) in fact, it is only necessary to know one mass parameter and ph to determine species concentrations. the inverse is true: if two mass parameters values are known, it is possible to determine ph provided dissociation constants are known. in low ionic strength waters it can be assumed that molarity = molality = mole fraction. however, in high salinity waters these equalities cannot be made. in these waters, the determination of single ion activity coefficients is a problem because thermodynamically it is not possible to measure single ion activity coefficients. a further factor affecting activities of ions in saline waters is the formation of ion pairs between oppositely charged ions in solution. these ion pairs may have zero or positive or negative charge. it also affects the ionic strength of solution and solubility products. in general, most weak acid species (like the carbonate system) ion pair with the principal cations in high salinity waters; for instance, mg2+,ca2+, na+ and k+. however, invariably weak acid concentrations are very much less than cation concentrations. consequently, cation – weak acid ion pairing has negligible effect on cation concentration but has a profound effect on weak acid concentrations. measured or observed ph in high salinity waters is also termed operational ph and is defined as [3]: ph = log (h+) op = -logfh+op log [h+] (5) and fhop = κfh+ (6) where κ = residual liquid junction poten-κ = residual liquid junction poten= residual liquid junction potential effect which has a constant value for a particular solution. this parameter is different from one and ph observed is no longer simply related to the molar concentration of hydrogen ion. hence, phop is different from true ph (pht) of solution. the operational ph is linked to the true ph as follows: phop = logκfh+ [h+] = phop – pκ (7) estimation of rljp effects; i.e., determination of κ requires the estimation of fh+ [3]. however, k” (rljp) can be determined theoretically and experimentally by applying the modified gran titration procedure [10]. functions developed by gran in 1952 for the carbonate system of low ionic strength natural waters (ionic strength less than 0,1) allow to obtain with great accuracy the volume of strong acid added to the particular equivalence point although it is not possible to know ph value of this point. for each of the three equivalence points two linear functions can be formulated. when the linear fraction of each plot is extrapolated to a function value equal to zero, the corresponding value of the strong base added is equal to the necessary volume to titrate back to the equivalence point under research. this is the way to determine alkalinity and acidity or one of its forms. function f5bc can be applied to saline waters in order to obtain the apparent dissociation constants which incorporate the effects of residual liquid junction potential. application of these constants for calculating saturation indexes of saline waters can determine quantitatively the amount of calcium carbonate precipitated (supersaturation) or dissolved (undersaturation). this determination allows the establishment of water treatment techniques to improve the water quality. function f5bc also allows the determination of acidity and alkalinity of saline waters and incorporates activities effects and ion pairing formation. 2. theory the development of f5bc function requires the development of first and second gran functions, f1x e f2x, respectively. this function ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 2010 81 artigo article is applied initially in the ph region 9.0 ≤ phop ≤ 9, 5 (where op refers to operational or measured ph value) and its development is given by: notation (i) alkalinity and acidity forms: total alkalinity or alkalinity: alk bicarbonate or phenolphthalein alkalinity: alchco3 total acidity or acidity: ac bicarbonate acidity or co2 acidity: achco3 (ii) volumes: volume of strong acid required to the bicarbonate equivalence point or phe2 (unknown volume): v2, ml volume of strong acid require to the h2co3* equivalence point or phe1 (unknown value) v1, ml volume of strong base added to the carbonate equivalence point or phe3: v3, ml initial volume of the solution under investigation: vo, ml incremental volume of strong acid added: vx, ml (iii) titrants: molar concentration of the strong acid added, hcl to phe1 and phe2: ca, mol. 1-1 molar concentration of strong base added to ph e3: cb, mol. 1-1 the development of f5bc function considers that initially in the ph range of titration, acidity is given by: [ac] = v3cb / {vo + vx} = v3cb / vt (8) at some point “x” in the ph range of titration, acidity and bicarbonate acidity are given by: [ac] x = {v3 vx} cb /vt (9) [achco3] x = {v2 vx} cb. / vt (10) in this ph range, equations defining acidity and bicarbonate acidity are approximated to: [ac] x ≈ [hco3-] (11) [achco3] x = [co3 2-] (12) substituting the above equations into equations (9 and 10), respectively: [co3 2-] = {vx v2} cb / vt (13) [hco3 -] = { v3 vx} cb / vt (14) from the definition of the second dissociation constant of the carbonate system: [hco3 -] / [co3 2-] = k’2 / (h +) = {v3 vx} / {vx v2} (15) for natural waters with low ionic strength (i ≤ 0, 10), the measured or observed ph is the real or true ph of the solution and f5bc function is given by: 10 ph {vxv2} = 1/ fh k’2 {v3 vx} = f5bc (16a) for high salinity waters, the effects of rljp are taken into account and the observed ph is the ph read off from the ph – meter. in this case, function f5bc is defined as: 10phop {vx v2} = 1/ fhop. k’2 {v3 vx} = 1/ k’2op {v3 vx} = f5bc (16b) the plot of f5bc versus volume vx added shows a linear relationship with slope given by: d5 = 1/k’2; d’5 = 1 / fhk’2; d”5 = 1/k’2a (17a) where, k’2ap = second apparent dissociation constant for saline waters. the extrapolation of the f5bc function to the zero abscises axis gives vx = v3 (see figure 1 below). acidity is determined as follows: ac = v3 vx cb /vt x 50 x 10 3(mg/l caco3) (18) ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 201082 artigo article r 2 = 0,9768 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 1 2 3 4 5 added volume, vx (ml) f5bcx10exp-10 f5bc figure 1. f5bc function versus volume of added titrant, ml. the apparatus used in the f5bc titration of test solution is shown in figure 2 and are described as follows: a reactor consisting of a perspex cylinder of known volume. the cover of this reactor is slightly concave to aid the removal of air bubbles prior to the commencement of the experiment. at the center of the cover is a long perspex pressure regulating outlet tube with a diameter of 3 mm that has three functions: (i) it provides a means of removing air bubbles from the reactor prior to commencing a titration; (ii) it maintains a constant pressure within the reactor during a titration, and (iii) it minimizes the possibility of co2 exchange between the test solution and the atmosphere. the cover of the reactor is fitted also with three rubber sealed ringed apertures to locate (i) a dropping pipette feed from the piston burette, (ii) a ph electrode and (iii) a thermometer. the head of the dropping pipette has a very fine aperture which is curved slightly to prevent acid diffusion during an experiment. the electrometric measurements are carried out with a digital high precision ph meter with an input impedance greater than 10 12 ohm in combination with the solid state, drift free amplifier. the ph meter displays the ph to three decimal places. the titration procedure is the following: to initiate an experiment, first the reactor is filled with the test solution and air bubbles are removed by depressing the plunger shown in figure 2 below. the reactor is then submerged into a constant temperature water bath which is maintained at (25± 0, 1) °c. calibration of the electrode is carried out just prior to an experiment using buffer solution of 7,10 and 9,25 at 25°c, respectively, and ph 7,10 ± 0.1. at this temperature, constant increments (0, 5 ml) of strong base (naoh) with a precisely known molarity are added until the ph= 9, 0. then more increments of naoh (0, 2 ml) are added until ph reaches ph = 9, 5. after each increment of titrant added, the solution is stirred for 2 minutes with a magnetic stirrer. the ph reading is noted once the digital display of the ph meter reaches a constant value. after each addition of titrant, the plunger in the reactor is withdrawn slightly to maintain a constant liquid level in the outlet tube. in this way the system can accommodate volume changes and still remain essentially isolated from the atmosphere. ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 2010 83 artigo article figure 2 – apparatus used for the development of f5bc function. digital ph meter pressure regulating outlet water bath thermometer thermostat piston burette combined electrode magnetic stirrer figure 2. apparatus used for the development of f5bc function. 3. f5bc applications 3.1 – selection of samples in order to test f5bc function it was used as sample the water of a small reservoir (see figure 3) in pocinhos, paraiba state which is also referred as sample asp. in all experiments the parameters ionic strength and temperature were maintained constants. sample “asp” has total dissolved solids; tds of 3000mg/l and chloride concentration of 1100mg/l. ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 201084 artigo article figure 3. pocinhos reservoir located in the semi – arid region of paraiba state in brazil. 3.2 – experimental results in the development of f5bc function are obtained some data of f1x and f2x modified gran functions that allows the determination of alkalinity and first dissociation constant of the carbonate system. alkalinity is determined as follows: for f1x = 0 then v1 = 14, 292 ml, the significance level is r2 = 0, 99954 for standard deviation of 0, 00425; the operational activity coefficient for hydrogen is fhop = 0, 9630 and alkalinity is alk = 14, 292 x 0, 095/450. therefore, alkalinity is given by: alk (asp) = 3, 02 x 10-3 mol. l-1 or alk = 151mg/l caco3. for this water, theoretical alkalinity is 2, 324 x10-3 moles. l-1 or 116.20 mg/l caco3. similarly the acidity of sample asp is calculated from equation (18) by using the volume of strong base added to the carbonate equivalence point; i.e., volume v3 (ml). the second apparent dissociation constant for saline waters, k”2ap is obtained by applying f5bc function and mixed titration in the ph range 3, 00 ≤ phop ≤ 9, 5. results were submitted to linear regression technique and are shown in tables 1 and 2, respectively. ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 2010 85 artigo article table 1. ph values obtained by titration with f5bc function in ph range 3.00 ≤ phop ≤ 6,35 for saline water asp1. initial data: vo = 450.00 ml; ca = 0,10m hcl; t = 25°c vx (ml) phop vx (ml) phop 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 9,2 9,4 6,35 6,32 6,30 6,27 6,25 6,22 6,20 6,17 6,14 6,12 6,09 6,04 6,02 5,99 5,97 5,94 14,6 14,8 15,0 15,2 15,4 15,6 15,8 16,0 16,2 16,4 16,6 16,8 17,0 17,2 17,4 17,6 17,8 18,0 18,2 4,06 3,94 3,82 3,72 3,64 3,57 3,51 3,46 3,41 3,37 3,33 3,29 3,26 3,23 3,20 3,17 3,14 3,12 3,10 ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 201086 artigo article table 2. parameters results used for determining alkalinity and apparent dissociation constants of saline water from pocinhos reservoir or asp sample. function/parameters saline water “asp1” saline water “asp2” f1x slope d´1 activity coefficient fhop standard deviation,dp volume v1 (ml) alk (mg/lcaco3) n=24, r2=99,95% 0, 0963 0, 963 0, 00425 14,29 151 n=22, r2= 98,56% 0, 1011 1, 010 15,75 166,25 f2x volume v2(ml) k”1apx10-7 pk”1ap medium value: pk”1ap=6,02 n=16; r2= 99,78% 0,39 6,13 5,81 n=16; r2= 99,79% 1,21 6,21 6,23 f5bc a5x1010 dpa x 1010 b5x1010 dpbx1010 volume v3(ml) k”2ap x 10-10 pk “2ap medium value: pk “ap = 9,64 n=29; r2= 98,17% 1, 5932 0, 0112 0, 4405 0, 0165 3,62 2, 3574 9,63 n=22; r2= 98,56% -1, 6817 0, 0109 0, 4452 0, 0171 3,78 2, 2239 9,65 n = number of data; r2= significance level; dp = standard deviation, k”1ap e k”2ap = first and second apparent dissociation constant for saline waters, respectively. 4. discussion and conclusions the errors in the estimation of alkalinity and acidity or one of its forms are generally attributed to the following factors: i) the ph reading in the ph meter do not show when the inflexion point is achieved; (ii) depending on the buffer capacity of the titration endpoint, some small errors in the estimation of the equivalence point under investigation will give rise to severe errors in the measurements of parameters in aqueous phase. some external effects in the determination of equivalence points of the carbonate system were analyzed by loewenthal and marais (1986) as follows: (a) increase in ionic strength and temperature of the aqueous solution modify the bicarbonate equivalence point and the carbonate equivalence point. however do not affect the co2 equivalence point; (b) any change in some carbonic species of the aqueous solution modifies also the total carbonate species concentration. this variation is negligible for phe2. however, the phe1 and phe3 equivalence points are affected. consequently, when determining alkalinity (phe1 equivalence point) it is convenient to use a closed reactor to avoid changes in ct due to a possible increase in co2 and (c) the exchange between co2 and environmental air and ionic species in solution affects phe1 causing a ph depression due to loss of co2. for phe3 there will be absorption of co2 and, hence, ph of the endpoint titration will be depressed. no effect is observed in phe2. with regard to this investigation, the precipitation/ dissolution rate of calcium carbonate affects not only phe1 (if calcium carbonate is in water there will be dissolution and, hence, the ph of the titration endpoint is depressed as well as phe3) but also the final phe which is diminished. ecl. quím., são paulo, 35 2: 79 87, 2010 87 artigo article therefore for saline waters and hard waters the phe1 endpoint will be strongly affected. the use of f5bc function avoids this inconvenience. as to the estimation of dissociation constants, f5bc function has the advantage to include the influence of several factors such as residual liquid junction potential in ph electrometric measurements and electrometric measurement in terms of activity coefficients determination. this function also gives an accurate determination of the volume of strong base added to the equivalence point under investigation although this point is not known. resumo: medições de parâmetros expressos em termos de espécies carbônicas tais como alcalinidade e acidez de águas salinas não analisam a influencia de parâmetros externos tais como concentração de espécies carbônicas livre e associada, formação de pares iônicos e potencial de residual de junção líquida em medições de ph. este artigo mostra o desenvolvimento da função titulométrica f5bc com base nas titulações desenvolvidas por gran (1952) para o sistema carbonatado de águas naturais. para uso prático, amostras de água salina do açude de pocinhos, pb foram submetidas à titulação e análise de regressão linear. os resultados mostraram que a função f5bc compreende a determinação das funções tipo gran f1x e f2x, respectivamente, para a obtenção de alcalinidade e de acidez sem conhecer “a priori” o ponto final da titulação. a função f5bc permite também a determinação da primeira e da segunda constante aparente de dissociação do sistema carbonatado de águas salinas e de alta força iônica. palavras – chave: águas salinas; alcalinidade; constantes de dissociação. references [1] apha, am. publ. health assoc., standard methods for the examination of water and wastewater, usa, 2000. 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lipases; waste oil. introdução a crescente preocupação com a crise planetária ambiental associada ao uso de combustíveis fósseis, impulsionou a pesquisa por novas fontes de energia. uma interessante alternativa para o substituição dos combustíveis fósseis são os biocombustíveis. o termo biocombustível refere-se ao combustível líquido ou gasoso que é predominantemente produzido a partir de biomassa. dessa forma, o biodiesel é um biocombustível constituído de uma mistura de ésteres de ácidos graxos que podem ser obtidos de óleos vegetais ou gorduras animais. a obtenção deste biocombustível pode ser realizada através de uma reação de transesterificação ou de uma reação de esterificação. das reações citadas, a mais utilizada para a produção de biodiesel é a reação de transesterificação, pois fornece um coproduto que possui diversas aplicações em vários segmentos industriais: o glicerol.1 eclética química, 39, 200-215, 2014. 201 nas reações de transesterificação, a produção de biodiesel forma ésteres alquílicos e glicerol, sendo que a camada deste poliálcool, mais densa que os ésteres, se deposita no fundo do recipiente da reação. o processo se baseia na reação estequiométrica do alquil glicerol com álcool em presença de um catalisador.2 as reações de transesterificação podem ser conduzidas através do uso de um catalisador ácido ou básico, catalisador enzimático ou fluidos supercríticos.1, embora a transesterificação usando catalisadores álcalis forneça elevadas taxas de conversão de trigliacilgliceróis para os seus correspondentes ésteres em curtos períodos de tempo, a reação possui inúmeros inconvenientes: o elevado custo para a recuperação do glicerol; a necessidade do catalisador ser removido do produto; a produção de resíduos alcalinos que precisam de tratamento; o fato dos ácidos graxos livres e a água prejudicarem a reação. tais inconvenientes conduziram as pesquisas por novos catalisadores. nesse contexto, a produção de biodiesel catalisada pelas enzimas lipases vem recebendo atenção especial por eliminar ou reduzir os problemas citados acima, tornando-se uma promissora rota alternativa às tradicionais rotas químicas. as lipases (e.c. 3.1.1.3) constituem o grupo de biocatalisadores mais importantes para aplicações biotecnológicas, pois apresentam a capacidade de catalisar reações tanto em meio aquoso como em meio orgânico, onde o teor de água é restrito. além disso, o elevado potencial de aplicação das lipases é justificado por sua capacidade de utilização de uma ampla faixa de substratos, sua estabilidade frente a diferentes temperaturas, ph(s), com solventes orgânicos e sua quimio-regio e enantioseletividade.5 atualmente, as lipases são largamente utilizadas no processamento de óleos e gorduras, detergentes, formulação de desengraxantes, processamento de alimentos, síntese de produtos para a química fina e fármacos, manufatura de papel, produção de cosméticos e na degradação de efluentes gordurosos. apenas na área de detergentes, aproximadamente 1000 toneladas de lipases foram comercializadas em 2004.6 no que tange a aplicação das lipase para a produção de biodiesel, é possível dizer que a aquisição de elevados rendimentos deste biocombustível podem ser atingidos com o uso da catálise enzimática. entretanto, os rendimentos estão relacionados a vários fatores, tais como o tipo do álcool utilizado, a fonte lipídica, a razão molar entre a fonte lipídica e o álcool, a temperatura, o tipo de solvente orgânico (se utilizado), a quantidade de água e a fonte de lipase. um fator importante a ser considerado para a comercialização do biodiesel é o seu custo. o biodiesel possuía um custo aproximado de us$ 0,5 por litro, enquanto o diesel de petróleo custava aproximadamente us$ 0,35 por litro.7 de acordo com os autores, o alto custo do biodiesel é vinculado principalmente a natureza da fonte lipídica. o uso de óleos vegetais de alta qualidade geram um eclética química, 39, 200-215, 2014. 202 biodiesel com interessantes características energéticas, porém, com elevado custo. para reduzir os custos do biodiesel novos métodos e materiais de partida vem sendo estudados, tais como óleos vegetais não comestíveis.8 dessa forma, o presente estudo visa analisar a produção de biodiesel a partir de óleo de soja usado em frituras com três catalisadores enzimáticos comerciais. procedimentos experimentais o óleo vegetal usado em frituras foi coletado de diversos restaurantes do município de garopaba sc. o óleo adquirido foi filtrado em papel de filtro qualitativo whatman, n. 1 para remoção de sólidos grosseiros e finos. a amostra resultante foi submetida a caracterização físico-química com base nos seguintes parâmetros: umidade e voláteis (método: ial, pg. 602); índice de acidez (método: ial pg. 591); índice de iodo (método: ial, pg. 597); índice de peróxido (método: ial, pg. 593); umidade e voláteis (método: ial, pg. 602) e perfil de ácidos graxos (método: aoac n. 996.06 e aocs ce if 96).9,10 as análises foram realizadas no laboratório de análises do departamento de ciência e tecnologia de alimentos da universidade federal de santa catarina. a partir dos resultados de caracterização físico-química foi possível realizar os cálculos estequiométricos para a realização das reações de transesterificação utilizando diferentes razões molares entre etanol e óleo residual que variaram de 3:1 a 9:1. as reações foram conduzidas com o uso de etanol anidro 99,5% (merck) e os catalisadores enzimáticos adquiridos da novozymes®: novozym 435 (aspergillus niger), lipozyme rm im (rhizomucor miehei ) e lipozyme tl im (thermomyces lanuginosus). as reações de transesterificação foram executadas seguindo um planejamento fatorial completo de 12 ensaios, os quais foram incluídos 4 pontos centrais. os pontos centrais promoveram graus de liberdade adicionais para a estimativa do erro, que por sua vez, aumenta o poder da análise quando os efeitos são testados. foram avaliados os seguintes fatores: temperatura, razão molar etanol/óleo e percentuais de biocatalisador. os níveis utilizados para cada variável estão descritos na tabela 1. as análises foram realizadas com o uso do software statistica 7.0 (statsoft inc., usa). eclética química, 39, 200-215, 2014. 203 tabela 1. planejamento fatorial utilizando as enzimas: novozym 435, lipozym tl im e lipozym rm im. variáveis níveis -1 0 +1 temperatura (oc) 35 47,5 60 razão molar etanol/ óleo (m/m) 3:1 6:1 9:1 percentual de enzima (%) 0,5 3,0 5,5 as reações foram conduzidas em frascos erlenmeyers de 50 ml em shaker orbital com agitação de 200 rpm por 24 h. alíquotas de 1 ml foram retiradas dos frascos após 12, 24 e 48 h de reação para a análise de ésteres obtidos. a análise dos ésteres foi realizada através de um cromatógrafo à gás com espectrofotômetro de massas (cg-em) da marca shimadzu, modelo 2010, coluna – restek modelo rtx-5ms. as análises foram realizadas utilizam-se uma rampa de aquecimento iniciada em 100 oc, com aumento de 8 oc por minuto até 300 oc, para a obtenção de uma isoterma de 10 minutos. a temperatura do injetor foi de 280 oc com interface e fonte de íons a 300 oc , divisor de fluxo (split) 1/50. a injeção de 1 μl de amostra foi feita de modo manual e o gás de arraste utilizado foi o nitrogênio. foram utilizados os seguintes padrões cromatográficos: laurato de etila, meristato de etila 99%, oleato de etila 98%, adquiridos da aldrich e palmitato de etila > 99%, estearato de etila 99%, linoleato de etila > 99% adquiridos da sigma. a identificação dos picos foi realizada através da comparação com tempo de retenção dos padrões citados. a quantificação dos picos foi realizada com base nas curvas de calibração obtidas com os padrões citados utilizando-se concentrações que variaram de 0,5 a 5 mg/ml. a obtenção da concentração de cada composto foi realizada por meio dos cromatogramas, que permitiram calcular a conversão da reação de acordo com a equação química: 1 mol de óleo + 3 moles de etanol → 3 moles de ésteres + 1 mol de glicerol. para a obtenção do valor da máxima massa de ésteres que pode ser obtida, foi utilizada a equação 1. (1) ne= 3• no onde ne é o valor relacionado ao máximo número de moles de ésteres que podem ser obtidos na reação (mol/l) e no é o número de moles do óleo (mol/l). para a obtenção da conversão da reação em porcentagem foi utilizada a equação 1. (2) x = c me eclética química, 39, 200-215, 2014. 204 onde x é a conversão da reação em etil ésteres; c é a massa em etil ésteres (g), me é a massa máxima de ésteres que pode ser obtida na reação entre o óleo e o etanol (g). as amostras de biodiesel obtidas foram caracterizadas físico-quimicamente conforme a resolução n°4 da anp de 22/02/2010 na bioagri laboratórios ltda – piracicaba sp.11 resultados e discussão caracterização do óleo residual usado em frituras para a utilização do óleo residual como material de partida para a produção de biodiesel tornou-se interessante realizar a determinação de parâmetros físico-químicas que influenciam diretamente o rendimento das reações de transesterificação. dessa forma, os resultados para a caracterização do óleo vegetal usado em frituras encontram-se ilustrados na tabela 2. tabela 2. características físico-químicas do óleo de fritura usado adquirido em restaurantes de garopaba – sc após filtração. parâmetro analisado unidades resultado codex stan 210-1999 (óleo refinado)12 anvisa resolução rdc nº 482 de 1999 (óleo refinado)13 umidade e voláteis (g/100 g) 0.10 • 0.05 índice de acidez (mg koh/g) 1.4 • 0.6 máx. 0.3 índice de iodo (gl/1000 g) 113.0 124-139 120-143 índice de peróxido (meq/kg) 17.4 • 10 máx. 10 perfil de ácidos graxos ácido araquídico (c20:0) (g/100g) 0.92 0.1-0.6 < 1,0 ácido behênico (c22:0) (g/100g) 0.60 nd-0.7 < 1,0 ácido caprílico (c8:0) (g/100g) 0.18 nd < 1,0 ácido eicosapentanóico (c20:5n3) (g/100g) 0.10 nd < 1,0 ácido eicosanóico (c20:1) (g/100g) 0.31 nd-0.5 < 1.0 ácido linoléico (c18:2n 6c) (g/100g) 45.82 48.0 -59.0 44.0 – 62.0 ácido oléico (c18:1n 9c) (g/100g) 29.17 17-30 19.0 – 30.0 ácido palmítico (c16:0) (g/100g) 11.88 8.0-13.5 7.0 – 14.0 eclética química, 39, 200-215, 2014. 205 ácido palmitolêico (c16:1) (g/100g) 0.31 nd-0.2 < 0.5 ácido esteárico (c18:0) (g/100g) 5.50 2.0-5.4 1.4 – 5.5 ácido linolênico (c18:3n 3c) (g/100g) 3.73 4.5-11.0 4.0 – 11.0 os óleos vegetais usados em processos de fritura sofrem degradação por reações de natureza hidrolítica e oxidativas. as reações oxidativas são aceleradas pelas elevadas temperaturas do processo de fritura e caracterizam-se por serem as reações que mais influenciam nas características físicoquímicas do óleo residual. dessa forma, os valores obtidos para os parâmetros índice de peróxido e índice de acidez são mais elevados se comparados a um óleo de soja refinado. por outro lado, o valor do índice de iodo é menor se comparado à um óleo refinado devido ao fato de possuir menor número de insaturações. os resultados apresentados na tabela 2 corroboram aos resultados de caracterização de óleos de soja residuais publicados por outros autores.8,14,15. é interessante comentar que se o objetivo deste trabalho fosse utilizar um catalisador básico, possivelmente a reação para a produção de ésteres seria dificultada devido a umidade e conteúdo de ácidos graxos livres do material de partida. as reações que ocorrem com catalisadores alcalinos precisam ser processadas em materiais isentos de água devido às possíveis reações de saponificação. o sabão formado consome o catalisador e reduz a eficiência catalítica bem como causa um aumento na viscosidade, a formação de géis e a dificuldade de separar o glicerol. alguns autores sugerem que o conteúdo de ácido graxos livres seja menor que 0,5%, enquanto outros sugerem que a matéria-prima usada seja totalmente isenta de ácidos graxos livres e umidade.16 produção de biodiesel as condições experimentais e os resultados para a obtenção de ésteres etílicos estão ilustrados na tabela 2. os efeitos estimados para cada variável, bem como as interações entre elas foram determinadas para um tempo de reação de 48 h. após este período de tempo de reação, não houve aumento significativo na produção de ésteres. o perfil de produção de ésteres etílicos obtidos para os três biocatalisadores pode ser visualizado na figura 1. eclética química, 39, 200-215, 2014. 206 (a) (b) (c) figura 1. gráficos que representam o percentual de conversão em ésteres etílicos obtidos para os três biocatalisadores após 12, 24 e 48 h de reação. foi verificado que os fatores isoladamente influenciam de forma significativa na resposta adotando-se um nível de significância de 0,05 (tabela 3). eclética química, 39, 200-215, 2014. 207 tabela 3. variáveis e seus valores codificados para o planejamento fatorial completo (23) e resultados para os percentuais de conversão de ésteres após 12, 24 e 48 h de reação. en saios variáveis conversão (%) (h) novozym 435 lipozym tl im lipozym rm im tempo de reação (h) a b c 12 24 48 12 24 48 12 24 48 1 -1 -1 -1 1,72 3,74 6,37 3,21 6,44 7,09 0,00 4,17 7,82 2 +1 -1 -1 0,63 4,76 12,6 1,23 8,07 12,9 0,00 0,00 1,03 3 -1 +1 -1 3,65 9,58 10,3 2,55 5,78 13,7 0,00 1,59 3,73 4 +1 + -1 22,8 28,2 32,1 0,00 0,53 1,66 0,00 0,00 0,48 5 -1 -1 +1 35,8 48,5 62,8 9,56 15,5 28,8 2,88 5,60 10,8 6 +1 -1 +1 43,7 61,7 76,5 1,21 3,18 6,72 0,00 0,00 1,92 7 -1 +1 +1 42,9 68,7 77,3 0,00 0,00 0,61 0,00 3,22 9,39 8 +1 +1 +1 44,9 79,8 86,1 1,04 2,91 5,54 1,13 5,42 9,61 9 0 0 0 54,7 74,1 97,1 36,5 56,6 75,7 10,4 22,9 44,8 10 0 0 0 45,6 68,3 95,2 23,5 45,0 76,1 11,1 25,5 43,5 11 0 0 0 49,8 73,0 96,7 28,3 58,1 72,4 15,0 32,5 42,4 12 0 0 0 52,2 70,7 92,9 33,4 49,1 69,9 16,8 35,3 47,3 neste caso, a variável que apresentou o maior efeito sobre o fator resposta foi o percentual de enzima. além disso, também foi possível verificar a existência de uma curvatura na região obtida e que a mesma é muito significativa para o nível de significância usado (tabela 4). tabela 4. estimativa dos efeitos das variáveis sobre o fator resposta obtidos através do planejamento fatorial 23 + 4 pontos centrais após 48 h de reação com a novozym 435. fator codificado efeito erro padrão t-valor p-valor curvatura 100,4250 5,073045 19,79580 0,000038 (a) temperatura (oc) 12,7250 2,928924 4,34460 0,012209 (b) razão molar 12,1250 2,928924 4,13975 0,014379 (c) enzima (%) 60,2250 2,928924 20,56216 0,000033 (a) x (b) 2,6250 2,928924 0,89623 0,420790 (a) x (c) -0,9750 2,928924 -0,33289 0,755936 (b) x (c) 0,1250 2,928924 0,04268 0,968004 eclética química, 39, 200-215, 2014. 208 as faixas de temperaturas estudadas foram adotadas baseando-se em trabalhos publicados realizados por outros autores, conforme ilustrado na tabela 5, e de forma que não ultrapassasse o ponto de ebulição do tipo de álcool utilizado nas reações de transesterificação. tabela 5. valores de temperatura e tempo para reações de esterificação enzimática escolhidos por outros autores. tipo ou origem da lipase utilizada temperatura (oc) tempo de reação (h) referência penicillium expansum 35 24 21 lipozyme® de rhizomucor miehei 37 24 22 novozym 435 50 8 23 lipozyme® im de mucor miehei 35 65 8 24 novozym 435 65 6 25 novozym 435, lipozyme® de rhizomucor miehei e mucor miehei 30 6 26 lipase livre de pseudomonas fluorescens lipase de mucor miehei imobilizada em resina de troca iônica lipase de candida sp imobilizada em esferas de resina acrílica 45 5 27 novozym 435 40 0,5 28 novozym 435 32 24 29 lipase ak de pseudomonas fluorescens, lipase ps de pseudomonas cepacia, lipase de candida rugosa, lipozyme tl im de thermomyces lanuginosa e novozym 435 45 12 30 através dos resultados foi observado que, com o aumento de temperatura até o ponto central, houve aumento na produção de ésteres. por outro lado, quando a reação foi conduzida em temperaturas de 60 oc houve queda na produção de ésteres. dessa forma, é possível dizer que existe um efeito linear da temperatura sobre o fator resposta, sendo que este comportamento pode ser explicado pelo fato da enzima começar a sofrer desnaturação em temperaturas acima de 60 oc. as variações promovidas sobre o fator resposta (percentual de conversão em ésteres) podem ser ilustradas nos diagramas de contorno da figura 2, onde também é possível observar que a razão molar etanol/óleo também possui influencia sobre a produção de ésteres. o aumento concomitante da razão molar e da temperatura influenciam de forma negativa o fator resposta. esse comportamento eclética química, 39, 200-215, 2014. 209 pode ser explicado devido ao fato da estabilidade térmica das lipases diminuir com o aumento da quantidade de solventes orgânicos. dessa forma, solventes hidrofílicos, como por exemplo, o etanol, tendem a desnaturar as enzimas reduzindo sua estabilidade térmica. possivelmente, a presença de etanol em excesso no meio reacional promove desnaturação enzimática com o aumento da temperatura.17 figura 2. diagramas de contorno obtidos para o fator resposta em função das variáveis temperatura, razão molar etanol/óleo e percentual do biocatalisador novozym 435 após 48 h de reação. avaliando-se individualmente o efeito da razão molar foi possível verificar que seu aumento até valores próximos do ponto central, promoveu aumento da produção de ésteres. isso ocorre, pois na catálise enzimática em meios não aquosos, a natureza do solvente influencia na estabilidade e atividade das enzimas de forma significativa.17 solventes hidrofóbicos promovem um efeito diferente sobre a enzima se comparados aos solventes hidrofílicos.18 para estes autores, os solventes eclética química, 39, 200-215, 2014. 210 hidrofóbicas não prejudicam a atividade e podem até promover ativação enzimática, pois os mesmos não removem moléculas de água da superfície da enzima e podem interagir com a lipase mantendo a lid (tampa hidrofóbica) aberta. por outro lado, esse argumento não pode ser utilizado em todos os casos, pois, em algumas enzimas a lid não está necessariamente relacionada com a ativação interfacial.19 por outro lado, a lid não encontra-se presente em diversos tipos de lipases, sendo preciso atentar-se a quantidade de água na reação.17 a variável que promoveu maior efeito sobre o fator resposta foi o percentual de enzima. dessa forma, com o aumento do percentual de enzima de 0,5 para 5,5, houve aumento significativo da produção de ésteres. a influencia do percentual de enzima sobre as reações de transesterificação foi estudada, utilizando ácido palmítico e álcool isopropílico e novozym 435. os resultados ilustraram que a produção de ésteres aumentam com o aumento do percentual de enzima. uma média de aumento da produção de ésteres de 10% foi obtida quando a concentração foi elevada para 2%.20 a análise de variância foi utilizada para verificar a adequabilidade do modelo adotado, onde foi verificado que o coeficiente de determinação apresentou um valor muito próximo de 1, o que demonstra que o modelo quadrático adotado explica de forma satisfatória as variações nas respostas observadas. através no modelo foi possível obter a superfície de resposta referente ao plote do percentual de conversão pelas variáveis que promoveram os maiores efeitos sobre o fator resposta: percentual de enzima e temperatura. como é possível visualizar na figura 3, de modo geral, foram obtidos valores mais altos para o fator resposta com o uso de maiores valores de percentual de enzima. eclética química, 39, 200-215, 2014. 211 figura 3. superfície de resposta para o percentual de conversão em função da razão molar etanol/óleo e o percentual da novozym 435, após 48 h de reação. caracterização do biodiesel obtido com a novozym 435 o biodiesel obtido com os melhores resultados em termos de percentual de conversão em ésteres foi selecionado para o processo de caracterização. os resultados obtidos podem ser visualizados na tabela 6. tabela 6. ensaios de caracterização do biodiesel obtido com o uso da novozym 435 parâmetros unidades resultados regulamento anp massa específica (20 °c) kg/m3 883,0 850 à 900 viscosidade cinemática (40 °c) mm2/s 6,0 3,0 à 6,0 ponto de fulgor °c 30,6 limite 100,0 índice de acidez mg koh/g 0,79* 0,50 glicerina total % massa 0,22 0,25 glicerina livre % massa 0,06* 0,02 monoglicerídeos % massa 0,35 0,80 diglicerídeos % massa 0,32* 0,20 triglicerídeos % massa 0,31* 0,20 ponto de entupimento de filtro à frio °c -3 7 teor de éster % massa 80,1 96,5 fósforo mg/kg <1 10 os resultados da caracterização do biodiesel revelaram que o mesmo obedece na maioria dos parâmetros regulamentados pela anp, revelando a possibilidade real de uso dos óleos residuais como fontes para a obtenção de biodiesel. as exceções foram o índice de acidez e percentual de glicerina livre. a glicerina é um subproduto da produção do biodiesel e sua determinação é útil para verificar a pureza do biodiesel. concentrações elevadas de glicerina no biodiesel promovem problema de armazenamento, devido ao fato da mesma não se solubilizar ao mesmo. além disso, a sua presença provoca problemas de formação de depósitos, entupimentos de bicos injetores e emissões de produtos tóxicos, como por exemplo, a acroleína. no caso do índice de acidez, esse parâmetros possivelmente esta relacionado ao teor de ácidos graxos livres presentes no material de partida.31 conclusão eclética química, 39, 200-215, 2014. 212 os resultados revelaram que o uso da enzima comercial novozym 435 foi a que acarretou nos melhores valores de percentual de conversão em ésteres. além disso, esta enzima possibilitou a obtenção de grandes quantidades de ésteres em condições de relativa baixa temperatura (47 °c) e baixa valor de razão molar de 6:1. esses dados são interessantes do ponto de vista industrial pois trata-se de um método que usa condições brandas de temperatura e baixas quantidades de álcool. o método também não utilizou solvente orgânico, o que diminui ainda mais os custos das etapas de “scale up”. os resultados de caracterização do biodiesel demonstraram que, com exceção dos parâmetros de índice de acidez e glicerina, pode dizer que ele está dentro dos parâmetros exigidos pela anp e poderia ser comercializado. por fim, o trabalho ilustra que óleos de baixa qualidade podem ser utilizados para a fabricação de biodiesel, diminuindo os custos e contribuindo ainda mais para as questões ambientais uma vez que trata-se da valorização de um rejeito. agradecimentos ao cnpq pelo suporte financeiro e ao professor a. w. zibetti pelo auxílio com as análises estatísticas. eclética química, 39, 200-215, 2014. 213 referências [1] knothe, g; van gerpen, j.; krahl, j.; ramos, l. p. manual de biodiesel. 1 ed., blucher: são paulo, 2006. 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[31] lôbo, i. p.; ferreira, s. l.; cruz, r. s.; quim. nova 2009, 32, 1596. microsoft word 1052.doc ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 110 conductometric determination of propranolol hydrochloride in pharmaceuticals elen romão sartori, nathália vieira barbosa, ronaldo censi faria and orlando fatibellofilho* centro de ciências exatas e de tecnologia, departamento de química, universidade federal de são carlos ufscar, p.o. box 676, cep 13.560-970, são carlos, sp, brazil. * address correspondence to this author at the departamento de química, universidade federal de são carlos, c.p. 676, 13.560-970 são carlos – sp, brazil; tel.: +55 16 33518098; fax: +55 16 33518350; e-mail: bello@ufscar.br (o. fatibello-filho) abstract: ______________________________________________________________________________ in this paper the conductometric titration of propranolol hydrochloride in pharmaceutical formulations using silver nitrate as titrant is proposed. the method was based on the formation of an insoluble salt (agcl(s)) between the chloride of propranolol hydrochloride molecule and ag(i) ions of the titrant agno3. the effect of the prop-agno3 concentrations and the interval of time between the successive additions of the titrant on the shape of the titration curve were studied. the obtained recoveries for four samples ranged from 96.8 to 105%. the proposed method was successfully applied in the determination of propranolol hydrochloride in several pharmaceutical formulations, with results in close agreement at a 95 % confidence level with those obtained using official spectrophotometric method. www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 111 keywords: conductometric titration, propranolol hydrochloride, silver nitrate, pharmaceutical formulations. introduction propranolol hydrochloride (prop) (figure 1), is a cardioselective β-adrenergic receptor blocking agent, which is orally used in the form of chlorhydrates. it is generally prescribed for the treatment of various cardiovascular disorders, such as angina pectoris, hypertension, cardiac arrhythmias, and myocardial infarction [1]. . hclo oh n ch3 ch3 h figure 1. chemical structure of propranolol hydrochloride. the british [2] and brazilian [3] pharmacopoeias described a potentiometric and a spectrophotometric method of assay, respectively. several other analytical methods involving colorimetry [4], spectrophotometry [5-9], atomic absorption spectrometry [9], spectrofluorometry [10-13], diffuse reflectance spectroscopy [14], chromatography [15, 16], titrimetry [17], chemiluminescence combined with flow injection analysis (fia) [18, 19], potentiometry [20], and voltammetry [21-23] were reported. most of the reported methods possess some disadvantages, such as long analysis time, sample pretreatment, and expensive instrumentation that make them unsuitable for routine analysis. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 112 there is only one conductometric method described for the determination of prop in pharmaceutical formulations [24]. in this method, issa and amin determined prop by conductometric titration using ammonium reineckate and potassium tetracyanonickelate as titrant in an ethanol-water (50% v/v) mixture. the use of ammonium reineckate should be avoided because of its toxicity. in this study, a simple, precise, rapid, and low-cost conductometric titration method for the determination of prop in pharmaceuticals is proposed using silver nitrate as titrant. the same reagent has been employed with success in many analytical methods for pharmaceuticals’ quality control [25-31]. the obtained results in this work were compared with those obtained from an official spectrophotometric method [3]. experimental apparatus conductometric measurements were carried out in a thermostated glass cell employing an automatic microburet methrom/herisau, model e274, a conductivimeter micronal, model b330 and a conductometric cell digimed dmc-010. the solution was kept under constant agitation during all measures at a temperature of 25 + 1 °c. the prop determinations by the spectrophotometric reference method [3] were carried out using a hewlett packard uv-visible spectrophotometer, model 8452a, coupled to a microcomputer. reagents and solutions ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 113 propranolol and agno3 were obtained from sigma-aldrich. all solutions were prepared using chemical reagents of analytical grade and ultra-purified water supplied by a milli-q system (millipore®) with resistivity higher than 18 mω cm. the stock solution of 5.0 × 10 -2 mol l -1 agno3 was prepared by dissolving an appropriate mass of this salt in milli-q water and the solutions in concentrations varying from 5.0 × 10-4 to 1.0 × 10-2 mol l-1 were obtained by adequate dilution of the stock solution. conductometric titration in a thermostated glass cell, a 10-ml aliquot of pharmaceutical solution (reference or sample) was titrated with silver nitrate solution in the same concentration. for each addition of the titrant, in intervals of 15 s, the conductance was determined, and each lexp obtained was corrected using lcorr = lexp × ((vi + va) / vi), where lcorr is the corrected conductance, lexp is the experimental conductance, vi is the initial volume, and va is the titrant added volume. the equivalence volume was obtained in the inflexion point of conductance graph (lcor) versus volume of agno3 solution. determination of propranolol hydrochloride in commercial samples samples containing different amounts of propranolol hydrochloride were purchased from a local drugstore. to prepare the solutions of the prop commercial samples, a representative number of tablets (10) of each different pharmaceutical dosage was reduced to a homogeneous fine powder in a mortar with a pistil. an adequate amount of the resulting powders was weighed and transferred to a 100-ml calibrated flask, which was dissolved in 100 ml of milli-q water. the solutions were filtered in filter paper to remove undissolved solids and then aliquots of 10 ml of filtered solution were titrated with agno3 solution. in order to compare the results obtained with the proposed conductometric method, the spectrophotometric method of the brazilian pharmacopoeia [3] for prop was employed. an ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 114 accurate representative amount of powder from each prop commercial sample in the different dosages was dissolved in methanol. appropriate dilutions were made from this solution and then the absorbance was measured at 290 nm, in a quartz cell. results and discussion preliminary studies the method was based on the chemical reaction between the chloride of prop molecule and ag(i) ions of the titrant agno3, yielding the precipitate agcl(s) of low solubility (1.1 × 10 -5 mol l -1 ) [32]. the interval of time (10, 15, and 20 s) between the successive additions of the titrant using a 1.0 × 10-2 mol l-1 prop and agno3 solutions at the same concentration was investigated first. the smaller relative standard deviation and better resolution in the conductometric titration curve was obtained with the interval of time of 15 s between the measurements, which was consequently selected for further studies. secondly, the effect of the concentration of the prop solution from 5.0 × 10-4 to 1.0 × 10 -2 mol l -1 using the titrant agno3 solution, at the same concentration of prop solution on the shape of the titration curve was investigated. for the prop concentrations lower than 5.0 × 10 -4 mol l -1 the addition of the agno3 caused small variations in the conductance, due to which the determination of the final point of the titration became unreliable. hence, taking into account this result, the determination of the equivalence point can be determined until a minimum concentration of 5.0 × 10 -4 mol l -1 of the prop solution. it occurs due to the dilution of the solutions and the agcl(s) solubility formed. as can be seen in table 1, results obtained using the proposed conductometric method are in agreement with the theoretical values estimated for standard solutions of prop. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 115 table 1. comparison between reference solutions of propranolol hydrochloride and the results obtained by proposed method, at 25 o c standard prop solutions (mol l -1 ) experimental (mol l -1 ) relative error (%) a 5.00 × 10 -4 (5.03 ± 0.01) × 10 -4 0.6 1.00 × 10 -3 (1.02 ± 0.01) × 10 -3 2.0 5.00 × 10-3 (4.99 ± 0.05) × 10-3 -0.2 1.00 × 10 -2 (9.94 ± 0.03) × 10 -3 -0.4 a experimental versus theoretical values. figure 2 presents a typical conductometric curve obtained for a10 ml of 1.0 × 10 -3 mol l 1 prop solution using agno3 solution at the same concentration. the conductance measured before the addition of the titrant (volume of agno3 solution equal zero) is related to the prop solution. until the equivalence point, the titration involves the precipitation of the ions cl with ag+. -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 v agno 3 / ml l c o r / µ s ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 116 figure 2. conductometric titration of 1.0 × 10-3 mol l-1 prop solution using a 1.0 × 10-3 mol l1 agno3 solution. because of high ionic conductivity of the ions h + (h3o + ) it was expected that the first branch of the titration curve would have a slope higher than that observed experimentally (figure 3). these results indicate that while chloride ions are being titrated, the ions h + (h3o + ) were not released into the solution and the amino group of prop molecule been protonated. thus, the low slope of the conductometric curve is due to the increase of the nitrate concentration from titrant solution. after the equivalence point, as volumes of the titrant solution are added, a sharp rise occurs in the conductance because of the excessive volume of the agno3(aq) solution added. the increase of the concentrations of ag + (aq) and no3 (aq) in the remaining solution promotes the increase of the second branch slope of the titration curve. the end-point was determined by the intersection point of the two straight lines. .o oh n ch3 ch3 h + agno3(aq) hcl(aq) h2o agcl(s) + no3 (aq) h3o+ + + . hclo oh n ch3 ch3 h2 + figure 3. reaction involved in conductometric titration of the prop with agno3 solution. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 117 the repeatability of the conductometric method was determined by successive titrations (n = 5) of 1.0 × 10 -3 mol l -1 prop solution with a 1.0 × 10 -3 mol l -1 agno3 solution, when relative standard deviations smaller than 0.5% were obtained. interferences and recovery study the effect of some potential interferent compounds was investigated by addition of the different concentrations of these compounds to standard solutions containing 1.0 × 10 -3 mol l -1 of prop solution. the excipients, hydrochlorothiazide (associated with prop), manithol, lactose, starch, povidone, magnesium stearate, and magnesium carbonate, present in the analyzed pharmaceutical samples were tested. the obtained responses showed that these compounds do not interfere in the determination of prop at the used working conditions. to evaluate the recovery of the prop from pharmaceutical products, four commercial samples were used. recoveries of the analytes were examined by adding standard solution of prop at three concentrations (1.0 × 10-3 mol l-1, 3.0 × 10-3 mol l-1 and 5.0 × 10-3 mol l-1) to pharmaceutical products and the results obtained were compared with the added concentrations. the results showed good recoveries for the commercial tablets, ranging from 96.8 to 105%, indicating that there is not any important matrix interference for the samples analyzed by the proposed conductometric method. analytical application table 2 presents the prop concentrations determined in commercial tablets of different dosages employing the proposed conductometric titration and a comparative spectrophotometric method of the brazilian pharmacopoeia [3]. three determinations were carried out for each sample, and the standard deviations were calculated. as it can be seen in this table, no significant differences were observed between the values found for the amounts of prop in the tablets ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 118 using the conductometric titration proposed method and the spectrophotometric reference method [3]. table 2. determination of propranolol hydrochloride (prop) in pharmaceutical formulations by spectrophotometric reference method and by the proposed conductometric method prop (mg/tablets) sample label value reference method a conductometric method a relative error (%) b a 10 9.93 ± 0.08 9.98 ± 0.02 0.50 b 40 40.3 ± 0.7 40.6 ± 0.5 0.74 c c 40 40.1 ± 0.6 39.6 ± 0.4 -1.2 d 80 78.8 ± 0.9 77.0 ± 0.8 -2.3 a average of 3 measurements. b [100 × (conductometric value – reference method)] / reference method. c containing 25 mg hydrochlorothiazide. beside, the paired t-test [33] was applied to the results obtained for prop using both methods; since the calculated t value (0.9015) is smaller than the critical value (3.182, α = 0.05), it may conclude that the results obtained with the proposed procedure are not statistically different from those from the comparative method, at a 95 % confidence level. conclusions ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 119 the proposed conductometric procedure for prop determination in pharmaceutical products is simple, precise, of low cost, faster than the conductometric method reported in the literature [24] and, could be implemented in laboratories for routine analysis. acknowledgements the authors gratefully acknowledge the financial support from the brazilian foundations (fapesp (proc. 2009/14454-8; 2009/04048-2), capes and cnpq). references [1] j.g. hardman, l.e. limbird, a.g. gilman, goodman & gilman´s – the pharmacological basis of therapeutics, mcgraw-hill, new york, 9th ed., 1996. 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[26] m.s. elezazy, m.y. el-mammli, a. shalaby, m.m. ayad, chem. anal. 53 (2008), 725. [27] e.r. sartori, w.t. suarez, o. fatibello-filho, anal. lett. 42 (2009) 659. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 121 [28] e.r. sartori, w.t. suarez, o. fatibello-filho, quim. nova 32 (2009), 1947. [29] w.t. suarez, e.r. sartori, e.f. batista, o. fatibello-filho, quim. nova 32 (2009) 2396. [30] k. basavaiah, p. nagegowda, j. iran. chem. soc. 1 (2004) 106. [31] y. ni, a. wu, anal. chim. acta 390 (1999) 117. [32] g.h. jeffery, j. basset, j. mendham, r.c. denney, vogel’s textbook of quantitative chemical analysis, longman scientific & technical, england, 5th ed.,1989. [33] r.l. anderson, practical statistics for analytical chemists, van nostrand reinhold, new york, 1987. determinação condutométrica de cloridrato de propranolol em farmacêuticos resumo: neste trabalho descreve-se a titulação condutométrica do cloridrato de propranolol em formulações farmacêuticas usando nitrato de prata como titulante. o método é baseado na formação de um sal insolúvel (agcl(s)) entre o cloreto da molécula do cloridrato de propranolol e os íons ag(i) do titulante agno3. o efeito das concentrações prop-agno3 e o intervalo de tempo entre adições sucessivas de titulante no formato da curva de titulação foram estudados. recuperações para quatro amostras variaram de 96,8 a 105%. o método proposto foi aplicado na determinação do cloridrato de propranolol em diversas formulações farmacêuticas, com resultados concordantes com àqueles obtidos empregando-se o método oficial espectrofotométrico, a um nível de confiança de 95 %. palavras-chave: titulação condutométrica, cloridrato de propranolol, nitrato de prata, formulações farmacêuticas. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 122 www.scielo.br/eq volume 34, número 4, 2009 49 a novel indicator reaction for the catalytic determination of v(v) at ppb levels by the kinetic spectrophotometric method halil i̇brahim ulusoy1 & ramazan gürkan1,* 1university of cumhuriyet, faculty of science & arts, department of chemistry, tr–58140, sivas, turkey (*corresponing author: e-mail: rgurkan@cumhuriyet.edu.tr) abstract: a novel sensitive and relatively selective kinetic method is presented for the determination of v(v), based on its catalytic effect on the oxidation reaction of ponceau xylydine by potassium bromate in presence of 5-sulfosalicylic acid (ssa) as activator. the reaction was monitored spectrophotometrically by measuring the decrease in absorbance of ponceau xylydine at 640 nm between 0.5 to 7 min (the fixed time method) in h3po4 medium at 25oc. the effect of various parameters such as concentrations of h3po4, ssa, bromate and ponceau xylydine, temperature and ionic strength on the rate of net reaction were studied. the method is free from most interferences, especially from large amounts of v(iv). the decrease in absorbance is proportional to the concentration of v(v) over the entire concentration range tested (1–15 ng ml−1) with a detection limit of 0.46 ng ml–1 (according to statistical 3sblank/k criterion) and a coefficient of variation (cv) of 1.8% (for ten replicate measurement at 95% confidence level). the proposed method suffers few interferences such as cr(vi) and hg(ii) ions. the method was successfully applied to the determination of v(v) in tap water, drinking water, bottled mineral water samples and a certified standard reference material such as srm-1640 with satisfactory results. the vanadium contents of water samples were also determined by faas for a comparison. the recovery of spiked vanadium(v) was found to be quantitative and the reproducibility was satisfactory. it was observed that the results of the srm 1640 were in good agreement with the certified value. keywords: catalytic effect; v(v); kinetic-spectrophotometric method; fixed-time method; bromate; ponceau xylydine and 5-sulphosalycilic acid 1. introduction determination of vanadium is important, particularly from a biological and industrial point of view. vanadium is a metallic element that occurs in six oxidation states in numerous inorganic compounds. it is used primarily as an alloying agent in steels and non-ferrous alloys. vanadium compounds are also used as catalysts and in chemical, ceramic or specialty applications. also, in-vitro studies have shown that vanadium is essential for cell growth at μg l-1 levels, but can be toxic at higher concentrations. the toxicity of vanadium depends on its physico-chemical state; particularly on its valance state and solubility [1-2]. in body, vanadium can undergo changes in oxidation state (v(v) and v(iv) forms) and it can also bind with blood protein. v(iv) is less toxic than v(v) in environmental systems and can be produced by various industrial redox processes. it was observed that v(iv) in aqueous solutions forms complexes, most easily with reagents containing oxygen or sulfur donor ligands [3-5]. this point testifies to the interest in the determination ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 200950 artigo article of v(iv) and the presentation of simple, selective, precise and inexpensive methods for the determination of this metal ion. different methods such as icp-ms, ico-aes, nsaa, aas, and spectrophotometry [6-12] are most frequently used for the determination of vanadium compounds. however, the relatively high instrumental cost and need for preconcentration, chromatographic separation, extraction or coprecipitation are common disadvantages. kinetic methods of analysis based on catalyzed or uncatalyzed reactions have been applied to trace analyses for vanadium determination because of their extremely high sensitivity. on the other hand, among the most important kinetic methods, catalytic methods are very well known because of their simplicity, sensitivity, selectivity and low cost of instrumentation [13-16]. these methods are based on vanadium catalytic properties concerning the oxidation of certain organic compounds. several researchers have reported the use of catalytic reaction for the determination of v(iv), since v(iv) is a very good catalyst for the oxidation of various organic dyes in the presence or absence of activators [17-18]. bromates have been extensively used as the principal oxidant agent, although iodate and hydrogen peroxide have also been investigated [19]. according to safavi et al.[20], a method based on the oxidation of aniline blue by bromate is very selective for the determination of v (iv), even in the presence of a large excess (250 mg l-1) of vanadium (v). kinetic-catalytic determination of v (iv) using a methyl orange-bromate redox reaction was proposed by absalan and alipour [21], the measured kinetic parameter was net absorbance-against-time by measuring the decrease in absorbance of methyl orange at 507 nm after a fixed time. it was found that the determination of vanadium (iv), based on its catalytic effect on the reaction between methyl orange and bromate, was seriously affected by the presence of v(v). this method was successfully applied to the determination of v(iv) in water samples with good sensitivity. in another work [22] researchers proposed a kinetic-catalytic spectrophotometric method for the determination of trace amounts of v(iv) and v(v) ions. the vanadium (iv) as vo2+ ion and vanadium(v) as vo3 ion showed a catalytic effect on the kinetic reactions between methylthymol blue (mtb) and bromate in acidic media. the linear ranges for the determination of vanadium were obtained in the range of 1.0-150 and 5.0-100.0 μg l-1 by the fixed-time and slope methods, respectively. using the fixed-time method, the limit of detection was found to be 0.5 μg l-1 of vanadium. the detection limit of vanadium by the slope method was found to be 3.5 μg l-1 of vanadium. many of this and similar kinetic methods lack either sensitivity or satisfactory selectivity or they have a limited dynamic calibration range. hence, the development of more sensitive and selective catalytic methods for the kinetic determination of vanadium (v(v) or v(iv)) is still sought. in the present study, we describe a simple, rapid, precise, relatively selective and sensitive analytical method for the kinetic determination of v(v) at ppb levels using its catalytic effect on the oxidation of ponceau xyldine by bro3 ion in 0.16 mol l-1 h3po4 medium in the presence of 5-sulfosalycylic acid as an activator. 2. experimental 2.1. apparatus in the present study, a shimadzu model uv-visible 1601 pc spectrophotometer equipped with a 1 cm quartz cell was used for absorbance measurements. this spectrophotometer has a wavelength accuracy of ±0.2 nm and a bandwidth of 2 nm in the wavelength range of 190–1100 nm. a tcc-140a mark temperature-controlled cell holder to this instrument was attached for absorbance measurements at a fixed wavelength. a shimadzu aas–6300 atomic absorption spectrophotometer with a deuterium background correction was used for the determination of vanadium in the following conditions: wavelength: 318.4 nm, lamp current: 10 ma, slit width: 0.7 nm, burner height: 11 mm, c2h2 flow: 7.5 l min-1, n2o flow: 11.0 l min-1. in order to control the temperature of reacecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 51 artigo article tion medium with an accuracy of ±0.1oc a grant ltg-6g model thermostatic water bath regulated at the desired temperature was used (operating in the temperature range of -20 and 100oc). a stopwatch was used for recording the reaction time. all solutions were preheated to a temperature of 25±0.1oc shortly before the initiation of indicator reaction with and without catalyst. all absorbance measurements were made at a working wavelength of 640 nm. 2.2. reagents and solutions all chemicals were of analytical reagent grade from merck or fluka. triply distilled, deionized water was used in preparation of all solutions. vanadium(v) stock standard solution (1.000 mg ml−1) was prepared by dissolving 0.2296 g of ammonium metavanadate (nh4vo3, merck) in 100 ml water. working solutions were subsequently prepared before use by appropriate dilution of the stock solution. indicator reagent dye (1×10−3 mol l−1) solution was made by dissolving a suitable amount of ponceau xylydine (fluka) in 100 ml water. a stock solution of kbro3 (0.10 mol l−1) solution was prepared by dissolving 1.670 g potassium bromate (merck) in 100 ml water; 5-sulfosalycilic acid solution (0.02 mol l−1) was prepared by dissolving 2.000 g 5-sulfosalycilic acid (merck) in 100 ml water; h3po4 (2.00 mol l−1) solution was made by mixing appropriate volumes of concentrated h3po4 in 100 ml water. stock solutions of interfering ions (1 mg ml−1) were prepared by dissolving suitable salts in water, hydrochloric acid or a sodium hydroxide solution. more dilute solutions were prepared daily from the appropriate stock solution. 2.3. experimental procedure all solutions were thermally equilibrated at 25°c in a thermostatic water bath before addition of reagents. a suitable portion of vanadium (v) solution in the range of 1-15 ng ml-1 was placed into a 10-ml calibrated flask, then 0.80 ml of 2 mol l−1 h3po4 solution, 0.6 ml 1x10-3 mol l-1 ponceau xylydine, 0.3 ml 0.02 mol l-1 ssa were added and the solution was diluted to about 7 ml. to this solution 1.3 ml 0.1 mol l-1 bro3 solution were added and he mixture was diluted to 10 ml with water. it should be noted that the order of the addition of the reagents is very important. time was measured just after the addition of the last drop of bromate solution. the solution was mixed and a portion of that was transferred within 30 s into a 1 cm spectrophotometric cell to record the absorbance change (∆ac) against water at 640 nm over the period 0.5–7.0 min after the initiation of the reaction by using fixed-time method. similarly, the measurement in the absence of vanadium as catalyst was repeated to obtain the values ∆a0 for the uncatalyzed reaction. by the use of a serial of standard vanadium solution, a calibration graph of net change of absorbance, ∆(∆a) at a fixed time versus vanadium concentration was constructed. 3. results and discussion 3.1. preliminary investigations ponceau xylidine, a textile azo-group indicator dye, which is known as acid red 26, ponceau 2 r and xylidine ponceau 2r has the following structural formula; due to having a large number of π electrons and a chromopher azo-group, the indicator substance shows an absorption maximum in the visible region. because of very large absorption coefficient (εmax : 9275.50 l mol–1 cm–1 in the ranecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 200952 artigo article ge of 1x10–6-1x10–4 mol l-1) it may be observed too small even concentrations. ponceau xyldine is an azo dye that can be oxidized by oxidizing agents such as bromate, chlorate, iodate, periodate, h2o2 and k2s2o8 in acidic media at high temperatures. the rate of the reaction of ponceau xyldine and bromate at low temperatures (lower than 40°c) is very low. however, in the presence of low concentrations of v(v) as a catalyst and ssa as activator the reaction proceeds quickly. this causes a rapid decrease in the absorbance of ponceau xylidine in the visible region. this reaction can be monitored spectrophotometrically by measuring the decrease in absorbance (at 640 nm) against duration of the first 7.0 min from the initiation of the reaction. in order to give the best analytical results of the present kinetic method, all of the reaction variables must be optimized. from literature scannings, it was concluded that the similar indicator reactions were carried out in strong acidic environment and therefore, to the experimental studies were begun in the environment found strong mineral acids such as h3po4, h2so4, hcl and hno3. in result of experimental studies made, it was observed that the best result or the highest sensitivity obtained in media containing h3po4. therefore, the experiment was continued with phosphoric acid. another important study for the catalytic reaction was performed to determine the most appropriate activator. with this purpose, in environments containing oxalic acid, citric acid, tartaric acid, salycilic acid and the sulfosalycilic acid at same concentrations the experiments were repeated and the best analytical signal was obtained in the presence of sulfosalycilic acid. 3.2. effect of the indicator reaction variables for the optimization of indicator reaction, the impact of reaction variables such as kbro3, ponceau xyldine, h3po4 and ssa concentration, ionic strength and temperature of environment on analytical sensitivity, ∆(∆a) was investigated. also the time to measure changes in absorbance was optimized. it was found that the maximum change in absorbance as analytical signal (δ(δa): δac-δa0)) was occurred within the first 7 minutes passing after the initiation of the catalytic reaction. the best correlation coefficient between analytical sensitivity and the vanadium concentration as catalyst have been obtained for fixed-time of 7-minute. for this reason, 7-minute fixed-time measurement was chosen as the most suitable reaction time. 3.2.1. effect of h 3 po 4 concentration the influence of acid concentration on analytical sensitivity as a result of the rate differences of the catalyzed and uncatalyzed reactions was studied in the range of 0.05-0.30 m (fig. 1). the rate of the net catalyzed reaction increased with increasing h3po4 concentration up to 0.15 m while decreasing at higher acid concentrations. however, the largest difference between the rate of the blank and that of the sample reaction was obtained in the h3po4 concentration of 0.15 m. thus, 0.15 m was selected as the optimum acid concentration for further studies. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 53 artigo article 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 h3p o4 conce ntra tion, m ∆ (∆ a ) fig.1. effect of h3po4 concentration on analytical sensitivity.[optimum conditions: 1x10–4 mol l-1 ponceau xylidine, 9 ppb v(v), 2x10–4 mol l-1 ssa and 1x10–3 mol l-1 bro3 at 640 nm and 25oc for the fixed-time method of 7 min] 3.2.2. effect of bro 3 concentration the effect of bromate concentration on the net reaction rate was studied in order to determine the best bromate concentration. as can be seen from fig. 2, the net reaction rate for a sample solution increased with increasing bromate concentration and reached a maximum plateau at approximately 0.015m bromate. at higher bromate concentrations the analytical signal, ∆(∆a) has gradually decreased. the reason of this decrease may be the increase in the uncatalyzed reaction rate in higher bromate concentrations. therefore, 0.016 m bromate concentration was adopted as optimum value for further studies. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 200954 artigo article 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 5 10 15 20 25 30 b roma te conce ntra tion x 10-3 m ∆ (∆ a ) fig.2. effect of bromate concentration on analytical sensitivity.[optimum conditions: 1x10–4 mol l-1 ponceau xylidine, 9 ppb v(v), 2x10–4 mol l-1 ssa and 0.16 mol l-1 h3po4 at 640 nm and 25oc for the fixed-time method of 7 min] 3.2.3. effect of ponceau xylidine concentration fig. 3 shows the change in the net reaction rate with ponceau xylidine concentration. in the presence of vanadium (v), the net reaction rate increases with increasing indicator dye concentration up to 6x10–5 mol l-1 and gives a peak at this concentration. the net reaction rate gradually decreases in the range of 6x10–5-1x10–4 mol l-1 and reaches a plateau at 1x10–4 mol l-1. this state can be explained by the fact that the rate of uncatalyzed reaction is independent of indicator dye concentration in higher concentrations. thus, a dye concentration of 6x10–5 m was selected as the optimum ponceau xyldine concentration. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 55 artigo article 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 2 4 6 8 10 12 14 16 p once u x yldyne x 10-5 m ∆ (∆ a ) fig.3. effect of ponceau xylidine concentration on analytical sensitivity.[optimum conditions: 0.015 mol l-1 bro3 -, 9 ppb v(v), 2x10–4 mol l-1 ssa and 0.16 mol l-1 h3po4 at 640 nm and 25oc for the fixed-time method of 7 min] 3.2.4. effect of ssa concentration the use of properly selected activators for catalytic reactions offers an improvement in both the sensitivity and the selectivity [23]. there have been numerous reports on vanadium-catalyzed indicator reactions in which some ligands acted as activators: oxine [24], oxalic, citric [25] and sulfosalicylic acids [26,25], tiron [27-29], tartrate [30], gallic acid [31] and hydrogen carbonate [32]. the possibility for further increase in the sensitivity of catalytic method is the application of a suitable activator into the catalytic system. the various activators examined were oxalate, tartrate, citrate, sulfosalycilic acid (ssa), and salicylic acid. among them, it was found that ssa has the greatest activating effect on this reaction. in the present study we employed sulfosalycilic acid (ssa) as the best suitable activator for the catalytic oxidation of ponceau xylidine. the effect of ssa concentration on the net reaction rate, ∆(∆a) was shown in fig. 4. in the concentration range of 2x10–4-6x10–4 mol l-1, the pronounced increase in the net reaction rate has been observed. however, the rate of catalytic net reaction remained almost constant at ssa concentrations higher than 6x10–4 mol l-1. thus, a ssa concentration of 6x10–4 mol l-1 was selected as the optimum activator concentration. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 200956 artigo article 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0 2 4 6 8 10 12 14 s s a conce ntra tion x 10-4 m ∆( ∆a ) fig.4. effect of ssa concentration on analytical sensitivity.[optimum conditions: 6x10–5 mol l-1 ponceau xylidine, 0.015 mol l-1 bro3 -, 9 ppb v(v) and 0.16 mol l-1 h3po4 at 640 nm and 25oc for the fixed-time method of 7 min] 3.2.5. effect of ionic strength the effect of ionic strength on the rate of the net reaction was studied by the addition of different concentrations of na2so4 into the solution in the range of 0.001–0.500 mol l-1. based on the results, increasing the electrolyte concentration up to 0.200 mol l-1 cause a decrease in the sensitivity and then reach a plateau. the change in ionic strength with increasing electrolyte concentration in the range of 0.200–0.050 mol l-1 did not have any effect on the reaction rate. therefore, a concentration of 0.200 mol l-1 was considered as optimum value for further study. however, it may be recommended that a better signal could be taken at lower ionic strength (µ≤ 0.1 mol l-1); therefore, no salt addition to the test solution was used for further studies. standard addition method is suggested for analyzing vanadium(v) in real samples having high salt content. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 57 artigo article 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 na 2s o4 conce ntra tion, m � ( � a ) fig.5. effect of ionic strength on analytical sensitivity.[optimum conditions: 6x10–4 mol l-1 ponceau xylidine, 0.015 mol l-1 bro3 -, 6x10–4 mol l-1 ssa, 9 ppb v(v) and 0.16 mol l-1 h3po4 at 640 nm and 25oc for the fixed-time method of 7 min] 3.2.6. effect of temperature the change of net reaction rate with temperature was studied between 20 and 50°c for the uncatalyzed and catalyzed reactions under optimum conditions. the reaction rate of the catalyzed reaction increases with increasing temperature and reaches a maximum value at 40°c. the reaction rate of the uncatalyzed reaction is constant and nearly zero, up to 40°c. at higher temperatures a small but meaningful change in the absorbance for uncatalyzed reaction was observed (fig. 6). for this reason and also for simplicity of temperature control through the experiments, a temperature of 25°c was selected for further work. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 200958 artigo article 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 20 25 30 35 40 45 50 55 t e mpe ra ture , ºc ∆ (∆ a ) fig.6. effect of reaction temperature on analytical sensitivity.[optimum conditions: 6x10–5 mol l-1 ponceau xylidine, 0.015 m bro3 -, 6x10–4 mol l-1 ssa, 9 ppb v(v) and 0.16 mol l-1 h3po4 at 640 nm for the fixedtime method of 7 min] 3.3. analytical figures of merit 3.3.1. linear range, detection limit and reproducibility of the method the linear range for vanadium determination was evaluated over a fixed time of 0.5–7.0 min from initiation of reaction under the optimum conditions. the rate of the net catalytic reaction increased linearly with v(v) concentration over the range 1–15 ng ml−1. a detection limit (according to statistical 3sblank/k criterion for ten replicate measurement) of 0.46 ng ml−1 of v(iv) was obtained. the statistical limit value was calculated by multiplying the standard deviation of eleven replicate measurements of absorbance for the reagent blank by three and dividing by the slope of the linear calibration curve. a study of the precision and accuracy of the method was made with five independent experiments and solutions of various concentrations of v(v) under the optimum conditions (table 1). the vanadium(v) concentrations were evaluated from a calibration graph. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 59 artigo article table 1 precision and accuracy of the the present kinetic method under optimum conditions v(v) present (ng ml–1) v(v) found (ng ml–1) rsd (%)a 4.00 3.80 3.70 6.00 5.75 3.10 8.00 7.85 2.70 12.00 11.90 2.35 arelative standard deviation for three replicate measurements 3.3.2. interference study the effect of interfering ionic species on the determination of v(v) was investigated. more than 20 ions were examined for their possible interferences in the determination of 10 ng ml−1 v(v) under the optimum conditions. the tolerance limit was defined as the concentration which gave an error of 5.0 % in the determination of 10 ng ml−1 v(v). the results are presented in table 2. table.2 interference of co-existing ions on the determination of v(v) (10 ng ml-1) by the proposed kinetic method coexisting ion tolerance ratio, [interfering species]/[v(v)] k+, nh4 +, cl-, f-, ch3coo−, no3 -, so4 2-, c2o4 2-, na+ and li+ 4000a cn-, br-, hso4 -, hco3 -, ca2+, ba2+ and sr2+ 2000 al3+, v(iv) and s2o8 2200 seo3 2-, so3 2-and scn120 cd2+, mn2+, ce3+, zn2+ and cr3+ 35-50 cu2+, no2 -, ce4+, fe2+, i15-35 fe3+ 10b cu2+ and hg2+ 5-10c cro4 22d athe tolerance ratio was defined as that ratio causing a relative error of ≤ 5%. badded 0.1 ml of 0.1 % (w/v) edta solution. cadded 0.5 ml of 1.0 % (w/v) naf solution. deffectively eliminated with using masking agent such as edta or removing a strongly cation-exchange resin after pre-reduction of cr(v) to cr(iii) with ascorbic acid. from the results, it can be seen that a serious of various cations and anions can be tolerated in a satisfactory level of their limiting concentration ratio. the method has good selectivity. only fe3+, cu2+, hg2+ and cro4 2have either increased or disturbed the rate of the catalytic reaction in the presence of vanadium(v) at weight ratio less than 100-fold. the masking agents examined for these ions, such as tartrate, edta and f− at concentrations not affecting the determination of vanadium(v). the results indicate that f− can effectively mask the fe3+, while edta can mask cu2+ and hg2+, even more than ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 200960 artigo article 250-fold causing a relative error of less than or equal to 5%. however, higher concentrations of them must be separated and/or removed by using a strongly cation-exchange resin such as amberlite ir120 prior to the determination of vanadium. 3.3.3. analytical applications to different natural water samples and standard reference material the proposed method was applied to the determination of vanadium in tap water, drinking water and bottled mineral water samples. for tap water, the sample was collected after discharging tap water for about 30 min and boiled for 5 min to remove free chlorine. these natural water samples were filtered through a millipore membrane filter with a pore size of 0.45 μm. these sample solutions were acidified by adding concentrated hydrochloric acid to ph about 1. in addition, the standard reference material (srm) 1640 (trace elements in natural water) issued by national institute of standard and technology (nist) was employed without any pretreatment process. these samples were directly analyzed by means of the proposed kinetic method. the certified reference sample was analyzed after dilution of 1/10. also, the vanadium contents of samples were determined by faas for a comparison. all analytical results were obtained by using the linear calibration method. to examine the recovery of vanadium, the known amounts of vanadium(v) were added to the sample solution. the results are summarized in table 3. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 61 artigo article table 3 determination of vanadium(v) in different natural water samples sample(s) v(v) added (ng ml-1) v(v) found (ng ml-1) rsd % (n:5) recovery % found by faas (v(v) (ng ml-1) tap watera 0 7.16 2.7 7.21 1 8.14 2.5 98 3 10.23 2.4 102.3 5 12.18 2.1 100.4 drinking watera 0 3.12 3.2 3.16 1 4.15 2.8 103 3 6.18 2.5 102 5 8.16 2.3 100.8 bottled mineral waterb 0 5.35 2.8 5.38 1 6.38 103 3 8.41 102 5 10.32 99.4 srm 1640c 0 1.36 1.9 1.39 1 2.41 105 3 4.36 100 5 6.43 101.4 10 11.45 100.9 acollected at university of cumhuriyet b it was bought from a local market (niksar water, tokat) ctandard reference material, srm 1640 (trace element in natural water) issued by national cinstitute of standard and technology (nist). the certified value of vanadium is 13.01±0.37 ng ml-1 the recovery of spiked vanadium(v) was found to be quantitative and the reproducibility was satisfactory. it was observed that the results of the srm 1640 were in good agreement with the certified value. 3.3.4. the possible catalytic reaction mechanism it can be clearly known [33] that most indicator reactions used for kinetic-catalytic determination of trace of elements are based on oxidation-reduction reactions in which the catalyst that is usually a multi-charged ion such as v(v) changes its oxidation state during the reaction. bontchev [34,35] reported that complexing and/or reducing agents for vanadium such as oxalate, tartrate, citrate and sulfosalycylic acid (ssa), gallic acid and tiron act as activators on the catalytic oxidation of pphenetidine by vanadium(v) in the presence of chlorate. author also reported that such activators (a) ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 200962 artigo article are oxidized easily by vanadium(v) to radicals (a ), which then react with the co-existed p-phenetidine (s) to produce its radical (s ), followed by the recombination of (s ) radical. ssa has one hydroxyl group to be easily reduced. hence the similar pathway as mentioned above can be thought to proceed in the present catalytic reaction. thus, the activating effect of these complexing and/or reducing agents on the present indicator reaction was tested. among these agents, ssa was found to have a stronger activating effect for vanadium(v). in fact, ssa can effectively activate the catalytic reaction, which can be explained according to bontchev: multidentate activators such as sulfosalycylic acid, oxalate, tartrate and citrate capable of complexation with vanadium(iv) and/or reaction of vanadium(v) and at the same time forming hydrogen bonds with ox could facilitate and accelerate the formation of charge-transfer complex necessary for the re-oxidation of vanadium(iv) and enhance the rate of the vanadium(v)-catalyzed reactions for the oxidation of ponceau xyldine by potassium bromate. the possible catalytic reaction mechanism for the chemical system in 0.16 mol l-1 h3po4 media may be indicated by a serial of reactions as follows: reaction mechanism for the chemical system in 0.16 mol l-1 h3po4 media may be indicated by a serial of reactions as follows: ohcovossahvossa redox 22 2 2   (1) ohbrvhbrov 2 5 3 4 3666   (2) ohcossabrhssabro redox 223 36666   (3) ohbrhbrobr 223 3365   (4) )(deg,2,2 soductradationprhinbrindicatorhinbr oxred   (5) the catalytic effect of vanadium(v) is to join reactions (1) and (2) repeatedly to produce brand to catalyze reaction (4) the reaction of ssa is only as a buffering reduction reagent to provide sufficient brin reactions (1), (2) and (3). therefore, br2 is produced in reaction (4); then the indicator was oxidized by br2 its color was decreased. ssa doesn’t show any effect on the uncatalytic reaction, and therefore it is a good reducing activator for the catalytic determination of vanadium (v). 4. conclusions a new catalytic-kinetic spectrophotometric method is proposed for the determination of ppb levels of vanadium(v). the method is based on the catalytic effect of vanadium(v) on the oxidation of ponceau xylydine with potassium bromate in 0.16 mol l-1 h3po4 media. the sensitivity was enhanced by adding ssa as an effective activator, being determined as low as 0.46 ng ml−1 vanadium. the serious interference from cr(vi) ion can be effectively eliminated with using masking agent such as edta or removing a strongly cation-exchange resin after prereduction of cr(v) to cr(iii) with ascorbic acid. in comparison with most instrumental techniques that can usually be coupled with prior separation and preconcentration process, the present kinetic method is a new, simple, sensitive, selective and precise method for the vanadium determination in especially natural water samples down to 0.46 ng ml-1 using a simple spectrophotometer. on the other hand, among the numerous catalytic methods for vanadium determination only eleven methods [36-46] dealt with real samples, probably due to the limited sensitivity and/or selectivity of such methods. table.4 comparison of the present kinetic method with similar catalytic spectrophotomeric methods for the determination of vanadium the catalytic effect of vanadium(v) is to join reactions (1) and (2) repeatedly to produce brand to catalyze reaction (4) the reaction of ssa is only as a buffering reduction reagent to provide sufficient brin reactions (1), (2) and (3). therefore, br2 is produced in reaction (4); then the indicator was oxidized by br2 its color was decreased. ssa doesn’t show any effect on the uncatalytic reaction, and therefore it is a good reducing activator for the catalytic determination of vanadium (v). 4. conclusions a new catalytic-kinetic spectrophotometric method is proposed for the determination of ppb levels of vanadium(v). the method is based on the catalytic effect of vanadium(v) on the oxidation of ponceau xylydine with potassium bromate in 0.16 mol l-1 h3po4 media. the sensitivity was enhanced by adding ssa as an effective activator, being determined as low as 0.46 ng ml−1 vanadium. the serious interference from cr(vi) ion can be effectively eliminated with using masking agent such as edta or removing a strongly cation-exchange resin after prereduction of cr(v) to cr(iii) with ascorbic acid. in comparison with most instrumental techniques that can usually be coupled with prior separation and preconcentration process, the present kinetic method is a new, simple, sensitive, selective and precise method for the vanadium determination in especially natural water samples down to 0.46 ng ml-1 using a simple spectrophotometer. on the other hand, among the numerous catalytic methods for vanadium determination only eleven methods [36-46] dealt with real samples, probably due to the limited sensitivity and/or selectivity of such methods. ecl. quím., são paulo, 34(4): 49 64, 2009 63 artigo article table.4 comparison of the present kinetic method with similar catalytic spectrophotomeric methods for the determination of vanadium indicator reaction activator procedure dynamic range (ng ml-1) applications reference aa+dma+bro3 ssa fixed-time 0.05-1 river, lake, and sea water [36,37] chlorpromazine+bro3 tartaric acid initial rate 0.2-150 rain and river water [38] gallocyanine+bro3 fixed-time 0.01-150 food [39] thionine+bro3 fixed-time 0-0.5 µg ml-1 [40] reduced rhodamine b+bro3 ascorbic acid fixed-time 0-100 coal [41] perphenazine+bro3 citric acid tangent method 0.08-6.5 river water [42] leucomethylene blue+bro3 reaction rate 0.2-7 salt [43] tmbz-ps+bro3 ssa fia 0.05-8 river, pond and tap water [44] dna+bro3 tiron fixed-time 0.025-15 rice and hair [45] metol+thba+bro3 tartrate fixed-time 0.008-0.75 natural and sea water [46] ponceau xyldine+bro3 ssa fixed-time 1-15 three different natural water samples the present method dma n,n-dimethylaniline, aa 4-aminoantipyrine, tmbz-ps n-(3-sulfopropyl)-3,3′,5′,5′tetramethylbenzidine, dna 1,8-diaminonaphthalene, thba 2,3,4-trihydroxybenzoic acid, ssa 5-sulfosalicylic acid, tiron 1,2-dihydroxybenzene-3,5-disulfonate, fia flow injection analysis table.4 shows the advantages and disadvantages of the present kinetic method. the method is successfully applied to the analysis of vanadium in natural water samples without preconcentration and separation. the accuracy and precision of the method was also controlled by means of the recoveries of v(v) spiked water samples and determination of vanadium in certified natural water reference material such as srm 1640. acknowledgements authors wish to express their graduate to professor mehmet akçay for all expertly discussions with him during his stay at university and were exchanged in a number of e-mails even after his departure, as all of his suggestions contributed enormously in the preparation of this manuscript. authors would like to thank professor ferda candan, head of chemistry department, faculty of science & arts, and university of cumhuriyet for the technical support and facilities that was extended even after the normal time period. references [1]. m. b. melwanki, j. seetharamappa, s. p. masti, anal. sci., 17 (2001) 979. 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[46]. a.a. mohamed, k.f. fawy, anal sci. 17 (2001) 769. 1 eclética química journal original research publication in all aspects of chemistry homepage: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ issn 1678-4618 | vol. 41 | 2016 | eclética química journal, vol. 41, 60-65, 2016. https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p60-65 60 thermodynamics of dna with “hump” morse potential hernán c. gutiérrez 1 , elso drigo filho 2 , josé r. ruggiero 2 , milton c. gutierrez 3 , liv c. f. rivera 4 resumo: a desnaturação térmica do dna, ou seja, a separação das duas cadeias, é um fenômeno causado pela amplitude das vibrações das bases, portanto, é necessário saber como essa separação é gerada para implementar o modelo alternativo do comportamento de fusão como uma função da sequência de nucleotídeos e terapias para combater o câncer. propomos usar o modelo de peyrard-bishop (pb) de dna não linear estendido para incluir um potencial enarmônico que represente a interação de empilhamento aromático entre ne (n-1)-enésimos pares de bases consecutivos para tratar o problema. nós usamos métodos de diferença finita para determinar o valor médio do deslocamento para o potencial “corcunda de morse” do modelo peyrard-bishop do dna. mostramos como o “pseudo-schrödinger” estendido combinado com método de diferença finita pode ser usado para obter os deslocamentos do valor médio para a desnaturação térmica do dna com o potencial morse “da corcunda”. palavras-chave: método das diferenças finitas, equação pseudo-schrödinger, “corcunda” do potencial de morse ___________________________________________________________________________ abstract: the thermal denaturation of dna, i.e. the separation of the two strands is a phenomenon caused by the amplitude of the vibrations of the bases, therefore it is necessary to know how such separation is generated in order to implement alternative model of the melting behavior as a function of nucleotide sequence and therapies to combat the cancer. we propose to use the extended nonlinear peyrard-bishop(pb) model of dna to include an anharmonic potential representing the aromatic stacking interaction between nand (n-1)-th consecutive base pairs to treat the problem. we use finite-difference methods for determine the mean value of the displacement for the “hump morse” potential of the peyrard-bishop model of dna. we show how the extended “pseudoschrödinger” combined with finite difference method can be used to obtain the mean value displacements for the thermal denaturation of dna with “hump” morse potential. keywords: finite-difference methods, “pseudo-schrödinger” equation, “hump” morse potential 1 unac, universidad nacional del callao, facultad de ciências de la salud, callao, perú 2 unesp, universidade estadual paulista, departamento de física, são josé rio preto, brasil 3 universidad de trujillo, departamento de matematica, trujillo, perú 4 universidad san juan bautista, facultad de medicina, lima, perú correspondent author: hcortez@unac.pe http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p60-65 mailto:hcortez@unac.pe eclética química journal, vol. 41, 60-65, 2016. 61 61 introduction we explore the thermodynamic properties solving the pseudo-schrödinger equation of the transfer integral 1-7 for the “hump morse”. the mathematical tools used in the theoretical study of the problem are finite difference method (fdm) and pseudo-schrödinger equation with anharmonic stacking interactions for the dna molecule. the models the hamiltonian for the bp model is given by                n n n n nnnn n n n n nnnn xyvyyxxyx m h 1 1 2 1 1 1 2 1 22 22 )( 2   (1) or in the general form:                n n n n nnnn n n n n nnnn xyvyywxxwyx m h 1 1 2 1 1 1 2 1 22 )( 2  (1.1) where w is given by: 2 )1( )( 1   nn yy e w  (1.2) where xn and yn denote the relative displacements of the n th nucleotide bases at each strand and n denotes the number of nucleotides. this expression can be viewed as a non-harmonic interaction with the parameter ρ≠0. the potential v(yn – xn) in the original (pb) model is taken as a morse potential. using a suitable change of coordinates (“stretching” and “center of mass”) in equation (1), defined by 2 nn n yx u   and 2 nn n yx v   , (2) the hamiltonian (1) is divided in two parts, the acoustic (hac) and optical (hop) parts. they are given by       n n n n nnnac vvv m h 1 1 2 1 2 22   (3) and          n n n n n n nnnnop uvuuu m h 1 1 1 2 1 2 )2( 22   , (4) respectively. the general form is:          n n n n n n nnnnop uvuuwu m h 1 1 1 2 1 2 )2( 2  (4.1) the main interest here is in the optical hamiltonian (4), because it contains the nonlinearity of the problem. the equations of motion for equation (4) are a system of discrete nonlinear klein-gordon (kg) equations (n=1, 2... n): eclética química journal, vol. 41, 60-65, 2016. 62 62 0)2()(́ 11 ..   nnnnn uuuuvu  , (5) with )( nuv  being the derivative of the potential with respect the coordinate un . the evaluation of the partition of equation (4.1) using the transfer integral operator method in the thermodynamic limit reduces to solving the “pseudo-schrödinger” equation: )()()},(/))(...2/(1{ *222 nnneffnn uuuuudduh   (5.1) )(ln)2/1()2/ln()2/1()2(),( nnneff uhuvuu   (5.2) where nu n euh  2 1)(   (5.3) we use the hump morse potential 28 in equation (4). the morse potential (pb model),  21)exp( 2 )(  au d uv , (6) was solved in 32 . the case for the symmetric morse potential (spb model) given by  21)exp( 2 )(  ua d uv . (7) was solved in 29 . thermodynamics: the mean value of the displacements we can use the finite difference methods for obtain the ground state wave function and the mean value of the displacement using the formulas of the literature 7 . we use the model (1) with the morse potential and the parameters μ =0.06, a= 4.45 and d=0.04. the figure 1(b) shows that the mean of the amplitude is approximately 2.0 å. (a) (b) figure 1. the ground state wave function 0 for the schrödinger equation (5.3) (a) and the mean of the displacements (b) using the formula: uduu 0 2    [7]. we solve the equation 5.3 using the finitedifference methods with the parameter ρ=0. we can use the finite difference methods for obtain the ground state wave function and the mean value of the displacement for the hybrid potential (“hump morse”) 28 when the temperature is low and high. the results of this method is showed in fig. 2(b). eclética química journal, vol. 41, 60-65, 2016. 63 63 (a) (b) figure 2. the “hump morse” 28 (a) and the mean of the displacements (b) using the formula: uduu 0 2    [7]. we solve the equation 5.3 using the finite-difference methods with the parameter ρ=3, μ=0.01 and δ=0.8. also a model coupling vibrational and rotational motion for the dna molecule 30 extend the original pb model and the denaturation with anharmonic staking interaction (equation (1.2)) in dna has the features of a first order phase transition. it is a consequence of the evaluation of the final average stretching using the partition function and the entropic barrier (the third term in equation (5.2)). conclusions for the pb model we solve the “pseudoschrödinger” equation using the finite difference to determine eigenfunctions, the mean value of the displacements with a threshold value of 2.0 å for the denaturation temperature of 350 k. the “hump morse” allow the model to describe the tunneling currents and the sharp thermal denaturation of dna. finally, it is important to emphasize the importance of the partition function in the numerical evaluation of the average stretching of the original pb model 3 with rotational motions for nucleotides 30 and anharmonic stacking for the existence of a first order phase transition. references [1] n. theodorakopoulos, phase transitions in one dimension: are they all driven by domain walls?, physica d, 2006, 216, 185-190. 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[14] iupac standard methods for the analysis of oils, fats and derivatives. 7th ed. london: blackwell scientific publications; 1987. artigo/article sensitive spectrophotometric determination of lamotrigine in bulk drug and pharmaceutical formulations using bromocresol green n. rajendraprasad, k. basavaiah* and k. b. vinay department of chemistry, university of mysore, manasagangothri, mysore-570 006, india *corresponding e-mail: basavaiahk@yahoo.co.in. mobile: +91-9448939105 fax: 0091-821-2421263, 2516133. abstract: two new, simple, rapid and reproducible spectrophotometric methods have been developed for the determination of lamotrigine (lmt) both in pure form and in its tablets. the first method (method a) is based on the formation of a colored ion-pair complex (1:1 drug/dye) of lmt with bromocresol green (bcg) at ph 5.02±0.01 and extraction of the complex into dichloromethane followed by the measurement of the yellow ion-pair complex at 410 nm. in the second (method b), the drug-dye ion-pair complex was dissolved in ethanolic potassium hydroxide and the resulting base form of the dye was measured at 620 nm. beer’s law was obeyed in the concentration range of 1.5-15 µg ml-1 and 0.5-5.0 µg ml-1 for method a and method b, respectively, and the corresponding molar absorptivity values are 1.6932 x 104 and 3.748 x 104 l mol-1cm-1. the sandell sensitivity values are 0.0151 and 0.0068 µg cm-2 for method a and method b, respectively. the stoichiometry of the ion-pair complex formed between the dug and dye (1:1) was determined by job’s continuous variations method and the stability constant of the complex was also calculated. the proposed methods were applied successfully for the determination of drug in commercial tablets. keywords: lamotrigine; spectrophotometry; ion-pair complex; bromocresol green; pharmaceuticals introduction lamotrigine, (lmt), [6-(2,3-dichlorophenyl)-1,2,4-triazine-3,5-diamine], is an anticonvulsant drug. as an antiepileptic, it has been used successfully to treat epilepsy and bipolar disorder as monotherapy and as an adjunct with other antiepileptics for treatment of partial and generalized toxic-chronic seizures. it is also used to treat neurological lesions and as a tranquilizer [1, 2]. lamotrigine is not official in any pharmacopoeia. the analysis of lmt in biological samples is abundantly described in the literature. chromatographic techniques have been widely employed since they are powerful separation techniques. the methods based on the high-performance liquid chromatography (hplc) [3-10], high-performance thin layer chromatography (hptlc) [11] and gas-chromatography (gc) [12] have been described. there is an extensive literature on the determination of lamotrigine in pharmaceuticals include planar chromatography [13], tlc and hplc [14], hplc and gc [15], capillary electrophoresis [16, 17]. the immunoassay techniques [18, 19] have been developed for ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 201056 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 2010 57 artigo article the determination of this drug in biological samples. uv-spectrophotometric method [20] was used for determination of lmt in tablets, where the tablet extract in 0.1 m naoh was measured at 305 nm. youssef and taha [14] have reported the application of the technique for the determination of lmt using chloranilic acid as a chromogen. the reported method is less sensitive with a linear range 10-200 µg ml-1 and the molar absorptivity of 1.28 x 103 l mol-1cm-1. though the method is claimed to be selective, any n-containing basic moiety would definitely interfere with the assay. many of the other reported methods [1317] are sensitive and selective but they are time consuming, require expensive instrumental setup, and some require preliminary sample treatment. adsorptive stripping voltammetric method [21] is highly complicated and is reported to be less precise (rsd ~10 %). considering these drawbacks, there was a need to develop more advantageous spectrophotometric method for its determination in bulk powder and commercial dosage forms. although many analytical methods were reported to analyze lmt in biological samples and pharmaceutical samples, none of these methods was suitable for routine analysis of lmt in pharmaceutical preparation. extractive spectrophotometric procedures are popular for their sensitivity in the assay of drugs and, therefore, ion-pair extractive spectrophotometry has received considerable attention for the quantitative determination of many pharmaceutical compounds [22-25] and different alkaloids [26, 27]. we, therefore, developed two higly sensitive, selective, reproducible and economical spectrophotometric methods for the determination of lmt in bulk powder and in tablets by exploiting its basic nature and its ability to form ion-pair complex with an anionic dye bromocresol green. the first method (method a) is based on the formation of an ion-pair complex between drug and dye at ph 5.02±0.01 followed by extraction of the complex into dichloromethane (dcm), and the yellow drug-dye complex was measured at 410 nm. in the second method (method b), the drugdye ion-pair was broken in ethanolic alkali and the blue color of base form of the dye was measured at 620 nm. the method b is a highly sensitive approach for determination of lmt in bulk drug and in tablets. experimental apparatus a systronic model 106 digital spectrophotometer equipped with 1 cm quartz cells was used for absorbance measurements. a digital ph meter model elico l1 120 was used for ph measurements. reagents all chemicals used were of analytical grade. solvents used were of the spectroscopic grade. distilled water was used through out the investigation. sulphuric acid (0.1 m): concentrated acid (s.d. fine chem, mumbai, india, sp. gr. 1.84) was appropriately diluted with water to get 0.1 m acid. bromocresol green (0.4%): dissolved 400 mg of the dye (s.d.fine chem ltd, mumbai, india) in 10 ml of ethanol and diluted to 100 ml with water. sodium acetate (1 m): prepared by dissolving 13.61 g of the pure sodium acetate (merck specialities pvt ltd, mumbai, india) in 100 ml water. buffer solution (ph 5.02): mixed 50 ml of 1 m sodium acetate and 15 ml of 1 m hydrochloric acid (merck specialities pvt ltd, mumbai, india, sp, gr. 1.18) and volume was made upto 250 ml, and ph was adjusted to 5.02 by using dilute naoac/hcl solution. ethanolic koh (1%): one gram of the pure koh (s.d.fine chem ltd, mumbai, india) was dissolved in and diluted to 100 ml with ethanol. standard drug solution (30 µg ml-1): lmt (pharmaceutical grade, 99.88 % pure) was procured from cipla india ltd, mumbai, india, as a gift and was used as received. a stock standard solution of lamotrigine (300 µg ml-1) was first prepared by dissolving 30 mg lmt in 0.1 m h2so4 and diluting to 100 ml in calibrated flask with the same acid. stock solution was diluted with the same acid to get a working solution of 30 µg ml-1. lamosyn 100 and lamosyn 25 (both from sun pharmaceuticals ltd, mumbai, india) and lametec 50-dt (cipla india ltd, mumbai, india)all tablets were purchased from local market and were used in the investigation. recommended procedures method a into a series of 125 ml separating funnels, aliquots of lamotrigine standard solution (30 µg ml-1) equivalent to 1.5 – 15.0 µg ml-1 lmt were accurately transferred and the total volume was brought to 5 ml by adding 0.1 m h2so4 to each funnel. to each funnel were added 20 ml of water, 4 ml of 1 m naoac and 5 ml buffer of ph 5.02 followed by 5 ml dye (0.4 %), and the content was mixed well. the funnels were shaken vigorously with 10 ml of dichloromethane (added from microburette) for 30 seconds, and then allowed to stand for clear separation of the two phases. the separated organic layer was passed over anhydrous sodium sulphate and absorbance of the yellow ion-pair complex was measured at 410 nm against a reagent blank similarly prepared. method b varying aliquots of lmt-bcg ion-pair complex (10 µg ml-1 in lmt; prepared by following the procedure described in method a) equivalent to 0.5 – 5.0 µg ml-1 with respect to lmt were transferred into a series of 10 ml standard flasks and the total volume was brought to 5 ml by adding dichloromethane. to each flask, 1 ml of 1 % alcoholic koh was added, the content mixed and kept aside for 5 min. finally, the volume was made upto mark with ethanol and the absorbance measured at 620 nm against the reagent blank. in both the methods, the standard calibration curve was prepared or regression equation derived to calculate the amount of analyte drug in unknown samples. procedure for the dosage forms twenty tablets were weighed and ground into a fine powder using a pestle and mortar. an accurately weighed portion of the powder equivalent to 30 mg lmt was transferred into a 100 ml calibrated flask, 50 ml of 0.1 m h2so4 was added and the flask was shaken for 20 min. the volume was made upto mark with 0.1 m h2so4. after 5 min, the solution was filtered through whatman no 42 filter paper. first 10 ml portion of the filter was discarded and a suitable aliquot was diluted to get a working concentration of 30 µg ml-1 and used for assay by method a. the ion-pair complex of this tablet lmt-bcg (10 µg ml-1) was prepared for assay by applying the procedure described in method b. results and discussion spectral characteristics absorption spectrum of the yellow colored lmt-bcg ion-pair complex is shown in fig. 1 which has a maximum absorbance (λmax) at 410 nm. this drug dye ion-pair complex was broken in ethanolic base to yield the base form of the blue dye which had maximum absorbance at 620 nm. 16 a b c d fig. 1. absorption spectra of a: ion-pair complex (9.5 µg ml-1 lmt); b: blank in method a; c: base form of dye (1.5 µg ml-1 lmt) and d: blank in method b. a b fig. 2. effect of water on the absorbance of a: ion-pair complex (9.0 µg ml-1 lmt) and b: blank. fig. 1. absorption spectra of a: ion-pair complex (9.5 µg ml-1 lmt); b: blank in method a; c: base form of dye (1.5 µg ml-1 lmt) and d: blank in method b. in both the cases, the blanks had negligible absorbance. ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 201058 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 2010 59 artigo article reaction mechanisms anionic dyes such as bcg forms ion-pair complex with positively charged drugs. the drug-dye stoichiometric ratio as calculated by the job’s continuous variations method [28] is found to be 1:1. each drug-dye complex molecule, with two oppositely charged ions, behaves as a single unit held together by an electrostatic force of attraction (scheme 1). 15 n n n cl cl nh2nh2 h + n n n cl cl nh3 + nh2 n n n cl cl nh3 + nh2 n n n cl cl nh3 + nh2 o br br br br oh s o o o o br br br br oh s o o o + lmt lmt-protonated lmt-protonated bcg lmt-bcg ion-pair complex measured at 410 nm method a scheme 1. reaction pathway for method a. n n n cl cl nh3 + nh2 o br br br br oh s o o o n n n cl cl nh2nh2 oh o br br br br oh s o o o + method b lmt-bcg ion-pair complex blue colour of the basic form of dye measured at 620 nm lmt scheme 2. reaction pathway for method b. scheme 1. reaction pathway for method a. in alcoholic alkaline medium, this ion-pair complex gets disturbed and it breaks to form a blue colored basic dye and the drug. the mechanism of this breaking is shown in scheme 2. 15 n n n cl cl nh2nh2 h + n n n cl cl nh3 + nh2 n n n cl cl nh3 + nh2 n n n cl cl nh3 + nh2 o br br br br oh s o o o o br br br br oh s o o o + lmt lmt-protonated lmt-protonated bcg lmt-bcg ion-pair complex measured at 410 nm method a scheme 1. reaction pathway for method a. n n n cl cl nh3 + nh2 o br br br br oh s o o o n n n cl cl nh2nh2 oh o br br br br oh s o o o + method b lmt-bcg ion-pair complex blue colour of the basic form of dye measured at 620 nm lmt scheme 2. reaction pathway for method b. scheme 2. reaction pathway for method b. optimisation of variables and method development a number of preliminary experiments established optimum conditions necessary for rapid and quantitative formation of colored ion-pair complex to achieve the maximum stability and sensitivity. optimum condition was fixed by varying one parameter at a time while keeping other parameters constant and observing its effect on the absorbance either at 410 nm in method a or at 620 nm in method b. method a effect of ph in order to establish the optimum ph range, 2 ml of lmt solution in 0.1 m h2so4 and 3 ml 0.1 m h2so4 were taken and diluted with 5, 10, 15, 20 and 25 ml of water. five ml of the dye solution was added after the addition of 4 ml of 1 m naoac and 5 ml buffer of ph 5.02. the effective ph value of above resulting aqueous solutions was 5.02±0.01. fig. 2 shows that at 20 ml of water, the absorbance of the ion-pair complex was maximum and the respective blank had shown negligible absorbance. the ph of the aqueous phase was constant at 5.02±0.01 for water volumes ranging from 5-25 ml, at a volume of 20 ml water, blank had a lower absorbance. at water volumes greater than 20 ml, the sensitivity was less. it was also found that a ratio of ~4:1 of aqueous to organic phases was required for the efficient extraction of the colored species. hence, an aqueous phase of 39 ml which includes 20 ml of h2o was used in all subsequent work. 16 a b c d fig. 1. absorption spectra of a: ion-pair complex (9.5 µg ml-1 lmt); b: blank in method a; c: base form of dye (1.5 µg ml-1 lmt) and d: blank in method b. a b fig. 2. effect of water on the absorbance of a: ion-pair complex (9.0 µg ml-1 lmt) and b: blank. fig. 2. effect of water on the absorbance of a: ionpair complex (9.0 µg ml-1 lmt) and b: blank. effect of sodium acetate, bcg and buffer solution various amounts of naoac were added to the acidic solution of lamotrigine to bring the ph to the optimum value and measurements were carried out as recommended. maximum absorbance for sample and negligible absorbance for blank was observed when the volume of naoac was 4 ml (1 m) in a total volume of 39 ml. the effect of bcg concentration was investigated by varying the volume of dye solution, and using a fixed amount of drug. the complex formation and its extraction were unaffected in the range of 3.0 to 8.0 ml of 0.4 %bcg solution. hence, 5 ml of 0.4 % bcg solution was fixed in a total volume of 39 ml of aqueous phase. various amounts of buffer solution were used in the investigation to establish its effect on absorbance. there was almost no influence on the absorbance up to 10 ml, but an amount less than 4 ml resulted in unsatisfactory separation of the organic phase during the extraction. so, 5 ml of buffer was used through out the investigation. reaction time after the addition of dye, the effect of standing time was studied in the time range 5-30 min before extraction. after a contact time of 5 min, measured absorbance of the complex after extraction into dichloromethane, showed almost constant absorbance values from 5-30 min. so a contact time of 5 min was adequate to form the complex. effect of shaking time shaking times ranging from 30 to 60 sec produced no change in absorbance, by maintaining all other parameters constant. so a 30 sec shaking time was fixed. selecting of the extracting solvents the effect of the extracting solvent on the ion-pair complex was examined. dichloromethane was preferred to other solvents (carbon tetrachloecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 201060 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 2010 61 artigo article ride, benzene, cyclohexane, hexane, chloroform, 1, 2-dichloroethane and ether) because of its slightly higher efficiency on color intensity, selective extraction of the lmt-bcg complex from the aqueous phase and obtained highest absorbance with dichloromethane. effect of number of extractions under optimum conditions, the drug-dye complex in the aqueous phase was extracted with three 10 ml portions of dcm and absorbance was measured each time. after the second extraction, the absorbance of the organic layer was negligibly small. hence, a single extraction with 10 ml dcm was selected for the extraction because of complete recovery of the complex. equilibration time and stability of the coloured complexes the organic and aqueous phases were clearly separated in less than 1 min. the drug-dye ion-pair complex was stable for more than 15 h at laboratory temperatute (30±20 c). effect of order of addition of reactants the sequence of order of addition of the reactants prior to extraction had small change in the absorbance values. so the order of addition of reactants should be in the described manner. composition of ion-pair complexes the composition of the ion-pair complex was established by job’s method of continuous variations [28] using equimolar concentrations of the drug and the dye (1.955 x 10-4 m). the results indicated that 1:1 (drug:dye) ion-pair is formed through the electrostatic attraction between the positive protonated drug and the anion of dye. six solutions containing lmt and bcg in various molar ratios, with a total volume of 5 ml, in addition to 20 ml h2o, 4 ml of 1 m naoac and 5 ml buffer solution were prepared. the extraction was performed using 10 ml of dichloromethane and the absorbance was subsequently measured at 410 nm. the graph of the results obtained (fig. 3) 17 fig. 3. job’s method of continuous variations plot for ion-pair complex of lmt-bcg in dichloromethane at 410 nm. fig. 3. job’s method of continuous variations plot for ion-pair complex of lmt-bcg in dichloromethane at 410 nm. gave a maximum at a molar ratio of xmax = 0.5 which indicated the formatiuon of a 1:1 lmt:bcg complex. the conditional stability constant (kf) of the ion-association complex was calculated from the continuous variation data using the following equation [29]: 8 equilibration time and stability of the coloured complexes the organic and aqueous phases were clearly separated in less than 1 min. the drug-dye ion-pair complex was stable for more than 15 h at laboratory temperatute (30±20 c). effect of order of addition of reactants the sequence of order of addition of the reactants prior to extraction had small change in the absorbance values. so the order of addition of reactants should be in the described manner. composition of ion-pair complexes the composition of the ion-pair complex was established by job’s method of continuous variations [28] using equimolar concentrations of the drug and the dye (1.955 x 10-4 m). the results indicated that 1:1 (drug:dye) ion-pair is formed through the electrostatic attraction between the positive protonated drug and the anion of dye. six solutions containing lmt and bcg in various molar ratios, with a total volume of 5 ml, in addition to 20 ml h2o, 4 ml of 1 m naoac and 5 ml buffer solution were prepared. the extraction was performed using 10 ml of dichloromethane and the absorbance was subsequently measured at 410 nm. the graph of the results obtained (fig. 3) gave a maximum at a molar ratio of xmax = 0.5 which indicated the formatiuon of a 1:1 lmt:bcg complex. the conditional stability constant (kf) of the ion-association complex was calculated from the continuous variation data using the following equation [29]: [ ] n m n m m f ncaa aa k )(/1 / 2+− = where a and am are the observed maximum absorbance and the absorbance value when all the drug present is associated, respectively. cm is the mole concentration of drug at the maximum absorbance and n is the stoichiometry which bcg ion associates with drug. the log kf value was found to be 5.60. where a and am are the observed maximum absorbance and the absorbance value when all the drug present is associated, respectively. cm is the mole concentration of drug at the maximum absorbance and n is the stoichiometry which bcg ion associates with drug. the log kf value was found to be 5.60. method b studies on the effect of alkali concentration required to break the complex into its components revealed that 1 ml of 1 % alcoholic koh with a standing time of 5 min was sufficient to yield maximum absorbance at 620 nm. the stability of the resulted blue coloured dye was stable for more than 20 h at laboratory temperatute (30±20 c). method validation linearity, sensitivity, limits of detection and quantification calibration graphs were constructed from ten points covering the concentration ranges 1.5-15 µg ml-1 and 0.5-5.0 µg ml-1 for method a and method b, respectively. regression analysis of the beer’s law data indicated a linear relationship between absorbance and concentration, table 1. sensitivity and regression parameters parameter method a method b λmax, nm 410 620 color stability > 24 h > 20 h linear range, µg ml-1 1.5-15 0.5-5.0 molar absorptivity(ε), l mol-1 cm-1 1.6932 x 104 3.748 x 104 sandell sensitivity*, µg cm-2 0.0151 0.0068 limit of detection (lod), µg ml-1 0.43 0.19 limit of quantification (loq), µg ml-1 1.30 0.59 regression equation, y** intercept (a) -0.0007 0.0007 slope (b) 0.0661 0.1463 standard deviation of a (sa) 0.0998 0.0998 ± tsa/√n 0.124 0.124 standard deviation of b (sb) 0.0073 0.022 ± tsb/√n 0.0091 0.027 variance (sa2) 0.0096 0.0096 regression coefficient (r) 0.9993 0.9996 *limit of determination as the weight in µg per ml of solution, which corresponds to an absorbance of a = 0.001 measured in a cuvette of cross-sectional area 1 cm2 and l = 1 cm. **y=a+bx, where y is the absorbance, x is concentration in µg ml-1, a is intercept, b is slope, ± tsa/√n = confidence limit for intercept, ± tsb/√n = confidence limit for slope. ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 201062 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 2010 63 artigo article which is corroborated by high values (close to unity) of the correlation coefficients. a plot of log absorbance and log concentration, yielded straight lines with slope equal to 0.996 and 1.009 for method a and method b, respectively, further establishing the linear relation between the two variables. the calculated molar absorptivity and sandell sensitivity [30] values are summarized in table 1. the limits of detection (lod) and quantification (loq), calculated according to the ich guidelines [31] using the formulae: lod = 3.3 s/b and loq = 10 s/b, (where s is the standard deviation of blank absorbance values, and b is the slope of the calibration plot) are also summarized in table 1. the high values of ε and low values of sandell sensitivity and lod indicate the high sensitivity of the proposed methods. precision and accuracy the assays described under “general procedures” were repeated seven times within the day to determine the repeatability (intra-day precision) and five times on different days to determine the intermediate precision (inter-day precision) of the methods. these assays were performed for three levels of analyte. the results of this study are summarized in table 2. table 2. evaluation of intra-day and inter-day accuracy and precision method lmt taken, µg ml-1 intra-day accuracy and precision (n=7) inter-day accuracy and precision (n=5) lmt found ±cl, µg ml-1 %re %rsd lmt found±cl, µg ml-1 %re %rsd a 6.0 9.0 12.0 5.90±0.08 8.92±0.11 12.01±0.22 1.67 0.89 0.08 1.52 1.36 1.96 5.96±0.14 8.99±0.11 11.98±0.30 0.67 0.11 0.17 1.82 1.02 2.01 b 1.0 3.0 5.0 1.01±0.01 3.04±0.02 5.01±0.02 1.00 1.33 0.20 0.884 0.603 0.450 1.02±0.02 3.02±0.04 4.98±0.05 2.00 0.67 0.40 1.16 0.92 0.80 %re. percent relative error, %rsd. relative standard deviation and cl. confidence limits were calculated from: cl = ± ts/√n. (the tabulated value of t is 2.45 and 2.77 for six and four degrees of freedom respectively, at the 95% confidence level; s = standard deviation and n = number of measurements). the percentage relative standard deviation (%rsd) values were < 2 % (intra-day) and ≤ 2.01 % (inter-day) indicating high precision of the methods. the accuracy of the methods was determined by the percent mean deviation from known concentration, bias % = [(concentration found known concentration) x 100 / known concentration]. bias was calculated at each concentration and these results are also presented in table 2. percent relative error (%re) values ≤ 2.0 % demonstrate the high accuracy of the proposed methods. selectivity a systematic study was performed to determine the effect of matrix by analyzing the placebo blank and synthetic mixture containing lmt. a placebo blank of the composition: starch (10 mg), acacia (15 mg), hydroxyl cellulose ( 10 mg), sodium citrate (10 mg), talc (20 mg), magnesium stearate (15 mg) and sodium alginate (10 mg) was made and its solution was prepared as described under ‘tablets’, and then subjected to analysis. the absorbance of the placebo solution in each case was almost equal to the absorbance of the blank which revealed no interference. to assess the role of the inactive ingredients on the assay of lmt, a synthetic mixture was separately prepared by adding 10 mg of lmt to the placebo mentioned above. the drug was extracted and solution prepared as described under the general procedure for tablets. the solution after appropriate dilution were analysed following the recommended procedures. the absorbance resulting from 12 µg ml-1 (method a) and 4.0 µg ml-1 (method b) were nearly the same as those obtained for pure lmt solutions of identical concentrations. this unequivocally demonstrated the non-interference of the inactive ingredients in the assay of lmt. further, the slopes of the calibration plots prepared from the synthetic mixture solutions were about the same as those prepared from pure drug solutions. robustness and ruggedness the robustness of the methods was evaluated by making small incremental changes in volume of h2o/ethanolic koh and contact time and the effect of the changes was studied on the absorbance of the colored systems. the changes had negligible influence on the results as revealed by small intermediate precision values expressed as % rsd (< 1.53 %). method ruggedness was demonstrated having the analysis done by four analysts, and also by a single analyst performing analysis on four different instruments in the same laboratory. intermediate precision values (%rsd) in both instances were in the range 0.88 – 1.65 % indicating acceptable ruggedness. the results are presented in table 3. table 3. method robustness and ruggedness expressed as intermediate precision (% rsd) method lmt taken, µg ml-1 robustness ruggedness parameters altered inter-analysts (%rsd), (n=4) inter-instruments (%rsd), (n=4) volume of h2o/ ethanolic koh* reaction/breaking timeψ a 6.0 1.02 1.23 0.88 1.65 b 3.0 0.96 1.53 0.99 1.58 *in method a, the volume of h2o was 17, 20 and 23 ml, and in method b the volumes of ethanolic koh added were 0.8, 1.0 and 1.20 ml. ψin method a, the reaction times were 3, 5 and 7 min and in method b breaking times were 3, 5 and 7 min. application the proposed methods were applied for the quantification of lmt in commercial tablets. the results were compared with these obtained using a published method [20]. the method consisted of the measurement of the absorbance of the tablet extract in 0.1 m naoh at 305 nm. statistical analysis of the results did not detect any significant difference between the performance of the proposed methods and reference method with respect to accuracy and precision as revealed by the student’s t-value and variance ratio f-value [32]. the results of assay are given in table 4. ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 201064 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 2010 65 artigo article table 4. results of analysis of tablets by the proposed methods and statistical comparison of the results with the reference method tablet brand nameψ nominal amount, (mg/tablet) found* (percent of label claim ± sd) reference method method a method b lamosyn-100a 100 98.56±0.76 98.14±1.12 t=0.71 f=2.17 99.04±1.06 t=0.83 f=1.95 lamosyn-25a 25 101.3±0.62 100.6±0.86 t=1.49 f=1.92 101.1±0.90 t=0.42 f=2.11 lametec-50 dtb 50 102.5±0.86 101.2±1.05 t=2.15 f=1.49 101.8±0.72 t=1.40 f=1.43 *mean value of 5 determinations. (tabulated t-value at the 95 % confidence level and for four degrees of freedom is 2.77). (tabulated f-value at the 95 % confidence level and for four degrees of freedom is 6.39). ψmarketed by : asun pharmaceuticals. bcipla india ltd, mumbai. recovery study to further assess the accuracy of the methods, recovery experiments were performed by applying the standard-addition technique. the recovery was assessed by determining the agreement between the measured standard concentration and added known concentration to the sample. the test was done by spiking the pre-analysed tablet powder with pure lmt at three different levels (50, 100 and 150 % of the content present in the tablet powder (taken) and the total was found by the proposed methods. each test was repeated three times. in all the cases, the recovery percentage values ranged between 99.22 and 104.3 % with standard deviation in the range 0.85 – 1.25 %. closeness of the results to 100 % showed the fairly good accuracy of the methods. the results are shown in table 5. table 5. results of recovery study via standard-addition method tablet studied method a method b lmt in tablet, µg ml-1 pure lmt added, µg ml-1 total found, µg ml-1 pure lmt recovered (percent±sd*) lmt in tablet, µg ml-1 pure lmt added, µg ml-1 total found, µg ml-1 pure lmt recovered (percent±sd*) lamosyn-100 4.91 4.91 4.91 2.5 5.0 7.5 7.44 9.87 12.73 101.2±0.96 99.22±0.85 104.3±1.25 1.98 1.98 1.98 1.0 2.0 3.0 2.98 4.04 4.96 100.2±1.06 103.2±1.25 99.23±0.98 *mean value of three determinations. conclusions in the present study, the maximum color development of lmt-bcg ion-pair complex (method a) and basic dye (method b) was instantaneous. no heating or standing was needed. these methods do not involve procedural steps, do not take more operator time and expertise like hplc and other methods. in terms of simplicity, rapidity, sensitivity and expense, the methods could be considered superior in comparison with the previously reported methods, especially with those based on chromatography [3-15]. the reagents utilized in the proposed methods are cheaper, readily available and the procedures do not involve any critical reaction conditions or tedious sample preparation. the method is unaffected by slight variations in experimental conditions such as time, reagent concentration or temperature. the methods are highly sensitive compared to the only spectrophotometric method [14]. since there was no interference from the tablet excipients, the methods are highly selective in comparison with the chloranilic acid and method based on chargetransfer complexation method [14]. the proposed methods gave results with good accuracy to permit determination of low concentration even down to 0.5 µg ml-1. the wide applicability of the described procedure for routine quality control is well established by the assay of lmt in pure form, as well as in pharmaceutical preparations aknowledgement authors thank m/s. cipla india ltd, for gifting pure lamotrigine, two of the authors (nrp & kbv) are gratefully thanks the university of mysore, mysore, permission and facilities and on of the authors (nrp) gratefully acknowledges the ugc, new delhi, for providing meritorious research fellowship. references a.g. gilman, j.g. hardman, l.e. limbird, “goodman [1] and gilman’s the pharmacological basis of therapeutics.” 10th ed. mcgraw hill, new york, u.s.a. 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[7] macedo, m.m. caramona f.g.lopez, j. chromatogr. b, bio-b, biomed. appl. 755 (2001) 119. c.l. cheng, c.h. chouand, o.y.p. hu,. j. chromatogr. b, [8] anal. technol. biomed. life sci. 817 (2005) 199. k.m. matar, p.j. nicholls, s.a. bawazir, m.i. al-hassan, [9] a. tekle, j. pharm. biomed. anal. 17 (1998) 525. d. londero, p. lo greco, j. chromatogr. b. biomed. sci.[10] appl. 691 (1997) 1 issn 1387-2273 139. k.m. patil, s.l. bodhankar, j. chromatogr. b, 823 [11] (2005) 152. j. hallbach, h. vogel, w.g. guder, eur. j. clin. chem. [12] clin. biochem. 35 (1997) 755. ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 201066 artigo article www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 67 e. dreassi, g.p. corbini, m. corti, ulivelli, r. rocchi,. j. [13] aoac. intl. 79: 6, issn 1060-3271 (1996) 1277. n.f. youssef, e.a. taha,..chem. pharm. bull. 55 (2007) [14] 4 541. g-s. elizabeth, s. giannoutsos, d.r. lower, m.a. virji, [15] m.d. krasowski, j. chromatogr. sci. 45 (2007) 9 616. z.k. shihabi, k.s. oles, j. chromatogr. b, biomed appl. [16] 683 (1996) 119. r. theurillat, m. kuhn, w. thormann, j. chromatogr. a. [17] 979 (2002) 353. r.a. biddlecombe, k.l. dean, c.d. smith, s.c. jeal,. j. [18] pharm. biomed. anal. 8 (1990) 691. j.m. sailstad. j.w.a. findlay, ther. drug. monit., 13 [19] (1991) 433. r.s. talekar, a.s.dhake, d.b. sonaje, v.k. mourya, ind. [20] j. pharm. sci. 62 (2000) 51. d-r. olga, m.e calvo, m. acros-martinez, j.. sensors. 8 [21] (2008) 4201; doi:10.3390/s8074201 n. rahman, s.n. hejaz-azmi, j. pharm. biomed. anal. 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human use, ich harmonised tripartite guideline, validation of analytical procedures: text and methodology q2(r 1),complementary guideline on methodology dated 06 november 1996, incorporated in november 2005, london. j. inczedy, t. lengyel, a.m. ure,. iupac compendium [32] of analytical nomenclature : 1998. definitive rules, blackwell science inc., boston. artigo/article complexes of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) w.ferenc1*, m.bernat1, j.sarzyński2 and h.głuchowska1 1faculty of chemistry, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland 2faculty of physics, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland * author for correspondence: e-mail: wetafer@poczta.umcs.lublin.pl abstract: the complexes of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) have been synthesized as polycrystalline hydrated solids, and characterized by elemental analysis, spectroscopy, magnetic studies and also by x-ray diffraction and thermogravimetric measurements. the analysed complexes have the following colours: violet for nd(iii), white for gd(iii) and cream for ho(iii) compounds. the carboxylate groups bind as bidentate chelating (ho) or bridging ligands (nd, gd). on heating to 1173k in air the complexes decompose in several steps. at first, they dehydrate in one step to form anhydrous salts, that next decompose to the oxides of respective metals. the gaseous products of their thermal decomposition in nitrogen were also determined and the magnetic susceptibilites were measured over the temperature range of 76-303k and the magnetic moments were calculated. the results show that 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) are high-spin complexes with weak ligand fields. the solubility value in water at 293k for analysed 4-chlorophenoxyacetates is in the order of 10-4mol/dm3. keywords: 4-chlorophenoxyacetates, thermal stability, magnetic properties of nd(iii), ho(iii) and gd(iii). introduction the carboxylates play an important role in inorganic and bioinorganic chemistry. many metal cations are a component of several vitamins and drugs [1,2]. the carboxylates of dand 4fion elements may be used as electric materials in the modern branches of techniques and technology. they may have also applications as precursors in superconducting ceramic and magnetic field productions and may be used as catalysts, pigments, solvents, food preservatives and plastics productions. metal carboxylates are applied for the productions of high degree purity of metal oxides and polycarboxylic acids are used for supermolecular compound synthesis, which in many cases, form with metal ions the molecular polymers containing in their structures, pores and channels owning to them they appear catalytic and adsorption properties. therefore they may be used for the adsorption of inorganic gases such as: argon, nitrogen and hydrocarbons or small molecules of another inorganic compounds. polycarboxylic acids may also form the molecules with twoand three–dimentional structures, yielding special magnetic and luminescence properties which let them be used in optical and electronic industries [3-10]. 4-chlorophenoxyacetic acid is a white solid hardly soluble in water (k=7,9 ·10-4) and easily soluble in ether and ethanol [10,11]. it is used as growth hormone for plants [12]. in some papers the details of its molecular structure was presented [13-15]. literature survey informs that its complexes with li(i), cu(ii), co(ii), mn(ii) and ecl. quím., são paulo, 35(1): 67 75, 2010 revista.pdf 7 www.scielo.br/eq reatividade do [fe(co) 2 (ηηηηη2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ] frente a compostos de cu(i): síntese de espécies binucleares heterometálicas contendo cs 2 em ponte entre fe(0) e cu(i). t. k. muraoka1,2, a. p. duarte1, p. m. takahashi1, v. m. nogueira1, a. v. g. netto1, a. e. mauro1* 1departamento de química geral e inorgânica – instituto de química – unesp – cep 14800-900 – araraquara – sp – brasil 2centro universitário de araraquara – uniara – cep 14802-320 – araraquara – sp –brasil *mauro@iq.unesp.br resumo: este trabalho contempla a síntese e caracterização espectroscópica de dois compostos carbonílicos heterometálicos do tipo [fe(co) 3 (m-cs 2 )(pph 3 )(cux)], x = cl, clo 4 . os dados provenientes da espectroscopia no infravermelho e de rmn de 31p{1h} foram conclusivos quanto à proposição da geometria octaédrica distorcida ao redor do átomo de ferro (0), como também sobre a natureza bimetálica de ambos compostos. estes dados esclareceram o modo de coordenação dos grupos carbonilos, da trifenilfosfina (pph 3 ), bem como a disposição do ligante dissulfeto de carbono em ponte entre os átomos de fe (0) e cu (i). palavras-chave: carbonilos heterometálicos; ferro (0); cobre (i); dissulfeto de carbono. introdução as reações de moléculas triatômicas lineares como do dióxido de carbono, co 2 , e disulfeto de carbono, cs 2 , com centros metálicos constituem atualmente alvos de várias pesquisas tanto em química com em ciência dos materiais. apesar de suas similaridades estruturais, as moléculas de cs 2 e co 2 apresentam comportamento reacional muito distinto frente a metais de transição. o cs 2 é, em geral, muito reativo frente aos mesmos, formando compostos de coordenação com quase todos eles; além de mostrar uma variedade de reações de inserção e de desproporcionamento. um interesse adicional na química de coordenação do cs 2 com complexos de metais de transição provem do fato que os mesmos podem ser empregados como modelos na investigação do processo de ativação e de fixação do co2 [1-5]. os mesmos autores verificaram que os complexos de paládio, rádio e irídio, contendo trifenilfosfina [7], também reagem com cs 2 originando compostos análogos ao de platina. atualmente centenas de compostos estão descritos na literatura [8-9], sintetizados por diversos procedimentos. é importante ressaltar que todos apresentam um fato em comum: a ligação entre a molécula de cs 2 e o átomo metálico preferencialmente se origina quando o composto de partida é formado por um centro nucleofílico, isto é, quando o complexo original apresenta o caráter de uma base de lewis. a molécula de cs 2 pode se coordenar ao átomo metálico por três modos, mostrados na figura 1. figura 1. modos de coordenação do ligante cs 2 ecl. quím., são paulo, 32(2): 7-11, 2007 volume 32, número 2, 2007 a investigação de complexos contendo cs2 coordenado a metais foi iniciada em 1966 por baird e wilkinson, com a síntese do composto[pt(pph 3 ) 2 (h2-cs 2 )] [6]. vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:007 8 dos três modos de coordenação o mais comum é representado em a, no qual o cs 2 forma com o centro metálico um anel de três membros via ligação π c=s, bastante estável comparado aos outros dois. relativamente poucos exemplos de complexos com cs 2 coordenado do modo ilustrado por b são relatados na literatura. neste caso a ligação σ metal-enxofre é comumente representada por η1-cs 2 ou σ-cs 2 e sua presença é, em geral, proposta pela espectroscopia no infravermelho. o estiramento νcs ocorre próximo a 1500 cm-1, na mesma região do cs 2 no estado líquido, e aproximadamente 20 cm-1 abaixo do valor na fase gasosa [10]. vale destacar, também, a importância do co 2 e cs 2 no cenário tecnológico. o co 2 representa a maior e mais barata fonte de carbono na natureza e sua transformação em novos compostos orgânicos provavelmente envolverá a sua coordenação a metais de transição. já o cs 2 constitui um excelente precursor de enxofre para fins de se obter filmes finos de materiais semi-condutores. assim, considerando o nosso interesse nos carbonilmetais e compostos heteropolimetálicos, este trabalho trata da síntese e caracterização de compostos do tipo [fe(co) 3 (µ-cs 2 )(pph 3 )(cux)], sendo x = cl, clo 4 , dando prosseguimento aos nossos trabalhos envolvendo carbonilmetais [1113]. materiais e métodos as sínteses foram efetuadas sob atmosfera de n 2 , em frasco tipo schlenk e os reagentes, todos de grau analítico, foram empregados sem purificação prévia, exceto o éter etílico que foi tratado com solução aquosa de sulfato ferroso e ácido sulfúrico em funil de separação. em seguida foi transferido para um frasco escuro contendo cacl 2 por 24h. ápos este tratamento foi filtrado, destilado e armazenado em frasco escuro com fios de sódio [14]. sínteses dos compostos [fe(co) 3 (m-cs 2 )(pph 3 )(cucl)] (1) em um frasco schlenk, contendo 0,72g (1,0 mmol) de [fe(co) 2 (h2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ] dissolvido em 45 ml de diclorometano, foram adicionados sob agitação constante e fluxo de n 2 , 0,10g (1,0 mmol) de cucl. a solução resultante foi mantida em refluxo sob atmosfera de n 2 , por 3h. a solução, inicialmente vermelha tornou-se gradativamente marrom, e o sólido marrom escuro obtido foi filtrado, lavado várias vezes com etanol, éter etílico anidro e finalmente seco sob vácuo por 1h. obtevese uma massa de 0,29g, com rendimento de 40%; o composto decompõe-se em 158°c; %c obt = 44,74, %c calc = 45,90; %h obt = 2,99, %h calc = 2,75; %fe obt = 10,45, %fe calc = 10,17, %cu obt = 11,22, %cu calc = 11,55. [fe(co) 3 (µ-cs 2 )(pph 3 )(cuclo 4 )] (2) em um frasco schlenk, contendo 0,72g (1,0 mmol) de [fe(co) 2 (η2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ] dissolvido em 45 ml de diclorometano, foram adicionados sob agitação constante e fluxo de n 2 , 0,33g (1,0 mmol) de [cu(ch 3 cn) 4 ]clo 4 . a solução resultante foi mantida em refluxo e sob atmosfera de n 2 , por 4h. com o desenvolvimento da reação a solução, inicialmente vermelhada, tornou-se gradativamente marrom. houve a formação de um sólido marrom escuro que foi filtrado, lavado várias vezes com etanol, éter etílico anidro e finalmente seco sob vácuo por 2h. obteve-se uma massa de 0,32g, com rendimento de 40%; o composto decompõe-se em 208°c; %c obt = 40,75, %c calc = 41,13; %h obt = 2,33, %h calc = 2,46; %fe obt = 9,36, %fe calc = 9,11, %cu obt = 10,33, %cu calc = 10,36. técnicas experimentais os teores de ferro e cobre foram determinados espectrofotometricamente mediante a técnica de absorção atômica em um espectrofotômetro de absorção atômica da intralab–modelo aa–145. os espectros de absorção na região do infravermelho foram registrados no espectrofotômetro nicolet – modelo 730 ft–ir, na região de 4000 a 400 cm-1, com resolução de 2 cm-1, utilizando a técnica de pastilha em csi. os espectros de ressonância magnética nuclear de 31p{1h} foram registrados no espectrofotômetro brucker ac 200 a 81 mhz, utilizando-se como padrão externo o h 3 po 4 85%. ecl. quím., são paulo, 32(2): 7-11, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:008 9 resultados e discussão em trabalhos envolvendo a interação do [fe(co) 2 (h2-cs 2 )(l) 2 ] {l = pph 3 , p(ch 3 )ph 2 , p(ch 3 ) 3 e p(och 3 ) 3 } com [mn(h5-c 5 h 5 )(co) 2 (thf)] ou [mo(co) 6 ] [15-17], constatou-se que o enxofre não coordenado do grupo cs 2 apresenta a capacidade de deslocar moléculas de co ou thf, originando complexos binucleares, com cs 2 em ponte entre dois átomos metálicos. essa reatividade é atribuída essencialmente ao caráter nucleofilico do átomo de enxofre não coordenado. considerando este aspecto, realizou-se a reação do [fe(co) 2 (h2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ] com cucl e [cu(ch 3 cn) 4 ]clo 4 objetivando a síntese de complexos heteronucleares contendo ferro e cobre. isolaram-se das reações compostos marrons para os quais os resultados analíticos indicaram a formação de espécies heterobimetálicas de fórmula [fe(co) 3 (m-cs 2 )(pph 3 )(cux)], x = cl (1) e clo 4 (2). o espectro no infravermelho do composto resultante da interação entre [fe(co) 2 (h2cs 2 )(pph 3 ) 2 ] com cucl apresenta três bandas na região de estiramento nco, em 2028(s), 2009(s) e 1953(s-m) cm-1. observa-se, com relação ao composto de partida, um aumento no número de bandas de nco e deslocamentos para a freqüências maiores, sinalizando uma alteração significativa ao redor do átomo de ferro, descartando, assim, a possibilidade da espécie obtida ser um bimetálico análogo aos do tipo [fe(co) 2 (l) 2 (m-cs 2 )ml n ] {mln = [mn(h5c 5 h 5 )(co) 2 ], [mn(co) 5 ]}, citados anteriormente, para os quais o número de estiramento nco não se altera. houve, concomitantemente, um deslocamento nos valores das frequências do estiramento ncs, como se nota na tabela 1: t a b e l a 1 : f r e q u ê n c i a d e e s t i r a m e n t o c o e c s p a r a a l g u n s c a b o n i l m e t a i s . [ f e ( c o ) 2 ( 2 c s 2 ) ( l ) 2 ] [ f e ( c o ) 2 ( l ) 2 ( c s 2 ) m l n ] c o ( c m 1 ) c s ( c m 1 ) c o ( c m 1 ) c s ( c m 1 ) p ( o c h 3 ) 3 2 0 2 0 1 9 5 0 1 1 5 7 * 2 0 1 9 ; 1 9 5 1 * 1 9 1 0 ; 1 8 6 0 * 1 1 6 2 p ( c h 3 ) p h 2 1 9 7 8 1 9 2 8 1 1 3 7 * 1 9 8 4 ; 1 9 3 2 * 1 9 1 4 ; 1 8 5 2 * 1 1 5 9 p ( c h 3 ) 3 1 9 8 5 1 9 2 4 1 1 2 8 * 1 9 9 6 ; 1 9 1 8 * 1 9 0 3 ; 1 8 5 0 * 1 1 4 3 * * 2 0 8 2 ; 2 0 2 3 * * 1 9 8 7 ; 1 9 5 4 * * 1 9 2 8 ; 1 9 0 8 * * 1 8 8 7 * * 1 1 3 2 * * 1 1 1 8 * m l n = [ m n ( c 5 h 5 ) ( c o ) 2 ] ; * * m l n = [ m o ( c o ) 5 ] o deslocamento constatado das bandas de estiramento nco no espectro do [fe(co) 3 (mcs 2 )(pph 3 )(cucl)], para frequência maiores (tabela 2), comparativamente ao [fe(co) 2 (h2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ], indica uma diminuição da densidade eletrônica sobre o átomo de ferro e sua possível migração para o cobre via ponte de cs 2 . a frequência de estiramento ncs em 1154 cm-1 mostra-se também deslocada em função da coordenação do cs 2 ao cobre. o espectro no infravermelho do composto resultante da reação entre [fe(co) 2 (h2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ] com [cu(ch 3 cn) 4 ]clo 4 , apresenta também três bandas na região do estiramento nco (tabela 2). nota-se a ausência de bandas na região de 23002200 cm-1, o que permite concluir que as moléculas de acetonitrila ligadas ao complexo precursor de cobre foram deslocadas de sua esfera de coordenação. o aparecimento de bandas em 1142 e 1027 cm-1 atribuídas ao estiramento assimétrico ncl-o, de outra em 906 cm-1 típica de estiramento simétrico ncl-o, bem como a presença de bandas em 630-618 cm-1 atribuídas à deformação angular do-cl-o [18], subsidiam fortemente a presença do grupo perclorato coordenado de modo bidentado ao cobre. o deslocamento constatado das bandas de estiramento nco no espectro do [fe(co) 3 (mcs 2 )(pph 3 )(cucl)], para frequência maiores (tabela 2), comparativamente ao [fe(co) 2 (h2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ], indica uma diminuição da densidade eletrônica sobre o átomo de ferro e sua possível migração para o cobre via ponte de cs 2 . a frequência de estiramento ncs em 1154 cm-1 mostra-se também deslocada em função da coordenação do cs 2 ao cobre. ecl. quím., são paulo, 32(2): 7-11, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:009 10 tabela 2: frequência de est iramento co e cs para os compostos obtidos e de partida. composto co (cm -1) cs (cm -1) [fe(co)3( -cs 2)(pph3)(cucl)] 2028, 2009, 1953 1154 [fe(co)3( -cs 2)(pph3)(cuclo 4)] 2038, 2000, 1956 1157 [fe(co )2( 2-cs 2)(pph3)2] 1989, 1923 1144 outras informações relevantes provem do espectro de rmn de 31p{1h} dos compostos, medidos em solução de cd 2 cl 2 , utilizando como padrão interno o p(oph) 3 . neles são vistos singletos em -141,17 ppm, para o composto [fe(co) 3 (µ-cs 2 )(pph 3 )(cucl)] e em -87,00 ppm, para o composto [fe(co) 3 (µ-cs 2 )(pph 3 )(cuclo 4 )], fato comprobatório da coordenação da pph 3 e da ausência de isômeros em solução. o conjunto dos dados espectroscópicos sugere a formação de complexos bimetálicos, com uma molécula de cs 2 em ponte entre os átomos de ferro e cobre, conforme mostram as figuras 2 e 3. figura 2. representação estrutural do composto [fe(co) 3 (µ-cs 2 )(pph 3 )(cucl)] (1) figura 3. representação estrutural do composto [fe(co) 3 (m-cs 2 )(pph 3 )(cuclo 4 )] (2) nas reações realizadas entre [fe(co) 2 (h2cs 2 )(pph 3 ) 2 ] e cucl ou [cu(ch 3 cn) 4 ]clo 4 ocorreu também a substituição de uma molécula de pph 3 coordenada ao ferro por co, o que justifica os baixos rendimentos obtidos nas sínteses dos compostos 1 e 2. conclusão reações entre [fe(co) 2 (h2-cs 2 )(pph 3 ) 2 ] e compostos de cobre (i), cucl e [cu(ch 3 cn) 4 ]clo 4 , propiciaram a obtenção de espécies heterobimetálicas do tipo [fe(co) 3 (mcs 2 )(pph 3 )(cux)], sendo x = cl (1), clo 4 (2). os dados oriundos da espectroscopia vibracional na região do iv e de rmn de 31p{1h}, confirmaram a coordenação em ponte do cs 2 entre os centros metálicos, bem como sugerem a presença de fe (0) hexacoordenado em ambos compostos. agradecimentos os autores agradecem a capes, cnpq e fapesp pelo apoio financeiro. t. k. muraoka, a. p. duarte, p. m. takahashi, v. m. nogueira, a. v. g. netto, a. e. mauro. reactivity of towards copper (i) compounds: synthesis of binuclear heteromettalic species having cs 2 bridging fe(o) and cu(i). abstract: this work describes the one pot syntheses and characterization of two new heterometallic carbonyl compounds of the type [fe(co) 3 (m-cs 2 )(pph 3 )(cux)], x = cl, clo 4 . both compounds were investigated by infrared and 31p{1h} nmr spectroscopies in order to clarify the coordination mode of the carbonyl groups, as well the bridging disposition of the carbon disulfide between iron (0) and copper (i) atoms. keywords: heterometallic carbonyl complexes; iron (0); copper (i); carbon disulfide. recebido em: 15/03/2007 aceito em: 04/05/2007 ecl. quím., são paulo, 32(2): 7-11, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0010 fe co coc s pph3 oc s cucl fe co coc s pph3 oc s cu o o cl o o 11 referências [1] i. papai, y. hannachi, s. gwizdala, j. mascetti, j. phys. chem. a. 106 (2002) 4181. 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info article history: received: february 05, 2018 accepted: september 07, 2018 published: october 07, 2018 keywords: 1. phosphogypsum; 2. geoprocessing; 3. rare-earth elements. 1. introduction phosphogypsum is a byproduct of phosphoric acid industry and it comes from acid leaching of phosphate rock with water and concentrated sulfuric acid. phosphogypsum is a calcium sulfate dehydrate, which physical and chemical characteristics are equal to natural gypsum. although phosphogypsum is mostly composed of calcium sulfate dehydrate, impurities from the original phosphate rock can be identified in high levels. these impurities are redistributed between the phosphoric acid and the phosphogypsum, during the manufacture. the insoluble impurities (or solubilized in the acid medium) consist of chemical elements, such as metals, rare-earth elements, fluorides and radionuclides1. rare-earth elements can enter into human organism by ingesting contaminated food and inhaling particles in suspension. most of rare-earth elements, which are ingested, were excrete, although a short part can enter the bloodstream and accumulate in different parts of human body per ion exchange processes2. an extensive volume of phosphogypsum generated annually by phosphoric acid production industries in world has been receiving attention of radiological and environmental protection agencies. in the brazilian state of santa catarina, there is a stack of the material, located in the city of imbituba, south of the state capital, florianopolis. this material is currently commercialized and applied in apple and soybean crops. some studies with brazilian phosphogypsum have already been performed. however, there are no studies on phosphogypsum from this brazilian state, and specially, on its toxicity by rare-earth elements. abstract: phosphate fertilizer industry produces phosphoric acid from phosphate rocks, and as a byproduct, it produces phosphogypsum, also known as agricultural gypsum. this material was stocked in openair stacks near the producing units. in order to determine levels of rareearth elements in phosphogypsum stacks, located in imbituba, brazil, samples of 2000 grams of phosphogypsum were collected in nine different points in stack 1. the concentration of rare-earth elements was determined through neutron activation analysis and results indicate significant values of rare-earth elements in the phosphogypsum from imbituba, when compared to the values of the earth’s crust. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 mailto:renatacouraborges@hotmail.com original article 38 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 this work aimed to quantify the presence of rare-earth elements (sm, la, ce, eu) in phosphogypsum of imbituba santa catarina. 2. materials and methods 2.1 study site georeferenced samples of the pg (phosphogypsum) studied were collected in nine points in pg stack 1 (figure 1), in the city of imbituba, southern coast of brazilian state of santa catarina (28° 13’ 17” s and 48° 38’ 21” w). in addition, samples were collected in the referenced area (ar), with the purpose of comparison related to the chemical composition of the local soil without human interference (background value). figure 1. georeferenced samples of pg. 2.2 sample collection and preparation sampling procedures were managed in accordance to the brazilian association of technical standards (abnt)3. the samples were collected in engessul/imbituba-sc, in may of 2008. the sampling procedures consisted on sample extraction, at different depths: 0 – 0.20 m (horizon a), 0.20 – 1 m (horizon b) and 1 – 2 m (horizon c) with the purpose of evaluation of the distribution of chemical elements according to the stack depth. the samples composed of 2000 grams of phosphogypsum in each depth were conditioned in plastic bags previously identified and transported to the laboratory for posterior analysis. the soil samples followed the same procedures applied to the phosphogypsum. all pg and soil samples were identified, grounded with a 2 mm mesh sieve at ambient temperature, to achieve a fine powder, and finally oven dried to constant weight. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 original article 39 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 2.3 determination of rare-earth elements in the samples to determine the levels of rare-earth elements in phosphogypsum and soil, the neutron activation analysis method was applied. powder samples were homogenized in an agate mortar, individually. around 200 mg of each sample was packed in polyethylene capsules using a four-decimal-placegraduated analytical balance. capsules were sealed using a soldering tool with a graphite tip. samples were irradiated for four hours in a thermal neutron flux of 1013 n cm-2 s-1 in the iea-r1 nuclear reactor at institute of nuclear and energetic research (ipen), são paulo city, brazil. in addition, “control” polyethylene capsules were also irradiated. the standard used was the san joaquin soil (nist 2709), that was prepared in the same way as samples with the view to guarantee the same geometries. to assess the data consistence and to guarantee the accuracy and reproducibility of the analysis, to each set of ten samples, one “control” sample and three samples of reference materials were analyzed. the elements determined by this technique were sm, eu, la and ce. 2.4 statistical analysis owing to the complexity and variability normally observed in environmental studies, it is common the use of multivariate statistical methods to differentiate and identify natural levels of heavy metals from anthropogenic contamination. with the view to verify parameters that contribute with the characterization and how they were related with the methods used, cluster analysis was performed using statistica 7 software (statsoft inc.). 3. results and discussion 3.1 concentration of rare-earth elements the ree (rare-earth elements) in phosphogypsum derive by its raw material (phosphate rocks). there were two kinds of phosphate rocks: the sedimentary and igneous rock. the ore matrix used in the acid production process is the source of ree in the phosphogypsum. phosphogypsum generated in imbituba-sc was composed by phosphate rocks from igneous origins. stack 1 was formed by igneous phosphate ores from araxá – mg. table 1 presents rare-earth concentration values found in phosphogypsum analyzed in present study. table 1. concentration (mean ± standard deviation mg kg-1) of ree from phosphogypsum in samples from other sources. results showed that for ce there were no large variations in the concentration, whereas la has a lower concentration in relation to those found by other authors. eu and sm present values close to those found in phosphogypsum from other regions. the summation (σ) of the total concentration of the ree (ce, la, eu and sm) in the studied phosphogypsum was 1366.3 mg kg-1. figures 2, 3, 4 and 5 show the distribution of ree in relation to the depth in phosphogypsum of imbituba. figure 2 presents cerium (ce) results. in the earth’s crust, the mean concentration of ce is 66 mg kg-1, and in chinese soils, the average concentration found in eight different types of soils was 86 mg kg-1 8. in dutch soils, the maximum allowable concentration for ce is 53 mg kg-1 9. element russia4 brazil5 brazil6 brazil7 stack 1 ce 1600 2574 956 1730 1233 ± 326 la 1050 1300 1017 973 27 ± 4 eu 30.4 36 26 29 36 ± 3 sm 76 149 123 85 70 ± 12 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 original article 40 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 there are no established guidelines values for this element in brazil. although, in this study, stack 1 has ce values much higher than the allowed. figure 2. distribution of cerium on the stack 1. according to lapido-loureiro et al. (2008)10, apatite, along with its varieties, form a relevant group of minerals. the ca2+ can be replaced, principally, by rare-earth element light in igneous apatite and rare-earth element heavy in sedimentary origin. the results confirm this data, since stack 1 was formed by igneous rocks that were enriched with cerium. comparing the values of ce in igneous phosphate ores11, the concentration in stack 1 was in the range for the apatite in norway (494.4– 5352.9 mg kg-1), which confirms, again, the high concentration of ree in igneous rocks. figure 3. distribution of europium on the stack 1. figure 3 presents results for europium (eu). eu is an element not found in nature as a free element and it is difficult its separation. the oxidation states are +3 and +2 and eu was found in ores containing small amounts of all ree. in the earth’s crust, the mean concentration of europium is about 2.14 mg https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 original article 41 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 kg-1 12. the average value obtained in stack 1 was 35 mg kg-1, higher than the determined for the crust and soil, but still in the concentration range found in igneous phosphate rocks 21.5 – 73.7 11. evaluating the eu concentration, according to the depths, it is possible to observe that the values decreased as the depth increased; that is, the horizons b and c presented lower concentration of the element. figure 4. distribution of samarium on the stack 1. figure 4 presents results for samarium (sm). in stack 1, the average concentration of sm found in phosphogypsum was 70 mg kg-1, less than mentioned by ihlen et al. (2014)11, that found a concentration in the range of 86.3–323.3 mg kg-1 in igneous phosphate rocks. presumably, this is related to the redistribution of sm that has undergone chemical processing of phosphate rock. noticing the concentration over the depth: surface samples showed the highest concentration of this element and samples from the third depth, the lowest level. figure 5. distribution of lanthanum on the stack 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 original article 42 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 figure 5 shows results for lanthanum (la). in the earth’s crust, the mean value found was 43 mg kg-1 13. concentration found to la, in samples from stack 1, were considered intermediate, when compared to the values determined for igneous rocks and below, when compared to the global average. furthermore, few samples of phosphogypsum collected in the second and third depth of the stack 1 showed the maximum concentration for la. it was observed that la, eu and sm underwent little variation with depth, and ce, in some points, presented a great variation; this is because ree in phosphogypsum samples were associated to the formation of carbonates, fluorides, sulfates and phosphates of these elements8. the experimental results and the certified values are in table 2. table 2. concentration (mean ± standard deviation mg kg-1) of ree from different literatures, reference area and standard certificate the results obtained by the evaluation of the influence of the phosphogypsum stacks to the surrounding soil (ra) were presented in table 2 with other results from the literature. the ree concentration results in ra soil samples were inferior to the values found in other researches, for the earth’s crust, with exception of element eu, which presented higher concentrations. in contrast, the ra soil showed heavy ree enrichment, indicating that the stacks have changed in some way the concentration of the elements in the soil under its influence. comparing the ra results to the soils found in other researches, it is possible to observe that the ce concentration was lower than in the soils from japan and sandy soils. the la and sm concentrations, however, were close to the values found in japanese soils and higher than brazilian sandy soils. on the other hand, the eu had its concentration higher in the ra than in the other researches, which indicate that there was an increase of the element on this area. 3.2 statistical analysis – cluster figure 6 shows the result of cluster analysis using the software statistica 7 (statsoft inc.). figure 6. cluster analysis. element earth crust8 referenced area san joaquim soil (experimental values) san joaquim soil (certified values) sandy soil7 soil in japan14 ce 66 0.14 ± 0.01 0.044 ± 0.001 0.042 ± 0.001 21 ± 1 33 la 35 14.5 ± 0.3 0.026 ± 0.001 0.023 ± 0.001 3.0 ± 0.3 15 eu 2.1 5.1 ± 0.3 0.011 ± 0.001 0.009 ± 0.001 <0.04 0.8 sm 7 4.1 ± 0.2 0.038 ± 0.001 0.038 ± 0.001 0.39 ± 0.02 3.4 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 original article 43 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p37-44 it is possible to observe that there is the formation of two large similarity groups: first, composed by ce and eu, which presented much higher concentrations in the phosphogypsum than in the earth’s crust; and the second, composed by la and sm, whose concentrations were closer to the results obtained for the earth’s crust. 4. conclusions the result obtained (σree the order of 1366.3 mg kg-1) indicated that the phosphogypsum produced in imbituba has a high concentration of ree when compared with background values found in environmental samples. high concentration of rare-earths in phosphogypsum suggests that these elements may contaminate animals, plants, rivers, lakes and consequently humans during the ingestion of food grown on soils treated with this phosphogypsum. results showed a high concentration of ce and eu and a concentration below the global average of la when compared to igneous rocks from other regions. however, eu and sm presented values close to those found in phosphogypsum of other regions. this is due to the origin of matrix rock used in the processing, which may vary the concentration of ree in phosphogypsum. 5. acknowledgments the authors would like to acknowledge the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) and coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes) for the scholarship and financial support. 6. references [1] associação brasileira de normas técnicas. nbr 10006: solubilização de resíduos, rio de janeiro, 1987. 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molecular, instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, av trabalhador sãocarlense, 400, centro, são carlos, são paulo, brasil, cep 13560-970, caixa postal 780. *corresponding author: prof. dr. éder tadeu gomes cavalheiro, departamento de química e física moleculardqfm, instituto de química de são carlos / usp, avenida do trabalhador são-carlense, 400, cxp 780, cep 13560-970 são carlos/sp – brasil, telefone: +551633738054 fax: +551633739987 e-mail: cavalheiro@iqsc.usp. resumo:um método clássico para a determinação de minoxidil em formulações farmacêuticas é proposto baseado na reação redox entre kmno4 e o minoxidil. os melhores resultados na permanganometria foram obtidos usando concentrações de 1,00 x 10-2 mol l-1 para o permanganato. o minoxidil foi usado como titulante na concentração de 2,00 x 10-2 mol l-1 diluído em solução de h2so4 2,00 mol l-1. as recuperações para método proposto foram da ordem de 94,5 a 95,2 % dependendo da amostra comercial. o método proposto foi aplicado à amostras comerciais contendo minoxidil e comparado com resultados obtidos a partir de procedimentos cromatográficos com erros relativos da ordem de -1 a -5,26%. o procedimento se mostrou simples, rápido e pode ser uma alternativa para a determinação de minoxidil em amostras farmacêuticas, nas quais a concentração do fármaco é relativamente elevada. palavras chave: determinação de minoxidil; titulação, permanganato de potássio. introdução o minoxidil, 3-óxido-2,4-diamino-6-pipedinopirimidina (figura 1) é um sólido cristalino branco, inodoro, insolúvel em água em acetona ou soluções alcalinas, é pouco solúvel em álcoois e solúvel em soluções ácidas [1]. o minoxidil age como vasodilatador periférico, quando ingerido é metabolizado no fígado pela ação da sulfotransferase, transformando-se na molécula ativa hidralazina. como a hidralazina produz apenas vaso-dilatação arteriolar, não tendo ação em vasos de capacitância, causa ativação simpática reflexa, taquicardia e retenção hidro-salina, portanto o minoxidil deve ser administrado em conjunto com diuréticos e bloqueadores simpáticos para minimizar as reações adversas citadas acima [2 – 4]. ecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 200942 artigo article sousa et al. figura 1 n no nh2 n nh2 figura 1: fórmula estrutural do minoxidil devido à sua propriedade vaso dilatadora, o minoxidil é usado no controle da hipertensão arterial e no tratamento da alopécia areata, um tipo de calvície conhecida vulgarmente como “pelada” [4 – 8]. a permanganometria se refere às reações redox, nas quais se usa kmno4 como agente oxidante para a determinação volumétrica de um agente redutor. este tipo de ração foi proposto inicialmente por f. margueritte na determinação de fe(ii) em soluções ácidas. o potencial padrão de redução do mno4 -, em meio de ácido sulfúrico 1 mol l-1, é de 1,52 volts o que indica que o kmno4 é um oxidante forte (eq. 1). o meio é acidificado com ácido sulfúrico (h2so4), pois esse ácido não se oxida frente ao kmno4, como ocorre com o ácido clorídrico (hcl), que se oxida formando cl2 reagindo paralelamente [9]. mno4 + 8 h+ + 5 e→ mn2+ + 4 h2o eo = 1,52 v (eq. 1) em meio ácido, o kmno4, que se apresenta na forma de uma solução de coloração violeta, se reduz a mn (ii), incolor [10,11]. o kmno4 apresenta a desvantagem de não ser padrão primário devido à instabilidade à incidência de luz e a instabilidade térmica o permanganato de potássio. entretanto, apesar disso, o kmno4 apresenta como vantagens um alto poder oxidante e, ainda, quando usado em titulações em que a substância a ser titulada é incolor ou levemente colorida, o kmno4 além de oxidante é auto-indicador devido à mudança de coloração de rosa (mno4 -) para incolor (mn2+). a reação é geralmente lenta à temperatura ambiente, podendo ser acelerada pela temperatura, geralmente na ordem de 60ºc [10,11]. a análise titrimétrica, ou titulação volumétrica, consiste na determinação exata do volume, de uma solução padrão, necessário para reagir quantitativamente com uma solução cuja concentração será determinada [12]. trata-se de uma técnica muito utilizada para a determinação quantitativa de diversas substâncias atualmente, mesmo sendo uma técnica clássica de determinação. a association of official analytical chemists (aoac) é uma organização internacional com mais de 120 anos de experiência em validar e aprovar métodos para análise de alimentos, medicamentos e produtos agrícolas [13]. a aoac conta com uma coleção exclusiva de análises químicas. na 18a edição dos métodos oficiais de análises da aoac são descritos um total de 2813 métodos analíticos [14], dos quais 442 procedimentos, 16%, são méecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 2009 43 artigo article todos titrimétricos [15], mostrando a sua importância e aplicabilidade. procedimentos para a determinação de minoxidil tais como eletroquímicos [16, 17], espectrofotométricos [18], cromatográfico [19 – 21] já foram descritos anteriormente. com o objetivo de simplificar os procedimentos analíticos e reduzir custos de análise em amostras farmacêuticas com concentrações relativamente elevadas, sousa e colaboradores [22], propuseram um método de titulação espectrofotométrica baseada na reação redox entre minoxidil em meio ácido e kmno4. o método monitora o decréscimo da absorbância em 550 nm peal redução do kmno4 pelo minoxidil (eq. 2). o presente trabalho tem por objetivo propor uma metodologia simples e de baixo custo para determinação de minoxidil em formulações farmacêuticas de uso tópico. devido ao grande número de farmácias de manipulação a titulação proposta nesse trabalho pode ser empregada no controle de qualidade dessas farmácias exigindo baixo investimento para a implementação, sem .a necessidade de instrumentação sofisticada. h2n nh2 o n n n minoxidil kmno4 h+ o2n nh2 n n n (eq. 2) materiais e métodos reagentes e soluções todos os reagentes utilizados no presente trabalho foram grau analítico, pa. as soluções foram preparadas em água bidestilada num destilador de quartzo. as soluções de kmno4 (merck) foram preparadas pela dissolução direta do sal em água bidestilada. a solução de kmno4 foi padronizada com oxalato de sódio (merck, usa) dissolvido em ácido sulfúrico (mallinckrodt, méxico) 2,00 mol l-1 [23]. o minoxidil foi adquirido da natural pharma produtos farmacêuticos ltda, lote n0 1901. padronização do permanganato de potássio uma vez que o permanganato não é padrão primário, recomenda-se a padronização de suas soluções com oxalato de sódio em meio ácido. neste meio o sal do ácido fraco é protonado formando o ácido oxálico. a padronização é realizada adicionando-se o padrão à solução de kmno4 até 90 a 95 % do volume requerido para o ponto de equivalência calculado previamente a uma temperatura na ordem de 60 oc, tendo como ponto final da titulação uma coloração rosa pálido devido ao pequeno excesso de kmno4 [23]. normalmente se utilizam concentrações de kmno4 da ordem de 2 x 10-2 mol l-1 e na2c2o4 da ordem de 1 x 10-2 mol l-1, sob agitação rigorosa. titulação de kmno4 com minoxidil as titulações foram realizadas adicionando-se solução de minoxidil (0,01 mol l-1) em meio de h2so4 (2,00 mol l-1) à 20,0 ml de solução de kmno4 à partir de uma bureta sob a temperatura desejada. o ponto final foi determinado pelo desaparecimento da cor púrpura característica do kmno4. método comparativo foi usado um método comparativo para determinação de minoxidil nas amostras comerciais proposto por zarghi et al. [21], e que consiste de um procedimento de cromatografia liquida de alta performance (hplc). foram encontrados erros relativos de 3,0 % para o neoxidil e 4,0 % para o regaine em relação aos valores das quantidaecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 200944 artigo article des de minoxidil citados nos rótulos, 20 mg ml-1 para ambos. resultados e discussão para a otimização da permanganometria para a determinação de minoxidil em amostras farmacêuticas foram estudados o efeito da ordem da adição dos reagentes: qual o melhor titulante e titulado, influência da concentração de h2so4, influência das concentrações de minoxidil e permanganato de potássio, influência da temperatura na reação redox. a avaliação do método foi feita com base no estudo da repetibilidade, análise das amostras comerciais e teste de adição e recuperação, conforme se descreve a seguir. estudo do efeito da ordem da adição de amostra neste caso investigou-se o efeito da ordem de adição de reagentes, isto é, definiu-se o titulado e o titulante. na padronização do kmno4 este é usado como titulante e auto-indicador, porém na determinação titrimétrica de minoxidil o permanganato, quando usado como titulante auto-indicador impossibilitava a visualização do ponto final da titulação pois, mesmo com um pequeno excesso do permanganato de potássio, a cor rosa pálido, que indicaria o ponto final da titulação, ainda não era observada [23]. após a adição de excesso de kmno4 ocorria o aparecimento de um precipitado marrom típico de óxido de manganês iv (mno2), todavia ao inverter a ordem de adição, ou seja, o minoxidil como titulante e o permanganato como titulado, o ponto final da titulação pode ser visualizado no momento da descoloração total da solução de permanganato de potássio. portanto optou-se pela utilização do minoxidil como titulante e do kmno4 como titulado. provavelmente pelo efeito catalítico do mn2+, na decomposição do mno4 [8]. estudo da influência da concentração de ácido sulfúrico variou-se a concentração de ácido sulfúrico com o propósito de desenvolver um procedimento envolvendo a menor quantidade de ácido possível, sem deixar de considerar que a redução do kmno4 em meio ácido requer 8 mols do íon h+ para cada mol de kmno4 de acordo com a semireação apresentada anteriormente na equação 1 [9]. o efeito da concentração de ácido sulfúrico na reação redox entre o minoxidil e permanganato de potássio foi investigado no intervalo de 0,100 a 4,00 mol l-1. para valores de concentração menores que 2,00 mol l-1 de ácido sulfúrico formava-se, preferencialmente, mno2 marcado pela formação de um precipitado marrom indicando que a reação não ocorreu como esperado, com a conversão do mno4 em mn2+ [23]. portanto, a concentração mínima de ácido sulfúrico foi de 2,00 mol l-1 para a reação redox entre o minoxidil e permanganato de potássio. estudo da influência das concentrações de minoxidil e de permanganato de potássio as concentrações de minoxidil e de kmno4 foram variadas no sentido de se poder trabalhar com amostras mais diluídas quanto possível. entretanto, concentrações significativamente diferentes de 1,00 x 10-2 mol l-1 de minoxidil e 2,00 x 10-2 mol l-1 de permanganato de potássio, também provocaram a formação de mno2. portanto, as concentrações selecionadas se situaram em torno daquelas apresentadas acima tanto para o minoxidil, quanto para o permanganato de potássio. essas concentrações coincidem com as recomendadas para a padronização do kmno4 [23], com o oxalato de sódio em meio ácido. estudo da influência da temperatura na reação redox por questões relacionadas à cinética de redução do mno4 -, recomenda-se o uso de temperaturas maiores que a ambiente nas reações com este íon. [23], neste estudo, avaliou-se o tempo decorrido para o consumo do kmno4 pela adição ecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 2009 45 artigo article dos 90 % do volume do ponto de equivalência para a solução de minoxidil recomendado para o inicio da titulação. os resultados são apresentados na figura 2, que representa a variação do tempo gasto na titulação, em função da temperatura do sistema. sousa et al. figura 2 10 20 30 40 50 60 0 2 4 6 8 10 t em po / m in . t / oc figura 2: variação do tempo para consumir 90% de mno4 necessário para o ponto final, em função da temperatura do sistema. cada ponto representa a média ,de três determinações. volume de kmno4 = 5,00 ml; [kmno4] = 2,13 x 10-2 mol l-1 e [minoxidil] = 1,05 x 10-2 mol l-1 observou-se que, em temperaturas maiores do que 60ºc, houve a formação de mno2 e, portanto, considerou-se esta como a temperatura limite para que não haja a formação do óxido de manganês. por outro lado, observou-se que titulações realizadas com as mesmas soluções de titulado e titulante, porém em temperaturas menores que 60ºc, apresentaram pontos de equivalência muito próximos entre si, isto é, a temperatura não influencia no ponto final da titulação, mas tem influência no tempo necessário para se consumir 90% do titulante: quanto maior a temperatura mais rápida a reação, com limite de 60ºc. ecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 200946 artigo article considerando-se o menor tempo experimental, selecionou-se a temperatura de 60ºc para os estudos posteriores. estudo da repetibilidade avaliou-se a repetibilidade dos resultados titulando-se o padrão de permanganato com uma solução padrão de minoxidil por dez vezes consecutivas. os resultados são apresentados na tabela 1 e mostram uma repetibilidade de 6,0 ± 0,1 ml para o ponto final, considerando-se os resultados das 10 determinações consecutivas, com erro relativo da ordem de 1%, considerando-se as concentrações padronizadas dos reagentes. tabela 1: resultados obtidos no estudo da repetibilidade do método titrimétrico com kmno4 replicata volume do ponto final / ml 1 6,10 2 6,10 3 5,90 4 5,95 5 6,10 6 6,05 7 6,05 8 5,85 9 5,95 10 6,15 média 6,0 ± 0,1 (n = 10) amostras com extração do veículo / ml* sem extração do veículo / ml* neoxidil® 19.5± 0,03 19,2 ± 0,12 regaine® 19,6± 0,01 19,8 ± 0,13 amostras rótulo a titulação b comparativo b e1 / %c e2 / %d neoxidil® 20,0 19,2 ± 0,12 19,4 ± 0,41 -4,00 -1,03 regaine® 20,0 19,8 ± 0,13 20,9 ± 0,47 -1,00 -5,26 ponto de equivalência calculado = 5,96 ml; erro % = [(média – calculado) / calculado].100 = 1,01 %; volume de kmno4 = 5,00 ml; [kmno4] = 2,13 x 10-2 mol l-1 e [minoxidil] = 1,05 x 10-2 mol l-1 análise das amostras comerciais após a otimização do sistema e o estudo repetibilidade, aplicou-se o método desenvolvido em duas formulações farmacêuticas contendo minoxidil (neoxidil® e regaine®) para uso tópico. investigou-se a provável interferência do etanol e do propilenoglicol, presentes como veículo nas formulações farmacêuticas [24,25]. os grupos hidroxila presentes no etanol e no propilenoglicol poderiam ser oxidados pelo permanganato de potássio. portanto, amostras foram tituladas na presença do veículo e após a extração do mesmo o mesmo, para comparação. a preparação das amostras das quais não foi extraído o veículo, consistiu na simples diluição de um volume exato da solução tópica em ácido sulfúrico 2,00 mol l-1, suficiente para atingir a concentração de 1,00 x 10-2 mol l-1. a extração do veículo das formulações farmacêuticas consistiu na retirada do máximo de etanol contido em um volume conhecido de amostra com auxílio de um evaporador rotatório a 70 oc com pressão reduzida. nessa etapa, o propilenoglicol (ponto de ebulição = 187,2 ºc) não é eliminado, devido a seu ponto de ebulição, formou-se uma mistura viscosa de minoxidil e propilenoglicol à qual adicionou-se acetona para ecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 2009 47 artigo article a precipitação do minoxidil. o minoxidil foi separado por filtração a vácuo, utilizando-se um funil com uma placa sinterizada. secou-se o precipitado em estufa a aproximadamente 60 oc por 30 minutos o qual foi diluído em ácido sulfúrico 2,00 mol l-1, obtendo-se a solução de trabalho. comparando-se os pontos finais das titulações das amostras sem extração ou com extração do veículo, verificou-se que o etanol e propilenoglicol contidos nos fármacos não interferiram no método de determinação proposto para o minoxidil (tabela 2), já que os resultados concordam entre si em 95% de confiança de acordo com o teste t-student [26]. isto pode ser explicado pela maior facilidade de oxidação do álcool em meio básico, segundo solomons [27]. no presente procedimento, usando meio ácido, a oxidação do etanol ocorreria com maior lentidão tabela 2: comparação entre os pontos finais das titulações das amostras com e sem extração do veículo replicata volume do ponto final / ml 1 6,10 2 6,10 3 5,90 4 5,95 5 6,10 6 6,05 7 6,05 8 5,85 9 5,95 10 6,15 média 6,0 ± 0,1 (n = 10) amostras com extração do veículo / ml* sem extração do veículo / ml* neoxidil® 19.5± 0,03 19,2 ± 0,12 regaine® 19,6± 0,01 19,8 ± 0,13 amostras rótulo a titulação b comparativo b e1 / %c e2 / %d neoxidil® 20,0 19,2 ± 0,12 19,4 ± 0,41 -4,00 -1,03 regaine® 20,0 19,8 ± 0,13 20,9 ± 0,47 -1,00 -5,26 * média ± desvio padrão, n = 3 portanto decidiu-se analisar a amostras comerciais sem a extração do veículo, devido a maior simplicidade e rapidez do procedimento. seguindo os parâmetros definidos nos estudos de otimização do método proposto para a determinação de minoxidil, as amostras comerciais, neoxidil® e regaine®, foram analisadas e os resultados são apresentados na tabela 3. tabela 3: resultados obtidos na análise da amostra usando o método proposto, comparados com os valores rotulados e aqueles obtidos com o método comparativo replicata volume do ponto final / ml 1 6,10 2 6,10 3 5,90 4 5,95 5 6,10 6 6,05 7 6,05 8 5,85 9 5,95 10 6,15 média 6,0 ± 0,1 (n = 10) amostras com extração do veículo / ml* sem extração do veículo / ml* neoxidil® 19.5± 0,03 19,2 ± 0,12 regaine® 19,6± 0,01 19,8 ± 0,13 amostras rótulo a titulação b comparativo b e1 / %c e2 / %d neoxidil® 20,0 19,2 ± 0,12 19,4 ± 0,41 -4,00 -1,03 regaine® 20,0 19,8 ± 0,13 20,9 ± 0,47 -1,00 -5,26 a – valores dados em mg ml-1 b – valores dados em mg ml-1 ± desvio padrão, n = 3 c – erros relativos ao rótulo d – erros relativos ao método comparativo os resultados obtidos (tabela 3) pelo método proposto se mostraram coerentes com os valores rotulados das amostras comerciais e com o método comparativo. os resultados obtidos pelo método proposto concordam com os valores rotulados das amostras comerciais em 99,9 % de confiança e concordam em 90,0 % de confiança com o método comparativo, usando o teste t-student [26]. teste de adição e recuperação a exatidão do método proposto foi avaliada pelo teste de adição e recuperação, observando-se recuperação entre 94,5 % para o neoxidil ®, 95,2 % regaine ®. conclusões a determinação titrimétrica de minoxidil em formulações farmacêuticas usando kmno4 mostrou-se um método de aplicação simples e de ecl. quím., são paulo, 34(3): 41 49, 200948 artigo article baixo custo. os valores de concentração de minoxidil obtidos pelo método proposto foram concordantes tanto quanto ao rótulo e tanto quanto ao método comparativo. portanto, conclui-se que o método aqui proposto é eficiente na determinação de minoxidil em amostras comerciais, dentro das limitações de um procedimento volumétrico clássico. o método pode ser útil para a determinação e controle de qualidade, em farmácias de manipulação e laboratórios que não disponham de equipamentos mais sofisticados, quando aplicado em amostras com concentrações relativamente elevadas como as formulações farmacêuticas de uso tópico e/ou comprimidos contendo minoxidil. determination of minoxidil in pharmaceutical formulations using a permanganometric titrimetric procedure abstract: a titrimetric procedure for the determination of minoxidil using kmno4 as oxidizing agent is described. the best conditions were optimized considering the h2so4, kmno4 and minoxidil concentrations, the temperature of the system and the order of addition of the reactants. the method was applied to commercial samples and compared with the results from a standard chromatographic procedure. recoveries from 94.5 to 95.2 % were observed depending on the sample. comparison with the chromatographic procedure reveled relative errors of -1.00 to – 5.26 %. the method was relatively fast, easy to perform and can be a low cost alternative for pharmaceutical samples in which minoxidil concentration is relatively high.. keywords: minoxidil determination; titration; potassium permanganate. referências bibliográficas [1] s. s. budavari, m.j. o’neil, a. smith, p.e. heckelman, j.f. kinneary, the merck index, 13th, merck & company incorporated, whitehouse station, new jersey, 2001, 6229p. 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[26] harris, d.c. análise química quantitativa, quinta edição, p. 61, ltc – livros técnicos e científicos editora as, 2001. eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 55 artigo/article viabilidade do emprego de ácido fluorídrico 10% para a remoção de íons paramagnéticos em amostras de solos e suas respectivas frações físicas larissa macedo dos santos1,2, marcelo luiz simões1, célia regina montes3, adolpho jose melfi 4, ladislau martin-neto1 1embrapa instrumentação agropecuária; 2universidade de são paulo, instituto de química de são carlos; 3universidade de são paulo, centro de energia nuclear na agricultura; 4universidade de são paulo, escola superior de agricultura luiz de queiroz. autor correspondente larissa macedo dos santos embrapa instrumentação agropecuária rua xv de novembro, 1452 13560-970 – são carlos – sp – brasil caixa postal 741 telefone: 16-3374-2477, fax: 16-3372-5958 e-mail: larissa@cnpdia.embrapa.br resumo: a utilização de efluentes de esgoto tratado na irrigação, ao invés de realizar a disposição deste subproduto nos cursos d’água tem sido uma alternativa antiga, popular e atrativa, com triplo propósito: tratamento complementar do efluente, fonte de água e de nutrientes ao sistema solo-planta. entretanto, no brasil, há falta de tradição na reciclagem de águas residuárias, particularmente, do efluente de esgoto tratado e, conseqüentemente, poucos têm sido as pesquisas relacionadas a este tema. com a finalidade de fornecer mais informações para subsidiar as pesquisas nesta área, este trabalho visa avaliar, por meio de técnicas químicas e espectroscopias, o processo de humificação na matéria orgânica dos solos irrigados com efluente de esgoto tratado em experimentos de campo. os cinco tratamentos estudados foram: tsi (controle) – irrigado com água potável e adição de nitrogênio via fertilizante mineral, t100, t125, t150 e t200 irrigado com efluente de esgoto tratado e adição de nitrogênio via fertilizante mineral. os resultados obtidos mostram variações no teor de carbono e no grau de humificação, para os solos irrigados com efluente de esgoto tratado, decorrentes do aumento da atividade de decomposição da matéria orgânica, estimulada pelo aumento de água no solo. palavras-chave: matéria orgânica do solo, efl uente de esgoto tratado, técnicas químicas e espectroscópicas introdução o tratamento de esgoto mediante o emprego de lagoas de estabilização, amplamente utilizado nas cidades de pequeno a médio porte, sobretudo, no interior do estado de são paulo, gera dois subprodutos: (i) o lodo de esgoto, e (ii) o efl uente de esgoto tratado. o efl uente de esgoto tratado é um tipo de água residuária amplamente empregado na irrigação de culturas em países como austrália e israel [1]. essa água residuária difere da convencionalmente empregada na irrigação por apresentar conecl. quím., são paulo, 35 3: 55 60, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 55 60, 201056 ecl. quím., são paulo, 35 3: 55 60, 2010 57 artigo article artigo article centrações variáveis de compostos como, matéria orgânica, nutrientes (principalmente nitrogênio), sais (incluindo sais de sódio), demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio e patógenos, dependendo da natureza do esgoto bruto e do tipo de tratamento empregado [2]. a matéria orgânica do solo é um componente importante dos agroecossistemas por interferir tanto na qualidade do solo, e, por conseguinte, na produtividade das culturas, como na sustentabilidade ambiental [3]. em solos tropicais e subtropicais altamente intemperizados, a matéria orgânica tem grande importância no fornecimento de nutrientes às culturas, na retenção de cátions, na complexação de elementos tóxicos e de micronutrientes, na estabilidade da estrutura, na infi ltração e retenção de água, na aeração e na atividade e diversidade microbiana, constituindo assim, um componente fundamental para a capacidade produtiva do solo [4]. nos últimos anos, a aplicação de espectroscopias como: ressonância magnética nuclear, ressonância paramagnética eletrônica, fl uorescência de luz uv-visível e fl uorescência induzida por laser vêm demonstrando grande potencial para auxiliar no entendimento dos processos relacionados com a dinâmica da matéria orgânica [5-9]. contudo, a composição mineralógica dos solos tropicais pode difi cultar as análises por ressonância magnética nuclear de 13c no estado sólido e por ressonância paramagnética eletrônica. solos com altos teores de fe3+, como os latossolos e argissolos, são de grande ocorrência no brasil. o íon fe3+ dos óxidos interfere nos espectros da ressonância magnética nuclear de 13c no estado sólido e da ressonância paramagnética eletrônica. o tratamento das amostras de solo com ácido fl uorídrico é uma estratégia para remover esse íon da amostra [10] e, assim, permitir a utilização dessas espectroscopias. materiais e métodos área experimental o campo experimental está localizado no município de lins-sp em área anexa a estação de esgoto municipal. classifi cação do solo o solo é classifi cado como agissolo vermelho distrófi co latossólico de textura média argilosa [11]. eet o eet foi obtido por meio do sistema de lagoa de estabilização (estação de tratamento de esgoto municipal, lins-sp). tratamento 200: irrigação com eet e umidade do solo 100% acima da capacidade de campo. coleta das amostras de solo as amostras foram coletas em maio de 2007, um ano e dois meses após o plantio da cana de açúcar sob irrigação com eet. amostragem as amostras de solo foram coletadas aleatoreamente nas camadas superfi ciais (0-10 e 10-20 cm) e subsuperfi ciais (20-40, 40-60, 60-80 e 80100 cm) nas parcelas experimentais. fracionamento físico por granulometria o fracionamento físico dos complexos organominerais foi realizado por peneiramento e sedimentação [12]. os complexos foram separados nas frações > 53 μm (areia), 20-53 μm (silte grosso), 2-20 μm (silte fi no) e < 2 μm (argila). tratamento com ácido fl uorídrico as amostras compostas de solo foram tratadas com 8 lavagens de solução de ácido fl uorídrico 10%, segundo metodologia descrita na literatura [10]. teor de cinzas o teor de cinzas foi obtido por calcinação em cadinhos de platina: 10-100 mg de solo livre de umidade, a 600ºc em mufl a, durante 2 horas. o teor de cinzas foi calculado por diferença de massa. medidas de ressonância paramagnética eletrônica os espectros de ressonância paramagnética eletrônica foram obtidos segundo a metodologia descrita na literatura [13], potência de microondas 0,2 mw, amplitude de modulação de 1gpp, freqüência de modulação 100 khz, 16 varreduras e temperatura ambiente. os espectros foram obtidos em um espectrômetro de ressonância paramagnética eletrônica da bruker-emx, pertencente a embrapa instrumentação agropecuária, são carlos-sp. resultados e discussões na tabela 1 são mostrados os teores de cinzas para as amostras de solo e frações areia e argila. os teores de cinzas para as amostras de solo, fração argila e fração areia, 96,3%, 77,1% e 97,9%, respectivamente, antes das lavagens com solução de ácido fl uorídrico, confi rmam o alto teor de silicatos presentes nessas amostras. isso aponta para a necessidade do tratamento com solução de ácido fl uorídrico, o qual tem como objetivo solubilizar e remover os constituintes minerais das amostras, entre eles íons paramagnéticos, como o fe3+, possibilitando dessa forma o estudo destes solos por meio das técnicas de ressonância magnética nuclear e ressonância paramagnética eletrônica. tabela 1. teor de cinzas das amostras de solo e frações argila e areia, antes e após as lavagens com soluções de ácido fl uorídrico 10%. amostras tratamento* profundidade (cm) teor de cinzas (%) (antes da lavagem com hf 10%) solo 200 0-10 96,3 fração areia 200 0-10 97,9 fração argila 200 0-10 77,1 *tratamento: irrigação com eet e umidade do solo 100% acima da capacidade de campo, denominado 200. na figura 1 são mostrados os espectros de ressonância paramagnética eletrônica obtidos para a fração argila antes e após as lavagens com solução de ácido fl uorídrico 10%. ecl. quím., são paulo, 35 3: 55 60, 201058 ecl. quím., são paulo, 35 3: 55 60, 2010 59 artigo article artigo article 0 1000 2000 3000 4000 5000 (b) (a) (a) antes do tratamento com hf linha larga (g ≈ 2,2)cr3+ (b) após tratamento com hf rlo cr3+ 3370 3380 3390 3400 3410 h (gauss) h (gauss) figura 1. espectros de ressonância paramagnética eletrônica obtidos para a fração argila antes e após as lavagens com solução de ácido fl uorídrico 10%. detalhe mostrando o sinal atribuído ao padrão cr3+, linha larga em g ≈ 2,2 atribuído a interação dipolar fe3+e o sinal do radical livre orgânico (rlo). 0 1000 2000 3000 4000 50000 1000 2000 3000 4000 5000 (a) antes do tratamento com hf sio 2 linha larga (g ≈ 2,2) in te ns id ad e (u .a .) h (gauss) (a) (b) (b) após tratamento com hf cr3+ h (gauss) figura 2. espectros de ressonância paramagnética eletrônica obtidos para o solo antes e após as lavagens com solução de ácido fl uorídrico 10%. detalhe mostrando o sinal atribuído ao padrão cr3+, linha larga em g ≈ 2,2 atribuído a interação dipolar fe3+e o sinal atribuído ao quartzo sio2. 0 1000 2000 3000 4000 50000 1000 2000 3000 4000 5000 (a) antes do tratamento com hf in te ns id ad e (u .a .) h (gauss) (b) (a) (b) após tratamento com hf sio 2 linha larga (g ≈ 2,2) cr3+ h (gauss) figura 3. espectros de ressonância parmagnética eletrônica obtidos para a fração areia antes e após as lavagens com solução de ácido fl uorídrico 10%. detalhe mostrando o sinal atribuído ao padrão cr3+, linha larga em g ≈ 2,2 atribuído a interação dipolar fe3+e o sinal atribuído ao quartzo sio2. o espectro obtido para a fração argila sem tratamento com ácido fl uorídrico (figura 1) é caracterizado por uma linha larga centrada em g ≈ 2,2 oriunda da superposição de linhas decorrentes de interações dipolares entre materiais ferromagnéticos. contudo, não se exclui também a possibilidade de alargamento espectral associado com o aumento da taxa de relaxação por interação dipolar [14]. o alargamento espectral observado inviabiliza a detecção do sinal do radical livre orgânico e, assim, obter informações sobre a matéria orgânica. no entanto, no espectro obtido para a fração argila após o tratamento com ácido fl uorídrico (figura 1) foi observada signifi cativa diminuição do sinal característico de íons fe3+. esses resultados comprovam a viabilidade do tratamento com solução de ácido fl uorídrico 10% para a fração argila. contudo, nos espectros obtidos para as amostras de solo e fração areia após as lavagens com ácido fl uorídrico (figura 2 e 3) não foi observado alteração signifi cativa do sinal característico de íons paramagnéticos fe3+. tal comportamento deve-se, provavelmente, ao alto teor de areia (≈ 80%) do solo estudado fato este que pode infl uenciar signifi cativamente na dissolução de silicatos, visto que a fração areia é composta principalmente por quartzo, o qual é característico por apresentar uma alta resistência ao tratamento com ácido fl uorídrico [10]. na figura 1 é mostrado o espectro obtido para o radical livre orgânico que apesar de pouco intenso, confi rma a melhora espectral obtida após o tratamento com solução de ácido fl uorídrico 10%. eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 61 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35 3: 55 60, 201060 artigo article conclusões considerando os resultados obtidos, concluimos que é possível a utilização da ressonância paramagnética eletrônica para avaliar a dinâmica da matéria orgânica de solos, com altos teores de íons paramagnéticos fe3+, irrigados com eet, a partir do estudo da fração argila, onde geralmente, encontra-se o maior percentual de matéria orgânica dos solos. visto que, os resultados evidenciam a melhora espectral para a fração argila após o tratamento com solução de ácido fl uorídrico 10%. agradecimentos à embrapa instrumentação agropecuária pela infra-estrutura cedida. à fapesp, cnpq e capes pelo auxílio concedido. abstract: treated sewage effluent utilization for irrigation represents an antique, popular and attractive alternative to the common disposal of effluent to watercourses and includes three main purposes: effluent complementary treatment, water and nutrient source to the soil-plant system. however, because in brazil no experiences in wastewater recycling exists consequently few scientific studies were carried out despite the importance of the subject. the present study aimed to evaluate by chemical and spectroscopy techniques the soil organic matter from soils irrigated with treated sewage effluent. five treatments were evaluated: tsi (control) irrigation with potable water and addition of the nitrogen as mineral fertilizer; t100, t125, t150 and t200 irrigation with treated sewage sludge effluent and addition of the nitrogen as mineral fertilizer. the results obtained shown changes in the carbon contend and humification degree for the soils irrigated with treated sewage sludge effluent due to the increase activity of the decomposition of organic matter, stimulated by the increase of water in the soil. referências bibliográficas [1] m. edraki, h.b. so, e.a. gardner. agricultural water management, 67 (2004) 157. [2] a. feigin, i. ravina, j. shalhevet. irrigation with treated sewage effluent: management for environmental protection: berlin, springer-verlag, 1991. 224 p. [3] j. diekow, l. martin-neto, d.m.b.p. milori, p.c. conceição, c. bayer, j. mielniczuk. sistemas de preparo do solo e características espectroscópicas da matéria orgânica em ambientes tropicais e subtropicais brasileiros: são carlos, embrapa instrumentação agropecuária.-boletim de pesquisa e desenvolvimento, 2005. 16 p. [4] f.j. stevenson. humus chemistry: genesis, composition, reactions: new york, john wiley, 1994. 496 p. [5] a. jouraiphy, s. amir, m.e. gharous, j-c. revel, m. hafidi. international biodeterioration & biodegradation, 56 (2005) 101. [6] j. pajaczkowska, a. sulkowska, w.w. sulkowski, m. jedrzejczuk. journal of molecular structure, 651-653 (2003) 141. [7] j. polak, w.w. sulkowski, w.p. bartoszek. journal of molecular structure, 744-747 (2005) 983. [8] m. gonzález-pérez, l. martin-neto, s.c. saab, e.h. novotny, d.m.b.p. milori, v.s. bagnato, l.a. colnago, w.j. melo, h. knicker. geoderma, 118 (2004) 181. [9] l.m. santos, m.l. simões, w.t.l. silva, d.m.b.p. milori, c.r. montes, a.j. melfi, l. martin-neto. eclética química, 34 (2009) 39. [10] c.n. gonçalves, r.s.d. dalmolin, d.p. dick, h. knicker, e. klamt, i. kögel-knabner. geoderma, 116 (2003) 373. [11] empresa brasileira de pesquisa agropecuária. centro nacional de pesquisa de solos. sistema brasileiro de classificação de solos: rio de janeiro, 1999. 412 p. [12] c.b. tanner, m.l. jackson. soil science society proceedings, 60-65 (1947). [13] l. martin-neto, o.r. nascimento, j. talamoni, n.r. poppi. soil science, 151 (1991) 369. [14] e.h. novotny, l. martin-neto. geoderma, 106 (2002) 305. estudo preliminar do vermicomposto produzido a partir de lodo de esgoto doméstico e solo p. r. d. silva; m. d. landgraf; t. c. zozolotto; m. o. o. rezende (*) instituto de química de são carlos universidade de são paulo cp 780. cep 13566-590 são carlos, sp, brasil i. pelatti serviço autônomo de água e esgoto av. getúlio vargas, 1500. cep 13570-390 são carlos, sp (*) mrezende@iqsc.usp.br resumo: o lodo de esgoto doméstico é um resíduo gerado durante os processos de tratamento de esgoto, podendo ser estabilizado por diversos processos químicos, físicos e biológicos. o lodo de esgoto estabilizado (biossólido) não possui um destino final adequado e gera diversos problemas no sentido de sua disposição final. dentre os muitos processos que visam à disposição do biossólido, destaca-se a reciclagem agrícola. a utilização da vermicompostagem como meio de estabilização do lodo de esgoto mostra-se como uma ferramenta útil na estabilização deste resíduo. o processo de vermicompostagem apresentou características físico-químicas satisfatórias para ser utilizado como técnica de estabilização do lodo de esgoto doméstico. o produto final apresentou potencial para ser utilizado na agricultura como fertilizante ou condicionador de solos. palavras-chave: biossólido, minhocas eisenia foetida, vermicompostagem, fertilizante introdução o lodo de esgoto é um resíduo rico em matéria orgânica (mo), gerado durante os processos de tratamento das águas residuárias nas estações de tratamento de esgotos (etes) [1,2]. a adição de mo é de fundamental importância para a manutenção do potencial produtivo do solo, por isso a possibilidade do aumento do c orgânico proporcionado pela adição do lodo tem efeito positivo nas propriedades químicas e físicas e, conseqüentemente, na produtividade agrícola. o lodo de esgoto promove o aumento de cargas negativas devido à sua alta concentração de mo, além de enriquecer o meio principalmente com ca2+ e mg2+, fato que contribui para o aumento da ctc [3-5]. com a fi nalidade de diminuir, ou até mesmo eliminar alguns inconvenientes presentes no lodo de esgoto doméstico, são empregados processos químicos, físicos e biológicos visando a uma estabilização desse material. após sua estabilização, o lodo original recebe o nome de biossólido [1]. apesar dessa etapa de estabilização, o biossólido continua gerando vários problemas quanto a sua disposição ou destino fi nal e, na maioria das vezes, acaba causando algum tipo de impacto ambiental [6]. dentre os muitos processos de disposição fi nal, destaca-se a reciclagem agrícola pela sua adequação sanitária e ambiental [6]. dependendo do processo químico empregado na estabilização do lodo, o biossólido pode tornar-se alcalino, inviabilizando o seu uso em solos agricultáveis. ecl. quím., são paulo, 35 3: 61 67, 2010 eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 169 artigo/article chemical indexes calculated for 8,11,13-trienabietane diterpenoids isolated from swartzia species a. f. magalhães a*; a. m. g. a. tozzi b; c. c. santos a; e. g. magalhães a. a university of campinas, unicamp, institute of chemistry, p. o. box 6154, 13083-970, campinas, sp, brazil b university of campinas, unicamp, institute of biology, p. o. box 6109, 13083-970, campinas, sp, brazil acorrespondence to: aderbal f. magalhães. e-mail adress: aderbal@iqm.unicamp.br abstract: the disparity found in the molecular structures of compounds isolated from nine plants of the swartzia genus indicates that the swartzia species that furnished cassane diterpenoids and triterpenoidal saponins are more recent, since these metabolites have adopted the mevalonic acid route of formation, abandoning the shikimic acid/acetate route that produces the isoflavonoids found in the remaining species. chemical indexes calculated from the molecular structure diversities of sixteen 8,11,13-trien-abietane diterpenoids isolated from swartzia langsdorffii and s. arborescens indicate that s. arborescens is more recent than s. langsdorffii. the results suggest a more evolved position in swartzia species of the section possira. keywords: leguminosae, systematics of swartzia genus, plant evolution, chemical index, chemotaxonomy. introduction the genus swartzia schreb. belongs to tribe swartzieae, subfamily papilionoideae (faboideae) of the leguminosae (fabaceae), and consists of about 180 species distributed in tropical america [1]. it was revised by cowan [2], who recognized two sections, swartzia sect. possira (aubl.) dc. and swartzia sect. swartzia, one subsection, and eight series. nevertheless, studies conducted after this review showed, directly or indirectly, the need of a revision of the infrageneric classifi cation, due the artifi ciality of some series [3-10]. in fact, some of the swartzia species are included in two distinct subsections or series and varieties of the same species have been placed in different series 11]. cowan attempted to order the species in his monograph along putative phylogenetic lines, but his infrageneric groups were not intended to refl ect common ancestry. indeed, a systematic study of swartzia, based on morphological and molecular characters, could provide an evolutionary basis to evaluate the infrageneric taxonomy of cowan [2]. recently, it was pointed out [11] that swartzia should be retained without further division, despite its large number of species and considerable morphological diversity, because it was otherwise resolved as monophyletic, albeit with limited support. the present resolution of subclades of swartzia should be used as a basis for revising the highly artifi cial infrageneric classifi cation of cowan [2]. additionally, an updated monograph of the entire genus has taxonomic and phylogenetic signifi cance because of the position of swartzieae in the papilionoideae classifi cation. molecular data strongly suggest that swartzieae sens. strict. should be redefi ned to include only the genera ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010170 ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010 171 artigo article artigo article swartzia, bobgunnia, bocoa, candolleodendron, trischidium, cyathostegia, and ateleia [1,12, 13]. cladistic analyses showed the group of myrospermum, myroxylon and myrocarpus of sophoreae to be associated with the aldinoid clade of the swartzieae and closely to swartzieae sens. strict. [12]. the reclassifi cation of swartzieae sens. strict., and realignment of the remaining swartzioid genera in other tribes, needs to be corroborated by further evidence [1, 13]. on the other hand, evolutionary changes in plants can also be evaluated through the chemical structures of the special metabolites found in them, based on the disparity (related to the biogenetic route) and the diversity of their molecular structures [14]. the methodology is very attractive because it does not imply knowledge of the complete biogenetic route of metabolites and has already indicated evolutionary tendencies for the swartzia species that produce isofl avonoids [15]. in this paper, the methodology is used to suggest evolutionary directions for two swartzia species that, instead of isofl avonoids [16-20], furnish terpenoids. methodology disparity evaluationthe disparity of metabolites reported in swartzia genera were evaluated by comparing their chemical structures since, according to gottlieb’s methodology [14], disparity in the molecular structure of special metabolites indicates an evolutionary move and occurs by the replacement of compounds generated from the shikimic acid/acetate biogenetic route by compounds generated from the acetated route (or mevalonic acid route). accordingly, the species were separated into two groups, those that furnished special metabolites originating from the shikimic acid/acetate route the isofl avonoids, and those that furnished compounds formed by the mevalonic acid route the terpenoids (table 1). table 1. correlation between chemical data reported for swartzia studied phytochemically and botanic classifi cation (cowan 1967), phylogeny reported in the current literature (torke & schaal 2008). cowan 1967 torke & schaal 2008 araujo 2007; braz filho et al. 1980; osawa et al. 1992; dubois et al. 1995, 1996 magalhães et al. 2005; orphelin et al. 1996 borel et al. 1987; abdelkader et al. 2000; magalhães et al. 2003 species section series clade isofl avonoids diterpenoids saponins s. ulei swartzia benthamianae + s. laevicarpa swartzia benthamianae benthamioid + s. leiocalycina swartzia recurvae recurvoid + s. polyphylla swartzia orthostyleae orthostyloid + s. schomburgkii swartzia orthostyleae orthostyloid + s. apetala swartzia tounateae tournateoid + + s. langsdorffi i swartzia recurvae acutifolioid + + s. arborescens possira possira possiroid + s. simplex possira possira / unifoliolatae possiroid + diversity evaluationfor contextualization and better visualization, the biodiversity observed for ten 8,11,13-trien-abietane diterpenoids isolated from s. langsdorffi , a, b, and 1-4 [21], including a pair of epimers, 5-8 [22] is explained through a series of methylation and oxidation reactions rationalized using a proposed biogenetic route (fig. 2). [o] cyclization epoxidation -h2o ome ho o o oh [o] ch3 oh od c ch3 o co2h oh ho trans-trans-geranylgeranyl pyrophosphate dc ba [me] [me] [o] ome meo o o ch3 oh compound isolated from myrocarpus frondusus ome meo o o ome meo o o 5 (a/b = cis) 6 (a/b = trans) [o] 4 ome ho o o 1. + h2o 2. lactonization methyl group 1,2 migration ch3 h ch3 oh hop h h -h2o oh ho o o swartziarboreol d analogue 1. epoxidation 2. hydrolysis ome ho o o 1 = swartziarboreol c co2h ome ho co2h ome ho oh oh a b 1. [me] 2. [o] 2 [me] 3 ome meo o o oh ho o o [o] a b 7 (a/b = cis) 8 (a/b = trans) figure 2. biogenetic proposal rationalized for 8,11,13-trien-abietane diterpenoids isolated and identifi ed from the native brazilian tree swartzia langsdorffi raddii (magalhães et al. 2005; santos et al. 2007). ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010172 ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010 173 artigo article artigo article the initial part of proposed route is very similar to that reported for the c-12 methoxy derivative of ferruginol [23] including a 1,2-methyl si migration. however, the shift now proposed occurs between c-13 and c-14, and not between c-13 and c-15, and is reinforced by the detection of c-14 methylated 8,11,13-trien-abietane compounds in the species myrocarpus frondosus [24], a species of the sophoreae tribe, which is closely related to swartzieae sens. strict.. some cyclization processes are proposed leading to the compounds that were isolated from swartzia species and from the species myrocarpus frondosus. the metabolites carbon skeletal difference is in ring d, as, in case of the metabolites furnished by m. frondosus , ring d would be formed by an oxidative cyclization reaction between c-16 and c-12, allowed by the absence of the protective c-12 methoxy group of swartziarboreols. in the case of swartziarboreols, however, oxidative steps would occur before a fi nal cyclization reaction between c-16 and c-17 that would give rise to the isocoumarin ring d. then, the other compounds would be generated by a series of oxidative and methylation processes. however, when gottlieb’s chemical index methodology is applied, a knowledge of such biogenetic pathways of special metabolites is not necessary since the evolutionary evaluation is made by means of two chemical indexes, the oxidative evolutive advance index, eao, and the skeleton complexity evolutive advance index, eae, of each plant species. the indexes eao and eae are found by calculating the averages: eao= σ / n and eae= σ / n, where the value n refers to the number of metabolite occurrences, and the o and e values are the chemical indexes that quantify the oxidative degree of the molecular structures (o) and the carbon skeleton specialization (e) of each metabolite. the oxidative degree indexes (o) were calculated by the equation, o = (x-h)/ n, where the letters n, h and x refer, respectively, to the total number of carbon atoms (n), the number of c-h bonds (h) and the number of c-heteroatom bonds (x) of the terpenoid skeleton, while the carbon skeleton specialization indexes (e) were calculated by comparing the carbon skeleton of each diterpenoid chemical structure in focus with the carbon skeleton of a hypothetic common precursor (compound a; fig. 1), by using the equation: e = (q + f + c +u) / n, where the letters n, q, f, c, and u, represent, respectively, the total number of carbon atoms (n), the number of c-c bonds broken (q), the number of c-c bonds formed (f), the number of rings formed with a heteroatom, (c), and the number of additional carbon atoms (u). table 2 shows the o and e values found for ten compounds identifi ed from s. langsdorffi i. the same calculations were applied to the fi ve diterpenoids reported for s. arborescens [25] (table 3). finally, the oxidative advance index, eao, and the skeleton specialization advance index, eae, of each species are displayed in table 4. o o h oh ho 15 16 12 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 13 14 17 19 18 20 a = common biogenetic precursor figure 1. hypothetic common precursor which has been used to calculate skeleton complexity evolutive advance (eac) values for all swartziarboreols identifi ed. table 2. oxidative evolutive index values (o), calculated for swartziarboreols isolated and identifi ed in the extracts of s. langsdorffi i (magalhães et al. 2005; santos et al. 2007). compound o* e** a -0.90 0.00 b -0.80 0.00 1 -0.86 0.00 2 -0.95 0.00 3 -0.91 0.00 4 -1.00 0.00 5 -1.00 0.00 6 -1.00 0.00 7 -0.91 0.00 8 -0.91 0.00 * o = x-h/ n, where the letters refer, respectively, to the total carbon atoms (n), the c-h bonds (h) and the c-heteroatom bonds (x) of the diterpenoid skeleton. ** e = carbon skeleton specialization chemical index. ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010174 ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010 175 artigo article artigo article table 3. oxidative evolutive index values (o), calculated for the swartziarboreols a-e isolated and identifi ed in the extracts of s.arborescens (orphelin et al. 1996). compound o* e** swartziarboreol a -0.62 0.00 swartziarboreol b -0.52 0.00 swartziarboreol c -0.71 0.00 swartziarboreol d -0.57 0.00 swartziarboreol e -0.57 0.00 * o = x-h/ n, where the letters, refer, respectively, to the total carbon atoms (n), the c-h bonds (h) and the c-heteroatom bonds (x) of the diterpenoid skeleton. ** e = carbon skeleton specialization chemical index. table 4. values for oxidative evolutive advance and skeleton complexity evolutive advance, eao and eae, calculated using the chemical index values found for the metabolites identifi ed in the species s. langsdorffi i and s. arborescens. species eao a eae b s. langsdorffi i -0.94 0.00 s. arborescens -0.60 0.00 a eao= σ o/n beae= σ e/n; n = metabolite occurrences. since the carbon skeleton is the same for all the isolated swartziarboreols, the carbon skeleton specialization index (e) is zero for all of them, and the value of eae= σ e/n is also zero. the differences between metabolites are related only to the oxidation indexes (o) calculated for each metabolite (tables 2 and 3). finally, table 4 shows the eao and eae values found for each species, and indicate that, according to the chemical index methodology, s. arborescens is a more recent evolutionarily species than s. langsdorffi i. conclusions when considering chemical index methodology for taxonomic problem elucidation, the idea is to show a relationship between the plant evolutionary order found by the use of chemical indexes and the plant evolutionary order already described in the literature based on plant morphology and other data. the use of the chemical index methodology demonstrates that molecular structure differences observed for the metabolites isolated from the two species that produce 8,11,13-trien-abietane diterpenoids, the native brazilian tree swartzia langsdorffi raddii, included in the series recurvae of swartzia sect. swartzia, and s. arborescens (aubl.) pittier (swartzia sect. possira), are related to oxidative processes and indicated an evolutionary direction. based on morphological data of s. langsdorffi i, such as pattern venation, slender, axillary and shorter than leaf raceme, calyx shape, and androecium characteristics, and given the presence of terpenoids and terpenoidal saponins, we observe that this species is related to s. arborescens and to s. simplex, both pertaining to the section possira. then, even though the aromatic diterpenoids found in s. langsdorffi i were very similar to those isolated from s. arborescens, the chemical index values obtained for the two species allow suggesting that s. arborescens is evolutionarily more recent than s. langsdorffi i. those results corroborate the cowan [2] evolutive line. the torke & schaal’s molecular phylogeny of the neotropical species of swartzia [12] identifi es 11 nonoverlapping clades, few of which correspond exactly to previously published taxa [2]. the grouping of the clades orthostyloid and benthamioid is a sister of the remaining swartzia and, as mentioned above, is characterized by isofl avonoids. thus, the presence of terpenoids in the clades possiroid and acutifolioid could be taken as an evolutionary novelty. a weighted cluster analysis based on wood anatomical characters, which shows seven distinct groups within the brazilian species of swartzia [29], add data to this recent cladistic analysis and can be correlated with our results. the authors pointed out some similarity of their wood groups with cowan’s [2] classifi cation. although the species, which were studied phytochemically, are not enough, the results can be useful to indicate phyllogenetic and taxonomic relationships in swartzia. the correlation of chemical data and data reported by angyalossy-alfonso & miller [29] suggest an evolutionary tendency from group 4 (where are the species of orthostyloid and benthamioid clades) to group 5 (where s. arborescens is included). in this sense, for example, the multiseriate rays in swartzia can be interpreted as derived from the exclusively uniseriate rays. considering the presence of metabolites as one discriminating character for swartzia sect. swartzia, it seems that there are two subgroups: the orthostyloid clade characterized by isofl avonoids not containing a tetracyclic ring system and benthamioid, recurvoid and tournateoid clades characterized by the occurrence of pterocarpenoids. finally, our analysis compares favourably to some clades within cladistic analysis using molecular data of torke & schaal [12]. the two main clades within swartzia that were recovered by torke & schaal, the most interior node including most species and nine of the 11 supported subclades of swartzia and other with orthostyloid and benthamioid clades, also fi nds support from the phytochemical data shown in this paper. results and discussion disparity evaluationcomparing the chemical structures of metabolites reported for swartzia species (table 1) it is possible to observe two groups characterized by the presence of isofl avonoids or terpenoids. phytochemically studied swartzia species that furnished diterpenoids and triterpenoidal saponins (s. arborescens [25], s. simplex [26], s. schomburgkii [27] and s. langsdorffi i [21, 22, 28]) are more recent concerning the evolutionary aspects, since their metabolites were generated by the mevalonic acid route while the remaining species produced isofl avonoids that are formed by the shikimic acid/ acetate route. considering the clades obtained by torke & schaal [12], the presence of these substances could be used, in addition to other data, to defi ne the swartzia clades: possiroid and acutifolioid clades characterized by terpenoids, and orthostyloid and benthamioid clades characterized by fl avonoids (table 1). in this sense, the systematic position of s. schomburgkii is doubtful, appearing with 58% maximum parsimony bootstrap support in a combined chloroplast and nuclear sequences tree [12, fig. 3]. in the trees obtained in separate searches of combined chloroplast sequence data and its sequences, s. schomburgkii and s. polyphylla remain in distinct clades [12, fig. 1 and 2]. if the absence of diterpenoids in s. simplex would be confi rmed, this would point out the applicability of subcategories in possira classifi cation. diversity evaluationthe second evaluation was made by analysis of the diversity of the chemical structures of fi fteen 8,11,13 -trien-abietane diterpenoids identifi ed from the species s. arborescens and s. langsdorffi . different from isofl avonoid chemical index calculations, the chemical indexes for terpenoids, as mentioned above, is evaluated by the oxidative degree (o) and by the carbon skeleton specialization (e) of their molecular structures. table 2 shows the values of the chemical indexes obtained for s. langsdorffi i metabolites. the same rationalization and kind of calculations led to the values displayed in table 3 for the metabolites of s. arborescens. ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010176 ecl. quím., são paulo, 35 3: 169 177, 2010 177 artigo article artigo article acknowledgements the authors are grateful to the instituto agronômico de campinas (iac), monjolinho, fazenda santa elisa, sp, brazil, for plant acquisition, to the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp), sp, brazil, for fi nancial support and to capes, brazil, for a scholarship awarded to c. c. santos, as well as to dr carol collins for critical reading and english revision. resumo: a análise das estruturas moleculares dos compostos isolados de nove plantas do gênero swartzia mostrou que, na produção de metabólitos especiais, algumas plantas abandonaram a rota do ácido shikimic/acetato e adotaram a rota do ácido mevalônico. esta mudança é fator indicativo de que essas espécies são evolutivamente mais recentes. já a diversidade de estruturas moleculares encontrada nos dezesseis diterpenoides 8,11,13-trien-abietanos, chamados de swartziarboreols, identificados em s. arborescens e s. langsdorffii, permitiu atribuir a cada uma dessas espécies um índice químico, mostrando que os de s. arborescens são mais recentes do que os de s. langsdorffii. os resultados sugerem que as espécies da seção possira devam ocupar uma posição derivada em swartzia. palavras-chave: leguminosas, sistematica do gênero swartzia, evolução de plantas, índices químicos, quimiotaxonomia. references [1] h. ireland, tribe swartzieae in legumes of the world (lewis, g., b. schrire, b. mackinder, and m. 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[29] v. angyalossy-alfonso, r. b. miller, iawa j. 23(4) (2002) 359. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 15 | eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 141 tratamento fotoquímico de percolado de aterro sanitário visando reuso na agricultura monique rosolem chinelatto 1 ; larissa franciane greve 1 ; ronaldo teixeira pelegrini 1 e núbia natália de brito 2 ____________________________________________________________________________ resumo: no presente trabalho, estudou-se o tratamento de percolado de aterro sanitário (chorume) visando avaliar seu potencial de reuso na agricultura. para o tratamento, foi escolhido o processo fotoquímico baseado na ação de radiação ultravioleta (uv) sobre o h2o2. o tratamento foi realizado em um reator de vidro borossilicato com capacidade volumétrica de 2,5 litros, com controle de temperatura através de refrigeração a água e sistema interno para controle de vazão de recirculação do chorume. as condições experimentais otimizadas ocorreram à temperatura de 45° c, vazão de recirculação 400 ml min -1 , volume de h2o2 40 ml, empregando uma lâmpada de mercúrio de alta pressão, de 400 w, sem o invólucro externo. o tratamento foi realizado durante 120 minutos e apresentou redução de cor da ordem de 97%, de 50% na turbidez e de 72% na demanda química de oxigênio. em análise de identificação de toxicidade aguda utilizando as espécies: lactuca sativa l. (alface); solanum gilo (jiló); abelmoschus esculentus l. (quiabo), verificou-se que a toxicidade poderia ser decorrente da elevada alcalinidade (5100 mgcaco3l -1 ) persistente após o tratamento fotoquímico. em razão disso concluiu-se que o chorume tratado por processo fotoquímico (h2o2/uv), nas condições empregadas neste estudo, apresenta grande potencial para ser testado em pequenas dosagens em procedimentos de correção da acidez do solo. com um possível aproveitamento da elevada concentração dos íons carbonatos e bicarbonatos disponibilizados, como isso é possível a promoção da economia de insumos agrícolas, ao mesmo tempo, em que o tratamento elimina os impactos ambientais provocados pelo percolado, além de possibilitar o uso de alguns minerais importantes para a agricultura. palavras-chave: percolado de aterro; oxidação fotoquímica; reuso na agricultura ____________________________________________________________________________ abstract: in the present work, it was studied the treatment of sanitary landfill leachate seeking to evaluate it reuse potential in the agriculture. for the treatment, it was chosen the photochemical process based on the action of ultraviolet radiation (uv) on h2o2. the treatment was accomplished in a reactor of borosilicate glass with volume capacity of 2.5 liters, with temperature control through refrigeration to the water and internal system for control of leachate recirculation flow. the optimized experimental conditions happened to the temperature of 45°c, recirculation flow 400 ml min -1 , h2o2 volume 40 ml, using a lamp of high pressure mercury of 400 w, without the external wrapper. the treatment was accomplished for 120 minutes and it presented color reduction of the order of 97%, of 50% in the turbidity and of 72% in the chemical oxygen demand. in analysis of identification acute toxicity using the species: lactuca sativa l. (lettuce); solanum gilo (scarlet eggplant); 1 centro de ciências agrária ccauniversidade federal de são carlos (ufscar). departamento de ciências da natureza, matemática e educação – dcnme, rodovia anhanguera km17sp 330, cep: 13600-970 araras-sp 2 instituto de química iq universidade federal de goiás (ufg). rodovia campus samambaia, cp 131 cep 74001-970 goiânia goiás file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 142 142 abelmoschus esculentus l. (okra), it was verified that the toxicidade could be due to the high alkalinity (5100 mgcaco3l -1 ) persistent after the photochemical treatment. because of this it was concluded that the leachate treated by photochemical process (h2o2/uv), in the employed conditions in this study, it shown great potential to be tested in small dosages in procedures of correction of the soil acidity. with a possible use of the high concentration of the ions carbonate and bicarbonate available, it is at the same time, possible the promotion of the economy of agricultural inputs in that the treatment eliminates the environmental impacts provoked by the leachate, besides making possible the use of some important minerals for the agriculture. keywords: leachate, photochemical oxidation, agriculture reuse introdução o percolado de aterro sanitário (ou chorume) tem sido relatado pela literatura científica como uma matriz muito tóxica e muitos estudos têm sido implementados para promover tratamentos eficientes a fim de melhorar as condições para descarte [1-5]. poucos estudos têm sido desenvolvidos no sentido de reaproveitar os importantes nutrientes que restam no chorume após o tratamento [6]. todavia, o percolado proveniente de aterros sanitários normalmente apresenta alta variabilidade composicional contendo diversos nutrientes que são importantes para agricultura como: nitrogênio, fósforo, potássio e matéria orgânica, alem da água, atribuindo a esse resíduo elevado potencial de reuso [7]. o reaproveitamento da água e de nutrientes presentes no chorume é extremamente importante, porque a disposição de água doce no mundo e de 0,007% e a fonte de vários nutrientes é cada vez mais escassa. sendo a agricultura uma das atividades que demanda muitos nutrientes e grandes quantidades de água, implementar estudos e/ou metodologias de tratamento do chorume visando reuso na agricultura é fundamental para atividades futuras que visam reaproveitar minerais indispensáveis [6]. a idéia da reutilização de águas residuárias para fins de irrigação na agricultura, mesmo as de subsistências ou forrageiras, muitas vezes tem conotação negativa para grande parte da população. entretanto, sistemas de tratamento quando bem projetados e operados removem satisfatoriamente diversos poluentes reduzindo matéria orgânica, sólidos em suspensão e organismos patogênicos. além disso, é uma das formas interessantes de poupar considerável volume de água potável utilizado para atividades que não requerem água de alta qualidade [8]. o reaproveitamento de águas residuárias na agricultura fornece opções inovadoras e alternativas, mas é importante a adoção de um projeto de proteção à saúde pública e emprego de tecnologias apropriadas de tratamento que propicie a retirada de poluentes das substâncias de interesse e ainda devem ser avaliadas algumas variavéis, tais como toxicidade, excesso de nutrientes e aspectos sanitários. visto que o esgoto doméstico, por exemplo, quando utilizado na agricultura sem tratamento adequado, pode contaminar o ambiente, os trabalhadores e os consumidores [9]. o tratamento químico através de processos oxidativos avançados (poa) é capaz de promover a degradação e até mesmo a mineralização de materiais poluentes representando uma das tecnologias mais promissoras para tratamento de águas residuárias. segundo de morais e peralta-zamora [10], o chorume, quando tratado por poa como metodologia terciária, pode promover uma depuração bastante significativa deixando o chorume em condições de reuso. também podem ser utilizados como técnica de pré-tratamento favorecendo a biodegradação. esse manejo é mais indicado quando o chorume é originário de aterros “velhos” por possuírem macromoléculas orgânicas resistentes à degradação microbiológica. este estudo teve como objetivo avaliar a aplicação de uma metodologia baseada no uso de peróxido de hidrogênio e radiação ultravioleta (uv) no tratamento de chorume, assim como realizar ensaios de toxicidade com a finalidade de avaliar o potencial de reuso do chorume tratado na agricultura. eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 143 143 t sentido do fluxo do percolado a b c d e f g h i j k l m procedimentos experimentais reator fotoquímico o tratamento fotoquímico foi realizado em um reator constituído de vidro borossilicato com capacidade de 2,5 l, equipado com sistema de refrigeração a água através de um condensador, e foi projetado para que o chorume circulasse com o auxílio de uma bomba hidráulica (invensys bav 1115-02u 220 v 60 hz 34 w) (figura 1). figura 1 – esquema do reator fotoquímico. a radiação ultravioleta (uv) foi provida por uma lâmpada de alta pressão de mercúrio (philips hpl-n de 400 w), sem o bulbo protetor, para melhor aproveitamento da radiação ultravioleta. a lâmpada sem o bulbo foi acondicionada em um tubo de quartzo, sendo posicionada no centro do reator, onde são realizadas as transformações fotoquímicas. a figura 2 apresenta uma fotografia do reator fotoquímico em funcionamento. adequadas quantias de h2o2 foram adicionadas às amostras de percolado, as quais foram agitadas mediante recirculação e irradiadas em determinados tempos (por otimização). para o controle analítico, alíquotas foram retiradas em intervalos convenientes a fim de serem monitoradas. a: reator câmara de vidro para reações fotoquímicas; b: tubo de quartzo para abrigo da lâmpada uv; c: lâmpada uv (philips hpl-n de 400 w); d: termômetro; e: entrada do percolado; f: saída do percolado para recirculação; g:condensador para controle da temperatura; h: reservatório; i: condensador para saída dos gases; j: funil de decantação dosador de h2o2; k: bomba hidráulica para recirculação do percolado (invensys bav 1115-02u 220 v 60 hz 34 w); l: torneira para coleta de amostras; m: registro para controle de vazão. eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 144 144 figura 2foto do reator fotoquímico em funcionamento. análises a determinação da coloração do chorume foi realizada de acordo com a absorvância no comprimento de onda máximo na região do visível (390 nm) utilizando espectrofotômetro hach dr 2000, para acompanhamento das características de todas as amostras analisadas. a determinação dos valores de ph foi realizada de acordo com método potenciométrico utilizando medidor de ph tec-3m da tecnal conforme método padrão adotado para análise de águas e efluentes [11]. a determinação da turbidez foi realizada empregando método nefelométrico, utilizando turbidimetro, conforme método padrão adotado para análise de águas e efluentes [11]. a determinação dos valores de demanda química de oxigênio (dqo) foi realizada de acordo com o método colorimétrico, conforme método padrão adotado para análise de águas e efluentes [11]. o peróxido de hidrogênio residual foi determinado de acordo com procedimento adaptado de oliveira et al., (2001), baseado na reação entre peróxido de hidrogênio e o íon vanadato (vo3 ) em meio ácido. a reação leva à formação de íon peroxovanádio (vo2 3+ ) de coloração avermelhada, que absorve fortemente em 446 nm [12]. determinações das toxicidades crônica e aguda. os testes toxicológicos foram realizados por meio da avaliação do potencial de germinação de sementes usando as espécies lactuca sativa l. (alface) abelmoschus esculentus l. (quiabo), solanum gilo (jiló) para toxicidade crônica [13], e eruca sativa (rúcula) para toxicidade aguda [14-16]. as sementes empregadas foram adquiridas no instituto agronômico de campinas (iac). segundo as metodologias empregadas, a realização dos bioensaios necessita do desenvolvimento de uma água de diluição para manter o ph neutro, e concentração de alguns nutrientes importantes para estimular a germinação das sementes, com o objetivo de verificar apenas a inibição causada pelo percolado (agente estressor). a tabela 1 apresenta concentrações otimizadas dos nutrientes empregados na água de diluição para as sementes em estudo. a: câmara de reação b: sistema de refrigeração c: reservatório d: bomba hidráulica e: coleta de amostra f: regulador de vazão g: controle elétrico h: reator da lâmpada t: termômetro eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 145 145 tabela 1 concentração dos nutrientes em mg.l -1 para as espécies de sementes. espécies de sementes n p k ca mg zn cu lactuca sativa l.(alface) 35,00 41,00 61,00 30,00 0,033 0,015 0,04 abelmoschus esculentus l. (quiabo). 28,00 71,00 74,50 30,00 0,033 0,015 0,02 solanum gilo (jiló) 28,0 20,7 30,5 30,0 0,033 0,015 0,04 eruca sativa (rúcula) 28,0 20,7 30,5 30,0 0,033 0,015 0,06 nestes testes, foram utilizados conceitos da toxicologia, tais como concentração do efeito não observável (ceno) e concentração do efeito observável (ceo) para toxicidade crônica e o conceito de concentração efetiva a 50% (ec50) para toxicidade aguda em que os resultados obtidos permitiram estimar a concentração efetiva da substância tóxica capaz de provocar a redução de 50% na população dos organismos testados. para o ensaio de toxicidade crônica, o estudo teve a duração de 120 horas (5 dias) e toxicidade aguda os ensaios foram realizados em um período de 48 horas. os materiais utilizados foram: sementes, frascos de polietileno, água de diluição otimizada, espátula, lupa, papel-toalha e amostra-teste. os métodos consistiram na disposição de quatro camadas de papel-toalha como suporte em placa de petri ou frasco de polietileno. os experimentos foram realizados em triplicata, sob temperatura e luminosidade ambiente. sobre o suporte foram colocadas as sementes para desenvolvimento dos estudos, em seguida o suporte foi umedecido com a amostra teste (1,5 ml no primeiro dia e 1,0 ml nos demais dias), acondicionados em local seco e arejado. para contraprova do estudo foram preparados frascos contendo sementes umedecidas apenas com água de diluição. ao término do teste verificou-se o ceno e o ceo causado pelas diferentes concentrações da amostra teste em comparação com a contraprova realizada apenas com a água de diluição. de maneira geral, durante um teste de toxicidade aguda, avalia-se a mortalidade ou sobrevivência dos organismos ou alterações na forma. no caso deste estudo foi avaliado o desenvolvimento e inibição das raízes da eruca sativa em 48 horas de ensaios conforme estudos desenvolvidos por brito, et al., [1516]. amostragem foram realizadas amostragens do chorume na entrada da lagoa de tratamento (chorume “bruto”). a amostra de chorume “bruto” foi coletada conforme a produção no aterro sanitário do município de limeira com mais de 14 anos de idade. este aterro recebe resíduos domésticos e resíduos industriais classe iia não inertes e iib inertes. resultados e discussão otimização do processo fotoquímico para dar início aos estudos de degradação do chorume foi elaborado um planejamento fatorial 2 3 visando otimizar alguns parâmetros de tratamento (tabela 2). em todos os testes realizados foi mantido eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 146 146 o tempo de tratamento de 120 minutos e estudada a influência do processo fotoquímico em dois níveis, um menor e outro maior, avaliando a porcentagem de redução da cor do chorume através da absorvância medida em 390 nm. neste estudo, foi priorizada a redução da cor por ser um parâmetro de difícil remoção. foram estudadas as seguintes variáveis: volume da solução de peróxido de hidrogênio adicionada (20 ml e 40 ml concentração: h2o2 20% m/m), temperatura (35 o c e 45 o c) e vazão interna de recirculação (200 e 400 ml.min -1 ). após cada teste foi avaliada a concentração de peróxido de hidrogênio residual. para melhor interpretação dos efeitos da combinação das variáveis no planejamento fatorial 2 3 para redução da cor foi construído um diagrama geométrico (figura 3). pode-se observar que o aumento da temperatura teve uma influência significativa no rendimento fotoquímico apresentando melhora em torno de 17% quando a temperatura passa de 35 o c para 45 o c no nível inferior (volume h2o2 20 ml) e rendimento de 12% no nível superior (volume de h2o2 40 ml). com o aumento do volume de peróxido de hidrogênio de 20 ml para 40 ml a eficiência do processo apresentou melhora bastante significativa de 29% a 35 o c e de 24% a 45 o c. o aumento da vazão de recirculação interna do chorume favoreceu o processo em 6% quando a temperatura é mais elevada (45 o c). figura 3diagrama de interpretação geométrica dos efeitos para o processo fotoquímico h2o2/ uv para redução da cor no tratamento do chorume. variáveis estudadas: volume da solução de h2o2 adicionada, temperatura de tratamento e vazão de recirculação interna. observando as condições do menor nível (volume de h2o2 20 ml, temperatura 35 o c e vazão de recirculação 200 ml.min -1 ) e do nível de maior eficiência (volume de h2o2 40 ml, temperatura 45 o c e vazão de recirculação 400 ml.min -1 ), o rendimento foi superior a 47%, indicando que essas condições são as ideais para o tratamento fotoquímico do chorume. com as condições otimizadas e observando a redução da concentração de peróxido de hidrogênio residual os parâmetros: temperatura 45 o c, vazão de recirculação de 400 ml.min -1 e volume de h2o2 40 ml, foram considerados os mais eficientes para a continuidade dos estudos. fixadas estas condições, adicionou-se o volume de 40 ml h2o2 por gotejamento a uma vazão de 0,6 ml.min -1 observando uma melhora na eficiência do processo em estudo superior a 5% na redução da cor atingindo a significativa descoloração de 97% em 105 minutos sem apresentar peróxido de hidrogênio residual a 120 minutos de tratamento. 40 ml 20 ml volume h2o2 35 o c 45 o c temperatura 200 400 vazão de recirculação (ml.min -1 ) 45% 74% 55% 78% 62% 86% 68% 92% 17% 13% 12% 14% 29% 23% 24% 24% 47% 6% 6% eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 147 147 estudos da descoloração do chorume nas condições otimizadas, os resultados da redução da cor do chorume estão apresentados na figura 4. estes resultados são extremamente significativos em função da cor ser um parâmetro de difícil remoção para os métodos convencionais de tratamentos. neste estudo, também não foi observada concentração de peróxido de hidrogênio residual em 120 minutos de tratamento fotoquímico ao adotar o sistema de gotejamento à vazão de 0,6 ml.min -1 do volume de 40 ml h2o2. figura 4 estudo da evolução da descoloração do chorume estudos da redução da turbidez do chorume no estudo da turbidez, foi observada uma redução de 60% em relação aos valores iniciais (figura 5). a turbidez refere-se à presença de partículas em suspensão e colóides, tais como: argila, lama, matéria orgânica e inorgânica finamente dividida, plâncton e outros organismos microscópicos, concentração de material em suspensão que dificulta a passagem da luz e interfere significativamente nos processos fotossintéticos quando efluente com elevada turbidez são descartados nos corpos receptores [17]. a redução encontrada por meio deste estudo foi bastante significativa, visto que em muitos casos o material em suspensão pode alojar micro-organismos patogênicos [18]. 0 20 40 60 80 100 120 10 12 14 16 18 20 22 24 50% t u rb id e z (n t u ) tempo (min) tratamento fotocatalítico de percolado de aterro temperatura: 45 o c concentração de h 2 o 2 : 3,2 g.l -1 vazão de recirculação: 400 ml.min -1 figura 5 – estudo da redução dos valores de turbidez. eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 148 148 estudo do comportamento dos valores de ph do chorume os estudos dos valores de ph apresentaram oscilações entre 7,75 a 8,05 sendo observado um aumento dos valores nos primeiros minutos do tratamento fotoquímico, mas indicando uma tendência de redução nos minutos finais do tratamento (figura 6). 0 20 40 60 80 100 120 7,75 7,80 7,85 7,90 7,95 8,00 8,05 p h ( 2 5 o c ) tempo (min) tratamento fotocatalítico de percolado de aterro temperatura de tratamento: 45 o c concentração de h 2 o 2 : 3,2 g.l -1 vazão de recirculação: 400 ml.min -1 figura 6estudo do comportamento dos valores de ph do chorume. o aumento dos valores de ph pode ser em decorrência da elevada concentração de espécies sequestrantes (scanvenger) de radicais hidroxila (eq. 1), principalmente carbonatos (co3 2), que são encontrados em altas concentrações no chorume, as quais tendem a formar ânions radicais e íon hidroxila [19]. co3 2 + . oh  co3 . + oh (1) estudo da redução da demanda química de oxigênio (dqo) o processo fotoquímico (h2o2/uv) também apresentou alta eficiência na redução da demanda química de oxigênio (dqo). reduções em torno de 60% puderam ser verificadas com apenas 90 min de tratamento e na ordem de 72% foram observadas estendendo o tratamento até 120 minutos (figura 7). 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 r e d u ç ã o d a d q o ( % ) tempo de tratamento (min) tratamento fotocatalítico de percolado de aterro temperatura de tratamento: 45 o c concentração de h 2 o 2 : 3,2 g.l -1 vazão de recirculaçao: 400 ml.min -1 figura 7 estudo da redução dos valores de demanda química de oxigênio (dqo) no tratamento do chorume. uma das principais fontes de dqo presentes no chorume esta representada pelas moléculas orgânicas eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 149 149 de alto peso molecular. em um efluente contendo macromoléculas o processo de tratamento anaeróbico não pode usualmente baixar os níveis de dqo [20]. a capacidade do processo fotoquímico (h2o2/uv) na redução desse parâmetro é importantíssima e demonstra a eficiência da tecnologia para remediação do chorume “bruto”. observando a tendência da curva de degradação a partir do monitoramento da dqo, resultados melhores podem ser esperados se o tempo de tratamento for estendido. tal porcentagem de redução da dqo do chorume é um excelente resultado levando-se em conta o curto tempo de tratamento comparando com o tempo gasto pelos processos biológicos convencionais. ensaios de toxicidade aguda os ensaios de toxicidade foram utilizados para avaliação da viabilidade do uso do chorume na agricultura após o tratamento fotoquímico. nos estudos foram comparadas as respostas de chorume “bruto” e tratado pelo processo fotoquímico na inibição do desenvolvimento da germinação das sementes. os ensaios de toxicidade aguda foram realizados utilizando a espécie eruca sativa como organismo teste conforme metodologia desenvolvida por alguns estudos [6, 15]. os primeiros ensaios de toxicidade aguda visaram encontrar a diluição do chorume “bruto” e tratado para a determinação da concentração capaz de inibir a germinação de 50% dos organismos testes (ec50) (figura 8). 0 3 6 9 12 15 18 21 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 calculo do ec50 ensaio toxicidade aguda (eruca sativa) chorume in natura chorume tratado por fotocatálise 100100 90 86 69 65 44 46 2527 2120 2324 75 % 65 % 55 % 45 % 35 % 25 % 20 % % i n ib iç ã o d e g e rm in a ç ã o diluição figura 8 – estudos dos efeitos das diluições do chorume “bruto” e tratado por processo fotoquímico h2o2/uv nas respostas dos ensaios de toxicidade aguda empregando eruca sativa como organismo teste para avaliação do ec50. com base nos resultados encontrados na figura 8, pôde-se observar que as respostas que mais se aproximava de 50% de inibição da germinação da eruca sativa foram as diluições em torno de 45% a 50% de chorume. foram realizadas aberturas de diluição na faixa de 44% a 50% para os cálculos do ec50. foram realizados testes em triplicata nas diluições 44%, 46%, 48% e 50% de chorume “bruto” e tratado via reação fotoquímica (h2o2/uv) (figura 9). os resultados mostraram que as diluições ideais para o cálculo do ec50 encontraram-se entre 46% e 48% de chorume. nos três testes realizados observouse que a toxicidade aguda do chorume “bruto” e tratado por processo fotoquímico h2o2/uv foram similares apresentando-se altamente tóxicos e indicando que o tratamento fotoquímico não foi eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 150 150 eficiente para reduzir a toxicidade aguda em relação à espécie eruca sativa. 0 6 12 18 24 30 36 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 68 70 5251 4647 43 40 72 70 5152 4645 4747 74 72 5657 4847 4546 calculo ec50 50 % 50 % 48 % 48 % 46 % 46 % 44 % 44 % 50 % 48 % 46 % 44 % teste 3teste 2teste 1 ensaio toxicidade aguda (eruca sativa) chorume in natura chorume tratado por fotocatálise % i n ib iç ã o d e g e rm in a ç ã o diluição figura 9 – estudo comparativo da toxicidade aguda empregando eruca sativa como organismo teste para avaliação do tratamento fotoquímico h2o2/uv e do chorume “bruto”. ensaios de toxicidade crônica os ensaios de toxicidade crônica foram realizados utilizando as espécies lactuca sativa l. (alface) abelmoschus esculentus l. (quiabo), solanum gilo (jiló) como organismos-testes, segundo metodologia desenvolvida por dos santos e colaboradores [13]. nesta metodologia, concentrações de chorume foram adicionadas em água de diluição de modo a manter as concentrações dos nutrientes especificados na tabela 1. as diluições de chorume utilizadas nos ensaios toxicológicos foram determinadas de acordo com os resultados dos testes buscando encontrar a concentração do efeito não observável (ceno) e a concentração do efeito observável (ceo), comparando as toxicidades do chorume “bruto” com o chorume tratado (figura 10). os resultados apresentaram-se similares para o chorume “bruto” e tratado nas determinações da concentração do efeito não observável (ceno) e da concentração do efeito observável (ceo), indicando que não houve redução da toxicidade crônica do chorume a partir do processo de tratamento fotoquímico com h2o2/uv por um período de 120 minutos. eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 151 151 0 0 5 10 15 20 25 30 21% 18% 22% 20% 29% 25% 28% 27% 15% 13% 16% 12% solanum gilo abelmoschus esculentus l. lactuca sativ a l. c e n o c e n o c e n o c e n o c e o c e o c e o c e o c e o c e n o c e o c e n o testes toxicidade crônica chorume in natura chorume tratado (fotocatálise homogênea) % d e g e rm in a ç ã o figura 10 – estudo comparativo da toxicidade crônica empregando as espécies lactuca sativa l. (alface) abelmoschus esculentus l. (quiabo), solanum gilo (jiló) como organismos testes, para avaliação do chorume tratado por processo fotoquímico h2o2/uv e do chorume “bruto” apesar da redução de diversos valores de parâmetros de importância ambiental, o chorume tratado manteve-se tóxico e impróprio para uso em irrigação. os estudos indicaram que a elevada toxicidade pode ser em decorrência da alcalinidade a carbonato e bicarbonato que se manteve extremamente elevada (em torno de 5100 mg.l -1 ), mesmo após o tratamento. apesar de estes compostos não terem efeito químico nocivo direto para a maioria dos micro-organismos, são inibitórios quando encontrados em concentrações muito altas [20]. estudos realizados por brito e colaboradores [2], com o mesmo chorume e a mesma metodologia, indicaram reduções da concentração de nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato para níveis aceitáveis. em razão desses fatos, pode-se concluir que o chorume tratado por processo fotoquímico apresenta grande potencial para ser utilizado em procedimentos de correção da acidez do solo, devido sua elevada alcalinidade a carbonato e bicarbonato, podendo ainda ser aproveitado outros nutrientes de importância para agricultura como matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e cálcio, entre outros. os solos do cerrado brasileiro são classificados de acidez elevada e ocupa uma área heterogênea e não-contínua de aproximadamente 204 milhões de hectares, ou seja, 23% do território nacional, com intensa atividade agropastoril. esses solos apresentam, em sua maioria, propriedades que limitam o crescimento das raízes das plantas e exigem práticas de manejo adequadas. tratam-se de solos de baixa capacidade de troca de cátions (ctc), com baixo teor de nutrientes, especialmente de fósforo (p). são, assim, solos com alto grau de intemperização e lixiviação, ocorrendo problemas de acidez e deficiência de nutrientes em todo perfil [21]. neste caso, o chorume tratado pode apresentar-se como uma opção para correção de solos do cerrado brasileiro. com isso, poderiam ser economizados gastos com insumos agrícolas ao mesmo tempo em eclética química, vol. 40, 141-154, 2015. 152 152 que o tratamento elimina os impactos ambientais que poderiam ser provocados pelo chorume se tratados inadequadamente. conclusões neste estudo de tratamento do chorume visando o reuso na agricultura, pôde ser observado que a tecnologia foi eficiente para redução de valores de parâmetros de grande importância ambiental como 97% da cor, 60% da turbidez e 72% da dqo, mas o processo apresentou limitações para reduzir a toxicidade crônica e aguda frentes às espécies estudadas. esse fato impede o chorume tratado de ser usado em processos de irrigação, mas como a toxicidade foi avaliada em razão da elevada alcalinidade a carbonato e bicarbonato, isso indica que o chorume tratado por esse processo poderia ser utilizado em procedimentos de correção do valor de ph de solos ácidos, principalmente os do cerrado brasileiro que apresentam grande atividade agropastoril. este trabalho vem sugerir que sejam implementadas pesquisas para avaliar o potencial de aproveitamento do chorume tratado na correção de solos ácidos. agradecimentos os autores agradecem o suporte financeiro do cnpq. referências [1] brito, n.n; paterniani, j. e. s.; brota, g. a. e pelegrini r.t. avaliação da redução da poluição do chorume tratado por processo fotoquímico. augmdomus – asociación de universidades grupo montevideo. v. 03, p. 20-30, 2011. 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atomic absorption spectrometry. different atomic lines for cu at 324.754 nm, 327.396 nm, 222.570 nm, 249.215 nm and 224.426 nm were evaluated and main figures of merit established. absorbance measurements at 324.754 nm, 249.215 nm and -1 -1 -1224.426 nm allows the determination of cu in the 0.07 – 5.0 mg l , 5.0 – 100 mg l and 100 – 800 mg l concentration intervals respectively with linear correlation coefficients better than 0.998. limits of detection -1 -1 -1were 21 µg l , 310 µg l and 1400 µg l for 324.754 nm, 249.215 nm and 224.426 nm, respectively and relative standard deviations (n = 12) were £ 2.7%. the proposed method was applied to water samples spiked with cu and the results were in agreement at a 95% of confidence level (paired t-test) with those obtained by line-source flame atomic absorption spectrometry. keywords: copper, hr-cs faas, wide range determination, introduction copper is usually present at different concentration levels in a variety of workable samples [1]. the elemental determination by atomic absorption spectrometry [2,3] is frequently performed by line source spectrometers. although the line-source flame atomic absorption spectrometry (ls faas) [4] is a worldwide, robust and well-established technique, the single-element analysis and narrow range calibration may be considered the main drawbacks of the technique when several elements are required: the changing and conditioning of hollow cathode lamps (or electrodeless discharge lamps) and the need for adjusting analyte absorbance within the linear working range of calibrating plots are time consuming and lead to increased analytical cost in large scale routine analyses [5]. however, these cumbersome may be circumvented using a high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry (hr-cs faas). with this new concept, a high-resolution double-echelle monochromator and a charge-couple device detector with a xenon arc-short lamp with a continuum source [6] makes feasible the application of the atomic absorption spectrometry for fast-sequential and multi-element analyses [7] using one or more atomic lines of the same element sequentially, wavelengthintegrated absorbance over the line core to enhance sensitivity, or at least measuring parts of the wings (side pixel registration) to extend the linear working range calibration [8-10]. the fast-sequential analysis is a particularly advantageous for routine laboratories involved in large scale analyses, because time and 88 artigo article analytical costs are significantly reduced. little attention has been given to the use secondary and alternating lines in flame aas to reduce sensitivity and increase the dynamic working range to determine low, intermediate and high levels of an element in a single run without need of further dilutions. in this work the main (324.754 nm), secondary (327.396 nm) and alternate (222.570 nm, 249.215 nm and 224.426 nm) lines of cu were evaluated in order to develop a method for wide range determination using instrumental facilities of the hr-cs faas. experimental instrumentation the measurements were carried out using an analytik jena contraa 300 high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometer equipped with a xenon short-arc lamp xbo 301 (gle, berlin, germany) [11] with a nominal power of 300 w operating in a hot-spot mode as a continuum radiation source. main (324.754 nm), secondary (327.396 nm) and alternate (222.570 nm, 249.215 nm and 224.426 nm) atomic lines for cu were evaluated to establish the figures of merit of all lines. high-purity acetylene (99.7%, air liquid, sertãozinho, brazil) was used as fuel gas, and an oxidizing air-acetylene flame was used for analyte atomization. a perkin elmer aanalyst 100 line source spectrometer (shelton, ct, usa) was also used as comparative technique, and the determination of cu was carried out in an air-acetylene flame using a perkin-elmer lumina™ hollow cathode lamp. reagents, analytical solutions and samples high-purity de-ionized water obtained using ®a millipore rios 5 reverse osmosis and a millipore ®milli-q academic deionizer system (resistivity 18.2 mù cm, millipore, bedford, ma, usa), and nitric ®acid (suprapur , merck, germany) were used throughout to prepare all solutions. -1a 5000 mg l cu standard stock solution was prepared by dissolving 1.0 g of metallic copper (99.9% purity) in a minimum volume of concentrated nitric acid. the final solution was transferred to a 200 ml volumetric flask and the volume completed with 1.0% (v/v) hno solution. 3 copper working standard solutions in the -10.05 – 1000 mg l interval were prepared by appropriate dilution of the stock standard solutions and acidified to 1.0% (v/v) with hno . for ls faas 3 -1the concentration interval was 0.5 – 5.0 mg l . tap water samples spiked with cu within 1.0 -1– 600 mg l were used to check the accuracy and the effectiveness of the proposed method. all solutions and samples were stored in highdensity polypropylene bottles (nalgene®, rochester, usa). plastic bottles and glassware materials were cleaned by soaking in 10% (v/v) hno at 3 least 24 h and rinsed abundantly in de-ionized water before use. measurement procedure absorbance measurements were carried out at 324.754 nm, 327.396 nm, 222.570 nm, 249.215 nm, and 224.426 nm. the equipment was optimized to provide the best sensitivity. for wavelengthintegrated absorbance equivalent to 3 pixels, 5.0 ml -1min of sample flow-rate, the absorbance for blanks, working standard solution and spiked samples solutions were measured at the selected atomic lines for cu to obtain the calibration curves for all wavelengths. all measurements were carried out in six replicates using an injection module (sfs 6) enabling the computer controlled aspiration of blanks, working standard solutions and samples. all samples were also analyzed by ls faas at the main line of cu at 324.754 nm. because the instrumental limitations of technique, spiked samples were diluted to adjust the analyte absorbance within the linear working range. all measurements were carried out in triplicate. the limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) for cu were calculated according to the iupac recommendation [12]. results and discussion in hr-cs faas the continuum radiation source provides a better snr than hollow cathode lamps usually found in ls faas. in this context, the use of secondary and alternate atomic lines of a given element is a good strategy to reduce sensitivity and extend the working range calibration. optimization of the best condition for different wavelengths for cu the performance of atomic lines for cu at 324.754 nm, 327.396 nm, 222.570 nm, 249.215 nm ecl. quím., são paulo, 35 4: 87 92, 2010 artigo article 89 0 1 2 3 4 5 0.00 0.13 0.26 a b so rb an ce cu, mg l -1 a 0 2 4 6 8 10 0.00 0.14 0.28 a b so rb an ce cu, mg l -1 b 0 10 20 30 0.00 0.05 0.10 a b so rb an ce cu, mg l -1 c 0 50 100 150 200 250 0.00 0.07 0.14 a b so rb an ce cu, mg l -1 d 0 200 400 600 800 0.00 0.09 0.18 a b so rb an ce cu, mg l -1 e figure 1. calibration plots for cu at 324.754 nm (a), 327.396 nm (b), 222.570 nm (c), 249.215 nm (d) and 224.426 nm (e) built up by using hr-cs faas. ecl. quím., são paulo, 35 4: 87 92, 2010 90 artigo article and 224.426 nm was checked after evaluating the burner height and flame composition. absorbance is affected by alterations in the flame composition due to changes on the temperature and atomization degrees, and by adjustment of burner height to obtain the best optical axis for the light path of the xenon short-arc lamp [6]. the influence of variation of the burner height (4 – 5 – 6 – 7 – 8 mm) and the ratio of air-acetylene flow rates (0.088 – 0.098 – 0.108 – 0.118 – 0.128) on absorbance of cu were evaluated -1 -1using 0.5 mg l (324.754 nm), 1.0 mg l (327.396 -1 -1nm), 4.0 mg l (222.570 nm), 50 mg l (249.215 -1nm) and 200 mg l (224.426 nm) concentrations. different fuel-oxidant ratios were obtained by changing the flow rate of acetylene at 45, 50, 55, 60 -1and 65 l h and keeping fixed the air flow-rate at 508 -1l h . the best situations achieved for burner height and flame composition for each wavelength studied -1were 4 mm and 65 l h (324.754 nm), 4 mm and 55 l -1 -1h (327.396 nm), 4 mm and 40 l h (222.570 nm), 7 -1 -1mm and 80 l h (249.215 nm) and 7 mm and 50 l h (224.426 nm), respectively. after burner height and flame composition optimization, the linear working range was evaluated by plotting curves of absorbance versus analyte -1concentration within the 0.05 – 1000 mg l intervals (figure 1). analysis of figure reveals that calibration -1 curves in the 0.07 – 5.0 mg l (324.754 nm), 0.07 – -1 -110.0 mg l (327.396 nm), 1.0 – 30.0 mg l (222.570 -1 nm), 5.0 – 100 mg l (249.215 nm) and 100 – 800 mg -1l (224.426 nm) intervals with typical linear correlation coefficients better than 0.998 can be built up. the main figures of merit of studied atomic lines by hr-cs faas and ls-faas are shown in table 1. analysis of this table reveals that the highest -1sensitivity (0.0718 a.l mg ) was attained with the main line at 324.754 nm by hr-cs faas, followed by the same wavelength by ls aas. for both techniques the upper limit linear response was 5.0 mg -1l . for this wavelength, the lod calculated for hr-1cs faas (21 mg l ) was better than that calculated -1for ls aas (45 mg l ). this may be attributed to the higher intensity of the xenon arc lamp in comparison to cu hollow cathode lamp. the use of the secondary line 327.396 nm allowed extending the calibration up -1to 10.0 mg l . the wavelengths 222.570 nm, 249.215 nm and 224.426 nm allowed extending the -1 -1calibration up to 30.0 mg l , 100 mg l and 800 mg -1l , respectively. it is interesting to note that the characteristic concentration and lod increases in the following order 324.754 nm, 327.396 nm, 222.570 nm, 249.215 nm, and 224.426 nm. the correlation coefficients of all curves were always better than 0.998. the relative standard deviation (r.s.d.) varied from 1.2% (324.754 nm) to 2.7% (224.426 nm), suggesting all lines give precise measurements. analysis of table 1 reveals that 3 distinct calibration curves cover the fast-sequential -1determination of cu within the 0.07 – 800 mg l concentration range using only 3 wavelengths: -1324.754 nm (0.07 – 5.0 mg l ), 249.215 nm (5.0 – -1 -1100 mg l ), and 224.426 nm (100 – 800 mg l ). wavelength (nm) technique calibration (mg l-1) slope (a.l.mg-1) ar c0 b (mg l-1) lodc (ìg l-1) r.s.d. (%) 324.754 ls faas 0.5 – 5.0 0.0507 0.9996 0.24 45 2.0 324.754 cs faas 0.1 – 5.0 0.0718 0.9991 0.11 21 1.2 327.396 cs faas 0.07 – 10.0 0.0254 0.9985 0.l7 47 1.7 222.570 cs faas 1.0 – 30.0 0.0030 0.9981 1.5 114 1.8 249.215 cs faas 5.0 – 100 0.0005 0.9990 8.8 310 2.2 224.426 cs faas 100 – 800 0.0002 0.9995 22 1410 2.7 table 1. figures of merit of main (324.754 nm), secondary (327.396 nm) and alternate (222.570 nm, 249.215 nm and 224.426 nm) atomic lines for cu by hr-cs faas and for 324.754 nm by ls-faas. a linear correlation coefficient bcharacteristic concentration c limit of detection ecl. quím., são paulo, 35 4: 87 92, 2010 artigo article 91 analyses of real samples after method development, three analytical -1curves in the 0.07 – 800 mg l cu concentration range were always obtained to determine cu in three tap water samples spiked with 1.0 – 2.0 – 4.0 – 20 – -140 – 80 – 200 – 400 – 600 mg l cu using the atomic lines 324.754 nm, 249.215 nm and 224.426 nm. table 2 shown results found by hr-cs faas using the proposed method. results described in the table are in agreement at 95% of confidence level (paired ttest) with those obtained by ls-faas. accuracy studies were carried out by recoveries tests and the results obtained by hr-cs faas varied within the 98 103% and for ls faas within the 97 104% intervals. relative standard deviations for the measurements (n = 12) varied from 1.2% to 2.0% (324.754 nm), from 1.6% to 2.6% (249.215 nm) and from 1.5% to 1.8% (224.426 nm) by hr-cs faas and from 2.2% to 3.9% by ls faas. limits of -1detection calculated for hr-cs faas were 21 µg l -1(324.754 nm); 300 µg l (249.215 nm) and 1410 µg -1l (224.426 nm). conclusions the use of different atomic lines of a given element in hr-cs faas is feasible to elemental determination in a wide range concentration without need of further dilutions of samples, reducing the errors associated to the excessive sample handling. the example here is the determination of low, medium and high concentrations of cu in waters, but can be extended to other element and matrix. acknowledgements authors would like to thank the fapesp for financially supporting this work and also grateful to cnpq for fellowships to r.t.l., j.l.r.j., a.v. and research ship to j.a.g.n. sample spike, mg l-1 found, mg l-1 recovery, % 324.754 nm 249.215 nm 224.426 nm ls* cs ls cs 1 1.00 1.03 ± 0.04 1.01 ± 0.02 ----103 101 2.00 1.96 ± 0.06 1.98 ± 0.03 ----98 99 4.00 4.08 ± 0.09 4.04 ± 0.05 ----102 101 2* 20.0 20.8 ± 0.7 --20.6 ± 0.5 --104 103 40.0 39.1 ± 1.1 --39.5 ± 0.7 --98 99 80.0 82.2 ± 2.5 --81.0 ± 1.3 --103 101 3* 200 204 ± 6 ----202 ± 3 102 101 400 412 ± 14 ----408 ± 7 103 102 600 615 ± 17 ----607 ± 11 103 102 table 2. results for spiked cu (mean ± standard deviation) determined (n = 3) in tap water samples by hr-cs faas by the proposed method and by ls-faas. *samples diluted to adjust the analyte absorbance within the linear working range calibration for ls-faas ecl. quím., são paulo, 35 4: 87 92, 2010 92 artigo article references [1] d. g. ellingsen, n. horn, j. aaseth, handbook on the toxicology of metals, elsevier inc., 3rd edn., 2007, chap. 26. [2] g. doner, a. ege, anal. chim. acta 547 (2005) 14. [3] n. tokman, s. akman, c. ozeroglu, talanta 63 (2004) 699. [4] b. welz, m. sperling, atomic absorption spectrometry, 3rd edn., wiley-vch, weinheim, 1999. [5] j.l. raposo jr. s.r. oliveira, n.m. caldas, j.a. gomes neto, anal. chim. acta 627 (2008) 198. [6] b.welz, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, highresolution continuum source aas: the better way to do atomic absorption spectrometry, first ed., wiley-vch, weinheim, 2005. [7] m.d. huang, h. becker-ross, s. florek, m. okruss, b. welz, s. morés, spectrochim. acta, part b 64 (2009) 697 [8] v.r. amorim filho, v.p. franzini; j.a. gomes neto, eclética química 33 (2008) 49. [9] b. welz, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, m.g.r. vale, j. braz. chem. soc. 14 (2003) 220. [10] u. heitmann, b.welz, d.l.g. borges, f.g. lepri, spectrochim. acta part b 62 (2007) 1222. [11] m.d. huang, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, m. okruss, anal. bioanal. chem. 382 (2005) 1877. [12] l.a. currie, anal. chim. acta 391 (1999) 105. resumo: este trabalho descreve um método de determinação de cobre por espectrometria de absorção atômica em chama com fonte contínua e alta resolução em amplo intervalo de concentração sem necessidade de diluições sucessivas. diferentes linhas atômicas foram avaliadas (324,754 327,396 222,570 249,215 224,426 nm) e as suas principais figuras de mérito foram estabelecidas. medidas de absorbância nas linhas 324,754 nm, 249,215 nm e 224,426 nm viabilizou determinar cu nos intervalos de concentração 0,07 – 5,0 mg -1 -1 -1l , 5,0 – 100 mg l e 100 – 800 mg l respectivamente com coeficientes de correlação lineares ³ 0.998. os -1 -1 -1limites de detecção foram 21 µg l , 310 µg l e 1400 µg l para 324,754 nm, 249,215 nm e 224,426 nm, respectivamente, e os desvios padrão relativos (n = 12) foram £ 2.7%. o método proposto foi aplicado na análise de águas adicionadas do analito e os resultados foram concordantes ao nível de 95% de confiança (teste t-pareado) com os obtidos por espectrometria de absorção atômica em chama com fonte de linhas. palavras-chave: cobre, hr-cs faas, amplo intervalo de determinação. ecl. quím., são paulo, 35 4: 87 92, 2010 introdução a turfa é um material geologicamente antigo, rico em matéria orgânica, formado pela decomposição lenta, tanto química como microbiológica, de materiais de origem vegetal em ambientes úmidos, ácidos, de pouca oxigenação como pântanos e várzeas de rios e lagos. no brasil estima-se existir cerca de 1,6 bilhões de metros cúbicos de material turfoso, distribuídos em mais de duzentas turfeiras ao longo do território nacional [1]. a prospecção geológica no estado de são paulo, executada pelo instituto de pesquisas tecnológicas (ipt), determinou a localização e caracterizou os principais depósitos sendo, os mais expressivos os situados nos vales dos rios mogi-guaçu, ribeira do iguape e jacaré-pepira [2]. tradicionalmente, a turfa tem sido utilizada na agricultura como fertilizante e na manufatura de culturas em vasos ou estufas. entretanto, nas últimas décadas, a turfa vem sendo estudada como uma alternativa de adsorvedor natural, aplicado ao tratamento de água e efluentes contaminados por metais pesados e outras substâncias tóxicas [3]. a turfa pode ser convertida para vários produtos, como álcool, ração animal, vita49ecl. quím., são paulo, 32(1): 49-56, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 caracterização das frações das substâncias húmicas de diferentes tamanhos moleculares s. m. sanches1, s.x. de campos2, e. m. vieira3* 1centro de recursos hídricos e ecologia aplicada, eesc, uspsão carlos – sp. 2universidade estadual de ponta grossa – pr. 3instituto de química de são carlos, usp, av. trabalhador sãocarlense, 400, 13560 -970, são carlos sp. *eny@iqsc.usp.br resumo: neste trabalho realizou-se a extração das substâncias húmicas (sh) provenientes da turfa coletada às margens do rio mogi-guaçu, segundo metodologia descrita por rosa et al., 2000. as sh foram fracionadas em um equipamento de ultrafiltração em três faixas de tamanhos moleculares 30 – 100 kda, <30 kda e >100 kda. as frações foram caracterizadas por diferentes técnicas analíticas, infravermelho (iv), análise elementar, espectroscopia na região do ultravioleta/visível (uv/vis) e ressonância paramagnética eletrônica (epr). verificou-se que as frações de menor tamanho molecular (30 – 100 kda e <30 kda) possuem um maior número de moléculas com oxigênio ligados, enquanto que a fração de maior tamanho molecular (>100 kda) apresentou um maior número de moléculas aromáticas. através dos resultados das análises elementares e de ressonância paramagnética eletrônica, constatou-se que a fração <30 kda apresentou uma menor porcentagem de carbono, nitrogênio e hidrogênio e uma menor quantidade de radicais livres em relação as demais, indicando que esta fração possui um menor número de anéis aromáticos conjugados. já nas análises por iv foram observadas bandas características das sh. palavras-chave: substâncias húmicas; caracterizações; turfa. minas e outros produtos biologicamente ativos [4]. na área medicinal a turfa vem sendo utilizada como uma nova ferramenta no combate a acnes, dermatites e artrites, sendo seus benefícios amplamente estudados no mundo todo [5]. os principais constituintes da turfa são compostos conhecidos como substâncias húmicas (sh) (cerca de 80 %). as sh são formadas aleatoriamente a partir da decomposição de tecidos de plantas, do metabolismo ou do catabolismo de microrganismos ou de ambos, e são de fundamental importância para o crescimento de plantas e para o controle bioquímico do carbono orgânico no ecossistema global. sua estrutura é de difícil definição, devido sua química heterogênea e sua variabilidade geográfica [6]. apesar de até o momento não se ter uma estrutura definida para as sh, muitos pesquisadores tem-se utilizado de diferentes técnicas analíticas que de, alguma forma, possam trazer informações a respeito dessas moléculas. dentre essas técnicas pode-se destacar: análise elementar, espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (epr), espectroscopia no infravermelho (iv), espectroscopia no ultravioleta visível (uv/vis) [7-9]. o objetivo deste trabalho foi o de caracterizar frações de sh extraídas de turfa de diferentes tamanhos moleculares utilizando-se técnicas químicas e espectroscópicas de análise. material e métodos procedimento coleta e preparo das amostras as amostras de turfa utilizadas neste trabalho foram coletadas em uma turfeira às margens do rio mogi-guaçu, no km 40 da rodovia sp-255, no município de luís antônio, estado de são paulo. foram coletadas a uma profundidade de 45 cm, por intermédio de um amostrador hiller, armazenadas em sacos de polietileno e secas ao ar livre, trituradas em um equipamento tipo mandíbula e peneirada em malha 2 mm para posterior extração das sh. extração das sh na extração das sh foi utilizado o método desenvolvido por rosa et al., 2000 [10, 11]. os 50 ecl. quím., são paulo, 32(1): 49-56, 2007 parâmetros utilizados foram: extração em solução 0,5 mol l-1 de hidróxido de potássio (koh); tempo de agitação de 4 horas; razão turfa/extrator 1:20 (m/v); temperatura ambiente; decantação pôr 48 horas. a decantação, foi realizada com a finalidade de separar-se a humina insolúvel em ph básico das sh (ácido fúlvico e húmico), solúvel neste ph. após a decantação, coletou-se o sobrenadante (ácido húmico e fúlvico) para a realização da diálise, com a finalidade de retirar-se o excesso de sais. nesta etapa adicionou-se o sobrenadante em saquinhos feito com papel celofani, os quais foram colocadas em solução de ácido clorídrico (hcl) 1%, para redução do ph. após esta etapa os saquinhos foram transferidos para uma caixa de água e cobertos com água não clorada. o fluxo de entrada e saída da água foi controlado. este processo foi realizado por 15 dias, até teste negativo de íons cloretos, empregando para tanto nitrato de prata (agno3). após esta etapa as sh foram retiradas dos saquinhos, guardadas em recipientes apropriados e armazenadas no freezer a uma temperatura em torno de -4°c para posterior fracionamento. fracionamento das sh em diferentes tamanhos moleculares as sh, depois de extraídas, foram filtradas em papel de filtro grosseiro (3 µm), e depois em membranas de 0,45 µm da marca millipore com diâmetro de 90 mm. a amostra foi fracionada nas faixas de tamanhos moleculares >100 kda, 30 100 kda, <30 kda, no equipamento de ultrafiltração (vivaflow 50) equipado com bomba peristáltica e duas membranas em paralelo de polyethersulfone, o que aumenta a capacidade de filtração. para o fracionamento em diferentes tamanhos moleculares foi adotado o método de concentração da amostra, já que se consegue um maior volume de amostra fracionada [12]. a vazão máxima utilizada foi de até 300 ml min-1 com 1,5 bar de pressão. uma alta vazão é importante por que promove o deslocamento de compostos acumulados sobre a superfície das membranas devido ao fluxo tangencial do filtrado e evita possível obstrução dos poros [13]. liofilização das frações para a realização das caracterizações foram liofilizados cerca de 200 ml de cada fração em um liofilizador da marca edwards, modelo f101-02-000. caracterização das frações das sh espectroscopia no infravermelho (iv) o espectrômetro de iv por transformada de fourier utilizado foi o da marca bomem mb102 do instituto de química de são carlos. para análise foram feitas pastilhas do material liofilizado na proporção de 1 100 (1mg de amostra e 100 mg de kbr). foram realizadas 16 varreduras com 4 cm-1 de resolução nos espectros obtidos. espectroscopia na região do ultravioleta/ visível (uv/vis) pesou-se 2,0 mg das substâncias húmicas, a qual foi dissolvida em 100 ml de solução de bicarbonato de sódio 0,005 mol l-1. foi obtido um espectro no uv/vis dessas soluções, anotando-se as absorbâncias obtidas nos comprimentos de onda de 465 nm e 665 nm. utilizou-se um espectrofotômetro de uv/visível hitachi modelo u3501. análise elementar as análises elementares foram realizadas no instituto de química de são carlos, utilizandose o aparelho ce instruments ea 1110 chns – o da marca fisons, com detector de condutividade térmica. quantificou-se carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre (em porcentagem em massa). o teor de oxigênio foi obtido pela diferença [ 100 – (%c + %h + %n +%s)] [14]. análises de ressonância paramagnética eletrônica (epr) as análises feitas por epr para quantificar os radicais livres semiquinonas foram realizadas usando o espectrômetro de epr da brukeremx cavidade retangular, banda x (≈ 9,0 ghz) em temperatura ambiente da, empresa brasileira de pesquisas agropecuárias (embrapa) de são carlos. para a quantificação dos radicais livres tipo semiquinona, foi utilizado o método do padrão secundário [15], com um cristal de rubi (al2o3) contendo 0,5% de cr+3 por peso. seu fator g é de 1,263 e, portanto, não interfere com o sinal do radical livre semiquinona, cujo valor de g está em torno de 2,003 [16]. 51ecl. quím., são paulo, 32(1): 49-56, 2007 foram colocados cerca de 20 mg de cada fração de sh em tubos de quartzo. as quantidades de radicais livres foram determinadas. a potência de microondas (p) utilizada foi de 0,08 mw e a amplitude de modulação de 2 gpp (gauss pico a pico). foram utilizadas 9 varreduras para as medidas de radicais livres. foi feita uma curva de saturação para obtenção das condições ótimas de análise dos radicais livres. para isto foram realizadas 6 medidas em potência baixa com passo de 2db variando a potência de 3,173 nw a 50,29 µ w, 3 medidas em potência média com passo de 2db variando a potência de 79,7 µ w a 0,797 mw e 1 medida em potência alta com passo de 6 db variando a potência de 3,181 mw a 50,41 mw. foi feita uma varredura de 5000 gauss para verificar íons paramagnéticos nas amostras, utilizando uma potência de 1 mw e amplitude de modulação de 10 gpp. calculou-se o fator g para verificar se o radical encontrado nas frações é do tipo semiquinona. para este cálculo foi utilizado o padrão de dpph (α α’ difenil β picril hidrozil) com valor conhecido de g (2,0036) e o software winer sinfonia para simulação de espectros. resultados e discussão análise de infravermelho com transformada de fourier a espectroscopia no iv tem sido utilizada para caracterizar as sh fornecendo informações figura 1. espectros de infravermelho para todas as frações das sh. estruturais e funcionais das moléculas que as compõem. na figura 1 estão apresentados os espectros de iv para todas as frações das sh. analisando-se os espectros apresentados na figura 1 observaram-se alguns picos característicos das sh. todas as frações apresentaram uma banda larga e intensa, em torno de 3419 cm-1, que é atribuída a uma superposição de bandas, que estão relacionadas com estiramento de o-h de grupamentos carboxílicos, fenólicos, álcoois e da água ligada [12]. já na região de 3000 a 2900 cm-1 observa-se o aparecimento de duas bandas, que são atribuídas respectivamente aos estiramentos anti-simétrico e simétrico de c-h dos grupos alifáticos [17]. a banda intensa na região de 1600 cm-1 pode ser atribuída ao estiramento v(c=c) do anel, e as vibrações do esqueleto aromático. esta banda também pode ser atribuída ao estiramento anti-simétrico do grupo carboxilato νás(coo-) e ao estiramento ν (c=o) do grupo cooh, devido ao h ligado ao grupo oh em posição orto, como no ácido salicílico [18]. em todas as frações de diferentes tamanhos moleculares das sh verificou-se uma banda na região 1380 cm-1 que pode ser atribuída tanto à deformação δ(oh), quanto ao estiramento ν(c-o) de grupos fenóis e também ao estiramento anti-simétrico de coo-. na região de 1250 cm-1, tem-se uma banda característica de ν(c-o) de alcóois, fenóis e grupos carboxílicos [19]. as bandas na região de 1000 a 1100 cm-1 são referentes a estiramentos de c-o de carboidratos e alcóois e ainda as vibrações de ligações c-c de alifático ou ch de anéis aromáticos [19]. apesar de a magnitude das absorções dos espectros de iv não poderem ser comparados diretamente [20], eles podem dar uma indicação 52 ecl. quím., são paulo, 32(1): 49-56, 2007 de mudanças no material, para as diferentes frações estudadas, como também ser útil para comparações com as outras técnicas de caracterização empregadas. ultravioleta visível e razão e4/e6 a razão e4/e6 corresponde à razão entre as absorbâncias em 465 e 665 nm. é freqüentemente utilizada por muitos cientistas para as caracterizações das sh [15]. esta razão está diretamente relacionada à condensação estrutural, podendo ser indicativo do grau de humificação, aromaticidade, massa molar e conteúdo ácido das sh [15]. um baixo valor da razão e4/e6, indica alto grau de condensação estrutural, enquanto que um alto valor de e4/e6 resulta em baixa condensação estrutural. a razão e4/e6 é influenciada pelo tamanho da molécula, ph do meio, conteúdo de oxigênio, carbono, grupos carboxílicos, origem e idade [7]. na tabela 1 são apresentados os valores das razões e4/e6 para todas as frações das sh. analisando-se os resultados apresentados na tabela 1, verifica-se que a fração de maior tamanho molecular (>100 kda) apresentou o menor valor para razão e4/e6 (3,09). este valor (3,09) indica que esta fração de sh apresenta uma maior condensação estrutural, ou seja, maior número de estruturas aromáticas em comparação a estruturas alifáticas, em decorrência de um alto grau de humificação, [18]. já a fração de sh de tamanho molecular <30 kda apresentou um alto valor da razão e4/e6 (9,00), indicando que esta fração possui uma menor condensação estrutural. este alto valor (9,00) indica uma maior presença de estruturas alifáticas do que aromáticas devidas esta apresentar uma alta absorbância no comprimento de onda 465 nm em relação ao de 665 nm, tabela 1. valores das absorbâncias em 465 e 665 nm e valores da razão e4/e6 . que é a região de absorbância dos compostos aromáticos [19]. estes resultados estão de acordo com os encontrados por outros autores que estudaram sh de diferentes matrizes e concluíram que a razão e4/e6 decresce com o aumento do tamanho molecular e do grau de condensação [20]. ressonância paramagnética eletrônica (epr) a espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (epr) é uma técnica utilizada para medir a quantidade de radicais livres em uma amostra de sh. um parâmetro que pode influenciar altamente as propriedades e reatividades redox, da matéria orgânica natural, com muitos substratos orgânicos e inorgânicos em diferentes ambientes [21-22]. as figuras 2 e 3 apresentam os espectros de epr das frações de sh. a tabela 2 apresenta os valores da quantidade de radicais livres por grama de amostra. observou-se por meio dos espectros de epr (figs. 2 e 3) e pelos valores da tabela 2 que a forma do sinal, e os valores do fator g encontrados são devido a presença dos radicais livres semiquinonas. 53ecl. quím., são paulo, 32(1): 49-56, 2007 essas características estão relacionadas com a presença de radicais livres semiquinonas naturais conjugados em um extenso sistema aromático. em todas as frações aparecem os sinais característicos das espécies fe+3 com spin alto 5/2 e g= 4,3 e do vo+2 com spin 7/2, ligados a grupos funcionais das sh. a quantidade de radicais livres encontrados diminui das frações de maior tamanho molecular (>100 kda) para a de menor (<30 kda). isso pode ser uma indicação de que a fração de menor tamanho molecular possui um menor número de anéis aromáticos conjugados do que as de maior tamanho molecular. outra indicação do nível de condensação do material e assim a sua maior maturidade, é o número do fator g [23]. em sh com maior grau de humificação e desta forma com maior número de grupos condensados, os valores de g são menores, como o valor encontrado para a fração >100 kda. o número de radicais livres também figura 3. espectro de epr para a fração 30 100 kda. figura 2. espectro de epr para a fração de >100 kda. tabela 2. valor da quantidade de radicais livres semiquinonas por massa (g) de cada fração. está diretamente relacionado com a quantidade de grupos fenólicos contidos, ou seja, quanto maior o número de spins maior o número de grupos fenólicos [24]. o conhecimento e a quantificação dos radicais livres semiquinonas é importante em pesquisas com sh, sendo estes radicais um dos responsáveis pela coloração de águas provocada pela presença de sh [25], influenciando ainda nas condições redox e ciclagem de metais no corpo aquático [5] análise elementar a análise elementar foi realizada com o objetivo de se conhecer as porcentagens de carbono (c), hidrogênio (h), nitrogênio (n), oxigênio (o) e enxofre (s) que fazem parte da macromolécula de sh. a tabela 3 apresenta os valores da composição elementar nas diferentes frações de diferentes tamanhos moleculares das sh e as razões atômicas h/c, o/c e c/n. observa-se na tabela 3 que os valores da composição elementar e das razões atômicas foram diferentes em todas as frações. verifica-se que ocorre uma diminuição das porcentagens de c, n e h da maior fração (> 100 kda), para a menor (<30 kda), enquanto que para a porcentagem de o ocorreu o inverso. butler [26] sugeriu que ocorre um aumento da porcentagem de n, com o aumento do tamanho molecular das sh, o que é claramente observado nos resultados apresentados na tabela 3. em trabalhos realizados por francioso [8,9] foi fracionado por meio da uf, os ácidos húmicos (ah) e ácidos fúlvicos (af) extraídos de turfa e observaram que as menores frações (10 20 kda e 1-5 kda) apresentaram menores porcentagens de c e maiores de o, já para as frações maiores (>300 e 100-300 kda) observou-se o contrário. estes dados estão de acordo com os obtidos e encontram-se apresentados na tabela 3. analisando-se a tabela 3 observa-se que a razão o/c apresentou um aumento com a diminuição do tamanho molecular. isto pode indicar que as frações de menor tamanho molecular (30 -100 kda e <30 kda) possuem uma concentração relativamente alta de o ligados a grupamentos alquílicos e de ácidos carboxílicos [27]. nesse trabalho os autores verificaram também que ah de diferentes localidades possuíam uma razão menor de o/c do que os af. e ainda, segundo ibarra [28], uma diminuição na razão o/c significa um aumento no número de anéis condensados. outra confirmação do grau de condensação dos anéis aromáticos é a razão h/c [27]. quanto menor for essa razão, maior a porcentagem desses anéis. assim observa-se que a fração com maior massa molar (>100 kda) possui uma maior quantidade desses anéis, como já verificado pelos valores da razão o/c. a razão c/n é um indicativo da origem das sh em ambientes naturais. razões c/n abaixo de 20 podem indicar que o processo de humificação foi mais favorecido pela atividade microbiana, como é verificado para sh extraídas de solos [29]. para razões c/n acima de 20 acre54 ecl. quím., são paulo, 32(1): 49-56, 2007 tabela 3. composição elementar das frações de tamanhos moleculares >100kda, 30 – 100 kda e <30 kda de substâncias húmicas, e as razões atômicas h/c, o/c e c/n. dita-se que a maior contribuição para a humificação do material seja à predominância de plantas vasculares [30]. assim, por meio dos resultados apresentados na tabela 3 acredita-se que as sh empregadas neste estudo sejam provenientes da decomposição de plantas vasculares. conclusões conclui-se por meio dos resultados das caracterizações que a fração da sh de tamanho molecular (>100 kda) possui uma maior concentração de grupos aromáticos. já as frações de tamanho molecular (30 – 100 kda e <30 kda), apresenta uma maior porcentagem de grupos com oxigênio ligados, tais como ésteres, fenólicos, carboxílicos e oxigênios ligados em cadeias alifáticas (grupos metoxi), os quais foram constatados pelos resultados de epr, análise elementar e iv. a maior presença desses grupos oxigenados nessas frações de menor tamanho molecular, significa que essas poderiam ter um grande poder de complexação ou quelação o que resultaria em amostras com maior poder de remoção de compostos inorgânicos e orgânicos, para uso como extrator de poluentes ambientais. agradecimentos s. m sanches agradece a capes pela bolsa de doutorado concedida. recebido em: 23/01/2007 aceito em: 14/03/2007 55ecl. quím., são paulo, 32(1): 49-56, 2007 sérgio m. sanches, eny m. vieira. characterization of the fractions of humics substances of differents molecular sizes. abstract: in this work have been realized the extration of húmic substances (sh) proceeding from the peat collected to the edges of the river mogi-guaçu, according to described methodology for rosa et al., 2000. the sh had been fractions in an equipment of ultrafiltration in three molecular sizes: between molecular sizes 30 -100 kda, less than 30 kda molecular sizes and more than 100 kda. the fractions had been characterized by different analytical techniques such electron paramagnetic resonance (epr), infrared spectroscopy, elemental analysis and spectroscopy in the region visible (uv/vis). it was verified that the fractions of lesser molar mass between 30 – 100 kda molecular sizes and less than molecular sizes presented a bigger on molecule number with oxygen while that the fraction of bigger molar mass more than100 kda molecular sizes presented a bigger number aromatical molecules. through the results of the elementary analyses and eletronic paramagnetic resonance, the fraction evidenced less than 30 kda showing smaller percentagens of carbon, nitrogen and hydrogen and a smaller amount of free radicals in relation to the othess, indicating that this fraction possess a smaller number of conjugated aromatical rings. already in the analyses for iv characteristic bands of the sh had been observed. keywords: humics substances; characterizations; peat. referências [1] plano 2015. projeto 4, oferta de energia elétrica, tecnologias, custos e disponibilidade, eletrobrás, rio de janeiro, 1993. 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they show high antibacterial activities against both grampositive and gram-negative bacteria tested. both derivatives of 2-aminobenzothiazole were active against the multiresistant bacteria with izd ranging from 9 -18 mm [5] and 9 – 20mm [4]. from the mic results it is observed that the [5] derivative produced a better antibacterial activity than the [4] derivative. the lethal concentrations (lc50) of the compounds were also determined. their solubilities and melting points were also determined. keywords: lethal concentration, derivatives, ethanamides, in vitro, invivo, bioactivity. *for correspondence www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 8 introduction thiazole and some of its derivatives have been found to be of physiological significant. vitamin b1 (thiamin), a heat-labile, water-soluble vitamin responsible for the proper metabolism of carbohydrate and its coenzyme cocarboxylate contain the thiazole ring [1]. there has been a lot of interest in the chemistry of thiazole derivatives. this is due to their high possession of antimicrobial activities. thiazole are known to posses antitubercular [2], antibacterial [3-4], fungicidal [5], hypotensive and hypothermic [6] activities. resistance to antibiotics is growing and has become a global concern [7]. the clinical efficacy of many existing antibiotics is being threatened by the emergence of multidrug resistant pathogens [8]. in an era of decreasing microbial susceptibilities to current available antimicrobials, there is a pressing need to develop new agents and therapeutic strategies for the treatment of infectious diseases [9-11]. this work reports the synthesis, characterization and antibacterial activity of n(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] and n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide [5]. experimental all reagents were of analytical grade and were used as supplied except otherwise stated. the compounds, n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] and n-(benzothiazol-2yl)chloroethanamide [5] were prepared following the methods described by allen and vanallan [12]. electronic spectra of tcaabt and caabt were generated using unican sp 800 uvvisible spectrophotometer. ir spectra were performed in nujol using puck specific model 500 spectrophotometer. the elemental microanalyses were done using leco-chns 932 microanalysis apparatus at the department of pharmaceutical sciences, university of strathchlyde, glasgow, scotland. synthesis of n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 9 to a hot solution of 2-aminobenzothiazole [1] (3.00g, 20mmol ) in acetic acid(30ml), trichloroacetic acid [2] (3.39g, 21mmol) dissolved in 40ml acetic acid was added drop wise with continuous stirring. the mixture was further stirred and refluxed for two hours at 900c. the mixture was allowed to cool. after twenty minutes, white precipitate formed. the precipitate was filtered and recrystallized in absolute ethanol. the yield was 79.40% and the melting point is 118-1200c. tcaabt is soluble in dmso at room temperature. it is also soluble in absolute ethanol, chloroform, diethyl ether and acetic acid at elevated temperature. the equation of reaction is shown in scheme 1. + [2], [3] [1] + [4], [5] [2], [4]; r = [3], [5]; r = r o c ohnh 2 r o cn h h 2 o ccl 3 ch 2 cl n s n s acetic acid [1]= 2-aminobenzothiazole [2]= trichloroacetic acid [3]= chloroacetic acid [4]= n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [5]= n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide scheme 1: synthesis of some n-(benzothiazol-2-yl)ethanamide synthesis of n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide to a hot solution of 2-aminobenzothiazole [1] (3.00g, 20mmol) in acetic acid(30ml), chloroacetic acid [3] (1.89g, 20mmol) dissolved in 20ml acetic acid was added drop wise with continuous stirring. the mixture was further stirred and refluxed for 40 minutes at 120 0 c and left overnight. the white precipitate formed was filtered, washed with cold ethanol several times and ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 10 dried. the yield was 87.40% and the melting point is 106-108 0 c. the equation of reaction is shown in scheme 1. antibacterial assay in vitro test: multi-resistant bacterial strains isolated from clinical conditions were used in the study. the bacterial strains used were escherichia coli (5 strains), proteus species (2 strains), pseudomonas aeroginosa (2 strains) and staphylococcus aureus (1 strain). the bacterial strains were resistant to ampicillin (10µg), chloramphenicol (30 µg), streptomycin (10 µg), trimethoprimsulphamethoxazole (25 µg) and tetracycline (30 µg). the antibacterial activities of n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide [5] and n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] against these multi-resistant bacteria were determined using the agar well diffusion method as described by chah et al[13]. mueller-hinton agar plates were inoculated with 0.1 ml of 3 hr broth culture of the test bacteria. using a cork borer, wells (7 mm in diameter and 2.5 mm deep) were bored into the inoculated agar. the test compounds were solubilised in 20 % v/v dimethyl sulfoxide (dmso) and 50 µl of each compound at a concentration of 20 mg/ml were delivered into the wells. one of the wells contained 20% v/v dmso and served as control. the plates were incubated at 37 o c for 24 hours and assessment of antibacterial activity was based on the measurement of the diameter of inhibition zone (izd) around the wells. the test was performed in triplicates mean izd was recorded to the nearest whole millimetre. the minimum inhibitory concentrations (mics) of the test compounds were determined using the agar dilution method as described by ojo et al [14]. two-fold serial dilutions of test compounds were made in 20% v/v dmso. one millilitre of each serial dilution was added to 19 ml of sterile mueller-hinton agar maintained at 45 o c, thoroughly mixed and poured into a sterile plate and the medium allowed to solidify. the final concentrations of the compounds ranged from 20mg/ml to 1.25mg/ml. amended media were incubated overnight at 37 o c to check for sterility. overnight nutrient broth cultures of the test bacteria were adjusted to contain approximately 10 8 cfu/ml and 25µl of each of the test organisms was spot-inoculated on the amended culture media. inoculated plates were incubated at 37 o c for 24 hours and observed for presence of visible growth. the minimum inhibition concentration was determined as the value of the lowest concentration that completely suppressed growth of the organisms. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 11 in vivo test: [brine shrimps lethality test (bslt)] the method of mclaughlin and coworkers was used to study the bioactivity of the synthesized compounds [15]. artemia salina eggs obtained from a pet shop in davis california was incubated in natural sea water (from bar beach, lagos, nigeria) in a dam-well under room condition. about ten (10) 48hshrimp nauplii in 1ml of autoclaved sea water were put into bijou bottles using a pasteur pipette under a stereo-microscope with a light source. they were separated into 7 groups in triplicate. increasing concentrations (10, 100, 1000 ppm) of the synthesized compounds (n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] and n-(benzothiazol-2yl)chloroethanamide [5]) were added into each of the triplicate and distilled water was added into the control group. the nauplii were incubated at room temperature (37 o c) for 24h after which the survivors in each well were counted. the results were analysed using finney probit analysis (ms-dos-computer-program) to determine the lc50 at 95% confidence interval. weak nauplii were noted as an indication of central nervous system depression. results and discussion electronic spectra analysis: n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] the uv spectra of [4] in dmso shows a single peak at 271nm (36900cm -1 ). this is indicative of π→π* transition in the aromatic ring. the compound has єmax of 1.8x10 4 . n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide the uv spectra of [5] in ethanol shows two very strong bands at 227nm (44053cm -1 ) and 263nm (38023cm -1 ). these are indicative of π→π* and n→ π* transition in the aromatic ring and carbonyl group respectively. it can be said that the nπ* transition did not appear in [4] because of the three chloride atoms present in the compound which can draw lone pairs of electron from the carbonyl group to themselves (this can deactivate the lone pair of electron in the carbonyl group) since they are highly electronegative compared to the [5] which has only one chlorine atom in the compound. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 12 infrared spectra analysis: vibrational frequencies of [4] and [5] displayed in table i: table i: the infrared spectra result of n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] and n(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide [5] n-(benzothiazol-2yl)trichloroethanamide n-(benzothiazol-2yl)chloroethanamide assignment cm -1 cm -1 3397 (br) 3404 (br) n-h stretching frequency 2980 (s) 2925 (s) 2750 (sh) 2853 (sh) c-h stretching frequency 1644 (s) 1600 (m) c=o stretching frequency 1565 (s) 1583 (s) aromatic ring c=c stretching frequency 1485 (s) 1457 (s) 1376 (m) 1377 (s) thiazole ring c=n stretching frequency 743 (s) 720 (s) c-s-c stretching frequency 627 (s) 631 (s) c-cl stretching frequency legend: br= broad; m= medium; s=strong; sh= shoulder the broad peak of medium intensities around 3397cm-1 in [4] and 3404cm-1 in [5] are due to n-h stretching frequency. the peak around 1644cm -1 and 1600cm -1 in [4] and [5] respectively are assigned c=o stretching frequency. the benzene ring vibration which occurred at 1565cm -1 in [4] and 1583cm-1 in [5] are assigned c=c stretching frequency. the peaks around 1485cm-1 and 1376cm -1 in [4] and 1457cm -1 1377cm -1 in [5] which are peculiar to thiazole ring c=n ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 13 stretching frequency were so assigned. the peaks at 1067cm -1 and 1097cm -1 in [4] and [5] respectively are assigned to c-cl stretching frequency. however, 743cm -1 and 720cm -1 are assigned c-s-c stretching frequencies for [4] and [5] respectively. elemental analysis: the elemental micro analytical results are shown in table 2: table 2: elemental micro analytical data for n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] and n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide [5]. compound calculated % found % c h n s c h n s [4] 36.55 1.69 9.48 34.69 2.22 8.94 [5] 47.68 3.09 12.36 14.13 42.79 3.25 11.06 14.31 antibacterial activity of [4] and [5] the results of the antibacterial activity of n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] and n(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide [5] against these multi-resistant bacteria are presented in table 3. both derivatives of 2-aminobenzothiazole were active against the multiresistant bacteria with izd ranging from 9 -18 mm [5] and 9 – 20mm [4]. from the mic results it is observed that the [5] derivative produced a better antibacterial activity than the [4] derivative. bearing in mind that the bacteria strains used in this study were highly resistant to conventional antibacterial agents the potentials of the test compounds as chemotherapeutic agents against multi-resistant bacteria can be exploited. table 3: antibacterial activity of n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4] and n(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide [5] n-(benzothiazol-2yl)chloroethanamide n-(benzothiazol-2yl)trichloroethanamide bacteria strain inhibition zone diameter (mm) mic (mg/ml) inhibition zone diameter (mm) mic (mg/ml) e. coli 1 14 2.5 9 5.0 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 14 e. coli 2 9 2.5 13 5.0 e. coli 3 18 2.5 13 5.0 e. coli 4 17 2.5 20 5.0 e. coli 5 10 2.5 10 5.0 proteus spp 1 17 2.5 15 10 proteus spp 2 15 2.5 12 10 p. aeroginosa 1 12 2.5 9 10 p. aeroginosa 2 11 2.5 9 10 staphylococcus aureus 11 2.5 11 5.0 lethal concentration (lc50) and effective concentration (ec50) results the cytotoxic result is shown in table 4. table 4:lethal concentration (lc50) result in ppm (cytotoxic test) s/n samples lc50 (ppm) ec50 (ppm) 1 n-(benzothiazol-2yl)trichloroethanamide 417.7±36.8 41.7 2 n-(benzothiazol-2yl)chloroethanamide 567.7±40.9 56.8 bslt is a rapid, inexpensive and single bioassay for testing bioactivity of natural and synthetic products, which in most cases correlates reasonably well with cytotoxicity and antitumour properties of the products [16]. the result of bslt established that the compounds contain very potent bioactive compounds. the bioactivity was rated moderate due to the values of the lc50. the ec50 value for general bioactivity is approximately one tenth of the value of the lc50 in bslt [15]. therefore the ec50 was estimated to be approximately 41.7 and 56.8 ppm for n(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide and n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide respectively. the surviving nauplii were dull and inactive, which may be a sign of central nervous system depression [15]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 15 conclusion: both derivatives of 2-aminobenzothiazole were active against the multiresistant bacteria with izd ranging from 9-18 mm n-(benzothiazol-2-yl)chloroethanamide [5] and 9 – 20mm n-(benzothiazol-2-yl)trichloroethanamide [4]. from the mic results it is observed that the [5] derivative produced a better antibacterial activity than the [4] derivative. bearing in mind that the bacteria strains used in this study were highly resistant to conventional antibacterial agents, the potentials of the test compounds as chemotherapeutic agents against multi-resistant bacteria can be exploited. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 16 references 1. g.n. schrauzer, j. kohnle, j.chem.ber. 97 (1964) 3059. 2. m. tsuruoka, i. seikutsugaka, med. biol. 10 (1947) 296. 3. m.a. maghraby, a.a. hassan, indian j. chem. 20(b) (1981) 256. 4. l.n. obasi, p.o. ukoha, e.o. omeje, o.c. esimone, j. chem. soc. nigeria. 35(2) (2009) 162-167. 5. s.i. buristrov, z.a. bobashko, ussr pat. 154861 (1964). 6. r.p. kapoor, m.k. rastogi, r. 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o metal é o sétimo mais abundante no planeta [1]. o nome do elemento deriva da palavra grega chroma, que signifi ca aquilo que apresenta cor [2]. possivelmente esta denominação faz referência às distintas colorações das soluções do metal, que podem apresentar-se na cor verde, azul, amarelo, laranja, dependendo de seu estado de oxidação [1, 3]. efeito similar pode ser observado em algumas pedras preciosas, tais como a esmeralda, o rubi, a safi ra, a jade, dentre outras, que devem suas exuberâncias à presença deste metal em suas composições [1]. dentre as distintas forma de manifestação do metal, a cromita {fe(cro2)2}é o mineral mais abundante na natureza tendo, a áfrica do sul, o país que apresenta as maiores reservas e responsável por 43,7% da produção mundial. somente no ano de 1999, o brasil produziu 420.000 toneladas de cromita, sendo, quase a metade, destinada a atender a demanda interna [4]. através de intervenções químicas, a cromita pode ser convertida em vários produtos utilizados em curtumes, pigmentos, preservativos para madeira, síntese orgânica, ensaios catalíticos, fotossensibilizantes, dentre outros. aplicações mais corriqueiras utilizam cromo na indústria metalúrgica, a fi m de obter ligas metálicas e estruturas para a construção civil. outros empregos incluem soldagem, inibidor de corrosão, cerâmicas refratárias, borrachas, etc [1, 5, 6]. na maioria dos alimentos o cr existe em baixas concentrações. dentre os alimentos mais ricos estão o peixe, a lagosta, o frango e o levedo de cerveja. nestas matrizes, o teor máximo permitido pela legislação nacional é de 1,0 μg ml-1 para cr+3 e 0,05 μg ml-1 para cr+6 [1, 7-9]. para o homem e os animais, o cr+3 é um nutriente essencial que desempenha papel imporecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010158 ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010 159 artigo article artigo article tante no metabolismo da glicose, lipídeos e proteínas [5]. apresenta atividade biológica relevante na interação com a insulina; como receptor celular através da formação do complexo dinicotinado de cromo–glutationa, comumente chamado de fator de tolerância à glicose (ftg) [10]. por outro lado, a sua defi ciência pode provocar neuropatia periférica, perda de peso e disfunção do metabolismo da glicose, hiperglicemia, níveis elevados de colesterol, aterosclerose, opacidade da córnea, dentre outras moléstias [1, 11-13]. o cr (iii) forma complexos bastante inertes quimicamente. seus espectros apresentam fracas bandas de absorção e, esta propriedade, associada ao fato do metal ligar-se fortemente a nucleotídeos e outras moléculas biológicas, permite investigar a ação de certas enzimas e o esclarecimento dos sítios de ligação das proteínas e outras macromoléculas. este entendimento possibilita a compreensão de certos processos enzimáticos complexos, uma vez que, esta entidade química, pode substituir ativadores ou inibidores de algumas enzimas [14, 15]. a toxicocinética dos compostos de cr depende do estado de oxidação do metal e da natureza da ligação química. em geral, os compostos de ocorrência natural apresentam o metal no estado trivalente, enquanto àqueles produzidos industrialmente no estado hexavalente. o cr+6 penetra facilmente nas células, enquanto o cr+3 pode ser absorvido por difusão passiva ou fagocitose [1, 11, 16]. uma vez absorvido, o cr é transportado pelo sangue para vários órgão e tecidos. o cr+3 liga-se as proteínas séricas, enquanto o cr+6 é prontamente incorporado pelos eritrócitos através de difusão passiva nas células, com posterior ligação com a globina [1]. o cr transportado pelo sangue concentra-se, principalmente, no fígado, rins, baço e pulmões [9]. a população em geral está exposta ao cr pela inalação do ar ambiental, ingestão de água e alimentos contaminados e exposição ocupacional. o espectro dos efeitos tóxicos promovidos pelos cr(vi) inclui a sua ação carcinogênica para o homem, atribuídas às dermatoses, ulcerações, perfuração do septo-nasal, rinite atrófi ca e lesões renais. por outro lado, o cr(iii) atua no metabolismo do colesterol, de ácidos graxos e da glicose. assim, e considerando a importância no estudo das distintas formas do cr, o presente trabalho descreve os resultados espectrofotométricos realizados com o cr+3, cro4 -2 e cr2o7 -2, a fi m de investigar seus comportamentos com as variações de ph e extrair o coefi ciente de absortividade molar para cada sistema. materiais e métodos equipamentos espectrofotômetro uv-vis 1650 pc da marca shimadzu. todos os experimentos foram conduzidos com cubetas de quartzo de 1 cm de caminho ótico. para a preparação das soluções de trabalho foi empregada uma balança analítica da marca marte mict. todos os valores de ph das soluções utilizadas foram ajustados com um phmetro da marca marconi pa200, modelo rs232. antes de seu uso, o eletrodo combinando de vidro foi previamente calibrado. reagentes e procedimentos experimentais os reagentes utilizados foram ácido acético, ácido fosfórico, ácido bórico, hidróxido de sódio, cloreto de cromo (iii) e cromato de potássio. todos de grau analítico. soluções tampão britton e robinson (br) foram obtidas através da mistura dos ácidos acético, fosfórico e bórico. o ph das soluções, no intervalo de 2 a 12, foi ajustado pela adição de hidróxido de sódio. soluções de cr+3 e cro4 -2 foram obtidas através da dissolução dos sais diretamente em água. todas as soluções foram geradas utilizando água de alta pureza. resultados e discussão o comportamento espectrofotométrico do sistema cro4 -2 / cr2o7 -2 foi inicialmente investigado para soluções de 1,5x10-4 mol l-1 de k2cro4 em solução tampão b-r no intervalo de ph entre 2 a 12,0 entre comprimento de onda (λ) de 800 a 190 nm.. a figura 1 mostra a infl uencia da mudança de ph nos valores de 2,0 e 12,0 sobre o sinal do sistema. 200 300 400 500 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 i a b ab so rb an cia λ (nm) ii figura 1. espectros de absorção uv-vis de 1,5x10-4 mol l-1 de cro4 -2 em solução tampão b-r. curva (a) ph 2,0 e (b) ph 12,0. a curva espectrofotométrica para o íon em ph 2,0 é caracterizada por apresentar um par de picos bem defi nidos em valores de λ 350 nm (pico i) e 256 nm (pico ii). em valor de ph 12,0 o pico (i) desloca-se para comprimentos de onda mais longos (λ 373 nm); efeito similar também é observado para o pico (ii) no qual o deslocamento ocorre para λ 273 nm. em adição, três pontos isoabsortivos são observados em λ 337 nm, 297 nm e 244 nm. este comportamento é indicativo de um processo de conversão entre dois sistemas [17]. esta conversão envolve os íons cromato e o dicromato, e pode ser representada pela expressão [18]: 2cro4 -2 + 2h+ ® cr2o7 -2 + h2o(i). os espectros uv-vis obtidos em amplo intervalo de ph para 1,5x10-4 mol l-1 de cro4 -2 em solução tampão b-r são mostrado na figura 2. ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010160 ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010 161 artigo article artigo article 200 300 400 500 0,0 0,5 1,0 1,5 ii a b c d e ab so rb an cia λ (nm) i figura 2. espectros de absorção uv-vis de 1,5x10-4 mol l-1 de cro4 -2 em solução tampão b-r. curva (a) ph 2,0; curva (b) ph 5,0; curva (c) ph 6,0; curva (d) ph 7,0 e curva (e) ph 8,0. 2 4 6 8 10 12 260 280 300 320 340 360 380 2 4 6 8 10 12 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 b a b λ (n m ) ph a a bab so rb an cia ph figura 3 (a). relação entre comprimento de onda e ph. curva (a): pico ii e (b): pico i. figura 3 (b): relação entre absorbancia em função das variações do ph. curva (a): pico i e (b): pico ii. a figura 3a mostra que o deslocamento das bandas de absorção, para λ de menor energia em função das mudanças nos valores de ph, principia em ph 5,0 e apresenta estabilidade em valores de ph 7,0. em outra mão, as leituras de absorbância em função das variações de ph (figura 3b) mostram crescimento entre 2,0<ph<8,0, seguido de um patamar. observa-se, ainda, que a altura dos picos i e ii são coincidentes em valor de ph 6,0. com o aumento no ph constata-se que o pico i aumenta signifi cativamente em relação ao pico ii. sistema dicromato assim, e considerando que a variação de ph é um parâmetro de conversão entre as espécies cr2o7 -2 e cro4 -2, a seguir, investigou-se a infl uencia das mudanças na concentração de cro4 -2 sobre os sinais espectrofotométricos de cada uma das entidades químicas. para este estudo escolheu-se avaliar esta infl uência em valores de ph 2,0 e 9,0, respectivamente. a figura 4 mostra os resultados obtidos para ph 2,0. os resultados evidenciam que, a conversão entre os dois íons, inicia-se em valor de ph 5,0 e fi nda em valor de ph 8,0, sendo preponderante em valores de ph entre 5,0 a 7,0. assim, em ph < 5,0 predomina a espécie cr2o7 -2, enquanto na região de ph 7,0 a espécie presente é o cro4 -2. no intervalo entre 5,0<ph<7,0 é a região de conversão entre os dois sistemas. esta relação pode ser melhor visualizada na figura 3. ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010162 ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010 163 artigo article artigo article 200 300 400 500 0,0 0,4 0,8 1,2 0,0 8,0x10-5 1,6x10-4 2,4x10-4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ii b a b c d e f ab so rb an cia λ (nm) a i a b ab so rb an cia dicromato (mol l-1) figura 4 (a). espectros de absorção uv-vis para cr2o7 -2 obtidos em solução tampão b-r ph 2,0. curvas: (a) 3,7x10-5 mol l-1; (b) 7,5x10-5 mol l-1; (c) 1,1x10-4 mol l-1; (d) 1,5x10-4 mol l-1; (e) 1,8x10-4 mol l-1 e (f) 2,2x10-4 mol l-1. figura 4(b): relações entre sinal x [cr2o7 -2] obtidas a partir de 4(a). curvas: (a) pico ii e (b) pico i. 200 300 400 500 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,0 2,0x10-5 4,0x10-5 6,0x10-5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 ii b a b c d e f ab so rb an cia λ (nm) a i a bab so rb an cia cromato (mol l-1) figura 5 (a). espectros de absorção uv-vis para cro4 -2 obtidos em solução tampão b-r ph 9,0. curvas: (a) 9,0x10-6 mol l-1; (b) 1,8x10-5 mol l-1; (c) 2,7x10-5 mol l-1; (d) 3,6x10-5 mol l-1; (e) 4,5x10-5 mol l-1 e (f) 5,4x10-5 mol l-1. figura 5(b): relações entre sinal x [cro4 -2] obtidos a partir de 5(a). curvas: (a) pico i e (b) pico ii. em valor de ph 2,0 os dois sinais (picos i e ii) aumentam em função do aumento na concentração de cr2o7 -2 em toda a região de concentração investigada, sem apresentar deslocamento nos λ monitorados. a regressão linear dos dados correspondentes ao pico ii pode ser representada pela expressão: a= 9,7x10-2 + 3,9x103 [cr2o7 -2], r= 0,9995, n= 6, onde a= absorbância; 0,097= coefi ciente linear; 3,9x103= coefi ciente angular; [cr2o7 -2]= concentração de dicromato (mol l-1); n= número de medidas e r= coefi ciente de correlação. a regressão linear para o pico i mostra s seguintes parâmetros: a= 6,0x10-2 + 2,9x103 [cr2o7 -2] , r= 0,9994, n= 6, onde, cada termo tem as mesmas denominações anteriores. através destas relações é possível estimar os coefi cientes de absortividade molar (ε) para o íon [cr2o7 -2] em ph 2,0 nos dois valores de comprimento de onda. assim, para λ em 256 nm, ε= 3,9x103 mol-1 cm-1 l, enquanto para λ em 350 nm, ε= 2,9x103 mol-1 cm-1 l. sistema cromato estas mesmas relações foram estudadas em ph 9,0 onde predomina a espécie cro4 -2. a figura 5 mostra os resultados. os registros gerados para cro4 -2 em ph 9,0 são bem defi nidos e os sinais aumentam em função do aumento na concentração da espécie, para ambos picos. a regressão linear dos dados de absorbância em função da concentração de cro4 -2 mostra as seguintes relações: (pico em 273 nm) y= 0,074 + 7,5x103 [cro4 -2], r= 0,9999, n= 6, onde [cro4 -2]; r e n têm as mesmas defi nições já apresentadas. para o pico (λ 371 nm), y= 0,036 + 9,9x103 [cro4 -2], r= 0,9998, n= 6. através destas relações, os valores de ε (λ 273 nm) = 7,5x103 mol-1 cm-1 l e ε (λ371 nm) = 9,9x103 mol-1 cm-1 l, em ph 9,0. sistema cr(iii) o comportamento espectrofotométrico do cr+3 foi avaliado em solução tampão b-r em concentração fi xa de 3x10-2 mol l-1. os resultados são mostrados na figura 6. ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010164 ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010 165 artigo article artigo article 300 400 500 600 700 800 0,0 0,3 0,6 0,9 i a b c d ab so rb an cia λ (nm) ii figura 6. espectros de absorção uv-vis para 3x10-2 mol l-1 de cr+3 em solução tampão b-r. curvas: (a) ph 2,0; (b) ph 3,0; (c) ph 4,0 e (d) ph 7,0. 2 3 4 5 6 7 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 2 3 4 5 6 7 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 a pico i pico ii co m pr im en to d e on da (n m ) ph b pico i pico ii ab so rb an cia ph figura 7 (a). relações entre λ versus ph e (b): absorbância versus ph obtidas para 3x10-2 mol l-1 de cr+3 em solução tampão b-r. os espectros apresentam 2 picos de absorção em λ 610 nm e λ 430 nm (picos i e ii), respectivamente. ambos se deslocam para comprimentos de onda menor em função do avanço nos valores de ph, seguido de diminuição do sinal em valor de ph>4,0. estas relações são melhor observadas na figura 7. o comportamento observado para o sistema é típico de processo espontâneo de conversão do cr+3 para cr+2 com formação do precipitado de hidróxido de cromo em função do aumento nos valores de ph [18]. considerando a pronta conversão do cr+3 para cr+2 em valores de ph>2,0, efetuou-se um estudo cinético da espécie cr+3 em ph 2,0, a fi m de determinar a estabilidade da forma cr+3 neste valor de ph. os resultados apontaram que a espécie é estável em ph 2,0 por um período de até 1,5h. considerando a estabilidade desta entidade química neste valor de ph, a seguir investigou-se a relação do aumento na concentração de cr+3 sobre os sinais de absorbância. os resultados são mostrados na figura 8. ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010166 ecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010 167 artigo article artigo article 400 600 800 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 0,0 2,0x10-2 4,0x10-2 6,0x10-2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 a b c d e f a ab so rb an cia λ (nm) b pico i pico iii ab so rb an cia cr+3 (mol l-1) ii figura 8 (a). espectros de absorção uv-vis para cr+3 obtidos em solução tampão b-r ph 2,0. curvas: (a) 5,0x103 mol l-1; (b) 1,5x10-2 mol l-1; (c) 2,5x10-2 mol l-1; (d) 3,5x10-2 mol l-1; (e) 4,5x10-2 mol l-1 e (f) 4,9x10-2 mol l-1. figura 8 (b). relações entre sinal x [cr+3] obtidos a partir de 8(a). de acordo com a relação de beer [19], os sinais do cr+3 aumentam em função dos incrementos na concentração do metal. as regressões lineares das curvas mostradas na figura 8b são: pico (i) y= -0,001 + 16,5 [cr+3], r= 0,9993, n= 10. pico (ii): y= -0,015 + 21,04 [cr+3], r= 0,9997, n= 10, onde [cr+3]= concentração de cr+3 (mol l-1), r e n têm os mesmos signifi cados anteriores. assim, os valores de ε (λ 610 nm = pico i) = 16,5 mol-1 cm-1 l e ε (λ 430 nm= pico ii) = 21,04 mol-1 cm-1 l, em ph 2,0. os resultados destas avaliações são resumidos na tabela 1. tabela 1. valores de ε para cada um dos sistemas estudados. sistemas ε (mol-1 cm-1 l) cr2o7 -2 (ph 2,0) λ (256 nm)= 3,9x103 λ (350 nm)= 2,9x103 cro4 -2 (ph 9,0) λ (273 nm)= 7,5x103 λ (371 nm)= 9,9x103 cr+3 (ph 2,0) λ (430 nm)= 21,04 λ (610 nm)= 16,5 conclusões os resultados mostraram que, alterações nos valores de ph do meio reacional, provocam a conversão entre as espécies cromato e dicromato. para inibir o processo entre cr+3 a cr+2 é necessário que as medidas sejam realizadas em ph bastante ácido. os valores de ε, para estas espécies, mostram-se distintos para cada λ monitorado e, valores mais elevados, foram observados para a forma cro4 -2. neste caso, para uma análise quantitativa de cr em uma matriz qualquer, o sistema mais sensível é a sua conversão na forma cro4 -2, com monitoramento do pico i. abstract: a spectrophometric study of the speciation of the chemical forms cr+3, cro4 -2 and cr2o7 -2 was carried out on a wide interval of ph (from 2,0 to 12,0) in a britton-robinson buffer solution. the absorption spectra of the ultraviolet and visible regions are well defined and show bands in the two spectral regions. the relation between absorbance versus concentration for each chemical species allowed us to know the molar absorption coefficients of the chemical entities. keywords: chromate, chromium, dichromate, molar absorption coeffi cients. referencias [1] c. s. silva, m. f. m. pedroso, ecotoxicologia do cromo e seus compostos, caderno de referencia ambiental, vol. 5, centro de recursos ambientais, salvador, ba, 2001. 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[19] d. a. skoog, f. j. holler, t. a. nieman, princípios de análise instrumental, bookman, porto alegre, rs, 2002. eq-vol30n01 02.pmd 15 volume 30, número 1, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(1): 15-20, 2005 synthesis, characterization and thermal behaviour of solid state compounds of 4-methoxybenzoate with manganese, nickel and copper. e. c. rodrigues, a. c. vallejo, e.y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro departamento de química analítica , instituto de química – unesp, caixa postal 355, cep 14801-970, araraquara – sp, brazil. abstract: solid state m-l compounds, where m stands for bivalent mn, ni, cu and l is 4-methoxybenzoate, have been synthesized. simultaneous thermogravimetry – differential thermal analysis (tg-dta), x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, elemental analysis and complexometry were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. the results led to information about the composition, dehydration, thermal stability and thermal decomposition of the isolated compounds. keywords: mn, ni, cu, 4-methoxybenzoate, thermal behaviour introduction several metal-ion salts of benzoic acid, as well as benzoic acid derivatives, have been reported. wendlandt synthesized thorium salts with several organic acids, including 4-methoxybenzoic acid [1], benzoic and m-hydroxybenzoic acids [2], and studied the thermal stability and the thermal decomposition of these compounds. glowiack and co-workers [3] studied the reaction of bivalents copper, cobalt and nickel with 3-hidroxy-4-methoxy and 3-methoxy-4-hidroxybenzoic acids. brzyska and karasinski [4] studied the thermal decomposition of thorium salts of benzoic and 4methoxybenzoic acids in air atmosphere. the complexation of trivalent lanthanides cations with various aromatic monocarboxylate ligands has also been described [5-7]. in this study, solid state compounds of bivalent manganese, nickel and copper with 4methoxybenzoate were prepared. these compounds were characterized and studied by complexometric titration, simultaneous tg-dta, x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and elemental analysis. the data obtained allowed us to acquire new information concerning these compounds in the solid state, including their thermal stability and thermal decomposition. experimental the 4-methoxybenzoic acid (98%) was obtained from acros organics and used without further purification. the hydrated basic carbonates of mn (ii), ni (ii) and cu (ii) were prepared by adding slowly with continuous stirring, satured sodium carbonate solution to the corresponding metal chloride solutions, until complete precipitation of the metal ions; except for copper, where the sulphate was used. the precipitates were washed with distillated water until elimination of chloride or sulphate ions. (negative tests with agno3/ hno3 or bacl2 solutions). solid state mn (ii), ni (ii) and cu (ii) compounds were prepared by neutralizing the corresponding aqueous suspensions of hydrated basic carbonates with 4-methoxybenzoic acid in excess. the suspensions were heated slowly up to ebullition, until total neutralization of the respective basic carbonates. the resulting solutions after cooled were maintained in an ice bath to precipitated the acid in excess. thus, the suspensions were filtered 16 ecl. quím., são paulo, 30(1): 15-20, 2005 through a whatman nº 40 filter paper and the filtered evaporated in a water bath until near dryness and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. in the solid state compounds, metal ion, water and 4-methoxybenzoate contents were determined from the tg curves. the metal ions were also determined by complexometry with standard edta solution [8, 9] after igniting the compounds of the respective oxides and their dissolution in hydrochloric acid. carbon and hydrogen contents were determined by microanalytical procedures, with an ea 1110 chns-o elemental analyzer from ce instruments. x-ray powder patterns were obtained with a siemens d-5000 x-ray diffractometer using cu ka radiation (l = 1.544 å) and setting of 40 kv and 20 ma. infrared spectra for sodium 4methoxybenzoate as well as for its metal-ion compounds, were run on a nicolet model impact 400 ft-ir instrument, within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pallets. simultaneous tg-dta curves were obtained with thermal analysis system model sdt 2960 from ta instruments. the purge gas was an air flow of 150 ml min-1. a heating rate of 10 ºc min-1 was adopted with samples weighing about 7 mg. alumina crucible was used for tg-dta. results and discussion the analytical data are shown in table 1. this results establish the stoichiometry of these compounds, which are in a agreement with the general formula ml2.nh2o, where m represents mn (ii), ni (ii) or cu (ii), l is 4-methoxybenzoate and n = 2, 3.5 and 3 respectively. the x-ray diffraction powder patterns (fig.1) show that all the compounds have a crystalline structure, without evidence for formation of an isomorphous series. table 1. analytical data for the ml2.nh2o compounds figure 1. x-ray powder diffraction patterns of the compounds: (a) mn(l)2.2h2o, (b) ni(l)2 3.5h2o and (c) cu(l)2.3h2o. (l=4-methoxybenzoate). l = 4-methoxybenzoate 17ecl. quím., são paulo, 30(1): 15-20, 2005 infrared spectroscopic data on 4methoxybenzoate and its compounds with the metal ions considered in this work are shown in table 2. the investigation was focused mainly within the 1700 – 1400 cm-1 range because this region is potentially most informative to assign coordination si tes. in sodium 4methoxybenzoate, strong band at 1543 cm-1 and a medium intensity band located at 1416 cm-1 are attributed to the anti-symmetrical and symmetrical frequencies of the carboxylate groups, respectively [10,11]. the manganese, nickel and copper compounds, presented practically the same symmetrical and antisymmetrical vibrations of the coogroups, and with the dn very mean when compared with the sodium salt, indicating that compounds have ionic character. the dn values also indicate a decrease of the ionic character with the increase of the atomic number of these metal ions. table 2. spectroscopy data for sodium 4-methoxybenzoate and compounds with manganese, nickel and copper.(c) ; a ν as and n sym = anti-symmetrical and symmetrical vibrations of the coogroup, respectively.; b ∆ν = n as n sym; c s = strong; m = medium simultaneous tg-dta curves of the compounds are shown in figs. 2 4. these curves show mass losses in steps, corresponding to endothermic peaks due to dehydration and the exothermic peaks attributed to oxidation of the organic matter. in all the tg-dta curves, the final mass loss profile shows that the sample temperature is greater than the oven temperature, indicating that the oxidation of the organic matter is accompanied by the combustion. the thermal stability of the anhydrous compounds (i), as well the final temperature of thermal decomposition (ii) as shown by the tgdta curves, depend on the nature of the metal ion, and they follow the order: (i) mn >cu > ni (ii) mn > ni > cu the thermal behaviour of the compounds is heavily dependent on the nature of the metal ion and so the features of each these compounds are discussed individually. manganese compound. the simultaneous tg-dta curves are shown in fig. 2. the first mass loss observed between 80 and 150ºc, corresponding to an endothermic peak at 139ºc is due to dehydration with loss of 2 h2o (calcd = 9.16%; tg = 9,28%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two overlapping steps between 240 – 390ºc, and 390 and 456ºc, with losses of 32.70 and 38.38%, respectively, corresponding to the exothermic peak at 456ºc, attributed to oxidation and combustion of the organic matter. the total mass loss up to 456ºc, is in agreement with the formation of mn3o4 as final residue (calcd. = 80.60%, tg. = 80.36%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. 18 ecl. quím., são paulo, 30(1): 15-20, 2005 figure 2. tg and dta curves of the mn(l)2. 2h2o (l=4-methoxybenzoate). nickel compound. the tg-dta curves are shown in fig. 3. the mass loss that occurs between 100 and 160ºc, corresponding to the endothermic peak at 143ºc, is due to dehydration with loss of 3.5 h2o (calcd. = 14.87%; tg = 14.89%). immediately after the dehydration, the anhydrous compound shows mass loss that begins with a slow process (up to 320ºc), followed by a fast process to give the oxide level beginning at 430ºc, with losses of 5.60 and 62.00%, respectively, corresponding to the exothermic event with two peaks at 410 and 415 ºc, attributed to the oxidation and combustion of the organic matter. in both temperatures (410 and 415 ºc), the anomaly observed in the tg-dta curves is due to the combustion of the organic matter, where the sample temperature exceed the oven one. the total mass loss up to 430ºc, is in agreement with the formation of nio as final residue (calcd. = 82.38%; tg = 82.49%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. figure 3. tg and dta curves of the ni(l)2 3.5 h2o (l=4-methoxybenzoate). 19ecl. quím., são paulo, 30(1): 15-20, 2005 copper compound. the tg-dta curves are shown in fig.4. the first mass loss observed between 70 and 120ºc, corresponding to the endothermic peak is due to dehydration water with loss of 3 h2o (calcd. 12.87%; tg = 12.99%) the anhydrous compounds is stable up to 235ºc, and above this temperature the thermal decomposition occurs in three overlapping steps with losses of 14.50% (235-262ºc), 21.76% (262350ºc) and 31.82% (350-415ºc), corresponding to exothermic peaks at 278ºc, 319ºc and 415ºc, respectively, attributed to the oxidation and for the last step, oxidation and combustion of the organic matter. the total mass loss up to 415ºc is in agreement with the formation of cuo, as final residue (calcd = 81.05%; tg=81.07%), and confirmed by x-ray powder diffractometry. figure 4. tg and dta curves of the cu(l)2. 3h2o (l=4-methoxybenzoate). the tg-dta, provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank fapesp (proc. 97/126468), cnpq and capes foundations (brazil) for financial support. recebido em: 11/05/2004 aceito em: 19/11/2004 conclusions from tg, complexometry and elemental analysis data, a general formula could be established for the binary compounds involving mn (ii), ni (ii) and cu (ii), and 4-methoxybenzoate. the x-ray powder patterns pointed out that the synthesized compounds have a crystalline structure without evidence concerning the formation of isomorphous series. the infrared spectroscopy data suggest that the 4-methoxybenzoate of manganese, nickel and copper are compound of ionic nature. 20 ecl. quím., são paulo, 30(1): 15-20, 2005 e. c. rodrigues, a. c. vallejo, e. y. ionashiro, g. banach, m. ionashiro. síntese, caracterização e comportamento térmico dos 4-metoxibenzoatos de manganês, níquel e cobre, no estado sólido. resumo: compostos m – l foram sintetizados no estado sólido, onde m representa os íons bivalentes mn, ni, cu e l é o ânion 4 – metoxibenzoato. esses compostos foram caracterizados e estudados, utilizando-se as técnicas de difração de raios x pelo método do pó, espectroscopia na região do infravermelho, análise elementar, complexometria e termogravimetria – análise térmica diferencial simultânea (tg – dta). os resultados permitiram obter informações com respeito à estequiometria, desidratação, estabilidade térmica e decomposição térmica. palavras-chave: mn, ni, cu, 4 – metoxibenzoato, comportamento térmico. references [1] w. w. wendlandt. anal. chim. acta. 17(3) (1957) 295. 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encontrados corantes tóxicos, alguns carcinogênicos e/ou mutagênicos, devido à fixação incompleta à fibra de tecido durante o processo de tingimento [1-3]. a adsorção utilizando materiais adsorventes de baixo custo tem despertado crescente interesse como técnica para remoção dos poluentes em solução aquosa e para este fim, diversos resíduos orgânicos e industriais têm sido testados [4-6]. as cinzas de carvão mineral são constituídas basicamente de sílica e alumina, sendo possível convertê-las em material zeolítico após tratamento hidrotérmico em meio alcalino [7-12]. o material zeolítico é caracterizado por alta capacidade de troca catiônica e boa adsorção podendo ser usado como adsorvente de baixo custo. uma das principais aplicações da zeólita de cinzas de carvão tem sido na remoção de íons metálicos e 45ecl. quím., são paulo, 34(1): 45-50, 2009 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 34, número 1, 2009 aplicação de material zeolítico sintetizado de cinzas de carvão como adsorvente de poluentes em água d. a. fungaro, j. c. izidoro, m. bruno centro de química e meio ambiente instituto de pesquisas energéticas e nucleares (ipen cnen/sp) – cep 05508-900 são paulo sp brasil *dfungaro@ipen.br resumo: cinzas leve de carvão tratadas pelo método hidrotérmico foram usadas como adsorvente de baixo custo para a remoção de íons metálicos e corante de solução aquosa. as isotermas de adsorção das cinzas leve tratadas foram estudadas e os resultados foram ajustados pelos modelos de langmuir e freundlich. a isoterma de freundlich descreveu melhor o processo de adsorção do azul de metileno. os dados de equilíbrio para a adsorção dos íons zinco e cádmio se ajustaram melhor á equação de langmuir. o valor máximo de capacidade de adsorção obtido foi de 0,78 (mg g-1)(l mg)1/n para o azul de metileno, 38,1 mg g-1 para o zn2+ e 67, 5 mg g-1 para o cd2+. os materiais sintetizados exibiram capacidades de adsorção muito maiores do que as das cinzas leves usadas como matéria-prima. o estudo mostrou que o material zeólitico pode efetivamente adsorver azul de metileno e íons metálicos com eficiências de remoção na faixa de 82-99%. palavras-chave: material zeolítico; adsorção; cinza leve de carvão. eq07-af:modelo-af 7/20/09 10:13 pm página 45 do íon amônio em água [13-19]. estudos sobre esta alternativa em relação à remoção de corantes em água são mais escassos [20-23]. a despeito da grande quantidade de artigos sobre zeólita de cinzas de carvão, a importância de estudos com cinzas geradas no brasil vem do fato de que estas apresentam propriedades físico-químicas e mineralógicas características. estas propriedades irão influenciar o processo de síntese das suas respectivas zeólitas. além disso, cinzas geradas na mesma usina, mas de diferentes amostragens, também poderão apresentar zeólitas sintetizadas com características distintas. o objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência de adsorção do azul de metileno e dos íons zn2+ e cd2+ sobre zeólitas sintetizadas a partir de cinzas de carvão, de diferentes amostragens, submetidas às mesmas condições de tratamento hidrotérmico. o azul de metileno, um típico corante básico usado para propósitos medicinais e na indústria têxtil, é o mais usado em testes de adsorção porque é considerado um composto modelo para o estudo da remoção de contaminantes orgânicos de solução aquosa. zinco e cádmio estão entre os principais íons metálicos encontrados em altas concentrações nos efluentes da indústria do setor mineral e metal mecânico. material e métodos material todos os reagentes usados eram de grau analítico. as soluções dos íons metálicos e do azul de metileno (ci 52015) foram preparadas a partir da diluição de solução estoque com água ultrapura do sistema millipore milli-q. agitador mecânico com temperatura controlada, centrífuga e espectrofotômetro cary 1e – varian foram utilizados. preparação das zeólitas as cinzas de carvão geradas na usina termelétrica de figueira, localizada no paraná, foram utilizadas no estudo. as cinzas leves de carvão retidas no filtro manga foram amostradas num período de 10 meses em intervalos de 2 meses, perfazendo um total de 5 lotes de cinzas. as zeólitas das cinzas do filtro manga (zm) com números de 1 a 5 referem-se ao material coletado nas 5 amostragens. a amostra contendo 30 g de cinzas de carvão foi colocada com 240 ml de naoh 3,5 mol l-1 e aquecida em estufa, à 100o c, por 24 h. a suspensão foi filtrada e o sólido foi repetidamente lavado com água deionizada até o filtrado apresentar ph ~ 10. o sólido foi seco em estufa a 50o c. as zeólitas foram caracterizadas por: fluorescência de raios-x (rigaku, rix-3000), difração de raios-x (rigaku, multiflex), área superficial específica bet (quantachrome corp., nova 1200) e massa específica (pictômetro micromeritcs – accupyc 1330) [24]. estudos sobre a remoção dos compostos tóxicos a remoção dos compostos pelas zeólitas foi realizada por processos descontínuos. uma alíquota de 100 ml da solução do adsorbato de concentração conhecida foi colocada em béqueres com 1 g de zeólita e agitada com agitador mecânico com temperatura controlada a 120 rpm. o tempo de equilíbrio das isotermas foi determinado em 24 h para os íons metálicos e 90 min para o azul de metileno a partir de estudos cinéticos [24-25]. o sobrenadante foi separado por centrifugação e a concentração final nesta solução foi determinada. os íons metálicos zn2+ e cd2+ foram determinados por titulação complexiométria com edta com concentração inicial na faixa de 261 a 895 mg l-1. a concentração do corante azul de metileno foi determinada por espectrofotometria em lmax = 650 nm, após ajuste do ph para 5, na faixa de trabalho de 1,6 a 32 mg l-1. resultados e discussão caracterização dos materiais adsorventes a tabela 1 apresenta a composição química (em % em massa) determinada por fluorescência de raios-x de todas as zeólitas de cinzas de carvão utilizadas no estudo. as zeólitas de cinzas de carvão constituíam-se principalmente de alumina e sílica (2244%) e conteúdos baixos de óxido férrico (10 – 13%) e óxidos de cálcio (2 – 5%). encontraramse os óxidos de potássio, titânio, enxofre, magnésio e outros compostos em quantidades menores que 4%. o conteúdo de na2o passou da faixa de 0,98-1,2% encontrada nas cinzas [25] para 7,5 15,9% nas respectivas zeólitas. este aumento 46 ecl. quím., são paulo, 34(1): 45-50, 2009 eq07-af:modelo-af 7/20/09 10:13 pm página 46 pode ser atribuído ao uso de solução concentrada de naoh no processo de conversão em zeólita. as áreas superficiais específicas e as massas específicas das zeólitas de cinzas de carvão foram determinadas pelas isotermas de adsorção de nitrogênio (tabela 2). a área superficial bet apresentou valores entre 53,4 a 90,7 m2/g. estes valores eram pelo menos 5 vezes maiores do que o das respectivas cinzas usadas como matéria-prima devido á cristalização das zeólitas sobre as partículas esféricas lisas das cinzas. o valor médio da massa específica foi de 2,46 indicando a presença de partículas ricas em fase vítrea contendo quartzo e mulita, observada também nos difratogramas de raios-x. 47ecl. quím., são paulo, 34(1): 45-50, 2009 figura 1. difratograma da zeólita sintetizada a partir de cinzas de carvão zm1. q = quartzo; m = mulita; h =hidroxisodalita; p = na-p1. a figura 1 apresenta um difratograma de raios-x para a zeólita de cinzas de carvão zm1. o estudo revelou a formação preferencial da zeólita na-p1 após o tratamento hidrotérmico alcalino juntamente com hidroxisodalita. quartzo e mulita são provenientes das cinzas que não reagiram e que fazem parte do material zeolítico. os difratogramas das zeólitas zm2 a zm5 (não apresentados) são similares ao da zeólita zm1. outros autores reportaram resultados semelhantes do valor da área superficial específica [22, 26] e das fases encontradas pela dr-x [11-12, 22] das zeólitas de cinzas de carvão. tabela 2. massa específica e área superficial específica das zeólitas sintetizadas a partir de cinzas de carvão. zeólitas massa específica área superficial (g/cm3) (m2/g) zm 12,51 69,3 zm 22,54 53,4 zm 32,44 86,4 zm 42,41 81,2 zm 52,42 90,7 estudos da adsorção do corante sobre as zeólitas de cinzas de carvão a figura 2 mostra as isotermas de adsorção do azul de metileno sobre as zeólitas zm1 a zm5 obtidas no respectivo tempo de equilíbrio, onde ce (mg l-1) corresponde à concentração de equilíbrio do corante na fase líquida e qe (mg g1) é a capacidade de adsorção do adsorvente. as isotermas de sistemas líquido/sólido podem ser classificadas de acordo com suas formas que são determinadas pelo mecanismo de adsorção e, portanto, esta classificação pode ser usada para o diagnóstico da natureza da adsorção [27]. as isotermas de equilíbrio apresentaram curvas com comportamento corresponde á isoterma tipo s3 indicando a formação de multicamada e adsorção cooperativa. eq07-af:modelo-af 7/20/09 10:13 pm página 47 48 ecl. quím., são paulo, 34(1): 45-50, 2009 os dados de adsorção foram analisados usando-se os modelos de langmuir e freundlich que são os mais freqüentemente usados para descrever isotermas para aplicações em tratamento de águas e efluentes líquidos [28-29]. os parâmetros das isotermas de langmuir e freundlich foram determinados por regressão linear das equações linearizadas. os dados não se ajustaram ao modelo de adsorção de langmuir apresentando valores das constantes negativos. este fato sugere que o sistema não segue as proposições nas quais o modelo langmuir é baseado e que a heterogeneidade na superfície ou nos poros das zeólitas de cinzas de carvão influencia a adsorção. os dados experimentais se ajustaram ao modelo da isoterma de freundlich evidenciado pelos altos valores do coeficiente de correlação (r > 0,90) para as zeólitas zm1 a zm5 (tabela 3). o valor da constante n menor que 1 indicou processo de adsorção cooperativa em sítios com energias diferentes de ligação [30-31]. a capacidade de adsorção das zeólitas decresceu na seguinte ordem: zm5 > zm2 > zm3 > zm4 > zm1. esta eficiência de adsorção está relacionada com a menor relação sio2/al2o3 da zm5 (tabela 1) e conseqüentemente, maior capacidade de troca iônica e também com outros fatores como a área superficial específica. o desempenho da adsorção do azul de metileno sobre as cinzas de carvão, matérias-primas das zeólitas, também foi estudado para comparação. observaram-se capacidades de adsorção máxima pelo menos 8 vezes menor do que os valores obtidos com as respectivas zeólitas e uma saturação do material mais rápida. zeólitas de cinzas de carvão amostradas na austrália apresentaram valores de capacidade de adsorção do azul de metileno entre 1,42 e 1,92 (mg g-1)(l mg)1/n. as zeólitas foram sintetizadas por tratamento hidrotérmico alcalino com parâmetros diferentes aos usados neste trabalho [20, 22]. estudos da adsorção de íons metálicos sobre as zeólitas de cinzas de carvão as isotermas de adsorção foram determinadas para o sistema íon metálico-zeólita com tempo de equilíbrio de 24 h (fig. 3). de acordo com a classificação qualitativa das isotermas [27], as curvas para o zn2+ e cd2+ mostraram um comportamento geral concordante com os tipos l2 e l3. a principal característica do tipo de isoterma l2 é a formação de monocamada, sendo que a afinidade de adsorção aumenta com o aumento da concentração do adsorbato até a saturação. para o tipo l3, a interação adsorbatoadsorbato permite e formação de multicamadas. as formas mais complexas de isotermas estão relacionadas com a não uniformidade nos tamanhos dos poros do material zeolítico. os parâmetros das isotermas encontrados pelas equações linearizadas para o zn2+ e cd2+ estão listados na tabela 4. os coeficientes de correlação das retas (r) mostraram que os dados experimentais se ajustaram melhor ao modelo de langmuir. a capacidade de adsorção máxima, qo, estava na faixa de 32,8 a 38,0 mg g-1 para o zn2+ e 57,3 a 67,2 mg g-1 para o cd2+. resultados similares foram relatados em literatura [32]. a ordem de seletividade, cd2+ > zn2+, pode ser resultado de figura 2. isotermas de adsorção do azul de metileno sobre as zeólitas zm1 a zm5. eq07-af:modelo-af 7/20/09 10:13 pm página 48 vários fatores que influenciam o comportamento da troca de íons nas zeólitas, como por exemplo, a energia livre de hidratação, o tamanho dos íons hidratados e a interação cátion-superfície do material adsorvente. a preferência das zeólitas pelo cádmio se explica pelo fato que o íon apresenta tanto a menor energia de hidratação, como o menor tamanho de raio hidratado, o que certamente facilita sua adsorção nos canais do material zeolítico. as cinzas de carvão apresentaram valor máximo de capacidade de adsorção de 5,67 mg g-1 para o zn2+ e 13,2 mg g-1 para o cd2+. conclusão as cinzas de carvão de cinco amostragens diferentes foram submetidas ao mesmo tratamento hidrotérmico alcalino. os materiais zeolíticos obtidos foram caracterizados e apresentaram comportamento adsortivo distintos. uma eficiência de remoção de zinco, cádmio ou azul de metileno entre 82 a 99% foi alcançada mostrando que o material zeólitico pode ser usado como adsorvente de baixo custo no tratamento de efluentes. além disso, a solução de naoh separada após a síntese pode retornar ao processo para uma próxima síntese de zeólita ou ser usada para neutralizar a drenagem ácida de mina gerada na usina termelétrica. os testes de lixiviação mostraram 49ecl. quím., são paulo, 34(1): 45-50, 2009 figura 3. isotermas de adsorção do zn2+ e do cd2+ sobre as zeólitas zm1 a zm5. eq07-af:modelo-af 7/20/09 10:13 pm página 49 referências bibliográficas [1] e. j. weber, v. c. stickney, water res. 27 (1993) 63. 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[25] m. bruno, utilização de zeólitas sintetizadas a partir de cinzas de carvão na remoção de corante em água. são paulo; 2008. 101p. dissertação (mestrado) – instituto de pesquisas energéticas e nucleares. [26] h. l. chang, w. h. shih, ind. eng. chem. res. 39 (2000) 4185. [27]c. h. giles, t. h. macewan, s. n. nakhwa, d. smith, j. chem. soc. london (1960) 3973. [28] j. r. perrich, actived carbon adsorption for waste water treatment, crc press, boca raton, 1981. [29] s. d. faust, o. m. aly, adsorption process for water treatment, butterworths, london, 1987. [30]p. atkins, physical chemistry, oxford university press, oxford uk, 1970. [31] b. singh, b. j. alloway, j. m. bochereau, commun. soil sci. plant anal. 31 (2000) 2775. [32] e. álvarez-ayuso, a. garcía-sánchez, x. querol, water res. 37(2003) 4855 que a zeólita saturada de contaminantes após o tratamento dos efluentes pode ser descartada em aterro comum como resíduo classe ii ou iii, conforme as normas abnt-nbr 10005 e 10006, já que as fortes forças responsáveis pela adsorção impedem a lixiviação dos compostos tóxicos no lençol freático ou em águas superficiais das proximidades. agradecimentos os autores agradecem o conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico – cnpq e a carbonífera do cambuí ltda. recebido september 24 2008 aceito november 26 2008 50 ecl. quím., são paulo, 34(1): 45-50, 2009 d. a. fungaro, j. c. izidoro, m. bruno. application of zeolitic material synthesized from coal ashes as adsorbent for pollutants from water. abstract: coal fly ashes treated by hydrothermal method were used as low-cost adsorbent for the removal of metals ions and dye from aqueous solution. the adsorption isotherms of the treated fly ashes were studied and results were fitted using langmuir and freundlich models. it shows that the freundlich isotherm is better in describing the adsorption process for methylene blue. the equilibrium data for zinc and cadmium ions adsorption well fitted to the langmuir equation. the maximum adsorption capacity value obtained was 0.78 (mg g-1)(l mg)1/n for methylene blue, 38.05 mg g-1 for zn2+ and 67.48 mg g-1 for cd2+. the synthesized materials exhibit much higher adsorption capacities than raw fly ashes. the study showed that the zeolitic material can effectively adsorb methylene blue and metals ions with removal efficiencies ranging from 82-99%. keywords: zeolitic material; adsorption; coal fly ash. eq07-af:modelo-af 7/20/09 10:13 pm página 50 eclética química, 39, 216-226, 2014. 216 avaliar a composição química do mesocarpo de babaçu (orbignya oleifera) in natura no município raposa-ma kiara janda ferreira sudre, angela maria correa mouzinho santos, lucy rose de maria oliveira moreira. resumo: o babaçu é uma planta nativa do brasil, disseminada por quase todo o interior do país, desde o estado do amazonas até o estado de são paulo. o babaçu (orbignya oleifera) é uma palmeira amplamente distribuída no maranhão onde o mesocarpo é usado na medicina popular e como suplemento alimentar, e tem, hoje, a possibilidade de ser aproveitado também na área farmacêutica. tendo em vista essas diversas potencialidades, busca-se, atualmente, o desenvolvimento tecnológico de novos produtos a partir do mesocarpo do babaçu, para isto, determinados estudos preliminares assumem grande importância. diante do que foram expostos ressaltando a importância do seu uso popular, características físico-químicas constatadas em várias plantas do gênero orbignya. sendo assim o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a composição química do mesocarpo do babaçu (orbignya oleifera) por meio da espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado – (icp oes), observou-se a presença do potássio (k) com 10,15 mg/l, cálcio (ca) 9,22 mg/l, magnésio (mg) com 3,56 mg/l, fósforo (p) com 1,56 mg/l , mercúrio (hg) com 1,41 mg/l e iodo (i) com 1,27 mg/l respectivamente. enquanto na análise na região do infravermelho observouse bandas de intensidade fraca e muito forte, respectivamente, devido às vibrações de estiramentos assimétricos acoplados à ligação de cadeia longa da função ésteres. palavras – chaves: orbignya oleifera, mesocarpo, babaçu, composição, química. assessing the chemical composition mesocarp babassu (orbignya oleifera) in natura in the city raposa-ma abstract: babassu is a plant native to brazil, spread over almost the entire interior of the country, since the state of amazonas to the são paulo state. the babassu (orbignya oleifera) is a palm tree widely distributed in the maranhão where the mesocarp is used in folk medicine and as a food supplement, and today has the possibility of being taken advantage also in the pharmaceutical area. given these various capabilities, we seek today the technological development of new products from the babassu mesocarp to this, certain preliminary studies are very important. before they were exposed, highlighting the importance of its popular use, physico-chemical characteristics found in various plants of the genus orbignya. thus the present study was to evaluate the overall chemical composition of the babassu mesocarp (orbignya phalerata mart) by optical emission spectrometry with inductively coupled plasma ( icp oes ), the presence of potassium (k) was observed to 10,15 mg/l calcium (ca) 9,22 mg/l , magnesium (mg) with 3,56 mg/l, phosphorus ( p) with 1,56 mg/l, mercury ( hg) with 1,41 mg/l and iodine ( i) with 1,27 mg/l respectively. while the analysis in the infrared region was observed bands and very strong weak intensity, respectively, due to the asymmetric stretching vibrations coupled to the connection of long chain esters function. key words: orbignya oleifera mesocarp, babassu, composition, chemistry. eclética química, 39, 216-226, 2014. 217 introdução a região em que os babaçuais apresentam expressão significativa representa aproximadamente a quinta parte do território do maranhão. o babaçu é uma planta de pleno sol, com um comportamento de invasora, após os desmatamentos de matas naturais. as matas da região ao longo do rio itapecuru foram desmatadas no século xviii, servindo as terras para a produção de algodão. no final do século os babaçuais começaram a ser explorados pelo óleo, para atender o mercado nacional e após a segunda guerra mundial, passaram a suprir a demanda internacional [1]. o babaçu é uma planta nativa do brasil, disseminada por quase todo o interior do país, desde o estado do amazonas até o estado de são paulo. segundo lorenzi [2], é no estado do mato grosso, na região norte e parte da região nordeste do território brasileiro (nos estados do maranhão, piauí, e algumas áreas isoladas no ceará, pernambuco e alagoas), onde se localizam as principais ocorrências dessa palmeira. a ocorrência do babaçu em diversos estados brasileiros é justificada pela tolerância a climas com temperaturas elevadas e constantes e precipitações pluviométricas acima de 1.000 mm anuais, condições verificadas, especialmente, nas regiões de cerrado, cocais e baixadas [3]. a palmeira de babaçu (orbignya oleifera) tem aproximadamente 15 metros de altura e costuma produzir mais de 500 frutos a cada florada [4]. dessa palmeira podem ser extraídos cerca de 68 sub-produtos. a palmeira de babaçu possui três estágios de crescimento. o primeiro, constituído pelas pindovas, é quando a palmeira apresenta até três folhas definitivas [5]. o segundo, denominado palmiteiro, pode ser identificado pelo palmito, quase ao nível do solo. no terceiro, o caule já se encontra formado, correspondendo à fase anterior à fase adulta [6,7]. segundo lorenzi [2] a planta do babaçu apresenta caule solitário, colunar, de 10-30 m de altura e 30-60 cm de diâmetro. suas folhas são pinadas, eretas e divergentes, com 175-260 pinas regularmente distribuídas sobre toda extensão da raque [8], as flores, geralmente, são creme-amareladas, estaminadas [9], distribuídas em duas fileiras ao longo de um dos lados das raquilas [10]. segundo wilhelms [10], a palmeira do babaçu “floresce de novembro até janeiro, sendo que o período de desenvolvimento dos cachos que aparece nas inflorescências [12] femininas vai de julho até novembro”. ressalta, ainda, que cada palmeira produz anualmente dois, três e até quatro cachos pêndulos de um a dois metros de comprimento. o babaçu é constituído de quatro partes principais: o epicarpo, o mesocarpo, o endocarpo e o fruto (amêndoa) [6,7]. a amêndoa do babaçu pode ser extraída de diversas formas, mas em geral, a sua retirada é feita com o auxílio de um machado e de um pedaço de madeira (porrete) [8]. para quebrar os cocos, os trabalhadores se sentam prendendo o cabo do machado abaixo de uma de suas pernas e seguram o coco inteiro com uma das mãos acima da lâmina do machado para desferirem o golpe de porrete sobre o coco com a outra mão [9]. eclética química, 39, 216-226, 2014. 218 o babaçu (orbignya oleifera) tem sido um recurso natural importante para o maranhão, seja pela preponderância que assumiu no âmbito comercial, seja pela sua relevância junto às famílias rurais do estado [9]. nessa perspectiva, faz-se um breve panorama da inserção do babaçu nos circuitos de mercado, quando esse produto passou a ser considerado importante para a economia maranhense [9]. o babaçu (orbignya oleifera) é uma palmeira amplamente distribuída no maranhão onde o mesocarpo é usado na medicina popular e como suplemento alimentar, e tem, hoje, a possibilidade de ser aproveitado também na área farmacêutica. tendo em vista essas diversas potencialidades, busca-se, atualmente, o desenvolvimento tecnológico de novos produtos a partir do mesocarpo do babaçu, para isto, determinados estudos preliminares assumem grande importância. do mesocarpo é obtida uma farinha amplamente comercializada e utilizada pela população como alimento e como medicamento. dados etnobotânicos indicam que essa farinha pode ser utilizada no tratamento de feridas crônicas, úlceras gástricas, úlceras duodenais, inflamações diversas, tumores, obesidade entre outras doenças [10]. segundo relatos populares, o mesocarpo de babaçu apresenta algumas propriedades medicinais. sousa afirma que as mulheres quebradeiras de coco utilizam o mesocarpo de babaçu no tratamento de gastrites e doenças inflamatórias. acredita-se, também, que o mesocarpo pode trazer benefícios para dores, constipação, obesidade, leucemia, dores menstruais e entre outras doenças. vários trabalhos vêm demonstrando o interesse de estudar as possíveis propriedades medicinais do mesocarpo, tendo como exemplo o trabalho de azevedo e colaboradores que comprovou o benefício do mesocarpo como tratamento para trombose, a partir de um estudo in vivo com camundongos [11]. diante do que foram expostos, ressaltando a importância do seu uso popular, características físico-químicas constatadas em várias plantas do gênero orbignya, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a composição química do mesocarpo do babaçu (orbignya oleifera) por meio da espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado – (icp oes) e análises na região do infravermelho obtido na cidade de raposa – ma. material e métodos coleta do mesocarpo do babaçu orbignya oleifera realizou-se um estudo analítico qualitativo e quantitativo do mesocarpo do babaçu (orbignya oleifera). o material vegetal foi coletado em julho de 2013, na cidade de raposa, estado do maranhão, brasil. os frutos coletados de orbignya oleifera foram secos a sombra e extraídos mecanicamente por meio de peneiras com furos de diferentes diâmetros (25; 31,5; 37,5 mm/microm). após o processo de separação do mesocarpo, procede-se a moagem do mesocarpo para a obtenção do pó do babaçu. a exsicata nº 01022 da espécie orbignya oleifera, encontra-se depositada no herbário ático sebra da universidade federal do maranhão (ufma). determinações de metais em minerais no mesocarpo de babaçu orbignya oleifera (icp oes) eclética química, 39, 216-226, 2014. 219 para este teste, foi pesado 0,25 g do mesocarpo do babaçu e acrescentou-se 3 ml da solução de hno3 e colocou-se no sistema de decomposição pressurizada com aquecimento convencional berghof (bomba de digestão). logo em seguida colocou-se a amostra na estufa a uma temperatura de 180 °c por um período de uma hora e trinta minutos (1:30 h) para que ocorresse a digestão. após esse período a amostra foi armazenada em um balão volumétrico de 25 ml com água deionizada para a volumagem. caracterizações dos compostos químicos por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado – (icp oes) as análises para identificação de metais foram realizadas na universidade estadual do maranhão – (uema) no laboratório de solo, utilizando um espectrômetro de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado modelo vista-pró, simultâneo e com configuração axial (varian 720-es). a técnica de icpoes utiliza o plasma como fonte de excitação. o plasma normalmente é formado pela ionização parcial de um gás, geralmente o argônio, em um campo magnético oscilante produzido e mantido por uma fonte de radio frequência. este estado parcial de ionização, induzido pelo campo magnético, ocasiona um aquecimento ôhmico proporcionando temperaturas de até 1000°c. a alta temperatura e a atmosfera inerte do argônio no plasma minimizam as interferências não espectrais, melhorando a sensibilidade, precisão e a exatidão da técnica. análises no infravermelho a espectrometria é o processo analítico-instrumental baseado nas propriedades de absorção, emissão e reflexão de energia eletromagnética em região específica do espectro [12]. preparo das pastilhas de kbr o kbr foi previamente dessecado em estufa à 120 ºc até peso constante e triturado em almofariz. posteriormente foram colocados 0,1 g do kbr no pastilhador seguido de compressão em prensa hidráulica – modelo grasebyspecac com pressão de 15 toneladas, para obtenção das pastilhas finas e transparentes, a fim de garantir que a pastilha seja translúcida pela qual a luz pode passar. portanto, o brometo de potássio não absorve radiação infravermelha, então as únicas linhas espectrais a aparecer serão da amostra. análise em pastilhas de kbr colocou-se a amostra do mesocarpo do babaçu (orbignya oleifera), sobre as pastilhas de kbr com auxílio de capilares de vidro. as pastilhas obtidas foram inseridas no compartimento de leitura do espectrofotômetro do infravermelho marca bomem, modelo mb series e analisadas, obtendo-se os espectros da composição química do mesocarpo de babaçu (orbignya oleifera) faixa de 4000 – 400 cm-1 com resolução de 4 cm-1. resultados e discussão eclética química, 39, 216-226, 2014. 220 a ocorrência da planta do babaçu em diversos estados brasileiros é um quesito importante, quando se busca saídas, ou seja, alternativas de desenvolvimento local a determinados territórios. as potencialidades do babaçu são inúmeras, da geração de energia ao artesanato, diversas atividades econômicas podem ser desenvolvidas a partir da palmeira. dentre as partes desta, o fruto tem o maior potencial econômico para aproveitamento tecnológico e industrial. segundo migliato et al.; gobbo-neto & lopes [11,13,14], algumas substâncias químicas são características de uma determinada espécie vegetal, servindo como parâmetros para a sua caracterização e identificação. segundo rosenthal, o mesocarpo do babaçu tem em sua composição 68, 3% de amido e 1,25% de fibras de aminoácidos. além disso, apresenta hemicelulose e pentosanas e entre outras substâncias químicas. o mesocarpo do fruto do babaçu, devido a sua composição química, as suas propriedades medicinais e ao seu elevado teor de amido, que segundo peixoto [8] varia de 63,75% a 71,29%, tem possibilitado o seu uso em áreas diversas, como na nutrição humana. para determinação de metais e minerais no mesocarpo do babaçu (orbignya oleifera), usando a técnica de icp oes. conforme demonstra na figura 1, observou-se que na amostra analisada não houve muita diferença nos resultados, pois notou-se a presença elevada dos mesmos metais potássio (k) e cálcio (ca). figura 1 análise dos metais pelo método espectrofotométrico (icp oes) no mesocarpo de babaçu (orbignya oleífera). na figura 1, observou-se a presença de potássio (k) com 10,15 mg/l, cálcio (ca) 9,22 mg/l, magnésio (mg) com 3,56 mg/l, fósforo (p) com 1,56 mg/l, mercúrio (hg) com 1,41 mg/l e iodo (i) com 1,27 mg/l. alguns metais são considerados essenciais ao ser humano como o potássio (k), cálcio (ca), magnésio (mg) e fósforo (p) [16]. o potássio (k) é o sétimo elemento mais comum que ocorre na crosta terrestre, estando largamente distribuído, mas devido a sua alta reatividade e afinidade com outros -2 0 2 4 6 8 10 12 k ca mg p hg i pb fe al cu cr cd co b zn ni mo mn c o n ce n tr aç ão e m ( m g/ l) metais presente na amostra mesocarpo de babaçu eclética química, 39, 216-226, 2014. 221 elementos nunca ocorre em sua forma elementar. ocorre em rochas, solos, oceanos, lagos e salinas residuais de lagos salgados, embora nestas ocorrências raramente seja observado um teor superior a 10%. teores mais elevados são observados nos minerais evaporativos e nos silicatos de potássio [17]. o potássio, por exemplo, elemento imprescindível à vida vegetal, encontra-se nos solos sob a forma trocável, em teores muitos baixos [18]. o potássio e um elemento essencial para a vida vegetal e para vida humana, pois no metabolismo das plantas, o potássio e absorvido do solo na forma de tartaratos e de oxalatos que, por sua vez, podem ser convertidos em carbonatos quando as plantas são queimadas, na vida humana os íons de potássio se junta com o íon de sódio em seguida agem nas membranas celulares na transmissão de impulsos eletroquímicos dos nervos e fibras musculares e no balanceamento da atividade de alimentação e remoção de subprodutos, nas células. contudo, a mera presença de potássio nos solos já garante a necessidade mínima indispensável do mesmo através da nossa alimentação [17,18]. o cálcio (ca) é o quinto elemento mais abundante da terra. ele corresponde a cerca de 3% da massa da crosta terrestre e a cerca de 8% da crosta da lua. o cálcio vem sendo bastante estudados nos últimos anos por vários pesquisadores principalmente para aplicações tecnológicas na área de saúde voltada ao uso clínico, com o intuito de substituir o enxerto ósseo autógeno em cirurgias ortopédicas [19]. o magnésio (mg) é de suma importância no uso do dia a dia, todo mundo deveria tomar, porque os alimentos hoje estão pobres de magnésio. o motivo é simples demais, é que as plantas precisam muito do magnésio para respirar. o mecanismo clorofílico delas isto é, a fixação do gás carbônico e eliminação do oxigênio é o contrário do que nós fazemos. na planta quem faz é a clorofila através do magnésio [20]. o fósforo (p) é amplamente distribuído na natureza, sendo encontrado em todas as células, o que significa que todas as fontes alimentares (vegetais ou animais) são potenciais fontes de fósforo. o fósforo tem a função de auxiliar manutenção do ph, no armazenamento temporário de energia provinda do metabolismo de macronutrientes, na forma de atp, além de ser responsável pela ativação, por meio da fosforilação de diversas cascatas enzimáticas [21]. o iodo é um micronutriente essencial para o homem e outros animais encontrado no solo em proporções variadas. existe apenas uma função conhecida para o iodo no organismo humano: ele é utilizado na síntese dos hormônios tireoidianos. estes hormônios têm dois importantes papéis: atuam no crescimento físico e neurológico e na manutenção do fluxo normal de energia (metabolismo basal, principalmente na manutenção do calor do corpo), sendo também importantes para o funcionamento de vários órgãos como o coração, fígado, rins e ovários [22]. os distúrbios por deficiência de iodo (ddi) são fenômenos naturais e permanentes, que estão amplamente distribuídos em várias regiões do mundo. populações que vivem em áreas deficientes em iodo podem apresentar os distúrbios causados por esta deficiência, como cretinismo em crianças, anomalias congênitas, bem como a manifestação clínica mais visível: o bócio (hipertrofia da glândula tireoide) [22]. o iodo está distribuído amplamente na natureza e está presente nas substâncias orgânicas e inorgânicas em quantidades muito pequenas. o nível de iodo na água reflete o teor de iodo das rochas e solos da região, e consequentemente das plantas comestíveis da eclética química, 39, 216-226, 2014. 222 região. normalmente, a água não contribui com uma proporção significativa do consumo diário de iodo, já que mais de 90% deste provém dos alimentos [22]. a concentração de iodo nas plantas depende propriamente das espécies, tipos de solos, aplicação de fertilizantes no solo, e por fim das condições climáticas. solos que apresentam alto teor de iodo, tendo como exemplo os solos aluviais e argilosos, geralmente produzem plantas ricas em iodo, sendo dependente da forma química da ocorrência de iodo no solo e sua disponibilidade para a planta [22]. dentre os metais que podem causar danos à saúde humana pode-se destacar o alumínio (al), chumbo (pb), cádmio (cd), mercúrio (hg), crômio (cr), manganês (mn) e níquel (ni), estes metais podem ser obtidos por diversas fontes antrópicas [23]. os efeitos tóxicos dos metais sempre foram considerados como eventos de curto prazo, agudos e evidentes, como a anúria e diarréia sanguinolenta, decorrentes da ingestão de mercúrio. o excesso destes metais como mercúrio (hg), chumbo (pb) e alumínio (al), entre outros, que vão se acumulando no organismo por exposição crônica aos mesmos, podem causar uma enorme variedade de sintomas, podendo ter uma influência direta em alterações do comportamento por diminuição das funções cerebrais, influenciando na produção e utilização dos neurotransmissores e alterando processos metabólicos [23]. o chumbo (pb) e o mercúrio (hg) são metais que não existem naturalmente em nenhum organismo. não desempenham funções nutricionais ou bioquímicas em microorganismos, plantas ou animais. ou seja, a presença destes metais em organismos vivos e prejudicial em qualquer concentração. o chumbo, o mercúrio e o cadmio são os metais pesados que através dos alimentos, incluindo a agua de consumo, mais tem contribuído para os casos de intoxicação prolongada ou crônica [21,23]. todas as formas de vida são afetadas pela presença de metais dependendo da dose e da forma química. muitos metais são essenciais para o crescimento de todos os tipos de organismos, desde as bactérias até mesmo o ser humano, mas eles são requeridos em baixas concentrações e podem danificar sistemas biológicos quando em concentrações elevadas [23,24,25,26]. em relação ao encontrar o mercúrio (hg) no mesocarpo do babaçu (orbignya oleifera). o mercúrio encontrado no mesocarpo de babaçu pode ser proveniente de lagos e lixos contaminantes com pilhas e baterias de carro, pois os mercúrios provenientes dos lixões acabam ocasionando a contaminação da palmeira do babaçu. o coco do babaçu constitui um habitat para inúmeras espécies, sendo que muitas dessas espécies absorvem esse mercúrio. algumas dessas espécies são consumidas pelo ser humano ocorrendo, assim, a exposição do homem por esta via, pois o mercúrio e facilmente absorvido pelo nosso organismo. na figura 2 e tabela 1, pode-se observar o espectro na região do infravermelho do mesocarpo do babaçu. eclética química, 39, 216-226, 2014. 223 figura 2: espectro na região do infravermelho do mesocarpo de babaçu (orbignya oleifera). tabela 1: absorção dos espectros do mesocarpo de babaçu orbignya oleifera número de ondas (cm-1) intensidade atribuição 3374 fraca o-h 2353 média ch2, ch3 1635 muito fraca c = o 1149 fraca c-o 995 muito forte c-o 856 muito fraca ch2 a banda de absorção que aparece na região 3374 cm-1 refere-se à vibração do estiramento da ligação o-h. o alargamento dessa banda deve-se ao fato do grupo hidroxila não estar totalmente livre e participando das ligações de hidrogênio intermoleculares. a absorção em torno da região 2353 cm-1 com intensidade média referem-se às vibrações de estiramentos assimétricos do grupo ch2 e simétricos do ch3 da cadeia longa dos ácidos graxos presentes no babaçu. na região de absorção 1635 cm-1 aparece o pico com intensidade muito fraca devido à deformação axial do grupo carbonila c=o. a banda de absorção da ligação carbono–oxigênio, c-o, dos ésteres que aparece na amostra de eclética química, 39, 216-226, 2014. 224 mesocarpo de babaçu na região de 1149 e 995 cm-1 tem intensidade fraca e muito forte, respectivamente, devido às vibrações de estiramentos assimétricos acoplados à ligação co dos ésteres de cadeia longa. a banda na região 856 cm-1 com fraca intensidade foi atribuída à deformação angular assimétrica no plano ch2 onde todos os grupos metilenos se deformam nesta região. conclusão através deste estudo a espécie orbignya oleifera, vulgarmente chamada de mesocarpo, pó de babaçu. foi possível detectar pela análise de metais os macronutrientes (potássio, cálcio e magnésio). na analise de metais também encontramos uma variedade de metais pesados que possam trazer danos ao ser humano sendo o mercúrio e chumbo em teor significativo. contudo novos estudos devem ser realizados, para melhor esclarecimento e caracterização sobre a constituição do perfil químico do mesocarpo de babaçu a fim de contribuir de forma ativa ao interesse da sociedade em geral. agradecimentos agradeço ao instituto florence de ensino superior, laboratório de solo universidade estadual o maranhão e ao núcleo de combustíveis, catálise e ambiental (ncca) da universidade federal do maranhão. referências [1] barbosa, viviane de oliveira. na terra das palmeiras: 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analytical line can be acquired [8,9]. using this technique, the interference caused by po molecules at the main line for pb at 217.0005 nm may be eliminated using the least-squares background correction (lsbc) [1]. the alternate line at 283.3060 nm is unaffected by po, but both main and secondary lines are interfered by transport effects. a method using the lsbc plus internal standardization was recently proposed to minimize these interferences in the determination of pb in phosphoric acid by hr-cs faas [1]. in this paper, a new approach to overcome spectral and transport interferences associated with the determination of pb in phosphoric acid by hr-cs faas has been proposed. in principle, spectral overlap can be corrected providing that another wavelength of the interfering element is itself free from interference. the feasibility of using mathematical equation correction previously employed in icp-ms, to eliminate spectral interference caused by po molecules at the 217.0005 nm pb line and transport interference caused by variations in phosphoric acid concentrations in the determination of pb in phosphoric acid has been investigated. materials and methods instrumentation all measurements were carried out using an analytik jena contraa 300 high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometer equipped with a xenon short-arc lamp xbo 301 [10] with a nominal power of 300 w operating in a hot-spot mode as a continuum radiation source. this new equipment presents a compact high-resolution double-echelle grating monochromator correspondent to a spectral band width < 2 pm per pixel in the far ultraviolet range and a charge-coupled device (ccd) array detector. high-purity (99.7%) acetylene (air liquid, brazil) was used as fuel gas. air-acetylene oxidizing flame was used for analyte atomization. solutions were directly aspirated by the burner / nebulizer system of the spectrometer using an injection module (sfs 6) enabling the computercontrolled aspiration of blanks, analytical solutions and samples. reagents, analytical solutions and samples high purity de-ionized water (resistivity 18.2 mω cm) obtained using a millipore rios 5® reverse osmosis and a millipore milli-q academic® deionizer system (bedford, ma, usa), and merck suprapur® nitric acid (darmstadt, germany) were used throughout to prepare all solutions. all chemical reagents used were of analytical grade. reference solutions containing 0.10, 0.20, 0.40, 0.80 and 1.00 mg l-1 pb were daily prepared by appropriate dilution of the 1000 mg l-1 single stock standard solutions (normex tm, carlo erba, italy) and acidified to 1% (v/v) with hno3. working standard solutions containing 1.0, 2.5, 5.0 and 7.5% (m/v) h3po4 were prepared by dissolving 1.18, 2.48, 5.88 and 8.82 g of analytical reagent grade phosphoric acid 85% (mallinckrodt, xalostoc, mexico) in 1% (v/v) solution. blank solution was prepared containing only hno3 in 1% (v/v). test solutions containing 100 or 400 μg l-1 pb in presence of 1.0, 5.0 and 7.5% (m/v) h3po4 were used to illustrate the interference effects and the effectiveness of the proposed approach. these solutions were prepared by appropriate dilution of the pb stock standard solution and concentrated phosphoric acid in 1% (v/v) hno3. measurement procedure the measurement procedure is relatively simple. the absorbance for blank [1% (v/v) hno3), reference standards [0.10 1.00 mg l-1 pb in 1% (v/v) hno3] and phosphoric acid sample solutions were measured at the main line for pb at 217.0005 nm. the absorbance of interfering species (po) must be measured in the interfering and non-interfering wavelengths: in the present work, absorbances for all phosphoric acid working standard solutions [1.0 7.5% (m/v) h3po4] were measured at 217.0005 nm and 217.0458 nm. at 5.0 ml min-1 of aspiration flow rate, fuel/oxidizing ratio 0.126, 6 mm of burner height and wavelength-selected absorbance equivalent to 3 pixels, the equipment was adjusted under optimum conditions. all measurements were carried out in triplicates. results and discussion spectral and transport interferences on pb: qualitative and quantitative data spectral interferences caused by phosphoric acid on pb determination at the main line 217.0005 nm are due to the po molecular absorption bands at 216.99 nm formed in the air-acetylene flame. this spectral interference was evaluated by calculating the apparent pb concentration at the main line for pb at 217.0005 nm for different phosphoric acid solutions. when the acid concentration was varied from 0% to 7.5 (m/v), the apparent pb concentration varied from 0 to around 300 μg l-1, as well as the sample flow-rate reduced from 5.0 to 4.0 ml min-1. in earlier work, it was demonstrated that the lsbc technique is an efficient tool to eliminate spectral interference caused by po on pb determination, but this correction technique did not avoid the transport effects caused by variations in phosphoric acid concentrations [1]. determination of the correction factor for mathematical equation if po interfering molecule can be measured at a different wavelength free of any interference (and this is feasible in hr-cs faas), the correction factor can be calculated from the ratio of slopes of analytical curves for phosphoric acid built up at interfering (217.0005 nm) and non-interfering (217.0458 nm) wavelengths and the absorbance at this last wavelength. the total absorbance (a total) measured at 217.0005 nm corresponds to the contribution of pb plus po, so that: a total 217.0005 nm = a pb 217.0005 nm + a po 217.0005 nm eq. (1) to obtain the net absorbance for pb, the po absorbance must be subtracted from the total absorbance at 217.0005 nm: apb 217.0005 nm = atotal 217.0005 nm apo 217.0005 nm eq. (2) if absorbance of pure phosphoric acid standard solutions at the interfering (217.0005 nm) and non-interfering (217.0458 nm) wavelengths are measured, it is possible to estimate the apo 217.0005 nm by the application of beer’s law [11] in both situations as bellow: apo 217.0005 nm = apo 217.0458 nm (slope 217.0005 nm/slope 217.0458 nm) eq. (3) so, the term (slope 217.0005 nm/slope 217.0458 nm). apo 217.0458 nm is the correction factor to be applied in eq. (2) to obtain only the net absorbance for pb: a pb 217.0005 nm = atotal 217.0005 nm (slope 217.0005 nm / slope 217.0458 nm). a po 217.0458 nm eq. (4) for wavelength integrated absorbance equivalent to 3 pixels, aspiration rate of the nebulizer fixed initially at 5.0 ml min-1, analytical curves in the 0.1 – 1.0 mg l-1 pb concentration range was always attained with linearity better than 0.9990. calibration curves for phosphoric acid (po) at 217.0005 and 217.0458 nm presented plots within the 1.0 – 7.5% h3po4 with linear coefficient better than 0.9980. alternate wavelengths were tested for po at 216.9020 nm, 216.9940 nm and 217.0458 nm, but only the last one furnished the best linear coefficient for calibration curves. ecl. quím., são paulo, 35(1): 19 24, 201022 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 19 24, 2010 23 artigo article additionally, it should be stressed that the line for po at 217.0458 nm is within the spectral window for pb at 217.0005 nm (figure 1). the ratio between slopes of curves for po (slope 217.0005 nm/slope 217.0458 nm) was calculated daily taking into consideration that changes in the operating parameters alter the measured absorbance. however, ratios obtained in different days were usually within 1.23 – 1.29, but were not significantly different at the 95% confidence level (paired t-test). (a) (b) 216.90 216.95 217.00 217.05 217.10 0.000 0.005 0.010 ab so rb an ce wavelength (nm) figure 1. spectrum recording for spiked pb in phosphoric acid. (a) and (b) correspond to lines at 217.0005 nm and 217.0458 nm, respectively. analysis of test solutions and samples the feasibility of the mathematical correction for spectral and transport interferences was verified in the determination of pb in test solutions and two phosphoric acid samples (table 1). results for samples were in agreement at a 95% confidence level (paired t-test) with those obtained by hr-cs faas using lsbc plus internal standardization. precision and accuracy studies were also carried out using test solutions, or else, recovery experiments for diluted [1% – 7.5% (m/v)] phosphoric acid samples spiked with 100 and 400 μg l-1 pb. if no correction method is applied, the concentrations of pb found were in the 140 – 230 μg l-1 and 420 – 480 μg l-1 intervals for spiked samples with 100 and 400 μg l-1 pb, respectively. these results showed severe spectral interference caused by po affected measurements at 217.0005 nm causing a positive interference much more pronounced than the interference caused by the transport effect. on the other hand, when the mathematical equation approach was employed, the found concentrations of pb were close to pb spikes (recoveries in the 97.5 – 100% range), suggesting the usefulness of the proposal to eliminate spectral and transport interference. relative standard deviations of measurements varied from 1.4 to 4.3% and 2.0 to 6.0% (n = 12) without and with mathematical equation correction approach, respectively. the limit of detection calculated to analytical line at 217.0005 nm was 10 µg l-1 pb. table 1 comparative results for pb (n = 3) in commercial phosphoric acid samples and spiked pb in test solutions (mean ± standard deviation) determined by hr-cs faas at atomic line 217.0005 nm with and without mathematical equation approach. samples [pb], µg l-1 without correction proposed technique phosphoric acid 1 94.4 ± 3.5 51.2 ± 2.9 2 91.2 ± 4.2 49.8 ± 3.2 test solutions 1.0% (m/v) h3po4 + 100 µg l-1 140 ± 2 100 ± 2 5.0% (m/v) h3po4 + 100 µg l-1 200 ± 7 100 ± 5 7.5% (m/v) h3po4 + 100 µg l-1 230 ± 9 100 ± 6 1.0% (m/v) h3po4 + 400 µg l-1 420 ± 13 400 ± 13 5.0% (m/v) h3po4 + 400 µg l-1 440 ± 19 390 ± 19 7.5% (m/v) h3po4 + 400 µg l-1 480 ± 18 390 ± 19 conclusions the accurate determination of pb in high p content samples such as phosphoric acid by flame aas requires an efficient method of interference correction. the alternate line for pb at 283.3060 nm is usually recommended for the analyte determination free of po interference, but it is interfered by transport effects. with the mathematical equation approach proposed, the main line for pb at 217.0005 nm was efficiently employed for this analytical task. the mathematical equation cor-the mathematical equation correction approach is obviously not limited to the analyte and sample selected in this work. additional studies with others elements and samples are necessary to corroborate the general application in flame aas. acknowledgements authors would like to thank the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo for financially supporting this work and for the fellowship to s.r.o. the authors are also grateful to coordenação de pessoal de ensino superior and the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico for fellowships to j.l.r.j., j.a.n., and researchship to j.a.g.n.. ecl. quím., são paulo, 35(1): 19 24, 201024 artigo article www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 25 resumo: um método de correção de interferência espectral e de transporte é proposto, e foi aplicado para minimizar interferências por moléculas de po produzidas em chama ar-acetileno e de transporte causada pela variação da concentração de ácido fosfórico. átomos de pb e moléculas de po absorvem a 217,0005 nm, então atotal 217,0005 nm = a pb 217,0005 nm + a po 217,0005 nm. monitorando o comprimento de onda alternativo de po em 217,0458 nm, é possível calcular a contribuição relativa de po na absorbância total a 217,0005 nm: apb 217,0005 nm = atotal 217,0005 nm a po 217,0005 nm = atotal 217,0005 nm k (a po 217,0458 nm). o fator de correção k é a razão entre os coeficientes angulares de duas curvas analíticas para p obtidas a 217,0005 e 217,0458 nm (k = b217,0005 nm/ b217,0458 nm). fixando-se a taxa de aspiração da amostra em 5,0 ml min-1, e integrando-se a absorbância no comprimento de onda a 3 pixels, curvas analíticas para pb (0,1 1,0 mg l-1) foram obtidas com coeficientes de correlação típicos ≥ 0,9990. as correlações lineares entre absorbância e concentração de p nos comprimentos de onda 217,0005 e 217,0458 foram ≥ 0,998. o limite de detecção de pb foi 10 µg l-1. o método de correção proposto forneceu desvios padrão relativos (n=12) de 2,0 a 6,0%, ligeiramente menores que os obtidos sem correção (1,4-4,3%). as recuperações de pb adicionado às amostras de ácido fosfórico variaram de 97,5 a 100% (com correção pelo método proposto) e de 105 a 230% (sem correção). palavras-chave: método de correção por equação matemática; espectrometria de absorção atômica com fonte contínua e de alta resolução; chumbo; ácido fosfórico. artigo/article photo-fenton process for treating biological laboratory wastewater containing formaldehyde janaína conrado l. fonsecaa, raquel f. pupo nogueirab, mary rosa rodrigues marchib* a unesp waste management program, unesp – univ estadual paulista rectory office, 01049-010, são paulo – sp, brazil b institute of chemistry, unesp – univ estadual paulista, p.o.box 355, 14800-900, araraquara sp, brazil. *corresponding author. phone: +55-16-3301-6610. fax: +55-16-3301 6692; e-mail address: mssqam@iq.unesp.br abstract: laboratories consume great amounts of hazardous chemicals substances and consequently generate wastewater containing them, for example formaldehyde. this substance is widely utilized to preserve biological samples generating many liters of this residue every year. the present work proposes the use of the photo-fenton process to treat formaldehyde wastewater using sunlight irradiation. some aspects were investigated such as the iron source, sample and hydrogen peroxide concentration and also the use of stirred systems. the use of ferrioxalate (0.5 mmol l-1) improved the efficiency of the process in relation to the use of iron nitrate, while at least 1.0 mol l-1 h2o2 is necessary to treat the sample of the 500 mg c l-1. under these conditions, every formaldehyde detectable was degradeted and 89% of the dissolved organic carbon was removed in two hours of exposure to sunlight. these results are satisfaction considerate for são paulo state environmental agency. keywords: laboratory wastewater treatment, formaldehyde, photo-fenton introduction a large number of biological laboratories use solutions of formaldehyde to preserve anatomic pieces, generating many liters of formaldehyde waste every year. in according to the literature formaldehyde is genotoxic in exposed cells in vitro or exposed tissues in vivo [1,2,3] although the concentration of formaldehyde is just 3.7% w/w, discharging formaldehyde without treatment can cause serious damage from aquatic environment, due to its carcinogenicity [4] and there is no safe limit to exposition for this class (carcinogenic). hence, these wastes require an appropriate treatment to avoid risks to the environment and human health. the adequate treatment of wastes generated by industrial, agricultural or domestic activities is regulated by environmental agencies throughout the world, [5,6] which the levels of specific parameters are limited and checked in the discharged wastes. this is necessary due to large volumes of toxic generated wastes and consequently to the impacts that this cause. the formaldehyde, for example, is able to react with dna, rna and proteins, damaging cells and causing the death of microorganisms present in biological wastewater treatment plants [7,8]. furthermore, the residues generated by universities and research centers offers a special challenge: present specific treatments of different wastes. the ideal solution would be an in situ treatment of these wastes, avoiding storage and references [1] j.l. raposo jr, s.r. oliveira, j.a. nóbrega, j.a. gomes neto, spectrochim. acta part b 63 (2008) 992. [2] plasus ingenieurbüro, plasus specline, version 2.13, königsbrun, germany, 2005. [3] y. y. zong, p. j. parsons, w. slavin, spectrochim. acta, part b 49 (1994) 1667. [4] j.b. willis, b.t. sturman, j. anal. at. spectrom. 19 (2004) 706. [5] s. m. nelms, inductively coupled plasma mass spectrometry handbook, first ed., wiley-blackwell, 2005. [6] f. laborda, m. p. górriz, e. bolea, j. r. castillo, spectrochim. acta part b 61 (2006) 433. [7] b. welz, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, highresolution continuum source aas: the better way to do atomic absorption spectrometry, first ed.,wiley-vch, weinheim, 2005. [8] b.welz, anal. bioanal. chem. 381 (2005) 69. [9] b. welz, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, m.g.r. vale, j. braz. chem. soc. 14 (2003) 220. [10] m.d. huang, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, m. okruss, j. anal. at. spectrom. 21 (2006) 338. [11] d. h. harris, quantitative chemical analysis, seventh ed., w. h. freeman and company, new york, 2007. ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 2010 www.scielo.br/eq volume 34, número 3, 2009 7 óleos essenciais de uvaia (eugenia pyriformis cambess): avaliação das atividades microbiana e antioxidante a. c. stieven1*, j. j. s. moreira2, c. f. silva2 1departamento de química faculdade assis gurgacz – fag – cep 85806-095 – cascavel – pr – brasil 2universidade federal do sergipe – ufs – cep 49095-790 – aracaju – se – brasil *anastieven@yahoo.com.br resumo: a geração de radicais livres, resultado dos processos metabólicos necessários para a produção de energia, causam um grande número de doenças, o que aumenta o interesse pelos compostos antioxidantes presentes em frutos e vegetais e que são responsáveis pela captura destes radicais. além disso, a aplicação de óleos e extratos de frutos no controle microbiológico justifica o crescimento dos estudos científicos dessas matérias-primas. nesse contexto o presente trabalho analisou o óleo essencial de diferentes partes do fruto de uvaia (eugenia pyriformis) em relação à atividade microbiológica, fenóis totais e antioxidantes. o óleo essencial apresentou rendimento maior na casca (1,23 %), seguido pela fração casca com polpa, a fração com menor rendimento foi à semente, sendo quantificados a partir do fruto refrigerado. os resultados obtidos na microbiologia frente as cepas de scherichia coli atcc25922, staphylococcus aureus atcc 6538, pseudomonas aeruginosas atcc 27 853 e enterococcus faecalis atcc99212 foram de ação bacteriostática em todas as cepas testadas, exceto a bactéria p. aeruginosas. intervalo de inibição superior a 24 h foi observado para o óleo essencial da casca frente a bactéria p. aeruginosas. a quantificação de fenóis totais não foi possível pois os valores médios encontrados foram inferiores ao lq (5 µg/ml), por espectrofotometria a 760 nm e as atividade antioxidante mostraram-se não significativas nas concentrações analisadas, em todas as frações. palavras-chave: microrganismos, óleo essencial, dpph, uvaia. 1 introdução evidências recentes têm demonstrado que dietas com elevado conteúdo de vegetais, frutas e grãos podem reduzir o risco de inúmeras doenças. vários autores têm associado os efeitos benéficos desses alimentos à presença de substâncias antioxidantes cujo estudo está também relacionado à freqüente associação entre danos teciduais e liberação de radicais livres [1]. a oxidação é um processo metabólico que leva à produção de energia necessária para as atividades essenciais das células. entretanto, o metabolismo do oxigênio nas células vivas também leva à produção de radicais [2]. antioxidantes que possam seqüestrar esses radicais livres tanto previnem como apresentam alto potencial terapêutico em doenças associadas [3]. antioxidantes são substâncias capazes de prevenir os efeitos deletérios da oxidação, inibindo o início da lipoperoxidação, seqüestrando radicais livres e/ou quelando íons metálicos. os compostos fenólicos de plantas enquadram-se em diversas categorias, como fenóis simples, ácidos fenólicos (derivados ácidos benzóico e cinâmico), cumarinas, flavanóides, estilbenos, taninos conecl. quím., são paulo, 34(3): 7 13, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 20098 artigo article densados e hidrolisáveis, lignanas e ligninas [4, 5, 6]. a atividade antioxidante de compostos fenólicos deve-se principalmente às suas propriedades redutoras e estrutura química que desempenham um papel importante na neutralização ou seqüestro de radicais livres e quelação de metais de transição, agindo tanto na etapa de iniciação como na propagação do processo oxidativo [6, 7]. o intermediários formados pela ação de antioxidantes fenólicos são relativamente estáveis, devido à ressonância do anel aromático presente na estrutura destas substâncias [6]. compostos que apresentam ampla atividade antioxidante podem ser obtidos a partir da extração do óleo essencial de flores, folhas, frutos, sementes, gramas, raízes, rizomas e caules das plantas. óleos essenciais são constituintes voláteis orgânicos responsáveis pela fragrância de muitas plantas [8]; sendo que a atividade antioxidante dos óleos voláteis tem despertado o interesse de muitos pesquisadores [9]. os óleos essenciais de plantas, também apresentam atividade antimicrobiana contra um grande número de bactérias incluindo espécies resistentes a antibióticos e antifúngicos [10]. eles podem apresentar ação tanto contra bactérias gram-positivas quanto gram-negativas e ainda leveduras e fungos filamentosos. isso é de grande relevância uma vez que as indústrias farmacêuticas vêm produzindo inúmeros novos antibióticos, o que tem aumentado a resistência de microrganismos à essas drogas [11]. dentre as famílias botânicas que apresentam maior quantidade de elementos voláteis, destaca-se a família myrtaceae, que contém centenas de gêneros e cerca de 3.500 espécies distribuídas por todo o mundo, preferencialmente nas zonas tropicais e subtropicais da américa e austrália. além de largamente espalhadas nas florestas brasileiras, muitas de suas espécies são cultivadas nas áreas urbanas [12]. a família myrtaceae possui várias espécies que produzem frutos comestíveis de sabor agradável, como a uvaia, pitanga, goiaba, jabuticaba, araçá, guabiroba, cagaita e cambuci, além de terem características adequadas ao uso na arborização urbana [13, 14]. algumas espécies desta família, são utilizadas como plantas medicinais no paraguai e argentina, formando um complexo conhecido popularmente como ñangapary. dentre elas, as cerca de 400 exemplares do gênero eugenia assumem destaque especial. um exemplo disto é a cagaita (eugenia dysenterica), que apresenta efeito purgativo nos frutos e é também empregada para combater problemas cardíacos [2]. a decocção de folhas de pitanga (eugenia uniflora) em água pode servir para controle da hipertensão, diminuição do colesterol e ácido úrico, emagrecimento e, também, como adstringente e digestivo [15]. os óleos essenciais de espécies de myrtaceae caracterizam-se pela presença de compostos terpênicos com comprovada atividade microbiológica. a espécie eugênia punicifolia é rica em 1,8 cineol, alfa-terpineol e terpinen-4-ol compostos encontrados também em eucaliptus cinera f. mull, para os quais foi comprovada a atividade biológica. ainda em e. cinera foi observada a atividade do composto ocimeno [16, 17, 18]. estudo recente realizado sobre a composição química do óleo essencial das flores e frutos de eugênia pyriformis detectou a presença constante dos monoterpenos terpinen-4-ol e alfa-terpineol embora em pequenas quantidades (1,3 e 5,4 %, respectivamente) no óleo essencial da fruta. outros dois componentes importantes para o referido óleo foram limoneno (12,4 %) e óxido de cariofileno (16,2 %) por não serem comumente encontrados em espécies de myrtaceae [19]. o óxido de cariofileno (sesquiterpeno) e limoneno (monoterpeno) foram encontrados como constituintes traços no óleo essencial das frutas de eugênia uniflora. já em eugênia involucrata não foram detectados monoterpenos no óleo essencial dos frutos. e. pyriformis apresentou a fração sesquiterpeno majoritária com 51,3 % contra 29,0 % da fração monoterpênica. embalagens produzidas a partir de biopolímeros naturais, como polissacarídeos, proteínas e lipídios, vêm sendo desenvolvidas visando sua aplicação em alimentos, como uma alternativa aos filmes poliméricos não biodegradáveis. esses filmes podem conter agentes ativos e pela liberação controlada dos mesmos até a superfície do alimento, ampliar sua função protetora. pesquisa recente com filmes compostos de alginato e quitosana ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 2009 9 artigo article contendo natamicina confirmou a eficiente atividade antimicrobiana dos mesmos [20]. o uso de óleos essenciais comestíveis como agentes ativos, junto ao biopolímero, pode representar a ampliação do espectros de uso desses biopolímeros na área de alimentos, devido a comprovada eficiência antimicrobiana dos óleos essenciais principalmente aqueles contendo 1,8 cineol, alfa-terpineol e terpinen-4-ol que atuam sobre microorganismos patogênicos comumente encontrados em alimentos [16, 18]. a partir dessas considerações foi desenvolvido um trabalho que teve como objetivos determinar a atividade microbiana, quantificar os compostos fenólicos totais e avaliar a atividade antioxidante, de 03 frações (cascas com polpa, cascas e sementes) do fruto de uvaia (eugenia pyriformis cambess, família myrtaceae). 2 material e métodos todos os reagentes e solventes usados na execução dos procedimentos experimentais foram de grau analítico, adquiridos da vetec, rio de janeiro, rj. os meios de cultura utilizados na microbiologia foram adquiridos da merck s.a. 2.1 coleta e preparo das amostras os frutos de uvaia foram obtidos de árvores provenientes do fragmento florestal localizado no campus da faculdade assis gurgacz, cascavel pr. a coleta foi realizada entre os meses de novembro a janeiro de 2007/2008, sendo que os frutos eram selecionados visualmente, tendo como base de maturação a coloração amarela. após a coleta os frutos foram armazenados sob refrigeração entre 0 e 6 ºc. para o preparo das amostras, foi utilizado o fruto ligeiramente refrigerado, do qual foram separadas, com auxilio de material cortante, as três frações – casca com polpa (cp), casca (c) e semente (s), partes essas que foram utilizadas para a obtenção dos extratos e do óleo essencial. 2.2 obtenção dos extratos etanólico e aquoso foram preparados extratos etanólicos em duas metodologias diferentes. o primeiro extrato utilizou 2 g da amostra (casca, casca com polpa e semente) triturada, imersas em 25 ml de etanol que foram mantidas em banho-maria a 70 ºc por um período de 30 minutos; logo após foram filtrados em papel filtro e armazenados em material âmbar a 6 ºc ±1 até sua utilização. o segundo extrato preparado foi hidroalcoólico a 80% de etanol e 5 g de amostra que foram mantidos em repouso com 50 ml da solução de etanol em água destilada, ao abrigo da luz por três dias sob refrigeração a 6 ºc ±1. a obtenção do extrato aquoso foi realizada por infusão de 2 g da amostra triturada, em água destilada a 100 ºc onde foram deixados por 30 minutos; após foram filtrados e armazenados nas mesmas condições do extrato etanólico. 2.3 extração do óleo essencial de uvaia a extração do óleo essencial de uvaia foi realizada para as três frações dos frutos, em separado, utilizando o método de arraste de vapor. aproximadamente 10 g de amostra foram misturados em 30 ml de água destilada. o tempo estabelecido para a extração foi de 6 horas. a fração obtida no arraste de vapor foi colocada em funil de separação para efetuar-se a extração líquido-líquido com três repetições em éter etílico. posteriormente a separação e coleta do óleo, foi adicionado agente secante naso4 anidro, sendo então filtrado e levado ao evaporador rotativo sob vácuo. 2.4 testes fitoquímicos qualitativos a pesquisa de compostos fenólicos totais – alcalóides e flavonóides foi realizada a partir do extrato etanólico, aquoso e hidroalcoólico das três partes do fruto, segundo metodologia descrita na literatura [21]. ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 200910 artigo article 2.5 construção da curva de calibração do folin ciocalteau a curva de calibração foi preparada a partir das medidas de absorbância da solução aquosa de ácido gálico nas concentrações 5, 10, 20, 40, e 80 µg por 0,5 ml. a este volume foram acrescentados 2,5 ml de folin ciocalteau 10% e 2,0 ml de solução de carbonato de sódio 7,5%, totalizando 5,0 ml correspondentes a cada ensaio. a curva de calibração foi construída a partir da leitura realizada em espectrofotômetro manual – femto 700plus, cubeta de quartzo, em absorbância de 760 nm, contra um branco de água. 2.6 determinação de fenóis totais em óleo essencial inicialmente foi diluído o óleo essencial das três frações, em separado, em 5 ml de metanol. a partir da solução estoque, fizeram-se diluições até obter solução de 250 µg/ml. com esta concentração, foi transferido 01 ml para um tubo de ensaio e reduzido o volume em 50%. com aproximadamente 0,5 ml de amostra, foi adicionado a ele 2,5 ml de folin ciocalteu 10%, adicionou-se também 2,0 ml de carbonato de sódio 7,5%. a solução formada foi levada ao banho-maria 50º c por 5 min, retirada e deixada para esfriar; e, então, foi realizada a leitura em espectrofotômetro manual, em comprimento de 760 nm, contra um branco. o mesmo procedimento descrito foi realizado para os extratos etanólicos e hidroalcoólicos. 2.7 construção da curva de calibração do dpph primeiramente, foram preparados 50 ml de solução estoque de dpph em metanol na concentração de 40 µg/ml, mantida sob refrigeração e protegida da luz. foram feitas diluições de 35, 30, 25, 20, 15, 10, 05 e 01 µg/ml. a curva de calibração foi construída a partir dos valores da absorbância a 515 nm de todas as soluções, medidas em cubetas de quartzo em espectrofotômetro, tendo como branco o metanol. as absorbâncias foram lidas em triplicata em intervalos de 1 min entre cada leitura. 2.8 determinação da atividade antioxidante em óleo essencial o óleo essencial foi diluído nas seguintes concentrações: 250, 200, 150, 100, 50, e 25 ug/ ml. a partir das seguintes concentrações foi transferido para um tubo de ensaio, 0,3 ml de cada solução juntamente com 2,7 ml de solução estoque de dpph na concentração de 40 µg/ml. esta solução formada foi levada ao espectrofotômetro para realizar-se a leitura contra um branco utilizando 2,7 ml de metanol e 0,3 ml de amostra em cada concentração. a absorbância foi mensurada em espectrofotômetro no comprimento de onda de 515 nm, sendo realizada as leituras no 1º, 5º e 10º min, a cada 10 min até completar 01 h. 2.9 determinação da atividade microbiana dos extratos e do óleo essencial para a determinação da atividade microbiana, foram utilizadas às cepas escherichia coli atcc 25922, staphylococcus aureus atcc 6538, pseudomonas aeruginosa atcc 27853 e enterococcus faecalis atcc 99212, adquiridas da newprov produtos para laboratórios, pinhais-pr. as bactérias foram incubadas em caldo bhi por 24 h, após esse período foi coletado 01 swab de cada bactéria e estriado em placas com meio agar muller hinton. os discos contendo as amostras extratos etanólico e aquoso, e óleos essências, das três frações do fruto, foram preparados com discos de papel filtro estéreis, colocados em imersão nas amostras e armazenados em frascos previamente esterilizados. os discos contendo os extratos e óleos essenciais foram colocados nas placas, sobre as esecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 2009 11 artigo article trias, mantendo espaçamento entre eles. para que não ocorresse interferência, os óleos e os extratos foram colocados em placas diferentes, porém abrangendo as 04 bactérias em todas as amostras. com as placas já estriadas e com os discos, as placas foram incubadas invertidas a temperatura de 37 ºc ±1, sendo realizadas leituras de medição dos halos a cada duas horas até completar 24 h de incubação. após as 24 h de incubação foi retirada uma pequena parte dos halos formados e colocados em caldo bhi, então incubados por mais 24 h a fim de verificar o crescimento e determinar a ação da amostra. 3 resultados e discussão o doseamento do óleo essencial foi realizado pela diferença de peso do balão previamente seco e após com óleo essencial em peso constante. o fruto uvaia (eugenia pyriformis cambess) apresentou, para 10 g de fruto refrigerado, o rendimento de 1,23% de óleo essencial na casca, 0,725% na casca com polpa e 0,39% na semente. 3.1 testes fitoquímicos qualitativos os testes fitoquímicos foram realizados com o intuito de verificar se os extratos aquosos, etanólico e hidroalcoólico do fruto da uvaia apresentavam resultados positivos quanto à presença de compostos fenólicos. de acordo com a metodologia seguida, não foram detectados compostos fenólicos nas frações testadas no fruto da uvaia. cabe ressaltar que este método é qualitativo e que concentrações muito baixas de compostos fenólicos podem resultar em falso negativo. 3.2 determinação de fenóis totais a quantificação espectrofotométrica de compostos fenólicos é realizada por meio de uma variedade de técnicas, todavia a que utiliza o reagente folin-ciocalteau apresenta-se como as mais extensivamente utilizada. esse reagente consiste de uma mistura dos ácidos fosfomolibídicos e fosfotunguísticos, a qual o molibdênio e o tungstênio se encontram no estado de oxidação 6+ . na presença de agentes redutores, como os compostos fenólicos, ocorre a redução dos compostos que constituem o reagente e, assim, pela coloração azul de ambos é possível determinar a concentração destas substâncias redutoras no meio, podendo ser ou não provenientes de natureza fenólica [7]. a quantificação das substâncias ativas foi determinada pela equação da curva de calibração, obtida para o padrão de ácido gálico em folinciocalteau, plotando-se os valores de absorbância contra as concentrações. a análise das amostras foi realizada para os óleos essências do fruto de uvaia, nas 03 frações, na concentração de 250 µg/ml, e para os extratos etanólico e hidroalcoólico. analisando os resultados obtidos para o óleo de semente e casca com polpa, não foram encontrados compostos fenólicos detectáveis pelo método utilizado. algumas considerações se fazem necessárias buscando compreender melhor o resultado obtido. alguns autores citam que a condição de extração dos compostos fenólicos deve ser exaustiva, chegando a 4 dias de maceração quando trabalha-se com folhas vegetais [22, 3], no entanto os trabalhos que envolvem frutas apontam para procedimentos mais rápidos, de até 30 minutos, como o utilizado no presente trabalho, em condições de solventes semelhantes evitando degradações [10, 23]. para a análise da amostra casca, a média dos valores de absorbância obtidos na análise foi inferior ao limite de quantificação da metodologia aplicada, que neste caso corresponde ao valor de absorbância, obtido para o primeiro ponto da curva de calibração (5 µg/ml de padrão ácido gálico). com o extrato etanólico e hidroalcoólico, também testados, em todas as 03 frações, foi observado o mesmo comportamento já obtido nas frações do óleo essencial de semente e casca com polpa. outro fator importante são os limites de detecção empregados. estudos futuros empregando a técnica de lc/ms podem revelar resultados positivos para fenólicos totais de uvaia por ser uma técnica cujas limites de detecção são mais baixos, da ordem de ng [24]. ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 200912 artigo article não foi realizada a avaliação quantitativa de compostos fenólicos para o extrato aquoso, pois este também apresentou resultado negativo nos testes fitoquímicos e, além disso, extratores hidroalcoólicos para compostos fenólicos são mais eficientes que o meio aquoso [22]. 3.3 determinação da atividade antioxidante a determinação da atividade antioxidante foi realizada pelo método dpph, que consiste em avaliar a atividade seqüestradora do radical livre 2,2-difenil-1-picril-hirazila – dpph. este reagente pode ser reduzido por um antioxidante ou uma espécie radicalar; quando reduzido forma difenilpicril-hirazina, de coloração amarela, com conseqüente diminuição da absorbância, em relação ao dpph puro, permitindo assim o seu monitoramento. a equação da curva de calibração obtida para o dpph foi y=0,0473x para r2=0,9917. a partir da equação da curva de calibração é possível determinar a porcentagem da atividade antioxidante ou a porcentagem de dpph remanescente no meio reacional [7]. a tabela 01 apresenta a análise de variância, realizada pelo teste anova, das absorbâncias obtidas para o dpph frente à amostra, nas três frações, nas concentrações de 250, 200, 150, 100, 50 e 25 µg/ml de óleo essencial: tabela 01: analise de variância das absorbâncias de dpph frente às amostras: variação: sq gl qm f calc. f1%,7,100 entre 0,289 7 0,0041 3,03 x 10-3 2,82 dentro 95,2791 100 0,9528 total 95,5681 107 sq: soma de quadrados; gl: grau de liberdade; qm: quadrado médio; f calc.: fator calculado; f1%,7,100: fator tabelado a tabela 01 confirma o já observado nas tabelas de absorbância nos tempos de 01’, 05’, 10’, 11’, 15’, 20’ e assim sucessivamente até completar 60 min de leitura, o qual sugeria que a média entre a primeira e a décima oitava leitura apresentava a leitura no 30º min, e isso se repetia em todas as concentrações da mesma amostra e entre as 03 frações do fruto estudado. com o valor de f calculado encontrandose muito a baixo de 01 comparado ao f tabelado, para α=0,1, foi concluído que a hipótese estava correta quando admitimos que não houve consumo de dpph pela amostra em questão. o teste de tukey complementando anova elucidou as diferenças tomando duas á duas as médias de absorbâncias em cada grupo, e, neste caso, apresentou a mesma correlação de diferenças não significativas entre as absorbâncias. para α=0,05 foi observado que o valor de q calculado foi menor que o valor de q tabelado, para todas as dualidades de média de absorbância, referendando o resultado de h0 = µa = µb, ou seja, a diferença entre as populações não é significativa. os resultados para compostos fenólicos e para atividade antioxidante serem negativos, eles concordam entre si, uma vez que em geral extratos ricos em compostos fenólicos apresentam também atividade antioxidante, o que é referendado na literatura pois os dois métodos, folin-ciocalteu e dpph, apresentam similaridade química [23, 25]. no entanto os resultados indicam que os teores de fenólicos totais da uvaia diferem de outras frutas da mesma família, como a pitanga e cagaita, com teores de 14 mg /100 g e 150 mg /100 g da fruta respectivamente [4, 23]. o uso de outro método de avaliação da atividade antioxidante é sugerido, como o sistema b-caroteno/ácido linoleico, que avaliará a habilidade de um composto em proteger moléculas biológicas da oxidação como em sistemas que ocorrem em um alimento [23]. ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 2009 13 artigo article 3.4 determinação da atividade microbiana a atividade microbiana dos óleos essenciais é frequentemente testada, já que muitos estudos relatam a capacidade que alguns compostos químicos voláteis presentes neles apresentam quanto à inibição ou até mesmo à destruição de microorganismos patógenos ao ser humano ou mesmo responsáveis pela diminuição do tempo de prateleira de um enorme número de alimentos. a tabela 02 apresenta os resultados obtidos a partir de halos de inibição das 03 amostras nas suas diferentes frações. foram tomados como positivos (+) os resultados que apresentavam repetições de halos, independente de suas medidas, e negativos (-) os resultados sem repetições. através da tabela 02 é possível observar que o extrato etanólico e o óleo essencial, ambos com utilização de solvente, apresentaram maior sensibilidade pelas bactérias; mas, esse resultado deve ser analisado em comparação ao disco controle – solvente – pois este pode ter sido o responsável direto pela inibição, ou então indiretamente, onde teria a função de extrair os compostos capazes de inibir o crescimento bacteriano em determinada área. a bactéria b1 apresentou resultado positivo de inibição em relação ao óleo essencial da casca de uvaia e este resultado foi mantido até às 21 h de incubação. os demais discos desta bactéria não podem ser considerados devido à positividade no disco controle – solvente. comparando a média de tamanho do halo de inibição do óleo essencial da casca frente à bactéria enterococcus faecalis com os halos, apresentados na tabela de cefar diagnóstica ltda [26], dos antibióticos ampicilina, eritromicina e vancomicina (utilizados frequentemente em patologias causadas por este microrganismo) ele encontra-se na zona de resistência desta bactéria, confirmando assim a última análise, que apresentou atuação bacteriostática. ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 200914 artigo article tabela 02: ação das diferentes amostras frente às bactérias: o.e. e.e. e.a. 16h c s cp sv c s cp sv c s cp b1 + + + + + + + + b2 + + + + + + b3 + + + + + + + + b4 18h b1 + + + + + + + + b2 + + + + + + + + + + b3 + + + + + + + + + + b4 21h b1 + + + + + + + + + + b2 + + + + + + + b3 + + + + + + + + + b4 23h b1 + + + b2 + + + + + + + + + + b3 + + + + + b4 25h b1 + + + + b2 + + + + + + + + b3 b4 o.e: óleo essencial; e.e.: extrato etanólico e e.a.: extrato aquoso. c: casca; s: semente; cp: casca com polpa e sv: solvente. b1: enterococcus faecalis; b2: escherichia coli; b3: staphylococcus aureus e b4: pseudomonas aeruginosa. a mesma bactéria, e. faecalis, mostrou-se sensível também ao extrato aquoso das três frações de uvaia, sendo que a amostra cp se mostrou eficaz até 25 h de incubação, já as outras 02 frações, c e p, apenas até 21 h. em relação ao tamanho do halo, a resposta se deu da mesma forma ao teste explanado anteriormente. ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 2009 15 artigo article a bactéria b2, e. coli, apresentou sensibilidade no extrato etanólico na amostra cp, durante todo o período de incubação. com relação aos halos de inibição, a cepa apresenta-se na área de resistência, segundo a tabela de cefar diagnóstica ltda. é possível observar que a ação inibitória dos extratos e do óleo essencial de uvaia foi diminuindo em função do tempo, embora algumas amostras tenham mantido a inibição das cepas por um período de até 18 h, mesmo assim sua ação foi vencida em algum momento. os mesmos óleos e extratos de uvaia foram testados em cepas de pseudomonas aeruginosa, e como se pode observar na tabela 02 não apresentaram resultado positivo em nenhuma das amostras testadas e também não apresentaram alterações durante o tempo de leitura. após as 25 h de leitura dos halos de inibição, as amostras que mantiveram os halos foram testadas novamente, utilizando caldo bhi, e com leitura em 24 h de incubação. com relação à turbidez do meio, foi constatado que todas as amostras apresentaram ação bacteriostática em todas as cepas. 4 conclusão os resultados obtidos apresentaram pequena correlação com os já relatados a frutos similares, como a pitanga e a cagaita. os resultados da atividade antioxidante demonstraram que a uvaia não é uma fonte apreciável destes compostos, o que esta de acordo com o doseamento dos compostos fenólicos, que não foram detectados em quantidades quantificáveis no método empregado. com relação à avaliação microbiológica, todas as cepas apresentaram atividade bacteriostática, exceto a bactéria pseudomonas aeruginosa, que não apresentou alterações durante o tempo de leitura. a bactéria enterococcus faecalis destacou-se apresentando elevado intervalo de ação inibitória, superior a 24 h de incubação, no óleo essencial da casca de uvaia, incentivando novos estudos que visem a utilização do óleo para aumentar o tempo de prateleira de produtos alimenticios, que, em geral, apresentam elevada taxa de contaminação por esta bactéria. essential oils of uvaia (eugenia pyriformis cambess): evaluation of the microbiologycal and antioxidant activities received november 03 2008 accepted 04 2008 abstract: the generation of free radicals, result of the energy production metabolic processes, leads to a high number of illnesses. for that an increased interest is directed to antioxidants that can be found in fruits and vegetables and are responsible for the capture of these radicals. moreover, application of fruits extracts and oils in the microbiological control justify the growth of the scientific studies of these raw materials. in this context the present work analyzed essential oils in different parts of uvaia fruit (eugenia pyriformis) concerning microbiological activity, total phenols and antixidant properties. frozen fruits were analysed and higher contents of essential oils were found in the rind (1.23%), followed for the fraction rind-pulp. the lower content was found in seeds. bacteriostatic action was observed for scherichia coli atcc25922, staphylococcus aureus atcc 6538, pseudomonas aeruginosas atcc 27853 and enterococcus faecalis atcc99212. low values for total phenol (<5 µg.ml-1) hindered analysis. no antioxidant activity could be observed. keywords: microrganisms, essential oil, dpph, uvaia. 5 referências bibliográficas [1] r. p. costa, g. menedez, l. p. bricarello, m. c. elias, m. ito, revista da sociedade de cardiologia estado de são paulo. 10 (2000) 13. [2] r. roesler, l. g. malta, l. c. carrasco, r. b. holanda, c. a. s. sousa, g. m. pastore, ciência e tecnologia de alimentos. 27 (01) (2007) 07. [3] d. a. silva, t. m. s. silva, a. c. s. lins, d. a. costa, j. m. s. cavalcante, w. n. matias, m. f. souza, química nova. 29 (06) (2006) 04. ecl. quím., são paulo, 34(3): 7 16, 200916 artigo article [4] v. l. a. lima, e. a. melo, m. s. maciel, g. s. b. silva, d. e. s. lima, revista de nutrição. 17 (1) (2004) 07. [5] h. g. rodrigues, y. s. diniz, l. a. faine, j. a. almeida, a. a. h. fernandes, e. l. b. novelli, revista de nutrição. 16 (2003) 05. [6] s. e. soares, revista de nutrição. 15 (01) (2002) 10. [7] c. m. m. sousa et al.,química nova. 30 (02) (2007) 04. [8] r. m. melo, v. f. s. corrêa, a. c. l. amorim, a. l. p. miranda, c. m. rezende, brazilian chemistry society. 18 (01) (2007) 04. [9] s. m. morais, f. e. a. c. junior, a. r. a. silva, j. stone, m. neto, d. rondina, j. h. l. cardoso, química nova. 29 (05) (2006) 03. [10] f. c. assolini, a. m. tedesco, s. t. carpes, c. ferraz, s. m. alencar, brazilian journal of food technology. 9 (3) (2006) 06. [11] l. m. bertini, a. f. pereira, c. l. l. oliveira, e. a. menezes, s. m. morais, f. a. cunha, e. s. b. cavalcanti, infarma. 17 (4) (2005). [12] a. c. siani, a. l. f. sampaio, m. c. sousa, m. g. m. o. henriques, m. f. s. ramos, revista biotecnologia ciência e desenvolvimento. 03 (16) (2000) 05. [13] m. p. correa, dicionário de plantas úteis do brasil e das exóticas cultivadas. rio de janeiro: ministério da agricultura, (1975). [14] r. s. m. silva, l. j. chaves, r. v. naves, revista brasileira de fruticultura. 25 (02) (2001) 04. [15] c. v. silva, d. a. c. bilia, a. m. maluf, c. j. barbedo, revista brasileira de botânica. 26 (02) (2003) 08. [16] g. l. cruz. dicionário das plantas úteis do brasil 3 ed. (1985). [17] f. j. fabrowski. tese (doutorado em engenharia florestal). ufpr, curitiba (2002) 225. [18]j. franco, t. nakashima, l. franco e c. boller, revista brasileira de farmacognosia. 15 (3) (2005) 191. [19]m. e. a. stefanello, a. wisniewiski jr, e. l. simionatto e a. c. cervi, latin american journal of pharmacy. 28 (3) (2009) 449. [20] f. r. b. turbiani. dissertação (mestrado em engenharia química). uncamp (2007). [21] t. nakashima. tese (doutorado institut natiol polytechnique de toulouse) frança (1993). [22] a. l. oliveira, a. d. padilha, g. g. ortega, p. r. petrovick, caderno de farmácia ufrgs. 17 (01) (2001) 05. [23] m.i. genovese, m. da silva pinto, a.e. de souza schmidt gonçalves and f.m. lajolo, food science and technology international. 14 (2008) 207. [24] s a. l. morais; f. j. t. aquino; p. m. nascimento; e. a. nascimento; r. chang. química. nova. 32 (2) (2009) 153. [25] d. huang, b. ou and r. l. prior, journal of agricultural and food chemistry. 53 (2005) 1841. [26] cefar diagnóstica ltda, tabela para identificação de halos de inibição antiobiograma. jurubatuba, são paulo. tabela 1 – condições experimentais empregadas eclética química, 39, 22-34, 2014. 22 determinação de metais pesados em amostras de sedimentos superficiais da bacia do rio são francisco por espectrometria de massas com fonte de plasma acoplada indutivamente após decomposição ácida assistida por radiação micro-ondas julio césar jose da silva 1,2 , judith maria matos 2 , alex campos divino 3 , taimara polidoro ferreira 1 , virginia sampaio teixeira ciminelli 2,4 1 grupo baccan de química analítica, departamento de química, instituto de ciências exatas, universidade federal de juiz de fora, cep: 36036-900, juiz de fora, mg, brasil. 2 inct-acqua (instituto nacional de ciência e tecnologia em recursos mineraism água e biodiversidade), departamento de engenharia metalúrgica e de materiais, escola de engenharia, cep: 31270-901, belo horizonte, mg, brasil. 3 laboratório de invertebrados bentônicos, instituto de ciências biológicas, universidade federal de juiz de fora, cep: 36036-900, juiz de fora, mg, brasil. 4 núcleo de inovação e serviços – novas, departamento de engenharia metalúrgica e de materiais, escola de engenharia, universidade federal de minas gerais, cep: 31270-901, belo horizonte, mg, brasil. resumo: a determinação de espécies químicas tóxicas em sedimentos em nível traço tem recebido especial atenção no campo da ecologia e química ambiental, devido ao potencial tóxico e capacidade de acumulação dessas espécies. no estado de minas gerais, esse problema é especialmente crítico no quadrilátero ferrífero, uma das regiões de mineração mais conhecida mundialmente, devido às atividades de mineração predatória (garimpo) ou não, realizadas no estado desde o século xvii. no presente trabalho, as amostras de sedimentos superficiais de rio foram coletadas na bacia hidrográfica do rio são francisco no estado de minas gerais. as amostras de sedimentos foram decompostas empregando forno de micro-ondas com cavidade e frasco fechado e usando uma mistura ácida: hno3+hf+h3bo3. a exatidão do método foi determinada empregando um material de referência certificado (nist 2780, hard rock mine waste) enquanto que o desvio padrão relativo (dpr) não ultrapassou a 20% para todas as amostras investigadas. a maioria dos resultados foi concordante dentro de um nível de confiança de 95%. os limites de detecção e quantificação determinados variaram entre 0,02 µg l -1 a 0,18 µg l -1 , e 0,06 µg l -1 a 0,60 µg l -1 , respectivamente. os níveis dos elementos investigados ficaram, na maioria dos casos, abaixo dos valores recomendados pela legislação brasileira, exceto para zn e cr, que apresentaram valores maiores em algumas amostras. eclética química, 39, 22-34, 2014. 23 palavras-chave: sedimentos; metais pesados; espectrometria de massas; plasma; micro-ondas. determination of heavy metals in samples of bottom sediments from hydrographic basin of são francisco river for inductively coupled plasma mass spectrometry after acid decomposition assisted by radiation microwave abstract: the determination of toxic chemical species at the trace level in sediments it has been receiving special attention in the field of the ecology and environmental chemistry, due to the toxic potential and accumulation capacity of those species. in the state of minas gerais, that problem is especially critical in the iron quadrangle, one of the most well known mining areas worldwide, due to mining activities since the xvii century . in the present work, samples of river bottom sediments were collected in the hydrographic basins of san francisco river in the state of minas gerais. the samples were decomposed using radiation microwaves in closed flask and using the acid mixture: hno3 + hf + h3bo3. the accuracy of the method was determined using a certified reference material (nist 2780, hard rock mines waste) while the relative standard deviation was inferior to 20% for all of the investigated samples. most of the results obtained were concordant in a 95% confidence level. limit of detection and limit of quantification varied between 0.02 to 0.18 µg l -1 , and 0.06 µg l -1 to 0.60 µg l -1 , respectively. the levels of the investigated elements were, in most of the cases, below the values recommended by the brazilian legislation, except for zn and cr, witch were higher in the some samples. keywords: sediments; heavy metals; inductively coupled plasma mass spectrometry; microwave-assisted digestion. introdução no estado de minas gerais, o rio são francisco, entre a represa de três marias e o rio abaeté é sujeito a múltiplos impactos: mudança do regime hidrológico, lançamento de esgotos domésticos, lançamento de efluentes industriais, assoreamento por uso inadequado do solo, contaminação por pesticidas, herbicidas e outras substâncias tóxicas. embora esses impactos estejam sendo investigados há diversos anos, somente após 2005, em consequência de uma mortandade de peixes atípica, iniciaram-se pesquisas mais intensas na região. o rio são francisco também sofre influência da atividade minero-metalúrgica, que produz zinco e outros metais, na região desde 1969. o maior impacto dessa atividade na região tem origem em ações como disposição inadequada de resíduos e lançamento de efluentes contendo esses contaminantes nos corpos de água, contribuindo para alteração da qualidade das águas do rio são francisco e afluentes. observa-se nos sedimentos dos leitos do rio e córregos a presença de diversos metais provenientes do processo de produção de zinco: zn, cd, pb, cu e co. na região há ainda outras atividades que também causam impacto na qualidade das águas do rio são francisco, principalmente de naturezas agrícola e eclética química, 39, 22-34, 2014. 24 florestal, além dos impactos ligados aos problemas de saneamento básico. o efeito acumulado de todas essas atividades contribui para a degradação da qualidade do rio são francisco e de sua biodiversidade [1]. a poluição do meio-ambiente é um dos fatores efetivos na destruição dos componentes da biosfera [2]. além dos organismos/comunidades utilizados como indicadores de qualidade do ambiente aquático [3], espécies inorgânicas também são amplamente empregadas para esse fim, lembrando que ambos os tipos de indicadores ambientais estão intimamente interligados. entre os contaminantes químicos inorgânicos, as e metais como, cd, cr, cu, hg, ni, pb, se, v e zn, são considerados de grande risco tóxico ao meio-ambiente e à saúde humana [2,4]. no estado de minas gerais, o problema associado a espécies inorgânicas tóxicas é especialmente crítico no quadrilátero ferrífero, uma região de mineração conhecida internacionalmente pela sua riqueza, produzindo ouro, gemas de topázio e vários tipos de minérios de ferro e manganês, desde o século xvii [5]. a análise de sedimentos pode fornecer importantes informações a respeito da qualidade do ambiente aquático, já que sedimentos agem como memória do ecossistema, fornecendo um retrato de sua evolução com o tempo, registrando as informações dos episódios de impactos ambientais e acumulando espécies químicas usadas ou produzidas pelas atividades humanas (industriais ou domésticas). a absorção de espécies metálicas é cumulativa e o sedimento pode agir como uma fonte potencial, já que o elemento acumulado pode ser convertido em outras espécies mais tóxicas ou mais solúveis na fase aquosa, afetando dessa forma as propriedades do ambiente aquático. esses acontecimentos podem induzir mudanças significativas em sua qualidade [6,7]. o contaminante pode ainda ser transferido à atmosfera e transportado junto com materiais particulados, particulado para locais ainda não contaminados [7]. entre as técnicas analíticas empregadas para a quantificação de elementos presentes em baixas concentrações, à espectrometria de massas com fonte de plasma acoplada indutivamente (icp-ms) é especialmente importante devido a diversas vantagens. estas incluem capacidade multielementar, alta sensibilidade e possibilidade de calibração diretamente contra padrões aquosos [7,8]. a capacidade do icpms em quantificar elementos presentes em concentrações traço faz dessa técnica a de escolha para a determinação de diversos elementos em diferentes tipos de matrizes [9,10]. os maiores componentes dos sedimentos e solos são a argila, minerais carbonatados, óxidos e matéria orgânica. para a determinação de elementos traços nesse tipo de matriz usando icp-ms, uma etapa de dissolução ácida é usualmente necessária [11]. no caso de elementos ou compostos voláteis, o emprego de métodos de mineralização assistidos por aquecimento com radiação micro-ondas o uso de frascos fechados é pré-requisito para evitar perdas por volatilização [9,12]. esse procedimento pode ainda evitar problemas normalmente observados nos procedimentos convencionais de dissolução, tais como a possibilidade de decomposição incompleta, etapas longas e exaustivas e riscos de contaminação [13]. as vantagens e benefícios da utilização da radiação micro-ondas para mineralização de amostras de solos e sedimentos têm sido exploradas em diversas publicações [14-16]. neste trabalho foram determinados as, co, cu, cr, ni, pb, v e zn em amostras de sedimentos por icp-ms. as amostras foram decompostas usando-se um forno de micro-ondas com cavidade e frasco eclética química, 39, 22-34, 2014. 25 fechado. figuras de mérito, tais como, limite de detecção, limite de quantificação, precisão e exatidão foram criticamente investigadas. experimental caracterização geral da região foco do projeto a região selecionada integra a bacia do rio são francisco que drena uma área de cerca de 18.710km 2 , abrangendo 15 municípios, quais sejam: abaeté, arapurá, biquinhas, cedro do abaeté, felixlândia, matutina, morada nova de minas, paineiras, pompeu, santa rosa da serra, são gonçalo do abaeté, são gotardo, tiros, três marias, varjão de minas. o município de três marias engloba uma área de aproximadamente 2.681,61 km 2 , com uma população de 24.927 habitantes. na economia, são relevantes os setores agropecuários, extração vegetal e pesca industrial e de serviços, sendo este último o que envolve a maioria da população. no ramo industrial, destacam-se as indústrias alimentícias, de confecção de artigos para vestuário, fabricação de máquinas e equipamentos, de produtos químicos e metalurgia [17]. levantamento dos pontos de amostragem as amostragens e análises foram realizadas pelo departamento de engenharia metalúrgica e de materiais da escola de engenharia da universidade federal de minas gerais com o apoio do projeto águas de minas do instituto águas de minas (igam). a rede de monitoramento investigada consistiu de quatro (04) pontos de amostragem localizados no entorno da represa de três marias (bacia do rio são francisco) como mostrado na figura i. as estações de amostragem foram definidas a partir da avaliação crítica de séries históricas do projeto águas de minas, onde foram identificadas áreas sensíveis e críticas com relação à contaminação de amostras de água por espécies metálicas, especialmente relacionadas às atividades minerometalúrgicas [17]. as localizações geográficas das estações de amostragem investigadas são as seguintes: ponto sf011: -18° 40 41 -45° 33 56. altitude: 600m. rio indaiá a montante do reservatório de três marias; ponto sf013: -18° 27 56 -45° 38 50. altitude: 720m. rio borrachudo a montante do reservatório de três marias; ponto sf015: -18° 09 16 -45° 13 31. altitude: 500m. rio são francisco a jusante do reservatório de três marias; ponto sf017: -18° 06 35 -45° 27 48. altitude: 600m. rio abaeté próximo de sua foz no rio são francisco, este a jusante do rio são francisco. amostras superficiais de sedimentos (0-5 cm) foram coletadas durante o período de chuva (janeiro, fevereiro, março) de 2006 (n=3). figura i instrumentação foi usado um espectrômetro de massas com plasma indutivamente acoplado (icp-ms), modelo elan 9000 (perkin elmer, norwalk, ct, eua) equipado com uma fonte de rádiofrequência de 40 mhz, tubo injetor da tocha com 2,0 mm de diâmetro interno, um nebulizador de fluxo cruzado (cross-flow) acoplado com uma câmara de nebulização duplo-passo tipo scott. as condições de operação do icp-ms foram eclética química, 39, 22-34, 2014. 26 potência de radiofreqüência de 1,0 kw, razões dos gases do plasma, auxiliar e nebulização foram 15, 1,2 e 0,85 l min -1 , respectivamente. as leituras foram realizadas empregando o modo de leitura em altura de pico (peak jumping), número de varreduras (sweeps) igual a sete, uma leitura por replicata, tempo de residência (dwell time) de 100 ms. todas as leituras foram feitas em triplicatas, com exceção das leituras para determinação dos limites de detecção (ld) e quantificação (lq) (n=10). soluções e reagentes o equipamento de icp-ms foi calibrado usando soluções multielementares na faixa de 0,01 50 µg l -1 em frascos graduados de fundo cônico tipo falcon de 50 ml a partir de uma solução estoque multielementar (multi-element callibration standard 3, perkin elmer) contendo 10 mg l -1 em hno3 5% v/v. todas as soluções analíticas foram preparadas em hno3 0,1% v/v. para a calibração do icp-ms foi usada uma solução multielementar de 10 µg l -1 (elan 6100 setup, perkin elmer) em hno3 1% v/v. as soluções das amostras de sedimentos e material de referência certificado (nist 2780 – hard rock mine waste) foram diluídas com água 1 + 10, 1 + 50 ou 1 + 100 v/v antes das análises de acordo com as concentrações dos elementos de interesse. todas as soluções foram preparadas usando água purificada em um sistema milli-q (millipore, bedford, usa). foi usado nos experimentos hno3 (67% v/v, merck suprapur), hf (40% v/c, merck) e h3bo3 (99,5% m/m, sigma-aldrich). todo material utilizado foi previamente limpo em banho ácido contendo hno3 10% v/v por, no mínimo, 24 horas. procedimento as amostras de sedimentos (cerca de 1 kg) foram coletadas em uma profundidade de 0-5 cm em um recipiente cilíndrico de aço. as amostras coletadas foram acondicionadas em recipientes de vidro previamente lavados com água deionizada. após a coleta, as amostras foram preservadas em gelo e transportadas para o laboratório. após o descarte do excesso de água, as amostras foram secas a temperatura ambiente até massa constante. após a secagem, os materiais indesejados, tais como, rochas, galhos, folhas e outros foram retirados, bem como partículas maiores que 2 mm (peneiramento), pois são consideradas pouco reativas [18]. após a etapa de preparo descrita acima, a amostra foi desaglomerada (separação da fração grosseira) através de pressão manual usando um rolo de madeira. nessa etapa tomou-se o cuidado para que não houvesse a quebra de rochas ou concreções [18]. a amostragem foi feita em duas etapas (i) redução da massa inicial para aproximadamente 50 g através de um quarteador do tipo “jones” e (ii) redução de massa até aproximadamente 5 g usando um amostrador rotativo de rifles [19-21]. após a amostragem, a amostra foi pulverizada em almofariz de ágata até uma granulometria menor que 200 µm [20,21]. as amostras de sedimentos foram decompostas empregando forno de micro-ondas com cavidade (milestone 1200 mega) e frascos fechados (tfm  ), e uma mistura ácida contendo hno3/hf/h3bo3. o método usado foi adaptado do procedimento proposto por ivanova et al. [23] e pantuzzo et al. [24]. amostras, de aproximadamente 100 mg, foram colocadas nos frascos de teflon de alta pressão, às quais foram adicionados 2 ml de hno3 65 % v/v e 2 ml de hf 48 % v/v. a seguir, um ciclo de aquecimento de eclética química, 39, 22-34, 2014. 27 40 min foi aplicado no forno de micro-ondas. após resfriamento dos frascos a temperatura ambiente por cerca de 30 min em um sistema de resfriamento baseado no fluxo continuo de água (standard cooling system, milestone), 1 ml de hf foi adicionado aos frascos e um novo ciclo de aquecimento foi aplicado. finalmente, 10 ml de h3bo3 5 % m/v foram adicionados aos frascos e um novo ciclo de aquecimento foi aplicado de forma a obter a completa solubilização das amostras. as condições de operação empregadas para a digestão das amostras no forno de micro-ondas foram 250 w (5 min), 400 w (5 min), 500 w (5 min), 600 w (10 min), 300 w (5 min) e 10 minutos de ventilação. a otimização dos parâmetros instrumentais do icp-ms foi realizada com o objetivo de se obter o melhor desempenho analítico do instrumento, reduzindo dessa forma, possíveis efeitos de matriz de origem espectral ou não. os parâmetros otimizados foram: vazão do gás de nebulização, voltagem da lente iônica e calibração do recurso autolens. o procedimento foi realizado de acordo com instruções do fabricante. as razões massa-carga (m/z) empregadas nos experimentos são apresentadas na tabela 1. tabela 1 resultados e discussão na tabela 2 são mostrados os valores de limite de detecção (ld), limite de quantificação (lq) e exatidão (2780 hard rock mine waste) para as, co, cr, cu, pb, ni, v e zn em amostras de sedimentos. os ld’s e lq’s foram determinados multiplicando-se o desvio padrão de 10 leituras do branco das amostras por três (3) e dez (10), respectivamente. a tabela 2 mostra que os ld’s variaram entre 0,02 e 0,18 µg l -1 para co e as, respectivamente, enquanto que os valores de lq ficaram na faixa de 0,06 0,6 µg l -1 . considerando a legislação brasileira [24], os valores obtidos de ld e lq foram significativamente menores do que os valores recomendados (tabela 2). esses resultados atestam a alta sensibilidade da técnica de icp-ms com nebulização convencional para a determinação de elementos traço nas amostras de sedimentos de rio investigadas. a exatidão foi determinada empregando-se o material de referência certificado (mrc) de sedimentos (nist 2780 – hard rock mine waste). as concentrações de vários elementos determinadas no mrc usando o método proposto são mostradas na tabela 3. para comparar os valores de concentração obtidos com o método proposto com os valores de referência do mrc foi usado o teste t de student dentro de um limite de confiança de 95% (p = 0,05) [25]. de acordo com os dados apresentados na tabela 2, os valores determinados não diferiram significativamente dos valores de referência para a maioria dos analitos investigados. esses resultados indicam que as determinações realizadas não foram suscetíveis a interferências espectrais, tais como das espécies 40 ar 35 cl + , 43 ca 16 o2, 36 ar 23 na + e 40 ar 12 c + sobre 75 as + , 59 co + e 52 cr + (tabela 1), e interferências não espectrais como aquelas esperadas devido à diferença de viscosidade das soluções de calibração e das amostras inseridas no plasma. a precisão foi atestada pelo desvio padrão relativo (dpr) que não ultrapassou a 20% para todas as amostras investigadas. eclética química, 39, 22-34, 2014. 28 na tabela 3, são apresentados os valores de concentração de as, cd, co, cr, cu, pb, ni, v e zn determinados em amostras de sedimentos coletados na bacia do rio são francisco usando a técnica de icpms. todos os valores de concentração determinados ficaram acima dos valores de ld e lq (tabela 2). os valores determinados nas amostras investigadas foram comparados com os limites nível 1 (limiar abaixo do qual prevê-se baixa probabilidade de efeitos adversos à biota) e nível 2 (limiar acima do qual prevê-se um provável efeito adverso à biota) estabelecidos pela resolução conama 344 do conselho nacional do meio ambiente (conama) [25]. os dados apresentados mostram que na maioria dos casos, as concentrações dos analitos ficaram abaixo dos valores nível 2 (tabela 3). para arsênio e chumbo as concentrações determinadas nos sedimentos ficaram abaixo, tanto dos valores nível 1 quanto nível 2. no caso da amostra sf 017, os valores determinados para cu, ni e zn ficaram abaixo dos valores nível 1, o mesmo ocorrendo para as amostras sf 015 (cu e ni) e sf 011 (zn). os valores mais críticos foram observados para os elementos cr e zn. para o primeiro, os valores ultrapassaram em cerca de 7 e 12 % o valor nível 2 (37,3 mg kg -1 ) para as amostras sf 013 (96,3 mg kg -1 ) e sf 017 (100,6 mg kg -1 ), respectivamente. no caso do zinco foi observada uma contaminação severa para a amostra sf 015 (741,2 mg kg -1 ). esse valor superou em mais de 130 % o valor limite nível 2 (315 mg kg -1 ) estabelecido pelo conama 344 [25], indicando uma grande deposição de zinco ao longo dos anos, ou pontual, no leito do rio são francisco. esse comportamento era esperado de acordo com os resultados apresentados pelo instituto de gestão das águas do estado de minas gerais (igam) [17] para amostras de água superficial, no trecho a jusante do reservatório de três marias (sf 015). segundo o igam, os altos valores de zinco nas amostras de água de rio na estação sf 015 podem estar relacionados com despejos urbanos e industriais, sem tratamentos prévios, oriundos das atividades hidrometalúrgicas, fabricação de produtos químicos, alimentícios e de bebidas da cidade de três marias. valores significativos de co e v também foram encontrados nas amostras investigadas, porém, para esses analitos a legislação não determinou valores limites nas amostras de sedimentos. tabela 2 tabela 3 conclusões a utilização do método de decomposição de amostras usando radiação micro-ondas e frasco fechado demonstrou ser uma estratégia adequada para o rápido preparo de amostras de sedimentos. as determinações usando a técnica de icp-ms demonstraram boas exatidão e precisão. os níveis dos elementos investigados ficaram, na maioria dos casos, abaixo dos valores recomendados pela legislação, exceto para zinco e cromo que apresentaram valores altos nas amostras sf 015 e sf 0 17, respectivamente, indicando um alto nível de contaminação e provável risco à biota local. eclética química, 39, 22-34, 2014. 29 agradecimentos os autores agradecem ao conselho nacional desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), coordenação e aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes) e a fundação apoio a pesquisa do estado minas gerais (fapemig) pelo apoio financeiro à pesquisa. referências [1] oliveira, m. r., horn, a. h., geonomos 14 (2006) 55. 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[25] miller, j.c., miller, j. n., estadística para química analítica, 2 nd ed., addison-wesley, iberoamerican, delaware, 1993. 211 p. eclética química, 39, 22-34, 2014. 31 tabela 1. isótopos usados para a quantificação dos analitos de interesse nas amostras de sedimentos por icp-ms analitos m/z interferências as 75 40 ar 35 cl + , 59 co 16 o + , 36 ar 38 ar 1 h + , 38+ ar 35 cl + , 36 ar 39 k, 43 ca 16 o2, 23 na 12 c 40 ar, 12 c 31 p 16 o + co 59 43 ca 16 o + , 42 ca 16 o 1 h + , 24 mg 35 cl + , 36 ar 23 na + , 40 ar 18 o 1 h + cr 52 35 cl 16 o 1 h + , 40 ar 12 c + , 36 ar 16 o + , 37 cl 15 n + , 34 s 18 o + , 36 s 16 o + , 38 ar 14 n + , 36 ar 15 n 1 h + , 35 cl 17 o + cu 65 49 ti 16 o + , 32 s 16 o 2 , 1 h + , 40 ar 25 mg + , 40 ca 16 o 1 h + , 36 ar 14 n2 1 h + , 32 s 33 s +, 32 s 16 o 17 o + , 33 s 16 o2 + , 12 c 16 o 37 cl + , 12 c 18 o 35 cl + , 31 p 16 o 18 o + ni 60 44 ca 16 o + , 23 na 37 cl + , 43 ca 16 o 1 h + pb 206 190 pt 16 o + v 51 34 s 16 o 1 h + , 35 cl 16 o + , 38 ar 13 c + , 36 ar 15 n + , 36 ar 14 n 1 h + , 37 cl 14 n + , 36 s 15 n + , 33 s 18 o + , 34 s 17 o + zn 64 32 s 16 o2 + , 48 ti 16 o + , 31 p 16 o2 1 h + , 48 ca 16 o + , 32 s2 + , 31 p 16 o 17 o + , 34 s 16 o2 + , 36 ar 14 n2 + eclética química, 39, 22-34, 2014. 32 tabela 2. valores determinados e certificados de espécies inorgânicas em uma amostra de referência certificada (crm nist 2780) após decomposição ácida usando forno de micro-ondas com cavidade quantificação via icp-ms. valores médios. nível de confiança 95%. n = 3. analitos figuras de mérito (µg l -1 ) material de referência certificado (mg kg -1 ) a valores guias (mg kg -1 ) c ld lq determinado certificado nível 1 nível 2 as 0,18 0,60 51,9 ± 7,5 48,8 ± 3,3 5,9 17 co 0,02 0,07 1,7 ± 0,3 2,2 cr 0,06 0,20 42,5 ± 0,46 44 b 37,3 90 cu 0,11 0,35 185,9 ± 14,4 215,5 ± 7,8 35,7 197 pb 0,03 0,11 0,540 ± 0,02 (%) 0,577 ± 0,02 (%) 35 91,3 ni 0,08 0,26 15,0 ± 1,6 12 b 18 35,9 v 0,02 0,08 264,1 ± 2,0 268 ± 13 zn 0,15 0,51 0,246 ± 0,05 (%) 0,257 ± 0,02 (%) 123 315 a nist 2780: hard rock mine waste b valores apenas de referência c níveis de classificação do material a ser dragado (em unidade de material seco) – conama 344, nível 1: limiar abaixo do qual prevê-se baixa probabilidade de efeitos adversos à biota; nível 2: limiar cima do qual prevê-se um provável efeito adverso à biota. eclética química, 39, 22-34, 2014. 33 tabela 3. determinação de espécies inorgânicas em amostras de sedimentos por icp-ms. valores em parênteses: rsd (%) analitos amostras (mg kg -1 ) valores guias (mg kg -1 ) a sf 011 sf 013 sf 015 sf 017 nível 1 nível 2 as 4,4 (4,2) 3,8 (5,4) 3,4 (8,0) 1,1 (5,8) 5,9 17 co 16,1 (1,4) 13,1 (0,7) 6,3 (1,6) 7,6 (10,2) cr 80,3 (1,3) 96,3 (2,0) 38,0 (2,0) 100,6 (5,1) 37,3 90 cu 62,7 (3,5) 40,5 (4,3) 34,5 (4,2) 16,4 (6,2) 35,7 197 pb 16,8 (1,1) 16,8 (1,9) 32,2 (1,9) 9,2 (3,1) 35 91,3 ni 23,9 (2,1) 26,0 (1,6) 11,4 (1,0) 15,6 (7,7) 18 35,9 v 90,6 (1,3) 103,9 (2,1) 52,8 (1,7) 31,9 (3,3) zn 116,0 (3,5) 126,8 (1,7) 741,2 (1,5) 70,1 (0,6) 123 315 a níveis de classificação do material a ser dragado (em unidade de material seco) – conama 344, nível 1: limiar abaixo do qual prevê-se baixa probabilidade de efeitos adversos à biota; nível 2: limiar cima do qual prevê-se um provável efeito adverso à biota. eclética química, 39, 22-34, 2014. 34 figura i. localização da represa de três marias e das estações de amostragem. introduction olanzapine (olz), chemically 2-methyl-4[4-methyl-1-piperazinyl]-10h-thieno [2, 3b] [1,5] benzodiazepine, is an antipsychotic agent belongs to the thienobenzodiazepine class and it has been widely used in the treatment of schizophrenia . a facile, selective and sensitive method for olz determination is of importance in routine analysis. various methods have been reported for its assay in pharmaceuticals and in biological samples include, gc [1], hplc [2-5], uv spectrophotometry [6, 7] and fia [8]. a few visible spectrophotometric methods [9, 10] have been reported for its analysis. the reported methods (except spectrophotometric methods) required expensive experimental set-up. therefore, a simple, highly sensitive and cost effective method is required for the analysis of olz in pure and in dosage forms. in the present paper, two simple and highly sensitive spectrophotometric methods [a and b] are proposed for the determination of olz in pure and in pharmaceutical formulations using iodine monochloride (icl) –thymol blue (tb), and ce(iv)lcv reagent systems. experimental apparatus all absorbance measurements were made 47ecl. quím., são paulo, 33(3): 47-52, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 highly sensitive spectrophotometric methods for the determination of olanzapine h. d. revanasiddappa* and m. a. veena department of chemistry, university of mysore, manasagangothri, mysore-570 006, india; tel.: +91-821-2419669 *hdrevanasiddappa@yahoo.com abstract: highly sensitive and selective spectrophotometric methods (a and b) were developed for the determination of micro amounts of olanzapine (olz). method a (direct method) is based on the oxidation of olanzapine with a known excess of iodine monochloride (icl) in an acidic medium. under the same condition, thymol blue was iodinated by unreacted icl, and the absorbance of uniodinated thymol blue was measured at 536 nm. the decrease in icl concentration is a measure of drug concentration. in method b (indirect method), oxidation of olz by a known excess of ce(iv) in sulfuric acid medium followed by the reaction of unreacted ce(iv) with leuco crystal violet (lcv) to crystal violet (cv), which is measured in an acetate buffer medium ( ph 4.9) at 580 nm. these methods obey the beer’s law in the concentration range of 0.2-1.6 µg ml-1 (method a) and 0.1-1.4 µg ml-1 (method b). the developed procedures have been successfully applied to the determination of olz in pure and in dosage forms. the results exhibit no interference from the presence of excipients. the reliability of the methods was established by parallel determination of olz against the reference method. keywords: olanzapine; iodinemonochloride-thymol blue; ce(iv)-leuco crystal violet; spectrophotometry; pharmaceutical analysis. eq07-af 21/8/14 6:09 page 47 with analytic jena ag model specord50 and systronics-166 spectrophotometers with 1 cm matched quartz cells. an elico model il610 digital ph meter was used for ph measurements. reagents all chemicals used were of analytical reagent grade, and distilled water was used throughout the study. iodine monochloride (icl) [2.25×10-4 mol l-1]: prepared by dissolving 0.28 g ki, 0.18 g kio3 and 50 g nacl in 400 ml water. the solution was cooled, diluted to 500 ml with water and standardized iodometrically. the concentration of prepared icl solution was found to be 0.0047 mol l-1 in 2.25 mol l-1 h2so4. a 4.8 ml aliquot of prepared stock solution was diluted to 100 ml with 2.25 mol l-1 h2so4 to get 2.25×10-4 mol l-1 icl solution. thymol blue (tb) [0.015 mol l-1]: it was prepared by dissolving 0.01 g of tb in 100 ml of 0.1 mol l-1 naoh ce(iv) [ 1000 µg ml-1]: it was prepared by dissolving 0.3913 g ammonium ceric nitrate in 100 ml distilled water containing 0.5 ml of conc. hno3 leuco crystal violet (lcv)[0.025% (m/v)]: prepared by adding 0.25 g lcv, 200 ml distilled water and 3.0 ml of 85.0% (m/v) phosphoric acid to a 1.0 liter volumetric flask and shaken gently until the dye dissolved. the contents of the flask were diluted to the mark with distilled water. acetate buffer [ph 4.9]: prepared by dissolving 13.6 g of sodium acetate trihydrate in 80 ml distilled water. solution ph was adjusted to 4.9 with acetic acid, and the mixture was diluted to 100 ml with water. others: aqueous solutions of naoh [0.1 mol l-1] and h2so4 [2.25 mol l-1 and 0.25 mol l1] were used. standard solution aqueous solution of olanzapine (olz) was prepared by dissolving the required amount of the sample in distilled water. a working standard solution was prepared by a suitable dilution of standard solution. standard procedures method a an aliquot of the solution containing 0.2-1.6 µg ml-1 of olz was transferred into a series of 10.0 ml calibrated flasks. then, a volume of 2.5 ml of 2.25×10-4 mol l-1 icl was added to each flask. after 10.0 min, 1.5 ml of 0.01% (m/v) tb was added and the contents were diluted to the mark with distilled water. the absorbance of the dye was measured after 5.0 min against water at 536 nm. method b an aliquot of the solution containing 0.1-1.4 µg ml-1 of olz was transferred into a series of 10.0 ml calibrated flasks. then, volumes of 0.5 ml each of the ce(iv) [ 50.0 µg ml-1] and 0.025% (m/v) lcv were added . the reaction mixture was kept in a water bath (~ 55.0°c) for 5.0 min; after being cooled to room temperature (26 ± 2 °c), the contents were diluted to the mark with acetate buffer of ph 4.9 and mixed well. the blank was prepared similarly omitting the olz and its absorbance was measured against distilled water at 580 nm. the decrease in absorbance corresponding to consumed ce(iv) and in turn, to olz concentration was obtained by subtracting the absorbance of olz solution from that of the blank. the calibration graph was drawn by plotting the difference in absorbance against the concentration of olz, and the amount of olz was computed from the calibration curve. tablets twenty tablets of olanzapine (olz) were weighed and ground into a fine powder. an accurately weighed powder equivalent to 100 mg of the active component was transferred into a 100 ml calibrated flask and dissolved in distilled water and the mixture was shaken thoroughly for 30 min. then it was diluted to the mark with distilled water, mixed well and filtered using quantitative filter paper. an aliquot of this solution was diluted appropriately to obtain the working concentrations and analyzed as described under standard procedures. results and discussion in an acidic condition, a known excess of icl is used to oxidize so2 and the unreacted icl 48 ecl. quím., são paulo, 33(3): 47-52, 2008 eq07-af 21/8/14 6:09 page 48 is used to iodinates thymol blue. the decrease in icl concentration is a measure of the so2 concentration. the absorbance of uniodinated thymol blue is measured at 536 nm. this reaction has been the basis of the best method for the determination of so2 in environmental samples [11]. in this work, a known excess of icl is used to oxidize olanzapine to colorless sulfoxide [9] in an acidic condition. in the same condition, the unreacted icl is used to iodinates tb, thereby a decrease in icl concentration is directly proportional to the drug concentration. this formed the basis of olz determination in method a. when tb is iodinated completely with icl, the absorbance at 536 nm decreases and reaches a minimum value. with an increase in olz concentration, there is a concomitant fall in icl concentration, and as a result less iodinated tb is formed. the difference in concentration of uniodinated thymol blue in the reaction mixture gives the exact concentration of the drug. the absorption spectra [fig.1] show that, a linear increase in absorbance with increasing drug concentration. in order to establish the linear range, various experimental parameters such as acid, concentration of icl and concentration of tb were optimized, and the optimum conditions were specified in the recommended procedure. the acidity of icl solution can vary from 1.5 mol l-1 to 3.0 mol l-1 in h2so4, 49ecl. quím., são paulo, 33(3): 47-52, 2008 figure 1. absorption spectra of the [1] 1.5 ml tb + 2.5 ml icl [2] 1.5 ml tb (without icl) [3] 0.4 µg ml-1 [4] 1.0 µg ml-1 [5] 1.4 µg ml-1 olz measured against water. and an overall acidity of 2.25 mol l-1 icl (working standard) was taken for subsequent studies. the concentration of tb required under optimum acidic condition to produce an absorbance of 0.752 at 536 nm was selected. volumes of 1.5 mltb in presence of 2.5 ml of 2.25 mol l-1 h2so4 in a total volume of 10 ml were used, and the corresponding icl concentration required to decrease the absorbance to 0.084 was fixed by using 2.25×10-4 mol l-1 icl in 2.25 mol l-1 h2so4 in a final volume of 10 ml. thus, the optimum conditions were included in experimental procedure. hence, volumes of 2.5 ml of 2.25 ?10-4 mol l-1 icl and 1.5 ml of 0.01% (m/v) tb were used. the constant absorbance values were observed 5 min after the dilution. therefore, a reaction time of 5 min was fixed before the absorbance measurements. the color system was found to be stable for >12 h.. the reaction time was not affected in-between the temperatures 5 and 60 °c, beyond this, there is a decrease in the absorbance values. in an acid solution, ce(iv) oxidize lcv to violet colored crystal violet, which shows maximum absorption at 580 nm. in this method [method b], a known excess of ce(iv) [ 3.0 µg ml-1] was utilized to oxidize olz in sulfuric acid medium to colorless sulfoxide form. the unreacted ce(iv) was determined by reacting it with lcv to cv in an acetate buffer medium (ph 4.9). this reaction formed the basis for the determination of micro amounts of olz in method b. preliminary experiment was performed to fix the linear range (beer’s law curve) for ce(iv) with the use of lcv under the optimum experimental conditions. the concentration range of ce(iv) was found to be 0.0-2.8 µg ml-1. thus, a known excess of cerium(iv) [ ie., 3.0 µg ml-1] solution was selected for further experiment. olanzapine, when added in increasing amounts, proportionately consume ce(iv); consequently there is a concomitant fall in the concentration of ce(iv). this is observed as a proportional decrease in the absorbance of the reaction mixture on increasing the concentration of olz [fig.2]. the various acids (sulfuric, hydrochloric and phosphoric acids) were studied, sulfuric acid was found to be the best acid for the system. the constant absorbance readings were obtained in the range 0.25-1.5 ml of 0.25 mol l-1 h2so4 at a temeq07-af 21/8/14 6:09 page 49 50 ecl. quím., são paulo, 33(3): 47-52, 2008 figure 2. absorption spectra of the [1] blank (without olz) [2] 0.2 µg ml-1 [3] 0.6 µg ml-1 [4] 1.2 µg ml-1 olz measured against water. perature ~55º c for 5.0 min, out side this range of acidity, the absorbance values was decreased. thus, a volume of 0.5 ml of 0.25 mol l-1 h2so4 in a total volume of 10.0 ml reaction mixture was used in all subsequent work. at room temperature (26 ± 2 °c), the oxidation of lcv to cv is slow. thus, a temperature of ~55 °c (5.0 min) was maintained for the complete color development. the optimum concentration of lcv leading to maximum color stability was found to be 0.5 ml of 0.025% (m/v) reagent per 10.0 ml of the reaction mixture. the formed dye was stable in a buffer of ph 4.9 and hence acetate buffer of ph 4.9 was used as a diluent. analytical data optical characteristics such as beer’s law table 1. optical characteristics and precision data. parameter a b beer’s law limit (µg ml-1) 0.2 -1.6 0.1–1.4 molar absorptivity (l mol-1 cm-2) 1.41×105 1.43×105 sandell’s sensitivity (µg cm-2) 0.0022 0.0031 correlation coefficient [r] 0.9999 0.9999 slope [b] 0.4219 0.4052 intercept [a] 0.0163 0.0198 detection limit [dl] (µg ml-1) 0.0218 0.0149 quantitation limit [ql] (µg ml-1) 0.0661 0.0454 *y= a+bx. where x is the concentration in µg ml-1. table 2. results of assay of olanzapine in dosage forms. a average of five determinations, b tabulated value 2.78, c tabulated value 6.39. eq07-af 21/8/14 6:09 page 50 range, molar absorptivity, sandell’s sensitivity, slope, intercept, detection and quantitation limits of both the methods are presented in table 1. applications to pharmaceuticals the proposed methods were applied to the quantitative determination of olz in pharmaceutical preparations and the results are presented in table 2. a statistical analysis of the results by students t and f-tests showed no significant difference in accuracy and precision between the proposed and reference methods [9]. the interference with commonly associated excipients such as talc, starch, glucose, gum acacia, sodium alginate and magnesium stearate was investigated by preparing different synthetic mixtures containing about 20-30 mg of pure drug and 3-5 fold excess amounts of the excipients and performing recovery studies using the developed methods, and recoveries obtained were in the range 99.6-100.8% conclusions the methods developed for the determination of olz are simple, selective and offer the advantages of high sensitivity without the need for extraction. the proposed reagents are easily available and cost-effective, and these methods do not involve any stringent reaction conditions, and non-interference from associated substances in the dosage forms. the methods developed have been utilized to determine olz in pure as well as in pharmaceutical samples. acknowledgments one of the authors [m.a.v] is thankful to the university of mysore, mysore for providing the necessary facilities. received june 09 2008 accepted august 18 2008 references [1] a. a. elian, forensic sci. international. 91 (1998) 231. [2] s.vinay, z. zahid, farooqui, mazhar, asian j.chem. 18 (2006) 1212. [3] m. a. ragi, g. casamenti, r.mandrioli, g.izzo, e. kenndler, j. pharm. biomed. anal. 23 (2000) 973. [4] d.w.boulton, j. s. markowitz, c. l. de vane, j.chromatogr. b 759 (2001) 319. [5] a.berna, b. ackermann, k.ruterbories,s.glass, j. chromatogr. b. 767 (2003) 163. [6] f.s.aman, t. nisa, alim-um, j.chem.society of pakistan. 27 (2005) 163. [7] d.g.sankar,m j.m.rajendra kumar, m.v.v.n. reddy, j. inst. chemists (india) 75 (2003) 135. [8] a. jasinska, e. nalewajko, anal.chim.acta. 508 (2003) 165. [9] a. krebs, b. starczewska, h. puzanowska-tarasiewicz, j. sledz, anal.sci. 22 (2006) 829. [10] k.v.shiva prasad, j. m.rajendra kumar, m.v.v.n. reddy, g. prabhakar, d. g. sankar, asian j. chem.15 (2003) 1127. [11] n. gayathri, n. balasubramanian, j. assoc.off. anal.chem.international. 84 (2001) 1068. 51ecl. quím., são paulo, 33(3): 47-52, 2008 eq07-af 21/8/14 6:09 page 51 52 ecl. quím., são paulo, 33(3): 47-52, 2008 eq07-af 21/8/14 6:09 page 52 introduction one disadvantage of the incineration of urban solid wastes is the emission of dioxins and furans as a byproduct of the reactions of pyrolysis, gasification and combustion of the compounds present in the wastes. when the associated compounds are present, the possibility that such compounds could be formed from their constituting elements should be evaluated. these elements are carbon (c), chlorine (cl2), hydrogen (h2) and oxygen (o2). the use of combustion programs makes it possible to determine the conditions for dioxin and furan formation in combustion processes from a database that involves certain thermodynamic and physicochemical properties of dioxins and furans [1] generated in previous works. combustion of urban solid wastes the stechiometric combustion of urban wastes is summarized in the equation (1). (1) the balanced stechiometric reaction in function of the composition of urban solid wastes composition is shown in the equation (2). (2) 15ecl. quím., são paulo, 32(1): 15-18, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 evaluation of the dioxin and furan formation thermodynamics in combustion processes of urban solid wastes j.c. moreno-pirajan1*, c.a. garcía-ubaque2, r. fajardo2, l.giraldo3, k. sapag4 1universidad de los andes, departamento de química, carrera 1 no. 18 a 10, bogotá, colombia 2universidad de los andes, facultad de ingeniería, carrera 1 no. 18 a 10, bogotá, colombia 3universidad nacional de colombia, ciudad universitaria 4universidad nacional de san luis (argentina), lab.de cs.de superficies y medios porosos , chacabuco *corresponding author e-mail: jumoreno@uniandes.edu.com abstract: specific combustion programs (gaseq, chemical equilibria in perfect gases, chris morley) are used to model dioxin and formation in the incineration processes of urban solid wastes. thanks to these programs, it is possible to establish correlations with the formation mechanisms postulated in literature on the subject. it was found that minimum oxygen quantities are required to obtain a significant formation of these compounds and that more furans than dioxins are formed. likewise, dioxin and furan formation is related to the presence of carbon monoxide, and dioxin and furan distribution among its different compounds depends on the chlorine and hydrogen relative composition. this is due to the fact that an increased chlorine availability leads to the formation of compounds bearing a higher chlorine concentration (penta-, hexa-, hepta-, and octachlorides), whereas an increased hydrogen availability leads to the formation of compounds bearing a lower chlorine number (mono, di-, tri-, and tetrachlorides) keywords: dioxins; furans; formation mechanisms; combustion; urban solid wastes. the emitted contaminants produced by the combustion reaction are directly related to the waste chemical composition and to the air supply [2]. the heterogeneity of the solid urban wastes is known to hinder the establishment of stable combustion and, accordingly, the conditions for the formation of dioxin and furan may vary in terms of waste composition and combustion conditions. therefore, it is necessary to evaluate dioxin and furan formation in relation to its constituting elements, as shown in the equation (3). (3) dioxin and furan formation based on the information provided in equation 3, table 1 displays the distribution of the constituting elements of dioxin and furan for each element. 16 ecl. quím., são paulo, 32(1): 15-18, 2007 results and discussion in order to provide an improved display of the results, they are presented on graphs; for the sake of understanding and interpretation, each of them was divided in 2 parts. figures 1a,1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b shows the results obtained in the dioxin and furan formation model. table 1. distribution of dioxin and furan constituting elements element distribution in combustion products c co2, co, dioxins and furans h2 hcl, h2o, dioxins and furans (excepting octachloride compounds) cl2 hcl, dioxins and furans o2 co2, co, o2, dioxins and furans the values to be used in the development of a computer-aided simulation are shown on table 2, and correspond to the quantities established in the work of tan [3], who determined after a rigorous evaluation that the optimal conditions for dioxin and furan formation are most likely to be found when using the relative quantities of the constituting elements displayed on table 2 . working temperature for the modeling development is 700 k [3]. table 2. information for the computer modeling input l [3]. element moles variation range c 3.70 1.00 – 5.50 h2 1.50 0.50 – 2.60 figure 1a. effect of carbon availability in the production of pcdd/f´s figure 1b. effect of carbon availability in the production of pcdd/f´s 17ecl. quím., são paulo, 32(1): 15-18, 2007 as can be seen in figure 1a and b, carbon in low quantities is more likely to form carbon monoxide. in proportion to the increase of carbon availability, the onset of dioxin and furan formation occurs, and the quantity of carbon monoxide decreases asymptotically. the formation of pcdd/f´s begins in a relatively similar manner in all the families, with the significant increase of carbon availability. we noted that the families with lower chlorine proportions are more likely to be formed, even if the other families are also formed. figures 2a and 2b show that the presence of hydrogen with low chlorine availability leads to the formation of compounds with low chlorine content and high hydrogen requirements (mono, di and trichloride, because chlorine behaves as a limit reactive substance). with the increase of chlorine availability, hydrogen is consumed as hcl and dioxin and furan formation is increased (hydrogen, in this case, behaves as a limit reacfigure 2a. pcdd/f´s formation upon the variation of chlorine availability, with hydrogen figure 2b. pcdd/f´s formation upon the variation of chlorine availability, with hydrogen figure 3a. production of pcdd/f´s upon the variation of hydrogen availability with chlorine figure 3b. production of pcdd/f´s upon the variation of hydrogen availability with chlorine figure 4a. production of pcdd/f´s upon the variation of carbon availability with chlorine and hydrogen figure 4b. production of pcdd/f´s upon the variation of carbon availability with chlorine and hydrogen present as a limit reactive substance, the greatest part of the element forms chlorhydric acid, but the chlorine-related deficiency leads to the formation of dioxins and furans with high chlorine requirement and low hydrogen requirement. carbon is likely to form carbon monoxide in low oxygen quantities. decreased carbon availability is known to hinder the formation of dioxins and furans, because the formation leads to monoxide. in the presence of an increased availability of this element, all the dioxin and furan families present a high requirement of the same (12 carbons per molecule), regardless of the specific family of this type of compounds. received 18 september 2006. accepted 14 december 2006. references [1] m. la grega, p. buckingham, j. evans, gestión de residuos tóxicos, mcgrawhill, méxico, 1996. [2] c. garcía-ubaque, j.c. moreno, r. fajardo, estimación de propiedades fisicoquímicas de dioxinas y furanos por métodos de contribución de grupos. universidad de los andes. departamento de química. 2006. bogotá. [3] g. eugenio, manejo integrado de residuos sólidos municipales. ministerio del medio ambiente universidad de los andes. bogotá – colombia 1998. [4] g. tchobanoglous, h. theisen s. vigil, gestión integral de residuos sólidos, mcgrawhill, méxico,1994. [5] environmental protection agency (usepa). locating and estimating air emissions from sources of dioxins and furans. 1997. north carolina. donelly james r, buonicore anthonyj, air pollution engineering manual chapter 8 “waste incineration sourc” [6] garcía-ubaque, césar; moreno, juan carlos; fajardo, rubén; estimación de propiedades fisicoquímicas de dioxinas y furanos por métodos de contribución de grupos. universidad de los andes. departamento de química. 2006. bogotá. [7] g. tchobanoglous, h. theisen, s. vigil, gestión integral de residuos sólidos, mcgrawhill, méxico,1994. [8] tan, pengfu, hurtado, iñaqui and neuschutz dieter. thermodynamic modeling of pcdd/fs formation in thermal processes. environmental science and technology. vol. 35. 2001. united states. tive substance). in other words, dioxin and furan production decreases with the increase of chlorine availability. figures 3a and 3b show that the presence of chlorine with low hydrogen availability leads to the formation of compounds with high chlorine requirements (hexa, hepta and octachlorides, hydrogen behaves as limit reactive substances). the increase of hydrogen availability makes chlorine to be consumed as hcl and decreases furan and dioxin formation (chlorine in this case acts as a limit reactive substance). figures 4 shows that hydrogen and chlorine in small carbon quantities are likely to form chlorhydric acid. with the increase of carbon availability, dioxin and furan formation is increased, and in turn, the chlorhydric acid formation is decreased. carbon availability favors dioxin and furan formation. conclusions according to the results obtained, low oxygen quantities are required to favor dioxin and furan formation. when the oxygen excess or a content close to the required one for a stechiometric reaction are evidenced, combustion conditions favor carbon dioxide formation, which leads to the absence of oxygen and carbon availability to form carbon monoxide, dioxins and furans. hydrogen and chlorine are likely to from chlorhydric acid, when they are found in similar molar quantities. when there is a low availability or deficit of such compounds, they behave as sites in which chlorine behaves as a limit reactive substance. then the greatest part of the element forms chlorhydric acid, but the hydrogen-related deficiency leads to the formation of dioxins and furans with high chlorine requirement and low hydrogen requirement. when the hydrogen is 18 ecl. quím., são paulo, 32(1): 15-18, 2007 1 eclética química journal original research publication in all aspects of chemistry homepage: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ issn 1678-4618 editorial criada em 1976, com o nome revista “eclética química”, teve como seu primeiro editor o prof. waldemar saffioti, também fundador do curso de química de araraquara no departamento de química da faculdade de filosofia, ciências e letras de araraquara, convertido no atual instituto de química quando da criação da universidade estadual paulista júlio de mesquita filho – unesp em 1976. a revista “eclética química” destinava-se à publicação de trabalhos das mais diversas áreas da química, em português, espanhol, inglês, alemão, italiano ou francês. gradativamente, a revista orientou suas publicações em português, inglês ou espanhol até 2016. o presente número da revista eclética química se reveste de um simbolismo único ao encerrar um longo ciclo de edições iniciado em 1976. muitos foram os pesquisadores de universidades e centros de pesquisa brasileiros, bem como alguns do exterior, que encontraram na eclética química um periódico consistente e respeitável para a divulgação de seus resultados científicos. o lançamento pioneiro da eclética química à época rompeu paradigmas, atendendo a uma demanda de parte substancial da comunidade química e afins para disseminar seus artigos em um periódico respaldado numa análise criteriosa. uma leitura da realidade atual que cerca a edição de periódicos configurou um outro pioneirismo da eclética química, implicando em mudanças significativas na sua linha editorial. a partir do próximo número, os artigos serão publicados exclusivamente em inglês, o que levou à alteração do nome da revista para eclética química journal (eclet. quim. j.). foram implementados processos de submissão e de análise dos artigos comparáveis àqueles de respeitáveis periódicos internacionais. o digital object identifier (doi) já é uma realidade para a revista eclética química journal. atualmente está sendo providenciada a indexação do eclet. quim. j. em várias bases de dados, diretórios, portais e divulgadores além dos que já estão ativos. cabe reconhecer a história repleta de prestígio da eclética química e seu expressivo patrimônio científico. isso se deve ao trabalho significativo desenvolvido pelos editores, corpo editorial, assessores, avaliadores e especialmente os autores que contribuíram para a manutenção da revista. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ 1 eclética química journal original research publication in all aspects of chemistry homepage: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ issn 1678-4618 eclética química journal publishes original research papers, review articles, and technical notes in all areas of chemistry and chemistry-related subjects including, but not limited to, materials engineering, environment, biotechnology, and chemical and biological processes. special issues dedicated to symposia or congresses of chemistry may be published. the journal is a peer-reviewed scientific periodic that does not charge author an article processing fee. all manuscripts undergo a rigorous double-blind peer-review process. eclética química journal is an open access journal published online quarterly by the institute of chemistry of sao paulo state university – unesp since 1976. its abbreviated title is eclet. quim. j., which should be used for referencing purposes. editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil eclética química journal 2016 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | special issue | 2018 | 35 eclética química journal, 43, special number, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 use of vermicompost for the removal of toxic metal ions of synthetic aqueous solutions and real wastewater luane patricia guedes barbosa1, tácila oliveira pinto de freitas1, madson de godoi pereira1+ 1 bahia state university, department of exact and earth sciences, 2555 silveira martins st, salvador, bahia, brazil +corresponding author: madson de godoi pereira, e-mail address: madson.pereira444@gmail.com article info article history: received: february 20, 2018 accepted: may 31, 2018 published: june 28, 2018 keywords: 1. humified organic matter 2. metals 3. wastewater treatment 1. introduction human activities have caused harmful impacts on the environment, with emphasis on aquatic ecosystems, which are frequently recipients of several types of liquid disposal. of the various aquatic pollutants in this disposal, metallic elements deserve special attention due to their high potential for bioaccumulation and biomagnification, as well as the fact that these elements are responsible for the appearance of various diseases in humans1. therefore, aqueous disposal contaminated with metals must be efficiently treated and, among the available treatment modalities, those that use adsorption stand out for their operational simplicity and high efficiency. when adsorbents of natural origin are used, adsorption processes also have a very low cost2. many naturally occurring adsorbents have been successfully used for the removal of metal cations from aqueous media, including clays3, plant biomass4 and material enriched with humified organic matter5, 6. humified organic matter is formed by the chemical and microbiological decomposition of different organic precursors, such as proteins, carbohydrates and lipids. these precursors are fragmented, and the fragments are randomly recombined to form highly stable and complex molecular structures2. humified organic matter is divided into three classes, according to solubility criteria against the ph of the medium. thus, humics are insoluble irrespective of ph, whereas fulvic acids have a abstract: samples of vermicompost were used to decontaminate aqueous media containing cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and/or zn2+ ions at concentration up to 10x higher than the limits of national council of the environment (resolution 430/2011). for this purpose, 50.00 ml of synthetic solutions (ph 0.9 just after preparation) and wastewater from a chemical laboratory were stirred with dried vermicompost (~10.0000 g), without sieving or with diameter ≤ 0.053 mm. aqueous media were treated with vermicompost, either at rest (24 to 96 h) or under mechanical agitation (2 to 10 h). all elements were spectrometrically determined in the different supernatants. in the synthetic solutions, except for mn2+ and zn2+, concentrations were lower than the legal limits or than the limits of detection, when vermicompost without sieving was used. after treating synthetic solutions with sieved vermicompost, cd2+, cu2+, ni2+, pb2+ e zn2+ ions concentrations were undetectable, while mn2+ concentrations were too close to the legal limits. in the wastewater, cd2+and pb2+ concentrations, which were 1.5 and 3.8x higher than the legal limits, respectively, were undetectable after treatment with vermicompost without sieving. besides its efficiency of retaining the evaluated cations, vermicompost was able to increase the aqueous media ph from 0.9 to 6.0 ± 0.5. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 mailto:madson.pereira444@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-0667-0596 original article 36 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 high solubility over a wide ph range. in turn, humic acids are soluble in alkaline or slightly acidic media. the structures of humics, in relation to the structures of fulvic acids, have higher carbon content, while the number of hydrophilic groups is considerably lower. the structure of humic acids has an intermediate percentage of both carbon and hydrophilic groups7. among the different ways of obtaining humified materials is vermicomposting, in which certain earthworm species ingest a mixture of soils and organic residues (e.g., cattle manure). in the digestive tract of these animals, a broad and diverse microbial population is responsible for accelerating the fragmentation of organic molecules and the formation of humified compounds. after excretion of the ingested and metabolized material by the worms, the vermicompost is obtained, with high levels of humified organic matter, in addition to high concentrations of nutrients such as calcium, magnesium, potassium and sodium. additionally, the vermicompost has a high surface area and this property favors adsorption processes8. in view of the above, this study evaluated the efficiency of vermicompost in adsorbing cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions from aqueous media. therefore, mixed synthetic solutions were used, as well as real wastewater (potentially contaminated with these metal cations) originated from an atomic absorption spectrometry laboratory. this study was conducted under high acidity conditions, which is characterized as a limiting factor for adsorption efficiency. thus, this study differs from others for offering an interpretation of the adsorption potential of vermicompost under conditions commonly found in complex matrices of many wastewaters generated by chemical laboratories. the six elements chosen for this study are of environmental relevance, as they can all cause serious damage to human health, if they are discarded at high concentrations in water sources, with their consequent pollution. in this context, cadmium and lead are very toxic, and can lead to infertility, leukemia, bone weakness and/or psychiatric disorders. although copper, manganese, nickel and zinc are essential within certain limits, the excessive ingestion of these elements can lead to blindness (in the case of copper), while high doses of manganese in the human body lead to neurological diseases. in turn, nickel and zinc contaminations cause humans to develop different types of tumors1. 2. experimental 2.1 instruments and reagents the following instruments were used: water purification unit (gehaka master p & d, brazil), horizontal shaker table (quimis q225m, brazil), potentiometer (tecnal tec-3mp, brazil) and flame atomic absorption spectrometer (gbc sensaa, malaysia). individual stock solutions of cadmium, lead, copper, manganese, nickel and zinc ions at 1000 mg l-1 (spc, usa) were used daily to calibrate the flame atomic absorption spectrometer, as well as to prepare mixed synthetic solutions of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions. adjustments of ph were made with hno3 solutions, which were prepared from dilution of 14 mol l-1 hno3 (merck, germany). 2.2 procedures vermicompost sample was characterized9 for ph, humidity, total organic matter, and ashes. all analyses were performed in triplicate. all adsorption tests described in this section were performed with vermicompost previously oven-dried (70 ºc) to constant mass. the vermicompost was produced in the city of lauro de freitas-ba and purchased in the local commerce of salvador-ba. adsorption tests were performed with analytical blanks, using four replicates, and the concentrations of cadmium, lead, copper, manganese, nickel and zinc ions were quantified by flame atomic absorption spectrometry (f aas). thus, the spectrometer was operated with an air-acetylene flame at the respective flow rates of 8.0 and 2.0 l min-1. all analyses were performed with background radiation correction, using a deuterium lamp, and the hollow cathode lamps were operated at the following wavelengths (nm): 228.8 (cd), 324.8 (cu), 279.5 (mn), 232.0 (ni), 283.3 (pb) and 213.9 (zn). calibration curves were built at the following concentration ranges (mg l-1): 0.1 to 1.5 (cd), 0.5 to 5.0 (cu, mn and ni), and 1 to 6 (pb and zn). in the first phase of the experiments, approximately 10.0000 g of vermicompost (without going through any sieving step) were placed in contact with 50.00 ml of mixed solution of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ (ph 0.9 just after preparation) at the respective https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 original article 37 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 concentrations of 2.0; 10.0; 10.0; 20.0; 5.0 and 50.0 mg l-1. the contacts of the vermicompost with mixed solution aliquots were performed under mechanical stirring (2, 4, 6, 8 and 10 h) at 200 rpm, as well as at rest (24, 48, 72 and 96 h). in a second phase of the experiments, 50.00 ml aliquots of mixed solution of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions (ph 0.9 just after preparation), at the respective concentrations of 2.0; 10.0; 2.0; 20.0; 5.0 and 10.0 mg l-1, were stirred (200 rpm) with approximately 10.0000 g of vermicompost (without going through any sieving step) for 10 h. volumes of 50.00 ml of the aforesaid mixed solution were also placed in contact with about 10.0000 g of vermicompost for 24, 48, 72 or 96 h, at rest. in the third stage of the experiments, approximately 10.0000 g of vermicompost sieved in a 0.053-mm mesh were placed in contact with 50.00 ml of mixed solution of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions (ph 0.9 just after preparation), at the respective concentrations of 2.0; 10.0; 10.0; 20.0; 5.0 and 50.0 mg l-1. the vermicompost masses and portions of the mixed solution were contacted via mechanical stirring (10 h at 200 rpm) or at rest (24, 48, 72 and 96 h). in the fourth and last experimental stage, about 10.0000 g of vermicompost, without sieving, were mechanically stirred for 10 h at 200 rpm, with 50.00 ml of real wastewaters generated by the atomic absorption spectrometry laboratory of the department of exact and earth sciences at the state university of bahia, salvador campus. this wastewater was treated at its natural ph (ph = 5.0), and after its acidification with drops of hno3 solution at 1.0 mol l-1 until ph 1.0. after the different procedures described above, the supernatants were filtered on qualitative filter paper, stored in polyethylene bottles (previously decontaminated in a 10% v/v hno3 bath for 24 h) and refrigerated at 4 °c, until the determinations of cadmium, lead, copper, manganese, nickel and zinc by f aas, under the previously described experimental conditions. in the case of tests with the wastewater from the atomic spectrometry laboratory, they were analyzed by f aas, before and after the treatment with the vermicompost. at the end of the first experimental phase, supernatants were also analyzed for ph by immersing a combined glass electrode. 3. results and discussion the vermicompost, which was used in this study, had the following results (mean ± standard deviation, n = 3) concerning the characterization analyses: ph (6.4 ± 0.2), humidity (52.9 ± 2.2 %, wt./wt.), total organic matter (55.6 ± 0.7 %, wt./wt.), and ashes (44.4 ± 0.7 %, wt./wt.). the average ph indicates deprotonated acidic organic chemical groups (carboxylates, for example), and the high humidity levels corroborate with the presence of these groups, which can establish hydrogen bonds with water molecules. moreover, the high amounts of hydrophilic organic chemical groups in the considered vermicompost sample can be related to its expressive contents of organic matter. in turn, 44.4 ± 0.7 % (wt./wt.) of ashes highlight the use of soils in the vermicompost production9. thus, the results of vermicompost characterization support its promising results for treating aqueous media (synthetic solutions and real wastewater) containing cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions as discussed below. the concentrations of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions in the mixed solutions, which were used in the first and third experimental phases, corresponded to concentrations 10 times higher than the maximum limits established by resolution 430/2011 of the national environmental council (conselho nacional do meio ambiente, conama)10, whose values are (mg l-1): 0.2 (cd), 1.0 (cu), 1.0 (mn), 2.0 (ni), 0.5 (pb) and 5.0 (zn). on the other hand, in the second experimental phase, the concentrations of mn2+ and zn2+ were modified for the reasons discussed throughout this section. all adsorption tests, whose results are discussed below, were performed with 50.00 ml mixed solutions, since it was found that this volume was sufficient to completely cover vermicompost particles. the detection limits for cadmium, lead, copper, manganese, nickel and zinc were calculated by analyzing 15 independent blanks. the standard deviation of the analytical signals generated by the blanks was multiplied by three and divided by the slope of the calibration curve for each element11. the following detection limits (mg l-1) were obtained: 0.05 (cd), 0.08 (cu), 0.1 (mn), 0.06 (ni), 0.2 (pb) and 0.05 (zn). table 1 lists the concentrations of cadmium, lead, copper, manganese, nickel and zinc in the supernatants obtained after the first phase of the experiments. considering the limits of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 original article 38 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 conama10, it was concluded that all conditions adopted (under mechanical stirring or at rest) were efficient for the removal of cadmium, copper and nickel. for lead, mechanical stirring tests were successful, while tests at rest were less efficient. this fact indicates that the diffusion of lead, from the mixed solution to the vermicompost particles, is slow, thus requiring constant movement of the liquid mass. in turn, all the conditions tested in the first experimental phase were not successful in reducing the concentrations of manganese in the mixed solution. for zinc, except for the experiments under mechanical stirring for 2 h, all the other experiments yielded unsatisfactory results in relation to the legal limit10. table 1. concentrations (mg l-1) of cadmium, copper, manganese, nickel, lead, and zinc after the first experimental phase*, n = 4. values expressed as mean ± standard deviation. experimental condition cation cd2+ cu2+ mn2+ ni2+ pb2+ zn2+ va** 2h 0.12±0.01 0.10±0.03 >5.0***** 1.4±0.1 <0.2 1.3±0.2 va 4h 0.11±0.01 0.08±0.01 >5.0 1.1±0.2 <0.2 7.0±0.9 va 6h 0.10±0.01 0.09±0.01 >5.0 1.1±0.1 <0.2 7.1±0.6 vs 8h < 0.05**** 0.03±0.01 >5.0 0.50±0.03 <0.2 4.5±0.2 va 10h < 0.05 0.05±0.01 >5.0 1.1±0.2 <0.2 6.9±0.9 vr*** 24 h 0.14±0.06 0.10±0.03 >5.0 1.3±0.4 1.7±0.2 8±2 vr 48 h 0.06±0.06 0.10±0.03 3.5±0.3 0.6±0.5 0.6±0.2 5±3 vr 72 h 0.05±0.01 0.04±0.02 3.5±0.1 0.4±0.1 0.6±0.1 4.9±0.5 vr 96 h 0.08±0.01 0.06±0.01 >5.0 0.7±0.2 0.7±0.2 6.0±0.7 *experimental conditions: mechanical agitation of vermicompost without sieving (10.0000 g) at 200 rpm with 50.00 ml aliquots of mixed solution of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ (ph 0.9), at the respective concentrations of 2.0; 10.0; 10.0; 20.0; 5.0 and 50.0 mg l-1 **vermicompost under mechanical agitation. ***vermicompost at rest. ****lower than the detection limit of the analytical method. *****higher than the highest concentration of the calibration curve. the concentrations in table 1, as well as in tables 2 and 3, are associated with cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions, since the composition of the synthetic solutions was exclusively aqueous and did not contain binding molecules and/or complex-forming binding ions. this statement can be extended to the wastewater generated by the atomic absorption spectrometry laboratory, whose composition was also exclusively aqueous, derived from the use of standard metal solutions for the calibration of flame atomic absorption spectrometers, in addition to the analysis of samples previously decomposed in strongly oxidizing media. some means listed in table 1 are associated with high standard deviation values, which can be explained by the heterogeneity of the vermicompost matrix. although the vermicompost was previously homogenized, it was not possible to avoid such deviations considering the vermicompost without going through any sieving step. however, due to the large distancing of the concentration means in the supernatants in relation to the limits established by conama for cd2+, cu2+ and ni2+ 10, standard deviation values associated with the concentration means of these cations in the supernatants do not interfere in the interpretation of the adsorbent efficiency of the vermicompost. this statement is also valid for most pb2+ ions concentrations after the tests under resting conditions. specifically, for zn2+ ions, the standard deviation values listed in table 1 do not render interpretation unfeasible, since the remaining concentrations in the supernatants are higher than or very close to the limit established by conama, which is 5.0 mg l-1 10. the initial ph of the mixed solution used in the first experimental phase was 0.9. however, after the different adsorption procedures, the ph values of the supernatants ranged from 4.7 ± 0.3 (resting tests for 24 h) to 6.0 ± 0.5 (resting tests for 72 h), considering the analysis of four replicates. thus, in addition to the cations evaluated, the vermicompost also adsorbed h3o + ions from the mixed solution, with the consequent increase in ph. in turn, this increase in ph favors the appearance of negative charges on the surface of vermicompost particles, with the consequent potentiation of physical (electrostatic) adsorption among negatively charged adsorption sites and the cations present in the mixed solution. these https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 original article 39 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 results demonstrate the efficiency of the vermicompost in simultaneously adjusting the ph of aqueous media to the recommended range (5.0 to 9.0)10 and leading to significant reductions in the concentrations of different cations. hydrated ionic radius (nm) of cadmium, lead, copper, manganese, nickel and zinc are, respectively, 0.426, 0.401, 0.419, 0.438, 0.404 and 0.4308, 12. the lower the hydrated ionic radius, the higher the ion charge density, considering the same charge as in the case of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions. thus, for adsorption processes in which electrostatic interactions contribute significantly, as in adsorption processes in the vermicompost matrix2, cations with the highest charge densities will be preferentially adsorbed. therefore, considering the values of hydrated ionic radius, it is possible to observe why the vermicompost presented lower adsorption efficiencies for mn2+ and zn2+, when compared to cd2+, cu2+, ni2+ and pb2+. it should be noted that, although electrostatic interactions play a significant role in adsorbents such as the vermicompost, the formation of covalent bonds with humified organic matter cannot be neglected7. in addition to the humified organic matter, the vermicompost matrix has a high aluminosilicate content, with marked cation exchange capacity3. although the tests of the first experimental phase were not successful for the cations mn2+ and zn2+, the retentions of other cations occurred more efficiently when vermicompost particles were under mechanical stirring for a period of 10 h. thus, mechanical stirring for 10 h was used in the adsorption tests of the second experimental phase, in which the initial concentrations of mn2+ and zn2+ decreased in the mixed solutions, respectively, to 2.0 and 10.0 mg l-1. the decrease in these initial concentrations was adopted to compensate for the lower affinities of the adsorption sites of the vermicompost in relation to both cations. to investigate if smaller initial amounts of mn2+ and zn2+ would improve the adsorption efficiency of the vermicompost without mechanical stirring, the second experimental phase also adopted the resting times of 24, 48, 72 and 96 h. the results obtained after the second experimental phase are in table 2, emphasizing that the analyses were performed to quantify only manganese and zinc. this strategy was adopted since, during the tests conducted in the first experimental phase, the concentrations of cd2+, cu2+, ni2+ and pb2+ ions had already been much lower than the respective legal limits10. therefore, the decrease in mn2+ and zn2+ concentrations in the second experimental phase could not decrease the satisfactory adsorption of cd2+, cu2+, ni2+ and pb2+ ions, which had been previously observed. data in table 2 demonstrated that the decreases in mn2+ and zn2+ ions concentrations to 2.0 and 10.0 mg l-1, respectively, were sufficient to guarantee adsorptions capable of framing treated aqueous media within the requirements of quality standards for effluents10. it is important to observe that, although the initial concentrations of mn2+ and zn2+ ions decreased in the mixed solution, they remained 2 times higher than their respective legal limits10. table 2. concentrations (mg l-1) of manganese and zinc after the second experimental phase*, n = 4. values expressed as mean ± standard deviation. experimental condition cation mn2+ zn2+ va** 10 h 0.80 ± 0.04 < 0.05**** vr*** 24 h 0.90 ± 0.07 < 0.05 vr 48 h 0.50 ± 0.06 < 0.05 vr 72 h 0.40 ± 0.01 < 0.05 vr 96 h 0.6 ± 0.1 < 0.05 *experimental conditions: mechanical agitation of vermicompost without sieving (10.0000 g) at 200 rpm with 50.00 ml aliquots of mixed solution of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ (ph 0.9), at the respective concentrations of 2.0; 10.0; 2.0; 20.0; 5.0 and 10.0 mg l-1. **vermicompost under mechanical agitation. ***vermicompost at rest. ****lower than the detection limit of the analytical method. the results from the third experimental phase (use of 0.053 mm mesh, sieved vermicompost) are listed in table 3. here, the experiments were carried out with a mechanical stirring time of 10 h, for reasons previously explained for the procedures of the second experimental phase. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 original article 40 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 the results in table 3 showed that the decrease in the diameter of vermicompost particles (granulometry ≤ 0.053 mm) provided a very effective adsorption for zn2+ ions, since its initial concentration in the mixed solutions was 50 mg l1, or 10 times higher than the legal limit10. this observation is also valid for the other cations. therefore, it is concluded that the increase in the surface area of vermicompost particles considerably minimized the competition effects observed in the first experimental phase for zn2+. for mn2+ ions, the concentrations in the supernatants after the treatment with 0.053 mm sieved vermicompost were also effective, considering that the initial concentration of mn2+ in the mixed solutions was 20 mg l-1. however, for most experimental conditions tested, the concentrations of manganese ions were higher than or very close to the maximum limit of this cation (1.0 mg l-1)10. despite these results, the adsorption of mn2+ ion was much more effective in the third experimental phase than in the first phase, and small increases in the mass of the sieved vermicompost using a 0.053 mm mesh would be sufficient to adjust mn2+ concentrations to the limit of conama10. the presence of high standard deviation values for some of the means listed in table 3 can also be interpreted as previously discussed for table 1. the results of the first, second and third experimental phases indicated that relatively reduced vermicompost masses can remove significant amounts of the six elements investigated. considering that the ton of vermicompost can be purchased for about us$ 100, it becomes feasible to use larger amounts of that adsorbent, if it is necessary to treat higher volumes of aqueous media. it should be noted, however, that the tests performed used aqueous media at very high concentrations (up to 10 times higher than the legal limits) of the six elements evaluated, so that, in general, real wastewaters have considerably lower concentrations. as discussed below, this was the case of the wastewater of an atomic spectrometry laboratory. table 3. concentrations (mg l-1) of cadmium, copper, manganese, nickel, lead, and zinc after the third experimental phase*, n = 4. values expressed as mean ± standard deviation. experimental condition cation cd2+ cu2+ mn2+ ni2+ pb2+ zn2+ va** 2h < 0.05**** < 0.08 1.4 ± 0.2 < 0.06 < 0.2 0.4 ± 0.03 va 10h < 0.05 < 0.08 1.6 ± 0.8 < 0.06 < 0.2 0.2 ± 0.04 vr*** 24 h < 0.05 < 0.08 1.4 ± 0.2 < 0.08 < 0.2 < 0.05 vr 48 h < 0.05 < 0.08 1.0 ± 0.2 < 0.06 < 0.2 < 0.05 vr 72 h < 0.05 < 0.08 < 0.1 < 0.06 < 0.2 < 0.05 vr 96 h < 0.05 < 0.08 0.9 ± 0.1 < 0.06 < 0.2 < 0.05 *experimental conditions: mechanical agitation of vermicompost (10.0000 g) sieved in a 0.053 mm mesh at 200 rpm with 50.00 ml aliquots of mixed solution of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ (ph 0.9), at the respective concentrations of 2.0; 10.0; 10.0; 20.0; 5.0 and 50.0 mg l-1. **vermicompost under mechanical agitation. ***vermicompost at rest. ****lower than the detection limit of the analytical method. table 4 lists the concentrations of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions in the wastewater, whose natural ph was 5.0. considering the results listed in table 4 and those of the first three experimental phases, vermicompost with its natural granulometry and mechanical stirring for 10 h were used. table 4. concentrations of cadmium, copper, manganese, nickel, lead, and zinc (mg l-1) in a real wastewater (ph 5.0) derived from an atomic spectrometry laboratory, n = 4. values expressed as mean ± standard deviation. cation cd2+ cu2+ mn2+ ni2+ pb2+ zn2+ 0.3 ± 0.02 < 0.08* 0.15 ± 0.09 < 0.06 1.9 ± 0.1 0.15 ± 0.04 *detection limit of the analytical method. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 original article 41 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 before the treatment with the vermicompost, the wastewater already had concentrations of cu2+, mn2+, ni2+ and zn2+ ions below the respective legal limits10. however, the concentrations of cd2+ and pb2+ were, respectively, 1.5 and 3.8 times higher than these limits10. after the treatment, the concentrations of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ ions were below the respective detection limits of the analytical methods. the same results were observed when wastewater was acidified with hno3, thus highlighting the viability of the vermicompost for the treatment of wastewater under different conditions of ph, i.e., at ph 5 (natural ph) and 1 (after acidification with hno3). in a review13 concerning the use of vermicompost to treat aqueous media, it is possible to observe a scarcity of studies related to the use of vermicompost to adsorb metallic cations under conditions of high acidity and strong competition among the adsorbates (mixed solutions). however, studies using vermicompost and similar materials (composted solid residues) to retain metallic cations from single aqueous solutions can be used to compare adsorption affinities. in this context, zhu et al.14 evaluated the adsorptive efficiency of vermicompost to retain cd2+ and pb2+ ions, and a preferential adsorption of pb2+ was observed, thus corroborating this study. in turn, two composted municipal solid residues were used to retain cu2+, pb2+ and zn2+ 15, and the following adsorption order was observed: pb2+ > cu2+ > zn2+. these results are also in agreement with this study, thus indicating that composted materials (including vermicompost) have similar adsorption profiles, independently of their sources. recently, vermicompost derived from cow dung was used to retain cu2+, fe2+, mn2+, and zn2+ ions from effluents of different types of industries (beverage, distillery, and paper mill)16, and the following adsorption order was observed: cu2+ > mn2+ > fe2+ > zn2+. similarly, to this study, the cited research16 indicated a preferential affinity of cu2+ ions in relation to the chemical groups of the vermicompost, whose masses were of up to 100 g. in general, 100 g of vermicompost resulted in the highest adsorption percentages, thus underlining that large masses of vermicompost are able to minimize strong chemical competitions in relation to adsorptive chemical groups. the need for higher vermicompost masses was also observed in our investigation, but in a minor scale, since 10 g of vermicompost were sufficient to assure satisfactory adsorptions for the most investigated metallic cations. when vermicomposts are submitted to partial extractions of humified substances, humified insoluble solids are produced. the production of this type of solid is important to compare the adsorptive efficiency among vermicomposts with and without chemical modifications. in this context, a humified insoluble solid was used to adsorb ni2+ and pb2+ ions from effluents of a white clay factory17, and the authors verified adsorptions of 98 % and 96 % for ni2+ and pb2+, respectively, considering adsorbent masses of up to 20 g and ph 7. this outcome revealed a great difference between the cited research17 and our study, in which 10 g of vermicompost (not submitted to chemical modifications) were sufficient to assure simultaneous and satisfactory adsorptions of the most of six metallic cations (cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+) even considering high acidity conditions. treatment procedures for aqueous media based on adsorption processes, such as the one presented in this study, generate an environmental liability, which is characterized by the adsorbent mass enriched with various metals. therefore, safe alternatives for the allocation of such environmental liabilities should be carefully evaluated. thus, the destination of the vermicompost enriched with the execution of this study will be object of future investigations, which will be based on procedures already tested. in this context, previous studies9 pointed out that metallic cations adsorbed in the vermicompost can be completely desorbed by percolation of acidic eluents, as 1 mol l-1 hno3 solution. as for the recovery of desorbed metal ions, the literature18 points to successful reuse alternatives in the scope of practical classes. 4. conclusions the results obtained in this study extended the understanding of the interaction forms between metallic cations and the vermicompost, one of the most complex commercially available humified materials. in this context, the use of the vermicompost was very suitable for the removal of cd2+, cu2+, mn2+, ni2+, pb2+ and zn2+ cations from aqueous media, even considering the high acidity of the mixed solutions tested. this study also showed the suitability of the vermicompost https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 original article 42 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 35-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p35-43 for the treatment of a real wastewater from an atomic spectrometry laboratory. 5. acknowledgements the authors would like to thank the conselho nacional de desenvolvimento científico tecnológico (cnpq), the coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes), and the fundação de amparo à pesquisa do estado da bahia (fapesb) for fellowships and financial support (cnpq: 555522/2006-7 and 620041/2006-4 and fapesb: app0076/2009, app0036/2011 and red0017/2014). 6. references [1] nordberg, g. f., fowler, b. a., nordberg, m., friberg, l., handbook of toxicology of metals, 3rd edn., academic press: burlington, 2007, ch1. 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paulo, brasil juliano josé corbi 1 , priscila kleine 2 , susana trivinho strixino 2 e ademir dos santos 3 . 1 departamento de hidráulica e saneamento shs, universidade de são paulo – usp, c.p. 359 cep 13566-590, são carlos sp, brasil. email: julianocorbi@usp.br. 2 departamento de hidrobiologia, universidade federal de são carlos ufscar, c.p. 676, 13560-970, são carlos-sp. 3 departamento de química analítica, instituto de química de araraquara, universidade estadual paulista unesp, c.p 355, 14800-970, araraquara-sp. endereço eletrônico: julianocorbi@usp.br o brasil é o segundo maior produtor de bananas do mundo. o estado de são paulo é o maior produtor nacional, produzindo e colhendo 1,17 milhões de toneladas por ano, principalmente na região do vale do ribeira, onde se concentra 64,60% da área de produção da fruta do estado. nesta área, 33.113 ha são destinados à produção de 810.000 mil toneladas de banana por ano. a utilização de fertilizantes durante o cultivo da banana, aliado ao desmatamento das matas ciliares, pode ser responsável por impactos nos recursos hídricos das áreas adjacentes. este estudo apresentou como objetivo, avaliar o possível impacto do cultivo de banana no sedimento de 10 córregos analisando os metais cd, cu, zn, fe, mn, cr e ni comumente utilizados em fertilizantes. os resultados desse estudo apontam para maiores concentrações de metais em córregos com cultivo de banana quando comparado aos córregos florestados. no entanto, com exceção do ni, as concentrações dos metais detectados estão abaixo dos valores-guia de qualidade de sedimentos aquáticos (vgqss), tel (valores limiares de efeito) e pel (valores prováveis de efeito). palavras-chave: cultivo de banana; metais; córregos; sedimentos abstract: the state of são paulo is the great banana producer with 1.17 million tons per year. in this area, 33.113 ha are destined to the production of 810.000 tons of banana. the use fertilizers in the banana plant cultivation, in addition with deforestation of riparian vegetation are responsible for impacts on the hydric resources. this work deals with the possible impact of banana activity in the sediments of 10 streams by the study of 7 metals (cd, cu, zn, fe, mn, cr and ni). the results show that there is a higher concentration of metals in streams with banana cultivation than forested streams. although, with exception of ni, the values of metals detected are above to the threshold effect level (tel) and the probable effect level (pel) for sediments. keywords: banana; sediment; metals; streams. eclética química, 38, 136-146, 2013. 137 introdução os recursos hídricos caracterizam-se como os mais facilmente afetados pelas atividades antrópicas, seja pelo comprometimento de sua qualidade e/ou quantidade, ou pelo comprometimento de suas características, como alteração de cursos de drenagem [1] e na modificação no aporte de nutrientes [2]. estes sistemas aquáticos funcionam como reservatórios temporários ou finais de uma grande variedade e quantidade de poluentes lançados no solo das áreas adjacentes ou diretamente nos corpos d’água, especialmente por atividades agrícolas [3-6]. o brasil é o segundo maior produtor de banana do mundo, perdendo apenas para índia, sendo que a maior parte da produção destina-se ao mercado interno [7]. atualmente, no brasil, o cultivo da banana é realizado em muitos estados, destacando-se os das regiões sudeste (são paulo e minas gerais) e nordeste (bahia, ceará e rio grande do norte) [7]. o estado de são paulo é o maior produtor de banana do país, produzindo e colhendo 1,17 milhões de toneladas por ano, principalmente na região do vale do ribeira, onde se concentra 64,6% da área de produção da fruta no estado. nesta área, 33.113 ha são destinados à produção de 810 mil toneladas de banana por ano [8]. a banana (musa spp.) é uma das frutas mais consumidas no mundo, sendo o quarto alimento mais utilizado, ficando atrás apenas do arroz, trigo e milho. este sucesso é devido a muitas vantagens, como por exemplo, pelo fato de amadurecer aos poucos, facilitando a colheita, o transporte e o aproveitamento [7]. a banana é oriunda do sudeste asiático, de onde se disseminou posteriormente para outras regiões da ásia, para a índia e áfrica, há milhares de anos. no início do século xvi, os europeus a introduziram na américa e antilhas, mas foi apenas na 2 a metade do século xix que a fruta ganhou expressão no comércio mundial, com o estabelecimento de grandes produções no caribe e na américa central. na atualidade, devido à sua grande adaptação, seu cultivo é amplamente distribuído tanto nos trópicos como nos subtrópicos, sendo que as maiores áreas de cultivo comerciais são encontradas nos trópicos úmidos [9]. a bananicultura é uma cultura perene, não havendo o corte total da vegetação (embrapa mandioca e fruticultura tropical, 2007), o que proporciona a manutenção de parte da cobertura vegetal e conseqüentemente o sombreamento aos corpos d’água adjacentes. esta atividade agrícola é pouco mecanizada, que utiliza intensivamente mão de obra tanto na colheita como na póscolheita do produto [10]. no entanto, a cultura de banana necessita de adubação através da aplicação de fertilizantes contendo nitrogênio, fósforo e potássio (n, p, k), mas também ricos em diferentes tipos de metais tais como, pb, ni, cr e cd [11]. estes compostos são essenciais para uma boa produção. entretanto, a aplicação excessiva pode contaminar o sedimento aquático e ser tóxica tanto para a cultura de banana como para a biota aquática e terrestre [4, 5, 12, 13]. outro problema decorrente desta atividade agrícola, é que embora seu cultivo comercial seja recomendado preferencialmente para terrenos planos, a maioria dos plantios de banana do brasil localiza-se em áreas de declividade acentuada, o que exige a adoção de práticas de conservação do solo, geralmente não implantadas [14]. na região do vale do ribeira este problema é agravado, pois nesta área o índice pluviométrico é alto, com precipitação anual de 1.200 a 2.000 mm/ano, e há uma grande concentração de corpos d’água, nascentes ou afluentes de rios de grande importância estadual como o rio ibeira do iguape, ribeirão do cunha, guaraú, itapiraguí, jacupiranga, entre outros. pouco se conhece a respeito das conseqüências do manejo e dos possíveis impactos dessa cultura, embora ela seja encontrada em grandes áreas do estado de são paulo, principalmente na mata atlântica (litoral brasileiro), bioma que é considerado um dos mais fragmentados e ameaçados do mundo e considerado como um hotspot mundial [15]. tendo em vista a falta de estudos sobre os possíveis impactos desta atividade agrícola e no intuito de reunir informações a respeito das eclética química, 38, 136-146, 2013. 138 conseqüências ambientais do cultivo de banana, no presente estudo foi analisada a presença dos metais cu, fe, cd, zn, mn, cr e ni no sedimento de 10 córregos da região do vale do ribeira e litoral sul de são paulo (brasil), englobados em duas situações distintas: cinco córregos localizados em áreas florestadas e preservadas (reserva municipal do mandira, no município de cananéia) e cinco em áreas de cultivo de banana, sem mata ciliar (dois no município de cajati e três no município de jacupiranga). a escolha do sedimento como meio de investigação deve-se ao fato deste desempenhar um papel importante na determinação da poluição por metais de ambientes lóticos [16]. os sedimentos têm sido considerados como um compartimento importante como fonte ou sumidouro de nutrientes e contaminantes no ambiente aquático, de acordo com a sua composição química e propriedades biogeoquímicas [16]. dessa forma, o sedimento reflete a qualidade corrente do sistema aquático e pode ser usado para detectar a presença de contaminantes que não permanecem solúveis após seu lançamento em águas superficiais [12-16]. em virtude da importância de uma avaliação integrada e hierárquica, que combinam dados com base em várias linhas de evidência, para a avaliação da qualidade de sedimentos aquáticos [17], os resultados obtidos das concentrações de metais do sedimento dos 10 córregos foram comparados com os níveis limiares de efeito “tel” (do inglês “thereshold effect level”) e com os níveis prováveis de efeito “pel” (do inglês “probable effect level”). procedimentos experimentais local de estudo o estudo foi desenvolvido em 10 córregos localizados nos municípios de cananéia, jacupiranga e cajati (estado de são paulo), onde a atividade de cultivo de banana é intensa (figura 1). o clima da região, segundo a classificação de köppen, é o clima tipo cfa, isto é, tropical úmido, sem estação seca, sendo a temperatura do mês mais quente superior a 22°c, podendo chegar a 35°c. a pluviosidade varia de 1.200 a 2.000 mm anuais, sendo fevereiro o mês mais chuvoso e julho o mais seco [18]. o vale do ribeira possui em grande parte do seu território, um relevo ondulado e montanhoso com grandes desníveis altimétricos, assentados predominantemente sobre rochas calcárias [19-20]. neste estudo foram selecionados 10 córregos, todos de baixa ordem (1ª a 3ª ordem), que nascem em uma mesma região e correm para o litoral e apresentam pequena profundidade (<1,5 m), pequena largura (<2 m) e baixa velocidade da água (< 2m/s). estes córregos estão situados entre as coordenadas s 24 o 50'6'' a s 24 o 59'48'' e w 48 o 00'13'' a w 48 o 59'53'' (tabela i). os córregos situados nas áreas adjacentes ao cultivo de banana (córregos b1 a b5) apresentam substrato arenoso (em torno de 15%), com a presença de cascalhos (pedras com 2 a 256 mm de diâmetro) e um número pequeno de matacões (pedras com diâmetro acima de 256 mm). apresentam também pequenas quantidades de restos de folhas e pseudotroncos da plantação. os corpos d’água das áreas florestadas (córregos m1 a m5) possuem substrato pedregoso, com grande quantidade de cascalhos e matacões. restos vegetais em pequenas quantidades (folhas e galhos) da mata ripícola compõem o substrato orgânico. todos os córregos estudados apresentam águas límpidas e estão livres de outros impactos antrópicos como atividades industriais e domésticas. eclética química, 38, 136-146, 2013. 139 figura 1. imagem de satélite, com indicação das cidades de jacupiranga, cajati e cananéia região do vale do ribeira e litoral sul do estado de são paulo, brasil (fonte: google earth). caracterização ambiental primeiramente, em cada córrego, foi feita uma caracterização ambiental dos córregos através do preenchimento do protocolo do grupo de pesquisa do projeto biota-fapesp, no qual foram anotadas as informações sobre características do córrego como localização, bacia hidrográfica, ordem do córrego, largura (em metros), profundidade (em centímetros), substrato predominante e as características do entorno como o tipo de vegetação ripária, cobertura do dossel e alterações da paisagem. adicionalmente, foram medidas as principais variáveis físicas e químicas da água como oxigênio dissolvido (mg.l-1), temperatura (oc), condutividade elétrica, ph e turbidez, com auxílio do multisensor da marca yellow springs, modelo 556. também foi realizada uma caracterização geral do sedimento dos córregos especialmente sobre a composição granulométrica e matéria orgânica. procedimentos analíticos as amostras de sedimento superficial foram coletadas nos 10 córregos no período de estiagem, entre outubro e novembro de 2005. as amostras foram coletadas com auxílio de uma draga do tipo ekman-birge (225cm2) em três diferentes pontos de cada córrego, a uma profundidade variando de 0,2 a 0,4 m. para a preparação das amostras para análise, foi utilizada água deionizada, duplamente destilada (dddw). todos os ácidos adquiridos da merck® e toda a vidraria utilizada foi previamente lavada com jato de ácido nítrico concentrado [21]. neste estudo foram analisados os metais que geralmente estão associados a diferentes fertilizantes, como chumbo, cobre, zinco, cromo, manganês, magnésio, níquel e ferro como apontado anteriormente em diferentes estudos [5,11,19, 22]. optou-se pela análise dos metais potencialmente biodisponíveis por ser a parcela de metais que podem ser potencialmente utilizados pela biota ou se acumularem em seu organismo. a extração de metais potencialmente biodisponíveis (cd, cu, zn, fe, mn, cr e ni) seguiu a metodologia descrita [12,16,23]. dessa forma, aproximadamente 2,5 g de sedimento seco (a 60º c) foram colocados em um frasco de 100 ml com tampa rosqueável e adicionaram-se 50,0 ml de solução de ácido clorídrico 0,10 mol l-1. a mistura foi mantida por duas horas em mesa agitadora de movimento circular horizontal com rotação de 200 rpm. após o repouso para decantação do material sólido, filtrou-se a solução em papel whatman e armazenou-se em becker de 100 ml. a solução resultante das extrações foi analisada por espectrofotometria de absorção atômica convencional (modelo perkin elmer aanalyst 300). as digestões e as detecções foram feitas em triplicatas. análise estatística para se verificar a significância dos dados obtidos nesse estudo, foi aplicado um teste estatístico não paramétrico de kruskal-wallis (anova), complementado pelo teste de dunn, sobre as concentrações de metais obtidas no sedimento. o teste foi aplicado para os valores obtidos de metais potencialmente biodisponíveis no sedimento aquático dos 10 córregos. resultados eclética química, 38, 136-146, 2013. 140 caracterização ambiental o oxigênio dissolvido (o2) apresentou concentrações elevadas em todos os córregos analisados, mas com valores um pouco mais baixos nos córregos localizados em áreas com atividade de banana, sem mata ciliar. os valores variaram de 7.87 mg.l-1 no córrego b3 para 10.3 mg.l-1 no córrego b2, ambos situados nas áreas com cultivo da banana. os valores da condutividade elétrica foram mais elevados nas áreas com cultivo da banana se comparado com as áreas preservadas. os valores mais elevados foram detectados para o córrego b1 e o córrego b4, em contrapartida os menores valores foram detectados para córregos de m1 e de m2. os valores da condutividade elétrica variaram de 0.03 (μs.cm-1) a 1.50 (μs.cm-1). da mesma forma, a temperatura foi mais elevada nas áreas com cultivo da banana se comparado com as áreas preservadas. as concentrações das variáveis físicas e químicas da água além de outras características dos 10 córregos são apresentadas na tabela i. metais potencialmente biodisponíveis os córregos localizados nas áreas adjacentes aos cultivos de banana sem mata ciliar apresentaram concentração mais elevadas dos metais analisados. os metais potencialmente biodisponíveis foram detectados na maioria dos córregos analisados. as concentrações destes metais apresentaram diferenças significativas de acordo com o tipo de vegetação do entorno ou do uso do solo (p < 0,05), sendo que as maiores concentrações foram detectadas, em geral, nos córregos adjacentes aos córregos com cultivo de banana (tabela ii). da mesma forma, no geral, as concentrações médias de zinco, crômio, manganês magnésio, chumbo e níquel observadas no sedimento dos córregos com cultivo de banana sem mata ciliar foram mais elevadas quando comparadas com córregos localizados em áreas de pastagem e com atividade canavieira no estado de são paulo (tabela iii). o crômio e o níquel apresentaram valores mais elevados nos córregos de bananicultura, sem mata ciliar. de forma semelhante, o zinco e o cobre também apresenataram concentrações mais elevadas nos córregos situados em áreas com cultivo de banana, sem mata ciliar, quando comparados com os córregos localizados em área com mata ciliar preservada (tabela iii). o ferro, o magnésio e o manganês foram detectados em elevadas concentrações em todos os córregos, porém, também com valores mais elevados nos córregos impactados. embora as concentrações de metais nos córregos de bananicultura tenham sido mais elevadas, estes valores estão abaixo dos valores de referência de qualidade para solos ou abaixo dos valores permitidos em áreas agrícolas, segundo o relatório divulgado pela cetesb (2005). para ferro, manganês e magnésio não existem valores de referência, pois estes são elementos típicos do solo e podem ser encontrados em diferentes concentrações de acordo com a região. no entanto, especialmente mn e mg foram detectados em concentrações médias mais elevadas nos córregos com bananicultura, com valores em torno de 350 mg.kg-1 e 396 mg.kg-1 respectivamente (tabela iii). os valores das concentrações dos metais e seus respectivos desvio-padrão podem ser observados na figura 2. o teste estatístico kruskal-wallis (anova) aplicado sobre as concentrações de metais dos 10 córregos apontou para diferenças significativas entre os córregos situados em áreas preservadas e com atividade de banana, sem mata ciliar. as diferenças foram extremamente significativas para os córregos m3, m4 e m5 e os córregos com cultivo de banana. eclética química, 38, 136-146, 2013. 141 b1 b2 b3 b4 b5 m1 m2 m3 m4 m5 0 100 200 300 400 500 600 m g k g -1 zn fe cr cu mn mg pb ni figura 2. concentrações médias e respectivos desviospadrão, dos metais potencialmente biodisponíveis (mg.kg-1) no sedimento dos 5 córregos em áreas de bananicultura (b1-b5) e 5 córregos em áreas florestadas (m1-m5). *valores de fe =10 -1 discussão as concentrações de metais nos sedimentos dos córregos analisados apresentaram diferenças de acordo com os usos da terra nas áreas adjacentes (banana com mata ciliar e banana sem mata ciliar). no geral, as concentrações de zinco, crômio, manganês magnésio, chumbo e níquel observadas no sedimento dos córregos com cultivo de banana sem mata ciliar foram mais elevadas quando comparadas com córregos localizados em áreas de cultivo com mata ciliar preservada e quando comparadas com áreas de pastagem e com atividade canavieira no estado de são paulo. as concentrações dos metais foram especialmente mais elevadas para os elementos mn, mg, pb e ni. sobretudo o níquel, apresentou concentração acima dos valores-guia para a qualidade de sedimentos (níveis limiares de efeito ou “tel”), com concentrações, em geral, acima de 10,0 mg.kg-1. a presença de chumbo no sedimento dos córregos com cultivo de banana sem mata ciliar também é preocupante, uma vez que esse elemento potencialmente tóxico não é essencial aos seres vivos e, além disso, é um elemento mutagênico. a presença desse metal no sedimento e sua provável bioacumulação por toda a cadeia trófica especialmente em insetos [4,5,6] e peixes torna clara a necessidade de um manejo adequado dessas áreas, com o rápido reflorestamento das matas ciliares e modificações na forma de cultivo de banana. no entanto, a maioria das concentrações de metais detectadas no sedimento dos 10 córregos, estão abaixo dos valores-guia de qualidade para sedimentos (vgqss) como apontado em outros estudos [17]. o crômio e o níquel apresentaram valores mais elevados nos córregos de bananicultura sem mata ciliar. as elevadas concentrações destes metais estão em concordância com observações de outros pesquisadores para córregos desmatados com atividades agrícolas [4,24,25]. o crômio raramente é encontrado nas águas naturais, contudo pode ocorrer como contaminante das águas sujeitas a poluição de despejos de curtumes, de indústrias e de circulação de águas de refrigeração onde é usado para o controle da corrosão [26,27]. o níquel é um elemento relativamente raro e corresponde a apenas 0,01% da massa da crosta terrestre. é utilizado principalmente na fabricação de aços especiais e é usado também como catalisador nas indústrias química, farmacêutica e alimentícia [27]. no entanto, observamos que as concentrações desse metal no sedimento foram mais elevadas nos córregos localizados em áreas com atividades de banana, sem mata ciliar se comparado com outras situações ambientais. apesar desse elemento não ser considerado tóxico em baixas concentrações (valores menores que 13 mg.kg-1) a concentração obtida no presente estudo aponta novamente para a toxicidade dos seres vivos. o cobre e o zinco também apresentaram concentrações mais elevadas em áreas com atividade de banana. a contaminação por cobre pode ter origem nos esgotos domésticos e industriais ou se originar por lixiviação de produtos agrícolas através das chuvas [24]. por outro lado, os altos valores de zinco também foram observados por outros pesquisadores em áreas agrícolas desmatadas [4,5,28]. como todos eclética química, 38, 136-146, 2013. 142 os córregos analisados estão localizados na mesma bacia hidrográfica e assentados em terrenos geologicamente similares, os valores mais elevados destes metais nos sedimentos dos córregos relacionados com o plantio de banana parecem confirmar a influência dessa atividade agrícola sobre o entorno, embora a retirada da mata ciliar e a conseqüente lixiviação do solo não devam ser ignoradas. os valores menores de cu e zn nos sedimentos dos córregos protegidos por mata ciliar concordam com resultados obtidos [4,5,6,12] para os córregos situados em áreas preservadas com mata ciliar da região central do estado de são paulo. como descrito por alguns pesquisadores [17], há valores de referência para a avaliação da qualidade dos sedimentos conhecidos como valores-guia de qualidade de sedimentos (vgqss). esses valores permitem, de certa forma, apontar a toxicidade potencial destes elementos às comunidades bentônicas. para o cromio, os níveis limiares de efeito (tel) e os níveis prováveis de efeito (pel) são respectivamente 37.3 mg.kg-1 e 90.0 mg.kg-1. no presente estudo, os valores obtidos de cromio para o sedimento dos córregos variaram entre 0,99 mg.kg-1 (córrego m5) a 28,99 mg.kg-1 (córrego b1), portanto, abaixo dos valores-guia (vgqss). para o zinco os níveis limiares de efeito (tel) e os níveis prováveis de efeito (pel) são respectivamente 123,10 mg.kg-1 e 315,00 mg.kg-1. no presente estudo, os valores detectados variaram entre 4,06 mg.kg-1 (m4) a 75,42 mg.kg-1 (b1), evidenciando valores abaixo dos valores-guia. o cobre apresenta os níveis limiares de efeito (tel) e os níveis prováveis de efeito (pel) entre 35,70 mg.kg-1 e 197,00 mg.kg1 respectivamente. os valores obtidos neste trabalho também estão abaixo dos valores-guia sendo que a maior concentração foi de 6,62 mg.kg-1 (córrego b3) e a menor concentração foi observada par o córrego m5 com concentração de 0,14 mg.kg-1. dos metais analisados, apenas o níquel foi detectado em concentrações mais elevadas quando comparados aos valores-guia. os valores detectados variaram de 4,97 mg.kg-1 (córrego m2) a 59,37 mg.kg-1 (córrego b1), sendo que os valores-guia variam de 18,00 mg.kg1 para o tel e 35,90 mg.kg-1 para o pel. a toxicidade raramente ocorre abaixo dos valores do tel, mas ocorrem frequentemente acima do pel, e se os valores estiverem entre os dois níveis a toxicidade pode ocorrer [17]. existem também valores-guia propostos pela cetesb [29] que adotam uma escala de ótimo a péssima de acordo com determinadas concentrações observadas no sedimento aquático. pelos dados obtidos no presente estudo, os córregos estão enquadrados entre ótima e boa qualidade do sedimento. no entanto, os valores de níquel obtidos para o córrego b1 colocam este corpo d’água com sedimento de péssima qualidade ambiental.a retirada das matas ciliares parece ter-se refletido também nos elevados valores de temperatura observados na água dos córregos impactados (b1 ao b5). as concentrações de magnésio, manganês, sódio e potássio estão diretamente relacionados com os valores da condutividade elétrica dos córregos. dessa forma, os resultados obtidos para os valores da condutividade elétrica, também parecem ser um reflexo de atividades agrícolas, uma vez que, nos córregos sem mata ciliar situados em áreas agrícolas, à entrada dos fertilizantes (n, p, k) contendo metais, utilizados como micronutrientes, provavelmente influenciou nas concentrações elevadas desta variável na água, como pode ser observado para os córregos b1, b4 e b5, situados nas áreas com cultivo de banana. eclética química, 38, 136-146, 2013. 143 tabela i. características gerais e localização geográfica dos 10 córregos estudados. municípios *córregos uso do solo coordenadas geográficas largura (m) profundidade (cm) condutividade elétrica (μs.cm -1 ) o2 dissolv. (mg.l -1 ) temp. ( o c) cajati b1 banana s 24 o 50' w 48 o 14' 1.27 4.0 1.50 7.80 22,7 b2 banana s 24 o 50' w 48 o 14' 0.95 8.3 0.50 10.30 21,2 jacupiranga b3 banana s 24 o 51' w 48 o 05' 0.52 5.0 0.05 7.87 21,7 b4 banana s 24º 51' w 48º 05' 0.78 5.0 1.13 8.45 26,2 b5 banana s 24º 51' w 48º 06' 0.82 8.5 0.82 8.51 21,2 m1 mata ciliar s 24 o 59' w 48 o 02' 1.87 15.0 0.03 8.50 19,4 m2 mata ciliar s 25 o 00' w 48 o 04' 2.16 14.2 0.03 9.56 19,2 cananéia m3 mata ciliar s 24 o 57' w 48 o 59' 1.93 15.1 0.21 9.27 19,0 m4 mata ciliar s 24 o 57' w 48 o 00' 1.47 13.4 0.21 9.03 19,5 m5 mata ciliar s 24 o 58' w 48 o 00' 2.71 22.1 0.24 8.20 20,4 *b1 a b5 – córregos de cultivos de banana; m1 a m5 – córregos de mata preservada tabela ii. concentrações médias de metais potencialmente biodisponíveis (mg . kg -1 ) no sedimento dos 10 córregos estudados. zn fe cr cu mn mg pb ni b1 75,42 2396,23 28,29 4,74 430,85 455,36 7,81 59,37 b2 57,98 2269,00 21,15 6,09 498,58 394,56 8,92 27,82 b3 38,28 2136,82 17,86 6,62 422,98 382,22 11,56 15,61 b4 28,14 2006,06 26,91 5,12 282,88 359,21 3,32 20,18 b5 32,90 2197,07 14,05 4,64 118,40 391,46 7,60 14,34 m1 28,96 1901,71 5,33 1,25 116,73 286,77 6,33 6,06 m2 31,00 1998,13 6,72 0,37 174,87 284,79 4,99 4,97 m3 15,92 1634,21 nd nd 12,33 67,92 1,04 nd m4 4,06 1477,73 nd nd 6,92 53,82 1,20 nd m5 4,36 1529,09 0,99 0,14 7,46 94,51 nd nd tel 123,10 sv 37,30 35,70 sv sv 35,00 18,00 pel 315,00 sv 90,00 197,00 sv sv 91,30 35,90 b1 a b5 – córregos de cultivos de banana; m1 a m5 – córregos de mata preservada. sv = sem valor de referência; nd= não detectado; tel= nível limiar de efeitos; pel= nível provável de efeitos. eclética química, 38, 136-146, 2013. 144 tabela iii: concentrações médias de metais no sedimento de córregos localizados em áreas sob diferentes usos do solo no estado de são paulo. zn fe cr cu mn mg pb ni banana 46,4 22,01 21,6 5,44 350 396,4 7,8 27,4 banana/com mata ciliar 16,8 17,8 2,6 0,35 63,6 14,5 2,71 2,2 cana de açúcar 32,19 49,1 14,8 30,7 3,59 nd nd 5,3 cana/com mata ciliar 8,42 3,3 15,6 4,3 0,48 nd nd nd pastagem/sem mata ciliar 45 8,25 16,6 27,2 5,25 nd nd 10,1 tel 123,10 sv 37,30 35,70 sv sv 35,00 18,00 pel 315,00 sv 90,00 197,00 sv sv 91,30 35,90 sv = sem valor de referência. nd= não detectado tel= nível limiar de efeitos; pel= nível provável de efeitos (fonte: [17]. conclusões apesar das concentrações detectadas no sedimento dos córregos estarem abaixo dos valores-guia de qualidade de sedimentos aquáticos (vgqss), as maiores concentrações observadas nos córregos com atividade de banana apresentam indício de um problema que tem sido ocasionado por atividades agrícolas que utilizam fertilizantes em áreas próximas aos córregos sem matas ciliares. esse conjunto de atividades tem acarretado a contaminação por metais em recursos hídricos de várias regiões do estado de são paulo. as maiores concentrações de metais nesses sistemas, ainda que dentro dos valores-guia de qualidade, evidenciam a necessidade de um manejo adequado dos recursos hídricos, com o reflorestamento das matas ciliares. esses resultados também tornam evidente a necessidade da adoção de outros métodos de fertilização do solo, contendo menores concentrações de metais, ou ainda, a substituição de tais métodos por outros naturais como, por exemplo, a rotação de culturas e/ou produção orgânica na agricultura. essa situação parece ser fundamental para os ambientes com cultivo de banana, uma vez que as concentrações detectadas no sedimento dos córregos foram mais elevadas se comparados também a outras atividades agrícolas como canade-açúcar e áreas de pastagens no estado de são paulo. além disso, esse estudo aponta para a necessidade da elaboração de um sistema padrão que utilize o sedimento aquático como parte importante nos estudos de avaliação ambiental, uma vez que inúmeros organismos aquáticos, como macroinvertebrados bentônicos, se utilizam deste compartimento aquático como local de sobrevivência e alimentação, podendo ser contaminados por metais e transferir, através da biomagnificação, essa contaminação para outros grupos animais como peixes e aves. eclética química, 38, 136-146, 2013. 145 agradecimentos. aos fazendeiros da região que permitiram livre acesso nas suas propriedades para as coletas de sedimento dos córregos. ao prof. dr. pedro paulo corbi pela revisão do trabalho. financiamento cnpq. referências [1] silva, s.f.; dissertação de mestrado, escola de engenharia de são carlos, são carlos, 2000. 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resultados indicam o predomínio de um meio fortemente oxidante, destacando o no3 como a principal forma de nitrogênio presente, mesmo nos locais onde foram observadas reduções significativas de eh e od. este trabalho busca contribuir para o desenvolvimento de medidas de controle e manejo das fontes poluidoras e o melhor gerenciamento deste recurso hídrico. palavras-chave: rio apodi/mossoró, eutrofização, propriedades físico-químicas, nitrogênio, água. introdução a falta de um planejamento sustentável, durante o processo de ocupação do solo, intensificada no brasil a partir da década de 60, acarretou sérios impactos à sociedade como um todo, devido aos diversos desequilíbrios ambientais ocasionados, a exemplo da contaminação dos recursos hídricos, constituindo uma forte ameaça à economia nacional, bem como à saúde pública. a bacia hidrográfica do rio apodi/mossoró (figura 1), localizada na região oeste do estado do rio grande do norte (rn) é um exemplo típico deste problema. com uma área de 14.276 km², equivalente a 26,8% da área estimada do estado, representa a maior bacia hidrográfica genuinamente potiguar. são cadastrados 618 açudes, totalizando um volume de 469.714.600 m3 de água, o que corresponde, respectivamente, a 27,4% e 10,7% do total de açudes e volumes acumulados no rn. seu rio principal possui 210 km de extensão, nascente no município de luis gomes e foz no oceano atlântico, onde abriga uma planície litorânea, na forma de estuário, entre os municípios de areia branca e grossos. a vazão é de aproximadamente 360 milhões de m3/ano, com o escoamento iniciando no mês de fevereiro e diminuindo drasticamente a partir do mês de junho, tornando-se praticamente nulo nos meses de novembro e dezembro. isto se deve ao clima semiárido da região, que favorece os altos índices de evaporação e à escassez de água, conforme dados pluviométricos de alguns municípios distribuídos ao longo da bacia (figura 2). ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 26, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 200918 artigo article figura 1 estações de amostragem na bacia hidrográfica apodi/mossoró. o detalhe refere-se à região urbana do município de mossoró/rn. ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 2009 19 artigo article fonte: emparn figura 2 precipitação pluviométrica nas cidades de luis gomes (a), pau dos ferros (b), apodi (c), governados dix-sept rosado (d), mossoró (e) e areia branca (f), no período de janeiro de 2007 a fevereiro de 2008. apesar de sua importância sócio-econômica, a bacia hidrográfica vem sofrendo constantes impactos, provenientes da lixiviação de fertilizantes e pesticidas das diversas atividades agrícolas desenvolvidas no entorno do rio; carreamento de material alóctone; além das constantes descargas de esgotos domésticos e industriais lançados em toda a extensão da bacia. rebouças e colaboradores [2] destacam, dentre 24 bacias hidrográficas do nordeste, a bacia hidrográfica apodi/mossoró como predisposta a situações críticas em sua sustentabilidade, quando são considerados o acesso, disponibilidade, armazenamento de água e o aporte de contaminantes, baseando-se em um estudo de tendências entre os anos de 1991 a 2020, em relação ao índice de regularidade fluvial, déficit de evapotranspiração potencial relativo e índice de comprometimento com a poluição. pesquisas recentes indicam que a água deste rio encontra-se em um acelerado processo de eutrofização, destacando a série nitrogenada (n-no3 -, n-no2 e n-nh3) como um dos principais contaminantes [1]. contudo, a quantificação destes compostos por si só não é suficiente para estabelecer uma relação direta com suas biodisponibilidades, advindas das constantes descargas de efluentes e da oxidação de matéria orgânica (mo), ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 200920 artigo article mostrando a necessidade de estudos mais detalhados de forma a auxiliar no manejo adequado dos recursos disponíveis nesta bacia. nesse sentido, parâmetros físico-químicos, tais como o potencial hidrogeniônico (ph), temperatura (t), potencial de oxidação e redução (eh) e oxigênio dissolvido (od) são essenciais, uma vez que alterações destes parâmetros resultam na variação das diversas formas de nitrogênio, que podem atingir concentrações tóxicas para peixes, zooplânctons, algas e para o próprio homem, por sua ligação com alguns tipos de câncer, mutações, anomalias e algumas vezes, até a morte de fetos (metemoglobinemia) por hipoxia e cianose [315]. no entanto, pouquíssimos trabalhos relacionam a série nitrogenada com estes parâmetros. a grande maioria dos autores tem centrado seus estudos em mostrar aspectos patogênicos e toxicológicos dos derivados do nitrogênio no corpo aquático [16-19] ou simplesmente quantificá-los para fins de diagnóstico e monitoramento. dentre os mais recentes publicados no brasil, cabral e colaboradores [20], estudando os teores de nitrato e amônio nas águas do aqüífero barreiras, nos bairros do reduto, nazaré e umarizal, na cidade de belém/pa, mostraram que fatores antrópicos tem maior influência na evolução dos teores de nitrato e amônio, nessas águas, que os sazonais. simões [21] estudou o efeito da piscicultura em sistemas aquáticos nas cidades de assis e cândido mota, no estado de são paulo, utilizando o índice de qualidade da água (iqa) e análise estatística multivariada, com aplicação da análise por componentes principais (acp). os resultados mostraram que em locais onde essa atividade econômica predomina, o iqa é ≥ 52, indicando uma boa qualidade da água, enquanto que a acp indicou uma má qualidade para estes corpos aquáticos. ainda neste estudo, os autores mostraram a necessidade inerente do desenvolvimento de iqas específicos para cada recurso hídrico e que excluam efeitos indesejáveis nos quais um parâmetro físico-químico mascare o efeito de outro. além destes, ao fazer um estudo da geoquímica das águas da bacia hidrográfica do rio descoberto, brasília/df, por meio de um tratamento estatístico não paramétrico, através da correlação de spearman, carmo [4] pôde avaliar, através de parâmetros físico-químicos, as possíveis fontes de contaminação e suas conseqüências a médio e longo prazo, devido ao processo de urbanização desordenada e utilização indiscriminada de fertilizantes em áreas agrícolas. da mesma forma, em relação à bacia hidrográfica apodi/mossoró, não existem estudos que contemplem essa discussão, dificultando a compreensão dos equilíbrios que envolvem o nitrogênio neste ecossistema e, conseqüentemente, o planejamento de ações sustentáveis para a região. deste modo, este trabalho tem por objetivo correlacionar as concentrações de no3 -, no2 e nh3 com os valores de ph, t, eh e od na bacia hidrográfica apodi/mossoró. material e métodos coleta e preservação das amostras foram selecionadas 24 estações de amostragem, distribuídas em toda a extensão do rio, as com auxílio de gps, em 07/2007, com posteriores coletas trimestrais (08 e 11/2007 e 02/2008). a escolha dos pontos levou em consideração a presença de atividades antrópicas no entorno do rio. as amostras foram coletadas a uma profundidade de aproximadamente 30 cm da superfície, em frascos de vidro, e armazenadas em caixas de isopor contendo gelo e transportadas para o laboratório, onde foram acondicionadas em um refrigerador a uma temperatura de aproximadamente 4°c. análise dos parâmetros físico-químicos as medidas de ph, t, eh e od foram realizadas in loco, utilizando um medidor multiparamétrico de marca orion, modelo 5 star. os ensaios de n-no3 -, n-no2 e do n-nh3 foram feitos em triplicata, utilizando-se reagentes pa e um espectrofotômetro uv-visível, de marca shimadzu. o n-no3 foi determinado pelo método ultravioleta, com pré-tratamento por suspensão de hidróxido de alumínio; o n-no2 -, a partir da reação com a sulfanilamida e o bicloridrato de ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 2009 21 artigo article naftiletilenodiamina, em meio ácido e o n-nh3 foi quantificado pelo método do fenato, baseado na reação com hipoclorito e fenol, catalisada por nitroprussiato [22]. neste trabalho, sempre que se referir a n-nh3 deve-se considerar as duas formas de nitrogênio amoniacal (n-nh4 + e n-nh3), como proposto por esteves [23], uma vez que o meio oscila entre o levemente ácido e o alcalino. resultados e discussão devido aos elevados índices de evaporação e baixa pluviosidade, não foi encontrada água no ponto 1 em nenhuma das três coletas e no ponto 6, na segunda coleta. analisando os resultados das concentrações de no3 -, no2 e nh3 (figura 3), pode-se observar que os íons nitrato apresentam teores mais elevados, seguido pelo nitrito e amônia. em relação aos teores de nitrato, destacam-se os pontos 5, 15 e de 20 a 24; aos de nitrito, os pontos 5 e 14 e aos de amônia, o ponto 5. vale salientar que os pontos 5 (pau dos ferros), 14, 15 e 20 (mossoró) estão localizados nos maiores centros urbanos banhados pelo rio, onde são lançados efluentes domésticos e industriais sem qualquer tratamento prévio, além da criação de animais em seu entorno. somado a isto, os pontos 14 e 15 estão situados em um canal de desvio do rio que se encontra interrompido, formando uma lagoa de decantação. já os pontos 21 a 24 abrangem a região de estuário e onde se concentram atividades de carcinicultura e salineira. é difícil prever o impacto ambiental resultante do despejo de certas substâncias no meio aquático, em virtude dos processos sinérgicos característicos a cada descarga (defensivos agrícolas, detergentes sintéticos, presença de óleo e graxas, dentre outros). contudo, as condições de eh, od, ph e t regulam o efeito de decomposição de matéria orgânica (mineralização do nitrogênio), nitrificação e desnitrificação [6, 12, 23]. figura 3 teores de no3 (a); no2 (b) e nh3 (c) nos diversos pontos de amostragem da bacia hidrográfica apodi/mossoró. ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 200922 artigo article figura 4 valores de eh nos diversos pontos de amostragem da bacia hidrográfica apodi/mossoró. correlação entre a série nitrogenada e o eh do meio em relação ao eh, analisando a figura 4 pode-se observar que em praticamente todo o rio foram obtidos valores elevados (226,7 ± 43,7), nas três campanhas de coleta, com exceção do ponto 16. valores altos de eh estão relacionados com o meio oxidante, indicando a presença de nitrogênio, principalmente na forma de no3 -, enquanto que os baixos indicam o meio redutor e, neste caso, a presença de espécies como nh3 e nh4 + [24]. no entanto, a figura 3 mostra altas concentrações de nitrato e baixas concentrações de amônia neste ponto. segundo braga e colaboradores [25], isto ocorre quando o consumo de od é mais intenso que a capacidade de reposição, fazendo com que parte da matéria orgânica seja decomposta por processos anaeróbicos, constatado, neste caso, pela presença de nh3 no meio. por outro lado, concomitantemente, a mo suspensa e/ou retida no sedimento pode estar sendo assimilada por microorganismos aeróbicos, que utilizam o od como veículo para decomposição da mesma, disponibilizando espécies oxidadas (no2 e, principalmente, no3 -) para o meio. este comportamento está em concordância com o valor de od medido no momento da coleta, que se apresentou muito baixo, variando de 0,1 a 1,3 mg l-1. além disso, o ponto 16 está localizado em um canal artificial, onde o fluxo de água é muito baixo, diminuindo a vazão até tornar-se praticamente nula no período de seca, que associado às grandes descargas de efluentes in natura, torna o processo de depleção de oxigênio ainda mais intenso. outro dado importante a ser considerado neste estudo é que, quanto maior a perda de água no período de estiagem, que ocorre, principalmente, por evaporação, maior o valor de eh, constatado pelo aumento consecutivo deste parâmetro nas três campanhas em 52,2% dos pontos em que foi medido. ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 2009 23 artigo article figura 5 variação de od nos diversos pontos de amostragem da bacia hidrográfica apodi/mossoró. correlação entre a série nitrogenada e a disponibilidade de od conforme figura 5, os valores de od medidos nos diversos pontos de coleta apresentaram, no geral, grande oscilação. provavelmente, o fato destas medidas não serem realizadas no mesmo horário, associado às elevadas temperaturas da água no momento da coleta (28,5°c ± 2,7), tenham contribuído significativamente para esta variação, a ponto de se obter desde valores infinitesimalmente baixos (não detectados) a bastante significativos (20,3 mg/l), dificultando, inclusive, sua correlação com outras variáveis na massa d’água. estes resultados estão em conformidade com as observações de vários autores para outros corpos aquáticos [23, 27-30]. tomando-se como referência os valores citados na literatura, para a concentração mínima de oxigênio dissolvido necessária a vida aquática [6, 12], os pontos 5 (pau dos ferros), 9 (lagoa de apodi), 10 (município de governador dix-sept rosado), 14, 15, 16 e 17 (centro urbano de mossoró) podem ser considerados críticos, por apresentarem baixíssimos níveis de od. isso ocorre, possivelmente, devido ao processo de decomposição da mo [25], que juntamente com a estratificação térmica, causada, principalmente, pela ausência de cobertura ciliar, permite que a radiação solar incida diretamente sobre a água, fazendo com que o nível de oxigênio dissolvido diminua drasticamente, tendo em vista que a solubilidade dos gases diminui com o aumento da temperatura [23]. por outro lado, como mostra a figura 5, foram detectadas concentrações elevadas nos pontos 5 (pau dos ferros), 18 e 19 (região urbana de mossoró) durante a primeira campanha de coleta. em todo o centro urbano destas cidades foi observada uma grande quantidade de macrófitas aquáticas (aguapés), além de uma variedade de algas que atribui uma cor verde e limosa ao rio. deste modo, no início da tarde, horário em que as coletas nestes pontos foram efetuadas, a produção de oxigênio via fotossíntese é significativa, podendo chegar a valores bastante elevados. estes dados complementam a discussão relacionada ao eh, que indica o predomínio de espécies oxidadas no meio, neste caso o no3 -, que está diretamente relacionada com a proliferação acentuada de plantas aquáticas, juntamente com o fósforo, outro nutriente essencial à planta. correlação entre a série nitrogenada e o ph/t observando a figura 6, percebe-se que o ph variou de 7,0 a 9,2, a uma temperatura média de 28,5°c, exceto para o ponto 12 (barragem do ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 200924 artigo article genésio), na 2ª coleta, quando observou-se queda significativa no valor. este ponto está situado ao lado de um anel viário da br 304, que dá acesso ao perímetro urbano de mossoró, onde o fluxo de automóveis, caminhões de carga e motocicletas é constante e, conseqüentemente, a emissão de co2 é significativa. este gás, ao se dissolver na água, forma o ácido carbônico (h2co3), reduzindo o ph do meio, conforme dados relatados por braga et. al. [25], que obteve um valor de ph igual a 5,6 em águas saturadas de gás carbônico (co2). figura 6 valores de ph nos diversos pontos de amostragem da bacia hidrográfica apodi/mossoró. além disso, organismos heterotróficos (bactérias e animais aquáticos) atuam sobre o valor do ph abaixando-o, em virtude dos intensos processos de respiração e decomposição, que libera co2 (g) na massa d’água, com conseqüente formação de h2co3 e íons hidrogênio (h+). outros processos metabólicos que ocorrem em águas naturais também contribuem para o abaixamento do ph do meio como a troca iônica, hidrólise de cátions e ácidos orgânicos e inorgânicos que se dissociam liberando h+ [23]. ambientes ricos em biomassa vegetal também estão sujeitos a variações de ph [23]. durante todo o período de estiagem desta bacia, foram encontradas densas comunidades de macrófitas aquáticas no ponto 3 (riacho de santana), 5, 9 e do 12 ao 19. assim, podem ocorrer padrões e amplitudes diferenciadas de variação desta propriedade, durante o ciclo diário no ecossistema e até em diferentes locais deste mesmo meio. o ph básico, em grande parte dos pontos avaliados, faz com que o íon amônio se transforme em amoníaco, nh3(g), sendo posteriormente eliminado por evaporação, devido às elevadas t. isso pode justificar os baixos níveis de nh3 em toda a extensão do rio, que associado ao processo de nitrificação e a decomposição aeróbia da matéria orgânica, resultou no aumento da concentração de no3 -. vale salientar que a nitrificação das formas amoniacais também pode estar diretamente ligada às oscilações obtidas nas concentrações de od. outro ponto importante, destacado por trussel [30], é que ambientes em que se tem elevados valores de ph (> 9,0) e t (> 26°c), e baixos de eh, a amônia pode atingir níveis letais a uma grande diversidade de seres aquáticos. em nenhum dos pontos analisados atingiu-se estes três critérios simultaneamente, mas em todos eles pode ser identificado que pelo menos dois destes parâmetros estão em conformidade com esta observação, o que classifica a área como passível de ameaça a vida aquática. de acordo com a lei n° 357/2005, do conama [31], considerando o rio como sendo de classe 2, foram detectados 3 pontos (5, 15 e 21) com valores acima do permitido (vap) para o no3 na 1ª coleta, 6 pontos (5, 15, 20, 22, 23 e 24) na 2ª e 1 ponto (15) na 3ª coleta. para o no2 -, apenas o ponto 14 na 1ª coleta apresentou vap. ecl. quím., são paulo, 34(3): 17 -26, 2009 25 artigo article no caso da nh3, nenhum dos pontos apresentou vap pela legislação. complementando a discussão anterior, que pode justificar este panorama, é importante lembrar que o sedimento de fundo é um importante compartimento de estocagem de nutrientes no corpo aquático, que pode estar biodisponibilizando espécies adsorvidas, tendo em vista o longo período de exposição do mesmo a diversos sais minerais provenientes de esgotos lançados in natura. conclusões além dos dados quantitativos trabalhados, as observações feitas in loco mostram a relação existente entre a biodisponibilidade de no3 -, no2 e nh3 nas águas do rio e os valores dos demais parâmetros físico-químicos. estes, associados à vulnerabilidade do semi-árido potiguar e a grande diversidade de atividades antrópicas em toda a extensão do rio, contribuem de forma bem expressiva no aceleramento do seu processo de eutrofização. vale ressaltar a importância do desenvolvimento de pesquisas voltadas ao monitoramento e diagnóstico ambiental, para fortalecer as bases científicas na área, já que a literatura disponível ainda é escassa quando se trata da correlação dos parâmetros que atribuem qualidade às águas, permitindo deste modo, a adoção de medidas mitigadoras de controle e manejo das fontes poluidoras. behavior of nitrogen series in the waters of the apodi/mossoró basin rn brazil abstract: the apodi/mossoró basin is one of the most important water resources in the state of rio grande do norte. recent studies have shown that nitrogen compounds stand out among the river’s main contaminants. there is thus a need to relate their presence to other physicochemical properties that influence their formation. this paper aims to correlate the concentrations of no3 -, no2 and nh3 with the values of ph, t, eh and do in the waters of this basin. the results indicate the predominance of a strongly oxidizing environment, highlighting no3 as the main form of nitrogen present, even in places where significant reductions in eh and od were observed. this paper gives a contribution for the development of control and treatment of sources of pollution and better management of water resources. keywords: river apodi /mossoró, eutrophication, physicochemical properties, nitrogen, water. referências bibliográficas: [1] d. f. f. martins, r. b. souza, t. m. b. f. oliveira, l. d. souza, s. s. l. castro, revista química no brasil 2 (1) (2008) 61. 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de componentes principais pca e análise de agrupamentos hierárquicos hca permitiu a discriminação geográfica do quiabo proveniente dos dois estados. palavras-chave: análise exploratória de dados; quimiometria; pca; hca; quiabo. introdução o quiabo é um fruto proveniente do quiabeiro (hibiscus esculentus) que é uma planta hortícula de origem africana pertencente à família das malváceas[1]. possui alto valor nutritivo, medicinal e comercial, tem um ciclo vegetativo rápido, de fácil cultivo e de alta rentabilidade3. é bastante encontrado no nordeste brasileiro, em especial no rio grande do norte que tem se destacado como um dos grandes produtores. além de ser usado na alimentação como um ingrediente importante em diversos pratos da cozinha brasileira, também é utilizado na medicina, atuando como laxante (refrescando o intestino), nos casos de pneumonia, bronquites e tuberculose pulmonar. por se tratar de um alimento de grande consumo, faz-se necessário estudar a composição do fruto do quiabeiro cultivado em solo potiguar e pernambucano (fontes para o comércio na ceasa e supermercados de natal), para compor tabelas de macro e micronutrientes, de modo a auxiliar na aplicação de dietas adequadas, principalmente nos casos de deficiência nutricional[2-4]. os crescentes avanços e sofisticações das técnicas instrumentais de análise química, proporcionam a obtenção de um maior volume de resultados, havendo assim a necessidade de utilização de técnicas de tratamentos de dados mais complexas do ponto de vista matemático[5]. a análise multivariada foi introduzida há algumas décadas no tratamento de dados químicos, dando origem a uma nova disciplina denominada quimiometria, uma importante ferramenta permitindo a extração de uma quantidade de informação que dificilmente seria gerada empregando métodos univariados[6]. procedimentos para controle de qualidade ou discriminação de origem geográfica de uvas, amostras de mel, vinho, água mineral, água superficial, água subterrânea e bebidas não-alcólicas, empregando métodos estatísticos multivariados têm sido propostos na literatura ao longo da última década[7-10]. diferentes estratégias podem ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 200934 artigo article ser utilizadas para se obter a informação desejada em experimentos dessa natureza. análise multivariada os métodos estatísticos multivariados consideram as amostras e as variáveis em seu conjunto, permitindo extrair informações complementares que a análise univariada não consegue evidenciar. um dos objetivos na utilização da análise multivariada é reduzir a representação dimensional dos dados, organizando-os em uma estrutura que facilita a visualização de todo o conjunto de dados[11]. as duas técnicas de análise multivariada mais conhecidas são as análises de agrupamento hierárquico (hca) e a análise de componentes principais (pca). a pca e a hca são metodologias exploratórias que visam evidenciar similaridades ou diferenças entre amostras em um determinado conjunto de dados. desse modo, torna-se perfeitamente aplicáveis em experimentos de rastreabilidade[12]. a análise de componentes principais (pca) é um método de análise multivariada utilizado para projetar dados n-dimensionais em um espaço de menor dimensão, ou seja as informações contidas no espaço de dimensão n são comprimidas por combinações lineares das variáveis originais a um espaço geralmente de ordem 2 ou 3 [13]. a pca é um método exploratório porque auxilia na elaboração de hipóteses gerais a partir dos dados coletados. é também capaz de separar a informação importante da redundante e aleatória. em uma análise de componentes principais, o agrupamento das amostras define a estrutura dos dados pela construção gráficos de scores e loadings, cujos eixos são componentes principais (pcs) nos quais os dados são projetados[14-15]. os scores fornecem a composição das pcs em relação as amostras, enquanto os loadings fornecem essa mesma composição em relação às variáveis. como as pcs são ortogonais, é possível examinar as relações entre amostras e variáveis com os gráficos dos scores e dos loadings[16-17]. o estudo conjunto de scores e loadings permite ainda estimar a influência de cada variável em cada amostra[18]. a análise de agrupamento hierárquico (hca) é um processo hierárquico no qual, em cada passo a matriz de dados é diminuída em uma dimensão, pela reunião de pares semelhantes, até a reunião de todos os pontos em um único grupo[15,16]. o objetivo da hca é exibir os dados em um espaço bidimensional de maneira a enfatizar os seus agrupamentos e padrões naturais. a distância entre os pontos (amostras ou variáveis) reflete a similaridade de suas propriedades, sendo útil para determinar a semelhança entre amostras. o método relaciona as amostras de forma que as mais semelhantes são agrupadas entre si. os resultados são apresentados na forma de um dendrograma que agrupa amostras ou variáveis em função da similaridade[17,18]. neste diagrama, a escala varia de zero (amostras sem similaridades) a um (amostras similares)[14]. neste trabalho as técnicas de análises multivariadas (hca e pca) foram aplicadas ao conjunto de dados formados por variáveis medidas por análises de conteúdo de minerais no quiabo, visando avaliar a constituição nutricional deste fruto, e a discriminação geográfica do quiabo provenientes dos estados de pernambuco e rio grande do norte. material e métodos amostras foram coletadas amostras de quiabo oriundas de cinco diferentes municípios dos estados de pernambuco e rio grande do norte (figura 1): x-pe (chã grande município de caruaru) e vsa-pe (município de vitória de santo antão) no estado de pernambuco; c-rn (coqueiro município de ceará-mirim), m-rn (município de macaíba) e e-rn (estivas município de extremoz) no estado do rio grande do norte. ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 2009 35 artigo article figura 1 – localização das amostras, municípios dos estados de pernambuco e rio grande do norte. preparação das amostras as amostras (frutos verdes de quiabo verde, cerca de 2,0 kg) foram previamente limpas, com papel toalha, cortadas em rodelas e distribuídas para a determinação de umidade, cinzas e minerais. foram desidratadas a 105 ºc e após resfriamento, maceradas e acondicionadas na forma de pó em frascos de vidro. análise de espécies metálicas a quantificação dos minerais foi obtida a partir das cinzas do quiabo dissolvidas em hcl 10% (v/v). a determinação dos metais (cu, zn, na, fe, k, ca, mn, mg) foi realizada em espectrofotômetro de absorção atômica varian, modelo spectraa 110 (*), com lâmpada de catodo oco, calibrado em condições específicas de comprimento de onda, fenda e mistura de gases para cada elemento. o fosfato foi determinado por espectroscopia de absorção através com equipamento varian, modelo cary 1e (*), utilizando-se o método do molibdovanadato. as concentrações de cloreto e sulfato foram determinadas pelos métodos de möhr e turbidimétrico, respectivamente. para a quantificação de cada mineral foram construídas curvas de calibração, com exceção do cloreto. os padrões e reagentes utilizados foram da marca merck com certificado de análise rastreado com padrões nist. (*) central analítica – depto de química – ufrn – rn análise estatística para efetuar a análise de componentes principais (pca) e a análise de agrupamento hierárquico (hca) foi utilizado o software einsight19. as análises químicas foram realizadas em triplicata, para a construção da matriz de dados 15x11 (15 amostras e onze variáveis). os dados foram previamente auto-escalados, antes de serem submetidos a análise de componentes principais e a análise de agrupamento hierárquico uma vez que há uma grande variação de respostas das diversas variáveis, ou seja, diferem em ordem de grandeza, atribuindo-se assim um mesmo peso para todas as variáveis[20-21]. para a obtenção do dendrograma do hca foram utilizadas a distância euclidiana e o método de conexão incremental. resultados e discussão a tabela 1 apresenta o conjunto de dados experimentais utilizado para realizar as análises ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 200936 artigo article exploratórias pca e hca. as técnicas de análise multivariada foram utilizadas visando resumir em poucas e importantes dimensões a maior parte da variabilidade da matriz para a obtenção de relações entre os dados obtidos, extraindo desta maneira a informação química mais relevante. tabela 1determinação de espécies metálicas do quiabo no resíduo seco (rs), (mg de espécie metálica/100g de amostra) tabela 1determinação de espécies metálicas do quiabo no resíduo seco (rs), (mg de espécie metálica/100g de amostra) sample cu zn na fe k ca mn mg po4 so4 cl xpe1 1,02 3,69 5,98 3,50 2888,17 977,49 5,48 676,59 114,07 489,38 12,80 xpe2 1,01 3,71 5,86 3,54 2927,02 970,27 5,46 677,36 115,17 492,13 12,60 xpe3 1,03 3,68 6,10 3,52 2812,28 973,52 5,48 676,82 114,72 494,33 12,85 vsape1 1,35 3,72 1,50 4,34 2053,79 1041,03 6,80 935,33 92,46 497,88 12,04 vsape2 1,33 3,78 1,41 4,35 2078,32 1043,19 6,81 938,57 94,44 503,38 12,12 vsape3 1,37 3,69 1,58 4,34 2041,27 1038,02 6,83 937,73 93,56 501,78 12,09 crn1 0,98 2,48 11,81 3,23 1813,61 620,67 4,10 300,13 93,50 471,11 37,63 crn2 0,97 2,50 12,23 3,26 1826,43 624,86 4,12 302,17 94,55 477,61 37,75 crn3 0.99 2,52 11,95 3,21 1802,29 621,66 4,14 303,37 94,12 476,96 37,69 mrn1 0.84 2,18 9,87 3,37 1935,17 843,71 3,31 506,76 85,49 384,51 34,41 mrn2 0.86 2,15 9,02 3,40 1942,36 852,55 3,32 507,19 87,76 391,16 34,57 mrn3 0.87 2,20 9,36 3,38 1938,85 848,47 3,34 506,57 87,12 388,11 34,48 ern1 1,10 2,65 18,01 3,84 1466,31 778,35 4,67 364,81 102,46 404,86 39,90 ern2 1,12 2,63 17,82 3,84 1470,29 785,90 4,66 366,22 100,83 403,84 40,12 ern3 1,12 2,66 17,23 3,85 1468,78 780,94 4,69 365,72 101,23 404,23 40,07 análise de componentes principais (pca) verifica-se que as componentes pc1 e pc2 descrevem 83,27% da variação total dos dados e fornecem informações discriminatórias das amostras. a primeira componente principal (pc1) descreve 65,42% da variação total e a segunda (pc2) 17,85%. a figura 2 apresenta o gráfico de scores e observam-se dois agrupamentos. ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 2009 37 artigo article figura 2 – gráfico dos scores, pc2 vs pc1, autoescalamento, var. tot. 83,27%, discriminação geográfica dos quiabos provenientes dos estados de pernambuco e rio grande do norte. analisando a pc1 é possível observar a descriminação de dois grandes grupos, ou seja, as amostras provenientes do estado de pernambuco: xpe (chã grande município de caruaru) e vsape (município de vitória de santo antão) as mostras provenientes do estado do rio grande do norte: crn (coqueiro município de cearámirim), mrn (município de macaíba) e ern (estivas município de extremoz). o gráfico dos loadings na figura 3 mostra a influência das variáveis sobre as amostras. o comportamento distinto apresentado pelas amostra crn, mrn e ern, ou seja, a discriminação geográfica destas amostras em relação as amostras do estado de pernambuco, foi causada pelos teores de cl(cloreto), na(sódio), pois as amostras de quiabo provenientes do estado do rio grande do norte apresentam maiores teores de cl e na em relação as demais amostras. já as amostras de quiabo provenientes do estado de pernambuco xpe e vsape apresentam os maiores teores de fe, cu, mn, mg, ca, zn,k, po4 3e so4 2-. ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 200938 artigo article figura 3 – gráfico dos loadings, pc2 vs pc1, autoescalamento, var. tot. 83,27%, influência das variáveis na discriminação geográfica dos quiabos provenientes dos estados de pernambuco e rio grande do norte. analisando a pc2 na figura 2, é possível observar um ligeiro deslocamento da amostra ern das demais amostras provenientes do rio grande do norte. isso ocorreu devido aos maiores teores de fe e cu em relação aos municípios do estado rn. dentro do grupo formado pelos municípios de pernambuco também pode ser observado um deslocamento entre as amostras: xpe e vsape. isso ocorreu pois as amostras de quiabo provenientes do xpe possuem maiores teores de po4 3e k, e as amostras de quiabo de vsape possuem os maiores teores de fe e cu do estado de pe. análise de agrupamentos hierárquicos (hca) as têndencias observadas através da análise de componente principais (pca) foram confirmadas através do dendrograma obtido pela hca (figura 4), ou seja, é possível observar a formação de dois grandes agrupamentos. ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 2009 39 artigo article figura 4 – dendrograma das amostras (hca), autoescalamento, distância euclidiana, técnica de conexão incremental, discriminação geográfica dos quiabos provenientes dos estados de pernambuco e rio grande do norte. as amostras provenientes do estado do rio grande o norte: crn (coqueiro município de ceará-mirim), mrn (município de macaíba) e ern(estivas município de extremoz), formaram um agrupamento. já as amostras provenientes do estado de pernambuco: xpe (chã grande município de caruaru) e vsape (município de vitória de santo antão), localizam-se no dendrograma separadas das amostras do rn, formando outro agrupamento. conclusões as amostras foram agrupadas de acordo com o esperado, mostrando que a análise exploratória de dados permite a obtenção de informações rápidas e eficientes sobre a similaridade entre as amostras pela visualização gráfica. a pca identificou as amostras provenientes de pe e rn, e a hca confirmou os resultados produzidos pela pca, discriminando geograficamente as amostras de quiabo. a aplicação da análise exploratória de dados (hca e pca) na discriminação geográfica ecl. quím., são paulo, 34(3): 33 40, 200940 artigo article de alimentos é hoje relativamente simples, e torna possível que analistas de alimentos utilizem estes métodos multivariados corretamente, para a construção de modelos de previsão ou classificação, com o objetivo de prever a origem de amostras alimentares. application of the exploratory analysis of data in the geographical discrimination of okra from rio grande do norte and pernambuco received november 03 2008 accepted 04 2008 abstract: samples of okra from caruaru and vitória of santo antão, in the state of pernambuco, and ceará-mirim, macaíba and extremoz in the state of rio grande do norte have been analysed. two different methods were applied in the data treatment allowing to geographically discriminate samples from different origins: principal component analysis pca and hierarquical cluster analysis hca. keywords: exploratory analysis; chemometrics; pca; hca; okra referências [1]a. balbach, d. s. f. boarim, as hortaliças na medicina natural, missionária ,são paulo, 1ª ed., 1992. 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[21] m. a. morgano, s. c. n. queiroz, m. m. c. ferreira, braz, j. food technol., 2 (1999) 73. eclética química, 39, 164-174, 2014. 164 produção e avaliação de microcápsulas de alginato contendo óleo essencial de casca de laranja iara janaína fernandes, amanda gonçalves kieling*, tatiana louise avila de campos rocha, feliciane andrade brehm, carlos alberto mendes moraes universidade do vale do rio dos sinos, área de ciências exatas e tecnológicas, pósgraduação e pesquisa. avenida unisinos, 950. são leopoldo, rs – brasil. *e-mail: amandag@unisinos.br resumo: os óleos essenciais pertencem a um grupo importante de matérias-primas para diversas indústrias, no entanto, são compostos instáveis e sua aplicação pode ser limitada devido à elevada volatilidade e facilidade de oxidação. sendo assim, a aplicação de técnicas de microencapsulamento pode contribuir para aumentar sua estabilidade. este trabalho teve como objetivo produzir microcápsulas de alginato de sódio contendo óleo essencial de laranja e avaliar as microcápsulas obtidas. o processo de microencapsulamento foi realizado pela técnica de grãos de alginato. as microcápsulas foram avaliadas através de mev, estabilidade térmica e determinação do teor de óleo essencial microencapsulado. os resultados encontrados demostram que as microcápsulas foram produzidas com êxito, a técnica de microencapsulamento foi efetiva e o processo de síntese simples, verificou-se o aumento da estabilidade termo-oxidativa do óleo pelo microencapsulamento. as microcápsulas liberaram aproximadamente 88,3% do óleo essencial presente em 30 dias. palavras-chave: óleos essenciais, microcápsulas, casca de laranja. production and evaluation of alginate microcapsules containing orange peel essential oil abstract: essential oils are an important raw material for several industries. however, they are unstable compounds, and their application may be limited due to their high volatility eclética química, 39, 164-174, 2014. 165 and ease of oxidation. therefore, the application of microencapsulation techniques can contribute to increasing their stability. this study aimed to produce sodium alginate microcapsules containing orange essential oil and evaluate the microcapsules obtained. the microencapsulation process was performed using alginate grain technique. the microcapsules were evaluated through sem, thermal stability and determination of the microencapsulated essential oil content. the results show that the microcapsules were successfully produced, the microencapsulation technique was effective, and the synthesis process was simple. the increase in the thermo-oxidative stability of the oil by microencapsulation was verified. the microcapsules released approximately 88.3% of the essential oil in 30 days. keywords: essential oils, microcapsules, orange peel. 1. introdução a comercialização de óleos essenciais tem sido importante para a economia global, uma vez que têm grande aplicabilidade para diversos fins. constituem um dos mais importantes grupos de matérias-primas para várias indústrias, principalmente nas áreas relacionadas a cosméticos, farmacêuticas, medicinais e de alimentos. o óleo essencial de cítricos é uma mistura de hidrocarbonetos do grupo de terpenos, sesquiterpenos, compostos oxigenados, como aldeídos, cetonas, ácidos, ésteres, éteres, fenóis, lactonas e pequenas quantidades de parafinas e ceras. as frutas cítricas, como a laranja, possuem alta concentração de óleo essencial. são encontrados em glândulas localizadas na superfície da casca da fruta e podem ser removidos por diferentes métodos de extração, sendo os mais comuns: destilação por arraste de vapor ou hidrodestilação e prensagem a frio [1, 2]. o brasil se posiciona como o 3° maior exportador de óleos essenciais do mundo. deste volume, 91% consiste em óleo essencial de cítricos, sendo o óleo essencial de laranja o principal [3]. além disso, é possível obter o óleo essencial de laranja a partir da casca da laranja que é um resíduo da fabricação do suco. após a extração do suco, a quantidade de resíduos gerados é em torno de 50% do peso da fruta [4]. a valorização e minimização destes resíduos contribuem para a redução do impacto ambiental, bem como a obtenção de produtos com alto valor agregado, gerando benefícios ambientais e econômicos. no entanto, os óleos essenciais são compostos instáveis e sua aplicação pode ser limitada devido à elevada volatilidade e facilidade de oxidação. dessa forma, a utilização de técnicas de encapsulamento é uma alternativa viável para aumentar a estabilidade destes eclética química, 39, 164-174, 2014. 166 compostos [5]. o encapsulamento é uma técnica utilizada para proteção e modulação da liberação de substâncias. são amplamente utilizadas pelas indústrias farmacêutica, de cosméticos, de produtos alimentícios e agroindústria com o intuito de mascarar as propriedades desagradáveis de certas substâncias, como sabor, odor ou ph; proteger o material de núcleo da oxidação, luz, umidade; reter substâncias voláteis; converter líquidos em sólidos; obter o controle sobre a liberação de substâncias, melhorando a eficácia destas em sua aplicação [6, 7]. existem diversas técnicas para obtenção das microcápsulas, podendo ser físicas (spray drying, spray chilling, co-extrusion), químicas (polimerização interfacial, polimerização insitu, suspensão, dispersão, emulsão) ou físico-químicas (coacervação, sol-gel) [8]. de modo geral, a escolha da técnica leva em consideração o material ativo que se deseja encapsular, agente encapsulante e a aplicação. dentre as técnicas de microencapsulamento, a obtenção de grãos de alginato é amplamente utilizada em função da facilidade de preparo em escala laboratorial, podendo encapsular teoricamente qualquer ingrediente [7]. os alginatos são polímeros polianiônicos que tem a capacidade formar géis na presença de cátions divalentes. a utilização do alginato como agente encapsulante apresenta vantagens como ser um polímero biodegradável, natural e não tóxico [9]. a técnica de microencapsulamento por grãos de alginato baseia-se na geleificação ionotrópica do alginato e consiste em incorporar o material de núcleo em uma solução de alginato de sódio, para depois a mistura sofrer extrusão gota a gota em uma solução de cloreto de cálcio [10, 11]. a principal desvantagem de utilização deste método é a falta de controle sobre o tamanho de partícula e distribuição de tamanho [12]. frente ao exposto, este trabalho teve como objetivo realizar a produção de microcápsulas de alginato de sódio, como agente encapsulante, contendo óleo essencial de laranja e avaliar as microcápsulas obtidas. 2. procedimentos experimentais 2.1 extração do óleo essencial de laranja a extração foi realizada por hidrodestilação em aparelho clevenger. foram utilizadas cascas de laranja, subproduto da produção do suco, coletadas no restaurante universitário da unisinos. eclética química, 39, 164-174, 2014. 167 2.2 análise do óleo essencial de laranja o óleo essencial foi analisado por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. foi usado o equipamento gc/ms clarus 680 (perkinelmer). modo scan utilizado na faixa (m/z): 35 – 350. a coluna utilizada foi elite 5 ms – 30 m x 0,25 mm x 0,25 μm. a avaliação qualitativa dos resultados, no modo scan, foi realizada com confirmação por comparação com a biblioteca nistms-2008. 2.3 produção das microcápsulas foi usado o método de formação de grãos de alginato adaptado a partir das metodologias utilizadas por marcuzzo [11], müller [13] e pasqualim [14]. foi preparada emulsão de alginato de sódio 2% (m/v) e óleo essencial de laranja na concentração de 15% (v/v). após, a emulsão foi reticulada em solução iônica de cloreto de cálcio (cacl2) 1% (m/v) contendo 1 ml de tween 80, sob agitação mecânica lenta e banho de gelo. após repouso, para reticulação, filtração e lavagem, para retirada do tween 80 e do cacl2 residuais, procedeu-se secagem em estufa a 30ºc por 72h. foram produzidos dois lotes de microcápsulas 15% nas mesmas condições conforme descrito anteriormente. além disto, foi produzido um lote de microcápsulas sem óleo como amostra controle. 2.4 avaliação das microcápsulas microscopia eletrônica de varredura (mev) foi utilizado microscópio eletrônico de varredura hitachi tm-3000 sob baixo vácuo, sem metalização e com aceleração de voltagem variável de 15kv. as amostras foram analisadas em aumentos de 30 a 2500 vezes. estabilidade térmica a estabilidade térmica foi realizada por análise termogravimétrica. foi usado equipamento bd engenharia, modelo rb-3000-20 em atmosfera de ar com aquecimento de 10°c/min entre 25 e 600 °c. está análise foi executada para os dois lotes de microcápsulas 15%, para a amostra controle, sem o óleo essencial e para uma amostra de óleo essencial puro. determinação do teor de óleo essencial microencapsulado foi efetuada extração do material de núcleo utilizando n-hexano como solvente. após foi realizada análise cromatográfica quantitativa acoplada à espectrometria de massas em eclética química, 39, 164-174, 2014. 168 equipamento gc/ms clarus 680 (perkin elmer), modo scan na faixa (m/z): 35 – 350, com coluna elite 5 ms – 30 m x 0,25 mm x 0,25 μm. a quantificação foi realizada por comparação de área do composto d-limoneno da amostra do óleo de laranja extraído das microcápsulas com a área do composto d-limoneno da amostra do óleo de laranja bruto. a determinação do teor de óleo essencial microencapsulado foi realizada cinco dias após o microencapsulamento e novamente após 30 dias. 3. resultados e discussão 3.1 análise do óleo essencial de laranja o d-limoneno é o principal componente do óleo essencial de laranja, atingindo concentrações que podem variar de 90 a 96% [15]. a área do pico 4, correspondente ao dlimoneno na figura 1, mostra que este foi o componente majoritário da amostra analisada. qiao et al. [16] em sua caracterização encontraram o limoneno em maior concentração, representando 90,85%, seguido por β-mirceno, γ-terpineno, linalol e α-pineno, confirmando os maiores picos encontrados neste trabalho, como pode ser visto na figura 1 e tabela 1. a composição química dos óleos essenciais pode variar devido a vários fatores como genética, época de colheita, estresse hídrico, nutrição, solo, clima, armazenamento, método de extração e outros [17]. figura 1: cromatograma do óleo essencial de laranja extraído. tabela 1: compostos identificados no óleo essencial de laranja. pico composto 1 α-pineno eclética química, 39, 164-174, 2014. 169 2 sabineno 3 β-mirceno 4 d-limoneno 5 α-terpineno 6 1-octanol 7 terpinoleno 8 linalol 9 nonanal 10 6-octenal-3,7-diemetil 11 4-terpineol 12 terpineol 13 decanal 14 cis-geraniol 15 β-citral 16 trans-geraniol 17 α-citral 18 dodecanal 19 naftaleno 1,2,3,5,6,7,8,8a-octahidro-1,8a dimetil-7-(1 metiletenil). 3.2 avaliação das microcápsulas microscopia eletrônica de varredura (mev) as imagens de mev das microcápsulas obtidas, figura 2, revelam considerável esfericidade, observando que foram obtidas por técnica laboratorial simples, utilizando bureta. é possível visualizar a formação de um filme contínuo na parede externa, porém, pode-se notar a presença de cavidades e poros na superfície, o que pode ser um indicativo de presença de óleo essencial na superfície, evidenciando que pode não ter ocorrido a total emulsificação do óleo. dessa forma, para obtenção de microcápsulas com superfície mais esférica e livre de cavidades, é necessário melhor emulsificação do óleo, o que pode ser obtido com a utilização de emulsificantes diretamente na emulsão ou utilização de ultrassom para agitação. micropartículas podem ser denominadas microcápsulas ou microesferas. as microcápsulas mononucleares são formadas por um núcleo e as polinucleares são formadas por vários núcleos, já as microesferas, são sistemas nos quais o ingrediente ativo se encontra uniformemente disperso numa rede polimérica [13]. de acordo com esta classificação e através da análise morfológica externa, pode-se inferir que as micropartículas obtidas são microcápsulas polinucleares, já que apresentam relevos que podem ser indicativos da presença de vários núcleos. eclética química, 39, 164-174, 2014. 170 figura 2: aspectos morfológicos, obtidos por mev das microcápsulas contendo 15% de óleo com aumento de (a) 40x (b) 80x (c) 500x e (d) 1000x. a figura 3 mostra as imagens obtidas por mev das microcápsulas controle, feitas sem a adição do óleo essencial. a estrutura externa destas exibe a presença fissuras, entretanto mostraram formação de filme contínuo, com poucas cavidades. através da comparação entre as figuras 2 e 3, fica claro que houve o microencapsulamento do óleo essencial das microcápsulas mostradas na figura 3, posto que apresentaram tamanho e forma distintas. figura 3: aspectos morfológicos, obtidos por mev da amostra controle com aumento de (a) 40x (b) 80x (c) 500x e (d) 1000x. eclética química, 39, 164-174, 2014. 171 estabilidade térmica as curvas termogravimétricas (tg), figura 4, mostram a perda de massa de cada amostra em função da temperatura. figura 4: curvas tg para as os dois lotes 15%, amostra controle e óleo essencial puro. na tabela 2 são apresentados os estágios de temperaturas considerados relevantes para cada amostra. tabela 2: pontos críticos considerados na tg. amostra temperatura (°c) limites considerados (°c) perda de massa (%) perda total de massa (%) óleo puro 56 31 101 1,25 96,73 174 101 272 94,08 controle (sem óleo) 101 48 147 10,71 68,32 232 147 331 41,55 15% lote 1 99 54 140 7,27 89,80 221 140 314 76,4 15% lote 2 97 55 135 7,43 91,89 215 135 306 79,06 eclética química, 39, 164-174, 2014. 172 pode-se observar que o óleo essencial de laranja puro apresenta duas etapas de decomposição térmica, uma entre 31 e 101°c, de apenas 1,25%, eliminação de umidade, e uma etapa de decomposição térmica que pode ser atribuída ao processo de volatilização e/ou decomposição completa entre 101 e 272°c. a perda de massa total foi de aproximadamente 97%, o resíduo (3%) pode ser devido a metais presentes (sais), sujeira no cadinho, entre outros. a amostra controle, contendo apenas o alginato de sódio, apresentou três eventos de decomposição térmica. um evento entre 48 e 147°c (δm = 10,71%) característico da eliminação de umidade, um segundo evento entre 147 e 331°c (δm= 41,55%), atribuído a decomposição de material carbonáceo e um terceiro evento observado na faixa de temperatura entre 331 e 600°c (δm = 26,77%). soares et al. [18] mostram que o alginato de sódio apresenta basicamente quatro eventos de decomposição térmica: desidratação, após decomposição de material carbonáceo, seguida por formação e degradação de na2co3, as últimas duas em temperaturas acima de 600°c. dessa forma, os dois últimos eventos não foram apresentados neste trabalho em função da temperatura máxima usada de 600°c. a perda total de massa foi cerca de 70%. as amostras dos dois lotes contendo 15% de óleo mostraram comportamento térmico semelhante, indicando a reprodutibilidade da metodologia. as amostras apresentaram perda de massa de aproximadamente 7% na faixa de 54 e 140°c, característica da eliminação de umidade, e após entre 135 e 314°c perda de massa de aproximadamente 77% relativa à decomposição do alginato de sódio juntamente com volatilização total do óleo essencial. a perda de massa total foi em torno de 80%. o aumento da faixa de temperatura de decomposição das microcápsulas contendo o óleo essencial comparada ao óleo essencial puro, visto na figura 4, aponta que o alginato aumentou a estabilidade térmica do óleo essencial. determinação do teor de óleo essencial microencapsulado a avaliação quantitativa do composto d-limoneno revelou a presença de 11,09% (v/m) de óleo essencial nas microcápsulas, na análise realizada cinco dias após o microencapsulamento. a análise realizada um mês depois da primeira, revelou um percentual de 1,30% (v/m). sendo assim, pode-se verificar as microcápsulas liberaram aproximadamente 88,3% do óleo essencial presente em 30 dias. eclética química, 39, 164-174, 2014. 173 em estudo realizado por müller [13], microcápsulas de alginato de sódio coacervadas e reticuladas com cacl2 e secas em estufa mantiveram o teor de óleo essencial retido após cinco meses. já as microcápsulas de alginato de sódio coacervadas e reticuladas com cacl2 sem secagem, após 40 dias de armazenamento tiveram uma queda no teor em torno de 70%. este resultado sugere que o processo de secagem é uma etapa importante e influencia na retenção do óleo essencial nas cápsulas. dessa forma, pode-se inferir que a secagem realizada neste trabalho pode não ter sido eficiente. outra questão importante a ser considerada é que na condição das microcápsulas desenvolvidas neste trabalho não houve como definir com certeza se o óleo encapsulado (11,09%) está no núcleo ou na superfície. 4. conclusões a técnica de microencapsulamento laboratorial mostrou-se efetiva e o processo de síntese simples, de fácil reprodução e de baixo custo. entretanto as microcápsulas obtidas apresentaram cavidades na superfície, indicando a presença de óleo essencial na superfície. pela análise termogravimétrica verificou-se o aumento da estabilidade termo-oxidativa do óleo pela presença da microcápsula. sendo assim, a aplicação da técnica de encapsulamento contribuiu para aumentar sua estabilidade térmica, demonstrando viabilidade de uso das microcápsulas em diversas aplicações, como a aromatização. a determinação do teor de óleo essencial microencapsulado 5 e 35 dias após sua obtenção mostrou que as microcápsulas difundiram 88,3% do óleo essencial em 30 dias. 5. referências [1] j. m. a. araújo, química de alimentos teoria e prática, ufv: viçosa, 2ª ed, 1999. 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[10] h. c. b. de paula, e. f. de oliveira, f. o. m. s. abreu, r. c. m. de paula, s. m. morais, m. m. c. forte, polímeros, 20 (2010), 112. [11] l. c. marcuzzo, t. rocha, l. roldo, j. w. kindlein, anais do 5° workshop design & materiais, lorena, brasil, 2010. [12] a. m. chuah, t. kuroiwa, i. kobayashi, x. zhang, m. nakajima, colloid surface a, 351 (2009), 9. [13] p. s. müller, dissertação de mestrado, universidade federal do paraná, curitiba, 2011. [14] p. pasqualim, t. a. culpi, g. a. t kaminski, m. t. fin, d. g. b. sasso, c. k. costa, m. d. miguel, g. m. fujiwara, b.h. rodrigues, s. m. w. zanin, visão acadêmica, 11 (2010), 1. [15] m. r. maróstica júnior, g. m. pastore, quím. nova, 30 (2007), 382. [16] y. qiao, b. j. xie, y. zhang, y. zhang, g. fan, x. l. yao, s. y. pan, molecules, 13 (2008), 1333. [17] a. e. d. sousa, dissertação de mestrado. universidade federal rural do semi-árido, mossoró, 2011. [18] j. p. soares, j. e. santos, g. o. chierice, e. t. g. cavalheiro. eclet. quim. 29 (2004), 2. a04v33n1.pdf introduction the investigation of metal sulfonamide compounds has received much attention due to the fact that sulfonamides were the first effective chemotherapeutic agents to be employed for the prevention and cure of bacterial infections in humans [1]. the sulphur containing ligands are well known for their anticarcinogenic, antibacterial, tuberculostatic, antifungal, insecticidal, and acaricidal activities [2]. it has been reported that the biological activity of sulphur-containing ligands gets enhanced on undergoing complexation with metal ions [24]. cephapirin is also a cephalosporin antibiotic which has a broad spectrum of activity against gram-negative bacilli and gram-positive cocci [5]. on the other hand, cd2+ is a non-essential heavy metal that is normally present in very low concentrations in our environment [6]. however, due to industrial uses of cd2+, some people can be exposed too much higher concentrations [7] as a result of which they suffer from many serious diseases [8,9]. the concentration of cd2+ in blood and urine in human beings can be reduced by ligand therapy [10]. sulfonamides are used in combination with other drugs as chemotherapeutic agents in bacterial infections and serious diseases in human [11,12]. therefore sulfonamides alone or in combination with cephapirin could be effective against cadmium toxicity. experimental all the chemicals were of analytical grade quality and their solutions were prepared in bi distilled water. sodium salts of all the selected sulfur drugs and cephapirin (fluka, sigma and aldrich) were used without any additional purification. 29ecl. quím., são paulo, 33(1): 29-34, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 1, 2008 stability constants and thermodynamic parameters of cadmium complexes with sulfonamides and cephapirin m. s. parihar and f. khan department of chemistry, dr. h. s. gour university, sagar, m. p. india * faridkhan58@yahoo.com abstract: stability constant (log }) and thermodynamic parameters of cd2+ complexes with sulfonamide and cephapirin were determined by polarographic technique at ph = 7.30 ± 0.01 and µ = 1.0 m kno3 at 250°c. the sulfonamides were sulfadiazine, sulfisoxazole, sulfamethaxazole, sulfamethazine, sulfathiazole, sulfacetamide and sulfanilamide used as primary ligands and cephapirin as secondary ligand. cd2+ formed 1:1:1, 1:2:1 and 1:1:2 complexes. the nature of electrode processes were reversible and diffusion controlled. the stability constants and thermodynamic parameters (æg, æh and æs) were determined. the formation of the metal complexes has been found to be spontaneous, exothermic in nature, and entropically unfavourable at higher temperature. keyword: polarography; stability constant; sulfonamide; cephapirin; thermodynamics. ph measurements of the analytes were made on a elico ph meter (li – 10) using glass and calomel electrodes and fixed at 7.30 ± 0.01 which was adjusted with dilute solutions of hno3 or naoh as required. electrochemical analysis was performed using a polarographic analyzer (elico, hyderabad model cl 362). the polarographic capillary was 5.0 cm. long with diameter 0.06 mm with dropping mercury electrode (dme) characteristics m2/3t1/6 = 2.04 mg2/3s-1/2. all the analytes were deaerated by pure nitrogen gas before recording the current voltage data. potassium dihydrogen phosphate – sodium hydroxide buffer was added with the analyte to stabilize its ph. results and discussion a well defined two electron [13] reversible reduction and diffusion controlled wave cd2+ was observed in 1.0 m kno3 at ph = 7.30 to 8.50 [14], but ph = 7.30 was selected to study the complex formation in human blood ph. the value of e1/2 reversible for cd was 586 mv vs sce. the nature of current voltage curve of cd2+ complexes with sulfonamide and cephapirin was also reversible and diffusion controlled. stability constant of [cd – sulfonamide – cephapirin] complexes in this system, the concentration of cd2+, kno3 and gelatin were 0.50 mm, 1.0 m and 0.001% respectively. neither cephapirin nor sulfonamide gave their current voltage curves in 1.0 m kno3 at ph = 7.30 ± 0.01 at 25 0c. when [cd2+] was added with either of the drugs, complex formation was taken place and their current voltage curves were obtained. the concentration of sulfonamide in the analyte varied from 0.50 mm to 30.0 mm at 0.025 m to 0.05 m constant concentration of cephapirin. the half wave potential e1/2 values become more negative with the addition of cephapirin to the binary complex [cd – sulfonamide] confirmed the [cd – sulfonamide – cephapirin] complex formation. the stability constant of ternary complexes were determined by using schaap and mcmaster [15] 30 ecl. quím., são paulo, 33(1): 29-34, 2008 figure 1. [cd sulfadiazine cephapirin] complex. method which confirmed the formation of 1:1:1, 1:2:1 and 1:1:2 metal ligand complexes. the values of stability constant of complexes were given in (table 1). the data and plots between fij [x, y] vs [x] for [cd – sulfadiazine – cephapirin] complex {where x and y are sulfonamide and cephapirin and i and j are the stoichiometric numbers for primary and secondary ligands respectively} were given in (table 2) and (fig. 1) respectively. the polarograms of [cd sulfadiazine – cephapirin] at [cephapirin] = 0.025 m were given in (fig. 2). it is clear from the polarograms that e1/2 values of [cd – sulfadiazine – cephapirin] increased with increased of the concentration of cephapirin confirmed the ternary complex formation. these ligands offered bonding to metal ion through the sulfonamido nitrogen atom and sulfonyl oxygen atom of so2 group [16, 17]. in case of cephapirin, n of the } – lactam ring and o of the carboxylic group might take part in bond formation with cd making 5 membered ring [18]. thermodynamic parameters of [cd sulfonamide cephapirin] complexes: the thermodynamic parameters, free energy change (æg), enthalpy change (æh) and entropy change (æs) were calculated by following relationships [19]. æh = 2.303 r t1t2 (log}2 – log}1) t1t2 æg = rt log æ and æg = æh – tæs the thermodynamic parameters of the [cd sulfonamide cephapirin] complexes were given in (table 3). it is clear from the thermodynamic parameters of complexes that: a) the stability constants (log}1) and (log}2) decreased with increased of temperature, confirming that complexes are not stable at higher temperature [19, 20]. b) sufficiently large negative value of æg showed that spontaneous formation of the complexes. spontaneity increased with temperature, except in the cd2+ complex [21]. 31ecl. quím., são paulo, 33(1): 29-34, 2008 c) negative values of æh indicated the exothermic nature of the metal-ligand interaction [21]. d) the æs values for the ligand complexes are negative, confirming that the complex formation is entropically unfavourable [22]. comparison of stability of the binary and ternary complexes: the value of mixing constant log km, which compares the stability of binary and ternary complexes have been calculated by following equation [15]. log km = log}11 – 1/2 [log}02 + log}20] the values of log km were -0.265, -0.230, 0.135, -0.410, -0.450, -0.235 and -0.290 for [cd sulfadiazine – cephapirin], [cd – sulfisoxazole – cephapirin], [cd – sulfamethaxazole – cephapirin], [cd – sulfamethazine – cephapirin], [cd – sulfathiazole – cephapirin], [cd – sulfac32 ecl. quím., são paulo, 33(1): 29-34, 2008 figure 2. polarograms of [cd – sulfadiazine – cephapirin] system, [cephapirin] = 0.025m etamide – cephapirin] and [cd – sulfanilamide – cephapirin] complexes respectively. the negative values of log km showed that binary complexes are more stable than their ternary complexes while in case of [cd – sulfamethaxazole – cephapirin] the positive value indicates that the ternary complex is more stable then their simple binary complexes. it is clear from the values of stability constants of complexes that sulfadiazine formed the complexes of minimum stability as its complexes showed the lowest values of e1/2 in comparison to the other sulfonamide complexes [23]. the stability constants of sulfisoxazole complexes are lesser than sulfamethoxazole complexes is due to the presence of two electron withdrawing ch3 groups in former than in the latter caused greater steric hindrance [24] in sulfisoxazole complexes than sulfamethoxazole complexes. similar is the case with sulfamethazine and sulfathiazole complexes. in case of sulfactamide and sulfanilamide, the former is the n1 – acetyl-substituted derivatives of sulfanilamide formed complexes with cd having lesser stability constants than sulfanilamide complexes might be the fact that it has ch3co group [24]. the highest values of stability constants of sulfanilamide complexes amongst all other sulfonamide are due to having the largest shift of e1/2 in its complexes [23]. the values of stability constants varied from 1.70 to 9.20 confirmed that either sulfonamides itself or cephapirin or in combination or their metal complexes could be effective against cd toxicity [25]. conclusion it is clear from the study that the shift of e1/2 became more negative on increasing the concentration of sulfonamide and cephapirin to [cd2+] which confirmed the complex formation. the slope varied from 30 ± 2 mv confirmed that the nature of current voltage curves of metal and their complex formation is reversible. the plots between id vs h1/2 are straight lines passing through origin confirmed that the polarograms were diffusion controlled. cd2+ formed 1:1:1, 1:2:1 and 1:1:2 complexes. the values of stability constants varied from 1.70 to 9.20 confirmed that either sulfonamide or cephapirin alone or in combination could be effective against cd toxicity [25]. the study was also carried out at 35 0c to determine the stability constant and thermodynamic parameters. the values of thermodynamic parameters confirmed that the complexes are not stable at higher temperature [19, 20]. 33ecl. quím., são paulo, 33(1): 29-34, 2008 acknowledgements the authors are thankful to head, department of chemistry, dr. h. s. gour university, sagar, for providing the laboratory facilities and m.p. council of science and technology, bhopal for enabling the junior research fellowship to m. s. parihar. received 17 november 2007 accepted 10 february 2008 references [1] s. bellu, e. hure, m. trape, m. rizzotto, quim. nova 26 (2003) 188. 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(dalton) (1974) 1186. 34 ecl. quím., são paulo, 33(1): 29-34, 2008 eclética química, 39, 12-21, 2014. 12 potencialidade de uso da resina amberlite ir 120 no tratamento de resíduos químicos contendo espécies iônicas com cr2o7 2, fe 3+ e mno4 fernanda da silva nogueira * , aparecida maria simões mimura, júlio césar josé da silva, rafael arromba de sousa grupo baccan de química analítica, universidade federal de juiz de fora, cep 36036-900, juiz de fora mg, brasil * fernanda.nogueira_@hotmail.com amsrtm@gmail.com julio.silva@ufjf.edu.br rafael.arromba@ufjf.edu.br resumo: as resinas de troca iônica têm sido amplamente usadas como uma opção de tratamento de efluentes químicos por removerem do meio diversas substâncias, principalmente íons metálicos. neste contexto, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial do uso de uma resina de troca iônica para o tratamento de um resíduo ácido contendo fe 3+ , ânions metálicos e ácido salicílico. as condições experimentais foram otimizadas a fim de remover essas espécies de um resíduo regularmente gerado em um dos laboratórios de ensino da ufjf. foi utilizada a resina catiônica amberlite ir 120® e os resultados mostraram boa eficiência na remoção das espécies de interesse, inclusive daquelas na forma de ânions. também foi estudado o processo de dessorção da resina, onde os metais podem ser concentrados em um volume 70% menor, possibilitando a reutilização da mesma. palavras-chave: tratamento de resíduos, resina de troca iônica, íons metálicos, adsorção. eclética química, 39, 12-21, 2014. 13 application of ion exchange resins for treatment of chemical wastes containing fe 3+ , cr2o7 2 and mno4 ions abstract: ion exchange resins have been widely used as an option for wastewater treatments and are effective in reducing the concentration of residual metals. in this context, the aim of this study was to evaluate the potential use of an ion exchange resin for the treatment of an acid waste regularly produced at the chemistry department in the federal university of juiz de fora. employing optimized experimental conditions the studied method allowed to remove, significantly the fe 3+ , cr2o7 2 and mno4 content, using only the cationic resin, amberlite ir 120 ® . in addition, desorption of these species was also studied, in which the metals content could be concentrated into a volume 70% smaller than the ordinary waste volume. besides, after that desorption the resin can be reused and the method showed to be adequate for routine uses. keywords: waste treatment, ion exchange resins, metallic ions, adsorption. introdução nos últimos anos, o lançamento inadequado de efluentes, em geral, tem aumentado a contaminação das águas superficiais [1] . resíduos contendo metais nocivos para os seres vivos e para o ambiente são gerados diariamente na indústria como, por exemplo, de fabricação de metais, galvanoplastia, tintas, entre outras [1] e, também, em laboratórios de pesquisa e ensino. os principais efeitos provocados nos seres vivos pela contaminação por espécies metálicas tóxicas ocorrem na pele, sistema respiratório, gastrointestinal e nervoso [2] . segundo chepcanoff (2001) os compostos de “metais pesados” são reconhecidamente tóxicos e alguns deles apresentam riscos de câncer, afetando a qualidade dos recursos hídricos e meio ambiente [2] . uma alternativa para os resíduos é seu encaminhamento a empresas especializadas no tratamento e/ou descarte em local apropriado [3] . porém, esta alternativa pode ter custos significativos, incluindo o transporte, sendo um fator limitante para a sua realização. por outro lado, o uso de métodos de tratamento podem incluir o consumo de reagentes e até mesmo aumentar o volume final do resíduo a ser descartado, criando assim outros inconvenientes que devem sempre ser avaliados. existem várias técnicas para tratamento de resíduos aquosos contendo metais, como por exemplo, a precipitação química, a retenção em resinas de troca iônica e os métodos de adsorção em carvão ativado, zeólitas e biossorventes [4-7] . as resinas de troca iônica têm sido recomendadas como uma interessante opção para o tratamento de efluentes, pois se mostram eclética química, 39, 12-21, 2014. 14 eficazes na redução da concentração dos íons metálicos presentes [8] . a resina catiônica amberlite ir 120®, por exemplo, apresenta grupos sulfônicos em sua superfície (-so3h), nos quais íons h + podem ser trocados por outros cátions, removendo assim íons metálicos positivos por meio de uma reação de troca iônica. neste trabalho foi avaliado o potencial do uso deste tipo de resina, especificamente a amberlite ir 120®, no tratamento de um resíduo aquoso e ácido contendo espécies com íons dos metais cr, fe e mn. além disso, também foram avaliados os processos de regeneração e reutilização da mesma, muito desejável para o seu uso em rotinas. materiais e métodos materiais foram utilizados os seguintes equipamentos: espectrômetro de absorção atômica com chama (thermo scientific, modelo solaar, série m5), phmetro digital (digimed, modelo md22), agitador magnético (ika ® werke) e banho de ultrassom (unique ultrasonic cleaner, modelo usc 2800a). reagentes de grau analítico foram usados para preparar as soluções de hcl 6 mol l -1 , naoh 6 mol l -1 , hno3 2% v/v e hno3 10% v/v. soluções monoelementares de cr, mn e fe foram preparados em hno3 2% v/v a partir de padrões monoelementares de 1000 mg l -1 de cr (qhemis high purity), fe (merck – titrisol) e mn (qhemis high purity). a resina catiônica estudada foi a amberlite ir 120 ® e para fins de comparação a resina aniônica amberlite ira 400 ® . além disso, os seguintes reagentes, de grau analítico, também foram usados: ácido 2acetoxibenzoico (ácido salicílico) (merck, 99,5 – 100,5%), cloreto férrico hexaidratado (vetec, 97,0 102,0%) e dicromato de potássio (merck, 99,9%). o resíduo estudado foi obtido no laboratório de química analítica do departamento de química da ufjf, sendo proveniente da disciplina química analítica v qui 572. procedimentos a) caracterização do resíduo neste trabalho, foi utilizado um resíduo aquoso e ácido contendo ácido salicílico, fe 3+ , cr2o7 2 e mno4 , proveniente do laboratório de química analítica da ufjf. as concentrações iniciais dos metais foram determinadas por espectrometria de absorção atômica com chama (f aas). neste procedimento, uma alíquota da amostra do resíduo foi previamente diluída em água deionizada para análise por calibração externa, conforme as condições recomendadas pelo fabricante para amostras aquosas. eclética química, 39, 12-21, 2014. 15 para construção da curva de calibração foram utilizadas soluções padrões de cromo e ferro nas concentrações de 1,0, 3,0, 5,0, 7,0 e 9,0 mg l -1 . já para o manganês as concentrações foram de 0,4; 1,2; 2,0; 2,8 e 3,6 mg l -1 . as soluções (preparadas a partir das soluções monoelementares de 1000 mg l -1 e utilizando hno3 2% v/v como diluente) foram utilizadas para a calibração em todas as análises no decorrer do trabalho. todas as soluções foram preparadas usando água purificada pelo sistema milli-q (millipore, bedford, usa) e empregando materiais previamente descontaminados em banho de hno3 10% v/v, por no mínimo 12 h. como parte da caracterização do resíduo o ph do mesmo foi medido. b) ativação da resina para a resina catiônica, amberlite ir 120 ® , o processo de ativação foi feito colocando-se a resina em contato, e sob agitação, com excesso de solução de hcl 6 mol l -1 . depois de aproximadamente 30 minutos, a resina foi filtrada sob vácuo e lavada, exaustivamente, com água deionizada até que todo o excesso de íons h + fosse removido da superfície da resina (papel indicador universal foi utilizado nesta etapa para monitoração do ph da água de lavagem). para a resina aniônica, amberlite ira 400 ® , usada para fins de comparação no caso da remoção das espécies dicromato e permanganato, o procedimento de ativação foi similar ao descrito para a resina catiônica, porém utilizando-se uma solução alcalina (naoh 6 mol l -1 ). c) proporção ótima entre quantidade de resina e volume de resíduo foram utilizadas alíquotas de 10,00 ml de resíduo, como soluções de estudo e variou-se a massa de resina (previamente ativada) entre 1 e 4 gramas, no caso da resina catiônica e, massas de 0,75 e 1,50 gramas para a resina aniônica. a mistura resíduo/resina foi agitada por 60 minutos e, depois, filtrada sob vácuo. a solução recolhida foi transferida para um balão volumétrico de 100,00 ml e o volume final foi completado com água deionizada. as amostras do resíduo tratado foram analisadas por f aas a fim de se calcular a porcentagem de remoção dos metais e encontrar a relação mais adequada entre resíduo e resina. d) estudo cinético de remoção dos metais de interesse após determinada a massa ótima de resina, o procedimento descrito no item c foi repetido com variando apenas o tempo de contato, de 10 a 120 minutos (dependendo da resina usada). e) efeito do ph sobre a adsorção das espécies de interesse eclética química, 39, 12-21, 2014. 16 para avaliar o efeito do ph no processo de adsorção foram feitas variações no ph original do resíduo utilizando soluções de hcl 6 mol l -1 e naoh 6 mol l -1 (monitorando os valores obtidos com o uso de phmetro digital). f) dessorção dos íons metálicos para a regeneração da resina e recuperação dos íons metálicos em um volume menor de solução a resina, após o tratamento do resíduo, foi submetida a processos de dessorção colocando-a em contato com volumes diferentes de solução de hcl 6 mol l -1 , no caso da resina catiônica, e naoh 6 mol l -1 , no caso da resina aniônica. as resinas, após misturadas com as soluções devidas, foram agitadas (agitador magnético) ou sonicadas (banho de ultrassom), avaliando-se também diferentes tempos e, em seguida, as misturas foram filtradas. as soluções recolhidas foram analisadas por f aas e com o resultado da recuperação dos metais, previamente adsorvidos, estabeleceu-se uma condição experimental ótima para a recuperação da resina. resultados e discussão caracterização do resíduo as concentrações iniciais dos íons metálicos presentes no resíduo, determinadas por f aas, foram: 52,5 mg l -1 de cr, 4,46 mg l -1 de mn e 253 mg l -1 de fe. segundo a resolução nº 37 da conama, estes valores estão acima dos níveis máximos de concentração (0,5 mg l -1 de cr, 1,0 mg l -1 de mn e 15,0 mg l -1 de fe) aceitáveis para lançamento em águas superficiais [9] . quanto ao ph do resíduo o mesmo se apresentou ácido, com valor de 1,52 e devido à rotina do laboratório, onde este resíduo é regularmente gerado, os elementos cromo e manganês estão, provavelmente, presentes nas suas formas aniônicas de dicromato e permanganato, respectivamente. por isso, além da resina catiônica, amberlite ir 120 ® , utilizou-se uma resina aniônica, a amberlite ira 400 ® , para comparação de desempenho. otimização da proporção de resina e volume de resíduo foram tratados 10,00 ml do resíduo misturando-o com diferentes massas (1,0, 2,0 e 4,0 g) de resina catiônica, por cerca de 60 minutos para remoção de ferro, cuja concentração inicial era de 253 mg l -1 . a concentração de fe nas amostras de resíduo tratado com 1,0; 2,0 e 4,0 g de resina foram 10,8; 10,2 e 9,68 mg l -1 , o que corresponde a 95,7; 95,9 e 96,2% de remoção de fe, respectivamente. foi possível observar que todas as quantidades de resina catiônica testadas foram satisfatórias e todas as soluções tratadas apresentaram concentração de fe 3+ abaixo do valor máximo permitido pela legislação (15,0 mg l -1 ) [9] . dessa forma, nos testes posteriores optou-se por usar 2,0 gramas de resina catiônica para garantir a robustez do método de eclética química, 39, 12-21, 2014. 17 adsorção. a proporção entre resina e resíduo em volume é dada por 10 ml(resíduo) / 3 ml(resina seca). neste momento não se avaliou a remoção dos íons cr2o7 2 e mno4 , visto que não era esperado efeito com a resina catiônica, o que aconteceu e está discutido nos itens seguintes. estudo cinético da remoção dos metais de interesse em relação à remoção do fe 3+ , o tempo de contato com a resina catiônica amberlite ir 120 ® foi variado de 40 a 120 minutos, pois no tempo menor não se obteve uma adsorção completa desta espécie, conforme mostrado na figura 1. 50 60 70 80 90 100 110 40 60 120 p er ce n tu al d e re m o çã o tempo de contato (min) cromo manganês ferro figura 1: adsorção de fe 3+ com a resina catiônica amberlite ir 120 ® e porcentagem de remoção (coadsorção) das espécies de cr2o7 2 e mno4 , após tratamento de 10,00 ml de resíduo com 2 g de resina em diferentes intervalos de tempo. de acordo com os dados apresentados na figura 1, não houve variação significativa na remoção dos íons fe 3+ com o aumento no tempo de contato. para verificar se poderia estar acontecendo algum tipo de competição química pelos sítios de adsorção na superfície da resina, os demais íons metálicos, cromo e manganês, foram determinados nas amostras de resíduo tratadas. os resultados apresentados na figura 1 mostram que os íons de cromo e manganês e que estão no resíduo nas formas aniônicas (cr2o7 2 e mno4 ), também foram adsorvidos (total ou parcialmente) pela resina catiônica, visto que o teor de cromo e manganês no resíduo tratado foi menor, após a análise por f aas. uma possível explicação para este fato é que o resíduo contém também compostos orgânicos, principalmente ácido salicílico, e este forma um complexo estável com o ferro (fe 3+ + 3as  [feas3] 3+ ; onde as = ácido salicílico), podendo assim coadsorver íons negativos. o complexo formado possui carga positiva e, por isso, pode atrair eletrostaticamente os íons de carga oposta, como cr2o7 2 e mno4 . então, com a adsorção do ferro presente no complexo, possivelmente as espécies de dicromato e permanganato são coadsorvidas. para confirmação desta hipótese foi investigada a adsorção de cromo (a partir de soluções preparadas com dicromato de potássio) pela resina catiônica na presença do complexo ferro-ácido salicílico (ácido salicílico e ferro na proporção de 3:1, respectivamente). eclética química, 39, 12-21, 2014. 18 inicialmente, foram preparados 10,00 ml de uma solução contendo o complexo e dicromato, em diferentes proporções molares (1:1, 3:1 e 6:1), que foram colocadas em contato com a resina por cerca de duas horas para garantir que houvesse tempo suficiente para a remoção dos íons pela resina. as soluções de estudo foram analisadas por f aas. as concentrações de cr encontradas após o tratamento das soluções contendo complexo e dicromato foram < 0,61; 5,83 e 7,18 mg l -1 para as proporções molares 1:1, 3:1 e 6:1, o que corresponde a uma porcentagem de remoção média > 99; 97,5 e 96,9% respectivamente. de acordo com estes resultados os íons cr2o7 2 também foram removidos pela resina catiônica na presença de complexo ferro-ácido salicílico, conforme suposto anteriormente. nesse contexto, verificou-se ainda o desempenho da resina catiônica em tratar volumes maiores de resíduo, visto sua eficiência para remover todas as três espécies metálicas. foram tratados 50,00 ml de resíduo com 10 gramas de resina catiônica, seguindo a proporção otimizada, e a mistura foi agitada durante 4 e 6 horas. tabela 1: resultados obtidos para a adsorção de espécies metálicas na resina catiônica amberlite ir 120 ® utilizando 50,00 ml de resíduo e resultados de dessorção das espécies metálicas utilizando hcl 6 mol l -1 . espécie % adsorção % dessorção após 4 horas de contato após 6 horas de contato após agitação magnética (6h) após sonicação (3h) fe 3+ 97% 97% > 99% > 99% cr2o7 2 69% 74% > 99% > 99% mno4 > 99% > 99% 49% 92% observa-se na tabela 1 que a remoção de fe 3+ e mno4 foi bastante satisfatória em ambos os tempos de contato. o cr2o7 2 teve uma porcentagem de remoção menor, mas percebese que há uma tendência de aumento na sua adsorção com o aumento do tempo de contato. o cr2o7 2 teve porcentagens menores de adsorção que as demais espécies metálicas nos testes com a resina catiônica, como apresentados na tabela 1 e figura 1. isso se deve ao fato de ocorrer uma competição entre as espécies de dicromato e permanganato e a preferência de adsorção de uma espécie em relação à outra pode estar relacionada a propriedades físicoquímicas como eletronegatividade, constante de hidrólise e geometria molecular, sendo que o íon cr2o7 2 é maior e isto pode dificultar a coadsorção (efeito estério) [7] . efeito do ph estudos de adsorção de cátions de outros metais (cu, cd, ni, pb e zn) com a resina amberlite ir 120 ® , mostraram que as remoções máximas foram obtidas na faixa de ph 4 eclética química, 39, 12-21, 2014. 19 8. [8] contudo, não foi possível fazer os estudos sobre o efeito da variação do ph na adsorção das espécies, porque uma pequena variação no ph original do resíduo (ph=1,52) provocou a precipitação das espécies na forma de hidróxido. porém a impossibilidade de variação no ph não se mostrou um problema, visto os bons resultados obtidos no ph original do resíduo, como já apresentado nos itens anteriores. neste sentido, vale ressaltar que a precipitação de íons metálicos na forma de hidróxido também é um procedimento para tratamento de resíduos contendo espécies metálicas. mas, neste caso, uma desvantagem em relação à remoção por resinas é que o resíduo tratado ainda precisa ser filtrado e a solução obtida após o tratamento, constitui uma quantidade maior de resíduo (a ser neutralizado e descartado), em relação ao volume inicial do resíduo. dessorção das espécies e reutilização das resinas no processo de regeneração da resina realizou-se a dessorção, ou seja, substituição dos íons metálicos, anteriormente adsorvidos na superfície da mesma, por íons h + , no caso da amberlite ir 120 ® , e íons oh , no caso da amberlite ira 400 ® . este procedimento pode ser feito de modo a concentrar os íons metálicos em um volume menor, reduzindo os custos para transporte e descarte do resíduo contendo íons metálicos e possibilita a reutilização da resina num novo processo de tratamento. além disso, a pré-concentração das espécies metálicas removidas torna viável o reaproveitamento dos íons metálicos removidos, caso seja de interesse. assim, foram testados para a dessorção da resina catiônica (amberlite ir 120 ® ) variados volumes de solução de hcl 6 mol l -1 , diferentes tempos de contato e métodos de agitação. os experimentos com resultados satisfatórios para a dessorção das espécies metálicas nesta resina foram obtidos utilizando-se 3,00 ml de solução de hcl 6 mol l -1 , com agitação por 6 horas no agitador magnético ou, por 3 horas por meio de ultrassom, conforme apresentado na tabela 1. avaliação do uso da resina aniônica amberlite ira 400 ® para remoção dos íons cr2o7 2 e mno4 , com a resina aniônica, massas de 0,75 g e 1,5 g, foram testadas. verificou-se que a massa de 1,5 g é suficiente para uma remoção efetiva das espécies metálicas e que o tempo mínimo de contato necessário para que ocorresse uma adsorção satisfatória foi de 20 minutos, como ilustrado na figura 2. contudo para promover a dessorção na resina aniônica foi aplicado o mesmo método descrito para a resina catiônica, porém nenhum dos testes apresentou resultados satisfatórios, mostrando que o uso da resina catiônica, no caso do resíduo estudado, é vantajoso para a remoção das diferentes espécies metálicas, mesmo as aniônicas em função das características do meio. eclética química, 39, 12-21, 2014. 20 figura 2: estudo cinético para a remoção dos íons cr2o7 2 e mno4 com a resina aniônica no resíduo estudado. conclusão a resina de troca catiônica amberlite ir 120 ® foi eficiente no tratamento de um resíduo químico, aquoso e em meio ácido contendo ferro dissolvido, dicromato, permanganato e ácido salicílico. o método desenvolvido se mostrou simples, podendo ser utilizado em laboratórios em geral, para reduzir os custos com descarte e minimizar o impacto ambiental causado pelo lançamento de íons metálicos tóxicos diretamente em corpos de águas. além disso, processos de coadsorção podem remover também espécies com carga negativa, como o dicromato e o permanganato, conforme os resultados demonstrados. este processo foi facilitado pelas características originais do resíduo estudado (ph ácido e contendo ácido salicílico), mas que pode ser ajustada para outros resíduos que contenham essas mesmas espécies metálicas a serem removidas. agradecimentos os autores agradecem à pro-reitoria de pesquisa da universidade federal de juiz de fora pela bolsa de iniciação científica atrelada a este projeto e à fapemig pelo apoio financeiro. referências bibliográficas [1] riani, j.c. utilização de 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fe(iii)-doped tio2 suspensions were prepared by the sol gel method with the use of titanium isopropoxide (ti(opri)4) as precursor material. the properties of doped materials were compared to tio2 properties based on the characterization by thermal analysis (tg-dta and dsc), x-ray powder diffractometry and spectroscopy measurements (ftir). both undoped and doped tio2 suspensions were used to coat metallic substrate as a mean to make thin-film electrodes. thermal treatment of the precursors at 400°c for 2 h in air resulted in the formation of nanocrystalline anatase tio2. the thin-film electrodes were tested with respect to their photocatalytic performance for degradation of a textile dye in aqueous solution. the plain tio2 remains as the best catalyst at the conditions used in this report. keywords: tio2; fe(iii) doping; characterization; thin film electrode; textile dye. www.scielo.br/eq volume 36, número 1, 2011 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 19 introduction titanium dioxide (tio2) is a polymorphous crystalline solid which exists in a tetragonal phase as anatase and rutile, as well as, in a rhombic phase called brookite. the most common forms, anatase and rutile, are easily prepared as ceramic membranes by several methods of synthesis [1]. accordingly, the sol-gel method allow to the preparation of ceramic materials such as powders, fibers and membranes at relatively low temperature when compared to conventional methods. also, metal-doped materials can be prepared in such a way that the stoichiometry, particle size and porosity are controllable. such materials have been characterized by a number of different techniques as thermal analysis (thermogravimetry (tg), differential thermal analysis (dta), and differential scanning calorimetry (dsc)), x-ray diffraction, scanning electronic microscopy, and spectroscopy techniques [2-14]. tio2 ceramic membranes have been widely used as a photocatalyst to degrade pollutants in aqueous phase, as well as, in the gaseous one. for that purpose, the semiconductor must be activated by light of energy greater than the band gap energy of the material which can be accomplished by the use of artificial ligth or better yet by solar energy. the activation gives rise to the formation of electrons in the conduction band and positive holes in the valence band, these being responsible for the oxidation of organic matter [15]. some reviews on the use of titanium dioxide (tio2) as a photocatalyst are available in the literature, which present the current progress in the field as well as a discussion of the fundamental aspects [16-18]. the photocatalytic efficiency of tio2 is influenced by its structure, defects and impurities, as well as, by its superficial morphology and interface. these aspects depend on the method of preparation and the firing temperature, which in turn define the composition of the crystal phase in the final material. generally, the rutile phase is claimed to be less photoactive than anatase. the addition of small amounts of a metal doping to the bulk phase of tio2 is meant to increase its photocatalytic efficiency and promote a red shift in the band gap energy. results of several doping-metals such as al, cd, ce, co, cr, fe, li, mn, ni, pt, zn and v have been reported [19-21]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 20 iron (iii) ions have been demonstrated to improve the catalytic activity of tio2 toward the oxidation of organic pollutants. these results are encouraging since the properties of tio2 photocatalysts are suitable for the construction of photochemical energy conversion systems and the treatments of pollutants and wastewater [22-27]. several studies have claimed that tio2 as anatase coexists with metallic iron at acidic ph or in situations where the doping level of iron is less than 1% (m/m) which enhance the photocatalytic properties of tio2. as the doping level goes higher or at higher ph, the phase α-fe2o3 has much more probability to form which cause the transformation of tio2 from anatase to rutile [28-31]. in this paper studies on the preparation of fe(iii)-doped tio2 are described. materials with the percentage of metal doping of 1%, 5% and 10% were synthesized and their properties compared to those of plain tio2 based on the characterization by thermal analysis and spectroscopy measurements. in addition, thin-film electrodes made out these materials were used to photoelectrocatalitically degrade a textile dye in aqueous solution. 2. experimental 2.1 materials titanium sol was prepared by adding titanium isopropoxide, ti(opri)4 (aldrich, milwaukee, wi), to an aqueous solution of nitric acid at a volumetric mixing ratio of 2.1 ml concentrated hno3/238 ml h2o/20 ml ti(opri)4. the sol was stirred continuously until peptization was complete, after which the sol (ph 1.0) was dialyzed (spectra/por1 3 membrane, 3500 mw cutoff, spectrum, laguna hills, ca) to a final ph 3.5. the iron-doped sols were prepared by a similar procedure with the addition at the initial step of the required amount of iron (iii) nitrate to obtain 1, 5 and 10% atom ratio of iron to titanium. 2.2 methods simultaneous tg-dta and dsc curves were recorded in models sdt 2960 and q 10, both from ta instruments and tg mettler ta-4000 thermal analysis system (tio2 undoped). the purge gas was an air flow of 100 ml min–1 for tg-dta and 50 ml min–1 for dsc. a heating rate of 20°c min–1 was adopted with samples weighing about 7 mg for tg-dta and 5 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 21 mg for dsc. alumina and aluminum crucibles, the latter with perforated covers, were used for tg-dta and dsc, respectively. infrared spectra were recorded on a nicolet mod. impact 400 ft-ir instrument, within the 4000–400 cm–1 range. the solid state samples were pressed into kbr pellets. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-5000 x-ray diffractometer, employing cukα radiation (λ=1.541 å) and settings of 40 kv and 20 ma. uv/vis spectra were recorded on a hach dr/4000 u spectrophotometer within the 190 1100 nm range. 3. results and discussion 3.1 thermal analysis simultaneous tg-dta and dsc curves of the compounds exhibit mass losses in steps and thermal events corresponding to these losses or due to physical phenomenon. the tg-dta curves also show that the anhydrous compounds are formed up to 650 ºc. the presence of iron as doping in the gel sample caused the lowering of the degradation temperature. the temperature ranges (θ), mass losses (%) and peak temperatures observed for each compound are shown in table1. table 1. temperature ranges (θ), mass losses (%) and peak temperatures observed for each compound. compound tg-dta steps dsc steps first second first second tio2 * θ ºc 30650 loss (%) 16.24 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 22 peak (ºc) 97 (endo) 259 (exo; sharp) tio21% fe θ ºc 38-185 185-457 loss (%) 13.00 peak (ºc) 105 (endo) 232 (exo; small) 108 (endo) 223 (exo; sharp) tio2 5% fe θ ºc 30-200 200-451 loss (%) 14.73 peak (ºc) 100 (endo) 195-370 (exo; broad) 99 (endo) 201 (exo; sharp) tio2 10% fe θ ºc 30-207 207-523 loss (%) 12.50 peak (ºc) 99 (endo) 207-352 (exo; broad) 101 (endo) 224 (exo; sharp) * this compound was obtained in mettler equipment. 3.2 undoped tio2 the tg and dsc curves are shown in fig. 1. the tg curve shows loss of mass of 16.24 % in the range of 30ºc and 650ºc. this mass loss is attributed to the release of the adsorbed water in the membrane surfaces, interstitial water, adsorbed ethanol and the thermal decomposition of the organic residues. the endothermic peak observed at 97ºc in the dsc curve is due to the water loss and the exothermic peak at 259ºc is attributed to the thermal decomposition of the organic matter and sintering between the nanoparticles in the xerogels and in agreement with the literature [32] and in disagreement with the reference [33]. as can be seen ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 23 in the x-ray spectra shown in fig. 2, there are no differences in the patterns of diffraction after to heat the sample up to the temperature of 250ºc and 260ºc, showing that the crystalline phase is the same in both cases. in the dsc curve, the exothermic peak observed at 259ºc in air atmosphere, also occurred in a n2 atmosphere at 266 oc. the appearance of this exothermic peak in n2 atmosphere (fig. 3) is in disagreement with reference [34]. figure 1. tg and dsc curves of undoped-tio2. figure 2. x-ray diffraction spectra of tio2 heated up to: (a) 250 oc; (b) 260 oc. figure 3. dsc curve of tio2 under n2 atmosphere ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 24 figure 1. tg and dsc curves of undoped-tio2. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 25 figure 2. x-ray diffraction spectra of tio2 heated up to: (a) 250 oc; (b) 260 oc. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 26 figure 3. dsc curve of tio2 under n2 atmosphere 3.3 fe (iii)-doped tio2 the tg-dta and dsc curves of the titanium dioxide doped with iron (1, 5 and 10%) are shown in figs. 4, 5 and 6. a great similarity is observed between the tg-dta and dsc curves of the tio2 doped and the profile of these curves also show a great similarity with the tg-dta and dsc curves of the titanium dioxide without doping. however the exothermic peak attributed to the thermal decomposition of the organic matter and sintering occurs in different temperature depending on the quantity of the iron as doping (table 1). figure 4. tg-dta and dsc curves of 1% (w/w) fe (iii)-tio2 figure 5. tg-dta and dsc curves of 5% (w/w) fe (iii)-tio2 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 27 figure 6. tg-dta and dsc curves of 10% (w/w) fe (iii)-tio2 figure 4. tg-dta and dsc curves of 1% (w/w) fe (iii)-tio2 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 28 figure 5. tg-dta and dsc curves of 5% (w/w) fe (iii)-tio2 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 figure 6. tg-dta and dsc curves of 10% (w/w) fe (iii)-tio2 3.4 fourier-transformed infrared spectroscopy (ftir) ir spectra of the samples (table 2) heated at 400 ºc show a broad absorption band in the region of 1100–400 cm–1 corresponding to the ti-o-ti network [35, 36, 37]. as the iron concentration increases this band diminish its intensity and moves to longer wavenumbers. this finding is contrary to those reported elsewhere [22]. no absorption is observed in the range of 1800 cm-1 and 2000 cm-1 due to carbon bonding which is an indication of the total absence of organic compound in the samples. a broad band is observed between 1460 and 1715 cm-1 ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 attributed to o-h and ti-oh groups. however, these two bands diminish their intensity in the iron (iii) doped-tio2 suggesting that have occurred change in the structure of the materials. table 2. infrared spectroscopic data regarding doped and undoped-tio2 ceramic membranes heated up to 400 o c. material wavenumber (cm-1) ν (o-h and ti-oh) ν (ti-o) and δ( ti-o-ti) tio2 1714-1463 b; m 1080-400 b; s tio2 1% fe 1712-1460 b; w 1100-400 b; m tio2 5% fe 1715-1470 b; w 1036-400 b; m tio2 10% fe 1710-1480 b; w 1100-400 b; m b – broad; m – medium; s – strong; w – weak 3.5 x-ray diffractometry the xrd patterns of the dopedand undoped-tio2 powders after heating at 100 ºc and 400 ºc are shown in fig. 7. the powder was amorphous when heat-treated at 100 ºc. after heating at 400 ºc anatase appears at 2θ = 25.2 º. at the levels of 1% and 5% of iron (iii) doping the anatase peak is less intense. at the level of 10% however the peaks due to tio2 are bigger indicating an increase in crystallinity and particle size. additionally, a new peak is observed at 2θ = 25.7º indicating a start of the phase transition. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 figure 7. x-ray diffraction patterns of dopedand undoped-tio2. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 3.6 photoelectrocatalytic degradation of a textile dye thin-film electrodes made out of the iron (iii) doped and undoped tio2 materials were used to investigate the degradation of a textile dye by photoelectrocatalyse experiment. the electrodes were made with a three layers deposition of each material on a metallic substrate of titanium with a thickness of 0.5 mm (goodfellow cambridge ltd.) and heated at 400 ºc for two hours. these electrodes were used as anode with a biased potential of 1.5 v (vs ag/agcl) and illuminated by a uv irradiation. a platinum wire was used as auxiliary electrode. the experiments were carried out for two hours in solutions of 0.05 g l-1 of the dye acid blue 29 [5850-35-1; aldrich] and 0.1 mol l-1 nacl as electrolyte. the variation in the dye concentration during the experiment was monitored by uv-vis measurements. as can be seen from fig. 8, the dye has a characteristic peak at 602 nm which is responsible for its intense blue color. after two hours of experiment using the undoped-tio2 electrode this peak decreased in 36.0%. for the doped-tio2 electrodes the decreases were 6.37%, 27.2% and 17.2%, respectively for the 1%, 5% and 10% doping levels. contrary to reported in the literature [38], in this case the doping metal did not improve the photocatalytic properties of tio2 probably due to the low temperature of 400 oc since the value most reported is 600 oc [39]. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 figure 8. variation in absorbance as a function of time during the photoelectrocatalytic degradation of the acid blue 29 dye using the undoped-tio2 thin film electrodes. 4. conclusions the sol-gel method has been proved to be a simple and practical way to prepare ceramic membranes of doped and undoped tio2. by means of thermal analysis (tg, dta and dsc) is possible to conclude that the membranes show mass losses attributed to the release of the adsorbed water in the membrane surfaces, interstitial water, adsorbed ethanol and the thermal decomposition of the organic residues. the peaks observed in the dta and dsc curves are due to these mass losses and sintering between the nanoparticles in the xerogels. these peaks are present in different temperature depending on the amount of iron (iii) doping. the presence of the iron as metal doping in the gel caused the lowering of the mass losses and the final degradation temperature when compared with the undoped tio2. ecl. quím., são paulo, 36 ,2011 x-ray diffraction allowed to observe that through heating the anatase form of tio2 is prevalent at the temperature studied. the doping metal has the effect of diminish the height of peaks due to tio2. the infrared spectra showed the presence of absorption due to ti-o bonding. also in the presence of the doping metal this absorption is diminished. as a result of the photoelectrocatalitic degradation of a textile dye, plain tio2 remains as the best catalyst at the conditions used in this report. among those doped catalyst, the 5% fe (iii) was able to degrade more dye than the others in the two hours of experiment. acknowledgements the authors thank fapesp, cnpq and capes foundations (brazil) for financial support; electroanalytical and environmental chemistry group and thermal analysis laboratory ivo giolito. references [1] a. c. f. m. costa, m. a. vilar, h. l. lira, 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dopagem, caracterização, eletrodos de filme fino, corante têxtil. eq02-af introdução simulação de dinâmica molecular (dm) é uma das técnicas computacionais mais versáteis para o estudo de macromoléculas biológicas [1-4]. no planejamento racional de fármacos baseado em estrutura, as simulações de dm têm contribuído exaustivamente em diversos estágios do processo [4-6]. a metodologia da dm é fundamentada nos princípios da mecânica clássica e fornece informações sobre o comportamento dinâmico microscópico, dependente do tempo, dos átomos individuais que compõem o sistema [7,8]. para se obter as propriedades macroscópicas de interesse a aplicação da mecânica estatística é requerida, a qual tem a função de calcular propriedades observáveis macroscópicas (pressão, energia interna, volume, temperatura, entropia, energia livre, etc), a partir de outras microscópicas. 13ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 dinâmica molecular: teoria e aplicações em planejamento de fármacos a. m. namba*, v. b. da silva, c. h. t. p. da silva departamento de ciências farmacêuticas, faculdade de ciências farmacêuticas de ribeirão preto, universidade de são paulo, av. do café, s/n, monte alegre, 14040-903, ribeirão preto-sp, brasil * amnamba@usp.br resumo: dinâmica molecular (dm) é uma ferramenta computacional poderosa usada em química medicinal para o planejamento racional de fármacos. dm é uma extensão da mecânica molecular, onde o comportamento dinâmico de um sistema molecular é simulado através da integração numérica das equações de movimento. esta técnica tem sido usada extensivamente para auxiliar e complementar o planejamento de novos ligantes de um alvo terapêutico, bem como estimar a sua potência. este artigo enfoca a teoria básica da dm clássica e suas importantes aplicações no planejamento racional de potenciais compostos bioativos, particularmente compostos com atividade anti-hiv. palavras-chave: dinâmica molecular; campo de força; planejamento de fármacos; atividade anti-hiv. com base na mecânica molecular (mm), as moléculas são tratadas como uma coleção de átomos que pode ser descrita por forças newtonianas, ou seja, são tratadas como uma coleção de partículas mantidas unidas por forças harmônicas ou elásticas. um conjunto completo dos potenciais de interação entre as partículas é referido como “campo de força” [9,10]. o campo de força empírico, tal como é conhecido como uma função energia potencial, permite que a energia potencial total do sistema, v(r), seja calculada como a partir da estrutura tridimensional (3d) do sistema. v(r) é descrito como a soma de vários termos de energia, incluindo os termos para átomos ligados (comprimentos e ângulos de ligação, ângulos diedros) e os termos para átomos nãoligados (interações de van der waals e de coulomb). um típico campo de força é representado pela equação 1: eq02-af 11/12/08 10:22 page 13 (1) onde, vl é a energia de estiramento da ligação em relação a seu valor de equilíbrio (ou ideal), vθ é a energia de deformação do ângulo de ligação em relação a seu valor de equilíbrio, vφ é a energia devido à torção em torno de uma ligação, vνdw representa a energia das interações de van der waals e velec representa as energias de atração ou repulsão eletrostática entre duas cargas. a forma padrão para representar os potenciais harmônicos devido às oscilações dos comprimentos e ângulos de ligação com relação aos valores de equilíbrio é a utilização da lei de hooke, mostrada nas equações 2 e 3: (2) (3) onde l e θ são os comprimentos e ângulos de ligação, respectivamente, l0 e θ0 são os correspondentes valores de equilíbrio e kl e kθ as constantes de força para a restituição aos respectivos valores de equilíbrio. a aproximação harmônica é válida somente para pequenas distorções com relação aos valores de equilíbrio. a forma funcional padrão para representar o potencial de energia para uma torção está mostrada na equação 4: (4) onde vn é a barreira de energia para a torção, n é o número de máximos (ou mínimos) de energia em uma torção completa, φ é o ângulo diedro e γ é o ângulo de fase (defasagem no ângulo diedro que pode gerar um ponto de mínimo ou de máximo na posição φ = 0) [11]. o valor de n dependerá do tipo de torção considerada e, geralmente, não excede o valor 3. em alguns campos de força, um quarto potencial harmônico é definido para manter a estrutura tridimensional em um conjunto de quatro átomos, descrevendo ainda oscilações da mesma. esse potencial é denominado “potencial torcional impróprio”. as interações entre pares de átomos nãoligados covalentemente (i, j) são descritas por potenciais compostos pelos termos de van der waals e eletrostático, representados respectivamente pelos potenciais de lennard-jones (potencial 6-12, equação 5) e de coulomb (equação 6). (5) (6) na equação 5, εij é a profundidade do potencial entre a barreira atrativa e a repulsiva, e σij é a distância finita na qual o potencial interpartícula é zero. ambos são parâmetros ajustados experimentalmente ou por cálculos teóricos. no caso das interações eletrostáticas (equação 6), qi e qj correspondem à magnitude das cargas pontuais de cada átomo, rij a distância entre as cargas, εo a permissividade do espaço livre e εr a constante dielétrica relativa do meio. os campos de forças existentes foram desenvolvidos de maneira independente e com todos os conjuntos de parâmetros específicos. alguns incluem outros termos para descrever especificamente as ligações de hidrogênio ou para acoplar oscilações entre ângulos e comprimentos de ligação, com o objetivo de se obter uma melhor concordância com espectros vibracionais [9,10]. a confiabilidade dos resultados é baseada na elaboração de um campo de força com parâmetros bem definidos. a escolha do campo de força depende, em grande parte, do sistema a ser estudado e das propriedades que serão investigadas. no caso de sistemas biomoleculares, os campos de força mais utilizados são charmm [12], gromos [11,13], amber [14], opls, [15], cvff [16], entre outros. dinâmica molecular clássica a simulação de dm [17-25] consiste da solução numérica, passo a passo, da equação de movimento, que pode ser descrita para um sistema atômico simples pela equação 7: (7) (8) 14 ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 eq02-af 11/12/08 10:22 page 14 onde fi é a força que atua sobre cada partícula do sistema em um instante de tempo t, e ai é a aceleração do átomo i de massa mi. uma vez definido o campo de força, é possível calcular as forças que atuam sobre cada átomo, calculando-se a derivada primeira da energia potencial, obtida do campo de força escolhido, em relação às posições desses átomos (equação 8). a equação 8 gera diretamente a aceleração da partícula. a partir desta, integrandose as equações de movimento, pode-se obter as velocidades, cuja integral, por sua vez, proporciona a mudança de posição do átomo. com as novas posições e velocidades de cada partícula, obtêm-se as energias potencial e cinética do sistema. aplicando-se sucessivamente esse procedimento, obtém-se o que se denomina de “trajetória”, que nada mais é do que o conjunto de posições e velocidades de cada partícula ao longo do tempo. integração das equações de movimento a integração das equações de movimento é realizada através de algoritmos baseados nos métodos das diferenças finitas, nos quais a integração é dividida em pequenos intervalos de tempo (passos de integração) [27], ∆t, permitindo simular os movimentos de maior freqüência do sistema, que muitas vezes são as vibrações das ligações. um dos métodos mais utilizados em dinâmica molecular para integrar as equações de movimento é o algoritmo de verlet [17,27], que utiliza as posições e acelerações dos átomos no tempo t e as posições do passo anterior, r (t-∆t), para determinar as novas posições no tempo t+∆t, de acordo com a equação 9: (9) este algoritmo pode ser obtido através da expansão em série de taylor, inicialmente para frente (equação 10) e depois para trás (equação 11). somando-se as duas e isolando r (t+∆t), chega-se à equação 9. (10) (11) além do algoritmo de verlet, existem outros algoritmos de integração confiáveis como o algoritmo de beeman [28] e o método leap-frog [29]. 15ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 ensemble estatístico o conjunto de configurações e propriedades mantidas constantes durante a integração das equações de newton e que representam o estado do sistema, é chamado de ensemble [17]. uma das primeiras opções de ensemble é o microcanônico ou nve ( número de partículas, volume e energia total constantes durante a simulação). outras alternativas para esse ensemble foram desenvolvidas, nas quais se controla separadamente a temperatura, t, e a pressão, p, ao invés da energia total (e). dentre esses encontram-se o grand-canônico ou µvt (potencial químico, volume e temperatura constantes), o canônico ou nvt (com número de partículas, volume e temperatura constantes), o isobárico-isoentapico ou nph (com número de partículas, pressão e entalpia constantes) e o isotérmico-isobárico ou npt (com número de partículas, pressão e temperatura constantes) [17,26]. controle da temperatura e da pressão durante as simulações de dm o controle de t pode ser obtido através de um processo conhecido como termostato de berendsen [30], que para manter a temperatura, o sistema é acoplado a um banho térmico com tempertaura t0 fixa. durante as simulações as velocidades são re-escalonadas a cada passo de integração, a fim de ajustar a energia cinética do sistema até a temperatura selecionada [30]. outros métodos mais sofisticados como os termostatos de nosé-hoover [31,32] e nosépoincaré [32] também são utilizados. para o controle da pressão, as variáveis t são substituídas por p, e as velocidades dos átomos pelas coordenadas atômicas. os barostatos mais utilizados são os de berendsen [30] e parrinello-rahaman [33]. condições iniciais, minimização de energia e equilibração para se realizar uma simulação de dm é importante especificar as posições iniciais das partículas que constituem o sistema. é conveniente situar inicialmente as partículas nas posições de uma rede cristalina, o que evita sobreposição indesejada entre elas, gerando uma caixa de simulação que pode adotar diferentes geometrias. é comprovado que os resultados das eq02-af 11/12/08 10:22 page 15 simulações são praticamente independentes do tipo de geometria utilizada para as caixas de simulação. as mais comumente usadas são a cúbica, a paralelepipédica e a octaédrica truncada. antes de se iniciar as simulações de dm, o sistema deve ser minimizado para eliminar maus contatos entre os átomos. a minimização de energia, também conhecida como otimização da geometria, é uma técnica que visa encontrar um conjunto de coordenadas que minimizam a energia potencial do sistema de interesse. o procedimento básico consiste em caminhar sobre a superfície de potencial na direção em que a energia decresce, de maneira que o sistema é levado a um mínimo de energia local próximo. através de ajustes nas posições atômicas, o processo relaxa as distorções nas ligações químicas, nos ângulos entre ligações e nos contatos de van der waals. [7,34]. o sistema minimizado possui forças pequenas sobre cada átomo e serve, portanto, como estrutura de partida para iniciar as simulações de dm. os algoritmos de minimização mais conhecidos são: o método steepest descent [3537], o método dos gradientes conjugados [38] e o método de newton-raphson [39,40] o método steepest descent usa a derivada primeira para determinar a direção para o mínimo. esta técnica é robusta e é usada para minimizar inicialmente uma estrutura que está longe de um ponto de mínimo. uma minimização mais eficiente pode ser obtida utilizando-se o algoritmo dos gradientes conjugados ou o método de newton-raphson. a técnica de gradientes conjugados utiliza informação das prévias derivadas primeiras para determinar uma direção ótima da busca. o método de newtonraphson usa tanto as derivadas primeiras quanto as segundas da função. assim, além de utilizar as informações do gradiente, utiliza a curvatura para predizer onde a função mudará a direção ao longo do gradiente. após a minimização de energia do sistema, este é gradualmente aquecido para a temperatura de interesse t0, atribuindo as velocidades iniciais de todas as partículas através de uma distribuição de maxwell-boltzmann. as condições iniciais de uma simulação de dm distam muito do equilíbrio termodinâmico. 16 ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 assim sendo, os primeiros passos de uma dm constituem o que se denomina de “período de equilibração” (ou inicialização). nesse estágio, as propriedades do sistema não se mantêm constantes. o período de equilibração é variável e depende do sistema em estudo. geralmente, dá-se por finalizado quando se alcança o equilíbrio termodinâmico. a partir desse ponto pode-se então gerar as trajetórias da dm e calcular as diferentes propriedades para o sistema de interesse. constrangimentos (constraints) e restrições (restraints) moleculares os sistemas moleculares apresentam movimentos que ocorrem em diferentes escalas temporais, considerando tanto as forças intermoleculares como as intramoleculares. normalmente essas últimas são de ordem de magnitude superior às das primeiras, de modo que os movimentos vibracionais são muito mais rápidos que os translacionais e rotacionais. dessa forma os passos de integração devem ser aumentados, implicando em um aumento substancial do tempo de cálculo. no entanto, se os movimentos mais rápidos forem congelados (subtraídos do cálculo das interações), constrangendo os graus de liberdade correspondentes aos movimentos de maior frequência, pode-se conseguir uma maior eficiência através da utilização de um passo temporal maior na integração das equações do movimento, reduzindo consideravelmente o custo computacional [19]. berendsen e van gunsteren verificaram que quando se aplicam constraints aos comprimentos das ligações em proteínas, o passo temporal pode ser aumentado quatro vezes sem que o comportamento físico do sistema seja alterado [41]. existem vários métodos usados para realizar constrangimentos moleculares [42]. os mais utilizados são os algoritmos shake [17,43], rattle [44] e lincs [45]. condições periódicas de contorno em simulações de dm, os sistemas possuem normalmente 102-106 partículas, sendo insignificante em comparação com o número de átomos contidos em sistemas macroscópicos (frações do número de avogadro). assim, nas simulações de dm o número relativo de eq02-af 11/12/08 10:22 page 16 partículas na superfície do sistema é muito maior do que para um sistema macroscópico, causando efeitos de superfície indesejáveis. a forma mais comum de minimizar os efeitos de superfície e obter as propriedades macroscópicas a partir das trajetórias das simulações de dm é a utilização de condições periódicas de contorno (ou fronteira) [18,19]. efeitos de superfície são eliminados e as partículas consideradas sofrem o efeito das forças como se estivessem no interior do sistema. nesta técnica, os átomos do sistema são colocados em uma caixa (normalmente cúbica), e a caixa original é replicada em todas as direções do espaço. durante as simulações, quando um átomo move-se na caixa original, sua imagem periódica, em uma das caixas imagem, move-se da mesma maneira. se um átomo sai da caixa original, sua imagem entra pela face oposta da caixa imagem, com a mesma velocidade. assim, o número total de átomos na caixa central e no sistema como um todo é conservado. convenção da imagem mínima e raio de corte a implementação das condições periódicas de contorno requer a avaliação das forças exercidas sobre cada molécula por todas as demais moléculas do sistema. se um sistema contém n partículas e o potencial se expressa como a soma das interações entre pares de partículas, então existem termos para essa soma. no entanto, as interações com as partículas das caixas imagem também têm que ser incluídas nessa soma. com isso, a soma constará de infinitos termos e, na prática, sua avaliação requer a realização de aproximações. para o tratamento das interações de curto alcance, onde v ~ r6 (interações de van der waals), emprega-se o procedimento denominado convenção da imagem mínima [17-19,46], que é uma conseqüência do uso das condições periódicas de contorno. nesse caso, é empregado o truncamento do potencial em um raio de corte esférico, geralmente da ordem de l/2 (l é o comprimento da célula de simulação) para evitar a interação da partícula com sua própria imagem ou com a mesma partícula duas vezes [17]. tratamento das interações de longo alcance como dito anteriormente, as interações de vdw podem ser tratadas apenas como interações 17ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 de curto alcance, uma vez que o potencial de interação intermolecular decai rapidamente com o aumento da distância entre as partículas [1719]. no entanto, para o tratamento das interações de longo alcance (potencial de coulomb), em que o potencial decai com a distância que é menor do que r-d (d é a dimensionalidade do sistema), o truncamento abrupto do potencial produz efeitos que, em muitos casos, comprometem severamente os resultados das simulações [47]. este problema tem sido contornado com a utilização de métodos baseados em somas de ewald [46,48], como p3m (particle-particle-particle mesh ewald) [49], pme (particle mesh ewald) [50] e spme (smoth particle mesh ewald) [51], que produzem trajetórias estáveis, ou por métodos que empregam aproximação do campo de reação [17,46,48]. dinâmica molecular de sistemas solvatados existem dois modelos de solvatação que podem ser utilizados para realizar simulações de dm de sistemas solvatados: o modelo de solvatação explícita e o modelo de solvatação implícita. no primeiro modelo, centenas ou milhares de moléculas de solvente são incorporadas explicitamente ao sistema como um componente adicional [52]. vários potenciais foram desenvolvidos e parametrizados para descrever as moléculas de água explicitamente. os mais utilizados são os da família tip (transferable intermolecular potentials), desenvolvidos por jorgensen e colaboradores [53], tip3p, tip4p e tip5p, os modelos de carga pontual, spc e spc/e, desenvolvidos por berendsen e colaboradores [54], e o modelo st2 de stillinger e rahman [55]. em alguns casos, tais como sistemas de proteína muito grandes, torna-se necessário a utilização de modelos de solvatação implícita, que reduzem o custo computacional das simulações. em geral, um tratamento implícito de solvatação considera a influência média do solvente através da estimativa direta da energia livre de solvatação, definida como o trabalho reversível necessário para transferir o soluto em uma configuração fixa do vácuo para a solução. o método de solvatação implícita não considera os graus de liberdade do solvente explicitamente, eq02-af 11/12/08 10:22 page 17 mas o trata como um meio contínuo. métodos empíricos, tais como o modelo de área superficial acessível ao solvente (sasa) [56,57], muitas vezes constituem formas simples e rápidas de avaliação da energia de solvatação com uma precisão comparável aos modelos teóricos. na abordagem sasa, a energia livre de solvatação do soluto é expressa como a soma das contribuições atômicas, ponderada pelas suas áreas expostas ao solvente. a contribuição de cada átomo é quantificada por um coeficiente de superfície, o qual reflete a hidrofobicidade ou hidrofilicidade do tipo de átomo em questão [56,57]. o modelo de solvatação contínuo tem se destacado para descrever a solvatação eletrostática. nesta abordagem o soluto é considerado como uma cavidade embebida em um meio dielétrico. a correspondente energia livre de solvatação eletrostática pode ser calculada rigorosamente através das soluções da equação de poisson-boltzmann (pb) [58,59], ou aproximadamente pelo uso do modelo generalizado de born (gb) [60,61]. em estudos de associação de macromoléculas biológicas com ligantes, o modelo de solvatação implícita de born generalizado (gb) é o mais aplicado devido ao seu menor custo computacional [62-65] a combinação gb/sa tem sido reconhecida como uma excelente escolha para o tratamento implícito de solvatação em simulações biomoleculares [66]. diversas otimizações dos métodos de solvatação implícita têm sido realizadas [67-70] e encontram-se implementados em diversos pacotes de programas de modelagem molecular como charmm [12], amber [71] e xplor [72]. adicionalmente, continuam os esforços de pesquisa para a parametrização destes modelos com diferentes solventes [73-78]. aplicação da dinâmica molecular no planejamento de fármacos simulações de dm têm sido rotineiramente utilizadas para investigar a estrutura e função de biomoléculas e seus respectivos complexos, e interações no processo de planejamento de fármacos assistido por computador [79-83]. esta técnica incorpora flexibilidade de ambos, ligante e receptor, melhorando suas interações e reforçando a complementaridade entre eles [4]. além disso, a habilidade de incorporar moléculas de solvente nas simulações de sistemas receptorligante é muito importante para o entendimento do papel da água e seus efeitos sobre a estabilidade de complexos proteína-inibidor [4]. cavallari e colaboradores [84] realizaram simulações de dm para estudar a estabilidade da enzima protease do hiv-1 (hiv-1 pr) em solução aquosa em diferentes estados de enovelamento, contendo diferentes conteúdos de hélices α e folhas β (13 e 25%, respectivamente). o campo de força charmm foi utilizado juntamente com o modelo de solvatação tip3p em sistema nvt em longas trajetórias de 6 ns de simulações para cada um dos três estados da enzima. interações de longo alcance foram calculadas usando o procedimento spme e um banho térmico nosé-hover, a 300 k. as mudanças conformacionais da proteína observadas durante as simulações de dm foram descritas através dos desvios quadráticos médios (rmds, equação 12) e as flutuações da estrutrura média da proteína foram expressas em termos de flutuações dos desvios quadráticos médios atômicos (rmfs, equação 13). (12) onde ri (t) e ri (0) são as coordenadas do i-ésimo átomo no tempo t e 0, respectivamente, e n é o número de átomos no domínio de interesse (geralmente cα ou átomos da cadeia principal). (13) onde são as coordenadas do i-ésimo átomo no passo de tempo j, , suas posições médias e ℑ é o tempo de simulações, expresso como o número total de passos de tempo (time steps) coletados. os resultados mostraram boa estabilidade das estruturas em solução aquosa. as conformações obtidas nas simulações de dm para a ir )( jri 18 ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 eq02-af 11/12/08 10:22 page 18 protease foram complexadas com uma variedade de ligantes através de técnicas de docking, gerando importantes informações sobre os modos de ligação de pequenas moléculas nos diferentes estados de enovelamento da enzima. docking molecular combinado com simulações de dm e cálculos de energia livre de ligação (método lie, linear interaction energy [85-89]) foi realizado por carlsson e colaboradores [90] para predizer os modos de ligação e estimar as energias livres de ligação de 43 inibidores nãonucleosídeos da enzima transcriptase reversa do hiv-1. a energia livre de ligação foi estimada através da equação 14, onde os ∆s denotam que as diferenças entre as energias para os estados ligados e livres têm sido consideradas. e são obtidos das simulações de dm e representam os valores médios das energias de van der waals e eletrostática, respectivamente, para o ligante solvatado. (14) as simulações de dm para os estados ligado e livre para cada inibidor foram realizadas pelos autores com o pacote de programas q, utilizando modelo de solvatação explícita (tip3p) e o campo de força opls. o algoritmo shake foi utilizado para restringir todos os comprimentos de ligação, juntamente com um cutoff de 10 å. interações de longo alcance foram tratadas com aproximação do campo de reação local. trajetórias de 500 ps de simulação foram obtidas com o sistema nvt. os resultados indicaram boa correlação com os valores de energias livres de ligação experimentais para 39 dos 43 inibidores estudados, sugerindo que a metodologia utilizada é bastante promissora em estudos de planejamento de fármacos baseado em estrutura. de maneira similar, nervall e colaboradores utilizaram, em trabalho recente [91], as simulações de dm como ferramenta para cálculos de energia livre de ligação de complexos obtidos pelo método de docking flexível empregando duas estruturas cristalográficas da enzima transcriptase reversa do hiv-1 como receptor e 34 inibidores derivados de benzilpiridinonas. trajetórias de 650 ps de simulação foram obtidas no sistema nvt, e os resultados mostraram que as energias livres de ligação preditas pelo método lie foram hábeis em propor o correto modo de ligação, depois validado, além das energias livres relativas obtidas mostrarem boa correlação com os dados experimentais obtidos previamente. simulações de dm também foram realizadas por hu e colaboradores em estudos sobre a interação do inibidor ebr28 com o domínio central da enzima integrase do hiv-1 (hiv-1 in) nas suas formas monomérica e dimérica [82]. quatro simulações de dm foram realizadas independentemente com um modelo de solvatação explícito (tip3p) e campo de força amber para os dois sistemas: monômero complexo monômero/ebr28 (obtido através de docking molecular), e dímero complexo dímero/ebr28 (obtido através de docking molecular). condições periódicas de contorno, raio de corte de 0,8 nm e cutoff de 1,2 nm para todas as interações não-ligadas foram empregadas em cada simulação. uma longa trajetória de 1900 ps de simulação não restringida foi realizada para cada sistema. os gráficos da energia potencial e do desvio médio quadrático (rmsd) em função do tempo de simulação de cada sistema evidenciaram uma alta estabilidade de todos os sistemas em água, a 300k. através das simulações de dm associadas aos estudos de docking, os autores conseguiram propor os modos de ligação do inibidor ebr28 com o domínio central na forma monomérica e dimérica, identificando as regiões ‘chave’ de interação das proteínas. adicionalmente, cálculos de energia livre de ligação entre o monômero do domínio central da hiv-1 in com uma série de peptídeos mutantes foram também realizados. snapshots das simulações foram extraídos das trajetórias para o cálculo da energia livre de ligação segundo a equação 15: (15) onde ∆gbind é a energia livre de ligação e ∆emm representa a soma das energias da mecânica molecular no vácuo, a qual pode ser assim repartida: eletrostática, van der waals e interna. ∆∆gsol é a energia livre de solvatação, que inclui a energia livre de solvatação polar calculada com o modelo de born generalizado (gb) e a parte nãopolar obtida com o modelo de área superficial elet slu − vdw slu − 19ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 eq02-af 11/12/08 10:22 page 19 acessível ao solvente (sasa). finalmente, t∆s é a entropia do soluto. os valores de energia livre de ligação, assim calculados, mostraram alta correlação com resultados experimentais previamente obtidos, e um plausível mecanismo de inibição foi proposto, fornecendo valiosas informações para o planejamento de fármacos antihiv, principalmente pequenos peptídeos. cheng e colaboradores [92] realizaram simulações de dm do monômero da enzima protease do vírus hiv-1 (hiv-1 pr) em água, em diversas temperaturas. uma vez que o sítio catalítico é formado pelas duas subunidades da enzima, cheng e colaboradores estudaram a dinâmica do monômero com o intuito de obter insights sobre o mecanismo de dimerização da enzima. as simulações foram realizadas com o pacote de programas gromacs, utilizando-se o campo de força gromacs e condições periódicas de contorno. a proteína foi solvatada com o modelo de água spc. os comprimentos de ligação foram restringidos com o algoritmo lincs. um cutoff de 0,9 nm foi utilizado e as interações eletrostáticas foram calculadas utilizando o algoritmo pme. o tempo de simulação foi de 2,0 fs, a 300k. adicionalmente, trajetórias da ordem de ns de simulações foram também obtidas, variando-se a temperatura (300, 330 e 350 k). uma análise dos desvios médios quadráticos revelou que a estrutura secundária do monômero se manteve estável durante todas as simulações, nas diferentes temperaturas, com exceção dos ne cterminais, os quais mostraram flutuações, sendo essas mais intensas durante as simulações a 350 k. durante as simulações a 300 e 330k, foi observada a formação de uma folha β entre os ne cterminais no final das simulações, o que refletiu em uma estabilidade nos gráficos de rmsd em função do tempo de simulação. a partir dos resultados obtidos, os autores puderam concluir que pequenas moléculas orgânicas ou pequenos peptídeos podem se ligar aos domínios terminais do monômero, estabilizando a estrutura secundária e, dessa forma, interferir no modo de dimerização da protease. os resultados forneceram novas perspectivas sobre o mecanismo de dimerização da hiv-pr, sugerindo novos modelos de inibidores de dimerização. da silva e colaboradores [93] utilizaram simulações de dm para investigar a dinâmica e a estabilidade de um potencial inibidor, análogo nucleosídeo, da enzima transcriptase reversa do vírus hiv-1 (hiv-1 tr). trajetórias de 1,5 ns de simulações foram obtidas com o módulo discover do pacote de programas insight ii. o campo de força cvff foi utilizado no sistema nvt. baixos valores de rmsd (~0,08 å) para o complexo, observados durante todo o tempo de simulação, indicaram alta estabilidade do novo potencial inibidor no interior do sítio ativo da enzima, sugerindo que a molécula proposta é um promissor inibidor em potencial para essa enzima e para a quimioterapia anti-retroviral. lee e colaboradores [94] realizaram simulações de dm da enzima protease do hiv-1 complexada com álcool difenílico c60 (protótipo do álcool derivado do fulereno c60) em três estados de protonação (desprotonado, monoprotonado e diprotonado) de dois resíduos catalíticos, asp25(a) e asp25(b), situados na cavidade da enzima. trajetórias de 1200 ps de simulação de dm foram obtidas com o pacote de programas amber v.7.0 e campo de força amber (parm99). os complexos foram solvatados em camadas de até 10 å a partir da superfície molecular. o sistema npt foi tratado sob condições periódicas de contorno a 1 atm de pressão e temperatura de 298 k. um cutoff de 12 å foi aplicado para interações não-ligadas, com o método pme. o algoritmo de berendsen foi empregado a 298 k. outras análises foram realizadas pelos autores, com as quais foi possível investigar a estabilidade e a análise conformacional dos complexos, utilizando-se para tanto os gráficos de desvios quadráticos médios (rmsd) vs tempo de simulação, os movimentos internos de ângulos torcionais do inibidor (através do monitoramento dos valores de ângulos torcionais específicos), a localização do inibidor dentro da cavidade, a rotação do inibidor ao redor de seu próprio eixo (através do monitoramento das distâncias de átomos específicos no sítio ativo), as ligações de hidrogênio que foram formadas entre o inibidor e os resíduos de ácido aspártico do sítio ativo da enzima (considerando como critério: distância entre doador e aceptor de hidrogênio menor que 4 å e ângulo entre doador/aceptor/átomo h menor que 60°). adicionalmente, sabendo-se que o mecanismo catalítico da protease é possivelmente 20 ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 eq02-af 11/12/08 10:22 page 20 uma combinação entre ligações favoráveis do inibidor com a enzima e o papel das moléculas de água no sítio catalítico, os autores realizaram o monitoramento das posições e orientações das moléculas de água, utilizando funções de distribuição radiais átomo-átomo, , centradas no iésimo átomo. os autores concluíram que o sítio ativo da protease de hiv-1, quando complexado com o álcool difenílico c60 , encontra-se no seu estado diprotonado. os resultados forneceram informações importantes sobre as mudanças conformacionais da enzima e do receptor, bem como da estabilidade dos complexos (rmsd variando de 1,4 a 2,2 å), permitindo identificar o melhor estado de protonação do complexo (estado diprotonado). além disso, os dados estruturais sobre a ligação e orientação do protótipo de inibidor c60 na cavidade da enzima e os dados de solvatação obtidos das simulações de dm (estabilidade da ligação água-enzima: di< mono< desprotonado), forneceram valiosas informações para a descoberta de novos e mais eficientes candidatos a fármacos em terapia anti-hiv. conclusões existem muitos exemplos onde as simulações de dm têm mostrado papel importante no planejamento de novos fármacos. em estudos sobre dinâmica e estrutura de sistemas biológicos, essa técnica aponta o efeito que acarreta pequenas mudanças conformacionais sobre o ligante ou sítio de ligação, facilitando a otimização de candidatos a fármacos ou racionalizando o efeito de uma dada mutação. simulações incluindo enzimas-alvo do vírus hiv-1, passíveis de intervenção farmacológica, bem como seus inibidores, mostram-se bastante úteis no planejamento de candidatos a fármacos anti-retrovirais. a combinação de dm com outras técnicas, como docking molecular e cálculos de energia livre de ligação, são essenciais para o entendimento das interações ligante-receptor, direcionando o planejamento racional de novos e potencias inibidores (ou ligantes de um alvo terapêutico). recebido em 18 de junho de 2008 aceito em 14 de outubro de 2008 21ecl. quím., são paulo, 33(4): 13-24, 2008 a. m. namba,v. b. da silva, c. h. t. p. da silva. molecular dynamics: theory and applications in drug design abstract: molecular dynamics (md) is a powerful computational tool used for rational drug design in medicinal chemistry. md is an extension of molecular mechanics, where the dynamic behavior of a molecular system is simulated through numerical integration of the equations of motion. this approach has been extensively used to aid and complement the design of novel ligands to a therapeutic target as well as to estimate their potency. our review focuses on the basic theory of classical md and their important applications in rational drug design of potential bioactive compounds, particularly anti-hiv compounds. keywords: molecular dynamics; force field; drug design; anti-hiv activity. referências [1] t. hansson, c. oostenbrink, w. van gunsteren, curr. opin. struct. biol. 12 (2002) 190. 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industrial quality control but also the prod7ecl. quím., são paulo, 33(4): 7-12, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 determination of atenolol in pharmaceutical formulations by diffuse reflectance spectroscopy m. a. gotardo, r. sequinel, l. pezza, and h. r. pezza* sao paulo state university unesp, chemistry institute of araraquara, p.o. box 355, 14801-970, araraquara, sp, brazil *hrpezza@iq.unesp.br abstract: a simple analytical method for quantification of atenolol in pharmaceutical formulations by diffuse reflectance spectroscopy is described. the method is based on the reaction, on the filter paper surface, between the drug and p-chloranil producing a colored compound. the best reaction conditions were obtained with 20 µl of atenolol solution and 20 µl of p-chloranil. all reflectance measurements were carried out at 550 nm and the linear range was from 1.13x10-2 to 7.88x10-2 mol l-1 (r = 0.9992). the limit of detection was 2.80 x 10-3 mol l-1. the proposed method was successfully applied to analysis of different commercial brands of pharmaceutical formulations and the results obtained by the proposed method were in good agreement with those obtained using the british pharmacopoeia method. keywords: diffuse reflectance spectroscopy; atenolol; p-chloranil, pharmaceutical formulations. uct idoneousness proof [4]. in addition, in the green chemistry context it is evident the requirement for efficient methods to control the amount of drug in pharmaceutical formulations. atenolol, 4-(2-hydroxy-3-[(1-methylethyl) amino] propoxy) benzeneacetamide is a β1-selective (cardioselective) adrenoreceptor antagonist drug commonly used for management of hypertension, prevention of heart diseases as angina pectoris and control of some forms of cardiac arrithymia [5]. several analytical methods have been reported for the determination of atenolol in pharmaceutical formulations. the united states pharmacopeia (2003) describes a method that uses high performance liquid chromatography (hplc) with uv detection for assay of atenolol tablets [6]. the method recommended by british pharmacopoeia (2001) involves uv spectrophotometry [7]. eq01-af 4/12/08 9:49 page 7 in brazilian pharmacopeia, however, a method for assay of atenolol was not found. other methods reported in the literature for the determination of atenolol in pharmaceutical formulations include visible spectrophotometry [8-13], uv derivative spectrophotometry [14,15], hplc [16], high performed thin layer chromatography [17,18], potentiometry [19-21], capillary electrophoresis [22-24], and voltametry [25,26]. nevertheless, most of these techniques are time-consuming, involving the use of large volumes of organic solvents or require expensive and sophisticated instruments. on the other hand, the combined spot test-diffuse reflectance spectroscopy offers advantages over other methods, such as simplicity and extremely low consumption of reagents. moreover, quantitative spot test procedures can be performed in locus using a very simple homemade reflectometer or a portable diffuse reflectance spectrophotometer, which are small, lightweight, inexpensive and battery operated, characteristics highly attractive for many applications in any location by nearly everyone. up to now, the diffuse reflectance spectroscopy using spot tests has been used with success in quantitative analysis [27-32]. the diffuse reflectance spectroscopy associated to solid phase extraction (spe) was proposed for the quantification of aliphatic amines [31] and any metals [27]. the use of silica gel loaded with analytical reagents as adsorbent has also been associated to diffuse reflectance spectroscopy for the determination of several metals [33,34]. a portable optic fiber sensor was described by matias et al. for analysis of diesel engine smoke [35]. the sensor works by sampling the smoke on the surface of a white adhesive tape and then measuring the diffuse reflectance from the stained tape. another portable device employing the diffuse reflectance spectroscopy was developed for determining ni (ii) in catalysts [29]. this method was based on the classical reaction of ni (ii) with dimethylglyoxime, in alkaline medium (nh4oh) and the detection was carried out from ldr (light detector resistor) measured by a multimeter, which was correlated with the reflectance. the diffuse reflectance spectroscopy using spot test reactions on filter paper has been used for the determination of few drugs [32,36,37]. the objective of this study is to show the convenience of the diffuse reflectance spectroscopy as an attractive technique for analysis of atenolol in pharmaceutical formulations, emphasizing its simplicity, the extremely low reagents/solvents consumption and the possibility to perform quick, precise and accurate measurements. experimental instruments the reflectance measurements were made in a handheld integrating sphere (usp-ref, ocean optics, dunedin, usa) connected to a fiber optic minispectrometer (usb2000, ocean optics). the usb2000 minispectrometer is equipped with a 2048 pixels sony ilx511 ccd array detector. software spectra suite (ocean optics) was used for acquisition and storage of spectra. eppendorf (10 to 100 µl) micropipette was used to measure smaller volumes in the experiment. materials, chemicals and solutions whatman 42 filter paper was used as solid support. the excipients used in the interference study were of pharmaceutical grade. solvents used were dioxane (analytical reagent grade) (tedia, fairfield, eua) and methanol hplc grade (j.t. baker, phillipsburg, eua). p-chloranil (sigma, st louis, eua) was used to prepare a 4.00 x 10-2 mol l-1 solution in dioxane. a stock standard solution of atenolol (purifarma – são paulo, brazil, purity grade > 99.9%) in methanol (2.25 x 10-1 mol l-1) was prepared and, the working solutions were prepared by convenient dilutions with methanol. all solutions were daily prepared. pharmaceutical formulations pharmaceutical formulations (tablets) of five commercial brands containing nominal values of 25, 50 and 100 mg of atenolol per tablet were analyzed. these pharmaceuticals were purchased from local drugstores and all were tested prior to the listed expiration date. spot test reaction for the spot test, solutions were spotted onto 2.0 cm x 2.0 cm squares filter papers (whatman 42). firstly 20 µl of the drug solution were spotted, fol8 ecl. quím., são paulo, 33(4): 7-12, 2008 eq01-af 4/12/08 9:49 page 8 lowed by the addition of 20 µl of p-chloranil solution (4.00 x 10-2 mol l-1). in order to dispense the solutions on the center of the filter paper a micropipette fixed in a holder according to the procedure described by tubino et al. was used [38]. in the sequence, the reflectance measurements were obtained as a function of ar (optical intensity for reflectance measurements – where ar = log 1/r) at 550 nm. blank with 20 µl of methanol and 20 µl of reagent solution was used as reference. sample preparation twenty tablets of each commercial brand of pharmaceutical were separately weighed and finely powdered. the value of one tablet mass was expressed as the mean of 20 determinations, with variation lower than 2%. a portion of powered sample, equivalent to 120 mg of atenolol, was weighed and shaking with methanol in a magnetic mixer for 10 minutes. this solution was transferred into a 10.00 ml volumetric flask and then an aliquot of this solution was taken for the spot test reaction and analyzed by diffuse reflectance spectroscopy at 550 nm. study of interferences since the aim of this study was determine atenolol in tablets, the effect of the most commonly used excipients was carefully examined. the excipients studied were starch, lactose, talc, magnesium stearate, sodic croscarmelose, ethylcellulose, microcristalina cellulose, sodium lauril sulphate and silicon dioxide. for this study, 120 mg of atenolol and each one of the excipients (in equal amount) were shaken with methanol in a magnetic mixer for 10 minutes and, then quantitatively transferred to 10.00 ml volumetric flask which was completed with the same solvent. the procedure was repeated using quantities of excipients four times greater than atenolol. next, an aliquot of these solutions was used for the spot test reaction and analyzed by diffuse reflectance spectroscopy at 550 nm, according to procedure described in the previous section. standard addition the standard addition was carried out in order to evaluate possible interferences from the matrix (pharmaceutical formulation) on the analysis. for this study, amounts corresponding 9ecl. quím., são paulo, 33(4): 7-12, 2008 to 30, 60, 90 and 120 mg of standard atenolol were added over samples containing 60 mg equivalent mass of atenolol in a beaker with methanol. these solutions were shaken in a magnetic stirrer for 10 minutes and transferred into a 10.00 ml volumetric flask and, afterward filtered in whatman 42 filter paper. an aliquot of this solution was taken for the spot test reaction and analyzed by diffuse reflectance at 550 nm. results and discussion spot test reaction p-chloranil (2,3,5,6-tetrachloro-p-benzoquinone) has been used as chromogenic reagent for determination of several drugs, such as isoprenaline sulphate and metyldopa [39], fluoxetine and sertraline [40] and other antidepressives [41], salbutamol [42] and β-blockers [43], including atenolol. these methods are based on the interaction between electron donors (drugs) and p-chloranil, which acts as π-acceptor, producing colored charge transfer complexes [44]. in the present work the reaction between atenolol and p-chloranil was carried out directly on the filter paper surface, resulting in the immediate appearance of the colored complex that was used in the development of the quantitative spot tests. fig. 1 shows the reflectance spectrum with maximum of ar at 550 nm. figure 1. reflectance spectrum obtained from the spot test reaction between atenolol and p-chloranil. maximum value of ar: 550 nm. concentration of atenolol solution: 7.88 x 10-1 mol l-1. eq01-af 4/12/08 9:49 page 9 effect of p-chloranil concentration on the spot test the effect of p-chloranil concentration on the spot test was studied in order to reach the highest reflectance value at 550 nm. a univariate procedure was carried out and the studied p-chloranil concentration range was from 2.0 x 10-2 to 1.4 x 10-1 mol l-1. p-chloranil solutions at concentrations higher than 1.4 x 10-1 mol l-1 were not studied due to its low solubility in dioxane. in this study, the atenolol concentration was set at 7.88 x 10-2 mol l-1. 10 ecl. quím., são paulo, 33(4): 7-12, 2008 figure 2. study of the effect of p-chloranil concentration on the reflectance response. the bars represent the standard deviations for 3 replicates. stability in order to evaluate the stability of the product of the spot test reaction between atenolol and p-chloranil on the filter paper was carried out kinetic monitoring of the reflectance value at 550 nm, in zero time up to 60 minutes, each 2 minutes. the results demonstrated that there is not significance difference on the ar values obtained along the different periods of time. study of interferences the effect of each excipient (starch, lactose, talc, magnesium stearate, cellullose microcristalina, lauril sulfato de sódio e dióxido de silício) was considered as interference when the reflectance signal shows an error equal or greater than 3% in the determination of drug. the atenolol percentage found in the added solutions ranged from 99 101% with variation coefficients lower than 3% for three repetitions. so, no interferences were observed from these excipients under the studied conditions. analytical curve the analytical curve was constructed using atenolol standard solutions in the concentration range from 1.13 x 10-2 to 7.88 x 10-2 mol l-1. the correlation coefficient (r = 0.9992) was obtained plotting ar versus log of the concentration (mol l-1). ar values for the concentration range were fitted by the equation: ar = 0.13469 + 0.32613 c, where c = log [atenolol] x 102 (mol l-1). the factor 102 was used for adjust the analytical curve to log values higher than zero. the limit of detection was 2.80 x 10–3 mol l-1 [45]. standard addition in order to evaluate possible interferences from of whole tablet matrix, the addition standard method was carried out using 3 samples of different commercial brands tablets. for all samples the recovery average values (n=3) ranged from 96.1 to 101.9%, proving the absence of significant matrix effect. application of the proposed method and comparison with the reference method the results obtained from the proposed method were statistically compared with the as observed in the fig. 2 the addition of atenolol standard solution without p-chloranil (first point of the graph) do not showed reflectance response, indicating that atenolol do not react with components of the paper. also, it can be observed that the reflectance values increased according to the increase of p-chloranil concentration up to 4.00 x 10-2 mol l-1. the addition of p-chloranil solutions at concentrations higher than 4.00 x 10-2 mol l-1 do not exerted significant effect on the reflectance signal. thus, the results obtained indicated that the p-chloranil solution at 4.00 x 10-2 mol l-1 was the lower concentration that gave the highest reflectance values and then, the chosen concentration. eq01-af 4/12/08 9:49 page 10 pharmacopoeia method for determining atenolol in tablets. according the pharmacopoeia analysis the quantitative determination is performed by uv spectrophotometry at 275 nm and involves successive dilutions with methanol, and heating at 60 ºc under shaking for 15 minutes. the proposed method was applied to some pharmaceutical tablets containing atenolol commercially available and the results obtained showed good agreement with those obtained by the pharmacopoeia method (table 1). for all formulations assayed, the results obtained by both methods were compared by application of the f test and t 11ecl. quím., são paulo, 33(4): 7-12, 2008 test at 95% confidence level. in all cases, the calculated f and t values did not exceed the theoretical values, indicating that there is no significant difference between both methods in concerning precision and accuracy. conclusions this paper presents a reflectometric method for the quantitative determination of atenolol in tablets, exposing the advantages as regards to simplicity, rapidity and very low consumption of reagents/solvents. the method based on spot test/diffuse reflectance spectroscopy was successfully applied to determine atenolol in tablet samples of different commercial brands, with good precision and accuracy when compared to the pharmacopoeia procedure. acknowledgements we would like to thank capes, cnpq and fapesp foundations (brazil) for financial support. received may 21 2008 accepted july 01 2008 table 1. determination of atenolol in commercial pharmaceutical formulations. samples label proposedmethod reference method to content found valueb t value f value found valueb (mg/tablet) (mg/tablet) (2.78) (19.00) (mg/tablet) a 100 98.6±1.3 1.23 6.76 99.5±0.5 b 100 98.4±1.5 0.21 9.00 98.6±0.5 c 50 47.8±1.3 0.25 10.56 48.0±0.4 d 50 49.1±1.6 0.01 3.16 49.1±0.9 e 25 24.1±0.4 0.87 5.06 24.6±0.9 a average ± standard deviation (sd), n = 3. a. a. gotardo, r. sequinel, l. pezza e h. r. pezza. determinação de atenolol em formulações farmacêuticas por espectroscopia de reflectância difusa resumo: este trabalho descreve um método analítico simples para a quantificação de atenolol, em formulações farmacêuticas, por espectroscopia de reflectância difusa. o método é baseado na reação, sobre uma superfície de papel de filtro, entre atenolol e o reagente p-cloranil, produzindo um composto colorido. as melhores condições para a reação foram obtidas com 20 µl de atenolol e 20 µl de pcloranil. as medidas de reflectância foram realizadas em 550 nm, para obtenção de uma faixa linear que variou de 1.13x10-2 to 7.88x10-2 mol l-1, com excelente coeficiente de correlação (r = 0.9992). o limite de detecção foi de 2.80 x 10-3 mol l-1. o método proposto foi aplicado com sucesso na análise de diferentes marcas de formulações farmacêuticas comerciais e os resultados obtidos pelo método proposto estiveram em boa concordância com aqueles obtidos pelo método da farmacopéia britânica. palavras-chave: espectroscopia de reflectância difusa; atenolol; p-cloranil; formulações farmacêuticas. eq01-af 4/12/08 9:49 page 11 references [1] e. c. vidotti, w. f. costa, and c. c. oliveira, talanta, 68 (2005) 516. 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cristalinidade dos complexos. as análises de tg-dtg e dsc não indicam um comportamento de cristal líquido, propriedade observada para outros sabões de lantanídios. as perdas de massas durante o aquecimento até 1.000° c indicam que os compostos perdem fragmentos dos ligantes em temperaturas específicas. os dr-x dos compostos, após o aquecimento, mostram que os resíduos finais são correspondentes aos óxidos dos íons lantanídios utilizados. a análise de luminescência mostrou uma apreciável emissão dos complexos contendo eu 3+ , nd 3+ e tb 3+ . os parâmetros de judd-ofelt para o complexo de eu 3+ são próximos dos valores encontrados na literatura para complexos semelhantes. não foi possível obter os complexos em sua forma vítrea pois é difícil impedir sua cristalização mesmo utilizando nitrogênio líquido. dados dos dr-x dos complexos indicam um dos eixos com 52 å de comprimento, valor previsto para ligações behenato-íon lantanídiobehenato. as estruturas dos complexos não foram totalmente elucidadas e análises mais aprofundadas serão necessárias. os complexos apresentaram proporção molar 3:1 (l:m) e foram formulados como bh3eu, bh3nd, bh3dy, bh3tb e bh3yb (bh = ânion behenato). palavras-chave: sabões metálicos, behenato, ácido behênico, lantanídios ____________________________________________________________________________ abstract: the present study describes synthesis and parcial characterization of eu 3+ , nd 3+ , dy 3+ , tb 3+ and yb 3+ behenate complexes. the compounds were analyzed using ir-spectroscopy, tg-dtg, dsc, elemental analysis, xrd, luminescence and sem. the results show the purity of the compounds. the xrd analysis and the sem images show the high cristalinity of the complexes. tg-dtg and dsc analyses do not show a liquid crystal behavior, as occurs with other lanthanide metallic soaps. the mass loses until 1000° c show that the compounds lose ligand fragments at specific temperatures. xrd of the residues are compatible with the respective lanthanide oxides. the luminescence analysis shows that the eu 3+ , nd 3+ and tb 3+ complexes presents appreciable emission. the judd-ofelt parameters obtained are compatible with the values found in the literature. it was not possible to obtain the complexes in a glass-form because it is difficult to prevent the crystallization of the complexes even using liquid nitrogen. the xdr data indicate that one of the complexes axis has 52 å of length, agreeing with a structure containing behenate-lanthanide ion-behenate. the structures of the complexes were not fully elucidated and more analyses are necessary. the complexes presented a molar ratio of 3:1 (l:m) and were formulated as bh3eu, bh3nd, bh3dy, bh3tb e bh3yb (bh = behenate anion). keywords: metallic soaps, behenate, behenic acid, lanthanides 1 instituto de química, unesp – araraquara/sp, brasil 2 centro universitário de araraquara, uniara araraquara/sp, brasil file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 156 156 introdução sabões metálicos um sabão, como o termo é comumente usado, é o sal de sódio ou de potássio de ácidos orgânicos de alta massa molecular, como, por exemplo, palmitato de sódio, estearato de potássio e oleato de sódio [1]. os sabões metálicos diferem dos sabões comuns pelo fato de apresentarem em suas composições outros metais não pertencentes à família dos metais alcalinos. eles apresentam algumas propriedades dos sabões comuns: são insolúveis em água e, em geral, sua solubilidade cresce com a cadeia em solventes orgânicos apolares [2,3]. os sabões metálicos têm sido utilizados industrialmente há mais de um século. estão presentes em tintas, vernizes, graxas, lubrificantes, secantes, cosméticos, produtos farmacêuticos e plásticos [2,4]. na década de 1950, eram utilizados cerca de 27 metais e 12 ácidos graxos para a obtenção de sabões metálicos e sua preparação era limitada pela produção de ácidos graxos de alto grau de pureza. os principais sabões obtidos eram os estearatos, linoleatos, palmitatos, oleatos e naftenatos de al3+, ca2+, zn2+, mg2+, pb2+, mn2+, cu2+ e co2+ [2]. as propriedades físicas e químicas dos sabões metálicos dependem dos metais e dos ácidos graxos utilizados. sabões de ácidos saturados são, em geral, sólidos amorfos quando finamente divididos. as cores são similares às cores dos sais dos respectivos cátions. por exemplo, os sais de ni2+ são verdes, de cu2+ são verde-azulados, de co2+ são roxos, de fe3+ são marrom-avermelhados, de al3+, zn2+ e pb2+ são brancos [2,4,5]. os sabões metálicos não possuem pontos de fusão característicos, mas sim faixas de temperaturas nas quais ocorre a fusão. a temperatura de fusão é mais dependente do número de átomos de carbono e da presença ou não de insaturações do que do metal presente no sabão. as temperaturas de fusão descritas na literatura nem sempre estão em concordância entre si, pois sabões isentos de ácidos graxos livres ou de sais/óxidos do metal que não reagiram são de difícil obtenção [5-8]. sabões metálicos de lantanídios embora os sabões de terras-raras sejam estudados há muito tempo, a ocorrência de mesomorfismo (do grego mesos morphe: entre dois estados) foi constatada apenas recentemente. marques et al. [9] encontraram características de cristais líquidos em sabões de ce (iii). binnemans et al. [10] descreveram o comportamento de mesofases de tetradecanoatos de lantanídios (iii) e homólogos de cadeias maiores. o processo de vitrificação de complexos de ânions de ácidos graxos com lantanídios é pouco conhecido. binnemans et al. [11] descreveram a formação de materiais vítreos resfriando complexos líquido-cristalinos de lantanídios e corkery e martin [12] obtiveram decanoatos de európio (iii) vitrificados e decanoatos de lantanídios (iii) dopados com európio (iii). a característica comum desses complexos é a presença de longas cadeias alquílicas que dificultam a cristalização dos compostos fundidos. vidros dopados com lantanídios têm atraído muito interesse pelo seu potencial uso em lasers ou componentes ativos em dispositivos fotônicos [13-15]. esses materiais são obtidos pela fusão, seguida de rápido resfriamento. cristais líquidos apresentam propriedades características tanto de líquidos como de sólidos. eles são fluidos como os líquidos, mas se orientam como cristais [15]. as várias fases dos cristais líquidos (mesofases) podem ser caracterizadas pelo seu arranjo posicional (moléculas ordenadas em uma estrutura) ou quanto à sua orientação (moléculas apontando para a mesma direção). alguns sabões de lantanídios apresentam propriedades de cristais líquidos o que é de grande interesse tecnológico. dodecanoatos de lantânio, cério, praseodímio e neodímio apresentam características de materiais mesógenos [16]. sabões de terras-raras e suas combinações de propriedades óptico-luminescentes e magnéticas com a organização supramolecular dos cristais líquidos podem permitir a obtenção de materiais funcionais com propriedades físicas especiais [15-17]. eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 157 157 ácido behênico e behenatos o ácido docosanóico, mais conhecido como ácido behênico, é um ácido graxo saturado (monocarboxílico) de cadeia linear contendo 22 átomos de carbono e um grupo cooh. o behenato de prata é comumente usado como material térmicofotográfico. os carboxilatos de prata de cadeia linear apresentam uma estrutura em camadas e, mesmo que essa estrutura ainda não esteja totalmente esclarecida, houve muitos avanços na sua elucidação [18]. o behenato de prata está entre os behenatos mais estudados, pois ele é usado como referência para calibração de difratômetros de raios-x. a aplicação mais conhecida do ácido behênico é na obtenção de nanopartículas de prata. liu et al. [19] estudaram a decomposição térmica do behenato de prata e a formação de nanopartículas. é possível obter nanopartículas de 7 nm de diâmetro aquecendo-se o behenato de prata a 190º c. o aumento da temperatura acarreta a formação de nanopartículas maiores. outra característica interessante do ácido behênico e dos ácidos graxos em geral é sua capacidade de formar dímeros. os dímeros do ácido behênico podem ser cis ou trans e eles coexistem na fase cristalina em todas as temperaturas. é possível alterar a proporção das formas cis e trans variando-se a temperatura. a forma trans é favorecida em baixas temperaturas sendo 96% da composição total a uma temperatura de 10 k [20]. procedimentos experimentais os complexos foram obtidos utilizando-se cloretos e nitratos dos íons lantanídios preparados a partir dos respectivos óxidos de neodímio, európio, disprósio, térbio e itérbio (lumitech, 99,5%), ácido esteárico (sigma-aldrich, 95%) e ácido behênico (sigma-aldrich, 99%). os 5 complexos com ácido esteárico descritos por binnemans et al. [11] foram preparados para comparação. os complexos apresentam composição molar 3:1 (l:m), coloração esbranquiçada e os resultados das caracterizações apresentaram resultados similares para todos os 5 complexos. o ácido graxo selecionado foi adicionado a 100 ml de uma solução de água, etanol e pentanol 1:1:1 (v/v/v) sob aquecimento e agitação constantes. após a dissolução, foi adicionada quantidade equimolar de hidróxido de sódio (solução 0,50 mol.l-1), gota a gota. o aquecimento foi interrompido e a agitação foi mantida por 1 hora. após o período de agitação, foi adicionada a solução de cloreto/nitrato do íon lantanídio, em proporção molar de 1:3 (m:l), gota a gota, sob constante agitação até ocorrer a precipitação de um sólido aparentemente branco. a solução contendo o precipitado foi mantida em repouso por 24 horas, para garantir uma melhor formação de sólido cristalino. após esse período, o sólido foi separado por filtração e a lavagem do precipitado foi feita com água, etanol, pentanol e acetona, 3 vezes cada. após a lavagem, o complexo resultante foi mantido em dessecador contendo silicagel por 3 dias. os complexos foram macerados e armazenados em frascos eppendorf. os espectros no infravermelho do sal de sódio e dos complexos foram obtidos usando-se um espectrômetro ft-ir vertex 70 da bruker com acessório atr e o espectro do ácido puro foi obtido usando-se o espectrômetro ft ir nicolet is5 da thermo fischer scientific inc. em pastilhas de kbr. a região analisada em todos os casos foi de 4.000 a 400 cm -1 . as curvas de dsc foram obtidas usando-se o ta instruments differential scanning calorimeter (dsc2920) com fluxo de nitrogênio de 70 ml/min, sendo que os eventos exotérmicos estão direcionados para cima. todas as curvas foram obtidas usando-se uma programação cíclica de aquecimento e resfriamento. as curvas termogravimétricas dos complexos foram registradas utilizando-se o equipamento seiko exstar 6000 simultaneous dta-tga. os compostos foram analisados de acordo com as seguintes condições experimentais: atmosfera de ar sintético, taxa de aquecimento de 20º c / min e intervalo de temperatura de 25° c a 900° c. as amostras foram colocadas em cadinhos de a-alumina. as análises de luminescência foram obtidas utilizando-se um fluorímetro da horiba jobin ybon, modelo spex fluorolog-3 com lâmpada de xenônio de 400 w. eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 158 158 resultados e discussão espectros no infravermelho os cinco compostos analisados apresentaram proporção molar 3:1 (l:m) e foram formulados como bh3nd, bh3eu, bh3dy, bh3tb e bh3yb (onde bh = ânion behenato). as análises de ir mostraram resultados similares para os 5 complexos de behenato de lantanídios e para confirmar a coordenação do ligante behenato foi utilizada a diferença (∆) entre as bandas relativas aos estiramentos antissimétrico (νa) e simétrico (νs) do grupo coo . o behenato de sódio é um composto iônico e seu ∆ foi utilizado como referência. valores de ∆ maiores indicam que o behenato apresenta coordenação a um íon metálico por apenas um dos átomos de oxigênio (monodentado), valores de ∆ menores indicam coordenação a um íon metálico por dois átomos de oxigênio (bidentado) e valores de ∆ ligeiramente menores indicam coordenação a dois íons metálicos por dois átomos de oxigênio do mesmo ligante (ligação por ponte) [21]. o espectro no infravermelho do behenato de sódio da figura 1 apresenta bandas características e comuns ao behenato de prata já conhecido da literatura [22]. as duas bandas intensas em 2.487 e 2.918 cm -1 do behenato de prata foram atribuídas às vibrações simétrica ν𝑠(𝐶𝐻2 ) e antissimétricas ν𝑎(𝐶𝐻2 ) do grupo metileno, respectivamente. os dois picos estreitos e intensos em 1.556 e 1.418 cm -1 foram atribuídos aos estiramentos simétricos ν𝑠(𝐶𝑂2 −) e antissimétricos ν𝑎(𝐶𝑂2 −) do grupo carboxilato, respectivamente. o pico em 717 cm -1 foi atribuído à vibração no plano do grupo ch2 quando existem mais de 4 grupos ch2 no ligante e as bandas bem resolvidas entre 1.400 e 1.100 cm -1 indicam que as cadeias alquílicas do behenato de sódio estão na conformação trans. é possível observar, para os cinco complexos, a banda larga do estiramento do grupo o–h da água em 3500 cm -1 , o que demonstra que a síntese de complexos totalmente isentos de água é difícil de ocorrer. o tempo e as condições de armazenamento das amostras mostraram a tendência de os complexos absorverem moléculas de água e apresentarem uma (mono) ou meia (hemi) molécula de água na fórmula molecular. o ∆bhna foi de 138 cm -1 e esse valor foi usado para identificar o tipo de ligação entre os átomos de oxigênio do ligante behenato e o íon lantanídio. figura 1 – espectro no infravermelho do behenato de sódio. eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 159 159 na figura 2, está o espectro no infravermelho do behenato de neodímio (bh3nd) e a identificação das bandas foi feita de modo semelhante ao do behenato de sódio. as duas bandas intensas em 2.916 e 2.848 cm -1 foram atribuídas a ν𝑠(𝐶𝐻2 ) e a ν𝑎(𝐶𝐻2 ). os picos estreitos em 1.529 e 1.468 cm -1 foram atribuídos a ν𝑠(𝐶𝑂2 −) e a ν𝑎(𝐶𝑂2 −) e o pico estreito em 720 cm -1 aos grupos ch2, o que parece indicar um empacotamento da cadeia cristalina numa estrutura triclínica ou hexagonal como ocorre com alguns carboxilatos de prata. a banda característica do estiramento da ligação o–h em 3.500 cm -1 evidencia a presença de água mas não é possível esclarecer qual o número de moléculas de água por íon metálico. o ∆bhnd obtido foi de 61 cm -1 , aproximadamente metade do valor obtido para o behenato de sódio, e indica que cada ligante behenato deve estar ligado ao neodímio pelos dois átomos de oxigênio (como ligante bidentado). figura 2 – espectro no infravermelho do behenato de neodímio o espectro do behenato de európio (bh3eu) da figura 3 não apresenta bandas diferentes do behenato de neodímio, evidenciando, assim, a semelhança na coordenação do behenato nos dois complexos. as bandas em 2.915 e 2.848 cm -1 foram atribuídas a ν𝑠(𝐶𝐻2 ) e ν𝑎(𝐶𝐻2 ), respectivamente. as bandas em 1.531 e 1.466 cm -1 são referentes a ν𝑠(𝐶𝑂2 −) e ν𝑎(𝐶𝑂2 −), respectivamente. o pico estreito e intenso em 720 cm -1 indica o empacotamento cristalino triclínico ou hexagonal dos behenatos ligados ao íon eu 3+ . novamente a banda larga em 3.500 cm -1 indica a presença de água na amostra. o ∆bheu obtido para o behenato de európio foi de 65 cm -1 evidenciando a presença de behenato coordenado por ambos os oxigênios do grupo coo na forma de ligante bidentado. o espectro do behenato de disprósio (bh3dy) da figura 4 também não difere muito dos espectros dos outros complexos de lantanídios obtidos, o que permite concluir que os grupos coo estão coordenados ao dy como no complexo de nd. eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 160 160 figura 3 – espectro no infravermelho do behenato de európio os espectros no infravermelho dos outros 3 complexos bh3dy, bh3tb e bh3yb também são muito semelhantes aos dos complexos bh3nd e bh3eu e, portanto, devem ter as mesmas características estruturais. as frequências ν𝑠(coo ) e ν𝑎𝑠(coo ) no infravermelho dos 5 complexos e os valores de δ estão na tabela i. tabela i – frequência de estiramento do grupo coo para bhna + e os 5 complexos complexo νs cm -1 νas cm -1 δ cm -1 bh na + (sal) 1556 1418 138 bh3nd 1529 1468 61 bh3eu 1531 1466 65 bh3dy 1541 1469 72 bh3tb 1541 1467 74 bh3yb 1539 1467 72 para os 5 complexos é observada uma banda larga em 3.500 cm -1 característica do estiramento o-h da água. nos espectros no infravermelho do sal de na + e dos 5 complexos não foi observada a banda em 1.700 cm -1 característica do grupo cooh livre, o que significa que em todos os compostos a coordenação se dá através do coo e o ligante está na forma aniônica. os valores de δ para os 5 complexos estão na faixa 60-75 cm -1 , bem abaixo do δ do sal de na + (138 cm -1 ), o que reforça a proposição de que os coo estão coordenados ao metal na forma bidentada. análise elementar o íon lantanídio foi analisado por titulação com edta (conc. 0,010 mol/l) após tratamento para decomposição do complexo. os valores obtidos são próximos dos valores calculados para 4 amostras: behenatos de neodímio, európio, disprósio e itérbio (vide tabela ii). na tabela ii, estão incluídos também os resultados das análises de %c e %h para os 6 compostos. eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 161 161 tabela ii – resultados das análises de c e h para o sal e para os 5 complexos de behenatos de lantanídios calculados obtidos complexos massa molar %c %h %c %h bhna 362,58 73% 12% 70% 13% bh3nd 1161,20 68% 11% 66% 11% bh3eu 1168,96 68% 11% 66% 12% bh3dy 1179,50 67% 11% 66% 13% bh3tb 1175,92 67% 11% 62% 11% bh3yb 1190,04 67% 11% 66% 13% os valores obtidos são muito próximos dos valores calculados para uma composição molar 3l:1m. análise termogravimétrica (tg) a análise termogravimétrica do behenato de sódio (vide figura 4), indica que no aquecimento ocorre uma perda de massa de aproximadamente 2,6% que pode ser identificada como perda de água da amostra. como a temperatura em que ocorre a perda é baixa, fica evidente que a água presente é de hidratação. na segunda etapa, ocorre a perda de aproximadamente 20% da massa total da amostra e na terceira etapa ocorre a perda de 64% da massa. há ainda uma perda final de 5% e comprova-se que o resíduo final, na2o, corresponde a uma massa de 8,5% da massa inicial. o valor calculado foi de 9,5. o behenato de neodímio apresentou 3 etapas de perda de massa. a primeira etapa pode ser identificada como perda de água de cristalização ou de hidratação, devido à temperatura em que ela ocorre. a segunda etapa é uma perda de 28% da massa total e a terceira etapa é uma perda de 58% que resulta numa massa final de 12,6% da massa inicial. a massa do resíduo foi calculada como sendo 14,5% da massa inicial, valor muito próximo do valor experimental. resultados semelhantes foram obtidos para os complexos bh3eu, bh3dy, bh3tb e bh3yb. para estes 4 complexos, ocorre perda de água (cerca de 2% da massa inicial) abaixo de 100° c, perda de massa do ligante acima de 180° c e o resíduo final (cerca de 15% da massa inicial) corresponde ao óxido do lantanídio respectivo (eu2o3, dy2o3, tb4o7 e yb2o3). figura 4 – tg-dtg do behenato de sódio análises de calorimetria diferencial exploratória (dsc) as análises de calorimetria diferencial exploratória (dsc) foram utilizadas para se observar a fusão dos complexos, evidenciar a presença de água e avaliar o comportamento dos complexos quando aquecidos e resfriados em seguida. os resultados são muito semelhantes para os 5 complexos: um fenômeno endotérmico em temperaturas próximas de 110° c na etapa de aquecimento e um evento exotérmico próximo de 90° c na etapa de resfriamento. tais resultados mostram que os 5 complexos não apresentam comportamento de cristal líquido. mostram também que ocorreu a complexação dos behenatos, já que a temperatura de fusão dos complexos é maior que a temperatura de fusão do ácido behênico. além disso, os resultados mostram também que ocorre a cristalização das amostras indicando que o aquecimento e o resfriamento são processos reversíveis para os 5 complexos. eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 162 162 as fusões ocorrem em intervalos de cerca de 5° c e se iniciam nas seguintes temperaturas: bh3eu:110° c, bh3nd: 105, bh3dy: 94°c, bh3tb: 94°c e bh3yb: 95° c. esses resultados mostram também que houve formação dos complexos e ausência de ácido behênico livre nos cinco casos. a figura 5 mostra dois ciclos de dsc para o behenato de sódio. como se pode observar em ambas as curvas (em preto para o primeiro ciclo e vermelho para o segundo ciclo), o comportamento do behenato de sódio indica mudanças de fase durante o aquecimento e o resfriamento. não é possível afirmar exatamente quais mudanças ocorrem devido ao aquecimento e ao resfriamento, mas é possível identificar quatro eventos endotérmicos durante o aquecimento e quatro eventos exotérmicos durante o resfriamento. supõe-se que o primeiro evento endotérmico seja a fusão do behenato de sódio e os eventos endotérmicos subsequentes sejam reorientações das moléculas e mudanças de fase. os eventos exotérmicos são, provavelmente, a mudança para a fase mais estável na temperatura do evento. para o sal de bhna observou-se ainda que ao pressionar a amostra utilizando um pastilhador ocorre uma mudança de fase. o sólido branco fica transparente e sem coloração, o que pode permitir a sua utilização como filme com propriedades de cristal líquido. vermelho: primeiro ciclo. preto: segundo ciclo figura 5 – dsc do behenato de sódio. espectros de excitação e emissão foram obtidos os espectros de excitação e de emissão dos 5 complexos mas apenas os resultados do behenato de európio serão discutidos neste artigo. os espectros de excitação e de emissão do behenato de európio estão na figura 6 e a discussão dos resultados será feita utilizando-se os valores obtidos dessa análise. figura 6 – espectro de excitação (393 nm) e emissão (619 nm) do behenato de európio a 298 k. na tabela iii, é possível observar as transições eletrônicas atribuídas aos picos dos espectros de absorção e de emissão do behenato de európio. eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 163 163 tabela iii – transições eletrônicas obtidas pelos espectros de excitação e de emissão do behenato de európio a 298 k. excitação emissão comprimento de onda (nm) transição comprimento de onda (nm) transição 317, 326 7 f0 → 5 h3 596 5 d0 → 7 f1 355, 361, 365 7 f0 → 5 d4 619 5 d0 → 7 f2 374, 380 7 f0 → 5 l7 655 5 d0 → 7 f3 394 7 f0 → 5 l6 689, 700 5 d0 → 7 f4 464 7 f0 → 5 d2 foram utilizados os espectros não corrigidos para que fosse possível obter os parâmetros de judd-ofelt. as áreas das bandas foram integradas e pela divisão da área da transição 5 d0 → 7 f2 pela área da transição 5 d0 → 7 f1 pode-se supor que existem mais íons eu 3+ em posições que não têm centro de simetria do que em posições que têm centro de simetria (75% e 25%, respectivamente). os valores obtidos estão na tabela iv. tabela iv – valores utilizados para calcular os parâmetros de emissão de juddofelt do behenato de európio a 298 k. emissão 5 d0 → 7 f2 emissão 5 d0 → 7 f4 área da transição 18,86 área da transição 8,23 𝑨𝟎𝟐 83,48 𝐴04 36,42 judd-ofelt (ω2/10 -20 cm 2 ) 2,8 judd-ofelt (ω2/10 -20 cm 2 ) 2,5 𝑨𝑹𝑨𝑫 176,30 𝑨𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 𝟎,𝟖𝟏 1234,57 𝑨𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 𝟎,𝟏𝟕 5649,72 𝜼maior 14% 𝜼menor 3% os valores obtidos para os complexos são aproximadamente 6 vezes menores que os parâmetros de judd-ofelt descritos para alguns tipos de vidro [11]. não foi possível obter os complexos vitrificados. tentativas iniciais não resultaram em materiais uniformes para o estudo da luminescência. difratometria de raios-x os resultados das análises de difratometria de raios-x dos resíduos obtidos ao final das análises termogravimétricas são concordantes com as fichas cristalográficas dos óxidos nd2o3, eu2o3, dy2o3, tb4o7 e yb2o3. através de análises preliminares dos difratogramas dos complexos, foi possível identificar os seguintes parâmetros de rede para o behenato de európio (bh3eu): a = 5.78, b = 59.71, c = 7.53, volume = 1967 å 3 . conclusões foram obtidos compostos sólidos dos behenatos de eu 3+ , nd 3 +, dy 3+ , tb 3+ e yb 3+ de composição molar 3l:1m (bh3ln). os complexos têm aparência de pós esbranquiçados. as análises de ir comprovaram a pureza dos complexos bem como sua cristalinidade. as bandas características do grupo coo no infravermelho permitiram identificar que este grupo está coordenado ao metal na forma bidentada. as análises de tg e dsc também confirmaram o grau de pureza dos complexos. os complexos não apresentam comportamento de cristal líquido provavelmente devido à longa cadeia carbônica saturada do ligante. o behenato de sódio apresenta um comportamento muito interessante, quando aquecido e resfriado, em seguida. ao aplicar pressão sobre o eclética química, vol. 40, 155-165, 2015. 164 164 behenato de sódio ocorre uma mudança de fase e o sal fica transparente. comparando-se os behenatos de lantanídios com os estearatos de lantanídios descritos por binnemans et al. [11] fica evidente a similaridade entre eles. visualmente, os behenatos e os estearatos são muito semelhantes. as bandas de excitação e de emissão dos estearatos e dos behenatos, na forma de pó, ocorrem nos mesmos comprimentos de onda e têm praticamente as mesmas intensidades. como os espectros de emissão e de excitação dos behenatos na forma vítrea não foram obtidos, não foi possível comparar suas frequências de excitação e de emissão com os complexos correspondentes com ácido esteárico. referências [1] international union of pure and applied chemistry. iupac compendium of chemical terminology – the gold book. 1997. disponível em: <http://goldbook.iupac.org/>. acesso em: 05 jun. 2015. [2] bossert, r. g. the metallic soaps. journal of chemical education, v. 27, n. 1, p. 10-15, 1950. [3] robinet, l.; corbeil, m. c. the characterization of metal soaps. studies in conservation, v. 48, n. 1, p. 23-40, 2003. 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eliana lopes ribeiro de queiroz, e-mail address: meliana@ufv.br article info article history: received: december 28, 2017 accepted: may 31, 2018 published: june 28, 2018 keywords: 1. contamination of water 2. pesticide 3. gas chromatography 1. introduction indiscriminate use and improper application of pesticides can generate residues of potentially toxic substances in the environmental compartments: soil, water, and air, as well as food, thus causing serious problems to the environment and to human health1, 2, 3. the use of pesticides is the second largest cause of contamination of rivers in brazil, second only to domestic sewage4. contamination of water by pesticides can occur through the transmission of aerial sprays, through the erosion of contaminated soils, surface runoff, leaching, and the disposal and washing of tanks and product packaging5, 6. therefore, special attention should be given to drinking water, as daily consumption of water contaminated with pesticide residues can cause toxic effects such as cancer and damage to the central nervous system, depending on the type of compound and the amount ingested. in brazil, the norms on the drinking water potability and quality for human consumption are established by the ministry of health in which allowed values are presented for microbiological, abstract: the salting-out assisted liquid-liquid extraction (salle) was developed for the analysis of four pesticides (cypermethrin, chlorpyrifos, deltamethrin, and thiamethoxam) in water samples. for its optimization, a 2³ factorial design was used to evaluate the simultaneous behavior of three factors: sample and extraction solvent ratio, saline concentration, and stirring mode. 1.0 ml saline solution (nacl) was added to the single-phase mixture of water and extraction solvent to separate the phases. the mixture was stirred, allowed to stand and the top organic phase containing the pesticides of interest was analyzed by gas chromatography coupled with electron capture detector (gc/ecd). the optimized method was validated for some merit figures. the limit of detection of the method ranged from 0.15 to 5.5 µg l-1 and the limit of quantification from 5.5 to 18.2 µg l-1. the method showed satisfactory results for the linearity (r2 ≥ 0.990), precision (cv < 9 %) and accuracy (72 % ≤ recovery ≤ 90 %) for all the assessed analytes. the method showed to be simple, efficient and inexpensive for the extraction of pesticide residues. the validated method was applied to ten samples of water collected in the zona da mata region of the state of minas gerais, brazil. . http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 mailto:meliana@ufv.br https://orcid.org/0000-0002-2152-6736 http://orcid.org/0000-0003-4717-9223 https://orcid.org/0000-0003-4158-6098 http://orcid.org/0000-0003-0739-5597 original article 12 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 organoleptic, physical and chemical characteristics7. pesticide residues analyses in water samples are difficult to be executed since these compounds have very different physicochemical properties and occur at extremely low concentrations in the presence of high concentrations of interfering compounds8. the first step for analysis and monitoring of pesticide residues in water involves the development of an extraction technique. the goal of this step is to remove selectively the pesticide residues from the samples and promote their preconcentration9. thus, techniques for the determination of pesticide residues in different matrices have significantly evolved in simplification, improvement of extraction and purification of samples, with the main objectives of minimizing sample and solvent consumption10. several studies in the literature reported the determination of pesticide residues in water using the techniques of sample preparation solidphase extraction – spe11; solid-phase microextraction – spme1, 12; liquid–liquid extraction with low temperature partitioning lle-ltp13, 14; liquid phase microextraction – lpme15, 16; dispersive liquid–liquid microextraction – dllme17, 18; single drop microextraction – sdme19. despite the high number of existing techniques, the salting-out assisted liquid-liquid extraction (salle) technique emerged as a new alternative for the extraction of pesticide residues in water based on its advantages of simplicity of operation, rapidity (brief time for phase separation), low volume of both sample and solvent, low cost, safety and good sensitivity. in addition, sample preparation is the largest source of errors in trace analysis, thus a rapid and simple extraction step improves the method as a whole. the extraction technique is based on the partitioning of the compounds between the initially miscible aqueous and organic phases, which are separated by the addition of salts. this behavior can be explained in terms of solvation of the ions by the water molecules, facilitating the migration of pesticides to the organic phase. this salt addition effect is known as salting-out and may cause a decrease in the solubility of certain analytes in the aqueous phase, in favor of the extraction20, 21. after the extraction step, the determination of the pesticides residues on several matrices is traditionally carried out by chromatographic techniques due to the ease of separation, identification, and quantification of the substances present in the sample. furthermore, gas chromatography is specially used for pesticide residues determination due to the low limits of detection that can be achieved22. in brazil some pesticides widely used for pest control belong to chemical groups of organophosphates, pyrethroids and neonicotinoids. in this context, the aim of this study was to optimize and validate the salting-out assisted liquid-liquid extraction (salle) technique followed by gas chromatography analysis (salle – gc/ecd) for the determination of four pesticides belonging to these chemical groups (figure 1) in water. the proposed method was applied to 10 samples of water collected in the zona da mata of minas gerais, brazil. figure 1. chemical groups and structures of the pesticides cypermethrin, chlorpyrifos, deltamethrin, and thiamethoxam. 2. experimental 2.1 chemicals and reagents analytical standards of chlorpyrifos (99.0 % w/w), cypermethrin (92.4 % m/m), and deltamethrin (99.0 % w/w) were purchased from chem service (west chester, pa, usa), thiamethoxam (99.7 % w/w) was purchased https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 original article 13 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 from sigma aldrich (germany) and the bifenthrin (92.2 % w/w), used as internal standard, was purchased from fmc do brasil. stock solutions of 500.0 mg l-1 of all analytical standards in acetonitrile (mallinckrodt/ hplc) were prepared and stored in freezer. diluted solutions were prepared from the stock solutions to obtain the working solutions at different concentrations with the four pesticides. sodium chloride (reagen – p.a. 99.5 % w/w) solutions were used to break the equilibrium (salting-out effect). 2.2 chromatographic conditions identification and quantification of the pesticides extracted from the samples were done with a gas chromatograph equipped with an electron capture detector system (gc/ecd) (shimadzu gc-2014, kyoto, japan), and autoinjector aoc – 20i. the separations were performed on an hp-5 capillary column, 30 m long, 0.25 mm inner diameter, and 0.10 μm film thickness (agilent technologies, palo alto, ca, usa), with the stationary phase consisting of phenyl 5 % and dimethylsiloxane 95 %. nitrogen (99.999 %, air products, brazil) was used as carrier gas at 1.2 ml min-1. injector and detector temperatures were set at 280 and 300 °c, respectively. the initial column oven temperature was 150 °c, with a heating rate of 20 °c min−1 up to 250 °c, and 10 °c min−1 up to 290 °c maintained for 5 min. the injected volume was 1 µl at a split ratio of 1:5. the total running time was 14 min. 2.3 fortified samples samples of distilled water (pesticides free) fortified with the working solutions containing the four pesticides were used in different concentrations for the optimization and validation of the method. fortified water samples were allowed to stand for 3 h, at room temperature for solvent evaporation, prior to use. the technique was submitted to a multivariate optimization with the evaluation of three parameters (i) volume ratio of sample: extraction solution, (ii) saline solution concentration, and (iii) stirring mode. 2.4 experimental design the salting-out assisted liquid-liquid extraction (salle) method was optimized using a factorial design 23 to evaluate the influence of the variables on the extraction yield of the four pesticides. the following factors were evaluated: ratio between the water volume and the volume of the solvent extractor, acetonitrile and ethyl acetate, (4.5/6.5 or 3.0/6.0 ml); sodium chloride solution concentration (1.0 or 2.0 mol l-1 of nacl); stirring mode (40 s at the vortex or 10 min at the orbital shaker with 175 rpm and 25 °c). the data corresponding to the (−) and (+) levels of factorial design are shown in table 1. the tests in duplicate allowed to calculate the average recovery percentages of pesticides (table 1). the levels of the three factors used in factorial planning were established in previous experiments. after stirring, the solutions were allowed to stand and the upper organic phase containing the analytes of interest was withdrawn with a volumetric pipet. the volumes of the extracts were adjusted with acetonitrile in a 5.0 ml volumetric flask containing 100 μl of bifenthrin solution at 5.0 mg l-1 (internal standard). the extracts were analyzed by gas chromatography coupled to an electron capture detector (cg). the best conditions of the factorial design were evaluated according to the chromatographic responses (areas) obtained in each experiment. the obtained data were analyzed using the excel® and originpro®. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 original article 14 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 table 1. factorial design 2³ and evaluated factors: (f1) ratio between the water and extraction solvent volume, (f2) sodium chloride solution concentration, (f3) stirring mode. coded factors real factors experiment f(1) f(2) f(3) (1) h2o:solvent ratio (v/v) (2) saline solution conc. (mol l-1) (3) stirring mode 1 and 2 4.5/5.0/1.5 (a) 1.00 vortex (40 s) 3 and 4 + 3.0/5.0/1.0 (b) 1.00 vortex (40 s) 5 and 6 + 4.5/5.0/1.5 (a) 2.00 vortex (40 s) 7 and 8 + + 3.0/5.0/1.0 (b) 2.00 vortex (40 s) 9 and 10 + 4.5/5.0/1.5 (a) 1.00 orbital shaker (10 min) 11 and 12 + + 3.0/5.0/1.0 (b) 1.00 orbital shaker (10 min) 13 and 14 + + 4.5/5.0/1.5 (a) 2.00 orbital shaker (10 min) 15 and 16 + + + 3.0/5.0/1.0 (b) 2.00 orbital shaker (10 min) f1 = ratio v/v (water:acetonitrile:ethyl acetate). 2.5 method validation the validation of the optimized salle method for pesticide residue determination in water was assessed with the following merit parameters: selectivity, linearity, limits of detection (lod) and quantification (loq), precision (repeatability and intermediate precision), and accuracy (recovery and methods comparison). the validation procedures followed the recommendations of the international conference on harmonization (ich)23, the brazilian health regulatory agency (anvisa)24, and the national institute of metrology, quality and technology (inmetro)25. 2.6 salle application in water samples the optimized and validated salle method for determination of pesticides in water was applied in eight samples of water collected in rivers at the zona da mata of minas gerais state. the sampling was done at the municipalities of manhuaçu, matipó, raul soares and rio casca, where there is a major planting of coffee and citrus fruits. also, two samples of tap water were taken from the water distribution network of the water treatment station of the universidade federal de viçosa (municipality of viçosa, minas gerais, brazil). 3. results and discussion 3.1 chromatographic analysis the chromatogram of the standard solution with the four pesticides at 100 μgl-1 in acetonitrile is presented in figure 2. the third peak, with retention time (rt) of 8.3 min, corresponds to the internal standard, bifenthrin. the multiple peaks observed at the chromatogram are related to the conversion to isomers of the pyrethroids (cypermethrin and deltamethrin) in the chromatograph injector. the quantification of these two pyrethroids was done considering the total area of both peaks of the isomers, both at the standard analysis and at samples analysis. figure 2. chromatogram of the standard solution with the four pesticides and internal standard at 100.0 μg l-1 in acetonitrile, where: rt = 5.7 min: chlorpyrifos, rt = 5.9 min: thiamethoxam, rt = 8.3 min: bifenthrin (is) rt = 10.9 min: cypermethrin, and rt = 13.2 min: deltamethrin. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 original article 15 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 3.2 optimization of the salting-out assisted liquidliquid extraction method the optimization of the extraction technique evaluated three factors simultaneously: the ratio between sample and extraction solvent volumes, the nacl concentration, and the stirring mode of the mixture. in this evaluation, a factorial design 23 was conducted and the effects evaluated by recovery percentages. the tests, performed in duplicate, generated 16 responses that allowed to estimate the experimental errors associated to the determination of each mean response. table 2 highlights the trials that obtained the best recovery percentages for the four pesticides analyzed in water samples. table 2. percentages of mean recovery and estimation of the experimental error obtained in the experiments of the factorial design for water samples containing the pesticides chlorpyrifos, thiamethoxam, cypermethrin, and deltamethrin extracted by salting-out assisted liquid-liquid extraction method. coded factors recovery (%) ± estimation of the experimental error experiment f(1) f(2) f(3) chlorpyrifos thiamethoxam cypermethrin deltamethrin 1 and 2 89 ± 8 50 ± 12 69 ± 10 72 ± 11 3 and 4 + 67 ± 6 49 ± 11 70± 8 72.1 ± 0.6 5 and 6 + 86 ± 4 67 ± 16 76 ± 9 85 ± 19 7 and 8 + + 88.9 ± 0.2 66 ± 3 93 ± 9 90 ± 5 9 and 10 + 84 ± 7 56 ± 23 73 ± 2 63 ± 22 11 and 12 + + 79 ± 1 66 ± 17 42 ± 18 57 ± 5 13 and 14 + + 52 ± 7 49 ± 14 56.3 ± 0.8 57 ± 8 15 and 16 + + + 70 ± 3 53 ± 6 72 ± 7 81 ± 1 f1 = ratio v/v (water:acetonitrile:ethyl acetate), f2 = nacl concentration (mol l-1), and f3 = stirring mode. the replicates were used to calculate the average recovery percentages, the effects of each factor and the interactions between the factors in the extraction of each of the pesticides. the calculations were done with the excel® and originpro® programs. the errors associated with each effect and their interactions were evaluated by t-test for 95 % probability (α = 0.05) and 8 replicates (n = 8). some results of the statistical analysis are presented in table 3. table 3. average recovery percentages, effects of each factor and interactions between the factors (± estimate of the experimental error) in the extraction of each of the pesticide, obtained in the factorial design experiments for water samples, by the salle method. chlorpyrifos thiamethoxam cypermethrin deltamethrin mean recovery 76 ± 1 57 ± 3 69 ± 2 72 ± 3 (1) ratio (h2o:solvent) -2 ± 3 2 ± 6 1 ± 5 6 ± 5 (2) nacl conc. 7 ± 3* 3 ± 6 11 ± 5 12 ± 5* (3) stirring mode -12 ± 3* -2 ± 6 -16 ± 5* -15 ± 5* (1) and (2) 11 ± 3* -2 ± 6 15 ± 5* 9 ± 5* (1) and (3) 7 ± 3* 4 ± 6 -8 ± 5 3 ± 5 (2) and (3) -16 ± 3* -14 ± 6 -4 ± 5 -3 ± 5 (1), (2), and (3) -1 ± 3 -1 ± 6 8 ± 5 6 ± 5 *(in bold) statistically significant effect at the 95 % probability level by t-test (ttab > t0.05 =2.306). the results obtained from the factorial design showed that the main effect of the ratio between the sample and the extractive mixture (f1) did not have a significant effect on the recovery percentage. the variation of the nacl concentration presented a significant positive effect for the extraction of deltamethrin and negative for the chlorpyrifos. the stirring mode used to homogenize the mixture had a significant negative effect on the extraction of all pesticides, except for thiamethoxam. thus, stirring mode by vortex (f3, level -) was the most efficient for extraction of the pesticides. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 original article 16 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 according to the results obtained from the statistical analysis, tests 7 and 8 (table 2) showed higher recovery percentages and lower mean dispersion for the analyzed pesticides. therefore, the sample proportion ratios: extraction solvent (3.0 ml of water, 5.0 ml of acetonitrile and 1.0 ml of ethyl acetate), nacl at 2.0 mol l-1 and stirring with the vortex mixer for 40 s were chosen as the best conditions. 3.3 optimized salle method the optimized method for the extraction of pesticides consists of placing 3.00 ml of the water sample, 6.0 ml of the extraction mixture (5.0 ml of acetonitrile and 1.0 ml of ethyl acetate) in transparent glass bottles (22 ml) to form a single phase. to break this equilibrium (salting-out effect) should be added 1.0 ml of nacl solution at 2.0 mol l-1. the mixture is homogenized in the vortex mixer for 40 s and kept at rest (about 1 min), forming a two-phase system. the upper organic phase is withdrawn with an automatic pipette, and its volume adjusted in volumetric flask to 5.0 ml. the extract was stored in the freezer for further analysis by gas chromatography. 3.4 method validation the salle method for determination of pesticides in water was validated and the results are adequate, according to the validation standards of several regulatory agencies. the values of the retention time of the compounds, calibration curve equation, and coefficient of determination, linear range, limit of detection, and limit of quantification for the developed method to analyze pesticides residues in water are represented in table 4. table 4. retention time (rt), calibration curve equation, the coefficient of determination (r2), linear range, limit of detection (lod), and limit of quantification (loq) of salle method. pesticide rt (min) calibration curve equation (y = ax + b) r2 linear range (µg l -1) lod (µg l-1) loq (µg l-1) chlorpyrifos 5.7 y = 0.087x 0.033 0.994 0.5 – 6.0 0.15 0.5 thiamethoxam 5.9 y = 0.005x + 0.360 0.990 18 450 5.50 18.2 cypermethrin 10.9 y = 0.024x + 0.813 0.992 5.0 60 1.50 5.0 deltamethrin 13.2 y = 0.005x + 0.155 0.993 12 150 3.70 12.0 the selectivity of the method was evaluated by applying the optimized conditions in pesticide-free water samples (white). subsequently, these samples were fortified with the pesticides under study and again submitted to the extraction and analysis method. no interferences were observed in the retention time of the studied pesticides, proving the selectivity of the method. the limits of detection (lod) and quantification (loq) of the salle method for the water samples were determined considering the value of three and ten times the area of the baseline signal (noise), respectively. the lod values for the four pesticides ranged from 0.15 to 5.5 μg l-1, whereas loq ranged from 0.5 to 18.2 μg l-1 (table 4). the loqs found for the pyrethroids (cypermethrin and deltamethrin) are below the maximum residue limit (mrl) established by the brazilian ministry of health (portaria n° 2914/2011)7, for permethrin, which is 20 μg l-1, a pesticide of the same class. according to the ministry of health, the mrl allowed for chlorpyrifos in water is 30 μg l-1, being much higher than the loq (0.5 μg l-1) found for this pesticide in this study. although the mrl for thiamethoxam is not established in ministry of health, the drinking standard was established for other health-risk pesticides such as mancozeb, carbendazim, diuron, alachlor, endosulfan and trifluralin, profenofos and glyphosate, which is a value ≥ 20 μg l-1, higher than the loq found for this pesticide in this study. similar results were found by vieira et al. (2007) when analyzing pyrethroids in water samples using liquid-liquid extraction with low temperature partitioning (lle/ltp) and gcecd analysis. in that study, the limit of detection and quantification obtained for cypermethrin was 1.9 and 2.7 μg l-1 and for deltamethrin it was 2.9 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 original article 17 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 and 5.5 μg l-1, respectively26. in addition, the use of this same technique to extract pesticides in water has found lod equal to 3.4 μg l-1 and loq equal to 10 μg l-1 for chlorpyrifos14. when analyzing the pesticides residues in pineapple samples using the sle-ltp method, costa moraes et al. (2014) obtained the lod equal to 15 µg kg-1 and loq equal to 50 µg l-1 for thiamethoxam, and lod equal to 12 µg kg-1 and loq equal to 40 µg l-1 for deltamethrin10. however, for all the studied analytes the loqs found for the proposed method are lower than others in the literature. the linearity of the method was evaluated by an analytical curve equation obtained with eight points, by means of regression, including the first point of the analytical curve equals to the loq of the method for each tested pesticide. the extracts from samples that were fortified with the pesticides obtained using the salle method was injected and analyzed by gc-ecd. the analytical curves were made using the ratios between the areas of the analytes and the internal standard, thus obtaining regression equations and coefficients of determination. the coefficients of determination (r2) for the analytical curves of the four pesticides were higher than 0.99. these results are shown in table 4. the precision was evaluated in terms of repeatability and intermediate precision and expressed by the coefficient of variation (cv) associated with the relative responses of the pesticides in each test. (table 5). the repeatability of the method was determined in samples of water fortified with the standards of cypermethrin (30.0 μg l-1), chlorpyrifos (3.0 μg l-1), deltamethrin (72.0 μg l-1) and thiamethoxam (110 μg l-1) at the 6 x loq concentration of the method, with seven replicates and submitted to the salle method. intermediate precision was evaluated by the same analyst, using the same instrument and on three distinct days (1st, 7th and 30th), with seven repetitions in the concentration referring to 6 x loq of the method (table 5). the accuracy of the method was evaluated in triplicate by recovery assays at four concentration levels (1, 3, 6, and 12 x loq). significance tests using the student’s t-test were also performed to evaluate the veracity of the method. table 5. recovery and coefficient of variation of the salle extracted and analyzed fortified water samples. pesticide accuracy repeatability (intra-day) intermediate precision (inter-day) recovery (%) coefficient of variation (%) loq (µg l -1) 3 x loq (µg l -1) 6 x loq (µg l -1) 12 x loq (µg l -1) 6 x loq (µg l -1) 6 x loq (µg l -1) chlorpyrifos thiamethoxam cypermethrin deltamethrin 81.3 79.7 83.1 81.4 6.8 6.4 72.2 74.8 77.9 74.1 8.1 8.3 87.8 89.6 87.4 88.8 5.7 6.7 87.8 88.1 86.7 90.1 5.4 5.5 *lod: limit of detection; loq: limit of quantification considering the obtained results, the proposed salle method for the four pesticides is simple, with good extraction efficiency (7290 %) and coefficients of variation for intermediate accuracy and repeatability less than 9 %. the results obtained using the salle method for determination of chlorpyrifos, thiamethoxam, cypermethrin and deltamethrin pesticides in water were compared with those obtained by two other methods: method 1 – liquid–liquid extraction with low temperature partitioning – lle-ltp26 and method 2 – liquid–liquid extraction – lle27. all water samples were fortified to obtain an extract with a final concentration equal to 6 x loq of the equivalent method to each target analyte (table 6). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 original article 18 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 table 6. recovery (%) and coefficients of variation (%) obtained from the extraction of water samples with the pesticides chlorpyrifos (3.0 µg l-1), thiamethoxam (110.0 µg l-1), cypermethrin (30.0 µg l-1) and deltamethrin (72.0 µg l-1) in triplicates using the salle method and two methods used as reference. recovery (%) and cv (%) chlorpyrifos thiamethoxam cypermethrin deltamethrin method 1 80; 5 76; 9 87; 6 83; 5 method 2 83; 9 79; 6 75; 5 83; 6 salle 86; 6 77; 8 91; 6 89; 6 method 1 liquid–liquid extraction with low temperature partitioning lle-ltp26 and method 2liquid–liquid extraction – lle27. considering the proximity between the results obtained by the salle method and methods 1 and 2, it can be concluded that both methodologies did not show large dispersion of the coefficients of variation. the recovery percentages obtained for chlorpyriphos, thiamethoxam and deltamethrin did not differ statically (95 % probability) in the three methods studied, with the exception of cypermethrin, which presented higher extraction efficiency in the salle method (91 %) than method 2 (75 %). when comparing method 1 with salle, both are efficient, using small volumes of sample and solvents. the salle method requires less time for phase separation (one minute) while method 2 requires 12 h for forming a two-phase system. the method 2 has the advantage of preconcentrating the analyte from water samples, approximately equal to 3 times. however, it is important to note that during this process, matrix impurities are concentrated together with the analyte. in addition, a relatively large volume of samples (25.0 ml) and solvents (135.0 ml) are required in method 2, generating greater problems of environmental contamination and risks to the health of the analyst. on the other hand, the salle method requires a small amount of sample (3.0 ml) and solvent (6.0 ml) for the determinations (table 6). the optimized and validated salle method was applied to samples of water collected in rivers of the zona da mata of the state of minas gerais (brazil) and in points of the water treatment station of the universidade federal de viçosa (viçosa, minas gerais, brazil). however, none of the four pesticides investigated were detected in any of the analyzed samples or were in concentrations below the limit of detection of the method. considering that the half-life, mainly of the pyrethroids, is relatively short26, a way to increase the probability of detecting contamination in the water resources would be collecting the samples in the period in which the application of the pesticides coincided with the rainy season, when it is expected an increase in the pesticide application. after obtaining the results of the analysis of the water collected in the rivers of the zona da mata and verified the exemption of the pesticides under study, three samples of water from rivers that presented a more turbid aspect due to the particulate material were contaminated with known amounts of the four pesticides. subsequently, without any previous treatment, these fortified natural samples were submitted to the optimized and validated extraction method in order to evaluate the matrix effect and its selectivity. comparatively, the recovery rates and the coefficients of variation of the analyzes are statistically similar, with no matrix effect in the results (table 7). table 7. recovery (%) and coefficients of variation (%) obtained from the extraction of distilled and fortified natural water samples with the pesticides chlorpyrifos (3.0 µg l-1), thiamethoxam (110.0 µg l-1), cypermethrin (30.0 µg l-1) and deltamethrin (72.0 µg l-1) using the salle method. recovery (%) and cv (%) chlorpyrifos thiamethoxam cypermethrin deltamethrin distilled water 83; 7 76; 7 90; 7 85; 6 sample 1 81; 6 77; 9 91; 8 90; 6 sample 2 82; 6 80; 9 90; 7 88; 5 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 original article 19 eclética química journal, 43, special number, 2018, 11-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p11-21 sample 3 85; 6 76; 8 88; 5 87; 6 4. conclusions the optimized and validated salting-out assisted liquid-liquid extraction (salle) method for analyzing by gas chromatography (gc/ecd) is simple, inexpensive, fast, efficient, with high recovery percentages and good repeatability, allowing its use to detect pesticides in environmental samples. the recovery percentages were higher than 72 % and the coefficient of variation was lower than 9 %. the main advantage of the salle method followed by gc/ecd analysis was the low consumption of sample (3.0 ml) and solvent (6 ml), and shorter time for phase separation (1 min), allowing its use in routine analysis of the pesticides in water samples. hence, it seems possible to extend this method to extract the compounds of interest in other similar samples by varying the extraction conditions. 5. acknowledgements we would like to thank the following brazilian agencies for their financial support: fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig), conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) and coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). references [1] carlos, e. a., alves, r. d., queiroz, m. e. l. r., neves, a. a., simultaneous determination of the organochlorine and pyrethroid pesticides in drinking water by single drop microextraction and gas chromatography, j. braz. chem. soc. 24 (2013) 1217-1227. https://doi.org/10.5935/01035053.20130155. 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[5] desenvolveram um método eficiente e relativamente simples para dopar o caso4 utilizando terras raras, método este que foi largamente utilizado e modificado por diversos pesquisadores. na atualidade, os principais materiais termoluminescentes utilizados são o caso4 e o lif, que podem ser dopados com mg, tm, dy, nd ou ti. a motivação deste trabalho foi produzir cristais de caso4 dopados com elementos terras raras como o európio (eu), o neodímio (nd) e o túlio (tm). também foram produzidos cristais de caso4:ag. o interesse na produção desses materiais foi o de investigar outras metodologias de produção de materiais termoluminescentes à base de caso4. 2. metodologia por meio de uma adaptação do método de yamashita [5], foram produzidos cristais de caso4:eu, caso4:ag, caso4:nd e caso4:tm. o processo de produção baseou-se na mistura de carbonato de cálcio (caco3) e do ácido sulfúrico (h2so4), resultando na reação: caco3 + h2so4 → caso4 + co2↑ + h2o↑. os dopantes (eu2o3, ag2o3, nd2o3 e tm2o3) são adicionados ao carbonato de cálcio, antes do crescimento, na proporção de 0,1 mol% da massa do caco3. esse valor é obtido através de estequiometria. a mistura é então levada a um béquer e permanece num agitador magnético a 375 ºc até que todo o ácido evapore e reste somente o sulfato de cálcio dopado, o que leva em torno de 24 horas. posteriormente, é feita uma série de lavagens com água quente (100 ºc) e fria (temperatura ambiente), de forma alternada, até que o ph das amostras esteja em torno de 7. após serem obtidos os cristais com ph ideal, é feita a granulometria utilizando-se um almofariz, um pistilo e peneiras. os cristais são macerados e peneirados até serem obtidos grãos com espessura entre 75 e 150 µm. o pó resultante é então levado ao forno por 1h a 600 ºc para calcinação. após a calcinação foram feitas pastilhas adicionando-se 50% de massa de vidro comercial incolor, para melhorar a resistência, e álcool polivinílico (pva) para melhorar o processo de aglutinação do material. as pastilhas produzidas foram submetidas a uma pressão uniaxial de 100 kg/cm 2 e sinterizadas a 600 °c por 6 h. após a sinterização, as pastilhas apresentaram 1 mm de espessura e 6 mm de diâmetro e foram expostas a radiação beta ( 90 sr+ 90 y), com doses de 1 a 10 gy. as medidas da termoluminescência das amostras produzidas foram realizadas numa leitora home-made no lpcm-dfi/ufs. o equipamento é composto de um sistema que possibilita aquecimento controlado da amostra, de uma fotomultiplicadora que transforma o sinal luminoso em um sinal elétrico amplificado, e de um sistema de processamento e apresentação do sinal. a taxa de aquecimento e a intensidade de corrente estabelecida nas medidas de tl no equipamento leitor foram respectivamente 5°c/s e 1μa. as medidas (leituras) foram efetuadas a uma temperatura ambiente de 25°c. para observar o desvanecimento do sinal tl dos compósitos, foram realizadas leituras do sinal tl das amostras irradiadas com fonte de 90 sr+ 90 y depois dos seguintes intervalos de tempo: uma semana após a irradiação; 2 semanas após a irradiação; e 1 mês após a irradiação. eclética química, 38, 90-94, 2013. 92 3. resultados o principal parâmetro de caracterização de um material termoluminescente é a sua curva de emissão característica. a curva de emissão é a curva que representa a intensidade de luz emitida por um material tl em função da temperatura ou do tempo de aquecimento a que este material é submetido. na figura 1 são apresentadas curvas de emissão de dosímetros produzidos com caso4:ag, caso4:nd, caso4:eu e caso4:tm. 50 100 150 200 250 300 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) caso4:ag 1 gy 5 gy 10 gy 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) caso4:eu 1 gy 5 gy 10 gy 50 100 150 200 250 300 0 4 8 12 16 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) caso4:nd 1 gy 5 gy 10 gy 50 100 150 200 250 300 0 100 200 300 400 500 600 in te n s id a d e t l ( u .a .) temperatura (°c) caso4:tm 1 gy 5 gy 10 gy figura 1: emissão tl do caso4 com diferentes dopantes, após irradiação com 1 gy, 5 gy e 10 gy ( 90 sr+ 90 y). outra característica muito importante de um dosímetro é o seu desvanecimento com o tempo. o desvanescimento é a perda espontânea do sinal termoluminescente do dosímetro [6]. como os dosímetros termoluminescentes (tlds) são detectores passivos, é necessário que seu desvanecimento seja mínimo. a tabela 1 mostra o decaimento do sinal tl das amostras produzida. as curvas de emissão tl das pastilhas de caso4:ag irradiadas com fonte beta (90sr+90y) exibem dois picos nas temperaturas de 70°c e 110°c. entretanto, o pico centrado em 70ºc se desvanece em apenas 24 h e após uma semana não é possível notar nenhum pico termoluminescente. as pastilhas de caso4:nd apresentaram um único pico em 130ºc com desvanecimento de 72% em uma semana. as pastilhas de caso4:eu apresentaram dois picos nas temperaturas de 120ºc e 150ºc, com desvanecimentos de 90% e 50% em uma semana, respectivamente. as pastilhas de caso4:tm apresentaram três picos nas temperaturas 100°c, 120°c e 190°c. o pico em 100°c apresentou-se bastante intenso imediatamente após a irradiação, como pode ser observado na figura 1, mas com decaimento de 99% após uma semana. o pico em 120ºc apresentou um desvanecimento de 84% após uma semana, enquanto que o pico termoluminescente em 190ºc, embora seis vezes menos intenso, apresentou um desvanecimento de apenas 10%. apenas os picos termoluminescentes do caso4:eu e do caso4:tm não apresentaram desvanescimento total após 1 mês. eclética química, 38, 90-94, 2013. 93 as análises de linearidade dos dosímetros termoluminescentes são feitas através das curvas de calibração. as curvas de calibração são calculadas através da dose depositada e da área sob a curva de emissão tl. para cada dose absorvida deve haver um valor de área correspondente. a área sob a curva de emissão tl é designada resposta tl do dosímetro. a figura 2 mostra curvas de calibração para os diferentes materiais estudados, assegurando a linearidade dos dosímetros. 0 2 4 6 8 10 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 caso4:ag in te n s id a d e t l ( u .a .) dose absorvida (gy) 0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 40 50 60 70 caso4:eu pico 1 pico 2 in te n s id a d e t l ( u .a .) dose absorvida (gy) 0 2 4 6 8 10 0 5 10 15 20 caso4:nd in te n s id a d e t l ( u .a .) dose absorvida (gy) 0 2 4 6 8 10 0 100 200 300 400 500 caso4:tm pico 1 pico 2 in te n s id a d e t l ( u .a .) dose absorvida (gy) figura 2: resposta tl do caso4 com diferentes dopantes em função da dose absorvida de radiação beta ( 90 sr+ 90 y). tabela 1: percentual de desvanecimento dos picos tl das diferentes amostras produzidas eclética química, 38, 90-94, 2013. 94 4. conclusões embora materiais à base de caso4 sejam muito utilizados em aplicações dosimétricas, é importante a continuidade de pesquisas sobre incorporação de novos tipo de dopantes à base, tal como os elementos aqui empregados, a fim de se buscar melhorar a sensibilidade e a resposta tl do material. os resultados obtidos mostram que o caso4:tm apresenta maior potencial para ser utilizado na dosimetria termoluminescente, pois, embora não sendo o mais intenso, o pico tl em 170°c pode servir como pico dosimétrico. entretanto, para dosimetria pessoal, ainda é necessário buscar meios de melhorar a intensidade do sinal tl e minimizar o desvanescimento do material. devido ao seu baixo custo, os detectores descritos poderão ser utilizados em atividades de ensino como um complemento dos laboratórios didáticos. referências [1] mckeever, s. w. s. thermoluminescence of solids. london: cambridge, 1985. 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mg, brasil. abstract nitroaromatic compounds appear as important agents in environmental contamination, with the highlight, its high resistance to microbial degradation. the reductive processes using metallic iron have been studied by several researchers with the purpose of formation of substrates that are less recalcitrant compounds. in this study the flue dust electric iron rich residue was thermally reduced under flowing hydrogen gas to obtain a composite phase reduced iron. this composite was used as reducing agent in transformation reaction of nitrobenzene to aniline. the results show that heat treatment of the residue promoted the formation of phases of reduced iron as feo and fe this material has high efficiency in reduction reaction of nitrobenzene to aniline, where the concentration of this contaminant was reduced ca. 86%. keywords: electric arc furnace dust, nitrobenzene, reduction. introdução o consumismo da sociedade atual atrelado ao crescimento demográfico tem demandado maior dedicação das indústrias para que intensifiquem suas atividades, o que consequentemente aumenta a geração de resíduos e a contaminação ambiental [1,2]. os compostos nitroaromáticos, por exemplo, aparecem como importantes agentes na contaminação ambiental, tendo como destaque, a sua elevada resistência à degradação microbiana [3,4]. dentre esta classe de compostos encontra-se o nitrobenzeno que é um composto tóxico e cancerígeno que tem sido utilizado em diversas indústrias para a produção de anilina, explosivos, tintas, plásticos, pesticidas e produtos farmacêuticos [5-7]. reações redutivas de compostos nitroaromáticos utilizando ferro metálico tem sido relatado na literatura como alternativa viável para a formação de produtos menos tóxicos e mais biodegradáveis [6-11]. um exemplo é o trabalho de xia e colaboradores[3] os quais demonstraram que o nitrobenzeno é biodegradado mais rapidamente quando é adicionado ao tratamento biológico o ferro metálico ou até mesmo espécies fe 2+ /fe 3+ , o que promove a conversão do nitrobenzeno a anilina. o ferro metálico também pode ser utilizado para promover a redução de corantes, conforme estudo de peralta-zamora [12] onde os corantes laranja eclética química, 38, 109-116, 2013. 110 reativo 16, preto reativo 5 e amarelo brilhante 3gp primeiramente foram reduzidos pelo fe 0 e posteriormente degradados pelas espécies fe 2+ /fe 3+ via reação tipo fenton. a degradação de outras classes de compostos orgânicos utilizandose fe 0 também foram estudadas [9,13], como o estudo realizado por gillham e o’hannesin [1] os quais estimam que aproximadamente 1 kg de ferro metálico é suficiente para descolorir cerca de 500 m 3 de um efluente contaminado com tetraclorometano a 1 mg l -1 . as aciarias providas de forno elétrico a arco geram um resíduo sólido rico em ferro chamado de pó de aciaria elétrica (pae) [14-17]. este por sua vez é disposto em aterros industriais (cerca de 70% do resíduo gerado) devido à falta de tecnologias alternativas de baixo custo para sua reciclagem, originando num alto custo para a indústria siderúrgica [18]. na literatura encontram-se trabalhos que estudam a recuperação, tratamento ou transformação do pó de aciaria elétrica para ser aplicado na produção de materiais cerâmicos [19], construção civil [18] e em reações fenton heterogêneo para degradação de contaminantes orgânicos [20]. devido ao alto teor de ferro presente neste resíduo (c.a. 45%) [15,16], ele se torna um material interessante para ser utilizado em reações para o tratamento de efluentes contaminados com compostos orgânicos. sendo assim neste trabalho o resíduo siderúrgico, pó de aciaria elétrica, foi tratado termicamente a 500 0 c na presença de h2 e posteriormente caracterizado por difração de raios-x, espectroscopia mössbauer de transmissão e conversão de elétrons (cems). o pae in natura e tratado termicamente (pae500) foi utilizado em reações para redução de nitrobenzeno a anilina em solução aquosa. materiais e métodos reagentes nitrobenzeno e anilina foram de grau de pureza p.a., sendo utilizados em solução aquosa de concentração 3,85x10 -4 mol l -1 e 4,77x10 -8 mol l -1 , respectivamente. o resíduo, pó de aciaria elétrica, foi gentilmente doado por uma siderúrgica situada no estado de minas gerais. tratamento térmico do pó de aciaria elétrica (pae) o tratamento térmico do pae foi realizado utilizando cerca de 2 g da amostra, a qual foi inserida em um tubo de quartzo e aquecido a 500ºc (material nomeado como pae500) utilizando uma mufla e gás hidrogênio sob fluxo de c.a 100 ml/min durante 60 minutos. análise química a caracterização química do pó de aciaria elétrica (pae) foi realizada por espectrometria de absorção atômica por chama (eaa-chama, shimadzu® aa-7000), onde objetivando conhecer a composição química elementar deste material, em especial os teores de fe, zn, ca, mn, pb, ni e cd. a abertura da amostra foi realizada conforme metodologia proposta por brehm e colaboradores [21]. as curvas analíticas utilizadas para a determinação dos metais nas amostras foram obtidas a partir de soluções preparadas com padrões de 1x10 3 mg l -1 (specsol®) de fe, zn, ca, mn, pb, ni e cd. caracterização o pae antes e após tratamento térmico (pae500) foi caracterizado pelas seguinte técnicas: difração de raios-x utilizando um difratograma rigaku, modelo ultima iv, com cuk α= 1,54051 å entre o intervalo (2θ): 15 – 80°, espectroscopia mossbauer de transmissão e espectroscopia mossbauer por conversão de elétrons utilizando o espectrômetro cmte modelo ma250 com fonte de 57 co/rh a temperatura ambiente utilizando-se -fe como referência. eclética química, 38, 109-116, 2013. 111 redução de nitrobenzeno em solução aquosa para o estudo de redução do nitrobenzeno foi utilizado 3,5 ml de uma solução 3,85x10-4 mol l-1,[9] onde foi mantida em contato com 30 mg do pae500 durante 60 minutos a temperatura ambiente e ph~5. o acompanhamento da cinética de redução do nitrobenzeno foi realizado utilizando um espectrofotômetro uv-visível (thermo scientific-evolution 60 uv-visible) por varredura. resultados e discussão caracterizações dos materiais análise química a composição química do pae pode variar significativamente dependendo do tipo de matéria-prima utilizada no processo de produção do aço e do tipo de aço formado (aço carbono ou aço inoxidável) [15,22]. como pode ser observado na tabela 1, o pae utilizado neste estudo apresenta alto teor de ferro (21%), o que torna este resíduo, um material com grande potencial para ser utilizado como agente redutor em reações com aplicações ambientais. ressalta-se que os teores de zinco, cálcio, manganês, chumbo, níquel e cádmio estão condizentes com valores obtidos por outros autores [15,16,22]. difração de raios-x e espectroscopia mössbauer os difratogramas do pae e do pae500 são apresentados na figura 1. figura 1: difratogramas obtidos para o pae e pae500 (1= fe3o4; -fe2o3; fe3-xmxo4 onde m = zn 2+ , cr 3+ , mn 2+ , 2= zno, 3= kcl, 4 = fe, 5= feo). as linhas de difração observadas indicam a presença de magnetita (fe3o4), que pode estar substituída isomorficamente por diferentes íons formando ferritas como: fe3-xmxo4, onde m = zn 2+ , cr 2+ , mn 2+ , ni 2+ e ca 2+ , conforme relatado na literatura [14,15,18]. comparando o parâmetro de rede calculado para a fase espinélio presente no pae (0,8429 nm) com o de uma magnetita pura (0,8396 nm) [23] e substituída com zinco ou manganês (znfe2o4, 0,8441 nm e mnfe2o4 0,8431) [23,24,25], nota-se que estas fases estão presentes no pae, uma vez que o mesmo possui quantidade significativa de zinco e manganês em sua composição (ca. 12 e 3,2%, respectivamente). conforme análise química, o íon ca 2+ também está presente no pae em quantidades significativas. desta forma é provável que ferritas substituídas com este íon esteja presente no pae. as linhas de difração centradas em 28,4 e 31,8 graus confirmam a presença de kcl e zno, respectivamente. no difratograma do pae500 pode-se notar o aparecimento de outros dois sinais em 42,0 e 44,2 graus confirmando a formação de feo e ferro metálico durante o tratamento térmico (equações 1 e 2). eclética química, 38, 109-116, 2013. 112 fe3o4 + h2  3feo + h2o equação 1 feo + h2  3fe + h2o equação 2 resultados semelhantes foram obtidos por espectroscopia mössbauer (figura 2). os parâmetros hiperfinos obtidos para os espectros mössbauer são apresentados na tabela 2. o espectro mössbauer de transmissão do pae confirma a presença das fases f3o4, fe3-xmxo4 (onde m = zn 2+ , ca 2+ e mn 2+ ) e -fe2o3 [15,27]. a hematita (-fe2o3) identificada no pae pela espectroscopia mössbauer não foi observada no difratograma, indicando que esta fase possui baixa cristalinidade. depois que o pae foi reduzido a 500 0 c, o espectro mössbauer apresentou dois novos sinais referentes à formação do feo e fe 0 com 21 e 56% de área relativa, respectivamente. estes resultados corroboram com aqueles obtidos por drx e confirmam a redução das fases oxidadas de ferro. a presença do sexteto e dupleto superparamagnético com áreas relativas iguais a 10 e 13% podem estar relacionados com a mistura entre as fases espinélio substituídas isomorficamente que podem estar dispersa no pae500. figura 2: espectros mössbauer obtidos a temperatura ambiente para pae (transmissão) e para pae500 ( transmissão e cems). o resultado obtido por espectroscopia mössbauer por conversão de elétrons (cems) (figura 2) mostra que o pae500 possui maior teor -fe0 39% e fe0 30% área relativa) presente em sua superfície do que no “bulk” (tabela 2). isso pode ser explicado uma vez que a redução do pae pelo gás hidrogênio ocorre da superfície para o interior da amostra. nota-se também a presença de fases reduzidas de fe2+ superparamagnéticas com 17 e 13% de área relativa, indicando a presença de partículas altamente dispersas na superfície do material. estes resultados mostram que o tratamento térmico utilizando gás hidrogênio foi eficiente para promover a redução de espécies fe3+ a fe2+ e fe0, possibilitando a obtenção de um material com alto teor de ferro metálico superficial, o que o torna muito interessante para ser utilizado em reações para degradação redutiva de compostos orgânicos, como os nitroaromáticos. redução do nitrobenzeno a anilina a conversão de compostos que possuem caráter eletrodeficiente, como os nitroaromáticos, em espécies reduzidas, facilita sua degradação, seja ela por processos biológicos ou químicos. desta forma a aplicação do pae tratado termicamente com h2 é bastante interessante uma eclética química, 38, 109-116, 2013. 113 vez que o ferro metálico presente em sua composição pode promover a redução destes compostos, o que podo aumentar a biodegradabilidade e reduzir a toxicidade dos mesmos. a figura 3a apresenta o espectro uvvisível do nitrobenzeno sendo convertido à anilina a partir da reação com o pae500. figura 3: espectro uv visível da reação de conversão do nitrobenzeno a anilina através da reação com o pae500 (a) e variação da concentração de nitrobenzeno e anilina em função do tempo de reação (b). pode-se notar que o nitrobenzeno e a anilina pura (pa) possuem absorvância máxima em 275 e 229 nm, respectivamente. após 10 minutos de reação observa-se que a aborvância máxima do nitrobenzeno reduz ca. de 42% e uma nova banda aparece em 229 nm, mostrando que o nitrobenzeno está sendo reduzido formando anilina (equação 3) [9,27]. arno2 + 3fe 0 + h + → arnh2 + 3fe 2+ + 2h2o equação 3 à medida que a reação acontece, nota-se que a concentração de nitrobenzeno diminui enquanto que a de anilina aumenta. este resultado é apresentado na figura 3b, onde são apresentadas as variações das concentrações de nitrobenzeno e anilina com o tempo de reação. nota-se que após 60 minutos de reação a concentração de nitrobenzeno foi reduzida a 0,71 x 10 -4 moll -1 que corresponde 86% menor do que a concentração inicial (5,10 x 10 -4 moll -1 ). por outro lado, a concentração de anilina na solução chegou a 1,81 x 10 -5 moll -1 após 60 minutos. resultados semelhantes foram obtidos por peraltazamora [9], os quais utilizaram ferro metálico em reações redutivas do nitrobenzeno e nitrotolueno. zhai e colaboradores (2012) [11] utilizaram escória de aciaria combinada com fe 2+ para reduzir o nitrobenzeno, e demonstrou que a reação também pode ocorrer a partir de espécies fe 2+ adsorvidos à escória, rica em hematita (fe2o3). desta forma pode dizer que o pae500 apresentou excelente atividade para redução do nitrobenzeno a anilina devido à presença das espécies fe 2+ e ferro metálico em sua superfície. ressalta-se também que as espécies fe 2+ e/ou fe 3+ formadas durante a reação pode ser utilizada em reações fenton heterogêneo para degradação de contaminantes orgânicos (equações 4 e 5), conforme demonstrado por peralta-zamora (2009) [9]. fe 2+ + h2o2  fe 3+ + oh + oh  equação 4 oh  + cont. orgânico  co2 + h2o + outros equação 5 reações realizadas utilizando o pae não apresentaram redução significativa do nitrobenzeno à anilina após 4 horas. isso está relacionado com a presença de fases oxidadas de ferro (fe 3+ ) neste material que são inativas para estas reações. eclética química, 38, 109-116, 2013. 114 tabela 1: caracterização química do pae. elemento % (massa) % (massa) literatura* fe 21 10 – 45 zn 12 2 – 46 ca 4,6 1 – 16 mn 3,2 1 – 5,5 pb 3,1 1,09 – 3,81 ni 0, 01 0,010 – 3,34 cd 0, 03 0,01 – 1,5 * nyrenda 1991 [22], machado 2006 [15] e lenz 2007 [16]. tabela 2: parâmetros hiperfinos mössbauer para pae e pae500. amostra fase  / mm s -1   / mm s -1 bhf/t ar/% pae -fe2o3 0.32 -0.13 51.2 31 [f3o4] 0,28 -0,04 49,1 6 {fe3o4} 0,66 -0,03 45,7 2 [fe3-xcaxo4] 0.38 -0.05 47.2 7 {fe3-xcaxo4} 0,48 -0,04 40,1 3 fe3-xznxo4 0.36 0.50 49 fe3-xmnxo4 0,98 0,20 2 pae500 fe 0 0 0 33,00 56,0 feo 1,01 0,98 ----21,0 fe 3+ 0,36 0,66 ----13 fe 3+ 0,37 -0,20 36,6 10 pae500 (cems) -fe 0.0 0.00 33.0 39 fe 2+ 1.15 0.96 17 fe 2+ 0.33 0.66 13 fe 0.0 00.02 32.5 31 eclética química, 38, 109-116, 2013. 115 conclusões os resultados obtidos mostram que o tratamento térmico do pó de aciaria elétrica (pae) com hidrogênio a 500 0 c (pae500) promoveu a formação de fases reduzidas de ferro (fe 0 e fe 2+ ). a presença destas espécies reduzidas na superfície do pae500 apresentou alta atividade em reação para a redução do nitrobenzeno a anilina. este tipo de reação é importante porque a redução de compostos nitroaromáticos normalmente formam substâncias menos tóxicas e mais biodegradáveis, o que facilita o tratamento biológico destes compostos. agradecimentos os autores agradecem à fapemig, capes e cnpq pelo apoio financeiro. referências [1] gillham, r. w.; o’hannesin, s. f. ground water. 32 (1994) 958. 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[27] scherer, m. m; johnson, k.m; westall, j. c; tratnyek, p.g.environ.sci. technol. 35 (2001) 2804–2811. introduction paracetamol (4-acetoaminophen) has mild analgesic and antipyretic properties and is, along with acetylsalicylic acid, one of the most popular analgesic agents. the administration of this drug with caffeine yields analgesic effects significantly greater than that of paracetamol alone [1, 2]. several methods have been employed for the spectrophotometric determination of this drug in combined dosage forms [3-7]. chromatographic methods have been proposed for the simultaneous determination of paracetamol and other active principles [8-10], fluorescence spectroscopy methods were also described [11, 12], however those methods are time-consuming and use expensive equipments. electroanalytical methods were proposed to paracetamol determination in pharmaceutical formulations using carbon paste electrode [13-15]. flow injection systems are useful tools for the automation, miniaturization and simplification of analytical processes. these procedures permit obtain results faster and accurate than batch procedures [16]. flow injection spectrophotometric systems with spectrophotometric detection were described using nitrite as reactant [17-19]. other spectrophotometric flow injection methods based on reaction of paracetamol to produce a indophenol dye [20-24] and systems with solid phase uv spectrophotometric detection [25-28] have been described for paracetamol determination in pharmaceutical formulations. flow procedures with chemiluminescence detection were described using luminol based reaction [29, 30] 47ecl. quím., são paulo, 33(2): 47-54, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 spectrophotometric flow injection procedure to indirect determination of paracetamol in pharmaceutical formulations using o-tolidine as reagent o. fatibello-filho*, h. j. vieira departamento de química, centro de ciências exatas e de tecnologia universidade federal de são carlos, são carlos, brasil. *bello@dq.ufscar.br abstract: a spectrophotometric flow injection method for the determination of paracetamol in pharmaceutical formulations is proposed. the procedure was based on the oxidation of paracetamol by sodium hypochloride and the determination of the excess of this oxidant using o-tolidine dichloride as chromogenic reagent at 430 nm. the analytical curve was linear in the paracetamol concentration range from 8.50 x 10-6 to 2.51 x 10-4 mol l-1 with a detection limit of 5.0 x 10-6 mol l-1. the relative standard deviation was smaller than 1.2% for 1.20 x 10-4 mol l-1 paracetamol solution (n = 10). the results obtained for paracetamol in pharmaceutical formulations using the proposed flow injection method and those obtained using a usp pharmacopoeia method are in agreement at the 95% confidence level. keywords: paracetamol; pharmaceutical analysis; flow injection analysis; spectrophotometry. eq07-af 26/6/08 11:53 page 47 and another method employed the oxidation of tris(2,2’-bipyridyl)ruthenium(ii) by potassium permanganate [31]. a fourier transformed infrared (ftir) method based on the detection of products formed in the alkaline hydrolysis of paracetamol was also proposed in the literature [32]. a flow-injection method with spectrofluorimetric detection to determine paracetamol based on its oxidation with hexacyanoferrate(iii) was reported [33]. different techniques for quantification of paracetamol in pharmaceuticals were evaluated in a recent review [34]. the major substances found as products of chlorination of paracetamol were 1,4-benzoquinone and n-acetyl-p-benzoquinoneimine (napqi). other products that were identified included the chloro-4-acetamidophenol and dichloro-4-acetamidopheno [35]. in this article a fast, simple and accurate flow injection procedure with spectrophotometric detection to determine paracetamol in pharmaceutical products exploiting the reaction between paracetamol and hypochlorite is proposed. in this method the excess of oxidant was determined spectrophotometrically using o-tolidine (3,3’-dimethylbenzidine) as reagent at a wavelength of 430 nm. experimental reagents and solutions all experiments were performed with chemicals of analytical grade: paracetamol (sigma), o-tolidine hydrochloride (merck), sodium hypochlorite (vetec, são paulo, brazil) and sodium borate (synth), were used as received. all solutions were prepared with desionized water from a millipore (bedford, ma) milli-q system (model uv plus ultra-low organics water). a 8.53x10-3 mol l-1 paracetamol stock solution was prepared dissolving 129 mg of this drug with desionized water in a 100.0 ml calibrated flask and reference solutions were prepared by appropriate stock solution dilution with desionized water. a 4.31x10-3 mol l-1 o-tolidine dichloride (3,3’-dimethyl-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine) stock solution was prepared dissolving 123.0 mg of the reagent with desionized water in a 100.0 ml calibrated flask. an additional dilution was performed in 250.0 ml calibrated flask with 0.19 mol l-1 hcl solution to obtain a 9.8x10-5 mol l1 o-tolidine work solution. a sodium hypochlorite stock solution was prepared diluting 2.0 ml of the concentrated solution in a 250.0 ml calibrated flask with a 1.00x102 mol l-1 borate buffer solution (ph 9.0). an additional dilution was performed transferring 2.0 ml of this solution to a 250.0 ml calibrated flask and the volume was made up with a 1.00x10-2 mol l-1 borate buffer solution. this stock solution was standardized using a titrimetric method. a 0.19 mol l-1 hcl solution was prepared by dilution of 8.0 ml hcl (merck) in 500.0 ml and this solution was standardized with a 0.100 mol l-1 naoh standard solution. brazilian pharmaceutical products such as, cibalena® (novartis indústria farmacêutica, s.b. dos campos, sp); tylenol 500®, tylenol 750® and tylenol dc® (janssen-cilag farmacêutica, são josé dos campos, sp); tyramol 750® (laboratórios farmacêuticos caresse, são paulo); paracetamol 500® (ems sigma pharma, hortolândia, são paulo); resfry® (laboratório neo química com. ind. ltda, anápolis, go); paracetamol® (eurofarma laboratórios ltda, são paulo) were purchased from a local drugstore and analyzed using the proposed flow method and a comparative usp pharmacopoeial procedure [36]. apparatus flow injection spectrophotometric measurements were carried out using a femto 485 spectrophotometer (são paulo, brazil) equipped with a hellma® flow cell (path length 10 mm, inner volume 18 µl, ny, usa) connected to a cole-parmer (chicago, il, usa) model 1202-0000 two-channel strip-chart recorder. an ismatec® ipc-12 peristaltic pump (zurich, switzerland) supplied with tygon® tubing and an injector-commutator were used throughout [37]. the flow manifold was constructed with polyethylene tubing (0.8 mm i.d.). preparation of pharmaceutical samples the contents of tablets or sachets were weighed and powered in a mortar. mass varying from 120.0 to 156.0 mg of paracetamol were accurately weighed and dissolved with 30 ml of 48 ecl. quím., são paulo, 33(2): 47-54, 2008 eq07-af 26/6/08 11:53 page 48 desionized water in 50.0 ml calibrated flask. these solutions were gently shaken by 10 min and the volume was completed with desionized water. another dilution from theses solutions were performed using aliquots varying from 195-200 µl to obtain final concentrations of ca. 1.10 x 10-4 mol l1 in 25.0 ml calibrated flask with desionized water. for the liquid formulation, an accurate aliquot of 200 µl was transferred to a 50.0 ml calibrated flask and the volume was completed with desionized water. the final concentration obtained was ca 1.1 x 10-4 mol l-1. flow injection procedure in the flow injection manifold, shown in the figure 1, when the all solutions were propelled by peristaltic pump, a baseline was generated by reaction between the sodium hypochlorite and the otolidine streams and continuously monitored by spectrophotometer at 430 nm (equation 1, scheme 1). the sample or standard solutions containing paracetamol (80 cm; 400 µl) were injected with the aid of injector-commutator into desionized carrier stream (c; 2.2 ml min-1) and merges downstream with 9.4x10-5 mol l-1 hypochlorite solution in 1.00x10-2 mol l-1 borate buffer solution (ph 9.0) (r1; 0.9 ml min-1) in the confluence point x promoting the consumption of clo(equation 2, scheme 1). after the reaction coil rc1 (75 cm), the dispersed sample zone merges with a colorless 9.8x10-5 mol l-1 o-tolidine solution in 0.20 mol l1 hcl solution at confluence point y (r2; 1.6 ml min-1) where the yellow reaction product was monitored spectrophotometrically. in this way, the decrease of absorbance (∆a) caused by hypochlo49ecl. quím., são paulo, 33(2): 47-54, 2008 figure 1. flow injection spectrophotometric method for paracetamol determination in pharmaceutical products. pp: peristaltic pump; l: sample loop (400 µl); c: carrier (h2o; 2.2 ml min-1); r1: 9.4x10-5 mol l-1 hypochlorite solution (0.9 ml min1); r2: 9.8x10-5 mol l-1 o-tolidine solution (1.6 ml min-1); i: injector-commutator (80 cm; 400 µl); rc1 and rc2: reaction coil (75 cm, both); d: spectrophotometer (λ = 430 nm); x and y: confluence point and w: waste. the distance between the injector i and x confluence point was 5 cm. rite consumption was proportional to concentration of paracetamol in the solution injected. comparative procedure to validation of proposed flow injection method the results obtained were compared with those results obtained using a comparative usp pharmacopoeia procedure [36]. this procedure is based in the intrinsic absorption of paracetamol in uv region (λ = 244 nm). for the determination of paracetamol, the samples and reference solutions were diluted in sodium hydroxide solution and the concentration of paracetamol was performed by interpolation in an analytical curve. scheme 1. eq07-af 26/6/08 11:54 page 49 results and discussions paracetamol exhibited significant reactivity with hypochlorite when exposed in large molar excess, leading to the production of multiple products such as 1,4-benzoquinone, n-acetyl-p-benzoquinoneimine and another products with molar mass higher than 300 g mol-1 [12, 35]. the proposed flow injection system is based on the ability of oxidation of paracetamol by hypochlorite in excess at ph 9.0 and the hypochlorite excess was monitored with o-tolidine producing a yellow diiminequinone at ph 9.0 [12, 38]. the chemical and flow injection parameters were optimized by univariated method in order to achieve a good compromise between the peak height, reproducibility, accuracy, precision, baseline stability and analytical frequency. chemical parameters preliminary studies to optimize chemical parameters were carried out using a manifold shown in figure 1. in this flow system the hypochlorite and o-tolidine flow rates was 1.2 ml min-1 and that of carrier was 2.2 ml min-1, the sample loop of 100 µl, reaction coil length rc1 of 150 cm and reaction coil length rc2 of 60 cm were also used. initially, the effect of hypochlorite concentration over the range from 2.4x10-5 to 1.2x10-4 mol l-1 on the analytical signal (∆a) for a 9.4 x 10-5 mol l-1 paracetamol solution, using a 9.8 x 10-5 mol l-1 o-tolidine in 0.22 mol l-1 hcl solution was investigated. the analytical signal increased with increase of hypochlorite concentration up to 9.4x10-5 mol l-1 and, remaining constant for higher concentrations. thus, a 9.4 x 10-5 mol l-1 hypochlorite solution was selected in further work. the effect of hcl concentration in the otolidine solution on the peak high was studied from 4.4 x 10-2 to 0.22 mol l-1 using a 9.4 x 10-5 mol l-1 hypochlorite solution and 9.8 x 10-5 mol l1 o-tolidine solution. the analytical signal increased with increase of the hcl concentration up to 0.20 mol l-1 and remaining constant for higher concentrations. thus, the 0.20 mol l-1 hcl was selected for further work. to study the effect of ph of hypochlorite solution, a 1.00x10-2 mol l-1 borate buffer solution was employed. the study was performed over the ph range from 7.0 to 11.4. the analytical signal showed a slight increased with increase of ph up to ph 9.0. higher ph promotes a severe interfere in the reaction between cloand o-tolidine decreasing the analytical signal due the consumption of hcl of the stream before the confluence point. the effect of o-tolidine concentration on the analytical signal was investigated in the concentration range from 1.6 x 10-5 to 1.2 x 10-4 mol l-1. it was observed that the analytical signal increased with the increases of o-tolidine concentration up to 9.8 x 10-5 mol l-1 remaining constant for higher o-tolidine concentrations. furthermore, a 9.8 x 10-5 o-tolidine solution was selected for further studies. flow injection parameters the effect of the coiled reactor (rc1 and rc2) length on the analytical signal was studied from 30 to 150 cm. in this study, it was observed that increasing the length of coiled reactor rc1 up to 75 cm promote a slight increase of analytical signal. for higher coiled reactor length the analytical signal decreased. therefore, a 75 cm reactor length (rc1) was selected. the effect of reactor coil rc2 length was studied over the same range, the signal showed best peak height using a 75 cm length. a reactor coil rc2 of 75 cm length was selected to further experiments. the effect of sample volume from 100 to 600 µl on peak height (∆a) was studied for a 5.8 x 10-4 mol l-1 paracetamol reference solution. the analytical signal increased with increase of sample loop volume. considering the repeatability and height of analytical signal, a 400 µl sample loop length was selected. the effect of flow rate for o-tolidine, hypochlorite and carrier (desionized water) on analytical signal was studied in the flow rates of 0.9, 1.6 and 2.2 ml min-1, respectively. it was found that the analytical signal decreased deeply with the increasing of hypochlorite flow rate (r1). therefore, a flow rate of 0.9 ml min-1 was selected for further experiments. in the o-tolidine flow rate (r2) study it was observed that the highest analytical signals were obtained for the 1.6 ml min-1 flow rate. this flow rate was selected as optimum. in the study of effect of carrier flow rate on the analytical signal showed that the flow rate of 2.2 ml 50 ecl. quím., são paulo, 33(2): 47-54, 2008 eq07-af 26/6/08 11:54 page 50 min-1 promotes the best analytical signal in terms of sensitivity and analytical frequency. thus, a flow rate of 2.2 ml min-1 was selected in this work. interferences and recovery studies the selectivity of the proposed flow injection procedure was studied comparing the analytical signal of a 1.5 x 10-4 mol l-1 paracetamol standard solution with 1.5 x 10-4 mol l-1 paracetamol reference solutions containing the commonly excipients found in commercial pharmaceutical formulations in the concentrations that cause a error of ±5%. the studied excipients were 51ecl. quím., são paulo, 33(2): 47-54, 2008 table 1. recoveries of paracetamol standard solutions. samples added / founded / recovery / 10-4 mol l-1 10-4 mol l-1 % cibalena® 0.50 0.50 100 0.95 0.96 101 1.12 1.13 101 tylenol 500® 0.50 0.50 100 0.95 0.93 97.8 1.12 1.09 97.3 tyramol 750® 0.50 0.51 102 0.95 0.97 102 1.12 1.10 98.2 tylenol 750® 0.50 0.52 104 0.95 0.97 102 1.12 1.11 99.1 paracetamol 500® 0.50 0.50 100 0.95 0.97 102 1.12 1.15 103 tylenol dc® 0.50 0.50 100 0.95 0.94 98.9 1.12 1.10 98.2 resfry® 0.50 0.50 100 0.95 0.94 98.9 1.12 1.10 98.2 paracetamol® 0.50 0.49 98.0 0.95 0.94 98.9 1.12 1.11 99.1 n=3. polivinylpirrolidine, citric acid, saccharine, tartrazine, caffeine, edta and sodium carboxymethylcellulose. only the citric acid and caffeine showed high interference above an analyte:interference ratio of 1:10. probably, these substances are oxidized by clo-. but, the amounts of theses substances in the commercial pharmaceuticals are lower than that of paracetamol. the other excipients do not shown any interference at the same concentration of paracetamol. the study of addition and recovery of paracetamol in pharmaceutical products was performed to verify the interference in potential of sample matrix. tablets and syrups were employed. this study was performed spiking three aliquots of paracetamol standard solution in the concentrations of 5.00 x 10-5; 9.50 x 10-5 and 1.10 x 10-4 mol l-1 in a sample solution containing 1.12 x 10-4 mol l-1 paracetamol. recoveries of paracetamol ranged from 97.3 to 103% as shown in table 1. these results obtained suggested an absence of matrix effect on those determinations. analytical features and application the flow injection procedure developed present an analytical curve linear in the paracetamol concentration range form 8.50 x 10-6 to 2.51 x 10-4 mol l-1 described by equation: ∆a = 0.058 + 1.571,41 x c; r = 0.9990, where ∆a is (a1 – a2), the difference between the baseline absorbance (a1) and the transient signal of solution injected containing paracetamol, and c is the paracetamol concentration in mol l-1. the relative standard deviation (rsd) was lower than 1.2% (n = 10) for 1.20 x 10-4 mol l-1 paracetamol solution and the detection limit obtained was 5.0 x 10-6 mol l-1 (three times blank signal/inclination of analytical curve). the analytical frequency of 60 determinations per hour was obtained. the paracetamol determination was performed using the developed spectrophotometric flow injection method and the results obtained were compared with those obtained using a usp pharmacopoeia procedure [36]. as shown in table 2, the results obtained using the proposed flow injection procedure are in good agreement with those results obtained using the comparative procedure at confidence level of 95%. eq07-af 26/6/08 11:54 page 51 analytical features attained by the proposed flow procedure and those reported by described flow procedures with spectrophotometric detection are presented in table 3. the linear response was comparable with flow system were paracetamol was hydrolyzed before the detection [39] and higher than system described were paracetamol is monitored at an optode [18, 27]. the procedure proposed by knochen et al. [17] uses a second degree polynomial analytical curve. the sampling rate was higher than procedures that have used alkaline hydrolysis and optode as sensor. the detection limit was better than previously reported by burakham et al. [18], 52 ecl. quím., são paulo, 33(2): 47-54, 2008 table 2. determination of paracetamol in pharmaceutical products using the flow injection and the usp procedure [36]. samples paracetamol/mg g-1 relative error usp proposed (er / %) cibalena® 300 ± 5 302 ± 3 0.7 tylenol 500® 850 ± 4 840 ± 4 -1.2 tyramol 750® 860 ± 6 820 ± 3 -4.6 tylenol 750® 850 ± 7 861 ± 4 1.3 paracetamol 500® 820 ± 4 868 ± 3 5.8 tylenol dc® 760 ± 6 771 ± 2 1.4 resfry® 410 ± 5 391 ± 1 -4,6 paracetamol®(*) 198 ± 6 203 ± 2 2.5 n=3; (*)mg l-1; er: fia vs. usp procedure. table 3. analytical features of spectrophotometric flow procedures for paracetamol determination in pharmaceuticals. a not reported. but compare unfavorably with those obtained by criado et al. [39] and by cañada et al. [27]. however, these flow procedures have showed lower sampling rate. the proposed flow system compare favorably with a chemiluminescence flow procedures described by alapont et al. [29] and by pulgarin and bermejo [33], showing better precision and largest linear range. conclusions the proposed flow procedure was suitable for the determination of paracetamol in pharmaceutical formulations, presenting accuracy and precision necessary to quality control laboratories. the paracetamol determination not requires extensive preliminary sample treatment. the procedure does not require expensive reagents and can be implemented easily in pharmaceutical laboratories. this procedure is simpler than spectrofluorimetric procedure described by vilchez et al. [12] due the use of a suitable spectrophotometer. acknowledgements the scholarship granted to h.j.v. from capes is gratefully acknowledged. received 08 february 2008 accepted 28 may 2008 eq07-af 26/6/08 11:54 page 52 references [1] l.s. goodman, a. gilman, bases farmacológicas de la terapêutica, 4 edition, new york, interamericana, 1974. [2] f.d. fuchs, l. wannmacher, farmacologia clínica fundamentos da terapêutica racional, 2 ed., rio de janeiro, guanabara koogan, 1999. [3] e. dinc, c. yucesoy, f. onur, j. pharm. biomed. anal. 28 (2002) 1091. [4] s.d. cekic, h. filik, r. apak, j. anal. chem. 60 (2005) 1019. [5] a. afkhami, n. sarlak, acta chim. slov. 52 (2005) 98. [6] p. nagaraja, k.c.s. murthy, k.s. rangappa, j. pharm. biomed. anal. 17 (1998) 501. [7] j.s.e. romero, l.a. rodriguez, m.c.g. alvarezcoque, g. ramisramos, analyst 119 (1994) 1381. [8] r.n. rao, a. narasaraju, anal. sci. 22 (2006) 287. [9] l. monser, f. darghouth, j. pharm. biomed. anal. 27 (2002) 851. 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[39] a. criado, s. cardenas, m. gallego, m. valcarcel, talanta 53 (2000) 417. 53ecl. quím., são paulo, 33(2): 47-54, 2008 o. f. filho, h. j. vieira. método de análise por injeção em fluxo para determinação indireta de paracetamol em formulações farmacêuticas empregando o-tolidina como reagente. resumo: um procedimento de injeção em fluxo com detecção espectrofotométrica para a determinação de paracetamol foi descrito. o procedimento foi baseado na reação de oxidação do paracetamol pelo hipoclorito de sódio e a determinação de seu excesso empregando o dicloreto de o-tolidina como reagente cromogênico. a curva analítica apresentou um comportamento linear entre as concentrações de paracetamol de 8,5 x 10-6 a 2,51 x 10-4 mol l-1 com um limite de detecção de 5,0 x 10-6 mol l-1. o desvio padrão relativo foi menor que 1,2% para uma solução de paracetamol de 1,20 x 10-4 mol l-1 (n=10). os resultados obtidos nas análises de produtos farmacêuticos comerciais obtidos empregando o procedimento desenvolvido foram comparados com aqueles obtidos empregando o procedimento descrito na farmacopéia americana (usp xxii) estando em concordância ao nível de confiança de 95%. palavras-chave: paracetamol; produtos farmacêuticos; análise por injeção em fluxo; espectrofotometria. eq07-af 26/6/08 11:54 page 53 eq10-af introdução muitos produtos farmacêuticos usam compostos de iodeto em suas formulações comerciais. iodeto na forma de tri-iodeto é usado como anti-séptico e desinfetante e iodeto de potássio como xarope expectorante. em alguns países tabletes de iodeto de potássio são vendidas em drogarias para proteção da tireóide no caso de acidente nuclear [1-2]. a necessidade imposta pela legislação atual na área da indústria farmacêutica tem levado muitas indústrias a efetuar sistematicamente um rigoroso controle químico em seus produtos durante as fases de fabricação, validação, acondicionamento e embalagem. portanto é essencial que se tenha um método exato e preciso para se determinar o conteúdo de iodeto nas formulações comerciais. existem vários métodos disponíveis usados para determinar iodeto em diferentes níveis de concentração. para determinações de iodeto, os métodos mais empregados são: de cromatografia [3, 4, 5], espectrometria [6, 7, 8] e potenciometria [9, 10]. entretanto, muitos desses métodos são propostos para determinações de traços de íons iodeto [3-8]. no brasil, um dos principais xaropes expectorantes apresenta em sua formulação uma quantidade alta de iodeto, aproximadamente 63ecl. quím., são paulo, 31(2): 63-68, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 determinação amperométrica de iodeto em soluções expectorantes orais com análise por injeção em fluxo usando a reação iodeto/nitrito m. a. s. aguiar, p. n. berbigão, v. mori* centro universitário das faculdades metropolitanas unidas – unifmu (núcleo das ciências biológicas e da saúde-sp) *atualmente a autora está alocada no centro de tecnologia mineral-cetem (rj). vanmori@terra.com.br resumo: neste trabalho foi desenvolvido um sistema de injeção em fluxo visando à determinação amperométrica de íons iodeto em soluções expectorantes. o método é baseado na reação do iodeto com íons nitrito em meio ácido. o iodo formado é monitorado por amperometria no potencial de +200 mv vs. ag/agcl (3 mol l-1), usando um eletrodo de trabalho de disco de platina (rde) com raio = 0,75 mm adaptado a uma célula eletroquímica “wall-jet”. o sistema em fluxo foi usado com o carregador impulsionado pela pressão gravitacional dos reagentes (carregador: solução 2 x 10-4 mol l-1 em nano2 e 0,2 mol l-1 em h2so4), na vazão de 4 ml min-1. o método é rápido (acima de 100 injeções h-1) e preciso (rsd = 1,9%; n=10 e ci 8 x 10-6 mol l-1), apresentando um limite de detecção de 20 ng iou 8 x 10-7 mol l-1 (3sd). a validação do método proposto foi realizada seguindo as normas usp, ou seja, titulação potenciométrica com agno3 0,100 mol l-1 e os resultados obtidos mostraramse concordantes com os valores de referência do fabricante. palavras-chave: amperometria; iodeto; nitrito; fia. 15.300 mg l-1. cada 5 ml do medicamento contém 100 mg de iodeto de potássio, 15 mg de lobélia inflata, 15 mg de extrato fluido de hyoscyamus niger e veículo qsp. o medicamento é colorido o que dificulta as medições de iodeto por métodos de colorimetria. no presente trabalho, foi desenvolvido um método eletroquímico sensível, rápido, de baixo custo operacional e fácil automação objetivando a quantificação de íons iodeto em xaropes expectorantes comerciais. o método de quantificação de iodeto de potássio em soluções orais adotado pela farmacopéia norte americana (usp) [11], faz uso da titulação potenciométrica de uma solução hidro-alcoólica do xarope comercial acidificada com ácido nítrico 1 mol l-1. o titulante é uma solução de agno3 0,100 mol l-1 ou de concentração mais diluída. para verificar a viabilidade do método proposto foram testadas soluções padrão de iodeto de potássio e amostra de xarope antitussígeno comercial, diluída em água destilada e deionizada. materiais e métodos medidas amperométricas todos os experimentos amperométricos foram realizados a temperatura ambiente (25 ± 3º c) usando-se um potenciostato µautolab type ii da metrohm. como eletrodo de trabalho foi utilizado um eletrodo de disco de platina (r = 0,75 mm), um fio de platina como eletrodo auxiliar e um eletrodo de referência de ag/agcl (kcl 3 mol l-1). a remoção de oxigênio dissolvido nas soluções (quando necessária) foi feita com purga de gás n2 puro. sistema de injeção em fluxo com célula eletroquímica do tipo “wall-jet” no esquema da figura 1, pode-se verificar que o sistema em fluxo de linha única apresenta dois frascos de reagentes r1 e r2 (respectivamente, nano2 2 x 10-4 mol l-1 e h2so4 0,2 mol l-1), que ficam posicionados numa altura regulável, de modo que a pressão dos líquidos reagentes impulsione o fluido carregador numa 64 ecl. quím., são paulo, 31(2): 63-68, 2006 figura 1. esquema do sistema fia, usado na determinação de iodeto. r1, solução de nano2 20 x 10 -3 mol l-1; r2, solução de h2so4 0,2 mol l-1; cr1r2 , fluido carregador constituído dos reagentes r1 e r2; rc1, bobina misturadora e rc2, bobina de reação; s, amostra proveniente de uma seringa hipodérmica; l, alça de amostragem de 200 µl; ci, comutador-injetor; w, descarte; detector eletroquímico, célula do tipo “wall-jet” com eletrodo de trabalho de pt, eletrodo auxiliar de fio de pt e eletrodo de referência de ag/agcl (3 mol l-1). vazão média de 4 ml min-1. na passagem dos reagentes r1 e r2 pela bobina misturadora, rc1 ( tubo de teflon enrolado com 15 cm de comprimento), ocorre a mistura parcial dos reagentes. quando a amostra é introduzida no percurso do fluido carregador a reação entre iodeto/nitrito se efetiva no reator rc2 (tubo de teflon enrolado com 40 cm de comprimento). com o comutadorinjetor (ci), mantido na posição de passagem do fluido carregador em direção à célula eletroquímica obtemos apenas o sinal de corrente da linha-base dos fiagramas, ou seja, o “branco”. a injeção de alíquotas das amostras (s) e soluções padrão foram feitas pelo preenchimento da alça de amostragem (l) com capacidade de 200 µl. para isso, foi utilizada uma seringa hipodérmica comercial descartável. o deslocamento do bloco de acrílico do comutador-injetor na posição de injeção foi realizado manualmente, entretanto, a injeção pode ser feita de forma automatizada usando-se um módulo de injeção automática com válvulas solenóides que pode ser controlado por computador [12]. (figura 1) as determinações de íons iodeto com o sistema de injeção em fluxo foram feitas usandose como detector uma célula eletroquímica do tipo “wall-jet”. esta célula foi manufaturada em nosso laboratório de modo que o fluxo carregador fosse capaz de entrar em contato com a superfície do eletrodo de platina numa distância aproximada de 2 mm entre a saída da solução e o eletrodo de (figura 2). (a seguir, fig. 2) 65ecl. quím., são paulo, 31(2): 63-68, 2006 figura 2. esquema da célula eletroquímica do tipo “wall-jet”. reagentes e soluções todos os reagentes usados foram de grau analítico. a água utilizada para preparar as soluções foi obtida de uma unidade de purificação de água pelo sistema nanopure. as soluções de iodeto de potássio foram preparadas sempre no dia das medições pela pesagem exata do sal seco e água deionizada fervida. nesse caso, as padronizações das soluções foram feitas por titulação potenciométrica usando agno3 0,100 mol l-1 como titulante [13]. a solução de nano2 2 x 10-4 mol l-1 foi preparada e conservada em frascos de vidro de cor âmbar, enquanto que a preparação da solução de h2so4 0,2 mol l-1 foi feita a partir da diluição adequada do ácido sulfúrico concentrado com água deionizada. a solução titulante de agno3 0,1 mol l-1 foi rigorosamente preparada e padronizada com nacl 0,1000 mol l-1 , conforme procedimento usualmente recomendado [13]. amostra de xarope antitussígeno três amostras distintas de xaropes expectorantes comerciais foram empregadas para validação do método. durante as medições alíquotas das amostras foram retiradas cuidadosamente com auxílio de pipetas automáticas da marca eppendorf® e transferidas quantitativamente para balões volumétricos completados até a marca com água deionizada. soluções de concentração mais diluídas foram obtidas a partir de diluições sucessivas (1:200 e 1:100). amostras e soluções padrão foram imediatamente levadas para análise. validação do método para verificar a validade do método amperométrico proposto foram feitas determinações de íons iodeto nas amostras em estudo, usando-se o método oficial adotado pela usp [11]. nesse método, a concentração de iodeto em soluções orais é determinada através da titulação potenciométrica com agno3 0,010 mol l-1. para isso, foi usado um potenciômetro de bancada da marca quimis® e uma microbureta schottduran® com capacidade de 10 ml ± 0,01. o eletrodo de trabalho utilizado foi de platina combinado com o eletrodo de referência de ag/agcl (sat.), que foi isolado por uma ponte salina contendo kno3 3 mol l-1 misturado com agar-agar à 4 % (m/v). resultados e discussão o ciclo catalítico iodeto/nitrito em meio ácido a reação catalítica homogênea no sistema eletroquímico de iodeto/nitrito pode ser representada de forma simplificada, conforme o esquema da figura 3: (a seguir, figura 3) 66 ecl. quím., são paulo, 31(2): 63-68, 2006 figura 3. esquema simplificado do ciclo catalítico iodeto/nitrito em meio ácido. o sistema reacional entre iodeto/nitrito já foi extensivamente utilizado na determinação indireta de nitrito pela medida da quantidade de íon triiodeto gerado estequiometricamente na reação química [14-18]. no sistema em fluxo empregado nesse trabalho, o iodeto proveniente da amostra é introduzido no fluido carregador e a reação com nitrito ocorre in line. a reação se completa quando os reagentes passam pelo reator rc2 (tubo de teflon de 20 cm de comprimento disposto como uma bobina), colocado entre a entrada de amostra no fluido carregador e a célula eletroquímica vedada. na etapa química o iodo produzido é eletroquimicamente reduzido na superfície do eletrodo de disco de platina, regenerando iodeto eletroativo que volta ao ciclo catalítico. desta forma, a transferência de elétrons no processo catalítico foi utilizada para aplicações analíticas. otimização dos parâmetros experimentais em fia efeito de íons h+ a reação entre iodeto e nitrito é fortemente dependente do meio ácido. portanto, devido ao consumo de íons hidrogênio no processo catalítico, o efeito da variação da concentração do ácido sulfúrico no meio reacional foi investigado sob condições de fluxo. os dados obtidos nesse trabalho mostraram-se concordantes quando comparados com os resultados de estudos anteriores realizados por bertotti e mori [17]. de acordo com estes pesquisadores, nenhuma formação de iodo deve ocorrer na reação entre iodeto e nitrato se o meio estiver neutro. no entanto, a reação iodeto/nitrito ocorre rapidamente na concentração de h2so4 0,2 mol l-1. desta forma, nesse trabalho, optamos por introduzir no fluido carregador o ácido na concentração de 0,2 mol l-1 em h2so4 e a concentração de nitrito em 20 x 10-3 mol l-1. volume de injeção e escolha do potencial estudos feitos para verificar a melhor relação sinal/ruído nos fiagramas amperométricos indicaram que 200 µl é o volume necessário para injeções de amostras e padrões no sistema em fluxo. de acordo com os estudos realizados anteriormente [16] na faixa de potencial de +0,35 a +0,20 v versus ag/agcl (3 mol l-1), somente iodo é eletroativo. sendo assim, o potencial de trabalho selecionado para trabalhar foi + 0,20 v. em potenciais menores pode ocorrer interferência no sinal de corrente devido à redução do oxigênio dissolvido da solução [15]. determinação de iodeto nas amostras comerciais com as condições experimentais do sistema de injeção em fluxo estabelecidas, foram obtidos fiagramas das soluções padrão de iodeto em diferentes concentrações e soluções das amostras injetadas (figura 4). com isso, foi construída uma curva analítica na faixa de concentração de iodeto variando de 1,25 a 12,5 x 10-6 mol l-1. o coeficiente de correlação linear calculado para a curva foi igual a 0,9987 e o limite de detecção estimado em 8 x 10-7 mol l-1. o limite de detecção foi considerado como sendo três vezes o valor do desvio padrão (3s). (a seguir, figura 4) os resultados apresentados na tabela 1 foram obtidos em três determinações e inclui um limite de confiança de 95%. os resultados do método amperométrico mostraram-se concordantes quando comparados com os resultados obtidos pelo método potenciométrico padrão. uma verificação estatística (teste f) mostrou não haver diferença significativa nos valores de desvio-padrão comparados ao nível de 95% (fcalculado = 2,1; fcrítico=6,3). para estas amostras, não houve evidências de interferentes vindos da amostra e a recuperação do analito foi satisfatória (93 a 110%). (a seguir, tabela 1) interferentes nas amostras de xaropes expectorantes os prováveis interferentes poderiam ser: cl-, glicose, fe3+, cu2+, bro3 e scn-, todos eles oriundos da formulação do remédio ou dos reagentes utilizados. a verificação do efeito dos interferentes foi realizada baseada na alteração do sinal da linha de base dos fiagramas obtidos após quatro injeções de iodeto padrão na concentração de 100 µg l-1. no entanto, no método proposto nenhum desses interferentes quando adicionados ao carregador e ao padrão de iodeto (concentração 200 vezes maior), causou alterações significativas no sinal analítico. a provável explicação para isso deve-se a escolha do potencial de trabalho (+ 200 mv). 67ecl. quím., são paulo, 31(2): 63-68, 2006 figura 4. fiagramas de solução padrão de iodeto (a-e) e xarope (f-g) obtidos pelo sistema de injeção em fluxo com detector amperométrico (raio = 0,75 mm). e= + 200 mv. concentração de iodeto das soluções padrão: 1,25 x 10-6 mol l-1 (a); 2,5 10-6 mol l-1 (b); 4,5 10-6 mol l-1 (c); 8,0 10-6 mol l-1 (d); 12,5 10-6 mol l-1 (e); (f-g) amostra de xarope. tabela 1. comparação dos resultados analíticos e seus respectivos desvios-padrão (s) usando método amperométrico e um método potenciométrico padrão (usp) [10]. os limites de confiança estão baseados em quatro determinações ao nível de confiança de 95%. * método proposto. ** método potenciométrico padrão (united state pharmacopeia, usp) 68 ecl. quím., são paulo, 31(2): 63-68, 2006 conclusões foi desenvolvido um método analítico usando sistema de detecção amperométrica em fluxo para análise quantitativa de iodeto. o princípio do método é baseado na reação do iodeto com íons nitrito em meio ácido. o método é recomendado para soluções orais de iodeto ou pastilhas de ki. as amostras após diluições, podem ser analisadas diretamente embora para trabalhos futuros esteja previsto a implementação de dispositivos de diluição on line de amostras concentradas (por ex.: diálise), permitindo injeções diretas das amostras. o uso de microeletrodos como detector amperométrico pode ser feito pois permite melhorar o limite de detecção devido ao aumento da relação sinal ruído. o sistema em fluxo é recomendado para análise de rotina e pode ser adaptado para monitoramento do conteúdo de iodeto em processos de fabricação farmacêutica. o método é rápido (acima de 100 injeções h-1) e preciso (rsd = 1,9 %; n=10 e ci 8 x 10-6 mol l-1) apresentando um limite de detecção de 20 ng iou 8 x 10-7 mol l-1 (3sd). a validação do método proposto seguindo as normas usp, foi satisfatória e os resultados obtidos mostraram-se concordantes com os valores de referência do fabricante. recebido em: 11/03/2006 aceito em: 19/06/2006 m. a. s. aguiar, p. n. berbigão, v. mori. amperometric determination of iodide in expectorant oral solution by flow injection analysis using iodide/nitrite reaction abstract: a very simple flow injection amperometric system for determination of iodide in potassium iodide oral solution has been developed. it is based on the reaction of iodide with sodium nitrite in sulfuric acid medium. the iodine formed is amperometrically monitored at +200 mv versus ag/agcl with a platinum disk electrode (d = 0.75 mm) adapted in the wall-jet cell. the flow system was used with gravitational pressure propulsion of reagents (carrier solution 2 x 10-4 mol l-1 nano2 and 0.2 mol l-1 h2so4 ), and a flow rate of 4 ml/min. the method is rapid (up to 100 h-1) and precise (rsd = 1.9 %; for n=10 and ci 8 x 10-6 mol l-1 ) presenting a ld of 20 ng ior 8 x 10-7 mol l-1 (3 sd). the validation of proposed methods was made by potentiometric titration with 0.100 mol l-1 agno3 (usp method) and the result obtained were agreement with the described by specification of the manufacturer. keywords: amperometry; iodide; nitrite; fia . referências [1] d. nacapricha, k. uraisin, n. ratanawimarnwong, k. grudpan, anal. bioanal. chem. 378 (2004) 816. 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[18] v. mori, m. bertotti, analytical letters, 32, 1999, 25. introdução a enzima peroxidase (hrp, ec: 1.11.1.7, peróxido de hidrogênio oxidorredutase), proveniente de raiz de rábano silvestre (horseradish root), é freqüentemente empregada em química analítica por manter uma resposta estável por longos períodos de tempo a temperatura ambiente e em um amplo intervalo de ph, além de ter custo financeiro relativamente baixo e pode ser encontrada comercialmente em diversos graus de pureza [1]. a hrp é uma glicoproteína consistida de 308 resíduos de aminoácidos, dois ca2+ e como grupo prostético (sítio ativo da enzima) uma ferroprotoporfirina ix, sendo denominado grupo heme, que está ligado não covalentemente à cadeia polipeptídica. o íon férrico central da referida protoporfirina está coordenado a um resíduo de histidina. as propriedades catalíticas, estruturais e eletroquímicas das peroxidases foram revisadas por ruzgas e col. [2]. esta enzima catalisa a redução de peróxidos, por meio de um mecanismo complexo de reações [3]: (1) (2) (3) a equação 1 envolve a oxidação do grupo prostético heme da peroxidase pelo peróxido de hidrogênio (ou hidroperóxidos orgânicos) por dois elétrons, e a formação de um composto intermediário, no estado (fe5+, composto i), consistindo do ferro oxiferril (o=fe5+) e do cátion radical π porfirínico. na equação 2, o composto 57ecl. quím., são paulo, 33(1): 57-62, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 1, 2008 estudo do comportamento eletroquímico da enzima peroxidase na presença de peróxido de hidrogênio e ácido 5aminossalicílico c. v. uliana, c. s. riccardi, h. yamanaka* universidade estadual paulista, instituto de química, campus de araraquara, cp 355, 14800-900, araraquara, sp. *hidekoy@iq.unesp.br resumo: o comportamento eletroquímico da enzima peroxidase (hrp) foi estudado utilizando o peróxido de hidrogênio como substrato enzimático e o ácido 5-aminossalicílico (5-asa) como mediador de elétrons sobre eletrodo de grafite. diversos parâmetros foram otimizados, tais como, o potencial aplicado à técnica amperométrica fixado em -0,125v, a solução tampão fosfato-citrato 0,1 mol l1 ph 5,0 como eletrólito suporte e a proporção entre o 5-asa e h2o2 em 1:7, entre outros. foi observada a catálise da reação de oxidação do peróxido de hidrogênio na presença da enzima hrp e do mediador 5-asa. o produto dessa oxidação foi reduzido na superfície do eletrodo, evidenciando um significativo aumento na intensidade da corrente catódica. palavras-chave: peroxidase; peróxido de hidrogênio; ácido 5-aminossalicílico; eletrodo de grafite. eq08-af 30/4/08 7:50 page 57 intermediário (fe5+) formado sofre uma reação de redução pela transferência de um elétron do doador sh, formando composto intermediário, no estado de oxidação (fe4+, composto ii). um elétron adicional pode ser transferido, proveniente de uma segunda molécula ah (equação 3), de forma que a enzima retorne a forma nativa (fe3+). nas etapas 2 e 3, a espécie doadora de elétrons (sh) é oxidada. quando o eletrodo substitui o substrato doador de elétrons em um ciclo comum da reação do peróxido, o processo é denominado transferência eletrônica direta. enzimas imobilizadas no eletrodo podem ser oxidadas pelo peróxido (equação 1) e então reduzidas por elétrons provenientes do eletrodo (equação 4). (4) a transferência eletrônica direta entre a hrp adsorvida em eletrodos tem sido demonstrada em publicações desde 1978 [4]. vários materiais eletródicos têm sido empregados para estabilizar a transferência eletrônica direta da hrp, entre eles, carbono vítreo [5], grafite [6], ouro modificado [7] e platina [8]. no entanto, em geral, esse processo é lento. assim, um mediador de transferência de elétrons tem sido usado para melhorar a velocidade de transferência eletrônica, sendo mais eficiente na redução bioeletrocatalítica de peróxidos em eletrodos modificados com hrp. quando um doador de elétrons (s) está presente num sistema peroxidase-eletrodo, os processos diretos e mediados podem ocorrer simultaneamente com a redução do doador s• oxidado pelo eletrodo (equação 5). (5) os mediadores são pequenas moléculas passíveis de redução/oxidação com alta velocidade de transferência eletrônica que distribuem os elétrons da superfície do eletrodo para os compostos i e ii. a molécula do mediador escolhido deve reagir rapidamente com a peroxidase oxidada. uma variedade de moléculas doadoras de elétrons pode reagir rapidamente com os compostos i e ii, sendo que, para a enzima hrp pode-se utilizar como mediador de elétrons: hidroquinona [9, 10], ácido ascórbico [11], ferroceno [12,13], iodeto [14, 15, 16], entre outros. o ácido 5-aminossalicílico (5asa) também tem sido usado como mediador para a enzima hrp em imunoensaios com detecção ótica [17], potenciométrica [18] e amperométrica [19, 20, 21], sendo que nos trabalhos utilizando a técnica amperométrica, a hrp foi imobilizada na superfície dos diferentes eletrodos. o presente trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento eletroquímico da enzima hrp sobre eletrodo de grafite utilizando o peróxido de hidrogênio como substrato enzimático e o 5-asa como mediador da transferência eletrônica. materiais e métodos equipamentos e reagentes as medidas eletroquímicas foram realizadas empregando-se um potenciostatogalvanostato par eg&g modelo 263. uma célula eletroquímica de compartimento único de 5 ml foi utilizada para as medidas, juntamente com um sistema de três eletrodos: eletrodo de trabalho (eletrodos de grafite, perfazendo uma área de 0,00318 cm2), eletrodo de referência (ag/agcl) e o eletrodo auxiliar (pt, área de 1 cm2). a enzima peroxidase (987 unidades hrp/mg proteína) foi fornecida pela sigma; fosfato de sódio monobásico, ácido cítrico e fosfato de sódio dibásico pela mallinckrodt, peróxido de hidrogênio estabilizado fornecido pela merck e ácido 5-aminossalicílico (5-asa) pela acros. empregou-se o sistema milli-q ultra pure water system da marca millipore, para a obtenção de água ultrapura. a solução tampão fosfato de sódio 0,1 mol l-1 ph 7,0 foi preparada a partir dos sais na2hpo4/nah2po4. as soluções tampão fosfatocitrato 0,1 mol l-1 ph 5,0 foram adequadamente preparadas a partir dos respectivos sais segundo gomori [22]. para a preparação da solução tampão britton-robinson utilizou-se duas soluções, sendo a solução 1 composta de uma mistura de 4,0 mol l-1 dos ácidos ortofosfórico, acético e 58 ecl. quím., são paulo, 33(1): 57-62, 2008 eq08-af 30/4/08 7:50 page 58 bórico e a solução 2 de hidróxido de sódio 1,0 mol l-1 empregada para ajuste do ph23. a enzima hrp foi dissolvida em água deionizada (cf = 2,0 mg ml-1 de proteína), sendo a solução armazenada a – 4°c como solução estoque. o monitoramento da atividade da hrp foi realizado empregando-se soluções de h2o2 e 5-asa, preparadas imediatamente antes do uso, em água deionizada, à temperatura de (25 ± 1)°c. resultados e discussão comportamento eletroanalítico do 5-asa na presença de h2o2 e da hrp. um estudo por voltametria cíclica foi realizado empregando-se o intervalo de potencial de +0,250v a -0,300 v e ν= 0,050 v s-1. o monitoramento da reação catalisada ou não pela hrp foi conduzido em solução tampão fosfato-citrato ph 5,0 na presença de h2o2 1,0 x 10-3 mol l-1 e 5-asa 1,0 x 10-3 mol l-1. o voltamograma cíclico referente à reação do 5-asa apresentou dois picos catódicos (epc1 = 0,067 v / epc2 = -0,107 v) e dois picos anódicos (epa1 = 0,125 v / epa2 = -0,080 v), como pode ser observado na figura 1b. a oxidação do 5-asa é um processo com transferência de dois elétrons para formação das espécies eletroquimicamente ativas 5-asa quinoneimina (5-asa-qi). a quinoneimina pode ser hidrolizada a benzoquinona que forma o par redox quinona/hidroquinona [24]. na presença da hrp, o 5-asa oxidado pela catálise enzimática (5-asaox), é detectado na superfície do eletrodo por meio de técnicas eletroanalíticas. observou-se um aumento significativo da intensidade de corrente do pico catódico para o sistema h2o2 / 5-asa; valor de ipc2 de -1,22 µa na ausência da hrp (figura 1b) para -2,72 µa na presença da enzima (figura 1 c). quando a medida foi realizada na solução contendo h2o2 e hrp na ausência de 5-asa, o valor da intensidade de corrente foi baixo (figura 1a). efeito do valor de potencial aplicado na técnica amperométrica. transientes de +0,100v a –0,250v vs. ag/agcl foram efetuados para avaliar o efeito do potencial aplicado no comportamento do sistema enzimático. a figura 2 mostra que, na presença da enzima hrp, houve um aumento do valor de intensidade de corrente catódica em função do potencial aplicado de +0,100 a –0,125v, mantendo-se constante a partir deste potencial. na ausência da hrp, a intensidade de corrente nesse intervalo de potencial é praticamente constante e próximo de zero. portanto, foi definido o potencial de –0,125v para o monitoramento da atividade enzimática. 59ecl. quím., são paulo, 33(1): 57-62, 2008 figura 1. voltamogramas cíclicos obtidos em solução tampão fosfato-citrato 0,1 mol l-1 ph 5,0 contendo h2o2 1,0 x 10-3 mol l-1 e hrp 1,0 u ml-1 (a); h2o2 / 5-asa 1,0 x 10-3 mol l-1 na ausência (b) e na presença (c) de hrp 1,0 u ml-1 em solução; ν=0,050 v s-1. figura 2. efeito do valor de potencial aplicado no monitoramento amperométrico do sistema 5-asa / h2o2 (ambos na concentração 1,0 x 10-3 mol l-1) em solução tampão britton-robinson 0,1 mol l-1 ph 6,9, na ausência ( ) e na presença (n) de 1,0 u ml-1 da enzima hrp. eq08-af 30/4/08 7:50 page 59 influência do ph. a enzima hrp em solução apresentou atividade em uma ampla faixa de ph entre 4,0 e 8,0 (figura 3), sendo que o valor de intensidade de corrente foi máximo em ph 4,0 – 5,0. o valor de ph igual a 5,0 foi escolhido para o monitoramento amperométrico da atividade enzimática nos experimentos subseqüentes. 60 ecl. quím., são paulo, 33(1): 57-62, 2008 figura 3. efeito do valor de ph no monitoramento amperométrico da reação enzimática em solução tampão britton-robinson 0,1 mol l-1 contendo 5asa/h2o2 (ambos na concentração 1,0 x 10-3 mol l-1), na ausência ( ) e na presença ( ) da hrp 1,0 u ml-1. eapl= –0,125 v vs. ag/agcl. efeito do eletrólito de suporte avaliou-se a influência do eletrólito de suporte na resposta enzimática empregando-se as seguintes soluções tampão 0,1 mol l-1 ph 5,0: citrato de sódio, britton-robinson, acetato de sódio, fosfato-citrato e fosfato de sódio. a atividade da enzima foi monitorada a –0,125 v empregando-se o sistema 5-asa / h2o2 (ambos na concentração 1,0 x 10-3 mol l-1). a figura 4 indica que, para o sistema contendo 5-asa / h2o2 na ausência da hrp em solução tampão fosfato-citrato, o valor de intensidade de corrente é menor quando comparado às demais soluções, enquanto que, na presença da hrp há significativo aumento de corrente. portanto, a solução tampão fosfato-citrato de sódio foi escolhida para o monitoramento da atividade da enzima hrp. efeito da proporção entre os substratos 5-asa/ h2o2 inicialmente, para estudar o efeito da proporção h2o2/5-asa, avaliou-se a resposta enzimática fixando a concentração de h2o2 em 0,5 x 10-3 mol l-1 frente a um aumento da concentração de 5-asa (0,250; 0,750; 1,00; 1,50 e 2,00 x 10-3 mol l-1). a catálise enzimática foi observada para os substratos h2o2/5-asa nas proporções 1:0,5; 1:1,0 e 1:1,5. porém, o valor de intensidade de corrente catódica diminui com o aumento da concentração de 5-asa na presença da enzima hrp e, conforme descrito na literatura20, concentrações elevadas de 5-asa podem induzir a um bloqueio parcial da superfície do eletrodo pela forma oxidada do substrato enzimático. deste modo, avaliouse a resposta enzimática fixando a concentração do 5-asa em 2,50 x 10-4 mol l-1 frente a um aumento da concentração de h2o2. a resposta enzimática máxima ocorreu quando a proporção para os substratos 5-asa/h2o2 foi de 1:7. para concentrações elevadas de h2o2 houve um aumento do valor de intensidade de corrente catódica para o sistema na ausência da enzima hrp, não sendo viável o monitoramento da atividade da enzima acima da proporção de 1:7 entre 5-asa/h2o2. estudo do tempo de incubação dos eletrodos na solução contendo 5-asa/h2o2/hrp antes das medidas amperométricas. seqüencialmente, avaliou-se a variação da intensidade de corrente devido a um aumento figura 4. gráfico relativo à intensidade de corrente obtida por amperometria a –0,125 v vs. ag/agcl, para o monitoramento do sistema h2o2/5-asa na ausência (preto) e na presença (cinza) da enzima hrp 1,0 u ml-1, em diferentes eletrólitos de suporte. eq08-af 30/4/08 7:50 page 60 do tempo de incubação dos eletrodos na solução contendo 5-asa/h2o2 na ausência e na presença da hrp (figura 5). na ausência da enzima, observou-se um ligeiro aumento do valor de intensidade de corrente que se estabiliza a partir de 10 minutos até pelo menos 30 minutos de incubação. na presença de 1,0 u ml-1 de hrp , ocorreu um aumento significativo do valor de intensidade de corrente a partir de 2 minutos de incubação da reação, tornando-se constante a partir desse tempo. este tempo de incubação é relativamente curto, quando comparado ao sistema que utiliza o iodeto como mediador, por exemplo, cujo tempo de incubação é de 10 minutos antes das medidas [14,15]. adotou-se para todos os experimentos, um tempo de incubação do sistema 5-asa/h2o2 de 2 minutos antes do início das medidas eletroanalíticas. 61ecl. quím., são paulo, 33(1): 57-62, 2008 figura 5: valores de intensidade de corrente em função do tempo de incubação do sistema 5-asa/h2o2 1:7 em solução tampão fosfato-citrato de sódio 0,1 mol l-1 ph 5,0 na ausência ( ) e na presença ( ) da enzima hrp 1,0 u ml-1 para concentrações dos substratos enzimático de 0,50 x 10-3 mol l-1 5-asa e 3,5 x 10-3 mol l-1de h2o2. o sistema operou a – 0,125 v vs. ag/agcl. curva analítica da enzima hrp acurva analítica da hrp (0,0 a 43 µg ml-1), em diferentes concentrações dos substratos 5asa/h2o2 proporção 1:7, dentro dos pontos da linearidade (concentração 5-asa/ h2o2: a) 0,125 e 0,875, b) 0,250 e 1,75, c) 0,500 e 3,50; d) 1,00 e 7,00 x 10-3 mol l-1, respectivamente) do sistema é mostrada na figura 6. os valores de intensidade de corrente catódica aumentaram proporcionalmente à concentração de hrp adicionada ao sistema para todas as concentrações estudadas. pode-se observar que a resposta enzimática apresentou o maior intervalo linear, de 0,10 a 13 µg ml-1, para concentrações de 0,50 x 10-3 mol l-1 de 5-asa e 3,50 x 10-3 mol l-1 de h2o2. figura 6. curva analítica para variação da concentração de hrp em diferentes concentrações dos substratos 5-asa/h2o2: ( ) 0,125 e 0,875, ( ) 0,250 e 1,75, (∆) 0,500 e 3,50; (∇) 1,00 e 7,00 x 10-3 mol l-1, respectivamente. a otimização das condições experimentais para o monitoramento da atividade catalisadora da enzima hrp possibilita o emprego da metodologia no desenvolvimento de eletrodos modificados com a enzima para aplicação em biossensores. conclusões a enzima hrp catalisa a reação de oxidação do mediador de elétrons ácido 5-aminossalicílico sobre eletrodo de grafite, evidenciado pelo significativo aumento da intensidade de corrente de redução do 5-asaox. no entanto, em altas concentrações do substrato h2o2 e do 5-asa, ocorre a inibição do sítio catalítico da enzima. o potencial de -0,125 v aplicado na técnica amperométrica, inferior aos encontrados na literatura para outros mediadores que eq08-af 30/4/08 7:50 page 61 referências [1] h. b. dunford, horseradish peroxidase: structures and kinetics properties. in: everse j.; 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[24] m. r tarasevich, a. i. yaropolov, v. a. bogdanovskaya, s. d. varfolomeev, bioelectrochem. bioenerg. 6 (3) (1979) 393. variam de -0,150 a -0,400v, apresenta a vantagem de diminuir a interferência de outras espécies que podem ser reduzidas na superfície do eletrodo. desta maneira, foi possível determinar as condições experimentais ótimas para o monitoramento da atividade catalisadora da enzima hrp. agradecimentos os autores agradecem à fapesp pelo suporte financeiro. recebido em 25 de fevereiro de 2008 aceito em 27 de março de 2008 62 ecl. quím., são paulo, 33(1): 57-62, 2008 c. v. uliana, c. s. riccardi, h. yamanaka. investigation on electrochemical behavior of peroxidase enzyme in the presence of hydrogen peroxide and 5-aminosalicylic acid. abstract: the electrochemical behavior of the enzyme peroxidase (hrp) was investigated using the hydrogen peroxide as enzymatic substrate and the 5-aminosalicylic acid (5-asa) as mediator of electrons on graphite electrodes. several parameters were optimized, namely, the applied potential to the amperometric technique fixed in -0.125v, the 0.1 mol l-1 phosphate-citrate buffer at ph 5.0 as supporting electrolyte and the proportion between the 5-asa and h2o2 in 1:7, among others. it was observed the catalysis of the oxidation reaction of the h2o2 in the presence of the enzyme hrp and 5asa. the oxidation product was reduced in the electrode surface, evidencing a significant increase in the intensity of the cathodic current. keywords: peroxidase; hydrogen peroxide; 5-aminosalicilic acid; graphite electrode. eq08-af 30/4/08 7:50 page 62 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | 33 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 33-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 antifungal piperamides from piper mollicomum kunth (piperaceae) herlle aparecido da silva1, lydia fumiko yamaguchi2 , maria cláudia marx young3 , clécio souza ramos4 , andré márcio araújo amorim5, massuo jorge kato2 , ronan batista6+ 1 state university of southeast of bahia, br 415 hwy, km 03, itapetinga, bahia, brazil 2 university of são paulo (usp), institute of chemistry, 748 prof. lineu prestes av, são paulo, são paulo, brazil 3 institute of botany, 3687 miguel stéfano av, são paulo, são paulo, brazil 4 federal rural university of pernambuco (ufrpe), dom manoel de medeiros st, recife, pernambuco, brazil 5 state university of santa cruz (uesc), ilhéus-itabuna hwy, km 16, ilhéus, bahia, brazil 6 federal university of bahia (ufba), barão de jeremoabo st, salvador, bahia, brazil + corresponding author: ronan batista, phone: +55 71 3283-6841, e-mail address: ronbatis@ufba.br article info article history: received: january 26, 2018 accepted: april 20, 2018 published: may 29, 2018 keywords: 1. piperaceae 2. piper mollicomum 3. antifungal compounds 4. direct bioautography 5. piperamides 1. introduction piperaceae family belongs to the piperales order and it is one of the most primitive families among angiosperms. it is predominantly a tropical family, comprising the genera piper, peperomia, sarchorhachis and ottonia, from which piper and peperomia are the most representative ones with approximately 2000 and 1700 species, respectively1, 2. piperaceae species have long been used as food additive and folk medicine agents mainly due to their antimicrobial properties, including potent fungicidal action3. piper species usually possess strong and pleasant aroma and spicy flavor, which explain their use as condiments, flavorings and medicinal materials. piper compounds are often grouped into seven general classes, including amides, lignans, neolignans, flavonoids, kavalactones, butenolides, and volatile oils4, 5. amides are one of the most characteristic constituents of piper species6. the biological activities presented by piper’s amides (also known as “piperamides”) have inspired abstract: the phytochemical study on dichlorometane extracts of leaves, stem and roots of piper mollicomum kunth (piperaceae) led to isolation of the known piperamides tembamide (1), (r)-(-)tembamide acetate (2) and riparin i (3). compounds 1 and 2 displayed moderate in vitro antifungal activity against cladosporium cladosporioides (5.0 μg) and cladosporium sphaerospermum (1.0 μg) by direct bioautographic analyses and compound 3 was inactive up to 100.0 μg. . http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 mailto:ronbatis@ufba.br https://orcid.org/0000-0003-2305-8208 http://orcid.org/0000-0002-2860-6659 https://orcid.org/0000-0002-9177-4524 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 http://orcid.org/0000-0003-3401-6054 original article 34 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 33-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 synthetic studies towards the preparation of analogs of these substances, in order to evaluate their potential for commercial and medical use7. as result, many of these analogs revealed promising antifungal and insecticidal properties3, 8-10. known as “jaborandi-manso” or simply “jaborandi”, the species piper mollicomum kunth is a small shrub of 1.0 to 1.5 m in height, found in brazil in the states of são paulo, minas gerais, rio de janeiro, espírito santo, bahia, santa catarina, ceará, paraíba, pernambuco, mato grosso and goiás. the fruits of p. mollicomum kunth are popularly used to treat stomach problems, and its roots, when chewed, are useful for anesthetizing toothaches11. nevertheless, few studies with p. mollicomum kunth have been performed so far. from p. mollicomum methanolic extracts, the chromenes methyl 2,2-dimethyl-2h-chromene-6carboxylate (4) and methyl 8-hydroxy-2,2dimethyl-2h-chromene-6-carboxylate (5), along with the dihydrochalcone 2',6'-dihydroxy-4'methoxychalcone (6), were isolated and displayed antifungal properties against the fungi cladosporium cladosporioides and cladosporium sphaerospermum12. the present study aimed to further investigate the chemical composition of p. mollicomum kunth dichlorometane extracts. the compounds tembamide (1), (r)-(–)-tembamide acetate (2) and riparin i (3) were isolated and characterized and compounds 1 and 2 were found to display in vitro antifungal activity against cladosporium cladosporioides and c. sphaerospermum. oh ooh o o o o o o o oh o nh o o nh o o o o oh nh o 1' 2' 3' 4' 5' 6' 1 2 1'' 2'' 3'' 4'' 5'' 6'' 1 2 3 4 5 6 figure 1. tembamide (1), (r)-(–)-tembamide acetate (2), riparin i (3), methyl 2,2-dimethyl-2hchromene-6-carboxylate (4), methyl 8-hydroxy-2,2-dimethyl-2h-chromene-6-carboxylate (5) and 2',6'dihydroxy-4'-methoxychalcone (6) isolated from piper mollicomum kunth. 2. experimental 2.1 general procedures optical rotation was measured on a perkinelmer 241 polarimeter. 1h and 13c nmr spectra were recorded at 500 and 125 mhz, respectively, on a bruker drx. cdcl3 (aldrich) was used as solvent and tms as internal standard. chemical shifts were reported in δ units (ppm) and coupling constants (j) in hz. ms spectra were obtained on a ggem shimadzu mass spectrometer (70 ev) apparatus gcms-qp5050a, equipped with bpx5 capillary column (30m x 0.25mm id). silica gel https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 original article 35 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 33-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 (macherey-nagel, 70–230 mesh) was used for column chromatographic separations, while silica gel 60g (acros organic) was used for analytical tlc chromatography. 2.2 plant material the plant was collected in firmino alves, southern bahia, brazil, in april 2009, and a voucher specimen was housed in the herbarium of the executive committee of the cacao plan (ceplac) in ilhéus, bahia, under the code “piper-007”, and identified as piper mollicomum kunth by dr. andré márcio araújo amorim (bahia state university of santa cruz – uesc). the collected material was dried in an oven (50 °c) for 48 hours, and their separated parts (stem, leaf and root) were pulverized in a knife mill. 2.3 obtaining extracts the dried and pulverized leaves (28 g), stem (128 g) and roots (200 g) were thoroughly extracted by maceration with dichloromethane, and then concentrated under reduced pressure (38 °c) until complete removal of the solvent, affording the dichlorometane extracts of the roots (1.68 g), stem (1.31 g) and leaves (1.19 g). 2.4 fractionating extracts the crude extract from roots (1.68 g) was subjected to silica gel column chromatography (sicc) eluting with mixtures of hexane, ethyl acetate (etoac) and methanol (meoh) with increasing polarities, yielding a total of 55 fractions. two fractions eluted with etoac were further processed. the fraction 24 (45 mg) was treated with ethyl ether to provide (r)-(–)-tembamide acetate (2, 28 mg), and the fraction 26 (245 mg) was submitted again to si-cc (hexane-etoac, 1:1) to produce tembamide (1, 31 mg). additional amounts of 1 (6 mg) and 2 (5 mg) were isolated when crude extracts from stems (1.31 g) were fractionated by similar procedure. the crude dichloromethane extract from leaves (1.19 g) was also submitted to si-cc using mixtures of hexane, etoac and meoh with increasing polarities to afford 87 fractions. fractions 76 to 80, eluted with hexane-etoac (7:3), were grouped (13 mg) and submitted to preptlc (hexane-etoac, 6:4) to yield riparin i (3, 5 mg). tembamide (1). 1h nmr (500 mhz, cdcl3): δ 7.75 (d, 2h, j = 8.0 hz), 7.51 (dd, 1h, j = 7.5, 7.0 hz), 7.43 (dd, 2h j = 8.0, 7.0 hz), 7.33 (d, 2h, j = 8.5 hz), 6.90 (d, 2h, j = 8.5 hz), 6.59 (br. s, 1h), 4.91 (dd, 1h, j = 8.0, 3.5 hz), 3.90 – 3.86 (m, 1h), 3.81 (s, 3h), 3.54 – 3.49 (m, 1h); 13c nmr (125 mhz, cdcl3): δ 168.53, 159.18, 134.12, 133.85, 131.67, 128.60, 127.09, 126.96, 113.99, 73.33, 55.30 and 47.73; em-ies (m/z): 294.1124 (m + na)+; [c16h17no3 requires (m + na)+ = 294.1095]. (r)-(–)-tembamide acetate (2). [α]d = -43.9° (c 0.55), chcl3. 1h nmr (500 mhz, cdcl3): δ 7.72 (d, j = 8.0 hz, 2h), 7.50 (t, j = 7.0 hz, 1h), 7.43 (dd, j = 8.0, 7.0 hz, 2h), 7.33 (d, j = 8.5 hz, 2h), 6.91 (d, j = 8.5 hz, 2h), 6.41 (br. s, 1h), 5.94 (dd, j = 7.5, 5.5 hz, 1h), 3.82 – 3.85 (m, 2h), 3.81 (s, 3h), 2.10 (s, 3h). 13c nmr (125 mhz, cdcl3): δ 170.76, 167.43, 159.76, 134.27, 131.58, 129.65, 128.62, 127.94, 126.86, 114.14, 74.34, 55.30, 45.01, 21.23; em-ies (m/z): 336.1204 (m + na)+; [c18h19no4 requires (m + na)+ = 336.1201]. riparin i (3). 1h nmr (500 mhz, cdcl3): δ 7.67-7.70 (m, 2h), 7.16 (d, j = 8.5 hz, 2h), 7.467.49 (m, 1h), 7.38-7.42 (m, 2h), 6.87 (d, j = 8.5 hz, 2h), 6.10 (br. s, 1h), 3.80 (s, 3h), 3.68 (q, j = 7.0 hz, 2h), 2.88 (t, j = 7.0 hz, 2h); 13c nmr (125 mhz, cdcl3): δ 167.42, 158.35, 134.69, 131.37, 130.83, 129.75, 128.55, 126.77, 114.14, 52.27, 41.27, 34.77; em-ies (m/z): 255.1209 (m)+, 256.1322 (m + 1)+, 254.1201 referring to [(m – 2h) + 1]+; [c16h17no2 requires (m)+ = 255.1254, (m + 1)+ = 256.1332, and (m-1)+ = 254.1176]. 2.5 antifungal assay by direct bioautography the microorganisms used in the antifungal assays cladosporium cladosporioides (fresen.) de vries spg 140 and c. sphaerospermum (penzig) spc 491 were grown in sabouraud dextrose agar, and maintained at the instituto de botânica, são paulo, sp, brazil. both fungi were cultured in sabouraud medium before the assay. direct bioautography assays were performed in triplicate in agreement with the literature procedure9, 13. ten microliters of dichloromethane solutions prepared for each pure compound, corresponding to 100, 50, 25, 10, 5, and 1 µg, were applied to tlc plates and eluted with hexanes-etoac (7:3) followed by complete removal of the solvent at room temperature. the chromatograms were then sprayed with a spore suspension (3 x 106 cells/ml) in glucose and salt solution and incubated for 48 h in the darkness in a moistened chamber at 25 °c. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 original article 36 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 33-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 clear inhibition zones appeared against a dark background, indicating the minimal amount of compound required to inhibit the growth of each fungus (table 1). nystatin was used as the positive control (detection limit 1 µg). 3. results and discussion the phytochemical study on dichlorometane extracts of the leaves, stem and roots of piper mollicomum kunth led to the isolation of the known compounds tembamide (1), (r)-(–)tembamide acetate (2) and riparin i (3) (figure 1), from which only 1 and 2 were found to exhibit remarkable antifungal properties against cladosporium cladosporioides (5 μg) and c. sphaerospermum (1 μg) through direct bioautography analyses. when tested against c. sphaerospermum, compounds 1 and 2 were shown to be as potent as nystatin, the positive control (table 1). the acetate 2 could be easily hydrolysed by fungal enzymes and this could be one likely explanation for the same antifungal activity observed for both compounds 1 and 2. in spite of being already known chemical entities, the compounds 1-3 are reported here, for the first time, as chemical constituents of p. mollicomum kunth. in addition, bearing in mind that only 1 and 2 were active against the assayed fungi, but not 3, one can hypothesize that such antifungal activity may be related to the oxygenation at the benzylic carbon, explaining why 3 was inactive against the both fungi assayed. tembamide is widely described as a chemical constituent of plants belonging to the rutaceae family, such as clausena brevistyla oliver14, zanthoxylum ekmanii (urb.) alain15, aegle marmelos16, clausena lansium17, and feroniella lucida18. this amide was also obtained by hydrolysis from tembamide acetate isolated from the dichloromethane fraction of piper guayranum (piperaceae)19, a plant species traditionally used in indian medicine due to its hypoglycemic activity20. in addition, tembamide displayed one of the most potent activities against hiv virus among 67 substances isolated from the bark and root of zanthoxylum ailanthoides (rutaceae)21. isolated from zanthoxylum capense (rutaceae), tembamide was also evaluated along with (r)-(+)-tembamide acetate in tests of antibiotic modulators22. its synthesis has been previously described by aguirre et al. (2001) and kamal et al. (2004)23, 24. according to literature data, riparine i, isolated from the fruits of aniba riparia (nees) mez (lauraceae), presented anxiolytic effects25 and it was shown to be a potent muscle relaxant26. our findings call attention to the importance of p. mollicomum kunth as a source of bioactive natural compounds for further studies on promising antimicrobial and pharmacological agents. table 1. antifungal activity of compounds from p. mollicomum kunth against cladosporium species. compounds antifungal activity (µg) a c. cladosporioides c. sphaerospermum tembamide (1) 5.0 1.0 (r)-(–)-tembamide acetate (2) 5.0 1.0 riparin i (3) > 100.0 > 100.0 nystatin 1.0 1.0 a minimum amount required for inhibition of fungal growth on thin layer chromatography (tlc) plate. 4. conclusions the present study reports on the chemical constituents of piper mollicomum kunth, in which the piperamides tembamide, (r)-(–)-tembamide acetate and riparin i, bioactive compounds commonly isolated from rutaceae species. tembamide and (r)-(–)-tembamide acetate showed antifungal activity as potent as nystatin https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 original article 37 eclética química journal, vol. 43, n. 1, 2018, 33-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1.33-38 against cladosporium strains by means of direct bioautographic analyses. 5. acknowledgements the authors are grateful to the brazilian agencies fapesb (dcr0051/20107) and fapesp (2005/51850-9 and 2014/50316-7) for grants and financial support. 6. references [1] mabberley, d. j., the plant-book a portable dictionary of the higher plants, cambridge university press, new york, 1997. 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https://doi.org/10.1016/s0031-9422(00)91550-4 https://doi.org/10.1016/s0031-9422(00)91550-4 https://doi.org/10.1016/s0031-9422(00)91550-4 https://doi.org/10.1016/s0031-9422(00)91550-4 https://doi.org/10.1039/c0np00025f https://doi.org/10.1039/c0np00025f https://doi.org/10.1039/c0np00025f https://doi.org/10.1039/c0np00025f https://doi.org/10.1016/j.phymed.2015.02.003 https://doi.org/10.1016/j.phymed.2015.02.003 https://doi.org/10.1016/j.phymed.2015.02.003 https://doi.org/10.1016/j.phymed.2015.02.003 https://doi.org/10.1016/j.phymed.2015.02.003 https://doi.org/10.1016/j.phymed.2015.02.003 https://doi.org/10.1016/j.phymed.2015.02.003 http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0583-76932001000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2004.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2004.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2004.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2004.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2004.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2004.11.013 https://doi.org/10.1002/ptr.1771 https://doi.org/10.1002/ptr.1771 https://doi.org/10.1002/ptr.1771 https://doi.org/10.1002/ptr.1771 https://doi.org/10.1002/ptr.1771 https://doi.org/10.1002/ptr.1771 https://doi.org/10.1002/ptr.1771 eclética química 35-3.indd eclética química www.scielo.br/eq volume 35, número 3, 2010 109 artigo/article new reagents for the spectrophotometric determination of ranitidine hydrochloride b. narayana*, k.veena, k. ashwani and divya. n. shetty department of p.g. studies and research in chemistry, mangalore university, mangalagangotri-574 199, india e.mail: nbadiadka@yahoo.co.uk; fax: 0091-824-2287367 abstract: a new spectrophotometric method is proposed for the assay of ranitidine hydrochloride (rnh) in bulk drug and in its dosage forms using ceric ammonium sulphate (cas) and two dyes, malachite (mag) green and crystal violet (cv) as reagents. the method involves the addition of a known excess of ceric ammonium sulphate to ranitidine hydrochloride in acid medium, followed by the determination of unreacted cas by reacting with a fixed amount of malachite green or crystal violet and measuring the absorbance at 615 or 582 nm respectively against the reagent blank. the beer’s law is obeyed in the concentration range of 0.4-8.0 μg/ ml of ranitidine hydrochloride (rnh) for rnh-mag system and 0.2-1.6μg/ml of ranitidine hydrochloride for rnh-cv system. the molar absorptivity, sandell’s sensitivity for each system were calculated. the method has been successfully applied to the determination of ranitidine hydrochloride in pure and dosage forms. key words: spectrophotometry; ranitidine hydrochloride; ceric ammonium sulphate; malachite green; crystal violet introduction ranitidine hydrochloride (rnh), chemically, is n, n-dimethyl-5-[2-(1-methylamino-2-nitrovinyl) ethylthiomethyl] furfurylamine hydrochloride. the drug was introduced in the market in 1981. the drug is offi cial in indian pharmacopoeia [1]. it is a h2receptor antagonist and is widely used in short term treatment of duodenal and gastric ulceration, refl ux oesophagitis and dyspepsia [2,3]. when used at the usual recommened dose, ranitidine has been found to be safe [4]. earlier studies have indicated that ranitidine was oxidized by the liver micosomal oxidases and was converted to its n-oxidase, s-oxide and desmethyl metabolites [5,6,7]. among these hepatic microsomal ranitidine metabolites, ranitidine n-oxide produced by the hepatic microsomal-fl avin-containing monooxygenase (fmo) has been found to be the major metabolite excreted in human urine. thus measuring the amount of ranitidine n-oxide present in urine after administration of ranitidine has been used as a non-invasive method of determining the human liver fmo activity in vivo [8]. several techniques such as proton magnetic resonance spectroscopy [9], near infrared refl ectance spectrometry [10], scintillation proximity assay [11], fl ow injection fl uorimetry [12], polarography [13,14], differential pulse polarography [15], capillary electrophoresis [16], high performance liquid chromatography [17,18] have been used for the determination of rnh in pharmaceuticals. these techniques require sophisticated instruments and expensive reagents, and involve several manipulation steps and derivatization reactions. these methods, however, are not adaptable for use in pharmokinetic studies because of their lack of selectivity. among these instrumental analytiecl. quím., são paulo, 35 3: 109 115, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 109 115, 2010110 ecl. quím., são paulo, 35 3: 109 115, 2010 111 artigo article artigo article cal techniques, spectrophotometric techniques occupies a unique position, because of its simplicity, sensitivity, accuaracy and rapidity. literature survey revealed that the only titrimetric method [19] reported for rnh requires 300 mg of drug for each titration. there are few methods for the spectrophotometric determination of ranitidine. these are based on the reaction of ranitidine with some organic acidic dyes followed by extraction of the colored ion-pairs into organic solvents and absorbance measurements. spectrophotometric determination of ranitidine in tablets has been also suggested through chromogenic reactions with 3-methylbenzothiozline-2-one hydrazone [20], 3,5-dichloro-pbenzoquinone chlorimine [20], folin-ciocalteu [21] reagents. these methods, however, are not adaptable for use in automated systems due to the long reaction time for color development (1530 min) , they require prior extraction of the colored reaction product and involve a high reaction temperature (-90°c). in this communication, we demonstrate the use of spectrophotometric techniques for the determination of rnh. the present work involves sensitive, selective and cost effective methods for the determination of ranitidine hydrochloride. the method utilizes ceric ammonium sulphate and two dyes malachite green and crystal violet. spectrophotometric techniques are in good agreement with the reported methods. in addition, it is not susceptible to interference from common tablet excipients. the developed method has been successfully applied to the determination of ranitidine hydrochloride in pure and dosage form. experimental aparatus a shimadzu uv-2550 uv-vis spectrophotometer with 1 cm matched quartz cells were used for the absorbance measurements. reagents and solutions all reagents used were of analytical reagent grade and distilled water was used for the preparation of all solutions. a 1000 μg/ml standard drug solution of ranitidine hydrochloride was prepared in distilled water. the stock solution was diluted appropriately to get the working concentration. ceric ammonium sulphate (0.01 m) was prepared in 1m sulphuric acid and standardized. this was diluted stepwise to obtain the working concentrations containing 400 μg/ml (rnh-mag system) and 900 μg/ml (rnh-cv system). hydrochloric acid (1m), malachite green (0.05%), crystal violet (0.05%) were also used. procedure method a different aliquots (0.48.0μg/ml) of rnh were transferred in to a series of 10 ml calibrated fl asks by means of a micro burette. then, 1 ml of 5m hcl was added followed by 1ml of cas solution. the contents were shaken well and were set aside for 15 minutes with occasional shaking. then, 1.0 ml of malachite green was added to each fl ask, and the volume was adjusted up to the mark with distilled water and mixed well. the absorbance of each solution was measured at 615 nm against the corresponding reagent blank. the absorbance corresponds to the bleached color, which in turn corresponds to the drug solution, was obtained by subtracting the absorbance of the blank by that of the test solution. method b different aliquots (0.2-1.6 μg/ml) of rnh were transferred in to a series of 10 ml calibrated fl asks by means of a micro burette. then, 1 ml of 5m hcl was added followed by 1ml of cas solution. the contents were shaken well and were set aside for 15 minutes with occasional shaking. then, 0.5 ml of crystal violet was added to each fl ask, and the volume was adjusted up to the mark with distilled water and mixed well. the absorbance of each solution was measured at 582 nm against the corresponding reagent blank. the absorbance corresponds to the bleached color, which in turn corresponds to the drug solution, was obtained by subtracting the absorbance of the blank from that of the test solution. analysis of dosage forms weighed an amount of the sample equivalent to about 168mg ranitidine hydrochloride and was dissolved in a suffi cient amount of distilled water. the solution was shaken and fi ltered through whatman no.1 fi lter paper and washed with water. the fi ltrate was diluted up to the mark with distilled water and made up to 100 ml. suitable aliquots of the sample solution were analyzed by applying general procedure with no modifi cation and the results are shown in table 2 and 3. table 2. results of assay of formulations by the proposed method using mag as reagent sample rnh certifi ed found± sda recovery (%) at-test zinetac 168.0 168.154±0.495 100.090 0.703 rantac 168.0 167. 996±0.118 99.900 0.075 zenloc 168.0 168.120±0.463 100.070 0.579 amean ±standard deviation (n=5) [mg/tablet], btabulated t-value at 95% confi dence level is 2.78 rantacj.b.chemicals pharmaceuticals limited, gujarat zinetacglaxosmithkline pharmaceuticals limited, nashik zenlocrelief biotech (p) ltd, haridwar table 3. results of assay of formulations by the proposed method using cv as reagent sample rnh certifi ed found± sda recovery (%) at-test zinetac 168.0 168.224±0.340 100.130 1.470 rantac 168.0 167. 976±0.08 99.980 0.671 zenloc 168.0 168.096±0.110 100.057 1.812 amean ±standard deviation (n=5) [mg/tablet], btabulated t-value at 95% confi dence level is 2.78 rantacj.b.chemicals pharmaceuticals limited, gujarat zinetacglaxosmithkline pharmaceuticals limited, nashik zenlocrelief biotech (p) ltd, haridwar result and discussion in this work, a method based on spectrophotometry was developed and validated for ranitidine hydrochloride in pure and dosage form. in recent years, the development of spectrophotometric methods for determinations of drugs has increased considerable, due to their importance, low cost, and simplicity. before applying an analytical method in the quality control, it is necessary to validate it. the validation testifi es that the procedure is suitable for the intended purpose. the international conference on the harmonization of technical requirements for the registration of pharmaceuticals for human use (ich 2005) and usp 30 (usp 30, 2007) guidelines describe the analytical parameters that should be evaluated in ecl. quím., são paulo, 35 3: 109 115, 2010112 ecl. quím., são paulo, 35 3: 109 115, 2010 113 artigo article artigo article a method validation. the type of method and its respective use determine which parameters should be evaluated. it is the responsibility of the analyst to select the parameters considered relevant for each method [28]. the experimental conditions were chosen after testing the different parameters that infl uence the analysis. the methods involve the addition of a known excess cas to ranitidine hydrochloride in acid medium, followed by determination of residual cas by reacting with a fi xed amount of either malachite green measuring the absorbance at 615 nm (rnh-mag system), or crystal violet measuring the absorbance at 582 nm, (rnh-cv system). in the present method all parameters infl uencing the color development were investigated and are incorporated in the recommened procedure. when added in increasing concentrations to a fi xed concentration of cas, ranitidine consumes the latter proportionally and there is concomitant drop in the remaining concentration of cas. when a fi xed dye concentration is added to decreasing concentrations of cas, a concomitant increase in the dye concentration results. the reaction mechanism are shown in scheme 1. scheme.1 analytical data to assess the linearity, a standard curve for ranitidine hydrochloride was constructed by plotting concentrations versus absorbance and showed good linearity in the range 0.4-8.0μg/ml of ranitidine hydrochloride for rnh-mag system and 0.2-1.6 μg/ml of ranitidine hydrochloride for rnh-cv system. the correlation coeffi cients for each system were 0.9945 and 0.9903 indicating good linearity. the accuracy expresses the agreement between the accepted value and the value found. the precision and accuracy of the method was studied by analyzing the coupling solution containing known amounts of the cited reagents within beer’s law limit. molar absorptivity, sandell’s sensitivity, slope, intercept for rnh-mag system is found to be 1.10×104 l mol-1 cm1, 0.028 μg cm-2, 0.0096, 0.0089 while that for rnh-cv system is found to be 4.09×104l mol-1 cm-1 0.007 μg cm-2, 0.0424, 0.0372 respectively. results of evalution of accuracy and precision for each system are shown in table 4 and 5. the specifi city test demonstrated that there was no interference in the determination of the drug. table 4. evaluation of accuracy and precision ranitidine hydrochloride (using mag as reagent) amount taken (μg ml-1) amount founda (μg ml-1) recovery (%) sd rsd (%) 1.00 0.99 99.00 0.02 2.02 2.00 1.96 98.00 0.04 2.04 3.00 2.97 99.00 0.02 0.67 4.00 3.94 101.60 0.05 1.27 5.00 5.08 98.50 0.03 0.59 6.00 6.02 100.30 0.02 0.33 aaverage of fi ve determinations, sdstandard deviation, re-relative error table 5. evaluation of accuracy and precision ranitidine hydrochloride (using cv as reagent) amount taken (μg ml-1) amount found (μg ml-1) recovery (%) sd rsd (%) 0.200 0.203 101.500 0.002 0.985 0.400 0.405 101.250 0.002 0.490 0.600 0.607 101.160 0.002 0.329 0.800 0.810 101.250 0.007 0.864 1.000 0.982 98.200 0.008 0.814 aaverage of fi ve determinations, sd-standard deviation, re-relative error ecl. quím., são paulo, 35 3: 109 115, 2010114 ecl. quím., são paulo, 35 3: 109 115, 2010 115 artigo article artigo article applications a new method is described for the spectrophotometric determination of ranitidine hydrochloride. the proposed method is applied to the determination of ranitidine hydrochloride in pure and dosage forms. the comparisons of the reported methods with earlier methods are shown in table 1. the percent recovery of added pure drug which lies between 98.0 and 101.60 reveals that the procedures are free from interference from usual tablet excipients like talc, starch, calcium gluconate, sucrose, etc. table 1. comparison of proposed method with earlier methods reagent remarks f-c reagent [21] less sensitive bromothymol blue [22] involve extraction rose bengal [23] involve extraction hg(scn)2-iron(iii) [24] less sensitive kio3-dcf [25] requires strict ph control and less sensitive. kmno4/nbs azine dyes [26] involves extraction. proposed methods sensitive selective, no interference from usual tablet excipients. conclusions the method is sensitive, enabling the accurate and precise determination of the analytes over satisfactory concentration ranges without the need of special or laborious sample-pretreatment steps. the method, which is advantageously time and cost-effi cient, was successfully applied to the quantifi cation of the analytes in commercial samples, with results being in good statistical agreement with the reported methods; therefore, it is considered useful for routine quality monitoring of pharmaceuticals. acknowledgement one of the author kv thank ugc for jrf references [1] the indian pharmacopeia, the controller of publications, ministry of health and family welfare, govt. of india, new delhi, 1996, pp.659. 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[26] c.s.p. sastry, s.g. rao, j .s .v. m l rao, p.y. naidu anal. lett 30 (1997) 2377 [27] j. ermer, j. pharm. biomed. anal 24 (2001) 755 www.scielo.br/eq volume 34, número 4, 2009 21 thermal stability and thermal decomposition of sucralose. gilbert bannach1, rafael r. almeida2, luis. g. lacerda3, egon schnitzler2, massao ionashiro4*. 1faculdade de ciências, unesp, cep 17033-360, bauru, sp, brazil 2universidade estadual de ponta grossa, uepg, cep 84030-900, ponta grossa, pr, brazil. 3universidade federal do paraná, ufpr, cep 80060-000, curitiba, pr, brazil 4instituto de química, unesp, c.p. 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brazil *massaoi@iq.unesp.br abstract: several papers have been described on the thermal stability of the sweetener, c12h19cl3o8 (sucralose). nevertheless no study using thermoanalytical techniques was found in the literature. simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), differential scanning calorimetry (dsc) and infrared spectroscopy, have been used to study the thermal stability and thermal decomposition of sweetener. keywords: sucralose, thermal behavior, tg, dta, dsc 1. introduction nowadays, human beings are permanently in contact with different compounds biologically active. these are: medicaments, plant growth regulators, active components of food additives as antioxidants, sweeteners and many other compounds. escalating prevalence of worldwide obesity and its correlation to other chronic diseases has led to low calorie and sugar free products to move into the main stream of food market. the use of high potency sweeteners has emerged as a major way of reducing calorie intake via complete or partial replacement of calorie laden sucrose in numerous food products [1]. the dietary options that such products provide may be especially helpful in the management of obesity or diabetes mellitus [2]. consumers also often select such foods and beverages because they want the sweet taste without addition of calories or because they want to reduce the risk of tooth damage. one group of sweeteners consists of non caloric substances with a very intense sweet taste that are used in small amounts to replace the sweetness of a much larger amount of sugar. the sweeteners of this type that are currently approved for use in worldwide are acesulfame-k, aspartame, neotame, saccharin, alitame, cyclamate, stevia/ steviol glycosides and sucralose [2]. a 2nd group of sweeteners consists of caloric ingredients that can substitute both the physical bulk and sweetness of sugar. products of this type, sometimes called “sugar replacers” or “bulk sweeteners,” include the sugar alcohols (also called “polyols”) sorbitol, mannitol, xylitol, isomalt, erythritol, lactitol, maltitol, hydrogenated starch hydrolysates, and hydrogenated glucose syrups [2]. two new sweeteners, trehalose and tagatose, has similar functions to the polyols although they are actually sugars rather than sugar alcohols. polyols and other bulk sweeteners are used in food products where the volume and texture of sugar, as well as its sweetness, are important, such ecl. quím., são paulo, 34(4): 21 26, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(4): 21 26, 200922 artigo article ecl. quím., são paulo, 34(3): 27 -31, 2009 as sugar-free candies, cookies, and chewing gum. many of these products are marketed as “diabetic foods” [2]. sucralose, (1,6-dichloro-1,6-dideoxyβ-d-fructofuranosyl-4-chloro-4-deoxy-α-dgalactopyranoside), is a chlorinated sucrose derivative with enhanced sweetness [3-5]. sucralose was discovered by british researchers in 1976 [1]. it is obtained from sucrose by a process that replaces three hydroxyl groups by three chlorine atoms the sucrose molecule (fig. 1). o o cl ho oh o oh ho cl cl ho fig. 1: structure of sucralose although sucralose is made from sugar, the human body does not recognize it as a sugar and does not metabolize it; therefore, it provides sweetness with no calories. sucralose was approved as a food additive in usa (1988), canada (1991), uk (2002), european countries (2005), followed by others [2, 6]. it is potentially 600 times sweeter than sucrose [2]. sucralose is marketed for home use under the brand name splenda® low calorie sweetener that also includes other concomitants and is available under this name as table top granular and tablet formats. the splenda® brand will also be seen to highlight the use of sucralose as an ingredient in a growing range of low-energy foods and beverages [5]. the use of heat-stable, high-intensity sweetener, such as sucralose, can result in significant improvements in the preparation of reduced-calorie sweet baked goods. in addition, sucralose offers the aqueous and thermal stabilities required for the preparation of consumer-acceptable, reduced-calorie baked goods [7]. the present work deals mainly with the thermal behavior and thermal decomposition of sucralose, since no study using thermoanalytical techniques was found in the literature. 2. experimental sucralose with assay > 98.0% (hplc grade), was obtained from sigma and commercial sucralose (viafarma, lot no 1080001) was acquired in local drugstore (araraquara – sp – brazil), and studied by thermoanalytical techniques. simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta) curves were recorded on a model sdt 2960 thermal analysis system from ta instruments. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1 and a heating rate of 10°c min-1 was adopted, with samples weighing about 5mg. alumina crucibles were used for recording the tg-dta curves. dsc curves were recorded using a dsc 60 (shimadzu) under an air flow of 100 ml min-1, heating rate of 10°c min-1 and aluminum crucibles with perforated cover. the attenuate total reflectance infrared spectra were recorded on a nicolet is10 ft-ir (thermo scientific) an atr accessory with ge window. 3. results and discussion the simultaneous tg-dta curves of the sucralose from sigma (hplc – grade) and viafarma (commercial product) are shown in fig. 2 and 3, respectively. a close similarity is observed in the tg profiles of these samples, however significative differences are observed in the dta curves, above 250°c. these curves also show that the both samples are stable up to 119°c and above this temperature the thermal decomposition occurs in three steps up to 550°c. the first step that occurs between 119 and 137°c, corresponding to a sharp endothermic ecl. quím., são paulo, 34(4): 21 26, 2009 23 artigo article peak at 132°c in both samples is attributed to the thermal decomposition of the compound with losses of 2 h2o (water of constitution) together with 1 hcl (calcd = 18.10%; tg= 18.0%). the last two steps observed between 160-370°c and 370550°c, that occur through overlapping ones with total mass loss, corresponding to the exotherm with two peaks at 360°c and 500°c (sigma) or a single exothermic peak at 360°c (viafarma), are attributed to the oxidation of the organic matter. the loss of constitution water and hydrogen chloride in the first step were confirmed through an experiment with samples of sucralose heated in a tube glass up to 140°c as indicated by the tgdta curves. in this experiment, the condensation of water in the tube glass wall was observed, and test with ph indicator (merck) showed ph=1. the presence of chloride ions in the condensed water was confirmed through a test with agno3/hno3 solution. during the heating of the sucralose in a hot plate up to 140°c, the darkening of the sample was observed showing that the thermal decomposition occurs without melting. this observation is in agreement with tg-dta data and in disagreement with the melting point (130°c) reported in the literature [1, 3, 4]. this mistake was attributed to the fact that the authors of these references did not based their data on thermal analytical results. the tg-dta curves clearly revels that the sharp endothermic peak is associated with mass loss, and can’t be associated with melting of the material. therefore the use of sucralose in backed goods as in the case of cookies that are baked at a temperature of 210oc or graham crackers usually baked at a temperature of 230oc as described in reference [7], seem to be unsuitable since the thermal decomposition occurs at 119oc with liberation of constitution water and hcl. a close similarity is also observed in the dsc curves of the samples from sigma and viafarma, therefore only the dsc curve of the sucralose from sigma is shown in fig. 4, which was obtained up to 250°c due to the elimination of hydrogen chloride during the thermal decomposition as already confirmed by the tests previously described. this curve shows a sharp endothermic peak at 128°c, corresponding to the first mass loss observed in the tg curve. the disagreement between the peaks temperatures observed in the dsc or dta curves, undoubtedly is because the tg-dta and dsc curves were obtained in enough different conditions. due to similarity between the reflectance infrared spectra of both sucralose samples, only the reflectance infrared spectra of sucralose from sigma as received and heated up to 130oc are shown in fig. 5. the infrared spectra showed significant structural changes between the sample before and after heating, as can be seen in fig. 5, where the appearance or disappearance of several peaks are observed. as an example the peak observed at 1711 cm-1 attributed to the carbonyl stretching frequency appeared after heated the sample is up to 130ºc. these results are in agreement with the tg-dta and dsc curves, indicating that the endothermic peak at 131oc (dta) or 128oc (dsc) is not due to the melting, but is related to the thermal decomposition of the sucralose, with releasing of constitution water and hydrogen chloride. ecl. quím., são paulo, 34(4): 21 26, 200924 artigo article 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 100 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 tg m as s lo ss / % temperature / °c dta d ta / °c m g-1 exo up fig. 2: tg and dta curves of hplc grade sucralose. (mi = 7.195 mg). 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 100 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 tg m as s lo ss / % temperature / ºc dta d ta / µ v m g-1 exo up fig. 3: tg and dta curves of technical grade sucralose. (mi = 5.174 mg). ecl. quím., são paulo, 34(4): 21 26, 2009 25 artigo article 0 50 100 150 200 250 -8 -6 -4 -2 0 h ea t f lo w / µ v temperature / ºc exo up fig. 4: dsc curve of hplc grade sucralose (mi = 3.004 mg). 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 tr an sm ita nc e / % wave number / cm-1 2 % (a) (b) fig. 5: infrared spectra of: (a) sucralose (hplc grade) at room temperature; (b) sucralose (hplc grade) heated up to 130oc. ecl. quím., são paulo, 34(4): 21 26, 200926 artigo article 4. conclusion the tg-dta and dsc data allowed us to verify that the sucralose is thermally stable up to 119oc and above this temperature the thermal decomposition takes place in three steps up to 550oc and without melting. the endothermic peak at 131°c (dta) and 128°c (dsc) is due to the thermal decomposition with release of constitution water and hydrogen chloride. the infrared spectra also confirm that the thermal decomposition occurs above 119oc in disagreement with the literature data. acknowledgements the authors acknowledge fapesp for the financial support and prof. dr. marco aurélio da silva carvalho filho, for permitting the use of his dsc equipment from shimadzu. references [1] g. e. morlock, s. prabha. j. agric. food chem. 55 (2007) 7217-7223. 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[7] r. l. barndt, g. jackson, food technol. 44 (1990) 62-66. eclética química, 39, 175-191, 2014. 175 utilização de mapas auto organizáveis para verificação da distribuição de metais na atmosfera de ipatinga, minas gerais, através de biomonitoramento com sphagnum capillifolium adriana rocha de souza drumond1, efraim lázaro reis2, maria adelaide vasconcelos rabelo veado3, viviane macedo reis araújo1, josé márcio quintão moreira4 1programa de mestrado em engenharia industrial do centro universitário do leste de minas gerais (unileste). coronel fabriciano, mg, brasil adriana.drumond@ufv.br viviane.macedoreis@gmail.com 2laboratório de instrumentação e quimiometria/departamento de química (linq/deq) universidade federal de viçosa (ufv) viçosa, mg, brasil efraimreis@gmail.com 3mestrado em construção civil / área de concentração meio ambiente da universidade fundação mineira de educação e cultura (fumec) belo horizonte, mg, brasil maria-vasc@hotmail.com 4coordenação de meio ambiente e qualidade – celulose nipo-brasileira (cenibra s.a.) belo oriente, mg, brasil josemarcio.quintao@cenibra.com.br resumo o presente trabalho refere-se ao biomonitoramento ativo moss bag da qualidade do ar de ipatinga – mg, utilizando sphagnum capillifolium, determinando-se os metais al, ca, cd, cr, co, cu, fe, in, li, mg, mn, ni, pb, sn, sr, tl e zn adsorvidos no material vegetal através da técnica analítica de espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (icp-oes). foi utilizada a ferramenta computacional redes de kohonen ou mapas auto organizáveis para verificar as similaridades e diferenças de amostras e variáveis. através dos mapas obtidos foi possível visualizar correlações positivas com as observações experimentais. tanto no período seco quanto no chuvoso, verificou-se que a maioria dos metais determinados nas amostras vegetais foi identificada nos bairros da região sul desta pesquisa, região , mailto:adriana.drumond@ufv.br mailto:viviane.macedoreis@gmail.com mailto:efraimreis@gmail.com mailto:maria-vasc@hotmail.com mailto:josemarcio.quintao@cenibra.com.br eclética química, 39, 175-191, 2014. 176 predominante da direção dos ventos e próxima à siderúrgica local. no período seco foram determinadas as maiores concentrações dos metais. abstract this paper refers to the active biomonitoring moss bag of air quality of ipatinga mg, using sphagnum capillifolium, determining the metals al, ca, cd, cr, co, cu, fe, in, li, mg, mn , ni, pb, sn, sr, tl and zn adsorbed on plant material through the analytical technique of optical emission spectrometry with inductively coupled plasma (icp-oes). the self-organizing maps have proved useful to visualize the similarities and differences of samples and variables, making a positive correlation with the experimental observations. both in the dry and in the rainy season, it was found that the majority of certain metals in plant samples were identified in the southern districts of this research, the regions predominant wind direction and close to local steel. in the dry period were higher concentrations of certain metals. palavras-chave: poluição do ar, biomonitoramento, metais pesados, sphagnum capillifolium. 1. introdução a poluição atmosférica no ambiente urbano industrial constitui um problema que tem se agravado, ocasionado, principalmente, pela queima de combustíveis fósseis e descargas industriais. seus efeitos se caracterizam tanto pela alteração de condições consideradas normais como pelo aumento de problemas já existentes. os metais gerados por essas atividades antrópicas são nocivos à saúde mesmo em quantidades muito pequenas, pois se encontram agregados às partículas em suspensão, compostos orgânicos ou na forma de vapor e sofrem dispersão com os ventos, atingindo áreas onde a geração desses poluentes é muito baixa. são os elementos químicos mais estudados do ponto de vista toxicológica já que apresentam propriedades de bioacumulação, biomagnificação na cadeia trófica, persistência no ambiente e distúrbios nos processos metabólicos dos seres vivos [1, 2]. na técnica de bioacumulação utilizam-se organismos naturais para a acumulação de substâncias do meio em análise. o uso de bioindicadores é a metodologia adequada para a detecção de efeitos de poluentes atmosféricos sobre organismos, no entanto, o seu emprego não substitui medições de concentrações eclética química, 39, 175-191, 2014. 177 ambientais de poluentes através de métodos físico-químicos, mas fornece informações adicionais referentes a efeitos sobre organismos vivos [4]. a vegetação é um indicador muito eficaz do impacto da poluição atmosférica devido à capacidade de acumular poluentes em níveis muito mais elevados do que os níveis presentes no ar. as plantas mais comuns usadas no biomonitoramento são os musgos devido à alta capacidade de troca iônica e a acumulação de poluentes não só na superfície, mas também em nível celular. os musgos são bastante dependentes da qualidade do ar e vulneráveis às poluições atmosféricas, servindo, desse modo, como um bioindicador ideal, e o seu uso tem se tornado muito comum por causarem menos problemas técnicos e analíticos comparados aos liquens e outros tipos de plantas [5, 6]. o musgo mais usado no monitoramento moss bag é o sphagnum devido a suas características anatômicas e fisiológicas que facilitam a acumulação dos poluentes e pelo fato de estarem intimamente ligados com as condições atmosféricas, já que absorvem água e nutrientes ao longo de toda sua superfície, captando-os eficientemente da água da chuva, do orvalho e nevoeiro. por essa razão, os musgos são bastante dependentes da qualidade do ar e vulneráveis às poluições atmosféricas, servindo, desse modo, como um bioindicador ideal [7]. através do método moss bag, é possível identificar a distribuição dos poluentes no espaço e no tempo e, assim, fornecer uma prova segura da dimensão e distribuição da contaminação ambiental na região em estudo. em áreas poluídas de diversos países tem sido empregada, com sucesso, até os dias de hoje, a metodologia padronizada de biomonitoramento ativo com sphagnum, devido a suas vantagens, salvo algumas adaptações do método para cada local (quadro 1). quadro 1. biomonitoramento ativo com sphagnum em vários países. local de estudo espécie tempo de exposição referência belgrado, sérvia. sphagnum girgensohnii 15 dias a 5 meses [6] baia mare, romênia. sphagnum girgensohnii 4 meses [8] varsóvia, polônia. sphagnum fallax 12 anosjunho a setembro (1992 a 2004) [9] nápoles, itália. sphagnum capillifolium 2 meses / 4 meses [10] jishou, china. sphagnum junghuhnianum 3 meses [11] wisconsin, estados unidos. sphagnum russowii 10 semanas [12] finlândia sphagnum angustifolium, sphagnum magellanicum e 25 dias /44 dias [13] eclética química, 39, 175-191, 2014. 178 sphagnumpapillosum sarfartoq, groelândia. sphagnum girgensohnii 25–34 dias [14] porto, portugal. sphagnum auriculatum 2 meses [15] nápoles, itália. sphagnum capillifolium 10 / 17 semanas [16] turku e harjavalta, finlândia. sphagnum papillosum 87-88 dias / 62-64 dias. [17] o material particulado é uma forma predominante de emissões de elementos traços em áreas urbanas e a capacidade de captação do musgo depende principalmente do aprisionamento físico-químico passivo e adsorção de elementos sobre as paredes das células [6]. os musgos são relativamente resistentes a elevadas concentrações de poluentes do ar, possibilitando a sua utilização também em regiões poluídas, o que reforça cada vez mais sua importância nos estudos sobre a qualidade ambiental [6]. o presente trabalho refere-se ao biomonitoramento ativo moss bag da qualidade do ar de ipatinga – mg, utilizando o musgo sphagnum capillifolium, determinando-se os metais adsorvidos no material vegetal através da técnica analítica de espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (icp-oes). objetivando-se facilitar a interpretação dos resultados recorreu-se à avaliação quimiométrica dos dados utilizando-se redes neurais de kohonen ou mapas autoorganizáveis. 2. materiais e métodos 2.1. área de estudo ipatinga, cidade do estado de minas gerais, está localizada a 19º 28' 46" de latitude sul e 42º 31' 18" de longitude oeste. ocupa uma área de 164,884 km² e sua população estimada em 241.538 habitantes [18] sendo a décima cidade mais populosa e com a oitava maior frota de veículos do estado de minas gerais [19]. o clima do município é caracterizado como tropical subquente e subseco, com diminuição de chuvas no inverno e temperatura média de 21,6 ºc, tendo invernos secos e amenos (raramente frios) e verões chuvosos com temperaturas moderadamente altas, com precipitação média anual de 1280 mm [20]. eclética química, 39, 175-191, 2014. 179 para o biomonitoramento moss bag foram escolhidos 15 pontos de amostragens levando-se em consideração as fontes de emissão de poluentes veiculares e industriais, através do inventário de emissões atmosféricas da usina siderúrgica de minas gerais (usiminas). foram consideradas também outras 24 indústrias locais e 84 vias de tráfego urbano mais significativo em ipatinga e dividiu-se a área de estudo em duas regiões (norte e sul) (quadro 2) [21]. quadro 2. regiões do biomonitoramento moss bag, em ipatinga/mg, 2010. estações moss bag sigla coordenadas geográficas altitude (m) norte p1-bethânia (be) 19º 27’23,5” s 42º 33’19,4” o 236 p2-limoeiro (li) 19º 26’47,7” s 42º 35’23,0” o 281 p3-canaã (cn) 19º 27’23,3” s 42º 33’18,8” o 241 p4-caçula (ca) 19º 27’42,2” s 42º 33’05,9” o 231 p5-jardim panorama (jp) 19º 28’00,2” s 42º 33’04,1” o 265 p6-veneza (vn) 19º 28’20,0” s 42º 31’35,6” o 263 p7-ideal (id) 19º 28’01,8” s 42º 35’24,3” o 282 p8-bom jardim (bj) 19º 28’14,4” s 42º 32’19,4” o 266 sul p9-novo cruzeiro (nc) 19º 28’33,1” s 42º 32’14,6” o 264 p10-centro (ce) 19º 28’45,8” s 42º 31’39,1” o 267 p11-iguaçu (ig) 19º 28’49,6” s 42º 32’57,1” o 272 p12-cariru (cr) 19º 29’49,5” s 42º 31’54,5” o 278 p13-bairro das águas (ba) 19º 30’6,2” s 42º 32’35,5” o 255 p14-horto (ho) 19º 26’10,7” s 42º 33’47,9” o 330 p15-bom retiro (br) 19º 30’37,9” s 42º 33’35,9” o 252 2.2. experimento o biomonitoramento ativo pelo método moss bag, tem como princípio fundamental a exposição de musgo em saquinhos, que servem como acumuladores de poluentes durante determinado período. posteriormente, é feita uma análise química do musgo para determinar o conteúdo de poluentes em comparação com as amostras não expostas [22]. a espécie do musgo utilizada neste estudo foi sphagnum capillifolium, coletada no município de cananéiasp, sendo que todas as amostras foram coletadas na mesma área (brocuanha) visando garantir uma procedência única e assim proporcionar um biomonitoramento com condições uniformes. eclética química, 39, 175-191, 2014. 180 para uniformizar as variações entre os diversos locais de medição, os saquinhos de musgos foram fixados em suportes identificados e dispostos em seis amostras por local e três por altura (1m e 2m do solo) (figura 1). figura 1. a) modelo do suporte de uma estação de medição moss bag; (b) modelo de identificação padrão de todas as estações moss bag. a exposição dos saquinhos de musgo foi entre 28/07/2010 e 18/11/2010, em três períodos alternados de 34 a 40 dias, para que fosse possível o registro de suas oscilações sazonais, nos 15 pontos de biomonitoramento entre os períodos de chuva e seca. o material vegetal foi homogeneizado, feita a triagem e pesado em porções de cerca de 12g e em seguida colocado em saquinhos de náilon com malha de 1 cm2. o formato foi esférico para proporcionar a vantagem de uma superfície maior de contato, com oscilação livre, não havendo dependência da direção dos ventos [6]. durante todo o processo de preparação, os musgos estavam secos e, para reativar sua atividade biológica antes da exposição, foram previamente umedecidos. foram mensurados os parâmetros condutividade, acidez, salinidade e temperatura da água utilizada para a hidratação do sphagnum [6, 23]. o material vegetal depois de exposto foi tratado devidamente em laboratório, secado e moído. massas aproximadas de 0,2 g desse material vegetal foram digeridas com hno3 a 60% em autoclave por uma hora, a uma pressão de 1,25 kgf/cm2 e em temperatura de 114 º 115 ºc. em seguida as misturas foram filtradas com água fervente em papel de filtro. após o resfriamento, foram avolumadas em balão volumétrico de 100 ml e para posterior análise. eclética química, 39, 175-191, 2014. 181 determinaram-se nas amostras tratadas os metais al, ca, cd, cr, co, cu, fe, in, li, mg, mn, ni, pb, sn, sr, tl e zn por espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (icp-oes) em espectrômetro icpe 9000 sequencial da shimadzu. 2.3. método quimiométrico a ferramenta quimiométrica rede de kohonen foi utilizada para visualizar as similaridades e diferenças de variáveis, por intermédio de grupamentos segundo as semelhanças apresentadas. é um tipo de rede que apresenta a habilidade de projetar dados de alta dimensão, sem perder a informação original, em espaço bidimensional [24]. os dados foram organizados numa matriz com 90 linhas, representando as amostras (locais de amostragem), e 17 colunas representando as variáveis analisadas (concentrações dos metais bioacumulados). obteve-se então duas matrizes, uma para o período chuvoso e outra para o seco, com as dimensões 90 x 17. para que todas as variáveis tivessem o mesmo peso, os dados foram auto escalonados para média zero e variância unitária. a obtenção dos mapas autoorganizáveis foi realizada através do pacote som-toolbox [24], cuja operação ocorre no ambiente matlab [25]. na otimização da arquitetura de rede foram feitos cálculos para determinar o tamanho ideal dos mapas, a partir do cálculo de erro topológico e do erro quantitativo, o que permitiu a distribuição adequada das amostras, selecionando-se uma arquitetura de 49 neurônios, arranjados numa disposição de 7 linhas e 7 colunas. 3. resultados e discussão as condições temporais no período em estudo, segundo o instituto nacional de pesquisas espaciais (sinda/inpe) e o instituto nacional de meteorologia (inmet) mostraram que nos meses de julho a novembro, a temperatura média foi de 22,5 ºc, a temperatura mínima de 14,4 ºc no mês de agosto e a temperatura máxima de 30,9 ºc, nos meses de setembro e outubro. a média dos índices pluviométricos do período seco (julho/agosto/setembro) foi de 10,9 mm e a média do período chuvoso (outubro/novembro) atingiu 50,7mm (figuras 2a) [26]. eclética química, 39, 175-191, 2014. 182 a média da umidade relativa do ar foi de 81% no período amostrado (fig 2b) e o comportamento do vento (velocidade e direção) para os meses amostrados pode ser resumido numa representação gráfica (figura 3). (a) (b) figura 2. médias aritméticas diárias das (a) temperaturas médias, máximas e mínimas e precipitação pluviométrica e da (b) umidade relativa do ar e temperatura no período de amostragem em ipatinga/mg, 2010. figura 3. direção e velocidade de vento (m s-1) nos meses de amostragem (a) julho, (b) agosto, (c) setembro, (d) outubro e (e) novembro, no munícipio de ipatinga/mg, em 2010. observou-se que no período de amostragem de julho a novembro a direção do vento nestes meses foi de calmaria, direção sudeste até leste-nordeste, o que não é muito favorável à qualidade do ar (figura 3) [26]. eclética química, 39, 175-191, 2014. 183 02 01 03 08 04 07 06 05 os mapas autoorganizáveis referentes aos metais bioacumulados nas amostras de sphagnum capillifolium demonstram a influência de cada um, correlacionadas aos valores em concentração (figuras 5 e 7) e a disposição de cada amostra no mapa, conforme a influência nos locais de biomonitoramento moss bag (figuras 4 e 6). figura 4. perfil de distribuição de amostras do período seco após o tratamento com a rede neural de kohonen. inf (inferior)-para amostras expostas à altura de 1 m do solo e sup (superior)para amostras expostas à 2m do solo. eclética química, 39, 175-191, 2014. 184 figura 5. mapas de distribuição individual das variáveis (concentração em μg.g-1) utilizadas no tratamento pela rede de kohonen, dos dados obtidos pelo biomonitoramento moss bag, realizado no período seco, em ipatinga/mg, 2010. eclética química, 39, 175-191, 2014. 185 figura 6. perfil de distribuição de amostras do período chuvoso após o tratamento com a rede neural de kohonen. inf (inferior)-para amostras expostas à altura de 1 m do solo e sup (superior)para amostras expostas à 2m do solo. 01 02 03 08 04 07 06 05 eclética química, 39, 175-191, 2014. 186 figura 7. mapas de distribuição individual das variáveis (concentração em μg.g-1) utilizadas no tratamento pela rede de kohonen, dos dados obtidos pelo biomonitoramento moss bag, realizado no período seco, em ipatinga/mg, 2010. eclética química, 39, 175-191, 2014. 187 no período seco (figura 4), foi possível visualizar a formação de sete conjuntos, sendo que dois destes apresentam uma única amostra. no período chuvoso (figura 6), formaram-se nove grupos, onde três destes também são amostras individuais. para interpretar a formação dos agrupamentos foram analisados os mapas de distribuição individual das concentrações dos metais (figuras 6 e 7). no período seco, foi possível constatar elevados teores, para os metais ca, cu, in, mg, sr e tl nas amostras vegetais expostas nas estações moss bag do agrupamento 7 (figura 4), nos bairros limoeiro e cariru. como fonte antropogênica, ca e mg são metais usados como ingredientes básicos do cimento, cuja emissão aérea pode ser advinda dos resíduos da construção civil, setor que atualmente tem alto crescimento no município de ipatinga. os metais al, cr, fe, mn, ni e sn tiveram teores elevados nos bairros cariru e das águas, conforme o agrupamento 5 (figura 4). detectou-se, nas amostras vegetais expostas no bairro das águas, a maioria dos valores máximos de concentrações para estes metais. esse local de biomonitoramento é muito próximo à siderúrgica local, onde o fluxo de veículos não é expressivo, sendo que esses metais são inerentes às reações químicas próprias da fabricação de aços [28]. o cobalto apresentou concentrações elevadas no agrupamento 6 (figura 4), que abrange os bairros veneza, novo cruzeiro e horto. no bairro novo cruzeiro (nc) é alto o fluxo de veículos, o lançamento de cobalto pelo escapamento dos veículos automotores provavelmente pode ser uma das fontes de emissão deste metal. outra fonte antrópica importante é a siderurgia, pois cobalto é um elemento traço dos componentes das cinzas de carvão mineral usado nos altos fornos e pode ser incorporado ao aço [29]. o chumbo, metal cuja toxicidade é alta e de efeito cumulativo, pode ser um elemento químico emitido pelos altos fornos, destacou-se em concentrações similares nos bairros cariru, das águas, horto, novo cruzeiro, localizados na região sul, na direção predominante dos ventos. exceto, o bairro limoeiro, que pertence à região norte [29]. o teor mais elevado de cádmio nas amostras foi no bairro bom retiro. a toxicidade do cádmio é alta e também cumulativa. a presença do cd é um fator relevante, uma vez que esse metal não é essencial e é um agente carcinogênico. o cd eclética química, 39, 175-191, 2014. 188 pode ser tanto de origem natural como antrópica. naturalmente está presente na litosfera. como o transporte desse metal chega a longas distâncias na atmosfera via deposição úmida ou seca, o que justifica a identificação em todos os locais do biomonitoramento [31]. como fonte antrópica, o metal cádmio pode ser advindo das indústrias de ferro e aço por meio dos altos fornos por emissão da queima de combustíveis, fundições e incineração de resíduos sólidos urbanos [28, 29]. o lítio apresentou a similaridade de concentrações mais elevadas nos bairros veneza, jardim panorama e canaã. no município de ipatinga, no período frio e seco, as concentrações de partículas totais em suspensão (pts), o material particulado (mp10) e elementos químicos são mais elevadas devido aos baixos índices de precipitação úmida (figura 2a) e ocorrência de calmaria nesse período, com poucas rajadas de vento, dificultam a dispersão dos poluentes [27]. no período chuvoso, as concentrações de elementos tendem a diminuir em razão das chuvas se comportarem como um agente de autodepuração da atmosfera, principalmente em relação às partículas presentes na atmosfera e aos gases solúveis ou reativos com a água [32]. entretanto, há metais que podem apresentar um maior teor de acumulação nos musgos, porque um ambiente fracamente ácido faz com que haja uma facilidade na diluição desses metais e ficam mais disponíveis para as plantas. no período chuvoso não foi identificada a presença de li e tl. enquanto os metais al, ca, cd, co, fe, mg, sr e zn apresentaram maiores teores nas amostras vegetais expostas do agrupamento 7 (figura 6), nos bairros das águas, bom retiro e novo cruzeiro, região sul, predominante da direção dos ventos e mais próxima da siderúrgica. no agrupamento 03 (figura 6), bairros canaã (cn), ideal (id) e limoeiro (li) verificaram-se os maiores teores de cu e pb. o ponto de exposição no bairro limoeiro (li), fica bem próximo a uma fábrica de curtume, o que possivelmente justifica o alto teor de cu. o cu ocorre naturalmente ou pode ser usado em produtos agrícolas, conservantes de madeira e couro [33]. o maior teor de pb nas amostras vegetais foi registrado no bairro canaã (cn) o que pode ser justificado pelo elevado fluxo de tráfego de veículos nesse bairro, eclética química, 39, 175-191, 2014. 189 uma vez que a estação moss bag estava próxima a um sinal de trânsito e uma das fontes antrópicas de pb é a queima de combustíveis fósseis, mesmo que nos últimos anos no brasil se tenha reduzido esse metal da gasolina. ou ainda, a presença de pb no ar da cidade pode ser justificada pelo fato de ser um elemento químico que vaporiza e deixa os altos fornos na forma de gases [28]. no período seco foram determinadas as maiores concentrações dos metais. tanto no período seco quanto no chuvoso, verificou-se que a maioria dos metais determinados nas amostras vegetais foi identificada nos bairros da região sul desta pesquisa. os metais in, mg, ni, sr apresentaram maiores concentrações no agrupamento 05 (figura 6), bairro centro e iguaçu. são locais muito próximos à siderúrgica, onde pode ocorrer liberação desses metais para o ar das cinzas dos altos fornos pela queima de carvão mineral. o teor elevado de níquel e estrôncio nas amostras do biomonitor no bairro centro possivelmente seja um dos fatores antrópicos decorrentes do tráfego intenso de veículos. a emissão do sr pode ser por via natural pela ressuspensão de poeiras e ou de forma antropogênica através da queima de combustíveis fósseis como o diesel. o ni no ar pode ser proveniente da fundição de minérios de ferro e a formação de ligas como o aço inoxidável atividades comuns da região em estudo [34]. o agrupamento 08 (figura 6), constituído dos bairros bom retiro e iguaçu destacaram-se os teores de cromo e estanho nas amostras vegetais expostas. o cr está entre os elementos típicos da poluição do ar urbano (fabricação do aço, queima de óleo, a combustão do carvão, de incineração de resíduos etc) [10, 34]. o manganês apresentou o maior teor no bairro veneza, agrupamento 04 (figura 6). nas imediações do local de biomonitoramento moss bag do bairro veneza (vn) é mínimo o fluxo de veículos, entretanto é um dos locais mais próximos à siderúrgica. provavelmente esse teor elevado de manganês esteja associado à produção de aço, que se inicia na extração e vai até o tratamento metalúrgico dos minérios, liberando para o ar os óxidos de manganês (mno2, mn3o4) [2, 28]. no presente estudo, a maioria dos metais identificados representa o impacto urbano, uma mistura de várias emissões antropogênicas, incluindo as empresas de pequeno e grande porte, o aumento da construção civil, a siderurgia regional, o tráfego de veículos, a combustão de combustíveis fósseis, ressuspensão da poeira da estrada, eclética química, 39, 175-191, 2014. 190 bem como transporte eólico de material finamente dividido, originalmente derivado de solo e até a possilidade de contribuição da linha férrea que corta a cidade com transporte de minério de ferro que seria um novo objeto de estudo. 4. conclusões o uso mapas autoorganizáveis (redes neurais de kohonen) facilitou a interpretação da dinâmica de distribuição das concentrações dos metais no ar atmosférico de ipatinga, obtidos através do biomonitoramento moss bag. foi possível a determinação da dimensão espacial e intensidade a que a população ipatinguense está exposta e, consequentemente, os riscos e prejuízos para a saúde das pessoas que trabalham e vivem nos bairros em estudo. os altos teores de metais no tecido vegetal do musgo sphagnum capillifolium indicam os níveis de poluição do ar, retratando o que é respirado pela população no município de ipatinga/mg e redondezas, uma vez que o ar é um sistema altamente dinâmico. 5. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, fapemig e capes pelo suporte financeiro. 5. referências [1] c. baird, química ambiental, bookman, porto alegre, 2. ed.,(2002), 622 p. 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[3]. the local industries produce about 60 thousand metric tons /year of babassu oil, being most of it transported to other brazilian states [4]. babassu oil displays a high percentage of saturated fatty acids, 91%, mainly composed of lauric acid (48%), myristic acid (16%), palmitic acid (10%), stearic acid (2%) and others (5%). it also presents 19% of unsaturated fatty acids, chiefly oleic (14%) and linoleic (5%) acids [5]. maranhão is also the second biggest soybean producer in northeastern brazil, only behind bahia state. in the 2006/2007 harvest, according to conab, the soybean production in maranhão was of about 0.967 million metric tons, while the whole brazilian output was of around 56.71 million metric tons [6]. besides these two cultures, maranhão displays a big potential for the cultivation of other oleaginous species (castor oil plant, cotton, tame nut, etc.), due to its weather conditions, geograecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 201048 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 2010 49 artigo article phic location and agricultural tradition. a big part of such production can be transformed in the biodiesel fuel. biodiesel is defined as a fuel composed of alkyl esters of long chain fatty acids, derived from vegetable oils or animal fats [7,8]. this fuel can be used in any diesel cycle engine, without the need of adaptations. owed to technical and economic reasons, the industries use more often methanol (meoh) in the biodiesel production process. however, this alcohol presents several drawbacks, such as its high toxicity, being synthesized from non renewable sources, besides the fact that brazil is not auto-sufficient in its production [9]. although ethanol has a higher cost per ton, the biodiesel production by means of the ethanol route is attractive under the strategic standpoint, as brazil is the biggest ethanol producer in the world. as for the environmental aspects, ethanol is not toxic and since it is produced from renewable sources, the whole biodiesel is 100% renewable [10,11]. one of the ways of combining the technical and economic advantages of methanol with the environmental advantages of ethanol is to obtain biodiesel from a blend of these alcohols. therefore, the proposal of this work was the improvement of the transesterification process of degummed, neutralized and clarified babassu oil, using blends of different proportions of these alcohols with homogeneous catalysis [12]. ii. experimental the reagents utilized were: commercial clarified babassu oil (oleama), anhydrous ethanol (petrobrás distribuidora), methanol p.a. (quimis) and potassium hydroxide 85 % (quimis) as catalyst. the raw materials were analyzed following the standard methods for the analysis of oils, fats and derivatives (smaofd). for the characterization of the methyl/ethyl biodiesel from babassu were utilized the standards from the brazilian association of technical standards (abnt) and the american society for testing and materials (astm), indicated in the resolution number 42 of the brazilian national petroleum agency (anp) [7]. in the experiments, were utilized a phmeter quimis model q400m2, a mechanical stirrer and a gas chromatograph varian cp 3800. the procedure for the transesterification reaction starts by dissolving koh in the methanol/ ethanol blend, under stirring at room temperature. next, add to this solution 100 g of oil under stirring and allow the reaction up to the phase separation. remove the alcohol excess by distillation under reduced pressure. transfer the mixture of esters and glycerin to a separatory funnel and allow settling for 12 hours. afterwards, separate and weigh both phases and wash the biodiesel, using the air bubbling technique. for the first washing, utilize a 0.1 m hcl solution, followed by washings with water until reaching the ph 7.0. dry the biodiesel in an oven at 100 ºc for 3 hours, allow cooling and weigh, for further physico-chemical tests. iii. results and discussion the best reaction conditions to obtain methyl and ethyl babassu biodiesel were determined by silva and brandão: oil/methanol molar ratio of 1:4.6, koh content of 1.5 %, 30 min of reaction time, stirring of 1760 rpm and room temperature [13]. using the methanol mass as reference, several meoh:etoh ratios were investigated, aiming at the optimization of the babassu oil transesterification process. table 1 presents the percentages and volumes of the alcohols used in the babassu oil transesterification reactions. table 1. methanol/ethanol proportions used for obtaining methyl/ethyl babassu biodiesel methanol ethanol % (v/v) m (g) v (ml) % (v/v) m (g) v (ml) 100% 21.33 27.0 0% 0 0 90% 19.20 24.3 10% 2.13 2.7 80% 17.06 21.6 20% 4.26 5.4 70% 14.93 18.9 30% 6.39 8.1 60% 12.79 16.2 40% 8.53 10.8 50% 10.66 13.5 50% 11.66 13.5 in order to determine the best methanol/ethanol ratio, the process of spontaneous biodiesel/ glycerin separation was analyzed. the produced biodiesel is composed of methyl and ethyl esters of the fatty acids that make up the babassu oil. in the chromatogram of figure 1, it can be observed that there are two peaks derived from the same fatty acid. this occurs because one peak is obtained from the fatty acid reacting with methanol and the other peak reacting with ethanol. as they display different retention times, it is possible to detect them separately. figure 1 chromatogram of the babassu methyl/ethyl biodiesel. figure 1. chromatogram of the babassu methyl/ethyl biodiesel the ester percentages (e), determined by gas chromatography, are obtained from the sum of all methyl and ethyl esters. the ester percentages and the yield, reported in relation to the mass of pure methyl/ethyl biodiesel (bp), both for the several meoh/etoh ratios, are listed in table 2. ecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 201050 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 2010 51 artigo article table 2. influence of the ethanol/methanol ratio on the yield and ester percentages of babassu biodiesel %etoh %meoh treaction %mbp %e 0 100 30 min 95.32 98.84 10 90 91.70 97.17 20 80 95.32 98.70 30 70 93.70 98.18 40 60 92.29 98.44 50 50 84.26 96.77 pb: pure biodiesel e: esters mpb: mass yield of pure biodiesel me: ester content the separation of the biodiesel/glycerin mixture does not occur spontaneously using ethanol percentages higher than 50%, even with the removal of the alcohol excess by means of distillation under reduced pressure. it was observed that the mass yield of pure biodiesel tends to diminish with the increase of the ethanol proportion in the blend, due to the difficulty of the biodiesel/glycerin separation. in figure 2 shows the influence of the ethanol percentage of the methanol/ethanol blends on the ester content and the mass yield of pure biodiesel, for a fixed reaction time of 30 min. figure 2 influence of the meoh:etoh ratio on the ester content and on the mass yield of pure biodiesel, for a reaction time of 30 min. figure 2. influence of the meoh:etoh ratio on the ester content and on the mass yield of pure biodiesel, for a reaction time of 30 min. the results point out that, for a fixed reaction time of 30 min, there was no meaningful change in the amount of methyl/ethyl esters with the increase of the ethanol percentage. all the samples presented ester contents in the average of 98%, values above the requirements of the anp [7], with the exception of the biodiesel obtained with a meoh:etoh 50:50 ratio. the mass yields of pure biodiesel obtained do not decrease with the ethanol percentage up to 20% (v/v) ethanol. however, for higher ethanol concentrations, it is shown a tendency of decreasing the mass yield with further ethanol enrichment in the blend. the value for pure methyl ester (95.32%) is higher than the value reported by oliveira et al. (91%), also for the transesterification reaction of babassu oil with pure methanol [5]. these results point out an optimum methanol/ethanol ratio of 80% meoh:20% etoh, with a mass yield of 95.32 % and an ester content 98.70 %, a valor higher than the minimum value required by anp [7]. the transesterification reaction carried out with 50 % ethanol with a reaction time of 30 minutes displayed the smallest mass yield of pure biodiesel. nevertheless, it is known that the transesterification reactions with methanol rapidly achieve equilibrium, whereas with ethanol bigger reaction times are needed to reach the maximum conversion of triglycerides into esters. in order to assess if it is possible to obtain higher reaction yields in the reactions employing 50% ethanol, an investigation on the influence of the reaction time was carried out, whose results are presented in table 3. table 3. babassu oil transesterification reactions with 50% ethanol using different reaction times %etoh %meoh treaction (min) %mpb %e 50 50 30 84.26 96.77 60 83.22 98.13 90 84.52 99.03 figure 3 shows that the ester content increases with the reaction time. it was experimentally verified that the biodiesel/glycerin phase separation and the biodiesel washing processes were more efficient, but the mass yield of pure biodiesel did not increase significantly with the increase of the reaction time. it was shown that all the samples obtained with 50% ethanol meet the minimum ester content established in the anp. ecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 201052 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 47 54, 2010 53 artigo article figure 3 – influence of the reaction time on the mass yield of pure biodiesel and the ester content. figure 3. influence of the reaction time on the mass yield of pure biodiesel and the ester content. as for the physico-chemical properties, the babassu oil was analyzed utilizing smaofd [14] methods and the methyl/ethyl biodiesel analyses employed astm and abnt standards. table 4 shows the results of some physico-chemical tests of the biodiesel sample obtained with the 80:20 methanol/ethanol blend, as well as the specification limits of the standards. iv. conclusions the following reaction conditions were shown to optimize the biodiesel production from the transesterification of babassu oil with a blend of alcohols: methanol/ethanol ratio of 80% meoh : 20% etoh and 30 minutes of reaction time. with these conditions, a biodiesel mass yield equal or higher than 95.32 % was obtained and also an ester content of 98.70 % was achieved, thus meeting the specification of the anp. it was also observed that it is possible to utilize an ethanol/methanol mass ratio of 50:50, provided that the reaction time is of 60 minutes, in order to obtain satisfactory ester contents (98.13 %). the samples of biodiesel produced with the 80% meoh:20%etoh blend meet the specifications required by anp, taking into account the physico-chemical tests listed in table 4. table 4. physico-chemical analyses of babassu oil and the biodiesel obtained from a 80:20 methanol/ethanol blend tests babassu oil methyl/ethyl biodiesel biodiesel analysis method biodiesel limits moisture and sediments (% v/v) 0.039 0.028 astm d-2709 0.050 specific gravity at 25ºc (kg/m3) 923.0 887.2 astm d-4052* 860-900 kinematic viscosity at 40°c ( mm2/s) 34.840 4.830 astm d-445* methanol/ethanol (% m/m) 0.453 abnt nbr 15343** 0.5 (max.) free glycerin (% m/m) 0.026 astm d-6584* 0.02 (max.) esters (% m/m) > 96.500 abnt nbr 15342** 96.5 (min.) * standards from astm american society for testing and materials ** standards from abnt – brazilian association for technical norms acnowledgements the authors acknowledge capes and cnpq for the scholarships and fapema, eletronorte and bnb for the financial support. resumo: o estado de maranhão no brasil apresenta um potencial grande para o cultivo de várias espécies oleaginosas, como babaçu, feijão-soja, planta de óleo de rícino, etc... estes óleos vegetais podem ser transformados em biodiesel pela reação de transesterificação em meio alcalino, usando metanol ou etanol. a produção de biodiesel a partir da mistura destes álcoois é uma forma de acrescentar as vantagens técnicas e econômicas do metanol às vantagens ambientais do etanol. a mistura de álcool otimizada foi observada usando a relação de volume metanol/etanol de 80 % meoh: 20 % etoh. o teor de ésteres foi de 98.70 %, um valor acima do exigido pela anp, 96.5 % (m/m), e um rendimento de biodiesel em massa foi de 95.32 %. este biodiesel cumpre as especificações de umidade, massa específica, viscosidade cinemática e percentagens de álcoois livres (metanol mais etanol) e glicerina livre. palavras chaves: óleo de babaçu, metanol, etanol, ésteres metílicos, ésteres de etílicos. references [1] zilbersztajn d. reorganization of the babassu farm business in maranhão state, brazil. 1st ed. são paulo: usp, 2000. 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ion-pair complex was dissolved in ethanolic potassium hydroxide and the resulting base form of the dye was measured at 620 nm. beer’s law was obeyed in the concentration range of 1.5-15 µg ml-1 and 0.5-5.0 µg ml-1 for method a and method b, respectively, and the corresponding molar absorptivity values are 1.6932 x 104 and 3.748 x 104 l mol-1cm-1. the sandell sensitivity values are 0.0151 and 0.0068 µg cm-2 for method a and method b, respectively. the stoichiometry of the ion-pair complex formed between the dug and dye (1:1) was determined by job’s continuous variations method and the stability constant of the complex was also calculated. the proposed methods were applied successfully for the determination of drug in commercial tablets. keywords: lamotrigine; spectrophotometry; ion-pair complex; bromocresol green; pharmaceuticals introduction lamotrigine, (lmt), [6-(2,3-dichlorophenyl)-1,2,4-triazine-3,5-diamine], is an anticonvulsant drug. as an antiepileptic, it has been used successfully to treat epilepsy and bipolar disorder as monotherapy and as an adjunct with other antiepileptics for treatment of partial and generalized toxic-chronic seizures. it is also used to treat neurological lesions and as a tranquilizer [1, 2]. lamotrigine is not official in any pharmacopoeia. the analysis of lmt in biological samples is abundantly described in the literature. chromatographic techniques have been widely employed since they are powerful separation techniques. the methods based on the high-performance liquid chromatography (hplc) [3-10], high-performance thin layer chromatography (hptlc) [11] and gas-chromatography (gc) [12] have been described. there is an extensive literature on the determination of lamotrigine in pharmaceuticals include planar chromatography [13], tlc and hplc [14], hplc and gc [15], capillary electrophoresis [16, 17]. the immunoassay techniques [18, 19] have been developed for ecl. quím., são paulo, 35(1): 55 66, 2010 eq1-af introduction the efficiency of ethanol production by sugar-cane fermentation is high dependent on bacterial contamination degree. selective antibiotics have been available to control foreign bacteria in fermentation process of ethanol production without affecting the performance of the yeasts [1]. the accurate determination of trace inorganic contaminants in agro industrial antibiotics is very important since these products are employed in large scale in fermentation processes and can contaminate the sugar, ethanol or final residues which are either usually released to crop areas or used as ingredient in animal food. among inorganic contaminants, cadmium and lead are of public health interest due to their high toxicity after accumulation in multiple organs in the human body [2]. as inorganic contaminants are usually present at low levels in most samples, sensitive analytical techniques are desirable, such as graphite furnace atomic absorption spectrometry (gfaas). this is a suitable and widely used technique for the determination of trace elements due to its high selectivity, sensitivity and ability to directly determine several analytes in different samples [3]. besides solid or slurry sampling is a reality in gfaas, some samples require solubilization before analysis. microwave-assisted sample preparation has been used for solubilization of a large variety of workable samples. it presents among main 7ecl. quím., são paulo, 31(2): 7-12, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 simultaneous determination of cd and pb in antibiotics used in sugar-cane fermentation process by gfaas v. r.. amorim filho1, w. l. polito1, s. r. oliveira2, g. p. g. freschi2, j. a. gomes neto*2 1instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, p.o. box 780, 13560-970 são carlos sp, brazil 2departamento de química analítica, instituto de química, universidade estadual paulista, p.o. box 355, 14801-970 araraquara sp, brazil *e-mail: anchieta@iq.unesp.br abstract: a method has been developed for the simultaneous determination of cd and pb in antibiotics used in sugar-cane fermentation by gfaas. the integrated platform of transversely heated graphite atomizer was treated with tungsten to form a coating of tungsten carbide. six samples of commercial solid antibiotics were analyzed by injecting 20 µl of digested samples into the pretreated graphite platform with co-injection of 5 µl of 1000 mg l-1 pd as chemical modifier. samples were mineralized in a closedvessel microwave-assisted acid-digestion system using nitric acid plus hydrogen peroxide. the pyrolysis and atomization temperatures of the heating program of the atomizer were selected as 600°c and 2200°c, respectively. the calculated characteristic mass for cd and pb was 1.6 pg and 42 pg, respectively. limits of detection (lod) based on integrated absorbance were 0.02 µg l-1 cd and 0.7 µg l-1 pb and the relative standard deviations (n = 10) for cd and pb were 5.7% and 8.0%, respectively. the recoveries of cd and pb added to the digested samples varied from 91% to 125% (cd) and 80% to 112% (pb). keywords: cadmium; lead; antibiotic; permanent modifier; gfaas. advantages high performance, security, short waiting time, low contamination and minimum analyte losses [4]. the main benefits of microwave-assisted sample digested with dilute acid for gfaas include reduced blank values, lower reagent consumption, risky to the analyst and aggressive media for the platform of the graphite tube, mainly when the platform is pretreated with permanent modifiers [5]. among advantages of using permanent modifiers are the reducing in time required for sample dispensing, leading to simpler and faster heating programs for gfaas; lowering modifier blanks due to the elimination of volatile impurities during graphite treatment, resulting in better detection limits, longer signal term stability, reducing the number of recalibrations during routine analysis; and remarkable improvement in the tube lifetime, lowering analytical costs [6]. reports of simultaneous determination of cd and pb by gfaas are found in the literature [2, 712]. however, little attention has been given to the use of permanent modifiers in simultaneous determination. likewise, reports of preparation of antibiotic samples for determination of cd and pb are lacking in the literature. this study reports on a development of a simple and fast method for the simultaneous determination of cd and pb in antibiotics by gfaas using a tungsten coating on platform of graphite tube with co-injection of palladium nitrate as modifier. samples were pre-treated in a closed microwave oven system using concentrated or diluted nitric acid plus hydrogen peroxide. materials and methods apparatus a perkin-elmer simaatm 6000 simultaneous graphite furnace atomic absorption spectrometer with longitudinal zeeman-effect background corrector and an as-72 autosampler were used. the instrumental conditions applied were the recommended by the manufacturer. endcapped thga tubes with integrated platforms were used in all measurements. high-purity argon (99.999%, white martins, brazil) was used as the purge gas. the experiments were carried out under stpf conditions [13]. the heating program of atomizer used for the simultaneous determination of cd and pb is shown in table 1. an anton paar multiwave microwave oven equipped with 6 pressure decomposition tfm vessels of 50-ml capacity was employed for antibiotic digestion. reagents, reference solutions, and samples high-purity water (resistivity 18.2 mω.cm) obtained by using a millipore milli-q academictm deionizer system was used throughout the work. nitric acid and hidrogen peroxide suprapur (merck, damstadt, germany) were used throughout for preparing the solutions and samples. tungsten stock solution (1.0 g l-1 w) was prepared by dissolving 0.1794 g na2wo4.2h2o (merck, darmstadt, germany) in 100 ml of water. palladium nitrate solution (1.0 g l-1 pd) used as chemical modifier was prepared by appropriate dilution of the 10.0 g l-1 pd stock solution (merck, darmstadt, germany). 8 ecl. quím., são paulo, 31(2): 7-12, 2006 pyrolysis and atomization curves were built-up after measuring integrated absorbance of a 0.2% v/v hno3 solution spiked with 2.0 µg l1 cd and 10 µg l-1 pb. five multielement calibration solutions within 0.5-2.5 µg l-1 cd and 5.0-25.0 µg l-1 pb were prepared daily in 5% v/v hno3 by diluting the individual 1000 mg l-1 stock solutions (carlo erba, normex). for each measurement, a volume of 20 µl of sample or reference solution was used together with 5 µl pd modifier solution. all measurements of integrated absorbance were made at least in triplicates. solid antibiotics samples (m ~ 0.25 g) were digested in a closed vessel microwave oven system by two procedures: a) 3 ml of concentrated hno3 plus 2 ml of h2o2 30% (v/v) and b) 4 ml of hno3 20% (v/v) plus 1 ml of h2o2 30% (v/v). the digests were transferred for a 10 ml volumetric flask and topped up with deionized water. the optimized heating program used in the sample decomposition is describe elsewhere: (step 1: 100-400 w for 3 min; step 2: 400-800 w for 3 min; step 3: 1000-1000 w for 4 min and step 4: 0-0 w for 10 min). the graphite platform was recoted with tungsten automatically by using the facilities provided by the original software of the autosampler and graphite furnace. a mass of 250 µg w was termally and sequentially deposited on the integrated platform as described elsewhere [14,15]. results and discussion pyrolysis and atomization curves were carried out in order to define the compromise conditions for simultaneous determination of cd and pb, since in simultaneous detection the heating program of the atomizer is the same for all analytes. the pyrolysis temperature is limited by the most volatile element, but should ideally be as high as possible in order to assurance the matrix elimination. on the other hand, the atomization temperature should be lower as possible to avoid faster graphite tube deterioration, but it is limited by the more refractory element. besides the heating program, the modifiers, the flow rate and composition of purge gas and the restricted linear 9ecl. quím., são paulo, 31(2): 7-12, 2006 figure 1. pyrolysis (n) and atomization (h) curves obtained simultaneously for 40 pg cd and 200 pg pb in hno3 medium using 250 µg w permanent coating plus co-injection of 5 µg pd as modifier. response interval of gfaas are among other parameters that may taken into consideration in the simultaneous detection [2]. nevertheless, several works have been published on literature on simultaneous determination of different analytes in wide-ranging samples [16,17]. shown in figure 1 are the pyrolysis and atomization temperature curves for 40 pg cd and 200 pg pb in 0.028 mol l-1 hno3 medium using platform of graphite tube pre-treated with 250 µg w and co-injection of 5 µl of pd modifier solution. the pyrolysis temperature chosen was 600°c (limited by cd) while the atomization temperature was fixed at 2200°c. regardless of lower sensibility for cd, this temperature furnished well defined and narrowest peak profile for pb and cd (figure 2). it should be commented that platinum group metals – pgm (pd, ir, rh and ru) were also tested as modifiers co-injected on w pretreated platform. slight differences in atomic peak profiles were observed, but there was an evident increase in the sensibility for pb and cd when co-injecting palladium. this was attributed to an increased catalytic action of the w + pd mixture in the matrix degradation, confirmed by an accentuated decrease in the backgound values. no specific study was done about the lifetime of the pre-treated tube, but it remained proper for use even after ca. 820 firings. using 600°c and 2200°c as pyrolysis and atomization temperatures, respectively, the calculated characteristic mass (mo) values were 1.6 pg cd and 42 pg pb, respectively. these values are slightly higher when compared with typical mo values for single-element conditions for thga furnace (1.3 pg cd and 30 pg pb using nh4h2po4/mg(no3)2 as modifiers) [18]. comparing with other works found in literature for simultaneous determination of cd and pb in different matrices such as wine [12] and foodstuffs [2], and using different mixtures of modifiers [pd(no3)2 + mg(no3)2 and nh4h2po4/mg(no3)2, respectively] it was observed a small deterioration in sensitivity mainly for pb. this reveals that the use of a wcoated platform with pd co-injection did not impair the simultaneous determination of cd and pb in antibiotics. although the small decrease of the pb sensitivity observed in this work, the main advantage found was the increase lifetime of the graphite tube in ca. four times. the calculated limit of detection (lod) for cadmium (0.02 µg l-1) and lead (0.7 µg l-1) was calculated as three times the standard deviation (n = 20) of the blank solution by the slope of the calibration curve [19, 20]. the typical relative standard deviations were 5.7% and 8.0% for cd and pb, respectively. the determination of analytes was carried out in the antibiotic samples digested by the two procedures studied (concentrated and 20% v/v nitric acid). the levels of analytes in all samples were always lower than the lod. the accuracy was then evaluated by addition / recovery tests. six digested antibiotic samples were spiked with 1.0 µg l-1 cd and 15 µg l-1 pb. recoveries varied from 91% to 125% cd and 80% to 97% pb for concentrated nitric acid and from 99% to 120% cd and 82% to 112% pb for diluted nitric acid. the choice of the diluted acid medium in the sample preparation is the best option, since it provides lower blank values and reagent consumption and reduced graphite tube deterioration. the heating program of graphite tube takes 84s, but the total time of the cycle was ca. 120 s due to the extra time for sampling and data acquisition. for samples analyzed in routine works in duplicate, the analytical frequency is calculated as 30 determinations per hour. conclusions this work presents a simple, fast and accurate method for the simultaneous determination of cd and pb by gfaas in solid antibiotic 10 ecl. quím., são paulo, 31(2): 7-12, 2006 figure 2. absorbance (solid lines) and background (dotted lines) peak profiles for 40 pg cd and 200 pg pb in nitric acid using 250 µg w permanent modifier + 5 µg pd co-injected modifier. the heating program of table 1 was employed throughout. samples digested with diluted nitric acid. exception to the slightly reduction in sensitivity for pb, the performance of the tungsten coating plus co-injection of pd(no3)2 was similar to the nh2h2po4 + mg(no3)2 modifiers recommended for cd and pb in single-element conditions or when analyzing cd and pb simultaneously in several types of matrices and modifiers mixtures. nevertheless, the w-coating increased considerably the lifetime of the graphite tube in almost four times. acknowledgements the authors thank the fapesp for financially supporting this work. the authors are also grateful to cnpq for researchship and fellowship for j.a.g.n. and s.r.o., respectively and to capes for fellowships for v.r.a.f. and g.p.g.f. recebido em: 16/02/2006 aceito em: 28/03/2006 11ecl. quím., são paulo, 31(2): 7-12, 2006 v. r. amorim filho, w. l. polito, s. r. oliveira, g. p. g. freschi, j. a. gomes neto. determinação simultânea de cd e pb em antibióticos usados no processo de fermentação da cana de açúcar por gfaas. resumo: um método foi desenvolvido para a determinação simultânea de cd e pb em antibióticos usados na fermentação da cana de açúcar por gfaas. a plataforma integrada do atomizador de grafite aquecido transversalmente foi tratada com tungstênio, formando um depósito de modificador permanente de carbeto de tungstênio. seis amostras de antibióticos sólidos comerciais foram analisadas injetando-se 20 µl das amostras digeridas em meio ácido (sistema de forno de microondas fechado) dentro da plataforma de grafite pré-tratada seguido de 5 µl do modificador químico pd 1000 mg l-1. as amostras foram digeridas em frascos fechados com auxílio de radiação microondas empregando ácido nítrico concentrado e peróxido de hidrogênio. as temperaturas de pirólise e atomização do programa de aquecimento do atomizador foram fixadas em 600°c e 2200°c, respectivamente. as massas características calculadas para cádmio e chumbo foram 1,6 pg e 42 pg, respectivamente. limites de detecção (lod) baseados na absorbância integrada foram 0,02 µg l-1 cd e 0,7 µg l-1 pb e os desvios padrões relativos (n = 10) para cd e pb foram 5,7% e 8,0%, respectivamente. as recuperações de cd e pb adicionadas às amostras digeridas variaram de 91% a 125% (cd) e 80% a 112% (pb). palavras-chave: cádmio; chumbo; antibiótico; modificador permanente; gfaas. references [1] n.v. narendranath, s.h. hynes, k.c. thomas, w.m. ingledew, appl. environ. microbiol. 63 (1997) 4158. 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[20] m.l. cervera, j.c. lopez, r. montoro, microchem. j. 49 (1994) 20. 12 ecl. quím., são paulo, 31(2): 7-12, 2006 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 14 | eclética química, vol. 40, 133-140, 2015. 133 desenvolvimento de método espectrofotométrico ambientalmente mais limpo para análise de nitrito em salsichas ângela pinheiro martins, vitor hugo marques luiz, leonardo pezza, helena redigolo pezza 1 ____________________________________________________________________________ resumo: um método espectrofotométrico ambientalmente mais limpo para a análise de nitrito usando um novo reagente de diazotação é descrito. o método proposto é baseado na reação de diazotação e acoplamento entre nitrito, dapsona e naftiletilenotetramina (ned) em meio de ácido fosfórico à temperatura ambiente. as condições de medidas foram otimizadas por planejamento de experimentos. as medidas espectrofotométricas foram efetuadas em 545 nm e o intervalo linear obtido foi de 5,0 x 10 -3 mg.l -1 – 0,5 mg.l -1 , com limites de detecção e de quantificação de 0,99 x 10 -3 mg.l -1 e 3,31 x 10 -3 mg.l -1 , respectivamente. o método proposto foi aplicado com sucesso na análise de nitrito em salsichas e apresentou concordância com o método oficial. palavras-chave: nitrito, salsicha, química verde ____________________________________________________________________________ abstract: a clean environmental spectrophotometric method for the analysis of nitrite using a new diazotizing reagent is reported. the proposed method is based on diazotization-coupling reaction between dapsone, nitrite and (naphthyl)ethylenediamine (ned) in phosphoric acid medium at room temperature. experimental design methodologies were used to optimize the measurement conditions. the spectrophotometric measurements were carried out at 545 nm and the linear range obtained was 5.0 x 10 -3 mg.l -1 – 0.5 mg.l -1 , with detection and quantification limits of 0.99 x 10 -3 mg.l -1 e 3.31 x 10 -3 mg.l -1 , respectively. the proposed method was applied successfully to the analysis of nitrite in sausages and the results obtained by the proposed method were in good agreement with those obtained using the official method. keywords: nitrite, sausage, green chemistry 1 instituto de química, universidade estadual paulista “júlio de mesquita filho” unesp -, c.p. 355, 14801-970, araraquara, sp, brasil. file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 133-140, 2015. 134 134 introdução o íon nitrito é largamente utilizado em produtos embutidos de carne com a finalidade de preservar e conferir cor a esses produtos. embora a maioria dos conservantes utilizados em alimentos seja considerada segura para o consumo humano, a presença de nitrito em níveis elevados pode trazer sérios riscos à saúde do consumidor, pois pode atuar como precursor para vários tipos de problemas, como a formação excessiva de metahemoglobina que conduz a efeitos tóxicos como a cianose e à formação de nitrosaminas carcinogênicas [1-3]. devido à sua larga utilização como conservante em alimentos e riscos inerentes ao seu uso, estudos mais aprofundados deste íon vêm sendo realizados nos anos recentes. inúmeras questões quanto à sua toxicidade foram levantadas e, como consequência, o teor de nitrito no ambiente e nas amostras alimentares vem sendo controlado na maioria dos países industrializados. no brasil, o nível de nitrito permitido pela legislação vigente é de 150mg/kg de nano2 em produtos cárneos embutidos [4]. vários métodos para análise de nitrito têm sido propostos na literatura utilizando técnicas diversas, incluindo espectrofotometria [5-8] e procedimentos em fluxo com detecção espectrofotométrica [9-12], quimioluminescência [13], eletroquímica [14, 15], espectrometria de absorção atômica [16], fluorimetria [17], espectroscopia de reflectância difusa [18] e dispositivo analítico em papel microfluídico com detecção colorimétrica [19]. os métodos espectrofotométricos são os mais largamente utilizados devido ao seu baixo custo, simplicidade de procedimentos e sensibilidade. dentre os métodos espectrofotométricos, o mais simples e mais frequentemente empregado para análise de nitrito é o método oficial adotado pela aoac [7,8], baseado na reação de griess-illosvay e apresenta boa sensibilidade, além de baixo custo relativo. na reação de griess-illosvay, o nitrito reage com a sulfanilamida em meio ácido originando um diazo-composto, o qual reage com o cloridrato de n-(1-naftil)etilenodiamina (ned), produzindo um composto de cor vermelha intensa. entretanto, esse procedimento utiliza grandes quantidades de sulfonamidas, que, segundo estudos, podem causar reações alérgicas em humanos e serem carcinogênicas, além de elevar o risco de aumento da resistência bacteriana [20]. com o objetivo de minimizar o uso de reagentes químicos tóxicos e nocivos ao operador e ao meio ambiente em consonância com a filosofia da química verde [21], o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um método espectrofotométrico ambientalmente mais limpo no qual a sulfonamida é substituída por dapsona (4,4´-diamino-difenil sulfona), reagente que não pertence à classe dos antibióticos e não oferece riscos ao operador e nem ao meio ambiente. o método espectrofotométrico proposto é baseado em medidas do azo-corante produzido (max = 545 nm) a partir da reação entre dapsona, nitrito em meio ácido e ned. as condições experimentais foram otimizadas por planejamento de experimentos e o método proposto foi aplicado na análise de amostras de salsichas. procedimentos experimentais equipamentos e reagentes as medidas espectrofotométricas foram feitas utilizando o espectrofotômetro de fotodiodo hp 8453, equipado com controlador de temperatura. nas medidas volumétricas foram empregadas buretas classe a, micropipetas “gilson” (200 1000 l) e “eppendorf” (10-100 l). foi utilizada vidraria de grau a. as pesagens foram realizadas em balança analítica, modelo ag204 e marca mettler toledo. os reagentes utilizados foram: dapsona (dap) (c12h12n2o2s, purifarma, 99%); n-(1naphthyl)ethylenediamine (ned) (ned.2hcl, sigma-aldrich, usa, 97%); ácido fosfórico (h3po4, mallinckrodt 85%) e nitrito de sódio (nano2, merck, germany, 99%). no preparo das soluções foi utilizada água de alta pureza (resistividade 18 mω cm) obtida em sistema de purificação milli-q (millipore corp., bedford, ma, usa). amostras a análise de nitrito foi realizada em amostras de salsichas (a, b e c), sendo estas adquiridas em supermercados na cidade de araraquara, sp. eclética química, vol. 40, 133-140, 2015. 135 135 metodologia as concentrações de h3po4, de dap e de ned foram otimizadas através do planejamento fatorial 2³ e superfície de resposta. a superfície de resposta e sua respectiva curva de nível foram adquiridas mediante o planejamento composto central. para tanto, 13 experimentos foram realizados em 5 níveis (+√2 até −√2 ). os experimentos foram realizados em triplicata e os resultados analisados utilizando o programa statistica 6.0. foram preparadas soluções de acordo com o seguinte procedimento: em 13 balões de 10 ml foram adicionados cerca de 5,0 ml de água deionizada, 1,0 ml de ácido fosfórico (85%) e diferentes concentrações de dap e ned (o volume do balão foi completado com água deionizada). em seguida foram feitas as medidas de absorbância em 545 nm. estabilidade do produto um monitoramento cinético dos valores de absorbância a 545 nm foi realizado para avaliar a estabilidade do produto colorido da reação. neste procedimento, as medidas foram feitas a cada 3 minutos durante uma hora. estudo de interferências a possível interferência de vários íons (k + , na + , al 3+ , fe 3+ , zn 2+ , ca 2+ , mg 2+ , pb 2+ , cl , po4 3, so4 2, co3 2, no3 2 e scn ) e ingredientes comumente presentes em produtos cárneos (fosfatos, ascorbato de sódio, ácido cítrico, açúcares (dextrose, maltose, sacarose, amido e gomas) foi avaliada. as soluções contendo 1 mg.l -1 de nitrito e de cada um dos íons em concentrações iguais e 10 vezes maior do que a de nitrito foram avaliadas sob as mesmas condições descritas no procedimento proposto. preparo da amostra e aplicação do método proposto as amostras foram preparadas segundo recomendações da aoac [8], que consiste em triturar 5g da amostra (salsicha) e extrair o íon nitrito com água quente, sendo o extrato clarificado pela adição do reagente de carrez seguido de repouso e filtração através de papel de filtro whatman nº. 1 com a finalidade de retirar o material particulado e a gordura. o filtrado foi então diluído de modo a se obter as concentrações desejadas para a análise pelo método proposto. os resultados obtidos foram comparados com os obtidos pelo método espectrofotométrico de griess para a determinação de nitrito em alimentos [8]. análise das amostras pelo método de referência os resultados obtidos pelo método proposto foram comparados com o método de referência para análise de nitrito em salsichas descrito pelo aoac [8]. o método colorimétrico de referência consiste na confecção de uma curva analítica com concentrações diluídas de nitrito de sódio a partir de uma solução estoque de nano2 (1 mg.l -1 ) e posterior análise das amostras nas mesmas condições. o reagente cromogênico do método de referência é constituído de sulfanilamida e ned, ambos em ácido acético 15%, de acordo com a recomendação da aoac [8], realizando a leitura de absorbância após 15 minutos em 540 nm. adição de padrão e recuperação adições de padrão foram realizadas para avaliar a possível interferência da matriz. foram empregadas três amostras de salsicha e estas foram fortificadas com 0,05 e 0,10 mg.l -1 da solução de nitrito e analisadas nas mesmas condições do método proposto. ? resultados e discussão a utilização de dapsona em substituição a sulfanilamida na reação de griess é descrita na literatura [18], em estudo no qual foi desenvolvido um método por espectroscopia de reflectância difusa em meio de ácido clorídrico utilizando papel de filtro como suporte sólido. entretanto, como a reflectância difusa não é largamente difundida e utilizada nos laboratórios de análise como a espectrofotometria, desenvolvemos no presente trabalho um método espectrofotométrico mais limpo para análise de nitrito, utilizando dapsona e ácido fosfórico. a espectrofotometria apresenta requisitos indispensáveis na rotina laboratorial como rapidez, baixo custo operacional e elevada confiabilidade de resultados. durante a reação de diazotação, é esperado que os grupos nh2 da dapsona reajam com o nitrito em meio eclética química, vol. 40, 133-140, 2015. 136 136 de ácido fosfórico e cada grupo diazônio formado pode então reagir com uma molécula de ned produzindo um produto colorido de cor púrpura [18]. o acompanhamento cinético da estabilidade do produto colorido mostrou que o mesmo é completamente formado após 10 minutos de reação e permanece com valores constantes de absorbância por pelo menos 60 minutos, tempo suficiente para a realização das medidas. otimização das variáveis para a obtenção de uma melhor resposta analítica do sistema proposto, a triagem das variáveis envolvidas na reação foi feita a partir de um planejamento 2 3 (fatorial completo) e em seguida um planejamento composto central [22]. na triagem dos reagentes dap, ned e ácido fosfórico, feita pelo planejamento fatorial completo, as concentrações utilizadas como mínimo e máximo foram: 4,03 x 10 -3 e 2,01 x 10 -2 mol.l -1 para a dap, 3,86 x 10 -4 e 1,93 x 10 -3 mol.l -1 para o ned e 1,46 e 2,92 mol.l -1 para o ácido fosfórico. nessa etapa foi verificada que a reação independe da concentração de ácido fosfórico (fig. i). assim, foi fixada a concentração de ácido fosfórico em 1,46 mol.l -1 uma vez que não houveram variações de absorbância nas concentrações de ácido analisadas, diferente do observado nos outros reagentes (dap e ned). fig. i. gráfico de efeitos principais referente às variáveis dap (4,03 x 10 -3 e 2,01 x 10 -2 mol.l -1 ), ned (3,86 x 10 -4 e 1,93 x 10 -3 mol.l -1 ) e ácido fosfórico (1,46 e 2,92 mol.l -1 ). após a identificação dos parâmetros mais significativos, as variáveis foram otimizadas usando o planejamento composto central de modo a se obter as melhores condições analíticas para a reação. todos os experimentos foram realizados com a concentração de nitrito fixada em (0,40 mg.l -1 ). os resultados obtidos estão expressos na tabela 1 e na fig. ii, que ilustra a superfície de resposta obtida dos dados experimentais. eclética química, vol. 40, 133-140, 2015. 137 137 tabela 1 – matriz obtida a partir das coordenadas dos pontos de planejamento composto central. corrida variáveis não codificadas variáveis codificadas [dap] (mol l -1 ) [ned] (mol l -1 ) [dap] (mol l -1 ) [ned] (mol l -1 ) 1 4,03 x 10 -3 4,24 x 10 -4 -√2 0 2 2,22 x 10 -2 4,24 x 10 -4 0 0 3 2,22 x 10 -2 4,24 x 10 -4 0 0 4 9,34 x 10 -3 1,79 x 10 -4 -1 -1 5 3,50 x 10 -2 1,79 x 10 -4 1 -1 6 3,50 x 10 -2 6,70 x 10 -4 1 1 7 2,22 x 10 -2 4,24 x 10 -4 0 0 8 2,22 x 10 -2 7,72 x 10 -4 0 -√2 9 2,22 x 10 -2 4,24 x 10 -4 0 0 10 2,22 x 10 -2 7,72 x 10 -5 0 -√2 11 9,34 x 10 -3 6,70 x 10 -4 -1 1 12 4,03 x 10 -2 4,24 x 10 -4 -√2 0 13 2,22 x 10 -2 4,24 x 10 -4 0 0 figura 2. superfície de resposta otimizada para a medida de absorbância em 545 nm em função das variáveis dap (mol l -1 ) e ned (mol l -1 ). eclética química, vol. 40, 133-140, 2015. 138 138 o modelo da regressão quadrática é dado pela equação (1): 𝑍 = 0,392 + 1,107𝑋 − 6,823𝑋2 + 12,629𝑌 − 7044,136𝑌2 − 5,568𝑋𝑌 (1) onde: z: fator de resposta correspondente ao valor de absorbância x: concentração de dap (mol.l -1 ) y: concentração de ned (mol.l -1 ) analisando a superfície de resposta chega-se à conclusão que as melhores condições foram obtidas com [dap] = 3,26 x 10 -2 mol.l -1 e [ned] = 3,40 x 10 4 mol.l -1 . curva analítica e limites de detecção e quantificação a curva analítica foi construída através de diluições apropriadas de uma solução estoque de nitrito no intervalo de (5,0 x 10 -3 mg.l -1 – 0,5 mg.l -1 ) e uma relação linear foi observada entre a absorbância (a) e a concentração de nitrito [no2 ] (mg.l -1 ). a curva analítica é representada pela equação (2) e tem coeficiente de correlação r = 0,9999. 𝐴 = 0,00162 + 1,10056 𝑥 [𝑁𝑂2 −] (2) onde: a: fator de resposta correspondente ao valor de absorbância [no2-]: concentração de nitrito (mg.l -1 ) os valores de limite de detecção e de quantificação para o nitrito foram determinados segundo recomendação da iupac [23] e os valores encontrados foram, respectivamente, 0,99 x 10 -3 mg.l 1 e 3,31 x 10 -3 mg.l -1 . estudo de interferentes os resultados obtidos não excederam ± 5,0% no valor do sinal analítico obtido indicando que não há interferência dos íons ou compostos estudados nas condições experimentais estudadas. portanto, o método apresentado possui uma boa seletividade e pode ser aplicado para a análise de nitrito em salsichas. análise das amostras o método proposto e o oficial foram aplicados para as três amostras de salsichas, sendo os resultados apresentados na tabela 2. tabela 2 – determinação de nitrito em amostras de salsichas expressa em mg(nano2)/kg de salsicha amostra método oficial a método proposto a teste t b (4,30) a 23,2510,004 24,0830,003 3,84 b 16,3200,002 16,0240,005 2,00 c 38,3710,001 37,8640,002 2,63 a : média desvio padrão (n=3); b : valores críticos de t ao nível de confiança de 95% para todas as amostras de salsichas analisadas os resultados obtidos pelo método oficial e pelo método proposto foram comparados aplicando-se o teste t a um nível de confiança de 95%. em todos os casos os valores obtidos mostraram-se concordantes uma vez que os valores de t calculados não excederam os valores tabelados, indicando que o método proposto apresenta boa precisão e exatidão. as recuperações variaram de 99,0% a 113% indicando que a composição das salsichas analisadas (tabela 3) não interfere significativamente na análise de nitrito nas amostras. eclética química, vol. 40, 133-140, 2015. 139 139 tabela 3 – adição padrão e recuperação para o método proposto amostra nitrito adicionado (mg.l -1 ) nitrito encontrado (mg.l -1 ) recuperação (%) a 0,050 0,052 104,0 0,100 0,110 110,0  a = 107,0  4,2 b 0,050 0,052 104,0 0,100 0,113 113,0  a = 108,5  7,1 c 0,050 0,054 108,0 0,100 0,099 99,0  a = 103,5  6,4  a = média  desvio padrão, n = 3. conclusões o método proposto é rápido, simples, exato, sensível e seletivo. a sulfanilamida foi substituída com sucesso por dapsona e o método desenvolvido apresentou maior sensibilidade. adicionalmente, a quantidade de resíduo gerada é muito menor do que o método espectrofotométrico oficial, podendo ser considerado como um método ambientalmente mais limpo. os resultados obtidos pelo método proposto mostraram ser concordantes com aqueles obtidos pelo método oficial. as amostras de salsichas analisadas apresentaram quantidade de nitrito de sódio entre 16 e 38 mg de nano2/kg de salsicha, estando de acordo com a legislação brasileira que estabelece limite máximo permitido de 150 mg de nano2/kg de salsicha. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq e mct/cnpq/mapa/sda (proc. 578216/2008-6). referências [1] ramos, l. a., cavalheiro, c. s. and cavalheiro, e. t. g., quim. nova. 29 (5) (2006) 1114. 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inhibition 1. introduction due to its physical and chemical properties, water was essential for the emergence of the first living organisms, as well as their evolution. it is the most abundant compound in living systems, accounting for ~70% or more of the weight of most organisms, and it plays important roles in their metabolisms. because it is an essential compound for survival, any contamination can cause damage to humans and the environment1. the indiscriminate use of pesticides to accelerate food production, especially in developing countries, has resulted in contamination of natural waters, causing a serious threat to the environment in many parts of the world2. pesticides are chemical compounds used to kill different kinds of pests that cause damage to crop, such as insects, fungi and undesirable plants (weeds)3, as well as being used to protect food products during processing, storage and transport4. pesticides, due to their nature, are potentially toxic to other organisms, including humans3. acute exposure to pesticides can lead to death or serious illness5. chronic exposure can impair the function of the endocrine, nervous, renal, immune, reproductive, respiratory and cardiovascular systems6. from this perspective, there is evidence relating pesticide exposure and the incidence of chronic human diseases, including cancer7, parkinson's disease8, alzheimer's disease9 asthma10, multiple sclerosis11, diabetes12, abstract: water is of extreme importance to living creatures. however, due to the actions of humans, water resources have been contaminated by many different compounds, including pesticides. pesticides in water sources can cause damage to aquatic environments or to those who consume it. on this basis, it is important that water treatment systems can remove these pollutants from water. in this perspective, the objective is to investigate whether conventional water treatment can remove several pesticides, namely, atrazine, ametryn, malathion and chlorpyrifos. according to the results, it was observed that conventional treatment after filtration was not capable of removing these pesticides efficiently, with the organophosphorus pesticides (malathion and chlorpyrifos) removed in a higher percentage than the triazines (atrazine and ametryn). post-chlorination reduced the pesticide levels, however, malaoxon and ametryn sulphoxide byproducts were generated, which caused greater acetylcholinesterase inhibition. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 mailto:mccanela@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-3485-3795 https://orcid.org/0000-0002-1107-887x original article 66 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 65-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 premature aging13, reproductive disorders,14,15, cardiovascular disease16 and chronic kidney disease17. brazil is the world's largest consumer of pesticides and is responsible for ~20% of the total18. in 2014, 317 active ingredients were commercialized in brazil, consuming ~500 thousand tons of pesticides19. only 0.1% of the pesticides reach the target during application, while the remaining 99.9% has the potential to move to the environment, including surface and groundwater20. thus, there is concern whether conventional water treatment systems can efficiently eliminate these contaminants. only a few studies have been carried out with organic compounds in treated waters, and most of these studies are with pharmaceuticals and endocrine disrupters21. brazilian conventional water treatment facilities typically use coagulation, flocculation, sedimentation and filtration for the removal of suspended solids and dissolved organic carbon, followed by chlorination for disinfection. this system has been shown to be largely ineffective in removing emerging micropollutants (e.g., endocrine-disrupting compounds, pharmaceuticals, personal care products and pesticides) and the addition of chlorine can result in the reaction and transformation of these compounds21–23. advanced treatment technologies, such as ozonation and advanced oxidation processes, activated carbon adsorption, reverse osmosis and nanofiltration, are effective in removing these compounds22. despite this, due to their high cost, advanced processes in water treatment facilities are still limited, especially in developing countries, like brazil24. therefore, the main objective of this work is to verify, by means of simulations, whether a conventional brazilian water treatment system could remove some selected pesticide, namely, atrazine and ametryn, which belong to the class of triazines, and the organophosphorus pesticides, malathion and chlorpyrifos (figure 1). these pesticides were chosen because they have recently been reported in the literature due to their high concentration in brazilian surface waters, above the tolerable limit for aquatic life18. n n n nn s hh ametryn n n n nn cl hh atrazine ncl cl cl o p o s o chlorpyrifos p s s o o o o o o malathion figure 1. pesticides used in this research. 2. experimental 2.1. materials and reagents atrazine (98.8% purity), ametryn (98.5% purity), chlorpyrifos (99.2% purity) and mmalathion (99.1% purity) were purchased from sigma-aldrich. aluminium sulfate (al2(so4)3.18h2o, analytical grade) and calcium hydroxide (ca(oh)2, analytical grade) were obtained from vetec química fina ltda. kaolin was purchased from prominérios comércio de minérios ltda. and commercial sodium hypochlorite was obtained from indústrias anhembi ltda. the concentration of the sodium hypochlorite solution was confirmed by a standard sodium thiosulfate titration25. stock solutions of 800 mg l-1 of the individual pesticides were prepared in pure acetone. all the stock solutions were stored in amber glass bottles at 4 ºc. the experimental artificial sample was prepared by adding a kaolin suspension with 100 ± 5 ntu turbidity (tb100p ms tecnopon) and 450 uh apparent color (alfakit equipment)21. organic and inorganic compounds were not added to artificial water because the aim was to isolate the variables and verify the treatment without interferents. the effect of a real matrix will be investigated in the next step of this work. 2.2. experimental procedures 2.2.1 analytical method and recuperation tests the method of analysis used to quantify the pesticides and to identify the by-products was based on the extraction/concentration of these https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 original article 67 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 65-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 substances by means of solid phase extraction. samples of 50 ml were submitted to solid phase extraction employing opt 3 ml × 60 mg. agilent cartridges were conditioned with 6.0 ml of methanol and 6.0 ml of ultrapure water in a 12port vacuum manifold system. the analytes were then eluted using 7.5 ml of ethyl acetate with subsequent quantification by gc-ms. parent compound quantification the extracts were analyzed by gc-ms (shimadzu gc 17a and ms qp 5050) using selected ion monitoring mode. in the experiments, the injection volume was 1 μl and a vf-5ms capillary column (varian, 30 m, i.d. 0.25 mm, 0.25 μm) was used. a flow rate of 1 ml min-1 of helium gas, with a constant pressure of 203 kpa and a 1:10 split ratio was used. the oven temperature started from 100 °c then increased at 25 °c min-1 to 250 °c and finally increased at 15 °c min-1 to 270 °c. temperatures were set at 240 °c in the injector and 230 °c in the interface to the detector. the ions monitored for atrazine detection were: m/z 215, 200 and 173; for ametryn: m/z 227, 212 and 170; for malathion: 173, 125 and 93; for chlorpyrifos: 314, 197 and 97. quantification was performed by external standardization, with the area obtained compared with the appropriate analytical curve (table 1)26. by-product identification the by-products of the pesticides were also analyzed by gc-ms using similar conditions as described for the parent compounds. a split ratio of 1:10, an injection volume of 1 μl and scan mode were used for this analysis. compounds were identified using fragmentation analysis, and isotope clustering patterns were found with the aid of the nist library. preliminary tests were carried out to evaluate the recovery of the pesticides in the aqueous matrixes used in the experiments to determine the efficiency of the extraction method. the pesticide recovery ratio was determined (in triplicate) by comparing peak areas from water samples spiked with a known amount of non-extracted pure standards. the linearity of the method, calibration equation, limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) were also determined (table 1). the detection and quantification limits were calculated using the standard deviation of the blank (synthetic water extract after simulated water treatment without pesticides) from the following equations27: lod = 3.3 x (blank standard deviation)/slope (equation 1). loq = 10 x (blank standard deviation)/slope (equation 2) note: slope: angular coefficient of the analytical curve. table 1. detection (lod) and quantification (loq) limits, mean percentage recovery (% r), calibration equation* and coefficients of correlation (r2) for the experimental solutions. pesticide calibration equation r2 % r lod (ng l-1) loq (ng l-1) atrazine y= 9.96.105x-1.16.104 0.997 99±1 8.11 24.58 ametryn y=1.20.106x-2.83.104 0.998 95±2 6.76 20.49 malathion y=1.88.106x-3.63.104 0.998 112±3 4.29 13.02 chlorpyrifos y=1.14.106x-1.51.104 0.997 79±2 7.08 21.44 *calibration equation was obtained by mixing the pesticides in synthetic water (100 ntu of turbidity) at concentrations of 0.48, 0.40, 0.32, 0.24, 0.16 and 0.08 mg l-1. 2.2.2 determining optimum operating conditions for jar test the tests were carried out with the artificial sample mentioned in section 2.1 using jar test trade lab ambiental equipment to obtain the ideal condition of turbidity removal. then, the pair of values "coagulant dosage × coagulation ph" was varied. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 original article 68 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 65-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 an aluminum sulphate solution (1% w/v) was used to facilitate the coagulation in the water and a calcium hydroxide solution (0.5% w/v) was used for adjusting the ph values25. 2.2.3 jar test procedures bench tests were performed in triplicate using the jar test method to reproduce the conventional water treatment systems, i.e., coagulationflocculation and decantation, followed by filtration. the pesticides were added to synthetic water (ph corrected according to section 2.2.2) at a concentration of 0.48 mg l-1 for each compound, and their removal was verified according to section 2.2.1. the jar test was performed according to brazilian standard nbr 12.216: 1992 and by the practical manual of water analysis from the national health foundation to better represent the operations of the treatment plants of water, as follows: rapid mixture: dispersion of aluminum sulphate in 1 l of water sample to be treated, with a maximum speed of 100 rpm for 3 min; mechanized flocculation: total time of 10 min, with agitation speed of 50 rpm; decantation: the sample was left to decant for ~15 min, which corresponds to a sedimentation rate of 1.74 cm min-1 (treatment plant with capacity of up to 1,000 m³ day-1). filtration of the samples was done by gravity using 125 mm diameter filter paper. in the last step, chlorination, sodium hypochlorite was added in a dosage that resulted in 5 mg l-1 of chlorine, a concentration as indicated by the ministry of health ordinance nº 2914 of 12/12/2011. after this process, an aliquot of each test was removed and submitted to the analysis, as described in the following sections. 2.2.4 acetylcholinesterase inhibitory activity determination of the ache inhibitory activity was carried out according to the ellman method, modified as follows28. this method is based on the amount of thiocholine released when ache hydrolyses the substrate acetylthiocholine iodide. the product thiocholine reacts with ellman’s reagent (dtnb) to produce a yellow compound [5thio-2-(nitrobenzoate)], which can be detected at 405 nm. in each well of a 96-well plate, 65 μl of pbs (0.2 mol·l−1 phosphate buffer, ph 7.2), 10 μl of sample* and 10 μl of ache (1300 u mg−1) were added. the mixture was kept at 37 °c for 3 h. subsequently, 65 μl of 1.00 mmol l−1 acetylcholine iodide and 65 μl of 1.00 mmol l−1 ellman’s reagent (dtnb dissolved in 0.2 mol l−1 phosphate buffer ph 7.2) were added. then, the absorbance was measured at 405 nm using a microplate reader (elx800 biotec) in triplicate experiments. the enzymatic activity was calculated as a percentage of the velocities of each sample compared to the control. the inhibitory activity was calculated from one hundred percentage subtracted by the percentage of enzyme activity. *control 10 μl of ultrapure water. chlorine 10 μl chlorine solution (5 mg l-1). after filtration 10 μl solution after filtration. postchlorination 10 μl solution after 30 min reaction time with chlorination. 3. results and discussion 3.1 determining optimum operating conditions for jar test the optimal conditions for the treatment of 1 l of water at 100 ntu were using 20 ml of aluminum sulphate solution (1% w/v) and ph 10.5, or 15 ml of calcium hydroxide solution (0.5% w/v), conditions which provided a turbidity of 0.24 ntu and 0.0 uh apparent color. all results considered in this study meet the standards for turbidity and apparent color, set forth in brazilian legislation from the ministry of health for drinking water standards. therefore, these were the parameters used in the pesticide removal test in the simulation of conventional water treatment. 3.2 pesticide removal as shown in figure 2, it was observed that after filtration, the pesticides were not removed efficiently. the organophosphorus compounds were removed in a higher percentage (malathion: 62.21 ± 0.01%, chlorpyrifos: 43.8 ± 0.9%) than the triazines (atrazine: 10.8 ± 0.6%, ametryn: 14.8 ± 0.3%). as the flake formation phenomenon in the treatment of water is carried out by electrostatic attraction, it is inferred that the organophosphorus compounds have been removed in greater percentage due to the presence of the phosphate group, which would allow a greater attraction to the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 original article 69 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 65-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 particles, and consequently, greater efficiency in the decantation/filtration process. figure 2. average percentage of pesticide removal after treatment. after the chlorination, the removal of pesticides increased, and lower and higher percentages were found for atrazine (15 ± 1%) and ametryn (87.7 ± 0.5%), respectively. the organophosphorus malathion and chlorpyrifos were eliminated by 73.2 ± 0.2% and 62.9 ± 0.8%, respectively. despite the increased removal of pesticides, according to figure 3, two by-products were detected in the post-chlorination step. according to the nist library, the first by-product is malaoxon and the second is an ametryn-derived compound, as shown in figure 3b. li et al.29 reported that the oxidation of malathion by chlorination generates malaoxon. figure 3. gc-ms chromatogram scan mode: a – after filtration; b – post-chlorination. using the ametryn-derived fragmentation analysis (figure 4), we found the molecular ion with a mass to charge ratio of 243, the molecular ametryn ion is m/z = 227, resulting in an increase equal to 16 in its mass value. this difference is consistent with the oxidation product of ametryn, derived from the reaction with sodium hypochlorite, generating ametryn sulfoxide, as reported by lopez and collaborators30. this byproduct formation justifies the marked difference in the removal of ametryn compared with atrazine, due to the methyl sulfide group (r-s-ch3), which is susceptible to reaction with sodium hypochlorite. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 original article 70 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 65-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 figure 4. gc-ms mass spectra for ametryn by-product. there are other studies on water treatment plant simulation that note that the conventional model is not efficient for the removal of pesticides, such as soares et al.21, whose objective was to verify the removal of endosulfan, ethylenethiourea and 1,2,4triazole. at the end of the experiments, they verified that 54% of endosulfan, 11% of ethylenethiourea and 18% of 1,2,4-triazole were removed21. li et al.29 also found that after the treatment process, the organophosphorus diazinon and tolcoflos-methyl (initial concentration of 50 μg l-1) were removed by ca. 63% and 49%, respectively, after filtration. these results are very similar to those found in the removal of the organophosphorus pesticides malathion and chlorpyrifos presented here. 3.3 acetylcholinesterase inhibitory activity according to table 2, it is observed that the sample containing chlorine did not show significant difference to the control, in other words, chlorine was not the capable of inhibiting the acetylcholinesterase enzyme. alternatively, it is known that organophosphates have the ability to inhibit such enzymes31–33, which explains the inhibition generated after filtration, i.e., this treatment was not effective in removing such compounds. there are not studies demonstrating that atrazine and ametryn alone are capable of inhibiting ache. however, during toxicity bioassays, the atrazine in combination with chlorpyrifos decreased significantly the acetylcholinesterase activity as compared to chlorpyrifos only treatments34. studies show that atrazine enhances the uptake and facilitates the biotransformations of chlorpyrifos to chlorpyrifosoxon35. table 2. acetylcholinesterase activity (ache). sample % ache activity control 100 ± 2 chlorine 100 ± 1 after filtration 96 ± 1 post-chlorination 51 ± 2 after chlorination, 50% enzyme inhibition was found, which is an indication that the compounds formed were more toxic than their parents. based on figure 3b, we observed the formation of two by-products, malaoxon and ametryn sulfoxide. it is known that the oxidation of organophosphorus generates more toxic products, the oxons, which are more efficient in inhibiting ache27–29. in this perspective, we expected that the enzyme inhibition would be accentuated, since malaoxon was generated after the chlorination. the effect of ametryn sulfoxide is still unknown, however this will be investigated in the next step of this work. 4. conclusions based on the results, we verified that the conventional water treatment was not effective in removing atrazine, ametryn, malathion and chlorpyrifos pesticides. organophosphorus compounds were removed in higher percentages than the triazines. it was observed that the post-chlorination water became more toxic, because the enzyme acetylcholinesterase activity reached at 50%, indicating that the malaoxon was one of the responsible by-products. it is not yet known if the ametryn oxidation by-product, ametryn sulfoxide, is capable of inhibiting this enzyme, this action will be verified in future experiments by testing only this by-product. 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 0 50 100 % 68 43 227 71 96 212 138 17085 185110 122 15555 243127 196 201 n n n s n n h h ametryn sodium hypochlorite n n n s n n h h o ametryn sulphoxide https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 original article 71 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 65-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p65-73 based on the toxicity of pesticides and their post-chlorination by-products, water quality control measures and treatment systems improvement are necessary to allow further removal of these contaminants at levels that are not a hazard to the population. 5. acknowledgments the authors thank the inctaa (fapesp, proc. 465768/2014-8 and cnpq proc. 573894/2008-6) by the financial support. 6. references [1] nelson, d. l., cox, m. m., lehninger principles of biochemistry, artmed, porto alegre, 6th ed., 2014, ch2. 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www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 otimização multivariada e aplicação do sorvente sio2-nb2o5 para determinação em linha de ni(ii) em matriz aquosa j. n. bianchin, r. mior, e. martendal, j. s. carletto e e. carasek*. departamento de química, universidade federal de santa catarina, florianópolis 88040900, sc, brazil *ecarasek@hotmail.com resumo: neste estudo foi desenvolvido uma metodologia para determinação de ni(ii) em amostras de água usando a extração em fase sólida (spe) em um sistema por injeção em fluxo (fi) e detecção por espectrometria de absorção atômica em chama (f aas). o adsorvente utilizado para a extração e pré-concentração do ni(ii) foi a sílica gel modificada com óxido de nióbio(v). variáveis químicas e de fluxo do sistema em linha foram otimizadas usando planejamento fatorial completo (n = 2k + 3). as condições iniciais do sistema fi-f aas foram volume de amostra de 10 ml e concentração de ni(ii) de 100 µg l-1. o tampão sörensen foi selecionado neste estudo. a resposta analítica utilizada foi absorvância integrada. após a otimização foram obtidos os parâmetros analíticos de mérito: faixa linear de trabalho estudada de 5-100 µg l-1; r = 0.9999; rsd = 1,5% (35 µg l-1, n = 7); limite de detecção de 0,8 µg l-1; limite de quantificação de 2,7 µg l-1 e fator de enriquecimento de 92,25. foram analisadas amostras de água do rio araranguá e a da rede de abastecimento da cidade de florianópolis, ambas do estado de santa catarina. as duas amostras não apresentaram concentração de níquel acima do limite de detecção e após fortificação das mesmas os valores de recuperação foram na faixa de 100,2 a 103,8%. palavras-chave: f aas; análise por injeção em fluxo; sio2-nb2o5; níquel. contém ni(ii) podem trazer sérios danos à saúde, incluindo o câncer do sistema respiratório [1]. além disso, o desgaste de jóias feitas de ligas de níquel tais como anéis, correntes e braceletes, pode ocasionar em algumas pessoas uma doença de pele, conhecida como níquel-eczema [1]. esses metais encontram-se, em geral, em concentrações-traço e por isso é necessário o desenvolvimento de métodos analíticos que possibilitem suas determinações quantitativas de acordo com os crescentes níveis de exigência das organizações governamentais. a espectrometria de absorção atômica em chama (f aas) é uma das técnicas mais utieq03-af 11/12/08 9:49 page 25 lizadas para a determinação de vários elementos metálicos e semimetálicos em diferentes tipos de amostras, com boa precisão e exatidão [3]. apesar disso, existem muitas dificuldades para a determinação de traços de metais em amostras ambientais devido à baixa concentração do analito e/ou efeitos de matriz. sendo assim, etapas de separação e pré-concentração podem ser necessárias para a viabilização da análise. o isolamento e o enriquecimento do analito pode oferecer vantagens como minimização dos efeitos de matriz e abaixamento do limite de detecção, permitindo a aplicação de uma instrumentação simples e de menor custo de aquisição e manutenção para a quantificação do analito, além de facilitar a automação das análises [4]. a extração em fase sólida (spe) é uma técnica muito empregada para a extração de analitos presentes em matrizes complexas. a spe emprega cartuchos recheados com sorventes e os mecanismos de retenção são idênticos àqueles envolvidos em cromatografia líquida em coluna [5]. a fácil adaptação de mini-colunas para préconcentração em sistema em fluxo, o uso de pequenas quantidades de eluente e a disponibilidade de vários sorventes são vantagens importantes desta técnica [6]. a sílica gel tem sido muito usada como suporte para a imobilização de uma grande variedade de moléculas, organo ou inorganofuncionais, obtendo-se materiais para diferentes aplicações, tais como empacotamento para coluna cromatográfica, suporte para catálise homogênea, matriz para imobilização de enzimas e adsorvente de íons em solução [6]. existe um grande número de publicações que discutem as propriedades de adsorção e aplicações para sílica modificada com óxidos metálicos [2], podendo-se tomar como exemplo o óxido de nióbio(v) ancorado sobre sílica gel. este material apresenta algumas características como: grande capacidade de troca iônica, estabilidade operacional, resistência elevada à solubilização em diversos solventes, mantendo suas propriedades de troca iônica após um grande número de extrações, sem perder suas características. esta capacidade de troca iônica está atribuída aos sítios ácidos de lewis e a reação envolvendo um ou vários grupos hidroxilas dos sítios ácidos de bronsted [7]. a análise por injeção em fluxo (fia) é uma técnica onde se efetua a análise em série com operações de separação. no sistema fia, uma solução amostra, em condições previamente otimizadas, é injetada no sistema geralmente com auxílio de uma bomba peristáltica. a espécie analítica presente na amostra, ao passar pela mini-coluna, é extraída pelos sítios ativos do material extrator e a quantidade de analito retido na coluna é proporcional à vazão da amostra e ao tempo de pré-concentração. o analito é extraído da mini-coluna com o auxílio de um eluente apropriado, onde a solução resultante contendo o analito é deslocada até um detector e o sinal analítico é monitorado [8]. atualmente a possibilidade de obtenção de uma grande quantidade de dados numéricos tem crescido em todos os campos da ciência, incluindo a química analítica, devido ao desenvolvimento de novas técnicas e instrumentação que permitem uma resposta de forma mais rápida. neste contexto, a aplicação de ferramentas estatísticas é de fundamental importância, principalmente para explorar e entender uma gama crescente de dados e informações originadas de um sistema [9]. o planejamento para um experimento pode ser do tipo multivariado, em que todos os experimentos são feitos antes da análise dos resultados, e do tipo univariado, em que o resultado do experimento anterior determina as condições a serem usadas no experimento seguinte [10]. as principais desvantagens da análise univariada são o grande número de ensaios necessários para otimização e a falta de informações acerca das interações entre a variável em estudo e as demais variáveis que afetam o sistema. técnicas envolvendo otimização multivariada estão sendo preferencialmente aplicadas em procedimentos analíticos por permitirem otimizar simultaneamente todas as variáveis com reduzido número de experimentos e ainda fornecerem dados acerca da interação entre as variáveis [10]. entre estas técnicas, o planejamento fatorial completo é bastante empregado para avaliar a significância de variáveis [8]. o número de experimentos requeridos para isto é calculado como n = 2k, onde k é o número de variáveis. quando há apenas variáveis quantitativas podem-se usar pontos 26 ecl. quím., são paulo, 33(4): 25-32, 2008 eq03-af 11/12/08 9:49 page 26 centrais, neste caso três replicatas, resultando em n = 2k +3, garantindo melhor ajuste do erro estatístico. a matriz doehlert é um planejamento uniforme proposto por doehlert em 1970 e tem sido muito usado para otimização de duas variáveis, consistindo de um ponto central e seis pontos formando um hexágono, situado em um círculo [8]. neste trabalho, o planejamento fatorial completo e matriz doehlert foram usados para otimização das variáveis de um sistema de pré-concentração em linha com detecção por espectrometria de absorção atômica em chama (f aas) com o objetivo de aplicar o sorvente promissor de sílica gel modificada com óxido de nióbio (v) para determinação de ni(ii) em matrizes aquosas. material e métodos instrumentação um espectrômetro de absorção atômica varian spectraa 50 (varian, victória, austrália), equipado com atomizador em chama, lâmpada de catodo oco de ni(ii) (hitachi, hla – 4s) e corretor de fundo (lâmpada de arco de deutério) foi usado para a determinação de ni(ii). as leituras de absorvância foram realizadas conforme instruções do fabricante. uma bomba peristáltica da ismatec ipc, provida de 8 canais e de tubos de tygon®, foi usada para bombear todas as soluções nas etapas de pré-concentração e eluição. reagentes e soluções todas as soluções foram preparadas empregando-se água deionizada proveniente de um sistema de purificação de água milli-q® da millipore® (bedford, ma, usa) e todos os reagentes usados foram de grau analítico. a limpeza dos aparatos de laboratório foi feita com o uso de uma solução 2% (v/v) de extran® merck (darmstadt, alemanha) por imersão por 24 h, enxaguados com água destilada, então submersos durante 48 h em solução 20% (v/v) de ácido nítrico vetec (rio de janeiro, brasil) e banho de ultra-som por 1 h, a seguir foram enxaguados com água deionizada. soluções de trabalho foram preparadas, diariamente, a partir de diluições adequadas de uma solução estoque (merck) de ni(ii) 1008 mg l-1 . 27ecl. quím., são paulo, 33(4): 25-32, 2008 solução de ácido nítrico utilizada como eluente foi preparada pela diluição de ácido nítrico concentrado (merck,) em água. sistema de pré-concentração em fluxo a sílica modificada com óxido de nióbio (v) foi aplicada em um sistema de pré-concentração automatizado. o módulo de análise é composto de uma bomba peristáltica, quatro válvulas solenóides de três vias e uma mini-coluna de teflon®, preenchida com 100 mg do material adsorvente, que foi acoplada ao espectrômetro de absorção atômica com chama, conforme mostra a figura 1. a mini-coluna, com 55 mm de comprimento e 3 mm de diâmetro interno, foi preenchida em ambas extremidades com pequena quantidade de lã de vidro, para evitar perda da sílica modificada. a mini-coluna foi estável durante todos os experimentos. as quatro válvulas solenóides de três vias foram acionadas por um programa de computador escrito em quick basic 4.5. as etapas de adsorção e dessorção dos analitos, no sistema de pré-concentração em linha, foram controladas por tempo. o sistema de pré-concentração em linha foi otimizado pelo método multivariado, com a finalidade de determinar as condições químicas e de fluxo ótimas para o analito em estudo. na etapa de adsorção do analito pelo material adsorvente contido na mini-coluna (figura 1a), a válvula v1 foi acionada, e as demais permaneceram desligadas. a solução de trabalho flui através da válvula v1, mini-coluna e válvula v2, respectivamente, sendo o efluente descartado. neste estágio, ocorre a troca iônica na mini-coluna. ao mesmo tempo o eluente, uma solução de hno3, é bombeado para o seu próprio frasco através da linha de retorno. na etapa de dessorção do analito ligado aos sítios ativos do material extrator (figura 1b), a válvula v1 foi desligada e as válvulas v2, v3 e v4 foram acionadas pelo programa do computador. o eluente, uma solução de hno3 1 mol l-1 percola pelas válvulas v2, v3 e mini-coluna, respectivamente. o eluato, que é o eluente mais o analito, ao passar pela válvula v4, foi introduzido diretamente no sistema nebulizador-queimador do espectrômetro. o fluxo do eluente passou pela mini-coluna no sentido contrário ao fluxo da solução de trabalho. as leituras dos sinais analítieq03-af 11/12/08 9:49 page 27 28 ecl. quím., são paulo, 33(4): 25-32, 2008 µg l-1, sendo o tampão usado sörensen 0,01mol l1 e resposta analítica a absorvância integrada. a figura 2 ilustra o gráfico de pareto, onde são observadas as variáveis e suas significâncias. como pode ser visto no gráfico de pareto os fatores concentração do eluente, ph, vazão do eluente e a interação entre eles são estatisticamente significantes. a vazão da amostra foi mantida constante, pois a mesma apresentou significância pequena frente às outras variáveis. por possuir um sinal negativo, a melhor vazão encontra-se entre o ponto médio e o inferior, sendo então fixado o cos foram realizadas como área de pico. como a linha de base aumentava com o decorrer do tempo, a leitura do branco do equipamento era realizada após a medição de cada replicata. todas as análises foram feitas em duplicata. resultados e discussão a otimização do sistema em linha foi feita pelo método multivariado usando planejamento fatorial completo (n = 2k +3, com k = 4, onde: n = número de experimentos e k = número de fatores). foram otimizados quatro fatores: ph amostra, concentração do eluente (hno3), vazão da amostra e do eluente. na tabela 1 estão dispostos os níveis mínimos e máximos utilizados para realizar os experimentos. a partir dos resultados obtidos e usando análise de variância (anova) e probabilidade estatística (p = 0,05) foi construído o gráfico de pareto para determinar a influência dos fatores e suas interações no sistema. as condições iniciais do sistema fi-f aas foram: volume de amostra a ser pré-concentrada de 10 ml, concentração de ni(ii) de 100 tabela 1. variáveis e níveis (fatores) usados no planejamento fatorial. variável mínimo ponto máximo (-) central (+) ph da amostra 5 6 7 concentração do eluente (mol l-1) 0,5 1.25 2,0 vazão da amostra (ml min-1) 4 6.5 7 vazão do eluente (ml min-1) 4 5 6 figura 1. diagrama do sistema de pré-concentração em linha utilizado neste estudo. (a) processo de adsorção e (b) processo de desorção. v: válvula, l: caminho livre, d: caminho para descarte, mc: mini-coluna contendo o adsorvente, r: retorno da amostra ou eluente, circulo achurado: válvula aberta e circulo branco: válvula fechada. eq03-af 11/12/08 9:49 page 28 ponto médio como vazão da mostra, visto que, de acordo com o gráfico de pareto, uma vazão menor resultaria em pequeno ganho de sinal analítico em detrimento à freqüência analítica. desta forma foram desenvolvidos dois planejamentos doehlert envolvendo as váriáveis ph e concentração do eluente (matriz doehlert 1) e concentração do eluente com a vazão do eluente (matriz doehlert 2) para obtenção dos valores ótimos de cada fator. os 7 experimentos requeridos em cada matriz doehlert foram feitos em duplicata e estão mostrados nas tabelas 2 e 3. os resultados obtidos nas duas matrizes 29ecl. quím., são paulo, 33(4): 25-32, 2008 doehlert foram tratados gerando superfícies resposta. o planejamento matriz doehlert 1 (ph x concentração do eluente) demonstrou que as condições ótimas para um máximo de absorvância, a partir da superfície de resposta, foram ph 5,66 e concentração do eluente de 0,84 mol l-1. a figura 3 mostra a superfície resposta da matriz doehlert 1 utilizada para otimização final do sistema fi-f aas o planejamento matriz doehlert 2 (concentração do eluente versus vazão do eluente) demonstrou que as condições ótimas para um máximo de absorvância foram vazão de eluente de 3,8 ml min-1 e concentração do eluente de 0,8 moll-1. a figura 4 mostra a superfície figura 2. gráfico de pareto obtido no estudo de otimização das variáveis e sua significância no processo de pré-concentração de ni(ii) usando spe com mini-coluna de silica gel modificada com óxido de nióbio e detecção por f aas. tabela 2. níveis, variáveis (fatores) e sinais analíticos obtidos para a metodologia de superfície de resposta gerada pela matriz doehlert (matriz 1) usando spe com mini-coluna de silica gel modificada com óxido de nióbio(v) e detecção com f aas. corrida ph da concentração absorvância amostra do eluente integrada (mol l-1) 1 5 0,875 0,6635 2 5,25 0,5 0,6583 3 5,25 1,25 0,6572 4 5,5 0,875 0,7339 5 5,75 0,5 0,704 6 5,75 1,25 0,6855 7 6 0,875 0,7116 tabela 3. níveis, variáveis (fatores) e sinais analíticos obtidos para a metodologia de superfície de resposta gerada pela matriz doehlert (matriz 2) usando spe com mini-coluna de silica gel modificada com óxido de nióbio(v) e detecção com f aas. corrida ph da vazão do absorvância amostra eluente integrada (mol l-1) (ml min-1) 1 0,5 4.5 0,6606 2 0,69 4 0,7214 3 0,69 5 0,6638 4 0,88 4,5 0,6850 5 1,07 4 0,7265 6 1,07 5 0,6533 7 1,26 4,5 0,6561 figura 3. superfície de resposta obtida da matriz doehlert para a otimização do ph da amostra e concentração do eluente na determinação de ni(ii) em amostras aquosas por fi-f aas. eq03-af 11/12/08 9:49 page 29 resposta da matriz doehlert 2 utilizada para otimização final do sistema fi-f aas. os resultados de ambas as matrizes doehlert são concordantes, pois foi obtido, na matriz doehlert 1 (ph versus concentração do eluente) um sinal máximo da absorvância integrada de 0,72 e concentração do eluente 0,80 moll-1, sendo que na matriz doehlert 2 (concentração do eluente versus vazão do eluente) o sinal máximo de absorvância integrada foi de 0,74 e a concentração do eluente 0,85 mol l-1. a partir das variáveis otimizadas foram obtidos os parâmetros analíticos de mérito e os resultados estão dispostos da tabela 4. 30 ecl. quím., são paulo, 33(4): 25-32, 2008 figura 4. superfície de resposta obtida a partir da matriz doehlert para a otimização da concentração do eluente e vazão da amostra na determinação de ni(ii) em amostras aquosas por fi-f aas. tabela 4. parâmetros analiticos de mérito para a determinação de ni(ii) utilizando a metodologia proposta. faixa linear* 5 – 100 µg l-1 coeficiente de correlação (r) 0.9999 rsd (35,0 µg l-1, n = 7) 1,5 % limite de detecção 0,8 µg l-1 limite de quantificação 2,7 µg l-1 factor de enriquecimento (fe) 92,25 *faixa linear estudada. a metodologia de análise pode ser avaliada pela aplicação de testes de recuperação, que consiste em adicionar à amostra uma determinada quantidade do analito. a concentração final deve ser igual à soma da concentração medida do analito na amostra e da concentração adicionada. assim, o valor recuperado de analito que foi adicionado é a diferença entre o valor medido antes e após a adição sendo este representado na forma de percentual do valor adicionado, e é geralmente aceitável recuperações entre 80% e 120%. o sistema em fluxo proposto foi utilizado para a determinação de ni em amostras de água da rede de abastecimento (florianópolis, sc) e de água do rio araranguá (araranguá, sc). para verificar a exatidão do método, foram aplicados testes de recuperação, adicionando-se alíquotas para concentrações adicionais de ni (ii), respectivamente, 15,0 e 35,0 µg l-1 em ambas as amostras. neste trabalho a recuperações para águas da rede de abastecimento de florianópolis e do rio araranguá foram de 92 a 104%. conclusões a otimização do sistema proposto, utilizando método multivariado foi adequada, apresentando a vantagem de mostrar a interação simultânea entre as variáveis e um menor número de experimentos necessários para a otimização, comparado com a otimização univariada. o sistema em linha fi-f aas foi simples e eficiente, tendo como característica a alta estabilidade operacional do sorvente empregado, que manteve suas características inalteradas durante todo o trabalho. por se tratar de um método automatizado, uma alta precisão foi alcançada. além disso, a metodologia apresentou limite de detecção comparável com os apresentados na literatura [11]. recebido em 17 de abril de 2008 aceito em 14 de outubro de 2008 eq03-af 11/12/08 9:49 page 30 referências bibliográficas [1] s. l. c. ferreira, w. n. l. santos, v. a lemos, anal. chim. acta 481 ( 2003) 283-290. 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[11] j. suvardhan, d. kumar, p. subramanyam, p. r. prasad, y. lingappa, p. d. rekha, k. chiranjeevi, j. hazard. mat. 146 (2007) 131-136. 31ecl. quím., são paulo, 33(4): 25-32, 2008 j. n. bianchin, r. mior, e. martendal, j. s. carletto and e. carasek. multivariate optimization and application of silica gel chemically modified with niobium (v) oxide for the determination of ni (ii) in aqueous matrices in an on-line system . abstract: in this study a new method for ni(ii) determination in aqueous samples using solid phase extraction coupled to a flow injection system and flame atomic absorption spectrometry was developed. the sorbent used for ni(ii) preconcentration and extraction was silica gel chemically modified with niobium(v) oxide. flow and chemical variables of the system were optimized through a multivariate procedure. the factors selected were buffer type, eluent concentration, and sample and eluent flow rates. the detection limit was 0.8 µg l-1 and the precision was 1.5%. results for recovery tests using different environmental samples were between 100.2 and 103.8%. keywords: f aas; flow injection analysis; sio2-nb2o5; nickel. eq03-af 11/12/08 9:49 page 31 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200023 avaliação bioquímica e ultraestrutural da interação de imunocomplexos de igg com leucócitos polimorfonucleares: efeito de antioxidantes naturais biochemical and ultrastructural evaluation of the interaction between igg immunecomplexes and polymorphonuclear leukocytes: effect of natural antioxidants carlos alberto de oliveirai; ana elisa caleiro seixas azzoliniii; silvana chedraoui silva iii; alexandre kanashiroii; luciana mariko kabeyaii; ana paula gomes braga de azevedoiv; cristiane fernandes de freitas gonçalvesiv; daniel sivieri corediroiv; denise pimenta da silva leitãoiv; lorena rigo gaspariv; pablo leonardo viana de souzaiv; yara maria lucisano valimii; bernardo mantovaniiii idepartamento de química ufu 38400-089 uberlândia mg brasil iidepartamento de física e química fcfrp usp 14040-903 ribeirão preto sp brasil iiidepartamento de bioquímica e imunologia fmrp usp 14049-900 ribeirão preto sp brasil ivalunos da disciplina "métodos bioquímicos e ultraestruturais para avaliação da interação de neutrófilos com complexos antígenoanticorpo", ministrada no curso de pós-graduação em ciências farmacêuticas fcfrp-usp 14040-903 ribeirão preto sp brasil resumo a produção de espécies reativas de oxigênio (eros) por leucócitos polimorfonucleares (lpmns) durante a fagocitose é essencial para a defesa do organismo contra microrganismos invasores. entretanto, em algumas doenças ocorre a deposição de imunocomplexos, o que leva à produção e liberação excessiva dessas eros, e conseqüente lesão nos tecidos hospedeiro. neste trabalho avaliamos o efeito de substâncias naturais (quercetina e 7-aliloxicumarina) sobre a produção de eros por lpmns de coelho, estimulados com imunocomplexos de imunoglobulina g (icigg), http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso empregando o ensaio de quimioluminescência (ql) dependente de luminol (ql lum) e de ql dependente de lucigenina (ql luc). a interação entre icigg e lpmns, mediada pelo receptor de membrana fcg, foi observada por microscopia eletrônica de transmissão, pela intensa marcação dos icigg com partículas de ouro coloidal. os resultados obtidos indicaram que as substâncias analisadas inibiram a ql lum e a ql luc e que tais efeitos não parecem estar relacionados com a inibição da fagocitose, conforme observado no ensaio por microscopia eletrônica. palavras-chave: leucócitos polimorfonucleares; flavonóides; cumarinas; quimioluminescência; microscopia eletrônica; complexos antígeno-anticorpo abstract the generation of reactive oxygen species (eros) by polymorphonuclear leukocytes (lpmns) during phagocytosis plays a key role in the organism defense against invading microorganisms. however, in some diseases the immune complexes deposition occurs, that causes an increase in the production and release of eros. consequently, the host tissue is damaged. in this work we studied the effect of natural compounds (quercetin and 7-allyloxycoumarin) on eros generation by rabbit (lpmns) stimulated with immunecomplexes (ic) of chicken egg albumin (antigen) and class g immuneglobulins (igg) icigg. the eros production was measured by chemiluminescence assay (ql) enhanced by luminol (ql lum) or by lucigenin (ql luc). the interaction between icigg (conjugated with colloidal gold) e lpmns, mediated by fcg membrane receptor, was observed by transmission electron microscopy. the results indicated that the studied compounds inhibited ql lum and ql luc. they also suggest that such effects are not related to phagocytosis inhibition, as observed by the electron microscopy assay. keywords: polymorphonuclear leukocytes; flavonoids; coumarins; chemiluminescence; electronic microscopy; antigen-antibody complexes introdução os leucócitos polimorfonucleares (lpmns), em especial os neutrófilos, constituem a primeira linha de defesa do organismo contra agentes invasores. tais células têm a função altamente especializada de englobar e destruir diferentes tipos de patógenos, sendo, por essa razão, também chamadas de fagócitos profissionais 6. a fagocitose se inicia com a interação de receptores de membrana dos fagócitos com estruturas da superfície do agente invasor, ou com opsoninas que o revestem, fornecidas pelo organismo do hospedeiro 1 . as principais classes de opsoninas são as imunoglobulinas classe g (igg), os componentes c3b e c3bi do sistema complemento, e alguns carboidratos, ligados ou não a proteínas 8, 14 . a opsonização do antígeno por imunoglobulinas leva à formação de imunocomplexos, que podem ou não ser fagocitados e destruídos pelos lpmns. em algumas doenças autoimunes, como a artrite reumatóide, há intensa formação de imunocomplexos, que se depositam em diversos órgãos, como rins e articulações 15 . nesses casos as células fagocíticas não conseguem englobar a grande massa de imunocomplexos formada. este processo leva à liberação extracelular de diversas enzimas proteolíticas e de espécies reativas de oxigênio (eros) derivadas do metabolismo oxidativo do fagócito, o que culmina no estabelecimento da lesão tecidual crônica, também conhecida como "doença por imunocomplexo" 13, 15 . com o intuito de modular esse processo, atualmente tem-se estudado a atividade de compostos de origem natural, como flavonóides 7, 10 e cumarinas 4, 5 sobre a produção e liberação de eros por células fagocíticas estimuladas com componentes solúveis, como pma (acetato de miristoil-forbol) e n-fmlp (n-formil-metionil-leucil-fenilalanina). no presente estudo avaliamos o efeito do flavonóide quercetina e da 7-aliloxicumarina sobre o metabolismo oxidativo de lpmns de coelho após interação com imunocomplexos da classe g (icigg), que são agentes estimuladores particulados. a produção de eros foi medida por quimioluminescência dependente de luminol (ql lum) ou de lucigenina (ql luc). avaliamos ainda, por microscopia eletrônica de transmissão, a interação dos lpmns com o icigg marcado com ouro coloidal. os resultados obtidos indicaram que as substâncias analisadas inibiram a quimioluminescência e que o fenômeno não parece estar relacionado com a inibição da fagocitose, como sugere o ensaio de microscopia eletrônica. materiais e métodos materiais • luminol (5-amino-2,3-diidro-1,4-fitalazinodiona)-sigma chemical co., st louis, mo., usa. (pm: 177,2 g/mol) – sonda para detecção de diversas espécies reativas de oxigênio. • lucigenina (10,10�-dinitrato de dimetil-biacrinidina)-sigma chemical co., st louis, mo., usa. (pm: 510,5 g/mol) – sonda específica para detecção de radicais superóxido. • quercetina (3,3�, 4�,5,7-pentahidroxiflavona)-sigma chemical co., st louis, mo., usa. (pm: 338,3 g/mol) • a 7-aliloxicumarina foi obtida através de modificação estrutural da 7-hidroxicumarina (umbeliferona, aldrich h2 400-3) pm: 203,0 g/mol. métodos a) purificação de lpmns de sangue de coelho os lpmns foram isolados de sangue periférico de coelhas (linhagem nova zelândia, adultas, pesando cerca de 3 kg) segundo o método de lucisano & mantovani 9. as células foram diluídas em solução de hanks ph 7,2 para uma concentração de 2 x 106 células/ml. o método permite obter uma preparação com cerca de 80 a 90% de neutrófilos e viabilidade maior que 95%, determinada pelo ensaio de exclusão ao corante azul de tripan. b) preparação do imunocomplexo (icigg) o imunocomplexo foi preparado adicionando o antígeno (ovalbumina 1x10-3 g/ml) sobre o anticorpo da classe g (igg), na zona de equivalência, a qual foi determinada por método de imunodifusão e curva de precipitação segundo ouchterlony 12 . incubou-se por 1 hora a 37ºc e a seguir centrifugou-se a 12.100 x g por 15 minutos. ressuspendeu-se para 1 ml com solução salina. retirou-se uma alíquota de 0,1 ml, que foi centrifugada a 12.100 x g por 15 minutos. o sedimento foi ressuspenso em 50 ml de naoh 0,1 mol/l e completou-se o volume para 1 ml com solução salina. fez-se a leitura da absorvância a 280 nm. o valor lido no aparelho foi multiplicado pela constante de valor igual a 7,15 x 10-4 obtendo-se assim a quantidade de imunocomplexo em g/ml. c) ensaio de quimioluminescência c.1) padronização da concentração de icigg alíquotas de lpmns (1x106 / ml) contendo 10 ml de luminol (2,8x10-4 mol/l) ou 15 ml de lucigenina (1,5x10-4 mol/l), dissolvidos em dmso, foram incubadas por 3 minutos a 37ºc. adicionou-se o icigg em diversas concentrações (0, 4, 6, 9 e 15 x10-5 g/ml), obtendo-se volume final de 1ml. as concentrações finais de cada componente estão indicadas entre parênteses. a ql foi lida em intervalos regulares, ao longo de 10 minutos a 37ºc, em luminômetro autolumat lb 953 eg & g berthold. dessa forma, para cada tubo de reação obteve-se uma curva de ql x tempo (em minutos), conforme representado na figura 1. a ql foi expressa em cpm, que é a quantidade de fótons produzidos por minuto. para cada curva de ql x tempo determinou-se o valor da área integrada (área sob a curva) de 0 a 10 minutos, que foi utilizado para a construção de curvas dose-resposta (figura 2). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 c.2) avaliação do efeito dos compostos naturais sobre a produção de eros por lpmns estimulados com icigg alíquotas de lpmns (1 x 106 /ml) foram pré-incubadas por 3 minutos a 37ºc com 10 ml de luminol (2,8x10-4 mol/l) ou 15 ml de lucigenina (1,5x10-4 mol/l), 5 ml dos compostos teste quercetina (2,0 x10-4 mol/l) ou 7-aliloxicumarina (5,0 x10-5 mol/l), dissolvidas em dmso (ou volume equivalente do solvente para o controle). adicionou-se o icigg (6 x 10-5 g/ml) e a ql foi lida segundo descrito no item c.1. o volume final da reação foi de 1ml e as concentrações finais de cada componente estão indicadas entre parênteses. a porcentagem de inibição da ql de cada composto, em relação ao controle, foi determinada utilizando-se valores de área integrada de ql, como se segue: [ 1( área teste / área controle ) ] x 100. d) ensaio de microscopia eletrônica de transmissão d.1) complexação das partículas de ouro coloidal com igg de carneiro. o ouro coloidal foi preparado segundo método descrito por horisberger & roset3 e modificado por oliveira 11. baseia-se na redução de uma solução aquosa de ácido tetracloroaúrico (haucl4) com uma solução de citrato trissódico 1%. foi avaliado o espectro de absorção do ouro coloidal recém produzido comparando-o com o espectro de absorção de uma alíquota de ouro coloidal diluída 1:1 com nacl 10% em água. para a conjugação da igg de carneiro anti-soro de coelho, ajustou-se sua concentração para 2,5 x104 g/ml com tampão borato 2x10-3 mol/l, ph 9,0. a seguir, cerca de 70 ml da solução de ouro coloidal, cujo ph foi acertado para 9,0 com k2co3 0,2 mol/l, foi centrifugada a 600 x g a 4ºc por 15 min. coletou-se o sobrenadante. em um bequer plástico foi misturado 1ml da imunoglobulina com 10 ml do sobrenadante da solução de ouro coloidal, agitou-se várias vezes e esperou-se 5 min a temperatura ambiente. acrescentou-se 1ml da solução de polietilenoglicol 20.000 a 1% em água destilada e deixou-se em repouso a temperatura ambiente por 30 min. em seguida centrifugou-se a 16.000 x g por 1 hora a 4ºc. o sobrenadante foi desprezado e o precipitado ressuspenso com 1ml de pbs contendo azida sódica a 0,03% e polietilenoglicol 20.000 a 0,04%. conservou-se em alíquotas a 4 ºc. d.2) avaliação da interação de icigg com lpmns a avaliação morfológica da interação de icigg com lpmns de coelho foi realizada por microscopia eletrônica de transmissão. a amostra foi preparada segundo oliveira 11. inicialmente, procedeu-se a interação do icigg com as células a uma temperatura de 4ºc. posteriormente, adicionou-se igg de carneiro conjugada ao ouro coloidal, também a 4ºc. após remoção do material não ligado, permitiu-se a interiorização do imunocomplexo pela incubação a 37ºc. para a obtenção de cortes ultrafinos destinados à análise por microscopia eletrônica de transmissão, tornou-se necessário uma pré-inclusão do sedimento celular em ágar e subseqüente inclusão em resina xl112. resultados e discussão a) ensaio de quimioluminescência na figura 1 estão representados os perfis de produção de ql ao longo do tempo, por 1 x 106 lpmns estimulados com diferentes concentrações de icigg. a quantidade de células foi padronizada no trabalho de cheung et al.2 observou-se que, apesar dos perfis de ql e dos valores dos picos de produção de ql serem diferentes, dentre as concentrações de icigg empregadas, os valores de área integrada de ql são http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 semelhantes, como se pode observar na figura 2. como o valor de área integrada de ql (área sob a curva) reflete a quantidade total de eros produzidas, observou-se que a partir da concentração de 4x10-5 g/ml de icigg obtém-se resposta máxima e constante de ql lum e de qlluc (figura 2). para obtermos uma margem de segurança na execução dos ensaios propostos, optou-se por utilizar 6 x105 g/ml de icigg. empregando-se as condições estabelecidas para os ensaios de ql, avaliou-se o efeito de dois compostos de origem natural sobre a produção de eros por lpmns estimulados com icigg. conforme se observa na figura 3, os dois antioxidantes estudados, quercetina e 7-aliloxicumarina, inibiram a produção de eros. a quercetina inibiu em 85% a produção total de eros (ql lum) e em 50% a produção de radicais superóxido (ql luc). em relação a 7-aliloxicumarina, esta inibiu a produção total de eros em 77% e a produção de radicais superóxido em 47%. embora ambos os antioxidantes tenham produzido efeitos inibitórios semelhantes, deve-se considerar que foi utilizada uma concentração de 7-aliloxicumarina (2,0 x 10-4 mol/l) quatro vezes maior que a concentração da quercetina (5,0 x 10-5 mol/l). portanto, a quercetina tem um efeito inibitório maior sobre a produção de eros nos dois sistemas. b) ensaio de microscopia eletrônica de transmissão no ensaio de microscopia eletrônica, foram fotografados lpmns estimulados com icigg (controle positivo para fagocitose) e lpmns pré-tratados com os agentes antioxidantes. a interação entre icigg e lpmns desencadeia o processo de fagocitose, que culmina com o englobamento das partículas de icigg complexadas com ouro coloidal, e que podem ser identificadas como pontos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 eletron-densos no interior dos vacúolos fagocíticos destas células, conforme observado na figura 4a. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200023&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4a nos ensaios onde foi feito um tratamento prévio das células com a quercetina (figura 4b) e a 7aliloxicumarina (figura 4c) também foi observado o fenômeno de fagocitose das partículas de icigg ligadas a igg de carneiro complexada com ouro coloidal, sugerindo que tais substâncias, embora inibam a formação de eros, parecem não interferir no processo de fagocitose pelos lpmns. conclusões dentro das condições experimentais dos ensaios de ql descritas neste trabalho, para alíquotas de 1x106 lpmns/ml obtêm-se uma produção de eros máxima e constante empregando-se concentrações de icigg maiores que 4x10-5 g/ml. a quercetina e a 7-aliloxicumarina inibiram a produção de eros pelos lpmns, como observado pelos ensaios de qllum e de ql luc, sendo que a quercetina produziu um efeito inibitório maior. além disso, esses compostos não inibiram a fagocitose dos icigg pelos lpmns, como observado pelo ensaio de microscopia eletrônica de transmissão, sugerindo que estas substâncias devam atuar como seqüestrantes de eros ou ainda atuar como inibidores de enzimas relacionadas ao processo de produção das mesmas. visto que a produção exacerbada de eros por células fagocíticas está envolvida em diversas doenças inflamatórias e auto-imunes, incluindo-se aquelas mediadas por imunocomplexos, é de especial interesse a busca de novos compostos de origem natural capazes de modular esse processo, visando o desenvolvimentos de novos fármacos. agradecimentos à fapesp pelo apoio financeiro e aos funcionários maria dolores s. ferreira e josé augusto maulin, do laboratório de microscopia eletrônica do departamento de biologia celular e bioagentes patogênicos da faculdade de medicina de ribeirão preto – usp. referências bibliográficas 1 brown, e.j. phagocytosis. bioassays, v,17, p.109-177, 1995. 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[ links ] recebido em 06.02.2002 aceito em 19.03.2002 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200023  eq4-af introdução a destinação dos resíduos sólidos urbanos (rsu) ainda é um problema para a população e governos do mundo. há muitas soluções disponíveis para disposição desse material como aterros, incineração e compostagem. a compostagem tem sido usada como uma boa alternativa aos resíduos urbanos brasileiros que tem um alto teor de matéria orgânica (65%) [1]. porém, esse processo deve ser monitorado para garantir que a aplicação do produto final, denominado composto, na agricultura, esteja livre de efeitos fitotóxicos e outros efeitos prejudiciais às plantas e ao solo. o grau de maturação do composto é um parâmetro preponderante do sucesso de sua aplicação no solo e seu impacto ambiental, envolve um conjunto de propriedades químicas, físicas e biológicas que definem a estabilidade do produto [1]. há várias maneiras de monitorar o processo de compostagem como temperatura, teor de matéria orgânica, umidade, nitrogênio total e relação carbono/nitrogênio. estes parâmetros foram estabelecidos pelo ministério da agricultura brasileiro [2], porém há outros parâmetros ambientais importantes como metais pesados, organismos patogênicos e contaminantes orgânicos que não estão nessa lista. recentemente, no brasil, foi desenvolvido um trabalho de análise de pesticidas no composto de 25ecl. quím., são paulo, 31(2): 25-30, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 determinação de ácidos carboxílicos em composto de resíduos sólidos urbanos por cromatografia gasosa com detector de ionização em chama f. t. aquino1*, m. santiago-silva1 1departamento de química analítica, instituto de química, universidade estadual paulista (unesp), araraquara – sp, cep 14801-970, brasil. *e-mail: thomaz501@yahoo.com.br resumo: um método simples e eficiente para determinação simultânea de quatro ácidos carboxílicos de cadeia curta (acético, propiônico, butírico e valérico) em resíduos sólidos urbanos (rsu) é descrito no presente trabalho. estes ácidos são considerados fitotóxicos na literatura e a variabilidade das suas concentrações durante o processo pode ser usada como parâmetro da maturação do composto de resíduos sólidos urbanos (rsu). a determinação dos ácidos carboxílicos presentes no composto de rsu envolve uma extração em água e filtração em membranas de polifluoreto de vinilideno (pvdf), seguida da injeção direta em um cromatográfo a gás com detector por ionização em chama (cg-dic). foram analisados três tipos de leira. boas linearidades e coeficientes de correlação foram obtidas para todos os ácidos, e os limites de detecção e quantificação foram baixos, resultando em um método sensível para monitoramento desses ácidos em composto de rsu. palavras-chave: cromatografia gasosa; resíduos sólidos urbanos; compostagem; ácidos carboxílicos de cadeia curta. rsu [3], com o intuito de contribuir para criação de novos parâmetros para monitorar o processo de compostagem. os ácidos carboxílicos de cadeia curta como acético, propiônico, butírico e valérico, objetos desse estudo, têm sido descritos na literatura como fitotóxicos [4-7] e as concentrações obtidas nesses trabalhos são diversificadas devido a diferentes materiais de partida utilizados. mas, em geral, estes ácidos são encontrados com maior freqüência nas primeiras semanas do processo de compostagem, com uma maior ocorrência do ácido acético em relação aos demais. a cromatografia gasosa tem sido aplicada para analisar estes ácidos em diferentes matrizes com bons resultados [8-12]. contudo, estes métodos envolvem muitas etapas de clean-up, preparação de amostras e técnicas sofisticadas, como seleção de gás reagente e modo de ionização para cromatografia gasosa com detecção por espectrometria de massas através de ionização química (cg-em) [10], otimização de parâmetros para microextração em fase sólida (spme) [9,11] ou ainda extração em solventes orgânicos [12]. as várias etapas envolvidas podem causar perdas dos analitos por volatilização. o objetivo do presente trabalho foi desenvolver um método simples para analisar os ácidos carboxílicos de cadeia curta: acético, propiônico, butírico e valérico durante o processo de compostagem de resíduos sólidos urbanos (rsu) por cromatografia gasosa com detector de ionização em chama (cg-dic) com uma preparação mais simples e rápida das amostras para assegurar uma melhor representatividade do processo. estes ácidos também podem ser usados como parâmetro para assegurar a maturação do composto de rsu. procedimento experimental materiais e reagentes padrões de alta pureza (>99%) dos ácidos acético e valérico foram obtidos da sigma aldrich (st.louis, usa), o padrão de ácido propiônico (>99%) foi obtido da merck (honenbrunn, germany) e o padrão de ácido butírico (>99%) foi obtido da aldrich (milwaukee, usa). a partir desses padrões foram preparadas soluções de trabalho contendo os quatro ácidos, em diversas concentrações, por diluição em água desionizada. instrumentação as análises cromatográficas foram realizadas utilizando-se um cg varian 3800 (walnut creek, ca, usa) com detector de ionização em chama (dic) a coluna capilar utilizada foi uma cpwax 52 cb (varian, walnut creek, ca, usa) de dimensões: 30 m x 0.25 mm d.i., 0.25 µm espessura de filme. as temperaturas do injetor e detector foram respectivamente, 250 e 300 ºc, a programação de aquecimento do forno foi iniciada em 60 ºc por 1 min, para então aumentar à 200 ºc à taxa de aquecimento 5 ºc min-1 e permanecendo 1 min na temperatura final. o gás hélio foi usado como gás de arraste e make-up a vazão de 1 e 29 ml min-1 respectivamente. o detector de ionização em chama foi alimentado por ar (300 ml min-1) e hidrogênio (30 ml min-1). o sistema cromatográfico foi calibrado com soluções padrão dos ácidos estudados na faixa de concentração de 5-500 µg ml-1. o volume de injeção para soluções padrão e amostras foi de 1 µl. amostragem as amostras de rsu foram obtidas na usina de compostagem operando na cidade de araraquara, são paulo, brasil que utiliza o sistema sanecom, que consiste de uma área de recepção onde os rsu chegam da cidade. depois dessa recepção, o material é colocado em um esteira rolante na qual vidros, metais, plásticos e papel, que são recicláveis, são selecionados manualmente. o material restante, que consiste basicamente de matéria orgânica, é direcionado para um pátio onde permanece 120 dias em leiras. finalmente, o produto final é peneirado para ser utilizado na agricultura. no presente trabalho, três leiras de rsu (dimensões 1,5 x 2 x 3 m) foram usadas. uma delas foi submetida a aeração periódica (lr), utilizando-se de um trator. a segunda foi uma mistura de ~2 mg de material cru e ~1 mg de material vegetal de poda da cidade, basicamente, galhos e folhas, (lme) e a restante foi conduzida com material cru coberto com 30% de composto maturado de rsu (lc). 26 ecl. quím., são paulo, 31(2): 25-30, 2006 as amostras foram coletadas nos 8º, 15º, 24º, 30º, 42º, 57º, 92º e 127º dias de compostagem. para assegurar representatividade e homogeneidade, as amostras foram coletadas em seis pontos da leira: dois pontos em cada altura (superfície, meio e fundo) no interior de dois cortes laterais das leiras. estes pontos foram misturados obtendo-se três amostras de ~500 g por leira. depois, foram adicionados 500 ml de água deionizada nos sacos plásticos que continham as amostras logo após a coleta. estes sacos foram refrigerados para serem transportados ao laboratório, evitando assim perdas do analito. extração e clean up da amostra no laboratório, submeteu-se a fração líquida das amostras, obtidas por decantação, a centrifugação por 20 minutos à 2000 rpm, obtendo-se um extrato, livre da fração sólida mais pesada, que foi armazenado em freezer (-18 °c) até o momento da análise. anteriormente às análises, esses extratos líquidos foram descongelados e filtrados com auxílio de uma seringa e uma membrana mele hv de polifluoreto de vinilideno – pvdf (millipore, são paulo, brasil) de especificações: 25 mm diâmetro, 0,45 µm de poro. uma alíquota de 1 µl desse extrato final foi analisada utilizando o cg-dic. resultados e discussão procedimento analítico para determinação de ácidos carboxílicos as condições cromatográficas foram otimizadas a partir do método de ábalos et al. [9] para análise de ácidos carboxílicos em águas de esgoto. este método foi escolhido porque a literatura não apresentou estudos sobres estes ácidos em composto de rsu, então optou-se por uma matriz de complexidade similar e realizaram-se algumas mudanças. o método utilizava uma coluna específica para ácidos (tr-ffap, teknoroma, sant cugat, barcelona, spain) de 30 m x 0,25 mm d.i. com 0,25 µm de espessura de filme. o gás de arraste foi hidrogênio a vazão de 2,3 ml min-1. a programação de aquecimento do forno foi iniciada 27ecl. quím., são paulo, 31(2): 25-30, 2006 em 70 ºc por 1 minuto, para então aumentar à 200 ºc à taxa de aquecimento 15 ºc min-1 e permanecendo 1 minuto na temperatura final. a coluna utilizada no presente trabalho foi selecionada por já estar disponível no laboratório e apresentar polaridade similar (por comparação em catálogos de colunas). utilizando-se a temperatura inicial de 70 °c e taxa de aquecimento de 15 ºc min-1 não houve detecção dos analitos. como o detector baseia-se na ionização em chama e sendo os ácidos voláteis, as temperaturas utilizadas estavam queimando-os rapidamente. então optouse por utilizar a temperatura inicial e a taxa de aquecimento menores (60 °c e 5 ºc min-1). o sistema foi calibrado com soluções padrão contendo todos os ácidos em água desionizada: foram usados 10 pontos de calibração na faixa de 5-500 µg ml-1. a preparação dessas soluções foi feita rapidamente para evitar perdas. a resolução dos picos foi excelente (fig.1). a linearidade corresponde à capacidade do método em fornecer resultados diretamente proporcionais à concentração da substância em exame, dentro de uma determinada faixa de aplifigura 1. cromatogramas. a: lme no 8o dia de compostagem. b: solução padrão 5 mg ml-1, onde 1:acético, 2:propiônico, 3:butírico e 4:valérico. condições cromatográficas: coluna: cpwax 52 cb (30 m x 0.25 mm d.i., 0.25 µm espessura de filme). programação do forno: 60 ºc (1’) ? 5 ºc min-1 ? 200 ºc (1’). temperatura do injetor: 250 ºc, temperatura do detector: 300 ºc. volume de injeção 1 µl. gás de arraste: he à 1 ml min-1, make-up: he à 29 ml min-1, chama: ar à 300 ml min-1. cação [13]. no presente estudo, obtiveram-se duas faixas de concentração lineares: de 5-80 µg ml-1 e 100-500 µg ml-1, ou seja, são as faixas de concentração cuja relação resposta (no presente estudo, média das áreas)/concentração não obtiveram uma variação maior que 10%, que é considerado adequado para os parâmetros adotados [13]. a curva analítica foi construída utilizando-se o método de padronização externa. de acordo com ribani et al. [13]: a seleção de um padrão interno deve obedecer aos seguintes critérios: “idealmente, a substância usada como padrão interno deve ser similar à substância a ser quantificado, ter tempo de retenção próximo a essa substância, não reagir com a substância ou outro componente da matriz, não fazer parte da amostra e quando cromatografada, ficar separada de todas demais substâncias da amostra”. no presente estudo a análise de uma matriz extremamente complexa (rsu) com diversas substâncias presentes, dificulta a escolha de um padrão interno, já que o mesmo não deve estar presente na amostra. além disso, o uso de padrão interno tem como proposta a correção de variáveis como temperatura e volume de injeção [13]. com o advento de instrumentos mais sofisticados isolados termicamente e que possibilita-se o uso de um injetor automático e controle de vazão dos 28 ecl. quím., são paulo, 31(2): 25-30, 2006 tabela 1. parâmetros de calibração para os ácidos carboxílicos. gases que o alimentam, esses erros são minimizados. as injeções foram feitas em triplicata para cada concentração utilizada. os coeficientes de correlação obtidos foram de 0,99 ou maiores, indicando que há uma correlação adequada entre as áreas dos picos e as concentrações [13]. as equações das curvas analíticas e os coeficientes de regressão linear são mostrados na tabela 1. os limites de detecção (ld) e quantificação (lq) foram calculdados considerando-se três e dez vezes, respectivamente, a área do pico correspondente ao sinal/ruído (s/n ratio) do branco [13]. os resultados são mostrados na tabela 2. o clean-up proposto foi utilizado para eliminar elementos sólidos presentes após a centrifugação. a amostra foi passada através do filtro duas ou mais vezes até obter um extrato límpido. as análises das amostras não mostraram problemas como picos interferentes depois de filtradas (fig.1). os resultados da quantificação dos analitos de interesse são mostrados na figura 2. ainda nas primeiras semanas os ácidos não foram detectados ou estavam abaixo do limite de detecção, exceto o ácido acético que permaneceu até os 57 dias de compostagem. as concentrações máximas encontradas foram (µg ácido/g de composto) acético: 620; propiônico: 320; butírico:130; valérico:16. isto pode ser explicado provavelmente devido ao baixo teor de matéria orgânica no material inicial que poderia ser melhor se houvesse implementada uma política de coleta seletiva do lixo na cidade de araraquara. conclusão o método estudado permite a determi29ecl. quím., são paulo, 31(2): 25-30, 2006 tabela 2. limites de detecção e quantificação dos ácidos carboxílicos. figura 2. gráfico da concentração dos ácidos carboxílicos durante o período de compostagem. nação simultânea e eficiente de quatro ácidos carboxílicos (acético, propiônico, butírico e valérico) em amostras de rsu. o procedimento analítico proposto não requer reagentes tóxicos ou perigosos e com um clean-up simples e rápido permite boas linearidades em comparação com outros métodos descritos na literatura que gastam mais tempo em preparação e técnicas mais caras como spme. os limites de detecção e quantificação (ld e lq) foram adequados proporcionando assim um método simples e sensível a monitorar ácidos carboxílicos em rsu. conclui-se também que este parâmetro pode ser utilizado no monitoramento do processo de compostagem já que ao final do processo (em um composto maturado) espera-se que estes ácidos não estejam presentes. agradecimentos f.t.aquino agradece a capes pela bolsa de mestrado concedida. os autores agradecem à construfert e à companhia leão & leão por permitir o uso das instalações no desenvolvimento desse estudo. recebido em : 06/03/2006 aceito em: 26/04/2004 referências [1] e.j. kiehl, manual de compostagem: maturação e qualidade do composto. piracicaba, são paulo, brazil ed. pelo autor, piracicaba, são paulo, brasil, 1998. 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different piles of msw were analyzed. good linearity and good correlation coefficients were achieved for all compounds; furthermore, the detection and quantification limits were low, providing a sensitive method to monitoring these acids in msw compost. keywords: gas chromatography; municipal solid waste; composting; short chain carboxilic acids. 1 eclética química original research publication in all aspects of chemistry homepage: www.iq.unesp.br/ecletica issn 1678-4618 | vol. 40 | 2015 | artigo 01 | eclética química, vol. 40, 1-15, 2015. 1 determinação do número de ciclos de reuso do adsorvente cinza de casca de arroz no tratamento de um banho residual de tingimento têxtil ivonete o. barcellos 1 ; thyego de lima 1; ana maria blosfeld 2 ____________________________________________________________________________ resumo: este estudo avaliou um sistema de fluxo contínuo utilizando cinzas de casca de arroz como adsorvente para tratamento do banho residual de tingimento têxtil. o sistema consistiu na recirculação do efluente numa bureta contendo o adsorvente. este procedimento foi realizado em cinco ciclos de reutilização do adsorvente. a demanda química de oxigênio e cor foram determinadas pela estimativa da eficiência do adsorvente em função do tempo, comparando os ciclos de reuso das águas residuais, antes e depois de tratadas com cinzas. a máxima eficiência obtida foi de 91% no 1º ciclo. no entanto, no ciclo 5, a eficiência do adsorvente foi em torno de 46%. palavras-chave: adsorção, cinza de casca de arroz, corantes reativos ____________________________________________________________________________ abstract: this study evaluated a continuous flow system using rice husk ash as an adsorbent to treat textile bath dyeing residual. the system consisted in recirculating the effluent in a burette containing the adsorbent. this procedure was performed in five cycles of reuse of the adsorbent. chemical oxygen demand and color were determined by the estimate of the adsorbent’s efficiency as a function of time by comparing the cycles of reuse bath dying residual, raw wastewater and wastewater treated with ashes. the maximum efficiency obtained was 91% in the 1 st cycle. however, in the 5 th cycle the efficiency adsorbent was near 46%. keywords: adsorption, rice husk ash, reactive dyes 1 1-departamento de química – campus i, furb, rua antônio da veiga, 140, 89012-900, blumenau – sc. 2 2-instituto furb de serviços, pesquisa e inovação, furb, rua são paulo, 3366, campus ii bloco p. 89030-000 blumenau – sc. www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 2 2 introdução o crescimento populacional e principalmente industrial, nas últimas décadas, vem sendo marcado por episódios lamentáveis de poluição e destruição do meio ambiente. isso pode ser observado através de alterações na qualidade do solo, água e ar [1]. as indústrias de beneficiamento têxtil apresentam níveis elevados de consumo de água por quilo de malha beneficiada, em torno de 50 a 100 l por kg de produto têxtil acabado, sendo este setor responsável por 15% da água consumida pelas indústrias. em geral, ao final dos processos de beneficiamento tais como: a preparação, tingimento e acabamento, a água utilizada, ou seja, o efluente gerado está contaminado com corantes e diversos produtos auxiliares, entre detergentes, gomas, antiespumantes, formóis, cloro, apresentando assim alta concentração de carga orgânica, além de outras substâncias nocivas ao meio ambiente [2,3]. o método de adsorção utilizando-se de materiais alternativos e naturais como adsorventes vem sendo estudado, visando eficiência e economia em tratamento de efluentes e um melhor aproveitamento de resíduos antes considerados inúteis [4-9]. dentre estes, destacamos a cinza de casca de arroz, que é um resíduo do agronegócio gerado em abundância e que tem despertado o interesse de pesquisadores por suas propriedades adsorventes [10]. a realização deste trabalho teve como objetivo principal avaliar o número de ciclos de reutilização das cinzas de casca de arroz como adsorvente no tratamento de um banho residual de tingimento têxtil. a cinza da casca de arroz e suas aplicações a produção de arroz na safra de 2009/2010 no brasil e em santa catarina foi estimada em 12.016,3 e 1.063,8 mil toneladas, respectivamente. se 23% deste valor correspondem à casca e 18% da massa da casca é cinza, a produção de cinzas de casca de arroz corresponde 497.474,82 toneladas no brasil e 44.041,32 toneladas em sc [11,12]. as empresas beneficiadoras de arroz que utilizam a casca como combustível para a secagem, parboilização do cereal e aquecimento dos silos de armazenamento, quando não possuem processos para o aproveitamento e/ou descarte adequado das cinzas geradas com a queima, essas têm como destino terrenos baldios ou são lançadas em rios e córregos, provocando poluição e contaminação de mananciais e agressão à saúde da população [13]. várias alternativas tecnológicas têm sido estudadas visando o aproveitamento das cinzas de casca de arroz, geradas na combustão da casca em usinas beneficiadoras de arroz que utilizam este material como combustível [14]. assim, na literatura encontram-se diversos estudos realizados utilizando a cinza de casca de arroz como adsorvente para corantes [4,5,15-18]. barcellos et al estudaram a cinética de adsorção dos corantes reativos procion (amarelo h-exl e marinho h-exl) em cinzas de casca de arroz. os estudos foram realizados com soluções monocrômicas desses corantes de 0,01 a 0,08 g.l -1 , variando-se a concentração do adsorvente entre 30 e 80 g.l -1 . as soluções de corantes foram mantidas sob agitação constante nas temperaturas de 40 °c e 50 °c. a maior eficiência (96,2%) do adsorvente foi com o corante marinho h-exl, a 50 °c durante um período de 96 h. sendo favorecida pelo aumento da temperatura. baseado nos resultados obtidos nestes experimentos realizados com estas soluções puras de corantes têxteis, pode-se concluir que a cinza de casca de arroz poderia ser uma alternativa no tratamento de efluentes têxteis, porém se faz necessário a comprovação experimental com efluentes reais para tal afirmação, uma vez que a presença dos produtos químicos auxiliares dos processos pode afetar o processo de adsorção [4]. oliveira et al utilizaram cinzas de casca de arroz como adsorvente para a clarificação de óleo residual. ao óleo, foram adicionados 10% do adsorvente em dois tipos de amostras, a que foi agitada e outra que ficou em repouso por 24h. constatou-se um grau de clarificação de 70,62% para o teste em agitação e 17,93% para o teste em repouso. portanto, a agitação mostrou-se um parâmetro muito importante no processo de adsorção [18]. chaves, t. f. et al estudaram a utilização da cinza de casca de arroz na remoção do corante azul de metileno em soluções aquosas, em um período de 24 h, em que a eficiência de remoção do corante atingiu 84%. à medida em que o tempo de contato aumentou, eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 3 3 houve uma elevação na eficiência de remoção, atingindo a faixa de 94% para o tempo de 48 h [19]. sharma et al também estudaram a remoção do corante azul de metileno em soluções aquosas utilizando neste caso a casca e a cinza de casca de arroz. verificaram que o ph ótimo para o processo foi o neutro e que a eficiência da adsorção aumentava com o acréscimo da temperatura. comparando estudos que utilizaram resíduos agrícolas e industriais como adsorventes (bioadsorventes), constatou-se que, entre esses, os que possuem máxima capacidade de adsorção são as cinzas de casca de arroz e a casca de arroz [20]. lakshmi et al estudaram a adsorção do corante índigo carmine na cinza de casca de arroz em sistema de batelada. este corante é muito utilizado em indústrias têxteis e alimentícias e trata-se de um corante aniônico. neste estudo, investigou-se o efeito de fatores como o ph, quantidade do adsorvente, concentração inicial do corante e tempo de contato em relação à eficiência da adsorção. as capacidades de adsorção do corante pelo adsorvente foram de 29.3, 33.5, 40.3 e 65.9 mg.g -1 nas temperaturas de 293, 303, 313 e 323 k respectivamente. a conclusão dos autores é que a cinza de casca de arroz é um eficiente adsorvente para o corante índigo carmine [16]. ferro e wiebeck utilizaram a cinza de casca de arroz como carga em matrizes de poliamida 6 e poliamida 6,6. comparou-se as propriedades mecânicas de resistência à tração, à flexão, ao impacto e à propriedade térmica de fio incandescente entre compostos de poliamida 6 e poliamida 6.6, com 30% de cinza de casca de arroz e 30% de talco como comparativo. os resultados de propriedades mecânicas e térmica mostraram-se semelhantes entre os testes com o talco e as cinzas de casca de arroz [21]. efluente têxtil o efluente têxtil é geralmente caracterizado pela sua composição extremamente heterogênea, possuindo elevada demanda química de oxigênio (dqo), demanda bioquímica de oxigênio (dbo), cor muito intensa, ph altamente flutuante, considerável quantidade de metais pesados (cr, ni ou cu), surfactantes entre outros [22,23]. a cor não possui parâmetro legal para lançamento de efluentes em corpos receptores, principalmente devido à crença de que compostos que contêm grupos cromóforos não apresentem um apreciável impacto ambiental. no entanto, a cor pode ser altamente interferente nos processos fotossintéticos naturais nos leitos dos rios e em lagoas, provocando alterações na biota aquática principalmente nas imediações da descarga [24,25]. existem várias classes de corantes utilizados em processos de tingimento na indústria têxtil, como reativos, ácidos, básicos, dispersos, a cuba, sulfurosos, diretos entre outros. a classificação dos corantes está relacionada a sua estrutura química e à natureza da fibra com que o corante irá interagir [26,27]. além dos corantes, também é necessária a adição de uma grande variedade de produtos químicos chamados de auxiliares nos processos de beneficiamento têxtil, para controlar diversas variáveis que influenciam no tingimento, visando assim processos mais eficazes e controlados. os principais auxiliares utilizados são: sais (cloreto e sulfato de sódio), agentes oxidantes (peróxido de hidrogênio), agentes redutores (como o hidrossulfito de sódio), detergentes, sequestrantes, retardantes, igualizantes, umectantes, antiespumantes, amaciantes, ácidos, bases, entre outros [22]. diversas são as técnicas estudadas e empregadas em tratamento de efluentes. dentre elas, destacam-se processos físico-químicos de precipitação-coagulação, tratamento com ozônio, processos oxidativos avançados, utilização de tecnologias de membrana como osmose reversa, microfiltração, ultrafiltração e a adsorção [28-31]. chiarello et al utilizaram soluções de corantes reativos procion amarelo h-exl, procion marinho hexl e procion crimson h-exl tratadas com cinzas de casca de arroz, em tingimentos de tecidos de algodão pré-alvejados, empregando-se os mesmos corantes utilizados nas soluções tratadas por adsorção. a remoção de cor pelo processo de adsorção com cinzas de casca de arroz variou entre 87% e 98,5% e os resultados de reutilização foram bons para diluição com 20% de água destilada, obtendo-se um ∆e=0,24, representando então uma economia de 80% com o reuso da água [32]. chiarello e barcellos também eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 4 4 avaliaram o reuso de soluções de corantes ácidos (erionyl vermelho a-3b) tratados com farelo da fibra do pseudocaule da bananeira. o índice de remoção do corante em solução foi superior a 90%. estas soluções de corantes tratadas foram reutilizadas no tingimento de malhas 100% poliamida 66 com dois corantes ácidos: erionyl vermelho a-3b e amarelo rxl. os resultados foram favoráveis apenas para os tingimentos utilizando o corante erionyl vermelho a3b, apresentando um ∆e próximo dos limites aceitáveis pela indústria têxtil (∆e ≤ 1,0), sendo de 1,03 para a solução diluída a 50% com água destilada e 1,04 para a solução sem diluição. portanto neste caso a diluição não se faz necessária para melhorar a reprodutibilidade da cor [33]. batisti et al reaproveitaram efluentes sintéticos tratados por processo de adsorção em tingimentos de tecido 100% malha náilon 6.6 em escala laboratorial. produziram-se efluentes sintéticos a partir de tingimentos em tecidos de poliamida com os corantes: vermelho ácido erionyl a-3b, amarelo ácido erionyl rxl e marinho ácido erionyl r na presença e ausência de auxiliares têxteis. os rejeitos dos tingimentos foram tratados por processo de adsorção com uma blenda náilon 6.6/quitosana na proporção de 80/20 na forma de flocos, obtendo-se índices de remoção de cor superiores a 95%. depois de tratados os rejeitos foram reaproveitados em novos tingimentos de tecidos de poliamida com corantes ácidos em escala laboratorial. os resultados quanto às propriedades tintoriais (k/s e ∆e), foram considerados satisfatórios para os banhos dos rejeitos monocrômicos, comparados ao padrão utilizado e os aceitos pelas indústrias (e1,0) [22]. procedimentos experimentais preparação do adsorvente as cinzas de casca de arroz utilizadas foram cedidas por uma empresa de beneficiamento de arroz do vale do itajaí (sc). a cinza apresentava cor preta, indicando residual de carbono. as etapas de preparação das cinzas consistiram de duas lavagens com água a temperatura de 70 °c a 90 rpm por um período de 24h em cada lavagem, sendo posteriormente secas em estufa a 90 °c e peneiradas em uma malha de 170 mesh, que corresponde a uma granulometria de 88 μm. apesar dos experimentos realizados por barcellos et al [4] terem apresentado bons resultados utilizando cinzas de casca de arroz com granulometria entre 119 e 296 μm, optou-se por utilizar neste projeto as cinzas com granulometria menor por ampliar a variedade de granulometria e, dessa maneira, comparar as eficiências obtidas neste trabalho com os da autora. coleta da amostra para tratamento a amostra para tratamento foi coletada diretamente de uma máquina industrial de tingimento no estágio de neutralização da malha (viscose) após o tingimento. os corantes presentes no banho residual de tingimento têxtil formavam uma bicromia, sendo o amarelo remazol ultra rbg e vermelho remazol rgb gran, ambos reativos e com concentrações de 0,10% e 1,49% respectivamente. produtos auxiliares como antiespumante, dispersante, álcali, antirredutor, cloreto de sódio e neutralizador ácido também fazem parte da receita de tingimento do banho coletado, não informada a especificação pela fonte doadora. a amostra coletada foi armazenada sob refrigeração a 5°c durante os experimentos, visando a preservação de suas propriedades físico-químicas durante os estudos experimentais. adaptação do sistema para fluxo contínuo o sistema de fluxo contínuo adaptado para tratamento do banho residual de tingimento têxtil utilizando cinza de casca de arroz como adsorvente consiste de uma bomba peristáltica, mangueiras e uma bureta de 100 ml conforme a figura 1. dentro da bureta colocou-se um chumaço de algodão para impedir que partículas do adsorvente passassem para as mangueiras da bomba ocasionando entupimentos. logo acima do chumaço de algodão, foi colocado o adsorvente, sobre o qual foi adicionado o banho de tingimento residual (figura 1a) proveniente da máquina de tingir da empresa. eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 5 5 figura 1 – foto do sistema de fluxo contínuo para o tratamento com cinzas de casca de arroz. (a) banho de tingimento bruto + cinzas; (b) banho de tingimento tratado + cinzas determinação da quantidade ideal de adsorvente para a determinação da quantidade ideal de adsorvente a ser empregada, os testes foram todos realizados com um volume padrão de amostra (banho de tingimento residual) de 100 ml, com vazão fixa de 40 ml.min -1 e a temperatura ambiente constante (20 ± 3 °c). baseando-se em resultados obtidos em estudos anteriores por barcellos et al [4], que utilizaram 8% (m/v) de cinzas de casca de arroz em seus estudos de adsorção, realizou-se três testes, com 7%, 10% e 13% (m/v) de adsorvente visando avaliar o desempenho do adsorvente quanto a sua eficiência máxima e tempo necessário para atingir a mesma. determinação da eficiência do adsorvente em diferentes ciclos de tratamento através de um espectrofotômetro uv – visível (shimadzu – 1601 pc) determinou-se o comprimento de onda de máxima absorção (λmáx) do banho de tingimento para viabilizar o monitoramento da variação da absorbância da amostra em função do tempo. o valor do λmáx encontrado foi de 506 nm. para a determinação do número de ciclos de reuso em função da eficiência do adsorvente monitorou-se a absorbância da amostra em função do tempo de processo, sendo a medida da absorbância o indicador de eficiência do adsorvente. a medida que a eficiência demonstrava taxas muito pequenas de aumento em função do tempo ou até estabilizar (equilíbrio), o experimento era interrompido, caracterizando um ciclo de adsorção. para começar um novo ciclo de adsorção, apenas se retirava a amostra já tratada da bureta, adicionando-se uma nova amostra não tratada de mesma procedência. assim, repetiu-se o procedimento para a determinação do número de ciclos de reuso do adsorvente, fixando-se o parâmetro de eficiência em no mínimo 50%. os percentuais de eficiência (e) foram determinados de acordo com a equação1: análises físico-químicas dos banhos de tingimento foram realizadas análises físico-químicas de cor e dqo (demanda química de oxigênio) com as amostras dos banhos pré e pós-tratamento com cinzas de casca de arroz. para garantir a veracidade dos resultados, os testes foram realizados em triplicata, porém são apresentados apenas as médias dos resultados. cor aparente (ptco) utilizou-se um espectrofotômetro hach 2800 para a determinação de cor das amostras. o instrumento possui uma curva de calibração de cor (ptco) em função da absorbância da amostra em 455 nm. o método utilizado foi o hach 8025 (apha platinum-cobalt standard method). demanda química de oxigênio (dqo) utilizou-se um reator de dqo hach, espectrofotômetro hach 2800 e kit de reagentes hach para determinação de dqo. o método utilizado foi o hach 8000 (reactor method digestion). o princípio do método baseia-se na digestão da amostra a 150 °c por um período de 2 h em um meio aquoso oxidante. após a digestão, é conferida uma certa coloração à amostra, e, através da absorbância em 620 nm, determina-se a dqo da amostra, justo que o instrumento possui uma curva de calibração da dqo em função da absorbância. (a) (b) 100(%) xe i fi abs absabs   (1) eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 6 6 resultados e discussão otimização das quantidades do adsorvente este experimento teve como objetivo verificar qual a quantidade ideal de adsorvente a ser utilizada nos estudos de adsorção. foi levado em consideração principalmente o tempo necessário para estabilização do processo de adsorção bem como a eficiência do adsorvente (%) determinada a partir da equação1. foram obtidas nos três experimentos eficiências máximas relativamente próximas, sendo de 94%, 91% e 93% para o teste com 7g, 10g e 13 g de adsorvente, respectivamente. porém o que se diferenciou muito entre os testes foi o tempo necessário para que estabelece-se o equilíbrio de adsorção, sendo de aproximadamente 97h para o teste com 7g, 22h para o teste com 10g e apenas 3h para o teste com 13g, conforme mostra figura 2. figura 2 gráfico de eficiência do adsorvente em função do tempo utilizando 7, 10 e 13 g do adsorvente. 7g  10 g  13g das três alternativas testadas, optou-se por utilizar 10g do adsorvente, visto que em comparação ao teste com 7g necessitou-se de apenas 23% do tempo para atingir o equilíbrio de adsorção com eficiências muito próximas e elevadas para remoção da cor (figura 1b). o teste com 13g foi o que apresentou um melhor desempenho no que diz respeito ao tempo necessário para se atingir o equilíbrio de adsorção, correspondendo a 2,6% e 11% do tempo necessário para que os testes com 7g e 10g atingissem o equilíbrio respectivamente. optou-se por não utilizar 13g do adsorvente, pensando-se na possibilidade de utilizar o adsorvente em uma planta real de ete. comparando-se as massas de 10 e 13g do adsorvente verifica-se um acréscimo de 30%, que representaria uma elevada quantidade de adsorvente, considerando que a vazão média de uma indústria têxtil de médio/grande porte é cerca de 150 m 3 .h -1 . ahmad e hameed [5], utilizando carvão ativado de restos de bambu no tratamento de um efluente têxtil real, atingiram um índice de eficiência de 91,8% utilizando apenas 0,3g de adsorvente por 100 ml de efluente em um tempo de 10h. comparando o experimento em que foi utilizado 10g de adsorvente com o resultado da literatura [5], verifica-se que as quantidades de adsorvente utilizadas e o tempo necessário para o equilíbrio de adsorção foram superiores, porém, é valido ressaltar que o carvão ativado de restos de bambu foi preparado através de um método químico, encarecendo o processo e gerando resíduos ambientais, enquanto que em nosso estudo as cinzas são resíduos utilizados neste caso sem tratamento prévio. ciclos de reutilização a partir dos parâmetros pré-fixados, iniciou-se a sequência de testes visando avaliar a eficiência do adsorvente na remoção dos corantes do banho de tingimento em função dos ciclos de reutilização do mesmo. a figura 3 mostra que a eficiência máxima (91%) do teste ocorre no tempo de 50,5h, porém, no tempo de aproximadamente 22h, a taxa de aumento da eficiência já era muito pequena tendo uma diferença de apenas 0,3% em um tempo de 28h para o primeiro ciclo de tratamento. dessa maneira, pode-se considerar que, com o tempo de 22h, o adsorvente teria atingindo sua eficiência máxima viável considerando também o tempo como um indicador de eficiência. é possível verificar também que a taxa de eficiência decresce com o aumento do tempo, tendendo a estabilizar em tempo infinito. barcellos et al [31], utilizando cinzas de casca de arroz como adsorvente no tratamento de soluções de corantes reativos, obtiveram uma eficiência máxima do adsorvente de 96% em um tempo de 96h utilizando e fi c iê n c ia ( % ) tempo (h) eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 7 7 80g.l -1 de adsorvente. apesar da eficiência deste experimento ter sido inferior se comparada à apresentada pelos autores acima citados, verifica-se que o tempo necessário para o equilíbrio de adsorção neste experimento foi muito menor. o sistema utilizado para o processo de adsorção foi diferente, sendo que os autores [31] utilizaram sistema de batelada sob agitação constante em temperaturas de 40 °c e 50 °c, em que observaram que o acréscimo na temperatura favoreceu o processo de adsorção. enquanto os experimentos deste trabalho foram realizados por sistema de fluxo contínuo a temperatura ambiente (20 ± 3°c). no ciclo nº 02 do tratamento, a eficiência do adsorvente diminuiu cerca de 1,3% do tempo de 95 h para 104 h, e isso pode acontecer em função do equilíbrio de adsorção deste sistema. com o tempo de 99 h, o adsorvente atingiu sua eficiência máxima do teste, sendo esta de 86%, isso porque o adsorvente começa a apresentar diminuição dos sítios disponíveis para adsorção. observa-se que a eficiência máxima obtida no ciclo nº 03 de reutilização do adsorvente foi de 74% no tempo de aproximadamente 160 h. porém, percebe-se que no tempo 144 h, em que a eficiência era de 73% para 160,3 h, a eficiência aumentou apenas 1,4%, julgando-se ser um aumento muito pequeno para um tempo de 16,4h, portanto desnecessário. no ciclo nº 04 do tratamento, a eficiência máxima obtida no teste foi de 60% para um período de 160 h. entretanto, percebeu-se que, a partir de 40 h, a taxa de aumento da eficiência do adsorvente diminuiu muito. enquanto para o ciclo nº 05 do tratamento a eficiência máxima foi de aproximadamente 46% em 139 h, porém no tempo de 120 h a eficiência já havia atingido 45% perfazendo uma diferença de apenas 0,5% em um tempo de 19,2 h. este foi o último teste de reuso das cinzas, visto que se fixou previamente como parâmetro para a avaliação do número de ciclos de uso do adsorvente uma eficiência mínima de 50%. figura 3 variação da eficiência em função do tempo nos diferentes ciclos de reuso do adsorvente. 1 o ciclo 2 o ciclo 3 o ciclo  4 o ciclo 5 o ciclo analisando os gráficos de eficiência do adsorvente em função do tempo, observa-se que o adsorvente apresentou taxas de eficiência maiores sempre no primeiro tempo da amostragem e, à medida em que a absorbância da amostra diminuía, esta taxa diminuía também até a estabilização, tornando inviável a continuação do teste, pois a taxa de variação era pouco significativa. iniciando um novo ciclo, novamente a alta taxa de eficiência se elevava no primeiro tempo. isso mostra que a taxa de eficiência de adsorção está diretamente ligada à concentração do adsorbato na solução também. a cada ciclo posterior houve queda nas taxas de eficiência e na eficiência máxima de cada teste, o que mostra um limite no número de ciclos de reuso, embora os quatro ciclos de reuso não tenham sido suficientes para saturar o adsorvente, pois, como ilustra a figura 4, no quinto ciclo do adsorvente ainda foi possível obter cerca de 46% de eficiência na remoção dos corantes da solução. figura 4 eficiência do adsorvente por ciclo de reutilização. e fi c iê n c ia ( % ) tempo (h) eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 8 8 análises físico-químicas foram realizadas análises físico-químicas de cor e dqo nas amostras do banho residual de tingimento sem o tratamento e pós-tratamento com as cinzas de casca de arroz nos cinco ciclos de reuso do adsorvente. a tabela 1 mostra os resultados obtidos, comparando-se cada ciclo com os dados do banho residual bruto do tingimento. quanto a dqo a maior redução foi obtida no ciclo nº 03 de reuso da cinza, correspondendo a 76,5% e a menor foi no ciclo nº 04 com uma redução de 67,3%. ambos os parâmetros cor e dqo não possuem parâmetro legal na emissão de efluentes líquidos em corpos receptores, porém servem como indicadores da qualidade do tratamento para monitoramento interno. tabela 1. resultados das análises físico-químicas das amostras dos banhos de tingimento. amostra média da cor (ptco) desvio padrão média da dqo (mg de o2/l) desvio padrão banho bruto de tingimento (residual) 1585 2,2 327 2,8 após tratamento no 1º ciclo do adsorvente * 262 1,4 93 1,6 após tratamento no 2º ciclo do adsorvente * 340 0,8 96 2,2 após tratamento no 3º ciclo do adsorvente * 337 2,9 77 2,9 após tratamento no 4º ciclo do adsorvente * 495 2,8 107 1,4 após tratamento no 5º ciclo do adsorvente * 667 1,6 95 1,4 * valores de referência ao banho residual de tingimento comparando com a literatura, constatou-se que estes valores obtidos de dqo foram próximos. ahmad e hameed [5] apresentaram resultados de remoção máxima de dqo de 75,2% em seus experimentos de tratamento de efluentes têxteis reais através de processo de adsorção com carvão ativado de restos de bambu. mahmoud, e. k. [25], tratando diversos tipos de efluentes através do processo convencional de coagulação utilizando fecl3 e (al2(so4)3 n h2o), obteve em seus experimentos redução máxima de 70,1% da dqo. analisando os resultados dos dois autores com o obtido neste experimento, verificou-se que todos os resultados são semelhantes. oliveira e leão [27], avaliando o método fenton na biodegradabilidade de efluente do beneficiamento têxtil (purga e tingimento) de malhas de pes, obtiveram reduções menores de dqo, variando de 55 a 11% dependendo das condições de tratamento e da natureza do efluente quanto à origem purga ou tingimento. além da análise quantitativa da cor, é importante também a avaliação visual, pois é a primeira impressão que causa nos corpos receptores, sendo o primeiro parâmetro para liberação. a figura 5 permite a avaliação visual do tratamento, mostrando desde o efluente bruto até o ciclo nº 05. observa-se uma maior redução de cor no ciclo nº 01 de tratamento, sendo de aproximadamente 91%. os resultados das análises de cor do ciclo nº 02 e nº 03 ficaram muito próximos, porém analisando visualmente estas amostras verificase que a amostra do ciclo nº 03 está visualmente mais colorida. a presença de uma concentração mais acentuada de corante é perceptível nos ciclos nº 04 e nº 05 de reuso do adsorvente, mas no quinto ciclo de eclética química, vol. 40, 1-10, 2015. 9 9 reuso da cinza ainda obteve-se uma redução de cor de aproximadamente 57%. figura 5 fotografia das amostras dos banhos de tingimento para análise visual dos diferentes ciclos de tratamento. conclusões baseado nos resultados obtidos pode-se afirmar que as cinzas de casca de arroz como adsorvente apresentou uma alta eficiência para o primeiro ciclo de tratamento, ficando isso claro na análise visual da amostra tratada e nos dados quantitativos (91 % de remoção da cor). os testes com os ciclos posteriores apresentaram uma coloração perceptível aos olhos, porém é válido ressaltar que mesmo no quinto ciclo de reuso do adsorvente ainda obteve-se uma eficiência de quase 50%. constatou-se também que a redução de dqo do banho de tingimento têxtil tratado com as cinzas de casca de arroz foi elevada com valores aproximados a de outros processos, como é o caso do processo de coagulação que é muito utilizado em ete’s da indústria têxtil. por fim considera-se que apenas a amostra de banho residual de tingimento tratada no ciclo nº 01 com este adsorvente estaria perfeitamente apta a ser lançada em algum corpo receptor sem que houvesse impacto visual. levando-se em consideração que esta amostra tratada ficou incolor, a qualidade desta água tratada permitiria um estudo visando a reutilização deste banho residual de tingimento em um novo tingimento. agradecimentos lunelli beneficiamentos têxteis: resíduos líquidos (banho de tingimento) e análises físico-químicas (dqo e cor aparente (ptco). indústria catarinense de beneficiamento de arroz. referências [1] kunz, a., zamora-peralta, p., quím. nova. 25 (2002) 78. 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[33] barcellos, i. o.; chiarello, l. m.. dynamis, 15, (2009),37. http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?isisscript=iah/iah.xis&base=article%5edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextaction=lnk&indexsearch=au&exprsearch=silva,%20m.%20r.%20a.%20da http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?isisscript=iah/iah.xis&base=article%5edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextaction=lnk&indexsearch=au&exprsearch=oliveira,%20m.%20c.%20de http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?isisscript=iah/iah.xis&base=article%5edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextaction=lnk&indexsearch=au&exprsearch=nogueira,%20r.%20f.%20p. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100003 parâmetros cinéticos da degradação térmica de complexos entre percloratos de terras raras com lactama anne michelle garrido pedrosa* mary kalina sarmento batista* filipe martel magalhães borges* léa barbieri zinner* hélio scatena júnior* dulce maria de araújo melo* resumo: complexos de percloratos à base de terras raras com a 2-azaciclononanona (aza) foram obtidos a partir da reação entre os respectivos sais hidratados com a aza (proporção molar 1:8) pelo método de difusão de vapor e caracterizados por titulação complexiométrica com edta, microanálise (chn), espectroscopia vibracional na região do iv, termogravimetria em atmosfera de ar e n2 e calorimetria exploratória diferencial (dsc) em atmosfera de n2. o estudo cinético desse trabalho foi realizado utilizando um software em qbasic que faz a simulação dos dados termogravimétricos a partir de um conjunto dado de parâmetros cinéticos. palavras-chave: cinética; decomposição térmica; percloratos; lactama introdução as terras raras (tr) são objetos de grande interesse teórico e experimental devido à sua extensa utilização em diversos campos de aplicação tecnológica, tais como: lasers, semicondutores, materiais cerâmicos nobres, ligas metálicas, etc[2, 4, 5, 7, 8, 12, 13]. dentre o grande número de compostos de coordenação com ligantes orgânicos estão os com as lactamas que vem sendo estudados pelo nosso grupo [3, 9, 10, 11, 14, 17]. o interesse em complexos de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt coordenação com lactamas tem uma grande importância devido à sua semelhança com polipeptídeos e proteínas, sendo dessa forma considerados como modelos úteis na tentativa de solucionar propriedades físicas e químicas da ligação peptídica[16]. as complexidades da interação dessa lactama tem sido relatadas por triggs et. al.[15], onde o autor discute a presença da ligação de hidrogênio no estado sólido. o interesse no ânion perclorato resulta do fato de ele ser pouco coordenante, possibilitando a complexação do metal exclusivamente pelas moléculas orgânicas. o objetivo desse trabalho é determinar os parâmetros cinéticos da degradação térmica dos complexos entre percloratos de tr com a 2-azaciclononanona (aza) através de simulação dos dados termogravimétricos. vários autores tem estudado a obtenção de parâmetros cinéticos a partir curva tg com pequenos erros [1, 6, 18, 19]. neste trabalho, isso tem sido possível utilizando um software em qbasic partindo de uma simulação dos dados termogravimétricos. a aquisição de parâmetros cinéticos é de grande importância na compreensão do sistema em estudo, pois pode fornecer informações com relação aos possíveis intermediários como também sobre as prováveis rotas de reação que compõem o processo total de transformação. metodologia experimental os complexos entre percloratos de tr e a 2-azaciclononanona foram obtidos a partir da reação entre os respectivos sais hidratados com a aza (proporção molar 1:8) pelo método de difusão de vapor, tendo clorofórmio ou tetracloreto de carbono como solventes externos, etanol e trietilortoformiato como solvente e agente desidratante internos, respectivamente. os produtos obtidos foram mantidos sobre cloreto de cálcio anidro em dessecador a vácuo. os íons ln3+ foram determinados quantitativamente por titulação complexométrica com edta. os percentuais de carbono, nitrogênio e hidrogênio foram obtidos por microanálise, através de um analisador modelo 240 da perkin-elmer. as medidas de condutância eletrolítica molar foram obtidas em um instrumento quimis q45 a 25.08± 0.02ºc. os espectros de absorção na região do infravermelho dos compostos dispersos em nujol foram registrados em um espectrofotômetro da midac corporation modelo prospect-r. os difratogramas de raios-x pelo método do pó foram obtidos em um difratômetro miniflex da rigaku, com radiação cuka . as curvas termogravimétricas foram registradas em uma termobalança perkin elmer tga-7 com razão de aquecimento de 0,083 k s-1 sob atmosfera dinâmica de ar e n2 e vazão do gás de 0,83 cm3 s-1. as curvas dsc foram registradas em um instrumento shimadzu dsc 50, em atmosfera de n2, com razão de aquecimento de 0,083 k s-1 e vazão do gás de 0,83 cm3 s-1. os parâmetros cinéticos foram obtidos por simulação dos dados termogravimétricos a partir de um conjunto inicial de parâmetros. resultados e discussão os resultados analíticos mostrados na tabela 1 estão de acordo com a composição: [ln(aza)8] (clo4)3 [10] (ln = la, nd, sm e eu). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 os valores da condutância molar medidos à temperatura ambiente mostram que os complexos comportam-se como eletrólitos 1:3 em acetronitrila. esses resultados sugerem que os ânions perclorato não estão coordenados em solução (tabela 2). os espectros vibracionais na região do infravermelho sugerem que a aza se coordena ao metal através do oxigênio carbonílico; isso foi evidenciado pelo deslocamento do estiramento c = o para regiões de menor energia (1624 cm-1) em relação ao ligante livre (1643 cm-1). a presença de somente duas bandas em n3 = 1086cm-1 e n4 = 621cm-1 mostram que os ânions percloratos não se encontram coordenados (tabela 3). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 os difratogramas de raios-x pelo método do pó surgerem a formação de uma única série isomórfica. a escolha da razão de aquecimento e atmosfera das curvas termogravimétricas foram feitas com base em análises preliminares. a figura 1 mostra curva obtida em atmosferas de ar a 0,083 k s-1 com vazão de 0,83 cm3 s-1 para os complexos. a primeira etapa da decomposição térmica para esses complexos ocorre a partir de 380 k com a decomposição da 2-azaciclononanona, produzindo uma mistura complexa de produtos. na segunda etapa (entre 526 826k) ainda ocorrem as decomposições térmicas dos produtos provenientes da degradação desse ligante e a produção de gases da decomposição do perclorato. a aproximadamente 910 k o sistema atinge uma composição estável com a formação de óxido de lantanídeo como produto final. a tabela 4 apresenta as entalpias e as faixas de temperatura dos picos associados aos processos de decomposição dos complexos. as curvas dsc mostram que a decomposição da aza ocorrem endo e exotermicamente para os todos os compostos. a figura 2 ilustra a curva dsc para o complexo [la(aza)8](clo4)3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a partir das curvas termogravimétricas dos complexos [la(aza)8](clo4)3 e [sm(aza)8](clo4)3 determinou-se os parâmetros cinéticos utilizando um software em qbasic, partindo de uma simulação dos dados termogravimétricos e aplicando a equação que segue: onde dmi,j representa o incremento de massa do i-ésimo composto no j-ésimo passo, k0,i é o fator pré-exponencial, ea,i é a energia de ativação do i-ésimo processo, mi, representa a massa molar do composto i e b é a razão de aquecimento, dtj é o incremento da temperatura do j-ésimo passo, dm i,j-1 é o incremento da massa do passo anterior. a massa inicial para o primeiro componente é a massa m1 da amostra a ser analisada. para os demais componentes, a massa inicial é nula. usando um conjunto de energias de ativação e fatores pré-exponenciais, é possível aproximar visualmente a massa teórica da experimental. sendo a massa teórica é dada por: onde mj é a massa total do j-ésimo passo. a ordem unitária de reação foi proposta porque admitindo-se outra ordem a justificativa teórica torna-se difícil. o critério de qualidade para a aproximação entre as curvas simulada e experimental foi visual e as derivadas primeira e segunda das curvas tg auxiliam nesse sentido. o software desenvolvido procura minimizar a uma função objetiva dada por: onde mexp,j e msim,j são as massas experimentais e simuladas para o j-ésimo passo. a função objetiva pode ser minimizada pelo uso de um método de otimização de função. neste trabalho a minimização daquela função foi feita procurando, visualmente, sobrepor as curvas experimentais e simuladas. para auxiliar na qualidade da sobreposição foram usados os gráficos das derivadas primeira e segunda e encontrou-se a qualidade procurada. um gráfico de msim,j versus mexp,j não foi incluído porque apresentava correlação unitária para a curva integral permitindo entender que esta metodologia é promissora. o método de simular a curva integral dá a possibilidade de se fazer hipóteses sobre as massas dos componentes intermediários e testar a consistência dessas hipóteses. o resultados obtidos dessa simulação encontra-se na tabela 5. a figura 3 mostra curva termogravimétrica simulada e experimental para o complexo com la e as figuras 4 e 5 mostram a primeira e segunda derivadas, simulada e experimental da curva tg para esse complexo. eai e k0i para os intermediários foram determinados pelo ajustamento da curva experimental. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab05 agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, ao laboratório de análise térmica e materiais da ufrn e ao instituto de química da usp pelo apoio na realização de procedimentos analíticos. pedrosa, a m.g. et al. kinetic parameters of thermal decomposition of rare earth perchlorates complexes with lactame. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: complexes of rare earth perchlorates with 2-azacyclononanone (aza) were synthesized (molar ratio 1:8) by reaction of hydrated perchlorates in ethanol and triethlylorthoformate by a vapor diffusion method and they were characterized by complexometric analyses with edta, chn microanalytical procedures, ir absorption spectra, thermogravimetry in air and n2 atmosphere and differential scanning calorimetry (dsc) in the n2 atmosphere. the theoretical kinetic study was carried out using the qbasic program inputting the tg data. keywords: kinetic; thermal decomposition; perchlorates and lactame referências bibliográficas 1 brown, m. e. introduction to thermal analysis: techniques and applications. london: chapman and hall. 1988. [ links ] 2 bunzli, j. c. g.; choppin, j. r. lanthanide probes in life, chemical and earth science. theory and practice. amsterdam: elsevier. 1989. 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an. assoc. bras. quím., 48 (3), iiii, 1999), além de fornecer outras informações, oriundas do longo convívio com o referido mestre. surge agora a oportunidade, talvez ímpar, de homenagear o segundo docente falecido em 1999, que é o prof. dr. manuel molina ortega. é uma feliz coincidência caber a nós, novamente, render homenagem a mais um estimado docente do antigo quadro do nosso instituto. tentaremos trazer à tona a sua imagem aos seus ex-alunos, colegas e amigos aqui presentes. aos que não o conheceram, temos a imensa satisfação de proporcionar-lhes esta apresentação póstuma. o prof. molina (como era mais conhecido) nasceu em granada (espanha), em 15 de julho de 1931, tendo falecido em são luís do maranhão, em 16 de julho de 1999, um dia, portanto, após completar 68 anos de idade. o prof. molina graduou-se bacharel em química pela faculdade de ciências da universidade de zaragoza, espanha, em 1959. de 1960 a 1961 foi professor assistente da cadeira de físicoquímica, nessa mesma faculdade. em 1961 emigrou para o brasil e nesse mesmo ano foi contratado pela pirelli s/a, seção de pneumáticos, situada em capuava-sp, onde permaneceu até o final de 1964, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota tendo alcançado o cargo de vice-chefe do serviço tecnológico. no final de 1964 transferiu-se para araraquara, sendo inicialmente contratado pela então faculdade de filosofia, ciências e letras como professor visitante. a partir de março de 1965 foi contratado como instrutor, passando a fazer parte do quadro da faculdade, lotado no departamento de química, área de química analítica. a partir de 1965, foi lentamente montando, a duríssimas penas, o que culminou como departamento de química analítica, em abril de 1977, pouco tempo após a fundação da unesp, ocorrida em janeiro de 1976. o prof. molina defendeu a sua tese de doutoramento em julho de 1970, na extinta ffcl araraquara. a sua tese versou sobre complexos do íon prata (i) com homólogos piridínicos. o seu concurso de livre-docência realizou-se em meados de 1980, no iq/unesp. a tese correspondente versou sobre "uma proposta de algoritmo para a investigação de complexos em solução a partir de dados espectrofotométricos". após concurso público foi investido no cargo de prof. titular, a partir de 1984. no 1 º semestre de 1987 estagiou no departamento de química analítica da universidade de córdoba onde realizou trabalhos em colaboração com o internacionalmente conceituado prof. miguel valcarcel. participou de numerosos congressos no país e no exterior. sua obra científica é atestada por mais de 90 publicações, incluindo periódicos nacionais, internacionais e trabalhos completos publicados em anais, além de cerca de 140 comunicações em conclaves, nacionais e internacionais. exerceu por diversas vezes, o cargo de chefe do departamento de química analítica; foi diretor do instituto de química da unesp, de novembro de 1980 a novembro de 1984. foi coordenador da comissão organizadora do vi enqa, realizado em araraquara, em setembro de 1991. atuou como assessor e consultor científico das principais agências de fomento à pesquisa, em nível nacional. pertenceu aos corpos editoriais de periódicos nacionais e estrangeiros, recebeu numerosas homenagens e fez parte de grande número de bancas examinadoras. aposentou-se do iq/unesp em março de 1995. nesse mesmo ano, juntamente com o prof. oswaldo godinho, então recém aposentado do iq/unicamp, dirigiu-se a são luís do maranhão, a convite do departamento de química da universidade federal localizada naquele estado, com o objetivo precípuo de contribuir para implementação do curso de pós-graduação em química analítica daquela universidade. infelizmente, no segundo semestre de 1996, o prof. molina foi acometido de derrame cerebral, o que fez reduzir substancialmente a sua atividade científica. não desanimou, entretanto. com o auxílio, principalmente, de intensa fisioterapia, quando já estava quase retornando às atividades normais, sofreu, em setembro de 1997, novo derrame, bem mais grave que o anterior; este afastouo, definitivamente, da militância científica. parece, entretanto, oportuno salientar que, apesar do restrito tempo de trabalho dos profs. molina e godinho na universidade federal do maranhão, o desempenho dos mesmos foi de tal envergadura que, em setembro de 1997, o corpo docente dessa instituição reivindicava, para são luís, o encontro nacional de química analítica previsto para 2001. com a enfermidade do prof. molina e posterior desistência do prof. godinho, o entusiasmo do pessoal de são luís provavelmente arrefeceu e o encontro nacional de 2001 acabou realizando-se na unicamp, ficando para 2003 o conclave a efetivar-se em são luís. inesquecíveis no prof. molina são a excelência de sua didática, a inteligência, a inspiração científica, o abraço afetuoso e a palavra amiga, quando mais necessários, o refinado senso de humor. a sua retidão de caráter ainda é paradigma para a grande maioria daqueles que privaram de sua convivência e amizade. foram suas características inquestionáveis a inegável habilidade experimental, a compulsão (e mesmo obsessão) no sentido de obter dados com a maior exatidão e precisão possíveis e a tentativa de automatização dos processos. estabelece o dito popular que "ninguém é insubstituível". nós comungamos, em grande parte, com a essência desse dito. entretanto, é forçoso reconhecer também que certas pessoas são mais difíceis de substituir do que outras. acreditamos que o prof. molina é uma dessas pessoas. a sua inspiração, ensinamentos e magnanimidade ainda permeiam e transpiram em muitos de nós que com ele convivemos por décadas. à guisa desta homenagem ao prof. molina, a palestra de abertura que proferimos versou sobre um dos temas de sua preferência, manifestado ainda na década de 60, antes da conclusão do seu doutoramento. o prof. molina acreditava no desenvolvimento experimental de procedimentos que permitissem conduzir a estimativas, ainda que bastante aproximadas, dos coeficientes de atividade individuais de íons metálicos, ligantes e, principalmente, dos complexos oriundos das interações entre metais e ligantes, em solução. o sonho por ele acalentado durante muitos anos pôde ser concretizado próximo ao final de sua carreira no iq/unesp, quando condições favoráveis de diversas naturezas foram-lhe proporcionadas. conseguiu, antes de seu falecimento, apesar de gravemente enfermo, ver os resultados de seus esforços, juntamente com os de seus colaboradores e orientados, na linha de pesquisas supra mencionada, publicados em periódicos de ampla circulação internacional, com a crítica de assessores especializados (consultar, por exemplo, talanta, 43, 1689, 1697, 1996; internat. j. environ. anal. chem., 63, 295, 1997). cerca de três meses após o seu falecimento, uma obra clássica da química analítica (harris, d.c., "quantitative chemical analysis", 5th. ed., freeman, new york, 1999, p. 183) conferia crédito ao sonho concretizado do prof. molina, exibindo e registrando resultados de um de seus trabalhos recentes. em 2001, na segunda edição de obra mais avançada do mesmo autor ("exploring chemical analysis", 2nd. ed., freeman, new york, 2001, p. 240), os mesmos resultados voltaram a ser estampados e reconhecidos. nós, que estivemos associados ao prof. molina em numerosas atividades acadêmicas, estamos profundamente gratos pela oportunidade que tivemos de conhecê-lo e de poder apreciar e testemunhar seus elevados ideais e padrões de qualidade em todas as fases de sua vida pessoal e profissional. casou-se, em primeiras núpcias, com a sra. carmen calvo añon e, em segundas núpcias, com a sra. elaine c.m. teixeira. do primeiro casamento originaram-se quatro filhos e, do segundo, três. 1 parte do conteúdo da palestra de abertura do 13º encontro regional de química (21-26/10/01, araraquara, sp) proferida em 21/10/01. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#texto eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200001  a08v33n2.pdf introduction the versatility of polyurethane chemistry permits the production of a great variety of materials such as flexible foams, rigid foams, films and molded devices, among others, depending on the initial ingredients used in the synthesis [1]. flexible polyurethane foams are one of the most important classes of cellular plastic and can be applied in the fabrication of a wide range of materials for different uses such as foam mattresses, pillows, furniture, etc. [2]. when adding a filler to a polymer to form a conjugated biphasic material, the properties of the final material will be intermediate between those of the two components. the tension applied to the polymeric matrix will be transferred in part to the disperse phase, the filler, since it presents properties superior to the pure polymer [3]. efficient reinforcement is achieved by interactions of the constituents of the biphasic material [4-5] via mechanisms of adhesion, which could be: adsorption, chemical bonding and mechanical adhesion. chemical bonding is the most efficient form of adhesion and occurs with the application of coupling agents on the surface of the filler, which serves as a bridge between the polymer and the reinforcement. in mechanical adhesion, the polymer fills in the grooves of the filler; this adhesion tends to be low unless there is a large number of recesses on the surface of the filler [6]. several types of materials exist that can be used as filler. among the inorganic materials utilized as filler, notable ones include: calcium carbonate, aluminum hydroxide, silica, titanium dioxide and talc [6]. some of the organic materials more commonly used are carbon black [7] and natural fibers [8-9]. in flexible polyurethane foams, the fillers promote an increase in density and resistance to compression. however, they reduce the resiliency and contribute to the increase in permanent defor55ecl. quím., são paulo, 33(2): 55-60, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 2, 2008 morphological and thermal analyses of flexible polyurethane foams containing commercial calcium carbonate s. s. sant’anna1, d. a. souza1, c. f. carvalho2, m. i. yoshida1* 1department of chemistry, ufmg, av. antônio carlos, 6627 – pampulha, 31270-90, belo horizonte – mg. 2department of chemistry, ufop, campus universitário – morro do cruzeiro, 35400-000 ouro preto – mg. *mirene@ufmg.br abstract: one filler often utilized in flexible polyurethane foams is calcium carbonate (caco3) because it is non-abrasiveness, non-toxicity and facilitated pigmentation. however, it is observed that the excess of commercial caco3 utilized in industry possibly causing permanent deformations and damaging the quality of the final product. the effect of different concentrations of commercial caco3, in flexible foams, was studied. different concentrations of caco3 were used for the synthesis of flexible polyurethane foams, which were submitted to morphological and thermal analyses to verify the alterations provoked by the progressive introduction of this filler. keywords: polyurethane; flexible foam; calcium carbonate. mation. in addition, properties such as tear strength, for example, are significantly affected by the introduction of filler [10]. accordingly, it is necessary to know the end-use of the material in order to use the correct concentration in the polymer matrix, obtaining a product of reliable quality. in spite of the polyurethane industry widely using calcium carbonate as a filler, generally the quantity used is defined randomly. in the businesses visited in the region of belo horizonte in minas gerais state brazil, no data was available on the influence of this filler on the foam, nor was there any methodology to define the ideal quantity of calcium carbonate that should be added without causing damage to the mechanical properties of the final product. thus the proposal of the present work was to analyze the morphological, mechanical and thermal behavior when various concentrations of commercial calcium carbonate were introduced into the polymer matrix using scanning electron microscopy (sem), energy dispersive x-ray spectroscopy (eds) microanalysis and thermal analysis. experimental preparation of flexible foams for the fabrication of the flexible foams, the following components were used: polyether polyol voranol 4730n (100.00 pph = parts per hundred parts of polyol) and tdi voranate t-80 (50.00 pph) purchased from dow chemical; the silicone surfactant pdms/poe (0.60 pph) from general electric; amine aricat aa 805 purchased from arinos (0.16 pph) and stannous dioctoate ii (liocat 29, miracema-nuodex, 0.30 pph) were used as catalysts in the polymerization and expansion reactions [11-12]; distilled water (3.00 pph); and commercial calcium carbonate (1, 9, 15, 21 and 30 pph) obtained from the mattress manufacturing industries in the region of belo horizonte. the stoichiometry of the formulation used in industry was adjusted for the lab-scale fabrication of foams. the isocyanate index used was 132. a fisatom model 710 shaft stirring device (power: 25w, rotation: 25-200 rpm) was used for stirring. polyol and the filler were placed in a disposable plastic receptacle, and the mixture was stirred until complete homogenization. next, the amine, surfactant and water were added. the mixture was submitted to mechanical stirring for 60 seconds. shortly after the catalyst was added and the mixture was stirred again for 30 seconds. after introducing the isocyanate, the mixture was submitted to 6 seconds of stirring and then poured into a cubical cardboard box (7cm x 7cm x 7cm). the foams were left to cure for seven days. flexible foams analyses for the instrumental analyses, the following instruments were used: sem – jeol jsm-840; microanalysis (eds) – jeol-8900 electron probe microanalyzer; thermogravimetric analysis (tg) – netzsch sta 409ep. sem — the samples were cut into little pieces (0.5cmx0.5cmx0.5cm) using scissors. next they were covered with a fine layer of gold to permit observation in sem since the samples were not conductors. the samples were analyzed under magnifications of 50, 150 and 500x. eds — the samples of calcium carbonate were covered with a thin layer of carbon and analyzed under with an accelerating voltage of 15 kv and a current of 20 na. tg — alumina crucible; dynamic atmosphere of air; 100 ml.min-1 gas flow; heating rate of 10ºc min-1; heating range of 25-950ºc. the sample masses were approximately 12 mg. results and discussion morphological analysis of commercial calcium carbonate when a filler is introduced into a polymeric material, the ideal is that it has regular granulometry and that its particles are sufficiently small to enable good distribution in the matrix [7]. figure 1 presents the image obtained in the scanning electron microscopy (sem) of commercial calcium carbonate at a magnification of 500x. in the image obtained, it was observed that the calcium carbonate presented irregular, heterogeneous and coarse granulometry. the calcium carbonate, used in the present work, showed a large polydispersion in granulometric analysis with sieves of defined particle sizes. the particle 56 ecl. quím., são paulo, 33(2): 55-60, 2008 size varied between 200 and 250 mesh. this filler is used in the mattress industry without any pretreatment because it is a residue generated in the fabrication of lime and sold to the manufacturers at reduced prices. the calcium carbonate was also submitted to a qualitative x-ray energy dispersive spectrum (eds, figure 2), where it was possible to detect the various elements of its constitution. it is worth noting that to improve the foam quality, granulometry aside, the ideal is to utilize a chemically pure material that does not contain substances that could react with the matrix, leading to the degradation of the material. 57ecl. quím., são paulo, 33(2): 55-60, 2008 figure 1. sem of commercial calcium carbonate (magnification of 500x). figure 2. microanalysis of commercial calcium carbonate. figure 3. (a) sem of flexible foam filled with calcium carbonate (magnification of 150 and 500x); (b) sem of a transversal section of foam with carbonate (magnification of 1000x). morphological analysis of flexible foams figure 3 presents the image (sem) of the flexible foams containing calcium carbonate and its transversal section. it is observed that the calcium carbonate added is agglomerated in some points in the polymer matrix and not evenly distributed homogeneously, as is required to promote an efficient reinforcement [5,13]. this result was expected since the filler utilized presented polydispersion in granulometry. a low interaction of the filler used and b a the polymeric matrix was further verified by microscopy, which probably contributed to the deformations observed further (figure 4). the use of excessive quantities of filler causes enrichment, it also is responsible for damage to the matrix [14], causing the foam to lose its characteristic polyhedral morphology. the arrows show the worsening morphology as higher concentrations are added. thermal analysis according to the tg curves, the polyurethane presents typical decomposition in two stages between 200 and 600oc, generating a final residue of 1.73%. the commercial calcium carbonate decomposes between 600 and 800oc, losing co2 and generating cao with a final residue of ~62.68%. this high value of the residue means that the commercial calcium carbonate, probably, contains inert compounds like cao, sio2, al2o3, etc, compatible with the eds analysis. the flexible foams containing commercial calcium carbonate as a filler were also submitted to thermal analysis. figure 5 presents the tg curves of the foams with carbonate in varying concentrations and also the tg curve of the foam without calcium carbonate. by means of the residues obtained in the tg curves it was verified that the filler is not homogenously distributed throughout the foam since the residue percentage obtained did not correspond to the concentration of carbonate added in the sample preparation. this observation agrees with the verifications done in the morphological analysis of foams with calcium carbonate. nevertheless a shift in decomposition temperature of the flexible foams to lower values was seen 58 ecl. quím., são paulo, 33(2): 55-60, 2008 figure 4. sem of foam filled with carbonate at concentrations of 9, 15 and 21% (magnification of 50x). with an increase in calcium carbonate concentration. the foams with carbonate present three stages of decomposition, two of which are attributed to the loss of organic material and the third step is attributed to the decomposition of calcium carbonate. figures 6a, b and c display a linear dependency of the quantity of mass lost in the 1st, 2nd and 3rd stages of decomposition of the composites on the concentration of filler (caco3). the quantities of mass lost in the 1st and 2nd stages diminished with an increase in the concentration of caco3. as the concentration of filler did not greatly influence the decomposition of polyurethane, a directly proportional relation between the mass lost and the concentration of filler was expected. the analysis of pure polyurethane showed that 97.8% of its mass was lost in the first two stages of decomposition (table 1). using an approximation of the rule of mixing and substituting the volumetric fraction for the mass fraction [5, 15-16] yields: figure 5. tg curves of flexible foams with calcium carbonate. a b c 59ecl. quím., são paulo, 33(2): 55-60, 2008 figure 6. loss in mass of pure polyurethane and the foams as a function of concentration of calcium carbonate (0, 1, 9, 15, 21 and 30%). concentration of caco3 (%) 6a 1st stage concentration of caco3 (%) 6b 2st stage concentration of caco3 (%) 6c 3st stage cp = mp x mmf + rp x rmf (1) where: cp is the property of the composite; mp is the property of the matrix; mmf is the mass fraction of the matrix in the composite; rp is the property of reinforcement; and rmf is the mass fraction of the reinforcement in the composite. it is emphasized that the mass fraction was utilized preferentially because the mass losses and release of heat are more directly related to the quantities of mass utilized in the analyses than their respective volumes. since there was no mass loss of the filler because these stages occurred at temperatures below its decomposition temperature, one can consider this loss to be zero, and using equation (1) yields: cp1% = 97.84 x 0.99 = 96.86% for foam with 1% filler. substituting the other concentrations, one obtains the mass losses in these two stages for the foams with different concentrations of commercial calcium carbonate (table 1). table 1. % mass loss as a function of the amount of caco3 for the 1st and 2nd stages % caco3 ‡ calculated observed mass loss (%) mass loss (%) 0 97.83 97.84 1 96.86 95.29 9 89.03 87.65 15 83.16 82.12 21 77.29 76.77 30 68.48 72.39 ‡the quantity of calcium carbonate is expressed in g per 100 parts polyol. the values calculated for the mass loss in the first stage of decomposition considered the hypothesis of having only weak interactions between the filler and the matrix, proportional to the mechanical adhesion. on comparing the experimental and calculated values, it can be observed that the proximity of the experimental values to the calculated ones confirms the initial hypothesis. the decomposition of the filler was the primary event in the third stage (figure 6c). thus the first term of the equation was considered null. table 2 presents the calculated and observed mass losses in the third stage for all of the flexible foams with varying concentrations of calcium carbonate. the difference generated between the calculated and observed values in the third stage are due to the dispersion of the filler in the polymer. for performing the calculations with equation 1, the concentrations of calcium carbonate that must be aggregated in the polymer matrix were considered. however, as observed previously in the morphological and thermogravimetric analyses, the filler did not disperse well in the matrix but formed agglomerates, which influenced the results obtained in table 2. 0 10 20 30 40 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 10 8 6 4 2 0 conclusions the calcium carbonate did not disperse well in the matrix since it has variation in particle size and presents interactions that tend to form agglomerates, making it so that there is not a distribution of force between the carbonate and the matrix during the utilization of the flexible foam. 60 ecl. quím., são paulo, 33(2): 55-60, 2008 s. s. sant’anna, d. a. souza, c. f. carvalho, m. i. yoshida. análise térmica e morfológica de espumas flexíveis de poliuretano contendo carbonato de cálcio comercial. resumo: uma das cargas mais utilizadas na fabricação de espumas flexíveis de poliuretano é o carbonato de cálcio (caco3) por ser não abrasivo, não tóxico e de fácil pigmentação. contudo, é observado que o excesso de caco3 comercial usado nas indústrias causa deformações permanentes, o que prejudica a qualidade do produto final. no presente trabalho é proposto o estudo do efeito da concentração de caco3 comercial na fabricação de espumas flexíveis de poliuretano. foram utilizadas diferentes concentrações de caco3 na síntese das espumas, as quais foram submetidas à análises térmica e morfológica, afim de verificar as alterações provocadas pela introdução progressiva da carga. palavras-chave: poliuretano; espuma flexível; carbonato de cálcio. table 2. % mass loss as a function of the amount of caco3 for the third stage. % caco3 ‡ calculated observed mass loss (%) mass loss (%) 0 0 0.43 1 0.37 1.68 9 3.36 3.25 15 5.60 4.94 21 7.84 6.38 30 11.20 9.12 although the flexible polyurethane foam factories use calcium carbonate as a filler, the introduction of high quantities of this compound corroborates with the increase in hysteresis values, leading to a loss in quality. nevertheless, an increase in the dimensional stability was observed with an increase in calcium carbonate concentration. the thermal stability of flexible polyurethane foams is altered with an increase in calcium carbonate concentration; this fact is related to the reduction of polyurethane in the flexible foam. acknowledgements the authors thank to cnpq for financial support. received 12 may 2008 accepted 04 june 2008 references [1] c. ligoure, m. cloitre, c. le chatelier, f. monti, l. leibler, polymer 46(17) (2005) 6402. 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[16] m. van der schuur , e. van der heide, j. feijen, r. j. gaymans, polymer 45(8) (2004) 2721. eq-vol30n03 05.pmd 37 volume 30, número 3, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 comparative analysis of the trypanocidal activity and chemical properties of e-lychnophoric acid and its derivatives using theoretical calculations a. f. c. alcântara1*, d. silveira2, e. chiari3, a. b. oliveira4, j. e. guimarães1, d. s. raslan1 1departamento de química, icex – universidade federal de minas gerais, av. pres. antônio carlos 6627, pampulha, 31260-901 belo horizonte – mg, brazil. 2faculdade de ciências da saúde – universidade de brasília, campus universitário darcy ribeiro, asa norte, 70910-900 brasília – df, brazil 3departamento de parasitologia, icb – universidade federal de minas gerais, av. pres. antônio carlos 6627, pampulha, 31260-901 belo horizonte – mg, brazil 4faculdade de farmácia, universidade federal de minas gerais, av. olegário maciel 2360, 30180-112 belo horizonte – mg, brazil *to whom correspondence should be addressed; e-mail: *aalcantara@zeus.qui.ufmg.br abstract: e-lychnophoric acid 1, its derivative ester 2 and alcohol 3 killed 100% of trypomastigote blood forms of trypanosoma cruzi at the concentrations of 13.86, 5.68, and 6.48 µg/ml, respectively. conformational distribution calculations (am1) of 1, 2 and 3 gave minimum energies for the conformers a, b, c, and d, which differ from each other only in the cyclononene ring geometry. calculations (dft/ blyp/6-31g*) of geometry optimization and chemical properties were performed for conformers of 1, 2, and 3. the theoretical results were numerically compared to the trypanocidal activity. calculated values of atomic charge, orbital population, and vibrational frequencies showed that the c-4–c-5 π-endocyclic bond does not affect the trypanocidal activity of the studied compounds. nevertheless, the structure of the group at c-4 strongly influences the activity. however, the theoretical results indicated that the intraring (c-1 and c-9) and π-exocycle (c-8 and c-14) carbons of caryophyllene-type structures promote the trypanocidal activity of these compounds. keywords: lychnophora pinaster; dft calculation; caryophyllene derivatives; trypanocidal activity; trypanosoma cruzi. introduction chagas’ disease (american trypanosomiasis) is a major cause of cardiomyopathy in south america. during the last years, the search for new chemical strategies to eliminate bloodstream forms of trypanosoma cruzi has led to several compounds with trypanocidal activity [1], such as anfotericin b, tricomicin, β-carbolinic alkaloids, flavonoids, naphthoquinones, sesquiterpene lactones, triterpenes, and steroids [1-4]. although some of them show in vitro and in vivo activities, they often can not be used, because they present low solubility in water or toxicity in active doses [5]. gentian violet is able to kill t. cruzi trypomastigotes and sterilize blood at 4 oc, but there are some restrictions to its use, for instance potential mutagenicity and microaglutination [6]. additionally, gentian violet changes blood color and this fact promotes its rejection by patients [7]. in the search for trypanocidal compounds, an extensive in vitro screening of the crude ethanol extract of asteraceae species was carried out [8]. lychnophora species extracts in 38 ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 water, ethanol or “cachaça” (sugar cane spirit) are used in brazilian folk medicine as analgesic, antiinflammatory and anti-rheumatism remedies [9]. from one of them, lychnophora pinaster mart, elychnophoric acid, bicycle[7.2.0]undec-4-en-4carboxylic acid-11,11-dimethyl-8-metilen-[1r(1r*,4e,9s*)] 1 (figure 1) was isolated [10-12]. this compound was submitted to anti-hiv, cytotoxicity by brine shrimp lethality model, and anti-tumor activity tests without major results [10]. however, 1 killed 100% of trypomastigote form of t. cruzi without promoting hemolysis. the carboxylic group in 1 raises the question about the possible influence of the chemical function at c-4 on the trypanocidal activity of the caryophillene-type structures. in order to identify the major trypanocidal substances, two e-lychnophoric acid derivatives were prepared in this work: e-lychnophoric acid methyl ester 2, methyl bicycle[7.2.0]undec-4-carboxylate-11,11dimethyl-8-[1r*(1r*,4e,9s*)], and the alcohol 3, bicycle[7.2.0]4-undec-11,11-dimethyl-8[1r*(1r*,4e,9s*)] methanol (isocaryophyllen15-ol) (figure 1). comparative analyses between chemical properties and trypanocidal activity in vitro were carried out to investigate the effect of the structure of the substituent group at c-4 on the potential activity of 1, 2, and 3. the chemical properties of these compounds were obtained from theoretical calculations by dft/blyp/6-31g* method of most favored geometries in their conformational analyses. figure 1. lychnophoric acid 1, its derivative ester 2 and alcohol 3. experimental preparation of 1 and its derivatives thin layer chromatography for analytical (tlc) and preparative (ptlc) purposes was carried out on silica gel g. anisaldehyde/h 2 so 4 was used as spraying reagent. gc-ms was performed using a hewlett-packard hp5890 series 2 gas chromatograph coupled to a mass spectrometer hp5989a. the analyses were carried out in duplicate using a bp-5 column. analysis conditions: column temperature gradient: 150 oc (1 min) and 290 oc (10 min); injection volume: 2 µl of hexane solution. the temperature of the injector was the same of the detector: 300 oc. ir spectra were measured in a kbr disc using a shimadzu ir-408 apparatus. nmr spectra (400 mhz) were measured using a bruker am-400, and tms as internal standard. e-lychnophoric acid (1), used as a raw material, was obtained as previously described [12]. ir (kbr, cm-1) ν: 2400-2300, 2900, 2800, 1680, 1600, 1400, 1255 and 855; 1h nmr (400 mhz, cdcl 3 ) δ h : 6.99 (t, j=7.9 hz, h-5), 4.92 (d, j=0.9 hz, h-14a), 4.80 (d, j=0.9 hz, h-14b), 2.50 (dd, j=9.5 and 2.7 hz, h-7a), 2.47 (dd, j=3.9 and 2.7 hz, h-3a), 2.45 (ddd, j=5.4, 1.3 and 0.7 hz, h9), 2.42 (ddd, j=9.5, 2.0 and 1.3 hz, h-7b), 2.36 (d, j=2.7 hz, h-3b), 2.33 (ddd, j=5.4, 1.3 and 0.9 hz, h-1), 2.27 (dd, j=7.9 and 2.0 hz, h-6a), 1.80 (ddd, j=7.9 and 2.7 and 1.3 hz, h-6b), 1.73 (dd, j=9.5 and 1.3 hz, h-10a), 1.65 (ddd, j=15.5, 2.7 and 1.3 hz, h-2a), 1.55 (dd, j=9.5 and 0.7 hz, h10b), 1.45 (ddd, j=15.5, 3.9 and 0.9 hz, h-2b), 1.00 (s, h-13) and 0.98 (s, h-12); 13c nmr (100 mhz, cdcl 3 ) δ: 173.30 (c-15), 154.50 (c-8), 144.78 (c-5), 132.19 (c-4), 111.41 (c-14), 51.98 (c-1), 40.22 (c-10), 40.14 (c-9), 33.93 (c-6), 33.27 39ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 (c-11), 29.68 (c-13), 28.55 (c-7), 27.33 (c-2), 23.77 (c-3), and 22.88 (c-12); gc (rt): 4.42 min, ms (ei, 70 ev) m/z: 234 (m+), 233, 219, 189, 174, 149, 147, 133, 119, 91 and 69. e-lychnophoric acid methyl ester 2 was obtained by the esterification of acid 1 with an acetic anhydride/pyridine mixture [13]. briefly, acid 1 (7.7 mmol) was dissolved in acetone and added with k 2 co 3 and dimethyl sulphate to a mixture of acetic anhydride/pyridine. the reactional mixture was refluxed and the reaction was monitored by tlc. usual work-up followed by silica gel column purification afforded ester 2 (yield 87%) as a pale oil. ir (kbr, cm-1) ν: 2910, 2800, 1710, 1600, 1450, 1250, 1150, 1060 and 850; 1h nmr (400 mhz, cdcl 3 ) δ: 6.85 (t, j=7.9 hz, h-5), 4.85 (d, j= 0.9 hz, h-14a), 4.80 (d, j= 0.9 hz, h-14a), 3.52 (s, ch 3 -o), 2.50 (dd, j=9.5 and 2.6 hz, h-7a), 2.47 (d, j=3.9 and 2.7 hz, h-3a), 2.45 (dd, j=5.4 and 1.3 hz, h-9), 2.42 (dd, j=9.5, 2.0 and 1.3 hz, h-7b), 2.36 (d, j=2.7 hz, h-3b), 2.33 (dd, j=5.4 and 1.3 hz, h-1), 2.27 (dd, j=7.9 and 2.0 hz, h-6a), 1.80 (ddd, j=7.9, 2.6 and 1.3 hz, h-6b), 1.73 (dd, j=9.5 and 1.3 hz, h10a), 1.65 (ddd, j=15.5, 2.7 and 1.3 hz, h-2a), 1.55 (d, j=9.5 hz, h-10b), 1.45 (dd, j=15.5 and 3.9 hz, h-2b), 1.00 (s, h-13) and 0.98 (s, h-12); 13c nmr (100 mhz, cdcl 3 ) δ: 168.35 (c-15), 154.76 (c-8), 141.98 (c-5), 132.71 (c-4), 111.29 (c-14), 52.05 (c-1), 51.57 (ch 3 -o), 40.28 (c-10), 40.10 (c-9), 34.11 (c-6), 33.26 (c-11), 29.97 (c-13), 28.55 (c7), 27.35 (c-2), 24.05 (c-3), and 22.92 (c-12); gc (rt): 7.49 min, ms (ei, 70 ev) m/z: 248 (m+), 233, 216, 189, 174, 149, 147, 133, 119, 91 and 69. isocaryophyllen-15-ol 3 was obtained from the reduction of ester 2 by lialh 4 /thf [14]. briefly, 2 (0.692 mmol) was dissolved in thf and carefully added to a suspension of lialh 4 in thf. the reactional mixture was refluxed and the reaction was monitored by tlc. usual work-up followed by silica gel column purification afforded alcohol 3 (yield 68%) as a pale and viscous oil. ir (kbr, cm-1) ν: 3450, 2910, 2860, 1600, 1450, 1350, 1050 and 900; 1h nmr (400 mhz, cdcl 3 ) δ: 5.52 (t, j=8.9 hz, h-5), 4.83 (d, j=2.2 hz, h-14a), 4.74 (d, j=2.2 hz, h-14a), 4.02 (s, ch 3 -o), 2.48 (d, j=8.9 hz, h7a), 2.30-2.10 (m, h-3, h-9, h-7b, h-1, h-6a), 1.851.40 (m, h-6b, h-10, h-2), 0.99 (s, h-13) and 0.98 (s, h-12); 13c nmr (100 mhz, cdcl 3 ) δ: 155.47 (c-8), 139.59 (c-5), 126.72 (c-4), 110.56 (c-14), 67.18 (c-15), 52.01 (c-1), 40.61 (c-10), 40.07 (c9), 35.07 (c-6), 33.27 (c-11), 29.99 (c-13), 27.19 (c-7), 26.61 (c-2), 25.76 (c-3), and 22.84 (c-12); gc (rt): 5.6 min. ms (ei, 70 ev) m/z: 220, 219, 205, 189, 174, 149, 147, 133, 119, 91 and 69. in vitro trypanocidal test test samples were dissolved in dmso (0.2 ml) plus krebs-ringer-glucose (1.8 ml) and mixed with infected blood (0.2 ml). control tubes with dmso and gentian violet (125 µg/ml) were run in parallel. after incubation at 4 oc for 24 h, the suspensions were microscopically examined. only samples that killed 100% of the parasites were considered active [8]. comparative analyses of the trypanocidal activity (ta) were made based on the variation of the necessary concentration of 1, 2 and 3 to kill 100% of trypomastigotes in vitro. for convenience, ta values of ester 2 and alcohol 3 were determined relative to the concentration of the acid 1. thus, the ta value was always considered to be the unity (ta = 1.00) for this compound. theoretical methodology theoretical studies were carried out using the software packages titan [15] and gaussian03w [16]. geometries optimized by the semi-empirical am1 [17] were used as an initial model for the optimizations by the density functional theory (dft) [18] with the functional blyp [19, 20] and the 6-31g* [21-25] (blyp/6-31g*) set of bases. the geometries obtained by theoretical calculations were characterized as true minimal energy only when all the calculated frequencies (pes) were positive, considering the absence of intermolecular interactions in the gaseous state. calculations (dft/blyp/6-31g*) of energy and atomic contributions (orbital population) of the occupied and the virtual molecular orbitals (mo’s) were made after geometry optimization on the same calculation level. calculations (dft/blyp/6-31g*) of atomic charge were made by the mulliken method with unities in electrons. calculated chemical properties were appropriately presented with average values. these averages were determined from chemical property values of the conformers of 1, 2, and 3 that presented higher populations. thus, the values of chemical properties of conformers with relatively small populations were disregarded. 40 ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 similar to the trypanocidal activity analysis, average values of chemical properties of 1, 2 and 3 were presented a function of acid 1. thus, for this compound, the average values were considered to be the unity. at the point corresponding to ester 2, a multiplying factor x was applied to make the average values of chemical properties equal to the ta value this compound. the same multiplying factor x was also used to establish the average values of chemical properties for alcohol 3. the better congruence between average chemical property and ta values obtained for 3 must probably indicate a better relationship with the alleged chemical activity. results and discussion in vitro trypanocidal test at the test conditions, 1, 2 and 3 were able to kill 100% of bloodstream form t. cruzi at concentrations of 13.86, 5.68 and 6.48 µg/ml, respectively. although the compounds had shown significantly different activities (3 and 2 are about two times more active than 1), they are chemically related. this fact suggests some influence of the groups at c-4 on the trypanocidal activity. by comparative analysis of trypanocidal activity between these compounds as a function of concentration for the activity of acid 1, the ta relative values for 1, 2 and 3 are 1.00, 2.44 and 2.13, respectively. thus, for all cases, ∆ta = 2.13 was considered as a congruence factor between biological activity and chemical properties. conformational analysis initially, conformational distribution calculations (am1) for 1, 2, and 3 were made. the obtained geometries were submitted to geometry optimization calculations (dft/blyp/6-31g*). for each compound, four conformers a, b, c, and d were generated from these calculations as minimal energies. figure 2 shows the geometries of the conformers of 1, which are different from each other only in the skeleton conformation of the cyclononene ring. figure 2. geometries of conformers from 1a to 1d generated by the conformational search (am1) and optimized by calculations (dft/blyp/6-31g*). conformers corresponding to 2 and 3 present the same geometries of the cyclononen ring, showed in that figure for 1 41ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 table 1 presents the results of thermodynamic calculations (dft/blyp/6-31g*) of the conformers of 1, 2 and 3. for each compound, conformer a presents relatively lower enthalpy, with a value close to those of conformers b and ñ. the largest enthalpy of conformer d could indicate its smaller contribution to the conformational populations of 1, 2, and 3. nevertheless, in the case of structurally simple cycloalkanes, conformational analyses based only on enthalpy calculations, can differ from those experimentally observed [26-30] . therefore, the conformational population of these caryophillenetype structures can be better investigated by enthalpy and free energy calculations. according to table 1, the enthalpy variation between the conformers of each compound is not very significant. the results in free energy values follow the same order of stability of the conformers proposed by enthalpy. for cycloalkanes, conformational stability depends on the total tension of the ring, which is made up of angular, torsional and bond tensions, as well as van der waals compressions. in medium rings (c 8-11 ), van der waals compressions are due mainly to transannular tensions involving hydrogen atoms of adjacent methylene groups. when determined experimentally, the total tension of the cyclononane in relation to the n-nonane is of the order of 12.6 kcal/mol [31]. in many cases, the transannular tensions can significantly influence the conformational stability of cyclic structures similar to those of caryophyllene-type structures. theoretical studies carried out by molecular mechanics show that the angular deformations caused by transannular tensions in cyclononanes favor geometries with bond angles of 124 degrees [31, 32]. the average angles (θ av ) of the cyclononene c-c-c bonds obtained by dft/blyp/6-31g* optimized geometries of the conformers of 1, 2 and 3 are presented in table 1. for each compound, conformer a, which presents the lowest energy¸ also has the smallest value of θ av (≈ 116.7 degrees). in contrast, conformer d, which presents the highest energy, has a larger value of θ av (≈ 119.1 degrees). these results demonstrate a relation between the enthalpy and the θ av angles in cyclononane rings. calculations (dft/blyp/6-31g*) of geometry optimization of non-substituted cyclononane were performed and gave a value of θ av (116.20 degrees) very close to those of conformers a (table 1). therefore, smaller van der waals compressions are expected for 1a, 2a e 3a. as in table 1 the values of ∆g of conformers a, b, and c of each compound are very close and significantly smaller in relation to those of conformer d (≈ 7.6 kcal/mol). it is expected that its contribution to the conformational distribution of 1, 2, and 3 is not significant. table 1. calculated values (dft/blyp/6-31g*): enthalpy (∆h f ), entropy (∆s) and free energy (∆g), as well as average angles (θ av ) of cyclononen c–c–c bonds of the conformers a, b, c and d of 1, 2 and 3 ∆h f ∆s ∆g θ av conformer (kcal/mol) (cal/mol k) (kcal/mol) (degrees) 1a -81.52 127.46 -119.52 116.66 1b -80.19 127.72 -118.27 117.47 1c -79.50 127.53 -117.52 117.46 1d -74.22 126.26 -111.86 119.06 2a -74.73 134.69 -114.89 116.67 2b -73.40 135.42 -113.78 117.47 2c -72.68 134.97 -112.92 117.46 2d -67.44 133.65 -107.29 119.07 3a -43.89 124.31 -80.95 116.69 3b -40.79 125.42 -78.18 117.48 3c -39.95 125.44 -77.35 117.43 3d -36.49 123.32 -73.26 119.14 # 298.15 k and 1 atm 42 ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 chemical property calculations and comparison with biological activity initially, theoretical calculations (dft/ blyp/6-31g*) of energy of the frontier molecular orbitals (mo f ’s) of 1, 2, and 3 were performed for conformers a, b and c. table 2 shows calculated average energies (dft/blyp/6-31g*) of occupied and virtual frontier molecular orbitals of the conformers of 1, 2 and 3 and comparative analyses about these energies as a function of the corresponding values obtained for 1. by comparison between the absolute values of mo energies in table 2, the energies of the occupied virtual mo’s of 1 and 2 are very close when compared to the corresponding energies of 3. a similar behavior was observed for the energies of the virtual mo’s of these compounds. in this way, calculated energy variations do not correspond to the closer trypanocidal activity observed in vitro for 2 and 3. when compared to the value obtained for 1, the energy relations closer to ∆ta = 2.13 (correspondent ta value to 3) in table 2 were only verified in the lumo+3, lumo+4 and lumo+5, being 2.42, 2.60 and 2.82, respectively. for other mo’s, more different relations to 2.13 were verified. therefore, the character either nucleophilic or electrophilic given by the energies of occupied and virtual mo’s, respectively, do not allow establishing relations with trypanocidal activity of these compounds. the experimental infrared spectra of 1, 2, and 3 show weak absorptions and overlapping in the region between 1750 and 1550 cm-1. for this reason, the analyses of these spectra do not allow the correlation of the effect of the group at c-4 on the experimentally observed vibrational frequencies of the π bonds. vibrational calculations (dft/blyp/6-31g*) were carried out for the conformers a, b, and c of these compounds. two vibrations can be attributed to the stretching of the c-1–c-9 bond, which presents high annular tension characteristic of the cyclobutane ring. one vibrations were verified for 1, 2, and 3 (ν 1 , ν 2 and ν 3 , respectively) at ν 1 =1536.0, ν 2 =1.536.0 and ν 3 =1.536.2 cm-1 and another at ν 1 =1469.6, ν 2 =1469.7 and ν 3 =1.469.8 cm-1. calculated stretching frequencies of the exocyclic π bond (c8–c-14) in 1, 2 and 3 are ν 1 =1870.3, ν 2 =1870.4 and ν 3 =1870.3 cm-1 , respectively. in these cases, it is observed that the calculated frequencies do not suffer significant variations as a function of the structure of the group at c 4 . for the c-4–c-5 π endocyclic bond, the calculated frequencies are ν 1 =1896.3 cm-1, ν2=1898.1 cm-1, and ν3=1916.3 cm-1. even though the frequencies ν 1 and ν 2 are very close (∆υ ≈ 1.8 cm-1), both differ significantly from ν 3 (∆ν 〉 18 cm1). this fact demonstrates an effect of the substituent in c-4 on the vibrational frequencies of the endocyclic π bond. however, these frequencies do not present a variation that corresponds to the experimentally observed trypanocidal activity. in comparison to the frequencies of the π bonds, the exocyclic π bond presents relatively smaller values. this observation indicates a smaller force constant for this bond, and thus, a greater lability in relation to the endocyclic π bond. therefore, these results suggest a larger chemical reactivity of the π exocyclic bond, which can be involved in the potential activities of these compounds. table 3 shows the calculated average of mulliken atomic charge (dft/blyp/6-31g*) on the conformers of 1, 2 and 3, and comparative analyses as a function of the corresponding value obtained for 1. in the c-1–c-9 bond, the calculated atomic charges (q in au) on c-1 of 1, 2 and 3 (q 1(1) = -0.071; q 1(2) = -0.069; q 1(3) = -0.046) and on c-9 (q 9(1) = -0.156; q 9(2) = -0.152; q 9(3) = -0.172) showed very close absolute values between 1 and 2. in table 2, charge relations on c-1 (∆q c-1 = 1.63) and c-9 (∆q c-9 = 2.76) presented significant variation when compared to ta relations of these compounds (∆ta = 2.13). in π bonds, calculated charges on c-4 (q c4(1) = 0.174; q c-4(2) = 0.159 and q c-4(3) = 0.268) and c-5 (q c-5(1) = -0.121; q c-5(2) = -0.127 and q c-5(3) = 0.152) indicate significant variations due to the structure of the group at c-4. table 3 shows comparative values of calculated charges on c-4 (∆q c-4 = 4.11) and c-5 (∆q c-5 = 2.92) with more significant variation in relation to the biological activity (∆ta = 2.13) that corresponding to c-1 and c-9. on the other hand, calculated charges on c-8 (q c-8(1) = 0.282; q c-8(2) = 0.299 and q c-8(3) = 0.290) and c-14 (q c-14(1) = -0.299; q c-14(2) = -0.245 and q c-14(3) = -0.262) correspond to ∆q c-8 = 2.37 and ∆q c-14 = 2.60. these relations are very close to ∆ta = 2.13 and suggest the involvement of the π 43ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 exocyclic system in the trypanocidal activities of these compounds. as demonstrated by the larger atomic charge on c-14 in relation to c-8 (q 14 〉〉〉〉〉〉〉〉〉〉 q8 ), if there are effects of electrostatic interactions of the π exocyclic system on the biological activity, the electrophilic character of c-8 and/or the nucleophilic character of c-14 must be considered. table 3 list the dft/blyp/6-31g* calculated average orbital population for occupied (∆c o ) and virtual (∆c v ) mo’s of 1, 2, and 3 as function of 1, considering only the results closer to ∆ta. the larger congruencies in relation to the table 2. calculated average energies (dft/blyp/6-31g*) of occupied and virtual frontier mo’s between conformers of 1, 2 and 3, and comparative analyses as function of the correspondent values of 1a mo energy (ev) comparative analyses 1 2 3 1b 2b 3d lumo+5 1.630 1.798 2.065 1.00 2.44 2.80 lumo+4 1.481 1.569 1.674 1.00 2.44 2.60 lumo+3 1.363 1.424 1.401 1.00 2.44 2.42 lumo+2 1.141 1.046 1.260 1.00 2.44 2.92 lumo+1 -0.153 -0.075 0.289 1.00 2.44 -9.41 lumo -1.640 -1.503 0.102 1.00 2.44 -0.16 homo -5.308 -5.282 -8.715 1.00 2.44 4.04 homo-1 -5.549 -5.525 -9.004 1.00 2.44 3.99 homo-2 -5.870 -5.787 -9.480 1.00 2.44 3.97 homo-3 -6.322 -6.271 -10.331 1.00 2.44 4.02 homo-4 -6.516 -6.356 -10.483 1.00 2.44 4.01 homo-5 -6.750 -6.426 -10.917 1.00 2.44 4.16 (a) comparative analyses about ta values, ∆ta = 2.13; (b) energy of 1/energy of 1; (c) [(energy of 2/energy of 1) x 2.44]/ (energy of 2/energy of 1); (d) [(energy of 3/energy of 1) x 2.44]/(energy of 2/energy of 1). ∆ta are observed in ∆c o of c-8 to homo and homo-3 (∆c o = 2.07 and 0.76, respectively) and c-1 to homo-4 and homo (∆c o = 2.20 and 1.37, respectively). for virtual mo’s, the larger congruencies in relation to the ∆ta are only observed in ∆c v of c-1 to lumo+3 (∆c v = 2.74) and c-9 to lumo+5 and lumo+4 (∆c o = 2.75 and 2.76, respectively). thus, the results of these calculations suggest a more significant involvement of both the exocyclic π system and the cyclobutane ring in the trypanocidal activity of these caryophyllene compounds. table 3. calculated average of atomic charge (∆q) and orbital populations (dft/blyp/6-31g*) of occupied (∆c o ) and virtual (∆c v ) frontier molecular orbitals of the conformers of 1, 2 and 3 by comparative analyses as function of the corresponding values obtained for 1 compound 1 2 3 entry ∆q ∆c o dc v 1 1.00 2.44 2.37 (q c-8 ) 2.07 (c c-8 to homo) 2.74 (c c-1 to lumo+3) 2 1.00 2.44 2.60 (q c-14 ) 2.20 (c c-1 to homo-4) 2.75 (c c-9 to lumo+5) 3 1.00 2.44 1.63 (q c-1 ) 1.37 (c c-1 to homo) 2.76 (c c-9 to lumo+4) 4 1.00 2.44 2.76 (q c-9 ) 0.76 (c c-8 to homo-3) 3.27 (c c-9 to lumo+2) 5 1.00 2.44 2.92 (q c-5 ) 0.72 (c c-9 to homo-3) 0.91 (c c-14 to lumo+5) 6 1.00 2.44 4.11 (q c-4 ) -0.55 (c c-14 to homo) -0.25 (c c-14 to lumo+4) 44 ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 conclusions according to the trypanocidal tests carried out, the alteration of caryophillene structure due to the substituent group in c-4 can affect the potential activity of 1, 2, and 3. the geometry optimization calculations (dft/blyp/6-31g*) do not show any effect of these substituents in the conformational analysis of the caryophillene skeleton. thus, the trypanocidal action of 1, 2 and 3 cannot be related to the spatial changes on the caryophillene skeleton given by the different substituent groups in c-4. however, theoretical calculations show an effect of the substituent on the chemical properties related to the c-1–c-9 bond and the exocyclic π (c-8–c-14) and the endocyclic π (c-4–c-5) systems. comparing the results of the trypanocidal test with the chemical properties calculated for 1, 2, and 3 lead us to conclude that the activity may be determined by the chemical properties of the exocyclic π bond and the c-1–c-9 bond of both the cyclobutane ring. despite the spatial proximity of the substituent group to the endocyclic π system, the theoretical calculations performed did not allow an inference about the relation between the chemical properties of this π system and the trypanocidal activities of 1, 2, and 3. acknowledgement the authors would like to thank conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), fundação coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes), fundação de amparo a pesquisa do estado do amazonas (fapeam), and fundação de amparo a pesquisa do estado de minas gerais (fapemig) for financial support. supplementary material tables with all optimized geometrical parameters and other results for all structures considered in the present work are available from the authors upon request. recebido em: 08/04/2005 aceito em: 28/07/2005 a. f. c. alcântara, d. silveira, e. chiari, a. b. oliveira, j. e. guimarães, d. s. raslan. análise comparativa, por cálculos teóricos, da atividade tripanossomicida e das propriedades químicas do ácido e-licnofórico e de seus derivados. resumo: o ácido e-licnofórico 1, seus derivados éster 2 e o álcool 3 eliminaram 100% das formas tripomastigota de trypanosoma cruzi nas concentrações de 13,86, 5,68 e 6,48 µg/ml, respectivamente. cálculos (am1) de distribuição conformacional de 1, 2 e 3 resultaram somente em quatro confôrmeros a, b, c e d como mínimos de energia, que diferem entre si apenas na geometria do anel ciclononeno. cálculos (dft/blyp/6-31g*) de otimização de geometria e de propriedades químicas foram realizados para os confôrmeros de 1, 2 e 3. esses resultados teóricos foram comparados numericamente com os resultados de atividade tripanossomicida. valores calculados de densidade eletrônica e cargas atômicas, população orbital e freqüências vibracionais mostraram que o sistema π-endocíclico (c-4 e c-5) não é um sítio determinante dessa atividade. entretanto, a estrutura do grupo oxigenado influencia fortemente o potencial de outros sítios do esqueleto cariofilênico. assim, os cálculos sugerem que o sistema π-exocíclico (c-8 e c-14) e os carbonos c-1 e c-9 promovem a atividade tripanossomicida dessas substâncias. palavras-chave: lychnophora pinaster; dft; derivados cariofilênicos; atividade tripanossomicida, trypanosoma cruzi 45ecl. quím., são paulo, 30(3): 37-45, 2005 references [1] m. sadigursky. mem. inst. oswaldo cruz 94 [s i] (1999) 277. 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[2]. esta produção pode ser afetada por ácaros que causam seriíssimos danos econômicos para a apicultura de muitos países e que representa atualmente alta preocupação dos produtores ao redor do mundo [3]. uma das pragas que afetam as colméias é o ácaro varroa jacobsoni, também denominado varroa destructor [3]. foi detectado no brasil desde 1978, e atualmente pode ser encontrado em praticamente em todo o país [4]. trata-se de um ácaro de coloração marrom, que infesta tanto crias como abelhas adultas, ficando aderidos principalmente na região torácica, sugando a hemolinfa das abelhas, podendo causar redução do peso, longevidade e deformações nas asas e patas da abelha [3]. o controle de ácaros como este se faz através da pulverização do acaricida amitraz (figura 1) [5], conhecido comercialmente como apivar e mitac. figura 1. fórmula estrutural do amitraz. 64 artigo article o comitê para produtos medicinais veterinários na europa (committee for veterinary medicinal products) recomenda como limite máximo de resíduo (lmr) de amitraz em mel, a quantidade de -1 200 ng g [6]. no brasil, este pesticida é proibido pela lei federal de agrotóxicos [7], número 7802, aprovada em 1989, que proíbe o registro de produtos que possam provocar câncer (carcinogênese), defeitos na criança em gestação (teratogênese) e nas células (mutagênese). porém este pesticida continua sendo comercializado ilegalmente [7]. diante deste mercado tão ativo e da problemática educacional com o uso adequado de acaricidas, impõe-se a necessidade do controle de qualidade e monitoramento de méis, para que a população e o ambiente não se tornem vítimas desta substância. este contaminante tem sido determinado por muitas técnicas cromatográficas, seja por cromatografia líquida [8] ou cromatografia a gás [9]. pela técnica de hplc são utilizados os detectores de ultravioleta (uv) [10], arranjo de diodos (dad) [11] ou espectrometria de massas (ms) [12] para a determinação de amitraz. dos detectores para cromatografia a gás, o mais utilizado devido a sua seletividade e baixos limites de detecção é o detector termoiônico seletivo (tsd). este detector é seletivo para compostos orgânicos contendo n e p na estrutura química. a cromatografia a gás com detecção de espectrometria de massas (gc/ms) também tem sido reportada [13,14], utilizando-se o modo de monitoramento seletivo de íons (sim) para alcançar menores limites -1de detecção (6 ng g ) [15,16]. neste trabalho buscou-se otimizar e validar um método que permitisse a análise de amitraz em mel e que ao mesmo tempo fosse simples (poucas etapas), de baixo custo e apresentasse seletividade, precisão e exatidão adequadas. os parâmetros envolvidos na validação foram: seletividade, intervalo de trabalho, linearidade, sensibilidade, precisão, exatidão, limites de detecção (ld) e quantificação (lq). após a validação analítica, méis comercializados na cidade de araraquara (sp) foram analisados. materiais e método o padrão de amitraz utilizado foi obtido da sigma-aldrich (riedel-de-haën, alemanha) com 99,4% de pureza. os solventes foram: n-hexano, acetona e acetato de etila grau p.a. (jt baker , xalostoc, méxico); cartuchos spe (c-18, 500 mg) da marca j.t.baker (bakerbond, usa). os equipamentos utilizados foram: cromatógrafo a gás varian (walnut creek, ca, usa), modelo 3800, acoplado a workstation star chromatographic, injetor s p l i t / s p l i t l e s s , c o l u n a c a p i l a r s u p e l c o (30mx0,25mmx0,25?m) spb-5 (5% fenil/95% dimetilpolisiloxano), com detector termoiônico seletivo (tsd), banho termostatizado (tecnal te210); banho de ultrassom (thornton-t50220 , 40 khz), balança analítica (mettler toledo ag 245), agitador de tubos (phoenix model ap56) e centrífuga ® (excelsa baby i 206). o método aqui otimizado e validado foi adaptado da proposta de jimenez e colaboradores [17], que consistiu em aquecimento de 2 g de mel a temperatura 35?c, extração com 3 x 15 ml de hexano:aceton (80:20, v/v) durante 10 minutos em agitador de tubos com rotação de 700 rpm. a fase orgânica foi coletada e o extrato foi concentrado até 5 ml sob fluxo brando de nitrogênio. realizou-se a eliminação dos interferentes do extrato em cartucho de spe (c-18), eluição com 5 ml de hexano:acetona 80:20 (v/v), secagem com fluxo brando de n2, solubilização em 1 ml de hexano:acetona 80:20, e análise por gc-tsd. condições cromatográficas as condições cromatográficas do gc-tsd foram: modo de injeção: split/splitless (5:1); injetor: 250ºc; detector: 300º c e corrente da pérola de 3,0 a. a temperatura inicial da coluna (70ºc) foi mantida por 1 min, a seguir utilizou-se taxa de aquecimento de 20ºc/min até 220ºc, sendo a temperatura mantida neste valor por 7 min. uma nova rampa de aquecimento (10ºc/min) foi utilizada para atingir 280ºc, mantendo-se esta última temperatura por 5 min. hidrogênio foi utilizado como gás de arraste a uma -1. vazão de 1 ml min . a vazão dos gases da chama, -1 hidrogênio e ar sintético, foram 4 ml min e 80 ml -1min , respectivamente, enquanto que o gás auxiliar -1(make-up) (n2) foi utilizado a 30 ml min . o volume de injeção foi 1?l. amostras fortificadas para todas as etapas do estudo de otimização e validação do método foram utilizadas amostras ecl. quím., são paulo, 35 4: 63 72, 2010 artigo article 65 fortificadas, pois não há material de referencia certificado que seja constituído por mel contendo amitraz. para obtenção das amostras fortificadas utilizou-se mel adquirido no comercio varejista de araraquara, ao qual foram adicionadas concentrações adequadas de amitraz, através de soluçõespadrão, após a homogeneização por cerca de 2 min em agitador de tubos (700 rpm) as amostras foram deixadas em repouso por 24 horas em frasco de vidro âmbar, fechado e sob refrigeração. depois deste período as amostras fortificadas foram submetidas à análise. resultados e discussão otimização da resposta do sistema cromatográfico utilizando-se as condições cromatográficas reportadas na literatura [17] e uma solução padrão de -1 amitraz de 1 ìg ml não foi possível obter nenhuma resposta no sistema gc/tsd. desta maneira, foram otimizados os parâmetros: modo de injeção, proporção entre os gases da chama e corrente da pérola. as figuras 2, 3 e 4 apresentam cromatogramas que ilustram o ganho de resposta obtido com a otimização efetuada. figura 3. cromatogramas com diferentes relações entre os gases da chama ar sintético/h 3.a: mais 2 oxidante: relação ar/h : 20/1, 3.b: menos oxidante: relação ar/h : 5/1.2 2 figura 2. cromatogramas com diferentes injeções 2.a: injeção no modo splitless., 2.b: injeção split: 5 e 2.c: injeção split/splitless (split:5). u v o lts so lv e n te u v o lts so lv e n te a m itr a z u v o lts so lv e n te a m itr a z minutes 2.a 2.b 2.c m v o lts so lv e n te a m itr a z m v o lts so lv e n te a m itr a z minutes 3.a 3.b ecl. quím., são paulo, 35 4: 63 72, 2010 66 artigo article apesar da melhor resposta analítica na figura 4.a (3,5 a), não foi utilizada esta condição devido ao menor tempo de vida da pérola, portanto utilizou-se a corrente de 3,0 a. intervalo de linearidade da resposta do sistema gc/tsd foram injetadas, em triplicata, soluções padrão de amitraz em hexano:acetona (80:20, v/v), -1no intervalo de 100 a 800 ng ml , perfazendo um total de 8 concentrações. para avaliação da região linear, foi utilizado o teste de huber para excluir pontos anômalos [18], como mostra a figura 5. os pontos que estavam incluidos na região linear foram utilizados para a construção da curva analítica, apresentada na mesma figura. os parâmetros obtidos para esta curva denotam a ótima correlação 2 linear (r = 0,996) e a sensibilidade da resposta, dada pelo coeficiente angular da curva de 5,40. utilizando os parâmetros da curva é possível determinar o limite de detecção e de quantificação do sistema gc/tsd -1para amitraz [19], que foram 16 e 48 ng ml , respectivamente. figura 4. cromatogramas com diferentes correntes da pérola 4.a: 3,5 amperes, 4.b: 3,0 amperes e 4.c: 2,6 amperes. figura 5. determinação gráfica das curvas de linearidade através da: a) gráfico de linearidade; b) curva analítica. m v o lts so lv e n te a m itr a z m v o lts so lv e n te a m itr a z m v o lts so lv e n te a m itr a z minutes 4.a 4.b 4.c ecl. quím., são paulo, 35 4: 63 72, 2010 artigo article 67 seletividade do método na figura 6, são comparados os cromatogramas da amostra fortificada com amitraz e da amostra testemunha (amostra isenta de contaminação pelo analito). observa-se que não ocorrem interferentes da amostra testemunha no tempo de retenção do amitraz (18,3 min). não pôde ser efetuada a análise em menor tempo devido à observação de compostos presentes na matriz no intervalo de 6 a 13,5 min. é importante notar que a seletividade desempenha importante função na validação analítica, pois se esta não for assegurada, a linearidade, a precisão e a exatidão estarão seriamente comprometidas [19]. exatidão e precisão a exatidão do método foi estimada pelo fator de recuperação, r, que é definido como a quantidade do analito adicionado à amostra, que é extraída e quantificada [14]. a recuperação é calculada da seguinte maneira: tabela 1. modo de injeção split/splitless. tempo (min) split razão split inicial ligado 5 0,01 desligado desligado 1 ligado 5 onde, c = concentração determinada na matriz 1 fortificada; c =concentração determinada na matriz 2 isenta de fortificação; c = concentração adicionada 3 à matriz fortificada. figura 6. cromatogramas referentes à amostra testemunha, amostra in natura (a) e a amostra fortificada (b). amitraz adicionado -1(ng g ) concentração obtida -1(ng g ) a brecuperação (%) cv 100 82 77 80 2,5 80 200 182 176 88 5,5 171 400 367 379 92 11 tabela 2. exatidão (recuperação) e precisão (cv) do método, utilizando amostras enriquecidas com o analito. 357 a – recuperação média (n=3); b cv –coeficiente de variação médio (n=3). – ecl. quím., são paulo, 35 4: 63 72, 2010 68 artigo article a exatidão foi determinada utilizando 9 determinações, sendo estas com 3 níveis de concentração em triplicata [20]. os resultados estão apresentados na tabela 2. -1a amostra foi fortificada no início (100 ng g ), -1 -1meio (200 ng g ) e fim (400 ng g ) da curva de calibração, obtendo recuperações médias de 80, 88 e 92%, respectivamente. os resultados se encontram dentro do intervalo de 70 a 120%, e isto mostra que o método é exato, conforme preconizado pela literatura para a análise de resíduos de pesticidas [20]. a precisão do método foi estimada pela dispersão dos resultados expressa pelo coeficiente de variação e mostra que o método é preciso, pois os valores encontrados foram menor que 20% [20]. teste t para avaliação da recuperação uma outra maneira de avaliar a extatidão do método é a utilização do teste t de student [21]. para isto foram utilizadas as médias dos três níveis de fortificação aplicando o teste de hipótese. estabeleceu-se como hipótese nula (h ): µ = 100% de 0 recuperação e como segunda hipótese (h1) µ 100% de recuperação. o valor de t experimental foi calculado de acordo com a seguinte equação [22]: o valor de t tabelado (t ) com 95% de tab confiança e n-1 graus de liberdade é 4,3, valor maior que o calculado (t = 3,7), portanto aceita-se a hipótese cal nula (h ), ou seja, não há diferença significativa entre o 0 valor quantificado e o valor adicionado na amostra. portanto o método tem exatidão para avaliação de amitraz em amostras de mel. limite de detecção e quantificação segundo thier (23), nenhum sinal deveria ser obtido para a amostra controle. entretanto, sinais de "resíduos aparentes" podem ocorrer e são chamados sinais do branco. eles podem ser devido a algumas causas que podem simular a presença dos resíduos como: co-extrativos não removidos, impurezas de solventes ou reagentes ou ruídos do instrumento. o ld pode ser estimado a partir dos resultados de um estudo de recuperação, utilizando as equações apresentadas abaixo: sendo: onde: x rec é a média de recuperação do método, µ é o valor esperado para a recuperação (100%), n é o tamanho da amostra, igual a 3, e srec o desvio padrão das médias de recuperação de cada nível fortificado (tabela 3). tabela 3. recuperações médias para cada nível de fortificação, recuperação obtida, desvio padrão e valor de t calculado. *médias de recuperação para cada nível fortificado; a – média de recuperação do método (n=3), obtida através da quantificação das amostras fortificadas b – desvio padrão das médias das recuperações dos níveis estudados; c – t de student calculado. nível fortificado recuperação obtida* ax (%) srec rec b c/t /exp 100 80 86,5200 88 6,3 3,7 400 92 s recuperação com o menor nível de fortificação. s -desvio padrão obtido com a aplicação do método b à amostra controle. m -número de repetições da aplicação do método à amostra com menor nível de fortificação. n -número de repetições da aplicação do método à amostra controle. f -número de graus de liberdade, estimado por m + n – 2. s -sensibilidade do sistema analítico. -desvio padrão estimado a partir do estudo de a ecl. quím., são paulo, 35 4: 63 72, 2010 artigo article 69 -1 o limite de detecção do método foi de 7 ng g -1enquanto o limite de quantificação foi de 100 ng g . o limite de quantificação foi adequado, pois foi inferior ao limite máximo de resíduos (lmr) -1estabelecido pela união européia (200 ng g ), o que possibilita a aplicação deste método na averiguação do nível de contaminação neste tipo de alimento. o método aqui validado apresentou semelhança com outros trabalhos na literatura [15, 24] quanto aos parâmetros de exatidão (recuperação > 70%) e precisão (<11%). entretanto, a comparação dos limites de detecção e quantificação do método, com o que é apresentado na literatura, não é possível, uma vez que os artigos não explicitam se os limites apresentados referem-se ao sistema analítico (limite instrumental) ou ao método, conforme a tabela 4. análise de amostras de mel comercializadas em araraquara. o método proposto e validado, foi utilizado para avaliar a ocorrência de amitraz em amostras de referência lda (ng g-1) lqb (ng g-1) tipo de extração detecção este trabalho* 7 100 líquido-sólido com agitação gc/tsdc rial-otero et al. [15] 6 15 micro-extração em fase sólida gc/msd (modo esim ) shamsipur [24] 10 30 headspace gc/tsdc jimenéz et al.[25] 2 extração em fase sólida gc/ecdf korta et al. [26] 0,2 0,6 extração em fase sólida hplc/ms/ms g tabela 4. comparação dos limites de detecção (ld) e quantificação (lq) com outros trabalhos descritos na literatura. a ld limite de detecção; b lq limite de quantificação; cgc/tsd – cromatografia gasosa com detector termoiônico; d gc/ms – cromatografia gasosa com detector de espectrometria de massas; esim – monitoramento seletivo de íons; f gc/ms – cromatografia gasosa com detector de captura de elétrons; g hplc/ms/ms – cromatografia liquida de alta performance com detector de espectrometria de massas/espectrometria de massas. figura 7. cromatogramas obtidos no gc-tsd de méis obtidos no comércio de araraquara: mel 1 – in natura: mel 2 e 3: industrializados. 1 2 3 ecl. quím., são paulo, 35 4: 63 72, 2010 méis obtidas do comércio varejista e diretamente com coletores de mel silvestre na cidade de araraquara-sp. as análises para a determinação de amitraz foram realizadas em triplicata, não sendo detectados resíduos de amitraz nos méis obtidos, dentro dos -1limites estabelecidos (< 100 ng g ), conforme os cromatogramas da figura 7. há muitos métodos para a determinação de amitraz em mel na literatura [12,24,11,25] porém são poucos os trabalhos que apresentam aplicações em amostras disponíveis para a população através do comercio local. o único trabalho encontrado na literatura e que analisou mel comercializado para a população foi o efetuado por rial-otero et al. [15] , no qual foram avaliados 11 méis em provenientes de diferentes localidades em portugal [15] e que também não observaram resíduos de amitraz em nenhuma amostra. conclusão estabeleceu-se um método seletivo, sensível, preciso e exato, para análise de amitraz em mel de abelhas. este método é semelhante aos descritos na literatura, tendo como vantagem de ser simples e rápido. cabe salientar que este trabalho apresenta dados de limites de detecção e quantificação para o método proposto, o que não ocorre com nenhum trabalho existente na literatura sobre este mesmo tema. o valor do limite de quantificação para -1determinação de amitraz em mel (100 ng g ) foi menor do que o limite máximo de resíduos (lmr) -1estabelecido pela união européia (200 ng g ). o método foi aplicado na análise de mel comercializado na cidade de araraquara-sp, demonstrando que estas estavam isentas de resíduos de amitraz. considerando que a legislação brasileira não avalia a qualidade do mel quanto à presença de amitraz e compostos orgânicos tóxicos, o método validado pode ser utilizado em estudos de monitoramento para avaliar a qualidade de mel quanto à presença deste contaminante. agradecimentos agradecimentos a fapesp processo (200403/13906-6) pelo suporte financeiro. 70 artigo article f.s.silva, m.r.r de marchi. validation of the analytical method for analysis of the amitraz in honey using gc-tsd. abstract: this paper describes the validation of method for analysis of the acaricide amitraz in honey using nhexane/acetone extraction, cleanup in cartridge of solid phase extraction (spe) and analysis by gas chromatography with nitrogen-phosphorus detector (gc -tsd). the method can be used to monitor the presence of the pesticide amitraz in honey because of its good analytical parameters, precision (cv <11%) and accuracy (> -180%) in the range of 100-400 ng g . the limit set in the european union, by committee for veterinary -1medicinal products, for amitraz in honey (200 ng g ) is within this range. the response of the analytical system -1 -1was linear between 100 and 800 ng ml with correlation coefficient of 0.9996, limit of detection (ld -7 ng g ) -1 -1 -1 and quantification (lq -100 ng g ). the sample was fortified at three concentrations 100 ng g , 200 ng g and -1400 ng g , giving an average recovery of 80, 88 and 92% respectively. the validated method was used to assess the quality of honey sold in the city of araraquara/sp, in which there were no residues of amitraz. keywords: amitraz, validation method, honey, gc-tsd ecl. quím., são paulo, 35 4: 63 72, 2010 artigo article 71 referências bibliográficas [1] e. crane, o livro do mel, são paulo, 2ª ed., 1996, nobel, p. 226. 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do edta, também, ocasionou a diminuição de tamanho de partícula do óxido. palavras-chave: zno:ga, edta, método pechini abstract gallium-doped zinc oxide (zno:ga) was prepared by the pechini method from zinc citrate and gallium hydroxide. by this method, it is possible to synthesize crystalline zno:ga by firing the polymeric precursor in air at 900ºc for four hours. the homogeneous resin containing 2% of dopant could be obtained only with the addition of the ethylenediaminetetraacetic acid (edta). the size of oxide particles, also, was diminished by the addition of edta. keywords: zno:ga, edta, pechini method http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso introdução óxido de zinco é um semicondutor intrínseco do tipo n que cristaliza no sistema cristalino hexagonal tipo wurtzita, sendo um material relativamente barato e pouco tóxico. tem encontrado aplicações em dispositivos eletroluminescentes11, fotovoltáicos7,catodoluminescentes11, entre outros. suas propriedades podem ser potencializadas se dopado com determinados íons, especialmente a condutividade, com íons dos elementos do grupo 13: al 14,18,22, ga 9,20,21 e in 1,17. a dopagem com gálio é escolhida em alguns trabalhos devido aos comprimentos de ligação covalente de ga-o e zn-o serem próximos, 1,92 e 1,97å, respectivamente, sendo esperada uma menor deformação da rede de zno quando dopado com gálio do que com índio, (in-o = 2,1 å)10. assim, algumas das razões de gálio ter sido escolhido como dopante tipo n em zno se devem às semelhanças das eletronegatividades e dos raios iônicos de zn+2 e ga+3. óxido de zinco tem sido dopado com gálio por várias técnicas. fathollahi e amini3 apresentaram a preparação de filmes de zno dopado com ga2o3 pelo método sol-gel. acetato de zinco dihidratado foi dissolvido em 2-metoxietanol e monoetanolamina. a dopagem com gálio foi feita pela adição de quantidades calculadas de nitrato de gálio nono-hidratado à solução do precursor. reddy et al.20, prepararam zno:ga pela técnica spray pyrolysis usando solução precursora de acetato de zinco em álcool isopropílico e água desionizada. para a dopagem com gálio, solução de tricloreto de gálio foi adicionada à solução de partida. zno:ga com partículas finas pode ser obtido utilizando-se o método pechini e algumas variações do mesmo. este método19 baseia-se na capacidade de certos ácidos fracos formarem quelatos com vários cátions. estes quelatos podem, então, sofrer poliesterificação sob aquecimento com um álcool poli-hidroxilado, formando uma resina polimérica de alta viscosidade12. esta resina, por tratamento térmico, possibilita a obtenção de partículas finas de óxidos e óxidos dopados8,12. o objetivo deste trabalho é comparar algumas características morfológicas de partículas finas de óxido de zinco dopado com gálio obtidas utilizando-se reagentes convencionais do método pechini ou com adição de edta. materiais e métodos síntese do precursor do dopante a dopagem com gálio foi realizada usando-se hidróxido de gálio. o hidróxido de gálio foi obtido dissolvendo-se ga2o3 (aldrich, 99,999%) em ácido clorídrico fumegante (merck p.a.). o ph da solução obtida foi ajustado em 4,516 pela adição de hidróxido de amônio 2% (mallinckrodt p.a.). o precipitado gelatinoso foi submetido à centrifugação, sendo lavado até teste negativo para íons cloreto (usando-se agno3 0,2 moll-1). o precipitado foi posteriormente filtrado à pressão reduzida e padronizado por gravimetria. obtenção do ácido etilenodiaminotetracético a obtenção do ácido etilenodiaminotetracético (que passará a ser chamado simplesmente edta) foi feita através da precipitação do mesmo a partir de solução saturada de edta dissódico (merck p.a.), ajustando-se o ph desta solução em torno de 1,0 com ácido clorídrico 3 moll -1. o precipitado obtido foi lavado até teste negativo para íons cloreto, usando-se agno3 0,2 moll-1. obtenção da solução de citrato de zinco acetato de zinco di-hidratado (acs-qeel p.a.) foi dissolvido em água desionizada sob agitação e aquecimento a 60ºc. em seguida foi adicionado ácido cítrico mono-hidratado (vetec p.a.) na proporção 1:1,2, respectivamente. a solução de citrato de zinco obtida foi então padronizada por gravimetria. obtenção de óxido de zinco dopado com gálio a dopagem com gálio foi realizada pela adição de hidróxido de gálio em água desionizada sob agitação e aquecimento. posteriormente, foram adicionados ácido cítrico e ácido etilenodiaminotetracético (exceto para uma das amostras contendo 1% de ga3+). após várias horas de agitação e aquecimento foi adicionada solução de citrato de zinco, obtendo-se solução límpida. posteriormente foi adicionado monoetilenoglicol (chemco, p. a.). a relação utilizada para a preparação destas amostras foi calculada pela proporção 1:3:16 em mol do citrato do metal: ácido cítrico: monoetilenoglicol. a quantidade de edta utilizada foi a necessária para complexar o número total de moles de cátions metálicos presentes na solução. após evaporação de parte do solvente, o ph da solução foi ajustado em torno de 5,0 pelo uso de nh4oh 2%. a solução ficou sob agitação e aquecimento até obtenção de uma resina viscosa. três diferentes amostras de zno:ga na forma de pó foram obtidas por tratamento térmico da resina sob atmosfera estática de ar a 900ºc por quatro horas. as amostras obtidas foram: zno:ga 1% sem uso de edta, zno:ga 1% com uso de edta e zno:ga 2% com uso de edta. caracterização das amostras os óxidos obtidos foram caracterizados por: difratometria de raios x (xrd), espectroscopia vibracional de absorção na região do infravermelho (ir), microscopia eletrônica de varredura (sem), análise por energia dispersiva de elétrons (eds) e mapeamento por eds. os difratogramas de raios x das amostras de zno:ga na forma de pó foram obtidos utilizando um difratômetro siemens d5000 com radiação ka 1 do cobre (1,5418å), ângulo de incidência variando de 30º a 70º a 0,02º/10s e monocromador de grafite. para o ir, utilizou-se um espectrômetro perkin elmer ft-ir spectrum 2000 na região de 4000 a 400cm-1. as amostras foram preparadas na forma de pastilhas diluídas, sempre na mesma proporção em massa de 1:200, em brometo de potássio, por homogeneização e prensagem sob pressão de aproximadamente 10 kbar. para medidas de sem utilizou-se um microscópio jeol jsm t330a, sendo as amostras dispersas em água e recobertas com ouro, através de um metalizador edwards 150b. as energias utilizadas para o mapeamento de zn e de ga por eds foram escolhidas como sendo referentes ao pico mais intenso de zinco ou de gálio, respectivamente. desta forma, fez-se o mapeamento por eds de zinco e gálio em pastilhas, não metalizadas, das amostras de zno:ga 1% sem uso de edta, zno:ga 1% com uso de edta e zno:ga 2% com uso de edta. resultados e discussão a obtenção de zno:ga 1% utilizando os reagentes convencionais de método pechini somente foi possível mediante adição de uma grande quantidade de ácido cítrico, devido a baixa solubilidade do hidróxido de gálio. no caso da dopagem com 2% de gálio substituiu-se o excesso de ácido cítrico pela utilização do edta na forma ácida para dissolver o precursor de gálio. a estabilidade do complexo de gálio com edta é maior em ph aproximadamente 3 , que é o ph utilizado para análise de gálio por complexação2. já o complexo de zinco com edta é mais estável em ph em torno de 105. para manter os íons zinco e gálio solubilizados, o ph da solução resultante foi ajustado em torno de 5. portanto a adição do edta na forma ácida facilita a manutenção dos íons metálicos em solução tornando possível a obtenção de zno:ga 2%, além de zno:ga 1%. os difratogramas de raios x das amostras de zno:ga 1% sem uso de edta, zno:ga 1% com uso de edta e zno:ga 2% com uso de edta estão na figura 1, e indicam unicamente a fase tipo wurtzita do óxido de zinco (zincita, jcpds 36-1451). nestas proporções de dopante e nas condições da medida não foram observadas outras fases. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 na figura 2 estão os espectros vibracionais de absorção na região do infravermelho das amostras de zno:ga 1% sem uso de edta, zno:ga 1% com uso de edta e zno:ga 2% com uso de edta. observa-se a presença de uma banda intensa característica de zn-o, além de outras bandas pouco intensas referentes à água e ao carbonato, para as três amostras. algumas das bandas pouco intensas podem estar relacionadas com grupos restantes da decomposição do precursor. quando o edta foi utilizado é mais evidente a presença desses resíduos. as atribuições das bandas referentes à figura 2 estão na tabela 1. como os espectros de absorção na região do infravermelho das três amostras são semelhantes, os valores que estão na tabela 1 foram obtidos da amostra zno:ga 1% com uso de edta. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 as fotomicrografias de sem das amostras em pó contendo 1% em mol do dopante estão na figura 3, sendo a e b relativas às amostras obtidas sem e com edta, respectivamente. na fotomicrografia a observa-se partículas na forma de bastonetes hexagonais, enquanto que na fotomicrografia b a forma das partículas não é bem definida e muito menores do que em a. a comparação do tamanho de partícula das amostras sem e com a presença de edta pode ser feita diretamente através das fotomicrografias que foram obtidas na mesma escala e aumento. no caso da amostra sem edta os hexágonos apresentam a base de aproximadamente 1000 nm enquanto que na amostra preparada com edta as partículas são menores que 100 nm. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 para verificar a distribuição do dopante nos sólidos obtidos, na figura 4 estão os espectros de eds das amostras de zno:ga 1% e zno:ga 2%, ambas com uso de edta. nota-se a presença de somente zn, ga e o nas pastilhas analisadas. as fotomicrografias de mapeamento por eds das referidas amostras estão na figura 5. observa-se que as pastilhas das três amostras apresentam homogeneidade em distribuição de gálio no óxido de zinco. portanto, a distribuição do dopante na proporção de 1% parece ser independente da utilização de aditivo. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200025&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 conclusões a utilização do aditivo, edta na forma ácida, facilita a manutenção dos íons metálicos em solução durante o processo e proporciona obtenção de partículas menores. através de espectroscopia vibracional na região do infravermelho observou-se que nos produtos obtidos usando-se edta parece estar presente resíduo de matéria orgânica. a análise por difração de raios x não evidenciou a formação de outras fases que não a do óxido de zinco. o dopante, gálio, está distribuído homogeneamente pela amostra, verificado através de mapeamento por energia dispersiva de elétrons. a obtenção de partículas finas de zno:ga com a utilização de edta, como uma adaptação do método pechini, possibilita o uso deste em aplicações que requerem partículas pequenas, como em dispositivos catodoluminescentes, eletroluminescentes, entre outros agradecimentos os autores agradecem à fapesp o apoio financeiro. asg agradece à fapesp a bolsa de iniciação científica. referências 1 ataev, b. m.; bagamadova, a. m.; mamedov, v. 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[23] studied the na/naoh/al2o3 system in the methanolysis of soybean oil. mixed oxides containing niobium have been studied as catalysts and supports in several heterogeneous reactions [24, 25]. niobium oxides have a tendency to form structural defects and to present acid properties. however, by means of heat treatment above 500ºc, surface sites become neutral due to the elimination of oh groups or the loss of water absorption capacity [26]. in this work, the generation of basicity on the surface of niobium was investigated through the addition of naoh with the purpose of using it as a catalyst of the transesterification of refined soybean oil with ethanol. experimental preparation of the catalysts the niobium acid (nb2o5.nh2o, ref. hy-340) used in this work was supplied by cbmm. the heat treatment of the samples started with a 2-hour drying stage at 120ºc. two calcination temperatures were adopted: 300ºc and 500ºc in a muffle furnace for 10h, at a heating rate of 10ºc/min. sodium was added to the niobium by dry impregnation using naoh solution at a concentration suitable to obtain an na/nb ratio of 0.5. after impregnation, the catalysts were treated at 120ºc for 16h, followed by 350ºc for 5h, under a n2 flow (40ml/min). transesterification conditions mixtures of refined soybean oil, absolute ethanol p.a. (vetec) and solid catalyst were prepared in two types of systems: 1) by reflux (78.5ºc) for two hours under magnetic agitation, and 2) in a closed system (parr reactor) for 4h at 120ºc and mechanical agitation at 250 rpm. the indices of acidity and saponification of the oil were first determined by the iupac method, which showed insignificant results. the catalyst concentrations adopted were 3% and 10% of the mass of oil. eclética química, 39, 35-48, 2014. 38 blank tests were performed using only the claimed supports. the molar ratio of ethanol to oil was 30:1 • nmr1h the conversion into biodiesel was determined by nmr spectroscopy (varian unity 300 spectrometer, 300 mhz). aliquots of reaction products were diluted in reiterated chloroform prior to recording the spectra. the analysis of the spectra was concentrated in the region of 4.0 4.4 ppm, using the same approach as that used previously in transesterification reactions with methanol [27]. however, in this work, the calculations of conversion of oil into biodiesel (cbio) were based on the integration of the peaks corresponding to the protons highlighted in figure 1. figure 1 – scheme of the transesterification reaction of oils with ethyl alcohol. ο = glyceric protons (g), = ethyl protons (e). thus, the relationship between the g and e protons was considered (eq. [1]). eclética química, 39, 35-48, 2014. 39 in eq. 1, areas a1 and a3 refer to the ones illustrated in fig. 2 (a) and (c). the peaks corresponding to areas a1 and a3 were chosen for their good resolution and because they were not disturbed by overlapping. figure 2 (c) highlights the relationship between areas a2 and a3, which follows the proportion of 1:8 that is typical for this type of nmr. • spectroscopy in the iv region the formation of biodiesel was confirmed qualitatively by spectroscopy in the iv region using a kbr window. solid samples (catalysts) were also analyzed. in this case, pellets (1% kbr) were prepared. a perkin elmer 2000 ftir spectrometer was used. co2 thermodesorption assays were monitored by spectroscopy in the iv region to evaluate the basic properties of the catalysts, using a nicolet magna 560 ir spectrometer. self-supported pellets (~20 mg) were treated at 350ºc for two hours under high vacuum (10-7 torr), and then placed in contact with air for 30 min. adsorption was carried out at room temperature, at 10 torr for 1 h, and desorption was performed at 25ºc and 100ºc for 1 h under high vacuum. figure 2 – nmr 1h spectra, illustrating the stages of a transesterification: (a) refined soybean oil, (b) standard mixture of 40% biodiesel in soybean oil, (c) standard biodiesel. eclética química, 39, 35-48, 2014. 40 • hammett basicity the basicity of the solids was also determined by the method of hammett indicators [28]. approximately 5 ml of cyclohexane p.a. (vetec) and 3 drops of indicator were added to 0.05 g of sample. the indicators used were: phenolphthalein, thymolphthalein, alizarin, 4-nitroaniline and 4-chloro-2-nitroaniline, all at a concentration of 0.1 % m/v in cyclohexane. the systems were then mechanically shaken for 8 hours. lastly, they were titrated with a solution of 0.05 mol/l of benzoic acid in cyclohexane, duly factored. • xrd x-ray diffraction analyses were performed in a rigaku denki diffractometer (cukα). the operating conditions were as follows: a 0.04º step and count time of 1s/step. • bet the specific areas of the catalysts were determined by the n2 adsorption/desorption method (bet), using a micromeritics asap 2000 chemisorptions system. results and discussion catalytic evaluation of ethanol transesterification of soybean oil to biodiesel fig. 3 shows spectra in the iv region of liquid samples (reaction products). for comparison, spectra if the soybean oil used as reagent and a spectrum of a standard biodiesel are shown (obtained by homogeneous reaction and naoh as catalyst). a qualitative analysis of the spectrum of the sample of interest (fig. 3 (b)) reveals the appearance of a band at 1037 cm-1. this vibration is characteristic of stretching of the c-o bond of primary alcohol esters, which allows for the identification of the presence of ethyl ester, the main constituent of biodiesel. similarly, for the other liquid samples obtained through several reaction conditions eclética química, 39, 35-48, 2014. 41 and with both catalysts (nanb500 and nanb300), it was also possible to detect the existence of biodiesel in the products. figure 3 – spectrum in the iv region of biodiesel: (a) soybean oil; (b) biodiesel obtained with 10% of nanb500 catalyzer (reflux); (c) standard biodiesel. table 1 summarizes the various reaction conditions adopted for the production of biodiesel. note that the two catalysts have equivalent surface areas and that the maximum conversion achieved was 25% for the nanb500 catalyst using a 10% concentration, atmospheric pressure (760 mmhg) and ethanol reflux temperature (~78,5ºc). it is interesting to note that the most severe conditions (parr reactor) resulted in a lower conversion (17%). the blank assays using nb300 and nb500 supports as catalysts did not result in conversion to biodiesel. the conversion levels achieved were well below the values traditionally obtained in homogeneous reactions, which approach 100%. two factors should be highlighted because they are directly correlated to the activity of the catalysts: the surface area and the basic strength. the first case is explained by the preparation process of these materials: simple impregnation. this led to a significant reduction of the surface area of the nb500 sample used as support (~50m2/g), as well as that eclética química, 39, 35-48, 2014. 42 of the original niobium (~100m2/g). the higher conversion of the nanb500 sample is therefore due to its basic properties, which are analyzed in the next section. table 1 – conversion and reaction conditions employed to obtain biodiesel from the nanb300 and nanb500 samples. physicochemical characterization of the solid catalysts the structural complexity of nb2o5 is due to the polymorphism related to the preparation method and the calcination temperature [29, 30]. three crystalline phases are formed as a function of increasing temperature [31]. the t form, which is present in the orthorhombic system, is found at low temperatures (550°c) [32] the pseudo-hexagonal form is found at 450°c and is classified by schäffer [33] as the tt form. to understand the modifications nb2o5 undergoes after thermal treatments and the subsequent addition of sodium, x-ray diffraction analyses were carried out (fig. 4). a comparison of the diffractograms of the samples reveals that non-calcined niobium (nb) and the materials calcined at 300ºc have amorphous structures. the impregnated sample (nanb300) has little crystallinity due to the post-impregnation treatment (350°c/5h). however, the diffractograms of the solids calcined at 500ºc have good crystallinity, showing a primary phase of nb2o5 consisting of a hexagonal system (jcpds 28-0317), the aforementioned tt phase. the niobium impregnated with sodium (nanb500) shows the possible formation of one phase of sodium niobate (na3nbo4 – jcpds 22-1391), the width of whose peaks indicates eclética química, 39, 35-48, 2014. 43 a certain degree of disorder. this sample was the only one to exhibit evidence of the presence of sodium; however, no other crystalline phase containing this element was detected by xrd. it should be pointed out that the diffractogram of the nanb500 catalyst recovered after the reaction was the same as that of the initial sample, indicating that there was no loss of crystallinity or sodium during the reaction. figure 4 – diffractograms of the impregnated catalysts (nanb300 and nanb500); nb300 and nb500 supports. nb = commercial nb2o5; * = na3nbo4 phase (221391). other forms of preparation for the addition of sodium and other metals alkaline to niobium likewise commonly lead to the formation of niobates [34, 35]. basically, the appearance of these compounds is related to the atomic ratio adopted. several authors have studied the na/al2o3 system, which, analogously, exhibits characteristic reflections of sodium aluminates. the basicity of this material originates from the increase of the electron-donor capacity of surface oxygen atoms in response to the insertion of sodium. this modification depends on the structure of the alumina employed [22]. to better investigate the structure and the eclética química, 39, 35-48, 2014. 44 types of na-nb bonds possibly formed, spectra were recorded in the iv region of the catalyst samples (fig. 5). figure 5 – spectrum in the iv region of the catalysts. these spectra revealed the presence of a broad band in the region of 500 to 1000 cm-1, which is characteristic of niobium and niobate oxides. as can be seen, sodium impregnation of the solids calcined at 300ºc did not cause changes in this region, which shows a maximum at 664 cm-1 and a shoulder at 869 cm-1, suggesting the presence of nb-o bonds of [nbo6] type octahedral units bound by both the vertices and the angles [36]. a comparison of the materials calcined at 500ºc against the previous ones indicates an increase in the region of 869 cm-1 and a decrease in the band at 664 cm-1. the spectrum of the impregnated sample (nanb500) shows characteristics that are markedly distinct from the others, with the appearance of four bands with maxima at 869 cm-1, 711 cm-1, 553 cm-1 and 427 cm-1. this may indicate that distortions occurred in the niobium structure due to the presence of na. [nbo6] units bound by the vertices are not strongly distorted, while the [nbo6] units bound by the angles exhibit major distortions, resulting in significant variations in the nb-o bond distance [37]. similarly, in comparisons between linbo3 and h-nb2o5, the bands at 700 and 620 cm-1 were attributed to ν3 mode vibrations in octahedral eclética química, 39, 35-48, 2014. 45 [nbo6] units bound by the vertices, and the bands at 850 and 500 cm-1 to octahedral [nbo6] units bound by the angles [36]. therefore, the nanb500 sample seems to have developed distortions in the nb-o bonds that do not appear in the nb500 support, particularly in relation to the bands at around 700 and 430 cm-1. the characteristic that was sought in these preparations was the creation of basic sites on the niobium surface. it should be kept in mind that niobic acid displays high acidity (ho ≤ -5.6) if calcined at temperatures of up to 300ºc and that the surface becomes practically neutral if treated at 500ºc [28]. this neutrality allowed for the development of a certain degree of basicity in the nb500 solid by the addition of the alkali. this property can be visualized in co2 thermodesorption assays monitored by spectroscopy in the iv region (fig. 6). figure 6 – spectra in the iv region after co2 adsorption of the nanb500 sample. the natural acidity of untreated niobium prevents the adsorption of co2, as already investigated and reported by kus et al.[38] in tpd assays. in alumina, co2 adsorption leads to the appearance of a band, among others, at ~1650 cm-1 [39]. in the nanb500 sample, note the appearance of two bands 1672 and 1638 cm-1 after co2 adsorption. these bands can be attributed to bidentate and monodentate carbonate species bound to the niobium surface (o2type sites) and/or to na+ eclética química, 39, 35-48, 2014. 46 cations. in this experiment, it was not possible to visualize the region below 1400 cm-1 due to the vibrations resulting from the niobium structure. therefore, it is not possible to confirm the presence of hydrogen carbonate species (~1200 cm-1). the bands shown in fig. 6 remain at room temperature, but practically disappear when the temperature increases to 100ºc. this behavior denotes the emergence of weakand medium-strength basic sites. this conclusion can be confirmed by the experiments with hammett indicators. the nanb500 solid presented a basicity equivalent to ph = 10.5. among the tested indicators, this material reacted only with phenolphthalein (8.2 – 9.8) and thymolphthalein (9.3 – 10.5). the titration carried out with 0.05 mol/l benzoic acid recorded a number of basic sites of 0.6 meq/g in the range of phenolphthalein and of 0.4 meq/g for thymolphthalein. conclusions the method employed in the preparation of the catalysts led to a significant reduction of the surface area (~50 m2/g). however, the addition of na to the niobium calcined at 500ºc (tt phase) caused structural changes, with the formation of a sodium niobate phase (xrd), without loss of crystallinity after the reaction. for this material, it was possible to obtain a weak to medium surface basicity (hammett e co2/iv), translating into better results of conversion to biodiesel, principally when used at 10% in a reflux system (25%). this leads to the conclusion that, besides the importance of generating basicity in catalysts, the reaction conditions can still be optimized. acknowledgements the authors are indebted to prof. stefano caldarelli of the university of marseille, france, for his invaluable discussions about catalytic evaluation via nmr 1h spectroscopy, and to technician magali freitas, of the instituto nacional de tecnologia, for the co2 / iv adsorption assays. the authors also wish to express eclética química, 39, 35-48, 2014. 47 gratitude for financial supporting to cnpq (process 302756/2009-4) and funtac/mct/cnpq/ct-infra (process 9267-6/08 and 31402-1 to 022/09). references [1] b. freedman, e. h. pryde, t. l. mounts, j. am. oil chem. soc. 61 (1984) 1638. 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dani.frasson@hotmail.com article info article history: received: february 8, 2018 accepted: may 24, 2018 published: june 28, 2018 keywords: 1. metal ions 2. nanoparticles 3. water systems 4. nanoparticle influence 1. introduction by providing more efficient, lightweight, suitable and mainly low cost final products, many nanomaterials are in the commercialization stage. the increasing production and application of nanomaterials has provoked a wide discussion about the potential risks of these materials to the environment and to human health. some studies suggest that, due to their small size, nanomaterials may have a greater permeability through the skin, mucous membranes and cell membranes, and may have their toxic effect exalted because they have a higher reactivity caused mainly by the increase of surface area1, 2. as an example, gold, which is a practically inert metal but which in the form of nanoparticles becomes highly reactive3. the properties of nanoparticles, which make them so valuable, are of concern in the analysis of the ecosystem since a significant portion will be eliminated in the environment. in this way, its chemical interactions, its cycle and destiny, are evolving into an important topic of discussion in all fields of chemistry. a key point of the discussion is how nanoparticles will interact with the other components in natural waters, such as abstract: nanoparticles are emerging as the object of research in all fields of chemistry, their special properties are matter for concern, because a considerable portion of these materials are eliminated in the environment. a key point of the discussion is how nanoparticles will interact with other components in natural waters. in this project, the main objective will be to study the interactions of nanoparticles with metallic ions in the presence of humic substances in environmental systems. it is intended to differentiate free and labile metal ions using nanoparticles and organic matter in the form of aquatic substances (extracted from samples collected on the coast of são paulo). it is intended to simulate the environmental systems and to verify the competition between the complexants. the differentiation of the free and complexed ions will be done using an ultrafiltration system equipped with polyethersulfone membrane (1kda) and determination of the metals by atomic absorption spectrometry with flame atomization. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 mailto:dani.frasson@hotmail.com http://orcid.org/0000-0002-1712-2253 http://orcid.org/0000-0002-7583-6350 http://orcid.org/0000-0003-1845-6797 http://orcid.org/0000-0001-6125-2154 http://orcid.org/0000-0001-6170-5459 original article 45 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 metal ions, dissolved organic matter and microorganisms. in aquatic environments, organic matter exerts a great influence on the behavior of metals due to their physicochemical polyelectrolyte properties4. approximately 40 % to 60 % of the organic matter is in the form of aquatic humic substances (sha) that represent the main class of natural complexants present in natural waters. one study demonstrated that humic and fulvic acids can significantly alter the capacities and the mechanisms of adsorption of metals in silica nanoparticles. in this study, it was clear that humic material could increase the amount of metal bound to the nanoparticle, influencing the behavior of metals and nanoparticles in the environment5, 6. only a small fraction of the total dissolved metal is present as free ions, most of which are in the form of stable complexes with dissolved inorganic or organic binders and organic particles7. free metal ions are more toxic than complexed or adsorbed ions to some substance or surface of particles. so, the more strongly attached the less bioavailable and the lower the toxicity of the metal8. in this system composed of metals, sha and nanoparticles, there are two possibilities of action of the humic material: it can complex the metals and decrease the bioavailability and reactivity in a process of competition with the complexing sites of the nanoparticles, as well as interacting with the surface of the nanoparticle, increasing the absorption capacity of the metal and the ability to cross the cell wall carrying the metal into the cell, which translates into a greater toxicological risk to the environment. thus, it becomes even more important to know the dynamic nature of the complexes9, 10. our focus will be to understand the impact of silica nanoparticles on the matrix, that is, how they interfere in the speciation of iron and manganese metal ions in environmental systems, originally bound in organic matter. 2. experimental 2.1 obtaining aquatic humic substances in february 2017, approximately 100 liters of water samples were collected from the juréia river, located in the city of são sebastião-sp, due to the high content of organic matter present. after the collection, the extraction of the aquatic humic substances was carried out. an adsorptive column chromatography system was mounted using the dax-8 superlite microporous resin which was suspended in deionized water and stored in a glass column, forming an exchanger bed. then, by gravity, the samples were percolated through the glass column. after saturation with sha, as verified by the darkened color of the resin, a 0.1 mol l-1 naoh solution was used for the elution of sha. the humic extract was collected at the base and taken to the oven and dried at a temperature of approximately 55 °c. the in situ characterization of the source was carried out by means of determinations of ph, temperature, dissolved oxygen and conductivity, from the calibration of the equipment, using reference standard solutions. the sha were characterized by ultraviolet-visible spectrophotometry, where 2.0 mg of dry sha sample was dissolved in 10 ml of 0.05 mol l-1 nahco3 and the reading the absorbance of the sample on the spectaphotrometer specta 50 at wavelengths 465 and 665 nm to determine the e4 / e6 ratio based on the optical densities obtained at the respective wavelengths. 2.2 evaluation of metal-binder interactions the sample was digested to determine the concentration of the total metal and the free metal present in the water in natura. 300 ml of plate water was digested at approximately 120 °c using 10 ml of nitric acid. the digest was quantitatively transferred to volumetric flask and the volume adjusted with deionized water to 50 ml. subsequently, 250 ml solutions containing fe and mn ions were prepared in a concentration of approximately 2.0 mg l-1. the extracted sha was added at a concentration of approximately 100 mg l-1. these solutions were for the ultrafiltration system (figure 1), using peristaltic pump, tygon tubes, 1 kda and 47 mm diameter porosity membrane (ultracel ultrafiltration discs) and pressure controllers. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 original article 46 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 figure 1. ultrafiltration system used to evaluate complexes formed between metal ions and binders (chemicals and nanoparticles). after passing through the 1 kda membrane, an aliquot (time zero) was withdrawn. the metal determined in this aliquot is the free metal and the metal complexed to the fraction of organic matter <1kda. considering that this fraction of organic matter is very small in relation to the fraction> 1kda and to facilitate the understanding, we will consider this aliquot as free metal. ludox silica nanoparticles were then added. ludox silica nanoparticles are sold commercially for equipment calibration, so they have specific and regular sizes and are in suspension form in water. three suspensions were chosen for analysis: ludox ls30, ludox tm40 and ludox tm50. these nanoparticles used in these experiments were characterized in earlier studies (table 1)9. were added to the solutions 800 μl of ls30, 1070 μl of tm40 and 1330 μl of tm50 all in the proportion in moles of 1: 1. table 1. characterization of silica nanoparticles in different sizes. type of silica diameter (nm) surface area (m²/gsilica) number of particles/gsilica ls30 8 215 3.86e+17 tm40 17 140 3.74e+16 tm50 31 140 5.73e+15 the filtrate aliquots were withdrawn from time to time for 24 h and the metal determinations were made by flame atomization atomic absorption spectrometer (novaa 400 analytik jena), following the manufacturer's recommendations. 3. results and discussion considering that the sha structure is directly related to its origin, it is necessary to carry out the preliminary characterization of the environment where the samples were collected. the results of the in situ characterization are shown in table 2. table 2. preliminary characterizations of water samples collected in the tributary of juréia river in february/2017. parameters analyzed sample of water from juréia river sample of water from the itapanhaú river [11] ph 5.38 5.20 temperature (ºc) 27.00 22.20 conductivity (µs cm-1) 60.30 73.20 dissolved oxygen (mg l-1) 5.20 3.70 the national environmental council (conama) in resolution no. 357, dated march 17, 200512 classifies the water bodies and environmental guidelines for its setting and establishes the conditions and standards for effluent releases, and makes other provisions from of parameters. analyzing the dissolved oxygen parameter, the water sample can be classified as class 2, since the concentration is greater than 5 mg l-1 and less than 6 mg l-1. however, the ph presented a value below the ideal considered according to conama (ph of 6.0 to 9.0), but the value obtained is characteristic of water bodies rich in organic matter. the results presented https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 original article 47 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 similarities with rich source of organic matter evaluated in previous studies, as can be observed in table 2. the absorbance values found in uv-vis spectrophotometry at wavelengths 465 and 665 nm, respectively, were 0.02753 and 0.0268. therefore, the ratio of e4/e6 is equal to 1.027. this ratio indicates how high is the degree of condensation of the sample, that is, if the obtained value of the ratio decreases, the sample shows a high degree of structural condensation, being associated directly to the degree of humification. if the values obtained are high, it indicates a less condensed structure and, consequently, a lower degree of humification13. in this case we can infer that sha does not present such a high degree of structural condensation, considering high values less than 1.0. table 3 presents the result of the determination of the total metal present in the water in natura, considering all the metal detected in the sample after the acid digestion. the free metal is that obtained in the membrane filtered solution of 1kda. table 3. total metal concentration in the juréia river in natura and concentration of free metal. concentration of metals fe (mg l-1) mn (mg l-1) total 37.20 2.70 free 0.20 0.20 comparing the concentrations of free iron with the in natura concentration, it is verified that the iron present in the organic matter is almost totally forming fe-sha complexes. with the manganese the same behavior is observed, but to a lesser extent, considering the amount of this metal in the well. after the differentiation of the free and complexed metals to sha and addition of the silica nanoparticles, the concentration of the free metals was evaluated from time to time until 24 h. the impact that the nanoparticles could cause on the complexes formed was evaluated by varying the size of the nanoparticle. tables 4, 5 and 6 show the values obtained for the metal concentrations complexed with the sha> 1kda, and the free metal quantified in the filtrate (sha fraction <1kda). table 4. fractionation of the complexed metal ions to the aquatic humic substances. complexation time: 24 h after addition of ludox ls30% nanoparticle (8 nm in diameter). organic matter fe (mg l-1) mn (mg l-1) sha-juréia total metal 1.7 2.2 free metal 0.8 1.0 ludox ls30% 1.3 0.5 table 5. fractionation of the complexed metal ions to the aquatic humic substances. complexation time: 24 h after addition of the ludox tm40% nanoparticle (17 nm diameter). organic matter fe (mg l-1) mn (mg l-1) sha-juréia total metal 1.8 1.9 free metal 0.3 0.4 ludox tm40% 0.2 0.3 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 original article 48 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 table 6. fractionation of the complexed metal ions to the aquatic humic substances. complexation time: 24 h after addition of ludox tm50% nanoparticle (31 nm diameter). organic matter fe (mg l-1) sha-juréia total metal 1.8 free metal 0.2 ludox tm50% 0.2 it was possible to observe that the size of the nanoparticle and the surface area alter the stability of the sha-metal complexes. the ludox ls30 nanoparticle has a smaller diameter and, consequently, a larger surface area. when added to the solution increases the proportion of free metal, providing the labile metal, which is interacting weakly with the organic matter. by evaluating the data presented by the addition of the larger nanoparticles (tm40 and tm50) it was verified that the amount of free metal does not change. there are two strands here, one of which indicates that the larger diameter nanoparticle does not interfere with the formation of the shametal complexes, that is, it does not increase the bioavailability of the labile metal. another possibility, which cannot be evaluated by studying only the free metal, is the stability of the nanoparticle-metal complexes. the kinetics of the reaction were evaluated by time and the results quantified in the aliquots were plotted in the subsequent figures. figure 2 shows the behavior of the free iron concentration over a period of 24 h of complexation in the presence of nanoparticles of different diameters, showing its influence on the fe-sha complexes for sha extracted from the juréia river. figure 2. free iron determined in the filtrate after addition of ludox ls30 (8 nm), tm40 (17 nm) and tm50 (31 nm) nanoparticles to the metal-sha complex, sha extracted from the juréia river. it is worth mentioning that time zero corresponds to the moment before the addition of the silica nanoparticles. it is noted that in the first minutes after the addition of ludox ls30% silica nanoparticle, an increase in free iron concentration occurs. probably the ions originally complexed to sha may be available in solution, breaking the interaction between the formed complex (sha metal) by influence of the nanoparticle. sha may also be interacting with the nanoparticle, masking the complexing sites and thus leaving the metals available. in the sequence a considerable drop occurs in this concentration, showing that the free iron ions are complexing with the nanoparticles and / or sha. as after a longer time, the concentration of free ions returns to increase, we can infer that the metal-sha interaction is stronger than the metalnanoparticle interaction. observing the behavior of the concentration of free iron ions after the addition of the nanoparticles of silica tm40% and tm50%, it is observed that it remained practically constant throughout the time. this indicates that the metalsha complex is not influenced by these nanoparticles. figure 3 shows the results of the concentration of free manganese in 24 h of complexation, showing the influence of the nanoparticles in the mn-sha complexes for sha extracted from the juréia river. figure 3. free mn determined in the filtrate after addition of the ludox ls30 (8 nm) and tm40 (17 nm) nanoparticles to the metal-sha complex, sha extracted from the juréia river. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 original article 49 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 in the presence of ludox ls30%, in the first minutes the concentration of mn falls, possibly the free ions formed complexes with the nanoparticle. however, after 120 min, there is a small increase and subsequent stabilization of the concentration of free ions. in the presence of ludox tm40%, it is verified that in the first minutes after the addition of the nanoparticle nothing happens, the value of the concentration is the same as in time zero. in the sequence, it presents the same behavior observed with the ls30, that is, a drop of free manganese ions and then small variations. more information is needed to make sure the ion is complexing with the nanoparticle or sha. this doubt can be evidenced when we change the binder addition sequence, that is, when we add sha to the stable complexes m-nanoparticles. 4. conclusion the results obtained so far have shown to be promising in relation to the impact of the nanoparticles on the environment, indicating that the size and surface area interfere with the behavior and availability of the metals in the environment, and the lower the nano-silica, the higher the metal complex, complexed prior to sha. 5. references [1] zanetti-ramos, b. g., creczynski-pasa, t. b., o desenvolvimento da nanotecnologia: cenário mundial e nacional de investimentos, rev. bras. farm. 89 (2) (2008) 95-101. 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[13] rosa, l. m. t., humina as environmental remedy: influence of extraction in the retention of potentially toxic metals, 2017. 83 f. dissertation (master degree) course of biotechnology and environmental monitoring, federal university of são carlos, sorocaba, sp, 2017. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p44-50 introduction starch is a raw material of different botanical origins, and the most important storage reserve carbohydrate in plants. it is used by the food, paper, chemical, pharmaceutical and textile industries, among many others. more than 80% of the world starch market originates from corn [1]. corn starch is a valuable ingredient to the food industry, being widely used as a thickener, gelling agent, bulking agent and water retention agent [2]. starch, a semi-crystalline polymer, is composed of two polysaccharides: amylose and amylopectin. amylose, a mostly linear chain, typically consists up to 3000 glucose molecules interconnected primarily by α-1,4 glycosidic linkages and is reported to contain a few branched networks [3]. amylopectin is a large branched polymer with linkages of α-1,4 that serve as the backbone and α-1,6 bridges at the branching points [4]. when starch is heated in the presence of enough water, its crystalline organization decomposes to form amorphous regions [5]. this molecular disordering is called gelatinization and is frequently observed as endothermic phenomenon using differential scanning calorimetry (dsc) [6]. thermogravimetry (tg) can be helpful to show the behaviour of starch granules when heating leads to depolymerization [7]. hydrolytic starch transformations are made by several methods such as chemical, thermal and by enzymatic processes. acid modification has been applied to improve the physicochemical properties of starch, particularly in food industry, were they are used in gum candies. acid modification 13ecl. quím., são paulo, 33(3): 13-18, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 3, 2008 thermal behavior of corn starch granules modified by acid treatment at 30 and 50°c c. beninca1, i. m. demiate1, l. g. lacerda2, m. a. s. carvalho filho3, m. ionashiro4 and e. schnitzler1* 1universidade estadual de ponta grossa – uepg. av. carlos cavalcanti, 4748. cep 84030-000 – ponta grossa – pr, brazil. 2universidade federal do paraná – ufpr. curitiba – pr. brazil 3universidade positivo – unicenp. curitiba – pr. brazil 4universidade estadual paulista – unesp. araraquara – sp – brazil *egons@uepg.br abstract: unprocessed native starches are structurally too weak and functionally too restricted for application in today’s advanced food technologies. processing is necessary to engender a range of functionality. naturals or natives starches can be modified by using several methods physical, chemical, enzymatic or combined, according industrial purposes. in this work, native corn starch was hydrolyzed by hydrochloric acid solution and investigated by using thermoanalytical techniques (thermogravimetry – tg, differential thermal analysis – dta and differential scanning calorimetry – dsc), as well as optical microscopy and x-ray diffractometry. after acid treatment at 30 and 50°c, a decrease of gelatinization enthalpy (∆hgel) was verified. optical microscopy and x-ray diffractometry allowed us to verify the granules contorn and rugosity typical of cereal starches. keywords: corn starch; tg; dta; dsc; gelatinization. eq02-af 21/8/14 5:51 page 13 allows the starch to be used at a higher solids concentration for quick gelling and it provides gum or jelly with shorter texture and flexible properties. it has also been used extensively in textile and paper industries. in acid modification, the hydroxonium ion attacks the glycosidic oxygen atom and hydrolyses the glycosidic linkage. acid modification changes the physicochemical properties of starch without destroying its granule structure [8]. experimental samples commercial grade granular corn starch (maizena) unilever bestfoods, mogi guaçu, sp, brazil was acquired in the local trade. other chemicals used in this study were analytical reagent grade. modified starch by acid treatment was produced in the laboratory by following the procedure described at literature [8]. one hundred grams of native starch were added to 500 ml of hydrochloric acid solution 0.15 mol l-1 and maintained under continuous stirring by 8 hours at 30°c. the same procedure was followed while the temperature maintained at 50°c. after this time, each solution was filtered and washed with distilled water until complete elimination of chloride ions, dried at room temperature (20°c) and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride until constant mass. methods tg and dta curves were recorded using a simultaneous tg 60 system (shimadzu) under an air flow at 100 ml min-1 and at a heating rate of 10°c min-1. the initial sample mass was about 9 mg. alumina crucibles were used for the tg and dta experiments. dsc curves were recorded using a dsc 60 (shimadzu) under an air flow at 100 ml min-1, heating rate of 5°c min-1. a 4:1 (water:starch w/w) mixture was prepared and left for two hours in order to equilibrate the moisture content. sealed aluminum crucibles were used and the studies were carried out in order to study the gelatinization. microscopy analysis was carried out using an szx 9 stereo microscope (olympus), with polarization filter and cybernetic’s cool snap pro color camera. the photographs were 14 ecl. quím., são paulo, 33(3): 13-18, 2008 identified and scaled using image pro plus with n = 1000 x magnification. x ray diffraction powder patterns were obtained by using a d-5000 x ray diffractometer (siemens), with cukα radiation (λ = 1.544 å) and a setting of 40kv and 20 ma. results and discussion according to aggarwal and dollimore [9], thermal treatment of starches normally leads to their degradation when the applied temperature exceeds figure 1. tg and dta curves of corn starch granules: (a) untreated, 9.13 mg; (b) acid modified at 30°c, 9.07 mg; (c) acid modified at 50°c, 8,41 mg. eq02-af 21/8/14 5:51 page 14 300°c. the second major breakdown process does not occur under inert atmosphere and is therefore considered to be the oxidation of the partially decomposed organic material [10]. simultaneous tg-dta curves of corn starch granules untreated and treated with acid at 30ºc or 50ºc are shown in figure 1. these curves show mass losses in three steps and thermal events corresponding to these losses. a great similarity is observed in the tgdta profiles, both for corn starch granules untreated and treated with acid at 30°c or 50ºc. in all the tg-dta curves, the first mass loss that occurs between 30 and 116°c, corresponding to endothermic peaks at 96, 95 and 93°c, respectively is attributed to the dehydration, that occurs in a single step. once dehydrated, the compounds are stable up to 305, 295 and 293°c, and above these temperatures the thermal decomposition of amylose and amylopectin occurs in two consecutives steps up to 553, 554 and 570°c, corresponding to endothermic and exothermic peaks, respectively. these curves also show that the first mass loss occurs through a fast process, followed by a slow process for the second one, and significant difference in the dta profiles between the corn starch untreated and treated with hydrochloric acid solution. in all the tg curves the final residue was smaller than 0.1%. the temperature ranges θ, mass losses and peak temperatures observed for each step of the tg-dta curves of the samples, are shown in table 1. dsc curves of the samples are shown at figure 2. the instrument was calibrated with indium, and an empty pan was used as reference. the characteristics of the transitions, including onset temperature (to), peak temperature (tp) and enthalpy of gelatinization (∆h) were calculated. the energy required for the molecular order disrupture differs with the realized treatment, being 15ecl. quím., são paulo, 33(3): 13-18, 2008 table 1. temperature ranges, mass losses and peak temperatures observed for each step of the tg-dta curves of the samples. dehydration decompositions sample ∆t1(°c) ∆m1 (%) peak (°c) ∆t2 (°c) ∆m2 (%) peak (°c) ∆t3 (°c) ∆m3 (%) peak (°c) untreated starch (a) 30 – 116 12,8 96 305 – 342 63,8 310, 330 342 – 553 23,3 400 acid modified at 30°c (b) 30 – 115 13,5 95 295 – 341 63,0 330 341 – 564 23,4 390 acid modified at 50°c (c) 30 – 115 12,7 93 293 – 344 62,0 330 344 – 570 25,3 390 larger for untreated corn starch (∆h = 19.92 j g-1), followed by acid modified starch at 30°c (∆h = 15.99 j g-1) and by acid modified starch at 50 oc (∆h = 13.41 j g-1). onset and peak temperatures of each sample are shown in table 2. native starch granules of corn observed in figure 3 (a) shows differences in their shape and size. corn presented irregular polyhedral morphology, with diameters between 5 and 20 µm approximately, confirming what was previously reported in [11, 12, 13]. during the acid treatment the granules gradually underwent morphologic alterations as it can be observed in figures 3 (b) and (c). figure 2. dsc curves of corn starch granules: (a) untreated; (b) acid modified at 30°c; (c) acid modified at 50°c. table 2. onset temperature (to), peak temperature (tp) and gelatinization enthalpy (∆hgel) obtained by dsc: (a) untreated; (b) acid modified at 30°c; (c) acid modified at 50°c. sample t0 (°c) tp(°c) dhgel (j/g) untreated starch (a) 66,33 72,44 19,92 acid modifies at 30°c (b) 63,55 68,07 15,99 acid modified at 50°c (c) 65,23 69,60 13,41 eq02-af 21/8/14 5:51 page 15 starches tend to present pertinent crystalline arrangements depending on their botanical origin [11]. according to cereda and vilpoux [12], the intensity of few diffraction peaks can suggest different crystallinity patterns. for corn starch (type a pattern), these peaks appear predominantly as one doublet at 2θ = 18° and only a peak occurring at 2θ = 23° as can be seen in figure 4(a) and (b). when the sample was treated with hcl 0.15 mol l-1 at 50°c figure 4(c), the peak at 2θ = 18° is not observed. probably it can be explained 16 ecl. quím., são paulo, 33(3): 13-18, 2008 (a) (b) (c) figure 3. photomicrograph of: (a) untreated corn starch granules; (b) treated with hcl 0.15 mol l-1 at 30°c; (c) treated with hcl 0.15 mol l-1 at 50°c. (magnification 1000 x). figure 4. x-ray diffraction powder patterns of the compounds: (a) untreated corn starch granules; (b) treated with hcl 0.15 mol l-1 at 30°c; (c) treated with hcl 0.15 mol l-1 at 50°c. that upon hydrolysis, crystallinity alterations were observed, once α-amylase acts mainly in the amorphous region the granules [6, 11, 12]. conclusions in spite of the similarity between the tg curves, significant difference is observed in the dta profiles of the corn starch untreated and treated with hydrochloric acid solution. dsc curves permitted to determine the gelatinization enthalpy, which decreases according with the temperature employed. optical microscopy confirms morphological characteristics of cereal starch granules, and the acid treatment acts initially on its surface, especially in imperfections. x-ray diffraction confirmed the characteristic of native pattern and the increase of intensity of main peaks suggesting that the crystalline part was not influenced by acid treatment or temperature. acknowledgements authors thanks for capes for financial support and for universidade positivo. received june 04 2008 accepted july 21 2008 eq02-af 21/8/14 5:51 page 16 references [1] s. jobling, plant biotech, 7, (2004), 210. 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difratometria de raios x pelo método do pó. após tratamento com ácido clorídrico a 30 e a 50 oc, foi verificado um decréscimo na entalpia de gelatinização (∆hgel). a microscopia óptica e difratometria de raios x permitiram verificar os contornos de grão e rugosidade típica dos amidos de cereais. palavras-chave: amido de milho; tg; dta; dsc; gelatinização. eq02-af 21/8/14 5:51 page 17 18 ecl. quím., são paulo, 33(3): 13-18, 2008 eq02-af 21/8/14 5:51 page 18 introdução os problemas causados pela crescente contaminação ambiental vêm despertando o interesse de pesquisadores, das autoridades e da população em geral, uma vez que seus efeitos estão cada vez mais presentes no cotidiano. os prejuízos causados ao ambiente e aos seres vivos justificam esse interesse e impulsionam a rigidez dos órgãos controladores tanto no exterior quanto no brasil, como agência norteamericana de proteção ambiental (environmental protection agency epa), agência nacional de vigilância sanitária (anvisa), companhia de tecnologia de saneamento básico (cetesb), entre outros. no brasil este controle teve início com a necessidade de regulamentações para fins de registro ou intercâmbio internacional de produtos, por exemplo, para a exportação de produtos agrícolas. dentre estas iniciativas, a do instituto brasileiro do meio ambiente e dos recursos naturais renováveis (ibama) destaca-se ao exigir que os laboratórios destinados à verificação de impacto ambiental devam adequar-se aos critérios estabelecidos pelo instituto nacional de metrologia, normalização e qualidade industrial (inmetro), os quais são baseados em procedimentos de reconhecimento internacional [1]. um desses procedimentos é conhecido na literatura como controle estatístico da qualidade, o qual sofreu modificações com o passar do tempo. com base nestas modificações, garvin [2] apresenta quatro conceitos que se baseiam: no produto, no cliente, na fabricação e no valor (preço). porém estes não garantem que o procedimento utilizado seja o mais adequado aos objetivos do ensaio e, muito menos, que o laboratório disponha da competência técnica necessária para que o resultado obtido esteja isento de erros ou que estes possam ser detectados e 47ecl. quím., são paulo, 31(3): 47-52, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 avaliação da confiabilidade analítica das determinações de carbono orgânico total (cot) j. c. l. fonseca, m. r. a. silva, i. r. bautitz, r. f. p. nogueira, m. r. r. marchi* instituto de química – unesp – araraquara – sp *mssqam@iq.unesp.br resumo: observando a literatura pode ser verificado um crescente número de trabalhos que determinam potenciais contaminantes presentes em matrizes de interesse ambiental. é importante ressaltar que quando se estuda o ambiente, os dados analíticos são uma das ferramentas usadas para se avaliar a extensão dos problemas observados que conseqüentemente influenciam as tomadas de decisão. assim a confiabilidade desses dados é de extrema importância. neste contexto, este trabalho visa avaliar a confiabilidade analítica das determinações de carbono orgânico total (cot), ferramenta empregada no monitoramento da matéria orgânica em diversos estudos ambientais. para essa avaliação foram analisados alguns parâmetros de desempenho como limite de detecção e quantificação, repetibilidade e linearidade. palavras-chave: validação; cot; linearidade; repetibilidade. corrigidos. então foi necessário acrescentar aos conceitos de garvin a confiabilidade do resultado analítico. diferente dos outros conceitos, esse não está baseado na relação mercadológica e seu fundamento não é competitivo nem sua implementação é opcional. não se pode mensurar a qualidade do resultado analítico, ou ele é confiável e tem qualidade ou não. assim para monitorar o ambiente e garantir a confiabilidade analítica dos resultados obtidos é preciso que as técnicas empregadas sejam validadas. algumas das análises, normalmente, utilizadas com este propósito são demanda bioquímica de oxigênio (dbo), demanda química de oxigênio (dqo), óleos e graxas, fenóis, sólidos sedimentáveis, etc. uma técnica, freqüentemente, utilizada para monitorar matéria orgânica é a determinação de carbono orgânico total (cot), também empregada para avaliar a eficiência de métodos de degradação de compostos orgânicos tóxicos [3, 4], bem como de tratamento de efluentes industriais [5, 6] dados analíticos provenientes de métodos confiáveis são requisitos em todos os órgãos nacionais e internacionais de regulamentação [7]. para garantir a qualidade dos dados e do método, algumas verificações necessitam ser feitas, as quais compreendem a validação. de acordo com a agência nacional de vigilância sanitária “a validação deve garantir, através de estudos experimentais, que o método atenda às exigências das aplicações analíticas, assegurando a confiabilidade dos resultados”. os parâmetros usualmente avaliados durante a validação são: seletividade e especificidade, faixa de medição, calibração e rastreabilidade, tendência (ou recuperação), linearidade, limite de detecção e quantificação, robustez e precisão [8]. deve-se ter em mente que a validação se aplica a um protocolo definido para a determinação de um analito específico e de uma faixa de concentração em uma dada matriz. em geral, a validação é classificada em dois tipos completa e intralaboratorial. a validação completa (“full validation”) abrange todos os parâmetros de desempenho e um estudo de colaboração entre laboratórios (reprodutilibilidade) [9]. já a validação no laboratório também conhecida por validação intralaboratorial (“in house validation”) compreende a avaliação de uma metodologia nova ou a verificação da boa aplicação 48 ecl. quím., são paulo, 31(3): 47-52, 2006 de um método. essa validação é feita em um único laboratório e pode preceder a validação completa. neste trabalho foi aplicada a validação intralaboratorial pela verificação de alguns parâmetros de desempenho como limite de detecção e de quantificação, linearidade e repetibilidade, com o objetivo de avaliar a confiabilidade analítica dos dados obtidos nas determinações de cot. material e métodos as soluções foram preparadas em balões de 25 ml, utilizando água ultrapura (milli-q) e reagentes analíticos shimadzu. para o preparo dos padrões de carbono total (ct) foi utilizado ftalato ácido de potássio sem tratamento prévio. os padrões de carbono inorgânico (ci) foram obtidos pela mistura de hidrogeno carbonato de sódio (44,25%) e carbonato de sódio (55,75%). este último foi seco por 1h à temperatura de 285º c. as determinações de carbono orgânico total foram feitas em um analisador de carbono toc 5000a – shimadzu com catalisador de sensibilidade normal. este equipamento mede a quantidade de ct e ci da amostra. o cot é dado pela subtração de ct e ci. para a determinação de carbono total, a amostra injetada é carreada para um tubo de combustão a 680ºc contendo platina suportada em alumina e sofre oxidação catalítica a co2. para a determinação de carbono inorgânico a amostra injetada reage com o ácido fosfórico 25%, sendo que todo carbono inorgânico é convertido a co2. o co2 produzido, tanto na oxidação catalítica como proveniente de carbono inorgânico, é quantificado por absorção no infravermelho não dispersivo. a concentração de ct e ci é obtida por interpolação utilizando curvas analíticas (área do pico x concentração) feitas previamente por injeção de padrões. análise dos parâmetros de desempenho a linearidade foi avaliada pela capacidade do sistema em obter resultados proporcionais à concentração dos padrões de ct e ci em uma determinada faixa de aplicação. as curvas analíticas foram feitas com soluções padrão de ct e ci em concentrações na faixa de 1 a 25 e 25 a 200 mg l-1 e o fator de resposta (fr), que corresponde à relação entre o sinal (área) e a concentração (massa) do analito, foi determinado. se a variação do fator de resposta é menor ou igual que 2%, pode-se considerar a relação linear, caso contrário deve-se utilizar a regressão linear ou assumir um risco calculado de até 5% [10]. o limite de detecção (ld) representa a menor concentração do analito que pode ser detectada, utilizando um determinado procedimento experimental. já o limite de quantificação (lq) representa a menor concentração do analito que pode ser medida. os limites de detecção e quantificação foram determinados matematicamente pela relação entre o desvio padrão da curva de calibração (s) e sua inclinação (s) através das equações 1 e 2 [9]: ld = 3,3 x (s/s) (1) lq = 10 x (s/s) (2) a avaliação da repetibilidade foi feita injetando uma solução de 10 mg l-1, em dias diferentes e por analistas diferentes e foi expressa por meio da estimativa do coeficiente de variação (cv). resultados e discussão carbono total (ct) a avaliação dos parâmetros de desempenho foi realizada pela análise da exatidão da determinação de ct em soluções padrão de 10 mg l-1 preparadas a partir da diluição direta de uma solução mãe de 1000 mg l-1 quando se verificou grande dispersão entre os valores determinados (figura 1a). uma maneira de mensurar esta dispersão é a amplitude, dada pela diferença entre o maior e o menor valor [11]. o conjunto de dados (figura 1a) apresentou uma amplitude de 8,2 pois os valores oscilaram entre 9,45 a 17,6. essa grande amplitude pode ser atribuída a erros sistemáticos que estão relacionados a erros instrumentais, de operação, de pessoal e de métodos. a minimização desses erros foi alcançada com medidas simples como: a manutenção do coeficiente de variação entre as medidas em até 2%, o mesmo analista e o uso de balões volumétricos recentemente aferidos. adotando essas medidas simples foi possível diminuir a amplitude de 8,15 para 0,95 (figuras 1a e b). 49ecl. quím., são paulo, 31(3): 47-52, 2006 com o intuito de avaliar se as medidas adotadas para a minimização do erro sistemático foram eficientes, alguns parâmetros de desempenho foram estudados. dentre eles a repetibilidade, definida por cienfuegos [11] como sendo a concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo método, efetuadas sob as mesmas condições. um fator que pode influenciar a repetibilidade é o preparo da amostra. estas soluções de 10 mg l-1 foram preparadas a partir de uma solução mãe e este fator de diluição pode exercer influência sobre os resultados. foram feitos dois conjuntos de medidas um partindo de diluição direta de uma solução mãe de 1000 mg l-1 e outra partindo de diluições sucessivas (1000 → 100→ 10 mg l-1). normalmente é recomendado que as soluções sejam preparadas a partir de diluição direta para não haver a propagação de erros. porém se a concentração da solução em questão for muito baixa, deve-se utilizar diluições sucessivas [9]. neste caso as duas diluições foram testadas e tanto a diluição direta como a sucessiva apresentaram figura 1. distribuição normal das concentrações obtidas: (a) inicialmente; (b) após medidas adotadas. carbono inorgânico (ci) as medidas adotadas para minimização do erro para determinações de ct foram mantidas para as determinações de ci. a repetibilidade foi avaliada com injeções sucessivas de padrões preparados sob as mesmas condições descritas no preparo de ct. assim como apresentado anteriormente para ct, as diluições direta e sucessiva, foram testadas e apresentaram resultados com coeficiente de variação menor que 2% e limite de confiança de 95%, como mostrado na tabela 4. os limites de quantificação e de detecção foram calculados também para ci. os cálculos foram feitos conforme descrito por ribani [9] e também estão apresentados na tabela 3. conclusões os dados obtidos no presente trabalho indicam a necessidade de utilização de balões com volume aferido para o preparo de soluções padrão. também pode-se averiguar que na obtenção de soluções padrão as diluições sucessivas ou a partir de uma só solução padrão estoque, apresentam as mesmas precisão e exatidão. quanto à resposta do resultados com coeficiente de variação menor que 2% no nível de 95% confiança (tabela 1). foi também estudada a repetibilidade em dias e analistas diferentes, os resultados obtidos estão apresentados na tabela 2. como pode ser constatado, os parâmetros avaliados como analista e o dia, não apresentaram influência no resultado, já que o coeficiente de variação foi inferior a 2%. uma das ferramentas utilizadas para comparação entre conjuntos de dados é a distribuição normal ou distribuição gaussiana. geralmente, são aceitos valores que apresentem uma dispersão de até ± 2σ (95,4% das observações) 50 ecl. quím., são paulo, 31(3): 47-52, 2006 [11]. este critério foi aqui aplicado em todos os conjuntos de dados avaliados e 100% das observações estavam dentro do intervalo assumido. os limites de quantificação (lq) e de detecção (ld) calculados por meio dos dados da curva analítica empregando as equações (1) e (2) são 0,35 e 0,12 mg l-1, respectivamente. a linearidade corresponde à região da curva de resposta onde existe uma relação direta entre o sinal e a concentração do analito [11]. na tabela 3 podemos verificar que existe linearidade na faixa estudada, pois a variação dos fatores de resposta está dentro do limite aceitável (5%). tabela 1.avaliação dos erros e desvios das determinações de ct relacionados ao preparo das soluções padrão * média de 10 replicatas * média de 10 replicatas tabela 2.avaliação dos erros e desvios das determinações de ct relacionados ao preparo das soluções padrão 51ecl. quím., são paulo, 31(3): 47-52, 2006 sistema analítico, apresenta duas faixas lineares no intervalo de 1 a 200 mg. l-1. estes resultados apontam para a necessidade da construção e utilização de duas curvas analíticas neste intervalo, para maior confiabilidade nos resultados obtidos. recebido em: 17/05/06 aceito em: 14/08/06 tabela 3.ld, lq e linearidade calculados para ct e ci tabela 4.efeito da diluição, exatidão e repetibilidade na determinação de ci * média de 10 replicatas referências [1] f. j. rosenberg, a. b. m. 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[11] f. cinfuegos, estatística aplicada ao laboratório, interciência, rio de janeiro, 2005. 52 ecl. quím., são paulo, 31(3): 47-52, 2006 j. c. l. fonseca, m. r. a. silva, i. r. bautitz, r. f. p. nogueira, m. r. r. marchi . evaluation of the analytical reliability of total organic carbon (toc) determination abstract: observing the literature an increasing number of works can be verified that determine potential contaminants that can be present in matrices of environmental interest. it is important to stand out that when studying the environment, the analytical data are one of the tools used to evaluate the extension of the observed problems that consequently influence a decision. thus the reliability of these data is of extreme importance. in this context, this work aims to evaluate the analytical reliability of the total organic carbon (toc) determination, a tool used in the monitoring of organic substances in diverse ambient studies. for this evaluation some parameters of performance had been analyzed as limit of detection and quantification, repeatability and linearity. keywords: validation; toc; linearity; repeatability. www.scielo.br/eq volume 34, número 3, 2009 27 synthesis of new disulfonamides from different substituted diamino pyridines hossein behmadi a,* , seyed mahdi saadatia, mina roshania, mousa ghaemyb department of chemistry, faculty of basic sciences, islamic azad university, mashhad branch, mashhad 91735-413, irana faculty of chemistry, university of mazandaran, babolsar 47416-1467, iranb *hos_behmadi@yahoo.com; behmadi@mshdiau.ac.ir abstract: a series of novel disulfonamide derivatives were synthesized and characterized by ft-ir, 1h nmr and ms techniques. in order to prepare new disulfonamides, at first we synthesized new diamines containing a pyridine ring. then, they have been reacted with sulfonyl chlorides to give corresponding disulfonamides. keywords: sulfonamides, triaryl pyridine, diamino pyridine, disulfonamides. introduction sulfonamides are a very important class of compounds in the pharmaceutical industry, being widely used as anticancer, anti-inflammatory and antiviral agents [1]. over 30 drugs containing this functionality are in clinical use, including, antibacterials, diuretics, anticonvulsants, hypoglycemics and hiv protease inhibitors [2]. more recently, sulfonamides have been found to be potent cysteine protease inhibitors, which could possibly extend their therapeutic applications to include conditions such as alzheimer’s disease, arthritis and cancer [3]. as a class; the sulfa drugs have a veritable history of application for the treatment of bacterial infection [4]. sulfonamides are among the most widely used antibacterial agents in the world, chiefly because of their low cost, low toxicity and excellent activity against common bacterial diseases [5]. arylsulfonyl substituents have been used as protecting groups for oxygen and nitrogen functionalities [6]. sulfonamide derivatives of azo dyes achieve improved light stability, water solubility, and fixation to fiber [7]. typically, sulfonamides were prepared by the reaction of a sulfonyl chloride with ammonia or primary or secondary amines [8]. caddick and co-workers reported a suitable preparation of sulfonamides by intermolecular radical addition to pentafluorophenyl vinylsulfonate and successive aminolysis [9]. katritzky and co-workers proposed a general and efficient synthesis of sulfonamides by the reaction between sulfonylbenzotriazoles (produced from sulfinic acid salts with n-chlorobenzotriazole) and various amines [10]. recently the synthesis of heteroaryl sulfonamides via oxidation of thiols to sulfonyl chlorides or sulfonyl fluorides has been reported that were then reacted with amines to give the corresponding sulfonamides [11]. the logical way to sulfonamides could be the direct synthesis from sulfonic acid. even if pharmaceutical compounds containing a sulfonamide group have numerous significant therapeutic applications, at present just two methodologies are reported to convert a sulfonic acid directly to a sulfonamide. the first method permits the synthesis of sulfonamides from the sulfonic acid pyridine or triethylamine salts by the use of the activating agent triphenylphosphine ditriflate [12]. the second procedure considers the reaction of a sulfonic acid with isocyanides at room temperature [13]. ecl. quím., são paulo, 34(3): 27 -31, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(3): 27 -31, 200928 artigo article pyridine with a 2,4,6-triaryl substitution pattern (kröhnke pyridine) [14] have been synthesized using various methods and procedures. traditionally, these compounds have been synthesized through the reaction of n-phenacylpyridinium salts with α,β-unsaturated ketones in the presence of nh4oac [14,15]. however, the pyridinium salts and the unsaturated ketones have to be synthesized first, so this method is relatively expensive. more recently, several new improved methods and procedures have been developed for the synthesis of these pyridines: reaction of α-ketoketene dithioacetals with methyl ketones in the presence of nh4oac [16], reaction of n-phosphinylethanimines with aldehydes [17], addition of lithiated β-enaminophosphonates to chalcones [18], solvent-free reaction between acetophenones, benzaldehydes, and nh4oac in the presence of sodium hydroxide [19], and the one-pot reaction of acetophenones, benzaldehydes, and nh4oac without catalyst under microwave irradiation [20]. in this paper we report synthesis and structural elucidation of new disulfonamides 5a-f in three steps (scheme 1). o2n o ch3 o h r n o2n no2 r + nh4oac,hoac r= h, 4-me, 4-ome reflux (1) (2) (3) n o2n no2 r n h2n nh2 r r= h, 4-me, 4-ome n2h4.h2o pd/c ethanol, reflux (3a-c) (4a-c) n hn nh s s r' r' oo oo r n h2n nh2 r + r'so2cl et3n, thf rt r'= 4-mec6h4, 4-clc6h4 r= h, 4-me, 4-ome(4a-c) (5a-f) scheme 1. synthesis of disulfonamides scheme 1. synthesis of disulfonamides ecl. quím., são paulo, 34(3): 27 -31, 2009 29 artigo article experimental section all yields refer to isolated products. melting points were recorded on an electrothermal stuart smp3. the ir spectrometer used was bruker tensor 27. the ir spectra were taken using kbr pellets. the 1h nmr (100 mhz) spectra were recorded on a bruker ac 100 spectrometer. the mass spectra were scanned on a 5973 network mass selective detector, agilent technology (hp). typical procedure for the preparation of compounds 3a-c and 4a-c 4-phenyl-2,6-bis(4-nitrophenyl) pyridine 3a this compound was synthesized according to the following procedure [21]. in a round-bottomed flask (250 ml) equipped with a reflux condenser, a mixture of benzaldehyde (6.4 g, 0.06 mol), p-nitroacetophenone (20 g, 0.12 mol), ammonium acetate (60 g), and glacial acetic acid (150 ml) was refluxed for 2 h. upon cooling, crystals separated, which were filtered and washed first with acetic acid (50%) and then with cold ethanol. these dark yellow crystals were recrystallized from absolute ethanol, and then dried at 60 ºc under vacuum. the product was 4-phenyl-2,6-bis(4-nitrophenyl) pyridine 3a. the other dinitropyridines 3b, 3c were synthesized in the same procedure. 4-phenyl-2, 6-bis (4-aminrophenyl) pyridine 4a in a two-necked round-bottomed flask (1000 ml) equipped with a reflux condenser and a dropping funnel, a suspension of 4-phenyl-2,6bis(4-nitrophenyl) pyridine 3a (13.75 g, 0.033 mol), palladium on carbon 5% (1.4 g), and ethanol (500 ml) was prepared. the mixture was warmed, and while being stirred magnetically, hydrazine hydrate 85% (35 ml) in ethanol (50 ml) was added dropwise over a 1.5 h period through the dropping funnel while maintaining the temperature at about 50 ºc. the reaction mixture was then refluxed for 2 h and filtered while hot. on cooling, the filtrate gave white-cream colored crystals of the title diamine compound, which were recrystallized from ethanol and vacuum dried. the other diaminopyridines 4b, 4c were synthesized in the same procedure. typical procedure for the preparation of disulfonamides 5a-f the nucleophilic substitution reaction of the diamines 4a-c with 4-methylbenzene-1sulfonyl chloride or 4-chlorobenzene-1-sulfonyl chloride was carried out as follows: to the thf solution of diamines (1 mmol) and triethyl amine (2 mmol) was added by slowly dropwise thf solution of arylsulfonyl chloride (2.2 mmol) while the temperature maintain between 0 and -5 ˚c. then, the reaction mixture was stirred at room temperature. the progress of the reaction was monitored by tlc (eluent: n-hexane / etoac: 3/2). after the completion of the reaction, solvent was evaporated in vaccum. at least the solid residue was recrystallized from ethanol. results and discussion the structures of the products were deduced from their spectral data. for example, the 1hnmr spectrum of 5c in d6-dmso shows a singlet at δ= 2.31 (6h, 2-ch3), a singlet at δ= 3.82 (3h, -och3), a multiplet at δ= 7.1-8.1 (22h, arh), and a singlet at δ= 10.3-10.5 (2h, 2nh, d2o-exchangeable) ppm. mass spectrum showed the expected molecular ion peak and fragmentation pattern is according with the proposed structure. the ir spectra of 5a-f show three bands at 3034-3089 cm-1, 1340 cm-1 and 1160 cm-1 indicative of nh and so2 groups. in conclusion, we have synthesized new disulfonamides 5a-f containing pyridine ring without using any catalyst. the reaction was carried out under easy conditions and is high yielding and product isolation is very straightforward. several derivatives of the title compounds with different substituents were synthesized to show the diversity of the method. ecl. quím., são paulo, 34(3): 27 -31, 200930 artigo article spectral data 4-methyl-n1-{4-[6-(4-{[(4-methylphenyl) sulfonyl]amino}phenyl-4-phenyl-2-pyridyl] phenyl}-1-benzenesulfonamide 5a orange powder, yield: 80%, mp 223-225 ºc; 1h nmr (100 mhz, d6-dmso): δ= 2.26 (s, 2ch3), 7.1-8.5 (m, 23 h, arh), 10.4-10.6 (s, 2nh, d2o-exchangeable) ppm; ir: υ= 3089 (nh), 1332 (s=o), 1160 (s=o) cm-1; ms (70ev): m/z = 645 (m+). 4-methyl-n1-{4-[6-(4-{[(4-methylphenyl)sulfonyl]amino}phenyl-4-(4-methylphenyl)-2pyridyl]phenyl}-1-benzenesulfonamide 5b orange powder, yield: 86%, mp 208-210 ºc; 1h nmr (100 mhz, d6-dmso): δ= 2.36 (s, 3ch3), 7.2-8.4 (m, 22 h, arh), 10.3-10.5 (s, 2nh, d2o-exchangeable) ppm; ir: υ= 3034 (nh), 1332 (s=o), 1159 (s=o) cm-1; ms (70ev): m/z = 659 (m+). 4-methyl-n1-{4-[6-(4-{[(4-methylphenyl)sulfonyl]amino}phenyl-4-(4-methoxyphenyl)-2pyridyl]phenyl}-1-benzenesulfonamide 5c yellow powder, yield: 90%, mp 245-248 ºc; 1h nmr (100 mhz, d6-dmso): δ= 2.31 (s, 2ch3), 3.82 (s, -och3), 7.1-8.1 (m, 22 h, arh), 10.3-10.5 (s, 2nh, d2o-exchangeable) ppm; ir: υ= 3061 (nh), 1341 (s=o), 1161 (s=o) cm-1; ms (70ev): m/z = 675 (m+). 4-chloro-n1-{4-[6-(4-{[(4-chlorophenyl) sulfonyl]amino}phenyl-4-phenyl-2-pyridyl] phenyl}-1-benzenesulfonamide 5d red powder, yield: 85%, mp 236 ºc; 1h nmr (100 mhz, d6-dmso): δ= 7.2-8.2 (m, 23 h, arh), 10.4-10.6 (s, 2nh, d2o-exchangeable) ppm; ir: υ= 3059 (nh), 1337 (s=o), 1162 (s=o) cm-1; ms (70ev): m/z = 685 (m+). 4-chloro-n1-{4-[6-(4-{[(4-chlorophenyl)sulfonyl]amino}phenyl-4-(4-methylphenyl)-2pyridyl]phenyl}-1-benzenesulfonamide 5e brown powder, yield: 88%, mp 205-208 ºc; 1h nmr (100 mhz, d6-dmso): δ= 2.37 (s, ch3), 7.2-8.4 (m, 22 h, arh), 10.4-10.6 (s, 2nh, d2o-exchangeable) ppm; ir: υ= 3088 (nh), 1335 (s=o), 1162 (s=o) cm-1; ms (70ev): m/z = 699 (m+). 4-chloro-n1-{4-[6-(4-{[(4-chlorophenyl)sulfonyl]amino}phenyl-4-(4-methoxyphenyl)-2pyridyl]phenyl}-1-benzenesulfonamide 5f yellow powder, yield: 92%, mp 260-262 ºc; 1h nmr (100 mhz, d6-dmso): δ= 3.81 (s, ch3), 7.1-8.3 (m, 22 h, arh), 10.4-10.6 (s, 2nh, d2o-exchangeable) ppm; ir: υ= 3076 (nh), 1345 (s=o), 1163 (s=o) cm-1; ms (70ev): m/z = 717 (m+1) references: [1] (a) c. t. supuran, a. casini and a. scozzafava, med. res. rev., 5 (2003) 535. 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[21] b. tamami, h. yeganeh, polymer, 42 (2001) 415. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24 são paulo 1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100005 relações lineares múltiplas entre deslocamentos químicos em rmn 13c de haletos alifáticos julio toshimi doyama* maria teresinha trovarelli tornero** massayoshi yoshida*** resumo: os deslocamentos químicos de rmn 13c de carbonos a , b , g e d de 17 conjuntos de haletos (f, cl br e i) alifáticos, inclusive compostos mono, bi e tricíclicos, podem ser reproduzidos por uma equação linear de duas constantes e duas variáveis do tipo : d r-x = a*d r-x1 + b*d r-x2 onde a e b são constantes obtidas por regressão multilinear a partir de deslocamentos químicos de 13c; d r-x, o deslocamento químico de 13c do composto com halogênio (r-x); d r-x1 e d r-x2 deslocamentos químicos de outros haletos. para brometos (r-x) alifáticos a melhor correlação foi obtida com os dados de fluoretos (r-x1) e iodetos (r-x2) com r2 de 0,9989 e desvio médio absoluto (dm) de 0,39ppm. para cloretos (r-x) a melhor correlação foi com dados de brometos (rx1) e iodetos (r-x2) com r2 de 0,9960 e dm de 0,76ppm. para fluoretos (r-x) a melhor correlação foi com brometos (r-x1) e iodetos (r-x2) com r2 de 0,9977 e dm de 1,10ppm e para iodetos (r-x) foi com fluoretos (r-x1) e brometos (r-x2) com r2 de 0,9972 e desvio médio absoluto de 0,60 ppm. palavras-chave: equação empírica; deslocamento químco; rmn13c; haletos alifáticos introdução grant e paul6 relataram, em um trabalho pioneiro relataram uma equação empírica que possibilitava prever os deslocamentos químicos em rmn de 13c de moléculas orgânicas. posteriormente surgiram inúmeros trabalhos1, 3-11 que na maioria são baseados em análises de regressão linear entre dados relacionados com estrutura molecular e deslocamento químico. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back com relação aos estudos dos deslocamentos químicos em rmn de 13c de haletos alifáticos, destacam-se o trabalho de wiberg et al.,14 que estudaram os efeitos de substituintes em 18 conjuntos de haletos (f, cl, br e i) alifáticos incluindo compostos cíclicos e bicíclicos, através de análise de fator que os levaram a dois conjuntos de parâmetros. ejchart4 relacionou os efeitos a de haletos primários e não haletos através de uma equação linear do tipo, d r-x = ax d la + a (1-ax). surynarayana & gasteiger12 reproduziram os deslocamentos químicos em rmn de 13c de halometanos através de uma equação linear com dois parâmetros. esses mesmos autores,13 mais tarde, estudando os deslocamentos químicos dos carbonos a ,b ,g e d de 17 conjuntos de haletos alifáticos desenvolveram uma equação de quatro parâmetros que reproduz os deslocamentos químicos experimentais. ainda neste trabalho, os autores destacam a natureza global da equação sugerida, ou seja, ela não trata os efeitos a ,b ,g e d separadamente e mesmo assim obtém uma equação com coeficiente de regressão 0,9714 e com desvio padrão de 4,85 ppm, para todos os carbonos desses haletos estudados. neste trabalho utilizou-se os deslocamentos químicos de rmn 13c de 17 conjuntos de haletos ( f, cl, br e i ) e analisou-se os resultados da regressão linear múltipla existentes entre esses haletos e propõe-se equações lineares simples, semelhantes ao de doyama & yoshida,12 que reproduzem os dados experimentais e que, por conseqüência, possam ser utilizados para uma previsão de deslocamentos químicos para haletos alifáticos. material e método os deslocamentos químicos experimentais de 13c foram retirados do trabalho de wilberg et al.,14 pois esses autores obtiveram os resultados a partir de espectros de rmn, registrados na mesma condição experimental. foram utilizados para análise os dados dos carbonos a ,b , g e d de 17 conjuntos de haletos apresentados a seguir: utilizou-se o método dos mínimos quadrados para ajuste de regressão linear múltipla relacionando os dados de cada tipo de haleto (variável independente) com os outros 2 restantes (variáveis dependentes), estes combinados dois a dois, totalizando-se assim 12 (4x3) equações com n=62. foram realizadas mais 48 [4x(4x3)] equações dividindo-se os dados de cada tipo de haleto de acordo com os efeitos a (n=17), b (n=18), g -d (n=27) e b -g -d (n=45). resultado e discussão foram ajustadas regressões linear múltipla para explicar a relação entre os deslocamentos químicos de um tipo de haleto em função de outros dois. as equações ajustadas foram, portanto, do tipo: dr-x = a * dr-x1 + b* dr-x2 na qual a e b são constantes a maioria das equações obtidas mostraram bons coeficientes de correlação e dentre as que envolvem carbonos de fluoretos as melhores foram com brometos e iodetos, representadas pelas equações 11 à 15 (tabela 2), obtendo-se para esses casos desvios médios absolutos < 1,10ppm. para cloretos, as melhores correlações foram obtidas com brometos e iodetos, representadas pelas equações 26 à 30 e também com fluoretos e brometos (equações 16 a 19), com desvio médio absoluto < 0,76ppm. os brometos se relacionam muito bem com fluoretos e iodetos (equações 36 a 40) e desvio médio absoluto < 0,39ppm e também com cloretos e iodetos (equações 41 a 45) com desvio médio absoluto < 0,55ppm. os iodetos mostraram boa correlação com fluoretos e brometos (equações 51 a 55) com desvio médio absoluto < 0,60ppm e também com fluoretos e cloretos (equações 56 e 59) com desvio médio absoluto < 1,00ppm. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 com relação à deslocamentos químicos de cloretos e brometos, doyama & yoshida2 relataram uma possível relação existente entre as absorções de alguns haletos alifáticos e propuseram uma equação, semelhante a proposta neste trabalho, para calcular deslocamentos químicos de cloretos em função dos dados de absorções de fluoretos e iodetos, cujos coeficientes (a e b) obtidos empiricamente foram 0,47 e 0,53. para calcular deslocamentos químicos de brometos em função de absorções de fluoretos e iodetos os coeficientes (a e b) foram 0,35 e 0,65. esses coeficientes empiricamente ajustados, estão muito próximos dos obtidos neste trabalho para cloretos (equação 21 a 25) e também para brometos (equação 36 a 40). entretanto neste presente trabalho utilizou-se uma base de dados muito maior (248 deslocamentos químicos de 68 haletos diferentes) tornando as equações obtidas por regressão linear múltipla mais representativa e significativa para os haletos alifáticos, alem disso ajustou-se equações tanto para calcular fluoretos quanto iodetos. os cálculos mostram que quanto mais abrangente for a escolha do conjunto de dados menor é a precisão de dados e vice-versa. conclusão os deslocamentos químicos em rmn 13c, de haletos ( f, cl, br e i ) alifáticos, podem ser calculados através de uma equação linear simples com duas variáveis e duas constantes. o melhor conjunto de coeficientes para a equação que calcula absorções em fluoretos foi obtido com dados de cloretos e iodetos, para cloretos foi com brometos e iodetos, e, para brometos foi com fluoretos e iodetos e para iodetos foi com fluoretos e brometos. os coeficientes sugeridos por doyama & yoshida,2 para se calcular absorções de cloretos e brometos estão em concordância com os obtidos neste trabalho apesar do pequeno número de compostos considerados. a maioria das equações obtidas além de calcular com pequenos desvios e alto coeficiente de correlação, mostraram ser invariáveis com relação a efeito do átomo pesado, grau de substituição do carbono e tipo de cadeia. doyama, j. t., tornero, m. t. t., yoshida, m. multilinear relations between 13c nmr chemical shifts of aliphatic halides. ecl. quím. (são paulo), v.24, p.61-68, 1999. abstract: the 13c nmr chemical shifts of the a , b , g and d carbons of 17 sets of aliphatic halides (f, cl, br and i ), including mono, bi and tricyclic componds, can be reproduced by a linear equation composed with two constants and two variables: d r-x = a * d r-x1 + b* d r-x2, where a and b are constants derived from multilinear regression of 13c chemical shifts observed; d r-x, the chemical shifts of aliphatic halide (r-x) and d r-x1, d r-x2 the chemical shifts of other halides. were observed better correlation for aliphatic bromides (r-x) by using data of aliphatic fluorides (r-x1) and aliphatic iodides (r-x2), resulting r2 of 0.9989 and average absolute deviation (avg) of 0.39 ppm. for the clorides (r-x), the better correlation were observed by using data of bromides (r-x1) and iodides (r-x2), r2 of 0.9960 and avg of 0.76ppm. for the fluorides (r-x) were observed better correlation with data of bromides (r-x1) and iodides (r-x2), r2 of 0.9977 and avg of 1.10 ppm. for the iodides (r-x) were observed better correlation with data of fluorides (rx1) and bromides (r-x2), r2 of 0.9972 and avg of 0.60. keywords: empiric equation; chemical shifts; 13c nmr; aliphatic halide. referências bibliográficas 1 bucci, p., tentative interpretation of 13c and 1h nmr chemical shifts in simple methyl and ethyl derivatives, j. am. chem. soc.(easton), v.90, p.252-254, 1968. 2 doyama, j. t., estudo dos efeitos de alguns substituintes em rmn de 13c, são paulo, 1989, 74p. dissertação (mestrado em química orgânica) – instituto de química universidade de são paulo. 3 eggert, h., vanantwerp, l. c., bhacca, s. n., djerassi, c., carbon-13 nuclear magnetic resonance spectra of hydroxy steroids, j. org. chem.(washington), v.41, p.71-78, 1976. 4 ejchart, a.,substituent effects on 13c nmr chemical shifts in the saturated framework of primary aliphatic derivatives, org. magn. reson.(london), v.13 p.368-371, 1980. 5 ejchart, a., substituent effects on 13c nmr 2. chemical shifts in the saturated framework of secondary aliphatic derivatives org. magn. reson.(london), v.15 p.22-24, 1981. 6 grant, d. m., paul, e. g., carbon 13 magnetic resonance ii. chemical shift data for the alkanes, j. am. chem. soc.(easton), v.86, p.2984-90, 1964. 7 jaime, c., empirical computation of 13c nmr chemical shifts, magn. reson. chem.(london), v.28, p.42-46, 1990. 8 litchman, w. m., grant, d. m., carbon-13 magnetic resonance structural and eletronic effects on the carbon-13 nuclear magnetic resonance spectra of the halogen-substituted methanes, j. am. chem. soc.(easton), v.90, p.1400-1405, 1968. 9 rittner, r. e braibante m. e.f., carbon-13 nmr chemical shift substituent effects 83monosubstituted 2-methylpropenes, magn. reson. chem.(easton), v.30, p.420-424, 1992. 10 roberts, j. d., weigert, f. j., kroshwitz, j. i., reich, j. j., nuclear magnetic resonance spectroscopy. carbon-13 chemical shifts in acyclic and alicyclic alcohols j. am. chem. soc.(easton), v.92, p.1338-47, 1970. 11 schneider, h. j., gschwendtner, w., polar and steric long-range transmission effects in cholestanes cholestenes, and 9-substituted decalins. carbon-13 nuclear magnetic resonance shifts and force field and linear eletric field calculation, j. org. chem.(washington), v.47, p.4216-4221, 1982. 12 suryanarayana, i., gasteiger, j., a quantitative empirical treatment of 13c nmr chemical shifts variation an successive substitution of methane by halogen atoms, magn. reson. chem. (london), v.23, p.156-157, 1985. 13 suryanarayana, i., gasteiger, j., quantitative empirical treatment of 13c nmr chemical shifts of aliphatic halides, magn. reson. chem.(london), v.29, p.975-984, 1991. 14 wilberg, k. b., pratt, w. e., bailey, w. f., nature of substituent effects in nmr spectroscopy 1. factor analysis of carbon-13 chemical shifts in aliphatic halides, j. org. chem. (washington), v.45, p.4936-47, 1980. recebido em 21.12.1998. aceito em 28.3.1999 * departamento de química e bioquímica – instituto de biociências unesp-18618-000 – botucatu –sp brasil. ** departamento de bioestatística instituto de biociências unesp-18618-000 – botucatu – spbrasil. *** departamento de química orgânica instituto de química unesp-14800-900 araraquara – sp – brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24  são paulo  1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100005  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100002 efeitos ópticos eletrônicos de solventes nas polarizabilidades eletrônicas do íon ni2+ no complexo [ni(c3h4n2)6](cf3so3)2. hiléia karla silva de souza* emanuel alves sousa* afrânio gabriel da silva* dulce maria de araújo melo* francisco josé santos lima* resumo: polarizabilidades eletrônicas foram determinadas para o sal de tifluorometanosulfonato de níquel e para o complexo com imidazol, em soluções de metanol e de acetonitrila. a partir dos espectros eletrônicos, registrados numa concentração de 10-3 mol l-1 e pelo uso de um programa simp2fos para o cálculo da força do oscilador experimental e polaz-f para o cálculo das polarizabilidades eletrônicas, foi possível perceber a distinta influência dos solventes na deformação da nuvem eletrônica do níquel (ii). palavras-chave: complexos de níquel, trifluorometanosulfonatos, imidazol, força do oscilador, polarizabilidade eletrônica. introdução os compostos de coordenação dos metais de transição são de muita importância em todas as áreas da química, desempenhando papéis significantes em campos que vão desde a biologia e a medicina até a agricultura e a metalurgia9. as interações elétricas e seus efeitos são propriedades fundamentais para informações sobre o comportamento destes complexos, expandindo assim suas aplicações1. quando a radiação http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt eletromagnética interage com uma espécie química e ocorre uma transição eletrônica, uma deformação na nuvem eletrônica é simultaneamente realizada, reorganizando a distribuição eletrônica espacial, em níveis de energia próprios de cada sistema. um conhecimento detalhado de como ocorre esta redistribuição eletrônica, é de fundamental importância para a compreensão dos fenômenos e dos mecanismos fotofísico e fotoquímico que possuem capacidade aplicativa destes sistemas em diversos materiais1,2,5-8. neste trabalho, estudamos o complexo [ni(c3h4n2)6](cf3so3)2 10 investigando a distorção eletrônica deste complexo e de seu respectivo sal sob o efeito do campo elétrico oscilante externo, com o objetivo de caracterizar espectroscopicamente esse novo composto de adição, em soluções metanólica e acetonitrílica. polarizabilidades estáticas e dinâmicas a polarizabilidade de um átomo ou molécula avalia a distorção da nuvem eletrônica em uma espécie quando condicionada a interação de um campo elétrico com a matéria, visto que, quando isto ocorre provoca uma assimetria de carga (momento de dipolo induzido) e um abaixamento do campo elétrico aplicado1,5-8. a polarizabilidade é definida matematicamente pela equação a = mok /|eok| a = polarizabilidade mok = momento de dipolo de transição induzido eok = campo elétrico aplicado a polarizabilidade pode ser classificada como estática e dinâmica de acordo com a natureza do campo elétrico. experiências mostram que a polarizabilidade eletrônica avalia a dependência da distorção da nuvem eletrônica, quando ocorre uma transição causada pela interação de um campo elétrico oscilante com uma espécie opticamente ativa e pode ser avaliada a partir da força do oscilador experimental, através das expressões1,5-8: para o elétron oscilando em fase com radiação incidente, e para o elétron oscilando fora de fase. onde : a' = polarizabilidade fora de fase me = massa do elétron e = carga do elétron pok = força do oscilador relativa à transição de freqüência n ok nok = freqüência do baricentro da transição n = freqüência da radiação incidente n' = freqüência associada à contribuição de forças dissipativas ( efeitos radiativos e/ou térmicos), apresentando valores bem menores quando comparada com a freqüência de transição. é esperado que o elétron responda simultaneamente à radiação incidente oscilando em fase com a mesma freqüência. as freqüências associadas às contribuições dissipativas, que consideram efeitos perturbarcionais da radiação incidente com o sistema, podem ser teoricamente avaliadas pela expressão: onde c é a velocidade da radiação eletromagnética no vácuo. a dependência da polarizabilidade com a freqüência da radiação incidente é avaliada experimentalmente utilizando a equação: onde k é uma variável perturbarcional que simula teoricamente o efeito da variação do campo elétrico incidente na espécie sob investigação. algumas observações importantes podem ser enumeradas a partir da expressão acima1,5-8. a) para freqüências muito baixas (n ® 0), a polarizabilidade assume um valor constante e pode ser calculada por a @ (e2/4p me)s (pok/nok); b) aumentando a freqüência n , a aumenta consideravelmente até atingir seu valor máximo positivo, quando n = n ok[1-(2n'/nok)]1/2; c) a partir desta freqüência, a decresce e se anula (n = nok), alcançando valores negativos para n > nok ; d) o valor mínimo negativo de a é encontrado quando: n = nok[1+(2n'/nok)]1/2; e) para n >> nok', o sentido do campo muda de orientação muito rapidamente e a se aproxima de zero assintoticamente por baixo (a assume valores negativos), já que o elétron opticamente ativo não contribui mais para o momento de dipolo induzido, devido as suas características intrínsecas de ligação no ambiente físico-químico da espécie, impedindo a reorientação simultânea (efeito contrário causado pelo campo elétrico à oscilação do elétron óptico); f) a' se anula para a freqüência fora do intervalo de ressonância e assume seu valor máximo quando n = nok . parte experimental os espectros eletrônicos da espécie [ni(c3h4n2)6](cf3so3)2 e seu respectivo sal foram registrados em um espectrofotômetro uv-visível hitachi u2000 usando célula de quartzo com 1,00 cm de caminho óptico, a temperatura de 23 ºc, em soluções de metanol e acetonitrila. a força do oscilador e a freqüência do baricentro da transição foram obtidos a partir dos espectros eletrônicos dos compostos estudados, usando o método da integração de simpson e uma programa simp2fos. as polarizabilidades estáticas e dinâmicas para o elétron oscilando em fase e fora de fase, foram calculadas através do programa polaz-f5-8, usando os dados obtidos a partir dos dados do programa simp2fos, que foi desenvolvido para tal propósito. as transições pesquisadas foram: 3a2g(3f) ® 3t1g(3p) e 3a2g ® 3t1g(f) para os sais e 3a2g(3f) ® 3t1g(3p), 3a2g ® 3t1g(f) e 3a2g ® 3t2g para complexos que têm geometria octaédrica. o diagrama de energia para a geometria octaédrica d8 e as transições pesquisadas estão representadas na figura 01. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 resultados e discussão resultados anteriores10 de medidas de condutância molar em solução acetronitrílica e metanólica, a uma concentração de 10-3 mol/l, evidenciaram que o ânion não está coordenado ao átomo central3. observou-se a influência do solvente na esfera de coordenação, visto que os espectros eletrônicos do complexo e do sal indicaram uma diferença de intensidade nos espectros (figuras 02-04). a força do oscilador5, quantifica a intensidade da transição retratando as variações sofridas pelo ambiente químico (tabela 01). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 para a transição 3a2g(3f) ® 3t1g(3p) no sal os valores calculados da força do oscilador foram menores quando comparados aos espectro dos complexos nos mesmos solventes, onde esta diferença está mais acentuada para o composto em metanol, devido a uma maior perturbação no ambiente químico. a polarizabilidade que relaciona simultaneamente a força do oscilador e a freqüência associada a respectiva transição, pode ser avaliada a partir de dados espectroscópicos. os espectros do sal em solução apresentam valores de polarizabilidades estáticas (aest), dinâmicas em fase ( máxima (amáx) e mínima (amin)) e fora de fase máxima (a') menores, para a transição 3a2g(3f) ® 3t1g(3p) quando comparadas aos espectros dos complexos no mesmo solvente. esta diferença está mais acentuada para o complexo em metanol, devido a este solvente possuir maior dn (donor number)4 ( metanol; 20 e acetronitila; 14.1). neste caso, a facilidade na expansão da nuvem, quando o cátion é submetido a interação do campo elétrico da luz, se torna mais viável. os resultados dos cálculos efetuados encontram-se na tabela 02, onde se observa que em ambos os sistemas (sal e complexo) a configuração eletrônica é mais facilmente distorcida nos complexos nas referidas transições nos diferentes solventes (figura 05). observa-se, também, que para a polarizabilidade o dn dos solventes nestes sistemas foi decisivo para a ordem de suas magnitudes. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 agradecimentos os autores agradecem ao cnpq pelo apoio financeiro e pela concessão de bolsa de iniciação científica. souza, h.k.s. et al. optic-electronic effects of the solvents in the electronic polarizabilities of the ni2+ ion in the [ni(c3h4n2)6](cf3so3)2 complex. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: electronic polarizabilities were obtained for the salt of nickel trifluorometanesulfonate and for the complex with imidazole, in methanol and acetonitrile solutions. starting from the electronic spectra, registered in a concentration of 10-3 mol l-1 and using the program simp2fos to calculate the force of the experimental oscillator and polaz-f to calculate the electronic polarizabilities, it was possible to notice the different influence of the solvents in the deformation of the electronic cloud of the nickel (ii). keywords: nickel compounds, trifluorometanesulfonate, imidazole, oscillator strength, electronic polarizability. referências bibliográficas 1 atkins, p.w. molecular quantum mechanics. 2 ed. great britain:oxford university press, 1983. [ links ] 2 figgs, b. n. introduction to ligand fields. usa: interscience publishers,1977. 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[ links ] recebido em 25.06.2001 aceito em 04.09.2001 *departamento de química – ccet universidade federal do rio grande do norte – ufrn 59072-970 natal – rn brasil http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tx javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100002  eq05-af introduction 5-nitroimidazoles, such as metronidazole, are extensively used as antiamoebic, antiprotozoal and antibacterial drugs. the discovery of the antibacterial and antitrichomonal properties of the antibiotic azomycin led to the investigation of nitroimidazoles as antiparasitic agents [1, 2]. the discovery of the antitrichomonal properties of metronidazole revolutionized the treatment of disease. although the amoebicidal properties of metronidazole were studied, it was not clinically tested until some years later. in laboratory tests, metronidazole is effective against intestinal 41ecl. quím., são paulo, 33(4): 41-46, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 4, 2008 spectrophotometric determination of metronidazole through schiff’s base system using vanillin and pdab reagents in pharmaceutical preparations k. siddappa*, m. mallikarjun, p. t. reddy and m. tambe department of studies and research in chemistry gulbarga university, gulbarga-585 106, india *siddappa_65@reiffmail.com abstract: two simple sensitive and reproducible spectrophotometric methods have been developed for the determination of metronidazole either in pure form or in their tablets. the proposed methods are based on the reduction of the nitro group to amino group of the drug. the reduction of metronidazole was carried out with zinc powder and 5 n hydrochloric acid at room temperature in methanol. the resulting amine was then subjected to a condensation reaction with aromatic aldehyde namely, vanillin and p-dimethyl amino benzaldehyde (pdab) to yield yellow colored schiff’s bases. the formed schiff’s bases are quantified spectrophotometrically at their absorption maxima at 422 nm for vanillin and 494 nm for pdab. beer’s law was obeyed in the concentration ranges 10 to 65 µg ml-1 and 5 to 40 µg ml-1 with a limit of detection (lod) of 0.080 µg ml-1 and 0.090 µg ml-1 for vanillin and pdab, respectively. the mean percentage recoveries were found to be 100.05 ± 0.37 and 99.01 ± 0.76 for the two methods respectively. the proposed methods were successfully applied to determine the metronidazole in their tablet formulations and the results compared favorably to that of reference methods. the proposed methods are recommended for quality control and routine analysis. keywords: spectrophotometry; vanillin; pdab; metronidazole; pharmaceutical analysis. amoebiasis in rats and hepatic amoebiasis in hamsters and is also active against entamoeba histolytica in vitro [3, 4]. the initial clinical tests of metronidazole indicated that it was capable of curing invasive amoebic dysentery and amoebic liver abscess [5] subsequent clinical tests have established metronidazole as the drug of choice in the treatment of all forms of amoebiasis in humans[6, 7]. metronidazole is officially determined by titrimetry, potentiometry and hplc methods. indian pharmacopoeia [8] describes the non-aqueous titration method using perchloric acid as titrant and malachite green as indicator for the assay of eq05-af 4/12/08 9:54 page 41 metronidazole. british pharmacopoeia [9] describes potentiometric and non-aqueous titration methods using perchloric acid as titrant. united states pharmacopoeia [10] describes hplc and nonaqueous titration methods for the assay of metronidazole. visible spectrophotometry, because of simplicity and cost effectiveness, sensitivity and selectivity, and fair accuracy and precision, has remained competitive in an era chromatographic techniques for pharmaceutical analysis. several methods have been reported for the determination of metronidazole, including spectrophotometry [11, 13], polarography [14]. most of the spectrophotometric methods found in the literature for the determination of metronidazole in the visible region involve initial reduction by treatment with zinc powder and hcl [15, 22] followed by the diazotization and coupling of the resulting amine. all these methods are less sensitive, involve tedious procedures such as heating and extraction, utilize costly reagents and involve an additional diazotization step. in the present study, two spectrophotometric methods for the quantitative estimation of metronidazole have been developed after converting it to its reduced form by using zinc powder and hcl, as well as the reaction of its reduced product with vanillin and pdab was studied to establish the optimum reaction conditions, optical characteristics, precision and accuracy of the proposed methods. the methods are simple, rapid, sensitive and are successfully applied to determine the metronidazole in their pharmaceutical formulations. furthermore, they do not need costly instrumentation required for published hplc methods. experimental details apparatus an elico model sl 164 uv-visible double beam spectrophotometer with 1 cm matched quartz cell was used for recording spectra and absorbance measurements. reagents all reagents used were of analytical grade and were obtained from qualigens fine chemicals, mumbai. metronidazole was kindly supplied by sarabhai pharmaceuticals ltd., baroda, india. metronidazole tablets were purchased from a local market. distilled water was used for the preparation of hcl solution. sample preparation mehanolic solution of vanillin (4%) and pdab (3%) was prepared by dissolving 3 and 4 g in a 100 ml volumetric flask containing methanol. a 5 n hcl was prepared by dissolving 43.1 ml of concentrated hydrochloric acid and was diluted to 100 ml with water. reduction of the nitro group and preparation of standard drug solution about 100 mg of metronidazol pure or equivalent tablet powder was accurately weighed and dissolved in 20 ml of methanol. the methanolic solution of metronidazole was treated with 10 ml of 5 n hydrochloric acid and 0.5 g of zinc powder was added in portions while shaking. after standing for 1hour at room temperature, the solution was filtered using a whatman filter paper no 41 filter paper to remove the insoluble matter. the residue was washed with 10 ml portions of methanol three times, and the total volume of the filtrate was made up to 100 ml with methanol. the final working standard solution of reduced metronidazole containing 100 µg ml-1 was prepared by further dilution. general procedure method a in method a, fresh aliquots (1.06.5 ml) of standard 100 µg ml-1 reduced metronidazole solution were accurately measured and transferred in to a series of 10 ml volumetric flasks by means of a micro burette. to each of the above aliquots, 2.0 ml of 4% (w/v) of vanillin solution in methanol prepared above were added and mixed thoroughly and then the solution was heated in a water bath at 60-70°c for 15 min, and cooled to room temp. after cooling, the volume was brought up to the mark with methanol, mixed well and the absorbance of each yellow colored species was measured after 10 min. at 422 nm against reagent blank. a calibration graph was constructed by plotting the absorbance against the concentration of the drug. 42 ecl. quím., são paulo, 33(4): 41-46, 2008 eq05-af 4/12/08 9:54 page 42 method b in method b, fresh aliquots (0.54.0 ml) of standard 100 µg ml-1 reduced metronidazole solution were accurately measured and transferred in to a series of 10 ml volumetric flasks by means of a micro burette. to each of the above aliquots, 0.5 ml of 3% (w/v) of pdab solution in methanol prepared above were added and mixed thoroughly, and then the solution was heated in a water bath at 60-70°c for 15 min, and cooled to room temp. after cooling, the volume was brought up to the mark with methanol, mixed well and the absorbance of each yellow colored species was measured after 10 min. at 494 nm against reagent blank. a calibration graph was constructed by plotting the absorbance against the concentration of the drug. assay procedure twenty tablets of metronidazole were powdered. an accurate quantity of powder equivalent to 100 mg of metronidazole was weighed. the reduction of metronidazole was carried out by using hydrochloric acid and zinc powder. the resulting filtrate was transferred to a 100 ml volumetric flask and made up to the mark with methanol and an aliquot of this solution was treated as described above for the determination of metronidazole. the amount of metronidazole present in the sample was computed from calibration curve. results and discussion determination of absorption maximum reduced metronidazole when treated with vanillin and pdab form a yellow product (schiff’s base) in acidic medium. to determine the absorption maxima, 35 µg ml-1 (method a) and 15 µg ml-1 (method b) of the metronidazole was added in a 10 ml volumetric flasks. then each drug solution was reacted with 2.0 ml vanillin (4%) and 0.5 ml pdab (3%). the solution was heated in a water bath at 60-70°c for 15 min. after cooling, the volume was brought up to the mark with methanol and mixed well after 10 min., absorption spectra were taken against reagent blank in the range 350-650 nm. the maximum absorption wavelength for metronidazole was found to be 422 43ecl. quím., são paulo, 33(4): 41-46, 2008 nm for method a and 494 nm for method b. the absorption spectrums of the colored product against reagent blank of both the methods are shown in figure 1. under the experimental conditions each colorless reagent blank showed a negligible absorbance at the corresponding λmax. figure 1. absorption spectra of metronidazole (35mg ml-1) with vanillin and metronidazole (15mg ml-1) with pdab against reagent blank. reaction sequence reduction of the nitro group of the drug was carried out as explained in the experimental section. when the resulting amine undergoes a condensation reaction in acidic medium with vanillin and pdab, it forms a yellow schiff’s base with maximum absorbance at 422 and 494 nm. the reaction of pdab and vanillin with pyrroles has been used qualitatively and quantitatively for many years [23, 25]. the reaction with aromatic amines to give schiff’s base is equally well documented [26]. the wasicky reaction, utilizing aqueous sulphuric acid (94%) solution gives color reaction with alkaloids [27] and purines [28]. in 1994 werner [29] reinvestigated the reaction with nitrogen compounds and found that in a more dilute aqueous system aromatic compounds react in the presence of mineral acid, provide the –nh2 group is directly attached to the benzene nucleus. the probable reaction mechanism based on the reported method [30, 32] is given in scheme 1. eq05-af 4/12/08 9:54 page 43 44 ecl. quím., são paulo, 33(4): 41-46, 2008 scheme 1. the proposed reactions involved in formation of colored schiff’s bases in acidic medium. measured at 422 and 494 nm., it was found that 2.0 ml of 4% vanillin solution for method a and 0.5 ml of 3% pdab for method b was optimal for the formation of color with maximum intensity. therefore, 2.0 ml of 4% vanillin and 0.5 ml of 3% pdab were selected for all measurements. after optimization of chemical variables, the influence of temperature on the colored product was studied at different temperature (50-80 0c); it was observed that the obtained colored product were stable up to 700c. however, no considerable improvements were occurred above 800c therefore 60-700c was selected as optimum temperature for both the methods. optical characteristics and validation of the method optical characteristics such as beer’s law limits, molar absorptivity and sandell’s sensitivity, for metronidazole, are given in table 1. data of the regression analysis using the least squares method made for the calibration curves are also given in the same table. the accuracy and precision of the method were checked by analyzing six replicate samples within the beer’s law range containing the same amount of each drug. the lower values of rsd indicate the good precision and reproducibility of the method. the validity of the proposed prodetermination of effective reagents concentration to study the effect of concentration and volume of vanillin and pdab on the maximum absorbance, a number of preliminary experiments were carried out. the effect of vanillin and pdab concentration was studied at 422 and 494 nm. to a series of solutions containing 40 and 20 µg ml-1 of metronidazole (100 µg ml?1) followed by varying concentration (1% to 6%) of vanillin and pdab were added for method a and b, then the solution was heated in a water bath for 15 min., at 60-70 0c and cooled to room temperature. after 10 min absorbance of each solution was measured at 422 and 494 nm. it was observed that the analytical signal increased with an increase in reagent concentration up to 5% (method a and b) and thereafter decreases with an increase in reagent concentration. therefore the concentration of vanillin and pdab selected was 4% and 3% for both the methods. similarly, by fixing the concentration of vanillin and pdab as 4% and 3% in a series of solutions containing 40 and 20 µg ml-1 of metronidazole, different volumes in the range of 1.0-4.0 ml (method a) and 0.1-1.0 ml (method b) were added. then the solution was heated in a water bath for 15 min., at 60-70 0c and cooled to room temperature. after 10 min absorbance of each solution was eq05-af 4/12/08 9:54 page 44 cedure for the determination of metronidazole in their pure state was checked by analyzing this drug using the proposed method. the results obtained for pure drug were reproducible with low relative standard deviations (rsd). the limit of quantification (loq) was determined by taking the ratio of the standard deviation (sd) of the blank with respect to water and the slope of the calibration curve multiplied by the factor ten. this means that loq is 45ecl. quím., são paulo, 33(4): 41-46, 2008 approximately four times greater than lod. lod is well below the lower limit of the beer’s law range. applicability of the method the applicability of the proposed spectrophotometric methods for the assay of metronidazole was tested by analyzing various available commercial formulations. the samples were also analyzed using the official method. the results given in table 2 of the analysis showed that the data are consistent with the label claim of the formulations. the calibration curves showed a linear response over the concentration ranges used in the general procedures as shown in figures 2 and 3. the rsd values for the reproducibility and recovery studies show that the method is precise and accurate. in addition it is observed that there is no interference (table 3) from the excipients used in the formulations. hence, this method can be adopted for the routine quality control of metronidazole in bulk as well as in formulations. table 1. analytical parameters of spectrophotometric methods. parameters λmax (nm) beer’s law limits (µg ml-1) molar absorptivity (l mol-1 cm-1) sandell’s sensitivity (µg ml-1) regression equation** (y = bx + c) slope(b) intercept(c) correlation coefficient ( r ) % relative standard deviation (r.s.d)* % range of error (confidence)* 0.05 level 0.01 level limit of detection (µg ml-1) limit of quantification (µg ml-1) stability (hr.) color method a 422 10-65 1.775 x 104 0.0096 0.1027 0.0010 0.9997 0.2169 0.0086 0.00125 0.0800 0.3160 2 yellow method b 494 5-40 0.3505 x 104 0.0488 0.1866 0.0439 0.9998 0.2561 0.0010 0.0014 0.0900 0.2997 2 yellow **y = bx+c, where y is the absorbance and x is the concentration of drug in µg ml-1. *average of six determinations. table 2. determination of metronidazole in formulations by the proposed and reference method. tablet brand name labelled % found ± sd* amount (mg/tablets) reference method21,22 proposed methods method a method b flagyla 400 99.20 ± 0.52 99.23 ± 0.30 99.34 ± 0.48 metronb 200 98.92 ± 0.66 100.05 ± 0.37 99.01 ± 0.76 *average of six determinations ± sd marketed by nicholas piramala and alkemb table 3. determination of metronidazolea in the presence of excipients. excipients glucose sucrose lactose dextrose talc starch sodium alginate amount taken (µg ml-1) 20 20 25 20 25 20 15 % recovery + %rsdb 99.5 + 0.54 99.47 + 0.25 99.64 + 0.56 100.1 + 0.21 98.96 + 0.82 99.20 + 0.38 100.25 + 0.64 a 30 µg ml-1 of metronidazole taken. b average of six determinations. eq05-af 4/12/08 9:54 page 45 conclusions the proposed spectrophotometric methods for the determination of metronidazole are simple, accurate, precise and cheap. the statistical analyses show that the data from the proposed method are in good agreement with those of the reported methods. the color reaction does not require stringent conditions nor any specific reagent or buffer. the colored species was stable for more than two hours, which is sufficient time for the analyst to perform the analysis. moreover they do not require any pretreatment of the drug and tedious extraction procedure. hence, the data presented in the manuscript by spectrophotometric methods for the determination of metronidazole in its pure and dosage form demonstrate that the proposed methods are accurate, precise and linear. thus it can be extended for routine analysis of metronidazole in pharmaceutical industries, hospitals and research laboratories. acknowledgements the authors are grateful to sarabhai pharmaceutical ltd., india, for providing gift sample of metronidazole drug and principal, h.k.e society’s college of pharmacy, gulbarga for providing library and other necessary facilities. thanks are also to the professor and chairman, department of studies and research in chemistry, gulbarga university, gulbarga for providing laboratory facilities to carry out the present work. received april 22 2008 accepted september 30 2008 references [1] m. e. wol, john wiley and sons, “text book of burgers medicinal chemistry,” fourth ed., new york, 1979. 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values, due to the dissociation of acidic functional groups, mainly carboxylic and phenolic [3]. even though there are many papers dealing with the charge development [2,4-6] there is still some uncertity about how humic functional group heterogeneity affects it [7]. although the actual structural features of humic matter, including ha, still remain unresolved, it is generally accepted that ha are heterogeneous polyelectrolyte possessing a variety of different types of functional groups which act as binding sites for proton/metal ions. the major 39ecl. quím., são paulo, 31(3): 39-46, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 a direct potentiometric titration study of the dissociation of humic acid with selectively blocked functional groups t. andjelkovic1*, j. perovic1, m. purenovic1, s. blagojevic2, r. nikolic1, d. andjelkovic3, a. bojic1 1faculty of natural sciences, university of nis, visegradska 33, 18000 nis, serbia 2faculty of agriculture, university of belgrade, nemanjina 16, 11081 belgrade, serbia 3water work association “naissus”, kneginje ljubice 1/1, 18000 nis, serbia *corresponding author: darkoa@bankerinter.net abstract: a direct potentiometric titration method was applied to commercial and soil humic acids in order to determine their carboxyl and phenol group concentrations and apparent and intrinsic pk. in that context, acid-base properties of humic acids are interpreted by selective blocking of carboxylic and phenolic groups by esterification and acetylation. differences in underivatized and derivatized ha’s acid-base properties are ascribed to carboxyl and phenol groups influence on total humic acidity. potentiometric data were treated with the modified henderson-hasselbalch equation. infra red results, the acidic group contents and the average values of apparent and intrinsic pk for underivatized and derivatized has confirmed the selectivity of esterification derivatization method. after blocking of the functional groups, the values of acidic group contents decreased, while the value of apparent pk increased after derivatization. phenol groups cannot be specifically identified by the acetylation method, due to low selectivity of the acetylation method. keywords:humic acid; ionizable sites; derivatization; potentiometry. binding sites are usually attributed to the oxygencontaining functional groups, although other less abundant functional groups, e.g. nitrogen and sulphur-containing groups, may also be important for cation binding [1,8]. dominant oxygencontaining ionizable groups present in ha are carboxylic and phenolic groups, thus, the determination of theirs concentration and pka’s can provide a guide to modeling ha acidity. even though the concentrations of carboxyl and phenolic groups are among the most measured properties of ha and fa, it is still impossible to quantify unambiguously the separate contributions of each group type to the total acidity [9]. determination of the nature of oxygen functionality is usually performed by direct and indirect potentiometric titrations [3], radiometric determination [10], infrared spectroscopy [11], carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy (13c-nmr) [12] or 29si-nmr [13]. different derivatization techniques are usually applied in order to enhance and separate the nmr signals of the hydroxyl groups from the broad featureless spectra of hs [14-18]. however, in the present study we have combined derivatization techniques with potentiometry. combination of those two approaches provided ha with selectively blocked functional groups, which could be used in comparison to untreated ha for estimation of the relative abundance of blocked functional groups. potentiometric acidity determination is performed by indirect or direct titrations. direct titrations have disadvantage of the lack of distinct inflection points in the titration curves and the overlap of pka values of acidic groups, and because of that indirect titration is still in use, even though it itself shows some limitations, as well [9,19-21]. indirect titration, proposed by schnitzer and gupta [22], include titration of a filtered reaction mixture to a fixed ph end point, after a 24 hours equilibration with either ba(oh)2 for determination of total acidity (ta) or with ca(oac)2 for determination of carboxylic acidity (ca). however, disadvantages of direct titrations can be exceeded by performing direct titration on derivative with selectively blocked carboxyl and/or phenolic functional groups. therefore, the aim of this work was estimation of the relative abundance of 40 ecl. quím., são paulo, 31(3): 39-46, 2006 carboxyl, phenol and alcohol groups in ha by their derivatization and acid-base potentiometric titration of the obtained derivatives. the selective blocking of carboxyl groups was achieved by esterification, while phenolic and alcoholic hydroxyls were blocked by acetylation. acid-base properties of ha, the amount of total acid titrable groups (cac) and the average values of apparent and intrinsic pk, were evaluated by potentiometric titration with the modified henderson-hasselbalch interpretation [23]. experimental humic acid preparation the soil ha isolation and purification is based on the method proposed by the international humic substances society [24]. the soil sample was obtained from a well-humified organic horizon of old beech-forest soil (10 cm depth) in autumn 2003, air-dried and sieved to pass a 2.0 mm sieve. briefly, ha was extracted from the soil with 0.1m naoh under n2 for 4 hours, under mixing conditions. the suspension was centrifuged (4500 rpm for 30 min), the supernatant was acidified with 6 m hcl to ph 1.0 and suspension was allowed to stand overnight. precipitated ha was separated from fa by centrifugation (4500 rpm for 30 min). obtained ha precipitate was redissolved in 0.1 m koh, under n2. solid kcl was added to attain 0.3 m (k+) and then suspension was centrifuged to remove suspended solids. the ha was reprecipitated with 6 m hcl to ph 1.0. the ha precipitate was suspended in a solution of 0.1m hcl/0.3m hf. in order to minimize the ash content, this procedure was repeated three times. obtained ha fraction was dialyzed in a spectra/por 7 membrane (molar mass cut-off = 1000 d), until no significant change in conductivity of dialysis bag external water was observed. bound metal ions were removed by passing the ha solution through a dowex 50w-x8 (h+-form) column. the purified ha suspension was diluted in a volumetric flask and stored at 4ºc. ha from aldrich (catalog h1,675-2 lot no s15539-264) was purified by the same procedure as soil ha in order to remove ash content, residual fa and heavy metals. the concentration of the stock suspensions of soil ha and aldrich ha were determined as 2.51 g l-1 and 2.47 g l-1, respectively, by the dry weight of measured volume of well homogenized ha suspensions. elemental composition (c, h and n) of soil ha and purified aldrich ha were determined directly with vario el 3, while oxygen was obtained by the difference. derivatization of has chemical modifications specific to carboxyl and phenol groups were achieved by esterification and acetylation, respectively. carboxylic groups in soil and aldrich ha were esterified and the obtained esterified derivatives (eha) with methyl esters of carboxyl groups and unaffected phenolic and alcoholic groups were obtained (fig. 1). among many esterification methods described in the literature [25], probably one of the most attractive and efficient is the methanol-thionyl chloride procedure [25-28], which was modified and is thus described later in details. the applied methanol-thionyl procedure is an efficient route for the synthesis of methyl esters of substituted aromatic carboxylic acids without any affection of phenolic and alcoholic hydroxyl groups [28]. due to its high selectivity, the method was suitable for functionally very heterogeneous humic macromolecule. phenolic and alcoholic oh groups in soil and aldrich ha were acetylated and acetylated derivatives (aha) were obtained (fig. 1). acetylation of humic substances by refluxing with acetic anhydride and sulphuric acid is a commonly accepted method for determining the total hydroxyl content [29]. esterification was performed by the following procedure: thionyl chloride (5 ml) was added drop wise from a dropping funnel, to a stirred solution of 500 mg of ha in 20 ml of methanol, under ice-cooling (approximately 41ecl. quím., são paulo, 31(3): 39-46, 2006 5°c), during 2 hours. the reaction mixture was then heated on a water bath for 5 minutes to decompose excess thionyl chloride. the suspension was than centrifuged at 2000 rpm and the separated ester was washed with distilled water until it was free of chlorides. the ester was dried in a rotary evaporator and finally in a vacuum desiccator over p2o5. the esterification procedure was repeated and the obtained twice esterified product is marked as eha. the obtained ester in the second esterification procedure was not dried, but was diluted and the concentration of the stock eha suspension was determined as 1.25 g l-1 and 1.45 g l-1, for soil and aldrich has, respectively. acetylation was also performed by adding of 15 ml of acetic anhydride and 3 drops of conc. h2so4 to 600 mg of dried ha in 100-ml round-bottomed flask. liebig reflux condenser was attached and the mixture was heated on a boiling water bath for 4 hours. the content was poured into 150 ml of ice-water and vigorously stirred to assist the hydrolysis of unreacted acetic anhydride. the crystalline solid was filtered off and washed thoroughly with cold, distilled water until it was free of acid and then dried over p2o5 in a vacuum desiccator. the dry yield is 75% of the starting material. the acetylation procedure was repeated on the dry product obtained from the first acetylation. twice acetylated product is marked as aha. the obtained product from the second acetylation procedure, was not dried but was diluted in a volumetric flask and stored at 4°c. the concentration of the stock was determined as 1.05 g l-1 and 1.32 g l-1 for soil and aldrich has respectively, by dry weight of a measured volume of the homogenized suspension. spectroscopic measurements ft-ir spectra of soil and aldrich ha and their derivatives were recorded on kbr pellets (1.0 figure 1. reaction scheme for the synthesis of derivatized humic acids. mg has and 150.0 mg kbr) using a bomem hartman & braun mb-series ft-ir spectrophotometer. potentiometric titrations and data treatment ta and ca were determined by indirect potentiometric titration method according to schnitzer and gupta [22]. phenolic acidity (pa) was determined by the difference between ta and ca. suspensions of soil and aldrich ha, and their derivatives were prepared in 0.1m nacl by diluting an appropriate volume of the stock suspensions with 25.00 ml 0.2m nacl into a 50 ml volumetric flask and diluted up to 50 ml with decarbonated water. the whole volume was transferred in a titration vessel. the resulting suspensions concentrations were 500 mg l-1. potentiometric measurements were made with hach sension 3 ph-meter (precision of 0.1 mv or 0.001 units of ph) using hach gel-filled combination glass electrode (51935-00). throughout the titrations a n2 atmosphere was obtained over the solution, which was thermostated in a water bath at 25.0 ± 0.1ºc. after introduction of electrodes, burette tip and the n2 conducting tube, the titration vessel was closed and maintained at a slight over pressure of nitrogen in order to exclude atmospheric co2. titrations were performed from ph 3 to 11 with standardized, co2-free solution of naoh (0.0970 mol l-1) with the same nacl concentration as the titrated has suspensions. the potential was read only when its variation was smaller than 0.555 mv min-1, which is monitored by the drift control of the ph meter. titrations were performed in triplicate. the acid-base properties of ha, the total acid titrable group content (cac) and the average values of apparent pk (pkapp), were evaluated by potentiometric titration with the modified henderson-hasselbalch interpretation. the modified henderson-hasselbalch equation is usually used for analyzing potentiometric titration curves for weak polyacids: pkapp = ph + log((1-α)/α) (1) where pkapp and α are the negative logarithm of the apparent acid dissociation constant and the degree of neutralization, respectively. the degree of neutralization, α, of the ha at each point of alkali addition is defined by the equation: α = ([base] + [h+] – [oh-])/cac (2) where [base], [h+] and [oh-] are the molarities of added base, free hydrogen ion and hydroxide ion, respectively, and cac is the total concentration of acid titrable groups, in mmol g-1, determined by a modified gran relationship [30]. the [h+] and [oh] ions were obtained from the ph values assuming that activity coefficient is unity. therefore, α = 1 at complete neutralization. plots of pkappversus α for a monomeric acid yield a unique line with a slope of zero. however, if the molecule exists as a polymeric assembly, such as humic macromolecule, a plot of pkapp versus α can give a quantitative measure of nonideality behavior by measuring any deviation from a straight line of zero slope [23]. the intrinsic dissociation constant (pkint) can be obtained by extrapolating the pkappversus α curve to α = 0 and reading off the pkapp value to be the negative logarithm of the intrinsic dissociation constant, while the average pkapp value corresponds to the pkapp value at α = 0.5. results and discussion the elemental compositions of soil ha and the obtained esterified (eha) and acylated (aha) preparations from soil ha, are summarized in table 1. the molar elemental ratios were calculated from these values. all the obtained data for ha were consistent with typical values for soil humic acids [31]. the carbon content of eha and aha was increased by esterification and acetylation, while hydrogen and nitrogen contents remained almost the same. the increase of carbon content of eha and aha indicates the formation of methyl esters and ethers. the significant change in the sulphur content occurred in the acetylated preparation, due to addition of h2so4 as catalyst during derivatization. the ftir spectra of unmodified aldrich and soil ha samples exhibit the typical major peaks for humic acid: 3400 cm-1 absorption due to h-bonded oh stetching of carboxyl, phenol and alcohol; 2920 and 2860 cm-1 band for aliphatic ch 42 ecl. quím., são paulo, 31(3): 39-46, 2006 stretching; 1720 cm-1 for c=o stretching from cooh; 1600-1650 cm-1 for c=o stretching of coo±, ketonic c=o and aromatic c=c conjugated with coo±; 1400 cm-1 for aliphatic ch bending and coo± assymetric stretching [11]. the ftir spectra of derivatized aldrich ha samples (aha and eha) confirmed that esterification of the carboxyl groups and acetylation of hydroxyl groups occurred, due to the differences in the ir absorption before and after derivatization. there are three important ir regions related to these derivatization studies: (1) 3400 cm-1 absorption decrease in the spectra of modified ha samples comparing to a broad and strong peak of unmodified ha indicate that practically all hydroxyl groups have been derivatized. reduction in oαh stretching vibrations intensity is more significant in eha then in aha spectra, confirming effective esterification, while acetylation was achieved only partially. probably tertiary hydroxyls, which are acetylated under stronger conditions, were not acetylated [32]. (2) 1720 cm-1 absorption due to stretching vibration of –c=o ester groups was increased by esterification and acetylation and (3) 1100 – 1450 cm-1 absorption due to c—o stretching vibrations was increased, as well. higher och3 content of eha derivative is also indicated by the stronger bands for cαh stretching at 2920 and 2840 cm-1, than in ha. all evidenced 43ecl. quím., são paulo, 31(3): 39-46, 2006 changes in the ir spectra of aldrich ha are consistent with the changes of soil ha ir spectra. ta, caand pafor underivatized and derivatized aldrich and soil has are obtained by classical indirect titration methods, while the average values of cac are obtained by direct titrations. esterification and acetylation decreased cac value, transforming ionizable groups to methyl esters and methyl ethers, respectively. obtained cac values for ha, eha and aha, could provide estimation of carboxyl and phenol groups contents of humic acid. thus, after blocking of carboxyl groups in eha derivative, the cac value for eha,cac(eha), could be assigned to phenolic groups content of ha, [ph–oh]ha, while difference between cac(ha) and cac(eha), could be assigned to carboxyl group content of ha, [cooh]ha (eq. (3) and (4), respectively): [ph–oh]ha = cac(eha) (3) [cooh]ha = cac(ha) – cac(eha) (4) similary, after blocking of phenol groups in aha derivative, the cac(aha) value could be assigned to [cooh]ha, while difference between cac(ha) and cac(aha), could be assigned to [ph–oh]ha (eq. (5) and (6), respectively): [cooh]ha = cac(aha) (5) [ph–oh]ha = cac(ha) – cac(aha) (6) the obtained results for aldrich and soil ha and theirs derivatives are shown in table 2. estimation of [ph–oh]ha in aldrich humic acid by eq. (3), was 2.50 mmol g-1, which is in good correlation with results obtained by indirect titration methods: pa(ha) = 2.54 mmol g -1 and pa(eha) = 2.49 mmol g-1 (table 2). estimation of [cooh]ha, by eq. (4),was 3.82 mmol g-1, which is similar to the value obtained by indirect titration of ha: ca(ha) = 3.94 mmolg-1 (table 2). the results of indirect titrations of eha derivative of aldrich ha, show that carboxyl groups are almost complitely esterified, since only 7.9% of carboxyl groups were determined in eha derivative (ca(eha) = 0.31 mmol g-1), while 92.1% of carboxyls were blocked in the form of methyl esters. likewise, phenolic groups content in eha derivative was decreased for only 2.0%, confirming high selectivity of the esterification method. observed trend in acidity change has been checked on the isolated soil ha. carboxyl group content in original ha is 2.80 mmol g-1, while phenolic group content is 1.88 mmol g-1 (table 2). the obtained cac(eha) value assigned to [ph–oh]ha, in the case of soil ha is 1.76 mmol g-1, which is in good correlation with determination by indirect titration method of ha (1.88 mmol g -1) and eha (1.76 mmol g-1). also, cac(ha) – cac(eha) value, assigned to [cooh]ha is 2.87 mmol g-1, which is similar to the value of 2.80 mmol g-1 obtained by indirect titration of ha. in the case of soil humic acid, carboxyl groups are also, almost complitely esterified (92.9%), since only 7.1% of carboxyl groups (ca(eha) = 0.20 mmol g-1) were determined in eha derivative, while phenolic groups content in eha derivative was decreased for 6.4%. these observations agree with ir data and lead to conclusion that the applied methanolthionyl procedure is selective, specific and efficient route for blocking carboxyl groups. also, esterification followed by direct potentiometric titration can be used as method for carboxyl and phenol groups contents estimation. after blocking of phenol groups in aha derivative prepared from aldrich humic acid, the cac(aha) value, assigned to [cooh]ha was 2.05 mmol g-1 which is approximately twice reduced value compared to the value obtained by indirect titration of ha (table 2). this is probably a consequence of low selectivity of the acetylation method. acetic anhydride blocked carboxyl groups as well, which is confirmed by decrease in cooh content in aha derivative for even 60.4% (only 1.12 mmol g-1 carboxyl groups were not in the ester form) (table 2). estimate of [ph–oh]ha on the base of cac(ha) – cac(aha) value is 4.27 mmol g-1, which is surprisingly high comparing to the pa(ha) value of 2.54 mmol g-1, obtained by the indirect titration of underivatized ha. the reason for this is probably the fact that phenolic groups cannot be completely blocked by acetylation, as 29.9% of phenolic oh groups were not blocked (0.76 mmol g-1) and were still determined after derivatization (table 2). similary, after blocking of phenol groups in aha derivative prepared from soil humic acid, significant discrepancy between results obtained by direct titration after acetylation and indirect titration occurs (table 2). summation of carboxyl and phenol groups contents determinations by indirect and direct titration method coupled with derivatization is shown in table 3. a comparison of the obtained results shows that [cooh]ha and [ph–oh]ha estimations by indirect and direct titration method after esterification of ha are in agreement. however, differences between 44 ecl. quím., são paulo, 31(3): 39-46, 2006 indirect titration method and direct titration method after acetylation are significant, confirming that the acetylation method could not be used for acidity determinations, due to low selectivity. the henderson-hasselbalch plots (ph vs. log((1-α)/α)) for soil ha and its derivatives, shown in fig. 2, are not linear confirming that ha posseses different types of ionic groups. the pkapp value for a simple monoprotic acid, such as ch3cooh, is constant and independent of α, while for polyacids, such as ha, it depends on α. as it is expected, all three acids exhibit different acidic strengths. the pkint and the average pkapp are increased after derivatization. their values are related to the different chemical structure of the acids. the original ha is the strongest acid (pkapp = 4.28 ± 0.05 and pkint = 3.8 ± 0.11), as it possesses free carboxylic, phenolic and alcoholic groups. aha is a weaker acid than ha (pkapp = 5.17 ± 0.02 and pkint = 4.9 ± 0.05), due to blocking of phenolic and alcoholic groups, with only carboxylic groups available for proton interaction. eha is the weakest acid (pkapp= 5.80 ± 0.04 and pkint = 5.2 ± 0.03), because more acidic carboxylic groups are blocked, while less acidic phenolic are available, in this case, for proton interaction. the pkapp values distribute in the range 3.8 ± 5.8 for ha, 4.9 ± 6.1 for aha and 5.2 ± 6.6 for eha (fig 3.). the change in pkapp over the range of a values is the largest for ha (∆ pkapp = 2.0 pk units) compared to eha 45ecl. quím., são paulo, 31(3): 39-46, 2006 figure 2.henderson-hasselbalch plot of soil ha (α), aha (α) and eha (•). figure 3. α vs.pkapp plot for soil ha (α), aha (α) and eha (•). (∆pkapp = 1.4 pk units) or aha (∆pkapp = 1.2 pk units). the distribution of pkapp values over the range of a values can give a quantitative measure of deviation from a straight line of zero slope which is characteristic for monomeric acid [23]. thus, the highest pkapp distribution was found in unmodified ha, polyprotic acid with the greatest number of free carboxylic, phenolic and alcoholic groups. conclusions the approach outlined in this paper offers an opportunity to estimate the effect of carboxyl and phenol functional groups on total humic acidity, by comparing derivatized to underivatized ha acidbase properties, obtained by direct potentiometric data. acid-base properties of ha, the acidic group content (cac) and the average values of apparent and intrinsic pk correlated well with ir spectra considerations of unmodified and modified has. estimated carboxyl and phenol group content of isolated soil haand aldrich haby direct titration after esterification is in agreement with results obtained by classical indirect titration methods. the applied methanol-thyonil esterification method obtained esterified derivative with over 92% of blocked carboxyl groups and only 2% of blocked phenolic groups. the values of pkint, pkappand pkappdistribution decrease by derivatization confirming the reduction in the number of free carboxylic, phenolic and alcoholic groups. the utilization of direct titration after esterification of ha method showed that the acidity data so obtained do represent the real content of the carboxyl and phenol groups. received 14 july 2006 accepted 05 september 2006 references [1] g.r. aiken, d.m. mcknight, r.l. wershaw, p. maccarthy, eds., humic substances in soil, sediment and water, wiley, new york, 1985, 13. 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classificados como verdes, verdeamarelados ou amarelos conforme a cor superficial. os frutos foram levados ao laboratório e resfriados para minimizar a oxidação de aa. os teores determinados de aa para o araçá evidenciaram que há uma gradiente de concentração entre as partes superior e inferior dos frutos, sendo a concentração em c2 (concentração de ácido ascórbico na parte inferior do fruto) sempre maior que a concentração em c1 (concentração de ácido ascórbico na parte superior do fruto ligada ao pedúnculo). comportamento semelhante também foi observado para acerolas e laranjas, que apresentaram uma concentração média na parte superior de 17,7 mg g-1 e 0,612 mg l-1 e na parte inferior 19,6 mg g-1 e 0,665 mg l-1, respectivamente. pelos resultados obtidos pode-se concluir que os três frutos apresentam uma distribuição heterogênea de aa e essa variação é mais pronunciada para frutos verdes, i.e. frutos menos adequados para consumo. palavras-chave: ácido ascórbico; frutos; iodimetria http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso abstract an iodimetric titration was applied for determination of ascorbic acid (aa) in three tropical fruits: araçá (eugenia sp.), acerola (malphigia sp.), and orange (citrus sinenses). according to superficial color, the fruits were classified as immature (green), medium maturity (green-yellowish), and mature (yellow or red). the fruits were frozen to minimize aa oxidation. the aa contents of araçá showed a gradient of concentration between the upper part and the down part of the fruit. the concentration in the upper part (c1) was always lower than the concentration in the down part of the fruit (c2). similar behavior was observed for acerolas and oranges, which presented a mean concentration in the upper part of 17.7 mg g-1 and 0.612 mg l-1 and in the down part of 19.6 mg g-1 and 0.665 mg l-1, respectively. it can be concluded that the three fruits presented a heterogeneous distribution of aa and the variation was more pronounced for immature fruits, i.e. fruits less suitable for ingesting. keywords: ascorbic acid; tropical fruits; iodimetry introdução o ácido ascórbico (aa), também conhecido como vitamina c, é produzido sinteticamente e extensivamente usado na indústria de alimentos pela ação antioxidante2. em muitos alimentos é adicionado como suplemento (sucos de frutas, por exemplo), sendo usado na medicina na forma de pílulas como componente de tabletes multivitamínicos3. o aa é um agente redutor em solução aquosa. essa propriedade torna-se menos pronunciada em meio não aquoso. o caráter ácido e a ação redutora são atribuídos ao grupo enodiol (-coh=coh-) 3. a oxidação aeróbica do aa depende do ph, exibindo máximos em ph 5 e ph 11,5 3. essa reação é mais rápida e sua degradação mais extensiva em meio alcalino. oxidação degradativa também ocorre em condições anaeróbicas, porém em menor extensão. estudos bioquímicos relacionados ao aa abordam aspectos imunológicos, oncológicos, endocrinológicos, neurológicos, digestivos. estudos de absorção, detoxificação e prevenção da catarata também são realizados3. a vitamina c é essencial à saúde. desempenha papel fundamental no desenvolvimento e regeneração dos músculos, pele, dentes e ossos, na formação do colágeno, na regulação da temperatura corporal, na produção de diversos hormônios e no metabolismo em geral. a falta dessa vitamina no organismo aumenta a propensão a doenças. a carência severa torna o organismo vulnerável a doenças mais graves, como por exemplo, o escorbuto. entretanto, consumida em altas doses, pode provocar efeitos colaterais, tais como: diarréia, dor abdominal e cálculos renais em pessoas geneticamente predispostas. a necessidade diária de vitamina c varia conforme idade e condições de saúde. assim, as frutas frescas, principalmente as cítricas, são fontes ideais de vitamina c. o tomate, folhas verdes, que contêm teores variáveis dessa vitamina3-4,6, e outras frutas, tais como acerola, caju, goiaba e uva, também são fontes alternativas de vitamina c. as fontes de aa são classificadas em diferentes níveis: fontes elevadas contêm de 100 a 300 mg / 100 g, como por exemplo morango, goiaba e abacaxi; fonte média contêm de 50 a 100 mg / 100 g, e.g. laranja, limão e papaia, e fontes baixas contêm de 25 a 50 mg / 100 g, e.g. lima, pera e manga. a caracterização e a distribuição de aa em frutos tropicais é relevante pois pode contribuir para um aproveitamento mais racional dos recursos naturais gerando benefícios sociais e econômicos. no trabalho desenvolvido buscou-se correlacionar a distribuição de aa em função do grau de maturação de três frutos, i.e. acerola, araçá e laranja, facilmente disponíveis em diferentes regiões do brasil. de acordo com wang & lin10 existem poucas informações sobre a capacidade oxidante de frutos em diferentes estágios de desenvolvimento. esses autores observaram que o aumento do grau de maturação de alguns frutos, tais como amora, morango e framboesa, aumenta a capacidade antioxidante. apesar desse aspecto nutricional relevante relacionando grau de maturação e propriedades anti-oxidantes, geralmente o estágio de maturidade do fruto é baseado na cor superficial10. a composição química do fruto varia naturalmente com o grau de maturação e devido a fatores ambientais8. o fator ambiental pode causar danos pré e pós-colheita pois expõe o fruto à microorganismos, possibilitando um contato entre enzimas e componentes químicos, e até mesmo entre os próprios componentes intra e extracelular, causando reações e possibilitando alterações na composição química do fruto. dosunmu & johnson4 avaliaram efeitos da estocagem sobre alterações nos teores de aa. por outro lado, lisiewska & kmiecik7 estudaram efeito do aumento da concentração de fertilizantes nitrogenados e mostraram que ocorre uma diminuição no teor de aa. estudos sobre a composição de voláteis em alguns frutos tropicais, tais como umbu-cajá (spondias citherea), camu-camu (myrciaria dubia), araçá-boi (eugenia stipitata) e cupuaçu (theobroma grandiflorum) foram apresentados por franco & shibamoto5. o araçá-boi é um fruto redondo com casca amarela, que pode atingir até 12 cm de diâmetro. a parte comestível, uma polpa de cor creme, tem um sabor ácido. esse fruto da amazônia também pode ser encontrado no nordeste e tem um potencial econômico porque a árvore cresce facilmente e logo produz. os frutos têm alta porcentagem de polpa, sabor e aroma atrativos e adequados para fabricação de sucos, sorvetes e doces. o araçá, que foi um dos frutos empregados no presente estudo, apresenta as mesmas características físicas do araçá-boi porém tem um menor diâmetro. parte experimental todos os reagentes utilizados na execução do trabalho tinham grau analítico (pa). solução de tiossulfato de sódio: 1,051 x 10-1 mol l-1 padronizada com iodato de potássio. solução de iodo: 4,928 x 10-2 mol l-1 padronizada com uma solução padrão de tiossulfato. essa solução foi mantida em refrigerador. solução de ácido ascórbico: 1,087 x 10-2 mol l-1 padronizada pelo método iodimétrico. em todos os procedimentos envolvendo iodo, usou-se uma solução de amido 1% m / v como indicadora do ponto final da titulação. amostras: acerola, araçá e laranja os frutos foram colhidos e classificados quanto ao estágio de maturação como verdes, verdeamarelados e amarelos com base na cor superficial dos frutos. os frutos foram resfriados e o teor de aa foi determinado no mesmo dia da coleta. os frutos foram seccionados em duas partes, inferior e superior, analisadas separadamente. as polpas contendo as sementes foram pesadas. a extração da fase líquida foi feita por prensagem, seguida de repetidas extrações do bagaço com pequenos volumes de água destilada. essas extrações foram conduzidas rapidamente para diminuir a oxidação pelo oxigênio presente no ar. no caso das laranjas, extraiu-se e filtrou-se o suco de cada fração, retirando-se uma alíquota para análise posterior. procedimento 1: acerola e araçá alíquotas de 25,00 ml da solução de iodo foram adicionadas à fase líquida extraída da acerola e do araçá e tituladas por retorno com solução de tiossulfato. utilizou-se como indicador um volume de 1 ml de solução de amido 0,1% m/v. o teor de vitamina c foi calculado em mg g-1 de polpa. procedimento 2: laranja alíquotas de 25,00 ml de solução de iodo foram adicionadas ao suco de laranja previamente extraído, pesado e filtrado. titulação por retorno foi feita com solução de tiossulfato e adicionandose como indicador um volume de 1 ml da solução de amido 0,1% m/v. o teor de vitamina c foi calculado em mg ml-1 de suco de laranja. titulou-se 20 ml de suco de laranja em triplicata. o volume de suco foi produzido a partir de frutos com graus similares de maturação de acordo com avaliação visual. resultados e discussão neste trabalho a determinação de aa foi feita aplicando-se uma titulação de retorno titulando-se o excesso de iodo. a concentração de aa foi determinada em cada parte do fruto seccionado, dessa forma, foi possível conhecer a distribuição do aa na parte superior e inferior do fruto. analisando-se os dados da tabela 1 para 13 frutos de araçá percebe-se que há um decréscimo no gradiente de concentração de aa nas partes superior e inferior de acordo com o grau de maturação. de acordo com a coloração superficial, as amostras foram ordenadas da mais verde para a mais madura. observa-se uma maior concentração de aa na parte inferior do fruto (c2) e percebe-se quanto mais verde o fruto, maior a diferença de concentração entre as partes superior (c1, parte do fruto ligado ao pedúnculo) e inferior do fruto. agrupando-se os frutos verdes de 1 a 4 o teor médio de aa é 1,82 ± 0,17 mg / g, para os frutos verde-amarelados de 5 a 9, 1,75 ± 0,28 mg / g e para os frutos maduros de 10 a 13, 1,56 ± 0,06 mg / g evidenciando a variação no teor de aa conforme o grau de maturação. o teor médio de aa por fruto foi calculado com base na massa de cada fruto. calculando-se o teor de aa para 100 g do fruto, conclui-se que o araçá é uma fonte rica de vitamina c pois situa-se na faixa de 100 300 mg / 100 g. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200032&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 a variação do teor de aa em função do grau de maturação também foi demonstrado para frutos de acerola e laranja (tabelas 2 e 3). os teores médios de aa na parte superior foram 17,7 mg g-1 e 0,612 mg l-1 e, na parte inferior, 19,6 mg g-1 e 0,665 mg l-1 para acerolas e laranjas, respectivamente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200032&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200032&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 deve-se salientar que o uso desse parâmetro como um possível parâmetro de colheita deveria ser complementado pela determinação de outros constituintes químicos visando uma maior avaliação dos possíveis efeitos nutricionais do fruto. além disso, o aspecto físico, como por exemplo a coloração superficial aqui adotada para avaliar o grau de maturação, sempre terá um forte efeito sobre a comercialização de frutos. a acerola, tal como esperado, mostrou-se uma fonte rica em aa e a laranja foi caracterizada como uma fonte média (50 100 mg aa / 100 g fruto). todas as titulações apresentaram desvios padrão relativos inferiores a 2% (n = 3). existem na literatura estudos sobre o grau de maturação da acerola1,9. assis et al.1 mostraram que o teor de aa é máximo em acerola para frutos verdes. no estudo executado por vendramini & trugo9 diversos componentes orgânicos foram determinados e correlacionados com o grau de maturação dos frutos. esses estudos além de determinarem um maior número de constituintes, também envolveram a amostragem de um maior número de frutos. essas correlações não foram avaliadas no presente estudo para acerola e laranja pois apenas o composto aa foi determinado e trabalhou-se com um número reduzido de frutos. o estudo desenvolvido com os frutos acerola, araçá e laranja demonstra como o grau de maturação afeta o teor de um constituinte com relevância nutricional. a determinação de outros parâmetros químicos possibilitaria estabelecer qual o momento ideal de colheita. a adoção desse tipo de critério, compatível com a agricultura de precisão, poderia conferir maior valor agregado para frutos tropicais. como exemplo pode-se citar a colheita de soja que é realizada com base no teor de proteínas existindo até mesmo máquinas de coleta que possibilitam a determinação desse parâmetro no campo. conclusão o trabalho realizado evidenciou uma correlação entre os teores de aa e o grau de maturação de três frutos tropicais, i.e. acerola, araçá e laranja. sugere-se que parâmetros referentes à composição química poderiam ser adotados para estabelecer o tempo ideal de colheita e, dessa forma, conferir maior valor agregado a frutos tropicais, que eventualmente poderiam até mesmo ser comercializados como alimentos funcionais. agradecimentos os autores agradecem cnpq e capes pelo apoio. r. s. g. a. agradece à escola técnica federal de sergipe pela licença para realização de doutorado no programa de pós-graduação em química do dq/ufscar. referências bibliográficas 1 assis, s. a. ; lima, d. c. ; oliveira, o. m. m. f. activity of pectinmethylesterase, pectin content and vitamin c in acerola fruit at various stages of fruit development. food chem., v.74, p.133-137, 2001. 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[ links ] javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); recebido em 28.02.2002 aceito em 27.03.2002 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200032  eq9-af introduction ginger (zingiber officiale roscoe) is a plant used due to its medicinal properties as a stomachic, antiemetic, antidiarrheal and cardiotonic, for the treatment of several gastrointestinal and respiratory diseases. ginger, propolis and honey are employed as active ingredients of syrups and sprays for treatment of throat diseases. besides as a spice, ginger is used in beverages and cookery, specially in asian cooking [1]. a substantial quantity of the brazilian production of ginger is exported to different countries such as canada, united kingdom, united states and netherlands. once, fungal growth during cold storage is one of the main causes of deterioration in perishable food crops, which leads to very important economic losses [2]. so, the superficial and early infection may be eradicated with an effective fungicide treatment. in brazil, studies dealing with the detection of pesticide residues in ginger have been lacking. except for few works about residue analytical methods for determining organochloride pesticides in spices, including ginger, no method is described in the literature to analyze prochloraz in ginger matrix [3-5]. prochloraz undergoes different transformations. in plants, the primary metabolic step is a breaking of the imidazole ring with the formation of n’-formyl-n-propyl-n-[2-(2,4,6-trichlorophenoxy)ethyl]urea (bts 44596) and n-propyl-n-[(2(2,4,6 trichlorophenoxy)ethyl)]urea (bts 44595), which are then degraded to 2,4,6-trichlorophenol (2,4,6-tcp), present as free and conjugated metabolites, together with trace of 2-(2,4,6-trichlorophenoxy)-acetic acid [6, 7]. the objective of this work was to evaluate the residue levels of prochloraz in ginger samples submitted to sportak 450 ce® postharvest treatment to verify the behaviour of prochloraz residues in ginger under cold storage. experimental chemicals and apparatus. dichloromethane, hexane, diethyl ether 59ecl. quím., são paulo, 31(2): 59-62, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 2, 2006 prochloraz residue levels in ginger submitted to sportak 450 ce“ postharvest treatment l. polese1, e. f. g. jardim1, s. navickiene2, n. m. brito3, m. l. ribeiro1* 1instituto de química, unesp, 14801-970. araraquara, sp, brazil 2centro de ciências exatas e tecnologia, ufs, 49100-000. sergipe, se, brazil 3cefet, 65025-001. são luis, ma brazil *corresponding author. e-mail: mlucia@iq.unesp.br (m. l. ribeiro) abstract: a preliminary study was conducted to determine the residue levels of prochloraz in ginger samples treated with sportak 450 ce (prochloraz as active ingredient) under laboratory conditions and cold-storage for 15 days at 10°c and 89% rh. sampling was carried out at 10 and 15 days after sportak 450 ce dip treatment (450 and 900 µg ml-1). pesticide residues were determined by gcecd. during the study, residue levels in ginger ranged between 3.6 and 10.6 mg kg-1 for prochloraz. keywords: ginger; prochloraz; fungicide; spices; dip treatment; gc-ecd. and toluene (mallinckrodt baker inc., paris, ky, usa) were nanograde. analytical grade pyridine hydrochloride was purchased from sigma (st. louis, mo, usa). reference standards of prochloraz (98.4 % pure), 2,4,6-trichlorophenol (99.5 % pure), bts 44596 (99.3 % pure) and bts 44595 (98 % pure) were purchased from dr. ehrenstorfer (augsburg, germany). the individual stock solutions of the analytes were prepared by diluting 1.0 mg of the standards in 10.0 ml of toluene to obtain a concentration of 100 µg ml-1. the working standard solutions were prepared by diluting the stock solutions as required. the gas chromatographic analysis was carried out using a varian 3300 gas chromatograph equipped with electron-capture detector (ecd), an on-column injector, and a connecting varian 4290 reporting integrator. the megabore column was a db-5 fused-silica column (30 m x 0.53 mm i.d., 0.83 µm; j&w scientific, folsom, ca, usa). the injector and detector were operated at 240 ºc and 300 ºc, respectively. the oven temperature was programmed as follows: 140 ºc for 1 min, increasing to 240 ºc (10 ºc min-1) to 260 ºc (10 ºc min-1) and holding for 10 min. nitrogen (99.999 % pure) was the carrier (2 ml min-1) and makeup (28 ml min-1) gas. ginger postharvest treatment the experiments were performed on mature ginger (zingiber officiale roscoe) under laboratory conditions. to carry out this study, ginger samples were placed in plastic boxes (20 gingers per box). the treatments were carried out in duplicate during 3 min, by dipping the samples in aqueous suspension. each replicate was made up in two boxes. prochloraz solutions were prepared as aqueous suspension, using the commercial formulation sportak 450 ce® at the doses: 450 and 900 µg ml-1. the gingers were left to dry at room temperature and stored for 15 days at 10 °c and 85-90 % relative humidity (rh). samples were taken 10 and 15 days after sportak 450 ce® application. preparation of laboratory sample and fortification. 300 g of each ginger sample was chopped with a stainless steel knife. the samples were triturated using a blender, homogeneized, and stored in closed glass flasks at temperature < –18ºc until analysis. fortified samples were prepared by adding 0.2, 1 or 2 ml of each standard solution to 10.0 g of untreated sample. analytical procedure. an analytical sample of 10.0 g was weighed in a 80 ml screw-capped flask; 50 ml of dichloromethane was added and the flask was shaken in a mechanical shaker for 30 min (thermolyne, dubuque, iowa, usa). the sample was allowed to settle and the supernatant was filtered in whatman 40 filter. 5.0 ml of the organic layer was transferred to a round-bottom flask and concentrated to dryness using a rotary evaporator. a 1 g portion of dry pyridine hydrochloride was added and the flask was sealed with a stopper and heated to 220 °c for 90 min in the glycerin bath. the test tube was cooled and 10 ml of water was added. the aqueous solution was extracted two times with 5 ml of diethyl ether:n-hexane (1:4, v/v), and the organic phase was transferred into another test tube. 5 ml of 0.1 mol l-1 of koh was added. the test tube was shaken for 1 min and the upper phase discarded; 5 ml of 1 m hcl were added to the aqueous phase and extracted two times with 5.0 ml of toluene. the final extract was reconstituted to an adequate volume (10.0 ml) with toluene. gas chromatographic analysis. suitable aliquots (1 µl) of ginger extracts and 2,4,6-trichlorophenol standard solutions were injected into a gas chromatograph. the percentages of recoveries were calculated by comparing the average chromatographic peak heights of the standard, fortified samples and unfortified samples. quantification of prochloraz in ginger samples was performed using a five point linear calibration curve plotting peak heights versus concentrations. the amounts of 2,4,6-trichlorophenol obtained were corrected with the following factor to convert to the amounts of prochloraz [mol. wt. of prochloraz (376.7) / mol. wt. of 2,4,6-trichlorophenol (197.5) = 1.91]. 60 ecl. quím., são paulo, 31(2): 59-62, 2006 results and discussion method validation the establishment of the experimental conditions was based on a method developed by de paoli et al. [8] for the determination of prochloraz and its metabolites in vegetable, fruit and wheat samples that does not require steam distillation. the method involves extraction of the sample, hydrolysis with pyridine hydrochloride, extraction of the 2,4,6-tcp, derivatization with diazomethane and gas chromatographic analysis. in the present study, 2,4,6 tcp was analysed by gc-ecd without methylation with diazomethane. the efficiency of the analytical procedure was evaluated by means of recovery analyses with ginger samples fortified at three different levels (0.2; 2 and 10 mg kg-1). the mean recoveries of three replicates of fortified samples ranged from 75 % to 108 % with relative standard deviation (rsd) values of 1.6% to 12.7%, as shown in table 1. 61ecl. quím., são paulo, 31(2): 59-62, 2006 were considered adequate for the validation of the method according to the validation criteria [9]. standard solutions were injected after every ten samples to monitor changes in chromatographic conditions. the chromatograms of the ginger extracts were satisfactory, without any interference in the retention time of the fungicide. under the chromatographic conditions described, the retention time of prochloraz as 2,4,6-trichlorophenol derivative was 4.8 min. the criteria established by thier and zeumer [10] to find the detection limit (lod) and the quantification limit (loq) were used in this study. the lod and loq values for prochloraz and its metabolites were 0.1 and 0.2 mg kg-1, respectively. prochloraz degradation the aim of this study was to verify the presence of prochloraz residues in ginger samples submitted to postharvest dip treatments with an aqueous suspension of sportak 450 ce (doses used: 450 and 900 µg ml-1). samples were stored at 10 °c to simulate export conditions and analyzed in duplicate at two different times: 10 and 15 days. as shown in figure 1, prochloraz residues were detected in all ginger samples submitted to the dip treatment. recoveries were calculated by the external standard method. good linearity was achieved in the range from 0.4 to 5.0 µg ml-1. the correlation coefficients obtained for the prochloraz, bts 44595 and bts 44596 were higher than 0.9991. the precision and accuracy figure 1. ginger postharvest treatments with prochloraz. in the first treatment, residues decreased from 5 to 3.6 mg kg-1 (28 %) after 10 and 15 days, respectively at 450 µg ml-1 dose. no reduction in prochloraz level was obtained for the highest dose (900 µg ml-1) between 10 and 15 days. references [1] m. thomson, k. k. al-qattan, s. m. al-sawan, m. a. alnaqeeb, i. khan, m. prostaglandins, leukotrienes essent. fatty acids. 67 (2002) 475. 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fapesp and capes for the fellowships and aventis crop science (paulínia city, são paulo state) for supplying sportak 450 ce formulation. recebido em: 30/03/2006 aceito em: 08/06/2006 62 ecl. quím., são paulo, 31(2): 59-62, 2006 l. polese, e. f. g. jardim, s. navickiene, n. m. brito, m. l. ribeiro. resíduos de prochloraz em gengibre submetido a tratamento pós-colheita com sportak 450ce. resumo: um estudo preliminar foi realizado para determinar os níveis de concentração de procloraz em amostras de gengibre tratadas por imersão em solução aquosa com a formulação sportak 450 ce (procloraz como ingrediente ativo) nas concentrações de 450 e 900 µg ml-1, sob condições de laboratório e armazenadas por 15 dias em câmara fria a 10°c e com 89% de ur. amostras de gengibre tratadas foram analisadas após 10 e 15 dias do armazenamento. os resíduos de procloraz foram analisados por cg-dce. os níveis encontrados variaram entre 3,6 e 10,6 mg kg-1 para procloraz. palavras-chave: gengibre; procloraz; fungicida; tratamento por imersão; cg-dce. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200029 oxidação de ciclohexano em fase gasosa catalisada por argilas pilarizadas com ferro e cromo ciclohexane oxidation in gas phase using iron and chromium pillared clays as catalysts wagner alves carvalho curso de bacharelado em química instituto de ciências biológicas e química puc 13059-900 campinas sp brasil resumo argilas pilarizadas formadas pela intercalação de óxidos de metais de transição, capazes de prevenir o colapso da estrutura, constituem materiais micro e mesoporosos com diferentes atividades catalíticas e estabilidades. argilas pilarizadas com cromo e com ferro foram utilizadas como catalisadores em reações de oxidação do cicloexano em fase gasosa. os resultados indicam que os catalisadores são ativos e seletivos na produção de cicloexanona e cicloexanol. entretanto, especial atenção deve ser dada à acidez superficial dos sólidos, responsável pela formação de cicloexeno no meio reacional, com conseqüente redução dos produtos de interesse. palavras-chave: catalisadores redox, oxidação de alcanos, argilas pilarizadas, peneiras moleculares mesoporosas abstract pillared clays formed by intercalation of transition metal oxides, capable of preventing the collapse of the structure, gives micro and mesoporous materials with different catalytic activities and stabilities. chromium and iron pillared clays were tested as catalysts in the gas phase ciclohexane oxidation. the results showed that the catalysts are active and selective in the oxidation reaction to produce ciclohexanone and ciclohexanol, but special attention must be done to the surface acidity of http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso this materials, responsible by ciclohexene formation. keywords: redox catalyst, alcane oxidation, pillared clays, mesoporous molecular sieves introdução as zeólitas e outras peneiras moleculares com estruturas similares (zeotipos)22 são praticamente indispensáveis no refino de petróleo e na manufatura de produtos petroquímicos, sendo largamente empregadas como catalisadores ácidos sólidos.18,24 mais recentemente tem se explorado também seu uso na química fina.19 a utilidade das zeólitas, argilas e demais peneiras moleculares tem sido ampliada através da incorporação de centros redox metálicos em suas estruturas.6,20 as peneiras resultantes catalisam uma variedade de oxidações seletivas, em fase líquida, sob condições brandas. 2,1,5 suas variedades estruturais, incluindo a variação do metal redox, a incorporação de complexos metálicos e o tamanho e a polaridade dos poros (hidrofilicidade), permitem a obtenção de catalisadores sólidos feitos sob medida ("enzimas minerais")2,4 para oxidações em fase líquida com oxidantes limpos, como oxigênio molecular, peróxido de hidrogênio e alquil-hidroperóxidos, que não geram sub-produtos indesejáveis no processo, principalmente cátions metálicos. assim, as peneiras moleculares redox têm um enorme potencial na síntese orgânica industrial, substituindo as oxidações tradicionais, que empregam sais de metais de transição em quantidades estequiométricas como oxidantes inorgânicos, como uma forma de proteção ao meio ambiente.12,13,14 a primeira peneira molecular do tipo redox, a titanossilicalita ts-1 ou ti-zsm-5, com diâmetro de poros (æ ) de ca. 5,5 å, foi desenvolvida nos anos 80 por pesquisadores da enichem, itália, e já é empregada em processos industriais como hidroxilação de fenol e amoxidação de cicloexanona para oxima de cicloexanona.11 após o grande impulso dado na área de oxidações seletivas pela introdução da ts-1, vários estudos têm sido feitos no sentido de se obter novos materiais que possuam metais de transição incorporados em peneiras moleculares com poros grandes o suficiente para permitir o acesso de moléculas volumosas. devido às dificuldades encontradas na síntese de zeólitas com cavidades e canais extra-grandes, a síntese de argilas contendo pilares separando as camadas que compõem sua estrutura tem sido estudada.9 as argilas pilarizadas são materiais microporosos, obtidos pela inserção de óxidos metálicos que atuam como pilares. estes óxidos são formados pela decomposição térmica de espécies (hidr)óxido que são inicialmente introduzidas, na forma catiônica, por processos de troca iônica com as argilas. a separação permanente fornece regiões interlamelares que podem ser consideradas como galerias, tornando esses materiais semelhantes a zeólitas, com uma estrutura organizada bidimensional.25 a intercalação de íons de metais redox em esmectitas, como a montmorilonita, pode levar à formação de "argilas pilarizadas redox" contendo espécies oxometálicas no espaço interlamelar, com diferentes atividades catalíticas e estabilidades. entretanto, especial atenção deve ser dada à acidez desses materiais, pois a introdução dos pilares contribui para a acidez da estrutura, o que deve influenciar na composição dos produtos obtidos em reações catalíticas de compostos orgânicos. pretendemos utilizar argilas pilarizadas com ferro e cromo na oxidação de cicloexano em condições brandas. os produtos de maior interesse são os que estão envolvidos como intermediários na produção de ácido adípico e seus derivados, dentre os quais cicloexanol e cicloexanona. esses produtos, utilizados em larga escala na fabricação de poliamidas e poliésteres, são de difícil obtenção, quer seja através da oxidação do cicloexano ou da hidrogenação e oxidação do benzeno. material e métodos a argila utilizada nas sínteses foi o produto comercializado pela fluka (montmorilonita k10, cas no1318-93-0). amostras da argila k10 foram mantidas em suspensões aquosas (30 g/l) durante intervalos de tempo variáveis, de modo que fossem obtidas suspensões contendo somente partículas de diâmetro inferior a 2 mm. o tamanho das partículas foi determinado por microscopia eletrônica de varredura. amostras de k10 foram mantidas em solução de hcl 0,1 mol l-1, sob agitação, por 72 h. o sólido foi separado por filtração a vácuo e lavado até ph neutro. o material foi então, mantido em suspensão aquosa até o momento da pilarização. pilarização da argila com ferro:17 1000 ml de fecl3 0,2 mol l-1 foram mantidos sob agitação por 24 h, com adição lenta de 21,2 g de na2co3. uma alíquota de 700 ml desta solução foi adicionada, sob agitação vigorosa, a uma suspensão contendo 2,5 g de k10 em 250 ml de água. após 2 h sob agitação a temperatura ambiente, o material sólido foi separado por centrifugação e lavado pelo processo centrifugação, decantação, adição de água deionizada e redispersão do sólido por agitação vigorosa. o material assim obtido, identificado como fe-mont, foi seco ao ar, a temperatura ambiente. pilarização da argila com cromo:23 33 ml de cr(no3)3.9h2o 2 mol l-1 foram mantidos sob agitação com adição lenta de 7,1 g de na2co3 (ph final de 2,45). após refluxo por 41 h, a solução foi resfriada à temperatura ambiente e adicionada, sob agitação vigorosa, a uma suspensão contendo 5,0 g de k10 em 500 ml de água. após 14 h sob agitação à temperatura ambiente, o material sólido foi separado por centrifugação e lavado pelo processo centrifugação, decantação, adição de água deionizada e redispersão do sólido por agitação vigorosa, totalizando 10 ciclos. o material assim obtido, identificado como cr-mont, foi seco ao ar, a temperatura ambiente. calcinação: os catalisadores foram submetidos a um tratamento térmico sob fluxo (50 ml.min-1) de nitrogênio até 200oc e de ar sintético de 200oc a 500oc, com uma taxa de aquecimento de 2oc.min1 e manutenção da temperatura final por 3 h, sendo então identificados como fe-pilc e cr-pilc. nas amostras calcinadas, fe-pilc apresentou 11,7% de metal, distância interplanar de 15,6 å e área superficial de 217 m2.g-1, enquanto em cr-pilc temos 15,1% de cromo, 17,5 å de distância interplanar e 270 m2.g-1 de área superficial, valores semelhantes aos indicados nas respectivas literaturas. espectroscopia na região do infravermelho: pastilhas contendo 10 mg das argilas pilarizadas calcinadas foram preparadas sob pressão de 10 t.cm-2 por 15 min. as pastilhas foram submetidas a um tratamento térmico a 500oc, por 2 h, sob vácuo. após serem resfriadas à temperatura ambiente, foram submetidas a um fluxo de nitrogênio (50 ml.min-1) saturado com vapores de piridina durante 2 h. o excesso de piridina que permeou as pastilhas foi removido sob vácuo por 1 h. as pastilhas foram submetidas a subsequentes tratamentos térmicos de 1 h a 100, 200, 300, 400, 500 e 600oc, sob vácuo. após cada etapa do tratamento, os espectros foram registrados entre 4000 e 400 cm-1 em um espectrômetro nicolet modelo protégé 460. os catalisadores fe-pilc e cr-pilc foram testados em reações de oxidação do cicloexano em fase gasosa. o sistema é composto por uma linha de gases que alimenta o reator e conduz os produtos de reação a um cromatógrafo a gás, permitindo a sua análise on line. a linha de gases de alimentação do reator é constituída de tubulações em aço inoxidável de 1/8", válvulas de esfera de aço e válvulas eletrônicas de controle de fluxo mássico para cada um dos gases utilizados. as tubulações acopladas à saída do reator foram envolvidas e aquecidas por fios resistores para evitar a deposição de produtos pouco voláteis nas condições ambientais. um cromatógrafo a gás varian série 3800 dotado de detectores por condutividade térmica (tcd) e ionização em chama (fid) e válvulas pneumáticas para injeção em linha dos gases foi utilizado nas análises dos produtos. as reações foram realizadas em um reator tubular de quartzo de 10 mm de diâmetro, cujo volume morto foi preenchido com quartzo moído para minimizar os efeitos dos processos que ocorrem no espaço vazio. as reações foram feitas sob pressão ambiente e a vazão total dos gases (3,6% cicloexano;10,0% o2; 86,4% he) foi de 100 ml.min-1 para uma massa de catalisador de cerca de 200 mg (pesadas com precisão de 0,1 mg). a adição do cicloexano foi feita através de uma seringa acoplada à uma bomba injetora, à vazão de 1,0 ml.h-1. para efeito de comparação da atividade dos catalisadores, amostras de sílica aerosil® com área superficial de 200 m2.g-1, obtida da degussa s. a., foram submetidas a impregnação com os mesmos sais de ferro e cromo utilizados nas sínteses de argilas pilarizadas. uma amostra de 1,0 g da sílica foi adicionada a 100 ml de solução 1 mol l -1 do metal desejado e mantida sob agitação por 24 h. após serem separadas por filtração, lavadas com água e secas em estufa, as amostras foram calcinadas conforme procedimento descrito para as argilas pilarizadas. os produtos líquidos da reação foram recolhidos em um balão mantido em banho de gelo e identificados por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (cg-em), utilizando um cromatógrafo hp 5890-ii dotado de uma coluna capilar hp-5 de 50 m x 0,3 mm x 0,33 m m, acoplado a um espectrômetro de massas hp5970b. a identificação dos produtos foi feita comparando o espectro obtido para cada substância com padrões fornecidos pela biblioteca eletrônica wiley database e determinando seu índice de similaridade. resultados e discussão os testes catalíticos em fase gasosa foram realizados para todos os catalisadores nas mesmas condições (200 mg de catalisador, 430oc, vazão total de 100 ml.min-1, 3,6% de cicloexano : 10,0% de o2: 86,4% de he). a escolha da temperatura do processo, 430oc, ocorreu em função da energia de ativação da reação, relacionada à clivagem da ligação c-h e à formação da ligação c-o. a reação gera uma grande variedade de produtos. parte destes compostos é formada por gases como co e co2, provenientes da oxidação total do substrato e que não foram quantificados devido a problemas com o detector por condutividade térmica. a presença de produtos da oxidação parcial do cicloexano foi verificada com o auxílio de um detector por ionização em chama. para verificar a influência dos catalisadores na reação, foi feito um teste em branco, com o reator preenchido somente com quartzo moído. os resultados das análises de cg-em, apresentados na tabela 1, mostram que a reação forma uma grande variedade de produtos, provenientes da combinação de radicais alquil, alcoxi e peroxi, de acordo com o mecanismo de haber-weiss.21 a formação de produtos de desidrogenação, favorecida pela acidez do material, foi confirmada pela presença de produtos da oxidação do cicloexeno, como cicloexenona e cicloexenol. não foram considerados os picos referentes a compostos com índice de similaridade inferior a 75%. as análises dos produtos realizadas on line foram feitas com o auxílio de um detector por ionização em chama, utilizando uma coluna carbowax 20m, adequada para separação de produtos polares. a quantidade de produtos formada foi estimada em função da área do cicloexano nos cromatogramas, considerando que a massa de cicloexano injetada foi de 7,1.10-4 g ou 8,45 mmol. a injeção de padrões cromatográficos dos produtos nas condições de análise permitiu a determinação dos tempos de retenção. na tabela 2 são mostrados os resultados das razões entre as áreas dos produtos e do cicloexano obtidos nos testes catalíticos e os respectivos tempos de retenção. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200029&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200029&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 os resultados obtidos a partir dos cromatogramas gerados nas análises de cg-em indicam que crpilc fornece uma quantidade de cicloexanona e cicloexanol cerca de três vezes superior àquela obtida com cromo impregnado sobre sílica. também foi possível quantificar o cicloexeno, cuja formação não foi detectada com o uso da sílica impregnada. nestas mesmas condições, um catalisador com cromo obtido por um procedimento de troca iônica no estado sólido e utilizando zeólita y (wessalithâ ) como suporte, forneceu resultados muito inferiores (eno = 0,00376, ona = 0,000498, ol = 0,00159).16 este comportamento deve estar relacionado, em parte, às restrições de acesso aos sítios metálicos ativos impostas pela estrutura do suporte que, na zeólita y, apresenta dimensões bem mais reduzidas do que nas argilas pilarizadas. portanto, cr-pilc favorece a manutenção dos cátions cr(iii) em um ambiente adequado à aproximação do substrato e do oxidante, à ocorrência da reação e à saída dos produtos de oxidação. em relação ao uso de catalisadores à base de ferro, o catalisador fe-pilc favoreceu a obtenção de cicloexeno, enquanto tornou a reação menos seletiva na formação de cicloexanona e cicloexanol, além de reduzir a seletividade ona/ol. um outro aspecto a ser considerado na análise dos resultados é o tempo necessário para a obtenção de uma quantidade mínima dos produtos líquidos necessária para a análise por cg-em. como a alimentação é de 1,0 ml.h-1 de cicloexano, é necessário um período de 2 h para coletar um volume suficiente para a análise. durante este período, o catalisador pode sofrer alterações como o acoplamento dos produtos da reação aos sítios metálicos, o que leva a uma possível diminuição da atividade catalítica inicial. de acordo com os resultados obtidos, temos uma indicação clara da influência da acidez das argilas pilarizadas na formação dos produtos. as reações de desidratação promovidas pelos sítios ácidos do material, presentes na temperatura de trabalho, diminuem a obtenção dos principais produtos de interesse, cicloexanona e cicloexanol, enquanto favorecem a formação de cicloexeno no meio reacional. assim, a quantidade de cicloexeno obtida é substancialmente superior a dos produtos de interesse. as análises de infravermelho realizadas com cr-pilc-1 impregnada com piridina e submetida a tratamentos térmicos em diferentes temperaturas, forneceram os espectros apresentados na figura 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200029&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a espectroscopia de absorção na região do infravermelho tem sido utilizada com freqüência na caracterização da acidez superficial de argilas, uma vez que é possível observar diferentes bandas no espectro em função de interações de uma molécula sonda, geralmente amônia ou piridina, com os sítios ácidos. em particular para a piridina, na região de 1700 a 1400 cm-1 podem ser observadas as bandas de vibração do anel, correlacionando-as com a natureza do sítio ácido de bronsted ou de lewis do material, enquanto a força dos sítios pode ser relacionada com a capacidade de retenção da base em função do aumento da temperatura. em argilas pilarizadas temos, além das camadas do suporte, a contribuição dos pilares de óxidos metálicos para com a acidez do material, levando a formação de estruturas que apresentam tanto acidez de bronsted quanto de lewis.10 a origem desses sítios está geralmente associada aos grupos estruturais oh presentes nas camadas do suporte, no caso da acidez de bronsted, enquanto os sítios ácidos de lewis estão presentes principalmente nos óxidos metálicos que formam os pilares.8 entretanto, bodoardo et al.7 têm demonstrado que os pilares também podem contribuir significativamente com sítios ácidos de bronsted. vários procedimentos têm sido utilizados para controlar a acidez de argilas pilarizadas, entre os quais temos alterações no tipo de suporte utilizado,15 no seu tratamento prévio e na composição dos pilares.10 nos espectros da argila pilarizada com cromo (figura 1) podemos observar as bandas (a), relativas à interação da piridina com os sítios ácidos de bronsted, as bandas (c), relacionadas aos sítios ácidos de lewis e as bandas (b), onde ocorre a contribuição dos dois tipos de sítios ácidos presentes no material.3 com os tratamentos térmicos realizados ocorre uma drástica redução na intensidade das bandas, relacionada à força dos sítios ácidos presentes. assim, em temperaturas próximas à de trabalho nas reações em fase gasosa, não são favorecidas interações fortes o bastante entre os sítios ácidos e os produtos de oxidação, para que ocorra a formação de cicloexeno em quantidades apreciáveis. o mesmo não ocorre com a amostra de fe-pilc, onde podemos observar que, mesmo após o tratamento térmico a 600oc, ainda temos uma presença considerável de sítios ácidos (figura 2). deste modo, a obtenção de cicloexeno foi favorecida, em detrimento dos produtos de interesse, cicloexanona e cicloexanol. conclusões a pilarização de montmorilonita com cromo e ferro pode ser obtida através de métodos de síntese que envolvem a hidrólise parcial do cátion metálico, sendo que os materiais pilarizados apresentaram elevadas distâncias interplanares e áreas específicas, além de demonstrarem estabilidade frente ao tratamento térmico utilizado. as argilas contendo cromo e ferro em seus http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200029&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200029&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 pilares puderam ser testadas em reações de oxidação de cicloexano em fase gasosa. os produtos da reação são formados de acordo com o mecanismo de haber-weiss. a reação também ocorre com o uso de sílica impregnada com os metais, mas cr-pilc demonstrou uma atividade superior à do cromo impregnado em sílica. por outro lado, fe-pilc não apresentou resultados satisfatórios devido à sua acidez, responsável pela conversão de parte significativa da cicloexanona e do cicloexanol produzidos, em cicloexeno e sub-produtos de sua oxidação. agradecimentos o autor agradece à fapesp pelo auxílio financeiro (processo 97/13077-7) e ao programa pibic/cnpq pelas bolsas de iniciação científica concedidas. referências bibliográficas 1 arends, i.w.c.e.; sheldon, r.a.; wallau, m.; schuchardt, u. 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açúcares; 5-hidroximetilfurfural; poli(3-hidroxibutirato). ciência (hplc) com detecção na região do ultravioleta (uv) para análise de 5-hmf e hplc com detecção por índice de refração (ri) para a determinação simultânea de sacarose, glicose e frutose. materiais e métodos equipamentos hplc – ri cromatógrafo líquido equipado com duas bombas modelo prostar 210 (varian), injetor manual modelo 7125 (rheodyne) com loop de 20 µl, detector de índice de refração modelo r401 (waters) e integrador modelo chromatopac c-r6a (shimadzu). coluna analítica de aço inox ks-801 (300 mm x 8 mm d.i.; shodex) e pré-coluna de aço inox ks-g (shodex) foram empregadas para determinação de sacarose, glicose e frutose. condições de operação: temperatura da coluna, 22±2°c; polaridade, positiva; atenuação, 8; velocidade do papel, 2,5 mm/min; fase móvel, solução de hidróxido de sódio (5,0 . 10-4 mol l-1) com vazão de 0,4 ml/min. hplc – uv cromatógrafo líquido equipado com duas bombas modelo prostar 210 (varian), injetor manual modelo 7125 (rheodyne) com loop de 20 µl e detector uv-vis modelo 320 (varian) foi usado para análise de 5-hmf. coluna analítica de aço inox c18 (250 mm x 4.6 mm d.i.., 5 µm; varian) foi mantida a 22 ±2°c. a fase móvel consistiu de acetonitrila:água (5:95, v/v) a 1 ml/min. a detecção foi realizada a 283 nm. a aquisição e o tratamento de dados foram realizados com star chromatography workstation (varian). reagentes, solventes e materiais acetonitrila (j.t.baker) foi de grau hplc. sacarose (labsynth), glicose (reagen), frutose (sigma) e hidróxido de sódio (mallinckrodt baker) foram de grau analítico. padrão de 5-hmf (99%) foi obtido da sigmaaldrich. soluções estoque foram preparadas a partir dos padrões de carboidratos ou 5-hmf em água para obtenção de concentração de 7g kg-1 (sacarose), 15g kg-1 (glicose), 24g kg-1 (frutose) e 300mg kg-1 (5-hmf). as soluções de trabalho foram preparadas mediante diluição das soluções estoque. solução de hidróxido de sódio (5,0 . 10-4 mol l-1) e acetonitrila:água (5:95, v/v) usadas como fase móvel, amostras, soluções de carboidratos e 5-hmf foram preparadas com água purificada em sistema milli–q (millipore) e filtradas em membranas com porosidade de 0,45 µm (millipore). métodos determinação de açúcares por hplc-ri para determinação de açúcares em amostra líquida (xarope) construiu-se uma curva de resposta do sinal analítico (área) contra concentração dos padrões de sacarose, glicose e frutose para verificar a linearidade do detector no intervalo de concentração de trabalho, porém a quantificação pode ser feita por fator de resposta. massas de padrão de sacarose, glicose e frutose foram pesadas e diluídas em água relação massa/massa (m/m) e após filtração foram analisadas por hplc-ri. as respectivas concentrações de sacarose, glicose e frutose podem ser determinadas diluindo-se as amostras de xarope em água respeitando-se o intervalo de linearidade do detector e o limite de quantificação. determinação de 5-hmf por hplc-uv para determinação de 5-hidroximetilfurfural (5-hmf) em amostra líquida (xarope) construiu-se uma curva de resposta do sinal analítico (área) contra concentração do padrão de 5-hmf para verificar a linearidade do detector no intervalo de concentração de trabalho e a quantificação faz-se com fator de resposta. alíquotas de padrão de 5-hmf foram pesadas e diluídas em água relação massa/massa (m/m) e após filtração foram analisadas por hplc-uv. a detecção foi realizada no comprimento de onda de absorção máxima do 5-hmf, ou seja, 283nm. a concentração de 5-hmf pode ser determinada diluindo-se as amostras de xarope em água considerando-se o intervalo de linearidade do detector e o limite de quantificação do método. 14 ecl. quím., são paulo, 31(1): 13-20, 2006 resultados e discussão as condições experimentais tais como: composição e vazão da fase móvel foram otimizadas considerando o tempo de análise e a separação adequada dos compostos de interesse. inicialmente, metanol:água foi testado como fase móvel para determinação de 5-hmf. entretanto, o uso de acetonitrila:água forneceu uma maior simetria do pico cromatográfico e sob as condições experimentais descritas o tempo de análise foi de aproximadamente 15 minutos. métodos têm sido descritos para determinação de açúcares empregando gradiente de eluição e detector amperométrico. entretanto, o detector de índice de refração requer o uso de análise isocrática, além do controle de temperatura. a vazão da fase móvel para análise de açúcares foi selecionada considerando o limite de pressão (<715 psi) recomendado pelo fabricante da coluna utilizada e mantendo-se as condições mencionadas a separação de sacarose, glicose e frutose foi realizada em aproximadamente 30 minutos. cromatogramas das análises de sacarose, glicose e frutose por hplc-ri e 5-hmf por hplc-uv estão apresentados na figura 1. com o intuito de garantir a confiabilidade dos resultados analíticos foram determinados os principais parâmetros de validação dos procedimentos propostos para a análise de 5-hmf e açúcares. devido a biocompatibilidade do phb, a determinação dos parâmetros de validação (sensibilidade, intervalo de trabalho, linearidade, precisão, recuperação, limite de detecção e limite de quantificação) das metodologias descritas para o 15ecl. quím., são paulo, 31(1): 13-20, 2006 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 a1 8 . 3 6 8 = > s a c a r o s e 2 1 . 6 5 5 = > g l i c o s e 2 4 . 9 4 3 = > f r u t o s e 556.12 349.4 2 863.81 / rotceted od atsopse r µ v t e m p o / m i n u t o s tempo /minutos hmfv m/ rotceted od atsopse r b figura 1. cromatogramas: (a) solução padrão de sacarose, glicose e frutose; (b) solução padrão de 5hmf. controle do processo de produção do phb foi realizada de acordo com as recomendações da agência nacional de vigilância sanitária – anvisa [4] para métodos cromatográficos em amostras de fármacos e outros produtos com aplicações farmacêuticas. 16 ecl. quím., são paulo, 31(1): 13-20, 2006 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 01 . aidé m aer á 6 / µ v concentração /g kg-1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 a 0,95 1,05 01 . aidé m aer á( oãçale r 6 oãçartnecno c/) 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 12 01 . aidé m aer á 6 / µ v concentração /g kg -1 0 2 4 6 8 10 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 b 0,95 1,05 01 . aidé m aerá( oãçale r 6 oãçartnecno c/) 0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 30 01 . aidé m ae r á 6 / µ v concentração /g kg-1 0 2 4 6 8 10 12 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 c 0,95 1,05 01 . aid é m aerá( o ãç ale r 6 oãç artn ecno c/) figura 2. área média e relação de área média sobre concentração em função da concentração das soluções de padrão: (a) sacarose; (b) glicose; (c) frutose. a análise dos açúcares (sacarose, glicose e frutose) foi realizada simultaneamente empregando fator de resposta para cada substância, porém para verificar a linearidade do detector, no intervalo de concentração esperado nas amostras do processo de inversão da sacarose, foram injetadas no hplc-ri em triplicata cinco soluções de diferentes concentrações dos padrões dos carboidratos. com injeções de soluções contendo individualmente cada um dos analitos de interesse deste método, fez-se a identificação por meio dos específicos tempos de retenção dos picos cromatográficos. a média dos correspondentes tempos de retenção para sacarose, glicose e frutose com os valores de desvio padrão (dp, n=3) foram 18,27 ±0,02, 21,65 ±0,05 e 24,7 ±0,5minutos.valores de coeficiente de variação (cv, n=3) inferiores a 7,6 % foram obtidos para os valores de área dos picos cromatográficos referentes aos carboidratos. estes resultados demonstram a precisão instrumental. a figura 2 que apresenta a distribuição dos valores de área média e relação de área média sobre concentração em função da concentração dos correspondentes açúcares. os fatores de resposta (frn) calculados segundo a equação 1 e seus valores de desvio padrão (n=3) para sacarose, glicose e frutose estão dispostos na tabela 1. (1) na equação 1 am corresponde aos valores de área dos açúcares, c a concentração e frn o fator de resposta com índice n subscrito denotando os açúcares. os valores de sensibilidade (dado pelo coeficiente angular da reta), limite de quantificação, limite de detecção, intervalo de trabalho, precisão, recuperação média e os respectivos valores de desvio padrão (n=3) obtidos para análises realizadas em três níveis de concentração estão dispostos na tabela 1. os valores obtidos de relação da área média sobre concentração (respostas relativas) em função da concentração dos correspondentes açúcares (figura 2) demonstram a linearidade no intervalo de concentração de trabalho, pois com exceção do menor valor de concentração de glicose, as respostas relativas apresentam varia� � �� � � = ção de ±5% [5]. proporcionalmente tem-se uma maior sensibilidade para a sacarose, pois para uma pequena variação de concentração de sacarose ocorre uma maior variação de área em relação aos outros açúcares.os valores de precisão (repetitividade) da relação de área dos picos cromatográficos no nível médio de concentração, dados pelo coeficiente de variação (n=3) para sacarose, glicose e frutose foram 4,71; 3,92 e 3,60 %, respectivamente. valores médios (n=3) de recuperação entre 94 e 103% com desvio padrão entre 3 e 8 foram obtidos para os açúcares nos três níveis de concentração avaliados. estes resultados estão de acordo com os limites (5,6 < cv < 8) aceitos para o intervalo de concentração estudado [6]. os valores de limite de quantificação (lq) determinados a partir da equação 2 para sacarose, glicose e frutose foram 0,0512, 0,1223 e 0,0728 g kg-1, respectivamente. (2) na equação 2, dpc representa o desvio padrão para no mínimo três curvas de resposta e ic o valor do coeficiente angular da reta, considerando uma curva de resposta linear. os valores de limite de detecção (ld) forma determinados a partir da equação 3. �� �� � ,0 = 17ecl. quím., são paulo, 31(1): 13-20, 2006 ��������� �������� �� ����� �� �� � �� ���� ����������� �� � ��������� �� ���� �� ���� � � ���� �" 4&�:�6k �&�lj6?�: k&� <� 7�= k�� ��������� mn4m� o��, .�g.g2 " ,01 ,�.2,, " ,01 .�3,/2 " ,01 ������� �� ������a m� o��, 0�,/,. p ,�,0,/ 0�1*/, p g�*2g. 0�/032 p ,,�-32* ����� � '�4������ ���������m5+ 3�/, *�g. *�10 0�.1*2 � o��, )q g3 r 2 ,�*2*0 � o��, )q gr * ,�/.21 � o��, )q ,0, r * 0�12/* � o��, )q g2 r 2 .�3**� o��, )q ,0* r 1 2�*/*, � o��, )q ,0. r 3 ���������� '5+ j���� r (� 0�g/1� o��, )q g1 r *�,330 � o��, )q gr * ,3�-g-0 � o��, )q ,0, r 2 �i m� o��, 0�02,. 0�,..* 0�0/.�( m� o��, 0�0,23 0�0*1/ 0�0.,7� " ,01 r (� *�,r 0�, ,�*r0�, .�2r 0�, 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 01 . aidé m aer á 4 v m/ concentração /mg kg -1 0 1 2 3 4 5 6 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,05 0,95 01 . aidé m aer á( oãçale r 4 oãçartnecno c/) figura 3. área média e relação de área média sobre concentração de 5-hmf em função das diferentes concentrações das soluções de padrão de 5-hmf. (3) portanto, na determinação simultânea da concentração de sacarose, glicose e frutose em amostras do processo (xarope) pode-se utilizar uma equação equivalente a equação 1, já que são obtidos os valores do fator de resposta dos padrões e os valores de área dos picos cromatográficos dos respectivos açúcares presentes nas amostras. a linearidade da resposta do detector para o 5-hmf foi determinada, no intervalo de con�� � * = centração de trabalho para as amostras, mediante injeções dos cinco padrões em triplicata no mesmo dia. valores de coeficiente de variação (n=3) inferiores a 4,5 % foram obtidos para a área do pico cromatográfico. a média dos tempos de retenção e o desvio padrão (n = 3) calculado foi 12,18 ±0,04 minuto. estes resultados mostram a precisão instrumental. a distribuição dos pontos para a média de área e a relação de área média sobre concentração em função da concentração de 5-hmf estão apresentadas na figura 3. observa-se proporcionalidade da resposta do detector no intervalo de concentração estudado. o resultado médio do fator de resposta (frn) e o respectivo desvio padrão (n=3) para 5hmf estão apresentados na tabela 2. o valor de frn foi calculado para soluções com concentrações de 0,7839mg kg-1 a 5,3326mg kg-1. a partir dos valores de frn dos padrões e área (resposta do detector) obtidos para 5-hmf em amostras de xarope, resultantes da inversão da sacarose determina-se a concentração do analíto de interesse empregando-se a equação 1. os valores de limite de quantificação, limite de detecção, sensibilidade, intervalo de trabalho, precisão, recuperação média e os valores de desvio padrão obtidos para análises realizadas em três níveis de concentração estão dispostos na tabela 2. o limite de quantificação (lq) determinado foi de 0,2098 mg kg-1 e o limite de detecção foi 18 ecl. quím., são paulo, 31(1): 13-20, 2006 ������ � �������� �� ����� �� �� � �� �� 2��j7" �&�lj6?�: 4&�:�6k k�� ��������� m�4m�� o��, ,�21./ " ,0,, ������� �� ������a m�� o��, 0�/-*g p /�**.1 ����� � '�4���������������m5+ ,�0/ ,�*--3 �� o��, )q ,0,r, .�02/* �� o��, )q ,0.r, ���������� '5+ ����� r (� .�/13�� o��, )q ,0,r* �im�� o��, 0�.0g�(m�� o��, 0�01.g 7� " ,0,,r (� ,�2,r0�0/ de 0,0629 mg kg-1. os valores médios (n=3) de recuperação variaram de 101 a 102% com desvio padrão entre 1 e 3 nos três niveis de concentração estudados e estão de acordo com os valores recomendados, ou seja cv menor que 16 [6]. embora a eficiência de uma metodologia analítica deva ser continuamente avaliada, os parâmetros de validação determinados permitem que os métodos descritos sejam aplicados em amostras para o controle do processo de produção de phb. conclusão a otimização das condições experimentais e a determinação dos principais parâmetros de validação demonstraram que os métodos cromatográficos propostos podem ser empregados para a análise de 5-hidroximetifurfural e açúcares (sacarose, glicose e frutose) em amostras do processo de produção do poli(3-hidroxibutirato). agradecimentos ao convênio estabelecido entre a fundação de apoio à ciência, tecnologia e educação (facte) e a phb industrial s/a. recebido em: 14/09/2005 aceito em : 08/12/2005 referências [1] j. g. c. gomez, c.l. bueno netto, rev. bras. eng. quím., 17(1997)24 [2] e.a. dawes, p.j. senior. advances in microbial physiology. academic press california, 10(1973)136. 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[6] r. wood, trends anal. chem., 18(1999)624. 19ecl. quím., são paulo, 31(1): 13-20, 2006 a. f. dos santos, c. a. ribeiro, l. polese, j. r. ernandes, s. m. kesserlingh, r. v. nonato. determination of validation parameters to chromatographic methods in 5-hydroxymethilfurfurol and sugar analysis to samples from production process of biodegradable polymer. abstract: the efficiency of methods for the analysis of 5-hydroxymethylfurfural by high performance liquid chromatography with ultraviolet detection (hplc-uv) and determination of sucrose, glucose and fructose by hplc with refractive index detection (hplc-ri) was evaluated. after optimization of the analytical conditions, the main validation parameters (linearity, quantification limit, detection limit, recovery, sensitivity and precision) were determined and demonstrated that the analytical procedures could be applied to control the process of poly(3-hydroxybutyrate) production. keywords: liquid chromatography; sugars; 5-hydroxymethylfurfural; poly(3-hydroxybutyrate) eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100004 contribuição da cidade de botucatu sp com nutrientes (fósforo e nitrogênio) na eutrofização da represa de barra bonita josé pedro serra valente* pedro magalhães padilha* assunta maria marques da silva* resumo: as concentrações de nutrientes (fósforo e nitrogênio) na nascente, cidade e foz do ribeirão lavapés/ botucatu-sp foram avaliadas e comparadas com as do rio capivara. o rio capivara como o ribeirão lavapés, possui nascente no alto da cuesta e desemboca suas águas na represa de barra bonita/ rio tietê (figura 1). o rio capivara possui uma das nascentes próxima a uma do ribeirão lavapés e, ambos possuem a foz próxima uma da outra na represa de barra bonita. o uso e tipo de solo nas margens de ambos cursos d´águas são bastante parecidos, o que implica em uma poluição rural semelhante, assim a grande diferença que afeta a qualidade da água, entre os dois cursos d´águas é a poluição urbana, na cidade de botucatu (ribeirão lavapés). deste modo procurou-se avaliar a contribuição de nutrientes (fósforo e nitrogênio) do ribeirão lavapés e rio capivara na represa de barra bonita , e estimar a carga retida no lodo do ribeirão lavapés e a despejada na represa em função dos lançamentos de esgotos sanitários no mesmo, na cidade de botucatu. o trabalho foi realizado em um período de seca, sem alagamentos, o que permitiu medir as vazões próximas da foz e avaliar a carga diária, no período, de nutrientes lançados na represa. foram avaliados também, oxigênio dissolvido, demanda química do oxigênio e condutividade elétrica. embora os resultados sejam estimativos e variáveis no tempo, podemos concluir que a poluição na cidade de botucatu por esgoto sanitário além de inviabilizar o uso da água no seu percurso, e causar outros prejuízos, contribui para agravar a eutrofização na represa de barra bonita. palavras chaves: fósforo; nitrogênio; eutrofização; ribeirão lavapés; represa de barra bonita, carga de nutriente. introdução http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back praticamente todo o esgoto sanitário de botucatu-sp, uma cidade com cerca de 100 mil habitantes, é lançado no ribeirão lavapés sem tratamento.6,13 segundo cálculo realizado pela sabesp de botucatu em 1994, a descarga de águas servidas no ribeirão lavapés é de aproximadamente 600 l s-1, o que eqüivale a 51.840 m3 dia-1. ao volume de água natural do ribeirão lavapés são acrescido, cerca de 30.000 m3 dia-1 bombeados do rio pardo para abastecer a cidade de botucatu. o ribeirão lavapés atravessa a cidade e despeja suas águas na represa de barra bonita, cerca de 21 km a jusante da cidade.6,13 a represa de barra bonita tem sido considerada um exemplo de aproveitamento múltiplo das águas, seja energético, turístico (passeio de barcos), lazer (muitas casas de veraneio em suas margens e banhos de praias), pesca (amadora e profissional) e, é praticamente o início da hidrovia tietêparaná. no entanto diversas razões têm limitado a exploração plena do potencial de recursos naturais existentes. a qualidade da água, a falta de infra-estrutura em saneamento básico local agravada pelo fato de se tratar de águas oriundas da capital têm acelerado o processo de eutrofização comprometendo sob todos os aspectos a ampliação das atividades na área.5 neste reservatório, a eutrofização cultural é resultado do aporte de despejos domésticos, industriais e fertilizantes químicos empregados nos cultivos distribuídos por toda a bacia hidrográfica. a água apresenta alta condutividade e grandes concentrações de nutrientes inorgânicos oriundos das terras agrícolas.9 um dos aspectos mais característicos do fenômeno de eutrofização dos lagos e reservatórios é o crescimento exagerado de organismos aquáticos autotróficos, particularmente algas plantônicas (fitoplâncton) e ervas aquáticas (macrófitas). a associação entre a eutrofização e a excessiva produção fitoplantônica é tão direta que é utilizada por vários autores como a própria definição de eutrofização.8 henderson-selles, citado por nogueira,8 afirma que o crescimento e a proliferação de macrófitas e fitoplâncton depende da disponibilidade de cerca de dezenove nutrientes, entre eles, carbono, hidrogênio, oxigênio, enxôfre, potássio, cálcio, magnésio, nitrogênio, fósforo, molibdênio e outros. a maior parte destes é necessário em quantidades mínimas, traços somente. oxigênio, carbono, nitrogênio e fósforo são entretanto, necessários em maior quantidade. são fontes naturais de nitrogênio: chuva, material orgânico e inorgânico de origem alóctone e a fixação de nitrogênio molecular dentro do próprio lago.4 uma das características importantes do processo de fertilização das águas é o efeito cumulativo de nutrientes; a maior parte dessas substâncias, quando introduzidas em um reservatório, fica retida nos vários níveis tróficos do ecossistema aquático; em razão desse efeito cumulativo, o potencial de crescimento das algas vai aumentando gradativamente no decorrer do tempo e pode produzir uma quantidade de matéria orgânica igual ou mesmo maior do que aquela que chega ao reservatório, decorrente de uma possível assimilação molecular atmosférico pelas algas cianofíceas e por bactérias, (wetzel, citado em jureidini5). de acordo com esteves3,4 e tundisi,12 a eutrofização causa diversos prejuízos, tais como: • aumenta em demasia a quantidade de plantas aquáticas submersas (por exemplo, algas) e flutuantes (macrófitas) que podem dificultar a navegação de barcos. • alguns tipos de algas são tóxicas e liberam toxinas, outras causam sabor na água de abastecimento, e outras ainda, causam mal cheiro parecido com o do inseticida bhc. • o excesso de plantas aquáticas, quando morrem vão para o fundo e entram em decomposição, provocando o consumo de grandes quantidades de oxigênio. • o aguapé (eichhornia crassipes) e alface d'água (pistia stratiotes), por exemplo, liberam o oxigênio da fotossíntese para fora do corpo d'água, e quando em excesso provocam sombreamento evitando a fotossíntese de algas. tornam o meio propício para a deposição de larvas de insetos causadores de doenças. causam dificuldades à navegação e podem entupir turbinas. quando morrem geram excesso de matéria em decomposição, que consome oxigênio e geram gases tóxicos, corrosivos e de mal cheiro. adsorvem e absorvem metais pesados e nutrientes da água o que poderia ser benéfico se estas plantas fossem tiradas do meio aquático, no entanto isso raramente ocorre por falta de local adequado para dispor as mesmas, e a presença de metais pesados impede a sua adição no solo para uso agrícola, pois isto causaria contaminação do mesmo. dentre os problemas causados pela eutrofização, pode-se citar: • alteração da acidez da água (ph), pois consome gás carbônico pela absorção fotossintética (varia do dia para a noite). a alteração na acidez pode causar a morte de determinadas formas de vida aquáticas. enfim, a eutrofização causa grande desequilíbrio ecológico, com diminuição do número e quantidade das espécies aquáticas. torna o meio impróprio para o lazer, o qual converte-se num local de disseminação de doenças, e pode diminuir a atividade piscícola. assim, neste trabalho avaliamos a contribuição de nutrientes (fósforo, nitrogênio e cálcio), com origem na cidade de botucatu, para a eutrofização da represa de barra bonita. foram avaliados também oxigênio dissolvido, demanda química do oxigênio e condutividade elétrica. material e métodos equipamentos: • espectrofotômetro • ph-metro de campo •sistemas de refluxo para nitrogênio •frscos para oxigênio dissolvido •provetas de 1.000 ml com tampa •termômetro •altímetro •garrafa de coleta •trena reagentes: os reagentes foram os pertinentes ao método utilizado e de grau analítico pa. métodos: os métodos utilizados foram os recomendados pelo standard methods for the examination of water and wastewater.10 temperatura a temperatura foi determinada através de um termômetro de mercúrio. ph o ph foi determinado com potenciômetro digital methron. dqo a dqo foi deterninada pelo método da digestão com dicromato em meio ácido e titulação com sulfato ferroso amoniacal. od o od foi determinado pelo método de winkler modificado pela azida sódica. oxigênio consumido o oxigênio consumido pelo determinado pelo método do permanganato de potássio. condutividade elétrica a condutividade elétrica foi determinada com um conditivimêtro. nitrogênio total o nitrogênio total kjeldahl foi determindado com um espectrofotômetro pelo método do reagente de nessler. coleta de amostras2,11 em cada coleta de água foram anotados dados como horário, temperatura do ar, temperatura da água, aspecto e odor da água. a vazão foi obtida através do método do flutuador. calculava-se a profundidade média do ribeirão no ponto de coleta, media-se a largura e cronometrava-se o tempo necessário para que uma bóia percorresse uma distância de 10 m, entre dois pontos fixos. a água para análise do oxigênio dissolvido foi coletada em frascos padrões de referência. nos locais mais profundos utilizamos uma garrafa de aço onde eram colocados os frascos de od. para a análise dos demais parâmetros a água foi coletada em frascos ou garrafões de polietileno. resultados e discussão para avaliar a contribuição de nutrientes (fósforo e nitrogênio) na eutrofização da represa de barra bonita foram realizadas determinações físico-químicas no ribeirão lavapés e rio capivara cujos resultados se encontram nas tabelas 1 a 6. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 notação e unidades de resultados para as tabelas 1 a 6 e figuras 2 a 7: od = oxigênio dissolvido = mg l-1 dbo = demanda bioquímica de oxigênio = mgo2l-1 dqo = demanda química de oxigênio = mgo2l-1 oc = oxigênio consumido = mgo2l-1 nitrogênio total = mg l-1 mgo2l-1 fosfato total = mg l-1 dureza total = mgcaco3 l-1 temperatura = ºc condutividade elétrica = m siemens cm-1 vazão = l s-1 nas. cap. = nascente do rio capivara nas. lav. = nascente do ribeirão lavapés foz cap. = foz do rio capivara foz lav. = foz do ribeirão lavapés http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 a comparação entre a dqo na cidade (média 114 mgo2 l -1) e na foz (média 10,6 mgo2 l -1) e o od na cidade (zero) e na foz (média 3,5 mg l-1 ), permite concluir que o esgoto sanitário lançado pela cidade de botucatu no ribeirão lavapés chega quase totalmente depurado em sua foz. no entanto a qualidade da água, na foz do mesmo, está muito alterada em relação a sua nascente; isto pode ser estimado pelo aumento da condutividade elétrica (na nascente em média 23 msiemens cm1, e na foz 138,7 msiemens cm-1). podemos estimar pelo acréscimo nas concentrações de nitrogênio total, fosfato total e dureza total (foz em relação a nascente), que os íons nitrato, fosfato e cálcio estão entre as espécies química iônicas que contribuem para a mudança de qualidade de qualidade da água na represa. estes íons contribuem para o agravamento da eutrofização da represa. os resultados referentes a determinação da carga de nutrientes no ribeirão lavapés e rio capivara são mostrados nas tabelas 7 a 11. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab11 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab7 analisando os resultados apresentados nas tabelas 6 a 10, observa-se que o aumento de carga de nutrientes desembocado na represa de barra bonita deve-se ao esgoto sanitário. na tabela 9 percebe-se que a diferença na foz, considerando como padrão as concentrações das nascente e ajustando as concentrações para uma mesma vazão (lavapés), os resultados das cargas se invertem radicalmente em função dos despejos de esgotos na cidade de botucatu: +29,2% vai para +80%; -28,6% vai para +66,7% e -20,8% vai para +27,6%. a diferença apresentada na tabela 10 deve-se a precipitação no decorrer do percurso, mesmo assim a parte solúvel ou arrastada é alta. os resultados de oxigênio dissolvido e demanda química de oxigênio na foz no ribeirão lavapés mostram que o mesmo praticamente depurou os esgotos domésticos nele lançado, no entanto a alta condutividade elétrica permite concluir que os produtos da depuração contribuem para alterar a qualidade da água da represa de barra bonita/rio tietê, onde se destacam os nutrientes. conclusão embora os resultados sejam estimativos e variáveis no tempo, podemos concluir que a poluição na cidade de botucatu por esgoto sanitário além de inviabilizar o uso da água no seu percurso, e causar outros prejuízos, contribui para agravar a eutrofização na represa de barra bonita. assim torna-se necessário que haja tratamento dos esgotos, nas cidades, não só até o nível secundário, mas também a nível terciário. agradecimento os autores agradecem a colaboração dos técnicos evandro paganini listoni e vânia aparecida de oliveira pelo apoio técnico. valente, j. p. s., padilha, p. m., silva, a. m. m. da. contribution of botucatu sp with nutrients (phosphorus and nitrogen) to the eutrophication of the barra bonita dam. ecl. quim. (são paulo), v.22, p.31-48, 1997. abstract: it was compared the level content of nutrients (phosphorus and nitrogen) at the lavapés brook with level content at source an cross-tow (domestic sewage discharge) and also with the level/ content at source and mouth the capivari river. the head-waters of the capivari river, as well as those of the lavapés brook, are on the highlands (at the top the sierra/ mountain-range) and http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab9 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab6 its waters flow into the barra bonita dan on the tietê river (figure 1). one of its sources is near a lavapés source and their mouths are close to each other at the barra bonita dam. along the banks of both streams the use of land and the types of soil are alike, which implies in a similar rural pollution; so, what makes the difference in water quality between them is the urban pollution affecting the lavapés brook in botucatu. therefore it was evaluated the contribution of nutrients (phosphorus and nitrogen) to the barra bonita dam of the capivari river and the lavapés brook. taking into account the domestic sewage carried into the lavapés brrok in botucatu, it was estimated the nutrient load of its silt (kept in its silt) and the one discharged into the barra bonita dam. the study was conducted during drought, without overflows, which made it possible to measure the near-mouth-flow and to evaluate the nutrient load daily discharged into the dam. it was also evaluated the dissolved oxygen, the chemical oxygen demand and the electrical conductivity. although the results are estimated and variabel in time we can conclude that pollution of the lavapés brook waters with domestic sewage in botucatu, besides making the use of its waters not viable and causing other (environmental) damage (financial losses), contributes to aggravating the eutrophication at the barra bonita dam. keywords: phosphorus; nitrogen; eutrophication; lavapés brook; barra bonita nutrient load. referências bibliográficas 1 caramaschi, e. p. distribuição da ictiofauna de riachos das bacias do tietê e do paranapanema junto ao divisor de águas (botucatu, sp). são carlos, 1986. tese (doutorado em centro de ciências biológicas e da saúde) universidade federal de são carlos. 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[ links ] recebido em 18.11.1996. aceito em 28.2.1997. * departamento de química instituto de biociências unesp 18600-000 botucatu sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22  são paulo  1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100004  introduction benzoic acid and some of its derivatives are used as conservant, catalyst precursors of polymers, in pharmaceutical industries, beyond other applications. a survey of literature shows that the complexes of rare earth and d-block elements with benzoic acids and some of its derivatives have been investigated in aqueous solutions and in the solid state. in aqueous solutions, the papers reported the thermodynamics of complexation of lanthanides by some benzoic acid derivatives [1], the spectroscopic study of trivalent lanthanides with several carboxylic acids including benzoic acid [2], the influence of ph, surfactant and synergic agent on the luminescent properties of terbium chelates with benzoic acid derivatives [3], the thermodynamic of complexation of lanthanides by benzoic and isophthalic acids [4] and the synthesis, crystal structure and photophysical and magnetic properties of dimeric and polymeric lanthanide complexes with benzoic acid and its derivatives [5]. in the solid state the papers reported the thermal stability and thermal decomposition of thorium salts with several organic acids, including 4-methoxybenzoic acid [6], as well as benzoic and m-hydroxybenzoic acids [7]; the thermal decomposition of nickel benzoate and of the nickel salt of ciclohexane carboxylic acid [8]; the thermal and spectral behaviour on solid compounds of benzoates and its methoxy derivates with rare earth elements [9-16]; the vibrational and electronic spectroscopic study of lanthanides and effect of sodium on the aromatic system of benzoic acid [17, 18]; the reaction of bivalent cooper, cobalt and nickel with 3-hidroxy-4-methoxy and 3-methoxy4-hidroxybenzoic acids and a structure for these compounds has been proposed on the basis of spectroscopic and thermogravimetric data [19]; the thermal decomposition of thorium salts of benzoic and 4-methoxybenzoic acids in air atmosphere [20]; the thermal and spectral behaviour on solid compounds of 5-chloro-2-methoxybenzoate with rare earth and d-block elements [21-24]; the synthesis and characterization of 2,3-dimethoxyben21ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 synthesis, characterization and thermal behaviour of solidstate compounds of 4-methoxybenzoate with lanthanum (iii) and trivalent lighter lanthanides e. c. rodrigues1, a. b. siqueira1, e. y. ionashiro1, g. bannach1 and m. ionashiro1 1instituto de química, unesp, c. p. 355, cep 14801 – 970 araraquara, sp, brazil abstract: solid-state m-4-meo-bz compounds, where m stands for trivalent la, ce, pr, nd and sm and 4-meo-bz is 4-methoxybenzoate, have been synthesized. simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and complexometry were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. the results led to information about the composition, dehydration, polymorphic transformation, ligand’s denticity, thermal behaviour and thermal decomposition of the isolated compounds. keywords: lighter lanthanides; 4-methoxybenzoate; characterization; thermal behaviour. zoates of heavy lanthanides and yttrium [25]; the thermal studies on solid compounds of phenyl substituted derivates of benzyllidenepyruvates with several metal ions [26, 27]; the spectral and magnetic studies of 2-chloro-5-nitrobenzoates of rare earth elements [28] and thermal behaviour of solid state 4-methoxybenzoates of some bivalent transition metal ions [29]. in this work 4-methoxybenzoates of la(iii), ce(iii), pr(iii), nd(iii) and sm(iii) were synthetized. the compounds were investigated by means of infrared spectroscopy, x-ray powder diffractometry, simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), differential scanning calorimetry (dsc) and other methods of analysis. experimental the 4-methoxybenzoic acid (4-meo-hbz) 98% was obtained from acros organics and purified by recrystallization. aqueous solution of na4-meo-bz 0.1 mol l-1 was prepared from aqueous 4-meo-hbz suspension by treatment with sodium hydroxide solution 0.1 mol l-1. lanthanum and lanthanide chlorides were prepared from the corresponding metal oxides (except for cerium) by treatment with concentrated hydrochloric acid. the resulting solutions were evaporated to near dryness, the residues were again dissolved in distilled water, transferred to a volumetric flask and diluted in order to obtain ca. 0.1 mol l-1 solutions, whose ph were adjusted to 5.5 by adding diluted sodium hydroxide or hydrochloric acid solutions. cerium (iii) was used as its nitrate and ca. 0.1 mol l-1 aqueous solutions of this ion were prepared by direct weighing of the salt. the solid state compounds were prepared by adding slowly, with continuous stirring, the solution of the ligand to the respective metal chloride or nitrate solutions, until total precipitation of the metal ions. the precipitates were washed with distilled water until elimination of the chloride (or nitrate) ions, filtered through and dried on whatman no42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride, under reduced pressure to constant mass. in the solid state compounds, hydration water, ligand and metal ion contents were determined from tg curves. the metal ions were also determined by complexometric titrations with standard edta solution, using xylenol orange as indicator [30, 31]. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-5000 x-ray diffractometer, employing cu kα radiation (λ = 1.541 ) and settings of 40 kv and 20 ma. infrared spectra for na-4-meo-bz as well as for its metal-ion compounds were run on a nicolet model impact 400 ft-ir instrument, within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. simultaneous tg-dta curves were obtained with thermal analysis system model sdt 2960 from ta instruments. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1. a heating rate of 20 ºc min-1 was adopted with samples weighing about 7 mg. platinum crucibles were used for recording the tg-dta curves. dsc curves were obtained with thermal analysis systems model dsc 25 from mettler toledo. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1. a heating rate of 20ºc min-1 was adopted with samples weighing about 5 mg. aluminium crucibles, with perforated cover, were used for recording the dsc curves. computational strategy. calculation of the theoretical infrared spectrum of lanthanum 4methoxybenzoate is necessary to evaluate the structure and wave function computed by the ab initio scf hartree-fock-roothan method [32] using a split valence (lanl2dz) basis set [33-36]. the performed molecular calculations in this work were done by using the gaussian 98 routine [37] and the hardware used was ibm power 3. the geometry optimization was carried out without any constraints. the molecule of 4-methoxybenzoate contain rings with conformational flexibility, all variables were optimized. the optimization proceeded make uniformly when all variables were optimized. results and discussion the analytical and thermoanalytical (tg) data are shown in table 1. these results establish the stoichiometry of these compounds, which are 22 ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 in agreement with the general formula ml3.nh2o, where m represents trivalent la, ce, pr, nd or sm, l is 4-methoxybenzoate and n=2; 1.5; 2; 2.5 and 0, respectively. the x-ray diffraction powder patterns (fig. 1) show that all the compounds have a crystalline structure and only the la and pr show evidence for formation of isomorphous compounds. infrared spectroscopic data on 4-methoxybenzoate and its compounds with trivalent metal ions considered in this work are shown in table 2. the investigation was focused mainly within the 1700–1400 cm-1 range because this region is potentially most informative to assign coordination sites. in the sodium 4-methoxybenzoate, strong bands located at 1543 cm–1 and 1416 cm–1 are attributed to the anti-symmetrical and symmetrical frequencies of the carboxylate groups, respectively [38,39]. in the compounds considered in this work analysis of the frequencies of the νas and νsym (coo-) bands shows that the lanthanides are linked to the carboxylic group by a bidentate bond with an incomplete equalization of bond lengths in the carboxylate anion; this is in agreement with the literature [40]. the theoretical infrared spectrum of anhydrous lanthanum compound was calculated by using a harmonic field [41] and the obtained frequencies were not scaled. the geometry optimization was computed by the optimized algorithm of berny [42]. 23ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 table 1. analytical and thermoanalytical (tg) data of the compounds. metal/% loss/% water% compounds calcd. edta tg calcd. tg calcd. tg residuea la(l)3.2h2o 22.11 22.28 22.04 68.34 68.30 5.74 5.85 la2o3 ce(l)3.1.5h2o 22.58 22.23 22.26 67.91 68.26 4.36 4.40 ceo2 pr(l)3.2h2o 22.35 22.44 22.37 67.28 67.32 5.72 5.66 pr6o11 nd(l)3.2.5h2o 22.44 22.25 22.65 66.82 66.98 7.04 6.60 nd2o3 sm(l)3 24.90 25.01 25.34 71.12 70.62 sm2o3 l means 4-methoxybenzoate a all residues were confirmed by x-ray powder diffractometry table 2. spectroscopic data for sodium 4-methoxybenzoate and compounds with some trivalent íons.a compound νoh(h2o) νas(coo-)b (cm-1) νsym(coo-)b (cm-1) ∆νc nal la(l)3.2h2o ce(l)3.1.5h2o pr(l)3.2h2o nd(l)3.2.5h2o sm(l)3 3470br 3443br 3431br 3439br 1543s 1524s 1522s 1522s 1522s 1508s 1416s 1421s 1416s 1418s 1416s 1387s 127 103 106 104 106 121 br – broad; s – strong; l = 4-methoxybenzoate; νoh=hydroxyl group stretching frequency; νsym and νasymcoo= symmetrical and anti-symmetrical vibrations of the coo structure. 24 ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 figure 1. x-ray powder diffraction patterns of the compounds (a) la(l)3.2h2o; (b) ce(l)3.1.5h2o; (c) pr(l)3.2h2o (d) nd(l)3.2.5h2o (e) sm(l)3; (l=4-methoxybenzoate). the obtained geometry from calculations is presented in figure 2 and table 3. the theoretical infrared spectrum (electronic state 1a) was obtained with frequency values (cm-1), relative intensities, assignments and description of vibrational modes. a comparative analysis between the experimental and theoretical spectrum shows the following conclusions: (a) the first assignment shows a strong contribution at 1524 cm-1 suggesting a νasym(coo-) assignment, while the theoretical results show the corresponding peak at 1550 cm-1 with discrepancies of 1.7 % (b) the second assignment shows a strong contribution at 1421 cm-1 suggesting a νsym(coo-) assignment, while the theoretical results show the corresponding peak at 1410 cm-1 with discrepancies of 0.8% (c) the third assignment shows both experimental and theoretical ?ν values (νasym(coo-)-νsym(coo-)) are near of the sodium methoxybenzoate ?ν value (?νna = 127; ?νexp = 103; ?νtheor = 140) , reinforcing the suggestion that the compounds considered in this work the metal ions are linked to the carboxylic group by a bidentate bond. simultaneous tg-dta curves of the compounds are shown in figs 3, 6-9. these curves show mass losses in steps, corresponding to endothermic peaks due to dehydration and crystalline transition or exothermic peaks attributed to oxidation of the organic matter. in all the tg-dta curves, the mass loss profile shows that the sample temperature is greater than the oven temperature, indicating that the oxidation of the organic matter is accompanied by the combustion. the thermal stability of the anhydrous compounds as well as the thermal behaviour of the compounds is heavily dependent on the nature of the metal ion as shown by the tg-dta curves, and so the features of each compound are discussed individually. lanthanum compound. the simultaneous tg-dta curves are shown in fig. 3. these curves show mass losses in steps and thermal events corresponding to these losses or due to the crystalline phase transition. the first mass loss observed between 77-136ºc (tg), corresponding to an endothermic peak at 120oc (dta) is due to the hydration water; it reflects the loss of 2h2o (calcd. = 5.74%; tg = 5.85%). the anhydrous compound is stable up to 285oc, and above this temperature the mass loss occurs in two steps. the first mass loss observed between 285 and 490oc, corresponding to an exotherm with three peaks at 430, 455 and 490o with loss of 62.89% is attributed to the oxidation of the organic matter. in this step 25ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 figure 2. proposed structure 3d (a) and 2d (b) of solid-state anhydrous compound lanthanum (iii) with 4-methoxybenzoate (gaussian 98). table 3. theoretical geometries parameters of la(l) 3 anhydrous compound. d la – ocoo 2.54 å d ccoo − ocoo 1.29 å d ccoo – cring 1.46 å d cr – cring 1.39 å d cring – hring 1.07 å d cring – omeo 1.37 å d cmeo – omeo 1.44 å d cmeo – hmeo 1.08 å d cmeo – cmeo 16.32 å < ocoo – ccoo – ocoo 116.63º < ocoo – la – ocoo 64.34o < cmeo – la – cmeo 30.56º < cring – omeo – cmeo 121.88o < cring – cring – cring 120.55º < ocoo – ccoo – cring 121.69o key: la = lanthanum; l=4-methoxybenzoate; d = atoms distance; < = atoms angle; coo= carboxylate; ring = benzene ring; meo = methoxy group. the tg-dta profiles show that the oxidation is accompanied by combustion with the formation of carbonaceous residue and intermediate compound derivative of carbonate. tests with hydrochloric acid solution on samples heated up to 500oc, confirmed the elimination of co2 and presence of carbonaceous residue. the last step that occurs between 490 and 720oc, corresponding to the both small exotherm followed by an endotherm with loss of 5.41% are attributed to oxidation of the carbonaceous residue and thermal decomposition of the intermediate, leading to the lanthanum oxide, la2o3. the small endothermic peak at 272oc, without mass loss in the tg curves, is due to the enantiotropic polymorphic transformation, which was confirmed by x-ray powder diffraction patterns (fig.4) and tg-dta curves (fig.5). 26 ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 figure 3. tg-dta curves of la(l)3.2h2o (l=4methoxybenzoate); m = 6.8678 mg. figure 4. x-ray powder diffraction patterns of the: a) la(l)3.2h2o; b) la(l)3.2h2o heated up to 280oc. figure 5. tg-dta curve of heating and cooling of the compound la(l)3.2h2o. cerium compound. the simultaneous tgdta curves are shown in fig. 6. these curves show mass losses in three steps, between 58 and 417oc. the first mass that occurs up to 122oc, corresponding to an endothermic peak at 110oc is due to the dehydration with loss of 1.5h2o (calcd. = 4.36%, tg = 4.40%). the anhydrous compound is stable up to 260oc, and above this temperature the thermal decomposition occurs in two overlapping steps between 260-350oc and 350-417oc with losses of 10.88% and 57.38%, respectively corresponding to an exothermic peak at 417oc attributed to the oxidation reaction of ce(iii) to ce(iv), together with the oxidation of the organic matter. the tg-dta profiles, also show that the oxidation of the organic matter is accompanied by combustion, and the final residue is the cerium (iv) oxide, ceo2. the small endothermic peaks at 255oc and 268oc without mass loss in the tg curve are due to the monotropic and enantiotropic polymorphic transformations, respectively. praseodymium compound. the simultaneous tg-dta curves are shown in fig. 7. these curves show mass losses in three steps, between 54 and 580oc. the first mass loss observed up to 122oc, corresponding to an endothermic peak at 106oc is due to the dehydration with loss of 2h2o (calcd. = 5.72%, tg = 5.66%). the anhydrous compound is stable up to 290ºc and above this temperature the thermal decomposition also occurs in two overlapping steps, between 290440oc and 440-580oc with losses of 35.26% and 32.06%, respectively, corresponding to the exothermic peaks at 424oc and 523oc attributed to the oxidation reaction of pr(iii) to pr6o11, together with the oxidation of the organic matter. the tg and dta profiles in the last step also show that the oxidation of the organic matter is accompanied by combustion, with the formation of praseodymium oxide, pr6o11. the small endothermic peak at 270oc without mass loss in the tg curve is due to the enantiotropic polymorphic transformation. neodymium compound. the simultaneous tg-dta curves are shown in fig. 8. these curves show mass losses in steps and thermal events corresponding to these losses or due to crystalline phase transition. the first mass loss that occurs between 45 and 120oc, corresponding to an endothermic peak at 110oc is due to hydration water, with loss of 2.5 h2o) (calcd. = 7.04%, tg = 6.60%). the anhydrous compound is stable up to 305oc, and above this temperature the thermal 27ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 figure 6. tg-dta curves of ce(l)3.1.5h2o (l=4-methoxybenzoate); m = 6.9344 mg. ’ figure 7. tg-dta curves of pr(l)3.2h2o (l=4methoxybenzoate); m = 7,0770 mg. figure 8. tg-dta curves of nd(l)3.2.5h2o (l=4-methoxybenzoate); m = 7.5070 mg. decomposition occurs in four steps. the three first steps that occur through overlapping ones, between 305-429oc, 429-500oc and 500-590oc with losses of 40.50%, 13.50% and 12.98%, respectively, corresponding to the exothermic peaks at 429oc, 473oc and 548oc, are attributed to oxidation of the organic matter with the formation of an intermediate. test with hydrochloric acid solution on sample heated up to 590oc, confirmed the elimination of co2 and calculations based on the mass loss observed in the tg curve is in agreement with the formation of a mixture of neodymium dioxycarbonate and oxide in no simple stoichiometric relation. the last step observed between 590 and 740oc, the mass loss occurs through a slow process, attributed to the thermal decomposition of the intermediate to the respective oxide, nd2o3. in correspondence with the mass loss, no peak is observed in the dta curves and this is probably due to the heat involved in this step is insufficient to produce a thermal event. the small endothermic peak at 270oc without mass loss in the tg curve is due to the enantiotropic polymorphic transformation. samarium compound. the simultaneous tg-dta curves are shown in fig. 9. these curves show mass losses in three steps between 299 and 740oc and exothermic peaks in correspondence with the two first steps. the two first mass losses that occur through a fast process between 299415oc and 415-490oc, corresponding to the exothermic peaks at 415oc and 490oc are attributed to the oxidation of the organic matter. the tg and dta profiles in both steps show that the oxidation of the organic matter is accompanied by combustion, with the formation of a mixture of samarium dioxycarbonate and oxide in no simple stoichiometric relation, as already observed in the neodymium compound. the last mass loss observed between 490 and 740oc, that occurs through a slow process without thermal event, is ascribed to the thermal decomposition of samarium dioxycarbonate to the respective oxide, sm2o3. the small endothermic peaks at 240oc and 270oc without mass loss in the tg curve are due to the monotropic and enantiotropic polymorphic 28 ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 figure 10. x-ray powder diffraction patterns of the: a) sm(l)3; b) sm(l)3 heated up to 260oc; c) sm(l)3 heated up to 280oc. figure 9. tg-dta curves of sm(l)3 (l=4methoxybenzoate); m = 7.3414 mg. transformations respectively, which was confirmed by x-ray powder diffraction patterns (fig.10), and tg-dta curves (fig.11). for all the compounds the enantiotropic polymorphic transformation is in agreement with the literature data [13, 15, 16], except the temperatures where all the thermal events occurs; and these differences are undoubtedly because the tg and dtacurves were obtained in conditions enough different. the monotropic polymorphic transformations observed for the cerium and samarium compounds, were not observed in the refs. 13, 15 and 16. the dsc curves of the compounds are figure 11. tg-dta curve of heating and cooling of the compound sm(l)3. shown in fig.12. these curves show endothermic and exothermic events that all accord with the mass losses observed in the tg curves and endothermic peaks due to crystalline phase transition. the endothermic peak at 130oc (la) and 125oc (ce, pr, nd) is due to dehydration. the dehydration enthalpies found for la, ce, pr and nd compounds were: 139.6, 57.2, 69.1 and 79.0 kj mol-1, respectively. the broad exotherms observed for all compounds between 350oc and ≥ 600oc, without the appearance of definitive peaks, are attributed to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of the organic matter takes place in consecutive steps except for the cerium compound. the small endothermic peaks at 255ºc (ce) and 245 ºc (sm) are due to monotropic polymorphic transformation, and the small endothermic peaks at 268oc (ce), 275oc (la, pr, sm) and 282oc (nd) are attributed to the enantiotropic polymorphic transformation. the dsc curves also show that the oxidation of the organic matter are still being observed up to 600oc, (580oc for the samarium compound), while the tg and dtg curves display temperatures that do not exceed 550oc. this difference is undoubtedly provoked by the crucible with perforated cover used to obtain the dsc curves, while a crucible without perforated cover is used for recording the tg and dtg curves. 29ecl. quím., são paulo, 31(1): 21-30, 2006 figure 12. dsc curves of the compounds: a) la(l)3.2h2o (4.8 mg); b) ce(l)3.1.5h2o (5.7 mg); c) pr(l)3.2h2o (4.8 mg); d) nd(l)3.2.5h2o (5.0 mg) and e) sm(l)3 (5.2 mg). conclusions from analytical and thermoanalytical (tg) results a general formula could be established for these compounds in the solid state. the x-ray powder patterns pointed out that the synthesized compounds have a crystalline structure and only the la and pr show evidence concerning to the formation of isomorphous compounds. the infrared spectroscopic data suggest that the 4-meo-bz acts as a bidentate ligand towards the metal ions considered in this work. the tg-dta and dsc curves provided previously unreported information about the thermal behaviour and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank fapesp (proc. 97/126468), cnpq and capes foundations (brazil) for financial support and computational facilities of iqunesp and cenapad-unicamp. recebido em : 07/12/2005 aceito em : 24/01/2006 references [1] s. j. yun, s. k. kang, s. s. yun, thermochim. acta 331(1) (1999) 13. 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lantanídeos leves; 4–metoxibenzoato; caracterização e comportamento térmico. peroviskitas lasrnio3 como cátodo para células a combustível de óxido sólido (sofc) eclética química, 38, 76-84, 2013 76 peroviskitas lasrnio3 como cátodo para células a combustível de óxido sólido (sofc) k. s. m. g. sousa 1 ; a. n. c. s oliveira 2 , 1 departamento de engenharia química, universidade federal da paraíba, karlasilvana@ct.ufpb.br 2 graduanda em engenharia química, universidade federal da paraíba, carvalhoanallyne@hotmail.com resumo: devido a alta temperatura de operação da célula a combustível de óxido sólido (sofc), somente os metais nobres ou o óxido condutor eletrônico podem ser usados como materiais do cátodo. a escolha do material do eletrodo depende da aplicação alvo, do material cerâmico específico do eletrólito, da faixa de temperatura de operação desejada, do projeto eletroquímico da célula e dos métodos cerâmicos específicos de fabricação. o objetivo desse trabalho é apresentar uma revisão bibliográfica sobre o material utilizado para compor uma célula a combustível de óxido sólido (sofc) e o funcionamento dela. palavras – chave: sofc, material, funcionamento. abstract: due to high operating temperature of the fuel cell solid oxide (sofc), only the noble metal or oxide electronic conductor can be used as the cathode material. the choice of electrode material depends on the target application, the specific ceramic electrolyte, the temperature range of desired operation, the electrochemical cell design and specific methods of ceramic manufacture. the aim of this paper is to present a literature review on the material used to compose a fuel cell solid oxide (sofc) and operating it. key words: sofc, material, operating. 1. introdução nos próximos anos, uma nova tecnologia de geração limpa de energia elétrica deve ganhar espaço para uso em veículos e estações geradoras de energia em residências, hospitais e pequenas indústrias. é a tecnologia das células a combustível. os principais componentes de uma célula a combustível são um íon com função de eletrólito, um cátodo e um ânodo, como mostrado esquematicamente na figura 1. no exemplo mais simples, um combustível, como o hidrogênio é trazido para dentro do compartimento do ânodo e um oxidante, o oxigênio normalmente, dentro do compartimento de cátodo. o oxigênio e o hidrogênio reagem produzindo água. desse modo a reação química de combustão direta é evitada pelo eletrólito, que separa o combustível do mailto:carvalhoanallyne@hotmail.com eclética química, 38, 76-84, 2013 77 oxidante. o eletrólito serve como uma barreira para a difusão de gás, mas deixa íons migrar através dela. assim, metade das reações celulares ocorre no ânodo e a outra metade no cátodo, produzindo íons que podem atravessar o eletrólito. por exemplo, se o eletrólito conduz íons óxido, o oxigênio será reduzido no cátodo para a produção de o 2 e consumo de elétrons, enquanto que os íons óxido, após migrar através do eletrólito, vão reagir no cátodo com o hidrogênio. fig. 1. esquemática de uma célula de combustível, composto de um eletrólito, um ânodo e um catodo. a reação química global é h2 + 1 / 2 o2 → h2o. as reaçoes dadas no anodo e no catodo são apropriados apenas para a realização de eletrólitos. de maneira a responder aos diversos desafios técnicos apresentados pelos sistemas elétricos convencionais, foram desenvolvidos diferentes tipos de células a combustível. são elas, as células a combustível de polímero sólido ou membrana de intercambio protônico (pem), ácido fosfórico (pafcs), carbonatos fundido (mcfcs), alcalinas e por fim as células a combustível de óxido sólido (sofc), que é o objetivo dessa revisão bibliográfica. 2. caracteristicas gerais de uma sofc estudos recentes foram publicados por ormerod e por singhal sobre demonstração de sofcs utilizando zircônia estabilizada com ítria (ysz), contendo tipicamente 8 mol% y, como eletrólito, um composto ni + composto de ysz como o ânodo e la 1-x sr x mno 3-y, (lantânio estrôncio manganita ou lsm) como cátodo. células a combustível de óxido sólido têm mostrado grande confiabilidade quando operado de forma contínua. por exemplo, um sistema de 100 kw fabricado pela siemens-westinghouse conseguiu produzir energia por mais de 20.000 horas sem qualquer degradação mensurável no desempenho. além disso, células a combustível oferecem flexibilidade de combustíveis, permitindo que uma variedade de hidrocarbonetos possam ser utilizados. no entanto, sofcs ainda são muito caras para ampla comercialização e as possibilidades de utilização direta de hidrocarbonetos combustíveis quase não foram exploradas. muitos dos desafios que impedem a tecnologia sofc são uma conseqüência das altas temperaturas exigidas para o seu funcionamento. altas temperaturas impedem o uso de metais, que normalmente têm menores custos de fabricação que as cerâmica, para qualquer um dos componentes não-eletroquímicos da célula a combustível e também aumentar a probabilidade de desenvolvimento de rachaduras em ciclos térmicos. eclética química, 38, 76-84, 2013 78 em reconhecimento destes desafios, há atualmente grandes esforços de pesquisas em andamento para reduzira temperatura de operação de sofc a 500-600 ° c (embora ainda 800 ° c é muitas vezes referida como temperatura reduzida de operação). 3. material para sofc a alta temperatura de operação da sofc de cerca de 1000 ° c é essencialmente ditada pela lenta taxas de transferência de oxigênio através do eletrólito em baixas temperaturas. isto combinado com os multicomponentes da natureza da célula a combustível e necessária expectativa de vida de vários anos restringe severamente a escolha de materiais para componentes das células. a exigencia comum de todos os componentes celulares são: a) a estabilidade química no ambiente de utilização da célula a combustível ( po2 > 20kpa no lado do cátodo e < 10 -7 no lado do ânodo) como também, compatibilidade com outros componentes da célula a combustível; b) estabilidade microestrutural; c) incompatibilidade de expansão térmica mínima entre os componentes de células diferentes (estrutura laminada); d) para os componentes estruturais, razoável força e resistência na temperatura de operação da célula, bem como razoável resistência térmica ao choque; e) baixa pressão de vapor para evitar a perda do material; 3.1. eletrólito células de combustível de alta eficiência exigem eletrólitos que, além das propriedades gerais descritas acima, deve desenvolver a condutividade de íon de oxigênio-suficiente (> 0,05 cm-s i) na temperatura de operação. os eletrodos porosos proporcionam sítios de reações eletroquímicas para a oxidação e redução dos gases, permitindo que subprodutos sejam removidos dos sítios da superfície, proporcionando caminhos para que os elétrons sejam transportados dos sítios de reação eletrólito/eletrodo para os interconectores. o interconector é um componente para interligar o ânodo de uma célula com o cátodo de outra permitindo que a tensão de saída possa ser aumentada para aplicações práticas. os mais utilizados são a base de lacro3 dopado com sr e mg, tanto para as configurações de células tubulares como planares, mas também se utilizam ligas metálicas e cermetos. estudos desenvolvidos apontam que materiais dopados com zircônia oferecem a melhor escolha possível esta fase. dopantes são selecionados a partir de um grande número de bivalentes, trivalente e óxidos metálicos (y2o3, yb2o3, sc2o3, cao, mgo, etc), que estabilizam a alta temperatura. 3.2. interconectores no conceito tubular, interligações dentro da célula são feitas com camadas de la1-x(sr, eclética química, 38, 76-84, 2013 79 mg)xcro3, essas camadas e as células são conectadas com níquel de feltro. camadas de interconectores cerâmicos (la1-x(sr, mg)xcro3) também são usados em pilhas monolíticas. no conceito de projeto planar, ha três opções de interconexão: cerâmica, metálicos (ligas de alta temperatura) e cermento. os metais tem as vantagens de alta condutividade elétrica e térmica que minimizam gradientes de temperatura em pilhas e é mais fácil de fabricar, mas requerem camadas resistentes à corrosão e incompatibilidade de expansão térmica. 3.3. ânodo do lado do ânodo a atmosfera é reduzida e os metais estão sendo usados como eletrodos (ni, co, ru, pt). a escolha preferida é o ni, devido ao seu baixo custo e resistência aceitável, mas há a desvantagem quanto o crescimento de grãos e de sinterização. ru tem melhor desempenho e estabilidade, mas é caro e muito tóxico. ni / ítriazircônia é o melhor material do ânodo nesta fase para conversão direta do metano na célula a combustível. 3.4. cátodo por causa da alta temperatura de operação da sofc, somente os metais nobres ou o óxido condutor eletrônico podem ser usados como materiais do cátodo. os metais nobres são inconvenientes para aplicações práticas por causa de seu custo proibitivo e insuficiente estabilidade em longos períodos. a escolha do material do eletrodo depende da aplicação alvo, do material cerâmico específico do eletrólito, da faixa de temperatura de operação desejada, do projeto eletroquímico da célula e dos métodos cerâmicos específicos de fabricação. superadas as dificuldades iniciais de obtenção de pós nanométricos, que oferecem maior área para a adsorção e dessorção das espécies gasosas para as sofcs, peculiaridades deletérias para o processamento cerâmico destes pós nanométricos provém da elevada área superficial específica e acentuado aumento do efeito das tensões superficiais. as aplicações mais comuns para estes materiais são como materiais do cátodo para células combustíveis de óxido sólido e como materiais do eletrodo para sistemas da geração do oxigênio. perovskitas de niquelato de lantânio dopado com estrôncio, lasrnio3 (lsn) e niquelato de lantânio dopado com cálcio, lacanio3 (lcn) podem oferecer excelente compatibilidade da expansão térmica com os eletrólitos de zircônia e proporcionar bom desempenho em temperaturas de operação convencionais de células sofcs, acima de 800°c, devendo também ser avaliadas como materiais alternativos para temperaturas inferiores a 800 o c. similar ao ânodo onde ocorre a oxidação do gás combustível (hidrogênio ou outros gases), o cátodo é uma estrutura porosa (~30% do volume) onde ocorre a redução do oxigênio, portanto deve permitir o transporte rápido do ar ou do o2 molecular e dos produtos gasosos (h2o, íons oxigênio e eventuais impurezas). para um melhor desempenho do cátodo uma alternativa é a eclética química, 38, 76-84, 2013 80 de materiais compostos dos pós do eletrólito misturados com materiais do eletrodo de estrutura perovskita (lsn). a incorporação do material do eletrólito ao material do cátodo tem mostrado uma melhoria de desempenho do eletrodo em temperaturas mais baixas pelo aumento de volume dos sítios ativos disponíveis para as reações eletroquímicas. 4. processamento de pósnanométricos o principal interesse no desenvolvimento de nanocompósitos de matriz cerâmica esta associado à possibilidade de melhoria nas propriedades mecânicas e de desgastes. vários métodos alternativos a mistura de óxidos são viáveis para a fabricação de pós nanométricos para eletrodos e eletrólitos cerâmicos, tais como: método de combustão, o processo sol-gel e a síntese química polimérica, entre outros. dos diversos métodos de síntese química existente o método pechini se destaca, por ser uma síntese que possibilita utilizar diferentes temperatura, diferentes proporções de ácido cítrico e cátions metálicos, permitir um controle na estequiometria, morfologia das partículas e/ou aglomerados, produtos monofásico e nanométricos. o método pechini se trata de um processo simples, que se origina de materiais com alta pureza, e leva a obtenção de pós com alta homogeneidade química e alta área de superfície. esse método baseia-se na formação de quelatos entre cátions metálicos, em solução aquosa com um ácido hidrocarboxílico. após a síntese da solução de citrato, é adicionado um poliálcool, para promover a polimerização entre o citrato do íon metálico e o etileno glicol. o aquecimento até temperaturas moderadas (100 ºc), sob atmosfera de ar, causa à reação de esterificação. durante o aquecimento nessa temperatura ocorre a poliesterificação resultando numa resina polimérica altamente viscosa. o polímero formado apresenta grande homogeneidade na dispersão dos cátions metálicos e um tratamento térmico adequado é realizado para a eliminação da parte orgânica e obtenção da fase desejada. na síntese dos precursores poliméricos, os pós obtidos podem ser processados por moagem de alta energia, que é uma técnica de processamento de pós que permite a produção de materiais homogêneos partindo da mistura de pós elementares. desenvolvida a partir da década de 1960, é utilizada para obter materiais nanoestruturados, reações no estado sólido, materiais amorfos, ligas metaestáveis e soluções sólidas supersaturadas. 4.1. preparação dos filmes finos como já foi dito, no método dos precursores poliméricos ocorre a formação de uma resina polimérica produzida por intermédio de uma poliesterificação entre os complexos do metal quelado usando ácidos alfa-hidroxicarbólicos (ácido cítrico) e um polihidroxi-álcool (etileno glicol). neste processo o ácido cítrico é o agente eclética química, 38, 76-84, 2013 81 quelante e o etileno glicol o agente polimerizante. as reações no processo ocorrem em meio aquoso, normalmente sem necessidade de atmosfera especial ou vácuo. o princípio da rota é a obtenção de uma resina polimérica precursora distribuída aleatoriamente num polímero com cadeias ramificadas onde os cátions são uniformemente distribuídos. as reações envolvidas no método dos precursores poliméricos podem ser visualizadas na figura 2. figura 2. modelo molecular proposto para o processo de formação do citrato metálico e o precursor polimérico. 5. aplicações  geração distribuída: contínua e fonte alternativa em subestações de transmissão e distribuição, comunicação e indústria.  geração: fonte alternativa para residências, escritórios, restaurantes, hotéis, etc.fonte remota fonte primária, ou emergencial, para vilas rurais e remotas e comunidades onde os custos de transmissão e distribuição de energia são elevados (ex. brasil e malásia).  qualidade fonte ininterrupta e intermitente (computação e veicular).  uso militar fonte primária e secundária. 6. conclusões as células a combustível são sistemas de conversão de energia química em energia elétrica que podem contribuir de maneira muito significativa com a geração de energia. tais células tem vantagens comparadas a outros dispositivos de geração de energia porque são mais eficientes e porque os produtos gerados pelo funcionamento das células que operam com eclética química, 38, 76-84, 2013 82 hidrogênio são água e calor, dispositivos não contaminantes. além disso, proporcionam flexibilidade e diversas opções para inúmeras aplicações estacionárias, para a propulsão de veículos e para aplicações portáteis. as sofcs (células a combustível de óxidos sólidos) apresentam vantagens como operar com variedade de combustíveis, incluindo combustíveis baseados em carbono, eficiência elétrica de cerca de 60% para os ciclos de única e até 85% de eficiência para sistemas total, poder de cerca de 1 mw/m 3 e valores tão altos como 3 mw/m 3 são possíveis para projetos monolíticos, excelente capacidade de carga, capacidade de cogeração de energia elétrica e de calor com o equilíbrio em favor da energia elétrica. diante dessas vantagens os esforços atuais de pesquisa em sofc são destinadas em reduzir a temperatura de operação para 500-800° c para permitir o uso de ligas de baixo custo para ferrítico o componente de interconexão da pilha de combustível e permitindo a utilização direta de hidrocarbonetos combustíveis. alcançar essas metas requer o desenvolvimento de materiais de cátodo altamente ativo e de materiais de ânodo altamente seletivo que não catalisam a deposição de carbono 7. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq pelo apoio financeiro. referencias [1] andrade i. m., rodrigues m. k. c., oliveira j.f., pessoa r. c., nasar m.c., nasar r. s.; zircônia estabilizada com a adição de cério via método pechini; 17º cbecimat congresso brasileiro de engenharia e ciência dos materiais, 15 a 19 de novembro de 2006, foz do iguaçu, pr, brasil. 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systems. hplc is the single most widely 31ecl. quím., são paulo, 31(3): 31-38, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 sensitive bromatometric assay methods for finasteride in pharmaceuticals k. basavaiah1*, b.c. somashekar1, u. r. anilkumar1 and v. ramakrishna2 1department of chemistry, university of mysore, manasagangotri, mysore-570 006, india 2department of drugs control in karnataka, govt. college of pharmacy, bangalore-560 027, india *corresponding author: e-mail: basavaiahk@yahoo.co.in abstract: three sensitive spectrophotometric methods are presented for the determination of finasteride in bulk and in tablets. the methods rely on the use of bromate-bromide reagent and three dyes namely, methyl orange, indigocarmine and thymol blue as reagents. they involve the addition of a measured excess of bromate-bromide reagent to finasteride in acid medium, and after the bromination reaction is judged to be complete, the unreacted bromine is determined by reacting with a fixed amount of either methylorange and measuring the absorbance at 520 nm (method a) or indigocarmine and measuring the absorbance at 610 nm (method b) or thymol blue and measuring the absorbance at 550 nm (method c). in all the methods, the amount of insitu generated bromine reacted corresponds to the amount of finasteride. the absorbance measured at the respective wavelength is found increase linearly with the concentration of finasteride. beer’s law is obeyed in the ranges 0.252.0, 0.5-6.0 and 1-12 µg ml-1 for method a, method b and method c, respectively. the calculated molar absorptivity values are 5.7x104, 3.12x104 and 1.77x104 l mol-1 cm-1 respectively, for method a, method b and method c, and the corresponding sandell sensitivity values are 0.0065, 0.012 and 0.021 µg cm-2. the limits of detection (lod) and quantification (loq) are also reported for all the methods. accuracy and, intraday and inter-day precisions of the methods were established according to the current ich guidelines. the methods were successfully applied to the determination of finasteride in commercially available tablets and the results were found to closely agree with the label claim. the results of the methods were statistically compared with those of a reference method by applying student’s t-test and f-test. the accuracy and reliability of the methods were further confirmed by performing recovery tests via standard addition procedure. keywords:finasteride; spectrophotometry; bromate-bromide; dyes; tablets. used technique for the determination of fns in pure drug and related substances[12,13], tablets[14-16] and capsules[17]. hplc has also been applied in stability indicating[18] and storage stability studies[19]. ilango et al[20] have recently reported a uv-spectrophotometric method for the determination of fns in tablet preparations and the method is reported to be applicable over 5-25 µg ml-1 concentration range. other techniques including hptlc[21]¸ mid-infrared spectrophotometry[22] and polorography[23] devoted to assay in formulations are also found in the literature. the drug is official in martindale, the extra pharmacopeia[24] and united states pharmacopoeia[25] and the latter describes hplc procedure for assay in pure drug and in tablets. 32 ecl. quím., são paulo, 31(3): 31-38, 2006 visible spectrophotometry, because of simplicity, sensitivity, reasonable accuracy and precision, and speed, has withstood the test of time and remained competitive with the newer analytical methods. there is only one report[26] on the visible spectrophotometric determination of fns in pharmaceuticals and the method is based on the measurement of oxidative couple formed with 3methyl-2-benzothiazolinone hydrazone (mbth) in the presence of iron(iii) chloride, the colored product peaking at 446 nm. although the method is fairly sensitive (210 µg ml-1), the chromogen formed is poorly stable, and the method employs an expensive reagent (mbth). further, of the reported hplc methods, the method of ziyang et al[12]. is quite sensitive with the detector response being linear in the concentration range 0.604-6.04 µg ml-1; all other methods lack the sensitivity figure 1. structure of fns. expected of hplc. in addition, the procedures require either derivatization of the compound or selective detectors and elaborate multi-step extractions. added to this, the technique requires expensive instrumental set up and not accessible to many laboratories in developing and under developed countries. even the polarographic methods are inadequately sensitive with the determination ranges being 8-40 and 2-40 µg ml-1 using direct current and differential pulse modes, respectively. in previous papers, we have reported the successful use of bromate-bromide reagent and dyes such as methyl orange and indigocarmine for the sensitive spectrophotometric determination of a variety of pharmaceuticals[27-35]. the work communicated in this paper is aimed at developing sensitive and cost-effective spectrophotometric methods for the assay of fns in pharmaceuticals. the methods make use of bromate-bromide mixture and are based on the bromination of the fns molecule by insitugenerated bromine and the latter’s bleaching action on three dyes, viz; methyl orange, indigocarmine and thymol blue. experimental apparatus a systronics model 106 digital spectrophotometer with 1-cm matched quartz cells was used for all absorbance measurements. reagents and standards all chemicals used were of analytical purity grade and all solutions were prepared in distilled water. bromate-bromide mixture(10, 30 and 60 µg ml-1 in kbro3). a stock standard solution equivalent to 1000 µg ml-1 kbro3 containing a large excess of kbr was first prepared by dissolving accurately weighed 100 mg of kbro3 and 1g of kbr in water and diluting to the mark with water in a 100 ml calibrated flask. this was diluted stepwise to obtain working concentrations containing 10, 30 and 60 µg ml-1 kbro3for use in method a, method b and method c, respectively. hydrochloric acid. concentrated hydrochloric acid (s.d. fine chem., mumbai, india; sp. gr. 1.18) was diluted appropriately with water to get 5 mol l-1 for method a and method c, and 2 mol l-1 for method b. methyl orange (50 µg ml-1). a 500 µg ml1 dye solution was first prepared by dissolving accurately weighed 58.8 mg of dye (s.d. fine chem., mumbai, india, assay 85%) in water and diluting to 100 ml in a calibrated flask and filtered using glass wool. it was diluted to obtain a working concentration of 50 µg ml-1 . indigo carmine(200 µg ml-1 ). a 1000 µg ml-1 stock standard solution was first prepared by dissolving accurately weighed 112 mg of dye(s.d. fine chem., mumbai, india, 90% dye content) in water and diluting to volume in a 100 ml calibrated flask. the solution was then diluted 5-fold to get the working concentration of 200 µg ml-1 . thymo blue(200 µg ml-1 ). a 1000 µg ml1 stock standard solution was first prepared by dissolving accurately weighed 100 mg of dye (loba. chemie, mumbai, india, 100% dye content) in water and diluting to volume in a 100 ml calibratd flask. the solution was then diluted 5 fold to get the working concentration of 200 µg ml-1 . standard solution of finasteride.pharmaceutical grade finasteride was received from cipla ltd, bangalore, india, which was reported to be 99.8% pure, as gift, and was used as received. a stock standard solution equivalent to 1000 µg ml-1 fns was prepared by dissolving accurately weighed amount of pure drug in 50 ml of glacial acetic acid and diluting with water to a known volume. the same solution(1000 µg ml-1 fns) was further diluted with water to get working concentrations of 5, 20 and 40 µg ml-1 for use in method a, method b, and method c, respectively. the standard solutions were kept in amber colored bottle and stored in a refrigerator when not in use. procedures method a. different aliquots (0.5, 1.0, 1.5, —— 4.0 ml) of a standard 5 µg ml-1 fns solution were transferred into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was adjusted to 4 ml by adding adequate quantity of water. to each flask were added 1 ml each of 5 mol l-1 hcl and bromatebromide solution (10 µg ml-1 in kbro3), the last 33ecl. quím., são paulo, 31(3): 31-38, 2006 being measured accurately. the flasks were stoppered, content mixed and let stand for 15 min with occasional shaking. finally, 1 ml of 50 µg ml-1 methyl orange solution was added (accurately measured) and the volume was diluted to the mark with water and mixed well. the absorbance of each solution was measured at 510 nm against a reagent blank after 5 min. method b. varying aliquots (0.5,1.0—— 3.0 ml) of a standard 20 µg ml-1 fns solution were transferred into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was brought to 3 ml by adding water. to each flask were added 2 ml of 2 mol l-1 hydrochloric acid and 1.5 ml of bromate-bromide solution (30 µg ml-1 in kbro3) by means of a micro burette. the content was mixed well and the flasks were kept aside for 10 min with intermittent shaking. finally, 1 ml of 200 µg ml-1 indigo carmine solution was added to each flask, the volume was diluted to the mark with water, mixed well and absorbance measured against a reagent blank at 610 nm after 5 min. method c. different aliquots (0.25, 0.5, 1.0, —— 3.0 ml) of a standard 40 µg ml-1 fns solution were transferred into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was adjusted to 3 ml by adding adequate quantity of water. to each flask were added 1 ml each of 5 mol l-1 hcl and bromatebromide solution (60 µg ml-1 in kbro3), the last being measured accurately. the flasks were stoppered, content mixed and let stand for 10 min with occasional shaking. finally, 1 ml of 200 µg ml-1 thymol blue solution was added (accurately measured) and the volume was diluted to the mark with water and mixed well. the absorbance of each solution was measured at 550 nm against a reagent blank after 5 min. in either spectrophotometric method, a standard graph was prepared by plotting the absorbance versus the concentration of fns. the concentration of the unknown was read from the calibration graph or computed from the regression equation derived using beer’s law data. procedure for tablets fifty tablets were accurately weighed and ground into a fine powder. a quantity of the powder equivalent to 100 mg of fns was accurately weighed into a 100 ml calibrated flask, 50 ml of glacial acetic acid added and shaken for 20 min; the volume was finally diluted to the mark with water, mixed well and filtered using a whatman no. 42 filter paper. the filtrate (1000 µg ml-1 fns) was appropriately diluted with water to get 5, 20 and 40 µg ml-1 fns concentrations and analysed by spectrophotometric methods by taking convenient aliquots (1 or 2 ml). results and discussion method development the proposed spectrophotometric methods are indirect and are based on the determination of the residual bromine(insitu generated) after allowing the reaction between fns and a measured amount of bromine to be complete. the bromine was determined by reacting it with a fixed amount of methyl orange, indigo carmine or thymol blue dye. the methods make use of bleaching action of bromine on the dyes, the decolouration being caused by the oxidative destruction of the dyes. fns, when added in increasing amounts to a fixed amount of insitu generated bromine, consumes the latter proportionally and there occurs a concomitant fall in the amount of bromine. when a fixed amount of dye is added to decreasing amounts of bromine, a concomitant increase in the concentration of dye results. consequently, a proportional increase in the absorbance at the respective λmaxis observed with increasing concentration of fns. preliminary experiments were performed to fix the upper concentrations of the dyes that could be determined spectrophotometrically, and these were found to be 5, 20 and 20 µg ml1 for methyl orange, indigo carmine and thymol blue respectively. a bromate concentration of 1µg ml-1 in the presence of excess of bromide was found to bleach the red colour due to 5 µg ml-1 methyl orange whereas 4.5 and 6.0 µg ml1 bromate was required to destroy the blue colour due to 20 µg ml-1 each of indigocarmine and thymol blue. hence, different amounts of fns were reacted with 1 ml of 10 µg ml-1 kbro3 in method a, 1.5 ml of 30 µg ml-1 kbro3 in method b and 1 ml of 60 µg ml-1 kbro3 in method c respectively, followed by determination of residual bromine as described under the respective procedure. for both steps, i.e., the reaction between fns and bromine, and the determination of the latter by reacting with the dye, hcl medium was found to be ideally suited. one ml of 5 mol l-1 acid in a total volume of about 5-7 ml was used for the method a and method c. two ml of 2 mol l-1 acid in a total volume of about 5 ml was used for the method b, and the same quantity of acid was maintained for the bleaching step. reaction time of 10-15 min is not critical and any delay up to 20 min (method a and method b) and 30 min (method c) did not affect the absorbance reading. a 5 min standing time was found necessary for the complete bleaching of the dye colour by the residual bromine. the absorbance of each dye colour was constant for several hours even in the presence of reaction product. analytical data a linear correlation was found between absorbance at λmaxand concentration of fns in the ranges given in table 1. the graphs showed negligible intercept as described by the regression equation: y = a + bx (where y = absorbance of 1-cm layer of solution; a = intercept; b = slope and x = concentration in µg ml-1) .regression analysis of the beer’s law data using the method of least squares was made to evaluate the slope(b), intercept(a) and correlation coefficient( r) for each system and the values are presented in table 1. the optical characteristics such as beer’s law limits, molar absorptivity and sandell sensitivity values of all the three methods are also given in table 1. the limits of detection(lod) and quantitation(loq) calculated according to ich guidelines[36] are also presented in table 1 and reveal the very high sensitivity of the methods. 34 ecl. quím., são paulo, 31(3): 31-38, 2006 method validation to evaluate the accuracy and intra-day precision of the methods, pure drug solution at three different levels (concentrations) was analysed, each determination being repeated seven times. the relative error(%) and relative standard deviation(%) were less than 4.0 and indicate high accuracy and precision of the methods(table 2). for a better picture of reproducibility on a day-to-day basis, a series of experiments was performed in which standard drug solution at three different levels was determined each-day for five days with all solutions being prepared afresh each day. the day-to-day relative standard deviation values were in the range of 0.2-2.6% and represent the best appraisal of repeatability of the proposed methods. 35ecl. quím., são paulo, 31(3): 31-38, 2006 *mean value of seven determinations sd. standard deviation; sem. standard error of the mean.; rsd. relative standard deviation and roe. range of error at 95% confidence level for six degrees of freedom. application four brands of fns tablets in 5 mg strength are currently available in the indian market. the validity of the methods was checked by applying them to assay in three brands of tablets. table 3 gives the results of assay and reveal that there is close agreement between the results obtained by the proposed methods and the label claim. the results were also compared statistically with those obtained by a reference method[20] by applying student’s t-test for accuracy and f-test for precision. the reference method consisted of the measurement of the absorbance of the drug solution in methanol at 206 nm. at the 95% confidence level, the calculated tand f-values did not exceed the tabulated values (t = 2.77 and f = 6.39) suggesting that the proposed methods are as accurate and precise as the reference method. the accuracy and validity of the proposed methods were further ascertained by performing recovery experiments (table 4). preanalysed tablet powder was spiked with pure fns at three different levels and the total was found by the proposed methods. each determination was repeated three times. the recovery of pure drug added was quantitative(96.9-104.2%) and revealed that coformulated substances such as talc, starch, gelatin, gum acacia, calcium carbonate, calcium gluconate, calcium dihydrogen orthophosphate, sodium alginate and magnesium stearate did not interfere in the determination. 36 ecl. quím., são paulo, 31(3): 31-38, 2006 **marketed value of five determinations *marked by: a. cipla. india. ltd.,; b.samarth pharma; c. dr. reddy’s lab. **mean value of five determinations. tabulated value of t at 95% confidence level is 2.77 tabulated value of f at 95% confidence level is 6.3 conclusions three useful micro methods for the determination of fns have been developed and validated as per the current ich guidelines. the proposed methods are simple, rapid and costeffective. the methods are one of the most sensitive ever reported for finasteride and are superior to the existing hplc and uvspecrophotmetric methods. they rely on the use of simple and cheap chemicals, and inexpensive techniques but provide a sensitivity comparable to that achieved by sophisticated and expensive technique like hplc. these advantages coupled with good accuracy and precision make the methods highly suitable for routine use in laboratories as a part of industrial quality control. acknowledgement the authors express their gratitude to cipla ltd, bangalore, india. for supply of pure finasteride as gift. three of the authors (bcs, ura and vrk,) thank the authorities of the university of mysore, mysore, for facilities. vrk is grateful to the principal secretary, department of health and family welfare, govt of karnataka, bangalore, for permission. received 10 july 2006 accepted 20 august 2006 references [1] the merck index, 12th edn., merck and co. inc, white house station. n j, 691, (1994). 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(1994). 38 ecl. quím., são paulo, 31(3): 31-38, 2006 introduction 3-chloro-2-nitrobenzoic acid is a lightyellow crystalline solid sparingly soluble in water. its electrolytic dissociation constant is equal to 4.4 · 10-3 (25°c) [1]. the compounds of 3-chloro-2-nitrobenzoic acid anion are very little known. a survey of the literature shows that it is possible to find papers on the complexes of various ligands with some of d block elements [1-4], and also on their salts with 3-chloro-2-nitrobenzoic acid anion. the salts of 3-chloro-2-nitrobenzoic acid anion were obtained in the solid state only with the cations: ca2+ and ba2+ [4]. 3chloro-2-nitrobenzoate of ca(ii) was obtained as trihydrate while that of ba(ii) as tetrahydrate. moreover some complexes of transition element cations with various isomers of chloronitroand chloromethoxybenzoic acid anions were also prepared as solids and investigated [5-12]. the 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) have not been obtained so far. therefore the aim of this work was to prepare them in the solid state and to examine some of their physico-chemical properties including thermal stability in air during heating to 523 k, ir 7ecl. quím., são paulo, 31(4): 7-14, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 magnetic, thermal and spectral behaviour of 3-chloro-2nitrobenzoates of co(ii), ni(ii), and cu(ii) w. ferenc1*, b. cristóvão1, j. sarzynski2 and b. paszkowska1 1faculty of chemistry, maria curie-sklodowska university, pl – 20–031, lublin, poland 2institute of physics, maria curie-sklodowska university, pl – 20–031, lublin, poland *autor for correspondence; e-mail: wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: physico-chemical properties of 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were synthesized and studied. the complexes were obtained as monoand dihydrates with a metal ion to ligand ratio of 1 : 2. all analysed 3-chloro-2-nitrobenzoates are polycrystalline compounds with colours depending on the central ions: pink for co(ii), green for ni(ii) and blue for cu(ii) complexes. their thermal decomposition was studied in the range of 293 – 523 k, because it was found that on heating in air above 523 k 3-chloro-2-nitrobenzoates decompose explosively. hydrated complexes lose crystallization water molecules in one step and anhydrous compounds are formed. the final products of their decomposition are the oxides of the respective transition metals. from the results it appears that during dehydration process no transformation of nitro group to nitrite takes place. the solubilities of analysed complexes in water at 293 k are of the order of 10-4 – 10-2 mol / dm3. the magnetic moment values of co2+, ni2+ and cu2+ ions in 3-chloro-2-nitrobenzoates experimentally determined at 76 – 303 k change from 3.67µb to 4.61µb for co(ii) complex, from 2.15µb to 2.87µb for ni(ii) 3-chloro-2-nitrobenzoate and from 0.26µb to 1.39µb for cu(ii) complex. 3-chloro-2nitrobenzoates of co(ii) and ni(ii) follow the curie-weiss law. complex of cu(ii) forms dimer. keywords: 3-chloro-2-nitrobenzoates; complexes of co(ii), ni(ii) and cu(ii); ir spectra; magnetic moments; thermal stability. ´ spectral characterization, x-ray powder investigations, solubility in water at room temperature and magnetic behaviour at 76 – 303 k. thermal stability investigations give informations about the process of dehydration. the magnetic susceptibility measurements let study the kinds of the way of coordination of the central ions and the nature of the bonding between central ions and ligands. if the magnetic moment is known, the number of unpaired electrons can be calculated. this may also give information on the oxidation state of the central metal ion of a complex. when the number of unpaired electrons on the ion of complex is known the spin-only moment can be calculated. the deviation of the measured magnetic moment from the spin-only permits the drawing of conclusions on the symmetry of the complex in certain cases. the determination of the number of unpaired electrons on the central atom establishes whether the complex investigated is of low or high spin or the ligand form the strong or weak fields. experimental details the 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were prepared by adding the equivalent quantities of 0.1 m ammonium 3chloro-2-nitrobenzoate (ph ~ 5) to a hot solution containing the co(ii), ni(ii) and cu(ii) chlorides and crystallizing at 293 k. the solids formed were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions and dried at 303 k to a constant mass. the contents of carbon, hydrogen and nitrogen were determined by elemental analysis using a chn 2400 perkin elmer analyser. the content of chlorine was determined by the schöniger method. the contents of metals were established by asa method with the use of asa 880 spectrophotometer (varian). the ir spectra of complexes were recorded over the range of 4000 – 400cm-1 using m – 80 spectrophotometer (carl zeiss jena). 8 ecl. quím., são paulo, 31(4): 7-14, 2006 samples for ir spectra measurements were prepared as kbr discs. the thermal stability and decomposition of the complexes were studied in air using a setsys 16/18 (setaram) tg, dtg and dsc instrument. the experiments were carried out under air flow in the temperature range of 293 – 523 k. samples ranging from 5.20 mg (co), 5.19 mg (cu) to 5.05 mg (ni) were heated in al2o3 crucibles. the thermal stability and decomposition of the prepared chloronitrobenzoates were determined by paulik-paulik-erday q-1500d derivatograph with derill converter, recording tg, dtg and dta curves. the measurements were made at a heating rate of 10 k·min-1 with a full scale. the samples (100 mg) were heated in platinum crucibles in static air to 523 k with a tg 9ecl. quím., são paulo, 31(4): 7-14, 2006 figure 1. dependence of i/i0 vs 2θ for co(ii), ni(ii), and cu(ii) 3-chloro-2-nitrobenzoates. figure 2. tg, dtg and dta curves for co(ii) 3chloro-2-nitrobenzoate. sensitivity equals to 100 mg, dtg and dta sensitivities were regulated by computer derill programme. the products of decomposition were calculated from tg curves and verified by the xray diffraction pattern. the solubilities of 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) in water were measured at 293 k. saturated solutions of the obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were determined using asa 880 spectrophotometer (varian). magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were investigated at 76 – 303 k. the measurements were carried out using the gouy method with magnetic field strength of 9.9 koe. mass changes were obtained from cahn rm-2 electrobalance. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 1.644·10-5 cm3 · g-1. correction for diamagnetism of the constituent atoms was calcu10 ecl. quím., são paulo, 31(4): 7-14, 2006 lated by the use of pascal′s constants [13, 14]. magnetic moments were calculated according to eq. (1): µeff = 2.83(χmt)1/2 (1) figure 3. dependence between magnetic susceptibility values vs temperatures for co(ii) complex. results and discussion 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were obtained as polycrystalline solids with a metal ion to ligand mole ratio of 1 : 2 and a general formula m(c7h3o4ncl)2 · nh2o (where m = co, ni, cu and n = 2 for co and ni, and n = 1 for cu), and colours: pink for co(ii), green for ni(ii) and blue for cu(ii) complexes (table 1). 11ecl. quím., são paulo, 31(4): 7-14, 2006 figure 4. dependence between magnetic susceptibility values vs temperatures for cu(ii) 3-chloro-2nitrobenzoate. figure 5. relationship between magnetic moment values vs temperatures for cu(ii) 3-chloro-2nitrobenzoate. some of the results of ir spectra analysis are in table 2. the infrared spectrum of 3-chloro2-nitrobenzoic acid shows the following absorption bands [15-18]; a strong band of cooh at 1710 cm-1, the bands assigned to asymmetric and symmetric vibrations of no2 group at 1530 cm-1 and 1350 cm-1, the bands of ν(c–c) vibrations at 1610, 1425, 1150 and 1110 cm-1, the bands of ν(c–h) vibrations at 3100, 900 and 810 cm-1, and the bands of ν(c–cl) stretching vibrations at 730 cm-1. the bands of skeleton vibrations occur at 610 and 560 cm-1 [15-18]. in the ir spectra of 3-chloro-2-nitrobenzoates the band at 1710 cm-1 disappears, which confirms that no cooh is present in the complexes. in these spectra the intense broad absorption bands at 3570 – 3400 cm-1 confirm the presence of crystallization water. the bands arising from asymmetric and symmetric vibrations of coogroup occur at 1610 –1590 cm-1 and 1410 – 1400 cm-1, respectively. the bands at 1540 – 1530 cm-1 and 1360 –1350 cm-1 are assigned to asymmetric and symmetric vibrations of the no2 group. they are not significantly shifted with respect to those of the parent acid, and thus one must conclude that the no2 group is not coordinated to the metal ions. the ν(c–cl) stretching vibration occurs at 750 – 740 cm-1, and the bands at 530 – 480 cm-1 are assigned to the metal-oxygen ionic bond. the bands of skeleton vibrations are shifted to lower frequencies (600 and 540 cm1) compared to those in the acid ir spectrum. the changes in their positions are caused by the interaction between aromatic ring vibrations and the groups of atoms and ions. in the ir spectra of the complexes the bands of νas(oco-) are shifted to the lower frequencies whereas the bands of νs(oco-) are moved to higher or stay at the same frequencies compared to those of the sodium salt (table 2). therefore it is possible to assume that the carboxylate ion is a bidentate, chelating group [15, 19, 20]. the magnitudes of separation, ∆ν(oco-), between the frequencies due to νas(oco-) and νs(oco-) in the analysed complexes indicate a lower degree of ionic bond in these compounds compared to sodium salt. having a greater ionic potential than a sodium ion, co2+, ni2+ and cu2+ ions have a stronger deforming effect on the ligand. in order to verify that the prepared complexes are not converted to the nitrite isomers (during precipitation or on heating to 523 k), the ir spectra of the hydrates of 3-chloro-2-nitrobenzoates, and of dehydrated complexes, and also of sodium nitrite were recorded. a survey of the literature shows that under the influence of sunlight or with rising the temperature the nitro complexes may be transformed to the nitrite analogues in the endothermic process [21]. it was found that the isomerization of the nitro group may accompany the dehydration process of the complex or be connected with the transformation process in its inner sphere [22]. as a monodentate ligand, nitrite ion may be bounded either through a nitrogen atom forming the nitro complex or through one of the oxygen atoms yielding a nitrite complex. the general effect of coordination via nitrogen is a rise in the frequencies of both νasno2 and νsno2 compared to the values for free ion ~1328 cm-1 and ~1260 cm-1, respectively [23]. the ir spectra recorded for the hydrated and dehydrated 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) show that the nitro group is not transformed to the nitrite group with rising temperature. no bands confirming the isomerization of the nitro group through the oxygen atom are observed [22, 23]. from the x-ray diffraction patterns recorded for the 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) it appears that they are crystalline of low symmetry and large size of the unit cells. they have different crystal structures [24], which have not been determined, because their single crystals have not been obtained so far. it follows from earlier studies on the thermal stability of 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) that on heating these complexes are explosively decomposed above 523 k [25, 26]. the thermal stability of 3-chloro2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) was studied in the range of 293 – 523 k. the results reveal that the analysed compounds lose the crystallization water in one step at 345 – 395 k. the process is connected with an endothermic effect as shown by the dta curves [27-29]. the anhydrous 3-chloro-2-nitrobenzoates are formed above 400 k. the loss in mass calculated from tg curves is about 7.20 % in the case of dihydrates and 3.60 % in the case of monohydrate of cu(ii) 3-chloro-2-nitrobenzoate (table 3). their theoretical values are 7.25 % and 3.59 %, respectively. considering the temperatures at which the dehydration takes place and the way by which it proceeds it is possible to assume that the water molecules form outer sphere water [29]. the anhydrous complexes of co(ii), ni(ii) and cu(ii) are finally decomposed to the oxides of respective metals: coo, nio and cuo, which were identified by ir spectra and x-ray powder diffractograms. the products of the final decompositions of chloronitrobenzoates were obtained by roasting the analysed complexes of co(ii), ni(ii) and cu(ii). the thermogravimetric studies of 3chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were carried out with dsc/tg technique at 293 – 523 k (table 3). the obtained results reveal the complexes to be hydrates containing two or one molecules of water of crystallization depending on the central ion. as example, the tg, dtg and dta curves of ni(ii) 3-chloro-2nitrobenzoate are presented in fig. 2. the complexes are stable up to 345 – 360 k. next in the range of 345 – 395 k they dehydrate in one step. the mass losses estimated from tg curves (3.6 – 7.2 %) correspond to the loss from 1 to 2 molecules of water (the theoretical values are equal to 3.59 – 7.25 %) and the energetic effects (∆h = 60.01 – 130.80 kj · mol-1) accompanying these transformation processes confirm the losses of definite numbers of water molecules. the products of dehydration process were also characterized by elemental analysis, ir spectra and x-ray powder diffractograms. the solubilities of 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) in water at 293 k were measured ( table 3). they are in the order of 10-4 – 10-2 mol · dm-3. the co(ii) 3chloro-2-nitrobenzoate is the most soluble, while those of ni(ii) and cu(ii) the least soluble salts. from the obtained results it appears that 3chloro-2-nitrobenzoic acid may be used as an eluent for the separation of transition metal ions by ion-exchange chromatography. the magnetic susceptibility of 3-chloro-2nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) was measured over the range of 76 – 303 k (table 4). 12 ecl. quím., são paulo, 31(4): 7-14, 2006 the measured values for co(ii) and ni(ii) complexes obey the curie-weiss law suggesting a weak ferromagnetic interaction (fig. 3). the magnetic moment values experimentally determined at 76 – 303 k for co(ii) and ni(ii) compounds change from 3.67µb (at 76 k) to 4.61µb (at 303 k) for co(ii) complex and from 2.15µb (at 76 k) to 2.87µb (at 303 k) for ni(ii) 3-chloro-2nitrobenzoate. these magnetic moment data are very close to the spin – only values for the respective ions calculated from equation µeff = [4s (s + 1)]1/2 in the absence of the magnetic interactions for present spin-system. the magnetic moment values calculated at room temperature for co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions are equal to 3.88 µb, 2.83 µb and 1.73µb, respectively. for co(ii), ni(ii), and cu(ii) ions the magnetic moment values may be diffrent, than the spin-only worth. in the case of co(ii) compound they are higher than the spin-only value. this difference between measured and calculated data results from a spin-orbital coupling [30]. for ni(ii) and cu(ii) complexes these values are lower. this is due to the fact that the vectors l and s are aligned by the strong field of the heavy atom in opposite directions and this diminishes the resultant magnetic moment. the experimental data suggest that compounds of co(ii) and ni(ii) seem high-spin complexes with probably weak ligand fields [31]. the magnetic susceptibility values of 3chloro-2-nitrobenzaote of cu(ii) increase with rising temperatures suggesting a weak antiferromagnetic interaction (fig. 4). the magnetic moment values experimentally determined change from 0.26µb (at 76 k) to 1.39µb (at 303 k). these values are lower than the d9 spin-only magnetic moment µeff = 1.73µb. such dependence is a typical behaviour for copper dimer (table 4, fig. 5) [31-34]. the magnetic moment values of the cu(ii) complex decrease from 1.39µb at 303 k to 0.26µb at 76 k, as a consequence of depopulation of the excited triplet (s= 1) state. it is well-known that the interaction between two s = 1/2 metal atoms in a dimer leads to two molecular states: a spin singlet (s= 0), and a triplet (s= 1) separated by 2j. the interaction will be antiferromagnetic (j < 0) if s= 0 is the ground state; on the contrary if s = 1 the interaction will be ferromagnetic (j > 0) [35-39]. conclusion 3-chloro-2-nitrobenzoates of co(ii), ni(ii) and cu(ii) were characterized by elemental analysis, thermal stability in air, ir spectral data, x-ray powder analysis, solubility in water at 293 k and magnetic properties. the obtained results indicate them to be mono-or dihydrates. their thermal stability was studied at 293 – 523 k. i twas found that on heating in air above 523 k, they decompose explosively. when heated they dehydrate to form anhydrous salts which next are decomposed to the oxides of the respective metals. the solubility of the analysed compounds in water (at 293 k) is of the order of 10-4 – 10-2 mol·dm-3. the measured values of magnetic susceptibilities for co(ii) and ni(ii) complexes obey the curie-weiss law, since they decrease with rising temperatures. the obtained µeff values of co(ii) and ni(ii) compounds may suggest that they are high-spin complexes with octahedral coordination and the ligands from the weak electrostatic field in coordination sphere of central ion. the magnetic susceptibility of 3chloro-2-nitrobenzoate of cu(ii) increases with rising temperatures and the magnetic moment values suggest it to be dimer. received 25 september 2006 accepted 17 november 2006 references [1] a. g. abd el wahed, e. m. nour, s. teleb, and s. fahim, j. therm. anal. cal. 76 (2004) 343. 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aquosa da teofilina. a aminofilina é frequentemente manipulada em farmácias na forma de cápsulas, mesmo sendo um medicamento de baixo índice terapêutico, o que não é recomendado para a manipulação. uma determinação potenciométrica deve ser considerada na avaliação do teor de etilenodiamina. o teor de etilenodiamina nos medicamentos de referência se apresentou duas vezes superior em relação aos outros medicamentos, e isto pode estar relacionado ao perfil de dissolução ideal. os medicamentos genéricos apresentaram-se com o perfil de dissolução, e dados de eficiência de dissolução mais próximos em relação ao medicamento de referência, o que já era esperado. já os medicamentos similares e manipulados se mostraram sem o menor controle da cedência do fármaco comparado ao medicamento referência. os resultados demonstram que apesar da exigência da anvisa quanto à obrigatoriedade do perfil de dissolução, os produtos manipulados encontram-se insatisfatórios. palavras-chave: aminofilina, perfil de dissolução, medicamentos manipulados, formulação farmacêutica. abstract asthma is a chronic inflammatory disease characterized by impairment of the lower airways. theophylline has been used to treat asthma and their preparation for therapeutic purposes is aminophylline. aminophylline is a complex of theophylline and ethylenediamine, and the ethylenediamine gives an increase in aqueous solubility of theophylline. aminophylline is often manipulated in pharmacies as capsules, even if a drug with narrow therapeutic index, which is not recommended for manipulation. a potentiometric determination should be considered in evaluating the assay of ethylenediamine. the content of ethylenediamine in reference drug is showed two times higher compared to other drugs and this may be related to the ideal dissolution profile. generic drugs presented with the dissolution profile and dissolution efficiency data closest in relation to the reference product, which was expected. however, similar and manipulated drugs shown to be without any control of the drug release compared to the reference drug. the eclética química, 38, 202-213, 2013. 203 results show that although the requirement of anvisa, concerning mandatory dissolution profile, the manipulated products are unsatisfactory. keywords: aminophylline, dissolution profile, drugs manipulated, pharmaceutical formulation. introdução a asma é uma doença inflamatória crônica, caracterizada pelo comprometimento das vias aérea inferiores e por limitação variável ao fluxo aéreo. a asma é reversível espontaneamente ou com tratamento, e apresenta episódios sintomáticos como: sibilância, dispnéia, aperto no peito e tosse, particularmente à noite e pela manhã ao despertar. a doença é resultante da interação entre genética, exposição ambiental e outros fatores específicos [1-3]. os medicamentos utilizados no tratamento da asma podem ser divididos em dois grupos: os de alívio (β2 agonistas de curta duração, brometo de ipratrópio, teofilina e derivados, corticosteróides sistêmicos) e os controladores (β2 agonistas de longa duração, cromoglicato dissódico, nedocromil sódico, cetotifeno, glicocorticoesteróides inalatórios e antileucotrienos). tais medicamentos são administrados por período longo de tempo para controle da inflamação [4]. a teofilina (i), c7h8n4o2, um inibidor seletivo da fosfodiesterase que possui atividades broncodilatadora leve e antiinflamatória nas vias aéreas, vem sendo utilizada no tratamento da asma devido a sua propriedade antiinflamatória. o fármaco é apontado como droga terciária no tratamento da asma aguda, e tem sido indicado para pacientes crônicos que apresentam crises durante a noite [4-5]. n n n n c h3 h 3c o h o (i) a preparação de teofilina, c7h8n4o2, para fins terapêuticos é a aminofilina (ii), (c7h8n4o2)2.c2h8n2, um complexo de teofilina e etilenodiamina. como é um medicamento de custo muito baixo, a aminofilina representa uma importante vantagem para pacientes com dificuldades econômicas em sociedade nas quais os recursos de assistência médica são limitados [6]. n n n n c h 3 h 3c o h o n h 2 h 2n. 2 (ii) a etilenodiamina (c2h8n2) confere um aumento na solubilidade aquosa da teofilina [7], facilitando assim o processo de dissolução e absorção do fármaco. o laboratório a, produtor do medicamento referência do mercado, informa que para a forma farmacêutica de solução oral existe uma adição de etilenodiamina monohidratada como excipiente. a aminofilina encontra-se facilmente disponível para a dispensação na forma sólida de comprimidos como medicamentos de referência, genérico e similar; ou manipulado em farmácias magistrais como cápsulas. é importante ressaltar que monografias para avaliação da qualidade do fármaco e do produto acabado na forma de comprimidos constam nas principais farmacopéias [8,9]. existe uma preocupação dos órgãos de vigilância sanitária em estabelecer normas para garantir a qualidade de produtos manipulados, visto que não são raros casos de erros observados, inclusive com óbitos [10]. além disso, a rdc nº 67/2007 [11], que dispõe sobre boas práticas de eclética química, 38, 202-213, 2013. 204 manipulação de produtos magistrais e oficinais para uso humano em farmácias; estabelece que substâncias consideradas de baixo índice terapêutico, como a aminofilina, só deve ser manipulada em farmácia magistral sob avaliação do perfil de dissolução do medicamento. o perfil de dissolução é um estudo comparativo com ensaios analíticos e coletas em múltiplos pontos com o objetivo de avaliar a dissolução de um determinado fármaco comparando duas formulações, a princípio tendo o medicamento referência como o padrão a ser seguido. gráficos são traçados e é realizada a comparação dos perfis de dissolução das formulações pelo fator de similaridade (f2), segundo equação 1 [12, 13]. para que o medicamento seja considerado equivalente farmacêutico o valor de f2 deve estar entre 50 e 100.                          100 1 1log502 5,0 1 2 xttrt n xf n t (1) onde: n = número de tempos de coleta; rt = valor de porcentagem dissolvida no tempo t, obtido com o medicamento de referência ou com a formulação original (antes da alteração); tt = valor de porcentagem dissolvida do produto teste ou da formulação alterada, no tempo t. outra forma de se comparar perfis de dissolução é pela eficiência de dissolução, (ed) que foi introduzido em 1972 por khan e rhodes, e é determinada por meio da razão, em porcentagem, da área sob a curva (asc) obtida a partir do perfil de dissolução, e a área total do retângulo, considerado como 100% de dissolução, para o mesmo intervalo de tempo. a ed é calculada pela equação 2 [14,15]. 100 100 0 x xty yxdt ed t   (2) onde:  t yxdtx 0 100 = área sob a curva em um intervalo de tempo t expresso em porcentagem y100xt= área do retângulo considerando 100% de dissolução no mesmo tempo t. os resultados obtidos por meio do f2 (fator de similaridade) e da eficiência de dissolução podem ser, teoricamente, correlacionados com os dados in vivo, uma vez que a biodisponibilidade pode ser determinada integrando-se a área sob a curva de absorção de determinado fármaco, em função do tempo [12,13,15]. diante da importância deste medicamento, do alto consumo, da possibilidade de manipulação visto que se trata de um medicamento de baixo índice terapêutico, faz-se necessário realizar estudos de qualidade dos produtos do mercado, principalmente dos medicamentos manipulados, visto que é sabido que a grande maioria das farmácias magistrais não possui equipamentos para realizar o teste de perfil de dissolução, mas mesmo assim manipulam o medicamento e o comercializam. materiais e métodos os testes de controle de qualidade foram conduzidos segundo a farmacopéia brasileira vigente [9] para identificação; determinação de peso; dureza; friabilidade; desintegração; uniformidade de doses unitárias; dissolução; e doseamento de teofilina e de etilenodiamina. a tabela i mostra as amostras utilizadas no estudo, fabricante de origem, tipo de medicamento, dose de aminofilina rotulada e formulação apresentada na bula ou rótulo. ressalta-se que todas as amostras avaliadas estão dentro do prazo de validade. para o doseamento de etilenodiamina, no qual é especificado no mínimo 10,9 % de etilenodiamina (c2h8n2) da quantidade declarada de aminofilina, o ensaio foi realizado de duas formas para evitar possíveis erros quanto à determinação do ponto final. eclética química, 38, 202-213, 2013. 205  métódo 1 – utilizando a metodologia descrita na farmacopéia brasileira [9] com uso de indicador e detecção visual: foram pesados e pulverizados 20 comprimidos. foi transferido quantidade de pó equivalente a 0,3 g de aminofilina para erlenmeyer de 150 ml, dispersados em 20 ml de água e aquecidos a 50 °c por 30 minutos, agitando ocasionalmente. titulou-se com ácido sulfúrico 0,05 m sv, utilizando solução de verde de bromocresol como indicador, até a mudança de coloração para azulesverdeado. cada ml de ácido sulfúrico 0,05 m sv equivale a 3,005 mg de etilenodiamina (c2h8n2).  método 2 – utilizando a mesma metodologia descrita na farmacopéia brasileira [9] com uso de detector potenciométrico. esta determinação foi conduzida para comprovação do ponto final das titulações. para o doseamento de teofilina, especificado como no mínimo 80,6% e no máximo 90,8% de teofilina (c7h8n4o2) em relação à quantidade declarada de aminofilina, o ensaio foi realizado como consta: cada amostra pesada foi transferida para um balão volumétrico de 100 ml, onde foi adicionado 10 ml de naoh 0,1 mol.l -1 e 30 ml de água, levando a solução ao ultra-som por 10 minutos. posteriormente o volume foi completado com água e a solução homogeneizada e filtrada. transferiu-se 2,5 ml do filtrado para um balão volumétrico de 100 ml completando o volume com naoh 0,01 mol.l -1 , formando a solução que foi analisada. utilizou-se como padrão o valor de absortividade específica a (1% 1 cm) de 650, em 250 nm com solvente naoh 0,01 mol.l -1 , conforme descrito na monografia da farmacopéia brasileira [9]. para efeito de avaliação da liberação do fármaco no teste de dissolução, a farmacopéia brasileira [9] considera que a cedência deve ser superior a 75% (q) da quantidade declarada de teofilina após 45 minutos. além dos testes preconizados na farmacopéia [9], foi realizado o teste de perfil de dissolução, e os tempos de coleta foram de 5, 10, 15, 30, 45 e 60 minutos após adição da amostra na cuba, e foram traçados os gráficos de perfil de dissolução para comparação do fator de similaridade (f2) [12,13]. os medicamentos submetidos à avaliação do perfil de dissolução foram os de maior dosagem de aminofilina, 200 mg/dose (comprimido ou cápsula), conforme estipulado na legislação [16] que prevê que para medicamentos de mesmo fabricante, com várias dosagens, e mesma formulação; o estudo deve ser conduzido com a maior dosagem ficando isentos de perfil de dissolução os medicamentos de menor dosagem. as amostras avaliadas foram as de número 2, 4, 6 e 8; e as condições para a realização do perfil de dissolução foram:  meio de dissolução: água, 900 ml  aparelhagem: pás, 50 rpm  tempo: 60 minutos  coletas de 15 ml após 5, 10, 15, 30, 45 e 60 minutos, sem reposição do meio de dissolução.  procedimento: após o teste, foram retiradas alíquotas de 15 ml nos tempos pré-determinados, as amostras foram filtradas e diluídas 10 vezes com água até a concentração de 0,2222 mg/ml de aminofilina. as absorbâncias das soluções foram medidas em 269 nm, utilizando o mesmo solvente para o ajuste do zero. calculou-se a quantidade de teofilina anidra (c7h8n4o2) dissolvida no meio, comparando as leituras obtidas com a de uma solução de teofilina padrão na concentração de 0,01 mg/ml. a ed foi determinada por meio da curva do perfil de dissolução, determinado a área sob a curva (asc) e aplicando a equação (2). resultados e discussão todos os medicamentos cumpriram com as exigências dos testes farmacopéicos para identificação, determinação de peso, dureza, friabilidade, teste de desintegração, dissolução e uniformidade de doses unitárias. para os comprimidos avaliados, a friabilidade demonstrou perda de massa inferior a 1,5%, e a dureza foi eclética química, 38, 202-213, 2013. 206 superior a 30 n, conforme preconizado. o teste de uniformidade de doses unitárias também foi realizado para todas as amostras avaliadas, e apresentou resultado satisfatório no primeiro passo, estando todas as 10 unidades avaliadas com teor de teofilina entre 85,0 e 115,0 % vr e dpr (desvio padrão relativo) entre as unidades menores que 6%. o teste de doseamento de etilenodiamina (c2h8n2) que fora conduzido de duas formas, tabela ii, demonstra que não existe diferença significativa nas formas de detecção do ponto final e que todos apresentaram teor satisfatório acima de 10,9% de etilenodiamina, conforme preconizado. a figura 1 apresenta os resultados referentes às curvas de titulação potenciométricas das amostras e o ponto de inflexão pode ser facilmente observado. foi identificado que a amostra 1 e a amostra 2, que são provenientes dos medicamentos de referência no mercado brasileiro, apresentam um teor de etilenodiamina muito superior aos dos outros medicamentos denominados genéricos, similares e manipulados. ressalta-se que a etilenodiamina facilita a solubilização da teofilina, que é a responsável pelo efeito, e que o medicamento referência cita a adição de um excesso de etilenodiamina na forma farmacêutica de solução oral, mas não declara adição para a forma de comprimidos. -100 0 100 200 -100 0 100 200 -100 0 100 -100 0 100 200 -100 0 100 200 -100 0 100 200 -100 0 100 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 -100 0 100 200 amostra 2 amostra 3 amostra 8 amostra 7 amostra 6 amostra 5 amostra 4 v ol ta ge m ( m v ) volume de ácido (ml) amostra 1 figura 1 – teor de etilenodiamina realizado por titulação com detecção potenciométrica (método 2). para o doseamento de teofilina (c7h8n4o2), os resultados (tabela iii) demonstram que todos os medicamentos cumpriram com as exigências farmacopéicas, com intervalo de no mínimo 80,6% e no máximo 90,8% de teofilina (c7h8n4o2). diante das equivalências moleculares entre aminofilina (c7h8n4o2)2.c2h8n2, teofilina – c7h8n4o2 e etilenodiamina – c2h8n2, torna-se claro o entendimento dos limites estabelecidos pela farmacopéia brasileira. para um teor estimado de 100,0 % de aminofilina, temos por estequiometria 85,7% de teofilina e 14,3% de etilenodiamina. para o teste dissolução a especificação de cedência está relacionada à teofilina, e deve ser superior a 75% (q) da quantidade declarada após 45 minutos. assim, a quantidade declarada de teofilina em um medicamento rotulado como 100 mg de aminofilina/comprimido e 200 mg/comprimido é eclética química, 38, 202-213, 2013. 207 de 85,7 mg e 171,4 mg de teofilina/comprimido respectivamente. a tabela iv mostra os resultados da cedência, perfil de dissolução, em porcentagem de teofilina nos tempos pré-determinados de 5, 10, 15, 30, 45 e 60 minutos, para as amostras 2, 4, 6 e 8. a figura 2 mostra o perfil de dissolução das amostras 2, 4, 6 e 8; e apresenta ainda a integral, área sob a curva (asc), para efeito de cálculos da eficiência de dissolução (%). o fator de similaridade foi obtido comparando-se a amostra 4 (medicamento genérico), amostra 6 (medicamento similar), e amostra 8 (medicamento manipulado) frente à amostra 2 que é o medicamento referência a ser seguido como exemplo adequado de perfil de dissolução, e os resultados foram:  f2 entre amostra 2 e amostra 4 = 41,46  f2 entre amostra 2 e amostra 6 = 27,46  f2 entre amostra 2 e amostra 8 = 25,56 a eficiência de dissolução, ed (%) também foi calculada para as amostras, utilizando a asc descrita na figura 2 e considerando que a área equivalente a dissolução de 100% no tempo de 60 minutos seria de 6000. assim, a ed foi de:  amostra 2 = 69,84%  amostra 4 = 56,92%  amostra 6 = 91,74%  amostra 8 = 93,59%  0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 asc = 4190,13c ed ên ci a (% ) tempo (min) amostra 2 asc = 5615,18asc = 55o4,33 asc = 3414,93 c ed ên ci a (% ) tempo (min) amostra 4 c ed ên ci a (% ) tempo (min) amostra 6 c ed ên ci a (% ) tempo (min) amostra 8 figura 2 perfil de dissolução das amostras 2, 4, 6 e 8; e avaliação da área sob a curva (asc). diante dos resultados de f2 e ed, é possível observar que o medicamento referência (amostra 2) e genérico (amostra 4) não foram considerados similares diante do valor calculado de f2 (41,46), mas ficou próximo do limite estabelecido (50). a ed também apresentou resultados aproximados, 69,84% para o referência e 56,92% para o genérico. na formulação do medicamento genérico consta adição de croscarmelose, que é um excipiente com funções aglutinante e desintegrante. este excipiente intumesce de 4 a 8 vezes em 10 segundos, sendo menos eficiente que o amidoglicolato sódico, que é utilizado pelos medicamentos similares (amostras 5 e 6), o que explica uma menor velocidade de solubilização do fármaco nos genéricos. é sabido, que o aglutinante é o principal vilão da forma farmacêutica de comprimidos quanto à estabilidade da formulação, visto que ele aumenta a coesividade da formulação ao longo do tempo, o que leva ao aumento da dureza, piora da desintegração e redução da dissolução. como os medicamentos genéricos, do laboratório b, eclética química, 38, 202-213, 2013. 208 apresentavam-se com prazo de validade próximo de expirar, este resultado de f2 abaixo do esperado pode ser proveniente do efeito do aglutinante ao longo do tempo de vida de prateleira do medicamento. é conhecido ainda, que muitos medicamentos não apresentam estabilidade adequada até o final da validade, e por isto pesquisas fazem-se necessárias [17-19]. para o medicamento proveniente de amostra do similar (amostra 6) e manipulado (amostra 8), é possível observar uma solubilização/dissolução total do fármaco de forma muito rápida, com alta cedência atingindo 100% já nos primeiros 15 minutos. existe também uma proximidade dos valores de ed entre estas amostras e valores muito baixos para a similaridade com o medicamento referência. destaca-se a presença do excipiente amidoglicolato de sódio nos medicamentos similares, que é um considerado um superdesintegrante que tem a capacidade de intumescimento de 7 a 12 vezes em menos de 30 segundos, e pode ser o responsável pela alta cedência nos primeiros minutos do perfil de dissolução. já o medicamento manipulado não apresenta os dados da formulação, e esta alta cedência pode ser fruto da adição freqüente de dois excipientes conhecidos na manipulação de cápsulas, que é a lactose, um excipiente solúvel, e o laurilsulfato de sódio que é um tensoativo. esta é uma combinação muito utilizada na manipulação de cápsulas para enchimento e pode ser a responsável pelo perfil de dissolução demonstrado [17-19]. eclética química, 38, 202-213, 2013. 209 tabela i – amostras, fabricante, tipo de medicamento, dose de aminofilina, e formulação apresentada. amostra fabricante tipo dose: mg aminofilina / comprimido formulação amostra 1 laboratório a referência (comprimido) 100 amido, fosfato de sódio dibásico, cacau em pó, ácido esteárico, talco e água amostra 2 laboratório a referência (comprimido) 200 idem anterior. amostra 3 laboratório b genérico (comprimido) 100 croscarmelose sódica, estearato de magnésio, celulose microcristalina e dióxido de silício. amostra 4 laboratório b genérico (comprimido) 200 idem anterior. amostra 5 laboratório c similar (comprimido) 100 celulose microcristalina, amidoglicolato de sódio, dióxido de silício, chocolate em pó e estearato de magnésio. amostra 6 laboratório c similar (comprimido) 200 idem anterior. amostra 7 laboratório d manipulado (cápsula) 100 não informa a composição. amostra 8 laboratório d manipulado (cápsula) 200 não informa a composição. tabela ii – teor de etilenodiamina comparativo dos métodos utilizando detector visual (método 1) e detector potenciométrico (método 2). amostra dose rotulada: mg aminofilina / comprimido teor de etilenodiamina método 1 método 2 mg/comp % vr mg/comp % vr amostra 1 100 24,48 24,48 24,36 24,36 amostra 2 200 53,50 26,75 53,19 26,59 amostra 3 100 14,26 14,26 14,11 14,11 amostra 4 200 29,08 14,54 29,08 14,54 amostra 5 100 14,51 14,51 14,36 14,36 amostra 6 200 28,33 14,16 28,10 14,05 amostra 7 100 13,55 13,55 13,16 13,16 amostra 8 200 31,09 15,54 31,54 15,79 eclética química, 38, 202-213, 2013. 210 tabela iii – teor de teofilina das amostras avaliadas. amostra dose rotulada: mg aminofilina / comprimido teor de teofilina mg/comp % amostra 1 100 85,80 85,80 amostra 2 200 168,30 84,15 amostra 3 100 84,92 84,92 amostra 4 200 171,68 85,84 amostra 5 100 85,38 85,38 amostra 6 200 167,68 83,84 amostra 7 100 81,38 81,38 amostra 8 200 179,58 89,79 tabela iv – perfil de dissolução para: amostra 2, amostra 4, amostra 6 e amostra 8. amostra 2 tempo (min) 5 10 15 30 45 60 amostras 1 17,50 36,09 52,91 84,00 89,78 90,87 2 20,32 34,97 48,53 78,06 92,56 90,67 3 17,93 38,99 54,96 86,87 91,34 89,35 4 25,00 47,34 65,31 88,85 90,17 89,58 5 20,65 39,89 56,08 90,77 94,02 92,82 6 18,91 35,69 48,09 89,92 91,64 92,74 média 20 39 54 86 92 91 dpr (%) 13,6 11,8 11,6 5,5 1,7 1,6 amostra 4 tempo (min) 5 10 15 30 45 60 amostras 1 16,96 26,26 36,34 60,92 88,11 96,98 2 17,07 28,50 38,49 61,41 86,67 96,84 3 16,74 24,44 33,26 54,23 73,91 89,25 4 18,48 28,10 36,40 58,40 79,80 93,85 5 16,63 28,50 38,27 60,26 80,96 98,10 6 18,26 29,49 38,00 58,75 79,96 96,10 média 17 28 37 59 82 95 dpr (%) 4,6 6,7 5,3 4,4 6,3 3,4 eclética química, 38, 202-213, 2013. 211 amostra 6 tempo (min) 5 10 15 30 45 60 amostras 1 27,07 68,86 99,75 107,09 108,40 107,81 2 39,78 96,76 102,33 103,77 103,37 101,27 3 24,02 66,99 102,09 107,66 107,66 105,67 4 29,57 74,25 98,94 104,93 106,86 105,26 5 48,37 98,50 99,03 98,41 98,61 98,31 6 26,74 79,33 103,39 106,59 106,19 105,29 média 33 81 101 105 105 104 dpr (%) 29,0 17,0 1,9 3,3 3,5 3,3 amostra 8 tempo (min) 5 10 15 30 45 60 amostras 1 46,09 97,08 102,33 102,95 105,08 102,59 2 49,89 86,34 103,26 104,50 106,73 103,84 3 33,48 77,95 102,32 104,80 105,31 105,41 4 39,57 84,03 100,63 104,56 105,37 106,77 5 44,24 84,00 102,71 107,04 109,18 109,87 6 41,96 83,11 99,19 104,87 106,59 104,00 média 43 85 102 105 106 105 dpr (%) 13,3 7,4 1,5 1,3 1,4 2,5 eclética química, 38, 202-213, 2013. 212 conclusões a determinação potenciométrica deve ser sempre considerada em casos onde há dificuldade de visualização do ponto final, como na presença de corantes nas formulações e pode ser facilmente utilizada no dia a dia de um laboratório de controle de qualidade. o teor de etilenodiamina nas amostras 1 e 2, que são medicamentos de referência, apresenta-se na proporção de duas vezes em relação aos outros medicamentos. este fato pode estar relacionado ao perfil de dissolução desejado pelo fabricante, no entanto não é indicado o excesso de etilenodiamina na bula do medicamento, como é feito para a forma farmacêutica de solução oral do mesmo fabricante. os medicamentos genéricos apresentaram-se com o perfil de dissolução, e dados de ed mais próximos em relação ao medicamento de referência, o que já era esperado, no entanto, a não equivalência farmacêutica pode estar relacionada à problemas de estabilidade de formulação visto que o medicamento avaliado estava com o prazo de validade à expirar. já para os medicamentos similares e manipulados, estes mostraram-se sem o menor controle da liberação, cedência do fármaco, comparado ao medicamento referência e apresentado-se como fórmulas de liberação diferenciadas. os resultados demonstram que apesar da exigência da anvisa quanto à obrigatoriedade do teste de perfil de dissolução, os produtos manipulados encontramse com resultados insatisfatórios, e duvidosos quanto à legitimidade da execução de tal teste pela farmácia fabricante. agradecimentos os autores agradecem às instituições financiadoras fapes, fapemig e cnpq. referências bibliográficas [1] w. cookson, nature 402 (1999) b5. 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between the intensity of the dehydrogenations peak at 0.3 v vs. rhe and the co 2 yield for the different ethanol concentration studied. keywords: electrocatalysis; platinum-rhodium; dems; reaction pathways. introduction the research on the direct methanol fuel cell attracted the attention of many groups around the world in the last two decades. methanol has been considered as a good fuel for fuel cell applications because it is a liquid at room temperature, which makes handling much easier than hydrogen. another alternative as a fuel is ethanol. in contrast with methanol, the electrochemical oxidation of ethanol to carbon dioxide is not so easy. on the other hand, ethanol is less toxic than methanol and can be easily obtained from fermentation processes. in addition, the permeability of ethanol through nafion membranes is much lower than methanol [1], preventing the cross over of the fuel that causes depolarization of the cathode. the drawback of ethanol is the kinetic of ethanol electrochemical oxidation that leads preferentially to partially oxidized products [2]. the main this paper is dedicated to prof. ernesto rafael gonzalez for his outstanding contributions to the electrochemistry in brazil. products observed during ethanol electrochemical oxidation on platinum electrodes are acetaldehyde, acetic acid and carbon dioxide, with predominance for acetic acid and acetaldehyde. it has been reported that some bimetallic electrodes can improve considerably the fully oxidation to co 2 [3,4]. in fact, in a recent publication it is shown that platinum-rhodium alloy electrodes can improve the fully oxidation of ethanol to co 2 [4]. the better electrode composition reported was an electrode containing 25 atomic percentage of rhodium in the electrode composition. on the other hand, platinumruthenium bimetallic electrodes promote a decrease in the onset potential for ethanol oxidation, but do not change the co 2 /ch 3 cho ratio [5]. the contact of ethanol with the electrode surface yields some very strong adsorbed species. the main strongly bonded ethanol fragment is co, but other hydrogenated adsorbates are found 88 ecl. quím., são paulo, 28(2): 87-92, 2003 by in situ infrared spectroscopy experiments [6]. in this way, electrodes that oxidize co at lower potential are very important to improve the electrocatalytic oxidation of ethanol. improvement of co to co 2 oxidation has been reported for ptru bimetallic electrodes [5], probably following a bifunctional mechanism as that proposed for methanol oxidation [7]. however an effect on the co bonding energy was proposed for this kind of material, based on in situ measurement of the adsorbed co vibration [8]. another characteristic of alcohol electrochemical oxidation reaction is the effect of alcohol concentration on the distribution of the oxidation products. it has been reported that higher concentrations favor the less oxidized products [2]. however a more systematic study on the effect of the concentration is still lacking. it is the purpose of this study to report data on the effect of electrode composition and of ethanol concentration on the selectivity of the electrochemical oxidation of ethanol. dems and cyclic voltammetry are used as experimental techniques in order to access both the reactivity and the distribution of the oxidation products, namely carbon dioxide and acetaldehyde. experimental the differential electrochemical mass spectrometry (dems) was used for on line detection of volatile and gaseous products formed during the electrochemical oxidation [9,10]. the electrochemical cell used was similar that used by ianniello and schmidt [11]. a reversible hydrogen electrode (rhe) in the electrolyte solution and a platinized pt foil were used as reference and counter electrode, respectively. the working electrodes were prepared by potentiostatic deposition on sputtered au substrate electrodes. the atomic bulk composition of the electrodeposited electrode was checked by energy dispersive analysis of x-rays (edax). electrochemical cyclic voltammograms (cvs) and mass spectrometry cyclic voltammograms (mscvs) were obtained with a potentiostat model rde4 of pine instrument company and mks instruments for quadrupole mass spectrometer. cvs and mscvs were obtained in 0.1 mol l-1 hclo 4 base electrolyte in several ethanol concentrations using pt and pt 75 rh 25 electrodes in order to compare their electrocatalytic activities. the potential sweeps were performed at 0.01 v.s1 in the range of 0.05 – 1.4 v for pure pt and 0.05 – 1.0 v for pt 75 rh 25 bimetallic electrode. the utilization of isotope labeled ethanol permits us the products identification. the formation of carbon dioxide (co 2 ) and acetaldehyde (cd 3 cho) were distinguished by ion currents at m/z = 44 and m/z = 47, respectively. before each experiment, the electrode was cycled in ar saturated perchloric acid solution until a reproducible voltammogram was obtained. so, the ethanol addition in the electrochemical cell was realized with polarized electrode at 0.05 v. after that, the electrooxidation was carried out in the positive-going potential scan. the solutions were prepared with millipore-milliqä water and analytical grade chemicals; hclo 4 (merck), cd 3 ch 2 oh (99% d, aldrich), h 2 ptcl 6 .6h 2 o (aldrich), rhcl 3 .3h 2 o (aldrich). results the results of the electrochemical current and the mass signal for co 2 (m/z = 44) and cd 3 cho (m/z = 47) during ethanol oxidation on electrodeposited pt are shown in fig. 1 for two different ethanol concentrations. the other curves were similar, differing only in the intensity of the signals. note that these results do not present an absolute measure of selectivity, since the mass intensity signal m/z = 47 do not correspond to the total cd 3 cho produced. a more complete survey of data are given in table 1 for the platinum electrode, where the mass intensity for co 2 and cd 3 cho and the mass intensity ratios (r int ) calculated from the results of fig. 1 are shown. the data reported in table 1 were obtained by subtracting the value at 0.7 v from the background signals for the current and mass signals in the anodic scans. 89ecl. quím., são paulo, 28(2): 87-92, 2003 figure 1. anodic voltammograms and mass signal (m/z=47 and m/z=44) for the oxidation of ethanol on platinum at different ethanol concentrations: () 0.01 mol l-1; (-----) 0.1 mol l-1; (l) 0.5 mol l-1; (�-�-�) 1.0 mol l-1. table 1. mass intensities of co 2 and acetaldehyde and m=z=44/m/z=47 ratios at 0.70 v as a function of the ethanol concentration for pure pt electrode. at low concentrations (fig. 2), a peak near 0.30 v can be seen in the cyclic voltammograms. this well defined peak is assigned to ethanol dehydrogenation on the surface [8]. this peak is observed only during the first potential scan, when ethanol is added to the cell with the electrode polarized at 0.05 v, since the electrode surface is protected by ethanol adsorption by the presence of adsorbed hydrogen on platinum. in the subsequent scans the electrode surface becomes contaminated and the dehydrogenation peak is no longer observed. for concentrations higher than 0.1 mol l-1 this peak is very weak. this peak decreases the intensity as the ethanol concentration is increased (see fig. 1 for comparison of the intensties). 90 ecl. quím., são paulo, 28(2): 87-92, 2003 from the results of table 1, it is clear that cd 3 cho is the main product for all the ethanol concentrations studied, while co 2 is a minor product (it is important to stress that the m/z=29 is only part of the cd 3 cho produced). both the electrochemical current density and the mass signal for co 2 and cd 3 cho increase with the alcohol concentration, as expected. although production of cd 3 cho is the main route, the results shown in table 1 clearly indicate that there is a change in the relation between the co 2 and cd 3 cho yield with the alcohol concentration. the decrease in the co 2 /cd 3 cho ratio is due to an increase of figure 2. anodic scan of the ethanol oxidation on platinum electrode for the ethanol admitted to the cell with the electrode at 0.05 v to avoid ethanol decomposition. ethanol concentration 0.01 mol l-1. cd 3 cho mass signal for higher ethanol concentrations. the results for pt 75 rh 25 alloy electrode are reported in fig. 3 for two different concentrations and the current density and mass signals for co 2 and cd 3 cho obtained at 0.7 v are given in table 2. analyzing more in detail the curves of fig. 3, it is clear that the onset potential for co 2 and cd 3 cho production is shifted to less positive potentials, compared with the same curves of fig. 1. furthermore, the onset seems to be concentration dependent in the case of the bimetallic pt 75 rh 25 electrode. figure 3. anodic voltammograms and mass signal (m/z=47 and m/z=44) for the oxidation of ethanol on pt 75 rh 25 bimetallic electrode at different ethanol concentrations: () 0.01 mol l-1; (-----) 0.1 mol l-1; (l) 0.5 mol l-1; (�-�-�) 1.0 mol l-1. 91ecl. quím., são paulo, 28(2): 87-92, 2003 for lower ethanol concentration the dehydrogenation reaction is shown in fig. 4. again, compared with the same result for the pure platinum electrode (fig. 2), the dehydrogenation peak is more intense and displaced to less positive potentials. the dehydrogenation peak decreases with the increase in ethanol concentration, as in the case of pure platinum. the normalized mass signal for co 2 is clearly higher for the alloy than for the platinum electrode for all concentrations studied (see table 2), showing that the pt 75 rh 25 electrode increases the production of co 2 compared to the pure platinum electrode. however the mass signal for the cd 3 cho are lower for the alloy electrode for ethanol concentrations lower than 0.5 mol l-1 and almost the same for ethanol 1 mol l-1. consequently the ration co 2 /cd 3 cho is higher for the alloy electrode by a factor of ca. 3.0 times that obtained for the pure platinum electrode, except of the 0.01 mol l-1 ethanol concentration where this difference is of ca. 12 times, confirming the higher co 2 selectivity for the bimetallic pt 75 rh 25 electrode. in both cases the selectivity to co 2 decreases with the increase of ethanol concentration. discussion the marked effect of rhodium addition on the selectivity to ethanol oxidation to co 2 is related the higher dehydrogenation efficiency, as shown in the figs. 2 and 4. to understand this effect we have figure 4. anodic scan of the ethanol oxidation on pt 75 rh 25 bimetallic electrode for the ethanol admitted to the cell with the electrode at 0.05 v to avoid ethanol decomposition. ethanol concentration 0.01 mol l-1. to consider the reaction pathways of these two products. the complete ethanol oxidation to co 2 involves the full dehydrogenation, c-c bond dissociation with consequent formation of adsorbed carbon monoxide and finally its oxidation to co 2 whereas the route of the cd 3 cho involves only the loss of two protons. this increased ability to remove protons from the ethanol probably facilitates the formation of adsorbed fragments with only one carbon and consequently the oxidation to co 2 . the reasons to this higher efficiency to remove protons may be related with the interaction of the ethanol molecule with the metallic surface. it is already known from uhv experiments that ethanol adsorbs on rhodium forming a cyclic adsorbate, thus leading to a very stressed c-c bond [12]. although there are no data for platinum-rhodium bimetallic surfaces it is likely that a similar kind of adsorbed intermediate must be present also on this kind of surface as well. thus the facility in removing protons seems to be the main cause for the increased selectivity of ethanol oxidation to co 2 . this can be confirmed by the fact that the decrease in the ration co 2 /cd 3 cho with the increase of ethanol concentration follows a decrease in the intensity of the dehydrogenation peak. a point to be discussed is why the increase in ethanol concentration inhibits the dehydrogenation peak at ca 0.3 v with a consequent higher yield for acetaldehyde. as discussed above the higher production of co 2 is directly related to the higher ethanol dehydrogenation at potentials at ca. 0.3 v. therefore, it is reasonable to conclude that co 2 is originated from the oxidation of the dissociated species from ethanol on the surface. in this way, it could be proposed that co 2 production would be limited by the coverage degree for this species in the electrode surface. for the high ethanol concentration, the electrode surface becomes quickly recovered by a high amount of undissociated ethanol molecules, competing with the stronger adsorption for the ethanol dehydrogenation on surface. at lower concentrations there is less competition for sites at the surface and the more strongly adsorbate takes place. the reason for the preference for the weakly adsorbed ethanol with not extensive dehydrogenation may rely on kinetic reasons. the weak adsorption with acetaldehyde formation must be faster than the strong adsorption with loss of practically all protons to form the fully 92 ecl. quím., são paulo, 28(2): 87-92, 2003 undissociated adsorbates on the surface. in lower concentrations there are not so many species that reach the surface and the slow reaction of the strongly adsorbate can compete with the weak one. finally it is important to consider the low onset potential of the co 2 and acetaldehyde in the case of the pt 75 rh 25 bimetallic electrode. in contrast with ptru bimetallic electrodes, both co 2 and acetaldehyde onset potentials are shifted to less positive potential, which indicates that the catalytic mechanism of the ptrh bimetallic electrode is not only the well discussed bifunctional mechanism, as proposed for ptru bimetallic electrodes, but a more complex mechanism, involving the electronic structure of the surface, that facilitates the interaction of the ethanol molecule with the surface. thus the reason for observed differences between ptrh and ptru bimetallic electrodes is due to the different action of second element at the surface. conclusions in summary, the results show that the pt 75 rh 25 bimetallic electrode is more catalytic than pure platinum for the fully oxidation of ethanol to co 2 for all the ethanol concentrations studied. it has been shown that there is a good correlation between the extension of the dehydrogenation reaction at the beginning of the reaction and the production of co 2 , revealing that a more extensive dehydrogenation destabilizes the ethanol molecule on the surface, facilitating the c-c bond dissociation. on the electrode surface there is a strong competition between a weakly bonded and a strongly bonded adsorbate and increasing the ethanol concentration the kinetic to pathway via the weakly bonded ethanol prevails over that for the pathway via the strongly bonded adsorbate. the immediate consequence is an increase in the production of acetaldehyde over co 2 . acknowledgements the authors are grateful to fapesp, cnpq and capes for financial support to this work. k. bergamaski, j. f. gomes, b. e; goi, f. c. nart. efeito da concentração do álcool e da composição do eletrodo na oxidação eletroquímica do etanol. resumo: a oxidação eletroquímica de etanol foi estudada sobre eletrodos de platina e de platina-ródio, usando espectrometria eletroquímica diferencial de massa, para várias concentrações de etanol em solução. os resultados indicaram que o aumento na concentração de etanol aumentou a formação do produto parcialmente oxidado (acetaldeído). por outro lado, a adição de 25%at. de ródio aumentou a oxidação completa a co 2 . para as diferentes concentrações de etanol estudadas, foi observada também uma correlação entre a intensidade do pico de desidrogenação a 0,3 v vs. erh e o rendimento de co 2 . palavras-chave: eletrocatálise; platina-ródio; dems; caminhos de reação. references [1] a. 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remediação de uma área contaminada. torna-se de maior utilidade medir a concentração total de hidrocarbonetos nessa área utilizando para efeitos de avaliação e monitoração o parâmetro tph [1-6]. 35ecl. quím., são paulo, 33(1): 35-42, 2008 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 33, número 1, 2008 avaliação do desempenho analítico do método de determinação de tph (total petroleum hydrocarbon) por detecção no infravermelho a. r. nascimento1, r.l. ziolli1*, j.t. ararun, jr1, c. s. pires1 e t.b. silva2 1pontifícia universidade católica do rio de janeiro puc-rio, rua marquês de são vicente, 225, gávea, rio de janeiro, rj, 22453-900. 2universidade estadual de santa cruz uesc, campus soane nazaré de andrade, rodovia ilhéus-itabuna, km 16, ilhéusba, brasil. cep: 45662-000 *rlziolli@puc-rio.br resumo: no presente trabalho os parâmetros de desempenho (validação intralaboratorial) da metodologia de determinação de tph (total petroleum hydrocarbons) foram determinados por detecção na região do infravermelho com o equipamento da infracal tog/tph, visando aplicação em amostras de areia contaminadas com petróleo. os ensaios foram realizados utilizando óleo marine fuel 380, com densidade igual 0,987 g cm-3 e viscosidade de 5313 cp a 20°c. este óleo foi fornecido pelo centro de pesquisa da petrobrás (cenpes/petrobrás/rj), sendo o mesmo óleo derramado no acidente ocorrido em janeiro de 2000, na baia de guanabara, rj, quando 1.300 m3 vazaram do duto que interliga a reduc (refinaria duque de caxias, rj) ao terminal da ilha d’água/rj, atingindo praias. os resultados da validação indicaram que o desempenho da metodologia foi favorável à aplicação que se destina. entre os parâmetros metrológicos obtidos neste trabalho, o limite de detecção do método foi de 4,06 mg l-1, consideravelmente inferior à faixa de concentração normalmente obtida para amostras em tais situações. palavras-chave: tph; petróleo; areia contaminada; espectroscopia no infra-vermelho. além disso, como não há um único método estabelecido para sua determinação, diversas metodologias são empregadas com diferentes solventes de extração, distintas etapas de clean-up e diferentes técnicas analíticas de detecção (as técnicas freqüentemente usadas incluem a cromatografia gasosa, infravermelho, imunoensaio e gravimetria). assim, uma mesma amostra pode produzir resultados diferentes de tph, havendo, por isso, controvérsias no seu uso e aplicação e não sendo possível estabelecer uma correlação entre os resultados obtidos entre os diferentes métodos analíticos. a interpretação dos resultados depende da compreensão das potencialidades e das limitações de cada técnica. se usados indiscriminadamente, os dados de tph podem ser enganadores e podem conduzir a uma avaliação inadequada. diante de tantas variações, a resposta de tph torna-se limitada para estimar o risco à saúde humana e do ambiente, uma vez que amostras com as mesmas concentrações de tph podem representar composições muito diferentes e, conseqüentemente, com efeitos toxicológicos distintos [7]. por isso o parâmetro tph não pode ser usado para estimar quantitativamente o risco à saúde. se os dados de tph indicarem que pode haver uma contaminação significativa do ambiente, outras análises devem ser realizadas de modo que o dano possa ser quantitativamente avaliado. o tph criteria working group (1998) considera tph como sendo um parâmetro útil e que pode ser usado para três principais finalidades: (i) identificação de uma contaminação; (ii) avaliação do grau de contaminação; e (iii) avaliação do progresso de uma remediação. entre as técnicas geralmente empregadas na avaliação de tph destaca-se a espectrometria de infravermelho por transformada de fourier ft/ir. o constante emprego desta técnica criou muitas aplicações quantitativas para a espectrometria de infravermelho no monitoramento ambiental, no controle de qualidade e na análise de processos. porém, devido a sua relativa complexidade, custo e exigências de acondicionamento, é inadequado mover um espectrômetro ft/ir para fora do laboratório para obtenção de medidas de campo [8 -11]. para medidas de tph no campo, são utilizados kits de diluição de amostra e instrumentos portáteis de infravermelho. estes últimos apresentam algumas limitações, tais como a confiabilidade da faixa de trabalho, limite de detecção ou até mesmo a utilização do solvente adequado (wilks enterprise, 1995) [12]. por isso, para a obtenção de dados preliminares num programa de monitoração no qual, geralmente o número de amostras é elevado, torna-se necessário o uso de um equipamento robusto, que possa gerar uma resposta com rapidez e com confiabilidade. este trabalho visa avaliar o desempenho de um método rápido e simples de medição, em campo, da contaminação de solos por hidrocarbonetos de petróleo. para tanto, foram determinados alguns parâmetros de desempenho (validação intralaboratorial) da metodologia de determinação de tph por detecção no infravermelho usando o infracal tog/tph, através da otimização do método estabelecido pela usepa (usepa method 418.1) [2]. material e métodos para a determinação de tph por ir foi utilizado o analisador infracal com cubeta de quartzo de caminho óptico igual a 10 milímetros, modelo cvh-50 da wilks enterprise [12}, específico para a aplicação dos métodos 418.1 e 413.2 da epa (agência de proteção ambiental dos eua) [2]. a metodologia usada neste trabalho seguiu o método usepa 418.1 com modificações. para as amostras testes foram utilizadas amostras de solo areno-argiloso contaminado, por óleo cru, fornecidas pelo cenpes/petrobrás. o solo contaminado foi adequadamente homogeneizado a temperatura ambiente utilizando um almofariz. uma quantidade de 5,0 g da amostra homogeneizada foi pesada em balança analítica e extraída com 30 ml de tetracloroetileno (pce), dentro de erlenmeyer com tampa de vidro, utilizando um agitador orbital a 160 rpm, por 4 horas, a temperatura ambiente. após esse período, o sobrenadante foi filtrado utilizando um funil de vidro com um pedaço de algodão contendo na2so4 (sulfato de sódio). posteriormente, a amostra foi novamente extraída com mais 15 ml 36 ecl. quím., são paulo, 33(1): 35-42, 2008 de pce por mais 30 min, e filtrada. os dois extratos foram então somados e avolumados com pce em balão volumétrico a 50 ml. uma alíquota dessa solução foi então transferida para a cubeta e efetuada a leitura na região do infravermelho, em aparelho tog/tph infracal cv-50, previamente calibrado. como padrão foi utilizada uma solução de óleo marine fuel 380 (densidade do óleo igual 0,987 g cm-3 e viscosidade de 5313 cp a 20°c) em pce. este óleo foi fornecido pelo centro de pesquisa da petrobras (cenpes), é o mesmo óleo do acidente de janeiro de 2000, quando 1300 m3 vazaram do duto que interliga a reduc ao terminal da ilha d’água, no rio de janeiro, e atingiu as praias da ilha de paquetá. a partir da solução estoque do óleo em tetracloroetileno, com concentração de 10.000 mg l-1, foram feitas as diluições para a preparação das soluções padrão,com as concentrações variando na faixa de 10 mg l-1 a 10.000 mg l-1. a metodologia foi otimizada segundo recomendações descritas pelo inmetro (2002). resultados e discussão otimização da metodologia de extração: solvente, massa de amostra e número de extrações o solvente indicado pelo método usepa 418.1 é o freon-113 [2], porém, este solvente tem sido regulado pelas agências ambientais por ser nocivo ao meio ambiente. vários solventes têm sido estudados para a substituição do freon na determinação de tph em amostras ambientais. a tabela 1 apresenta algumas características dos solventes recomendados pela wilks [12], para extração de tph e aplicação nos equipamentos tog/tph. 37ecl. quím., são paulo, 33(1): 35-42, 2008 o solvente que foi efetivamente utilizado nos experimentos foi o tetracloroetileno. este é um bom substituto e, mesmo sendo medianamente tóxico, é amplamente usado como uma solução de limpeza e conseqüentemente pode ser aceitável para uso em laboratório, além de apresentar um custo inferior aos outros substitutos. todavia, a pureza recomendada para o tetracloroetileno é de 99% e a pureza do solvente utilizado foi de 97,5%, ou seja, abaixo da recomendada, devido a disponibilidade no mercado. a figura 1 mostra o espectro do solvente usado (tetracloroetileno) extraído da literatura. verifica-se que a região entre 3,23 a 3,51 µm (± 3095 cm-1), que é a região de absorção da ligação c-h e, portanto, a região de interesse para as determinações de tph por ir, não apresenta interferência quando se usa o tetracloroetileno como solvente. o método usepa 418.1 original recomenda uma massa de amostra maior que a figura 1. espectro de absorção do tetracloroetileno (c2cl4). fonte: nist chemistry webbook (1985). usada neste trabalho (5,0 g) e apenas uma extração da amostra. neste trabalho, a mesma amostra foi extraída duas vezes com menores porções de solvente, com o intuito de aumentar a eficiência da extração e minimizar a geração de resíduos. a primeira extração foi feita com 30 ml de solvente e a segunda com mais 15 ml, completando o volume a 50 ml. parâmetros de avaliação de desempenho da determinação de tph utilizando o infracal tog/tph faixa de trabalho para definição da faixa de concentração da curva analítica segundo a wilks enterprise [12], fabricante do equipamento utilizado nas determinações de tph por ir, a faixa linear de trabalho do equipamento é de 0 a 10.000 mg de tph por litro de solução, conforme consta do manual do equipamento. portanto, inicialmente essa foi a faixa de trabalho estudada para a definição das concentrações da faixa linear da curva analítica. a tabela 2 mostra o valor médio da intensidade de sinal obtido para cada concentração, numa faixa de 0 a 10.000 mg l-1, obtido de três replicatas de cada concentração, e a respectiva variância. os dados da tabela apresentam-se na figura 2. 38 ecl. quím., são paulo, 33(1): 35-42, 2008 tabela 2. média dos valores de intensidade de sinal de três replicatas independentes em cada concentração da solução padrão. concentração intensidade « (variância) (mg l-1) de sinal (ua*) 0 1,1 0,7 10 5,6 0,3 50 27,4 1,3 100 55,0 0,5 200 101,8 0,2 300 138,2 0,7 400 168,0 1,5 500 193,4 0,3 1000 251,0 0,0 2000 322,6 0,3 3000 343,0 1,5 4000 352,6 0,3 5000 359,8 0,2 10000 362,6 0,3 *unidades arbitrárias figura 2. curva analítica na faixa de trabalho sugerida pelo fabricante do equipamento. a ampla faixa de trabalho sugerida pelo fabricante, indica uma grande versatilidade no uso do infracal nas determinações de tph nas amostras de solos contaminados com petróleo, onde as concentrações chegam até 50.000 mg kg-1. linearidade da curva analítica na figura 3, pode-se observar que não existe uma relação linear em toda a faixa de trabalho especificada pelo fabricante do equipamento. a linearidade pode ser melhor observada na faixa de concentração que vai de 0 a 500 mg l-1 (figura 3), sendo essa a faixa determinada para a curva de analítica. figura 3. faixa linear da curva analítica. após a otimização do método, obteve-se um coeficiente de correlação linear de r2 =0,999, que mostra uma ótima correlação entre os dados obtidos. protocolo de validação da curva de calibração de 0 a 500 mg l-1 sensibilidade segundo inmetro (2000) [13], a sensibilidade é um parâmetro que demonstra a variação da resposta em função da concentração do analito. pode ser expressa pela inclinação da curva de regressão linear de calibração, conforme a equação abaixo e é determinada simultaneamente aos testes de linearidade. assim, pode-se observar a sensibilidade do método pela inclinação (coeficiente angular) da curva de regressão linear da calibração, conforme representado na equação 1. s = dx / dc (equação 1) onde: s = sensibilidade; dx = variação da resposta; dc = variação da concentração. assim, através da curva analítica apresentada na figura 3, obtém-se o valor 0,466 abs l mg-1 para a sensibilidade do método na faixa de 0 a 500 mg l-1. embora a faixa de trabalho obtida pelo equipamento seja ampla, optou-se fazer a calibração apenas na faixa linear da curva analítica, onde é maior a variação da resposta do instrumento de medição, obtendo-se melhor sensibilidade do método analítico. além disso, se a curva de calibração não é linear, o valor da sensibilidade varia com a concentração do analito, enquanto trabalhando na faixa linear, o valor da sensibilidade fica constante em toda a faixa de trabalho. limite de detecção há controvérsias em relação ao termo “limite de detecção”, apesar de ser usado em alguns documentos. o limite de detecção do equipamento (ld) é definido como a concentração do analito que produz um sinal de três a cinco vezes a razão ruído/sinal do equipamento. o limite de detecção do método (ldm) é definido como a concentração mínima de uma substância medida e declarada com 95% ou 99% de confiança de que a concentração do analito é maior que zero. o ldm é determinado através de análise completa de uma dada matriz contendo o analito. para a validação de um método analítico, é normalmente suficiente fornecer uma indicação do nível em que a detecção do analito começa a ficar problemática, ou seja, “branco + 3s” e “0 + 3s“, considerando análise de sete ou mais amostras de branco e de brancos com adição, respectivamente [13-20]. os valores obtidos para a média das intensidades de sinal obtidas para 10 leituras do branco para o cálculo do limite de detecção foi 0,11 ± 0,08. os cálculos para a determinação do ld e ldm, utilizando o valor de t unilateral (3,143), para 99% de confiança e admitindo uma distribuição normal dos resultados, estão representados na equação 2 e 3, respectivamente. _ ld = x + ts (equação 2) ldm = ts (equação 3) onde: ld = limite de detecção; ldm = limite de detecção do método; x = média das intensidades de sinal obtidas para n leituras do branco; s =desvio padrão da média das leituras do branco. assim, foram obtidos os valores de 0,361 abs para o ld e 0,251 abs para o ldm. em termos de concentração, o limite de detecção é 4,29 mg l-1 e o limite de detecção do método é 4,06 mg l-1. embora o valor de ldm obtido seja alto em comparação com outras técnicas analíticas para a determinação de tph, o resultado pode ser considerado satisfatório para o fim a que se destina visto que os valores de concentração usualmente obtidos nas análises das amostras de areia após um derramamento de óleo normalmente são muito superiores ao ldm. além disso, é necessário considerar que as determinações foram realizadas num equipamento portátil para aplicação em trabalho de campo. limite de quantificação o limite de quantificação é a menor concentração do analito que pode ser determinada com um nível aceitável de precisão e veracidade. considerou-se aqui como sendo a concentração do analito correspondente ao valor da média do branco mais 5 desvios padrão, estão representados na equação 4 [13-20]. _ lq = x + 5s (equação 4) onde: lq = limite de quantificação; x = média das intensidades de sinal obtidas para n leituras do branco; s =desvio padrão da média das leituras do branco. 39ecl. quím., são paulo, 33(1): 35-42, 2008 assim, o valor do lq foi de 0,510 abs sendo que, em termos de concentração, o limite de quantificação é 4,61 mg l-1. exatidão exatidão do método é definida como sendo a concordância entre o resultado de um ensaio e o valor de referência aceito como convencionalmente verdadeiro. a exatidão, quando aplicada a uma série de resultados de ensaio, implica numa combinação de componentes de erros aleatórios e sistemáticos (tendência). os processos normalmente utilizados para avaliar a exatidão de um método são, entre outros: uso de materiais de referência, participação em comparações interlaboratoriais e realização de ensaios de recuperação [13-20]. calculou-se o erro como sendo a diferença entre o resultado de um ensaio e o resultado aceito como referência (concentração teórica). uma forma de avaliar a exatidão do método é através do cálculo do erro relativo (er), expresso em percentagem. devido à impossibilidade de se fazer os ensaios com material de referência, teve-se que usar soluções preparadas dentro das condições do laboratório. assim, preparou-se uma solução padrão com concentração de tph calculada de 102,88 mg l1, concentração teórica usada como valor de referência, e efetuou-se 10 leituras desta solução. a concentração de tph média obtida e o respectivo desvio padrão foram de 122,51 mg l1 ± 4,32 mg l-1 o que produz um erro relativo de 19%. enfatiza-se aqui que a aplicação da metodologia visa aplicação em programas preliminares de monitoramento nos quais usualmente há um número elevados de amostras para análise em curto espaço de tempo. nesses casos, geralmente a obtenção de valores que indiquem a presença ou não de contaminação e sua dimensão (a ordem de grandeza) podem ser suficiente. precisão repetitividade repetitividade é o grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando, efetuadas sob as mesmas condições de medição [14]. a repetitividade pode ser expressa quantitativamente em termos da característica de dispersão dos resultados e pode ser determinada por meio da análise de padrões. para a determinação da repetitividade nesse trabalho foi utilizada solução padrão na concentração de 300 mg l-1 de tph. a repetitividade é expressa pelo desvio padrão de 10 leituras que neste trabalho foi de 2,08. a partir do desvio padrão dos resultados dos ensaios sob condição de repetitividade é aconselhável calcular o limite de repetitividade “r” que capacita o analista a decidir se a diferença entre análises duplicatas de uma amostra, determinada sob condições de repetitividade, é significante. para um nível de confiança de 95%, o limite de repetitividade (r) é avaliado segundo equação 5. r = 2,8 . sr (equação 5) onde: sr = desvio-padrão de repetitividade o limite de repetitividade (r) para esta determinação é de 5,82 abs, calculado num nível de confiança de 95% segundo inmetro 2000. reprodutibilidade (precisão intermediária) é o grau de concordância entre os resultados das medições de um mesmo mensurando, efetuadas sob condições variadas de medição (vim). embora a reprodutibilidade não seja um componente de validação de método executado por um único laboratório, é considerada importante quando um laboratório busca a verificação do desempenho dos seus métodos em relação aos dados de validação obtidos através de comparação interlaboratorial. a precisão sob condições de reprodutibilidade é obtida, por exemplo, de resultados dos ensaios com o mesmo método, variando-se laboratórios, operadores ou equipamentos. nesse trabalho a precisão sob condições de reprodutibilidade foi obtida por analistas diferentes e usando uma amostra de areia contaminada com petróleo numa concentração aproximada de 5.000 mg kg-1 de tph. foi calculado o desvio padrão para a variável tph, sendo adotado a média como resultado. o desvio padrão foi de 124,05 mg kg-1. a reprodutibilidade é expressa pelo desvio 40 ecl. quím., são paulo, 33(1): 35-42, 2008 padrão obtido sob condições de reprodutibilidade associada aos resultados. a partir do desvio padrão obtido sob condições de reprodutibilidade foi possível calcular a variância de reprodutibilidade (sr 2) associada aos resultados, e o limite de reprodutibilidade “r” conforme equação 6 [13-15]. (equação 6) r = 347,34 o limite de reprodutibilidade (r) para esta determinação é de 347,34 mg kg-1, calculado num nível de confiança de 95% segundo inmetro 2000. conclusões no presente trabalho foi otimizada uma metodologia analítica simples e de baixo custo para a determinação de tph em solos contaminados com petróleo e derivados. o enfoque principal deste estudo não foi a quantificação dos compostos individuais e sim desenvolver uma metodologia capaz de indicar a presença ou ausência de contaminação por petróleo. assim, para fins de monitoramento ambiental preliminar, esta técnica é indicada por ser processo de análise mais rápido e econômico se comparado a outros processos usualmente utilizado para a determinação de tph. a faixa de trabalho sugerida pelo fabricante do equipamento utilizado não apresentou linearidade em todas as concentrações. a faixa linear obtida experimentalmente neste trabalho foi de 0 a 500 mg l-1 e os resultados obtidos para o limite de detecção e o de quantificação indicaram uma aplicação favorável ao uso a que se destina. assim, pode-se concluir que o desempenho do método de determinação de tph em areia por detecção no infravermelho foi adequado. recebido em 30 de outubro de 2007 aceito em 27 de fevereiro de 2009 r = 2,8 sr 2 41ecl. quím., são paulo, 33(1): 35-42, 2008 a. r nascimento, r. l.ziolli, j. t. araruna, jr, c. s. pires, t.b. silva. validation of method for the determination of tph (total petroleum hydrocarbon) by infrared detection. abstract: this work deals with an optimization of tph (total petroleum hydrocarbon) analysis methodology for samples of contaminated sands, validating the infrared detection technique through the use of infracal tog/tph equipment. tests were validated using marine fuel 380 oil, density 0.987 g cm-3 and viscosity 5313 cp at 20 0c. this oil sample was kindly supplied by petrobras research centre (cenpes), and is the same oil that leaked from a pipeline in reduc refinery on january 2000, contaminating several beaches in guanabara bay, including anil and mauá. the validation results suggested that the methodology performance was adequate for this application. amongst the metrological parameters obtained from this work, the detection limit, 4.06 mg l-1, was a plus; since it was far below to the concentration range obtained from this samples keywords: tph; petroleum; sand contamination; infra-red spectroscopy. referências [1] tph criteria working group. analysis of petroleum hydrocarbons in envirronmental media, 1998. disponível em: < http://www.aehs.com >. 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homogeneous suspensions. the zno present in the prepared mixed oxides seems to increase particle size distribution and to influence the arrangement of the particles after powder dispersion. keywords: cerium oxide; zinc oxide; nanopowder; pechini´s method. introduction ultrafine nm-sized particles have attracted much attention since they often exhibit physical and chemical properties that are significantly different from those of bulk materials [1]. in particular, materials with high surface area have importance in two major fields: ceramic science and catalysis [2]. in recent years, nanotechnology has created excitement in a wide array of sectors in both the scientific and financial communities. cosmetic chemists may not have realized that their industry has been leading the way in nanotechnology for the last 10 years with the use of one of the first nanotechnological products, nanoscaled (<100 nm) inorganic uv absorbers or “nanopowders”. cerium oxide is a major compound in the useful rare earth family and has been applied as a useful glass-polishing material, ultraviolet absorbent and automotive exhaust promoter [3]. fine particles of cerium oxide of very small size can become potential new materials that maybe useful for fine uv absorbent and high-activity catalysts. many studies have reported the synthesis of nanosized particles of ceria with various purposes. however, because of its high catalytic activity for the oxidation of organic material, ceo2 has seldom been used commercially as a sunscreen material. so, the introduction of zno should reduce the oxidation catalytic activity of cerium oxide. zinc oxide, for instance, is a versatile material with many applications, including antireflection coating, transparent electrodes in solar cells [4], gas sensor [5], varistor [6,7], surface acoustic wave devices, electro-luminescence and photoluminescence devices [8-11] and uv blocking materials [12-14]. therefore, this work reports on the synthesis, by pechini´s method, and the structural, morphological and spectroscopic characterization of ceo2-zno systems in order to better understand how zno modifies the nanostructured ceo2, in the search for a new uv filter material. material and methods ceo2-zno mixture preparation from pechini´s method rare earth (ce3+) and zinc nitrates solutions were mixed with citric acid in an appropriate stoichiometry, ce3+: zn2+. the mixture was heated 60 ecl. quím., são paulo, 30(1): 59-64, 2005 and stirred in a hot plate at 60oc, and then ethylene glycol was added and heated at 90oc, resulting in a polymeric resin (polyester). the yellowish resin was fired at 500oc, and the obtained powder mixed oxides was heated at 900oc, in air, for 4h [15]. ceo2 and zno powder samples were prepared separately by using the same pechini´s method and a mixture of 1ceo2:1zno was also obtained grinding both oxides in an agate mortar in order to compare with the mixed oxide samples. samples characterization the crystalline phase identification was performed by x-ray diffraction, xrd (siemens d5005 x-ray diffractometer). the size distribution and powder shapes were observed using transmission electron microscopy, tem, (philips cm200 microscope equipped with digital spectrometer – prism pgt – princeton gamma tech) and scanning electron microscopy, sem (scanning electron microscope zeiss dsm 940a). for tem measurements, powder samples were suspended in ethanol and supported in a copper grid. for sem images acquirement the powders were dispersed in isopropanol, supported in aluminum stubs and after drying, coated by a gold thin layer using sputtering system. for diffuse reflectance spectroscopic (drs) measurements the powders were ground in agate mortar and compacted in a black holder. spectrofluorimeter spex–fluorolog ii with excitation and emission double monochromators was used to record drs spectra by synchronously monitoring of both monochromators at the same wavelengths [16]. results and discussion the xrd patterns of the synthesized powders are shown in fig. 1. for all samples, reflection planes that perfectly match to both indexed ceo2 cubic structure, space group fm3m (225) and zno hexagonal structure, space group p63mc (186) [17] are detected. no peak of any other phase, such as zinc cerate or cerium zincate, is observed indicating that the employed method leads to a mixture of ceo2 and zno phases in all systems. the x-ray pattern of the mechanical mixture 1ceo2:1zno containing the nanosized oxides included in the fig. 1 shows that the relative intensity of ceo2 reflection peaks are higher then the zno one, although both oxides are present in the same ratio. this difference in intensity due to the different oxide x-ray absortivity explains why in the 2ceo2:3zno, 3ceo2:2zno and 4ceo2:1zno systems the reflection planes characteristic for ceo2 are more evident than the zno ones. figure 1. x-ray powder diffraction patterns of ceo2, zno, and the mixed oxides 1ceo2:4zno; 4ceo2:1zno; 2ceo2:3zno and 3ceo2:2zno, where refers to ceo2 pattern and to zno one. 1ceo2:1zno (*) sample refers to the x-ray pattern of a mechanical mixture. tem analysis was performed in order to evaluate particle shape and size distribution, fig. 2. it is possible to observe that cerium and zinc oxides, as well as their mixtures, have spheroidal particles whose sizes were estimated and listed in table 1. tem images also reveal the nanocrystal planes of the particles, with their superposition in some cases. 61ecl. quím., são paulo, 30(1): 59-64, 2005 figure 2. tem images of the pure oxides (a) ceo2 and (b) zno and prepared systems (c) 1ceo2:4zno, (d) 4ceo2:1zno, (e) 2ceo2:3zno and (f) 3ceo2:2zno. table 1. particle size estimate for the oxide particles from tem image analysis (fig. 2). 62 ecl. quím., são paulo, 30(1): 59-64, 2005 in the case of the 1ceo2:4zno system, fig. 2c, as it is difficult to well define the border of the biggest particles, only the small ones were estimated. analyzing table 1, it is possible to verify that the oxide mixtures present a wide particle size distribution, whereas the pure oxides separately show extreme values, i.e., ceo2 displays the smallest particles and zno the biggest ones. therefore, during tem analysis, eds (energy-dispersive spectroscopy) was performed in order to investigate individual particles in an attempt to establish some relationship between particle size and composition. as the pure oxides present extreme values, one would expect that in the mixtures ceo2 could form the small particles and zno the big ones. however, no conclusive relationship was observed, because both big and small particles in some cases presented both metals, ce and zn, in their composition. therefore, the inclusion of zno in the ceo2 system increases the final particle size distribution even when zno is present in a lower proportion (4ceo2:1zno). the morphological general aspect of the powder particles can be observed by the sem images, shown in fig. 3. they reveal how the individual particles observed by tem agglomerate after dispersion in a solvent and drying. for the ceo2 sample, fig. 3a, and the mixtures where this oxide is present in higher proportion, fig. 3d and fig. 3f, the agglomerates of spheroidal particles show similar aspect. however, zno particles, fig. 3b, as well as the ones observed in the 2ceo2:3zno, fig. 3c and 1ceo2:4zno, fig. 3e systems, seem to be arranged in layers that form plates. so, zno must also be influencing the particles arrangement in the mixtures. figure 3. sem images of (a) ceo2, (b) zno, (c) 1ceo2:4zno, (d) 4ceo2:1zno, (e) 2ceo2:3zno and (f) 3ceo2:2zno nanoparticles. in the powder reflection spectra, low reflectance values indicate high absorption in the corresponding wavelength region. fig. 4 shows the reflection spectra of pressed powders of ceo2-zno systems, compared to those of the pure ceo2 and zno powders. ceo2, zno and ceo2-zno systems (1:4, 2:3, 3:2 and 4:1) have the same low reflectance behavior in the uv region, and a reflectance rate of almost one in the visible. the reflectance rate of pure ceo2 is lower than that of the other samples. the most significant region in the uv-b (290-320 nm) is above 300 nm, where all samples, except for zno, present reflectance rate below 0.5, which means high absorption power. all systems show high absorption over the whole uv-a region (from 320 to 400 nm), and their reflectance increases sharply 63ecl. quím., são paulo, 30(1): 59-64, 2005 above 370 nm, except for the pure ceo2 powder. it is important to emphasize that all ceo2-zno compositions, independent of the stoichiometry, present higher absorption than the pure oxide powders in the uv region. in the visible region, the zno powder shows the expected high constant reflectance, which is responsible for its resultant white color, whereas the ceo2 powder exhibits a yellowish color due to its lower reflectance. the ceo2-zno mixtures, on the other hand, show intermediate reflectance indices, which probably imply the decrease in the pale-white resulting color. conclusions a new material consisting of nanopowders of the mixed oxides ceo2 and zno, was prepared by pechini´s method in an appropriate stoichiometry. this method leads to powders with spheroidal particles, whose size range from 30 to 200 nm, which is appropriate to provide homogeneous suspensions. the zno present in the prepared mixed oxides seems to increase particle size distribution and to influence the arrangement of the particles after dispersion in a solvent and drying. moreover, ceo2–zno nanopowder systems, independent of the stoichiometry applied, present higher absorption than the pure oxide powders in the uv. also, the intermediate reflectance indices of these mixed oxides probably imply a decrease in their pale-white resulting color. therefore, the findings of the present study suggest that ceo2–zno nanopowder systems are promising candidates for use in a specific application, and pechini´s method is adequate for the obtention of such nanopowders compounds. acknowledgements we thank the brazilian agencies capes, cnpq and fapesp for financial support. recebido em: 19/11/2004 aceito em:17/12/2004 figure 4. reflectance spectra of ceo2, zno and the ceo2-zno nanopowder systems. c. peverari, a. m. pires, r. r. gonçalves, o. a. serra. síntese e caracterização estrutural e morfológica de partículas nanométricas do sistema ceo2 – zno a partir do método pechini resumo: neste trabalho investigou-se o sistema nanométrico ceo2-zno preparado pelo método pechini. as caracterizações estrutural e morfológica foram realizadas para o sistema ceo2-zno assim como para ceo2 e zno separadamente, o que demonstrou que o método empregado resulta em pós com partículas de tamanho entre 30 a 200 nm. a presença do zno nas misturas dos óxidos preparados aumenta a distribuição no tamanho das partículas e também influencia o arranjo das mesmas após a dispersão dos pós. palavras-chave: óxido de cério; óxido de zinco; nanopartículas; método pechini. references [1] r.p. andres, r.s. averback, w.l. brown, l.e. bins, w.a. goddard iii, a. kaldor, s.g. louie, m. moscovits, p.s. peercy, s.j. riley, r.w. siegel, f. spaepen and y. wang. j. mater. res. 4 (1989) 704 [2] n. audebrand, j. p. auffrédic, d. louër, chem. mater. 12 (2000) 1791 [3] s. yabe, t. sato, j. sol. state chem. 171 (2003) 7 [4] k. l. chopra, s. r. das (eds.), thin film solar cells, plenum, new york, 1983 [5] z. j. muller, s.w. fresenius, j. anal. chem. 349 (1994) 380 64 ecl. quím., são paulo, 30(1): 59-64, 2005 [6] s. hingorani, v. pillai, p. kumar, m.s. multani, d.o. shah, mater. res. bull. 28 (1993) 1303 [7] z . l.b. kong, f. li, l.y. zhang, x. yao, j. mater. sci. lett. 17 (1998) 769 [8] z .w.c. shih, m.s. wu, j. cryst. growth 137 (1994) 319 [9] c.t. troy, photonics spectra 31 (1997) 56 [10] k. vanheusden, c.h. seager, w.l. warren, d.r. tallant, j. caruso, m.j. hampden-smith, t.t. kodas, j. lumin. 75 (1997) 11 [11] c.m. mo, y.h. li, 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afetar a disponibilidade deste recurso para a população urbana se este não for bem administrado. no brasil, a agricultura consome cerca de 61% (v/v) da água doce total [1]. portanto, é desejável o desenvolvimento de técnicas para a reutilização dos recursos hídricos. dentre as alternativas comumente encontradas em países onde a disponibilidade desse recurso é ainda mais restrita que no brasil, está o emprego do efluente de esgoto tratado (eet). o eet é um dos subprodutos obtidos a partir do tratamento de esgoto mediante o emprego de lagoas de estabilização. é um tipo de água residuária amplamente empregada na irrigação de culturas em países como austrália e israel [1] e amplamente utilizado nas cidades de pequeno a médio porte, 39ecl. quím., são paulo, 34(1): 39-44, 2009 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 34, número 1, 2009 caracterização química e espectroscópica de solos irrigados com efluente de esgoto tratado larissa macedo dos santos1,2, marcelo luiz simões1, wilson tadeu lopes da silva1, débora marcondes bastos pereira milori1, célia regina montes3, adolpho jose melfi4, ladislau martin-neto1 1embrapa instrumentação agropecuária; 2universidade de são paulo, instituto de química de são carlos; 3universidade de são paulo, centro de energia nuclear na agricultura; 4universidade de são paulo, escola superior de agricultura luiz de queiroz. * larissa@cnpdia.embrapa.br resumo: a utilização de efluentes de esgoto tratado na irrigação, ao invés de realizar a disposição deste subproduto nos cursos d’água tem sido uma alternativa antiga, popular e atrativa, com triplo propósito: tratamento complementar do efluente, fonte de água e de nutrientes ao sistema solo-planta. entretanto, no brasil, a reciclagem de águas residuárias, particularmente, do efluente de esgoto tratado, não é uma prática comum e, conseqüentemente, trabalhos científicos relacionados a este tema são incipientes. com a finalidade de fornecer mais informações para subsidiar as pesquisas nesta área, este trabalho visa avaliar, por meio de técnicas química e espectroscópica, o processo de humificação na matéria orgânica dos solos irrigados com efluente de esgoto tratado em experimentos de campo. os cinco tratamentos estudados foram: tsi (controle) – irrigado com água potável e adição de nitrogênio via fertilizante mineral, t100, t125, t150 e t200 irrigado com efluente de esgoto tratado e adição de nitrogênio via fertilizante mineral. os resultados obtidos mostram variações no teor de carbono e no grau de humificação, para os solos irrigados com efluente de esgoto tratado, decorrentes do aumento da atividade de decomposição da matéria orgânica, estimulada pelo aumento da quantidade de água no solo. palavras-chave: matéria orgânica do solo; efluente de esgoto tratado; carbono total e fluorescência induzida por laser. eq06-af:modelo-af 7/20/09 10:12 pm página 39 sobretudo, no interior do estado de são paulo/brasil. essa água residuária difere da convencionalmente empregada na irrigação por apresentar concentrações variáveis de compostos como, matéria orgânica, nutrientes (principalmente nitrogênio), sais (incluindo sais de sódio), demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio e patógenos, dependendo da natureza do esgoto bruto e do tipo de tratamento empregado [2]. a irrigação dos solos com eet, desde que realizada de forma controlada, é altamente atrativa, pois possibilita a reciclagem da matéria orgânica e nutrientes dos efluentes, além de proporcionar economia de fertilizantes; a liberação de outras fontes de água para o consumo humano; a resolução de problemas advindas das descargas desses efluentes nas águas de superfície ou subterrânea e melhoria das condições químicas, físicas e biológicas do solo devido a adição de nutrientes a matéria orgânica [2]. a matéria orgânica do solo é um componente importante dos agroecossistemas por interferir tanto na qualidade do solo, e, por conseguinte, na produtividade das culturas, como na sustentabilidade ambiental [3]. nos últimos anos, a aplicação de técnicas espectroscópicas como: ressonância magnética nuclear, ressonância paramagnética eletrônica, fluorescência de luz uv-visível e fluorescência induzida por laser vem demonstrando grande potencial para auxiliar no entendimento dos processos relacionados com a dinâmica da matéria orgânica [4,5,6,7,8,9]. contudo, a composição mineralógica dos solos tropicais (alta percentual de óxidos de ferro) pode dificultar as análises por ressonância magnética nuclear de 13c no estado sólido e por ressonância paramagnética eletrônica [10]. nesse sentido, a espectroscopia de fluorescência induzida por laser aplicada a solos a qual é uma nova metodologia [9], tem se mostrado eficiente na análise da matéria orgânica de solos com alto teor de óxidos de ferro, incluindo os latossolos e argisolos, fornecendo resultados de uma maneira ágil, sem artefatos e em condições próximas das naturais [9]. a fluorescência induzida por laser baseiase na análise de pastilhas de solo, amostras de solos prensadas em molde de aço (1cm de diâmetro e 2 mm de espessura). o princípio da técnica consiste, na excitação da amostra com um laser de argônio sintonizado na linha de 458 nm com uma potência de 300 mw, onde em seguida a fluorescência emitida é coletada com uma lente convergente com foco sobre um monocromador. a detecção é realizada com uma fotomultiplicadora com pico de resposta espectral em 530 nm. o sinal da fotomultiplicadora é amplificado e retificado por um amplificador “lock-in” e em seguida enviado para um sistema de aquisição controlado por um computador. a resolução espectral deste sistema para fluorescência de solos é de aproximadamente 4 nm [9]. a humificação é definida como a transformação de fontes estruturalmente identificáveis (açúcares, polissacarídeos, proteínas etc.) em compostos húmicos amorfos, sendo que o grau de humificação é um parâmetro importante para determinação da qualidade da matéria orgânica do solo [11]. a determinação do grau de humificação (hfil) é realizada a partir da razão entre a área do espectro de emissão da fluorescência com excitação em 458 nm (acf) e a concentração de carbono orgânico total (cot) [9], ou seja: hfil= acf cot contudo, deve-se ressaltar, que apesar do grande número de trabalhos encontrados na literatura sobre a caracterização espectroscópica da matéria orgânica do solo, poucos referem-se a solos submetidos à adição de eet e ao emprego da fluorescência induzida por laser. além disso, a maioria dos trabalhos existentes na literatura não referemse a solos tropicais. com a finalidade de fornecer mais informações para subsidiar as pesquisas nesta área, este trabalho visa avaliar, por meio de técnicas química e espectroscópica, o processo de humificação na matéria orgânica dos solos irrigados com eet em experimentos de campo. materiais e métodos solos as amostras de solo classificado como agissolo vermelho distrófico latossólico de textura média argilosa [12] foram coletadas no 40 ecl. quím., são paulo, 34(1): 39-44, 2009 eq06-af:modelo-af 7/20/09 10:12 pm página 40 campo experimental localizado no município de lins-sp em área anexa a estação de esgoto municipal. eet o eet foi obtido por meio do sistema de lagoa de estabilização (estação de tratamento de esgoto municipal, lins-sp). tratamentos si: sem irrigação, sem dose de fertilização nitrogenada mineral; 100: irrigação com eet e umidade do solo na capacidade de campo; 125: irrigação com eet e umidade do solo 25% (v/v) acima da capacidade de campo; 150: irrigação com eet e umidade do solo 50% (v/v) acima da capacidade de campo; 200: irrigação com eet e umidade do solo 100% (v/v) acima da capacidade de campo. amostragem as amostras foram coletas em maio de 2007, um ano e dois meses após o plantio da cana de açúcar sob irrigação com eet. as amostras de solo foram coletadas aleatoreamente nas camadas superficiais (0-10 e 10-20 cm) e subsuperficiais (20-40, 40-60, 60-80 e 80-100 cm) nas parcelas experimentais. determinação do teor de carbono a determinação do teor de carbono foi realizada no equipamento leco model cn 2000, pertencente ao cena-usp. fil constituído de um laser de argônio (1), de um prisma para separação da emissão laser da fluorescência do gás (2), de espelhos para condução da excitação até a amostra de solo (3, 4 e 5), de uma lente para coletar a fluorescência (6), de um modulador óptico (optical chopper) (7), de um filtro para suprimir a excitação no sistema de detecção (8), de um monocromador (cvi, l=25 cm) (9), de uma fotomultiplicadora (10), de um amplificador lock-in (11) e de um microcomputador dotado de placa de aquisição e software de controle e aquisição de dados (12). o laser de argônio foi sintonizado na linha de 458 nm com 41ecl. quím., são paulo, 34(1): 39-44, 2009 figura 1. sistema para medida de fluorescência induzida por laser para amostras de solo inteiro inteiro [9]. potência de 400 mw. a resolução espectral do sistema foi avaliada em 4 nm (figura 1). a determinação do hfil foi realizada a partir da razão entre a área do espectro de emissão da fluorescência com excitação em 458 nm (acf) e a concentração de carbono orgânico total (cot) [9], ou seja: hfil= acf cot resultados e discussão na tabela 1 são mostrados os teores de carbono para as amostras de solo, pela qual observase diminuição no teor de carbono para os solos irrigados com eet, diminuição essa mais significativa nas camadas de 0-10, 10-20 e 20-40 cm. esse resultado pode ser devido à alteração da taxa de decomposição da matéria orgânica do solo, ocasionada pela adição do efluente [13]. pelo fato da taxa de mineralização ser altamente dependente do potencial de água no solo [14,15], o fator umidade constante (mediante irrigação) associado às altas temperaturas, promove uma rápida mineralização do material orgânico adicionado ao solo [16]. assim, a irrigação com efluente tem o potencial de modificar os processos de ciclagem do carbono, pelo fato de aumentar a água no solo para teores que estimulam a atividade de decomposição da matéria orgânica [13, 17]. na figura 2 são mostrados o hfil das amostras de solo irrigadas ou não com eet nas profundidades de 0-10, 10-20, 20-40, 40-60, 6080 e 80-100 cm. eq06-af:modelo-af 7/20/09 10:12 pm página 41 42 ecl. quím., são paulo, 34(1): 39-44, 2009 de maneira geral, para todos os tratamentos foi observado um aumento gradual no hfil da matéria orgânica do solo ao longo do perfil, sendo que os menores valores do hfil foram encontrados nas camadas de 0-10 e 10-20 cm (figura 2), esse comportamento é devido a presença de restos vegetais que se acumulam preferencialmente na superfície do solo em quantidades que diminuem a capacidade dos microorganismos em metabolizá-los, resultando no decorrer do processo de transformação, em matéria orgânica com menor aromaticidade e, conseqüentemente, menos humificada [18]. resultados similares foram encontrados na literatura para latossolos submetidos a diferentes sistemas de manejo por meio de fluorescência induzida por laser [18], ressonância paramagnética eletrônica, ressonância magnética nuclear de 13c no estado sólido, infravermelho com transformada de fourier e fluorescência [19]. de acordo com os resultados obtidos a fluorescência induzida por laser mostrou ser eficiente na determinação do grau de humificação da matéria orgânica de argissolos irrigados com eet, fornecendo resultados de maneira rápida, sem artefatos e em condições próximas das naturais [9], sem a necessidade de realizar a extração química das substâncias húmicas do solo. estes resultados são importantes visto tratar de um solo com altos teores de óxidos de ferro os quais inviabilizam a utilização de outras técnicas espectroscópicas como: ressonância paramagnética eletrônica e ressonância magnética de 13c no estado sólido para a caracterização da matéria orgânica do solo [10]. as variações observadas no hfil entre os diferentes tratamentos corroboram com os resultados obtidos para os teores de carbono, onde foi observada uma tendência ao aumento do hfil, devido à alteração da taxa de decomposição da matéria orgânica do solo, ocasionada pela adição do efluente [13]. conclusões a fluorescência induzida por laser mostrou ser eficiente na determinação do grau de humififigura 2. hfil das amostras de solo, nas profundidades de 0-10, 10-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 cm, submetidas aos tratamentos: si, 100, 125, 150 e 200. eq06-af:modelo-af 7/20/09 10:12 pm página 42 cação da matéria orgânica de argissolos irrigados com eet. os resultados obtidos mostram variações no teor de carbono e no hfil, para os solos irrigados com eet, decorrentes do aumento da atividade de decomposição da matéria orgânica, estimulada pelo aumento de água no solo. agradecimentos à embrapa instrumentação agropecuária pela infra-estrutura cedida. ao laboratório de biogeoquímica ambiental do centro de energia nuclear na agricultura, da universidade de são paulo pelas análises dos solos. à fapesp, cnpq e capes pelo auxílio concedido. recebido 08 julho 2008 aceito 22 novembro 2008 referências bibliográficas [1] d. christofidis, d. universidade de brasília, brasília, 2001. 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[19] m. gonzález-pérez, m.; l. martin-neto, s.c. saab, e.h. novotny, d.m.b.p. milori, v.s. bagnato, l.a. colnago, w.j. melo, h. knicker. geoderma, 118 (2004) 181. 43ecl. quím., são paulo, 34(1): 39-44, 2009 eq06-af:modelo-af 7/20/09 10:12 pm página 43 introduction lansoprazole(lpz) is a substituted benzimidazole, chemically known as methyl-4-(2,2,2-trifluroethoxy)-2pyridyl]methyl]sulfinyl]benzimidazole(fig.1). lpz is a proton pump inhibitor[1] which inhibits the ultimate step in gastric acid secretion. even the stimulus-independent acid secretion is suppressed. both basal and stimulus acid is inhibited. peptic activity is reduced secondary to acid inhibition. lpz has a greater inhibitory effect on h. pylori than omeprazole, and is thus widely used in the treatment of benign gastric ulcer associated with h.pylori, duodenal ulcer and reflux oesophagatis. lpz is also indicated for zollinger-ellison syndrome and acid related dyspepsia. the therapeutic importance of lpz justifies research to develop analytical methods 67ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 sensitive spectrophotometric determination of lansoprazole in pharmaceuticals using ceric ammonium sulphate based on redox and complex formation reactions k. basavaiah1*, v. ramakrishna2 and u. r. anilkumar1 1department of chemistry, university of mysore, manasagangotri,mysore 570 006, india 2department of drugs control in karnataka, govt. college of pharmacy, bangalore 560 027, india *to whom all correspondence should be sent: e-mail: basavaiahk@yahoo.co.in abstract: two simple sensitive and cost-effective spectrophotometric methods are described for the determination of lansoprazole (lpz) in bulk drug and in capsules using ceric ammonium sulphate (cas), iron (ii), orthophenanthroline and thiocyanate as reagents. in both methods, an acidic solution of lansoprazole is treated with a measured excess of cas followed by the determination of unreacted oxidant by two procedures involving different reaction schemes. the first method involves the reduction of residual oxidant by a known amount of iron(ii), and the unreacted iron(ii) is complexed with orthophenanthroline at a raised ph, and the absorbance of the resulting complex measured at 510 nm (method a). in the second method, the unreacted cas is reduced by excess of iron (ii), and the resulting iron (iii) is complexed with thiocyanate in the acid medium and the absorbance of the complex measured at 470 nm (method b). in both methods, the amount cas reacted corresponds to the amount of lpz. in method a, the absorbance is found to increase linearly with the concentration of lpz where as in method b a linear decrease in absorbance occurs. the systems obey beer’s law for 2.5-30 and 2.5-25 µg ml-1 for method a and method b, respectively, and the corresponding molar absorptivity values are 8.1×103 and 1.5×104 l mol-1cm-1 . the methods were successfully applied to the determination of lpz in capsules and the results tallied well with the label claim. no interference was observed from the concomitant substances normally added to capsules. keywords:lansoprazole determination; spectrophotometry; ceric ammonium sulphate; capsules. for its determination in body fluids and in pharmaceuticals. high-performance thin-layer chromatographic(hptlc) method for the detection and determination of lpz in human plasma[2] has been reported by satin et al. a sensitive and quantitative method was developed for the estimation of reactive metabolite[3] formation in vitro, the analysis being completed by hplc coupled with a fluorescence detector and a mass spectrometer. however, no study (or little study) has been done to determine lpz in pharmaceuticals. there are two reports on the determination of lpz in pharmaceuticals by hplc[4,5]. in a recent communication, yeniceli et al. [6] have reported the uvspectrophotometric determination of lpz. because of simplicity, reasonable accuracy and precision, speed and sensitivity, visible spectrophotometry has withstood the test of time and remained competitive with the newer analytical methods. literature survey revealed that the only visible spectrophotometric method[7] reported is based on the formation of a blue chromogen measurable at 810 nm when lpz was reacted with iron(iii) chloride and ferricyanide in hcl medium. the present investigation aims to develop sensitive and costeffective methods for the determination of lpz in pure form and in capsule form by spectrophotometry. the methods utilize cerium ammonium sulphate, and ammonium thiocyanate and orthophenanthroline as reagents. the methods have the advantages of speed and simplicity besides being accurate and precise, and can be adopted by the pharmaceutical laboratories for industrial quality control. 68 ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 experimental apparatus a systronics model 106 digital spectrophotometer provided with 1-cm matched quartz cells were used for all absorbance measurements. reagents and materials all chemicals were of analytical reagent grade and distilled water used to prepare solutions. ceric ammonium sulphate, cas (600 and 640 µg ml-1 ), ferrous ammonium sulphate, fas (370 and 400 µg ml-1), orthophenanthroline (0.25%), ammonium thiocyanate (3 mol l-1), sulphuric acid (5 mol l-1) and ammonia (1:1) were prepared in the usual manner. standard solution of lpz.pharmaceutical grade lpz, reported to be 99.8% pure, was received from cipla ltd, bangalore, india., as gift and was used as received. a stock standard solution equivalent to 1000 µg ml-1 lpz was prepared by dissolving accurately weighed amount of pure drug in 1 mol l-1 hydrochloric acid and diluting with the same acid to a known volume. the stock solution was diluted to 100 µg ml-1 with water. the standard solutions were kept in amber colored bottle and stored in a refrigerator when not in use. procedures method a. different aliquots (0.25—3.0 ml) of standard 100 µg ml-1 lpz solution were accurately measured and transferred into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was adjusted to 3.0 ml by adding water. to each flask was added 1ml each of 5 mol l-1 h2so4 and cas (600 µg ml-1), the last being added using microburette. the content was mixed and the flasks were let stand for 15 min. then, 1 ml of 370 µg ml-1 fas was added to each flask (micro burette), and again the flasks were let stand for 10 min followed by 1 ml of 0.25 % phenanthroline and 1 ml of 1:1 ammonia. the volume was diluted to the mark with water, mixed well and absorbance of each solution was measured at 510 nm against reagent blank after 15 min. figure 1. structure of lansoprazole. method b. varying aliquots (0.0—2.5 ml) of standard lpz solution (100 µg ml-1) were accurately measured into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was brought to 3 ml by adding water. the solution in each flask was acidified by adding 1 ml of 5 mol l-1 sulphuric acid before adding 1ml of cas (640 µg ml-1). the content was mixed well and allowed to stand for 15 min with occasional shaking. to each flask was then added 1ml of 400 µg ml-1 fas, and after 5 min, 1 ml of 3 mol l-1 thiocyanate was added and diluted to the mark with water. the absorbance of each solution was measured at 470 nm against a reagent blank . in either spectrophotometric method, a standard graph was prepared by plotting the increasing absorbance values in method a or decreasing absorbance values in method b versus concentration of lpz. the concentration of the unknown was read from the standard graph or computed from the respective regression equation derived using the beer’s law data. procedure for capsule.thirty one brands of lpz capsules in 15 mg and 30 mg doses are currently available in the indian market. three brands were purchased from commercial sources and used in this investigation. the contents of twenty capsules were accurately weighed and ground into a fine powder. a quantity of the powder equivalent to 100 mg of lpz was accurately weighed into a 100 ml calibrated flask, 60 ml of 1 mol l-1 hcl added and shaken for 20 min; the volume was finally diluted to the mark with 1 mol l-1 hcl, mixed well and filtered using a whatman no. 42 filter paper. the first 10 ml portion of the filtrate was discarded, the filtrate (1000 µg ml-1 lpz) was appropriately diluted with water to get the required concentration, was subjected to analysis by either method. results and discussion the proposed methods are indirect and are based on the determination of the residual cas after the reaction between lpz and the oxidant is ensured to be complete in acid 69ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 medium. the amount of oxidant reacted corresponds to the amount of drug in both methods. method development method a. the drug in varying concentrations, when treated with a fixed and known concentrations of cas in acid medium, consumes the latter in proportionate concentrations for its oxidation, and there will be a concomitant decrease in the amount of the oxidant. when the decreasing concentrations of oxidant are treated with a fixed and known concentrations of iron (ii) in the same acidic conditions, there will be a proportional increase in the concentration of iron (ii). this is shown by the increase in the absorbance of orthophenanthroline complex formed with the residual iron(ii). the absorbance measured at 510 nm is found to increase linearly with the increasing concentration of lpz (fig. 2) serving as the basis for the determination of drug. figure 2. linearity curve for method a(2.5-30 µg ml-1lpz+1 ml 5mol l–1 h2so4 + 1 ml cas(600µg ml-1) + 1 ml fas( 370µg ml-1) + 1 ml 0.25% orthophenanthroline+1ml of 1:1 ammonia, made upto 10 ml). the optimum conditions were established to produce maximum colour through variation of such parameters as nature of acid and its concentration, reaction time and quantity of ammonia required to raise the ph to about 4, the optimum value for iron (ii) – orthophenanthroline complex formation. one ml of 5 mol l-1 sulphuric acid in a total volume of ∼ 5 ml was used for the oxidation step, which was found to be complete in 15 min. considering 52 µg as the upper limit of iron that could be determined by the phenanthroline method, stoichiometrically, 600 µg of cas would produce it from 370 µg of fas. hence, different concentrations of lpz were reacted with 1 ml of 600 µg of cas followed by determination of unreacted oxidant. this enabled to fix the concentration range of lpz. one ml of 1:1 ammonia was used in a total volume of 10 ml to raise the ph required for iron (ii) – phenanthroline complex formation. method b. this method is based on the oxidation of lpz by a known excess of cas in sulphuric acid medium, reducing the unreacted oxidant by iron (ii) and subsequent formation of iron (iii) – thiocyanate complex, which is measured at 470 nm. when a fixed concentration of cas is made to react with increasing concentration of lpz, there occurs a concomitant fall in the former’s concentration. when the unreacted cas is reduced by a fixed concentration of iron (ii), there will be a proportional decrease in the concentration of iron (iii). this is observed as a proportional decrease in the absorbance of iron (iii) – thiocyanate complex on increasing the concentration of lpz (fig. 3), which formed the basis for the determination of drug. 70 ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 figure 3. linearity curve for method b(0-25 µg ml-1lpz+1 ml 5mol l –1 h2so4 + 1 ml cas(640µg ml-1) + 1 ml fas( 400µg ml-1) + 1 ml 3 mol l–1 thiocyanate,made upto 10 ml). various parameters associated with the oxidation of lpz by cas and subsequent reduction of the residual oxidant by iron (ii) were optimized. one ml of 5 mol l-1 sulphuric acid in a total volume of ∼ 5 ml was used for the oxidation step, which was found to be complete in 15 min. because of non-linearity at higher concentrations, 5.5 µg ml-1 was taken as the upper limit of iron(iii) that could be determined by thiocyanate method. stoichiometrically, 645 µg of cas would be required to generate it from 400 µg of fas in a total volume of 10 ml. however, 640 µg of cas was actually used in the study to ensure the presence of a little of excess of iron (ii). the oxidation of lpz by cas was complete in 15 min and subsequent reduction of residual oxidant by iron (ii) and complex formation reaction between resultant iron (iii) and thiocyanate were instantaneous under the described experimental conditions. analytical parameters a linear relation is found between absorbance and concentration in the ranges given in table 1. in method b, beer’s law is obeyed in the inverse manner. the calibration graphs are described by the equation: y = a + b x (where y = absorbance, a = intercept, b = slope and x = concentration in µg ml-1) obtained by the method of least squares. correlation coefficients, intercepts and slopes for the calibration data are also presented in table 1. sensitivity parameters such as molar absorptivity and sandell sensitivity values, and the limits of detection and quantification calculated according to ich guidelines [8] are also compiled in table 1, and demonstrate the high sensitivity of the methods. method validation evaluation of accuracy and precision. intra-day and inter-day precision were assessed from the results of seven replicate analyses on pure drug solution. the mean values and relative standard deviation (rsd) values for seven replicate analyses at three different concentration levels were calculated. the accuracy of the methods was determined by calculating the percentage deviation observed in the analysis of pure drug solution and expressed as the relative error (re). to determine the inter-day precision, analysis was performed over a period of five days preparing all solutions afresh each day. table 2 summarizes the intra-day precision and accuracy data for the determination lpz by the proposed methods, which were ≤ 2%. the inter-day rsd values ranged from 1.5-3.5%. 71ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 application table 3 gives the results of assay and reveals that there is close agreement between the results obtained by the proposed methods and the label claim. the results were also compared statistically with those obtained by a reference method [6] by applying student’s t-test for accuracy and f-test for precision. the reference method consisted of the measurement of the absorbance of the drug solution in 0.01 mol l-1 72 ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 naoh at 292 nm. at the 95% confidence level, the calculated tand f-values did not exceed the tabulated values (t = 2.77 and f = 6.39) except in a couple of instances, suggesting that the proposed methods are as accurate and precise as the reference method. accuracy and validity of the methods were further ascertained by performing recovery experiments via standard addition technique. to a fixed and known amount of lpz in capsule powder (pre-analysed), pure drug was added at three levels and the total was found by the proposed methods. each test was repeated three times. the recovery of pure lpz added to capsule powder (table 4) indicating that commonly encountered tablet excipients and additives such 73ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 as talk, starch, lactose, sodium alginate, magnesium stearate, calcium gluconate and calcium dihydrogenorthophosphate did not interfere in the assay procedures. conclusions two new methods have been developed and appropriately validated for the assay of lansoprazole. both methods are based on well-characterised complexation reactions and are the most sensitive ever reported for lpz in terms of linear dynamic concentration ranges and molar absorptivity values. an additional advantage of the methods is that the absorbance is measured at longer wavelengths where the interference from excipients is far less than at shorter wavelengths and also the present method requires hardly 30 min for analysis of the content whereas highly sophisticated instruments like hplc, hptlc etc. take 30-45 min for the stabilization itself(table-5). the methods use cas solution as a quantitative reagent which is highly stable in solution and are based on the measurement of stable coloured species. the methods should therefore find ready application in pharmaceutical industrial quality control. received 24 august 2006 accepted 23 october 2006 references [1] current index of medical specialities(cims), cmpmedica india pvt ltd., bangalore, india, 2005, julyoctober, pp. 72. [2] m.c. satia, i.a. modi, r.i. modi, b.k. chakravarthy & t.p.gandhi, j. chromatogr.b: biomed.sci.appl. 693 (1997) 199. [3] j. gan, t.w. harper, m.m. hsuch, q. qu & w.g. humphreys, chem.res.toxicol. 18 (2005) 896. [4] n. badwe, g.c. kandapal & s.t. hathiari, east.pharm. 39 (1996) 127. [5] d.g. sankar, k.d. priya, m.v. krishna & p.v.m. latha, int.j.chem. sci. 3 (2005) 247. [6] d.yeniceli, d. dogaukol-ak & m. tuncel, j.pharm.biomed. anal. 36 (2004) 145. [7] a. ramesh, k.e. kumar, m. sudhakar & b.k. murthy , int. j.chem. sci. 2 (2004) 642. [8] text on validation of analytical procedures”, international conference on harmonization of technical registration of pharmaceuticals for human use, ich steering committee, 1994. 74 ecl. quím., são paulo, 31(3): 67-74, 2006 processamento do óleo de girassol como estratégia para a produção de cosméticos orgânicos eclética química, 38, 187-201, 2013. 187 processamento do óleo de girassol como estratégia para a produção de cosméticos orgânicos dayane cristina de moraes 1 , daniel de paula 1 1 universidade estadual do centro-oeste/departamento de farmácia/guarapuava, pr. formulações de cosméticos orgânicos não podem conter substâncias de origem sintéticas ou semi-sintéticas, e todas devem ter em sua composição matérias-primas de origem orgânica, obtidas segundo normas rígidas de extração, purificação e processamento. dentre as alterações permitidas para a produção de matériasprimas orgânicas incluem-se as reações de hidrólise, esterificação, transesterificação, hidrogenação e saponificação. a saponificação é um processo de transformação de óleos e gorduras que consiste na reação de um triglicerídeo com um álcali formando um tensoativo. os tensoativos têm aplicação em uma infinidade de produtos, podendo agir como agente emulsionante, detergente, espumante, condicionador, bactericida, solubilizante, entre outros. um dos maiores desafios à produção de cosméticos orgânicos é a substituição de tensoativos sintéticos por substâncias de origem natural que apresentem propriedades funcionais tão aproveitáveis quanto os primeiros. dessa forma, objetivou-se neste trabalho obter tensoativos orgânicos a partir do desenvolvimento de um processo de saponificação do óleo de girassol com aplicabilidade em larga escala. utilizaram-se quatro diferentes bases para realizar a saponificação (naoh, koh, tea e amp 95). os tensoativos obtidos foram avaliados segundo características organolépticas, alcalinidade livre e capacidades espumógena, detergente e emulsionante, de acordo com métodos oficiais previamente descritos na literatura. observou-se que as caraterísticas, bem como, a aplicação dos tensoativos obtidos na formulação de produtos cosméticos podem variar de acordo com a base utilizada no processo de saponificação, sendo que o tensoativo obtido a partir de koh apresentou maior aplicabilidade, podendo ser usado na formulação de sabonetes líquidos e em barra e na produção de sistemas emulsionados. palavras-chave: cosméticos orgânicos, tensoativos, óleo de girassol. abstract organic cosmetic formulations must not contain synthetic or semisynthetic substances. otherwise, they must have materials of organic origin in their composition, which may be manufactured according to strict rules of extraction, purification and processing. the modifications allowed for the production of organic raw materials include hydrolysis, esterification, transesterification, hydrogenation, and saponification reactions. the saponification process consists of oils and fats transformation into surfactant by a reaction of triglycerides, present in oils, with an alkali. the surfactants are applied in several products and can act as emulsifiers, detergents, foaming agents, conditioners, bactericides and solubilizers. one of the biggest challenges to the development of organic cosmetics is to replace synthetic surfactants by natural excipients that have the same functional properties as the first ones. thus, the aim of this work was to obtain organic surfactants by the saponification of sunflower oil using an up-scalable method. four different alkalis were used to carry out the saponification reaction (naoh, koh, tea and amp-95). the final products were evaluated according to organoleptic properties, free alkalinity index and foaming, emulsifying and detergent capacity, based on official methods previously described in the literature. it was observed that the eclética química, 38, 187-201, 2013. 188 characteristics, as well as the applicability of surfactants on the formulation of organic cosmetics may vary according to the alkali used in the saponification process. the surfactant obtained from koh presented the higher number of applications in organic cosmetics, which may be used in the formulation of liquid and bar soaps and emulsifying systems. keywords: organic cosmetics, surfactants, sunflower oil. introdução o sistema orgânico de produção compreende um conjunto de métodos em que se adotam técnicas específicas, mediante a otimização do uso dos recursos naturais e socioeconômicos disponíveis e o respeito à integridade cultural das comunidades produtoras, tendo por objetivo (i) a sustentabilidade econômica e ecológica; (ii) a maximização dos benefícios sociais; (iii) a minimização da dependência de energia não-renovável, empregando, sempre que possível, métodos culturais, biológicos e mecânicos em contraposição ao uso de materiais sintéticos; (iv) a eliminação do uso de organismos geneticamente modificados e radiações ionizantes, em qualquer fase do processo de produção, processamento, armazenamento, distribuição e comercialização, e (v) a proteção do meio ambiente [1]. fundamentando-se nessa premissa, surge o conceito de cosméticos orgânicos, cujo foco está concentrado no consumo consciente e saudável, diretamente relacionado ao bem-estar. desse modo, os cosméticos associam-se intimamente à concepção da agricultura orgânica devido às matérias-primas neles contidas [2]. de modo geral, as formulações de cosméticos orgânicos não podem conter substâncias de origem 100% sintéticas ou semisintéticas, e todas devem ter em sua composição matérias-primas de origem orgânica, obtidas segundo normas rígidas de extração, purificação e processamento. o ideal é que as matérias-primas utilizadas nestes produtos sejam biodegradáveis e preservem ao máximo suas características originais. estas podem sofrer determinadas modificações em sua estrutura, porém não as desqualificando por completo como naturais. reações de hidrólise, esterificação, alquilação, condensação e saponificação são algumas das alterações permitidas para o processamento de matérias-primas orgânicas [1,3]. dentre as matérias-primas de origem vegetal, os óleos ocupam lugar de destaque sendo largamente utilizados na indústria cosmética. são constituídos principalmente por triglicerídeos com longas cadeias de hidrocarbonetos, pois são triésteres de glicerol comumente formados por moléculas de ácidos graxos. os ácidos graxos são formados, geralmente, por ácidos carboxílicos contendo de 4 a 30 átomos de carbono em sua cadeia molecular, podendo ser saturados ou insaturados [4,5]. o brasil é um dos maiores produtores mundiais de soja e possui grandes perspectivas para a produção de outras sementes. dentre estas, destacam-se as sementes oleaginosas de girassol (helianthus annuus l.), despontando como a cultura mais promissora do mundo, principalmente devido a sua grande adaptabilidade às diferentes condições edafo-climáticas [6]. a qualidade do óleo de girassol é determinada pela quantidade de ácidos graxos que o compõe, sendo o principal deles o ácido linoléico, representando mais de 60% do total de ácidos graxos presentes, seguido pelo ácido oléico, que constitui cerca de 23% da composição do óleo de girassol [7]. ácidos graxos saturados (principalmente ácido palmítico e ácido esteárico) não chegam a mais de 15% do conteúdo de ácidos graxos [8] para adequá-lo a determinadas aplicações cosméticas, muitas vezes é necessário modificar as características do óleo de girassol. nesse sentido, o setor industrial de óleos e gorduras tem desenvolvido diversos processos para manipular a composição das misturas de triglicerídeos [4,5]. a saponificação, por exemplo, é um processo de transformação de óleos e gorduras que consiste na reação de um ácido graxo ou triglicerídeo com um álcali formando um tensoativo [9,10]. os agentes tensoativos são moléculas anfifílicas exibindo um grupamento polar, denominado grupo hidrofílico solúvel em substâncias polares e um grupo hidrofóbico que possui afinidade por substâncias apolares, sendo chamado também de grupamento lipofílico [8,9]. em relação ao caráter iônico de sua porção polar, os tensoativos são classificados em aniônicos, catiônicos, anfotéricos e não-iônicos [10,11]. o eclética química, 38, 187-201, 2013. 189 equilíbrio entre as características hidrofóbicas e hidrofílicas dos tensoativos regula sua aplicação como agentes umectantes, detergentes, emulsificantes, espumógenos, solubilizantes, condicionantes, espessantes e emolientes [10]. de modo geral, os tensoativos são utilizados em todos os sistemas dispersos empregados em formulações cosméticas, tais como suspensões, emulsões, géis, aerosóis, entre outros [12]. um dos maiores desafios à produção de cosméticos orgânicos é a substituição de tensoativos sintéticos por substâncias de origem natural que apresentem propriedades funcionais tão aproveitáveis quanto os primeiros. dessa forma, o uso de recursos naturais renováveis, tais como óleos de sementes, por exemplo, associado a um método de produção ecologicamente correto pode fornecer uma solução para esse desafio. nesse contexto, o desenvolvimento de tensoativos com menor potencial de irritação, biodegradáveis e passíveis de serem incorporados em formulações orgânicas, é, portanto, de interesse geral. assim, o presente trabalho objetivou otimizar a produção de tensoativos a partir de óleo de girassol, , empregando reação de saponificação, visualizando sua aplicação em cosméticos orgânicos. material e métodos material óleo de girassol (cargil agrícola, brasil); ácido clorídrico pa (labsynth, brasil); álcool etílico absoluto (dinâmica, brasil); aminometilpropanol 95% (amp 95) (deg, brasil); carbonato de cálcio pa (labsynth, brasil); éter etílico pa (dinâmica, brasil); fenolftaleína pa (dinâmica, brasil); hidróxido de potássio pa (quimibrás, brasil); hidróxido de sódio pa (dinâmica, brasil); óleo mineral (rioquímica, brasil); trietanolamina pa (labsynth, brasil). caracterização do óleo de girassol determinação do índice de acidez o índice de acidez (ia) foi determinado de acordo com os ensaios físicos e físico-químicos para gorduras e óleos descritos na farmacopeia brasileira [13], e calculado pela equação (1): (1) onde v é o volume de hidróxido de sódio gasto na titulação (em mililitros) n refere-se à normalidade da solução e m é a massa da amostra em gramas. determinação do índice de saponificação o índice de saponificação (is) foi determinado de acordo com método descrito na farmacopéia brasileira [13], e calculado com base na expressão (2). foi efetuado um ensaio em branco nas mesmas condições, e o volume do titulante foi corrigido (n1-n2). (2) m é a massa de amostra de óleo em gramas. produção dos tensoativos: reação de saponificação os tensoativos orgânicos foram obtidos através da reação de saponificação. para viabilizar a reação, foram utilizados água destilada, óleo de girassol e as bases hidróxido de sódio (naoh), hidróxido de potássio (koh), trietanolamina (tea) e amino metil propanol (amp 95). em todos os casos a base foi adicionada à água destilada (1:2), com agitação cautelosa até que ocorresse solubilização completa. em seguida, a solução foi vertida sobre óleo ainda frio e, posteriormente, a mistura foi submetida ao banho termostatizado (90°c 100°c), sob agitação mecânica a uma frequência de 250 rpm. os tensoativos obtidos foram avaliados de acordo com suas características organolépticas, alcalinidade livre, capacidade espumógena, capacidade detergente e emulsionante. caracterização do tensoativos ensaios organolépticos as características organolépticas foram analisadas de acordo com brasil (2007) [14]. determinação do ph o ph foi determinado utilizando 1,0% eclética química, 38, 187-201, 2013. 190 (p/p) da amostra de óleo saponificado diluído em água destilada com o auxílio de um phmetro [14]. alcalinidade livre o teor de hidróxido livre presente na matéria saponificada foi estipulado, de acordo com brasil (2007) [14], após a realização da reação de hidrólise dos triacilgliceróis presentes no óleo de girassol para todas as amostras. a alcalinidade livre foi calculada com base na equação (3). (3) onde v representa o volume do titulante gasto na amostra, em mililitros, fc é o fator de correção do titulante e m é a massa da amostra em gramas. capacidade espumógena a partir da adaptação do método de “rossmiles”, foram adicionados 100 ml de solução de tensoativos em provetas graduadas de 250 ml, nas concentrações 0,1% e 1% com controle de temperatura (25ºc +/2ºc). as soluções foram agitadas manualmente por inversão durante 1 minuto. o volume de espuma formado foi medido em triplicata no tempo 0; 5; 10; 15 e 30 minutos após a agitação. foram preparadas soluções com água dura a 100 mm caco3 e destilada [15,16]. capacidade detergente com base no método descrito por tamura et. al. (1999) [17], a capacidade de remoção de detritos gordurosos de superfícies hidrofóbicas foi avaliada em triplicata, empregando soluções de tensoativos na concentração de 1%, em água destilada e dura (100 mm caco3). capacidade emulsionante em tubos de ensaio foram colocadas as proporções de óleo mineral/água: 9:1; 7:3; 5:5; 3:7 e 1:9. acrescentaram-se tensoativos nas concentrações: 1%; 5% e 10%. em seguida, os tubos de ensaio foram aquecidos em banho termostatizado até atingir uma temperatura entre 75 – 80ºc. após, foram homogeneizados em agitador de tubos, em velocidade máxima, por 1 minuto, observando-se a formação de emulsão no tempo 0 e após 24 horas. o teste foi realizado em triplicata. resultados e discussão as características físico-químicas da matéria-prima utilizada para a obtenção de produtos tensoativos por si só, nem sempre fornecem conclusões que assegurem a destinação adequada dos mesmos para determinada formulação cosmética. a avaliação das propriedades tensoativas, tais como formação de espuma, detergência, emulsificação, em combinação com as características físico-químicas da substância é fundamental para determinar, de acordo com seu comportamento frente às análises, sua melhor aplicação cosmética. caracterização do óleo de girassol de acordo com a farmacopeia brasileira [13], o índice de acidez (ia) é definido como a massa de naoh, expressa em miligramas, necessária para a neutralização dos ácidos graxos livres presentes em um grama de amostra de óleo; e o índice de saponificação (is) é o número de miligramas de koh necessário para neutralizar os ácidos graxos resultantes da hidrólise de um grama da amostra. o índice de acidez obtido foi 0,08 g de ácido oléico/100g óleo, tal resultado é concordante com o regulamento técnico para fixação de identidade e qualidade de óleos e gorduras vegetais aprovado pela anvisa [18]. na análise do índice de saponificação, o valor médio obtido foi de 224 mg koh/g, encontrandose próximo do limite estabelecido [18]. produção dos tensoativos: reação de saponificação a hidrólise alcalina dos óleos é mais comumente conhecida como reação de saponificação. os produtos resultantes são o glicerol e os sais alcalinos dos ácidos graxos, chamados de sabões [19]. o sabão natural representa o mais simples dos tensoativos aniônicos. a quase totalidade dos tensoativos utilizados em produtos cosméticos para cuidados pessoais, tais como, sabonetes em barra e xampus, contêm grupos aniônicos [10]. para saponificar os ácidos graxos esterificados ao glicerol, pode-se utilizar naoh, koh, ou uma mistura destes. também é eclética química, 38, 187-201, 2013. 191 possível o emprego de carbonatos de sódio e de potássio, amônia e bases orgânicas nitrogenadas, como as etanolaminas, por exemplo [20]. de acordo com bancourt (1991) [21] e azevedo et al.(1994) [22], há pelo menos três fatores que influenciam de maneira contundente o processo de saponificação de óleos: (i) temperatura, esta tem um efeito dramático sobre a taxa de reação. o aumento da temperatura acelera a saponificação. portanto, a otimização da temperatura de reação é sempre realizada em processos industriais, a fim de obter uma resposta rápida e satisfatória; (ii) velocidade de agitação, este fator é muito importante para assegurar o contato entre os reagentes. em processos contínuos, é essencial que ocorra a emulsificação destes e (iii) concentração da base: considerada o fator limitante da reação. no início, a reação de saponificação é lenta em decorrência da presença de pouca quantidade de produto formado em solução. com o aumento da concentração de sabão, a velocidade da reação cresce até que a maior parte do óleo seja consumida. a reação volta a ficar lenta na etapa final, devido à baixa concentração de óleo (20). para cavitch (1997) [23], a velocidade da reação de saponificação está diretamente relacionada à intensidade de agitação, ao grau de saturação do óleo empregado, à força da solução alcalina, à percentagem de água utilizada, e eventualmente, à temperatura ao qual a reação é submetida. os resultados obtidos para as quatro bases hidrolíticas utilizadas nas reações de saponificação do óleo de girassol são apresentados na tabela i. o tempo decorrido para a completa hidrólise do óleo de girassol com koh foi superior ao tempo necessário para o término da reação com naoh, sendo 4h30 minutos e 3h10 minutos, respectivamente. a diferença de tempo necessário para o término da reação com as diferentes bases pode ser explicada em termos de constante de basicidade (pkb), cujo valor para o naoh é 0,2 e 0,5 para o koh [24]. de acordo com corey (1995) [25], quanto maior for o valor de pkb, menor é a ionização da espécie em solução aquosa, resultando em menor capacidade de atrair prótons para si, portanto, mais fraca é a base. o mesmo pode ser aplicado à tea e amp-95. como pode ser constatado na tabela i, não foi possível obter produto saponificado a partir destas bases. ambas não emulsificaram o óleo de girassol, a mistura apresentou-se heterogênea depois de quatro horas de reação, sendo interrompida sem sucesso. a tea e o amp-95 são bases orgânicas nitrogenadas, que em virtude da presença de um par isolado de elétrons no átomo de n, tem um poder muito menor de atrair prótons do que a dupla carga negativa do íon óxido característico de bases fortes. são, portanto, consideradas bases fracas quando comparadas ao naoh e koh [24]. para viabilizar a reação se hidrólise do óleo de girassol com tea e amp-95, seria necessário a adição de um agente catalisador, como o níquel, por exemplo [26,27], o que restringiria sua aplicação em formulações cosméticas orgânicas. como as reações de saponificação foram submetidas às mesmas condições de temperatura, agitação e proporção de base hidrolítica e, ainda assim apresentaram variações no tempo de obtenção do produto, admitimos que o tipo de base e a composição da matéria-prima empregada influenciam de maneira mais decisiva o tempo de reação do que os fatores acima citados. os tensoativos podem ser empregados de diversas formas em produtos cosméticos. eles são selecionados de acordo com sua funcionalidade e capacidade de atuar como detergentes, emulsionantes e agentes formadores de espuma. produtos de higiene pessoal incluem sabões, sabonetes em barra cremes dermatológicos, produtos de limpeza facial, incluindo soluções anti-sépticas, e emulsões [28, 29]. para a produção de tensoativos naturais em larga escala, há três processos de saponificação comumente utilizados pelas indústrias: a frio, semi-aquecido e aquecido [30]. o processo frio é o mais elementar. envolve a adição gradual de gordura em um recipiente contendo solução de álcali (± 32% em peso) para garantir a saponificação completa. a mistura é mantida sob agitação vigorosa por cerca de duas horas. o processo não inclui a remoção de impurezas ou separação da glicerina que é produzida [31]. o processo semi-aquecido ocorre em torno de 7090°c utilizando uma bobina de vapor quente para acelerar e completar a hidrólise do óleo. neste método, a gordura e a solução alcalina são adicionadas ao mesmo tempo em um recipiente, a mistura é agitada e aquecida, mas não fervida. a massa saponificada é transferida para quadros, eclética química, 38, 187-201, 2013. 192 onde se solidifica. este processo permite que a quantidade de álcali requerida para a completa saponificação seja ajustada antes de se obter o produto final. de modo geral, o rendimento é maior e o tempo de endurecimento do sabão bruto em quadros de resfriamento é reduzido. essas vantagens, em articulação com os ciclos de produção mais curtos e custos razoáveis, tornam o processo semi-aquecido uma alternativa flexível. este processo é frequentemente usado em escala industrial para a produção de sabonetes amplamente comercializados [31, 32]. o processo aquecido é o mais tradicional empregado para a fabricação de sabões. neste método, a solução de álcali é adicionada ao óleo já aquecido em caldeira, acompanhada de agitação constante, seguindo-se os estágios de fervura, salga, lavagem, fervura para lavagem e sedimentação. o processo dura cerca de 6-8 horas [33,34]. é considerado o método mais eficaz, isso porque a partir deste pode-se produzir sabões e sabonetes mais puros, assim como subprodutos de glicerina [35]. caracterização dos tensoativos como pode ser constatado na tabela i, as amostras saponificadas com koh e naoh apresentaram índices de alcalinidade livre de 0,56% e 0,2% respectivamente. conforme a legislação brasileira [35], a concentração máxima de álcali livre, expressa em óxido de sódio (na2o), permitida para produtos tensoativos deve ser de 1% p/p. os tensoativos orgânicos sintetizados mostram-se, portanto, de acordo com este critério. a análise do ph das amostras apresentou os seguintes valores: 10,8 para tensoativo saponificado com koh e 11,2 para o produto obtido com naoh (tabela i). o ph elevado dos tensoativos é produzido pela ionização das espécies alcalinas em solução aquosa (equação 4), gerando cátions metálicos (na + e k + ) e ânions hidróxidos (oh ), o que faz com que o ph da água sofra elevação até cerca de 10 ou 11. assim, o ph do tensoativo tende a crescer ao reter a quantidade residual de álcali durante a síntese [23, 35]. (4) moh (aq) m + + oh de acordo com os autores barbosa & silva (1995) [36] e ananthapadmanabhan et. al. (2004) [37], tensoativos naturais invariavelmente apresentam ph alcalino superior a 9,5; enquanto que tensoativos sintéticos, são em sua maioria neutros ou ácidos (ph 7 ou menos). a alcalinidade é uma característica desejável quando se trata de produtos destinados à remoção de sujeiras, uma vez que o caráter básico da matéria saponificada é proporcional à neutralização e eliminação de detritos hidrofóbicos [36]. a basicidade de tensoativos naturais provêm de sua dissolução em água, que libera pequenas quantidades de ácidos graxos e espécies alcalinas. em consequência, sabões naturais frequentemente exibem um ph mais elevado em comparação a tensoativos sintéticos. este argumento tem sido explorado com o intuito de defender a aplicação de tensoativos sintéticos em formulações cosméticas, todavia, evidências recentes sugerem que tensoativos sintéticos podem penetrar em camadas mais profundas da pele e remover com mais facilidade as substâncias estabilizadoras de ph do estrato córneo do que o fazem tensoativos naturais [38]. o ph da superfície cutânea é ácido, com exceção de algumas áreas, nas quais valores fisiologicamente elevados prevalecem, tais como, axilas e regiões genitoanal e interdigital [39]. o fato é que o ph ácido da pele desempenha um papel fundamental na função de barreira desta, bem como regula a flora normal [28, 40]. porém, este valor pode ser influenciado por uma série de fatores endógenos (idade, secrções sebácea e sudorípara e etnia, por exemplo) e exógena (detergentes, cosméticos, sabões) [41]. o potencial irritante de um produto cosmético depende de vários fatores. a natureza do tensoativo é um dos determinantes principais. os tensoativos mais agressivos são aqueles derivados de ácidos graxos com comprimentos de cadeia contendo entre 10 a 14 carbonos, predominantes na gordura de coco, comumente empregada na produção de sabonetes [42]. de acordo com epstein (2005) [43], moléculas tensoativas compostas por cadeias c12 saturadas apresentam permeabilidade cutânea máxima e são capazes de catalisar o influxo de água (resultando irritação mais severa), em comparação a tensoativos de cadeias mais curtas (c8-c10) ou mais longas (c14, c16, ou c18). assim, o óleo de girassol empregado para a síntese de tensoativos proposto no presente estudo, constituído eclética química, 38, 187-201, 2013. 193 essencialmente por ácido linoléico (c18:2), apresenta naturalmente menor potencial de irritação cutânea. em concordância com cavitch (1997) [23], o objetivo da produção de tensoativos não é sintetizar um produto neutro, e sim manter o ph dentro de um limite de 5,5 a 10. segundo a autora, um ph 7,0 para um ph 10,0 provoca pouca ou nenhuma alteração na fisiologia normal da pele. entretanto, korting & braun-falco (1996) [40], defendem que a formação da bi-camada lipídica, bem como a capacidade de retenção de água na superfície cutânea dependem do ph do meio. por essa razão, é aconselhável à pessoas propensas a desenvolver pele seca a utilização de produtos de limpeza ácidos, e não há razão para acreditar que poderia ser desvantajoso ou potencialmente mais irritante do que produtos alcalinos ou neutros [44]. frente a esta discussão, cabe ressaltar que existem alternativas para neutralizar a alcalinidade dos tensoativos, com o intuito de destiná-los tanto à formulações de produtos de limpeza quanto à formulações de cosméticos para higiene pessoal. vários materiais têm sido recomendados para tal proposta, os mais comumente empregados são bicarbonato de sódio, ácido bórico, óleo de cacau, ácido esteárico, ácido cítrico e ácido oléico [45]. estes podem ser incorporados à formulação durante ou após o processo de saponificação, em quantidades suficientes para obter o ph desejado, e todas essas substâncias são aprovadas para a incorporação em cosméticos orgânicos [1, 3]. características organolépticas as características organolépticas observadas são concordantes com as descritas na literatura (tabela i). de acordo com friedman & wolf (1996) [29], o álcali utilizado na síntese dos tensoativos influencia diretamente as características do produto final. sais de sódio são conhecidos como sabões duros, sendo utilizados na fabricação de produtos de limpeza para uso doméstico, como sabões em barra e em pó. os sais de potássio, ou sabões macios, têm maior solubilidade em água e são usados em sabonetes, cremes de barbear e sabonetes líquidos [19, 29]. a dureza dos sabões é também influenciada pela natureza dos ácidos, ou seja, a partir de gorduras saturadas obtém-se sabões mais sólidos do que a partir dos óleos insaturados [19]. capacidade espumógena os tensoativos desempenham papel fundamental na formação de espumas. tais componentes apresentam característica anfifílica, fato que confere a estas moléculas a propriedade de adsorver-se em interfaces líquido-ar, causando a diminuição da tensão superficial do líquido estabilizando as bolhas de ar e impedindo sua rápida coalescência [46]. em geral, tensoativos de alto poder espumógeno proporcionam filmes líquidos de drenagem lenta ao redor da bolha, os quais possuem grande quantidade de moléculas de tensoativo, conferindo a eles maior resistência. este efeito é oposto para os tensoativos de baixo poder espumógeno [47]. de acordo com rosen (1972) [48], a altura inicial de espuma está intimamente relacionada com a tensão superficial da solução tensoativa. desse modo, quanto maior a força de cisalhamento, maior será a altura inicial da espuma, segundo o limite da solubilidade do tensoativo na solução. assim, a análise da figura 1, permite-nos constatar que ambos os tensoativos produzidos com naoh e koh são eficientes redutores de tensão superficial, pois apresentaram alta explosão de espuma, tanto em água dura (100 ppm caco3) como em água destilada. eclética química, 38, 187-201, 2013. 194 figura 1: capacidade espumógena do óleo de girassol saponificado com naoh e koh. (a) água destilada; (b) água dura. (100 mm caco3). (n=3). ainda na figura 1, é possível notar que o menor volume de espuma em água destilada foi produzido pela solução a 0,1% do tensoativo obtido com koh. em contrapartida, o tensoativo produzido com naoh, na concentração de 1,0% apresentou desempenho excelente, formando coluna de espuma superior a 100 ml. por outro lado, em solução de água dura, o tensoativo obtido a partir da hidrólise do óleo de girassol com koh, também na concentração de 1,0% produziu volume de espuma relativamente maior. para apresentar alta estabilidade de espuma o tensoativo deve possuir cadeia longa e linear, pois a baixa adsorção promoverá elasticidade e mobilidade. contudo, como o aumento da cadeia também causa a diminuição da efetividade da molécula em reduzir a tensão superficial, assim há um pico máximo para o tamanho da cadeia, devendo este não ser superior a 18 carbonos [48,49]. em solução de água destilada, observa-se estabilidade relativamente boa de ambos os tensoativos. tal estabilidade mostra-se independente da concentração dos tensoativos em solução (figura 2). não obstante, baseando-se nos resultados obtidos, fica evidente que há diferenças significativas no que diz respeito à estabilidade da espuma quando considera-se o tipo de água em que esta foi formada. em água dura, o tempo de manutenção da espuma foi extremamente curto, chegando a 100% de perda para todas as amostras. isso deve-se ao fato de que em presença dos íons metálicos da água dura, o sal orgânico forma carboxilatos pouco solúveis, diminuindo sua concentração e seu poder espumógeno [19]. figura 2: percentagem residual de espuma em função do tempo (∆t). (n=3). apesar de não ser indicativa de eficácia de uma formulação cosmética, uma parcela significativa dos consumidores prefere utilizar produtos que apresentem ótimo desempenho espumógeno. sabe-se hoje da dificuldade em produzir cosméticos orgânicos com alto poder espumógeno devido à falta de tensoativos que possam ser incorporados a estas formulações e que estejam de acordo com as diretrizes dos órgãos certificadores. daí a importância de se avaliar o volume de espuma formado e sua estabilidade. capacidade detergente tensoativos são os constituintes principais de produtos cosméticos destinados à limpeza da pele, pois conferem a estes a capacidade de remover sujidades pouco solúveis em água (gordura, por exemplo), em razão de sua propriedade anfifílica [38]. nem todos os tensoativos dão origem a detergentes eficientes. para ser considerado um bom agente de limpeza, o tensoativo deve apresentar três características fundamentais: (i) poder molhante satisfatório; (ii) capacidade de remover a sujidade para dentro do líquido, afastando-a da superfície (iii) habilidade para solubilizar ou dispersar a sujidade e, uma vez removida evitar a sua redeposição sobre a superfície limpa [50, 51]. para avaliação da detergência em laboratório são reportados numerosos métodos, eclética química, 38, 187-201, 2013. 195 mas não existe um padronizado e universalmente aceito que possua forte correlação com a prática de lavagem [52]. basicamente, os ensaios para medir o poder de limpeza dos tensoativos fundamentam-se em sua capacidade de remover a gordura de superfícies sólidas [11]. este é um processo não-espontâneos em que a adição de um tensoativo com propriedades detergentes reduz a quantidade de energia necessária para eliminar o depósito gorduroso [53]. as superfícies sólidas empregadas nos ensaios de detergência podem ser duras (placas metálicas ou de porcelana, plásticos de alta densidade, vidros); material têxtil (lã, algodão, fibras sintéticas), ou ainda, uma parte do corpo (pele, cabelos, dentes). o substrato hidrofóbico utilizado pode ter composição química e tamanhos de partículas variados [51]. tamura et. al.,(1999) [17], avaliaram a performance de limpeza de soluções contendo sistemas combinados de tensoativos sintéticos, e concluiu que o sistema lauroilamidopropilbetaína (lapb)/ lauroildietanolamina (ldt) apresentou sinergismo positivo na atividade detergente. neste estudo, a autora preparou uma solução de 1,7% destes tensoativos em água destilda (25 ºc), na proporção 4:6 de lapb/ldt. foi relatada a remoção de aproximadamente 80% da gordura aderida à superfície sólida. sabe-se que o lapb e o ldt são tensoativos sintéticos largamente empregados em produtos cosméticos por possuírem, individualmente, detergência satisfatória [17, 54]. porém, o sinergismo entre uma mistura de tensoativos promove resultados muitas vezes melhores do que aqueles obtidos para a sustância pura, devido à formação de micelas mistas, com propriedades distintas e específicas. por isso as formulações de cosméticos destinados à limpeza da pele, trazem frequentemente uma mistura de tensoativos, buscando atingir a melhor sinergia entre os componentes [55]. os resultados apresentados na figura 3 demonstram que os tensoativos orgânicos produzidos possuem alta eficiência em relação à capacidade detergente, em especial o tensoativo obtido a partir da saponificação do óleo de girassol com naoh, fato observado principalmente quando estes foram avaliados em presença de água destilada. figura 3: capacidade detergente do óleo de girassol saponificado com naoh e koh. concentração de tensoativo: 1%; água dura (100 mm caco3); n=3. o tensoativo produzido a partir da hidrólise do óleo de girassol com naoh apresentou um percentual de remoção de gordura de 88,43%, seguido do tensoativo produzido com koh, que removeu 74,4% da gordura presente. quando comparamos estes resultados aos dados apresentados por tamura et. al., (1999) [17], podemos concluir que os tensoativos orgânicos produzidos são tão efetivos quanto os tensoativos sintéticos testados, visto que a solução de 1% de tensoativos orgânicos, na sua forma pura, ausente associações a outras substâncias, apresentou poder de detergência pouco inferior (base hidrolítica koh) e superior (naoh) aos tensoativos sintéticos, o que os torna viáveis para a incorporação em cosméticos orgânicos. no entanto, em água dura (100 mm caco3), a presença de cátions polivalentes (ca 2+ ) prejudicou de forma clara o processo de limpeza. ao retomar-se a análise da figura 4, é claramente perceptível que houve uma queda drástica no percentual de remoção de gordura pelos tensoativos produzidos a partir da hidrólise do óleo de girassol com naoh e koh, representando 16,8% e 31,1% de remoção , respectivamente. tal fenômeno pode ser explicado por pelo menos três fatores: (a) a adsorção de cátions polivalentes na camada negativa reduz os potenciais elétricos, dificultando assim a remoção da sujidade, facilitando a sua redeposição; (b) podem funcionar como ligações entre a camada carregada negativamente do tensoativo e a parcela carregada positivamente da sujidade, promovendo assim sua redeposição e, (c) em altas concentrações, os correspondentes sais de eclética química, 38, 187-201, 2013. 196 metais dos tensoativos aniônicos e de outros ânions (por exemplo, fosfatos, silicatos) podem precipitar sobre o substrato [55]. quando a água é muito dura ou contém um alto nível de eletrólitos (como na água do mar), o desempenho detergente dos tensoativos orgânicos é seriamente reduzido, mas não totalmente inibido. os agentes tensoativos sintéticos não apresentam essa desvantagem, e é por esta razão que eles têm sido usados na fabricação de produtos dermatológicos [29]. de fato, diversas formulações cosméticas contêm quantidade significativa de surfactantes sintéticos, porém, tem-se relatado com maior frequência casos de irritação cutânea e reações alérgicas com graus variados de gravidade associados à ação dos tensoativos sintéticos [51], o que nos leva a questionar até que ponto isso realmente representa uma vanatgem, ao trocarmos a segurança e integridade de nossa pele e saúde por um efeito detergente satisfatório em presença de íons metálicos. a diferença no comportamento entre tensoativos sintéticos e orgânicos em água dura ou salgada está correlacionada com a solubilidade. os últimos formam sais insolúveis e inativos na presença de magnésio e cálcio, contidos em água dura [29]. como a dureza da água varia de acordo com a região geográfica, para diminuir esses efeitos, muitos métodos que auxiliam na eliminação destes cátions têm sido empregados. em redes de tratamento de água, por exemplo, o abrandamento de águas duras é convencionalmente feito através de técnicas de filtração (osmose reversa e nanofiltração), métodos de troca iônica, abrandamento por precipitação química, com a utilização de agentes quelantes (trifosfatos e boratos) e precipitantes (carbonatos, silicatos e metassilicatos) e flotação [55, 56, 57]. capacidade emulsionante o tensoativo orgânico produzido através da saponificação do óleo de girassol com naoh foi capaz de formar emulsão satisfatória apenas quando aplicado na concentração máxima de 10%, nas proporções óleo mineral/água 7:3 e 5:5 . o tensoativo produzido com koh, por sua vez, apresentou resultado bastante significativo ao formar emulsão nas proporções 5:5 e 3:7 a 1%; 7:3 a 5%; 7:3, 5:5 e 3:7 a 10%. todas as emulsões obtidas permaneceram estáveis durante o período de 24 horas. em nosso laboratório foi realizado ensaio semelhante com tensoativos obtidos a partir do óleo de coco [58]. neste, a formação de emulsão ocorreu somente nas proporções óleo coco:água 1:9 e 3:7 à 10% de tensoativo de óleo de coco saponificados com base koh e na proporção 1:9 à 10% de tensoativo de óleo de coco hidrolizados com álcali naoh. tal resultado expõe que a composição da matéria-prima utilizada na produção dos tensoativos influencia de maneira significativa as propriedades dos mesmos. o óleo de coco é composto primordialmente por ácido láurico, representando mais de 40% do total de ácidos graxos presentes [59]. as gorduras láuricas são muito importantes na indústria cosmética pois são resistentes à oxidação não enzimática e ao contrário de outras gorduras saturadas, elas têm temperatura de fusão baixa e bem definida [60]. o ácido láurico, em combinação com koh ou naoh origina tensoativo extremamente eficazes na remoção de sujeiras, porém, emulsionantes não tão eficazes. além disso, a composição do óleo de coco se assemelha com a do óleo de palma. este último confere espumas cremosas e dureza ao sabão. por este motivo, o óleo de palma é amplamente utilizado na fabricação de sabões, detergentes e outros tensioativos, sendo difícil encontrar uma formulação de sabonete que não inclua óleo de palma, ao passo que o principal ácido graxo constituinte do óleo de girassol é o ácido linoléico, muito empregado em cremes, loções e como emoliente para a reposição da umidade da pele [61]. devido à elevada proporção de ácidos graxos insaturados constituintes do óleo de girassol, a obtenção de emulsão a partir de tensoativos derivados deste é grandemente facilitada. esta propriedade pode ser explorada para inúmeros fins cosméticos. em formulações cosméticas orgânicas, têm-se empregado tensoativos obtidos a partir da reação de ácido esteárico natural ou animal com naoh ou koh, dando origem aos estearatos, utilizados para a obtenção de emulsões cosméticas, espumas para barbear, sabonetes e formulações moldadas [1,3]. estudos realizados por velasco et.al. (2008) [62] demonstraram que a lecitina de soja apresenta marcante capacidade de formação e estabilização de emulsãos quando adicionada a um sistema emulsionado, na proporção de 2,0%. lecitinas são lipídeos naturais que contêm fosfato eclética química, 38, 187-201, 2013. 197 em sua estrutura, daí muitas vezes, serem chamadas de lipídeos polares, característica que confere, a esta classe de substâncias, propriedades tensoativas. nos últimos anos, a lecitina tem sido utilizada com sucesso na constituição de microemulsões atóxicas [73]. frente a estes fatos, a adição de lecitina de soja, livre de modificcações genéticas, a uma emulsão obtida a partir dos tensoativos produzidos com óleo de girassol pode apresentar efeito sinérgico e facilitar a formação de emulsões mais estáveis com o intuito de favorecer a formulação de cosméticos orgânicos de alto valor sensorial e estético. eclética química, 38, 187-201, 2013. 198 tabela i: parâmetros reacionais e características dos produtos obtidos nas reações de saponificação. base tempo de reação alcalinidade livre ph cor odor consistência koh 4h30 minutos 0,56 % 10,8 amarelo escuro imperceptível pastosa naoh 3h10 minutos 0,2 % 11,2 branco característico de óleo sólida tea não ocorreu reação amp 95 não ocorreu reação eclética química, 38, 187-201, 2013. 199 considerações finais um dos maiores desafios à produção de cosméticos orgânicos é a substituição de tensoativos sintéticos por substâncias de origem natural que apresentem características ótimas de detergência, formação de espuma e emulsão. sendo assim, verifica-se a necessidade do desenvolvimento de técnicas compatíveis com os regimentos do sistema orgânico para o processamento de óleos vegetais vislumbrando a obtenção de tensoativos aplicáveis na área da cosmética orgânica de acordo com as diretrizes das instituições certificadoras, sinalizando o aproveitamento de recursos naturais e o desenvolvimento sustentável. os resultados aqui apresentados qualificam a incorporação dos tensoativos obtidos a partir da saponificação do óleo de girassol em formulações cosméticas orgânicas. porém, para garantir a eficácia e segurança do cosmético desenvolvido, são necessários testes de avaliação clínica, para determinar o potencial alergênico e irritante dos tensoativos produzidos, bem como o efeito do ph alcalino destes sobre a pele. somando-se a isso, a adição dos tensoativos obtidos a outras matériasprimas orgânicas, tais como, alginato de sódio (doador de viscosidade), ácido cítrico (estabilizante), vitamina e (antioxidante) e óleos vegetais, poderá levar à formulação de emulsões de alto valor agregado para o mercado cosmético. referência bibliográficas [1] ibd instituto biodinâmico. diretrizes para produtos de saúde e beleza orgânicos e naturais certificados e para matérias primas orgânicas e naturais certificadas. disponível em: <www.ibd.com.br>. acesso em 15 jun. 2011. 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quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 interaction study of moxifloxacin with cu(ii) ion using square-wave voltammetry and its application in the determination in tablets m. a. g. trindade1, p. a. c. cunha1, t. a. de araújo2, g. m. da silva2 and v. s. ferreira1* 1departamento de química-ccet, av filinto muller 1555, caixa postal 549, cep 79074-460, campo grande, mato grosso do sul, brasil. 2departamento de química, faculdade de filosofia, ciências e letras de ribeirão preto/usp, av. bandeirantes, 3900, cep 14040-901, ribeirão preto, são paulo, brasil. *corresponding author. e-mail: vsouza@nin.ufms.br (valdir s. ferreira) abstract: this work presents an electroanalytical method for the determination of moxifloxacin (moxi) in tablets by its interaction with cu(ii) ion and subsequent electrochemical reduction at hanging mercury drop electrode (hmde). a well-defined reduction peak at -0.21 v vs. ag/agcl in phosphate buffer 0.04 mol l-1 ph 8.0 was observed for the complex reduction moxi-cu(ii), using square-wave voltammetry (swv). using a 10 s of accumulation time at -0.40 v was found a limit detection of 3.60x10-8 mol l-1. the obtained results have shown good agreement with those obtained by spectrophotometric method. keywords: moxifloxacin; electroanalysis; complexation of moxifloxacin. n o f o oh o n n h ch 3 figure 1. structure of moxifloxacin. studies found in the literature [5-7] have shown that the absorption of quinolone drugs is lowered when they are consumed simultaneously with magnesium or aluminium antacids and others bivalent cations. the proposed mechanism of the interaction between quinolone and metal cations was based on chelation between the metal and the carbonyl and carboxyl groups. since these functional groups are required for antibacterial activity, it could be anticipated that all of the quinolones could be interacting with metal ions [8]. complexation with metals has been utilized by several workers [9-15] for the development of electroanalytical and spectrophotometric methods for the determination of quinolones in pharmaceutical formulation [9]. the interaction of fluoroquinolones with metal ions has attracted considerable interest not only for the development of analytical methods, but also to provide information about the action mechanism of the pharmaceutical compound [10-12]. a differential-pulse polarographic (dpp) method was described for determination of ofloxacin in tablets based on complexation with cu(ii) ion [10] and norfloxacin, ciprofloxacin and sparfloxacin by complexation with ni(ii) ion [11]. the quinolones complexation with metal ions has also been used for characterization of the electrochemical behavior and development of analytical methods by cyclic and linear sweep voltammetric techniques [12-15]. recently, electrochemical methods using square-wave voltammetry (swv) and differential-pulse voltammetry (dpv) [16] and spectrofluorimetric [17] have been applied for determinations of moxi in pure form in pharmaceutical formulation. in these studies, the linear ranges obtained were in the interval of concentration 4.40×10-7–1.00×10-5 mol l-1 and 0.75×107–7.50×10-7 mol l-1 with detection limits of 4.40×10-8 mol l-1 and 2.50×10-8 mol l-1, respectively. however, no electroanalytical method has been reported in the literature for voltammetric determination of moxi in pharmaceutical products by using its interaction with metal ions. the present work presents a simple, fast and sensitive enough electroanalytical methodology for determination of moxi in pharmaceutical formulation by using its interaction with cu(ii) ion by square-wave voltammetry at hanging mercury drop electrode (hmde). the data were compared with those obtained by spectrophotometric method and by spectrofluorimetric reported methods [16], both chosen as reference for validation of the proposed method. experimental instrumentation electrochemical analysis were performed using an µautolab type ii (eco chemie bv) interfaced with a microcomputer supplied with a general purpose electrochemical system (gpes) software (eco chemie bv) for data acquisition. a three-electrode stand system (metrohm 663 v) composed by one hanging mercury dropping electrode (hmde) (area: 0.52 mm2), ag/agcl reference electrode and a glassy carbon auxiliary electrode were used. the spectrophotometric measurements were carried out using a hitachi spectrophotometer (model u-3000) with 1.0 cm path length quartz cells. the solutions were scanned from 200-450 nm (with slit = 2.0 nm). all measurements were performed at room temperature. all ph measurements were made using a combined glass electrode (type blueline; shott) connected to the digital ph-meter (model alpha, shott). the de-ionized water was purified with a milli-q plus system (millipore). an ultra-son unique (ultrasonic model) was used for dissolution of the avelox® tablets and all reagents. a micropipette (oxford®) was used to transfer the reactant solution to the cell throughout the experimental work. reagents solutions of moxi (bayer) and copper (ii) (merck) (1.00x10-3 mol l-1), all of analytical grade quality, were prepared by dissolving the solid products in methanol and de-ionized water, respectively. working solutions were prepared daily by appropriate dilutions with de-ionized water. the working solutions have shown enough stability during all time of storage. the solutions used as supporting electrolyte were prepared in the usual way: britton–robinson buffer 0.04 mol l-1 in a mixture of 0.04 mol l-1 acetic acid (merck), 0.04 mol l-1 boric acid (merck) and 0.04 mol l-1 in orthophosphoric acid (merck), with the appropriated 32 ecl. quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 amount of 0.20 mol l-1 sodium hydroxide (merck) solution. the phosphate buffer 0.04 mol l-1 also used a supporting electrolyte was prepared using di-sodium hydrogen phosphate dihydrated (merck) and sodium hydrogen phosphate monohydrated (merck). procedures procedure for making calibration graphs an aliquot of 10 ml of the supporting electrolyte solution was introduced into the electrochemical cell and then de-aerated with pure nitrogen for 10 min. a selected accumulation potential was then applied to the hanging mercury drop, for a selected time period, while the solution was stirred at 1500 rpm. the stirring was then stopped, and after a 15 s rest period, a square-wave voltammogram was recorded from +0.10 to -1.60 v. after the background voltammogram had been recorded, the aliquot of the reactant moxi and cu(ii) solution was introduced into the cell and the voltammogram was then recorded at a new mercury drop. procedure for avelox tablets avelox® tablets labeled containing 436.80 mg of moxifloxacin hydrochloride, equivalent to 400 mg of moxifloxacin drug and some inactive excipients were analyzed. five avelox® tablets were weighed and powdered. the average mass per tablet was determined. a quantity of the powder, equivalent to 400 mg of moxi, was transferred accurately into a 1000 ml calibrated dark flask and dissolved in approximately 500 ml of water in ultra sonic bath for 20 min followed by dilution with deionized water. the solution was then filtered through a filter millex (0.22 µm pore size, millipore) to isolate the insoluble excipients. the desired concentration for the drug was obtained by accurate dilution with de-ionized water. an aliquot of the clear supernatant liquor was then transferred to a voltammetric cell containing 20 ml (10 ml phosphate buffer solution ph 8.0 and 10 ml water). the square-wave voltammograms were then recorded after 10 s of pre-concentration at -0.40 v and the drug content of each tablet was determined by standard addition method. 33ecl. quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 procedure for calibration graph and analysis of moxi in pharmaceutical formulations for uvvis spectrophotometry. a stock solution of (1.00x10-3 mol l-1) moxifloxacin was prepared in methanol and stored in the dark inside in freezer. accurate aliquots containing between (100–1500 µl) of moxi were transferred to 25 ml calibrated flask and solution mixed with methanol up to a final volume of 25 ml. the absorbance was measured at λmax 297 nm using methanol as the blank reagent. the quantification was performed by standard addition method by dilution of an aliquot of the avelox® drug solution prepared previously in to 10 ml calibrated flask with methanol and adopting the same procedure described above. results and discussion electrochemical behavior of moxi-cu(ii) interaction typical square-wave voltammetry (swv) behavior of moxi in the absence and presence of cu(ii) ion are shown in fig. 2. the reduction of moxi presented a well-defined main reduction peak apparently irreversible at -1.38 v (fig. 2a). it can also be observed in fig. 2b that, cu(ii) solutions presented only one reduction peak at -0.05 v (fig. 2b). however, fig. 2c exhibits a new welldefined reduction peak at -0.21 v when cu(ii) is mixed with moxi (fig. 2c), indicating the occurrence of the complex moxi-cu(ii) formation. effect of ph the influence of the ph on the voltammetric behavior was tested for: britton-robinson (ph 2.0-11.0) and phosphate (ph 5.0-9.0) buffer solution analyzing the yielding peak current after 10 s of pre-concentration (tacc..) at -0.30 v (eacc..). the best results with respect to shape, sensibility and reproducibility of the peak current were obtained in 0.04 mol l-1 phosphate buffer solution ph 8.0. square-wave voltammograms recorded for 5.00x10-6 mol l-1 of moxi in the presence of 5.00x10-6 mol l-1 cu(ii) ion in phosphate buffer (tacc. = 10 s) exhibits a well-defined peak at -0.21 v in the whole ph range investigated (ph 5.09.0). the effect of ph on peak current (ip) and peak potential (ep) of the moxi-cu(ii) complex are shown in fig. 3 (a and b), respectively. as can be seen, the ip of the formed complex increases on going from ph 5.0 to 8.0, where the maximum value is obtained at ph 8.0. in larger ph values than 8.0 the ip decreases abruptly. from the ip vs. ph relationship it is seen that different ionic species are formed, whose present different diffusion coefficients in the solution. from ep vs. ph (fig. 3b), it is observed that the reduction potential of moxi-cu(ii) complex shifted to more negative values with ph increase, indicating the presence of a chemical reaction with participation of protons [18]. two linear ranges were also observed. firstly a linear relationship is obtained from 5.0 to 7.5 the ph increase, following the equation: {ep(v) = -0.044 0.042 ph} and from 7.5 to 9.0 the ph increase, following the equation: {ep(v) = -0.227 0.066 34 ecl. quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 figure 2. square-wave voltammograms for moxi in the presence of cu(ii); (a) 1.07x10-6 mol l-1 of moxi; (b) 2.50x10-6 mol l-1 of cu(ii) and (c) 3.00x10-6 mol l-1 of moxi mixing with 2.50x10-6 mol l-1 of cu(ii) in 0.04 mol l-1 phosphate buffer ph 8.0. other parameters: accumulation time (tacc.): 10 s; accumulation potential (eacc.): -0.30 v; frequency ( f ) = 60 hz, scan increment (∆es) = 6 mv, pulse amplitude (esw) = 25 mv. figure 3. influence of ph on the peak current (a) and peak potential (b) response for 5.00-10-6 mol l-1 moxi in the presence of 5.00-10-6 mol l-1 cu(ii) in phosphate buffers (ph 5.0–9.0). other parameters: fig. 2. ph}, with an intersection point at ph ≈7.6, assigning a pka value of moxi. this is in accordance with literature data about reduction scheme of some fluoroquinolones antibiotic hydrogenation of the carboxylic group [19, 20]. for analytical purposes, 0.04 mol l-1 phosphate buffer solution at ph 8.0 was therefore chosen as best work conditions. in continuity of the studies, the coordination number of the formed complex adsorbed on the electrode surface (m) and the stability constant of the complex (β) was determined as described for zhang et al [12, 13], through the use of the following equation: where ip is the measured peak current; ip,max is the peak current in the case of complete metal complexing and cl is the concentration of the moxi. a relationship linear was obtained for m = 1, indicating that the composition of the electroactive complex of moxi-cu(ii) at ph 8.0 is 1:1 and the constant stability (β) is 3.10x104. effect of accumulation potential and accumulation time the effect of accumulation potential (eacc.) on the peak current response was investigated from +0.10 and -0.70 v for mixture of 4.00x10-6 mol l-1 of moxi and cu(ii) in phosphate buffer ph 8.0 using (tacc. = 10 s). the peak height increases when the accumulation potential increases from +0.10 to -0.40 v, but decreases abruptly up to -0.70 v. a potential of -0.40 v was adopted as the optimum accumulation potential for moxi-cu(ii) complex detection. the effect of accumulation time (tacc.) for 4.00x10-6 mol l-1 moxi and cu(ii) solutions at ph 8.0 is shown in fig. 4. as expected, pre-concentration is a function of the accumulation time. the peak current was found to increase with increasing the accumulating time between 0 and 10 s. above this time, the peak current decreases and it is almost constant up to 25 s, indicating that the adsorptive saturation of the drug onto the mercury electrode surface was achieved [21-23]. this phenomenon leads to an effective alternative for the increase of the method sensibility. hence, an accumulation time of 10 s was chosen to evaluate the analytical parameters of the proposed method. 35ecl. quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 figure 4. effect of the accumulation time on the peak current in the response for a 5.00?10-6 mol l?1 moxi in the presence of 5.00?10?6 mol l?1 cu(ii) solution in phosphate buffer (ph 8.0). other parameters: fig. 2. instrumental parameters several instrumental parameters, such as drop size, stirring rate, scan increment (∆es) and pulse amplitude (esw) were examined. the chosen working conditions were: drop size of larger (drop area 0.52 mm2), stirring rate of 1500 rpm, ∆es = 6 mv and esw = 25 mv. the current peak was not modified with rest period change. the chosen value 15 s is sufficient to allow the formation of a uniform concentration of the complex on the mercury drop. analytical parameters in order to investigate the possibility of applying the proposed method to the determination of moxi in pharmaceutical formulation by interaction of cu(ii) ion, calibration curves were constructed. using the optimal conditions proposed previously, was found that the reduction peak of moxi-cu(ii) complex is proportional to the increase of the concentration of moxi from 1.00x10-7 to 3.50x10-6 mol l-1, when the cu(ii) ion concentration was fixed at 5.00x10-6 mol l-1 in phosphate buffer ph 8.0. fig. 5 shown the calibration graphs and respective voltammograms obtained at (tacc. = 10 s) and (eacc. =-0.40 v). concentration range and regression equations for obtained curves are listed in table 1. the limits of detection (lod) and quantitation (loq) [24] were calculated using the statistic treatment (3xs.d.a/b) and (10xs.d.a/b), respectively, where, (s.d.a) is the standard deviation of the average arithmetic of ten voltammograms of the blank obtained in the same potential of moxi-cu(ii) complex and (b) is the slope of the calibration curve. the lod and loq values were of 3.60x10-8 mol l-1 and 1.20x10-7 mol l-1, respectively. the obtained lod and loq values using the proposed procedure were compared with two reported methods, spectrofluorimetric [17] and spectrophotometric (table 1). both lod and loq values indicate the good sensitivity of the proposed method. the repeatability and precision of the method was determined by making successive eight measurements for two solutions of moxi (1.00x10-7 and 3.00x10-6 mol l-1 in the presence of 2.00x10-7 and 6.00x10-6 mol l-1 of cu(ii), respectively) at ph 8.0, using (tacc. = 10 s) and (eacc. =-0.40 v). the relative standard deviation was 2.68 and 5.00%, respectively. the interference of some metal ion was tested. it was found that small amounts, i.e. zn(ii), ni(ii), pb(ii), fe(iii), mg(ii) and ca(ii) at concentration smaller than 1.00x10-5 mol l-1 did not cause significant effect on the determination of moxi by complexation with cu(ii) ion. analysis of tablets the optimized procedure was successfully applied for determination of moxi drug in tablets (avelox®-400 mg) and the results obtained are shown in table 2. the amount of moxi in avelox® tablets was determined by the standard additions method after dilution of the sample in 10 ml of phosphate buffer and 10 ml of de-ionized water to avoid matrix effects. the quantitation was achieved by standard addition of the moxi-cu(ii). the mean value of 408.33 mg was obtained (table 2), which is in a good agreement with the reported method [17], so the proposed method could be recommended for moxi determination in pharmaceutical formulation. these obtained results were also compared with those obtained by the spectrophotometric method (table 2). as can be observed, a good agreement was achieved between both tested methods. furthermore, excipients presents in the commercial tablet do not cause interference with moxi determination. the accuracy and precision of the proposed procedure was also judged by applying the standard addition method. the precision was expressed as the relative standard deviation (r.s.d.) and accuracy as a mean relative error (table 2). as can be seen from these results, the moxi can be quantitatively determined using the proposed method in formulation products containing moxi by interaction with cu(ii). analysis of tablets for uv-vis the uv spectrophotometric method was also developed with the objective to obtain comparative results for validation of the electroanalytical method. absorption spectra obtained for moxi exhibits one band at 297 nm (data not shown) and this was used for analytical purposes. the band exhibits a linear relationship between absorbance and drug concentration in the range of 4.40x10-6 to 6.50x10-5 mol l-1 (table 1). for analytical applications, the standard addition method was used and the results are showed in the table 2. as mentioned above, no significant difference was found for both methods. moreover, the spectrophotometric method was less sensitive than the electroanalytical method. 36 ecl. quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 table 1. analytical parameters of the proposed and reported method. methods parameter electroanalytical spectrophotometric reported [17] conc. range (mol l-1) (0.10-3.50)×10-6 (0.44-6.50)×10-5 (0.75-7.50) ×10-7 intercept (µa) -0.1717 -0.0422 s.d. of intercept 0.0997 1.66×10-3 slope (µa l µmol-1) 0.2452 0.0451 s.d. of slope 0.0869 1.80 ×10-4 ra 0.996 0.999 0.999 lodb (mol l-1) 3.60×10-8 1.05×10-7 2.50×10-8 loqc (mol l-1) 1.20×10-7 3.70×10-7 7.50×10-8 a coefficient correlation; b detection limit; c quantitation limit. conclusion in this work was reported that the interaction of moxi-cu(ii) resulted in a 1:1 complex that is reduced in a new well-defined peak at -0.21 v vs. ag/agcl and its the base was used for analytical determinations by square-wave voltammetry. besides, the interference from excipients of the drugs does not interfere with the determination. therefore, extraction procedures are not needed. comparing these results with those obtained by the spectrophotometric and spectrofluorimetric [17] methods for the moxi assay it is possible to see a good agreement between both results, confirming that the proposed procedure can be used for moxi analysis of this antibiotic drug in pharmaceutical formulation. acknowledgements the authors gratefully acknowledge the financial support (cnpq and fundect). bayer for their generous gift, of the drug substance, moxifloxacin, used in this work. recebido em: 24/10/2005 aceito em: 16/01/2006 37ecl. quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 table 2. spectrophotometric and electroanalytical assay of moxi in pharmaceuanalysis method drug value labeled (mg) found (mg) r.s.d. (%) er (%) proposed method avelox® 400.00 408.30 ª 1.00 2.08 spectrophotometric method avelox® 400.00 402.00 ª 2.62 0.50 reported method b octegra® actira® profox® 400.00 400.00 400.00 405.00 402.00 400.00 0.50 0.30 0.40 ª average of five determinations; b reference [17]; r.s.d. relative standard deviation; tical formulation. er relative error. figure 5. adsorptive square-wave voltammograms obtained of the increasing concentration of moxi on cu(ii) solution phosphate buffers (ph 8.0): (a) blank, (b) 0.50x10-6, (c) 0.75x10-6, (d) 1.00x10-6, (e) 1.25x10-6, (f) 1.50x10-6, (g) 1.75x10-6, (h) 2.00x10-6, (i) 2.25x10-6, (j) 2.50x10-6, (k) 2.75x10-6 and (l) 3.00x10-6 mol l-1, respectively. inset: dependence of the peak current on the moxi concentration. parameter: tacc. = 10 s; eacc. = -0.40 v; f = 60 s-1, ∆es = 10 mv and esw = 25 mv. references [1] c. ostergaard, t.k. sorensen, j.d. knudsen, n.f. moller, antimicrob. agents chemother. 42 (1998) 1706. 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[15] i. turel, n. bukovec, e. farkas, polyhedron 15 (1996) 269. [16] i. turel, a. golobi?, a. klav?ar, b. pihlar, p. buglyó, e. tolis, d. rehder, k. sep?i?, j. inorg. biochem. 95 (2003) 199. [17] n. erk, anal. bioanal. chem. 378 (2004) 1351. [18] j.a. ocana, f.j. barragan, m. callejón, analyst 125 (2000) 2322. [19] v.s. ferreira, c.b. melios, m.v.b. zanoni, n.r. stradiotto, analyst 121 (1996) 263. [20] g. popovi?, lj. milovanovi?, v. kapetanovi?, j. pharm. biomed. anal. 18 (1998) 859. [21] e. jiménez-lozano, i. marqués, d. barrón, j.l. beltrán, j. barbosa, anal. chim. acta 464 (2002) 37. [22] v.s. ferreira, m.v.b. z.anoni, m. furlan, a.g. fogg, anal. chim. acta 351 (1997) 105. [23] v.s. ferreira, m.v.b. zanoni, a.g. fogg, anal. chim. acta 367 (1998) 255. [24] v.s. ferreira, m.v.b. zanoni, a.g. fogg, anal. chim. acta 384 (1999) 159. [25] the united states pharmacopoeia, the national formulary, usp 24, nf 19, usp convention inc., 12601, md 2000, p.2151. 38 ecl. quím., são paulo, 31(1): 31-38, 2006 m. a. g. trindade , p. a. c. cunha , t. a. de araújo, g. m. da silva e v. s. ferreira estudo de interação de moxifloxacina com íon cu(ii) usando voltametria de onda quadrada e sua aplicação na determinação em formulação. resumo: este trabalho apresenta um método eletroanalítico para a determinação de moxifloxacina em uma formulação farmacêutica a partir da interação com o íon cu(ii), monitorando a redução sobre elétrodo de gota de mercúrio pendente (hmde). um pico de redução bem definido em -0.21 v vs. ag/agcl foi observado após a interação da moxi com o íon cu(ii) por voltametria de onda quadrada (swv) em tampão fosfato 0.04 mol l-1 ph 8.0. usando 10 segundos de pré-contração em -0.40 v um limite de detecção de 3.60 10-8 mol l-1 foi encontrado. a comparação dos resultados obtidos com um método espectrofométrico não mostrou diferença significativa entre as medidas. palavras-chave: moxifloxacina; eletroanálises; complexação de moxifloxacina eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100008 electron transfer by singlet excited state of porphyn and electron acceptor affinity in rigid medium: photoacoustic phase angle analysis marinônio lopes cornélio* abstract: photoacoustic spectroscopy provides information about both amplitude and phase of the response of a system to an optical excitation process. this paper presents the studies of the phase in the electron transfer process between octaethylporphyn (oep) and quinone molecules dispersed in a polymeric matrix. it was observed a tendency in the phase behavior to small values only in the spectral region near to 620 nm, while for shorter wavelength did not show any tendency. these measurements suggested that the electron transfer to acceptor occurred with the participation of octaethylporphyn singlet excited state. keywords: electron transfer; photoacoustic spectroscophy; phase; acceptor; donor; polymer. introduction the electron transfer process may proceeds with the participation of any donor excited state to a non-excited acceptor state. at the present work the investigation of the electron transfer mechanism between octaethyl-porphyn (oep) and duroquinone (dq) or dichloro-dicyano-benzoquinone (ddq) using a photocalorimetric method was performed. the goal of this paper is to determine which excited state of the donor is involved in this process, the electron acceptor affinity, and what spectral region favors this process, which represents an electronic gate for the system. the calorimetric method1 based on the photoacoustic effect7 (pas) was applied during the investigation, this method is understood as follow. a system of absorbing molecules is exposed to an intensitymodulated monochromatic light, which produces a population of excited electronic states being also modulated. the decayments may happen by radiative and non-radiative routes, the second type constitutes the heat source for the photoacoustic effect. in an actual photoacoustic measurement many of the non-sample related parameters may be maintained constant and the phase data may therefore be used to provide information about the optical and thermal properties of the solid under study and besides that in the case where chemical reactions onset by light are present, the phase data http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back hold some aspects of the process. the use of pas angle phase to investigate nonradiative deexcitation paths has been employed by merkle & powell.8 these authors took the relationship between nonradiative decayment and the phase shift previously used for gases by robin5 and applied to solid material. herein a new use of the phase shift is attributed to the electron transfer process, determining the participation of the donor excited state and the acceptor affinity as well as the the favorable spectral region. materials and methods sample preparation photoinduced electron transfer can be described most simply as the movement of an electron, caused by the absorption of light, from an electron rich species (a donor, oep) to an electron deficient species (an acceptor, dq and ddq). the samples were prepared with a fixed concentration (1.4 x 10-4 m) of oep from sigma and different amounts (10, 20 and 40 times larger than oep concentration) of dq and ddq, also from sigma. they were dissolved in toluene and mixed with poly(methyl-methacrylate) and the resulting mixture was spread on a clean glass plate and extended to form films about 100 m m thick. as in the photoacoustic cell the volume of the sample influences the signal amplitude the thickness of the film were controlled through micrometer measurements and any film that exceeded to less or more than 100 m m of thickness was cast off. the dq concentration films was calculated as the number of molecules per cubic angstrom. this was done considering the mass of dq used, its molecular weight and the volume of film, obtained from mass and density (1.19 g/cm3)11 of the polymer. the films were left in the dark in a glove box filled with n2 gas for about 12h. for each film, 3 to 4 pieces were measured and the averaged was considered in calculations. this procedure was applied to improve the signal-to-noise ratio and also to verify the homogeneity of the films. in-phase and quadrature measurements the one-dimensional model employed to determine the amplitude and phase of the photoacoustic signal is that developed by rosencwaig & gersho.10 the variable component of the phase of the photoacoustic signal may be derived from this complex quantity: q = q1 + iq2 = q.exp(-iq) (1) where q is the photoacoustic amplitude, q1 is the in-phase amplitude measurement and q2 is the quadrature amplitude measurement, both obtained through the lock-in amplifier, and hence the phase is q = tg-1[-(q2/q1)] (2) where q is measured in degree. the photoacoustic pressure pulses may be represented by the phase angle. these pulses generated from solid samples are caused by the transfer of heat from the sample surface to the air in the pas cell and their values are delayed in relation to the lock-in reference angle. this happens because the detection of the pulse follows the excitaton of the solid sample by a modulated light. results and discussion to verify how the acceptor concentration increment influences the photoacoustic phase angle, measurements were carried out at the following bands 489, 534, 567 and 620 nm, which are the octaethylporphyn (oep) absorbance peaks, figure 1 a, b. since the maximum amplitude signal were in these peaks, we used them to avoid phase fluctuations what should mask the electron transfer effect. for each film, three pieces were measured and averaged. this procedure was used to confirm the random distribution of donor and acceptor molecules as well as the homogeneity of the drying process. the phase data contains contributions from a number of sources non-associated with the sample like, the geometry of the photoacoustic cell, the response of the detecting system, etc. as in the present work non-sample related parameters were maintained constant the phase data may therefore be used to provide information about the photoinduced electron transfer process. the phase angle was measured in relation to the lock-in reference angle always kept in 0°. the averaged phase responses with the increase of the acceptor concentrations at the bands 489, 534 and 567 nm were almost constant -171.3° ± 1.7, as shown in figure 2 a, b, c respectively, and following the same procedure the phase behavior at 620 nm was remarkable, as shown in figure 3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1a to have a better idea of what is happening, the angle of phase may be understood as the time lag between excitation and detection by the microphone and expressed as equation 2. the detector is really distinguishing a modification on the pressure pulse inside the photoacoustic cell, indicated by figure 3. such changes has two mainly sources: an increase at the pressure amplitude and/or an increase at the pressure pulse velocity generation. the former was well established in a previous article2 and the later is the object of this discussion. on increasing the acceptor concentration electron transfer rate increases too, as a result, an induced phase shift is expected. if to smaller or higher values than that obtained for the films with donor molecules it depends only on the internal conversion efficiency of the acceptor molecules. analyzing the phase behavior at 620 nm it indicates that the acceptor internal conversion must be higher than the donor molecules, considering that the electron transfer rate increases with the acceptor concentration, even though not being possible to differentiate this effect due to the low modulation frequency, after transferring the electron to the acceptor its decayments by internal conversion is expected to be higher than the internal conversion of the donor molecule. this explanation encountered base from the current literature which is found that internal conversion quantum yields for benzoquinones derivatives are thousands times higher than porphyrins derivatives,12 what explains the phase shift to smaller values indicating that non-radiative relaxation process became faster with the presence of the acceptor. it also suggests that the increment of the acceptor concentration affected the heat production responsible for the pressure variation in the photoacoustic cell, shortening the generation of the pressure pulse inside the cell. as this effect was only observed at 620 nm band it infers that the participation of the donor in the electron transfer process was performed by its singlet excited state. the first detailed mechanism of electron transfer reaction with metalloporphyrins (mp) in vitreous http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 matrix dealed with the separation of charge of zinc and magnesium prophyrins in ethanol containing some addition of ccl4 at 77 k.6 in these studies the electron transfer to the acceptor is shown to proceed from singlet excited states of mp. distinguishing the phase behavior difference between the first three bands, which shown to be constant and the band at 620 nm that showed a smoothed phase variation. it can also be explained considering that the decayments of the highest excited states happens to the first singlet excited state and from this backing to the ground state, via: luminescence and non-radiative decay. when acceptor molecules are present in the films, the electron can be transferred from donor to the acceptor, and this process becomes a new pathway for non-radiative decays, resulting in a large phase shift. and the electronic gate for the electron transport from donor to acceptor is identified and matches with the singlet excited state of oep, that is in agreement with the result obtained by fluorescence technique3 and in agreement with kasha’s rule.4 the phase shift can also be used to distinguish the best capturing electron acceptor. comparing the angle (figure 3) values at the same concentration, it suggests that ddq has a higher capturing efficiency action than dq. as a result, it can be observed that dq needs a higher concentration level in order to have similar capturing efficiency action as ddq, and is known that ddq has a larger electron affinity than dq.9 photoacoustic phase analyzes in this case represents an alternative way for distinguishing the electron affinity in a rigid medium. this measurement can be used to confirm the result obtained in electrochemistry when the donor-acceptor moyet is changed and if their properties are hold or not. in conclusion, the use of this photocalorimetric method to analyze the electron transfer process brought a new insight of the reactions involved in this process in a rigid medium. cornélio, m. l. transferência de elétrons via estado singleto excitado de porfirina de base livre e afinidade de elétrons por aceitadores em meio rígido análise fotoacústica do ângulo de fase. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.83-92, 1997. resumo: a espectroscopia fotoacústica obtém informações sobre amplitude e fase, da resposta de um sistema submetido a excitação por luz. este artigo apresenta estudos do ângulo de fase no processo de transfereência de elétrons entre octaetilporfirina (oep) e derivados de quinona ambos dispersos em uma matriz polimérica. observou-se uma tendência no comportamento da fase para valores menores na região espectral próximo de 620 nm. enquanto que para comprimentos de onda menores este efeito não foi apresentado. estas medidas sugerem que a transferência de elétrons para o aceitador ocorreu com a participação do estado singleto excitado da octaetilporfirina. palavras-chave: transferência de elétrons; espectroscopia fotoacústica; fase; aceitador; doador; polímero. references http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 1 callis, j. the calorimetric detection of excited states. j. res. natl. stand. sect. a . v.80a, p.413-19, 1976. 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fabris 2 e m. g hernández-terrones 1 ____________________________________________________________________________ resumo: avaliaram-se através do planejamento experimental fatorial fracionário as seguintes variáveis operacionais na transesterificação etílica no óleo de soja: (1) tempo, (2) velocidade de agitação, (3) razão molar etanol: triglicerídeos, (4) proporção de catalisador em relação a massa de óleo (5) tipo de catalisador e (6) temperatura. os níveis estudados para cada variável foram: (1) tempo, 30 e 60 minutos; (2) velocidade de rotação, 100 e 200 rpm; (3) razão molar etanol:triglicerídeo, 9:1 e 12:1; (4) proporção do catalisador, em relação à massa do óleo, 0,5 % e 1,5 %, (5) tipo de catalisador, hidróxido de sódio ou de potássio e (6) temperatura, 35 °c e 55 °c. a ordem decrescente da magnitude do efeito observado, para cada um desses fatores, em termos do rendimento, na transesterificação foi: concentração do catalisador > tipo de catalisador > razão molar > tempo > temperatura > velocidade de rotação. neste trabalho estudou-se também as interações entre as variáveis e suas implicações no processo de transesterificação via rota etílica para o óleo de soja. as interações entre as variáveis (1) e (6), (1) e (2), (1) e (5), (2) e (4) foram significativas e positivas para o processo, ou seja se obedecidas a tendências dos efeitos individuais das variáveis principais da interação o rendimento será favorecido. as interações: (2) e (6), (1) e (3), (1) e (4) se mostraram significativas e negativas o que implica dizer que se obedecidas a tendências dos efeitos individuais das variáveis principais da interação o rendimento de produção do biodiesel diminuirá. palavras-chave: biodiesel; soja; planejamento fatorial ____________________________________________________________________________ abstract: the following operational variables in the ethylic transesterification of soybean oil were evaluated using the fractional factorial experimental design: (1) time (2) stirring speed, (3) molar ratio ethanol: triglycerides, (4) ratio of catalyst for the mass of oil (5) type of catalyst and (6) temperature. the levels for each variable studied were: (1) time, 30 and 60 minutes, (2) speed, 100 and 200 rpm, (3) molar ratio ethanol: triglycerides, 9:1 and 12:1, (4) proportion of catalyst in relation to the mass of oil, 0.5% and 1.5% (5) type of catalyst, sodium hydroxide or potassium and (6) temperature, 35 ° c and 55 ° c. the order of magnitude of the effect observed for each of these factors in terms of income, the transesterification was: concentration of the catalyst> catalyst type> molar ratio > time> temperature> speed. in this work we studied the interactions between the variables and their implications in the transesterification process via ethylic route for soybean oil. the interactions between the variables (1) and (6), (1) and (2), (1) and (5), (2) and (4) were significant and positive for the process, ie it, followed the trends the individual effects of the main variables of the interaction will be favored income. interactions: (2) and (6), (1) and (3), (1) and (4) proved to be negative and significant 1 instituto de química, universidade federal de uberlândia, campus santa mônica, 38400902 uberlândia, minas gerais 2 departamento de química, instituto de ciências exatas, universidade federal de minas gerais, 31270901 belo horizonte, minas gerais file:///c:/users/catia/desktop/eclética%20vol%2040/nova%20pasta/www.iq.unesp.br/ecletica eclética química, vol. 40, 126-132, 2015. 127 127 which implies that followed the trends of the individual effects of the interaction of the main variables, yields biodiesel production will decrease... keywords: biofuel; soybean; fractional factorial introdução o biodiesel é considerado um promissor combustível alternativo ao diesel de origem fóssil. além do esgotamento previsto das suas reservas, o uso do diesel causa aquecimento global e contribui com o efeito estufa[1-6]. o biodiesel pode ser obtido através do processo de transesterificação de um óleo vegetal ou gordura animal (fontes de triglicerídeos) com um álcool monohídrico, comumente metanol ou etanol[7-10]. neste processo, a presença de um catalisador acelera consideravelmente a reação. a estequiometria da reação requer 1 mol de triglicerídeos e 3 mols do álcool. porém, um excesso de álcool é usado para incrementar o rendimento de biodiesel e permitir a separação da fase glicerina formada[11-13]. como catalisadores podem ser usados ácidos, alcóxidos de metais alcalinos, hidróxidos e carbonatos, bases não iônicas, assim como enzimas[14-18]. o biodiesel é geralmente mais caro que o diesel quando é produzido a partir de óleos vegetais ou gorduras animais, portanto o conhecimento dos detalhes industriais da produção pode definir a rentabilidade do setor[6]. visando otimização do processo de obtenção de biodiesel, diversos trabalhos são relatados aplicando desenho fatorial de experimentos[19-23]. o objetivo do presente trabalho foi determinar o comportamento das variáveis operacionais de maior importância no processo de transesterificação etílica do óleo de soja, usando catalisadores hidróxidos de sódio e potássio, através de um planejamento fatorial fracionário de dois níveis. procedimentos experimentais caracterização do óleo as propriedades índice de refração (40 c), índice de saponificação foram determinadas de acordo com as normas da american oil chemists society [24]. o índice de acidez foi determinado segundo a astm d664, em um titulador automático modelo titrino plus 848. o índice de umidade foi determinado segundo norma astm d-6304, utilizando titulador coulométrico de karl fischer modelo 831 kf. a massa específica foi determinada de acordo com a norma astm d-4052, correspondente à norma abnt nbr 14065, com densímetro da-500-kyoto. a viscosidade cinemática a 40ºc foi determinada conforme normas astm d-445 e astm-d446. a estabilidade oxidativa foi analisada pelo método en 14112, utilizando um equipamento rancimat 743. transesterificação etílica foi utilizado óleo comercial de soja, refinado, marca liza, para uso doméstico, de embalagem de 900 ml, industrialmente processado pela cargill agrícola sa. a composição em ácidos graxos do óleo é reportada na tabela 2. como objetivo central deste trabalho, avaliaram-se os diversos parâmetros do processo de transesterificação, para os seguintes valores de variáveis: (i) tempo, 30 e 60 minutos; (ii) velocidade derotação do balão do evaporador rotatório, 100 e 200 rpm; razão molar etanol:triglicerídeo, 9:1 e 12:1; (iv) tipo de catalisador, hidróxido de sódio ou de potássio; (v) proporção do catalisador, em relação à massa do óleo, 0,5 % e 1,5 % e (vi) temperatura, 35 °c e 55 °c. o catalisador foi adicionado ao etanol e a mistura foi agitada durante 5 minutos, antes de ser adicionado ao óleo de soja no meio reacional. após a reação de transesterificação alcalina o sistema resultou em duas fases sendo a parte superior formada pelo biodiesel impuro e na parte inferior glicerina. o biodiesel foi removido da mistura e em seguida foi lavado 2-3 vezes com água a 80 °c para remover impurezas presentes. planejamento experimental para determinação das condições experimentais que possibilitem o aumento do rendimento na síntese de ésteres resultantes da reação de transesterificação, foi realizado um planejamento experimental fatorial eclética química, vol. 40, 126-132, 2015. 128 128 fracionário, em duplicata. a opção utilizada no experimento foi 2 6-2 , que é muito interessante para uma investigação, reduzindo o número de ensaios. com a realização dos experimentos do planejamento experimental foi obtido o gráfico de pareto que avalia os efeitos de cada variável e suas interações, no rendimento da reação de transesterificação do óleo de soja. este planejamento não é completamente saturado, não misturando efeitos principais com 1º ordem, o que garante a confiança nos cálculos dos efeitos das variáveis na resposta analisada, sem perda na qualidade estatística das informações. a tabela 1 apresenta os valores usados em cada nível das variáveis estudadas. tabela 1. valores usados em cada nível das variáveis estudadas na transesterificação do óleo de soja no planejamento experimental. variáveis níveis -1 (nível baixo) +1 (nível alto) tempo (minutos) 30 60 velocidade de rotação (rpm) 100 200 razão molar 9:1 12:1 porcentagem de catalisador 0,5 % 1,5 % tipo de catalisador naoh koh temperatura (ºc) 35 55 caracterização do biodiesel os mesmos parâmetros analisados para o óleo foram analisados para o biodiesel com exceção, das analises de índice de refração (40 o c) e índice de saponificação. alem disso, realizou-se uma analise da composição em ácidos graxos do biodiesel empregando um cromatógrafo a gás 7890a série gc da agilent technologies com uma coluna capilar cpwax 52cb, calculando a composição a partir da área dos picos respectivos de cada éster de ácido graxo. resultados e discussão caracterização físico-química do óleo: a qualidade do óleo de soja é descrita em termos da suas propriedades físico-químicas. os valores correspondentes são mostrados na tabela 2. tabela 2. algumas propriedades físico-químicas do óleo de soja propriedades-físicas unidades valor desvio padrão índice de refração a 40 o c) 1,4694 0,0002 índice de saponificação mg koh /g 185,82 4,40 índice de acidez mg koh /g 0,0595 0,0065 umidade mg/kg 742,0 29,8 massa específica kg/m 3 919,6 0 viscosidade cinemática mm 2 /s 30,583 0,020 estabilidade oxidativa horas 12,515 0,071 a partir do óleo acima caracterizado, se obtiveram diferentes rendimentos na reação de transesterificação nas diferentes condições determinadas pelo planejamento experimental 2 6-2 , como expresso na tabela 3. eclética química, vol. 40, 126-132, 2015. 129 129 tabela 3. matriz de condições reacionais da transesterificação etílica do óleo de soja para testes de planejamento fatorial 2 6-2 . valores atribuídos são baseados na tabela 1 (rendimento dado pela massa do produto da transesterificação, na razão estequiométrica). ensaio tempo rotação razão molar tipo de catalisador concentração catalisador temperatura rendimento, % média 1 -1 -1 -1 -1 1 1 58,5 2 -1 -1 -1 -1 -1 -1 96,0 3 -1 -1 1 1 -1 1 98,5 4 1 -1 1 -1 1 -1 0,0 5 -1 1 1 -1 1 1 42,5 6 -1 1 -1 1 -1 1 84,5 7 -1 1 1 -1 -1 -1 98,0 8 1 1 -1 -1 1 -1 55,0 9 1 -1 -1 1 1 1 80,0 10 -1 -1 1 1 1 -1 77,0 11 -1 1 -1 1 1 -1 81,0 12 1 -1 -1 1 -1 -1 96,0 13 1 -1 1 -1 -1 1 93,5 14 1 1 -1 -1 -1 1 94,0 15 1 1 1 1 1 1 79,0 16 1 1 1 1 -1 -1 95,0 a partir dos resultados da tabela 3, elaboraram-se um gráfico de pareto e uma tabela onde estão dispostos os efeitos principais e efeitos de interações que ocorrem entre as diferentes variáveis do processo de transesterificação, sendo os mesmos dispostos na figura 1 e tabela 4, a seguir. tabela 4. efeitos principais e de interação para da reação de transesterificação etílico do óleo de soja no planejamento fatorial fracionário. eclética química, vol. 40, 126-132, 2015. 130 130 fatores e interações efeitos principais efeitos de interação tempo (1) -3,1 rotação (2) 2,2 razão molar (3) -4,6 concentração do catalisador (4) -20,8 tipo de catalisador (5) 11,4 temperatura (6) 2,4 i1,2 = i3,5 5,8 i1,3 = i2,5 -4,1 i1,4 = i5,6 -3,5 i1,5 = i2,3 = i4,6 4,5 i1,6 = i4,5 12,5 i2,4 = i3,6 4,0 i2,6 = i3,4 -6,6 verificou-se um decréscimo no rendimento ao incrementar o tempo de reação de 30 para 60 minutos. ao avaliar o fator rotação verificou-se um aumento no rendimento ao incrementar a rotação de 100 rpm para 200 rpm, provavelmente devido a maior interação entre as espécies presentes na reação. ao incrementar a razão 9:1 para 12:1 ocorreu uma diminuição no rendimento, provavelmente devido à formação de emulsão no sistema. o catalisador que propiciou o maior rendimento foi o koh, observando-se que, quando comparado com o naoh. em ambos os casos o aumento da concentração destes catalisadores alcalinos provocou uma redução significativa no rendimento da reação, provavelmente devido às reações paralelas de saponificação. em relação a temperatura do processo, melhores rendimentos foram observados a 55°c. portanto, como o aumento da temperatura favoreceu o rendimento da reação de transesterificação pode-se concluir que a reação direta é endotérmica e seu equilíbrio é deslocado no sentido de formação de produto com o incremento da temperatura. as interações i1,2, i,35, i1,5, i2,3, i4,6, i1,6, i4,5, i2,4, i3,6 apresentaram efeito positivo na resposta contribuindo para o aumento do rendimento, sendo a interação i1,6 e/ou i4,5 a de maior importância dentre as interações, perdendo apenas para a variável principal (concentração de catalisador). para as interações que apresentaram efeito negativo temos i1,3, i2,5, i1,4, i5,6, i2,6, i3,4 sendo que neste grupo a interação i2,6 e/ou i3,4 a que provoca a maior redução no rendimento da transesterificação etílica. os efeitos por interação dos fatores (1) e (5), (1) e (3), (2) e (4), (1) e (4) foram menores do que os de suas variáveis principais, no rendimento da transesterificação. em razão disso, foram desconsideradas, nas análises estatísticas subseqüentes. as interações (1) e (6), (1) e (2) são significativas e positivas, o que implica interpretar que a ação conjunta dos dois fatores, resguardados as tendências dos efeitos individuais das variáveis principais, induz à aumento do rendimento da reação. já a interação (2) e (6) é significativa e negativa; causa, pois, redução do rendimento da reação, se obedecidas as tendências de cada um dos efeitos principais. a partir desta análise estatística, verificou-se que nas condições de tempo 30 minutos, rotação de 100 rpm, razão molar etanol:óleo 9:1, com o catalisador koh na concentração de 0,5% em relação a massa do óleo e na temperatura de 55°c houve uma maior produção de biodiesel etílico a partir do óleo de soja. a partir das análises físico-químicas para o biodiesel de soja produzido na condição otimizada (tabela 5) observa-se que o biodiesel obtido se enquadrou em todos os parâmetros analisados segundo as especificações da anp e que a sua composição em ésteres assemelha-se a outras descritas na bibliografia, conforme a tabela 6. eclética química, vol. 40, 126-132, 2015. 131 131 tabela 5. propriedades físico-químicas do biodiesel etílico obtido por transesterificação alcalina do óleo de soja. propriedades-físicas unidades valor desvio padrão índice de acidez mg koh/ g 0,17 0,09 umidade mg/kg 254,0 0,23 viscosidade cinemática mm 2 /s 4,3 0,012 estabilidade oxidativa horas 6,59 0,12 massa especifica kg/m 3 870 0,11 tabela 6. composição de ácidos graxos do biodiesel etílico do óleo de soja. ácidos graxos estrutura composição de ácidos graxos (%) composição em referência [25] (%) ácido palmítico c16:0 11,1 11,29 ácido esteárico c18:0 3,9 3,54 ácido oleico (ômega 9) c18:1 22,9 22,45 ácido linoleico (ômega 6) c18:2 54,3 54,62 ácido linolênico (ômega 3) c18:3 6,5 8,11 ácido araquídico c20:0 < 0,5 ácido eicosenoico c20:1 < 0,5 ácido behênico c22:0 < 0,5 conclusões as variáveis (i) tempo; (ii) velocidade de rotação do balão do evaporador rotatório; (iii) razão molar etanol:triglicerídeo; (iv) tipo de catalisador; (v) proporção do catalisador, em relação à massa do óleo e (vi) temperatura, para obtenção de biodiesel etílico, são significativamente relacionadas ao rendimento da reação, medido em produtos da transesterificação etílica, a partir do óleo de soja. as variáveis operacionais, para as quais se observaram efeitos principais, negativos, no sentido de que diminuem o rendimento da reação, foram (i) concentração do catalisador; (ii) razão molar álcool:triglicerídeo e (iii) tempo. de outro lado, observa-se o efeito positivo para (i) velocidade de rotação; (ii) temperatura e (iii) tipo de catalisador a ordem decrescente da magnitude do efeito observado, na região de investigação, para cada um desses fatores, é diferente, em termos do rendimento, na transesterificação: concentração do catalisador > tipo de catalisador > razão molar > tempo > temperatura > velocidade de rotação. é interessante destacar que tendência de efeito das variáveis principais é, em alguns casos, alterada, ou mesmo invertida, quando se consideram interações entre os fatores, sobre o rendimento da reação de transesterificação. como 80 % do custo de produção do biodiesel estão relacionados à fonte de oleaginosa e o restante aos demais componentes de custo, incluindo insumos de energia, catalisador, mão de obra e outros, o domínio da ponderação da contribuição de cada fator intrínseco do processo, contribui para se programar estratégias de minimização de custos e de maximização do rendimento industrial. agradecimentos trabalho financeiramente apoiado pela fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig; projetos apq-6925-3.08/07, apq02356/08 e ppm-00217-08) e pelo cnpq. eclética química, vol. 40, 126-132, 2015. 132 132 referências [1] m. canakci, bioresource 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(6) and (7) we get (15) where using the constraint (12) we get (16) for a1 # a2, and (17) for a1 = a2 = a (n1 = n2 = 2n, n=0, ± 1, ± 2...). these results are in agreement with those in ref.2 the eigenfunctions are obtained in the usual form from the relations (8) and (9): (18) where co (n) are given by (19) then, the eigenfunctions for the original problem are y (x , h , j ) = (x h )1/2 ca (x ) cb (h ) eimj , where ca(x ) and cb (h) are the components of cn (1). conclusions a non-usual formalism for sqm and a constructive method to solve schrodinger equation for 2d potentials is presented. the solution for the potential given in (1) is explicitly determined and the results are the same as obtained from so(2,1) dynamic algebra.2 in principle, all results in sqm for 1d systems can be extended for 2d ones. up to now the formalism presented here is used only to solve schrodinger equation4 and to determine isoespectral potentials.3 however, in principle, all results in sqm for 1d systems (for instance, ref.1,5,6,8,9) can be extended for two dimensions. finally, we note that the approach presented can be directly extended to higher dimensional systems. acknowledgment the author acknowledges the partial support by fapesp and cnpq (brazil). drigo filho, e. resolvendo a equação de schrödinger para potenciais bidimensionais usando supersimetria. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.67-73, 1997. resumo: o formalismo da mecânica quântica supersimétrica pode ser estendido para dimensões arbitrarias. nós introduzimos este formalismo e exploramos sua utilidade na resolução da equação de schrödinger para um potencial bidimensional. este potencial possuí varias aplicações em física e química, por exemplo, no estudo da molécula de benzeno. palavras-chave: mecânica quântica; supersimetria; sistemas bidimensionais; equação de schrödinger. references 1 adhikari, r., dutt, r., varshni, y.p. on the averaging of energy eigenvalues in the supersymmetric wkb method. phys. lett., v.a131, p.217, 1988. [ links ] 2 boshi-filho, h., souza, m., vaidya, a.n. general potentials described by so (2,1) dynamical algebra in parabolic coordinate systems. j. phys., v.a24, p.4981, 1991. [ links ] 3 drigo filho, e. supersymmetric quantum mechanics and two-dimensional systems. braz. j. phys., v.22, p.45, 1992. 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[ links ] recebido em 4.12.1996 aceito em 21.3.1997. * this works was part of the communication presented at the viii international conference of symmetry in physics (1995), duba/russia. ** departamento de física instituto de biociências, letras e ciências exatas unesp 15054000 são josé do rio preto sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22  são paulo  1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100006  introduction in a system where the adsorbate, that is a dissociated or protonated electrolyte, is under conditions in which the adsorption takes place; electrostatic interactions are produced, strongly influencing the metallic ions adsorption on activated carbons. such interactions may be attractive or repulsive, depending on the adsorbent charge densities, ionic strength of the solution and kind of adsorbate [1]. the surface charge on the activated carbons is associated with the existence of heteroatoms and mainly, with the oxygen complexes content. therefore, when an activated carbon is submerged in water, a charge produced by the dissociation of its functional groups occurs on its surface [2]. the adsorption of heavy metals in carbonaceous materials thus mainly occurs in the acid sites, such as lactonic and carboxylic groups [3,4]. among the heavy metal ions, pb2+ is considered highly toxic and is kept in aqueous solution because of its ability to form complexes with the organic matter; therefore, the way in which this compound may be extracted from water using adsorbents and the factors that hinder such union are studied [5,6]. it is useful to study the energetic interactions occurring between the activated carbon and the surrounding aqueous solution by means of immersion enthalpy, because the metal adsorption from the solution shows the significant influence of the solvent that also occu15ecl. quím., são paulo, 31(4): 15-21, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 immersion enthalpy variation of surface-modified mineral activated carbon in lead (ii) aqueous solution adsorption: the relation between immersion enthalpy and adsorption capacity l. giraldo1 and j.c. moreno-piraján2 1department of chemistry. school of sciences. universidad nacional de colombia. 2department of chemistry. school of sciences. universidad de los andes. colombia. abstract: an activated carbon was obtained by chemical activation with phosphoric acid, cm, from a mineral carbon. afterwards, the carbon was modified with 2 and 5 moll-1, cmox2 and cmox5 nitric acid solutions to increase the surface acid group contents. immersion enthalpy at ph 4 values and pb2+ adsorption isotherms were determined by immersing activated carbons in aqueous solution. the surface area values of the adsorbents and total pore volume were approximately 560 m2.g-1 and 0.36 cm3g-1, respectively. as regards chemical characteristics, activated carbons had higher acid sites content, 0.92-2.42 meq g-1, than basic sites, 0.63-0.12 meq g-1. ph values were between 7.4 and 4.5 at the point of zero charge, phpzc. the adsorbed quantity of pb2+ and the immersion enthalpy in solution of different ph values for cm activated carbon showed that the values are the highest for ph 4, 15.7 mgg-1 and 27.6 jg-1 respectively. pb2+ adsorption isotherms and immersion enthalpy were determined for modified activated carbons and the highest values were obtained for the activated carbon that showed the highest content of total acid sites on the surface. keywords:immersion enthalpy; pb2+ adsorption; langmuir isotherm; surface-modified. pies the available adsorption sites on solid surface. consequently, the solution components reach an equilibrium where they interact in conjunction with the solid [7]. in this work, an activated carbon was prepared from mineral carbon, cm, and chemically activated with phosphoric acid, and pb2+ adsorption isotherms, taken from aqueous solutions at different ph values were determined. immersion enthalpies were also determined from activated carbon in order to establish relations with the adsorption parameters. afterwards, two samples of activated carbon were obtained and their chemical surfaces were modified by oxidation with hno3 2 and 5 moll-1, cmox2 and cmox5 solutions. adsorption isotherms at a fixed ph and immersion enthalpies were then determined for these solutions. experimental details previous treatment of the initial material the original mineral carbon was milled and sieved at an average particle size of 0.551 mm in order to obtain granular activated carbons. the material was then washed with distilled water, dried for 24 hours in an oven at 363 k and stored in dry plastic packages. obtaining activated carbon through chemical activation for chemical activation, bituminous mineral carbon from the northern region of colombia was taken and impregnated with a h3po4 at 50% v/v solution for 1 hour. the impregnated samples were then air dried at a temperature of 383 k for 4 hours. the activation process was carried out during 2 hours at 723 k and heating ramp of 10 kmin1. a n2 200 mlmin-1 flow was maintained. samples were then washed using distilled water until a conductivity of 5 µs cm-1 was obtained for the water used. when activated carbons are chemically prepared, one of the compounds usually used as activator is the phosphoric acid, since its dehydrating properties that enable it to react with the carbonaceous material and modify the carbonization process. additionally, phosphoric acid introduces in the precursor and avoids its contraction during the heating, leaving spaces when it is removed in a later stage with washes. this way, generation of higher pore content takes place. modification of the chemical surface with hno3 solutions quantities of approximately 5.000 g of activated carbon were taken and placed in contact with 50.0 ml of 2 and 5 moll-1 nitric acid solutions at 323 k. the samples were constantly stirred for a 1-h period [10], washed with distilled water to achieve a near neutral ph and dried in a stove at 343 k. textural analysis of the activated carbons obtained textural characteristics were established through the determination of the n2 adsorption isotherms at 77 k in a conventional volumetric machine, autosorb 3b, quantachrome. determining active sites basic and acid sites of activated carbons were determined by the boehm’s method [11]. acid sites were neutralized with a naoh 0.1 moll-1 solution and basic sites with a hcl 0.1 moll-1 solution. carboxylic and lactonic sites were titrated with a na2co3 0.1 moll-1 solution, carboxylic sites with a na2co3. 0.1 moll-1 solution and phenolic sites were estimated by calculating the difference [12]. for the determinations, 50 ml of the solution was placed into contact with 1.000 g of activated carbon in a glass flask for 5 days at a constant temperature of 298 k. 10 ml was titrated using a 0.1 moll-1 of the corresponding solution. measurements for titting were performed using a cg 840b schott ph meter. determining the point of zero charge, pzc. mass titting method activated carbons ranging 10 to 600 mg were taken. each was placed in a 50.0 ml glass flask and 10.0 ml of sodium chloride, nacl, (0.1 moll-1) was added,. flasks were sealed and stirred and room temperature was maintained at 298 k for 48 hours to achieve equilibrium in carbon charges. after 48 hours, ph of each solution was measured with a cg 840b schott ph meter [13]. 16 ecl. quím., são paulo, 31(4): 15-21, 2006 pb2+ adsorption equilibrium data pb2+ solutions were prepared from pb(no)3 within a concentration range of 20 to 100 mgl-1 and the ph value was adjusted to 2, 4, 6 and 8, depending on the case, with solutions of hcl 0.01 moll-1 and naoh 0.01 moll-1. a quantity of 0.100 to 0.250 g of activated carbon obtained from the mineral carbon, cm, was placed in a glass flask containing 250 ml of the corresponding pb2+ solution. the solution was stirred and kept at 298 k to achieve equilibrium in carbon charges. pb2+ concentration in aqueous solution was determined by atomic absorption using a perkin-elmer aanalyst 300 and evaluation was performed using calibration curves [7]. calibration curves were prepared for all of the ph values tested in this work. once the maximum adsorption ph was chosen for the initial activated carbon, cm, isotherms were determined at 298 k and this ph value for the modified activated carbon samples cmox2 and cmox5. determining immersion heats in order to determine the immersion enthalpy a heat conduction microcalorimeter with a stainless calorimetric cell was used [14]. the cell was filled with 30 ml of the chosen solution, pb2+ 100 mgl-1, (kept in a thermostat) at 298 k at a fixed ph. a sample of activated carbon weighing approximately 0.250 g was placed in a calorimetric cell inside a glass ampoule and the microcalorimeter was assembled. when the equipment reached a temperature of 298 k, the potential output record began. this lasted for a period of approximately 15 minutes with potential reading taken every 20 seconds. the glass ampoule was then broken; the thermal effect generated was recorded and the readings corresponding to the potential continued for approximately 15 more minutes until, finally, it was electrically calibrated. results and discussion for the mineral carbon used as a precursor, a fixed carbon content of 58% was found. 17ecl. quím., são paulo, 31(4): 15-21, 2006 this was a good choice for an initial material in order to obtain an activated carbon because after the thermal treatment of the final activated carbons, the fixed carbon contents will increase [15]. the volatile matter was approximately 29% and the ash content, 5.5%. these values agree previous studies in which a mineral carbon was used as a precursor. such contents have a subsequent influence on the development of the porosity for the obtained activated carbon. [16]. table 1 shows the results obtained when the textural analysis was performed for the prepared activated carbons. the surface area was determined by the bet method, sbet in m2g-1; total pore volume, vt, in cm3g-1 and the micropore volume, vµp, in cm3g-1. from results shown in table 1 it may be seen that the chemical activation process is efficient because it activates for a 2-h period at a moderate temperature of 723 k. the burning rate was about 40% higher than the obtained under such conditions in physical activation; likewise, both the surface area, 586 m2g-1, and the pore volume present higher values than the ones reported in scientific literature for the activation of carbonaceous materials through the physical activation method [17]. in addition, for activated carbons that use mineral carbons as precursors, higher performance is obtained since they present greater carbon contents. however, in some cases, there are higher ash contents than in vegetable materials that may affect the activation process [16]. for the activated carbon samples treated with hno3, slightly lower values were reported both for the surface area and micropore volume. these results agree with other studies reported in the literature [10] and may be associated with the elimination of the porosity in the original activated carbon. table 2 shows the results of the contents of the surface functional groups on the activated carbons with the number of total acid sites, in meqg1. to chart results, the number of phenolic groups, carboxylic groups and lactonic groups were determined. the content of total basic sites and the ph at the point of zero charge are also shown. as it can be seen, the acid site content is higher than the basic site content for the three samples, with values ranging between 0.92 and 2.42 meqg-1. such results show the modification in the contents of the surface acid group when the original activated carbon, cm, is treated with nitric oxide. likewise, it was observed that the carboxylic acid-type groups are predominant; this characteristic boosts the adsorption of charged solutes from the aqueous solution. as regards the values for the phpzc, for the original activated carbon, cm, a value of 7.4 is reported and for the other two samples, this value decreases with the increase of the surface acid sites content. therefore, the activated carbon charge will be positive for a solution ph lower than the phpzc l [1]. after determining the characteristics of the activated carbons, the adsorption isotherms were performed at different ph values, 2 to 8, for the unaltered activated carbon, cm. this was done to determine the maximum adsorption ph value and to subsequently obtain isotherms for the unmodified activated carbons cmox2 and cmox5 for the ph value. 18 ecl. quím., são paulo, 31(4): 15-21, 2006 the adsorption isotherms of activated carbon cm at different ph values of the solution are graphed in figure 1; the figure displays the pb2+ quantity adsorbed per gram of activated carbon in function of equilibrium concentration. figure 1. pb2+ adsorption isotherms in chemically activated carbon at different ph values. temperature 298 k. it can be seen that the pb2+ ion adsorption in the cm activated carbon is high for ph 4, intermediate for ph 6 and 8, and low at ph 2. these liquid phase isotherms are of the langmuir type, which are common when the adsorption of a solute in diluted solutions is studied [18]. figure 2 shows the typical thermograms obtained when the activated carbons cm and cmox5 are immersed in a pb2+ ion 100 mgl-1 solution. in this figure, heat is proportional to the area under the slope and a higher effect can be observed when the treated sample is immersed in a 5 m hno3 solution. table 3 displays the results obtained for the ion metallic adsorption on the initial activated carbon, cm, at different ph values for the de pb2+ quantity adsorbed in the monolayer, xm, in mgg-1, the adsorption constant, k in lmg-1 and the activated carbon immersion enthalpy in a solution of 100 mgl-1, ∆him in jg-1. the maximum values are observed for the adsorption and immersion enthalpy at ph 4, which indicates that under such experimental conditions, the interaction between the activated carbon cm and the aqueous solution varies when ph values change. the lowest interaction was observed at ph 2, a behavior similar to that of carbonaceous materials reported in scientific literature [18]. according to the pb2+ speciation diagram, these are the dominant species at a ph above 4: pb(oh)+, pb(oh)2, pb(oh)42and pb(oh)3-. in acid media, the surface of solid is protonated and adsorption occurs in hydroxylated forms of lead. with the ph increase, the protonation of the carbon surface is gradually reduced and a decrease in the adsorption is observed. the pb2+ adsorption depends on the surface characteristics of the activated carbon, such 19ecl. quím., são paulo, 31(4): 15-21, 2006 figure 2. immersion thermograms of cm and cmox5 in the 100 mgl-1 pb2+ solution. as surface area and pore volume. in the present study, it may be seen that both properties are similar and there is a considerable variation in the acid groups content influencing the quantity adsorbed on the monolayer, xm. thereby, the highest value for cmox5, 24.6 mgg-1, has the highest content of total acid groups. from the shown results, it can be seen that at ph 4, the highest pb2+ adsorption is observed and this value is taken as a basis to determine the isotherms at 298 k for the chemically modified carbons, in which the total increase of acid sites increased. therefore, the interaction between the solid and the solution will be influenced. figure 3 shows the isotherms obtained for the three carbons activated in this study. the pb2+ adsorption increased for the activated carbon cmox5, which has the highest content of the total acid sites. table 4 summarizes the results for the adsorption and pb2+ immersion enthalpy on the activated carbons cm, cmox2 and cmox5 at ph 4. again, the langmuir model is applied to experifigure 3. pb2+ adsorption isotherms from activated carbons with different content of total acid sites on their surface. temperature. 298 k. mental data. the table displays the quantity adsorbed in the monolayer, xm, in mgg-1; the adsorption constant, k, in lmg-1 and the activated carbon immersion enthalpy in a solution of 100 mgl-1, ∆him, in jg-1. it is observed that the interaction between the solid and the solution rises with the increase of the acid site content, which is expressed by the adsorption of a higher quantity, 24.6 mgg-1, and an increased immersion enthalpy of 36.1 jg-1 for the activated carbon cmox5. even if higher values are observed for the lactonic, carboxylic and phenolic groups, as well as for the modified activated carbons, carboxylic groups present the highest increase rate and they are supposed to boost the interaction. figure 4 shows the interactions between the total acid site content and the pb2+ quantity adsorbed in the monolayer and immersion enthalpy for the activated carbons. in both cases, the tendencies are linear, with correlation coeffi20 ecl. quím., são paulo, 31(4): 15-21, 2006 figure 4. relation between the total acid site content, the pb2+ quantity adsorbed on the monolayer and the immersion enthalpy. cients of 0.98 and 0.99 respectively. this indicates that the increase in the surface acid site content boosts the interaction with the metallic ion. the k constant obtained in the langmuir model is related to the interaction produced in the adsorption process [15], as the k constant represents the immersion enthalpy of the solid in the solution. the relation between these values is shown in figure 5, in which a non-linear tendency is observed for the three experimental points. this validates the existing relation between both characteristics established in pb2+ adsorption from the aqueous solution on activated carbons. in the aqueous solution, the solid-liquid interaction is influenced by the charge, both from the solid and the solutes that are dissociated. in this case, the solid surface charge is represented in the ph of the point of zero charge, phpzc. thus, there is a relationship among such value, the pb2+ adsorbed quantity on the monolayer and the immersion enthalpy, as shown on figure 6. figure 5. relation between the k constant of the langmuir model and immersion enthalpy. the experiment showed similar relationships, indicating the way in which the adsorbed quantity and immersion enthalpy are influenced by the surface solid properties, in addition to their surface area and pore volume. to notice this influence, it is important to keep in mind that metallic ion adsorption on the activated carbon depends on the surface characteristics, such as surface area, pore structure and surface acidity and solutions properties. for the systems studied, the activated carbons show surface areas of about 560 m2g-1, which were similar for the three samples, and an acid group content of 0.92 and 2.42 meqg-1. pb2+ adsorption capacity shows a higher influence of the surface group content. conclusions an activated carbon was obtained from the mineral carbon prepared by means of chemical activation and the surface properties of this carbon are adequate for the liquid-phase adsorption. the activated carbon was superficially modified using nitric acid and in all cases, the total acid sites content was higher than the content of the total basic sites. for the original sample, adsorption isotherms were determined at 298 k at different ph values, and the highest adsorption and immersion enthalpy appeared at ph 4. the isotherms and quantities of adsorbed pb2+ represent the major evidence of the influence of the solution conditions in the adsorption process. the samples of modified activated carbons presented higher values for the adsorbed 21ecl. quím., são paulo, 31(4): 15-21, 2006 figure 6. relation among the ph at the point of zero charge, the quantity of adsorbed pb2+ on the monolayer and immersion enthalpy. quantity on the monolayer and for the immersion enthalpy with respect to the original activated carbon. these are directly proportional to the number of total acid sites. acknowledgements the authors wish to thank the master agreement established between the “universidad de los andes” and the “universidad nacional de colombia” and the memorandum of understanding entered into by the departments of chemistry of both universities. received 12 september 2006 accepted 08 november 2006. references [1] c. moreno-castilla, carbon 42 (2004) 83-94. 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methodology as an alternative analytical procedure to determine iron cations with high sensitivity, precision and accuracy. studies on the calibration, stability, precision, and effect of various different ions have been carried out by using absorbance values measured at 480 nm. the analytical curve for the total iron determination obeys beer’s law (r = 0.9993), showing a higher sensitivity (molar absorptivity of 2.10x104 l cm-1 mol-1) when compared with other traditional systems (ligands) or even with the “similar” azide ion [1.53x104 l cm-1 mol-1, for iron–iii/azide complexes, in 70% (v/v) tetrahydrofuran/water, at 396 nm]. under such optimized experimental conditions, it is possible to determine iron in the concentration range from 0.5 to 2 ppm (15-65% t for older equipments, quartz cells of 1.00 cm). analytical applications have been tested for some different materials (iron ores), also including pharmaceutical products for anemia, and results were compared with atomic absorption determinations. very good agreement was obtained with these two different techniques, showing the potential of the present experimental conditions for the total iron spectrophotometric determinations (errors < 5%). the possibility of iron speciation was made evident by using another specific and auxiliary method for iron(ii) or (iii). keywords: iron(ii/iii)-thiocyanate-acetone system; oxidation; spectrophotometric applications. introduction studies on complexes formation, their respective stabilities (equilibria) and/or analytical utilization have been accomplished in a systematic way in some laboratories, especially when systems involving pseudohalide or halide ligands with transition metal cations[1-13] are concerned. the intense red colour characteristic of the compounds formed between iron(iii) and thiocyanate ions in acidic aqueous medium is one of the strongest evidences of the chemical analogy existing between these species (scn-) and azide (n 3 ) ligands. in spectrophotometric studies, the presence of organic solvent in the reaction systems generally increases the complexes stability and consequently the molar absorptivity and the sensitivity. the fading of the iron(iii)/thiocyanate colour has been a very critical photometric problem in aqueous medium and a large number of classic works have been carried towards the stabilization of such iron(iii) complexes[14,15]. more recently[12], another spectrophotometric oxidation study using the iron(ii)/azide/tetrahydrofuran system was done 64 ecl. quím., são paulo, 30(3): 63-71, 2005 in our laboratory, which allowed us to explore a new band (396 nm), also described by our group in the literature, caused exclusively by the thf presence under a large excess of the azide ligand[7]. in present work, as part of these continuing comparative studies, we investigated the oxidation potentialities of the ferrous system and its subsequent stability, using a more usual and low cost ligand (thiocyanate). iron (from the latin, ferrum) is the fourth most abundant element on earth’s crust and nucleus[16,17]. among its physical properties, the most important one is its magnetism, which can be observed at room temperature. in nature, iron occurs mainly as hematite (fe 2 o 3 ). its pure form presents few practical uses, but iron finds many useful applications when it is mixed with certain chemical elements such as carbon, manganese, chromium, nickel or titanium, leading to the formation of alloys that display extremely interesting properties[18]. in spite of all its applications, iron possess is the undesirable problem of easily undergoing corrosion. that is why it is not found as a single element in nature[19]. biologically, iron is a nutrient that has important functions in human metabolism, like the physiological production of hemoglobin and the transport of oxygen in the blood[20-22]. the scn– ligand can bind to a metal ion through either its s or n atom, resulting in the corresponding thiocyanate and isothiocyanate complexes, respectively[23-25]. the change in coordination type from m-scn to m-ncs is related to the metal type; that is, the “hard and soft acids”. in the case of soft acids, the binding occurs through the s atom, giving rise to thiocyanates. the scn– ion can act as a ligand, exerting marked influence on the complex stability and structure, among other properties. in the literature, the large importance of different methodologies for iron(ii), iron(iii) or total iron(with speciation) determinations can be noted through several techniques[26-31]. bearing this in mind, the main purpose of this work was examine and use the optimized experimental conditions for a rapid and complete oxidation of iron(ii) cations in the ferrous-thiocyanate system. so, parameters such as acidity of the reactional medium, ligand concentration, temperature and the presence of different organic solvents were verified. the oxidation progress was controlled by comparing the absorbance values measured in some studies with a standard solution of iron(iii) prepared exactly under the same tested conditions. the main advantage of acetone in this simple system is the fact that it acts as auxiliary oxidizing agent and complex stabilizer allowing very sensitive spectrophotometric determinations (total iron or speciation), besides being inexpensive and, thus, easily affordable. material and methods most of the spectrophotometric measurements were carried out at 25.0oc, with a du-70 beckman spectrophotometer, using stoppered quartz cells of 1.00 cm optical path length. comparative measurements by atomic absorption were done with an instrument shimadzu, aa-680, to check the validity of the spectrophotometric determinations. the study on temperature effect was accomplished using a te-184 tecnal thermostatic bath for the adjustment of the different values in the reaction flasks and cells. all potentiometric titrations employed to standardize different solutions were carried out using a common micronal ph meter, model b-374, and its appropriate electrodes. a piston buret (metrohm, 5.00 or 10.00 ml) was used for the addition of standardized reagents. all reagents were purchased from merck, aldrich or mallinckrodt (analytical grade). different potentiometric standardizations were accomplished with sodium hydroxide, silver nitrate, and edta solutions, being their respective concentrations 0.0994; 0.0876 and 0.0461 mol l-1. such solutions had been previously standardized with standard solutions of potassium hydrogen phthalate, potassium chloride and zinc, respectively. an iron(iii) stock solution (4.31x10-2 mol l-1) was prepared using the ammonium and iron(iii) sulfate salt, (nh 4 fe(so 4 ) 2 .12h 2 o), in perchloric acid medium (ph 1-2), to prevent hydrolysis. it was used as a control solution to indicate which would be the maximum absorbance value (a 480 = 1.07, under the best conditions) that should be reached by the ferrous solution in all 65ecl. quím., são paulo, 30(3): 63-71, 2005 the different studies; in other words, this reference solution was used to show how complete the oxidation process was. iron(ii) stock solutions (8.99x10-3 mol l-1) were prepared using the mohr salt, (nh 4 ) 2 fe(so 4 ) 2 .6h 2 o. before each preparation, oxygen was removed from the distilled water by nitrogen bubbling, in order to guarantee that just ferrous species would be present in the stock solution. since the oxidation of iron(ii) to iron(iii) is spontaneous in the presence of atmospheric oxygen, such ferrous solutions could not be stocked for long periods. during the preparations, these solutions were also acidified with perchloric acid (ph 1-2) for stabilization. a perchloric acid solution (2.94 mol l-1) was standardized with sodium hydroxide by potentiometric titration, using a combined glass electrode. all solvents employed, e.g., acetone (mallinckrodt), were used without any previous treatment. the sodium thiocyanate solution (nascn), (2.86 mol l-1) was standardized by precipitation titration, using a standard silver nitrate solution and an ag/agcl combined electrode. interference studies of diverse ions were carried out using the respective sources of saline solutions, approximately 0.2 mol l-1 each, preferably employing nitrates (for different cations) and sodium (for anions) due to their easy accessibility and well known low coordination capacity (avoiding competition with the main ligand). two samples of hematite rocks were analyzed. they were prepared at a concentration about 160 mg l-1, by weighing exactly 0.1100 grams of each rock, which were then transferred to a beaker. under stirring and heating, concentrated hclo 4 (30 ml) and hcl (50 ml) solutions were added to the rocks to guarantee their complete and fast dissolution. a boiling treatment followed by several successive additions of water was done to evaporate all chloride excess. the solution was quantitatively transferred to a volumetric flask (500 ml) and completed to the mark with distilled water. the pharmaceutical drug for anaemia (ironfer®, laboratory chemical union, feso 4 .7h 2 o) contains 40 mg of elementary iron in each tablet, according to the manufacturer. to open the tablet covering (metacrylic acid copolimer), distilled water (10 ml) and concentrated hclo 4 (15 ml) were added to an erlenmeyer flask containing the drug, under careful heating and stirring. at this stage, the solution acquired a black color. soon afterwards, small and successive portions of activated coal were added to the flask, also under vigorous stirring. after a brief decantation period, the solution was filtered under vacuum using suitable paper and funnil to retain the coal. the filtrate was quantitatively transferred to an erlenmeyer flask and submitted to heating to reduce its volume. after some hours, the solution was quantitatively transferred to a volumetric flask (25 ml) and completed with distilled water to the mark. the resulting final solution (1.43x10-2 mol l-1) was limpid and stable. results and discussion our main objective was gather the best experimental conditions for complete oxidation and complexation reactions in the iron(ii)/ thiocyanate system, making its fast spectrophotometric utilization possible. the dependence of the colour intensity of the formed iron-thiocyanate complexes on the nature and concentration of the acid anion have seen studied[14,15]. perchloric acid has been chosen to acidify this system (and analogous ones) due to its weak coordination character. among the more common inorganic acids, sulfuric is certainly the less recommended because of its strong complexing power (competitive anions)[5,7,9]. acidification is necessary to prevent iron hydrolysis. at first, based on some previous experimental conditions[12], the acidity effect was verified by using solutions containing a fixed concentration of iron(ii) (2.79 ppm), thiocyanate (250 mmol l-1) and acetone [70% (v/v)], but different concentrations of perchloric acid (30, 50, 100, 200 and 400 mmol l-1). in this concentration range (fig. 1), no significant change was observed in the maximum absorbance value. our main interest was to force rapid oxidation and complexation of the iron ions without caring about the species (complexes iron/thiocyanate) formed. higher sensitivity and stability of the system are always very important factors for the development of analytical applications. 66 ecl. quím., são paulo, 30(3): 63-71, 2005 figure 1. effect of perchloric acid concentration on the absorption spectra of the iron/scnsystem. c acetone = 70% (v/v), c scn = 250 mmol l-1, 4hcloc = variable (30 – 400 mmol l-1), c fe 2+ = 0.05 mmol l-1 (2.79 ppm), c 22oh = 5 drops (30 % w/w), t = 25.0 oc and reaction time = 5 min. in some of the tests carried out for this work, it was observed that excess of peroxide may cause a yellowish interfering colour due to oxidation products of the thiocyanate ligand. in this way, addition of hydrogen peroxide to the reaction medium to aid oxidation was abandoned in the following studies. other oxidizing agents were also previously tried without any satisfactory result. in the following stage, iron(ii) (2.79 ppm) and perchloric acid (30 mmol l-1) concentrations were kept constant, and the thiocyanate concentration was varied (100, 150, 200, 250, 350, and 550 mmol l-1). fig. 2 shows that higher ligand concentrations favour the complexation of the system, making it more sensitive. a thiocyanate concentration of 250 mmol l-1 is enough to promote rapid oxidation of iron(ii) to iron(iii), as well as its subsequent complexation, whose stability is one of the main objectives of the study. figure 2. effect of thiocyanate concentration on the maximum absorption. 4hcloc = 30 mmol l-1, c acetone = 70% (v/v), c scn = (variable) 100-550 mmol l-1, c fe 2+ = 0.05 mmol l-1 (2.79 ppm), t = 25.0 oc and reaction time = 5 min. 67ecl. quím., são paulo, 30(3): 63-71, 2005 a parallel study showed that the oxidation rate is not significantly influenced by changes in temperature. so, all the further studies were carried out at 25 ºc. in fig. 3, an identical iron(iii) solution was also used as reference (100% oxidation). figure 3. influence of acetone on the spectrum of the iron(iii)/thiocyanate system. (b) 4hcloc = 30 mmol l-1, c scn = 250 mmol l-1 and c fe 3+ = 0.05 mmol l-1 (2.79 ppm). (a) conditions of (b) + c acetone = 70 % (v/v), t = 25.0 oc and reaction time = 5 min. the presence of organic solvents normally favors the formation of compounds (complexes) due to their well-known solvation effects. acetone was the organic solvent of choice since it is a reagent commonly used in laboratories, which had already been applied in other studies by our research group[5]. this maximum absorption value of curve (a), fig. 3, was used as reference to indicate the system complete oxidation, (a 480 = 1.07, under the best conditions). a simple methodology for the simultaneous determination of iron(ii) and iron(iii) (speciation) could then be easily proposed, completing the present procedure. for this purpose, it would be necessary to use some classic and specific determination method to aid analysis of only one of the two oxidation states [fe(ii) or fe(iii)] of metal. for example, when the fe(iii)/ scnsystem was used in aqueous medium, which permits the determination of iron(iii) only, its linear plot (y = 0.192x, with r = 0.9998) yielded an average molar absorptivity of 1.07x104 l cm-1 mol-1. the presence of fe(ii) does not interfere with fe(iii) determination under these conditions, because the iron(ii) complexes are unstable, and the angular coefficient is practically of the same order of magnitude (y = 0.198x and average molar absorptivity of 1.10x104 l cm-1 mol-1). in this way, the determination of the total iron concentration can be accomplished in the conditions proposed here, and the iron(ii) concentration could then be finally obtained by the difference between the total iron and iron(iii) concentrations. the analytical curve for this procedure was obtained under the best experimental conditions (see fig. 4). the linear plot (y = 0.3757x, with r = 0.9993) yielded an average molar absorptivity of 2.10x104 l cm1 mol-1, at 480 nm, for the total iron [iron(ii) + iron(iii)] present in the solution. figure 4. verification of beer’s law for total iron in the presence of iron/thiocyanate system, under the best experimental conditions. 68 ecl. quím., são paulo, 30(3): 63-71, 2005 precision and stability studies were also carried out. twenty samples of iron were equally prepared and measured. the average absorbance value was â 480 = 1.03; absolute average deviation = 0.01; standard deviation = 0.013 and confidence limit (95%) = 1.03 ± 0.01. in the stability study, one sample (a 480 = 1.05) was observed during a continuous period of 6 h, in different time intervals, showing very low variation in the absorbance value after this period. very good complex stability (after 360 minutes a 480 = 1.06; ∆a 480 = 0.01 or 1%) was verified. the prepared samples were allowed to stand 5 min before each measurement, to guarantee complete reaction once the analytical method for iron determination was established, the next step was to find out which ionic species could interfere with the spectrophotometric values. several cations and anions were individually introduced in the sample. the absorbance values were compared with that of the respective reference sample, at 480 nm, since this control contained no additional (diverse) ions. percent errors were calculated for each species individually. among the cations and anions studied, cl-, hco 3 -, so 4 2-, so 3 2-, no 3 -, bro 3 -, oh-, clo 3 -, clo 4 -, n 3 -, hcoo-, nh 4 +, li+, ca+2, k+, al3+, mn2+, cd2+, ba2+, na+, hg2+, zn2+, cr2+ did not interfere with measurements when present at concentrations up to 100 times higher than the iron concentration used (2.79 ppm). other ions like f-, br-, i-, s 2 o 8 2-, co 3 2-, s 2 o 5 2-, hc 8 h 4 o 4 -, ch 3 coo(50 times); co2+ (10 times); no 2 -, s 2 o 3 2-, h 2 po 4 (1 time) and c 2 o 4 2, hpo 4 2-, cu2+ showed significant interference (er > 5%) under these experimental conditions. some results obtained are shown under the ideal conditions in table 1, both for both the method presently developed and atomic absorption (standard addition method), for the total iron determination of the commercial pharmaceutical drug. table 2 shows the results for two natural iron rocks with a comparative summary of both techniques. table 1. experimental results obtained for the pharmaceutical drug by spectrophotometric and atomic absorption techniques * average value of five measurements. ** relative to aas results. * average values of five measurements. table 2. comparative results encountered for iron rocks through both techniques theovetical 69ecl. quím., são paulo, 30(3): 63-71, 2005 the comparison of the results obtained with this present spectrophotometric method with those from atomic absorption showed good agreement, within acceptable analytical limits [e r (%) ≤ 5], for these different tested materials (rocks and the pharmaceutical drug). conclusions while the fading of the iron(iii)/thiocyanate colour has always been a problem for analytical application of this system, under the conditions studied in the present work, we have demonstrated that rapid oxidation of iron(ii) occurs in the system, followed by immediate reaction of the resulting iron(iii) with thiocyanate ligands easily, generating very stable complexes. some tests unpublished proved that hydrogen peroxide is a more satisfactory and cleaner oxidant for iron(ii) than permanganate, persulfate or periodate ions in the thiocyanate determination of iron. however, excess of peroxide may cause a yellowish interfering colour due to oxidation products of the thiocyanate ligand. direct addition of hydrogen peroxide to the reaction medium was abandoned during our studies. comparative tests (not shown here) about the oxidizing power of azide (n 3 -) and thiocyanate (scn-) ions showed that iron(ii) is more easily oxidized (and complexed) by azide ligands in totally aqueous or mixed medium. nevertheless, the thiocyanate system displays higher sensitivity (molar absorptivity) in acetone medium than the similar iron/azide system, in tetrahydrofuran or acetone. certainly, the presence of dissolved oxygen in solvent could be the main responsible by oxidation process. also, a higher concentration of iron probably will take longer time for iron(ii) to be completely oxidized. in presence of high concentrations of acid, azide and thiocyanate ions have different behaviors or accessibility due its respectives ionization constants. hydrazoic acid is weaker and more volatile than thiocyanic one. another important difference between these involved systems (iron(iii)/azide/thf and iron(iii)/ thiocyanate/acetone) is their respective absorption spectrum: only the first one presents an interesting absorption band with a maximum absorbance about 400 nm. in the thiocyanate system just the classical band (480 nm) can be observed. alternative methodologies for total iron determination in an unknown sample, as well as speciation studies, could be refreshed. some parameters that directly affect the reaction rate in this system, such as acidity, ligand concentration, temperature and presence of organic solvent, were carefully investigated. the optimized experimental conditions encountered for rapid oxidation and subsequent complexation (determination of total iron) were: 4hcloc = 30 mmol l-1; c scn = 350 mmol l-1; c acetone = 70% (v/ v); t = 25 °c; ë máx = 480 nm; reaction time = 5 minutes. calibration, stability, precision and the effect of various ions studies were carried out for ferric complexes at 480 nm, in the presence of acetone. the analytical curve for total iron determination obeys beer’s law (r = 0.9993), and the value calculated for the average molar absorptivity (2.10x104 l cm-1 mol-1) showed the high potential of this system for analytical applications. the ideal concentration range for iron determination lies between 1 and 8 mg l-1. good precision of the results was verified by suitable studies. as for interfering ions, only no 2 -, s 2 o 3 2-, c 2 o 4 2-, hpo 4 2-, h 2 po 4 -, co2+ and cu2+ showed some influence on iron determination through the proposed method. a commercial pharmaceutical product and two natural different rocks were tested as real samples for the metal determination. atomic absorption was used for comparison purposes and the results obtained through these two techniques are in very good agreement. such results show the viability and the potential of this re-evaluated method as an alternative analytical procedure for the determination of iron cations with precision, low cost and accuracy. acknowledgements the authors are grateful to the cnpq and fapesp for financial support and to dra. cynthia m. de c. prado manso for linguistic advice. recebido em: 09/05/2005 aceito em: 26/07/2005 70 ecl. quím., são paulo, 30(3): 63-71, 2005 f. g. martins, j. f. andrade, a. c. pimenta, l. m. lourenço, j. r. m. castro, v. r. balbo. estudo espectrofotométrico da oxidação de ferro no sistema ferro(ii)/tiocianato/acetona e algumas aplicações analíticas resumo: a possibilidade de usar tiocianato para determinar ferro(ii) e/ou ferro(iii), em mistura de águaacetona, foi reexaminada como parte de um estudo sistemático e comparativo envolvendo complexos metálicos de ligantes pseudo-haletos. as condições experimentais foram otimizadas estudando-se alguns parâmetros que afetam a oxidação completa dos cátions ferrosos, a subseqüente complexação e estabilidade do sistema resultante. nossos resultados mostraram a viabilidade e potencialidade desta metodologia simples como um procedimento analítico alternativo para se determinar cátions de ferro com elevada sensibilidade, precisão e exatidão. realizaram-se estudos de calibração, estabilidade e repetitividade, verificando-se também o efeito de vários íons estranhos sobre as leituras de absorbância em 480 nm. a curva analítica para a determinação de ferro total obedece à lei de beer (r = 0,9993), mostrando uma sensibilidade mais alta (absortividade molar média de 2,10x104 l mol-1 cm-1) se comparada a outros ligantes tradicionais ou mesmo ao similar íon azoteto (1,53x104 l cm-1 mol-1, para os complexos de ferro–iii/azoteto, em 70% (v/v) tetraidrofurano/água, a 396 nm). sob as condições experimentais otimizadas, é possível determinar ferro na faixa aproximada de 0,5 a 2 ppm (no intervalo de 15-65 %t para aparelhagem mais antiga, cubetas de quartzo de 1,00 cm). algumas aplicações analíticas foram testadas para diferentes materiais (minérios de ferro), incluindo-se também produtos farmacêuticos para anemia, cujos resultados foram comparados com determinações realizadas por absorção atômica. concordâncias muito boas (erros < 5%) foram verificadas entre essas duas diferentes técnicas, o que mostra a potencialidade das condições experimentais propostas para a determinação espectrofotométrica de ferro total. ficou evidente a possibilidade de especiação do metal, com o auxílio de algum outro método que seja específico para apenas uma das espécies envolvidas. palavras-chave: sistema ferro(ii/iii)-tiocianato-acetona; oxidação; aplicações espectrofotométricas. references [13] a. c. pimenta, j. f. andrade, f. g. martins, l. m. lourenço. formação de complexos no sistema ferro(iii)/ azoteto/tetraidrofurano. 27a. reunião anual da sbq, salvador, sbq, 2004. resumo qa262. 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valores de ph e teores de ba, ca, k, mg, na e v. utilizando a análise de componentes principais (acp) e a análise hierárquica de agrupamentos (aha) foi possível avaliar a similaridade das amostras analisadas com a formação de grupos que estavam diretamente correlacionados com a procedência ou propriedades da água mineral. em análise exploratória é utilizado termos como "scores" que fornecem a composição das componentes principais em relação aos objetos (amostras) e "loadings" fornecem essa mesma composição em relação às variáveis. através dos gráficos de "scores" e "loadings" e dendogramas observou-se a formação de dois grupos distintos e a separação das amostras provenientes das cidades de ibirá e itú. o primeiro agrupamento observado é formado por amostras provenientes da região serra da mantiqueira (águas da prata, campos do jordão e lindóia), enquanto que o segundo agrupamento compreende as amostras provenientes de cidades localizadas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso sobre o aquífero guarani (águas de santa bárbara, palmares paulista, presidente prudente, são carlos, são simão e santa rosa do viterbo). a separação das amostras provenientes de ibirá ocorreu devido a predominância em sua composição mineral dos elementos v e na, enquanto para as amostras procedentes de itú foi observada maior contribuição dos elementos ca, ba e mg. a aplicação da análise exploratória possibilitou correlacionar a composição química com a localização geográfica das amostras de água mineral, produzindo resultados úteis para o controle de qualidade e a construção de modelos de classificação ou previsão. palavras-chave: análise de componentes principais; análise exploratória; análise hierárquica de agrupamentos; água mineral; quimiometria abstract the correlation and grouping of mineral waters from different regions of são paulo state was carried out using exploratory analysis of ph values and ba, ca, k, mg, na and v contents. by using principal components analysis (pca) and hierarchical cluster analysis (hca) was possible to evaluate the similarity of mineral water samples through group formation that was directly correlated with their sources. employing scores, loadings and dendogram graphics was possible to observe the formation of two groups and the separation of ibirá and itú mineral water samples. the first group is composed by samples from serra da mantiqueira region (águas da prata, campos do jordão and lindóia) and the other one is formed by samples from cities located above the guarani aquifer (águas de santa bárbara, palmares paulista, presidente prudente, são carlos, são simão e santa rosa do viterbo). the segregation of ibirá samples was due to predominant presence of na and v in their mineral composition, while for itú samples it was observed higher contribution of ba, ca and mg elements. the application of exploratory analysis enabled to correlate the chemical composition with the geographical source of the mineral water samples producing useful results for establishing of classification and prevision models. keywords: principal components analysis; exploratory analysis; hierarchical clustering analysis; mineral water; chemometry introdução os avanços das técnicas analíticas proporcionaram a obtenção de um maior volume de resultados que, conseqüentemente, exigiram métodos mais complexos para o tratamento dos dados experimentais2. a análise multivariada surgiu como uma importante ferramenta permitindo a extração de uma quantidade maior de informação que dificilmente seria gerada empregando métodos univariados2. procedimentos para controle de qualidade ou discriminação da origem geográfica de amostras de mel8,6, uvas4, vinho5,1 e bebidas não-alcólicas9 empregando métodos estatísticos multivariados têm sido propostos na literatura ao longo da última década. diferentes estratégias podem ser utilizadas para se obter a informação desejada em experimentos dessa natureza. a análise de componentes principais (acp) e a análise hierárquica de agrupamentos (aha) são metodologias exploratórias que visam evidenciar similaridades ou diferenças entre amostras em um determinado conjunto de dados2. desse modo, tornam-se perfeitamente aplicáveis em experimentos de rastreabilidade. na análise de componentes principais de um conjunto de dados formado por m amostras e n variáveis, as informações contidas no espaço de dimensão n são comprimidas através de combinações lineares das variáveis originais a um espaço geralmente de ordem 2 ou 3. desse modo facilita-se a visualização da informação contida nos dados experimentais2,3,11. na análise hierárquica de agrupamentos são calculadas distâncias métricas entre as amostras que formam o conjunto de dados, sendo essas agrupadas de acordo com o grau de similaridade apresentado2. de modo geral, menores distâncias estão associadas a um elevado grau de similaridade, enquanto que maiores distâncias indicam o comportamento oposto. em relação às amostras de águas minerais, entende-se que a constituição mineralógica da região na qual é feita sua captação determinará sua composição química7. diferentes formações geológicas conferem à água depositada nos lençóis freáticos distintas composições minerais, que facilmente podem ser evidenciadas através da utilização de métodos multivariados. neste trabalho, foram empregados os métodos de acp e aha para correlacionar os valores de ph e teores de ba, ca, k, mg, na e v com a procedência de diferentes amostras de água mineral do estado de são paulo. materiais e método instrumentação um espectrômetro de emissão ótica com plasma induzido simultâneo e configuração axial (varian vista ax-ccd, mulgrave, australia) foi empregado na quantificação dos teores de ba, ca, k, mg, na e v. os valores de ph foram medidos empregando eletrodo de vidro com junção dupla acoplado a potenciômetro (mettler toledo 355, halstead, uk). as condições operacionais empregadas na determinação espectrométrica são apresentadas na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 soluções soluções estoques individuais contendo 1000 mg l-1 de ba, ca, k, mg, na ou v (spex sample preparation, metuchen, eua) foram utilizadas para preparar a curva analítica multielementar (branco: h2o; solução 1: 0,5 mg l-1 de v + 1,0 mg l-1 de ba, k e mg + 25 mg l-1 de na e ca; solução 2: 1,0 mg l-1 de v + 10 mg l-1 de ba, k, e mg + 50 mg l-1 de na e ca) após diluição com água destilada e deionisada (milli-q, millipore, bedford, eua). amostras para realização do experimento foram adquiridas no comércio local amostras de água mineral com distintas características e origens conforme indicado no rótulo do produto (tabela 2). diferentes regiões do estado de são paulo foram amostradas com a finalidade de testar a hipótese de que os valores de ph e os teores de alguns constituintes inorgânicos indicariam a procedência da amostra após aplicação de tratamento quimiométrico adequado. considerando a mesma fonte hidromineral, diferentes datas de envasamento foram avaliadas para verificar o possível efeito sazonal do clima sobre a composição química. a figura 1 apresenta a localização geográficas das cidades amostradas neste experimento. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 tratamento estatístico para efetuar a análise exploratória dos dados (acp e aha) foi empregado o programa estatístico pirouette 2.0 (infometrix, washington, eua). as determinações químicas foram realizadas em triplicata para cada amostra. todos os valores obtidos foram considerados para construção da matriz de dados. para realização do tratamento estatístico os dados originais foram dispostos na forma de uma matriz de ordem 48 ´ 7, na qual estavam representadas as 48 determinações realizadas e as 7 variáveis avaliadas. esse conjunto de dados foi centrado na média e escalado em função da variância dos resultados, devido às diferentes intensidades de resposta encontrada para as variáveis consideradas (valores de ph e teores de ba, ca, k, mg, na e v). resultados e discussão previamente à aquisição dos dados para realização dos tratamentos estatísticos, avaliou-se o efeito sazonal do clima sobre a composição química das amostras de água provenientes das diferentes fontes hidrominerais. desse modo, foi possível verificar se a constituição mineral da amostra poderia ser utilizada como "impressão digital" da água analisada para estudos de rastreabilidade. a tabela 3 apresenta os resultados obtidos para duas amostras com diferentes datas de envasamento. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 os dados apresentados na tabela 3 mostram que para os diferentes períodos do ano não foram observadas alterações significativas na composição das amostras de água mineral, podendo então sua composição química ser utilizada como variáveis em processos de classificação, com base na origem geográfica, sem a observação de efeitos sazonais. a tabela 4 apresenta o conjunto de dados experimentais utilizado para realizar as análises exploratórias acp e aha. as amostras provenientes de campos do jordão, águas da prata, ibirá, são simão e presidente prudente possuem duas coletas em períodos diferentes e as demais apenas uma. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 análise de componentes principais realizando a análise de componentes principais foi verificado que as componentes pc1 e pc2 representam 78,6% da variância total dos dados e fornecem informações discriminatórias das amostras. através do gráfico de "scores" (figura 2) observa-se a formação de dois agrupamentos e o comportamento anômalo para duas amostras que se distanciaram dos grupos formados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 o comportamento distinto apresentado pelas amostras de ibirá e itú foi causado pelos teores de ba, ca, mg, na e v. as amostras provenientes de ibirá apresentaram maiores teores de na e v, enquanto que nas amostras provenientes de itú destacaram-se os elementos ba, ca e mg (figura 2). essa observação é concordante com a classificação da água proveniente dessas cidades (alcalina vanádica e alcalina-terrosa, respectivamente). possivelmente esse comportamento está associado à particularidades do solo das respectivas regiões. em relação aos dois grupos formados, percebeu-se que as regiões de onde as amostras eram provenientes apresentavam como característica semelhante a proximidade à região da serra da mantiqueira (águas da prata, campos de jordão e lindóia), ou a localização sobre o aquífero guarani, que se estende no sentido nordeste/sudeste do estado são paulo (águas de santa bárbara, palmares paulista, presidente prudente, são carlos, são simão e santa rosa do viterbo) (figura 2)10. as amostras provenientes de águas da prata, campos de jordão e lindóia (região da serra da http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 mantiqueira) formaram um grupo devido a semelhança nos teores de ba, ca e mg (figura 2). dentro do grupo formado pelas cidades que se localizam sobre o aqüífero guarani pode ser observado um ligeiro deslocamento das amostras provenientes de santa rosa do viterbo e são simão. isso ocorreu devido aos menores teores de ba, ca, k e mg apresentados pelas amostras dessas cidades (figura 2). essa diferença na composição química provavelmente pode estar relacionada com os diferentes perfis de profundidade do aqüífero nas regiões das cidades avaliadas10. santa rosa do viterbo e são simão se localizam em uma região do aqüífero de menor profundidade, enquanto que as demais amostras desse grupo são provenientes de regiões com maiores profundidades10. análise hierárquica de agrupamentos as tendências observadas através da acps foram confirmadas através do dendograma obtido pela análise de aha (figura 3). amostras provenientes das cidades localizadas sobre o aqüífero guarani formaram um agrupamento no qual pode ser observada a ligeira diferença apresentada pelas amostras de são simão e santa rosa do viterbo (formação de sub-grupo). ibirá e itú se localizam no dendograma separadas das demais amostras do conjunto de dados, enquanto que as amostras da região da serra da mantiqueira se classificam dentro do mesmo agrupamento. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 conclusão empregando os métodos exploratórios acp e aha foi possível correlacionar os valores de ph e os teores de ba, ca, k, mg, na e v com a procedência das diferentes amostras de água mineral do estado de são paulo. as variáveis ba, ca e mg foram responsáveis pela discriminação das amostras provenientes da serra da mantiqueira em relação àquelas pertencentes ao grupo formado pelas cidades localizadas sobre o aqüífero guarani. os resultados obtidos podem ser utilizados para a construção de modelos de previsão ou classificação, com o objetivo de prever a origem de amostras de água mineral provenientes das regiões estudadas, evidenciando a potencialidade da utilização de metodologias multivariadas na execução de experimentos de rastreabilidade. agradecimentos os autores são gratos à fapesp pelo suporte financeiro (98/10814-3) e a bolsa de estudo fornecida ao aluno f.v. silva (00/00997-5). m.y. kamogawa, a.r.a. nogueira e j.a. nóbrega também agradecem as bolsas concedidas pela capes e cnpq. referências bibliográficas 1 arvanitoyannis, i.s.; katsota, m.n.; psarra, e.p.; application of quality control methods for assessing wine authenticity: use of multivariate analysis (chemometrics). trends food sci. technol. v.10, p.321-336, 1999. 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fertilização de solos, apresentando incontáveis vantagens em relação ao fosfato. a determinação desse ânion em produtos fertilizantes é usualmente realizada empregando-se método clássico de análise como gravimetria, sob a forma de pirofosfato de magnésio ou pela formação de cloreto mercuroso. entretanto, existem algumas desvantagens nesta metodologia, como a necessidade de um elevado tempo de digestão e a possível produção de resíduos tóxicos. sendo assim, este trabalho teve como objetivo propor uma metodologia eletroquímica alternativa para a determinação de fosfito. a modificação eletroquímica na superfície de eletrodos de platina realizada por eletrodeposição de paládio apresentou efeito catalítico para a oxidação de íons fosfito a fosfato em meio de ácido sulfúrico 1,0 mol.l-1. uma dependência linear em relação à concentração de fosfito foi obtida no intervalo de 5,0x10-6 a 5,0x10-4 mol.l-1 tendo uma sensibilidade amperométrica de 8,5x104 ma.mol-1.l e um limite de detecção de 3.67x10-6 mol.l-1. palavras-chave: fosfito; eletrodo modificado; voltametria abstract http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso phosphite ions constitute an important inorganic component as phosphorus source in soil fertilization, showing a large number of advantages in relation to phosphate. the determination of this compound in fertilizing products is realized by classical methods of analysis as gravimetry, in the form of magnesium pyrophosphate or by mercurous chloride formation. however, there are some disadvantages in these methods as the necessity of high times of digestion and possible toxic residue production. so, this work has the objective to propose an alternative electrochemical method for phosphite determination. electrochemical modification on electrode surface by electrodeposition of palladium has exhibited catalytic effect for oxidation of phosphite to phosphate ions in 1,0mol.l-1 sulfuric acid aqueous medium, being obtained a linear dependence in relation to phosphite concentration from 5,0x10-6 to 5,0x10-4 mol.l-1 with an amperometric sensibility of 8,5x104 ma.mol-1.l and a detection limit of 3.67x10-6 mol.l-1. in the absence of palladium film on platinum electrode no anodic peak current is observed for phosphite oxidation. keywords: phosphite; modified electrode; voltammetry introdução o uso de fertilizantes à base de fosfito como fonte de fósforo tem aumentado significativamente em atividades agrícolas no brasil, visando aumento na produtividade, devido às importantes propriedades do fosfito, como efeito fungicida, absorção mais rápida no solo em relação ao fosfato e redução no fenômeno de fixação1,2,3. neste contexto, a análise do teor de fosfito torna-se imprescindível para o controle de qualidade destes produtos de uso agrícola, sendo as técnicas de espectrofotometria e gravimetria freqüentemente utilizadas para a dosagem deste composto. dentre os métodos espectrofotométricos, podem ser citadas as determinações de fosfito utilizando-se os reagentes azul de fosfomolibdênio e ácido molibdovanadofosfórico4, sendo necessária uma conversão prévia dos íons fosfito a fosfato antes da determinação em ambos os casos. os métodos gravimétricos para a determinação de fosfito consistem na reação de precipitação com magnésio e amônio5, formando a espécie pirofosfato de magnésio ou pela reação com cloreto de mercúrio, com posterior precipitação de cloreto mercuroso6. no primeiro método, a conversão da espécie fosfito a fosfato torna-se necessária, enquanto que no segundo método ocorre a geração de resíduos tóxicos a base de mercúrio. tendo em vista a importância do fosfito recentemente empregado em produtos agrícolas fertilizantes e que as técnicas convencionais de análise apresentam algumas desvantagens em termos de operação e toxicidade, torna-se necessária a pesquisa de métodos alternativos de análise para este ânion. neste sentido, os métodos eletroquímicos de análise têm sido freqüentemente proposto na determinação de uma ampla gama de analitos orgânicos e inorgânicos. a determinação eletroanalítica de íons pertencentes à classe dos compostos pxoy zcomo o fosfato e hidrogenofosfato tem sido investigada, sendo realizada por intermédio de sensores7,8,9 e biossensores10,11,12. entretanto, não foram encontradas referências bibliográficas para um possível sensor eletroquímico de fosfito. trasatti & alberti13 realizaram um estudo eletroquímico de mecanismo de oxidação para os ácidos hipofosforoso e fosforoso em eletrodos de paládio, sendo constatado que este processo depende da remoção de hidrogênio destas espécies com subsequente formação de hidrogênio atômico adsorvido no paládio, seguido da ionização deste hidrogênio adsorvido. assim, considerando a possibilidade de oxidação da espécie fosfito em superfície de paládio, este trabalho teve por objetivo propor uma metodologia eletroanalítica para a determinação de íons fosfito utilizando eletrodo de platina quimicamente modificado com filme de paládio. parte experimental soluções foram preparadas soluções de h2so4 em 1,0 mol.l-1 em água deionizada como eletrólito-suporte. para a preparação do filme de paládio, foi preparada uma solução estoque de pdcl2 em 2,0x10-3 mol.l-1 sendo dissolvida uma alíquota do sal de paládio em uma fração de solução de eletrólitosuporte previamente preparada. para a obtenção da solução padrão em fosfito, foi utilizado na2po3 dissolvido em solução de eletrólito suporte. os reagentes utilizados foram de grau de pureza correspondente ao padrão analítico. equipamentos os experimentos eletroquímicos foram realizados utilizando-se uma cela eletroquímica do tipo convencional, sendo composta por um eletrodo de platina de 2 mm de diâmetro (eletrodo de trabalho) quimicamente modificado com filme de negro de paládio, um eletrodo de placa de platina de 0,25 cm2 de área geométrica (eletrodo auxiliar) e um eletrodo de calomelano saturado como eletrodo de referência. as medidas voltamétricas para a análise de fosfito foram obtidas utilizando-se um potenciostato/galvanostato da princeton applied research (par) modelo 273 monitorado através de um microcomputador. procedimentos a formação do filme de paládio na superfície de eletrodo de platina foi realizada por eletrodeposição em corrente constante de 600ma utilizando-se uma solução em 1,0x10-4mol.l-1 em pdcl2 e em 1,0 mol.l-1 em h2so4 como eletrólito-suporte, sendo o tempo de depósito de 30 minutos com rotação do eletrodo de trabalho constante de 2000 rpm. foi adicionado um volume de 20 ml de solução de eletrólito-suporte à cela eletroquímica contendo o sistema de três eletrodos, sendo aplicado um fluxo de nitrogênio por um intervalo de quinze minutos para remover o oxigênio molecular eletroativo. as medidas voltamétricas foram obtidas utilizando-se a modalidade de varredura linear, sendo adicionadas alíquotas de solução padrão em fosfito, obtendo-se voltamogramas em diferentes concentrações para a confecção da curva de calibração. resultados e discussão os voltamogramas obtidos para o fosfito em meio de h2so4 1,0 mol.l-1 exibiram uma corrente de pico anódica em um potencial de 0,21 v vs. ecs em eletrodo de filme de paládio, não sendo observada corrente de pico anódica quando utilizado o eletrodo de platina sem o filme de negro de paládio (figura i). o mecanismo de oxidação obtido na literatura13 para a espécie fosfito envolve três etapas reacionais, ocorrendo inicialmente a desidrogenação da molécula de h3po3 com posterior adsorção deste hidrogênio no filme de paládio: posteriormente, a etapa determinante da reação global consiste na oxidação do hidrogênio adsorvido no filme de platina, sendo monitorada a corrente anódica resultante desta transferência eletrônica: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a espécie h2po3 formada na etapa 1 do processo anódico ao reagir com a água produz as espécies h3po3 e h2po4 conforme a semi-reação abaixo: a reação global para o processo de oxidação da espécie fosfito pode ser descrito então da seguinte forma: o estudo da dependência de ipa com a concentração apresentou um comportamento linear no intervalo de 5,0x10-6 a 5,0x10-4 mol.l-1 em fosfito (figura ii), sendo obtida uma sensibilidade amperométrica de 8,5x104 ma.mol-1.l. a curva de calibração obtida para o fosfito (figura ii) exibiu um coeficiente de correlação linear de 0,9982 e um limite de detecção ld = 3.67x10 -6 mol.l-1, sendo calculado através da relação ld = 3.sd/m , sendo sd o desvio padrão e m a sensibilidade amperométrica. conclusões de acordo com os resultados obtidos neste trabalho, pode-se concluir que a metodologia proposta apresentou um intervalo de análise de de 5,0x10-6 a 5,0x10-4 mol.l-1 em fosfito, habilitando o método tanto para a análise de traços quanto para um alto teor de fosfito. a dissolução direta em h2so4 1,0 mol.l-1 de fosfito permite a formação da espécie h3po3, podendo ser detectada por eletrodo de platina modificado com filme de paládio. assim sendo, a metodologia desenvolvida neste trabalho mostrou-se fortemente promissora na determinação quantitativa de fosfito em http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 amostras de fertilizantes, visto apresentar seletividade a esta espécie, sendo inerte à espécie fosfato, o maior interferente neste tipo de análise. a aplicação do método na determinação de fosfito em amostras de fertilizantes deverá ser realizada em estudos futuros. adicionalmente, este método apresentou praticidade e rapidez para a análise de fosfito em relação aos métodos tradicionais de análise. agradecimentos os autores agradecem o suporte financeiro da fapesp, capes e cnpq. referências bibliográficas 1 dias, l.e.; fernandez, j.q.p.; barros, n.f.; novaes, r.f.; moraes, 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article history: received: december 7, 2017 accepted: june 10, 2018 published: august 23, 2018 keywords: 1. densimetric froude number 2. residence time 3. hydrology 1. introduction the differences in temperature in lakes and reservoirs generate layers with different densities, forming a physical barrier that prevents circulation. this situation happens especially when the wind energy is not sufficient to mix the layers, therefore the heat is not evenly distributed through the water column, generating long lasting thermal stratification1-3. epilimnion is the upper, hotter and less dense layer of water, being very homogeneous by the action of wind and thermal heating that occurs during the day, and thermal cooling at night. hypolimnion is the bottommost, dense, lowerwater layer. the layer of water between epilimnion and hypolimnion is the metalimnion. the thermocline is the layer in the metalimnion region that exhibits a temperature drop gradient of at least 1 °c2-4. the layers that are formed are often physically, chemically and biologically differentiated from each other1-6. in most water bodies that have thermal stratification, there is also chemical stratification, in which oxygen and other dissolved compounds may, in general, have an inhomogeneous distribution in the water column1-3. thermal stratification is considered the most important limnological characteristic in deep lakes and reservoirs, since it affects from the heterogeneity abstract: the study of the stratification processes in reservoirs is important because they happen along with several physical and chemical changes in the water, as in the distribution of dissolved gases and nutrients. the aim of this work was to study the stratification process of the capivari-cachoeira hydroelectric power plant reservoir, based on the data of the vertical profiles of dissolved oxygen and temperature, as well as the comparison of them with the calculation of densimetric froude number, and reservoir residence time. the data used are part of the selfmonitoring program carried out by copel. these data were collected quarterly between 2005 and 2016. the hydraulic and operational data from the reservoir were used to calculations. according to the measurements of dissolved oxygen and temperature, the reservoir was considered to be stratified during almost all the year, with a trend of circulation in the colder months, this behavior characterizes lakes with warm monomictic circulation pattern. therefore, the result of densimetric froude number corresponded correctly with the observed. regarding the residence time, this was not consistent with the results obtained from the models. the use of different methodologies in evaluating circulation in reservoirs should be used to make the best management decision. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 mailto:sah.mlopes@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-0332-1841 https://orcid.org/0000-0002-2169-6989 original article 24 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 23-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 and distribution of the chemical elements in the water column until the composition of its biological community1, 2, 4-6. the study of the stratification processes in reservoirs is important because they occur together with several physical and chemical changes in the water body, such as, distribution of dissolved gases and nutrients in the water, accumulation of substances and chemical elements in the hypolimnion, as reducing substances and the consequent deoxygenation of hypolimnion. these changes may favor eutrophication events, due to the accumulation of internal charge2-5. the study of governador pedro viriato parigot de souza hydroelectric power plant (hpp) reservoir, located in bocaiuva do sul, in the state of paraná, brazil, is very relevant due to the fact that the reservoir is part of the future planning of sources for water supply in the metropolitan region of curitiba, being important the knowledge of its dynamics of circulation, that directly reflects in its characteristics and quality of its waters7. the densimetric froude number is an indicator, calculated by an equation that tries to predict the possibility of a reservoir being stratified. the densimetric froude number equation is based on the comparison between the force of inertia of the flow through the reservoir and the gravitational force that tends to maintain the density stability as established by8, 9. this equation was used to evaluate the tendency of stratification in 30 reservoirs of small and medium-sized hydroelectric plants planned for the taquari-antas river basin5. the stratification processes were also studied in four reservoirs of the iguaçu basin by the evaluation of dissolved oxygen and temperature profiles, as well as the calculation of the densimetric froude number and the residence time7. this model was also used to determine the possibility of stratification and or circulation in the santo hipólito reservoir, in minas gerais10. the behavior of physical, chemical and biological stratification in the rio das pedras reservoir, located in são bernardo do campo, são paulo, was studied4. other studies were also carried out in brazil. the thermal behavior of the são pedro reservoir used for water supply, located in the city of juiz de fora, minas gerais, was studied through mathematical modelling to evaluate the surface water temperature, based on meteorological and hydrological data11. the stratification of the water column of the poxim reservoir was also studied from the vertical profiles of temperature, conductivity, total dissolved solids, dissolved oxygen and ph12. a reservoir located in the brazilian pantanal was studied to understand the seasonal variations in the vertical structure of the water column and to quantify the importance of physical forces, radiation, wind and hydraulic retention time in the mixing processes in the water column6. in this concept, the effect of thermal stratification on the water quality of the tahtali reservoir, turkey13, was also evaluated. thermal stratification conditions of heihe reservoir, shanxi province, 2008-201014 were studied as well. in addition, studies that evaluate the influence of stratification on physical and chemical parameters in reservoirs, showed its influence on the microbial community. these researches were all performed in chinese reservoirs15, 16. chinese reservoirs guanjingkou and fengdou, that are still under construction, were previously studied using numerical methods with delft3d software package in order to simulate the water temperature profile in the reservoirs, the water temperature released by the future spillways and the temperature effect of the water released17. the stratification of small temperate lakes of the cárpados basin, in turkey, and its biological consequences were also studied18. three lakes in the united states of america were studied in order to investigate the response of water temperature and stratification in different morphometry (water depth and surface area) due to changes in temperature and wind speed3. the objective of this study was to evaluate the governador pedro viriato parigot de souza hydroelectric power plant reservoir, known as capivari-cachoeira, based on the stratification processes, from the data collected in the field from vertical profiles of dissolved oxygen and temperature, and comparing these results with the densimetric froude number and the reservoir’s calculated water residence time. 2. materials and methods 2.1 study area and analyzed variables the study area was the capivari-cachoeira hpp reservoir, in which the capivari river was barred for the construction of the reservoir. the reservoir is located in the ribeira basin, located in the cities of bocaiuva do sul, and campina grande do sul, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 original article 25 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 23-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 in the state of paraná, shown in figure 1. from the reservoir, waters are transposed to the litorânea basin, flowing into the cachoeira river, through an underground adduction tunnel19. the analyzed data were collected quarterly between 2005 and 2016, at a sampling station located in the reservoir near the dam and the bottom dump, at the geographic coordinates 25°08'25.7 "s 48°52'19.0" w. in order to carry out a seasonal investigation, the samples were collected in the spring (september, october and november), summer (december, january, february and march), autumn (april, may) and winter (june, july and august). these data belong to the program of self-monitoring of water quality of hydroelectric reservoirs, carried out by paranaense energy company (copel) and developed by the institute of technology for development (lactec institutes). figure 1. capivari-cachoeira hpp reservoir’s location. source: adapted from ref. 23. since 2005, copel has been systematically monitoring the water quality of its hydroelectric power plants in paraná, aiming to meet the environmental licensing conditioners. the lactec institute manages this monitoring activity, conducting and managing laboratorial analysis and maintaining the water quality database of reservoirs and related rivers19, 20. the studied variables were those related to the thermal structure and the distribution of dissolved oxygen in the water column. for this analysis vertical profiles were created, meter by meter, using data of temperature and dissolved oxygen. due to the accesses to the sampling station, changes in the coordinates of the collection site may have occurred during the monitoring. the measurements of dissolved oxygen and water temperature were performed in the field by a ysi pro odo multiparameter probe, which measures dissolved oxygen from 0-50 mg l-1 (from 0 to 20 mg l-1 ± 0.1 mg l-1), and temperature from 5 °c to 70 °c (± 0.2 °c)21. through these results, the oxygen and temperature profiles were determined using the microsoft excel software22, for the analysis of thermal and chemical stratification in the studied reservoir. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 original article 26 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 23-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 table 1 presents the hydraulic and operational data of the analyzed reservoir, from the power plant’s original project23. these data were used to perform the calculation of the residence time and the densimetric froude number. table 1. capivari-cachoeira reservoir´s hydraulic and operational data. characteristic capivaricachoeira hpp reservoir altitud next to the damn (m) 837.50 medium long term dischard (m3 s-1) 19.40 volume (hm3) 186.00 flooded area (km2) 13.20 lenght (km) 21.25 medium deepth (m) 13.60 maximum deepth (m) 45.00 source: [23] 2.2 water residence time (rt) the evaluation of the stratification tendency of a reservoir can be calculated using several indices and parameters. the residence time is one of the simplest, which classifies the reservoirs based on the mean water holding time, the average time a reservoir takes to renew its entire volume5, 7, 9. it is expressed by equation 1: rt = 11.57 v q (1) where rt: residence time in days; v: reservoir volume in cubic hectometers (106 m3); q: average long period flow in cubic meters per second. the classification adopted for the capivaricachoeira reservoir was made considering the volume ratio of the reservoir / average flow affluent to it and the residence time8, 9. the classification is the following: a) reservoirs with rt > 1 year: small seasonal variations are observed in the water volume and the outflow is withdrawn from the surface; b) four months < rt < 1 year: present stratification and great variation in water volume; and c) reservoirs with rt < 4 months: stratification is difficult to establish, and longitudinal temperature variation may occur. however, this equation should be used only as an indicator of general conditions of the reservoir, because, for example, there are deep-water reservoirs with a short residence time9. 2.3 densimetric froude number (fd) calculation method the densimetric froude number (fd) is considered the best parameter to evaluate the thermal stratification trend of a reservoir because it brings together the main characteristics of stratification and morphometry. its expression relates the forces of inertia responsible for mixing the reservoir water mass and the gravitational force, a consequence of the stratification (equation 2)5-9: fd = 0.322 l*q h*v (2) where fd: densimetric froude number; l: reservoir length (km); q: flow (m3 s-1); h: mean depth (m); v: volume (106 m3). in this method, the tendency of stratification in a reservoir is classified as following: a) strong: fd less than or equal to 0.1; b) medium: in which stratification occurs, but horizontal temperature gradients may also occur (fd greater than 0.1 and less than 0.3); and c) weak: fd greater than or equal to 0.3 and less than 1.0. fd values greater than 1.0 indicate mixed regime and, therefore, no stratification5-9. 3. results and discussion the results of the calculation of the residence time and the densimetric froude number are presented in table 2 and were compared with the dissolved oxygen and temperature profiles made by the collected data (between 2005 and 2016). in the figure 2, as an example of the vertical profiles of the monitoring cycle of 2005-2006, is represented the stratification pattern identified in the reservoir. table 2. densimetric froude number and water residence time results. reservoir rt (days) fd capivaricachoeira 110.90 0.052 legend: rt: water residence time; fd: densimetric froude number. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 original article 27 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 23-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 figure 2. dissolved oxygen and temperature profiles in capivari-cachoeira reservoir, examples from 2005 and 2006 data23. the measurements of dissolved oxygen and temperature reflected the behavior of these variables in the vertical profile of the reservoir of the capivari-cachoeira hpp. in the evaluation of the temperature profiles it can be observed that the reservoir was stratified predominantly in the warmer months, with a significant drop in surface temperature towards the bottom. while in the months of lower temperatures, the thermal stratification was absent or not very pronounced, with a tendency to water circulation. the change in density of the water molecule varies as a function of temperature, however, this change is not uniform, and with the increase in water temperature, the differences in water density become higher1. a pattern can be observed, in which thermal stratification occurs in most of the annual cycle and the de-stratification and mixing along the water column, once a year, around the month of july and august. this behavior characterizes lakes with warm monomictic circulation pattern. the stratification process in warm monomictic lakes occurs due to the thermal heating of the surface2. the warm monomictic circulation pattern was observed in different reservoirs in the state of paraná, where circulation occurs once a year, predominantly in winter7, 24-25. this stratification pattern was considered a tendency since it occurs in almost every monitored year, as observed in figure 2. for example, the thermocline was superficial in october’05 and february’06, between 4 meters and 10 meters (m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 4 8 12 16 20 24 28 32 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 dissolved oxygen (mg l-1) d e p th ( m ) temperature (°c) may 2005 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 4 8 12 16 20 24 28 32 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 dissolved oxygen (mg l-1) d e p th ( m ) temperature (°c) july 2005 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 4 8 12 16 20 24 28 32 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 dissolved oxygen (mg l-1) d e p th ( m ) temperature (°c) october 2005 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 4 8 12 16 20 24 28 32 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 dissolved oxygen (mg l-1) d e p th ( m ) temperature (°c) february 2006 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 original article 28 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 23-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 reflecting the depth of mixing of the water column on those months, that is, surface circulation, in the first 4 m. in may’05, the thermocline started at 16 m, and presented a second thermocline in 24 m, approximately, showing circulation of the upper layers and in june’05, no stratification occurred. similar behavior was also observed in a reservoir in the pantanal, brazil. the ponte de pedra reservoir presented a long stratification period with complete mixing in winter. the vertical structure showed that during the stratification period, the upper layers of the reservoir are homogeneous and that the physical and chemical composition only changes at greater depths6. evaluating profiles from the years 2005 to 2016, in warmer months (summer and spring) it was recorded temperature drops from 3.5 °c to 10 °c, and the thermoclines started near the surface with a depth of around 2 meters to 15 meters, reflecting the depth of mixing of the water column in these months. to illustrate these stratification events, in the months of october’06 and january’07, temperature dropped of up to 5 °c in the first 15 m of the water column. in october’10, the surface temperature loss to the bottom was approximately 10 °c. in january’11, the difference between surface and bottom temperature was almost 6 °c. in the summers and springs temperatures usually presented a great difference between the surface temperature and the background temperature. a similar situation was observed in three paraná reservoirs, being the reservoir of the jordão, segredo and foz do areia, in which thermal stratifications were more pronounced in the months of higher temperatures7. corroborating these findings, a paper produced in the rio das pedras reservoir showed evidences of thermal stratification mainly due to temperature differences, followed by chemical and biological stratification4. deep reservoirs generally form thermal stratification due to uneven vertical heat distribution. thermal stratification can hinder vertical water exchange, causing stratification of water quality7. the evaluation of the vertical profile of dissolved oxygen in the capivari-cachoeira reservoir showed that it presents stratification during most of the annual period, following the thermal stratification pattern (figure 2). similar behavior was found in the reservoir of the hpp segredo, hpp salto caxias, when its stratifications processes were studied7. also, similarities between the present results and other researches were also verified. in poxim reservoir, in sergipe, a decrease of the temperature along the water column was also identified, usually accompanied by a decrease of dissolved oxygen, with more stratification occurring in periods with higher temperatures12. the vertical distribution of dissolved oxygen in lakes in the tisza valley demonstrated a chemical stratification characteristic in summer18. comparing the results found in other studies, there were also significant differences in the physical and chemical parameters, as well as differences in the microbiological parameters between epilimnion and hypolimnion15. results that indicated that the stratification of the reservoir had great effects on the temperature and oxygen profiles, and both the functional diversity and the composition of the bacterial community strongly reflected the significant vertical stratification were also found in the reservoir studied16. as for the distribution of dissolved oxygen in the capivari-cachoeira reservoir: events of hypolimnetic hypoxia, when there are marked deficits of dissolved oxygen in the bottom layer, were recorded in several sampling events. in may’05 and october’05, hypolimnetic hypoxia was observed, with concentrations below 1.0 mg l1, from 15 m in the first case and below 25 m in the second (figure 2). also, in october’07 and february’08, oxyline was recorded between 2 m and 3 m depth, with hypoxia from 25 m and also from 12 m, respectively. hypoxia in the bottom region can stimulate eutrophication processes by internal loading, since it makes phosphorus retention difficult in sediments, making it available for the assimilation of living beings2-5. events of anoxia were also observed in the capivari-cachoeira reservoir, as in april’07, when oxyline was recorded in 6 m, with a decrease of 5.5 mg l-1 in the concentration of dissolved oxygen towards the bottom and observation of anoxia from 9 m deep. in october’14, anoxia occurred from 10 m depth with dissolved oxygen values below 0.7 mg l-1 and january’15, from 8 m, dissolved oxygen values were observed below 0.3 mg l-1. during the studied period, in summer the stratification was evident, and the observed concentrations of dissolved oxygen fell well below the standard limit in the thermocline, leading to the development of anoxia13. lakes of tropical regions have their dissolved oxygen profiles influenced mainly by the morphometry of the lake and by high temperatures, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 original article 29 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 23-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p23-31 once the influence of the winds act in the distribution of dissolved oxygen in the water body. thus, it is common for these lakes to present a strong oxygen deficiency in the water column, especially in the lower bottom1. the results of the calculation of the residence time, 110.9 days (table 2), considering the classification of wre (1969)8, 9, suggests that the capivari reservoir has little possibility of stratification, due to the great relation flow rate/volume. thus, because the capivari-cachoeira reservoir has a small residence time9, less than 4 months, it is suggested that stratification is difficult to be stablished. however, according to the result of the densimetric froude number, which was equal to 0.052, (table 2), the capivari reservoir presents a tendency to strong stratification5-9, because for the stratification to be developed, low flow velocities are necessary associated with morphology of the reservoir3. according to the measurements of dissolved oxygen and temperature carried out in the capivari-cachoeira hpp reservoir during the studied period, the reservoir was considered to be stratified during most of the year, with a circulation trend in the coldest months, especially in the winter, therefore, the result of the densimetric froude number, suggesting tendency to strong stratification, corresponded correctly with the observed. in relation to the residence time, its classification was not consistent with the results obtained in the field and with the calculation of froude number, because according to the result (110.9 days), and the classification proposed8, 9, it would be difficult for the reservoir to stratify. the calculation of residence time does not take into account some important features such as depth, thus allowing a general view of the reservoir. the densimetric froude number represents the environment with greater accomplishment, since it considers more factors9. thus, several factors must be taken into account in the studies of the stratification and mixing processes of water columns9. for example, it has already been identified that larger surface area lakes have a greater mix do to the wind. and larger lakes tend to have more variability in temperature and stratification than smaller lakes, and this variability increases with higher wind speeds3. in another study, in small temperate lakes of the carpathian basin, it was concluded that depending on their depth and wind shelter, the lakes could be characterized by various stratification patterns18. in the são pedro reservoir, juíz de fora, because it is a small and shallow reservoir, the temperatures are more limited to the flows of the tributaries, characterizing, therefore, a low capacity of this reservoir to regularize its temperatures11. 4. conclusions the thermal and dissolved oxygen stratification pattern observed in the capivari-cachoeira hpp reservoir is of a warm monomictic lake, in which stratification occurs almost throughout the year, with a higher intensity in summers and tendency to circulate, de-stratification, in the winter. hypoxia and even anoxia events have been recurrent in the reservoir, in the hipolimnion, and it is also characteristic of warm monomictic environments within periods of reduced circulation. the calculated densimetric froude number corresponded correctly with the stratification trend observed in the monitoring of the oxygen and temperature profiles for the capivari-cachoeira reservoir. on the other hand, the classification adopted for residence time as indicative of the trend of stratification was not consistent with the values obtained in the profiles of temperature and dissolved oxygen and in the calculation of the densimetric froude number. in this sense, the use of different methodologies and approaches in evaluating circulation patterns in reservoirs should, whenever possible, be used to make the best management decision. 5. acknowledgments the authors would like to thank copel (paranaense energy company) for the permission to use the water quality monitoring data used in this study. the authors also would like to thank cnpq and capes for their financial support and lactec and utfpr for logistical support. 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enantiomers; (±)-mandelic acid; chromatographic resolution. introduction styrene is a yellowish oily liquid widely used in the production of various plastics, polyester resins and synthetic rubber. in october 2003 alone, 70439 tons of styrene was used in taiwan [1], where many workers are exposed to styrene daily. the possible association between the exposure to styrene and it’s toxic effect in humans has been reported in recent years [2], and the international agency for research on cancer classifies styrene as a possible human carcinogen [3]. the major metabolite of styrene is found by hepatic cytochrome p-450 to be present in two enantiomeric forms, r-(+)-styrene-7,8-epoxide and s-(-)-styrene7,8-epoxide (sto). this metabolite can be further hydrated to 1, 2-dihydroxy-1-phenylethane (phenylethylene glycol, peg). peg can be metabolized into chiral r-and s1-hydroxy-1phenyl-acetic acid (r-and s-mandelic acid, ma.), benzoylformic acid (phenylglyoxylic acid, pga), benzoic acid (ba) and hippuric acid (hia) [4]. metabolites formed are excreted in urine, with 85% of the absorbed styrene eliminated as mandelic acid [5]. thus, the concentration of ma, particularly its enantiomers, in urine has been used as a biological indicator of styrene exposure in workers [6]. gas chromatography [7], capillary electrophoresis [8], high-pressure liquid chromatography (hplc) [9 11], and liquid chromatography/electrospray tandem mass spectrometry [12] have been widely used to determine ma concentration in the urine of workers exposed to styrene solvent. the main disadvantage of these methods is the need for an additional derivatization procedure [12]. in this study, we used molecularly imprinted polymer eq-vol30n04 09.pmd 26/12/2005, 19:2067 68 ecl. quím., são paulo, 30(4): 67-73, 2005 (mip) as the stationary phase for the hplc analyses. molecular imprinting is a promising technique for preparing synthetic polymers which possesses highly selective recognition properties and serves specific purposes, e.g., an antibody mimic, recognition in sensors or chiral stationary phase (csp). mip-based csp have been produced for a wide range of chiral compounds, with separation factors typically ranging between 1.5 and 5. because of its simple, convenient preparation and its stability under high temperatures, mip has received much attention in recent years [13, 14]. (±)-mandelic acid and (±)phenylalanine (fig.1), used as the imprinting template in the present work, can interact with functional monomer by non-covalent bonding, which forms a complex. the complex involves polymerization of functional monomers and cross linking monomers around the template. after removing template molecules from the obtained polymer, complementary recognition sites can be found. these sites can rebind the same molecule. the present paper demonstrates that (±)-ma or (±)-phenylalanine imprinted polymers can be readily prepared for use in chromatographic detection of ma in urine. experimental reagents methacrylic acid (maa, 99%) and ethylene glycol dimethacrylate (egdma, 98%) were obtained from merck. d-(-)-mandelic acid, l-(+)mandelic acid and 2, 2’-azobisisobutrionitrile (aibn) were obtained from tci (tokyo, japan). hplc grade methanol, alcohol, acetone and acetonitrile were obtained from tedia. d-(-)phenylalanine and l-(+)phenylalanine were purchased from sigma (st. louis, mo, usa). egdma and maa were distilled to remove the inhibitors before polymerization. water is double de-ionized. preparation of molecular imprinting stationary phase the mip stationary phase was prepared by bulk polymerization at 4°c. in a 250ml conical erlenmeyer flask, mandelic acid (0.0152 g) or phenylalanine (0.0165g), methacrylic acid (0.682 ml), egdma (4.72ml) and aibn (0.02g) were dissolved in 5 ml chloroform. after degassing and nitrogen purging for 3 min, the flask was sealed and allowed figure1: structure of (±)-mandelic acid and (±)-phenylalanine eq-vol30n04 09.pmd 26/12/2005, 19:2068 69ecl. quím., são paulo, 30(4): 67-73, 2005 to polymerize at 4°c for 6 h under uv (365 nm, 100 w lamp) irradiation. either mandelic acid or phenylalanine was used as the template in each preparation of mip. methacrylic acid was used as the functional monomer, egdma as the crosslinking monomer and aibn as the free radical initiator. after polymerization, the chloroform was poured out. in the form of a white solid, the product was dried in a vacuum oven for 12 h at room temperature. the resultant bulk rigid polymer was finally ground into fine particles using a mortar and pestle. polymer particles were to pass through 25 to 44μm sieve .the shape of mandelic acid-imprinted particle utilizes sem (jxa-840, japan) to observe. template molecules were removed from the particles after they were packed into columns by continuously washing with acetonitrile until a stable baseline was reached. liquid chromatography liquid chromatography was carried out using a modular hplc apparatus (jasco pu-2080 chromatograph) equipped with a jasco uv -2075 variable wavelength detector, a rheodyne 7725 injector (assembled with a 20 μl sample loop) and a peak abc chromatography workstation ver.2.10integrator. mip particles were suspended in methanol by sonication and then slurry packed into 25 cm × 0.46 cm i.d. stainless steel columns using an airdriven fluid pump with acetone as the solvent. the backpressure for packing was 300 bars. template molecules were removed from the columns by continuously washing with methanol-acetic acid ( 9:1, v/v ) until a stable baseline was reached. for the hplc analysis, a 10-¼l sample solution was injected by use syringe and eluted isocratically at a flow-rate of 0.5 ml/min. the temperature was kept at 25°c. the effluent solution was constantly monitored by measuring the absorbance at 225 nm. toluene was used as the non-retained component to determine the void fraction for each column. capacity factors ( k’ and k’ + ) were calculated according to standard chromatographic theory as k’ = ( t -t 0 )/ t 0 and k’ + = ( t + -t 0 )/ t 0 , where t and t + are the retention times of (-) mandelic acid and (+) mandelic acid, respectively, and toluene retention time was used as the retention time of the nonretained component, t 0 . the separation factor (±) was defined as the ratio of these two capacity factors. results and discussion preparation of stationary phase by bulk polymerization we successfully prepared 4 mips using (-)mandelic, (+)-mandelic acid, (-) phenylalanine and (+) phenylalanine as template molecules. in the preparation of the mip stationary phase, methacrylic acid was used as the host molecule to the template. fig. 2 shows the hypothetical figure 2: schematic representation of the molecular imprinting process for non-covalent imprinting of mandelic acid using methacrylic acid as functional monomer. figure 3:sem of typical irregularly shaped mandelic acidimprinted particles eq-vol30n04 09.pmd 26/12/2005, 19:2069 70 ecl. quím., são paulo, 30(4): 67-73, 2005 formation of the mandelic acid-imprinted polymers resulting from the free-radical polymerization in the bulk mode. depending on the bulk polymerization method used, mips can have various physical configurations (see fig.3) and a wide size distribution (25~44μm). although the mips particles for packing were irregular in shape, the 25cm-long columns possessed a linear curve of volumetric flow-rate vs. pressure (fig.4). the linearity was proved up to a pressure of ca 200 bar, at which the flow-rate was 0.5 ml/min resolution of enantiomers of mandelic acid table 1 shows that the composition of mobile phase achieved the resolution of (±)mandelic acid. the results of resolution are expressed in table 2 and figure 5~6. the compounds of interest are a pair of enantiomers:d(-)-mandelic acid and l-(+)-mandelic acid. mandelic acid contains an asymmetric center. to this asymmetric center can be bound not only hydrogen but also hydroxyl and carboxyl. since the template in this study has a simple structure, the composition of mobile phase played a very important role, especially its ph value, on the resolution of template and its enantiomer. in our study, a mobile phase containing polar substances was used to weaken the binding of template molecules and figure 4: a linear curve of pressure vs. volumetric flowrate table1: the composition of mobile phase on the resolution of (±)-mandelic acid(15). a, b, c used buffer 1, buffer 2 and buffer 3 as mobile phase dtoluene retention time was used as the retention time of the non-retained component, t 0 = 1.52min table 2: composition of solution and resolution of (±)-mandelic acid eq-vol30n04 09.pmd 26/12/2005, 19:2070 71ecl. quím., são paulo, 30(4): 67-73, 2005 figure 5: resolution of pure (+)-mandelic acid and (-)-mandelic acid, using mip with (-)-mandelic acid as template and buffer 3 as mobile phase. figure 6: separation of enantiomers of mandelic acid using mip with (+)-mandelic acid as template (a~c), (-)-mandelic acid as template (d), (+)-phenylalanine as template (e) and (-)-phenylalanine as template (f). eq-vol30n04 09.pmd 26/12/2005, 19:2071 72 ecl. quím., são paulo, 30(4): 67-73, 2005 consequently to release them on the imprinting cavity of the stationary phase. with the use of (-)-mandelic acid as a template, it can be seen that pure compound eluted at 23.94min and at 35.13min (fig.5). figure 6a~6c show that enantiomers of mandelic acid could be separated well using mip made by (+)-mandelic acid as the template, with the separation factors being 2.33, 2.44 and 2.86 when used buffer 1, buffer 2 and buffer 3 as mobile phase. use (-)-mandelic acid as template, the concentration of (+)-mandelic acid and (-)-mandelic acid in the solution was 0.7:0.3(g/l), the retention time of (+)-mandelic acid in the column was 23.85 minutes and (-)-mandelic acid was 35.26 minutes (fig.6 d), thus indicating that no matter use any one, (±)-mandelic acid could be qualitatively analyzed. the values of separation factor obtained in this study are much greater than the ones reported in a previous study [15]. these results also show that the ph value of mobile phase significantly influenced the retention time of the eluted peaks. the same result has been reported in a system using chirobiotic t as the column to separate the enantiomers of mandelic acid [15]. chirobiotic t has 23 chiral centers surrounding four cavities. hydrogen donor and acceptor sites are readily available close to seven aromatic rings. chirobiotic t is an excellent alternative to crown ether and ligand exchange for amino acids and hydroxy acids. liquid chromatography by using phenylalanine as template phenylalanine has one more carbon atom than mandelic acid, and an amino group is bound onto the asymmetric center. therefore, retention of mandelic acid in the mip column is higher than that of toluene (a non-retained compound). the concentration of (+)-mandelic acid and (-)-mandelic acid in the solution was 0.7:0.3(g/l), the retention time of (+)-mandelic acid in the column was 35.69 minutes and (-)-mandelic acid was 23.14 minutes (fig.6e), the value of ±was 1.58 when boc-l-(+)phenylalanine was used as the template. fig.6 f shows the efficiency of chromatograph when used boc-d-(-)-phenylalanine as template. the successful separation is believed to be dependent on the biospecific adsorption of mandelic acid to the recognition sites left by the removed template. this separation is caused by the hydrogen bonding between the hydroxyl group of mandelic acid and carboxylic groups of immobilized methacrylic acid. conclusions in this study, we have used four molecules, (±)mandelic acid and (±) phenylalanine, as the templates for the preparation of mip. chromatographic columns packed with mip particles were effective for the resolution of mandelic acid enantiomers. the recognition and binding of template molecules was based on interactions between hydroxyl groups of the template and the carboxyl group of methacrylic acid, a host molecule in the mip. the higher separation factor values obtained in the present work suggest that non-covalent molecular imprinting is a promising method for analyzing chiral compound with a simple structure. acknowledgement this work was supported by the national science council of republic of china under the contract nsc-92-2216-e-150-002. recebido em: 05/10/2005 aceito em: 08/11/2005 chin-yin hung, han-hung huang, ching-chiang hwang. separação quiral de ácido mandélico por hplc usando polímeros molecularmente impressos resumo: o estireno é muito usado em indústrias químicas. a exposição ambiental e ocupacional ocorre predominantemente através da inalação. o principal metabólito do estireno ocorre em duas formas enantioméricas, quiral-r e ácido aceto-1-fenil-1-hidroxi-s (ácido mandélico r e s, am). a concentração de am, especialmente nos enantiômeros, tem sido usada em testes de urina para verificar a exposição de eq-vol30n04 09.pmd 26/12/2005, 19:2072 73ecl. quím., são paulo, 30(4): 67-73, 2005 trabalhadores ao estireno. este trabalho descreve um método de análise do ácido mandélico utilizando técnicas de impressão molecular e detecção por hplc para obter a separação possível dos isômeros diaestéreo do ácido mandélico. o polímero molecularmente impresso (pmi) foi preparado por impressão nãocovalente, utilizando-se moldes de am(+), am(-) ou fenil-alanina (+), fenil-alanina(-). o ácido metaacrílico (ama) e o di-metil-acrilato de etileno glicol (dmaeg) foram co-polimerizados na presença das moléculas do molde. a polimerização da amostra foi obtida a 4oc sob radiação uv. o pim resultante foi moído até a obtenção de partículas com 25~44 mm, que foram colocadas em forma de pasta em colunas analíticas. após a remoção das moléculas do molde, as colunas de pim foram consideradas adequadas para a resolução cromatográfica do ácido mandélico (±). este método é mais simples e conveniente do que outros métodos cromatográficos. palavras-chave: técnica de impressão molecular; enantiômeros; ácido mandélico (±); resolução cromatográfica references [1] “industrial production statistical databank”, department of statistics, ministry of economic affairs, taiwan, 2003. 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as the thermal decomposition of these compounds were studied using an alumina crucible in an air atmosphere. keywords: basic carbonate-4-dimethylaminocinnamylidenepyruvate; lanthanides; thermal behavior. introduction several metal ion complexes with 4-dimethylaminobenzylidenepyruvate (dmbp), 2-chloro-4dimethylaminobenzylidenepyruvate (2-cl-dmbp), 4-methoxybenzylidene-pyruvate (4-meo-bp) and cinnamylidenepyruvate (cp) have been investigated in aqueous solution3-6,12. the factors that govern the thermodynamic stability and selectivity of these ligands towards metal ions, as well as analytical applications of the corresponding complexation reactions have been the main purposes of the studies. solid state compounds of several metal ion with dmbp and 4-meo-bp, have also been prepared and studied using tg, dtg, dsc, dta and x-ray powder diffractometry.7,9-11 the establishment http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back of the stoichiometry, thermal stability and thermal decomposition mechanism have been the main objective of these studies. in this study, solid state compounds of lanthanide (iii) and yttrium (iii) with characterized and studied by complexometric titration, tg, dtg, dsc, elemental analysis and x-ray powder difractometry. the data obtained allowed us to acquire new information concerning these compounds. experimental the sodium salt of dmcp was prepared following the same procedure for the 4dimethylaminobenzylidenepyruvate, as previously describe4. the neutralization of aqueous suspension of the acid hdmcp in excess, was made with sodium hydrogen carbonate. the excess of the acid was separed by centrifugation. lanthanides (iii) and yttrium (iii) chlorides were prepared in accordance with giesbretch et al.1 the solid compounds of trivalent lanthanides and yttrium with dmcp were prepared following the procedure as previously described.7 in the solid compounds, the anions contents were determined from the tg curves and elemental analysis and the lanthanide and yttrium contents were determined by complexometric titrations with standard edta solutions, using xylenol orange as indicator2 and from the tg curves. the tg, dtg and dsc curves were obtained using a mettler ta-4000 thermoanalyser system with an air flux of » 150 ml min-1, a heating rate of 10°c min-1 and with samples weighing about 7 mg. an alumina crucible was used for the tg, dtg curves and an aluminium crucible with a perforated cover was used for the dsc curves. diffraction patterns were obtained using an hgz 4/b horizontal diffractometer (germany), equipped with a proportional counter and pulse-heigh discriminator. the bragg-brentano arrangement was adapted using cuka radiation (l = 1.541 å ) and settings of 38 kv and 20 ma. results and discussion table 1 presents the analytical and thermoanalytical (tg) data and table 2 presents the elemental analysis results for the prepared compounds of general formula ln(dmcp)3.lnohco3.nh2o, where ln represents lanthanides and yttrium, dmcp is 4-dimethylaminocinnamylidenepyruvate, and n = 3-4.5. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 the x-ray powder patterns showed that all the compounds are amorphous. the tg and dtg curves of the compounds are shown in figure 1. these curves show mass losses in steps between 30 and 730°c. in all the curves a great similarity are observed and the first mass loss observed up to 150°c is due to hydration water. the formation of the intermediate dioxycarbonate, ln2o2co3, is observed only for la, nd gd, compounds, figure 1(a), (d-g). in the cerium, praseodymium and terbium compounds, the tg, dtg curves, figure 1(b), (c) and (h), show that this intermediate is not formed, probably because the exothermic oxidation reaction that results in the formation of the respective oxides (ceo2, pr6o11 and tb4o7), as already observed7. for the dysprosyum lutetium and yttrium compounds the tg-dtg curves, figure 1(i) (o), also show that this intermediate, ln2o2co3 is not formed, probably because the thermal stability of this intermediate decrease with the increase of the atomic number of the lanthanide ion.8 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 for all anhydrous compounds the mass loss begins with a slow process, followed by a fast process. although the dtg curves show mass losses in several steps, the tg curves suggest two or three mass losses except for the cerium compound. for the anhydrous cerium compound, the tg and dtg curves show mass losses in two consecutive steps between 150 and 450°c. calculations based on the mass losses observed in the tg curves are in agreement with the losses of 3(ch3)2-n; 0.5h2o (first step) and the rest of the ligand dmcp and the thermal decomposition of the cerium monoxycarbonate formed during the dehydration of basic carbonate with formation of 2ceo2 (second step). for the anhydrous lanthanium compound, the tg curve indicates that the thermal decomposition occurs in three steps with losses of (first step), rest of the ligand dmcp and thermal decomposition of the lanthanium monoxycarbonate formed during the dehydration of basic carbonate with formation of the dioxycarbonate (second step) and elimination of co2 with formation of la2o3 (last step). for the anhydrous neodymium gadolinium compounds, the tg curves also show mass losses in three steps with osses of of the ligand dmcp and thermal decomposition of the respective monoxycarbonate formed during the dehydration of basic carbonate with formation of the dioxycarbonate (second step) and elimination of co2 with formation of ln2o3. finally, for the anhydrous praseodimium, terbium lutetium and yttrium compounds, the tg curves show mass losses in two steps with losses of (first step), rest of the ligand dmcp and thermal decomposition of the respectives monoxycarbonates formed during the dehydration of basic carbonate with formation of the oxides, pr6o11, tb4o7 and ln2o3 (second step). the mass losses and the corresponding temperature ranges, for the partial thermal decompositions for all the compounds are shown in table 3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab3 the dsc curves of these compounds (figure 2) show endothermic and exothermic peaks up to 600°c, in correpondence with the mass losses observed in the tg curves. the broad endothermics that occur in all the compounds between 30 and 200°c, are due to the loss of hydration water. the sequence of broad exotherms observed after the dehydration between 200 and 600°c are attributed to the thermal decomposition of these compounds. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 conclusions from the tg-dtg curves, a general formula could be established for these compounds in the solid state, and also the partial losses observed during the thermal decomposition could be suggested. during the preparation of the nadmcp, the neutralization of the acid with sodium hidrogen carbonate, even with excess of the acid hdmcp, mixture of compounds were obtained, indicating a diferent behaviour of dmcp with relation to dmbp and 4-meo-bp. the tg-dtg and dsc curves provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank the fapesp (proc. 85/853-1 ) and capes for finantial support and rosemary camargo gabarron for aid in the preparation of this compuscript. leles, m. i. g. et al. preparação e decomposição térmica de mistura de carbonato básico e 4dimetilaminocinamalpiruvato com lantanídios(iii) e ítrio(iii) no estado sólido. ecl. quím. (são paulo), v.24, p.29-44, 1999. resumo: foram preparados compostos no estado sólido ln-ohco3-dmcp, onde ln representa os íons lantanídios(iii) e ítrio(iii) e dmcp é o ion 4-dimetilaminocinamalpiruvato. na caracterização, bem como no estudo da decomposição térmica desses compostos, foram utilizados as técnicas termoanalíticas (tg, dtg, dsc) difratometria de raios x e análise elementar. a estabilidade bem como a decomposição térmica foram estudadas em atmosfera de ar utilizando cadinho de alumina. palavras-chave: carbonato básico e 4-dimetilaminocinamalpiruvato; lantanídios; decomposição térmica. references 1 giesbrecht, e., perrier, m., wendlandt, w.w., an. acad. bras. cienc., v.34, p.37, 1962. 2 ionashiro, m., graner, c.a.f., zuanon netto, j., ecl. quim. 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original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 3 | 2018 | 10 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 10-18 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 the correlation between electronic structure and antitumor activity of a selective focal adhesion kinase inhibitors daniel augusto barra de oliveira1+ 1 university federal of tocantins, 34 dois st., araguaína, tocantins, brazil + corresponding author: daniel augusto barra de oliveira, phone: +55 63 99200-7791, e-mail address: danielchem@uft.edu.br article info article history: received: december 13, 2017 accepted: september 25, 2018 published: october 7, 2018 keywords: 1. qm/mm 2. focal adhesion kinase 3. molecular docking 4. geometry optimization 1. introduction cancer is a disease whose feature is the uncontrolled proliferation of cells, able to spread to other tissues. cell proliferation is related with the biochemical process known as signal transduction. fak and other kinases are enzymes which catalyze these reactions. during the signal transduction mechanism, chemical signals provided from cell exteriors are converted into physical responses within the cells1-7. focal adhesion kinase (fak) is a non-tyrosine kinase involved in signal transduction, which is the chemical process associated with the development of several kinds of cancers8-14. consequently, the study of this enzyme is essential to design and synthesize new drugs against cancer. fak acts in signal transduction mechanism promoting the phosphorylation of serine and tyrosine amino acids. therefore, new drugs have been designed and synthesized to inhibit the phosphorylation of fak. the basic chemical structure of these inhibitors is the adenine ring that mimics the atp molecule. the interactions among the amino acids in the fak-binding site with different inhibitors have the abstract: focal adhesion kinase (fak) is a nontyrosine kinase responsible to phosphorylate other enzymes associated with signal transduction. this biochemical process plays an important role to control cancer. fak is found overexpressed in the organism during metastasis. since fak may be involved in the invasion and metastasis of cancer, novel molecules based on drug design have been synthesized over the past few years. the inhibitors are designed to mimic the natural substrate which is the atp molecule. this work studied the hydrogen bonds performed between inhibitors and fak and other electronic properties involved in this interaction. the molecular structure of fak docked with the inhibitors was simulated using classical molecular dynamics. fak/ inhibitor complex obtained by dynamic was optimized using quantum mechanical ab-initio calculation. our results show that all inhibitors interact with cys502 located in the fak-binding site. ab-initio calculations show that homo orbital is situated under met499 and glu500 amino acids indicating chemical reactivity in this region. the results of molecular dynamics combined with quantum chemical calculations show that the sulfonamide has a strong hydrogen bond with close distances, while the thiazole has a weak hydrogen bond with long distances. sulfonamide has known good activity against fak while the thiazole molecule has an unknown activity. these results allow predicting that the molecule of thiazole is a not good inhibitor to fak inhibition. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 mailto:danielchem@uft.edu.br http://orcid.org/0000-0002-7300-9052 original article 11 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 10-18 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 same pattern of hydrogen bonds, even in the case of quite different chemical structure of inhibitors15,16. these chemical changes in the structure allow the drugs have different biological responses against the cancer. pyrrolopyrimidine inhibitor has been synthesized in order to interact with arg426, cys502 and lys545 in fak binding site17. the pdb id 3bz3 ligand (c21 h20 f3 n7 o3 s)16 and id pdb 3pxk ligand (c12 h14 n2 s)15 are examples of molecules that have different molecular structures and different ways to inhibit fak phosphorylation. pdb id 3bz3 ligand is a potent atp inhibitor that shows inhibition against fak in the cellular environment. this molecule is an atp-competitive, reversible inhibitor of fak and pyk2 catalytic activity with an ic50 of 1.5 and 14 nmol l-1, respectively. antitumor efficacy and regressions were observed in multiple human xenograft models for pdb id 3bz3 ligand. this drug has applications on the colon and lung cancer while the id pdb 3pxk ligand (c12 h14 n2 s) can induce apoptosis in different tumor lines. the differences of biological activity are linked to the molecular structure of inhibitors docked in the binding site. theoretical calculations permit to explore the interactions among the amino acids in the fakbinding site with different inhibitors. dynamical calculation can show the possible hydrogen bonds performed by the inhibitors while quantum mechanical calculation can describe important electronic properties. in this work, we described the pattern of hydrogen bonds at the catalytic site using molecular dynamics and quantum mechanical calculations in order to understand how these hydrogen bonds are linked to the fak inhibition. 2. materials and methods 2.1 quantum chemical and molecular dynamic calculations x-ray molecular structure based on pdb id 3bz316, 3pxk15, and 2ijm18 were used as initial geometry to describe the interaction of the methane sulfonamide diaminopyrimidine, pyrrolo[2,3d]thiazole and atp respectively. one nanosecond of molecular dynamics was performed to search possible hydrogen bonds. this simulation was calculated using the program hyperchem19. an implicit solvent with dielectric constant equal to 80 was used in order to simulate the water solvent. the constant temperature of 300 k was used during the simulation and nve ensemble was used. molecular optimization with the force field charm20 was performed in order to avoid atom superimposition before the molecular dynamics using a steepest decent algorithm. swissparam21 was used to provide parameters and topologies for the ligands. pair correlation function was calculated to hydrogen bonds inside the catalytic site. chelpg charge derivative of hf/6-31g was used to describe atomic charge for the inhibitor inside the catalytic site for dynamic calculation. molecular dynamic was used to search different hydrogen bonds. quantum chemical calculations were used to describe the hydrogen bonds present in the fak inhibitors interaction. the oniom22-25 method, present in a gaussian program, was used to describe the molecular structures cited above. in order to depict the higher layer, the amino acids cys502, lys454, met499, arg426, ala452, glu506, glu471, arg508, arg550, asp564, leu501, glu430 and thr60517 were selected from molecular dynamic results. the quantum mechanical calculations based on pm6, b3lyp/631g, hf/6-31g, rmndo were employed in the higher layer that was optimized using the keyword quadmac25. this keyword does a quadratic step in the coordinates of all the atoms. uff (universal force field) was used in order to describe the vander walls and electrostatic potential for the atoms in the lower layer. qeq26 method was used to get the charges for uff27 force field. molecular frontier orbitals were calculated using hf ab-initio method. the hydrogen bond energies were investigated with electronic calculation mp2 and the base function 6-31g ++ (d, p) coupled to the cpcm method for water solvent. the strength of the hydrogen bonds was investigated using the interaction energy between the inhibitors and the amino acid. 3. results and discussion 3.1 quantum optimizations hf 6-31g was the method used to describe the hydrogen bonds and other interactions for all inhibitors, because other methods did not perform a full convergence of biological systems studied. successive errors associated with internal coordinates and the dihedral angles were observed for the methods pm6 and b3lyp/6-31g. mndo semi-empirical method performed a full optimization for the entire biological system, but it https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 original article 12 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 10-18 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 is a less robust approach when compared with hf approach. therefore, the combination hf 6-31g and uff were used to obtain the equilibrium geometry of the system fak docked with all the inhibitors. the hydrogen bonds in the binding site obtained from oniom calculations are shown in figure 1. figure 1. hydrogen bonds performed by the inhibitors and the atp molecule after oniom optimization. the hydrogen bonds formed are similar to all inhibitors. sulfonamide and the thiazole molecule perform hydrogen bonds with the amino acid cys502. the thiazole molecule has a single interaction with the cys502 amine group with 2.5 å of distance. sulfonamide performs two hydrogen bonds with cys502 amino group with 2.3 å and other bond with hydroxyl group at 1.9 å of distance. the cys502 hydrogen bond has been seen on others fak inhibitors in accord to literature17. amber force field optimization for 7-hpirrolopirimidine shows a hydrogen bond with a cys502 amino group with 2.15 å of distance. quantum mechanical calculation did not show this hydrogen bond to the atp molecule. sulfonamide drug can interact yet with the arg426 amino group with a distance of 1.9 å. this hydrogen bond is found in 7-h-pyrrolopyrimidine inhibitors. the hydrogen bond with asp424 is found in the 7-hpyrrolopyrimidine inhibitor 32, which has the best ic50 between pyrrolopyrimidine drugs17. atp is a special case. there are hydrogen bonds with gln432 and glu500 that happen with the adenine ring. on the other hand, phosphate groups interact with the amino acids lys454 and met499. in recent literature17, the interaction with lys454 has been associated with the increase of fak inhibition. the most powerful pirropyrimidine inhibitor, named 32, also interacts with the amino acid met49917. 3.2 molecular dynamics the results of molecular dynamics and the pair correlation function are shown in the figure 2. the pair correlation function is related to the probability of finding the center of a particle a given distance from the center of another particle. figure 2 shows the probability of finding two atoms with a given separation. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 original article 13 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 10-18 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 figure 2. hydrogen bonds performed by the inhibitors and atp using molecular dynamics and the graphic of pair function correlation. molecular dynamic shows that the sulfonamide molecule can bind with cys502 and arg426. the average of binding distances is equal to 2 å for both amino acids. thiazole molecule performs a hydrogen bond with the amino acid cys502 and the amino acid glu500. an average of 4.0 å of distance for these interactions was described by molecular dynamic calculation. atp molecule performs hydrogen bonds with asp564, gln432 and glu471. the interaction with gln432 and asp564 is close to 2.5 å while the interaction with glu471 is close to 2.0 å. these results show a distribution of hydrogen bond distances during the molecular dynamics. the differences between oniom (hf/6-31g/uff) results compared with molecular dynamics are described in table 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 original article 14 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 10-18 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 table 1. hydrogen bonds distances performed between the amino acids localized in the binding site and the inhibitors using different methodologies (mdmolecular dynamics and oniom, hf/6-31g/uff). *****no changes verified in the hydrogen bond distances compared with oniom optimization the results of molecular dynamics are close to oniom approach. sulfonamide molecule performs hydrogen bonds close to 2.0 å for both methods. atp molecule shows similar distances of hydrogen bond for the two methods. the exception is the molecule of thiazole. during the molecular dynamic the hydrogen bond with cys502 keep a distance close to 4.0 å, while the oniom optimization shows a distance of 2.5 å. the mp2 method shows that this bond has energy close to 1 kcal, while the same bond to sulfonamide has an energy interaction close to 40 kcal. the same result is seen to the interaction with glu500. the energy to the interaction between the thiazole inhibitor and the amino acid glu500 is close to 2 kcal. these results justify the discrepancy between the quantum mechanical optimization and the molecular dynamics. there is no experimental quantity activity to thiazole molecule. however, we believe that this inhibitor does not have a good activity to fak inhibition due to weak interaction energy with the fak binding site associate with long hydrogen bond distances. on the other hand, the sulfonamide molecule has a good activity to inhibit fak and very strong hydrogen bonds. 3.3 orbitals analysis the molecular orbitals obtained from ab-initio calculation are shown below in figure 3. amino acid sulfonamide oniom hydrogen bond distances ( a o ) sulfonamide md hydrogen bond distances ( a o ) thiazole oniom hydrogen bond distances ( a o ) thiazole md hydrogen bond distances ( a o ) atp oniom hydrogen bond distances ( a o ) atp md hydrogen bond distances ( a o ) lys454 1.4 1.6 cys502 1.9, 2.3 **** 2.5 4.0 2.5 arg426 1.9 **** glu500 3.5-4.0 2.8 2.06 met499 2.7 1.6 gln432 1.8 2.5 asp564 2.4 **** 2.0 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 original article 15 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 10-18 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 figure 3. molecular orbitals homo and lumo obtained from ab-initio calculations of the ligands (atp, sulfonamide and thiazole) in the binding site. the homo and lumo molecular orbitals obtained from ab-initio calculations show a pattern in the binding site for the ligands studied. homo orbitals are located mainly in the amino acids glu500 and met499. in the atp molecule, the lumo orbital is located at the amino acid gln432 while in the thiazole molecule, lumo orbital remains on the amino acids glu500 and met499. the orbital of the sulfonamide is located on the amino acid cys502. fluorine atoms of the sulfonamide inhibitor interact with amino acids met499 and glu500, while in the atp molecule the interaction occurs with the chemical group adenine. the bicyclic ring of the thiazole molecule has the same function as the adenine ring of the atp molecule and the fluorine atoms of the sulfonamide molecule. the construction of new inhibitors should be focused on towards the compliance of the hydrogen bonds obtained, as well as the arrangement of the homo / lumo orbitals that emphasize the importance of the connections and interactions with the amino acids met499 and glu500. the inhibitor thiazole has a long hydrogen bond and a weak hydrogen bond with the amino acids where are localized the orbitals homo and lumo. on the other hand, the inhibitor sulfonamide is close to homo and lumo orbital at the same time and it has high bond energy. the sulfonamide has a low ic50 indicating that less quantity of molecule is necessary to inhibit fak. the thiazole has https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 original article 16 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 10-18 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p10-18 unknown quantity experimental data (ic50). these data can reveal that thiazole can be not a good inhibitor to fak. 4. conclusions we studied two inhibitors using two kinds of calculations (molecular dynamic and oniom quantum mechanical approach). both calculations show similar hydrogen bonds to the inhibitors compared with atp molecule. however, the hydrogen bond distances and the bond energies are different to inhibitors. sulfonamide has a strong hydrogen bond with the amino acids glu500 and cys502 while the thiazole inhibitor has a weak hydrogen bond with these amino acids. molecular dynamics show close hydrogen bonds to sulfonamide and long hydrogen bond distances to thiazole. homo orbital is localized close to amino acid glu500 in the binding site. atp and sulfonamide are close to this orbital while the thiazole is far from the homo orbital. there is no number of activity (ic50) to thiazole. however, these results show that thiazole molecule could have a low experimental activity against fak, because the sulfonamide inhibitor has high activity with close hydrogen bonds to the amino acids (including the amino acids where are located homo and lumo orbitals) of the catalytic site at the same time it has strong hydrogen bonds with these amino acids. 5. acknowledgments i am grateful for the technological support of lqc (laboratory of computational chemistryunb). 6. references [1] mccubrey, j. a., abrams, s. l., stadelman, k., chappell, w. h., lahair, m., ferland, r. a., steelman, l. s., targeting signal transduction pathways to eliminate chemotherapeutic drug resistance and cancer stem cells, adv. enzyme regu. 50 (2010) 285-307. https://doi.org/10.1016/j.advenzreg.2009.10.016. 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l. c. ferreira2 e m. a. z. arruda 1* 1departamento de química analítica, universidade estadual de campinas (unicamp), campus universitário zeferino vaz, p.o. box, 6154, 13084-971, campinas, são paulo, brasil 2departamento de química analítica, universidade federal da bahia (ufba), campus universitário da ondina, 40170-290, salvador, bahia, brasil *to whom correspondence should be addressed. e-mail: zezzi@iqm.unicamp.br abstract: in this work is proposed a solid phase preconcentration system of co2+ ions and its posterior determination by gfaas in which fractional factorial design and response surface methodology (rsm) were used for optimization of the variables associated with preconcentration system performance. the method is based on cobalt extraction as a complex co2+-pan (1:2) in a mini-column of polyurethane foam (puf) impregnated with 1-(2-pyridylazo)-naphthol (pan) followed by elution with hcl solution and its determination by gfaas. the chemical and flow variables studied were ph, buffer concentration, eluent concentration and preconcentration and elution flow rates. results obtained from fractional factorial design 25-1 showed that only the variables ph, buffer concentration and interaction (ph x buffer concentration) based on analysis of variance (anova) were statistically significant at 95% confidence level. under optimised conditions, the method provided an enrichment factor of 11.6 fold with limit of detection and quantification of 38 and 130 ng l-1, respectively, and linear range varying from 0.13 to 10 µg l-1. the precision (n = 9) assessed by relative standard deviation (rsd) was respectively 5.18 and 2.87% for 0.3 and 3.0 µg l-1 cobalt concentrations. keywords: experimental designs; preconcentration system; polyurethane foam; cobalt. introduction cobalt is considered an essential element for living organisms in which present important role in metabolic process mainly those involving the vitamin b12 [1]. due to its low concentration mainly in natural water samples (0.1-0.5 µg l-1) [2] analytical methods with high sensitivity for its determination are required. in this way, in atomic spectrometry including flame atomic absorption spectrometry (faas) and graphite furnace atomic absorption spectrometry (gfaas), the methods for cobalt determinations commonly are accomplished by inserting preconcentration step previous to measurements. in gfaas, the methods are more promising due to higher power of detection than faas, thus indicating that preconcentration systems associate with gfaas is an attractive approach to enhance its performance based on sensitivity. cobalt determination by gfaas after preconcentration has usually been carried out by solid phase extraction [3], coprecipitation [4] and sorption on knotted reactor [5]. the process of solid phase extraction has been the most used because they usually do not employ hazardous solvent such as those liquid-liquid extraction system, present easy recovery of solid phase, high enrichment factors and may also be combine with flow systems [6]. although the solid phase preconcentration flow systems have to become an important analytical 66 ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 approach for metal determination, many procedures are still optimised using univariate methodology. particularly, in flow system in which several chemical and flow variables are optimised, the univariate methodology process may lead to erroneous conclusions when the effect of one particular variable is dependent to others [7]. furthermore, such optimisation presents time consuming and is less economical. in this way, in order to circumvent this drawbacks, experimental designs based on multivariate optimisation seems the most useful tool for searching those optimum conditions in an analytical method. the first step of multivariate optimisation is accomplished screening the factors studied (full factorial or fractional factorial) in order to obtain their significant effects in the analytical system. in a full factorial the combination of k variables is investigated by two levels, thereby this design will consist of 2k experiments. thus, to evaluate 7 variables 128 experiments will be need; for 8 variables 256 experiments have to be carried out; therefore it is obvious that the number of experiments depends on the number of variables. the fractional factorial design has successfully been used when several variables need to be optimised. it is based on a fraction (1/2, 1/4, 1/8……1/2p) of the full factorial and establish that the effect of third order or higher are negligible; so the number of experiments assume 2k-p experiments whereas p is the size of the fraction [8]. hence, if p = 1, the screening of 7 variables by using a fractional factorial design is accomplished with only 64 experiments. after established the significant factors from full or fractional design the optimum operation conditions is attained by using simultaneous designs more complete such as doehlert designs, central composite and star design plus central point [912]. with these designs, quadratic function as below demonstrated are obtained, in which describe the presence of surfaces being possible to attain the optimum condition. y = b0 + b1x1 + b2x2 + b1x1 2 + b2x2 2 + b12x1x2 where x1 and x2 are the factors studied; b0 is an independent term; b1 and b2 are the coefficients of the linear terms and b12 is the coefficient involved with the interactions between the factors. several studies involving experimental designs have been employed for achieve optimum condition in solid phase preconcentration procedures for organic and inorganic species determination [13,14]. thus, the aim of this work was to establish a multivariate methodology based on fractional factorial designs 25-1 and star design plus central point for optimisation of variables associated to solid phase preconcentration of cobalt onto a polyurethane foam mini-column impregnated with 1-(2-pyridylazo)-naphthol (pan) with posterior determination by gfaas. pan was chosen due to remarkable capacity to complex transitions metals. in addition, this reagent has been immobilized on dowex 50w x4-400 cation-exchange resin on solid phase spectrophotometry procedures for copper determination [15] also, it has been impregnated on amberlite xad-2 [16] and ambersorb 563 resin [17] in procedures for trace metals determination by faas. experimental instrumentation the absorbance measurements based on peak area were performed in a perkin-elmer aanalyst 600 atomic absorption spectrometer equipped with a longitudinal zeeman-effect background correction system, as well as graphite atomiser tube with integrated l’vov platforms. cobalt hollow cathode lamp used as radiation source was operated at standard conditions as recommended by manufacturer. for preconcentration system, a homemade injector commutator was used to select preconcentration/elution steps while all solutions were propelled by an ismatec model ipc peristaltic pump with tygon tubes and connections made of teflon. the mini-column used for packing the polyurethane foam impregnated with 1-(2pyridylazo)-naphthol (pan) was made in polyethylene tube (6 cm length and 4 mm i.d.). the ph of solutions was measured with a digimed dm 20 ph meter. reagents and solutions deionised water, obtained from milli-q system, was used to prepare the solutions and all reagents were analytical grade. cobalt reference 67ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 standard solutions were prepared immediately before use, by dilution of a 1000 mg l-1 stock standard solutions (merck). stock solutions of phosphate and borate buffer (merck) were, respectively, prepared from kh2po4 and na2b4o7.10h2o salts dissolved in 1000 ml of deionised water and ph adjusted with 1.0 mol l-1 hcl solution or 1.0 mol l-1 naoh solution. for preparing the 1-(2-pyridylazo)naphthol solution at 0.05 % (w/v) concentration, 0.025 g of the reagent was dissolved in 50 ml of ethanol (99.5% v/v) (j. t. baker). commercial polyurethane foam open-cell polyether-type (puf) was used as a support material to pan provided 10-12 cells per linear cm resilience and had a density of 23 mg cm–3. before packing into mini-column, puf was submitted to the treatment as previously described [18]. preparation of mini-column of puf impregnated with pan the loading of pan onto puf was performed by percolating the 0.05 % (w/v) pan solution through a mini-column packed with 100 mg of polyurethane foam at a flow rate of 2.5 ml min-1 for 5 min. then, a 10% (v/v) sodium hydroxide solution was percolated through mini-column in order to remove the excess of pan until effluent became colourless. afterwards, at the same flow rate, the mini-column was washed with 5% (v/v) nitric acid solution and deionised water to prevent any metal contamination. preconcentration system the preconcentration step was accomplished by propelling a cobalt solution buffered at ph 8.2 with borate buffer through 100 mg of puf-pan packed into mini-column at flow rate of 5.0 ml min-1, where co2+ ions were retained by complex formation as co2+-pan (1:2). after preconcentration, the elution step was made by switching the position of injector whose co2+ ions were displaced from mini-column by 1.0 ml of 0.1 mol l-1 hcl at the same preconcentration flow rate. the eluate colleted in flasks was then analysed by gfaas. the graphite furnace program applied for cobalt determination was carried out by recommendation of manufactures. optimisation strategy the first step of the multivariate studies was carried out aiming to screen the effect of five factors in the preconcentration system. for this task, a fractional factorial design 25-1 without replicates was conducted with only 16 experiments. in order to analyse which effects from factors and their interactions that possibly to be confounded, the generator i= abcde of fractional factorial design was adopted. the flow and chemical variables including sample ph, preconcentration and elution flow rates, buffer and eluent concentration in which commonly affect the solid phase preconcentration were evaluated. minimum and maximum levels of these variables are summarised in table 1. table 1. factors and experimental domain used in the fractional factorial design 25-1 for multivariate analyses of the cobalt preconcentration system a. kh2po4/naoh 68 ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 these experiments were performed under a random order by preconcentration 25 ml of cobalt solution 2.0 µg l-1 followed by elution with 1.0 ml of hcl solution. after establishing the significant factors in the preconcentration system, assays based on design 22 plus central point were carried out in order to achieve the best results in central point. additional design based on evop (evolution operation) was made by shifting the direction of factors so that higher analytical response could be obtained in central point. once obtained such conditions, the star design plus central point, in which makes possible to achieve the quadratic function was performed. finally, from quadratic function as well as the respectively response surface, the optimum values of the factors studied were obtained. results and discussion fractional factorial design for assessing the effect of experimental variables the fractional factorial design 25-1 performed without replicates was employed as the first screening to evaluate the result and estimate of the main effects (in this case called as estimate of the contrast) to the preconcentration system of cobalt. the experimental results are shown in table 2. table 2. fractional factorial design 25-1 and the results obtained for cobalt determination after preconcentration onto puf-pan. the generator of fractional factorial design is i = abcde pfr = preconcentration flow rate, bc = buffer concentration, ec = eluent concentration, efr = elution flow rate. 69ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 a briefly evaluation from data shown in table 2, demonstrate that higher analytical response are obtained in the runs 2, 4, 10 and 12, thus previously indicating that only ph and buffer concentration factors are significant. the significance of factors can be confirmed by probability cumulative plot displayed in fig. 1. as can be illustrates, all points nearly on a linear curve on probability cumulative plot are not significant, thus attesting that only ph, buffer concentration and interaction (ph x buffer concentration) are statistically significant at 95% confidence level. as a chemical evaluation, the positive contrast obtained for ph indicates that cobalt complexation with pan reagent takes place in ph range above the experimental domain i.e, its complexation is favored at ph higher than 8. on the other hand, negative contrast obtained for buffer concentration shows that higher concentration provides a decrease in the analytical signal probably due to competition between phosphate anions with pan for cobalt ions. the effects for preconcentration and elution flow rate factors, as well as its interactions were not significant, thus indicating that a fast kinetic process is involved in the formation of the co2+-pan (1:2) complex. the insignificance of eluent concentration factor indicates that 0.1 mol l-1 hcl solution is enough to release the cobalt retained by pan in the mini-column. after establishing ph and buffer concentration as statistically significant factors, a new factorial design based on 22 plus central point was evaluate. these experiments were performed setting all the other factors fixed: 5.0 ml min-1 preconcentration flow rate, 0.1 mol l-1 hcl as eluent and 5.0 ml min-1 elution flow rate. maximum and minimum levels, central point and results are showed in table 3.figure 1. probability cumulative plot , bc = phosphate buffer concentration. table 3. design 22 plus central point using kh2po4/naoh as buffer solution levels (-), (0) and (+) are attributed, respectively to ph values of 6, 7 and 8 and buffer concentration (bc) 0.01, 0.03 and 0.05 mol l-1. 70 ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 as one can see, it is possible to note that in the central point does not present the best analytical response. therefore, a new experiment using evop based on design 22 plus central point was performed so that an optimum region was attained. however, for these experiments the phosphate buffer was changed to a borate buffer because it provides a much better buffering capacity in this new ph range (7.0-9.0). the results obtained are shown in table 4, together with the corresponding matrix design. as one shown, in the range tested for these factors the best results were observed in central point. according to these data, it was necessary to evaluate the significance of linear regression model for further application of star design plus central point. thus, test for significance of the regression model and test for lack of fit were performed by analysis of variance (anova). in this sense, according to f-test, the ratio between medium quadratic of lack of fit (lof) and pure experimental error (pe) was compared to tabled values of fdistribution. hence, as flof/pe (368.7) exceeded the critical f2,2,95% (19.0), the linear model presents lack of fit and obviously it is considered unsatisfactory. once known that the best results were obtained around central point as well as the linear model was not satisfactory, the star design plus central point (three measurements) was carried out in order to obtain a quadratic function. the levels used and respectively responses are summarized in table 5. the anova results obtained from this design showed that the quadratic model did not show lack of fit since flof/pe (10.86) was less than the critical f3,2,95% (19.16), thus emphasizing that the model is significant. moreover, the regression component explained by 97.83% also corroborates the significance of quadratic model. the ratio between medium quadratic of regression component and residual component (45.05) was also compared to tabled values of f-distribution, whose value was higher than the critical (f5,5,95% = 5.05 significant regression). overall the results indicated that the quadratic model was satisfactory as can be observed by equivalent results between experimental response and expected response by quadratic model (table 6). table 4. design 22 plus central point using na2b4o7/hcl as buffer solution levels (-), (0) and (+) are attributed, respectively to ph 7, 8 and 9 and buffer concentration 0.006, 0.01 and 0.014 mol l-1. 71ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 table 5. factorial design 22 plus central point plus star using na2b4o7/hcl as buffer solution levels –1.4142, (-), (0), (+) and 1.4142 are attributed, respectively for ph values of 5.6, 6.0, 7.0, 8.0 and 8.4 and for buffer concentration 0.0018, 0.0100, 0.0300, 0.050 and 0.0582 mol l-1. table 6. validation of the method for cobalt determination in spiked mineral water samples a. the results are expressed as mean value ± s.d based on tree replicates (n = 3) determinations. confidence interval, 95%. 72 ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 the eq.(2) of the quadratic model was following: (a) figure 2. response surface (a) and contour plot (b) obtained under optimised conditions. (b) v = 0,1865 + 0,0241ph 0,0068bc 0,0541ph2 0,0254bc2 0,0104phbc eq.(2) the response surface as well as contour plot constructed from this equation is shown in fig. 2. 73ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 this response surface has a maximum, whose coordinate is calculated by solving the system of equation: δ v / dph = 0 and δ v/ dbc = 0 the critical point is located at the position given by 8.2 in ph and 9.3 x 10-3 mol l-1 in borate buffer concentration. analytical features and validation of the cobalt preconcentration method according to results obtained from linear range, cobalt can be determined in the 0.13 to 10 mg l-1 range whose linear regression was 0.997. as 5.0 ml min-1 sampling flow rate was used in this procedure, 25 ml of sampling volume require a sampling time of 5 min. the preconcentration factor (pf) was calculated by slope ratio of the calibration curves obtained with and without the preconcentration step. this procedure is the most used to evaluate the sensitivity obtained by insert a preconcentration step previous measures. so, the preconcentration factor obtained in this work was 11.6. although preconcentration factor is considered the most usual procedure to evaluate the performance of preconcentration system, this concept cannot be used alone because, in general, higher preconcentration factors are obtained when high sample volume preconcentration are employed. in this situation, the sample throughput, which is an important factor on preconcentration system, is not considered. therefore, as the present preconcentration procedure is accomplished by off-line mode, the sample consumption based on consumptive index (ci) becomes an efficient way to evaluate the performance of preconcentration system [19]. consumptive index is expressed by volume of analyte solution vs and the pf ratio (ci = vs/pf), thus indicating the necessary volume to attain one unit of preconcentration factor. in this way, consumptive index obtained in the present work was 2.15 ml in which is much less than previous works [20-26]. the limits of detection (lod) as quantification (loq) were obtained by means of literature [27], in which was defined, respectively, as the ratio of three and ten times the standard deviation of the blank solution (n=20) by slope of the analytical curve. the respectively lod and loq for cobalt were 38 and 130 ng l-1, respectively. the precision, calculated as relative standard deviation (rsd) for 9 replicates, was 5.2 and 2.9 % for 0.3 and 3.0 mg l-1, respectively. as an application, the method was employed for cobalt determination in mineral waters. as one can see in table 6, the cobalt concentration in analysed samples was below to the limit of quantification (130 ng l-1). thus, the accuracy of the method was carried out from test of addition and recovery, whose results ranging from 94 to 106% makes possible to confirm the accuracy of the method. it is important to emphasize that although cobalt was not directly determined in these samples the limit of quantification of the present method shows that cobalt can be determined in natural water according to common levels (0.1 to 0.5 mg l-1) [2]. conclusions the proposed cobalt preconcentration method, which involves solid phase extraction in a mini-column containing polyurethane foam impregnated with 1-(2-pyridylazo)-naphthol can be considered a suitable analytical strategy for cobalt determination in water samples. the present method is considered simple and provides economy of chelating agent unlike many preconcentration procedures, in which commonly employ unloaded solid support, thus requiring additional lines in the flow system to the chelating agents. moreover, based on consumptive index, the proposed method requires only 2.15 ml of sample to provides one unit of preconcentration factor that is lower than others solid phase preconcentration procedure for cobalt determination. regarding the multivariate optimisation, it was possible note the usefulness of experimental designs in the optimisation of cobalt preconcentration method based on solid phase extraction. in addition, fractional factorial was efficiently used to estimate the main effects as well as the interactions of variables using few experiments as that employed in a usual full factorial. it is an important characteristic on experimental designs mainly if one considers preconcentration systems, in which several chemical and flow variables has to be optimised. furthermore, using factorial design it was possible to obtain optimum conditions for ph and borate buffer concentration in which could never be attained if univariate procedure for optimisation was used. 74 ecl. quím., são paulo, 30(1): 65-74, 2005 acknowledgements the authors acknowledge the fapesp (grant number 01/05614-0) and capes for financial support. g. d. m, s. l. c. f and m. a. z. a are grateful to cnpq for scholarships. authors also thank to prof. carol h. collins for language assistance. recebido em: 09/11/2004 aceito em: 21/12/2004 g. d. matos, c. r.t. tarley, s. l. c. ferreira e m. a. z. arruda. uso de planejamento experimental na otimização de um sistema de pré-concentração em fase sólida para a determinação de cobalto por gfaas resumo: no presente trabalho é proposto um sistema de pré-concentração em fase sólida de íons co2+ com posterior determinação por gfaas, cuja otimização das variáveis associadas ao desempenho do sistema de pré-concentração foi realizada por planejamento fatorial fracionário e metodologia de superfície de resposta (msr). o método é baseado na extração de cobalto como um complexo co2+-pan (1:2) em uma minicoluna de espuma de poliuretano (epu) impregnada com 1-(2-piridilazo)-naftol (pan) seguido pela eluição com solução de hcl e determinação por gfaas. as variáveis químicas e de fluxo estudadas foram ph, concentração do tampão, concentração do eluente e vazões de pré-concentração e eluição. os resultados obtidos a partir do planejamento fatorial fracionário 25-1 mostraram, com base na análise de variância (anova), que apenas as variáveis ph, concentração do tampão e a interação (ph x concentração do tampão) foram estatisticamente significativas com nível de 95% de confiança. nas condições otimizadas, o método forneceu um fator de enriquecimento de 11,6 vezes com respectivos limites de detecção e quantificação de 38 e 130 ng l-1 e faixa linear variando de 0,13 a 10 mg l-1. a precisão (n=9) avaliada em termos de desvio padrão relativo (dpr) foi respectivamente de 5,18 e 2,87% para concentrações de cobalto de 0,3 e 3,0 mg l-1. palavras-chave: planejamento experimental; sistema de pré-concentração; espuma de poliuretano; cobalto. references [1] c. c. nascentes, m. a. z. arruda, talanta 61 (2003) 759. 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[27] l. g. long, j. d. winefordner, anal. chem. 55 (1983) 713. 1 eclética química, 38, 176-186, 2013. 176 determinação do número de ciclos de reuso do adsorvente cinza de casca de arroz no tratamento de um banho residual de tingimento têxtil ivonete o. barcellos1*; thyego de lima1; ana maria blosfeld2 1-departamento de química – campus i, furb, rua antônio da veiga, 140, 89012-900, blumenau – sc 2-instituto furb de serviços, pesquisa e inovação, furb, rua são paulo, 3366, campus ii bloco p. 89030-000 blumenau – sc. este estudo avaliou um sistema de fluxo contínuo utilizando cinzas de casca de arroz como adsorvente para tratamento do banho residual de tingimento têxtil. o sistema consistiu na recirculação do efluente numa bureta contendo o adsorvente. este procedimento foi realizado em cinco ciclos de reutilização do adsorvente. a demanda química de oxigênio e cor foi determinada pela estimativa da eficiência do adsorvente em função do tempo, comparando os ciclos de reuso das águas residuais, antes e depois de tratadas com cinzas. a máxima eficiência obtida foi de 91% no 1 º ciclo. no entanto, no ciclo 5, a eficiência do adsorvente foi em torno de 46%. palavras chave: adsorção, cinza de casca de arroz, corantes reativos. abstract this study evaluated a continuous flow system using rice husk ash as an adsorbent to treat textile bath dyeing residual. the system consisted in recirculating the effluent in a burette containing the adsorbent. this procedure was performed in five cycles of reuse of the adsorbent. chemical oxygen demand and color were determined by the estimate of the adsorbent’s efficiency as a function of time by comparing the cycles of reuse bath dying residual, raw wastewater and wastewater treated with ashes. the maximum efficiency obtained was 91% in the 1 st cycle. however, in the 5 th cycle the efficiency adsorbent was near 46%. key words: adsorption, rice husk ash, reactive dyes introdução o crescimento populacional e principalmente industrial, nas últimas décadas, vem sendo marcadas por episódios lamentáveis de poluição e destruição do meio ambiente. isto pode ser observado através de alterações na qualidade do solo, água e ar [1]. as indústrias de beneficiamento têxtil apresentam níveis elevados de consumo de água por quilo de malha beneficiada, em torno de 50 a 100l por kg de produto têxtil acabado, sendo este setor responsável por 15% da água consumida pelas indústrias. em geral. ao final dos processos de beneficiamento tais como: a preparação, tingimento e acabamento, a água utilizada, ou eclética química, 38, 176-186, 2013. 177 seja, o efluente gerado está contaminado com corantes e diversos produtos auxiliares, entre detergentes, gomas, antiespumantes, formóis, cloro, apresentando assim alta concentração de carga orgânica, além de outras substâncias nocivas ao meio ambiente [2,3]. o método de adsorção utilizando-se de materiais alternativos e naturais como adsorventes vem sendo estudado, visando eficiência e economia em tratamento de efluentes e um melhor aproveitamento de resíduos antes considerados inúteis. 4-9 dentre estes destacamos a cinza de casca de arroz, que é um resíduo do agronegócio gerado em abundância e que tem despertado o interesse de pesquisadores por suas propriedades adsorvente [10]. a realização deste trabalho teve como objetivo principal avaliar o número de ciclos de reutilização das cinzas de casca de arroz como adsorvente no tratamento de um banho residual de tingimento têxtil. a cinza da casca de arroz e suas aplicações a produção de arroz na safra 2009/2010 no brasil e em santa catarina foi estimada em 12016,3 e 1063,8 mil toneladas, respectivamente. se 23% deste valor correspondem à casca e 18% da massa da casca é cinza, a produção de cinzas de casca de arroz corresponde 497474,82 toneladas no brasil e 44041,32 toneladas em sc [11,12]. as empresas beneficiadoras de arroz, que utilizam a casca como combustível para a secagem, parboilização do cereal e aquecimento dos silos de armazenamento, quando não possuem processos para o aproveitamento e/ou descarte adequado das cinzas geradas com a queima essas têm como destino terrenos baldios ou são lançadas em rios e córregos, provocando poluição e contaminação de mananciais e agressão à saúde da população [13]. várias alternativas tecnológicas têm sido estudadas visando o aproveitamento das cinzas de casca de arroz, geradas na combustão da casca em usinas beneficiadoras de arroz que utilizam este material como combustível [14]. assim na literatura encontram-se diversos estudos realizados utilizando a cinza de casca de arroz como adsorvente para corantes [4,5,15-18]. barcellos et al estudaram a cinética de adsorção dos corantes reativos procion(amarelo h-exl e marinho h-exl) em cinzas de casca de arroz. os estudos foram realizados com soluções monocrômicas desses corantes de 0,01 a 0,08 g.l 1 , variando-se a concentração do adsorvente entre 30 e 80 g.l -1 . as soluções de corantes foram mantidas sob agitação constante nas temperaturas de 40°c e 50°c. a maior eficiência (96,2%) do adsorvente foi com o corante marinho h-exl, a 50°c durante um período de 96 h. sendo favorecida pelo aumento da temperatura. baseado nos resultados obtidos nestes experimentos realizados com estas soluções puras de corantes têxteis pode-se concluir que a cinza de casca de arroz poderia ser uma alternativa no tratamento de efluentes têxteis, porém se faz necessário a comprovação experimental com efluentes reais para tal afirmação, uma vez que a presença dos produtos químicos auxiliares dos processos pode afetar o processo de adsorção [4]. oliveira et al utilizaram cinzas de casca de arroz como adsorvente para a clarificação de óleo residual. ao óleo foram adicionados 10% do adsorvente em dois tipos de amostras, a que foi agitada e outra que ficou em repouso por 24h. constatou-se um grau de clarificação de 70,62% para o teste em agitação e 17,93% para o teste em repouso. portanto a agitação mostrou-se um parâmetro muito importante no processo de adsorção [18]. chaves, t. f. et al estudaram a utilização da cinza de casca de arroz na remoção do corante azul de metileno em soluções aquosas, em um período de 24 h onde a eficiência de remoção do corante atingiu 84%. à medida que o tempo de contato aumentou houve uma elevação na eficiência de remoção, atingindo a faixa de 94% para o tempo de 48 h [19]. sharma et al também estudaram a remoção do corante azul de metileno em soluções aquosas utilizando neste caso a casca e a cinza de casca de arroz. verificaram que o ph ótimo para o processo foi o neutro e que a eficiência da adsorção aumentava com o eclética química, 38, 176-186, 2013. 178 acréscimo da temperatura. comparando estudos que utilizaram resíduos agrícolas e industriais como adsorventes (bioadsorventes), constatou-se que entre esses os que possuem máxima capacidade de adsorção são as cinzas de casca de arroz e a casca de arroz [20]. lakshmi et al estudaram a adsorção do corante índigo carmine na cinza de casca de arroz em sistema de batelada. este corante é muito utilizado em indústrias têxteis e alimentícias e trata-se de um corante aniônico. neste estudo investigou-se o efeito de fatores como o ph, quantidade do adsorvente, concentração inicial do corante e tempo de contato em relação à eficiência da adsorção. as capacidades de adsorção do corante pelo adsorvente foram de 29.3, 33.5, 40.3 e 65.9 mg.g -1 nas temperaturas de 293, 303, 313 e 323 k respectivamente. a conclusão dos autores é que a cinza de casca de arroz é um eficiente adsorvente para o corante índigo carmine [16]. ferro e wiebeck utilizaram a cinza de casca de arroz como carga em matrizes de poliamida 6 e poliamida 6,6. comparou-se as propriedades mecânicas de resistência a tração, a flexão, ao impacto e a propriedade térmica de fio incandescente entre compostos de poliamida 6 e poliamida 6.6, com 30% de cinza de casca de arroz e 30% de talco como comparativo. os resultados de propriedades mecânicas e térmica mostraram-se semelhantes entre os testes com o talco e as cinzas de casca de arroz [21]. efluente têxtil o efluente têxtil é geralmente caracterizado pela sua composição extremamente heterogênea, possuindo elevada demanda química de oxigênio (dqo), demanda bioquímica de oxigênio (dbo), cor muito intensa, ph altamente flutuante, considerável quantidade de metais pesados (cr, ni ou cu), surfactantes entre outros [22,23]. a cor não possui parâmetro legal para lançamento de efluentes em corpos receptores, principalmente devido à crença de que compostos que contêm grupos cromóforos não apresentem um apreciável impacto ambiental. no entanto, a cor pode ser altamente interferente nos processos fotossintéticos naturais nos leitos dos rios e em lagoas, provocando alterações na biota aquática principalmente nas imediações da descarga [24,25]. existem várias classes de corantes utilizados em processos de tingimento na indústria têxtil, como reativos, ácidos, básicos, dispersos, a cuba, sulfurosos, diretos entre outros. a classificação dos corantes está relacionada à sua estrutura química e a natureza da fibra que o corante irá interagir [26,27]. além dos corantes, também é necessário a adição de uma grande variedade de produtos químicos chamados de auxiliares nos processos de beneficiamento têxtil, para controlar diversas variáveis que influenciam no tingimento, visando assim processos mais eficazes e controlados. os principais auxiliares utilizados são: sais (cloreto e sulfato de sódio), agentes oxidantes( peróxido de hidrogênio), agentes redutores como o hidrossulfito de sódio, detergentes, sequestrantes, retardantes, igualizantes, umectantes, antiespumantes, amaciantes, ácidos, bases entre outros [22]. diversas são as técnicas estudadas e empregadas em tratamento de efluentes. dentre elas destacam-se processos físico-químicos de precipitação-coagulação, tratamento com ozônio, processos oxidativos avançados utilização de tecnologias de membrana como osmose reversa, microfiltração, ultrafiltração, e a adsorção [28-31]. chiarello et al utilizaram soluções de corantes reativos procion amarelo h-exl, procion marinho h-exl e procion crimson hexl tratadas com cinzas de casca de arroz, em tingimentos de tecidos de algodão pré-alvejados, empregando-se os mesmos corantes utilizados nas soluções tratadas por adsorção. a remoção de cor pelo processo de adsorção com cinzas de casca de arroz variou entre 87% e 98,5% e os resultados de reutilização foram bons para diluição com 20% de água destilada, obtendo-se um ∆e=0,24, representando então uma economia de 80% com o reuso da água [32]. chiarello e barcellos também avaliaram o reuso de soluções de corantes eclética química, 38, 176-186, 2013. 179 ácidos(erionyl vermelho a-3b) tratados com farelo da fibra do pseudocaule da bananeira. o índice de remoção do corante em solução foi superior a 90%. estas soluções de corantes tratadas foram reutilizadas no tingimento de malhas 100% poliamida 66 com dois corantes ácidos: erionyl vermelho a-3b e amarelo rxl. os resultados foram favoráveis apenas para os tingimentos utilizando o corante erionyl vermelho a-3b, apresentando um ∆e próximo dos limites aceitáveis pela indústria têxtil (∆e ≤ 1,0), sendo de 1,03 para a solução diluída a 50% com água destilada e 1,04 para a solução sem diluição. portanto neste caso a diluição não se faz necessária para melhorar a reprodutibilidade da cor [33]. batisti et al reaproveitaram efluentes sintéticos tratados por processo de adsorção em tingimentos de tecido 100% malha náilon 6.6 em escala laboratorial. produziram-se efluentes sintéticos a partir de tingimentos em tecidos de poliamida com os corantes: vermelho ácido erionyl a-3b, amarelo ácido erionyl rxl e marinho ácido erionyl r na presença e ausência de auxiliares têxteis. os rejeitos dos tingimentos foram tratados por processo de adsorção com uma blenda náilon 6.6/quitosana na proporção de 80/20 na forma de flocos, obtendo-se índices de remoção de cor superiores a 95%. depois de tratados os rejeitos foram reaproveitados em novos tingimentos de tecidos de poliamida com corantes ácidos em escala laboratorial. os resultados quanto às propriedades tintoriais (k/s e ∆e), foram considerados satisfatórios para os banhos dos rejeitos monocrômicos, comparados ao padrão utilizado e os aceitos pelas indústrias (e1,0) [22]. procedimentos experimentais preparação do adsorvente as cinzas de casca de arroz utilizadas foram cedidas por uma empresa de beneficiamento de arroz do vale do itajaí (sc). a cinza apresentava cor preta, indicando residual de carbono na mesma. as etapas de preparação das cinzas consistiram de duas lavagens com água a temperatura de 70°c a 90 rpm por um período de 24h em cada lavagem, sendo posteriormente secas em estufa a 90°c, e peneiradas em uma malha de 170 mesh, que corresponde a uma granulometria de 88 μm. apesar dos experimentos realizados por barcellos et al [4] terem apresentado bons resultados utilizando cinzas de casca de arroz com granulometria entre 119 e 296 μm, optou-se por utilizar neste projeto as cinzas com granulometria menor por ampliar a variedade de granulometria e desta maneira comparar as eficiências obtidos neste trabalho com os da autora. coleta da amostra para tratamento a amostra para tratamento foi coletada diretamente de uma máquina industrial de tingimento no estágio de neutralização da malha (viscose) após o tingimento. os corantes presentes no banho residual de tingimento têxtil formavam uma bicromia, sendo o amarelo remazol ultra rbg e vermelho remazol rgb gran, ambos reativos e com concentrações de 0,10% e 1,49% respectivamente. produtos auxiliares como antiespumante, dispersante, álcali, anti redutor, cloreto de sódio e neutralizador ácido também fazem parte da receita de tingimento do banho coletado, não informado a especificação pela fonte doadora. a amostra coletada foi armazenada sob refrigeração a 5°c durante os experimentos, visando a preservação de suas propriedades físicoquímicas durante os estudos experimentais. adaptação do sistema para fluxo contínuo o sistema de fluxo contínuo adaptado para tratamento do banho residual de tingimento têxtil utilizando cinza de casca de arroz como adsorvente consiste de uma bomba peristáltica, mangueiras e uma bureta de 100 ml conforme a figura 1. dentro da bureta colocou-se um chumaço de algodão para impedir que partículas do adsorvente passassem para as mangueiras da bomba ocasionando entupimentos. logo acima do chumaço de algodão foi colocado o adsorvente, sobre qual foi adicionado o banho de tingimento eclética química, 38, 176-186, 2013. 180 residual (figura 1a) proveniente da máquina de tingir da empresa. figura 1 – foto do sistema de fluxo contínuo para o tratamento com cinzas de casca de arroz. (a) banho de tingimento bruto + cinzas; (b) banho de tingimento tratado + cinzas determinação da quantidade ideal de adsorvente para a determinação da quantidade ideal de adsorvente a ser empregada, os testes foram todos realizados com um volume padrão de amostra (banho de tingimento residual) de 100 ml, com vazão fixa de 40 ml.min -1 e a temperatura ambiente constante (20 ± 3°c). baseando-se em resultados obtidos em estudos anteriores por barcellos et al [4], que utilizaram 8% (m/v) de cinzas de casca de arroz em seus estudos de adsorção, realizou-se três testes, com 7%, 10% e 13% (m/v) de adsorvente visando avaliar o desempenho do adsorvente quanto a sua eficiência máxima e tempo necessário para atingir a mesma. determinação da eficiência do adsorvente em diferentes ciclos de tratamento através de um espectrofotômetro uv – visível (shimadzu – 1601 pc) determinou-se o comprimento de onda de máxima absorção (λmáx) do banho de tingimento para viabilizar o monitoramento da variação da absorbância da amostra em função do tempo. o valor do λmáx encontrado foi de 506 nm. para a determinação do número de ciclos de reuso em função da eficiência do adsorvente monitorou-se a absorbância da amostra em função do tempo de processo, sendo a medida da absorbância o indicador de eficiência do adsorvente. a medida que a eficiência demonstrava taxas muito pequenas de aumento em função do tempo ou até estabilizar (equilíbrio), o experimento era interrompido, caracterizando um ciclo de adsorção. para começar um novo ciclo de adsorção apenas se retirava a amostra já tratada da bureta, adicionando-se uma nova amostra não tratada de mesma procedência. assim repetiu-se o procedimento para a determinação do número de ciclos de reuso do adsorvente, fixando-se o parâmetro de eficiência de no mínimo 50%. os percentuais de eficiência (e) foram determinados de acordo com a equação1: análises físico-químicas dos banhos de tingimento foram realizadas análises físico-químicas de cor e dqo (demanda química de oxigênio) com as amostras dos banhos antes e pós tratamento com cinzas de casca de arroz. para garantir a veracidade dos resultados os testes foram realizados em triplicata, porém são apresentados apenas as médias dos resultados. cor aparente (ptco) utilizou-se um espectrofotômetro hach 2800 para a determinação de cor das amostras. o instrumento possui uma curva de calibração de cor (ptco) em função da absorbância da amostra em 455 nm. o método utilizado foi o hach 8025 (apha platinum-cobalt standard method). demanda química de oxigênio (dqo) utilizou-se um reator de dqo hach, espectrofotômetro hach 2800 e kit de reagentes hach para determinação de dqo. o método utilizado foi o hach 8000 (reactor method digestion). o princípio do método baseia-se na digestão da amostra a 150°c por um período de 2h 100(%) xe i fi abs absabs   (a) (b) eclética química, 38, 176-186, 2013. 181 em um meio aquoso oxidante. após a digestão é conferida uma certa coloração a amostra, e através da absorbância em 620 nm determina-se a dqo da amostra, justo que o instrumento possui uma curva de calibração da dqo em função da absorbância. resultados e discussão otimização das quantidades do adsorvente este experimento teve como objetivo verificar qual a quantidade ideal de adsorvente a ser utilizada nos estudos de adsorção. foi levado em consideração principalmente o tempo necessário para estabilização do processo de adsorção bem como a eficiência do adsorvente (%) determinada a partir da equação1. foram obtidas nos três experimentos eficiências máximas relativamente próximas, sendo de 94%, 91% e 93% para o teste com 7g, 10g e 13 g de adsorvente, respectivamente. porém o que se diferenciou muito entre os testes foi o tempo necessário para que estabelece-se o equilíbrio de adsorção, sendo de aproximadamente 97h para o teste com 7g, 22h para o teste com 10g e apenas 3h para o teste com 13g, conforme mostra figura 2. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 e fi c iê n c ia ( % ) tempo (h) figura 2 gráfico de eficiência do adsorvente em função do tempo utilizando 7, 10 e 13 g do adsorvente. 7g  10 g  13g das três alternativas testadas optou-se por utilizar 10g do adsorvente, visto que em comparação ao teste com 7g necessitou de apenas de 23% do tempo para atingir o equilíbrio de adsorção com eficiências muito próximas e elevadas para remoção da cor (figura 1b). o teste com 13g foi o que apresentou um melhor desempenho no que diz a respeito ao tempo necessário para se atingir o equilíbrio de adsorção, correspondendo a 2,6% e 11% do tempo necessário para que os testes com 7g e 10g atingissem o equilíbrio respectivamente. optou-se por não utilizar 13g do adsorvente, pensando-se na possibilidade de utilizar o adsorvente em uma planta real de ete. comparando-se as massas de 10 e 13g do adsorvente verifica-se um acréscimo de 30%, o que representaria uma elevada quantidade de adsorvente, considerando que a vazão média de uma indústria têxtil de médio/grande porte é cerca de 150 m 3 .h -1 . ahmad e hameed[5] utilizando carvão ativado de restos de bambu no tratamento de um efluente têxtil real atingiram um índice de eficiência de 91,8% utilizando apenas 0,3g de adsorvente por 100 ml de efluente em um tempo de 10h. comparando o experimento o qual foi utilizado 10g de adsorvente com o resultado da literatura [5], verifica-se que as quantidades de adsorvente utilizada e o tempo necessário para o equilíbrio de adsorção foram superiores, porém é valido ressaltar que o carvão ativado de restos de bambu foi preparado através de um método químico, encarecendo o processo e gerando resíduos ambientais, enquanto que em nosso estudo as cinzas são resíduos utilizados neste caso sem tratamento prévio. ciclos de reutilização a partir dos parâmetros pré-fixados iniciou-se a seqüência de testes visando avaliar eficiência do adsorvente na remoção dos corantes do banho de tingimento em função dos ciclos de reutilização do mesmo. a figura 3 mostra que a eficiência máxima (91%) do teste ocorre no tempo de 50,5h, porém no tempo de aproximadamente 22h taxa de (1) eclética química, 38, 176-186, 2013. 182 aumento da eficiência já era muito pequena tendo uma diferença de apenas 0,3% em um tempo de 28h para o primeiro ciclo de tratamento. desta maneira pode-se considerar que com o tempo de 22h o adsorvente teria atingindo a sua eficiência máxima viável considerando também o tempo como um indicador de eficiência. é possível verificar também que a taxa de eficiência decresce com o aumento do tempo, tendendo a estabilizar em tempo infinito. barcellos et al [31] utilizando cinzas de casca de arroz como adsorvente no tratamento de soluções de corantes reativos, obtiveram uma eficiência máxima do adsorvente de 96% em um tempo de 96h utilizando 80g.l -1 de adsorvente. apesar da eficiência deste experimento ter sido inferior comparada à apresentada pelos autores acima citados, verificase que o tempo necessário para o equilíbrio de adsorção neste experimento foi muito menor. o sistema utilizado para o processo de adsorção foi diferente, sendo que os autores [31] utilizaram sistema de batelada sob agitação constante em temperaturas de 40°c e 50°c, onde observaram que o acréscimo na temperatura favoreceu o processo de adsorção. enquanto que os experimentos deste trabalho foram realizados por sistema de fluxo contínuo a temperatura ambiente (20 ± 3°c). no ciclo nº 02 do tratamento a eficiência do adsorvente diminuiu cerca de 1,3% do tempo de 95h para 104 h e isto pode acontecer em função do equilíbrio de adsorção deste sistema. com o tempo de 99h o adsorvente atingiu sua eficiência máxima do teste, sendo esta de 86%, isto porque o adsorvente começa a apresentar diminuição dos sítios disponíveis para adsorção. observa-se que a eficiência máxima obtida no ciclo nº 03 de reutilização do adsorvente foi de 74% no tempo de aproximadamente 160 h. porém percebe-se que no tempo 144 h onde a eficiência era de 73% para 160,3 horas a eficiência aumentou apenas 1,4%, julgando-se ser um aumento muito pequeno para um tempo de 16,4h, portanto desnecessário. no ciclo nº 04 do tratamento a eficiência máxima obtida no teste foi de 60% para um período de 160 h. entretanto percebe-se que a partir de 40 h a taxa de aumento da eficiência do adsorvente diminuiu muito. enquanto para o ciclo nº 05 do tratamento a eficiência máxima foi de aproximadamente 46 % em 139 h, porém no tempo de 120 h a eficiência já havia atingido 45% perfazendo uma diferença de apenas 0,5% em um tempo de 19,2 h. este foi o último teste de reuso das cinzas, visto que se fixou previamente como parâmetro para a avaliação do nº de ciclos de uso do adsorvente uma eficiência mínima de 50%. figura 3 variação da eficiência em função do tempo nos diferentes ciclos de reuso do adsorvente. 1ociclo 2ociclo 3ociclo  4ociclo 5ociclo analisando os gráficos de eficiência do adsorvente em função do tempo, observa-se que o adsorvente apresentou taxas de eficiência maiores sempre no primeiro tempo da amostragem e à medida que a absorbância da amostra diminuía esta taxa diminuía também até estabilização tornando inviável a continuação do teste, pois a taxa de variação era pouco significativa. iniciando um novo ciclo, novamente a alta taxa de eficiência se elevava no primeiro tempo. isso mostra que a taxa de eficiência de adsorção está diretamente ligada a concentração do adsorbato na solução também. a cada ciclo posterior houve queda nas taxas de eficiência e na eficiência máxima de cada teste, o que mostra um limite no número de ciclos de reuso, embora os quatro ciclos de reuso não tenham sido suficientes para saturar o adsorvente, pois como ilustra a figura 4, no quinto ciclo do adsorvente ainda foi possível obter cerca de 46% de eficiência na remoção dos corantes da solução. eclética química, 38, 176-186, 2013. 183 figura 4 eficiência do adsorvente por ciclo de reutilização. análises físico-químicas foram realizadas análises físico-químicas de cor e dqo nas amostras do banho residual de tingimento sem o tratamento e pós-tratamento com as cinzas de casca de arroz nos cinco ciclos de reuso do adsorvente. a tabela 1 mostra os resultados obtidos, comparando-se cada ciclo com os dados do banho residual bruto do tingimento. quanto a dqo a maior redução foi obtida no ciclo nº 03 de reuso da cinza, correspondendo a 76,5% e a menor foi no ciclo nº 04 com uma redução de 67,3%. ambos os parâmetros cor e dqo não possuem parâmetro legal na emissão de efluentes líquidos em corpos receptores, porém servem como indicadores da qualidade do tratamento para monitoramento interno. comparando com a literatura constatou-se que estes valores obtidos de dqo foram próximos. ahmad e hameed [5] apresentaram resultados de remoção máxima de dqo de 75,2% em seus experimentos de tratamento de efluentes têxteis reais através de processo de adsorção com carvão ativado de restos de bambu. mahmoud, e. k. [25] tratando diversos tipos de efluentes através do processo convencional de coagulação utilizando fecl3 e (al2(so4)3 n h2o) obteve em seus experimentos redução máxima de 70,1% da dqo. analisando os resultados dos dois autores com o obtido neste experimento verificou-se que todos os resultados são semelhantes. oliveira e leão [27] avaliando o método fenton na biodegradabilidade de efluente do beneficiamento textil (purga e tingimento) de malhas de pes, obtiveram reduções menores de dqo, variando de 55 a 11% dependendo das condições de tratamento e da natureza do efluente quanto a origem purga ou tingimento. além da análise quantitativa da cor, é importante também a avaliação visual, pois é a primeira impressão que causa nos corpos receptores, sendo o primeiro parâmetro para liberação. a figura 5 permite a avaliação visual do tratamento, mostrando desde o efluente bruto até o ciclo nº 05. observa-se uma maior redução de cor no ciclo nº 01 de tratamento, sendo de aproximadamente 91%. os resultados das análises de cor do ciclo nº 02 e nº 03 ficaram muito próximos, porém analisando visualmente estas amostras verifica-se que a amostra do ciclo nº 03 está visualmente mais colorida. a presença de uma concentração mais acentuada de corante é perceptível nos ciclos nº 04 e nº 05 de reuso do adsorvente, mas no quinto ciclo de reuso da cinza ainda obteve-se uma redução de cor de aproximadamente 57%. figura 5 -fotografia das amostras dos banhos de tingimento para análise visual dos diferentes ciclos de tratamento . eclética química, 38, 176-186, 2013. 184 tabela 1. resultados das análises físico-químicas das amostras dos banhos de tingimento. amostra média da cor (ptco) desvio padrão média da dqo (mg de o2/l) desvio padrão banho bruto de tingimento (residual) 1585 2,2 327 2,8 após tratamento no 1º ciclo do adsorvente * 262 1,4 93 1,6 após tratamento no 2º ciclo do adsorvente * 340 0,8 96 2,2 após tratamento no 3º ciclo do adsorvente * 337 2,9 77 2,9 após tratamento no 4º ciclo do adsorvente * 495 2,8 107 1,4 após tratamento no 5º ciclo do adsorvente * 667 1,6 95 1,4 * valores de referência ao banho residual de tingimento eclética química, 38, 176-186, 2013. 185 conclusões baseado nos resultados obtidos pode-se afirmar que as cinzas de casca de arroz como adsorvente apresentou uma alta eficiência para o primeiro ciclo de tratamento, ficando isso claro na análise visual da amostra tratada e nos dados quantitativos (91 % de remoção da cor). os testes com os ciclos posteriores apresentaram uma coloração perceptível aos olhos, porém é válido ressaltar que mesmo no quinto ciclo de reuso do adsorvente ainda obteve-se uma eficiência de quase 50%. constatou-se também que a redução de dqo do banho de tingimento têxtil tratado com as cinzas de casca de arroz foi elevada com valores aproximados a de outros processos, como é o caso do processo de coagulação que é muito utilizado em ete’s da indústria têxtil. por fim considera-se que apenas a amostra de banho residual de tingimento tratada no ciclo nº 01 com este adsorvente estaria perfeitamente apta a ser lançada em algum corpo receptor sem que houvesse impacto visual. levando-se em consideração que esta amostra tratada ficou incolor, a qualidade desta água tratada permitiria um estudo visando a reutilização deste banho residual de tingimento em um novo tingimento. agradecimentos lunelli beneficiamentos têxteis: resíduos líquidos (banho de tingimento) e análises físicoquímicas (dqo e cor aparente ptco). indústria catarinense de beneficiamento de arroz. referências [1] kunz, a., zamora-peralta, p., quím. nova. 25 (2002) 78. 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[33] barcellos, i. o.; chiarello, l. m.. dynamis, 15, (2009),37. http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?isisscript=iah/iah.xis&base=article%5edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextaction=lnk&indexsearch=au&exprsearch=silva,%20m.%20r.%20a.%20da http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?isisscript=iah/iah.xis&base=article%5edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextaction=lnk&indexsearch=au&exprsearch=oliveira,%20m.%20c.%20de http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?isisscript=iah/iah.xis&base=article%5edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextaction=lnk&indexsearch=au&exprsearch=nogueira,%20r.%20f.%20p. eq2-06.pmd 41ecl. quím., são paulo, 29(2): 41-46, 2004 volume 29, número 2, 2004 www.scielo.br/eq estudo da estabilidade térmica de óleos de peixes em atmosfera de nitrogênio j.u. garcia*, h. i. dos santos**, a. p. fialho***, f. l. t. garro ***, n. r. antoniosi filho *, m. i. g. leles * * instituto de química – universidade federal de goiás – ufg – 74001-970 – goiânia – go – brasil. ** pró-reitoria de pesquisa e pós-graduação – doutorando em ciências ambientais – ufg – 74001-970 – goiânia – go – brasil. *** centro de biologia aquática – universidade católica de goiás – ucg – 74605010 – goiânia – go – brasil. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: os peixes são uma fonte rica em ácidos graxos poliinsaturados ômega 3 e esses ácidos fornecem benefícios para a saúde humana além da nutrição básica. por essa razão muitos estudos têm sido feitos enfocando a análise do teor das substâncias que compõem os alimentos e também aos efeitos dos processamentos a que esses alimentos são submetidos. esses estudos têm se estendido aos recursos pesqueiros. vários estudos sobre a estabilidade térmica e/ou oxidativa e sobre o comportamento cinético de óleos vegetais têm sido realizados por termogravimetria (tg), análise térmica diferencial (dta) e calorimetria exploratória diferencial (dsc). no entanto, ainda são escassos os estudos sobre o comportamento térmico de óleos e gorduras de origem animal. assim, avaliou-se a estabilidade térmica de cinco espécies de peixes do rio araguaia (goiás – brasil) em atmosfera de nitrogênio por tg/dtg. os resultados mostraram perdas de massa entre 235°c e 490°c e apontaram uma equivalência de comportamento termogravimétrico entre os óleos das cinco espécies e também entre esses óleos e alguns óleos vegetais, tais como, os óleos de araticum, buriti e dendê. palavras-chave: óleos de peixes; estabilidade térmica; termogravimetria. _________________________________________________________________________________ introdução nos últimos anos muitas pesquisas têm sido realizadas com o objetivo de fornecer subsídios para uma análise da qualidade dos alimentos. muitas delas são direcionadas ao estudo sobre os efeitos da temperatura de processamento a que esses alimentos são submetidos e outras à análise do teor das substâncias que os compõem [1, 3, 8, 9, 13, 14, 25]. os estudos enfocando a análise do teor das substâncias que compõem os alimentos têm se estendido aos recursos pesqueiros, pois é sabido que os peixes são uma fonte rica em ácidos graxos poliinsaturados ômega 3 e que esses ácidos fornecem benefícios para a saúde humana além da nutrição básica. [4, 5, 6, 22, 27] vários estudos sobre a estabilidade térmica e/ou oxidativa e sobre o comportamento cinético de óleos também têm sido realizados, essencialmente de óleos vegetais e essenciais. esses estudos têm sido realizados por termogravimetria (tg), análise térmica diferencial (dta) e calorimetria exploratória diferencial (dsc). [10, 15, 18] rudnid et al. [19] fizeram um estudo comparativo da estabilidade oxidativa do óleo de linhaça. kowalski[11] estudou a decomposição térmica-oxidativa de óleos comestíveis e gorduras. wesolowski e erecinska[26] avaliaram a qualidade do óleo de sementes de colza usando análise térmica. pereira e das[17] usaram a técnica 42 ecl. quím., são paulo, 29(2): 41-46, 2004 de calorimetria exploratória diferencial (dsc) para estudar os efeitos de flavonóides na autooxidação térmica de óleos vegetais. litwinienko e kasprzycka-guttman[12], também usando dsc, estudaram a cinética da oxidação térmica de óleos de mostarda. tan e che man[23] monitoraram a oxidação de óleos aquecidos também usando dsc. shen e alexander[21] fizeram a análise térmica de ácidos graxos de cadeia longa. santos et al.[20] determinaram o calor específico de alguns óleos comestíveis comerciais usando dsc. um dos mais recentes estudos foi realizado por faria et al.,[7] no qual foi avaliada a estabilidade térmica de óleos e gorduras de vegetais do cerrado, usando tg, dtg e dta. as técnicas termoanalíticas utilizadas nesses trabalhos forneceram dados sobre a estabilidade térmica e geraram subsídios para análise da qualidade dos mesmos. no entanto, ainda são escassos os estudos sobre o comportamento térmico de óleos e gorduras de origem animal. por conseguinte, realiza-se neste trabalho o estudo termogravimétrico de óleos de peixes coletados no rio araguaia, rio este que corresponde ao um dos mais importantes recursos hídricos das regiões centro-oeste e norte do brasil. materiais e métodos amostragem para esse estudo foram coletadas e identificadas cinco espécies de peixes do rio araguaia, no município de são miguel do araguaia, localizado no norte de goiás, nos dias 15 e 16 de novembro de 2002. as espécies cichla ocellaris (tucunaré), metynnis hypsauchen (pacu prateado), mylossoma duriventre (pacu manteiga), osteoglossum bicirrhosum (aruanã) e pygocentrus nattereri (piranha caju) foram fotografadas e classificadas pelo centro de biologia aquática da universidade católica de goiás. a extração de óleos de peixes foi realizada a partir de modificações do método descrito por duarte[3] como descrito a seguir: retirou-se os filés de três peixes de cada espécie. triturou-se esses filés usando um liquidificador e, então, pesou-se 50 g do tecido triturado. em seguida, transferiu-se essa massa para uma cápsula de porcelana que foi levada a aquecimento em estufa a uma temperatura de 100°c até a obtenção de massa constante (um período de aproximadamente oito horas). o tecido seco foi então transferido para um erlenmeyer de 500 ml, no qual foram adicionados 10 g de sulfato de sódio anidro e 200 ml de hexano, promovendose a agitação do sistema por uma hora. em seguida foram realizadas a filtração e evaporação do solvente em rotaevaporador. os óleos obtidos foram acondicionados em frascos âmbar sob atmosfera de nitrogênio. análise térmica (tg/dtg) as curvas termogravimétricas foram obtidas em um equipamento do modelo tga/ sdta851e da marca mettler toledo. o intervalo de temperatura explorado foi de 25 a 600°c e a razão de aquecimento de 10°c min-1. foi utilizada uma atmosfera dinâmica de nitrogênio a uma vazão de 50 ml min-1. utilizou-se um cadinho de a-alumina e massas iniciais das amostras variando de 13,9 a 17,6 mg, aproximadamente. resultados e discussão na figura 1 são apresentadas as curvas tg em atmosfera dinâmica de nitrogênio dos óleos das cinco espécies de peixes analisadas. as curvas termogravimétricas dos óleos de peixes analisados apresentaram perfis semelhantes com perda de massa (93,3 a 99,1%) em uma única etapa, entre 290 e 490°c, relativas à volatilização e/ou decomposição do óleo. as amostras analisadas apresentaram temperatura final de decomposição entre 474 e 490°c, como mostrado na figura 2. essa semelhança nos perfis das curvas se deve à similaridade entre as composições de ácidos graxos dos óleos de peixes dessa região, que apresentam majoritariamente os ácidos palmítico (16:0), oléico (18:1w9), linoléico (18:2w6), palmitoleico (16:1w9) e esteárico (18:0), e um teor de ácidos graxos insaturados por volta de 48%.3 observa-se, no intervalo de temperaturas de 30 até a temperatura de início da primeira etapa de perda de massa, uma perda de massa contínua e de pequena intensidade. esta perda de massa corresponde em percentagem de perda a 0,9% para o óleo de aruanã, 6,7% para o óleo de pacu manteiga, 6,1% para o óleo de pacu prateado, 3,1% 43ecl. quím., são paulo, 29(2): 41-46, 2004 para o óleo de piranha caju e 2,8% para o óleo de tucunaré, provavelmente devido à volatilização de resíduos de hexano remanescente da extração dos óleos de peixe e ácidos graxos livres presentes em pequenas quantidades em amostras lipídicas desta natureza, tais como os ácidos palmítico, palmitoleico e esteárico. a figura 3 mostra a curva termogravimétrica do ácido esteárico e evidencia que ácidos graxos livres sofrem decomposição em temperaturas inferiores as temperaturas de estabilidade dos óleos. a variação do valor da massa inicial das amostras dos diferentes óleos, (13,9 £ mi £ 17,6) mg, ocorre em razão da dificuldade de se adicionar ao cadinho uma mesma massa de amostras nessa natureza. no entanto, foi observado que essa variação não afeta os intervalos de perda de massa e não influi nos resultados mostrados na figura 2. isso foi verificado variando-se a massa inicial de duas amostras de um mesmo óleo. a figura 4 mostra duas curvas tg de duas amostras do óleo de tucunaré, uma com massa inicial de 8,4 mg e a outra com massa inicial de 15,8 mg. observa-se que as duas amostras apresentam perda de massa no mesmo intervalo de temperatura. verifica-se que as faixas de temperatura de estabilidade e de temperatura final de decomposição (figura 2) são próximas àquelas encontradas em óleos vegetais e superiores as obtidas para gorduras vegetais (tabela 1)[7], as quais possuem maior teor de triacilglicerídeos contendo ácidos graxos de cadeia curta, os quais são mais voláteis que os triacilglicerídeos de cadeia longa. a figura 5 mostra as curvas tg da gordura de babaçu e do óleo de dendê. a gordura de babaçu apresenta um maior teor de triacilglicerídeos contendo ácidos graxos com menor comprimento de cadeia16 e, por isso, sua volatilização se inicia e termina em temperaturas inferiores às temperaturas de início e final de volatilização do óleo de dendê, apesar de o óleo de dendê apresentar um maior teor de ácidos graxos insaturados[24] e de estes serem mais instáveis e voláteis que os ácidos graxos saturados. tabela 1 temperatura de estabilidade e temperatura final da decomposição obtida das curvas tg/dtg dos óleos vegetais em atmosfera de nitrogênio. fonte: referência 7 figura 1 curvas tg em atmosfera de nitrogênio dos óleos de: (a) pacu prateado (mi = 17,6 mg) (b) pacu manteiga (mi = 15,4 mg) (c) piranha caju (mi = 14,4 mg) (d) aruanã (mi = 13,4 mg) (e) tucunaré (mi = 15,8 mg). figura 2 temperatura de estabilidade térmica e temperatura final de volatilização e/ou decomposição de óleos de peixes em atmosfera de nitrogênio. assim, a partir das observações feitas por faria et al.[7] e dos resultados mostrados na figura 5, é possível correlacionar as temperaturas inicial e final de decomposição e/ou volatilização com o tamanho e o grau de insaturação dos triacilglicerídeos presentes nessas amostras. neste sentido, a partir dos dados de temperatura inicial e final de volatilização e/ou decomposição de óleos de peixes em atmosfera de nitrogênio, apresentados na figura 2, é possível estimar que 44 ecl. quím., são paulo, 29(2): 41-46, 2004 maioria das fases estacionárias) como demonstrado a partir das curvas tg (figuras 1). figura 4 curvas tg de duas amostras de óleo de tucunaré de massas: (a) 15,8 mg (b) 8,4 mg (b). figura 5 curvas tg: (a) óleo de dendê (mi = 5,9 mg) (b) gordura de babaçu (mi = 5,6 mg). conclusão os resultados obtidos por tg em atmosfera inerte, de nitrogênio, mostraram que o comportamento térmico dos óleos de peixes assemelha-se ao comportamento térmico observado para óleos vegetais, tais como, os óleos de araticum, buriti e dendê. todos os óleos tiveram perdas de massa em uma única etapa com uma variação de 93,3% a 99,1%, sofreram completa volatilização e/ou decomposição entre 235°c e 490°c e apresentaram a seguinte ordem crescente de estabilidade: óleo do tucunaré < óleo do aruanã < óleo de piranha caju < óleo do pacu manteiga < óleo de pacu prateado. o óleo de tucunaré, por apresentar menor temperatura de estabilidade térmica (ti = 235 °c), apresenta maior teor de triacilglicerídeos de cadeia curta que o óleo de aruanã (ti = 290 °c), seguidos dos óleos de piranha caju (ti = 330 °c), pacu manteiga (ti=335 °c) e pacu prateado (ti = 350 °c). o óleo de pacu prateado, por apresentar maior temperatura de estabilidade térmica (ti= 350 °c), deve apresentar menor teor de triacilglicerídeos de cadeia curta e maior teor de triacilglicerídeos de cadeia longa, o que é confirmado pelo fato de apresentar maior temperatura final de estabilidade térmica (tf = 490 °c). figura 3 curva tg/dtg em atmosfera de nitrogênio do ácido esteárico (mi = 7,3 mg). desse modo, a análise termogravimétrica permite sugerir, de maneira relativa, o comprimento da cadeia do triacilglicerídeo presente num determinado óleo de peixe em comparação a outrem, o que seria difícil de ser determinado diretamente por cromatografia líquida de alta eficiência (hplc). tal dificuldade tem origem na complexidade das amostras de óleo de peixe, sendo que, mesmo a utilização da cromatografia gasosa capilar a altas temperaturas (ht-cgc), a qual permite a separação dos triacilglicerídeos pelo comprimento da cadeia e grau de insaturação[2], seria, também, comprometida considerando o fato de que os triacilglicerídeos precisariam ser eluídos em temperaturas superiores a 450°c (estabilidade da 45ecl. quím., são paulo, 29(2): 41-46, 2004 os resultados obtidos a partir da análise termogravimétrica permitem sugerir a técnica como uma ferramenta importante para a investigação do efeito da presença de triacilglicerídeos sobre a temperatura de estabilidade térmica de óleo de peixes, permitindo correlacionar o efeito com o tamanho relativo da cadeia do triacilglicerídeo (cadeia curta ou longa). agradecimentos os autores agradecem à secretaria do meio ambiente e dos recursos hídricos do estado de goiás (semarh-go) pelo apoio durante a coleta e ao centro de biologia aquática da universidade católica de goiás pela identificação dos peixes. recebido em 11/02/04 aceito em 27/09/04 j. u. garcia h. i. dos santos a. p. fialho f. l. t. garro n. r. antoniosi filho m. i. g. leles. study of the thermal stability of fish oils under nitrogen atmosphere. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ abstract: the fish are a rich source of omega 3 polyunsaturated fatty acids that give benefits to human health beyond basic nutrition. for this reason a lot of studies have been done focusing on the analysis of the content of the substances that compose the foods and the processing effects on foods. these studies have been spread to fishing resources. many studies about thermal oxidative stability and the kinetic behavior of vegetal oils have been made by thermogravimetry (tg), differential thermal analysis (dta) and differential scanning calorimetry (dsc). however, the studies about the oil and fat (from animals) thermal behavior are still lacking. therefore, on this research analysed the thermal stability of five fish species from araguaia river (goiás – brazil) in a nitrogen atmosphere by tg/dtg. the results showed losses of mass between 235ºc and 490ºc and it points to an equivalence of thermogravimetric behavior between the oils of the five fish species and also between the fish oils and some vegetal oils, such as, araticum, brazilian wine-palm and palm oils. keywords: fish oils; thermal stability; thermogravimetry. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ referências [1] a. d. andrade, et al. j. am. oil chem. soc. 72 (10) (1995) 1207. 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[21] l. shen, k. s. alexander, thermochim. acta, 340-341 (1999) 271. [22] a. p. simopoulos, canad. j. physiol. pharmacol. 75(3) (1997) 234. [23] c. p. tan, y. b. che man, food chem. 67 (1999) 177. [24] j.a. trujillo-quijano, w. esteves, g.f. plonis, d.b. rodriguez-amaya, ciênc. tecnol. aliment. 12(1) 1992) 91. [25] j. v. visentainer et al. ciênc. tecnol. aliment. 20(1) (2000) 90. [26] m., wesolowski, j. erecinska. thermochim. acta 323 (1998) 137. [27] t. yamada et al., atheroscler 153 (2000) 469. introduction lansoprazole(lpz) is a substituted benzimidazole, chemically known as methyl-4-(2,2,2-trifluroethoxy)-2pyridyl]methyl]sulfinyl]benzimidazole(fig1). lpz is a proton pump inhibitor[1] which inhibits the ultimate step in gastric acid secretion. even the stimulus-independent acid secretion is suppressed. both basal and stimulus acid is inhibited. peptic activity is reduced secondary to acid inhibition. lpz has a greater inhibitory effect on h. pylori than omeprazole, and is thus widely used in 57ecl. quím., são paulo, 32(1): 57-64, 2007 www.scielo.br/eq volume 32, número 1, 2007 spectrophotometric determination of lansoprazole in pharmaceuticals using bromate-bromide mixture based on redox and complexation reactions k. basavaiah1*, v. ramakrishna2, u.r. anil kumar1 and b.c. somashekar1 1department of chemistry, university of mysore, manasagangotri, mysore-570 006, india 2department of drugs control in karnataka, govt. college of pharmacy, bangalore-560 027, india *corresponding author e-mail: basavaiahk@yahoo.co.in abstract: two sensitive spectrophotometric methods are described for the determination of lansoprazole (lpz) in bulk drug and in capsule formulation. the methods are based on the oxidation of lansoprazole by insitu generated bromine followed by determination of unreacted bromine by two different reaction schemes. in one procedure (method a), the residual bromine is treated with excess of iron (ii), and the resulting iron (iii) is complexed with thiocyanate and measured at 470 nm. the second approach (method b) involves treating the unreacted bromine with a measured excess of iron (ii) and remaining iron (ii) is complexed with orthophenanthroline at a raised ph, and measured at 510 nm. in both methods, the amount of bromine reacted corresponds to the amount of lpz. the experimental conditions were optimized. in method a, the absorbance is found to decrease linearly with the concentration of lpz (r = -0.9986) where as in the method b a linear increase in absorbance occurs (r = 0.9986) the systems obey beer’s law for 0.5-4.0 and 0.5-6.0 µg ml-1 for method a and method b, respectively. the calculated molar absorptivity values are 3.97µ104 and 3.07µ104 l mol-1cm-1 for method a and method b, respectively, and the corresponding sandell sensitivity values are 0.0039 and 0.0013 µg cm-2. the limit of detection (lod) and quantification (loq) are also reported for both methods. intra-day and inter-day precision, and accuracy of the methods were established as per the current ich guidelines. the methods were successfully applied to the determination of lpz in capsules and the results tallied well with the label claim and the results were statistically compared with those of a reference method by applying the student’s t-test and f-test. no interference was observed from the concomitant substances normally added to capsules. the accuracy and validity of the methods were further ascertained by performing recovery experiments via standard-addition method. keywords: lansoprazole; determination; bromate-bromide mixture; complexation reactions; capsules. the treatment of benign gastric ulcer associated with h. pylori; duodenal ulcer and reflux oesophagatis. lpz is also indicated for zollinger-ellison syndrome and acid related dyspepsia. the therapeutic importance of lpz justifies research to develop analytical methods for its determination in body fluids and in pharmaceuticals. high-performance thin-layer chromatographic(hptlc) method for the detection and determination of lpz in human plasma[2] has been reported by satin et al. a sensitive and quantitative method was developed for the estimation of reactive metabolite[3] formation in vitro, the analysis being completed by hplc coupled with a fluorescence detector and a mass spectrometer. however, no study (or little study) has been done to determine lpz in pharmaceuticals. there are two reports on the determination of lpz in pharmaceuticals by hplc. the method reported by badwe et al[4] was performed on a c18 column with acetonitrile-h3po4kh2po4 –acetic acid-triethylamine-water (380:100:50:2.5:2.5:465, v/v/v/v/v/v) as the mobile phase, at a flow rate of 0.9 ml min-1 and uv detection at 254 nm, and it is reported to be applicable in the concentration range 10-50 mg ml-1. very recently[5], a some what sensitive method(applicable over 0.3-60 µg ml-1 range) has been described by sankar et al. the separation and analysis were performed on a rp c18 column in isocratic mode with mobile phase comprising 0.02 m kh2po4(ph 4.0)methanol(40:60) at a flow rate of 1 ml min-1 and uv detection at 254 nm. in a recent communication, yeniceli et al.[6] have reported the uvspectrophotometric determination of lpz. the method is reported to be applicable for 5.4x10-6-5.4x10-5 m (2-20 µg ml-1 lpz). 58 ecl. quím., são paulo, 32(1): 57-64, 2007 because of simplicity, reasonable accuracy and precision, speed and sensitivity, visible spectrophotometry has withstood the test of time and remained competitive with the newer analytical methods. literature survey revealed that the only visible spectrophotometric method[7] reported is based on the formation of a blue chromogen measurable at 810 nm when lpz was reacted with iron(iii) chloride and ferricyanide in hcl medium. bromate-bromide mixture and two dyes, methyl orange and indigo carmine have successfully been used for the sensitive titrimetric, spectrophotometric and kinetic determination of many bioactive substances[8-16]. the present investigation aims to develop sensitive and costeffective methods for the determination of lpz in pure form and in tablet form by spectrophotometry. the methods utilize bromate-bromide mixture, and ammonium thiocyanate and orthophenanthroline as reagents. the methods have the advantages of speed and simplicity besides being accurate and precise, and can be adopted by the pharmaceutical laboratories for industrial quality control. experimental details apparatus a systronics model 106 digital spectrophotometer provided with 1-cm matched quartz cells was used for all absorbance measurements. reagents and materials all chemicals were of analytical reagent grade and distilled water used to prepare solutions. bromate-bromide mixture (20 and 35 µg ml-1 in kbro3). a stock standard solution equivalent to 1000 µg ml-1 kbro3 and a large excess of kbr was first prepared by dissolving accurately weighed 100 mg of kbro3 and 1g of kbr in water and diluting to the mark with water in a 100 ml calibrated flask. this was diluted stepwise to obtain working concentrations containing 20 and 35 µg ml-1 kbro3 for use in method a, and method b, respectively. ferrous ammonium sulphate, fas (400 and 350 µg ml-1). a stock solution equivalent to 0.01 mol l-1 fas was prepared by dissolving about 400 mg of the salt (s.d. fine chem, mumbai, india) in 50 ml of water containg 1ml of dil h2so4 and diluted to 100 ml with water, figure 1. structure of lansoprazole and standardized[17] using pure potassium dichromate. the stock solution was then diluted appropriately with water to get 400 µg ml-1 (for method a) and 350 µg ml-1 (for method b) fas. orthophenanthroline (0.25%). about 250 mg of orthophenanthroline monohydrate (s. d. fine chem. ltd., mumbai, india) was dissolved in 100 ml of water with the aid of heat. ammonium thiocyanate (3 mol l-1). prepared by dissolving 23 g of the chemical (s.d. fine chem. ltd., mumbai, india) in 100 ml water. hydrochloric acid (5 mol l-1). concentrated hydrochloric acid (s.d. fine chem.. mumbai, india sp. gr. 1.18,) was diluted appropriately with water to get 5 mol l-1 acid. ammonia (1:1). ammonia was prepared by diluting 50 ml of strong ammonia (qualigens fine chemicals galxo india ltd., mumbai) with 50 ml of water. standard solution of lansoprazole. pharmaceutical grade lansoprazole, cerified to be 99.8% pure was received from cipla ltd, bangalore, india, as gift and was used as received. a stock standard solution equivalent to 200 µg ml-1 lpz was prepared by dissolving accurately weighed amount of pure drug in 1 mol l-1 hydrochloric acid and diluting with the same acid to a known volume. the stock solution was diluted appropriately with water to get working concentrations of 10 and 20 µg ml-1 for use in method a and method b, respectively. the standard solutions were kept in amber colored bottle and stored in a refrigerator when not in use. dosage forms. the following dosage forms were purchased from local commercial sources and subjected to analysis: lanzole capsules(15 and 30 mg) from cipla ltd., india, lanzopen capsules ( 15 and 30 mg) from morepen labs ltd, india, and propilan capsules (15 and 30 mg) from glenmark pharm. ltd, india. procedures spectrophotometric method a. different aliquots (0.5, 1.0———-4.0 ml) of standard 10 µg ml-1 lpz solution were accurately transferred into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was adjusted to 4 ml by adding water. to each flask was added 1ml each of 5 mol l-1 hcl and bromate-bromide mixture (20 µg ml-1 in kbro3), the last being added using microburette. the 59ecl. quím., são paulo, 32(1): 57-64, 2007 contents were mixed and the flasks were let stand for 5 min. then, 1 ml of 400 µg ml-1 fas (micro burette) was added to each flask, and again the flasks were let stand for 15 min followed by 1 ml of 3 mol l-1 ammonium thiocyanate. the volume was diluted to the mark with water, mixed well and absorbance of each solution was measured at 470 nm against water blank. spectrophotometric method b. varying aliquots (0.5, 1.0…3.0 ml) of standard lpz solution (20 µg ml-1) were accurately measured into a series of 10 ml calibrated flasks by means of a micro burette and the total volume was brought to 3 ml by adding water. the solution in each flask was acidified by adding 1 ml of 5 mol l-1 hydrochloric acid before adding 1ml of bromate-bromide mixture. (35 µg ml-1 in kbro3) the contents were mixed well and allowed to stand for 5 min with occasional shaking. to each flask was then added 1ml of 350 µg ml-1 fas, and after 15 min, 1 ml each of 0.25 % orthophenanthroline and 1:1 nh3 solutions were added and diluted to the mark with water. the absorbance of each solution was measured at 510 nm against a reagent blank after 15 min. in either spectrophotometric method, a standard graph was prepared by plotting the decreasing absorbance values in method a or increasing absorbance values in method b versus concentration of lpz. the concentration of the unknown was read from the standard graph or computed from the respective regression equation derived using the beer’s law data. procedure for capsule. the contents of twenty capsules were accurately weighed and ground into a fine powder. a quantity of the powder equivalent to 100 mg of lpz was accurately weighed into a 100 ml calibrated flask, 60 ml of 1 mol l-1 hcl added and shaken for 20 min; the volume was finally diluted to the mask with 1 mol l-1 hcl, mixed well and filtered using a whatman no. 42 filter paper. the first 10 ml portion of the filtrate was discarded, the filtrate (1000 µg ml-1 lpz) was appropriately diluted with water to get 10 and 20 µg ml-1 lpz concentrations was subjected to analysis by either method. results and discussion bromate-bromide mixture is a valuable oxidimetric reagent widely used in the assay of several pharmaceutical substances both by titrimetric and spectrophotometric methods[8-16]. the present communication deals with the spectrophotometric assay of lpz using bromate-bromide mixture as the oxidimetric reagent. the proposed methods are indirect and are based on the determination of residual bromine after allowing the reaction between lpz and oxidant to go to completion, and rely on two different reaction schemes. method development spectrophotometric method a. complex formation reaction involving iron(iii) and thiocyanate is a well known reaction that has been widely used for trace level determination of iron [18]. the present method is based on the oxidation of lpz by a known excess of bromate-bromide mixture in hydrochloric acid medium, reduction of the residual oxidant by a fixed amount of iron(ii) and subsequent formation of iron(iii)–thiocyanate complex which is measured at 470 nm. when a fixed amount of bromate-bromide mixture is made to react with increasing amounts of lpz, there occurs a concomitant fall in the oxidant concentration. when the unreacted oxidant is reduced by a fixed amount of iron(ii), there will be a proportional decrease in the concentration of iron (iii). this is observed as a proportional decrease in the absorbance of iron(iii)thiocyanate complex on increasing the concentration of lpz (fig. 2 & 3) which formed the basis for the assay of drug by the present method. the conditions for the determination of iron(iii) with thiocyanate are well established[18]. hence, various parameters associated with the oxidation of lpz by bromate-bromide mixture and subsequent reduction of residual oxidant by iron(ii) were optimized. although nitric acid or hydrochloric acid medium can be used for the complexation of iron(iii) with thiocyanate,[18] the latter was selected, since nitric acid, being an oxidizing agent itself, would interfere with the oxidation step of the reaction scheme. sulphuric acid medium, although convenient for the oxidation step, was not preferred since it is reported to reduce the colour intensity of iron(iii)-thiocyanate complex. one ml of 5 mol l-1 hydrochloric acid in a total volume of about 6 ml was used for the oxidation step which was complete in 5 min and the same acidic con60 ecl. quím., são paulo, 32(1): 57-64, 2007 dition was used to reduce the residual bromine by iron(ii) which was complete in 15 min and resulting iron(iii) was complexed with thiocyanate in the same acid medium. fixing 5.5 µg ml-1 as the upper limit of iron(iii) that could be determined by the thiocyanate method,[18] bromate-bromide mixture equivalent to 200 µg of kbro3 was required to generate it form 400 µg of fas. however, although a fixed amount of fas is not really required, large amounts are undesirable since iron(ii) tends to undergo aerial oxidation. hence, a fixed amount (400 µg) of fas enough to reduce the total insitu generated bromine was employed. the oxidation of lpz by bromine was complete in 5 min and subsequent reduction of residual oxidant by iron(ii) was complete in 15 and finally complex formation reaction between the resulting iron(iii) and thiocyanate was instantaneous under the described experimental condifigure 2. beer’s law curves for method a and method b figure 3. absorption spectrum of lansoprazole for method a tions. developed colour was stable for at least 60 min in the presence of reaction product. spectrophotometric method b. the spectrophotometric method based on the use of orthophenanthroline as the complexing agent continues to be one of the sensitive methods for the determination of iron in a variety of matrices[19] this reaction coupled with the oxidizing property of insitu generated bromine has been made use in developing a sensitive indirect method for the assay of lpz. the drug in varying amounts, when treated with a fixed and known amount of bromate-bromide in acid medium, consumes the latter in proportionate amounts for oxidation, and there will be a concomitant decrease in the amount of the oxidant. when the decreasing amounts of oxidant are reacted with a fixed amount of iron(ii) in the same acidic conditions, there will be a proportional increase in the concentration of iron(ii). this is reflected in increase in absorbance of orthophenanthroline complex formed with residual iron(ii). the absorbance measured at 510 nm is found to increase linearly with lpz concentration (fig. 2 & 4) serving as the basis for the assay procedure. the conditions were optimized to produce a maximum colour through variation of such parameters as acid concentration, reaction time and amount of ammonia required to raise the ph to about 4. one ml of 5 mol l-1 hydrochloric acid in a total volume of about 5 ml was used for the oxidation step which was complete in 5 min and the same acidic condition was used to reduce the residual bromine by iron(ii). larger amounts of acid are not preferable since they would require large quantities of ammonia to raise the ph to 4, required for iron(ii)-phenanthroline complex formation. taking 5 µg ml-1 as the upper limit of iron (ii) that could be determined by orthophenanthroline method, 350 µg of fas was used in this method. quantitatively this was found to react with bromine equivalent to 350 µg of bromate . hence, different amounts of lpz were reacted with 1 ml bromate-bromide mixture equivalent to 35 µg ml-1 kbro3 before determining the unreacted bromine. this enabled to fix the concentration range of lpz that could be determined by the method. the complex was stable for several days even in the presence of the reaction product. 61ecl. quím., são paulo, 32(1): 57-64, 2007 method validation quantitative parameters a linear relation is found between absorbance and concentration in the ranges given in table 1. in method a, beer’s law is obeyed in the inverse manner. the calibration graphs are described by the equation: y = a + b x (where y = absorbance, a = intercept, b = slope and x = concentration in µg ml-1) obtained by the method of least squares. correlation coefficients, intercepts and slopes for the calibration data are also presented in table 1. sensitivity parameters such as molar absorptivity and sandell sensitivity values, and the limits of detection and quantification calculated according to ich guidelines[20] are also compiled in table 1, and demonstrate the high sensitivity of the methods. the limits of detection (lod) and quantification (loq) were calculated according to the current ich guidelines using the following formulae: where σ is the standard deviation of seven reagent blank determinations and s is the slope of the calibration curve. accuracy and precision intra-day and inter-day precision were assessed from the results of seven replicate analyses on pure drug solution. the mean values and relative figure 4. absorption spectrum of lansoprazole for method b standard deviation (rsd) values for replicate analyses at three different concentration levels were calculated. to calculate the inter-day precision, analysis was performed over a period of five days preparing all solutions afresh each day. the accuracy of the methods was determined by calculating the percentage deviation observed in the analysis of pure drug solution and expressed as the relative error (re). table 2 summarizes the intra-day precision and accuracy data for the determination lpz by the proposed methods which were ≤ 3%. the inter-day precision was less than 4 %. 62 ecl. quím., são paulo, 32(1): 57-64, 2007 63ecl. quím., são paulo, 32(1): 57-64, 2007 table 3. results of determination of lansoprazole in formulations and statistical comparison with the reference method the ruggedness/robustness of the methods was assessed by calculating the rsd for results obtained by performing the analysis using three different instruments and by three different persons. the inter-instrumental rsd values were in the range of 3.2 – 5.5 whereas the inter-personal rsd values varied from 2.6-4.2 (n= 3 in both instances) for three concentrations employed for accuracy and intra-day precision studies. application to capsules analysis thirty one brands of lpz capsules in 15 mg and 30 mg doses are currently available in the indian market. the validity of the methods was checked by applying them to assay in three brands of capsules. table 3 gives the results of assay and reveal that there is close agreement between the results obtained by the proposed methods and the label claim. the results were also compared statistically with those obtained by a reference method[6] by applying student’s t-test for accuracy and f-test for precision. the reference method consisted of the measurement of the absorbance of the drug solution in 0.01 mol l-1 naoh at 292 nm. at the 95% confidence level, the calculated tand f-values did not exceed the tabulated values (t = 2.77 and f = 6.39) except in a couple of instances, suggesting that the proposed methods are as accurate and precise as the reference method. accuracy and validity of the methods were further ascertained by performing recovery experiments via standard addition technique. to a fixed and known amount of lpz in capsule powder (pre analysed), pure drug was added at three levels and the total was found by the proposed methods. each test was repeated three times. the recovery of pure lpz added to capsule powder ranged from 96.8 to 102.5 % (table 4) indicating that commonly encountered tablet excipients and additives such as talk, starch, lactose, sodium alginate, magnesium stearate, calcium gluconate and calcium dihydrogenorthophosphate did not interfere in the assay procedures. conclusions two new methods have been developed and appropriately validated for the assay of lansoprazole using bromate-bromide as the oxidimetric reagent. both methods are based on wellcharacterised complexation reactions and are the most sensitive ever reported for lansoprazole in terms of linear range of response and molar absorptivity. an additional advantage of the spectrophotometric methods is that the absorbance is measured at longer wavelengths where the interference from excipients is less. the methods employ bromate-bromide as the oxidimetric reagent which is exceptionally stable in solution. and there is no risk of standardization. the methods should therefore find ready application in pharmaceutical industrial quality control. acknowledgements the authors gratefully acknowledge the receipt of pure lasoprazile as gift from cipla ltd, bangalore, india. threee of the authors (vrk, ura and bcs) thank the authorities of the university of mysore, mysore for facilities. vrk is most thankful to the principal secretary, dept of health & family welfare, govt. of karnataka, bangalore, for permission. received 30 january 2007 accepted 21 march 2007 references [1] “current index of medical specialities(cims)”, cmpmedica india pvt ltd., bangalore, india. july-october, 2005, pp. 72 [2] m.c. satia, i.a. modi, r.i. modi, b. k. chakravarthy, t. p.gandhi j.chromatogr.b:biomed. sci. appl 693 (1997) 199. 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equações descritas na literatura para a condição de estado estacionário e quase-estacionário. a condição de estado estacionário não foi obtida para nenhum dos eletrodos estudados. a curva média, comumente empregada como representativa da corrente de estado estacionário, somente representou tal condição até a meia-altura das curvas i/e, e ainda para valores de re 70 mm. o aumento do re evidenciou uma transição de comportamento de micro para semi-micro eletrodo. apesar disso, as equações que permitem avaliar a contribuição da corrente difusional e radial para a corrente total do voltamograma aplicaram-se perfeitamente em todo o intervalo de raios utilizado neste trabalho. unitermos: microeletrodos; condição de estado quase-estacionário; voltametria cíclica. introdução os microeletrodos de maneira geral e os microeletrodos de mercúrio em particular apresentam um grande número de aplicações dentro da eletroquímica e eletroanalítica. microeletrodos de mercúrio têm sido empregados em química analítica para a determinação de quantidades traços e sub-traços de metais pesados em matrizes reais;1-6 na determinação direta de metais pesados sem o emprego de soluções padrões, em amostras de açúcares;7 na determinação de constantes de estabilidade, como por exemplo, do sistema cd-glicina8 etc. outras aplicações, do ponto de vista eletroquímico, têm envolvido o preparo de novos sensores, cujos filmes finos de mercúrio são eletrodepositados http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back sobre a superfície de diamantes sintéticos dopados com boro;9 nos estudos de eletrocristalização de hg sobre microeletrodos de platina;10 na determinação de coeficientes de difusão em sistemas submetidos a altas pressões (8 kbar),11 em estudos cinéticos12 etc. entretanto, recentemente uma série de questionamentos têm sido colocados quanto aos limites dimensionais para um microeletrodo, inferiores (raio efetivo 100 nm) e superiores (raio efetivo 100 mm), e quanto ao fato de se estar ou não de posse de um microeletrodo.13-15 a utilização de ultramicroeletrodos com dimensões inferiores à mencionada anteriormente trás problemas como o da fuga da eletroneutralidade que, por sua vez, origina um novo campo de desenvolvimento teórico como a proposição de equações que contemplem tal situação.15 por outro lado, o limite superior permanece nebuloso. de acordo com bond,13 os limites inferior e superior estariam relacionados à limitações instrumentais (ruídos gerados pelos próprios componentes eletrônicos do potenciostato) e à perda das propriedades de microeletrodo, respectivamente. entretanto, quando se considera a fuga da condição de eletroneutralidade,15 também se estão perdendo as características de microeletrodos; porém, este fato está ocorrendo para uma escala de corrente superior àquela, onde as limitações instrumentais não se fazem presentes. em muitos casos quando se trabalha em baixas velocidades de varredura de potencial, o eletrodo apresenta comportamento característico de microeletrodo,podendo, porém, não estar efetivamente na condição de estado estacionário.16 desta forma, parâmetros tais como: raio do microeletrodo, concentração de espécie eletroativa, reversibilidade do processo de eletrodo, seguramente estão influenciados por erros provenientes do fato de se tratar o sistema como se estivesse na condição de estado estacionário quando ainda não está.16 neste trabalho discute-se detalhadamente a caracterização eletroquímica de microeletrodos de platina e de ligas de platina, pt-ir (20%, m/m) e pt-rh (10%, m/m), empregando equações matemáticas descritas na literatura para as condições de estado estacionário e de estado quase estacionário, para microeletrodos com raios compreendidos entre 30 e 150 mm. experimental os microeletrodos de pt pura e de suas ligas foram preparados conforme descrito na literatura.17,18 os voltamogramas cíclicos foram obtidos em solução aquosa de ferrocianeto de potássio 6,00 mol l-1, em meio de kcl 1,00 mol -1 a (25 ± 1)ºc. os voltamogramas dos brancos foram obtidos em solução aquosa de kcl 1,00 mol -1. todos os sais utilizados foram purificados por recristalização empregando água tridestilada recente. para o preparo das soluções foi empregada água de qualidade milli-q. para as medidas eletroquímicas foi empregada uma célula de quatro eletrodos, com volume de 5 ml com troca de matriz. como eletrodos de referência, auxiliar, e quarto eletrodo19,20 foram utilizados, respectivamente: eletrodo de calomelano saturado em kcl (ecs); eletrodo de pt de 2 cm2 e eletrodo de pt-ir (20% m/m) disposto em espiral com comprimento total de 4 cm acoplado ao eletrodo de referência através de um capacitor não eletrolítico de 10mf/40v de tolerância. todo o sistema foi mantido dentro de uma gaiola de faraday (25 x 20 x 20 cm; sistema de terra: r = 2 ohm). resultados e discussões as figuras 1a e b mostram os voltamogramas cíclicos obtidos para o sistema ferrocianeto de potássio (6 x 10-3 mol l-1, em solução de kcl 1,00 mol l-1) e servirá para a caracterização eletroquímica dos microeletrodos (36 r 150 mm). observa-se, para pequenos valores de v, um patamar de corrente, sendo pequena a histerese entre as varreduras direta e inversa (figura 1a). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 para 0,050 v 0,500 vs-1 os voltamogramas cíclicos mostram picos bem definidos nas varreduras direta e reversa, similar ao comportamento esperado para o mesmo sistema empregando eletrodos de dimensões convencionais (figura 1b).21,22 para o ferrocianeto, sobre os diferentes microeletrodos utilizados neste trabalho, a relação ipc/ipa é http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 praticamente igual a unidade, o que demonstra a ausência de qualquer reação química acoplada.21,22 a separação de potenciais de pico, em velocidades mais altas, varia de eletrodo para eletrodo, encontrando-se em torno de (100 ± 12) mv, o que sugere um afastamento do comportamento esperado para um processo reversível.22 para caracterizar o comportamento de microeletrodo, para todo o intervalo de raios, 36 re 150 mm, foram correlacionadas as correntes de máximos adimensionais obtidas experimentalmente e as correntes calculadas a partir da equação (1) para o processo de difusão linear, em função do parâmetro p (figura 2a e b; tabela 1): im/4nfdca = 0,351p (1), com: p = (nfva2/rtd)1/2 (2); onde im é a corrente de pico para a difusão linear semi-infinita em a, d o ceficiente de difusão em cm2 s-1, c a concentração da espécie eletroativa mol cm-3 e a o raio do microeletrodo em cm. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 o gráfico da função corrente com o parâmetro p demonstra claramente o aumento esperado na corrente de máximo para os eletrodos de 36 e 150 mm de raio. uma análise das correlações demonstra uma significativa contribuição da corrente graças à difusão não-linear para a corrente total. para o eletrodo de pt com re = 36 mm, p = 6 e v = 0,5 v s-1 constata-se uma contribuição de 24% da corrente de difusão não-linear para a corrente total. esta diferença na corrente é atribuída à difusão radial, que tem lugar nas vizinhanças do eixo do eletrodo com pequena curvatura (efeito de bordas), sendo a corrente de máximo expressa pela soma das correntes devidas à difusão linear e radial.23 desta forma, verifica-se que a variação da velocidade de varredura de potencial tem efeito significativo sobre a contribuição da corrente devida à difusão radial; efetivamente, um aumento em v causa uma diminuição da contribuição da difusão radial, o que faz diminuir o aumento da corrente total. isto pode ser verificado observando-se os valores de ipa v-1/2 c-1 (tabela 2), que são constantes para eletrodos convencionais e, para os microeletrodos, isto se verifica apenas para altos valores de velocidade de varredura de potencial. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 com o intuito de analisar as correntes de máximo, foi empregada a equação (3), com os valores dos parâmetros: (d) (literatura); im(exp.); v(exp.); t = 295 k; c(exp.); n = 1. im/4nfdca = 0,34 exp(-0,66p) + 0,66 0,13p exp(-11/p) + 0,35p (3) os valores desses parâmetros foram introduzidos num programa de computador e a equação resolvida em função de p, pelo método de newton.24 os valores de p(exp.) e a(exp.), calculados a partir da equação (3), encontram-se na tabela 3. a correlação entre os valores de p(exp.) e v1/2, para cada re em particular, e para o produto, a.v1/2, estão representados nas figuras 3 e 4. a proporcionalidade observada, entre p(exp.) e v1/2, para os diferentes valores de a confirma o que prediz a equação (2) que define p. por outro lado, a correlação linear obtida para p(exp.) em função do produto a.v1/2, considerando-se os diferentes valores de a (36 a 150 mm) e de v (0,003 a 0,5 vs1), demonstra que os sistemas estudados apresentam o comportamento esperado para microeletrodos.23 a curva p(exp.)-a.v1/2 apresenta um coeficiente de correlação igual a 0,9999, com coeficiente angular unitário, o que permite a determinação do valor do coeficiente de difusão (d) da espécie eletroativa a partir da intersecção da curva com o eixo das ordenadas, que fornece: log po = 3.371 ± 0,02 (4) aplicando logarítimo na equação 4, tem-se: log p = ½ log [a2 v(nf/rtd)] (5) portanto, considerando-se o fato de que nesta situação o produto a.v1/2 é unitário, tem-se que: log (nf / rtd)1/2 = 3,371 ± 0,02 (6) e portanto, d = (7,1 ± 0,7) 10-6 cm2s-1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab3 o valor do coeficiente de difusão obtido é concordante com os valores apresentados na literatura, (7,3 ± 0,2) x 10-6 cm2 s-1 e (7,30 ± 0,04) x 10-6 cm2 s-1, para microeletrodo em forma de disco e de tamanho convencional (re = 1 mm),23 respectivamente. entretanto, o valor determinado é discrepante quando comparado ao valor de d, 6,32 x 10-6 cm2 s-1, obtido por stackelberg.25 de acordo com a literatura23 os valores de d obtidos para os micro e macroeletrodos são concordantes entre sí e, portanto, as diferenças não podem ser atribuídas às diferenças na geometria ou na área dos eletrodos. tais discrepâncias devem, possivelmente, estar associadas à problemas de convecção da solução, uma vez que os raios dos microeletrodos empregados, em ambas as situações, estão sujeitos à ação da convecção natural.26 um aspecto importante observado para todos os microeletrodos, foi a presença da separação entre os ramos anódico e catódico (histerese) dos voltamogramas obtidos para pequenos valores de v. as figuras 5-7 apresentam os voltamogramas experimentais, a respectiva curva média e o voltamograma simulado (condição de corrente estacionária) para os eletrodos de pt (re= 36 mm), ptrh (re= 71,8 mm) e pt-ir (re= 149 mm). comumente, a curva média é empregada como representativa da condição estacionária quando da ocorrência do fenômeno de histerese. fica evidente a partir das figuras que a curva média não é representativa dessa condição, pelo menos quando se ultrapassa o potencial de meia-altura da onda.16 o fenômeno da histerese, pelo menos do ponto de vista teórico,23 não deveria ser observado para as condições de trabalho empregadas, entretanto, se faz presente mesmo para baixos valores de v e tem sido atribuído à corrente de carga da dupla camada elétrica.23 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 observa-se também que os voltamogramas cíclicos apresentam uma discrepância crescente nas percentagens de separação entre as correntes da curva média e simulada conforme aumenta o raio do microeletrodo. esta discrepância foi atribuída ao fato da curva média depender da magnitude do parâmetro p. um aumento neste parâmetro contribui para uma maior separação das curvas. este fato está efetivamente evidenciado, uma vez que os voltamogramas experimentais foram obtidos a uma mesma velocidade (0,003 v s-1) para eletrodos com diferentes raios, o que provoca um aumento no fator p (tabela 5). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab5 as condições para a obtenção de voltamogramas virtualmente superpostos (2% de separação entre os ramos anódico e catódico) estão demonstradas na tabela 4, tendo sido calculadas a partir da equação 7:16 v d2 ± 0,0025 rtd / nf; onde d2 = 2 a = 2 re. (7) entretanto, como pode ser observado, tais condições são impraticáveis do ponto de vista experimental. na tabela 5 estão apresentadas as condições experimentais para a obtenção de voltamogramas na condição de estado quase-estacionário (7,5% de separação entre a corrente limite do voltamograma experimental e a corrente simulada para o estado estacionário),16 condição próxima às comumente empregadas em laboratório, calculados a partir da equação 8: v d2 = rtd/nf (8) nesta tabela estão também representadas as velocidades experimentais empregadas para a obtenção dos voltamogramas, a percentagem de separação entre as correntes da curva média e do voltamograma simulado e os valores de p(exp.). observando-se os dados da tabela 5, por exemplo, para o eletrodo de pt, re = 36 mm, verifica-se que, com relação à separação das correntes das curvas média e simulada, os resultados experimentais obtidos com v = 0,003 vs-1, estão em concordância com o esperado teoricamente (separação teórica: 7,5%; experimental: 6,0%), demonstrando que não http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab4 se está efetivamente trabalhando na condição de estado estacionário. por outro lado, para o eletrodo de raio intermediário (re = 53 mm) verifica-se uma fuga de 17% (% de separação id / iee), enquanto que pelo perfil do respectivo voltamograma cíclico observa-se um comportamento característico de microeletrodo. a tabela 6 apresenta os valores de raio determinados por diferentes caminhos: geométrico,17 a partir da equação 3 e a partir da corrente difusional da curva média. seguramente os valores dos raios estarão acometidos de erro quando obtidos a partir das correntes limites dos voltamogramas. verifica-se que os valores dos raios calculados a partir da corrente difusional são superiores aos valores de (r3), obtidos aplicando a equação 3 e que há uma diferença de 8,3% entre os valores de r2 e r4 para o eletrodo de pt (re = 36 ± 3) mm. desta forma, deve-se efetivamente corrigir os efeitos do desvio da condição estacionária ao se empregar a curva média para a obtenção de parâmetros eletroquímicos, como o coeficiente de difusão, concentração da espécie eletroativa, diâmetro do eletrodo e reversibilidade da reação de eletrodo.16 conclusões para os microeletrodos estudados, verificou-se que as condições para alcançar a condição de estado estacionário em função da dimensão desses eletrodos (diâmetro: 60-300 mm), exigem a utilização de velocidades extremente baixas, as vezes impraticáveis do ponto de vista experimental. em nenhum caso do presente trabalho foi possível obter a condição estacionária, apenas a condição quase-estacionária. há uma discrepância importante entre a curva média dos voltamogramas e a condição de estado estacionário. esse desvio aumenta com o aumento do raio do micrtoeletrodo, sugerindo um raio de 70 mm como limite para a transição de micro para semi-microeletrodo. a transição de microeletrodo para semi-microeletrodo reflete uma menor contribuição da difusão radial para a corrente total. entretanto, é interessante observar que os tratamentos teóricos existentes na literatura, para a geometria de microdisco, se aplica perfeitamente em todo o intervalo de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab6 diâmetro dos eletrodos utilizados neste trabalho. muitos resultados apresentados na literatura, obtidos considerando a curva média como representativa da condição estacionária, necessitam ser revistos pois, a fuga desta condição resulta em erros consideráveis nos valores do coeficiente de difusão, raio do eletrodo e nas condições de reversibilidade dos processos eletroquímicos. agradecimentos os autores agradecem à fapesp, fundunesp e ao cnpq pelo apoio financeiro. fertonani, f. l., benedetti, a. v. microelectrodes: ii. electrochemical characterization. ecl. quím. (são paulo). v.22, p.171-190, 1997. abstract: the electrochemical behavior for pure platinum microelectrode and its alloys (pt-ir (20%, m/m); pt-rh (10%, m/m)) microelectrodes were studied in aqueous solution containing 6.00 x 10-3 mol l-1 [k4fe(cn)6] + 1 mol l-1 kcl. the electrodes were prepared as flat microdisc with re = 30 to 150 mm. the true steady state condition was not obtained for any of the microelectrodes used. the near-steady state equations were used in all experiments and the average curve represents the steady state current up to the first half part of the i/e curve for microelectrodes with re 70 mm, which represents a kind of transition dimension from microelectrode to semi-microelectrode. in spite of these observations, the mathematical equations normaly used to evaluate the linear and radial diffusion contribution to the total current of a cyclic voltammogram showed a good agreement with experimental results for all microelectrodes used in this work. key-words: microelectrodes; cyclic voltammetry; near-steady state condition. referências bibliográficas 1 wojciechowski, m., balcerzak, j. anal. chim. acta, v.249, p.433, 1991. 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http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100014  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100010 resistência à corrosão das fases presentes em amálgamas dentários heloísa andréa acciari *,** antonio carlos guastaldi * christopher m. a. brett ** resumo: neste trabalho avaliou-se a resistência à corrosão em solução salina das fases presentes na microestrutura de amálgamas dentários comerciais: g1-ag2hg3, o eutético ag-cu e g2-sn7-8hg, empregando-se técnicas eletroquímicas de potencial a circuito aberto com o tempo, de polarização potenciodinâmica e de espectroscopia de impedância eletroquímica. as ligas metálicas em estudo já foram caracterizadas em um trabalho prévio, por meio de microscopia eletrônica de varredura e difratometria de raios x. a resistência à corrosão se origina da formação de filmes passivos na superfície metálica e parece estar determinada pela natureza rugosa e porosa das superfícies. palavras-chave: amálgamas dentários, corrosão em meio de cloreto, polarização potenciodinâmica, espectroscopia de impedância eletroquímica. introdução o amálgama dentário, uma mistura de mercúrio com uma liga metálica original à base de prata, foi o material mais amplamente usado por mais de um século4. em 1979, o número de restaurações de amálgamas realizadas por dentistas nos estados unidos foi estimado em 157 milhões10. durante os últimos vinte anos, o seu uso tem estado em declínio, em grande parte pela diminuição da incidência de cáries dentárias. em 1991, o número de restaurações de amálgamas foi estimado em aproximadamente 96 milhões10. apesar disto, ainda se constitui dentro da odontologia, o material mais utilizado, por ser de fácil manipulação, elevada resistência http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas mecânica e baixo custo8. os amálgamas dentários sofrem corrosão localizada. este tipo de corrosão está frequentemente associada com poros, frestas e contornos de grãos. as velocidades de corrosão dependem da composição das ligas e das concentrações de íons cloreto e de oxigênio da saliva. a grande diversidade de amálgamas comerciais, suas complexas estruturas metalúrgicas, a constante variação na composição da saliva natural e as variáveis que condicionam os experimentos in vitro impedem a interpretação da corrosão como um processo global. como consequência, limitase o conhecimento principalmente sobre as transformações microestruturais que ocorrem na superfície antes e após o início do processo corrosivo, que estão associadas à formação de uma camada de óxidos e hidróxidos de cobre e estanho presentes na microestrutura destes materiais. o complicado processo de eletrodissolução pode ser interpretado como sendo a soma de dois ou mais processos eletródicos e a posterior formação de um filme de produtos de corrosão. a caracterização e identificação dos produtos de corrosão se transformam no principal objetivo para a determinação da suscetibilidade à corrosão das fases constituintes do amálgama1, 2. a microestrutura dos amálgamas dentários consiste de partículas não reagidas da liga original (gag3sn, ag-cu, e-cu3sn e h-cu� 6sn5) e dos produtos da reação de amalgamação (g1-ag2hg3 e g2sn7-8hg)10. dada a sua natureza multifásica, para este estudo foram elaboradas ligas metálicas binárias com composições químicas correspondentes às fases presentes em sua microestrutura. foram escolhidas as fases: g1-ag2hg3 por ser a fase matriz da microestrutura de amálgamas dentários, g2-sn7-8hg por ser a mais suscetível à corrosão dentre todas aquelas que compõem a microestrutura dos amálgamas dentários de acordo com a literatura especializada7, além da composição eutética ag-cu (72%ag,28%cu) por ser um componente adicionado às ligas mais modernas com o objetivo de reduzir a quantidade de g2-sn7hg formada durante a reação de amalgamação e, neste sentido, aumentar a resistência à corrosão no meio bucal. análises metalográficas utilizando-se técnicas de microscopia eletrônica de varredura com análise elementar semiquantitativa, mostraram que em alguns tipos de amálgamas que não possuem a fase g2-sn7-8hg, as regiões preferencialmente atacadas pela corrosão são bem definidas em torno das partículas do eutético ag-cu. ataque similar também foi observado na fase h'-cu6sn5, sendo esta última preferencialmente corroída após imersão em solução de ringer13. este trabalho consiste de um estudo da resistência à corrosão relativa destas fases microestruturais em meio salino, utilizando-se técnicas eletroquímicas de potencial a circuito aberto com o tempo, de polarização potenciodinâmica e de espectroscopia de impedância eletroquímica, em solução aerada de nacl 0,9%, que simula a agressividade do ambiente bucal. material e método numa primeira etapa, foram elaboradas as ligas metálicas binárias com composições químicas correspondentes a cada uma das fases presentes na microestrutura de amálgamas dentários comerciais, caracterizadas quanto a morfologia por meio de microscopia eletrônica de varredura e difratometria de raios x. a descrição em detalhes está contida em um trabalho prévio3. para os ensaios de corrosão foram preparados eletrodos de trabalho a partir dos corpos-de-prova obtidos, os quais foram embebidos em resina polimérica, com uma de suas faces planas exposta, de área aproximada a 0.3 cm2. o polimento da superfície foi feito com lixas de diferentes granulações (600, 1000 e 1500), em seguida, foram lavadas com água destilada utilizando banho de ultra-som por 10 minutos. utilizou-se uma célula eletroquímica convencional contendo solução de nacl 0.9% aerada e sem controle atmosférico, que simula a agressividade do ambiente bucal, com três eletrodos, sendo o contra-eletrodo uma folha de pt e o eletrodo de referência, calomelano saturado (ecs). as medidas eletroquímicas de corrosão foram realizadas com um potenciostato solartron si 1287. as curvas potenciodinâmicas foram obtidas a 2,5 mv s-1. as medidas de impedância foram registradas usando-se um analisador de resposta de frequência solartron 1250 acoplado a uma interface eletroquímica solartron 1286, utilizando-se uma perturbação de 10 mv na faixa de frequência que variou de 65 khz a 0,1 hz, com obtenção de 5 pontos por década de frequência e controlados pelo "software zplot". os ajustes foram realizados pelo "software zsim cnls". resultados e discussão medidas de potencial a circuito aberto com o tempo a figura 1 ilustra as curvas de potencial a circuito aberto com o tempo obtidas para os sistemas em estudo. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 para ag-cu observou-se uma diminuição do potencial até se atingir a região de estabilização do mesmo indicativo de corrosão generalizada com ruptura de filme, assim que expostas ao meio eletrolítico11. nos casos de ag-hg e sn-hg, observou-se um aumento do potencial imediatamente após a imersão em solução salina, até se atingir a região de estabilização do potencial, indicando a formação de um filme protetor sobre a superfície metálica. em geral, ligas metálicas que apresentam este tipo de comportamento, possuem boa resistência à corrosão e grande estabilidade em meios agressivos11. curvas de polarização de acordo com o comportamento potenciodinâmico de ag-cu, representado pela figura 2, pode-se observar uma região de densidade de corrente constante em torno de 10-2 a cm-2 entre -50 e +50mv (ecs). a curva de polarização catódica desta fase mostra uma inclinação de tafel seguida de uma região controlada pela difusão. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 o aumento na densidade de corrente com a polarização anódica desta liga não significa necessariamente que esta fase oxida-se ativamente em solução salina, desde que os transientes corrente-tempo desta fase a cada potencial entre o potencial de corrosão e -50mv indique a ocorrência de absorção de íon cl-. de acordo com a literatura13 cu2o cresce em cobre puro como um produto primário da corrosão no seu potencial de corrosão em solução de cloreto de sódio aerada. este filme é altamente poroso conduzindo assim, à uma proteção não efetiva frente à corrosão. devido à alta condutividade eletrônica de cu2o e à difusão de íons cobre ao longo dos poros, a corrente aumenta com a polarização anódica13. o cobre está associado com os amálgamas dentários na forma de cu6sn5, cu3sn, cuxsny e ag-cu. a região de passividade ocorre entre -250 e 0mv, indicando a formação de um filme anódico de coloração esverdeada. a formação do filme de reação contendo ambos óxidos de cobre e cloretos sobre o cobre ou sobre ligas à base de cobre em solução de cloreto de sódio é muito provável indicando inicialmente a formação de uma solução de cloreto ou óxido cu2o seguida pela formação de cucl. estudos prévios têm identificado produtos como cu2(oh)3cl.cu2o 13. o aumento observado na densidade de corrente acima de 0 mv pode ser devido à dissolução do filme formado pelos produtos de corrosão. o sistema ag-hg apresenta uma região de densidade de corrente constante entre os potenciais -50 e +50 mv. o pico na densidade de corrente a +130 mv pode estar relacionado à formação de hg2cl2, embora possa existir alguma contribuição para agcl. os potenciais de equilíbrio de ag/agcl e hg/hg2cl2 estão muito próximos um do outro em relação ao potencial padrão de hidrogênio. o aumento na densidade de corrente com a polarização acima de +150 mv pode ser devido à natureza do filme, desde que, ambos agcl e hg2cl2 sejam descontínuos e, consequentemente, ofereçam pouca resistência à passagem de corrente. o perfil da curva e vs. log i registrado para o sistema sn-hg apresentou um aumento contínuo na densidade de corrente com a polarização alcançando um máximo equivalente a aproximadamente 10-2 a cm-2. a potenciais mais positivos, a densidade de corrente assume um valor aproximadamente constante, indicando a formação de um filme de óxido ou hidróxido. medidas de impedância eletroquímica ag-hg de acordo com os diagramas de impedância obtidos para o sistema ag-hg, figura 3, observa-se apenas uma constante de tempo que tende a ser ligeiramente mais resistiva com o aumento do potencial. os ajustes destes espectros foram efetuados utilizando-se o modelo de circuito elétrico equivalente representado pela figura 4, composto além da resistência da célula, rw, de uma associação em paralelo da resistência de polarização, neste caso representada por r1, com a capacitância da dupla-camada elétrica, cdl. esta capacitância foi modelada usando um elemento de fase constante (cpe) com o objetivo de considerar também o comportamento eletroquímico de sistemas que não correspondem exatamente a uma pura capacitância, considerando assim, o expoente da frequência angular a. este parâmetro pode ser discutido em termos de fenômeno difusional e morfologia superficial, dada a sua natureza rugosa. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 a tabela 1 apresenta os resultados dos ajustes efetuados, onde se pode observar um ligeiro aumento da resistência de polarização com o aumento do potencial. os valores de a obtidos (» 0.5) podem ser explicados pela variação da resistência de um filme de produtos de corrosão aderentes à superfície, combinada com a alta porosidade6. ag-cu a figura 5 ilustra os espectros de impedância obtidos no plano complexo para a liga de composição eutética ag-cu, a vários potenciais aplicados na região do potencial de corrosão. a -100 mv, observa-se o aparecimento de uma segunda constante de tempo, com uma componente com características difusionais e que permanece até 0 mv. a +50 mv, observa-se uma diminuição no valor de rp, na região de baixas frequências, sendo esta uma indicação do aparecimento de um processo de corrosão por pites9. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 resultados dos ajustes dos espectros de impedância para a liga de composição eutética ag-cu (efetuados somente a -150, -100 e -50 mv) são mostrados de acordo com os formatos de gráficos do plano complexo e de bode como função do potencial, nas figuras 6 e 7, respectivamente. os espectros obtidos a -150 e -100 mv, com apenas uma componente, foram ajustados com o circuito da figura 4. a -50 mv, os ajustes foram efetuados pelo circuito apresentado na figura 8. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v26/a10fig06.gif a forma das curvas de impedância e a dependência com o potencial têm sugerido que o espectro pode somente ser interpretado por um modelo que considera ambos os efeitos da transferência de carga e transporte de massa. um aspecto importante deste modelo é o efeito da camada de produtos de corrosão porosa em decorrência do mecanismo da corrosão e que pode estar associada a um processo difusional, modelado pela inserção do elemento cpe2 no circuito elétrico, sendo esta segunda componente observável somente na região de baixas frequências, a -50 mv, outro aspecto importante é a significativa diminuição no valor da resistência de polarização, rp, representada por r1 no circuito elétrico equivalente, cujos valores podem ser observados na tabela 2. os espectros obtidos e modelados segundo as figuras 6 e 7, que representam os formatos do plano complexo e de bode respectivamente, são dominados pela capacitância de uma superfície de natureza porosa, que permanece praticamente constante ao longo da variação de potencial. de acordo com os dois formatos de gráficos apresentados, foi observada uma boa concordância entre os valores experimentais e calculados. em particular, a primeira componente é determinada pela resistência de transferência de carga (representada por r1) e pela capacitância da dupla-camada elétrica, cdl (melhor representada por um cpe1) enquanto que a segunda componente está provavelmente relacionada ao processo difusional em uma superfície sólida (cpe2). sn-hg considerando as medidas de impedância da liga metálica sn-hg, figura 9, é possível observar a dependência do potencial nas medidas das respostas de frequência, com evidência de duas constantes de tempo a -500 mv, próximo do potencial de corrosão como ilustrado na figura 2. o primeiro processo corresponde à transferência de carga e o segundo representa um fenômeno difusional. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig09 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v26/a10fig06.gif http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 as distorções observadas no formato do plano complexo, a -300 mv, na mesma figura, são marcadas pela diminuição no módulo de impedância, especialmente na região de baixas frequências, o que pode estar associado com o início de um processo de formação e crescimento de pites6. no limite a baixas frequências, o pite pode ser considerado como um pequeno disco condutor embebido em um plano isolante9. os metais passiváveis têm significado prático por apresentarem altas resistências aos meios corrosivos pelo fato de possuírem um filme protetor que se forma sobre suas superfícies. a característica protetora destes filmes pode ser uma representação comum da passividade, embora a espessura do filme varie de acordo com o material e com o meio empregado. em meios ácidos, contendo íons agressivos, tais como íons haletos, os filmes passivos são, às vezes, destruídos em regiões preferenciais, podendo ocorrer a corrosão por pites. em particular, os sinais eletroquímicos que são observados durante o período de indução de corrosão por pites estão relacionados aos processos de dissolução e redeposição ou, à completa destruição do filme passivo, de interesse no estudo do mecanismo da corrosão5. de uma maneira geral, respostas de frequência do tipo indutivo têm sido observadas nas medidas de impedância eletroquímica para vários sistemas que sofrem corrosão. tal comportamento é caracterizado por uma parte do espectro de impedância aparecendo no quarto quadrante quando os dados são construídos no formato do plano complexo. existem controvérsias na interpretação e modelamento de tais respostas para se obter velocidades de corrosão até quando é demonstrada a linearidade entre os sinais de "entrada e saida" 14. quando o sistema é pobremente caracterizado, o modelamento cinético torna-se impossível. fazendo uso apropriado de circuitos elétricos, pode-se ter um método efetivo para a estimativa da resistência de transferência de carga e, desta forma, para a velocidade de corrosão para tal sistema14. resultados de vários estudos mostram que se pode assumir um mecanismo derivado de um processo de difusão em direção a uma superfície eletródica parcialmente bloqueada13. esta aproximação permite levar em conta o efeito da não-homogeneidade de uma superfície que está sendo submetida à corrosão na resposta de frequência. a teoria do eletrodo parcialmente bloqueado é uma presente dificuldade para simular a resposta de frequência para sistemas em que o meio corrosivo é indefinido14. vários grupos de trabalhos têm mostrado que um modelo denominado por um comportamento pseudo-indutivo pode surgir de uma reação de corrosão envolvendo uma espécie eletroativa e um intermediário adsorvido9, 14, 15. as figuras 10 e 11 mostram que os espectros obtidos a -200 e -100 mv podem ser ajustados de acordo com o circuito elétrico equivalente ilustrado pela figura 12, proposto para modelar uma resposta do tipo "pseudo-indutiva". na presente análise, os valores de resistência de polarização são apresentados na tabela 3, junto com os demais resultados dos ajustes efetuados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig12 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig11 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 como hipótese, estas resistências podem estar relacionadas com a corrente de corrosão. os diferentes valores encontrados mostram que a corrente deve ser dependente de dois parâmetros; um sendo o potencial e o outro sendo ela mesma dependente do potencial e do tempo, pela formação de um filme protetor, também observado visualmente, bloqueando parcialmente a superfície metálica. de acordo com os formatos de gráficos apresentados para as respostas de impedância, figuras 10 e 11 respectivamente, é possível observar três constantes de tempo dentro da faixa de frequência estudada, a potenciais que representam o início da formação de um filme constituído pelos produtos de corrosão, que tende a se tornar espesso sobre a superfície metálica. a primeira componente pode ser determinada pela resistência de transferência de carga, neste caso representada por r1, e pela capacitância da dupla-camada elétrica (representada por c1), modelada pela associação em paralelo destes dois elementos. a segunda componente, modelada com a inserção de um elemento de fase constante (cpe2) no lugar da capacitância da dupla-camada, pode estar associada a um processo difusional relacionado ao transporte de massa (evidente a -500 mv, figura 9). a terceira componente com características pseudo-indutivas, obtida a baixas frequências, parece ser dependente do potencial e pode estar associada ao bloqueio da superfície eletródica originado pela aderência de produtos de corrosão insolúveis no meio estudado (evidente a -200 e -100 mv). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig09 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig11 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 alguns destes produtos de corrosão, tal como sno2, são semicondutores12. os valores para capacitância de um semicondutor oscilam entre nf/cm2 e mf/cm2. para uma região coberta com óxidos, a capacitância global pode ser definida pela resultante de duas capacitâncias (o semicondutor e a dupla-camada) em série12. o elemento indutivo l representa, neste caso, a associação em paralelo de uma resistência e capacitância, r3 e c3, com valores de c3<0, necessários para o ajuste da terceira componente pseudoindutiva. conclusão as medidas de impedância realizadas a potenciais próximos do potencial de corrosão conduziram a espectros capacitivos e distorcidos, com características difusionais obtidas para ag-cu e sn-hg. os valores obtidos dos ajustes sugerem uma boa resistência à corrosão no potencial de circuito aberto com valores de rp da ordem de magnitude de 1 a 20 kw cm2, aproximadamente. a rugosidade superficial é maior para ag-hg, quando comparada com as outras ligas em estudo, constatada pelos valores de a obtidos dos ajustes dos espectros de impedância. os valores de capacitância também são maiores, em torno de 1 mf cm-2, obtidos também para ag-cu, quando comparados com sn-hg que apresentou um valor em torno de 100 – 200 µf cm-2. esta diminuição pode ser explicada pela presença de estanho na liga, devido a aderência de óxidos de estanho que bloqueiam parcialmente a superfície eletródica. em geral, distorções nos espectros de impedância podem ser causadas: pela influência da natureza rugosa; como foi observado para ag-hg, adição de um fenômeno difusional; para ag-cu e ainda, ocorrência de um fenômeno de adsorção a uma superfície parcialmente bloqueada, para sn-hg. agradecimentos h. a. a. agradece à fapesp pela bolsa de doutoramento, processo n. 97/12217-0. acciari, h.a. et al. corrosion resistance of the phases presents in dental amalgams. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: in this work, the corrosion resistance behavior of three of their phases presents in dental amalgam has been investigated: g1-ag2hg3 (the matrix phase in the microstructure), g2-sn78hg (the phase most susceptible to corrosion in the oral cavity, according to the literature) and agcu eutectic (the component of the more modern powder alloys, the objective being to reduce the quantity of g2-sn7-8hg formed during the amalgamation and in this way increase its corrosion resistance). electrochemical measurements were carried out in 0,9% aqueous sodium chloride in order to simulate the aggressivity of the oral cavity, using open circuit potential measurements, polarization curves and electrochemical impedance. the corrosion resistance exhibited by alloys can be associated with formation of a corrosion layer and seems to be dominated by the presence of a porous layer in the surface. keywords: dental amalgam, chloride corrosion, potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy (eis). referências bibliográficas 1 acciari, h. a.; codaro, e. n.; guastaldi, a. c. a comparative study of the corrosion of high copper dental amalgams. mat. lett., v. 36, p.148-51, 1998. 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(2) about 21 ml of titanium (iv) butoxyde (tbo) and 490 ml of ethanol were then added and the mixture was stirred for 2 h at room temperature. (3) 66 ml of 0.6 mol l1 hno3 solution were slowly added and allowed to rest for gelation. the formed xerogels were ground, dried at 383 k for 24 h and sieved in order to obtain particles size between 75 and 250 µm. incorporation of sb(v) into sio2/tio2 about 15 g of the mixed oxide obtained was immersed in 500 ml of distilled water and 20 ml of 0.3 mol l-1 sb (v) (prepared from sbcl5) aqueous solution were added and the suspension heated at 333 k for 8 h. the solid was filtered, washed with 1.0 mol l-1 hno3 solution in order to avoid sb(v) hidrolysis and to eliminate choride ion, and finally with deionized water until the washing solution achieved a neutral ph. ion exchange isotherms the ion exchange capacities for the sample was determined by weighing about 100 mg of the materials and adding into 50.0 ml of 1.0 mol l-1 mcl solution (m = li+, na+, k+) and shaken for 8 h at 298 k. 25.0 ml of the supernatant solution was titrated with standard 0.05 mol l-1 naoh solution [2]. the isotherms were determined by immersing 100 mg of sio2/tio2/sb2o5 into 50 ml of the ions with concentrations between 8x10-5 and 5x10-3 mol l-1. each mixture was shaken about 24 h at 298 k and the concentration of the metal ion in the solution phase was determined. the measurements were carried out on a b 262 micronal flame photometer apparatus. results and discussions the main characteristics of the solid obtained, sio2tio2 and sio2/tio2/sb2o5 are summarized in table 1. for sake of brevity, both solids will hereafter designated as st and stsb. table 1. chemical analyses results, surface areas and average pole volumes for sio2/tio2 and sio2/tio2/ sb2o5 table 1 shows that the sb content is 9.8 wt% which corresponds to 0.8 mmol g-1 of the element in the matrix. the specific surface areas determined by the bet method, shows an area of 528 m2g-1 for stsb and 607 m2g-1 for st. the results show that for stsb the blocking of the finest pores by the antimony oxide is not significant an thus, the decrease of the area upon coating the st surface is very small. ion exchange isotherms figures 1a-c show the ion exchange isotherms for li+, na+ and k+ ion on stsb at 298 k. clearly we observe that at the limit of saturation condition on the isotherm curves the adsorption capacities are li+ < na+ ~ k+. the ion exchange process on the solid surface can be represented by the equation: h + + m+ →← m + + h+ , kexch eq 1 where the bars mean the solid phase and kexch is the concentration equilibrium constant, eq 2 53ecl. quím., são paulo, 30(1): 51-58, 2005 where the concentrations in solution phase are expressed as mol l-1 and in the solid phase as mol g-1. simulations of ions-exchange equilibria the initial values of log kexch were estimated for all experimental points with the use of eq 2, for different molar fraction of the metal, , on the solid phase stsb. for an ideal ion exchange case is expected log kexch value do not depend on . as an example, figure 2 shows the plot of log kexch plotted against . figure 2. plot of log kexch against +kχ for an ion exchange process on stsb at 298 k. we observe that the ion exchange process h+/k+ do not correspond to the model of the ideal exchange, i.e. the replacement of h+ with k+ leads to increasing of log kexch. the deviation from an ideal model is also observed for the exchange process h+/li+ and h+/na+. these results are indicating that the energetical heterogeneity of the materials manifest at the h+/m+ exchange process. both, the quantitative description of the ion exchange equilibria and characteristics of the material require taking this feature into account. there are several possible ways to perform this [18-23]. in this work the model of fixed polydentate centers has been be used [16,17]. according to it, the surface of the material is considered as the assemblage of the polydentate ion exchange centers whereas the ion exchange process is represented by the scheme below, where the stepwise equilibrium figure 1. ion exchange isotherms at 298k on stsb for (a) li+, (b) na+ and (c) k+ 54 ecl. quím., são paulo, 30(1): 51-58, 2005 reactions are characterized with the corresponding constants k1, k2 , k3... scheme 1. ion exchange as presented by the model of the fixed bidentate centers. ~qh is the center of the ion exchange. the overall constants are defined as βi = k1×k2×k3×…= ki, where z is the number of the stages. to use the model it is necessary to determine the size of the center (z) and to calculate the values of ki or βi. the following procedure was used to solve this task. step 1. the tentative value z =1 was fixed. step 2. the unknown concentration equilibrium constants bi were calculated by the nonlinear least-square method [24] applied to minimize criterion eq 3 where k is the number of the experimental table 2. the results of testing the model of the ideal ion exchange for the h+ / na+ exchange* *here and below the values in parentheses are the standard deviations. points, ∆k is the difference between the calculated and experimental values, ∆ = ccalc – cexp or ∆ = nf calc – nf exp, where c is the equilibrium concentration of the metal ions in solution (mol l 1), nf is the specific amount of the adsorbed metal ions (mol·g-1), wk is the statistical weight of the kth measurement assigned as: eq 4 where ak is the experimental value (c of nf) and σr is its relative error [25]. all computations were performed with the aid of the software program clinp 2.1 [26]. step 3. the adequacy of the model was tested. if the model fitted experimental data unsatisfactorily, the current z value is increased and new calculations of the equilibrium constants are performed (see step 2). to test the adequacy of the models, the global criterion χ2 is used [27]. the model is assumed to be adequate if the following inequality holds, , eq 5 where is the 5% point of the chi-squared distribution with f degrees of freedom (f = n x, where x is the number of the parameters to be calculated). it was found that the acceptable quality of fitting the experimental data is attained at z = 4 (model of fixed tetradentate centers). figure 3 presents the example of simulation for the h+ / k+ exchange. the course of simulation and the results of calculations are summarized in tables 2-4. 55ecl. quím., são paulo, 30(1): 51-58, 2005 * it is impossible to calculate the equilibrium constant because at all experimental points the degrees of formation of the reaction product do not exceed 0.01% of the total li+ concentration. table 3. the results of simulation of the h+ / li+ exchange 56 ecl. quím., são paulo, 30(1): 51-58, 2005 table 4. the results of simulation of the h+ / k+ exchange one important feature of the h+ / k+ ion exchange should be noted. when the replacement of h+ by k+ in the tetradentate center occurs, it is impossible to determine the stepwise ion exchange constants ki. that is for the reason that the intermediate species and are practically absent. this fact points to the nonstepwise character of the ion exchange process. in other words, if h+ in the tetradentate center is replaced by k+, the replacement of the next h+ ion is facilitated, the k+ ion “pushes out” the next hydrogen ion. as a rule, such positive cooperativity is rarely happened. but it seems that such situation is not the exceptional case for the hybrid materials 57ecl. quím., são paulo, 30(1): 51-58, 2005 on the base of inorganic oxides. a similar example of the positive cooperativity for such materials was recently described [28]. unfortunately, the scarcity of information about this new generation of materials does not allow to propose now more or less clear explanation of the revealed phenomenon and requires further investigation. degrees of formation of different species conclusions the porous solid stsb showed a good ion exchange property possessing a high exchange capacity towards the li+, na+ and k+ ions. in the h+/m+ ion exchange process, the h+ / na+ could be described as presenting an ideal character. the ion exchange equilibria of li+ and k+ were quantitatively described with the help of the model of fixed tetradentate centers. the results of simulation evidence that for the h+ / li+ exchange the usual situation takes place: the affinity of the figure 3. the ion exchange isotherm of k+. +kχ is the molar fraction of k+ in aqueous solution and +kχ is the molar fraction of k+ in solid phase. in the solid phase (figures 4 and 5) corroborate a great difference between the nature of the ion exchange process for li+ and k+. in the case of the h+ / li+ exchange, species , relatively depleted with li+, predominates at extents of reaction 0.15 – 0.55, while for the h+ / k+ ion exchange species , enriched with k+, is the main potassium entity in the solid phase material to the li+ ions is decreased with increasing the degree of ion exchange. on the contrary, for k+ the effects of positive cooperativity, that facilitate the h+ / k+ exchange, were revealed. acknowledgements yg is indebted to cnpq/pronex and fapesp for financial supports. recebido em: 18/11/2004 aceito em: 13/12/2004 58 ecl. quím., são paulo, 30(1): 51-58, 2005 [1] a. clearfield, inorganic ion exchange materials; crc press inc.: boca raton, fl, 1982. 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troca iônica; ions de metais alcalinos; constantes de estabilidade. references ecl. quím., são paulo, 35(1): 19 24, 201024 artigo article www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 25 resumo: um método de correção de interferência espectral e de transporte é proposto, e foi aplicado para minimizar interferências por moléculas de po produzidas em chama ar-acetileno e de transporte causada pela variação da concentração de ácido fosfórico. átomos de pb e moléculas de po absorvem a 217,0005 nm, então atotal 217,0005 nm = a pb 217,0005 nm + a po 217,0005 nm. monitorando o comprimento de onda alternativo de po em 217,0458 nm, é possível calcular a contribuição relativa de po na absorbância total a 217,0005 nm: apb 217,0005 nm = atotal 217,0005 nm a po 217,0005 nm = atotal 217,0005 nm k (a po 217,0458 nm). o fator de correção k é a razão entre os coeficientes angulares de duas curvas analíticas para p obtidas a 217,0005 e 217,0458 nm (k = b217,0005 nm/ b217,0458 nm). fixando-se a taxa de aspiração da amostra em 5,0 ml min-1, e integrando-se a absorbância no comprimento de onda a 3 pixels, curvas analíticas para pb (0,1 1,0 mg l-1) foram obtidas com coeficientes de correlação típicos ≥ 0,9990. as correlações lineares entre absorbância e concentração de p nos comprimentos de onda 217,0005 e 217,0458 foram ≥ 0,998. o limite de detecção de pb foi 10 µg l-1. o método de correção proposto forneceu desvios padrão relativos (n=12) de 2,0 a 6,0%, ligeiramente menores que os obtidos sem correção (1,4-4,3%). as recuperações de pb adicionado às amostras de ácido fosfórico variaram de 97,5 a 100% (com correção pelo método proposto) e de 105 a 230% (sem correção). palavras-chave: método de correção por equação matemática; espectrometria de absorção atômica com fonte contínua e de alta resolução; chumbo; ácido fosfórico. artigo/article photo-fenton process for treating biological laboratory wastewater containing formaldehyde janaína conrado l. fonsecaa, raquel f. pupo nogueirab, mary rosa rodrigues marchib* a unesp waste management program, unesp – univ estadual paulista rectory office, 01049-010, são paulo – sp, brazil b institute of chemistry, unesp – univ estadual paulista, p.o.box 355, 14800-900, araraquara sp, brazil. *corresponding author. phone: +55-16-3301-6610. fax: +55-16-3301 6692; e-mail address: mssqam@iq.unesp.br abstract: laboratories consume great amounts of hazardous chemicals substances and consequently generate wastewater containing them, for example formaldehyde. this substance is widely utilized to preserve biological samples generating many liters of this residue every year. the present work proposes the use of the photo-fenton process to treat formaldehyde wastewater using sunlight irradiation. some aspects were investigated such as the iron source, sample and hydrogen peroxide concentration and also the use of stirred systems. the use of ferrioxalate (0.5 mmol l-1) improved the efficiency of the process in relation to the use of iron nitrate, while at least 1.0 mol l-1 h2o2 is necessary to treat the sample of the 500 mg c l-1. under these conditions, every formaldehyde detectable was degradeted and 89% of the dissolved organic carbon was removed in two hours of exposure to sunlight. these results are satisfaction considerate for são paulo state environmental agency. keywords: laboratory wastewater treatment, formaldehyde, photo-fenton introduction a large number of biological laboratories use solutions of formaldehyde to preserve anatomic pieces, generating many liters of formaldehyde waste every year. in according to the literature formaldehyde is genotoxic in exposed cells in vitro or exposed tissues in vivo [1,2,3] although the concentration of formaldehyde is just 3.7% w/w, discharging formaldehyde without treatment can cause serious damage from aquatic environment, due to its carcinogenicity [4] and there is no safe limit to exposition for this class (carcinogenic). hence, these wastes require an appropriate treatment to avoid risks to the environment and human health. the adequate treatment of wastes generated by industrial, agricultural or domestic activities is regulated by environmental agencies throughout the world, [5,6] which the levels of specific parameters are limited and checked in the discharged wastes. this is necessary due to large volumes of toxic generated wastes and consequently to the impacts that this cause. the formaldehyde, for example, is able to react with dna, rna and proteins, damaging cells and causing the death of microorganisms present in biological wastewater treatment plants [7,8]. furthermore, the residues generated by universities and research centers offers a special challenge: present specific treatments of different wastes. the ideal solution would be an in situ treatment of these wastes, avoiding storage and references [1] j.l. raposo jr, s.r. oliveira, j.a. nóbrega, j.a. gomes neto, spectrochim. acta part b 63 (2008) 992. [2] plasus ingenieurbüro, plasus specline, version 2.13, königsbrun, germany, 2005. [3] y. y. zong, p. j. parsons, w. slavin, spectrochim. acta, part b 49 (1994) 1667. [4] j.b. willis, b.t. sturman, j. anal. at. spectrom. 19 (2004) 706. [5] s. m. nelms, inductively coupled plasma mass spectrometry handbook, first ed., wiley-blackwell, 2005. [6] f. laborda, m. p. górriz, e. bolea, j. r. castillo, spectrochim. acta part b 61 (2006) 433. [7] b. welz, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, highresolution continuum source aas: the better way to do atomic absorption spectrometry, first ed.,wiley-vch, weinheim, 2005. [8] b.welz, anal. bioanal. chem. 381 (2005) 69. [9] b. welz, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, m.g.r. vale, j. braz. chem. soc. 14 (2003) 220. [10] m.d. huang, h. becker-ross, s. florek, u. heitmann, m. okruss, j. anal. at. spectrom. 21 (2006) 338. [11] d. h. harris, quantitative chemical analysis, seventh ed., w. h. freeman and company, new york, 2007. ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 2010 ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 201026 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 2010 27 artigo article transportation risks and reducing the number of people in contact with toxic products. it would be also relatively easy and cheap to treat the residues if their compositions are known. advanced oxidation processes (aop) can be applied in situ to degrade a great variety of organic pollutants such as pesticides [9,10,11,12], dyes [13,14,15] and chlorophenols [16]. among the various aops, the so-called photo-fenton process has attracted great interest due to its high efficiency to generate hydroxyl radicals during the decomposition of h2o2 by fe (ii) in acid medium. associated to uv-vis irradiation, a considerable increase in the oxidation power is observed mainly due to the photo-reduction of fe(iii) to fe(ii), which can react with h2o2, establishing a cycle and generating hydroxyl radicals, as shown in equations 1 and 2 [17,18]. 3 1. introduction a large number of biological laboratories use solutions of formaldehyde to preserve anatomic pieces, generating many liters of formaldehyde waste every year. in according to the literature formaldehyde is genotoxic in exposed cells in vitro or exposed tissues in vivo [1,2,3] although the concentration of formaldehyde is just 3.7% w/w, discharging formaldehyde without treatment can cause serious damage from aquatic environment, due to its carcinogenicity [4] and there is no safe limit to exposition for this class (carcinogenic). hence, these wastes require an appropriate treatment to avoid risks to the environment and human health. the adequate treatment of wastes generated by industrial, agricultural or domestic activities is regulated by environmental agencies throughout the world, [5,6] which the levels of specific parameters are limited and checked in the discharged wastes. this is necessary due to large volumes of toxic generated wastes and consequently to the impacts that this cause. the formaldehyde, for example, is able to react with dna, rna and proteins, damaging cells and causing the death of microorganisms present in biological wastewater treatment plants [7,8]. furthermore, the residues generated by universities and research centers offers a special challenge: present specific treatments of different wastes. the ideal solution would be an in situ treatment of these wastes, avoiding storage and transportation risks and reducing the number of people in contact with toxic products. it would be also relatively easy and cheap to treat the residues if their compositions are known. advanced oxidation processes (aop) can be applied in situ to degrade a great variety of organic pollutants such as pesticides [9,10,11,12], dyes [13,14,15] and chlorophenols [16]. among the various aops, the so-called photo-fenton process has attracted great interest due to its high efficiency to generate hydroxyl radicals during the decomposition of h2o2 by fe (ii) in acid medium. associated to uv-vis irradiation, a considerable increase in the oxidation power is observed mainly due to the photo-reduction of fe(iii) to fe(ii), which can react with h2o2, establishing a cycle and generating hydroxyl radicals, as shown in equations 1 and 2 [17,18]. )2..(.......... 1.........(. 2 2 3 3 22 2 ohhfeohfe ohohfeohfe h      many researchers have studied the degradation of formaldehyde in aqueous medium using different advanced oxidative processes [8,19,20,21]. however, the difficulty is much greater when, along with the aqueous solution of formaldehyde, the residue presents a high concentration of organic compound and interferences, as was the case described above. (1) 3 1. introduction a large number of biological laboratories use solutions of formaldehyde to preserve anatomic pieces, generating many liters of formaldehyde waste every year. in according to the literature formaldehyde is genotoxic in exposed cells in vitro or exposed tissues in vivo [1,2,3] although the concentration of formaldehyde is just 3.7% w/w, discharging formaldehyde without treatment can cause serious damage from aquatic environment, due to its carcinogenicity [4] and there is no safe limit to exposition for this class (carcinogenic). hence, these wastes require an appropriate treatment to avoid risks to the environment and human health. the adequate treatment of wastes generated by industrial, agricultural or domestic activities is regulated by environmental agencies throughout the world, [5,6] which the levels of specific parameters are limited and checked in the discharged wastes. this is necessary due to large volumes of toxic generated wastes and consequently to the impacts that this cause. the formaldehyde, for example, is able to react with dna, rna and proteins, damaging cells and causing the death of microorganisms present in biological wastewater treatment plants [7,8]. furthermore, the residues generated by universities and research centers offers a special challenge: present specific treatments of different wastes. the ideal solution would be an in situ treatment of these wastes, avoiding storage and transportation risks and reducing the number of people in contact with toxic products. it would be also relatively easy and cheap to treat the residues if their compositions are known. advanced oxidation processes (aop) can be applied in situ to degrade a great variety of organic pollutants such as pesticides [9,10,11,12], dyes [13,14,15] and chlorophenols [16]. among the various aops, the so-called photo-fenton process has attracted great interest due to its high efficiency to generate hydroxyl radicals during the decomposition of h2o2 by fe (ii) in acid medium. associated to uv-vis irradiation, a considerable increase in the oxidation power is observed mainly due to the photo-reduction of fe(iii) to fe(ii), which can react with h2o2, establishing a cycle and generating hydroxyl radicals, as shown in equations 1 and 2 [17,18]. )2..(.......... 1.........(. 2 2 3 3 22 2 ohhfeohfe ohohfeohfe h      many researchers have studied the degradation of formaldehyde in aqueous medium using different advanced oxidative processes [8,19,20,21]. however, the difficulty is much greater when, along with the aqueous solution of formaldehyde, the residue presents a high concentration of organic compound and interferences, as was the case described above. (2) many researchers have studied the degradation of formaldehyde in aqueous medium using different advanced oxidative processes [8,19,20,21]. however, the difficulty is much greater when, along with the aqueous solution of formaldehyde, the residue presents a high concentration of organic compound and interferences, as was the case described above. besides the high efficiency of the photofenton process to oxidize a variety of organic compounds, the simplicity of operation and the possibility of using solar light are advantages which can make the implementation easier of in situ and small scale treatment processes, adequate for laboratory wastes. in this work, the photo-fenton process was studied for the treatment of aqueous wastes containing formaldehyde generated in a biological laboratory of the bioscience institute of the são paulo state university. the influence of the concentration of the h2o2 and the sample, the iron source (potassium ferrioxalate or ferric nitrate), and the use of stirred systems were evaluated as to their effect on the mineralization of the waste. 2 materials and methods 2.1 chemicals potassium ferrioxalate (feox) was prepared and purified as described previously [22]. the aqueous stock solution of feox and fe(no3)3.9h2o (mallinckrodt) were prepared using millipore milli-q water, at a concentration of 0.25 mol l-1 and stored in the dark at room temperature for a maximum of one week. hydrogen peroxide 30% (w/w) (synth) was used. ammonium metavanadate (vetec) solution was prepared to have a final concentration of 0.060 mol l-1 in h2so4 at 0.58 mol l-1 (synth). the formaldehyde waste sample was collected in a biological laboratory at the university campus having a concentration of 1.2 mol l-1 of formaldehyde and ph value of 6.8. for all experiments, the ph of the samples was adjusted to 2.5 by adding h2so4. the reaction was initiated after h2o2 and iron solutions were added, and when they were exposed to irradiation. 2.2. experimental conditions all experiments were realized under magnetic stirring and in batch mode. the sample was exposed to irradiation in open dark glass vessels having a diameter of 9.5 cm, height of 4.5 cm and a total volume of 250 ml [23] under magnetic stirring unless otherwise stated. 2.2.1. photo-fenton process the experiments were carried out in araraquara, sp, brazil (21º s 48º w) under clear sky conditions. the vessels were covered with pvc film to avoid wastage by evaporation. the absorption/reflection of such film is approximately 10% of the solar irradiation in the uva region. all the experiments were undertaken in winter (july and august), between 10 a.m. and 2 p.m. the solar energy dose accumulated during exposure time and solar irradiance was measured every 20 minutes using a solar light co radiometer (model pma 2100) in the uva region (320 and 400 nm) during the experiments. the sensor was positioned horizontally and covered with the same film of the sample to equal the solar energy reception. the total energy dose was also measured during the experiment, which ranged from 13 to 18 j cm-2 for a total exposure period of 2 h. in the experiments using artificial irradiation two 15 w germicide lamps with a wavelength of 254 nm were used. in this case, the samples were submitted a two hours of irradiation too. 2.3 chemical analysis the photodegradation process was monitored by measuring the total organic carbon (toc) concentration using an organic carbon analyzer (toc 5000a shimadzu). samples were collected at various times during the experiment. these collections were done: before the vessels were exposed to the irradiation; every twenty minutes and once the full 120-minute interval was complete. then the samples were immediately filtered through a 0.45 μm membrane and analyzed. the results are denoted as dissolved organic carbon (doc). residual h2o2 was determined using the metavanadate spectrophotometric method [11]. the formaldehyde concentration before and after photo-fenton treatment was determined by colorimetric method using chromotropic acid [24]. 3 results and discussion 3.1 preliminary experiments control experiments (residue, residue + feox and residue + h2o2) in dark and sunlight were done to determine the rate of photolysis of wastewater in study. it was found that the residue and residue + feox did not present removal. even when h2o2 was added the degradation was only 0.5%. in this preliminary study artificial and sunlight photo-fenton were utilized for evaluated the degradation of formaldehyde waste. and it was possible to note that using the artificial and solar irradiation was removed 88.8% and 89% of doc, respectively, see figure 1. as the results obtained did not present relevant differences, in the rest of the work was used natural irradiation, it could be simpler to make in situ. ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 201028 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 2010 29 artigo article 3.2. determination of the optimum conditions 3.2.2. influence of iron source and hydrogen peroxide concentration literature indicates ferrioxalate as a suitable candidate for capturing solar energy since it absorbs at between 250-500 nm and the quantum yield for ferrous-ion photo-generation (equation 3) can reach values higher than 1 [25]. 6 literature indicates ferrioxalate as a suitable candidate for capturing solar energy since it absorbs at between 250-500 nm and the quantum yield for ferrous-ion photo-generation (equation 3) can reach values higher than 1 [25]. fe(iii)(rco2)2+ h  fe(ii) + co2 + r● (3) the improvement of the photo-fenton degradation of different contaminants such as toluene, 2butanone and urea herbicides by using the ferrioxalate complex compared to that of fe3+/h2o2 under solar irradiation has been previously reported [18, 20, 25]. in this work, a commercial source of iron such as iron nitrate could be simpler, so the use of iron nitrate at a concentration of 0.5 mmol l-1 was compared to ferrioxalate for the removal of doc in formaldehyde wastes. although the use of ferrioxalate implies an increase in the carbon content, at the concentration used in this work, it represents an increase of only 36 mg c l-1, which is very small when compared to the high amount of organic matter present in the sample, 500 mg c l-1. furthermore, the use of this iron source is more efficient when compared to iron nitrate as can be seen in figure 2. the results with iron nitrate presented a lower efficiency of doc removal reaching only 55% in 80 minutes, while 87% of doc removal is obtained for the same experiment time, when feox was used. the higher efficiency of ferrioxalate in relation to iron nitrate may be a consequence of the higher quantum yield of fe(ii) photo-generation when compared to iron nitrate [26]. this result was also observed for the mineralization of formaldehyde present however in a much lower concentration (1 mmol l-1; 12 mg c l-1) under solar photo-fenton degradation [20]. this indicates that besides to degrade the formaldehyde, the organic matter present in the waste is also more efficiently oxidized when ferrioxalate is used as iron source. the enhancement of the photo-generation of fe2+ improves the formation of the hydroxyl radical by establishing an iron oxidation cycle (equations 1 and 2), which improves the organic matter degradation. besides the oh radical, the organic radical r● (equation 3) may also react with oxygen and promote the degradation of organic contaminants [27]. another parameter to be analyzed is the hydrogen peroxide consume. when the h2o2 is completely consumed in the photo-fenton process, the degradation reaction practically stops, and new additions of the oxidant is necessary. on the other hand, h2o2 can also act as ●oh scavenger when high concentrations are present, hindering the photodegradation reaction due to the lower oxidation power of the ho2 ● radical formed (equation 4) [28] hence is very important to guarantee that it been utilized h2o2 enough to supply the demand, that depends on the organic matter concentration, which is high in this work. therefore it does not work as hydroxyl radical scavenger. formatado: realce (3) the improvement of the photo-fenton degradation of different contaminants such as toluene, 2-butanone and urea herbicides by using the ferrioxalate complex compared to that of fe3+/h2o2 under solar irradiation has been previously reported [18, 20, 25]. in this work, a commercial source of iron such as iron nitrate could be simpler, so the use of iron nitrate at a concentration of 0.5 mmol l-1 was compared to ferrioxalate for the removal of doc in formaldehyde wastes. although the use of ferrioxalate implies an increase in the carbon content, at the concentration used in this work, it represents an increase of only 36 mg c l-1, which is very small when compared to the high amount of organic matter present in the sample, 500 mg c l-1. furthermore, the use of this iron source is more efficient when compared to iron nitrate as can be seen in figure 2. the results with iron nitrate presented a lower efficiency of doc removal reaching only 55% in 80 minutes, while 87% of doc removal is obtained for the same experiment time, when feox was used. 11 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 artificial irradiation natural irradiationd o c r em ov al (% ) time (minutes) figure 1. doc removal from formaldehyde waste during using different irradiation sources. conditions: 500 mg l-1 c formaldehyde sample; 0.5 mmol l-1 feox; 1.0 mol l-1 h2o2, magnetic stirring. figure 1. doc removal from formaldehyde waste during using different irradiation sources. conditions: 500 mg l-1 c formaldehyde sample; 0.5 mmol l-1 feox; 1.0 mol l-1 h2o2, magnetic stirring. 12 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 d o c re m ov al (% ) irradiation time (minutes) ferrioxalate 0.5 mmol l-1 fe(no3)3 0.5 mmol l-1 figure 2. doc removal from formaldehyde waste during solar irradiation using different iron sources. conditions: 500 mg l-1 c; 1.0 mol l-1 h2o2and magnetic stirring. figure 2. doc removal from formaldehyde waste during solar irradiation using different iron sources. conditions: 500 mg l-1 c; 1.0 mol l-1 h2o2and magnetic stirring. the higher efficiency of ferrioxalate in relation to iron nitrate may be a consequence of the higher quantum yield of fe(ii) photo-generation when compared to iron nitrate [26]. this result was also observed for the mineralization of formaldehyde present however in a much lower concentration (1 mmol l-1; 12 mg c l-1) under solar photo-fenton degradation [20]. this indicates that besides to degrade the formaldehyde, the organic matter present in the waste is also more efficiently oxidized when ferrioxalate is used as iron source. the enhancement of the photo-generation of fe2+ improves the formation of the hydroxyl radical by establishing an iron oxidation cycle (equations 1 and 2), which improves the organic matter degradation. besides the oh radical, the organic radical r● (equation 3) may also react with oxygen and promote the degradation of organic contaminants [27]. another parameter to be analyzed is the hydrogen peroxide consume. when the h2o2 is completely consumed in the photo-fenton process, the degradation reaction practically stops, and new additions of the oxidant is necessary. on the other hand, h2o2 can also act as ●oh scavenger when high concentrations are present, hindering the photodegradation reaction due to the lower oxidation power of the ho2 ● radical formed (equation 4) [28] hence is very important to guarantee that it been utilized h2o2 enough to supply the demand, that depends on the organic matter concentration, which is high in this work. therefore it does not work as hydroxyl radical scavenger. ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 201030 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 2010 31 artigo article 7 h2o2 + ●oh  ho2 ● + h2o (4) when the iron source was evaluated it was used 1.06 mol l-1 h2o2, which is a quite high concentration and it resulted in 87% of doc removal in 80 minutes of irradiation. after measuring the residual h2o2 concentration, it was observed that only 31% of the initial peroxide was consumed after 80 minutes irradiation. thus the study was done decreasing the h2o2 concentration from 1.06 to 0.73 mol l-1 (figure 3). it supposes that similar mineralization can be achieved with a lower h2o2 concentration. however, a small decrease in the initial h2o2 concentration to 0.9 and 0.8 mol l-1 resulted in a significant decrease in doc removal, reaching 71% and 67%, respectively. although a considerable amount of h2o2 was still present in the reaction medium, this did not hinder the reaction by scavenging oh radicals. in contrast, this was necessary to achieve the higher degradation efficiency. 3.2.3. influence of concentration of sample for determined the ideal concentrations of the formaldehyde waste had been studied: 500, 800 and 1100 mg l-1 and the solutions were irradiated in the presence of 0.5 mmol l-1 ferrioxalate and 1 mol l-1 h2o2 (due to results presents using this iron source) as can be seen in figure 4, higher doc removal was found for the 500 mg l-1 sample, reaching 89% in 2 h irradiation while only 19% was obtained for the sample containing 1100 mg l-1 organic carbon for the same exposure same time. the brazilian environmental legislation recommends an efficiency of cod reduction of the 80% or maxim organic matter of 60 mg l-1for treated effluent [5], in this case is 55 mg l-1. although mineralization of organic matter was not reached all formaldehyde was removed, which it was observed using the colorimetric method with chromotropic acid. the results showed that after 120 minutes of the solar irradiation, the formaldehyde levels were below the detection limit of the method (3.3 mol l-1). considering that the high toxicity of such wastes is mainly due to the presence of formaldehyde, the proposed method represents a significant hazard reduction, although total mineralization of the organic material was not achieved within two hours irradiation. in agreement with this work pereira and zaiat [29] observed cod removal was around 70% when the formaldehyde concentrations ranging 110 to 1104 mg l-1. and in according with aranã and co-workers [30] treating formaldehyde waste not is a simple task due to the diversity of organic and inorganic compounds that they may contain and due to high demand for h2o2. considering the simplicity and easily application of a non-stirred system, the results obtained under magnetic stirring were compared to the results of a system without stirring maintain the conditions early defined. it was observed that in the unstirred system, a white solid was formed and formatado: realce formatado: realce (4) when the iron source was evaluated it was used 1.06 mol l-1 h2o2, which is a quite high concentration and it resulted in 87% of doc removal in 80 minutes of irradiation. after measuring the residual h2o2 concentration, it was observed that only 31% of the initial peroxide was consumed after 80 minutes irradiation. thus the study was done decreasing the h2o2 concentration from 1.06 to 0.73 mol l-1 (figure 3). 13 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 irradiation time (minutes) d o c r em ov al (% ) 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 h 2 o 2 c oncentration (m ol l -1) figure 3. influence of hydrogen peroxide concentration on doc removal from formaldehyde waste. initial concentrations: 500 mg l-1 doc; 0.5 mmol l-1 ferrioxalate; ( ) h2o2 = 1.0 mol l-1; ( ) h2o2 = 0.9 mol l-1; ( ) h2o2 = 0.8 mol l-1 ( ); residual hydrogen peroxide for 1.0 mol l-1 initial concentration is also shown. figure 3. influence of hydrogen peroxide concentration on doc removal from formaldehyde waste. initial concentrations: 500 mg l-1 doc; 0.5 mmol l-1 ferrioxalate; ( ) h2o2 = 1.0 mol l-1; ( ) h2o2 = 0.9 mol l-1; ( ) h2o2 = 0.8 mol l-1 ( ); residual hydrogen peroxide for 1.0 mol l-1 initial concentration is also shown. it supposes that similar mineralization can be achieved with a lower h2o2 concentration. however, a small decrease in the initial h2o2 concentration to 0.9 and 0.8 mol l-1 resulted in a significant decrease in doc removal, reaching 71% and 67%, respectively. although a considerable amount of h2o2 was still present in the reaction medium, this did not hinder the reaction by scavenging oh radicals. in contrast, this was necessary to achieve the higher degradation efficiency. 3.2.3. influence of concentration of sample for determined the ideal concentrations of the formaldehyde waste had been studied: 500, 800 and 1100 mg l-1 and the solutions were irradiated in the presence of 0.5 mmol l-1 ferrioxalate and 1 mol l-1 h2o2 (due to results presents using this iron source) as can be seen in figure 4, higher doc removal was found for the 500 mg l-1 sample, reaching 89% in 2 h irradiation while only 19% was obtained for the sample containing 1100 mg l-1 organic carbon for the same exposure same time. 14 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 d o c r em ov al (% ) irradiation time (minutes) 500 mg l-1 800 mg l-1 1100 mg l-1 figure 4. influence of sample concentration on the organic carbon removal using 1.0 mol l-1 h2o2; 0.5 mmol l-1 feox and system with magnetic stirring. figure 4. influence of sample concentration on the organic carbon removal using 1.0 mol l-1 h2o2; 0.5 mmol l-1 feox and system with magnetic stirring. the brazilian environmental legislation recommends an efficiency of cod reduction of the 80% or maxim organic matter of 60 mg l-1for treated effluent [5], in this case is 55 mg l-1. although mineralization of organic matter was not reached all formaldehyde was removed, which it was observed using the colorimetric method with chromotropic acid. the results showed that after 120 minutes of the solar irradiation, the formaldehyde levels were below the detection limit of the method (3.3 µmol l-1). considering that the high toxicity of such wastes is mainly due to the presence of formaldehyde, the proposed method represents a significant hazard reduction, although total mineralization of the organic material was not achieved within two hours irradiation. in agreement with this work pereira and zaiat [29] observed cod removal was around 70% when the formaldehyde concentrations ranging 110 to 1104 mg l-1. and in according with aranã and co-workers [30] treating formaldehyde waste not is a simple task due to the diversity of organic and inorganic compounds that they may contain and due to high demand for h2o2. considering the simplicity and easily application of a non-stirred system, the results obtained under magnetic stirring were compared to the results of a system without stirring maintain the conditions early defined. it was observed that in the unstirred system, a white solid was formed and precipitated. considering that the original sample did not presented solid material, this preecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 201032 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 25 33, 2010 33 artigo article cipitate can be related to either the formation of insoluble degradation products or to the precipitation of proteins and lipids extracted from the anatomic pieces [30]. these long-chain organic compounds may precipitate due to the increase of the ionic strength of the medium since organic acids and various ions can be formed during oxidation. the further degradation of the precipitate was favored at the stirred system probably due to a better absorption of the irradiation which improved the degradation, as previously observed for high absorbance samples [23]. the results in figure 5 show a slight improvement in the degradation process in the dissolved fraction of the stirred system. this is the reason why subsequent experiments were carried out under stirring. 15 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 irradiation time (minutes) d o c r em ov al (% ) with magnetic stirring without magnetic stirring figure 5. influence of magnetic stirring. 500 mg l-1 c; 0.5 mmol l-1 feox; 1.0 mol l-1 h2o2. figure 5. influence of magnetic stirring. 500 mg l-1 c; 0.5 mmol l-1 feox; 1.0 mol l-1 h2o2. 4 conclusions the present work proposes the application of the photo-fenton process as an alternative to incineration, which is currently applied to eliminate biological laboratory wastewaters containing formaldehyde. this treatment applies an aop to that can easily be applied in situ, avoiding storage and transportation risks. the method uses sunlight in order to provide a simple and feasible procedure for the decontamination of this kind of waste. the results suggested that in the presence of 0.5 mmol l-1 potassium ferrioxalate, 1 mol l-1 h2o2, and two hours of exposure to sunlight is sufficient to remove at least 85% of the carbon content and also completely oxidize the formaldehyde present in the sample. considering that the experiments were carried out in the winter, it is expected that better results can be obtained in the summer when solar irradiance is higher. the suggested procedure is simple and feasible to carry out and can be done by the personnel who work in biological laboratories avoiding the storage of waste and its inappropriate discharge. 5 acknowledgements the authors wish to thank fapesp for the financial support of this work (proc. n. 02/076179). resumo: laboratórios e centros de pesquisa consomem uma grande variedade de substâncias químicas perigosas e, consequentemente, geram resíduos contendo-as, como por exemplo: resíduo de formaldeído. o formol é bastante empregado na conservação de peças anatômicas, gerando muitos litros desse resíduo por ano. o presente trabalho sugere o uso do processo foto-fenton com irradiação solar para tratar resíduo contendo formaldeído. alguns aspectos foram estudados como a concentração da fonte de ferro, da amostra e do peróxido de hidrogênio, além da aplicação de agitação magnética. o uso de ferrioxilato (0,5 mol l-1) mostrou ser mais eficiente na degradação da matéria orgânica quando comparado ao nitrato férrico. já a concentração de peróxido necessária para tratar 500 mg c l-1 foi de 1 mol l-1. sob essas condições todo formaldeído detectável foi degradado e foi possível remover 89% da matéria orgânica dissolvida na amostra em duas horas. tais resultados são considerados satisfatórios para descartar na rede de esgoto, segundo a agência paulista de controle ambiental. palavras-chave: tratamento de resíduo de laboratório, formaldeído e foto-fenton 6 references [1] m. casanova, k. t. morgan, e. a. gross, o. m. moss, h. d. h. heck, fund. appl. toxicol. 23(4) (1994) 525. 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precipitados de au. os ensaios eletroquímicos, em meio aerado de nacl 0,15 moll–1 à temperatura ambiente, que simula as condições do ambiente oral, demonstraram que a junta soldada apresentou melhor desempenho frente à corrosão quando comparada ao metal base; provavelmente devida a estrutura metalúrgica desta região. palavras-chave: soldagem a laser; ligas odontológicas; prótese sobre implantes; corrosão da liga de au. introdução a utilização de próteses suportadas por implantes cresceu acentuadamente com o desenvolvimento e o emprego dos implantes osseointegrados. em implantes, os materiais utilizados devem ser biocompatíveis, apresentar propriedades mecânicas e de resistência à corrosão adequada a sua aplicação. uma prótese sobre implantes deve possuir a capacidade de desempenhar apropriadamente a função desejada. para que isto seja possível, uma prótese fixa suportada por dentes naturais e/ou implantes deve apresentar uma distribuição uniforme de forças e uma adaptação a mais perfeita possível, de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt tal modo que esta ocorra de forma exata e passiva, ou seja, sem introduzir tensões mecânicas 4, 15, 17 aos implantes. deste modo minimiza-se efeitos danosos como reabsorção e fratura óssea, bem como o deslocamento e a fratura da prótese, do implante e dos dentes naturais. em tratamentos com implantes as causas mais comuns de insucesso envolvem forças excessivas, aplicação muito rápida de forças, esquemas oclusais falhos, estruturas não assentadas passivamente ou próteses com pouca retenção 17. dessas causas, a dificuldade em se obter a adaptação em peças protéticas, principalmente as mais extensas, como as estruturas metálicas fundidas em uma única peça, denominadas monoblocos fundidos, faz se necessário o emprego da soldagem. a metalurgia de soldagem estuda o comportamento do metal durante e após o processo de solda, e os efeitos nas suas propriedades, incluindo o estudo das microestruturas do cordão de solda e da zona afetada pelo calor 12, 20. a figura 1 apresenta, esquematicamente, as principais regiões que aparecem num processo de soldagem. a soldagem pode ser definida como 12: "processo de união de materiais usado para obter a junção localizada de metais e não-metais, produzidos por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem utilização de metal de adição". o emprego da soldagem entre os elementos pilares, durante a fase de confecção da estrutura metálica ou até mesmo após a aplicação de cerâmica, tem sido um artifício utilizado por uma grande parte dos cirurgiões-dentistas especializados na área de implantes na solução de problemas de adaptação. a técnica de soldagem apresenta a vantagem de se trabalhar com segmentos da prótese, os quais permitem, além da melhor adaptação, a distribuição uniforme de forças minimizando traumas ou falhas no osso, no implante ou na prótese. inicialmente a prótese é fundida numa estrutura única, como mostra a figura 2, e após esta etapa é posicionada em molde de gesso para ser seccionada e submetida ao processo de soldagem a laser; visando obter a adaptação passiva, figuras 3, 4 e 5. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a escolha do processo a ser utilizado na soldagem de próteses deve preencher os seguintes requisitos 20: gerar uma quantidade de energia capaz de unir dois metais, similares ou não, sem causar distorção na peça; propiciar o controle da metalurgia de soldagem, para que a região da solda alcance as propriedades desejadas; propiciar a qualidade da junta e considerar a viabilidade econômica e técnica do equipamento. o laser de rubi surgiu em 1960, mas somente no inicio dos anos 80 o processo de soldagem a laser foi desenvolvido 1. os tipos de laser mais empregados para soldagem são os gerados por uma mistura gasosa contendo co2 e os gerados por yag (yttrium aluminum garnet) no estado sólido. o processo de soldagem a laser, por produzir um feixe de luz coerente, monocromático e concentrado, de alta energia (de 1 kw a 25 kw), pode ser empregado na soldagem de uma larga variedade de metais, bem como de metais dissimilares. pode-se citar aços, aços inoxidáveis, níquel, cobre, bronze, alumínio, metais nobres e titânio. o quadro i apresenta as seguintes vantagens e desvantagens do processo de soldagem a laser: na odontologia o grande interesse na utilização da soldagem a laser veio com o advento das próteses sobre implantes que necessitam de assentamento passivo. no brasil a soldagem a laser foi introduzida em 1997, e tem sido empregada em substituição aos demais processos de soldagem, principalmente ao de brasagem, na confecção de próteses odontológicas 6. metais nobres os metais nobres têm tradicionalmente se constituído como base de ligas para restaurações, coroas, pontes e metalocerâmica, em virtude de sua resistência à corrosão na cavidade oral e possuir condutividades térmica e elétrica satisfatórias. os metais nobres mais utilizados são o ouro, a platina, a prata e o paládio. o ouro puro não apresenta as propriedades físicas necessárias para a utilização em odontologia, assim, os metais nobres são utilizados na forma de ligas metálicas, combinando-se dois ou mais destes elementos, ou ainda, com adição de outros metais como o cobre, zinco, ferro, índio, etc. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#qdr01 o ouro é o principal componente das ligas de metais preciosos 8, 18. ele contribui para a resistência à corrosão da liga e, quanto maior o seu teor maior será o custo da liga. a prata é dúctil, maleável e excelente condutor de calor e eletricidade. ela é colocada na liga como substituto ao ouro e, em concentrações adequadas, aumenta a dureza e a resistência à tração. a prata é um agente importante para neutralizar a cor vermelha provocada pelo cobre, realçando a cor amarela do ouro. a ação do paládio é semelhante à da platina nas propriedades físicas e mecânicas das ligas. entretanto, tende a elevar o ponto de fusão mais rapidamente do que a mesma adição de platina. se adicionado em torno de 10%, o paládio elimina completamente a cor amarela do ouro, branqueando a liga. a adição de elementos como índio, estanho e ferro em pequenas concentrações contribuem para o endurecimento da liga 18. corrosão das ligas de ouro após uma extensa revisão da literatura odontológica especializada constatou-se uma escassez de trabalhos científicos envolvendo corrosão de ligas a base de ouro, empregando-se técnicas eletroquímicas, isto representa uma dificuldade para a discussão dos dados experimentais obtidos. esta literatura apresenta apenas discussões qualitativas 3, 5, 11, 13, 14, 19. as ligas à base de ouro são utilizadas em odontologia devido à sua elevada resistência à corrosão no meio bucal, sendo o ouro o elemento que mais contribui para melhorar esta propriedade 11. alguns pesquisadores realizando estudo em ligas comerciais de ouro e prata observaram que em soluções à base de cloreto o au e o pd em teores maiores de 5 % melhoravam a resistência à corrosão, enquanto que a ag, o in e o cu, quando presentes, sofreram ataque preferencial nesta solução10, 19. brugirard et al trabalhando com ligas de ouro contendo prata e paládio, em meio de saliva artificial, observou que a ag apresentava uma dissolução preferencial em relação ao paládio 5. meyer e reclau investigando a resistência à corrosão de ligas de metais nobres para aplicações odontológicas observaram que as ligas usadas na confecção de coroas e pontes eram menos resistentes à corrosão do que as ligas utilizadas em restaurações metalo-cerâmicas. eles consideraram estes comportamentos aos maiores teores de au e pd nas ligas metalocerâmica, enquanto que nas outras ligas a presença de altos teores de ag, cu, zn e cd tinha se uma menor resistência à corrosão. observaram, ainda que adições de in e ga não afetaram significativamente à corrosão das ligas metalo-cerâmicas 13. estudos realizados empregando-se a técnica de polarização potenciodinâmica em ligas de agpdcuau em soluções contendo cloreto observou-se que paládio em teores próximo a 40% melhora a resistência à corrosão 16. o objetivo desta pesquisa foi investigar o comportamento da microestrutura e da resistência à corrosão, em meio e condições que simulam a agressividade da cavidade oral, de uma liga a base de ouro utilizada na confecção de prótese odontológica sobre implantes, antes e após serem submetidas ao processo de soldagem a laser. materiais e métodos neste trabalho foram estudadas as regiões do cordão de solda, zona fundida e metal base, fora da solda, figura 1. o material utilizado nesse estudo, a liga de ouro é específico para aplicação odontológica, sendo utilizado na confecção de prótese sobre implantes e classificada como extra-dura pela american dental association 18. a análise química foi realizada empregando-se a técnica de comprimento de ondas-wds (wave dispersive spectroscopy) e o resultado é apresentado na tabela 1 . condições de soldagem os corpos-de-prova em formato cilíndrico, com dimensões 0,27 cm de diâmetro e 1 cm de comprimento, foram submetidos ao processo de soldagem em juntas do tipo topo. a soldagem a laser foi realizada em uma máquina de soldagem dentaurum dl 20002s, que utiliza um cristal nd: yag como fonte de laser, e a potência máxima do feixe foi de 5,84 kw durante 12 milisegundos, gerando uma energia de soldagem de aproximadamente de 70,08 j. os corpos-de-prova foram posicionados manualmente dentro da câmara, com atmosfera protetora de argônio, sendo realizados pontos de solda acompanhando todo o contorno da secção de junção das partes a serem soldadas, de modo que estes pontos de solda fossem sobrepostos em aproximadamente 2/3 de suas superfícies, e o feixe penetrasse em torno de 60% nesta secção, como mostrado na figura 6. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 elaboração dos corpos de prova para a obtenção dos corpos-de-prova da liga de au, cuja região abrangesse apenas a área da solda, utilizou-se um disco de corte de precisão modelo 15 hc diamond em uma máquina isomet 1000 – buehler para separar o metal base da região da solda, depois de submetido ao processo a laser. as áreas geométricas expostas do cordão de solda e do metal base foram de 0,057 cm2. metalografia os corpos de prova foram embutidos em resina polimérica, lixados com lixas de 180 a 1000 mesh, polidos com alumina de granulação 1mm e 0,3 m m e atacados com água régia 2. a análise metalográfica da face exposta do metal base e da região da solda foi realizada empregando-se microscopia eletrônica de varredura (mev). ensaios de dureza os ensaios de dureza no metal base e na região da solda foram efetuados em um microdurômetro leica anton paar gmbh, modelo mht-4. os corpos-de-prova foram preparados de forma semelhante aos ensaios metalográficos. as impressões foram realizadas em diversas regiões da superfície das amostras, de modo a analisar estatisticamente o comportamento da dureza no metal base e da região da solda. ensaios eletroquímicos a célula eletroquímica utilizada foi composta de três eletrodos: o de trabalho; o de referência utilizou o calomelano saturado (ecs) (pt, hg/hg2cl2/kclsat.); e o auxiliar, um eletrodo de grafite. como eletrólito, utilizou-se uma solução aerada de nacl 0,15 mol l-1 (0,9%), que simula a agressividade do meio bucal. com o objetivo de se estudar o comportamento da resistência à corrosão do metal base e da região da solda, obteve-se curvas de potencial a circuito aberto com o tempo e polarização potenciodinâmica, sendo realizadas três repetições para cada região. os ensaios de potencial a circuito aberto foram realizados à temperatura ambiente e iniciados após a imersão dos eletrodos na solução em um período de 24 horas. para os ensaios de polarização potenciodinâmica utilizou-se velocidade de varredura de 0,001vs-1 e intervalo de potenciais de -0,5 a 0,8 v (ecs). o procedimento experimental dos ensaios eletroquímicos constou, basicamente, da montagem da célula eletrolítica conectado a uma interface eletroquímica solartron 1287. resultados e discussão metalografia a figura 7 apresenta uma microestrutura granular bifásica com a presença de precipitados formados por au, ag, pd em sua composição, sendo o au o elemento majoritário comprovado através das técnicas de mapeamento elementar e espectroscopia por energia dispersiva (eds). a figura 8 apresenta uma microestrutura dendrítica refinada proveniente da alta velocidade de resfriamento imposta pela solda a laser, pois durante a operação de soldagem há um processo de fusão localizada, seguido de resfriamento com velocidade (3,02.103 ºc/s), não permitindo que a microestrutura retorne a estrutura inicial granular3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 na tabela 2 são apresentados os resultados de dureza da secção transversal dos corpos-de-prova da liga a base de au; constatou-se que o metal base apresentou dureza maior do que a do cordão de solda; pois os precipitados podem ter contribuído para o aumento de dureza devido ao fenômeno de endurecimento por precipitação 3, 7, 18. encontrou-se baixos valores de desvios-padrão provavelmente devido a homogeneidade das estruturas metalúrgicas. na figura 9 observa-se as curvas de potencial a circuito aberto com o tempo para as regiões do metal base e da solda a laser. este comportamento, em que ocorre um aumento do potencial logo que o material metálico é exposto ao eletrólito, é típico de sistemas que apresentam a formação de um filme na sua superfície 9. a figura 10 apresenta as curvas de polarização potenciodinâmica para a região do metal base e solda a laser. observa-se que estas curvas apresentam uma estreita faixa eletroativa. para o metal base observa-se uma extensa região de passivação de +0,1 a + 0,8v (ecs) com variação de corrente passiva 0,1 a 1macm -2. para a curva correspondente á região da solda, foi obtido um potencial de corrosão de aproximadamente +0,1v, da ordem de 50 mv mais alto do que o potencial de corrosão http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig09 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 observado para o metal base (+0,053v). a faixa de passividade que é igual a do metal base é ampla, porém com uma corrente passiva menor (0,01 a 0,1 macm-2), esse fenômeno confere ao material uma melhor resistência á corrosão, provavelmente devido ao tipo de microestrutura obtida na região da solda. uma pequena oscilação de corrente pode ser observada na região da solda entre os potenciais de 0,3 a 0,4 v, este comportamento pode estar associado a um aumento na espessura da camada passiva com posterior rompimento e repassivação. para ambas situações estudadas, em torno de +0,8v, há rompimento da camada passiva, não sendo verificado a ocorrência de corrosão por pite. conclusões as conclusões deste trabalho são: na soldagem a laser da liga aupd tem-se uma microestrutura dendrítica refinada do cordão de solda, sendo mais heterogênea e de dureza menor do que no metal base que apresentou uma estrutura granular bifásica.; a microestrutura do cordão de solda é condizente com a alta taxa de resfriamento proveniente do processo de soldagem a laser; o maior potencial de corrosão e uma menor corrente de passivação, proveniente da microestrutura dendrítica indica que possivelmente o processo de solda a laser, por causa da transformação na estrutura metalúrgica, confere a esta região uma maior resistência à corrosão, quando comparada à estrutura do metal base. agradecimentos: laboratório vaiazzi e a fapesp, processos nº00/04491-9. santos, m. l. dos, souza, p. c. r. d., vercik, l. c. o., guastaldi, a. c., microstructural study of the resistance to corrosion of laser welded aupd alloy joints for prosthesis supported by implants. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: in this work, welded au alloy joints, used for prosthesis supported by implants, have been studied before and after to laser welding processes. a refined dendritic microstructure was observed in the welding area. the base metal exhibited a two-phase granular microstructure with larger hardness and the appearance of au precipitate. the electrochemical experiments, in nacl 0,15 mol.l-1 solution at room temperature, which are appropriate to simulate corrosion at oral environment conditions, showed that the joint has a better performance when compared to base metal; probably due to the metallurgical structure in the region. keywords: laser welding; dental alloys; prosthesis supported by implants; au alloy corrosion. referências bibliográficasa 1 american welding society. welding handbook. 8th.ed. miami: american welding society, 1987. v.2, cap. 22. 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adriana barbosa araújoii; andré henrique rosaii; julio cesar rochaii idepartamento de química universidade federal do sergipe 49100-000 são cristovão se brasil iidepartamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil resumo estudou-se a redução de cr(vi) à cr(iii) utilizando-se um novo suporte preparado pela ativação de aminopropil sílica com substâncias húmicas aquáticas (atps-sio2-sha). coletaram-se amostras de água no corrégo itapitangui localizado no município de cananéia-sp e extraíram-se as sha utilizando-se procedimento recomendado pela sociedade internacional de substâncias húmicas. após purificação por diálise, fez-se a imobilização das sha na aminopropil sílica (apts-sio2) em ph 7,0, sob agitação mecânica por 48 horas à temperatura ambiente. adicionaram-se 150 mg de apts-sio2-sha à 150 ml de soluções 9,5 mmol l-1 de cr(vi), fixou-se o ph em 2,5, 4,5 e 6,0 e mantiveram-se as misturas sob agitação mecânica à temperatura ambiente. coletaram-se alíquotas em função do tempo (0-72 horas) e as concentrações de cr(vi) foram determinadas por espectrofotometria baseada na reação com 1,5-difenilcarbazida. a porcentagem de redução de cr(vi) por apts-sio2-sha foi de 50, 4 e 0 % em ph 2,5, 4,5 e 6,0, respectivamente. dobrando a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso massa do suporte apts-sio2-sha verificou-se em ph 2,5, a redução de 70 % de cr(vi). esses resultados preliminares mostram forte influência do ph e da quantidade de apts-sio2-sha no processo de redução do cr(vi). após outros estudos, a utilização do suporte apts-sio2-sha pode ser uma alternativa viável a ser aplicada para o tratamento de resíduos e/ou estudos de especiação de crômio. palavras-chave: substâncias húmicas aquáticas, crômio, redução, espectrofotometria abstract this paper describes the reduction of cr(vi) to cr(iii) using a new support prepared by activation of aminopropyl silica with aquatic humic substances (atps-sio2-ahs). it were collected water samples from córrego itapitangui, iguape, são paulo state, brazil according to the procedure recommended by the international humic substances society. after purification by dialysis, aquatic humic substances were immobilized on aminopropyl silica (atps-sio2) at ph 7.0, under mechanical stirring for 48 hours at room temperature. it were added 150 mg of atps-sio2-ahs in 150 ml of 9.5 mmol l-1 chromium solutions at ph 2.5, 4.5 and 6.0 under mechanical stirring at room temperature. aliquots were collected in different times (0-72 hours) and cr(vi) was determined by spectrophotometric method using the reaction with 1-5 diphenylcarbazide. the reduction per cent of cr(vi) to cr(iii) by atps-sio2-ahs were 50; 4 and 0 % at ph 2.5, 4.5 and 6.0, respectively. at ph 2.5 using 300 mg of the support (atps-sio2-ahs) the chromium(vi) reduction increased to 70 %. this preliminary results shows strong influence of the ph and atpssio2-ahs concentration on cr(vi) reduction process. the utilization of the support (atps-sio2ahs) could be a future alternative for industrial effluents treatment and chromium speciation studies. keywords: aquatic humic substances, chromium, reduction, spectrophotometric introdução dentre vários metais os quais podem apresentar efeitos tóxicos no ambientes, pode-se destacar o crômio, o qual tem sido muito utilizado em indústrias metalúrgicas, refratárias e químicas9. os estados de oxidação do crômio estáveis em ambientes aquáticos, são as formas cr(iii) e cr(vi), as quais possuem diferentes propriedades físico-químicas, reatividade química e bioquímica5,9. o cr(vi) é um agente oxidante muito empregado industrialmente, conhecido por ser carcinogênico, mutagênico e teratogênico. já o cr(iii), correspondente ao estado de oxidação mais estável, em baixas concentrações é considerado essencial para o adequado funcionamento de organismos vivos4,6. as substâncias húmicas aquáticas (sha) contribuem com a maior parte do carbono orgânico refratário dissolvido em ambientes aquáticos. devido sua grande polidiversidade e polifuncionalidade estão envolvidas em vários processos ocorrentes em ambientes aquáticos, especialmente em reações de complexação e redução de espécies metálicas13. nas reações de redução, o estado de oxidação dos metais são alterados, modificando a toxicidade, mobilidade e biodisponibilidade dessas espécies13,16. de acordo com a literatura4,6,12 o grupamento hidroquinona presente na estrutura das sha é responsável pela redução de espécies metálicas em águas naturais4,6,12. neste trabalho, estudou-se a redução de cr(vi) a cr(iii) pelo suporte (apts-sio2-sha) preparado pela ativação da aminopropil sílica (apts-sio2) com sha, em diferentes ph (2,5, 4,5 e 6,0) e quantidade de suporte. cr(vi) foi determinado espectrofotometricamente com base na reação com 1-5 difenilcarbazida. experimental reagentes e soluções todos os reagentes utilizados foram de grau e pureza analítica e as soluções preparadas com água desionizada (sistema milli-q, millipore). as soluções ácidas e alcalinas necessárias para a extração das sha foram preparadas com hcl 30% (merck ag, previamente purificado por destilação) e naoh (merck ag). a resina adsorvente xad 8 (serva feinbiochemica), necessária para a extração das sha, foi previamente purificada por bateladas sucessivas com soluções hcl 0,5 mol l-1, naoh 0,5 mol l-1 e metanol (24 h cada batelada). solução 9,5 mmol l-1 de cr(vi) foi preparada a partir do k2cr2o7 (merck ag). extração, purificação e liofilização das substâncias húmicas aquáticas coletaram-se amostras de água no corrégo itapitanguí, bacia 54 ribeira do iguape, no município de iguape-sp. após filtração através de membrana 0,45 m m, fez-se a extração das sha utilizando-se procedimento recomendado pela international humic substances society (ihss)11. as sha foram purificadas por diálise para remoção do excesso de sais dissolvidos, segundo procedimento descrito por rosa et al.14, e liofilizadas em equipamento savant mod. e-c. determinação da composição elementar determinou-se a composição elementar das sha em relação ao conteúdo de carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre em analisador elementar chnso-ce instruments, perkin elmer mod. ea1110. preparação do suporte (apts-sio2–sha) em 40 ml de solução aquosa contendo 50 mg de sha, adicionaram-se 0,68 g de apts-sio2 completando-se o volume a 50 ml em ph 7,0. manteve-se o sistema por agitação mecânica por 24 h a temperatura ambiente e separou-se o suporte da solução por centrifugação a 1478 g 15. espectroscopia na região do infravermelho os espectros na região do infravermelho da amostra de sha e do suporte apts-sio2-sha foram obtidos utilizando-se pastilhas de kbr em equipamento nicolet 730 com transformada de fourrier14. estudos de redução de cr(vi) por apts-sio2-sha a solução contendo 9,5 mmol l-1 de cr(vi) e 0,15 g do apts-sio2-sha15, foi agitada em mesa com movimento circular horizontal a temperatura ambiente por 72 h. a redução do cr(vi) pelo suporte apts-sio2-sha foi determinada, em três diferentes ph (2,5; 4,5; 6,0), pela quantificação da concentração de cr(vi) restante em alíquotas de 4 ml coletadas em diferentes tempos. o estudo da influência da massa do suporte na redução do cr(vi) foi feito em ph 2,5 utilizando-se 0,15 e 0,30 g de suporte. a concentração de cr(vi) foi determinada pelo método espectrofotométrico com solução de 1-5 difenilcarbazida1 utilizando-se espectrofotômetro de duplo feixe hitachi u-2000. resultados e discussão a composição elementar das sha extraídas das amostras de água do córrego itapitanguí no município de iguape-sp apresentou 39,25% de c, 5,09% de h, 0,87% de n. as razões molares c/h e c/n mostraram valores 0,64 e 3,7, respectivamente. esses resultados são compatíveis com os valores encontrados na literatura e indicam elevado grau de aromaticidade e humificação17. koopal et al.8 investigaram a imobilização de ácidos húmicos (ah) em partículas de sílica e verificaram que o suporte ah-sílica possui elevada resistência mecânica, parâmetros estruturais bem controlados (ex: área superficial, tamanho de poro, forma e tamanho de partícula) e estabilidade química. a ativação da aminopropil sílica por sha foi feita em ph 7,0 para favorecer a ligação dos grupos funcionais das sha com os grupos amino do suporte15. durante a ativação da apts-sio2 com sha verificou-se a diminuição da coloração escura da solução de sha e escurecimento da atpssio2 devido à adsorção e/ou ligação covalente entre sha e a atps-sio2. essa interação foi caracterizada por espectroscopia na região do infravermelho e os espectros são mostrados na figura 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200031&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200031&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 o espectro da sha mostra bandas ao redor de 3400 cm–1 referentes ao estiramento oh de fenóis e/ou ácidos carboxílicos e/ou estiramento nh de aminas. picos na região de 2900 cm-1 indicam a presença estiramento ch de grupos alifáticos (ch2 e ch3). as bandas nas regiões de 1630 e 1720 cm-1 são devidas a vibrações de carbonilas de grupos carboxílicos e/ou cetonas. picos em torno de 1385 cm-1 e bandas na região de 1035 – 1100 cm-1, estão associados ao estiramento do grupo carboxilato e estiramento co de álcoois, respectivamente3. comparando-se os espectros de iv das sha com o do suporte aptssio2-sha verifica-se a diminuição das bandas nas regiões de 3400 e 1750 cm-1 associada aos estiramentos oh de ácidos carboxílicosfenois e carbonilas, respectivamente. observa-se também no espectro de aptssio2sha o aumento da banda em torno de 1100 cm-1, o qual está associado ao estiramento si-o. essas alterações nas bandas do iv indicam a ocorrência de interação covalente entre as sha e a aminopropil sílica15. existem várias citações sobre as propriedades complexantes das sha, geralmente associadas à formação de complexos metálicos, os quais possuem menor toxicidade que suas formas iônicas 2,10,13. entretanto, recentemente também as propriedades redutoras das sha também têm sido estudadas4,6,,7,12. a figura 2 mostra a redução de cr(vi) pelo suporte apts-sio2-sha em diferentes ph (2,5; 4,5; 6,0) e quantidades de suporte. nos primeiros minutos, para os diferentes ph, a concentração do cr(vi) permanece praticamente constante. entretanto, após 24 h de contato há um aumento na redução de cr(vi) com a diminuição do ph. em ph 2,5 ocorreu máxima redução do cr(vi), cerca de 50 %, enquanto em ph 6,0 nenhuma redução foi caracterizada no intervalo de tempo estudado. estes resultados são corroborados por fukushima et al.6 e nakayasu et al.12, os quais estudaram a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200031&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 redução de cr(vi) por ácidos húmicos. esses autores atribuíram a redução do cr(vi) ao par redox hidroquinona/quinona, presentes na estrutura das sha. justificaram o aumento da redução do cr(vi) com o decréscimo de ph, devido ao decréscimo do potencial redox da espécie hcro4 -1, a qual é predominante sob condições ácidas. também, a figura 2 mostra que em ph 2,5 dobrando a massa de suporte (300 mg) a redução de cr(vi) aumentou para 70 %, indicando influência desse parâmetro na redução. conclusões esses resultados preliminares caracterizam forte influência do ph e da quantidade de apts-sio2sha no processo de redução do cr(vi). estudos complementares estão sendo feitos para caracterizar as melhores condições experimentais para redução de cr(vi) a cr(iii), tais como massa de suporte, ph, tempo de contato, força iônica etc.. a utilização do suporte apts-sio2-sha pode ser uma alternativa viável a ser estudada para o tratamento de resíduos e/ou estudos de especiação de crômio. agradecimentos os autores agradecem a fapesp, cnpq e capes pelo suporte financeiro. referências bibliográficas 1 andrade, j. c.; 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mostraram que o corante é um ácido monoprótico e fraco (pka= 8,78); enquanto a espectrofotometria permitiu estimar seu coeficiente de absortividade molar (ε) igual a 1,48x104 mol-1 cm-1 l. a curva analítica para a determinação de p apresenta linearidade entre 7,36x10-6 a 7,36x10-5 mol l-1 e a metodologia foi aplicação em amostras biológicas. palavras-chave: pararosanilina, constante de ionização, coefi ciente de absortividade molar, determinação. introdução a conhecida classe dos corantes, baseada na família dos trifenilmetanos, é largamente utilizada na indústria têxtil na pigmentação de nylon, lã, algodão, seda, etc. de forma similar, estes pigmentos desenvolvem um papel relevante quando usados em ensaios bacteriológicos e histopatológicos, bem como na identifi cação de patógenos de interesse da clínica médica, enquanto outros apresentam ampla atividade bactericida e fungicida [1]. de acordo com a literatura [2] esta categoria de corantes pode apresentar riscos quanto a neoplasia de tecidos, devido intoxicações por atividades ocupacionais e/ou contaminação ambiental. a toxicidade destes, baseia-se em sua reatividade com espécies oxigenadas ou excitação durante terapias fotodinâmicas. assim, seu potencial carcinogênico encontra-se correlacionado a sua oxidação através de sistemas específi cos, ou pela ação da enzima peroxidase, produzida pela tireóide, gerando aminas primárias e aromáticas [3]. pararosanilina (p), cloridrato de benzenoamina 4-(4-aminofenil)(4-imino-2,5-ciclohexadiano-1-ilideno)-metil, paramagenta, magenta ou fucsina básica (cas 569-61-9; ci 42500), figura 1, é um corante da família dos triarilmetanos, e tem destacada aplicação da análise de diversos compostos nas mais distintas matrizes, além de apresentar potencialidades na investigação clínica de bactérias do tipo gram positivo e negativo e outros tipos de microorganismos [2]. ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010148 ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010 149 artigo article artigo article figura 1. fórmula estrutural da pararosanilina. este composto é um dos raros corantes que apresenta a propriedade de se tornar infl amável em determinadas condições. além de amplamente utilizado pela indústria têxtil e de curtume, também apresenta larga atividade como marcador de colágeno, tecido muscular e mitocondrial, além de identifi cador da presença do bacilo de koch. em adição, o corante possui amplo espectro anestésico, bactericida e fungicida. suas propriedades toxicológicas manifestam-se pela irritação da derme, dos olhos, aparelho respiratório; podendo alcançar o trato gastrointestinal provocando náuseas, vômitos, diarréia etc. relatos da literatura têm mostrado que a exposição prolongada ao corante, pode causar danos aos constituintes do sangue, fígado, baço e na tireóide, bem como ao sistema nervoso, além de sintomas de enxaqueca, vertigens, letargias e contração muscular [4]. alguns trabalhos têm mostrado que o corante encontra-se associado ao aumento no risco de incidência de câncer de bexiga [5]. muitos dos impactos ambientais, decorrentes de descartes sem prévio tratamento de águas contendo esta categoria de corantes, são atribuídos a interações químicas do tipo não covalentes com componentes celulares, tais como, ácidos nucléicos e membranas; além de eventos redox irreversíveis gerando radicais livres [6]. comumente, as águas de descartes, impregnadas com este tipo de corante, são tratadas através do emprego de métodos que incluem adsorção, precipitação, fl oculação, fotólise, oxidação e redução, tratamento eletroquímico e extração por formação de par iônico [1]. assim, e considerando o alto risco de descarte deliberado deste tipo de corante em corpos d’água, sistemas aqüíferos e mananciais de abastecimentos, várias iniciativas têm sido desenvolvidas a fi m de degradar este tipo de poluente [1-3, 7-14]. do ponto de vista da análise química, o corante p tem encontrado larga aplicação na determinação das mais variadas espécies. o monitoramento espectrofotométrico de so2 pode ser alcançado através de sua conversão a um cromóforo produzido com o corante [15-20]. de forma similar, a aplicação de protocolos experimentais apropriados, capacita a análise de distintos compostos, tais como, ácido pícrico, sacarina, fenil butazona e a droga probenecida [21], metanol [22], bromato [23, 24], brometo [25], so3 -2 [26, 27], formaldeido [28-35], h2s [36-38], o pesticida organoclorado endosulfano [39], substancias tensoativas [40], os metais ouro [41] e paládio [42]. dados da literatura mostram que o corante pode ser determinado diretamente através de técnicas espectrofotométricas. o protocolo experimental relata o emprego de nanopartículas de óxido de ferro (fe3o4) em meio de sulfato de dodecil de sódio, a fi m de possibilitar a adsorção de p na superfície das nanoestruturas. este fenômeno capacita as nanoparticulas de ferro a uma etapa de pré-concentração e separação deste analito de uma dada matriz. o emprego de técnicas de absorção molecular na região ultravioleta e visível permitiu estabelecer uma curva de trabalho para p que apresenta linearidade no intervalo de concentração entre 10 a 300 ng ml-1 e limite de detecção de 7,3 ng ml-1 e desvio-padrão de 4%. a sistemática proposta foi aplicada na análise de amostras de um dos rios existentes no irã [43]. a fi nalidade do presente trabalho é investigar o comportamento potenciométrico e espectrofotométrico do corante pararosanilina em meio aquoso, em amplo intervalo de ph. estabelecer as melhores condições experimentais para a sua determinação em matrizes biológica, e extrair alguns parâmetros químicos, tais como sua constante de ionização (ka) e seu coefi ciente de absortividade molar (ε). materiais e métodos equipamentos um espectrofotômetro uv-vis 1650 pc da marca shimadzu. todos os experimentos foram conduzidos com cubetas de quartzo de 1 cm de caminho ótico. para a preparação de todas as soluções de trabalho foi empregada uma balança analítica da marca marte mict. todos os valores de ph das soluções utilizadas foram ajustados com um phmetro da marca marconi pa200, modelo rs232. antes de seu uso, o eletrodo combinando de vidro foi previamente calibrado com as soluções fornecidas pelo fabricante. este equipamento também foi empregado para os estudos volumétricos do corante. reagentes corante pararosanilina (merck), ácido acético (vtec), ácido fosfórico (merck), ácido bórico (merck), hidróxido de sódio (merck), biftalato de potássio (merck) e etanol (merck). todos os reagentes apresentavam grau analítico. procedimentos experimentais soluções tampão britton e robinson (br) foram obtidas através da mistura dos ácidos acético, fosfórico e bórico. o ph das soluções, no intervalo de 2 a 12, foi ajustado pela adição de hidróxido de sódio. soluções do corante foram obtidas através da dissolução do sal diretamente em água. todas as soluções foram montadas utilizando água destilada. a curva volumétrica de p foi gerada através da adição de 40ml de p na concentração de 0,0948 mol l-1 (50% h2o:c2h6o) em um becker e, na bureta, naoh 0,0936 mol l-1, previamente padronizado. as amostras aquosas, contendo material biológico e o corante p, foram gentilmente cedidas pelo centro de formação tecnológico (cefet) da cidade de natal–rn. estas foram coletas e, antes da análise, submetidas a processos de diluição. resultados e discussão comportamento potenciométrico de p o estudo preliminar sobre o comportamento do corante p, em função das variações nos valores de ph do meio reacional, foi avaliado através da construção da curva volumétrica (ph versus volume de naoh). o resultado deste ensaio é mostrado na figura 2. ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010150 ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010 151 artigo article artigo article 0 20 40 60 80 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ph naoh (ml) figura 2. curva volumétrica da titulação de 40 ml de p 0,095 mol l-1 com naoh 0,094 mol l-1. -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 7,6 7,8 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 9,2 9,4 ph log [ p ] / [ hp ] figura 3. gráfi co da relação de ph versus log { [ p ] / [ hp ] } a curva sigmoidal mostra que o corante se comporta como um ácido fraco [44]. somente um ponto de equivalência pode ser constatado em valores de 40,5 ml da adição de naoh, confi rmando que a substância é um ácido monoprótico. estes resultados são condizentes com o processo de desprotonação de um dos grupos aminas existentes na estrutura do corante, (figura 1). os dados volumétricos permitiram calcular as concentrações da espécie salina e do ácido remanescente. soluções que apresentam este tipo de componentes são chamadas de soluções reguladoras e, seus estudos são regidos pela relação de henderson e hasselbalch [44]. assim, a expressão que permite a avaliação de ph deste sistema é: ph = pka + log { [sal] / [ácido] }. no caso da titulação de corante pararosanilina com naoh, a função salina será representada por p, enquanto sua forma ácida por hp. assim, e considerando esta relação como uma função linear, o gráfi co dos valores das concentrações de p e hp em função do ph permite determinar o valor de pka. esta relação é mostrada na figura 3. a regressão linear destes dados permite a obtenção do coefi ciente linear igual a 8,78. este valor fornece o pka da forma ácida (hp) o que corresponde a um ka de 1,66x10-9. estes dados mostram que o ácido apresenta uma pequena constante de ionização e, portanto, é uma substância fraca. comportamento espectrofotométrico de p o comportamento espectrofotométrico de p foi inicialmente investigado para concentração de 6,0x10-5 mol l-1 em solução tampão b-r ph 3,0. os espectros são bem caracterizados apresentando duas bandas de absorção. em λ 545 nm observa-se um intenso pico correspondente a absorção da estrutura quinoidal existente no corante [7]. em λ 289 nm é possível constatar a ocorrência de um pequeno evento atribuído a absorção da radiação eletromagnética pelas funções aromáticas do pigmento. em λ 490 nm e λ 340 nm registram-se pequenos ombros, figura 4. ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010152 ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010 153 artigo article artigo article 200 300 400 500 600 700 800 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ab so rb an cia λ (nm) figura 4. espectro de absorção de 6,0x10-5 mol l-1 de pararosanilina em tampão b-r ph 3,0. o efeito das variações da concentração hidrogeniônica sobre os sinais espectrofotométricos de 8,8x10-5 mol l-1 de p foi avaliado em amplo intervalo de ph de 2,0 a 12,0 em sistema tamponante b-r, figura 5. 300 400 500 600 0,0 0,4 0,8 1,2 2 4 6 8 10 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 b a b c d e ab so rb an cia λ (nm) a ab so rb an cia ph figura 5 (a). espectros de absorção molecular (uv-vis) para 8,8x10-5 mol l-1 de p em função do ph. curvas: (a)= ph 4,0; (b)= ph 5,0; (c)= ph 6,0; (d)= ph 7,0 e (e)= ph 8,0. (b): efeito do ph sobre os sinais de p. a banda de absorção na região visível apresenta susceptibilidade em função da variação de ph (figura 5a). o sinal decresce em função do aumento nos valores de ph e extingue-se em ph ≥ 8,0. a curva de decaimento do pico em λ 545 nm mostra um perfi l sigmoidal (figura 5b), enquanto o sinal em λ 289 nm exibe a mesma relação observada para o pico em λ 545 nm; todavia, o sinal apresenta estabilidade em valores superiores de ph. em adição, o aumento nos valores de ph permite a geração da forma isomérica de p, a qual e possível ser observada em λ 247 nm [7]. como melhor condição de trabalho foi escolhido tampão b-r ph 2,0. o efeito da concentração de p sobre o sinal de absorbância foi investigado em amplo intervalo de concentração entre 7,36x10-6 mol l-1 a 7,36x10-5 mol l-1. os resultados deste ensaio são mostrados na figura 6. ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010154 ecl. quím., são paulo, 35 3: 147 156, 2010 155 artigo article artigo article 400 500 600 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,0 3,0x10-5 6,0x10-5 9,0x10-5 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2a a b c d e f g ab so rb an cia λ (nm) b ab so rb an cia rubi (mol l-1) figura 6 (a). espectros de absorção uv-vis para p em tampão b-r ph 2,0. curvas: (a)= 7,36; (b)= 6,44; (c)= 5,52; (d)= 4,60; (e)= 3,68; (f)= 2,76 e (g)= 1,84 (x10-5 mol l-1). (b): curva de calibração para p em tampão b-r ph 2,0. tabela 1. concentração do corante pararosanilina em amostras biológicas. amostras p ( ± nc) (mol l-1) * 1 9,0 (±0,5) x 10-3 2 1,0 (±0,6) x 10-2 3 9,6 (±0,3) x 10-3 4 9,8 (±0,4) x 10-3 5 8,5 (±0,6) x 10-3 * nc= nível de confi ança para 95% para n=3. conclusões os estudos espectrofotométricos mostraram que o corante p apresenta um valor bastante elevado de ε; enquanto a utilização da técnica potenciométrica possibilitou calcular seu pka, comprovando a natureza fraca deste ácido orgânico. além disso, o corante apresenta elevada sensibilidade analítica e de calibração, baixo limite de detecção e quantifi cação, e sua determinação em matrizes aquáticas pode ser realizada sem a necessidade de tratamentos enfadonhos das amostras. abstract: pararosaniline dye (p) is a pigment which has a significant role in analysis of chemical substances and gram-positive and negative bacteria, as well as other microorganisms. potentiometric essays of p have shown that the colorant is a weak monoprotic acid (pka= 8,78); and the spectrophotometry allows to estimate its molar absorption coefficient as 1,48x104 mol-1 cm-1 l. the analytical curve for a determination of p has linearity between 7,36x10-6 and 7,36x10-5 mol l-1, and the methodology was application in biological samples. keywords: determination, ionization constant, molar absorption coeffi cient, pararosaniline. a correlação entre a concentração de p e absorbância mostrou obediência a lei de beer [44] em todo o intervalo investigado. a regressão linear entre essas grandezas permitiu a geração da função: y= 0,025 + 1,48x104 p, r= 0,999, n=10, onde p= a concentração do corante (mol l-1), r= coefi ciente de correlação e n= número de medidas. através destes dados foi possível estimar o coefi ciente de absortividade molar (ε), para o pigmento p como sendo igual 1,48x104 mol-1 cm-1 l. o limite de detecção foi encontrado em 2x10-6 mol l-1, através de três leituras superior ao desvio-padrão do branco, dividido pela sensibilidade de calibração. a sensibilidade analítica foi calculada como sendo 2,07x107 [45]. aplicação do procedimento desenvolvido foi realizada através do método da curva de trabalho (figura 6 b). as amostras cedidas pelo cefet-rn foram submetidas a diluição e efetuadas as leituras óticas. os sinais de absorbância foram interpolados na equação da reta: y= 0,025 + 1,48x104 p e os resultados são mostrados na tabela 1. referências [1] r. k. sani, u. c. banerjee, enzyme and microbial technology, 24 (1999) 433. 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absortividade molar. introdução o cromo foi descoberto em 1765 por p. s. pallas, porém, somente foi isolado em 1797 pelo químico francês, louis nicolas vauquelin, através de ensaios com o mineral crocoita (pbcro4), facilmente encontrado na rússia, e constituinte da crosta terrestre com participação de cerca de 0,012%; o metal é o sétimo mais abundante no planeta [1]. o nome do elemento deriva da palavra grega chroma, que signifi ca aquilo que apresenta cor [2]. possivelmente esta denominação faz referência às distintas colorações das soluções do metal, que podem apresentar-se na cor verde, azul, amarelo, laranja, dependendo de seu estado de oxidação [1, 3]. efeito similar pode ser observado em algumas pedras preciosas, tais como a esmeralda, o rubi, a safi ra, a jade, dentre outras, que devem suas exuberâncias à presença deste metal em suas composições [1]. dentre as distintas forma de manifestação do metal, a cromita {fe(cro2)2}é o mineral mais abundante na natureza tendo, a áfrica do sul, o país que apresenta as maiores reservas e responsável por 43,7% da produção mundial. somente no ano de 1999, o brasil produziu 420.000 toneladas de cromita, sendo, quase a metade, destinada a atender a demanda interna [4]. através de intervenções químicas, a cromita pode ser convertida em vários produtos utilizados em curtumes, pigmentos, preservativos para madeira, síntese orgânica, ensaios catalíticos, fotossensibilizantes, dentre outros. aplicações mais corriqueiras utilizam cromo na indústria metalúrgica, a fi m de obter ligas metálicas e estruturas para a construção civil. outros empregos incluem soldagem, inibidor de corrosão, cerâmicas refratárias, borrachas, etc [1, 5, 6]. na maioria dos alimentos o cr existe em baixas concentrações. dentre os alimentos mais ricos estão o peixe, a lagosta, o frango e o levedo de cerveja. nestas matrizes, o teor máximo permitido pela legislação nacional é de 1,0 μg ml-1 para cr+3 e 0,05 μg ml-1 para cr+6 [1, 7-9]. para o homem e os animais, o cr+3 é um nutriente essencial que desempenha papel imporecl. quím., são paulo, 35 3: 157 167, 2010 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100005 influência de adições de prata na cinética de recristalização da liga cu-5%al antonio tallarico adorno* carlos roberto sobreira beatrice * mário cilense* ivan alexandre petroni** aroldo hiroiuqui hara ** resumo: a influência de adições de 2, 4, 6 e 8% de prata, em peso, na cinética de recristalização da liga cu-5%al com taxas de deformação de 40, 70 e 90%, foi estudada utilizando-se metalografia por microscopia óptica e medidas de variação do tamanho de grão com o tempo e a temperatura de envelhecimento. os resultados obtidos indicaram uma diminuição na velocidade de crescimento dos grãos e na energia de ativação correspondente, com o aumento da concentração de prata. palavras-chave: recristalização; cinética; adições de prata; ligas a base de cobre. introdução as adições de prata à liga cu-al alteram algumas propriedades e características dessa liga binária, como dureza1, resistência à corrosão sob tensão2, resistividade elétrica3, sem modificar apreciavelmente sua plasticidade e usinabilidade. as adições de prata também introduzem mudanças na microestrutura4 e na cinética da decomposição eutetóide5. as fases do sistema cu-alag são estruturalmente análogas àquelas observadas nos sistemas binários, sem fases ternárias intermediárias6,7. adorno et al.8 estudaram a influência de adições de prata nas características de envelhecimento da liga cu-10,4at.%al e observaram que, com adições de prata, é possível obter endurecimento por http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#rodape http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#rodape http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#rodape http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#rodape http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#rodape envelhecimento nessa liga. observaram ainda que para tempos de envelhecimento acima de 1000 minutos ocorre um decréscimo na dureza da liga, com um processo que leva à segregação da prata e do alumínio. adorno et al.9 estudaram a influência de adições de prata na cinética de precipitação da liga cu5%al, utilizando medidas de microdureza e observaram que a presença da prata introduz uma mudança mecanística no processo de precipitação. choppra e niessen10, 11 estudaram a cinética de recristalização isotérmica em ligas de cu-ag-al contendo 0,04at.%ag e até 1,2at.%al, utilizando metalografia, medidas de variação da microdureza, retro-espalhamento de raios x e microscopia eletrônica de varredura. esses autores observaram que o processo de recristalização era retardado com o aumento do teor de al e que o processo de migração do contorno de grão, durante a recristalização, era anisotrópico, devido principalmente à natureza da estrutura da deformação. verificaram ainda que a taxa de nucleação era função do tempo e dependia da dispersão, deformação inicial e temperatura de recozimento. neste trabalho, estudou-se a influência de adições de 2, 4, 6 e 8% de prata, em peso, na cinética de recristalização da liga cu-5%al, com taxas de deformação de 40, 70 e 90%, utilizando-se metalografia por microscopia óptica e medidas de variação do tamanho de grão com o tempo e a temperatura de envelhecimento, pelo método dos interceptos de hilliard12. material e métodos as ligas estudadas foram preparadas em um forno de indução inductotherm sob atmosfera de argônio, utilizando-se um cadinho de grafite e materiais com pureza igual a 99,9%. a análise química das ligas forneceu valores muito próximos daqueles das composições nominais. após o processo de fundição as amostras das ligas foram submetidas a um recozimento prolongado de 240 horas a 850 oc, para homogeneização e crescimento dos grãos. em seguida, as amostras foram laminadas a frio até as taxas de deformação de 40, 70 e 90%. as lâminas obtidas foram então cortadas em pequenos pedaços de aproximadamente 15 mm x 10 mm e essas amostras foram submetidas a um tratamento térmico de envelhecimento nas temperaturas de 700, 750, 800 e 850 oc, em intervalos de tempo variando de 3 a 60 minutos para cada temperatura. para a análise metalográfica as amostras foram lixadas manualmente e polidas mecanicamente em uma politriz montasupal, utilizando-se óxido de crômio como abrasivo. após o processo de polimento, as amostras das ligas foram atacadas quimicamente para revelação da microestrutura, com um reativo contendo 50 ml de hno3 concentrado, 20 g de cr2o3 e 30 ml de h2o destilada. a variação do tamanho dos grãos com o tempo e a temperatura de envelhecimento foi medida utilizando-se o método de hilliard12, que consiste em sobrepor à superfície da amostra um segmento de reta de comprimento conhecido e contar o número de contornos de grão que atravessam esse segmento, em diferentes direções. para obter o valor médio do tamanho dos grãos, utilizou-se a seguinte expressão: onde n é o número de interseções, m o aumento obtido no microscópio e l o comprimento do segmento de reta. as medidas de tamanho de grão e a análise metalográfica das amostras foram efetuadas utilizando-se um microscopio óptico carl zeiss neophot 30. a precipitação da prata foi observada utilizando-se um microscópio eletrônico de varredura jeol jsm t330a. a partir dos valores da constante de velocidade k, obtidos dos gráficos de variação do tamanho médio de grão com o tempo de envelhecimento, foram calculados os valores da energia de ativação para o crescimento dos grãos, através da equação de arrhenius13. resultados e discussão. a figura 1 mostra as micrografias obtidas por microscopia óptica para a liga cu-5%al-6%ag submetida a deformação de 40% e envelhecida a 700 ºc durante 20 minutos (fig. 1-a) e submetida a deformação de 70% e envelhecida a 850 oc durante 20 minutos (fig. 1-b). nessas micrografias pode-se observar que o aumento na taxa de deformação provoca um aumento no tamanho médio dos grãos e também que o aumento da temperatura de envelhecimento produz um aumento no tamanho médio dos grãos. a figura 1-c mostra a micrografia obtida por microscopia eletrônica de varredura para a liga cu-5%al-8%ag submetida a deformação de 90% e envelhecida a 700 ºc durante 15 minutos. nessa micrografia pode-se observar a prata distribuindo-se preferencialmente nos contornos dos grãos da matriz de cu-al. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a-b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a-b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a-b a figura 2 mostra o gráfico de variação do tamanho médio dos grãos em função do tempo de envelhecimento, para as quatro temperaturas consideradas, obtido para a liga cu-5%al, deformada de 40% (a) e 90% (b) e a figura 3 mostra o mesmo gráfico obtido para a liga cu-5%al-6%ag, deformada de 70% (a) e de 90% (b). foram obtidos gráficos semelhantes para todas as ligas e todas as taxas de deformação. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a nas figuras 2 e 3 pode-se observar que o tamanho de grão cresce com a temperatura e o tempo de envelhecimento, mostrando uma tendência de estabilização nas temperaturas e tempos mais elevados. como era esperado, o aumento na temperatura acelera o crescimento dos grãos. na curva da figura 2, correspondente à liga cu-5%al, observa-se que os grãos crescem rapidamente até em torno de 15 minutos e depois deste tempo de envelhecimento o crescimento é mais lento. comparando-se as curvas da fig. 2-a e 2-b, observa-se que o aumento na taxa de deformação de 40% para 90% produziu um aumento no tamanho médio dos grãos em torno de 10 vezes. a curva obtida para a liga cu-5%al deformada de 70% forneceu valores médios do tamanho de grão bastante próximos daqueles observados para a curva da liga deformada de 40%. este aumento no tamanho de grão com o aumento na taxa de deformação pode estar relacionado com a formação de núcleos de orientação bastante diferente daquela dos grãos em torno deles. esses núcleos devem http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a apresentar regiões onde a orientação da rede muda rapidamente devido a uma deformação nãohomogênea no interior dos grãos, levando a um crescimento mais rápido e a um tamanho médio maior dos grãos. nas curvas mostradas na figura 3, correspondentes à liga cu-5%al-6%ag, pode-se observar que os grãos crescem rapidamente até em torno de 25 minutos e depois deste tempo de envelhecimento o crescimento ocorre de forma mais lenta. comparando estes resultados com aqueles mostrados na figura 2, verifica-se que este período de crescimento mais rápido dos grãos é aumentado na liga contendo prata. observa-se também que a adição de prata diminui quase dez vezes o tamanho médio dos grãos. a presença da prata e sua precipitação preferencial nos contornos dos grãos corresponde a uma segregação do soluto nos contornos. esta segregação envolve uma energia e diminui a mobilidade do contorno em relação a um contorno que não segregue o soluto. assim, a presença da prata faz com que os grãos demorem um tempo maior para atingir a estabilização e que a energia correspondente ao seu movimento seja menor, em relação à liga que não contém prata. os gráficos das figuras 2 e 3 mostram que o crescimento de grão das ligas estudadas pode ser dividido em duas partes, uma correspondente ao crescimento rápido que pode ser associada a uma equação do tipo de arrhenius e outra correspondente a um crescimento mais lento com tendência a estabilização, que pode indicar a presença de algum fator no sistema que limite o crescimento dos grãos. a energia de ativação para o crescimento dos grãos foi calculada considerando-se o trecho das curvas correspondente à região de crescimento rápido. o coeficiente angular da reta obtida a partir da linearização desse trecho forneceu o valor da constante de velocidade k e o coeficiente angular da reta obtida a partir da linearização da equação de arrhenius, k = ko exp (-ea/rt), onde ko é um fator pré-exponencial, ea é a energia de ativação, r é a constante dos gases e t a temperatura absoluta, forneceu a energia de ativação para o crescimento dos grãos para cada liga estudada, nas taxas de deformação correspondentes. os valores da energia de ativação obtidos estão mostrados na tabela i e indicam que a energia de ativação para o crescimento de grão diminui com o aumento da taxa de deformação e com o aumento da concentração de prata. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 a figura 4 mostra o gráfico de ln k em função do inverso da temperatura absoluta, obtido para a liga cu-5%al-4%ag com taxa de deformação de 70%. foram obtidos gráficos semelhantes para todas as ligas estudadas, nas taxas de deformação consideradas. conclusões http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 os resultados obtidos indicam que a presença da prata diminui a mobilidade dos contornos de grão e que o aumento da concentração de prata diminui a energia de ativação para o crescimento granular. esta diminuição na energia de ativação deve estar relacionada com a energia necessária para segregação do soluto nos contornos dos grãos. esta segregação envolve uma energia e diminui a mobilidade em relação a um contorno que não segregue o soluto. assim, a presença da prata faz com que os grãos demorem um tempo maior para atingir a estabilização e que a energia correspondente ao seu movimento seja menor, em relação à liga que não contém prata. agradecimento os autores agradecem à fapesp e ao cnpq pelo auxílio recebido. adorno, a. t. et al. influence of silver additions on the recrystallization kinetics of the cu-5wt. %al alloy. ecl. quim (são paulo), v. 25, p. , 2000. abstract: the influence of additions of 2, 4, 6 and 8 wt.% ag on the recrystallization kinetics of the cu-5wt.%al alloy cold-rolled to reductions up to 40, 70 and 90% was studied using 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[ links ] recebido em 12.1.2000 aceito em 8.2.2000 *departamento de físico-química, instituto de química unesp, caixa postal 355, 14801-970 araraquara, sp. **bolsistas de iniciação científica (cnpq-pibic) http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25  são paulo  2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100005  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100006 statistical model to dna melting paulo sergio pilz augusto*,**,a elso drigo filho* jose roberto ruggiero* abstract: we explore a dna statistical model to obtain information about the behavior of the thermodynamics quantities. special attention is given to the thermal denaturation of this macromolecule. keywords: dna, melting denaturation, statistical model for macromolecules. introduction dna macromolecule properties have been intensely studied in the last decades. experimental results and theoretical models has appeared and contributed both to a better understanding of this complex system (see, for example8,13). a special attention has been given to the dna transcription. this process has some similarities with thermal denaturation. there are evidences that both start from local opening in the double helix. therefore, the study of thermal denaturation is a preliminary step towards the investigation of the transcription. the thermal denaturation or melting is the separation of the two complementary ribbons by heating the system. a simple model describing the statistical mechanics of the melting and the non-linear motions of the bases was proposed in ref.12. recently, modifications in this model were introduced1,2 in order to construct a more detailed description of dna macromolecule. in ref.2, for instance, the discrete case is investigated and the results are compared with the continuum original model. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas in this work the model before thermal denaturation proposed in ref.12 is adopted and we suggest that after the melting each ribbon is treated in separate. this approach gives a different mathematical description for dna in two cases: before and after the thermal denaturation. the model, with parameters fixed in previous works1,2,4, gives the melting temperature consistently with experimental data13. the free energy and specific heat are analytically determined. the model the model adopted here for dna macromolecule is based on peyrard and bishop work12. this model is planar and composed of two ribbons jointed by h-bond between adjacent nucleotides. each ribbon is a spring-mass system where the nucleotides are represented by equal mass (m) and are connected by elastic springs of spring constant k. the h-bonds are simulated by non-harmonic potential, namely the morse one1,12, although other potentials have been used for this purpose6,15. the hamiltonian for this model is where un e vn are the transverse displacement for each mass in the ribbons, the indices n represents the n-th nucleotide. v (un – vn) is the potential for h-bond interaction. the longitudinal displacement is not considered here because their amplitudes are typically smaller than the amplitude of the transverse one2. the equation8 can be written in terms of the variables xn = (un + vn)/ and yn = (un vn)/ as where pn = m n and qn = m n the partition function for n pair of bases is where b = 1/(kbt), kb is the boltzmanns constant and t is the absolute temperature.� this function may be factored as zi = zpzqzxzy, where the kinetic parts are the usual one dimension partition function zp = zq = {2pmkbt}n/2. the term zx after integration of gaussian-like function results in zx = [2pkbt/k]n/2 . the coupling between the two ribbons involves only the nearest neighbor interaction. then, zy can be expressed as where f(yn, yn-1) is the potential energy in y coordinates. the transfer integral operator is used to evaluate exactly the integral (4) in the thermodynamic limit of a large system ( n ® ¥ ) 3,12. the transfer integral operator is written as and the calculations for large system yields where eo is the lowest eingenvalue of the operator. in the continuum limit approximation, the method reduced the problem to solve a schrödinger –like equation; with so = (1/2b)ln(bk/2p). this equation is formally identical to the schrödinger equation and the potencial v(y) represents the h-bond interaction. as usual11,12 we adopt the morse potential to simulate h-bond interaction in our analysis. then, the equation (7) can be rewritten as where v(y) = d(e-ay – 1)2 is the morse potential. the determination of the parameters d and a for this potential and the spring constant k to stacking interaction is not a trivial matter7,14. we adopt here the parameters indicated in ref.1,2,4, which have been used to study several dynamics and statistical proprieties of dna macromolecule. the mean stretching áyñ gives a measure of the extent of denaturation of the dna macromolecule. using the transfer integral method3,12 áyñ can be calculated as: remembering that, for large systems, the result is again dominated by the lowest energy eigenvalue with the eigenfunction fo(y). the equation (8) is similar to schrödinger equation for a particle in one-dimensional morse potential. this equation has exactly analytical solution5,10 and we get a discrete or a continuum spectrum. in this case, different from the usual schrödinger equation, the solutions are temperature dependent ones. there is a specific temperature td that can be used to classify the spectrum. for temperatures below td the spectrum is discrete and corresponds to bond states. on the other hand, for t ñ td, the spectrum is continuum and corresponds to delocalized states. then, it is natural to consider td as the denaturation temperature2,4. the melting temperature can also be determined by analyzing a plot of áyñ vs temperatures. the divergence in the curve indicates the denaturation. the normalized ground state eingenfunction of schrödinger-like equation (8) is known12 and can be written as where g(2d-1) is a usual gamma function and d = (ba)(2kd)1/2 must be greater than ½ in order to obtain a " bound" state. using this condition we obtain the value of td: then, for t< td the energies have discrete values and the two ribbons are jointed by the h-bonds. the ground state energy in this case is after thermal desnaturation, t >td, the two ribbons are not interacting. then, the h-bond potential becomes zero. thus, we can rewrite equation (1) considering v(un-vv) equal to zero: where pn = m 2 n and qn = m 2 n. this hamiltonian corresponds to two independents spring-mass systems. the partition function is the integration on the variables reduces to gaussian-like ones and they can be analytically evaluated. for the momenta integrations we get and, for the coordinates, we obtain it is important to note that we have obtained analytical expressions for the partitions functions. this approach permits to determine, in a simple way, the melting temperature and to describe the thermodynamics properties of the system before and after the thermal denaturation. results the parameters used here are d = 0.04ev, that corresponds to dissociation energy; a = 4.45å-1, that is the spatial scale of the morse potential, and the coupling constant is k = 0.06evå-1 1,2,4. the denaturation temperature, using these parameters and the relation (11), is td = 361k. this value can be confirmed plotting the mean stretching value á y ñ against temperature, as in figure (1). the curve obtained shows a clear divergence near 360k. the free energy and the specific heat can be determined before and after the melting from partition functions (3) and (14), respectively. for t < td, zi is computed from (3) as where eo is given in (12). the free energy (ái = -kbt ln zi) in this condition is and the specific heat (cv =¶2ái/¶t2) using eo given in equation (12) is for t > td, zii is evaluated from (14), using (15) and (16). we get in this case, the free energy is http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 and the specific heat has the simple form in figure 2 it is shown the specific heat as function of the temperature. we observe that cv increases up to the melting temperature and, as a consequence of the approach adopted; it drastically decreases and became constant. the curve presented in fig.2 is similar to that one obtained in ref.2,4 by numerical integration. conclusions we explicitly divided the model in two temperature regions, t < td and t > td. this approach gives a simplified mathematical approach to describe the statistical mechanics of thermal dna denaturation. other works2,4 get only the dependent part in y (t<td) that is the more important variable in the denaturation. however, we argue that it is necessary to get the same degree of freedom before and after the denaturation. the difference is the h-bond interaction and it does not affect the coordinate number. two important results in this kind of model are the melting temperature and the variation of specific heat versus temperature. in this way, our results are similar to other ones2,4 including molecular dynamics simulations. the advantage is the simplicity and clearness of our approach. it is also important to note that our results are analyticals. the experimental range of denaturation temperature13 is from 318 k, for poly(da-dt)·poly(dahttp://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 dt), to 372 k, for poly(dg-dc)·poly(dg-dc). then, the result td = 361k is acceptable. curiously, the introduction of discreteness in the model2 results in a temperature over 500k, that is far from the experimental data. the introduction of non-harmonical potential for stacking interaction was proposed in order to improve this discrete description3. finally, we would like to point out that the statistical mechanics analysis of dna melting is as important as the study of the dynamics of this process. the dynamical aspects are not presented here but they are discussed, for instance, in ref.1,11. augusto, p.s.p. et al. modelo estatístico para desnaturação térmica do dna. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. resumo: um modelo estatístico para o dna é estudado a fim de se obter informações sobre o comportamento de variáveis termodinâmicas. atenção especial é dada à desnaturação térmica desta macromolécula. palavras-chave: dna, desnaturação térmica, modelo estatístico para macromoléculas. references 1 bardi, m.; cocco, s.; peyrard, m. helicoidal model for dna opening. phys. lett., v.a253, p.358-69, 1999. [ links ] 2 dauxois, t.; peyrard, m.; bishop, a. r. dynamics and thermodynamics of a nonlinear model for dna denaturation. phys. rev., v.e47, p.684-95, 1993. [ links ] 3 dauxois, t.; peyrard, m.; bishop, a. r. entropy-driven dna denaturation. phys. rev., v.e47, r44-r47, 1993. [ links ] 4 dauxois, t.; peyrard, m.; bishop, a. r. thermodynamics of a nonlinear model for dna denaturation. physica, v.d66, p.35-42, 1993. 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[ links ] recebido em 13.2.2001. aceito em 26.4.2001. * departamento de física, ibilce/unesp; rua cristóvão colombo, 2265; cep:15054-000 são josé do rio preto, s.p., brazil ** permanent address: departamento de física, universidade federal de pelotas, brazil a work supported in part by capes http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100006  eq2-07.pmd 47ecl. quím., são paulo, 29(2): 47-52, 2004 volume 29, número 2, 2004 www.scielo.br/eq caracterização de ácidos húmicos de diferentes origens por eletroforese capilar de zona s. l. de moraes*, m. d. landgraf*, m. o. o. rezende* * instituto de química de são carlos, universidade de são paulo av. trabalhador sãocarlense , 400, 13560-970 são carlos-sp e-mail: sollm@ig.com.br ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: o objetivo deste trabalho foi caracterizar ácidos húmicos (ha) de diferentes origens por eletroforese capilar de zona (cze) e avaliar a influência da concentração do tampão borato nesta caracterização. os resultados mostraram que ha de diferentes origens podem ser rapidamente caracterizados por cze. por esta técnica, a caracterização de ha é devido a diferenças na razão carga/ tamanho e das propriedades dos componentes individuais, conseqüência de suas diferentes origens. palavras-chave: eletroforese capilar; ácidos húmicos; caracterização. _________________________________________________________________________________ introdução ácidos húmicos (ha) são compostos de coloração escura e poliméricos, formados pela associação de macromoléculas heterogêneas contendo grupos polifuncionais de alto peso molecular [1]. por se tratar de uma matriz complexa que varia em composição, dependendo da sua origem (animal, vegetal e microbiológica) a estrutura dos ha ainda não é totalmente elucidada [2]. a ordem de ionização dos ha é governada principalmente pela quantidade de grupos fenólicos e carboxílicos ionizáveis, a qual é função do ph [2,3]. devido a suas características estruturais, os ha podem interagir com metais e compostos orgânicos como, por exemplo, pesticidas presentes nos compartimentos ambientais. por isso, é importante o desenvolvimento de novos métodos analíticos que auxiliem na compreensão do comportamento dos ha no ambiente [4,5]. atualmente, aumentou-se o interesse pela aplicação da eletroforese capilar de zona (cze) na separação e caracterização de ha, principalmente devido à natureza iônica dessas moléculas e à facilidade de utilização desse modo de eletroforese [6-11]. em cze, a separação ocorre devido à migração diferencial de compostos iônicos ou ionizáveis em um campo elétrico, a qual é função da razão carga e tamanho do íon e da presença do fluxo eletroosmótico (eof) para um dado ph [12]. as vantagens de utilização desta técnica são: rápida capacidade de separação, tempo de análise relativamente curto, facilidade de operação e automação, vários modos de operação, alto poder de resolução, injeção de pequeno volume de amostra e exposição mínima do analista a substâncias químicas tóxicas [12,13]. muitos trabalhos têm sido propostos para a caracterização de ha por cze [5-8]. no entanto, no brasil estes estudos ainda são muito pouco difundidos. dessa forma, o objetivo deste trabalho foi caracterizar ácidos húmicos de diferentes origens por cze e avaliar o efeito da concentração do tampão borato nesta caracterização, uma vez que muitos autores afirmam que os ha podem formar complexos com os íons borato, dificultando 48 ecl. quím., são paulo, 29(2): 47-52, 2004 a interpretação dos eletroferogramas dos ha [7,14,15]. material e métodos amostragem as amostras de ácidos húmicos (ha) utilizadas neste trabalho foram: ha de turfa (tha) coletadas a uma profundidade de 10 a 25 cm em uma turfeira às margens do rio mogi-guaçu, localizada nas proximidades do município de luiz antônio, no estado de são paulo, ha de vermicomposto (vha) produzida a partir do esterco bovino e tratada com eisenia foetida ou lumbriculus rubellus e ha comercial da aldrich (aha) lote n0 05924 kn. reagentes e soluções todos os reagentes utilizados foram de padrão analíticos adquiridos pela merck ou aldrich. as soluções foram preparadas com água purificada pelo sistema milli-q (millipore). a solução tampão utilizada foi 20 mmol/l borato (h3bo3 +naoh) ph 9,3. as amostras de ha foram dissolvidas em uma pequena quantidade de naoh 0,1 mol/l e o volume completado com água deionizada para obter a concentração de 1mg/ml de ha. extração, purificação e determinação da acidez do ácido húmico a extração e purificação do ha foram realizadas segundo o procedimento adaptado da sociedade internacional de substâncias húmicas [16], baseado nas extrações ácido-base seguido de purificação através de sucessivas eluições em resinas de troca iônica. para a determinação de acidez de ha utilizou-se o método desenvolvido por schnitzer e gupa, em 1965 [17]. a titulação da acidez total foi seguida em um sistema modificado por prado et.al [18], para evitar a formação de carbonatos pela presença de co2. efeito da concentração do tampão borato na caracterização do ha o efeito da concentração do tampão borato na caracterização de ha por cze foi estudado preparando-se uma solução estoque de 100 mmol/ l de borato de sódio. a partir de diluições da solução estoque prepararam-se as demais concentrações: 10; 20; 30; 40 e 50 mmol/l para ph 9,3. condições eletroforéticas para os experimentos em eletroforese capilar (ce) utilizou-se um sistema hp 3dce (hewlett packard, usa) com um capilar de 64,5 cm de comprimento total, 56 cm de comprimento efetivo e 50 mm de diâmetro interno. a detecção foi feita “on column” pelo sistema de uv-vis com arranjos de diodo. para todos os experimentos em cze o comprimento de onda utilizado foi 214 nm. as condições de análise por cze foram: 20 mmol/ l de tampão borato, ph 9,3; injeção hidrodinâmica (50 mbar por 10s); tensão: 20 kv; temperatura: 30 °c. o condicionamento do capilar foi realizado antes das corridas por lavagem com as seguintes soluções: 5 minutos com naoh 1 mol/l, 5 minutos com naoh 0,1 mol/l, 5 minutos com água e 15 minutos com o tampão de corrida. entre cada corrida o capilar foi lavado com naoh 1 mol/l durante 1 minuto, água ultrapura (millipore) por 1 minuto e com 3 minutos com solução tampão. resultados e discussão atenção especial tem sido dada à interpretação dos eletroferogramas dependendo do sistema de tampão utilizado. por exemplo, tampão borato pode formar complexos com os ha gerando picos adicionais de ha-borato em função do ph e da concentração dos íons borato [7]. a figura 1 apresenta o perfil de separação em função da concentração do tampão borato para o tha. figura 1variação da concentração de tampão borato ph 9,3 para a amostra de tha (1 mg/ml). condições: 20 kv; injeção hidrodinâmica (50 mbar por 10s), 30 °c, l = 64,5 cm e l = 56 cm, 214 nm. 49ecl. quím., são paulo, 29(2): 47-52, 2004 variando-se a concentração de tampão borato não foi observado picos adicionais na banda do tha, somente um deslocamento da banda para maiores concentrações de tampão, o que por ser explicado devido à compressão da dupla camada elétrica levando, neste caso, a um aumento no tempo de migração para maiores concentrações de tampão. a dispersão da banda observada para maiores concentrações de tampão ocorre devido ao tha permanecer mais tempo na coluna. o comportamento do tha foi similar para todas as concentrações estudadas. para averiguar se o surgimento de novos picos dependia da amostra utilizada, trabalhou-se, também, com uma amostra de vha e não se observou alteração nos picos do ha com a variação da concentração de tampão borato (figura 2). figura 2variação da concentração de tampão borato ph 9,3 para a amostra de vha (1mg/ml). condições: 20 kv; injeção hidrodinâmica (50 mbar por 10s), 30 °c, l = 64,5 cm e l = 56 cm, 214 nm. os resultados obtidos sugerem que a formação de complexo de borato com ha não depende da concentração dos íons borato e tampouco da amostra, uma vez que para as amostras de tha e vha não houve surgimento de picos adicionais nos eletroferogramas. caracterização do ha por eletroforese capilar o comportamento de ha em cze depende da razão entre a sua carga e tamanho. sendo assim, se duas amostras de ha exibem o mesmo comportamento em um campo elétrico, então essas amostras apresentam praticamente a mesma razão carga/tamanho [8,9]. diferenças entre a mobilidade, intensidade e absorção são estabelecidas pelas diferenças estruturais de ha de diferentes regiões. portanto, ha de diferentes origens podem ser comparados se a separação é feita nas mesmas condições de análise. neste contexto, o tempo de migração juntamente com o perfil de separação do ha será um critério de distinção. a figura 3 apresenta o eletroferograma dos ha analisados por cze. nas condições eletroforéticas estudadas a maioria dos grupos carboxílicos e fenólicos presentes na molécula do ha encontram-se na forma desprotonada e migram como ânions. figura 3eletroferogramas dos ha (1mg/ml) analisados por cze. condições: 20 mmol/l de tampão borato, ph 9,3, injeção hidrodinâmica (50 mbar por 10s), 20 kv, 30°c. comparando os eletroferogramas pode-se observar uma banda larga comum a todos os eletroferogramas, a qual é designada por muitos autores como região aniônica (região em que se encontra a maioria dos grupos carboxílicos e fenólicos) [7-10,19]. essa banda larga é devida ao fato dos ha apresentarem mobilidades muito próximas não havendo distinção na dissociação dos vários grupos funcionais presentes na molécula de ha. analisando cada perfil eletroforético e considerando que a medida de ionização dessas macromoléculas é governada principalmente pela quantidade de grupos carboxílicos e fenólicos, em função do ph da solução e que a mobilidade de um íon é função da relação carga/tamanho desse íon, pode-se verificar uma maior mobilidade aparente média para o vha (menor tempo de 50 ecl. quím., são paulo, 29(2): 47-52, 2004 migração). isto pode ser interpretado como menor razão carga/tamanho e menor acidez total para essa molécula. já, para o aha a mobilidade aparente média é menor (maior tempo de migração), sendo assim, uma maior razão carga/tamanho e, consequentemente, uma maior acidez total é observada para o aha do que para o tha e vha. essa observação coincide com os experimentos de acidez total apresentados na tabela 1. conclusão a cze apresentou-se como uma ferramenta poderosa na caracterização de ha, uma vez que vários ha de diferentes origens podem ser rapidamente caracterizados. pelo uso do tampão apropriado, os eletroferogramas podem ser comparados e interpretados em termos de mudanças nas características estruturais dos ha. uma das principais vantagens ao se utilizar à eletroforese capilar é a capacidade de trabalhar com pequenas quantidades de amostra. o comportamento dos ha por cze reforça um modelo supramolecular para a estrutura do ha. agradecimentos as autoras agradecem à fapesp e ao cnpq pelo apoio financeiro. solange l. de moraes agradece à fapesp (processo # 00/02368-5) pela bolsa de doutorado concedida. recebido em 14/02/04 aceito em 24/05/04 referências [1] a. p. p. toledo, a. m. l. neptune, trop. ecol. 5 (1994) 248. 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[4] s.l. moraes, m.o.o. rezende, pesticidas: r. ecotox. e meio ambiente. 8 (1998)157. tabela 1características dos ha de estudados. s. l. de moraes, m. d. landgraf, m. o. o. rezende. characterization of humic acids of different origins by capillary electrophoresis. _________________________________________________________________________________ abstract: the purpose of this work was characterization humic acids (ha) of different origins by capillary zone electrophoresis (cze). the influence of the concentration of borate in the characterization was investigated. the results show the potential of cze for the characterization of different ha samples, thus ha of different origins can be rapidly characterized. the characterization of ha are due to difference charge-to-size ratios and the various structural properties of the individual components caused by their different origins. keywords: capillary electrophoresis; humic acids; characterization. _________________________________________________________________________________ [5] a.h. rosa, j.c. rocha, m. furlan, quim. nova 23 (2000) (4) 472. [6]m. l. pacheco, j. havel, electrophoresis 23 (2002) 268. [7] d. fetsch, j. havel, j. chromatogr. a 802 (1998) 189. [8] d. fetsch, m. hradilová, e. m. p. havel, j. méndez, j. chromatogr. a 817 (1998) 313. 51ecl. quím., são paulo, 29(2): 47-52, 2004 [9] s. pompe, k. heise, h. nitsche, j. chromatogr. a 723 (1996) 215. [10] l. pokorná, m. l. pacheco, j. havel, j. chromatogr. a 895 (2000) 345. [11] ph. schmitt-kopplin, a. w. garrison, e. m. perdue, d. freitag, a. kettrup, j.chromatogr. a 807 (1998)101. [12] h.j. issaq, electrophoresis, 21 (2000) 1921. [13] k. d. altria, j.chromatogr. a 856 (1999) 443. [14] ph. schmitt-kopplin, n. hertkorn, a. w. garrison, a. kettrup, anal. chem. 70 (1998) 3798. [15] r. dunkelong, h. rüttinger, k. peisker, j. chromatogr. a 777 (1997) 355. [16] schnitzer, m. soil organic matter; schnitzer, m.; khan, s. u., amsterdam: elsevier, 1978, p. 1-64. [17] m. schintzer, u. c. gupta, soil sci. soc. proc. 29 (1965) 274. [18] a. g. s. prado, s. m. souza, w. t. l. silva, m. o. o. rezende, quim. nova 22(6) (1999) 894. [19] m. d. landgraf, r. c. javaroni, m. o. o rezende, j. capillary electrophoresis 5(5) (1998) 193. introduction many efforts have been made to the development of new chemically modified electrodes, which can be used as simple and rapid analytical test for determining concentrations of important substances. different materials, as polymers [1], oxides [2], zeolites [3], inorganic or organic films [4,5], have been used to immobilize different electroactive species on electrode surfaces to use as amperometric sensors. humic substances are organic compounds largely distributed in natural soil and water, representing about 80% of the organic matter in these systems [6-8]. they result of vegetal and animal residues in advanced stages of decomposition and strongly influence the soil properties, as capacity of ions adsorption, ph, color, heat retention, permeability, and others. humic acids are the fraction of the humic substances that are extracted by dissolution in strongly alkaline medium and precipitated in acid medium. they are formed by molecules of high molecular weigh, in a complex structure, not completely understood, but basically composed by c, h, n and o, with a more or less aromatic character. humic acids also show a large number of acid sites, carboxylic and phenolic hydroxylic groups, which are responsible for the capacity of adsorption of cations. due to this property, humic acids have been used as modifiers in the construction of carbon paste electrodes (cpe-ha) [9-15]. these electrodes were used to voltammetric detection of metal ions. the method is based on metal ion adsorption on the electrode surface at the humic acid sites, application of a negative potential to reduction and scan of potential to positive values. the current obtained due to oxidation is proportional to the metal ion concentration initially present at the solution. electroanalytical techniques such as cyclic, square wave or anodic stripping voltammetry have been used to characterization and use of these electrodes. but the use of humic acids as modifiers to immobilize metal cations at carbon paste electrodes to act as electrocatalysts for oxidation or reduction process of other species present in solution, and the use of the electrode as amperometric sensors for this specie, in our knowledge, was not 39ecl. quím., são paulo, 31(4): 39-43, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 ascorbic acid determination using a carbon paste electrode modified with iron(iii) ions adsorbed on humic acid l. s. silva, t. n. oliveira, m. a. ballin, c. r. m. peixoto* departamento de biologia e química, universidade regional do noroeste do estado do rio grande do sul (unijui), rua do comércio, 3000, bairro universitário, c. p. 560, 98700-000, ijuí, rs,brasil. *e-mail: carlosp@unijui.tche.br. abstract: an amperometric sensor was constructed, by using humic acids to immobilize fe3+ ions on a carbon paste electrode (cpe-ha-fe), and used for ascorbic acid (h2a) determination. the cyclic voltammogram of the electrode showed electrochemical response due to the fe3+/fe2+ couple at e1/2=+0.78 vvssce, using 0.5 mol l-1 kcl and 0.2 mol l-1 acetate/0.020 mol l-1 phosphate buffer, at ph = 5.4, as supporting electrolyte. when h2a is added to the electrolyte solution it is observed an oxidation process. the oxidation current, obtained by chronoamperommetry at +0.87 vvs sce, is proportional to the concentration, represented by the equation i(µa) = 7.6286 [h2a] (mmol l-1) + 1.9583, r = 0.9996, for concentrations between 0.0 and 1.4 mmol l-1. the electrode showed high stability and was used for h2a determination in a natural orange juice. keywords:carbon paste electrode; humic acids; iron(iii) ions; ascorbic acid. reported in the literature. this is the objective of this work. it was described the construction of a carbon paste electrode modified with humic acids to immobilize iron(iii) ions and the use as amperometric sensor to determine ascorbic acid (h2a). experimental details reagents and apparatus l-ascorbic acid (reagen), fe(no3)3.9h2o (vetec), and other chemicals were of analytical reagent grade. all electrochemical measurements were performed on a potentiostat model mqpg-01 (microquímica). a three electrode system was used, with a platinum sheet and saturated calomel electrode (sce) as auxiliary and reference electrodes, and a carbon paste electrode with fe3+ ions immobilized by use of humic acid (cpe-ha-fe) as a working electrode. as supporting electrolyte, 0.5 mol l-1 potassium chloride (reagen) and 0.2 mol l1 sodium acetate (merck)/0.02 mol l-1 sodium phosphate (merck) buffer were used, with the ph controlled by addition of 6 mol l-1 acetic acid (merck) or naoh (synth). all solutions were prepared with distilled and deionized water, in a quimis system, and the measurements were made in n2 (white martins) atmosphere at 25ºc. preparation of the carbon paste electrode humic acid was extracted from a soil sample collected in a drained bog in coronel bicaco city, rio grande do sul state, brazil (27º42’56” s, 53º42’05” w). the soil sample was air dried and triturated. the organic matter amount was determined by heated sulphocromic solution oxidation and spectrophotometric cr3+ determination [16]. humic acid was extracted in accord with the standard method recommended by the international humic substances society (ihss) [8], using 1 mol l-1 naoh for dissolution, hcl until ph=1 for precipitation, and purification with hf/hcl 1%. ash content in the extracted humic acid was determined by calcinations at 700ºc for 5h. iron(iii) ions were adsorbed on the humic acid by addition of the solid sample (100 mg) to 50 ml of 2x10-2 mol l-1 fe(no3)3.9h2o solution, at ph=6.5 (adjusted with 6 mol l-1 hno3 or naoh solutions). the mixture was stirred for 10 h, and the solid was filtered, washed and dried on vacuum at 45ºc for 15 h. this material will be represented by ah-fe. the amount of iron ions adsorbed was determined by calcinations of the solid at 750ºc for 7 h. the residue was dissolved in concentrated hno3, and the volume was completed to 25 ml with 1 mol l-1 hno3. the iron content was determined by atomic absorption spectrometry using a perkin elmer spectrometer. finally, the carbon paste electrode, cpeha-fe, was constructed by mixing 10 mg of graphite powder (merck), 5 mg of ah-fe and one drop of mineral oil (nujol). electrocatalytic determination of l-ascorbic acid for the electrocatalytic studies, l-ascorbic acid was added to the supporting electrolyte solution at the desired concentrations. to analyze h2a in a real sample, a natural juice obtained directly from orange was used. the h2a concentration was determined by chronoamperometry using the cpe-hafe electrode and the results were compared with the results obtained by the iodometric method [17]. the measurements were repeated forty times. results and discussion soil and humic acid characterization the soil sample organic matter content was 7.1%, and it was obtained 0.94% of humic acid in the extraction process. practically no ash was found in the extracted humic acids, indicating that the extraction was efficient. the content of iron ions adsorbed by the humic acid was 0.57 mmol g-1. electrochemical characterization of the cpe-ha-fe in fig. 1a is represented the cyclic voltammogram obtained for the cpe-ha-fe electrode. it was observed a reversible process at e1/2 = +0.78 v vssce, where e1/2 is the half-wave potential, e1/2 = (epa + epc)/2, and epa and epc are anodic and the cathodic peak potentials. the peak separation between the two peak potentials was 0.27v, at a scan rate of 10 mv s-1. this response may be attributed to the fe2+/fe3+ process. no response is observed for the electrode constructed with humic acid with no fe3+ ions (cpe-ha) (fig. 1c). the half-wave potential at this positive region indicates that the fe2+ is the species present at the humic acid sites, indicating that there is reduction of the fe3+ ions when adsorbed. in studies reported on literature it was also observed the capacity of humic acids to reduce fe3+ ions [18]. fig. 2 shows the dependence of e1/2 with ph. decreasing ph, e1/2 shifts to more positive values. the same dependence was also observed 40 ecl. quím., são paulo, 31(4): 39-43, 2006 41ecl. quím., são paulo, 31(4): 39-43, 2006 figure 1. cyclic voltammogram of the cpe-hafe electrode in absence (a) and presence of 2 mmol l-1 ascorbic acid (b), and of the cpe-ha electrode in absence (c) and presence of 2 mmol l-1 ascorbic acid (d); ph = 5.4; scan rate of 10 mv s-1. for fe3+/fe2+ couple in solution. in cyclic voltammetric experiments using fe(no3)3 1 mmol l-1 at the same solution conditions, it was observed e1/2=-0.25 and +0.35 vvssce at ph values of 6.5 and 2.0, respectively. it indicates that this dependence of e1/2 with ph is not due to specific interaction of the ion with the humic acid, and is in accord with the literature, which attributes the easier oxidation of fe2+ at higher ph values to the hydroxo complex formed by the fe3+ specie [19]. comparing e1/2 observed for fe3+/fe2+ couple in solution and adsorbed in the humic acid it is observed more positive values for the humic acid immobilized ions, indicating that complexation to the carboxylate groups stabilizes the fe2+ specie. electrocatalytic determination of l-ascorbic acid when h2a is added to the electrolyte solution, it is observed an increase in the anodic and a little decrease in the cathodic peak current figure 2. half-wave potentials (e1/2) obtained, by cyclic voltammetry at scan rate of 25 mv s-1, for the cpe-ha-fe electrode at different ph values. in the cyclic voltammogram (fig. 1). it is due to electron transfer from dissolved h2a to oxidized immobilized fe3+ ions, indicating electrocatalysis of the h2a oxidation. using cpe-ha electrode significant h2a oxidation is observed only at higher potentials (fig. 1d). in fig. 3 is shown the intensity of the current observed for h2a oxidation as a function of the applied potential, obtained by chronoamperometry. it is observed that the electrocatalytic process begins at +0.2 v, and the current increases until +0.87 vvssce. at more positive potentials the current remains constant. the current (i), obtained by chronoamperommetry, for h2a oxidation at a fixed potential (+0.87 v vs sce), is shown in fig. 4. it was obtained a linear relationship with the concentration of dissolved h2a in aqueous solution, described by the equation i(?a) = 7.6286 [h2a] (mmol l-1) + 1.9583, with a linear correlation coefficient r = 0.9996, for h2a concentrations between 0.0 and 1.4 mmol l-1. in accord with this result, this electrode is proposed to be used as a sensor for ascorbic acid in aqueous solution. recovery test was performed using a natural orange juice, and the result was very good. the h2a concentration obtained, using chronoamperommetry, by the cpe-ha-fe electrode was 42.1±1.8 mg/100 ml, and by the use of iodometric method [17] was 42.9±2.2 mg/100ml. the cpe-ha-fe electrode showed high stability. it was used continuously for 52 h and no decrease in the peak currents was observed. after 52 h there is a gradual decrease of the current, and after 180 h the response is not observed anymore, and is necessary renovation of the surface. figure 3. current due to ascorbic acid oxidation at cpe-ha-fe electrode, as a function of the applied potential, obtained by chronoamperometry, in 2 mmol l-1 ascorbic acid at ph = 5.4. 42 ecl. quím., são paulo, 31(4): 39-43, 2006 immobilize fe3+ ions on a carbon paste electrode. the metal ion maintained the electrochemical response and the capacity of electron transfer, demonstrated by the electrocatalysis of the ascorbic acid oxidation. the high stability of the electrode and linearity of the current with the concentration of the ascorbic acid permitted the use of the electrode as an amperometric sensor. humic acid is an abundant material on the nature and may be obtained at low cost. this study demonstrates that humic acid is a suitable material for immobilizing metal ions on electrodes. other electrodes may be constructed using other metal ions to be used as sensors for other species. acknowledgements l. s. s. is indebted to fapergs for a fellowship. recebido em: 28/09/2006. aceito em: 17/11/2006. conclusions the humic acid was very efficient to l. s. silva, t. n. oliveira, m. a. ballin, c. r. m. peixoto. determinação de ácido ascórbico usando eletrodo de pasta de carbono modificado com ions ferro(iii) adsorvidos em ácido húmico. resumo:um sensor amperométrico foi construído, usando-se ácidos húmicos para imobilização de íons fe3+ em eletrodo de pasta de carbono (cpe-ha-fe), e usado para determinação de ácido ascórbico (h2a). o voltamograma cíclico do eletrodo apresentou resposta eletroquímica devido ao par fe3+/fe2+ a e1/2=+0.78 vvsecs, em eletrólito suporte kcl 0,5 mol l-1 e tampão acetato 0,2 mol l-1 /fosfato 0,020 mol l-1, a ph = 5,4. quando h2a é adicionado à solução eletrolítica é observado processo de oxidação. a corrente obtida cronoamperometricamente a +0,87 vvsecs, devido ao processo de oxidação, é proporcional à concentração, de acordo com a equação i(?a) = 7,6286 [h2a] (mmol l-1) + 1,9583, r = 0,9996, para concentrações entre 0,0 and 1,4 mmol l-1. o eletrodo apresentou alta estabilidade e foi usado para determinação de h2a em suco de laranja natural. palavras-chave: eletrodo de pasta de carbono; ácidos húmicos; íons ferro(iii); ácido ascórbico. references [1] j. o. pontólio, n. ferranti, m. l. a. m. campos, and j. r. 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[20] f. a. cotton, g. wilkinson, c. a. murillo, and m. bochmann, advanced inorganic chemistry, sixth ed., john willey & sons, inc., new york, 1999. figure 4. current due to ascorbic acid oxidation at cpe-ha-fe electrode, as a function of ascorbic acid concentration, obtained by chronoamperometry at +0.87 vvssce; ph = 5.4. eclética química print version issn 0100-4670 on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100011 hidrogeneoftalato de potássio como molécula modelo para estudos de adsorção sobre tio2 josé pedro serra valente* dorotéia de fátima bozano* ciniro costa junior* ariovaldo de oliveira florentino* resumo: este trabalho teve por objetivo utilizar o hidrogenoftalato de potássio como molécula modelo para estudos de adsorção em tio2. os resultados de adsorção do hidrogeneoftalato sobre tio2 se ajustaram aos modelos de adsorção propostos por langmuir e freundlich, sendo que o modelo de freundlich descreveu melhor o fenômeno. a adsorção foi função da temperatura e a capacidade de adsorção aumentou de 2,4 para 4,5 mg.g-1 quando se elevou a temperatura de 20 para 30ºc. palavras-chave: adsorção, isotermas de langmuir, isotermas de freunddlich, hidrogenoftalato de potássio, tio2. introdução a fotocatálise heterogênea vem se firmando como a principal ferramenta para degradação de contaminantes orgânicos persistentes de corpos de águas residuais e naturais1-5,8,12. o mecanismo da fotocatálise se baseia na ativação de um semicondutor pela luz. a interação da luz com o semicondutor excita elétrons da banda de valência para a banda de condução, produzindo lacunas (h+) na banda de valência, que atuarão como sítios oxidantes, e os elétrons (e-) fotogerados que combinam com o oxigênio dissolvido diminuindo a taxa de recombinação do par elétron buraco1,3,5,12. neste mecanismo, a água adsorvida (molecular ou dissociada) no semicondutor atua http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota no processo catalítico reagindo com as lacunas h+ fotogeradas para formar radicais hidroxilas altamente oxidantes (eº= 2,8v)3,5. uma vez que a fotocatálise é um fenômeno de superfície, um passo crítico para intervir na eficiência da fotodegradação de um determinado poluente é entender o processo de adsorção desse poluente na superfície do catalisador. o estudo da adsortibilidade do substrato orgânico permite prever o mecanismo de adsorção e a cinética da reação que promove a fotooxidação do poluente. por outro lado, o hidrogenoftalato é um padrão primário e agente quelante, e por ser representativo de um grande número de moléculas que são oxidadas quimicamente em condições energéticas, é utilizado como padrão para medidas de dqo6 (demanda química de oxigênio) e toc9 (carbono orgânico total). estas características físico-químicas lhe permitem ser usado como molécula modelo para estudos de adsorção e em estudos de reações fotocatalisadas. sendo assim, este trabalho teve por objetivo utilizar o hidrogenoftalato de potássio como molécula modelo para estudos de adsorção em tio2. materiais e métodos os experimentos de adsorção de hidrogenoftalato de potássio em tio2 foram realizados em um reator de vidro termostatizado (ultratermostato da quimis) e com agitação magnética. todos os reagentes foram de pureza analítica e o adsorvente tio2 foi o p25 da degussa com área específica de 51,7 m2.g-1. as massas de hidrogenoftalato de potássio foram expressas em termos de demanda química de oxigênio. nos estudos da adsorção em função do tempo foram utilizados sempre 1,0 g.l-1 de tio2 em concentrações variadas de hidrogenoftalato de potássio. para obter as isotermas de adsorção foram utilizadas concentrações fixas de hidrogenoftalato e variado a concentração de tio2 numa faixa de 0,5 a 6,0 g. l-1. a variação da concentração de adsorvato na solução foi acompanhada por espectrofotometria no uv-vis. alíquotas, em triplicatas, foram retiradas em tempos pré-estabelecidos, filtradas em um manifold (quimis) com membranas filtrantes de 0,22 mm (millipore). estabeleceu-se 60 min como tempo mínimo necessário para garantir o equilíbrio. resultados e discussão a figura 1 mostra os resultados da adsorção do hidrogenoftalato de potássio sobre o tio2 em função do tempo de contato para a temperatura de 20ºc. a adsorção é rápida sendo que o equilíbrio de adsorção se estabelece após 30 min de contato para ambas as concentrações, 5,0 e 30 mg.l-1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a habilidade de adsorção de uma superfície pode ser medida por meio da isoterma de adsorção, que em condições de equilíbrio é caracterizada pelo número de mol (ou massa) (cs) adsorvido por grama de suporte. neste trabalho, este valor foi calculado a partir da diferença da concentração inicial (ci) e a concentração final no equilíbrio (c) dividido pela massa de suporte e multiplicado pelo volume (v), em litros, da solução utilizada, conforme expressão abaixo: cs = [(ci-c) x v]/m os perfis das isotermas obtidas para as duas temperaturas estão mostrados na figura 2. as curvas revelam que a adsorção é função da temperatura e que os máximos de adsorção ocorrem para ambas temperaturas, porém a capacidade máxima de adsorção em temperaturas próximas de 30ºc é praticamente duas vezes superior à capacidade de adsorção em 20ºc. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 os dois modelos mais comumente usados para descrever os processos de adsorção em soluções aquosas são os modelos de adsorção propostos por langmuir e freundlich8. o modelo de langmuir estabelece que a adsorção em substratos sólidos pode ser descrita pela seguinte equação10: onde cs é a quantidade por grama de adsorvente, kl é a constante de equilíbrio de langmuir e csmax é a capacidade máxima de adsorção do soluto no adsorvente. invertendo os termos da equação (1), temos: multiplicando a equação (2) por c, tem-se a equação (3) que é a forma linearizada da equação (1): onde c/cs é uma variável dependente, c uma variável independente, 1/klcsmax é o coeficiente linear, e 1/csmax o coeficiente angular da reta. desta forma, construindo um gráfico de c versus c/cs pode-se determinar capacidade máxima de adsorção, csmax, e a constante de equilíbrio de langmuir, kl respectivamente, a partir dos coeficientes angular e linear da reta. o modelo de freundlich supõe que a adsorção em substratos sólidos pode ser descrita pela seguinte equação: onde cs é a quantidade de soluto adsorvido por grama de adsorvente, 1/n é o coeficiente (ou grau) de linearidade, kf é a constante de adsorção de freundlich e c a concentração de equilíbrio na solução. aplicando-se o logaritmo na equação (4) temos a equação (5): onde log cs é a variável dependente, log c a variável independente, log k é o coeficiente linear e 1/n o coeficiente angular da reta. como no modelo anterior, construindo um gráfico log cs versus log c pode-se determinar n, e a constante de equilíbrio de freundlich, kf, respectivamente, a partir dos coeficientes angular e linear da reta. as curvas obtidas após este tratamento estão mostradas nas figuras 3 e 4 respectivamente, enquanto que os valores de kl, csmax, kf, n e r, retirados das curvas das figuras 3 e 4, estão listados na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 os elevados coeficientes de correlação (r) obtidos através das linearizações das equações de langmuir e freundlich indicam que os dois modelos são adequados para avaliar a adsorção do hidrogeneoftalato de potássio sobre tio2, porém, os resultados ajustaram-se ligeiramente melhor ao modelo de freundlich, nas duas temperaturas estudadas. possivelmente o melhor ajuste da isoterma de freundlich se deve à heterogeneidade da superfície do tio2. os sítios ativos, na superfície do tio2, estão tetracoordenados com átomos de oxigênio de grupos hidroxilas e/ou moléculas de água não dissociadas7,11. quando um soluto orgânico polidentado forma quelatos com o titânio, que atua como ácido de lewis, este substitui os ligantes originais e a adsorção é favorecida pela diminuição da energia livre e aumento da entropia11. no caso do hidrogeneoftalato, para cada molécula quelante adsorvida há liberação de duas moléculas de águas aumentando a entropia. isso justifica o melhor ajuste ao modelo de freundlich do que ao modelo de langmuir. o parâmetro n de freundlich está relacionado com a energia média de adsorção. quanto maior o valor de n maior é a afinidade do adsorbato pelo adsorvente7. para valores de n inferiores a um, tem-se uma interação adsorvente/adsorvato muito fraca, enquanto que valores superiores a um sugerem uma forte interação adsorvente/adsorvato7. para valores de n iguais a um supõe-se que todos os sítios se equivalem energeticamente e desta forma, os dados experimentais se ajustam melhor ao modelo teórico de langmuir10. no caso do hidrogeneoftalato sobre o tio2 os valores de n iguais a 2,7 e 2,5, para as temperaturas de 20 e 30ºc respectivamente, indicam uma forte interação adsorvente/adsorvato e conseqüentemente uma grande heterogeneidade na energias dos sítios de adsorção. essa premissa é confirmada pelos valores da constante de freundlich, kf,, que também está relacionada com a capacidade de adsorção, ou seja, quanto maior o valor de kf, maior é a adsorção. os resultados também são convergentes quando se compara os parâmetros csmax e kl obtidos pelo modelo de langmuir, tabela 1. a capacidade de adsorção (csmax) aumenta de 2,4 para 4,5 mg.g-1 quando se aumenta a temperatura de 20 para 30oc. o valor de kl, que está relacionado com a energia de ligação, diminui de 1,5 para 1,3 para o mesmo aumento de temperatura. embora a energia de ligação diminua com o aumento da temperatura, a capacidade de adsorção aumenta. isso pode ser explicado pelo fato de que para cada molécula hidrogeneoftalato adsorvida dois ligantes monodentados são liberados para a solução, aumentando assim a entropia do sistema. além disso, os altos valores dos parâmetros descritos na tabela 1 sugerem que a adsorção do hidrogeneoftalato em tio2 é uma adsorção química. em estudos de adsorção, tunesi & anderson11 sugeriram que o ânion da dissociação do ácido ftálico (estrutura similar ao hidrogeneoftalato), adsorve nos sítios mais energéticos do tio2 formando uma estrutura em que predomina um anel de sete membros conforme quelato da figura 5. por ser uma estrutura parecida o mesmo comportamento é esperado para o hidrogeneoftalato. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota conclusão os resultados de adsorção do hidrogeneoftalato sobre tio2 se ajustam aos modelos de adsorção de langmuir e freundlich, sendo que o modelo de freundlich se ajusta ligeiramente melhor. a adsorção do hidrogeneoftalato de potássio sobre o tio2 é função da temperatura e indica que a mesma é provavelmente química. o equilíbrio de adsorção é atingido rapidamente o que facilita no processo da fotodegradação. agradecimentos os autores agradecem a fundbio e à fapesp pelos auxílios recebido. valente, j.p.s., bozano, d.f., costa junior, c., florentino, a.o. potassium hydrogenphthalate as molecule model for adsorption studies on tio2. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: the aim of the work was to use the potassium hydrogenphthalate as molecule model for adsorption studies on tio2. the results of adsorption of the hydrogenphthalate on tio2 were fitted to the models proposed by langmuir and freundlich, but the model of freundlich described better the phenomenon. the adsorption was a function of the temperature and the capacity of adsorption increased from 2,4 to 4,5 mg.g-1 when the temperature was increased from 20 to 30 ºc. keywords: adsorption, langmuir isotherms, freundlich isotherms, potassium hidrogenphthalate, tio2. referências bibliográficas 1 dionysiou, d.d.; khodadoust, a.p.; kern, a.m.; suidan, m.t.; budin, i.; laîné, j-m. continuos-mode photocatalytic degradation of chlorinated phenols and pesticides in water using a bench-scale tio2 rotating disk reactor. app. catal., v.24, p.139-155, 2000. 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[ links ] recebido em 07.01.2002. aceito em 05.02.2002. *departamento de química e bioquímica ib unesp 18618-000 botucatu sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#texto javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670 on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100011  www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 7 artigo/article ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 2010 comparison of the dehydration kinetics of solid state compounds of 2-methoxybenzylidenepyruvate with some divalent metal ions m. kobelnik, c. a. ribeiro, d. s. dias, g. a. bernabé, m. s. crespi. universidade estadual paulista – unesp – instituto de química, cp 355, cep 14801-970, araraquara – brasil. resumo: o sal de sódio de 2-metoxibenzalpiruvato assim como os complexos metálicos do ligante 2-metoxibenzalpiruvico com os íons fe, co, ni, cu e zn foram preparados e analisados no estado sólido. curvas termogravimétricas (tg) destes compostos foram obtidas com massa de amostra em torno de 1 e 5mg em atmosfera de nitrogênio. diferentes razões de aquecimento foram utilizadas para caracterizar e estudar estes compostos sob o ponto de vista cinético. a energia de ativação e o fator pré-exponencial foram obtidos com a aplicação, nas curvas tg, do método proposto por wall-flynn-ozawa. os dados obtidos foram avaliados e os valores obtidos de energia de ativação foram relacionados em função do grau de conversão (α). os resultados apresentaram que devido a massa de amostras, diferentes energias de ativação foram obtidos. os resultados também foram discutidos tendo em vista a dependência entre a energia de ativação e o fator pré-exponencial, onde foi verificado o efeito de compensação cinética (kce) e possível relação linear entre as etapas de desidratação destes compostos. palavras chave: íons divalentes, 2-metoxibenzalpiruvato; cinética não isotérmica. introduction 2methoxybenzylidenepyruvate is an organic compound synthesized from piruvic acid and phenyl-substituted compounds [1,2]. several works have been accomplished with different metal ions starting from these syntheses, since this ligand forms complexes easily. the thermal behavior of these compounds has been evaluated thoroughly, especially by thermogravimetry (tg), differential thermal analysis (dta) and differential scanning calorimetry (dsc) as well as x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, which have been used to characterize these compounds [3-9]. the aim of these work is the comparison of the dehydration kinetics using non-isothermal procedures of the solid-state compounds of bivalent fe, co, ni, cu and zn with 2-methoxybenzylidenepyruvate (2-meobp). by applying the isoconversional method proposed by wall-flynnozawa on the tg curves, the data provide information concerning the activation energy (ea kj mol-1) versus the conversion degree (α) as well as the pre-exponential factor (ln a min.). furthermore, the isoconversional method was used as way a of obtaining reliable and consistent kinetic information and also because avoids the use of explicit kinetics models [10].the dependence of the activation energy was also considered in terms of the pre-exponential factor, where it was possible to verify the effect of kinetic compensation (kce) of these compounds. complexes of 4-chlorophenoxyacetates of nd(iii), gd(iii) and ho(iii) w.ferenc, m.bernat, j.sarzyński and h.głuchowska .......................................................67 assessment of hydrochemical quality of ground water under some urban areas within sana’a secreteriat alariqi, wadie s.t and ghaleb, abduljalil a.d.s ..........................................................77 optimization of nmp extraction in 1, 3-butadiene production line h.r.mortaheb, m.mafi, b.mokhtarani, k.khosravi, f.mashkini ......................................85 ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 20108 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 2010 9 artigo article experimental 2-methoxybenzylidenepyruvic acid (2-meo-bp-h+) and its sodium salt, 2-methoxybenzylidenepyruvate (2-meo-bp-na+), were synthesized, purified and prepared, first the acid and then the salt, as described in literature [1]. all the complexes of the general formula mm+lm nh2o, where m are the divalent metal ions fe, co, ni, cu, zn and l is the sodium salt. the solid-state compounds were prepared by dropwise adding the chlorides of the metal ions to the ligand solution (except for iron, where the sulphate was used) and this was done under continuous stirring until total precipitation was achieved. the precipitates were filtered and washed with water to totally eliminate the chloride (or sulphate) compounds and then dried at room temperature and stored until constant mass in a desiccator over anhydrous calcium chloride. kinetic evaluation of the dehydration steps were obtained using heating rates of 5, 10 and 20ºc min-1 from 30 to 500ºc. the curves were obtained using a sdt 2960 thermoanalyser system from ta instruments powered samples having a mass of 1 and 5mg (±0.05mg) were placed in an alumina crucible, under a nitrogen flow of 100 ml min-1. this is compound also was examined using scanning electron microscopy (sem). the particles were sputtercoated with a thin and uniform layer of gold using a vacuum evaporator and then examined using a jeol scanning microscope, model jsm-t-330a at an accelerating voltage of 20 kv. results and discussion in a previous work, these were characterized by simultaneous tg-dta and dsc curves (in dynamic air atmosphere), infrared spectroscopy and x-ray diffractometry [2]. this compounds are in agreement with the stoichiometry m:l2 nh2o where m represents the bivalent metal ions, l is the ligand and n is the number of water molecules. the kinetic parameters of dehydration of these compounds were evaluated from the tg curves shown in the figures 1 and 2. for the cobalt, nickel and zinc compounds (figure 1), the tg curves to first mass loss seen between 30 and 110ºc shown a pattern of dehydration and for the copper (130ºc) and iron (150ºc) compounds (fig. 2), these correspond to another dehydration pattern. the initial temperature of thermal decomposition occurs for cobalt (185ºc), nickel (240ºc) and zinc (210ºc); while for iron and copper occurs at 130ºc and 150ºc, respectively. the thermal decomposition in all the tg curves occurs in more than one consecutive step without the formation of stable intermediates or the respective oxides. 8 figure 1: tg curves of the cobalt, nickel and zinc compounds, with mass sample of 1mg, at heating rate of 10ºc min-1 in nitrogen atmosphere. figure 2: tg curves of the sodium salt, copper, iron and ligand compounds, with mass sample of 1mg, at heating rate of 10ºc min-1 in nitrogen atmosphere. figure 1. tg curves of the cobalt, nickel and zinc compounds, with mass sample of 1mg, at heating rate of 10ºc min-1 in nitrogen atmosphere. ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 201010 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 2010 11 artigo article 8 figure 1: tg curves of the cobalt, nickel and zinc compounds, with mass sample of 1mg, at heating rate of 10ºc min-1 in nitrogen atmosphere. figure 2: tg curves of the sodium salt, copper, iron and ligand compounds, with mass sample of 1mg, at heating rate of 10ºc min-1 in nitrogen atmosphere. figure 2. tg curves of the sodium salt, copper, iron and ligand compounds, with mass sample of 1mg, at heating rate of 10ºc min-1 in nitrogen atmosphere. the kinetic parameters of the data was obtained using the isoconversional method of flynn, wall and ozawa (fwo) because it is commonly used to avoid the kinetic model [11,12,13]. this method is based on fixed values of the degree of conversion (α) obtained from the experiments at different heating rates (β): 3 for the cobalt, nickel and zinc compounds (figure 1), the tg curves to first mass loss seen between 30 and 110ºc shown a pattern of dehydration and for the copper (130ºc) and iron (150ºc) compounds (fig. 2), these correspond to another dehydration pattern. the initial temperature of thermal decomposition occurs for cobalt (185ºc), nickel (240ºc) and zinc (210ºc); while for iron and copper occurs at 130ºc and 150ºc, respectively. the thermal decomposition in all the tg curves occurs in more than one consecutive step without the formation of stable intermediates or the respective oxides. figure 1 figure 2 the kinetic parameters of the data was obtained using the isoconversional method of flynn, wall and ozawa (fwo) because it is commonly used to avoid the kinetic model [11,12,13]. this method is based on fixed values of the degree of conversion () obtained from the experiments at different heating rates ():    0 0 cc cct t      (1) where c represents the reagent concentration, as well as other physical properties which are represented in the tg experiment. the subscript corresponds to the elapsed time, t, where the initial time is t = 0 and the final time is t = . the dependence of  as a function of time can be expressed as the following differential equation [14]: )().(  ftk dt d  (2) where k(t) is the temperature-dependent rate constant and f() is a function that represents the reaction model. the k(t) usually employs the arrheinius equation [15]: )/exp(.)( rteatk  (3) where a is the pre-exponential factor, e is the activation energy and r is the gas constant. for dynamic data obtained at a constant heating rate,  = dt/dt, this new term is inserted in the eq. (3) to obtain the transformation [11]:     f rt ea dt d       exp (4) thus, the non isothermal kinetics have resolved the major problem of the isothermal experiment, which is that a sample requires some time to reach the experimental temperature undergoing some transformations that are likely to affect the kinetics results [16]. (1) where c represents the reagent concentration, as well as other physical properties which are represented in the tg experiment. the subscript corresponds to the elapsed time, t, where the initial time is t = 0 and the final time is t = α. the dependence of α as a function of time can be expressed as the following differential equation [14]: 3 for the cobalt, nickel and zinc compounds (figure 1), the tg curves to first mass loss seen between 30 and 110ºc shown a pattern of dehydration and for the copper (130ºc) and iron (150ºc) compounds (fig. 2), these correspond to another dehydration pattern. the initial temperature of thermal decomposition occurs for cobalt (185ºc), nickel (240ºc) and zinc (210ºc); while for iron and copper occurs at 130ºc and 150ºc, respectively. the thermal decomposition in all the tg curves occurs in more than one consecutive step without the formation of stable intermediates or the respective oxides. figure 1 figure 2 the kinetic parameters of the data was obtained using the isoconversional method of flynn, wall and ozawa (fwo) because it is commonly used to avoid the kinetic model [11,12,13]. this method is based on fixed values of the degree of conversion () obtained from the experiments at different heating rates ():    0 0 cc cct t      (1) where c represents the reagent concentration, as well as other physical properties which are represented in the tg experiment. the subscript corresponds to the elapsed time, t, where the initial time is t = 0 and the final time is t = . the dependence of  as a function of time can be expressed as the following differential equation [14]: )().(  ftk dt d  (2) where k(t) is the temperature-dependent rate constant and f() is a function that represents the reaction model. the k(t) usually employs the arrheinius equation [15]: )/exp(.)( rteatk  (3) where a is the pre-exponential factor, e is the activation energy and r is the gas constant. for dynamic data obtained at a constant heating rate,  = dt/dt, this new term is inserted in the eq. (3) to obtain the transformation [11]:     f rt ea dt d       exp (4) thus, the non isothermal kinetics have resolved the major problem of the isothermal experiment, which is that a sample requires some time to reach the experimental temperature undergoing some transformations that are likely to affect the kinetics results [16]. (2) where k(t) is the temperature-dependent rate constant and f(α) is a function that represents the reaction model. the k(t) usually employs the arrheinius equation [15]: 3 for the cobalt, nickel and zinc compounds (figure 1), the tg curves to first mass loss seen between 30 and 110ºc shown a pattern of dehydration and for the copper (130ºc) and iron (150ºc) compounds (fig. 2), these correspond to another dehydration pattern. the initial temperature of thermal decomposition occurs for cobalt (185ºc), nickel (240ºc) and zinc (210ºc); while for iron and copper occurs at 130ºc and 150ºc, respectively. the thermal decomposition in all the tg curves occurs in more than one consecutive step without the formation of stable intermediates or the respective oxides. figure 1 figure 2 the kinetic parameters of the data was obtained using the isoconversional method of flynn, wall and ozawa (fwo) because it is commonly used to avoid the kinetic model [11,12,13]. this method is based on fixed values of the degree of conversion () obtained from the experiments at different heating rates ():    0 0 cc cct t      (1) where c represents the reagent concentration, as well as other physical properties which are represented in the tg experiment. the subscript corresponds to the elapsed time, t, where the initial time is t = 0 and the final time is t = . the dependence of  as a function of time can be expressed as the following differential equation [14]: )().(  ftk dt d  (2) where k(t) is the temperature-dependent rate constant and f() is a function that represents the reaction model. the k(t) usually employs the arrheinius equation [15]: )/exp(.)( rteatk  (3) where a is the pre-exponential factor, e is the activation energy and r is the gas constant. for dynamic data obtained at a constant heating rate,  = dt/dt, this new term is inserted in the eq. (3) to obtain the transformation [11]:     f rt ea dt d       exp (4) thus, the non isothermal kinetics have resolved the major problem of the isothermal experiment, which is that a sample requires some time to reach the experimental temperature undergoing some transformations that are likely to affect the kinetics results [16]. (3) where a is the pre-exponential factor, e is the activation energy and r is the gas constant. for dynamic data obtained at a constant heating rate, β = dt/dt, this new term is inserted in the eq. (3) to obtain the transformation [11]: 4 based on the previous equation and considering that a, f () and e are independent of t and that a and e are independent of , we obtain [11,16,17]:    xp r aedt rt eag t         0 exp (5) where x = (e/rt). for p(x), where 20 ≤ x ≤ 60, we can use doyle’s approximation of the integral temperature [11,17,18]:   xxp 4567.0315.2log  (6) however, a simpler expression has been developed by the substitution of eq. (6) into eq. (5) to obtain [11,17]:   rt e r aeg 457.0315.2logloglog   (7) thus, from the slope of a plot of log  versus 1/t, the activation energy can be calculated for fixed values of  from the experiments at different heating rates testing the constancy of e with respect to  and t [11,16,17]. the pre-exponential factor can be evaluated taking into account that the reaction is of the first-order and can be defined as [11]:        mm rt e rt ea exp2  (8) the average values of the activation energy of the kinetics data for all compounds are shown in table 1, where the resulting correlation coefficient has a good linear close fit, showing that there is good correlation. table 1: parameters ea (kj mol-1) and the correlation coefficient (r) for the dehydration of the compounds. compound mass dehydration e (kj mol-1) r2 fe(l)2 0.5h2o 1mg 37.0  0.2 0.99977 5mg 130.8  0.3 0.99979 co(l)2 2h2o 1mg 141.0  0.1 0.99979 5mg 164.2  0.2 0.99943 ni(l)2 1.5h2o 1mg 147.8  0.1 0.99847 5mg 115.4  0.2 0.99910 cu(l)2.0.7h2o 1mg 150.6  0.1 0.99926 5mg 120.16  0.05 0.96818 zn(l)2 2h2o 1mg 150.69  0.04 0.97043 5mg 165.1  0.2 0.99985 1 l= ligand 2-methoxybenzilidene ;2average (4) thus, the non isothermal kinetics have resolved the major problem of the isothermal experiment, which is that a sample requires some time to reach the experimental temperature undergoing some transformations that are likely to affect the kinetics results [16]. based on the previous equation and considering that a, f (α) and e are independent of t and that a and e are independent of α, we obtain [11,16,17]: 4 based on the previous equation and considering that a, f () and e are independent of t and that a and e are independent of , we obtain [11,16,17]:    xp r aedt rt eag t         0 exp (5) where x = (e/rt). for p(x), where 20 ≤ x ≤ 60, we can use doyle’s approximation of the integral temperature [11,17,18]:   xxp 4567.0315.2log  (6) however, a simpler expression has been developed by the substitution of eq. (6) into eq. (5) to obtain [11,17]:   rt e r aeg 457.0315.2logloglog   (7) thus, from the slope of a plot of log  versus 1/t, the activation energy can be calculated for fixed values of  from the experiments at different heating rates testing the constancy of e with respect to  and t [11,16,17]. the pre-exponential factor can be evaluated taking into account that the reaction is of the first-order and can be defined as [11]:        mm rt e rt ea exp2  (8) the average values of the activation energy of the kinetics data for all compounds are shown in table 1, where the resulting correlation coefficient has a good linear close fit, showing that there is good correlation. table 1: parameters ea (kj mol-1) and the correlation coefficient (r) for the dehydration of the compounds. compound mass dehydration e (kj mol-1) r2 fe(l)2 0.5h2o 1mg 37.0  0.2 0.99977 5mg 130.8  0.3 0.99979 co(l)2 2h2o 1mg 141.0  0.1 0.99979 5mg 164.2  0.2 0.99943 ni(l)2 1.5h2o 1mg 147.8  0.1 0.99847 5mg 115.4  0.2 0.99910 cu(l)2.0.7h2o 1mg 150.6  0.1 0.99926 5mg 120.16  0.05 0.96818 zn(l)2 2h2o 1mg 150.69  0.04 0.97043 5mg 165.1  0.2 0.99985 1 l= ligand 2-methoxybenzilidene ;2average (5) where x = (e/rt). for p(x), where 20 ≤ x ≤ 60, we can use doyle’s approximation of the integral temperature [11,17,18]: 4 based on the previous equation and considering that a, f () and e are independent of t and that a and e are independent of , we obtain [11,16,17]:    xp r aedt rt eag t         0 exp (5) where x = (e/rt). for p(x), where 20 ≤ x ≤ 60, we can use doyle’s approximation of the integral temperature [11,17,18]:   xxp 4567.0315.2log  (6) however, a simpler expression has been developed by the substitution of eq. (6) into eq. (5) to obtain [11,17]:   rt e r aeg 457.0315.2logloglog   (7) thus, from the slope of a plot of log  versus 1/t, the activation energy can be calculated for fixed values of  from the experiments at different heating rates testing the constancy of e with respect to  and t [11,16,17]. the pre-exponential factor can be evaluated taking into account that the reaction is of the first-order and can be defined as [11]:        mm rt e rt ea exp2  (8) the average values of the activation energy of the kinetics data for all compounds are shown in table 1, where the resulting correlation coefficient has a good linear close fit, showing that there is good correlation. table 1: parameters ea (kj mol-1) and the correlation coefficient (r) for the dehydration of the compounds. compound mass dehydration e (kj mol-1) r2 fe(l)2 0.5h2o 1mg 37.0  0.2 0.99977 5mg 130.8  0.3 0.99979 co(l)2 2h2o 1mg 141.0  0.1 0.99979 5mg 164.2  0.2 0.99943 ni(l)2 1.5h2o 1mg 147.8  0.1 0.99847 5mg 115.4  0.2 0.99910 cu(l)2.0.7h2o 1mg 150.6  0.1 0.99926 5mg 120.16  0.05 0.96818 zn(l)2 2h2o 1mg 150.69  0.04 0.97043 5mg 165.1  0.2 0.99985 1 l= ligand 2-methoxybenzilidene ;2average (6) however, a simpler expression has been developed by the substitution of eq. (6) into eq. (5) to obtain [11,17]: 4 based on the previous equation and considering that a, f () and e are independent of t and that a and e are independent of , we obtain [11,16,17]:    xp r aedt rt eag t         0 exp (5) where x = (e/rt). for p(x), where 20 ≤ x ≤ 60, we can use doyle’s approximation of the integral temperature [11,17,18]:   xxp 4567.0315.2log  (6) however, a simpler expression has been developed by the substitution of eq. (6) into eq. (5) to obtain [11,17]:   rt e r aeg 457.0315.2logloglog   (7) thus, from the slope of a plot of log  versus 1/t, the activation energy can be calculated for fixed values of  from the experiments at different heating rates testing the constancy of e with respect to  and t [11,16,17]. the pre-exponential factor can be evaluated taking into account that the reaction is of the first-order and can be defined as [11]:        mm rt e rt ea exp2  (8) the average values of the activation energy of the kinetics data for all compounds are shown in table 1, where the resulting correlation coefficient has a good linear close fit, showing that there is good correlation. table 1: parameters ea (kj mol-1) and the correlation coefficient (r) for the dehydration of the compounds. compound mass dehydration e (kj mol-1) r2 fe(l)2 0.5h2o 1mg 37.0  0.2 0.99977 5mg 130.8  0.3 0.99979 co(l)2 2h2o 1mg 141.0  0.1 0.99979 5mg 164.2  0.2 0.99943 ni(l)2 1.5h2o 1mg 147.8  0.1 0.99847 5mg 115.4  0.2 0.99910 cu(l)2.0.7h2o 1mg 150.6  0.1 0.99926 5mg 120.16  0.05 0.96818 zn(l)2 2h2o 1mg 150.69  0.04 0.97043 5mg 165.1  0.2 0.99985 1 l= ligand 2-methoxybenzilidene ;2average (7) thus, from the slope of a plot of log β versus 1/t, the activation energy can be calculated for fixed values of α from the experiments at different heating rates testing the constancy of e with respect to α and t [11,16,17]. the pre-exponential factor can be evaluated taking into account that the reaction is of the first-order and can be defined as [11]: 4 based on the previous equation and considering that a, f () and e are independent of t and that a and e are independent of , we obtain [11,16,17]:    xp r aedt rt eag t         0 exp (5) where x = (e/rt). for p(x), where 20 ≤ x ≤ 60, we can use doyle’s approximation of the integral temperature [11,17,18]:   xxp 4567.0315.2log  (6) however, a simpler expression has been developed by the substitution of eq. (6) into eq. (5) to obtain [11,17]:   rt e r aeg 457.0315.2logloglog   (7) thus, from the slope of a plot of log  versus 1/t, the activation energy can be calculated for fixed values of  from the experiments at different heating rates testing the constancy of e with respect to  and t [11,16,17]. the pre-exponential factor can be evaluated taking into account that the reaction is of the first-order and can be defined as [11]:        mm rt e rt ea exp2  (8) the average values of the activation energy of the kinetics data for all compounds are shown in table 1, where the resulting correlation coefficient has a good linear close fit, showing that there is good correlation. table 1: parameters ea (kj mol-1) and the correlation coefficient (r) for the dehydration of the compounds. compound mass dehydration e (kj mol-1) r2 fe(l)2 0.5h2o 1mg 37.0  0.2 0.99977 5mg 130.8  0.3 0.99979 co(l)2 2h2o 1mg 141.0  0.1 0.99979 5mg 164.2  0.2 0.99943 ni(l)2 1.5h2o 1mg 147.8  0.1 0.99847 5mg 115.4  0.2 0.99910 cu(l)2.0.7h2o 1mg 150.6  0.1 0.99926 5mg 120.16  0.05 0.96818 zn(l)2 2h2o 1mg 150.69  0.04 0.97043 5mg 165.1  0.2 0.99985 1 l= ligand 2-methoxybenzilidene ;2average (8) the average values of the activation energy of the kinetics data for all compounds are shown in table 1, where the resulting correlation coefficient has a good linear close fit, showing that there is good correlation. table 1: parameters ea (kj mol-1) and the correlation coefficient (r) for the dehydration of the compounds. compound mass dehydration e (kj mol-1) r2 fe(l)2 0.5h2o 1mg 37.0 ± 0.2 0.99977 5mg 130.8 ± 0.3 0.99979 co(l)2 2h2o 1mg 141.0 ± 0.1 0.99979 5mg 164.2 ± 0.2 0.99943 ni(l)2 1.5h2o 1mg 147.8 ± 0.1 0.99847 5mg 115.4 ± 0.2 0.99910 cu(l)2.0.7h2o 1mg 150.6 ± 0.1 0.99926 5mg 120.16 ± 0.05 0.96818 zn(l)2 2h2o 1mg 150.69 ± 0.04 0.97043 5mg 165.1 ± 0.2 0.99985 1 l= ligand 2-methoxybenzilidene ;2average ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 201012 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 2010 13 artigo article the activation energy (ea) versus conversion degree (α) values for the dehydration are shown in the figures 3 and 4. 9 figure 3: the calculated ea/kj mol-1 as a function of  for the dehydration stage of the cobalt, nickel and zinc compounds. figure 3. the calculated ea/kj mol-1 as a function of α for the dehydration stage of the cobalt, nickel and zinc compounds. 10 figure 4: the calculated ea/kj mol-1 as a function of  for the dehydration stage of the copper and iron compounds. figure 5: sem hydrated cobalt compound figure 4. the calculated ea/kj mol-1 as a function of α for the dehydration stage of the copper and iron compounds. for cobalt, nickel and zinc compounds, which apparently has the same dehydration pattern, the values of the activation energy vary for each compound. for the masses samples of 5mg, the dehydration step there are tendencies of the plots maintain the same contour and run parallel to each other. so this indicates that dehydration kinetic occurs by same way for every extension of α. however, the mass sample of 1mg, the kinetic behavior does not occurs in a same tendencies for every extension of α. these fact were attributed the differences in the thermal conductivity, which is dependent of the characteristics of each compound. in addition, recently kobelnik et. al observer that different mass sample, the activation energy continually vary in function of degree conversion as numerical values at open and the crimped lids crucibles [18]. therefore, it suggested that these facts favors parallel reactions and besides, the heat of reaction associated with the thermal conductivity also lead to changes in the reactions. furthermore, this not a general rule because the variation of the activation energy depends on several factors, such as the type of studied sample, ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 201014 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 2010 15 artigo article the presence or not of cover on the crucible, etc [20-22]. furthermore, it is clear that the values of activation energy for first dehydration step are variable, which indicate that can be regarded as single step reaction. additionally, the particle size or non-homogeneous particles of each compound can also alter the kinetic behavior. figures 5 to 8 show sem images of particles of the cobalt and copper compounds. for the cobalt compound, can be seen different sizes of the particles before and after the dehydration. this was attributed to destruction of the structure and subsequent contraction of the sample mass. for the copper compound, can be seen that there was a contraction in the volume without destroy the structure. thus, the activation energy indicates that only the thermal conductivity alters the kinetic behavior. 10 figure 4: the calculated ea/kj mol-1 as a function of  for the dehydration stage of the copper and iron compounds. figure 5: sem hydrated cobalt compound figure 5. sem hydrated cobalt compound 11 figure 6: sem dehydrated cobalt compound figure 7: sem hydrated cooper compound. figure 8: sem dehydrated copper compound figure 6. sem dehydrated cobalt compound 11 figure 6: sem dehydrated cobalt compound figure 7: sem hydrated cooper compound. figure 8: sem dehydrated copper compound figure 7. sem hydrated cooper compound. 11 figure 6: sem dehydrated cobalt compound figure 7: sem hydrated cooper compound. figure 8: sem dehydrated copper compound figure 8. sem dehydrated copper compound from the information obtained, we can use the values of the activation energy and the preexponential factor to make the following correlation [23-25]: ln a = a + be where a and b are the compensation constants. the average values found for the plots of the activation energy and pre-exponential factor are commonly called of kinetic compensation effect (kce). the existence of the “kinetic compensation effect” has been observed in literature for several groups of heterogeneous reactions. the linear relationship between lna and ea for the dehydration reactions and thermal decomposition allows us to group them according to their similarities [23,26]. for the dehydration, as shown in figure 9, evidence for the kce was seen, but there was not relationship between the numbers of water molecule losses. additionally, in figure 10 e 11, are shown the average values for 1 and 5mg masses of the activation energy as a function of the pre-exponential factor in a lower (0.5 < α) and a higher (0.5 > α) range of conversion degree. this artifice was used to demonstrate that there are variations in two intervals of the conversion degree. it may be observed that there was displacement between the compounds. but once again, there was no observed relationship between the water molecule losses for the dehydration. this demonstrate that even if we just considered the average values of the two intervals, the kce would not give clear information regarding the dehydration behavior. additionally, this fact occurs because the dehydration of these compounds also undergoes different steps during the conversion degree (α). 12 figure 9: linear plot of ln a/min-1 versus ea/kj mol-1 for the dehydration of the compounds: (a) = 1mg and (b) = 5mg. figure 9. linear plot of ln a/min-1 versus ea/kj mol-1 for the dehydration of the compounds: (a) = 1mg and (b) = 5mg. ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 201016 artigo article ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 2010 17 artigo article 14 figure 11: linear plot of ln a/min-1 versus ea/kj mol-1 for the dehydration reaction with mass sample of 5mg in two intervals of conversion degree. figure 11. linear plot of ln a/min-1 versus ea/kj mol-1 for the dehydration reaction with mass sample of 5mg in two intervals of conversion degree. 13 figure 10: linear plot of ln a/min-1 versus ea/kj mol-1 for the dehydration reaction with mass sample of 1mg in two intervals of conversion degree. figure 10. linear plot of ln a/min-1 versus ea/kj mol-1 for the dehydration reaction with mass sample of 1mg in two intervals of conversion degree. conclusion the presented results clearly showed that the use of the different sample masses, influenced a decrease or an increase of the activation energy (ea) values. besides the kinetic dependence on the experimental condition in a dynamic procedure, it can be seen from the resemblance between different conditions allows a better evaluation of kinetic parameters. the activation energy of the dehydrations steps suggests the occurrence of a multi-step process steps. furthermore, the kce leaves much doubt as to the reaction type that occurs during the dehydration steps because those compounds are not homogeneous. thus, the kce relationships can be used only in an empirical manner, but this is not conclusive to evaluate or determine the complex reaction mechanism. acknowledgments capes/cnpq and ipt – instituto de pesquisas tecnológicas do estado de são paulo by tg curves. ecl. quím., são paulo, 35(1): 7 18, 201018 artigo article www.scielo.br/eq volume 35, número 1, 2010 19 artigo/article mathematical equation correction to spectral and transport interferences in high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry: determination of lead in phosphoric acid jorge luiz raposo jra, silvana ruella de oliveiraa, joaquim araújo nóbregab, josé anchieta gomes netoa* asão paulo state university unesp, analytical chemistry department p.o. box 355, 14801-970 araraquara sp, brazil *anchieta@iq.unesp.br buniversidade federal de são carlos, departamento de química, 13560-970 são carlos sp, brazil abstract: in this work, a new mathematical equation correction approach for overcoming spectral and transport interferences was proposed. the proposal was applied to eliminate spectral interference caused by po molecules at the 217.0005 nm pb line, and the transport interference caused by variations in phosphoric acid concentrations. correction may be necessary at 217.0005 nm to account for the contribution of po, since atotal 217.0005 nm = a pb 217.0005 nm + a po 217.0005 nm. this may be easily done by measuring other po wavelengths (e.g. 217.0458 nm) and calculating the relative contribution of po absorbance (apo) to the total absorbance (atotal) at 217.0005 nm: a pb 217.0005 nm = atotal 217.0005 nm a po 217.0005 nm = atotal 217.0005 nm k (a po 217.0458 nm). the correction factor k is calculated from slopes of calibration curves built up for phosphorous (p) standard solutions measured at 217.0005 and 217.0458 nm, i.e. k = (slope217.0005 nm/slope217.0458 nm). for wavelength integrated absorbance of 3 pixels, sample aspiration rate of 5.0 ml min-1, analytical curves in the 0.1 – 1.0 mg l-1 pb range with linearity better than 0.9990 were consistently obtained. calibration curves for p at 217.0005 and 217.0458 nm with linearity better than 0.998 were obtained. relative standard deviations (rsd) of measurements (n = 12) in the range of 1.4 – 4.3% and 2.0 – 6.0% without and with mathematical equation correction approach were obtained respectively. the limit of detection calculated to analytical line at 217.0005 nm was 10 µg l-1 pb. recoveries for pb spikes were in the 97.5 – 100% and 105 – 230% intervals with and without mathematical equation correction approach, respectively. keywords: mathematical equation correction approach; high-resolution continuum source flame atomic spectrometry; lead, phosphoric acid introduction among many factors affecting the determination of lead (pb) in phosphoric acid by flame atomic absorption spectrometry spectral and transport interferences are considered the more important ones [1], since the analytical line at 217.0005 nm overlaps with po molecular absorption bands at 216.99 nm in the air-acetylene flame [2], the alternate line at 283.3060 nm is recommended references [1] reimer, m. and howard. m. j. am. chem. soc. 50 (1928) 2506. 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[18] c.d. doyle, j. appl. polymer sci. 5 (1961) 285. abstract: divalent metal complexes of ligand 2-methoxybenzylidenepyruvate with fe, co, ni, cu and zn as well as sodium salt were synthesized and investigated in the solid state. tg curves of these compounds were obtained with masses sample of 1 and 5mg under nitrogen atmosphere. different heating rates were used to characterize and study these compounds from the kinetic point of view. the activation energy and pre-exponential factor were obtained applying the wall-flynn-ozawa method to the tg curves. the obtained data were evaluated and the values of activation energy (ea / kj mol-1) was plotted in function of the conversion degree (α). the results show that due to mass sample, different activation energies were obtained. the results are discussed mainly taking into account the linear dependence between the activation energy and the pre exponential factor, where was verified the effect of kinetic compensation (kce) and possible linear relations between the dehydrations steps of these compounds. keywords: bivalent metal ions, 2-methoxybenzylidenepyruvate, non-isothermal kinetics, dehydration [19] kobelnik, m.; bernabé, g. a.; ribeiro, c. a.; capela, j. m. v.; fertonani, f. l. j. therm. anal. calorim. 97 (2009) 493. [20] galwey a. k.; brown m. e. thermal decompositions of ionic solids. 1th ed. amsterdan: elsevier; 1999. [21] galwey a. k. thermochim. acta. 2004,413,139. [22] prasad, t. p.; kanungo, s. b.; ray, h. s. thermochim. acta. 2002,203,503. [23] n. koga, j. sestak. j. therm. anal. 37 (1991) 1103. [24] n. koga. thermochim. acta 244 (1994) 1. [25] j. zsakó. j. therm. anal. cal. 47 (1996) 1679. [26] j. g. r. poço; h., furlan; r., giudici. journal physical chemical b 106 (2002) 4873. ecl. quím., são paulo, 35(1): 19 24, 2010 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200015 fotodegradação de fenol e clorofenóis por processo foto-fenton mediado por ferrioxalato photodegradation of phenol and chlorophenols by photofenton process mediated by ferrioxalate raquel fernandes pupo nogueira; daniela fonseca modé departamento de química analítica, instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil resumo a influência de parâmetros operacionais como a agitação da solução durante irradiação solar e a vazão de alimentação de um fotorreator com irradiação artificial foi avaliada na fotodegradação de 2-clorofenol (2cf) e 2,4-diclorofenol (dcf) por processo foto-fenton mediado por ferrioxalato. após avaliação destes parâmetros, os sistemas foram aplicados na fotodegradação de fenol e de mono, (2-clorofenol e 4-clorofenol), di (2,4-diclorofenol) e tri (2,4,6-triclorofenol) clorofenóis a fim de avaliar a eficiência de fotodegradação destes compostos sob irradiação solar e artificial. foi observada pequena diferença nas porcentagens de remoção de carbono orgânico total (cot) e de geração de íons cloreto nos experimentos de fotodegradação de 2cf sem agitação e com agitação sob irradiação solar. sob irradiação artificial, um aumento da vazão de alimentação do sistema resultou em menor porcentagem de remoção de cot, ao passo que uma maior velocidade de remoção foi obtida devido a um menor tempo de irradiação. foi então utilizada uma vazão intermediária de 33,4 ml min-1. sob irradiação solar, foram necessários 15 minutos de irradiação para a completa remoção de todos os clorofenóis, entretanto para fenol, a completa remoção foi atingida em 20 minutos. sob irradiação artificial, os clorofenóis foram removidos entre 4,5 e 6,5 minutos de irradiação. a velocidade de degradação aumenta ligeiramente com o aumento do número de cloros ligados ao anel aromático tanto sob irradiação artificial como solar. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso palavras-chave: processos oxidativos avançados; foto-fenton; fotodegradação; ferrioxalato; clorofenóis; solar abstract the influence of some operational parameters such as stirring the solution during solar irradiation and the solution flow rate into artificial irradiation photoreactor were evaluated on the photodegradation of 2-chlorophenol (2cp) and 2,4-diclorophenol (dcp) by photo-fenton process mediated by ferrioxalate. after evaluation of these parameters, the systems were applied to photodegradation of phenol and mono (2-chlorophenol and 4-clorophenol), di (2,4-dichlorophenol) and tri (2,4,6-trichlorophenol) chlorophenols to evaluate the photodegradation efficiency of these compounds under solar as well as artificial irradiation. small differences in the percentages of total organic carbon (toc) removal and generation of chloride ions were observed with and without stirring the solution during solar irradiation of 2cp. under artificial irradiation, the increase of flow rate resulted in lower toc removal, while a higher rate of toc removal was obtained due to a shorter irradiation time. an intermediate flow rate of 33.4 ml min-1 was then used. under solar irradiation, 15 minutes irradiation were necessary for complete removal of all chlorophenols, however, the complete removal of phenol was achieved in 20 minutes. under artificial irradiation, the chlorophenols were removed between 4.5 and 6.5 minutes of irradiation. the degradation rates increased slightly with the increase of the number of chlorides bonded to the aromatic ring under solar as well as artificial irradiation. keywords: advanced oxidation processes; photo-fenton; photodegradation; ferrioxalate; chlorophenols; solar introdução a preocupação com a qualidade do ambiente e principalmente de águas tem se intensificado nas últimas décadas devido a uma maior conscientização dos riscos eminentes à saúde humana e da deterioração das águas. neste contexto, maior rigor nos descartes e no armazenamento de efluentes tem sido a estratégia para minimizar o impacto ambiental. no brasil, o controle de descartes e armazenamento de efluentes ainda é insuficiente, e a ausência de processos de tratamento de resíduos adequados é uma realidade, sendo que o desenvolvimento de novos processos de tratamentos de efluentes que garantam um baixo nível de contaminantes é indispensável. entre os novos processos atualmente em desenvolvimento para o tratamento de águas e efluentes bem como remediação de solos, os processos oxidativos avançados (poas) são considerados as alternativas mais promissoras aos processos convencionais devido à alta eficiência e versatilidade, uma vez que uma grande variedade de classes de compostos pode ser totalmente mineralizada. são processos baseados na geração de espécies altamente oxidantes, como os radicais hidroxila (.oh), os quais apresentam alto potencial de oxidação (e° = +2,80 v versus eletrodo normal de hidrogênio), capazes de desencadear uma série de reações que levam muitas vezes à total degradação da matéria orgânica. devido à sua alta reatividade, os radicais hidroxila podem reagir com praticamente todas as classes de compostos orgânicos. a maioria destes processos utilizam irradiação ultravioleta (uv) ou visível (vis) para gerar radicais .oh. os princípios e aplicações técnicas destes processos foram detalhadamente revisados. 1, 6, 11 dentre os poas, a reação de fenton, baseada na decomposição catalítica de peróxido de hidrogênio em meio ácido (fe+2/h2o2) (eq. 1), constitui um processo de grande potencialidade para o tratamento de efluentes. a reação de fenton tem sido estudada na oxidação de fenóis, clorofenóis, nitrobenzeno entre outros compostos. 4, 12, 20, 21, 22 tem sido observado que o poder oxidante da reação de fenton é fortemente aumentado quando utilizado em combinação com irradiação ultravioleta (uv) ou uv/visível, chamada de fotofenton.13, 17, 24 este aumento da eficiência é atribuído principalmente à: 1) fotorredução de íons fe(iii) formando íons fe(ii) que reagem com h2o2; 2) aumento da decomposição de h2o2 pela absorção da luz uv e 3) fotólise de complexos orgânicos de fe(iii) gerados durante a decomposição. além destes fatores, a fotólise de hidroxo-complexos de fe(iii) é uma fonte adicional de .oh conforme a reação (2): o uso da irradiação solar em processos de tratamento de efluentes é particularmente interessante porque reduz a zero os custos com energia, especialmente em países tropicais como o brasil, onde a incidência é alta. no entanto, processos fotoquímicos que utilizem a irradiação solar como fonte de energia têm sido pouco explorados até hoje. a fotossensibilidade de complexos carboxilatos de fe(iii) já é conhecida há muitos anos.2 policarboxilatos (oxalato, malonato e citrato) formam fortes complexos com fe(iii) que sofrem rápida reação fotoquímica sob irradiação solar gerando fe(ii).7, 8, 25 entre estes carboxilatos de fe(iii), o trioxalato (ferrioxalato) tem sido amplamente utilizado como actinômetro químico para determinação de intensidade luminosa (eq 3,4). 9 policarboxilatos de ferro absorvem irradiação na região do uv-visível, de 250 a 580 nm, gerando íons fe(ii), que na presença de h2o2 resulta na formação do reagente de fenton. esta característica espectral dos policarboxilatos é interessante no caso de utilização da luz solar, pois a radiação visível compreende a maior parte do espectro solar. o processo foto-fenton utilizando ferrioxalato como mediador e luz solar foi comparado à degradação de poluentes orgânicos quando da utilização de fe(ii)/h2o2/uv e tio2/h2o2/uv e foi observada eficiência 25-45 vezes maior.18, 19 os principais parâmetros (ph, concentração de h2o2 e de ferrioxalato) que influenciam a eficiência da fotodegradação de compostos organoclorados por processo foto-fenton mediado por ferrioxalato foram recentemente avaliados, observando-se que existe uma faixa estreita de ph 2,5 a 2,8 em que a eficiência da reação é máxima.15 esta é uma das limitações do processo pois podem resultar em custos adicionais para ajuste de ph. esse processo apresenta, além da sua alta eficiência, algumas vantagens com relação a outros processos como o baixo custo e pronta disponibilidade comercial do oxidante, baixo investimento capital e, por apresentar características espectrais que permitem utilizar aproximadamente 18 % da energia solar incidente, pode reduzir a zero os custos com energia, tornando-se mais atraente para aplicação industrial. ao final do processo, apesar de o ferro não ser um elemento tóxico, íons presentes podem ser facilmente separados da água residual por precipitação com elevação do ph, enquanto que o peróxido de hidrogênio é ambientalmente benigno, além de ser consumido durante irradiação. fenol e clorofenóis são considerados importantes classes de contaminantes aquáticos desde 1976 pela epa devido à sua toxicidade, persistência e bioacumulação nos organismos aquáticos, gerando extrema preocupação e estimulando que medidas urgentes sejam tomadas com relação não só ao tratamento bem como à minimização dos resíduos.10 os clorofenóis são gerados por diversas fontes, entre elas a indústria de papel, onde durante o processo de branqueamento com cloro, estes compostos são formados como resultado da reação com ligninas presentes na polpa. alguns clorofenóis são intermediários de síntese de herbicidas, outros usados como preservantes de madeira como o pentaclorofenol. o objetivo deste trabalho é avaliar a influência de parâmetros operacionais como agitação da solução durante irradiação solar, e vazão de alimentação de um fotorreator com irradiação artificial durante fotodegradação de clorofenóis e avaliar a eficiência de fotodegradação de fenol e clorofenóis por processo foto-fenton utilizando ferrioxalato como mediador. materiais e métodos sistema para fotodegradação utilizando irradiação solar os experimentos com irradiação solar foram realizados em batelada expondo diretamente ao sol frasco aberto de vidro âmbar de 80 mm de profundidade (h) e 90 mm de diâmetro (d). o volume de solução irradiada foi de 500 ml. a intensidade luminosa solar (imédia) foi medida durante os experimentos utilizando um radiômetro cole parmer modelo 9811-50, em 365 nm, com o sensor na posição horizontal. a intensidade foi medida em intervalos de tempo de 2 minutos e a média foi calculada para cada experimento. nos experimentos realizados sob irradiação solar, o tempo de irradiação corresponde ao tempo total de experimento, uma vez que todo o volume de amostra está sendo irradiado simultaneamente. sistema para fotodegradação utilizando irradiação artificial nos experimentos utilizando fonte de irradiação artificial, foi utilizada uma lâmpada de luz negra, de 15 w de potência, 45 cm de comprimento e 23 mm de diâmetro externo. a intensidade luminosa da lâmpada foi medida utilizando um radiômetro cole parmer modelo 9811-50, em 365 nm, a qual foi de 27 w m-2. esta medida foi feita posicionando-se o sensor diretamente sobre a lâmpada (média das medidas no topo, meio e base). o esquema da figura 1 mostra o sistema utilizado durante os experimentos com irradiação artificial, onde a lâmpada está inserida dentro do cilindro de vidro de 38 mm de diâmetro interno em posição vertical. o reator anular opera em fluxo ascendente, onde a solução é bombeada por uma bomba peristáltica com entrada na base do reator e coleta de amostra no topo. foram feitos experimentos com passagem única da solução (nos experimentos em que foi avaliada a influência da vazão) e com recirculação da solução pelo reator com amostragens no reservatório em tempos determinados. nos experimentos com passagem única, a lâmpada foi ligada logo que a solução atingiu a parte inferior do reator, portanto o tempo de irradiação corresponde ao tempo de residência da solução no reator. nos experimentos com recirculação, somente após o preenchimento do reator foi ligada a lâmpada e a cronometragem do tempo foi iniciada. neste sistema com recirculação, o tempo de irradiação da amostra não corresponde ao tempo total de experimento, pois o volume da solução é maior que o volume do reator, portanto parte da solução encontra-se no reservatório sem irradiação. desta forma, o tempo de irradiação é dado pela equação 5: onde, t total, corresponde ao intervalo de tempo desde o momento em que a lâmpada é ligada até o final do experimento, vreator, corresponde ao volume do reator (cilindro de vidro com lâmpada inserida) de 190 ml e vtotal ao volume total de solução, de 700 ml. a concentração inicial de fenol e clorofenóis foi de 0,5 x 10-3 mol l-1 e de ferrioxalato (feox) 1,0 x 10-3 mol l-1. o ph foi ajustado para o valor de 2,5 em todos os experimentos. as soluções de cada composto-alvo foram irradiadas independentemente. alíquotas de 20,0 ml foram retiradas durante o experimento e subdivididas para as determinações de cot (5,0 ml), de composto-alvo (5,0 ml) e de cloreto (10,0 ml) no caso de clorofenóis, sendo que no caso de fenol, alíquotas de 10,0 ml http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 foram retiradas e subdivididas para as determinações de cot (5,0 ml) e de composto-alvo (5,0 ml). análises químicas durante a fotodegradação de organoclorados, ocorre a formação de íons cloreto, o que é uma medida indireta da fotodegradação desta classe de compostos. a geração de íons cloreto foi monitorada por potenciometria direta utilizando um eletrodo combinado de dupla junção sensível a íons cloreto. o potencial foi medido sob agitação magnética em força iônica constante (nano3 0,1 mol l-1) e a concentração de cloreto foi determinada pelo método de adição de padrão, a fim de eliminar interferências. as concentrações de cloreto foram expressas como a porcentagem da quantidade de cloreto teórica total que pode ser gerada a partir de cada composto. a determinação de carbono orgânico total (cot) foi realizada utilizando um analisador de carbono (shimadzu toc 5000a). por esta técnica, foi estimada a mineralização da matéria orgânica presente (composto-alvo, oxalato e intermediários de degradação) durante a fotodegradação dos compostos orgânicos. as determinações de cot, bem como de cloreto foram realizadas imediatamente após a retirada da alíquota da solução irradiada. a concentração de fenol, 2-clorofenol (2cf), 4-clorofenol (4cf), 2,4-diclorofenol (24dcf) e de 2,4,6-triclorofenol (tcf) durante irradiação foi determinada por cromatografia líquida de alta eficiência (clae) em fase reversa. foi utilizado um equipamento varian prostar 230 com detector uv-vis prostar 310, coluna luna 5m c-18 fase reversa (250 x 4,60 mm). foram obtidas curvas analíticas na faixa de concentração de 0,01 x 10-3 – 1,1 x 10-3 mol l-1 em metanol, as quais apresentaram bons coeficientes de correlação linear (r³ 0,999). as condições para determinação de cada um dos compostos e os respectivos limites de detecção determinados estão mostrados na tabela 1. os limites de detecção foram calculados a partir dos dados de regressão linear das curvas analíticas (3 vezes o desvio padrão /coeficiente angular). em trabalho anterior14, foi observado que a fotodegradação de fenol é extremamente rápida dificultando a conservação da amostra em meio aquoso para análise posterior. optou-se então pela extração em fase sólida da amostra aquosa de fenol e de clorofenóis, utilizando cartuchos sep-pack c18 e subsequente eluição com metanol. foram realizados testes de recuperação de 2cf na concentração de 0,5 x 10-3 mol l-1 na presença de feox (1,0 x 10-3 mol l-1). os testes foram realizados comparando-se a concentração na amostra aquosa e após extração. a média das recuperações de 2cf obtidas foi de 99,4 %. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 resultados e discussão influência da agitação na degradação de clorofenol por reação foto-fenton sob irradiação solar a influência da agitação da solução durante fotodegradação está relacionada principalmente com a profundidade do reator utilizado. a fim de verificar a influência deste parâmetro na reação de fotodegradação utilizando reator de 80 mm de profundidade, foi feita irradiação simultânea de solução de 2cf sob agitação e sem agitação magnética durante 20 min. a intensidade luminosa solar média foi de 32 w m-2 sob condições decéu claro. as concentrações iniciais de clorofenol, feox e h2o2 foram de 0,5, 1,0 e 6,0 x 10-3 mol l-1, respectivamente. foi observada uma pequena diferença na remoção de cot e geração de íons cloreto nas soluções sob agitação e sem agitação que não justifica o uso da agitação, que implica em uma economia de energia e em sistema mais simples (tabela 2).este é um resultado interessante, pois em uma planta de tratamento, seria uma economia de energia manter a solução sem agitação durante irradiação solar ou artificial. portanto, a partir destes resultados, todos os demais experimentos sob irradiação solar foram realizados sem agitação. influência da vazão de alimentação do reator na remoção de cot e na descloração para avaliar a influência da vazão de alimentação do reator, os experimentos foram realizados com passagem única. a vazão de alimentação está relacionada com o tempo de residência da solução no reator pela equação: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 onde, q corresponde ao tempo de residência em minutos, v ao volume do reator em ml e q à vazão de alimentação do reator em ml min-1. a figura 2 mostra a remoção de cot e a geração de íons cloreto (eixo esquerdo) em termos percentuais, e a velocidade de remoção de cot em mg l-1 min-1 (eixo direito) durante a irradiação de 2cf em função da vazão de alimentação do reator (que é inversamente proporcional ao tempo de residência, eq. 6). a porcentagem de remoção de cot diminui em 33 % com o aumento da vazão de 16,7 para 50,0 ml min-1. no entanto, a velocidade de remoção aumenta com o aumento da vazão devido a um mesmo volume de solução ser processado em menor tempo, como indica a equação: onde vr corresponde à velocidade de remoção de cot em mg l-1 min-1, cot0 à concentração inicial de carbono orgânico total e cot à concentração no tempo t. por outro lado, a descloração de 24dcf não foi fortemente influenciada pela vazão de alimentação do reator, a qual permaneceu entre 67 e 73 %. este resultado indica que a descloração de clorofenóis seja a primeira etapa na fotodegradação, sendo que a partir do tempo de residência 3,8 min, que corresponde à vazão de 50,0 ml min-1, a descloração já atingiu o máximo nas condições do experimento. optou-se então, em todos os experimentos subseqüentes, por uma vazão intermediária de 33,4 ml min-1 que resulta em uma alta velocidade de remoção de cot, ao mesmo tempo que uma alta porcentagem de remoção de cot é atingida. fotodegradação de fenol e de clorofenóis após a avaliação da influência da agitação da solução durante a fotodegradação solar e vazão de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 alimentação do reator artificial, foi avaliada a eficiência de fotodegradação de fenol e dos diferentes clorofenóis frente à reação foto-fenton utilizando feox como mediador, sob irradiação artificial bem como solar nas condições previamente determinadas. a concentração dos compostos-alvo, a concentração de cot e a concentração de íons cloreto foram determinadas durante irradiação de cada um dos compostos separadamente, cujos resultados obtidos durante a irradiação solar estão mostrados na figuras 3. apesar de decaimentos muito semelhantes terem sido verificados para a maioria dos compostos, o decaimento de fenol foi mais lento que dos colorofenóis, atingindo remoção total em 20 minutos de irradiação, enquanto que os clorofenóis apresentaram concentrações abaixo dos limites de detecção por volta de apenas 15 minutos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3a nota-se também que os monoclorofenóis apresentam decaimento mais lento que o triclorofenol. a questão da velocidade de degradação de clorofenóis ainda é controversa: alguns trabalhos relatam que a velocidade de degradação diminui conforme se aumenta o número de cloros ligados ao anel aromático em reações de fenton (na ausência de irradiação), em função de a etapa de hidroxilação (ataque do radical hidroxila) anteceder a descloração.3, 23 no entanto, nossos resultados estão de acordo com aqueles obtidos por davies & huang5, que avaliaram a oxidação fotocatalítica de fenol e clorofenóis utilizando cds como fotocatalisador, que indicam que a descloração seja a primeira etapa do processo de fotodegradação dos clorofenóis. estes autores observaram que o composto mais resistente à oxidação foi o fenol, enquanto que a velocidade de oxidação dos clorofenóis aumenta conforme se aumenta a substituição no anel aromático. quando se compara a degradação de cot (figura 3b) de cada um dos compostos estudados, a semelhança na velocidade de remoção é bastante grande, principalmente nos primeiros 25 minutos de irradiação, possivelmente devido a duas razões. a primeira refere-se ao conteúdo de ferrioxalato, o qual está presente na mesma concentração em todas as amostras (1,0 x 10-3 mol l-1), o que contribui com 2/3 do conteúdo de cot inicial e portanto é oxidado com a mesma velocidade na presença dos diferentes compostos-alvo. a segunda refere-se à etapa de decloração. se esta é a primeira etapa na fotodegradação de clorofenóis, após a completa descloração, intermediários semelhantes devem ser gerados, os quais são posteriormente degradados com velocidades semelhantes. a descloração dos diferentes clorofenóis é mostrada na figura 3c, sendo que porcentagens entre 92 e 95 % são atingidas em 20 minutos para todos os compostos com exceção de 4cf (84 %). no entanto, quando se compara a porcentagem de degradação de cot atingida ao final de 60 minutos de irradiação, maior eficiência de degradação é observada conforme se aumenta o número de cloros no anel aromático. comportamento semelhante foi observado quando irradiação artificial foi utilizada (figura 4). neste caso, a remoção total dos diferentes compostos foi atingida em aproximadamente 6,5 minutos com resultados bastante semelhantes para todos os clorofenóis. os semelhantes decaimentos das concentrações dos diferentes clorofenóis tanto sob irradiação solar como artificial evidencia a não especificidade das espécies oxidantes envolvidas na reação foto-fenton .17 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3b quando se comparam os tempos de irradiação necessários para a total remoção dos compostos-alvo sob irradiação solar e artificial, nota-se que os tempos necessários sob irradiação artificial são bem inferiores que os sob irradiação solar. no entanto, deve-se salientar que estes tempos foram calculados conforme a equação 5, correspondentes ao tempo em que a solução foi efetivamente irradiada, e que envolveram tempos totais de experimento bastante superiores e semelhantes ao processo de fotodegradação quando a irradiação solar é utilizada. deve-se considerar também que a reação de fenton térmica ocorre na ausência de irradiação, desde que seja liberado fe2+ para reagir com h2o2. além destes fatores, a comparação das duas fontes de irradiação é dificultada devido à diferença na concepção de reator, pois o reator anular com lâmpada apresenta caminho ótico de 8 mm contra 80 mm do reator solar, o que influencia a fotodegradação devido à limitação da penetração da radiação, que ocorre no reator solar, uma vez que apresenta caminho ótico 10 vezes maior. em trabalho anterior, a influência da profundidade de solução na fotodegradação de ácido dicloroacético sob irradiação solar foi avaliada na faixa de 45 a 140 mm, onde foi observado que um aumento de 45 para 87 mm na profundidade resulta em um decréscimo de 20 % na remoção de cot na mesma concentração de ferrioxalato utilizada no presente trabalho (1,0 x 10-3 mol l-1).16 observa-se que os tempos necessários para a remoção dos compostos-alvo são bastante inferiores aos necessários para remoção de cot, uma vez que após 15 minutos de irradiação solar, as concentrações de 4cf, dcf e de tcf já estão abaixo dos limites de detecção, enquanto que somente aproximadamente 30 % do conteúdo de cot destes clorofenóis foram removidos. o mesmo comportamento é observado quando a irradiação artificial é utilizada. esta diferença deve-se principalmente à formação de intermediários orgânicos durante a fotodegradação e também ao conteúdo de oxalato que também são degradados durante o processo. conclusões a agitação magnética da solução durante irradiação solar não exerceu influência marcante na reação de fotodegradação nas condições utilizadas (co feox 1,0 x 10-3 mol l-1; h= 80 mm). esta característica do sistema foto-fenton aqui estudado é vantajosa considerando que o sistema sem agitação é mais simples e de menor custo, tornando-se mais atraente para aplicação industrial. no entanto a necessidade de agitação deve ser avaliada em cada caso, pois depende da absorção da amostra. o aumento da vazão de alimentação do sistema resultou em menor remoção de cot devido a um menor tempo de residência no reator. no entanto, a velocidade de remoção de cot aumenta devido a um mesmo volume ser tratado em um menor tempo. portanto, existe uma vazão intermediária no sistema com irradiação artificial que resulta em um meio termo alta porcentagem de remoção de cot em um menor tempo (maior velocidade de remoção de cot), a qual é de 33,4 ml min-1. a reação foto-fenton utilizando ferrioxalato como mediador e irradiação solar ou artificial mostrouse eficiente para a degradação de fenol e clorofenóis uma vez que é possível degradar totalmente cada um dos compostos testados em até 6.5 minutos com irradiação artificial. a reação tem grande poder de oxidação e mostrou-se bastante inespecífica pois velocidades de degradação bastante semelhantes foram observadas para os diferentes compostos, ainda que a velocidade de degradação de fenol tenha sido levemente inferior à observada para os clorofenóis e que o aumento do número de cloros no anel tenha resultado em um pequeno aumento da velocidade de degradação destes compostos. portanto, em um efluente que contenha uma série de clorofenóis, é esperado que sejam degradados com velocidades semelhantes. agradecimentos os autores agradecem à fapesp pelo auxílio concedido para execução deste trabalho (98/15646-1), pela bolsa de d.f.modé (99/08307-9) e ao departamento de química orgânica do iq-araraquara, em especial ao prof. dr. alberto josé cavalheiro, por disponibilizar o cromatógrafo. referências bibliográficas 1 andreozzi, r.; caprio, v.; insola, a.; marotta, r. advanced oxidation processes (aop) for water purification and recovery. catal. today, v.53, p.51-59. 1999. 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[ links ] recebido em 30.11.2001 aceito em 19.03.2002 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200015  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100009 dióxido de chumbo eletrodepositado sobre grafite como sensor potenciométrico à ions chumbo e sulfato neila maria cassiano* luiz antônio ramos* milton duffles capelato* resumo:no presente trabalho, foi desenvolvido um eletrodo de pbo2 eletrodepositado sobre grafite a partir do eletrólito metanosulfonato de chumbo-ácido metanosulfônico contendo o agente tensoativo brometo de cetiltrimetilamônio (bcta). foram avaliadas a resposta potenciométrica do eletrodo de pbo2 como sensor à íons pb2+ e so4 2-, em ph e força iônica constante. a aplicação deste eletrodo em titulações potenciométricas de precipitação em meio hidro-etanólico também foi investigada. os resultados demonstraram que o eletrodo de pbo2 eletrodepositado pode ser utilizado como sensor potenciométrico alternativo à íons pb(ii) apresentando uma linearidade na faixa de concentração de 3,98x10-4 a 3,09x10-2 mol l-1 em meio de íons nitrato com limite de detecção de (4,98 ± 0,11)x10-4 mol l-1. para íons sulfato o eletrodo de pbo2 não responde diretamente porém, estes íons podem ser dosados indiretamente por titulação potenciométrica com solução padrão de pb(ii), em meio ácido, em uma mistura 1:1 (v/v) de etanol-água, com boa definição dos volumes de equivalência. a repetitividade dos potenciais e dos volumes de equivalência obtidos em amostras de concentração milimolar em sulfato, indicam a viabilidade deste eletrodo na dosagem de íons sulfato. palavras-chave: dióxido de chumbo, ácido metanosulfônico, determinação potenciometrica de pb(ii). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota introdução informações sobre a utilização do dióxido de chumbo como sensor potenciométrico são encontradas na literatura com menor freqüência em relação às abordagens físico-químicas e aquelas relacionadas com a tecnologia de baterias pb-h2so4. porém, alguns trabalhos mostram a viabilidade da utilização do pbo2 como sensor potenciométrico. kaehler et al.9 estudaram a resposta potenciométrica do eletrodo de pbo2 eletrodepositado sobre um fio de platina, monitorando a atividade hidrogeniônica em soluções contendo íons pb(ii). capelato e cassiano2 utilizando um eletrodo de pbo2 eletrodepositado sobre grafite e cassiano et al.4 um eletrodo de grafite recoberto com pbo2 incorporado em uma matriz de pvc, demonstraram a viabilidade destes eletrodos na determinação potenciométrica de ácidos e bases. vandael11 utilizando um eletrodo de pbo2 eletrodepositado sobre platina e wang et al.12 um eletrodo de pbo2 agregado em parafina de alto ponto de fusão, estudaram e viabilizaram o uso destes eletrodos em titulações complexométricas com edta. o desempenho do eletrodo de pbo2 impregnado mecanicamente sobre um substrato de grafite foi investigado por midgley como sensor a íons pb(ii)10. embora tenha exibido comportamento subnernstiano dependente do ph e da natureza do eletrólito de suporte, este eletrodo apresentou resposta potenciométrica reprodutível na faixa de 10-3 a 10-5 mol l-1 de íons pb(ii). dentre os diversos processos de preparação do dióxido de chumbo, os métodos eletrolíticos são de interesse uma vez que se pode obter de forma seletiva e controlada as duas formas alotrópicas apbo2 (ortorrombico) ou b-pbo2 (tetragonal) depositadas sobre distintos substratos. a partir da oxidação anódica de íons pb(ii) em banhos eletrolíticos levemente ácidos, neutros ou alcalinos, obtém-se a forma a-pbo2. o b-pbo2 é preparado em meio ácido, usualmente hno3 ou hclo4 3,5. no presente trabalho, o eletrodo de pbo2 foi preparado pela eletrodeposição do óxido sobre um substrato de grafite a partir do eletrólito metanosulfonato de chumbo-ácido metanosulfônico contendo o agente tensoativo brometo de cetiltrimetilamônio (bcta). foram avaliadas a resposta potenciométrica do eletrodo de pbo2 como sensor à íons pb2+ e so4 2-, em solução de acidez e força iônica constante. a aplicação deste eletrodo em testes de adição/recuperação usando titulações potenciométricas de precipitação em meio hidro-etanólico também foi investigada. materiais e métodos equipamentos a eletrodeposição galvanostática do dióxido de chumbo e a pré-anodização do substrato de grafite foram realizadas utilizando o sistema potenciostato/galvanostato da fac mod. 200c (são carlos, sp), o qual permite operar com correntes de até ± 500 ma e potência limite de 12,5 w. as leituras dos potenciais foram feitas usando o eletrodo indicador de pbo2 e um eletrodo de referência de ag/agcl da analion mod. r684, com eletrólito interno de kcl 1,0 mol l -1 e ponte salina contendo solução de nano3 1,0 mol l-1, conectados a um phmetro da micronal mod. b374 com precisão de ±1 mv. as medidas potenciométricas foram realizadas em triplicatas utilizando uma célula de vidro termostatizada a (25,0 ± 0,2) °c acoplada a um banho termocirculador de água da tecnal mod. te 184, sob agitação constante provido por um agitador magnético hanna instrumentos, mod. hi 190m. nas titulações foram usadas buretas de vidro (din, alemanha) com capacidade para 5,00 ml e precisão de ±0,01ml. as transferências de volumétricas foram realizadas com auxílio de pipetas volumétricas de 2,00; 5,00; 10,00; e 20,00 ml. soluções todas as soluções foram preparadas com água deionizada utilizando reagentes de grau analítico (p.a.). os eletrodepósitos de pbo2 foram preparados a partir do eletrólito metanossulfonato de chumbo 1,5 mol l-1 e ácido metanossulfônico 5,0x10-1 mol l-1 contendo 5,0x10-3 mol l-1 de brometo de cetiltrimetilamônio (bcta) como agente tensoativo. esta solução foi preparada pela dissolução do óxido de chumbo (ii) com o ácido metanosulfônico. um excesso de ácido metanosulfônico foi adicionado para evitar a hidrólise do cátion metálico e favorecer a eletroformação do b-pbo2 uma vez que estudos termodinâmicos desenvolvidos sobre o sistema pbo2 ½pbso4(s), h2so4, mostraram que o b-pbo2 é a forma mais favorável para estudos potenciométricos, devido à elevada estabilidade do óxido num amplo intervalo de ph1,7. o agente tensoativo bcta deve ser adicionado a solução de deposição para a obtenção de depósitos aderentes, homogêneos e livre de tensão6 e ainda minimizar/eliminar a evolução de oxigênio simultânea à eletrodeposição do pbo2. a concentração de íons pb(ii) e h3o+ na solução, foi determinada por titulação potenciométrica com solução padronizada de edta e naoh, respectivamente. a solução estoque de pb(no3)2 9,98x10-1 mol l-1 em hno3 3,00x10-1 mol l-1, foi previamente padronizada por titulação potenciométrica com edta e naoh. a partir da solução estoque, de uma solução padronizada de hno3 5,00x10-1 mol l-1e de uma solução de nano3, 5,00x10-1 mol l-1 foram preparadas sete soluções de trabalho de pb(ii) em força iônica 5,00x10-1 mol l-1 ajustada com nano3: pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1, hno3 3,00 x10-2 mol l-1, nano3 1,70 x10-1 mol l-1. pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1, hno3 5,00x10-2 mol l-1, nano3 1,50x10-1 mol l-1. pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, nano3 1,00x10-1 mol l-1. pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 0% (v/v). pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 25% (v/v). pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 50% (v/v). pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 75% (v/v). a partir da solução estoque de na2so4 1,00 mol l-1 em hno3 3,00x10-1 mol l-1, de uma solução padronizada de hno3 5,00x10-1 mol l-1 e de uma solução de nano3, 5,00x10-1 mol l-1 foram preparadas sete soluções de trabalho de so4 2em força iônica 5,00x10-1 mol l-1 ajustada com nano3: na2so4 1,00x10-1 mol l-1, hno3 3,00x10-2 mol l-1, nano3 1,70x10-1 mol l-1. na2so4 1,00x10-1 mol l-1, hno3 5,00x10-2 mol l-1, nano3 1,50x10-1 mol l-1. na2so4 1,00x10-1 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, nano3 1,00x10-1 mol l-1. na2so4 5,00x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 0% (v/v). na2so4 5,00x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 25% (v/v). na2so4 5,00x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 50% (v/v). na2so4 5,00x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 75% (v/v). como eletrólito de suporte, foram preparadas soluções 3,00x10-2; 5,00x10-2 e 1,00x10-1 mol l-1 de hno3 em força iônica de 5,00x10-1 mol l-1 ajustada com nano3. construção do eletrodo e eletrodeposição do pbo2 o eletrodo-base de grafite de 0,4 cm de diâmetro e 3 cm de comprimento foi torneado a partir de bastões fornecidos pela carbono lorena. numa das extremidades foi soldado um fio de cobre para o contato com o circuito externo, de acordo com o procedimento proposto por capelato e cassiano2. o conjunto foi selado com resina epoxi da reforplast em um tubo de vidro neutro de 0,8 cm de diâmetro externo e 13 cm de comprimento, de modo a ficar 1,5cm do grafite exposto, correspondendo aproximadamente a 2,0 cm de área geométrica. a outra extremidade foi fixada com resina epoxi e poliaminoamida (araldite normal), deixando exposto o fio de cobre para o contato com o circuito externo. após 72 horas de repouso, completa-se a cura da resina e o eletrodo pode ser utilizado. a figura 1 ilustra o aspecto final do eletrodo-base de grafite. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 antes da deposição do dióxido de chumbo sobre o grafite, submeteu-se o substrato a um tratamento eletrolítico (anodização) a 100 ma cm-2 por 15 min em uma solução de naoh 2,5 mol l-1, usando um eletrodo de aço inox como catodo. após lavagem com água destilada, o eletrodo de grafite foi imerso por 5 minutos em ácido metanosulfônico 5,0x10-1 mol l-1 para neutralizar qualquer resíduo de naoh que eventualmente tenha se ocluído nos poros da superfície do grafite e, então, lavado novamente com água destilada para a retirada da solução ácida. a eletrodeposição galvanostática do b-pbo2 sobre o grafite foi conduzida a (40,0 ± 0,2) °c sob agitação constante, aplicando-se uma densidade de corrente de 50 ma cm-2 durante uma hora. o catodo, um fio de cobre na forma de espiral, foi posicionado de modo a circundar por completo o anodo de grafite cilíndrico e garantir a distribuição uniforme da corrente. medidas potenciométricas o monitoramento da resposta potenciométrica do sensor de pbo2 a íons pb(ii) e so4 2em soluções de acidez e força iônica constante (hno3 3,0x10-2; 5,0x10-2 e 1,0x10-1 mol l-1 e m = 5,0x10-1 mol l-1 em nano3) foi feito da seguinte forma; os eletrodos indicador de dióxido de chumbo e de referência foram imersos em 20,00 ml da solução do eletrólito de suporte (hno3, nano3). após a estabilização do potencial (e = 1203 mv), foram adicionadas alíquotas das soluções de referência de pb(no3)2 ou na2so4 contendo a mesma força iônica e concentração de hno3 livre que o eletrólito de suporte. a concentração final de pb(ii) ou so4 2na solução após cada adição é obtida pela expressão: na qual ci é a concentração da solução de referência de pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1 ou na2so4 1,00x10-1 mol l-1 e v é o volume (ml) da solução de referência adicionada. foram também realizados testes de adição/recuperação para o íon sulfato usando titulações indiretas de soluções contendo na2so4 5,00x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1 com pb(no3)2 9,98x102 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1 e em meio de etanol 25, 50 e 75% (v/v). os teores de so4 2encontrados foram relacionados com os valores adicionados. resultados e discussão resposta potenciométrica do eletrodo de pbo2 à íons pb(ii) a resposta potenciométrica do dióxido de chumbo à íons h3o+ em eletrólitos, nos quais pb(ii) é solúvel, está relacionada à semi-reação redox: o potencial do eletrodo para esta reação é dado por: em que k é o potencial operacional, cuja magnitude é característica das condições experimentais estabelecidas, e que incorpora o potencial condicional do sistema indicador, o potencial do eletrodo de referência e a contribuição de todos os potenciais de junção líquida. s = 2,303 rt/f é o coeficiente de nernst para uma transferência monoeletrônica reversível. os coeficientes 2a1s e a2 , representam as inclinações operacionais obtidas experimentalmente e os parâmetros a1 e a2, as eficiências eletromotivas características para cada tipo de sensor. de acordo com a equação (3) o eletrodo é sensível ao ph, a íons pb2+ e indiretamente a ânions que formam complexos e/ou sais de pb(ii) pouco solúveis. o uso do eletrodo de pbo2 como sensor ao íon chumbo(ii) requer o controle rigoroso da acidez do meio, pois o mesmo é quatro vezes mais sensível ao ph do que ao log[pb2+]. portanto, operando como eletrodo sensível ao íon pb2+, o ph deve ser controlado com um ácido (para evitar a hidrólise do pb(ii) e a formação de hidróxidos insolúveis e/ou hidroxi-complexos estáveis), que não interaja fortemente com íons chumbo como, por exemplo, hno3. a figura 2 apresenta a resposta potenciométrica do eletrodo de pbo2 à íons pb (ii), em diferentes http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 concentrações de hno3 (3,0x10-2; 5,0x10-2 e 1,0x10-1 mol l-1) e juntamente com a tabela 1 apresenta as inclinações operacionais (mv/década) referentes à média de três determinações os coeficientes de correlação para cada concentração de hno3 estudada e o respectivo limite de detecção calculados conforme recomendação da iupac8. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 os desvios padrão (n = 3), calculados a partir dos valores dos potenciais e coeficientes de nernst obtidos pelos diagramas e-logc, também são apresentados na tabela 1. os resultados obtidos para as três medidas consecutivas mostram que os valores obtidos da inclinação operacional das curvas de potencial em função do logarítmo da concentração do pb(ii), são menores do que o valor téorico esperado para uma espécie divalente (29,5 mv década-1 a 25 oc). a acidez do meio não exerce influência no limite de detecção do eletrodo que foi de 4,98x10 -4 mol l-1. independente da concentração de ácido nas soluções, a resposta do eletrodo foi linear no intervalo de concentração de 3,98x10-4 a 3,09x10-2 mol l-1 de íons chumbo (ii) apresentando uma inclinação operacional de (-28,20 ± 0,46) mv década-1. resposta potenciométrica do eletrodo de pbo2 à íons so4 2em eletrólitos ácidos contendo íons sulfato, a formação da interface pbo2/pbso4 é possível devido ao lento processo de corrosão do dióxido de chumbo, gerando um tipo de eletrodo de segunda ordem, no qual as duas espécies redox são sólidas. a semi-reação redox predominante ao imergir um eletrodo de pbo2 em um eletrólito ácido e não complexante, contendo íons sulfato é: e o potencial do eletrodo para esta reação é dado por: a figura 3, entretanto, mostra que o eletrodo de pbo2 não responde diretamente a íons sulfato, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 independente da acidez do meio. porém, uma vez que o eletrodo de pbo2 responde a íons pb2+, a determinação de íons sulfato pode ser medida indiretamente em meio de acidez controlada com soluções padronizadas de pb(ii). a figura 4 apresenta os gráficos das titulações de na2so4 5,00x10-2 mol l-1 com pb(no3)2 9,98x10-2 mol l-1 em meio de hno3 1,00x10-1 mol l-1 e em diversas proporções etanol-água, monitoradas com o eletrodo de pbo2. os experimentos em meio hidro-etanólico foram realizados para diminuir a solubilidade do pbso4 formado na reação de precipitação e, assim, obter saltos potenciométricos maiores e mais bem definidos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 na tabela 2 são apresentados os volumes de equivalência com seus respectivos desvios padrão (n = 3), as concentrações de sulfato determinadas nos tetstes de adição e recuperação para cada titulação realizada em triplicatas, os valores dos erros relativos referentes ao valor da coincentração de sulfato adiconado e o determinado nas titulações. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 os resultados obtidos nas titulações realizadas em triplicata em meio etanol-água conforme a figura 4, sugere que em presença de etanol 25 e 50% (v/v) há um aumento e melhor definição nos saltos potenciométricos das curvas de titulação. teste da estabilidade do eletrodo de pbo2 na presença de álcool foi realizado fazendo-se o registros na variação do potencial do eletrodo de pbo2 em soluções de na2so4 5,00x10-2 mol l-1, hno3 1,00x10-1 mol l-1, etanol 50% (v/v) mostraram variações de 19 mv, após 72 horas, indicando uma corrosão lenta do eletrodo. porém, as medidas estáticas, por serem rápidas, não sofreram alterações nos potenciais. conclusão os resultados mostram que o eletrodo de pbo2 eletrodepositado sobre grafite a partir do eletrólito metanosulfonato de chumbo-ácido metanosulfônico contendo o agente tensoativo brometo de cetiltrimetilamônio (bcta) pode ser utilizado como sensor potenciométrico à íons pb(ii) na faixa de concentração de 3,98 x 10-4 a 3,09 x 10-2 mol l-1 em meio de nitrato com um limite de detecção de (4,98 ± 0,11)x10-4 mol l-1 e um coeficiente de correlação de 0,999. o eletrodo de pbo2 não http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 responde diretamente à íons sulfato porém, estes íons podem ser dosados indiretamente por titulação potenciométrica com solução padrão de pb(ii), em meio ácido, em mistura 1:1 (v/v) de etanol-água, apresentando a melhor definição para os volumes de equivalência. a repetitividade dos potenciais e dos volumes de equivalência obtidos em triplicata para amostras de concentração milimolar em sulfato, indicam a viabilidade deste eletrodo na dosagem de íons sulfato como um método alternativo e baixo custo. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq e à fapesp pelo auxílio financeiro recebido e ao prof. dr. éder tadeu gomes cavalheiro do departamento e química da universidade federal de são carlos pelas valiosas sugestões. cassiano, n.m.; ramos, l.a. and capelato, m.d. electrodeposited lead dioxide about graphite as potenciometric sensor to the ions lead and sulphate. ecl. quím. (são paulo), v.26, p.0000, 2001. abstract: the development of a pbo2 electrodeposited in a graphite substrate electrode and evaluation of its potenciometric response as a sensor for pb2+ and so4 2ions, at constant ph and ionic strength is described. the electrode was applicated in the potenciometric titration in precipitation reaction of pb2+ with so4 2in hydro-ethanolic medium. the results showed that the pbo2 electrodeposited electrode is useful as a potenciometric sensor to the pb(ii) ions presenting a linear response range between 3,98x10-4 a 3,09x10-2 mol l-1 in nitrate medium, with a practical detection limit of (4,98 ± 0,11)x10-4 mol l-1. for sulphate ions the pbo2 electrode did not responded directly. these ions might be dosed indirectly by potentimetric titration with standard pb(ii) solution in acidic media, in 1:1 ethanol-water (v/v), with good definition of the equivalence volumes. the reprodutibilidade of the potenciais and of the equivalence volumes obtained in samples with concentration at milimolar level in sulphate, indicate the possibility of the use of this electrode in quantifying sulphate ions. keywords: lead dioxide, methanesulfonic acid, potenciometric pb(ii) determination. referências bibliográfica 1 beck, w.h.; singh, k.p.; wynnejones, w.f.k. the behaviour of the lead dioxide electrode.6. the potentials of the lead dioxide-lead sulphate electrode. t. faraday soc., v. 55, n. 2, p. 331-8, 1959. 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[ links ] recebido em 5.3.2001. aceito em 25.4.2001. * departamento de química ufscar 13565-905 são carlos sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100009  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200013 determinação de zinco em álcool combustível opr voltametria de redissolução anódica determination of zinc in fuel alcohol by anodic stripping voltammetry marcelo firmino de oliveira; adelir aparecida saczk; leonardo luiz okumura; nelson ramos stradiotto departamento de química analítica, instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil resumo a presença de metais pesados em álcool combustível origina-se na produção e armazenamento do álcool etílico, constituindo uma contaminação inorgânica. a análise quantitativa deste contaminante tem sido usualmente monitorada empregando-se técnicas convencionais de análise tal como espectrofotometria de absorção atômica. tendo em vista a alta sensibilidade das técnicas voltamétricas de redissolução anódica para a quantificação de metais e que poucos estudos foram realizados para este tipo de matriz, este trabalho tem por objetivo desenvolver uma metodologia eletroanalítica para a determinação de zinco em álcool combustível. a determinação eletroquímica para o zinco em meio aquoso utilizando-se a modalidade de varredura linear exibe uma corrente de pico anódica em um potencial de -1,12 v vs. ecs, apresentando uma dependência linear em relação à concentração de zinco no intervalo de 5,0x10-7 a 5,0x10-6 mol.l-1 com uma sensibilidade amperométrica de 1,2x106 ma.mol-1.l e um limite de detecção de 2,6x10-7 mol.l-1. a análise de íons zinco em amostra comercial de álcool combustível foi determinada pela adição de 200 ml de amostra em um volume final de 20 ml de eletrólito-suporte, sendo obtida a concentração de zinco na amostra pelo método de adição de padrão com um valor correspondente a 5,7± 0,19x10-5 mol.l-1 em zinco. palavras-chave: zinco; álcool combustível; redissolução anódica; filme de mercúrio http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso abstract the presence of heavy metals in fuel ethanol is obtained in different steps as production and storage of ethanol, constituting an inorganic contamination. quantitative analysis of these contaminants has been usually carried out by conventional techniques as atomic absorption spectrofotometry. according to high sensibility of stripping voltammetric techniques for quantification of heavy metals and a few number of realized works for this kind of matrix, the aim of this work was to develop an electroanalytical procedure for zinc determination in fuel ethanol. electrochemical determination for zinc in aqueous media by linear sweep voltammetry exhibited an anodic peak current in a potential of –1,12v vs. sce, presenting linear dependence against zinc concentration in an interval of 5,0x10-7 to 5,0x10-6 mol.l-1 with an amperommetric sensibility of 1,2x106 ma.mol1.l and a detection limit of 2,6x10-7 mol.l-1. zinc determination in fuel ethanol commercial sample was obtained by addiction of 200 ml of sample in a final volume of 20 ml of supporting electrolite. the concentration of zinc in the sample was obtained by standard addiction method, presenting a value of 5,7± 0,19x10-5 mol.l-1 in zinc. keywords: zinc; fuel ethanol; anodic stripping; mercury film introdução o álcool etílico tem sido amplamente utilizado como combustível automotivo renovável,l alternativo aos derivados de petróleo na frota brasileira desde a década de setenta, quando originou a primeira crise do petróleo, com consequente aumento no preço de seus derivados. no processo de combustão, tanto de combustíveis derivados de petróleo quanto de álcool etílico, ocorre a emissão de vários poluentes, partículas sólidas, metais pesados e produtos gasosos à base de enxofre e óxidos de nitrogênio9 ocasionando efeitos comprovadamente nocivos à saúde humana e ao meio ambiente.6,10,2. outro problema detectado referente à presença de metais no álcool etílico é o denominado "envenenamento" de catalisadores em processos industriais, como na produção do eteno à partir deste álcool3. dentre os metais pesados, o zinco constitui um forte contaminante majoritário em matrizes alcoólicas, visto ser empregado nos processos bioquímicos de produção do etanol. adicionalmente, a contaminação deste metal pode ocorrer nas etapas de transporte e armazenamento3. o conhecimento dos tipos de contaminantes orgânicos e inorgânicos presentes no etanol torna-se fundamental, tendo em vista que algumas destas espécies como os metais pesados, são nocivas à saúde e ao meio ambiente quando emitidos como poluentes durante o processo de combustão. alguns trabalhos sobre a determinação destes contaminantes podem ser citados, como a análise de contaminantes orgânicos presentes no etanol (metanol, acetaldeído, acetato de etila) por cromatografia em fase gasosa e inorgânicos (metais pesados), por espectrofotometria de absorção atômica, realizada por brüning & malm3 e a análise de traços de metais pesados em etanol combustível realizada por padilha et al.7,8, utilizando-se a técnica de espectroscopia de absorção atômica de chama, sendo empregada uma etapa de pré-concentração destes metais em sílica-gel quimicamente modificada com precursores do ácido carboximetilcelulose ou 5-amino-1,3,4tiadiazol-2-tiol, obtendo resultados concordantes com outras metodologias tradicionais de análise3. apesar da importância dos métodos eletroanalíticos para a determinação quantitativa de metais, principalmente utilizando as técnicas de redissolução anódica e adsortiva, existem poucos trabalhos sobre a quantificação destes metais em combustíveis derivados de petróleo1,4,5, não sendo encontrados trabalhos relacionados à determinação de metais em álcool combustível. por outro lado, a determinação direta e sem tratamento prévio dos metais zinco, chumbo e cobre realizada em bebidas alcoólicas destiladas, produzidas à partir da cana de açucar, utilizando a técnica de voltametria de redissolução anódica tem sido reportado por stradiotto et al.11. neste estudo foram obtidos limites de detecção de 20 ppb em matrizes alcoólicas com teor de quarenta a cinqüenta por cento de etanol. este estudo de determinação de metais em amostras contendo uma grande quantidade de etanol habilita as técnicas eletroanalíticas como uma metodologia promissora para a determinação de metais em etanol combustível. assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia eletroanalítica para a determinação de zinco em etanol combustível por eletrodo de filme de mercúrio utilizando a técnica de voltametria de redissolução anódica com varredura linear. parte experimental soluções foi preparada uma solução de kno3 em 1,0x10-2 mol.l-1 em água deionizada como eletrólitosuporte. para a confecção do filme de mercúrio foi preparada uma solução estoque de hgso4 em 1,0x10-3 mol.l-1 sendo dissolvida uma alíquota do sal de mercúrio em uma fração de solução de eletrólito-suporte previamente preparada. para a obtenção da solução padrão em zinco, foi utilizado zn(ch3coo)2 dissolvido em solução de eletrólito suporte. os reagentes utilizados foram de grau de pureza correspondente ao padrão analítico. equipamentos foi utilizada uma cela eletroquímica do tipo convencional, sendo composta por um sistema de três eletrodos, sendo um eletrodo de carbono vítreo de 2 mm de diâmetro (eletrodo de trabalho), um eletrodo de placa de platina de 0.25cm2 de área geométrica (eletrodo auxiliar) e um eletrodo de calomelano saturado como eletrodo de referência. as medidas voltamétricas para a determinação de zinco foram obtidas utilizando-se um potenciostato/galvanostato da princeton applied research (par) modelo 273 monitorado através de um microcomputador. a formação do filme de mercúrio na superfície de eletrodo de carbono vítreo foi realizada por eletrodeposição em potencial de –1,4v vs. ecs utilizando-se uma solução em 2,0x10-5mol.l-1 em hgso4 e em 1,0x10-2mol.l-1 em kno3 como eletrólito-suporte, sendo o tempo de depósito de 10 minutos. procedimentos uma alíquota de 20 ml de eletrólito-suporte foi adicionada na cela eletroquímica contendo o sistema de três eletrodos, sendo aplicado um fluxo de nitrogênio por um intervalo de quinze minutos para remover o oxigênio molecular eletroativo. as medidas voltamétricas de redissolução anódica foram obtidas utilizando-se a modalidade de varredura linear, sendo adicionadas alíquotas de solução padrão em zinco, com um tempo de acumulação de 5 minutos para cada análise. foram obtidos voltamogramas em diferentes concentrações para a construção de uma curva de calibração. posteriormente foi realizada a análise da concentração de zinco em amostra de álcool etílico combustível, sendo adicionada uma alíquota de 200 ml de amostra em um volume final de 20 ml de solução de eletrólito-suporte, sendo a concentração de zinco obtida pelo método de adição de padrão. resultados e discussão os voltamogramas obtidos para o zinco em meio aquoso exibem uma corrente de pico anódica em um potencial de -1,12 v vs. ecs (figura i). na etapa de pré-concentração a potencial constante, os íons zinco presentes em solução são reduzidos à forma metálica, sendo obtida uma amálgama com o filme de mercúrio na superfície do eletrodo, de acordo com a equação i: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 após a etapa de pré-concentração, a varredura de potencial anódica oxida a espécie zinco metálica à forma iônica (equação ii), sendo observado o pico de corrente anódica, ipa. a utilização de eletrodos quimicamente modificados com filme de mercúrio apresenta algumas vantagens em relação ao eletrodo de gota pendente, como uma maior relação área/massa e uma menor toxicidade, visto serem necessárias quantidades menores de mercúrio para a formação do filme. o estudo da dependência da corrente de pico anódica com a concentração apresenta um comportamento linear no intervalo de 5,0x10-7 a 5,0x10-6 mol.l-1 em zinco (figura ii), com uma sensibilidade amperométrica de 1,2x106 ma.mol-1.l, exibindo um coeficiente de correlação linear de 0,9993 para a curva de calibração obtida. foi obtido um valor de limite de detecção ld igual a 2,6x10-7 mol.l-1, sendo calculado através da relação ld = 3.sd/m , sendo sd o desvio padrão e m a sensibilidade amperométrica. a análise de íons zinco em amostra comercial de álcool combustível foi realizada em triplicata, sendo determinada pela adição de 200ml de amostra em um volume final de 20ml de eletrólito-suporte (figura iii). a concentração de zinco na amostra foi obtida pelo método de adição de padrão, correspondendo a um valor de 5,7 ± 0,19 x10-5 mol.l-1 em zinco. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 conclusões de acordo com os resultados obtidos neste trabalho, pode-se concluir que a metodologia proposta apresenta um intervalo de concentração e limite de detecção compatíveis com outras técnicas convencionais de análise de traços de metais nesta matriz. adicionalmente, a técnica apresenta praticidade, não necessitando de tratamento prévio para a alíquota de amostra de etanol. a adição de alíquotas de álcool etílico em solução aquosa de eletrólito-suporte não apresenta efeitos de interferência nas medidas amperométricas, habilitando esta metodologia para a aplicação em determinações de traços de zinco em amostras de álcool combustível. agradecimentos os autores agradecem o suporte financeiro da anp, finep, ctpetro e fapesp. referências bibliográficas 1 ahmad, n.; khan, l.a.; sattar, a. potentiometric stripping analysis of heavy-metals in gasoline and dust particulate. j. chem. soc. pakistan, v.13, p.74-78, 1991. 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[ links ] recebido em 08.02.2002 aceito em 19.03.2002 javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200013  modelo-af introduction the removal of co, unburned hydrocarbons (hc), and no from automotive exhaust requires catalytic devices in which these pollutants are eliminated. catalytic combustion offers one of the most efficient means for controlling atmospheric pollution (1). although noble metals, such as palladium, platinum, and rhodium are well known with higher activity (per site than metal-oxide catalysts, they present several disadvantages, such as higher volatility, high cost, and poor availability. compared with noble metals, base metal catalysts present a lower but still sufficient activity as oxidation catalysts, and have the advantages of lower costs and the potential market in energy generation systems in domestic and small scale industrial applications. for this reason perovskite type compounds have received wide attention, which have been incorporated into the design of the novel combustors (2,3). a perovskite-type oxide has an abo3 type crystal structure wherein cations with a large ionic radius have twelve coordination to oxygen atoms and occupy a-sites, and occupy b sites. a and o form a cubic closest packing, and b is contained in the octahedral voids in the packing. if the ionic radii are ra, rb and ro, to form a perovskite crystal structure, the tolerance factor (t) = (ra+ ro)/ (rb + ro) must lie within the range 0.8 < 31ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 34, número 1, 2009 lanthanum based high surface area perovskite-type oxide and application in co and propane combustion. p. r. n. silva1, a. b. soares1,2 1 universidade estadual do norte fluminense – cct/lcqui, av. alberto lamego 2000 – 28013602 campos dos goytacazes, rj 2 centro federal de educação tecnológica do espírito santo, 29040-780 vitória – es *nagipe@uenf.br abstract: the perovskite-type oxides using transition metals present a promising potential as catalysts in total oxidation reaction. the present work investigates the effect of synthesis by oxidant co-precipitation on the catalytic activity of perovskite-type oxides labo3 (b= co, ni, mn) in total oxidation of propane and co. the perovskite-type oxides were characterized by means of x-ray diffraction, nitrogen adsorption (bet method), thermo gravimetric and differential thermal analysis (atg-dta) and x-ray photoelectron spectroscopy (xps). through a method involving the oxidant co-precipitation it’s possible to obtain catalysts with different bet surface areas, of 33-44 m2/g, according the salts of metal used. the characterization results proved that catalysts have a perovskite phase as well as lanthanum oxide, except lamno3, that presents a cationic vacancies and generation for known oxygen excess. the results of catalytic test showed that all oxides have a specific catalytic activity for total oxidation of co and propane even though the temperatures for total conversion change for each transition metal and substance to be oxidized. keywords: perovskites; oxidation; propane. eq05-af:modelo-af 7/21/09 11:46 am página 31 t < 1.0, and ra > 0.090 nm, rb > 0.051 nm. a great many elements can form ideal or modified perovskites depending on the tolerance factor. the ideal perovskites structure appears only in a few cases for tolerance factors very close to 1 and at right temperatures in others conditions different distortions of the perovskites structure will appear. deviations from the ideal structure with orthorhombic, rhombohedral, tetragonal, monoclinic and triclinic symmetry are known, although the latter three are scarce and poorly characterized [4]. nonstoichiometry in perovskites can arise from cation deficiency (in the a or b site), anion deficiency or anion excess. much attention has particularly been paid to lanthanum – transition metal based perovskites oxides, which were introduced into catalysis some 30 years ago (5,6). but they are available for perovskites in which the metal in position a and/or b has been partly substituted with another metal, thus establishing a large group of active oxides described by the general formula a1-xa´xb1-yb´yo3±d, where d stands for excess oxygen resulting from non-stoichiometry of these species [7]. lanthanum-based perovskites containing transition metal in b-site, (labo3, b = co, fe, ni or mn), show catalytic activity close to the noble metal, presenting low cost and high thermal stability [8]. the perovskites type oxides are of interest for catalytic oxidation and reduction reactions associated with automotive exhaust emission control [9]. they have been tested in oxidation of co and hydrocarbons, nox reduction and hydrogenation and hydrogenolysis reactions [7]. in this work, the effect of oxidant coprecipitation synthesis on the catalytic activity of perovskite-type oxides labo3 (b= co, ni, mn) is investigated, using as a model the total oxidation of propane and co. experimental a number of methods have been used in the synthesis of perovskites; the choice of a particular one depends mostly on the expected use for these oxides. the lacoo3, lamno3 and lanio3 perovskites oxides were prepared by oxidant – coprecipitation. the catalysts were prepared using 20 mmol of aqueous solution (100 ml) of metal’s salts (co(no3)2.6h2o to lacoo3, mncl2.4h2o to lamno3 and ni(no3)2.6 h2o to lanio3) mixed with 100 ml of aqueous solution of lanthanum nitrate (20 mmol). the mixture was added drop wise to a rapidly stirred (nitrogen stream) solution of sodium hydroxide (7.2g 0.18 mol) in sodium hypochlorite (3.5 m. 30ml). use of inert atmosphere minimizes carbonate contamination in the final product. the resultant gel was washed repeatedly with deionized water (3x200 ml), then washed with acetone (3x 50ml) and dried under vacuum. the powder was dried at 60 ºc for 12h, after that it was calcinated at 600ºc for 2 hours. the catalysts were characterized by x-ray powder diffraction (xrd) on a 65rich seifert & co diffractometer by using cuka radiation for determination of the final structure. patterns were recorded between a 2q of 20º and 65º with step size of 0.05º with 30kv and 40ma. the specific surface areas were obtained by nitrogen adsorption at 77 k, evaluated using the bet equation on an automatic quantachrome aparatus, autosorb – 1 c, in the 0, 05-0,095 relative pressure range. the powders were degassed at 300ºc for 1h before the measurements. the thermal decomposition with the temperature of the powder before heating at 60°c for 12h and passed by a sieve of 200 mesh was performed in n2 by using a tga-dta of schimadzu and ta instruments, under n2 flow (50 m l min-1), and 10 0c min-1 from room temperature to 600ºc. the x-ray photoelectron spectra (xps) were obtained with a vgescalab mkii, employing mg ka radiation (1253.6 ev) under a high vacuum of 3x10-8 torr. the binding energies were calibrated by using a c1s peak (284. 6 ev) as a background. temperature programmed reduction (tpr) experiments were performed in a system with a thermal conductivity detector. the reducing gas was a mixture of 3% h2/n2 (1.8 l/h) and heating 10°c/min was employed. the catalysts were tested in combustion of propane and co. the catalytic measurements were realized in a fixed-bed reactor, working in atmospheric pressure. for characterization of the catalytic activity, it was used 10mg of powder. 32 ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 eq05-af:modelo-af 7/21/09 11:46 am página 32 before the reaction, the powder is pretreated for 1.5h at 400ºc with synthetic air: o2 (20±0.5)% and n2 (80±0.5)%, 1.8 l/h. the feed gas composition was co (0.97%), c3h8 (0.507%), o2 (2.02%) and n2 (balance), 1.8 l/h, on-line continuous analysis of reactants and products was performed using a gas chromatograph cg 9001 finnigan, provided with a thermal conductivity detector. for co and co2 analyses were utilized an independent nd-ir detector. results and discussion the method employed was oxidant-coprecipitacion, developed by barnard et al [10] to lacoo3 catalyst synthesis. the catalyst preparation in basic conditions, due to the presence the sodium hydroxide and sodium hypochlorite as oxidant agent, yields probably laboh (b= co, mn, ni). this was reported by vydiasagar et al [11] as the hydroxigel to be dehydrated. the advantage in this method is that the dehydratation of the gel occurs at low temperatures (60°c), due to the initial dehydratation in the presence of acetone. controlled dehydratation of hydroxi-gel, using water and a miscible solvent, presents positive results in obtain solids with high specific surface areas. the displacement of water by acetone allows a reduction of superficial tension and leads a smallest capillary force; producing weak agglomeration and keeping opened the particle structure. the result is a lowest collapse during calcination [12]. the perovskites type oxide lacoo3, lamno3 e lanio3 presented specific surface area of the 44, 38 and 33m2/g, respectively. figure 1a, 1b and 1c display the tga and dta curves of respective catalysts. it can be observed that the samples present endothermic peaks at low temperatures, corresponding to the fisissorved water elimination. the strong mass loss region from 300 and 500°c was attributed to the decarbonization and dehydratation, process accompanying the perovskite structure formation. dta curves of these samples exhibit essentially only endothermic 33ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 peak the range, centered at 318 and 440 0c for lacoo3, 340 and 420 0c for lamno3, 318 and 470 0c for lanio3.this different behavior probably due to the different decomposition mechanism of hydroxide gels. in lanio3 catalyst, the carbonate quantity is bigger, when compared to another catalyst, due to the catalyst has been stayed more time during the filtration process (72 h), once fine grain was formed, difficulting the filtration process. figure 1. tga and dta analysis for (a) lacoo3 (b) lamno3 (c) lanio3 catalysts eq05-af:modelo-af 7/21/09 11:46 am página 33 34 ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 the oxides at low temperatures present typical structure of perovskite (figure 2), what can be confirmed comparing with standard archives jcpds and literature [13-15]. the catalyst lanio3 and lacoo3 presented rhombohedrical structure and the lamno3 presented orthorhombic structure. in the catalysts lacoo3 and lanio3 there’s a peak represented by (*), referring to lanthanum oxide (la2o3), indicating a cationic excess. in the lanio3 exists a peak (¨), which confirms the presence of nio, and was reported by others authors [16]. the catalyst lamno3 doesn’t present a la2o3 peak; it is possible that this oxide presents cationic vacancies coming with an excess of negative species of oxygen. this fact can originate a spontaneous transition of 15-30% of mn3+ to mn4+ to reestablish the eletroneutrality of system [17]. data indicate that lanthanum is probably present in trivalent form. the sign in 779.9 and 795.5 ev corresponds to the co 2p3/2 and co 2p1/2 respectively, which is typical when co3+ is present. on the other hand, the absence of peaks in 785 – 788 ev proves the inexistence of co2+, and then the theory about the existence of cations in trivalent form. the xps spectra of lacoo3, present two o 1s photolines that correspond to two different oxygen species. the lower binding energy, 529.8 ev, can be associated with lattice, while the higher energy, 532.5 ev, can be associated with the species of absorbed oxygen, although this latter fraction should also contain adsorbed oxygen. the amount of oxygen absorbed-adsorbed can be represented by the species oand oh[16]. in the literature [20], the binding energy corresponding to the oxygen species appear in 528.3 and 531.9 ev. for the species oh-, these values are 529.7 and 532.2 ev, respectively. the similarity between ohbinding energies results in that the values presented in this work indicate a higher possibility of this species to exist. in the catalyst lamno3 the absence of peak in high energy value indicates the presence only of the lattice oxygen. alterations in the crystalline structure and also in the electronic structure can be responsible by displacement of the peak for higher energy values. figure 2. xrd spectra for the lacoo3 e lamno3 and lanio3 catalysts. the surface characterization was realized for xps analysis using c1s as reference. table 1 contains binding energies values: o 1s, la 3d, co 2p, mn 2p and ni 2p. several works demonstrate that the majority of cations are present in trivalent form [18,19]. the analysis date for lacoo3 and references to the la 3d5/2 are registrated in 835.3 e 838.8 ev. these values are similar to that presented in the literature [20] for the pure lanthanum oxide (la2o3) in 834.4 e 837.8 ev. these table 1. xps results to perovskite type-oxides. eq05-af:modelo-af 7/21/09 11:46 am página 34 the mn 2p spectra presents three signals which corresponds to mn3+ (647.40 ev), mn4+ (658.7 ev) and the presence of a peak, indicating the absence of mn2+. the information obtained by xps is important to compare the stoichiometry of compounds (table 1). the atomic relation la/co on surface is 1.8. this suggests a lanthanum excess or co-deficiency on lacoo3 surface. some authors have observed the presence of lanthanum excess in the perovskite structure (la/co >1). tejuca et al. [19] reported the relation la/co is 1.2 in the catalyst lacoo3, obtained by acetate synthesis. the more pronounciated case was observed by o’connell et al. [20], which prepared the catalyst lacoo3 through precipitation of nitrate solutions of salts, with thetraethilamonium hydroxide. in this case the relation la/co was 4.26, showing the lanthanum excess on surface. this excess on surface catalyst is attributed to two phases formation; the first corresponding to the pure perovskite and the second for la/perovskite. in the first, the cationic vacancies are compensated by high valences of oxygen and cobalt. in the second, the cationic vacancies are compensated by anionic vacancies, being more interesting for catalysis. it has been reported by others authors that the lacoo3 is considered as a stoichiometric system. on the other hand, this system was showed as non-stoichiometric, as reported by spinicci et al [21]. in the non-stoichiometric system, generally there is a deficiency of net lanthanum, which can be compensated, by increasing the metal valence or by oxygen or by creation of anionic vacancies. in this work, it can be observed that the lanthanum ions quantity is almost twice of cobalt ions. it is possible to suppose the formation of stoichiometric lacoo3 with other lanthanumbased compounds, like lanthanum oxide, proved by x-ray diffraction. in lamno3 catalyst, the relation la/mn is 0.79, suggesting the non-stoichiometric lanthanum manganite phase with lanthanum deficiency. to keep the charge equilibrium, the conversion can be considered: mn3+ ® mn4+. this transition comes with vacancies formation and presence of oxygen excess. taguchi et al. [22] found the relation la/mn changing from 1.5 to 2, depending on method used to obtain lamno3. however, part of lanthanum isn’t incorporated in perovskite, but presented as oxide, and part of this oxide is carbonated. the peaks of lanthanum and nickel are located in the same energy range (835-855 ev). there is a overlapping for la3d3/2 and ni2p3/2. the peak near 870 ev is characteristic for ni2+ in nio, that was reported by guo et al [23]. the atomic relation la/ni on surface is near 1.6, which suggests the excess of lanthanum or deficiency of nickel on oxide surface of lanio3. in this case, the lanthanum excess is the more probable factor, due to x-ray diffraction, that shows both the nickel oxide and the perovskite phases. due to this quantity of positive ions in the structure, there is an oxygen ion excess, and part of this oxygen is absorbed in the structure. the relation between oxygen and total metallic ion [o/(la + b)] in the catalyst lacoo3 is near to 3.4, according to the result obtained by o’connell et al [20]. in the catalyst lamno3 this relation is near 2.5, both higher than that would be expected if the stoichiometry exists. this proved the materials can present oxygen excess in case of lacoo3; for lamno3 there are cationic vacancies. by the way, there is a catalyst lacoo3 with cobalt deficiency and lamno3 with manganese deficiency. however, the majority of non-stoichiometric oxygen in lacoo3 catalyst, when compared to lamno3, can indicate the major cationic vacancies in first case. in the lamno3, vacancies are minimized by transition of mn3+® mn4+. this relation for lanio3 is 2.5, which confirms the oxygen excess. to obtain information about reducibility of studied catalyst and to identify the reduction temperature, it was realized a temperature-programmed reduction. the profile is showed on figure 3. in the figure 3a, which refers to lacoo3, according to guo et al. [23], it is observed the catalyst reduction in two steps: in the first, the co3+ to co2+ reduction; in the second, co2+ to co0. in the case of lamno3 catalyst, figure 3b, it is observed a peak due to the d-oxygen, non-stoichiometric reduction and, consequently, reduction of mn+3, as reported by tejuca et al. [24]. 35ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 eq05-af:modelo-af 7/21/09 11:46 am página 35 2 lamno3+d + h2 ‡ lamno3 + h2o (1) 3lamno3 + 9/2h2 ‡ la2o3 + 3mn0 + la(oh)3 + 3h2o (2) 36 ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 figure 3. tpr – a) lacoo3, b) lamno3, c) lanio3 in figure 3c, which refers to lanio3, it is observed a small shoulder near 451 °c, corresponding to la2ni2o5 formation, which results of ni3+ to ni2+ reduction, and the second peak (600 °c), to ni2+ to ni0 reduction. this transformation, reported by lima & assaf [11], is according reaction bellow: 2 lanio3 + 2 h2 ‡ la2ni2o5 + 2 h2o (3) and nio + h2 ‡ ni0 + h2o (4) la2ni2o5 + 2 h2 ‡ 2 ni0 + la2o3 + 2 h2o (5) this shoulder indicates both the nio presence and the perovskite phase. through an x-ray diffraction it was possible to identify the nio phase. furthermore, the first peak corresponds simultaneously to the ni3+ to ni2+ reduction in the perovskite structure, and ni2+ to ni0 reduction of the nickel oxide contained in the sample. the second one corresponds to the ni2+ to ni0 reduction of la2ni2o5 , according to equation 5. the conversion results were determined according to the reactions: co + ½ o2 ‡ co2 (6) c3 h8 + 5 o2 ‡ 3 co2 + 4 h2 o (7) the co oxidation (figure 4) occurs at lower temperatures, when compared to propane. according values to co conversion it was observed that the more efficient catalyst for this reaction was lacoo3, that started the conversion at 130ºc and presented a maximum under 200ºc, while lamno3 presented this maximum near 300ºc. lanio3 started the conversion near 300ºc that is a high temperature when compared to the others catalysts. the good conversion is mentioned to the lacoo3 by shu & kaliaguine [13]. the results to propane oxidation are presented in figure 5. it shows that conversion grows up according to the temperature for all catalysts. the perovskites lacoo3 and lamno3 presented the better conversion than lanio3. there are many discussions about perovskites activity. the more commons are: oxidation states of transition metal ion, the amount of non-stoichiometric oxygen, the deviation of the lattice, it is observed in literature eq05-af:modelo-af 7/21/09 11:46 am página 36 37ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 that the non-stoichiometric oxygen can be a considerable factor for interpretation of catalytic activity in a perovskite series of transition metals [19]. therefore, the net chemical structure in the perovskite is very complex, due hexagonal, rhombohedral or tetragonal distortions. these deviations can result in a cationic or anionic non stoichiometry. for lanthanum manganite, the transition mn3+ à mn4+ is accompanied by cationic vacancies generations and for known oxygen excess related to necessary stoichiometry. conclusions we have examined co-precipitation of a stoichiometric co/la, mn/la and ni/la mixed figure 4. conversion of perovskite type oxide for co oxidation. figure 5. conversion of perovskite type oxide for propane oxidation. hydroxide, in which simultaneous oxidation of co (ii), mn (iii) and ni (ii) was induced by co –addition of an oxidizing agent. higharea samples can be obtained by this method only if the hydroxide gel is dehydrated in a controlled manner by washing with a watermiscible nonaqueos solvent. subsequent calcinations afforded a crystalline lacoo3, lamno3 and lanio3 powder with perovskite structure and a surface area determined by the calcination temperature. it was verified that the lacoo3 catalyst presented more efficiency to oxidation reactions when compared to lamno3 and lanio3. the lacoo3 presented the highest specific surface. acknowledgements authors acknowledge faperj for financial support. received august 12 2008 accepted november 22 2008 references [1] t. v. choudhary, s. banerjee, v. r. choudhary. appl. catal. a. 234 (2002) [2] r. j. h. voorhoeve, advanced materials in catalysis (h. h. burton and r. l. garten, eds.), p. 127. academic press, new york, 1977. 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[24] l.g. tejuca, j. l fierro, j.m.d. tascón, adv. catal., 36 (1989) 237. 38 ecl. quím., são paulo, 34(1): 31-38, 2009 eq05-af:modelo-af 7/21/09 11:46 am página 38 eq-vol30n02 10.pmd 77 volume 30, número 2, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 evaluation of gas diffusion electrodes as detectors in amperometric hydrogen sensors. w. h. lizcano-valbuena**, j. perez, v. a. paganin, e. r. gonzalez* instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, c. p. 780, cep 13560-970, são carlos – sp *corresponding author:e-mail: ernesto@iqsc.usp.br, fax: 55 16 3373 9952 **present address: departamento de quimica, universidad del valle calle 13 # 100-00 ciudad universitaria melendez, cali colombia abstract: this work is directed to the study and evaluation of gas diffusion electrodes as detectors in hydrogen sensors. electrochemical experiments were carried out with rotating disk electrodes with a thin porous coating of the catalyst as a previous step to select useful parameters for the sensor. an experimental arrangement made in the laboratory that simulates the sensor was found appropriate to detect volumetric hydrogen percentages above 0.25% in mixtures h 2 :n 2 . the system shows a linear response for volumetric percentages of hydrogen between 0.25 and 2 %. keywords: hydrogen sensors; amperometric sensors; gas diffusion electrodes; hydrogen oxidation; supported platinum. introduction the control of dangerous gases such as hydrogen (flammable above of 4 % in air) in residential or industrial environments requires the development of sensitive, fast response detectors. several commercial devices are available, like electrochemical cells, mass spectrometers and sensors with incorporated resistances of semiconductors oxides. these devices are used to control industrial environments, medicinal gases, compressed air, processes with gases under pressure, cromatographic instrumentation and research and development facilities as fuel cells operating with hydrogen. due to the risk of explosion, it is necessary to have a sensor sentitive to low concentration levels and with a fast response. amperometric sensors amperometric sensors [1,2] are systems that measure the concentration of a compound using as a response the electrical current generated by the electrochemical reaction of the compound which should be proportional to its concentration. many systems use porous electrodes, called gas diffusion electrodes (gde) similar to those used in low temperature fuel cells, made with the catalysts (in general platinum based metal nanoparticles of around 2-5 nm) supported on high surface area carbon (40-50 nm particles). a potentiostat is usually used to fix the working electrode potential. the construction and development of an amperometric sensor requires some steps that can briefly described as follows: i) study of the electrochemical reaction on the catalytic materials, ii) study of the geometrical arrangement of the several sensor components, iii) determination of the sensitivity, linearity and speed of response, iv) determination of the stability of the sensor under continuous operation and v) determination of the influence of poisonous species . 78 ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 the gas diffusion electrodes (gde) [3,4] used in amperometric sensors are semihidrophobic and their microestructure is shown schematically in figure 1. usually they are composed of two layers deposited on an appropriated support. a diffusion layer is prepared with a suspension of ptfe (for example dupont tm 30) with high surface area carbon (cabot xc-72, 250 m2 g-1). the mixture is filtered on a support (a carbon cloth or a carbon paper, totally hydrophobic). onto this layer the catalytic layer is deposited using several procedures [4-5]. the catalytic layer contains metal nanoparticles anchored on a carbon support and may incorporate nafion® (dupont) which is a proton exchange material, and as such, an ionic conductor. the result is a matrix which has pores, electrolyte channels, electronic pathways and electrocatalytic surfaces. the material is a good electronic conductor, porous and can conduct ions through the catalytic layer which presents a high electroactive area. the electrolyte is usually a nafion® membrane, because it is a proton conductor with high conductivity and the interface catalyst/ membrane is very stable. hydrogen sensors a number of commercial instruments are under development to determine quantitatively the concentration of hydrogen in several environments. in general pt or pd are used as active metals in the detector electrode [6-10]. miremadi et al. [7] built a sensor selective to h 2 and inert to co, ch 4 , propane and alcohols, using films of carbon prepared by an exfoliation technique. this sensor shows a response time of around 40 s for hydrogen concentrations between 3 and 300 ppm at 110 °c. tabib-azar et al. [8] applied optic fibers in an interesting way to develop a hydrogen sensor using a pd recovery onto the optic fiber core. when h 2 is adsorbed on pd the real and imaginary components of the refraction index change affecting the elastooptic effec inside of the fiber. this system detects concentrations between 0.06 and 2% in the environment with a response time of around 20-30 seconds. works which use the semiconductor properties of oxides such as tio 2 doped with pd [9] , sno 2 + bi 2 o 3 doped with pd [10], zno doped with al [11] and v 2 o 5 -zro 2 [12] have been reported for applications in h 2 sensors, but these systems are not very sensitive. chaudhary et al. [13] describe a sensor that uses pdo with ruo 2 on sno 2 in which the distribution of ru and pd species favors the formation of defects on the surface and this contributes to the better selectivity and sensitivity of the system. the results show a system with linear response in a concentration range between 0 and 1000 ppm. other h 2 sensors use different materials. varghese et al. [14] used ti nanotubes to detect h 2 with a good sensitivity in the temperature range 180-400 °c. this sensor showed the possibility of monitoring concentrations between 100 ppm and 4 % v/v of h 2 in air. mccullen et al. [15], built a hydrogen sensor using a metal/aln/si(111) structure which behaves similarly to a metal-insulator-semiconductor-type capacitor. the aln layer was deposited by plasma source molecular-beam epitaxy. the device uses alternating gates of pd and al and an al black contact, all grown by magnetron sputtering. the pd gate structures were found to be sensitive to hydrogen, down to the ppm range in the surrounding flow, while the al gate structures showed no response to hydrogen. bera et al. [16] synthesized pd nanoparticle arrays using templates (based on an al film on a polycarbonate substrate) by assisted electrodeposition and propose this materials for a high sensitivity hydrogen detector system at room temperature. in amperometric sensors that use gdes prepared with pt/c the conditions to determine low h 2 concentrations are favored due to the high surface area of the electrodes contributing to the determination of the currents. the detection interval with these materials is usually 0-10 % v/v of h 2 . in order to build a h 2 sensor that uses pt/c it is necessary to know the mechanism of the hydrogen electro-oxidation on pt. it is known that the kinetics in acid media is fast [17-19]. other metals, such as pd [20] show high electrocatalytic activity for the hydrogen oxidation reaction (hor). contrary to the case of pt and pd, the hor on au surfaces [21] shows a very low activity. a brief revision on hor studies on pt shows that this is a very fast electrochemical reaction described by its exchange current density value in acid media (3.16 ma cm-2 for low ph values) on smooth pt electrodes [18]. three mechanisms are accepted for h 2 electrooxidation on pt [22]: 79ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 direct discharge h 2 → 2h+ + 2eacid media h 2 + 2oh-→ 2h 2 o + 2ealkaline media. atom-atom (tafel-volmer) h 2 → h* + h* 2h* → 2h+ + 2eatom-ion (heyrovsky-volmer) h 2 → h* + h+ + eh* → h++ 1ereports by harrison et al. [23], and gasteiger et al. [19] show that for smooth pt surfaces in acid media, the mechanism that operates is the reversible direct discharge (in this case, the reaction is not limited by adsorption). with a rotating disk electrode/ thin porous coating electrode (rde/tpc) [24], it was found that for supported pt (pt/c), the reactions occur by the same mechanism. inhibitory effects of the adsorption of ions [25], effects of ph [18] and impurities [26] on the hor have been published. the use of gde to build h 2 sensors was described by la conti et al. [27] in 1971 showing that a fuel cell may be used as a detector if the configuration is appropriate. at that time the pt load in gdes, expressed in mass of pt per unit of geometric area, was very high (5 mg pt cm-2), but today the quantities used are lower than 0.4 mg pt cm-2. this work describes the construction of a h 2 sensor using gdes, prepared by the methodology used in our laboratory [4], as a detector electrode. figure 1. microscopic scheme of a gas diffusion electrode. figure 2. electrolytic cell scheme used as h 2 detector. 1) detector electrode (gde) 2), counter electrode, 3) reference electrode (rhe), 4) gas inlet, 5) gas exit, 6) electrolyte. 80 ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 figure 4. steady state polarization curves for h 2 oxidation on thin porous electrodes with 20 wt. % pt/c e-tek in 0.5 mol l-1 h 2 so 4 or 1.0 mol l-1 naoh. v = 10 mv s-1; ω = 1600 rpm. figure 3. cyclic voltammograms of thin porous coating electrodes prepared with pt/c e-tek in 0.5 mol l-1 h 2 so 4 or 1.0 mol l-1naoh. v = 10 mv s-1. figure 5. cyclic voltammogram of the gas diffusion electrode containing 20 wt. % pt/c e-tek, 1.1 mg nafion® cm-2, 0.4 mg pt cm-2 in the catalytic layer and 30 wt. % ptfe in the diffusion layer in 0.5 mol l-1 h 2 so 4 . v = 10 mv s-1. 81ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 experimental the study of the influence of the characteristics of pt/c and of the electrolytic media on the hor was made using the rotating disk/thin porous coating electrode (rde/tpc) technique [2829], using carbon powder (vulcan xc-72, cabot) catalyzed with pt (e-tek) containing different percentages of pt (10, 20 e 30 w/w %). the electroactive areas were determined by the oxidation charge of hydrogen in voltammetric experiments, considering an oxidation charge for one monolayer of h 2 on polycrystalline pt as 210 mc cm-2 [30]. these electrodes (tpc) were prepared as described in other reports [29,31-34] and characterized by cyclic voltammetry. stationary state currentpotential curves for the hor were obtained with these electrodes in 0.5 mol l-1 h 2 so 4 and 1.0 mol l-1 naoh solutions. these measurements were made in an electrochemical cell where the main compartment contains the counter electrode (pt foil, 2 cm2) and the working electrode (rde/tpc), which is mounted on a graphite support with a 0.15 mm depth cavity and a geometric area of 0.28 cm2 filled with the pt/c e-tek catalyst. the reference electrode, a hydrogen reversible electrode (hre), when the electrolyte was an acid solution or the calomel electrode in alkaline solutions was placed figure 6. steady state potential-current density curves for h 2 oxidation in the detector system using different h 2 :n 2 volume ratios. figure 7. limiting current density curves vs. volumetric h 2 concentration in the h 2 :n 2 gas mixture. 82 ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 in a small separate compartment. the reference electrode was joined to the main compartment using a luggin-haber capillary. the preparation of gdes for the hydrogen sensor was described previously [4]. the only difference was the use of a 30 % ptfe percentage in the diffusion layer. the catalytic layer was done with 20% wt. metal/c, 0.4 mgptcm-2 (e-tek) and 1.1 mg nafion® cm-2. the electrodes had a geometric area of 0.78 cm-2. the system was mounted in an electrochemical cell with 50 ml volume as shown in figure 2. the detector electrode is connected to a gold contact (inactive for the hor). the counter electrode was a pt mesh and the reference a reversible hydrogen electrode (rhe). the evaluation of the edgs was done by cyclic voltammetry in the potential range between 0.05 and 1.2 v vs. rhe. the gases from commercial cylinders, the first containing a volumetric mixture h 2 :n 2 6:94 and the second containing pure n 2 (both from white martins) were flown through fluximeters and through a compartment with glass particles to mix the gases. the current density-cell potential data for the hor were obtained in a stationary regime (point by point), using in all experiments a 0.5 mol l-1 h 2 so 4 solution as electrolyte in the sensor. the electrochemical measurements were done using a par 273 potentiostat/galvanostat and the softwares m270 and headstart (egg). results and discussion figure 3 shows the voltamograms of pt/c electrodes in acid and alkaline media. it is observed the typical profile for pt in supported catalysts [35] where the hydrogen adsorption/desorption region (between 0.05 and 0.35 v vs. erh) is not well defined due to difussional transport and ohmic drop inside the thin porous electrode. a third anodic peak due to the oxidation of absorbed molecular hydrogen on (110) faces [36] is not observed. the double layer region appears better defined in acid media, between 0.35 and 0.7 v, and at higher potential values, between 0.7 and 1.4 v, the formation of pt oxides is observed. comparing the voltamograms with those recorded with low index single crystal faces of pt, the low definition of the double layer in alkaline media was attributed to a higher contribution of the voltammetric profiles of (110) and (100) faces. a predominance of the (111) face may be verified by the response of the double layer, because this face is the only one that shows a defined double layer region [37]. the low current levels shown by the pt/c electrodes in alkaline media in the hydrogen region suggest a lower activity of pt for the hor in that solution. the electroactive areas were determined by cyclic voltammetry and are presented in table 1, which shows that the values are similar in the two electrolytic media. table 1. electroactive areas of pt/c electrodes determined by cyclic voltammetry in 1.0 mol l-1 naoh and 0.5 mol l-1 h 2 so 4 . * e-tek catalog. 83ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 the effect of the pt load on the hor in acid media shows that the response with the 20 wt. % material was better than with the 10 wt. % material and similar to that of the 30 wt. % material. for the case of alkaline media, the electrocatalysts with 10 wt. % show similar performance to those with 20 and 30 wt. %. the conclusion from these results is that the most appropriate catalyst in acid media is pt/c 20 wt. % and in alkaline media, free of co 2 , is pt 10 wt. %. figure 4 shows a comparison of stationarystate current density-potential curves for electrodes containing pt/c 20 wt. % in acid an alkaline solutions. it is observed that the currents in acid media are higher than those obtained in alkaline media as a consequence of: i) higher diffusivity and solubility of h 2 in acid media and ii) the hor in alkaline media is controlled by diffusion at high overpotentials. the mechanism in acid media is a direct reversible discharge, determined from the tafel coefficient value (~30 mv/dec), calculated from mass transport corrected curves, and very close to the values obtained for the accepted mechanism for the hor on smooth pt [19,22]. in alkaline media the profile does not show real diffusional control for potentials up to 0.3 v but the tendency is clear. this defines the more appropriate electrolyte as the acid solution, particularly with ph between 0 and 1, to obtain larger exchange current values. construction and evaluation of the hydrogen detector system to built a hydrogen detector system a gde was mounted in contact with the electrolyte as shown in figure 2. an electrical current between the diffusion layer and the circuit flows through the gold wire, a metal that for practical purposes is not active for hydrogen oxidation. before testing the system as h 2 detector the gde was evaluated by cyclic voltammetry maintaining the upper limit at 1.2 v vs. rhe to prevent the oxidation of the carbon. the result is presented in figure 5 which shows that the profile is similar to that in figure 3. a h 2 /n 2 mixture with the appropriate gas ratios was conducted up to the detector electrode and the potential vs. current density curves obtained in the stationary state for h 2 oxidation are shown in figure 6. they show that for hydrogen concentrations up to 1.0 % in the n 2 environment the currents are diffusional for potentials above 0.1 v. for the case of hydrogen concentrations higher than 1.0 % the diffusion control appears only above 0.2 v. the relation i limit . vs. h 2 concentration in the mixture is presented in figure 7. as can be observed, in the range of h 2 concentrations between 0.25 and 2.0 % v/v, the response is linear, showing that the system is useful for applications in urban and industrial environments. conclusions the system used to detect h 2 , built with gas diffusion electrodes, shows a good performance and sensitivity for hydrogen concentrations below the critical concentration (4 % v/v), which makes it useful to be used in closed environments with relatively clean air. acknowledgement the authors thank the brazilian agencies capes, fapesp, cnpq and finep for financial support. recebido em: 10/05/2005 aceito em: 31/05/2005 84 ecl. quím., são paulo, 30(2): 77-84, 2005 w. h. lizcano-valbuena, j. perez, v. a. paganin, e. r. gonzalez.avaliação de eletrodos de difusão de gás como detetores em sensores amperométricos de hidrogênio. resumo: este trabalho é dirigido ao estudo e avaliação de eletrodos de difusão de gás como detectores em sensores de hidrogênio. os experimentos eletroquímicos foram realizados com eletrodos de disco rotatório com uma camada fina de catalisador como passo prévio para selecionar parâmetros úteis para desenhar o sensor. um sistema experimental feito no laboratório para simular o sensor resultou adequado para detectar porcentagens volumétricas de hidrogênio acima de 0,25% em misturas h 2 :n 2 . o sistema mostra uma resposta linear para porcentagens volumétricas de hidrogênio entre 0,25 e 2,0%. palavras-chave: sensores de hidrogênio; sensores amperométricos; eletrodos de difusão de gás; oxidação de hidrogênio; platina suportada. references [1] s. c. chang, j. r. stetter, 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[37] n. m. markovic, s. t. sarraf, h. a. gasteiger, p. n. ross, j. chem. soc. faraday trans. 92 (1996) 3719-3725. a09v29n1.pdf 71ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 volume 29, número 1, 2004 www.scielo.br/eq thermoanalytical study of purine derivatives compounds e. schnitzler1, m. kobelnik1, g. f. c. sotelo2, g. bannach3, m. ionashiro3 1departamento de química – uepg cep 84030-000 ponta grossa – pr brasil 2departamento de engenharia de materiais – uepg cep 84030-000 ponta grossa – pr brasil 3instituto de química – unesp – cep 14801-970 – araraquara – sp brasil abstract: thermal methods of analysis are now used in a very large range of scientific investigations. in this work simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (tg-dta), x-ray powder diffractometry and infrared spectroscopy were used to study the derivative compounds of purine, i. e. aminophylline, theophylline, caffeine and uric acid. the results led to informations about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. keywords: aminophylline; theophylline; caffeine; uric acid; tg; dta. introduction several investigations have been carried out on the application of thermoanalytical techniques for the study of drug substances, excipients and drug substances in dosage forms. montagut and co-work [1] investigated dipyrone by employing dta and tg, and examined the possibility of applying tg in quantitative studies. wendlandt and collins [2] used dta and tg as aids in the characterization and identification of commercial non-preescription analgesics. other investigations of the use of thermoanalytical techniques for the study of drug substances and for applications in routine pharmaceutical analysis and in the pharmaceutical industry have also been described [3-20]. in this paper derivative compounds of purine were investigated by using thermoanalytical techniques (tg, dta), x-ray diffractometry and infrared spectroscopy. experimental caffeine (3,7-dihydro-1,3,7-trimeyhyl1h-purine-2,6-dione); theophylline (3,7-dihydro1,3dimethyl-1h-purine-2,6-dione) and aminophylline (3,7-dihydro-1,3-dimethyl-1hpurine-2,6-dione compd. with ethylenediamine) were obtained from quimidrol ltda. uric acid (7,9-dihydro-1h-purine-2,6,8(1h,3h,9h)-trione) was obtained from riedel de haen. the formula of these compounds are shown in scheme i tg, dtg and dta curves were obtained by using a simultaneous sdt 2960 from ta instruments. the purge gas was nitrogen flow of 100 ml min-1, heating of 20ºc min-1 and with a sample weighing about 6-8 mg. alumina crucible was used for the tg, dtg and dta studies. x-ray powder patterns were obtained with a simens d-500 x-ray diffractometer using cuk ? radiation (?=1,544 å) and setting of 40 kv and 20 m a. infrared spectra for these compounds were run on a spectrophotometer model ftir8400 shimadzu, within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. fusion of these compounds was determined by using a melting point apparatus model mqapf301 from micro química. 72 ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 results and discussion theophylline the tg, dtg curves of theophylline are shown in fig. 1. these curves show that the compound is stable up to 250ºc, and between 250375ºc the mass loss occurs in a single step, without formation of residue. the dta curve, fig. 2, shows an endotherm between 256 and 375ºc with two peaks at 273ºc and 350ºc, respectively. the first endothermic peak is due to the fusion of the compound and in agreement with the literature [21]. the second endothermic peak is due to evaporation of the compound and in agreement with the tg curve, where the total mass loss is observed. the evaporation of the compound occurs without decomposition, in compliance with the infrared spectra of theophylline, and solidified sample collected after evaporation, as can be seen in the fig. 3. figure 1tg and dtg curves of theophylline sample ( m i = 6.640 mg). scheme i: structure of the derivative compounds of purine. 73ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 aminophyline the tg and dtg curves of aminophylline are shown in fig. 4. these curves show that the compound is stable up to 78ºc, and this temperature the tg curve suggests mass loss in two steps, although the dtg curve shows three steps, being the two first as overlapping steps. the mass loss that occurs between 78 and 144ºc is ascribed to the loss of ethylenediamine (tg=14.41%); calcd=14,30%), with formation of theophylline. the second step that occurs between 238 and 362ºc with total mass loss figure 2 dta curve of theophylline sample ( m i = 6.640 mg). figure 3 ftir spectra of (a) theophylline sample at room temperature (b) sample collected after condensation. is due to evaporation of theophylline. the dta curve of aminophylline is shown in fig. 5. the first endothermic peak at 140ºc is attributed to elimination of ethyllenediamine and in agreement with the first mass loss of tg curve. the endotherm between 256 and 370ºc with two peaks at 273 and 330ºc, that show a great similarity with the dta curve of theophylline, are attributed to fusion and evaporation, respectively. the infrared spectrum of solidified sample collected after evaporation is shown fig. 6, in agreement with the ftir spectra of theophylline, fig. 3. 74 ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 figure 4 tg and dtg curves of the aminophylline sample (m i = 8.607 mg). figure 5 dta curve of aminophylline sample (m i = 8.607 mg). figure 6 ftir spectrum of sample after condensation of aminophylline. 75ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 caffeine the tg and dtg curves of caffeine are shown in fig. 7. these curves show that the compounds are stable up to 175ºc and between 175315ºc, the total mass loss occurs in a single step. the dta curve of caffeine is shown in fig. 8. the first endothermic peak at 163ºc is due to a change of crystalline structure in compliance with the x-ray powder patterns, as can be seen in fig. 9 and in agreement with the literature [10]. the endotherm between 225-320ºc, with two peaks at 270ºc and 312ºc are due to fusion and evaporation respectively. the evaporation of caffeine occurs without decomposition, in compliance with the infrared spectra of caffeine and solidified sample collected after evaporation, as can be seen in fig. 10. figure 7 tg and dtg curves of caffeine sample (m i = 7.435 mg). figure 8 dta curve of caffeine sample (m i = 7.435 mg). 76 ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 figure 9 x-ray diffraction powder patterns of the caffeine sample at room temperature and at 200 °c. uric acid the tg and dtg curves of uric acid are shown in fig. 11, these curves shows that compound is stable up to 375ºc, and above this temperature the mass loss beginning through a fast process up to 480ºc, followed by a slow process between 480 and 600ºc, with loss of 60% and 29%, respectively. these curves also show that the mass loss is still being observed up to 600ºc. the dta curve of uric acid is shown in fig. 12. the endothermic ascribed to thermal decomposition corresponding to the fast mass loss of the tg and dtg curves. figure 10 ftir spectra of the caffeine (a) sample at room temperature (b) evaporation product. 77ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 figure 11 tg and dtg curves of uric acid sample ( m i = 7.581 mg). figure 12 dta curve of uric acid sample( m i = 7.5809 mg). conclusion the tg, dtg, dta curves, infrared spectroscopic spectra and x-ray powder patterns, provided information on the thermal stabilities and thermal decomposition of these compounds. acknowledgement the authors thank finep brazil (proc. rc: 312-0023/98) for financial support. e. schnitzler, m. kobelnik, g. f. c. sotelo, g. bannach, m. ionashiro. estudo termoanalítico de compostos derivados da purina. resumo: os métodos térmicos em análises estão sendo atualmente muito utilizados nas investigações cientificas. neste trabalho a termogravimetria-análise térmica diferencial simultânea (tg-dta), difratometria de raios x pelo método do pó, espectroscopia de absorção na região do infravermelho foram utilizadas para estudar os compostos derivados da purina. sendo estes: aminofilina. teofilina, cafeína e ácido úrico. os resultados forneceram informações com respeito à estabilidade térmica e decomposição térmica sobre esses compostos. palavras-chave: aminofilina; teofilina; cafeína; ácido úrico; tg; dta. recebido em: 07/01/04 aceito em: 16/02/04 78 ecl. quím., são paulo, 29(1): 71-78, 2004 references [1] m. montagut, l. codern, j. carulla, afinidad 25 (1963) 316. 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[21] the merck index: an encyclopedia of chemicals drugs and biologicals, merck, rohway, 11th edn., 1989. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200033 indução de metabólitos bioativos em culturas de células de maytenus ilicifolia induction of bioactive metabolites in plant cell tissue culture of maytenus ilicifolia waldemar buffa filhoi; ana maria soares pereiraii; suzelei de castro françaii;maysa furlani inubbe núcleo de bioensaio, biossíntese e ecofisiologia de produtos naturais departamento de química orgânica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil iidepartamento de biotecnologia vegetal universidade de ribeirão preto unaerp 14096-380 ribeirão preto sp brasil resumo visando a obtenção de triterpenos quinonametídeos em concentração apreciável protocolo para o desenvolvimento de culturas de células de m. ilicifolia foi estabelecido. estudos visando observar a influência da luminosidade sobre o crescimento das culturas mantidas nas mesmas condições de temperatura e umidade, além da avaliação da influência de diferentes tipos de frascos, que variavam em altura, sobre o crescimento e acúmulo desses metabólitos, foram realizados. o acúmulo desses metabólitos com comprovada atividade biológica se mostrou 100 e 3 vezes maior para a 22bhidroximaitenina e maitenina, respectivamente, no sistema in vitro quando comparada à planta in natura. isto demonstra que o sistema in vitro pode se constituir em uma excelente ferramenta para a produção, em maior escala, destes metabólitos bioativos. palavras-chave: maytenus ilicifolia, celastraceae, cultura de células, triterpenos quinonametídeos abstract maytenus ilicifolia (celastraceae) showed the accumulation of quinonamethide triterpenes, which http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso constitute a class of secondary metabolites with comproved biological activity. dealing on the obtention of these metabolites in a large concentration, protocol to establish cell tissue culture of maytenus ilicifolia was developed. in order to evaluate the lightly influence under cell tissue cultures growing in the same conditions of temperature and humidity, besides the influence of different types of flasks over the accumulation of these metabolites were done. the accumulation of these metabolites with comproved biological activity showed 100 and 3 times higher to 20ahidroxymaytenin and maytenin, respectively, and showed that the in vitro system should be an excellent tool to the production, in large scale, of these bioactive metabolites. key-words: maytenus ilicifolia, celastraceae, cell tissue culture, quinonamethide triterpenes. introdução as plantas têm sido tradicionalmente usadas por populações de todos os continentes no controle de diversas doenças e pragas (tyler, 1994) 9. embora muitos compostos derivados de plantas medicinais possam ser sintetizados em laboratório, tal síntese é freqüentemente complexa, com rendimentos abaixo do esperado, corroborando assim uma produção economicamente inviável destes metabólitos de interesse (holton, 1994; nicolau, 1994) 3-6. a reprodução de espécies herbáceas medicinais com ciclo de vida curto, via de regra não oferece maiores dificuldades. no entanto, a propagação de espécies arbóreas cujas cascas ou raízes contém substâncias bioativas, freqüentemente se constitui um desafio devido às limitações de germinação, desenvolvimento lento de propágulos e difícil enraizamento. usualmente, essas substâncias mostram acúmulo em células fisiologicamente maduras ou tecidos especializados, quando atingem a fase estacionária de crescimento. quando o cultivo convencional é inviável, o uso de técnicas biotecnológicas se constitui uma ferramenta bastante útil para a obtenção de culturas de células in vitro e reprodução de explantes com características desejáveis, tais como: resistência a pragas e outras condições de estresse, alta produtividade e elevado rendimento de substâncias ativas de interesse (zenk, 1998; zenk, 1996) 1011. a capacidade de regeneração total de plantas a partir de suas células ou tecidos tem sido extremamente valiosa para a biotecnologia vegetal. cada célula contém a informação genética para todas as funções, incluindo a biossíntese de metabólitos secundários. a regeneração de plântulas in vitro através de cultura de brotos, conhecida como micropropagação, freqüentemente utilizada para a obtenção de clones que mantém todas as características da plantamãe, constitui-se em uma técnica especialmente vantajosa para a preservação de genótipos produtores de moléculas bioativas. as culturas de células vegetais apresentam uma variedade de características de crescimento e de produção de metabólitos secundários. portanto, um fator muito importante a ser considerado na definição de uma estratégia eficiente para produção de substâncias bioativas é, sem dúvida alguma, a relação entre proliferação celular e formação de produto(s). em suma, a escolha de uma estratégia adequada à produção de um dado metabólito secundário dependerá da cinética de formação do produto vs a cinética de crescimento da cultura (sahai e knuth, 1985) 7. convém ressaltar que não há estratégia alguma definida como aplicável a todas as culturas de células e produtos-alvo. na maioria dos casos a proliferação de células e a biossíntese de metabólitos são fenômenos separados, tendo cada qual suas condições favoráveis. o microambiente dentro dos frascos de cultura parece ser um ambiente homogêneo, mas na verdade é o responsável pela variabilidade no comportamento das culturas, uma vez que os fatores determinantes para a qualidade do microambiente são o tipo de frasco, tipo de tampa e quantidade de meio presente. a influência do tipo de tampa está relacionada com o nível de trocas gasosas adequadas, pois tampas com vedação hermética podem ocasionar aumento de co2 e etileno. o tipo de frasco e a quantidade de meio afetam a área superficial da interface meio-atmosfera, o volume de ar sobre o meio e a profundidade do meio. esses fatores também afetam a composição gasosa do frasco. além de etileno e co2, outros gases metabolicamente ativos são liberados pelas culturas. cultura de calos produzem etileno, acetaldeído e etanol, dependendo do tamanho do frasco. estes gases metabolicamente ativos interferem nas culturas, inclusive, na quantidade de o2 presente nos frascos. sendo assim, o crescente desenvolvimento de pesquisas que abordam biotecnologia vegetal permitem entender os mecanismos e processos de regulação de vias metabólicas visando a produção de compostos de interesse (torres, 1998) 8. materiais e métodos materiais. foi utilizada uma coluna supelco inc (supelco park, bellefonte, pa, usa) c18 com 5mm (150 x 4,6 mm d.i.) e pré-coluna (20 x 4,6 mm d.i.). metanol grau hplc foi adquirido da mallinckrodt; água a >18 mohm foi obtida usando um purificador millipore. todos os solventes e amostras foram filtrados em um filtro de 0,2 mm de membrana de nylon. indução de calos. explantes de folhas de plântulas micropropagadas de maytenus ilicifolia foram inoculados em meio ms (murashige & skoog, 1962)4-5 suplementado com 0,4 mg/l de bap (6benzilamino purina) e 0,2 mg/l de ana (ácido naftaleno acético). após 3 meses explantes de folhas (1 cm2) foram inoculados em meio ms suplementado com 1,0 mg/l de (k) cinetina e 1,0 mg/l de 2,4-d (ácido 2,4-diclorofenóxiacético). os calos foram mantidos no mesmo meio por um ano e subculturados a cada 30 dias. a cultura de célula foi mantida no mesmo meio por 45 dias e a subcultura, para o meio fresco, foi feita após esse período. experimento de luminosidade. os calos foram posicionados em sala de crescimento com condições de temperatura e umidade controladas, variando apenas as condições de luminosidade. foram inoculadas as mesmas quantidades de massa celular (1,0 ± 0,1g), em meio semi-sólido. o experimento foi repetido três vezes com total de 20 replicatas. os tratamentos se consistiram em exposição à luminosidade durante 24 horas, fotoperíodo 16 h claro/ 8 h escuro e 24 h escuro durante 45 dias. após este período os calos foram removidos da condição in vitro, liofilizados e analisados utilizando tratamento estatístico e programa gráfico jandel scientific / sigma plot. experimento variando os tipos de frascos. foram selecionados três tipos de frascos para manutenção das culturas de células de m. ilicifolia. nos tratamentos utilizou-se tratamento (a) vidro grande (5 cm de diâmetro x 12 cm de altura), tratamento (b) médio (5 cm de diâmetro x 8 cm de altura) e tratamento (c) pequeno (5 cm de diâmetro x 6 cm de altura). inicialmente dois gramas (2g ± 0,1) de calos foram espalhados em 30 ml de meio semi-sólido (ms + 1 ml de cinetina + 1 ml de 2,4-d) e colocados em sala de crescimento com temperatura de 25 ± 2 ° c, 60% de umidade relativa e fotoperíodo de 16 horas de luz (40 mmol-2.s-1). cada tratamento foi estabelecido com três repetições (lotes 1,2 e 3) e dez replicatas, para fins de análise dos resultados. padrões cromatográficos utilizados. as substâncias utilizadas como padrão cromatográfico foram isoladas das cascas das raízes de m. aquifolium (celastraceae) e salacia campestris (hippocrataceae) (corsino et al., 1998)2. preparo das amostras para análises em clae. os calos de m. ilicifolia liofilizados foram extraídos com clorofórmio (100 ml) com auxílio de ultrasom, por 20 minutos. os extratos obtidos foram evaporados até secura e os resíduos dissolvidos em metanol obtendo-se soluções com concentração de 1 mg/ml, dos quais alíquotas de 20 ml foram analisadas em clae. equipamento de clae. varian prostar modelo 240 com detector uv pda modelo 330, auto injetor modelo 410 com sistema de aquisição de dados pelo software star chromatography workstation. condições de clae. utilizou-se modo isocrático com sistema de eluição metanol : água (80:20, v/v) contendo 1% de ácido fosfórico e fluxo de 1 ml/min.. a coluna foi condicionada com a fase móvel por três minutos, seguida de um tempo de 10 minutos de calibração. o tempo total de análise para cada amostra foi de 20 minutos. dados espectrais do detector uv foram coletados por 20 minutos dentro da faixa de 253 420 nm, sendo os cromatogramas analisados e plotados a 420 nm. as curvas de calibração assim como a resposta de linearidade do detector foram estabelecidas para as substâncias 1 e 2 por uma série de injeções de soluções padrões com faixa de concentração de 2,5 50,0 mg/ml (1) e 1,0 50,0 mg/ml (2). resultados e discussão análise dos resultados obtidos a partir do tratamento estatístico dos diferentes tipos de frascos. a análise dos resultados obtidos a partir do tratamento estatístico permitiu inferir que, o maior rendimento em massa dos calos foi obtido quando o frasco médio (b) foi utilizado. no entanto, não foi observada uma diferença significativa quanto ao teor dos metabólitos de interesse entre os três frascos utilizados, tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 análise dos cromatogramas obtidos dos extratos clorofórmicos dos diferentes tipos de frascos. os cromatogramas obtidos a partir da análise qualitativa via clae (figuras 5, 6 e 7), mostram a presença ou ausência dos triterpenos quinonametídeos 22b-hidroximaitenina (1) e maitenina (2). a identidade das substâncias foi feita pela comparação dos tempos de retenção destas com os picos referentes aos padrões autênticos utilizados (figura 4). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 os três tipos de frascos foram selecionados para que fosse possível observar, a variação do índice de crescimento dos calos produzidos e o acúmulo dos triterpenos quinonametídeos em relação à mudança do ambiente interno. quantificação dos triterpenos quinonametídeos nos calos de m. ilicifolia para cada frascos utilizado. o trabalho de quantificação desses metabólitos secundários foi realizado para que fosse possível fazer uma comparação entre o nível de acúmulo desses metabólitos nos diferentes frascos utilizados. para o trabalho de quantificação a resposta de linearidade do detector e as curvas de calibração foram estabelecidas para a 22b-hidroximaitenina (1) e para a maitenina (2), (figura 1). para cada substância foi injetada soluções padrões com faixa de concentração de 3,0; 8,0; 16,0; 32,0 e 50,0 m g/ml (1) e 0,4; 1,5; 5,0; 25,0 e 50,0 mg/ml (2). os coeficientes de correlação de resposta do detector, para 1 e 2 foram 0,9997 e 0,9998, respectivamente, indicando uma boa linearidade e sensibilidade do detector na faixa de medida. os limites de detecção para 1 e 2 foram 0,0005 ng e 0,0003 ng, respectivamente. o teor de cada triterpeno quinonametídeo é apresentado na tabela 2. análise dos resultados do experimento de variação das condições de luminosidade sobre o crescimento celular de maytenus ilicifolia. a análise dos resultados obtidos pelo teste tuckey (tabela 3) demonstrou que não houve uma diferença significativa entre os três tratamentos utilizados, luz 24 horas, fotoperíodo 16 horas claro / 8 horas escuro e 24 horas escuro. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200033&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 e baseado nesses resultados foi possível concluir que a presença de luz é condição sinequanom para a manutenção das culturas, uma vez que a quantidade, em massa, de células foi maior nesta condição quando comparada às culturas mantidas no escuro. as condições ideais de produção de metabólitos secundários in vitro só são obtidas depois de extensivos procedimentos de otimização do meio de cultura e que estudos aprofundados das condições atmosféricas no ambiente in vitro são fundamentais para aumentar a produtividade de células e dos metabólitos de interesse. conclusões os experimentos realizados com os calos de m. ilicifolia mostraram que o frasco médio (b) apresentou o maior índice de crescimento. no entanto, o teor dos triterpenos quinonametídeos, não variou como mostrado através da análise estatística. os frascos continham o mesmo volume de meio de cultura, o mesmo diâmetro mas variavam em altura. o fato do frasco médio ter promovido maior índice de crescimento revela que deve haver uma relação importante entre o índice de crescimento e o volume de gases contido no frasco. este dado é importante porque mostra que experimentos específicos de oxigenação e níveis de co2 devem ser realizados para otimizar ainda mais a produção de células in vitro de m. ilicifolia. através dos resultados do experimento de variação de luminosidade foi possível concluir que a presença de luz é condição necessária para a manutenção das culturas, uma vez que a quantidade, em massa, de células foi maior nessa condição, quando comparada com as culturas mantidas no escuro. ao compararmos os dados obtidos da análise quantitativa de quinonametídeos de 5 genótipos de m. ilicifolia e os resultados dos experimento em culturas de células de m. ilicifolia, concluímos que as células cultivadas in vitro produziram 3 vezes mais maitenina (2) e 100 vezes mais 22bhidroximaitenina (1), do que as raízes de plantas cultivadas ex vitro (tabela 3) (buffa filho, 2001) 1. os resultados obtidos com o cultivo de células em meio semi-sólido mostram a necessidade do estabelecimento de suspensões celulares visando cada vez mais a otimização da cultura e a produção desses quinonametídeos para a investigação das rotas biossintéticas destes. agradecimentos os autores agradecem a fapesp e ao programa biota fapesp (processo número 98/05074-0) pelo suporte financeiro e pela bolsa de mestrado concedida. referências bibliográficas 1 buffa filho, w.; corsino, j.; bolzani, v. s.; furlan, f.; pereira, a. m. .s.; frança, s. c. quantitative determination of cytotoxic firedo-nor-oleanane derivatives form five mosphological types of maytenus ilicifolia (celastraceae) by reverse phase high performance liquid chromatography. phytochem. anal., v.12, p.1-4, 2001. 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[ links ] recebido em 05.03.2002 aceito em 01.04.2002 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200033  eq-vol30n04 primeiras pags.pmd 27 volume 30, número 4, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(4): 27-32, 2005 influência da temperatura de formação do íon de keggin no processo de pilarização de esmectitas *d. l. guerra, v. p. lemos, e. f. fernandes, r. s. angélica e m. l. da costa. centro de geociências (cg) – universidade federal do pará ufpa-pará-pa * dlguerra@ufpa.br resumo: as amostras de esmectita do estado do pará, amazônia, brasil foram caracterizados utilizando xrd, ftir e análise textural por curvas isotérmicas adsorpition-desorption nitrogênio. na produção das argilas pilarizadas foi usado o íon al 13 (o íon de keggin), este íon foi obtido pela reação das soluções alc l3 6h 2 o / naoh, com razão molar oh/al=2, com intercalação em temperatura ambiente, durante as 3 horas e calcinada em 450oc (temperatura adequada da calcinação). o material foi preparado utilizando soluções produzidas na faixa de temperatura de 25, 45, 65, 85, 105oc, o resultado mostrou que o processo de pilarização aumenta o espaçamento basal da argila natural de 14,02 para 19,74 å e a área superficial de 44,30 para 198,03m2/g. a estabilidade térmica da argila natural foi melhorada pelo procedimento de pilarização. palavras-chave: argila pilarizada; al 13 ; esmectita. introdução o processo de pilarização consiste na troca iônica entre íons presentes nos espaços interlamelares (na+ e ca++) de argilas dos grupos das esmectitas, especialmente as dioctaédricas (montmorilonita, beidelita e nontronita) [1], por polihidroxications. vários polihidrocátions (al, fe, zr, cr, ti e ga) têm sido utilizados na preparação de argilas pilarizadas [2]. o mais comum é o íon de keggin ([al 13 o 4 (oh) 24 (h 2 o) 12 ]+7), conhecido como al 13 [3,4], produzindo inicialmente uma argila intercalada, ou seja, esmectita com o polihidroxicátion na região interlamelar [3]. nesta fase do processo aumenta a acidez de brönsted em relação à argila original [5]. a troca iônica entre os cátions interlamelares de uma esmectita dioctaédrica, como a montmorilonita (ctc) entre 40 a 150 meq/100g de argila, e o poli-hidroxicátion de al é exemplificada pela reação 1[3,5]. m x +(si 8 )iv (al)vi 4-x (mg, fe)vi x o 20 (oh) 4 + al13 + h 2 o ’ xm+ +(al 13 )h+[(si 8 )iv (al)vi 4-x (mg, fé)vi x o 20 (oh) 4 ] + oh (reação 1) após calcinação, em temperatura entre 300 a 600oc, ocorre a desidroxilação dos íons intercalantes e formação de pilares de al 2 o 3 com liberação de prótons, desaparecimento quase que por completo da acidez de brönsted e aumento da acidez de lewis [3,6,7]. [al 13 o 4 (oh) 24 (h 2 o) 12 ]h+[(si 8 )iv (al)vi 4-x (mg, fé)vi x o 20 (oh) 4 ](em t=300-500oc) ’xx (al 2 o 3 ) 6,5 [(si 8 )iv (al)vi 4-x (mg, fé)vi x o 20 (oh) 4 ] + 22,5 h+ + 26,5 oh (reação 2) os pilares de al 2 o 3 funcionam como sustentadores da estrutura esmectítica (figura 1) e conferem ao sistema maior caráter ácido (acidez de lewis), resultante de grupos funcionais formados em suas partes externas e da ligação pilar-lamela. os centros ácidos aumentam com o número de pilares e decrescem com a temperatura de calcinação [8]. eq-vol30n04 04.pmd 26/12/2005, 19:2027 28 ecl. quím., são paulo, 30(4): 27-32, 2005 figura1: representação esquemática do processo de pilarização[8]. em geral os principais fatores que afetam a pilarização de esmectitas são as composições química e mineralógica, ctc da argila original e condições de preparação da solução pilarizante. a eficiência da solução pilarizante depende da concentração do íon metálico, grau de hidrólise (r= [oh]/[metal]), temperatura e tempo de envelhecimento[2,4,8]. este trabalho apresenta os efeitos produzidos em termos estruturais (espaçamento basal, distância interlamelar e número de pilares) e texturais (área específica e volume total de poros) em amostras de nontronita pilarizadas com al 13 obtido em temperatura ambiente (ta=25oc), 45, 65, 85, 105oc e mantendo-se constantes o grau de hidrólise, tempo de envelhecimento e temperatura de calcinação. materiais e métodos esmectita original a amostra de esmectita usada neste trabalho pertence ao nível argiloso de um perfil laterítico, proveniente da serra de maicuru, situada no município de monte alegre-pará [9]. a amostra foi caracterizada através de análises por difração de raios x (lâminas orientadas secas ao ar, sob atmosfera de etileno glicol e calcinas a 500 oc, teste de solubilidade com solução de hcl, ctc e análise química total. estas análises indicaram que a esmectita é dioctaédrica, com ctc=58, parâmetro b=9,070å, equivalente ao de esmectita do tipo nontronita[10]. preparação da solução pilarizante e pilarização as soluções pilarizantes foram preparadas através do método clássico indicado na literatura [11] que recomenda utilizar soluções aquosas, 0,20 mol.l-1, de alcl 3 .6h 2 o e lenta adição de naoh 0,20mol.l-1 até alcançar razão molar (oh/al) = 2.0. as soluções foram preparadas em temperatura ambiente (ta=25oc), 45, 65, 85 e 105oc sob agitação magnética durante 3 h e tempo de envelhecimento de 4 dias. no final da preparação as soluções apresentaram ph= 4 a 4,5. a pilarização foi efetuada a partir de suspensões aquosas constituídas de soluções pilarizantes, obtidas sob diferentes temperaturas, e argila em proporção equivalente a 15 meq al/g de argila, conforme indicações apontadas em trabalhos experimentais [3,8,9]. as suspensões aquosas sofreram agitação magnética durante 3 h em temperatura ambiente e depois foram submetidas a centrifugação, lavagens com água destilada, secagem a 80oc e calcinação em temperatura de 450o c. propriedades estruturais dos materiais foram obtidas a partir de análises por difração de raios x (drx), espectroscopia iv com transformada de fourier (espectros ftir), análise termogravimétrica (curvas tg) e análise química do al por espectrometria de absorção atômica. as análises por drx foram realizadas através método do pó para uma amostra sem orientação preferencial. as análises foram realizadas em um difratômetro da philips, modelo pw1050, controlado por um sistema pw 3710, com radiação kα do cobre (1,54060å), monocromador de ni, gerador de tensão de 45kv e corrente no gerador de 35ma. para obtenção dos espectros ftir foram preparadas inicialmente pastilhas das amostras, pulverizadas a 6,5 % em kbr, prensadas a 7 ton sob vácuo para remover a umidade e auxiliar a prensagem. as análises foram realizadas em um espectrômetro de absorção molecular na região iv com transformada de fourier, modelo perkin elmer, ft-ir 1760 x. as curvas tg foram obtidas através de análises em um termoanalisador stanton redcroft com interface pc. as análises foram feitas em atmosfera de o 2 , com um intervalo de temperatura de 25 a 1100o c com velocidade de aquecimento de 20oc/min. propriedades texturais dos materiais a partir das isotermas de adsorçãodessorção de n 2 foram determinados a área superficial específica (s) e volume total de poros eq-vol30n04 04.pmd 26/12/2005, 19:2028 29ecl. quím., são paulo, 30(4): 27-32, 2005 (v t.poros ), em p/p 0 = 0,998955 em um analisador de adsorção gasosa quantachrome/nova-1200/5. 01 os valores de s foram calculados através da equação bet (brunaueremmett-teller)[12]. v t . poros pode ser considerado igual ao volume de n 2 líquido (v liq ), obtido pela multiplicação do volume de n 2 adsorvido (v ads ) pelo fator de conversão: p.v m /rt (equação 1)[13], onde v m = volume molar de n 2 líquido= 34,7 cm3/mol. em resumo, v t.poros = v ads (pv m /rt (equação 1’ )[13] resultados e discussão os dados de drx (tabela 1 e figura 2) mostram a expansão do espaçamento basal, de 14,02 å, na esmectita original, para 17,24 a 19,74 å, nas amostras pilarizadas pilc ta a pilc 105 , respectivamente. a intensidade da expansão pode ser avaliada pela distância interlamelar (d int ) que é calculada através da equação: d int = d(001) alpilc – d(001) original (equação 2)[14] o maior valor de d int foi obtido para alpilc ta (d int = 5,72 å), sendo portanto a amostra que sofreu maior expansão.outras amostras de esmectitas pilarizadas com al 13 [3,5,6] apresentam valores de d intr inferiores aos das amostras neste estudo. observa-se na figura 2 que não há variação aparente entre as intensidades das reflexões d(001), indicando que o al 13 deve ter sido introduzido em concentrações bem próximas nas amostras de nontronita. a densidade dos pilares foi outro parâmetro estrutural investigado. este parâmetro é refletido pela distância interlamelar, distância interpilar e número de espécies intercaladas entre as lamelas da argila, que é igual ao númeno de pilares. quanto maior o número de pilares maior a densidade da tabela 1. dados estruturais e texturais de esmectitas naturais e pilarizadas com al 13 * calculado neste trabalho com base em dados obtidos na literatura [5, 16] figura 2. drx: (a) pilc ta ; (b)pilc 45 ; (c)pilc 65 ; (d)pilc 85 ; (e)pilc 105 . argila pilarizada [5,14,15]. o número de pilares (np) é determinado a partir da quantidade de al incorporado no processo de pilarização. considerase que para cada pilar formado há intercalação de eq-vol30n04 04.pmd 26/12/2005, 19:2029 30 ecl. quím., são paulo, 30(4): 27-32, 2005 um poli-hidroxicátion no espaço interlamelar [15]. com base nas observações acima e na equação clássica para a determinação do número de átomos, moléculas ou particulas de x (equação 3), no= (mmol/espécie)x n, onde n= no de avogadro (equação 3) calcula-se o no de mmol al/g de argila e np através das equações 4 e 5, respectivamente: mmol al/g de argila= [ (mmol al/g ) pilc – (mmol al/g) original ] (equação 4) np= (mmol al/g de argila) x n (equação 5). (n= no de avogadro ) nas amostras pilc ta a pilc 105 os valores de mmol/g de al introduzido/g argila e np aumentam gradualmente (tabela 1 e figura 2) com o decréscimo da temperatura de preparação da solução pilarizante. este é o comportamento esperado para a concentração do al no al 13 , conforme apontam os dados obtidos experimentalmente, onde foram avaliadas as concentrações de al nas espécies monomérica, al 13 e polimérica a partir de soluções aquosas de cloridrato de alumínio preparadas em diferentes temperaturas. foi demonstrado através dessas experiências que a concentração do al no al 13 mantém-se constante em t=90-100oc e apresenta aumento significativo com o decréscimo da temperatura (de 100 a 50 oc). em t=50oc a concentração de al no al 13 predomina em relação às das espécies monomérica e polimérica [2]. os valores de np obtidos para pilc ta a pilc 105 indicam que a amostra pilc ta é a que apresenta maior densidade dos pilares. estes valores estão na mesma ordem de grandeza daqueles reportados por salerno e mendioroz (2002) [5] e dez vezes superiores aos de tang et al (1995) [15]. as regiões de baixas freqüências dos espectros ftir das amostras pilarizadas assemelham-se entre si (figura 3) e não apresentam diferenças significativas em relação à amostra natural. observa-se apenas como pequena divergência um discreto deslocamento do ombro em 654 cm-1 na esmectita natural para 667 cm-1 nas amostras pilarizadas. esta observação foi feita também por kloprogge et al. (2002) [16] em esmectita intercalada com al 13 a 60 oc, sendo a vibração nesta região atribuída à ligação al-o em coordenação tetraédrica. outro aspecto interessante observado nesta esmectita intercalada é o aumento da intensidade da vibração de deformação da molécula deágua em 1636 cm-1 que foi relacionada a molécula de água residual do al 13 . na região em destaque do espectro da amostra natural (figura 3) encontramse indicados os números de onda (cm-1) correspondentes as seguintes espécies: si-o 6-7 em 1110 , 754 e 480 cm-1 fe(iii)-o em coordenação tetraédrica17 em 1014 cm-1 hidroxilas nos grupos aloh e al 2 oh 6-7 em 911 cm-1 nas regiões de altas freqüências as diferenças entre os espectros ftir das amostras pilarizadas e naturais podem ser ressaltadas quando as análises são efetuadas sob condições especiais, por exemplo, trocas seletivas h/d e adsorção com nh 3 ou piridina [16]. as curvas tg das amostras pilc ta a pilc 105 não mostram mudanças aparentes entre si (figura 4). a faixa de temperatura da reação de desidroxilação (reação endotérmica) é praticamente a mesma para todas as amostras. as formas dessas curvas demonstram que são imperceptíveis as diferenças de pesos devido à desidroxilação. estas características podem indicar em princípio que são pouco expressivas as diferenças entre as estabilidades térmicas das amostras pilc ta a pilc 105 . entretanto, se a avaliação da estabilidade térmica destas amostras é efetuada com base no número de pilares verifica-se que a pilc ta é a que apresenta maior estabilidade térmica, pois tem-se conhecimento que o aumento da estabilidade térmica é refletido pelo aumento da densidade e distribuição dos pilares. quanto maior o número de pilares maior será a distância interlamelar e densidade dos pilares e menor será a distância interpilar [5, 14]. figura 3. variação do número de pilares (np/g de argila) nas amostras pilc ta a pilc 105 com a temperatura de preparação da solução pilarizante . eq-vol30n04 04.pmd 26/12/2005, 19:2030 31ecl. quím., são paulo, 30(4): 27-32, 2005 as amostras de nontronita pilarizadas, principalmente a pilc ta , apresentam distâncias interlamelares e número de pilares que se enquadram entre os materiais microporosos. a ordem de grandeza destes parâmetros nas amostras pilc ta a pilc 105 é equivalente aos de materiais que têm grande acesso a moléculas de pequenas dimensões, como n 2 cujo diâmetro cinético é 3,64 å[13, 18]. as isotermas de adsorção-dessorção de n 2 destes materiais (figura 6) assemelham-se com as de amostras de saponita pilarizas com al 13 a 400oc (amostras stpm e stps), classificadas segundo bddt (brunauer, deming, deming, teller) como isotermas de transição entre os tipos i e iv com histeresis h4 bem definidas [19]. os valores obtidos para volume total de poros (v total ) e área específica (s ) (tabela 1), indicam aumento de pilc 105 para pilc ta . este aumento verificado para estas amostras, assim como para outras da literatura, está diretamente relacionado com o aumento da distância interlamelar e do número de pilares (tabela 1) e decréscimo da distância interpilar. as relações observadas entre os três últimos parâmetros e a porosidade de argilas pilarizadas estão de acordo com as observações feitas na literatura [2,14,15,16]. observa-se na figura 4. espectros ftir para as amostras natural (a) e pilc ta a pilc 105 (b a f, respectivamente. figura 5. curvas tg das amostras pilc 105 a pilc ta (a,e respectivamente). tabela 1 que os valores de volume total de poros nas amostras pilc ta a pilc 105 são bem próximos aos das amostras stpm e stps[19] e bem inferiores aos das amostras loc30, loc10 e loc5[5]. a área específica na amostra pilc ta é praticamente equivalente a da loc5. as outras amostras (pilc 45 a pilc 105 ) apresentam valores de s bem inferiores aos das amostras tomadas como referências. figura 6. isotermas de adsorção-dessorção para as amostras pilarizadas. conclusões os dados obtidos neste estudo indicaram que a temperatura da solução pilarizante influencia diretamente na produção do íon de keggin (al 13 ). foi verificado que o decréscimo da temperatura (δt=105 oc até temperatura ambiente) de formação do al 13 favorece o aumento dos seguintes parâmetros nas amostras pilc 105 a pilc ta : espaçamento basal d(001) que se expande de 17,24 para 19,74å; distância interlamelar de 3,22 para 5,72 å, número de pilares de 4,93 x 1020 para 10,65 x 1020, eq-vol30n04 04.pmd 26/12/2005, 19:2031 32 ecl. quím., são paulo, 30(4): 27-32, 2005 área específica de 123 para 198m2g-1 e volume total de poros de 0,25 para 0,47 cm3.g-1. estes dados indicam que a amostra pilc ta é a que apresenta maior estabilidade térmica e menor distância interpilar. as propriedades estruturais e texturais das amostras pilarizadas neste estudo comparadas com as de outras amostras tomadas como referências, indicaram pequenas diferenças entre os dados de drx (distância interlamelar e numero de pilares) e área específica das amostras, com exceção da pilc ta que apresentou valor (s=198 m2.g-1) muito próximo da loc5 (s=192 m2.g-1)5. um dos fatores que deve favorecer as diferenças nas propriedades das amostras aqui pilarizadas e as de referências é a composição química da esmectita original usada na pilarização, que é bem distinta para nontronita (esmectita original neste estudo), montmorilonita e saponita (esmectitas originais para as amostras pilarizadas de referências). agradecimentos os autores agradecem ao centro de geociências (cg-ufpa) com o seu corpo técnico e ao cnpq pelo suporte financeiro. recebido em : 06/06/2005 aceito em: 27/10/2005 d. l. guerra, v. p. lemos, e. f. fernandes, r. s. angélica e m. l. da costa. influence of keggin’s ion formation temperature on smectite pilarization. abstract: clays pillared with keggin ions (al-pilc) have been synthesized at oh/al=2 molar ratio and various pretreatment temperatures (ambient temperature to 105oc) in order to determine the optimum preparation conditions of the pillaring agent (al 13 ). the evolution of basal spacing, ftir spectra, tgcurves, surface area and pillars number in function of temperatures of al 13 formation were studied. it was observed an increase number pillars and surface area at low temperatures. keywords: pillared clay; al 13 ; smectite. referências [1] d.m. moore, jr, r.c. reynolds, x-ray diffraction and the identification and analysis of clay minerals, oxiford university press. 2rd edn., oxford, 1997. 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[33] g. a. shabir, j. chromatogr. a, 987 (2003) 57. biorremediação de solos contaminados por petróleo e seus derivados jul iano de almeida andrade1, fabio augusto2 & isabel cristina sales fontes jardim3 1 laboratório de pesquisas em cromatografi a líquida (labcrom), departamento de química analítica (dqa), instituto de química (iq), universidade estadual de campinas (unicamp), caixa postal 6154, cep 13084-971, campinas, sp, brasil. e-mail: jaa1000@ gmail.com. 2 laboratório de cromatografi a gasosa (lcg), dqa, iq, unicamp. 3 labcrom, dqa, iq, unicamp. resumo: em vista da eficiência comprovada da biorremediação na degradação de compostos tóxicos ao ser humano, como o benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (btex), diversas empresas, principalmente as relacionadas com consultorias e remediação ambiental, têm despertado grandes interesses pela implantação da biorremediação como opção para a reabilitação de áreas contaminadas. em países desenvolvidos, como os estados unidos, canadá e vários países da europa, a técnica bioquímica de remediação vem sendo amplamente utilizada em trabalhos que se baseiam, por exemplo, no tratamento de solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo. porém, ao contrário do que se tem notado nesses países, no brasil, os projetos de biorremediação ainda estão no campo da teoria, com poucos casos práticos, embora exista uma probabilidade real de expansão. a esse despeito, uma das maiores pertinências dessa revisão é elucidar as vantagens que essa técnica pode oferecer quando é utilizada para a degradação de compostos, como os btex, em solos tipicamente brasileiros, cujas características físico-químicas contribuem, em muito, para a degradação desses contaminantes. nessa conjuntura, pesquisas revelam que os fatores ambientais (como teores de umidade e oxigênio) e a disponibilidade de nutrientes nos solos, além das condições climáticas do brasil, são bastante adequadas para o emprego dessa técnica. isso pode trazer como vantagens, ótima relação custo-benefício e maior eficiência na degradação de compostos tóxicos e recalcitrantes frente à maioria das técnicas convencionais de remediação. em síntese, a presente revisão busca enfocar o estado da arte das técnicas de biorremediação de contaminantes em solos, apresentando as mais atuais e recentes aplicações e inovações, tanto no âmbito nacional quanto no internacional. termos de indexação: biorremediação; degradação; contaminantes; hidrocarbonetos de petróleo – btex; solos; tratamento de áreas contaminadas. contaminação de solos por petróleo e seus derivados o mundo atual está cada vez mais dependente do petróleo e de seus derivados para a manutenção de sua atividade industrial. durante a exploração, o refi no, o transporte e as operações de armazenamento do petróleo e/ou de seus derivados podem vir a ocorrer derramamentos acidentais ocasionando a contaminação de solos, rios, etc. tais ocorrências vêm motivando, principalmente, a realização de pesquisas relacionadas com a remediação de sítios contaminados (aislabie et al., 2004; marín et al., 2006). o que se tem notado, nas duas últimas décadas, é que a poluição causada por petróleo e ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201018 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 19 artigo article artigo article seus derivados tem sido um dos principais problemas ao meio ambiente. quando ocorre o derramamento de gasolina em solos, por exemplo, uma das principais preocupações é a contaminação das águas subterrâneas, que também podem contaminar, especialmente, os aquíferos que são usados como fontes de abastecimento de água para o consumo humano (custance et al., 1992). os frequentes derramamentos de petróleo e seus derivados registrados em solos brasileiros vêm motivando o desenvolvimento de novas técnicas que visam, principalmente, a descontaminação dessas matrizes. diante disso, diversas técnicas, físicas, químicas e biológicas, vêm sendo desenvolvidas para a remoção ou a degradação in-situ ou ex-situ de petróleo derramado e para a redução de seus efeitos sobre o ecossistema, especialmente os tóxicos. dentre as técnicas desenvolvidas, a “biorremediação” vem se destacando como uma alternativa viável e promissora para o tratamento de solos contaminados por petróleo e seus derivados (bento et al., 2003; dua et al., 2002; rahman et al., 2002). de modo geral, a biorremediação baseia-se na degradação bioquímica dos contaminantes por meio da atividade de microorganismos presentes ou adicionados no local de contaminação (bernoth et al., 2000). neste caso, os tratamentos são basicamente de dois tipos: 1) ex-situ (ou off-site), realizado fora do local onde ocorreu a contaminação e, por isso, é um tratamento que requer a escavação e a remoção do solo contaminado para outro local. a adoção deste procedimento pode resultar em um aumento considerável do custo do processo, porém, não obstante a essa desvantagem, é possível controlar, com maior facilidade, as condicionantes do meio (vide o item “fatores que infl uenciam a biodegradabilidade dos contaminantes”), que são consideradas os fatores-chave utilizados no tratamento dos solos; 2) in-situ (ou on-site), tratamento feito no próprio local da contaminação. normalmente, essa opção de biorremediação torna o processo mais atrativo e economicamente viável, quando comparado ao tratamento citado anteriormente. além disso, o tratamento in-situ, normalmente, acarreta em menores impactos ambientais advindos da remediação da área contaminada (nano et al., 2003). principais contaminantes de petróleo e seus derivados em solos o petróleo é uma mistura complexa que contém vários compostos, sendo que os hidrocarbonetos representam a fração majoritária. de acordo com a sua origem, as suas composições químicas e as suas propriedades físicas variam de um campo petrolífero para outro. devido, principalmente, à complexidade dessa mistura, normalmente o tratamento de áreas contaminadas por essas substâncias é bastante difícil e problemático. em solos contaminados por petróleo e seus derivados, alguns contaminantes se destacam frente aos demais. neste caso, de forma geral, os compostos de interesse que exigem maior preocupação ambiental e que, normalmente, são os principais a serem identifi cados e quantifi cados antes e durante um processo de remediação, são: benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (isômeros: orto-, metae para-xileno). esses compostos, conhecidos também como btex, são defi nidos como hidrocarbonetos monoaromáticos, cujas estruturas moleculares possuem como característica principal a presença do anel benzênico. são usados, principalmente, em solventes e em combustíveis e são os constituintes mais solúveis na fração da gasolina. compostos como os btex, constituem em um grande problema, não somente no brasil, mas em todo o mundo. esses compostos aromáticos são tóxicos tanto ao meio ambiente como ao ser humano, nos quais atuam como depressores do sistema nervoso central e apresentam toxicidade crônica mais signifi cativa que os hidrocarbonetos alifáticos (também presentes no petróleo e derivados), mesmo em concentrações da ordem de μg l-1 (watts et al., 2000). o benzeno é reconhecidamente o composto mais tóxico dentre os btex e, por isso, pode ser apontado como o agente mais preocupante no tocante à saúde pública. segundo a agência internacional de pesquisa de câncer (international agency for research on câncer – iarc), órgão da organização mundial da saúde, o benzeno se classifi ca no grupo i, ou seja, é uma substância comprovadamente cancerígena e que também pode causar leucemia em seres humanos. assim como a iarc, nos estados unidos, a agência de saúde e segurança ocupacional (national institute for occupational safety and health – niosh), bem como a agência de proteção ambiental (environmental protection agency – epa) também incluem o benzeno em suas listas de produtos cancerígenos (epa, 2003a; iarc, 2006; niosh, 2006). daí, a importância considerável em monitorar esses contaminantes em episódios de contaminações. em solos contaminados por petróleo e seus derivados, além dos btex, geralmente, outras classes de compostos também são alvos de atenção, como os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (hpa), os compostos orgânicos voláteis (cov) totais e os hidrocarbonetos totais de petróleo (htp). os compostos btex, hpa e htp são escolhidos, principalmente, pela toxicidade, mobilidade e persistência no meio ambiente; os cov totais, por representarem o total de emissões gasosas, como perdas por volatilização provenientes do derramamento. assim, qualquer contaminação oriunda dessas fontes merece atenção, não apenas pelo contato direto (como a inalação de vapores) desses compostos indevidamente dispostos no solo, mas também quanto à sua presença em águas utilizadas para o consumo humano. tipos de tratamento de solos o objetivo desse tópico é introduzir as técnicas de remediação mais empregadas atualmente no tratamento de solos contaminados por petróleo e seus derivados, que serão descritas brevemente, a seguir. para isto, será exemplifi cada cada técnica de remediação: química (oxidação química in-situ), biológica (atenuação natural e biorremediação) e física (extração de vapores no solo). assim, dentre as formas de tratamento existentes, com base no objeto principal do presente artigo, somente a biorremediação será descrita em detalhes. de modo geral, deve-se salientar que cada técnica de tratamento é dependente de vários fatores, a saber: 1) condições físicas, químicas e biológicas do local contaminado; 2) concentração do contaminante e; 3) tempo requerido para a degradação ou a remoção do composto alvo, conforme a técnica empregada. em todos os processos de tratamento existe uma correlação direta entre o tempo requerido para a remediação da área e o custo total, como pode ser visto na figura 1, que mostra a faixa de valor cobrado para a descontaminação de um metro cúbico (m3) de solo, usando diferentes técnicas de remediação. ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201020 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 21 artigo article artigo article custo do tratamento por m de solo (dólar)3 t ip o de t ra ta m en to d e so lo 820 1640 24600 incineração aterro lavagem biorremediação in-situ figura 1. comparação entre os custos do tratamento de solos empregando diferentes técnicas de remediação (modifi cado de epa) a análise da figura 1 permite observar que a biorremediação é a técnica que apresenta o custo de tratamento mais baixo quando comparado às demais. a incineração caracteriza-se por apresentar custos maiores relacionados ao tratamento de solos e, consequentemente, à inviabilidade do processo, dependendo do volume de solo a ser tratado. utilizando a incineração como opção de tratamento, dependendo do tipo de composto a ser destruído, o custo total do processo pode chegar, aproximadamente, em 2.665 dólares para cada m3 de solo tratado. salienta-se, porém, que aqui o objetivo não é desprezar e nem desmerecer uma técnica ou outra e, sim, elucidar algumas vantagens apresentadas na utilização da biorremediação. sendo que esta, assim como qualquer outra técnica, traz diversas vantagens e limitações. por isso, sugere-se que cada caso seja analisado criteriosa e individualmente, principalmente, quando tratar da tomada de decisão para a escolha da técnica de remediação a ser empregada. oxidação química in-situ a oxidação química in-situ, consiste na injeção de produtos químicos reativos diretamente no local contaminado, com o objetivo de degradar rapidamente os contaminantes por meio de reações químicas que promovem a oxidação ou a redução das espécies de interesse presentes em uma determinada área. também conhecido como isco (in-situ chemical oxidation), segundo brown (2003), esse processo é mais frequentemente empregado em locais contendo concentrações elevadas do contaminante, geralmente, presentes na fonte e na “pluma” de contaminação. a pluma é defi nida como o local onde estão distribuídos os contaminantes, normalmente lançados a partir de uma fonte pontual. a extensão e a expansão da pluma, normalmente, é prevista com o auxílio de modelos teóricos e cálculos matemáticos, cujos dados são obtidos após a caracterização do solo (como a permeabilidade), da água subterrânea (como o gradiente hidráulico, a velocidade e o tipo de recarga) e dos contaminantes que estão sendo despejados. em áreas altamente contaminadas a oxidação química pode ser uma etapa de pré-tratamento que promove melhores condições para o emprego de outras técnicas, como os tratamentos biológicos. destes, fazem parte a biorremediação e a atenuação natural monitorada ou acelerada, que geralmente são técnicas menos onerosas que as químicas (epa, 2001a e 2004a). dentre os processos químicos emergentes para o tratamento de solos, os processos oxidativos avançados (poa) destacam-se como uma alternativa promissora, pois, envolvem a geração de espécies químicas radicalares e altamente oxidantes, como o radical hidroxila (oh•). esses radicais são capazes de destruírem ou hidrolisarem, em curto período de tempo, contaminantes considerados de difícil degradação, como os hidrocarbonetos de petróleo. os poa, em função de suas efi ciências comprovadas na degradação de contaminantes de petróleo e seus derivados, representam, atualmente, uma alternativa importante para a mitigação de problemas ambientais (andrade, 2005). dentre as técnicas químicas relacionadas com os poa, as mais utilizadas são: reagente de fenton (h2o2/fe2+/h+), persulfato (s2o8 2-), permanganato (mno4 -), ozônio (o3/uv; o3/h2o2/uv; o3/ -oh; o3/h2o2), h2o2/uv e fotocatálise heterogênea (tio2/uv). o regente de fenton destaca-se frente aos demais poa, por ser capaz de gerar o radical oh• mesmo na ausência de luz, ao contrário dos processos que utilizam a radiação ultravioleta para catalisar a reação. além dessa vantagem, esse processo, em função da sua natureza homogênea, é de fácil implementação, mesmo para a remediação de matrizes complexas, como os solos e as águas subterrâneas (andrade, 2005). no caso particular da remediação de solos, a presença de espécies de ferro de origem natural, encontradas na maioria desses compartimentos ambientais, permite a utilização do reagente de fenton apenas por adição do agente oxidante no sistema (peralta-zamora & tiburtius, 2004). neste caso, dentre os oxidantes disponíveis (ozônio, peróxidos de hidrogênio e de cálcio, persulfato de sódio, permanganatos de sódio e de potássio), o mais empregado é o peróxido de hidrogênio, que apresenta alguns benefícios em relação aos demais oxidantes, como reatividade elevada, custos baixos e facilidades no manuseio e na aplicação. adicionalmente, em pesquisas voltadas para a otimização do reagente de fenton na remediação de matrizes contaminadas por hidrocarbonetos de petróleo, andrade (2005) demonstra que é possível aumentar a efi ciência desse reagente na degradação de btex utilizando agentes complexantes no meio reacional. este processo foi denominado pelo autor de reagente de fenton modifi cado (rfm). a partir desses estudos, desenvolveu-se um reagente registrado como fentox® (patente de invenção pi-0501652-5), que apresenta cinética de reação bastante elevada na degradação de contaminantes orgânicos, como os btex. segundo o autor, a adição de complexantes permite que a degradação de compostos recalcitrantes, mediada pelo rfm, seja facilitada e acelerada. além disso, o processo traz como principal vantagem frente ao reagente de fenton convencional, a possibilidade de trabalhar em matrizes ambientais sem que seja necessário o condicionamento adequado do local, previamente à aplicação dos reagentes. ressalta-se que, para que o reagente de fenton convencional tenha efi ciência máxima é necessário ajustar o valor de ph para valores próximos a 3,0 (andrade, 2005). atenuação natural o termo “atenuação natural” tem sido empregado para descrever a remediação passiva de solo que envolve a ocorrência de diversos processos, de origens naturais, como a biodegradação, a volatilização, a dispersão, a diluição e a adsorção, promovidos na subsuperfície. dentre estes, somente a biodegradação, facilitada por microorganismos, destrói fi sicamente os contaminantes de interesse. os demais processos citados envolvem, basicamente, a transferência dos contaminantes de um local para outro ou a retenção do contaminante, no caso do processo de sorção. a principal vantagem do processo de atenuação natural é que, mesmo sem o acréscimo de nutrientes no solo ou a adequação de qualquer condição ambiental, a redução do contaminante pode acontecer de maneira ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201022 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 23 artigo article artigo article efi ciente e contínua. isso ocorre devido, principalmente, ao processo de adaptação natural da microbiota nativa existente no solo impactado. neste caso, esses microorganismos passam a utilizar em seus metabolismos os compostos orgânicos poluentes como fontes de carbono, provocando, então, a redução das concentrações dessas substâncias ao longo do tempo (robb & moyer, 2001). além disso, o solo contaminado está sujeito aos processos intempéricos de origem natural, nos quais, não somente os processos biológicos (como o processo descrito anteriormente), mas também os físicos e químicos, como a “lixiviação” (processo através do qual ocorre o arraste vertical, pela infi ltração da água, de partículas, dissolvidas ou em suspensão, da superfície do solo para as camadas mais profundas) e a volatilização, podem estar envolvidos na redução da concentração do poluente no solo. a utilização desse processo, como opção principal de remediação, requer algumas ressalvas, haja vista que as condições do meio, inclusive o tipo e a concentração dos contaminantes, podem não contribuir para a redução de substâncias tóxicas e recalcitrantes e, consequentemente, aumentam os riscos de contaminação de pessoas e animais. por esses motivos, o emprego da atenuação natural é permitido e até recomendado, desde que sejam respeitados os resultados obtidos em estudos preliminares sobre a avaliação de risco da exposição da população, elaborada dentro de um cenário real para o uso futuro da área. normalmente, processos de atenuação natural costumam durar de meses a anos. por isso, o tempo e a porcentagem de degradação dos contaminantes podem ser muito lentos e até imprevisíveis. é justamente por essa consideração, que, na maioria dos casos, é necessário que esse processo de tratamento seja monitorado rigorosa e periodicamente. este processo, denominado de “atenuação natural monitorada” (anm), é um dos mais utilizados nos eua para a redução do impacto ambiental causado por contaminações de solos com compostos orgânicos. devido aos custos elevados envolvidos na remediação de áreas contaminadas, a atenuação natural com monitoramento tem sido adotada como uma possibilidade de intervenção em locais contaminados por substâncias orgânicas biodegradáveis, nas condições naturais do meio. esta alternativa baseia-se na capacidade de atenuação natural de contaminantes, no solo e nas águas subterrâneas, a qual, em geral, ocorre durante um longo período de tempo, no qual não devem ocorrer riscos à saúde pública, ao meio ambiente e aos demais bens a proteger. a adoção da técnica deve ser precedida de um estudo criterioso que inclua a previsão da evolução das plumas de contaminação, a metodologia de avaliação de risco e o monitoramento durante o período necessário para que se atinjam as metas de remediação desejáveis. apesar disso, considerando principalmente o tempo necessário para a reabilitação da área, a anm pode ser onerosa, gerando custos signifi cativos, caso a atenuação se estenda por um longo período de tempo. casos como este, comumente, exigem o tratamento in-situ ou ex-situ do solo impactado (epa, 2004b). extração de vapores no solo (sve) a extração de vapores no solo, também conhecida como sve (soil vapor extraction), é uma técnica de remediação comumente empregada no tratamento de solos contaminados, porém, deve-se ressaltar que essa técnica é aplicada somente à “zona não-saturada” (zona que se situa imediatamente abaixo da superfície topográfi ca e acima do nível freático, onde os espaços entre as partículas estão parcialmente preenchidos por gases, essencialmente ar atmosférico e vapor de água, e por água. a água contida nessa zona encontra-se à pressão atmosférica, podendo ser utilizada pelas raízes das plantas ou contribuir para o aumento das reservas de água subterrânea). de modo geral, a sve baseia-se na aplicação de vácuo em pontos estratégicos do solo, a fi m de induzir o fl uxo controlado de ar e, então, remover os contaminantes presentes no solo, sobretudo, nas regiões da subsuperfície. nessa técnica, os gases extraídos devem, obrigatoriamente, passar por etapas de tratamento de vapores, antes de serem lançados para a atmosfera. há duas condições-chave requeridas para o emprego de sve. a primeira, é que o solo deve conter uma fase gasosa, através da qual o ar contaminado irá passar. esta condição geralmente limita o emprego da sve na “zona vadosa” (o mesmo que zona não-saturada). em alguns casos, para melhorar a efi ciência dessa técnica, a água subterrânea é bombeada para abaixar o nível d’água (n.a.) e, consequentemente, aumentar a área da zona não-saturada, permitindo a aplicação da sve em áreas classifi cadas anteriormente como “zona saturada” (zona que pode ser constituída por diferentes níveis ou camadas de solo ou formações rochosas, onde todos os espaços porosos ou faturas existentes estão completamente preenchidos por água. o limite superior dessa zona é designado como o nível freático). a segunda condição, é que os contaminantes devem ser capazes de se transferirem de outras fases (sólida, aquosa ou orgânica) para a fase gasosa, sob a aplicação de vácuo. este requerimento limita a sve ao tratamento de compostos voláteis ou semivoláteis, que constituem a maior parte dos contaminantes orgânicos de interesse, como os btex. em suma, no tocante às extrações dos contaminantes por sve, duas técnicas são utilizadas: uma denominada “vertical” e outra “horizontal”. no primeiro caso, os gases são extraídos a partir de pontos específi cos construídos (perfurados) sobre a pluma de contaminação. normalmente, o processo é efi ciente em profundidades maiores que um metro abaixo da superfície do solo. a segunda técnica, extração horizontal, na maioria das vezes, dependendo da geometria da pluma de contaminação, na maioria das vezes, é instalada em conjunto com a vertical, cuja fi nalidade é melhorar a efi ciência da extração e evitar que os gases contaminantes sejam lançados na atmosfera, antes de tratamento adequado. os poços de extração de vapor devem ser dispostos de forma que as suas zonas de infl uência (geralmente determinadas em teste piloto) se interceptem e devem ser adequadamente projetados e instalados, para evitar zonas potenciais de estagnação (áreas impactadas onde o ar não é removido pelos poços de extração). a técnica sve é aplicada somente para os compostos orgânicos voláteis que apresentam o valor da constante de henry maior que 0,01 ou a pressão de vapor maior que 0,5 mm de hg. outros fatores, como a umidade e a quantidade de matéria orgânica, afetam consideravelmente a permeabilidade do solo e, por consequência, diminuem a efi ciência do sistema de extração. o fato de o processo envolver fl uxo contínuo de ar no solo ocasiona, como vantagem, a possibilidade de promover e estimular a biodegradação in-situ dos compostos de baixa volatilidade, que possam estar presentes no local. a limitação do sistema de sve é que ele se baseia fundamentalmente na aplicação de fl uxos de ar, o que o condiciona em três fatores específi cos: volatilidade do contaminante; ausência de ar em ambientes saturados com água e permeabilidade do solo. normalmente, a sve não irá funcionar bem em solos de baixa permeabilidade, como aqueles siltosos e argilosos com baixa porosidade, ou em camadas muito saturadas, como a franja capilar ou logo abaixo do nível d’água. entretanto, a ampliação das taxas de vácuo aplicado com bombas especiais mostrou-se efetiva em alguns solos de baixa permeabilidade (cetesb, 2004). mesmo assim, a maior desvantagem dos tratamentos físicos é que estes processos não são de caráter destrutivo e, sim, de transferência de massa, que apenas promovem a transferência dos contaminantes de um local para outro, sem que haja a destruição dos mesmos (digiulio & varadhan, 2001; epa, 2004c). biorremediação de solos a biorremediação envolve a utilização de microorganismos, de ocorrência natural (nativos) ou cultivados, para degradar ou imobilizar contaminantes em águas subterrâneas e em solos. neste caso, geralmente, os microorganismos utilizados são bactérias, fungos fi lamentosos e leveduras. destes, as bactérias são as mais empregadas e, por conseguinte, são consideradas como o elemento principal em trabalhos que envolvem a biodegradação de contaminantes. são defi nidas como qualquer classe de microorganismos unicelulares, geralmente agregados em colônias, que vivem em compartimentos ambientais diversos. são importantes, em função de seus efeitos bioquímicos e por destruírem ou transformarem os contaminantes potencialmente perigosos em compostos menos danosos ao ser humano e ao meio ambiente (nrc, 1993). ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201024 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 25 artigo article artigo article no que diz respeito aos tipos de utilização da técnica, quanto ao local de tratamento, a biorremediação in-situ é a mais empregada no mundo. porém, independente do local de aplicação, a biorremediação, assim como as demais técnicas químicas de degradação, tem como objetivo principal a mineralização completa dos contaminantes, ou seja, transformá-los em produtos com pouca ou nenhuma toxicidade (inócuos), como co2 e água. em suma, os microorganismos metabolizam as substâncias orgânicas, das quais se obtêm nutrientes e energia. sendo que, para que isso ocorra, os microorganismos devem estar ativos para desempenharem a sua tarefa de biodegradação. um esquema geral e simplifi cado da ação de microorganismos em processos de biorremediação é mostrado na figura 2 (epa, 2001b). 2 2 2 2 1 1 1 1 1 legenda: 1microorganismo 2contaminante (como petróleo ou outro composto orgânico) microorganismo metaboliza o contaminante orgânico microorganismo digere o contaminante e o converte em gases inócuos (co2) e em água (h2o) microorganismo libera co2 e h2o no local de tratamento modificado de epa 2 2 2 2 1 1 1 1 1 legenda: 1microorganismo 2contaminante (como petróleo ou outro composto orgânico) microorganismo metaboliza o contaminante orgânico microorganismo digere o contaminante e o converte em gases inócuos (co2) e em água (h2o) microorganismo libera co2 e h2o no local de tratamento modificado de epa figura 2. esquema simplifi cado da ação de microorganismos em processos de biorremediação (epa, 2001b) genericamente, os microorganismos nativos da subsuperfície podem desenvolver a capacidade de degradar contaminantes após longo período de exposição. normalmente, estes seres microscópicos se adaptam em baixas concentrações de contaminantes e se localizam nas regiões externas à pluma de contaminação e, muito difi cilmente, estarão presentes na fase livre (fase orgânica concentrada). os compostos orgânicos são metabolizados por fermentação, respiração ou co-metabolismo (cetesb, 2004). portanto, o processo de biorremediação pode ser aeróbico ou anaeróbico, requerendo oxigênio ou hidrogênio, respectivamente. na maioria dos locais, a subsuperfície é carente dessas espécies (oxigênio ou hidrogênio), o que impede os microorganismos de se reproduzirem e degradarem completamente o contaminante alvo. além desse dois processos, a biorremediação também pode ocorrer de forma co-metabólica (vidali, 2001). na “biorremediação aeróbica”, que requer um meio oxidante, o oxigênio atua como receptor de elétrons e os contaminantes são utilizados pelos microorganismos como fontes de carbono (doador de elétrons), necessárias para manter as suas funções metabólicas, incluindo o crescimento e a reprodução. por exemplo, os compostos btex cumprem essa função como doadores de elétrons, caso haja receptores sufi cientes (oxigênio dissolvido) para que a reação ocorra. quando o oxigênio é totalmente consumido, os microorganismos passam a utilizar outros receptores naturais de elétrons disponíveis no solo, sendo que esse consumo ocorre na seguinte ordem de preferência: nitrato (reação de desnitrifi cação), manganês, ferro, sulfato e dióxido de carbono, sendo este, convertido em ácidos orgânicos para gerar o metano (aelion & bradley, 1991). a “biorremediação anaeróbica”, que requer um meio redutor, ocorre pela ação de espécies doadoras de elétrons, responsáveis pela degradação, principalmente, dos poluentes halogênicos. trata-se do fenômeno pelo qual os microorganismos, ao metabolizarem fontes alternativas de carbono (que não sejam os contaminantes de interesse), liberam compostos inorgânicos hidrogenados, hidretos (h-), que reagem com as moléculas do contaminante e substituem um átomo de cloro (hidrogenólise) ou removem simultaneamente dois átomos de cloro adjacentes originando uma ligação dupla entre os átomos de carbono. a biorremediação anaeróbica in-situ é ideal para ser utilizada em locais contaminados por compostos organoclorados, como o percloroetileno (pce), uma vez que a fonte de carbono estimula nas bactérias a reação denominada halorespiração ou haloeliminação. embora esse princípio, também denominado de descloração redutiva, seja aparentemente simples, a difi culdade da técnica está em criar um modelo ideal de fonte de carbono para um determinado microorganismo. esta fonte de carbono deve conter compostos que sejam preferencialmente e facilmente metabolizados pelos microorganismos na presença dos contaminantes (acton & barker, 1992). apesar do tratamento anaeróbico ser menos comum que o aeróbico, existe atualmente uma tendência de se promover a biorremediação anaeróbica, utilizando como fontes de carbono, melaço de cana, ácido lático, proteínas do leite e metanol. considerando o melaço de cana (caso incipiente brasileiro, subproduto da indústria sucroalcooleira), é importante ressaltar a necessidade de estudos mais avançados e detalhados, envolvendo, principalmente, a ocorrência de diferentes tipos de fermentações. normalmente, têm-se observado que determinados processos de fermentações podem aumentar consideravelmente os riscos operacionais. isto ocorre, especialmente, em virtude da metanogênese (etapa fi nal no processo global da degradação anaeróbica de compostos orgânicos, efetuada pelas archaebacterias metanogênicas, tendo como subprodutos o metano e o dióxido de carbono), que pode resultar em alguns inconvenientes, como alterações do potencial redox (eh) da matriz estudada, o que pode provocar a solubilização indesejável de metais e, consequentemente, a contaminação do local por estas espécies (nakagawa & andréa, 2006). a “biorremediação co-metabólica” é aquela na qual a degradação ocorre pela ação de enzimas produzidas por microorganismos para outros fi ns. é uma técnica praticamente idêntica às anteriores, sendo que, do ponto de vista bioquímico, rege o princípio das reações de óxido-redução. no caso específi co do co-metabolismo, caso não haja o substrato principal, ou seja, fontes preferenciais de carbono, a degradação mediada pelos microorganismos não ocorre para um dado componente, defi nido como “contaminante co-metabolizado”. por outro lado, neste caso específi co, na presença de uma fonte de carbono, a metabolização do substrato primário poderá gerar enzimas capazes de atuar na degradação do contaminante de interesse (garnier et al., 2000). não obstante, em poucos casos as condições naturais do local contaminado fornecem todas as substâncias essenciais, em quantidades sufi cientes, para que a biorremediação possa ocorrer sem a intervenção humana. esse processo natural também é conhecido como “biorremediação intrínseca” e é utilizada, com sucesso, em alguns trabalhos (borole et al. 1997; chen et al., 2006; troquest et al., 2003). todavia, mesmo quando o meio é totalmente acondicionado ao cultivo dos microorganismos, a biodegradação pode ser afetada, principalmente, devido à capacidade intrínseca de cada microorganismo de metabolizar uma substância qualquer. por exemplo, de acordo com embar et al. (2006), alguns microorganismos sobrevivem em condições ambientais extremamente adversas. adicionalmente, pesquisas comprovam que diferentes microorganismos podem degradar diferentes substâncias, dentre estas, substâncias recalcitrantes, como os hidrocarbonetos de petróleo. em alguns casos, certos microorganismos são mais especializados em degradarem contaminantes específi cos. por exemplo, para uma mesma classe de substâncias, como os compostos organoclorados, alguns microorganismos podem degradar contaminantes como o dicloroetano e o cloreto de vinila, porém, no mesmo local não conseguem degradar o tricloroetano. contudo, pesecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201026 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 27 artigo article artigo article quisas sugerem que devido à elevada diversidade de compostos em solos contaminados por petróleo e derivados, estudos preliminares à biorremediação são de suma importância para o tratamento dessas matrizes ambientais (embar et al., 2006). salienta-se que, a princípio, o fator crítico para defi nir se a biorremediação é a técnica mais apropriada para o tratamento do local contaminado é a biodegradabilidade do contaminante. por isso, o estudo detalhado de cada parâmetro que afeta a biodegradação deve ser feito cautelosamente pelos responsáveis do projeto de remediação. o item a seguir descreve a infl uência desses fatores na biorremediação. fatores que infl uenciam a biodegradabilidade dos contaminantes e a problemática da contaminação de solos por petróleo embora vários contaminantes podem ser metabolizados por microorganismos, alguns são mais facilmente biodegradados do que outros. no caso dos hidrocarbonetos de petróleo, por exemplo, muitas áreas contaminadas possuem uma mistura complexa de compostos orgânicos, sendo que a maioria destas substâncias, certamente, não é metabolizada na mesma velocidade. em vez disso, as taxas de degradação dos diversos compostos que são metabolizados são diferentes e dependentes de vários fatores. em especial, a velocidade de degradação é comumente depende da concentração do contaminante e da quantidade de espécies catalisadoras, como as enzimas geradas on-site pelos microorganismos. nesse contexto, a quantidade de catalisador presente, de certa forma, representa o número de microorganismos hábeis em metabolizar o contaminante, bem como a quantidade de enzimas produzidas por cada célula. então, qualquer fator que afeta a concentração do contaminante, o número de microorganismos presentes ou a quantidade de enzimas específi cas, pode aumentar ou diminuir a velocidade da biodegradação do contaminante. em suma, as medidas corretivas a serem adotadas em quaisquer projetos que envolvam a biorremediação dependem de vários fatores, dentre eles, pode-se citar: a) os tipos e as quantidades dos microorganismos e b) as condições físicas e químicas do sítio contaminado (como ph, umidade, temperatura, salinidade, teor de oxigênio e quantidade de nutrientes). os nutrientes, que geralmente são representados por nitrogênio, fósforo e potássio (npk), durante a biorremediação, normalmente são utilizados na forma de nitrato de amônio (nh4no3), di-hidrogeno fosfato de potássio (kh2po4) e nitrato de potássio (kno3), respectivamente (betancur-galvis et al., 2006). além das condições citadas, é de extrema importância o conhecimento prévio do teor de matéria orgânica, o qual pode ser expresso pela quantidade de carbono orgânico total no meio. adicionalmente, hutchinson et al. (2003) constataram que o fator principal que infl uencia na biorremediação de solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo é a atividade microbiológica. neste caso, alexander (1977) discutiu, em detalhes, os efeitos desses fatores sobre os microorganismos. para estes pesquisadores, a atividade e a população microbial estão fortemente associadas com os conteúdos de água e de nutriente nos solos, com as espécies de plantas e com os tipos de contaminantes. além disso, a atividade microbiológica é afetada, sobretudo, pelo valor do ph (figura 3) e pela temperatura (figura 4) dos solos (tate, 1995). figura 3. variação da atividade biológica com a mudança do ph dos solos (modifi cado de tate, 1995) no tocante ao valor do ph, como mostra a figura 3, observa-se que a faixa ideal de ph para que os microorganismos tenham atividade máxima é entre 6,5 e 8,5. de modo similar, vidali (2001) também sugere que o valor do ph do meio reacional deva ser mantido próximo da neutralidade, no qual há o predomínio de bactérias e de fungos no local contaminado. por outro lado, quando há diminuição do valor do ph, por exemplo, em função dos subprodutos ácidos gerados durante a biorremediação, sugere-se que se faça imediatamente a correção do ph do solo, caso contrário, a efi ciência do processo poderá ser diminuída consideravelmente. normalmente, essa correção é feita por meio de “calagem”, processo através do qual se aplica calcário ao solo, objetivando neutralizar a acidez e, então, propiciar condições para o desenvolvimento de plantas e de microorganismos. salienta-se, porém, que nos solos ácidos o desenvolvimento dos microorganismos é bastante reduzido, principalmente das bactérias fi xadoras do nitrogênio atmosférico, além de tornar o fósforo de difícil aproveitamento pelos vegetais. nesta situação, embora a biodegradação de hidrocarbonetos de petróleo seja, na maioria das vezes, realizada por bactérias, pesquisas mostram que a utilização de fungos é uma opção considerada bastante viável. esses microorganismos têm sido mais efi cientes que as bactérias para agirem em condições ambientais adversas, como em valores extremos de ph (menor que 5 e maior que 10), em concentrações limitadas de nutrientes e em solos com teores reduzidos de umidade (vidali, 2001). ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201028 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 29 artigo article artigo article figura 4. resposta típica de uma população de bactérias mesofílicas em função da variação da temperatura dos solos (modifi cado de tate, 1995) a análise da figura 4 mostra que a faixa de temperatura ideal para os microorganismos metabolizarem os contaminantes com efi ciência ótima está entre 25 e 30 oc, na qual se encontra a temperatura média da maior parte dos solos do brasil contendo áreas degradadas por contaminação de hidrocarbonetos do petróleo (tate, 1995). analogamente, estudos realizados pela epa (1995) constatam que a atividade microbiana é bastante comprometida em temperaturas abaixo de 10 °c e acima de 45 °c. esta é uma excelente característica para a utilização de biorremediação em solos tipicamente brasileiros e, portanto, reforça a probabilidade da implantação dessa técnica em números maiores de locais contaminados. além disso, verifi ca-se que a temperatura do solo varia diariamente nas proximidades da superfície, em solos com baixa densidade de cobertura vegetal. abaixo de 50 cm, a variação da temperatura dos solos é pouco signifi cativa. por outro lado, a presença da vegetação sobre a área contaminada também afeta muitos atributos físicos dos solos, incluindo estrutura, porosidade, condutividade hidráulica e taxa de infi ltração. esses atributos, em geral, infl uenciam positivamente a atividade microbiológica por regular o transporte requerido de água e de nutrientes através do perfi l dos solos e por controlar a aeração da zona vadosa. além do mais, a biorremediação de hidrocarbonetos de petróleo é assistida por microorganismos, que, em geral, dependem fortemente das quantidades de umidade e de oxigênio adequadas. as propriedades físicas dos solos infl uenciam o transporte de ambas espécies, oxigênio e água. nesse caso, para a biorremediação de solos, os conteúdos de água entre 50 e 80 % da capacidade e o teor de o2 dissolvido maior que 1 mg l-1, geralmente, são ótimos para a atividade microbiológica (morgan & watkinson 1989). portanto, conforme aventado na presente revisão, observa-se que os solos possuem, naturalmente, diversos microorganismos com atividades metabólicas variadas e que são capazes de degradar efi cientemente diferentes contaminantes, como o petróleo e seus derivados. contudo, em alguns casos, a contaminação de solos por estas substâncias tem se tornado uma problemática mundial, principalmente, devido à difi culdade de reabilitar a área contaminada. estes problemas têm ocorrido, pois uma das principais difi culdades envolvendo a descontaminação dessas matrizes está relacionada, entre outros fatores, à presença de materiais argilominerais. estes argilominerais, quando presentes em quantidades elevadas no solo contaminado, podem reduzir consideravelmente a efi ciência do processo de biorremediação. sabe-se que os solos argilosos, de modo geral, apresentam baixa permeabilidade, o que pode comprometer signifi cativamente tanto a difusão de oxigênio, que é o elemento fundamental ao processo aeróbico de degradação, bem como a incorporação de nutrientes. é evidente que a estrutura dos solos também exerce infl uências signifi cativas sobre as características físico-químicas. dependendo da estrutura, mesmo que os solos sejam argilosos, eles podem ter permeabilidades elevadas. os latossolos argilosos, por exemplo, que ocupam extensas áreas no brasil, apresentam comumente estrutura granular e, desta forma, elevada permeabilidade. além da presença de argilominerais, muitos compostos orgânicos apresentam como características físico-químicas, baixa solubilidade em água, elevada afi nidade pela matéria orgânica do solo, como os ácidos húmico e fúlvico e, consequentemente, baixa taxa de transferência de poluentes da fase sólida para a aquosa. sendo assim, devido principalmente às características hidrofóbicas, esses contaminantes tendem a se adsorverem nos colóides do solo difi cultando a ação de microorganismos e, por conseguinte, inviabilizando a técnica de biorremediação. portanto, outra limitação da biorremediação surge devido à baixa disponibilidade de contaminantes orgânicos, como os hpa e outros hidrocarbonetos de petróleos. schwarzenbach et al. (1993) presenciaram e relataram sobre estas e outras propriedades para os hpa estudados. nesse contexto, a utilização de um agente tensoativo pode minimizar essas difi culdades e aumentar a efi ciência da biorremediação, haja vista que os problemas relativos à baixa solubilidade em água, elevada adsorção e baixa transferência dos hidrocarbonetos para a fase aquosa, são minimizados. de acordo com ou (2000), de fato, a maior efi ciência na biorremediação de solos contaminados com hidrocarbonetos de petróleo pode ser alcançada empregando-se surfactantes. estes compostos diminuem a tensão superfi cial entre a fase aquosa (na qual normalmente ocorre a degradação do contaminante) e a fase orgânica (na qual o contaminante se encontra inicialmente presente), favorecem a dessorção e, consequentemente, aumentam a solubilidade dos contaminantes. os surfactantes, como o dodecil sulfato de sódio, são capazes de emulsifi car e aumentar a solubilidade dos contaminantes hidrofóbicos, tornando-os mais acessíveis aos microorganismos (clu-in, 2006). contudo, conclui-se que a degradação biológica de compostos orgânicos é alcançada com efi ciência somente em condições naturais favoráveis, que proporcionem interações otimizadas entre o microorganismo e o solo, entre o microorganismo e o contaminante, assim como a relação mútua dos microorganismos entre si. por exemplo, coulon & delille (2006) e hawrot & nowak (2006) investigaram que as propriedades físicas, químicas e microbiológicas do solo e as condições climáticas, podem alterar a taxa de biodegradação de poluentes em solos contaminados, por exemplo, com óleo diesel. neste caso, podem ser empregados nutrientes, como o nitrogênio, o fósforo e o potássio, além de procedimentos para a correção de umidade e o controle da aeração para acelerar os processos de biorremediação. a figura 5 mostra o esquema típico de um projeto envolvendo a aplicação in-situ da biorremediação (epa, 2003b). ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201030 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 31 artigo article artigo article poço de extração de ág ua subterrânea tanque de combus tível co m vazamento ( fonte pontual de contaminação ) sentid o do fluxo da água s ubterrânea poço de monitoramento poço de injeção de nutrientes e pa ra o co ntrole d e aeração zona saturada zona vadosa água descarte bo mba tra tamento de água tanque de mistura modificado de epa nutrientes aeração figura 5. esquema típico do tratamento de solos e de águas subterrâneas por biorremediação (epa, 2003b) técnicas de utilização da biorremediação desde os meados dos anos 80 do século xx, as estratégias de biorremediação têm sido adotadas como uma maneira efi caz e de custo baixo para o tratamento de solos contaminados com petróleo (delfi no & miles, 1985; tsao et al., 1998; van der hoek et al., 1989). as diferentes estratégias de biorremediação, em geral, visam aumentar a população microbiana criando condições ambientais favoráveis ao seu desenvolvimento (silva et al., 2004). a seguir, serão apresentadas duas das técnicas principais de biorremediação in-situ, a primeira é a “atenuação natural acelerada”, também conhecida por “bioestimulação” e, a segunda, trata-se da “bioaumentação”. em seguida, será descrita uma das técnicas mais utilizadas para o tratamento ex-situ de solos contaminados, que é a biorremediação por “biopilhas”. atenuação natural acelerada (bioestimulação) a técnica denominada de atenuação natural acelerada (ana), diferente da anm (técnica descrita anteriormente), é uma opção de biorremediação in-situ na qual se busca, especialmente, instigar o crescimento da população microbiana nativa. isto ocorre, fundamentalmente, pelo condicionamento do hábitat natural desses microorganismos. portanto, na ana, a idéia fundamental é condicionar o local contaminado, de modo a acelerar o processo de atenuação natural, estimulando, sobretudo, o desenvolvimento dos microorganismos autóctones (indígenos). ressalta-se aqui, que esses microorganismos, para serem defi nidos com tal, devem ser nativos da região biogeográfi ca, em que se pretende a sua aplicação, participando de funções reprodutivas, de ciclo de nutrientes e de fl uxos de energia (epa, 2004d). para que esta técnica de biorremediação seja utilizada de forma efi ciente, o primeiro requisito a ser atendido é a necessidade dos microorganismos indígenos apresentarem a capacidade de descontaminar o poluente alvo. a ana, quando utilizada de forma controlada, é capaz de acelerar o processo natural e diminuir o tempo de biorremediação do local, sendo que para isto, normalmente adiciona-se um ou mais dos seguintes compostos: oxigênio, hidrogênio e nutrientes. a adição de nutrientes e a otimização das condições ambientais permitem aumentar a taxa de crescimento e as atividades metabólicas de microorganismos, com o consequente aumento da velocidade e da porcentagem de biodegradação. neste contexto, a bioestimulação pode oferecer custo mais baixo em relação às demais técnicas de biorremediação (epa, 2004d). bioaumentação a bioaumentação, apesar de ser uma técnica relativamente recente e ainda em fase de desenvolvimento, encontra-se bem documentada na literatura. resumidamente, ela é caracterizada pelo aumento da microbiota nativa através da inoculação de microorganismos exógenos (alóctones). estes microorganismos são pertencentes à espécie não nativa de determinada região biogeográfi ca, introduzidos em um ecossistema, podendo persistir e até reproduzir-se por um tempo, participando ou não de interações e de transformações ecológicas (epa, 2004d). a utilização da bioaumentação em solos, basicamente, é justifi cada pela necessidade 1) de uma biodegradação rápida do composto poluente e 2) da redução do período de adaptação que normalmente antecede o processo de degradação pelos microorganismos autóctones. o emprego desta técnica depende, primeiramente, da concordância e da autorização de órgãos governamentais e de agências de fi scalização ambiental, como a companhia de tecnologia de saneamento ambiental (cetesb). a aprovação da bioaumentação como estratégia de biorremediação depende de vários fatores, dentre os quais, os tipos de microorganismos utilizados e a área de aplicação. nessa conjuntura, um ressalva deve ser feita no que diz respeito à utilização da bioaumentação em solos tipicamente brasileiros. até junho de 2007, no brasil, era proibida a utilização desta técnica em quaisquer condições e localizações. no entanto, em 22 de junho de 2007, a cetesb, através da decisão de diretoria (dd) no 103/2007/c/e (essa dd possui caráter normativo), publicou a seguinte informação: “... a utilização de microorganismos alóctones nos sistemas de remediação deverá seguir as normas técnicas cetesb e as legais pertinentes...” (cetesb, 2007a). assim sendo, após essa data, a utilização da bioaumentação passou a ser permitida no brasil, mais especifi camente no estado de são paulo, porém, desde que sejam seguidas as normas pertinentes, explicitadas no referido documento. dentre as normas a serem seguidas, destaca-se a norma técnica da cetesb no l1.022, de junho de 2007, que trata sobre o uso de produtos biotecnológicos, constituídos de microorganismos, destinados ao tratamento de efl uentes líquidos, de resíduos sólidos e à remediação de solos e de águas (cetesb, 2007b). atualmente, muitos produtos têm sido lançados no mercado mundial com o intuito de auxiliar no tratamento de solos contaminados por petróleo. alguns produtos comerciais apresentam, em sua composição, microorganismos exógenos que são utilizados com o objetivo de induzir a bioaumentação do solo a ser tratado. a fi m de melhorar as condições de biodegradação do contaminante, ou seja, de favorecer a bioestimulação, determinados produtos também apresentam em sua formulação, micronutrientes, enzimas de ação externa e surfactantes que facilitam e estimulam a ação microbiana sobre os poluentes. neste caso, as enzimas de ação externa atuam favorecendo a oxidação dos compostos de difícil degradação em compostos de fácil assimilação pelos microorganismos. existem, porém, dois tipos básicos de enzimas que na presença de o2 atuam na oxidação de hidrocarbonetos: as “monoxigenases”, que atuam sobre os n-alcanos; e as “dioxigenases”, que atuam sobre os compostos aromáticos e cíclicos. por outro lado, os surfactantes agem de maneira a disponibilizar o petróleo para que este seja mais facilmente degradado pela microbiota (shuhong et al., 2006). inversamente às vantagens apresentadas, em casos nos quais a bioaumentação de solos se mostra inefi ciente, o insucesso da introdução de microorganismos poderá estar relacionado com alguns fatores, como a limitação de nutrientes, a ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201032 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 33 artigo article artigo article eliminação por predatismo de microorganismos introduzidos, a concentração de poluente orgânico muito baixa para suportar o desenvolvimento e, até mesmo, aos fatores ambientais desfavoráveis ao crescimento desses microorganismos (alexander, 1999; sims et al., 1992). além disso, o lançamento de microorganismos alóctones pode acarretar em riscos consideráveis ao meio ambiente. desta maneira, em função dos riscos ambientais associados, por exemplo, ao emprego de produtos biotecnológicos, é de suma importância que tais produtos sejam devidamente avaliados antes de sua aplicação para, então, promover a degradação de poluentes em sistemas de tratamento de resíduos ou em locais contaminados. este procedimento deve ser realizado cuidadosamente, visando a sua utilização como prática segura e efi caz dos pontos de vista ambiental e sanitário. segundo a cetesb, os produtos biotecnológicos podem ser constituídos de microorganismos viáveis, metabólitos (como as enzimas) ou, ainda, misturas de microorganismos e metabólitos contendo produtos orgânicos e inorgânicos, atuando como conservantes, estabilizantes, nutrientes, ativadores e outros. a grande preocupação, portanto, é que os microorganismos viáveis presentes no produto acabado podem reproduzir-se, disseminar-se por novos locais e até transferir material genético para os microorganismos naturalmente presentes no ambiente. do mesmo modo, as enzimas podem catalisar reações que interfi ram no metabolismo normal de organismos originariamente existentes e, além disso, a introdução de nutrientes e de outros compostos podem provocar o desequilíbrio do ecossistema (cetesb, 2007b). apesar de toda essa discussão, a respeito da inserção de microorganismos não-indígenos no solo, top & springael (2003) defendem que o uso de microorganismos não modifi cados normalmente não constitui problema, contrariamente ao que se verifi ca com os microorganismos geneticamente modifi cados, cuja utilização requer uma avaliação mais criteriosa. assim sendo, as técnicas biológicas que envolvem o uso da bioaumentação, isto é, que empregam a adição de microorganismos exógenos, devem ser analisadas criteriosamente devido, principalmente, aos riscos ambientais que a inserção de um microorganismo não nativo ao solo pode gerar. por esse motivo, as técnicas de biorremediação que aplicam apenas o uso da microbiota nativa podem vir a produzir resultados efi cazes e de menor impacto ao meio ambiente (silva et al., 2004). biopilhas o tratamento por biopilhas é controlado por processos biológicos ex-situ sob condições aeróbicas. essa técnica de biorremediação envolve basicamente a disposição do material contaminado em montes denominados de biopilhas. para o emprego desta técnica, inicialmente o solo é escavado e, em seguida, preparado e colocado em biopilhas, onde é feita a estimulação da atividade microbiana através de aeração, da adição de nutrientes e do aumento da umidade do solo, com o propósito de promover a biodegradação dos contaminantes de interesse. o esquema característico do sistema de um tratamento por biopilhas é mostrado na figura 6 (epa, 2004e). ponto de monitoramen to de vapores adição de nutrientes e de umidade modificado de epa solo contaminado (tratamento )ex-situ injeção de ar ponto de entrada e saída de ar coleta e tratamento de lixiviado figura 6. esquema ilustrativo de um tratamento por biopilha (epa, 2004e) as biopilhas são construídas sobre uma base impermeável para reduzir o potencial de migração do lixiviado da camada superfi cial para a subsuperfície do solo. além disso, elas são cobertas por uma membrana, também impermeável, para prevenir a liberação de contaminantes voláteis e semivoláteis do solo para a atmosfera, bem como para proteger o solo de intempéries naturais, como ventos e chuvas (usaec, 2003a). os materiais a serem tratados devem ser submetidos a um estudo prévio, para a comprovação da tratabilidade, mediante a realização de testes físico-químicos e de ensaios biológicos e posterior otimização das condicionantes em laboratório. o propósito destes estudos é avaliar o tipo e a concentração dos poluentes, a presença de possíveis inibidores da biodegradação, a estrutura do material, os teores ótimos de umidade, de nutrientes e de oxigênio, a temperatura e os demais fatores que infl uenciam no processo (epa, 2004e). esta técnica de biorremediação apresenta como principal vantagem a possibilidade de maior controle das condições físicas, biológicas e químicas da matriz contaminada e, consequentemente, a obtenção de cinéticas de reação mais rápidas e a redução do tempo de degradação do contaminante quando comparado ao processo de atenuação natural. particularmente, quando as condicionantes do meio são bem controladas, as biopilhas têm sido bastante efi cientes na redução da concentração de compostos derivados de petróleo presentes em solos. a maior limitação desta técnica está relacionada à remoção do solo contaminado, tendo em vista que o processo de tratamento ocorre no modo ex-situ. neste caso, apesar de possibilitar a eliminação dos principais focos de contaminação na zona não-saturada, essa prática deve ser realizada com cautela, pois pode propiciar a intensifi cação do risco às vias de exposição humana, como a inalação de vapores e de materiais particulados contaminados, cuja causa é advinda da transferência do passivo de um compartimento ambiental para outro (durante a escavação, o armazenamento, o transporte e a redisposição dos solos contaminados). o passivo ambiental dessa área é composto não apenas do material que está sobre o solo e pode ser contabilizado facilmente, mas também de todo o contaminante que possivelmente foi lixiviado da superfície do solo e pode estar no aquífero ou em bolsões localizados na subsuperfície. além disso, a remoção e a redisposição de solos, dependendo da quantidade do material removido, ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201034 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 35 artigo article artigo article podem se tornar a alternativa mais onerosa dentre as técnicas de remediação, pois, além dos custos relacionados com a remoção propriamente, devem ser considerados os custos do transporte, do tratamento e da disposição fi nal do solo tratado, além de outras exigências, como o treinamento de pessoal. essa prática também apresenta a desvantagem de que a remoção do solo deve ser realizada com todos os cuidados para que não ocorra a propagação da contaminação para outros meios, inicialmente os não afetados, como o ar e as águas, ao exemplo do que ocorreria durante a remoção de solos contaminados com substâncias voláteis (epa, 2004e). assim sendo, o transporte e o tratamento off-site dos solos por biopilhas possibilitam a transferência do problema para outros locais que também poderão se tornar contaminados. por essas razões a adoção da técnica de remoção de solos se justifi ca somente nos casos os quais há a presença de resíduos perigosos, de solos altamente contaminados ou em que uma análise mais criteriosa demonstre a impossibilidade de aplicação de outras técnicas, de maneira a se atingir as metas de remediação requeridas, no intervalo de tempo desejado (epa, 2004e). entretanto, não obstante às limitações apresentadas, de modo geral, a aplicação da biorremediação vem sendo muito estudada em diversos países e destaca-se como uma alternativa promissora para o tratamento de sítios contaminados por petróleo e seus derivados. a tabela 1 apresenta as principais vantagens e limitações inerentes à biorremediação de solos. tabela 1. vantagens e limitações da biorremediação de solos vantagens limitações a aplicação envolve o uso de equipamentos de fácil obtenção, instalação e operação. podem ser requeridos monitoramento contínuo por tempos longos e/ou manutenção do sítio submetido à biorremediação. em atividades in-situ, a biorremediação gera distúrbios mínimos ao meio ambiente. a técnica é inefi ciente para compostos orgânicos que fi cam adsorvidos no solo, tornando-os indisponíveis à biodegradação. em condições ótimas de operação, apresenta custos menores em comparação às técnicas alternativas de remediação. é menos efi ciente em períodos menores de tempo em comparação às outras técnicas de remediação, como os poa. pode ser combinada com outras técnicas, como a sve, para acelerar o processo de descontaminação. contaminantes de baixa solubilidade em concentrações elevadas, como os htp, podem ser tóxicos aos microorganismos e/ou não biodegradáveis, inviabilizando a utilização da técnica. na maioria dos casos, essa técnica não produz compostos tóxicos, que devem ser dispostos e tratados em outro local. as propriedades físicas, químicas e microbiológicas do solo e as condições climáticas, podem alterar a taxa de biodegradação. é muito efi ciente na biodegradação de petróleo e seus derivados em solos permeáveis. difi culdade de utilização em solos argilosos ou com baixa permeabilidade. ressalta-se que no brasil, até o momento, apenas alguns estudos foram realizados abordando a temática de biorremediação de solos. ao contrário, em outros países, como nos estados unidos, essa questão é estudada com frequência, tanto no meio acadêmico como no industrial. por isso, nos últimos anos, a biorremediação de solos tem se tornado tema recorrente de muitos estudos acadêmicos, gerando literatura técnico-científi ca abundante. legislação ambiental conforme foi discutido, considerando as contaminações de solos por petróleo e seus derivados, caso os compostos orgânicos oriundos dessa contaminação fossem distribuídos em ordem de “toxicidade”, “persistência no meio ambiente” e “efeitos carcinogênicos e mutagênicos”, os btex, hpa e htp representariam as três classes de compostos mais importantes a serem estudadas. sendo que, especialmente por esse motivo, estes compostos têm sido frequentemente objetos de discussões nos órgãos governamentais de fi scalização ambiental (vrom, 1994). de acordo com as legislações ambientais mais avançadas, como a da holanda (dutch reference framework sti – values), a biorremediação só é reconhecida como tal se recuperar o solo integralmente, com base no padrão agrícola de fertilidade. o ministério da habitação, planejamento e meio ambiente holandês (vrom) publicou, em atendimento à lei de proteção de solo (soil protection act), os valores das concentrações permitidas de compostos potencialmente poluidores ao meio ambiente. para a determinação das concentrações máximas permitidas de cada composto, vários fatores foram considerados, dentre estes, a modelagem de avaliação de risco e a variação das porcentagens de matéria orgânica e de argila em solos. com base nas características físico-químicas das matrizes estudadas, os novos valores das concentrações foram divididos em três níveis distintos, denominados de “valores sti”. (onde s: streefwaarde, representa os valores de referência; t: toetsingswaarde, os valores de alerta; e i: interventiewaarde, os valores de intervenção) (vrom, 1994). os valores para btex, hpa e htp, estabelecidos pelo governo federal holandês são mostrados na tabela 2 (cetesb, 2001; vrom, 1994). para efeito comparativo entre as concentrações estabelecidas pelos órgãos de fi scalização ambiental, nesta tabela são mostrados somente os valores de referência, alerta e intervenção para solos, desconsiderando os teores de argila e de matéria orgânica. esta medida foi adotada, pois, os demais órgãos ambientais não consideram porcentagens de matéria orgânica e de argila em solos para os cálculos das concentrações. tabela 2. valores de referência (s), de alerta (t) e de intervenção (i) para solos, segundo a legislação holandesa, considerando-se os teores de argila e de matéria orgânica de 0 % (cetesb, 2001; vrom, 1994) composto concentração em peso seco (mg kg-1) s t i benzeno 0,01 0,11 0,20 tolueno 0,01 13,0 26,0 etilbenzeno 0,01 5,0 10,0 xilenos 0,01 2,5 5,0 hpa 0,2 4,1 8,0 htp 10 505 1000 no brasil, mais especifi camente no estado de são paulo, os valores orientadores para solos são mostrados na tabela 3. neste, os valores descritos para os hpa correspondem à soma das concentrações de dez compostos prioritários selecionados pela cetesb (ver a lista dos compostos no rodapé da tabela 3). vale ressaltar que, no brasil, não existe uma legislação especifi ca para hpa total, bem como para htp (cetesb, 2005). ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201036 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 37 artigo article artigo article tabela 3. valores orientadores para solos no brasil (cetesb, 2005) composto concentração em peso seco (mg kg-1) valores de prevenção valores de intervenção agrícola residencial industrial benzeno 0,03 0,06 0,08 0,15 tolueno 0,14 30 30 75 etilbenzeno 6,2 35 40 95 xilenos 0,13 25 30 70 hpa* 12,7 56,6 147,1 384,8 htp --------* soma das concentrações de dez compostos selecionados pela cetesb: antraceno, benzo(a)antraceno, benzo(k)fl uoranteno, benzo(g,h,i)perileno, benzo(a)pireno, criseno, dibenzo(a,h)antraceno, fenantreno, indeno(1,2,3-c,d)pireno e naftaleno. aplicações e inovações da biorremediação de solos baseados na descoberta de que os microorganismos endógenos, presentes em areias de praias ou em solos, podem degradar hidrocarbonetos de petróleo nesses locais, desde então, muitas pesquisas vêm sendo realizadas envolvendo a biorremediação. os baixos custos envolvidos nas transformações bioquímicas in-situ, além da possibilidade de redução ou até mesmo de eliminação total dos contaminantes, são condições que favorecem a atratividade das técnicas de biorremediação. esses fatores atualmente têm sido considerados como os principais responsáveis pelas vastas aplicações e inovações surgidas na área de remediação de solos mediada por microorganismos. a maioria das inovações envolvendo a biorremediação de solos, ao contrário de diversas técnicas ligadas à degradação de compostos orgânicos, não está relacionada com o desenvolvimento de novas técnicas analíticas e de novos equipamentos empregados para o monitoramento ambiental e para a identifi cação desses compostos. o estado da arte está focado no desenvolvimento de novos reagentes, que têm sido produzidos com o objetivo de serem utilizados in-situ para acelerar e melhorar a efi ciência da biorremediação. além disso, as inovações nessa área também estão direcionadas ao estudo biotecnológico envolvendo a geração de organismos geneticamente modifi cados, desenvolvidos com o intuito de degradarem contaminantes específi cos em diferentes nichos ecológicos (saul et al., 2005; sánchez et al., 2006). no tocante ao desenvolvimento de novos reagentes, cujas utilizações estão voltadas para a aceleração de processos bioquímicos de degradação in-situ, podem-se citar os trabalhos atuais de uma empresa localizada na califórnia (eua), denominada “regenesis”. esta empresa realiza, entre outras atividades, serviços de consultoria e de remediação ambiental, além de desenvolver e comercializar produtos que aceleram a degradação natural de contaminantes. um dos produtos desta empresa é o oxygen release compound (orc®), que vem sendo amplamente empregado em inúmeros casos reais, sendo que existe um histórico da aplicação deste produto em mais de 11.000 locais de contaminação. neste caso, a degradação aeróbica de hidrocarbonetos de petróleo, utilizando-se o orc®, consiste, basicamente, na adição de peróxido de magnésio e de fosfato. pesquisas mostram que estes reagentes, dependendo das condições do local, quando hidratados, podem liberar oxigênio molecular de maneira lenta e em concentrações controladas durante um período de até 12 meses (bastiaens et al., 2003; colvin, 2005; fukada & takagi, 2003; koennigsberg & willett, 2005; reed, 2004; wynm, 2003). a equação química dessa reação é: (1) ressalta-se que, no brasil, a cetesb já aprovou a utilização dos reagentes produzidos pela regenesis, em casos de biorremediação de solos. o método mais recente e recomendado pela epa para a quantifi cação dos compostos do petróleo e derivados é o método 8260c. assim como neste método, a maioria das determinações de btex, hpa e htp, descrita por outros métodos, é realizada empregando técnicas analíticas baseadas em cromatografi a gasosa. para a quantifi cação destes compostos, os detectores mais utilizados são o por ionização em chama e o espectrômetro de massas. equipamentos de campo, como medidores de gases, também são comumente utilizados para o monitoramento destes compostos. geralmente, esses equipamentos operam com detectores de infravermelho (epa, 2006). de acordo com maila & cloete (2005), as atividades biológicas dos solos são vitais para a restauração de solos contaminados com hidrocarbonetos de petróleo. muitas espécies de microorganismos dos solos conseguem metabolizar derivados do petróleo reduzindo-os em co2 e h2o (produtos de sua completa mineralização). neste caso, cerca de 50 % da matéria orgânica é incorporada à biomassa e os outros 50 % são transformados em dióxido de carbono. dessa forma, o total do contaminante consumido pode ser quantifi cado através da geração de co2. assim, o processo de biodegradação pode ser acompanhado por cromatografi a gasosa, mediante a dosagem deste composto, utilizando detectores por condutividade térmica ou de infravermelho não-dispersivo. portanto, o percentual de biodegradação (pb) do petróleo aderido ao solo é calculado pela equação 2 (jaramillo, 1996). , (2) onde: e . considerações gerais e conclusões qualquer prática de biorremediação que se baseia em processos de degradação de contaminantes orgânicos, deve ser iniciada com um extenso e cauteloso levantamento hidrogeológico, geoquímico e microbiológico da área contaminada. dependendo das condições da região, a cinética de biodegradação dos compostos será mais rápida ou mais lenta. as condicionantes do meio, devidamente estudadas, vão nortear não apenas a melhor técnica de extração ou eliminação de contaminantes, como também a possibilidade de biodegradação dos poluentes, o que normalmente pode ocorrer como um polimento ou um incremento da remediação, com ou sem estímulo da microbiota local. além da importância de se defi nir a técnica a ser empregada, uma etapa preliminar de diagnóstico da área contaminada também se faz necessária, pois permite que os profi ssionais responsáveis pela remediação decidam, por exemplo, pelo uso de processos adicionais para acelerar a biorremediação ou, em alguns casos, para promover a atenuação natural monitorada. neste último método, a anm pode ser utilizada, principalmente, nos casos em que uma análise exploratória permite defi nir que a contaminação não representa riscos à sociedade, em curto, médio ou longo prazo. dessa maneira, é de grande importância realizar uma análise de risco do local e, em seguida, determinar a taxa de degradação como forma de prever até onde a pluma de contaminação irá se deslocar. como mostra a figura 7, quando a taxa de biodegradação for igual ou maior que a taxa de deslocamento dos contaminantes, a pluma deixará de se deslocar e diminuirá de tamanho. neste caso, se a fonte receptora não for atingida, não existe a necessidade de implantação de métodos mais drásticos e, então, a anm seria uma opção economicamente viável de recuperação da área contaminada. no entanto, se o processo de anm ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201038 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 39 artigo article artigo article não evitar o deslocamento da pluma até as regiões de risco, são necessários métodos que acelerem a degradação dos contaminantes (epa, 2004b; usaec, 2003b). figura 7. exemplo da atenuação natural monitorada de uma pluma de hidrocarbonetos de petróleo portanto, trabalhos de diagnóstico correto e a implantação de um programa de anm podem reduzir consideravelmente o custo da remediação e evitar uma nova intervenção humana no local contaminado. com base nessa informação, não é por acaso que nos estados unidos, onde o mercado ambiental se encontra mais bem desenvolvido que no brasil, a maior parte dos programas para a remediação de contaminações causadas por vazamento de tanques de combustíveis subterrâneos é feita por atenuação natural monitorada, como mostram os dados da figura 8 (epa, 2004b). 15.776 modificado de atenuação natural monitorada bombeamento e tratamento air sparging biorremediação in-situ 0 5.000 10.000 15.000 20.000 biosparging 8.879 5.577 2.971 1.941 figura �. número de locais contaminados por combustíveis procedentes do vazamento de tangues subterrâneos versus as diferentes técnicas de remediação empregadas para o tratamento desses tanques instalados nos eua (epa, 2004b) segundo a epa (2004b), como apresentado na figura 8, nos eua há quase 16 mil casos de anm utilizados em contaminações por tanques de combustíveis subterrâneos contra, aproximadamente, três mil práticas de biorremediação in-situ usadas com a mesma fi nalidade. portanto, se não há risco que justifi que pressa para a remediação da área contaminada por poluentes solúveis (alvo maior da bioestimulação) ou insolúveis, recomenda-se deixar a natureza se autodepurar, ou seja, optar pela atenuação natural. ressalta-se, no entanto, que nos casos de adoção da técnica da atenuação natural, os custos envolvidos na fase de estudos podem ser bastante elevados, face à grande quantidade de informações necessárias para subsidiar a tomada de decisão. é claro que todas essas informações relacionadas aos custos e à efi ciência da técnica devem ser ponderadas e estudadas em laboratórios, antes de qualquer aplicação em grande escala. uma outra possibilidade plausível de intervenção, conforme recomendada pela cetesb (2004), seria a alteração do uso e da ocupação do solo. esta alternativa envolve os mesmos princípios da atenuação natural com monitoramento, com a diferença que, para garantir a ausência de riscos à saúde pública, ao ambiente e aos demais bens a proteger, faz-se necessária uma redefi nição ou restrição do uso do solo na área afetada. esta restrição deve ser válida durante o período no qual o programa de monitoramento seja mantido. segundo a cetesb (2006), os trabalhos envolvendo a biorremediação de solos, ocorrem em maior número no estado de são paulo, onde a maior parte das áreas contaminadas, catalogadas por esta agência ambiental, são provenientes de vazamentos de tanques subterrâneos de postos de serviços. em contaminações deste tipo, tem prevalecido a utilização da biorremediação aeróbica in-situ. entretanto, segundo aislabie et al. (2006), vale considerar que vários fatores podem afetar a efi ciência das técnicas de biorremediação in-situ. dentre eles, o oxigênio tem se revelado o fator limitante para microorganismos capazes de degradar aerobicamente contaminantes como o petróleo e seus derivados. na ausência da concentração adequada de oxigênio, a degradação dos contaminantes irá cessar ou poderá proceder de forma mais lenta por processos anaeróbicos. também foi constatado por alguns pesquisadores que o tratamento de solos utilizando as técnicas de biorremediação in-situ é tipicamente mais barato que os tratamentos ex-situ. nos processos in-situ, há um mínimo de distúrbio do local, além de não ser necessária a utilização de grandes equipamentos. por outro lado, nos processo ex-situ, os trabalhos que envolvem a remoção e o transporte das zonas contaminadas, na maioria das vezes, é economicamente dispendioso, aumenta a exposição dos trabalhadores aos contaminantes e nem sempre conduz à destruição ou à redução da toxicidade dos compostos. de modo geral, a biorremediação de solos apresenta-se como uma técnica bastante efi ciente na degradação de petróleo e seus derivados, mesmo em condições ambientais extremas (margesin & schinner, 2001). isso pode ser comprovado facilmente pelo grande número de trabalhos publicados recentemente em periódicos de grande relevância para a comunidade científi ca. não obstante à existência de alguns interferentes, como as condições ambientais (principalmente os teores de umidade e de aeração dos solos) e a disponibilidade de nutrientes, as vantagens como a relação custo-benefício e a efi ciência de degradação de compostos tóxicos e recalcitrantes, têm feito com que essa técnica de remediação seja utilizada com frequência em vários países desenvolvidos. porém, ao contrário do que tem acontecido nos estados unidos, no brasil os projetos de biorremediação e de atenuação natural monitorada ainda estão no campo da teoria, com poucos casos práticos, embora exista uma real probabilidade de expansão. no caso do brasil, a biorremediação in-situ é favorecida pelas condições necessárias para a implementação de técnica, sobretudo, pelas condições climáticas típicas da maioria das regiões geográfi cas nacionais. portanto, frente ao exposto, é imperativo que o profi ssional responsável pela reabilitação da área apresente uma caracterização completa do local contaminado, identifi cando os tipos de contaminantes presentes, a delimitação da pluma de contaminação e uma avaliação correta do passivo ambiental existente não apenas na área visível, mas também, no subsolo. essas informações deecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 201040 ecl. quím., são paulo, 35 3: 17 43, 2010 41 artigo article artigo article talhadas são fundamentais para que se possa avaliar corretamente o risco de se utilizar essa área para qualquer que seja o fi m. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq pela concessão do auxílio fi nanceiro. summary: in view of the proven efficiency of bioremediation in the degradation of compounds toxic to humans, such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (btex), several companies, especially those related to remediation and environmental monitoring, have shown enormous interest in the deployment of bioremediation as an option for the rehabilitation of contaminated areas. in developed countries such as the united states, canada and several european countries, these biochemical remediation techniques have been widely used in work that is based, for example, on the treatment of soil contaminated by petroleum hydrocarbons. however, contrary to what has been done in these countries, in brazil, bioremediation projects are still mainly theoretical, with few practical cases, but there is a real likelihood of expansion. the more important aim of this review is to indicate the advantages that this technique can offer when it is used for the degradation of compounds such as btex in typical brazilian soils, whose physico-chemical characteristics contribute to the degradation of contaminants. research shows that environmental factors (such as moisture and oxygen levels) and the availability of soil nutrients, in addition to the climatic conditions in brazil, are quite suitable for the employment of this technique. they may pose, as an advantage, a favorable cost/benefit ratio and the opportunity for greater efficiency in the degradation of toxic and recalcitrant compounds compared to the majority of conventional remediation techniques. in summary, this review focuses on the state of the art of bioremediation techniques of contaminants in soils, presenting the most current and recent applications and innovations, as reported in the national and international media. index terms: bioremediation, degradation, contaminants, petroleum hydrocarbons – btex, soil. referências [1] acton, d.w. & barker, j.f. in situ biodegradation potential of aromatic hydrocarbons in anaerobic groundwaters. j. contam. hydrol., 9:325-352, 1992. 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[1,2,3]. the hair tissue has the property to incorporate some endogenous and exogenous factors from the environment, that helps in the determination of some intoxication cases like the intoxication by heavy metals, drugs use [4] and some nutritional information from victims. the hais tissue has the property of biological monitor [1] because it is a human organism excretory system. at this way, all human metabolism’s excretion are proteins (80%), water (15%), lipids (2%) and the remaining are minerals. the spiral form of a-keratin is that gives the hair sustentations, which is, immerse in the matrix and made of proteic cells rich in tyrose and sulfur. the hair color is related to the melanin quantity, human pigment that has a photo protector function, at this way darker hair has major melanin quantity. the thermal analytical techniques, as differential thermal analysis (dta) and differential scanning calorimetry (dsc) has been used with success in the characterization and identification of several products or materials as mammoth’s ivory or elephant’s ivory [5]; soils [6]; wool [7], etc. the aim of this study is to verify the potentiality of the dsc techniques to identify an individual through his hair dsc curves with aid of a bank data. experimental the hair samples from the posterior part from head were collected between students and officials from instituto de química de araraquara, unesp, searching to obtain samples from different ethnic groups (caucasoid, negroid and asiatic). about 100 mg of sample from each person was divided in two parts. one of them was 54 ecl. quím., são paulo, 29(2): 53-56, 2004 maintained in a data bank and the other for thermal study. the samples which were sent to the thermal study was also divided in two parts, one of them was washed with extran 5% (v/v) solution in ultrasonic system and stored in a desiccator over anhydrous calcium chloride while the other part was maintained without previous treatment. results and discussions figures 1 and 2 shown the dsc curves of hair samples from three different ethnic groups without previous treatment. these curves show four thermal events between 30 and 600ºc. the endothermic event between 50 and 130ºc, with minimal temperature that vary between 60 and 80ºc, is attributes to water elimination from capilar tissue. the endothermic peak observed at 230ºc is attributed to the melting of the a-form crystallites in human hair keratin [8]. figure 1 dsc curves from the same ethnic group: t i= 30ºc; tf = 600ºc; b = 20 ºc min-1; air flow = 100 ml min-1; a) brownish hair caucasoids; b) black hair caucasoids. figure 2 dsc curves from the same ethnic groups: ti = 30ºc; tf = 600ºc; b = 20ºc min-1; air flow = 100 ml min-1; a) asiatic individuals; b) blond individuals; c) negroid individuals the isotherm observed above 300ºc, which suggests several overlapping events, is attributed to the hair’s organic matter oxidation. a comparison between these hair dsc curves shows that there are not any similarities that can be attributed to ethnic factors. nevertheless, in spite of the great similarity observed among themselves, the hair of each individual shows dsc curve with peculiar characteristics. the dsc curves for hair samples, which were washed, and the samples, which were studied without previous treatment, are shown in fig. 3. a great similarity is observed in the profile of these curves, nevertheless the melting of the a-form crystalites in human hair keratin, occurs at the same temperature indicating that the melanin quantity present in hair do not change its basic structure. in spite of the great similarity in the profile of these curves slight differences, are observed above 300ºc. the dsc curves of hair samples, which were maintained in a data bank, without previous treatment, are shown in fig 5. these curves were obtained to verify the possibility to identify an individual participant of the data bank, since each person’s hair showed a characteristic dsc curve. thus, one month after the hair have been collected, a new sample from an anonymous person from the data bank was 55ecl. quím., são paulo, 29(2): 53-56, 2004 collected. the overlaying of these curves with the data bank, that correspondent the fig. 6 allowed figure 6 incognito individual and donator individual dsc curves overlaying: ti = 30ºc; tf = 600ºc, b = 20º c min-1, air flow: 100 ml min-1 figure 3 comparison between the washed and non washed hair dsc curves: b= 20ºc min-1, ti = 30ºc; tf = 600ºc; air flow = 100 ml min-1; washing treatmentt with neutral extran 5%. a) blond caucasoid individual; b) negroid individual; c) black hair individual figure 4 comparison between the dsc curves of the brownish hair and grey hair from same individual; ti = 30ºc; tf = 600ºc, b = 20ºc min-1; air flow = 100 ml min-1. figure 5 incognito identification and the data bank dsc curves, ti = 30ºc; tf = 600ºc; b = 20ºc min-1; air flow: 100 ml min-1. conclusions the results obtained in the present paper, showed that the hair dsc curves do not allow to identify the ethnic group of the person. although the dsc curves show a great similarity among themselves, the hair from each individual, showed dsc curves with peculiar characteristics, which allowed to identify a person from this data bank. recebido em 09/02/04 aceito em 10/05/04 to identify this person. 56 ecl. quím., são paulo, 29(2): 53-56, 2004 e. y. ionashiro, t. r. s. hewer; f. l. fertonani, e. t. de almeida, m. ionashiro. aplicação da calorimetria exploratória diferencial (dsc) em amostras de cabelo como possível ferramenta em ciência forense. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: a calorimetria exploratória diferencial (dsc) foi utilizada para estudar o comportamento térmico de amostras de cabelo e verificar a possibilidade de identificar um indivíduo com base nas curvas dsc de um banco de dados. amostras de cabelo de estudantes e funcionários do instituto de química de araraquara – unesp, foram obtidas para construir um banco de dados. procurou-se assim identificar de um indivíduo sob incógnita, utilizando-se a curva dsc deste banco de dados. palavras-chave: calorimetria exploratória diferencial (dsc), cabelo, ciência forense. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ references [1] m. t. w. d. carneiro, c. l. p. silveira, n. miebeley, quim. nova, 25 (2002) 37. 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(7) may be obtained from the known unsaturated alcohol (9), previously described as a subproduct of a multistep procedure starting from b-pinene.13 material and method melting points are uncorrected. nmr1h spectra were recorded on a varian em 390 instrument at 90 mhz. ir spectra were obtained on a bruker ftir ifs 66 spectrometer. thf was distilled over metallic potassium before use. all new compounds – (6) ( x = i ), (12), (13), (15) and (18) – gave satisfactory elemental analyses. 2-(2-iodoethyl) naphthalene ( 6 , x = i ): 3.0 mmol (0.45 g) of sodium iodide and 3.0 mmol (0.97 g) of toluenesulfonate (6) ( x = otos) 1 were stirred in 10 ml of acetone in the dark. after 3 days, 30 ml of hexane were added and the mixture was allowed to stand for 2 h. the precipitate was filtered off and the solvent was evaporated. the residue was recrystallized from 15 ml of hexane. yield: 0.65 g (77%) of colourless needles, m.p. 82-83° c. nmr1h (ccl4) d: 3.45 (s, 4h); 7.30-8.10 (m, 7h). 3-methoxycarbonyl-2-oxepanone (12): to a solution of 20.0 mmol (2.8 ml) of dry diisopropylamine in 20 ml of thf, at 0° c, were added 20.0 mmol (8 ml) of n-buli in hexane. the solution was cooled to -78° c and 10.0 mmol (1.14 g) of e-caprolactone (10) were added followed, after 30 min., by 10.0 mmol (0.8 ml) of methyl chloroformiate. after 1 h at -78° c, the temperature was allowed to rise to -30° c and quenched with 2 ml of glacial acetic acid. the solution was diluted with water and extracted with ch2cl2 (3 x 20 ml). the combined extracts were dried over na2so4 and evaporated. the oily residue was purified over a silica gel column using toluene containing 5-10% of etoac as eluent. yield: 0.318 g (18.5%) of yellowish oil. nmr1h (ccl4) d: 1.63-2.10 (m, 6h); 3.53-3.87 (m, superimposed to 3.77 (s) total 4h); 4.17-4.43 (m, 2h). 2-trimethylsilyloxy-2-oxepene (13): to a solution of 12.0 mmol of the enolate of (10) in 10 ml of thf, prepared as described before, were added 12.0 mmol (1.5 ml) of chlorotrimethylsilane at -78° c. the mixture was allowed to warm to 0° c, hydrolyzed with 100 g of crushed ice and extracted with hexane (3 x 20 ml). the combinade extracts were washed with water and dried over k2co3. after evaporation of the solvent, the product was distilled in vacuo. yield: 0.649 g (34.9%) of colourless liquid, b.p. 65-67° c (1mm). nmr1h (ccl4) d: 0.62 (s, 9h); 1.83-2.77 (m, 6h); 4.00-4.23 (m, 3h). 3-allyl-2-oxepanone (15): to a solution of 15.0 mmol of the enolate of (10) in 15 ml of thf, prepared as described for (12), were added 15.0 mmol (1.4 ml) of allyl iodide at -78° c. after 1 h at this temperature, the solution was allowed to warm up to -30° c and quenched with 1 ml of glacial acetic acid. the mixture was diluted with water and extracted with ch2cl2 (3 x 20 ml). the combinade extracts were washed with nahco3 solution and water, dried over na2so4 and evaporated. flash distillation of the remaining oil yielded 0.679 g (26.6%) of colourless oil, b.p. 115-117° c (1mm). nmr1h (ccl4) d: 1.13-2.03 (m, 7h); 2.30-2.80 (m, 2h); 4.20 (m, 2h); 4.93-5.27 (m, 2h); 5.53-6.10 (m, 1h). 3,7-dimethyl-6-[2-(2-naphthyl)ethyl]octane-1,7-diol (18): to a solution of 1.0 mmol (0.282 g) of (6) (x = i) in 5 ml of thf was added, at room temperature, an excess of metallic lithium. the reaction was started by sonication for 2 min and then stirred for 3 h at 0° c. during this time, 0.5 mmol (0.095 g) of cooper (i) iodide were suspended in 2 ml of thf and 0.25 mmol (0.040 g) of epoxycitronellol (17) and 0.25 mmol (0.1 ml) of n-buli were added at -50° c. after 10 min., at -50° c, the lithium reagent prepared previously was added by means of a syringe, avoiding the excess of unreacted lithium metal. on rising the temperature slowly to -10° c, a green, homogeneous solution was formed which was kept for 2 days at -7° c. the reaction was hydrolyzed with saturated nh4cl solution and extracted with ch2cl2 (3 x 20 ml). after drying over na2so4 and evaporation, the crystalline residue was purified on a silica gel column eluting initially with pure cyclohexane, then cyclohexane/toluene mixtures and at least pure toluene. the less polar fractions yielded 0,097 g of 1,4-di-2-naphthylbutane as colourless needles, m.p. 153-154° c (lit.5 : 155-156° c). the toluene fractions yielded 0,047 g (57.3% based on (17)) of diol (18) as colourless prisms, m.p. 60-61° c. nmr1h (cdcl3) d: 0.90 (d, 3h, j=6hz); 1.21 (s, 3h); 1.24 (s, 3h); 1.36-1.83 (m, 12h); 2.60-2.97 (m, 2h); 3.67 (t, 2h, j=6hz); 7.27-7.97 (m, 7h). ir (kbr) cm – 1: 3379; 3051; 2925; 1631; 1600; 1053; 790; 750. results and discussion because of the difficult obtention of both starting materials, (5) and (9), we examined initially the feasybility of the first strategy using unsubstituted e-caprolactone (10) as model compound (scheme 2). all attempts of direct alkylation of the enolate derived from (10), using thf, hmpa and their mixtures at temperatures between -78 and -30° c, produced only 2-vinylnaphthalene (11). at higher temperature occurred some claisen condensation, but no substitution product was observed. in order to reduce the basicity of the enolate, we prepared the activated lactone (12). its reaction with (6) ( x = otos and i ) – even under very smooth conditions – led once more to the elimination product (11). in the hope that lewis acid catalyzed alkylation could circumvent this problem,11 the silylated derivative (13) was prepared, but it proved to be unreactive towards all available alkylating reagents (6) ( x = otos, br and i ) in the presence of zinc bromide in dichloromethane at room temperature. the more reactive titanium tetrachloride caused decomposition of (13). after the failure of the direct alkylation strategy, we examined the stepwise introduction of the 2naphthylethyl group (scheme 3). a-methylenation of (10) to (14) followed by conjugate addition of an organomettalic reagent seemed a promising alternative. however, literature procedures via hydroxymethylation 4 or hiomethylation 9 described for c and d-lactones produced only decomposition of the e-lactone. another possibility was the preparation of the aldehyde-lactone (16). subsequent grignard reaction should then introduce the 2-naphthyl moiety and catalytic hydrogenation would lead to an intermediate of type (4). indeed, (10) was successfully allylated to (15) and then cleaved to (16), as evidenced by spectroscopic means, but the latter decomposed during the work up procedure. summarizing the different variants of the alkylation strategy, we can conclude that a cationic 2-naphthylethyl synthon is not suitable for substitution reactions in basic as well in lewis acid catalyzed conditions. furthermore, e-lactones proved to be unstable when stepwise introduction of the substituted was tried. in consequence, our attention moved to the second main strategy of scheme 1. because of the unattractive preparation of the unsaturated alcohol (9) described in the literature,13 once more a model compound was used for explorative work. racemic citronellol, which differs from (9) by one carbon atom more in the chain and by the position of the methyl group, was transformed to the known epoxide (17) .6 reaction with an excess of the cuprate (8), prepared from (7) ( x = i ), produced the crystalline diol (18), probably as a mixture of diastereomers (scheme 4). the only side product was 1,4-di-2-naphthylbutane 5 formed by thermal dimerization of the cuprate (8). conclusion the successful coupling reaction (scheme 4) demonstrates that the carbanionic 2-naphthylethyl synthon is more suitable for c-c bond formation than the cationic one. it opens now the possibility to obtain the key-intermediate (3) by an analogous reaction. the development of a practical synthesis of the unsaturated alcohol (9) as a pure enantiomer and its use in the asymmetric synthesis of cordiaquinone a is now in progress. acknowledgements the authors thank for fellowships from cnpq and financial support from facepe. batalini, c., bieber, l.w. estudos modelo da síntese do meroterpenóide natural cordiaquinona a. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. ,2001. resumo: duas estratégias principais visando a síntese do meroterpenóide natural cordiaquinona a (1) – isolada das raízes de cordia corymbosa g. don (boraginaceae) – foram testadas em compostos modelo. enquanto todas as variantes envolvendo a alquilação de e-caprolactona (10) falharam, o acoplamento de epoxicitronelol (17) com um organocuprato apropriado ocorreu no sentido esperado. palavras-chave: naftoquinona meroterpenóide, cordia corymbosa, boraginaceae ecaprolactona, epoxicitronelol, organocuprato. references 1 bentley, m.d.; dewar, m.j.s. the solvolysis of 2-arylethyl-p-toluenesulfonates. j. am. chem. soc., v.92, p.3996-4002, 1970. [ links ] 2 bieber, l.w. et al. meroterpenoid naphthoquinones from cordia corymbosa. phytochemistry, v.29, n.6, p.1955-1959, 1990. [ links ] 3 bieber, l.w. et al. further meroterpenoid naphthoquinones from cordia corymbosa. phytochemistry, v.35, p.1027-1028, 1994. 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(2,4-d) por meio da radiação gama do cobalto-60 s. x. de campos1, s. m. sanches1, s. z. falone1, e. m. vieira1* 1instituto de química de são carlos universidade de são paulo cp 780 cep 13566-590 -são carlos sp. resumo: métodos convencionais de descontaminação ambiental, algumas vezes apenas transferem esses resíduos de um lugar para outro. esse estudo tem como objetivo checar a influência de diferentes taxas de doses de radiação gama do cobalto-60 na degradação do herbicida 2,4-d, em água e metanol. os resultados mostraram que o 2,4-d, em água, foi totalmente degradado em uma dose de 30 kgy, utilizando-se taxa de dose de 2,7 kgy h-1 e 20 kgy com uma taxa de dose de 560 kgy h-1. para o metanol, a total degradação do 2,4-d ocorreu com uma dose de 150 kgy e taxa de dose de 2,7 kgy h-1 e 100 kgy utilizando-se taxa de dose de 560 kgy h-1. assim conclui-se que a degradação do herbicida 2,4-d é dependente da dose e da taxa de dose de radiação.o valor radiolítico da degradação do 2,4-d foi calculado. palavras-chave: 2,4-d, degradação, taxa de dose, radiação gama introdução como uma conseqüência do rápido crescimento industrial e agrícola, o ambiente tem-se tornado cada vez mais contaminado com poluentes. em particular ,nos sistemas aquáticos, o intensivo uso de fertilizantes e pesticidas e a geração de um vasto número de resíduos têm contribuído para a degradação da qualidade da água. o herbicida ácido diclorofenóxiacético (2,4d) foi produzido durante o programa da guerra química e biológica no período da segunda guerra mundial (1939-1945), sendo também utilizado na guerra do vietnã (1954-1975), fazendo parte, juntamente com o herbicida 2,4,5-t, de um composto conhecido como agente laranja, que era utilizado como desfolhante das florestas vietnamitas [1]. desde então o 2,4-d vem sendo utilizado no controle seletivo de ervas daninhas. embora estudos farmacológicos demonstrem que ele não é acumulado no corpo humano, em 1982 a organização mundial da saúde (oms) considerou o 2,4-d como moderadamente tóxico (classe ii) e recomendou uma concentração máxima na água de abastecimento de 100 mg l-[1 2]. muitos pesquisadores, em diferentes países têm utilizado a radiação gama, como indutora da decomposição dos mais diversos poluentes ambientais, como por exemplo, no tratamento de efluentes domésticos, poluentes tóxicos em efluentes industriais, degradação de pesticidas e descontaminação de água e solo [3,4,5,6,11,12, 13,14,15,16,17]. quando água ou metanol são irradiados com radiações ionizantes, como radiação gama, várias espécies são formadas. a primeira conseqüência da radiólise gama da água é a formação de espécies excitadas, que por sua vez se decompõem em espécies reativas. estas espécies, ao reagirem entre si e com outras moléculas presentes, podem formar outras espécies, tais como radicais, íons, elétrons aquosos, átomos de hidrogênio, produtos moleculares e produtos *e-mail: eny@iqsc.sc.usp.br; fax: (55 16) 273-9985 42 ecl. quím., são paulo, 29(1): 41-46, 2004 gasosos [10] como apresentado a seguir, onde as espécies formadas prioritariamente são oh. e eaq. h 2 o + γ → h 2 o+ + eaq (1) h 2 o + γ → h 2 o• (2) eaq + h 2 o → h 2 o(3) h 2 o+ + h 2 o → h 3 o+ + •oh (4) h 2 o→ oh+ h• (5) h 2 o• → [h• + •oh] → h 2 o (6) h 2 o+ h 3 o+ → h 2 o + h• (7) h• + •oh → h 2 o (8) h• + h• → h 2 (9) •oh + •oh → h 2 o 2 (10) estas reações de recombinação ocorrem em um período de aproximadamente 10-9 segundos. segundo spinks & woods[18], na radiólise gama do metanol líquido verifica-se a formação dos seguintes produtos primários: ch 3 oh + γ → esolv + •ch 2 oh + h• (11) → ch 3 oh• (12) → • ch 3 + •oh (13) → ch 3 oh+ + esolv (14) → ch 3 o• + h+ (15) sob condições normais de radiólise, estes produtos podem participar de reações formando: ch 3 oh+ + ch 3 oh → ch 3 oh 2 + + •ch 2 oh (ou ch 3 o•) (16) ch 3 o• + ch 3 oh → ch 3 oh + •ch 2 oh (17) esolv + ch 3 oh → ch 3 o+ h• (18) → •ch 3 + oh(19) ch 3 oh+ + h• → ch 3 oh 2 + (20) ch 3 oh 2 ++ ch 3 o-→ 2 ch 3 oh (21) 2 •ch 2 oh → glicol (22) •ch 3 + h• → ch 4 (23) •ch 3 + ch 3 oh → ch 4 + •ch 2 oh (24) 2 h• → h 2 (25) 2 ch 3 o• → ch 3 oh + hcho (26) h• + ch 3 o• → h 2 + hcho (27) ch 3 o• + hcho → ch 3 oh + •cho (28) •cho + ch 3 o• → ch 3 oh + co (29) a reação dos radicais livres com metanol produz: h• + ch 3 oh → •ch 2 oh + h (30) •ch 3 + ch 3 oh → •ch 2 oh + ch 4 (31) 2•ch 2 oh → c 2 h 6 o 2 (32) assim, as principais espécies formadas na radiólise gama do metanol são: h•, •ch 2 oh, h 2, ch 4, •ch 3, co, hcho e c 2 h 6 o [18]. neste trabalho buscou-se estudar diferentes taxas de dose de radiação (dose de radiação absorvida por um dado sistema em um determinado tempo e expressa em kgy h-1), para a degradação do 2,4-d em água e metanol e também calcular os valores radiolíticos da degradação procedimento experimental irradiação das amostras as soluções do herbicida 2,4-d, em água e metanol, foram colocadas em tubos de vidro de borosilicato com volume de 5 ml. os tubos foram selados e enviados para serem irradiados à doses que variaram de 0 a 150 kgy. as amostras foram irradiadas utilizando um irradiador js 7500, fabricado pela empresa nordion do canadá, na empresa brasileira de radiações, embrarad em cotia, são paulo. as soluções foram irradiadas em dois diferentes sistemas no mesmo irradiador, com a finalidade de obter diferentes taxas de dose (dose tempo-1). em um dos sistemas as soluções foram acondicionadas dentro de caixas de alumínio com 90 cm de altura, 60 cm de comprimento e 50 cm de profundidade. estas caixas foram colocadas na esteira de entrada para serem levadas à câmara de irradiação, onde percorreram um trajeto de aproximadamente 29 m em torno da fonte de cobalto-60 e voltaram pela esteira de saída. este trajeto em torno da fonte de cobalto-60 é composto de 48 posições diferentes, sendo 24 no plano inferior de irradiação (chamado de bandeja inferior) e 24 no plano superior de irradiação (chamado de bandeja superior), a dose recebida pelas amostras é diretamente proporcional ao tempo em que a caixa de alumínio permanece em cada uma destas posições. este tempo é ajustado através do painel de controle, e é chamado de ciclo ou passo da máquina. em todo trajeto percorrido pela caixa de 43ecl. quím., são paulo, 29(1): 41-46, 2004 alumínio dentro do irradiador, a mesma não sofre qualquer movimento de rotação, somente translação. este sistema é conhecido como irradiação dinâmica e através dele as soluções foram irradiadas a uma taxa de dose que variou de 5 a 60 kgy h-1. a outra forma de irradiação empregada foi por meio da utilização de um equipamento conhecido como canal experimental (“research loop”). o canal experimental permite a irradiação de amostras sem interferir no funcionamento normal do irradiador. assim as soluções foram irradiadas em um sistema composto por uma caixa de alumínio com paredes de aproximadamente 2 mm de espessura e com capacidade para 20 litros. essa caixa de alumínio foi suspensa por trilhos que permitiram o seu movimento até a sua posição de irradiação estática. neste sistema a irradiação é realizada em apenas uma posição do equipamento. por meio deste sistema obtém-se uma taxa de dose constante de 2,7 kgy h-1. durante todas as irradiações o irradiador apresentava uma atividade de 92 k curie 60co. reagentes e soluções o herbicida 2,4-d, massa molar =221,04, foi adquirido junto a laboratórios dr. ehrenstorfer, alemanha. a figura 1 apresenta a estrutura química do 2,4-d. as soluções do 2,4-d foram preparadas dissolvendo-se 25 mg do herbicida em 1 litro de água ultrapura, milli-o (18,2 mw. cm) e 25 mg do herbicida em 1 l de metanol grade hplc (mallinckrodt). figura 1 estrutura química do 2,4-d. métodos analíticos o herbicida que permaneceu não degradado, em solução, nas diferentes doses de radiação, foi quantificado utilizando-se uma curva analítica obtida com padrões externos nas concentrações de 5, 10, 15, 20 e 25 mg l-1. para a obtenção da curva analítica foi utilizado um cromatógrafo shimadzu lc-9 com uma coluna rp 18 hp (200 mm x 4,6 mm x 10 mm), detector uv-vis com comprimento de onda fixo em 280 nm, fase móvel com 40% acetronitrila + 60% água com 2% de ácido acético, operando no modo isocrático, vazão de 1 ml min1 e volume injetado de 20 ml. estas condições foram selecionadas após estudos experimentais. todas as amostras foram injetadas em triplicata. utilizando-se os resultados experimentais, calculou-se os valores radiolíticos (g)* que são apresentados na tabela 1. tabela 1 g-valores e razão de degradação para o herbicida 2,4-d irradiado em água e metanol, nas taxas de doses de 2,7 and 5-60 kgy h-1. *o valor radiolítico (g) é o número de moléculas produzidas ou decompostas por 100ev de energia absorvida. para conversão dentro do sistema internacional (si) o valor radiolítico deve ser multiplicado por 0.10364, para obter os valores em m mol j-1. este valor é calculado a partir da regressão linear das concentrações do herbicida não degradado, em função das diferentes doses de radiação [7] . 44 ecl. quím., são paulo, 29(1): 41-46, 2004 resultados e discussão degradação radiolítica do 2,4-d as soluções do herbicida 2,4-d foram irradiadas em água nas doses de 1, 5, 10, 20 e 30 kgy e em metanol nas doses de 1, 5, 10, 20, 30, 40, 75, 100, 150 kgy, todos nas taxas de dose de 2,7 and 5-60 kgy h-1. as figuras 2 e 3 mostram os resultados obtidos e a figure 4 e 5 mostram alguns cromatogramas representativos do 2,4-d irradiado em água e em metanol nas duas taxas de dose. figura 2 porcentagem de degradação do 2,4-d irradiado em água, em relação a dose de radiação e da taxa de dose. figura 3 porcentagem de degradação do 2,4-d irradiado em metanol, em relação a dose de radiação e da taxa de dose. por meio dos resultados das figuras 2 e 3 pode-se observar que a taxa de dose teve influência significativa na degradação do herbicida 2,4-d em água e em metanol. enquanto que para taxa de dose maior (5-60 kgy h-1) foi necessário uma dose de radiação de 20 kgy em água e 100 kgy em metanol para degradação total, para a taxa de dose menor 2,7 (kgy h-1) conseguiu-se a degradação total do herbicida depois de uma dose de radiação de 30 kgy em água e 150 kgy em metanol. este comportamento é evidenciado nas figuras 4 e 5. com mesma dose e taxas de doses diferentes o pico referente ao 2,4-d (tempo de retenção de 7,5 min.) mostrou uma maior área quando se utilizou a taxa de dose menor (2,7 kgy h-1). figura 4 cromatogramas obtidos por hplc para o 2,4-d irradiado em água: a) 2,4-d em água não irradiado; b) 2,4-d em água, irradiado com uma dose de 10 kgy e taxa de dose de 2,7 kgy h-1; c) 2,4-d em água, irradiado com uma dose de 10 kgy e taxa de dose de 560 kgy h-1. figura 5 cromatogramas obtidos por hplc para o 2,4-d irradiado em metanol: a) 2,4-d em metanol não irradiado; b) 2,4-d em metanol, irradiado com uma dose de 50 kgy e taxa de dose de 2,7 kgy h-1; c) 2,4-d em metanol, irradiado com uma dose de 50 kgy e taxa de dose de 560 kgy h-1 uma explicação para esse comportamento é a de que com a aplicação de uma dose maior em um período menor de tempo, as espécies mais 45ecl. quím., são paulo, 29(1): 41-46, 2004 reativas dos solventes (oh•,eaq, h•) formam-se em maior concentração e assim atacam mais efetivamente a molécula do herbicida, aumentando sua degradação [8]. em presença de ar h e e(aq) são convertidos em radicais peróxidos. getoff & bekbölet [8] mostraram que uma solução contendo 1.0 x 10-4 mol. dm-3 de compostos clorados, aproximadamente 91% dos e-. (aq) eram convertidos de acordo com a reação (34). o restante dos e(aq) reagiam exclusivamente com o grupo aldeído da molécula [18]. ao mesmo tempo todos átomos de h resultam em ho 2 que posteriormente são convertidas em espécies o. 2 (eq. (35)). os autores ainda relatam que o processo de degradação dos substratos é iniciado predominantemente pelos radicais oh.. valor radiolítico-g os g-valores encontrados para a irradiação do herbicida 2,4-d em água e em metanol confirmam mais uma vez a influência da taxa de dose na degradação., isto é os valores de g são maiores quando se utilizou taxa de dose maiores (5-60 kgy h-1). de acordo com getoff & lutz [9], g valores nas faixas de 0,1 to 0,31 mmol j-1 na decomposição de compostos orgânicos indicam a ausência de reações em cadeia. isto pode levar a formação de um número pequeno de espécies reativas requerendo assim altas dosagens para uma efetiva degradação, não sendo mais economicamente viável. assim, os g valores encontrados, 0,81 and 1,04 para a degradação do 2,4-d em água indicaram a formação de grande quantidade de espécies reativas, enquanto que para o metanol, os valores encontrados, 0,14 e 0,10, indicam que neste meio, houve uma baixa formação destas espécies reativas. conclusões foi verificado através dos resultados que a dose de radiação pelo tempo de exposição (taxa de dose em kgy h-1) teve influência significativa na degradação do herbicida 2,4-d em meio aquoso e metanólico. a degradação do herbicida foi maior quando se utilizou a taxa de dose maior (5-60 kgy h-1). esses resultados são importantes para poderse entender melhor a ação da radiação gama em compostos que podem se tornar nocivos poluentes ambientais e assim, no futuro, o uso das radiações poderão se transformar em um importante método de descontaminação ambiental, principalmente na degradação de compostos que não são facilmente degradados pelos métodos mais convencionais. agradecimentos os autores agradecem a empresa brasileira de radiações embrarad pela irradiação das amostras utilizadas no estudo e ao cnpq (brasil) pelo suporte financeiro. s. x. de campos, s. m. sanches, s. z. falone, e. m. vieira. influence of rate dose in the degradation of the 2,4 dichlorophenoxyacetic acid (2,4-d) herbicide in water and methanol by gamma radiation from cobalto60. abstract: conventional methods for environmental decontamination sometimes just transfer these residues from one place to another. this study deals to the study of the influence of dose rate in the degradation of 2,4-d herbicide in water and methanol solutions by gamma radiation from cobalt-60. the results showed that pure 2,4-d herbicide in water was totally degraded with a dose of radiation of 30 kgy at a dose rate of 2,7 kgy h-1 and 20 kgy with dose rates of 560 kgy h-1. for a total degradation of pure 2,4-d herbicide in methanol to occur a dose of radiation of 150 kgy at a dose rate of 2,7 kgy h-1 and 100 kgy at a dose rate of 560 kgy h-1 were needed. it is concluded that radiolytic degradation of 2,4-d herbicide depends on of the dose and the dose rate. the radiolytic yield from 2,4-d degradation was calculated. keywords: 2,4-d; degradation; dose ratio; gama radiation recebido em: 04/08/03 aceito em: 31/10/03 46 ecl. quím., são paulo, 29(1): 41-46, 2004 referências [1] s. m.branco, natureza e agroquímicos, moderna, são paulo, 1991, 56 p. 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intermolecular forces. introduction the considerable variations on molecular chemistry properties has long been known to be influenced by medium interaction. the electronic spectrum of a immersed molecule in a solvent generally suffers a shift in energy related to the spectrum of the isolated molecule in the gas phase at low pressure.1,2,30 the solvent effects on solution reactivity is of fundamental importance in nearly all fields of chemistry. the increased interest in dipolar aprotic solvents due to high dieletric constant11,24,27 in comparison to alcohol solutions, makes those systems particularly interesting for acid-base studies for a wide range of organic reactions. the more "chemical" properties include polarity, ability to form hydrogen bonds(hb), and structuredness. linear free energy relationships (lfer) or linear solvation energy relationships (lser) relate such properties to divers processes in solution, such as solubility, rates of reaction, wavelength of light absorption, and so on.20 the solvation energy is defined as the energy change which accompanies the transfer from a molecule at the gas phase (or vacuum) to a liquid solvent.28 usually, most of the chemical processes are concerned with molecules in condensed phases, such as liquids and solutions.31 the photophysical properties of liquids are determined by nature and energy of their electronically excited states. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back solvent effects on discrete low-energy spectra in the optical and ultra-violet (uv) energy regions, the so called solvatochromatic shifts, in particular the question of red versus blue absorption shifts following solvation of organic species with b electron system has been the subject of intensive investigation.10, 27 classical solute-solvent interactions can be non-specific (dielectric interactions) when they depend on polarity properties of the solute and solvent molecules, arising from the coulomb forces between charged ions or dipolar molecules and polarization forces from induced dipole moments in molecules due to nearby ions or dipolar molecules.24 specific solute-solvent association, with charge dispersion and formation of hydrogen bond between specific sites of the solute-solvent molecule, locked in a well defined geometrical situation,24 occurs when solute-solvent of fixed stoichiometry and geometry are formed.11,20,24 a specific association implies a fixed stoichiometry (usually 1:1), as well as fixed geometry (bond length and angle). different scales that relate solubility properties such as z, et and dn are expressed in kj.mol-1 from 0 to 100 and are not comensurate20 with normalized parameters ", a , b and p* that range from 0 to 1. symmetry perturbations due to ligands directed to the central metal is defined as axial ligation6,7,11,18,29 which can be compared to the spatial arrangement in combination o geometric factors of the weaker solvent coordination processes. spectral properties of phthalocyanines (pc) act as an excellent guide to the accuracy of theoretical treatments for coordination of basic ligands and solvents with charge transfer processes between the metal and pc ring7,9,12,13,18 and deduction of the oxidation state of the central metal. in this work the interaction of manganese-phthalocyanine (mn-pc), by considering changes on the molar extinction coefficient (em-1.cm1), are described. solubility properties (e values) for mn-pc were related to solvent scales and compared to solvent/ligand coordination processes. the evidences for specific interactions have been interpreted as dependent from the inserted mn (d and paramagnetic metal) on the phtalocyanine ring and related to the theoretical values obtained by calculation using the extended hückel method (ehm).26 experimental manganese phthalocyanine (mn-pc) was obtained from eastman kodak co., rochester, n. y. u.v. visible absorption spectra was recorded on a hewllet-packard-8000 diode array and on a bausch and lomb-mod. spectronic 2000 spectrophotometer. all solvents and chemicals were of analytical grade. benzene was distilled over sodium. water was double-distilled and deionized. spectral measurements were carried out under conditions without aggregation of the solute molecules. the lambert-beer law was fulfilled in all solvents, so that solvent-induced band shifts or solubility changes were not due to association phenomena (see figures 1-4). under the assumptions of debye-hückel theory, no correction is necessary for reference to infinitely dilute solutions, because phthalocyanine (pc) concentrations were measured in the concentration range of 10-7m ( m = mol.dm-3). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 dymethylformamide (dmf) hydrolyses at relatively fast rate in the presence of acids or bases.37 a few concentration points deviated from beer-lambert law for mn-pc in dmf due to the mentioned effect (figure 3). results and discussion phthalocyanine is a relatively small planar molecule containing 56 atoms in an arrangement with d4h symmetry. the closed inner system consists of 16 carbon and 8 nitrogen atoms (18 p electrons, corresponding to hückel's rule for aromaticity) has great stability, forming the nucleus of the porphyrins.7,9,18 it is also known that the metal atoms may be more or less delocalized from the molecular plane, depending on its interaction with the solvent media.14,35,36 the b electron system of the phthalocyanato ligand interacts with the central atom and, depending on its electronegativity, conferes donor or acceptor character to the molecule.15,22,29 manganese-phthalocyanine solvent interactions correlated among solvent polarity scales low solubility of metallo-phthalocyanines (m-pc) has lead to the situation where spectral data are presented mostly in the same solvents for ranges of phthalocyanine compounds. in addition, e, values are roughly taken in almost all laboratories as 105 m-1.cm-1 for different solvents and metals, which in many cases is far from being real. collor changes of metallic-complexes in different medium are an evidence of solvent effects15,22. basic solvents solubilizes cations (s-donation through the metal), while acid solvents solvates anions (s-acceptance through the ligand)3,28. as example, the poor solvating ability of dimethyl sulfoxide (dmso) for negative ions and its good solvating ability for positive ions12 and similar aprotic solvents as dimethyl acetamide (dma), dimethyl formamide (dmf), asw. the solvent electron pair donation ability is accounted for best by b , with which d.n. is also correlated; the polarity and polarizability p* of the solvent , with which the basity is correlated.24 the hydrogen bond donation ability (hbd) is accounted for best by a , also described by z, et,30 a.n. (acceptor numbers) and acity.24,27 the table 1 shows increased interaction pattern for manganese-phthalocyanine (mn-pc) in solvents with the ability to establish hydrogen bindings, once its solubilization increases with the donicity of protic solvents (gutmann dn, z and et scale, and a ; a measures the hydrogen-bond donor ability of the bulk solvent, related by a multiparameter equation, called linear solvation energy relationship (lser)11,20,24) and decreases with the donicity of aprotic solvents. the absence of a solubilization pattern in dipolar aprotic solvents shows that dielectric/polarity effects are not the primary intermolecular forces contributing to mn-pc solubilization processes. the strongest hydrogen bonds (hb) are expected to occur between a solvent (protic) with its conjugated base;25,32 in this case, the outer-bridged nitrogen atoms of the pc ring. according to calculations,26 mn in an phthalocyanine(pc) environment, presents atomic charge and ligand population respectively, +0.101 and -0.101. the low permanent molecular dipole moment, induces hydrogen binding with increased solubility pattern for the alcohol hydrogen bond donation ability (a)20,24 so that it can be classified an acidic indicator for organic solvents. those assumptions are confirmed by its distinct solubility pattern in aromatic solvents (table 2). mn-pc presents no regular pattern for polarizability/dipolarity interactions; but with the register of charge http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 dispersion and formation of hydrogen bonds, ability of protic solvents. axial coordination of solvents and/or basic ligands to manganese-phthalocyanine the phthalocyanine ring itself can be symmetric. perturbations to the geometry from d4h to c4v of the central metal due to axial ligands or solvents, and the size effects of different central metals have been subject of intensive investigation.9, 12, 13, 26 previous studies10,17,22 assign the q band as an p (a1u) ® p*(eg) transition and the b band as vibronically allowed, which gets intensity mainly in dimerization processes.35 the band around 500 nm is characterized as charge transfer transition7,9,18,19,26 from metal to ligand [ mlct: d(eg) ® eg(p*); d(eg) ® b1u(p*)] or from ligand to metal lmct: a1u(p) ® d(eg); a2u(p)® d(eg); a2u(p) ® dz 2(a1g) (figure 1). for axial ligand studies, the weakly coordinating http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 solvents dma, dmso and dmf provide a consistent environment from which to compare different metals and different axial ligands.6 the coordination of pc sites determines in part molecular behavior and spectral properties.9 electron density can be transferred by p-back-donation from the metal in strong antibonding orbitals of the ligand,19 so that changes in the m-n bond can be detected. when basic ligands(l) such as py coordinates to the central transition metals of macrocyclic molecular solids, the axial ligation is accompanied with an angle shift of the long molecular axis in relation to the substrate, so that axially ligated molecules are more tilted-up; for co-pc complexes in langmuir-blodgett films the formed angle is 40° ; the l (py) inclusion generates an angle shift to 60° . if a parallel can be drawn for transition metals,5 the angle shift superimposes adjacent molecular units, enhancing orderliness and suppressing partially the additional intramolecular "connection" (cooperativity) between adjacent metal and nitrogen atoms. removal of py coordinated ligands to mn-pc showed enhanced crystalline disorder.34 in pyridine(py), mn-pc molecules are six-coordinated, with the py molecules ligated axially and externally in the sixth coordination position,6 the structure being bridged by an oxygen atom forming a bridged oxygen dimer: py.pc-mn-o-mn-pc.py. the py coordination to the manganese atom is accompanied with a raise in energy of the dz2 orbitals which is dependent on the degree of the axial perturbation. since the ground state is s = 3/2 the spin change is accompanied with the triplet-multiplet states mixing,4,5,17,31 once 3(p ® p*) s = 1 can present overall spin 3/2 and mix with 1(b6b*) s = 3/2 . thus triplet-multiplet states are possible and related to spin conversion processes with pronounced spectral changes, such as demonstrated for mnpc/py (see table-1, lmax-q-band: 618 nm). the broadening of the q-band in pyridine suggest that there may be a mixture of species present.7,14,18,35,36 in dma and dmf solutions mn(ii) is considered high spin.19 solvent p-donor/acceptor capability toward the planar b-system of the pc molecule, can be designed. analysis of the b band (normally located at 640 nm), shows constant values for mn-pc in alcohols (l = 642 nm), but delocalized for aromatic solvents as pyridine and toluene (l = 665 nm, figure 2 and 4) and shift to lower energy attributed to the interaction of the p electron system of the solvent with the phthalocyanine ring, favoring p-back-donation. dimeric species can be formed due to direct linkages that place the pc ring close enough in space, so that intramolecular association can occur.29 zinc phthalocyanine (zn-pc) in alcohol-based solvents, presents dimerization processes,6 which is not the case for the repported data. for the solvents under investigation dimerization processes were detected solely for mn-pc in toluene (figure 2), where the vibronicallly allowed b band at 620 nm gets intensity, as a result of excitonic coupling between the two p systems.6,29 the band shifts observed for mn-pc in both protic and aprotic media can be related to charge transfer (ct) processes,29 lying in the same energy region as the b and q bands. when ct and p-p* transitions overlap, a blue or red-shifted q-band is observed.35 hydrogen bonding can present considerable solvatochromic effects.11,20,24 mn-pc in alcohols present a general tendency for redshiftted spectra (q band-lmax = 717 nm; dma: 705 nm, dmf: 706 nm), which may be related to http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 the higher dipole moment of the excited state, larger in alcohols11,20 due to the stabilization of p*(pc) orbital in the presence of a nearby protic solvent. mn-pc for all alcohol solutions (figure 1, table 1 and 2) present typical spectra of unaggregated or monomeric pc species, demonstrating that specific interactions through hydrogen bindings from the alcohol extremity to the pc ligand, with fixed stoichiometry are formed. precedent work4 repports mn-pc as almost perfectly square planar molecule in he solid state. mnphthalocyanato d5 presents a m-n distance16 of 1.938 å. barraclough at all repported the metalnitrogen angle path as approximatly 90° . the planar molecules are stacked in the lattice so that they occur at intervals of 4.7 å, along the short monoclinic axis of the crystal and inclined at an angle of 45° . the stacking arrangement of the molecules in the lattice is such that two nitrogen atoms of each molecule lie exactly above and below mn atoms to the nearest neighbors with a distance of 3.4 å4,5,16,25,32 (figure 5 (a)). in the solid state, the n atoms from one pc molecule present axial location in relation to the mn atom from the neighbouring pc molecule, providing a pathway for electronic and magnetic superexchange interactions driven by intramolecular contacts, weaker in a liquid medium but not significantly altered in an protic environment. proposed structure for alcoholto-mn-pc coordination is in (figure 5(b)). in the liquid state cooperativity effects are low due to small orbital overlap;17 total cooperativity is achieved in perfect crystals. considering that solid and solution spectra of mn-pc are similar, a qualitative parallel is suggested for solid and solution molecular arrangement, by considering that in solution intermolecular contacts (m-n) of mn-pc are considerably reduced, but maintaining the same parallel structure as described for solid systems. the solubilization process for the phthalocyaninato macrocycle which posesses large p-electron system is suitable for the registration of specific intermolecular interactions. a hydrogen bond ( 271 mm8) connects the alcohol molecules to the negatively charged molecular moiety of the pc ligand the outer-bridged nitrogen atom (n····h-o-r) suitable to localized charges due to solvent interactions.28 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 the additional intramolecular (mnpc-mnpc) binding between the metal and adjacent nitrogens remains as in the solid state, but weaker when solubilized in liquid media (alcohol solution) and needs to be accounted to deduce the structural disposition of mn-pc with respect to the neighbouring mn-pc molecule in the r-oh solution; the intermolecular forces responsible for solubilization processes are in proportion 1(solute-mnpc):1(solvent-alcohol) characterized as hydrogen bonding. conclusion manganese-phthalocyanine (mn-pc) was studied in different organic solvents. by considering its solvent interaction, due to its increased solubility pattern with the hydrogen bond donation ability of protic solvents, is an indication that dielectric/polarity effects are not the main contributing factors to mn-pc solubilization processes. a parallel between solid and solution spectra demonstrates qualitatively that a solvent(alcohol)-to-defined sites of the pc ring, directed toward to the outerbridged nitrogen atoms is formed in a fixed stoichiometry (1:1) and geometry (bond lenght and angle) providing pairwise intermolecular interactions and classified as specific interactions of hydrogen bondings type. wiederkehr, n.a. um modelo para interações específicas de ftalocianina de manganês em meios próticos. ecl. quím. (são paulo), v.24, p.45-59, 1999. resumo: variações do coeficiente de extinção (e) para a ftalocianina de manganês (mn-pc) em diferentes solventes orgânicos foram correlacionados a escalas de polaridade, tais como, valores de kosower (z), valores de dimroth (et), números doadores (dn) e relações lineares para energias de solvatação(lser) ou relações lineares para energia livre (lfer), cálculo de orbitais moleculares e processos de coordenação ligante/solvente, objetivando o estudo da interação molecular com o meio e a identificação das forças intermoleculares predominantes. palavras-chave: ftalocianina de manganês; escalas para solventes; espectros no u.v.visível; interações soluto-solvente; forças intermoleculares. references 1 abraham, m.h. scales of solute hydrogen-bonding: their construction and application to physicochemical and biochemical processes. chem. soc. rev., v.22, p.73-141, 1993. 2 agren, h., mikkelsen, k.v. theory of solvent effects on electronic spectra. j. mol. struct., v.234, p.425-30, 1991. 3 arnett, e.m., solvation energies of organic ions. j. chem.educ. 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(submitted). recebido em 5.1.1999. aceito em 30.3.1999. * departamento de engenharia industrial, área de conhecimento: química; feevale – federação de establecimento de ensino superior em novo hamburgo 93.525-000 novo hamburgo r.s. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24  são paulo  1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100004  eq2-05.pmd 33ecl. quím., são paulo, 29(2): 33-40, 2004 volume 29, número 2, 2004 www.scielo.br/eq determination of copper, iron, nickel and zinc in fuel kerosene by faas after adsorption and pre-concentration on 2-aminothiazole-modified silica gel p. s. roldan1,2, i. l. alcântara1, j. c. rocha1, c. c. f. padilha3, p. m. padilha4 1instituto de química, departamento de química analítica, unesp, cp 355, 14800-900 araraquara,sp, brazil 2centro de energia nuclear na agricultura-usp, 13416-000, piracicaba, sp,brazil 3instituto de biociências, departamento de física e biofísica, unesp, cp 510, 18618-000, botucatu, sp, brazil 4instituto de biociências, departamento de química e bioquímica, unesp, cp 510, 18618-000, botucatu, sp, brazil e-mail: padilha@ibb.unesp.br or psroldan@cena.usp.br ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ abstract: silica gel chemically modified with 2-aminotiazole groups, abbreviated as siat, was used for preconcentration of copper, zinc, nickel and iron from kerosene, normally used as a engine fuel for airplanes. surface characteristics and surface area of the silica gel were obtained before and after chemical modification using ft-ir, kjeldhal and surface area analysis (b.e.t.). the retention and recovery of the analyte elements were studied by applying batch and column techniques. the experimental parameters, such as shaking time in batch technique, flow rate and concentration of the eluent (hcl0.25-2.00 mol l-1) and the amount of silica, on retention and elution, have been investigated. detection limits of the method for copper, iron, nickel and zinc are 0.77, 2.92, 1.73 and 0.097 mg l-1, respectively. the sorption-desorption of the studied metal ions made possible the development of a preconcentration method for metal ions at trace level in kerosene using flame aas for their quantification. keywords: preconcentration; modified silica gel; metal ions; fuel kerosene; faas determination. _________________________________________________________________________________ introduction the presence of trace metals in fuels, unless they are added purposely, is usually undesirable, as they may be responsible for the decomposition and poor performance of the fuel, leading to corrosion of the motor and formation of precipitates. some metals are natural constituents of the crude oil, others can be introduced into the kerosene as contaminants, e.g. through contact with refining and distilling equipment, or during storage and transporte.[2-5, 28] volatile elements present in fuels are released to the environment upon combustion and may cause environmental pollution.[14] metallic elements are normally present only in very low concentration in kerosene, requiring very sensitive techniques or preconcentration for their determination.[26] despite the selectivity and sensitivity of analytical techniques such as atomic absorption spectrometry (aas), there is a crucial need for the preconcentration of trace elements before their analysis due to their frequent low concentrations in numerous samples (especially water samples). additionally, since high levels of non-toxic components usually accompany analytes, a cleanup step is often required. liquid–liquid extraction is a classical method for preconcentrating metal ions and/or matrix removal.[32] solid phase 34 ecl. quím., são paulo, 29(2): 33-40, 2004 extraction (spe) is another approach that offers a number of important benefits. it reduces solvent usage and exposure, disposal costs and extraction time for sample preparation. solid phase extraction has some advantages over liquid–liquid extraction such as a higher preconcentration factor, better efficiency, greater reproducibility and greater simplicity in handling and transfer. consequently, in recent years spe has been successfully used for the separation and sensitive determination of metal ions, mainly in water samples. great potential of this technique for speciation studies.[8] different procedures are found in the literature for the determination of metals in petroleum derivatives. atomic absorption spectrometry is extensively used, although the direct introduction of petroleum products may cause flames to become excessively fuel rich and unstable. many methods of preconcentration of metal ions from solutions have been described. of particular interest are those which involve inorganic solid surfaces modified with chelating groups and so have advantage of selectivity.[21, 22] preconcentration methods can removal of some interferents which may be present in the sample solution, can considerably improve the obtained results extending the limit of detection to lower concentration levels.[9, 15] surfaces of inorganic solids have been modified with organofunctional groups for adsorption and preconcentration of metal ions from solutions.[11, 12] silica gel is an amorphous inorganic polymer composed of internal siloxano groups (sio-si), and with silanol groups (si-oh) distributed on the surface.[1, 17] the active hydrogen atom of the silanol groups of silica gel has the ability to react with agents containing organosilyl functions, to give some organic nature to the precursor inorganic support.[6, 31] the accurate determination of trace metals in petroleum products is of significant importance concerning their further utilization. it is well known that some metals catalyze oxidative reactions in hydrocarbon mixtures, degrading their thermal stability and impairing their use as fuel. only low concentrations of metals can be tolerated before the fuel stability degrades to an undesirable extent. metals in petroleum products may also cause catalyst poisoning.[4, 16 ,30, 33] a relevant goal for the modification of the silica surface is to establish experimental conditions to anchor molecules which can then extract traces of undesired cations dispersed into the pure solvent.[23] the present paper describes the preparation of silica gel chemically modified with 2-aminothiazole (siat) to produce an efficient collector for separation and determination of metal ions dispersed into the kerosene fuel by faas. experimental reagents the stock metal ions solutions were prepared by dissolving the reagent grade chlorides (merck) in ethanol (mallinckrodt). stock standard solutions of copper, zinc, nickel and iron at a concentration of 1000 mg dm-3 were obtained from merck. silica gel (35-70 mesh) were obtained from merck. water was distilled and de-ionized with a milli-q system (millipore corp.). the materials and vessels used for trace analysis were kept in 10% nitric acid at least 24 hours and subsequently four times in de-ionized water. hydrochloric and nitric acids used were suprapur from merck. organofunctionalization of silica gel[18, 25] silica gel 60 merck (35-70 mesh) was activated at 420 k under vacuum (10-3 torr, ca. 0,133 pa). this silica (50 g) were refluxed with n,n-dimethylformamide (merck) (135 cm3), pocl3 (merck) (15 cm3), and the mixture was stirred for 36 h at 380 k under nitrogen atmosphere. the resulting modified silica (reaction 1) was immersed again in pure n,ndimethylformamide (135 cm3) and 2aminotiazole (36 g) was added. the mixture was stirred for 36 h at 380 k under nitrogen atmosphere. the resulting modified silica (reaction 2), named siat, was filtered off and washed with ethanol and dried in vacuum at room temperature. the reactions involved in the preparations of siat are show below. 35ecl. quím., são paulo, 29(2): 33-40, 2004 reaction 1chlorination reaction. reaction 2immobilization of 2-aminothiazole groups. characterization diffuse reflectance infrared fourier transform (drift) spectra were obtained with a nicolet spectrometer model nexus 670 with smart collector, in transmittance units, with 3.5 mg of material mixed with 500 mg of kbr.[13, 22] the specific surface area was determined by the b.e.t. method [7] on a micromeritics asap 2010 equipment of micromeritics instrument corporation. the quantity of 2-aminothiazole groups attached to the silica gel surface was determined by a nitrogen analysis, using a shimadzu ea2218 chns-o elemental analyzer. isotherms of adsorption the adsorption capacity of siat was determined at 298 k using the batch technique.[18, 25] in 50 cm3 of ethanol solutions of the metal ions (concentrations between 2x10-4 and 5x10-3 mol dm-3), about 100 mg of siat were added and the resulting mixture shaken for 10 min. the solid phase was separated by centrifugation and the metal ion determined in the supernatant solution by complexometric titration.[27] pre-concentration of the metal ions in ethanol solutions [25] this study was carried out using a 8 cm length and 0.6 cm inner diameter glass column packed with 1 g of siat (with 5 cm packing height). initially, the column was washed with ethanol and then 50 cm3 of 38, 40, 35 and 52 ìg dm-3 of cu(ii), fe(iii), ni(ii) and zn(ii) ethanol solutions, respectively, were percolated through the column with a flow rate of 1.5 cm3 min-1. the column was washed with 25 cm3 of ethanol, 10 cm3 of de-ionized water and then the metal was eluted with 5 cm3 hcl solution (hcl concentrations = 0.25, 0.50, 1.00 and 2.00 mol dm-3). all fractions obtained during the elution stage were gathered separately and analysed by flame aas. the concentrations of the metal ions were also determined by gfaas (graphite furnace absorption atomic spectrometry) to compare with the results obtained using the preconcentration step. determination by faas the concentrations of metal ions gathered from the siat column were determined by faas according to the standard guidelines of the manufacturers (spectrometer: shimadzu aa6800) [20], choosing resonance lines for the metals and deuterium-arc lamp background correction. for the calibration, synthetic standard solutions containing on 1.0 mol dm-3 hcl comparable to the samples, were used. results and discussion characterization of the material the chemical analysis of nitrogen in siat showed a contend of 1.24 ± 0.07 mmol g-1 of 2aminothiazole groups bounded to the silica gel surface. the specific surface area was found to be 354 ± 0.6 m2 g-1. the decrease showed by the siat specific surface area were attributed to the covalently bound between siliceous groups and 2aminothiazole groups, recovering the active sites and forming a impediment on the surface of silica gel. [18, 25] diffuse reflectance infrared fourier transform spectra (drift) were collected on a nicolet spectrometer model nexus 670 with smart collector purged with dried air, with a resolution of 8 cm-1 by accumulating 200 scans. infrared spectra of different silica samples in the 4000 to 500 cm-1 range were obtained by the dilution at 99,3 % in a kbr matrix (aldrich, purity 99%) previously dehydrated at 100 oc during 24 hours. the background spectrum is recorded with a pure 36 ecl. quím., são paulo, 29(2): 33-40, 2004 kbr. a standard matrix is made with pure silica gel diluted at 99,3 % in kbr. the infrared for pure silica (ps) and siat are show in figure 1. a small difference is observed in relation to the number and intensities of the bands in comparing activated silica and the other modified silica (siat). this same behavior was previously observed for the other anchored processes. [24,29] the infrared spectra shown in figure 1 confirm the presence of 2-aminothiazole groups bound to the silica surface. the absorption band observed at 2784 cm-1 is due to the c-h stretching of aromatic olefins. the other two bands of interest are observed at 1471 and 1395 cm-1, what can be assigned to the äc=n and än-h, both dislocated from low frequencies due to the äsi-o remaining of silica gel what strongly absorption at 1630 cm1.[18,25] between 2500 and 3800 cm-1, the spectra exhibit a broad and featureless band corresponding to the stretching vibrations of the surface silanols si-oh perturbed by hydrogen bonding either intramolecularly or with adsorbed water. below 1500 cm-1, the spectra exhibit a broad and intense band around 1100 cm-1, characteristic of the ant symmetric stretching vibration of the si-o-si, and a less intense band around 900 cm-1 (si-o-si symmetric stretching vibrations). figure 1infrared spectra of pure silica (ps) and modified silica (siat). batch and column method equilibrium time the time required for this reaction to achieve the equilibrium condition was previously determined immersing 100 mg of siat in 50 cm3 of 5x10-3 mol dm-3 of the metal solution and shaken. at different time intervals, an aliquot of the supernatant solution was separated and the metal ion analysed by complexometric titration using edta as the titrant. [27] the results obtained are show in the figure 2. figure 2 time required to equilibrium between metal ions and siat in solution with shaking. the quantity of the adsorbed metal per unit mass of the adsorbent, nf, was calculated applying the equation: ( ) siat si f m nn n − = equation 1 where: ni represents the initial mole number of the metal ion in the solution phase, ns the mole number of the metal ion in equilibrium with the solid phase and msiat is the mass of the adsorbent. the kinetics of the adsorbent-metal interaction are of considerable importance if the adsorbent is to be used in a dynamic system such as a packed column and a flowing stream. if the complex is not sufficiently rapid for certain metals, then their concentration on a packed column is unlikely owing to the short contact time between the resin and the solution. in those cases a batch extraction with a large excess of adsorbent should be conducted over an extended period. in all cases 37ecl. quím., são paulo, 29(2): 33-40, 2004 the kinetics are rapid and with around 10 min. of interaction between metal ions and siat in ethanol solution, the state of equilibrium was established. at least, more than 95% of ions were extracted within 5 min of interaction with the modified adsorbent, except for iron, where the equilibrium was established between 10-15 minutes. adsorption capacity of the siat the adsorption capacity of the chemically modified solid support is an important factor to determine how much adsorbent is required to quantitatively remove a specific metal ion from the solution by column and flow system method. the adsorption capacity of siat was determined at 298 k using the batch technique. in 100 ml of ethanol solutions of the metal ions (concentrations between 2.0x10-4 and 5x10-3 mol dm-3), about 100 mg of siat were added and the resulting mixture shaken for 10 min. the solid phase was separated by centrifugation and the metal ion determined in the supernatant solution by complexometric titration using edta. the results are show in the figure 3. comparing the number of active sites (1.24 mmol g-1), and the number of metal ions bonded with the siat (1.20 mmol g-1), the interaction between metal ions in solution and siat was done only by chemisorptions. figure 3 capacity of the siat: copper and iron1.20 mmol g-1, zinc0.90 mmol g-1 and nickel1.10 mmol g-1. analytical performance of the method the analytical performance of the method can be show for the results from faas measurements. this study was carried out using a 8 cm length and 0.6 cm inner diameter glass column packed with 1 g of siat. initially, the column was washed with ethanol and then 50 cm3 of 38, 40, 35 and 52 mg dm-3 of cu(ii), fe(iii), ni(ii) and zn(ii) ethanol solutions, respectively, were percolated through the column with a flow rate of 1.5 cm3 min-1, that corresponding the time required to complete interaction between metal ions and siat column. above 1.5 cm3 min-1 the analytical signal decrease owing to the short residence time of the solution, which results in a incomplete retention of metal ions. the column was washed with 50 ml of ethanol and then the metal was eluted with 5 cm3 hcl solution ([hcl]= 0.25, 0.50, 1.00 and 2.00 mol dm-3). all fractions obtained during the elution stage were gathered separately and analysed by flame aas. the recoveries of analytes from 50 cm3 of ethanol solutions with specific metal concentrations were higher than 95%, thus confirming the accuracy of the procedure (table 2). table 2 recovery efficiencies of cu, fe, ni and zn from ethanol standard solutions. eluent: hcl 1 mol dm-3 the recovery experiment for each metal ion from a synthetic solution served as basis for a rapid method for preconcentration and determination of copper, iron, nickel and zinc in kerosene fuel. table 3 shows the concentrations of the metal ions in fuel kerosene samples produced in three different industries. the detection limits calculated in this conditions were 0.77, 2.92, 1.73 and 0.097 mg dm-3 for cu(ii), fe(iii), ni(ii) and zn(ii), respectively. the concentrations of cu(ii), fe(iii), ni(ii) and zn(ii) are low in the analysed samples, however are above of detection limits determined for the proposed preconcentration method. these results are in accordance with results obtained with other preconcentration method, [10, 19] and also are in accordance with results obtained by direct determinations with gfaas. 38 ecl. quím., são paulo, 29(2): 33-40, 2004 conclusions 2-aminothiazole groups attached to a silica gel surface can readily be used to adsorb metal ions from ethanol solution and fuel kerosene. its relatively high chemical stability in kerosene, and the velocity with which the metal ions are adsorbed, turns this material potentially useful for analytical purposes. the complexant 2aminothiazole can be immobilized onto silica gel by use of a simple method. the collector siat obtained this way shows a high selectivity and capacity towards heavy metal ions. the capacity of the siat is sufficiently high to preconcentrate more than one metal ion simultaneously. table 3 determination of copper, iron, nickel and zinc in different kerosene fuel samples by faas with preconcentration on a column packed with siat and direct determination by gfaas. *fuel kerosene samples collected from different industries: 1petrobrás, 2neiva (manufacture of airplanes), 3texaco. the equilibration is fast as 97-100% metal ions are sorbed within 5 min. of interaction. in addition, high enrichment factors (f = 10) and low detection limits are obtained. acknowledgments the authors thank the fapesp (projects 99/12916-0), fundibio, finep, anp for financial support and capes for a fellowships to p. s. roldan and i. l. alcântara. recebido em 03/05/04. aceito em 03/05/04. p. s. roldan, i. l. alcântara, j. c. rocha, c. c. f. padilha, p. m. padilha. determinação de cobre, ferro, níquel e zinco em querosene combustível após adsorção e preconcentração sobre sílica gel modificada com grupos 2-aminotiazol. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: sílica gel quimicamente modificada com grupos 2-aminotiazol (siat), foi utilizada na preconcentração traços de cobre, ferro, níquel e zinco em meio não aquoso. o material organofuncionalizado foi caracterizado por determinação da área superficial, análise elementar de nitrogênio e ftir. a capacidade de retenção e recuperação dos íons metálicos foi estudada utilizandose o método em batelada e por coluna. os parâmetros experimentais, como tempo de contato dinâmico na técnica em batelada, vazão e concentração do eluente, massa de adsorvente (siat) na técnica em coluna, foram investigados. o limite de detecção determinado para o método de pré-concentração foi de 0,77, 2,92, 1,73 e 0,097 mg l-1, respectivamente para cobre, ferro, níquel e zinco. a sorção-desorção quantitativa dos íons metálicos estudados, possibilitou a aplicação do método na préconcentração de 39ecl. quím., são paulo, 29(2): 33-40, 2004 traços de cobre, ferro, níquel e zinco em amostras de querosene combustível, para posterior quantificação por faas. palavras-chave: pré-concentração; silica-gel modificada, ions metálicos; querosene; determinação por faas. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ references [1] c. airoldi, r. f. farias, química nova 23 (4) (2000) 496. 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[33] h. walker, j. h. runnels, d. merryfield, anal. chim. acta 48 (1976) 2056. a03v29n1.pdf 25ecl. quím., são paulo, 29(1): 25-29, 2004 volume 29, número 1, 2004 www.scielo.br/eq mobilidade conformacional de complexos entre calix[4]arenos e aminas: evidências para estruturas exo-calix f. f. nachtigall1, f. nome2, m. lazzarotto3* 4 departamento de química universidade estadual de ponta grossa cep 84030-900 – ponta grossapr brasil. 2 departamento de química universidade federal de santa catarina, c.p. 476 – campus trindade cep 88049-970 florianópolisscbrasil. 3 departamento de química orgânicauniversidade federal do rio grande do sul – cep 91501-970 caixa postal 15003 campus do vale porto alegre rio grande do sul – brasil. resumo: os espectros de rmn de sais de calix[4]areno e aminas alifáticas , em acetonitrila, mostraram valores de deslocamento químico dos hidrogênios do calix[4]areno próximos entre si para as diversas aminas. foram obtidas as temperaturas de coalescência ( t c ), acompanhando os hidrogênios metilênicos entre 32 e 38 oc para os sais de calixareno com as aminas e o aumento de t c deve-se ao aumento da basicidade da amina e não a fatores relacionados com o volume. os dados estão de acordo com uma proposta exo-cálix, em que os cátions amônio situam-se fora da cavidade do calixareno. palavras-chave: calixarenos, complexos moleculares, cátions amônio introdução receptores moleculares para íons e moléculas neutras usualmente apresentam uma superfície côncava, com grupos aptos para a interação com os substratos, onde a complementaridade espacial tem uma função importante para aumentar as constantes de ligação.[1] porém, muitas vezes fatores dinâmicos, tais como a dessolvatação na complexação, e restrição na mobilidade do receptor e substrato, não são adequadamente considerados para explicar fatores relacionados à magnitude e seletividade da formação do complexo[2]. entre as moléculas sintéticas que são candidatas a receptores côncavos, citamos éterescoroa, ciclodextrinas e calixarenos, com grupos adequadamente posicionados para interagir através da interação com elétrons não-ligantes (ex.: éteres-coroa e íons metálicos), ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas. os calixarenos são oligômeros fenólicos cíclicos, com 4 a 14 unidades ligadas, sendo que os mais estudados são os calix[4]arenos, pelas suas características de semi-rigidez da cavidade, o que permite modular melhor a forma do receptor em solução[3]. a estrutura do calix[4]areno em solução assemelha-se a um cone truncado, com o quatro grupos oh fenólicos de um mesmo lado, interagindo através de ligações de hidrogênio intramoleculares. além disso, quando ocorre a desprotonação do calixareno, o fenolato é estabilizado por ligações de hidrogênio, o que estabiliza o ânion e aumenta as constantes de acidez, tornando cerca de 106 vezes mais ácido que os fenóis correspondentes. esta propriedade permite os calixarenos atuem como ácidos de brönsted em relação a aminas, levando à formação de íons amônio e os oxi-ânions dos calixarenos, que podem ser utilizados na construção de sensores seletivos para aminas. [4] a estrutura destes complexos está sob in*autor para correspondência: marcio@iq.ufrgs.br 26 ecl. quím., são paulo, 29(1): 25-29, 2004 vestigação, com propostas para a formação de complexos endo-cálix ,[5,6] em que o amônio se situa dentro da cavidade do calixareno, ou exo-cálix, [7] em que o amônio se situa fora da cavidade do calixareno, interagindo por ligações de hidrogênio com os grupos oh. uma das formas de investigação da estrutura dos complexos é a observação dos sinais metilênicos axiais e equatoriais, cuja temperatura de coalescência está relacionada com a velocidade de conversão entre as formas cone.[8] esquema 1 calix[4]areno procedimento experimental calix[4]areno foi obtido a partir da desbutilação do p-terc-butilcalix[4]areno, conforme método descrito na literatura. [9] as aminas utilizadas foram adquiridas de aldrich e sigma, e mantidas sobre peneira molecular 4 å. os espectros foram obtidos em várias temperaturas em um espectrômetro de ressonância nuclear magnética bruker-ac 200 mhz, usando tms como referência interna. a acetonitrila-d 3 usada nos espectros de rmn foi aberta no momento da preparação da amostra para análise de ampolas de 1 ml para diminuir a presença de água em solução. os valores de deslocamento químico estão em δ . resultados e discussão em acetonitrila, o movimento de inversão do cone do calix[4]areno é mais rápido que a escala de rmn ( ~0,1 s ), e os sinais referentes aos hidrogênios axiais e equatoriais do calix[4]areno não podem ser distinguidos. a adição de aminas à solução do calix[4]areno em cd 3 cn leva à formação do sal e à definição destes sinais a 25 c, e torna-se possível visualizar o sinal correspondente ao hidrogênio axial (mais blindado, valores de δ menores) e equatorial, com diferença de cerca de 1 ppm entre ambos sinais. esquema 2 equilíbrio entre calix[4]areno e amina os sinais dos hidrogênios aromáticos sofrem uma pequena blindagem (∆δ = 0,2) com a desprotonação, e não é possível a distinção entre a unidade fenólica desprotonada e não-desprotonada, o que evidencia o rápido equilíbrio de troca de hidrogênio interna. os δ dos hidrogênios aromáticos e metilênicos dos calixarenos praticamente não variam para as diferentes aminas estudadas. contudo, a blindagem do hidrogênio axial e desblindagem do hidrogênio equatorial do calixareno no sal com terc-butilamina em relação às outras aminas primárias é uma indicação de um menor paralelismo entre o hidrogênio axial e os oxigênios fenólicos, isto é, h ax e h eq estão em am27ecl. quím., são paulo, 29(1): 25-29, 2004 biente químico mais parecido, com o cone mais aberto. em geral, menor diferença entre os ∆δ de h ax e h eq indica menor paralelismo entre os anéis benzênicos. as aminas que provocam as maiores ∆δ foram a dietilamina e trietilamina, nestes casos os anéis benzênicos estão em posição mais paralela, isto é, o cone está mais fechado, o que reforça a proposta de complexos exo-cálix. para a morfolina, � não foi observada diferença entre os valores de deslocamento químico entre os hidrogênios endo e exo, pela fraca basicidade da amina, cujo grau de transferência de hidrogênio do calixareno é menor do que as outras aminas. na tabela 1 estão os valores de deslocamento químico dos hidrogênios do calixareno na presença de aminas. tabela 1valores de deslocamento químico do calix[4]areno na presença de aminas o sinal do hidrogênio correspondente ao hidrogênio fenólico passa de d 11,0 para abaixo de d 9,0, dependendo da amina utilizada, o que está de acordo com um processo de troca intermolecular de hidrogênio entre o calixareno e o cátion amônio, porém estes valores não fornecem muita informação, pelo excesso de amina e presença de pequenas quantidades de água, que deslocam os sinais para freqüências mais baixas. a inversão do cone do calix[4]areno se dá pela passagem pelo centro do calixareno de uma das unidades fenólicas, e depois ocorre o movimento das duas unidades vizinhas, e por fim, ocorre a passagem da última. este processo depende do volume do grupo ligado ao átomo de oxigênio. no caso de grupos metil ou etil, ocorre um aumento na temperatura em que ocorre esta passagem, e no caso de grupos propil, a inversão é bloqueada, porque não existe espaço interno para a passagem da propila pelo centro da cavidade.[3] esquema 3 movimento de inversão de configuração a) apenas um valor de δ para os hidrogênios metilênicos foi observado. 28 ecl. quím., são paulo, 29(1): 25-29, 2004 a diminuição da mobilidade conformacional pode ser atribuída a dois fatores: aumento da interação entre as hidroxilas fenólicas, mantendo o calixareno na conformação cone e o fenolato devido a desprotonação ou inclusão da amina, o que dificultaria o movimento dos átomos. neste caso, para que a inversão ocorresse seria necessária a saída da amina da cavidade seguida do movimento. este segundo fator seria importante caso houvesse a formação do sal endo, e aminas mais volumosas levariam a menor valor de temperatura de coalescência, que é a temperatura em que os sinais referentes aos hidrogênios axiais e equatoriais aparecem como um único sinal, uma vez que a inversão se dá em um tempo menor do que o tempo do rmn. esquema 4 alteração do perfil de rmn de 1h com a temperatura. os dados de temperatura de coalescência obtidos para diversas aminas estão sumarizados na tabela 2: tabela 2 temperatura de coalescência dos hidrogênios metilênicos do calix[4]areno na presença de aminas a análise dos valores obtidos para t c revela que as variações foram pequenas para as diferentes aminas, e são adequadas com uma estrutura de sal exo de amônio e calixareno, uma vez que para complexos endo seriam esperados efeitos importantes tanto nos valores de deslocamento químico dos hidrogênios do calix[4]areno quanto nos valores de temperatura de coalescência. 29ecl. quím., são paulo, 29(1): 25-29, 2004 as pequenas variações de t c devem-se às diferentes interações entre calixarenos e aminas fazendo com que haja pequenas variações de t c de acordo com a amina utilizada. podemos atribuir a dois fatores principais as diferenças de valores de t c : a) quanto mais básica a amina, [10] maior a extensão de transferência de hidrogênio e maior t c , e isto pode ser observado na tabela, com os maiores valores para a piperidina e dietilamina, enquanto que a piperazina, que é a menos básica, tem o menor valor de t c , b) o aumento da capacidade e formação de ligações de hidrogênio pelo íon amônio tende a diminuir o valor de t c , uma vez que as interações com o amônio desestabilizam as ligações intramoleculares do calixarenato, facilitando a inversão do cone. porém, a atração eletrostática entre os íons calixarenato e amônio contribui para a fixação da estrutura. assim, os cátions amônio que possuem três hidrogênios disponíveis (formados a partir de aminas primárias ) produzem os menores valores de t c e os amônios com dois hidrogênios ( formados a partir de aminas secundárias ) produzem os valores mais altos, com exceção da piperazina, já explicado anteriormente. a trietilamina que por este parâmetro deveria provocar o maior valor de t c apresenta um valor intermediário, pois possui carga mais dispersa, reduzindo o efeito eletrostático. conclusão os dados de deslocamento químico e de temperatura de coalescência confirmam a formação de sais com estrutura exo-cálix do cátion amônio em relação à cavidade do calix[4]areno, e que a interação entre o calixarenato e o íon amônio se dá pela formação de ligações de hidrogênio entre as hidroxilas fenólicas e o h-n+ do amônio. agradecimentos capes, cnpq, ct-petro proc. 472413/015 e renami ( rede de nanotecnologia molecular e de interfaces) f. f. nachtigall, f. nome, m. lazzarotto. m. conformational mobility of complexes of calix[4]arene and amines: evidences for exo-calix structures. abstract: the nmr spectra of salts formed from calix[4]arene and aliphatic amines in cd 3 cn are in agreement with a exo-calix position of the ammonium cation. the chemical shifts (d) of aromatic and methylenic hydrogens of calix[4]arene were almost the same for the amines utilized. the coalescence temperatures (t c ) were obtained and fall in the range between 32 and 38 oc, and is higher for more basic amines, and was not observed dependence with the shape of the amine. keywords: calixarenes, molecular complexes, ammonium cations. referências [1] a. casnati, f. sansone, r. ungaro, acc. chem. res. 36 (2003) 246. [2] a. f d. de namor, r. m. cleverley, m. l. zapata-ormachea, chem. rev. 98 (1998) 2495. [3] m. lazzarotto, f. f. nachtigall, f. nome, quím. nova 18 (1995) 444. [4] f. f. nachtigall, i. vencato, m. lazzarotto, f. nome, acta cryst. c 54 (1998) 1007. [5] q. y. zheng, c. f. chen, z. t. huang, j. incl. phenom. macrocycl. chem. 45 (2003) 27. [6] c. d. gutsche, m. iqbal, i. alam, j. am. chem. soc. 109 (1987) 4314. [7] p. thuery, z. asfari, m.nierlich, j. vicens, acta crystallogr. sect. c-cryst. struct. commun. 58 (2002) 223. [8]. f. f. nachtigall, m. lazzarotto, f. nome, j. braz. chem. soc.13 (2002) 295. [9] c. d. gutsche, l. bauer, j. am. chem. soc. 107 (1985) 6052. [10] k. izutsu, chemical data series, iupac, oxford, 1990, n. 35. recebido em: 13/06/03 aceito em: 04/09/03 eq-vol30n03 01.pmd 7 volume 30, número 3, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(3): 7-13, 2005 synthesis, characterization and thermal studies on solid 3-methoxybenzoate of some bivalent transition metal ions a. c. vallejo, a. b. siqueira, e. c. rodrigues, e.y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro1 instituto de química, unesp, c. p. 355, cep 14801 – 970, araraquara, sp, brazil. 2 corresponding author: massaoi@iq.unesp.br abstract: solid-state m-3-meo-bz compounds, where m stands for bivalent mn, co, ni, cu and zn and 3-meo-bz is 3-methoxybenzoate, have been synthesized. simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, and chemical analysis were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. the results led to information about the composition, dehydration, thermal stability and thermal decomposition of the isolated compounds. keywords: bivalent transition metals; 3-methoxybenzoate; thermal behaviour. introduction several metal-ion salts of benzoic acid, as well as some benzoic acid derivatives, have been investigated in aqueous solutions and in solid state. in aqueous solutions, yun and co-workers [1] reported the thermodynamics of complexation of lanthanides by some benzoic acid derivatives. wang and co-workers [2] reported the spectroscopic study of trivalent lanthanides with several carboxylic acids, including benzoic acid. arnaud and georges [3] described the influence of ph, surfactant and synergic agent on the luminescent properties of terbium chelates with benzoic acid derivatives. choppin and co-workers [4] reported the thermodynamic of complexation of lanthanides by benzoic and isophthalic acids. lam and co-workers [5] described the synthesis, crystal structure and photophysical and magnetic properties of dimeric and polymeric lanthanide complexes with benzoic acid and its derivatives. in the solid state, wendlandt synthesized and reported the thermal stability and thermal decomposition of thorium salts with several organic acids, including 4-methoxybenzoic acid [6], as well as benzoic and m-hydroxybenzoic acids [7]. glowiack and co-workers [8] reported the reaction of bivalent copper, cobalt and nickel with 3-hidroxy-4-methoxy and 3-methoxy-4hidroxybenzoic acids and a structure for these compounds has been proposed on the basis of spectroscopic and thermogravimetric data. brzyska and karasinski [9] described the thermal decomposition of thorium salts of benzoic and 4methoxybenzoic acids in air atmosphere. ferenc and walkow-dziewulska [10] reported the synthesis and characterization of 2,3-dimethoxybenzoates of heavy lanthanides and yttrium by elemental analysis, ir spectroscopy, thermogravimetric studies and xray diffraction measurements. in the present paper, solid-state compounds of mn (ii), co (ii), ni (ii), cu (ii) and zn (ii) with 3-methoxybenzoate were prepared. the compounds were investigated by means of chemical analysis, x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry (dsc) and simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (tgdta). the results allowed us to acquire information concerning these compounds in the solid state, including their thermal stability and thermal decomposition. 8 ecl. quím., são paulo, 30(3): 7-13, 2005 experimental the 3-methoxybenzoic acid, 3-ch 3 o-c 6 h 4 co 2 h (3-meo-hbz) 98% was obtained from acros organics and purified by recrystallization. thus, aqueous suspension of 3-meo-hbz was heated near ebullition until total dissolution and cooled to ambient temperature. the crystal in needle form was isolated and after dry kept in a plastic flask. the hydrated basic carbonates of mn (ii), co (ii), ni (ii), cu (ii) and zn (ii) were prepared by adding slowly with continuous stirring satured sodium carbonate solution to the corresponding metal chloride solutions or sulphate for copper until total precipitation of the metal ions. the precipitates were washed with distilled water until elimination of chloride or sulphate ions (qualitative tests with agno 3 /hno 3 solution for chloride ions or bacl 2 solution for sulphate ions) and maintained in an aqueous suspension. solid state mn (ii), co (ii), ni (ii), cu (ii) and zn (ii) compounds were prepared by mixing the corresponding metal basic carbonates with 3methoxybenzoic acid, in slight excess. the aqueous suspension was heated slowly up to near ebullition, until total neutralization of the respective basic carbonates. the resulting solutions, except the copper compound, after cooled were maintained in an ice bath to recrystallize the acid in excess and filtered through a whatman nº 40 filter paper. thus, the aqueous solutions of the respective metal-3methoxybenzoates were evaporated in a water bath until near dryness and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. the copper compound, after the neutralization the precipitate was washed with distilled water heated up to near ebullition, filtered through and dried on whatman nº 40 filter paper, and also kept in desiccator. all attempts to synthesize the iron (ii) compound were unsuccessful, due to the oxidation reaction of fe (ii) to fe (iii) during the drying of the compound, even by using nitrogen atmosphere. in the solid-state compounds, metal ions, water and 3-methoxybenzoate contents were determined from tg curves. the metal ions were also determined by complexometry with standard edta solution [11, 12] after igniting the compounds of the respective oxides and their dissolution in hydrochloric acid solution. x-ray powder patterns were obtained with a siemens d-5000 x-ray diffractometer using cu kα radiation (λ = 1.544 å) and setting of 40 kv and 20 ma. infrared spectra for 3-methoxybenzoic acid, sodium 3-methoxybenzoate as well as for its metalion compounds were run on a nicolet model impact 400 ft-ir instrument, within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pallets. simultaneous tg-dta curves were obtained with thermal analysis systems model sdt 2960, from ta instruments. the purge gas was an air flow of 150 ml min-1. a heating rate of 20ºc min1 was adopted with samples weighing about 7 mg. alumina crucible was used for tg-dta. the dsc curves were obtained using a mettler ta-4000 thermal analysis system. the purge gas was flowing air with a flow rate of 150 ml min-1. the heating rate was 20ºc min-1 and the initial sample mass was about 7mg. aluminium crucible with perforated cover was used for dsc experiment. results and discussion the x-ray powder diffraction patterns, fig. 1 show that the synthesized compound have a crystalline structure, without evidence for formation of an isomorphous series, except for the nickel compound that was obtained in amorphous state. infrared spectroscopic data on 3methoxybenzoic acid, 3-methoxybenzoate and its compounds with the metal ions considered in this work are shown in table 2. the investigation was focused mainly within the 1700 – 1400 cm-1 range because this region is potentially most informative to assign coordination sites. in sodium 3methoxybenzoate, strong band at 1568 cm-1 and a medium intensity band located at 1402 cm-1 are attributed to the anti-symmetrical and symmetrical frequencies of the carboxylate groups, respectively [13, 14]. the manganese, cobalt, nickel, copper and zinc compounds, presented practically the same symmetrical and anti-symmetrical vibrations of the coogroups, when compared with the sodium salt, suggesting that the compounds have ionic character. in all the compounds, except for the copper one, the medium intensity band observed within 1682-1693 cm 1 range are attributed to c=o stretch of dimmer structure of the acid, suggest the presence of 39ecl. quím., são paulo, 30(3): 7-13, 2005 methoxybenzoic acid in these compounds. simultaneous tg-dta curves of the compounds are shown in fig. 2. these curves show mass losses in consecutive and/or overlapping steps with partial losses which are characteristic for each compound. only the copper compound shows an endothermic peak corresponding to the first mass loss ascribed to dehydration. for the other compounds, no endothermic peak compatible with the first mass loss due to the dehydration is observed. based on the information of infrared spectra and dta curves, samples of these compounds were heated in a long test glass tube up to the temperature corresponding to the first mass loss and under approximately the same conditions as the tg-dta curves. in these experiments, sublimation for the nickel compound and sublimation followed by fusion and evaporation for manganese, cobalt and zinc compounds were observed.the sublimated materials were identified as 3-methoxybenzoic acid, by infrared spectra and m.p. = 106 – 108ºc literature; 105 – 108ºc, observed. the presence of 3-meo-hbz in these compounds must be due to the aggregation phenomenon, indicating that the procedure used to eliminate the acid in excess is not efficient and that the acid is more soluble in 3-methoxybenzoate solution and it no recrystallize even an ice bath. therefore the first mass loss up to 280ºc (mn), 200ºc (co) and 230ºc (ni, zn), is due to elimination of 3-methoxybenzoic acid. thus, table 2 presents the analytical and thermoanalytical (tg) results for the prepared compounds, from which the general formula cu(l) 2 .h 2 o or m(l) 2 .xhl can be established, where m represents mn, co, ni and zn, l = 3methoxybenzoate, hl = 3-methoxybenzoic acid and x = 0.19(mn), 0.28(co), 0.13(ni) and 0.081(zn). manganese compounds. the tg-dta and dsc curves are shown in fig.2a. these curves show mass losses in two steps between 50-180ºc and 180500ºc (tg), and endothermic peaks at 180ºc (dta, dsc), 100ºc (dsc) and exothermic peaks at 360ºc, 430ºc (dta, dsc), 474ºc (dta), 500ºc and 520ºc. the first mass loss that occurs through a slow process is attributed to the loss of 0.19 hl (3methoxybenzoic acid) (calcd. = 7.49%; tg = 7.46%). the second step that occurs through a fast process is ascribed to the thermal decomposition of the compounds that occurs in a single step (calcd. = 72,76%; tg =72.92%), with formation of mn 3 o 4 , as final residue (calcd. 19.75%; tg=19.57%), and confirmed by x-ray powder diffractometry. the endothermic peaks at 100ºc (dsc and 180ºc (dta, dsc), are due to sublimation of 3-meo-bp and fusion of the compounds, respectively, and in agreement with the experiment already described, with sample heated in a long test tube. the exothermic peaks at 360ºc, 430º and 475 ºc (dta, dsc), 500 and 520 ºc (dsc) are attributed to the oxidation of the organic matter. cobalt compound. the tg-dta and dsc curves are shown in fig. 2b. these curves show mass losses in four consecutives and/or overlapping steps between 80-200ºc, 200-380ºc, 380-480ºc and 900-920ºc (tg) and endothermic peaks at 235ºc(dta, dsc) and 900ºc(dta), and exothermic peaks at 480ºc (dta, dsc) and 490ºc(dsc).the first mass loss, without thermal event observed in the dta and dsc curves is ascribed to the loss of figure 1. x-ray powder diffraction patterns of the compounds: (a) mn(l)2.0.19hl, (b) co(l)2.0.28hl, (c) ni(l)2.0.13hl, (d) cu(l) 2 .h 2 o and (e) zn(l) 2 .0.081hl (l=4methoxybenzoate, hl = 4-methoxybenzoic acid). 10 ecl. quím., são paulo, 30(3): 7-13, 2005 0.28 hl (3-methoxybenzoic acid) (calcd. = 10.55%; tg=10.61%). the endothermic peak at 235ºc (235ºc) dta, dsc is attributed to the fusion of the compound. the second and third steps with losses of 26.13% and 43.77%, corresponding to the single exothermic peak (dta) or a broad exothermic between 410-550ºc (dsc), are attributed to the thermal decomposition of the compound. the profiles of the tg-dta curves show that the oxidation of the organic matter occurs with combustion. the total mass loss up to table 1. spectroscopic data for 3-methoxybenzoic acid (hl), sodium 3-methoxybenzoate (nal), and compounds with some bivalent metal ionsa. table 2. analytical data for the m(l) 2 .h 2 o and ml 2 .nhl compounds. 480ºcis in agreement with the formation of co 3 o 4 (calcd. = 80.13%; tg = 80.51%).the last step corresponding to the small endothermic peak is due to the reduction of co 3 o 4 to coo (calcd. =1.32%; tg =1.21%) and is in agreement with literature. [15,16]. x-ray powder patterns of the residue obtained at 1000ºc is coincident with that obtained for co 3 o 4 ; this is due to the reoxidation reaction of coo to co 3 o 4 which occurs on cooling the former in an air atmosphere at room temperature [16]. ∆l = ligand lost; hl = 3-metoxibenzoic acid. m = metal a br: broad, m = medium, s = strong. b ν (o – h) : hydroxyl group stretching frequency. c ν sym(coo ) and ν as(coo ) : symmetrical and anti-symmetrical vibrations of the coogroup, respectively d ν (c=o) : stretching frequency of the dimmer structure. 11ecl. quím., são paulo, 30(3): 7-13, 2005 nickel compound. the tg-dta and dsc curves are shown in fig.2c. the mass loss that occurs between 50 and 200ºc through slow process, without appearing of thermal event in the dta and dsc curves, is due to the loss of 0.13 hl (3-methoxybenzoic acid) (calcd. =5.19%; tg = 5.27%). above this temperature up to 470ºc, the thermal decomposition occurs through a fast process, corresponding to the exothermic peak at 470ºc (dta, dsc) attributed to the oxidation of the organic matter. the profiles of the tg and dta curves show that this step the oxidation of the organic matter is followed by combustion. the total mass loss up to 470ºc is in agreement with the formation of nio, as final residue (calcd. =80.29%; tg = 80.69%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. figure 2. tg-dta and dsc curves of the compounds: (a) mn(l) 2 .0.19hl (m = 6.9788mg), (b) co(l) 2 .0.28hl (m = 7.0760mg), (c) ni(l) 2 .0.13hl (m = 7.1162 mg), (d) cu(l) 2 .h 2 o ( m = 7.2794 mg) and (e) zn(l) 2 .0.081hl (m = 7.1821 mg). l= 3-methoxybenzoate, hl = 3-methoxybenzoate. 12 ecl. quím., são paulo, 30(3): 7-13, 2005 copper compound. the tg-dta and dsc curves are show in fig.2d. the mass loss observed between 95 and 130ºc, corresponding to an endothermic peak at 120ºc (dta), 140ºc (dsc) is due to dehydration with loss of 1 h 2 o (calcd. = 4.69%; tg = 4.61%). the anhydrous compound is stable up to 210ºc, and above this temperature the thermal decomposition occurs in two consecutive steps with losses of 48.22% (210-355ºc) and 26.13 % (355-400ºc). these mass losses corresponding to the sharp exothermic peak at 400ºc (dta) or two exothermics between 290-340ºc and 360ºc (dsc), are attributed to the oxidation followed by combustion of the organic matter. the total mass loss up to 400ºc is in agreement with the formation of cuo as the final residue (calcd. = 79.28%; tg = 78.96%), which was confirmed by x-ray powder diffractometry. the last mass loss between 1034 and 1050ºc corresponding to the endothermic peak at 1045ºc is attributed to reduction of cuo to cu 2 o (calcd. = 2.08%; tg = 2.0%). zinc compound. the tg-dta and dsc curves are shown in fig. 2e. the mass loss observed between 90 and 240ºc without appearing of thermal event in the dta curve is due to the loss of 0.081 hl (3-methoxybenzoic acid) calcd. 3.24%; tg = 3.21%). in this temperature range the dsc curve shows three endothermic peaks at 110ºc, 150ºc and 200ºc, ascribed to sublimation of 3-methoxybenzoic acid, fusion and evaporation respectively. above 240ºc, the thermal decomposition occurs in three steps with losses of 29.93% (240 -380ºc), 23.64% (380-500º) and 26.02% (500-538%), corresponding to the exothermic peaks at 520 and 538ºc (dta) and 500oc and exothermic between 540-600oc (dsc) attributed to oxidation of organic matter. the profiles of the tg and dta curves show that the last step the oxidation of the organic matter is accompanied by combustion. the total mass loss up to 538ºc is in agreement with the formation of zno as final residue (calcd. = 78.59%; tg = 78.80%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. the differences observed concerning the peak temperatures obtained by dta and dsc, or peaks observed only in the dsc curves are undoubtedly due to the perforated cover used to obtain the dsc curves while the dta ones are obtained without cover and due to the greater sensibility of the dsc. conclusions the tg-dta curves, infrared spectra and chemical analysis, permitted to verify that the binary compounds were obtained, however contaminated with 3-methoxybenzoic acid, except the copper compound. the procedure used to synthesize these compounds permitted to verify that compound little soluble (copper one) was obtained without contamination, and that the contamination occurs during the evaporation of the compounds solutions, due to the aggregation phenomenon. the tg-dta, also permitted verify that the 3-meo-hbz is eliminated before thermal decomposition of these compounds, thus binary compounds may be obtained by thermosynthesis. the x-ray powder patterns pointed out that the synthesized compounds have a crystalline structure, except the nickel one, without evidence concerning the formation of isomorphous series. the infrared spectroscopy data suggest that the compounds considered in this work have an ionic character. the tg-dta and dsc provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank fapesp (proc. 97/126468), cnpq and capes foundations (brazil) for financial support. recebido em: 18/03/2005 aceito em: 29/04/2005 13ecl. quím., são paulo, 30(3): 7-13, 2005 a. c. vallejo, a. b. siqueira, e. c. rodrigues, e.y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro síntese, caracterização e estudo térmico dos 3-metoxibenzoatos de alguns metais de transição, no estado sólido. __________________________________________________________________________________ resumo: compostos m-3-meo-bz foram sintetizados no estado sólido, onde m representa os íons bivalentes mn, co, ni, cu e zn e 3-meo-bz o ânion 3-metoxibenzoato. esses compostos foram caracterizados e estudados utilizando-se as técnicas de difração de raios x pelo método do pó, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise química, termogravimetria e análise térmica diferencial simultânea (tg-dta) e calorimetria exploratória diferencial (dsc). os resultados forneceram informações com respeito à composição, desidratação, estabilidade térmica e decomposição térmica dos compostos isolados. palavras-chave: metais de transição bivalentes; 3-metoxibenzoato; comportamento térmico. references [1] s. j. yun, s. k. kang, s. s. yun, thermochim. acta 331 (1999) 13. 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[16] z. p. xu, h. c. zeng, j. mater. chem. 89 (1998) 2499. introduction efforts to minimize production of hazardous waste and to remediate existing accumulated waste have become one of the most important environmental challenges that the world faces today. heavy metals rank as major polluting chemicals in both developed and developing countries as a result of rapid industrialization [1]. according to recent surveys, the most common contaminants reported in ground water are heavy metals. the most common metals found in wastewater that are significantly toxic to human beings (causing genetic mutations and cancer) and the ecological environment, include copper, cadmium, lead, mercury and arsenic [2,3]. arsenic occurs naturally in a wide range of minerals, it has detrimental effects on human, plants and animals. the source of arsenic pollution is from the discharge of various industries such as smelting, petroleum-refining, and ceramic manufacturing industries [4-6]. the contamination of ground water with arsenic is a serious problem encountered in many countries especially india and bangladesh [7]. a massive outbreak of arsenic dermatitis, observed in some parts of west bengal state of india, is linked with 23ecl. quím., são paulo, 31(3): 23-29, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 sorption kinetics and intrapaticulate diffusivity of as(iii) bioremediation from aqueous solution, using modified and unmodified coconut fiber j. c. igwe1* and a. a. abia2 1department of industrial chemistry, abia state university, p.m.b 2000 uturu, nigeria. 2department of pure and industrial chemistry, university of port harcourt, nigeria. *corresponding author: e-mail: jcigwe2001@yahoo.com abstract: the pollution and toxicity problems posed by arsenic in the environment have long been established. hence, the removal and recovery remedies have been sought, bearing in mind the efficiency, cost effectiveness and environmental friendliness of the methods employed. the sorption kinetics and intraparticulate diffusivity of as (iii) bioremediation from aqueous solution using modified and unmodified coconut fiber was investigated. the amount adsorbed increased as time increased, reaching equilibrium at about 60 minutes. the kinetic studies showed that the sorption rates could be described by both pseudo-first order and pseudo-second order process with the later showing a better fit with a value of rate constant of 1.16 x 10-4 min-1 for the three adsorbent types. the mechanism of sorption was found to be particle diffusion controlled. the diffusion and boundary layer effects were also investigation. therefore, the results show that coconut fiber, both modified and unmodified is an efficient sorbent for the removal of as (iii) from industrial effluents with particle diffusion as the predominant mechanism. keywords: arsenic; adsorption; kinetics; intraparticle diffusivity; coconut fiber. high levels of arsenic in tube well waters(0.2-2.0 mg/l)[8]. several people were afflicted with ulcers and internal cancers. the symptoms are frightening: watery eyes, chronic indigestion, colds and stomach cramps in the early stages and swollen limbs with bleeding gangrene-like wounds in severe cases. this silent killer is arsenic. conventional methods of arsenic removal such as coagulation-precipitation with lime, alum and ferric sulphate produce a wet bulky material and the safe disposal of the materials has not yet been solved and is not cost effective. numerous adsorbents of different forms have been utilized in chemical techniques for the removal of toxic substances from industrial wastewater [9-15]. some of the major draw backs in the use of these adsorbents are: a. the high cost of the material, b. failure in adsorption of a range of metal ions simultaneously, and c. necessity of activating metal ion adsorbents with different acids or bases before use. therefore, inexpensive materials for removing and entrapping heavy metal wastes from contaminated water are required. treatment of aqueous wastes containing soluble heavy metals requires concentration of the metals into a smaller volume followed by recovery or secure disposal. adsorption on solid matrices is also reported to be a potential method for heavy metal removal [16, 17]. nonspecific sorbents, such as activated carbon, metal oxides, and ion exchange, resins have been used. specific sorbents consisting of a metal chelating ligand which interacts with the heavy metal ions specifically, and a carrier matrix which may be an inorganic material (e.g. activated carbon, alumina, silica, or glass) or polymer micro spheres (e.g., polystyrene or polymethymethacrylate) have also been reported [18, 19]. industrial waste such as fly ash [20], bauxite, alumina, activated carbon [21], pyrite fines [22], hematite, kaolin, quartz [23] and basic yttrium carbonate [24] have been studied for the removal of arsenic. phytoremediation, the use of plants to help clean up toxic waste sites is also 24 ecl. quím., são paulo, 31(3): 23-29, 2006 being used in arsenic remediation. it is not only a growing science but also a growth industry [25]. coconut fiber is classified as a lingocellulosic material made up of repeating units of β-d glucose units. the hydroxyl groups on the glucose units acts as cites of attachment for the heavy metals. most of the works reported on the use of locally available agricultural by-products are mainly on the capacity of adsorption. in this study, we investigated the kinetics of sorption of arsenic (iii) onto modified and unmodified coconut fiber. we also investigated the intraparticle diffusivity and the mechanism of arsenic (iii) adsorption onto coconut fiber. materials and methods materials all reagents used were analytical grade, purchased and used without further purification. the coconut used was obtained from a local market in okigwe, imo state, nigeria. the fibrous part was removed, crushed in a mill, washed with de-ionized water and air-dried. this was sieved to obtain different sizes and activated with 2% (v/v) nitric acid overnight washed with de-ionized water and air dried. methods the adsorbent was modified by method of thiolation and carboxymethylation [26, 27]. thiolation incorporates the chelating functional group -sh (sulphydryl) where as carboxymethylation incorporates the group, coch3 (carboxymethyl) onto the structure of the β-d glucose units that makes up the cellulose. various other methods of modification exists such as edta (ethylene diamine tetraacteic acid) modification [28,29], citric acid, tartaric acid and sodium gluconate modification [30] and dithiophosphonate modification [31], and so on. the modification of bio-adsorbents using some of these chelating agents is because of the expected enlargements of the adsorption sites. some of them are also used to mask and prevent a particular site on the adsorbent from adsorbing, if there is more than one functional group as site on the adsorbents. thus, we investigated the effect of modification by thiolation and carboxymethylation on coconut fiber. for carboxymethylation, a portion of the adsorbent was modified by reaction with monochloroacetic acid. 100g of the adsorbent was added to a mixture of 650 ml ethyl alcohol and 554 ml toluene. a 50% solution of sodium hydroxide (33 ml) was added in 1 min and followed by gradual addition of 25g of monochloroacetic acid. the reaction mixture was kept at 650c for 70 min with agitation and left over night. the excess sodium hydroxide solution was neutralized with glacial acetic acid. the carboxymethylated adsorbents were filtered, washed with ethyl alcohol and purified by extraction with ethyl alcohol. for thiolation, 25g sample of the adsorbents were thiolated with 250 ml of 1.0m solution of thiolglycolic acid for 24 hrs at 290c. the mixture was filtered, washed with deionized water and then with methanol. it was finally washed with deionized water and dried at 500c. the degree of thiolation was estimated titrimetrically by reaction of the thiolated adsorbent with iodine and back-titration of the unreacted iodine with sodium thiosulphate solution. to determine the effect of contact time, a 2g sample of the coconut fiber (both for modified and unmodified), was put into a 100ml solution of as (iii) solution of 2000 mg/l initial concentration. different samples were left to stand for 10, 20, 30, 40, 50, 60, and 120 minutes in a rotary shaker at a constant speed of 150 rpm. at the end of each time, the samples were filtered rapidly by suction and the arsenic content of the filtrates determined by a buck scientific flame atomic absorption spectrophotometer (faas) model 200 a. the amount of as (iii) ion adsorbed was gotten by difference. the experiment each time was maintained at a ph of 5.0 and temperature of 300c. the amounts adsorbed from the experiments were then divided by 2 to get the amount adsorbed in mg/g and this was used in subsequent calculations. the effects of ph and temperature on the adsorption of arsenic on coconut fiber have also been reported [32, 33]. in most of the separation methods reported, the removal of arsenic was found to be greatly dependent on ph, so that the optimum ph range is very limited [32, 35]. 25ecl. quím., são paulo, 31(3): 23-29, 2006 results and discussion the experimental results for the adsorption of as (iii) on coconut fiber for the different parameters have been plotted and are reported below. figure 1, shows the amount adsorbed against a fixed weight (1gram) for different particle sizes of the adsorbents. as the particle size of the adsorbent was increased, from 0.15mm to 0.85mm, the amount adsorbed also increased. from figure 1, we can see that beyond particle size of 0.85 to 1.0 mm, the amount adsorbed is likely to decrease, i.e., from the shape of the curve. we reasoned that as the particle size increased, the number of micro pores also increases and since sorption is particle diffusion controlled (as confirmed by the intraparticle diffusivity plot in a later section), the increase in micro pores increases the number of accessible sites, hence increases the amount adsorbed. also, from figure 1, at particle size of 0.85, the tip of the graph is slightly bent meaning that the amount adsorbed is likely to decrease. figure 1.amount of as (iii) adsorbed (mg/g) on coconut fiber against particle size (mm). the amount adsorbed as time increased for as (iii) on unmodified, thiolated and carboxymethylated coconut fiber is shown on figure 2. amount adsorbed increased as time increased but began to flatten at time 60mins for unmodified and thiolated but decreased drastically for carboxymethylated. this means that equilibrium (or adsorption saturation) was reached at about 60mins for the three adsorbent types with that of carboxymethylated coconut fiber being faster than the unmodified and thiolated fiber. the unmodified showed a higher absorption capacity followed by carboxmethylated and then thiolated. the adsorption of arsenic is a complex process. for example, the oxy-anions of arsenic (v) exists in four different arsenate species as h3aso4, h2aso4 -, haso4 2and aso4 3at the ph range <2, 3-6, 8-12 and >12 respectively [34], and that of arsenic (iii) exists as h3aso3, h2aso3 -, haso3 2and aso3 3within the same ph range. thus, at the ph of the experiment, that is ph of 5.0, the likely specie that would be adsorbed is h2aso3 -. this is also similar to the results of namasivayam and senthilkumar (1998) [35]. 26 ecl. quím., são paulo, 31(3): 23-29, 2006 figure 2. amount of as (iii) adsorbed (mg/g) against time(min) thus, the adsorbent acquires a net positive charge in the ph range and adsorption may be facilitated by columbic interactions. grossl et al (1997) [36], have proposed a mechanism for the specific adsorption of arsenic (v) on goethite in a twostep process resulting in the formation of inner –sphere mono-dentate surface complex at low surface coverage and an inner –sphere bi –dentate surface complex at high surface coverage. a surface complexations model has also been proposed recently by manning and goldberg (1997) [37], for as (v) adsorption on clay minerals. based on this, we proposed a reaction mechanism for adsorption of heavy metals on cellulose materials [32]. extending this mechanism to the adsorption of as (iii), we have the following mechanism: surface acid – base reactions: soh + h+ = soh2+ (1) soh = so+ h+ (2) mononuclear as (iii) adsorption: soh + h2aso3 = shaso3 + h2o (3) binuclear as (iii) adsorption: 2soh + h2aso3 = s2aso3 + 2h2o (4) soh represents one reactive surface hydroxyl group bound to the glucose unit. this can also be replaced by the functional groups used in the modification process. thus, as said earlier, the modification by thiolation and carboxymethylation introduces the functional groups –sh and -coch3 onto the surface hydroxyl groups of the glucose units. this removes the h-atom from the surface hydroxyl group, hence affects the amount adsorbed. it is our opinion that since oxygen is more electronegative than sulphur, the unmodified and carboxymethylated will have higher adsorption capacity more than the thiolated. then, the unmodified with –oh group is higher than the carboxymethylated group because of the methyl group. hence, the sorption trend is unmodified > carboxymethylated > thiolated. figure 3 and figure 4 shows the pseudofirst order and pseudo-second order plots for as (iii) respectively. the pseudo-first order for as (iii) on carboxymethylated did not give any correlation, hence was not plotted. the pseudosecond order gave a good and better fitting than the pseudo first order model. the pseudo-first order model was plotted by using equation (5) as developed by lagergren[38]; while, log (qe-q) = log qekad t/2.303 (5) the pseudo-second order model as developed by ho et al[23], was plotted using equation (6) which was derived from (7) and the rate constant for pseudo second order k2 obtained from combination of equation (8) and the intercepts from the plots of equation (6). t/qt = 1/ho + 1/qe (t) (6) dq/dt = k2 (qe –q)2 (7) h = k2 qe 2 (8) where t is time (min),. qt is amount adsorbed at time t, qe is the amount adsorbed at equilibrium and ho is the initial sorption rate. from figure 3, we obtained the pseudo-first order rate constant (kad) as 7.63 x 10-3 min -1 (r= 0.850) for unmodified and 8.43 x 10-3 min-1 (r = 0.824) for thiolated coconut fiber. from figure 4, that is, for pseudo second order plot, we obtained k2 = 1.16 x 10-4 min-1, qe = 930.23 mg/g and ho = 100g/mg-min,(r = 0.9999). for the three adsorbent types, from the r values, we can see that the pseudo-second order is a better model than the pseudo-first order equation. also, all three adsorbents have the same value of the pseudo-second order rate equation constants. this is confirmed from figure 4. 27ecl. quím., são paulo, 31(3): 23-29, 2006 figure 3. pseudo-first order rate plot for as (iii) removal on unmodified and thiolated coconut fiber. figure 4. pseudo-first order rate plot for as (iii) removal on unmodified and thiolated coconut fiber. for intraparticle diffusivity, the sorption rate is known to be controlled by several factors including the following (i) diffusion of the solute from the solution to the film surrounding the particle, (ii) diffusion from the film to the particle surface (external diffusion) (iii) diffusion from the surface to the internal sites (surface diffusion or pore diffusion and (iv) uptake which can involve several mechanisms: physico-chemical sorption, ion exchange, precipitation or complexation[40,41]. the first one is bulk diffusion, the second is external mass transfer resistance and the third is intraparticle mass transfer resistance. the mechanism of sorption is particle diffusion controlled when intraparticle mass transfer resistance is the rate limiting step. the intraparticle diffusivity was estimated using equation (9),which was developed using the linear driving force concept by chanda et al as reported by okieimen(1991)[42]. ln (1 α) = -kpt (9) where α (alpha) is the fractional attainment to equilibrium (fate), given by equation (10) kp is the rate constant for intraparticle diffusivity. α = [m] t n+/ [m] ∞ n+ (10) where m represents as (iii), n+ is the charge, i.e., amount adsorbed at time t, divided by amount adsorbed at infinity. fate is shown on figure 5 while intraparticle diffusivity plot is shown on figure 6. figure 5. plot of alpha (fate) against time for as (lll) adsorption on unmodified, thiolated and carboxymethylated coconut fiber. the fractional attainment to equilibrium may be either film-diffusion controlled or particle diffusion controlled even though this two different mechanism may not be sharply demarcated [41, 42]. a plot of ln (1-α) against t showing a straight line confirms particle diffusion. as (iii) on carboxymethylated coconut fiber did not give a straight line. this is because the adsorption of as (iii) on carboxymethylated coconut fiber is predominantly film diffusion controlled. as a result, the intra-parfticle diffusion rate constant could not be calculated. the intraparticle rate constants (kp) were obtained as 9.30 x 10-2 min-1 and 11.40 x 10-2 min-1, for unmodified and thiolated respectively. another type of intraparticle diffusivity equation was used to model the sorption reaction [43]. this is given by equation (11). qt = xi + ki t (11) where qt is same as above and xi is the boundary layer thickness. the figure generated using equation (11) is the same shape as figure 2. the rate constants for initial rate of sorption (ki) were calculated as; 124.70, 118.43 and 123.32 mg/gmin0.5 for unmodified, thiolated and carboxymethylated coconut fiber respectively. also, the boundary layer thickness (xi) were calculated as; 883.0, 844.0 and 883.0 mg/g respectively. higher values of the boundary layer thickness, depicts higher adsorption capacities. this is because the initial curve portion of the plot is attributed to boundary layer diffusion effect (i.e., 28 ecl. quím., são paulo, 31(3): 23-29, 2006 figure 6. intraparticule diffusivity plot for as (lll) adsorption on unmodified and thiolated coconut fiber. external film resistance). the boundary layer also gives an insight into the tendency of as (iii) ions to adsorb to the adsorbent phase or remain in solution. since diffusion takes place, the boundary layer is looked upon as a viscous drag existing between the adsorbent surface and the as (iii) ion solution diffusing across its surface. conclusion the biomass of coconut fiber demonstrated a good capacity for as (iii) ions bio-sorption highlighting its potential for effluent treatment processes. the incorporation of thiol and carboxymethyl groups onto the adsorbent surface affected the adsorption, especially that of carboxymethyl group which is a more bulky group, which also impacts a stearic hindrance to the adsorption process. the mechanism of sorption was found to be particle diffusion controlled except for carboxymethylated fiber which was film diffusion controlled. thus, these results could serve as design parameters for treatment plant for the removal of arsenic from wastewater. received 26 april 2006 accepted 12 july 2006 references [1] f.e. asuquo, global j. pure and appl. sci. 5 (1999) 595600 [2] m. kumar , d.p.s. rathore and a.k. sing, talanta 51 (2000) 1187. 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palavras-chave: energia de ativação; nucleação; difusão; microdureza; adições de prata; ligas a base de cobre. introdução sabe-se que adições de prata a ligas de cu-al permitem que se obtenha endurecimento por envelhecimento para concentrações de al abaixo do limite de solubilidade a-cu-al e, para tempos de envelhecimento elevados (superiores a 1000 minutos), verifica-se um decréscimo na dureza, em um processo que envolve segregação de ag e al2. foi observada também uma mudança mecanística na cinética de precipitação, que está relacionada com o teor de prata nas ligas3. a presença da prata também interfere na cinética da decomposição eutetóide, com um decréscimo na velocidade de nucleação e na energia de ativação, com este último efeito sendo atribuído a uma provável esferoidização das lamelas da fase perlítica.4 neste trabalho, as energias de ativação para nucleação de precipitados ricos em prata e de difusão da prata no cobre, em ligas de cu-2%al contendo 2, 4, 6, 8, 10 e 12%ag, em peso, foram determinadas utilizando-se medidas de variação da microdureza http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas com a temperatura e o tempo de envelhecimento. os precipitados ricos em prata foram identificados e caracterizados por microscopia óptica (mo), microscopia eletrônica de varredura (mev) e análise por dispersão de energias de raios x (edx). material e métodos as ligas foram preparadas em um forno de indução sob atmosfera de argônio, utilizando-se cadinho de grafite e materiais de partida com pureza igual a 99,9%. a análise química das ligas obtidas forneceu valores bastante próximos das composições nominais. as amostras, na forma de lâminas quadradas com cerca de 10,0 mm de lado e 1,0 mm de espessura, foram recozidas durante 120 horas a 850 oc para homogeneização. essas amostras recozidas foram então novamente aquecidas a 850 oc durante uma hora e submetidas a têmpera em água gelada, para solubilização da prata. esta temperatura foi escolhida a partir dos resultados de análise térmica diferencial (atd) mostrados na figura 1. as amostras foram em seguida submetidas a um tratamento térmico de envelhecimento nas temperaturas de 400, 450, 500, 550, 600 e 650 oc. essas temperaturas foram selecionadas a partir de ensaios preliminares de variação da microdureza com a temperatura de têmpera, que indicaram um máximo no valor da dureza entre 500 e 550 oc. os dados de atd foram obtidos em um aparelho sdt 2960. foi utilizada a razão de aquecimento de 20° c min-1 e atmosfera de ar sintético, com fluxo de 90 ml min-1 e massa de amostra em torno http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 de 70 mg. as medidas de microdureza foram obtidas utilizando-se um microdurímetro digital buehler micromet 2003 e carga de 0,5 kg. cada valor da dureza foi calculado a partir da média de 10 impressões, com um desvio-padrão em torno de 2%. a análise metalográfica foi feita utilizandose um microscópio óptico carl zeiss neophot 30 e um microscópio eletrônico de varredura jeol jsm t330a, com um microanalisador noran acoplado. resultados e discussão a figura 1 mostra as curvas atd obtidas para as ligas cu-2%al-2%ag (curva a), cu-2%al-4%ag (curva b), cu-2%al-6%ag (curva c), cu-2%al-8%ag (curva d), cu-2%al-10%ag (curva e) e cu2%al-12%ag (curva f). pode-se observar a presença de um pico endotérmico em torno de 800oc, e que fica melhor definido com o aumento da concentração da ag. este pico indica que a fase rica em prata se dissolve, total ou parcialmente, nesta temperatura1,8. a figura 2 mostra as micrografias obtidas para a liga cu-2%al-2%ag (fig. 2a) e para a liga cu2%al-12%ag (figura 2b) ambas submetidas a têmpera a partir de 850 oc, ou seja, na situação correspondente ao máximo de dissolução da prata. nessas micrografias pode-se observar a estrutura característica da fase a-cu-al na figura 2a e a presença da prata nos contornos dos grãos na figura 2b. nas micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura utilizou-se imagem por elétrons retroespalhados (bei), que fornece contraste dependente do número atômico e da concentração do elemento presente. dessa forma, a região rica em prata aparece mais clara nessas micrografias. a figura 2c mostra a micrografia correspondente à liga cu-2%al-12%ag submetida a têmpera a partir de 550 oc e nela pode-se observar uma maior quantidade da fase branca, rica em prata, confirmando assim o aumento da precipitação da prata nas temperaturas próximas ao máximo de dureza observado experimentalmente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a figura 3 mostra os espectros de edx obtidos para a liga cu-2%al-12%ag, submetida a têmpera a partir de 550 oc, na região correspondente ao centro do grão da fase a (figura 3-a) e na região mais clara correspondente aos contornos de grão (figura 3-b). esses espectros confirmam a presença de uma fase rica em prata, à qual foi atribuída a variação na dureza das ligas e que essa fase precipita nos contornos dos grãos da matriz. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03a considerando que os máximos de dureza observados experimentalmente entre 500 e 550 oc estão associados a um máximo no processo de precipitação da fase rica em prata, foram selecionadas seis temperaturas de envelhecimento em torno desse intervalo, respectivamente 400, 450, 500, 550, 600 e 650 oc. os gráficos de variação da microdureza das ligas com o tempo de envelhecimento forneceram curvas como as mostradas na figura 4, que correspondem às curvas obtidas na temperatura de envelhecimento de 500 oc. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 nas curvas da figura 4 e nas curvas semelhantes obtidas para as outras temperaturas, pode-se observar que o máximo de dureza aumenta com o aumento da concentração de prata e que o aumento na dureza é sempre precedido por um período de incubação, cujo valor depende da temperatura de envelhecimento e do teor de prata na liga. foi possível observar também, na temperatura de 500 oc e em todas as demais temperaturas de envelhecimento consideradas, que as curvas obtidas para as ligas contendo 10 e 12 %ag são praticamente coincidentes e que as curvas obtidas para a liga contendo 8 %ag ficam sempre bastante próximas das curvas das ligas anteriores, indicando um comportamento bastante semelhante para essas três ligas. o período de incubação observado nas curvas da figura 4 pode ser relacionado com o processo de formação dos núcleos ricos em prata e durante este período a nucleação deve ser o processo dominante. quando termina o período de incubação o processo dominante deve ser o crescimento dos precipitados ricos em prata, o que é evidenciado pelo aumento na dureza das ligas. nesta etapa, o crescimento dos núcleos é contínuo e isto corresponde a uma variação aproximadamente linear da dureza com o tempo de envelhecimento, em cada temperatura. com o aumento do tempo a velocidade de crescimento diminui, devido à interferência mútua de regiões formadas a partir de núcleos distintos7 e também devido, provavelmente, a uma difusão mais lenta da prata do interior do grão para o seu contorno. assim, as variações no período de incubação com a composição podem fornecer informações sobre a velocidade de nucleação e a energia de ativação para a nucleação. a figura 5 mostra o gráfico de variação do período de incubação com a concentração de prata, para cada temperatura de envelhecimento. nessa figura pode-se observar que o período de incubação diminui exponencialmente com o teor de prata e também decresce com o aumento da temperatura de envelhecimento. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 a figura 6 mostra o gráfico logarítmico da concentração de prata com o período de incubação, obtido a partir da figura 5. os dados referentes à liga cu-2%al-2%ag não foram considerados porque esta liga apresentou um período de incubação muito longo e uma variação na dureza bastante pequena em comparação com as demais ligas, indicando, como era esperado, que nesta concentração mais baixa de ag a nucleação de precipitados é bem menor que nas demais ligas. os gráficos das figuras 5 e 6 indicam que o processo envolvido corresponde a uma reação de primeira ordem e o coeficiente angular das retas obtidas deve estar relacionado com a constante de velocidade. considerando que não foi medida a concentração da fração transformada, mas uma propriedade a ela relacionada, esta constante de velocidade é denominada de kap. a figura 7 mostra o gráfico de ln kap em função do inverso da temperatura absoluta. esta relação linear permite que se obtenha a energia de ativação para o processo de nucleação, utilizando-se a equação de arrhenius. o valor obtido a partir do coeficiente angular da reta da figura 7 foi e = 46 kj/mol, bastante próximo dos valores citados na literatura2,6. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 nas curvas da figura 4, a região entre o final do período de incubação e o início da estabilização da dureza, ou seja, a região de crescimento da dureza, pode ser considerada como aproximadamente retilínea. a inclinação dessas retas correspondem à razão entre a diferença na dureza e o tempo correspondente, e fornece a taxa de endurecimento em cada temperatura. o gráfico da taxa de endurecimento com o inverso da temperatura absoluta de envelhecimento forneceu retas paralelas, conforme mostrado na figura 8. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 considerando a equação o valor da energia de ativação foi calculado a partir do coeficiente angular das retas da figura 8, obtendo-se o valor q = 109 kj/mol. este valor é bastante próximo daquele citado na literatura2,5 para a energia de ativação difusional no contorno de grão, sugerindo tratar-se da difusão da ag nos contornos de grão da matriz rica em cobre. conclusões os resultados obtidos mostraram que a dureza da liga cu-2%al aumenta proporcionalmente ao teor de prata adicionado e que este aumento é bastante pronunciado até 8%ag. adições de 10 e 12%ag produzem uma variação menor, levando à obtenção de curvas de dureza bastante semelhantes. os valores calculados para a energia de ativação para nucleação da fase rica em prata, e para difusão da prata nos contornos de grão da matriz rica em cobre, ficaram bastante próximos daqueles citados na literatura. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq e à fapesp pelos auxílios recebidos. adorno, a. t. et al. determination of the activation energies for precipitates nucleation and silver diffusion in the cu-2wt.%al alloy with silver additions. ecl. quim. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: the activation energies for the nucleation of silver-rich precipitates and for the diffusion of silver in copper, in the cu-2 wt.%al alloy with additions of 2, 4, 6, 8, 10 and 12 wt. %ag, were estimated by microhardness changes measurements with the temperature and time. the results indicated that the used method allows to obtain values for the activation energy for nucleation of the silver-rich phase and for the diffusion of silver in copper close to those found in the literature. keywords: activation energy; nucleation; diffusion; microhardness; silver additions; copperbased alloys. referências bibliográficas 1 adorno, a. t.; cilense, m.; garlipp, w. phase relationships in copper-silver-aluminium ternary system near the copper-rich corner. j. mat. sci. lett., v. 8, p. 1294-97, 1989. 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[ links ] recebido em 22.2.2001. aceito em 30.3.2001. *departamento de físico-química instituto de química-unesp 14800-900 araraquara-sp +bolsista do cnpq-doutorado http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100008  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200027 estudo da decomposição térmica de oxalato de estrôncio dopado com cério(iii) como precursor de materiais luminescentes thermal decomposition studies of cerium(iii)-doped strontium oxalate as luminescent material precursor jefferson luis ferrariii; ana maria piresii; marian rosaly davolosi; clóvis augusto ribeiroii idepartamento de química geral e inorgânica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil iidepartamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil resumo este trabalho trata da obtenção de src2o4, ce2(c2o4)3, e src2o4 dopado com diferentes porcentagens de ce3+ como precursores do luminóforo azul sr2ceo4. os precursores preparados foram estudados por tg e dta. uma mistura contendo src2o4 e ce2(c2o4)3 na relação 4:1 respectivamente e src2o4 dopado com diferentes porcentagens de ce3+, foram tratadas termicamente à 1100oc, 12 horas. os produtos foram analisados por xrd e espectroscopia de luminescência e apresentam mistura das fases srceo3, sr2ceo4 e srco3. os produtos contendo a fase sr2ceo4 apresentam luminescência azul de banda larga, com exceção daquele obtido a partir de src2o4 dopado com 50% de ce3+. neste caso a fase predominante é srceo3. pela curva dta observa-se um pico endotérmico em torno de 1000ºc para todas as amostras, com exceção da amostra dopada em 50%, evidenciando a temperatura de formação da fase sr2ceo4. a fase http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso luminescente sr2ceo4 é preferencialmente obtida partindo-se de src2o4:ce3+ 25% e de misturas mecânicas na proporção de 4:1 de oxalatos de estrôncio e de oxalato de cério. palavras-chaves: luminescência, análise térmica, src2o4:ce, sr2ceo4 abstract this work reports on the preparation of src2o4, ce2(c2o4)3, and src2o4 doped with different percentages of ce3+, as precursors for the new blue phosphor sr2ceo4. precursors were studied by using tg and dta curves. a mixture containing src2o4 and ce2(c2o4)3, in 4:1 ratio as well as src2o4 doped with different percentages of ce3+, were heated under 1100oc, 12 hours and the resulting products were analyzed by xrd and luminescence spectroscopy. all products prepared under 1100oc, 12 hours were identified as a mixture of srceo3, sr2ceo4 and srco3 phases. all products which sr2ceo4 phase is detected, present blue wide band luminescence, except the one from src2o4 doped with 50% of ce3+. in this case, the majority phase is srceo3 one. all samples dta curves present endothermic peak ca 1000°c except the 50% doped one indicating the sr2ceo4 phase formation. therefore, the blue phosphor sr2ceo4 is better prepared from src2o4:ce3+ 25% or from src2o4 and ce2(c2o4)3 mixtures. keywords: luminescence, thermal analysis, src2o4:ce, sr2ceo4 introdução a maioria dos materiais luminescentes que emitem na região azul do espectro eletromagnético possui baixa estabilidade quando submetidos a radiações de energia relativamente alta. recentemente, danielson et al.4 estudaram a obtenção e a estrutura cristalina do composto sr2ceo4, denominada de fase cerato de estrôncio, partindo de uma mistura de srco3 e ceo2 aquecida à temperatura de 1000ºc por 48 horas. o material obtido é um luminóforo que emite no azul e possui uma considerável estabilidade. em 1999, jiang et al.9 prepararam sr2ceo4 usando a técnica de co-precipitação química, partindo de oxalato de amônio, de nitratos de estrôncio e de cério, variando a razão entre a concentração de cério e de estrôncio. esse método de obtenção de materiais é conveniente para produção em larga escala. esses compostos foram tratados termicamente em diferentes temperaturas para a otimização das propriedades, e caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (mev) para análise da morfologia das partículas e espectroscopia de luminescência para a investigação da eficiência de emissão. por difratometria de raios x, jiang,. et al.9 determinaram que a fase sr2ceo4 apresenta sistema cristalino triclínico, diferente da estrutura verificada em 1998 por danielson et al.3, sistema ortorrômbico, com a = 6.11897å, b = 10.3495 å e c = 3.5970 å. posteriormente, pieterson et al.6 caracterizaram o material obtido a partir de carbonato de estrôncio e óxido de cério(iv), a 1000 °c durante 30 h, também investigando a natureza da luminescência do sr2ceo4, o efeito da temperatura no espectro e no tempo de vida de emissão, e quantificando a eficiência de luminescência. já, cheol-hee park et al.1 obtiveram o sr2ceo4 a partir de uma mistura mecânica de srco3 (aldrich, 99,995%) e ceo2 (aldrich, 99,99%) aquecendo-os a 1000ºc por 12 horas e avaliaram as propriedades ópticas de srceo3 e sr2ceo4 através de coordenadas de configuração. outros métodos foram utilizados para a obtenção da fase sr2ceo4. serra et al.8 prepararam sr2ceo4 utilizando o método pechini, no qual o precursor é um polímero de citrato e etileno-glicol, complexando os metais. este polímero foi submetido a tratamento térmico a 850ºc por 2 horas, e analisado por espectroscopia de luminescência. a busca por precursores alternativos os quais resultem na fase desejada com características melhoradas, portanto, é bastante relevante. também é interessante a determinação da temperatura de formação da fase a partir de diferentes precursores através das análises termogravimétrica (tg) e térmica diferencial (dta). este trabalho, então, trata da obtenção de src2o4, ce2(c2o4)3, e src2o4 dopado com diferentes porcentagens de ce3+ como precursores do luminóforo azul sr2ceo4 e da análise termogravimétrica dos precursores. materiais e métodos obtenção dos precursores os precursores oxalato de estrôncio nominalmente puro ou dopado com diferentes porcentagens de ce3+ foram preparados a partir da mistura de soluções previamente aquecidas a 80oc dos cloretos dos metais (ph ~1), srcl2.6h2o (vetec, 99%) e cecl3.7h2o (aldrich, 99,999%), e de solução de (nh4)2c2o4.h2o (reagem, 99%), nas proporções adequadas para dopagem com 2, 5, 10, 25 e 50% de ce3+. após o ajuste do ph, ~ 4, da mistura das soluções, o aquecimento a 80oc foi mantido sob agitação ultrassônica por 1 hora e em seguida deixado em repouso por 4 horas para posterior filtração e secagem sob pressão reduzida em dessecador contendo sílica e cloreto de cálcio. já o oxalato de cério foi preparado partindo-se de solução de cecl3.7h2o (aldrich, 99,999%), ph ~ 1, sob agitação e aquecimento e adição de ácido oxálico (merck, p.a) 3%, gota a gota, seguida da adição de solução de ácido oxálico saturada até não observação de precipitação. após filtração, o oxalato de cério obtido foi seco como descrito anteriormente para os demais precursores. termogravimetria (tg) e análise térmica diferencial (dta) tanto os precursores preparados, como uma mistura estequiométrica de oxalato de estrôncio e de oxalato de cério na relação 4:1 foram submetidos à análise termogravimétrica tg e dta, partindose da temperatura ambiente a 1100ºc com uma razão de aquecimento de 20ºc/min em atmosfera de ar, utilizando uma termobalança modelo sdt 2960 ta instruments. obtenção de sr2ceo4 para a obtenção de sr2ceo4, partiu-se de amostras precursoras de oxalato de estrôncio dopado com diferentes porcentagens de cério ou de misturas estequiométricas de oxalato de estrôncio e de oxalato de cério. estes precursores foram aquecidos a 1100oc, 12 horas, em atmosfera de ar, sob a mesma razão de aquecimento utilizada durante as termoanálises. caracterização dos produtos de decomposição os produtos de decomposição foram submetidos à difratometria de raios x (xrd) utilizando um difratômetro siemens d 5000, no intervalo de 4º a 70º, radiação ka do cobre e monocromador de grafite. todos os produtos de decomposição térmica foram submetidos à radiação uv de lâmpada de mercúrio de alta pressão em câmara. os produtos que apresentaram emissão de luz sob luz uv foram analisados por espectroscopia de luminescência na região do uv-vis utilizando-se um espectrofluorímetro fluorolog spex f212i com lâmpada de xenônio contínua e fotomultiplicadora hammamatsu r928. resultados e discussão termogravimetria (tg) e análise térmica diferencial (dta) na figura 1 estão as curvas tg e dta da amostra preparada de oxalato de cério. observa-se na curva dta, um pico endotérmico em aproximadamente 144ºc, característico da desidratação do oxalato, correspondendo a aproximadamente 7,7 moléculas de água de hidratação. o número de moléculas de água foi estimado a partir da porcentagem de massa perdida até o patamar correspondente ao composto anidro, ce2(c2o4)3. já o pico exotérmico em 343ºc, indica a termooxidação de ce3+® ce4+, observado também por moosath et al.5. na curva tg observa-se o primeiro patamar referente a perda de massa, que corresponde às águas de hidratação. o segundo patamar é referente à presença de oxalato estrôncio anidro e o terceiro corresponde a óxido de cério(iv). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 as curvas tg e dta das amostras de oxalato de estrôncio dopado com diferentes porcentagens de cério e da mistura mecânica de oxalato de estrôncio e de oxalato de cério, na razão 4:1, estão representadas na figura 2. o número de moléculas de água de hidratação calculado para as diferentes amostras está listado na tabela 1. a partir da análise das curvas tg e dta, figura 2(a-c), observa-se que as amostras dopadas com 2, 5 e 10% de cério apresentam decomposições térmicas semelhantes entre si e similares à curva do oxalato de estrôncio puro relatada por christensen et al.2. para as curvas dta observa-se picos endotérmicos em torno de 200ºc, 940ºc e 1000ºc, indicando desidratação do oxalato, decomposição de carbonato a óxido e provavelmente a formação da fase sr2ceo4, respectivamente. um pico exotérmico por volta de 500ºc indica a decomposição de oxalato a carbonato. as curvas tg apresentam quatro patamares; o primeiro corresponde à presença de oxalato de estrôncio dopado hidratado, o segundo à presença de oxalato de estrôncio dopado anidro, o terceiro a carbonato de estrôncio dopado e por fim de óxidos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 figura 2 clique para ampliar o oxalato de estrôncio dopado com 25% de cério apresenta decomposição térmica distinta. na curva dta, figura 2 (d), observa-se picos endotérmicos em 122ºc e 190ºc, indicando a desidratação do oxalato de cério e do oxalato de estrôncio, respectivamente. os picos em 426ºc e 503ºc indicam a decomposição do oxalato de cério desidratado a óxido de cério(iv), e a decomposição de oxalato de estrôncio desidratado a carbonato de estrôncio, respectivamente. já a curva tg apresenta vários patamares, embora alguns não tão bem definidos. os patamares que apresentam melhores definições são os que estão no intervalo de temperatura de 200ºc e 400ºc, indicando a presença do oxalato de estrôncio anidro dopado com 25% de cério. outro patamar muito bem definido entre 560ºc e 800ºc corresponde à mistura de óxido de cério(iv) e de carbonato de estrôncio, podendo observar-se também a decomposição simultânea dos oxalatos nos patamares em temperaturas inferiores. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/img/revistas/eq/v27nspe/a27fig02.gif file:///home/ecletica/%c3%81rea%20de%20trabalho/artigos%202002-1997/2002%20-%20special%20issue/ a amostra dopada com 50% de cério, figura 2 (e), também apresenta decomposição térmica distinta das demais. a curva dta apresenta picos endotérmicos em 145ºc e 980ºc correspondentes à desidratação simultânea dos diferentes oxalatos e à formação da fase srceo3 respectivamente; já os picos exotérmicos em 342ºc e em 506ºc, indicam a decomposição do oxalato de cério a óxido de cério e a decomposição de oxalato de estrôncio a carbonato de estrôncio. a curva tg apresenta cinco patamares: o primeiro se refere ao oxalato de estrôncio dopado com 50% de cério hidratado, o segundo ao oxalato de estrôncio dopado com cério anidro, o terceiro à mistura de oxalato de estrôncio anidro e de óxido de cério(iv). no intervalo de temperatura entre 520ºc e 800ºc, estão presentes óxido de cério(iv) e carbonato de estrôncio. o último patamar corresponde à mistura das fases srco3 e srceo3. nas curvas tg e dta da mistura mecânica de oxalato de estrôncio e de oxalato de cério, figura 2 (f), pode ser observada a decomposição térmica simultânea dos oxalatos, tendo como resultado a mistura das fases srco3, srceo3 e sr2ceo4. deve-se ressaltar que todas as amostras resultantes do tratamento térmico apresentam o pico endotérmico por volta de 1000ºc, atribuído à formação das fases cerato, com exceção da amostra dopada com 50% de cério. difratometria de raios x (xrd) os difratogramas de raios x dos produtos obtidos a partir da decomposição dos precursores oxalatos a 1100oc, 12 horas, estão na figura 3. comparando-se esses difratogramas com os padrões de difração das fases indexadas na literatura8, srceo3, srco3 e sr2ceo4, pode-se verificar que as amostras de oxalato de estrôncio dopadas com 2, 5, 10 e 25% de cério, assim como a mistura mecânica, resultam numa mistura dessas fases. no entanto, a amostra produto de decomposição de oxalato de estrôncio dopado com 50% de cério, não apresenta características da fase sr2ceo4. deve-se ressaltar que para as amostras dopadas com 2, 5 e 10% os picos de maiores intensidades detectados são aqueles correspondentes à fase srco3. os produtos provenientes da dopagem com 25% de cério e da mistura mecânica dos oxalatos apresentam os picos de maiores intensidades atribuídos à fase sr2ceo4. na tabela 2 estão os valores dos parâmetros de cela unitária para os compostos análogos indexados na literatura7. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 espectroscopia de luminescência (el) as amostras que apresentam luminescência e que correspondem àquelas com maiores proporções relativas de sr2ceo4, foram submetidas à espectroscopia de luminescência. as amostras produtos de decomposição do precursor dopado com 25% de cério e da mistura mecânica apresentam espectros semelhantes aos publicados por pieterson et al.6 na figura 4 estão representados dois espectros de excitação. observa-se uma banda de excitação larga com máximo de intensidade em torno de 275 nm e um ombro em torno de 345 nm. a banda de excitação detectada é característicada transição de transferência de carga o ® ce(iv). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 na figura 5 estão os espectros de emissão representativos das diferentes amostras, fixando-se a excitação nos máximos das bandas detectadas nos espectros da figura 4. observa-se que os espectros são idênticos, independente das diferentes excitações, com exceção das intensidades relativas, as quais estão normalizadas. a banda larga de emissão com máximo em 480 nm, na região do azul, é característica da transição de transferência de carga ce(iv) ® o. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200027&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 as amostras que apresentam emissões características da fase sr2ceo4 são aquelas obtidas a partir do oxalato de estrôncio dopado com 25% em cério e da mistura mecânica entre o oxalato de estrôncio e de oxalato de cério. conclusão oxalatos dopados com até 10% de cério se comportam como oxalato de estrôncio puro na decomposição térmica. no entanto, por xrd, detecta-se no final da decomposição as fases srco3, srceo3 e sr2ceo4. as amostras dopadas com 25 e 50% resultam em misturas dos oxalatos em diferentes proporções. a mistura mecânica de oxalato de estrôncio e de oxalato de cério na proporção 4:1 decompõe-se formando como fase predominante sr2ceo4. a quantidade de cério presente na amostra dopada com 50%, no entanto, não é adequada para que haja a formação da fase sr2ceo4, não apresentando o fenômeno da luminescência. a fase sr2ceo4 pode ser obtida partindo-se de oxalatos dopados com cério, em proporções ideais. a presença de um pico endotérmico na curva dta em torno de 1000ºc presente em todas as amostras que apresentam luminescência deve ser característica da formação da fase cerato luminescente. desta forma, baseado nos resultados discutidos neste trabalho, a fase luminescente sr2ceo4 pode ser obtida com melhores resultados partindo-se de oxalato de estrôncio dopado com cério em 25% e da mistura mecânica de oxalato de estrôncio e oxalato de cério na razão 4:1. agradecimentos os autores agradecem à fapesp o suporte financeiro e jlf ao cnpq/pibic a bolsa concedida. referências bibliográficas 1.cheol-hee, p.; chang-hong, k.; chon-hong, p.; jin-ho, c. luminescence of sr2ceo4. j. lumin., v.87-89, p.1062-1064, 2000. 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[ links ] recebido em 18.02.2002 aceito em 21.03.2002 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200027  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23 são paulo 1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100001 thermal behaviour study of solid state compounds of manganese (ii), zinc (ii) and lead (ii) with cinnamic acid marco aurélio da silva carvalho filho* massao ionashiro* abstract: compounds of cinnamic acid with manganese, zinc and lead have been prepared in aqueous solution. thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg, dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray diffraction and complexometry have been used in the characterization as well as in the study of the thermal stability and interpretation concerning the thermal decomposition. keywords: manganese; zinc; lead; cinnamic acid; thermal decomposition. introduction several metal ion compounds with 4-dimethylaminobenzylidenepyruvate and 4methoxybenzylidenepyruvate in solid state, have been prepared and studied by complexometry, tg, dtg, dsc, dta and x-ray powder diffractometry.2-5 compounds of cinnamic acid with cobalt, nickel and copper have been prepared in aqueous solution and characterized by analyses, magnetic moments, vibrational and electronic spectra, as well as the thermal behaviour by thermogravimetry and differential thermal analyses.1 in this study, solid-state compounds of manganese(ii), zinc(ii) and lead(ii) with cinnamic acid c6h5-ch=chcooh were prepared. these compounds were characterized and studied by thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg, dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry and other methods of analysis. the data obtained allowed us to acquire information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. experimental http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back aqueous suspension of slight excess of cinnamic acid with the corresponding metal carbonates (acid: metal » 2:1) was heated to ebullition until effervecence ceased. the hot solution was filtered and the filtrate evaporated until the volume had decreased and the compounds precipitated. the precipitate was filtered and washed with ethanol until the elimination of the cinnamic acid in excess. the product air dried was kept in desiccator over anhydrous calcium chloride. the tg, dtg and dsc curves were obtained using a mettler ta-4000 thermoanalyser system with air flowing at a rate of about 150 ml min-1, and a heating rate of 10°c min-1, with samples weighing about 7-8 mg. alumina crucible was used to obtain the tg and dtg curves and aluminium crucible with perforated covers was used to obtain the dsc curves. x-ray powder patterns were obtained with an hgz 4/b horizontal diffractometer (gdr) equipped with a proportional counter and pulse height discriminator. the bragg-breutano arrangement was adapted using cok-a1 radiation (l = 1.78897å ) and a setting of 38 kv and 20 ma. results and discussion table 1 presents the analytical and thermoanalytical data for the prepared compounds from which the general formula ml2.nh2o can be established, where m represents mn(ii), zn(ii) and pb(ii), l is cinnamate (c6h5-ch=ch-coo-) and n = 3,1 and 0 respectively. the x-ray diffraction powder patterns (figure 1) show that the compounds have crystalline structures. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 the thermal decomposition of these compounds occurs in three steps between 50 and 500°c (mn, zn), 250 and 560°c (pb), as can be seen in the tg and dtg curves, (figure 2). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 for the manganese compound, (figure 2(a)) the dehydration occurs in two steps and the first step observed up to 100°c is due to the losses of 2h2o (theor. = 8.94%, tg = 8.75%). the monohydrated compound formed is stable up to 200°c and the loss of this last water occurs between 200 and 270°c (theor. = 4.47%, tg = 4.45%). the high stability and the temperature at which the final dehydration is observed suggest that this water is stronghly binded. the thermal decomposition of the resulting anhydrous compound, although the dtg curve shows mass loss is two consecutive steps, the tg curve suggest one mass loss between 270 and 500°c with formation http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 of mno2 as residue (theor. = 65.03%, tg = 64.8%). in the zinc compound the tg and dtg curves, (figure 2(b)) show mass losses in three steps. the first step observed up to 100°c is due to the dehydration with loss of 1h2o (theor. = 4.77%, tg = 4.84%). the resulting anhydrous compound is stable up to 250°c and between 250 and 500°c the thermal decomposition occurs in two consecutive steps. calculations based on these mass losses observed in the tg and dte curves are in agreement with the losses of 2 ( ) and 2 (ch=ch) between 250 and 390ºc (theor. = 54.62%, tg = 54.52%) and the remainder of the ligand between 390 and 500°c, with formation of zinc oxide, zno as residue (theor. = 19.07%, tg = 19.27%). for the lead compound obtained in the anhydrous form, the tg and dtg curves, (figure 2(c)) show that the thermal decomposition occurs in three consecutive steps. calculation based on the mass loss observed in each step is in agreement with the loss of 2 ( ) between 250 and 400ºc (theor. 30.75%, tg = 30.65%); 2(ch=ch) between 400 and 460°c (theor. = 10.38%, tg = 10.34% and the remainder of the ligand between 460 and 560°c with formation of pb3o4 as residue (theor. = 13.30%, tg = 13.43%). the dsc curves of these compounds are shown in figure 3. for the manganese compound, (figure 3(a)) the first and second endothermic peaks at 127°c and 238°c respectively, are attributed to the dehydration, in agreement with the first and second mass losses observed in the tg and dtg curves. the sequence of several exothermic peaks observed between 246 and 428°c, in correspondence with the third step indicated by the dtg curve, are very difficult to interpret, probably may be due to the oxidation of the decomposition product accompanied of the oxidationredution reactions of the manganese. the broad exotherm between 428 and > 600°c is attributed to the final pyrolysis of the compound. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 for the zinc compound the dsc curve, (figure 3(b)) shows an endothermic peak at 96°c due to the dehydration in agreement with the first mass loss observed in the tg and dtg curves. the exothermic peak at 173°c is attributed to a recrystallization process, and the endothermic peak at 240°c is due to the fusion of the compound. the two exothermic peaks observed at 395°c and http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 525°c are attributed to a recrystallization process, and the endothermic peak at 240°c is due to the fusion of the compound. the two exothermic peaks observed at 395°c and 525°c are attributed to the oxidation reaction of the decomposition products and final pyrolysis of the compound in correspondence with the second and thind mass losses observed in the tg and dtg curves. the dsc curve of the anhydrous lead compound, (figure 3(c)) shows a first endothermic peak at 244°c due to the fusion of the compound. the sequence of exothermic peaks at 340°c, 380°c and 465°c are attributed to the oxidation reactions of the products eliminated during the thermal decomposition in correspondence with the first and second mass losses of the tg and dtg curves. the broad exothermic peak at 560°c is ascribed to the final pyrolysis of the compound corresponding the third mass loss of the tg and dtg curves. conclusion from the tg and dtg curves, the general formula could be established for these compounds in the solid state and also the partial losses of the ligand during the thermal decomposition could be suggested. the tg, dtg and dsc curves, and x-ray powder patterns provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank the fapesp (proc. 90/2932-4) and pibic/cnpq for finantial support and rosemary camargo gabarron for aid in the preparation of this compuscript. carvalho filho, m. a. da s., ionashiro, m. estudo do comportamento térmico dos compostos no estado sólido de manganês(ii), zinco(ii) e de chumbo(ii) com ácido cinâmico. ecl. quim. (são paulo), v.23, p.9-16, 1998. resumo: foram preparados em meio aquoso os cinamatos de manganês, zinco e chumbo. na caracterização, bem como no estudo da decomposição térmica desses compostos, foram utilizados a termogravimetria, termogravimetria derivada (tg, dtg), calorimetria exploratoria diferencial (dsc), difração de raios x e complexometria. palavras-chave: manganês; zinco; chumbo; ácido cinâmico; decomposição térmica. references 1 allam j. r. et al. thermal, spectral and magnetic studies of some compounds of cobalt(ii), nickel(ii) and cooper(ii) with cinnamic acid. thermochim. acta, v. 154, p. 315-22, 1989. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 2 miyano, m. h. et al. the preparation and thermal decomposition of solid state compounds of 4dimethylaminobenzylidenepyruvate and trivalent lanthanides and yttrium. thermochim. acta, v. 221, p. 53-62, 1993. 3 oliveira, l. c. s. et al. preparation and thermal decomposition of solid state compounds of 4methoxybenzylidenepyruvate and trivalente lanthanides and yttrium. thermochim. acta, v. 219, p. 215-24, 1993. 4 _______. preparation and thermal decomposition of solid state compounds of 4methoxybenzylidenepyruvate with alkali earth metals, except beryllium and tadium. thermochim. acta, v. 275, p. 269-78, 1996. 5 rasera, d. e. et al. the preparation and thermal decomposition of some metal compounds of 4dimethylaminobenzylidenepyruvate in the solid state. thermochim. acta, v. 250, p. 151-63, 1995. recebido em 8.5.1997. aceito em 26.6.1997 * departamento de química analítica instituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brazil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100001  eq-vol30n02 09.pmd 69 volume 30, número 2, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(2): 69-76, 2005 uso de reações de fenton na remediação de solo contaminado com p,p´ ddt r. d. villa1, r. f. p. nogueira1* unesp – universidade estadual paulista,1instituto de química , cp 355, cep 14801-970 araraquara – sp *nogueira@iq.unesp.br resumo: neste trabalho foram estudados dois sistemas utilizando reações de fenton para a remediação de um solo contaminado com p,p´ ddt. o primeiro envolveu a formação de uma lama com o solo contaminado, na qual foram adicionados os reagentes de fenton. no segundo, não houve a formação de lama e os reagentes foram adicionados diretamente ao solo por meio de um “tubo injetor”. foram avaliados alguns parâmetros que podem influenciar a reação de fenton, tais como minerais de ferro naturalmente presentes no solo e a irradiação solar. a principal espécie mineral de ferro encontrada no solo é a hematita (fe 2 o 3 ), que teve pouca influência na degradação do contaminante. nos experimentos com lama sem adição de ferro solúvel a porcentagem de degradação do p,p´ ddt foi inferior a 25% após 24 horas de reação. nos ensaios com lama na presença de ferro solúvel, a degradação do p,p´ ddt atingiu 70% em 32 horas, enquanto que nos experimentos sem lama, a porcentagem de degradação foi de 32% no mesmo intervalo de tempo. em ambos os sistemas, a irradiação solar teve pouca influência na degradação do contaminante. os resultados indicam que para um processo de remediação deste solo, há necessidade de adição de ferro solúvel e que o sistema em lama resulta em maior eficiência de degradação de p,p´ ddt. palavras-chave: ddt; degradação; fenton; solo. introdução a contaminação de solos é um problema que atinge grande parte do mundo [1]. estudos feitos na grã-bretanha mostram que mais de 90% da carga de contaminantes orgânicos que entram no ambiente acabam atingindo o solo [2]. o problema torna-se ainda mais grave quando envolve substâncias persistentes, como os organoclorados, que podem permanecer no solo por vários anos. a crescente contaminação do solo e seu papel na contaminação da atmosfera e de ambientes aquáticos tem tornado essa matriz objeto de inúmeros estudos, principalmente os de remediação [3]. a remediação de solo é ainda uma atividade em estudo [4], com muitos processos em vários estágios de desenvolvimento, tais como: lavagem de solo, eletromigração, vitrificação, extração com fluido super crítico e os processos oxidativos avançados (poa), que são considerados como uma alternativa promissora a muitos processos convencionais [5]. os poa são baseados em reações oxidativas iniciadas por radical hidroxila (ï%oh) [6]. o elevado potencial de redução deste radical (2,8 v contra o eletrodo normal de hidrogênio), possibilita a oxidação, não seletiva, de uma variedade de contaminantes orgânicos. uma das formas mais simples de se gerar o radical hidroxila é por meio das reações de fenton que consiste na decomposição do peróxido de hidrogênio (h 2 o 2 ) catalisada por fe2+ em meio ácido (equação 1). fe+2 + h 2 o 2 oh > + ï%oh + fe+3 (1) 70 ecl. quím., são paulo, 30(2): 69-76, 2005 os íons férricos formados nesta reação são hidrolisados, formando hidroxi complexos. a irradiação dessas espécies na região do uv e uv-vis, produz fe2+ que é consumido na reação de fenton, e radicais hidroxilas, como mostrado na equação 2. fe(oh)+2 + hn fe+2 + ï%oh (2) a eficiência de processos de remediação, utilizando reações de fenton, é fortemente influenciada pela quantidade de ferro e h 2 o 2 utilizada [7] e pela irradiação solar, que é intensa em paises tropicais como o brasil. o h 2 o 2 é um reagente de custo relativamente baixo e amplamente disponível no mercado. o ferro é um dos elementos mais abundantes da crosta terrestre e ocorre em diversas espécies minerais principalmente na forma de óxidos [8]. trabalhos recentes sugerem que esses minerais podem catalisar a reação de fenton, dispensando a adição de ferro solúvel nos processos de remedição de solo [9-10]. o presente trabalho teve como objetivo degradar o pesticida clorado p,p´ ddt (ddt) em solo utilizando-se reação de fenton. no estudo foram testados um sistema em lama e um sistema sem lama, que pode ser adaptado para tratamentos in situ. também foram avaliados fatores que podem influenciar as reações de fenton tais como: o efeito irradiação solar, de minerais de ferro naturalmente presentes no solo e a concentração de peróxido de hidrogênio. neste trabalho foi utilizado um solo proveniente de uma contaminação pontual ocorrida no estado do mato grosso envolvendo altas concentrações de ddt. material e métodos reagentes e soluções os padrões primários de ddt, com grau pureza de 99%, foram fornecidos pela supelco no kit de pesticidas organoclorados. as soluções padrão de trabalho foram preparadas por diluição dos padrões primários em isoctano mallinckrodt chemical. nas extrações dos pesticidas do solo foram utilizados os solventes n-hexano j. t. baker e diclorometano mallinckrodt chemical, ambos grau pesticida, e colunas de vidro de 44 cm de comprimento e 1,0 cm de diâmetro interno empacotadas com óxido de alumínio (vetec) com granulometria 70 – 290 mesh. as soluções de h 2 o 2 utilizadas foram preparadas por diluição de uma solução 30% (m/v) de h 2 o 2 (merck). as soluções de fe2+ foram preparadas a partir da dissolução de feso 4 .7h 2 o (carlo erba) em solução 0,1 mol l-1 de h 2 so 4 (synth). o ph dos experimentos foi ajustado por adições de naoh (synth) e/ou h 2 so 4 (synth). a limpeza da vidraria foi feita com solução 10% (volume/volume) de detergente extran ma-01 alcalino (merck). solo utilizado no estudo o solo utilizado neste trabalho foi coletado em um antigo depósito de pesticidas da fundação nacional de saúde (funasa) localizado na cidade de várzea grande no estado de mato grosso. este solo foi fortemente contaminado por pesticidas organoclorados como conseqüência do mau armazenamento dessas substâncias. em uma área de 180 m2 foram tomadas porções de solo em cinco pontos distintos, a uma profundidade de 4 cm. cada uma dessas porções, pesando aproximadamente 2,0 kg, foi misturada e homogeneizada afim de constituir a “amostra bruta”. esta foi peneirada, com uma peneira de malha 3 mm, e posteriormente seca ao ar, formando a “subamostra”. o solo utilizado nos experimentos foi retirado da subamostra por processo de quarteamento. experimentos de degradação experimentos sem lama nestes experimentos a adição das soluções de fe2+ e de h 2 o 2 ao solo foi feita através de um “tubo injetor” e uma bomba peristáltica, como indicado na figura 1. as soluções de ferro e peróxido de hidrogênio ficaram armazenadas em frascos separados, e foram misturadas instantes antes do contato com o solo, em uma câmara de mistura, evitando que a decomposição do h 2 o 2 catalisada por fe2+ ocorresse antes do contato com o solo. em cada um destes experimentos foram utilizados 2,0 kg de solo, 650 ml da solução 20,0 mmol l-1 de ferro e 650 ml da solução 1,32 mol l-1 de h 2 o 2 . nos primeiros 10 minutos de experimento a vazão de injeção no tubo injetor foi de 50 ml min-1, quando o solo foi completamente umedecido. a partir daí foram feitas novas injeções, a uma vazão de 10 ml minuto-1, para manter o solo umedecido com os reagentes. o tempo total de experimento foi de 46 horas, nesse intervalo foram tomadas amostras em 1, 7, 32 e 46 horas de reação. 71ecl. quím., são paulo, 30(2): 69-76, 2005 experimentos com lama nos experimentos sem adição de ferro solúvel a lama foi preparada pela mistura de 500 ml de solução 0,010 mol l-1 de h 2 so 4 com 150 g de solo contaminado. nos ensaios utilizando ferro solúvel a razão entre massa de solo e o volume de solução foi mantida, porém a solução de ácido sulfúrico foi substituída por soluções 3,0, 6,0 e 12 mmol l-1 de fe2+. em todos os ensaios a lama teve o ph ajustado para 2,5 que é o ph ótimo para o tratamento de solo utilizando reações de fenton [10]. determinações para a determinação do ddt em solo, foi utilizada uma adaptação do método descrito por polese e colaboradores [11]. esta adaptação foi feita devido aos elevados níveis de contaminação do solo estudado. em resumo, o solo após estar devidamente seco foi pulverizado com almofariz. então por quarteamento tomou-se 0,50 g deste solo em triplicatas, e este foi misturado com 1,0 grama de alumina desativada. esta mistura foi transferida para colunas cromatográficas, empacotadas com 2,0 g de alumina neutra, onde o pesticida foi eluido com 210 ml de uma solução extratora de nhexano:diclorometano (7:3). os extratos provenientes das eluições foram concentrados em rota evaporador e retomados com 6 ml de hexano. a quantificação do ddt foi feita por cromatografia gasosa acoplada a detector de captura de elétrons. o cromatógrafo utilizado é da marca shimadzu, modelo 14b, equipado com uma coluna capilar db5 (0,32 mm id x 30 m de comprimento). este equipafigura 1. representação esquemática do sistema de adição dos reagentes de fenton nos experimentos sem lama. mento operou nas seguintes condições: temperatura do injetor 2800 c; temperatura inicial do forno 1100 c; temperatura final do forno 2500 c, taxa de aquecimento de 100 c min-1; temperatura do detector 3300 c, o gás de arreste utilizado foi o nitrogênio a uma vazão de 5 ml min-1. a eficiência do método adaptado foi testada fazendo-se a fortificação de amostras de solo nos seguintes níveis, em triplicata: 1000, 2000 e 8000 mg/g de ddt. as recuperações médias do ddt variaram de 95 a 101% com coeficientes de variação de 7 a 10%. a abundância relativa dos minerais presentes no solo foi feita utilizando-se técnicas baseadas em fluorescência de raios x em equipamento shimadzu modelo edx-800. o método utilizado para determinação da matéria orgânica do solo baseia-se na oxidação da matéria orgânica por dicromato de potássio, que é empregado em excesso, em meio ácido. o dicromato residual é então titulado com sulfato ferroso. a granulometria do solo foi determinada pelo método da pipetagem [12]. resultados e discussão as características do contaminante e do solo contaminado têm forte influência sobre a eficiência dos processos remediação de solos. o ddt é um pesticida organoclorado de baixa polaridade, mundialmente conhecido pela sua toxicidade e persistência no ambiente [13]. as características físicoquímicas do solo estudado e a concentração de ddt são dadas na tabela 1. 72 ecl. quím., são paulo, 30(2): 69-76, 2005 de acordo com os dados granulométricos mostrados na tabela 1, o solo coletado apresenta textura arenosa. pode ser observado também que o solo é levemente ácido com uma quantidade de matéria orgânica relativamente baixa. a hematita (fe 2 o 3 ) é o terceiro mineral mais abundante no solo estudado. essa composição mineral é característica de solos de outras regiões brasileiras [14]. experimentos sem lama versus experimentos com lama a figura 2 mostra o decaimento da concentração de ddt no solo em função do tempo de reação, contado a partir do momento em que a mistura de fe2+ e h 2 o 2 entrou em contato com o solo em experimentos com e sem lama. no experimento sem lama, observa-se que cerca de 19% do contaminante foi degradado na primeira hora de reação. nas horas seguintes a degradação foi mais lenta, atingindo 32% em 7 horas. após esse tempo, mesmo com a adição contínua dos reagentes de fenton, não houve mais degradação do contaminante. a adsorção é provavelmente o tipo mais importante de interação entre pesticidas e solo e uma das principais responsáveis pela posterior passagem do pesticida adsorvido para solução [15]. há também inúmeras evidências de que o tempo de contato entre pesticida e o solo favorece a intensidade da adsorção e aumenta a recalcitrância do contaminante adsorvido [15]. o solo utilizado no estudo foi contaminado há sete anos. este tempo pode ter intensificado a adsorção de uma fração do contaminante, dificultando sua degradação. com base nesses argumentos a degradação nas primeiras 7 horas de experimento provavelmente está relacionada com a fração do contaminante mais fracamente adsorvida, que pode ser oxidada em solução. segundo sheldon e kochi [16] substratos adsorvidos dificilmente são atacados por radical hidroxila devido a limitações causadas por transferência de massa. prakash e colaboradores [17] conseguiram a degradação de 89% do ddt presente em uma solução metanólica na concentração de 5 mg/ml. esses autores atribuíram a degradação do ddt ao radical ï%oh. isso reforça ainda mais o argumento de que o ddt não degradado no experimento sem lama, após as primeiras horas de experimento não está sendo atacado por radicais hidroxila, provavelmente pelo fato de estar mais fortemente adsorvido. watts e colaboradores [18] propuseram dois mecanismos para oxidação de compostos hidrofóbicos adsorvidos ao solo. no primeiro, em condições oxidantes agressivas, associadas a altas concentrações de h 2 o 2 é possível ocorrer a transferência do radical hidroxila através da interface sólido-líquido e oxidar o contaminante adsorvido. no segundo, altas concentrações de h 2 o 2 podem proporcionar a dessorção do contaminante, facilitando sua passagem para solução, onde ocorre sua oxidação. essas considerações motivaram a realização de um experimento utilizando um excesso de h 2 o 2 e uma lama do solo contaminado, pois num sistema com lama a razão entre a massa de solo e o volume de solução é muito menor e favorece a dessorção do contaminante. neste experimento foi utilizada tabela 1. características do solo estudado. figura 2. degradação do ddt nos experimentos com lama e sem lama feitos no escuro. 73ecl. quím., são paulo, 30(2): 69-76, 2005 solução 6 mmol l-1 de fe2+ e um volume de 160 ml de solução 7,02 mol l-1 de h 2 o 2 , adicionado em porções de 1 ml a cada 25 minutos. segundo kong e colaboradores [19] a adição seqüencial de h 2 o 2 é mais eficiente na oxidação de compostos orgânicos que adição única. em experimento com lama, houve um aumento considerável na degradação do ddt com um excesso de h 2 o 2 (figura 2). após 64 horas de experimento, cerca de 75% do contaminante foi degradado. observa-se também, que nos experimentos com lama uma fração de aproximadamente 50% do ddt é oxidada nas primeiras oito horas de experimento e que a fração restante é oxidada lentamente nas horas seguintes. efeito da irradiação solar a fim de avaliar os efeitos da irradiação solar sobre os sistemas foram feitos experimentos no escuro e sob irradiação solar. nos ensaios com lama foi utilizada solução 3,0 mmol l-1 de fe2+, e 3,0 ml de solução 7,02 mol l-1 de h 2 o 2 , adicionados em três porções de 1,0 ml em intervalos de 2 horas. como pode ser observado na figura 3a, a concentração final do contaminante nos experimentos com lama irradiada e no escuro é estatisticamente a mesma, indicando que a irradiação solar teve pouca influência no processo. nos experimentos sem lama a irradiação solar também teve pouca influência sobre do processo de degradação (figura 3b). figura 3. comparação entre os resultados obtidos dos experimentos com (a) e sem (b) lama feitos no escuro e sob irradiação solar para degradação do ddt. em meio aquoso, as reações fotoquímicas desempenham um importante papel na degradação de contaminantes orgânicos [20 – 21]. contudo, no solo não foram observadas diferenças significativas na degradação do contaminante em experimentos feitos com e sem irradiação solar devido à limitada penetração de luz nos sistemas. no sistema sem lama, apenas a superfície do solo é irradiada, não sendo surpreendente que o efeito da irradiação seja pequeno. nos experimentos com lama a situação não é muito diferente, pois existe uma grande quantidade de material particulado em suspensão que impede a penetração da irradiação. efeito dos minerais de ferro naturalmente presentes para avaliar o efeito dos minerais de ferro naturalmente presentes no solo no processo de degradação de ddt por reações de fenton foram feitos dois experimentos: um sem adição de ferro solúvel e outro empregando solução 12 mmol l-1 de fe2+. o volume total de h 2 o 2 adicionado em cada experimento foi de 3,0 ml de solução 7,02 mol l-1 de h 2 o 2 , adicionados em três porções de 1,0 ml em intervalos de duas horas. na figura 4 pode ser observado que no ensaio utilizando ferro solúvel as porcentagens de degradação do ddt após seis horas de experimento foram próximas a 50% enquanto que no experimento sem a adição de ferro a porcentagem foi inferior a 25%. 74 ecl. quím., são paulo, 30(2): 69-76, 2005 watts e colaboradores [22] estudaram a degradação do pentaclorofenol na presença de h 2 o 2 , hematita e magnetita. quando foi utilizado pentaclorofenol a 200 mg por kg de areia silicosa, e magnetita a 16%, o contaminante foi completamente degradado em 12 horas. quando a hematita foi utilizada também a 16% (m/m) como fonte de ferro, apenas 12% do contaminante foi degradado. a explicação desses autores para a melhor degradação quando se usa a magnetita em relação à hematita, consiste no fato da magnetita ser constituída de fe2+ e fe3+ enquanto que a hematita é constituída basicamente de fe3+, espécie que catalisa a decomposição do peróxido de hidrogênio com menor velocidade. o solo estudado é rico em hematita, o que pode explicar as baixas porcentagens de degradação nos experimentos sem adição de ferro solúvel. conclusões tanto o sistema com lama quanto o sem lama apresentaram resultados significativos na degradação do contaminante, evidenciando a potencialidade de aplicação das reações de fenton ao tratamento de solos contaminados por organoclorados. embora o sistema sem lama tenha apresentado uma menor porcentagem de degradação, este tem uma grande importância do ponto de vista de aplicação, pois pode ser adaptado para tratamentos in situ, o que é restrito a muitos poucos processos de remediação de solos. a hematita, mineral de ferro mais abundante nos solos brasileiros, não é um bom catalisador para as reações de fenton. com isso, no brasil processos de remediação de solos envolvendo reações de fenton provavelmente necessitarão da adição de ferro solúvel. em ambos os sistemas testados a irradiação solar teve pouca influência nas porcentagens de degradação de ddt, provavelmente devido à limitada penetração da irradiação solar nestes sistemas. nos experimentos com lama com uma quantidade relativamente baixa de h 2 o 2 foi possível oxidar cerca de 50% do ddt em poucas horas de reação. esses resultados sugerem que pode ser economicamente viável utilizar o processo proposto como pré-tratamento de solo em casos em que alta concentração do contaminante pode limitar ou encarecer outros processos de remediação tais como os biológicos e os de lavagem de solo. agradecimentos à professora maria lucia ribeiro (iq/ unesp/araraquara) pela disponibilização do cromatógrafo, à professora maria olímpia (iq/usp/ são carlos) por ceder o padrão de ddt e à fapesp pelo apoio financeiro (processo no.02/11894). recebido em: 20/04/2005 aceito em: 30/05/2005 figura 4. influência da concentração de ferro solúvel na degradação de ddt com o tempo em sistema com lama. 75ecl. quím., são paulo, 30(2): 69-76, 2005 r. d. villa, r. f. p. nogueira.use of fenton reactions in the remediation of soil contaminated with p,p’ ddt abstract: in this work, two different systems were studied using fenton reactions for the remediation of a soil contaminated with p,p´ ddt. the first involved the generation of a slurry with the contaminated soil, where the fenton reagents (fe2+ and h 2 o 2 ) were added. the second system, a slurry was not formed and the reagents were added by an injector tube directly to the soil. the parameters that may influence the fenton reaction such as the presence of iron mineral and solar irradiation were evaluated. the main mineral iron species in the soil is hematite (fe 2 o 3 ), which had little influence on the contaminant degradation. in the slurry experiments without soluble iron addition, the degradation percentage of p,p´ ddt was bellow 25% in 24 hours of reactions. in the slurry experiments in the presence of soluble iron, the degradation of p,p´ ddt reached 70% in 32 hours, while in experiments without slurry the degradation reached only 32% in the same time. in both systems, the solar irradiation had little influence on the contaminant degradation. the results indicate that for the remediation of this soil, it is necessary to add soluble iron and that the slurry system results in higher efficiency of p,p´ ddt degradation. keywords: ddt; degradation; fenton; soil. referências [1] e. j. joner, d. hirmann, o. h. j. szolar, d. todorovic, c. leyval, a. p. libner, environ. pollut. 128 (3) (2004) 429. 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[22] r. j. watts, p. c. stanton, water res. 33 (6) (1999) 1405. original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | special issue | 2018 | 51 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 evaluation of pseudo-total and labile metals (cu2+, cr3+, ni2+, mn2+, pb2+ and zn2+) in surface sediments at the mouth of tributaries of the itaipu reservoir, brazil ismael laurindo costa junior1+ , thiara reis lopes1, bruna ataide barros fonseca1, mariane butik2, juliana bortoli rodrigues mees1 , adelmo lowe pletsch1, yohandra reyes torres2 1 state university of midwest (unicentro), department of chemistry, 875 salvatore renna st, guarapuava, paraná, brazil 2 federal technological university of paraná (utfpr), department of chemistry, 4232 brasil av, medianeira, paraná, brazil +corresponding author: ismael laurindo costa junior, e-mail address: ismael@utfpr.edu.br article info article history: received: december 9, 2017 accepted: april 19, 2018 published: june 28, 2018 keywords: 1. environmental monitoring 2. metals 3. pollution 4. freshwater sediments 1. introduction the technological advancement resulting from population and industrial growth contributes to increasing the use and deterioration of ecosystems. water is one of the main natural resources and after being used in various purposes, it returns to the environment with different quality from the original. several contaminants, such as metals, are incorporated, thus favoring the pollution of water bodies and consequent accumulation of these substances in sediments and biota. artificial reservoirs and natural lakes are important surface water resources with great relevance for water supply, flood control, irrigation, aquaculture, climate regulation and maintenance of the ecological balance1. in this context, the itaipu reservoir is one of the largest artificial lakes in the world, whose main purpose is the generation of electricity, in addition to aquaculture and navigation. by its location and abstract: sediments are reservoirs for a variety of substances widely used as indicators of pollution in aquatic environments. in this research it was carried out the evaluation of the concentration of metals in the pseudo-total and labile fractions in surface sediments at the mouth of four main tributaries of the itaipu reservoir. three samplings were performed between february 2014 and march 2015 using petersen type dredger. the determination of metals occurred by atomic absorption spectrometry and physicochemical parameters by gravimetric and potentiometric techniques. the samples presented neutral to slightly alkaline character and homogeneous ph values. it was observed the predominance of the clay fraction and the occurrence of variable organic matter between the points. in the labile fraction, only the copper content reached concentrations higher than the thresholds effects levels (tel) at all sampling points. in the pseudo-total fraction, some sites presented for cr3+, pb2+ and zn2+ tel level. for ni2+, values of probable effects level (pel) were verified and for cu2+, concentrations in severe effect level (sel) were reported according to the international sediment classification criteria adopted by the national oceanic and atmospheric administration (noaa). bstract! http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 mailto:ismael@utfpr.edu.br https://orcid.org/0000-0001-6295-1619 https://orcid.org/0000-0003-1566-0223 original article 52 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 extension, it exerts a direct influence on the local ecosystem2. the sediments comprise the unbound material, formed by particles of different sizes, shapes and chemical composition, carried by water, air or ice, distributed along the valleys of the drainage system and oriented from the processes of weathering and erosion3. increased concentrations of metals in sediments are related to anthropogenic activities, such as industrial effluent discharges, agriculture, land transport, lack of adequate sewage treatment and solid waste, which can result in contamination of the food chain and biological diversity4, 5. the high capacity in the retention of sediment contaminants is a factor that highlights the importance of this matrix for the evaluation of pollution levels. its composition reflects the environmental characteristics of both the sampling moment and the remote memory of the aquatic environment6. with this, it can be considered a key compartment that reports the environmental history, through the permanent record of the effects of contamination7. the objective of this study was to evaluate the pseudo-total and labile metal fractions extracted from sediments sampled at the mouth of tributaries of the itaipu reservoir and to compare the results with the national oceanic and atmospheric administration (noaa)8. 2. experimental 2.1 location of collection points the study was carried out in the paraná basin 3 (bp3). bp3 has an area of approximately 8,000 km², involving 28 municipalities in the state of paraná and one in mato grosso do sul9 (figure 1). figure 1. delimitation of the paraná river basin 3 (bp3) and sampling points. sampling points were chosen at the mouth of the arroio fundo river, são francisco verdadeiro river, são francisco falso river and ocoí river to characterize the tendency of contamination through the concentration levels of metals in the recently deposited sediments (table 1). table 1. location of sediment sampling points. point location river figure p1 24° 39´55”s 54°13´01”w arroio fundo p2 24°41’00”s 54°14’10”w são francisco verdadeiro https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 original article 53 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 p3 24°50’52”s 54°19’25”w são francisco falso p4 25°13’56”s 54°13’24.4” w ocoí 2.2 sample collection, preparation and physicochemical characterization three samples were taken between february 2014 and march 2015. the sediments were collected between 0-10 cm depth with the use of a pettersen type dredger. all glassware and polypropylene material were soaked in 10 % (v/v) hno3 for 24 h and rinsed thoroughly with ultrapure water before use. ultrapure water was obtained from a human up 900 purification system, which was also used to prepare all of the solutions. after collection, samples were refrigerated for transport. the physical and chemical determinations were performed with the moist sediments. for the determination of metals, some of the material was being air-dried at room temperature (25 ± 1 °c) for 2 weeks and then disaggregated with the use of mortar and pistil, sieved in a mesh of 500 μm, stored in glass flask. determination of the texture of sediment samples (e.g., silt, sand, clay) was performed using densitometry2. the ph was determined in potentiometer with suspension of 1.0 g of sediment in kcl 1 mol l-1 10. total solids (ts), total fixed solids (fts) and total volatile solids (vts) were determined by gravimetry, by drying 5.0 g of sample in an oven at 105 °c until constant weight and then ignition in furnace at 500 °c for 4 h10. total organic carbon (toc) content was calculated by the empirical formula van bemmelen factor: toc = vts/1.7242, 11. 2.3 metals determination the analysis of labile metals in sediments is defined as the fraction extracted by diluted acid attack. approximately 1.0 g dry sediment was added in erlenmeyer flask, together with 25.0 ml of hcl (biotec ltda., são paulo, sp, brazil) 0.10 mol l-1 and kept under vigorous agitation using a rotary table (orbital®) at 200 rpm for 2 h at room temperature (25 ± 1 °c)12. the pseudo-total metals were extracted by acid digestion according to environmental protection agency (epa) method 3050b: 0.50 g dry sediment were added in erlenmeyer flask containing 15.0 ml hno3 (neon, suzano, sp, brazil) and heated for 4 h at 60 °c. subsequently, 8.0 ml of h2o2 (neon, suzano, sp, brazil) were added and heated for 30 min. after extraction, samples for pseudo-total and available metals were gravity filtered by washing the filter paper with ultrapure water and completed to 50 ml and stored at 4 °c2, 13. metallic-ion quantification was performed using flame atomic absorption spectrometry (faas; model spectraaa-220, equipped with hollow cathode lamps and deuterium lamp for background correction (varian, palo alto, ca). all absorbance measurements were determined by integration area; the samples were prepared in triplicate; and the signal of the blank experiment was discounted. table 2 lists the faas operating conditions for the determination of metallic ion. table 2. faas operating conditions for determination of metallic ions. metals λ (nm) i (ma) slit (nm) flame range (mg l-1) cu2+ 324.7 4 0.5 ar/c2h2 0.03–8.0 cr3+ 357.9 7 0.2 ar/c2h2 0.06–20.0 mn2+ 279.5 5 0.2 ar/c2h2 0.02–6.0 pb2+ 217.0 5 1.0 ar/c2h2 0.1–20.0 zn2+ 213.9 5 1.0 ar/c2h2 0.01–2.0 ni2+ 232.0 4 0.2 ar/c2h2 0.1–8.0 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 original article 54 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 the faas was calibrated with analytical curves prepared with aliquots of standard solutions of 1000 mg l-1 of the cu2+, cr3+, mn2+, pb2+, zn2+ and ni2+ metal ions. the method was validated by means of linearity, with regression analysis of the calibration curves for each metal, by determination of the limits of quantification (loq) and detection (lod) and by a comparative recovery test to the certified reference material (mrc-pacs-2, national research council of canada). for the linearity, the coefficient of determination (r²) was considered being adequate when close to 100 %. limits of detection (lods) and quantification (loqs) were calculated using signal-to-noise ratios of 3 and 10, respectively, as well as parameters from the linear equation14. the accuracy of the method was verified considering the recovery in relation to the values measured for the mrc: accuracy (%) = 100×cmed/cmrc, where cmed is the concentration obtained experimentally and cmrc is the concentration declared in the certificate. 2.4 analyses of correlations among the parameters evaluated the statistical tool used was principal component analysis (pca). pca permits evaluation of the data set by decreasing the dimension of the data and conserving the most useful statistical information present in the original data. pca is performed through the determination of distances among the sample data, which can be calculated considering the closest k-neighbor or mean of the samples. the data can be either the original (scaled or centered on the mean) data or the scores generated by the pca15, 16. the statistical operations were performed using the statistica 10.0 software17. statistical analysis was performed using analysis of variance (anova). 3. results and discussion 3.1 physical-chemical characteristics of the sediment the ph values of the sediments indicated a neutral to slightly acid character. the greatest difference between the values occurred between points 2 and 3 (0.53 ph units). this indicates that the studied sediments have relatively homogeneous ph. this characteristic can favor the accumulation of metals in sediments because, the increase of the ph favors the precipitation of the dissolved metals6. the largest fraction of fts occurred in p3 and the lowest was observed in p4. the concentrations of vts and total carbon were higher in p4, followed by p1 and p2. this higher vts concentration indicates a higher occurrence of organic matter at these sampling points, which may favor the retention of metals in this matrix (table 3). sediments of fine granulometry, clayey, rich in nutrients and organic matter constitute one of the main adsorbents of several metals that may be present in the aquatic environment. table 3. results of the analysis of physicochemical parameters of sediment samples. sample ph ts (%) fts (%) vts (%) toc (%) clay (%) silt (%) sand (%) p1 6.83±0.04 52±2 88±1 12±2 6±1 44 14 42 p2 7.19± .02 59±3 89.8±0.3 10.2±0.3 5.7±0.2 44 14 42 p3 6.66±0.04 68±1 91.0±0.2 9,0± 0.2 5.0±0.1 22 8 70 p4 7.10±0.05 28±1 3.8± 0.6 16.2±0.6 9.0±0.3 42 8 50 p1 arroio fundo river; p2 – são francisco verdadeiro river; p3 – são francisco falso river; p4 – ocoí river. the samples of p1, p2 and p4 presented equivalent results, with the predominance of the clay fraction. sediments with predominance of this fraction provide a higher concentration of metals due to the high tendency of adsorption in groups of fine granulometry. sediments with smaller particles have higher adsorption capacity. consequently, they have a greater potential of environmental contamination, because the metals retained in these sites are more labile18, 19. the lowest fraction of clay occurred in p3, with only 22 %, at this point the predominance of the sand fraction can be justified by the proximity of the artificial beach of santa helena, which is periodically coated with this material and which is transported to the bed of the reservoir. when the sediments present values of organic matter above 10 % are considered organic, and below 10 % are considered inorganic or mineral sediments. in this study all sediments were classified as primarily https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 original article 55 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 mineral20, 21. 3.2 metals determination validation parameters the validation parameters for the metals determinations regarding linearity, limit of detection, limit of quantification and accuracy were considered satisfactory (table 4). all linear regression equations, obtained by means of solutions of known concentration of the studied metals and their respective absorbances, presented determination coefficients in the range of 99.1 % to 100 %, indicating a high relation between the concentrations and respective absorbances. the lod and loq values ranged from 0.009 to 0.072 mg l-1 and 0.029 to 0.23 mg l-1 respectively. the lowest values are for cu2+ and the highest values for mn. table 4. determination of metal ions in crm by the method of pseudo-total digestion and validation parameters. metal equation r² (%) lod (mg l-1) loq (mg l-1) certified (mg kg -1) measured (mg kg -1) extracted (% ) cu2+ abs = 0.15×[cu] + 0.03 100 0.009 0.029 310± 12 291 ± 5 93.9 cr3+ abs = 0.02×[cr] + 0.0005 99.6 0.022 0.074 91± 5 86 ± 6 94.4 mn2+ abs = 0.17×[mn] – 0.03 100 0.072 0.239 440 ± 19 381 ± 25 86.6 pb2+ abs = 0.04×[pb] + 0.003 99.9 0.025 0.082 183± 12 147 ± 15 80.5 zn2+ abs = 0.08×[zn] + 0.19 100 0.039 0.061 364 ± 23 336 ± 13 92.2 ni2+ abs = 0.13×[ni] – 0.0003 99.9 0.005 0.016 40 ± 2 36 ± 2 91.1 for the recovery study, the methodology used in the pseudo-total extraction of the metals ions in sediment samples was compared with the mrc (pacs 2). certified values and percent recovery after application of the metal extraction procedure in the pseudo-total sediment fraction were satisfactory (table 4), indicating which method used provided the analytes to be quantified by faas and that the determined concentrations are consistent with that certified in the reference material. 3.3 monitoring study higher concentrations were found in the three samples at cu2+, mn2+, pb2+ and zn2+ at points 2 and 4 (table 5). table 5. metal concentrations metals in sediment samples. labile fraction (mg kg-1) sample cu2+ cr3+ mn2+ pb2+ zn2+ ni2+ p1 feb. 2014 31 ± 4 12.3 ± 0.2 400 ± 1 10.3 ± 0.7 25 ± 2 4.1 ± 0.2 aug. 2014 57 ± 2 14.9 ± 0.6 407 ± 3 13.8 ± 0.7 31 ± 2 5.3± 0.3 mar. 2015 71.9 ± 0.3 17 ± 1 391 ± 2 13.5 ± 0.4 24.5 ± 0.7 4.6 ± 1.2 p2 feb. 2014 79.9 ± 9.3 12.8 ± 0.2 406.8 ± 0.7 14 ± 2 32 ± 3 3.2 ± 0.3 aug. 2014 73 ± 3 15.0 ± 0.4 407.7 ± 0.2 14.9 ± 0.5 42 ± 2 5.5 ± 0.5 mar. 2015 66 ± 3 17.1 ± 0.7 401.2 ± 0.9 14 ± 2 25 ± 2 3.6 ± 0.2 p3 feb. 2014 18 ± 1 12.2 ± 0.4 403 ± 3 9.4 ± 0.7 4.0 ± 0.6 0.4 ± 0.2 aug. 2014 17.4 ± 0.9 15.3 ± 0.4 385 ± 6 18 ± 1 4 ± 2 0.4± 0.2 mar. 2015 67 ± 3 19.2 ± 0.7 330 ± 2 17.4 ± 0.7 39 ± 2 3.0 ± 0.6 p4 feb. 2014 74 ± 6 16.2 ± 0.9 410.4 ± 0.4 13.0 ± 0.6 43 ±4 3.3 ± 0.3 aug. 2014 55 ± 3 16.7 ± 0.2 405 ± 2 12 ± 1 35.2 ± 0.9 5.3 ± 0.6 mar. 2015 65 ± 3 3.0± 0.4 406 ± 3 15 ± 2 36 ± 2 3.2 ± 0.2 pseudo-total fraction (mg kg-1) sample cu2+ cr3+ mn2+ pb2+ zn2+ ni2+ p1 feb. 2014 188 ± 2 77 ± 1 929 ± 6 45.4 ± 0.8 212 ± 3 57 ± 2 aug. 2014 159 ± 25 68 ± 2 945.1 ± 0.9 30 ± 3 167± 14 41 ± 3 mar. 2015 179 ± 3 81 ± 3 939 ± 9 41 ± 9 181 ± 4 43.1 ± 0.7 p2 feb. 2014 163 ± 2 104 ± 2 947.5 ± 0.4 64 ± 2 178 ±13 72 ± 8 aug. 2014 238±14 88±2 944 ± 4 62 ± 2 249 ± 9 58 ± 5 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 original article 56 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 mar. 2015 144 ± 5 57 ± 5 904 ±12 40 ± 7 152 ± 8 36.3 ± 0.7 p3 feb. 2014 70 ± 2 85 ± 4 959 ± 3 76 ± 8 90 ± 20 31.4 ± 0.8 aug. 2014 126 ± 14 124 ± 7 933 ± 8 79 ± 8 103 ± 4 46 ± 4 mar. 2015 130 ± 2 46 ± 4 612 ±16 51.7 ± 0.2 94 ±10 29 ± 2 p4 feb. 2014 208.4 ± 0.5 71 ± 4 957 ± 8 57 ± 5 192 ± 2 43 ± 3 aug. 2014 264 ± 5 97.6 ± 0.8 955.4 ± 0.7 57 ± 2 240 ± 4 58 ± 2 mar. 2015 228 ± 6 78 ± 3 962 ± 3 66 ± 4 247 ±23 50 ± 7 tela 35.7 37.3 35.0 123.0 18.0 pela 97.0 90.0 91.3 315.0 36.0 sela 110.0 110.0 1100.0 250.0 820.0 75.0 p1 arroio fundo river; p2 –são francisco verdadeiro river; p3 – são francisco falso river; p4 –ocoí river. a quality guidelines of segment trace metals in sediment adopted by noaa (mg kg-1 dry basis) tel thresholds effects level; pel probable effect levels; sel severe effect level in the pseudo-total fraction, in february 2014, in the samples p1 and p2, the concentrations of pb2+, zn2+ and ni2+ were higher when compared to the other samples. at the collected station there was a lower volume of rainfall. this may have contributed to the preconcentration of some metal ions at these two points. the analyte concentrations in the pseudo-total fraction were always higher than in the environmentally available fraction. the toxic potential of metals is related to their bioavailability. this shows the importance of determining the concentration of metals in the total and labile fractions in the sediment. however, these lower levels of labile fraction, compared to pseudo-total, do not exempt sediments from negative environmental impacts22. the lowest copper content in the available fraction was observed in the sediments sampled in the year of 2014 in p3 and p1, only these samples had concentrations below the tel level (values below which adverse effects are rarely expected) 35.7 mg kg-1. in 2015, the concentrations of this element in the same fraction were higher than the tel level at all sampling points. this indicates the increase of this analyte in the sediments during the period studied. the labile fraction represents the dynamics of exchange between the compartments and the organisms. this indicates potential risk due to higher tel values. although it is an essential element in lesser amounts, in larger doses it is toxic. similar results were obtained in sediment samples from the itaipu reservoir in similar studies, where cu2+ concentrations higher than the tel were reported at some points7. in the pseudo-total fraction, all sediment samples had concentrations higher than the tel level. the sediment samples collected in august 2014 at point 2 and all samples at point 4 showed concentrations of cu2+ that exceeded the pel limit (probable effects levels), 197.0 mg kg-1. the highest concentrations of cu in p1, p2 and especially in the sediments of the mouth of the ocoí river (p4) may be related to the intensive agriculture that are predominant in this region of study. in these activities are applied various compounds containing copper, as fungicides. in addition, the low solubility of the oxides of this metal increases the possibility of increment of this element in the sediments of the studied sites23. pork farming is another activity intensely performed in the region of study that may contribute to the increase of cu2+ and zn2+ in the environment. this is related to the supply of highly concentrated rations, which means that the manure from this activity presents elevated levels of these elements. the disposal of these residues as fertilizer can provide the contamination of the water bodies, through the lixiviation surface runoff24. concentrations of cu2+, both labile fraction and pseudo-total fraction, were higher at points 1, 2 and 4, as well as concentrations of vts and toc (table 3). this indicates a higher occurrence of organic matter at these points, which may have provided greater retention of metals. sediments of lower granulometry, rich in clay, nutrients and organic matter are one of the main adsorbents of several metals that may be present in the aquatic environment6. the concentrations of cu2+ obtained were close to the values found in the surface sediment of the cachoeira river in bahia, where there was variation between 4.9 and 206.3 mg kg-1 22. the chromium concentration for the labile fraction presented a uniform distribution at all the points sampled. concentrations below the threshold where adverse effects are rarely expected (tel), 37.3 mg kg-1 have been found. in the pseudo-total fraction, at all points cr3+ concentrations were https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 original article 57 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 higher than the tel level, 37.3 mg kg-1. the sediment samples collected in 2014, in february in point 2 and august in points 3 and 4, exceeded the limit of pel, 90.0 mg kg-1. in august 2014, concentrations in the pseudo-total fraction at point 3 were above the severe effects (sel) levels, 110.0 mg kg-1. these results are similar to concentrations already reported in sediments of the itaipu reservoir, in the cr3+ concentrations of 6.4 to 71.9 mg kg-1 7. the concentrations of manganese presented similar concentrations between points and collections, both in the fraction labile and in the pseudo-total fraction, except for point 3, where a reduction in the concentration of mn2+ occurred in the sample collected in march 2015. in all fractions mn concentrations were lower than the sel level of 1100.0 mg kg-1. mn concentrations in the pseudototal fraction were close to and higher than those determined in sediment samples from the itaipu reservoir, paraná, where concentrations of mn2+ were reported between 182.0 and 543.0 mg kg-1 7. in general, the pb2+ concentration was low for the fraction labile. the highest levels were verified in august 2014 and march 2015. in the pseudo-total fraction, all the collection points had pb2+ concentrations higher than the tel level, 35.0 mg kg-1, except for point 1 in august 2014. pb2+ is poorly soluble in water. this can certainly contribute to its increase in sediment. lead can have several origins, such as old paint chips, ceramics, plastics, gasoline, lead salts used in hair dye preparations25. the pb2+ concentration in the pseudo-total fraction, when compared to another study in the same region (12.0 to 38.1 mg kg-1), was higher than that reported7. for the zn2+, in the labile fraction all collection points had concentrations lower than the tel level, 123.0 mg kg-1. in the pseudo-total fraction, they exceeded the limits of tel, except in point 3. the high concentrations of zn2+, with emphasis on the pseudo-total fraction at points 1, 2 and 4, may be related to pork farming in region of study and that can certainly contribute with the increase of zn2+, similar to that observed for cu2+ 24. all nickel concentrations of the labile fraction were lower than the tel (18.0 mg kg-1) level, the lowest concentrations occurred at point 3. in the pseudo-total fraction, ni2+ levels exceeded the tel level. at points 1, 2 and 4 the concentrations were higher than the pel level, 36.0 mg kg-1. the occurrence of ni2+ in the study sites may contribute to agricultural activities, since fertilizers and correctives applied in soils usually have residual impurities of their production and represent an important source of micronutrients, such as zn2+, cu2+, fe2+, mn2+ and ni2+ 26. 3.4 multivariate analysis and correlation study associations that reveal information about processes that influence the distribution of elements in the sediments were evaluated through a multivariate principal component analysis (pca). it was verified that direct and positive correlations were higher than 0.6 for pseudo-total metals and physicochemical parameters cu2+-ph, cu-vts, cu2+-c total, cu2+-clay, cr3+-sand, mn2+-ph, mn2+vts, mn2+-toc, mn2+-clay, pb2+-sand, zn2+-ph, zn2+-vts, zn2+-toc, zn2+-clay, ni2+-ph and ni2+clay. cu2+-fts, cu2+-sand, cr3+-clay, cr3+-silt, mn2+-st, mn2+-fts, mn2+-sand, pb2+-clay, pb2+silt, zn2+-ts, zn2+-fst, zn2+-sand and ni2+-sand. for the labile metals and physicochemical parameters, direct correlations were observed between cu2+-ph, cu2+-clay, cr3+-ts cr3+-fts, mn2+-ph, mn2+-vts, mn2+-toc, mn2+-clay, pb2+ts, pb2+-fts, pb2+-sand, zn2+-ph, zn2+-vts, zn2+toc, zn2+-clay, ni2+-ph, ni2+-clay and ni2+-silt. mn2+-ts, mn2+-fst, mn2+-sand, pb2+-vts, pb2+toc, pb2+-clay, zn2+-ts, zn2+-fts, cr3+-toc, cr3+-toc, cr2+-toc, zn2+-sand, ni-sand. these relationships indicated that ph and toc are related to the occurrence of some elements in the sediments. the relationship between ph increase and the concentration of some metal ions in sediments may be related to the fact that more alkaline ph favors the precipitation of the dissolved metals in the form of insoluble oxides and hydroxides, especially with fe and mn oxides6. the low affinity of the sand in the retention of metallic species is one of the factors that explain its inverse effect for the majority of the metals studied. it was possible to observe among the metals of the pseudo-total fraction that mn2+-cu2+, pb2+-cr3+, zn2+-cu2+, zn2+-mn2+, ni2+-cu2+, ni2+-mn2+ and ni2+-zn2+ obtained direct correlations and higher than 0.6. the occurrence of inverse correlation was observed between pb2+-mn2+. in the available fraction mn2+-cu2+, zn2+-cu2+, zn2+-mn2+, ni2+cu2+, ni2+-zn2+ and ni2+-mn2+ presented direct correlation. the inverse correlation was observed between mn2+-cr3+, pb2+-mn2+, zn2+-cr3+ and ni2+-pb2+. the good correlations of mn2+ with trace metals indicate the presence of iron and manganese oxides associated with these metals. the precipitation of hydrated oxides of fe and mn is associated with the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 original article 58 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 transport and availability of trace metals, which influence the changes in the water-sediment interface27. a similar study with samples collected in the same region also reported the occurrence of positive correlations between cu2+-mn2+, fe2+-mn2+ and cr3+-pb2+ in surface sediments7. the concentration of zn2+ in sediments of the terengganu river basin in malaysia also showed a relation with the fe concentration, which can be explained by the adsorption of zn2+ by secondary fe oxides and hydroxides28. the relationships between the collection points with the physical-chemical variables and metals studied can be better visualized in figure 3, where the pcas are plotted considering the pseudo-total and labile fraction. for de labile fraction, in the pca (figure 3a and 3b) the first and second principal components captured 41.04 and 26.13 % of the variance of the experimental data, respectively, together totaling 67.17 % of variance captured. the first and second principal components (figure 3a) did not separate the samples by collections (years), but by points sampled. all samples of p3 and p4 were placed in the positive quadrant of the y-axis (pca factor 2), indicating similarity of sediments sampled at these sites. the samples of p1 and p2 appeared in the negative quadrant of the y axis (pca factor 2) also showing similarity between these points and indicating differences in relation to p3 and p4. in figure 3b (pca factor 1), it can be seen that metallic ions show a strong correlation with ph, clay and silt, indicating a preference of adsorption by sediment of smaller particle sizes, which shows that the distribution of metals is controlled by the transport and sedimentation of fine particles2, 28, 29. figure 3. scores of sampling sites (a) and (c) and loadings of variables (b) and (d) on the plane defined by the principal factor of pca analysis for physical-chemical variables and metals. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 original article 59 eclética química journal, 43, special issue, 2018, 51-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.1si.2018.p51-61 for the pseudo-total fraction, in the pca (figure 3c and 3d) the first and second principal components captured 39.99 and 26.83 % of the variance of the experimental data, respectively, together totaling 66.83 % of variance captured. in this fraction, it was also observed behavior similar to labile metals, where the separation occurred because of the points sampled and not of the annual collections. the grouped samples in the positive y-axis presented a high correlation with the variables pb2+, mn2+, cu2+, ni2+, cr3+, and toc, whereas the sample located in the negative y-axis correlated with zn2+, ph and clay. in the positive quadrant of the x-axis, a group was formed by sampling of p3, these collection points showed lower concentrations of metal ions evaluated and a strong correlation with sand, fts and ts. samples from the same point are more clustered in pca for pseudo-total metals (figure 3c), indicating variation between collection campaigns. for the bioavailable fraction (label) it was observed a greater dispersion of the data at each point (figure 3a). this was confirmed at points p3 (aug 2014), p4 (aug 2015) and p1 (feb 2014) which are further away from the others. 4. conclusions the sediments of the mouth of some of the main tributaries of the itaipu reservoir, in relation to the physicochemical parameters evaluated, presented neutral to slightly alkaline character. the concentrations of vts and toc were higher in p4, followed by p1 and p2. this higher concentration of vts indicated the occurrence of organic matter, which may favor the retention of metals in the compartment. regarding the granulometry, the predominance of the clay fraction was observed. point 3 presented the smallest fraction of this mineral, only 22 %. in the fraction labile, only cu content reached concentrations higher than the tel level at all sampling points. regarding the pseudo-total fraction, some study sites reached concentrations for cr3+, pb2+ and zn2+ metals at the tel level, below which adverse effects are rarely expected. for ni2+, pel values were verified, being this the level of effects probable and for cu2+ concentrations in sel were reported where there is possibility of severe effects with rich in potentials on the quality of the environment, according to the international criteria of sediment classification adopted noaa. the pca was useful to evaluate the correlation between the sampling points, between collections and the interaction, with the physical-chemical variables and the fractions of metals studied, indicating that the anthropogenic activity exerts influence on the contents of metals in the sediment at the mouth of tributaries of the itaipu reservoir. 5. acknowledgements the authors would like to thank utfpr and unicentro for material support. 6. references [1] xu, y., wu, y., han, j., li, p., the current status of heavy metal in lake sediments from china: pollution and ecological risk assessment, ecology and evolution 7 (14) (2017) 5454-5466. https://doi.org/10.1002/ece3.3124. 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https://doi.org/10.1590/s0100-06832012000300023 https://doi.org/10.1590/s0100-06832012000300023 https://doi.org/10.1590/s0100-06832012000300023 https://doi.org/10.1590/s0100-06832012000300023 https://doi.org/10.1590/s0100-06832012000300023 https://doi.org/10.1590/s0100-06832012000300023 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000300004 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000300004 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000300004 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000300004 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000300004 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000300004 https://doi.org/10.1016/s1001-6279(11)60002-4 https://doi.org/10.1016/s1001-6279(11)60002-4 https://doi.org/10.1016/s1001-6279(11)60002-4 https://doi.org/10.1016/s1001-6279(11)60002-4 https://doi.org/10.1016/s1001-6279(11)60002-4 https://doi.org/10.1016/s1001-6279(11)60002-4 https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.12.009 https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.12.009 https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.12.009 https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.12.009 https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.12.009 https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.12.009 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23 são paulo 1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100007 determinação da temperatura de solubilização da prata em ligas de cu-al-ag por medidas de resistência elétrica mário cilense* marcos antonio lopes** antonio tallarico adorno* carlos roberto sobreira beatrice* resumo: as temperaturas onde ocorre a solubilização da fase rica em prata, em ligas de cu-alag, foram determinadas através de medidas de variação da resistência elétrica com a temperatura. as derivadas das curvas obtidas experimentalmente permitiram determinar com precisão essas temperaturas e também que se traçasse um esboço da região onde ocorre a transição monofásica para bifásica. palavras-chave: resistência elétrica; ligas a base de cobre; adições de prata; solubilização. introdução as ligas de cu-al apresentam boa estabilidade química e, dependendo da concentração de alumínio, boas propriedades mecânicas. segundo o diagrama de equilíbrio do sistema cu-al4, a solubilidade do al no cobre é completa até em torno de 8% em peso, que corresponde à região de existência da fase a . as ligas com composição nessa região são bastante dúcteis e apresentam estrutura semelhante à do cobre puro. adições de pequenas quantidades de prata a essas ligas melhoram ainda mais algumas de suas propriedades, como dureza2 e resistência à corrosão sob tensão,6 sem modificar apreciavelmente sua plasticidade e usinabilidade. a adição de prata altera também o limite de estabilidade de algumas fases presentes na liga cu-al4,5 e sua resistividade elétrica.1 adorno et al.2 observaram algumas modificações nas propriedades mecânicas da liga cu-5,4%alhttp://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back 5,2%ag em relação à liga cu-al e atribuíram essas modificações à presença de precipitados de prata. adorno et al.1 estudaram a distribuição de precipitados de prata e a influência da composição na resistividade elétrica das ligas cu-5,2%al, cu-5%ag, cu-4,3%al-4,7%ag e cu-8,4%al-5,3%ag, usando microscopia eletrônica de varredura, análise por dispersão de raios x (edx) e medidas de variação da resistividade elétrica com a temperatura de equilíbrio. os autores observaram a ocorrência de pontos de inflexão nas curvas de variação da resistividade elétrica com a temperatura, para as ligas contendo prata e atribuíram a presença dessas inflexões à dissolução da prata. neste trabalho, foram determinadas as temperaturas onde ocorre a solubilização da fase rica em prata, em ligas de cu-al-ag com concentração fixa de al em torno de 5% em peso e concentração de prata variando de 1% a 7% em peso, através de medidas de variação da resistência elétrica com a temperatura de aquecimento e das derivadas das curvas obtidas. material e métodos foram fundidas seis ligas em um forno de indução, sob atmosfera de argônio, usando-se cadinho de grafite e materiais com pureza em torno de 99,97%. os tarugos obtidos, com 16 mm de diâmetro e 20 mm de comprimento, foram desbastados em aproximadamente 1 mm e suas pontas foram cortadas, para eliminar as regiões com maior concentração de impurezas. amostras das ligas foram submetidas a análise química por via úmida e os resultados dessa análise são mostrados na tabela i. os tarugos obtidos foram submetidos a um recozimento a 750o c durante 200 horas, para homogeneização. em seguida, foram cortados no sentido longitudinal, as partes obtidas foram laminadas e dessas lâminas foram obtidos fios com diâmetro em torno de 0,4 mm e comprimento igual a 30 cm. as medidas da resistência elétrica foram obtidas utilizando-se o método dos quatro pontos. a corrente passando na amostra era igual a 0,1 a, sendo monitorada por um circuito auxiliar com precisão em torno de 10-7 a. a diferença de potencial nas extremidades da amostra foi medida utilizando-se um potenciômetro k3 leeds & northrup, com precisão em torno de 10-7 v. os fios das amostras foram enrolados em forma de hélice e soldados em um suporte, por meio de arco voltaico. as amostras assim montadas foram novamente submetidas a um tratamento térmico de recozimento a 750o c, durante duas horas, em atmosfera inerte. os valores da resistência elétrica em função da temperatura de aquecimento correspondem à média de quatro medidas, obtidas com a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 corrente circulando nos dois sentidos. resultados e discussão a figura 1 mostra os gráficos de variação da resistência elétrica com a temperatura, obtidos para as ligas 1 (1,00%ag, figura 1-a), 3 (3,40%ag, figura 1-b), 5 (5,72%ag, figura 1-c) e 6 (6,90%ag, figura 1-d). nessa figura, pode-se observar uma pequena inflexão nas curvas obtidas para as ligas 3, 5, e 6. essa inflexão é menos acentuada quanto menor o teor de prata, não sendo observada na curva correspondente à liga 1 e também não foi observada na curva correspondente à liga 2. a curva correspondente à liga 4 apresentou a inflexão. esses resultados indicam que a presença dessa inflexão deve corresponder à solubilização da fase rica em prata, com as ligas passando da região bifásica para a região monofásica, o que concorda com os dados da literatura, obtidos por difração de raios x e microssonda de elétrons.3,5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 os gráficos da figura 1 não permitem que se determine a temperatura exata onde ocorre a solubilização em cada amostra, devido ao baixo teor de prata nas ligas. para obter essas temperaturas, foram traçados os gráficos das derivadas das curvas de variação da resistência elétrica em função da temperatura, utilizando um programa computacional adequado. a figura 2 mostra os gráficos das derivadas das curvas de variação da resistência elétrica com a temperatura, para as ligas 3, 4, 5 e 6. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 a partir dos máximos observados na figura 2, é possível determinar as temperaturas exatas das inflexões das curvas da figura 1, que devem corresponder às temperaturas de solubilização da fase rica em prata, em cada uma das ligas estudadas. os resultados assim obtidos estão mostrados na tabela ii. esses resultados indicam que, para ligas de cu-5%al contendo até 2%ag, em peso, não está definida a temperatura de solubilização da fase rica em prata, de acordo com as medidas de variação de resistência elétrica. nesse intervalo de concentrações, a prata deve estar totalmente dissolvida na matriz do cobre, sem a formação de uma fase rica em prata detectável por essa técnica. a combinação dos resultados obtidos permitiu que se traçasse uma linha de separação entre as regiões monofásica (prata totalmente solubilizada na matriz do cobre) e bifásica (uma fase rica em cobre, a1 e outra fase rica em prata, a2). a figura 3 mostra essa combinação dos resultados, com a linha pontilhada indicando uma aproximação para concentrações de prata abaixo de 2%, em peso. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 conclusões os resultados obtidos indicam que as medidas de variação da resistência elétrica com a temperatura permitem que sejam detectadas a presença da fase rica em prata e sua solubilização, em ligas de cu5%al contendo de 2 a 7% de prata, em peso. para adições de prata abaixo de 2% não é possível detectar a solubilização dessa fase, devido à dissolução da prata na matriz. é possível verificar também que, para adições de prata até 7% em peso, a prata adicionada está totalmente solubilizada acima de 700o c, o que concorda com resultados da literatura, obtidos por outras técnicas.3 agradecimentos os autores agradecem à fapesp e ao cnpq pelo auxílio recebido. cilense, m. et al. silver solubilization temperature determination in cu-al-ag alloys by electrical resistance measurements. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.81-89, 1998. abstract: the silver-rich phase solubilization temperatures in cu-al-ag alloys were obtained by electrical resistance measurements. the derivative of the experimental curves allowed the precise determination of these temperatures and also the sketch of the one phase-two phases transition region. keywords: electrical resistance; copper-based alloys; silver additions; solubilization referências bibliográficas 1 adorno, a. t.; beatrice, c. r. s.; benedetti, a. v.; cabot, p. l. silver dissolution on copper-based alloys. j. mat. sci., v. 28, p. 411-14, 1993. 2 adorno, a. t.; cilense, m.; gárlipp, w. mechanical properties and precipitation energy of the cu-al-ag (5.4%al-5.2%ag) alloy. j. mat. sci. lett., v. 6, p.163-4, 1987. 3 ________. phase transformations in the copper-aluminium ternary system, near the copper-rich corner. j. mat. sci. lett., v. 8, p. 1294-97, 1989. 4 massalski, t. b, (ed.) binary alloy phase diagrams. 2. ed. ohio: american society for metals, 1992. v.1, p.141-3. 5 massalski, t. b.; perepezko, j. h. constitution and phase relationships in copper-silveraluminium ternary system. z. metallkde., v. 64, n. 3, p. 176-81, 1963. 6 panseri, c.; leoni, m. il diagramma di stato ternario rame-alluminio-argento nella zona ad elevata percentuale di rame. alluminio, v.30, n. 6, p.289-98, 1961. recebido em 8.1.1998. aceito em 4.3.1998. * departamento de físico-química, instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp. ** aluno de pós-graduação bolsista do cnpq departamento de físico-química instituto de química unesp 14800-900 araraquara sp. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100007  introduction carbofuran (2, 3-dihydro-2, 2-dimethyl-7benzofuranol n-methylcarbamate), an anticholinesterase carbamate, is commonly used as an insecticide, nematicide, and acaricide in agricultural practice throughout the world [1]. it is highly toxic by inhalation and ingestion and moderately toxic by dermal absorption [2]. risks from exposure to carbofuran are especially high for persons with asthma, diabetes, cardiovascular disease, mechanical obstruction of the gastrointestinal or urogenital tracts [3]. it has also a high potential for groundwater contamination [4]. as a result of its widespread use, carbofuran has been detected in ground, surface, rain waters, in soils, air, foods and wildlife [5, 6]. the formulated granules lead to bird-kill incidents [7]. by considering all these serious impacts on ecosystem it is inevitable to develop a sensitive and cost effective method for the assessment of carbofuran. comprehensive literature survey revels a number of methods for the analysis of carbofuran, which includes lc-ms [8-10], gcms [11,12], gc [13-16], glc [17-21], hplc [22-24], flow injection spectrophotometric [25] and spectrophotometric techniques [26-41]. some of these reported methods need costly instruments, laborious procedure and less sensitive, these facts promoted us to develop sensitive and cost effective method. the survey of literature reveals that there is little spectrophotometric method available for determination of carbofuran. detection limit of few methods were 0.150 µg/ml [25], 0.250 µg/ml [26], 0.300 µg/ml [28], 0.804 µg/ml [40], 0.062 µg/ml [41], found to be more when compare to proposed having detection limit 0.040 µg/ml. the proposed method is based on the coupling of hydrolyzed carbofuran with diazotized dapsone in alkaline medium giving orange red product and intensity is measured at 480 nm. this method can 43ecl. quím., são paulo, 31(4): 43-48, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 sensitive spectrophotometric assessment of carbofuran using dapsone as a new chromogenic reagent in formulations and environmental samples p. nagaraja1* and b. l. bhaskara1 1department of chemistry, university of mysore, manasagangotri, mysore – 570 006, india, *autor for correspondence; e-mail: drpn58@yahoo.co.in abstract: a simple, sensitive and selective spectrophotometric method for the assessment of carbofuran in various formulations and in environmental water samples is described. the method is based on the coupling of hydrolyzed carbofuran with diazotized dapsone in alkaline medium at 0 – 4° c which gives orange red colored product having the absorption maximum at 480 nm. the product is stable for 48 h. beer’s law is obeyed in the concentration range of 0.1 – 4.0 µg ml-1. the molar absorptivity and sandell’s sensitivity are 5.0 x 104 l mol-1 cm-1 and 4.4 ng cm-2 respectively. the method is highly reproducible and is confirmed by rsd values (1.144 %). from the recovery studies it is found that this method is accurate and it can be successfully employed for the determination of carbofuran. keywords:carbofuran; dapsone; spectrophotometry; assessment; formulations; environmental. be effectively used as an alternative tool for the assessment of carbofuran in both environmental samples and commercial formulations. experimental details systronics spectrophotometer – 106 model with 10mm matched quartz cells was used throughout the spectral measurements. reagents carbofuran (99.9% purity) was supplied by rallis india ltd. bangalore, india. 4-4idiaminodiphenyl sulfone (dapsone) was obtained from merck (germany), sodium nitrite (bdh), sodium hydroxide (ar), sulphamic acid, (bdh) were used. all other chemicals used were analytical reagent grade. double distilled water was used to prepare all solutions and commercial formulations were purchased from local sources and environmental samples were collected from nearby sources. sample preparation a stock solution of carbofuran (500 µg ml-1) was prepared by dissolving 50mg of pure sample in methanol followed by 5 ml of 2 mol l-1 of methanolic sodium hydroxide and after 5 min the solution was made up to the volume in a 100 ml calibrated flask with methanol. working standards were prepared by suitable dilution. asolution 0.2 % (m/v) dapsone was prepared by dissolving 0.2 g of dapsone in 5 ml of 1 mol l-1 hydrochloric acid and then diluted to 100 ml with water. aqueous solutions of 0.5 % (m/v) sodium nitrate, 2% (m/v) sulphamic acid solution, and 2 mol l-1methanolic sodium hydroxide solutions were prepared. sample preparations. furadan 3g working solution (furadan 3g granular, manufactured and marketed by rallis india ltd. bangalore, india) was prepared by transferring 333.30 mg in 100ml volumetric flask, then dissolved and diluted to the mark with methanol to get 100 µg ml-1. suitable aliquots were analyzed for the estimation of carbofuran using the proposed method. carbofuran 10g working solution (marketed by aimco pesticides ltd. mumbai, india) was prepared by transferring 100.0 mg in 100 ml volumetric flask, then dissolved and diluted to the mark with methanol to get 100 µg ml-1. suitable aliquots were analyzed for the estimation of carbofuran using the proposed method. tap water, pond water and river water were collected (100 ml each) from manasagangotri, kukkarahalli and kaveri river respectively. these samples were spiked by adding known amounts of carbofuran concentration which lies within the beer’s law range (0.14.0 µg ml-1). using the proposed method, recovery studies was performed. recommended procedure: 1.0 ml of 0.2 % (m/v) dapsone solution was transferred into each of series of 10 ml calibrated flasks. 1.0 ml of 1.0 % (m/v) aqueous solution of sodium nitrate was added and cooled in ice water bath for 3 min to attain the temperature around 5° c. a 2.0 ml of 2.0 % (m/v) aqueous solution of sulphamic acid was added and reaction mixture was allowed to stand for 2 min with occasional shaking. aliquot of standard solution of carbofuran (1.0 – 40 µg) was added to the above and resulting solution was made up to the mark with 2 mol l-1methanolic sodium hydroxide and mixed thoroughly. the absorbance of resulting orange red colored solution was measured at 480 nm against the corresponding reagent blank, which has negligible absorption at this wavelength and calibration graph was constructed. results and discussions spectral characteristics the proposed method involves the coupling reaction of diazotized dapsone with the hydrolyzed product of carbofuran in sodium hydroxide medium to give orange red colored product having maximum absorption at λ max 480 nm. this wavelength was used for all measurements. the beer’s law range and molar absorptivity were 0.1-4.0 µg ml-1, 5.0x 104 l mol-1 cm-1 respectively. the sandell’s sensitivity of the method was 4.4 ng cm-2. the absorption spectrum of the reaction product formed is shown in the fig. 1. the corresponding reagent blank has practically negligible absorbance at this wavelength. 44 ecl. quím., são paulo, 31(4): 43-48, 2006 45ecl. quím., são paulo, 31(4): 43-48, 2006 blank. beer’s law was obeyed over the hydrolyzed carbofuran range of 0.14.0 µg ml-1. limit of quantification (loq) is determined by taking the ratio of standard deviation (σ) of the blank with respect to water and the slope of the calibration curve (a) multiplied by a factor 10. loq is approximately 3.3 times the limit of detection (lod). naturally, the loq slightly crosses the lower limit of the beer’s law range. but lod is well below the lower limit of the beer’s law range. the upper limit of the beer-lambert range is determined by a plot of absorbance against concentration at the value of λ max. beyond this limit, the correlation results were really affected. hence, the measurements were excluded above these limits to keep the relationship linear. method validation the accuracy of the method was established by recovery studies of hydrolyzed carbofuran at three levels (within the calibrated graph). the precision was ascertained by calculating the relative standard deviation (rsd) of seven replicate determinations at three levels. the rsd (%) and range of error (%) and values were 1.144 and 1.143 respectively. which were less than 2 % are indicative of good accuracy and precision of the method. the lod and loq of the method were found to be 0.04 and 0.13 µg ml-1 respectively. from the regression equation it was observed that correlation coefficient and slope of the curve were 0.9978 and 0.1696 respectively. reaction sequence carbofuran when dissolved in methanolic sodium hydroxide undergoes hydrolysis to form carbofuran phenol which couples with diazonium cation produced by the diazotization of dapsone to produce the orange red colored product. for the diazotization process, it is expected that the two nh2 groups in dapsone will be readily diazotized and each diazonium group will then react with two molecule of carbofuran phenol. when the same reaction was carried out with carbofuran dissolved in ethanol or methanol instead of sodium hydroxide does color, this clearly indicates that it is the hydrolysis product of carbofuran which is coupling with diazotized dapsone. the reaction mechanism for the formation of the product is shown in scheme 1. figure1. absorption spectra of the both reagent blank and reaction product of hydrolyzed carbofuran and diazotized dapsone in the presence of alkaline medium. final concentration of hydrolyzed carbofuran = 2.0 µg ml-1. optimization of the reagent concentration various concentration and volume ranges for all the reagents were studied in detail. however, the following are the optimum concentration and volume ranges. for the diazotization coupling reaction, it was found that 1.0 % (m/v) sodium nitrate solution in the range of 1.0 – 3.0 ml, 2.0 % (m/v) sulphamic acid solution in the range of 1.0 – 4.0 ml were optimum to achieve maximum color intensity. hence, 1.0 ml of sodium nitrate, 2.0 ml of sulphamic acid and 1.0 ml of dapsone were selected for diazotization. the excess of nitrate added during diazotization reaction was removed by the addition of sulphamic acid. an excess of sulphamic acid was found to have no effect on color intensity. dilution of the coupled product obtained by the interaction of hydrolyzed product of carbofuran and diazotized dapsone was studied water, ethanol, hydrochloric acid, sodium hydroxide and sulphuric acid. results showed that 2 mol l-1 methanolic sodium hydroxide was found to give maximum color intensity and stability of resulting product. quantification adherence to the beer’s law by the colored product of diazotized dapsone with hydrolyzed carbofuran was determined by measuring the absorbance at 480 nm for a set of solutions containing varying amounts of analyte and specified amounts of reagents against colorless reagent 46 ecl. quím., são paulo, 31(4): 43-48, 2006 effect of foreign species the suitability of the method for application to water samples and other environmental samples were studied by taking various cations, anions and other pesticide species in solutions containing 2.0 µg ml-1 carbofuran. the results are given in the table 3.the other pesticides such as parathion ethyl, malathion, fenitrothion, 2, 4-d, parathion methyl, did not interfere sereffect of temperature and color stability under the optimized condition, the orange red colored product was found to be stable for 48 h. reproducible results were produced in the temperature range of 20 – 55°c. an increase in temperature above 55°c decreased in the absorbance readings indicating the decomposition of the product. however, a temperature of 30° c is recommended for the absorbance measurements. orange red colored azo product (λλ max 480 nm) scheme1. proposed reaction path of hydrolyzed carbofuran with diazotized dapsone in the presence of alkaline medium. 47ecl. quím., são paulo, 31(4): 43-48, 2006 iously. the tolerance limits given in table 1are the concentrations of diverse species that cause ± 2% error in the determination of carbofuran by this method. the results also showed that a large number of metallic and non-metallic ions did not interfere. applications determination of carbofuran in commercial formulations. the method was applied to determine carbofuran in different carbofuran formulations. here, two different commercial formulations [furadan 3g (granular) and 10g (granular)] were prepared by appropriate dilution with methanol (within the beer’s law range 0.14.0 µg ml-1) and analyzed by the recommended procedure. the results are represented in table 2. statistical data showed that this method can be effectively employed for the determination of carbofuran in various environmental and commercial formulations. recovery of the carbofuran residues from spiked water samples. water samples (100ml) were spiked with known amount of carbofuran (0.1-4.0µg ml-1) in methanol. the mixture was transferred into a separating funnel and insecticide was extracted using approximately 15 ml of chloroform in each occasion till complete extraction. the combined extracts were washed with 2ml of 0.1 mol l-1 potassium carbonate to break any emulsion formed during the extraction. the extracted insecticide was dried over anhydrous sodium sulphate. chloroform was evaporated on a water bath and residue was dissolved in methanol. the amount of carbofuran was determined using the proposed procedure and data are shown in table 3. conclusions the proposed spectrophotometric method is simple to perform, cost effective. the sensitivity, simplicity, temperature independence and stability of the colored product are the advantages of this method. the diazotizing reagent used here is colorless, highly water soluble and cheaper when compared to the other reagents used in reported methods. this method can be used to detect 0.040 µg ml-1 and quantitatively detect 0.130 µg ml-1 of carbofuran and does not involve extraction step and the use of carcinogenic solvents. the proposed method does not entail any stringent experimental variables which affect the reliability of the results. from the recovery studies, it reveals that this method can serve as an alternative method for determining carbofuran residues in various environmental samples. acknowledgements one of the authors (b.l.b.) thanks the university of mysore for providing the laboratory facilities. received 11 september 2006 accepted 22 november 2006 references [1] r.c. gupta, carbofuran toxicity. j toxicol. environ. health 43 (1994) 383. 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e nd(tms)35bpmu.2h2o, onde tms = trifluorometanossulfonato e bpmu = bis(pentametileno)uréia, na presença dos solventes acetonitrila e metanol. foram registrados os espectros nas regiões referente as transições hipersensitivas 4i9/2 ® 4g7/2, 2g9/2 e 4i9/2 ® 4g5/2, 2g7/2. em ambas as transições, quando o meio é acetonitrila, os compostos apresentam valores de polarizabilidades mais elevados, resultantes de uma maior interação do ambiente químico em torno do íon central, favorecido por este solvente. palavras chaves: trifluorometanossulfonatos, bis(pentametileno)uréia, força do oscilador, polarizabilidade eletrônica. introdução http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt quando um campo elétrico é aplicado a um átomo ou uma molécula a distribuição eletrônica é modificada e a geometria molecular é distorcida. a polarizabilidade é uma propriedade que avalia distorção da nuvem eletrônica em uma espécie quando condicionada a interação de um campo elétrico com a matéria e pode ser definida pela razão entre o momento de dipolo induzido, m , e o campo responsável pelo momento, eo, de forma que1, 2, 6, 11: onde: a = polarizabilidade mok = momento total de um sistema eok = campo elétrico aplicado a polarizabilidade total de um sistema é dada pelo somatório das polarizabilidades: i) atômica (soma vetorial da contribuição dos elétrons em um átomo) ou molecular (soma vetorial da contribuição de todos os elétrons dos átomos em uma molécula); ii) eletrônica (distorção da nuvem ocasionada por elétrons fotoativados); iii) de orientação (dependência da distorção da nuvem eletrônica com a temperatura, na presença de um campo elétrico)2. é possível avaliar as polarizabilidades em termos da intensidade de absorção e da freqüência da transição usando a definição da força do oscilador de uma transição dipolo elétrico, segundo as expressões: , para o elétron oscilando em fase com radiação incidente, e, , para o elétron oscilando fora de fase. onde as quantidades me, e são a carga e massa do elétron respectivamente, pok a força do oscilador, nok, a freqüência do baricentro da transição, n , a freqüência da radiação incidente e n� a freqüência associada à contribuição de forças dissipativas, apresentando valores bem menores quando comparada com a freqüência de transição. a grande importância em avaliar polarizabilidades em função da força do oscilador é que se obtém informações experimentais diretas a partir das absorbâncias (ou absortividades molares) e das energias associadas às transições eletrônicas. em segunda análise, a expressão obtida (quânticaclássica) considera que as contribuições dissipativas, que impedem que a polarizabilidade no intervalo de ressonância assuma magnitudes impossíveis, uma vez que as transições aqui estudadas ocorrem dentro da camada de valência dos sistemas, levando a formação de novas espécies no estado ativado, por incidência da radiação8. a polarizabilidade eletrônica é uma propriedade elétrica que pode ser aplicada no acompanhamento dos estudos eletrônicos dos intermediários de reação, em sínteses fotoquímicas ou fotocatalisadas de interesse a obtenção de substâncias estereoseletivas7. um estudo detalhado nos mecanismos de excitação de moléculas pode ser útil no acompanhamento dos fenômenos de obtenção e controle de espécies no estado do complexo ativado, através da avaliação das deformações das nuvens eletrônicas das espécies opticamente ativas4-8, 13, 14. polarizabilidades eletrônicas de alguns íons lantanídeos em diferentes sistemas vem sendo estudadas9,10. estes elementos apresentam algumas transições denominadas hipersensitivas que se caracterizam em complexos pelo deslocamento para regiões de menor energia e suas intensidades são aumentadas até 200 vezes relativamente ao íon aquoso, sendo sensíveis à natureza dos ligantes, à simetria em torno do íon, e a variação da concentração e temperatura3, 5, 12. neste trabalho foram avaliadas as polarizabilidades eletrônicas dos compostos nd(tms)3.9h2o e nd(tms)35bpmu.2h2o em diferentes sistemas, com o objetivo de tentar explicá-las através das interações intra e intermoleculares. parte experimental os espectros eletrônicos dos compostos nd(tms)35bpmu.2h2o e nd(tms)3.9h2o foram obtidos através do espectrofotômetro uv-visível hitachi u2000 usando célula de quartzo com 1,0 cm de caminho óptico a temperatura de 25 ºc em soluções de metanol (m) e acetonitrila (a). foram registradas as regiões entre 560 610 nm e 495-540 nm correspondentes às transições hipersensitivas 4i9/2 ® 4g5/2 , 2g7/2 e 4i9/2 ® 4g7/2 , 4g9/2, respectivamente. os parâmetros de ligação (b , b1/2 e d ) foram obtidos a partir do cálculo do baricentro da transição pelo método da integração de simpson8. as polarizabilidades estáticas e dinâmicas para o elétron oscilando em fase e fora de fase, foram calculadas através do programa polaz-f desenvolvido para tal propósito. resultados e discussão como foi dito, através de probabilidades de transição e de suas respectivas energias, pode-se estudar a influência da distorção da nuvem eletrônica provocada pela presença de grupos moleculares em torno de espécies opticamente ativadas e assim quantificar os mecanismos de fotoexcitação das moléculas através da interação da radiação eletromagnética com a matéria. usando propriedades físico-químicas e resultados experimentais adequados, é possível sugerir as origens, causas e obter uma explicação confiável para os fenômenos. comparando os espectros do complexo e sal de nd3+, figura 1, observou-se que a intensidade da banda correspondente à transição 4i9/2 ® 4g5/2 , 2g7/2 é maior para nos espectros dos complexos que nos dos respectivos sais, sendo que este efeito é mais acentuado para o complexo em solução de acetonitrila, a qual é quantificada pela força do oscilador (tabela 1). na região referente a transição http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 4i9/2 ® 4g7/2 , 4g9/2 observa-se que praticamente não houve alteração nas intensidades das bandas, o que foi constatado com os valores muito próximos da força do oscilador (tabela 2), exceto para o complexo em acetonitrila que tem um maior valor, o que sugere que a hipersensitiva 4i9/2 ® 4g7/2 , 4g9/2 neste complexo, é pouco sensível ao ambiente químico. quando o solvente é metanol, os valores da força do oscilador do sal e complexo são bem próximos, indicando que a substituição das moléculas de água (no caso tms hidratado), pelas moléculas do bpmu não provoca perturbação tão considerável no ambiente químico do nd3+. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 quanto aos resultados dos parâmetros ópticos, tabelas 1 e 2, percebemos que em ambas transições, em relação ao íon aquoso, as medidas nos dois solventes indicam caráter iônico acentuado. no entanto, na região entre 560 e 610 nm, de acordo com o parâmetro de covalência e de sinha12, o complexo em acetonitrila apresenta uma tendência mais covalente. analisando os gráficos das figuras 2 e 3 e as tabelas 3 e 4, observou-se que os compostos em acetonitrila apresentam valores de polarizabilidades mais elevados, resultantes de uma maior interação do ambiente químico e do íon metálico com o campo elétrico da radiação. uma explicação para isto pode estar relacionada ao valor da constante dielétrica, a qual a acetonitrila (36,2) tem um valor maior que o metanol (20) e quanto maior a constante dielétrica, tem se verificado em outros sistemas, maior o valor da polarizabilidade, devido provavelmente à diminuição das interações coulômbicas, com conseqüente aumento no grau de liberdade eletrônico. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 nas figuras 4a e 4b estão exibidos os comportamentos das polarizabilidades estáticas com o parâmetro d de linha para as duas transições estudadas. para a transição 4i9/2 ® 4g5/2 , 2g7/2, observamos que o aumento de covalência favorece ao aumento de polarizabilidade, sendo este ainda mais acentuado no complexo. entendemos que ocorre uma diminuição do controle do íon nd3+ pelo seu elétron 4f3, com o aumento da covalência, o que favorece a uma maior distorção na nuvem eletrônica. na transição 4i9/2 ® 4g7/2 , 4g9/2, observa-se um comportamento semelhante, exceto para o sal em metanol, que com o aumento da covalência, houve um decréscimo na polarizabilidade. é possível que o contra-cátion, detém, neste estado de excitação, o controle coulômbico do elétron fóton ativado. nas figuras 5a e 5b estão mostradas correlações das polarizabilidades estáticas com a força do oscilador. percebe-se uma quase linearidade nos resultados mostrando que com o aumento da força do oscilador foi proporcional ao da polarizabilidade. a transição de menor energia apresenta maiores valores da força do oscilador e de polarizabilidade, como esperado, bem como, o complexo se apresenta com valores mais elevados em relação ao sal. quando o solvente é acetonitrila, tanto no sal como no complexo, os valores da força do oscilador e polarizabilidades são também maiores, o que provavelmente está relacionado com a constante dielétrica dos solventes. quanto maior a constante dielétrica, maior a polarizabilidade. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 agradecimentos os autores agradecem ao cnpq pelo suporte financeiro. batista, m. k. s., pimentel, p. m., lima, f. j. s., pedrosa, a. m. g., silva, a. g. da, zinner, k. evaluation of electronic-optic parameters of nd3+ ion in the nd(tms)3.9h2o and nd(tms)35bpmu.2h2o compounds in solution. ecl.quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: electronic systems when submitted to an electrical field of electromagnetic radiation, acquire induced dipole moment, modifying the distribution of charge and distortion the molecular geometry. in this paper, electronic polarizability when evaluated for the nd(tms)3.9h2o and nd(tms)35bpmu.2h2o, were tms = trifluorometanessulfonate and bpmu = bis(pentametileno)uréia, in methanol and acetonitrile solutions from the electronic absorption spectra. when the solvent is acetonitrile the distribution on electronic cloud showed greater values in the compounds. keywords: trifluorometanessulfonates, bis(pentametyleno)uréia, electronic polarizability . referências bibliográficas 1 atkins, p. w. quanta. 2ed. new york: oxford university press, 1991. 434p. [ links ] 2 berry, r. s.; rice, s.a.; ross, j. physical chemistry. new york: john wiley & sons, 1980. 1264p. 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• manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and numbered sequentially; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s010046702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author authors guidelines • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. • eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as authors only researchers who have really taken part in the work, and for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission for submitting and publishing. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a non-author who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. authors guidelines • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin anti-plagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. manuscript submission for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the 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manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@iq.unesp.br) copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@iq.unesp.br eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24 são paulo 1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100006 potencialidades analíticas do dietilditiofosfato de amônio em espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado empregando extração em fase sólida e sistemas de injeção em fluxo. josé anchieta gomes neto* adilson josé curtius** valderi luís dressler*** resumo: um sistema de injeção em fluxo envolvendo complexação com dietilditiofosfato de amônio e sorção de complexos metálicos em minicolunas de sílica gel modificada por grupos octadecil c18, é proposto para determinações multielementares em espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado. influência da concentração de reagentes, natureza do ácido, tempo de reação, tempos de comutação, vazões e interferência de sódio foram investigadas. água ou solução 2% (v/v) hno3 podem ser utilizadas para lavar a coluna antes da eluição dos analitos com etanol. amostras contendo 5.000 mg na l-1 e analisadas diretamente com o sistema proposto produzem uma concentração aparente de 63cu de 0,45 µg l-1; por outro lado não foi observada interferência para as, pb, bi, se, in, tl, cd, hg e 65cu. para 0,25 % (m/v) adtp4dtp e 3 ml de solução de amostra, curvas analíticas para bi, cu, pb, as, se, in, tl, cd, hg no intervalo de 0,10 a 2,00 µg l-1, podem ser construídas com boas correlações (r2 > 0.998). a velocidade analítica e sensibilidade podem ser melhoradas, pois dependem das condições de pré-concentração e eluição selecionadas. com os parâmetros acima fixados, limites de detecção de 0,014 (cu), 0,027 (as), 0,06 (se), 0,02 (cd), 0,029 (in), 0,043 (hg), 0,02 (tl), 0,06 (pb) e 0,002 µg l-1 (bi) foram obtidos. palavras-chave: dietilditiofosfato de amônio; minicoluna de sílica c18; análises por injeção em fluxo; espectrometria de massa com fonte de plasma indutivamente acoplado. introdução http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back a espectrometria de massa com fonte de plasma indutivamente acoplado (icp-ms) é uma técnica analítica bastante sensível para análise multielementar e isotópica.9,17 entretanto, uma aplicação mais ampla da técnica em rotina analítica de larga escala tem sido limitada por efeitos de matriz, um tipo de interferência não espectral bem conhecida. os sólidos totais dissolvidos podem provocar depósitos sólidos sobre os cones de amostragem e skimmer quando soluções com teores de sólidos totais dissolvidos superiores a 1% 2 % (m/v) são aspiradas continuamente. como consequência, há uma diminuição da sensibilidade,10 levando ainda a efeitos imprevisíveis nas taxas de contagens dos elementos.3,7,14 quando as análises químicas de matrizes complexas apresentam-se bastante complicadas, recomendam-se o uso da padronização interna,14 de ajustes das condições operacionais,8,27 de recalibrações freqüentes, de técnicas de diluição isotópica19 ou de adiçõespadrão.6 além das interferências não espectrais, devem ser consideradas as interferências espectrais, como as provocadas por espécies poliatômicas (40ar35cl, 34s16o etc.). este tipo de interferência pode ser reduzida pela substituição do argônio na formação do plasma por mistura de gases6 ou mesmo através de correções matemáticas.18 a separação prévia dos analitos tem a vantagem de reduzir, ou mesmo eliminar, tanto as interferências espectrais como as não espectrais. métodos de separação são amplamente empregados em determinações por icp-ms.1,11,15,16,23 a remoção de interferentes em linha pode ser feita por meio de procedimentos automatizados. estes podem operar etapas de separação em condições repetitivas, melhorar a precisão e ainda reduzir tanto o consumo de reagentes como os riscos de contaminação. os sistemas de injeção em fluxo (fia) tem se mostrado uma ferramenta promissora na automatização de procedimentos analíticos.24,25 o acoplamento fia/icp-ms apresenta-se benéfico, pois pode aumentar a velocidade analítica, melhorar a precisão e a eficiência de amostragem, reduzir o consumo de amostras e reagentes, efetuar pré-tratamento de amostra em linha, tolerar uma quantidade maior de sólidos totais dissolvidos, entre outras. esta maior tolerância é atribuída às lavagens contínuas entre sucessivas injeções.9 a facilidade de se imobilizar em colunas um grande número de reagentes disponíveis comercialmente, faz da extração em fase sólida (spe)20 uma das técnicas mais utilizadas em procedimentos analíticos automatizados. os mecanismos de imobilização de reagentes são classificados em: imobilização natural e imobilização em suportes sólidos. o primeiro grupo compreende rechear colunas diretamente com reagentes inorgânicos ou orgânicos, resinas de troca-iônica, sorventes e materiais biológicos. o segundo envolve desde uma simples mistura ou adsorção física de reagentes em suportes poliméricos até uma mudança de estrutura por meio de ligações químicas iônicas (imobilizar ânions ou cátions em resinas aniônicas ou catiônicas, por exemplo) ou covalentes (sílica gel quimicamente ligada a grupos octadecil, a enzimas, etc.). é crescente na literatura o número de trabalhos que recomendam a utilização de etapas de separação antes de se efetuar análise de amostras complexas por icp-ms.2,12 o sal de amônio do ácido dietilditiofosfórico (adtp4-dtp) parece promissor na determinação de elementos-traço por icpms em função da estabilidade de seus complexos metálicos em meio ácido, da possibilidade de sorver os analitos complexados em sílica quimicamente modificada por grupos c18 4 e, também da possibilidade de separar os analitos de potenciais interferentes tais como sódio, potássio, cálcio, bário, além do ferro e ânions geralmente abundantes em amostras reais, como águas naturais, materiais biológicos, botânicos, entre outros. este trabalho tem como principal objetivo investigar as potencialidades analíticas do ligante adtp4-dtp em determinações por icp-ms empregando sistemas fia. material e método instrumentação o sistema de fluxo compreende um espectrômetro de massas com plasma indutivamente acoplado da perkin elmer-sciex, modelo elan 6000 equipado com sistema de nebulização pneumática (tipo cross-flow), uma bomba peristáltica gilson plus, tubos de bombeamento (tygon), minicolunas de sílica gel c18 (sep-pak, waters), válvulas solenóides de três vias da cole parmer, modelo e 01367-72, tubos de polietileno de 0,8 mm de diâmetro interno e conectores. reagentes e soluções todas as soluções utilizadas foram preparadas com água destilada e desionizada (milli-q, 18,2 mw /cm). os ácidos nítrico e clorídrico empregado nas diluições eram de alta pureza (merck, suprapur); e o argônio (white martins) era 99,996% de pureza. o etanol usado (merck) foi de pureza analítica. para a calibração do icp-ms, utilizou-se solução 2% (v/v) hno3 contendo 10 mg l-1 em íons de mg, rh, ba, ce e pb. as soluções analíticas multielementares contendo íons de ag, al, as, ba, be, bi, ca, cd, ce, cr, cs, cu, fe, ga, in, k, li, mg, mn, na, ni, pb, rb, se, sr, tl, v, u e zn foram preparadas por diluição apropriada da solução estoque multielementar de 10,0 mg l-1 em 2% (v/v) hno3. a solução estoque de 10,0 mg l-1 de au, ir, pd, pt, rh, ru, sn, te, hf, sb em 10% (v/v) hcl foi empregada para preparar soluções analíticas multielementares destes elementos. uma solução 1% (m/v) adtp4-dtp (aldrich) foi preparada dissolvendo-se o sal em água. esta solução foi em seguida purificada empregando-se colunas (20 x 5 mm) de sílica c18. uma solução 20 g na l-1 foi obtida a partir da neutralização de na2co3 (suprapur, merck) com ácido nítrico (suprapur, merck). a vidraria utilizada foi imersa em cada uma das seguintes soluções por 2 horas: 10% (m/v) de extran; 10% (v/v) hcl ; 20% (v/v) hno3; 10% (v/v) hno3. em seguida, foram lavadas abundantemente com água desionizada. métodos a resposta do instrumento quanto à produção de íons m+, m++, mo+ foi verificada por meio da nebulização contínua da solução 10 mg l-1 em mg, rh, ba, ce e pb e do monitoramento das contagens de 24mg+, 103rh+, 138ba+, 140ce+, 208pb+, 156ceo+ e m/z = 220. os principais parâmetros da otimização diária do instrumento e do procedimento proposto neste trabalho estão representados na tabela 1. estudos de complexação foram conduzidos com soluções multielementares. os complexos metálicos formados foram aplicados em minicolunas de sílica c18 e após eluição, detectados por icp-ms. o sistema de fluxos da figura 1 foi projetado e utilizado para avaliar as condições de reação. este sistema foi baseado em outro utilizado para a determinação de arsênio em águas naturais por gfaas.22 válvulas solenóides (v1-v6) foram utilizadas como pontos de comutação e eram controladas via computador por meio de programa específico escrito em visualbasic. na parte inferior da figura 1 encontram-se os trechos de acionamento das válvulas (linhas cheias) necessários para injetar as soluções no sistema. quando as válvulas não estão acionadas (linhas tracejadas), as soluções reciclam (r) ou são descartadas (d). inicialmente, as válvulas v3 e v4 são acionadas simultaneamente por 60 segundos, mesclando na confluência y amostra (a) e ligante (l). os complexos metálicos formados na bobina de reação b passam pela minicoluna c18 onde são sorvidos. os íons que não formam complexos passam incólume pela minicoluna. em seguida, a válvula v1 é acionada por 30 segundos para limpar o volume interno da tubulação contendo solução http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 de amostra mais complexante. neste ponto, v5 e v6 são acionadas simultaneamente, e em seguida, v1. o eluente e1 remove os complexos da coluna, e uma fração do eluato é desviada para o icpms para a determinação. um sinal transiente é registrado, cuja área é proporcional ao teor do elemento na amostra. como última etapa do processo, a tubulação e a minicoluna são lavadas com etanol (e2) acionando-se a válvula v2. o excesso de etanol é em seguida eliminado acionando-se a válvula v1 por mais 5 segundos. após este tempo, um novo ciclo pode ser reiniciado. tendo-se em vista que em meio ácido o ligante adtp forma complexos com vários íons metálicos,5 inicialmente foram estudadas a complexação e adsorção multicomponentes para investigar a potencialidade analítica do ligante em determinações de elementos-traço por icp-ms. foram investigados os seguintes parâmetros: concentração de ligante (0,05% 0,8 % m/v) e concentração e da natureza do ácido (0%5 % (v/v) hcl ou hno3). melhoria em seletividade foi investigada empregando-se eluição seqüencial. a influência do volume de amostra na intensidade dos sinais foi investigada variando-se a vazão dos canais a (0,8 4,8 ml min-1) e l (0,4 2,4 ml min-1), simultaneamente. foram também estudados os efeitos da presença de sódio sobre os sinais dos isótopos 63cu, 75as, 82se, 107ag, 113cd, 208pb, 209bi, 115in e 205tl. uma solução multielementar contendo 5,0 µg l-1 nestes elementos, preparada em presença de 2.000 mg l-1 de sódio, foi introduzida via nebulização pneumática contínua. com este dispositivo de introdução de amostras, foi medida a concentração aparente do isótopo 63cu. como o sódio promove uma diminuição significativa no sinal de 54sc e 103rh, todas as medidas foram conduzidas na ausência de padrão interno. estudos relacionados com interferência de sódio também foram investigados. seis soluções contendo 1,0 µg cu l-1 + 2,0 µg l-1 em pb, bi, tl, as, se, cd, in e hg foram preparadas na presença de concentrações crescentes de sódio (100, 500, 1.000, 2.500, 5.000 e 10.000 mg na l-1) e processadas com o sistema da figura 1. neste estudo verificou-se, também, a influência da força iônica na eficiência de complexação dos íons destes elementos. após o projeto do sistema, as principais características tais como velocidade analítica, consumo de reagentes, repetibilidade, linearidade da curva analítica, fator de enriquecimento e exatidão, foram avaliadas. resultado e discussão alguns testes realizados preliminarmente indicaram o etanol como eluente apropriado para complexos m-dtp.22 como solventes orgânicos normalmente reduzem a temperatura do plasma, podendo extingui-lo,13 investigou-se a influência do volume injetado de etanol na estabilidade do plasma. na otimização diária do icp-ms, após a injeção de 125 µl de uma solução etanólica contendo 10 µg l-1 de mg, rh, pb, ba e ce, os sinais para 103rh, 208pb, 138ba, 69ba/138ba, 1140ce, 56ceo/140c e m/z 220 tiveram redução de aproximadamente 50% se comparados com a mesma solução em meio aquoso (exceto para o sinal de 24mg que sofreu um grande aumento, provavelmente por causa da formação de 12c2 +). quando as potências do gerador de radiofreqüência (rf) foram fixadas em 1.000 e 1.200 w, para soluções aquosa e etanólica, respectivamente, foram observadas alterações insignificantes nas razões 69ba/138ba e 156ceo/140ce. apesar de extinguir o plasma, o etanol deve ser utilizado como eluente. o volume injetado de eluente deve ser minimizado, pois observou-se que volumes > 500 l são impraticáveis. além disso, pequenas alterações na taxa de aspiração do nebulizador altera a estabilidade do plasma. para contornar este problema, um canal com adição contínua de água (c2) imediatamente antes do sistema de nebulização e com vazão similar à de c1, foi adicionado no ponto w, logo após a válvula v5. com este arranjo, o etanol sofria diluição de aproximadamente 50 % antes de atingir o plasma. como compromisso entre sensibilidade e estabilidade do plasma, o volume de eluente adicionado foi de 150 µl. definidas as condições de operação do plasma (vazão do gás de nebulização: 0,98 l/min; potência de rf: 1200 w), realizou-se um estudo da complexação de íons metálicos com dtp. esta etapa consistiu de medidas multielementares após sorção e eluição dos complexos metálicos da minicoluna c18. a eficiência da reação é dependente tanto da concentração de ligante como do ácido empregado. primeiramente a concentração de ligante foi fixada em 0,5% (m/v) e o tempo de pré-concentração 60 segundos. as soluções analíticas foram preparadas em várias concentrações de hcl ou hno3. os melhores resultados para bi, pb, cu, as, tl, cd, hg, in, se e u foram obtidos em meio de ácido nítrico. com exceção do arsênio, que obteve sua máxima sensibilidade a partir de aproximadamente 2% hno3, todos os outros elementos deste grupo foram http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 eficientemente sorvidos em hno3 0,5%. portanto, a solução de ácido utilizada nos estudos posteriores foi 2% (v/v) hno3. a influência da concentração de ácido clorídrico nos sinais destes elementos está representada na figura 2. a complexação e sorção dos complexos de as, hg, tl, cd, se, in, bi, pb, e cu pode ser conduzida tanto em meio nítrico quanto em clorídrico. os íons de au, ir, pd, pt, rh, ru, sn, te, hf, sb apresentaram preferência de serem complexados por dtp em meio de ácido clorídrico. a influência da concentração de ligante nos sinais de as, hg, tl, cd, se, in, bi, pb, cu em meio de ácido nítrico está representada na figura 3. diferentemente do obtido para as, tl e in, soluções contendo 0,1% m/v adtp foram suficientes para complexação e/ou sorção ótimas de bismuto, chumbo, mercúrio, cádmio, cobre e selênio. observou-se um decréscimo acentuado nas contagens de mercúrio. como os sinais para as, tl e in aumentaram linearmente com a concentração de ligante, uma solução 0,5% m/v adtp foi utilizada em estudos posteriores como compromisso entre sensibilidade e tempo de vida da coluna. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 a influência do tempo de reação entre ligante e íon metálico foi investigada selecionando-se diferentes comprimentos de bobina de reação b. como as contagens dos elementos praticamente não alteraram-se para tempos de 1 a 60 segundos, foi selecionada uma bobina de apenas 10 cm para garantir homogeneização das soluções a e l. a sensibilidade é, entre outros fatores, dependente do volume de amostra utilizado na etapa de préconcentração. mantendo-se constante os trechos das válvulas solenóides do diagrama da figura 1, variou-se a vazão de amostra (0,8 4,8 ml min-1). para não alterar a concentração de ligante na http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 bobina de reação, a vazão do canal l (0,4 2,4 ml min-1) foi variado simultaneamente. na figura 4 está representada a influência da vazão do canal a nos sinais analíticos. com exceção do arsênio e tálio, para 0,25 % adtp houve aumento linear nas contagens dos elementos com o aumento da vazão. vazões > 4,8 ml min-1 causavam vazamentos de solução pelas extremidades da minicoluna em função das elevadas impedâncias hidrodinâmicas. visto que os principais problemas em icp-ms são as interferências espectrais poliatômicas e a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 supressão do sinal dos analitos causadas por elementos majoritários (na+, por exemplo), esforços foram concentrados no desenvolvimento de um sistema de fluxos que permitisse a separação ou do analito ou da matriz interferente. íons de sódio podem combinar entre si ou com outros elementos provenientes do plasma e da matriz da amostra para formar íons poliatômicos. estes podem apresentar a mesma massa nominal de diversos isótopos (tabela 2), causando interferências.6,27 além disso, por ser um elemento com baixo potencial de ionização, exerce efeito de supressor de ionização sobre a maioria dos elementos. como adtp pode formar complexos com íons de vários elementos (ag, as, au, bi, cd, cu, ge, hg, in, ir, mo, os, pb , pd, pt, pt, re, rh, ru, sb, sb, se, se, sn, te, te, tl, tl, w, etc.) 5 a interferência de íons sódio sobre alguns destes isótopos foi investigada. na figura 5 está representado o efeito causado por concentrações crescentes de na sobre os sinais referentes a uma solução 5,0 µg l-1 em arsênio e selênio (figura 5a) e na contagem de m/z 63 (figura 5b). como pode ser observado, o sódio exerce forte diminuição no sinal dos isótopos que não sofrem sobreposição espectral de íons poliatômicos. assim, efeitos de supressão semelhantes aos observados para 75as e 77se foram também observados para 82se 103ag, 113cd, 115in, 205tl 208pb e 209bi. na figura 5b as contagens foram expressas como concentração aparente de cobre devido a interferência espectral positiva da espécie poliatômica 40ar23na+. com exceção do 63cu, a presença de sódio em concentrações superiores a 2000 mg l-1 causou uma redução na concentração para diversos isótopos, conforme mostram os resultados da tabela 3. assim, o sistema da figura 1 foi otimizado para lavar o volume intersticial da minicoluna que fica preenchido com analito não complexado e solução da matriz remanescente da etapa de pré-concentração. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 a influência da natureza do eluente foi estudada empregando-se etanol, metanol, água e hidróxido de amônio. este último eluente além de prejudicar os sinais degenerava a minicoluna de sílica. cu, se, ag, pb, bi, cd, as, in, hg, tl foram eficientemente eluídos com etanol. arsênio, tálio e índio foram eluídos com água; cádmio parcialmente com mistura etanol/água (figura 6). a remoção da matriz dos interstícios da coluna mediante lavagem com água inviabiliza a medida destes metais simultaneamente aos demais. os complexos de dtp com cu, se, ag, pb e bi são eluídos apenas com etanol. neste caso a lavagem dos interstícios da coluna com água é possível para a remoção da matriz. embora o ligante possua alguma afinidade por c18, a eficiência de sorção não ficou prejudicada devido a maior tendência de sorção dos complexos m-dtp. para que os efeitos de memória nas tubulações e na coluna sejam minimizados, um fluxo confluente de etanol foi adicionado ao ponto x para lavar o sistema ao final de cada ciclo analítico. estudos relacionados com a remoção de espécies majoritárias da matriz envolveram a otimização do tempo de limpeza da coluna através do monitoramento do grau de interferência provocada por íons de sódio. quando presente na amostra, este metal alcalino aumenta as contagens de 63cu decorrente da formação de espécies poliatômicas do tipo 40ar23na. além disso, em determinadas situações, os sinais do 82se, 107ag, 113cd, 208pb e 209bi sofrem interferências negativas. na figura 6b está representada a influência do tempo de lavagem da coluna na eliminação de interferência devido ao sódio. nesta figura observa-se que o sinal transiente do íon poliatômico 40ar23na apresenta intensidade máxima em torno de 10 s, voltando para próximo da linha base aos 45 segundos. observa-se também que somente após 70 segundos o cobre é eluído. comportamento semelhante foi observado para pb, bi, se, ag e hg, ou seja, o início da eluição destes elementos coincide com a chegada do etanol na minicoluna. o intervalo de acionamento da válvula v5 é importante porque está relacionado com a seleção da melhor fração do eluente enriquecido, ou seja, àquela correspondente à máxima quantidade de analitos e mínima de matriz. este tempo foi selecionado durante o estudo versando sobre a remoção de sódio, no qual se monitorava a concentração aparente de 63cu (figura 6b). a eficiência na remoção de sódio pode ser avaliada na tabela 4. a complexação e sorção de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 complexos m-dtp sobre sílica c18 forneceu resultados satisfatórios para chumbo, cádmio, selênio, bismuto, mercúrio, prata, arsênio e tálio. apesar de arsênio, tálio e índio serem removidos da coluna simplesmente com água, o mesmo não acontece com solução ácida do ligante. esta solução apresentou-se eficiente na lavagem da coluna na remoção da matrizes com elevados teores de sódio. entretanto, com este procedimento, uma maior quantidade de ligante é introduzida no plasma, favorecendo a formação de espécies poliatômicas de enxofre ou fósforo. como conseqüência, haverá contagens significativas nas massas 46 (32s14n); 47 (33s14n, 32s15n); 48 (32s16o); 49 (32s16o1h, 33s16o); 50 (34s16o); 64 (32s16o2, 32s2); 63 (31p16o2); 65 (32s16o2 1h); 75 (40ar34s1h); entre outras. apesar de os isótopos 63cu e 65cu sofram interferências poliatômicas de fósforo (31p16o2) ou enxofre (32s16o2 1h), a remoção de matriz de sódio com solução ácida de dtp não prejudica a determinação de cobre porque este analito é eluído apenas na fração etanólica. durante essa lavagem, arsênio (75as) não pode ser determinado pois é fortemente interferido pela presença de enxofre (40ar34s1h), diferentemente do observado para índio (113in, 115in) e tálio (203tl, 205tl). para 0,25 % (w/v) adtp e 3 ml de solução de amostra, curvas analíticas para bi, cu, pb, as, se, in, tl, cd, hg no intervalo de 0,10 a 2,00 µg l-1 foram construídas e boas correlações atingidas (r2 > 0.998). um ciclo analítico consome cerca de 160 segundos, o que significa que aproximadamente 20 amostras podem ser processadas por hora. entretanto, tanto a velocidade analítica como a sensibilidade podem ser melhoradas pois dependem das condições de pré-concentração e eluição selecionadas. com os parâmetros selecionados neste trabalho, o fator de enriquecimento foi de aproximadamente 10 vezes, e limites de detecção (em µg l-1) para cobre, arsênio, selênio, cádmio, índio, mercúrio, tálio e chumbo foram 0,014; 0,27; 0,06; 0,02; 0,29; 0,43; 0,02; 0,06 e 0,002, respectivamente. conclusão o sistema fia proposto neste trabalho permite que dietilditiofosfato de amônio e minicolunas de sílica c18 sejam utilizados na minimização de interferências em espectrometria de massa com plasma de acoplamento indutivo. agradecimento os autores agradecem ao cnpq e finep os auxílios concedidos. gomes neto, j. a., curtius a. j., dressler v. l. studies of the analytical potentialities of ammonium diethyl dithiophosphate in inductively coupled plasma mass spectrometry by using solid phase extraction and flow-injection analysis. ecl. quím. (são paulo), v.24, p.69-89, 1999. abstract: complexation with ammonium diethyl dithiophosphate (adtp) and sorption on a c18 bonded silica gel minicolumn in flow system was exploited for on-line separation and preconcentration in inductively coupled plasma mass spectrometry. influence of interaction time between metallic ions and ligand, ligand concentration, nature and concentration of acid, timing, flow rates and minimization of spectral interference due to sodium were studied. metallic complexes were stripped from the solution and retained in the minicolumn. other ions that do not form complexes pass through the column promoting the separation of the matrix. selectivity was improved with sequential elution. water or 2% (v/v) hno3 solution can be used for minicolumn washing before analyte elution with ethanol. when samples with sodium content up to 5000 mg l -1 were directly analysed in system, 63cu apparent concentration of only 0.45 µg l-1 was detected while no interference were observed for as, pb, bi, se, in, tl, cd, hg and 65cu. for 0.25 % of ligand solution and 3 ml sample volume in 2 % (v/v) hno3, analytical curves for bi, cu, pb, as, se, in, tl, cd, hg in the 0.10-2.00 µg l-1 range were obtained (r > 0.998). sampling rate and detection limit depend on the selected conditions for concentration and elution. detection limits for cu, as, se, cd, in, hg, tl, pb, and bi were 0.014, 0.27, 0.06, 0.02, 0.29, 0.43, 0.02, 0.06 and 0.002 µg l-1, respectively. keywords: ammonium diethyldithiophosphate; c18 bonded silica gel; flow-injection analysis; inductively coupled plasma mass spectrometry. referências bibliográficas 1 amarisiriwardena, d., krushevska, a., foner, h., argentine, m.d., barnes, r.m. sample preparation for inductively coupled plasma mass spectrometry determination of the zinc-70 to zn68 isotope ratio in biological samples. j anal. at. spectrom., v.7, p.915-21, 1994. 2 azeredo, m.a.a. um método de pré-concentração em linha para a determinação de metais traço em águas naturais por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado. rio de janeiro, 1993. tese (doutorado) – pontificia universidade católica do rio de janeiro. 3 beauchemin, d., mclaren, j.w., berman, s.s. study of the effects of concomitant elements in inductively coupled plasma mass spectrometry. spectrochim. acta (london), v.42b, p.467-90, 1987. 4 bode, h.; arnswald, w. substituted dithiophosphate i. diethyl dithiophosphoric acid and its sodium salt. z. anal. chem. 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(london), v.8, p.921-26, 1993. 17 jarvis, k.e., gray, a.l., houk, r.s. handbook of inductively coupled plasma mass spectrometry. 1st ed. new york: blackie, 1992. 380p. 18 lyon, t.d.b., fell, g.s., hutton, r.c., eaton, a.n. evaluation of inductively coupled plasma mass spectrometry (icp-ms) for simultaneous multi-element trace analysis in clinicalchemistry. j anal. at. spectrom. (london), v.3, p.265-71, 1988. 19 mclaren, j.w., beauchemin, d., berman, s.s. applications of isotopic dilution inductively coupled plasma mass spectrometry to the analysis of marine sediments. anal. chem. (washington), v.59, p.610-13, 1987. 20 nickson, r.a., hill, s.j., worsfold, p.j. solid phase techniques for the preconcentration of trace metals from natural waters. anal. proc. anal. commun. 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(eugene), v.4, p.22-7, 1995. 26 vanhoe, h., goossens, j., moens, l. and dams, r. spectral interferences encountred in the analysis of biological materials by inductively coupled plasma mass spectrometry. j. anal. at. spectrom.(london),v.9, p.177-85, 1994. 27 xiao, g., beauchemin, d. reduction of matrix effects and mass discrimination in inductively coupled plasma mass spectrometry with optimized argon-nitrogen plasmas. j. anal. at. spectrom. (london), v.9, p.509-18, 1994. recebido em 1.2.1999. aceito em 2.3.1999. * departamento de química analítica instituto de química de araraquara unesp 14800-900 araraquara sp. ** departamento de química universidade federal de santa catarina ufsc 88040-900 florianópolis sc. *** departamento de química universidade federal de santa maria ufsm 97110-970 santa maria rs. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24  são paulo  1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100006  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100009 catálise estereoespecífica de estireno por titanocenos alquilsubstituídos do tipo (rcp)2ticl2. brasílio carvalho de araújo pereira* stanlei ivair klein* marcos lopes dias** resumo: uma série de sete complexos alquil substituídos do tipo (rcp)2ticl2 (r= h, etila, npropila, iso-propila, n-butila, iso-amila, ciclo-hexila) foi preparada juntamente com o ainda inédito contendo r= sec-butila, e o efeito do substituinte na polimerização do estireno foi investigada à temperaturas de polimerização de 0 e 50 oc. foi encontrado que r = n-butila maximiza a produção de poliestireno sindiotático. ligantes alquilas com r = rch2são superiores aos r = rr’che ao precursor cp2ticl2 na produção de poliestireno sindiotático de alto peso molecular. palavras-chave: titanocenos substituídos, catálise homogênea, poliestireno sindiotático. introdução a polimerização do estireno por titanocenos solúveis tem sido investigada, e os resultados tem apontado para a importância do co-catalisador na redução dos centros ti(iv) em cp2ticl2 a ti(iii) para a formação de centros cataliticamente ativos,,. assim, cp2ticl que contém ti(iii), produz maiores porcentagems de polímeros. höcker e saeki estudaram sistemas do tipo (rcp)2ticl2 (r = h, ch3 e c2h5), em reações de polimerização do eteno. os rendimentos dos polímeros obtidos obedeceram à ordem decrescente de atividade dos catalisadores: cp2ticl2 > (ch3cp)2ticl2 > (c2h5cp)2ticl2. os resultados indicavam que quanto maior fosse a indução provocada pelo grupo alquila ligado ao anel aromático preso ao metal, maior seria a transferência de densidade eletrônica do anel para o metal, o que http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas aumentaria a dificuldade de redução do metal a ti (iii), diminuindo o número de centros cataliticamente ativos e, consequentemente, o rendimento da catálise. a influência do grupo r substituinte em compostos do tipo (rcp)2ticl2, foi testada por strelets e colaboradores, que estudaram a eletro-redução de vários compostos daquela família, particularmente com m = ti e zr, e r = metila, iso-propila, terc-butila, ciclo-hexila e trimetilsilanila: aqueles autores observaram que o aumento da densidade eletrônica sobre o metal em (rcp)2mcl2 devido a r provocava uma maior dificuldade na eletroredução, levando os potenciais de redução do primeiro e segundo elétrons para valores mais negativos em relação ao cp2mcl2. mais importante, strelets e colaboradores observaram uma inversão da tendência de aumento do potencial de redução quando o substituinte possuía um efeito estérico muito grande, como em r= terc-butila e trimetilsilila, e relacionaram essa tendência com as estruturas dos compostos. assim, quanto maior for o grupo r, maior o ângulo cl-ti-cl, um conjunto de efeitos que aparentemente liberam o espaço ao longo da extensão do orbital 1a1 (o lumo dos complexos), que então fica especialmente mais disponível para a entrada do primeiro elétron (esquema 1). observando a esquema 1, fica claro que quanto maior o volume do grupo r maior será a possibilidade de uma interação de ordem coulômbica entre o grupo alquila (positivado por conseqüência da doação de densidade eletrônica para o anel) e o orbital 1a1, permitindo uma eletroredução para ti(iii) facilitada pela interação rd+¬1a1 desenvolvida. assim sendo, a localização espacial privilegiada do grupo alquila volumoso poderia ter um efeito coulômbico que seria mais importante, no tocante a processos de redução, que o seu próprio efeito indutivo. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#esq01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#esq01 dessa forma, é esperado que a introdução de grupos r= alquila nos anéis cp nos precursores (rcp)2ticl2 devem influir no comportamento dos processos redutivos e de formação de cátions, que, de acordo com a literatura corrente, são fatores que influenciam a atividade catalítica dos titanocenos. assim, escolhemos produzir uma família de complexos cujas mudanças estruturais nos permitissem visualizar os efeitos estéricos e/ou eletrônicos sobre a atuação do catalisador, promovidos pelo aumento e o grau de ramificação de cadeias alquílicas r em (rcp)2ticl2. à exceção do complexo (sbucp)2ticl2, os compostos preparados já haviam sido descritos na literatura. resultados e discussão os compostos preparados têm como característica comum à ramificação alquílica que pode ser visualizada como um ciclo-hexila o qual perde sistematicamente um átomo de carbono, até que o último derivado seja aquele complexo com um substituinte etila em cada anel aromático. dessa forma, tantos os efeitos eletrônicos, como a diferença da indução eletrônica causada por substituintes -ch2r versus -chrr´ quanto à diminuição de efeito estérico (por exemplo, r= ciclohexila ® r = etila) poderiam ser avaliados, auxiliando na compreensão das variações de atividade catalítica e estéreo especificidade dessa família de complexos quanto à produção de poliestireno sindiotático. esta série de sínteses foi idealizada a partir da associação dos trabalhos de wilkinson e birmingham, com a idéia, até então original, de utilização de rcp sintetizados in-situ. os resultados das polimerizações são apresentados na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 o produto polimérico obtido apresentou-se como uma mistura de compostos que puderam ser separados em duas frações pela utilização de butanona-2. a parte insolúvel apresentou ponto de fusão no intervalo 260o a 278 oc, obtidos pela técnica de calorimetria exploratória diferencial (dsc), o que serviu para caracterizar essa fração como poliestireno sindiotático1. por cromatografia de permeação em gel (gpc) foi determinado que esses polímeros insolúveis em metiletilcetona possuíam massas moleculares relativamente altas. para os polímeros obtidos nas reações efetuadas a 50 oc essas massas variaram de 30000 a 43000. o sistema catalítico empregado nesse trabalho favoreceu as reações de inserção versus reações de terminação de cadeia à baixa temperatura. dessa forma os polímeros insolúveis produzidos a 0 oc mostraram massas moleculares substancialmente mais elevadas, que variaram de 83000 a 129000. a fração insolúvel dos polímeros apresentaram sempre polidispersão (mw/mn), abaixo de 2 (tabela 1). esse valor é consistente com um processo polimérico onde o catalisador desenvolve um único tipo de sítio ativo. as microestruturas (pentades) dos polímeros insolúveis ainda não foram completamente determinadas. o primeiro fato que chama a atenção quando da análise dos dados da tabela 1 é a drástica redução da massa bruta do polímero obtido, quando se passa do sistema cp2ticl2/mao para o sistema (rcp)2ticl2/mao. essa sensível diminuição do rendimento da polimerização deve certamente estar associada à introdução dos grupos r nos complexos; segundo o mecanismo proposto por porri3, fica intuitivo deduzir que em (rcp)2ticl2 existe um aumento de densidade eletrônica sobre o metal, proporcionado pelo simples aumento dos efeitos indutivos dos anéis cp sobre o metal, provocado pela presença dos grupos alquila. portanto, quanto maior a indução eletrônica, mais http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 difícil se tornaria a primeira etapa de ativação (d0 ® d1) do precursor, o que para a família (rcp)2ticl2 provocaria uma sensível diminuição no número de centros ativos2, com a conseqüente diminuição da massa bruta de polímero quando comparada a massa obtida com o parente cp2ticl2 em condições similares. entretanto, não se pode ignorar totalmente os efeitos estéricos oferecidos ao centro metálico pela inclusão dos grupos r, embora seja muito difícil uma comparação dos resultados das catálises baseadas simplesmente nesse fator. no presente trabalho, foi muito importante notar que os diferentes efeitos indutivos e estéricos dos diferentes grupos r, impõe aos complexos que compõem a família (rcp)2ticl2, atividades catalíticas sutilmente diferentes. assim, podemos subdividir a família de compostos (rcp)2ticl2 em duas sub-famílias, uma delas possuindo um grupo r com um ch2 a ao anel (r= etila, n-propila, n-butila e iso-amila), que deveria ser a família contendo os metais com maior densidade eletrônica e a sub-família com um ch a ao anel (r= iso-propila, sec-butila e ciclo-hexila). assim sendo, era de se esperar que o grupo de complexos com ch2 a ao anel (rch2-) produzisse uma quantidade menor de polímero quando comparado aos análogos do grupo de compostos com r com um ch a ao anel (r2ch-), caso o efeito indutivo fosse o único efeito em operação. surpreendentemente, os dados mostrados na tabela 1, obtidos das polimerizações efetuadas a 50 oc, indicam justamente uma situação inversa. para os complexos com rch2-, foram obtidas quantidades superiores de massa bruta de polímero em relação aos complexos com rch-. essa característica pode indicar que, para complexos com rch2-, a pequena desvantagem na catálise, esperada devido a efeitos indutivos, é superada por uma maior influência estérica. esse efeito é imediatamente relacionado às interações coulômbicas5 entre o fragmento alquila e o orbital 1a1. pelos resultados obtidos, fica aparente que a geometria dos complexos contendo substituintes rch2permite uma melhor interação entre rd+¬1a1, facilitando o mecanismo de ativação (d0®d1), proporcionando um número maior de centros ativos e consequentemente uma massa bruta polimérica maior. é importante observar que os melhores resultados obtidos, à temperatura de trabalho de 50 oc, para os complexos alquil substituídos foram com (nbucp)2ticl2 e (sbucp)2ticl2, o que pode sugerir um limite do tamanho de r dentro de nossa série para um máximo de eficiência em polimerização. quando observamos a porcentagem de polímero insolúvel obtido em cada um dos casos, ainda à temperatura de 50 oc, a divisão em sub-famílias sugerida acima fica muito clara. aparentemente o aumento da densidade eletrônica sobre o metal provoca um aumento na porcentagem de polímero insolúvel. os dados da tabela 1 mostram que os substituídos com rch2 produziram uma porcentagem de polímero insolúvel superior (51 a 67%) àquela encontrada para os catalisadores com rch(22 a 42%). caso esse fato também seja relacionado à maior facilidade da primeira subfamília em ter o centro ativo estabilizado por atrações coulômbicas, o caráter estérico de r deve ser o que tem papel determinante nessa última comparação. a análise dos pesos moleculares dos polímeros insolúveis também mostrou uma característica http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 interessante. aparentemente, a família (rcp)2ticl2 proporciona em qualquer temperatura um significativo aumento do peso molecular do polímero em relação aos produtos das reações do protótipo cp2ticl2. esse fenômeno pode estar relacionado também a efeitos relacionados aos grupos r. ainda que eles atuem primariamente na diminuição do número de sítios ativos (efeito indutivo), o seu efeito estérico deve prejudicar de alguma forma as reações de terminação de cadeia, permitindo que um número maior de monômeros seja introduzido. caso a terminação de cadeia seja predominantemente por b-eliminação, ela só poderá ocorrer se a cadeia for capaz de se aproximar do metal e interagir com ele através de uma interação b agóstica. a presença do grupo r pode minimizar essa interação por efeitos puramente estéricos, resultando em polímeros com alto peso molecular. os resultados de peso molecular dos polímeros insolúveis (sps) a 50 oc, obtidos pela sub-família rch2(33000 a 41000) e pela sub-família rr'ch(43000 a 48000), podem indicar que as possíveis interações coulômbicas que são facilitadas na primeira sub-família forçam também uma maior rigidez ao conjunto que suporta o centro ativo, permitindo reações como b-eliminação e proporcionando polímeros de menor peso molecular. os resultados de polimerizações efetuadas a 0 oc mostram claramente uma menor formação de polímeros, uma vez que todos os processos de ativação do pré-catalisador tornam-se energeticamente proibitivos àquela temperatura, além de se tornarem mais lentas as próprias reações de iniciação, propagação e terminação de cadeias, típicas de tais sistemas. mesmo assim, é aparente a divisão dos catalisadores em sub-famílias. aquela contendo grupos rch2agora apresenta massa polimérica bruta menor (23 a 48 mg, exceto r = n-butila 119 mg), em contraste com sua atividade a 50 oc, onde era a produtora de maior massa bruta de polímeros formados. é possível especular-se que o abaixamento da temperatura tem um efeito, sobre essa sub-família de compostos, de obrigar o maior volume do substituinte r para dentro da região espacial que envolve a mediatriz do ângulo cl-ti-cl, em uma imitação dos efeitos observados no estado sólido para essa classe de organometálicos. ora, essa situação pode remover os grupos r substituintes daquela posição média ótima de maximização dos efeitos coulômbicos, responsáveis pela estabilização dos intermediários da redução ti(iv) ® ti(iii). esse efeito agora minimiza a formação de centros cataliticamente ativos, resultando em uma massa polimérica bruta menor. em relação à distribuição de pesos moleculares dos polímeros obtidos a 0 ºc, é interessante comparar compostos quasi-semelhantes, como por exemplo, o precursor di-(npropilciclopentadienil)diclorotitânio(iv) (mw= 128000) e o parente rch di(isopropilciclopentadienil)diclorotitânio(iv) (mw= 124900). esses dados parecem indicar que àquela temperatura, a densidade eletrônica sobre o metal seria tão incrementada, que grupos substituintes bons indutores teriam, novamente, maior capacidade de tomar parte na transferência coulômbica rd+¬1a1, permitindo aos catalisadores contendo grupos rch2se comportarem como o observado a 50 oc. outra tendência interessante a se ressaltar está na diminuição sistemática do peso molecular do polímero insolúvel obtido a 0 oc, com o aumento de r (tabela 1). a hipótese que justifica tal comportamento é a atuação sistemática do "efeito do estado sólido" ao longo da série r= etila ® ciclo-hexila. assim, independentemente de outros efeitos de natureza eletrônicos, os substituintes r http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 teriam a tendência de cada vez mais se localizarem na região do espaço que compreende as ligações ticl2, provocando um efeito estérico comprometedor da atividade catalítica geral dos complexos. conclusão os catalisadores formados pela mistura (rcp)2ticl2/mao produzem menor massa de poliestireno quando comparados ao parente cp2ticl2 devido à introdução de efeitos estéricos que podem provocar efeitos coulômbicos a 50 ºc. em reações à baixa temperatura esse efeito estérico é primordialmente do tipo estado sólido. aparentemente, a família de complexos com r = -ch2r responde melhor a esse efeitos, produzindo em geral maior quantidade de sps e de maior peso molecular. experimental traços de água foram retirados do tolueno, do tetrahidrofurano e do hexano pela ação de sódio metálico/benzofenona que foram colocados em refluxo junto aos solventes até a obtenção da coloração azul. o estireno foi previamente destilado, e seco sob hidreto de cálcio. o metilalumoxano (schering, 30% em tolueno) foi diluído em tolueno seco até a concentração desejada de 0,5 m. todas as reações foram feitas sob uma atmosfera de nitrogênio seco, utilizando-se técnicas de schlenk. as análises elementares foram realizadas em equipamento da ce instruments modelo ea 1110 chns-o. para a obtenção dos espectros na região do infravermelho, foi utilizado o modelo impact 400 da nicolet com transformada de fourrier. os dados de ressonância magnética foram obtidos a partir do bruker ac 200-f com transformada de fourrier. as curvas de calorimetria exploratória diferencial (dsc) foram adquiridas pelo termal analyst 3100 da ta instruments numa velocidade de 20 ºc/min. para os gpc, foi empregado o cromatógrafo waters 150cv equipado com detectores de índice de refração e viscosimétrico. nesse cromatógrafo, foram utilizadas três colunas diferentes, mstyragel ht6, ht5 e ht4. a temperatura de trabalho foi de 135oc, o solvente utilizado foi o triclorobenzeno numa vazão de 1ml/min. a curva de calibração foi feita com padrões monodispersos de poliestireno. síntese dos complexos (rcp)2ticl2. em um frasco schlenk contendo 2,24g de sódio granulado (97mmol) e 40ml de thf, foram adicionados, lentamente, 7ml de ciclopentadieno (85mmol) recém craqueado sob agitação magnética. a mistura foi aquecida a uma temperatura próxima da ebulição do solvente (55 oc) por um período de 2h. a parte solúvel foi transferida para um outro frasco schlenk e adicionados 93mmol do brometo de alquila de interesse, sob agitação por 1h. ainda sob agitação, foram adicionados 93mmol de nah (3,7035g de uma suspensão em óleo mineral 60%, que foi lavada com thf antes do uso) e a nova mistura foi aquecida à temperatura de 55 oc. novamente, a parte líquida foi transferida, lentamente, para um novo frasco schlenk contendo 40 ml de thf e 4,5 ml de tetracloreto de titânio (41mmol), mantido a -96 ºc. terminada a adição, a mistura foi deixada retornar à temperatura ambiente, e a agitação foi mantida por um período de 14h. essa reação foi interrompida pela adição de 50ml de solução de hcl 1m. a fase orgânica foi separada e lavada com 40ml de solução saturada de bicarbonato de sódio e, em seguida, com 40ml de água, seca com sulfato de magnésio, filtrada e o solvente evaporado, resultando numa massa de cor avermelhada. essa massa foi dissolvida na menor quantidade possível de acetona, e o sólido foi precipitado pela adição de hexano. o sólido de cor vermelha foi decantado e lavado com hexano. análise por r.m.n. de 1h e 13c indicou a presença dos três complexos, (rcp)2ticl2 (75% por integração), cp(rcp)ticl2 e cp2ticl2. dissolveu-se a mistura de complexos em acetona adicionando-se a seguir uma pequena porção de hexano insuficiente para promover a precipitação instantânea de qualquer complexo, no entanto, capaz de promover uma lenta precipitação à temperatura de –18 oc. o sólido assim obtido continha um teor de (rcp)2ticl2 superior a 95% (por 1h r.m.n.) a repetição do mesmo procedimento garantiu uma pureza da amostra em (rcp)2ticl2 acima de 99% (por r.m.n. de 1h e 13c e microanálise). os rendimentos médios em (rcp)2ticl2 após os processos de recristalização aproximaram-se de 40%. síntese dos polímeros. o procedimento de polimerização do estireno foi baseado nos trabalhos de porri e colaboradores3. em um frasco schlenk, colocou-se, sob agitação magnética e temperatura escolhida (0 oc ou 50 oc), 5 ml de uma solução 3.10-6 m de catalisador dissolvido em tolueno, 8,2 ml de solução de metilalumoxano 0,5 m em tolueno e mais 6,8 ml deste solvente, completando um volume total de 20 ml. essa mistura permaneceu sob agitação por 3 min para a formação do complexo ativado catalisador/mao. a seguir, foram adicionados 5 ml do monômero à mistura que foi mantida sob agitação pelo período conveniente (a 0 oc por um período de 18 horas, 4 horas a 50 oc). a reação foi interrompida pela adição cuidadosa de 15 ml de uma solução 3 m de ácido clorídrico em etanol. a mistura formada foi transferida para um erlenmeyer contendo 200 ml da mesma solução alcoólica e agitada por mais uma hora e meia. o sólido obtido foi filtrado e lavado primeiramente com 10 ml da solução de hcl alcoólica e posteriormente com 20 ml de etanol puro. o sólido foi seco em estufa a 50 oc por 12 horas. o polímero bruto seco foi pesado (tabela 1) e submetido a um processo de extração em soxlet, com metiletilcetona, por 6 horas. a parte insolúvel foi pesada e analisada por dsc e gpc, que indicou a presença de polímeros sindiotáticos de alta densidade (ver tabela 1). pereira, b.c.a., klein, s.i., dias, m.l. styrene stereospecific catalysis by alkyl substituted titanocenes of the type (rcp)2ticl2. ecl. qu;im. (são paulo), v.25, p. , 2000 abstract: a series of seven alkyl substituted complexes of the type (rcp)2ticl2 (r= h, ethyl, npropyl, iso-propyl, n-butyl, iso-amyl, ciclo-hexyl) was prepared, as well as the novel compound with r = sec-butyl, and the effects of the substituent on the polymerisation of styrene was investigated at the temperatures of 0 and 50 ºc. it was found that r = n-butyl maximises the production of syndiotactic polystyrene. alkyl ligands with r = rch2are superior to those with r = rr’chand to the precursor cp2ticl2 in the production of high molecular weight syndiotactic polystyrene. keywords: substituted titanocenes, homogeneous catalysis, syndiotactic polystyrene. referências bibliográficas 1 dias, m. l., giarrusso, a., porri, l. polymerization of styrene with the ticl3/methylaluminoxane catalyst system. macromol., v.26, p.6664, 1993. [ links ] 2 grassi, a., laschi, f., oliva, l., pellecchia, c. a combined nmr and electron spin resonance investigation of the (c5(ch3)5)ti(ch2c6h5)3/ b(c6f5)3 catalytic system active in the syndiospecific styrene polymerization. macromol. chem. phys., v.196, p.1093, 1995. [ links ] 3 bosisio, c., porri, l., ricci, g. polymerization of 1,3-butadiene, 4-methyl-1,3,-pentadiene and styrene with catalyst systems based on bis-cyclopentadienyl derivatives of titanium. macromol.rapid. commun., v.17, p.781, 1996. [ links ] 4 hoecker, h., saeki, k. polymerisation of ethylene with soluble ziegler-natta catalysts. makromol. chem., v.148, p.107, 1971. [ links ] 5 gavrilov, a. b., soloveichik, g.l., strelets, v. v. eletronic and steric effects of substituents in electroreduction of bis(cyclopentadienyl) titanium and –zirconium chlorides. metalloorg. khim., v.2(2), p.431, 1989. 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[ links ] * departamento de química geral e inorgânica instituto de química de araraquara – unesp 14800-900 araraquara sp – brasil. ** instituto de macromoléculas profa. eloisa mano – ima – ufrj – c.p. 68525, 21945-970 rio de janeiro – rj – brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25  são paulo  2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100009  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24 são paulo 1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100001 estudo da utilização do extrato aquoso de barbatimão (stryphnodendron barbatimão, m.) no ensino de química marta helena tavares pinheiro* waterloo napoleão de lima** resumo: no presente trabalho , foi investigado o comportamento do extrato aquoso da casca de barbatimão (stryphnodendron barbatimão, m.), como indicador em titulação ácido-base. no controle do ph, foram utilizadas soluções-tampão de clark e lubs preparadas de acordo com ohlweiler.9 os espectros de absorção molecular na região do visível foram obtidos para a determinação do comprimento de onda dos máximos de absorção. efetuaram-se vários tipos de titulações envolvendo ácidos e bases de diferentes forças. os pontos de equivalência foram determinados com o indicador natural, e tiveram concordância com os obtidos pelo método potenciométrico. os resultados indicam que o extrato aquoso da casca de barbatimão apresenta potenciabilidade didática aos conceitos básicos de equilíbrio químico para estudantes de 2º grau e para cursos de química geral. verificou-se, ainda , a aplicabilidade do extrato na avaliação do cumprimento da lei de lambert-beer, bem como o uso de espectros de absorção molecular para cursos de química analítica instrumental. palavras-chave: indicadores naturais ácido-base; equilíbrio ácido-base; espectrofotometria. introdução a grande diversidade de espécies vegetais disponíveis na região amazônica, contendo compostos corados, tais como antocianinas, flavonóides, taninos, entre outros, capazes de apresentar transição reversível de coloração, em função do ph do meio, bem como os indicadores ácido-base usuais, justifica plenamente o interesse demonstrado por estudos dessa natureza. existe na literatura vários trabalhos que buscam direcionar, de forma clara e precisa, o aproveitamento de corantes naturais de vegetais no ensino de química. como exemplos, citam-se http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back calafatti et al.,3 cavalheiro et al.,4 forster,6 mebane & rybolt,7 meditsch & barros,8 entre outros, que estudaram pigmentos naturais como indicadores ácido-base. estudos espectrofotométricos e potenciométricos foram utilizados para avaliar o desempenho do indicador. selecionou-se, neste estudo, o barbatimão (stryphnodendron barbatimão, m.), planta pertencente à família das leguminosas, árvore de pequeno porte, que se caracteriza por apresentar ramos com escassas folhagens, rica em substância taninosa, apresentando 50% de tanino. a casca desse importante vegetal fornece matéria corante de cor avermelhada, sendo muito aproveitada para fabricação de tinta de escrever.5 o objetivo principal deste trabalho é identificar as propriedades indicadoras ácido-base de extratos vegetais, visando o aproveitamento didático desses tipos de indicadores naturais como método alternativo, pois um dos fatores positivos é que estes indicadores são de fácil obtenção e de baixo custo para ensino que se utiliza de vegetais facilmente encontrados no brasil, propiciando sua utilização em qualquer escola. material e método obtenção do extrato o extrato aquoso da casca de barbatimão (stryphnodendrom barbatimão, m.) foi obtido utilizandose cerca de 5 g da casca seca e triturada, imersa em 100 ml de água destilada. usou-se um aparato simples para refluxo durante 30 minutos, obtendo-se um extrato aquoso de coloração vermelhaalaranjada. o extrato assim obtido foi conservado em refrigerador, acondicionado em frasco escuro. esse extrato foi utilizado na obtenção dos espectros de absorção molecular e como indicador ácidobase. para verificação da lei de lambert-beer foi preparada uma solução-estoque contendo 5 g da casca seca triturada, imersa em 100 ml de etanol. o tempo de extração estabelecido foi de 24 horas, e a temperatura, ambiente. reagentes e soluções todos os reagentes utilizados são de pureza analítica. as soluções foram preparadas com água destilada, deionizada, previamente fervida e, quando necessário, padronizada. todas as operações foram realizadas em sala climatizada a (25 ± 1) oc, onde se encontram instalados os equipamentos de medida. tanto as soluções dos ácidos clorídrico e acético quanto as soluções de hidróxido de sódio e amônio empregadas foram preparadas em concentrações próximas a 0,1 mol l-1, segundo procedimento descrito em livros-texto de química analítica.2 estas soluções foram utilizadas nas titulações ácido-base para comparação, usando-se o eletrodo de vidro combinado e o extrato como indicador de ponto final. o volume de base titulado foi fixado em 20,0 ml. foram obtidos espectros de absorção na região do visível em diferentes phs, para determinação dos comprimentos de onda dos máximos de absorção. estes espectros foram utilizados para demonstrar a mudança da forma dos espectros em função da acidez do meio, empregando-se soluções-tampão sugeridas por clark e lubs (apud ohlweiler9). para verificação da lei de lambert-beer foram utilizadas alíquotas do extrato etanólico, as quais foram diluídas com soluções de hcl e naoh, obtendo-se um volume final de 5 ml. as absorvâncias foram medidas em função da diluição. equipamentos ph – metro: analion pm 603. espectrofotômetro: gbc 911-a , com cubetas de quartzo. resultado e discussão a) espectros de absorção molecular o comportamento do extrato aquoso da casca de barbatimão, tanto em meio ácido quanto em meio básico, demonstra a modificação de coloração associada à forma dos espectros, ou seja, dos máximos de absorção. pontos isosbésticos não foram observados em virtude da utilização de extratos brutos, os quais continham misturas de corantes. os espectros de absorção em meio ácido e em meio básico são apresentados nas figuras 1 e 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 em meio ácido, predomina uma coloração amarelada (ph abaixo de 5,0), com l máx. em 445,6 nm. no meio básico (ph acima de 8,0), aparece uma coloração laranja rosada , com intensificação da banda em 500,3 nm , sendo a mudança de coloração atribuída à variação estrutural de misturas de corantes presentes no extrato. b) verificação da lei de lambert-beer a relação que existe entre a absorvância de uma solução e a quantidade de espécie absorvente, em certo comprimento de onda, é dada pela expressão: al = al b c onde al = absorvância no comprimento de onda l. al = coeficiente de absortividade no comprimento de onda l. b = caminho óptico. c = concentração da espécie absorvente. essa expressão, conhecida como lei de lambert-beer, propõe uma dependência linear entre a absorvância e a concentração das espécies presentes em uma solução. foi investigada a possibilidade de aplicação do extrato etanólico de barbatimão na demonstração dessa lei. as retas obtidas são apresentadas na figura 3 com os seus respectivos coeficientes de correlação, enquanto os resultados de absorvância, coeficiente de absortividade aparente e o comprimento de onda utilizado são dados na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 observam-se pequenos desvios da lei de lambert-beer na forma básica, a qual pode ser atribuída à instabilidade do extrato no referido meio . com esses resultados fica evidente a possibilidade de demonstrar a lei de lambert-beer em cursos de química analítica instrumental, utilizando o extrato etanólico. c) comparação entre os pontos finais em titulações ácido-base os resultados obtidos, quando os diferentes sistemas ácido-base foram titulados em presença do extrato aquoso como indicador, em comparação com o eletrodo de vidro combinado, são apresentados na tabela 2. durante as titulações, observou-se que a coloração inicial do extrato aquoso apresentava-se laranjarosada em meio básico. com a adição do ácido, notou-se a mudança para amarelo indicando o ponto final da titulação. o ponto de viragem pode ser observado com clareza, quando se adiciona o ácido a base contendo o indicador. no procedimento inverso, não se observa mudança de cor devido a variação estrutural de misturas de corantes presentes no extrato. quanto ao uso do extrato como indicador, observou-se resultados próximos aos do eletrodo de vidro para os sistemas base forte-ácido forte e base forte-ácido fraco. os sistemas base fraca-ácido forte e base fraca-ácido fraco, não apresentaram resultados satisfatórios, provavelmente em virtude de ser impossível titularem-se, com rigor, as bases fracas.1 os erros relativos são menores de que 1%, e os resultados didáticos podem ser considerados http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 satisfatórios. conclusão tendo em vista os resultados obtidos, pode-se concluir que o extrato bruto de barbatimão apresenta potencialidade didática para demonstração: • do comportamento de substâncias naturais como indicador em titulação para o sistema de base forte-ácido forte, uma vez que os pontos de viragem observados são próximos dos obtidos com o eletrodo de vidro; • da aplicação da lei de lambert-beer; • do comportamento de indicadores visuais e a sua aplicação na determinação de pontos finais em titulações ácido-base. agradecimento os autores agradecem o apoio da capes e da universidade federal do pará. pinheiro, m.h.t., lima, w.n. de. utilization of stryphnodendron barbatimão, m. crude extract in chemistry teaching. ecl. quím. (são paulo), v.24, p. 9-16, 1999. abstract : in the present work, the ph dependent colour change of the crude vegetal extracts is suggested in teaching chemical or acid-base equilibria, visual indicators and some aspects of spectrophotometric concepts its applications. the extraction methodology proposed is inexpensive and easy to perform in secondary schools and in general chemistry or instrumental undergraduate courses. keywords: natural acid-base indicators, acid-base equilibrium; spectrophotometry. referências bibliográficas 1 alexeév, v. análise quantitativa. porto: lopes da silva, 1972. 574p. 2 basset, j. et al. vogel: análise inorgânica quantitativa. 4 ed. rio de janeiro: guanabara dois,1978. 690p. 3 calafatti, s. a. et al. pigmentos naturais como indicadores ácido-base: um experimento interdisciplinar. in: reunião anual da sbpc, 40, 1988, são paulo. resumos... são paulo: sbpc, 1998, p.584. 4 cavalheiro, e. t. g. et al. utilização de extratos brutos de flôres de rhododendron simsii, tibouchina granulosa e bauhinia variegata como indicadores ácido-base. in: congresso brasileiro de química, 36, 1996, são paulo. resumos... são paulo: sbq, 1996, ic-86. 5 cruz, g. l. dicionário das plantas úteis do brasil. 3ed. rio de janeiro: civilização brasileira, 1985. 6 forster, m. plant pigments as acid-base indicators-an exercise for the junior high school. j. chem. educ (new york), v.55, n.2, p.107, 1978. 7 mebane, r. c., rybolt, t. r. edible acid-base indicators. j. chem. educ (new york), v.62, n.4, p.285, 1985. 8 meditsch, j.o., barros, e.c. corantes do hibisco como indicador ácido-base. an. assoc. bras. quím. v.29, 1978. 9 ohlweiler, o . a . química analítica quantitativa. 2ed. rio de janeiro; ltc, 1976, v.3, p.730. recebido em 8.9.1998. aceito em 10.11.1998. * mestranda do curso de pós-graduação em química – ufpa – 66075-010 – belém-pa brasil ** departamento de química – universidade federal do pará – ufpa – 66075-010 – belém-pa – brasil http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24  são paulo  1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100001  original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 3 | 2018 | 45 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 biosorption of 5g blue reactive dye using waste rice husk ismael laurindo costa junior1+ , leandro finger2, poliana paula quitaiski2 , samuel mathias neitzke1, josue victor besen1, maike krug correa1, juliana bortoli rodrigues mees2 1 federal technological university of paraná, campus medianeira, department of chemistry, 4232 brasil av, medianeira, paraná, brazil 2 federal technological university of paraná, campus medianeira, department of biological and environmental sciences, 4232 brasil av, medianeira, paraná, brazil + corresponding author: ismael laurindo costa junior, e-mail address: ismael@utfpr.edu.br article info article history: received: december 22, 2017 accepted: october 06, 2018 published: october 07, 2018 keywords: 1. biosorbent 2. adsorption isotherms 3. 5g reactive dye 4. waste rice husk 1. introduction in the industrial sector, several projects have been highlighted by the polluting potential, especially by the considerable amounts of residues rich in diverse types of substances highly harmful to water, air and soil. in this category, the textile industries are included as generators of environmental impacts and emitters of waste typically composed of the inputs used in its process, among which dyes, such as reactive blue dye 5g used on a large scale in the production of denim1, 2. reactive dyes have been used on a growing scale by the textile industries due to their reactivity with fibers and color stability. the reactive dye molecule can be defined by the following structural systems: a chromophore system, responsible for the color phenomenon; a sulfonate group, responsible for the solubility and anionic character of the dye; and one or more reactive groups, which may form a covalent bond with the cellulose fibers by nucleophilic addition or substitution reaction3. the increase of complexity and difficulty for the treatment of industrial effluents has led to the search of new methodologies for the removal of these wastes. the availability of innovative technologies and costs compatible with the need to reduce the environmental liabilities produced by industrial effluents is a fundamental task with repercussions in the short and medium term. as a measure to minimize the impacts caused by the abstract: in this study, the biosorption was used on the removal of 5g blue dye using rice husk residue. the influence of temperature and ph on the biomass pretreated with h3po4 and nh4cl was evaluated on the sorption capacity. the tests were conducted in batch with previous determination of point of zero charge (pzc). analytical measurements were performed by uv-vis spectroscopy. a major influence of ph and temperature on the biosorption capacity of the dye was observed. the highest removal was obtained for the condition of ph 4 and temperature of 50 °c. the time for the biomass-dye system to reach equilibrium was around 45 min. pseudo-first order kinetic model adequately represented experimental data and had a good correlation coefficient. in the equilibrium study, langmuir isotherm best fitted the experimental data, with a maximum biosorption capacity of 3.84 mg g1. the use of rice husk as a biosorbent for the removal of reactive blue 5g dye can be considered promising for the abundance of this residue and the observed sorption capacity. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 mailto:ismael@utfpr.edu.br https://orcid.org/0000-0001-6295-1619 https://orcid.org/0000-0002-1509-7226 original article 46 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 discharge of effluents rich in specific pollutants such as dyes, companies have the option of using tertiary treatments, mainly physical and chemical. currently, due to the cost and operational complexity, these systems have been neglected by alternative systems or the use of biomass through the processes of bioaccumulation and biosorption4, 5. biosorption is a passive process where the capture is carried out by inactive (dead) biomass. the capture of the contaminants by biomass occurs through physical-chemical interactions between the ions and the functional groups present on the biomass surface6. a variety of biosorbents have been investigated such as banana peel, chitosan, orange peel, aquatic plants, cotton fibers, wood sawdust, sugarcane bagasse, corn cob, babassu coconut, among others7, 8. aiming for efficiency, kinetic and equilibrium studies are required to better understand the mechanisms involved. the pseudofirst and pseudo-second order models are commonly applied for kinetic evaluation. for the biosorption equilibrium, isotherms are used to describe the experimental data accurately within a set of imposed conditions9. the commonly used models are langmuir, freundlich and henry10, 11. rice husk is a lignocellulosic compound formed, basically, by: i) cellulose (35%), a semicrystalline polymer of anhydrocellulose, the units of which are interconnected via β-1→4 bonds; (ii) hemicellulose (13.1%), a heterogeneous polymer composed of the combination of three hexoses: βd-glucose, β-d-mannose and β-d-galactose, three pentoses: β-d-xylopyranose, β-d arabinopyranose and β-d-galactouronic acid; and (iii) lignin (13.27%), an amorphous aromatic polymer (methoxy-phenols forming a resin species in plants), consisting of two types of basic units: guaiac and syringyl12. this biomass is insoluble in water, has good chemical stability, high mechanical strength and has several functional groups in its structure such as cooh, -oh, sioh, ch, c=o, c=c, ch2, ch3, co, si-o-si, si-h, -och3, and therefore has potential to be a good adsorbent material13, 14. biosorbents prepared with rice husk have been used in the adsorption of heavy metals, dyes and other organic compounds due to the large renewable production and the low cost for these adsorbents15-18. previous researches reveal that rice husk can be used for removing ionic dyes from aqueous solutions and presented promising results. this biomass presents high adsorption capacity, which is significantly increased when chemically modified19-21. this study investigated the removal of 5g blue reactive dye by means of biosorption using the rice husk residue as a biosorbent. kinetic and equilibrium studies were performed to evaluate this biomass as a low-cost alternative, when compared to traditional physicochemical systems. 2. materials and methods 2.1 reagents, solutions and analytical determinations all reagents used in this work were analytical grade, phosphoric acid 85% (merck), sodium hydroxide 97% (merck), hydrochloric acid 37% (merck), ammonium chloride p.a (vetec) and sodium chloride p.a. (vetec). reactive dye 5g (texpal) of commercial nature was used in powder form. solutions were prepared at the concentration of 1.0 mol l-1 for biomass treatments and for determination of the point of zero charge (pzc). from a stock solution of the 1000 mg l-1 dye and distilled water, working solutions were prepared with 20 mg l-1 used in the adsorption experiments. the determination of the concentration of dye in the tests occurred by external calibration. for this, a six-point analytical curve was obtained using stock solution in the range from 0 to 50 mg l-1. measurements were performed using a uv-vis spectrophotometer (perkin elmer lamba 45) at 589 nm. the ph measurements were performed in bench potentiometer (hanna 21). 2.2 preparation of the biosorbent approximately 1.5 kg of rice husk were cleaned with distilled water by immersion for 24 h. subsequently, the material was drained and oven dried (quimis) for 24 h at 60 °c. subsequently the biomass was ground in a knife mill and divided into three equal portions. one of them was reserved as experimental blank. to evaluate the influence of chemical pretreatments, one of the portions of the dried rice husk was immersed in 1.0 mol l-1 h3po4, and the other was immersed in 1.0 mol l-1 nh4cl for 24 h. after rinsing again with distilled water, they were again dried in an oven and packed in sealed containers. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 47 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 2.3 point of zero charge (pzc) the adsorption processes are strongly dependent on the ph, which affects the surface charge of the adsorbent, the degree of ionization and the adsorbate species. the phpcz allows to predict the charge on the surface of the adsorbent as a function of ph. for the determination of the phpcz, samples composed of 0.5 g of rice husk were placed in erlenmeyer flasks with 50 ml of nacl 0.1 mol l-1 solution and adjusted ph 2 to 12 with naoh and hcl 0.1 mol l-1. the plastic film sealed bottles were kept under constant stirring (120 rpm) in a shaker incubater (lactea brand, model lac-2000) at 25 °c. the ph was measured at intervals of 1 h until constant values were obtained. stirring was continued for 24 h to ensure equilibrium of the solutions. the values were presented as a plot of δph x initial ph, and the pcz value defined as the one that intercepts the x-axis (δph = 0)22. 2.4 biosorption study for the ph effect evaluation, two values above and two below of the pzc were chosen. to study the temperature, tests were performed at 40 and 50 °c, in addition to the ambient temperature (25 °c). the assays were carried out in duplicate in a 125 ml erlenmeyer flask, kept under shaking at 120 rpm in a shaker incubator. 0.5 g of biosorbent and 50 ml of dye solution (20.0 mg l-1) were added to each flask for kinetic test and at concentrations of 1.0, 5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0, 35.0 and 40.0 mg l-1 for isotherm equilibrium test. after 4 h, the biosorbent was removed by filtration and the dye concentrations were measured by using the spectrophotometer mentioned before. the concentration of the dye in the adsorbent (qe), in mg g-1, was calculated by equation 1. 𝑞𝑒 = 𝑉. (𝐶0−𝐶𝑒) 𝑚 (1) where v is the volume of the solution (l), c0 is the initial concentration of the solution (mg l-1), ce is the concentration of the final test solution (mg l1). the dye concentration at equilibrium (qe) was determined by the inspection of the graph time qe(t) versus (t), at the instant the removal was constant. the equilibrium kinetic data were fitted to the pseudo-first order models (eq. 2), pseudo-second order (eq. 3) and the intraparticle diffusion model derived from fick’s law assuming that diffusion of the liquid film surrounding the adsorbent is negligible and intraparticle diffusion is the ratedetermining step of the adsorption process (eq. 4)23-25. 𝑞(𝑡) = 𝑞𝑒(1 − 𝑒−𝑘1𝑡) (2) 𝑞(𝑡) = (𝑞𝑒) 2𝑘2𝑡 (𝑞𝑒𝑘2𝑡)+1 (3) 𝑞(𝑡) = 𝑘3𝑡 1 2 + 𝐶 (4) where qe and q(t) are the equilibrium adsorption and the adsorption capacity at the time t, respectively, in mg g-1; t is the time in min; c suggests the thickness of the boundary layer effect (mg g-1); k1 (min-1), k2 (g mg-1 min-1) and k3 (g mg1 min-1/2) are the constants corresponding to the pseudo-first, pseudo second order and intraparticle diffusion models, respectively. to describe the adsorption equilibrium, the adsorption isotherms models were adjusted to experimental data. langmuir model hypothesizes that adsorption occurs in a monolayer manner and that all active sites are evenly distributed on the adsorbent and are available at the same energy “cost”. these facts are important for the description of the interaction adsorbent-adsorbate (eq. 5). 𝑞𝑒 = 𝑞𝑚.𝑏.𝐶𝑒 1+𝑏.𝐶𝑒 (5) where qm is the adsorption capacity of the studied material (mg g-1); and b is the constant that measures the adsorbent-adsorbate affinity related to adsorption-free energy26, 27. the freundlich model (eq. 6) considers the heterogeneous solid and the exponential distribution to characterize the diverse types of adsorption sites, with different adsorptive energies28. 𝑞𝑒 = 𝑘𝐿 . 𝐶𝑒 1 𝑛⁄ (6) where kl and n are empirical constants29 and can be related to the changes in the adsorbed concentration with the changes in the solute concentration. the temkin model (eq. 7) considers the effects https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 48 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 of the indirect interactions between the adsorbate molecules and the decrease of the heat of adsorption with the increase of the rate of removal30. 𝑞𝑒 = 𝐵. 𝑙𝑛𝑘𝑇𝐶𝑒 (7) where b is the temkin constant relating the heat of adsorption to the total number of sites (mg g -1) and kt is the temkin constant (l mg -1). the redlich-peterson model (eq. 8) is used to represent equilibrium of adsorption over a wide range of concentrations and may be applied in homogeneous and heterogeneous systems, due to its versatility31. 𝑞𝑒 = 𝑘𝑅.𝐶𝑒 1+𝑎𝑅.𝐶𝑒 𝛽 (8) where kr and ar are the redlich-peterson constants (l mg-1) and β is the exponent with values from 0 to 1. the parameters of the models were obtained from non-linear regression using origin 8.5® and the regression was assessed by anova at the 95% level of significance. 3. results and discussion 3.1 point of zero charge (phpzc), ph and temperature effect figure 1 shows the variation of ph as a function of the initial ph for the three adsorbents: untreated, treated with h3po4 and treated with nh4cl. the ph at the point of zero charge was approximately 5.0 for the natural rice rusk, 2.5 for the treatment with h3po4 and 5.0 for treatment with nh4cl. below these values the solid presents a positive surface charge favoring the adsorption of anions. then, it is expected better adsorption on the studied biomass at phs below phpcz due to the anionic characteristic of 5g blue reactive dye in aqueous solution. figure 1. phpcz values for biosorbent rice husk natural and treated with h3po4 and nh4cl. considering the value of the phpcz, the objective was to determine the ph range where the biosorbent adsorb more dye. figure 2 presents the quantity of adsorbed dye (per adsorbent unit mass) as a function of time, at different ph conditions and different adsorbents. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 49 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 figure 2. influence of ph on biosorption (qe) at 25 °c. a) natural rice rusk, b) h3po4 and c) nh4cl. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 50 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 it was observed that the biosorption of 5g blue dye in solution by the rice hull is ph dependent. it was found that at ph 4 the natural biomass removed 81.3% of the dye, already for ph 5 it was 79.7%, for ph 6 it was 81.3% and ph 7 was 82.8%. in the pre-treatments the lower phs were more efficient, removing 88.6% of the dye by the biomass pretreated with phosphoric acid and 9.1% with ammonium chloride. considering the time of 120 min the values of qe were calculated for the studied ph values. these values are set forth in table 1. table 1. adsorption capacity of the study material (mg g-1) at time 120 min for differentph values at 25 oc. treatments t-test ph natural (a) h3po4 (b) nh4cl (c) ab ab bc 4 1.64(±0.03) 1.62(±0.01) 0.18(±0.02) 1.10 70.14 111.54 5 1.67(±0.04) 1.65(±0.04) 0.15(±0.01) 0.61 63.35 63.01 6 1.66(±0.01) 1.68(±0.02) 0.17(±0.01) 1.55 182.42 116.06 7 1.69(±0.03) 1.62(±0.01) 0.13(±0.03) 2.83 69.69 81.61 t critical (n=3; p=0.05) =2.92 for the comparison of the sorption capacity (qe) between the treatments at each ph evaluated, the ttest was applied at a significance level of 95% (table 1). considering the degrees of freedom equal to 3, the critical value corresponds to t(3; 0.05) = 2.92. all comparisons between the natural biosorbent and the h3po4 (ab) treatment were considered statistically the same, since tcritical > tcalculated. however, for the biomass prepared with nh4cl, sorption capacity was different from the other treatments (ac and bc) because tcritical < tcalculate. considering the lower values of qe it can be considered that the application of nh4cl reduced the potential and sorption of the biomass studied and that the application of h3po4 did not promote a statistically significant increase when compared to the natural biomass (figure 2). the ph can also affect the structural stability of the 5g blue reactive dye because, under an acidic condition, the dye molecule can be deprotonated within the solution, resulting in a polar molecule with a high negative charge density. therefore, the electrostatic repulsion between the adsorbent site and the negatively charged dye ions was reduced at low ph. consequently, positively charged functional groups could exert a strong electrostatic attraction on anionic dye molecules32, 33. an evaluation of the effect of the temperature considers a dye removal for each treatment at temperatures of 25, 40 and 50 °c. figure 3 shows the experimental data of amount of dye adsorbed (qe) versus time for each temperature studied at ph 4. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 51 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 figure 3. influence of temperature on biosorption (qe) at ph 4: a) natural rice rusk, b) h3po4 and c) nh4cl. the temperature significantly influences the kinetic energy of the molecules and interferes on the attraction and repulsion forces between the adsorbate and the adsorbent33. in the range of temperature and conditions studied, an increase in the adsorbed amount was observed as the temperature increases, with 50 °c being the one that presented the best results. the biomass pretreated with h3po4 at 50 °c showed the best dye removal, 91.5%. it was observed that an increase in temperature favorably influenced the ability of the 5g blue dye to be removed by the rice husk biomass. this behavior could be explained by factors such as an increased in mobility of the molecules present in the solution (increased kinetic energy caused by the temperature rise), increased diffusion of adsorbate on the surface of the adsorbent, and dilation of the pores of the adsorbent34. 3.2 biosorption kinetic figure 4 shows the quantity of adsorbed dye per unit mass of adsorbent as a function of time, at ph 4 and 50 °c, for different pretreatments. the experimental data were adjusted to the models of pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion. the equilibrium time was about 20 min for in natura rice husk and about 35 min for both pretreated adsorbents. table 2 shows the fitted parameters and the determined coefficients for these experiments. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 52 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 figure 4. experimental data and fit to intraparticle diffusion, pseudo-first and pseudo-second order models for the temperature of 50 °c and ph 4: a) natural rice rusk, b) h3po4 and c) nh4cl. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 53 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 table 2. parameters of the adsorption kinetic models of the 5g blue dye by the biomass with different pretreatments for the conditions of ph 4 and temperature of 50 °c. pseudo-first order pseudo-second order intraparticle diffusion tratament qe a k1 b r² qe a k2 c r² c k3 d r² natural 1.71 (±0.01) 0.29 (±0.02) 0.99 1.77 (±0.01) 0.34 (±0.02) 0.95 0.98 (±0.28) 0.09 (±0.04) 0.27 h3po4 1.80 (±0.02) 0.35 (±0.03) 0.99 1.87 (±0.01) 0.47 (±0.05) 0.99 0.78 (±0.28) 0.12 (±0.04) 0.44 nh4cl 0.45 (±0.03) 0.07 (±0.01) 0.96 0.54 (±0.04) 0.15 (±0.03) 0.97 0.03 (±0.02) 0.05 (±0.01) 0.88 a qe (mg g-1); b k1 (min-1), c k2 (g mg-1 min-1) and d k3 (g mg-1 min-1/2) determination coefficients (r²) were obtained between 0.27 and 0.99, indicating that some models do not represent satisfactory experimental data (table 1). the best fit was observed for the pseudo-first order model, being suitable for all pretreatments. the pseudo-second order model was only suitable for the treatment with phosphoric acid. the intraparticle diffusion model presented a low correlation coefficient for all adsorption processes. even though the correlation coefficient for the intraparticle diffusion model, using nh4cltreated rice husk, was rather high (0.88), the c parameter presents a large standard deviation (66% of the mean value), which might impair its statistical significance. the pseudo-first and pseudo-second order models presented similar performance in the fitting of the data. the removal values (qe) predicted by the pseudo-first order model agrees with the equilibrium experimental data. this model considers that the occupation rate of the active sites is proportional to the number of active sites available in the adsorbent material35. the pseudo-first-order model also showed a better fitting in the biosorption of the 5g blue dye in a study using orange bagasse as a biosorbent prepared by dehydration at different temperatures. a k1 in the value of 0.32 min-1 at ph 2 and initial concentration of 25 mg l-1 has been reported32. the removal of reactive blue 5g (rb5g) dye in solution, 72 mg l-1, using the drying biomass of banana pseudo stem was investigated at ph 1 and 30 °c. for the pseudo-first order model a k1 of 0.84 mg g-1 was obtained. this value is due to the higher concentration of dye applied in the test36. 3.3 equilibrium biosorption figure 5 shows the quantity of adsorbed dye per unit mass of adsorbent at equilibrium conditions as a function of the concentration of the supernatant solution at equilibrium conditions, at ph 4 and 50 °c, for in natura rice husk and h3po4-treated rice husk. equilibrium analyses with nh4cltreated rice husk were not carried out due to the low removal of the dye. the observed result for this treatment should be at least similar to the in nature biomass. it is suggested that the ammonium ion was adsorbed by the material and thus limiting the biosorption capacity of the biomass, which would lead to low retention of the dye as verified. the adjusted parameters for adsorption isotherms and anova of regression are shown in table 3. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 54 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 figure 5. experimental data and fit to langmuir, freundlich, temkin and redlich-peterson isotherms at 50 °c and ph 4: a) natural and b) h3po4. table 3. isothermal parameters (langmuir, freundlich, temkin and redlich-petersen) and anova of regression for fitting the experimental data of biosorption of rice husk dye natural and pretreated with h3po4. model treatment anova regression natural h3po4 natural h3po4 f calc p-value f calc p-value langmuir qm 3.74 ± 0.09 3.8 ± 0.4 14.60 0.01 2.15 0.10 b 0.23 ± 0.04 2.7 ± 0.3 r² 0.98 0.95 freundlich kl 0.90 ± 0.09 2.5 ± 0.1 3.60 0.10 2.21 0.10 n 2.2 ± 0.3 3.4 ± 0.7 r² 0.86 0.89 temkin b 0.93 ± 0.09 0.75 ± 0.06 3.20 0.10 2.16 0.20 kt 1.8 ± 0.3 32 ± 9 r² 0.95 0.96 redlichpetersen kr 0.64 ± 0.03 8.0 ± 0.8 60.00 0.00 11.17 0.04 ar 0.03 ± 0.01 1.8 ± 0.3 β 1.6 ± 0.1 1.13 ± 0.07 r² 0.99 0.99 fcritical (2.5; 0.05) = 5.8 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 original article 55 eclética química journal, vol. 43, n. 3, 2018, 45-58 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.3.2018.p45-58 determination coefficients between 0.86 and 0.99 were observed, which means that some models do not represent the experimental data satisfactorily. the best fit was verified for the redlich-petersen model, being suitable for both the natural and the pre-treatment with h3po4. this model predicts a heterogeneous behavior on the surface of the adsorbent. the anova at the 95% significance level for the evaluation of the fit of the models to the experimental data confirmed that the redlich-petersen model was more adequate, since it presented fcalc > fcritical for the two treatments studied (60.0 and 11.17) as well as p-value < 0.05. it should also be noted that the langmuir isotherm presented a favorable adjustment to the dye adsorption in the natural rice rusk, with r² = 0.98 and fcalc> fcritical. when the constant β of redlichpetersen approaches 1 this equation takes the form of langmuir. this model considers that the adsorbent has a limited number of positions on the surface. the molecules can be adsorbed to the point where all the surface sites are occupied, and adsorption will only occur in free sites, and when the equilibrium is reached no more interactions occur between the adsorbed molecules, nor between them and the medium37. the maximum adsorbed value (qm) of 3.81 mg g-1 predicted by the langmuir model for the pretreated rice rusk corroborates the experimental values. the application of natural and citric acid treated rice hulls was evaluated in the direct red 23 dye biosorption. a qm value was obtained for the langmuir isotherm of 2.4 and 4.3 mg g-1, respectively38. these values were like those observed for the natural husk and treated with phosphoric acid (3.7 and 3.8 mg g-1) presented in our study. removal of the reactive blue dye 4b using natural rice husk verified that langmuir isotherm also better fitted to or the biosorption experimental data. thus, it can be suggested that monolayer adsorption is occurred in this study39. this also suggests that the intermolecular forces decrease rapidly with distance and consequently predicts the existence of monolayer coverage of the adsorbate at the outer surface of the adsorbent. 4. conclusions the best condition for the biosorption of the 5g blue reactive dye was the pretreatment with h3po4 at ph 4 and 50 ºc, where there was removal of 91.5%. the process was favored in acidic media and elevated temperatures. the kinetic models of pseudo-first and pseudo-second order satisfactorily described the experimental data with equilibrium time of approximately 20 min. the langmuir and redlich-petersen isotherms satisfactorily described the experimental data indicating the maximum adsorbed value (qm) of 3.81 mg g-1. thus, the results indicated that the rice husk showed a potential biosorbent for textile dye and could be used to control pollution. 5. acknowledgments the authors would like to thank utfpr for material support. 6. references [1] giovanella, r. f., chiarello, l. m., barcellos, i. o., blosfeld, a. m., remoção da cor de soluções de corantes reativos com cinza de casca de arroz, dynamis revista tecno-científica 2 (15) (2009) 16. 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h, 5,45; n, 15,40; calc.: c, 40,58; h, 4,73; n, 16,10. técnicas experimentais os espectros no iv foram obtidos em um espectrofotômetro nicolet ft-ir impact 400, no intervalo de 4000-400 cm-1 e com resolução de 4 cm-1, em pastilhas de kbr. os espectros de rmn de 1h e 13c foram obtidos em um espectrofotômetro brucker ac-200. o solvente empregado foi o clorofórmio deuterado (cdcl3) e como padrão interno o tetrametilsilano (tms). as medidas de voltametria cíclica e coulometria em potencial controlado foram realizadas em um potenciostato par 273 acoplado a um sofware modelo 270/250. foram utilizados como eletrodos de trabalho um disco plano de pt na voltametria cíclica e um disco de carbono vítreo na coulometria em potencial controlado (eletrólise); como eletrodo de referência (ag0/ag+) um fio de prata mergulhado em solução de ag+ (agclo4 1,0 mol.l-1, 0,50 mol.l-1 naclo4, dimetilformamida) e um fio de platina helicoidal como eletrodo auxiliar. como eletrólito de suporte empregou-se o naclo4, que foi recristalizado em etanol e seco a 110° c por 24h. dimetilformamida (hplc) tratada para fins eletroquímicos foi o solvente empregado. todas as soluções foram desaeradas com argônio. o intervalo de potencial investigado foi de –0,8 a +0,8 v. resultados e discussão espectros no iv e de rmn os íons pseudohaletos nco, scn e cn atuam como ligantes monodentados ou em ponte levando à formação de complexos com uma ampla diversificação estrutural. a partir do [pd(dmba)(m-cl)]2 (1) foram obtidos os análogos 2, 3, e 4 contendo os pseudohalogênios em ponte entre os átomos de pd, bem como o composto catiônico [pd(dmba)(mecn)2[no3] (5). (esquema 1). as frequências vibracionais (cm-1) mais importantes são dadas na tabela 1. os modos vibracionais característicos dos pseudohalogênios indicam a coordenação em ponte dos mesmos nos complexos 2-4, enquanto para o [pd(dmba)(mecn)2[no3] (5) os dados espectroscópicos indicam a presença de nitrato iônico7. os espectros de rmn de 1h e 13c indicaram a formação dos produtos 1-4 como descrito na literatura5. o espectro de rmn de 1h do composto 5 apresentou sinais de ressonância referentes aos grupos [-n-ch2], [-n-(ch3)2] e [-ncch3] em d 3,91; 2,78 e 2,36, respectivamente. o espectro rmn de 13c exibiu sinais de ressonância para [pd -c] em d 146,9; 72,9 para [-n-ch2] e 51,6 para [-n(ch3)2] e [-ncch3]. voltametria cíclica as condições empregadas neste trabalho para investigação eletroquímica dos processos de redução e oxidação permitiram constatar a redução de pd (ii)– pd (i) nos compostos 1-3, seguida da redução de pd (i) – pd (0) em 1, e a redução de pd (ii) – pd (0) somente em 5. as varreduras de potencial foram realizadas em várias velocidades, e nenhuma mudança significativa nos valores de potenciais foi observada. primeiramente investigou-se o comportamento eletroquímico da solução denominada branco, naclo4 0,5 mol.l-1 em dimetilformamida (dmf), no intervalo de –0,8 a +0,8 v, com eletrodo de pt, não se notando qualquer reação eletroquímica. posteriormente, realizaram-se as medidas da dmba, knco, kscn, kcn e mecn, utilizando-se as condições pré estabelecidas para a solução branco. somente os ligantes dmba e scn apresentaram um pico de oxidação irreversível em epa 1= +0,64 v e +0,75 v, respectivamente, indicando a formação de espécies eletroativas em solução. no voltamograma cíclico (vc) do [pd(dmba)(m-cl)]2 (1) há dois picos catódicos irreversíveis em epc 1= 0,0 v e epc 2 = -0,30 v (figura 1). considerando os dados disponíveis na literatura para http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 [pd(rcn)4(pf6)2] e [pd(diphos)(rcn)2]2 + (rcn = isocianato, diphos = difosfina)11, epc 1 e epc 2 são atribuídos à redução do átomo de paládio em duas etapas, cada uma envolvendo um elétron. ou seja: inicialmente pd (ii) é reduzido a pd (i) e posteriormente pd (i) é reduzido a pd (0). a eletrólise em potencial controlado, tanto em epc 1 quanto em epc 2, mostrou o consumo de dois elétrons em cada uma, o que está de acordo com a redução de pd (ii) a pd (i) e de pd (i) a pd (0), respectivamente, em conseqüência da redução dos dois átomos de pd da espécie investigada. o vc do [pd(dmba)(m-nco)]2 (2) apresentou um pico catódico irreversível em epc 1= -0,41 v, referente à redução pd (ii) –pd (i) e um pico anódico irreversível, em epa 1 = +0,69 v, correspondente à oxidação da dmba (figura 2). a eletrólise sob potencial controlado em epc 1 mostrou o envolvimento de dois elétrons, considerando um elétron para cada átomo de pd. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 a comparação dos comportamentos eletroquímicos de 2 e 1 sugere que a redução de pd (i) a pd(0) em 2 ocorre em potencial mais negativo, ou seja, fora do intervalo explorado. este fato é atribuído à presença do ligante nco, o qual possue caráter s doador mais acentuado do que o cl. é interessante observar que a oxidação da dmba só ocorre quando há, em solução, a espécie eletroativa de pd (i); caso contrário, quando em solução houver paládio metálico, o pico de oxidação da dmba não é notado. na presença de pd (ii) a dmba coordena-se fortemente ao centro metálico, de forma bidentada, originando um anel quelato estável de cinco membros. entretanto na presença de pd (i) a interação metal – dmba enfraquece ficando este ligante suscetível à oxidação eletroquímica. vale ressaltar que no vc de 1 (fig.1) não é observado a oxidação da dmba, face à sua descoordenação do centro metálico, e nesta situação o seu processo oxidativo acontece, provavelmente, próximo a 0,70 v. após a coulometria em potencial controlado realizada para o composto [pd(dmba)(m-nco)]2 (2) removeu-se o solvente à pressão reduzida até ¾ do seu volume. a seguir, adicionou-se éter etílico para precipitação do naclo4 e o produto eletrolisado foi extraído com diclorometano. após a completa evaporação do solvente isolou-se um sólido amarelo. o produto de eletroredução de 2 isolado após a eletrólise foi investigado pela espectroscopia vibracional no iv, pelo fato do grupo nco apresentar estiramentos característicos e facilmente identificáveis. o espectro no iv mostrou a ausência das bandas características da dmba e do ânion perclorato e a presença daquelas referentes aos ligantes dmf e do nco coordenado7 através do átomo de n: 2171,ncn; 1356, nco e 623, dnco. considerando os dados espectrais, e que espécies de pd (i) são paramagnéticas, sugere-se a formação de um composto11 contendo a ligação pd (i)-pd (i), no qual há grupos nco coordenados terminalmente; estando os sítios de coordenação remanescentes provavelmente ocupados por moléculas da dmf. no vc de 3 há um pico catódico em epc 1= -0,30 v, atribuído à redução pd (ii)pd (i), e um http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 anódico em epa 1 = +0,55 v referente à oxidação da dmba (figura 3). a eletrólise em epc 1 indicou o consumo de dois elétrons, ou seja, um para cada átomo de paládio do composto. a redução pd (i)pd (0) também se desloca para valores de potenciais mais negativos, em decorrência do scn coordenado e novamente a espécie eletroativa de pd (i) facilita a oxidação da dmba. o vc do [pd(dmba)(m-cn)]2 4 não apresentou picos de redução ou oxidação nas condições de trabalho empregadas (figura 4). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 o vc do [pd(dmba)(mecn)2][no3] (5) mostrou um único pico catódico irreversível, em epc 1= -0,12 v (figura 5). a eletrólise em potencial controlado, neste pico, indicou o envolvimento de dois elétrons. considerando que o composto é monomérico, o processo eletroquímico é atribuído à redução pd (ii)pd(0). conclusão considerando os potenciais de redução epc 1, (tabela 2), sugere-se a seguinte ordem relativa de estabilidade eletroquímica para os compostos investigados: [pd(dmba)(m-cn)]2 (4) > [pd(dmba) (m-nco)]2 (2) > [pd(dmba)(m-scn)]2 (3) > [pd(dmba)(mecn)2][no3] (5) > [pd(dmba)(m-cl)]2 (1). o [pd(dmba)(m-cl)]2 (1) apresenta a menor estabilidade eletroquímica, frente a redução, pois o cl possui um caráter s doador mais fraco do que os íons pseudohaletos, acarretando portanto uma menor densidade eletrônica ao redor do centro metálico. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 agradecimentos os autores agradecem a capes, cnpq e fapesp pelo suporte financeiro. ananias, s.s. et al. electrochemical investigation of some organopalladium(ii) compounds. determination of the metallic center reduction process in cyclopalladated complexes. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: the electrochemistry behaviour of compounds [pd(dmba)(m-x)]2 [x = cl (1), nco (2), ncs (3), cn (4)] and [pd(dmba)(mecn)2][no3] (5) (dmba = n,n-dimethylbenzylamine, mecn = acetonitrile) are reported. the experimental results showed the reduction of pd (ii) to pd (i) for complexes 13 while 1 was the only one to show the reduction of pd (i) to pd (0). it was observed that the electrochemical stability of these compounds decreased in the order: [pd(dmba) (m-cn)]2 (4) > [pd(dmba)(m-nco)]2 (2) > [pd(dmba)(m-scn)]2 (3) > [pd(dmba)(mecn)2][no3] (5) > [pd(dmba)(m-cl)]2 (1). keywords: cyclic voltammetry; cyclopalladated; pseudohalogen. referências bibliográficas 1 bose a., saha c. r. orthometallated palladium(ii) complex-catalyzed reduction of nitroalkanes and nitriles.j. mol. catal., v.49, p.271-83,1989. 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[ links ] 6 mauro a. e.; caires a. c.; santos r.h.a.; gambardella m. t. p. cycloaddition javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); reaction of the azido-bridged cyclometallated complex [pd(dmba)n3]2 with cs2. crystal and molecular structure of di(m,n,s-1,2,3,4-thiatriazole-5-thiolate)bis[(n,n-dimethylbenzylamine-c2,n) palladium(ii)]. j. coord. chem., v.48, p.521-8,1999. [ links ] 7 nakamoto k. infrared and raman spectroscopy of inorganic and coordination compounds. new york: wiley interscience. 1986, p. 282. [ links ] 8 navarro-ranninger c.; lópez-solera i.; gonzáles v. m.; pérez j. m.; alvarez-valdéz a.; martín a.; raithby p. r.; masaguer j. r.; alonso c. cyclometallated complexes of platinum and palladium with n-(4-chlorophenyl)-alphabenzoylbenzylideneamine. in vitro cytostatic activity, dna modification, and interstrand cross-link studies. inorg. chem. , v.35, p.5181-7,1996. 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m. r. a. da silva*, m. c. de oliveira*, r. f. p. nogueira* * instituto de química – unesp araraquara sp. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: neste trabalho estudou-se a aplicabilidade do processo foto-fenton utilizando irradiação solar no tratamento de dois efluentes (a e b) de uma indústria de tintas. foi avaliada a influência da concentração inicial de peróxido de hidrogênio e ferro na remoção de carbono orgânico dissolvido (cod). nos primeiros minutos de irradiação foi observada a descoloração e a remoção de odores. para o efluente a, atingiu-se 75 % de remoção de cod durante 60 minutos de irradiação. para o efluente b, adições múltiplas de peróxido de hidrogênio foram necessárias para aumentar a remoção de cod, 43 % em 60 minutos de irradiação. os resultados obtidos mostram que o processo foto-fenton solar pode ser aplicado ao tratamento dos efluentes gerados na indústria de tintas. palavras-chave: foto-fenton; irradiação solar; tintas; fotodegradação; tratamento de efluentes. _________________________________________________________________________________ introdução as tintas têm sua origem em tempos préhistóricos. entretanto, somente nas últimas décadas a indústria de tintas conseguiu avanços atribuídos à pesquisa científica e à aplicação da engenharia moderna [1]. este grande crescimento industrial trouxe também aumento no volume de resíduos gerados, os quais quando não corretamente dispostos ou tratados, podem causar sérios problemas de contaminação ambiental. em todo o mundo há um esforço por parte das indústrias no sentido de diminuir a agressão ambiental causada por seus produtos [2]. o impacto ambiental causado pelas indústrias de tintas é de difícil avaliação, pois os efluentes têm uma composição variada devido à grande quantidade de matéria prima, reagentes e métodos de produção. nestes efluentes podem-se encontrar sais, corantes, pigmentos, metais e outros compostos orgânicos de estruturas variadas, que são provenientes de etapas distintas do processo global. o problema ambiental relacionado às tintas inicia-se desde a manufatura de seus componentes principais que são corantes ou pigmentos. estudos recentes demonstraram que anualmente 12% dos corantes sintéticos são perdidos nos processos de produção e utilização, atingindo o ambiente sendo que sua coloração pode suprimir os processos fotossintéticos nos cursos d’águas [3]. além do problema ambiental relacionado à cor, muitos dos produtos primários de degradação destes efluentes podem ser tóxicos e/ou não biodegradáveis [4]. a complexidade dos efluentes das indústrias de tintas muitas vezes não permite que os mesmos sejam tratados por métodos convencionais. algumas alternativas já têm sido propostas para minimizar o impacto causado por estas indústrias, como por exemplo, a utilização de água como solvente diminuindo a emissão de compostos orgânicos voláteis (voc), desenvolvimento de sistemas de co-processamento de resíduos em fornos de cimento [5] e também 20 ecl. quím., são paulo, 29(2): 19-26, 2004 um maior rigor no descarte e armazenamento de efluentes. diante disso, a busca por novas tecnologias aplicáveis ao tratamento de efluentes, assim como o desenvolvimento de processos limpos, com menor geração de resíduos, têm sido alguns dos grandes objetivos de pesquisadores preocupados com o ambiente. os processos oxidativos avançados (poa) têm se apresentado como uma alternativa eficiente para o tratamento de efluentes utilizando reações de oxidação iniciadas por radicais hidroxila (ho·). esses processos têm como principal vantagem a completa destruição de contaminantes orgânicos, convertendo-os em dióxido de carbono, água e sais inorgânicos [6], e vêm sendo muito estudados e empregados na remoção de corantes [3;7; 8; 9] e no tratamento de efluentes de indústrias têxteis [10, 11, 12, 13, 14]. dentre os poa o processo de fenton [15] se destaca por ser uma poderosa fonte de radicais hidroxila a partir da mistura de sais de ferro e peróxido de hidrogênio: fe2+ + h2o2 → fe3+ + oh+ ·oh (1) devido à alta reatividade do radical hidroxila, este pode iniciar diferentes tipos de reações com diferentes grupos funcionais formando radicais orgânicos instáveis que são posteriormente oxidados até co2, h2o e ácidos inorgânicos provenientes do heteroátomo presente. a eficiência desta reação pode ser amplamente aumentada, quando se incide luz, o que é atribuído principalmente à fotorredução de fe(iii) a fe (ii), o qual reage posteriormente com h2o2, ao aumento da decomposição de h2o2 pela absorção da luz uv e à fotólise de complexos orgânicos de fe(iii) gerados durante a decomposição. além de alta eficiência, outras vantagens com relação a outros processos envolvem a pronta disponibilidade comercial do oxidante e baixo investimento capital tabela 1características dos efluentes “a” e “b” quando comparado aos processos de remediação disponíveis no mercado. a ausência de estudos da utilização do processo foto-fenton no tratamento de efluentes de indústrias de tintas, aliada à necessidade de diminuição do impacto ambiental causado por estes efluentes motivaram o presente trabalho. foram feitos estudos de fotodegradação de 2 efluentes de indústria de tintas utilizando o processo foto-fenton e luz solar como fonte de energia, visando a remoção de carbono orgânico. material e métodos reagentes todas as soluções foram preparadas utilizando água destilada. a concentração e os reagentes utilizados nos experimentos foram 0,5 mmol l-1 fe(no3)3. 9 h2o (mallinckrodt), h2o2 30% (synth), 9 mol l-1 h2so4 (mallinckrodt), 0,06 mol l-1 metavanadato de amônio (vetec) em 0,36 mol l-1 h2so4 (mallinckrodt). amostras foram feitos experimentos de fotodegradação em dois efluentes gerados por uma indústria de tintas com atividades voltadas para a linha de pigmentos, tintas serigráfica, acrílica e flexográfica. os efluentes foram denominados pela indústria como “a” e “b”, ambos com data de coleta em 20/06/2002 e a empresa não disponibilizou as composições. as características 21ecl. quím., são paulo, 29(2): 19-26, 2004 dos efluentes determinadas na data de recebimento estão descritas na tabela 1. processo de fotodegradação os experimentos foram realizados em bateladas expondo as soluções contendo o efluente, sem tratamento prévio, e os reagentes ao sol utilizando um reator aberto de vidro de 3,5 cm de profundidade e 9 cm de diâmetro anteriormente estudado por nogueira e colaboradores [16]. a solução foi mantida sob agitação magnética durante todo o tempo de exposição ao sol. neste reator foram colocados 150 ml de efluente e o ph da solução foi ajustado para 2,5 pela adição de uma solução 9 mol l-1 h2so4, ph ótimo de acordo com trabalho anterior [17]. adicionou-se o volume pré-estabelecido de uma solução 29% de peróxido de hidrogênio e expôs-se a solução diretamente à irradiação solar. durante os experimentos a intensidade da radiação solar foi monitorada a cada 1 minuto usando um radiômetro pma 2100 solar ligth co, na faixa de comprimento de onda entre 320 e 400 nm, com o sensor posicionado horizontalmente. para cada experimento foi calculada a média da intensidade luminosa para o período de irradiação e também, para efeito de comparação dos resultados [18], medida a dose de energia acumulada no período, que é a integração da intensidade de energia irradiada em função do tempo. análises químicas devido à formação de um precipitado durante a fotodegradação, as amostras foram centrifugadas e alíquotas do sobrenadante foram diluídas 32 e 301 vezes para os efluentes a e b, respectivamente. nestas amostras foram feitas determinações de carbono orgânico dissolvido (cod). para caracterização dos efluentes na data do recebimento foi feita a determinação de carbono orgânico total (cot). para efeito de comparação com as amostras fotodegradadas, estes efluentes também foram centrifugados e não foram observadas variações entre cod e cot. ambas as determinações foram feitas em um analisador de carbono toc 5000a – shimadzu. a eficiência de degradação foi avaliada pelo decaimento da concentração relativa de carbono orgânico dissolvido (cod/cod0) do efluente em função do tempo de irradiação. o peróxido de hidrogênio residual é um parâmetro importante no processo de fotodegradação, visto que uma vez consumido, a reação de fotodegradação torna-se mais lenta ou não prossegue. a concentração de peróxido de hidrogênio foi monitorada espectrofotometricamente pela geração de peroxovanádio com máximo de absorção em 446 nm [19], formado pela reação de peróxido de hidrogênio com metavanadato de amônio: ohvoohhvo 2 3 2223 34 +→++ ++− (2) para análise, foram adicionados 4,00 ml de amostra a 1,60 ml de metavanadato de amônio e completado o volume com água deionizada para 10,0 ml e a absorbância medida em espectrofotômetro uv-mini-shimadzu 1240. resultados e discussão durante os primeiros minutos de irradiação dos efluentes a e b foi possível observar a formação de precipitados, que foram facilmente separados por centrifugação durante aproximadamente 5 minutos. foi obtida uma solução transparente e um sólido preto e azul para os efluentes a e b, respectivamente. a composição destes precipitados não foi alvo de estudo. para o efluente não tratado esta separação não foi obtida mesmo após um tempo de 45 minutos de centrifugação. a separação destas fases na fotodegradação dos efluentes a e b possibilita uma facilidade no tratamento, visto que após a separação pode-se tratar o líquido independentemente e o resíduo sólido ter um tratamento mais adequado, ou eventualmente um reaproveitamento no processo de produção. a separação de fases também propicia uma descoloração do efluente, o que é importante considerando todos os problemas associados à cor do efluente. também nos primeiros minutos de irradiação, foi observada a eliminação dos fortes odores característicos de cada efluente. sugerindo que um curto tempo de irradiação permite a degradação imediata de compostos de forte odor. 22 ecl. quím., são paulo, 29(2): 19-26, 2004 fotodegradação do efluente a para o efluente a foram feitos experimentos nos quais variou-se apenas a quantidade de energia solar recebida durante o experimento. nestes experimentos de fotodegradação não foi necessária a reposição de peróxido, pois as análises residuais demonstravam haver um excesso do reagente. na figura 1 é mostrado o decaimento da concentração relativa de cod (cod/cod0) do efluente a durante irradiação sob diferentes doses de energia. no experimento 1, com menor dose de energia, observou-se que a remoção de cod foi de aproximadamente 54% após 60 minutos de irradiação. já para o experimento 2, com maior intensidade luminosa, em 60 minutos de irradiação obteve-se aproximadamente 76% de remoção de cod (figura 1). figura 1 remoção de cod na fotodegradação do efluente a. [fe3+] = 0,80 mmol l-1, [h2o2] inicial = 0,30 mol l-1. dose de energia: experimento 1(120 minutos) = 16,35 j cm-2 e experimento 2 (90 minutos) = 16,69 j cm-2 . observando os resultados dos experimentos 1 e 2 mostrados na figura 1, podese verificar que este último apresenta maior eficiência de remoção de cod, resultante da maior dose de energia solar no experimento 2. observase também que após uma grande diminuição da concentração relativa de cod, nos primeiros 15 minutos de irradiação, esta permanece constante mesmo após 160 minutos de irradiação, o que indica que compostos recalcitrantes podem ter sido gerados durante o processo de fotodegradação. fotodegradação do efluente b para o efluente b pode-se verificar que a porcentagem de remoção de cod, utilizando 0,30 mol l –1 de h2o2 e 1,60 mmol l-1 fe3+, foi de aproximadamente 23% após 60 minutos de irradiação e que esta se manteve praticamente constante mesmo após a reposição de peróxido de hidrogênio feita pela adição de 5 ml de peróxido de hidrogênio 29% (0,05 mol) (figura 2). as análises de peróxido de hidrogênio residual revelaram que o efluente b consumiu peróxido de hidrogênio muito rapidamente, pois após 35 minutos de irradiação este reagente já havia sido consumido totalmente, exigindo sua reposição durante os experimentos. isto pode ser devido à presença de uma maior quantidade de ferro em relação ao efluente a. desta forma, estudou-se a reposição de peróxido de hidrogênio em um tempo inferior a 60 minutos. pode-se observar que antes da reposição de peróxido de hidrogênio feita em 40 minutos, a remoção de cod alcançava valores próximos a 21% em 35 minutos de irradiação e após a reposição de peróxido de hidrogênio essa remoção teve seu valor aumentado para 34% após 60 minutos e ao final da irradiação, aos 157 minutos, obteve-se uma remoção próxima a 51% (figura 2). ainda para este efluente estudou-se a adição de uma menor concentração inicial de peróxido de hidrogênio seguida de adições em 30 e 50 minutos de 526 ml de peróxido de hidrogênio 29%. observou-se após 60 minutos uma remoção de aproximadamente 43% de cod (figura 2). figura 2 remoção de cod na fotodegradação do efluente b utilizando luz solar. [fe3+] 1,60 mmoll-1 23ecl. quím., são paulo, 29(2): 19-26, 2004 estes resultados levam a concluir que a adição inicial de uma menor concentração de peróxido de hidrogênio (20 mmol l –1) seguida de adições múltiplas (30 e 50 minutos) do mesmo é o procedimento mais eficiente, já que após 60 minutos de irradiação 43% de remoção de cod foram atingidos, enquanto que comparando com utilização de 0,30 mol l-1 de h2o2 e reposição única em 40 e 60 minutos foram obtidos 33,5 e 22,6 %, respectivamente. os resultados mostrados para os dois efluentes, nas figuras 1 e 2, indicam que os produtos gerados após 40 minutos de fotodegradação apresentam uma velocidade de degradação mais baixa que os compostos iniciais. isto é evidenciado no efluente b, no qual a reposição de peróxido de hidrogênio aos 40 minutos não provocou uma diminuição acentuada de cod, pois no momento da reposição a remoção de cod era de 34% e passados 50 minutos de reposição ocorreu um aumento de somente 8% na remoção de cod. outra prova de que a velocidade de degradação dos produtos é lenta se deve ao fato de a reação não parar mesmo após cessar a irradiação. na tabela 2 são mostrados resultados de determinações de cod de amostras armazenadas no escuro após a fotodegradação. os resultados indicam a potencialidade do processo ser aplicado também sem irradiação. esta menor velocidade de degradação dos produtos formados após 40 minutos de irradiação deve-se provavelmente à geração de intermediários menos susceptíveis à degradação quando comparado ao composto inicial, sendo que a identificação destes não estava entre os objetivos deste trabalho. no entanto é importante salientar que a reação continua ocorrendo rumo à mineralização, o que foi evidenciado nos resultados de remoção de cod das amostras armazenadas no escuro. comparando-se a eficiência de fotodegradação dos efluentes a e b verificou-se que o efluente a apresentou valores de porcentagem de remoção de cod mais altos que o efluente b, o que evidencia sua maior facilidade de tratamento pelo processo foto-fenton com irradiação solar. isto decorre principalmente de sua menor concentração de cod cerca de 30 vezes menor do que a do efluente b. as análises de peróxido de hidrogênio residual mostram que a quantidade de peróxido de hidrogênio inicial foi excessiva para os dois efluentes podendo este valor ser diminuído, reduzindo os custos do processo. uma possível causa da diminuição na porcentagem de fotodegradação em altas concentrações de peróxido de hidrogênio é o consumo do radical hidroxila em presença de alta concentração de peróxido de hidrogênio formando um novo radical, o hidroperoxil, com menor poder de oxidação, como mostra a equação a seguir [2020 k. a. hislop, j. r. bolton, environ. sci. technol. 33 (1999) 3119.]. oh· + h2o2 ® h2o + ho2 · (3) conclusão os resultados obtidos neste estudo mostram que o processo de tratamento de efluentes de indústrias de tintas por processo foto-fenton tabela 2: porcentagem de remoção de cod para amostras armazenadas no escuro após a irradiação solar. 24 ecl. quím., são paulo, 29(2): 19-26, 2004 m. r. a. da silva, m. c. de oliveira, r. f. p. nogueira. photofenton applicability in the treatment of ink wastewater industry. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ abstract: the photofenton process was evaluated for the treatment of two effluents (a and b) from ink industry. the influence of hydrogen peroxide and iron (ii) concentration on the dissolved organic carbon (doc) removal was evaluated. in the first minutes of irradiation the color and odors were removed. for the effluent a 75% of doc removal was reached in 60 min irradiation. for the effluent b, multiple additions of h2o2 were necessary to improve the cod removal, reaching 43% of toc in 60 min irradiation. the results obtained demonstrate that the solar photo-fenton process can be applied for the treatment of effluents generated by ink industry. keywords: photo-fenton, solar irradiation, ink, photodegradation, wastewater treatment . ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ utilizando luz solar como fonte de irradiação é eficiente para remoção de cod, odor e cor dos efluentes tratados em um curto período de tempo. o processo fenton ocorrido no escuro, após os períodos de irradiação, deu prosseguimento ao processo de mineralização dos compostos presentes em ambos os efluentes. o baixo custo deste processo, aliado à química limpa (não utilização de reagentes tóxicos) e à sua alta eficiência, o torna viável para aplicação no tratamento de efluentes de indústrias de tintas. maiores estudos serão necessários para esta aplicação, como por exemplo, a identificação de produtos de degradação, a otimização do sistema para utilização em escala industrial e avaliação da biodegradabilidade do efluente após o tratamento com processo foto-fenton para combinação a um processo biológico. agradecimentos m.r.a. silva e m.c. oliveira agradecem à fapesp e ao cnpq pelas bolsas concedidas. recebido em 03/02/04 aceito em 07/04/04 referências [1] r. n. shreve, j. jr. brink, a. industria de processos químicos, editora guanabara koogan s.a., rio de janeiro, 4 ed., 1977, cap. 24. 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[20] k. a. hislop, j. r. bolton, environ. sci. technol. 33 (1999) 3119. introduction the literature survey shows that, in principle, there is no information about the complexes of 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoic acids with various cations. papers exist only on their compounds with rare earth elements in solution and solid state [1-3]. 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoic acids are crystalline solids sparingly soluble in cold water [4-8]. at present we decided to synthesize the complexes of ni(ii) ions with 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoic acid anions, as solids, to examine some of their physico-chemical properties and to compare them. in our previous papers [9-12] we characterized these complexes by elemental analysis, ir spectral data , thermogravimetric studies and x-ray diffraction measurements but now taking into account the presence and positions of two methoxy-groups in benzene ring we decided to compare the properties of ni(ii) complexes in order to investigate the influence of substituent positions on their properties. experimental details 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of ni(ii) were prepared by addition of equivalent 53ecl. quím., são paulo, 31(3): 53-60, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 magnetic, thermal and spectral properties of ni(ii) 2,3, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates 1wieslawa ferenc*, 1agnieszka walków-dziewulska, 2jan sarzynski, and 1barbara paszkowska* 1department of general and coordination chemistry, maria curie-sklodowska university, pl 20-031, lublin, poland 2institute of physics, maria curie-sklodowska university, pl 20-031, lublin, poland * corresponding author: e-mail: wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: complexes of ni(ii) 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates have been synthesized, their physico-chemical properties have been compared and the influence of the position of –och3 substituent on their properties investigated. the analysed compounds are crystalline, hydrated salts with green colour. the carboxylate ions show a bidentate chelating or bridging coordination modes. the thermal stabilities of ni(ii) dimethoxybenzoates were investigated in air in the range of 293-1173 k. the complexes decompose in three steps, yelding the nio as the final product of decomposition. their solubilities in water at 293 k are in the order of 10-2-10-4 mol⋅dm-3. the magnetic susceptibilities for the analysed dimethoxybenzoates of ni(ii) were measured over the range of 76-303 k and the magnetic moments were calculated. the results reveal that the complexes are the high-spin ones and the ligands form the weak electrostatic field in the octahedral coordination sphere of the central ni(ii) ion. the various position –och3 groups in benzene ring cause the different steric, mesomeric and inductive effects on the electron density in benzene ring. keywords:dimethoxybenzoates; magnetic moments; ni(ii) complexes; thermal stability; ftir spectra. ´ ´ ´ ´ quantities of 0.1 m ammonium 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates (ph≈5) to warm 0.1 m aqueous solutions containing the nitrates (v) of ni(ii) ions and crystallizing at 293 k. the solids were filtered off, washed several times with hot water and methanol to remove the ammonium ions and dried at 303 k. elemental analysis for c, h was performed using a perkin-elmer chn 2400 analyser. the contents of ni2+ ions were established gravimetrically, and by asa method with the use of asa 880 spectrophotometer (varian). the ftir spectra of the complexes were recorded in the range of 4000 – 400 cm-1 using an ftir 1725x perkin – elmer spectrometer. the samples for the ftir spectroscopy were prepared as kbr discs. some of the results are presented in table 1 and fig. 1. the x-ray diffraction patterns were taken on a hzg-4 (carl zeiss, jena) diffractometer 54 ecl. quím., são paulo, 31(3): 53-60, 2006 using ni filtered cukα radiation. the measurements were made within the range of 2θ=4-80° by means of the debye-scherrer-hull method. the relationships between i/i0 and 2θ for these complexes are presented in fig. 2. the thermal stability and decomposition of the complexes were studied in air using a q1500 d derivatograph with a derill converter, which simultaneously records tg, dtg and dta curves. the measurements were made at a heating rate of 10 k⋅min-1. the 100 mg samples were heated in platinum crucibles in static air to 1173 k with a tg sensitivity of 100 mg (i.e., the whole scale of the balance was equal to 100 mg). the dtg and dta sensitivities were regulated by the derill computer programme. the paper speed was 2.5 mm⋅min-1 and al2o3 was used as a standard. the decomposition products were calculated from the tg curves and verified by powder diffraction analysis. magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of ni(ii) were investigated at 76-303 k. the measurements were carried out using the gouy method. weight changes were obtained from cahn 55ecl. quím., são paulo, 31(3): 53-60, 2006 rm-2 electrobalance. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was asummed to be 1.644⋅10-5 cm3⋅g1. correction for diamagnetism of the calibrant atoms was calculated by the use of pascal’s constants [13, 14]. magnetic moments were calculated from eq.(1) µ = 2.83 ( χ m ⋅ t )1/2 (1) the solubilities of 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of ni(ii) in water were measured at 293 k. saturated solution of the figure 1. ir spectra of 2,3-dimethoxybenzoic acid (a); 2,3-dimethoxybenzoate of ni(ii) (b); 2,6dimethoxybenzoic acid (c); 2,6-dimethoxybenzoate of ni(ii) (d); 3,5-dimethoxybenzoic acid (e); 3,5-dimethoxybenzoate of ni(ii) (f). figure 2.dependence of i/i0 vs2θ for ni(ii) 2,3, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates. obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of ni(ii) were determined by using asa 880 spectrophotometer (varian). the values of solubilities are presented in table 1. results and discussion the complexes of the 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of ni(ii) were obtained as polycrystalline green solids with a metal to ligand ratio of 1:2 and the general formula ni(c9h9o4)2⋅nh2o, where n=1 for 2,3dimethoxybenzoate, n=3 for 3,5-dimethoxybenzoate and n=4 for 2,6-dimethoxybenzoate [8-12]. the details connected with their identification by elemental and spectral analyses were extensively presented in our pervious papers [8-12]. therefore, in this article only some selected results of the ftir investigations were presented in table 1. there are two bands arising from asymmetric and symmetric vibrations of the coogroups at 1628-1579 cm-1 and 1448-1392 cm-1, respectively for analysed complexes [1521]. the bands due to ν(m-o) appear in the range of 440-409 cm-1. the magnitudes of the separation ∆νoco(where ∆νoco= νasocoνsoco-), which characterize the type of metal ion-oxygen bond change from 196 to 131 cm-1. according to spectroscopic criteria and especially with regard to nakamoto [17, 20, 21], the carboxylate groups in the analysed complexes show different modes of coordination. in the 2,3and 3,5-dimethoxybenzoates of ni(ii) they may function as bidentate chelating or bridging groups and in the 2,6-dimethoxybenzoate only as bidentate bridging. the x-ray diffraction patterns of the 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of ni(ii) were recorded. the analysis of the diffractograms suggest that the complexes are polycrystalline compounds with various degrees of crystallinity and different structures [22]. their structures have not been determined as attempts to obtain single crystals failed. 56 ecl. quím., são paulo, 31(3): 53-60, 2006 57ecl. quím., são paulo, 31(3): 53-60, 2006 table 4. magnetic moment values of the complexes with the central ion of ni(ii) in octahedral coordination the thermal stability of ni(ii) 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates was studied in air. all the details concerning their thermal decomposition were described in our previous papers [8-12]. accordingly, in this paper only some selected results obtained for their thermal stability in air are presented (table 2). the 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of ni(ii) are stable up to 331335 k. the hydrated complexes lose water molecules in one or two steps and form the anhydrous compounds. the dehydration processes are associated with an endothermic effect on the dta curves. the anhydrous ni(ii) dimethoxybenzoates decompose to nio, (with intermediate formation of ni in the case of 2,3and 3,5-dimethoxybenzoates), which is the final product of complex decompositions. the thermal stability of hydrated dimethoxybenzoates increases in the following order: 2,3< 3,5< 2,6-, while that of the anhydrous ones in the sequence: 2,6< 2,3< 3,5-. from the comparison of the decomposition way results it appears that the various position of och3 substituents in benzene ring influences the decomposition process being connected with various participations of the inductive, and mesomeric effects of methoxygroups in the electron density of the system. the ways of the thermal decomposition of ni(ii) dimethoxybenzoates are as follows: nil2·h2o → nil2 → ni·→ nio ; for 2,3dimethoxybenzoate of ni(ii) nil2·3h2o → nil2 → ni·→ nio ; for 3,5dimethoxybenzoate of ni(ii) nil2·4h2o → nil2·3h2o → nil2 → nio ; for 2,6-dimethoxybenzoate of ni(ii considering the temperature at which the dehydration processes occur and the ways in which they proceed, it is possible to assume that the water molecules are in the outer or inner coordination spheres of the complexes [23-25]. the solubilities of analysed ni(ii) 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates in water at room temperature were determined (table 1). they are of the order of 10-4-10-2 mol⋅dm-3. 2,6dimethoxybenzoate of ni(ii) is the best soluble salt while that of 2,3-dimethoxybenzoate the least one. the values of solubilities increase in the order: 2,3< 3,5< 2,6-. the changes in the values presented above are connected with the various influences of inductive, mesomeric and steric effects of methoxy-groups in the electron density of the system depending on their position in benzene ring. the inductive effects of each methoxygroups cause the delocalization of the electrons in the molecule and the change of its energy state brought about the conjugation of electrons. it leads to the stabilization of the system [26-28]. magnetic susceptibility of the analysed compounds was measured in the range of 76-303 k (table 3). their values decrease with rising temperature. the effective magnetic moment values of the 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of ni(ii) change from 3.28 bm (at 77 k) to 3.30 bm (at 237 k) for 2,3dimethoxybenzoate, from 3.54 bm (at 103 k) to 3.35 bm (at 298 k) for 3,5-dimethoxybenzoate, and from 2.14 bm (at 76 k) to 2.76 bm (at 303 k) for 2,6-dimethoxybenzoate of ni(ii). the complexes show paramagnetic properties and they obey the curie-weiss law. the values of the weiss constant, θ, for all the complexes were found to be negative, which probably arises from a crystal field splitting of the paramagnetic spin state [9-12, 29-32]. the paramagnetic dependences of values of the magnetic susceptibility as a function of temperatures are given in table 3. they give informations about the magnetic interaction between paramagnetic centers. as a rule, if the χm values increase with increasing temperatures, this indicates an antiferromagnetic interaction but when the χm values decrease with increasing temperature, the magnetic interaction is ferromagnetic. the χm values for the 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of ni(ii) show a gradual decrease with increasing temperature. this indicates a tendency of ferromagnetic interaction between the metal ions. in the case of the 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of ni(ii), the effective magnetic moments are equal to 3.283.30 bm, 3.35-3.54 bm and 2.14-2.76 bm (table 3). the magnetic moments measured for the ni(ii) complexes are 3.30, 3.35 and 2.76 bm at room temperature. these values differ from that of the spin-only moment, which amounts to 2.83 bm (table 4). this difference between the measured and calculated values results from spinorbital coupling [33] in the case of 2,3and 3,5dimethoxybenzoates of ni(ii), while in the 2,6dimethoxybenzoate of ni(ii) they are connected with a spin-only moment. it indicates that in the solid state the nickel cation exists in an octahedral triplet ground state with molecules of water and bidentate carboxylate groups coordinated to ni(ii) ion. this was confirmed by the ir spectral analysis (table 1). the ground state configuration of ni(ii) ion in a regular octahedral field is 3a2g(t2g 6eg 2) and it will be paramagnetic with two unpaired electrons. the contribution to the magnetic susceptibility is given by a spin-only term, second order spinorbital coupling and the temperature independent paramagnetism. the experimental data suggest that the 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of ni(ii) are high-spin complexes with weak electrostatic ligand fields and octahedral coordination of ni(ii) ions in which there are four oxygen atoms of carboxylate groups and oxygen atoms of water molecules. differences in the magnetic properties are obviously evidenced by differences in their molecular and crystal structures [34]. the main difference in the structures is connected with the geometry of the octahedral coordination spheres. the ways of coordinations of central ions of ni(ii) in the analysed compounds could be established on the basis of the complete crystal structure determinations of monocrystals but they 58 ecl. quím., são paulo, 31(3): 53-60, 2006 have not been obtained. in the case of 2,6dimethoxybenzoate of ni(ii) the magnetic moment values change from 2.76 bm at 303 k to 2.14 bm at 76 k. the reason for this could be the second order spin-coupling which splits the 3a2g ground state of ni(ii) ion, on perhaps this effect combined with an antiferromagnetic superchange interaction [35-37]. conclusions from the obtained results it appears that 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of ni(ii) were synthesized as hydrated complexes with green colours. they are crystalline compounds and on heating in air to 1173 k the complexes decompose in three steps and form nio, which is the final product of decomposition. the solubility of the complexes in water at 293 k is of the order of 10-2-10-4 mol⋅dm-3. the values of µeff calculated for analysed complexes in the range of 76-303 k reveal that the ni(ii) complexes are high-spin with octahedral coordination and weak ligand field. received 27 june2006 accepted 23 august 2006 references [1] s. l. erre, g. micera, f. cariati, g. ciani, a. sironi, h. kozlowski, and j. baranowski, j. chem. soc., dalton trans. 2 (1988) 363. 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com a ortofenantrolina, resultando em solução adequada para quantificação colorimétrica. palavras-chave: cromatografia planar; ccd; íon fe (ii), cátions; preparações farmacêuticas. introdução o objetivo terapêutico de preparações farmacêuticas contendo o íon fe (ii) é o de proporcionar ao organismo este íon em forma facilmente assimilável, em concentrações suficientes para corrigir a anemia ferropriva e restabelecer os índices normais de armazenamento de fe (ii) corporal.6 o sulfato ferroso, como se sabe, é a melhor forma absorvível de fe (ii). freqüentemente, encontramos o mesmo associado ao ácido ascórbico, cuja ação redutora facilita ainda mais o seu aproveitamento e vitaminas do complexo b, fatores condicionantes ao aumento da taxa de hemoglobina em pacientes anêmicos. mesmo quando não associado, encontramos o referido sal veiculado em sorbitol, conhecido por incrementar a absorção intestinal de vitaminas e nutrientes.5 recentemente a cromatografia planar tem vivenciado um renascimento na indústria farmacêutica. entre outras, a principal vantagem da técnica é que os constituintes de amostras complexas podem ser separados, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back identificados e recuperados para análise posterior por outras técnicas microanalíticas.8 progressos recentes em cromatografia planar foram apresentados e discutidos no encontro promovido pela "joint pharmaceutical analysis group", juntamente com "chromatographic society", em março de 1995,3 aonde destacouse que a cromatografia em camada delgada é o método de escolha para estudos qualitativos, porque constituintes presentes em pequenas quantidades, são detectados por esta técnica. considerando que as reações de identificação de princípios ativos, são ensaios farmacopêicos imprescindíveis tanto em matérias primas como em produtos acabados,1,10,11 verifica-se a necessidade e a importância de métodos específicos para a detecção dos princípios ativos minerais, uma vez que o número de preparações farmacêuticas multiminerais vem crescendo a cada dia.5 material e método padrão a) foram utilizadas as seguintes soluções padrão aquosas na concentração de 0,1% (m/v) em relação ao cátion durante a fase qualitativa:2,7 sulfatos de fe (ii), mn (ii), mg (ii), cu (ii)e zn(ii), fumarato ferroso, fosfato de cálcio dibásico, molibdato de sódio, pantotenato de cálcio, ácido ascórbico e sorbitol. b) durante a fase quantitativa foram utilizadas soluções padrão de sulfato ferroso e das amostras numa concentração de 0,04% (m/v) em relação ao cátion. amostras 1 amostras comerciais: a) drágeas de três formulações diferentes, da, db e dc, contendo respectivamente 400, 525 e 10 mg de sulfato ferroso/drágea. b) comprimidos (formulação d,cd) contendo 18 mg de fumarato ferroso/comprimido. obs.: nas amostras comerciais analisadas, além de fe (ii) outros íons e vitaminas estão presentes ; uma das formulações, (cd) contém 28 componentes. em vista disso, preparamos a amostra simulada que contém os principais elementos objeto desta análise. 3 soluções orais comerciais soa, sob = contendo 125 mg de sulfato ferroso/ml soc = contendo 25 mg de sulfato ferroso/ml condições cromatográficas adsorvente e preparo das camadas camada de celulose microcristalina, distendida em aparelho próprio, sobre placas de vidro de 20 x 20 cm, na espessura de 300µ, secas ao ar e ativadas por 10 minutos a 105°c.2,4 fases móveis (fm) 1 n butanol: hcl 2 n (1: 1) 2 n butanol: hcl 6 n (1: 1) 3n butanol: hcl 10 n (1: 1) 4 n butanol: hcl concentrado: etanol: água (6: 5: 48: 1) 5 etanol: hcl concentrado: água (8: 1: 1) 6 hcl: metanol: água (1: 8: 1) 7 acetona: água: hcl concentrado (80: 5: 8) 8 propanol: hcl 4n: ácido acético concentrado: hno3 concentrado: clorofórmio (30: 5: 5: 10: 10) 9 metanol: hcl concentrado (9: 1) soluções reveladoras 1 solução etanólica de alizarina a 0,08% (m/v), seguida de exposição aos vapores de amônia7. 2 solução etanólica de ácido fosfomolíbdico a 5%. soluções reagentes (determinação espectrofotométrica) solução de ácido clorídrico a 0,1 n solução de citrato de sódio a 5% (m/v) solução de ortofenantrolina a 0,25% (m/v) solução de ácido ascórbico a 1% (m/v). preparo das amostras a) determinação do peso médio das drágeas e/ou comprimidos: foi feita uma amostragem das drágeas e/ou comprimidos, de maneira a obter o peso médio;1,11 em seguida, as amostras foram pulverizadas e homogeneizadas, e então tratadas com água em agitador magnético por 40 minutos e sedimentação da parte insolúvel.7 b) as soluções orais a, b e d foram preparadas por simples diluição [1,6% (v/v) soa, b e d ], enquanto que a solução oral c (soc) foi diluída a 8% (v/v). aplicação das amostras e soluções-padrão as amostras foram aplicadas na linha de partida localizada a 1,5 cm da borda inferior das cromatoplacas e distanciadas 1,5 cm entre sí em pistas previamente demarcadas. padronização foram elaboradas duas curvas de calibração: uma, direta, a qual não passou pelo processo cromatográfico com soluções-padrão de sulfato ferroso nas concentrações de 1 a 5 mg. ml-1, além do teste em branco (b) ou seja, sem conter o íon fe (ii). todos os ensaios foram realizados em triplicata (tabela 1). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 a outra curva-padrão obtida foi denominada curva-padrão cromatografada aonde soluções padrão em concentrações de 1 a 5 microgramas em 5 microlitros foram aplicadas em camadas de celulose microcristalina e em triplicata. portanto em placas demarcadas com 7 pistas, aplicouse a cada uma das primeiras 5 pistas, 5 ml de solução-padrão de 1 a 5 mg. 5 ml-1. uma pista foi deixada para o branco e a última, contendo o padrão foi revelada com alizarina (figura 2), mantendo-se as demais protegidas pela superposição de uma placa de vidro (tabela 1). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 quantificação do íon fe (ii) a localização e retirada do cátion isolado por cromatografia foi a base para a quantificação, e foi realizada pela aplicação do agente revelador alizarina (1). além da demarcação anterior (vertical) nesta fase, traçaram-se duas linhas horizontais a 2 e 4,5 cm acima e paralelas à linha de partida. esta faixa é correspondente ao valor de rf x100 do fe (ii) sem interferência de outros componentes, nas condições experimentais. a alizarina foi aplicada sempre na última pista à direita da cromatoplaca, contendo uma duplicata do padrão (figura 2). esta pista era revelada isoladamente, após superposição de outra placa de vidro no restante da cromatoplaca contendo as amostras e o padrão. isso permitiu a manutenção da integridade do adsorvente contendo o fe (ii) separado de outros princípios ativos e também do padrão para ser comparado quantitativamente. transferiu-se a parte da camada demarcada contendo o cátion diretamente para tubos de centrífuga com tampa, com capacidade para 15 ml e, após tratamento adequado, efetuou-se a quantificação colorimétrica.7 a cada um dos tubos, adicionou-se, 3 ml de hcl 0,1 n, seguindo-se de homogeneização em agitador e repouso de 30 minutos. em seguida adicionou-se na seguinte ordem, 0,5 ml de solução de ácido ascórbico a 1% (m/v) e 0,5 ml de ortofenantrolina a 0,25% (m/v), 1 ml de solução de citrato de sódio a 25%, tendo-se o cuidado de homogeneizar a mistura após cada adição. após repouso de 30 minutos, centrifugou-se por 5 minutos a 2.000 rpm, transferindo-se o líquido sobrenadante a cubetas de 1 cm, procedendo-se a leitura espectrofotométrica em comprimento de onda de 510 nm. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 resultados e discussão as formulações apresentadas foram primeiramente ensaiadas para fins qualitativos, isto é, separação e identificação de íons terapeuticamente ativos. cuidou-se, nesta fase, de separar também ácido ascórbico e sorbitol, uma vez que a presença dos mesmos é freqüente nas formulações multiminerais. portanto, em virtude das considerações acima, apresentamos a tabela seguinte: analisando a tabela 2, verificamos que a melhor separação do fe (ii) dos demais íons ocorreu com a fase móvel 8 [propanol: hcl 4 n: ácido acético glacial: hno3 concentrado: clorofórmio (30: 5: 5: 10: 10)]. as cromatoplacas foram desenvolvidas num percurso de 10 cm e precedidas de lavagem com a fase móvel 9 [metanol: hcl concentrado (9: 1)] num percurso de aproximadamente 13 cm, para prevenir possível contaminação. as condições citadas acima permitiram a separação do ácido ascórbico, cujo valor de rf x 100 = 51 (cor violeta com revelador 1 e azul com revelador 2), confirmando a não interferência do mesmo, principalmente considerando-se concentração versus dimensão das manchas. nas condições experimentais as formulações sólidas analisadas (da e db) em que o ácido ascórbico encontra-se em concentrações correspondentes a 2,26% e 3,82% da concentração de fe (ii) e 11,25% e 19,04% de sulfato ferroso, respectivamente. mesmo na formulação cd em que a concentração do fe (ii) é muito menor do que as anteriores e também menor do que a do ácido ascórbico, não houve dificuldade na separação e identificação, principalmente considerandose que o íon ferroso está presente como fumarato, confirmando assim a especificidade do sistema cromatográfico citado para cátions, o que tornase um fato promissor uma vez que algumas formulações recentemente lançadas,5 contendo o fumarato ferroso, estão sendo largamente estudadas9 com a finalidade de redução de efeitos secundários relacionados com a quantidade de fe (ii) ingerido. (figura 3, tabela 3): http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 com relação ao sorbitol, geralmente veiculado ao sal ferroso nas soluções orais, apresentou um rf x 100 de aproximadamente 92, apresentou cor azul com o revelador 2, comprovando-se, a não interferência do mesmo em nossas análises. determinaçào do fe (ii) em preparações farmacêuticas trabalhou-se com alíquotas correspondentes a 2 microgramas de fe (ii), tanto para o padrão como os medicamentos, pois essa concentração foi ideal em relação ao tamanho das manchas dos íons nas cromatoplacas. a parte iii da tabela 4 foi elaborada seguindo recomendação dos últimos códigos americanos, entre os quais usp 23ª ed., no capítulo espectrofotometria: "em ensaios colorimétricos que indicam a preparação e uso de uma curva-padrão, é admissível e de preferência, não se utilizar de uma curva-padrão, mas comparar a amostra diretamente contra a mesma quantidade do padrão de referência e aplicando-se o mesmo tratamento".11 em vista disso, as amostras foram cromatografadas juntamente com o branco (faixa delimitada na camada sem amostra) e o padrão. as concentrações foram calculadas em função da curva-padrão direta, da curva-padrão cromatografada e da fórmula ca = cp x aa/ap , em que ca = concentração da amostra, cp = concentração do padrão (2 microgramas em 5 microlitros), aa = absorbância da amostra e ap = absorbância do padrão, devidamente descontada a absorbância do branco. conclusão sabendo-se que as monografias oficiais estabelecem que o teor permitido de feso4.7h2o é de 95% a 110% para comprimidos e de 94% a 106% para soluções orais e sabendo-se também que os nossos ensaios foram elaborados em função da quantidade de fe (ii) no sulfato ferroso rotulado nas preparações farmacêuticas, verificamos que todas as formulações estudadas encontram-se dentro http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab4 destes padrões oficiais, concluindo-se que a associação da cromatografia planar e espectrofotometria nas condições citadas é perfeitamente adequada à análise de preparações farmacêuticas contendo fe (ii) como princípio(s) ativo(s). agradecimento às senhoras maria de fátima rodrigues lopes e maria josé trovati frigero pela colaboração técnica prestada. mancini, m. a. d., zuanon netto, j., valladão, d. m. de s. determination of ferrous ion in pharmaceutical preparations through planar chromatography and spectrophotometry. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.133, 1997. abstract: the authors have studied the chromatographic behavior of pharmaceutical preparations obtained from commercial sources containing the ferrous ion. using microcrystalline cellulose , propanol: 4 n, h cl, acetic acid, nitric acid, chloroform mixture (40: 5: 5: 10: 10) as chromatographic system and and alyzarin as the detection reagent fe (ii), mn (ii), mg (ii), zn (ii) and ca (ii) were separated and identificated by planar chromatography. fe (ii) cation was determined by reaction with 1, 10-phenanthroline, resulting in an appropriate solution for colorimetric quantitation. keywords: planar chromatography; tlc; fe (ii) ion; pharmaceutical preparations. referências bibliográficas 1 british pharmacopoeia. london: her majesty’s stationery office, 1988, v.1, 2. [ links ] 2 cazetta, j. o., zuanon netto, j. deterninação quali-quantitativa de zn2+ por cromatografia em camada delgada. ecl. quim., v.19, p.67-74, 1994. [ links ] 3 chromatographic society. joint pharmaceutical analysis group. tlc developments. pharm. j., v.255, p.99, 1995. [ links ] 4 collins, c. h.et al. introdução a métodos cromatográficos. 4.ed. campinas: unicamp, 1990, 279p. [ links ] 5 dicionário de especialidades farmacêuticas. rio de janeiro: publicações científicas, 19961997. [ links ] 6 discher, c. a. química inorgânica farmacêutica. madrid: alhambra, 1966. 583 p. [ links ] 7 hanai, l. w. et al. separação do ionte fe3+, dos iontes pb2+, ca2+, al3+, cu2+ e zn2+ pela cromatografia em camada fina de celulose. rev. fac. farm. odont. (araraquara), v.8, n.2, p.145, javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); 1974. [ links ] 8 herod, a. a., kandiyoti, r. f. fractionation by planar chromatography of a coal tar pitch for characterization by size-exclusion chromatography, uv fluorescence and direct-probe mass spectrometry. j. chromatog., v.a708, p.143-60, 1995. [ links ] 9 lobão, p. et al. comprimidos antianêmicos: pré-formulação compromotores de absorção. rev. port. farm., v.xlv, p.3, 1995. [ links ] 10 rao, r. g., vatsa, k. the quality assurance of drugs and pharmaceuticals. the eastern pharmacist, p.55-8, may 1990. [ links ] 11 the united states pharmacopeia. 23.ed. rockville: united states pharmacopeial convention, 1995. [ links ] recebido em 5.3.1997. aceito em 4.4.1997. * departamento de fármacos e medicamentos faculdade de ciências farmacêuticas unesp 1801-902 araraquara sp brasil. ** departamento de química analítica instituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22  são paulo  1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100012  introduction pothomorphe umbellata (l.) miq. of the piperaceae family, known on brasil as caapeba or pariparoba, has a number of popular medicinal use, due to its soothing effect on choleretics, cholagogues and anti-epileptics activities, diabetes treatment and liver diseases [1]. this vegetal species has been studied in relation to some pharmacological activity, as: anti-edema, anti-paf (platelet anti aggregation), antimalarial, antiulcerogenic and antioxidant [2-4]. the high antioxidant activity showed by ethanol extracts from p.umbellata,higher than the one showed by α-tocopherol, is attributed to 4-nerolidylcatechol (4-nc), a secondary metabolite produced [5]. the possibility of the development of the cell culture from isolated parts of plants makes possible to obtain commercial products of the natural compounds, mainly medicinal substances. the production of these natural substances by suspended cell cultures is more advantageous than the conventional isolation of the same compound from vegetal material of the agriculture products or of the in nature source [6]. by using cell cultures or cells reactor, it is possible to induce secondary metabolism to produce the molecule of the interest in large quantity. peroxidase (ec: 1.11.1.7) enzymes that catalyse oxidation reactions, involving hydrogen peroxide, are broadly distributed in various tissues and cellular compartments in plants, and plays an important role in plant physiological responses including anti-pathogen defense, modification of cell-wall properties and auxin catabolism [7]. peroxidases are important 61ecl. quím., são paulo, 31(3): 61-65, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 callus cell culture of pothomorphe umbellata (l.) under stress condition leads to high content of peroxidase enzyme n. m. khalil1,2, m. a. m. mello2, s. c. frança3, l. a. a. oliveira1, o. m. m. f. oliveira2** 1departamento de análises clínicas, faculdade de ciências farmacêuticas, unesp, 14800-900, araraquara, sp, brasil 2departamento de bioquímica e tecnologia química, instituto de química, unesp, cp 355, 14801-970, araraquara, sp, brasil 3departamento de biotecnologia, unaerp, 14096-380, ribeirão preto, sp, brasil 4departamento de química geral e inorgânica, instituto de química, unesp, cp 355, 14801-970, araraquara, sp, brasil *e-mail address: olga@iq.unesp.br abstract: pothomorphe umbellata (l.) known on brazil as caapeba has a number of popular medicinal use, and it has been studied in relation to its pharmacological activity. peroxidase specific activity (units/mg protein) was evaluated in callus cell culture samples of thep.umbellata, grown in two different ms medium (media 1 and media 2), submitted to 16 hours photoperiod or kept in darkness. cell growth rate curve showed that the best growth indices were observed when media 2 submitted to the photoperiod regime was used, followed by the same media kept in darkness (stress condition). the results obtained also showed that the cell culture grown under stress conditions (darkness) lead to high content of peroxidase enzyme (an increase of 700% was observed). kinetic constant values of 3.3 mmol.l-1 and 2,8 sec-1 were obtained for km and vmax,, respectively, using guaiacol as enzyme substrate. keywords:pothomorphe umbellata (l.); cell culture; peroxidase. enzymes in living organisms, and have attracted considerable interest for decades due to its activity towards a wide array of chromogenic substrates, good stability, the simplicity of its kinetic analyses and biological implication. the availability and abundance of horseradish root peroxidase (hrp) has made this peroxidase the subject of numerous biochemical studies. although expensive, purified hrp is the principal source for use as main component in clinical diagnosis, immune assay, biotechnologic research (biosensors), and others [812]. therefore, it is important to study alternatives sources of this type of enzyme with similar physical-chemical properties, mainly specificity (km) on most used model substrate comparing with hrp. the purposes of this work are: i) cell culture development from p.umbellata, ii) determination of the peroxidase activity during the period of cell culture growth in different media and light time conditions, and iii) extraction and determination of the kinetic constants of the p.umbellataperoxidase, using guaiacol as substrate model. experimental details plant material p. umbellata leaves were collected at biotechnology laboratory – unaerpribeirão preto – são paulo-sp-brasil. the voucher specimens are deposited in the herbarium of the university of campinas, são paulo brasil. callus initiation aseptic leaf explants (1.0 cm2) from 3year-old micro propagated plantlets of p. umbellata[14] were inoculated on ms medium [15], supplemented with kh2po4 (510 mg l-1), sucrose (30 g/l), 2,4dichlorophenoxy acetic acid (2,4-d; 5.0 mg l-1) and kinetin (0.5 mg l-1). in vitro cultures were prepared in 250 ml erlenmeyer glass flasks containing medium gelled with 0.2% phytagel (2 g l-1; sigma, st. louis, mo, usa) at a ph of 5.7. flasks were covered with aluminum foil sealed with plastic film. all cultures were kept at 27 ± 2oc, 55-60% 62 ecl. quím., são paulo, 31(3): 61-65, 2006 of relative humidity, under the following media conditions: 16 hours light regime (40 µmol m2 s; 85 w cool, white ge fluorescent lamps) or darkness [16]. aseptic leaf explants (1.5 cm2) from micro propagated plantlets of p.umbellata were inoculated on ms medium, supplemented with: i) 0.5 mg l-1 of the ana (2-naphtaleno acetic acid), and 0.5 mg l-1 of the 6-bap (6benzylaminopurine), with photoperiod (16 hours light regime) and named media 01; and ii) 0.5 mg l-1 of the ana and 3.0 mg l-1 of the 6-bap, with photoperiod, or darkness, and named media 02. the growth of the callus was accompanied by the increase of its mass, which was measured in periods of 3 days during the total of 30 days of incubation. callus cell growth rate at time 3, 6, 9 12, 15, 18, 21, 24, 27 and 30 days of the inoculation, light regime and darkness, flasks were take out to assay growth rate and pod activity. the growth rate curve was determined by measuring the increase of the cell mass quantity on each flask at time of incubation. (n=3). extraction of pod enzyme crude extracts were obtained from 13.1g of callus samples. in each sample the mass of the callus was triturated in mortar, with a volume of 40 ml of the 50 mm potassium phosphate buffer, ph 7.0, centrifuged at 3,000 g per 15 minutes at 4oc. next, it was filtrated in 8 level of gauze tissue. ammonium sulphate crystals were added to the filtrated solution, until a 70% saturation was achieved, in order to obtain the protein precipitate. after this, it was centrifuged at 9,000 g per 20 minutes at 4oc. the liquid phase was named “pod crude extract”. the solid phase, that showed no enzymatic activity, was discarded. elution on sephadex g-25 column after the extraction with ammonium sulphate the enzyme crude extract was desalted by elution in a column of sephadex g-25 (1.6 x 30 cm, sigma chemical co, st. louis, mo), with phosphate buffer 50 mm at ph, and 2 ml fractions were at collected at a rate of 1.5 ml min-1. the fractions were assayed to verify the presence of proteins and phenols by measuring the absorbance at 280 nm in a hp diode array 8452a uv-vis spectrophotometer, coupled to a workstation, using cells of 1.0 cm of optical path. peroxidase activity was determined on the protein fractions, using guaiacol as substrate. all fractions with peroxidase activity were stored under refrigeration, and named “pod extract”. protein determination protein concentration was determined according to the method of biuret, using bovine albumin (from sigma chemical co., st. louis, mo) as protein standard [17]. enzyme p. umbellata pod assay all pod activity assays were measured by oxidation of guaiacol (sigma chemical co., st. louis, mo) as substrate. tipical reaction mixtures contained 100µl of enzyme extract, 1.9 ml of 50 mmol/l phosphate buffer, ph 7.0, 1.0 ml of guaiacol 25 mmol/l, temperature at 25oc and 20 µl of h2o2 0.34 mmol/l. the reaction was started by addition of 20µl of h2o2 , and the product formation was followed spectrophotometrically at 470 nm. the initial reaction rate (vo) was determined by the angular coefficient of the plot of the absorbance at 470 nm versus time (in second), extrapolated to time zero. all reactions were made in triplicate (n=3). determination of unit and specific activity of pod one unit of peroxidase is defined as the quantity of the enzyme that oxidizes 1µm of guaiacol per second at 25ºc of ph 7.0: u.a. = ∆a/sec x 106/ε x vt/va; where ε = 26600 m-1. cm-1 at 470 nm , guaiacol molar extintion coefficient; va = sample volume (ml); vt = total reaction volume (ml) and ∆a= variation of absorbance at 470 nm. determination of km and vmax. the effect of substrate concentration was determined by the measurement of the initial velocities (v0), of pod activity, in the presence of various substrate concentrations. the km 63ecl. quím., são paulo, 31(3): 61-65, 2006 values and the maximum rate (vmax) were determined using the lineweaver-burk double reciprocal plot. statistical analyses average values of triplicates were calculated. the data obtained from the studies were analyzed using linear or quadratic regression. results and discussion callus cell growth rate and peroxidase activity determination the data of development of p. umbellata cell culture samples after elution in sephadex g25 column are shown in figure 1.when the development of the culture was studied, the growth indices of callus from p.umbellata in those different growth conditions, it can be seen that the results obtained in media 2 in darkness was similar (small decrease) to media 2 with photoperiod (figure 2). the data show that the best results for production of peroxidase enzyme are obtained in media 2, kept in darkness. then, the samples in darkness conditions were preferred to verify the kinetics parameters of its peroxidase enzyme (figure 3). figure 1.pod specific activity, during one cycle (30 days) of the development of p.umbellatacell culture under several culture conditions, after elution by sephadex g25 column: — — media n.º 01 with photo , —•— media n.º 02 with photo time, —∆— media n.º 02 in darkness, n=3. kinetics parameters crude extracts fromp.umbellatashowing peroxidase activity have small values of km, indicating very good specificity of the enzyme for guaiacol substrate, showed by the values of km and vmax, 3.3 mmol.l-1 and 2.8 sec-1, respectively, determined from figure 3. the p. umbellata pod km value was similar to turnip peroxidase (3.7 mmol.l-1; ref. 64 ecl. quím., são paulo, 31(3): 61-65, 2006 figure 2. correlation between growth indices of callus from p. umbellata in different culture and media conditions, during one cycle of 30 days:— — media 01 (0.5 ana e 0.5 bap), photoperiod; —•— media 02 (0.5 ana e 3.0 bap),photoperiod; —∆— media 02 (0.5 ana e 3.0 bap) darkness, n=3. figure 3. duple-reciprocal plot of the pod enzyme from p. umbellata, using different concentrations of guaiacol, h2o2 (0.45 mm) in pbs buffer, 0.1 mm, ph 7.0 at 25º c (y= 0.3561+0.1197x and r2=0.998), n=3. [9]), and lower than those found for tomato peroxidase (5-10 mmol.l-1; ref. [18]) and for korean radish roots peroxidase (6.7-13.8 mol.l1; ref. [19]). as it is known km represents the enzyme substrate affinity, lower values meaning higher specific activity. peroxidase enzyme has been considered one biomolecular marker of development of the cell and tissue cultures from plants. krsnik-rasol [20] showed that the activity of the peroxidase from selected embroiders has been significant increased before embryogenesis process in callus of the cucurbitapepo(l), suggesting that the rise of the enzymatic activity was due to those tissue in which somatic embryogenesis is initiated. in vitro, peroxidase mechanistic studies have been assayed with phenolic compounds. guaiacol is used as hydrogen donator (considered as model substrate; refs.[21], [22]) on most of the assays, including those involving myeloperoxidase enzyme (from polymorphonuclear leucocytes) that is known by its specificity for chlorides ion [13]. guaiacol is used as tool for identifying the classical cycle of the hrp. then, it is a possibility to be a future source of the peroxidase for several applications (clinical diagnosis or industry) like hrp (peroxidase from horseradish root). conclusions cell growth rate curve showed that the best growth indices were observed when media 2 submitted to the photoperiod regime was used, followed by the same media kept in darkness (stress condition). the data also show that the best results for production of peroxidase enzyme are obtained in media 2, kept in stress conditions. kinetic constant values of 3.3 mmol.l-1 and 2.8 sec-1 were obtained for km and vmax, respectively, using guaiacol as enzyme substrate. acknowledgments the authors are grateful to the fapesp and propp/unesp, brasil, for financial support, and to capes and fapesp, for a scholarship to m. a. m. mello and n. m. khalil, respectively, as well to biotechnology laboratory of unaerp, brasil, for helping the development of the cells culture of the p.umbellata. recebido em: 03/05/2006 aceito em: 23/08/2006 65ecl. quím., são paulo, 31(3): 61-65, 2006 n. m. khalil, m. a. m. mello, s. c. frança, l. a. a. oliveira, o. m. m. f. oliveira. cultura de células (calus) de pothomorphe umbellate(l.) sob condições de estresse leva a alta produção da enzima peroxidase. resumo:pothomorphe umbellata(l.), conhecida no brasil como caapeba, possui diversos usos na medicina popular, sendo estudada especialmente em relação a sua atividade farmacológica. a atividade especifica da peroxidase (unidade/ mg proteina) foi determinada em amostras de callus (cultura de células) de p. umbellata, crescidos em dois tipos de meio ms (meio 1 e meio 2), sob condição de fotoperiodo de 16 horas ou mantidas no escuro (condições de estresse). pela curva de velocidade de crescimento da cultura de células amostras do meio 2, sob fotoperiodo, apresentaram o melhor índice de crescimento, seguido de amostras do mesmo meio mantidas em condições de estresse. os resultados também mostraram que a cultura de células crescidas sob condições de estresse levou a um aumento expressivo da quantidade da enzima peroxidase (aumento de 700%). os valores das constantes cinéticas determinadas foram 3,3mmol.l-1 e 2,8 sec-1, respectivamente, para km e vmax, usando guaiacol como substrato. palavras-chave: pothomorphe umbellata (l.); cultura celular; peroxidase. references [1] i. felzenszwalb, j.o.valsa, a.c.araujo, r. alcantaragomes, braz. j. med. biol. res. 20 (1987) 403. 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[m(co)6] + xl ® [m(co)6-xlx] + xco (l = aminas, fosfinas, etc) (1) compostos com ligação metal-metal6,7,8 podem ser obtidos diretamente por interações dos carbonilos do grupo vi, ou de seus derivados, contendo bases de lewis (como aminas e fosfinas), com sais ou complexos de metais de transição. estes polimetálicos suscitam atenção, em especial http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back por seus aspectos estruturais, e pela possível aplicação catalítica, decorrente dos efeitos de ativação cooperativos dos diferentes centros metálicos nos substratos. em prosseguimento aos nossos estudos sobre carbonilos heterometálicos efetuou-se reações entre tiouréias e [wcl(co)3(bipy)(hgcl)], uma espécie heptacoordenada de tungstênio apresentando ligação w-hg, a exemplo7 do [mocl(co)3(bipy)(hgcl)]. os compostos resultantes foram investigados por espectroscopia de absorção no infravermelho. experimental sínteses e análises as sínteses dos compostos do tipo [wcl(co)3(bipy)(hgcl)l] ( l= tiouréia (tu); n-metiltiouréia (mtu); n,n-dimetiltiouréia (dmtu) ] foram efetuadas sob atmosfera de n2, ao abrigo de luz, em vidraria tipo schlenk. foram misturados 0,43 moles de [wcl(co)3(bipy)(hgcl)] com 0,86 moles das tiouréias, em 15ml de acetona, deixando-se em agitação por 15 minutos. os sólidos formados, de coloração marrom-avermelhada, foram filtrados, lavados com acetona e éter etílico, e secos sob vácuo. os produtos apresentaram baixa solubilidade em acetona, clorofórmio e tetrahidrofurano. a caracterização analítica dos derivados foi feita através de micro-análise de c, h e n. [wcl(co)3(bipy)(hgcl)(tu)] requer : 21,77% c; 1,57% h; 7,25% n, encontrado: 21,47% c; 1,89% h; 7,38% n. [wcl(co)3(bipy)(hgcl)(mtu)] requer : 22,47% c; 1,89% h; 7,12% n, encontrado: 23,08% c; 2,06% h; 6,87% n. [wcl(co)3(bipy)(hgcl)(dmtu)] requer: 24,01% c; 2,02% h; 6.99% n, encontrado: 24,09% c; 1,97% h; 6,99% n. espectros de absorção no infravermelho. os espectros de absorção no infravermelho foram obtidos em um espectrofotômetro 730-ft, da nicolet, empregando-se a técnica da emulsão em nujol entre placas de csi. resultados e discussão em trabalhos anteriores investigamos alguns carbonilos heterometálicos9,10,11 como o [hgfe(co)4], [fe(co)4hg2(so4)] e [fe(co)4(hgscn)2]. posteriormente observamos que este último, uma espécie polimérica, cuja estrutura foi determinada por difração de raios x , reage com o-fenantrolina (phen) formando o [fe(co)4(hgscn)2(phen)2] , um monômero , no qual o ligante nitrogenado acha-se coordenado aos átomos de mercúrio.12 um estudo relacionado ao anterior foi então desenvolvido, envolvendo reações de [wcl(co)3(bipy)(hgcl)] com a tiouréia (tu), nmetiltiouréia (mtu) e n,n-dimetiltiouréia (dmtu). a escolha dessas bases de lewis decorre de várias razões, como por exemplo a capacidade das mesmas em se ligarem a centros metálicos via átomos de nitrogênio ou enxofre. pretendia-se verificar se os grupos metila ligados ao nitrogênio iriam exercer algum efeito sobre a forma de coordenação dessas moléculas. de outra parte, o interesse atual em cromóforos metal-enxofre de sistemas biológicos requer, para ser melhor compreendido, informações adicionais a respeito da ligação metal-enxofre em moléculas mais simples. na interação entre [wcl(co)3(bipy)(hgcl)] e tiouréias há duas possibilidades reacionais. uma envolve a coordenação das moléculas de tiouréias ao átomo de tungstênio, com o consequente deslocamento de um grupo co, resultando na formação de espécies dicarbonílicas. outra seria a ligação daquelas moléculas ao mercúrio, mantendo-se portanto intacto o sistema tricarbonílico (equação 2). [wcl(co)3(bipy)(hgcl)] + l ® [wcl(co)3(bipy)(hgcl)l] (2) ( l = tu, mtu, dmtu ) os espectros de absorção no infravermelho dos produtos, na região dos estiramentos co (n=1800 -2.100 cm-1), a mais importante no estudo de carbonilmetais, apresentam três bandas (tabela 1), atribuídas aos modos normais de estiramento co. a semelhança com o composto de partida indica que a simetria local ao redor do átomo de tungstênio mantêm-se inalterada. nota-se, nos produtos, um deslocamento das frequências médias de estiramentos co, , para valores menores, em relação ao composto de partida. isto indica que, na série [wcl(co)3(bipy) (hgcl)l] estudada, a densidade eletrônica dos orbitais p* foi aumentada, levando a uma diminuição da ordem de ligação co e, por conseguinte, da frequência média de estiramento . pode-se, então, sugerir que, nestes derivados, as tiouréias auxiliam na estabilização da forma de ressonância (ii), que apresenta uma maior interação w-co e menor interação w-hg. ou seja, a polaridade da ligação metal-metal deve ser maior nos compostos do tipo [wcl(co)3(bipy)(hgcl)l]. os compostos [fe(co)4(hgscn)2] e [fe(co)4(hgscn)2(phen)], cujas distâncias de ligação hg-fe são, respectivamente, 2,506 e 2,556 a° mostram que a ligação intermetálica é enfraquecida pela coordenação de outros ligantes aos átomos de mercúrio.11,12 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 a tiouréia e seus derivados são ligantes que apresentam natureza ambidentada, isto é, podem coordenar-se a um metal através dos átomos de nitrogênio, e também pelo átomo de enxofre.13 a estrutura eletrônica de nitrogênio, e também pelo átomo de enxofre.13 a estrutura eletrônica da tiouréia pode ser representada por um híbrido de ressonância das estruturas canônicas a, b e c, cada qual com contribuição aproximadamente igual. se a coordenação ocorre através do átomo de enxofre, as contribuições das estruturas eletrônicas (a) e (b) aumentam. isto significa que a ordem de ligação cs diminui, e consequentemente há um decréscimo na frequência de estiramento ncs, s, e um aumento na frequência de estiramento ncn, sem mudança considerável na frequência de estiramento nnh. por outro lado se a coordenação se faz via átomo de nitrogênio, a contribuição da estrutura (a) aumenta. assim efeitos opostos podem ser esperados, que resultam num aumento da frequência de estiramento ncs e decréscimo nas frequências de estiramento ncn e nnh. os espectros iv dos três complexos com tiouréia apresentam grande semelhança, e a coordenação das tiouréias ocorre, provavelmente, através do átomo de enxofre. assim, é verificado que as frequências vibracionais de estiramento nnh, situadas na região entre 3380-3100 cm-1 nas tiouréias livres não se alteram quando estas se encontram nos complexos [wcl(bipy)(co)3(hgcl)l] (tabela 2). notamos, também, a exemplo de outros autores,14 que as bandas fortes atribuídas aos ncs, presentes em 1.080, 980 e 1.030 cm-1, nos espectros da tu, mtu e dmtu, respectivamente, têm suas intensidades apreciavelmente diminuídas nos complexos [wcl(co)3(bipy)(hgcl)l], em decorrência da ligação hg-s. as próprias frequências médias de estiramento co, nco, idênticas nos três derivados, reforçam que a coordenação sempre ocorre através do átomo de enxofre. se a coordenação fosse pelo nitrogênio, devido às diferentes basicidades deste átomo na série tu, mtu, dmtu, as frequências de estiramentos, nco observadas certamente apresentariam valores distintos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 o presente trabalho mostra, portanto, que os grupos metila não exercem qualquer influência sobre o modo de coordenação das tiouréias. sugere-se que os compostos [w(co3)(bipy)(hgcl)l] são espécies heptacoordenadas de tungstênio, com o mercúrio tricoordenado. agradecimento os autores agradecem ao cnpq, à capes e à fapesp pelos auxílios concedidos. kazuko muraoka, t., mauro, a. e., martins nogueira, v., haddad, p. s. heterometallic compounds. interaction of the tricarbonyl containing w-hg bond, [wcl(co)3(bipy) (hgcl)], with thioureas. ecl.quím.(são paulo), v.22, p.75-82, 1997. abstract: reactions of [wcl(co)3(bipy)(hgcl)] , [bipy = 2,2’-bipyridine], with thioureas were performed giving compounds of the type [wcl(co)3(bipy)(hgcl)l], [l= thiourea (tu); nmethylthiourea (mtu); n,n-dimethylthiourea (dmtu)] in which the coordination sphere of the tungsten atom remained unchanged. the coordination of the thioureas to mercury atom was proved to occur, in accord to infrared spectra, through the sulphur atom. keywords: heterometallic; tricarbonyl; thiourea; infrared spectroscopy. referências bibliográficas 1 hor, t. s. a. facile syntheses of mixed-ligand tricarbonyl complexes of chromium, molybdenum and tungsten. inorg.chim.acta, v.128, p.l3, 1987. 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[ links ] recebido em 25.2.1997. aceito em 8.4.1997. * fefiara federação das falculdades isoladas de araraquara rua voluntários da pátria, 1309 24802-320 araraquara sp brasil. ** departamento de química geral e inorgânica instituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22  são paulo  1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100007  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200020 preparação e caracterização do complexo sólido de estanho(ii)-edta e influência do tratamento térmico sobre a morfologia do resíduo sno2 preparation and characterization of the solid tin(ii)-edta complex and influence of thermal treatment on the morphology of sno2 residue luciana simionatto guinesi; clóvis augusto ribeiro; marisa spirandeli crespi; ana maria veronezi departamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil resumo a síntese do complexo sólido de estanho(ii)-edta é descrita e sua caracterização efetuada através da análise elementar, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, difratometria de raios x e ressonância magnética nuclear de 1h e 13c. o comportamento térmico é avaliado através das curvas termogravimétricas tg e de análise térmica diferencial dta em atmosferas inerte e oxidante sugerindo etapas de decomposição térmica para o quelato de estequiometria [h2snh2o(nch2(ch2coo)2)2].1/2h2o. as microscopias eletrônicas de varredura demonstram diferentes morfologias para os resíduos óxidos obtidos a 1200oc em função da razão de aquecimento utilizada. palavras-chave: estanho; edta; termogravimetria abstract the synthesis of tin(ii)-edta solid complex is described and its characterization carried out http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso through elemental analysis, infrared absorption spectroscopy, x ray diffractometry and nuclear magnetic resonance of 1h and 13c. the thermal behaviour is evaluated through termogravimetry (tg) and differential thermal analysis (dta) curves in inert and oxidizing atmospheres suggesting steps of thermal decomposition to the chelate. scanning electronic microscopy (sem) shows different morphologies to oxide residues obtained at 1200oc depending on the heating heat used. keywords: tin; edta; thermogravimetry. introdução o complexo metálico de estanho com o ácido etilenodiaminotetraacético, edta (h4y), tem sido estudado por potenciometria e polarografia estabelecendo a presença de diferentes espécies em solução tais como sny2-, hsny-, sn2y, sn2y.2h2o, sn(oh)3y3e snh2y, onde y = edta, em função do ph 3, 6, 7. no entanto, em estado sólido, foram estabelecidas as composições na2sny.2h2o, sn2y e casny.4h2o através da espectroscopia de absorção na região do infravermelho, sn(sny(h2o)).h2o e sn(oh)2y os quais cristalizam nos grupos espaciais p1 e p21/c respectivamente conforme indicaram os resultados de difratometria de raios x 5, 15, 16. diante dos poucos estudos realizados para o quelato, o presente trabalho visa sintetizar o complexo sólido de sn(ii)-edta, estabelecer sua estequiometria, cristalinidade, estrutura e verificar o comportamento térmico em atmosfera inerte e oxidante sob a qual são obtidos os óxidos de sno2 com diferentes morfologias em função da razão de aquecimento utilizada. materiais e métodos obteve-se solução ácida de sncl2 0,2646 mol l-1 pela dissolução de estanho metálico (2,646 mmol) em quantidade mínima de hcl concentrado a quente. pesou-se 0,7823 g de ácido etilenodiaminotetraacético (h4y, 2,687 mmol) em béquer de 250 ml o qual foi solubilizado pela adição de solução saturada de carbonato de amônio seguido de aquecimento a 50oc. sob atmosfera de n2, adicionou-se a solução do metal gerando um meio ácido que foi neutralizado até ph ~ 4 com a solução de carbonato de amônio havendo evolução de co2 obtendo-se o quelato solúvel. este foi cristalizado em baixa temperatura em etanol:água 10:1, filtrado e lavado com etanol até estar livre de íons cloreto indicado através de teste com solução de agno3, seco a 60oc e armazenado em dessecador. os teores de n, c e h do quelato foram obtidos através do analisador elementar chns-o modelo ea 1110, ce instruments. o espectro de absorção na região do infravermelho foi obtido utilizando-se um espectrofotômetro spectrum 2000, perkin elmer, na região de 4000 a 200 cm-1 em pastilha de csi. os difratogramas de raios x foram obtidos através de um difratômetro siemens d 5000 utilizando tubo de cobre (l = 1,54056 ã) operando a 40kv e 30 ma, sendo a amostra exposta à radiação entre 4 e 70o (2q ). os espectros de 1h e 13c foram registrados em espectrômetro brucker ac-200 f, operando a 50 mhz para carbono e 200 mhz para próton após a solubilização de 50 mg do complexo em 500 ml de d2o. as curvas tg e dta foram obtidas através do módulo de análise térmica simultâneo, sdt 2960, ta instruments, sob atmosfera de ar sintético e de nitrogênio (100 ml min-1), massa de amostra em torno de 6 mg, cadinho de alumina e razões de aquecimento de 5, 10 e 20oc min-1, de 40 até 1200oc. as fotomicrografias eletrônicas de varredura dos resíduos óxidos foram obtidas utilizando-se microscópio eletrônico de varredura jeol-jms modelo t-330 a. resultados e discussão a presença de uma atmosfera inerte, associada a um controle rigoroso de ph e aquecimento, são condições experimentais adequadas para a síntese do quelato em detrimento da formação dos subprodutos de hidrólise do cátion metálico. através dos métodos analíticos e térmicos verifica-se que o complexo tem a composição [h2snh2o(nch2(ch2coo)2)2].1/2h2o, m(quelato) = 435,85 g mol-1, conforme indica a tabela 1. o espectro de absorção na região do infravermelho (figura 1) mostra as bandas de intensidade média e alargada em 3535, 3438 e 3257 cm-1 devido ao estiramento de n-h, c-h e o-h 4, 10, 13. uma outra banda de intensidade forte a 1683 cm-1 pode ser atribuída ao estiramento de c=o 4, 13. as bandas de intensidade fraca em 586 e 480 cm-1 podem ser atribuídas à deformação de sn-o 9 e outras de igual intensidade em 410 e 350 cm-1 à deformação de sn-n 9. o espectro sugere que o metal está coordenado pelo nitrogênio e oxigênio dos grupos carboxílicos do ligante. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 o espectro de rmn 1h (figura 2a) apresenta um singleto em 3,09 ppm caracterizando a equivalência magnética dos prótons do grupo etilênico 8, 12, 14. o quadrupleto entre 3,96 e 3,64 ppm é atribuído aos prótons metilênicos 8, 14. um outro singleto intenso em 4,60 ppm pode ser atribuído ao próton da água de coordenação 13. por sua vez, o espectro de rmn 13c (figura 2b) apresenta picos de igual intensidade em 51,6 e 174,1 ppm atribuídos aos carbonos metilênico e carbonílico respectivamente 1. um pico mais intenso em 58,7 ppm corresponde aos carbonos etilênicos 1. a equivalência magnética observada é indicativa de que o metal encontra-se coordenado pelos quatro grupos carboxílicos do ligante não havendo nenhum protonado. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a a curva tg em atmosfera oxidante a 20oc min-1 (figura 3a) apresenta inicialmente os eventos térmicos entre 41,7 e 106,1oc e entre 203,6 e 250,0oc atribuídos às perdas de água de hidratação e de coordenação do quelato para os quais a curva dta (figura 3a) apresenta picos endotérmicos em 102,8 e 245,9oc, respectivamente. o pico endotérmico em 321,9oc correspondente à perda de massa entre 287,4 e 336,3oc pode ser atribuído à decomposição térmica parcial da fração carboxílica do ligante conforme calculado estequiometricamente para o grupo [(ch2)2(coo)3]3-. o evento térmico observado entre 337,0 e 487,6oc é indicativo das reações de decomposição/oxidação da fração etilenodiamino, termicamente mais estável 2, as quais apresentam os picos exotérmicos em 356,4 e 444,5oc na curva dta. a decomposição térmica do quelato resulta na formação de 34,74% do óxido expandido de sno2 em temperatura superior a 488oc. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 as curvas tg e dta obtidas a 10oc min-1 (figura 3b) e 5oc min-1 (figura 3c) em atmosfera oxidante apresentam basicamente o mesmo comportamento térmico descrito acima, com diferenças na temperatura de decomposição em função da razão de aquecimento utilizada. no entanto, diferentemente da curva dta a 20oc min-1 (figura 3a), a decomposição dos grupos carboxílicos pode estar ocorrendo simultaneamente às demais reações de oxidação do ligante para as quais a somatória do calor envolvido forneceu picos exotérmicos, somente. a presença ou não do pico endotérmico pode estar relacionado ao fator cinético da reação envolvida. o comportamento térmico observado e a obtenção de 33,52 e 33,39% de sno2 nas razões de aquecimento de 10 e 5oc min-1 respectivamente são compatíveis com a formação do quelato de composição [h2snh2o(nch2(ch2coo)2)2].1/2h2o, o qual fornece 34,57% em resíduo óxido calculado estequiometricamente. as curvas tg e dta obtidas a 20oc min-1 em atmosfera de nitrogênio (figura 4a) mostram um primeiro evento térmico de 41,8 a 104,8oc e outro de 203,5 a 250,0oc, com os correspondentes picos endotérmicos em 102,8 e 246,4oc que podem ser atribuídos às perdas da água de hidratação e de coordenação, respectivamente. a decomposição parcial da fração carboxílica do ligante http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 corresponde à variação de massa entre 287,2 e 336,1oc, com pico endotérmico em 323,5oc. esta atribuição baseia-se na decomposição do grupo [(ch2)2(coo)3]3-, calculada estequiometricamente, de estabilidade térmica inferior à fração etilenodiamino do ligante 2. diferentemente da atmosfera oxidante (figura 3b e 3c), esta reação também é observada nas razões de aquecimento de 10oc min1 (figura 4b) e 5oc min-1 (figura 4c) com variação em massa entre 278,5 a 327,1 e entre 271,2 a 317,0oc, as quais apresentam os picos endotérmicos em 314,6 e 307,0oc respectivamente. o difratograma de raios x mostra a cristalinidade para o quelato (figura 5a) que pode estar associada à baixa temperatura de cristalização utilizada. por sua vez, os ângulos 2q e distâncias interplanares observados no difratograma de raios x do resíduo óxido obtido a 1200oc após decomposição térmica do quelato em ar sintético a 20oc min-1 (figura 5b), indicam a formação de sno2 com fase rutilo e sistema cristalino tetragonal, conforme descrito na literatura (file no 411445) 11. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 as microscopias eletrônicas de varredura dos resíduos óxidos obtidos a 1200oc após decomposição térmica do quelato mostram diferentes microestruturas em função da razão de aquecimento utilizada. os óxidos de estanho obtidos a 20 (figura 6a), 10 (figura 6b) e 5oc min-1 (figura 6c) apresentam aglomerados de pequenas partículas com elevada porosidade. no entanto, a homogeneidade foi alcançada apenas para os resíduos obtidos a 20 e 5oc min-1. a diferença de morfologia observada pode estar associada ao fato de que a decomposição térmica do quelato a 10oc min-1 tem caráter intermediário entre as razões de 5 e 20oc min-1 (figura 3). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6a conclusão a síntese do quelato cristalino de sn(ii)-edta requer condições experimentais que favoreçam a cinética de complexação em detrimento da formação de sub-produtos de hidrólise do íon metálico. o metal encontra-se ligado covalentemente a uma molécula de água e coordenado pelo ligante através dos quatro grupos carboxílicos e da fração etilenodiamino formando uma estrutura pentacoordenada de composição [h2snh2o(nch2(ch2coo)2)2].1/2h2o. esta composição pôde ser definida através da análise elementar e das curvas tg em atmosfera oxidante na qual a decomposição dos grupos carboxílicos forneceu evento térmico distinto apenas sob aquecimento de 20oc min-1 resultante da cinética de reação. as reações de perda da água de hidratação e de coordenação, bem como a decomposição da fração carboxílica do ligante, puderam ser observadas através das curvas tg e dta sob atmosfera inerte nas razões de aquecimento utilizadas. o resíduo óxido formado a 1200oc em ar sintético corresponde à fase cristalina mais estável para o dióxido de estanho(iv), ou seja, tetragonal rutilo. estes apresentam-se como aglomerados de pequenas partículas de superfície porosa com diferentes homogeneidades em função da razão de aquecimento utilizada na decomposição do complexo. agradecimentos os autores agradecem à capes pelo auxílio financeiro. referências bibliográficas 1 aime, s.; gobetto, r.; nano, r.; santucci, e. 13c solid state cp/mas nmr studies of edta complexes. inorg. chim. acta, v.129, p.l23-l25, 1987. 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[ links ] recebido em 24.01.2002 aceito em 28.03.2002 javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200020  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23 são paulo 1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100006 basicities of primary arylamines and calculated amine nitrogen electronic charges sérgio roberto de andrade leite* abstract: mülliken charges on nitrogen atoms were calculated for several arylamines, utilizing the am1 quantum chemistry method, relating their values to experimental amine pka . direct relation between pka and nitrogen charges was found. the amines energies of protonation, calculated by the same method, also correlate directly with these charges. keywords: arylamines; basicity ; n mülliken charge; am1. introduction the primary amines are organic bases with general formula rnh2 , that react with the proton according to the equation: rnh2 + h+ rnh+ 3 if r is an aryl group, then the amine is an aromatic amine or arylamine, represented by arnh2. the logarithm of the dissociation constant of the protonated arylamine, pka , is defined as it increases with the amine basicity as the acidity of the protonated amine decreases. on the other hand, it is reasonable to suppose that the greater the electronic charge on the amine nitrogen the stronger will be its basicity. quantum chemistry methods offer the possibility of calculating atomic charges. there are several ways to define them, and the mlliken atomic charges are the most commonly used in molecular orbital theory. these quantities are not "observables" in the quantum mechanics sense, and have http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back only an approximate relation to experiment. their values are sensitive to the semi-empirical calculation method or to the basis set of an ab initio procedure. but, values obtained by the same method for similar chemical groups in related molecules, can be of significance for comparative purposes. calculations have been performed for atomic charges on nitrogen for several arylamines, utilizing the am1 semi-empirical quantum chemistry method. these results are compared with the trend of experimental pka values and of calculated protonation energies. we have chosen an ensemble of arylamines chemically very similar in order to test the sensitivity of the method . all of them, except aniline, have fused benzene rings. different quantum model chemistry methods have also been tested for the same purpose. the method which resulted in the best correlation between nitrogen charge and pka, was utilized for further investigation on this matter. methods the amine structures were initially optimized by molecular mechanics calculation with a modified mm2 force field.1,2,4 a trial of the electronic calculation method more suitable to our purpose was carried out by single point calculation for the resulting structures using the following quantum chemistry methods: a) semi-empirical: extended hückel, eh,10 and the scf techniques cndo/2,12,13 indo,13 mindo/3,3 mndo6 and am1,7 ; b) ab initio procedure with a minimal sto-3g basis set.5,9,14 after this initial search, the structures were reoptimized by the am1 quantum chemistry method and the mülliken charges of the amine nitrogens and the protonation energies were calculated by the same method. these charges and energies were correlated one with other and both with the experimental pka values. the protonation energy was expressed as: de = eah + – ( ea + eh +) where ah+ protonated amine a amine in the base form h+ proton since eh + = 0 , de = eah + – ea = f ( pka ) (figure 2) the amines pka were obtained from the literature.8 results and discussion table 1 shows the net charges on amine nitrogens, as obtained by various calculation methods, and the amines pka. first, we observe that the charges vary according to the method, confirming the lack of significance of their absolute values. on the other hand, the results obtained by a given http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 method may be compared among themselves and vary slightly from one compound to another. the sensibility to differentiate the nitrogen charge among compounds of different amine pka varies according to the method, and this was one important criterion to the method choice. the difference expressed in percentages between the extreme n charge values calculated by each method are as follows: eh 3.8% , cndo/2 1.6% , indo 3.1% , mindo/3 10.0% , mndo 5.0% , am1 4.8% and ab initio (minimal basis set) 1.4% . the ab initio and cndo/2 methods show little sensibility to detect amine nitrogen charge variation in function of aryl group. by this point of view, the ab initio calculation with the minimal basis set sto-3g gave the poorest result, showing very little charge variation and several identical n charge values for different arylamines. even the semiempirical single-electron potential extended hückel method shows a better result. this points for the necessity of more sofisticated basis sets utilization for having more reliable ab initio calculations results. more sensible methods are mindo/3, am1 and mndo. on the other hand, the am1 method gave a better correlation coefficient (r) for the individual data points in relation to the line fitted to this plot, under linear regression calculation of pka= f ( n charge ) (table 2). this result, summed to the fact that the am1 method is the more precise semi-empirical quantum chemical method available, have suggested its choice for the present work. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 figure 1 shows the amines pka in function of their am1 calculated n mülliken charges. the points were fitted to a linear function (top) , with r = 0.9515, and to a second order polynomial function (bottom ), with r = 0.9770 , which is better. the pka increases with n charge, as was expected. so, the mülliken negative charge value on every atom of the molecule can be related with electron density distribution, and a high electron density site or an intense local negative charge is a protonic affinity place. in other words, it is a high basicity center, manifested by a high pka value. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 the calculated in vacuum energies of protonation absolute values grow with the amine pka or, which has the same meaning, with the amine basicities. figure 2 shows the linearity between both, and figure 3 the analogous (like the pka) behavior of calculated protonation energies against the amines nitrogen charges. this coherent result confirms the utility of the am1 method for the comparison among electronic amine properties calculated in vacuum and their experimental pka values in solution. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 a doubt may arise as to the correctness of the comparison between the pka value, measured in solution, and a figure calculated for the molecule in vacuum. the protonation equilibrium constant in vacuum and in solution may vary depending on the difference between the solvatation energy of the protonated and non-protonated species. we have performed an am1 calculation of the arylamines for a simulated water medium , in which each amine would be surrounded by 43 tip3p water molecules models.11 hydration energy was calculated as the difference between the total energy of the amine and water together and separately for each other. the hydration energy has changed 43% in average with protonation. otherwise, the energy of protonation, calculated also by am1 method, and directly related with the basicity, has grown only 7.1% in average with hydration, showing that in this case it is less sensible to the medium parameters. protonation energy relates directly to the equilibrium constant of the protonation reaction, namely, to its basicity constant. the analogous behavior of the protonation energy calculated in vacuum and the experimental pka value in solution, when compared mutually and both with n charges, indicates the validity of predictions made. in conclusion, it is possible to correlate the calculated electronic charge on amine nitrogen with the amine basicity. for the studied arylamines, whose pka varie little from one to the other, the nitrogen charges also do not show major changes. hence, although sensibility of the method is not very good, it may be considered as useful for semi-quantitative predictions. acknowledgments we are grateful to fapesp (brazilian agency) for the financial support. leite, s. r. a. basicidades de arilaminas primárias e cargas eletrônicas calculadas do nitrogênio amínico. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.71-80, 1998. resumo: foram calculadas as cargas de mülliken sobre os átomos de nitrogênio para diversas arilaminas, empregando-se para tal o método am1 da química quântica. tais cargas foram relacionadas com os valores experimentais dos pka das aminas. foi obtida uma relação direta entre pka e carga dos átomos de nitrogênio. as energias de protonação das aminas, calculadas pelo mesmo método, também se correlacionam diretamente com aquelas cargas. palavras-chave: arilaminas; basicidade; cargas de mülliken; am1. references 1. allinger, n. l. conformational analysis. 130. mm2. a hydrocarbon force field utilizing v1 and v2 torsional terms. j. am. chem. soc., v.99, p.8127, 1977. 2. allinger, n. l., yuh, y. h. quantum chemistry program exchange; bloomington, in ; program # 395 . 3. baird, n. c., dewar, m. j. s. ground states of s-bonded molecules. iv. the mindo method and its application to hydrocarbons. j. chem. phys., v.50, p.1262, 1969. 4. burkert, u., allinger, n. l. molecular mechanics, acs monograph 177, 1982 5. collins, j. b., schleyer, p. v., binkley, j. s., pople, j. a. self-consistent molecular orbital methods. xvii. geometries and binding energies of second-row molecules. a comparison of three basis sets. j. chem. phys., v.64, p.5142, 1976. 6. dewar, m. j. s., mckee, m. l., ground states of molecules. 41. mndo results for molecules containing boron. j. am. chem. soc., v.99, p. 5231, 1977. 7. dewar, m. j. s., zoebisch, e. g. ; healy, e. f., stewart, j. j. p. am1: a new general purpose quantum mechanical molecular model. j. am. chem. soc., v.107, p. 3902, 1985. 8. elliott, j. j., mason, s. f. the heats and entropies of ionisation of some aromatic and nheteroaromatic amines. j. chem. soc., p. 2352 , 1959. 9. hehre, w. j., stewart, r. f., pople, j. a. self-consistent molecular-orbital methods. i. use of gaussian expansions of slater-type atomic orbitals. j. chem. phys., v.51, p.2657, 1969. 10. hoffmann, r. an extended hückel theory. i. hydrocarbons. j. chem. phys., v. 39, p.1397, 1963. 11. jorgensen, w.l., chandrasekhar, j., madura, j.d. comparison of simple potential functions for simulating liquid water. j. chem. phys., v. 79, p. 926, 1983. 12. pople,j. a., santry, d. p., segal, g. a. aproximate self-consistent molecular orbital theory. i. invariant procedures. j. chem. phys., v. 43, p. s129, 1965. 13. pople, j. a., beveridge, d. l. approximate molecular orbital theory; mcgrawhill ; new york, 1970. 14. stewart, r. f. small gaussian expansions of slater-type orbitals. j. chem. phys., v. 52, p. 431, 1970. recebido em 21.11.1997. aceito em 24.11.1997. * instituto de química universidade estadual paulista 14801-970 araraquara sp brazil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100006  a02v29n1.pdf 15ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 volume 29, número 1, 2004 www.scielo.br/eq determinação de parâmetros físico-químicos com um sensor potenciométrico sensível ao íon p-aminobenzoato a. o. santini1, e. s. da silva júnior1, h. r. pezza1, l. pezza1 1instituto de química – unesp – cep 14800-900 araraquara – sp – brasil. resumo: este trabalho descreve a construção e a determinação de parâmetros físico-químicos com um eletrodo de segunda ordem do tipo, pt|hg|hg 2 (pab) 2 |grafite, sensível ao íon p-aminobenzoato (pab). o eletrodo é construído facilmente, apresenta um rápido tempo de resposta, é de baixo custo e tem um tempo de vida útil superior a 12 meses. utilizando o referido eletrodo foi possível estimar os coeficientes de atividade iônica individuais do pab, a 250c, em força iônica ajustada entre 0,700-3,000 mol l-1 com naclo 4 , em solução aquosa. o potencial molal padrão do eletrodo determinado a 25ºc é de (445,5 ± 0,5) mv. a constante termodinâmica do produto de solubilidade, tk ps (i=0) do hg 2 (pab) 2 determinada com o eletrodo é de (tk ps = 2,50 x 10-12 mol3 l-3 , a 25ºc). uma característica favorável consiste no fato de que o eletrodo pode ser utilizado para determinar a concentração de íons p-aminobenzoato livres em sistemas complexos de íons metálicos. palavras-chave: sensor potenciométrico; p-aminobenzoato; constante termodinâmica do produto de solubilidade; coeficiente de atividade individual iônico introdução o ácido p-aminobenzóico (apab) é um composto antioxidante produzido em nosso organismo que desempenha importante papel na assimilação do ácido pantotênico, na formação de glóbulos vermelhos, sendo nutriente essencial para as bactérias intestinais atuando como precursor na síntese de ácido fólico [13]. sua ausência pode causar extrema fadiga, eczema, irritabilidade, depressão, nervosismo, constipação, perturbações digestivas, dores de cabeça, etc. o apab é muito empregado em preparações vitamínicas e produtos geriátricos como, por exemplo, o gerovital h 3 (gh3) e usado no tratamento de fibroses decorrentes de certas doenças dermatológicas como a doença de peyronie, escleroderma, além de auxiliar o retorno dos cabelos grisalhos à sua cor natural quando a mudança for causada por stress ou deficiência nutricional.[18-19] também é empregado na manufatura de vários ésteres (anestésicos locais), de ácido fólico, de corantes e de medicamentos dermatológicos. além disso, o apab e seus derivados pertencem a uma categoria muito popular de substâncias (principalmente nos eua e na escandinávia) que são apropriadas para filtrar os nocivos raios, uv-b provenientes da radiação solar [3]. a camada de ozônio está sendo destruída gradualmente pelo homem e dentro desse contexto, um agente de proteção solar deve ser usado para minimizar os efeitos causados pela exposição aos raios uv que são nocivos à pele, além de serem agentes carcinogênicos [5.] portanto, a adição de um agente de proteção solar (como o apab) aos protetores solares e aos cosméticos como loções, óleos e bálsamos é essencial. a extração do apab em cosméticos é feita com solventes e a sua determinação pode ser realizada por vários métodos [41]. tais métodos são baseados principalmente em cromatografia líqui16 ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 da [24], cromatografia líquida de alta eficiência [20,39] e cromatografia gasosa.[21] uma das linhas desse grupo de pesquisa envolve estudos de equilíbrios em solução, cuja finalidade principal é a obtenção de relações matemáticas entre as constantes de formação de sistemas constituídos por íons metálicos e ligantes orgânicos (geralmente carboxilatos) de interesse biológico, farmacológico, ambiental, alimentício [1], etc., em solução aquosa, com a composição e a força iônica (i) do meio.[22,25,30,32] dentro desse contexto, torna-se necessário determinar a dependência dos coeficientes de atividade de todas as espécies envolvidas nos equilíbrios com a força iônica do meio [27,30-33]. uma maneira conveniente e elegante de se atingir tal propósito é através do emprego de eletrodos sensíveis a íons metálicos e de eletrodos sensíveis a ligantes orgânicos. os eletrodos sensíveis a ligantes orgânicos (carboxilatos) podem ser empregados em medidas de potencial de uma célula potenciométrica (onde estes, configuram-se como eletrodos indicadores) as quais podem fornecer dados que permitem a determinação do coeficiente de atividade iônica do ligante orgânico correspondente em função da força iônica do meio. a constante de equilíbrio para uma reação que possa ser potencialmente empregada numa titulação de precipitação pode ser, aproximadamente, deduzida do valor da constante do produto de solubilidade ( k ps ). o k ps relaciona-se especificamente ao equilíbrio que é estabelecido entre um sólido iônico escassamente solúvel e seus íons numa solução saturada do sólido. os produtos de solubilidade são, geralmente, determinados por medidas de solubilidade do sólido iônico, no meio de interesse. tal procedimento não é muito conveniente, uma vez que envolve etapas de filtração e centrifugação. [35] um outro método comumente usado na determinação dos valores de k ps envolve o emprego de titulações potenciométricas de precipitação, o qual, embora mais preciso que o anteriormente descrito, também apresenta limitações [23,26]. o presente trabalho mostra o desenvolvimento e aplicação físico-química de um sensor potenciométrico sensível ao íon p-aminobenzoato imobilizado em matriz de grafite (na forma de pastilha prensada) do tipo pt|hg|hg 2 (pab) 2 |grafite. medidas potenciométricas com o referido eletrodo em soluções de íons p-aminobenzoato, em função da variação da força iônica do meio (0,700 £ i £ 3,000 mol l-1 em naclo 4 , a 25ºc), possibilitaram a determinação do potencial padrão do eletrodo indicador, da constante termodinâmica do produto de solubilidade (tk ps ) do p-aminobenzoato mercuroso, bem como uma estimativa dos coeficientes de atividade iônica individuais do íon paminobenzoato. procedimento experimental todos os reagentes utilizados na execução do presente trabalho foram de pureza analítica (p.a.). na preparação e padronização das soluções foi utilizada água destilada e desionizada no sistema nanopure ii (sybron barnstead) além de vidraria grau “a”. o mercúrio usado foi purificado e destilado em nosso laboratório segundo procedimento anteriormente descrito [27]. todas as operações foram realizadas em sala climatizada a (25,0 + 1,0) oc, onde encontram-se instalados os equipamentos de medida. todo o resíduo ou solução descartável contendo mercúrio (em qualquer estado de oxidação) foram mantidos em reservatórios apropriados para descarte de metais pesados. síntese do p-aminobenzoato mercuroso o p-aminobenzoato mercuroso foi sintetizado adicionando-se lentamente e, sob agitação, 50,00 ml de uma solução de hg 2 (no 3 ) 2 0,644 moll-1 a 100,00 ml de uma solução de paminobenzoato de sódio 0,500 moll-1. deixou-se sob agitação por mais alguns minutos para completa precipitação do sal. o precipitado formado foi filtrado em funil de vidro sinterizado e lavado com água deionizada para eliminar o excesso de p-aminobenzoato de sódio e deixado até completa secagem em dessecador (contendo cacl 2 como secante) à pressão reduzida. o sal mercuroso obtido, hg 2 (pab) 2 , apresentou-se na forma de um fino pó branco e foi utilizado na construção do eletrodo de pt|hg|hg 2 (pab) 2 |grafite. 17ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 construção do eletrodo pt|hg|hg 2 (pab) 2 |grafite a imobilização da pasta sensora hg|hg 2 (pab) 2 em matriz de grafite foi efetuada, partindo-se de aproximadamente 1,30 g de paminobenzoato mercuroso, 0,65 g de grafite em pó e 1 gota de mercúrio metálico, sendo os respectivos reagentes misturados e triturados em almofariz de ágata até a obtenção de uma pasta homogênea. cerca de 0,70 g do pó preparado foi transferido para um molde de aço de 10 mm de diâmetro interno e espessura de 1,5 mm, prensado em um pastilhador marconi, a 6,5 toneladasforça por 10 minutos. testes previamente realizados mostraram que a composição 2:1 (paminobenzoato-grafite), bem como as condições de pastilhamento acima citadas foram as mais adequadas para a construção do eletrodo de paminobenzoato. a pastilha obtida (de cor preta) pesando cerca de 0,60 g, com um diâmetro interno de 10 mm e espessura de 1,5 mm foi fixada na extremidade de um tubo de vidro com cola de borracha de silicone (“rhodiastic”, rhodia) e deixada secar por 48 horas. o contato elétrico foi estabelecido através de um fio de platina imerso dentro do poço de hgº e um subseqüente cabo condutor com um plug do tipo “banana” ou mini-din tipo f conectado a dispositivo de teflon adaptável ao eletrodo e que permite a sua vedação. pelas características do eletrodo (que é vedado) e pela utilização esporádica de pequenas quantidades de hgº (sempre manipulado em capela de boa exaustão), pode-se afirmar que a exposição do operador ao hgº é negligenciável. o eletrodo resultante está esquematizado na figura 1. figura 1 eletrodo pt | hg | hg 2 (pab) 2 | grafite, pab: paminobenzoato; a: cabo condutor; b: plug banana; c: mercúrio metálico; d: fio de platina; e: cola de silicone; f: patilha sensora (grafitehg 2 (pab) 2 hg). método utilizado para aquisição dos dados experimentais as medidas potenciométricas foram realizadas mediante o uso de um phmetro “metrohm” 692 (com precisão de + 0,1 mv), acoplado a buretas de pistão automáticas “metrohm”, mod 665 (com precisão de + 0,001 ml), utilizando-se uma célula potenciométrica de paredes duplas de vidro (“metrohm”, nº 6.1418.220) termostatizada a (25,0 + 0,1)°c. a seguinte célula potenciométrica foi utilizada: 18 ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 onde: x corresponde a uma determinada concentração de napab (p-aminobenzoato). a força iônica da solução foi mantida constante num determinado valor pela adição de naclo 4 . os valores experimentais de força eletromotriz, e cel , numa dada força iônica (i total = x moll-1, 0,700 mol l-1 £ x £ 3,000 moll-1 ajustado com naclo 4 ) foram obtidos pela adição sucessiva de incrementos constantes de volumes (0,200 ml até um total de 5,000 ml) de uma solução 0,100 mol l-1 de p-aminobenzoato de sódio (ph = 7,0, i total = x mol l-1 em naclo 4 ) à uma célula potenciométrica com paredes duplas de vidro contendo 15,000 ml de perclorato de sódio (ph=7,0) e 0,100 ml de p-aminobenzoato de sódio 0,100 mol l-1 (ph=7,0) ambos com força iônica x mol l-1. após cada adição (t = 30 s) sob agitação contínua, a força eletromotriz da célula descrita foi medida. uma pequena quantidade de paminobenzoato de sódio foi inicialmente adicionada (0,100 ml; 0,100 moll-1) para promover uma melhor estabilidade de leitura. o eletrodo de referência utilizado foi ag/ agcl, nacl (0,010 mol l-1) de procedência “metrohm”, nº 6.0726.100 de dupla junção (associado a uma ponte salina vertical). tratamento dos dados experimentais a força eletromotriz (e cel. ) da célula pode ser dada por: [6, 31, 32] e cel. = e ind – e ref + e j (1) e ind = potencial do eletrodo indicador. e ref = potencial do eletrodo de referência. e j = potencial de junção líquida (desprezível nas condições experimentais empregadas). ou por: e cel. = (e pab o’) o s log a pab (1a) onde: a pab = y pab .[pab]; y pab = coeficiente de atividade molar do íon pab (p-aminobenzoato). [pab] = concentração do íon pab (mol l-1), pab (p-aminobenzoato). s = coeficiente angular da curva analítica (coeficiente de nernst). (eo’ pab ) o = e° hg2pab|hg – e ref + e j , sendo: eo hg2(pab)2 |hg = potencial padrão do eletrodo indicador. e ref = potencial do eletrodo de referência. e j = x pab . [pab] = potencial de junção líquida (desprezível nas condições experimentais empregadas).[6, 32] x pab = coeficiente do potencial de junção líquida. a equação (1a) pode ser desmembrada: e cel. = ( e pab o’) o s log y pab – s log [pab] (2) considerando-se o potencial condicional da célula como: e pab o’ = ( e pab o’) o s log y pab (3) supondo y pab = constante (quando i = constante e o eletrólito de suporte está presente em concentração suficientemente majoritária), tem-se: e cel. = e pab o’ – s log [pab] (4) a partir de dados experimentais (-log [pab], e cel. ) os parâmetros e pab o’ e s foram determinados em cada força iônica estudada, mediante método de regressão linear. a expressão genérica utilizada para obter os valores de log y pab , válida para misturas de eletrólitos, [14, 30 ,32] é a seguinte : f pab = log y pab = a i1/2 + bi + cl3/2 + di2+.... = f pab (5) onde: a,b,c,d... são parâmetros empíricos ou semiempíricos. combinando-se as equações (3) e (5), têm-se: e pab o’ = (e pab o’) o s (ai1/2+bi + cl3/2 + di2 + ....) (6) 19ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 dispondo-se de suficientes pares de valores (e pab o’, i), foram determinados os parâmetros envolvidos na equação (5) e portanto a dependência entre y pab e a força iônica do meio a 25oc. através das curvas analíticas experimentais, foi possível estimar o valor do potencial formal da célula (eo’ cel = eo’ pab ) para cada valor de i, empregando-se a equação (4). a representação gráfica dos pares (eo’ pab ,i) permite o ajuste de uma equação matemática que represente a variação dos eo’ cel = eo’ pab com a força iônica do meio, cuja extrapolação para i = 0 fornece o valor (eo’ cel ) o = (eo’ pab ) o (e°’ pab ) o = e° hg½hg2 (pab)2 e ref (7) quando i = 0, g cl = 1 e a cl = c cl -. assim, nas condições experimentais empregadas (c cl = 0,010 mol l-1) o potencial do eletrodo de referência (ag|agcl) é: e ref = 340,5 mv. portanto, o valor do potencial padrão do eletrodo indicador (p-aminobenzoato) pode ser determinado pela equação (7), e conseqüentemente o valor de tk ps (termodinâmico) do p-aminobenzoato mercuroso a partir de eo hg½hg2(pab)2 e do eo hg 2+ /hg (790 mv), utilizando-se a equação[28]: log tk ps = 2[(eo hg½hg2 (pab)2 eo hg2 2+ / hg )/59,16] (8) resultados e discussão o tempo de resposta do eletrodo é de 30 segundos, e foi determinado segundo experimento descrito anteriormente[34]. as curvas analíticas foram obtidas para cada força iônica estudada, e após o ajuste pelo método de regressão linear, chegaram-se às equações e aos intervalos de concentração de p-aminobenzoato para cada força iônica. embora a faixa linear do eletrodo seja mais ampla (5,0 x 10-4 mol l-1 a 1,0 x 10-1 mol l-1), empregou-se uma faixa mais estreita de concentração nos experimentos físico-químicos com o objetivo de diminuir o tempo necessário para a construção das curvas analíticas do eletrodo. os dados obtidos são apresentados na tabela 1. tabela 1 parâmetros das equações das curvas analíticas do eletrodo pt½hg½hg 2 (pab) 2 ½grafite, seus respectivos intervalos de [pab] e o coeficiente de correlação da reta, para cada força iônica. temperatura = (25 ± 0,1) °c. (a) potencial formal da célula (valor médio de cinco repetições); (b) desvio-padrão (valor médio, n=5); (c) coeficiente angular da curva analítica (valor médio, n=5) ; (d) coeficiente de correlação (valor médio, n=5} 20 ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 com os dados das equações das curvas de calibração, chegou-se à seguinte relação matemática (equação 6): e pab o’ = 104,9 + 5,0 i (9) onde: (eo’ pab ) o = (104,9 ± 0,5) mv a partir da equação (9) e do valor médio de s = 57,2 ± 2,5 mv/dec tem-se que: f pab = log y pab = 0,0874 i (10) assim a equação (10) expressa a dependência matemática entre o coeficiente de atividade do íon p-aminobenzoato (log y pab ) (na escala molar) e a força iônica (i) para o intervalo estudado. o ajuste da equação (9) aos pontos (e pab o’, i) para o sistema napab-naclo 4 pode ser verificado na figura 2. figura 2 representação dos valores de eo (mv) da tabela 1 em função da força iônica para o sistema napab-naclo 4 no intervalo de força iônica (0,700 a 3,000) mol l-1. quadrados = dados experimentais; curva contínua = equação ajustada: e o’ pab = (104,9 ± 0,5 ) + ( 5,00 ± 0,26) i, (r = 0,9923). utilizando-se a equação (10) e calculando y pab para cada valor de força iônica, obtiveram-se uma estimativa dos respectivos valores dos coeficientes de atividade iônica individuais, para o íon p-aminobenzoato em meio de naclo 4 aquoso, no intervalo de força iônica estudado, conforme mostram os dados da tabela 2. tabela 2 valores dos coeficientes de atividade y pab no intervalo de força iônica i = (0,700 3,000) mol l-1 em meio de naclo 4 (aq.) e t= (25,0 ± 0,1) ºc. i (mol l-1) y pab (a) 0,7 1,2 0,9 1,2 1,2 1,3 1,5 1,4 1,8 1,4 2,1 1,5 2,7 1,7 3,0 1,8 (a) valores calculados a partir da equação (10): log y pab = 0,0874 i a literatura [18,36] preconiza que em casos de força iônica elevada os coeficientes de atividades para algumas espécies crescem e podem tornar-se maior que a unidade. observando-se os dados da tabela 2, verifica-se que os coeficientes de atividade são maiores que a unidade e que o eletrólito inerte (naclo 4 ) exerce um efeito salino apreciável sobre o coeficiente de atividade do íon p-aminobenzoato. comportamento semelhante foi observado para os sistemas hac-naac-naclo 4 [27] e hclo 4 – naclo 4 [4, 32] . não deve causar estranheza o fato de que o comportamento dos y pab em soluções salinas concentradas de naclo 4 não seja o mesmo que o predito pela teoria de debye-hückel em soluções aquosas diluídas. no sistema estudado (napab – naclo 4 , i = 0,700 3,000 mol l-1 ) o solvente não é exatamente a h 2 o , mas uma mistura de h 2 o e naclo 4 e outros tipos de interações como as interações íon-solvente, bem como as especificidades dessas interações devem ser consideradas [9,11,17,37]. portanto, o modelo de debye – hückel , seja na forma de sua equação clássica, seja na forma de suas equações estendidas, não é adequado para interpretar o comportamento de tais sistemas. devido a dificuldade de se interpretar o comportamento de sistemas envolvendo misturas de eletrólitos em força iônica elevada, gordon [14] propõe que o coeficiente de atividade de uma espécie i na presença de um excesso de um 21ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 sal inerte ( y i ) é melhor avaliado por uma equação empírica do tipo da equação (5) empregada nesse trabalho. estudos realizados por nosso grupo de pesquisa com sistemas similares ao estudado nesse trabalho demonstraram que a equação empírica proposta por gordon é bastante adequada para se estimar os y i em tais sistemas [6,27,28,30-33]. é importante ressaltar que por um longo tempo a avaliação de propriedades individuais iônicas foi desencorajada, em virtude de prevalecer a opinião ortodoxa de que quantidades inacessíveis por termodinâmica exata como as atividades, energias de solvatação, etc. eram desprovidas de significado físico e utilidade prática [16]. a ampla utilização de uma quantidade “inexata” como o ph contribuiu mais que qualquer outro fator para a reavaliação dessa posição extrema [2] . os proponentes da “termodinâmica individual iônica” concordam que propriedades de íons individuais tais como atividades, coeficientes de atividades, energias de solvatação etc. não podem ser “exatamente avaliadas”. todavia, eles defendem uma estimativa das mesmas, alicerçados no fato de que tal estimativa pode fornecer valiosas informações físico-químicas que não podem ser obtidas por outros meios. um dos grandes defensores do restabelecimento do significado físico de atividades individuais iônicas foi frank [12]. segundo o referido autor, apesar das incertezas inerentes envolvidas na estimativa de propriedades individuais iônicas as vantagens mostram-se consideráveis na reabertura da investigação e interpretação dos fenômenos de solução iônica. na opinião de strehlow [38], a “termodinâmica individual iônica” é um ramo legítimo da físico-química já que provou ser capaz de fornecer predições e correlações corretas de fatos experimentais. tal opinião foi referendada por trabalhos posteriores de renomados pesquisadores como conway [8] , trasatti [15] , umezawa [40] , sammartano [4,10] ,etc. os resultados obtidos por diversos autores [4,10,29,40] e por nosso grupo de pesquisa [6,27,28,30-33] demonstram cabalmente que o coeficiente de atividade de um íon individual pode ser estimado por um eletrodo íon seletivo. por meio da equação (7), foi possível determinar o valor do potencial padrão do eletrodo indicador, e° hg2(pab)2½hg = (445,4 ± 0,5) mv a (25,0 ± 0,1)°c, que convertido para escala molal, resultou em eo hg2 (pab)2 ½hg = (445,5 ± 0,5) mv a (25,0 ± 0,1)°c. a partir desse valor, do valor de e° hg 2+ | hg (790 mv) 28 foi possível através da equação (8) determinar a constante termodinâmica do produto de solubilidade do p-aminobenzoato mercuroso, tk ps , (tabela 3), que é inédita na literatura indexada. tabela 3 valores obtidos experimentais para o potencial padrão do eletrodo indicador e para a constante termodinâmica do produto de solubilidade do p-aminobenzoato mercuroso (tk ps )à temperatura de (25,0 ± 0,1)°c. a) potencial padrão do eletrodo de p-aminobenzoato a 25°c vs eletrodo padrão de hidrogênio na escala molar considerando desprezível a contribuição do potencial de junção líquida. b) potencial padrão do eletrodo de p-aminobenzoato a 25°c vs eletrodo padrão de hidrogênio na escala molal considerando desprezível a contribuição do potencial de junção líquida. c) na literatura é comum expressar o valor do potencial padrão de um determinado eletrodo na escala molal. segundo covington e col. [7] para eletrodos de mercúrio carboxilatos mercurosos mostra-se que em água a 25ºc, tem-se:eo w eo m = 0,15 mv, onde: subscrito m refere-se à molaridade e subscrito w refere-se à molalidade. os resultados descritos na tabela 2 e na tabela 3, demonstram claramente que o eletrodo de p-aminobenzoato, mostra-se bastante adequado para fornecer uma estimativa dos y pab (coeficientes de atividade do íon p-aminobenzoato) na presença de um excesso de eletrólito inerte (naclo 4 ) ,bem como, na determinação de parâmetros físicoquímicos como o tk ps do p-aminobenzoato mercuroso e o eo hg2(pab)2½hg (potencial padrão do eletrodo na escala molal vs eletrodo padrão de hidrogênio). um outro aspecto importante é que o eletrodo desenvolvido pode ser aplicado em estudos quantitativos de equilíbrios em solução, uma vez que ele pode ser utilizado para se determinar a concentração de ligante livre ( [l] = [paminobenzoato] ) em meio iônico constante ( isto é, quando i = constante e o eletrólito de suporte 22 ecl. quím., são paulo, 29(1): 15-23, 2004 está presente em concentração suficientemente majoritária). conhecendo-se o valor de [l] é possível o acesso direto às constantes de estabilidade de complexos envolvendo p-aminobenzoato e íons metálicos. além disso,o emprego dos y pab juntamente com parâmetros anteriormente obtidos30,32 (y h , y pb , y cd , y cu ), abre várias possibilidades em estudos de equilíbrio de complexos em solução,tais como: a) encontrar equações matemáticas simples que possibilitem a interconversão das constantes de estabilidade de complexos binários 1:1 envolvendo p-aminobenzoato e alguns metais bivalentes para qualquer valor de i dentro do intervalo estudado (0,700 a 3,00) mol l-1.[30-32] b) estimar as constantes termodinâmicas dos referidos complexos .[30,32] outro aspecto relevante é o fato do referido eletrodo monitorar diretamente as atividades do íon p-aminobenzoato, o que possibilita que medidas farmacocinéticas (metabolismo, excreção urinária, etc...) e de biodisponibilidade sejam realizadas. estudos visando o emprego analítico desse eletrodo na determinação de paba em formulações farmacêuticas, encontram-se atualmente em andamento. agradecimentos os autores agradecem a fapesp e a fundunesp pelos suportes financeiros ao grupo de pesquisa e ao cnpq pelas bolsas concedidas. a. o. santini; e. s. da silva júnior; h. r. pezza; l. pezza. determination of physical chemical parameters with a potentiometric sensor sensitive to p-aminobenzoate ion. abstract: the paper describes the construction and determination of physical chemical parameters with a second kind electrode, pt|hg|hg 2 (paba)| grafite, sensitive to p-aminobenzoate ion (pab). electrode construction is easy, presents a fast response time (30 sec), low-cost, excellent response stability and (lifetime > 12 months, under continuous use). using of the mercury(i) p-aminobenzoate electrode, the molar single activity coefficient associated with pab (y pab ) was estimated at 250c and ionic strengths between 0.700-3.000 mol l-1 (naclo 4 ). the standard molal potential of the electrode at 25°c is 445.5 ± 0.5 mv. the thermodynamic solubility-product constant of mercurous p-aminobenzoate determined with the mentionated electrode , in aqueous solution, at 25°c was tk ps = 2.50 x 10-12 mol3 l-3 . an important feature of the electrode is that it permits the determination of the concentration of free paminobenzoate ions in complex systems of metallic ions. keywords: potentiometric sensor; p-aminobenzoate; thermodynamic solubility-product constant; activity coefficients. referências [1] a. j. antunes, v. p. canhos, aditivos em alimentos, campinas, secretaria da indústria, comércio, ciência e tecnologia coordenadoria e comércio, 1989, p. 125. 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(2) high concentration > 5.10-3 mol l-1 of iodide present the following inconvenient that affects the results from an analytical point of view; fundamental reaction hgi3 (aq) + q+no3 (org) û qag i3 (org) + no3 (aq) (3) where q+= tetradecylammonium cation collateral reaction i(aq) + q+no3 (org) û q+i(org) + no3 (aq) (4) if the concentration of iodide ion is relatively high increase > 5.10-3 mol l-1 there will be an increase in the collateral reaction (4) thus affecting the absorbance value already this compound absorbs in 260 nm. the formation of the complex anion hgi4 2may occur with the subsequent variation of the fundamental reaction (3). this collateral effect when the concentration of iodide ion is 5.10-3 mol l-1 is eliminated, by adding nitrate ion with a concentration of 0.4 mol l-1, without affecting the equilibrium of the fundamental reactions (3) due to the extraordinary high affinity of the hi3 complex for the tetradecylammonium (q+) cation because of the superior hidrophobicity of the hgi3 in comparation with the no3 -.(5) in this way, using a ligand concentration equal to 5.10-3 mol l-1 and concentration of nitrate anion 04 mol l-1 and introducing in this solutions, samples of hg2+ at ph = 5 the optimum conditions are reached for the extraction process, i.e. c(q+no3 -) =10-4 mol l-1 in the organic phase. if the concentration of hg2+ are with in the range of 0.2-1.0 mg l-1, the linear equation obtained in this case is. y = 0.0162 + 16685 x (figure 1) with a correlation coefficient equal to 90.9928. the grade of interference was determined with some http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 metals, ie zn2+, cu2+, fe2+, ag+ doesn’t interfere when their concentration is equal or superior to the concentration of hg2+ in the sample below 1.0 mg l-1. the absence of interference is due to the high stability of the mercury complex with the iodide in comparison with these metals. the organic material present in the sample interferes strongly. it is necessary before extraction to treat the solution, to be analyzed with 10 ml of chloroform several times until the total absence of organic material at 260 nm is obtained. conclusions a selective and quick method is developed for the determination of hg2+ a triiodomercuriate complex anion by employing as extractant a quaternary alquil ammonium salt dissolved in chloroform. this method permits determining the concentration of hg2+ below 0.2 mg l-1 which makes this methods very effective and with minimum interference by heavy metals. preconcentration of the sample in necessary when the concentration of hg2+ is less than 0.2 mg l-1 in accordance with lambert-beer's law. fernández terra, z., del tóro dénis, r., varela de moya, h. extração e determinação espectrofotométrica de hg2+ como o ânion hgi3 -. ecl. quím. (são paulo). v.22, p.914, 1997. resumo: foi desenvolvido um método para a extração e determinação espectrofotométrica de hg2+ em um intervalo de concentração de 0,2-1,0 mg l-1, seguindo a lei de lambert-beer, usando sais de amônia quaternários de peso molecular elevado. a determinação do ânion metálico complexo, no extrato, foi feita na região do uv (260nm). palavras-chave: extração; determinação espectrofotométrica; metais pesados; troca iônica references 1 barbina,t.m.,podchainova,v.n. zh. anal. khim, n.38,.p.1222-29, 1983. [ links ] 2 encyclopedia of enviromental science. new york: mcgraw hill, 1980, p.349. [ links ] 3 garbarino, j.r., steiheimer, t.r., taylor, h.e.water analysis. anal. chem., v.57, p.45r-88r, 1985. [ links ] 4 inezedy, j. analytical application of complex equilibria. izdatelsvo, moscow: mir 1979, p.1731. 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unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trás-os-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza lucas henrique de carvalho machado eclética química journal 2018 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200012 comportamento voltamétrico da redução de 2-furfuraldeído em etanol utilizando eletrodo de carbono vítreo voltammetric behavior of 2-furfuraldehide reduction in ethanol using glassy carbon electrode adelir aparecida saczk; marcelo firmino de oliveira; leonardo luiz okumura; nelson ramos stradiotto departamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil resumo este estudo descreve o comportamento voltamétrico da redução de 2-furfuraldeído em etanol utilizando-se eletrodo de carbono vítreo, visando estabelecer condições experimentais adequadas para a determinação de 2-furfuraldeído em álcool combustível. os voltamogramas obtidos para o 2furfuraldeído em uma velocidade de varredura (v) de 100mv.s-1 apresentaram uma corrente de pico catódica (ipc) definida em um potencial de -1,45v (vs. ecs) para o meio aquoso e –1,71v (vs. ecs) para o meio alcoólico, não sendo observadas correntes de pico anódicas nestes meios reacionais. a relação entre ipc e v1/2 apresentou-se linear em ambos os meios, exibindo um transporte de massa controlado por difusão. a análise dos parâmetros eletroquímicos obtidos neste estudo revelou que o processo eletródico apresenta um comportamento irreversível. a dependência de ipc com a concentração da espécie reacional apresentou-se linear no intervalo de concentração estudado, de 9,5x10-4 a 5,8x10-3 mol l-1 para ambos os meios. a sensibilidade do método em meio aquoso e alcoólico foi de 13,4 e 13,0 (x 10-3) ma mol-1 l respectivamente. os limites de detecção (l.d.) referentes à determinação de 2-furfuraldeído, em meio aquoso e alcoólico situam-se entre 0,70 e 0,80 (x 10-3) mol l-1 respectivamente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso palavras-chave: 2-furfuraldeído; álcool combustível; voltametria cíclica; eletrodo de carbono vítreo abstract this study reports the electrochemical behavior of 2-furfuraldehide reduction in ethanol using glassy carbon electrode, aiming to correlate adequate experimental conditions for determination of this 2-furfuraldehide in fuel ethanol. obtained voltammograms for 2-furfuraldehide in a scan rate of 100mv.s-1 present a cathodic peak current in a potential of –1,45v vs. sce for aqueous medium and –1,71v vs. sce for alcoholic medium, being observed no anodic currents in these reactional media. the relation of ipc with v1/2 showed linear behavior in both media, exhibiting a mass transport controlled by diffusion. the analysis of electrochemical parameters obtained in this work has exhibited an irreversible behavior for the electrodic process. the dependence of cathodic peak current against concentration showed linearity in the interval of 9,5x10-4 to 5,8x10-3 mol l-1 for both media. the sensitivity of method on the aqueous and alcoholic medium was 13,4 and 13,0 (x 10-3) ma mol-1 l respectively. the limits of detection (l.d.) for 2-furfuraldehide, on the aqueous and alcoholic medium was 0,70 e 0,80 (x 10-3) mol l-1 respectively. keywords: 2-furfuraldehide; fuel ethanol; ciclic voltammetry; glassy carbon electrode introdução a quantificação de aldeídos, tem despertado um grande interesse por estarem presentes em diferentes matrizes8-12. um procedimento analítico bastante citado na literatura para identificação e quantificação de compostos carbonila envolve a reação com o reagente 2,4-dinitrofenilhidrazina (dnph) produzindo 2,4-dinitrofenilhidrazona12-21. assim, uma grande variedade de aldeídos foram identificados e quantificados por francoet. al10, presentes na aguardente brasileira, envolvendo a derivatização com o reagente dnph acompanhado por cromatografia líquida de alta eficiência (clae) acoplado a um detector espectrofotométrico utilizando um comprimento de onda igual a 365 nm. a cromatografia gasosa foi grandemente utilizada na última década como técnica analítica para determinação de aldeídos furânicos presentes em conhaques, vinhos e outras bebidas alcoólicas4-9. durante os últimos anos, a técnica de clae vem substituindo as demais técnicas cromatográficas, devido a realização de uma precisa separação e consequente quantificação de um grande número de aldeídos furânicos em matrizes alcoólicas18-19. os aldeídos furânicos têm recebido especial atenção devido suas propriedades estarem relacionadas com a preservação de propriedades organolépticas durante a distribuição e estocagem de bebidas alcoólicas. esses aldeídos são preferencialmente formados durante a destilação de bebidas em elevadas temperaturas e envelhecimento4-18-20. durante o processo de fermentação alcoólica, são formados aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos e ésteres como produtos secundários. estes, embora presentes em quantidades mínimas, são importantes na determinação da qualidade do produto final2. em anos recentes a detecção eletroquímica acoplada a técnica clae tem ganhado popularidade como uma técnica sensível e seletiva. bousquet et. al5, propuseram um método sensível e específico para analisar octanal e decanal utilizando clae acoplada a um detector eletroquímico. a oxidação eletroquímica dos aldeídos derivatizados com 2,5-dihidroxibenzohidrazina (2,5-dhbh), foi investigada utilizando eletrodo de grafite como eletrodo de trabalho, metanol-acetonitrilatampão como eluente no potencial de +0,3v. a detecção eletroquímica mostrou uma maior sensibilidade e seletividade quando comparada com a detecção espectrofotométrica na região do uv-visível. cataldi et. al7, investigaram o monitoramento amperométrico de aldeídos furânicos e alifáticos com eletrodo de carbono vítreo quimicamente modificado com um filme de óxido de rutênio-cianeto de rutênio (ruo-rucn) em meio ácido utilizando um potencial de +1,05 v. wang et al22, monitoraram a oxidação eletrocatalítica de aldeídos alifáticos utilizando detecção amperométrica com eletrodo de carbono vítreo modificado com platina-paládio (pt-pd). esta modificação proporcionou uma alta sensibilidade e estabilidade operando com um potencial de -0,35 v para aldeídos estudados. kottaisamy et. al.16 estudaram a redução do 2-furfuraldeído em meio aquoso em diferentes valores de ph, utilizando-se eletrodo de carbono vítreo. neste estudo foi utilizada a técnica de voltametria cíclica, sendo demonstrada a dependência do processo eletródico em relação ao ph, sendo também observada uma única corrente de pico catódica em meio ácido e em meio alcalino e a presença de dois picos distintos em ph neutro, apresentando o processo global de redução um caráter irreversível. apesar da importância da metodologia eletroquímica de análise, existem poucos trabalhos sobre a análise direta do 2-furfuraldeído em matrizes alcoólicas, não sendo observados na literatura estudos em meio de álcool etílico. sendo assim, este trabalho tem por objetivo investigar o comportamento eletroquímico do 2-furfuraldeído em álcool etílico utilizando a técnica de voltametria cíclica. parte experimental reagentes e soluções para este trabalho, foram preparadas soluções de licl 0,1 mol l-1 e lioh 0,1 mol l-1 em etanol absoluto, sendo estas soluções utilizadas como eletrólitos-suporte para as medidas eletroquímicas no estudo em meio alcoólico. para o meio aquoso, foram preparadas soluções de licl 0,1 mol l -1 e lioh 0,1 mol l-1 como eletrólito-suporte. a análise de 2-furfuraldeído tanto em meio alcoólico quanto em meio aquoso foi obtida por adições de solução de 2-furfuraldeído puro. todos os reagentes utilizados foram de grau de pureza analítica. equipamentos foi utilizada uma cela eletroquímica do tipo convencional, sendo composta por um sistema de três eletrodos, sendo um eletrodo de carbono vítreo de 2 mm de diâmetro (eletrodo de trabalho), um eletrodo de placa de platina de 0.25cm2 de área geométrica (eletrodo auxiliar) e um eletrodo de calomelano saturado como eletrodo de referência. as medidas voltamétricas para a análise de 2-furfuraldeído foram obtidas utilizando-se um potenciostato/galvanostato da princeton applied research (par) modelo 173 monitorado através de um microcomputador modelo pentium iii. procedimentos uma alíquota de 20 ml de eletrólito-suporte foi adicionada na cela eletroquímica contendo o sistema de três eletrodos, sendo aplicado um fluxo de nitrogênio por um intervalo de quinze minutos para remover o oxigênio molecular eletroativo. os voltamogramas para estudo da dependência da corrente de pico catódica em relação a velocidade de varredura foram obtidos utilizando uma solução de concentração 4,0 x 10-3 mol l-1. posteriormente, as medidas voltamétricas foram obtidas utilizando-se a modalidade de varredura linear, sendo adicionadas alíquotas de solução padrão de 2-furfuraldeído com o intuito de obter uma curva de calibração. resultados e discussão os voltamogramas obtidos para o 2-furfuraldeído em uma velocidade de varredura (v) de 100 mv.s1 apresentaram uma corrente de pico catódica (ipc) definida em um potencial de -1,45v vs. ecs para o meio aquoso utilizando eletrólitos licl 0,1 mol l-1 e lioh 0,1 mol l-1, e –1,71v vs. ecs para o meio alcoólico utilizando eletrólitos de licl 0,1 mol l-1 e lioh 0,1 mol l-1 (figuras i e ii), não sendo observadas correntes de pico anódicas na varredura reversa de potencial. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a redução do 2-furfuraldeído produz a espécie álcool correspondente16 em um processo envolvendo o consumo de dois elétrons: a dependência linear da corrente de pico catódica com a raiz quadrada da velocidade de varredura para a redução de 2-furfuraldeído em eletrólitos licl 0,1 mol l-1 e lioh 0,1 mol l-1 ambos em meio aquoso, evidenciou que o transporte de massa é controlado por difusão3, segundo as equações da reta y = 1,036x10-6 + 8,010x10-6x para o eletrólito licl 0,1 mol l-1 e y = 4,567x10-6 + 7,777x10-6xpara o eletrólito lioh 0,1 mol. para o meio alcoólico foi observado também um transporte difusional da espécie 2-furfuraldeído para os eletrólitos licl 0,1 mol l-1 e lioh 0,1 mol l-1, conforme a equação da reta y = 2,458x10-5 + 6,691x10-6x para o eletrólito licl 0,1 mol l-1 e y = 4,408x10-6 + 7,795x10-6xpara o eletrólito lioh 0,1 mol. a ausência de correntes de pico anódicas na varredura reversa de potencial e a variação dos valores de potencial de pico com a velocidade de varredura para valores mais negativos indica que o processo eletródico apresenta um comportamento irreversível (tabela i). para o meio alcoólico foi observada uma diferença de epc – ep1/2 em torno de 100 mv sendo esta diferença superior aos valores encontrados para o meio aquoso indicando um aumento no caráter irreversível para o meio alcoólico (tabela i). o estudo da dependência da corrente de pico catódica em relação à concentração de 2-furfuraldeído em licl 0,1 mol l-1 (figura iii) e lioh 0,1 mol l-1 (figura iv) exibiu valores semelhantes de sensibilidade amperométrica tanto para meio aquoso quanto para meio alcoólico. dentre os meios reacionais estudados para a redução de 2-furfuraldeído, o meio aquoso apresenta valores menores para o limite de detecção, sendo de 0,70 x 10-3 mol l-1, estando abaixo dos valores obtidos para o meio alcoólico (tabela ii). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 conclusões de acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que o 2-furfuraldeído pode ser reduzido em eletrodo de carbono vítreo em um potencial de –1,45v vs. ecs em meio aquoso utilizando-se licl e lioh como eletrólitos-suporte e em –1,71v vs. ecs em meio alcoólico também utilizando-se os mesmos eletrólitos. os valores de limite de detecção obtidos para o 2-furfuraldeído tanto em meio aquoso quanto em meio alcoólico possibilitam a análise eletroquímica desta espécie em matrizes alcoólicas, tal como, o álcool combustível em níveis de detecção na ordem de 0,1 mmol.l-1. agradecimentos os autores agradecem o suporte financeiro da anp, finep, ctpetro e fapesp. 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encapsulantes e diferentes solventes. para a irradiação das amostras foi empregada uma lâmpada de mercúrio de 80w. os resultados mostram que a fotodegradação do corante ocorre muito mais rapidamente em solventes polares e que o agente encapsulante é fundamental na sua fotoestabilidade. palavras-chave: azalactonas; fotodegradação; ciclodextrinas. introdução as azalactonas são compostos heterocíclicos (figura 1) conhecidos desde o século xix e preparados pelo método clássico conhecido como síntese de plochl-erlenmeyer, em homenagem aos seus descobridores [1a-b]. o procedimento experimental mais comum de preparação de tais compostos é via reação entre um derivado n-derivado da glicina (ou qualquer outro aminoácido) e um aldeído, utilizando anidrido acético como solvente e acetato de sódio como catalisador (figura 2). a aplicação de derivados azalactônicos é vasta, podendo ser utilizados como fluoróforos para o reconhecimento de proteínas e peptídeos [2], imobilizadores de enzimas [3], sensores fluorescentes de glicose [4], intermediários em síntese [5a-c], indicadores fluorescentes de ph em filmes poliméricos [6a] ou em matrizes sol-gel [6b], indicadores fluorescentes imobilizados em polímeros de íons fe3+ [7], formação de complexos metálicos [8], complexos de transferência de carga [9a-b], geradores de segunda harmônico [10], entre outras. tendo em vista as propriedades emissivas destas moléculas, cogitou-se na utilização desta família de compostos como corantes para lasers. corantes para lasers são moléculas orgânicas que, após serem eletronicamente excitadas, retornam ao estado fundamental emitindo radiação laser. a vantagem dos corantes sobre as outras fontes de figura 1 – fórmula estrutural das azalactonas com o sistema de numeração. figura 2 – rota sintética das azalactonas eq-vol30n04 10.pmd 26/12/2005, 19:1975 76 ecl. quím., são paulo, 30(4): 75-81, 2005 emissão inclui a possibilidade de modulação do comprimento de onda da irradiação laser sob uma larga faixa espectral, um alto coeficiente de amplificação da luz emitida pelo meio ativo e a possibilidade de obter radiação em multibandas [11]. a aplicação de lasers de corantes na ciência é vasta, principalmente na medicina [12a-b]. um corante produz emissão estimulada de luz (laser) na faixa espectral de sua fluorescência, logo para que um corante emita é necessário que ele seja promovido ao seu estado excitado por outra fonte de excitação. desta forma é conveniente que o corante utilizado possua razoável fotoestabilidade, pois caso contrário a emissão cessará em curto espaço de tempo (photobleaching). uma das formas de se alterar a reatividade de alguns compostos é trabalhar com suportes sólidos ou estruturas supramoleculares que possuam nanocavidades. dentre estas as ciclodextrinas são as que mais se destacam, tanto pela sua acessibilidade quanto à facilidade de manuseio. ciclodextrinas (cd) são oligossacarídeos cíclicos que contêm 6 (α), 7 (β) ou 8 (γ) unidades de glicopiranose formando uma estrutura toroidal com ambas extremidades abertas e cujos diâmetros internos são 5,7 å ,7,8 å e 9,5 å respectivamente [13] (figura 3). esta característica estrutural permita a entrada de moléculas em seu interior através de uma interação hóspede-hospedeiro (guest-host) [13] e esta complexação, ou encapsulamento, apresenta uma variedade de aplicações industriais [14], principalmente nas áreas farmacêutica e de alimentos. por exemplo, fármacos pouco solúveis em água podem ter sua solubilidade aumentada por este procedimento, uma vez que o interior da cavidade por ser hidrofóbica terá maior interação com o fármaco, e seu exterior de características hidrofílicas interagirá com a água. além disto, alguns trabalhos mostram que o emprego de agentes encapsulantes aumenta a fotoestabilidade de compostos em solução [15a-c]. entretanto poucos exemplos foram encontrados na literatura sobre o emprego de complexos de inclusão com βcd como corantes para lasers [16a-c]. o objetivo deste trabalho é verificar a influência do solvente e de agentes encapsulantes na fotoestabilidade destes compostos, avaliandose a potencial utilização dos mesmos como corantes para lasers. procedimento experimental os pontos de fusão foram determinados empregando-se um aparelho de ponto de fusão fisatom 430d. os espectros de absorção foram obtidos utilizando-se um espectrofotômetro shimadzu uv-1601pc. todos os solventes utilizados eram grau analítico e forma usados como recebidos. como fonte de irradiação empregou-se uma lâmpada de mercúrio de 80w, conforme descrito em trabalho anterior [17]. todas as amostras irradiadas tinham concentração de 5x10-4 mol. l-1. foi empregada a metodologia sintética descrita por carter [18], baseada na síntese de plöchl-erlenmeyer apresentada a seguir: 1) síntese do ácido hipúrico (ah) (nbenzoilglicina) [19] em um erlenmeyer de 100 ml foram solubilizados 5g de glicina (66,6 mmols) em 50 ml de naoh 10%. em seguida foi adicionado em pequenas porções com agitação vigorosa 10,8 g (9,0 ml – 76,8 mmols) de cloreto de benzoíla. a solução resultante foi vertida em um béquer de 250 ml, que já continha água e gelo, e foi adicionado gota a gota hcl concentrado até a indicação de ph = 2 em papel indicador universal. o sólido obtido foi lavado com água fria em abundância, fervido com ccl 4 para eliminação do ácido benzóico residual, filtrado e recristalizado em etanol:água (1:1). o rendimento da reação foi de 60% (pf: 186189 oc – lit. 187 oc [19]). 2) síntese da (4z)-4-benzilideno-2-fenil1,3-oxazol-5-(4h)-ona (aza0) figura 3 – representação esquemática da estrutura da ciclodextrina eq-vol30n04 10.pmd 26/12/2005, 19:1976 77ecl. quím., são paulo, 30(4): 75-81, 2005 em um balão de 100 ml forma reunidos 1g de ah (5,6 mmols), 1g de acetato de sódio (17,2 mmols), 1 ml de benzaldeído (9,8 mmols) e 10 ml de anidrido acético (90,7 mmols). esta mistura foi aquecida e agitada por 2 horas, mantendo-se a temperatura não superior a 80 oc neste período. após o resfriamento da solução foram adicionados 20 ml de etanol e a mistura foi deixada sob refrigeração (freezer) por 12 horas. o sólido precipitado foi filtrado e lavado com água e etanol gelado. o produto obtido foi recristalizado em tolueno, obtendo-se cristais em forma de agulhas de coloração amarela pálida. o rendimento da reação foi de 35% (pf: 164-167 oc – lit. 165 oc [10]). este foi o procedimento geral empregado na síntese de todos os outros derivados azalactônicos. 3) preparação das amostras para irradiação sem β-cd prepara-se inicialmente 25 ml de uma solução-mãe de aza2 em clorofórmio de concentração 5x10-3 mol l-1. desta solução retiramse alíquotas de 0,1 ml que são transferidas para balões volumétricos de 10 ml. deixa-se o solvente evaporar e então completa-se o volume com o solvente adequado. a solução é submetida ao ultrassom por 15 minutos para completa solubilização do sólido e a eliminação do oxigênio da amostra. 4) preparação das amostras para irradiação com β-cd prepara-se 25 ml de uma solução 5x10-3 mol l-1 de β-cd (0,14185 g) em acetona ou clorofórmio. desta solução retira-se uma alíquota de 1,0 ml e transfere-se para um balão volumétrico de 10 ml. transfere-se para o mesmo balão uma alíquota de 0,1 ml de aza2 em clorofórmio. agitase a solução resultante e deixa-se o solvente evaporar. completa-se o volume com isopropanol e submete-se a solução ao ultrassom. este procedimento foi feito somente com isopropanol devido a insolubilidade da β-cd em hexano. tabela 1 – derivados azalactônicos sintetizados. eq-vol30n04 10.pmd 26/12/2005, 19:1977 78 ecl. quím., são paulo, 30(4): 75-81, 2005 resultados e discussão até o momento foram sintetizados 13 derivados azalactônicos. todos foram purificados por recristalizações sucessivas e caracterizados por ponto de fusão e espectros de infravermelho (tabela 1). por apresentar o maior número de citações na literatura [4,6,7,24] o derivado identificado como aza2 [(4z)-4-[4-(n,n-dimetilamino)-benzilideno]-2fenil-1,3-oxazol-5-(4h)-ona] foi escolhido para este estudo inicial. para se determinar a fotoestabilidade deste composto em solução, e verificar a influência do solvente no processo fotodegradativo, este derivado foi irradiado em solução de hexano ou isopropanol, utilizando-se uma lâmpada de mercúrio de 80 w. a fotodegradação da aza2 foi acompanhada pelos respectivos espectros de absroção em função do tempo de irradiação. verificase que em solventes apolares (figura 4) esta reação ocorre muito mais lentamente do que em solventes polares (figura 5). na figura 5, observa-se ainda a presença de um ponto isosbéstico em torno de 270 nm. considerando-se uma cinética de pseudoprimeira ordem, o gráfico de ln(i 0 /i) vs tempo deve apresentar uma dependência linear e o coeficiente angular da reta fornece a constante de velocidade aparente (k ap ) do processo. para a amostra em hexano verifica-se um ótimo ajuste linear (r2 = 0,995), cujo coeficiente angular fornece k ap = 8x10-4 l mol-1 min-1 (figura 6a). a figura 6b mostra o mesmo procedimento para a amostra em isopropanol e observa-se que, para os 35 minutos iniciais do experimento, a amostra apresenta razoável dependência linear, apesar do ajuste obtido não ter sido tão bom quanto o anterior (r2 = 0,9702). o coeficiente angular da melhor reta para este intervalo é 3x10-3, sendo este então considerado o valor de k ap (l mol-1 min-1). figura 4 – espectros de absorvância em função do tempo de irradiação da aza2 em hexano (5x10-5 mol l-1). figura 5 espectros de absorvância em função do tempo de irradiação da aza2 em isopropanol (5x10-5 mol l-1). figura 6a – gráfico da absorvância normalizada ln(i 0 /i) vs tempo para aza2 em hexano. figura 6b – gráfico da absorvância normalizada ln(i 0 /i) vs tempo para aza2 em isopropanol. eq-vol30n04 10.pmd 26/12/2005, 19:1978 79ecl. quím., são paulo, 30(4): 75-81, 2005 considerando-se agora que a fotodegradação da aza2 em isopropanol ocorre segundo uma cinética de segunda ordem (d[aza2]/ dt = -k[aza2]2) e fazendo-se o gráfico 1/i vs tempo, verifica-se que o ajuste não é muito diferente do obtido para a cinética de primeira ordem (figura 7a). colocando-se no gráfico todos os pontos experimentais obtém-se um excelente ajuste da curva para um comportamento exponencial (figura 7b), entretanto neste observa-se que o erro do valor pré-exponencial (a) é maior do que o valor do parâmetro empregado para o ajuste. encapsulantes sobre o comportamento fotoquímico do corante, repetiu-se o experimento anterior adicionando-se β-cd à solução. na figura 8 é apresentado o espectro de absorção em função do tempo de irradiação da aza2 em isopropanol com emprego de β-cd. observa-se claramente que a presença de β-cd aumenta consideravelmente o tempo de vida do corante submetido a irradiação. pelo coeficiente angular do gráfico ln(i 0 /i) vs tempo (figura 9) para o experimento com β-cd determinouse a constante de velocidade da reação como sendo k = 4x10-4 l mol-1 min-1, ou seja, um valor dez vezes menor do que o calculado para o experimento sem β-cd. figura 7a – gráfico do recíproco da absorvância (1/i) vs tempo para aza2 em isopropanol. figura 7b – ajuste exponencial do gráfico da absorvância normalizada (ln(i 0 /i)) vs tempo para aza2 em isopropanol. desta forma fica evidente que a cinética de fotodegradação da aza2 em isopropanol não segue uma cinética simples, cabendo maiores investigações sobre o processo. para se verificar a influência de agentes figura 8 – espectros de absorção da aza2 em isopropanol com adição de β-cd. figura 9 gráfico da absorvância normalizada ln(i 0 /i) vs tempo para aza2 em isopropanol com β-cd. eq-vol30n04 10.pmd 26/12/2005, 19:1979 80 ecl. quím., são paulo, 30(4): 75-81, 2005 em função dos resultados apresentados podemos concluir que o solvente afeta a velocidade de degradação do corante submetido à irradiação. uma hipótese para a degradação mais rápida em isopropanol está relacionada a uma possível transferência de hidrogênio do solvente para o soluto no estado excitado [25]. esta hipótese é favorecida quando verifica-se o comportamento fotoquímico na presença de agentes encapsulantes, pois neste caso observa-se maior estabilidade do corante frente a irradiação. isto ocorre porque, uma vez encapsulado, o soluto tem pouco contato com o solvente, sendo, portanto, a transferência hidrogênio minimizada. claramente estes não são os únicos processos atuando no sistema, pois de outra forma não seria observado a fotodegradação do corante em solução com solvente apolar. como a faixa espectral da lâmpada utilizada no experimento é larga, tendo também emissão na região do ultravioleta, radiações desta ordem são suficientemente energéticas para quebrar ligações e provocar a degradação do corante. conclusões dos doze derivados azalactônicos sintetizados um deles foi estudado quanto ao seu comportamento fotoquímico frente a irradiação com uma lâmpada de mercúrio de 80w. determinou-se que a constante de velocidade para o processo fotodegradativo em solvente apolar (hexano) era de 8x10-4 l mol-1 min-1, enquanto que em solvente polar prótico (isopropanol) esta era de 3x10-3 l mol-1 min-1, evidenciando a influencia do solvente no mecanismo de fotodegradação. a presença de agentes encapsulantes reduz esta constante de velocidade para 4x10-4 l mol-1 min-1, mostrando que tais agentes podem contribuir significativamente para ao maior tempo de vida destes compostos quando submetidos a irradiação contínua. um estudo mais detalhado sobre os fotoprodutos formados está sendo realizado. agradecimentos ao fundo paraná convênio 04/01. a leonice bezerra e ao dqi/iq/ufrj pelos espectros de ft-ir. recebido em: 08/07/2005 aceito em: 16/09/2005 m. f. da rosa, f. c. savariz. synthesis and photostability studies of azlactone derivatives encapsulated in b-cyclodextrin. abstract: in this work 12 azlactone derivatives were synthetized using the classical plöchl-erlenmeyer methodology. one of them was evaluated in respect of its photostability in solution using solvents with different polarities and with addition of encapsulating agents. the photodegradation experiments were done using a 80w mercury lamp as source of light. the results show faster dye degradation in polar media, but when encapsulating agents is present this photodegradation is lowered. key words: azlactones; photodegradation; cyclodextrin. referências [1]a) a. plöchl, ber. 16, (1883) 2815; b) e. erlenmeyer, ann. 275 (1893) 3. 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[3], utiliza uma solução denominada synthetic body fluid sbf de composição, temperatura e ph similares ao fluido corpóreo. dentre as diversas vantagens apresentadas por este método, pode-se destacar a possibilidade de controle de espessura da camada, tamanho de grãos e diversidade de forma cristalina. além da hidroxiapatita ha, que tem atraído a atenção de pesquisadores durante os últimos 30 anos devido à sua excelente biocompatibilidade e bioatividade [4], vários outros fosfatos de cálcio, tais como fosfato octacálcico – ocp [ca 8 h 2 (po 4 ) 6 .5h 2 o], monohidrogênio fosfato de cálcio dihidratado dcpd [cahpo 4 .2h 2 o], hidroxiapatita deficiente em cálcio, também denominado de fosfato de cálcio amorfo acp [ca 3 (po 4 ) 2 .nh 2 o] e fosfato tricálcico tcp [ca 3 (po 4 ) 2 ], também ocorrem em tecidos calcificados, o que vem despertado interesse significativo nas possibilidades de utilização como biocerâmica [5]. eq-vol30n04 02.pmd 26/12/2005, 19:1813 14 ecl. quím., são paulo, 30(4): 13-18, 2005 das fases de apatita citadas, a ha é a fase mais estável termodinamicamente no meio fisiológico. lu et al., baseados na teoria clássica de cristalização e utilizando diferentes sbf, observaram que a velocidade de nucleação do ocp é substancialmente mais alta que da ha, porém a ha é termodinamicamente mais estável em sbf, e a velocidade de nucleação destas fases torna-se comparável em ph 10. além disso, a precipitação da fase dcpd só é termodinamicamente possível com o aumento da concentração iônica de cálcio e fósforo na solução [6]. o crescimento da ha, tanto no meio biológico quanto em soluções aquosas, ocorre em meio contendo, além de íons cálcio e fósforo, elementos-traços essenciais tais como: mg2+, hco 3 -, k+ e na+. alguns destes elementos são conhecidos como inibidores do crescimento da ha, como mg2+ e hco 3 [7-8]. barrere et al., utilizandoatmosférico. para analisar o efeito dos íons k+ e mg2+, quatro diferentes sbf foram preparadas, com reagentes de grau analítico e água desmineralizada, como mostra a tabela 1. as amostras foram mantidas em sbf a 37ºc por 7 dias. os recobrimentos obtidos foram analisados antes e após o tratamento térmico a 800ºc utilizando-se as técnicas de microscopia eletrônica de varredura – mev, realizada no microscópio jeol-jsm, modelo t-330 a, acoplado a um edx , difratometria de raios x – drx, utilizando um difratômetro de raios x siemens d5000 com varredura angular entre 10 e 70º com passo de 0,02 (2θ), sendo que o tempo de passo foi de 1,0 segundos para cada amostra, e espectroscopia no infravermelho – iv, com espectrômetro perkin elmer, ft-ir spectrometer-spectrum 2000 de reflectância difusa drift collector. as fases presentes foram comparadas com as fichas padrões do jcpds [10]. figura 1: recobrimento de apatita por imersão em sbf 0: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. se diferentes sbf, concluíram que mg2+ possui efeito inibitório maior no crescimento da ha do que hco 3 [9]. o objetivo deste trabalho foi analisar o efeito dos íons k+ e mg2+ na formação de apatitas, particularmente da ha, em substratos metálicos de ti c.p. previamente tratados com solução de naoh 5m. os recobrimentos obtidos foram submetidos a tratamento térmico à 800ºc para analisar a evolução da cristalinidade e transformações das fases formadas. materiais e métodos amostras de ti c.p. foram lixadas com lixas d’água de granulometria 80 mesh, limpas em ultrasom por 15 minutos em mistura de acetona e álcool etílico e 15 minutos em água desmineralizada. logo após, foram colocadas em solução de naoh 5m por 24 horas em estufa a 60ºc e, então, secas por 3 horas, também em estufa a 60ºc, sem controle tabela 1: concentrações iônicas das soluções sbf utilizadas (mmol.dm-3). eq-vol30n04 02.pmd 26/12/2005, 19:1814 15ecl. quím., são paulo, 30(4): 13-18, 2005 resultados e discussão recobrimento por sbf 0 por imersão em sbf 0, obteve-se sobre a superfície do ti c.p. um recobrimento compacto e de grãos esféricos com trincas de aproximadamente 10 mm. por edx nota-se que o recobrimento é composto somente pelos elementos ca e p, numa razão ca/p de 1,45. a caracterização por drx mostrou que este recobrimento é composto por uma mistura de fases correspondentes a ocp e acp. o espectro vibracional de iv mostrou bandas características de grupos po 4 em 387, 646, 984 e 1144 cm-1 e p-oh em 515 cm-1. além destas bandas, bandas características de apatita carbonatada do tipo b apareceram em1464 cm-1 além da banda em 876 cm-1 que pode ser atribuída também ao grupo p-oh [9, 11-12], figura 1. existem dois tipos de apatitas carbonatadas, as quais são sensíveis ao tipo de substituição do grupo co 3 2: tipo a, que substitui os íons oh-, e tipo b que substitui os íons po 4 [13]. o tratamento térmico a 800ºc não alterou significantemente a morfologia do recobrimento, contudo, a cristalização ocorrida levou à diminuição das trincas a aproximadamente 7 mm. a presença dos elementos ca e p passou a uma razão de 1,55. por drx observou-se que após o tratamento térmico o recobrimento passou a ser composto pela mistura de fases de ha, tcp e apatita carbonatada do tipo a. além destas fases, foram identificados picos característicos do composto ca 2,81 mg 0,19 (po 4 ) 2 e de tio 2 , este último devido à oxidação do ti c.p. o espectro vibracional de iv mostrou além das bandas referentes aos grupos po 4 (em 466, 581, 960 e 1182 cm-1) e p-oh (em 890 e 1104 cm-1), bandas referentes à apatita carbonatada do tipo a [9, 11-12]. contudo, o aparecimento das bandas característica do grupo ohda ha em 630 e 3579 cm-1, mostra que a substituição deste íon pelo carbonato não foi completa, figura 2. recobrimento por sbf 1 o recobrimento obtido por imersão em sbf 1 apresentou morfologia característica de fase amorfa de fosfato de cálcio, composta por grãos esféricos [13]. a presença dos elementos ca e p se deu numa razão de 1,4. por drx observou-se que além da fase amorfa do fosfato de cálcio, a fase ocp também estava presente no recobrimento. o espectro vibracional de iv confirmou os resultados obtidos por drx, pois apresentou bandas características dos grupos po 4 (em 662 e 1301 cm-1) e p-oh (em 1045 cm-1) e da fase amorfa de fosfato de cálcio (em 573 cm-1). além destas bandas, o recobrimento apresentou bandas referentes à apatita carbonatada tanto do tipo a (em 1557 cm-1) quanto do tipo b (em 1409 e 1468 cm-1) [9, 11-12], caracterizando então uma apatita carbonatada do tipo ab [14]. mesmo a solução sbf 1 não contendo estes íons em sua composição, a presença de apatita carbonatada no recobrimento é possível pela reação entre os íons ohda apatita com co 2 do ar, durante o período de imersão, figura 3. figura 2: recobrimento de apatita por imersão em sbf 0 e posterior tratamento térmico a 800ºc: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. figura 3: recobrimento de apatita por imersão em sbf 1: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. eq-vol30n04 02.pmd 26/12/2005, 19:1815 16 ecl. quím., são paulo, 30(4): 13-18, 2005 a morfologia do recobrimento após o tratamento térmico a 800ºc apresentou significante mudança. a razão ca/p foi de 2,14. por análise de drx observou que o recobrimento é composto majoritariamente da fase ocp, explicando a alteração da morfologia, pois nesta temperatura a fase amorfa de fosfato de cálcio sofre transformação. o espetro vibracional de iv confirmou a presença somente desta fase no recobrimento, pois apresentou picos referentes somente aos grupos po 4 e p-oh, respectivamente em 465 e 544 cm-1 e 918-1104 cm-1 [9, 11-12], figura 4. recobrimento por sbf 2 por imersão em sbf 2, obteve-se um recobrimento com morfologia característica das fases amorfa de fosfato de cálcio e ocp, resultado este confirmado por drx que mostrou a presença de somente estas fases. a razão ca/p foi de 1,35. o espectro vibracional de iv apresentou bandas características dos grupos p-oh no intervalo de 1000-1104 cm-1 e po 4 em 573 cm-1, que pode ser também atribuída à fase amorfa de fosfato de cálcio, confirmando os resultados obtidos por drx [9, 1112]. bandas de apatita carbonatada do tipo a apareceram em 1457 e 1528 cm-1, figura 5. os resultados obtidos por drx do recobrimento após o tratamento térmico mostram uma mistura de fases de btcp, ocp, fosfato de magnésio [mg 3 (po 4 ) 2 ] e β-ca 2,59 mg 0,41 (po 4 ) 2 . o aparecimento do dois últimos componentes após o tratamento térmico acarreta a ausência de ha, pois o fosfato de magnésio, que possui temperatura de cristalização a partir de 600ºc [15], representa um papel de inibidor da conversão de fosfatos de cálcio a ha, atuando como inibidor da hidrólise do ocp [10]. a razão ca/p foi de 1,50. o espectro vibracional de iv apresentou bandas referentes aos grupos po 4 em 475 cm-1, p-oh em 1055 cm-1, fase amorfa em 554 cm-1 e apatita carbonatada do tipo b em 1468 cm-1 [9, 11-12], figura 6. figura 4: recobrimento de apatita por imersão em sbf 1 e posterior tratamento térmico a 800ºc: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. figura 5: recobrimento de apatita por imersão em sbf 2: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. figura 6: recobrimento de apatita por imersão em sbf 2 e posterior tratamento térmico a 800ºc: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. recobrimento por sbf 3 o recobrimento obtido por imersão em sbf 3 apresentou morfologia predominante de fosfato de cálcio amorfo, resultado este confirmado por eq-vol30n04 02.pmd 26/12/2005, 19:1916 17ecl. quím., são paulo, 30(4): 13-18, 2005 drx. a razão ca/p foi de 1,42. o espectro vibracional de iv apresentou bandas características dos grupos p-oh em 944-1119 cm-1, po 4 em 573 cm-1 [9, 11-12], que pode ser atribuída também à fase amorfa de fosfato de cálcio, e apatita carbonatada do tipo a em 1457 e 1528 cm-1, figura 7. a morfologia do recobrimento após figura 7: recobrimento de apatita por imersão em sbf 3: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. tratamento térmico apresentou significante alteração, indicando a ocorrência de transformação de fases. a razão ca/p obtida foi de 1,68. os resultados de drx mostraram a presença de ha e β-tcp. o espectro vibracional de iv apresentou bandas características dos grupos po 4 em 475 cm-1 e oh da ha em 635 cm-1 [9, 11-12], figura 8. figura 8: recobrimento de apatita por imersão em sbf 2 e posterior tratamento térmico a 800ºc: a) mev 1000x, b) edx, c) drx e d) espectro vibracional de iv. conclusões os recobrimentos obtidos sem o tratamento térmico em todas as soluções sbf tiveram a mesma composição de apatita, variando somente quanto ao tipo de substituição dos íons carbonato. contudo, após o tratamento térmico, o crescimento cristalino da ha foi inibido pela ausência dos elementos traços e pela cristalização de mg 3 (po 4 ) 2 . a formação de ha não foi influenciada pelo íon k+. a composição das fases de apatitas formadas, aliada às condições experimentais, possibilitou a formação de apatita carbonatada do tipo a mesmo nas soluções onde o íon hco 3 não estava presente. o tratamento térmico das amostras também favoreceu a formação de tio 2 devido à oxidação do ti c.p. recebido em: 06/07/2005 aceito em 05/10/2005 a.h. aparecida, m. v. l. fook, m. l. dos santos, a. c. guastaldi. influence of ions k+ and mg2+ in the attainment of biomimetic apatites. abstract: the growth of the hydroxyapatite ha, as much in the biological agent as in watery solutions as the synthetic body fluid sbf, occurs agent containing, beyond calcium and phosphate elements, essential element-traces such as: mg2+, hco 3 -, k+ and na+. some of these elements are known as inhibiting of the growth of the ha, as mg2+ and hco 3 -. in this work, it was studied the influence of ions k+ and mg2+ in the formation of apatites, mainly of the ha, on metallic substrate of ti c.p. previously treated with naoh 5m. the effects of these ions in the obtained covering, before and after the thermal treatment at 800ºc, were analyzed by scanning electron microscopy sem, energy dispersive x-rays edx, x-ray diffractometer xrd and fourier transformation infrared ft-ir, and they showed that the eq-vol30n04 02.pmd 26/12/2005, 19:1917 18 ecl. quím., são paulo, 30(4): 13-18, 2005 inhibitory effect of the mg2+ in the formation of the ha happens after the thermal treatment. differently, the crystalline growth of the ha was not affected by the presence of the k+ ion. moreover, the carbonated apatite formation also happened in solutions that did not contain the co 3 2ion in its composition. key-words: biomimetic apatites; inhibition of ha formation; carbonated apatites; magnesium; potassium. referências [1] f. watari, a. yikoyama, f. saso, m. uo, t. kawasaki, composites 28(b) (1997) 5. [2] q.l. feng,. f.z. cui, h. wang, t. n. kim, j. o. kim, j. of crystal growth 210 (2000) 735. [3] t. kokubo, acta mater. 46 (7) (1998) 2519. [4] a.a. campbell, materials today (2003) 26. [5] e.y. kawachi, c.a. bertran, r.r. dos reis, o.l. alves, quim. nova 23 (4) (2000) 518. [6]x. lu, y. leng, biomaterials 26 (2005) 1097. [7] n.kanzaki, k. onuma, g. treboux, s. tsutsumi, a. ito, j. phys. chem. 104 (2000) 4189. [8] i. mayer, r. schlam, f.d.b. featherstone, j. of inorg. bioch.. 66 (1997) 1. [9] f. barrere, c.a.v. blitterswijh, k. de groot, p. layrolle, biomaterials 23 (2002) 2211. [10]jcpds – diffraction data base. newton square: international for diffraction data, 2003. (cd-rom). [11] a. stoch, w..jastrzebski, a. brazek, j. stoch, j. szaraniec, b. trybaeska, g. kmita, j. of molec. struct. 555 (2000) 375. [12] l.c. de o. vercik, estudo do recobrimento de hidroxiapatita sobre superfícies de ti cp e liga ti-6 al-4v, sem e com deposição de tio2 por plasma-spray. tese (doutorado em química). instituto de química, universidade estadual paulista, araraquara, 2004. 148 f. [13] t. kanazawa, inorganic phosphate materials, elseiver, tóquio, 1989, chap. 4-5. [14] g. xu, i.a. aksay, j.t. groves, j. of am. chem. soc. 123 (10) (2001) 2196. [15] l.c.de o. vercik, c.m. de assis, m.v.l. fook, m.l. dos santos, a. c. guastaldi, eclet. quim. 28 (1) (2003) 25. eq-vol30n04 02.pmd 26/12/2005, 19:1918 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100015 síntese e avaliação da atividade antimalárica de novos ozonídeos luiz cláudio de almeida barbosa* célia regina álvares maltha* elson santiago alvarenga* resumo: a reação de cicloadição [3+4] entre diferentes dienos (ciclopentadieno, 2-metilfurano e furano) e halocetonas levou aos cicloadutos correspondentes, cuja reação de ozonólise forneceu os ozonídeos 3a,5a-dimetil-8,9,10-trioxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (6), 2,3a,5a-trimetil8,9,10,11-tetraoxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (9), 2,3b,5b-trimetil-8,9,10,11tetraoxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (10, isômero exo), 2,3b,5b-trimetil-8,9,10,11tetraoxatriciclo [5.2.1.12,6]undecan-4-ona (11, isômero endo), 3a-isopropil-8,9,10,11tetraoxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (14). a atividade antimalárica dos ozonídeos foi avaliada em testes "in vitro" contra cepas de plasmodium falciparum, oriundos da tailândia. palavras-chave: ozonídeos, cicloadição [3+4], cátion oxialílico, malária. introdução a malária é uma doença parasitária conhecida pelo homem há muitos anos.8 apesar dos grandes esforços e da realização de programas de erradicação da malária, esta moléstia é, provavelmente, a endemia de maior disseminação entre os povos. a organização mundial de saúde estima que a cada ano existam aproximadamente 280 milhões de novos casos de malária, e que em torno de 2 milhões de mortes podem ser atribuídas a essa doença. historicamente, os produtos naturais representam uma das mais antigas fontes de compostos bioativos e de grande potencialidade, especialmente quando associados aos métodos de "screening" aleatório baseados em procedimentos farmacológicos e bioquímicos modernos.6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt embora existam numerosas drogas no mercado para o tratamento e prevenção de doenças diversas, muitas delas tornam-se ineficazes devido ao surgimento de resistência múltipla. a resistência do parasita da malária a alguns antimaláricos tem sido apontada como o principal fator limitante para a prevenção da doença em áreas endêmicas de todo o mundo.2,10,13 há então, a necessidade da descoberta de novas drogas antimaláricas, especialmente aquelas com novos mecanismos de ação. testes biológicos realizados com a artemisinina 1, lactona sesquiterpênica isolada de uma tradicional erva chinesa (artemisia annua l.), mostraram atividade contra cepas de plasmodium falciparum resistentes à cloroquina.1,7,9 destaca-se na estrutura da artemisinina o grupo endoperóxido, uma unidade funcional de ocorrência rara em produtos naturais.11,14 a síntese inesperada do ozonídeo (2) durante a ozonólise do 2a,4a-dimetil-8-oxabiciclo[3.2.1]oct-6en-3-ona (3)2 despertou o interesse para a investigação da atividade antimalárica de (2) devido à presença do grupo endoperóxido. tal observação estrutural motivou, então, a investigação do potencial antimalárico do ozonídeo (2). os ensaios realizados contra cepas multirresistentes de plasmodium falciparum , oriundos da tailândia, mostraram ic50 (concentração que causa 50% de inibição do crescimento) para ozonídeos análogos de (2) na faixa de 2 a 20 mg cm-3, sendo observado para a artemisinina, nas mesmas condições, ic50 de 10-3 mg cm-3.2 o presente trabalho teve como objetivo preparar novos ozonídeos com vistas à obtenção de compostos mais ativos. objetivou-se também investigar a influência da ligação éter sobre a estabilidade dos ozonídeos. assim, neste trabalho apresentamos a síntese dos ozonídeos (6), (9), (10), (11) e (14), obtidos através da ozonólise de diferentes cicloadutos, os quais foram obtidos a partir de reações de cicloadição [3+4].4 também são apresentados os resultados dos testes "in vitro" realizados contra cepas multirresistentes de plasmodium falciparum. 5 parte experimental procedimentos experimentais gerais: as temperaturas de fusão foram determinadas em aparelho gallenkamp e não foram corrigidas. os espectros no infravermelho foram registrados em pastilhas de kbr, ou solução de clorofórmio, em um espectrômetro perkin elmer 881, na região de 4.000 a 600 cm-1. os espectros de rmn de 1h (250 mhz) e de 13c (62,5 mhz) foram registrados em um espectrômetro bruker wm 250 utilizando-se cdcl3 como solvente e tms como referência interna. os espectros de massas foram obtidos em um espectrômetro v.g. analytical zab-if, operando a 70 ev, por impacto eletrônico. os reagentes utilizados nas reações e os solventes foram previamente purificados e secos de acordo com os procedimentos descritos na literatura.12 o ciclopentadieno foi obtido por destilação do diciclopentadieno, à pressão atmosférica (41,5 42,0 ºc). o composto (13) foi preparado conforme procedimento descrito na literatura.3 para a purificação dos compostos utilizou-se a cromatografia em coluna de sílica-gel 60 (70-230 mesh-astm, merck). todas as reações foram monitoradas por cromatografia em camada delgada, utilizando-se placas de sílica-gel camlab polygram silk/uv254, com 1,25 mm de espessura. os ensaios de atividade biológica foram realizados "in vitro" contra cepas multirresistentes de plasmodium falciparum, oriundos da tailândia, de acordo com a metodologia descrita na literatura.5 procedimentos sintéticos: 2a,4a-dimetilbiciclo[3.2.1]oct-6-en-3-ona (5). a uma mistura de iodeto de sódio anidro (11,25 g, 75 mmol), cobre em pó (2,5 g, 7,5 mmol) e ciclopentadieno (2,31 g, 2,9 ml, 35 mmol), em acetonitrila anidra (50 ml), sob atmosfera de nitrogênio, foi adicionada gota a gota uma solução de 2,4-dibromopentan-3-ona (4) (4,5 g, 17,3 mmol), em acetonitrila anidra (20 ml), por um período de 50 minutos, a 0 ºc. a mistura foi mantida sob agitação magnética, à temperatura ambiente, por 16 horas sendo, em seguida, resfriada a 0 ºc, para a adição de 50 ml de diclorometano. a mistura resultante foi vertida sobre água e gelo picado (500 ml) e mantida sob agitação magnética até a completa precipitação dos sais de cobre. após filtração sobre celite, o filtrado foi mantido em repouso até a separação das fases, e a fase aquosa foi separada e extraída com diclorometano (2 x 50 ml). a fase orgânica foi lavada com solução de amônia (35% v/v, 3 x 100 ml) e solução saturada de nacl (200 ml), seca sobre mgso4 e concentrada em evaporador rotatório. obteve-se um óleo amarelado, cuja purificação por cromatografia em coluna de sílica-gel (éter de petróleo:éter dietílico 9:1) forneceu o alqueno (5) (1,81 g, 12,1 mmol, 70%). iv (filme nacl, cm-1) máx: 3.056, 2.962, 2.931, 2.866, 1.707, 1.453, 1.374, 1.352, 1.037, 982, 734. rmn de 1h (cdcl3, 250 mhz) d : 1,05 (d, 6h, jme,2 = jme,4 = 7,0 hz, 2-me, 4-me), 1,98 (d, 1h, j8',8 = 11,0 hz, h8'), 2,15 (dt, 1h, j8,8' = 11,0 hz, j8,1 = j8,5 = 5,0 hz, h8), 2,52 (dq, 2h, j2,me = j4,me = 7,0, j2,1 = j4,5 = 3,0 hz, h2 e h4), 2,78 (m, 2h, h1 e h5), 6,13 (s, 2h, h6 e h7). em m/z (%): 150,1050 (m+, c10h14o requer 150,1045, 20), 135 (8), 121 (15), 109 (18), 93 (100), 79 (50), 57 (55), 43 (60). 1,2a,4a-trimetil-8-oxabiciclo[3.2.1]oct-6-en-3-ona (7) e 1,2b,4b-trimetil-8-oxabiciclo[3.2.1]oct-6en-3-ona (8). a uma mistura de iodeto de sódio anidro (45 g, 300 mmol), cobre em pó (10 g, 157 mmol) e 2-metilfurano (16,4 g, 18 ml, 200 mmol), em acetonitrila (125 ml), sobre atmosfera de nitrogênio, foi adicionada gota a gota uma solução de 2,4-dibromopentan-3-ona 4 (15,6 g, 60 mmol), em acetonitrila anidra (50 ml), por um período de 50 minutos, a 0 ºc. a mistura foi mantida sob agitação magnética, à temperatura ambiente por 16 horas, sendo, em seguida, resfriada a 0 ºc, para a adição de 150 ml de diclorometano. a mistura resultante foi vertida sobre água e gelo picado (500 ml) e mantida sob agitação magnética até a completa precipitação dos sais de cobre. após filtração sobre celite, o filtrado foi mantido em repouso até a separação das fases. a fase aquosa foi separada e extraída com diclorometano (2 x 50 ml). a fase orgânica foi lavada com solução de amônia (35% v/v, 3 x 100 ml) e solução saturada de nacl (200 ml), seca sobre mgso4 e concentrada em evaporador rotatório. obteve-se um óleo amarelado, cuja purificação por cromatografia em coluna de sílica-gel (éter de petróleo:éter dietílico 2:1) forneceu o alqueno (7) (6,12 g, 36,8 mmol, 61,4%) e o alqueno (8) (0,55 g, 3,3 mmol, 5,5%). dados de (7): iv (filme nacl, cm-1) máx:3.077, 2.973, 2.935, 2.873, 1.708, 1.594, 1.454, 1.378, 1.272, 1.221, 1.166, 1.130, 1.075, 1.019, 911, 742. rmn de 1h (cdcl3, 250 mhz) d : 0,95 e 1,01 (2d, 6h, jme,2 = jme,4 = 7,0 hz, 2-me e 4-me), 1,50 (s, 3h, 1-me), 2,55 (q, 1h, j2,me = 7,0 hz, h2), 2,75 (dq, 1h, j4,me = 7,0, j4,5 = 4,5 hz, h4), 4,84 (dd, 1h, j5,4 = 4,5, j5,6 = 1,5 hz, h5), 6,12 (d, 1h, j7,6 = 6,0, h7), 6,27 (dd, 1h, j6,7 = 6,0 hz, j6,5 = 1,5 hz, h6). em m/z (%):166,0990 (m+, c10h14o2 requer 166,0994, 5), 151 (16,2), 123 (11,8), 109 (41,2), 95 (88,2), 83 (61,7), 57 (100). dados de (8): iv (filme nacl, cm-1) máx: 3.075, 2.975, 2.934, 2.876, 1.707, 1.455, 1.376, 1.223, 1.187, 912, 765. rmn de 1h (cdcl3, 250 mhz) d : 1,30 e 1,38 (2d, 6h, jme,2 = jme,4 = 7,0 hz, 2-me, 4-me), 1,38 (d, 3h, jme,2 = 7,0 hz, 2-me), 1,45 (s, 1h, 1-me), 2,20-2,38 (m, 2h, h2, h4), 4,68 (d, 1h, j5,6 = 1,5 hz, h5), 6,05 (d, 1h, j7,6 = 6,0 hz, h7), 6,20 (dd, 1h, j6,7 = 6,0, j6,5 = 1,5 hz, h6). em m/z (%): 166,0989 (m+, c10h14o2 requer 166,0994, 6), 151 (12,8), 123 (2,7), 109 (72,5), 95 (96,3), 81 (21,1), 67 (23,8). procedimento para ozonólise dos alquenos a uma solução do alqueno (2 mmol) em éter de petróleo a 0 ºc, foi borbulhado ozônio. após 10 minutos o fluxo de ozônio foi removido e a reação interrompida. a mistura foi concentrada em evaporador rotatório e levou à obtenção de um material sólido que, após recristalização em mistura diclorometano:éter dietílico (1:1) e secagem, forneceu os ozonídeos desejados (sólidos cristalinos) com rendimentos quantitativos. 3a,5a-dimetil-8,9,10-trioxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (6) sólido branco, tf = 70-83 ºc (com decomposição). iv (chcl3, cm-1) máx: 3.023, 2.972, 2.936, 2.871, 1.707, 1.460, 1.386, 1.047, 1.020, 949. rmn de 1h (cdcl3, 250 mhz) d : 1,24 (d, 6h, jme,3 = jme,5 = 7,0 hz, 3-me, 5-me), 1,80 (d quinteto, 1h, j11',11 = 13,0 hz, j11',2 = j11',6 = j11',1 = j11',7 = 1,8 hz, h11'), 2,32 (m, 2h, h2 e h6), 2,50-2,65 (m, 2h, h3 e h5), 2,89 (dt, 1h, j11,11' = 13,0, j11,2 = j11,6 = 4,0 hz, h11), 5,77 (m, 2h, h1 e h7). rmn de 13c (cdcl3, 62,5 mhz) d : 12,65 (3-me e 5-me), 28,06 (c11), 42,77 (c2 e c6), 47,25 (c3 e c5), 102,60 (c1 e c7), 210,59 (c4). análise elementar: encontrado c 60,34%, h 7,08%, c10h14o4 requer c 60,59%, h 7,12%. 2,3a,5a-trimetil-8,9,10,11-tetraoxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (9) sólido branco, tf = 70-85 ºc (com decomposição). iv (chcl3, cm-1) máx: 2.981, 2.940, 2.878, 1.713, 1.453, 1.383, 1.081, 943, 882. rmn de 1h (cdcl3, 250 mhz) d : 1,15 e 1,20 (2d, 6h, jme,3 = jme,5 = 7,0 hz, 3-me e 5-me), 1,34 (s, 3h, 2-me), 2,56 (dq, 1h, j3,me = 7,0 hz, j3,5 = 1,4 hz, h3), 2,90 (quinteto largo, 1h, j5,me = 7,0 hz, h5), 4,08 (d largo, 1h, j6,7 = 6 hz, h6), 5,49 (m, 1h, h1), 5,72 (m, 1h, h7). rmn de 13c (cdcl3, 62,5 mhz) d : 9,23 e 9,65 (3-me e 5-me), 21,09 (2me), 45,08 (c5), 51,63 (c3), 76,60 (c6), 79,31 (c2), 99,08 (c1), 101,89 (c7), 206,85 (c4). análise elementar: encontrado c 55,78%, h 6,60%, c10h14o5 requer c 56,07%, h 6,59%. 2,3b,5b-trimetil-8,9,10,11-tetraoxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (10 isômero exo e 11 isômero endo) dados para a mistura de 10 e 11: sólido branco, tf = 80-90 ºc (com decomposição). iv (chcl3, cm-1) máx: 3.025, 2.970, 2.940, 2.870, 1.700, 1.460, 1.380, 1.040, 1.070, 950, 880. rmn de 1h para o isômero 10 (cdcl3, 250 mhz) d : 1,18 e 1,29 (2d, 6h, jme,3 = jme,5 = 7,9 hz), 2,20 (q, 1h, j3,me = 7,9 hz), 1,30 (s, 2h, 2-me), 2,20 (q, 1h, j3,me = 7,9 hz), 2,50 (q, 1h, j5,me = 7,9 hz), 4,18 (d, 1h, j6,7 = 6,0 hz, h6), 5,40 (s, 1h, h1), 5,90 (d, 1h, j7,6 = 6,0 hz, h7). rmn de 1h para o isômero 11 (cdcl3, 250 mhz) d : 1,17 (s, 3h, 2-me), 1,22 e 1,35 (2d, 6h, jme,3 = jme,5 = 7,9 hz, 3-me e 5-me), 2,50 (q, 1h, j5,me = 7,9 hz, h5), 2,43 (q, 1h, j3,me = 7,9 hz, h3), 3,78 (s, 1h, h6), 5,25 (s largo, 1h, h1), 5,55 (s largo, 1h, h7). análise elementar para a mistura (10+11): encontrado c 56,03%, h 6,58%, c10h14o5 requer c 56,07%, h 6,59%. 3a-isopropil-8,9,10,11-tetraoxatriciclo[5.2.1.12,6]undecan-4-ona (14). sólido branco. iv (chcl3, cm-1) máx: 3.022, 2.975, 2.940, 2.860, 1.705, 1462, 1385, 1370 1040, 1070. rmn de 1h (cdcl3, 250 mhz) d : 1,08 e 1,28 (2d, 6h, jme,ch = 7,0 hz, me), 2,20-2,40 (m, 1h, ch(me)2), 2,52-2,72 (m, 1h, h3), 2,65 (d, 1h, j5',5 = 15,5 hz, h5'), 2,93 (dd, 1h, j5,5' = 15,5 hz, j5,6 = 5,3 hz, h5), 4,26-4,38 (m, h2 e h6), 5,72 e 5,78 (2s, h1 e h7). resultados e discussão a reação de (4) com ciclopentadieno (esquema 1) forneceu o cicloaduto (5), com rendimento de 70%. o espectro de massas de (5) mostrou sinal em m/z 150, relativo ao íon molecular. o grupo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#sch01 carbonila foi identificado no espectro na região do infravermelho pela presença de uma banda de absorção intensa em 1.701 cm-1. o espectro de rmn de 1h do cicloaduto (5) mostrou um duplo quarteto em d 2,52 (j2,me = j4,me = 7,0 hz, j2,1 = j4,5 = 3,0 hz), relativo aos hidrogênios h2 e h4, e um simpleto em d 6,13 para os hidrogênios h6 e h7. os hidrogênios metilênicos h8 apresentaram sinais diferenciados no espectro de rmn de 1h. para h8'(hidrogênio endo), foi observado um dupleto em d 1,98 (j8,8' = 11,0 hz), e para h8 (hidrogênio exo) foi observado um duplo tripleto em d 2,15 (j8,8' = 11,0 hz, j8,1 = j8,5 = 5,0 hz). a maior blindagem do hidrogênio h8' em relação ao hidrogênio h8 certamente é devida à interação da ligação c-h com os elétrons do sistema p da carbonila. a ozonólise de (5) forneceu o ozonídeo (6), cuja fórmula molecular foi deduzida pela análise elementar. o espectro de rmn de 1h de (6) apresentou um multipleto em d 5,77, atribuído aos hidrogênios metínicos h1 e h7, diretamente conectados aos átomos de oxigênio do grupo ozonídeo. analogamente à discussão do sinal dos hidrogênios metilênicos h8 no oxabiciclo (5), também foram observados sinais distintos para os hidrogênios metilênicos h11 em (6), conforme apresentado na parte experimental. um total de seis sinais foram observados no espectro de rmn de13c de (6), conforme esperado pela simetria da molécula. em trabalhos anteriores foi observado que a ozonólise de cicloadutos nos quais o grupo carbonila foi totalmente reduzido, ou convertido em éteres, levou à formação de um material polimérico. até então, acreditava-se que a estabilidade dos ozonídeos estaria relacionada à presença do átomo de oxigênio em ponte pois, provavelmente, a interação entre o par de elétrons do átomo de oxigênio e o sistema de elétrons p da carbonila contribuiria para reduzir a nucleofilicidade do átomo de oxigênio em ponte, estabilizando assim os ozonídeos contra destruição por esse centro nucleofílico. o sucesso da reação de ozonólise de (5) é consideravelmente importante no contexto da proposta de síntese de ozonídeos, pois mostrou que a estabilidade dos mesmos não se correlaciona com a presença do átomo de oxigênio em ponte, embora a presença do grupo carbonila nesse tipo de oxabiciclo seja essencial para estabilizar o ozonídeo.3 a reação da cetona (4) com 2-metilfurano (esquema 2) forneceu os oxabiciclos (7) e (8) com rendimentos de 61,4% e 5,5%, respectivamente. os espectros de massas de (7) e (8) apresentaram o sinal do íon molecular em m/z 166, que está de acordo com o valor requerido para ambos. o grupo carbonila dos compostos (7) e (8) foram confirmados no espectro na região do infravermelho pela presença das absorções em 1.708 cm-1 e 1.707 cm-1, respectivamente. o sinal simples observado em d 1,50 e d 1,45 no espectro de rmn de 1h de (7) e (8), respectivamente, caracterizaram o grupo metila em c1. a multiplicidade dos sinais observada no espectro do isômero (7) para os hidrogênios h2 (d 2,55, quarteto, j2,me = 7,0 hz) e h4 (d 2,75, duplo quarteto, j4,me = 7,0 hz, j4,5 = 4,5 hz) também confirmaram a presença do substituinte metil em c1. a assimetria molecular estabelecida nos biciclos (7) e (8) pela presença do grupo metil em c1 ocasionou multiplicidade de sinal diferenciada também para os hidrogênios olefínicos h6 e h7 sendo observado, em ambos os casos, um duplo dupleto para h6 e um dupleto para h7. ozonídeos estruturalmente distintos foram obtidos das reações de ozonólise dos oxabiciclos (7) e (8). a formação dos isômeros (9), (10) e (11) pode ser entendida considerando-se o impedimento espacial na face endo dos oxabiciclos (7) e (8), decorrente da disposição dos substituintes metil em c2 e c4. no caso do composto (7) (isômero aa), a face endo da molécula é consideravelmente mais impedida, em relação ao isômero bb (8), pois os substituintes metil estão direcionados para essa face. portanto, somente o ozonídeo (9) foi obtido a partir de (7). ao contrário de (7), a ozonólise de (8) forneceu dois produtos [ozonídeos (10) e (11)]. a análise do espectro de rmn de 1h do produto obtido da ozonólise de (8) mostrou a formação dos dois ozonídeos, uma vez que todos os sinais no espectro se apresentaram duplicados. a formação de (10) e (11), obtidos na proporção 2:1, pode ser http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#sch02 explicada considerando-se o menor impedimento espacial na face endo, já que os substituintes metil estão agora direcionados para a face exo da molécula. diferentemente dos casos anteriores, o oxabiciclo (13) (esquema 3) não foi obtido diretamente como produto da reação de cicloadição [3+4]. a reação da cetona (12) com furano produziu inicialmente um cicloaduto dibromado que, após remoção redutiva dos dois átomos de bromo, forneceu o oxabiciclo (13) com rendimento de 55%.3 o ozonídeo (14) foi obtido da ozonólise de (13). em trabalho anterior (resultados não publicados) observou-se na ozonólise do 8oxabiciclo[3.2.1]oct-6-en-3-ona, análogo de (3) sem os grupos metilas, ocorreu polimerização do material. no caso do composto (13), que possui apenas um grupo alquila vizinho à carbonila, observou-se a formação do ozonídeo, conforme verificado pela análise do espectro de rmn. entretanto, a presença de alguns sinais pouco intensos e alargados nesse espectro indica que tenha ocorrido polimerização parcial do ozonídeo. esse resultado mostra que a presença de apenas um grupo alquila vizinho à carbonila é suficiente para estabilizar, pelo menos parcialmente, o ozonídeo. o espectro de rmn de 1h de (14) apresentou dois dupletos (d 1,08 e d 1,28), que foram atribuídos aos hidrogênios metílicos do grupo isopropil, e um multipleto em d 2,20-2,40, atribuído ao hidrogênio metínico do mesmo substituinte. os hidrogênios metilênicos h5 e h5' apresentaram sinais distintos no espectro de rmn de 1h. para h5 (hidrogênio exo) foi observado um duplo dupleto em d 2,93 (j5,5' = 15,5 hz, j5,6 = 5,3 hz) e para h5' (hidrogênio endo) observou-se um dupleto em d 2,65 (j5',5 = 15,5 hz). todos os ozonídeos foram submetidos a testes "in vitro" para avaliação da atividade antimalárica. os ensaios foram realizados contra cepas multirresistentes de plasmodium falciparum.5 os resultados obtidos (tabela 1) mostram que os ozonídeos (9), (10), (11) e (14) foram considerados http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#sch03 inativos, por apresentarem valores de ic50 acima de 500 mg cm-3. o valor de ic50 encontrado para o ozonídeo (6) é especialmente interessante. ao se comparar os valores de ic50 para os ozonídeos (6) (13,6 mg cm-3) e (2) (18 mg cm-3)2, nota-se que (6) é potencialmente mais ativo. portanto, a natureza do átomo ou grupo substituinte em ponte parece ser, a princípio, um dos fatores determinantes no mecanismo de interação dos ozonídeos com o parasita. conclusão a reação de cicloadição [3+4], que ocorre entre cátions oxialílicos e dienos, foi utilizada com sucesso para o preparo dos ozonídeos (6), (9), (10), (11) e (14), que foram obtidos com rendimentos quantitativos. todos os ozonídeos foram submetidos a testes para avaliação da atividade antimalárica contra cepas multirresistentes de plasmodium falciparum. os resultados obtidos mostraram maior atividade para o ozonídeo (6). agradecimento os autores expressam seus agradecimentos ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), pela concessão de bolsa de pesquisa (lcab), e também à coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes), pelo suporte financeiro. ao pesquisador david c. warhust (escola de higiene e medicina tropical, londres) agradecemos pela realização dos ensaios biológicos. barbosa, l.c.a., maltha, c.r.a., alvarenga, e.s. synthesis and evaluation of new ozonides with antimalarial activity. ecl.quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: abstract: the [3+4] cycloaddition reaction between different dienes (cyclopentadiene, 2-methylfurane and furane) and haloketones formed their corresponding cycloadducts. ozonolysis of the cycloadducts yielded the ozonides 3a ,5a -dimethyl-8,9,10trioxatricyclo[5.2.1.12,6]undecan-4-one (6), 2,3a ,5a -trimethyl-8,9,10,11tetraoxatricyclo[5.2.1.12,6]undecan-4-one (9), 2,3b ,5b -trimethyl-8,9,10,11tetraoxatricyclo[5.2.1.12,6]undecan-4-one (10, exo isomer), 2,3b ,5b -trimethyl-8,9,10,11tetraoxatricyclo[5.2.1.12,6]undecan-4-one (11, endo isomer), 3a -isopropyl-8,9,10,11tetraoxatricyclo[5.2.1.12,6]undecan-4-one (14). the antimalaria activity of the ozonides was evaluated "in vitro" against strain of plasmodium falciparum, from thailand. keywords: ozonides, [3+4] cycloaddition, oxyallyl cation, malaria. referências bibliográficas 1 avery, m. a.; chong, w. k. m.; bupp, j. tricyclic analogues of artemisinin: synthesis and antimalarial activity of (+)-4,5-secoartemisinin and (-)-5-nor-4,5-secoartemisinin. j. chem. soc. chem. commun., v.21, p.1487-1489, 1990. 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desenvolvimento de um procedimento analítico para a determinação em linha de estanho em soluções analíticas empregando a técnica de espectrometria de absorção atômica com nebulização térmica em tubo metálico aquecido na chama (ts-ff-aas) como alternativa ao uso da chama de óxido nitroso-acetileno em espectrometria de absorção atômica, cujo comburente apresenta um custo elevado frente ao ar comprimido. foram avaliados parâmetros para a otimização do sistema, tais como: vazão do carregador (ar), volume de amostra injetada e concentração do ácido (hcl). foi construída curva analítica linear [a= -0,00163 + 0,00319 [sn], (r= 0,9998)] no intervalo de 10 a 80 mg sn l-1. o limite de detecção, o desvio padrão relativo (n=12) e a freqüência analítica foram: 1,7 mg l-1 sn, £ 2,7% and 120 h-1 respectivamente. o sistema ts-ff-aas é uma alternativa para a determinação de sn. palavras-chave: ts-ff-aas; estanho; tubo metálico. introdução o monitoramento de estanho é de extrema importância do ponto de vista da saúde pública, pois é considerado o contaminante prioritário devido ao aumento do uso do mesmo na embalagem de alimentos enlatados [1]. a espectrometria de absorção atômica (aas) pode ser empregada na determinação quantitativa de muitos elementos (metais e semi-metais) em uma ampla variedade de amostras alimentícias, biológicas, ambientais, geológicas, entre outras. o princípio da técnica baseia-se na medida da absorção da radiação eletromagnética, proveniente de uma fonte de radiação, por átomos gasosos no estado fundamental. o processo de formação de átomos gasosos no estado fundamental, denominado atomização, pode ser obtido via chama, via eletrotérmica, ou por reação química específica, como a geração de vapor frio de hg. atomizadores eletrotérmicos compreendem principalmente os tubos de grafite, filamentos de tungsténio, tubos de quartzo (para a atomização de hidretos) e tubos metálicos ou cerâmicos. a espectrometria de absorção em chama (faas) é a mais utilizada para análises elementares em níveis de mg l-1 [2]. o estanho pode ser determinado por faas, e recomenda-se que se utlilize a chama acetilenoóxido nitroso, que é uma chama mais quente podendo atingir cerca de 30000 c, a qual minimiza as possíveis interferências nos processos de atomização do analito. no entanto, esta chama sendo mais quente expõe o equipamento e as conexões a altas temperaturas ocasionando um maior desgaste dos mes62 ecl. quím., são paulo, 30(2): 61-68, 2005 mos, além do comburente apresentar um custo elevado frente ao ar comprimido. outros sistemas foram desenvolvidos para a determinação de estanho, tais como a geração de hidretos em espectrometria de absorção atômica, porém para o estanho observa-se picos duplos e falsos, efeitos de memória, deposição de estanho no tubo de quartzo, revolatilização e adsorção do estanho na superfície da cela de quartzo, elevado tempo de purga do hidreto gerado e outros efeitos adversos [3]. uma alternativa interessante para a determinação de estanho é a espectrometria de absorção atômica com nebulização térmica em tubo aquecido na chama (ts-ff-aas) [4,5]. o thermospray (ts) foi originalmente desenvolvido por vestal et al. em 1978 [5] como uma interface entre a cromatografia líquida e a espectrometria de massa. em espectrometria atômica, o aquecimento do tubo era feito eletricamente para manter a temperatura constante, e desta forma limitava o uso da técnica a poucos elementos. em contraste gaspar e berndt [5] propõem o ts-ff-aas, no qual um tubo metálico é posicionado sobre a chama do espectrômetro de absorção atômica funcionando como um reator. o líquido é transportado através de um capilar metálico conectado ao tubo aquecido pela chama. o capilar é aquecido simultaneamente com o tubo pela chama do espectrômetro de absorção atômica. alcançando a extremidade quente do capilar o líquido vaporiza-se parcialmente e um aerossol é formado. por fim, o aerossol é vaporizado dentro do tubo, formando a nuvem atômica que absorve a radiação proveniente da lâmpada. assim o tsff-aas foi considerado efetivamente como uma interface entre cromatografia líquida de alta resolução (hplc) acoplada a faas através de um sistema de injeção em fluxo [5]. a partir deste trabalho surgiram várias determinações utilizando a espectrometria de absorção atômica com forno aquecido na chama (ts-ff-aas) [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. o objetivo deste trabalho é desenvolver uma alternativa de procedimento analítico para a determinação em linha de estanho empregando o sistema de espectrometria de absorção atômica com forno aquecido na chama acetileno-ar (ts-ff-aas) em relação à chama acetileno-óxido nitroso convencionalmente utilizada em faas. procedimento experimental instrumentos e acessórios os instrumentos utilizados foram o espectrômetro de absorção atômica com atomizador de chama, perkin-elmer, modelo aanalyst 100, lâmpada de catodo oco de sn (l = 224,6 nm, fenda = 0,2 nm e i = 20 ma), vazão dos gases na proporção 4:2 (ar:acetileno), lâmpada de deutério para correção de background (fundo); balança analítica sartorius bl 2105 e bomba peristáltica ismatec, modelo icp 8. no sistema ts-ff-aas foi utlizada uma válvula de injeção rheodyne re9725, tubos de peek, capilar cerâmico omega trx-164116 (omegatite® 450) com as seguintes características: capilar isolante de termopar de al 2 o 3 > 99,8%, que suporta temperaturas até 1900 °c, com ø ext = 1,6 mm e dois orifícios com ø int = 0,4 mm (este capilar produz melhores resultados que um capilar de aço inox (hplc), pois produz menor ruído nos sinais de absorbância), tubo metálico de super-liga ni-cr (inconel®), comprimento = 100 mm com ø int = 10,0 mm e ø ext = 12,0 mm, 6 orifícios com ø = 2,5 mm, perpendiculares a um orifício com ø = 2,0 mm. a aquisição de dados foi feita através do software mqdos, microquímica e os valores de absorbância foram proporcionais à altura dos sinais transientes. as medidas de temperatura no interior do tubo foram realizadas de duas formas. a primeira medida foi feita com o termopar com junta aterrada, posicionado junto ao tubo metálico, na direção do orifício onde se coloca o capilar cerâmico de introdução da amostra no tubo atomizador. a temperatura medida foi 983 ± 1°c para o tubo metálico [13]. com o termopar de junta exposta, posicionado juntamente com o capilar cerâmico dentro do tubo, mediu-se a temperatura no interior do mesmo. o tubo apresentou intervalo de temperatura entre 1030°c a 1060°c em seu interior e, ficou totalmente rubro sobre a chama [13]. quando injeta-se 50 ìl de hno 3 (~0,1 mol l-1 ) a uma vazão de aproximadamente 1,5 ml min1 ocorre um abaixamento da temperatura de cerca de 50°c, devido ao resfriamento do tubo pela solução. entretanto, rapidamente volta aos seus intervalos máximos de temperatura [13]. 63ecl. quím., são paulo, 30(2): 61-68, 2005 reagentes e soluções a solução estoque de estanho 1000 mg l-1 foi preparada por pesagem do sn metálico carlo erba 99%, dissolvida em hcl (merck) e logo em seguida foi padronizada [14]. soluções padrões de estanho foram preparadas diariamente por diluições sucessivas da solução estoque. montagem do sistema ts-ff-aas o sistema ts-ff-aas montado no laboratório está representado na figura 1 [13]. na literatura afirma-se que o tubo de inconel® deve ser colocado sobre a cabeça do queimador somente depois que a chama estiver acesa por existir a possibilidade de explosão no interior do tubo devido ao acúmulo de gás no seu interior. neste trabalho, o sistema ts-ff-aas foi montado primeiro e, posteriormente a chama do espectrômetro, foi acesa imediatamente após a abertura dos gases justamente para evitar um possível acúmulo de gás no interior do tubo. este procedimento facilita a colocação do tubo sobre a cabeça do queimador, que é feito com a chama apagada [13]. em todo o sistema ts-ff-aas foi utilizado um volume discreto de amostra, injetado no fluxo do carregador ar, pois segundo estudos da literatura utilizando-se soluções há uma maior diluição e dispersão da amostra [7,13]. a introdução da amostra no sistema ts-ffaas (figura 1) é feita por uma válvula manual rheodyne, e em seguida a amostra é transportada por um carregador (ar) até o tubo capilar cerâmico. como o capilar cerâmico é aquecido simultaneamente com o tubo metálico (reator), o líquido é parcialmente vaporizado, formando thermospray e ao chegar no tubo metálico, ocorre a atomização, gerando sinais transientes, que foram captados e armazenados por um software adequado. a altura dos sinais transientes foi utilizada como parâmetro analítico de medida. otimização da vazão do carregador, do volume de amostra e da concentração de ácido clorídrico foi avaliada a influência da variação da vazão do carregador (0,6 a 6,0 ml min-1), do volume de amostra (20, 50, 100 e 200ml) e da concentração do hcl (2 a 10% (v/v)) no padrão de 30 mg sn l–1 . construção de curva analítica após a otimização do sistema foi construída uma curva analítica no intervalo de 10 a 80 mg sn l-1, e o limite de detecção (ld) foi determinado com base nas 12 leituras do branco. resultados e discussão otimização da vazão do carregador, do volume de amostra e da concentração de ácido clorídrico ao injetar o padrão de 30 mg sn l-1 no fluxo carregador de ar, observou-se picos repetitivos. ao injetar solução de hcl 2% (v/v) como carregador, a linha base subiu (aumento esperado, devido a injeção do branco) e com o passar do tempo a linha base caiu devido o resfriamento do tubo metálico. o resfriamento do tubo foi significativo, pois ao injetar o padrão não foi possível obter nenhum sifigura 1. arranjo esquemático do sistema ts-ff-aas [13]. 64 ecl. quím., são paulo, 30(2): 61-68, 2005 nal transiente, concluindo que a temperatura atingida pelo tubo não foi suficiente para atomizar o analito que ficou disperso na solução carregadora. desta forma confirmou-se estudos anteriores de que ao usar ar (ou gás) como carregador evita-se a diluição e dispersão da amostra. todas as análises foram feitas usando ar como carregador, não apenas porque reduz o custo de se usar uma solução como carregador e a quantidade de rejeito, mas também torna possível usar o sistema ts-ff-aas para determinar estanho, que não seria possível se o carregador fosse solução. a influência da vazão do carregador (ar) nos valores de absorbância de 50ml do padrão de 30 mg sn l-1 em hcl 2% (v/v) foi estudado de 0,6 a 6,0 ml min-1, como ilustra figura 2. observando-se a figura 2, verifica-se que para vazões baixas do carregador os valores de absorbância são baixos por que a amostra chega lentamente no atomizador, o tempo de medida é aumentado consideravelmente ocorrendo vaporização imprevisível e irregular. portanto à medida que a vazão cresce, os valores de absorbância também crescem, pois vai gerando uma vaporização mais homogênea da amostra [5,9]. este aumento ocorre até a vazão do carregador 3,0 ml min-1 onde se tem o máximo do valor de absorbância. para vazões do carregador maiores que 3,0 ml min-1 o tempo de residência do líquido na parte aquecida do capilar cerâmico é diminuído consideravelmente, diminuindo o tempo para a evaporação do líquido e assim a amostra não chega como vapor/aerossol e sim como um fluxo contínuo do líquido. a temperatura no interior do tubo diminui rapidamente mudando a sua coloração de rubro brilhante para cinza opaco e pode ser observado que algumas gotículas saem para fora do tubo atomizador. assim não se observa aumento significativo dos valores de absorbância, e estes variam muito, levando a altos valores de estimativa do desvio padrão. a vazão de 3,0 ml min-1 foi escolhida como a melhor vazão devido ao maior valor de absorbância e ao menor valor da estimativa do desvio padrão. o volume de amostra foi estudado variandose de 50 a 200 ml na vazão de 3,0 ml min-1 do carregador e os resultados são mostrados na figura 3. observando-se a figura 3, verifica-se que o volume de amostra de 20 ml apresenta valor de absorbância significativo, entretanto baixo, devido ao volume de amostra ser também baixo. ao usar 50 ml de amostra houve um aumento significativo na intensidade do sinal de absorbância, pois ao aumentar o volume de amostra que é introduzida no atomizador do espectrômetro de absorção atômica, a população de átomos no volume de absorção também aumenta [8], sendo que para estes dois volumes, a estimativa do desvio padrão foi relativamente baixa, mostrando que há uma boa repetibildade nas medidas experimentais. ao usar 100 ml de amostra, houve um pequeno resfriamento do capilar figura 2. influência do carregador (ar) sobre as absorbância de 50 ml da solução de 30mg l-1 de sn em hcl 2% (v/v). figura 3. influência do volume de amostra sobre as absorbâncias da solução de 30 mg l-1 de sn em hcl 2% (v/v) na vazão de 3,0 ml min-1. 65ecl. quím., são paulo, 30(2): 61-68, 2005 cerâmico, e conseqüentemente do tubo, não ocorrendo um aumento significativo nos valores de absorbância. com 200 ml de amostra, o capilar cerâmico e o tubo resfriam muito e não há uma formação homogênea do thermospray, pois ocorre formação irregular de gotículas que dispersam a radiação, (possivelmente em grande extensão, que o corretor com lâmpada de deutério não é suficiente para corrigir totalmente o fundo gerado), o que leva a uma atomização imprevisível, causando um valor da estimativa do desvio padrão muito alto. usando ar como carregador, o volume de 50 ml de amostra foi escolhido para as determinações seguintes, devido a maior homogeneidade na atomização, apresentando valor significativo de absorbância para o padrão de 30 mg l-1, com pequeno valor da estimativa do desvio padrão. a figura 4 mostra a influência da concentração do ácido hcl no intervalo de 2 a 10% (v/v) sobre os sinais de absorbância de 50 ml do padrão de 30 mg l–1 de sn na vazão de 3,0 ml min-1 do carregador (ar). figura 4. influência da acidez sobre as absorbância da solução de 30 mg l-1 de sn em diferentes concentrações de hcl em % (v/v) . (a) (b) figura 5. (a) sinais transientes de estanho obtidos por ts-ff-aas, no intervalo de 10 a 80 mg l-1 em hcl 2% (v/v). (b) equação ajustada: a=0,00163 + 0,00319[sn], r = 0,9998. 66 ecl. quím., são paulo, 30(2): 61-68, 2005 os valores de absorbância do padrão de 30 mg l-1 sn diminuem consideravelmente para concentrações de hcl maiores que 3% (v/v) pois, provavelmente há perdas na atomização devido ao analito estar suceptível a uma maior volatilidade. assim a acidez selecionada foi a de 2% (v/v), devido ao maior valor de absorbância e ao menor valor da estimativa do desvio padrão. construção da curva analítica a figura 5 ilustra os resultados obtidos para a curva analítica no intervalo de concentração de 10 a 80 mg l–1 de estanho em hcl 2% (v/v) usando as condições do sistema ts-ff-aas otimizado. a figura 5 mostra que os sinais transientes foram repetitivos, e a curva analítica obtida apresentou-se linear no intervalo de concentração estudado. a figura 6 mostra os sinais transientes (n=12) para a solução do branco hcl 2% (v/v). na tabela 1 estão apresentadas as características analíticas otimizadas para a determinação de sn por ts-ff-aas, usando o tubo metálico como cela de atomização. a figura 6 mostra que houve boa repetibilidade na intensidade dos sinais transientes para o branco com o sistema otimizado, obtendo baixo limite de detecção como mostra o resultado da tabela 1. as características analíticas otimizadas apresentadas na tabela 1, mostram que foi possível obter uma curva analítica linear no intervalo de 10 a 80 mg l-1 de sn em hcl 2% (v/v), com boa linearidade (r = 0,9998). o sistema pode ser considerado sensível, pois apresentou concentração característica igual a 1,4 mg l-1, empregando a chama alimentada por acetileno-ar é rápido, possibilitando 120 determinações hora. figura 6. sinais transientes obtidos por ts-ff-aas, para 12 leituras do hcl 2% (v/v). tabela 1. características analíticas otimizadas para a determinação de estanho por ts-ff-aas, no intervalo de 10 a 80 mg l-1 em hcl 2% (v/v), usando-se o tubo metálico como cela de atomização e faas com chama c 2 h 2 -n 2 o. 67ecl. quím., são paulo, 30(2): 61-68, 2005 a tabela 1 mostra que o sistema ts-ff-aas empregando chama acetileno-ar apresenta melhor desempenho analítico que a espectrometria de absorção atômica com atomizador de chama (faas) alimentada por acetieno-óxido nitroso. o desvio padrão relativo é cerca de cinco vezes menor, a sensibilidade da curva analítica é cerca de duas vezes maior e o limite de detecção é mais de cinco vezes menor que os respectivos parâmetros obtidos por faas com chama acetileno-óxido nitroso. conclusões ao otimizar o sistema ts-ff-aas, usando o tubo metálico como cela de atomização para a determinação de sn foi possível observar os parâmetros que influenciam no processo de atomização deste analito e as condições que são ideais para o sistema na avaliação dos padrões no intervalo de 10 a 80 mg l-1, preparados em hcl 2% (v/v). o sistema ts-ff-aas é simples, promissor e de baixo custo analítico, pois permite a redução do consumo de amostras (apenas 50 ml) e reagentes e da geração resíduos. o procedimento analítico desenvolvido para a determinação de estanho em soluções é de fácil operação, tem alta freqüência analítica (120 h-1) e é uma alternativa, com melhor desempenho analítico, ao emprego do comburente óxido nitroso em faas. agradecimentos os autores agradecem à fapesp pelo suporte financeiro e ao cnpq pela bolsa concedida. recebido em: 29/03/05 aceito em: 23/05/05 f. a. lobo, a. c.villafranca, a. p. de oliveira, m. de moraes.ts-ff-aas system with air-acetylene flame as alternative in relation to nitrous oxide-acetylene by faas for tin determination. abstract: this work propose the development of analytical procedure for on line tin determination in analytical solutions by thermospray flame furnace atomic absorption spectrometry (ts-ff-aas) as alternative to nitrous oxide-acetylene flame by atomic absorption spectrometry, whose oxidant presents high costs with respect to air. parameters were evaluated for the optimization of the system: flow of the carrier (air), volume of injected sample and concentration of the acid (hcl). the linear analytical curve [a= -0,00163 +0,00319 sn], (r = 0,9998) ] was constructed on interval of 10 the 80 mg l-1 sn. the detection limit, the relative standard deviations (n=12) and analytical frequency were: 1,7 mg l-1 sn, £ 2,7% and 120 h-1, respectively. the ts-ff-aas is an alternative for the determination of sn. keywords: ts-ff-aas; tin; metallic tube. referências [1] e.c. ferreira, k.g. fernandes, a. r. a. nogueira, j. a. nóbrega, resumos: 8th rio symposium on atomic spectrometry, mon 26, paraty , rj, 2004. 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pt/c; met; tamanho de partículas; células a combustível. *e-mail:ernesto@iqsc.usp.br introdução nas últimas décadas, a crescente demanda de energia e o alto índice de poluição provocado pelo uso de combustíveis fósseis, principalmente em veículos automotores chama a atenção da comunidade científica para a busca de novas fontes de energia, dentre as quais, as células a combustível merecem destaque pela sua elevada eficiência na conversão de energia química em elétrica, de forma limpa e silenciosa [1]. são vários os tipos de células a combustível que estão sendo atualmente pesquisados [2]. dentre eles, a célula de eletrólito polimérico sólido (pemfc) é a mais indicada para pequenas plantas estacionárias e veículos automotores, devido à elevada densidade de potência (~1 kw/kg) e por operar a baixa temperatura (desde 25 até 95°c). a pemfc utiliza como eletrólito uma membrana trocadora de prótons (geralmente nafionò, du pont) e eletrodos de difusão de gás (edg), constituídos por uma camada catalítica formada por platina, ou platina ligada a outros metais menos nobres, suportados em carbono, além de uma camada difusora constituída por uma mistura de politetrafluoretileno (ptfe) e carbono finamente dividido [3]. a pemfc pode ser alimentada com hidrogênio gasoso ou com solução de metanol (célula de metanol direto, dmfc) no ânodo. neste compartimento ocorre a oxidação dos combustíveis acima mencionados, o que gera uma corrente elétrica e prótons que atravessam a membrana até o compartimento catódico, onde o oxigênio do ar atmosférico é reduzido [4]. a pt dispersa em carbono (pt/c) é o catalisador por excelência para os processos de oxidação e redução necessários ao funcionamento de uma célula a combustível alimentada por h2/ o2, desde que estes reagentes apresentem altos níveis de pureza [5]. entretanto, para o h2 proveniente da reforma de outros combustíveis, contendo traços de monóxido de carbono que atua como veneno catalítico da platina, o atual estágio de desenvolvimento desta área de pesquisa sugere o uso de ligas de pt com metais de transição tais como ru e mo, os quais têm sido considerados como os mais ativos para a reação de oxidação de hidrogênio contaminado com co [6]. do ponto de vista da viabilidade comercial das células a combustível o problema atual é devido ao alto custo das membranas 78 ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 poliméricas utilizadas e dos eletrocatalisadores à base de platina, sendo que as maiores cargas do metal são colocadas no cátodo devido à lenta cinética da reação de redução de oxigênio (rro) em meio ácido [4]. por isso, o interesse tem se concentrado em encontrar materiais mais ativos que promovam a rro com menores cargas, e que por sua vez, sejam mais efetivos na eletrorredução de oxigênio na presença de metanol para as dmfc, uma vez que estas têm como um dos principais problemas o cruzamento de metanol através da membrana polimérica no sentido ânodo–cátodo [7]. com o objetivo de otimizar a ação catalítica dos eletrodos através da síntese de novos materiais, métodos alternativos de preparação de catalisadores são encontrados na literatura, tais como a pirólise de acetato de ferro ii adsorvido em 3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic dianhydride em ar:h2:nh3 [8], ou a preparação de materiais alternativos como os macrociclos de metais suportados em carbono [9] e também ligas binárias e ternárias de pt com metais de transição [10-12]. o tamanho das partículas dos metais suportados em carbono é um parâmetro importante no desempenho dos catalisadores e tem que ser avaliado adequadamente. a escolha do método de preparação dos catalisadores determina o tamanho de partícula que por sua vez desempenha um papel de grande importância na cinética da rro em termos de atividade eletrocatalítica [13-18]. controvérsias são encontradas quanto ao efeito do tamanho das partículas em relação à atividade catalítica [16, 18-19]. geniès e col. [19] investigaram o efeito do tamanho de partículas de platina suportadas em carbono de alta área superficial na atividade eletrocatalítica para a rro em soluções alcalinas. utilizando as técnicas de eletrodo de disco rotatório e microscopia eletrônica de transmissão, os autores observaram uma menor atividade catalítica com o decréscimo do tamanho das partículas. eles relacionaram a atividade catalítica a uma forte adsorção de espécies oxigenadas na superfície do catalisador. por outro lado, watanabe e col. associaram a atividade catalítica à distância entre os cristais, concluindo que para distâncias de até 20 nm entre os cristais a atividade específica era máxima. além desses valores a atividade permanece constante [15]. discussões detalhadas referentes às considerações do tamanho das partículas, atividade catalítica e orientação cristalográfica preferencial dos catalisadores também foram feitas por outros pesquisadores [16, 20]. os estudos mostram que a atividade eletrocatalítica dos materiais de pt dispersos em carbono para a rro em soluções ácidas é sensível à estrutura da superfície do metal e que a atividade específica depende do tamanho das partículas de pt. neste trabalho avaliam-se catalisadores de pt suportados em carbono, preparados por várias metodologias, para a rro. esta avaliação consiste na caracterização física e eletroquímica mediante técnicas de difração de raios-x (drx), microscopia eletrônica de transmissão (met), voltametria cíclica (vc) e verificação do desempenho dos catalisadores em uma célula a combustível unitária alimentada com h2/o2 que opera com membrana polimérica (nafionò) como eletrólito. procedimento experimental preparação de catalisadores os catalisadores de pt suportados em carbono (pt/c, 20% em massa do metal) foram preparados pela técnica de impregnação de carbono de alta área superficial (~240 m2 g-1, vulcan xc72, cabot) com uma solução de ácido hexacloroplatínico (h2ptcl6. 6h2o, johnson matthey) seguida da redução direta com diferentes agentes redutores. assim, foram utilizados os métodos do ácido fórmico (maf) [21], watanabe e col. (mw) [15], borohidreto (mb) [22] e shukla e col. (ms) [11]. como padrão de comparação foi utilizado o catalisador pt/c comercial (e-tek). caracterização física difratometria de raios x as análises de drx foram feitas num difratômetro universal de raios-x (urd-6, carl zeiss-jena), radiação cu (k± 1,5406 å) e velocidades de rotação de 3 e 0,02°min-1 nos intervalos de 2¸ entre 20-100 e 30-50°, respectivamente. para determinar o tamanho médio das partículas (d) utilizou-se o pico referente ao plano (111) da estrutura cúbica de face centrada (fcc) da pt em torno de 2¸ = 40° e empregou-se a 79ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 equação de scherrer [23]: θβ λ cos kd = , onde, d é o diâmetro médio das partículas; k: constante de proporcionalidade que depende da forma das partículas, assumida como sendo esférica (0,9); l: comprimento de onda da radiação do cu (1,5406 å) e b: a largura à meia altura do pico (rad). a área específica (s) foi calculada através da equação [24]: d xs ρ 4106= , onde, s é área específica (m2 g-1 pt) e r a densidade da pt (21,4 g cm-3). microscopia eletrônica de transmissão a morfologia da superfície dos catalisadores de pt suportada em carbono, o diâmetro médio e a distribuição do tamanho das partículas foram determinadas por microscopia eletrônica de transmissão (met). as amostras foram preparadas com a dispersão dos catalisadores de pt/c em água e tratamento em um banho ultrasônico durante 10 minutos. posteriormente, o material foi depositado sobre uma grade de cu (3 mm de diâmetro e 300 mesh) recoberta com grafite. para determinar o tamanho médio das partículas, as imagens foram obtidas em diferentes regiões das amostras com um aumento de 150 kx e para a construção dos histogramas tomou-se um conjunto em torno de 300 partículas para cada amostra. as medidas foram realizadas no laboratório de microscopia eletrônica do laboratório nacional de luz síncrotron (lme/lnls-campinas/sp) empregando o microscópio eletrônico de alta resolução (jeol, jem-3010, urp), com operação a 300 kv e ponto de resolução de 0,17 nm. caracterização eletroquímica voltametria cíclica a caracterização eletroquímica dos catalisadores de pt/c foi feita através de voltametrias cíclicas (vc’s) para elucidar as propriedades superficiais dos materiais e determinar a área eletroquimicamente ativa [5,16,18]. o catalisador suportado foi misturado a uma pequena quantidade de ptfe (teflon tm30, du pont), acomodado na cavidade de um eletrodo de camada fina porosa (eletrodo de trabalho) e acoplado a um sistema comercial de eletrodo de disco rotatório (pine instruments). este sistema é muito utilizado para estudos da cinética da rro em soluções alcalinas e ácidas [5]. uma placa de platina lisa (área de 2 cm2) foi utilizado como eletrodo auxiliar e o eletrodo reversível de hidrogênio (erh) foi usado como eletrodo de referência. os vc’s foram obtidos em solução aquosa de h2so4 0,5 mol l-1 (merck) saturado com gás argônio (super seco, white martins) por aproximadamente 30 minutos. a região de potencial de trabalho foi limitada pela redução de hidrogênio e pela oxidação da água no intervalo de 0,100 a 1,200 v vs. erh. todos os experimentos foram realizados na velocidade de varredura de 5 mv s-1 e a 25°c. a área eletroquimicamente ativa foi determinada pela integração da carga de oxidação de hidrogênio, região compreendida entre 0,100 e 0,300 v vs. erh, assumindo-se uma carga de 210 ¼c cm-2 para a formação de uma monocamada de hidrogênio adsorvido sobre pt lisa [15]. o equipamento utilizado foi um potenciostato 1285a (solartron), conectado a um microcomputador pentium 700 mhz com o software corrware for windows. curvas de polarização em pemfc para verificar o desempenho eletroquímico dos catalisadores de pt/c em pemfc alimentadas com h2/o2 foram confeccionados eletrodos de difusão de gás. estes eletrodos são constituídos por uma camada difusora composta de pó de carbono (vulcan xc-72) e 15% em peso de ptfe. esta dispersão foi distribuída sobre um tecido de carbono (pwb-3, stackpole). uma camada catalítica constituída de uma suspensão homogênea formada de pt/c com 0,4 mg pt cm-2 (20% de pt/c), solução de nafionò (aldrich, 5%) e isopropanol (merck) foi aplicada sobre a camada difusora. os eletrodos, após secos a 80°c durante 1 hora, são colocados aos pares, um de cada lado da membrana (nafionò 115) previamente tratada [3], e submetidos à prensagem a quente (125°c e 50 kg cm-2) durante 2 minutos [3]. a área geométrica dos eletrodos de trabalho foi de 4,62 cm2. a célula foi acoplada a uma estação de testes provida de câmaras de umidificação para os gases reagentes por onde estes são introduzidos com controle da temperatura e pressão. as temperaturas das câmaras de 80 ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 umidificação dos gases reagentes, oxigênio e hidrogênio, foram 85 e 95°c, respectivamente, com os gases à pressão atmosférica. a temperatura da célula foi de 80°c. termopares foram conectados à célula e aos umidificadores de gases para o controle da temperatura. o equipamento utilizado foi uma fonte estabilizada, modelo tca 20-50 br1a da tectrol , que permite o ajuste da corrente. a leitura do potencial da célula unitária foi feita através de multímetros (ice2-1k-2000 e et-2001minipa). as curvas de polarização foram obtidas após condicionamento do sistema durante 90 minutos em 500 ma cm-2. resultados e discussão caracterização física difratometria de raios x a figura 1 mostra os difratogramas de raios x para os catalisadores de pt/c preparados por vários métodos. observa-se que os difratogramas apresentam picos pouco intensos em 2¸ = 40, 46, 67, 82 e 86 correspondentes aos planos: (111), (200), (220), (311) e (222), respectivamente, característicos da estrutura cúbica de face centrada (fcc) da platina pura, além da face de difração (002) correspondente ao suporte de carbono [26]. figura 1. difratogramas de raios x para os catalisadores com 20% de pt/c preparados pelos métodos: maf, mw, mb, ms e comercial e-tek. o tamanho médio das partículas de pt suportadas sobre carbono foi determinado por drx empregando a equação de scherrer [23] e assumindo partículas esféricas. neste caso, o pico (111) da estrutura fcc da platina foi escolhido para os cálculos e fez-se um ajuste gaussiano para eliminação dos sinais correspondentes a ruídos apresentados pelos difratogramas. a partir dos picos de difração foram calculados também os parâmetros de rede pelo refinamento da cela unitária fcc pelo método de mínimos quadrados[27]. os valores do tamanho médio das partículas e do parâmetro de rede estão apresentados na tabela i. a literatura registra como valores do diâmetro médio e do parâmetro de rede das partículas de pt/c e-tek 2,5 e 0,39231 nm, respectivamente [24, 28]. comparando-se estes resultados e os valores calculados (tabela i) verifica-se que os diâmetros das partículas de pt nos materiais preparados pelos diferentes métodos são maiores (4,3–9,3 nm) do que o material comercial. portanto, estas diferenças estão relacionadas com os precursores usados na preparação, e também com a velocidade da adição dos reagentes redutores, a pureza dos materiais e a temperatura de redução. quanto aos valores do parâmetro de rede, as pequenas variações estão dentro da faixa dos desvios padrões (tabela i). microscopia eletrônica de transmissão a caracterização física dos catalisadores de pt/c por microscopia eletrônica de transmissão (met) foi conduzida com objetivo de avaliar a morfologia da superfície dos materiais, determinar o diâmetro médio e estimar a distribuição do tamanho das partículas de pt suportada sobre o carbono. nas figuras de 2 e 3 são mostradas as micrografias numa magnificação de 150 kx para os catalisadores de pt/c preparados por diferentes metodologias. os resultados mostram que os catalisadores de pt/c preparados pelos maf e mw apresentam distribuição uniforme e homogênea em quase todas as regiões analisadas, como indicam a figura 2. já os materiais preparados pelo ms (figura 2) mostram regiões com poucas partículas de pt ancoradas sobre o suporte de carbono e em outras, observa-se a formação de aglomerados, devido ao 81ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 agrupamento de partículas menores. os materiais preparados pelo mb apresentam algumas regiões com partículas que apresentam pouca dispersão em suporte de carbono, como é ilustrado na figura 3 (mb i), e outras com excesso de partículas (figura 3mb ii). figura 2. micrografias obtidas por met para os catalisadores com 20% de pt/c preparados pelos métodos: maf, mw, ms e comercial e-tek. magnificação 150 kx. figura 3. micrografias obtidas por met para os catalisadores com 20% de pt/c preparados pelo mb em duas distintas regiões, mb i e mb ii. magnificação 150 kx. para a construção dos histogramas da distribuição do tamanho das partículas foram contadas em torno de 300 partículas de pt para cada amostra. para a amostra preparada pelo ms contou-se em torno de 80 partículas, visto que, para este método ancorou-se uma menor quantidade de partículas de pt sobre o carbono. a figura 4 mostra os histogramas da distribuição do tamanho das partículas para catalisadores preparados pelos diferentes métodos. observase que para o catalisador preparado pelo maf, 55% das partículas têm diâmetros entre 3,5 e 4,5 nm. já o mw apresenta 94% das partículas com diâmetros entre 2 e 6 nm e quantidades praticamente iguais para cada diâmetro. por outro lado, o mb apresenta diâmetros menores com aproximadamente 77% das partículas entre 2 e 3 nm. o método do ms é o método de preparação que ancorou uma menor quantidade de partículas de pt com 92% das partículas compreendidas entre 2,5 e 5,5 nm. o material comercial e-tek apresentou 56% do total das partículas entre 2 e 3 nm de diâmetro. comparando-se os resultados da distribuição do tamanho das partículas dos vários métodos de preparação, maf, mw, mb e ms, verificou-se que o mb é o método que apresentou uma distribuição do tamanho das partículas mais próxima do material comercial e-tek. figura 4. histogramas da distribuição do tamanho de partículas com 20% de pt/c. magnificação 150 kx. a tabela i apresenta os valores do diâmetro médio, área específica e o parâmetro de rede para os catalisadores de pt/c preparados por diferentes metodologias. observa-se que os valores do tamanho das partículas para os materiais de pt/c obtidos por drx estão próximos dos valores obtidos por tem, com exceção dos materiais preparados pelo ms, que são consistentes com os resultados encontrados em outros trabalhos [24]. 82 ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 caracterização eletroquímica voltametria cíclica a voltametria cíclica tem sido muito utilizada para caracterizar catalisadores de pt lisa [25], platina e ligas bimetálicas pt-m [m = co, cr e ni] suportadas em carbono [16, 18], com o intuito de determinar a área eletroquimicamente ativa e também para caracterizar as propriedades superficiais dos eletrodos [5]. os voltamogramas cíclicos em meio ácido para os catalisadores com 20% de pt/c preparados por diferentes métodos exibiram perfis característicos da pt policristalina suportada em carbono [5], como ilustra a figura 5. para todos os materiais estudados, observam-se picos pouco definidos na região de adsorção e dessorção de hidrogênio, compreendida entre 0,100 e 0,300 v vs. erh. os picos, se bem definidos, seriam atribuídos a dessorção de átomos de hidrogênio provenientes de sítios de pt com rede cristalina bem definida, e também característicos de tamanho de partículas menores [16-17]. por se tratar de um material policristalino, constituído de partículas de diversos diâmetros e suportado em carbono, não se pode esperar uma melhor resolução dos picos apresentados na figura 5. é também observada uma diminuição nas densidades de corrente para os materiais preparados por maf, mw e mb, em relação ao catalisador pt/c e-tek, que podem ser atr ibuídas a uma menor área eletroquimicamente ativa dos materiais como conseqüência dos maiores tamanhos das partículas de pt, como é observado pelo diâmetro médio determinado por drx e met (tabela i). tabela i. diâmetro médio (d), área específica (s) e parâmetro de rede (a) para os catalisadores de pt/c preparados por diferentes metodologias. figura 5. voltamogramas cíclicos para os eletrodos com 20% de pt/c preparados pelos métodos: (a) maf; (b) mw; (c) mb; (d) ms e (e) e-tek em solução de h2so4 0,5 mol l-1 saturada com argônio. n = 5 mv s-1, t= 25°c. 83ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 a área eletroquimicamente ativa foi determinada pela integração da carga envolvida no processo de dessorção de hidrogênio, região compreendida entre 0,100 e 0,300 v vs. erh, assumindo-se uma carga de 210 ¼c cm-2 para a formação de uma monocamada de hidrogênio adsorvido sobre pt lisa [15]. este método, apesar de aproximado, reflete de forma real a área disponível para as reações eletroquímicas. a partir das cargas envolvidas, os valores calculados foram 26, 23 e 22 m2 g-1 de pt para maf, mw e mb, respectivamente, e 13 m2 g-1 de pt para o ms e 38 m2 g-1 de pt para o material comercial pt/c e-tek. observam-se valores similares para as partículas preparadas para maf, mw e mb e para o ms valores menores comparados com os materiais de pt/c comercial. os valores das áreas eletroquimicamente ativas dos materiais com 20% de pt/c preparados neste trabalho foram menores que os valores encontrados por alguns autores [5, 17]. comparando-se os valores das áreas eletroquimicamente ativas com os de tamanho de partículas obtidos por drx e tem, observa-se que os tamanhos de partículas para os materiais preparados por maf, mw e mb conduzem valores muito próximos e condizentes com os valores encontrados pela área eletroquimicamente ativa. a maior área ativa do material pt/c comercial e-tek deve ser conseqüência do menor tamanho de partículas. portando, estes resultados mostram uma correlação entre a área eletroquimicamente ativa e o tamanho de partícula. comparando-se os valores das áreas eletroquimicamente ativas calculadas por vc’s com as áreas específicas obtidas através do tamanho de partículas (drx), observa-se que os valores das áreas ativas foram muitos menores. estes resultados indicam que uma menor quantidade de partículas de pt presentes no eletrodo estão sendo efetivamente utilizadas no processo eletroquímico. as razões destas discrepâncias podem ser explicadas pela pouca área exposta da pt e/ou superfície do material em contato com o eletrólito em eletrodos de camada fina porosa. outros fatores que podem contribuir seriam: (i) a presença de impurezas devido aos métodos de preparação dos materiais de pt/c, que resultariam em um decréscimo da área para o processo de adsorção e conseqüente dessorção de hidrogênio e (ii) o cálculo para determinar a área específica é efetuado considerando-se que a área do catalisador corresponde à somatória da área de todas as partículas presentes () e portanto considera que toda a área da partícula esta exposta. considerando esses resultados, seria interessante definir a fração de área eletroquimicamente ativa como sendo a relação entre a área determinada por vc e a área específica determinada através do tamanho das partículas (drx). este valor é de 42, 44 e 41% para os materiais maf, mw e mb, respectivamente. para o material comercial e-tek é mais baixo, 38%, o que poderia ser conseqüência da menor atividade catalítica de partículas mais pequenas, características desse material. um outro parâmetro muito importante na caracterização de eletrocatalisadores é o grau de dispersão de catalisadores de pt sobre carbono. teoricamente, o grau de dispersão é dado pelo número de átomos na superfície do cristalito dividido pelo número total de átomos nas partículas, e pode ser estimado para qualquer valor de tamanho de partículas [24]. os valores obtidos para os catalisadores pt/c preparados por vários métodos foram 24% para o maf, 20% para o mw, 25% para o mb, 13% para o ms e 38% para o material comercial e-tek. uma correlação dos parâmetros grau de dispersão, área específica e o tamanho de partículas de pt pode ser visto na figura 6. observa-se que com a diminuição do diâmetro das partículas de platina aumenta o grau de dispersão e a área específica dos materiais de pt ancorada em carbono. portanto, estes resultados mostram claramente o efeito do tamanho das partículas na caracterização da atividade superficial dos materiais dispersos em carbono. figura 6. correlação do grau de dispersão vs. diâmetro médio das partículas e área específica. 84 ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 curvas de polarização em pemfc para avaliar o desempenho dos catalisadores de pt/c preparados por diferentes metodologias para a rro em pemfc foram preparados os eletrodos de difusão de gás, montado o sistema com o conjunto eletrodo/membrana, e extraídas as curvas de polarização, como mencionado na parte experimental. a figura 7 mostra as curvas de polarização (cp’s) para os materiais de pt/c preparados por vários métodos. exceto para os materiais preparados pelo ms, os resultados são bastante satisfatórios para o desempenho nas células a combustível unitária alimentadas com h2/o2. os materiais preparados pelo maf, mw e mb apresentaram os melhores desempenhos e são comparáveis, até melhores que àqueles obtidos para o material comercial e-tek. os materiais preparados pelo ms mostraram desempenhos inferiores aos preparados pelos demais métodos. este fato pode estar relacionado com o tamanho das partículas, uma vez que o diâmetro médio determinado por drx foi o maior dentre os catalisadores investigados (9,3 nm), e/ou a uma distribuição não homogênea das poucas partículas sobre o suporte de carbono. os desempenhos nas cp’s dos materiais preparados pelo maf, mw e mb foram semelhantes, e estes materiais apresentam tamanhos de partículas dentro do mesmo intervalo. o material comercial pt/c e-tek que possui diâmetro de partículas menores (56% entre 2-3 nm) apresentou baixa fração eletroquimicamente ativa (38%) comparado com os materiais preparados por maf, mw e mb. desta forma, a atividade catalítica é dependente do efeito do tamanho das partículas, como observado pelos resultados obtidos por vc’s e cp’s, mas parece depender principalmente da distribuição das partículas de pt dispersas sobre o carbono, como mostraram os resultados obtidos por microscopia eletrônica de transmissão. conclusões na comparação das áreas eletroquimicamente ativas calculadas por vc’s para os materiais com 20% de pt/c preparados por diferentes metodologias com os tamanhos das partículas obtidos por drx e met, encontrou-se que para os materiais preparados por maf, mw e mb existe uma boa correlação entre esses dois parâmetros. na avaliação dos catalisadores, encontrou-se que o tamanho médio das partículas e a dispersão no suporte de carbono afetam a atividade catalítica para a rro em pemfc alimentadas com h2/o2. os melhores desempenhos foram encontrados para os materiais preparados pelo maf, mw e mb, que resultaram comparáveis ao material padrão e-tek. figura 7. curvas de polarização para os eletrodos com 20% de pt/c preparados pelos métodos: (-£-) maf; (-d-) mw; (-x-) mb; (-ñ-) ms e (-o-) e-tek. 0,4 mg de pt cm-2; 15% de ptfe; nafionâ 115. p = 1 atm; tcélula = 80°c. th2/o2 = 95/85°c. 85ecl. quím., são paulo, 28(2): 75-84, 2003 agradecimentos ao laboratório de microscopia eletrônica do laboratório nacional de luz síncrotron (lme/ lnls) – campinas (sp); conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq); fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp) n°: 99/06430-8. j. r. c. salgado, e. r. gonzalez. .correlation between catalytic activity and particle size of pt/c prepared by different methods. abstract: pt/c electrocatalysts prepared by different methods were studied for the oxygen reduction reaction in h2/o2 fuel cells. this work analyses the physical and electrochemical characterization of pt/c prepared by different methods by xrd, tem, cv and cp. it was found that the electrochemical activity is correlated with the morphology and with the particle size of the catalysts. keywords: electrocatalysts; pt/c; tem; particle size; fuel cells. referências bibliográficas [1] e. a. ticianelli, e. r. gonzalez. quim. nova 12(3)(1989) 268. 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[13]. m. uchida, y. fukuoka, y. sugawara, h. ohara, a. ohta. j. electrochem. soc. 145 (11)(1998) 3708. [14] g. s. kumar, m. raja, s. parthasarathy. electrochim. acta 40 (3)(1995) 285. [15] m. watanabe, h. sei, p. stonehart. j. electroanal. chem. 261 (1989) 375. [16] k. kinoshita. j. electrochem. soc. 137 (3)(1990) 845. [17] g. tamizhmani, j. p. dodelet, d. guay. j. electrochem. soc. 143 (1)(1996) 18. [18] m. min, j. cho, k. cho, h. kim. electrochim. acta 45 (2000) 4211. [19] l. geniès, r. faure, r. durand. electrochim. acta 44 , (1998) 1317. [20] j. mcbreen, s. mukerjee. in situ x-ray absorption studies of carbon-supported pt and pt alloy nanoparticles. in interfacial electrochemistry theory, experiment and application, a. wieckowski, new york. p. 895-914, 1999. [21] e. r. gonzalez, e. a. ticianelli, a. n. l. pinheiro, j. perez. brazilian patent, inpi-sp n. 00321, 1997. [22] a. m. c. luna, g. a. camara, v. a. paganin, e. a. ticianelli. electrochem. commun. 2 (2000) 222. 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espectroscopia de rmn de 13c{1h} e 1h e análise termogravimétrica. o produto final de decomposição térmica, paládio metálico, foi caracterizado pela difratometria de raios-x, método do pó. palavras-chave: ciclopaladado; análise térmica; pirazolato; imidazolato; 3,5-dimetilpirazolato. introdução os ciclometalados representam uma importante classe de compostos organometálicos e são formados pela ativação da ligação c-h, principalmente em ligantes orgânicos heterosubstituídos, por metais de transição11. o interesse crescente por esta classe de complexos é devido às suas potencialidades reacionais que levam à formação de uma variedade de compostos com ampla diversidade estrutural14, bem como por suas várias aplicações, tais como em síntese orgânica15, como metalomesogênios na obtenção de cristais líquidos12, em óptica não linear5, como catalisadores em meio homogêneo7, entre outras. nos últimos anos, ciclometalados de paládio(ii), http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt conhecidos também como ciclopaladados, foram empregados com sucesso na área médica, como espécies antitumorais4. por outro lado, complexos de coordenação contendo fragmentos pirazólicos e imidazólicos também foram descritos na literatura e revelaram uma rica variedade reacional e estrutural, com muitas aplicações importantes13. entretanto, poucos artigos científicos foram encontrados mostrando a interação de ciclometalados com estes azo-ligantes. no presente trabalho é descrita a investigação do comportamento térmico de uma nova série de complexos ciclopaladados, obtidos a partir de reações do azido-complexo [pd(dmba)(m-n3)]2 (1) (dmba = n,ndimetilbenzilamina) com os azo-ligantes aniônicos pirazolato (pz), imidazolato (imz) e 3,5-dimetilpirazolato (3,5-dmpz). os compostos foram caracterizados por análise elementar, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, espectroscopia de rmn de 13c{1h} e 1h e análise termogravimétrica. o produto final de decomposição térmica, paládio metálico, foi caracterizado pela difratometria de raios-x, método do pó. experimental instrumental espectroscopia de absorção na região do infravermelho os espectros de absorção na região do infravermelho foram medidos nos espectrofotômetros nicolet 730 sx-ft e impact 400 no intervalo espectral de 4000-400 cm-1, resolução de 4 cm-1, utilizando pastilhas de kbr. análise elementar as análises do teor de carbono, nitrogênio e hidrogênio foram realizadas em um equipamento eager-200 chnso-ce. análise térmica para a obtenção das curvas tg/dta foi empregado um equipamento sdt 2960 da ta instruments, com razão de aquecimento de 20ºc.min–1 e atmosfera dinâmica de ar sintético com vazão de 100 ml.min-1. difratometria de raios-x os difratogramas de raios-x foram medidos num difratômetro horizontal hgz4/b (g.d.r), equipado com um contador proporcional e discriminador de alto pulso, utilizando-se de uma câmara de debye-scherrer com radiação de cuka ( l = 1,54 å) configurado com 34 kv e 20 ma. os picos foram identificados usando uma base de dados da astm10. preparação dos compostos todas as reações foram realizadas à temperatura ambiente e os reagentes, todos de grau analítico, foram empregados sem purificação prévia. os solventes foram purificados segundo métodos descritos na literatura9. o ciclopaladado dimérico [pd(dmba)(m-n3)]2 (1) foi preparado conforme procedimentos descritos na literatura3. síntese dos ciclopaladados [pd(dmba)(m-x)]2 [x= pz (2), imz(3) e 3,5-dmpz(4)] em três erlenmeyers contendo individualmente 0,18 mmol do ciclopaladado [pd(dmba)(m-n3)]2, parcialmente solubilizado em 20,0 ml de acetona adicionou-se lentamente, sob agitação, a cada um dos frascos, uma solução contendo 0,36 mmol de naoh em 2,0 ml de água destilada juntamente com 0,36 mmol dos respectivos azo-ligantes. as suspensões permaneceram sob agitação por 30 min., originando-se soluções incolores e límpidas. elas, então, foram concentradas sob pressão reduzida e, sem aquecimento, a ¾ dos seus volumes iniciais, havendo a precipitação, devido a adição de pentano, de dois compostos brancos, nas soluções contendo os ligantes pirazolato e imidazolato, respectivamente, e um sólido amarelo na solução contendo o 3,5-dimetil-pirazolato. os complexos formados foram filtrados, lavados com água previamente destilada, éter e pentano e secos sob vácuo. os compostos foram recristalizados em uma mistura 1:1 de diclorometanopentano. os rendimentos foram de 90 % (2), 80 % (3) e 80 % (4). as análises elementares de c,h e n dos novos complexos estão em concordância com as fórmulas estruturais propostas, e os resultados são mostrados na tabela 1. resultados e discussão as reações entre o ciclopaladado [pd(dmba)(m-n3)]2 (1) e os sais de sódio de pirazolato (pz), imidazolato (imz) e 3,5-dimetil-pirazolato (3,5-dmpz), na razão molar 1:2, originaram espécies contendo dois grupos azólicos coordenados em ponte entre duas unidades contendo um dmba e um átomo de paládio, [pd(dmba)], conforme é mostrado no esquema 1. espectros no iv e de rmn a espectroscopia de absorção na região do iv é de suma importância na caracterização dos complexos obtidos. o espectro no iv do composto precursor (1) mostra uma banda em 2058 cm-1 e outra em 1357 cm-1, referentes aos modos vibracionais n as(n3) e n s(n3), respectivamente, além das bandas características da dmba2,8. de um modo geral, os espectros no iv dos compostos 2-4 apresentam as mesmas alterações significativas em relação ao espectro de (1), como a ausência de bandas referentes aos estiramentos nas(n3) e ns(n3), assim como a presença de bandas relativas aos grupos pirazólicos e imidazólico, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 evidenciando a total substituição dos grupos azida (n3) pelos azo-ligantes, como mostrado na tabela 2. além disso, a ausência das bandas características dos modos n (n-h) e d (n-h) confirmam a desprotonação destes azo-ligantes13,8. os espectros de rmn de 1h e 13c{1h} dos ciclopaladados 2-4 apresentam os sinais característicos do ligante dmba e dos grupos pirazólicos e imidazólico, em concordância com os dados fornecidos pelos espectros no iv 2. análise termogravimétrica apesar de possuírem as mais variadas aplicações, tais como materiais líquido-cristalinos, catalisadores, na área médica como agentes antitumorais, entre outras, são raros os casos da aplicação da análise térmica na investigação de ciclometalados. reconhecendo a importância de informações sobre o comportamento térmico para tais aplicações, nos propusemos a desenvolver a presente pesquisa. os resultados mostraram claramente a influência dos azo-ligantes na temperatura inicial de decomposição térmica dos compostos, e também como nas etapas das termodecomposições. os principais dados fornecidos pela análise das curvas tg/dta, referentes às termodecomposições dos compostos 2-4, são dadas na tabela 3. estas curvas foram obtidas em um fluxo de ar sintético seco e estão ilustradas na figura 1. foi verificado em todos os casos a formação de pd metálico [astm card file 5-0686]10, como resíduo final das termodecomposições. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 foram realizadas diversas tentativas da obtenção de curvas tg para o complexo (1) sob as mesmas condições experimentais dos complexos 2-4, porém, este ciclometalado demonstrou uma instabilidade térmica elevada, com a ocorrência de explosões em todas elas1. a decomposição térmica de (2) ocorre em cinco etapas consecutivas. a primeira perda de massa, entre 193-226 ºc, corresponde à saída de um grupo dmba. a segunda etapa, no intervalo de 226-253 ºc, é atribuída à perda de um dos dois íons pirazolatos. a terceira etapa consiste na perda do outro grupo dmba e ocorre no intervalo de temperatura de 253-296 ºc. na quarta etapa, verifica-se um gradativo ganho de uma molécula de o2, proveniente provavelmente da atmosfera dinâmico de ar sintético, no intervalo de temperatura entre 296-814 ºc. finalmente a última etapa, 814-945 ºc, refere-se à perda do segundo íon pirazolato, bem como a perda da molécula de o2 obtida na etapa anterior. observa-se uma massa constante acima de 945 ºc, referente ao resíduo final, o qual foi identificado como pd metálico. a curva de (3) indica perda de massa em quatro estágios consecutivos. observa-se no intervalo de 220-264 ºc a perda de um dmba e um íon imidazolato. entre 264-331 ºc ocorre uma segunda perda de massa atribuída à eliminação do segundo grupo dmba e do outro íon imidazolato, da mesma forma que na etapa anterior. as duas etapas seguintes, observadas no intervalo de 331-804 ºc e 804-904 ºc, consistem no ganho gradativo de uma molécula de o2, terceira etapa, seguida pela eliminação desta molécula, quarta etapa. atingida a temperatura de 904 ºc, verifica-se a presença do resíduo de pdo. as curvas tg/dta do complexo (4) são similares às curvas do complexo (2), como era esperado, pois o composto (4) é um derivado pirazólico simples, apresentando dois grupos metilas nas posições 3 e 5. nota-se que a presença destas duas metilas influenciaram no comportamento térmico do complexo (4), cujas etapas de perda de massa ocorrem em temperaturas inferiores àquelas verificadas na curva tg/dta do complexo (2), conforme mostrado na tabela 3. um fato observado é que estes complexos contendo azo-ligantes levaram à formação de apenas pd metálico como resíduo final, diferentemente do comportamento térmico apresentado por outros ciclopaladados explorados pelo nosso grupo de pesquisa, e descritos em trabalhos anteriores6, que revelaram ganho oxigênio e formação do resíduo óxido de paládio em suas decomposições térmicas. este fato é explicado pelo uso do equipamento tgs-2 da perkin elmer que não permitia atingir temperaturas superiores a 900 ºc, com segurança e boa resolução, em comparação com o equipamento sdt 2960 da ta-instruments. considerando a temperatura inicial do processo de decomposição térmica, é possível estabelecer a seguinte ordem relativa de estabilidade térmica: [pd(dmba)(m-imz)]2 > [pd(dmba)(m-pz)]2 > [pd(dmba)(m -3,5-dmpz)]2, na qual são claramente evidenciadas a influência dos ligantes azólicos. conclusão no presente trabalho constatou-se a influência dos grupos pirazólicos e imidazólico no comportamento térmico da série de compostos ciclopaladados do tipo [pd(dmba)(m-x)]2 , sendo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 x= pz (2), imz (3) e 3,5-dmpz (4). além disso, observou-se uma concordância entre os dados espectroscópicos e termogravimétricos. estes estudos serão de grande valia notadamente para as aplicações dos compostos 2-4, como por exemplo, na área médica, considerando que drogas de baixo custo possuem boa estabilidade térmica e podem ser armazenadas à temperatura ambiente, transportadas sob a influência da luz solar, bem como um duradouro prazo de validade. agradecimentos os autores agradecem a universidade católica de brasília – ucb, capes, cnpq e fapesp pelo suporte financeiro. almeida, e. t., mauro, a. e., santana, a. m. thermal behaviour of binuclear cyclopalladated compounds containing anionic azo-ligands. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: the present paper deals with the thermal behavior study of cyclopalladated complexes obtained from reactions of [pd(dmba)n3]2 (1), dmba = n,n-dimethylbenzylamine, with azole-compunds, such as, the anionic ligands pyrazolate (pz), imidazolate(imz) and 3,5-dimethylpyrazolate (3,5-dmpz). the characterization of the binuclear complexes [pd(dmba)(m-pz)]2 (2), [pd(dmba)(m-imz)]2 (3) and [pd(dmba)(m-3,5-dmpz)]2 (4) was carried out by elemental analysis, ir and nmr spectroscopy. their thermal behaviour has been investigated and the final product was identified by x-ray powder diffractometry which showed the formation of pd(0) as final decomposition product. keywords: cyclopalladated; thermal analysis; pyrazolate; imidazolate; 3,5-dimethylpyrazolate. referências 1 almeida, e.t.; mauro, a. e.; ananias, s.r. comportamento térmico de compostos ciclopaladados mono e dinucleares contendo difosfinas. an. assoc. bras. quim., v. 50, p.34-39 , 2001. 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http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200004 antioxidant flavonol glycosides from nectandra grandiflora (lauraceae) flavonóis glicosilados antioxidantes de nectandra grandiflora (lauraceae) alan bezerra ribeiro; dulce helena siqueira silva; vanderlan da silva bolzani departamento de química orgânica instituto de química unesp 17801-970 araraquara sp brasil abstract the bioassay-guided fractionation of the ethanol extract from nectandra grandiflora leaves led to the isolation of two flavonol glycosides which inhibited the bleaching of b -carotene on the tlc assay. both compounds had their molecular structures elucidated by means of extensive use of uniand bidimensional nmr techniques and were identified as 3-o-b -rhamnosylkaempferol and 3-o-b -rhamnosylquercetine. keywords: nectandra grandiflora, antioxidant, flavonoid glycoside resumo o fracionamento cromatográfico do extrato etanólico das folhas de nectandra grandiflora resultou no isolamento de dois flavonóides glicosilados que apresentaram atividade antioxidante inibindo a oxidação do b -caroteno em ccdc. as substâncias isoladas tiveram suas estruturas elucidadas através de técnicas espectrométricas de rmn unie bidimensional e foram identificadas como 3-ob -ramnosy kaempferol and 3-o-b -ramnosylquercetina. palavras-chave: nectandra grandiflora, antioxidante, flavonóide glicosilado http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso introduction nectandra grandiflora is an arboreous species belonging to lauraceae and is mainly found in asia southeast and brazil10. it is popularly known as "canela amarela" and "caneleira"11 in brazil, which are references to the cinammon smell of its bark. the infusion of its leaves is used as a folk medicine for its antirheumatic, digestive and diuretic properties5, and previous chemical and pharmacological studies on this species reported the occurrence of alkaloids and terpenes in its bark ethanolic extract12. flavonoids are also found in many species of lauraceae as glycosides or aglycones and exhibit a number of biological activities including antibacterial, antiviral, antiinflammatory and antioxidant7,8. antioxidants play a role in the maintenance of the pro/antioxidant balance by neutralizing the radicalar oxygen and nitrogen species (ros and rns), which are responsible for deleterious processes in biological systems. ros/rns initiate radicalar reactions with membrane lipids, for instance, leading to oxidative stress conditions, which may include descompartmentalization of cellular fluids, desfunctionalization and cell death ultimately6. the number of hydroxyl groups and the pattern of the aromatic rings hydroxylation of antioxidant molecules can be correlated to the antioxidant efficiency of phenolic compounds2. the acidic phenolic hydrogens can be easily released in the radicalar form to neutralize ros/rns, generating phenoxyl radicals which are well stabilized through resonance13. the ease of donation of hydrogen radicals is related to the radical scavenging ability of antioxidants, which may be assessed by a number of methods, including the spectrophotometric assay with the stable free radical diphenyl pycrylhydrazyl (dpph)4. this paper deals with the detection of antioxidant compounds in the ethanolic extract of nectandra grandiflora leaves, which inhibited the bleaching of b -carotene on tlc plates. the fractionation of the extract through chromatography in order to isolate and elucidate the molecular structures of the compounds responsible for the antioxidant activity and the evaluation of the scavenging activity of the isolates were subsequently undertaken. materials and methods • plant: leaves from nectandra grandiflora were collected in estação ecológica juréiaitatins, guaraú, in peruíbe, in january 1999 and were identified by botanist dr. inês cordeiro. a voucher specimen was deposited at botanic garden, são paulo. • antioxidant tests bleaching of b -carotene on tlc: the test was carried out on tlc plates. after developing and drying, plates were sprayed with a 0.02% solution of b -carotene (aldrich) in ch2cl2. plates were placed under natural light until discoloration of background. the yellow spots remaining indicated the presence of antioxidant substances. spectrophotometric assay on the reduction of dpph: the test of reduction of 2,2-diphenyl1-pycrylhydrazyl was carried out with 0,004% dpph solution in meoh, which was added to the compounds. absorbance at 517 nm was determined after 30 min and the percentage of activity was calculated 4. • isolation: dried and ground leaves (5.0 kg) were submitted to extraction with ethanol at room temperature. the ethanolic solution was evaporated under vacuum and afforded the ethanolic extract (13.2 g). after dissolution in meoh/h2o (9:1), this extract (5.0 g) was submitted to liquid-liquid partition with organic solvents: hexane, chloroform and ethyl acetate, subsequently. these fractions were analysed by tlc revealed with b -carotene solution, disclosing the presence of antioxidant compounds in the ethyl acetate fraction. the chromatographic separation of this fraction was performed on a sephadex lh-20 column eluted with methanol and afforded 42 subfractions, which were pooled after comparison of their chromatographic profile through tlc analysis. fractions (25-31) and (32-36) were subsequently purified by preparative tlc (chcl3/meoh/h2o/hoac 79/18/2/1) and afforded compounds 1 (7.1 mg) and 2 (6.0 mg), respectively. results and discussion the antioxidant test disclosed the presence of one pale-yellow spot at rf 0.50 and one orange spot at rf 0.30 due to the presence of compounds 1 and 2, respectively, in the ethyl acetate fraction. the phytochemical work on this fraction led to the isolation of 3-o-b -rhamnosylkaempferol (1) and 3o-b -rhamnosylquercetine (2) (figure 1) which have been identified through analysis of their spectrometric data and comparison with literature3,9. the 1h nmr spectrum of compound 1 disclosed the presence of two doublets at d 6.86 (8.5 hz) and 7.66 (8.5 hz) evidencing a p-hydroxylated b ring and two broad singlets at d 5.88 and d 6.04 for the 5,7,9-trioxygenated a ring of a flavonoid (table 1). one doublet at d 0.77 (6.0 hz) of a methyl group, one dublet at d 5.27 (1.0 hz), in addition to signals at d 3-4 suggested disclosed the presence of a rhamnosyl moiety linked to the aglycone. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 the 13c nmr spectrum showed signals at d 70.1, 70.3, 70.4 and 71.2 for hydroxymethine carbons, one signal at d 17.5 for one methyl carbon and at d 101.6 for the anomeric carbon, which confirmed the presence of a rhamnosyl unit linked to the aglycone. this spectrum also showed signals at d 176.0, d 155.5 and d 134.0 suggesting the presence of an a ,b -unsaturated ketone moiety of a flavonol. comparison with literature data for flavonol aglycones evidenced downfield shifts for c-2 (dd ~9.5 ppm) and c-4 (dd ~ 2.0 ppm) and upfield shift for c-3 (d d~2.0 ppm) for compound 1 suggesting the location of the sugar moiety at c-31. the remaining signals of this spectrum confirmed the presence and oxygenation pattern of the a and b rings. correlations observed in the homocosy, tocsy, hmqc and hmbc spectra allowed the complete assignment of 1h and 13c nmr signals to the hydrogens and carbons of compound 1. the hmbc spectrum showed correlation of the anomeric hydrogen h-1'' (d 5.27) with c-3 which confirmed the position of the rhamnosyl moiety at c-3 (figure 2). these remarks led to the establishment of the structure of compound 1 as 3-o-b -rhamnosyl kaempferol. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 the 1h nmr spectrum of compound 2 showed two doublets at d 6.78 (8.0 hz) and d 7.24 (2.0 hz) and one double-doublet at d 7.20 (2.0 and 8.0 hz) which were assigned to h-5', h-2' and h-6', respectively, suggesting the presence of a 3,4-dioxygenated b ring on flavonoid 2 structure (table 2). the 13c nmr spectrum showed signals at d 149.5 and d 145.5, assigned to quarternary aromatic carbons c-3' and c-4' and signals at d 115.0, d 115.4 and d 120.8, which were assigned to the methine aromatic carbons c-2', c-5' and c-6' and confirmed the 3,4-dioxygenation pattern of b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 ring. the remaining 1h and 13c nmr signals had chemical shifts similar to those of compound 1, including the hmbc correlation of c-3 (d 133.5) and the anomeric hydrogen h-1'' (d 5.24), which confirmed the position of the rhamnosyl unit at c-3 (figure 2) and allowed us to establish the structure of compound 2 as 3-o-b -rhamnosylquercetine, also known as quercitrin. the antioxidant activity observed for pure compounds 1 and 2, evidenced by inhibition of b -carotene bleaching on tlc and by reduction of dpph, was due to structural features of flavonoids as phenolic hydroxyl groups, a ,b -insaturated ketone moiety and a or b -hydroxyketone units. these sub-structures causes enhancement of the antioxidant activity by improving the stabilization ability of the flavonoid radicalar species after release of a phenolic hydrogen radical of its molecular structure. the brighter yellow color observed on the tlc for compound 2, meaning a higher antioxidant activity, was due to the additional hydroxyl on b ring, composing a catechol (ortho-dihydroxy) group, which confers greater stabilization ability for the flavonoid radical through hydrogen bonding (scheme 1). the evaluation of the radical scavenging activity of compounds 1, 2 and rutin using the spectrophotometric assay with dpph gave the percentual absorbance variation (%a) of the dpph solution for each compound in the several concentrations used. the original purple solution with unreduced dpph turns into yellow color after addition of the antioxidant and completion of the radicalar reaction, in which the extended conjugation of dpph is interrupted. the catechol moiety was also responsible for the stronger radical scavenging ability of compound 2 and standard compound rutin, when compared to the kaempferol derivative 1 (figure 3). conclusions the pursue for antioxidant compounds from the ethanol extract of nectandra grandiflora leaves led to the isolation and identification of two flavonol glycosides. flavonoids are secondary metabolites widespread in plant kingdom and their occurrence in leaves has been related to the need of protection from the oxidative processes. leaves are the primary site for photosynthetic reactions due to their high content in chlorophylls. they are thus continuously exposed to uv/vis light which is not only necessary for photosynthesis, but also responsible for the generation of radicalar species that might damage subcellular structures if the leaves had not an efficient system for quenching ros/rns. the glycosilated flavonols isolated in this work might thus play a role in the protecting http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 system of nectandra grandiflora leaves against oxidative stress. aknowledgments the authors thank biota-fapesp for grant 98/5074-0 and cnpq and capes for fellowships. references 1 agrawall, p. k. carbon-13 nmr of flavonoids. new york: elsevier, 1989. p.564. 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[ links ] javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); recebido em 30.11.2001 aceito em 21.12.2001 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200004  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100021 determination of herbicides residues in soil by small scale extraction luciana polese* eliana freire gaspar de carvalho dores** elaine fátima galatti jardim* sandro navickiene* maria lúcia ribeiro* abstract: herbicides such as trifluralin, simazine, atrazine, metribuzin and metolachlor are used in brazilian agriculture. the efficiency of a small scale method for determination of these herbicides and two degradation products (deisopropylatrazine and deethylatrazine) in soil samples was evaluated. the compounds were extracted from soil samples (5 g) with 20 ml of ethyl acetate in a mechanical shaker for 50 min. following the extraction, the supernatant was dried through anhydrous sodium sulphate, concentrated and analysed by high resolution gas chromatography (hrgc) with thermionic specific detection (tsd). mean recoveries obtained from soil samples fortified at three different levels ranged from 81 to 115% with relative standard deviation (rsd) values varying from 1.2 to 12.7%. the method detection limits ranged from 0.01 to 0.06 mg kg-1. the methodology was applied using soil samples from farms located near the town of araraquara, in the state of são paulo, brazil. keywords: soil; herbicides residues; gas chromatography. introduction as a result of agricultural practices, the soils are being continually polluted by pesticides. brazil plays an important role in the world agrochemical market. agrochemicals are used for weed and pest control of different crops, mainly in fruits, vegetables, soybean, cotton and sugar cane 7,3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt since the brazilian pesticide market is focused on herbicides in comparison with insecticides and fungicides 7 and the agricultural use of herbicides trends to increase 3 it is important to estimate the soil contamination by herbicides. methods for the determination of herbicides in soils have been described in the literature. different organic extractive solvents 1,5,6,8,9,12,13 have been proposed, as well as, various extraction procedures such as liquid-liquid 1,9,12,13, soxhlet 5,13, solid phase extraction 8,12 and supercritical fluid extraction 9,12 have been tested. florisil cartridges 1,5,12 and gel permeation chromatography 5 have been commonly used as purification techniques. analyses have been carried out by liquid chromatography with diode array detector 5,9 and mainly by packed or capillary gas chromatography with electron-capture and nitrogen-phosphorus detectors 1,6,8,12,13. in general, the efficiency of the procedures is evaluated by means of recovery analysis 5,6,12,13, comparison with other procedures 10,13 or application to field samples which have been treated with the herbicides 12,13. the aim of this study is to evaluate the applicability of a small scale method for simultaneous determination of five herbicides (trifluralin, simazine, atrazine, metribuzin and metolachlor) and two metabolites (deisopropylatrazine and deethylatrazine) in soil samples. the establishment of the experimental conditions followed a described methodology 10 developed for the determination of atrazine in soil. materials and methods apparatus a varian 3300 (varian associates, sunnyvale, ca, usa) gas liquid chromatograph equipped with a split-splitless injector, a thermionic specific detector (tsd) and a varian 4290 integrator were used. a fused silica capillary column (30 m x 0.25 mm i.d.; j&w scientific, folsom, ca, usa) with db-5 (5% phenylmethylpolysiloxane) liquid phase (film thickness 0.25 mm) was employed. injections were performed in splitless mode. the column temperature programme was as follows: initial temperature 140ºc (held for 1 min), increased at 2ºc min-1 to 240ºc (held for 1 min), increased at 10ºc min-1 to 260 ºc and held at the final temperature for 10 min. the injector and detector temperatures were 240ºc and 300ºc, respectively. nitrogen (99.999% pure) was used as carrier gas, at 0.7 ml min-1. detector gases: air 189 ml min-1, hydrogen 1.5 ml min-1 and nitrogen 31 ml min -1. reagents and standards ethyl acetate (mallinckrodt baker inc., paris, kentucky) was nanograde. anhydrous sodium sulfate (mallinckrodt) was of analytical grade. reference standards of deisopropylatrazine, deethylatrazine, trifluralin, simazine, atrazine, metribuzin and metolachlor were obtained from dr. ehrenstorfer (augsburg, germany). standard solutions were made up in ethyl acetate and stored at -18ºc. soil samples soil samples were collected in two farms located near the town of araraquara, in the state of são paulo, southeast, brazil; on january, 1999 and june, 1999, respectively. the samples were taken in sugar cane fields. soil samples were collected in five points from the first farm at two depths (0-25 cm; 25-50 cm). twelve samples from the second farm were taken at depth of 0-25 cm. the soils were sampled, packed in paper boxes and brought to the laboratory. sample preparation and fortification 300 g of each soil samples was air-dried, passed through a 2 mm sieve, homogenized and stored in a closed vessel. fortified soil samples were prepared by adding 1.0 ml of each standard solution to 5.0 g of soil. the standard solution was added to the soil sample drop by drop while verifying that the solution covered the soil particles completely. after fortification the samples were kept at room temperature for 1 h to allow evaporation of the solvent. extraction procedure an analytical sample of 5.0 g was weighed in a 25 ml screw-capped flask; 20 ml of ethyl acetate was added and the flask was shaken in a mechanical shaker (thermolyne, dubuque, iowa, usa) for 50 min. the soil was allowed to settle and the supernatant was poured to another flask containing 1 g of anhydrous sodium sulfate. 10.0 ml of the organic layer was transferred to a round-bottom flask and concentrated to approximately 0.5 ml using a rotary evaporator. the final extract was reconstituted to an adequate volume (1.0 ml) with ethyl acetate. gas chromatographic analysis suitable aliquots (1 ml) of soil extracts and standard solutions were injected into a gas chromatograph. the percentages of recoveries were calculated by comparing the average chromatographic peak heights of the standard, fortified samples and unfortified samples. quantification of herbicides in soil samples was performed using a three point linear calibration curve plotting peak heights versus concentrations. results and discussion the establishment of the experimental conditions was based on a method developed by steinwandter 10 for the determination of atrazine in soil. in this method, after adding water and ethyl acetate, atrazine was extracted from two contaminated soil samples by shaking on a mechanical shaker for 16 h. in the present study, five herbicides (trifluralin, simazine, atrazine, metribuzin, metolachlor) and two metabolites (deisopropylatrazine, deethylatrazine) were extracted from soil with ethyl acetate by shaking on a mechanical shaker for 50 min. the herbicides were selected among those released by the brazilian legislation for field application 4. the efficiency of the extraction procedure was evaluated by means of recovery analyses with soil samples fortified at three different levels. as shown in table 1, the mean recoveries of four replicates of fortified soil samples ranged from 81% to 115%. the reproducibility of the method was demonstrated by the relative standard deviation (rsd) values that varied from 1.2% to 12.7%. the detection limits, determined by the described procedure 11, ranged from 0.01 mg kg-1 to 0.06 mg kg-1 for the studied compounds. gas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 chromatograms concerning an unfortified soil sample, a fortified soil sample and a standard solution are shown in figure 1. the total running time under the described conditions was approximately 27 min. the soil sample (sandy clay, ph 4.4, organic matter 0.7 %) used in the recovery analysis was free of the selected compounds. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 after optimization of the experimental conditions, the presented method was applied to twenty two soil samples collected in sugar cane fields from two farms located near the town of araraquara, in the state of são paulo, brazil. some soil properties are presented in table 2. all of the soil samples had a ph between 4.1 and 5.8 and organic matter contents between 0.7 % and 2.6%. the soil samples were analysed in duplicate. calibration graphs were constructed by the external standard method. a good linearity was achieved in the range 0.08-4.5 mg kg-1, with correlation coefficients between 0.9998 and 1.0000. clean up steps were unnecessary because no interfering peaks were observed in the chromatograms of the soil samples. since the extractibility of the pesticides from soils decreases with time 2,analyses were performed with different extraction times (50, 120 and 180 min). no residues of the studied compounds were detected under the selected conditions in the soil samples, which were collected in sugar cane fields. further investigations are necessary in order http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100021&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 to verify the ability of the proposed method to extract aged residues from soil. conclusion the efficiency of a small scale method for determination of herbicides residues in soil was demonstrated by means of a recovery study with samples fortified at different levels of concentration, determination of the detection and quantification limits. the procedure did not require specific optimizations for the analysis of twenty two soil samples and the results indicated that the decribed method could be applied in monitoring studies to estimate the contamination of soils by herbicides. acknowledgements the authors express their thanks to laboratório de análise de solos from instituto de química de araraquara unesp for determination of soil properties. polese, l., dores, e.f.g.c., jardim, e.f.g., navickiene, s., ribeiro, m.l. determinação de resíduos de herbicidas em solo por extração em pequena escala. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. resumo: herbicidas tais como trifluralina, simazina, atrazina, metribuzina e metolaclor são usados na agricultura brasileira. a eficiência de um método em pequena escala para a determinação destes herbicidas e dois produtos de degradação em amostras de solo foi avaliada. os compostos foram extraídos das amostras de solo (5 g) com 20 ml de acetato de etila em agitador mecânico por 50 min. após a extração, o sobrenadante foi filtrado em sulfato de sódio anidro, concentrado e analisado por cromatografia a gás de alta resolução com detector termiônico específico. valores médios de recuperação obtidos de amostras de solo fortificadas em três níveis diferentes variaram de 81 a 115 % com valores de desvio padrão relativo entre 1,2 e 12,7 %. os limites de detecção do método variaram de 0,01 a 0,06 mg kg-1. a metodologia foi aplicada a amostras de solo de fazendas localizadas próximas à cidade de araraquara, estado de são paulo, brasil. palavras-chave: solo; resíduos de herbicidas; cromatografia a gás. references 1 balinova, a.m.; balinov, i. determination of herbicide residues in soil in the presence of persistent organochlorine insecticides. fresenius, j. anal. chem., v.339, p.409-412, 1991. 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contends heavy metals erlandson thiago oliveira nascimentoi; ana paula kawabe de limai; josé arana varelai; élson longoii; antonio carlos hernandeziii; maria aparecida zaghete bertochii; leinig perazollii idepartamento de biotecnologia cmdmc instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil iidepartamento de química cmdmc ufscar 13565-905 são carlos sp brasil iiidepartamento de física e ciência dos materiais instituto de física usp 13560-900 são carlos sp brasil resumo neste trabalho foi estudada resistência de cadinhos de sno2 dopados com 1%mol de zno frente a corrosão na fusão de vidro contendo metais pesados. os cadinhos foram obtidos através do processo de colagem de barbotina, e a sinterização foi realizada até a temperatura de 1400ºc por 4 horas. os vidros foram fundidos uma única vez por 1 hora, sendo que o vidro de composição 50b2o3-50pbo à 700 ºc, o de composição 60b2o3-40bao à 1150 ºc e o de composição 66,67b2o3-33,33pbo à 700 ºc, sendo resfriados no interior dos cadinhos. estes cadinhos foram então preparados e analisados por mev-eds. palavras-chave: sinterização, óxido de estanho, óxido de zinco, vidros, cadinhos abstract http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso in this work it was studied resistance of crucibles of sno2 doped with 1%mol of zno when they are submitted to thermal treatment for melting glass with heavy metals. the crucibles were obtained through the slip casting process, and the sintering temperature was 1400ºc by 4 hours. the glass composition of 50b2o3-50pbo, 60b2o3-40bao and 66,67b2o3-33,33pbo was melted at 700ºc, 1150ºc and 700ºc respectively. all these glasses compositions were melted only one time for 1h and chilled inside the crucibles. these crucibles were analyzed by sem-eds. keywords: tin oxide, crucible, corrosion introdução o óxido de estanho tem grandes aplicações científicas e tecnológicas na área de sensores de gases[1] na sua forma porosa e na sua forma densa nas áreas de varistores cerâmicos e dispositivos com alta resistência[2] química dentre outras. este óxido é caracterizado por exibir uma pequena densificação durante a sinterização quando puro[3]. a sua baixa densificação pode ser explicada pela equação: a diferença na carga iônica e a semelhança nas dimensões atômicas do sn4+ e zn2+,elegem o zno como agente densificante do sno2 pela geração de vacâncias extrínsecas de o2 por: estudos mostraram que o sistema sno2-zno densifica em torno de 98%[4]. associado a este fato, a baixa corrosão sofrida por eletrodos de óxido de estanho, em contato com vidros fundidos[2] de metais pesados tornam este material bastante promissor. vidros ópticos de óxidos de metais pesados são caracterizados por elevada densidade, alto índice de refração, baixa temperatura de transição e excelente transmissão no infravermelho[5] mas podem ser erroneamente definidos como aqueles que contenham mais de 50% de cátions de metais pesados, participando na estrutura do vidro. neste estudo de corrosão dos cadinhos perante a fusão de vidros, foram escolhidos vidros do tipo boratos por possuírem um baixo custo e uma grande facilidade de manufatura. o óxido de boro é um formador vítreo típico[6] e é utilizado como um dos componentes de vidros comerciais e especiais, apesar de poder ser atacado quimicamente pela atmosfera[7]. materiais e métodos para realização deste estudo utilizou-se sno2 (merck), zno (royalox unimauá), b2o3 (merck), pbo (merck) e baco3 (merck), todos de pureza analítica. os cadinhos de sno2 dopados com 1mol% de zno foram obtidos através do processo de colagem de barbotina. a barbotina foi preparada por moagem em atritor e adição de agente defloculante para a formação de uma suspensão estável do pó; após a obtenção da suspensão do pó obteve-se os cadinhos através do processo de colagem utilizando-se molde em gesso poroso. para a preparação da barbotina utilizou-se uma proporção de 70% de sólido e 30% de água juntamente com o defloculante polimérico dispersal. as peças obtidas foram então sinterizadas até 1400oc com taxa de aquecimento de 5oc/min em atmosfera de ar sintético seco por 4 horas. medidas de densidade foram feitas pelo método de arquimedes que consiste na medida da massa da amostra seca, da amostra úmida e da submersa através do seguinte procedimento: 1) deixar a amostra por 2 horas, em estufa, à 110oc e medir a massa seca(ms) 2) deixar a amostra submersa em água destilada por, no mínimo 12 horas. retirar o excesso de água com uma gaze úmida e medir a massa úmida (mu). 3) colocar o porta amostra de arquimedes na balança, eliminar todas as bolhas de ar retidas no porta amostra, colocar a amostra e medir a massa imersa (mi). a densidade da amostra, para amostras densas, será dada por: sendo ms a massa seca, mu a massa úmida, mi a massa imersa. os cadinhos foram então utilizados na fusão de vidros. para a realização deste estudo foram fundidos vidros de 3 composições diferentes. os vidros foram fundidos uma única vez por 1 hora, o de composição 50b2o3-50pbo à 700 ºc, o de composição 60b2o3-40bao à 1150 ºc e o de composição 66,67b2o3-33,33pbo à 700 ºc, sendo resfriados no interior dos cadinhos. posteriormente os cadinhos com o vidro dentro cadinhos foram cortados em serra de diamante. após o corte as amostras foram preparadas para análise em mev-eds. este preparo consistiu em lixar a superfície cortada e recobri-la com diamante. o aparelho de mev-eds utilizado foi para estes ensaios foi sem-topcom sm300 pgt system. resultados nas análises de densidade dos cadinhos realizadas pelo método de arquimedes os resultados obtidos foram de aproximadamente 96% de densidade em relação à densidade teórica do oxido de estanho puro(6,94 g/cm3)[8]. em uma análise visual dos cadinhos notou-se que todos apresentaram uma interface no interior da fase cerâmica, como mostra a figura 1. estas interfaces ocorreram em decorrência da difusão de átomos do vidro para a fase cerâmica ou pela migração de átomos da própria fase cerâmica para uma outra região. estas difusões serão melhores explicadas pelos resultados obtidos nas análises de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 eds. nas três amostras foram realizadas análises por mev-eds onde ocorreu a interface no interior da fase cerâmica e na interface entre a fase vítrea e a fase cerâmica. na micrografia b) da figura 2 nota-se que a superfície da cerâmica foi atacada pelo vidro. analisando os espectros de eds (figura 3) e a respectiva análise quantitativa (tabela 1) do cadinho com o vidro 50b2o3-50pbo, realizados nos pontos indicados na figura 2, verifica-se que no ponto a ocorreu uma concentração de sn e zn próximas as iniciais da fase cerâmica. no ponto b, somente foi encontrado sn, isso nos mostra que nesta região não ocorreu a migração do pb, nota-se também que o zn migrou-se desta região. no ponto c também foi encontrado somente sn, mostrando novamente que não ocorreu migração de pb na interface vidro cerâmica, também nota-se outra vez a ausência de zn. no ponto d, próximo a interface com a cerâmica, notou-se que a fase vítrea encontrava-se contaminada com a presença de sn e zn provenientes da cerâmica. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 com a micrografia b) da figura 4 verifica-se que a superfície da interface vidro cerâmica não foi atacada pelo vidro. analisando os espectros de eds (figura 5) e a respectiva análise quantitativa (tabela 2) do cadinho com o vidro 66,67b2o3-33,33pbo, verifica-se que no ponto a ocorreu uma maior concentração de pb e zn, e nota-se também que o sn migrou-se para outros pontos. no ponto (b), somente foi encontrado sn, isso nos mostra que a difusão do pb, não ocorreu na interface vidro-cerâmica e sim na parede externa do cadinho. nota-se também que o zn que estava em grande concentração no ponto (a), migrou-se desta região. no ponto (c), encontrou-se a fase cerâmica com as composições próximas das iniciais do cadinho. e no ponto (d), este já no interior do vidro, porém próximo a interface com a cerâmica, encontrou-se uma grande concentração de pb, e também uma pequena difusão de zn, proveniente da cerâmica. neste ponto também notou-se a presença de b. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 file:///home/ecletica/%c3%81rea%20de%20trabalho/artigos%202002-1997/2002%20-%20special%20issue/ na tabela 2 tem-se um resumo da analise quantitativa por eds dos pontos selecionados. os resultados para os pontos (a) e (d) não puderam ser realizados considerando a presença do boro por limitações de peso molecular. desta forma as analises foram realizadas sem considerar a presença do boro e os resultados são uma representação qualitativa para as concentrações de estanho, zinco e chumbo. com a micrografia a) da figura 6 verifica-se que a superfície da interface vidro cerâmica foi atacada pelo vidro. analisando os espectros de eds(figura 7) e a respectiva análise quantitativa'(tabela 3) do cadinho com o vidro 60b2o3-40bao, verifica-se que o bário difundiu por toda a fase cerâmica tendo maior concentração na região próxima a interface vidro cerâmica, ponto (b), que o boro apresenta-se difundido na fase cerâmica somente na região do ponto (b), isto é, na região entre a interface vidro cerâmica e a interface interna na parede do cadinho, que o http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 file:///home/ecletica/%c3%81rea%20de%20trabalho/artigos%202002-1997/2002%20-%20special%20issue/ estanho encontra-se difundido em toda a fase vítrea, porém com maior concentração na região do ponto (c). file:///home/ecletica/%c3%81rea%20de%20trabalho/artigos%202002-1997/2002%20-%20special%20issue/ na tabela 3 tem-se um resumo da análise quantitativa por eds dos pontos selecionados. os resultados para os pontos b e c não puderam ser realizados considerando a presença do boro por limitações de peso molecular. desta forma as análises foram realizadas sem considerar a presença do boro e os resultados apresentados são uma representação qualitativa para as concentrações de estanho, zinco e bário. apesar de terem ocorrido difusões tanto do material cerâmico no vidro como do material vítreo na cerâmica, por se tratar de um ensaio realizado apenas uma vez, isso nos mostra a possibilidade de se realizar uma primeira fusão que servira como cobertura nos cadinhos, para que em fusões posteriores não ocorram mais estas difusões. conclusão concluiu-se que os cadinho de sno2-zno podem ser utilizados na produção de vidro dopados por metais pesados. ocorreu uma pequena difusão tanto dos vidros na cerâmica como da cerâmica nos vidros. espera-se que após uma primeira fusão, que funcionará como uma cobertura, não ocorra mais esta difusão. a pequena difusão que ocorreu entre as fases é decorrente da porosidade encontrada na superfície do cadinho à 96% de densidade, e isto mostra que um aumento na densidade dos cadinhos os tornam bastante promissores para o uso na produção de vidro especiais. agradecimentos os autores agradecem s fapesp, cnpq, capes e finep pelo apoio financeiro. referências bibliográficas 1 bansal, n.p.; doremus, r.h. handbook of glass properties. "academic press inc" (1986), http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 p.32. [ links ] 2 dumbaugh w.h.; lapp j.c. heavy-metal oxide glasses. j. am. ceram. soc., v.75, p.23152326, 1992. [ links ] 3 fagan j.g.; amarakoon, v.r.w. reliability and reproducibility of ceramic sensors .3. humidity sensors. am. ceram. soc. bul., v.72, p.119, 1993. [ links ] 4 perazolli, l.a.; biscaro, r.s.; giraldi, t.r.; longo, e.; varela, j.a.; foschini, c.r. improved densification of sno2 by doping with zno. sint. sci. technol. p.117-122, 2000. [ links ] 5 kingery, w.d.; bowen, h.k,; uhlmann, d.r. introduction to ceramics. 2.ed. new york: wiley, 1973. [ links ] 6 paria, m.k.; basu, s.; paul, a. enhanced sintering of tin dioxide with additives under isothermal condition. trans. indian ceram. soc., v.42, p.90-95, 1983. [ links ] 7 shaw g.b. properties of tin oxide electrodes for the glass industry. glass int., p.39-42, 1987. 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u = stretching of the hydrogen bonds n= number of the pairs of basis. (3)          n n n n n n nnnnn uvuu k u m h 1 1 1 2 1 2 )( 22  (4) the associate equations for (4) are a system of equations (n=1, 2... n) 0)2()(́ 11 ..   nnnnn uuukuvu , (5) ( )( nuv  being the derivative of the potential) we consider potentials of the form:   )]([ nnnnnn yxvdyxv  (6) v is the potential and dn represents a discontinuity in the bases. in case of a discontinuity on the site only n0 , dn is the form )1( 0,.0 nnn dd  , (7) and the parameter α is the non-homogeneity (magnitude of the impurity) and considered in the interval [-1,∞ ) and d0 a constant. in the case of the potential of morse are:   2}1)]({exp[  nnnnnnn yxadyxv , (8) dn is the depth of potential and an represents the amplitude of the potential of morse of the site n. we consider the potentials: (symmetric morse potential)  21)exp( 2 1 )(  uuv (9) (“hump” morse potential)  21)4exp(15806.0)(  uuv , if u<0 (10) 432 70.105.452.2)( uuuuv  , if 0<u<1   )4/1()4exp(40857.0)(  uuuv , if u>1. 2.2. numerical solutions of the equations (5) using the approximation for the oscillator n and t=2π/wb    mk k b k nnn tkzzu 1 0 )cos(2  . (11) and substituting in (5) one has 2 2 2 ' 1 1(2 ) 0k k k k b n n n n nk z v z z z        , (12) which depend on the parameter k, and v'n k is the k th fourier coefficient for the periodic function v'(un(t)). in figure 1 is depicted the example for the potential (equation 9) the solution of equations (5) denominated breather. figure 1. the solution of equations (5) for the case of potential (equation 9) with k=0.3 and wb=0.8. remark 1 the dynamics of the dna is a set of coupled oscillators, and the vibrational motion is equivalent to equations (5) which depend on the several control parameters: potential modified of morse and constant k of coupling. parametric changes in the potentials imply changes in the amplitudes of the vibrations. for example, for the potential (equation 9), https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p71-75 original article 73 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p71-75 the maximum amplitude of the vibrations is 0.6. in biological terms, this change can be the effect of a disease or pharmaceutical control treatment. 2.3. stability: harmonic bifurcation we analyze the stability of the breather solution. let us introduce a function ũn(t) = un(t) + n(t), where un(t) is the periodic breather solution shown in figure 1 and εn(t) is a perturbation: ũn(t) must satisfy the system (equations 5) and expanding around un(t) to first order (linearization), we obtain the following system of equations for εn(t)   0)2())((" 11   nnnnnn ktuv  (13) we can associate a monodromy matrix for this equation with floquet multipliers 7 . remark 2 the solution is stable if the modules of floquet multipliers are one. the especial instability (“harmonic bifurcation”) in our case happens when a pair of floquet multipliers merges at λ=1 and splits off circle onto the positive real axis, in figure 2. figure 2. the instability “harmonic bifurcation”. case pbd model with k=0.13. 2.4. breather mobile and breather trapped once the system of equations (5) is worked out by runge kutta method and has seen its stability till the parameter k=0.13, one construct in breather mobile considering the initial conditions of the position and average speed of each position “n” respect to the harmonic oscillation corresponding to the dna and one get construct its corresponding center of energy of the breather mobile 13 (see figure 3). figure 3. breather mobile for the symmetric morse potential. remark 3 the maximum amplitude of the breather mobile has 0.6 angstrom for the symmetric morse potential. the center of energy of the breather mobile is given by 4    n n d ne hnhx 1 / , (14) where the density energy is the form     )2( 442 1 2 1 2 1 2 nnnnnnn d n uvuu k uu k uh   (15) for the case of morse potential the breather trapped is obtained with the additional condition: α, ε (-0.49, 0.02) and the initial velocity of bm: vo =0.1 18 . it is very important the initial velocity of the bm for the displacement a long of sites of dna and can be produced of dna breathing. this couple of parameters (α, v0) is transcendental for dna breathing. 2.5. test of simulation for the evolution of the center of energy with modified morse potential and morse potential the dynamic respect to the dna with n=251 a couple of bases is watched more precisely analyzing its center of energy for two types of potential considering an impurity in the position n0 = 26 and with the control parameter α = 0.30, dn =0.5 (n≠ n 0). the interaction respect to the center of energy for two types of potential between the model of morse and the model “hump” morse is showed in the figure 4. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p71-75 original article 74 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p71-75 figure 4. evolution of the center of energy considering two types of morse potentials with the parameters: n=251, k=0.13 and the position of the inhomogeneity n0=26 for the morse potential. remark 4 in the reference 13 we have the complete study of the figure 4 considering the sequence of insulin with n=251 pairs of basis. in figure 4 we have the trapped case for the interaction of the center of energy when we consider the morse potential and the position of the inhomogeneity. remark 5 in figure 4 we do not have the reflected case for the interaction of the center of energy when we consider the “hump” morse potential. 3. discussion in the remark 3: the maximum amplitude of the breather mobile has 0.6 angstrom for the symmetric morse potential. in this case is interesting to simulate interactions of the center of energy with inhomogeneity. we have obtained an appropriate center of energy for the initial velocity of 0.1 12 . in the remark 4: we have shown the center of energy is trapped with the control in the inhomogeneity n0=26 for the morse potential. this case is favorable for the dna transcription because we need the breather trapping 18 . in the remark 5: we have shown the center of energy is not trapped for the “hump” morse potential. this case is not favorable for the dna transcription because we need the breather trapping 18 . in this case is necessary to introduce the control parameter appropriate of inhomogeneity for obtaining a breather trapping using the center of energy 18 . another control parameter is the initial velocity of the breather mobile as showed in reference 16 . for figure 4, it is firstly necessary an appropriate initial velocity for the simulations of the center of energy in interactions with inhomogeneity (for a review, see 12 and figure 5). figure 5. evolution of the center of energy considering of symmetric morse potential. with the velocities: 0.01, 0.1 and 1. our results are similar as obtained the reference 18 with the control of parameters for the bt (breather trapped): 1. initial velocity for the bm with the parameter λ =0.1 2. inhomogeneity α =-0.30 for the morse potential in the pbd model. the proposed method can be applied to verify the breather rebounds when the parameters α, ε (-0.54, 0.49) 18 and using another initial velocity for mobile breather. even though, a reflection is observed after a short period of time in figure 4. in fact, many breathers trapped collide and facilitate the transcript process (for a review, see 20 ). the theory of control optimum can be used for explore the effective breather trapped. finally the breather trapped act as a precursor of the transcription bubble of dna 21 . these bts can interact with another breathers and collect energy 22 . 4. conclusions this work has proposed state influence in the dynamic of dna using the potentials, initial velocity of the breather mobile and the inhomogeneity as parameters of control. next we have obtained different amplitudes of the breather solution depending of the potential. finally, it is very important to emphasize the importance of the analytical and computational methods in the study of the components of dna. next, the interaction of the breather mobile with the inhomogeneity of the dna has been proposed for performing changes in the trajectory of the center of energy for the morse potential with implications in the transcription process of dna. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p71-75 original article 75 eclética química journal, 42, 2017 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v42.1.2017.p71-75 5. references [1] micklos. d., dna science. laboratory press. 2003. 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aluminium; gallium; indium; scandium; thermal behaviour. introduction several metal-ion complexes of phenyl substituted derivatives of benzylidenepyruvate, c 6 h 5 -ch=ch-cocoo(bp), have been investigated in aqueous solutions [1-5] and in the solid state [6-13]. in aqueous solutions these works reported the thermodynamic stability (â 1 ) and spectroscopic parameters (å 1max , ë 1max ), associated with 1:1 complex species, as well as analytical applications of sodium 4-dimethylamino-bp for the gravimetric determination of cu(ii), and as an indicator in the complexometric titration of th(iv) an al(iii), with edta. in the solid state, the works reported the synthesis and investigation of the compounds by means of thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg, dtg), differential thermal analysis (dta), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry, and other methods of analysis. establishment of stoichiometry and the details of the thermal decomposition were the main purposes of these studies. in this paper, the object of the present research was to prepare solid state compounds of the al(iii), ga(iii), in(iii) and sc(iii) with 4methylbenzilidenepyruvate and to investigate by means of complexometry, x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (tg-dta). the results allowed us to acquire information concerning these compounds in the solid state, including their thermal stability and thermal decomposition. experimental the sodium salt of 4-methylbenzylidenepyruvic acid was prepared following the same procedure described in the literature [14]. aqueous solutions of 0.1m na-4-me-bp were prepared by direct weighing of the salt. gallium and scandium chloride were prepared from gallium metallic and scandium oxide, respectively, by treatment with concentrated hydrochloric acid. the resulting solutions were evaporated to near dryness, the residues dissolved in distilled water, and the solutions again evaporated to near dryness to eliminate the excess of 26 ecl. quím., são paulo, 30(2): 25-30, 2005 hydrochloric acid. the residues were redissolved in distilled water, transferred to a volumetric flask and diluted in order to obtain ca. 0.1 m solutions. the aqueous solutions of indium and aluminium nitrate were obtained by direct weighing of the respective salts and dissolution in distilled water. the ph of solutions of aluminium, gallium, indium and scandium were adjusted to 2.0; 3.0; 3.0 and 4.0, respectively, by adding diluted sodium hydroxide or hydrochloric acid solutions, and thus prevent the formation of hydroxocomplexes. the ph of ligand solution was adjusted to 4.0. the solid state compounds were prepared by adding slowly, with continuous stirring, solution of ligand to the respective metallic ion solution, until total precipitation of the metal ions. the precipitates were washed with distilled water until elimination of the interferent ions, filtered through and dried on whatman no. 42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride, under reduced pressure. in the solid state compounds, hydration water, ligand and metal ion contents were determined from the tg curves. the metal ions were also determined by complexometric titrations with standard edta solution, using xylenol orange for gallium, indium and scandium [15] and eriochrome black t, for aluminium as indicator [16]. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-500 x-ray diffractometer, employing cu ká radiation (ë= 1,541ú) and settings of 40 kv and 20 ma. infrared spectra for 4-me-bp compounds, as well as sodium salt, were run on a nicolet mod. impact 400 ft-ir instrument, within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. simultaneous tg-dta curves were recorded on a model sdt 2960 thermal analysis system from ta instruments. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1. a heating rate of 20oc min-1 was adopted, with samples weighing about 7-8 mg (except of scandium and aluminium, with sample weighing about 4 mg). alumina crucibles were used for recording the tg-dta curves. results and discussion the analytical results of the synthesized compounds are shown in table 1. these results permitted to establish the stoichiometry of the compounds, which is in agreement with the general formula m(4-me-bp) 3 .nh 2 o, where m represents al(iii), ga(iii), in(iii) or sc(iii), 4-me-bp is 4-methylbenzylidenepyruvate and n is 2, 2, 2 and 3, respectively. the x-ray powder patterns showed that all the compounds were obtained in amorphous state. the amorphous state is related to the low solubility of these compounds. infrared spectroscopy data on 4methylbenzylidenepyruvate and its compounds are shown in table 2. in 4-me-bp (sodium salt), strong band at 1635 cm-1 and a medium intensity band located at 1408 cm-1 are attributed to the antisymmetrical and symmetrical frequencies of the carboxylate groups, respectively [17,18]. the band centered at 1670 cm-1 is typical of a conjugated ketonic carbonyl group [17, 19]. in the scandium compound the anti-symmetrical stretching carboxylate frequency, as well as that assigned to the ketonic carbonyl, namely 1587 and 1645 cm-1, respectively, are shifted to lower values relative to the corresponding frequencies in 4-me-bp itself (sodium salt). this behavior indicates that both groups act as coordination centers in the scandium compound [19]. table 1 analytical data for the ml 3 .nh 2 o 27ecl. quím., são paulo, 30(2): 25-30, 2005 table 2 spectroscopic data for sodium 4-methylbenzylidenepyruvate (4-me-bp) and compounds with some trivalent metal ionsa a s: strong; m: médium; sh: shoulder b u sym (coo-) and u as (coo-): symmetrical and anti-symmetrical vibrations of the coogroup, respectively c õ as (coo-) (na salt) – õ as (coo-) (metal complex) d ketonic carbonyl stretching frequency e õ(c=o) (metal complex) – õ(c=o) (na salt) for the aluminium, gallium and indium compounds, the anti-symmetrical stretching carboxylate frequency is shifted to lower values, while the ketonic carbonyl stretching is shifted to higher values, namely 1589-1595 cm-1 and 1753-1758 cm1, respectively, relative to the corresponding frequencies in 4-me-bp (sodium salt). this behavior suggests that the coordination of these compounds occurs by the carboxilate, without participation of the ketonic carbonyl groups of the ligand. simultaneous tg-dta and tg/dtg curves of the compounds are shown in fig. 1-4. these curves exhibit mass losses in three consecutive and/or overlapping steps, and thermal events corresponding to these losses. these curves also show that the first mass loss for all the compounds occurs within the same temperature range (40130oc); the second mass loss also begins at the same temperature (130oc), showing that the thermal behavior up to this step is not dependent on the nature of the metal ion. however, the features shown by the last step of thermal decomposition as well as the mass lost in each step are characteristic of each compound, and no depend on the metal ion present. for all the compounds, the first mass loss associated to endothermic peak is ascribed to the dehydration, which occurs in a single step and through a slow process. this behavior was also observed during the dehydration of lanthanides and yttrium compounds with other phenyl-substituted derivatives of benzylidenepyruvate, and it seems to be characteristic of compounds obtained in amorphous state [6, 7, 12]. for the aluminium compound the tg-dta and tg/dtg curves are shown in fig 1. the first mass loss observed between 40-130o c corresponding to an endothermic peak at 100o c is due to hydration water, with loss of 2 h 2 o (calcd. = 5.72%; tg 5.57%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 130-410oc and 410-530oc, with losses of 40.28¨% and 46.03% respectively, corresponding to small exothermic event at 378oc and a sharp exothermic peak at 518oc, which are attributed to oxidation of the organic matter. the total mass loss up to 530oc is in agreement with the formation of aluminium oxide, al 2 o 3 , as final residue (calcd. = 86.20%; tg = 86.31%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. for the gallium compound, the tg-dta and tg/dtg curves are shown in fig. 2. the first mass loss, observed between 40-130oc, corresponding to an endothermic peak at 100oc is due to dehydration with loss of 2 h 2 o (calcd. = 5.53%; tg = 5.51%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 130-410oc and 410-480oc, with losses of 44.24¨% and 36.51% respectively, corresponding to small exothermic event at 285oc and a sharp exothermic peak at 455oc, attributed to oxidation of the organic matter. the profiles of the tg-dta curves for the last mass loss show that the oxidation of the organic matter is accompanied by combustion. the total mass loss up to 480oc is in agreement with the formation of gallium oxide, ga 2 o 3 , as final residue (calcd. = 80.73%; tg = 80.75%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. 28 ecl. quím., são paulo, 30(2): 25-30, 2005 figure 1. tg-dta (a) and tg/dtg (b) curves of the al(4-me-bp) 3 .2h 2 o (m=4.025 mg) figure 2. tg-dta(a) and tg/dtg(a) curves of the ga(4-me-bp) 3 .2h 2 o (m=7.884 mg) figure 3. tg-dta (a) and tg/dtg (b) curves of the in(4-me-bp) 3 .2h 2 o (m=6.9031mg) figure 4. tg-dta (a) and tg/dtg (b) curves of the sc(4-me-bp) 3 .3h 2 o (m=4.0334 mg) 29ecl. quím., são paulo, 30(2): 25-30, 2005 for the indium compound, the tg-dta and tg/dtg curves are shown in fig. 3. the first mass loss that occur between 40-130oc, corresponding to an endothermic peak at 100oc is due to dehydration with loss of 2 h 2 o (calcd. = 5.02%; tg = 5.12%). the thermal decomposition of the anhydrous compound also occurs in two steps between 130-370oc and 370-450oc, with losses of 37.47¨% and 38.19% respectively, corresponding to small exothermic event at 300oc and a large exothermic peak at 425oc, attributed to oxidation of the organic matter. the profile of the tg-dta curves for the last mass loss also shows that the oxidation of the organic matter is accompanied by combustion. the total mass loss up to 450oc is in agreement with the formation of indium oxide, in 2 o 3 , as final residue (calcd. = 74.93%; tg = 75.66%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. for the scandium compound, the tg-dta and tg/dtg curves are shown in fig. 4. the first mass loss, observed between 40-130oc, corresponding to an endothermic peak at 100oc is due to dehydration with loss of 3 h 2 o (calcd. = 8.11%; tg = 8.09%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 130-420oc and 420540oc, with losses of 44.50¨% and 36.85% respectively, corresponding to small exothermic event at 300oc and a sharp exothermic peak at 465oc, attributed to oxidation of the organic matter. the total mass loss up to 540oc is in agreement with the formation of scandium oxide, sc 2 o 3 , as final residue (calcd. = 81.54%; tg = 81.35%) and confirmed by x-ray powder diffractometry. conclusions from the tg curves and complexometry data, a general formula could be established for these compounds in the solid state. the x-ray powder patterns showed that all the compounds were obtained in amorphous state. the infrared spectroscopic data suggest that 4-me-bp acts as a bidentate ligand only for the scandium ion and as a monodentate ligand for aluminium, gallium and indium ions. the tg-dta curves provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank fapesp and cnpq foundations (brazil) for financial support. recebido em: 17/02/2005 aceito em: 08/03/2005 r. a. mendes, g. bannach, e. y. ionashiro. síntese, caracterização e estudos térmicos dos 4metilbenzalpiruvatos de alguns íons metálicos trivalentes no estado sólido. resumo: os 4-metilbenzalpiruvatos de al(iii), ga(iii), in(iii) e sc(iii), foram sintetizados no estado sólido. na caracterização e estudo do comportamento térmico desses compostos foram utilizados a complexometria, difratometria de raios x pelo método do pó, espectroscopia na região do infravermelho e termorgravimetriaanálise térmica diferencial simultâneas (tg-dta). os resultados forneceram informações com respeito a estequiometria, cristalinidade, estabilidade e decomposição térmica desses compostos. palavras-chave: 4-metilbenzalpiruvatos, alumínio, gálio, índio, escândio, comportamento térmico. references [1] c.b. melios, v.r. torres, m.h.a. mota, j.o. tognolli, m. molina, analyst 109 (1984) 385. 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a combustível como substrato para os eletrocatalisadores, por possuir elevada área superficial, que supera a sua área geométrica. o conhecimento desta superfície ativa total é importante na determinação das condições de operação de uma célula eletroquímica no que diz respeito às correntes a serem aplicadas (densidade de corrente). no presente estudo foram utilizadas duas técnicas eletroquímicas na determinação da área superficial ativa de eletrodos de carbono vítreo e poroso e eletrodos de troca iônica: espectroscopia de impedância eletroquímica (eie) e voltametria cíclica (vc). os experimentos foram realizados com soluções de kno3 0,1 mol.l-1 em célula eletroquímica de três eletrodos: eletrodo de trabalho à base de carbono, eletrodo auxiliar de platina e eletrodo de referência de ag/agcl. os eletrodos de carbono vítreo e de carbono poroso utilizados possuíam uma área geométrica de 3,14 x 10-2 cm2 e 2,83 х 10-1 cm2, respectivamente. o eletrodo de troca iônica foi preparado misturando-se grafite, carbono, resina de troca iônica e um aglutinante, sendo esta mistura aplicada em três camadas sobre feltro de carbono, utilizando-se nos experimentos uma área geométrica de 1,0 cm2. por eie determinou-se diretamente a capacitância dos materiais dos eletrodos (cd) utilizando-se os diagramas de bode. por vc, variando a velocidade de varredura de 0,2 a 2 mv.s-1, determinou-se a capacitância cds (s=área superficial ativa) na região da dupla camada elétrica (dce) para cada um dos materiais, por eie, foram determinados os valores de cd de 3,0 x 10-5 μf.cm-2 e de 11 x 103 μf.cm-2 para os eletrodos de carbono poroso e de troca iônica, respectivamente, o que possibilitou a determinação das áreas superficiais ativas de 3,73 x 106 cm2 e 4,72 cm2. portanto, o uso combinado das técnicas de eie e vc mostra-se promissor para o cálculo das áreas superficiais ativas de eletrodos à base de carbono. palavras-chave: eletrodos de carbono, área superficial, voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica abstract: carbon-based electrodes as well the ion exchange electrodes among others have been applied mainly in the treatment of industrial effluents and radioactive wastes. eclética química, 39, 49-67, 2014. 50 carbon is also used in fuel cells as substrate for the electrocatalysts, having high surface area which surpasses its geometric area. the knowledge of the total active area is important for the determination of operating conditions of an electrochemical cell with respect to the currents to be applied (current density). in this study it was used two techniques to determine the electrochemical active surface area of glassy carbon, electrodes and ion exchange electrodes: cyclic voltammetry (cv) and electrochemical impedance spectroscopy (eis). the experiments were carried out with 0.1mol.l-1 kno3 solutions in a three-electrode electrochemical cell: carbon-based working electrode, platinum auxiliary electrode and ag/agcl reference electrode. the glassy carbon and porous carbon electrodes with geometric areas of 3.14 x 10-2 and 2.83 х10-1cm2, respectively, were used. the ion exchange electrode was prepared by mixing graphite, carbon, ion exchange resin and a binder, and this mixture was applied in three layers on carbon felt, using a geometric area of 1.0 cm2 during the experiments. the capacitance (cd) of the materials was determined by eis using bode diagrams. the value of 172 μf.cm-2found for the glassy carbon is consistent with the literature data (~200 μf.cm2). by vc, varying the scan rate from 0.2 to 2 mv.s-1, the capacitance cds (s = active surface area) in the region of the electric double layer (edl) of each material was determined. by eis, the values of cd, 3.0x 10-5μf.cm-2and 11 x 103μf.cm-2, were found for the porous carbon and ion exchange electrodes, respectively, which allowed the determination of active surface areas as 3.73 x 106cm2and 4.72 cm2. to sum up, the combined use of eis and cv techniques is a valuable tool for the calculation of active surface areas of carbon-based electrodes. keywords: carbon electrodes, surface area, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy. introdução métodos eletroquímicos para avaliação de superfície de eletrodos podem ser utilizados na determinação da superfície eletroquimicamente ativa de eletrodos modificados. eletrodos modificados à base de carbono estão sendo desenvolvidos para serem utilizados como matrizes em catalisadores sólidos, com o objetivo de separar contaminantes de rejeitos industriais e radioativos, além da aplicação como eletrocatalisadores em células a combustível (cac) [1,2,3]. como a preparação destes eletrodos produz um material rugoso de superfície irregular, a determinação da área superficial, que é muito maior que o cálculo de sua área geométrica, torna-se necessária [4,5,6,7,8]. a denominação de eletrodos quimicamente modificados (eqms) foi sugerida por murray et al. na década de 70 para definir eletrodos com espécies quimicamente ativas imobilizadas na superfície desses dispositivos [9,10]. estas espécies permitem estabelecer e controlar a natureza físico-química da interface eletrodo/solução e conferem à superfície eletródica propriedades especificas, tais como, eletrocatálise [11] e pré-concentração empregada na determinação de metais. no inicio dos anos 80 eletrodos de pasta de carbono modificados (epcms) foram desenvolvidos com dimetilglioxima para a determinação de íons ni(ii) [12]. o uso de um reagente seletivo clássico proporcionou um aumento significativo na seletividade do eletrodo. os materiais comumente empregados como agentes modificadores na preparação de epcm para a pré-concentração de metais são: sílicas organofuncionalizadas, compostos orgânicos por polímeros do estireno e divinilbenzeno, funcionalizadas com grupos trocadores iônicos, sais quartenários de eclética química, 39, 49-67, 2014. 51 amônia, para resinas aniônicas, e grupamentos sulfônicos (-so3 -) e carboxílicos (-coo-), para as resinas catiônicas [9]. a vantagem de eletrodos de troca iônica que possuem resinas em sua composição é a produção de eletrodos tanto catiônicos quanto aniônicos, igualmente efetivos na dessalinização da solução – remoção/recuperação de metais em soluções aquosas, descontaminação de efluentes produzidos em reatores nucleares de potência de água pressurizada (pwr), na separação de radioisótopos do tanque de estocagem de rejeitos radioativos, na remoção seletiva e recuperação de metais preciosos das operações de refinamento de metais, na remoção da prata das águas de lavagem provenientes da revelação fotográfica, na remoção de metais tóxicos, como o arsênio, presentes na água potável, etc [4,13,14,15,16]. como a preparação destes eletrodos produz um material rugoso de superfície irregular, a determinação da área superficial, que é muito maior que o cálculo de sua área geométrica, torna-se necessária [17,18,19,20]. o método usualmente empregado na determinação da área superficial é a análise das isotermas de adsorção/dessorção usando os modelos de bet (brunauer, emmett e teller) ou bjh (barrett, joyner e halenda) [21,22,23,24,25]. os porosímetros por intrusão de mercúrio são normalmente usados na determinação das propriedades estruturais dos poros dos materiais [26,27]. no entanto, estes dois métodos determinam a área superficial total e não a área que realmente contribui na corrente. o uso da normalização por carga de co adsorvido para a caracterização in situ do catalisador de cac é outra técnica empregada na determinação da área eletroquimicamente ativa de eletrodos mas, neste caso isto refere-se à área superficial de partículas de metal (no caso, a pt), as quais estão ao mesmo tempo em contato com o eletrólito (neste caso nafion®) e com o coletor de corrente (usualmente tecido de carbono ou papel de carbono) [28,29,30,31]. devido às propriedades de condução eletrônica do carbono, o uso de métodos eletroquímicos, que empregam a voltametria cíclica (vc) e a espectroscopia de impedância eletroquímica (eie), possibilita a determinação da área superficial deste material, por meio do conhecimento de suas correntes capacitivas. diferentemente dos métodos anteriormente citados, nos quais os materiais estão em contato com um gás, nestas duas técnicas eletroquímicas os materiais estão em contato com uma solução eletrolítica [1,31,32,33]. mediante o exposto, no presente trabalho, a união das duas técnicas, vc e eie permitirão que os eletrodos à base de carbono, como os eletrodos de troca iônica e outros materiais com superfície porosa irregular, tenham suas áreas superficiais ativas determinadas de maneira mais rápida e simples. no presente trabalho foram determinadas as área superficiais ativas do carbono poroso (cp) e de eletrodos de troca iônica (eti). o eletrodo de carbono vítreo (cv) foi utilizado para validar a metodologia. experimental nos experimentos de vc e de eie foram utilizados três eletrodos: eletrodo de trabalho (à base de carbono), eletrodo de referência de (ag/agcl), e contra-eletrodo de placa de platina. os eletrodos foram colocados em uma célula de vidro com cerca de 150 ml de solução de kno3 0,1 mol.l-1. preparação dos eletrodos de troca iônica (eti) eclética química, 39, 49-67, 2014. 52 para a preparação dos eti diluiu-se em um béquer o aglutinante kraton® em tolueno na proporção de 1:10. em outro béquer acrescentou-se a resina amberlite cg50, o carvão norit a e o grafite, em porcentagens variadas, conforme a tab.1, agitando-se bem a mistura até que ficasse homogênea. em seguida, juntaram-se as duas misturas, formando um líquido escuro e viscoso. este líquido foi aplicado em camadas sobre o feltro de carbono com um pincel. foram aplicadas três camadas com intervalo de uma hora entre elas, para secagem a temperatura ambiente. repetiu-se o procedimento do outro lado do feltro de carbono. após a pintura, o eletrodo foi cortado no tamanho padronizado de 1cm2 (área geométrica). para isso suas laterais e parte posterior foram cobertas com durepox® para que não houvesse contribuição no valor da corrente por estas regiões [4]. tabela 1. composição dos eletrodos de troca iônica (eti) utilizados nos experimentos. eletrodo peso (%) eti-1 r-35 c-25 g-15 a-25 eti-3 r-30 c-25 g-15 a-30 eti-4 r-30 c-30 g-15 a-20 r = resina, c = carvão, g = grafite, a = aglutinante. metodologia o método baseia-se na determinação da capacitância na região da dupla camada elétrica (dce), por meio da medida da corrente capacitiva [1,34-43]. na determinação da capacitância do eletrodo de cv utilizaram-se os dois métodos, condutância e impedância, para fins comparativos de resultados e admitiu-se que a área superficial do eletrodo correspondia à sua área geométrica [44-48]. determina-se a região da dce por vc considerando o intervalo entre os picos de redução e oxidação da solução eletrolítica. assume-se que: onde c (f) é o capacitor (capacitância aparente), cd (f.cm-2) é a capacitância da dce e s (cm2) é a área superficial do eletrodo. assim:             −      −+= scr t sc r e sci ds d s i d exp eq.1 is it eclética química, 39, 49-67, 2014. 53 onde i (a) é a corrente capacitiva, υ (v.s-1) é a velocidade de varredura, ei (v) é o potencial na região da dce e rs (ω) a resistência. a corrente pode de esta forma ser dividida em dois termos. o primeiro, is, que corresponde à parte estacionária (cdsυ) e a segunda, it , à parte transitória, que decresce exponencialmente com o tempo. para pequenos valores da velocidade de varredura υ, pode-se considerar [1]: sci ds = eq.2 a determinação da capacitância da dce do carbono vítreo, com superfície devidamente polida de modo a assumir que a sua área geométrica é igual a sua área superficial, pode ser assim calculada. os valores das correntes capacitivas do carbono vítreo de área superficial conhecida são colocadas em função da velocidade de varredura. ao fazer a regressão linear destes pontos é possível determinar o coeficiente angular que fornece o valor de cds, segundo a eq.2. como a área geométrica do carbono vítreo é conhecida, obtém-se assim o valor de cd [1,34,35,36,37] . pelo método de impedância, dentre as diversas representações gráficas que este método possibilita, a que foi utilizada no cálculo da capacitância foi a de bode, que consiste na representação de log |z| versus log ω [44,47,48] . o módulo da impedância, z é obtido através da seguinte relação: 2 i 2 r zzz += eq.3 sendo, zr e zi os valores da impedância real e imaginária, respectivamente. esses valores foram obtidos numa faixa de freqüência de 6 a 5000 hz. para freqüências intermediárias |z| é inversamente proporcional a freqüência ω, e, assim, obtém-se, na região de transição entre os dois patamares horizontais, uma reta de declive 1s −= . o valor de cd pode ser determinado por meio da extrapolação dessa reta para 1= (ou 0log = ), onde: dc 1z = eq.4 resultados e discussão determinação da área superficial do eletrodo de carbono vítreo (cv) por condutância e impedância inicialmente fez-se as determinações de cds para o cv por vc. na fig.1 temse o voltamograma do carbono vítreo realizado em solução de kno3 0,1 mol.l-1 e velocidades de varredura de 0,2 a 2,0 mv.s-1. verificou-se que a dce está entre, 0,5 a 1,0 v (vs ag/agcl). esta região foi ampliada para melhor visualização dos valores da corrente utilizada no cálculo de cds. este gráfico mostra também os pontos de evolução de h2 a baixos potenciais e evolução de o2 a altos potenciais (acima de 1,5 v (vs ag/agcl)). eclética química, 39, 49-67, 2014. 54 0.0 0.5 1.0 1.5 -1.6x10 -6 -8.0x10 -7 0.0 8.0x10 -7 0,2 mv.s -1 0,6 mv.s -1 1,0 mv.s -1 1,5 mv.s -1 2,0 mv.s -1 c o rr e n te ( a ) potencial (v) velocidade de varredura ( ) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 -6.0x10 -8 -4.0x10 -8 -2.0x10 -8 0.0 2.0x10 -8 4.0x10 -8 c o rr e n te ( a ) figura 1. voltamograma cíclico do eletrodo de carbono vítreo, em solução de kno3 0,1mol.l-1, velocidade de varredura variando de 0,2 a 2,0 mv.s-1, com ampliação da dce. na fig.2 é mostrado o gráfico da corrente capacitiva estacionária (is) em função da velocidade de varredura ( ) para os potenciais de 0,5, 0,6 e 0,7 v (vs ag/agcl). após o tratamento estatístico dos dados, determinou-se o coeficiente angular da reta cds, segundo eq.2. eclética química, 39, 49-67, 2014. 55 0.0 6.0x10 -4 1.2x10 -3 1.8x10 -3 2.4x10 -3 3.0x10 -3 0.0 7.0x10 -9 1.4x10 -8 2.1x10 -8 2.8x10 -8 3.5x10 -8 4.2x10 -8 y=1,23x10 -5 x y=1,32x10 -5 x y=1,40x10 -5 x 0.5 v 0.6 v 0.7 v i s ( a ) velocidade de varredura (v.s -1 ) figura 2. corrente estacionária versus a velocidade de varredura para os potenciais de 0,5, 0,6 e 0,7 v (vs ag/agcl) e a regressão linear segundo a eq.2 para o carbono vítreo. a tab.2 mostra os valores obtidos para cada curva da fig.2 e os seus coeficientes de determinação, r2. os altos valores obtidos para r2 (> 99%) indicam uma forte correlação positiva tabela 2. valores de cds para o carbono vítreo e seus respectivos coeficientes de determinação. potencial (v) cds (f) coeficiente de determinação, r2 0,5 1,23  10-5 0,9997 0,6 1,32  10-5 0,9998 0,7 1,40  10-5 0,9987 calculando-se a média de cds obtém-se 13,1610-6 f. utilizando o valor da área geométrica do eletrodo de cv ( 22 cm1014,3 − ) obtém-se o valor da capacitância pelo método de condutância, ou seja, f16,13sc ______ d = eclética química, 39, 49-67, 2014. 56 2 6 d 1014,3 1016,13 c − −   = 2 d cm.f2,419c −=  por meio da expressão de si (eq.2), que relaciona a capacitância com a área do eletrodo, foi possível determinar a capacitância cd, para cada um dos potenciais estudados e, finalmente, calcular o valor médio da capacitância. na fig.3 são mostrados diagramas de bode para o cv obtidos em solução eletrolítica de kno3 0,1 mol.l-1 para os potenciais de 0,5, 0,6 e 0,7 v (vs ag/agcl). a escolha desses potenciais é justificada devido a região da dce estar restrita à esta faixa de potenciais, fato que pode ser verificado por meio dos voltamogramas (fig.1). 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 0,5 v 0,6 v 0,7 v l o g | z | (o h m ) log frequência (hz) figura 3. representação de bode para o carbono vítreo nos potenciais de 0,5, 0,6 e 0,7 v (vs ag/agcl). na representação de bode está expresso o valor absoluto da impedância, que como mostrado na eq.4 é o inverso da capacitância. repetindo estes cálculos para cada um dos potenciais estudados obtém-se o valor médio de cd [44]. a tab.3 mostra os valores do módulo da impedância e o valor da capacitância para os potenciais estudados. tabela 3. valores do módulo da impedância e da capacitância para o carbono vítreo em diferentes potenciais da dce. potencial (v) |z| (ohm) cd (f.cm2) 0,5 152, 64  103 6,55 0,6 195, 08  103 5,13 eclética química, 39, 49-67, 2014. 57 0,7 221,26  103 4,52 a partir dos valores de cd da tab.3 obtêm-se dc , igual a 5,40 f.cm-2. dividindo este valor pela área do eletrodo de carbono vítreo, temos que: 2 2 .172 1014,3 40,5 − −   = cmf f cd   comparando-se os valores de cd obtidos de 172 μf.cm-2 e 420 μf.cm-2 pelos métodos de impedância e de condutância, respectivamente, verifica-se que a medida de cd por impedância foi aproximadamente três vezes menor do que o valor obtido pelo método voltamétrico e que esse valor se aproxima dos encontrados na literatura [1,49,50] . desta forma, os valores de cd dos demais eletrodos em estudo foram determinados pelo método de impedância. determinação da área superficial dos eletrodos de troca iônica (eti) e de carbono poroso (cp) por condutância e impedância para a determinação da área superficial ativa dos eletrodos foram realizadas as seguintes etapas: a) obtenção do voltamograma cíclico para determinação da região da dce; b) construção do gráfico da corrente capacitiva em função da velocidade de varredura, considerando a região linear; c) regressão linear destes pontos para determinar o coeficiente angular, cds, segundo a eq.2; d) obtenção do valor médio, ; e) determinação do valor médio da capacitância, dc , na região da dce por eie, utilizando o diagrama de bode, f) determinação da área superficial ativa. a tab.4 mostra os valores de scd e de dc que foram obtidos pelos métodos de vc e eie, respectivamente, para os eletrodos estudados. tabela 4. valores da capacitância para os eletrodos estudados por vc e eie. método eletrodo scd )f(  dc )fcm( 2− vc cv 13,16 419,2 eti-1 52x103 eti-3 38x103 eti-4 105x103 carbono poroso 109,1 eie cv 5,40 172 eti-1 11x103 eclética química, 39, 49-67, 2014. 58 eti-3 22x103 eti-4 32x103 carbono poroso 1,71 pode–se verificar que o alto valor de dc encontrado para o eletrodo de cv está relacionado com a superfície polida porosa do mesmo e esta em concordância com a literatura. por outro lado, o baixo valor de dc para o eletrodo de carbono poroso )fcm71,1( 2− pode ser explicado por meio das alterações na taxa de crescimento do tamanho dos grãos, sugerindo que o controle dessas propriedades torna-se relevante [1,49,50]. os eti-1, eti-3 e eti-4 mostraram ser bons capacitores eletroquímicos, com valores de cd de 11x103, 22x103 e 32x103 μf.cm-2, respectivamente, indicando grande área superficial (alta porosidade) como demonstram as micrografias apresentadas a seguir. as micrografias (figuras 4-8) foram analisadas para cada um dos eletrodos confeccionados e mostraram que as condições de processamento utilizadas levaram à obtenção de um material não uniforme, com falhas e uma mistura não-homogênea dos componentes da formulação, diferentemente dos eletrodos de carbono vítreo e de carbono poroso. a) eclética química, 39, 49-67, 2014. 59 figura 4. micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (mev) da superfície do eti-1 com aumento de a) 100x, b) 1000x. b) a) eclética química, 39, 49-67, 2014. 60 figura 5. micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (mev) da superfície do eti-3 com aumento de a) 500x, b) 1000x. b) a) eclética química, 39, 49-67, 2014. 61 figura 6. micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (mev) da superfície do eti-4 com aumento de a) 1000x, b) 1000x. b) a) eclética química, 39, 49-67, 2014. 62 figura 7. micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (mev) da superfície do eletrodo de carbono poroso com aumento de: a) 500 x e c) 1000x. b) a) eclética química, 39, 49-67, 2014. 63 figura 8. micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (mev) da superfície do eletrodo de carbono vítreo (ecv), a) 500x, b) 1000x. a tab.5 mostra os valores encontrados da área superficial ativa para cada eletrodo estudado. tabela 5. valores de área superficial ativa para os eletrodos envoltos com durepox pelos métodos eletroquímicos. eletrodo s (cm2) eti-1 4,72 eti-3 1,73 eti-4 3,28 carbono poroso 63,7 um espectro de impedância típico obtido na faixa de frequência de 10 hz – 10 khz para os eletrodos de carbono poroso, carbono vítreo, eti-1, eti-3 e eti-4 a 25°c (diagrama de bode) é mostrado na fig.9, que apresenta o logaritmo dos valores absolutos de impedância, |z|, e os valores absolutos do ângulo de fase |ϕ|, como função do logaritmo da frequência. b) eclética química, 39, 49-67, 2014. 64 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 mod z v mod z p mod z tri1 mod z tri3 mod z tri4 ang v ang p ang tri1 ang tri3 ang tri4 log frequencia(hz) l o g (i z i. o h m ) 0 20 40 60 80 a n g u lo d e f a s e (g ra u ) figura 9. diagrama de bode obtido na temperatura ambiente para as amostras dos eletrodos: carbono vítreo, carbono poroso, eti-1, eti-3 e eti-4. em baixas frequências, os ângulos de fase se localizam a 20°, isto é,: as amostras não atuam como resistores puros, enquanto que a altas frequências atuam como capacitores. dentro de uma determinada faixa de frequências (102 e 102,5 hz) para os eletrodos de cp, eti-1, eti-3 e eti-4, a impedância é praticamente constante (100,5 ohm). esta faixa de frequência é dominada por r. os ângulos de fase atribuídos a estes mesmos eletrodos a altas frequências são próximos a 90°, como se deveria esperar para a situação de idealidade, entretanto, para o eletrodo de cp, o ângulo se aproxima de 80°, o que pode ser explicado por perdas dielétricas [45,46,47]. todos os eletrodos estudados, com exceção do eletrodo de cv, apresentaram uma morfologia não-compacta e heterogênea com uma dispersão irregular do revestimento, conforme analisadas nas micrografias e confirmadas pelos resultados obtidos pelas análises de eie. a eie oferece a possibilidade de avaliar e comparar a atividade intrínseca dos eletrodos independente de sua composição, formato e método de preparação. o exame dos diagramas de bode mostrados na fig.9 indica que o comportamento das condutividades dos eletrodos é de natureza distinta, com predominância para o eti-1, eti-3 e eti-4 que apresentam os valores mais baixos de impedância, mantendo-a praticamente constante até a faixa mais alta de frequência de 102,5 s-1 a 104 s-1. esta faixa de freqüências é dominada por fenômenos que ocorrem na interface eletrodo/eletrólito, ou seja, a cinética de reações de transferência eletródica [1,45,46,47]. bet eclética química, 39, 49-67, 2014. 65 com o objetivo de comparar os valores das áreas obtidos por cv e eie para o eletrodo de cp e para o eti-1, foram realizadas medidas de bet. eletrodo de cp a análise por bet do carbono poroso, para uma área geométrica de 1,531 cm2 e massa de 0,2769 g, forneceu uma área superficial específica de 3,2519 m2.g-1, que representa uma área superficial de 9,01x103 cm2. este resultado acima do valor determinado pelo método eletroquímico, 63,7 cm2, explica-se pelo fato de o eletrólito não ter acesso à superfície interna da estrutura do eletrodo de carbono poroso. contudo, o método desenvolvido apresenta resultados coerentes, mas que requer estudos com outros materiais [1,49,50]. eti-1 a análise por bet do eti-1 para uma massa de 0,1412 g forneceu como resultado uma área especifica de s= (23,2 ± 0,4)х104 cm2.g-1, o que determina uma área superficial de 3,27х104 cm2. o valor da área encontrado por bet foi superior ao obtido pelos métodos eletroquímicos (9,31) cm2, pois por condutância e impedância apenas os materiais condutores contribuem na estimativa da área superficial ativa do eletrodo, o que não ocorre pelo método de bet, pois toda molécula de gás é adsorvida na superfície do eletrodo e contribuirá para a determinação da área superficial. conclusão neste trabalho, o uso combinado de duas técnicas eletroquímicas, voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica, permitiu a determinação da área superficial ativa de eletrodos modificados à base de carbono, por meio da determinação da capacitância do material. este método torna-se atrativo em relação aos métodos clássicos por ser simples e utilizar somente um reagente como eletrólito. diferentemente dos outros métodos de determinação de área superficial (bet, porosímetro por intrusão de mercúrio, bjh), a metodologia proposta determina somente a área eletroquimicamente ativa, não considerando a área superficial de outros materiais que possam compor o eletrodo, como no caso dos eletrodos de troca iônica. desta forma, pode-se determinar com maior precisão a densidade de corrente aplicada nos processos. a metodologia pode ser também aplicada em outros tipos de materiais que sejam condutores, partindo da determinação da capacitância do material por eie e a determinação da capacitância aparente por vc, que permite o caçulo da área superficial ativa. portanto, a metodologia proposta no presente trabalho apresenta resultados bastante coerentes e representativos dos materiais e meios utilizados. agradecimentos agradecemos ao cnpq pela bolsa de mestrado concedida. eclética química, 39, 49-67, 2014. 66 referências bibliográficas 1. c. calas-blanchard, m. comtat, j. l. marty, s. mauran, carbon 41 (2003) 123. 2. a. burke, j power sources 91 (2000) 37. 3. e. frackowiak, f. béguin, carbon 39 (2001) 937. 4. h. c. manosso, desenvolvimento de 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introdução dos conceitos e a sua utilização em um curso para abordar o comportamento individual do aluno/profissional/cidadão administration of the total quality: introduction of the concepts and your use in a course to approach the student's professional-citizen-individual behavior fernando luis fertonaii;josé pascoal batistutiii; ossamu hojoi; josely kobal de oliveiraiii; iêda aparecida pastreiv iinstituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brasil iifaculdade de ciências farmacêuticas unesp 14801-902 araraquara sp brasil iiifaculdade de ciências e letras unesp 14800-902 araraquara sp brasil ivinstituto de biociências, letras e ciências exatas unesp 15052-040 são josé do rio preto resumo a introdução do assunto qualidade, segundo as necessidades de mercado abre espaço para a discussão da qualidade como necessidade pessoal, e também para a formação do cidadão/profissional, além de introduzir assuntos específicos de administração de empresas. dessa forma, foi oferecida uma disciplina optativa para os alunos do instituto de química do campus de araraquara, abordando o tema qualidade e foi denominada "gestão da qualidade" por três anos seguidos. da avaliação geral do curso extraiu-se que ele deveria ser realizado sempre, que o tema é atual e relevante e contribui para a formação profissional/pessoal. com relação ao comprometimento com o curso de graduação, cerca de metade dos alunos assume o seu comprometimento com os estudos e os restantes dizem estarem somente envolvidos. conclui-se, portanto que o curso atingiu os seus objetivos propostos, introduziu os principais conceitos de qualidade segundo as normas da qualidade da série iso 9000 e suscitou a discussão da formação do aluno/profissional/cidadão. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso palavras-chave: qualidade; controle da qualidade; administração abstract the introduction of the subject quality, according to the market needs opens space for the discussion of the quality as personal need, and also for the professional citizen's formation, besides introducing specific subjects of administration of companies. in that way, an optional discipline was offered for the students of the chemistry institute, approaching the theme "quality and administration of the quality ", by three followed years. of the general evaluation of the course it was extracted that it should always be accomplished, that the theme is current and important and it contributes to the personal/professional formation. with relationship to the compromising with the degree course, about of the students' half it assumes your compromising with the studies and the remaining ones say they are only involved. it is ended, therefore that the course reached your proposed objectives, it introduced the principal quality concepts according to the norms of the quality of the series iso 9000 and it raised the discussion of the student's professional citizen formation. keywords: quality; quality control; administration introdução a globalização da economia e da informação traz novos paradigmas também para o ensino superior com a necessidade da discussão de temas como ética e moral juntamente com as questões profissionais. por outro lado, um conteúdo que sempre é cobrado por parte de nossos alunos é o conhecimento sobre as normas de qualidade, sejam elas iso (organização internacional para a padronização), bipm (bureau internacional de pesos e medidas), etc.1,6,7,11 se qualidade for entendida como uma demanda pessoal/institucional pela busca da melhoria constante daquilo que o indivíduo ou instituição se propõe a fazer, o conceito de qualidade é de suma importância para a formação do indivíduo e a existência da instituição. portanto, a qualidade transcende a questão meramente conceitual e tem a necessidade de se tornar uma apropriação cultural, onde são enaltecidas as relações humanas, o respeito ao próximo e, portanto, o respeito ao diferente e às diversidades. um curso sobre a gestão da qualidade total pode ser um momento adequado para essas discussões. portanto, neste curso foram apresentadas várias vertentes da teoria de administração e as diferenças entre os vários pensadores (ford, taylor, fayol, juran, feigenbaum, ishikawa, etc.) 4,5,8,9, evoluindo até os dias de hoje, já com a inclusão do tema qualidade, e avaliando o envolvimento e o comprometimento dos alunos com a sua própria formação. o curso realizado teve uma carga horária de 30 horas, e ao final deste foi utilizado um questionário como um dos instrumentos de avaliação. concepções do curso 2,3,5,10,12 a busca cada vez mais intensa por melhores níveis de qualidade e produtividade vem marcando as estratégias das empresas modernas de uma maneira geral, independentemente de seu setor de atuação ou ramo de negócio. neste contexto, marcado também por rápidas e profundas mudanças no cenário econômico mundial (globalização), deve-se considerar o fato de que as estratégias empresariais voltadas à "qualidade total" esbarram, por via de regra, em problemas de (des) motivação e falta de envolvimento/comprometimento dos "colaboradores" (seres humanos) em relação aos objetivos/metas propostas pela gerência da empresa. o contexto das mudanças revolucionárias neste limiar do terceiro milênio, novos desafios, assim como, novas oportunidades, aparecem no cenário econômico mundial, cenário este marcado por uma série de crises e mudanças em vários aspectos, tais como: • políticos por exemplo, as mudanças relativas a queda de impérios como o ocorrido no leste europeu; • sociais crises sociais refletidas na tendência à polarização social entre ricos e pobres, aumento dos índices de desemprego, criminalidade e distúrbios sociais; • econômicos as constantes crises no sistema financeiro internacional, o acirramento da concorrência interempresarial, maior concentração e centralização do capital � vide as recentes ondas de fusões e incorporações de grandes conglomerados empresariais; a tendência à formação dos grandes blocos econômicos, como a ce comunidade européia, o nafta mercado norte-americano (estados unidos, canadá e méxico), o asean mercado asiático (japão, coréia do sul, taiwan, singapura, indonésia, china etc.) e, em especial, o mercosul, que já apresenta a liderança do brasil frente aos demais países parceiros: argentina, uruguai e paraguai; • tecnológicos o advento e a rápida difusão da microeletrônica em seus vários aspectos e formas de aplicação nas empresas � desde um simples microcomputador até o uso de modernos equipamentos de produção, como por exemplo, os robôs industriais; e, em especial, o fenômeno caracterizado pelas rápidas transformações nas telecomunicações, as quais propiciam a comunicação on line e em tempo real, a partir da rede mundial de computadores, a internet; • culturais crises e transformações culturais que se manifestam nos vários tipos de mudanças nos sistemas de valores, crenças e hábitos da população, sistema esse constantemente influenciado pelos modernos meios de comunicação de massas (tv's, rádios, imprensa escrita, internet etc.), apontando para a transição da chamada sociedade industrial para a sociedade pósindustrial, conhecida também por sociedade da informação e do conhecimento. no mundo dos negócios e, particularmente, na vida das modernas organizações empresariais, todas estas categorias de crises e de mudanças revolucionárias estão apontando para um quadro de muitas incertezas e imprevisibilidades, envolvendo questões de muita complexidade. neste quadro de muitas turbulências, a busca constante por maior produtividade e qualidade pilares básicos para se obter maior competitividade nos mercados passou a condicionar a conduta das empresas modernas. neste sentido, novos métodos de trabalho, assim como novas formas gerenciais, estão surgindo dia após dia. em especial citamos, a título de curiosidade posto que muitos destes conceitos serão aprofundados algumas destas novas tendências gerenciais: • qualidade total ou qualidade assegurada através das normas internacionais da série iso 9000, iso guia iec 17025 ( iec: comissão internacional em eletrotécnica ); etc.; • atendimento e entregas just in time; • estruturas administrativas mais enxutas que implicam em reduções no número de níveis hierárquicos downsizing administrativo; • "reengenharia" de processos que implica em repensar a necessidade de se continuar com algumas operações e de se rever os processos, assim como, repensar os próprios objetivos da empresa como um todo; • estilo gerencial mais participativo, com maior descentralização administrativa e maior delegação de poderes empowerment; • satisfação dos vários parceiros do negócio stakeholders, quais sejam: os acionistas, os clientes externos (que compram os produtos ou serviços da empresa), os clientes internos (os colegas de trabalho), os profissionaiscolaboradores; os fornecedores e a comunidade em geral � em função dos diferentes tipos de relacionamento praticado pela empresa com estes diversos agentes; • busca permanente de uma estrutura organizacional inovadora e profissional. qualidade total os objetivos de uma empresa dentro do contexto somente pode sobreviver dentro de uma sociedade, a empresa honesta que está empenhada para contribuir para a satisfação das necessidades das pessoas. este é o seu objetivo principal. se este fato é tomado como premissa, a primeira preocupação da administração da empresa deve ser a satisfação das necessidades das pessoas afetadas pela sua existência. sob este aspecto, a primeira prioridade da empresa é os clientes. é necessário, e mesmo vital para a empresa, que eles se sintam satisfeitos por um longo tempo após a compra do seu produto ou utilização do seu serviço. o segundo tipo de pessoa afetada pela empresa é o seu empregado. a empresa deve esforçar para pagar-lhe salário compatível com a função e mercado, respeitando-o como ser humano e dando-lhe a oportunidade de crescer como pessoa e no seu trabalho, vivendo uma vida feliz. isto é importante para o "aporte do conhecimento". este conceito deve ser estendido também para os empregados das empresas fornecedoras, sistema de distribuição do produto (vendas e assistência técnica), das empresas afiliadas e das empreiteiras. o terceiro tipo de pessoa afetada pela empresa é o acionista. numa sociedade de economia livre a empresa deve ser lucrativa de tal forma a poder pagar os dividendos a seus acionistas e se expandir. isto é importante para o "aporte de capital". a produtividade gera lucro que, reinvestido, é o único caminho seguro para a geração de empregos. finalmente, os vizinhos da empresa devem ser respeitados através do controle ambiental, evitando que a empresa polua o ambiente. objetivo principal dentro do contexto o objetivo principal de uma empresa (sua sobrevivência através da satisfação das necessidades das pessoas) pode ser atingido pela prática do controle da qualidade total. o controle da qualidade total atende aos objetivos da empresa, como colocados no item anterior, por ter as seguintes características básicas: a) é um sistema gerencial que parte do reconhecimento das necessidades das pessoas e estabelece padrões para o atendimento das necessidades. b) e um sistema gerencial que visa manter os padrões que atendem às necessidades das pessoas. é um sistema gerencial que visa melhorar (continuamente) os padrões que atendem às necessidades das pessoas, a partir de uma visão estratégica e com abordagem humanística. concluindo podemos afirmar que o momento atual e o futuro exigem das organizações condições adequadas de organização e administração suficientemente estabelecidas estrategicamente, para atender as necessidades de seus clientes, funcionários e meio ambiente. o fator diferenciador considerando-se a discussão apresentada anteriormente, a mudança trata-se de um aspecto comportamental, inerente aos seres humanos. desta forma, o tripé mudança, qualidade e sobrevivência sempre estiveram e estarão presentes no dia a dia do ser humano. contemporaneamente, mais uma componente, de grande importância deve ser adicionada ao agora quadripé, que se denomina competividade. partindo-se da premissa evolutiva abordada anteriormente crê-se que todos irão mudar, porém, como, quando e a qual velocidade? o fator diferenciador dos tempos atuais, com referência ao passado, é o processo acelerado de transformações que contempla mudanças com características muito especiais, não verificadas em épocas passadas. tais transformações são motivadas por um alto grau de complexidade e a tal rapidez, que torna quase impossíveis as ações individuais, fazendo com que as ações coletivas se sobrepujem àquelas. assim, na atualidade, o fator tempo é fundamental à necessidade de adaptar-se às novas regras, impostas pela "era-tecnológica". as grandes evoluções sociais, neste contexto, obrigam o homem contemporâneo a sentir a necessidade de mudar, buscando melhor qualidade de vida, em fim, de sobreviver com mais dignidade. fenômenos de tal natureza estão embutidos no dia a dia das organizações que produzem produtos, serviço e pessoal especializado, situação na qual os reflexos das transformações são mais significativos, obrigando-se, e ou processando-se o que consiste em comparar continuamente o desempenho próprio com o outro de primeira linha (benchmarking). neste processo busca-se a experiência, adaptando-se à realidade local e, sobretudo, empenhando-se em busca de uma performance melhor frente a demais empresas presentes no mercado. a atualização, adaptação às novas demandas de mercado, a inserção dentro do mercado globalizado, o conhecimento da realidade do mercado, e mais, a procura constante da melhoria contínua, para processos e atividades, pesquisando reais necessidades dos clientes e colaboradores devem constituir um instrumento integrante do cotidiano, juntamente com o planejamento, devendo ser continuamente revisado e atualizado de acordo com os anseios de seus clientes para que haja um comprometimento com o futuro e permanência no mercado. desta forma, onde se situa o profissional que estamos formando? foi, então, neste sentido que o objetivo deste curso abordou os temas descritos abaixo, numa tentativa de trazer à assistência o entendimento, a conscientização e os elementos básicos para a reflexão quanto e a implementação de um programa de qualidade, em suas vidas, em seu trabalho em seu dia a dia como universitário ou em seu dia a dia profissional. conteúdo ministrado 1. introdução ao assunto qualidade e gerenciamento da qualidade: 1.1. motivando para a qualidade; 1.2. história e evolução do conceito de qualidade (da inspeção à gestão estratégica da qualidade); teoria clássica da administração; fayol, taylor, ford, hawthorne, maslow, herzberg, etc. 2. conceitos e definições de qualidade; 3. qualidade do produto, processo e organização; 4. expoentes da qualidade e suas recomendações; 5. utilização de ferramentas para o gerenciamento da qualidade; 6. os 5's. avaliação aos participantes do curso foi aplicado um questionário, constando de três perguntas objetivando: aferir a importância do tema, do ponto de vista da assistência, uma auto avaliação frente aos fatores comprometimento e envolvimento, enquanto alunos do curso de graduação em química, e a opinião de cada um quanto a continuidade deste trabalho de conscientização e treinamento. de forma geral a partir das 117 questões respondidas foi possível aquilatar: instrumento de avaliação 1 considerando-se a importância do tema para a formação do futuro profissional (considere-se qualquer área do conhecimento) frente ao mercado globalizado e a rapidez com que as normas da iso vêm sendo implementadas e cobradas (iso 9000 garantia da qualidade; 14000 ambiente; 21000 qualidade de vida), principalmente dos países do terceiro mundo; qual é sua opinião, pessoal, quanto a importância do curso oferecido? 2 considerando o tema qualidade, o prof. dr. paschoal deixou bem claro que antes de fazer com qualidade é preciso ser qualidade. com isto, sua mensagem é clara e mostra a necessidade de uma predisposição ou vontade interior para querer ser qualidade (enxergar tudo com os olhos da qualidade), o que necessita de um processo educacional (trazer o assunto aos bancos escolares). nesse contexto, foi apresentada a imagem do indivíduo comprometido com o fazer com qualidade (porco/toucinho) e o indivíduo envolvido (galinha/ovos). considerando seu interesse e a sua participação durante o curso/treinamento, e sua postura frente ao curso de química, em qual dos indivíduos você se encaixa e por quê? 3 em sua opinião, considerando que este curso tem sido trazido aos alunos dos cursos de bacharelado e de licenciatura em química, nos quatro últimos anos, deveríamos continuar com este trabalho de treinamento e conscientização? por quê? análise das respostas do instrumento de avaliação questão 1 o tema foi considerado como sendo importante para a formação geral do aluno. a assistência aponta para a importância em tomar contato com o assunto de modo a se criar uma consciência geral a respeito do tema qualidade. são transcritas abaixo parte de algumas respostas escritas pelos assistentes: 1. "(...) é importante não só para nossa formação acadêmica e profissional, mas é mais importante para nossa formação como cidadão..."; 2. "(...) provavelmente até o final do curso não ficaremos sabendo muito sobre esse assunto vindo da universidade..."; 3. "(...) despertar consciência..."; 4. "(...) acho que seria mais produtivo com alunos que estivessem cursando os últimos anos..."; 5. "(...) a importância se deve ao fato do mundo estar envolvido nisto "qt"... é uma pena não estarmos vivendo isto no instituto. dizer que isto é para o futuro é demagógico, a meu ver isto deveria estar nos bandos escolares dada sua importância. (...)"; 6. "(...) o curso esclareceu o que se passa no mercado de trabalho... o mais importante é que se trata de um assunto complexo e que merece ser mais discutido... para a pessoa não se formar e "quebrar a cabeça" e se desiludir com sua formação acadêmica...". questão 2o resultado do questionamento, sobre o comprometimento ou envolvimento, enquanto aluno, com o curso de química apontou para 51,3% de comprometimento em aprender. muitos se consideraram apenas envolvidos com o curso de química, utilizando-se do argumento de que estão em fase de receber, apenas, o que lhes é transmitido pelos professores. porém, observa-se algumas manifestações quanto ao curso ter suscitado, neles próprios, a busca pelo comprometimento. em alguns casos, sugerem que o curso, ao qual nos referimos, seja estendido ao corpo docente. abaixo são transcritas partes de algumas das respostas escritas pelos assistentes referentes à questão: 1. "(...) algumas vezes comprometido, outras envolvido, mas depois deste curso já estou buscando mais ser qualidade..."; 2. "(...) envolvido, pois estou apenas aprendendo, mais adiante, pode ser como comprometido..."; 3. "nós alunos tentamos nos enquadrar no contexto do comprometimento... mas alguns professores não fornecem as informações com qualidade... por isso, aqui deixo o meu pedido p/ que esta palestra seja estendida aos professores p/ que eles aprendam a serem comprometidos com a qualidade." ; 4. "envolvido. a escola é que se compromete com o fazer com qualidade."; 5. "pessoalmente sou comprometido, mas como seguir um comprometimento se muitos, desde a direção e meus colegas estão simplesmente envolvidos.". questão 3verifica-se uma unanimidade, entre os que responderam esta pergunta (38 alunos), no sentido do prosseguimento deste tipo de trabalho, ou seja a reedição do curso, com reformulações, alguns sugerindo uma carga horária maior, outros sugerindo que o curso fosse ministrado no início ou no final do semestre, ou ainda que fosse ministrado no quarto ano. abaixo são transcritas partes de algumas das respostas escritas pelos assistentes referentes à questão: 1. "..., apenas não faça o curso na mineralogia, pois é muito desconfortável, e não faça no final do semestre, pois os alunos, principalmente do 2º ano estão cansados e sobrecarregados, devido ao excesso de provas"; 2. "(...) é bom sair um pouco da área em que se está para ver e compreender o que acontece com o mundo e as preocupações, fora do curso de química. além disso, futuramente será nosso trabalho e entender de qualidade é importante para o mercado e para nós mesmos."; 3. "sim. mas já citei, penso que se fosse oferecido nos últimos anos (semestres) seria mais proveitoso, devido a maturidade adquirida pelos alunos".; 4. "(...) o curso deveria ser modificado pois a palestra foi muito chata e cansativa, apesar do assunto ser de vital importância para nossa vida profissional, o curso deveria continuar, porém ser modificado".; 5. "(...) em vista do que foi apresentado ano passado deu uma melhora na sua primeira parte, mas a segunda continuou a mesma, volto afirmar que este curso é bom, mas a carga horária é curta". conclusão concluindo, os objetivos do curso foram alcançados tendo sido provocado o despertar da assistência para a importância do assunto e para a necessidade de se conscientizarem de seu papel e de sua responsabilidade quanto discentes, cidadões e como formadores de opinião, frente à sociedade. a avaliação aplicada permitiu revelar a importância do assunto discutido, sob o prisma do aluno, a necessidade de adequação do mesmo, em termos de carga horária e do período a ser oferecido (dentro da grade curricular) ficando nas entrelinhas a possibilidade de se desenvolver o assunto na forma de uma disciplina optativa. referências bibliográficas 1 associação brasileira de normas técnicas. aplicação das normas iso série 9000 na gestão da qualidade. rio de janeiro: abnt. 1990, v.1. 94p. 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cinnamate; thermal decomposition. introduction solid state compounds of 4-dimethylaminobenzylidenepyruvate and 4methoxybenzylidenepyruvate with several metals ions, have been prepared and studied by complexometry, tg, dtg, dsc, dta and x-ray powder diffractometry.2-5 cinnamate of cobalt, nickel and copper, have also been prepared and characterized by analyses, magnetic moments, vibrational and eletronic spectra, as well as, the thermal behaviour by thermogravimetry and differential thermal analyses (dta)1. this work is concerned with the thermal behaviour of magnesium, calcium, strontium and barium cinnamates. the dehydration and thermal decomposition were studied by means of tg, dtg and dsc. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back experimental the alkali earth metals cinnamates (except be and ra) were prepared by neutralizing the corresponding aqueous suspensions of metals carbonates with slight excess of cinnamic acid. the aqueous suspensions were heated to ebullition until effervescence ceased, and filtered in whatman no 42 filter papers. the solutions were dried in a water bath, washed with ethanol until elimination of the cinnamic acid in excess and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. the metal contents of the compounds were determined by complexometric titrations with standard edta solution, after samples of the compounds had been ignited to the metal oxide or carbonate and dissolved in hydrochloric acid solutions. the water and cinnamate contents were determined from the tg curves. the tg and dtg curves were recorded on a perkin-elmer tgs-2 thermogravimetric system; samples of about 7 mg were used, in platinum crucibles, heated at a rate of 20oc min-1 in flowing air (» 5 ml min-1) at ambient pressure. the dsc curves were obtained using a mettler ta-4000 thermoanalyser system with air flowing at a rate of about 150 ml min-1, heating rate of 20oc min-1 and aluminium crucibles with perforated covers. x-ray powder patterns were obtained with an hgz 4/b horizontal diffractometer (gdr) equipped with a proportional counter and pulse height discriminator. the bragg-brentano arrangement was adopted using coka (l = 1.7889 å ) and a setting of 38 kv and 20 ma. results and discussion table 1 presents the analytical and thermoanalytical (tg) data for the prepared compounds from which the general formula ml2.nh2o can be established, where m represents mg, ca, sr or ba, l is cinnamate and n = 2, 4, 0.8, 3 respectively. the x-ray diffraction powder patterns, figure 1, show that the strontium and barium compounds are isomorphous. all the compounds have crystalline structure. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 the tg and dtg curves of the compounds are shown in figure 2. these curves show mass losses in steps and only for magnesium compound the formation of carbonate as intermediate is not observed, probably due to the low thermal stability of the magnesium carbonate. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 for the magnesium compound, figure 2(a), the tg and dtg curves show mass losses in three steps, between 90oc and 580oc. the first step observed up to 200oc that begins with a fast process followed by a slow process is due to the dehydration with losses of 2h2o (theor.= 10.16%; tg = 10.1%). the second and third steps that occur in consecutive steps are due to the thermal decomposition of the resulting anhydrous compound. the calculations based on the mass losses observed in the tg curves, between 180oc and 450oc are in agreement with the loss of 2(c6h5); 2ch (theor.= 50.82%; tg = 51.0%), and the rest of the ligand (last step) (theor.= 27.65%; tg = 27.4%), with formation of magnesium oxide, mgo. for the calcium compound, the tg and dtg curves figure 2(b) show that the dehydration occurs http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 in two steps, with losses of 2.2 h2o between 55oc and 110oc (theor.= 9.75%; tg = 10.0%) and 1.8 h2o between 175oc and 230oc (theor.= 7.98%; tg = 8.1%). the thermal decomposition of the resulting anhydrous compound occurs with a slow process between 240oc and 600oc, with formation of calcium carbonate as intermediate accompanied of small quantity of carbonaceous residue (theor.= 57.64%; tg = 56.73%). the last step observed between 600oc and 820oc, the mass loss that begins with a slow process up to 700oc followed by a fast process is ascribed to the pyrolysis of carbonaceous residue and the thermal decomposition of the carbonate to the calcium oxide cao (theor.= 10.83%; tg = 11.22%). for the strontium compound, the tg and dtg curves figure 2(c) show that the dehydration also occurs in two steps between 60oc 100oc and 140oc 180oc with losses of 0.4 h2o in each step (theor.= 1.82%; tg = 1.8%). the thermal decomposition of the resulting anhydrous compound occurs between 200oc and 500oc and begins with a fast process followed by a slow process with formation of strontium carbonate (theor.= 59.12%; tg = 59.03%). the last step observed between 780oc and 900oc is due to the thermal decomposition of the carbonate to the strontium oxide, sro (theor.= 11,10%; tg = 10.67%). for the barium compound, the tg and dtg curves figure 2(d) show that the dehydration occurs in one step between 130oc and 230oc with losses of 3 h2o (theor.= 11.13%; tg = 11.3%). the thermal decomposition of the anhydrous compound that occurs between 230oc and 500oc, also begins with a fast process followed by a slow process with formation of barium carbonate, as residue (theor.= 48.24%; tg = 48.37%). the dsc curves of the mg, ca, sr and ba compounds are shown in figure 3 (a)-(d). in all the curves the endothermic peaks at 175oc (mg), 135oc and 225oc (ca), 120oc and 205oc (sr) and 215oc (ba) are attributed to dehydration in agreement with the mass losses observed in the tg and dtg curves. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 for the magnesium compound, the small exothermic peak at 230oc suggest a recrystallization process; the small endothermic peak and the sequence of exothermic and endothermic peaks between 350oc and 460oc are attributed to the partial thermal decomposition of the anhydrous compound in correspondence with the second mass loss of the tg and dtg curves. the broad exothermic peak at 530oc is ascribed to the final pyrolisis of the compound. for the other compounds, the exothermic peaks at 350oc, 450oc and 550oc (ca); the broad exotherm in the ranges 250oc 600oc (sr) and (ba) are attributed to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of the organic matter takes place in consecutive steps. conclusion the x-ray powder patterns verified that the alkali earth metal compounds studied in this work have a crystalline structure. the tg, dtg and dsc curves established the stoichiometry of the compounds in the solid state and provided information about the thermal stabilities and thermal decomposition. these curves also show that the thermal decomposition depend on the identity of the metal ion present. acknowledgements the authors acknowledge the fapesp (proc. 90/2932-4), cnpq and pae-unesp for financial support and isilda marie aparecida ogata for aid in the preparation of this compuscript. zaina chiaretto, a.g. et al. preparação e decomposição térmica de cinamatos de metais alcalino terrosos, exceto berílio e rádio no estado sólido. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.91-98, 1998. resumo: foram preparados compostos de fórmula geral ml2.nh2o, onde m é mg, ca, sr e ba; l é o cinamato (c6h5-ch=ch-coo-) e n = 2; 4; 0,8; 3, respectivamente. a termogravimetria (tg), termogravimetria derivada (dtg), calorimetria exploratória diferencial (dsc) e difratometria de raios-x foram utilizados na caracterização, na verificação da estabilidade térmica e estudo da decomposição térmica desses compostos. palavras-chave: metais alcalino-terrosos; cinamato; decomposição térmica. references 1 allam, j. r. et al. thermal, spectral and magnetic studies of some compounds of cobalt(ii), nickel(ii) and copper(ii) with cinnamic acid. thermochim. acta, v.154, p.315-22, 1989. 2 miyano, m. h. et al. the preparation and thermal decomposition of solid state compounds of 4dimethylaminobenzylidenepyruvate and trivalent lanthanides and yttrium. thermochim. acta, v.221, p.53-62, 1993. 3 oliveira, l. c. s. et al. preparation and thermal decomposition of solid state compounds of 4methoxybenzylidenepyruvate and trivalent lanthanides and yttrium. thermochim. acta, v.219, p.215-24, 1993. 4 _________. preparation and thermal decomposition of solid state compounds of 4methoxybenzylidenepyruvate with alkali earth metals, except beryllium and radium. thermochim. acta, v.275, p.269-78, 1996. 5 rasera, d. e. et al. the preparation and thermal decomposition of some metal compounds of 4dimethylaminobenzylidenepyruvate in the solid state. thermochim. acta, v.250, p.151-63, 1995. recebido em 19.1.1998. aceito em 26.3.1998. * deparatamento de química analítica instituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brazil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100008  author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and numbered sequentially; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100-46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. • eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the 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permission of a non-author who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin anti-plagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submission for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration author guidelines the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@iq.unesp.br) copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@iq.unesp.br eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100001 a thermal analysis study of dithizone and dithizonates of mercury, silver and bismuth marisa chahud* marco aurélio da silva carvalho filho* nedja suely fernandes* massao ionashiro* abstract: solid dithizonates of hg(i), ag(i) and bi(iii) have been prepared. thermogravimetry (tg), derivative thermogravimetry (dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x ray diffraction powder patterns and elemental analysis have been used to characterize and to study the thermal stability and thermal decomposition of the dithizone and of these dithizonates. keywords: dithizone, dithizonates, mercury, silver, bismuth, thermal decomposition. introduction in organic solvents dithizone exists in the keto (i) and the enol (ii) tautomeric forms. studies of solid state dithizonates have been carried out on the crystal structure of some transition metal by x-ray diffraction2,5,6,7, and the infrared spectra of a number of metal dithizonates4. preparation and thermal analysis study of some transition metal dithizonates have also been reported3,8. no reference has been found to the application of tg and dsc in the study of mercury and bismuth dithizonates. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor in this work, hg(i), ag(i) and bi(iii) dithizonates were prepared and investigated by complexometry, elemental analysis, tg, dtg, dsc and x-ray diffraction powder patterns. experimental aqueous solutions of the metal ions were prepared by dissolving the respective nitrate. the solid state complexe of mercury was prepared by mixing solution of 0.05% (w/v) in ketone, to effect total precipitation of mercury dithizonate, as described previously3. the silver and bismuth dithizonates, due to decomposition (ag) and hydrolysis (bi) during the washing of the precipitates, these compounds were prepared by solvent extraction. thus reaction of aqueous solutions of metal ions with a dithizone solution of 0.05% (w/v) in chloroform was effected in a separation funnel. after to shake vigorously, the organic phase containing the respective dithizonates were separated and the chloroform evaporated. the compounds were stored in a desiccator over anhydrous calcium chloride. the silver and bismuth contents of the complexes were determined by complexometric titration with standard edta solution1, after samples have been heated in a digestion apparatus with concentrated nitric acid and 30% hydrogen peroxide added dropwise. the metal contents were also determined from tg curves. the dithizonate contents of these compounds were determined from the tg curves and confirmed by carbon, nitrogen, sulphur and hydrogen micro-analytical determinations. for the mercury dithizonate, the metal content was determined by cold vapour atomic absorption spectroscopy (cvaas) and the ligand content was determined by nessler method (colorimetric determination of nitrogen). the tg and dtg curves were recorded on a perkin elmer tgs-2, thermogravimetric system with an air flow of 5 ml min-1, a heating rate of 20oc min-1 and a platinum crucible. the dsc curves were obtained using a mettler ta 4000 thermal analysis system with an air flow rate of 150 ml min-1, and a heating rate of 20oc min-1, and aluminium crucible with perforated cover. x-ray powder patterns were obtained with an hgz 4/b horizontal diffractometer (gdr) equipped with a proportional counter and pulse height discriminator. the bragg-brentano arrangement was adopted using coka (l = 1.78897å) and a setting of 38 kv and 20 ma. carbon, nitrogen, sulphur and hydrogen were determined by microanalytical procedures using ce intruments, ea 1110 chns-) apparatus. results and discussion table 1 presents the analytical and thermoanalytical (tg) data and table 2 the elemental analysis results, from which the formula aghdz and bi(hdz)3 can been established, where hdz is the dithizonate present in the keto form. for the mercury complexe due to total volatilization up to 630oc, no thermoanalytical data were possible to obtain, and incompatible results were also observed in the elemental analysis data. thus, the formula hg2hdz was established through http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 analytical data obtained by cvaas and nessler method. all complexes were obtained in the anhydrous form. the x ray powder patterns, fig. 1, show that the dithizone and the silver complexe have a crystalline structure, while the mercury and bismuth complexes indicate an amorphous structure. the tg and dsc curves of the dithizone and dithizonates are shown in fig. 2. for the dithizone, these curves, fig. 2(a), show thermal stability up to 100oc and that the thermal decomposition occurs in three consecutive steps between 100oc and 600oc. the first step observed up to 130oc, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 the mass loss occurs through a very fast process due to combustion (explosion) with loss of 35.7%. the second and third steps up to 250oc and 600oc, the mass losses correspond to 25.6% and 38.7% respectively without formation of carbonaceous residue. the thermal decomposition of mercury (i), silver (i) and bismuth (iii) complexes, show mass losses in steps which depend on the metal present, and it is characteristic for each complexe. for the mercury(i) complexe, the tg and dtg curves, fig. 2(b), show mass losses in three consecutive steps between 130oc and 690oc. the first and second steps up to 200oc and 230oc, respectively, the thermal decomposition occurs through a fast and very fast process due to combustion (explosion), with losses of 40.6% and 20.3%. the third step, between 230oc and 690oc, the mass loss occurs slowly and correspond to 39.1% with total loss of the complexe. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 for the silver complexe, the tg and dtg curves, fig. 2(c), show mass losses in three consecutive steps between 120oc and 790oc. the first step observed up to 180oc, that occurs through a fast process is due to combustion (explosion) of the sample, with loss of 21.7%. the second step observed between 180oc and 640oc, with loss of 39.2% gives rise to a mixture of silver sulphide and sulphate in no simple stoichiometry relation. the presence of sulphide and sulphate in the residue were confirmed by qualitative tests on residue as indicated by the tg and dtg curves. these result are in agreement with the studies of pariaud and archinard8. the third step observed between 750oc and 800oc, with loss of 4.1% is ascribed to the thermal decomposition of the mixture of silver sulphide and sulphate to the silver oxide. the formation of silver oxide as final residue is in disagreement with the literature data8, and it is probably due to the experimental conditions that were not the same. in the bismuth dithizonate, the tg and dtg curves, fig. 2(d), show mass losses in two consecutive steps between 170oc and 580oc. the first mass loss up to 210oc, that occurs through a very fast process is due to combustion (explosion) of the sample with loss of 29.7%. the second step observed up to 580oc, with loss of 45.9% is ascribed to the final thermal decomposition of the complexe with formation of bismuth oxide, bi2o3, as residue. in previous experiments, when samples of 10 mg of the compounds were heated at a rate of 20oc min-1 in a furnace in a platinum crucible, explosion with projection of materials were observed for all compounds, where the tg curves show a very fast mass losses in the the first step. the dsc curves are shown in fig. 3. these curves show exothermic peaks and exotherm up to 600oc, all of which are in accord with the mass losses observed in the tg and dtg curves. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 for the dithizone and dithizonates of mercury, silver and bismuth, fig. 3 (a-d), the sharp exothermic peaks at 181oc, 232oc, 220oc and 208oc respectively are attributed to combustion and are in agreement with the tg and dtg data. the small exothermic peak at 173oc observed only for the mercury complexe, is ascribed to the crystallization process that precedes the combustion. the exotherm observed in all the curves after the combustion is attributed to the final oxidation of the residue resulting from the combustion process. conclusion the x-ray powder patterns verified that the ligand and the ag(i) complexe have a crystalline structure, and for the hg(i) and bi(iii) complexes indicate and amorphons structure. the tg, dtg and dsc curves provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of hg(i) and bi(iii) dithizonates. aknowledgements http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 the authors thank fapesp (proc. 85/853-1; 90/2932-4) and capes for the finantial support and rosemary camargo gabarron for aid in the preparation of the compuscript. chahud, m et al. um estudo de análise térmica da ditizona e ditizonatos de mercúrio, prata e bismuto. ecl. quím. (são paulo), v.25, p. , 2000. resumo: foram preparados os ditizonatos de hg (i), ag (i) e bi (iii). termogravimetria (tg), termogravimetria derivada (dtg), calorimetria exploratória diferencial (dsc), difratometria de raios x pelo método do pó e análise elementar foram usados para caracterizar e para estudar a estabilidade térmica e a decomposição térmica da ditizona e destes ditizonatos. palavras-chave: ditizona, ditizonato, mercúrio, prata, bismuto, decomposição térmica. references 1. basset, j., denney, r. c., jeffery, g. h., mendhan, j., textbook of quantitative inorganic analysis, fourth edition, longman, london and new york, 1978. [ links ] 2. bryan, r. f., knoff, p. m., the crystal structure of primary cupric dithizonate. proc. chem. soc. p. 203, 1961. [ links ] 3. chahud, m., carvalho filho, m. a. s., fernandes, n. s., zuanon netto, j., ionashiro, m. a thermal analysis study of some transition metal dithizonates, thermochim. acta, v. 322 p. 83 8, 1998. 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[ links ] recebido em 6.10.1999 aceito em 5.11.1999 * instituto de química, unesp, araraquara, c.p. 355, cep. 14801-970, são paulo, brazil http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25  são paulo  2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100001  summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | summary editorial board........................................................................................................................................3 editorial……………………………………………………..........................................................................................4 instructions for authors....................................................................................................................5 original articles synthesis of chitosan-stabilized bimetallic nanoparticles containing fe and ni and the reductive degradation of nimesulide………………………………………….........................................................................10 andressa aparecida gonçalves, annelise frança araújo, manoel josé mendes pires, rodrigo moreira verly, débora vilela franco, leonardo morais da silva photocatalytic degradation of methylene blue using tio2 supported in ceramic material...................26 raul fernando de mello peters, pâmela andréa mantey dos santos, tiele caprioli machado, diosnel antonio rodriguez lopez, ênio leandro machado, adriane de assis lawisch rodriguez antifungal piperamides from piper mollicomum kunth (piperaceae)....................................................33 herlle aparecido da silva, lydia fumiko yamaguchi, maria cláudia marx young, clécio souza ramos, andré márcio araújo amorim, massuo jorge kato, ronan batista advantages of the use of heterogeneous catalyst for huisgen cycloaddition reaction: synthesis and application of new metalorganic material capable of regeneration and reuse.....................................39 mônica freire belian, moara targino da silva, aline de andrade alves, ronaldo nascimento de oliveira, wagner eduardo da silva removal of textile dye by adsortion on the cake as solid waste from the press-extraction of the macaúba (acrocomia aculeata) kernel oil................................................................................................48 alice santos caldeira, josé domingos fabris, david lee nelson, sandra matias damasceno complexations of divalent metallic ions with fulvic acids……………………………………………………….……54 denise de oliveira vaz, andreia n. fernandes, bruno szpoganicz study of the thermal behavior in solid state of mn(ii)-diclofenac complex……………………………….……59 marcelo kobelnik, valdecir ângelo quarcioni, adélia emília de almeida, clóvis augusto ribeiro, marisa spirandeli crespi http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index a11v28n1.pdf 85 avaliação e caracterização da pastilha sensora de um eletrodo de segunda espécie sensível a oxalato . a. c. villafranca1; m. de moraes1*; l. pezza2 1 departamento de química analítica instituto de química universidade estadual paulista cep 14800-900 araraquara sp brasil 2 departamento de química orgânica instituto de química universidade estadual paulista cep 14800-900 araraquara sp brasil introdução compostos contendo o íon oxalato são objeto de muitos estudos nos mais variados campos da ciência. contínuas investigações vêm sendo feitas enfocando este íon, bem como seus sais insolúveis. a grande demanda está principalmente no campo da medicina, laboratórios de análises clínicas e nas indústrias farmacêutica e de alimentos, tornando muito importante os estudos relacionados com o comportamento de sistemas contendo o íon oxalato e seus sais [6]. a maioria dos procedimentos de análise de oxalato são, muitas vezes, complicados e/ou dispendiosos devido aos reagentes e aparelhos necessários [2,8,9,10,13]. a detecção do oxalato é feita de forma indireta em muitos casos. a potenciometria, como técnica analítica, tem uma série de vantagens, porque sua instrumentação é relativamente simples, ainda que em diferentes condições específicas de determinações analíticas. de um lado esta técnica permite determinar substâncias em solução em um grande intervalo de concentração usando um mesmo equipamento, apenas modificando ligeiramente o procedimento analítico. por outro lado, medidas potenciométricas podem ser executadas sobre condições de laboratório e de campo. estas são convenientes para controle contínuo ou remoto da concentração analítica em plantas industriais e para monitoramento ambiental [12]. resumo: o eletrodo pt|hg|hg 2 ox|grafite (ox = íon oxalato) foi estudado utilizando naclo 4 como eletrólito de suporte. foram feitas experiências preliminares utilizando o nano 3 como eletrólito de suporte seguindo a mesma metodologia do trabalho anterior e verificou-se que havia uma diminuição na sensibilidade do eletrodo em função do tempo de uso. visando compreender a diferença de comportamento do eletrodo em meio de naclo 4 e nano 3 foram feitas experiências de obtenção de curvas de potencial em função do tempo para verificar seu comportamento em função do tempo e em diferentes meios iônicos. a morfologia da superfície da pastilha sensora usada em meio de nano 3 apresentou alteração, a qual sugere que este meio favorece reações na superfície da pastilha sensora que fica em contato com a solução. palavras-chave: eletrodo de segunda espécie, oxalato, perclorato, nitrato volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 85-90, 2003 86 na literatura são descritos alguns trabalhos envolvendo a construção e a utilização de eletrodos de membrana líquida [7] e de segunda espécie [5,11] para a determinação potenciométrica de oxalato. em um estudo físico-químico anterior, nosso grupo de pesquisa desenvolveu um eletrodo pt|hg|hg 2 ox|grafite, onde ox = íon oxalato (figura 1),utilizando naclo4 como eletrólito de suporte [4]. pensando numa possível aplicação analítica deste eletrodo, buscou-se a utilização de um meio iônico mais conveniente. assim, optou-se pelo uso do nano3, pois a amostra poderia ser digerida em meio de hno3 em vez de hclo4 (este, além de mais perigoso, é de custo mais elevado que o primeiro), sendo que após a neutralização do hno 3 esta estaria pronta para ser analisada em meio de nano 3 . foram feitas experiências preliminares utilizando o nano 3 como eletrólito de suporte seguindo a mesma metodologia do trabalho anterior, e verificou-se que havia uma diminuição na sensibilidade do eletrodo em função do tempo de uso em meio de nano 3 . figura 1. eletrodo de oxalato mercuroso. a, cabo condutor; b, plug banana; c, mercúrio metálico; d, fio de pt; e, cola de silicone; f, pastilha sensora (grafite|hg|hg2ox) parte experimental materiais todos os reagentes utilizados na execução do presente trabalho foram de pureza analítica (p.a.). foi utilizada água desionizada para o preparo das soluções de interesse. o mercúrio usado foi purificado e destilado em nosso laboratório [1]. todas as operações foram realizadas em sala climatizada a (25±1)°c, onde encontram-se instalados os equipamentos de medida. métodos curvas potencial em função do tempo foram feitas experiências para verificar o comportamento do eletrodo na célula potenciométrica ag|agcl|clvs. pt|hg|hg 2 ox|grafite, em função do tempo e em diferentes meios iônicos. utilizou-se o potenciostato microquímica modelo mqpg-01 interfaceado a um microcomputador da linha pc compatível empregando software mqpg que controla as condições experimentais e armazena os dados experimentais. esquema 1. célula potenciométrica: ag|agcl|clvs. pt|hg|hg2ox|grafite a célula potenciométrica (esquema 1) foi preparada acrescentando-se: a) 15,000 ml de y = naclo 4 ou nano 3 0,700 mol l-1; b) 15,000 ml de y = naclo 4 ou nano 3 0,700 mol l-1 e ponta de espátula (cerca de 10 mg) de hg 2 ox; c) 15,000 ml de na 2 ox 5,9 10-2 mol l-1 em força iônica (i) 0,700 mol l-1, ajustada com y = naclo 4 ou nano 3 , perfazendo-se um total de seis experimentos. o eletrodo de referência utilizado, em todas as células, foi o ag|agcl|clde procedência “metrohm”, no 6.0726.100 de dupla junção (associado a uma ponte salina vertical). medidas potenciométricas foi utilizado o método potenciométrico visando o estudo do efeito da pressão na prensagem da pastilha sensora. as medidas potenciométricas para a determinação das curvas analíticas em meio de naclo 4 ou nano 3 foram realizadas conforme ecl. quím., são paulo, 28(1): 85-90, 2003 87 descrito em trabalho anterior [4], utilizando o titulador automático “titroprocessor metrohm”, mod. 670 (com precisão de +0,1mv), acoplado a buretas de pistão automáticas “metrohm”, mod. 665 (com precisão de +0,001ml) e a célula potenciométrica do esquema 1, termostatizada (25,0±0,1) ºc. as células potenciométricas foram preparadas da seguinte maneira: acrescentou-se 15,000 ml de naclo 4 ou nano 3 , em i = 0,700 moll1, uma ponta de espátula (cerca de 10 mg) de hg 2 ox e 0,500 ml de solução de na 2 ox 0,100 moll-1, na força iônica de medida “solução titulante”. esta solução foi deixada sob agitação até saturação da solução de medida com hg 2 ox (cerca de 30 minutos); em seguida foram adicionados automaticamente pelo titulador potenciométrico incrementos constantes de 0,250 ml a cada 30s e medida a força eletromotriz da célula, até um total de 30,000 ml da “solução titulante”. microscopia ótica a microscopia ótica foi utilizada para verificar a morfologia das superfícies das pastilhas sensoras dos eletrodos utilizados nas experiências. utilizou-se o microscópio ótico leica dm r, com aquisição das micrografias através do software leica qwin – image processing and analyser system (leica imaging systems ltd, cambridge, england, 1996). espectroscopia no infravermelho a espectroscopia no infravermelho foi usada para verificar a composição das superfícies das pastilhas sensoras dos eletrodos utilizados nas experiências. o aparelho usado foi o impact 400 – ir/ft spectrometer e os espectros foram obtidos em pastilha de kbr, contendo as amostras em pó. resultados e discussão influência do meio iônico no potencial da célula as figuras 2 e 3 mostram as seis curvas de potencial em função do tempo em três situações para cada eletrólito: naclo 4 (figura 2) e nano 3 (figura 3). a concentração de na 2 ox = 5,9 10-2 mol l-1 refere-se à concentração próxima da intermediária das curvas analíticas em meio de naclo 4 e em meio de nano 3 3, para i = 0,700 mol l1. figura 2. influência do meio iônico no potencial da célula utilizando os eletrodos ag|agcl|clvs. pt|hg|hg2ox|grafite, em função do tempo e em meio de: a) solução de naclo4, i = 0,700 mol l-1, b) solução de naclo4, i = 0,700 mol l-1 + ponta de espátula (cerca de 10 mg) de hg2ox e c) solução de na2ox 5,9 10-2 mol l-1, i = 0,700 mol l-1 (naclo4). figura 3. influência do meio iônico no potencial da célula utilizando os eletrodos ag|agcl|clvs. pt|hg|hg2ox|grafite, em função do tempo e em meio de: a) solução de nano3, i = 0,700 mol l-1, b) solução de nano3, i = 0,700 mol l-1 + ponta de espátula (cerca de 10 mg) de hg2ox e c) solução de na2ox 5,9 10-2 mol l-1, i = 0,700 mol l-1 (nano3). analisando as curvas da figura 2 e 3 observa-se que o comportamento das curvas a e b é semelhante em meios de eletrólitos de suporte puros e também com adição de cerca de 10 mg de hg 2 ox. entretanto, em meio de solução de na 2 ox, o comportamento das curvas c, das respectivas figuras é diferente, apresentando um decréscimo um pouco mais acentuado na curva da figura 3, em ecl. quím., são paulo, 28(1): 85-90, 2003 88 função do tempo. as micrografias das pastilhas sensoras empregadas nos experimentos referentes às curvas a e b das figuras 2 e 3 não mostraram alterações significativas nas suas superfícies em relação à micrografia da pastilha sensora sem uso (figura 4.i). enquanto que as micrografias das pastilhas sensoras empregadas nos experimentos referentes às curvas c das figuras 2 e 3 estão apresentadas respectivamente, nas figuras 4.ii e 4.iii . figura 4. micrografias das pastilhas sensoras: i) após prensagem (sem uso) e utilizadas nas experiências sobre a influência do meio iônico, em solução de na2ox 5,9 10-2 mol l-1 em força iônica 0,700 mol l-1 ajustada com: ii) naclo4 e iii) nano3. analisando a micrografia da figura 4.ii observa-se que esta é semelhante a da figura 4.i, evidenciando que o meio de perclorato contendo na 2 ox não influencia na morfologia superficial da pastilha sensora, pois a morfologia permanece semelhante à da pastilha antes de ser usada. entretanto, a micrografia da figura 4.iii mostra uma alteração morfológica na superfície da pastilha sensora quando usada em meio de nano 3 contendo na 2 ox. a alteração observada sugere a ocorrência de formação de gotas de mercúrio metálico na superfície da referida pastilha. este comportamento poderia ser explicado pela existência de uma provável interação entre o íon nitrato e o íon oxalato, com eventual formação de íon nitrito, onde este reduziria o íon mercuroso a mercúrio metálico, com regeneração do íon nitrato. espectros na região do infravermelho da pastilha sensora, da pasta hg|hg2ox|grafite e do grafite em pó na figura 5 estão apresentados os espectros na região do infravermelho da superfície da pastilha sensora utilizada em meio de nano 3 contendo na 2 ox, da pasta hg|hg 2 ox|grafite sem prensar e do grafite em pó (merck, extra pure), visando obter informações sobre as amostras analisadas figura 5. espectros na região do infravermelho em pastilhas de kbr contendo amostras em pó de: a) superfície da pastilha sensora utilizada nos experimentos, b) pasta hg|hg2ox|grafite sem prensar e c) grafite (merck, extra pure). analisando os espectros da figura 5 observa-se que os espectros a e b são praticamente coincidentes e que as pequenas diferenças observadas devem-se, provavelmente, à variação na concentração da amostra nas pastilhas de kbr. as bandas observadas nestes espectros podem ser atribuídas aos estiramentos característicos de carboxilatos, isto é do oxalato presente. o espectro c da referida figura não apresenta bandas características de outros compostos orgânicos que poderiam estar adsorvidos na superfície do grafite, evidenciando sua pureza. efeito da pressão de prensagem da pastilha sobre sinal potenciométrico a pressão de prensagem de pastilhas ecl. quím., são paulo, 28(1): 85-90, 2003 89 intervalo linear quando se aplica uma pressão de 8 toneladas-força/cm2 na prensagem da pastilha sensora. entretanto, se o eletrodo é utilizado em meio de nano 3 o comportamento nernstiano só é observado quando a pasilha sensora é prensada a 4 toneladas-força/cm2. conclusões o eletrodo pt|hg|hg 2 ox|grafite em meio de nano 3 , apresenta uma diminuição na sensibilidade em função do tempo de uso, resultante da alteração da superfície da pastilha sensora, onde, provavelmente, o mercúrio(i) do oxalato mercuroso se reduz a mercúrio metálico (induzido pelo íon oxalato em meio de nano 3 ). portanto, a utilização do referido eletrodo fica prejudicada em meio de nano 3 , durante um período de tempo prolongado. para que este eletrodo possa ser usado neste meio, os procedimentos experimentais deverão ser conduzidos com cautela, isto é, o eletrodo deverá ficar imerso em solução de nano 3 contendo na 2 ox, somente durante o tempo de execução do experimento. agradecimentos os autores agradecem à fapesp e a fundunesp os auxílios à pesquisa e à capes a bolsa concedida. villafranca, a. c.; moraes, m. de; pezza, l. evaluation and characterization of the sensor pellet of an electrode of the second kind sensitive to oxalate. abstract the pt|hg|hg 2 ox|graphite (ox = oxalate ion) electrode was studied using naclo 4 as the support electrolyte. preliminary experiments were carried out using nano 3 as support electrolyte, following the same methodology as the previous work, and it was verified that there was a decrease in the electrode sensitivity over its usage time. in order to understand the behavioral difference of the electrode in naclo 4 and nano 3 media, experiments were carried out to obtain potential vs time curves to verify the behavior as a function of sensoras de eletrodos potenciométricos pode influir na resposta do eletrodo [14]. figura 6. efeito da pressão de prensagem da pastilha sensora sobre o potencial do eletrodo indicador, em força iônica 0,700 mol l-1 ajustada com naclo4. as figuras 6 e 7 mostram as curvas analíticas obtidas com as células descritas anteriormente, onde os eletrodos foram construídos conforme descrito em trabalho anterior [4], variando-se a pressão de prensagem da pastilha sensora, conforme indicado nas referidas figuras. as curvas das figuras 6 e 7 mostram que a variação na pressão para obtenção das pastilhas sensoras exerce efeito significativo tanto no potencial da célula, como no coeficiente angular das curvas e também no intervalo linear considerado para cada ajuste. quando a pastilha sensora é prensada com pressões de 4, 6 e 8 toneladas-força/ cm2 o eletrodo em meio de naclo 4 apresenta comportamento nernstiano para valores de pressão de 4 e 8 toneladas-força/cm2, além de um maior figura 7. efeito da pressão de prensagem da pastilha sensora sobre o potencial do eletrodo indicador, em força iônica 0,700 mol l-1 ajustada com nano3. 90 time and also in different ionic media. the surface morphology of the sensor pellet used in nano 3 media presented alteration, which suggests that this media favors reactions on the pellet surface when it comes into contact with the solution. key words: electrode of the second kind, oxalate, perchlorate, nitrate referências bibliográficas [1] brauer, g. handbook of preparative 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ismael laurindo costa junior; poliana paula quitaiski; juliana bortoli rodrigues mees determination of lead (pb) in feces of lontra longicaudis (olfers, 1818) by flame atomic absorption spectrometry (f aas)……………………………………………………………………………….…………………………….……70 nubya gonçalves cavallini, rodrigo arantes reis, juliana quadros, andrea oliveira, mariana gallucci nazário, liliani marilia tiepolo http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index www.scielo.br/eq volume 35, número 2, 2010 71ecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 2010 artigo/article determination of sulfur in diesel using atr/ ftir and multivariate calibration itânia pinheiro soares1, thais f. rezende1 e isabel cristina p. fortes1 1laboratório de ensaio de combustíveis depto de química instituto de ciências exatas universidade federal de minas gerais. av. antônio carlos, 6627 campus pampulha, cep 31270-901 belo horizonte minas gerais brasil abstract: the aim of this present work was to provide a more fast, simple and less expensive to analyze sulfur content in diesel samples than by the standard methods currently used. thus, samples of diesel fuel with sulfur concentrations varying from 400 and 2500 mgkg-1 were analyzed by two methodologies: x-ray fluorescence, according to astm d4294 and by fourier transform infrared spectrometry (ftir). the spectral data obtained from ftir were used to build multivariate calibration models by partial least squares (pls). four models were built in three different ways: 1) a model using the full spectra (665 to 4000 cm-1), 2) two models using some specific spectrum regions and 3) a model with variable selected by classic method of variable selection stepwise. the model obtained by variable selection stepwise and the model built with region spectra between 665 and 856 cm-1 and 1145 and 2717 cm-1 showed better results in the determination of sulfur content. keywords: pls, sulfur, atr/ftir 1. introdução o diesel é um combustível fóssil constituído de compostos parafínicos, cicloparafinas, aromáticos e outros em pequena quantidade. a composição do diesel é função da origem do petróleo utilizado para se obter o combustível, da planta de craqueamento utilizada e também do processo de dessulfurização. a crescente utilização de combustíveis fósseis tem sido responsável por fatores negativos como o aquecimento global e o aumento dos níveis de poluição atmosférica. os poluentes são uma mistura de gases tóxicos e material particulado. os gases incluem monoxide de carbon (co), hidrocarbonetos (hcs), óxidos de nitrogênio (nox) e óxidos de enxofre (sox) [1]. os níveis de enxofre no diesel têm sido identificados como a maior contribuição na poluição do ar atmosférico pelas emissões de particulados e dióxido de enxofre de veículos a diesel. então muitos países têm estabelecido metas para redução das emissões de enxofre no diesel. nos estados unidos, por exemplo, o nível de enxofre aceitável no óleo diesel foi, primeiramente, reduzido de 2000 ppm para 500 ppm pela clean air act ( caa) e em seguida, para 350 ppm e 50 ppm nos anos 2000 e 2005, respectivamente. em junho de 2006 iniciou-se a introdução de 15 ppm. o japão e alguns países da união européia introduziram diesel no mercado com níveis de 10 ppm no ano de 2008 [2]. de acordo com a legislação brasileira o teor de enxofre no diesel pode ser determinado por diferentes métodos (astm d 1552, d 2622, d 4294 e d 5453). contudo, algumas dessas metodologias podem apresentar alguns inconvenientes como a necessidade de material de referência a calibração do equipamento com construção de curvas analíticas e problemas de detecção em baixos teores de enxofre. assim torna-se importante o desenvolecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 201072 artigo article vimento de metodologias que superem estas dificuldades e permitam a determinação do teor de enxofre em amostras de diesel de forma simples, rápida e de baixo custo. a espectroscopia de infravermelho é uma das muitas e diferentes técnicas analíticas que têm sido usadas em análise de combustível. a técnica é não-destrutiva, muito confiável e permite a determinação direta e rápida de várias propriedades, sem necessidade do pré-tratamento da amostra [3]. a espectroscopia de infravermelho inclui muitos tipos diferentes de equipamentos que operam em regiões diferentes, com diferentes tipos de detectores e acessórios. espectroscopia de infravermelho médio com transformada de fourier (ftir) tornou-se uma das principais técnicas analíticas utilizadas devido a sua qualidade de rastreio, rapidez e custo de análise. ftir pode ser acoplado com acessórios como reflexão total atenuada (atr), que permite a análise de uma vasta gama de componentes sólidos ou líquidos [4]. nos últimos anos, muitos trabalhos têm sido desenvolvidos usando ftir e espectroscopia no infravermelho próximo (nir) nos últimos anos alguns trabalhos têm utilizado as técnicas ftir e nir associadas à análise multivariada [4-8]. santos et al. [9] determinaram o teor de enxofre, assim como algumas propriedades físico-químicas do diesel utilizando a calibração multivariada por mínimos quadrados parciais (pls). como valores de referência, foram utilizados os resultados obtidos nos ensaios feitos segundo normas astm, para este combustível. no entanto, no próprio trabalho é discutido que os resultados obtidos utilizando as duas técnicas citadas não foram satisfatórios. foram encontrados coeficientes de correlação de 0,451 e 0,702 para ftir/pls. no presente trabalho apresentamos uma metodologia para determinação do teor de enxofre utilizando dados espectroscópicos de ftir associados à calibração multivariada por pls. os modelos de calibração foram construídos utilizando toda a faixa espectral, regiões do espectro e seleção de variáveis pelo método stepwise. foi utilizado como método de referência a norma astm d4294. o objetivo é apresentar uma metodologia simples, de baixo custo e de curto tempo de análise para determinar o teor de enxofre no combustível. diferente dos resultados obtidos por santos et al., os resultados aqui apresentados mostram modelos com altos coeficientes de correlação e baixos erros de previsão. 2. material e métodos 2.1. amostras as amostras de diesel foram cedidas pelo laboratório de análises de combustíveis (lec), da universidade federal de minas gerais, brasil. o teor de enxofre das amostras foi determinado segundo norma astm d4294, utilizando um espectrômetro de fluorescência de raios-x por energia dispersiva, modelo shimadzu edx 800. 2.2. atr-ftir analysis os espectros de atr-ftir foram obtidos usando um espectrômetro de infravermelho abb bomen modelo mb 102 equipado com acessório de atr e detector de sulfato de glicerina deuterada. os espectros foram coletados a temperatura de 16 ± 1 ºc, com média de 32 varreduras e resolução de 2 cm-1. a limpeza do acessório de atr foi feita com acetona. os dados foram tratados quimiometricamente usando o software minitab ®, version 14. 2.3. tratamento quimiométrico a análise dos dados foi realizada utilizando-se o software estatístico minitab, version 14. este software possui uma limitação operacional quanto ao número de variáveis (1000 variáveis) a ecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 2010 73 artigo article serem processadas para um conjunto completo de dados (conjunto de treinamento e validação). nosso conjunto total de dados perfazia 1542 variáveis (771 variáveis tanto para o conjunto de treinamento quanto para o de validação). esta limitação nos impede de calcular os valores da raiz quadrada do erro médio de predição (rmsep), ou seja, não é possível validar o modelo. para resolver essa limitação, foram adotados dois procedimentos: o primeiro procedimento foi utilizar uma ferramenta de seleção de variáveis disponível no próprio software. assim, podemos selecionar aquelas variáveis mais representativas utilizando o método stepwise. soares et al. [4] utilizaram a seleção de variáveis stepwise para determinação de adulteração em biodiesel. a maior vantagem é a simplicidade do método [1]. o segundo procedimento foi selecionar algumas regiões específicas da faixa espectral. essas regiões foram selecionadas segundo a importância das variáveis preditoras, a partir do desenvolvimento de um primeiro modelo construído com todas as variáveis. 3. resultados e discussão 3.1. análises de atr-ftir o enxofre está presente no diesel em uma concentração muito pequena, estando sempre associado a cadeias carbônicas ou na forma de sulfetos, o que é um problema para a sua quantificação. por outro lado, quando pensamos no seu efeito acumulativo com o tempo na atmosfera estes pequenos teores tornam expressivos. no caso das amostras utilizadas nesse trabalho a concentração variou de 400 a 2500 mg.kg-1. na figura 1 é mostrado o espectro de uma das amostras de diesel utilizadas no trabalho. a banda de absorção em 2955 cm-1 pode ser atribuída à deformação axial assimétrica de grupos metila, e a banda de absorção em 2930 cm-1 pode ser atribuída a deformação axial assimétrica de grupos metileno. absorção por volta de 1455 cm -1 pode ser atribuída à deformação axial c=c de anel aromático [10]. o enxofre está presente no diesel em cadeias carbônicas ou como sulfetos. em ambos os casos as bandas de absorção no espectro ftir são muito fracas, e em conseqüência, praticamente não são percebidas visualmente. hipler et al. [11] estudando compostos de enxofre identificou freqüências correspondentes à transição vibracional da ligação c-s entre 530 e 975 cm-1. na figura 1, podemos ver o quanto é difícil de observar estas bandas de absorção. ecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 201074 artigo article figura 1. espectro de infravermelho de uma amostra de diesel 3.2. tratamento quimiométrico com os dados obtidos dos espectros de ftir foram construídos quatro modelos pls: o modelo a foi construído com todas as variáveis. os modelos b e c foram construídos a partir de informações relativas aos valores dos preditores encontrados no modelo a. o modelo b (região 1) foi construído com os valores de preditores de 1 a 99 (665-856 cm-1) e 251-570 (1145 e 2717 cm-1). o modelo c (região 2) construído com os valores de preditores de 571 a 771 (2713-3099 cm-1) o modelo d foi construído utilizando o método de seleção de variáveis stepwise. 665 e 856 cm-1 e 1145 e 2717 cm-1. a figura 2 mostra o resultado da calibração pls (valores reais versus valores preditos) para os quatro modelos. observa-se que os quatro modelos são bastante semelhantes. na figura 2a são destacadas três regiões. essas regiões dizem respeito aos teores de enxofre estabelecidos pela legislação brasileira em março de 2006†, e correspondem aos limites máximos de enxofre por região: 500 mg.kg-1, 2000 mg.kg-1 e 3500 mg.kg-1. esses limites máximos foram fixados considerando-se o fluxo de veículos por região no país. na região cujo limite máximo é de 500 mg.kg-1, observa-se que algumas amostras estão em desacordo com a legislação, pois ultrapassaram esse limite. já na região cujo limite máximo é de 3500 mg.kg-1, os valores estiveram bem abaixo do limite. figura 1. espectro de infravermelho de uma amostra de diesel figura 2. valores reais e valores preditos na calibração pls para os modelos: a) completo, b) região 1, c) região 2 e d) sem seleção de variáveis 0 .05 .1 .15 .2 .25 .3 3000 2500 2000 1500 1000 número de onda cm-1 a bs or bâ nc ia 2500 2000 1500 1000 500 0 0 500 1000 1500 2000 2500 va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) valores reais (mg.kg-1) a) 2500 2000 1500 1000 500 0va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) 0 500 1000 1500 2000 2500 valores reais (mg.kg-1) b) 2500 2000 1500 1000 500 0va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) 0 250 200 150 100 050 00 0 500 1000 1500 2000 2500 valores reais (mg.kg-1) c) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 500 1000 1500 2000 2500 va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) valores reais (mg.kg-1) d) ecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 2010 75 artigo article figura 1. espectro de infravermelho de uma amostra de diesel figura 2. valores reais e valores preditos na calibração pls para os modelos: a) completo, b) região 1, c) região 2 e d) sem seleção de variáveis 0 .05 .1 .15 .2 .25 .3 3000 2500 2000 1500 1000 número de onda cm-1 a bs or bâ nc ia 2500 2000 1500 1000 500 0 0 500 1000 1500 2000 2500 va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) valores reais (mg.kg-1) a) 2500 2000 1500 1000 500 0va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) 0 500 1000 1500 2000 2500 valores reais (mg.kg-1) b) 2500 2000 1500 1000 500 0va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) 0 250 200 150 100 050 00 0 500 1000 1500 2000 2500 valores reais (mg.kg-1) c) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 500 1000 1500 2000 2500 va lo re s pr ev is to s (m g. kg -1 ) valores reais (mg.kg-1) d) figura 2. valores reais e valores preditos na calibração pls para os modelos: a) completo, b) região 1, c) região 2 e d) sem seleção de variáveis a figura 3 mostra à resposta das variáveis preditoras do modelo a (construído com todas variáveis) para as amostras analisadas. observa-se na figura 3 que os valores preditores de 100 a 250 podem ser retirados da matriz de dados, pois não fornecem informação relevante para o cálculo da concentração de enxofre. os valores de preditores de 570 a 771 apresentam respostas com grande discrepância entre grupos de amostras, diferentemente dos demais valores de preditores do espectro. assim estes, valores foram considerados separadamente para construção do modelo c. ecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 201076 artigo article predictors ca lc ul at ed x 750700650600550500450400350300250200150100501 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 predictors ca lc ul at ed x 750700650600550500450400350300250200150100501 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 preditores x c al cu la do figure 3. respostas dos valores de preditores no modelo a figura 4 . coeficientes das variáveis preditoras selecionadas pelo método stepwise figure 3. respostas dos valores de preditores no modelo a a figura 4 apresenta os coeficientes das variáveis preditoras selecionadas pelo método stepwise. nesta figura são destacadas as variáveis que apresentaram os maiores coeficientes, ou seja, aquelas que são as mais significativas para a construção do modelo de calibração. a maior parte das variáveis com maiores coeficientes se encontra na região de impressão digital (abaixo de 1000 cm-1). as variáveis 759, 869 e 962 cm-1 apresentaram coeficientes positivos. isso significa que quanto maior a absorção nessas variáveis maior será o teor de enxofre. já as variáveis 765, 941 e 2746 cm-1 apresentaram coeficientes negativos. em conseqüência, quanto maior a absorção nessas variáveis menores deverão ser os teores de enxofre preditos. ecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 2010 77 artigo article predictors ca lc ul at ed x 750700650600550500450400350300250200150100501 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 predictors ca lc ul at ed x 750700650600550500450400350300250200150100501 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 preditores x c al cu la do figure 3. respostas dos valores de preditores no modelo a figura 4 . coeficientes das variáveis preditoras selecionadas pelo método stepwisefigura 4 . coeficientes das variáveis preditoras selecionadas pelo método stepwise a tabela 1 apresenta os valores obtidos para o coeficiente de correlação (r), a raiz quadrada do erro médio de calibração (rmsec), a raiz quadrada do erro médio de previsão (rmsep), variáveis latentes (lv) e sensibilidade (sen), para os modelos de calibração pls construídos. para os modelos a, b e d foram encontrados os valores de rmsec 0,004, 0,007, e 0,007, respectivamente. podendo ser considerados, dessa forma, de eficiência semelhante. o modelo c apresentou eficiência menor que os modelos anteriores, com rmsec 0,01. no modelo c, o coeficiente de correlação e a sensibilidade foram menores que os demais modelos e o rmsec e rmsep foram maiores. isso significa que a faixa espectral utilizada no modelo c não deve ser utilizada na predição do teor de enxofre, porque leva a erros de predição maiores. dessa forma, entre os quatro modelos desenvolvidos, os modelos b e d apresentaram os melhores resultados; maior concordância entre valor real e predito (menores valores de rmsec), maior sensibilidade e por serem validados, o que não foi possível de fazer com o modelo construído com todas as variáveis. tabela 1. resultados da calibração pls modelo r rmsec rmsep lv sen acompleto 0.997 0.004 * 8 3.41x10-2 bregião 1** 0.992 0.007 0.038 8 3.22x10-2 cregião 2*** 0.982 0.01 0.16 8 8.55x10-3 dstepwise 0.990 0.007 0.028 8 1.31x10-2 *número de variáveis excede a capacidade de processamento do software ** região de 665-856 e 1145 e 2717 cm-1 *** região de 2713-3099 cm-1 ecl. quím., são paulo, 35 2: 71 78, 201078 artigo article para verificar a eficiência dos modelos b e d foi aplicado o teste-f, considerando, para tanto, os valores de sensibilidade. os resultados são apresentados na tabela 2. observa-se na tabela 2 que o valor encontrado no teste-f é maior que o f tabelado. podemos inferir com 95% de confiança que a diferença entre os dois modelos é estatisticamente significante. tabela 2. teste-f para comparar os modelos modelos teste-f f-tabelado b e d 2.66 2.43 considerando o conjunto de amostras utilizado e o resultado obtido no teste-f, pode se considerar que o melhor modelo para determinar o teor de enxofre é o modelo com faixa espectral compreendida de 665-856 e 1145-2717 cm-1. 4. conclusões a associação entre a técnica de ftir e a calibração multivariada, pls mostrou ser uma ferramenta bastante poderosa na determinação do teor de enxofre em amostras de diesel na faixa de concentração estudada (400 a 2500 mg.kg1). os valores obtidos para os modelos desenvolvidos mostraram uma grande concordância entre valores reais e os valores preditos isto é observado quando analisamos os valores de r, rmsec e rmsep, estes resultados mostraram-se promissores quando comparado àqueles obtidos por santos et al. a utilização do método de seleção de variáveis e da seleção de regiões do ftir para construção dos modelos se mostraram interessantes, pois possibilitaram a validação dos modelos contornando a limitação do software. o modelo b foi o mais eficiente, porque embora apresentando erros de predição, e coeficientes de correlação semelhantes ao modelo d, o modelo b apresentou maior sensibilidade. referências [1] j. mulrroney, j 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(13) 2 ho 2 . + h+ + e bc h 2 o (14) a maioria dos trabalhos com fotocatálise heterogênea utiliza o semicondutor tio 2 (anatásio) devido à sua não toxicidade, fotoestabilidade e estabilidade química em uma ampla faixa de ph[5]. o processo consiste basicamente em suspender o óxido de titânio na água contaminada, borbulhar oxigênio e irradiar a solução com energia igual ou superior ao “band gap” (e g ) do semicondutor. este processo é eficiente para a destruição de várias classes de moléculas no ambiente. além da possibilidade de fotodegração de moléculas persistentes no ambiente, como por exemplo, os organoclorados, o que chama atenção na fotocatálise heterogênea é o fato da mesma ser considerada uma tecnologia solar (emergente) e, portanto, uma tecnologia ambientalmente sustentável (economia de energia)[2,3,11], pelo fato de se poder utilizar a luz solar como fonte de fótons para ativar o catalisador. no entanto, a eficiência do processo é ainda baixa e estudos são realizados para aumentar o rendimento quântico do processo. para melhorar a eficiência do processo fotocatalítico é necessário dificultar a recombinação elétron/buraco, possibilitando maior tempo para ocorrência dos mecanismos que levam à formação de espécies oxidantes. isso pode ser obtido através de modificações na superfície e/ou estrutura do semicondutor ou ainda pela adição de sensitizadores que melhoram o rendimento quântico (eficiência fotônica) do sistema[9]. uma das modificações estudada no tio 2 visa diminuir o valor do e g , possibilitando o uso de comprimentos de onda maiores (luz visível). o tio 2 anatásio (e g = 3,2 ev) é somente ativo na região do uv<387 nm que corresponde a cerca de 5% do espectro solar recebido pela superfície da terra, tendo portanto um baixo rendimento para geração de radicais hidroxilas[9] . a percentagem de luz visível do espectro solar é alta, assim quando se pretende ativar o catalisador com a luz solar, o rendimento na geração de radicais hidroxilas pode ser aumentado se o catalisador puder ser ativado com a luz visível. a adição de determinadas espécies químicas (metais, óxidos, outros semicondutores, etc.) ao tio 2 pode alterar as propriedades da superfície deste semicondutor e aumentar o rendimento fotocatalítico. na literatura científica são encontrados trabalhos sobre as condições de síntese, as propriedades e filmes fotoeletroquímicos de misturas de tio 2 com ceo 2 [12-14]. no entanto, os mesmos não são comumente aplicados a testes fotocatalíticos. o ceo 2 é conhecido por inibir a transição da fase anatásio (fase ativa) para a fase rutilo com o aumento da temperatura de calcinação, estabilizar e dispersar a fase ativa e também melhorar a atividade catalítica[15-19]. além dessas características, o óxido de cério adicionado à matriz de tio 2 apresenta um efeito promotor nas reações de oxidação[20], que está relacionado com a sua capacidade de armazenar oxigênio e a aspectos estruturais. o ceo 2 apresenta uma estrutura cristalina do tipo fluorita cuja estrutura cúbica de face centrada apresenta o íon metálico cercado por oito ânions o2– [21]. na presença de um metal de transição, o pequeno tamanho do cristal do óxido de cério pode favorecer a formação de espécies de oxigênio altamente redutíveis[22]. estas propriedades podem ser bastante interessantes na eq-vol30n04 01.pmd 26/12/2005, 19:178 9ecl. quím., são paulo, 30(4): 7-12, 2005 síntese de catalisadores destinados à foto-oxidação, pois a presença de oxigênio na matriz, em princípio, reduziria a probabilidade de recombinação do par elétron-buraco (h+/e–). o processo sol-gel permite preparar materiais altamente dispersados e controlar simultaneamente as propriedades estruturais, texturais (áreas específicas e porosidades superiores às convencionais) e morfológicas do suporte e da fase ativa[23,24] e ao mesmo tempo modificar as propriedades físico-químicas do conjunto. também possibilita a obtenção de catalisadores em forma de filmes sobre substratos inertes ou em forma de monolitos altamente porosos[25]. a boa estabilidade dos materiais obtidos através deste método se fundamenta na possibilidade de incorporar a fase promotora (ou ativa) no processo de preparação[26]. sendo assim, este trabalho teve por objetivo, desenvolver fotocatalisadores de ti (1 – x) ce x o 2 , pelo processo sol-gel e testá-los frente à reação modelo de mineralização do hidrogenoftalato de potássio e comparar os resultados com aqueles obtidos quando se utiliza o tio 2 comercial (tio 2 p25 degussa). materiais e métodos preparação dos catalisadores de ti (1 – x) ce (x) o 2 os catalisadores de ti (1 – x) ce (x) o 2 foram preparados pelo método sol-gel para vários teores molares, x, de óxido de cério através da mistura das soluções a e b. a solução a consistiu na solubilização do (nh 4 ) 2 ce(no 3 ) 6. 6h 2 o em água e hno 3 , sendo que as quantidades de h 2 o e hno 3 foram ajustadas para razões molares h 2 o/ ti(oc 3 h 7 ) 4 = 25 e hno 3 / ti(oc 3 h 7 ) 4 = 0,5. a solução b consistiu na complexação do ti(oc 3 h 7 ) 4 com ácido acético com razão molar ácido acético/ ti(oc 3 h 7 ) 4 = 4 para redução da taxa de hidrólise desse precursor. fez-se a diluição do complexo formado através da adição de isopropanol na razão de volume isopropanol/ ti(oc 3 h 7 ) 4 = 1 mantendose a solução sob agitação durante 1 hora. a solução a foi adicionada à solução b sob agitação por duas horas. a gelatinização foi efetuada em temperatura ambiente e a secagem a 100oc. os géis secos foram calcinados a 250oc por 6 horas e 450oc por 24 horas. caracterização textural a caracterização textural dos xerogéis foi obtida pela adsorção gasosa de n 2 em temperatura de nitrogênio líquido (asap2010, micromeritics). antes das análises as amostras foram tratadas a 340oc por 12 horas sob vácuo. a distribuição de diâmetro de poros, foi determinada utilizando-se o método bjh[27-30] (tratamento matemático proposto por barret, joyner e halenda) onde se utilizou a equação de halsey para determinar a espessura, t, de filme adsorvido. o volume total de poros de cada amostra foi determinado pelo volume acumulativo de gás adsorvido dentro dos poros transformado em volume equivalente de n 2 líquido[29], para a pressão relativa máxima do ramo de adsorção, p/p o = 0,97. os diâmetros médios de poro foram determinados a partir dos picos das curvas de distribuição de tamanho de poro. filtração a comparação entre as velocidades de filtração foi realizada utilizando um litro de cada suspensão de tio 2 0,5 g l-1 em um sistema de filtração a vácuo com 80 kpa (marconi) utilizando membrana filtrante com poros de 0,22 ìm e 47 mm de diâmetro (millipore). testes fotocatalíticos os experimentos foram realizados em um fotoreator cilíndrico de vidro borosilicato termostatizado e sob iluminação artificial. suspensões dos catalisadores com o composto modelo, hidrogenoftalato de potássio foram preparadas com 0,5 g l-1 de catalisador. cada mistura foi mantida sob agitação, saturada com oxigênio e irradiada com quatro lâmpadas de 15w, com comprimento de onda predominante de 365 nm e potência total de 5,11 mw cm-2. em intervalos de tempos variados foram retiradas alíquotas de amostras do reator e filtradas com membranas de 0,22 µm (millipore) para posterior análise. a fotodecomposição foi avaliada medindo o carbono orgânico total remanescente usando um analisador de carbono (toc-v cph shimadzu). eq-vol30n04 01.pmd 26/12/2005, 19:179 10 ecl. quím., são paulo, 30(4): 7-12, 2005 resultados e discussão os valores de área específica bet, volumes e diâmetros médios de poros dos materiais estudados são apresentados na tabela i. observase que a área específica e o volume de poro aumentam cerca de 160% e 125% respectivamente quando o teor molar de ceo 2 varia de 0% para 5%. por outro lado, o diâmetro médio de poros não sofre variação significativa com o aumento do teor de céria. entretanto, o tio 2 p25 da degussa apresenta uma distribuição bimodal de diâmetro médio de poros. isso leva a crer que as mudanças texturais se devem à adição de cério e ao modo de preparação. a figura 1 apresenta as isotermas para os materiais estudos assim como para o tio 2 p25 degussa. esse último apresenta isoterma do tipo 2 com histerese do tipo h3, característica de materiais com predominância de poros com formatos de cunhas, cones ou placas paralelas. os catalisadores contendo céria apresentam isotermas do tipo 4 com histereses do tipo h2, típicas de materiais com predominância de mesoporos, cujos poros são do tipo “vidro tinteiro”[31-32]. indicando que o método de preparação assim como a inclusão do ceo 2 alteram a forma dos poros obtidos. outros aspectos importantes ligados às características texturais são: o fato que o sol obtido na preparação do catalisador ser muito mais estável que o do precursor de tio 2 puro, o que favorece a obtenção de filmes com o sol que contêm cério, e o fato deste catalisador formar suspensões mais translúcidas que decantam e são filtradas mais facilmente que as obtidas com o tio 2 p25. o tio 2 forma suspensões altamente estáveis (opacas com aspecto leitoso), é relativamente inerte e apesar de não ser tóxico pode causar problemas quando lançado no ambiente, devido a alta capacidade de espalhar luz, desta forma deve ser removido da suspensão. a separação das partículas de tio 2 da suspensão, pelos métodos convencionais, é muito difícil e as eficiências de remoção são consideradas baixas. a microfiltração é uma técnica eficiente, mas de alto custo para separar as partículas finas de tio 2 [33]. a adição de ceo 2 ao tio 2 favorece a separação do catalisador da suspensão por decantação e filtração. o tempo de filtração das soluções de tio 2 puro (degussa e sol-gel) é quase 10 vezes maior do que o tempo de filtração das suspensões de amostras contendo o catalisador com cério. embora os cristalitos do catalisador sejam menores que do tio 2 puro e com maior área específica, a aglomeração dos cristalitos em suspensão é maior devido a diminuição das cargas de superfície do catalisador ceo 2 /tio 2 . francisco[32] constatou, através de drx (difração de raios-x), diminuição dos cristalitos de tio 2 com a adição de ceo 2 . a interação ce-o-ti na superfície do tio 2 bloqueia as espécies ti-o na interface prevenindo a aglomeração seguida de crescimento. o íon ti4+ na interface entra na rede do ceo 2 para substituir os íons ce4+ e o estado de oxidação do ti4+ é mantido pela coordenação com tabela 1 – características texturais dos catalisadores tio 2 ceo 2 figura 1 – isotermas de adsorção (símbolos fechados) e dessorção (símbolos abertos) em função do teor molar ceo 2 . eq-vol30n04 01.pmd 26/12/2005, 19:1710 11ecl. quím., são paulo, 30(4): 7-12, 2005 oito átomos de oxigênio. desta maneira, ocorre uma menor hidroxilação da superfície do sistema tio 2 / ceo 2, ou seja, ocorre uma diminuição de cargas na superfície. diminuindo as repulsões entre as partículas é favorecida a formação de aglomerados em suspensão que sedimentam mais rapidamente. deve-se notar também que a massa molar do óxido de cério é 204,2 g mol-1 e a do óxido de titânio 159,7 g mol-1, a densidade do tio 2 é 3,5g cm-3 e do ceo 2 7,6g cm-3, com a incorporação de ceo 2 no tio 2 ocorre um aumento da massa do cristalito e da densidade. desta forma, o catalisador tio 2 /ceo 4 sedimenta mais facilmente, assim como é mais facilmente filtrado. outro aspecto extremamente importante é o fato que o sol obtido na preparação do catalisador ser muito mais estável que o do tio 2 puro, o que favorece a obtenção de filmes. figura 2 degradação do hidrogenoftalato de potássio em função do tempo de irradiação. os perfis de degradação em função do tempo estão mostrados na figura 2. a fotodegradação do hidrogenoftalato de potássio foi quase 100% após duas horas de irradiação, para as amostras de tio 2 puros (degussa e sol-gel). para as amostras contendo ceo 2 , a degradação do composto modelo, após duas horas, é superior a 80% para catalisadores com teor de 0,5% de ceo 2 e próximo de 60% para as demais amostras. após três horas de reação a amostra contendo 0,5% de ceo 2 também degrada praticamente 100% do poluente. para os catalisadores tio 2 puros a velocidade de reação no início é muito rápida, diminuindo quando a degradação está próxima de 100% enquanto que a velocidade inicial de fotodegradação, para as demais amostras é muito lenta. é conhecido que o ceo 2 exerce um efeito promotor nas reações de oxidação[20], desta forma, esperava-se, a princípio, que o ceo 2 aumentaria a foto-atividade do tio 2 , além de melhorar as propriedades texturais. no entanto, esse efeito promotor não aconteceu proporcionalmente ao aumento do teor de céria na amostra. o melhor resultado foi obtido para a amostra contendo 0,5 mol% de ceo 2 . após 180 minutos de irradiação esta amostra teve o mesmo desempenho que as amostras de tio 2 puro (degussa e sol-gel) com a vantagem de ter formado uma solução mais translúcida e com tempo de decantação e filtração cerca de 10 vezes menor. amostras contendo teor de céria acima de 1 mol% apresentam foto-atividade menor do que a do tio 2 puro. essa menor atividade pode estar relacionada com a formação de uma fina camada de céria sobre o tio 2 que bloqueia a redução do ti4+ para ti3+ pelos elétrons fotogerados na superfície do catalisador quando ativado pela luz uv. a diminuição na quantidade de ti3+, leva uma redução da quantidade de o 2 adsorvido e um conseqüente aumento da taxa de recombinação e, por conseqüência, uma menor fotoatividade do catalisador. a formação desta película foi reportada por francisco[32] quando estudaram a modificação de tio 2 pela adição de cério visando à obtenção de suportes estáveis para catalisadores de cobre suportados. conclusões a adição de ceo 2 ao tio 2 aumenta significativamente a área superficial do tio 2 , mas a atividade para fotocatálise não é aumentada na mesma proporção. uma matriz de ceo 2 /tio 2 com percentagem de cério próximo de 0,5 mol % apresentam atividade similar ao tio 2 puro. as suspensões com este catalisador decantam mais rapidamente e são mais facilmente filtradas, permitindo remoção com custo menor. eq-vol30n04 01.pmd 26/12/2005, 19:1711 12 ecl. quím., são paulo, 30(4): 7-12, 2005 agradecimentos os autores agradecem à fapesp, capes/picd/ufms e propp-unesp os auxílios recebidos. recebido em: 07/04/2005 aceito em: 28/07/2005 j. p. s. valente, a. b. araújo, d. f. bozano, p. m. padilha, a. o. florentino. synthesis and textural characterization of ceo 2 /tio 2 obtained by sol-gel process: photocatalysis of model compound potassium hidrogenphthalate. abstract: this work describes the modification of the tio 2 , obtained by sol-gel process, with the cerium oxide addition. the material was characterized by n 2 adsorption at 77k. the addition of ceo 2 increases the specific area in 135% and reduces the pores diameter of the catalyst. the catalytic activity was verified by reaction of decomposition of the potassium hidrogenphthalate. the results were compared to the tio 2 p25 (degussa). keywords: photocatalysis; ceo 2 /tio 2 ; sol-gel; textural characterization; photocatalytic activity. oxide supported on titania and ceria modified titania v.179, p.72-89, 1998. 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utilizando espectrometria de emissão ótica com plasma de argônio induzido (icp-oes) como técnica analítica. os dados obtidos foram submetidos a dois métodos de análise exploratória: análise de componentes principais (pca) e análise hierárquica de agrupamentos (hca). os resultados mostraram que o na foi o principal elemento para discriminação entre as amostras, diferenciando principalmente sucos e refrigerantes. a adição de conservantes e o teor de sais minerais também foram aspectos relevantes para a discriminação dos grupos. a análise exploratória mostrou-se útil para o tratamento dos dados em questão, produzindo informações que dificilmente seriam visualizadas diretamente na matriz de dados. palavras-chave: sucos de uva; refrigerantes de uva; icp-oes; quimiometria; pca; hca abstract http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso the contents of ca, cu, k, mg, na, p and s were simultaneously determined in grape juices and soft drinks using icp-oes. the experimental results were analyzed by methods of exploratory analysis: principal component analysis (pca) and hierarchical cluster analysis (hca). the results showed that na was the principal element for discrimination among samples. preservatives addition and mineral salts contents also were important to discriminate the clusters. exploratory analysis was of great help in the data treatment giving information that would be too difficult to extract from the original data matrix. keywords: grape juices; grape soft drinks; icp-oes; chemometry; pca; hca introdução sucos de frutas são bastante consumidos no brasil, especialmente no verão, não somente pelo sabor, mas como fonte de hidratação e por serem ricos em nutrientes. os sais minerais presentes nos sucos são indispensáveis à saúde dos seres humanos por desempenharem funções reguladoras, tais como o metabolismo de diversas enzimas, o equilíbrio ácido-base e a pressão osmótica.9 dos minerais que apresentam importância nutricional destacam-se o ca e o p, que associados formam as estruturas rígidas de dentes, ossos, músculos e sistema nervoso. o s na forma orgânica é encontrado nas proteínas de alguns tecidos, cabelos e unhas e na mucina (salivar, gástrica e intestinal). a forma inorgânica de s está presente no sangue na forma de sulfatos de na, k e mg. os íons k, na e mg também são macroconstituintes de fluídos intra e extracelulares.17 sucos de uva (vinis vinifera) são produzidos em diversas regiões do país e disponibilizados no mercado em grande variedade de marcas, as quais podem apresentar composições minerais distintas. a composição mineral dos sucos pode variar de acordo com as condições proporcionadas ao crescimento da uva, como a composição do solo e o uso de fertilizantes e de herbicidas.15 fatores referentes à industrialização, tais como a produção dos xaropes empregados tanto nos sucos como nos refrigerantes e a adição de conservantes, também podem afetar a composição. nesse contexto, a análise química dos minerais em sucos e refrigerantes constitui um importante parâmetro para o controle de qualidade dos produtos, pois ajuda a garantir características relevantes à saúde do consumidor e a autenticidade do produto considerando-se a grande variedade disponível.14 com a crescente sofisticação das técnicas instrumentais de análise química tem havido um aumento da necessidade de utilização de técnicas de tratamentos de dados mais complexas do ponto de vista matemático.5 a análise multivariada foi introduzida há algumas décadas no tratamento de dados químicos e vem rapidamente ganhando popularidade, dando origem a uma nova disciplina denominada quimiometria. os métodos multivariados consideram a correlação entre muitas variáveis analisadas simultaneamente, permitindo a extração de uma quantidade maior de informações, muitas vezes impossível quando se analisa variável a variável.2 a análise de componentes principais (pca) é um método de análise multivariada utilizado para projetar dados n-dimensionais em um espaço de baixa dimensão, normalmente duas ou três. isso é feito através do cálculo de componentes principais obtidas fazendo-se combinações lineares das variáveis originais. pca é um método exploratório porque auxilia na elaboração de hipóteses gerais a partir dos dados coletados, contrastando com estudos direcionados nos quais hipóteses prévias são testadas. é também capaz de separar a informação importante da redundante e aleatória. em uma análise de componentes principais, o agrupamento das amostras define a estrutura dos dados através de gráficos de scores e loadings, cujos eixos são componentes principais (pcs) nos quais os dados são projetados. os scores fornecem a composição das pcs em relação às amostras, enquanto os loadings fornecem essa mesma composição em relação às variáveis. como as pcs são ortogonais, é possível examinar as relações entre amostras e variáveis através dos gráficos dos scores edos loadings. o estudo conjunto de scores e loadings ainda permite estimar a influência de cada variável em cada amostra.7,16,12,3 a análise hierárquica de agrupamentos (hca) é um processo hierárquico no qual, em que cada passo a matriz de dados é diminuída em uma dimensão, pela reunião de pares semelhantes, até a reunião de todos os pontos em um único grupo. o objetivo da hca é exibir os dados em um espaço bidimensional de maneira a enfatizar os seus agrupamentos e padrões naturais. a distância entre os pontos (amostras ou variáveis) reflete a similaridade de suas propriedades, portanto quanto mais próximos estiverem os pontos no espaço amostral, mais similares eles são. os resultados são apresentados na forma de dendogramas, os quais agrupam amostras ou variáveis em função da similaridade. a distância euclidiana e a técnica de conexão baseada na distância do vizinho mais próximo são as metodologias mais utilizadas para o cálculo da similaridade.6 materiais e métodos análise química amostras de sucos de uva, aqui identificadas pelos números 1 à 15 e refrigerantes de uva, números 16 à 18, adquiridas no comércio local, foram diluídas com água destilada e deionizada (milli q, millipore, bedford, eua) na proporção 1+1 (v/v). a curva analítica de calibração foi preparada pela diluição de soluções (spex certiprep, metuchen, nj, usa) 1000,0 mg l-1 em solução de ácido nítrico 1% (v/v) para concentração final de 5 e 10 mg l-1 de cu e 50 e 100 mg l-1 dos elementos ca, k, mg, na, p e s. para a correção dos efeitos de matriz, solução de ítrio foi adicionada às amostras e à curva analítica como padrão interno, na concentração final de 0,1 mg l-1. o padrão interno passa por todo processamento da amostra desde a atomização até a excitação e emissão, portanto as flutuações ocorridas no padrão interno durante a análise são consideradas para a correção dos teores dos analitos presentes na matriz.11 para verificação da viabilidade de se proceder as determinações sem tratamento prévio, uma amostra de suco de uva (número 1) foi decomposta a partir da digestão ácida empregando ácido nítrico e peróxido de hidrogênio. os teores de ca, cu, k, mg, na, p e s foram determinados por espectrometria de emissão ótica com plasma de argônio induzido (icp-oes). comparada a outras fontes de excitação atômica, icp-oes exibe como vantagens a possibilidade de determinação multielementar e simultânea, com alta freqüência analítica. a seletividade de icp-oes em espectrometria analítica a torna uma técnica aplicável à análise elementar em diferentes matrizes.4 o equipamento utilizado foi um icp-oes simultâneo, com visão radial vista rl, varian (mulgrave, austrália). para nebulização das soluções foi empregado um nebulizador concêntrico acoplado a uma câmara ciclônica. as condições ótimas para determinação multielementar foram estabelecidas para o elemento mn, conforme recomendação do fabricante. os parâmetros instrumentais utilizados estão descritos na tabela 1. os comprimentos de onda para medida dos sete analitos foram escolhidos analisando-se as linhas livres de interferentes espectrais para cada elemento em estudo. os comprimentos de onda fixados, o limite de detecção e os coeficientes de correlação linear das curvas analíticas estão representados na tabela 2. análise multivariada análise de componentes principais (pca) e análise hierárquica de agrupamentos (hca) foram aplicadas à matriz de dados. dois algorítimos do programa pirouette (infometrix, woodinville, washington, usa) versão 2.02 foram utilizados para efetivar as análises. auto-escalamento foi o pré-processamento utilizado no tratamento dos dados em função das diferentes ordens de grandeza das variáveis estudadas. para a obtenção do dendograma foram utilizados distância euclidiana e http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 método de conexão incremental. resultados e discussão o emprego de icp-oes para a obtenção dos teores dos minerais mostrou-se viável, pois a técnica apresenta baixos limites de detecção, extensa faixa dinâmica linear e alta precisão.13 as amostras foram analisadas sem nenhum tratamento prévio, sendo obtidos dados concordantes com os especificados por alguns fabricantes, agilizando o método analítico e evitando eventuais contaminações, geralmente ocorridas durante o pré-tratamento. a possibilidade da análise direta também foi confirmada pela obtenção de teores equivalentes dos minerais na amostra de suco de uva após digestão ácida. a necessidade da utilização de uma ferramenta estatística para analisar e interpretar uma grande quantidade de informações é evidenciada através da observação do conjunto de dados obtidos nesta proposta de trabalho. os sete analitos determinados em triplicatas de dezoito amostras geraram uma matriz de dados 54x7 (tabela 3), da qual poucas informações podem ser extraídas através da simples observação. a técnica da análise multivariada foi utilizada visando resumir em poucas e importantes dimensões a maior parte da variabilidade da matriz para obtenção de relações entre os dados obtidos.18 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 um pré-processamento dos dados foi necessário para atribuir pesos equivalentes aos teores dos analitos nas amostras.10 assim, os dados foram auto-escalados antes de serem submetidos à análise de componentes principais (pca). a pca mostrou que com apenas cinco componentes principais é possível descrever 98,7% dos dados, sendo 68,4% da variância total descrita pela primeira componente principal (pc1), 16,0% por pc2 e 7,2% por pc3. a análise conjunta dos gráficos de scores e loadings (figuras 1 e 2) mostra que pc1 separa as amostras em dois grandes grupos, ou seja, amostras com maiores e menores teores de na.16 em pc2 as amostras são discriminadas em relação aos teores de na e s e uma análise de pc3 revela agrupamento de amostras relacionadas a maiores teores de mg, ca, k, p e também amostras com maiores teores de s. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 o na discriminou essencialmente sucos e refrigerantes, sendo que os refrigerantes apresentaram maiores teores do mineral. isso pode ser atribuído principalmente ao acréscimo de benzoato de sódio como conservante nos refrigerantes, permitido por lei (ins 211)1 e verificado nos rótulos de alguns fabricantes. duas amostras, 15 e 17, foram as exceções observadas na separação pelo na (figura 1). a primeira 15, é uma amostra de suco de uva e foi agrupada com os refrigerantes, enquanto a amostra 17, uma amostra de refrigerante, ficou parcialmente deslocada do grupo do na em direção aos minerais cu, mg, ca, k e p. contudo uma cuidadosa verificação das embalagens desses produtos pode explicar os resultados. a amostra 15 é um suco cuja procedência industrial é a mesma do refrigerante 16, portanto esperava-se uma composição mineral semelhante, conforme foi observado. por outro lado 17, apesar de ser um refrigerante, é produzido com água mineral, por isso minerais como mg, ca, k e p apresentam-se em mais altas concentrações, sendo tão importantes http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 quanto o na na composição dessa amostra. comparando o gráfico de scores com o de loadings da figura 2 observa-se que duas amostras de suco (13 e 10) deslocam-se em direção ao s. esse comportamento deve-se à adição de conservantes à base de enxofre, como bissulfitos (ins 222 e ins 223)1. essas amostras são sucos brancos, e sendo o s o agente preventivo da oxidação de compostos fenólicos, uma maior concentração desse mineral nessas amostras pode ser explicada como uma forma de prevenção ao escurecimento que causaria aspecto deteriorado ao produto dentro do prazo de validade.8 a amostra de suco número 11 apresentou altos teores de na e s o que resultou em um comportamento intermediário entre os refrigerantes e os sucos brancos (figura 1 e 2). as demais amostras investigadas não mostraram comportamentos tão evidenciados quanto às acima discutidas, porém é possível ressaltar que amostras como a 9 e a 4 apresentaram maiores teores de ca e mg, e que os minerais mg, k, ca, p e cu também apresentam grande importância para as amostras 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 12 e 14. uma possível forma de discriminação entre essas amostras, considerando semelhanças entre composições minerais, é sugerida pela análise hierárquica de agrupamentos (hca) representada na figura 3. com hca é possível confirmar os resultados obtidos com pca e visualizar claramente alguns agrupamentos formados pelo conjunto das amostras que não apresentaram grupos evidentes em pca. conclusões a determinação dos teores minerais em produtos industrializados é importante para garantir a qualidade e autenticidade dos mesmos. para a determinação proposta, a técnica analítica utilizada mostrou-se viável, por ser multielementar e possibilitar a introdução direta, sem tratamento prévio http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 das amostras, o que reduz consideravelmente o tempo dispensado às análises químicas. por outro lado, a interpretação sem tratamento estatístico do número de dados gerados é consideravelmente complicada. este trabalho ressalta a importância da utilização da quimiometria para o tratamento dos dados químicos. o emprego da análise por componentes principais (pca) evidenciou as características comuns e discrepantes entre as diferentes amostras, importantes para o controle de qualidade dos produtos, porém dificilmente visualizadas diretamente na matriz de dados. a análise hierárquica de agrupamentos (hca) complementou a análise de componentes principais, sendo uma outra forma de visualizar as semelhanças e diferenças na composição mineral dos diferentes refrescos. agradecimentos os autores agradecem à capes, cnpq e fapesp pelos auxílios concedidos. referências bibliográficas 1. agência nacional de vigilância sanitária. resolução n.389, de 5 de agosto de 1999. diário oficial da união, brasília, df, 09 ago.1999. 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several types of analytical procedures have been proposed for the analysis of captopril in pharmaceuticals formulations. these procedures include capillary electrophoresis [13], high-performance liquid chromatography (hplc) [3, 4, 5, 9], polarography [10], voltammetry [23], coulometry [20], amperometry [18], conductometry [19], fluorimetry [12] , colorimetry [1, 2, 7, 14, 22, 24] and flow injection methods.[12, 21, 28]. some of theses procedures are not simple for routine analysis and required expensive or sophisticated instruments. potentiometric methods with ion-selective membranes electrodes (ise’s) can provide valuable and straightforward means of assaying captopril in pharmaceutical formulations because of the possibility to determine directly the active ions in the solution. ises’ low-cost, easy of use and maintenance, and the simplicity and speed of assay procedure, and the reliability of the analytical information make them very attractive for the assay of pharmaceutical products. potentiometric methods based in the reactivity of thiol group have been used for captopril determination in pharmaceutical formulations [8, abstract a simple, precise, rapid and low-cost potentiometric method for captopril determination in pure form and in pharmaceutical preparations is proposed. captopril present in tablets containing known quantity of drug was potentiometrically titrated in aqueous solution with naoh using a glass ph electrode, coupled to an autotitrator. no interferences were observed in the presence of common components of the tablets as lactose, microcrystalline cellulose, croscarmellose sodium, starch and magnesium stearate. the analytical results obtained by applying the proposed method compared very favorably with those obtained by the united states pharmacopoeia standard procedure. recovery of captopril from various tablet dosage formulations range from 98.0 to 102.0%. keywords: potentiometric determination; captopril; pharmaceutical formulations. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 39-44, 2003 40 17, 26]. to the best of our knowledge, despite the advantages of the glass membrane ph electrode, there are no previous reports for the potentiometric determination of captopril based in the reactivity of this carboxyl group using the glass ph electrode. for this reason, the purpose of this work was to develop a potentiometric method for direct determination of captopril in tablet dosage formulations. the method is based in a potentiometric titration of captopril (carboxyl group) in aqueous solutions with sodium hydroxide solution using a combined glass electrode, coupled to an autotitrator. the proposed method is simple, rapid, precise, accurate and inexpensive. the results agreed fairly well with those obtained by the united states pharmacopoeia (usp) standard procedure [27] (iodimetric titration). the influence of interferents normally found along with captopril in tablet dosage formulations in also studied. experimental apparatus potentiometric measurements were carried out using a metrohm autotitrator, model 716 (metrohm ltd., herisau, switzerland). the indicator electrode was a metrohm combined ph electrode model 60234.100. a thermostated titration cell (25.0±0.1)oc was employed. volume measurements (±0.001ml) were performed with a metrohm automatic burettes model 665. reagents all chemicals were analytical grade and solutions were prepared with deionized water (conductivity = 18.2mωcm). captopril (standard substance) was purchased from sigma (st louis, mo, usa). it was analysed as prescribed in the usp [27] and contains 99.7% of 1-[(2s)-3-mercapto-2methylpropionyl]-l-proline, calculated with reference to the dried substance. it was used as a standard. the captopril tablets (25 mg) manufactured respectively by medley (campinas, brazil), azupharma gmbh (gerlingen, germany) and apotex (toronto, canadian) were used for the analysis. sodium hydroxide and sodium nitrate were purchased from merck (darmstadt, germany). solutions a freshly prepared 1.000 x 10-1 mol l-1 aqueous of solutions of captopril (standard substance) was used as the stock solution. the sodium hydroxide 2.00 x 10-2 mol l-1 was prepared, standardized and stored according to recommendation of the literature [25]. the ionic strength (i) of the final solutions used for the potentiometric determination was kept constant at 0.500 mol l-1 by addition of sodium nitrate. recommended procedures for pure form a standard solution (100 ml) of captopril 1,000 x 10-2 mol l-1 (i adjusted to 0.500 mol l-1 with nano3) was prepared by suitable dilution of the stock solution with water. an aliquot of 15.000 ml of this solution was transferred to a thermostated glass cell (25.0±0.1)ºc and potentiometrically titrated with a standard solution of naoh 2.00 x 10-2 mol l-1 (i = 0.500 mol l-1 in nano3). tablets analysis fif teen tablets were weighed to calculate the average tablet weight. they were finely powdered and homogenized. a portion of the powder equivalent to about 217.3 mg of captopril was accurately weighed and dissolving with 40 ml of water by sonicating for 20 min in an ultrasonic bath. the resulting mixture was filtered and its ionic strength was adjusted to 0.500 mol l-1 with nano3. finally, this solution was diluted with water in a 100 ml flask and analysed under the same procedure described for captopril in pure form. results and discussion ecl. quím., são paulo, 28(1): 33-44, 2003 41 potentiometric titration the development of the titration curves of polyprotic acids depends on the absolute and relative values of the respective stepwise ionization constants. theoretically, there will be one inflection for each labile hydrogen. however, so that an inflection is associated to an adequate variation in ph, it is necessary in the first place for the relationship of the respective ionization constant to the next one to be greater than 104 (k1/k2 > 104 or pk2 – pk1 > 4). in the second place, it is necessary for the corresponding ionization constant not to be that of a very weak acid. captopril is dibasic acid having dissociation constants pk1 = 3.7 (carboxyl group) and pk2 = 9.8 (thiol group). observing the values of pk1 and pk2 of captopril, it can be foreseen that the titration curve presents a clear inflection for the first point of equivalence since k1 = 2 x 10-4 and the relationship of k1/k2=106 (pk2 – pk1 = 6). however, captopril is a very weak acid in relation to its second hydrogen (k2 10-10) that its titration curve does not present a perceivable inflection for the second point of equivalence. figure 1 (a) shows a typical potentiometric titration curve with only one inflection point. in the proposed method changes at the titration end point were enough pronounced to give potentiometric titration curves of satisfactory shape for an accurate and reproducible end point detection. the time required for the analyses of captopril (after the samples preparation) in tablet dosage formulations by potentiometric method was 8 min. per sample. figure 1(b) shows the first derivative of the potentiometric titration curve generated by the internal algorithm of the autotitrator. the evaluation of the potentiometric titration curve by the autotitrator is fully automatic yielding an accurate end point. the determination limit of the proposed method determined as described by leite [16] was 180 g ml-1. effect of interferents to assess the usefulness of the proposed method, the effect of the common components (additives, adjuvants and excipients), which often accompany captopril in tablet formulations (lactose, microcrystalline cellulose, croscarmellose sodium, starch and magnesium stearate) were investigated in a concentration range of least 20 times higher than that of captopril. no interferences were observed in the presence of the substances tested. analytical applications the proposed method was successfully applied for captopril determination in tablet formulations. the results presented in table 1, agreed fairly well with those obtained by the usp standard procedure [27] (iodimetric titration). for further confirmation, the standard addition method was applied to test the reliability and recovery of the proposed method. the recovery studies were carried out after adding known quantities of the standard substance (pure drug) to the preanalyzed formulations. the results presented in table 2 show that the percentage recoveries were found to be close to 100%; the sds were within 0.48 – 0.85. these results point out the accuracy and precision of the method and the absence of significant matrix effects on potentiometric measurements at least for the samples analysed. figure 1. (a) typical potentiometric titration curve of captopril (sample a) with naoh solution; (b) first derivative plot supplied by the autotitrator. ecl. quím., são paulo, 28(1): 33-44, 2003 42 table 1. determination of captopril in pure form and in pharmaceuticals using the proposed method. afor the assay of captopril in pure form, an amount equivalent to 217.3mg of the standard substance (sigma) was taken. blabel to content for tablets: mg unit–1. caverage of five determinations ± sd, performed within 2 – 3 days. drelative standard deviation (rsd) table 2. recovery data for captopril spiked to pharmaceuticals. aaverage ± sd of three determinations. conclusion compared with many of the already existing procedures for the determination of captopril, which required special instrumentation, reagents, precautions and experience, the propose potentiometric method employing the glass ph electrode exhibited the advantages of simple operation, reasonable selectivity, fast response, low-cost, and sufficient accuracy for the determination of captopril in pharmaceutical formulations. acknowledgements we would like to thank fundunesp, capes, cnpq and fapesp foundations (brazil) for financial support. ribeiro, p. r. s. et al. determinação potenciométrica de captopril em formulações farmacêuticas. resumo um método potenciométrico simples, preciso, rápido e de baixo custo foi proposto para a determinação de captopril na forma pura e em formulações farmacêuticas. o captopril presente em comprimidos em uma quantidade conhecida foi potenciometricamente titulado em meio aquoso com um titulador automático, empregando-se como titulante uma solução aquosa de naoh e um eletrodo combinado de vidro sensível a ph. interferências não foram observadas na presença de componentes comumente encontrados nos comprimidos, tais como, lactose, celulose microcristalina, croscarmelose sódica, amido e estearato de magnésio. os resultados analíticos obtidos a partir da aplicação do método proposto estão em muito boa concordância com aqueles obtidos pelo método oficial descrito na farmacopéia americana. o recobrimento obtido para o captopril a partir de um estudo realizado com várias formulações farmacêuticas variou de 98.0 a 102.0%. palavras-chave: determinação potenciométrica, captopril, formulações farmacêuticas. references [1] ashour, f. m.; salama, f. m.; aziza, m. a. e. a colorimetric method for the determination of captopril. j. drugs res., v. 19, n. 1-2, p. 323-326, 1990. 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partindo-se de ácido fosfórico e nitrato de cálcio como precursores de cálcio e fósforo, respectivamente e como solvente utilizou-se o metanol na preparação do sol que posteriormente será utilizado na obtenção de recobrimentos de hidroxiapatita sobre substratos de ligas de titânio. o sol permaneceu estável e não ocorreu gelatinização em temperatura ambiente durante sete dias. o sol transformou-se em um gel branco somente após a remoção do solvente a 100ºc. o produto assim obtido foi calcinado em 300°c, 500°c e 700°c e caracterizou-se por drx, ft-ir, mev/eds e tga/dsc. as fases de ha sintetizada tornaram-se estáveis sem sub-produtos a 700°c. a difração de raios x mostrou que a estrutura apatita é aparente em 300°c. o tamanho do cristal e o teor de ha aumentaram com o aumento da temperatura de calcinação. a análise por mev mostrou a presença de poros que são importantes para aplicações biomédicas, favorecendo a adesão entre o tecido ósseo neoformado e a apatita sintética, ou seja, osseointegração. palavras-chave: sol-gel; precursores; apatitas. introdução geralmente, quando o osso é perdido em conseqüência de um ferimento e/ou à doença, os defeitos são geralmente preenchidos com o osso natural. entretanto, a utilização deste não elimina a possibilidade de uma infecção além de apresentar problemas de fornecimento, ou seja disponibilidade. conseqüentemente, os estudos recentes estão sendo direcionados para o desenvolvimento de um material artificial que tenha propriedades biológicas semelhantes ao do tecido ósseo [1]. as cerâmicas de fosfato de cálcio têm merecido lugar de destaque entre as denominadas biocerâmicas por não apresentarem toxicidade local ou sistêmica (biocompatibilidade), ausência de respostas a corpo estranho ou inflamações e aparente habilidade em interagir com o tecido hospedeiro. tais vantagens podem ser explicadas pela natureza química destes materiais que por serem formados basicamente por íons cálcio e fosfato, participam ativamente do equilíbrio iônico entre o fluido biológico e a cerâmica [2]. nos últimos anos, entre as biocerâmicas, especialmente os compostos a base de fosfato de cálcio denominada por apatita, particularmente a hidroxiapatita sintética [ca 10 (po 4 ) 6 (oh) 2 , ha], tem sido amplamente empregadas nas áreas médicas e odontológicas por apresentarem excelente biocompatibilidade proporcionada pela sua similaridade química, biológica e cristalográfica com a fase mineral do osso humano [3, 4, 5]. uma propriedade notável da ha sintética é sua bioatividade, em particular a habilidade para formar ligação química com os tecidos duros vizinhos após a implantação [3]. um grande número de técnicas está sendo desenvolvido para a síntese do pó de ha devido as crescentes aplicações [6]. um dos métodos mais 30 ecl. quím., são paulo, 30(3): 29-35, 2005 utilizado é a técnica de precipitação, que envolve reações via úmida entre precursores de cálcio e fósforo com controle de temperatura e ph da solução. o pó precipitado é calcinado em 400-600°c ou até mesmo a temperaturas mais elevadas, a fim de obter uma estrutura de apatita estequiométrica. a precipitação rápida durante a titulação da solução de fosfato em solução de cálcio pode levar a falta de homogeneidade química no produto final. a titulação lenta e as soluções diluídas devem ser utilizadas para melhorar a homogeneidade química e a estequiométrica da ha resultante. o cuidadoso controle das condições da solução é crítico na precipitação via úmida. caso contrário, uma diminuição do ph da solução abaixo de 9 pode conduzir à formação da estrutura da ha deficiente em ca [1, 7]. recentemente, a utilização do processo solgel para a síntese de ha tornou-se objeto importante de pesquisa. este processo é um método químico via úmida, o qual dispensa a utilização de alto vácuo e temperaturas elevadas, sendo considerada uma das técnicas mais flexível e promissora [4, 8]. é um método eletivo para a preparação de um pó altamente puro devido à possibilidade de um controle cuidadoso dos parâmetros do processo, favorecido por uma mistura em nível molecular dos íons cálcio e fósforo que é capaz de melhorar a homogeneidade química e física, resultando geralmente em uma microestrutura de granulação fina que contem uma mistura de cristais de tamanho de submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reação de contato e a estabilidade da interface osso artificial/natural [1]. a escolha dos precursores e solventes comuns para a obtenção do sol deve sempre seguir a regra de se utilizar reagentes mais reativos, que em geral são os alcóxidos dos respectivos cátions e ânions que devem compor a fase inorgânica final desejada. estes normalmente são solúveis em álcoois e sofrem hidrólise e condensação formando um sol homogêneo, o que não é o caso dos alcóxidos de fósforo e cálcio. neste caso, os precursores mais indicados são o ácido fosfórico e o nitrato de cálcio que são solúveis em álcoois e água, minimizando os problemas de elevada volatilidade e baixa reatividade dos precursores quando da utilização do trietil fosfato [9]. hwang e lim recobriram substratos de si (100) com hidroxiapatita utilizando o método solgel proveniente dos precursores nitrato de cálcio e ácido fosfórico como fontes de ca e p dissolvidos em metanol e como técnica de deposição o spincoating. demonstraram empregando-se drx e ftir que a formação da fase ha foi iniciada em 500°c e em 700°c ocorreu o aparecimento da fase β-tcp devido à decomposição da ha carbonatada [4]. hwang et al utilizaram o processo sol-gel com ca(no 3 ) 2 .4h 2 o e h 3 po 4 dissolvidos em metanol como material de partida, na obtenção de recobrimentos de ha pela técnica de deposição spin-coating, onde avaliaram a cristalinidade e as mudanças estruturais de filmes de ha depositados em substratos de alumina. os filmes de ha tiveram a cristalinidade aumentada com o aumento da temperatura do tratamento térmico. os resultados de ftir e drx indicaram que o carbonato foi substituído pelos íons fosfatos na rede cristalina da ha a partir de 500°c [8]. manso et al partindo dos mesmos precursores utilizados por hwang [4, 8], ca(no 3 ) 2 .4h 2 o e h 3 po 4 , dissolvidos em etanol obtiveram recobrimentos de ha sobre si utilizando a técnica de deposição aerosol. demonstraram por mev que em 650°c obteve-se no depósito de ha uma morfologia altamente porosa [10]. o objetivo desta pesquisa foi estudar a versatilidade dos precursores alternativos, economicamente viáveis, ca(no 3 ) 2 .4h 2 o e h 3 po 4 , utilizados na obtenção do pó de ha pelo processo solgel, bem como a evolução da cristalinidade em função das temperaturas de calcinação pré-selecionadas que posteriormente serão utilizadas na obtenção de recobrimentos sobre substratos a base de ligas de titânio para implantes dentários e ortopédicos. material e métodos síntese e processamento utilizaram-se como precursores para a obtenção do sol de ha, nitrato de cálcio [ca(no 3 ) 2 .4h 2 o] e ácido fosfórico (h 3 po 4 ) em metanol, obedecendo a razão ca:p=1.67. o ajuste da concentração do sol efetuou-se com metanol. agitou-se o sol obtido fortemente por 30 minutos, para obtenção de uma solução transparente que em seguida foi envelhecida em temperatura ambiente por 24 horas antes de secar. os solventes foram eliminados a 80°c até que um líquido branco e viscoso fosse obtido e uma secagem posterior a 31ecl. quím., são paulo, 30(3): 29-35, 2005 100°c por 12 horas resultou em um gel branco. o gel foi moído em um pilão e almofariz até a obtenção de um pó fino e submetido a diferentes temperaturas de calcinação, de 300 a 700°c com intervalos de 200°c, por 1h sem controle atmosférico e comparadas com a hidroxiapatita comercial (consulmat, brasil). os pós-obtidos foram caracterizados por análise térmica: tga/dsc, ftir, drx e mev/eds. a análise térmica do pó obtido a 100°c por 12 horas foi analisado em uma faixa de 25 a 1000°c em ar e taxa de aquecimento de 15°c/min em um equipamento da netzsch modelo sta 409c. as análises por ir foram realizadas em um espectrofotômetro marca nicolet, modelo magna 760, com acessório para reflectância difusa drift collector. os padrões de raios x dos pós-tratados em diferentes temperaturas foi obtido em um difratômetro de raios-x da marca rigaku, modelo sistema d/max – 2100/pc, utilizando radiação kα do cobre (1,5405α) com filtro de ni para radiação kβ, um goniômetro thetatheta ultima com velocidade de 2 graus min-1 sendo a fonte de radiação kα do cobre acelerada com potencial de 40kv e uma corrente de 20 ma e varredura angular entre 20 e 50°, na montagem de braggbrentano. as fases presentes foram comparadas com as fichas padrões do jcpds [11]. a morfologia das amostras do pó obtido e tratado em diferentes temperaturas de calcinação foram caracterizadas em um microscópio eletrônico jeol-jsm, modelo t-330 a, com sistema de análise espectroscópica por energia dispersiva-eds. resultados e discussão caracterização do pó análise térmica: tga e dsc as análises termogravimétricas (tga) e exploratória de calorimetria diferencial de varredura (dsc) foram realizadas no pó obtido do sol precursor a partir da reação abaixo, seco a 100°c por um período de 12 horas. a figura 1 apresenta as curvas tg-dsc, onde pode ser observado inicialmente que houve um aumento de massa quando o material foi aquecido de 25oc à 200oc. o aumento de massa está associado a um efeito endotérmico, estes fenômenos podem ser atribuídos a pequenos rearranjos estruturais e reação de oxidação. a partir de 200oc a massa diminuiu gradativamente até uma temperatura de 500oc. provavelmente isso se deve à queima de solventes uma vez que o fluxo de calor, ainda que pequena mostra ser predominantemente exotérmico. entre 550oc e 580oc, a massa diminuiu drasticamente. refere-se a um evento endotérmico característico o que pode estar associado à perda de água de hidratação. a partir 580oc a massa sofreu pequenas e gradativas diminuições até 870oc, a partir da qual não se observou alteração significativa de massa. a perda de massa acima de 580oc deve-se provavelmente a maior cristalinidade da apatita e a perda de carbonato[7]. figura 1. curvas tg-dsc do pó obtido do sol precursor seco a 100°c por 12horas. 32 ecl. quím., são paulo, 30(3): 29-35, 2005 espectroscopia na região do infravermelho os espectros de infravermelho dos pós-tratados termicamente a 300°c e 500°c são apresentados na fig. 2c e d. a banda larga entre 3000 e 3700cm-1 pode ser atribuída ao estiramento oh do ca(oh) 2 e ha (tabela 1). tabela 1. modos de vibração ft-ir para as amostras a 300, 500,700°c e comercial. a deformação da h 2 o pode ser observada em 1640 cm-1. o pico em 1762 cm-1 é atribuído ao estiramento n=o do no 3 e o pico em 1380 cm-1 é atribuído ao estiramento n-o do no 3 -, como também o pico estreito em 821 cm-1 refere-se a deformação do no 3 -. o estiramento po 4 3apareceu em 1167, 1052 e 963 cm-1 e o pico referente à deformação po 4 3em 572 cm-1. a fig. 2b ilustra o espectro de infravermelho do material obtido do tratamento térmico em 700°c. a banda larga observada nos espectros c e d entre 3000 e 3700cm-1 indica a perda completa da água e a desidratação do ca(oh) 2 , onde as intensidades desta banda diminuem com aumento da temperatura, sendo este fato comprovado através da curva tg/dsc, figura 1. os picos em 572, 630, 963, 1052 e 1065 referemse ao modo vibracional po 4 3[3] e as bandas referentes ao no 3 não foram observadas. uma banda larga no intervalo de 1440-1400 cm-1, corresponde à ligação c-o dos grupos carbonatos incorporados na estrutura da apatita. a presença de um triplete em aproximadamente 630 cm-1, no lugar de um duplete e uma banda em 3570 cm-1 pode estar relacionada com a presença da fase hidroxiapatita [4, 8, 12, 13, 14]. o pico em 2361cm-1 identificado em todas as amostras pode ser atribuído ao co 2 absorvido do meio ambiente. figura 2. ft-ir dos pós de ha calcinados em diferentes temperaturas e comparadas com uma ha comercial: (a) comercial, (b) 700°c, (c) 500°c, (d) 300°c 33ecl. quím., são paulo, 30(3): 29-35, 2005 difração de raios x a fig. 3b-d apresenta os difratogramas obtidos do pó precursor tratado termicamente nas temperaturas de 300°c, 500°c e 700°c e comparados com uma ha comercial (fig.3a), respectivamente. o difratograma do pó tratado a 300°c, fig. 3d, revelou a presença de cao segundo jcpds ficha n° 04-0777 [11] como possível resultado da decomposição do ca(no 3 ) 2 e ca(oh) 2 [1] e também alguns picos da fase ha, porém ainda com um caráter amorfo. em 500°c, fig. 3c, a estrutura de ha começou a tornar-se mais cristalina com os picos de reflexões que correspondem ao (200), (111), (002), (102), (210), (211), (112), (300), (202), (312) e (310), segundo jcpds ficha n°731731 [11]. após o tratamento térmico a 700°c, fig.3b, o pó tornou-se bastante cristalino, sendo similar a ha comercial, fig.3a, não ocorrendo formação de qualquer nova fase cristalina diferente da ha, isto implica que o processo final do tratamento térmico é muito eficaz em transformar a fase amorfa em fase cristalina. figura 3. drx dos pós de ha calcinados em diferentes temperaturas e comparadas com uma ha comercial: (a) comercial, (b) 700°c, (c) 500°c, (d) 300°c. (h)hap, (c) cao. análises mev/eds a figura 4a apresenta a imagem de mev do pó obtido a 100°c por 12 horas e tratado termicamente a 700°c, juntamente com o espectro de eds que apresenta os íons ca e p na proporção 1,67 pertencentes à apatita, fase hidroxiapatita, fig.4b. existem aglomerações de vários formatos, dimensões e cristalitos de tamanho médio de ≈1µm, com uma tendência para aglomerar conduzindo a formação de poros submicrométricos entre si. as formações dos poros são benéficas, pois permitem a circulação do fluído fisiológico quando é usado na superfície de um biomaterial. 34 ecl. quím., são paulo, 30(3): 29-35, 2005 figura 4. (a) mev da amostra; (b) espectro de eds. conclusões os precursores selecionados juntamente com o solvente são adequados na obtenção da hidroxiapatita, bem como os tratamentos térmicos. os resultados obtidos da caracterização do pó pelas técnicas de análise térmica, espectroscopia no infravermelho e difratometria de raios x mostraram-se eficientes na identificação da fase ha. nas análises de drx e ftir, com aumento da temperatura do tratamento térmico, o pó com um caráter amorfo tratado termicamente em 300°c transformou para cristais de ha em 500°c. após o tratamento térmico em 700°c, a cristalinidade do pó foi aumentada sendo muito similar a ha comercial. agradecimentos os autores agradecem à capes e à fapesp pelo apoio financeiro. recebido em: 16/03/2005 aceito em: 02/06/2005 m. l. santos, a. o. florentino, m. j. saeki, a. h. aparecida, m. v. lia fook, a. c. guastaldi. synthesis of hydroxyapatite by sol-gel method using alternative precursors: calcium nitrate and phosphoric acid abstract: hydroxyapatite [ca 10 (po 4 ) 6 (oh) 2 , ha] was synthesized using sol-gel route were used phosphoric acid and calcium nitrate as calcium and phosphorous precursors, respectively and as solvent was using the methanol in the preparation of the sol that later will be used in the obtention apatites coatings on titanium alloys substrates. the sol remained stable and no gelling occurred in ambient environment for over 7 days. the sol became a white gel only after the removal of the solvent at 100ºc. the product was calcined in 300°c, 500°c and 700°c and had been characterized by drx, ft-ir, sem/eds and tga/dsc. the synthesized ha became stable 700°c without any another product. x ray diffraction showed that structure apatite initially appeared at 300°c. the crystal size and the ha content increase with increasing calcination temperature. sem analysis indicated the presence of pores that are important for biomedical applications, improving to the adhesion between neoformed bone tissue and synthesized apatite, i.e, osseointegration. keywords: sol-gel; precursors; apatite. 35ecl. quím., são paulo, 30(3): 29-35, 2005 referências [1] a. bezzi, g. celotti, e.landi, t.m.g. torreta, i. sopyan, a tampieri, mat. chem. and phys. 78 (3) (2003) 816. 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[14] l.gan, r. pilliar, biomaterials. 25 (22) (2004) 5303. editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | editorial the launch of this first issue of the eqj of 2018 reflects a significant step of this new phase of the journal, by publishing seven original articles to the scientific community. as the readers can see, the papers cover several areas of chemistry, in line with the editorial profile of the eqj, such as: synthesis of bimetallic nanoparticles applied in medicine degradation studies, dye photocatalytic degradation using tio2, chemical constituents of piperaceae and their antifungal activities, heterogeneous catalyst applied on cycloaddition reactions, removal of textile dye using particles prepared from macaúba kernel cake, complexation of metallic ions with fulvic acids, and thermal analysis of mn(ii)-diclofenac complex. from now on, it is expected that the visibility of the articles will reach a new level due to a sequence of procedures developed by the editors and staff, which culminated in the indexing of the eqj in several international databases, such as scopus and other elsevier products. it is unquestionable the high significance of this fact that may catalyze the interest of the community in submitting new articles to the eqj. the editor and his team would like to recognize authors and reviewers for their expressive collaboration. eclética química journal specially thanks the director of the institute of chemistry of unesp for the significant support provided in the successful accomplishment of this new phase of the journal. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editor’s note iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | special issue | 2018 | editor’s note the articles published in this special issue went through all the standard procedures used by the eclética química journal and fulfilled all the qualitative requirements of selection, peer review and editing. the readers can see the papers cover the environmental chemistry area, in line with the editorial profile of eqj, with the following subjects: salting-out assisted liquid-liquid extraction method; micropollutants in surface waters; removal of toxic metal ions from water; interaction of nanoparticles with metals in the presence of humic substances; total and labile metals in surface sediments; degradation of dye effluent by photo-fenton process and determination of lead in stools of animals. prof. dr. assis vicente benedetti editor-in-chief http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | special issue | 2018 | editorial viii brazilian meeting of environmental chemistry (enqamb) the brazilian meeting of environmental chemistry (enqamb) has been consolidated as a biannual event and it is the main national forum for scientific and academic discussions focused on the relationship between chemistry and environment. the first edition of the enqamb was organized by researchers from the institute of chemistry of the state university of campinas (iq-unicamp) and was performed in 1990 in campinas (sp). after the first meeting, the division of environmental chemistry was consolidated in the brazilian society of chemistry (sbq) including a significant number of researchers involved in environmental issues. in 2003 the second edition of enqamb was performed in brasília (df) with support of the division of environmental chemistry. there was a significant number of abstracts submitted suggesting the need of periodic continuity of the meeting. since 2006 the enqamb has been performed biannually. the eighth edition of enqamb was realized from 3 to 6 october of 2017 in federal technological university of parana, curitiba campus. the thematic chosen was: "the chemical and environmental challenges in today's society" and the main goal of the event was provided a forum of interactions between researchers from academia and industry presenting their research results and activities. this meeting was organized by federal technological university of parana (utfpr), federal university of paraná (ufpr); state university of ponta grossa (uepg) and the swedish meteorological and hydrological institute (smhi). the meeting was the most important edition of this event considering the significant number of inscriptions and abstract submitted. the scientific program of the 8th edition of enqamb was composed by national and international speakers. there were 245 inscriptions, 221 papers presented, being 146 abstracts and 75 complete abstracts. additionally, for the first time the meeting offered the opportunity for researchers publishing their results in eclética química journal. profa. dra. erika pereira felix (guest editor) profa. dra. danielle caroline schnitzler (guest editor) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100006 estudo da série iso-eletrônica do átomo de hélio pelo método hiperesférico. marco aurélio cebim* jean-jacques de groote* resumo:neste trabalho estudamos o espectro da série iso-eletrônica do átomo de hélio utilizando o método hiperesférico adiabático. este método permite o estudo dos níveis de energia de sistemas atômicos por meio de um conjunto de curvas de potencial, de forma semelhante à aproximação de born-oppenheimer para sistemas moleculares. as curvas de potencial são definidas com relação a uma única variável radial, independentemente do número de elétrons do sistema. desta forma a análise e classificação dos níveis de energia é realizada de forma simples e intuitiva, o que não se observa em métodos como o variacional e hartree-fock. o objetivo desta pesquisa é o de descrever o comportamento do estado fundamental de sistemas heliônicos com a variação da carga nuclear. além do método hiperesférico simplificar muito a análise dos resultados, é um processo ab-initio, cujos erros são limitados apenas pelos truncamentos do número de equações acopladas. já na sua aproximação mais simples, onde todos os acoplamentos radiais são desprezados, o erro obtido para a energia do estado fundamental é inferior a 1% e com a introdução do acoplamento diagonal o erro cai para cerca de 0.3%. resultados de grande precisão são obtidos com os acoplamentos não diagonais, atingindo precisões da ordem de 10-3 %. palavras-chave: espectro atômico, curvas de potencial, método hiperesférico, dois elétrons. introdução. a série iso-eletrônica do hélio é caracterizada por constituir um dos problemas quânticos mais simples, mas não trivial que envolve forte correlação eletrônica. o estado fundamental 1s1s (l = 0) é calculado com grande precisão pelo método variacional, utilizando as funções de hylleras6 ou de hartree-fock5,11 no método ci,4 enquanto que os estados excitados 1sns(n ³ 1) são calculados com http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt precisão cada vez menor. uma das razões principais desta perda de precisão é dada pela imposição de ortogonalização de todos estados entre si, dificultando a determinação dos parâmetros de ajuste. outro é a região cada vez maior de espaço necessário para descrever as funções de onda conforme n aumenta. outros métodos como a quantum defect theory1 podem ser utilizados, mas uma característica comum é a necessidade dos parâmetros de ajuste. os métodos ab-initio, por outro lado, são em geral baseados em bases hidrogenóides e a precisão passa a ser limitada.5,11 no caso do método hiperesférico (hs) 2,3,7,8,13,14,15,18 não existe parâmetro de ajuste, e a precisão é controlada conduzindo ao valor exato das energias conforme as aproximações vão sendo sistematicamente removidas. o processo com que isso ocorre é semelhante ao método da separação adiabática da aproximação de born-oppenheimer utilizada em sistemas moleculares. neste caso as equações eletrônicas são resolvidas considerando uma variável fixa, a distância nuclear r. resolvendo este sistema para diversos valores de r obtém-se uma família de curvas de potencial para um sistema de equações puramente radiais acopladas por termos não-adiabáticos. para moléculas diatômicas este procedimento leva a valores muito precisos de energia, mesmo desprezando os acoplamentos. no entanto sua aplicação a sistemas atômicos é falha, pois os termos não-adibáticos não podem ser desprezados, e a razão é que o eixo entre os elétrons não é uma variável adiabática apropriada. no caso do método hs a variável adiabática está relacionada com o momento de inércia dos elétrons, resultando em termos de acoplamento não-adiabáticos que, mesmo quando são totalmente desprezados, não influenciam de modo significativo a energia do sistema. nesta aproximação radial o erro para o estado fundamental do hélio atômico é inferior a 1%.16 este erro cai para 0.3% apenas com a inclusão da primeira correção dos termos nãoadiabáticos, que é um termo diagonal na equação radial. os estados excitados também são obtidos nesta aproximação, sendo que o erro diminui para estados de rydberg.9,10,17 como estas energias são obtidas a partir de uma única equação radial, sem qualquer parâmetro de ajuste, os auto-estados são ortogonais, facilitando de modo significativo o trabalho numérico. a precisão do método hs pode ser aumentada acoplando as componentes radiais com a introdução dos termos não-adiabáticos na equação radial, atingindo erros de apenas poucas partes por milhão para 13 curvas acopladas.16 com a inclusão de mais acoplamentos a energia vai sempre se aproximando do valor exato de modo sistemático, sendo a precisão apenas limitada pelos recursos computacionais. além disso, como as curvas de potencial e acoplamentos não-adiabáticos são obtidos a partir de uma equação angular que não depende da energia, podem ser calculados apenas uma vez, independentemente do fenômeno em estudo, seja ele propriedade dos estados ligados, espalhamento de elétrons ou fotoionização. o desacoplamento do sistema de equações radiais traz outra vantagem ao procedimento hs. todos estados nsms (n ³ 2 e m ³ 2) são autoionizantes, mas podem ter a posição de suas energias aproximadamente determinadas utilizando as curvas de potencial mais altas. sem os termos nãoadiabáticos os auto-estados não acoplam com o contínuo devido às curvas mais baixas. na verdade é esta propriedade que levou j. macek a introduzir o método hs adiabático em física atômica em 1968.15 neste trabalho apresentamos um estudo das curvas de potencial e dos níveis de energia do estado fundamental para sistemas de dois elétrons tipo-hélio com z entre 1 (h-) e 6 (c4+). na próxima seção apresentamos o método hiperesférico, e a seguir discute-se os resultados. a última seção é dedicada a conclusão. o método hiperesférico. em unidades adimensionais (e = me = = 1) a equação de schrödinger de um sistema atômico de dois elétrons ligados a um núcleo de posição fixa e de carga z é dada por, as coordenadas hiperesféricas correlacionam as coordenadas radiais de um sistema de modo que todas as coordenadas sejam compactas, com exceção de uma única variável radial, r: e, o que é equivalente à transformação, e, nestas coordenadas a equação de schrödinger será da forma, onde w representa o conjunto de todas as variáveis angulares, w ={a ,q 1,j 1,q 2,j 2}. o operador angular û(r,w ) contém os termos de interação, e é definido como, onde cosq 12 = r 1.r2. a normalização da função de onda hs será, com, o hamiltoniano pode ser modificado com a transformação, o que leva a normalização canônica, a nova forma da equação de schrödinger fica simplificada sem os termos de derivada primeira, com, o operador angular é hermitiano e para cada valor de r possui um conjunto completo de autovalores um(r), cujos auto-estados fm (r; w ) são chamados de funções de canal angular. a equação que define esta relação é, conforme r é mudado, os autovalores um(r) formam uma função contínua de r que são conhecidas como curvas de potencial. o chamado procedimento adiabático hiperesférico consiste na expansão da função de onda total angular na base formada pelos canais angulares, ou seja, assim a função de onda se divide em uma parte que depende de todas as variáveis angulares, o que inclui os termos de interação, e em uma parte puramente radial, fm(r). a substituição desta função de onda na equação (12) resulta em um conjunto de equações radiais acopladas, onde os acoplamentos, e, são chamados de acoplamentos não-adiabáticos. todo o procedimento até aqui é ab-initio mas, considerando o tratamento numérico, a expansão da função de onda deve ser truncada, de modo a limitar o número de equações radiais acopladas. a eficiência do procedimento adiabático depende da influência destes acoplamentos, pois está relacionada diretamente com o número de componentes radiais que deverão ser acoplados para que se obtenha a precisão desejada. uma característica importante na utilização das coordenadas hs é a relação da definição de r com o momento de inércia total das partículas, se transformando lentamente se comparado com a variável angular hs, a . isso garante a convergência do procedimento adiabático, especialmente para sistemas atômicos. na aproximação mais simples os termos não-adiabáticos são desprezados, desacoplando as equações radiais. esta é a chamada aproximação euaa (extreme uncoupled adiabatic approach), cuja energia fornece um limiar inferior para a energia exata. a introdução do termo de acoplamento diagonal fornece uma energia que é limiar superior, e é chamada de uaa (uncoupled adiabatic approach). com a introdução dos acoplamentos não-diagonais (caa ® coupled adiabatic approach) a energia vai se aproximando sistematicamente do valor exato, e a relação descrita pode ser resumida na forma, eeuaa < eexata £ ecaa < euaa para o hélio obtemos um erro da ordem de 1% para a eeuaa, e inferior a 0.3% para a euaa. com a inclusão de acoplamentos o erro diminui para poucas partes por milhão.16 a ordem da precisão é mantida para os íons he li+.10 resultados e discussão. nesta seção apresentamos os resultados obtidos aplicando o método hiperesférico à série isoeletrônica do hélio para 1 £ z £ 6. o momento angular total que fornece o estado fundamental é dado por l = 0, o que impõe que os momentos angulares individuais dos elétrons sejam iguais, ou seja, l1 = l2. o primeiro passo do processo de solução da equação de schrödinger é a obtenção das curvas de potencial e acoplamentos não-adiabáticos. as curvas de potencial mais baixas contém os estados ligados do sistema, e são apresentadas na figura 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 observa-se nestas figuras que para grandes valores de r as curvas atingem o limiar assintótico dado por, para este limite um dos elétrons está muito afastado, de forma que a energia é definida pelo elétron que permanece ligado ao núcleo. neste caso os níveis de energia corresponderão a de um átomo hidrogenóide com carga nuclear z conforme descrito na equação acima. os níveis de energia localizados na curva de potencial serão os estados ligados do sistema, definidos com 1sns(n ³ 1). os níveis de energia acima do limiar assintótico corresponderão a estados no contínuo. com as curvas de potencial definidas é possível então a resolução da equação radial. como citado na seção anterior, a equação radial é formada por um conjunto de equações acopladas. a aproximação mais simples na solução destas equações consiste em ignorar todos os acoplamentos (aproximação euaa). com isso a energia do sistema é obtida com apenas uma simples equação diferencial ordinária de segunda ordem. os resultados obtidos nesta aproximação são dados na tabela 1, onde observa-se que o erro obtido é inferior a 1% quando comparada com precisos cálculos variacionais.12 este bom resultado é devido ao fato que a coordenada hiper-radial é uma variável adiabática apropriada. os resultados melhoram significativamente com a inclusão do termo de acoplamento não-adiabático q11(r) (aproximação uaa), mostrado na figura 2. com este termo a equação radial continua desacoplada, de modo que sua solução numérica é extremamente rápida. o ganho na precisão, no entanto, é significativo. o erro para o estado fundamental fica da ordem de 0.3%, conforme descrito na tabela 1. comparando os resultados obtidos com as aproximações uaa e euaa observa-se que a energia exata está localizada entre estes valores conforme esperado, já que fornecem limiares superiores e inferiores para a energia, respectivamente. o erro pode ser ainda reduzido com a introdução dos acoplamentos não diagonais. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 a figura 2 apresenta os termos de acoplamento não-adiabático com z=1,...6. estes termos, embora de pequena contribuição em comparação com as curvas de potencial, corrigem a energia com um efeito repulsivo , fazendo com que o erro caia de aproximadamente -1% para 0.3%. o efeito destes termos na energia pode ser visto na tabela 1. nas tabelas seguintes analisa-se o efeito da inclusão dos termos de acoplamento radial não adiabáticos, fazendo com que a energia obtida pelo método hs aproxime-se gradualmente do valor exato. pode-se observar nas tabelas 2-7, a convergência da energia do estado fundamental em função do número de canais acoplados à equação radial. a diferença diminui sistematicamente à medida que se acoplam mais canais, chegando a erros inferiores a 3x10-3 % quando comparados com os resultados variacionais obtidos por hijikata et al.12 o erro é ainda menor quando se considera o aumento do número atômico. no caso do c4+ (z=6) a diferença atinge 0,28x10-3 % quando acoplados sete canais à equação radial, ou seja, 2,84 ppm. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 conclusão. o método hiperesférico se apresenta como uma opção no estudo do espectro de sistemas atômicos não apenas pelo uso intuitivo de curvas de potencial, mas também pela grande precisão obtida. sendo um método ab-initio permite a solução da equação de schrödinger sem a necessidade de parâmetros de ajuste, e quando todas as aproximações são levadas em conta o resultado obtido será o resultado exato. em suas aproximações mais simples fornece energias de ligação com precisão da ordem de 0.3%, além de garantir um limiar inferior e superior. esta é uma vantagem interessante no estudo de sistemas de difícil solução como, por exemplo, excitons ligados a impurezas em semicondutores.9 com o acoplamento de até sete canais radiais obtivemos energias do estado ligado com erro de apenas poucas partes por milhão. agradecimentos os autores são financiados pela fapesp, processos nº 00/03538-1 e 97/06271-1. cebim, m. a., de groote, j. j. helium atom iso-electronic series study by hyperspherical method. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: in this work we analyze the spectrum of the iso-electronic series of the helium atom by using the hypespherical adiabatic method. this method allows the study of the energy levels of atomic systems by means of a set of potential curves, similarly to the born-oppenheimer approach for molecular systems. the potential curves are defined with respect to a unique radial variable, regardless the number of the system electrons. as a result the analysis and classification of the energy levels proceeds in a simple and intuitive way, which is not observed within the variational and hartree-fock methods. the objective of this research is to describe the behavior of the heliumlike systems ground state with respect to the nuclear charge value. besides the hyperspherical method simplification of the results analysis, it is an ab-initio process, whose accuracy is only limited by the truncation of the coupled equation number. within its simplest approximation, in which all couplings are disregarded, the error obtained for the ground state energy is inferior to 1% and with the introduction of the diagonal coupling the error drops to only 0.3%. further improvement is obtained with the non-adiabatic couplings, reaching precisions of the order of 10-3 %. keywords: atomic spectra, potential curves, hyperspherical method, two electrons. referências bibliográficas. 1 aymar, m. rydberg series of alkaline-earth atoms. phys. rep., v.110, p.163-200, 1984. 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[ links ] recebido em 11.09.2001. aceito em 20.11.2001. *departamento de química geral e inorgânica – instituto de química – unesp – 14801-970– araraquara – sp – brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tx javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100006  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100003 aplicação da calorimetria exploratória diferencial (dsc) na caracterização térmica do acetato de dexametazona, excipientes e do creme de dexametazona egon schnitzler* marco aurélio da silva carvalho-filho* carlos cezar stadler* ana márcia volpato** massao ionashiro*** resumo: a calorimetria exploratória diferencial (dsc) foi utilizada na caracterização do acetato de dexametazona (princípio ativo), álcool cetílico, emulgin, polawax, nipagim-m (excipientes). o princípio ativo também foi investigado utilizando-se a termogravimetria (tg) e espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível (uv-vis). os resultados obtidos permitiram verificar a estabilidade térmica e o ponto de fusão do princípio ativo, bem como o ponto de fusão dos excipientes utilizados na fabricação do creme de dexametazona. palavras-chave: acetato de dexametazona, excipientes, tg, dtg, dsc, caracterização térmica. introdução estudos com respeito à aplicação da termogravimetria (tg), análise térmica diferencial (dta) e calorimetria exploratória diferencial (dsc), na identificação, caracterização, estabilidade e decomposição térmica de inúmeras drogas, encontram-se descritas na literatura. townsend15, descreve as técnicas termoanalíticas como estratégias relativamente simples para estudos de intermediários de sínteses e produtos; cita a técnica dsc em condições cuidadosamente controladas, como muito útil nestes estudos e também de amostras suspeitas. wendlandt e collins17, utilizaram as mesmas técnicas na identificação de analgésicos de não http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas prescrição interna. outras investigações no estudo de várias drogas, bem como a aplicação das técnicas termoanalíticas em análises de rotina e em indústrias farmacêuticas, também encontram-se descritas na literatura1-11, 13, 14,16, 18, 19. no presente trabalho, investigou-se o acetato de dexametazona utilizando-se as técnicas tg, dtg e dsc, bem como a técnica de espectroscopia de absorção na região do uv-vis., descrita na farmacopéia brasileira. os excipientes e o creme de dexametazona foram caracterizados através da dsc. parte experimental as amostras do princípio ativo, dos excipientes e do creme de dexametazona, foram fornecidas pelo laboratório industrial de produção de medicamentos, da universidade estadual de ponta grossa (limed-uepg). a composição do creme de dexametazona é: acetato de dexametazona = 0,001 g; excipiente = q.s.p. 1,0 g. o excipiente, constituído por .água, álcool cetílico (= 1-hexadecanol), polawax (mistura de álcoois graxos com polioxietilenoglicóis, de consistência cerosa), nipagim-m (= p-hidróxibenzoato de metila) e emulgin (mistura de ceras auto-emulsionantes). as curvas tg, dtg e dsc, foram obtidas no equipamento de análise térmica ta-4000 (mettler) do instituto de química de araraquara – unesp. as massas de amostra utilizadas foram da ordem de 7 mg, cadinho de platina (tg e dtg) e cadinho de alumínio com tampa perfurada (dsc). a razão de aquecimento foi de 20ºc min-1 e como gás de purga, utilizou-se ar sintético (tg e dtg) e nitrogênio (dsc), ambos com vazão de 150 ml min-1. os espectros de absorção na região do uv-vis, foram registrados no espectrofotômetro uv-vis – multispec – 1501 (shimadzu), conforme técnica descrita na farmacopéia brasileira. resultados e discussão as curvas tg e dtg do acetato de dexametazona (amostra a), obtida em atmosfera dinâmica de ar sintético com fluxo de 150 ml min-1, figura 2, mostram que este princípio ativo é estável até 270 ºc. estas curvas também mostram que a decomposição térmica ocorre em duas etapas consecutivas, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 sendo a primeira observada entre 270 e 500 ºc e a segunda entre 500 e 660 ºc, com perdas que correspondem a 70% e 30% do composto, respectivamente. nenhum resíduo foi observado na decomposição térmica deste composto. curvas dsc do acetato de dexametazona de diferentes fornecedores (amostras a, b e c) obtidas em atmosfera dinâmica de nitrogênio encontram-se nas figuras 3,4 e 5 respectivamente. as amostras a e b, figuras 3 e 4, mostram pico endotérmico agudo a235 ºc, atribuído à fusão do composto e em concordância com o valor descrito na literatura12. a exoterma observada entre 260 e 350 ºc é atribuída à oxidação que ocorre durante o processo de evaporação, provavelmente pelo oxigênio contido como impureza no gás nitrogênio. na figura 5, amostra c, verifica-se a presença de três picos endotérmicos, um pico exotérmico e uma exoterma. o primeiro pico endotérmico a 100 ºc é atribuído ao processo de desidratação e o segundo pico endotérmico a 218 ºc seguido de um pico exotérmico a 220 ºc são atribuídos a impurezas contidas neste princípio ativo. o pico endotérmico a 235 ºc e a exoterma entre as temperaturas de 250 e 350 ºc, são atribuídas à fusão e oxidação do material evaporado, respectivamente, conforme já observado nas curvas dsc das amostras a e b, figuras 3 e 4. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 as curvas dsc dos excipientes: álcool cetílico, emulgin, polawax e nipagim-m, obtidas em atmosfera dinâmica de nitrogênio, encontram-se nas figuras 6 a 9, respectivamente. essas curvas mostram dois picos endotérmicos a 50 ºc e 300 ºc (figura 6), 49 ºc e 430 ºc (figura 7), 51 ºc e 320 ºc (figura 8) e 125 ºc e 300 ºc (figura 9), atribuídos à fusão e evaporação desses compostos, respectivamente, e em concordância com os dados da literatura e também com os valores fornecidos pelos fabricantes. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig09 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 nas figuras 10 e 11 encontram-se as curvas dsc dos cremes de dexametazona produzidos, utilizando-se o princípio ativo padrão e o princípio ativo contendo impurezas, respectivamente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig11 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 ambas as curvas apresentam um pequeno pico endotérmico a 50 ºc e uma endoterma a 100 ºc indicativo de vários eventos térmicos ocorrendo simultaneamente. a grande semelhança observada nessas curvas indica que a técnica dsc neste caso não deve ser utilizada no controle de qualidade do produto acabado, uma vez que estas curvas não permitiram identificar qual creme foi produzido com o princípio ativo puro e com impurezas, e esse resultado sem dúvida é atribuído a pequena quantidade de princípio ativo utilizado (0,1% m/m) na composição do creme. neste caso, a técnica dsc deve ser utilizada no controle de qualidade dos componentes do produto acabado. na figura 12 encontram-se os espectros de absorção na região do uv-vis do acetato de dexametazona das amostras a, b e c. estes espectros foram obtidos utilizando-se soluções destes princípios ativos em metanol 1 : 100.000. a absorbância máxima observada a 239 nm, concorda com o valor descrito na farmacopéia brasileira. o teor de pureza desses princípios ativos foram: amostras a e b = 99,6% e amostra c = 77,3%; evidenciando que a técnica dsc pode ser utilizada no controle de qualidade do princípio ativo. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig12 conclusões as curvas tg e dtg permitiram verificar a estabilidade térmica e a decomposição térmica do princípio ativo em atmosfera dinâmica de ar sintético. as curvas dsc permitiram verificar quando o princípio ativo contém impurezas, porém no produto acabado nenhuma informação foi possível de ser obtida dessas curvas. as curvas dsc do princípio ativo de diferentes fornecedores, mostram informações concernentes com os resultados obtidos dos espectros de absorção na região do uv-vis. agradecimento os autores agradecem a fapesp, processo 90/2932-4, pelo apoio financeiro. schnitzler, e.. et al. application of differential scanning calorimetry (dsc) in the thermal characterization of dexamethasone acetate, excipients and dexamethasone cream. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: differencial scanning calorimetry (dsc) technique have been used to characterize the dexamethasone acetate (active component), cetyl alcohol, emulgin, polawax and nipagim-m (excipents). the active component have also been investigated by tg, dtg and ultraviolet and visible absorption spectra (uv-vis). the results permitted us to verify the thermal stability and melting point of the active component, as well as the melting point of the excipients used to produce the dexamethasone cream. keywords: dexamethasone acetate, excipients, tg, dtg, dsc, thermal characterization. referências bibliográficas 1 ager, d. j.; alexander, k. s.; bhatti, a. s.; blackburn, j. s.; dollimore, d.; koogan, t. s.; muhvic, g. m.; webb, w. j. stabiliti of aspirin solid mixtures. j. pharm. sci. , v. 75, n 1, 97-101, 1986. 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[ links ] recebido em 1.8.2000. aceito em 25.8.2000. * departamento de química – uepg – 84030-000 – ponta grossa-pr – brazil. ** departamento de ciências farmacêuticas – uepg 84030-000 – ponta grossa-pr – brazil. *** departamento de química analítica – iq-unesp – 14801-970 – araraquara-sp – brazil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100003  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100013 microeletrodos: i. construção e caracterização fernando luis fertonani* assis vicente benedetti** resumo: estudou-se e discutiu-se os diferentes métodos de preparação de microfios de pt pura, pt-ir (20%, m/m) e pt-rh (10%, m/m) a serem empregados na construção dos respectivos microeletrodos. os fios de pt e suas ligas foram obtidos empregando fieiras com diferentes diâmetros. em seguida foi utilizado o procedimento de desgaste eletroquímico em sal fundido (mistura nano3/ nacl 14: a 320oc) para a pt e em solução 6 moll-1 nacn + 2 mol l-1 naoh para a liga de pt-ir. para a caracterização da interface metal-vidro e determinação dos raios geométrico e efetivo foram empregadas as microscopias óptica e eletrônica de varredura, a voltametria cíclica e a cronoamperometria. a condição de selagem foi verificada através dos gráficos da capacitância aparente cd, corrigida considerando-se a área dos microeletrodos, e a velocidade de varredura, v. palavras-chave: preparo e selagem de microeletrodos; platina; ligas de platina. introdução o estudo sobre a construção e utilização de microeletrodos não se trata fundamentalmente de um assunto contemporâneo. o primeiro trabalho relevante foi publicado na década de 1940 (1942) por davies & brink.1 neste trabalho os autores descreveram a realização de medidas de oxigênio em tecidos musculares, empregando um microdisco de platina (raio = 15 mm). posteriormente, entre as décadas de 1940 e 1980, um número considerável de trabalhos foram escritos, abordando aspectos teóricos e práticos sobre: 1) microeletrodos com diferentes geometrias (disco, cilindro etc.); 2) tipos de materiais empregados na construção de microeletrodos, como carbono (carbono vítreo, grafite, fibra de carbono), w, pt, au, ag, cu, entre outros; 3) tipos de materiais utilizados para a selagem dos elementos condutores, e 4) os diferentes processos empregados para a limpeza e ativação das superfícies.2, 3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back microeletrodos são definidos, de maneira geral, como eletrodos que apresentam pelo menos uma de suas dimensões de tamanho micrométrico.4-9 alguns microeletrodos de au, pt, carbono vítreo, podem ser adquiridos comercialmente, porém, a um custo que torna restritiva sua aquisição para uso em atividades de rotina. portanto, o domínio das técnicas de construção e caracterização de microeletrodos têm grande interesse especialmente para a eletroanalítica. a literatura, geralmente, sugere ser bastante fácil esse procedimento; no entanto, os microeletrodos podem apresentar sérios problemas relacionados ao processo de selagem do metal em vidro, como microtrincas na interface metal-isolante, mesmo nos casos em que se utiliza o metal puro. tais imperfeições, originam correntes residuais acentuadas que podem distorcer as curvas voltamétricas.10, 11, 12 vidro-chumbo apresenta a vantagem de fornecer uma boa selagem para diferentes metais, porém, com o inconveniente de não estar facilmente disponível no mercado, principalmente a baixo custo.13, 14, 15 as dificuldades no preparo em larga escala de microeletrodos que apresentem alta qualidade no processo de selagem, necessária para os processos de análise de ultratraços, é um problema tecnológico ainda em busca de solução. neste trabalho descreve-se o desenvolvimento de metodologia acessível a qualquer laboratório, para: 1. preparar microfios de pt e de suas ligas pt-rh e pt-ir com geometria cilíndrica (cilindro regular), visando à construção de microeletrodos em forma de discos com diferentes dimensões; 2. obtenção de um processo de selagem adequado que permita a preparação de microeletrodos livres de imperfeições na interface metal-isolante; 3. determinação dos raios geométrico e efetivos e eletroquímica dos microeletrodos. materiais e métodos as soluções foram preparadas com água de qualidade milli-q ou pirodestilada segundo procedimento descrito na literatura.16 os ácidos (h2so4 e hno3) e alguns sais ([k4fe(cn)6], nacn) eram de qualidade pa, merck e foram utilizados sem purificação prévia. kcl e kno3, merck puríssimo, foram purificados previamente por recristalizações suscessivas de água pirodestilada. para as medidas eletroquímicas empregou-se uma célula de quatro eletrodos, com volume de 5 ml. como eletrodos de referência, auxiliar, e quarto eletrodo17,18 foram utilizados, respectivamente: o eletrodo de calomelano saturado em kcl (ecs); um fio de pt, área geométrica = 2 cm2 e um de ptir (20% m/m) disposto em espiral com 4 cm de comprimento total, conectado ao eletrodo de referência através de um capacitor não-eletrolítico de 10 mf/40 v de tolerância. célula e eletrodos eram mantidos dentro de uma gaiola de faraday (25 x 20 x 20 cm; sistema de terra: r = 2 ohm). platina pura e suas ligas, pt-ir (20%, m/m) e pt-rh (10%, m/m), degussa s. a., com diâmetros de 0,5 mm e 0,2 mm, respectivamente, foram utilizadas como material de partida na construção dos fios. a limpeza de todo o material era realizada por imersão em extram 2,5%(v/v), merck, banho de em ultra-som (10 min), imersão em solução sulfonítrica (10 min em ultra-som) e enxaguados em água de qualidade milli-q, por imersão (4 vezes). posteriormente ao ensaio eletroquímico, a célula e seus componentes eram mantidos imersos em ácido sulfúrico concentrado durante 24 h e, anteriormente ao uso, eram limpos conforme descrito acima. para o desgaste eletroquímico dos fios de pt empregou-se um sistema composto de um programador universal eg&g par, mod. 175, aclopado a um potenciostato-galvanostato fac, mod. fac200a e um miniforno construído no próprio laboratório. os voltamogramas cíclicos e cronoamperogramas foram obtidos em solução desarejada com n2 purificado,19 a 25ºc, empregando um potenciostato-galvanostato eg&g par, mod. 273, interfaceado a um computador 386-ibm compatível. os valores da capacidade aparente, corrigida pela área do microeletrodo, cd, foram calculados a partir dos voltamogramas cíclicos obtidos em solução de eletrólito de kcl, 1,0 mol l-1, para 0,003 £ v £ 0,5 v s-1. a corrente capacitiva (ic) para cada valor de v foi medida em e = 0,4 v, e colocada na equação: cd = (ic v -1) / a com a = área do microeletrodo. para a observação da superfície dos microeletrodos foram utilizados microscópios óptico, carl zeiss-jena, modelo neophot-30, e eletrônico de varredura jeol jsm-t330a. construção dos microeletrodos 1. preparo dos microfios e selagem em vidro 1.1. processo empregando fieiras: eletrodos de pt, pt-rh (10% m/m) e pt-ir (20% m/m) os materiais de partida, fio das ligas de pt-rh e pt-ir, com 0,5 mm de diâmetro, tiveram sua espessura reduzida pela passagem em fieiras de diâmetro decrescente, num processo de estiramento seguido de recozimento, até o menor diâmetro: limitado pela fieira disponível (em torno de 160 mm). os fios foram então, submetidos à ação de lixas d'água, de pequena granulometria (lixa-600), sendo o fio colocado entre duas faces de uma mesma lixa e estas friccionadas uma contra a outra. subseqüentemente os microfios foram submetidos a banho de ultra-som em solução de ácido nítrico 50% (v/v) e a quente (40-50oc), durante 40 minutos. em seguida foram enxaguados em água milliq e seccionados em partes iguais com 2 cm de comprimento. posteriormente, foram soldados a ponto a um fio de ni-cr de 15 cm de comprimento e 1 mm de diâmetro, e finalmente, selados em tubo de vidro de baixo ponto de fusão, previamente capilarizado. vários materiais como vidro alcalino, neutro, vidro-chumbo, vidro empregado na confecção de lâmpadas incandescentes, fluorescentes e de neon foram empregados como material de selagem dos microeletrodos de pt e suas ligas. o processo de solda utilizado para conexão elétrica do microfio de pt e suas ligas aos condutores externos (ni-cr) mostrou um alto índice de ruptura dos microfios próximo ao local da solda. isto, possivelmente, se deva à vibração causada pelo ultra-som, durante os processos de limpeza. este problema foi contornado efetuando-se o contato elétrico por um processo mais simples, com o emprego de solda chumbo-estanho.3 neste procedimento, o microfio é primeiramente selado no tubo de vidro capilarizado, deixando-se na parte interna do tubo uma saliência de 1 cm. esta região é posteriormente preenchida com pequenas aparas da liga pb-sn, juntamente com um fio de cobre de diâmetro adequado. a extremidade desse fio deve ser previamente limpa em ácido nítrico e estanhada. todo este conjunto era aquecido com chama localizada, usando um maçarico. a massa fundida ao resfriar-se assume a forma interna do tubo capilarizado, fornecendo uma maior rigidez ao conjunto e um eficiente contato elétrico. 1.2. processo empregando desgaste eletroquímico em sal fundido: eletrodo de pt estes eletrodos foram preparados modificando o procedimento descrito na literatura,20,21 o material de partida, platina pura de 100 mm de diâmetro e 5 cm de comprimento, também foi soldado a ponto a um fio de ni-cr de 15 cm de comprimento. na extremidade livre do microfio foi feito um depósito de vidro em forma de uma esfera, com o objetivo de evitar o efeito de pontas, responsável pelo aparecimento de microfios cônicos. a extremidade da platina a ser atacada foi mergulhada em um cadinho de platina de 25 ml de capacidade contendo solução de sal fundido de nano3/nacl (proporção 4:1) a uma temperatura de (320 ± 20)oc. o fio foi mergulhado no centro do cadinho, a uma profundidade aproximada de 1,5 cm. o cadinho de platina foi utilizado como eletrodo auxiliar. a esta célula foi aplicado um programa de onda quadrada com frequência 1-50 hz, e amplitude de 2,5 v, através de um programador universal. o tempo de aplicação do programa foi variado para cada fio entre 30 e 120 segundos. em seguida, o fio de platina foi lavado em solução de hno3 50% (v/v), em banho de ultra-som por um período de 10 minutos, temperatura entre 40 e 50oc e lavado com água de qualidade milli-q. estes fios foram selados em tubos de vidro-chumbo previamente capilarizados. 1.3. processo empregando desgaste eletroquímico em solução complexante: eletrodo de pt-ir a diminuição do diâmetro dos fios de pt-ir de 0,5 mm foi efetuado pelo desgaste eletroquímico da liga (procedimento modificado da referência 22). o desgaste foi efetuado empregando-se uma solução concentrada de cianeto de potássio 6,0 mol l-1, em hidróxido de sódio 2,0 mol l-1. o cianeto de potássio foi empregado para complexar a pt e o ir, de modo a acelerar o desgaste da liga. o hidróxido de sódio foi empregado para inibir a formação de hcn. todo o procedimento experimental deve ser realizado cuidadosamente e em capela. o eletrodo de trabalho era preparado soldando a extremidade superior de um fio de pt-ir, de 3 cm de comprimento, a um condutor eletrônico isolado, com solda pb-sn. na outra extremidade do fio de pt-ir foi depositado uma pequena esfera de parafilme. a região da solda de pb-sn foi isolada eletricamente empregando parafilme de forma a isolar, também, uma parte maior do fio de pt-ir com 4 mm abaixo da solda, permitindo que esta parte fosse mergulhada na solução sem ser atacada. este procedimento de isolamento das extremidades permitiu a obtenção de microfios cilíndricos. o sistema para obtenção dos microfios foi montado de modo a facilitar o controle do processo de imersão do eletrodo na solução. o eletrodo de trabalho era imerso verticalmente no centro de um "cadinho" de carbono (diâmetro interno de 2,0 cm e profundidade de 10 cm) contendo a solução de desgaste. todo o conjunto era mantido em banho de gelo. o contato elétrico do cadinho com o circuito externo era realizado através de um fio de cobre de 4 mm de diâmetro, preso a um sulco circular feito na base do cadinho e fixado com cola de prata. para o processo de desgaste foi aplicado, entre os eletrodos de trabalho e o auxiliar, um sinal ac, 010 v (rms) e freqüência de 60 hz. a corrente que fluia pela célula foi monitorada em função do tempo. para potenciais rms altos, entre 10-25 v, os microfios obtidos não apresentavam regularidade em todo seu comprimento; boa regularidade foi obtida aplicando valores de potenciais entre 3 e 8 v. o processo de selagem dos microfios foi o mesmo já descrito acima, empregando solda pb-sn e vidro alternativo. 2. polimento dos microeletrodos 2.1. polimento mecânico o polimento mecânico dos microeletrodos foi efetuado pela ação de lixas d'água (400, 600 e 8 zeros-sianos b., swiss) e subseqüentemente com suspensão de alumina (arotec-95,8% al2o3) nº 1, nº 2 e nº 3 (< 0,3 mm). entre as etapas de polimento, os microeletrodos eram submetidos a banho de ultra-som em solução de hno3 50% (v/v), por um período de 20 minutos, para a remoção de partículas das lixas ou da suspensão de alumina. entre a realização de um experimento eletroquímico e o subseqüente, os microeletrodos eram polidos com suspensão de alumina nº 3 (< 0,3 mm), diluída 1:10. 2.2. polimento potenciodinâmico microeletrodos de platina: estes eletrodos foram tratados por um programa de ondas triangulares empregando-se uma velocidade de varredura de potenciais, v = 1,0 v s-1, durante 30 a 90 minutos. previamente, os eletrodos de platina eram submetidos a um pré-tratamento empregando um programa de perturbação do potencial com onda quadrada com amplitude de 0,05 a 1,5 v/erh e frequência de 50 hz, durante 120 segundos. microeletrodos de pt-rh e pt-ir: estes eletrodos foram submetidos a um polimento potenciodinâmico diferenciado. este tratamento foi empregado em razão dos metais nobres, constituintes das ligas utilizadas, apresentarem significativa diferença em sua resistência à corrosão, em relação à platina, o que poderia conduzir a um processo de dissolução preferencial do ir e rh.23 isto pode ocorrer quando são empregadas: a) altas velocidades de varredura de potenciais (v ³ 1,0 vs-1) e b) intervalos consideráveis de potenciais (0 a 1,8 v/erh). o tratamento consistiu em utilizar um intervalo de potenciais entre 0,05 e 1,5 v/erh com v = 0,1 v s-1, durante 30 a 90 minutos. os tratamentos potenciodinâmicos foram realizados em solução 0,5 mol l-1 de h2so4 e na ausência de oxigênio. 3. métodos para a caracterização dos microeletrodos 3.1. medidas geométricas tais medidas foram realizadas após o polimento mecânico e potenciodinâmico dos microdiscos, utilizando o microscópio óptico neophot 30 (carl zeiss-jena) munido de escala de referência para medidas lineares de distância. 3.2. medidas eletroquímicas 3.2.1. determinação do raio do microeletrodo utilizando a cronoamperometria para esta determinação foi empregado o método proposto por wightman et al.24 este método foi empregado para eletrodos com raio inferior a 150 mm (1) e a equação de cottrell para eletrodos com raio maior ou igual ao referido valor (2). em ambos os casos o método baseou-se na obtenção de transientes corrente-tempo em condições tais que era atingido o estado estacionário. para a situação (1), um gráfico da corrente do transiente em função do inverso da raiz quadrada do tempo mostra uma correlação linear, cujo ceficiente linear fornece o termo iee= 4nfdcre; referente à condição do estado estacionário, de acordo com a equação: i(t) = nfad1/2c(p t)-1/2 + 4nfdcre (1) sendo re o raio efetivo. para a condição (2), o valor de re foi determinado a partir da área do eletrodo, que é fornecida pelo coeficiente angular da curva i t1/2, empregando a equação de cottrell. todos os experimentos foram realizados a 25oc. 3.2.2. determinação do raio do microeletrodo empregando a voltametria cíclica os voltamogramas cíclicos foram obtidos em solução aquosa de kcl 1 mol l-1 contendo forrocianeto de potássio 6,00 x 10-3 mol l-1 em diferentes velocidades de varredura. para o tratamento dos dados foram empregados os métodos descritos por: 1) swan (ver ref. 2), no qual a corrente limite de estado estacionário foi utilizada diretamente para o cálculo do raio do microdisco por substituição na equação da corrente no estado estacionário iee = 4nfdcre (2) e 2) osteryoung et al.,25 no qual os voltamogramas cíclicos obtidos para diferentes velocidades de varredura de potenciais (0,001 < v < 0,5 vs-1), tiveram suas correntes de máximo tratadas empregando a equação (3). esta equação inclue as contribuições das componentes de difusão planar e radial para a corrente total e foi resolvida empregando um programa de computador baseado no método de newton.26 im / 4nfdcre = 0,34 exp (-0,66p)+0,66-0,13 exp (-11/p).0,351p (3) sendo, im= corrente do máximo, em a e o parâmetro p, adimensional, é uma função da raiz quadrada da velocidade de varredura do potencial dada pela equação: p = (nfvre 2 / rtd)1/2 (4) resultados e discussões as figuras 1 e 2 mostram as imagens da superfície dos microeletrodos evidenciando suas condições de selagem e as caracterísitcas das bordas do microdisco. observa-se que o processo de selagem para a liga de pt-ir é de boa qualidade (figura 1), não havendo imperfeições tais como, microtrincas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 e/ou microbolhas quando foi utilizado um vidro alternativo. para a pt e para a liga de pt-rh foram obtidas condições semelhantes de selagem. este é um dos primeiros pontos a serem observados na construção do microeletrodo, pois, a presença de microtrincas introduz problemas associados à resistência ôhmica que distorcem as curvas voltamétricas, dificultando a interpretação correta dos resultados. voltamogramas cíclicos característicos de microeletrodos com microtrincas e portanto, com fortes efeitos resistivos, são geralmente obtidos quando embutidos em resina, lixados e polidos mecanicamente. o processo de desbaste e polimento mecânico pode produzir o descolamento da superfície metálica da resina, gerando pontos de infiltração do eletrólito e ocasionando distorção das curvas voltamétricas. neste trabalho, a presença de imperfeições na interface metal-vidro, quando se emprega vidro alcalino ou vidro neutro, está demonstrada na figura 2, podendo ser observada a presença de uma microbolha, cujo volume foi parcialmente ocupado pelo metal. a presença de pt em seu interior demonstra que o microfio foi parcialmente fundido, escoando para o interior da microbolha durante o processo de selagem. este fato foi evidenciado para diferentes tipos de vidros disponíveis (vidro neutro, pirex e outros). para contornar este problema foram empregados vidros alternativos mencionados na parte experimental. o vidro utilizado na confecção de lâmpadas néon mostrou-se bastante adequado para a selagem das ligas, principalmente para a liga pt-ir (20%) (figura 1). este não é um vidro-chumbo conforme constatado por teste em chama de maçarico. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 outro aspecto importante, revelado pelas imagens das figuras 1 e 2 refere-se à presença de imperfeições nas bordas metálicas do eletrodo causadas pelo processo de preparo dos microfios. os diferentes procedimentos de preparo dos microfios levaram a resultados distintos: 1) a eletrólise em sal fundido origina fios cilíndricos com um diâmetro regular em toda sua extensão; 2) condição semelhante foi observada para os microfios preparados pela eletrólise em solução contendo cianeto em meio básico; 3) o emprego de fieiras promove o aparecimento de imperfeições como rebarbas (figura 1a), exigindo um acabamento da superfície antes de qualquer outro procedimento (figura 1b). tais imperfeições puderam ser minimizadas por processo mecânico de polimento. entretanto, convém lembrar que a eliminação dos grãos de alumina, incrustrados no material, se constituiu num problema importante, requerendo maior tempo no processo de limpeza. os métodos que empregam sais fundidos ou meio complexante fornecem resultados muito semelhantes com relação às características dos cilindros formados, residindo a principal diferença entre elas na complexidade dos tipos de sinais de potenciais empregados, no meio reacional e nas células utilizadas. no entanto, principalmente para a pt, um método não pode ser substituído pelo outro, pois o preparo de cilindros regulares em solução complexante não foi tão satisfatório. o preparo de microfios empregando água régia, para diferentes tempos de imersão está descrito na literatura;3 no entanto, este procedimento não gera cilindros regulares, sendo mais aconselhado o uso de solução alcalina contendo cianeto. provavelmente, o ataque com água régia é mais intenso e pode produzir maiores imperfeições na superfície. no caso das ligas esse ataque pode levar à dissolução preferencial de determinadas fases mais do que outras. a figura 3 apresenta um gráfico da corrente (rms) em função do tempo de desgaste, obtida para o http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 preparo de um fio de diâmetro de 40 mm, com aplicação de um potencial ac de 5 v (rms). este valor de potencial caracterizou-se como sendo a melhor condição para a obtenção de fios com geometria cilíndrica em toda a extensão do microfio. este gráfico mostra uma diminuição da corrente em função do tempo de eletrólise demonstrando que ocorre uma diminuição da área do eletrodo. em alguns experimentos observa-se também a ruptura do fio o que é indicado por uma corrente nula. o emprego de microleletrodos com diferentes dimensões, conjuntamente com as diferentes velocidades de varredura do potencial permitiram testar as condições de selagem dos eletrodos e a pureza das soluções empregadas. o próprio perfil voltamétrico da platina em meio ácido, constituise num importante teste das condições da superfície e de pureza dos eletrólitos.16,27 as figuras 4 e 5 apresentam os voltamogramas cíclicos obtidos em solução de h2so4 0,5 mol l-1, preparadas com água pirodestilada, obtida empregando diferentes tempos de pirodestilação (60 e 90 horas). a figura 4 deixa claro a importância do polimento potenciodinâmico, anterior a obtenção dos voltamogramas cíclicos, e também a influência de impurezas na solução. a presença de impurezas na solução poderia ser evidenciada na figura 4b, cujos voltamogramas foram registrados antes e após agitar a solução, não tendo sido observado aumento significativo da corrente em toda sua extensão. este resultado sugere que não há quantidade apreciável de impurezas na solução, pelo menos que possam ser detectadas com microeletrodos com re ³ 70 mm. no entanto, observa-se a presença de impurezas quando são utilizados microeletrodos com raio menor. a diminuição das impurezas da solução foi conseguida aumentando-se o tempo de pirodestilação de 60 para 90 horas. a figura 5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 mostra os voltamogramas cíclicos obtidos com um microeletrodo com re = 36 mm em duas velocidades de varredura, v. uma análise cuidadosa das figuras revela a presença de impurezas na solução, principalmente quando se diminui a velocidade de varredura de potenciais de 100 para 5 mv s-1. fica evidentente, também, a presença de traços de oxigênio, apesar da solução ter sido desarejada por um período de 60 min, pois as correntes anódica e catódia na região da dupla camada elétrica estão deslocadas para valores negativos. possivelmente, a presença do oxigênio se deva a um processo de contra-fluxo, mesmo estando o sistema protegido com selo d’água. é importante salientar que para eletrodos de platina de área comumente empregada em ensaios eletroquímicos (área efetiva = 0,3 cm2) a presença de tais impurezas passava desapercebida. a tabela 1 mostra os valores dos raios obtidos pelos diferentes métodos mencionados anteriormente. verifica-se que os valores dos raios calculados a partir da corrente difusional (r4) da curva média (figura 6) são superiores aos valores obtidos aplicando a equação (4), denominados aqui de r2, e àqueles determinados por medidas geométricas (r1) e a partir das correntes de pico dos voltamograms cíclicos. todos os demais são praticamente iguais dentro do erro experimental. a proximidade entre os valores dos raios obtidos pelos diferentes métodos e o raio geométrico indicam que o sistema utilizado para obtenção dos parâmetros necessários ao cálculo do raio, no caso, o ferrocianeto de potássio, não está se adsorvendo sobre o eletrodo. caso fossem utilizadas moléculas de hidrogênio, oxigênio ou de substâncias orgânicas de baixo peso molecular, que ocupam sítios específicos da pt, a área efetiva determinada para os microeletrodos seria muito superior à area geométrica. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 possivelmente os valores de (r4) estão influenciados por um erro proveniente do fato de estar sendo empregada a condição de estado quase-estacionário para um sistema que pode ainda não ter atingido tal condição, o que explicaria a discrepância entre os valores de r4 e os demais determinados através de outras técnicas. os raios obtidos a partir da equação 4, referem-se a média de 5 valores de re, obtidos para o intervalo de velocidades: 0,003 £ v £ 0,5 vs-1. a separação das correntes do voltamograma nas varreduras direta e inversa, observada para os microeletrodos em estudo (figura 6), pode ser atribuída à corrente de carga da dupla camada elétrica.25 esta corrente de carga foi utilizada no controle das condições de selagem dos microeletrodos, presença de microtrincas, eventualmente, não detectadas pela microscopia óptica. estas podem dar origem à separação das correntes direta e inversa dos voltamogramas cíclicos obtidos em baixa velocidade de varredura de potencial.11 os voltamogramas obtidos para os microeletrodos de pt, pt-rh e pt-ir, para diferentes velocidades de varredura de potencial (0,003 £ v £ 0,5 vs-1), em solução de eletrólito de suporte, foram tratados de modo a se determinar os valores das correntes de carga da dupla camada elétrica, segundo o procedimento descrito na literatura.11,28 os respectivos valores da capacitância aparente, normalizada para a área, cd, também foram calculados e encontram-se na tabela 2. na figura 7 estão representos os valores da capacitância aparente em função da velocidade de varredura para os eletrodos de pt-ir, pt-rh, e pt. os eletrodos de maior diâmetro (pt-ir e pt-rh), tanto quanto os eletrodos de pt que não apresentam imperfeições na interface metal-vidro, mostraram uma variação muito pouco acentuada da capacitância com o aumento da velocidade de varredura, comportamento semelhante ao esperado para macroeletrodos (eletrodo de pt, selado em soft glass raio = 1 mm).11 de forma clara, o eletrodo de pt (figura 2a) apresenta uma grande dependência de cd com a velocidade de varredura na região de baixas velocidades. esta resposta é atribuída à presença de microtrincas11 que aumentam a área efetiva do microeletrodo, uma vez que é muito grande a relação: comprimento da circunferência/área do microeletrodo. em altas velocidades de varredura, os eletrodos apresentam um comportamento semelhante, verificando-se que cd não varia significativamente com v. neste caso, a explicação para o comportamento da capacitância em função de v baseia-se no fato de que a queda ôhmica, nas microtrincas, torna-se acentuada e, por sua vez, reduz as variações de potencial dentro das trincas, fornecendo uma resposta que sugere uma "diminuição" da área do eletrodo.11 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 conclusões a obtenção de microfios regulares foi conseguida pelo emprego das técnicas de eletrólise em sal fundido para a pt e em solução de cianeto em meio básico para as ligas pt-ir e pt-rh. o polimento potenciodinâmico e a ausência de imperfeições na interface metal-vidro são imprescindíveis para a obtenção de voltamogramas cíclicos característicos da platina e suas ligas. as condições de selagem dos microeletrodos puderam ser verificadas empregando microscopia, e a partir de um gráfico da capacitância aparente, cd em função da velocidade de varredura de potenciais. este último procedimento é uma ferramenta simples e decisiva no processo de controle de qualidade dos processos de selagem. agradecimentos os autores agradecem à fundunesp, ao cnpq e à fapesp pelos auxílios financeiros e bolsas concedidos para a realização desse trabalho. fertonani, f. l., benedetti, a.v. microelectrodes: i. construction and characterization. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.147-169, 1997. abstract: platinum, platinum-iridium (20 wt.%) and platinum-rhodium (10 wt.%) alloys were prepared as microwires using different methods. microwires of pt and its alloys with several diameters were prepared by passing wires of 1 mm of diameter through a drawplate. afterwards, the pt microwire was weared electrochemically in a fused salt mixture (nano3/nacl: 4:1; 320°c) applying a square potential wave (1-50 hz; 2.5 v). microwires of pt-ir and pt-rh alloys were prepared applying a sine-shaped ac potential wave (60 hz, 3-8 v rms), in 6 m nacn + 2 m naoh aqueous solution. the characterization of the interface metal-insulating material and the determination of geometric and effective radii of microelectrodes were carried out by means of optical and scanning electron microscopy, cyclic voltammetry and cronoamperometry. the cd v plot, where cd is the apparent capacitance corrected by the electrode area and v the scan potential sweep was used to verify the interface metal-glass sealing conditions. key-word: microelectrodes preparation and sealing; platinum; platinum alloys. referências bibliográficas 1 davies, p. w., brink jr., f. rev. sci. instrum., v.13, p.524, 1942. 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[ links ] javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); 11 wehmeyer, k., wightmann, r. m. j. electroanal. chem., v.196, p.417, 1985. [ links ] 12 bard, a. m.; fleischmenn, m., robinson, j. j. electroanal. chem. v.168, p.299, 1984. [ links ] 13 robertson, a. j. b., fabian, d. j., crocker a. j., reming, j. laboratory glass: working for scientists. london: butter-worths scientific publications, 1957. [ links ] 14 wheeler, e. l. scientific glassblowing. new york: interscience publishers, 1963. [ links ] 15 barbour, r. glassblowing for laboratory technicians. oxford: pergamon press, 1968. [ links ] 16 conway, b. e; angerstein kozlowska, h., sharp, w. b. a. anal chem., v.45, p.1331, 1973. [ links ] 17 hermann, c. c., perrault g. g., pila, a. a. anal chem., v.40, p.1173, 1986. 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[ links ] recebido em 12.3.1997. aceito em 2.4.1997. * departamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil. ** departamento de físico-química instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22  são paulo  1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100013  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100005 oxigênio dissolvido (od), demanda bioquímica de oxigênio (dbo) e demanda química de oxigênio (dqo) como parâmetros de poluição no ribeirão lavapés/botucatu sp josé pedro serra valente* pedro magalhães padilha* assunta maria marques silva* resumo: oxigênio dissolvido (od), demanda bioquímica do oxigênio (dbo) e demanda química do oxigênio (dqo) foram utilizados como parâmetros para se avaliar o grau e capacidade de autodepuração do ribeirão lavapés, que atravessa a cidade de botucatu sp. avaliou-se o perfil de poluição orgânica e identificadas as zonas de autodepuração, e pontualmente foi realizado uma coleta de 24 horas, de hora em hora, onde foi possível correlacionar a poluição orgânica com as atividades domésticas. a dqo mostrou-se como a melhor técnica para avaliar o perfil de poluição orgânica, identificar as zonas de depuração, e para avaliar a poluição orgânica, neste curso d’água. a relação dqo/dbo foi em média 3,4 caracterizando um esgoto biodegradável, indicando que praticamente não existe adição de efluentes industriais, permitindo assim estimar a dbo através da dqo. nos trechos de água limpa, nascente e foz, em que a dqo estava abaixo de 5 mg l-1 o2, foram utilizados os valores de oxigênio consumido (método do permanganato), o que não invalidou a identificação das zonas de depuração. no entanto pesquisas para desenvolver o método de dqo (dicromato) para baixas concentrações, abaixo de 5 mg l-1 são necessárias para uma melhor avaliação da recuperação do curso d’água. palavras-chave: demanda química do oxigênio; demanda bioquímica do oxigênio; oxigênio dissolvido; ribeirão lavapés; poluição da água; depuração da água. introdução área de estudo botucatu é uma cidade que está localizada em uma área de proteção ambiental e possui cerca de 100 mil habitantes. foi fundada há 148 anos e, como muitas cidades antigas, desenvolveu-se ao http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back redor de um curso d’água, o ribeirão lavapés, que atualmente é um curso de esgoto a céu aberto. o ribeirão lavapés nasce próximo da cidade, atravessa-a e, após cerca de 21 km, despeja suas águas na represa de barra bonita. os esgotos sanitários são descarregados sem tratamento diretamente no ribeirão lavapés, ou em seus vários córregos tributários, que cruzam a cidade.6,14 segundo cálculo realizado pela sabesp de botucatu em 1994, a descarga de águas servidas no ribeirão lavapés é de aproximadamente 600 l s-1, o que eqüivale a 51.840 m3 dia-1. ao volume de água natural do ribeirão lavapés são acrescidos, cerca de 30.000 m3 dia-1 bombeados do rio pardo para abastecer a cidade de botucatu. praticamente não ocorre assoreamento no ribeirão lavapés, no percurso da cidade até a foz na represa de barra bonita, em função de sua topografia. há uma diferença de altitude de cerca de 500 m, da nascente até a foz (ao longo de seus 28 km). esta alta declividade faz com que o mesmo tenha altas velocidades de escoamento e várias cachoeiras.6,14 depuração de matéria orgânica e indicadores a adição de matéria orgânica nos cursos d’água consome oxigênio dos mesmos, através da oxidação química e principalmente da bioquímica, via respiração dos microorganismos, depurando assim a matéria orgânica. quando a carga dos esgotos lançados excede a capacidade de autodepuração do corpo de água, o rio fica sem oxigênio, provocando problemas estéticos e liberação de odor e impedindo a existência de peixes e outros seres aquáticos,3 os peixes morrem não por toxicidade, mas por asfixia.12 todos os organismos vivos dependem de uma forma ou de outra do oxigênio para manter os processos metabólicos de produção de energia e de reprodução.7 a quantidade de alimento (esgoto ou outros despejos orgânicos assimiláveis) lançada ao corpo d’água deve ser proporcional à sua vazão ou ao seu volume, isto é, à sua disponibilidade de oxigênio dissolvido.1 assim, a poluição orgânica de um curso d’água pode ser avaliada pelo decréscimo da concentração de oxigênio dissolvido e/ou pela concentração de matéria orgânica em termos de concentração de oxigênio necessário para oxidá-la. desta forma os principais indicadores de poluição orgânica são: oxigênio dissolvido (od): indicador da concentração de oxigênio dissolvido na água em mg l-1. o oxigênio é um gás pouco solúvel em água e a sua solubilidade depende da pressão (altitude), temperatura e sais dissolvidos, normalmente a concentração de saturação está em torno de 8 mg l-1 a 25oc entre 0 e 1.000 m de altitude).5 demanda bioquímica de oxigênio (dbo5): indicador que determina indiretamente a concentração de matéria orgânica biodegradável através da demanda de oxigênio exercida por microrganismos através da respiração. a dbo é um teste padrão, realizado a uma temperatura constante de 20oc e durante um período de incubação também fixo, 5 dias. é uma medida que procura retratar em laboratório o fenômeno que acontece no corpo d´água.5 assim uma amostra é coletada em duplicata, e em uma das amostras é medido o oxigênio dissolvido após a coleta; o oxigênio da outra amostra é medido após 5 dias, período em que a amostra fica em uma incubadora a uma temperatura de 20oc. a diferença de concentração de oxigênio representa a demanda bioquímica de oxigênio (oxigênio consumido para oxidar a matéria orgânica via respiração dos microrganismos). é um indicador estimativo, já que as condições: turbulência das águas, aeração e insolação etc. não são consideradas. quando a água possui muita matéria orgânica e microrganismos, é necessário diluir a amostra e introduzir nutrientes. para efluentes indústrias que não possuem oxigênio suficiente e nem microrganismos, é necessário além da diluição e introdução de nutrientes, adicionar "semente", ou seja uma porção de esgoto com microrganismos e dbo conhecido para corrigir o resultado final.8 no período de 5 dias a 20oc (dbo5), é consumido cerca de 70% a 80% da matéria orgânica (esgoto doméstico); após 5 dias começa a demanda nitrogenada, em que durante cerca de 20 dias são consumidos 100 % da matéria orgânica. o esgoto é considerado biodegradável quando a relação dqo/dbo é menor 5.7 demanda química de oxigênio (dqo): indicador de matéria orgânica baseado na concentração de oxigênio consumido para oxidar a matéria orgânica, biodegradável ou não, em meio ácido e condições energéticas por ação de um agente químico oxidante forte. esta técnica apenas estima a concentração de matéria orgânica em termos de oxigênio consumido já que nos corpos d’águas as condições não são tão energéticas, além do fato de que algumas espécies inorgânicas, tais como nitritos, compostos reduzidos de enxofre e substâncias orgânicas como hidrocarbonetos aromáticos, compostos alifáticos de cadeia aberta e piridinas não são oxidadas. a principal vantagem da dqo é a rapidez, pouco mais de duas horas, enquanto que a dbo leva 5 dias. embora a demanda química do oxigênio possa ser medida com vários oxidantes, o mais comum é com o dicromato: cr2o7 2(aq) + 14 h+ (aq) + 6 eû 2 cr3+ (aq) + 7 h2o eo = + 1,33 v oxigênio consumido: o termo "oxigênio consumido" químicamente tem o mesmo significado que a dqo, mas o mesmo é mais utilizado quando o oxidante é o permanganato. assim o oxigênio consumido, também conhecido como "matéria orgânica", é um indicador da concentração de matéria orgânica, como a dqo, no entanto a oxidação é realizada em condições menos energéticas. a oxidação com permanganato é mais utilizada para águas limpas, com baixa concentração de matéria orgânica. mno4 2(aq) + 8 h+ (aq) + 5 eû mn2+ (aq) + 4 h2o eo = + 1,55 v a dqo é mais utilizada para concentrações acima de 5 mgo2 l-1 (águas mais com maior teor de matéria orgânica) e o permanganato para concentrações inferiores a 5 mgo2 l-1 (águas mais limpas, avaliação de potabilidade). a dqo ocorre em condições mais energéticas, temperaturas acima de 150oc e meio muito ácido; os seus resultados são normalmente maiores que do oxigênio consumido com permanganato que ocorre em temperaturas e inferiores a 100oc e condições menos ácidas. materiais e métodos equipamentos: • incubadora (20ºc) • sistema de refluxo para dqo • frascos para oxigênio dissolvido • provetas de 1.000 ml com tampa • termômetro • altímetro • frascos de od • garrafa de coleta • trena • ph-metro de campo reagentes os reagentes foram os pertinentes ao método utilizado e de grau analítico pa. métodos: os métodos utilizados foram os recomendados pelo standard methods for the examination of water and wastewater.8 temperatura a temperatura foi determinada através de um termômetro de mercúrio. ph o ph foi determinado com potenciômetro digital methron. dbo a dbo foi determinado pelo método da diluição e incubação a 20oc 5 dias. dqo a dqo foi deterninada pelo método da digestão com dicromato em meio ácido e titulação com sulfato ferroso amoniacal. od o od foi determinado pelo método de winkler modificado pela azida sódica. oxigênio consumido o oxigênio consumido pelo determinado pelo método do permanganato de potássio. coletas de amostras4,10 em cada coleta de água foram anotados dados como horário, temperatura do ar, temperatura da água, aspecto e odor da água. a vazão foi obtida através do método do flutuador. calculava-se a profundidade média do ribeirão no ponto de coleta, media-se a largura e cronometrava-se o tempo necessário para que uma bóia percorresse uma distância de 10 m, entre dois pontos fixos. a água para análise do oxigênio dissolvido foi coletada em frascos padrões de referência. nos locais mais profundos utilizamos uma garrafa de aço onde eram colocados os frascos de od. para a análise dos demais parâmetros a água foi coletada em frascos ou garrafões de polietileno. resultados e discussão com o objetivo de correlacionar a poluição orgânica com as atividades domésticas foi pontualmente realizado uma coleta de 24 horas, de hora em hora, cujos resultados se encontram na tabela 1. conforme mostrado na figura 1, os resultados das vazões, embora estimativos em função do método utilizado, são coerentes com as atividades domésticas. das 6h 30 às 7h 30 a vazão aumenta http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 devido aos preparativos para se ir ao trabalho: uso do banheiro e cozinha para o café da manhã. das 7h 30 às 9h 30 à uma ligeira queda na vazão, mas a partir das 9h 30 até às 13h 30 á um grande aumento, possivelmente devido: aos preparativos para o almoço, lavagem da cozinha e uso do banheiro no horário do almoço. a partir das 13h 30 a vazão diminui até ás 16h 30. a partir das 16h 30 a vazão começa a aumentar novamente até as 20h 30, possivelmente devido aos preparativos para o jantar, lavagem da cozinha e uso do banheiro. a partir das 20h 30 a vazão cai, mantendo-se relativamente estável até as 6h 30 da manhã. figura 1 vazões obtidas no ribeirão lavapés, saída da cidade, entre os dias 6 a 7 jul./94, conforme resultados da tabela 1. conforme mostrado na figura 2, a dqo, basicamente, seguiu o mesmo padrão da vazão, o que é coerente, no entanto não houve decréscimo no período da tarde, como da vazão. possivelmente houve adição de esgoto não doméstico, neste horário, mais concentrado. figura 2 concentrações de dqo obtidas no ribeirão lavapés, saída da cidade, entre os dias 6 a 7 de jul./94, conforme resultados da tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 para se avaliar o grau e capacidade de autodepuração do ribeirão lavapés, que atravessa a cidade de botucatu e recebe esgotos sanitários sem tratamento, foram realizadas determinações físicoquímicas em seis pontos ao longo de seu percurso, da nascente a foz, conforme as tabelas 2 a 8 e figuras 3 a 7. figura 3 concentrações de oxigênio dissolvido, da nascente a foz, conforme os resultados das tabelas 2 a 7. figura 4 concentrações das dbo, da nascente a foz, conforme os resultados das tabelas 2 a 7. http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v22/htm/tabs05.htm http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v22/htm/tabs05.htm http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v22/htm/tabs05.htm figura 5 concentrações das dbo, da nascente a foz, conforme os resultados das tabelas 2 a 7. figura 6 altitudes dos pontos de coletas, da nascente a foz, conforme as tabelas 2 a 7. http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v22/htm/tabs05.htm http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v22/htm/tabs05.htm figura 7 declive do ribeirão lavapés, da nascente a foz. analisando-se os resultados das determinações físico-químicas apresentadas nas tabelas 2 a 8 e as figuras 3 a 7, observa-se que ao entrar na cidade a concentração de oxigênio dissolvido (od) das águas do ribeirão lavapés cai rapidamente devido a introdução de matéria orgânica dos esgotos (zona de degradação2,9,13), ponto 2. o pico de concentração de matéria orgânica (dbo e dqo) ocorre na saída da cidade e próximo a entrada na fazenda escola lageado (unesp), ponto 3, próximo ao curtume e a foz de um importante tributário, o córrego tanquinho, que atravessa bairros populosos e também é muito poluído. no percurso do ribeirão na fazenda temos a zona de degradação ativa,2,9,13 ponto 4. o ribeirão é largo e raso, nota-se o lodo negro dando uma aparência negra à água, isso é característico da decomposição anaeróbia.3 os processos físicos de autodepuração (precipitação por gravidade e aeração) também são intensos; a maior superfície de contato da água com o ar e as correntezas facilitam a aeração. apesar da grande aeração, não se identifica od nos pontos que permitem a coleta com a garrafa de od. na fazenda há uma redução mais intensa na concentração dos poluentes devido a diluição pelas águas servidas da unesp, menos concentrada que as da cidade, e por alguns tributários com água de melhor qualidade. ao sair da fazenda lajeado começa a zona de recuperação,2,9,13 ponto 5. existe um trecho com declive muito acentuado, conforme mostrado nas figuras 6 e 7, com inúmeras cachoeiras (o que facilita a aeração) e mata ciliar, que protege o ribeirão. ocorre também diluição por afluentes. em virtude da pequena extensão do ribeirão lavapés, não há zona de água limpa;2,9,13 no entanto, a zona de recuperação é suficiente para o aparecimento de várias espécies de peixes nas proximidades da foz: lambari, cascudo, corvina, tuvirá, piau, maindiuva, cará, camborja, traíra, etc. conclusão o ribeirão lavapés age como um "sistema de tratamento de esgoto da cidade", e os prejuízos causado pela poluição é maior que este "benefício"; além disso, o ribeirão lavapés contribui para o http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/img/fbpe/eq/v22/htm/tabs05.htm agravamento da qualidade da água da represa de barra bonita/rio tietê, um recurso hídrico maior. mesmo não despejando na represa um esgoto totalmente depurado, mas em condições de ser rapidamente depurado na mesma, devido a baixa carga de dbo, a represa recebe uma água com espécies químicas mais concentradas, contribuindo assim para o agravamento da qualidade de suas água. considerando a alta carga orgânica que o ribeirão lavapés recebe, a depuração é relativamente rápida devido a grande turbulência das águas e cachoeiras logo após sair da cidade, em função de um declive de cerca de 500 m, até a foz na represa de barra bonita (cerca de 21 km). o método da dqo é o mais recomendado, por ser mais rápido (cerca de 130 minutos) e permite maior tempo para conservação da amostra. em termos de perfil apresenta resultados parecidos com os da dbo, um método muito trabalhoso quando necessário utilizar a técnica da diluição além de demorar mais de 120 horas. a relação dqo/dbo foi em média 3,4, caracterizando um esgoto biodegradável, indicando que praticamente não existe adição de efluentes industriais, permitindo assim estimar a dbo através da dqo. o oxigênio dissolvido não permite avaliar os locais que recebem maior carga orgânica e a variação mesma na zona de degradação ativa. agradecimento os autores agradecem a colaboração dos técnicos evandro paganini e vânia aparecida de oliveira pelo apoio técnico. valente, j. p. s, padilha, p. m., silva, a. m. m. da. dissolved oxigen (do), biochemical oxigen demand (bod) and chemical oxigen demand (cod) as pollution parameters in the lavapés/botucatu sp brook. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.49-66, 1997. abstract: to evaluate the depuration capacity of the lavapés brook, which crosses botucatu sp, it was used dissolved oxygen (do), biochemical oxygen demand (bod) and chemical oxygen demand (cod) as pollution parameters. the organic pollution profile was evaluated, the depuration zone identified and hourly 24-hour collection made, the last making it possible to correlate the organic pollution with household chores. chemical oxygen demand (cod) showed itself to be the best technique to evaluate the organic pollution profile, to identify the depuration zones and to evaluate the organic pollution punctually in this water course. characterizing a biodegradable sewage and indicating there that is no practical addition of industrial effluents, the average relation cod/bod was 3.4, thus making it possible to estimate the bod by the cod. at the clean water sections, source and mouth, where de cod was below 5 mg l-1 o2 it was used the consumed oxygen values (permanganate method), which did not invalidate the depuration zones identification. however, it is necessary researches to develop the method dichromate for low levels (below 5 mg l-1 ) in order to evaluate the water stream recuperation better. keywords: chemical oxygen demand; biochemical oxygen demand; dissolved oxygen; water pollution, water depuration, lavapés brook. referências bibligráficas 1 branco, s. m. poluição: a morte de nossos rios, 2.ed. são paulo: ascetesp. 1983, 166 p. 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instituto de química unesp, c. p. 355, 14801-970 araraquara, sp, brazil. * e-mail: boldrinv@iq.unesp.br resumo: o corante reativo reactive blue (rb4), que possui como grupo cromóforo uma antraquinona e um grupo diclorotriazina como grupo reativo, foi determinado em níveis de micromol utilizando eletrodos de carbono impresso empregando a técnica de voltametria de pulso diferencial. foram obtidas respostas lineares entre a corrente de pico e a concentração do corante entre 3,4 x 10-6 e 3,0 x 10-4 mol l-1 em solução de kcl ph 1,0. empregando as condições otimizadas para a analise do corante, foi estudada a influência da temperatura de aquecimento na hidrólise do grupo reativo, monitorando um pico de redução em -1,1 v (vs. carbono impresso). palavras-chave: corante reativo; eletrodos de carbono impresso; determinação de corante. introdução um dos problemas mais importantes da indústria têxtil é a baixa eficiência da fixação de corantes reativos à fibra, em decorrência de reações de hidrólise competitiva durante a tintura da fibra, que leva ao maior consumo de corantes no banho e aumento destes produtos nas águas de rejeito. os corantes reativos são aplicados à fibra através de ligações covalentes entre grupos reativos presentes em suas estruturas e os grupos r-oh ou rnh 2 , usualmente presentes nas fibras naturais de celulose e seda. estas reações são favorecidas em condições alcalinas e temperatura de 80ºc, as quais também propiciam reações paralelas entre o grupo reativo e grupos ohproveniente dos álcalis no banho de tintura, levando as denominadas reações de hidrólise, que inativam o grupo reativo frente à fibra. o corante reativo reactive blue 4-rb4 (c.i. 61205) pertence a esta classe de corantes e é amplamente utilizado na industria têxtil. sua estrutura, figura 1, consiste de uma antraquinona como grupo cromóforo e um grupo diclorotriazina como grupo reativo, responsável pela fixação do corante à fibra. deste modo métodos analíticos capazes de analisar os corantes em ambas as formas, original e hidrolisada em banhos de tintura e águas de rejeito são importantes tanto para a indústria têxtil, como para os órgãos fiscalizadores destes compostos como contaminantes em efluentes aquáticos e águas de reservatório que abastecem a população. em linhas gerais, os trabalhos divulgados na literatura envolvendo corantes do tipo antraquinona, apresentam diferentes enfoques: degradação de corantes [2-5], interação com outras substâncias [6,7], avaliação da ligação entre corante e a fibra [8] e métodos de determinação, tais como titulações [9] e eletroforese capilar [10]. o uso da técnica eletroquímica na degradação do corante reativo blue 4 e outros corantes portadores de grupos antraquinonas também foi previamente investigada [11-14]. de um modo geral, o grupo antraquinona e seus derivados são reduzidos à hidroquinona correspondente levando a descolo54 ecl. quím., são paulo, 30(2): 53-59, 2005 ração destas soluções, enquanto a oxidação do corante ocorre em grupos auxocrômicos presentes no corante e promovem descoloração apenas usando eletrodos dimensionalmente estáveis [ti/sno 2 / sbox (3% mol)/ruo 2 (30% mol)] ou fotoeletrocatálise em eletrodos de ti/tio 2 [14]. diversos trabalhos na literatura reportam o uso da técnica de voltametria de redissolução catódica, baseados na pré-concentração adsortiva dos corantes reativos sobre eletrodos de mercúrio, para a determinação de alguns corantes reativos, tais como, reactive violet 5 [15] reactive red 41 [16] e o reactive red 96 [17]. no entanto, métodos analíticos capazes de permitir o monitoramento do corante na forma ativa e inativa após hidrólise são escassos, pois usualmente esta reação não promove mudança significativa da molécula ou da sua coloração, uma vez que o grupo cromóforo do corante continua intacto. figura 1. estrutura molecular do corante rb4, sendo a o grupo cromóforo e b o grupo reativo. o desenvolvimento de metodologias eletroanalíticas mais recentes tem considerado a importância de oferecer equipamentos com maior robustez, metodologias mais simplificadas e adaptações quanto ao tamanho e arranjo de eletrodos, que facilitem a análise de campo ou até coleta do analito de interesse no eletrodo e análise posterior. dentro deste contexto, o desenvolvimento de eletrodos impressos (ei) “screen-printed electrode” tem atendido a demanda deste mercado oferecendo: um completo sistema de eletrodos projetados com grande simplicidade e economia. ou seja, alguns destes eletrodos são projetados na forma de um único sistema contendo um arranjo de eletrodos, onde eletrodos de trabalho, auxiliar e referência são impressos no mesmo suporte. são dispositivos de baixo custo e tão funcionais que permite a comercialização na forma de eletrodos descartáveis. como conseqüência, tem mostrado alta versatilidade de aplicações tanto na forma de eletrodo convencional quanto na forma de eletrodo modificado [18-23]. o objetivo do presente trabalho é investigar o comportamento eletroquímico do corante reativo rb4 em sua forma reativa e hidrolisada em meio aquoso sobre eletrodos de carbono impresso descartáveis empregando a técnica de voltametria de pulso diferencial. a otimização de diversos parâmetros foi investigada e as melhores condições de análise do corante aplicadas no acompanhamento das reações de hidrólise do corante rb4 em meio aquoso. materiais e métodos reagentes e soluções solução estoque do corante rb4 (aldrich) em concentração de 1,0 x 10-2 mol.l-1 foi preparada pela direta dissolução da amostra em água desmineralizada em sistema mili-q (millipore). reações de hidrólise do corante a foram obtidas pela direta dissolução do corante em solução tampão na 2 co 3 /nahco 3 (merck) ph 10, em sistema de refluxo a temperatura controlada por banho 55ecl. quím., são paulo, 30(2): 53-59, 2005 termostatizado durante duas horas a 90 ºc. as medidas eletroquímicas foram realizadas em solução de kcl (merck) 0,1 mol.l-1 ajustada com hcl (j. t. baker) para diferentes valores de ph. equipamentos todas as medidas voltamétricas foram realizadas após borbulhamento de n 2 por 10 minutos em dois sistemas diferentes: uma célula eletroquímica convencional de 20 ml (eg&g) contendo três eletrodos, onde o contra eletrodo é uma rede de platina, um eletrodo de ag/agcl, kcl (sat) é o eletrodo de referência e o eletrodo de trabalho foi um eletrodo de carbono vítreo (ô = 3 mm). no segundo sistema utilizou-se um eletrodo de carbono impresso (oxley, uk) que consiste em um arranjo de três eletrodos impressos de tinta de carbono sobre um suporte cerâmico como apresentado na fig. 2, onde a é o eletrodo auxiliar, w é o eletrodo de trabalho (ô = 2 mm), r é o eletrodo de “pseudo” referência e c o contato elétrico. do corante foram realizadas em um banho termostático haake k20, equipado com um controlador de temperatura haake dc 30. as medidas de ph foram feitas em um phmetro hanna instruments hi 8417. resultados e discussão caracterização voltamétrica do corante rb4 sobre eletrodo de carbono impresso a fig.3 apresenta voltamogramas de pulso diferencial correspondentes à redução de 5,0 x 105 mol l-1 do corante rb4 em solução de kcl/hcl 0,1 mol l-1 ph 1 sobre eletrodo de carbono vítreo convencional (curva a) e sobre eletrodo de carbono impresso descartável (curva b). em ambos os eletrodos, os voltamogramas obtidos são caracterizados por três picos de redução [19]. o pico i é atribuído à redução do grupo antraquinona/ hidroquinona [(r=o) 2 + 2e+2h+ → (r-oh) 2 ] em 0,70 v, enquanto os picos ii e iii em -1,10 v e -1,35 v são atribuídos a redução sucessiva dos dois substituintes no grupo diclorotriazina [(r-cl) + 2e+2h+→ (r-h) + hcl ]. a comparação entre ambos os eletrodos indica que a redução do corante nos eletrodos impressos de carbono ocorre com uma diferença de aproximadamente -500 mv que se mantém constante em relação ao eletrodo convencional. do mesmo modo observa-se a corrente para redução do grupo diclorotriazina em potencial mais negativo é muito maior que aquela observada em eletrodo convencional. o deslocamento de potencial é esperado visto que nas medidas voltamétricas utiliza-se um eletrodo de “pseudo” referência de tinta de carbono. este comportamento é confirmado pelas medidas voltamétricas realizadas sobre o eletrodo impresso usando eletrodo de ag/agcl convencional como referência, o qual não mostra esta diferença de potencial. a reprodutibilidade das medidas usando o eletrodo de carbono impresso foi testada registrandose 5 medidas sucessivas para redução de 5,0 x 10-5 moll-1 do corante rb4 em solução de kcl/hcl 0,1 mol l-1 ph 1. o coeficiente de variação entre as medidas de potencial e corrente de pico mostraram valores de 4,9 %, indicando que o eletrodo descartável de carbono impresso pode ser usado com precisão no monitoramento do corante rb4 em meio aquoso, e foram adotados em todas as medidas a seguir. figura 2. eletrodo impresso de uma tinta condutora a base de grafite sobre um suporte cerâmico, onde: r é o eletrodo de referência, a o eletrodo auxiliar, w o eletrodo de trabalho e c o contato elétrico. todas as medidas de voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial foram realizadas em um equipamento autolab (type iii) da ecochimie, interfaciado a um microcomputador e gerenciado por um programa (gpes 4.9). as reações de hidrólise 56 ecl. quím., são paulo, 30(2): 53-59, 2005 comportamento voltamétrico das formas reativa e hidrolisada do corante rb4 a fig.4 apresenta os voltamogramas de pulso diferencial obtidos para redução de 1,0 x 10-4 mol l-1 do corante rb4 em solução de kcl/hcl 0,1 mol l-1 ph 1 na sua forma reativa (curva a) e forma hidrolisada (curva b) obtida pelo aquecimento à 90 ºc durante 3 h, neutralização e recondicionamento nas mesmas condições experimentais da fig.3 a. a comparação com o voltamograma obtido para o corante após hidrólise indica que como previsto a corrente de pico observada para o grupo antraquinona não apresenta variação significativa, entretanto, as corrente de pico para os grupos reativos, em especial o pico ii apresenta uma queda de aproximadamente 75%. estes resultados indicam que provavelmente a perda do grupo cloro substituinte pela reação de hidrólise (r-cl + oh® r-oh + hcl) gera uma espécie eletroinativa no intervalo útil de potencial [23]. deste modo, estes resultados poderiam indicar que uma fração do corante inicialmente presente foi hidrolisado parcialmente nessa condição [20] e o método voltamétrico poderia ser usado para monitorar a porcentagem de hidrólise monitorandose o sinal remanescente do corante original. figura 3. voltamogramas de pulso diferencial registrados em solução de kcl/hcl (0,1 mol l-1) ph 1,0 contendo 5,0 x 10-5 mol l-1 do corante rb4 na forma reativa sobre eletrodo de carbono vítreo (curva a) e eletrodo de carbono impresso (curva b). figura 4. voltamogramas de pulso diferencial registrado entre –0,2 e –1,7 v (vs. carbono impresso) para um eletrodo de carbono impresso em solução de kcl/hcl (0,1 mol l-1) ph 1,0 contendo 1,0 x 10-4 mol l-1 do corante rb4 na forma reativa ( curva a) e após três horas de hidrólise a 90 ºc (curva b). 57ecl. quím., são paulo, 30(2): 53-59, 2005 o efeito do ph na resposta voltamétrica do sistema foi investigado comparando-se o perfil voltamétrico da redução de 5,0 x 10-5 mol l-1 do corante rb4 em diferentes valores de ph. a redução do grupo cromóforo ( pico i) pode ser detectada em todo o intervalo de ph 1 a 12. no entanto voltamogramas de pulso diferencial obtidos para ph>4 apresentam completa extinção dos picos atribuídos a redução do clorotriazina (picos ii e iii), uma vez que os mesmos precisam de pré-protonação para serem reduzidos[23]. no entanto, a sobreposição da curva do eletrólito suporte impede monitoramento dos picos ii e iii em ph<1. deste modo, adotou-se ph 1 para monitoramento da função clorotriazina no corante. o tempo de pulso foi avaliado entre 5-100 ms, observa-se uma diminuição da corrente de pico com o aumento do tempo de pulso, muito semelhante ao previsto na literatura [21], para fins analíticos optou-se pelo tempo de 5ms, pois apresentou os maiores valores de corrente de pico. as correntes de pico aumentam com o aumento da amplitude de pulso para valores entre 25 e 150 mv, porém para amplitudes de pulso maiores que 100 mv observa-se um alargamento do pico e conseqüente diminuição da resolução. o valor de 100 mv para a amplitude de pulso foi escolhido para os demais estudos. a velocidade de varredura foi avaliada entre 1 e 20 mv s-1 e os melhores resultados foram obtidos empregando 10 mv s-1, o qual foi usado nos experimentos posteriores. as condições experimentais avaliadas e os valores otimizados estão sumarizados na tabela 1. tabela 1. parâmetros estudados e otimizados para o eletrodo de carbono impresso empregados para a obtenção da curva analítica. tabela 2. resultados obtidos para a calibração do eletrodo de carbono impresso na determinação do corante rb4. * limite de detecção calculado como 3x desvio padrão do branco/sensibilidade [20] utilizando-se as melhores condições experimentais para determinação do corante rb4 na sua forma reativa, sumarizadas na tabela 1, construiu-se a seguir uma curva analítica para corante rb4 entre concentrações de 5,0 x 10-7mol.l-1 a 6,0 x10-4 mol.l1, monitorando-se as três etapas de redução (picos i, ii e iii), cujos resultados são apresentados na tabela 2. relações lineares são obtidas no intervalo de 1,0 x 10-7 a 1,0 x 10-3 mol.l-1 (pico i); entre 6,4 x 10-6 – 3,0 x 10-4 mol.l-1 (pico ii) e 2,0 x 10-5 – 3,0 x 10-4 mol.l1 (pico iii). em concentrações superiores observa-se desvio da linearidade provavelmente devido a 58 ecl. quím., são paulo, 30(2): 53-59, 2005 adsorção do corante sobre o eletrodo descartável. a sensibilidade e os valores de limite de detecção (ld) correspondentes a cada curva estão também sumarizados na tabela. 2. estes resultados indicam que o corante pode ser monitorado até níveis de 7,1 x 10-8 mol.l-1 através da onda de redução do cromóforo (pico i) e até 1,9 x 10-6 mol l-1 tomandose o pico ii da redução do grupo reativo como base que apresenta maior potencialidade analítica. deste modo é possível concluir que os eletrodos de carbono impresso poderiam ser uma excelente alternativa para monitoramento do corante em relação aos métodos analíticos tradicionais, oferecendo simplicidade, precisão e sensibilidade adequada para monitoramento do corante tanto no banho de tintura quanto nos rejeitos industriais. análise voltamétrica da forma hidrolisada do corante rb4 a seguir, a determinação da porção inativa do corante foi avaliada utilizando-se o método da adição de padrão e avaliando-se a intensidade relativa da fração hidrolisada (c oh ) frente à concentração do corante em original (c). isto é, considerando que o sinal de redução referente ao segundo pico de redução trata-se da redução do grupo reativo presente na molécula do corante rb4, e que este na forma hidrolisada suprime o sinal de redução, a intensidade de corrente do pico remanescente (ii) seria correspondente apenas ás moléculas do corante que não sofreram hidrólise. desta maneira, observou-se que a fração de moléculas ativas em relação a do corante hidrolisado segue a seguinte relação: (c/c oh ) = [0,30500 x (i p1 / i p2 ) – 1]. considerando que a intensidade de corrente do pico ii (redução do grupo reativo) poderia ser utilizada para monitorar a porcentagem de corante hidrolisada em relação ao corante original, investigou-se a seguir a influência da temperatura e do tempo de aquecimento sobre a amostra do corante rb4 avaliando-se a diminuição da intensidade do pico de redução frente ao corante original. para tal, situações semelhantes aquela usada nos banhos de tintura da industria têxtil foram simuladas. amostras do corante foram submetidas a aquecimento em banho termostático durante tempo controlado entre 0 a 180 min e temperatura entre 50 0c a 90 0c. a seguir cada amostra foi neutralizada com hcl e ajustada para solução kcl/hcl ph1,0. os resultados obtidos para as diferentes temperaturas em função do tempo de banho estão apresentados na fig. 5. é possível observar uma sucessiva diminuição do pico de redução do grupo clorotriazina em função do tempo de aquecimento em qualquer temperatura, entretanto sob temperaturas mais brandas (50 e 60 ºc), o processo de hidrólise limita-se a uma redução de 30% da forma ativa do corante. por outro lado, sob temperaturas superiores tais como 90%, observa-se uma acentuada diminuição do corante na sua forma reativa atingindo uma porcentagem de 80% de redução após três horas de aquecimento. estes resultados indicam que a técnica de voltametria de pulso diferencial usando eletrodos de carbono impresso poderia ser uma excelente ferramenta para avaliação da porcentagem de corante ativo /inativo no banho de tintura. o método proposto apresenta grandes vantagens em relação aos métodos espectrofotométricos usuais, por permitir o monitoramento do grupo reativo do corante em baixa concentração, enquanto os métodos espectrofotométricos não apresentam nenhuma mudança no sinal espectral após a inativação do mesmo, uma vez que o sinal analítico baseia-se fundamentalmente no grupo cromóforo. figura 5. gráfico da variação do corante rb4 na forma reativa para diferentes temperaturas em função do tempo de banho para 0, 30, 60, 120 e 180 minutos. 59ecl. quím., são paulo, 30(2): 53-59, 2005 conclusões os resultados obtidos indicam que eletrodos descartáveis de carbono impresso podem ser usados para monitoramento de corantes reativos portando grupos antraquinona como cromóforo e grupos clorotriazina como grupo reativo, em baixa concentração de forma simples e rápida usando voltametria de pulso diferencial. o método pode ser usado para discriminar o corante na forma ativa em relação à fibra e na forma hidrolisada, com possibilidade de aplicação tanto na indústria têxtil quanto no seu monitoramento de efluentes aquáticos. os eletrodos de carbono impresso oferecem uma opção ecônomica e simplicidade de manuseio pelo arranjo dos três eletrodos de forma simples em relação aos sistemas eletroquímicos convencionais. agradecimentos os autores agradecem as agências de fomento fapesp, capes e cnpq. recebido em: 14/03/2005 aceito em: 26/04/2005 m. f. bergamini, f. c. m. de oliveira e m. v. b. zanoni.voltammetric analysis of the reactive dye based on anthraquinone using a screen printed carbon electrode. abstract: the reactive dye, c.i. reactive blue 4 (rb4), bearing anthraquinone groups as the chromophoric moiety and dichlorotriazine groups as reactive groups, can be detected at micromolar levels using a screenprinted carbon electrode under differential pulse voltammetric conditions. linear calibration graphs were obtained for reactive dye, from 3.4 x 10-6 to 3.0 x 10-4 mol l-1 in kcl solution ph 1.0. the method was successfully applied to determination of hydrolysed rb4 dye monitoring the relative peak current intensities corresponding to reductive peaks attributed to the reactive group at -1.1 v (vs. printed carbon). keywords: reactive blue 4 dye; screen-printed carbon electrode; dye determination. referências [1] k. venkataraman the chemistry of synthetic dyes—the reactive dyes, vol. vi. new york: academic, 1972. 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[25] a. j. bard, l. r. faulkner, electrochemical methods: fundamentals and applications; john wiley & sons; new york, 2001. ch 4. eq-vol30n04 primeiras pags.pmd 19 volume 30, número 4, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 synthesis, characterization and thermal behaviour of solid-state compounds of 2-methoxybenzoate with some bivalent transition metal ions c.t. carvalho, a. b. siqueira, e. c. rodrigues, m. ionashiro* *instituto de química, unesp, c. p. 355, cep 14801 – 970 araraquara, sp, brazil abstract: solid-state m-2-meo-bz compounds, where m stands for bivalent mn, co, ni, cu and zn and 2-meo-bz is 2-methoxybenzoate, have been synthesized. simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (tg-dta), thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg/dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and complexometry were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. the results led to have information about the composition, dehydration, thermal stability and thermal decomposition of the isolated compounds. keywords: bivalent transition metals; 2-methoxybenzoate; thermal behaviour. introduction benzoic acid and some of its derivatives are used as conservant, catalyst precursors polymers, in pharmaceutical industries, beyond other applications. a survey of literature shows that the complexes of rare earth and d-block elements with benzoic acids and some of its derivatives have been investigated in aqueous solutions and in the solid state. in aqueous solutions, previous papers reported the thermodynamics of complexation of lanthanides by some benzoic acid derivatives [1], the spectroscopic study of trivalent lanthanides with several carboxylic acids including benzoic acid [2], the influence of ph, surfactant and synergic agent on the luminescent properties of terbium chelates with benzoic acid derivatives [3], the thermodynamic of complexation of lanthanides by benzoic and isophthalic acids [4] and the synthesis, crystal structure and photophysical and magnetic properties of dimeric and polymeric lanthanide complexes with benzoic acid and its derivatives [5]. several papers reported the thermal stability and thermal decomposition of solid-state salts as thorium with several organic acids, including 4methoxybenzoic acid [6], as well as benzoic and mhydroxybenzoic acids [7]; the thermal decomposition of nickel benzoate and of the nickel salt of ciclohexane carboxylic acid [8]; the thermal and spectral behaviour on solid compounds of benzoates and its methoxy derivates with rare earth elements [9-12, 14, 15-17] ; the vibrational and electronic spectroscopic study of lanthanides and effect of sodium on the aromatic system of benzoic acid [13, 16]; the reaction of bivalent cooper, cobalt and nickel with 3-hidroxy-4-methoxy and 3-methoxy4-hidroxybenzoic acids and a structure for these compounds has been proposed on the basis of spectroscopic and thermogravimetric data [18]; the thermal decomposition of thorium salts of benzoic and 4-methoxybenzoic acids in air atmosphere [19]; the thermal and spectral behaviour on solid compounds of 5-chloro-2-methoxybenzoate with rare earth and d-block elements [20-23]; the synthesis and characterization of 2,3dimethoxybenzoates of heavy lanthanides and yttrium [24]; the spectral and magnetic studies of 2-chloro-5-nitrobenzoates of rare earth elements [25] and thermal behaviour of solid state 4methoxybenzoates of some bivalent transition metal ions [26]. in this work 2-methoxybenzoates of mn(ii), co(ii), ni(ii) and zn(ii) were synthetized. the eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1919 20 ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 compounds were investigated by means of infrared spectroscopy, x-ray powder diffractometry, simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (tg-dta), thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg/dtg), differential scanning calorimetry (dsc) and other methods of analysis. experimental carbonates of mn (ii), co (ii), ni (ii), cu (ii) and zn (ii) were prepared by adding slowly with continuous stirring saturated sodium hydrogen carbonate solution to the corresponding metal chloride solutions (except copper), until total precipitation of the metal ions. the precipitates were washed with distilled water until elimination of chloride ions (qualitative test with agno 3 /hno 3 solution) and maintained in aqueous suspension. solid state mn (ii), co (ii), ni (ii) and zn (ii) compounds were prepared by mixing the respective metal carbonates with 2-methoxybenzoic acid 99% (2-meo-hbz) obtained from aldrich, in slight excess. the aqueous suspension was heated slowly up to near ebullition, until total neutralization of the respective carbonates. the resulting solutions after cooled were maintained in an ice bath to recrystallize the acid in excess and filtered through a whatman nº 40 filter paper. thus, the aqueous solutions of the respective metal 2-methoxybenzoates were evaporated in a water bath until near dryness and kept in a desiccator over calcium chloride. the copper compound due to its low solubility was prepared by adding slowly, with continuous stirring, the aqueous solution of na-2meo-bz 0.1 mol l-1 to the respective metal sulphate solution, until total precipitation of the metal ions. the precipitate was washed with distilled water until elimination of the sulphate ion, filtered through and dried on whatman no42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride, under reduced pressure to constant mass. in the solid-state compounds, metal ions, hydration water and 2-methoxybenzoate contents were determined from tg curves. the metal ions were also determined by complexometry with standard edta solution [27] after igniting the compounds to the respective oxides and their dissolution in hydrochloric acid solution. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-5000 x-ray diffractometer using cu kα radiation (lλ= 1.541 å) and setting of 40 kv and 20 ma. infrared spectra for sodium 2methoxybenzoate as well as for its metal-ion compounds were run on a nicolet model impact 400 ft-ir instrument, within the 4000-400 cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. simultaneous tg-dta and tg/dtg curves were obtained with thermal analysis system model sdt 2960 from ta instruments. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1. a heating rate of 20 ºc min-1 was adopted with samples weighing about 7 mg. platinum crucibles were used for tg-dta. dsc curves were obtained with thermal analysis systems model dsc 25 from mettler toledo. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1. a heating rate of 20 ºc min-1 was adopted with samples weighing about 5 mg. aluminium crucibles, with perforated cover, were used for dsc. results and discussion the tg-dta curves, infrared spectra and chemical analysis of the compounds synthesized through the reaction of the metal carbonates with 2-methoxybenzoic acid (2-meo-hbz) permitted to verify that the binary compounds were obtained contaminated with 2-meo-hbz. the contamination must be due to aggregation phenomenon, and that the procedure used to eliminate the acid in excess was not efficient, probably because the 2-meo-bz figure 1. tg-dta curves of cobalt compound. eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1920 21ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 must be more soluble in 2-methoxibenzoate solution and it no recrystallize, even in an ice bath. however, the tg-dta curves, showed that the elimination of 2-meo-hbz occurs up to 200 ºc, without thermal event corresponding to this loss and before the thermal decomposition of these compounds. the tg-dta curves of cobalt compound, as representative of these compounds, are shown in fig. 1. thus, these compounds were heated up to 200 ºc, and the manganese, cobalt, nickel and zinc 2-methoxybenzoate were obtained. the table 1: spectroscopic data for sodium 2-metoxybenzoate (2-meo-bz) and compounds with some bivalent metal ions a (cm-1) analytical and thermoanalytical (tg) data for the synthesized compounds are shown in table 1. these results establish the stoichiometry of these compounds, which are in agreement with the general formula m(2-meo-bz) 2 , where m represents mn, co, ni and zn, 2-meo-bz is 2-methoxybenzoate or cu(2meo-bz) 2 .h 2 o. the xray powder diffraction patterns, fig. 2, show that all the compounds tend towards a crystalline structure with, except for the copper compound, evidence for formation of isomorphous ones. infrared spectroscopic data on 2methoxybenzoate and its compounds with the metal ions considered in this work are shown in table 2. the investigation was focused mainly in the 1700 – 1400 cm-1 range, because this region is potentially most informative to assign coordination sites. in the sodium–2–methoxybenzoate, the strong bands at 1595 and 1399 cm-1 are attributed to the anti– symmetrical and symmetrical stretching frequencies of the carboxylate group, respectively [28]. for the synthesized compounds, the anti-symetrical and symetrical stretching frequencies are located between 1625-1607 cm-1 and 1394-1373 cm-1, respectively. these results show that the antisymetrical and symetrical carboxylate stretching vibrations are shifted to higher and to slightly lower frequencies, respectively, when compared with the sodium salt, suggesting that the carboxylate group is acting as unidentate bonded to the metal ion. simultaneous tg-dta and tg/dtg curves of the compounds are shown in fig.3. these curves show mass losses in consecutive and/or overlapping steps with partial losses wich are characteristic for each compound. for the copper compound the tg-dta curves, fig. 3(d) show that the thermal decomposition occurs in three steps between 110 and 349 ºc although the dtg curve shows four eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1921 22 ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 steps, being the two last overlapping ones. the first mass loss observed up to 150 ºc, corresponding to the endothermic peak at 140 ºc is due to dehydration with loss of 1 h 2 o (calcd= 4.69%; tg= 4.67%). the anhydrous compounds is stable up to 220 ºc and above this temperature the thermal decomposition occurs in two steps between 220270 ºc and 270-349 ºc with loss of 29.60 % and 45.00% , respectively, corresponding to the endothermic peak at 226 ºc, followed by an exothermic one at 246 ºc attributed to the thermal decomposition and oxidation reaction and the exothermic peak at 349 ºc attributed to the oxidation and combustion of the organic matter. the total mass loss up to 349 ºc is agreement with formation of copper oxide, cuo, as final residue (calcd= 79.28%; tg= 79.26%). for the manganese and cobalt compounds the tg-dta and tg/dtg curves, fig. 3(a, b), show mass losses in two consecutive steps and exothermic peaks corresponding to these losses. the first step that occurs between 230-330 ºc (mn) and 260-350 ºc (co) with loss of 38.60% (mn) and 42.02% (co), corresponding to exothermic peaks at 309 ºc and 340 ºc, respectively, is attributed to the partial thermal decomposition of these compounds. in this step the dta curve suggests that the endothermic and exothermic events occur simultaneously, prevailing a small endothermic peak, since the mass loss in the first step is slightly smaller (mn) or greater (co) than the observed for the second step. the second step observed between 330-415 ºc (mn) and 350-420 ºc (co), corresponding to the exothermic peaks at 415 ºc and 420 ºc, respectively, is attributed to the final thermal decomposition. the tg-dta and tg/dtg profiles in this step show that the oxidation of the organic matter occurs with combustion. the total mass loss up to 415 ºc (mn) and 420 ºc (co) is in agreement with the formation of mn 3 o 4 (calcd= 78.65%; tg= 78.31%) and co 3 o 4 (calcd= 77.78%; table 2: analytical and thermoanalytical (tg) data of the compounds. figure 2. x-ray powder diffraction patterns of the compounds: (a)mn(2-meobz) 2 , (b)co(2-meo-bz) 2 , (c)ni(2-meo-bz) 2 , (d)cu(2-meo-bz).1h 2 o and (e)zn(2meo-bz) 2 . 2-meo-bz = 2-metoxybenzoate. key: 2-meo-bz = 2-methoxybenzoate eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1922 23ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 figure 3. tg-dta and tg/dtg curves of: (a) mn(2-meo-bz) 2 (7,860 mg), (b) co(2-meo-bz) 2 (7,760 mg), (c) ni(2meo-bz) 2 (7,538 mg), (d) cu(2-meo-bz) 2 .1h 2 o (7,290 mg) and (e)zn(2-meo-bz) 2 (7,090mg). 2-meo-bz =2metoxybenzoate. eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1923 24 ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 tg= 78.03%), as final residue. for the cobalt compound the mass loss observed between 900930 ºc, corresponding to the endothermic peak at 915 ºc is due to the reduction of the co 3 o 4 to coo ( calcd= 1.47%; tg= 1.45%) and in agreement with the literature [29]. for the nickel and zinc compounds, the tgdta and tg/dtg curves are shown in fig.3 (c, e). although the dtg curves show mass losses in several steps, the tg curves suggest two consecutive steps, the first mass loss observed between 220-340 ºc (ni) and 220-280 ºc (zn) with loss of 39.40% and 31.18%, respectively, is attributed to the partial thermal decomposition of these compounds. in this step no thermal event is observed in the dta curve, probably due to the balance between an endothermic process (thermal decomposition) and an exothermic one (oxidation of organic matter). the second mass loss that occurs between 340-430 ºc (ni) and 280–490 ºc (zn), corresponding to the exothermic peak at 429 ºc and 459 ºc with shoulder at 470 ºc, respectively, is attributed to the final thermal decomposition. the tg-dta and tg/ dtg profiles in this step also show that the oxidation of the organic matter occurs with combustion. the total mass loss up to 430 ºc (ni) and 490 ºc (zn) is in agreement with the formation of nio (calcd= 79.31%; tg= 78.85%) and zno (calcd= 77.87%; tg= 77.63 %) as final residue. for figure 4. dsc curves of: (a) mn(2-meo-bz) 2 (5.239 mg), (b) co(2-meo-bz) 2 (5.100 mg), (c) ni(2-meo-bz) 2 (5.430 mg), (d) cu(2-meo-bz) 2 .1h 2 o (1.0490 mg) and (e) zn(2-meo-bz) 2 (5.366 mg). 2-meo-bz =2-metoxybenzoate. eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1924 25ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 the zinc compound the two overlapped endothermic peaks at 216 ºc and 223 ºc is attributed to fusion and elimination of the methoxy group, respectively. the dsc curves of the compounds are shown in fig. 4. theses curves show endothermic and exothermic peaks or exotherm corresponding to the mass losses observed in tg curves. for the copper compound the dsc curve, fig. 4(d) shows an endothermic peak at 145 ºc, attributed to the dehydration and in agreement with the dta curve. the two small endothermic and exothermic peaks at 232 ºc and 245 ºc, respectively, are attributed to partial thermal decomposition, corresponding to the first mass loss of the anhydrous compound. the exotherm between 280 and 370 ºc is ascribed to the final thermal decomposition corresponding to the last mass loss of tg curve. for the manganese, cobalt, nickel and zinc compounds, the dsc curves, fig. 4 (a, b, c, e) show an endothermic peaks at 283 ºc, 315 ºc, 282 ºc and 280 ºc, respectively, attributed to the partial thermal decomposition, corresponding to the first mass loss of the tg curves. the exothermic events above 350 ºc (mn, ni) and 360 ºc (co, zn) are ascribed to the final thermal decomposition of these compounds, corresponding to the last mass loss of the tg curves. the differences concerning the thermal events obtained by dta and dsc are undoubtedly due to the perforated cover to obtain the dsc curves, while the tg-dta ones are obtained without cover. conclusions the tg-dta curves, infrared spectra and chemical analysis, showed that the binary compounds synthesized by the reaction of metallic carbonate with 2-methoxybenzoic acid, were obtained with contamination. the dtg-dta, also showed that the 2meo-hbz is eliminated before the thermal decomposition of these compounds. thus binary compounds would be obtained by thermosynthesis. the x-ray powder patterns pointed out that the synthesized compounds have a crystalline structure, with except for the copper one, evidence concerning the formation of isomorphous compounds. the infrared spectroscopy data suggest that in the compounds considered in this work, the carboxylate group is acting as unidentate in its bonding to the metal ion. the tg-dta and dsc provided previously unreported information about the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. acknowledgements the authors thank fapesp (proc. 97/ 12646-8), cnpq and capes foundations (brazil) for financial support recebido em : 09/09/2005 aceito em: 10/10/2005 c.t. carvalho, a. b. siqueira, e. c. rodrigues, m. ionashiro. síntese, caracterização e comportamento térmico dos 2-metoxibenzoatos de alguns íons metálicos bivalentes de transição, no estado sólido. resumo: compostos m-2-meo-bz foram sintetizados no estado sólido, onde m representa os íons bivalentes mn, co, ni, cu e zn e 2-meo-bz é o anion 2-metoxibenzoato. esses compostos foram caracterizados e estudados, utilizando-se técnicas de difração de raios x pelo método do pó, espectroscopia na região do infravermelho, complexometria e analise térmica diferencial simultânea (tg-dta), thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg/dtg) e calorimetria exploratória diferencial (dsc). os resultados permitiram obter informações com respeito a estequiometria, desidratação, estabilidade térmica e decomposição térmica. palavras-chave: metais de transição bivalente; 2-metoxibenzoato; comportamento térmico. eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1925 26 ecl. quím., são paulo, 30(4): 19-26, 2005 references [1] s. j. yun, s. k. kang and s. s.yun, thermochim. acta 331 (1999) 13. [2] z. m. wang, l. j, van de burgt and g. r, choppin, inorg. chim. acta 293 (1999) 167. [3] n. arnaud and j. georges, analyst125 (2000)1487. [4] g. r. choppin, p. a. bertrand, y. hasegawa and e. n. rizkalla, inorg. chem. 21 (1982) 3722. [5] a.w. h. lam a, w. t. wang, s. gao, g. wen and x. x. zhang, eur. j. inorg. chem. (2003) 149. [6] w. w. wendlandt, anal. chim. acta 17 (1957) 295. [7] w. w. wendlandt, anal. chem. 29 (1957) 800. [8] a. k. galwey, j. chem. society 1152 (1965) 6188. [9] s. b. pirkes, g.n. makushova and a. v. lapitskaya, russian j. inorg. chem. 21 (1976) 661. [10] s. b. pirkes, a. v. lapitskaya and g. n. makushova, russian j. inorg. chem. 21 (1976) 816. [11] g. n. makushova, a. v. lapitskaya, s. o. goppe and s. b. pirkes. russian j. inorg. chem. 24 (1979) 1574. [12] s. b. pirkes, g. n. makushova, a. v. lapitskaya and n. p. tsilina, russian j. inorg. chem. 28 (1983) 1684. [13] w. j. lewandowski, molec. strut. 101 (1983) 93. [14] g. n. makushova and s. b pirkes, russian j. inorg. chem. 29 (1984) 531. [15] g. n. makushova, s. b. pirkes and e. yu. levina, russian j. inorg. chem. 30 (1985) 652. [16] w. lewandowski, and h. j. baranska, raman spectroscopy 17 (1986) 17. [17] g. n. makushova, and s. b. pirkes, russian j. inorg. chem. 32 (1987) 489. [18] t. glowiak, h.kozlowski, l. strinna erre, b. gulinati, g. micera, a. pozzi and s. j. brunni, coord. chem. 25 (1992) 75. [19] w. brzyska, and s. karasinski, thermal anal. 39 (1993) 429. [20] w. ferenc, and b.bocian, j. thermal anal. cal. 62 (2000) 831. [21] b. bocian , b. czajka and w. j. ferenc, j.thermal anal. cal. 66 (2001) 729. [22] b. czajka, b. bocian and w. ferenc. j. thermal anal. cal. 67 (2002) 631. [23] w.ferenc and b. bocian, j. thermal anal. cal. 74 (2003) 521. [24] w. ferenc and a. walków-dziewulska, j. thermal anal. cal. 71 (2003) 375. [25] w. ferenc, b. bocian and a. walków-dziewulska, j. thermal anal. cal. 76 (2004) 179. [26] e. c. rodrigues, a. b. siqueira, e. y. ionashiro, g. bannach and m. ionashiro, j thermal anal. cal. 79 (2005) 323. [27] c. n. oliveira, m. ionashiro, c. a. f. graner, ecl. quim. 10 (1985) 7. [28] g. b. deacon, r. j. phillips, coord. chem. rev. 33 (1980) 227. [29] z. p. xu, h.c. zeng, j.mater. chem. 8 (1998) 2499. eq-vol30n04 03.pmd 26/12/2005, 19:1926 a03v28n1.pdf 25 recobrimento de apatitas “in vitro” sobre titânio – influência do tratamento térmico l. c. de o. vercik1; c. m. de assis1; m. v. lia fook1; m. l. dos santos1; a. c. guastaldi1 1 departamento de fisico-química – instituto de química – unesp cep 14801-970 – araraquara – sp – brasil. introdução a diversidade das aplicações dos biomateriais, assim como o amplo espectro de sua composição química e a necessidade de formas e morfologias apropriadas para sua utilização, fazem da pesquisa nesta área do conhecimento um trabalho de característica eminentemente interdisciplinar, envolvendo fatores que definem o sucesso de suas aplicações, tais como: tratamento de superfície, rotas de sínteses, técnica de processamento (em formas variadas), degradabilidade e biocompatibilidade local e sistêmica. desta forma, o desenvolvimento de biocerâmicas e de próteses deve ocorrer sob as mesmas condições de interdisciplinaridade que determinam o desenvolvimento de qualquer outro biomaterial [7]. dentro deste contexto, a área de química pode contribuir de forma significativa para a evolução desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade, através do desenvolvimento de novos e eficazes biomateriais e também na elucidação dos mecanismos que governam a regeneração óssea e na compreensão básica de resumo titânio comercialmente puro, ti-cp, e algumas de suas ligas são consideradas muito importantes na área médica devido sua excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas. recentemente, foi desenvolvido um método químico, relativamente simples, para induzir a bioatividade desses materiais metálicos inertes, cujo princípio é imitar as condições biológica para obtenção do material desejado. esta técnica denominada biomimético, foi utilizada para modificar a superfície do ti-cp através do depósito de uma camada de apatita. o objetivo principal deste trabalho foi estudar a influência do tratamento térmico na evolução da cristalinidade das fases depositadas. os recobrimentos de apatitas, com tratamentos térmicos entre 400 e 600 °c, mostraram através das técnicas de difração de raios-x e microscopia eletrônica de varredura, uma baixa cristalinidade semelhante às apatitas biológicas. acima de 700 °c, os recobrimentos de apatita mostraram-se mais cristalinos apresentando uma mistura de fases de hidroxiapatita, fosfato octacálcico e fosfato de magnésio. palavras-chave: biomateriais, titânio, recobrimento, processo biomimético, hidroxiapatita volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 25-31, 2003 26 algumas das características físicas e químicas das superfícies de vários metais, a partir dos quais se pode elevar ou estimular a nucleação de fosfato de cálcio in vitro. como resultado, tem-se demonstrado que alguns materiais como o biovidro, hidroxiapatita ca10(po4)6(oh)2 sinterizada e alguns vidros cerâmicos, unem-se através de uma camada de apatita similar à do osso. nestes materiais, tem-se estudado em tratamento químico de superfície, por exemplo, como a função dos radicais silanol (si-oh) influenciam na formação e crescimento de uma camada de fosfato de cálcio em condições in vitro e in vivo [9]. o longo período de ligação interfacial entre um implante e o osso pode ser reduzido pela criação de uma superfície rugosa, ou de um filme de natureza porosa no implante, o que permite aumentar a área superficial disponível para a justaposição ossoimplante e aumentar a osseointegração [3], termo este definido como sendo o contato estabelecido entre o osso normal e remodelado com a superfície do implante, sem a interposição de tecidos conectivos que não sejam de células ósseas [6]. cerâmicas a base de fosfato de cálcio estão sendo utilizados na odontologia e na medicina há mais de 30 anos. o grande interesse em uma fase particular dos tipos de fosfatos de cálcio, a hidroxiapatita (ha), surgiu devido sua grande similaridade com o principal componente presente na fase mineral do osso. a ha apresenta alta bioatividade (forte interação cerâmica/tecido ósseo) e biocompatibilidade, o que leva esse material ter um grande aceite como implante pelos tecidos vivos [1]. uma das mais importantes aplicações da ha é como recobrimento de implantes metálicos, tais como titânio comercialmente puro, ti–cp, e suas ligas. esta idéia é de combinar as vantagens mecânicas dos metais com a excelente biocompatibilidade e bioatividade da ha. dentre as várias técnicas utilizadas para aplicação de recobrimentos de ha, temos as técnicas físicas [12,13,19], as quais produzem recobrimentos de alta qualidade e filmes com alta densidade. as principais desvantagens dessas técnicas são a utilização de equipamentos sofisticados de alto custo e a baixa resistência à adesão devido à falta de uma ligação química entre o titânio e o recobrimento de apatitas. esta é a principal razão pela qual novas técnicas, principalmente métodos químicos [1,11,15], estão sendo estudadas para melhorar a adesão através da modificação de superfície do metal com diferentes tratamentos químicos, para que cristais de apatitas possam ser depositado quimicamente. o método denominado biomimético e introduzido por abe [1], é uma das técnicas mais promissoras para produção de biomateriais sob condições ambiente. este método consiste na imersão do substrato, a ser recoberto, em uma solução sintética (sbf simulated body fluid) de composição química e ph semelhantes ao plasma sanguíneo e temperatura similar à do corpo humano. devido a essas condições é possível recobrir materiais de formas complexas, como materiais porosos, e também materiais sensíveis a temperaturas, como é o caso dos polímeros. além disso, com esta técnica pode-se recobrir implantes com diferentes fases de fosfatos de cálcio, as quais possuem características benéficas para formação óssea [2,6]. materiais e métodos tratamento do ti-cp com solução de naoh o substrato metálico (ti-cp) utilizado para recobrimento de apatita foi cortado em pequenas barras com dimensão 0,5 x 0,5 x 0,3 cm e polidas com uma lixa 150 mesh. a tabela 1, apresenta a análise química do ti-cp utilizado, juntamente com as concentrações permitidas pela especificação da norma astm. tabela 1. composição química do ti-cp (%m/m) os substratos foram lavados em álcool, acetona e água deionizada durante 10 minutos no equipamento de ultra som. em seguida, os substratos passaram por um tratamento em uma solução de naoh (5m) durante 24 horas a 60 °c. elementos ti-cp astm f67-95b ti-cp o 0,0129 0,18 n 0,0032 0,03 c 0,0096 0,10 h 0.005 0,015 s 0,0005 ti balanço balanço ecl. quím., são paulo, 28(1): 25-31, 2003 27 recobrimento de apatita sobre o ti-cp. após o tratamento em solução de naoh, os substratos foram submetidos por 24 horas a 37°c em uma solução de silicato de sódio, na2sio3, com posterior tratamento em uma solução de sbf (com concentração similar ao plasma sanguíneo) para uma nucleação mais lenta e organizada da apatita a ser depositada. em seguida, os substratos foram imersos durante 6 dias a 37°c em uma solução 1,5 sbf para crescimento da mesma. a tabela 2 apresenta as concentrações iônicas do plasma sanguíneo e de todas as soluções utilizadas neste processo. tabela 2. concentrações iônicas das soluções utilizadas para o recobrimento de apatitas (mmol.dm-3) tratamento térmico do recobrimento de apatita. após o recobrimento os substratos foram submetidos a tratamentos térmico a 400, 500, 600, 700 e 800 °c, sem controle atmosférico e com taxa de aquecimento de 10 °c/min. caracterização do recobrimento de apatita. todos os recobrimentos, após tratamentos térmicos, foram caracterizados utilizando microscopia eletrônica de varredura acoplada a um analisador de espectroscopia por espalhamento de energia dispersiva de raios x e difratometria de raios x resultados e discussões a superfície das amostras onde foi realizado o recobrimento de apatita foi polida utilizando uma lixa de granulometria 150 mesh, figura 1a. este tratamento foi realizado com o objetivo de aumentar a área específica e a energia superficial do substrato de ti-cp [14,17]. devido o metal de ti-cp ser recoberto por uma fina camada passiva de óxido de titânio, tio2, que se forma espontaneamente [8], este foi submetido a um tratamento utilizando uma solução de naoh 5m, com o intuito de produzir sobre a camada passiva de tio2 uma superfície mais favorável e ativa para induzir a precipitação de apatita [4,8,18], figura 1b. figura 1. microscopia eletrônica de varredura da superfície do ti-cp (a) antes e (b) após o tratamento químico com uma solução de naoh. durante o tratamento alcalino a superficie passiva da camada de tio2 pode reagir da seguinte forma [5,8]: tio2 + oh htio3 (1) ti + 3oh ti(oh)3 + + 4e (2) ti(oh)3 + + e tio2h2o + ½ h2 (g) (3) ti(oh)3 + + oh ti(oh)4 (4) tio2nh2o + oh htio3 -nh2o (5) essas espécies carregadas negativamente combinam com os íons alcalinos na solução aquosa, resultando na formação de uma camada alcalina de hidrogel de titanato. durante o tratamento térmico essa camada de hidrogel é desidratada e estabilizada como uma camada de titanato de sódio amorfo [5,8]. a baixa capacidade de obtenção de grupos ti-oh, decorrente do caráter anfótero do tio2, faz com que os substratos de ti-cp não formem núcleos ecl. quím., são paulo, 28(1): 25-31, 2003 28 suficientes para produzir uma camada densa e uniforme de apatitas. portanto, com a imersão destes substratos em uma solução de um sal que apresente uma tendência a incrementar pontes de –oh e não desloque o equilíbrio do meio, possibilitará o aumento dos sítios ativos sobre a superfície do ticp [10,14]. neste trabalho foi utilizada uma solução de silicato de sódio, para aumentar a nucleação das apatitas, através da formação de grupos si-oh, a qual é acelerada quando imersos em uma solução de sbf por 24 horas, tabela 2. com a imersão dos substratos em uma solução 1,5 vez mais concentrada que a solução de sbf original, tabela 2, os núcleos das apatitas crescem espontaneamente pelo consumo dos íons cálcio e fosfato da solução, formando uma camada uniforme de apatita figura 2. difratometria de raios x dos recobrimentos de apatita sobre a superfície do ti-cp após tratamentos térmicos a 400, 500 e 600 °c. figura 3. difratometria de raios x apatita biológica: mandíbula humana. a composição do recobrimento de apatitas sobre a superfície do hidrogel foi caracterizada por difratometria de raios x, figuras 2 e 3. observa-se que para os tratamentos térmicos a 400, 500 e 600 °c, os difratogramas de raios x dos recobrimentos, figura 2, apresentaram três bandas largas salientes localizadas a aproximadamente 2 = 26°, 2 = 29° e 2 = 32°. essas bandas são características do amplo número de picos referentes às fases apatitas, indicando uma estrutura pouco cristalina, bem similar à apatita biológica, figura 3. os picos definidos em 2 = 27,5° e 2 = 36° são referentes ao ti do substrato a baixa cristalinidade das fases, no recobrimento, leva a sua instabilidade quando implantados. de acordo com a literatura [5,6], fosfatos de cálcio amorfo e principalmente as fases fosfato tetracálcico e fosfato tricálcico possuem uma solubilidade bem superior a ha, levando o recobrimento a uma rápida desintegração e portanto à perda de fixação do implante, fenômeno conhecido como reabsorção a figura 4 mostra o aumento da cristalinidade do recobrimento de apatita com os tratamentos térmicos a 700 e 800 °c, sendo possível identificar alguns tipos de apatitas precipitadas sobre o substrato de ti-cp. foram observados juntamente com a fase cristalina da hidroxiapatita, ha, picos referentes a fase fosfato octacálcico (ocp), ca8h2(po4)6.5h2o e fosfato de magnésio hidratado, mg3(po4)2.h2o. o surgimento destas fases cristalinas a partir de tratamentos térmicos superiores a 600 °c indica uma inflexão da temperatura de transição vítrea (tg) dos diversos tipos de apatitas presentes. isto indica que a temperatura de cristalização do ocp e do fosfato de magnésio são superiores a 600 °c. figura 4. difratometria de raios x dos recobrimentos de apatita sobre a superfície do ti-cp após tratamentos térmicos a 700 e 800 °c. 20 25 30 35 0 200 400 600 800 1000 apatita tiapatita 600oc 500oc 400oc 29 a fase ocp é considerada muito promissora devido a sua participação na formação óssea, e também por ser precursora da fase ha. segundo feng [4], para se conseguir recobrimentos de fosfatos de cálcio sobre superfícies de ti é necessário que a solução esteja acima do valor de equilíbrio de saturação do ocp. uma vez que a velocidade de crescimento de ocp excede sua velocidade de hidrólise, existe a probabilidade de formação de uma mistura de fases de ocp e ha [16]. as fotos de microscopia eletrônica de varredura do recobrimento de apatitas sobre ticp, figura 5 e 6, mostraram um depósito com morfologia uniforme, composto por partículas esféricas com tamanho entre 3 e 5 µm. pode-se observar também alguns aglomerados devidos à fusão de algumas partículas após os tratamentos térmicos. figura 5. microscopia eletrônica de varredura dos recobrimentos de apatita sobre a superfície do ti-cp após tratamentos térmicos a (a) 400 (b) 500 e (c) 700 °c. com o aumento da temperatura de tratamento foi possível observar uma morfologia similar para todas as temperaturas. todos os recobrimentos apresentaram-se isentos de trincas, o que é muito comum de se encontrar quando estes são submetidos a tratamentos térmicos. nas fotos de mev, figuras 6a e 6b, com tratamentos térmicos a 700 e 800 °c comprovou-se o aparecimento de uma outra fase, também detectada pelo drx. esta fase com uma morfologia de aspecto esponjosa foi caracterizada como sendo a fase mg3(po4)2.h2o, confirmada também através da análise de eds, com o aparecimento do elemento magnésio, figura 6c. figura 6. microscopia eletrônica de varredura dos recobrimentos de apatita sobre a superfície do ti-cp após tratamentos térmicos a (a) 700, (b) 800 °c e (c) eds da partícula esponjosa. segundo alguns autores e trabalhos anteriores [2,8,17], a utilização direta de uma solução de sbf mais concentrada tem uma grande influência na quantidade e na composição dos fosfatos precipitados. assim sendo, a imersão dos substratos de ti-cp em uma solução de sbf por 24 horas a 37 °c faz com que o processo de nucleação de apatita seja mais lento, proporcionando uma formação mais ordenada dos núcleos e favorecendo uma maior quantidade da fase ha. conclusões os resultados obtidos utilizando-se o processo biomimético em duas etapas, proporcionaram um recobrimento com uma camada de apatitas uniforme, homogênea e com uma boa porosidade. com o processo de nucleação lento, a fase majoritária encontrada foi a hidroxiapatita. as outras fases presentes apareceram em pequenas quantidades, sendo a fase fosfato octacálcico um precursor da fase hidroxiapatita. com tratamentos térmicos entre 400 e 600 °c, as fases apresentaramse pouco cristalinas, com uma evolução a temperaturas superiores a 700 °c. este processo de recobrimento de apatitas mostrou-se extremamente eficiente para obtenção da fase ecl. quím., são paulo, 28(1): 25-31, 2003 30 hidroxiapatita semelhante à biológica, com baixa cristalinidade mesmo quando submetidas a tratamentos térmicos entre 400 e 600 °c agradecimentos à fapesp (processo 00/11125-9), cnpq/ pibic e capes/picdt. vercik, l. c. de o.; assis, c. m. de; lia fook, m. v.; santos, m. l. dos; guastaldi, a. c. apatites coating “in vitro” on titanium – influence of the thermal treatment. abstract commercially pure titanium (cp-ti), and some of its alloys are considered very important in the medical field because of its excellent biocompatibility and mechanical properties. recently a simple chemical method was introduced to induce the bioactivity of these inert metallic materials. in this work, the biomimetic chemical process has been used to modify the cp-ti surface with the deposit of a layer of apatite. the main objective consisted in studying the influence of the thermal treatment on the evolution of the crystallinity of the deposited phases. x-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques showed that the apatite coatings with thermal treatments between 400 and 600 °c presented low crystallinity similar to the biological apatites. above 700 °c, the apatite coatings appeared more crystalline, exhibiting a mixture of hydroxyapatite, octacalcium phosphate and magnesium phosphate. keywords: biomaterials, titanium, coatings, biomimetic process, hydroxyapatite. referências bibliográficas [1] abe, y.; kokubo, t.; yamamuro, t. apatite coatings on ceramics, metals and polymers utilising a biological process. j. mater. sci.: mater. med., v. 1, p. 536540, 1990. 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propriedades e, naturalmente, diferentes custos. o material ideal será aquele que apresentar as propriedades desejadas com o menor custo possível e, ainda, uma maior durabilidade. as propriedades físicas e mecânicas como dureza, resistência ao impacto, ductilidade, condutividade elétrica e térmica, soldabilidade etc., são intrínsecas aos materiais e, de certa forma, previsíveis. na maioria dos metais e suas ligas, estes dados podem ser facilmente encontrados em literaturas ou determinados experimentalmente. entretanto, a durabilidade dos materiais, especificamente aqueles relacionados com a resistência à corrosão, depende tanto da natureza do meio em que os mesmo ficarão expostos, como das condições de exposição, sendo por isso de difícil previsão [11]. os problemas de corrosão são freqüentes resumo estudou-se o processo de eletrodeposição de uma camada amorfa de liga ni-w-b sobre um cátodo, utilizando um banho contendo sulfato de níquel 0,0185 m, tungstato de sódio 0,0155 m, fosfato de boro 0,0364 m, citrato de sódio 0,0161 m, 1-docecilsulfato de sódio 0,017 g/l e hidróxido de amônio para ph 8,5. estudos detalhados sobre a influência da temperatura do banho, agitação mecânica e densidade de corrente catódica conduziram as condições ótimas para obtenção de depósitos de ligas satisfatórias. observou-se que esta liga apresentou, elevada resistência à corrosão e ao desgaste quando comparadas com o cromo duro, além de se comprovar, através da difratometria de raios x, sua característica amorfa. estas ligas podem ter grande utilidade em várias aplicações nas indústrias químicas, petrolíferas, petroquímicas, navais, de construções civis e automobilísticas em decorrência de algumas características especiais, como alta resistência à corrosão e desgaste e à capacidade de manter suas propriedades mecânicas em altas temperaturas. palavras-chave: ligas ni-w-b; eletrodeposição; corrosão; ligas amorfas; desgaste. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 69-76, 2003 70 e ocorrem nas mais variadas atividades, como por exemplo, nas indústrias químicas, petrolíferas, petroquímicas, navais, de construções civis, automobilísticas, nos meios de transportes: aéreo, ferroviário, metroviário, marítimo, rodoviário e nos meios de comunicação, como sistemas de telecomunicações, na odontologia (restaurações metálicas, aparelho de prótese), na medicina (ortopedia) e em obras de arte como monumentos e esculturas [7]. a conseqüência da corrosão pode ser apenas de ordem econômica como é o caso da corrosão de tubulações residenciais, veículos, eletrodomésticos etc., acarretando prejuízo econômico devido à manutenção ou substituição dos materiais corroídos. em outros casos a corrosão poderá ocasionar graves acidentes com conseqüências sérias, tanto para a preservação da natureza, quanto do homem, como por exemplo, perfuração de tubulações de condução de gases combustíveis podendo causar incêndios ou contaminação, queda de pontes e viadutos. podese verificar, portanto, que a corrosão é importante tanto do ponto de vista tecnológico como do ponto de vista social [5]. o processo da corrosão ocorre na superfície do metal e nas suas estruturas sob a influência do meio ambiente. as camadas protetoras, por outro lado, constituem uma importante prevenção contra a corrosão, particularmente contra a corrosão atmosférica. as principais camadas protetoras orgânicas são as tintas e os plásticos. as camadas protetoras inorgânicas mais relevantes são os metais, as películas de óxidos, os filmes de sais, os esmaltes etc. as camadas metálicas protetoras são aplicadas por imersão a quente, cementação, revestimento mecânico, eletrodeposição, condensação de vapor do metal e pulverização do metal. em conseqüência do desenvolvimento dos geradores de corrente contínua a prática da eletrodeposição tornou-se o processo mais utilizado para a proteção dos metais [13]. a eletrodeposição é o processo pelo qual um revestimento metálico é aplicado sobre uma superfície através de uma corrente elétrica, geralmente contínua. a deposição pode ser feita em superfície condutora (metais e ligas metálicas: aço carbono, latão) ou não-condutores (plásticos, couro, madeira) [14]. com o propósito de se obter propriedades específicas, dois ou mais metais podem ser codepositados como uma liga metálica, resultando propriedades superiores àquelas oriundas da eletrodeposição de um simples metal. em relação à eletrodeposição de um único metal, as ligas depositadas apresentam-se mais densas e mais duras, mais resistentes à corrosão em determinadas faixas de composição, melhores em propriedades magnéticas e mais adequadas para um posterior revestimento por eletrodeposição [3]. os eletrodepósitos de níquel-cromo, por exemplo, são decorativos, melhorando a resistência à corrosão e proporcionam durabilidade e resistência à abrasão do metal subjacente. a eletrodeposição geralmente é efetuada com soluções aquosas, utilizando sais simples ou complexos, ou pelo emprego de banhos de sais fundidos, se bem que estes sejam incomuns. o eletrólito da eletrodeposição, geralmente conhecido como banho eletrolítico, contém primariamente os íons que vão ser depositados associados a vários constituintes. ditos constituintes compreendem o meio condutor necessário para o fluxo da corrente e, também funcionam como um agente tamponador para manter o ph da solução no nível requerido. aditivos tais como agentes niveladores podem, geralmente, ser acrescentados aos banhos para prevenir pites de hidrogênio ou a acumulação de hidrogênio no cátodo. as soluções de sais complexos para eletrodeposição obviamente contêm vários complexantes, com a finalidade de manter o íon metálico como metal complexado na solução [4]. as ligas metálicas amorfas constituem uma nova classe de materiais em virtude de suas propriedades mecânicas, magnéticas, elétricas, catalíticas e de resistência à corrosão, devido a essas propriedades, decorrências diretas da estrutura homogênea, permite-se um comportamento diferente das ligas amorfas em relação às ligas cristalinas [10,16,20]. historicamente, a primeira liga amorfa foi obtida por kramer, em 1934, usando o método de deposição a vapor [12]. brenner et al., em 1950, obtiveram as ligas por eletrodeposição [2]. duwez, em 1967, desenvolveu um método de preparação de ligas por resfriamento rápido direto ecl. quím., são paulo, 28(1): 69-76, 2003 71 do material fundido, sendo, até o momento, o método mais utilizado na síntese de ligas amorfas [6]. a rigor, são desconhecidos todos os fatores que permitem obter uma liga amorfa eletroquimicamente. em princípio, parece que a presença dos metalóides (como p, b etc.) que podem ser codepositados com alguns metais de transição, gera uma série muito grande de defeitos, os quais podem provocar distorções na rede, suficientes para conferir o caráter amorfo ao material [21]. o tungstênio possui um considerável interesse para ser eletrodepositado em forma de ligas, pois este metal apresenta propriedades bastante interessantes como: o mais alto ponto de fusão (3.410 °c), o que torna impossível depositálo termicamente sobre a superfície de qualquer outro metal, uma vez que este último muda de fase; o mais baixo coeficiente de dilatação linear térmica (4,3x10-6 °c-¹); uma condutividade térmica muito alta (0,487 cal/cm°c) e é um dos metais mais densos (19,3 g/cm³). tem propriedades mecânicas fora do comum, pois conserva sua dureza mesmo em altas temperaturas e tem a mais alta resistência à tração (410 kg/mm²) e é muito resistente à corrosão. além disso, não é atacado por nenhum ácido mineral simples na temperatura ambiente. devido a esta insólita combinação de propriedades, o tungstênio tem inúmeras aplicações na indústria e na engenharia, não obstante o seu elevado preço e a sua relativa raridade. por exemplo, suas boas propriedades mecânicas e elevadas temperaturas o tornam útil para ser usado em filamento de lâmpadas incandescentes, bocais de motores de foguetes e aços para ferramentas. o seu baixo coeficiente de expansão térmica permite a sua inserção no vidro “pyrex”. o metal é útil para contactos elétricos e para ligas resistentes à corrosão. apesar de numerosas afirmações, a eletrodeposição do tungstênio no estado puro, a partir de soluções aquosas ou orgânicas, não tem sido coroada de êxito [5,9]. mas por outro lado, não há nenhuma dificuldade experimental na eletrodeposição do tungstênio com metais do grupo do ferro [1] com auxílio de algum agente complexante. os banhos usualmente contêm o tungstênio como tungstato ao lado de sais dos metais do grupo do ferro e de algum agente complexante. os mais importantes dos primitivos trabalhos sobre a eletrodeposição de ligas de tungstênio foram aqueles devidos a vários pesquisadores russos, particularmente o trabalho de goltz e kharlamov, em 1936 [8]. eles usavam soluções amoniacais para a deposição. os depósitos obtidos eram, contudo, porosos e fracos. o próximo passo foi a introdução de ácidos hidroxiorgânicos nestes banhos amoniacais, a fim de torná-los mais estáveis e com elevada concentração metálica [22]. a bibliografia revela que, sob condições apropriadas da composição do banho e dos parâmetros de potencial e de corrente, uma liga amorfa pode ser depositada sobre um cátodo por eletrodeposição. mas, em grande parte, a eletrodeposição de ligas amorfas está restrita a poucos sistemas de pequeno interesse prático direto ou não são conhecidos exemplos de eletrodeposição de ligas amorfas de alta dureza, resistentes ao desgaste e moderadamente dúcteis. se for encontrada uma técnica que permita a produção de tais materiais, será possível, então, produzir, por exemplo, dutos resistentes à corrosão e ao desgaste mecânico. muitas outras aplicações podem ser vislumbradas, incluindo, por exemplo, carcaças de bomba, orifícios de instrumentos, anéis de segmento etc. existe assim, a necessidade de um processo para preparar camadas de alta dureza, resistentes ao desgaste e à corrosão, de ligas amorfas moderadamente dúcteis, obtidas por eletrodeposição. em face desta necessidade, foi encetado um trabalho com a finalidade de otimizar os parâmetros operacionais para eletrodeposição de ligas ni-w-b resistentes à corrosão e ao desgaste. resultados da eletrodeposição de ligas como co-w-b e co-mo-b e estudos preliminares da liga de fe-w-b, já foram publicados por este laboratório [17-19]. material e método na preparação das soluções utilizadas neste experimento foram empregados reagentes com elevado grau analítico e água destilada em seguida deionizada. a eletrodeposição foi conduzida de forma galvanostática. o ânodo consistia de uma malha ecl. quím., são paulo, 28(1): 69-76, 2003 72 cilíndrica oca de platina. todas as ligas obtidas foram eletrodepositadas sobre o cátodo rotativo de cobre a velocidade constante, com o formato quadrado de 4,5 cm² de área superficial. o cátodo, ou substrato, era centralizado no interior do ânodo de platina, sem que houvesse contato entre ambos. ao cátodo era aplicada uma densidade de corrente, utilizando-se para isto um potenciostato/ galvanostato amel 555b. a temperatura do sistema era controlada por um termostato. a agitação mecânica era conferida na forma de rotação catódica, mediante o uso de um eletrodo rotativo eg&g parc 616. o banho eletrolítico utilizado para eletrodeposição da liga amorfa de ni-w-b está apresentado na tabela 1 [17]. o fosfato de boro foi adicionado ao banho para fornecer uma fonte de boro para a liga, tornando-a amorfa. o citrato de sódio foi adicionado como agente complexante para garantir a estabilidade do banho. o 1dodecilsulfato-na foi adicionado como agente surfactante para reduzir os pites de hidrogênio. o ph do banho foi ajustado com hidróxido de amônio. tabela 1: composição do banho eletrolítico de ligas niw-b [17]. foram estudadas as seguintes variáveis operacionais: densidade de corrente catódica, temperatura e agitação mecânica do banho eletroquímico. para realização deste estudo foram mantidas duas varáveis operacionais constantes e variava-se a terceira. para o estudo da corrosão foram executados dois ensaios: o de jato de sal (jato de uma solução a 3,5% de nacl com a duração de uma semana) e o de atmosfera de h2s (solução 5% de nacl, com ph ajustado para 3,2, com ácido acético e saturado com h2s à temperatura ambiente). o ensaio ao desgaste de coberturas amorfas foi realizado com o emprego de um standard taber abraser provido de uma roda cs e uma carga de 500g. as placas de ensaio do steel taber foram eletrodepositados com cromo duro e uma liga de ni-w-b, obtida pelo método dos autores. estas provas foram rodadas 10.000 vezes. a caracterização da estrutura amorfa foi realizada utilizando-se a difratometria de raios x de uma liga de ni-w-b depositada sobre um substrato de cobre, usando a radiação k-alfa do cobalto. resultados e discussão o controle das variáveis operacionais é muito mais importante na deposição de ligas do que na deposição de um único metal. no caso da deposição de ligas, pequenas mudanças nas condições de revestimento podem alterar consideravelmente a composição e as propriedades do depósito. geralmente, espera-se que um aumento da densidade de corrente favoreça a deposição do metal menos nobre, e um aumento na temperatura ou na agitação do banho cause um aumento na deposição do metal mais nobre. mas os efeitos das variáveis operacionais no caso de codeposição induzida, tal como na eletrodeposição de ligas niw-b, são complicados e não podem ser previstos efeito da agitação mecânica a agitação mecânica, aqui implementada sob forma de rotação catódica, pode afetar diretamente a composição da liga pela redução da camada de difusão no cátodo e por manter a concentração do metal ao redor do cátodo relativamente igual à concentração no corpo da solução. a concentração dos complexantes livres na camada de difusão do cátodo é também reduzida pela agitação, que pode promover um efeito poderoso sobre o potencial de um ou ambos os metais. também, há a possibilidade da tendência da composição da liga resultar de uma redução na concentração de agente complexante livre, podendo ser oposta no sentido de que resulta de um aumento na concentração de íon de metal na camada de difusão de cátodo. tal possibilidade pode acontecer em um sistema de deposição da liga onde apenas o metal menos nobre forma complexo com o agente complexante. isto significa que, em banhos contendo íons complexos, o efeito da agitação não é tão previsível quanto nos casos de banhos constituídos por íons simples. o efeito da agitação mecânica foi estudado ecl. quím., são paulo, 28(1): 69-76, 2003 73 fixando-se a temperatura em 70 °c e a densidade de corrente em 30 ma/cm² (figura 1). pode-se observar que, com a agitação mecânica igual a 20 rpm foram obtidos os melhores resultados de eficiência catódica. a mudança da eficiência catódica com a agitação mecânica não pode ser explicada somente pela simples transferência de massa, devendo ser incluído algumas seqüências de reações complexas envolvendo uma série de etapas de transferência eletrônica [4] e modificações na superfície do eletrodo; o que pode explicar o baixo valor de eficiência catódica a 40 rpm. as ligas obtidas a 5 rpm produziram um depósito cinza-escuro, provavelmente devido à redução parcial do óxido de tungstênio. acima de 20 rpm, as ligas eletrodepositadas apresentaram-se não aderentes, com formação de escamas. as ligas obtidas a 20 rpm, além de possuírem alta eficiência catódica, apresentaram boa aderência. figura 1. efeito da agitação mecânica na eficiência de corrente catódica, utilizando o banho da tabela 1, densidade de corrente de 30ma/cm2, temperatura de 70ºc. efeito da temperatura um aumento no valor da temperatura usualmente faz decrescer a polarização, aumenta a concentração de metal na camada de difusão e pode afetar a eficiência de corrente catódica da deposição do metal, particularmente aqueles depositados a partir de íons complexos. uma série de eletrodeposições foi realizada para diferentes valores de temperatura, desde 25 a 90 °c. a rotação catódica utilizada em todos os ensaios era de 20 rpm, valor já otimizado, enquanto que a densidade de corrente era fixada em 30 ma/cm². a variação da eficiência catódica com a temperatura é mostrada na figura 2, nela pode ser visto que a liga depositada com melhor eficiência foi obtida na temperatura de 50 °c. nesta condição, foram obtidas ligas com as melhores propriedades físicas. figura 2. efeito da temperatura na eficiência de corrente catódica, utilizando o banho da tabela 1, densidade de corrente de 30ma/cm2, agitação mecânica de 20 rpm . efeito da densidade de corrente a densidade de corrente é a mais importante das variáveis operacionais. o processo de eletrodeposição de ligas poderia ser explicado pela teoria da difusão. infelizmente, nenhuma explicação simples e semelhante pode explicar todo o mecanismo de sistemas de codeposição induzida com relação à densidade de corrente. experimentos iniciais de eletrodeposição de ligas ni-w-b foram realizados com densidade de corrente na faixa de 10-90 ma/ cm². observou-se que uma camada amorfa de boa qualidade podia ser obtida com uma faixa relativamente estreita de densidade de corrente. a figura 3 mostra o comportamento da eficiência catódica com a densidade de corrente catódica. o valor ótimo de densidade de corrente foi 50 ma/cm². abaixo deste valor, os depósitos tendem a formar estruturas cristalinas. valores mais altos conduzem a ligas de baixa qualidade com formação de depósitos escuros. ecl. quím., são paulo, 28(1): 69-76, 2003 74 figura 3. efeito da densidade de corrente na eficiência de corrente catódica, utilizando o banho da tabela 1, agitação mecânica de 20 rpm e temperatura de 50ºc. resistência à corrosão foi constatado que a resistência à corrosão das ligas eletrodepositadas é muito superior àquela referente ao cromo duro. foram realizados os seguintes ensaios: 1. ensaios de corrosão pelo jato de sal (jato de uma solução a 3,5% de nacl com a duração de uma semana) não houve qualquer evidência de corrosão da liga de ni-w-b, entretanto o cromo duro foi descorado e mostrou pontos de corrosão. 2. ensaios de corrosão em atmosfera de h2s não foi observado qualquer sinal de corrosão sobre a placa com a liga ni-wb, durante o período de sete dias. o cromo duro, por outro lado, começou a apresentar sinais de corrosão a partir do primeiro dia. as experiências voltamétricas mostraram que em meio neutro e básico, a liga ficou protegida da corrosão devido à formação de uma camada estável de óxido de níquel trivalente na superfície [9]. em meio ácido, o tungstênio protege a liga em virtude da formação de wo3 ou ácido metatungstico, apresentando comportamento semelhante ao da liga de ni-mo-b. resistência ao desgaste os resultados obtidos são apresentados na figura 4. o cromo duro mostrou uma taxa de desgaste linear durante todo o ensaio, ao passo que a liga de ni-w-b começou com um desgaste levemente mais alto, mas rapidamente teve a sua taxa diminuída. provavelmente, este fenômeno é devido à natureza muito nodular da cobertura amorfa superficial da liga, que sofre o impacto da elevada carga no início do ensaio. figura 4. taber abraser test. roda cs-17, carga de 500g. (1) cromo duro; (2) liga de ni-w-b. características amorfas da liga a figura 5 ilustra um difratograma de raios x da liga amorfa de ni-w-b com 0,05 cm de espessura. o pico simples expandido é característico da estrutura totalmente amorfa, com isso podemos afirmar que a liga possui características amorfas. figura 5. difração de raios x de uma liga amorfa de ni-w-b, com 0,005 cm de espessura, depositada sobre um substrato de cobre, com o banho eletrolítico e os parâmetros operacionais otimizados. ecl. quím., são paulo, 28(1): 69-76, 2003 75 caracterização da composição da liga para o estudo da composição dos componentes da liga de ni-w-b foi utilizada a técnica de absorção atômica que apresentou a seguinte composição média: 68,5% de níquel, 30,0% de tungstênio e 1,5% de boro. conclusão os resultados deste estudo sugerem que os valores ótimos de operação do sistema de eletrodeposição são: temperatura do banho de 50 °c, agitação mecânica de 20 rpm e densidade de corrente catódica de 50 ma/cm². foi também constatado, que a resistência à corrosão da liga eletrodepositada é muito superior àquela observada para o cromo duro. a liga apresentou elevada resistência ao desgaste quando isso comparada com o cromo duro. foi confirmado pelo difartograma de raios x que a liga estudada possui característica amorfa. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq e ao prh(25)/anp/mme/mct pelo apoio financeiro e à professora janet g. osteryoung, do departamento de química da north carolina state university, raleigh, nc, u.s.a, pela contribuição na realização de alguns ensaios e pelas valiosas sugestões. santana, r. a. c. de; prasad, s.; santana, f. s. m. de. electrolytic coating with corrosion and wear resistant ni-w-b amorphous alloy. abstract the process of electrodeposition of amorphous layer of ni-w-b alloy on a cathode, using a bath containing 0.0185 m nickel sulfate, 0.0155 m sodium tungstate, 0.0364 m sodium citrate, 0.017 g/l 1-dodecylsulfate-na and ammonia for ph adjustment to 8.5, has been studied. detailed studies on bath temperature, bath agitation and cathode current density led to the optimum conditions for obtaining satisfactory alloy deposit. the alloy presented higher corrosion and wear resistance in comparison to the hard chromium, besides its amorphous characteristic verified by x-ray diffraction. these alloys should have great importance in various applications in chemical, petroleum, petrochemical, naval, automobile and civil construction industries due to their special characteristics such as high wear and corrosion resistance and the capacity to maintain their mechanical properties at high temperatures. keywords: ni-w-b alloys; electrodeposition; corrosion; amorphous alloys; wear. referências bibliográficas [1] brenner a. electrodeposition of alloys. new york: academic press, 1963. 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ion exchange; atomic absorption spectrometry. introduction at the present moment, one of the most investigated metals is pb (ii),2,5,6,7,8 because of its influence on human organisms. for this reason it has been studied in the environment,3,5 due to its diffussion tendency and use in several branches of industry and technology. although the employment of zeolites for the elimination of heavy metals in water has been studied (1,9), the problem about matrix effect on the ion-exchange process is not fully discussed.this work analizes http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back the possibility of employing zeolite (in particular mordenite) for the elimination of pb (ii) from contaminated water in the presence of other cations. the selectivity of mordenite has been studied with respect to pb (ii) in comparison with other heavy metals like zn (ii) and cd (ii). material and methods in our work we have employed natural zeolite (mordenite type) from "san cayetano", camagüey, cuba; with a composition of sio2 (50-65 %), al2o3 (8-12%) and others elements. the ca(ii) is the predominant cation in mordenite, (23-42%). there are other important cations in the zeolite like mg (ii), k (i), na(i). heavy metal were not detected in the samples by spectral emission analysis. these experiments were carried under static and dynamic conditions at temperature of 25 c. in static conditions, 10 g of mordenite with particle diameter 0.6-1.0 mm, were used. zeolite was treated with 100 ml of pb (ii), ca (ii), mg(ii), na (i), k (i) solutions at different concentrations and ph between 6-9. zeolite in contact with standard solutions were stirred during 2 hours. later pb (ii) concentration was determined in a aas-3 spectrometer. a flame photometer was used for k (i), na(i) determination in prepared solutions. the content of ca(ii), mg (ii) in solutions was determined by titration with edta. the pb (ii) concentrations used in the experiment were 1, 10, 20 mg/l, and the concentrations for other ions were variable. results were treated with the eureka sofware program on a pc computer. dynamic conditions tests were carried out by employing 2 and 10 g of zeolite with particle diameter 0.6-1.0 mm introduced in a chromatographic column (diameter 1.1 cm and height 16 cm ). polluted simulated water was prepared containing variable concentrations of ca (ii), mg (ii), na (i) and k (i). the elution rate was 3 ml/min. fractions of 50 ml eluate were taken for analysis.the pb (ii), zn (ii) and cd (ii) solutions of 77 mg/l were employed for determination affinity of pb (ii), cd (ii) and zn (ii) with respect to zeolite. measurements by atomic absorption spectrometry were made at 283.3, 228.8 and 213.9 nm for pb (ii), cd (ii), and zn (ii) respectively. results and discussion the competitive effect in static conditions of the studied cations in variable concentration ranges in water was not determinant with respect to low concentration of pb (ii).the results are shown in table 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 maximun averages in table 1 are below 50 µg/l. evidently, the final concentration of some cations was greater that initial concentration due to the characteristics of the solution employed and the constitution of zeolite. the latter includes on its structure ca (ii), mg (ii) and other cations. the treatment of experimental results showed the following linear regression equatios: c(pb2+)f =1.183 + c(pb2+)o + 0.635 c(k +) + 0.012 c(ca2+) 0.0073 c(na+)0.0058 c(mg2+) + 0.0039 ph. c(pb2+)f = final concentration. c(pb2+)o = initial concentration. in these preliminary resuls, the relative influence of foreign cation on the pb (ii) ion exchange process were shown quantitatively. this is show the with natural zeolites the effectivenes of polluted water purification, in the presence of ca (ii), mg (ii), k (i) and na (i). in order to use mordenite in dynamic conditions tests were prepared with pb (ii) concentration of 1, 5 and 11 mg/l. the results obtained appear in figure 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 some important results: mordenite can be used for purification of polluted water with low concentration of pb2+ where the process is more effective. purified water can be obtained with pb2+ level less than 0.1 mg/l. however, using 10 g of mordenite in the same experimental conditions (dynamic conditions), 17 l contaminated water with pb2+ at concentration of 4 mg/l can be treated. the ion exchange capacity calculated is more than in precedent experimental cases (figure 2 ). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 the affinity of the other divalent heavy metals, (such as zn2+, cd2+, pb2+) was demonstrated (figure 3). it has the following sequence : pb2+ > cd2+ > zn2+. this has been reported in others papers.4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 conclusion in this work the possibility of using natural zeolites (mordenite type) for the purification of contaminated water with low concentration of pb2+ in the presence of foreign cations like, ca2+, mg2+, na+, k+ and ph between 6-9, has been demonstrated. significant benefit in the usage of zeolite as ion exchange material is evident due to its low cost and hig effectiveness in purifying polluted water. in spite of its low ion exchange capacity in comparison with other ionexchange resins, zeolite could be used for the extraction of pb2+ and after its exhaustion to employ as a raw material in construction. seijó echevarría, m., del tóro déniz, r., martinez castellanos, e., sherbakov, g. a., rodriguez moya, j. j. usos de zeólita natural na remoção de pb2+ de água contaminada. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.15-22,1997. resumo: neste trabalho efetuamos um estudo no processo de sorção de chumbo em águas poluídas, usando zeólita natural com o objetivo de analizar seu comportamento na purificação da água. os ensaios foram realizados sob condições estáticas e dinâmicas, para determinar a influência de outros íons metálicos, como ca (ii), mg (ii), k (i) e na (i) neste processo. nós demonstramos que a afinidade do chumbo em relação à zeólita é maior que a dos íons acima mencionados. isto permite o uso deste material na captura de chumbo em águas residuais. foi obtido um modelo linear de regressão usando um computador chamado eureka, que relaciona a capacidade de intercâmbio da zeólita em relação à concentração dos íons metálicos presentes na água. nós estudamos também a seletividade da zeólita no processo de sorção de pb(ii), comparados com outros metais pesados como zn (ii) e cd (ii). os resultados obtidos nos dois casos reforçaram as expectativas sobre o uso da zeólita como um material de baixo custo para purificação da água. palavras-chave: metais pesados; troca iônica; espectroscopia de absorção atômica. references 1 assenov, a. et al. simultaneous sortion of metal ion on natural zeolites. sofia: bulg. dep. of chem. techn., 1988. 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cu2+, zn2+, cd2+ and pb2 +, em solução aquosa, por apatitas sintéticas usando o método de coluna. sob as mesmas condições, hidroxiapatitas foram mais seletivas para a remoção de cátions que carboapatitas. usando hidroxiapatita, a capacidades de troca aumentaram na seguinte ordem: mn2+ < zn2+ < cu2+ < cd2+ < al3+ < pb2+. a seqüência acima é similar a obtida em trabalhos prévios, usando o método de batelada. análises de drx e iv indicaram a formação de uma fase única atribuída a uma pbapatita. palavras-chave: hidroxiapatita, carboapatita, troca catiônica, metal pesado introdução ortofosfatos cálcicos11 com estrutura apatítica, ou simplesmente apatitas, têm a fórmula ca10(po4)6x2, onde x pode ser o íon f(flúor-apatita, fap), o íon oh(hidroxiapatita, hap) ou o íon cl(cloroapatita, clap), por exemplo. este grupo de minerais foi denominado apatita, do grego apataw, que significa enganar, porque com freqüência, era confundido com minerais pertencentes a outros grupos tais como, água-marinha, olivina, ametista, etc. a estrutura apatítica é muito tolerante a substituições iônicas, por exemplo, íons ca2+ podem ser parcialmente ou totalmente substituídos por íons ba2+, sr2+ ou pb2+, e íons po4 3por íons aso4 3-. freqüentemente também ocorrem substituições duplas, por exemplo, a substituição do íon fosfato (po4 3-) por um sistema com carga -3 (co3 2-, oh-) ou (co3 2-, f-). as carboapatitas (cap) compreendem uma importante série de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor compostos, de composição pouco definida, presentes em rochas fosfatadas, nos minerais dalita (uma hidroxiapatita carbonatada) e francolita (uma flúor-apatita carbonatada) e em bioapatitas, na forma de tecidos calcificados (nos mamíferos, constitui o principal componente de ossos e dentes). a expressão tipo a e tipo b tem sido utilizada para designar duas classes6,7 de carboapatitas. nas carboapatitas do tipo a, os íons carbonato localizam-se em canais e ocupam os mesmos sítios que os íons hidroxila. nas carboapatitas do tipo b, os íons carbonato ocupam os sítios dos íons fosfato. a existência de carboapatitas do tipo ab (os íons carbonato localizam-se em ambos os sítios)4 também tem sido relatada. as três classes de carboapatitas apresentam espectros de absorção do íon carbonato no infravermelho distintos. estudos indicam que as propriedades da hap e a reatividade de sua superfície são fortemente dependentes das condições de síntese empregadas, o que determina sua composição e microestrutura. as técnicas para a síntese de apatitas (hap, fap e cap) são, geralmente, divididas em altas e baixas temperaturas. as sínteses a altas temperaturas envolvem, normalmente, reações no estado sólido e conduzem a apatitas com alto grau de pureza e cristalinidade, porém com pequenas áreas específicas. as sínteses a baixas temperaturas3,13,23 usam técnicas tradicionais de coprecipitação, em solução aquosa, hidrólise e envelhecimento de precursores. essa metodologia, geralmente, produz materiais não-estequeométricos (razão em mol ca2+ / po4 3¹ 1,67), de baixa cristalinidade e com áreas específicas mais elevadas. a precipitação em solução aquosa de fosfatos apatíticos pode ser realizada por vários métodos que diferem na ordem de adição dos reagentes. no método direto, uma solução contendo cátions cálcio é adicionada lentamente a uma solução contendo ânions fosfato; no método inverso, uma solução contendo íons fosfato é adicionada lentamente a uma solução contendo cátions cálcio. no método sugerido por aoba2 e shimoda20, a adição dos reagente é feita de forma contínua e simultânea, de modo que as condições reacionais são mantidas aproximadamente constantes. nas últimas décadas, a busca de novos materiais para o tratamento de efluentes industriais motivou o crescente interesse no estudo da capacidade da hap em remover cátions metálicos9,10;14;16-19;2125. o uso de hidroxiapatitas e carboapatitas sintéticas como trocadores catiônicos inorgânicos tem sido investigado pelo nosso grupo de pesquisa nesses últimos anos8,17,18. os experimentos de troca iônica, realizados por processos descontínuos, apresentaram bons resultados e foram obtidas importantes informações sobre a potencialidade do uso desses materiais como descontaminantes, em especial para íons chumbo (ii). este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar o comportamento de apatitas sintéticas (hidroxiapatita-hap e carboapatita-cap), usadas como fases estacionárias em reatores de leito fixo, na remoção de íons metálicos, a partir de suas soluções aquosas. foram determinadas as capacidades de troca catiônica das apatitas para os íons al3+, cu2+, mn2+, zn2+, cd2+ e pb2+e a ordem de seletividade. material e métodos as amostras de apatitas utilizadas foram preparadas pela adição simultânea, a uma vazão de 250 ml/h, de volumes iguais de soluções a (solução alcalina de fosfato dibásico de amônio; para carboapatitas, a solução a também continha carbonato de amônio numa razão co3 2/ po4 3= 0,2) e b (solução alcalina de nitrato de cálcio numa razão ca2+ / po4 3= 1,67) a uma solução de amônia, mantida sob agitação constante, a 80 oc ± 5 oc e ph = 11. todos reagentes tinham grau analítico e foram usados sem purificações prévias. água deionizada (deionizador permution) foi utilizada em todas as etapas experimentais. o sólido obtido foi seco a 120 oc, por vinte e quatro horas. a fase apatita foi identificada por difração de raio-x em um difratômetro phillips, empregando radiação cu ka (l = 1,5418 å ) gerada a 40 kv e 40 ma, e pelo espectro vibracional, na região do infravermelho, obtido em um espectrofotômetro perkin-elmer 1720. os teores em cálcio e fosfato foram determinados, respectivamente, em um espectrofotômetro de absorção atômica varian spectra a.a-10 plus (l = 422,7 nm; chama de n2o-acetileno) e em um espectrofotômetro uv-visível camspec m-330, empregando o método colorimétrico do azul de molibdênio (l = 728 nm). os teores em carbonato das amostras foram determinados, na forma de carbono total, em um analisador elementar automático (chns-o) modelo 2400, perkin elmer. a área específica do pó foi determinada em um equipamento asap (accelerated surface area and porosimetry) 2000 da micrometrics. a remoção de íons foi realizada em colunas de vidro (comprimento = 250 e 500 mm; diâmetro = 10 mm), preenchidas com esferas de vidro e compactadas com 1 ou 2 g de apatita. os experimentos foram realizados à temperatura ambiente empregando amostras de hidroxiapatitas e carboapatitas de granulometria na faixa entre 100 e 150 mm. as colunas foram percoladas com 200 ml de soluções aquosas contendo os íons al3+, cu2+, mn2+, zn2+, cd2+ e pb2+, na concentração 200 mg.l-1 (e também 500 mg.l-1, para soluções de pb2+), sem correção do ph, na vazão de 2,5 ml/min. essas soluções são naturalmente ácidas, devido à hidrólise do cátion, com ph na faixa entre 4-e 6, de acordo com sua concentração. essa faixa de ph corresponde a faixa ideal de uso das apatitas em processos de troca catiônica8,9;17 em ph < 4 ocorre considerável dissolução das apatitas e em ph > 7 há formação dos hidróxidos metálicos correspondentes. após a percolação das soluções, determinou-se as concentrações dos íons metálicos remanescentes (inclusive o ca2+ liberado) por espectrofotometria de absorção atômica, nas condições indicadas no manual do equipamento (espectrofotômetro varian spectra aa-10). as quantidades de íons metálicos adsorvidos pelas apatitas foram calculadas por diferença entre as concentrações iniciais e as concentrações remanescentes desses íons nas soluções. resultados e discussão caracterização das amostras de apatitas na tabela 1, são apresentados os resultados das análises elementares e da determinação das áreas específicas das amostras de hidroxiapatita (hap) e carboapatita (cap) sintetizadas. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 a hidroxiapatita apresentou um pequeno teor em carbono (0,24%), que pode corresponder a dióxido de carbono adsorvido na superficie do sólido e/ou pode ser proveniente da incorporaração de carbonato na estrutura, durante o processo de síntese, a partir de co2 atmosférico. amostras secas apresentaram difratogramas de raio-x bem definidos contendo unicamente picos característicos da fase apatita. o espectro no infravermelho da hap apresentou picos característicos a 3572 e 630 cm-1. o primeiro, corresponde a banda de vibração de estiramento de grupos ohe o segundo, a liberação de hidroxila (rotação do átomo de hidrogênio ligado a oxigênio. o espectro da cap apresentou bandas a 1455, 1419 e 874 cm-1, absorções típicas do íon co3 2em carboapatitas do tipo b. entretanto, a presença de um ombro a 1545 cm-1 (atribuída a co3 2em carboapatitas do tipo a) e a inexistência de bandas 3572 e 630 cm-1, características de íons ohem hidroxiapatitas, sugerem que também houve incorporação de carbonato no sítio a. trocas catiônicas a figura 1, apresenta a porcentagem (%) de íons metálicos removidos, a partir de soluções a 200 mg.l-1, por colunas contendo 1 e 2 g de apatita. as quantidades trocadas, sugerem que a seletividade observada na remoção de íons (mn2+ < zn2+ < cu2+ < cd2+ < al3+ < pb2+), segue a ordem prevista por suzuki et al.21. segundo os autores, o processo de troca catiônica usando apatitas está intimamente relacionado com o raio do íon metálico e com sua eletronegatividade. íons com raios iônicos na faixa entre 0,9-1,3å substituem mais facilmente os íons ca2+ do tipo ii (1,00å ) na estrutura da hidroxiapatita que íons com raios menores que 0,9å . por outro lado, os íons mais eletronegativos são mais facilmente removidos pela hidroxiapatita. a tabela 2, apresenta as capacidades de troca da hap para os íons mn2+, zn2+, cu2+, cd2+, al3+ e pb2+ (mg de mx+ removido / g de hap), seus respectivos raios iônicos e seus valores de eletronegatividade1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a seletividade da hidroxiapatita para íons al3+ foi surpreendentemente alta. algo semelhante foi observado por tanizawa24, que atribuiu o efeito a grande afinidade desse cátion pelo íon fosfato e a formação de alpo4 hidratado. a mais alta eficiência, em termos de capacidade de troca, foi obtida em colunas contendo hap utilizadas na remoção de pb2+. a percolação de 200 ml de solução de nitrato de chumbo (ii) contendo 500 mg.l-1, sobre um leito fixo contendo 1g de hap, a uma vazão de 2,5 ml/min, removeu cerca de 55,2% dos íons pb2+ da solução. a hidroxiapatita foi mais eficiente que a carboapatita na remoção dos íons mn2+, zn2+ e cu2+, entretanto diante dos íons cd2+ e pb2+ as duas apatitas apresentaram a mesma seletividade. a maior área específica da carboapatita não conduziu a um melhor desempenho em sua capacidade em remover íons metálicos a partir da solução aquosa. a presença de íons carbonato aumenta sua reatividade, tornando-a mais susceptível à acidez do meio, conseqüentemente, parte da carboapatita se dissolve, o que diminui a sua capacidade de remoção. em processos de remoção utilizando hidroxiapatita, a proporção entre a quantidade de matéria (em mmols) de íons ca2+ liberados para a solução e de íons m2+ removidos a partir das soluções foi de aproximadamente 1:1, significando que íons ca2+ da estrutura foram substituídos por íons m2+ da solução. nos processos de remoção utilizando carboapatita, a quantidade de íons ca2+ liberados para a solução foi muito maior que a de íons m2+ removidos. difratograma de raio-x e espectros no iv dos sólidos após a troca catiônica em grande parte dos experimentos, os teores em íons metálicos incorporados às estruturas das apatitas não foram suficientes para produzirem modificações detectáveis nos espectros no iv dos sólidos submetidos a trocas catiônicas e, em relação ao padrão de picos do difratograma de raio-x, observou-se, apenas, uma diminuição no grau de cristalinidade do material. entretanto, em relação ao íon pb2+, a incorporação deste cátion nas estruturas da hap e da cap tornou-se evidente com o aparecimento do pico a 30,4o (em 2q ), atribuído à formação de pb-apatitas5,12 (figuras 2 e 3). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 comparando-se os espectros no iv de amostras de apatitas antes e após a remoção de íons pb2+, a partir de soluções de pb(no3)2 a 500 mg.l-1, observou-se o alargamento das bandas correspondentes aos modos vibracionais n 2 e n 3 do po4 3 (a 962 e 1041cm-1, respectivamente), atribuído a presença de cátions diferentes de ca2+ ancorados na estrutura apatítica16, e um ligeiro deslocamento para números de onda menores. conclusões os resultados permitiram concluir que o método de remoção de íons metálicos usando apatitas como fases estacionárias em reatores de leito fixo é menos eficiente que o método de descontínuo. entretanto, observou-se a mesma seqüência de seletividade para as trocas catiônicas, que foi a seguinte: mn2+ < zn2+ < cu2+ < cd2+ < al3+ < pb2+. para os íons mn2+ , zn2+ e cu2+ , a carboapatita foi um trocador menos eficinte que a hidroxiapatita. as altas taxa de remoção para pb2+ sugerem uma maior seletividade para esse íon. a formação de uma fase de apatita de chumbo foi confirmada pelos padrões do difratograma de raio-x e dos espectros no iv das amostras de hap e cap submetidas à remoção. agradecimentos a autora m. f. t. gomes expressa os seus agradecimentos à uerj pela bolsa de procientista e ao cnpq pela concessão de bolsa de iniciação científica a aluna jaqueline s. de freitas. freitas, j.s. de, salomão, g.c., gomes, m.f.t. removal of heavy metal ions from aqueous solutions by synthetic apatites using the column ion-exchange method. ecl. quím. (são paulo), v.25, p. , 2000. abstract: the removal of ions such as al3+, mn2+, cu2+, zn2+, cd2+ and pb2 + in aqueous solutions by synthetic apatites has been investigated using the column method. under the same conditions, hydroyapatites were more selectives that carbonate apatites for cations remotion. using hydroyapatites, the ranking of ions according to amount exchanged was as follows: mn2+ < zn2+ < cu2+ < cd2+ < al3+ < pb2+. the order of the ions was similar to that observed in previous works using the batch method. xrd and ir analysis indicated the formation of a single phase of pb2+ ionexchanged. keywords: hydroxyapatites; carbonate apatite; ion exchange; heavy metal. referências bibliográficas 1. allred, a. l. electronegativity values from thermochemical data. j. inorg. nucl. chem., v.17, p. 215-21, 1961. [ links ] 2. aoba, t; moreno, e. c. preparation of hydroxyapatite crystals and their behavior as seeds for crystal growth. j. dent. res., v.63, p.874-80, 1984. 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universidade federal de viçosa. * lcab@ufv.br resumo: a reação de cicloadição [4+3] entre o furano e o cátion oxialílico, gerado in situ a partir da 2,4dibromopentan-3-ona, forneceu o 2α,4α-dimetil-8-oxabiciclo[3.2.1]oct-6-en-3-ona (1). a oxidação catalítica do oxabiciclo 1 com tetróxido de ósmio em presença de peróxido de hidrogênio em excesso levou à formação do acetonídeo 10, a partir do qual foram obtidos os álcoois 2, 11-15, com rendimentos de 23-86%. o tratamento dos álcoois 11-13 com cloreto de tionila, em presença de piridina, resultou nos respectivos alquenos 17 (94%), 18 (89%) e 19 (80%). a atividade herbicida dos compostos foi avaliada sobre o desenvolvimento do sistema radicular de sorghum bicolor l. e cucumis sativus l., nas concentrações de 100 e 250 ppm. palavras-chave: cicloadição [4+3]; cátion oxialílico; herbicidas. introdução a sustentabilidade de um cultivo intensivo é dependente da estratégia de ataque aos inimigos naturais, que podem ser animais (insetos e nematóides) e,ou, microrganismos (vírus, bactérias e fungos). aliado a esses agentes, há também a presença de plantas daninhas, cujo efeito deletério mais óbvio sobre as culturas é a perda de rendimento através da competição entre as espécies por água, luz e nutrientes [1]. historicamente, o controle químico de plantas daninhas tornou-se necessário com a expansão da agricultura “ em razão do crescimento populacional “ e tem sido bastante eficiente com a utilização de herbicidas. o consumo de herbicidas em países desenvolvidos, que é, em geral, bastante superior ao consumo total de inseticidas, fungicidas e outros agentes, atesta as conseqüências do êxodo rural. particularmente, o uso de compostos orgânicos sintéticos na agricultura contribuiu significativamente para a melhoria de qualidade das culturas, resultando em uma adoção difundida dessa prática agrícola [2]. eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2033 34 ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 em trabalho anterior [3] foi descrita a síntese e avaliação da atividade fitotóxica de álcoois e alquenos derivados do 2α,4α-dimetil-8oxabiciclo[3.2.1]oct-6-en-3-ona (1), o qual foi obtido a partir da reação de cicloadição [4+3] entre cátions oxialílicos e dienos [4,5]. os álcoois 2, 3 e 4, na concentração de 6,6 ppm, causaram 100% de inibição sobre a raiz de sorghum bicolor l., enquanto o 5 provocou somente 22% de inibição [3]. esses resultados mostram que, no caso dos álcoois, a interação com o sítio ativo de inibição é possivelmente dependente da substituição no anel aromático, tendo em vista a baixa inibição causada pelo álcool 5. também pode-se observar que a natureza eletrônica do substituinte no anel aromático parece não ser determinante da atividade, já que os álcoois 2 e 3 apresentam substituintes de efeito eletrônico contrários ao de 4. foram também realizados ensaios com os alquenos 6, 7, 8 e 9, que causaram, respectivamente, 15%, 37%, 32% e 36% de inibição sobre o desenvolvimento de raízes de s. bicolor [3]. para dar continuidade ao estudo do potencial fitotóxico dessa classe de substâncias, foram preparados novos arilálcoois (11-15) e arilalquenos (17-19) derivados do oxabiciclo 1. considerando-se a substituição no anel aromático, foram obtidos derivados com diferentes substituintes, buscando-se avaliar a influência destes, bem como o padrão de substituição no anel, sobre a atividade fitotóxica. os ensaios para avaliação do potencial fitotóxico dos compostos sintetizados foram realizados utilizando-se s. bicolor e cucumis sativus. parte experimental procedimentos experimentais gerais os reagentes utilizados nas reações e os solventes usados para cromatografia em coluna de sílica gel foram previamente purificados e secados de acordo com os procedimentos descritos na literatura [6]. na purificação das substâncias utilizou-se a cromatografia em coluna de sílica-gel 60 (70-230 mesh-astm, merck). todas as reações foram monitoradas por cromatografia em camada delgada comparativa utilizando-se placas de sílica gel camlab-polygram silk/uv 254 , com 0,25 mm de espessura. as temperaturas de fusão foram determinadas em aparelho kofler r winkel sotting. os espectros na região do infravermelho, obtidos em espectrômetro perkin elmer ftir 1000 foram registrados com amostras preparadas em pastilhas de kbr para as substâncias sólidas, ou como filme líquido, no caso das oleosas. os espectros de rmn de 1h e rmn de 13c foram obtidos em espectrômetro varian mercury 300. os deslocamentos químicos estão apresentados em partes por milhão (d), relativos ao tetrametilsilano (tms, δ = 0,0) e como solvente utilizou-se cdcl 3 . os espectros de massas foram obtidos em espectrômetro shimadzu gcmsqp5050a, por inserção direta, utilizando-se uma fonte de 70 ev. procedimentos sintéticos os compostos 1 e 10 foram preparados de acordo com metodologia descrita na literatura [3] e obtidos com rendimentos de 75% e 89%, respectivamente. o álcool 2, já descrito anteriormente [3], foi novamente preparado (rendimento de 60%), visando avaliar sua atividade biológica, sob as mesmas condições empregadas no ensaio de avaliação de fitotoxicidade para os álcoois 11-15, descritos neste trabalho. 2α,4α-dimetil-3-(4-fluoro-3-metilfenil)6 , 7 e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 oxabiciclo[3.2.1]octan-3a-ol (11): a uma solução de 5-bromo-2-fluorotolueno (0,9 g, 4,7 mmol) em thf anidro (40 ml) foi figura 1. ligação de hidrogênio no álcool 15. eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2034 35ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 adicionada solução de butil lítio (3,1 ml, 1,6 mol l-1 ,em hexano, 5 mmol), à temperatura de -78 oc. após uma hora, adicionou-se a solução do acetonídeo 10 (0,45 g, 2,2 mmol em 5 ml de thf anidro). a mistura foi mantida a -78 oc durante uma hora, e em temperatura ambiente por 12 horas. em seguida, foram adicionados 20 ml de água e o produto foi extraído com diclorometano (3 x 30 ml). a fase orgânica foi lavada com solução saturada de nacl (30 ml), secada sobre mgso 4 anidro e concentrada em evaporador rotatório. a purificação do material obtido, por cromatografia em coluna de sílica-gel (hexano:éter dietílico 2:1), forneceu o álcool 11 (0,61 g, 1,8 mmol, 81%). t f = 207-209 ºc, sólido branco. iv (kbr, cm-1) υ max : 3478, 2944, 1503, 1380, 1220, 1207, 1092, 1055, 865, 820, 774. rmn de 1h (300 mhz, cdcl 3 ) d: 0,71 (d, j me,2 = j me,4 = 7,5 hz, h14 e h15); 1,36 (s, h12 ou h13); 1,51 (s, h12 ou h13); 1,67 (s, oh); 2,26 (d, j me,f = 1,5 hz, me-ar); 2,32 (dq, j 2,me = j 4,me = 7,5 hz, j 2,1 = j 4,5 = 4,2 hz, h2 e h4); 4,09 (d, j 1,2 = j 5,4 = 4,2 hz, h1 e h5); 5,04 (s, h6 e h7); 6,94 (t, j 5’,6’ = j 5’,f = 8,9 hz; h5’); 7,09-7,13 (m, h2’ e h6’). rmn de 13c (75 mhz, cdcl 3 ): 160,3 (d, j c,f = 242 hz, c4’); 140,4 (d, j c,f =3,4 hz, c1’); 128,2 (d, j c,f = 5,1 hz, c2’); 124,6 (d, j c,f = 17,2 hz, c3’); 124,0 (d, j c,f =8,0 hz, c6’); 114,7 (d, j c,f =21,8 hz, c5’); 111,3 (cme 2 ); 84,5 (c6, c7); 80,9 (c1, c5); 77,0 (c3); 43,2 (c2, c4); 26,7 (me); 25,1 (me); 15,4 (d, j c,f = 3,5 hz, me-ar); 10,1 (h14 e h15). em, m/z (%): 321 (m-15, 61), 137 (100), 123 (21), 109 (30), 97 (16), 83 (41), (30), 43 (87), 41 (20). análise elementar: encontrado: c: 68,29%, h: 7,46%; c 18 h 23 fo 4 requer c: 67,83%, h: 7,49%. os álcoois 12-15 foram preparados de acordo com o procedimento descrito para o álcool 11. 2α,4α-dimetil-3-(4-trifluorometilfenil)6 , 7 e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 oxabiciclo[3.2.1]octan-3a-ol (12): 52% (hexano:éter dietílico 3:1), t f = 197-198,5 ºc, sólido branco. iv (kbr, cm-1) max : 3455, 3049, 2984, 2938, 1456, 1375, 1329, 1210, 1116, 1058, 868, 782, 716. rmn de 1h (300 mhz, cdcl 3 ) d: 0,71 (d, j me,2 = j me,4 = 6,9 hz, h14 e h15); 1,37 (s, h12 ou h13); 1,52 (s, h12 ou h13); 1,72 (s, oh); 2,37 (dq, j 2,me = j 4,me = esquema 1. i) nai, cu, mecn, 18 h, 25 oc; ii) oso 4 , h 2 o 2 , acetona, et 2 o, 3 dias, 25 oc; iii) acetona, apts, cuso 4 , 5 dias, 25 oc; iv) buli, thf, -78 oc, 14 h, h 3 o+; v) socl 2 , piridina, 0 oc, 12 h. eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2035 36 ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 6,9 hz, j 2,1 = j 4,5 = 3,6 hz, h2 e h4); 4,11 (d, j 1,2 = j 5,4 = 3,6 hz, h1 e h5); 5,05 (s, h6 e h7); 7,47 (d, j 2’,3’ = j 6’,5’ = 8,4 hz, h2’, h6’); 7,60 (d, j 3’,2’ = j 5’,6’ = 8,4 hz, h3’, h5’). rmn de 13c (75 mhz, cdcl 3 ): 149,1 (c1’); 125,6 (c2’, c6’); 125,4 (q, j c,f = 3,4 hz, c3’, c5’); 129,5 (q, j c,f = 32 hz, c4’); 111,4 (cme 2 ); 84,3 (c6, c7); 80,8 (c1, c5); 76,9 (c3); 43,0 (c2, c4); 26,7 (me); 25,1 (me); 10,1 (h14 e h15). em, m/z (%): 357 (m15,100), 297 (23), 251 (20), 213 (35), 173 (88), 145 (41), 123 (17), 111 (37), 95 (30), 83 (37), 57 (36), 55 (53). análise elementar: encontrado: c: 61,32%, h: 6,20%; c 19 h 23 f 3 o 4 requer c: 61,28%, h: 6,22%. 2α,4α-dimetil-3-(3-trifluorometilfenil)6 , 7 e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 oxabiciclo[3.2.1]octan-3a-ol (13): 86%, (hexano:éter dietílico 3:1), t f = 185-186 ºc, sólido branco. iv (kbr, cm-1) max : 3456, 2977, 2943, 2882, 1433, 1380, 1207, 1130, 1056, 803, 773, 704. rmn de 1h (300 mhz, cdcl 3 ) d: 0,72 (d, j me,2 = j me,4 = 6,9 hz, h14 e h15); 1,37 (s, h12 ou h13); 1,52 (s, h12 ou h13); 1,74 (s, oh); 2,37 (dq, j 2,me = j 4,me = 6,9 hz, j 2,1 = j 4,5 = 4,2 hz, h2 e h4); 4,12 (d, j 1,2 = j 5,4 = 4,2 hz, h1 e h5); 5,05 (s, h6 e h7); 7,40-7,58 (m, h4’, h5’ e h6’); 7,62 (sl, h2’). rmn de 13c (75 mhz, cdcl 3 ): 146,3 (c1’); 130,7 (q, j c,f = 32 hz, c3’); 129,0 (c5’); 128,5 (c6’); 124,15 (q, j c,f = 3,5 hz, c4’); 122,0 (q, j c,f = 3,5 hz, c2’); 111,4 (cme 2 ); 84,3 (c6, c7); 80,8 (c1, c5); 76,9 (c3); 43,1 (c2, c4); 26,6 (me); 25,1 (me); 10,1 (h14 e h15). em, m/z (%): 357 (m-15, 75), 297 (15), 251 (13), 213 (24), 173 (100), 145 (39), 123 (14), 111 (37), 95 (31), 83 (46), 57 (49), 55 (92), 51 (52). análise elementar: encontrado: c: 61,38%, h: 6,03%; c 19 h 23 f 3 o 4 requer c: 61,28%, h: 6,22%. 2α,4α-dimetil-3-(3,5-diclorofenil)-6,7e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 oxabiciclo[3.2.1]octan-3a-ol (14): 23% (hexano:éter dietílico 2:1), t f = 261,6-262,4 ºc, sólido amarelo. iv (kbr, cm-1) max : 3418, 2963, 2943, 2873, 1636, 1564, 1372, 1209, 1069, 1045, 965, 859, 800, 685. rmn de 1h (200 mhz, cdcl 3 ) d: 0,74 (d, j me,2 = j me,4 = 7,2 hz, h14 e h15); 1,37 (s, h12 ou h13); 1,52 (s, h12 ou h13); 1,79 (s, oh); 2,30 (dq, j 2,me = j 4,me = 6,9 hz, j 2,1 = j 4,5 = 4,2 hz, h2 e h4); 4,12 (d, j 1,2 = j 5,4 = 4,0 hz, h1 e h5); 5,02 (s, h6 e h7); 7,24-7,29 (m, h2’, h4’ e h6’). rmn de 13c (50 mhz, cdcl 3 ): 149,0 (c1’); 135,1 (c3’ e c5’); 127,3 (c4’); 124,0 (c2’ e c6’); 111,3 (cme 2 ); 84,0 (c6, c7); 80,4 (c1, c5); 76,9 (c3); 42,6 (c2, c4); 26,2 (me); 24,6 (me); 9,6 (h14 e h15). em, m/z (%): 358 (5), 227 (3), 173 (20), 111 (16), 83 (12), 57 (14), 43 (100), 41 (19). *médias seguidas por uma mesma letra não diferem entre si pelo teste de tukey a 5% de probabilidade. tabela 1.efeito dos álcoois 2, 11-15, nas concentrações de 100 e 250 ppm, sobre o desenvolvimento do sistema radicular de sorghum bicolor l. e cucumis sativus l., 72 horas após a semeadura. eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2036 37ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 2α,4α-dimetil-3-(2-metoxi-5-metil)-6,7e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 o x a b i c i clo[3.2.1]octan-3a-ol (15): 89% (hexano:éter dietílico 2:1), t f = 183-184 ºc, sólido branco. iv (kbr, cm-1) max : 3449, 2989, 2963, 2942, 1652, 1612, 1495, 1375, 1262, 1241, 1085, 1041, 823, 798. rmn de 1h (300 mhz, cdcl 3 ) d: 0,83 (d, j = 7,2 hz, me); 1,37 (s, h12 ou h13); 1,51 (s, h12 ou h13); 1,58 (oh); 2,26 (s, me-ar); 2,27-2,35 (m, h4, h2); 3,84 (s, o-me); 4,05 (d, j 1,2 = j 5,4 = 4,2 hz, h1 e h5); 6,80 (d, j = 8,7 hz, h3’); 7,13 (d, j = 2,1 hz, h6’); 6,96-7,03 (m, h4’). rmn de 13c (75 mhz, cdcl 3 ): 156,73 (c2’); 131,52 (c5’); 131,11 (c1’); 128,75 (c6’); 128,23 (c4’); 113,28 (c3’); 110,82 (cme 2 ); 84,88 (c6 e c7); 81,01 (c1 e c5); 76,80 (c3); 57,30 (o-me); 44,66 (c2 e c4); 26,70 (me); 25,10 (me); 21,26 (me-ar); 11,19 (me); 10,7 (me). em, m/z (%): 333 (m-15, 11), 227 (3), 207 (13), 149 (100), 112 (17), 91 (14), 83 (15), 55 (12), 43 (33), 41 (10). 2α,4α-dimetil-3-(4-fluoro-3-metilfenil)6 , 7 e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 oxabiciclo[3.2.1]oct-2-eno (17): a uma solução do álcool 11 (0,11 g, 0,32 mmol) em piridina anidra (3 ml) foi adicionado cloreto de tionila (1 ml). a mistura resultante foi mantida sob agitação magnética e banho de gelo durante uma hora. em seguida, foram adicionadas gotas de solução de hcl (2 mol l-1) até a completa neutralização do excesso de piridina. o produto foi extraído com diclorometano (4 x 20 ml) e a fase orgânica foi lavada com solução saturada de nacl, secada sobre mgso 4 anidro e concentrada em evaporador rotatório. a purificação do material obtido por cromatografia em coluna de sílica-gel (hexano:éter dietílico 5:1) forneceu o alqueno 17 (0,1 g, 0,3 mmol, 94%). t f = 202-204 ºc, sólido amarelo. iv (kbr, cm1) max : 2956, 2925, 2855, 1500, 1480, 1459, 1377, 1232,1207, 1083, 1046, 819, 758, 699. rmn de 1h (300 mhz, cdcl 3 ) d: 0,75 (d, j me,4 = 7,5 hz, 4-me); 1,36 (s, h12 ou h13); 1,55 (s, h12 ou h13); 1,57 (d, j me,4 = 2,3 hz, 2-me); 2,29 (s, me-ar); 2,9-3,1 (m, h4), 4,27 (s, h1); 4,32 (d, j 5,4 = 5,4 hz, h5); 4,67 (d, j 6,7 = 5,7 hz, h6); 4,85 (d, j 7,6 = 5,7 hz, h7); 6,8-7,3 (m, h2’, h5’ e h6’). rmn de 13c (75 mhz, cdcl 3 ): 131,5 (c3); 129,7 (c1’); 128,3 (d, j c,f = 9,1 hz, c6’); 127,4 (d, j c,f = 7,4 hz, c2’); 127,1 (c2); 125,8 (c3’); 114,8 (d, j c,f = 21,0 hz, c5’); 112,3 (cme 2 ); 84,98 (c7); 84,96 (c6); 82,0 (c5); 80,8 (c1); 36,1 (c4); 26,7 (me); 25,4 (me); 17,3 (me); 15,1 (me); 14,6 (d, j c,f = 10,8 hz, me-ar). em m/z (%): 319 (m+1, 3), 318 (m+, 8), 303 (m-15, 15), 231 (28), 217 (15), 203 (20), 160 (8), 146 (9), 91 (4), 82 (7), 57 (4), 43 (51), 32 (100). os alquenos 18 e 19 foram preparados de acordo com o procedimento acima descrito para o alqueno 17. 2α,4α-dimetil-3-(4-trifluorometilfenil)6 , 7 e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 oxabiciclo[3.2.1]oct-2-eno (18): 89% (hexano:éter dietílico 5:1), t f = 112-114 ºc, sólido branco. iv (kbr, cm-1) max : 2981, 2959, 2855, 1572, 1457, 1375, 1325, 1271, 1224, 1066, 1041, 800. rmn de 1h (300 mhz, cdcl 3 ) d: 0,73 (d, j me,4 = 7,5 hz, 4me); 1,36 (s, h12 ou h13); 1,54 (s, h12 ou h13); 1,55 (d, j me,4 = 2,7 hz, 2-me); 3,0-3,1 (m, h4); 4,27 (s, h1); 4,32 (d, j 5,4 = 5,4 hz, h5); 4,67 (d, j 6,7 = 5,7 hz, h6); 4,84 (d, j 7,6 = 5,7 hz, h7); 7,14 (d, j 2’,3’ = j 6’,5’ = 7,5 hz, h2’ e h6’); 7,58 (d, j 3’,2’ = j 5’,6’ = 7,5 hz, h3’ e h5’). rmn de 13c (75 mhz, cdcl 3 ): 142,7 (d, j c,f = 1,7 hz, c1’); 134,6 (c3); 129,4 (c4’); 129,0 (c2’, 65’); 126,2 (c2); 125,4 (q, j c,f = 3,5 hz, c3’, c5’); 120,8 (q, j c,f = 270,15 hz, cf 3 ); 112,5 (cme 2 ); 84,9 (c7); 84,8 (c6); 81,9 (c5); 80,7 (c1); 35,6 (c4); 26,4 (me); 25,1 (me); 16,9 (me); 14,1 (me). em m/z (%): 355 (m+1, 3), 354 (m-15, 13), 281 (10), 267 (52), 253 (25), 239 (37), 191 (8), 145 (4), 91 (4), 82 (16), 57 (4), 43 (100). 2α,4α-dimetil-3-(3-trifluorometilfenil)6 , 7 e x o i s o p r o p i l i d e n o d i o x i 8 oxabiciclo[3.2.1]oct-2-eno (19): 80% (hexano:éter dietílico 5:1), óleo amarelo. iv (filme líquido, cm-1) max . 2981, 2939, 2858, 1590, 1487, 1435, 1375, 1265, 1163, 1075, 1044, 978, 864, 803, 707. rmn de 1h (300 mhz, cdcl 3 ) d: 0,73 (d, j me,4 = 7,2 hz, 4me); 1,36 (s, h12 ou h13); 1,54 (s, h12 ou h13); 1,55 (d, j me,4 = 2,4 hz, 2-me); 3,0-3,1 (m, h4); 4,27 (s, h1); 4,32 (d, j 5,4 = 5,4 hz, h5); 4,67 (d, j 6,7 = 6,0 hz, h6); 4,85 (d, j 7,6 = 5,7 hz, h7); 7,28 (s, h2’); 7,207,56 (m, h4’, h5’, h6’). rmn de 13c (75 mhz, cdcl 3 ): 139,7 (c3); 134,5 (c1’); 132,0 (c5’); 131,0 (c2); 129,0 (c6’); 125,5 (q, j c,f = 3,37 hz, c2’); 124,5 (q, j c,f = 115,05 hz, cf 3 ); 123,8 (q, j c,f = 3,97 hz, c4’); 112,5 (cme 2 ); 84,8 (c6); 84,8 (c7); 81,9 (c5); 80,7 (c1); 35,6 (c4); 26,4 (me); 25,1 (me); 16,9 (me); 14,1 (me). em m/z (%): 355 (m, 3), 253 (26), 240 (36), 226 (12), 183 (5), 145 (3), 127 (5), 43 (100), 41 (10). eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2037 38 ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 ensaios biológicos os ensaios para avaliação da atividade fitotóxica das substâncias sintetizadas foram realizados em laboratório, utilizando-se sorghum bicolor l. (sorgo) e cucumis sativus l. (pepino), plantas-teste usadas em ensaios com diversas classes de compostos [7]. foram preparadas soluções, em diclorometano, dos álcoois 2 e 1115 e dos alquenos 17-19, nas concentrações de 100 e 250 ppm, conforme metodologia adaptada da literatura [8]. os experimentos foram conduzidos em placas de petri de 6 cm de diâmetro, nas quais foram adicionados 2 ml de cada solução. as placas foram deixadas à temperatura ambiente até a evaporação do solvente. em seguida foram adicionados 2 ml de água e 20 sementes da plantateste, previamente esterilizadas por imersão durante 10 minutos em solução a 20% de hipoclorito de sódio. as placas foram incubadas a 25 oc, sob luz fluorescente (8 x 40 w), por um período de três dias, quando então os comprimentos das raízes foram medidos. as porcentagens de inibição foram calculadas com base nos dados obtidos nos experimentos controle, realizados com água nas mesmas condições descritas. o delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com cinco repetições. os dados foram analisados utilizandose o teste de tukey [9]. resultados e discussão síntese em trabalho anterior [3] foi descrita a síntese do composto 2a,4a-dimetil-8-oxabiciclo[3.2.1]oct-6en-3-ona (1), utilizando-se a reação de cicloadição [4+3][10-14]. visando dar continuidade à pesquisa para a descoberta de novas moléculas com potencial atividade herbicida e, ou, reguladora do crescimento de plantas, apresentamos neste trabalho a síntese de novos álcoois e alquenos derivados do oxabiciclo 1, que foram preparados de acordo com a metodologia apresentada no esquema 1. a reação de cicloadição [3+4] entre o cátion oxialílico, gerado in situ a partir da 2,4dibromopentan-3-ona, e o furano forneceu o cicloaduto 1, intermediário para a realização das subseqüentes transformações químicas. a reação de 1 com peróxido de hidrogênio e tetróxido de ósmio resultou no diol correspondente, que foi convertido, sem purificação prévia, no acetonídeo 10 após tratamento com acetona em presença de ácido p-toluenossulfônico e sulfato de cobre anidro [3]. no preparo dos álcoois arílicos 2 e 11-15 foi empregada a metodologia com utilização de aril lítio, que permite a adição de diversos nucleófilos à carbonila do acetonídeo 10 [3,13-14]. somente no *médias seguidas por uma mesma letra não diferem entre si pelo teste de tukey a 5% de probabilidade. tabela 2.efeito dos compostos alquenos 17-19, na concentração de 100 e 250 ppm, sobre o desenvolvimento do sistema radicular de sorghum bicolor l. e cucumis sativus l., 72 horas após a semeadura. eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2038 39 volume 30, número 4, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 caso da reação para obtenção do álcool 16, em que se utilizou brometo de 2,6-difluorofenila, não foi obtido o produto desejado, sendo recuperado o material de partida. provavelmente o insucesso da reação se deve à baixa reatividade do nucleófilo, ocasionada pelo forte efeito indutivo retirador de elétrons decorrente da presença de dois átomos de flúor. as fórmulas moleculares propostas para os álcoois foram confirmadas pela análise elementar ou pela espectrometria de massas. em alguns casos não foi evidenciado no espectro o sinal do íon molecular, sendo observado o sinal correspondente ao íon [m-15]+, de considerável intensidade relativa. a formação dos álcoois foi confirmada pela análise dos espectros no infravermelho, que apresentaram bandas de absorção em torno de 3450 cm-1, atribuídas à deformação axial da ligação o-h. absorções intensas em 1500-1600 cm-1, relativas à deformação axial da ligação c=c do anel aromático, identificaram o grupo fenil. os espectros de rmn de 1h e de 13c dos álcoois obtidos são bastante semelhantes, uma vez que diferem entre si pelo número e tipo de substituintes no grupo fenil. notase diminuição no valor de deslocamento químico atribuído aos hidrogênios h2 e h4 nos álcoois, quando comparado aos mesmos hidrogênios no acetonídeo 10, em decorrência da ausência do grupo carbonila. alguns sinais no espectro de rmn de 1h do álcool 15 apresentaram-se duplicados. essa observação indica a existência de dois confôrmeros, em decorrência da presença do substituinte metoxila em posição orto no anel aromático. a mudança de ambiente eletrônico originou sinais distintos para os grupos metilas em c2 e c4, levando à presença de dois dupletos (j = 7,2 hz), fato não ocorrido com os demais álcoois. também foram identificados dois simpletos relativos aos hidrogênios do grupo metoxila. do mesmo modo, a análise do espectro de rmn de 13c confirmou a existência dos confôrmeros pela duplicação de alguns sinais, como, por exemplo, do grupo metoxila e dos carbonos c2 e c4. a análise com modelos moleculares mostrou que a formação de ligação de hidrogênio intramolecular entre o grupo hidroxila e o substituinte metoxila em posição orto no anel aromático é bastante propensa (figura 1) e certamente representa a estrutura do confôrmero em predominância. a presença de átomos de flúor nos álcoois 11, 12 e 13 foi confirmada pela análise dos espectros de rmn de 13c. o espectro do álcool 11 mostrou desdobramento de sinal para todos os átomos de carbono do anel aromático. nos demais álcoois também foi constatado desdobramento de sinais, à exceção do sinal para o grupo trifluorometil (cf 3 ), que não foi observado devido às condições de obtenção do espectro. a desidratação dos álcoois foi feita utilizando-se a reação com cloreto de tionila, em presença de piridina, e resultou nos alquenos 1719 com rendimentos de 94%, 89% e 80%, respectivamente. modificações aparentes ocorreram nos espectros de rmn de 1h dos alquenos, quando comparados aos dos álcoois. a presença da ligação dupla ocasiona aumento do número de sinais nos espectros dos alquenos, em decorrência da perda de simetria molecular, que também altera o padrão de multiplicidade de alguns sinais. os hidrogênios h6 e h7, que não mostraram desdobramento de sinal nos espectros dos álcoois, apresentaram-se como dupletos distintos em função do acoplamento vicinal. a análise do modelo molecular de dreiding para os álcoois mostrou que a estrutura é bastante rígida, sendo o ângulo diedro entre os hidrogênios h1/h7 e h5/h6 igual a 90º. portanto, nesse caso não ocorrerá acoplamento vicinal entre esses átomos de hidrogênio. os carbonos olefínicos foram devidamente identificados nos espectros de rmn de 13c dos alquenos. desdobramento de sinais também foi observado nos espectros de rmn de 13c dos alquenos 17-19. os sinais em d 120,8 e d 124,4 confirmaram a presença do grupo cf 3 nos alquenos 18 e 19, respectivamente. ensaios biológicos os ensaios preliminares para avaliação de fitotoxicidade devem ser realizados com plantas que apresentem rápido crescimento e respostas visíveis no ensaio [15]. esses ensaios são bastante úteis para a avaliação do potencial fitotóxico de uma classe de compostos, pois os resultados orientam para a busca de novas metodologias de ensaios com maior especificidade e diferentes tipos de respostas. a atividade fitotóxica dos álcoois e alquenos derivados do oxabiciclo 1 foi avaliada eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2039 40 ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 sobre o desenvolvimento do sistema radicular de s. bicolor e c. sativus, utilizando-se soluções dos compostos nas concentrações de 100 e 250 ppm. nas tabelas 1 e 2 são apresentados os resultados. no ensaio realizado com os álcoois, na concentração de 100 ppm, a maior taxa de inibição foi observada sobre s. bicolor (24,5%) ao se utilizar o álcool 11. na concentração de 250 ppm todos os álcoois, à exceção do 2, causaram inibição sobre s. bicolor e c. sativus, sendo a maior delas proporcionada pelo álcool 13 (19,6%) sobre s. bicolor. a presença do substituinte trifluorometil (cf 3 ) somente determinou inibição nos ensaios realizados na concentração de 250 ppm, sendo a maior causada pelo álcool 13 (19,6%) sobre s. bicolor. em trabalho anterior verificou-se que, em alguns casos, os alquenos apresentaram menor atividade inibidora em relação aos álcoois precursores [3]. a comparação dos resultados obtidos nos ensaios realizados com os alquenos 17-19 com aqueles dos respectivos álcoois precursores 11, 12 e 13 mostrou que fitotoxicidade é influenciada pela presença do grupo oh. foi observado estímulo sobre o crescimento de s. bicolor com todos os alquenos, em ambas as concentrações. inibição pouco expressiva ocorreu sobre c. sativus quando se utilizou o álcool 17 (12,9%) na concentração de 250 ppm. conclusões a reação de cicloadição [4+3] entre 2,4dibromopentan-3-ona e furano forneceu o 2α,4αdimetil-8-oxabiciclo[3.2.1]oct-6-en-3-ona (1), com rendimento de 75%. álcoois e alquenos derivados do composto 1 foram obtidos com rendimentos de 23-86%, a partir de uma seqüência de três etapas. a reação de desidratação dos álcoois resultou nos alquenos correspondentes, com rendimentos de 8094%. os resultados obtidos nos ensaios de fitotoxicidade mostraram que o efeito de indução sobre o crescimento de s. bicolor e c. sativus prevalece sobre a inibição, mediante as condições de realização dos ensaios. dentre os álcoois, o maior percentual de inibição foi observado sobre s. bicolor (24,5%, álcool 11), na concentração de 100 ppm. na concentração de 250 ppm, o efeito de inibição dos álcoois prevaleceu sobre a indução de crescimento. no caso dos alquenos, o efeito de inibição foi pouco expressivo, confirmando a hipótese de que, nessa classe de compostos, os álcoois são mais ativos em relação aos alquenos. esses resultados mostram claramente que a química descrita neste trabalho pode ser utilizada para o preparo do maior número de análogos, visando estudos detalhados da relação estrutura-atividade e a descoberta de compostos com potencial uso comercial. agradecimentos ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), pelas bolsas de pesquisa (l. c. a. barbosa e a. j. demuner) e de iniciação científica (v. l. silva e f. m. oliveira); à fundação de amparo à pesquisa de minas gerais (fapemig) e ao cnpq, pelo apoio financeiro; e ao prof. antônio a. silva (departamento de fitotecnia-ufv), pelo auxílio na análise estatística dos dados experimentais. recebido em: 19/08/2005 aceito em: 18/10/2005 l. c. a. barbosa, c. r. a. maltha, a. j. demuner, v. l. silva, f. m. oliveira, e. e. l. borges. phytotoxicity of new derivatives alcohols and alkenes of 2a,4a-dimethyl-8-oxabicyclo[3.2.1]oct-6-en-3-one. abstract: the [4+3] cycloaddition between furan and the oxyallyl cation generated from 2,4-dibromopentan3-one resulted in the formation of 2α,4α-dimethyl-8-oxabicyclo[3.2.1]oct-6-en-3-one (1). the catalytic oxidation of 1 with osmium tetraoxide and excess hydrogen peroxide resulted in the formation of acetonide 10. this was further converted into the alcohols 2, 11-15 with 23-86% yield. the alcohols 11-13 were treated with thionyl chloride in pyridine, forming their respective alkenes 17 (94%), 18 (89%) and 19 (80%). the herbicidal activity of the compounds was evaluated on the development of radicle of sorghum bicolor l. and cucumis sativus l., at the concentration of 100 and 250 ppm. keywords: [4+3] cycloaddition; oxyallyl cation; herbicides. eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2040 41ecl. quím., são paulo, 30(4): 33-41, 2005 referências [1] a. cobb, herbicides and plant physiology, chapman & hall, london 1992, p. 176. [2] n. n. ragsdale, p. c. kearney, j. r. plimmer, eigth international congress of pesticide chemistry, american chemical society, washington, 1995. [3] a. v. costa, l. c. a. barbosa, a. j. demuner, a. a. silva, j. agric. food chem. 47(11) (1999) 4807. [4] a. j. demuner, l c. a. barbosa, d. piló-veloso, quim. nova 20(1) (1997) 18. [5] l. c. a., barbosa, c. r. a. maltha, e. s. alvarenga, eclet. quim. 27 (2002) 171. [6] d. d. perrin,, w. l. armarego purification of laboratory chemicals, butterworth-heinemann ltd., london, 3rd edn., 1988. [7] v. j. belinelo, d. piló-veloso, e. e. l. borges et al., eclet. quim. (26) (2001) 25. [8] f. a. macias, d. castellano, j. m. g. molinillo, j. agric. food chem. 48(6) (2000) 2512. [9] f. p. gomes, curso de estatística experimental, nobel, piracicaba, 3rd edn., 1990. [10] i. v. hartung, h. m. r. hoffman, angew. chem. int. ed. 43 (2004) 1934. [11] h. m. r. hoffman, angew. chem. int. ed. 23 (1984) 1. [12] l. c. a. barbosa, a. j. demuner, c. r. a. maltha, p. s. silva, a. a. silva, quim. nova 26(5) (2003) 655. [13] l. c. a. barbosa, c. r. a. maltha, a. j. demuner, c. a. filomeno, a. a. silva quim. nova 27(2) (2004) 241. [14] l. c. a. barbosa, c. r. a. maltha, a. j. demuner, f. r. ganen, a. a. silva, quim. nova 28(3) (2005) 444. [15] n. c. baruah, j. c. sarma, s. sarma, r. p. sarma, j. chem. ecol. 20 (1994) 1885. eq-vol30n04 05.pmd 26/12/2005, 19:2041 eq-vol30n04 primeiras pags.pmd 59 volume 30, número 4, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(4): 59-65, 2005 determinação de cádmio em amostras de urina e soro humano por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite usando irídio como modificador permanente f. g. pinto, u. v. rey, l. m. s. ansaloni, d. andrada, j. b. b. silva* departamento de química, universidade federal de minas gerais, avenida antônio carlos 6627, 31270-901 belo horizonte, mg, brazil. *e-mail: bentojb@terra.com.br resumo: no presente estudo, foram investigadas diferentes substâncias para atuarem como modificadores químicos na determinação direta de cádmio em soro e urina humanos sem digestão prévia das amostras. a preparação da amostra foi feita diretamente nos copos do amostrador automático por diluição 1+4 de soro e 1+1 de urina com ácido nítrico 1% v/v contendo 0.02% v/v de cloreto de tricetil metil amônio (ctac). foram investigadas as melhores condições de determinação por meio de curvas de temperatura de pirólise e atomização na presença da matriz e do analito levando-se em conta a forma do pulso de absorção, baixas temperaturas na atomização, fundo corrigido e sensibilidade. foram efetuados estudos na ausência de modificador e com a mistura universal em solução de pd e mg (10 e 15 µg, respectivamente) e com rutênio (500 µg) e irídio (500 µg) como modificadores permanentes. para ir permanente, as massas características foram 0.8 pg para soro e 0.7 pg para urina (recomendado de 2 pg). na investigação do uso de ir permanente, foi observado que o pico foi simétrico, retornando à linha de base em 3s e com fundo corrigido completamente com valores ótimos por pirólises e atomização de 300 e 1000°c para soro e 300 e 1100oc para urina. a calibração foi feita por ajuste de matriz e apresentou coeficiente de correlação de regressão linear típico de 0.999. análises de soro e urina fortificados mostraram recuperações que variaram entre 99.3 e 103.2 com um desvio padrão relativo (rsd, n=3) menor que 12% para soro e entre 93.1 e 102.2% com um rsd menor que 3% para urina. o limite de detecção (k=3, n=10) foi de 8 e 9 pg para soro e urina, respectivamente. palavras-chave: espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica; cádmio; urina; soro; irídio permanente. introdução cádmio não apresenta função essencial ao organismo humano, animal, e ao metabolismo de plantas, sendo de grande interesse toxicológico porque é extremamente tóxico ao homem em baixas concentrações [1]. este metal é um sub-produto da exploração do zinco e do chumbo, sendo esta uma importante fonte de contaminação ambiental por cádmio, há sérias restrições quanto a exploração destes metais em áreas próximas a grandes centros urbanos. [2,3]. descoberto em 1817, cádmio vem sendo usado em escala industrial nos últimos 50 anos em uma variedade de aplicações como na indústria elétrica e galvânica devido a sua propriedade não corrosiva, na produção de cloreto de polivinila (pvc) como estabilizante, nas indústrias de plástico e vidro como pigmento, e na indústria de baterias de ni-cd como material de cátodo, além de fazer parte de várias ligas metálicas [4]. entretanto somente uma parte da quantidade total de cádmio ingerida é retida no corpo humano, acumulando-se no fígado e nos tecidos dos rins com um tempo de meia-vida estimado de 20 a 30 anos [5]. a agência internacional de pesquisa eq-vol30n04 08.pmd 26/12/2005, 19:2059 60 ecl. quím., são paulo, 30(4): 59-65, 2005 sobre o câncer (iarc) considera que há evidências suficientes para classificar o cádmio como agente carcinogênico, embora alguns fatores precisam ser considerados nesta avaliação, como escassez de dados históricos, número limitado de trabalhos, tabagismo, e associação com outros elementos (níquel, arsênio). [6]. há várias metodologias encontradas na literatura para a determinação de cádmio em urina e outros fluidos biológicos. onar e temizer [7] propuseram um método para determinar cd e pb em urina usando a voltametria de redissolução anódica com pulso diferencial (dp-asv). um método para determinação simultânea de zn, cd, pb, e cu em urina de pacientes com a doença do pé-preto usando a voltametria de redissolução anódica foi descrito [8], enquanto que em outro estudo, dpasv foi usada para a simultânea determinação de concentrações urinárias de zn, cd, pb e cu em trabalhadores de uma indústria da produção de aço [9]. vários métodos para a determinação de cádmio têm sido desenvolvidos usando a espectrometria de absorção atômica em forno de grafite (et aas). lund e larsen propuseram um método para a determinação de cádmio em urina por et aas, em que o metal é eletrolizado para dentro de um fio de platina[10]. microdeterminação de chumbo e cádmio em sangue e urina por et aas foi feita usando extração por metil isobutil cetona após quelação por pirrol ditiocarbamato de amônio [11]. slavin e colaboradores [12] usando et aas determinaram cd em urina usando (nh 4 ) 2 hpo 4 e hno 3 como modificadores químicos com um limite de detecção de 0,4 μ l-1, enquanto o limite encontrado por de broe et al. [13] com plataforma de l’vov tratada com molibdato de amônio e calibração por ajuste de matriz foi de 0,4 μ l-1. na determinação de cd em sangue e soro, amostras foram diluídas por adição de 0,015 % (w/v) de triton x-100 e 0,1 % (w/ v) de dihidrogenofosfato de amônio, que foram introduzidos diretamente dentro do tubo de grafite. uma solução contendo 15 % (w/v) de peróxido de hidrogênio e 0,65 % (w/v) de ácido nítrico foi também introduzida no atomizador eletrotérmico separadamente [14]. uma alternativa interessante e bastante explorada nos últimos anos para determinação de metais por et aas é o uso de modificadores permanentes para promover aumento de sensibilidade na análise e eliminação quase que completa dos possíveis constituintes concomitantes da matriz por possibilitar a aplicação de maiores temperaturas de pirólise sem perdas do analito [15]. o presente trabalho investiga o desempenho de diferentes substâncias químicas como modificadores químicos na determinação direta de cádmio em urina e soro humano por espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica sem a necessidade de digestão prévia da amostra * leitura nesta etapa; a = urina, b= soro humano. tabela 1. programa de aquecimento para determinação de cd em urina humana por et aas usando ir como modificador permanente. eq-vol30n04 08.pmd 26/12/2005, 19:2060 61ecl. quím., são paulo, 30(4): 59-65, 2005 materiais e métodos instrumentação todas as medidas foram feitas em um espectrômetro de absorção atômica hitachi z-8200 (mitorika, ibaraki, japão), equipado com forno de grafite e um amostrador automático ssc-300 (hitachi) e com correção de fundo por efeito zeeman. absorvância integrada (área de pico) foi usada para avaliação do sinal. lâmpada de cátodo oco da hitachi (no. 139-3564) foi operada com corrente de 7,5 ma e a largura de fenda foi de 1,3 nm. o comprimento de onda usado foi de 228,8 nm. o volume pipetado para dentro do tubo de grafite foi de 20 μl tanto para a amostra diluída quanto para as soluções de calibração. o volume de modificador químico quando usado em solução foi de 10 μl. argônio, 99,996 % (white martins, belo horizonte, mg, brazil), foi usado como gás de purga. tubos de grafite com recobrimento pirolítico sem plataforma (hitachi, part no. 190-6003) foram usados em todos os estudos. nos estudos usando modificador permanente, os tubos foram tratados com métodos descritos anteriormente para ir e rh [15], ou para ru [16]. o programa de aquecimento do forno de grafite para a determinação de cd em urina e soro foi otimizado e está mostrado na tabela 1. reagentes e soluções todos os reagentes usados foram de alto grau analítico. a água foi deionizada em um sistema milliq (millipore, bedford, ma, usa). o ácido nítrico foi da merck (darmstadt, germany), no. 7587956. as seguintes soluções estoque de 1000 μg ml-1 foram usadas: rutênio (fluka, buchs, switzerland, no. 84033) e irídio (fluka, no. 58195), todas em 1 mol l-1 de ácido clorídrico; soluções de nitrato de magnésio (merck, no. b593213 431) e de nitrato de paládio (merck, no. b936989 710). soluções padrões de cádmio foram preparadas a partir de uma solução estoque de 1000 mg l--1 da merck feita por diluição de uma ampola de titrisol em ácido nítrico 3 % v/v. procedimento amostras de urina foram diluídas 1+1 e as de soro 1+4 com ácido nítrico 1 % v/v contendo 0,02 % v/v de cloreto de tricetil metil amônio (ctac). o ctac é um surfactante que age como um diluente ajudando na extração do metal e também como um detergente para eliminação/limpeza de resíduos carbonáceos formados dentro do tubo de grafite, além de auxiliar a limpeza do capilar do amostrador * praticamente não fornece nenhum sinal analítico em toda a faixa de atomização estudada tabela 2. características dos modificadores testados na determinação de cd em soro e urina. eq-vol30n04 08.pmd 26/12/2005, 19:2061 62 ecl. quím., são paulo, 30(4): 59-65, 2005 automático entre as medidas. a calibração foi feita a partir de soluções previamente preparadas contendo 500 μl de urina ou 200 μl de soro em um volume total de 1000 μl com quantidades crescentes de cd. a faixa de calibração foi de 0,1-10 e de 0,1-15 μg l-1 urina e soro, respectivamente. para verificação da exatidão das metodologias propostas, foram efetuados estudos de recuperação de amostras de urina e de soro. o limite de detecção (lod, μg l-1) foi calculado usando a equação lod = 3 x s bl /b, onde s bl é o desvio padrão de 10 medidas do branco (ácido nítrico 1% v/v, com 0,02 % v/v de ctac) e b é a inclinação da curva de calibração. resultados e discussão curvas de temperaturas de pirólise e de atomização para efeito de comparação do comportamento térmico de cádmio submetido a um programa de aquecimento de forno em cada uma das superfícies testadas foram obtidas curvas de temperatura de pirólise e de atomização para cd na presença da urina ou do soro. foram comparadas as determinações sem o uso de modificador, com a mistura de pd+mg (modificador universal), além de ru e ir (500 μg de cada) como modificadores permanentes. a tabela 2 resume as principais temperaturas otmizadas com suas respectivas sensibilidades para cada modificador testado para urina e soro humanos. inicialmente foi estudada a determinação de cd em urina diluída 1+1em ácido nítrico 1 % v/v contendo 0,02 % v/v de ctac contaminada com 10 μg l-1 de cd sem o uso de modificador químico. neste estudo, para toda a faixa de temperatura estudada os valores de absorvância integrada de cd foram muito baixos. com o uso da mistura de pd+mg, as melhores temperatures de pirólise e atomização foram de 400 e 1000°c, entretanto a sensibilidade foi claramente menor (~ 0,5 abs,s) quando comparada com aos resultados que foram obtidos para ir permanente (~ 0,7 abs,s), que foi a melhor opção. com o uso de ir como modificador permanente, as melhores temperatures de pirólise e atomização foram consideravelmente baixas (300 e 1000 °c), e a sensibilidade obtida foi a mais alta (massa característica m o de 0,7 pg, sendo que a recomendada pelo fabricante do equipamento em solução aquosa sem o uso de modificador é de 2,0 pg). nestas condições o pico de absorção foi simétrico, retornando a linha base em 3 s, com fundo baixo e corrigido (cerca de 0,3 abs, s). para o desenvolvimento da metodologia para determinação de cd em soro, a melhor diluição obtida foi 1+4 em ácido nítrico 1 % v/v contendo 0,02 % v/v de ctac sendo amostra de soro contaminada com 10 μg l-1 de cd. aqui como na urina o uso de irídio permanente mostrou-se ser a melhor opção apresentando maior sensibilidade em relação ao não uso de modificador e aos outros modificadores testados, com pulsos de absorção simétricos retornando a linha base em 3s com fundo baixo e corrigido (~0.35 abs,s). as temperaturas ótimas de pirólise e atomização foram de 300 e 1000°c (m o de 0,8 pg). para ambos os casos urina e soro, nas temperaturas otimizadas a absorção de fundo foi plenamente corrigida (~ 0,3 abs,s). figuras analíticas de mérito obtido o programa de forno para ir permanente (tabela 1), foram feitas curvas de calibração usando o método de ajuste de matriz. analisando a tabela 3 foi observado que a curva de calibração para urina apresentou um satisfatório coeficiente de correlação linear (r2), uma massa característica quase três vezes melhor que a recomendada para soluções aquosas e limite de detecção compatível com alguns resultados da literatura. as figuras analíticas de mérito para soro estão também mostradas na tabela 3. a curva de calibração apresentou bom coeficiente de correlação linear e o limite de detecção foi baixo. foi verificado que os estudos de recuperações para as duas matrizes (urina e soro) investigados neste trabalho em todos os níveis de cd estão sempre próximos de 100 %, indicando uma aceitável exatidão dos métodos propostos. os desvios padrões encontrados foram comuns para análises usando o forno de grafite (tabela 4). eq-vol30n04 08.pmd 26/12/2005, 19:2062 63ecl. quím., são paulo, 30(4): 59-65, 2005 tabela 3. características analíticas obtidas para a determinação de cádmio em amostras urina humana e soro por et aas usando 500 mg de irídio. tabela 4. recuperações de amostras de urina e soro contaminadas com cd analisadas por et aas usando as metodologias propostas. eq-vol30n04 08.pmd 26/12/2005, 19:2063 64 ecl. quím., são paulo, 30(4): 59-65, 2005 conclusões irídio revelou ser um promissor modificador permanente para a direta determinação de cd em urina humana e soro sem necessidade de prévia digestão das amostras com somente uma diluição de 1+1 para urina e 1+4 para soro em ácido nítrico e ctac. boas sensibilidades foram obtidas para as duas matrizes com pulsos de absorção simétricos, fundos corrigidos e valores de recuperação dentro da faixa de valores normais em urina e soro, próximos em 100 %. agradecimentos f. g. pinto, u. v. rey, d. andrada e j. b. b. silva agradecem pelas bolsas do cnpq. os autores agradecem ao cnpq e à fapemig pelo auxílio à pesquisa. recebido em: 08/08/2005 aceito em: 09/11/2005 f. g. pinto, u. v. rey, l. m. s. ansaloni, d. andrada, j. b. b. silva. determination of cadmium in urine and human serum samples by electrothermal atomic absorption spectrometry using iridium as permanent modifier. abstract: in the present study, different substances were investigated as chemical modifiers in the direct determination of cadmium in human serum and urine without previous digestion of the samples. the preparation of the sample was made directly in autosampler cups by dilution 1+4 of serum and 1+1 of urine with nitric acid 1 % v/v containing 0.02 % v/v of cetiltrimethyl ammonium chloride. the optimum determination conditions through pyrolysis and atomization curves in the presence of the matrix and analyte taking into account the form of the absorption pulses, low atomization temperatures, background correction and sensitivity were investigated. tests were carried out without chemical modifier, with the universal mixture of pd and mg (10 and 15 μg, respectively), with ruthenium (500 μg) and iridium (500 μg) permanent modifiers. for permanent ir, the m o was 0.8 pg for serum and 0.7 pg for urine (recommended of 2 pg). upon the investigation of the use of ir permanent, it was observed that the peak was symmetrical, returned to the baseline in 3s and that the background was fully corrected with optimum values for pyrolysis and atomization at 300 and 1000°c for serum and 300 and 1000oc for urine. calibration was made by matrix matching method, and presented r2 (coefficient of correlation of linear regression) higher than 0.999. analyses of spiked serum and urine samples yielded recoveries varying between 99.3 and 103.2 with a relative standard deviation (rsd, n=3) lower than 12% for serum and between 93.1 and 102.2 % with an rsd lower than 3% for urine. the detection limit (k=3, n=10) were 8 and 9 pg for serum and urine, respectively. keywords: electrothermal atomic absorption spectrometry; cadmium; serum; urine; permanent iridium. referências [1] m.o. amdur, j. c. d. klaanen,; casarett and doll’s toxicology: the basic science of poison, pergamon press, new york, 4 ed. 1996. 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(figura 1). influência do ph: ajustou-se o ph das soluções de partida de polifosfato de sódio (ph ~3 e 5) com ácido nítrico concentrado. resultados influência do ph partindo de uma solução aquosa, de polifosfato de sódio 4 mol/l e nitrato de prata 2 mol/l, a ph ~ 12, observou-se a formação de um precipitado de coloração amarela, estável. este precipitado formado é o ortofosfato de prata (agpo3) que apresenta uma constante de solubilidade, kps = 8,89.10-17 [9] , ou seja pk = 12,05. o ortofosfato de prata é solúvel em ácidos[9]. quando se ajusta a mesma solução, em ph ~ 6, também resulta na formação de ortofosfato de prata. observa-se que em ph ~ 5, ou inferior, formam-se coacervatos. então, no intuito de determinar o domínio de estabilidade desses coacervatos construiu-se o limite de coacervação, partindo de uma solução de polifosfato em ph ~ 3 e 5. formação do coacervato com a adição da solução de agno3 com o auxílio de uma bureta graduada de 10ml, adicionou-se, gota à gota, a solução de agno3 à solução de (napo3)n, sob agitação constante (agitador magnético). rapidamente inicia-se a formação de um precipitado branco. então, depois de um certo tempo, a formação e a estabilização do coacervato puderam ser observadas devido à propriedade do polifosfato de formar complexos solúveis relativamente estáveis entre metal e fosfato[13]. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 características dos coacervatos os coacervatos obtidos a partir do sistema a ph ~ 3 são transparentes e os obtidos a partir do sistema a ph ~ 5 também são transparentes, mas observa-se a formação de um precipitado branco, tornando-se um sistema constituído por 3 fases: sobrenadante (fase menos densa), coacervato (fase intermediária) e precipitado (fase mais densa). isso se deve à parcial estabilidade dos íons ag+ adicionados. o precipitado branco formado em ph ~ 5 é estável. domínio de estabilidade (napo3)n /agno3 /h2o foram feitos vários ensaios, controlando-se temperatura (22°c). fez-se uma média dos valores obtidos para um melhor resultado. a adição da solução de agno3 é feita lentamente, sob agitação constante, pois primeiramente, observa-se a formação de um precipitado branco que, após um longo período de tempo, resulta na formação do coacervato. através dos volumes gastos de solução de nitrato de prata, calculou-se as porcentagens molares dos componentes envolvidos nos sistemas (tabelas 1 e 2). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 ® solução de polifosfato: ph ~ 3 com os valores das porcentagens molares dos componentes, tabela 1, construiu-se o diagrama ternário do domínio de estabilidade, figura 2, referente ao sistema (napo3)n/agno3/h2o ph ~3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 na região b, tem-se um sistema monofásico (sol) e na região a, tem-se a formação do coacervato. ® solução de polifosfato: ph ~ 5 não foi necessário o ajuste do ph, pois as soluções de polifosfato de sódio têm ph ~5. com os valores das porcentagens molares dos componentes, tabela 2, construiu-se o diagrama ternário do domínio de estabilidade, figura 3, referente ao sistema (napo3)n/agno3/h2o ph ~ 5. na região b, tem-se um sistema monofásico (sol) e na região a, tem-se a formação do coacervato. para maior visualização, construiu-se o diagrama ternário a seguir com os resultados obtidos. discussão neste trabalho, numa primeira etapa, foram estabelecidas as condições termoquímicas dos coacervatos. em seguida, foi estudado o efeito do ph na estabilização do domínio de coacervação. sabendo que o ph influi na densidade de carga no meio coloidal da natureza orgânica contendo grupos ionizáveis. no caso de macromoléculas de origem mineral, o ph tem efeito na modificação de grupos terminais das moléculas. no caso específico dos polifosfatos estes apresentam dois hidrogênios ionizáveis. o primeiro corresponde aos ácidos fortes que são os grupos médios e o segundo aos ácidos fracos que são os grupos terminais. isto explica a formação de coacervatos à base de fosfatos apenas em meio ácido[4,5], enquanto que em meio básico resulta na géis. no nosso caso, os sistemas (napo3)n/agno3/h2o em ph ~ 3, observa-se um menor limite de coacervação (figura 4), não possibilitando a formação de coacervatos de prata a partir de soluções muito concentradas de polifosfato de sódio (6 e 8 mol/l). à medida que o ph aumenta até 5, isto é, acompanhado por um aumento na viscosidade, permitindo assim, a estabilização do coacervato de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200026&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 prata, conseqüentemente, um precipitado branco é formado. podemos pensar que neste caso temos um aumento da densidade de carga relacionado com a evolução de ph, levando à formação de cadeias mais longas. a partir dos dados obtidos pode-se observar o efeito de ph na estabilização de coacervatos. em todos os sistemas, os coacervatos podem ser obtidos somente a ph < 6. a estabilização das condições de coacervação é muito importante, pois pode levar a preparação de vidros com tamanho controlado de partículas de prata[14]. outro ponto importante dos coacervatos de prata é a utilização dos mesmos para revestimento de materiais metálicos operando na faixa de temperatura de 400 à 500°c[7,13,14]. conclusão foi mostrado a influência do ph na estabilização dos coacervatos no sistema (napo3)n/agno3/h2o. foi verificado que os coacervatos em ph ~ 5 são os precursores mais adequados pois apresentam maior região de estabilidade. este estudo é muito promissor para a obtenção de partículas de prata com tamanho bem controlado. agradecimentos os autores agradecem à fapesp pelo apoio financeiro ao projeto e b. montanari agradece à bolsa concedida pela fapesp. referências bibliográficas 1 arshady, r. microspheres and microcapsules, a survey of manufacturing techniques.2. coacervation. polym. eng.sci., v.30, p.905-914, 1990. 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[ links ] recebido em 04.01.2002 aceito em 19.03.2002 javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200026  eq2-04.pmd 27ecl. quím., são paulo, 29(2): 27-32, 2004 volume 29, número 2, 2004 www.scielo.br/eq investigação por espectroscopia mössbauer de compostos de ferro(0) contendo dissulfeto de carbono t. k. muraoka1,2, k. zutin1, s. r. ananias1, a. e. mauro1, v. m. nogueira1, h. r. rechenberg3 1 departamento de inorgânica instituto de química – unesp – cep 14800-900 – araraquara – sp brasil 2 centro universitário de araraquara – uniara – cep 14802-320 – araraquara – sp – brasil 3 instituto de física – usp – cep 05315-970 – são paulo sp brasil ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: neste trabalho são apresentados resultados proveniente da aplicação da espectroscopia mössbauer na investigação de compostos carbonilferro contendo o ligante cs2, [fe(co)2(h 2–cs2 )(pph3)2] e [fe(co)2(h 2–cs2) {p(oph)3}2]. nas sínteses dessas espécies, a utilização de tmno (trimetilaminóxido) como agente descarbonilante mostrou-se bastante eficiente, superando aquelas descritas na literatura que requerem inclusive preparação de compostos precursores. os resultados de espectroscopia mössbauer, juntamente com dados no iv e de rmn de 31p, foram conclusivos na proposição da geometria octaédrica distorcida ao redor do átomo de ferro para ambos os compostos investigados. palavras-chave: carbonilferro, dissulfeto de carbono, espectroscopia mössbauer. _________________________________________________________________________________ introdução a espectroscopia mössbauer constitui-se numa técnica bastante útil na caracterização de compostos organometálicos de ferro, visto que dela são extraídas informações relevantes sobre a ligação química e estrutura molecular [1-10]. no efeito mössbauer estão envolvidas transições nucleares decorrentes de absorção de raios g , sendo a condição de ressonância entre a fonte e a amostra conseguida pelo efeito doppler. das análises dos espectros mössbauer resultam dois parâmetros: o deslocamento isomérico (d) e o desdobramento quadrupolar (deq) [11]. o primeiro, d, origina-se da interação eletrostática entre a carga distribuída no núcleo com os elétrons s, cuja probabilidade é finita na região nuclear. a magnitude do deslocamento isomérico depende do total da densidade de elétrons s ressonante sobre o núcleo do ferro, a qual está relacionada ao grau de covalência das ligações metal-ligante. o aumento da densidade de elétrons s está vinculada, por sua vez, com as ligações s e p existentes entre o átomo de ferro e seus ligantes [12]. o desdobramento quadrupolar, deq, mede o desvio da simetria cúbica ou esférica, das cargas externas ao núcleo e resulta da interação do momento quadrupolar nuclear com o gradiente de campo elétrico na região do núcleo [12]. assim, na química dos carbonilferro, uma das primeiras aplicações significativas do efeito mössbauer foi no esclarecimento da estrutura do [fe3(co)12] [2]. vários trabalhos foram realizados a partir de então, sendo fato bem conhecido que compostos como [fe(co)5] e [fe(co)4er3] (e= p, as, sb; r= aril, alcoxi), nos quais a geometria ao redor do átomo de ferro é de uma bipirâmide trigonal, apresentam valores de deq (desdobramento quadrupolar) entre 2,30 – 2,90 mm/s; sendo esse parâmetro em complexos octaédricos bem menor [1–10]. 28 ecl. quím., são paulo, 29(2): 27-32, 2004 um dos grandes interesses em estudar a reatividade de cs2, frente a metais de transição, reside no fato do mesmo servir como modelo para a investigação do processo de ativação e de fixação do co2, o qual constitui-se na maior fonte de carbono da natureza [15,16]. entretanto, o co2 é um ligante pouco coordenante, diferente do cs2 que coordena-se com facilidade, em particular a metais em baixo estado de oxidação [17,18]. dando prosseguimento aos nossos trabalhos envolvendo carbonilmetais [6,7,13,14], neste em particular, são apresentados os dados da espectroscopia mössbauer dos compostos carbonilferro contendo o ligante cs2, tais como [fe(co)2(h 2–cs2 )(pph3)2] e [fe(co)2(h 2–cs2) {p(oph3)}2]. experimental materiais e métodos as sínteses foram efetuadas sob atmosfera de n2, em frasco tipo schlenk e os reagentes, todos de grau analítico, foram empregados sem purificação prévia, exceto o éter etílico que foi tratado com solução aquosa de sulfato ferroso e ácido sulfúrico em funil de separação. em seguida foi transferido para um frasco escuro contendo cacl2 por 24h. após este tratamento foi filtrado, destilado e armazenado em frasco escuro com fios de sódio [19]. sínteses dos compostos [fe(co)2(h 2–cs2 )(pph3)2] em um frasco schlenk, contendo 1,94g (7,40 mmol) de pph3 dissolvidos em 20 ml de etanol 95%, foram adicionados 3,00 ml (49,70 mmol) de cs2 e 0,50 ml (3,70 mmol) de [fe(co)5]. após homogeneização, sob agitação constante, foram adicionados lentamente 0,82g (7,40 mmol) de trimetilaminóxido (tmno) dissolvidos em 8,0 ml de etanol. durante a adição do tmno e após esta etapa, houve a liberação de grande quantidade de co2 acompanhado da formação de um sólido avermelhado. cessada a liberação de co2 (2h), o produto foi filtrado em filtro schlenk, sob fluxo de n2, lavado várias vezes com etanol 95%, com éter etílico anidro e finalmente seco sob vácuo por 1h. obteve-se uma massa de 2,24g e rendimento de 85%; o composto decompõe-se entre 142,8 e 143,1oc; %fe obt=7,58, %fe calc=7,84. iv: nco 1989 (s), 1923 (s); cm-1; ncs 1144 (m) cm-1. [fe(co)2(h 2–cs2 ){p(oph)3}2] em um frasco schlenk, foram colocados 1,56ml (5,96 mmol) de p(oph)3 dissolvidos em 15,00 ml de etanol 95%. a esta solução foram adicionados, sob agitação, 2,50 ml (41,10 mmol) de cs2 e 0,40 ml (2,97mmol) de [fe(co)5], formando uma solução amarela. a seguir foram adicionados lentamente 0,66g (5,95 mmol) de tmno dissolvidos em 5,0 ml de etanol. durante a adição do tmno e após esta etapa, houve a liberação de grande quantidade de co2 acompanhado da formação de um sólido amarelo. cessada a liberação de co2 (1h), o produto amarelo foi filtrado em filtro schlenk, sob fluxo de n2, lavado várias vezes com etanol 95%, com éter etílico anidro e finalmente seco sob vácuo por 1h. obteve-se uma massa de 2,23g e rendimento de 90%; o composto decompõe-se entre 102,4 e 102,9oc; %fe obt=6,32, %fe calc=6,91. nco 2026 (vs), 1973 (vs); cm-1; ncs 1157 (s) cm-1. técnicas experimentais o teor de ferro foi determinado espectrofotometricamente mediante a técnica de absorção atômica em um espectrofotômetro de absorção atômica da intralab – modelo aa-1475. os espectros de absorção no infravermelho foram registrados num espectrofotômetro nicolet modelo 730 ft-ir, na região de 4000 a 400cm-1, utilizando-se pastilhas de csi. os espectros de ressonância magnética nuclear de 31p foram registrados no espectrofotômetro brucker ac 200 a 81 mhz, utilizando-se como padrão externo o p(oph)3 ou h3po4 85%. os espectros mössbauer foram obtidos no espectrofotômetro mössbauer comercial, com fonte de 57co dispersa em matriz de rh e as amostras prensadas entre dois discos de lucite. os espectros mössbauer dos compostos, [fe(co)2(h 2– cs2 )(l)2] l = pph3 e p(oph)3 foram medidos a 85k. 29ecl. quím., são paulo, 29(2): 27-32, 2004 resultados e discussão os compostos [fe(co)2(h 2–cs2 )(pph3)2] e [fe(co)2(h2–cs2 ){p(oph)3}2], já são conhecidos da literatura [20-23], sendo preparados por vias térmica ou fotoquímica. a rota sintética com a utilização de tmno é muito mais eficiente em tempo e reagente, pois requer apenas uma etapa reacional, além de propiciar a formação de produtos com maiores rendimentos. os espectros mössbauer dos compostos, [fe(co)2(h 2–cs2 )(l)2] l = pph3 e p(oph)3 estão mostrados nas figuras 1 e 2. figura 1 espectro mossbäuer do [fe(co)2(h 2–cs2 )(pph3)2]. figura 2 espectro mossbäuer do [fe(co)2(h 2–cs2 ){p(opph)3}2] os deslocamentos isoméricos, d, expressos com referência ao ferro metálico são, respectivamente, iguais a -0,05mm/s (l= pph3) e -0,15mm/s (l= p(oph)3), indicando que a densidade eletrônica s no núcleo do ferro nestes compostos depende da natureza do ligante l. o deslocamento isomérico é função das interações s e p existentes nas ligações fe-l e a diminuição observada no valor de d pode ser atribuído a vários fatores, como: um aumento da população efetiva do orbital 4s do ferro como tabela 1 – valores de deq obtidos dos espectros mössbauer conseqüência do aumento da força de ligação s, l→ fe; diminuição da blindagem dos orbitais 3d sobre o orbital 4s devido a uma efetiva participação dos orbitais d na ligação p, fe® l [4]. desse modo, a componente p da ligação fe® l pode ser utilizado, para justificar o menor valor de d no composto com p(oph)3; ou seja, a presença de átomos de oxigênio no fosfito deve favorecer a ligação p, fe® l, diminuindo a blindagem do orbital s. os valores de desdobramento quadrupolar, deq, dos compostos [fe(co)2(h 2– cs2)(l)2], juntamente com os observados para espécies de fórmula [fe(co)3(l)2] estão apresentados na tabela 1 [4]. quando comparados os valores de deq dos compostos ora investigados com aqueles do tipo [fe(co)3(l)2], cuja geometria ao redor do centro metálico é de uma bipirâmide trigonal, observam-se valores menores para os primeiros, indicativos de uma disposição octaédrica dos ligantes coordenados ao redor do átomo de ferro. tal fato encontra justificativa na presença do grupo cs2 coordenado de modo h2–cs2, formando um anel de três membros juntamente com o centro metálico [4]. a pequena diferença registrada entre os valores de deq dos compostos investigados é interpretada via diferença de efeito s doador do ligante l. o valor do deq aumenta com o aumento 30 ecl. quím., são paulo, 29(2): 27-32, 2004 do caráter doador do ligante l [4]; confirmando assim o maior caráter doador da pph3 relativamente ao p(oph)3. assim, considerando que o número de coordenação do átomo de ferro nesses compostos é 6, infere-se que três átomos de carbono (dois provenientes dos grupos co coordenados e outro do cs2) e um átomo de enxofre ocupam as posições equatoriais de um octaédro e os fósforos as axiais, com um ângulo de ligação p-fe-p próximo de 180o (figura 3). logo, tem-se para os compostos [fe(co)2(h 2–cs2 )(l)2] l = pph3 e p(oph)3 uma geometria octaédrica distorcida, concordante com os valores de deq . figura 3 geometria octaédrica distorcida para os compostos [fe(co)2(h 2–cs2)(l)2] l = pph3 e p(oph)3 as informações oriundas da espectroscopia mössbauer estão em plena sintonia com outros dados espectrocópicos. a simetria proposta, com dois grupos co em posições cis ao redor do átomo de ferro, implica na presença de duas bandas de estiramento nco nos espectros dos compostos. estas de fato aparecem, como bandas de alta intensidade, tabela 2, respectivamente em 1989 e 1923 cm-1 para [fe(co)2(h 2–cs2 )(pph3)2] e em 2026 e 1923 cm-1 para [fe(co)2(h 2–cs2 ){p(oph)3}2]. há que se acrescentar também, que as bandas 1144 e 1157 cm-1 nos espectros dos mesmos compostos, atribuídas ao modo ncs, reforçam a estrutura sugerida, pois, são características do grupo cs2 coordenado de modo h2 – cs2. os espectros de rmn de 31p apresentam um único sinal em –81,04 para [fe(co)2(h 2–cs2 )(pph3)2] e em –61,47 para [fe(co)2(h2– cs2){p(oph)3}2], demonstrando a equivalência dos ligantes fosforados, isto é suas disposições em trans ao redor do átomo de ferro. conclusão nas sínteses dos compostos, a utilização de tmno como agente descarbonilante mostrouse bastante eficiente, induzindo à formação dos produtos em uma única etapa e em altos rendimentos. os resultados de espectroscopia mössbauer foram conclusivos na determinação da geometria octaédrica distorcida para ambos os compostos, [fe(co)2(h2–cs2 )(pph3)2] e [fe(co)2(h 2–cs2 ){p(oph)3}2]. agradecimentos os autores agradecem à capes e cnpq pelo apoio financeiro. recebido em 24/10/03 aceito em 05/03/04 tabela 2 dados obtidos dos espectros no iv e de rmn de 31p 31ecl. quím., são paulo, 29(2): 27-32, 2004 referências [1] g. k. wertheim; r. h. herber, inorg. chem. 38(9) (1963)153, [2] n. n. greenwood, greenwoonn, chem. in brit. 3 (1967) 56. 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f. l. fertonani1; i. a. pastre2. 1 depto. quím. analítica – instituto de química-unespcep 14801-440 – araraquara – sp brasil 2 depto. quím. e geociências ibilce-unesp – cep 15054-000 s. j. do rio preto – sp brasil introdução argilas são minerais de ocorrência natural no solo e apresentam características físico-químicas peculiares. são formadas por pequenos cristais, quase sempre na forma de plaquetas hexagonais, que se aglutinam para formar conglomerados. . essas plaquetas são constituídas de aluminossilicatos organizados, compostos pelos elementos de si, al e oxigênio, além de outros em menores proporções, como o mg, fe e ca, com formula geral:(oh)4si8(al3,34 mg0,66)o20. quando em suspensão, em água, permite a separação de suas camadas lamelares e a intercalação de íons metálicos (metais pesados) e moléculas (solvente, moléculas orgânicas, etc.) [8]. o entendimento das propriedades de sistemas organizados, tais como: a formação de sistemas micelares, a presença de polieletrólitos interagindo com as argilas, a formação de sistemas vesiculares, e a grande aplicação industrial das argilas leva ao interesse pelo estudo de sistemas estruturados constituídos pelas argilas. sistemas estruturados do tipo resumo o comportamento eletroquímico e espectroeletroquímico do sistema montmorilonita-azul de metileno (mm-am)/amsolução foi investigado empregando-se a técnica de voltametria cíclica e de transiente, i x t (corrente versus tempo) sobre eletrodo de vidro ito modificado pela deposição mecânica de filmes do compósito mm-am. os filmes foram preparados empregando três procedimentos: 1na ausência de ctacl (surfactante, cloreto de cetiltrimetilamônio); 2com incorporação do ctacl à região interlamelar; e 3na presença do ctacl, porém, não incorporado à região interlamelar. a técnica espectrofotométrica foi empregada para a caracterização e para o estudo eletrocrômico dos filmes formados. os resultados experimentais permitiram observar que: ios filmes preparados com a incorporação prévia do am a região interlamelar fornecem uma resposta eletroquímica mais eficiente com o aparecimento de um par de picos bem definido; iia adição do ctacl, de forma geral permite a obtenção de filmes mecanicamente mais estáveis; iiicom a inclusão prévia do ctacl na região interlamelar não ocorre o aparecimento da forma protonada do am (amh+); ivna ausência da forma protonada o compósito não apresenta comportamento eletrocrômico. palavras-chave: argila, espectroeletroquímica, voltametria cíclica, montmorilonita, azul de metileno, filmes, eletrodos modificados. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 77-83, 2003 78 argilomineral-pesticidadas, empregando os compostos metilviologen, paraquat, etc., tem sido encontrados na literatura como modelo para o entendimento das interações dos pesticidas com argilominerais [16,17,20]. recentemente, sistemas do tipo herbicida-compósito argilomineralhexadeciltrimetilamônio (ctab) tem sido conduzidos com o objetivo de preparar sistemas que permitam controlar a disponibilidade dos herbicidas, alterando a solubilidade dos herbicidas em água, sua fotoestabilidade, etc., o que permitiria minimizar os efeitos de contaminação de águas superficiais e de subsolo [5,6,15,18]. eletrodos modificados com compósitos argilominerais vêm sendo desenvolvidos de longa data [4,7,9,10-14,19,22,24-28], empregando distintos substratos (pt, carbono vítreo, eletrodo de pasta de carbono, etc.) e objetivando diferentes aplicações tais como: 1reconhecimento óptico; 2desenvolvimento de sistemas eletrocatalíticos; 3desenvolvimento de eletrodos empregados para determinações eletroanalíticas. desta forma, considerando as aplicações historiadas anteriormente o presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento espectroeletroquímico de filmes montmorilonitaazul de metileno (mm-am) gerados sobre eletrodos de vidro ito. procedimento experimental equipamentos espectrofotômetro: hp 8453, diodo “array” interfaceado a um computador compatível com a linha ibm-pc e “software” para aquisição e tratamento de dados. potenciostato: ecochimie pgstat10, interfaceado a um computador compatível com a linha ibm-pc, e “software” gpes3, ecochimie para aquisição e tratamento de dados. célula eletroquímica: os eletrodos de trabalho, auxiliar e de referência foram montados no interior de uma cubeta de quartzo de 5 ml. a tampa de teflon, da célula foi cortada e perfurada de modo a acomodar os eletrodos. eletrodo de referência de ag/agcl/nacl(0,050 mol l-1), preparado em uma ponteira de micropipeta, para adaptação a célula. o contato elétrico era obtido mantendo-se a extremidade inferior da ponteira aberta. contra eletrodo: foi empregado um fio de pt em forma de retângulo, acompanhando o perfil interno da cubeta e colocado de frente para o lado ativo do vidro ito. eletrodo de trabalho: eletrodo de vidro ito recoberto com o filme de mm-am. procedimentos para a modificação dos eletrodos de vidro ito ipreparo do compósito montmorilonita azul de metileno (mm-am): agitou-se por 24 h uma suspensão metanólica de montmorilonita (mm), na presença do corante azul de metileno (am, 1 %, m/ m), eliminando-se o solvente em corrente de n2 até a secura. iipreparo das suspensões de montmorilonita (mm) e do compósito mm-am: a serem aplicados sobre o eletrodo de vidro ito, para a formação do filme: 1) suspensão aquosa de mm, 2 g l-1, agitada por 12 h; 2) suspensão aquosa de mm-am, 2 g l-1 (preparada em i), agitada por 12 h; 3) suspensão aquosa de mm-am, 2 g l-1 (preparada em i), agitada por 12 h na presença do surfactante cloreto de cetil-trimetilamônio (ctacl) (12 µl:3 ml); 4) suspensão aquosa de mm (2 g l-1) tratada com ctacl (12 µl:3 ml), am (1 %, m/m) e agitada por 15 h. posterior à agitação, as suspensões foram centrifugadas a 1000 rpm por 5 min e o sobrenadante empregado para a geração dos filmes. iiimodificação da superfície dos eletrodos: sobre o vidro ito (ag= 0,56 cm2) aplicou-se incrementos de 10 µl da suspensão, em circulo, de modo a cobrir toda a área superficial do eletrodo em uma única gota de 100 µl. posteriormente, o solvente foi evaporado em estufa a 80°c, por 40 minutos. este procedimento foi procedimento repetido 3 vezes para o mesmo eletrodo, para evitar descontinuídade nos filmes. ivestudo do comportamento eletroquímico do sistema mm-am/am(em solução aquosa): foram obtidos voltamogramas cíclicos (vc) para as ecl. quím., são paulo, 28(1): 77-83, 2003 79 seguintes condições: a) einic.=efin.3= 0,4 v; einv.1 e einv.2= variável; b) (0,05 ≤ v ≤ 0,2) v s-1; em meio de nacl 0,050 mol l-1, para (0,8< cam < 2,4)x10-5 mol l-1. vestudo do comportamento espectral (uvvisível): foram obtidos espectros dos filmes preparados sobre o vidro ito para estudar a presença das espécies protonadas e não protonadas e o seu efeito sobre os perfis dos voltamogramas cíclicos. viestudo do comportamento espectroeletro químico do filme de mm-am em solução de eletrólito de suporte: o filme, após a deposição, foi imerso em solução de nacl 0,050 mol l-1, desaerado com n2, por 5 min, e submetido a transientes i x t, de duplo salto com simultânea obtenção do espectro uv-visível. o transiente de duplo salto foi obtido de acordo com o seguinte programa de potenciais: e1= 0,20 v, t1= variável (60 a 900 s); e2= variável (0,10 a –0,50 v; e= 20 mv), t2= variável (60 a 900 s); os espectros foram obtidos ao final do tempo do transiente (t1, t2 5) s. resultados e discussões as figuras 1a) e b) apresentam os vcs obtidos sobre o eletrodo de vidro ito modificado empregando suspensão aquosa de montmorilonita, mm (2 g l-¹) (metodologia ii-1), e suspensão aquosa do compósito mm-am (preparado pela metodologia ii-2), ambos na ausência do ctacl. a figura 1a) foi obtida em solução do eletrólito de suporte (curva 1) e em solução de am (8 e 16 µmol l-1; curvas 2, 3). inicialmente, observase a mudança de coloração do filme (incolor→azul) devido a adsorsão do monômero, espécie am, e o aparecimento gradual do par redox, representado por a (ec= -0,06 v) e b (ea= -0,13 v), com o aumento do número de ciclos (50 ciclos curva 3; cam=16 µmol l-1). a figura 1b), curva 1, apresenta um pico catódico em -0,07 v, cuja intensidade aumenta nos 2 primeiros ciclos posterior à adição do am (curva 2; cam= 8 µmol l-1). com o aumento do número de ciclos verificase o aparecimento do par de picos a (-0,21 v), b (0,32 v), e a conseqüente estabilização do vc após o 15º ciclo (curva 3). é importante observar que a razão ipa / ipc ~ 0,59, sugerindo um processo de transferência de elétrons facilitada. figura 1: vcs obtidos para os eletrodos ito modificados com: a) mm: (__) branco, (_.._) 8 e (......) 16 µmol l-1, am, 3o e 50o ciclo, respectivamente; b) compósito mm-am: 1) branco, 2) 3o, 3) 15o ciclo, 8 µmol l-1, am; c) espectro uv-visível obtido para o filme de mm, recém recoberto por am, para constatação do processo de difusão do am para a região interlamelar com o tempo; eletrodo imerso em solução de nacl 0,050 mol l-1; intervalo de tempo para obtenção dos espectros: t= 1 min. t= (25±1) oc. na figura 1c) estão representados os espectros obtidos para um filme de mm-am preparado de modo a minimizar o “inchamento” das lamelas e dificultar a migração do monômero do azul de metileno (am) para os sítios ácidos da argila. os espectros foram obtidos em intervalos de tempo t= 1 min, posterior a imersão do eletrodo em solução de nacl 0,050 mmol l-1, permitindo observar o aparecimento e a intensificação da banda de absorção do monômero protonado, espécie amh2+ em 750 nm [1,3,21]. a figura 2a) apresenta os vcs obtidos para o am, 30 µmol l-1 em solução de nacl 0,050 mol l-1, para (0,050 ≤ v ≤ 0,20) v s-1. os vcs foram obtidos sobre o eletrodo modificado empregandose a metodologia de depósito ii-3 (surfactante adicionado à suspensão do compósito mm-am). a figura 2, c1), apresenta o espectro de absorção obtido para o filme da figura 2a), onde ecl. quím., são paulo, 28(1): 77-83, 2003 80 são observadas as bandas de absorção características das espécies: 1) am em 660 nm; 2) amh2+ em 750 nm (resultado da migração do am para os sítios ácidos da argila durante o processo de suspensão, metodologia i [1,3,21]). a presença destas espécies, nos diferentes sítios da argila, revela que o am quando pré-adsorvido não pode ser deslocado pelo surfactante [2]. figura 2. vcs do am 30 µmol l-1 em solução de nacl 0,050 mol l-1 obtido empregando eletrodo ito modificado a partir das metodologias: a) ii-3, ausência do ctacl na região interlamelar; b) ii-4, presença do ctacl na região interlamelar. c) espectros de absorção na região do visível obtidos para os filmes empregados em a) c1; b) c2. t=(25±1) oc . a figura 2b) apresenta os vcs obtidos para o filme preparado pela metodologia ii-4, situação na qual a suspensão de argila é agitada simultaneamente na presença do surfactante e do am (1% m/m); condições experimentais idênticas às da figura 2a). na figura 2, c2) está representado o espectro de absorção do referido filme, revelando a ausência do monômero protonado do corante (amh2+), como resultado da ocupação preferencial dos sítios ácidos da argila pelo ctacl [2]. a ausência da espécie amh2+ está em concordância com os resultados apresentados na figura 1c) considerando-se que com a ocupação dos sítios ácidos, não ocorre a difusão do am para a região interlamelar da mm. a comparação dos vcs apresentados nas figuras 2a) e 2b) revela um perfil i x e ligeiramente semelhante, com um conjunto de picos redox (a, b). porém, os vcs da figura 2a) apresentam intensidades de corrente consideravelmente superiores e uma razão ipa / ipc ~ 1,04. a figura 2b), por sua vez, apresenta uma razão ipa / ipc ~ 0,53, sugerindo um processo de transferência de elétrons facilitada, apesar das baixas correntes. os vcs da figura 2a) apresentam um conjunto de picos superpostos na região catódica, não observados na figura 2b). a desconvolução deste conjunto de picos permitiu a determinação dos respectivos valores de potencial (e) de pico: c (e= 0,23v; ipa= 42 µa); b (e= 0,37v; ipa= 94µa). a correlação ipa x v1/2 foi observada para os picos de oxidação (a~0,1v) e de redução (b,c), para ambos os sistemas, demonstrando tratar-se de um processo controlado por difusão. a correlação ipa e ipc x cam obtida para (5 ≤ cam solução ≤ 30) µmol l-1 e v= 0,1 v s-1, para os eletrodos preparados pelas metodologias ii-3 e ii-4, forneceu relações lineares, porém, o filme preparado pela metodologia ii-4 apresentou desvio da linearidade para baixos valores de (5 ≤ cam ≤ 10)µmol l-1. as figuras 3a) e b) apresentam os espectros de absorção para os eletrodos de filme de mm-am modificados empregando as metodologias ii-3 e ii-4, na ausência e na presença do ctacl na região interlamelar, respectivamente. os espectros foram obtidos para os eletrodos imersos em solução de nacl, 0,050 mmol l-1, empregando diferentes programas de perturbação de potenciais (i x t). na figura 3a) estão representados os espectros de absorção obtido para o eletrodo de vidro ito modificado com o filme do compósito mm-am, contendo o ctacl na região interlamelar. os espectros foram obtidos para os transientes, i x t, no intervalo de e2= 0,10 a –0,50 v, e= 20 mv, para tempo de amostragem de corrente, ta= 60 s, com exceção da curva 1 (ausência de potencial aplicado (eap.)) e da curva 10, e2= -0,4 v e tempo de amostragem de corrente, ta= 900 s. a figura não revela a atenuação da intensidade dos picos das espécies absorventes: agregados (am)n ecl. quím., são paulo, 28(1): 77-83, 2003 81 em 600 nm) e monômero (am em 660 nm) com o avanço do e2 para a região catódica, como observado na literatura para os sistemas am nafion e polianilina am – nafion [10,12,13], situação para a qual todo o azul de metileno foi reduzido à forma incolor (forma leuco). assim, a ausência de atenuação dos picos de absorção revelada a partir dos resultados da figura 3a) sugere que para este sistema não ocorre a geração eletroquímica da forma leuco do azul de metileno, estando presente apenas as formas não protonadas do am. figura 3. espectros de absorção na região do visível dos filmes do compósito mm-am obtidos durante e na ausência da aplicação dos transientes i x t, para diferentes condições experimentais: a) compósito contendo ctacl na região interlamelar; b) ausência do ctacl na região interlamelar. condições para obtenção dos transientes descritos na figura. t=(25±1) oc. na figura 3b) estão representados os espectros de absorção para o eletrodo de vidro ito modificado com o filme do compósito mm-am na ausência do ctacl na região interlamelar. a curva 1 da figura 3b) foi obtida na ausência de eap., revelando as espécies absorventes presentes no sistema: enquanto que o espectro 2 (superposto ao 1) foi varrido imediatamente após a remoção do potencial aplicado para a obtenção da curva 7 (e2= -0,5 v, ta2= 900 s). com a remoção do potencial observou-se o retorno instantâneo do sistema à sua condição inicial, ausência de potencial aplicado; sendo os espectros obtidos totalmente superponíveis, como observado a partir da figura 3b). a curva 3, por sua vez, foi obtida para tempos curtos, ta2= 60 s e e2= -0,3 v. este espectro é representativo de um conjunto de espectros superpostos, todos obtidos em condições experimentais idênticas, exceto para os valores de e2= 0,1, -0,15 e -0,20 v. tal superposição revela a ausência de atenuação do pico de máximo de absorção das espécies ((am)n em 600 nm; am em 660 nm), para intervalo de tempo de 60 s, situação muito semelhante ao observado a partir dos espectros da figura 3a). os espectros obtidos para transientes de tempo ta2, superior a 60 s, ta2= 300, 480, 660 e 900 s, para e1= 0,20 v e e2= -0,50 v, curvas 4-7, em comparação com ta2= 60 s (curva 3), revelam uma contínua atenuação do espectro. a máxima atenuação, observada na intensidade dos picos de absorção das espécies (am)n em 600 nm e am em 660 nm, foi de 30 %, e foi obtida para o par t2,e2: 900 s, -0,50 v. comportamento desta natureza pode ser comparado aos resultados apresentados na literatura para o estudo eletrocrômico de filmes de am nafion e polianilina am – nafion [10,12,13]. para tais sistemas o processo de atenuação requer um intervalo de tempo (≤ 180 s) consideravelmente menor do que o exigido para o compósito inorgânico mm-am (900 s). entretanto a etapa lenta do processo está na de conversão da forma leuco à forma oxidada do am. a atenuação observada para o sistema inorgânico, por sua vez, é da ordem de 30 %, e constitui-se num valor ainda pequeno quando comparado a conversão obtida para os sistemas am nafion e polianilina am – nafion [10,12,13], para os quais a eficiência é de 100%. porém, o sistema inorgânico apresenta, com a remoção do potencial aplicado, um retorno instantâneo à condição inicial. ecl. quím., são paulo, 28(1): 77-83, 2003 82 conclusões a adsorsão prévia do monômero não protonado, am, permite o aparecimento do par redox ab, apenas para cam ≥ 16 µmol l-1 e para um número elevado de ciclos (50). este fato sugere a necessidade do corante estar presente nas camadas interiores do filme, processo este que ocorre como função do tempo. a incorporação do surfactante ctacl permitiu: 1) a obtenção de filmes mecanicamente estáveis; 2) sugerir que o monômero protonado (amh2+), presente nos sítios ácidos da argila esteja participando no processo de transferência de elétrons e, portanto, sendo responsável pela conseqüente definição do perfil dos voltamogramas cíclicos. o estudo espectroeletroquímico revelou que, considerando a aplicação de transientes para: 1) tempo de amostragem ta2= 60 s, os eletrodos modificados contendo o ctacl incorporado ou não a região interlamelar (metodologias ii-4 e ii-3, respectivamente) não apresentam atenuação dos picos das espécies absorventes, revelando a ausência da espécie leuco do am; 2) tempos significativamente maiores ta2= 900 s, o eletrodo preparado de modo a não conter o ctacl na camada interlamelar (presença da espécie amh2+) apresentou uma considerável atenuação do pico de absorção da espécie monoprotonada, e o retorno instantâneo à condição inicial com a remoção do e ap . agradecimentos os autores agradecem à fundunesp e à fapesp o apoio financeiro. souza, g. r.; fertonani, f. l.; pastre, i. a. espectroelectrochemical behavior of clay-dye structured systems. abstract the eletrochemical and espectroelectrochemical behavior of the montmorilonita methylene-blue system (mm-am)/ amsolution have been investigated using cyclic volta mmetry and transient (i x t) techniques on modified ito glass electrodes by film of composite (mm-am) mechanically deposited. these films were prepared by three way: 1in the absence of surfactant ctacl (cetyltrimethyl-ammonuim chloride); 2with incorporation of ctacl into the interlayer region; and 3in the presence of ctacl, however, not incorporated into the interlayer region. the spectroelectrochemistry technique was used for characterization and study of the formed films. the experimental results allowed assumptions as follows: 1films prepared with am previous incorporated into interlayer region supply a more efficient electrochemistry answer with the appearance of a couple of well defined peaks; 2ctacl, in general, allows to obtain mechanically stable films; 3when ctacl is previously included into interlayer region it doesn’t exist intercalated protonated specie, amh+; 4when protonated specie is absent the composite doesn’t shows electrochromic behavior. keywords: clays, spectroelectrochemistry, cyclic voltammetry, montmorillonite, methylene blue and modified electrodes. referências bibliográficas [1] bergmann, k.; okonski, c. t. a spectroscopic study of methylene blue monomer, dimer, and complexes with montmorillonite. j. phys. chem., v. 67, p. 2169, 1963. 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isotérmica da microdureza da liga cu-3%al-5%ag com o tempo de envelhecimento, em cinco temperaturas diferentes. na estimativa dos parâmetros aplicou-se o método dos mínimos quadrados à função linearizada do modelo e para o refinamento da solução, os procedimentos da regressão não linear. foram obtidas as distribuições de freqüências das estimativas dos parâmetros, por simulação, e determinados seus erros relativos. observou-se que, em uma das parametrizações das funções, a estimativa do parâmetro cinético apresentou maior estabilidade. apesar dessas funções serem anteriormente consideradas distintas, verificou-se que a função de mmf é uma aproximação da função de jma, sendo que esta, com a parametrização adequada, é a mais indicada para descrever o processo cinético considerado. palavras-chave: regressão não-linear, estimação de parâmetros, simulação, cinética de precipitação, liga à base de cobre introdução http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 as funções de mmf e de jma descrevem o crescimento de respostas y em relação a uma variável independente t. estas são funções de crescimento e podem ser aplicadas ao estudo de diversos fenômenos biológicos e químicos, dentre os quais destaca-se a cinética de transformação de fase no estado sólido1,2,8,9. a função de jma,12 baseada na função de distribuição de probabilidade de weibull, e a função de mmf,10 deduzida como uma equação geral da cinética de saturação, são definidas, pelas expressões (1) e (3), respectivamente, e suas reparametrizações com g = kd por (2) e (4). essas funções são não-lineares nos parâmetros. assim, a estimação dos parâmetros e a aplicação das técnicas estatísticas não são simples como nos modelos lineares, exigindo uma avaliação de cada caso3,13,14. no estudo da cinética de transformação de fase no estado sólido, não é possível trabalhar diretamente com a velocidade de transformação, pois seria necessário determinar a composição dos reagentes e dos produtos a cada instante. na prática, tem-se ajustado algum modelo cinético empírico à variação de alguma propriedade física y do material como função do tempo t. neste trabalho a propriedade física y considerada foi a variação isotérmica da microdureza da liga cu-3%al-5%ag com o tempo t e buscou-se descrever esta variação isotérmica com as funções de mmf e de jma. nessas funções, a e b correspondem aos valores da microdureza no final do processo e no seu início, respectivamente, enquanto d corresponde ao tipo de nucleação5 e g (ou k) é a constante de velocidade. além disso, foi proposta uma metodologia baseada nas estimativas dos parâmetros, para se definir o modelo cinético mais adequado. material e métodos preparação da amostra/medidas de dureza a liga foi preparada em um forno de indução inductotherm sob atmosfera de argônio, utilizando-se cadinho de grafite e materiais com pureza igual a 99,9%. após o processo de fundição, a liga foi submetida a um recozimento prolongado por 120 horas a 8500c, para homogeneização. as temperaturas nas quais foi feito o estudo isotérmico da variação da microdureza com o tempo, foram determinadas a partir da curva de variação isocrônica da dureza da liga com a temperatura de têmpera, cujo máximo está em torno de 4000c 6. foram selecionadas as temperaturas de 300oc, 350oc, 400oc, 450oc e 500oc para o envelhecimento da liga, próximas ao máximo da curva isocrônica. ajuste das funções seja o modelo de regressão, com erro aditivo, da forma y = f(t,q) + ei, onde f é a função do modelo, mmf ou jma, e q é o vetor dos parâmetros: q = (a,b,g,d) ou q = (a,b,k,d). o método dos mínimos quadrados consiste em encontrar o vetor q de estimativas dos parâmetros que minimiza a soma de quadrados dos desvios dos valores experimentais em relação aos valores ajustados. como a função é não-linear nos parâmetros, não é possível obter explicitamente o vetor de estimativas. neste trabalho, ele foi determinado pelo método iterativo de gauss-newton 6. simulação propriedades estatísticas das estimativas dos parâmetros e informações sobre o grau de nãolinearidade das funções do modelo podem ser obtidas estudando-se a distribuição amostral das estimativas dos parâmetros. quando o modelo de regressão é linear e o termo do erro tem distribuição normal, a distribuição amostral das estimativas dos parâmetros desse modelo também tem distribuição normal. para os modelos não-lineares algumas propriedades estatísticas relacionadas com os parâmetros são obtidas simulando-se a distribuição amostral. quanto maior a concordância dessa distribuição com uma distribuição normal, menor será o grau de não-linearidade do modelo3,12 e as propriedades válidas no caso linear são adotadas como aproximações. baseando-se em ratkowsky12, propos-se o seguinte procedimento no estudo de regressão nãolinear por simulação: a. considerar o modelo de regressão não-linear yi = f(q,ti) + ei, com i =1,2,...,n, onde f é a função do modelo e ei é o erro experimental suposto com distribuição normal de média zero e variância s2. b. ajustar ao conjunto de dados a função do modelo, determinando . considerar as estimativas dos parâmetros iguais a q e a estimativa da variância dos erros experimentais igual a s2. desse modo, somente ei é incógnita. c. para n valores fixos ti, gerar pelo dispositivo de box e miller4 n valores de uma distribuição normal de média zero e variância s2, isto é, gerar n valores de erro. substituindo-se no modelo obtém-se n respostas yi. simula-se assim n pares de valores experimentais (ti,yi), aos quais é aplicado o procedimento de ajuste, obtendo-se as estimativas dos parâmetros. d. repetir os passos b) e c)1500 vezes para obter 1500 conjuntos de 5 estimativas dos parâmetros. a partir destes conjuntos é construída a distribuição de frequências para cada parâmetro, a qual pode sugerir a distribuição amostral verdadeira. resultados e discussão considerando-se as medidas da variação da dureza da liga cu-3%al-5%ag com o tempo, apresentadas na tabela 1, em cinco temperaturas, foram estimados os parâmetros das funções de jma e mmf (1), (2), (3) e (4). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 a maior dificuldade no ajuste dos modelos não-lineares é a escolha de valores para se iniciar o processo iterativo. em relação ao modelo de mmf e de jma foi possível empregar um procedimento para o cálculo desses valores iniciais, linearizando-se a função. nas tabelas 2 e 3 encontram-se, respectivamente, as estimativas dos parâmetros das funções de jma, de mmf determinadas pelo método de gauss-newton e as estimativas correspondentes da variância dos erros experimentais. na tabela 4 são apresentados os erros relativos das estimativas dos parâmetros, definidos pela razão entre o erro padrão da estimativa e a estimativa. verifica-se que esses erros relativos são muito altos para as estimativas de g na forma (1) e são extremamente reduzidos quando se utiliza a forma (2) com o parâmetro k. esses erros mostram uma instabilidade muito grande do parâmetro g em relação a k. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 esses resultados se repetem para as formas (3) e (4) da função de mmf, conforme pode ser observado nas tabelas 3 e 4. novamente, o parâmetro g é mais instável que k. quanto ao estudo das distribuições amostrais das estimativas dos parâmetros dos modelos por simulação, foram obtidas as distribuições de freqüências padronizadas das estimativas dos parâmetros das funções de mmf e de jma, cujos gráficos estão representados nas figuras 1 e 2, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 respectivamente, para a temperatura de 5000c. nas outras temperaturas as distribuições de freqüências são similares. analisando a figura 1 observa-se que as distribuições de frequências das estimativas dos parâmetros a, b, d e k seguem aproximadamente uma distribuição normal. com isso, as propriedades estatísticas relativas à função de jma são próximas àquelas dos modelos lineares. no caso do parâmetro g, entretanto, não existe uma concordância aparente da sua distribuição amostral com a distribuição normal. as estimativas padronizadas se estendem à direita até valores próximos de 10, em vez de até 3 como em uma distribuição normal. isso confirma a instabilidade deste parâmetro, observada também pelo erro relativo. na figura 2 são mostrados os gráficos das distribuições de frequências das estimativas dos parâmetros obtidas por simulação, também na temperatura de 5000c, para a função de mmf. observa-se, uma estabilidade dos parâmetros a, b , d e k, visto que as distribuições amostrais de suas estimativas se aproximam da distribuição normal, diferentemente do parâmetro g onde não existe esta concordância. portanto, novamente se conclui que o parâmetro g é instável também na forma (3) da função de mmf. nas outras temperaturas os resultados são equivalentes. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 assim, apenas as formas (2) e (4), respectivamente, das funções de jma e de mmf, são adequadas ao estudo proposto. entretanto, observa-se que, quando se comparam as estimativas dos parâmetros a, b e k dessas duas formas, os valores são muito próximos. apenas as estimativas do parâmetro d na função de mmf são um pouco maiores que as do mesmo parâmetro na função de jma. quanto à qualidade do ajuste, determinado pelos valores de s2 das tabelas 2 e 3, também o de jma é um pouco melhor. apesar das formas (2) e (4) das funções de jma e mmf serem distintas, do ponto de vista matemático, a função de mmf é obtida como uma primeira aproximação do desenvolvimento da função de jma em série de potências. este fato parece não ter sido observado por autores que empregaram essas duas funções em modelos estatísticos, tais como ratkowsky12 ou seber e will13. conclusões os procedimentos de linearização da função de jma e de mmf para a determinação de valores iniciais dos parâmetros foram eficientes, levando à convergência do processo iterativo. as formas (1) e (3) das funções de jma e mmf, respectivamente, que contêm o parâmetro g, não são adequadas para descrever a cinética de precipitação da liga, devido a grande instabilidade apresentada por este parâmetro. os parâmetros do modelo de mmf têm a mesma interpretação física dos parâmetros da função de jma. entretanto, esta função é uma primeira aproximação da função de jma, onde o parâmetro responsável pela taxa de nucleação é sempre maior que na função de jma. a análise dos resultados indica que a função de jma na forma y = a -(a b) deve ser preferida na descrição da cinética de precipitação em ligas metálicas. agradecimentos os autores agradecem à fapesp e a fundunesp pelo auxílio recebido. capela, m.v. et al. comparison of the fit of the morgan-mercer-flodin and johnson-mehlavrami models for the precipitation reaction in the cu-3wt.%al-5wt.%ag alloy. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: morgan-mercer-flodin (mmf) and johnson-mehl-avrami (jma) are growing models used in the description of kinetic processes in the solid state. in this work, the parameters behavior of these models was compared, in two parametrizations, when fitted to experimental data of isothermic microhardness changes with the aging time, in the cu-3wt.%al-5wt.%ag alloy, at five different temperatures. the data were fitted by the usual linearization of the model function and by a more refined non-linear regression fit. the frequencies distribution of the parameters estimates were obtained by simulation, together with the relative errors. the results indicate that, for one of http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 the model functions parametrization, the kinetics parameter estimates showed a greater stability. although these functions were considered as distinct functions, it was possible to observe that the mmf function is an approximation of the jma function and the latter, with the right parametrization, is more convenient to describe the kinetic process here considered. keywords: nonlinear regression; parameter estimation; simulation; precipitation kinetics; copper-based alloys referências bibliográficas 1 adorno, a. t.; guerreiro, m. r.; magnani, r.; benedetti, a. v. influência de adições de prata na cinética de precipitação da liga cu-5%al. ecl. quím., v.22, p.121-32, 1997. 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direct potentiometry; nitrate concentration. introduction the world wide specialized literature has reported in the last few years a human's life injure due to nitrate contamination.1,6 such dangerous effect has been revealed in different environmental samples, such as fruits, vegetables and other food.3 it's kown for example, that water well is quite often one of the more contaminated source in the field, causing serious health problems mainly in the infant population.2,5,8 our department has been assigned the task of determining the ion nitrate concentration by using ion-selective electrodes (ise). to this end, we have elaborated some models of ion-selective electrodes and other methods in order to quantify nitrate level in environmental samples. experimental http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back for the determination of nitrate contents in various environmental samples (waters, fruits, vegetables, and other), it has been developed a nitrate sensitive electrode with a plastificated membrane (pvc-membrane): direct contact, electrodes with internal reference solution and other different electrode variants and their methodologies.4,7,9,10 it has been used as electrode active substance a high weight molecular quaternary ammonium nitrate inmovilized in pvc-matrix with adequate plastificant. the measurements system used is formed by an ion selective indicator electrode and the ag/agcl reference electrode linked to a milivolt-meter, ph-meter, ionometer (digital or analogical one), reflecting the dependence of pno3 vs e(mv) in correspondence with the nernst equation. in the practical use of the electrode, it's necessary the use of a buffer solution for the ionic strength regulation. it could be shown as the most notable interference the hco3, cl, br, anions of organic acids; i, mno4 and other. results and discussions these electrodes show a lineal dependence between 0.1 and 1.10-5 mol l-1 with a slope of 56 + 3 mv next to the teoric value at 298 + 1 k being the electrode response practically instant. the minimum limit of detection is approximately 8.10-6 mol l-1. the probable interference was studied and the value of the potentiometric selectibility coefficient respect to cl–, hco3 – , br –, no2, clo4, is quite similar to the values reported by foreign firms. the error in the determination of nitrates by direct potentiometry was compared with brucine method and uv (table 1, 2). the interference effect of the cl– and hco3 ions present frequently in water was deeply studied, showing how in the practical fulfillment of the analysis, it should have been avoided first by the elimination of the hydrogen carbonate at ph 3, and the subsequent increment by the addition on nitrate to the sample (figure 1). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 electrodes made at the chemistry department in the university of camagüey have been employed in the determination of nitrates in potatoes, onions, carrots and green tomatoes. the statistical analysis was carried out. test of hypothesis between two media sample with unknown (p = 95%) using different methodologies has been done (table 3). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100017&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab3 conclusions we have elaborated electrodes of different variants for determination of nitrate concentration by direct potentiometry. the effectivity of these dispositives is demonstrated in the control of content of nitrates in diverse surrounding samples, which allows its diffusion in different branches of economy public health and high education. del tóro déniz, r., peón espinosa, a. m., dandie marshalleck, h., brocar estevez, a. usos de eletrodos sensíveis a íons nitrato. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.205-210, 1997. resumo: alguns modelos de eletrodos de íon seletivo e outros métodos foram elaborados para determinar os níveis de nitrato em amostras de água, frutas, vegetais e outros, usando potenciometria direta. palavras-chave: eletrodos de íon seletivo; potenciometria direta; concentração de nitrato. references 1 fan, a. m., willhipe, c. c., books, s. a. evaluation of the nitrate drinking water standard with reference to infant methemoglobinemia an potential reproductive toxicity. regul. toxicolog. and pharmacology, v.7, p.135-48, 1987. [ links ] 2 garcía, d. p. thesis. department of chemistry. university of camagüey. cuba, 1985 [ links ] 3 hotchkiss, j. h, canssens , r. g. nitrite, nitrate and nitroso compouns in foods. food technology, v.41, p.127-35, 1987. [ links ] 4 igorof, v. e. i. s. conference university of camagüey, cuba, 1990. [ links ] 5 keating j. p. et al. infantile methemoglobinemia caused by carrot juice. eng. j. med., n.288, p.824-6, 1973. 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chamissonis, spathulenol, sitosterol, b-sitosteryl-d-glucoside, kolavelool, 13-epi-2-oxo-kolavelool, trans-n-pcoumaroyltyramine, allantoin, aristolochic acid i, and aristolactam aii were isolated. the structures of aristolactam aii and piperolactam a have been revised by means of spectroscopic methods and chemical derivatizations. keywords: aristolochiaceae, aristolochia chamissonis, diterpenes, trans-n-pcoumaroyltyramine, allantoin, aristolactam aii, piperolactam a introduction aristolochiaceae family is a rich source of aristolochic acids and aristolactams. aristolochic acids have been found only among the aristolochiaceae, as well as in butterflies (lepdoptheras belonging to the troidine) that feed on such plants, whereas the aristolactams also occur in other botanical families 1. in a previously paper we had reported the isolation of rearranged (4® 2)-abeo-clerodane and clerodane diterpenes from the hexane extract of stems of aristolochia chamissonis 3. in this paper we describe the isolation from the ethanol extract of spathulenol, sitosterol, kolavelool, 13epi-2-oxo-kolavelool, previously isolated from aristolochia chamissonis 3. in addition, b-sitosteryld-glucoside, trans-n-p-coumaroyltyramine, allantoin, aristolochic acid i, and aristolactam aii were obtained. the structures of aristolactam aii and piperolactam a have been revised on the basis of the spectral data relating to aristolactam aii itself and its acetyl derivatives. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota experimental general the nmr spectra were measured on a bruker spectrometer, 1h nmr and 1h-1h cosy spectra were obtained at 200 mhz, 13c nmr and dept were taken at 50 mhz, and 1h-13c cosy were optimized for j = 7 hz and 145 hz. the mass spectra were obtained on an hp5970 spectrometer and on a fisons platform ii by flow injection into the electrospray source. the instrument was operated in the positive ion mode. the ir spectra were obtained on a nicolet-730 ft-ir spectrometer using kbr discs. uv absorption was measured in a hewlett packard 8452 a diode array spectrophotometer. tlc: silica gel 60 pf254. plant material the botanical material was identified and collected as previously described 3. isolation ground stems (850 g) were exhaustively extracted at room temperature with hexane, me2co and etoh successively, and then individually concentrated 3. the crude ethanol extract (12.2 g) of stems was washed with chcl3 and then with meoh. the insoluble residues from both solvents were separated, combined, and submitted to crystallization from meoh yielding allantoin (1.0 g). the chcl3 solution was concentrated (2.5 g) and fractionated by chromatographic column (silica gel, 50 g, chcl3: meoh, gradient) leading to 30 fractions. fractions 7, 10, 11, 12, 17, 19, 21, and 23 yielded (-)-13-epi-2-oxo-kolavelool, (42.8 mg), (-)-kolavelool (350.0 mg), spathulenol (4.8 mg), sitosterol (10.0 mg), aristolactam aii (12.0 mg), trans-n-p-coumaroyltyramine (17.1 mg), b-sitosteryl-d-glucoside (6.6 mg), and aristolochic acid i (14.5 mg), respectively. aristolactam aii (8.2 mg) was submitted to acetylation (ac2o, pyridine, standard conditions). after preparative tlc (chcl3: meoh 9:1) the crude product afforded monoacetate derivative (2.4 mg) and di-acetate derivative (5.6 mg). results and discussion ethanol extract of the stems on chromatographic column gave nine known compounds. these compounds were identified by comparison of their physical (mp, ad) and spectroscopic (ms, ir, uv, 1h and 13c nmr) data with those of authentic samples isolated from aristolochia chamissonis 3 and a. gehrtii 8. analyses of the spectroscopic data (ms, ir, uv, 1h and 13c nmr) of the alkamide suggested two alternative structures for it (1 or 2). compound 1 is known as aristolactam aii, previously isolated from eleven aristolochia species and from pararistolochia flos-avis (aristolochiaceae), which structure identification were based mainly on the works of achari et al. (1982, 1984) 1, 2, crohare et al. (1974) 4 and priestap (1985, 1989) 9, 10. from piper longum (piperaceae) 5 compounds 1 and 2 were isolated and named as piperolactam a and aristolactam a ii, respectively, differing only by the position of the substituents at c-3 and c-4 (tables 1 and 2). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 in order to unequivocally establish the structure for the isolated alkamide from a. chamissonis, some 2d nmr experiments and chemical derivatisation were carried out. the correlations observed between protons and carbons by 1h-13c cosy, and 1h-13c cosy-lr (figure 1) suggested structure 1 instead of 2 for this compound. this suggestion was corroborated by noe difference experiments, which showed interaction between h-5 and methoxy protons, as well as between h-2 and hydroxy proton (figure 2). structure 1 was further confirmed by mono(1a) and di-acetate (1b) derivatives. the 1h and 13c nmr spectra of mono-acetate showed significant changes in the chemical shifts of ch-9 (dd h = 1.05, ddc = 8.0) in relation to 1, whereas the spectra of the diacetate showed that ch-2 and ch-9 had substantial changes in their chemical shifts (ddh = 0.81, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 0.79, ddc = 7.2, 11.7, respectively). conclusions analyses of spectroscopic data from 1 and its acetyl derivatives are in accordance with the reported structure for aristolactam aii isolated from aristolochiaceae and call for a revision of the structures of aristolactam aii and piperolactam a isolated from piper longum. it is important to note the isolation from a. chamissonis of phenanthrene compounds, which are very characteristic of the aristolochiaceae family. nearly forty aristolactamas and sixty aristolochic acid derivatives have been isolated from aristolochiaceae species. aristolochic acid i, for example, occurs in sixty species belonging to aristolochia genus 6, 7. acknowledgements the authors thank the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo for financial support, including the fellowship to m. d. bomm. tsuruta, a. y., bomm, m. d., lopes, m. n., lopes, l. m. x. aristolactamas e outros constituintes químicos de aristolochia chamissonis. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. resumo: isolou-se do extrato etanólico de galhos de aristolochia chamissonis espatulenol, sitosterol, sitosterol-b-d-glicosídeo, colavelool, 13-epi-2-oxo-colavelool, trans-n-pcoumaroiltiramina, alantoína, ácido aristolóquico i e aristolactama aii. as estruturas da aristolactama aii e da piperolactama a são revisadas com base em análises espectrométricas e derivatizações químicas. palavras-chave: aristolochiaceae, aristolochia chamissonis, diterpenos, trans-n-pcoumaroiltiramina, alantoína, aristolactama aii, piperolactama a. references 1 achari, b.; bandyopadhyay, s.; chakravarty, a. k.; pakrashi, s. c. carbon-13 nmr spectra of some phenantrene derivatives from aristolochia indica and their analogues. org. magn. reson., v. 22, p. 741-746, 1984. [ links ] 2 achari, b.; chakravarty, s.; bandyopadhyay, s.; pakrashi, s. c. a new 4,5dioxoaporphine and other constituents of aristolochia indica. heterocycles, v.19, p. 1203-1206, 1982. 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ascorbic acid; flow injection analysis. introduction ascorbic acid or vitamin c is a soluble vitamin present in many biological systems and multivitamin preparations, which are commonly used as supplement to inadequate dietary intake. in addition, the concentration of ascorbic acid in foodstuffs, beverages and pharmaceuticals can be an index of quality, since it varies during production and storage stages [1, 2]. ascorbic acid has an important role in body health. it is necessary source for formation of collagen, assists the absorption of iron via reduction to the ferrous valence and lack of it provokes increased susceptibility to many kinds of infections and slows down the rate at which wounds and fractures heal [1]. it acts in amino acids metabolism and in biosynthesis of suprarenal hormone, minimizing the stress effect. nevertheless, the excess of ascorbic acid can cause gastric irritation and diarrhea, giving as metabolic product the oxalic acid, which can cause renal problems [3]. thus, vitamin c determination is very important for biological and food industry. the ascorbic acid has been determined by many analytical methodologies. oliveira and watson [4] reviewed the chromatographic techniques for the determination of supposed dietary anticancer compounds including ascorbic acid in biological fluids. high performance liquid chromatography (hplc) with electrochemical detection has been described as useful method for selective and sensitive determination of ascorbic acid in foods and biological fluids [5-7]. zeng et al. have proposed a spectrophotometric method [8]. the amperometric determination of ascorbic acid based on its electrochemical oxidation can be done at bare platinum or glassy carbon electrodes, operating at potential above +500 mv. however, this overpotential is lowered substantially by using chemically modified electrodes (cme). cmes based on ferrocene [9], on ferricyanide [10] or on 7,7,8,8tetracyanoquinodimethane (tcnq) [11] in 38 ecl. quím., são paulo, 30(2): 37-43, 2005 conjunction with tetrathiafulvalene or ferrocene [12] have been proposed as efficient methods to reduce the oxidation potential of ascorbic acid. enzymes have been used to improve the selectivity of many reactions using the amperometric detection. in this case, biosensors constructed using commercial ascorbate oxidase [13] or raw materials based on extracts from cucumber [14-17] and zucchini [18] have been proposed in the literature as alternative methods to determine ascorbic acid. ascorbate oxidase from cucumber have been used to eliminate ascorbic acid interference from malate determination in analysis of citrus juice [19] and also to determine glutathione [20], organophosphorous pesticida ethyl paraoxon [21] based on enzymatic inhibition method. this work describes the construction of a biosensor using crude ascorbate oxidase extracted from cucumber, immobilized onto nylon net and subsequent coupling to oxygen electrode. ascorbate oxidase is used to catalyze the oxidation of l-ascorbic acid in the presence of oxygen, as follow: 2 l-ascorbate + o 2 + 2h+ → 2 dehydro-l-ascorbate + 2h 2 o the method monitor the oxygen depletion, which is related to the ascorbate concentration, and it is successful applied to analysis of ascorbic acid in pharmaceutical formulations. experimental reagents l-ascorbic acid and albumin bovine were purchased from sigma chemical co. (st. louis, usa); the nylon membrane from a. bozzone (appiano gentile, italy) was kindly supplied by prof. m. mascini (university of firenze, italy); dialysis membrane was purchased from viskase co. (usa); cucumbers (cucumis sativus) were obtained from commercial sources; three medicine samples (redoxon, cewin and vitamina c, containing 200 mg ml-1 of ascorbic acid) were purchased from a local drugstore. all the other chemicals were of analytical grade. the ascorbic acid solutions were freshly prepared in 0.1 mol l-1 phosphate buffer ph 6.2. equipments lyophilization was performed with labconco mod. lyh-lock 1l. the fia system was constituted by a peristaltic pump (ismatec, model ipc), using an injection valve (reodyne inc.) with a 50 ml loop and a flow-through cell, where it was positioned the oxygen electrode (universal sensor inc., model 4001). the amperometric measurements were performed with an amperometric detector (universal sensor, model 3001), connected to a chart recorder (kipp and nonen, model bd 111). the chromatographic measurements were carried out with a hplc system, utilizing a waters (model 501) pump, a tunable absorbance detector (waters, model 486) and a data module (waters model 746). ascorbate oxidase extraction the ascorbate oxidase was extracted from cucumbers according to procedure described by machólan [14]: 97 g vegetal tissue was homogenized in a blender and distributed in 5 equal parts. each part was homogenized with phosphate 0.05 mol l-1 buffer solution ph 5.8, containing 0, 1 10-3, 2 10-2, 5 10-1, 1 10-3 and 1 mol l-1 nacl, respedtively. the extracts were sucked through a buchner funnel and centrifuged at 9000 rpm for 30 min at 4ºc. the supernatants were dialyzed versus 0.05 mol l-1 potassium phosphate buffer solution ph 5.8, under constant stirring during 7 h at 4ºc. aliquots of 1 ml of those extracts were distributed in flasks and lyophilized under vacuum (-50ºc) during 10 h. afterwards, it was stored at 4ºc in dessecator and used as ascorbate oxidase source. enzyme assay the free enzyme activity (da/min) was carried out by adding into a cuvette 2.6 ml phosphate buffer ph 6.2, 0.3ml of enzymatic extract and the reaction was started by addition of 100 ml of 1.5 10–4 mol l-1 ascorbic acid. the absorbance decreasing was monitored at 265 nm (250c) against a blank, in which no substrate was added. the protein concentration was measured by microbiuret method [22], taking albumin bovine as standard. the catalytic activity was calculated according to [23]: pcvdt va z ... 1000.. ε∆ ∆= where a: absorbance decreasing in 60 s at 265 nm, v: volume of assay (3 10-3l), t: time (60s), e: molar 39ecl. quím., são paulo, 30(2): 37-43, 2005 absorptivity of ascorbic acid (1.0 mmol-1 mm-1, according to [24]), d: light path (10mm), v: volume of sample used in assay (3 10-4 l), c p : protein concentration (11g l-1). biosensor construction 10 µl of the enzymatic extract containing the ascorbate oxidase was mixed with 20 µl of glutaraldehyde solution 0.5% (v/v) and covalently immobilized onto nylon net membrane previously activated according to mascini [13]. the membrane was stored overnight at 4ºc, washed with phosphate buffer and fixed over the polypropylene membrane of the o 2 electrode by an o-ring. analytical curve of ascorbic acid using the biosensor the analyses of ascorbic acid were carried out by using the typical setup used for flow injection system. the best flowing out of the measuring system was determined by injecting 50 µl of 3 103 mol l-1 ascorbic acid solution in the 0.1 mol l-1 phosphate buffer solution ph 5.8 and flow rate ranging from 0.3 to 1.0 ml min-1. the oxygen decreasing was monitored following the oxygen electrode response at a fixed potential of -600 mv that was recorded with a chart speed of 2 cm min-1. once the flow rate was optimized, the ph influence on the biosensor response was investigated and the analytical curves was constructed using the amperometric measurements performed by injecting 50 µl of ascorbic acid solution from concentration of 1.3 10-4 to 3.0 10-2 mol l-1, respectively. measurement of ascorbic acid in pharmaceutical products the ascorbic acid was determined in three pharmaceutical products. considering the nominal value displayed by manufacturers, the samples were diluted in phosphate buffer 0.1 mol l-1 ph 5.8, in order to obtain solutions of 2.5 10-4 and 5.0 10-4 mol l-1 concentrations for each pharmaceutical sample. the analytical procedure was similar to the one described to obtain the ascorbic acid curve. in order to compare the results, the samples were also analyzed by hplc according to nicholson and macrae [25]. the analyses were carried out on a waters model 486 detector sensitive to absorption at 265 nm. a c-18 column was used and a solution of h 2 o:methanol:acetic acid (93:5:2) as the mobile phase. chromatograms were obtained using aliquots of 10 ml of the sample under flow rate of 0.50 ml min-1. results and discussion ascorbate oxidase extraction and activity the supernatants containing the ascorbate oxidase obtained from the cucumber mesocarp in different concentration of nacl in phosphate buffer are colorless and present ph values 5-6. figure 1 exhibits the influence of nacl concentration on the free enzyme activity (da /min). in the absence of the salt, the ascorbate oxidase enzyme presented value of da /min = 0.132. nevertheless, the concentration of 1.0 10-3 mol l-1 nacl is enough to double the respective activity. then, the value increases up to 0.5 mol l-1, where the maximum activity is obtained. this value is slightly different from that reported in the literature that selected 0.1 mol l-1 nacl concentration for ascorbate oxidase extracted from mango (mangifera indica) [26]. further experiments were carried out by using 0.2 mol l-1 nacl concentration; the enzymatic extract presented 11mg of protein per ml. figure 1. influence of nacl concentration in phosphate buffer solution as ascorbate oxidase extractor. 40 ecl. quím., são paulo, 30(2): 37-43, 2005 the apparent specific catalytic activity of enzymatic extract obtained was 9.5x104 u mg-1. this value is in agreement with the value (1.70 103 u mg-1) related to the purified ascorbate oxidase [24]. biosensor performance table 1 compare the influence of flow rate on the response time (t r ) and the time to establish base line (t w ) for detection of 1 10-5 mol l-1 ascorbic acid solution. best current intensity is obtained with 0.3 ml min-1, but the response time (time to reach the maximum intensity) is longer than in the other flow-rates investigated. no influence is observed on the time required to establish the baseline. taking into account the sampling rate and the current intensity, a flow rate of 0.5 ml min-1 was selected for further measurements. the effect of ph on the activity of the immobilized enzyme was investigated evaluating the signal for: 0.1 mol l-1 hcl/kcl, ph 2.2; 0.1 mol l-1 potassium hydrogenphthalate/kcl, ph 3.0; 0.1 mol l-1 potassium hydrogenphthalate/naoh, ph 4.5; 0.1 mol l-1 formic acid/naoh, ph 3.8 and 4.8; 0.1 mol l1 phosphate buffer at ph 6.2 and 7.4. as shown in figure 2, the maximum activity occurred around ph=4. nevertheless more stable baseline is observed at ph5.8, which was chosen as best ph value. table 1. influence of flow rate on the dispersion of analyte. ascorbic acid: 1.0 10-5 mol l-1. figure 2. effect of ph on the biosensor response. ascorbic acid: 3.0x10-4 mol l-1, flow rate: 0.5 ml min-1. 41ecl. quím., são paulo, 30(2): 37-43, 2005 the reproducibility of the analytical readout was investigated recording the fia signal using injection volume of 50 µl, under a flow rate of 0.5 ml min-1. for each ascorbic acid solution injected in triplicate, is observed firstly a concomitant increasing followed by the decreasing side. as shown in fig. 3, the proposed system presents a good reproducibility, a constant baseline and sampling time of 1 minute. figure 3. flow diagram for amperometric determination of ascorbic acid. carrier solution: 0.1 mol l -1 phosphate buffer, ph 5.8. flow rate: 0.5 ml min-1. a: 5.0x10-4; b: 1.0x10-3; c: 2.0x10-3; d: 3.0x10-3; e: 5.0x10-3; f: 1.0x10-2; g: 3.0x10-2 mol l-1. figure 4. analytical curve of ascorbic acid. carrier solution: 0.1 mol l -1 phosphate buffer, ph 5.8. flowrate: 0.5 ml min-1 42 ecl. quím., são paulo, 30(2): 37-43, 2005 the relationship between current intensity and ascorbic acid concentrations are represented in the figure 4. the analytical curve shows a linear range (y=6.27 10-2 + 166.2x) for ascorbic acid concentration from 1.2 10-4 to 1.0 10-3 mol l-1; following a mathematical equation that fits whole the curve (from 1.2 10-4 to 5.0 10-3 mol l-1) assigned as y=0.0483 + 213x 19032 x2. due to good data reproducibility, the whole curve could be useful for the ascorbic acid determination. in order to test the lifetime of the amperometric biosensor measurements were carried out using it almost daily during 25 days leading to 500 injections. no significant loss in enzymatic activity was observed. the results indicate one decade in linear response (10-4 to 10-3 mol l-1), as well as described in reference [15], where the enzyme was supplied by the cucumber juice. other references using an enzymatic extract partially purified [16], a slice of cucumber [14] or a commercial enzyme [13], also present one-decade linear response from 10-5 to 10-4 mol l-1. the sampling rate is 75s more convenient than the other references [13,14,16]. the method was applied for determination of ascorbic acid in commercial samples and the data were compared with analysis based on hplc method as described in the literature [25]. analytical results obtained with both the biosensor and hpl are displayed on table 2. a neglected deviation from both methods is observed. the correlations values (% correlation) that were calculated taking into account the hplc values as reference, present values from 104 to 11% indicating good results for three samples investigated. table 2. ascorbic acid concentrations in medicine obtained with both biosensor and hplc methodologies. conclusion the ascorbate oxidase extracted from cucumbers with 0.1 mol l-1 phosphate buffer solution containing 0.5 mol l-1 nacl presented a high enzymatic activity. it can be used without previous purification when the biosensor is constructed by the immobilization onto nylon net and coupled to oxygen electrode. the simplicity of the biosensor construction, the low cost of analysis, the sampling rate and the agreement between the results obtained with both proposed method and hplc indicate viability of the proposed methodology. acknowledgement the authors are grateful to cnp q for awarding the fellowship to i. n. tomita. recebido em: 17/11/2004 aceito em: 08/04/2005 43ecl. quím., são paulo, 30(2): 37-43, 2005 i. n. tomita, a. manzoli, f. l. fertonani and h. yamanaka biossensor amperométrico para ácido ascórbico resumo: desenvolveu-se um biossensor para ácido l-ascórbico empregando ascorbato oxidase. a enzima foi extraída do mesocarpo de pepino com solução tampão fosfato 0,05 mol l-1, ph 5,8 contendo nacl 0,5 mol l-1. após diálise versus solução tampão fosfato 0,05 mol l-1, ph 5,8 a enzima foi imobilizada em rede de nylon através de ligação covalente com glutaraldeído. a membrana foi acoplada em eletrodo de o 2 e a reação monitorada pelo consumo de oxigênio a -600 mv em análise em fluxo (solução tampão fosfato 0,05 mol l-1, ph 5,8 como carregador e vazão 0,5 ml min-1). a curva analítica apresentou-se linear entre 1,2x104 a 1,0x10-3 mol l-1. o tempo de vida do biossensor foi de 500 análises. amostras de medicamentos foram analisadas com a metodologia proposta e os resultados comparados com os obtidos com hplc. palavras-chave: biossensor; ácido ascórbico; análise por injeção em fluxo. references [1] b. a. fox, a. g. cameron, food science, nutrition and healths, 5th edition, edward arnold, london, 1989, p. 261. 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2) a densidade de corrente elétrica de deslocamento é muito menor que a densidade de corrente elétrica de condução (t), (9) onde t é o tempo; 3) a densidade de corrente elétrica de condução , dentro do erro de 1%, é uma função linear do tempo. para (10) e a corrente alternada i, onde w é a freqüência angular, temos, i = i0senwt (11) e para a interrupção brusca da corrente elétrica, onde t é o tempo de relaxação,8 i = i0exp(–t/t) (12) que desenvolvidas em serie dão, respectivamente, (13) e (14) permitindo-se desprezar os demais termos com erro de 1%, para wt < 0,25 e para (1-t/t ) < 0,92, a expressão (10) se torna, respectivamente, (15) e (16) ou (17) para m = (t – t) fazendo (18) resulta (19) pela lei de ampére, (20) onde é o vetor campo magnético. se a solução é (21) resultando (22) que permite calcular o campo magnético na parede de raio r £ a. o fluxo f do vetor indução magnética numa superfície (a-r)l (figura 1) é (23) onde b é substituído por uma relação aproximada, para a curva de histerese de uma liga ferromagnética (figura 2), (24) derivada da expressão mais geral3,7 (25) para (26) onde a força coercitiva hc do material é desprezada, h(r) é a intensidade do vetor campo magnético (r), bm é a intensidade do vetor indução magnética máxima , m a permeabilidade magnética. substituindo a expressão (22) em (23) obtém-se http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 (27) fazendo (28) pela integração, (29) (30) (31) sendo z(t) = (at)2 (32) daí, (33) derivando f (r,t) em relação ao tempo, (34) (35) (36) substituindo at por bbm e pondo em evidencia bm, (37) a integração em função da variável r, tem como solução1 (38) para um tempo curto (39) a expressão (38) se reduz a (40) das expressões (7) e (18) se tem, respectivamente, (41) (42) de onde se obtém (43) e (44) desde que w = 2pn, onde n é a freqüência da corrente i0 aplicada, (45) resultado e discussão as expressões (44) e (45) possuem dimensão correta e permitem a utilização de medidas físicas conhecidas, como a força eletromotriz vmag, a corrente elétrica i0 e sua freqüência n , o tempo de relaxação t e o comprimento do fio l. considerações limitantes, adotadas no cálculo, obrigam a adoção de um sistema de medidas relativamente adequado e sensível. conclusão utilizando as leis principais do eletromagnetismo e de uma equação aproximada que interpreta a curva de histerese magnética, foi obtida uma equação que calcula a permeabilidade magnética de um fio retilíneo ferromagnético. agradecimento os autores agradecem ao cnpq pelo apoio financeiro. gargione filho, b., gárlipp, w. magnetic permeability measurement in a slim ferromagnetic wire. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.111-122, 1998. abstract: in this work, an algebraic equation that connects the magnetic permeability of a slim and linear ferromagnetic wire, with the e. m. f. produced at its ends by the change of an applied electrical current, was obtained. keywords: ferromagnetism; hysteresis curve; magnetic field; self-magnetic induction; magnetic permeability; magnetic susceptibility. referências bibliográficas 1 anton, h. calculus with analytic geometry, 3. ed., n. york: john wiley & sons, 1988. 2 bozorth, r. m., measurement of magnetic quantities-common methods.in __________, ferromagnetism. princenton, new jersey: d. van nostrand company inc., 1956. 3 gargione filho, b., medidas ac de permeabilidade magnética para uma direção de magnetização transversal, são carlos, 1968. 61 p. tese (doutorado) escola de engenharia de são carlos universidade de são paulo. 4 gárlipp, w., de marchi, a., projeto, construção e calibração de um permeâmetro magnético, são carlos. publicação n. 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14801-900 araraquara sp brasil http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100010  eq-vol30n03 03.pmd 23 volume 30, número 3, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(3): 23-28, 2005 spectrophotometric determination of methyldopa in pharmaceutical formulations p. r. s. ribeiro, l. pezza and h. r. pezza* instituto de química – unesp, p.o.box 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brazil. * corresponding author. fax: +55-16-222-7932 e-mail address: hrpezza@iq.unesp.br (h.r. pezza) abstract: a new, simple, precise, rapid and low-cost spectrophotometric method for methyldopa determination in pharmaceutical preparations is described. this method is based on the complexation reaction of methyldopa with molybdate. absorbance of the resulting yellow coloured product is measured at 410 nm. beer’s law is obeyed in a concentration range of 50 – 200 µg ml-1 methyldopa with an excellent correlation coefficient (r = 0.9999). no interference was observed from common excipients in formulations. the results show a simple, accurate, fast and readily applied method to the determination of methyldopa in pharmaceutical products. the analytical results obtained for these products by the proposed method are in agreement with those of the brazilian pharmacopoeia procedure at 95% confidence level. keywords: methyldopa; spectrophotometric determination; pharmaceuticals formulations; ammonium molybdate. introduction methyldopa (mtd), chemically known as α-methyl-3,4-dihydroxyphenylalanine (figure 1), is a catechol derivative (catecholamine) widely used as an antihypertensive agent. the mtd is a centrally acting alpha 2 -adrenoreceptor agonist, which reduces sympathetic tone and produces a fall in blood pressure [1]. several types of analytical procedures have been employed for the analysis of catechol derivatives in pharmaceuticals formulations and/or biological specimens. these procedures include titrimetric determination [2-7], fluorimetry [8], kinetic methods [9], amperometry [10], gas chromatography [11, 12], high-performance liquid chromatography (hplc) [13, 14], chemiluminescence [15, 16] and voltammetric determination [17]. some of theses methods are not simple for routine analysis and require expensive or sophisticated instruments or involve procedures with rigorous control of the experimental conditions. most of the titrimetric methods reported [3 – 7] were indirect titrations and based in reduction reactions, which present interferences of unsaturated organic compounds. the official method reported in usp [2] describes a nonaqueous titration for the assay of mtd. many spectrophotometric methods have been proposed for the determination of catecholamines, such as mtd [4-7, 18-32]. a differential uv spectrophotometric procedure has been used for the determination of mtd in pharmaceutical formulations in the presence of germanium dioxide at 292 nm [18]. mtd has been determined in the visible region after reaction with potassium bromate [5], vanillin [19], 2,3,5figure 1. chemical structure of methyldopa. 24 ecl. quím., são paulo, 30(3): 23-28, 2005 triphenyltetrazolium chloride [20], ferric chloride [21], semicarbazide hydrochloride in the presence of potassium perssulfate [22], fe(iii)-ophenanthroline [23], barbituric acid [24], metaperiodate [25], isoniazid in presence of nbromosuccinamide [26], polyphenol oxidase enzyme [27], neotetrazolium chloride [28], pdimethylaminocinnamaldehyde [29], diazotized sulphanilamide in the presence of molybdate [30] and molibdofosforic acid in sulphuric acid medium [31]. however, most of these methods suffer from several disadvantages such as the need of the long waiting times [5 – 7, 18 – 24] or heating step [23 – 25] for the reaction development, instability of the coloured species [26], complex procedure [27], require nonaqueous media [28, 29], poor detection limit [5] or has not been applied to pharmaceutical formulations [31]. molybdate can react with catechol to form colored complexes [32, 33]. the cathecolate functionalities on the mtd (fig. 1) suggest that it is capable of binding at available coordination sites on mo(vi) center to produce species analogous to the well-known bis(catecholate)complex [33]. the present communication reports a new spectrophotometric method for the determination of methyldopa based on its reaction with molybdate producing a highly stable colored complex. the proposed method is free from the disadvantages of interference of the excipients normally found along with mtd in tablet dosage formulations and does not involve any extraction or heating steps. it was used to determine methyldopa in pharmaceutical formulations. the results obtained by applying the proposed method agreed fairly well with those obtained by the brazilian pharmacopoeia standard procedure [34] at 95% confidence level. experimental apparatus a hewlett packard model hp8453 spectrophotometer with 1 cm matched silica cells was used for all absorbance measurements. volume measurements were made with plunger-operated pipetter (100 – 1000 µl) and metrohm model 665 automatic burettes. all experiments were performed in a thermostatically controlled room (25±1) °c. a micronal model b375 digital ph-meter, calibrated with standard buffer solutions, was used for ph measurements. reagents and solutions for the preparation of the solutions and samples, deionised water and grade a glassware were used throughout. analytical reagent or pharmaceutical grade chemicals were used. stock 1000 µg ml-1 mtd (sigma, st. louis, mo, usa, 99.95%) solution was prepared daily by dissolving 50.0 mg of the drug in 50.0 ml of deionised water. using a mechanical shaker, the powder is completely disintegrated after shaking 15 minutes. working standard solutions were obtained by appropriate dilution of this stock solution with the same solvent and were standardized by the reported method [34]. ammonium molybdate [(nh 4 ) 6 .mo 7 .o 24 .4h 2 o)] was purchased from merck (darmstadt, germany, p. a.). the ammonium molybdate aqueous solution 1.0% (m v-1) was prepared daily. sucrose, glucose, talc, fructose, lactose, poly(ethylene glycol), microcrystalline cellulose, croscarmellose sodium, starch, polyvinylpyrrolidone and magnesium stearate were purchased from sigma (st. louis, mo, p. a.). the commercial dosages of mtd (250 and 500 mg) were purchased from local drugstores. general procedure procedure for the analytical curve 1.000 ml of mtd working standard solutions were transferred into each series of 5.0 ml standard flasks, comprising 50 – 200 µg ml-1 of the drug. 1.000 ml 1.0% ammonium molybdate was added to each graduated flask and the volume completed with deionised water. the absorbance was measured at 410 nm against the corresponding reagent blank. calibration graphs were prepared by plotting absorbance against drug concentration. these graphs or the corresponding linear least squares equations are used to convert absorbance into mtd concentration, for any analyzed sample. procedure for the assay of mtd in pharmaceutical samples the average tablet weight was calculated from the contents of 20 tablets that been finely 25ecl. quím., são paulo, 30(3): 23-28, 2005 powdered and weighed. a portion of this powder, equivalent to ca. 100.0 mg of mtd was accurately weighed and dissolved in 60 ml of water by shaking for 15 min in a mechanical shaker. the resulting mixture was transferred into 100.0 ml graduated flasks, the volume completed with deionised water. this solution was clarified by passing it through a cotton column filter [35], rejecting the first 20 ml. aliquots containing equivalent to 750 µg ml-1 were transferred into 5.0 ml graduated flasks and were analyzed according to the recommended procedure for the calibration curve. the quantity per tablet was calculated from the standard calibration graph. results and discussion the proposed method involves the reaction of mtd with molybdate ions to produce a coloured water soluble complex. the absorption spectrum of the reaction product shows that the best analytical wavelength is located at 410 nm. investigations were carried out to establish the optimum conditions for complex formation. thus, the influence of the molybdate concentration and of the ph on the reaction was studied in order to achieve maximum absorbance, repeatability, stability and obedience to beer’s law. the effect of molybdate concentration on complex formation was studied. the solutions of this reagent were evaluated in the following concentrations: 2.5 x 10-2, 5.0 x 10-2, 1.0 x 10-1, 2.5 x 10-1, 5.0 x 10-1, 1.0, 2.0 and 4.0% (m v-1). the 1.0% ammonium molybdate solution was found to be sufficient for providing maximum and reproducible colour intensity. the effect of ph on the formation and on the stability of the complex was studied over the range 1.0 – 9.0. the absorbance of the product formed was found to remain unchanged at ph 3.5 – 7.5. all the absorbance measurements were obtained in solutions contained standards or samples with ph in the range 4.5 – 6.5. the stability of the product formed in the optimum conditions above mentioned was investigated. the data given in table 1 shows that full colour development is immediate at room temperature (25±1 °c) and the values of absorbances of the product formed were found to remain unchanged after standing for 24 hours at room temperature. this product was stable in the temperature range of 20 – 60 oc. however, a temperature of 25 °c was choice for the absorbance measurements. table 1. optical stability of the reaction product at room temperature (25±1 °c) a a mtd concentration: 150 µg ml-1. b measurements taken at 410 nm against the reagent blank for reactants at room temperature (25±1 °c), as described in the recommended procedure. c the absorbance remains unchanged after standing for 24 hours at 25 °c. 26 ecl. quím., são paulo, 30(3): 23-28, 2005 analytical curves beer’s law is obeyed in the concentration range of 50 – 200 µg ml-1 of drug, in the final solution with an excellent correlation coefficient (r = 0.9999; slope = 1.134 × 103 ± 0.002 × 103 l mol-1 cm-1 (n = 8) and intercept zero). the limit of detection (3.sdblank/slope of curve) and limit of quantification (10.sdblank/slope of curve) were 1.9 mg l-1 and 6.3 mg l-1 mtd, respectively. effected of interferents, recovery and repeatability studies to assess the usefulness of the proposed method, the effect of the common excipients which often accompany mtd in tablet dosage formulations, such as sucrose, glucose, talc, fructose, lactose, poly(ethylene glycol), microcrystalline cellulose, croscarmellose sodium, starch, polyvinylpyrrolidone and magnesium stearate were evaluated using the developed method. the ratios of the concentrations of mtd to those excipient substances were fixed at 1.0 and 10.0. no interferences were observed in the presence of the substances tested. for further confirmation, the standard addition method was applied to test the reliability and recovery of the proposed method. the results presented in table 2 show that the average recoveries obtained ranged from 100.1 to 101.8% of mtd from four pharmaceutical formulations samples (n = 4); the relative standard deviation (r.s.d.) were within 0.5 – 1.2%. the recovery studies were carried out after adding known quantities (25.0, 50.0, 75.0 and 100.0 µg ml-1) of the standard substance (pure drug) to the each sample. these results point out the very good accuracy and precision of the method and the absence of significant matrix effects on spectrophotometric measurements. table 2. recovery data for mtd spiked pharmaceuticals µ a average ± relative standard deviation (rsd) of four determinations. 27ecl. quím., são paulo, 30(3): 23-28, 2005 in the repeatability study, the r.s.d. was 1.6% for solution (sample c) containing equivalent to 150 µg ml-1 of mtd (n = 10). these results reveal good precision of the proposed method. analytical applications the samples were prepared using the developed method. the proposed method was successfully applied for determination of mtd in four tablet formulations. the results, presented in table 3, compare favorably with the official method of the brazilian pharmacopoeia [34], which testifies to the applicability of the proposed method to the determination of mtd in pharmaceutical dosage. the results were subjected to a paired comparison test [36], the data of t and f ratios show no significant differences between the results of the proposed and the official methods at 95% confidence level. moreover, the spectrophotometric method for determination of mtd in pharmaceutical formulations reported in this paper is simple, fast, inexpensive, precise, accurate and it may be suitable for routine analysis. table 3. determination of mtd in commercial pharmaceutical preparations conclusions the proposed method results in a simple, fast, inexpensive, precise and accurate analytical technique to determine mtd in commercial pharmaceutical preparations with satisfactory recoveries. additionally, it fulfils all the main demands of routine analysis as it is robust, has low instrumentation and operational cost in comparison to chromatographic methods and does not involve any pre-treatment of the sample. when applied to the assay of various tablet dosage forms, its advantage is that it does not require the removal of usual excipients since they were found not to interfere with the determination of mtd. acknowledgements we would like to thank fundunesp, capes, cnpq and fapesp foundations (brazil) for financial support. recebido em: 17/10/2004 aceito em: 06/03/2005 a label to content for tablets: mg unit –1. b average value ± standard deviation (sd) of four determinations. c relative standard deviation (rsd) of four determinations. d the figures between parentheses are the theoretical values of t and f at p = 0.05. 28 ecl. quím., são paulo, 30(3): 23-28, 2005 p. r. s. ribeiro, l. pezza, h. r. pezza. determinação espectrofotométrica de metildopa em formulações farmacêuticas. resumo: um novo método espectrofotométrico, simples, preciso, rápido e de baixo custo para determinação de metildopa em formulações farmacêuticas é descrito neste trabalho. este método é baseado na reação de complexação do metildopa com molibdato. a absorbância do produto colorido resultante foi medida a 410 nm. a lei de beer foi obedecida em um intervalo de concentração de 50 – 200 mg l-1 de metildopa com um excelente coeficiente de correlação (r = 0,9999). os excipientes comumente usados como aditivos em formulações farmacêuticas contendo metildopa não interferem no método proposto. os resultados mostram um método simples, exato, rápido e que pode ser aplicado para a determinação rotineira de metildopa em produtos farmacêuticos. os resultados obtidos a partir da análise destes produtos pelo método proposto concordaram muito bem com aqueles obtidos a partir do método oficial descrito na farmacopéia brasileira a um nível de confiança de 95%. palavras-chave: metildopa; espectrofotometria; medicamentos; molibdato de amônio. references [1] b. b. hoffman, r. j. lefkowitz, in: a.g. gilman, j.g. hardman, l.e. limbird, p.b. molinoff, r.w. ruddon (eds), the pharmacological basis of therapeutics, macgraw-hill, new york, 9th edn., 1996, chap. 12. 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[36] j. c. miller, j. n. miller, estadística para química analítica, addison-wesley iberoamericana, delaware, 2nd edn., 1993, chap. 3. a02v28n1.pdf 19 synthesis, characterization and thermal behaviour of solid state compounds of 2-chlorobenzylidenepyruvate with trivalent aluminium, gallium, indium and scandium metals. g. bannach 1; e. schnitzler 2; m. ionashiro 1 1 departamento de química analítica – instituto de química – unesp cep 14801-970 – araraquara – sp – brasil. 2 departamento de química – uepg –cep 84030 – ponta grossa – pr – brasil. introduction preparation and investigation of several metal ion complexes with 4dimethylaminobenzylidenepyruvate (dmbp), 2choro-4-dimethylaminobenzylidenepyruvate (2-cldmbp), 4-metoxybenzylidenepyruvate (4-meobp), cynnamylidenepyruvate (cp) have been investigated in aqueous solution [5-8, 13, 17]. in the solid state, several metal-ion complexes with dmbp, 4-meo-bp and cp, have also been prepared and investigated by using thermoanalytical techniques (tg, dta, dsc), elemental analysis and x-ray powder diffractometry. the establishment of the stoichiometry, thermal stability as well as the thermal decomposition has been the main purposes of the aforementioned studies. in this work, solid-state compounds of the trivalent ions with 2-chlorobenzylidenepyruvate, 2-cl-c 6 h 4 ch=chcocoo(2-cl-bp) were prepared. the compounds were investigated by means of x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and simultaneous tg-dta. the results of the present study improve the knowledge on these compounds including their thermal stability and thermal decomposition. experimental the sodium salt of 2-chlorobenzylidenepyruvic acid, was prepared following the same procedure described in the literature [14]. scandium and galabstract solid state compounds m-2-cl-bp, where 2-cl-bp is 2-chlorobenzylidenepyruvate and m represents al, ga, in, and sc were prepared. x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (tg-dta), have been used to characterize and to study the thermal behavior of these compounds. the results provided information concerning the stoichiometry, crystallinity, thermal stability and thermal decomposition of the compounds. keywords: 2-chlorobenzylidenepyruvate, characterization, thermal behaviour. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 19-24, 2003 20 lium nitrates were prepared from the scandium oxide and metallic gallium by treatment with concentrated nitric acid. the resulting solutions were transferred to a volumetric flask, and their ph values were adjusted to 5 and 3, respectively, by the use of a solution of diluted nitric acid solution. aqueous solutions of aluminium and gallium nitrates were prepared from the dissolution of the solid salts in water following by the adjustment of the ph value by using a solution of the diluted nitric acid adjusted to 3. the solidstate compounds were prepared by mixing with continuous stirring, the solution of the ligand with the respective metal nitrate solution until total precipitation of the metallic (iii) pyruvates. the precipitates were washed with distilled water until elimination of the nitrate ions filtered through and dried on whatman nº 42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. in the solid-state compounds, the water, ligand and metallic contents were determined from the tg curves. x-ray powder patters were obtained by using a siemens d-500 x-ray diffractometer, employing cukα radiation (λ = 1.541 å) and settings of 40 kv and 20 ma. infrared spectra for 2cl-bp (sodium salt) as well as for the al, ga, in and sc compounds, were run on a nicolet mod. impact 400 ft-ir instrument, within 4000-400 cm1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. simultaneous tg-dta curves, were recorded on a model sdt 2960 thermal analysis system from ta instruments. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1. a heating rate of 20ºc min-1 was adopted, with samples weighing about 7mg. alumina crucibles were used for recording the tg-dta curves. results and discussion the thermoanalytical data of the synthesized compounds are shown in table 1. these results permitted to establish the stoichiometry of the compounds which is in agreement with the general formula m(2-cl-bp)3.nh 2 o, where m represents al, ga, in, sc; 2-cl-bp is 2chlorobenzylidenepyruvate and n = 2, 2, 1.5 and 2.5, respectively. table 1: thermoanalytical data of the compound m (2cl-bp)3.nh2o. the x-ray powder patterns showed that all the compounds were obtained in amorphous state. the amorphous state is undoubledly related to the low solubity of these compounds, as already observed for compounds with other phenylsubstituted derivate of bp [8, 13]. main ir data on the sodium 2chlorobenzylidenepyruvate and its compounds with the metal ions considered in this work are shown in table 2. from the bands observed for 2-cl-bp (sodium salt) one centered at 1686 cm-1 (ketonic carbonyl stretching) and another at 1618 cm-1 (antisymetrical carboxilate vibration) it is only the antisymmetrical carboxilate vibration that is shifted to lower frequencies in the compounds, namely 15901608 cm-1, suggesting that the binding between the metal and the ligand occurs via the oxygen atom of the carboxilate group without participation of the oxigen atom of the α-ketonic carbonyl group. table 2: main ir data for sodium and trivalent metallic 2-chrolobenzylidenepyruvates s: strong, m: medium, nsy cooand nas coo-: symmetrical and anti-symmetrical vibrations of the coogroup, respectively. the simultaneous tg-dta and tg/dtg curves of the synthesized compounds are shown in figures 1-4. in all tg-dta curves the first mass loss corresponding to the endothermic peak is due to the to the loss of hydration water, which occurs in a single step. immediately after the dehydration the tg curves indicate mass losses in two or three consecutive and/or overlapping steps, however the dtg curves show that the thermal decomposition key: 2-cl-bp is 2-chlorobenzylidenepyruvate ecl. quím., são paulo, 28(1): 19-24, 2003 21 occurs with a large number of steps and through a more complex pathway than that observed from the tg curves. for the aluminium compound the tg-dta curves figure 1, show that the thermal decomposition occurs in three steps between 30 and 600ºc. the first mass loss that occurs up to 140ºc, corresponding to the endothermic peak at 110ºc is due to the loss of 2 h2o (calcd. = 5.21%; tg = 5.10%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 140-430ºc and 430-600ºc, corresponding to the exotherm (280400ºc) and exothermic peak (555ºc), with loss of 43.78% and 44.08%, respectively. the total mass loss up to 600ºc is in agreement with formation of al2o3, as final residue (calcd. = 92.63%; tg = 92.96%). figure 1. tg-dta and tg/dtg curves of al(2cl-bp)32h2o, (crucible = al2o3, purge gas: air 100 ml min-1, heating rate: 20ºc min-1, m = 7.043 mg). for the gallium compound the tg-dta curves, figure 2, show mass losses between 40 and 600ºc. the first mass loss up to 130ºc, corresponding to the endothermic peak at 100ºc is due to the loss of 2 h2o of hidration water (calcd. = 4.91%; tg = 4.76%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 130-400ºc and 400-600ºc, corresponding to the exothermic peaks at 310ºc and 590ºc, with loss of 42.06% and 40.49%, respectively. the total mass loss up to 600ºc is in agreement with formation of ga 2 o 3 , as final residue (calcd. = 87.25%; tg = 87.31%). figure 2 . tg-dta and tg/dtg curves of ga(2cl-bp)3.2h2o, (crucible = al2o3, purge gas: air 100 ml min-1, heating rate: 20ºc min-1, m = 7.021 mg). for the indium compound the tg-dta curves figure 3, show mass losses between 40620ºc. the first mass loss up to 130ºc, corresponding to the endothermic peak at 90ºc is attributed to the dehydration with loss of 1.5 h2o (calcd. = 3.51%; tg = 3.62%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 130-400ºc and 400-620ºc, corresponding to the exothermic peaks at 320ºc and 580ºc, with loss of 38.34% and 39.86%, respectively. the total mass loss up to 620ºc is in agreement with formation of ecl. quím., são paulo, 28(1): 19-24, 2003 22 in 2 o 3 , as final residue (calcd. = 81.99%; tg = 81.82%). figure 3. tg-dta and tg/dtg curves of in(2cl-bp)3.1.5h2o, (crucible = al2o3, purge gas: air 100 ml min-1, heating rate: 20ºc min-1, m = 7.542 mg). in the scandium compound the tgdta curves, figure 4, show mass loss between 40 and 540ºc. the first mass loss up to 140ºc, corresponding to the endothermic peak at 100ºc is ascribed to the dehydration with loss of 2.5 h 2 o (calcd. = 6.27%; tg = 6.17%). the thermal decomposition of the anhydrous compound occurs in two steps between 140460ºc and 460-540ºc, corresponding to the exothermic peaks at 287ºc and 510ºc, with loss of 52.54% and 31.69%, respectively. the total mass loss up to 540ºc is in agreement with formation of sc 2 o 3 , as final residue (calcd. = 90.41%; tg = 90.40%). figure 4. tg-dta and tg/dtg curves of sc(2cl-bp)3.2.5h2o, (crucible = al2o3, purge gas: air 100 ml min-1, heating rate: 20ºc min-1, m = 6.949 mg). conclusions from tg curves, a general formula could be established for these compounds in the solid state. the tg-dta curves, x-ray powder patterns and infrared spectroscopic data provided previously unreported information concerning these compounds in the solid state. acknowledgements the authors are grateful to fapesp (proc. 97/12646-8) and cnpq for financial support. bannach, g., schnitzler, e., ionashiro, m. síntese, caracterização e comportamento térmico dos compostos 2-clorobenzalpiruvatos de alumínio, gálio, índio e escândio, no estado sólido. ecl. quím., são paulo, 28(1): 19-24, 2003 23 resumo foram preparados compostos sólidos m(2-cl-bp) 3 .nh2o, onde 2-cl-bp é o ânion 2clorobenzalpiruvato e m representa os íons metálicos trivalentes: alumínio, gálio, índio e escândio. esses compostos foram caracterizados e estudados utilizando-se as técnicas de difração de raios x, pelo método do pó, espectroscopia de absorção na região do infravermelho e termogravimetria-análise térmica diferencial simultâneas (tg-dta). os resultados permitiram obter informações com respeito a estequiometria, cristalinidade, estabilidade e decomposição térmica. palavras-chave: 2-clorobenzalpiruvato, caracterização, comportamento térmico. references [1] costa, w.; 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fórmico e formaldeído em eletrodos binários de pt e sno2 e ternários de pt, ruo2 e sno2 em diferentes composições, foi investigada através das técnicas de voltametria cíclica e cronoamperometria. os materiais foram preparados por decomposição térmica de precursores poliméricos na temperatura de 400°c. os experimentos de voltametria cíclica mostraram que os eletrodos mistos proporcionaram uma diminuição de ~100 mv (erh) no potencial de pico de oxidação das moléculas orgânicas em relação ao eletrodo contendo somente pt e indicaram que a composição pt0,6ru0,2sn0,2oy possui maior densidade de corrente de oxidação em potenciais inferiores ao potencial de pico. os experimentos de cronoamperometria confirmam a contribuição da adição de sno2 e ruo2 para o aumento da atividade catalítica em menores valores de potencial. palavras-chave: ácido fórmico; formaldeído; eletrooxidação; eletrodos de óxidos; platina. introdução a oxidação eletroquímica de pequenas moléculas orgânicas (metanol, ácido fórmico e formaldeído) tem sido extensivamente estudada devido a possível aplicação em sistemas eletroquímicos de conversão de energia conhecidas como células a combustível [1]. o ácido fórmico apresenta características interessantes para ser utilizado como combustível nestas células pois fornece densidades de potência próximas ao metanol com a vantagem de não transpor a membrana usada como eletrólito nestes dispositivos [2]. já o formaldeído, além de ser um possível combustível para células a combustível, ele também é utilizado como agente redutor na indústria de eletrodeposição de metais e na indústria têxtil, sendo descartado no ambiente [3, 4]. além da importância tecnológica em se oxidar o ácido fórmico e o formaldeído, há o aspecto fundamental pois estas moléculas podem servir de modelo para a compreensão dos mecanismos de oxidação de moléculas orgânicas maiores além de serem prováveis intermediários do processo de eletrooxidação de outras espécies. o material mais comumente utilizado para oxidar o ácido fórmico e o formaldeído é a pt, porém, devido a adsorção de intermediários reacionais na superfície eletródica, a mesma sofre um bloqueio perdendo progressivamente a eficiência catalítica [5]. as espécies que se adsorvem fortemente sobre a pt são oxidadas somente em potenciais mais positivos causando uma queda de potência das células a combustível [6]. para minimizar o efeito causado pelos “venenos” catalíticos é necessária a adição de outros metais na composição do eletrodo de pt. tais metais devem evitar a formação dos venenos catalíticos ou, pelo menos, oxidá-los mais facilmente. eletrodos compostos por ptru ou ptsn apresentam boa atividade catalítica para a reação de eletrooxidação de pequenas moléculas orgânicas [7-9]. acreditase que estes metais atuem na reação fornecendo sítios para a adsorção de espécies oh em potenciais inferiores ao potencial de adsorção de oh na pt [10]. as espécies oh adsorvidas na superfície 76 ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 eletródica são os agentes oxidantes efetivos da reação [11]. apesar do ru ou sn apresentarem boa eficiência ainda não se obteve resultados satisfatórios para possível aplicação tecnológica [12]. portanto, é necessária a busca por novos materiais, ou o aprimoramento dos métodos de preparação dos materiais já existentes, para a obtenção de materiais capazes de minimizar o efeito da adsorção dos intermediários reacionais ou que diminuam o potencial de oxidação dos mesmos. os óxidos de metais apresentam características bastante interessantes para serem utilizados como catalisadores de reações de oxidação de moléculas orgânicas, pois podem adsorver grandes quantidades de espécies oh [13]. ainda existem poucos estudos que descrevem a utilização de óxidos de metais para esta finalidade [14-21]. assim, o objetivo deste trabalho é verificar a atividade catalítica para a eletrooxidação de ácido fórmico e formaldeído de eletrodos contendo pt associada a ruo2 e/ou sno2, preparados por decomposição térmica de precursores poliméricos. parte experimental os eletrodos de composição nominal pt(12x)ruxsnxoy, sendo x = 0; 0,33; 0,60; 0,70 e 0,80, e pt(1-x)snxoy, sendo x = 0,50; 0,60 e 0,80, foram preparados pelo método de decomposição térmica de precursores poliméricos. as soluções foram preparadas separadamente pela dissolução de h2ptcl6, rucl3 ou citrato de estanho em uma solução de ácido cítrico e etilenoglicol na proporção de 1:4:16 em mol e aquecida a 90o c. as soluções dos precursores misturadas nas proporções adequadas para preparar a camada de óxido na composição nominal desejada, foram pinceladas sobre placas de ti (10x10mm), sendo o solvente evaporado a 140o c e calcinados (400 oc) por 5 minutos sob fluxo de o2. este procedimento foi repetido até a obtenção da massa correspondente a uma espessura nominal de 2 mm sendo que após os eletrodos foram calcinados por 1 hora (400 oc). a avaliação da atividade eletrocatalítica dos eletrodos para a reação de eletrooxidação das moléculas orgânicas foi feita utilizando um potenciostato/galvanostato da ecochemie modelo autolab pgstat20. as técnicas eletroquímicas empregadas foram a voltametria cíclica e a cronoamperometria. o eletrólito de suporte utilizado foi uma solução 0,5 mol l-1 de h2so4 (merck). as concentrações de ácido fórmico e formaldeído (merck) utilizadas foram de 0,1 e 1,0 mol l-1. como eletrodo de referência foi usado um eletrodo reversível de hidrogênio (erh) e como contra-eletrodo um fio de platina. resultados e discussão os eletrodos utilizados nos experimentos a seguir foram previamente caracterizados quanto as suas propriedades químicas e físicas [22] utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia e energia dispersiva e voltametria cíclica. estes materiais apresentaram uma microestrutura bastante compacta com algumas regiões com aspecto de “barro rachado”, característico dos eletrodos preparados pelo método convencional de decomposição térmica de precursores inorgânicos [23-26]. as porcentagens atômicas obtidas pelas análises de edx foram próximas das composições nominais em todas as regiões, sugerindo a formação de uma camada bastante homogênea. os eletrodos apresentaram um comportamento ciclovoltamétrico misto com picos característicos das transições do ru e da platina policristalina. os voltamogramas cíclicos dos eletrodos possuem regiões de adsorção e dessorção de hidrogênio, o que permitiu estimar a área superficial ativa relacionando a carga dos picos de dessorção de hidrogênio com a carga de adsorção de uma monocamada de hidrogênio em pt policristalina (210 mc cm-2). os valores de área superficial estimada foram entre 100 e 500 cm2, sendo que a maior área foi obtida para a composição pt0,6ru0,2sn0,2oy. outra característica interessante observada no comportamento eletroquímico destes materiais foi o aumento da corrente na região do voltamograma cíclico correspondente ao carregamento da dupla camada elétrica, ou seja, na região entre os potenciais de 0,35 e 0,80 v (erh). este aumento na corrente capacitiva foi atribuído à presença do ruo2 e sno2. os resultados acima estão discutidos com mais detalhes na referência 22. eletrooxidação de ácido fórmico foi investigada a atividade eletrocatalítica dos eletrodos para a oxidação do ácido fórmico pri77ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 meiramente por voltametria cíclica. na figura 1 estão mostrados somente as porções anódicas dos voltamogramas cíclicos dos eletrodos em eletrólito suporte e em presença de 0,1 mol l-1 de ácido fórmico sendo que a corrente está normalizada pela área geométrica. figura 1. varredura anódica dos voltamogramas cíclicos a 20 mvs-1 dos eletrodos contendo as diferentes composições dos óxidos, em solução de h2so4 0,5 mol l-1 + ácido fórmico 0,1 mol l-1. analisando-se os voltamogramas, observase a presença do pico de oxidação de ácido fórmico característico para os eletrodos de platina. observa-se ainda que os eletrodos contendo somente pt e mistos de pt e sno2 apresentaram densidades de corrente de pico inferiores aos eletrodos ternários, sendo que o eletrodo pt0,6ru0,2sn0,2oy apresentou maior densidade de corrente de pico normalizada pela área geométrica. além disso, a oxidação do ácido fórmico inicia-se em valores de potenciais acima de 0,4 v(erh) para o eletrodo contendo somente pt enquanto que para os eletrodos mistos este processo se inicia em geral a potenciais mais baixos, podendo ser observado a potenciais abaixo de 0,2 v. este comportamento confirma a contribuição da presença do ruo2 e/ou sno2 para o aumento da atividade catalítica dos eletrodos. na figura 2 está mostrado o comportamento da densidade de corrente de pico de oxidação do ácido fórmico em função da composição do eletrodo, tanto normalizada pela área geométrica (figura 2a) como pela área real, isto é, valores de corrente divididos pela área estimada pelos picos de dessorção de hidrogênio (figura 2 b). nesta figura comprovamos que o eletrodo ternário contendo 60% de pt em sua composição apresentou o maior valor de densidade de corrente de pico de oxidação de ácido fórmico. já as correntes de pico normalizadas pela área real, o eletrodo de pt 100% apresentou melhor desempenho (figura 2b). a maior atividade dos eletrodos de pt pura pode ser explicada pelo fato de o pico ocorrer em valores de potenciais onde o processo de adsorção de oh sobre pt é favorecido em relação ao processo de adsorção sobre os outros metais. a diferença observada quando se consideram os resultados obtidos dividindo-se os valores de corrente pela área geométrica ou pela área real pode ser explicada levando-se em conta que, no primeiro caso, se obtêm informações sobre a atividade global dos eletrodos, ou seja, qual o máximo de corrente que se obtém para diferentes eletrodos. ao dividir-se os valores de corrente pela área real do eletrodo, as informações obtidas referem-se a atividade intrínseca do eletrodo, ou seja, em qual dos eletrodos a atividade por sítio de platina será maior. a atividade global é a que interessa do ponto de vista de aplicação e deve estar relacionada diretamente com a rugosidade do eletrodo. a atividade intrínseca tem seu interesse no aspecto fundamental, ou seja, em qual das situações o processo de oxidação estará ocorrendo com mais eficiência. outro aspecto importante a ser considerado é que correntes de pico de oxidação são obtidas em valores de potenciais mais positivos onde ocorre o início da formação de espécies ohads sobre pt e o efeito da adição de ru e/ou sn é minimizado uma vez que não seria necessária a presença de um segundo metal para adsorção de espécies oh. porém, quando consideramos as densidades de corrente de oxidação em potenciais inferiores ao potencial de pico, torna-se evidente a contribuição de um segundo metal na atividade do eletrodo. tal fato pode ser comprovado na figura 3 onde está mostrado o comportamento da densidade de corrente de oxidação do ácido fórmico obtida a 450 mv (erh), normalizada pela área geométrica (figura 3a) 78 ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 e pela área real obtida pela integração da carga dos picos de dessorção de hidrogênio (figura 3 b). nesta figura observamos uma eficiência superior para os eletrodos mistos em relação ao eletrodo de pt, principalmente a composição ternária contendo 80% de pt, confirmando a importância da adição de um outro metal em combinação com a pt. figura 2. gráficos de densidades de corrente de pico de oxidação de ácido fórmico normalizadas pela área geométrica (a) e normalizadas pela área real (b), em função da quantidade de pt, para os eletrodos contendo pt-ruo2-sno2 e pt-sno2 calcinados a 4000c. figura 3. gráficos de densidades de corrente de oxidação de ácido fórmico no potencial de 450 mv, normalizadas pela área geométrica (a) e normalizadas pela área real (b), em função da quantidade de pt, para os eletrodos de pt-sno2 pt-ruo2-sno2, calcinados a 400 0c. 79ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 devemos salientar o comportamento das densidades de corrente de oxidação obtidas para o eletrodo ternário pt0,7ru0,15sn0,15oy o qual apresentou atividade catalítica inferior às outras composições. comportamento semelhante foi observado para o eletrodo de pt0,7ru0,3oy em estudos anteriores de oxidação de metanol e pode ser atribuído a influência não somente da atividade global, como também da atividade intrínseca do eletrodo, isto é, a atividade por sítio de pt [27]. este comportamento do eletrodo ternário contendo 70% de pt também foi comprovado pelos experimentos de cronoamperometria (figura 4), onde este eletrodo não apresentou bom desempenho catalítico, corroborando com os resultados obtidos para os eletrodos contendo pt e ruo2 [27]. os experimentos de cronoamperometria foram realizados em solução de 0,5 mol l-1 de h2so4 e 1,0 mol l-1 de ácido fórmico em temperatura ambiente, aplicando-se um valor constante de potencial (400 mv) durante um período de 10 horas, tempo suficiente para monitorar o decaimento da corrente até valor aproximadamente constante. o decaimento da corrente para valores próximos de zero é atribuído ao acúmulo de espécies co sobre a superfície eletródica [28]. nos experimentos de cronoamperometria a 400 mv em presença de ácido fórmico foi observada uma melhor atividade catalítica para o eletrodo pt0,6sn-0,4oy , tanto intrínseca como global. figura 4. cronoamperograma da oxidação de 1,0 mol l-1 de ácido fórmico para os eletrodos contendo ptruo2-sno2 e pt-sno2, calcinados a 400 0c, normalizados pela área geométrica e pela área real (inserção). potencial constante de 400 mv. eletrooxidação de formaldeído a oxidação do formaldeído foi também investigada por voltametria cíclica e cronoamperometria. na figura 5 estão apresentadas as varreduras anódicas dos voltamogramas cíclicos, onde se observa que em potenciais inferiores os eletrodos contendo pt e sno2 possuem maiores densidades de correntes, porém, a maior atividade global no potencial de pico foi obtida pelo eletrodo de pt0,6ru0,2sn0,2oy, igualmente aos resultados obtidos por voltametria cíclica para o ácido fórmico, o que pode ser melhor observado na figura 6a. porém, quando normalizamos a corrente pela área real determinada pelos picos de dessorção de hidrogênio, o eletrodo de 100% de pt apresentou 80 ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 melhores resultados (figura 6b). para o potencial de 450 mv , confirmou-se a melhor atividade global e intrínseca para os eletrodos contendo pt e sno2 (figura 7) especialmente para o eletrodo pt0,6sn0,4oy. este resultado veio a ser confirmado quando realizamos os experimentos de cronamperometria a 400 mv (figura 8 a e b), onde o mesmo eletrodo apresentou o melhor desempenho, tanto para a atividade intrínseca como para a atividade global. figura 5. varredura anódica dos voltamogramas cíclicos a 20 mvs-1 dos eletrodos contendo as diferentes composições dos óxidos, em solução de h2so4 0,5 mol l-1 + formaldeído 0,1 mol l-1. figura 6. gráficos de densidades de corrente de pico de oxidação de formaldeído normalizadas pela área geométrica (a) e normalizadas pela área real (b), em função da quantidade de pt, para os eletrodos contendo pt-ruo2-sno2 e pt-sno2 calcinados a 4000c. 81ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 figura 8. cronoamperograma da oxidação de 1,0 mol l-1 de formaldeído para os eletrodos contendo ptruo2-sno2 e pt-sno2, calcinados a 400 0c, normalizados pela área geométrica (a) e pela área real (b). potencial constante de 400 mv. figura 7. gráficos de densidades de corrente de oxidação de formaldeído no potencial de 450 mv, normalizadas pela área geométrica (a) e normalizadas pela área real (b), em função da quantidade de pt, para os eletrodos de pt-sno2 pt-ruo2-sno2, calcinados a 400 0c. 82 ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 através dos resultados acima podemos dizer que a adição do óxido de estanho aos eletrodos provocou um efeito benéfico na atividade catalítica dos eletrodos de platina e óxido de rutênio para a oxidação das moléculas orgânicas. o papel do estanho na reação de oxidação ainda não está bem elucidado, mas acredita-se que enquanto o rutênio é mais efetivo em potenciais superiores, ou melhor, fornece espécies –oh para oxidar o co em potenciais mais próximos ao pico de oxidação da molécula orgânica enquanto que o estanho promove a oxidação em potenciais mais negativos [29, 9]. a adição de óxido de estanho proporcionou um aumento considerável na área superficial dos eletrodos fazendo com que a pt permanecesse mais dispersa nesta superfície e de forma que os sítios de rutênio e/ou estanho ficassem expostos participando efetivamente da reação. os eletrodos com composições eletródicas contendo 60% de pt mostraram um bom desempenho catalítico, principalmente em potenciais inferiores, o que pode ser atribuído a uma distribuição ideal dos sítios ativos sobre a superfície do eletrodo possível somente na concentração de 60% de pt. concentrações superiores de pt, como, por exemplo, 80% de pt também apresentaram um bom desempenho catalítico, porém, em alguns experimentos, não mostraram atividade superior ao eletrodo de pt pura. este comportamento pode estar relacionado justamente com a dispersão das partículas na superfície do filme. os eletrodos com maiores concentrações de pt tendem a possuir uma morfologia mais compacta, não expondo totalmente os sítios ativos para a adsorção do –oh em potenciais inferiores, sendo o efeito dos outros metais menos efetivo. conclusões neste trabalho foram preparados eletrodos contendo diferentes quantidades de pt, ruo2 e sno2 pelo método de decomposição térmica de precursores poliméricos e foram verificadas as atividades catalíticas para as reações de oxidação de ácido fórmico e formaldeído. o efeito da adição de óxido de estanho ao óxido de rutênio e a platina na oxidação das moléculas orgânicas pode ser observado claramente nos experimentos de voltametria cíclica, em valores de potenciais de oxidação mais negativos, onde maiores valores de densidades de corrente (normalizadas pela área real) foram observados. já em potenciais mais positivos (potencial de pico), o efeito do óxido de estanho não é tão evidente, uma vez que nestes potenciais a superfície da platina se encontra recoberta por espécies –oh que participam da reação de oxidação. através dos experimentos de cronoamperometria podemos comprovar que a adição de estanho melhorou consideravelmente o desempenho catalítico dos eletrodos, uma vez que em todos os experimentos observou-se a atividade superior dos eletrodos ternários ou dos eletrodos binários de pt-sno2. estudos posteriores deverão ser realizados com o objetivo de investigar a melhor composição e melhores condições de preparação. agradecimentos os autores agradecem à capes e à fapesp o auxílio recebido. recebido em: 26/11/2004 aceito em: 04/01/2005 l.p.r. profeti, d. profeti, p. olivi. electrocatalytical activity of pt, sno2 and ruo2 mixed electrodes for the electrooxidation of formic acid and formaldehyde abstract: the electrocatalytical activity of binary electrodes of pt and sno2 and ternary electrodes of pt and sno2 and ruo2 for the electrooxidation of formic acid and formaldehyde was investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry techniques. the electrode materials were prepared by the thermal decomposition of polymeric precursors at 400 oc. the cyclic voltammetry results showed that the methanol electrooxidation process presents peak potentials for those electrodes approximately 100 mv lower than the values obtained for metallic platinum electrodes. the pt0.6ru0.2sn0.2oy electrodes presented the highest 83ecl. quím., são paulo, 30(1): 75-83, 2005 current density values for potentials lower than the peak potential values. the chronoamperometric experiments also showed that the addition of sno2 and ruo2 contributed for the enhancement of the electrode activity in low potential values. the preparation method was found to be useful to obtain high active materials. keywords: formic acid; formaldehyde; electrooxidation; oxide electrodes; platinum. referências [1] k. scott, w. m. taama, p. argyropoulos, j. power sources 79 (1999) 43. 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[24] t. a. f. lassali, j. f. c. boodts, s. c. de castro, r. landers, s. trasatti, electrochim. acta 39 (1994) 95. [25] t. a. f. lassali, s. c. de castro, j. f. c. boodts, electrochim. acta 43 (1998) 2515. [26] l. a. da silva, v. a. alves, s. trasatti, j. f. c. boodts, j. electroanal. chem. 427 (1997) 97. [27] l. p. r. profeti, p. olivi, “electrocatalytic activity of the pt(1-x)ruxoy for methanol oxidation”, em preparação. [28] a. lima, c. countanceau, j.-m. léger, c. lamy, j. appl. electrochem. 31 (2001) 379. [29] y. morimoto, e. b. yeager, j. electroanal. chem., 441 (1998) 77. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200003 preparation and evaluation of atrazine immunoconjugate preparo e avaliação do imunoconjugado para atrazina carla dos santos riccardii; ângela regina araújoii;hideko yamanakai idepartamento de química analítica instituto de química unesp 148-01-970 araraquara sp iidepartamento de química orgânica instituto de química unesp 148-01-970 araraquara sp abstract in order to study the affinity reaction between the anti-atrazine antibody and atrazine, an enzyme was incorporated, as a marker, to an atrazine carboxylic derivative. the hapten and conjugate were synthesized and characterized by ms, ir and nmr. the interaction between monoclonal antibodies and hapten-hrp conjugate was investigated by enzyme linked immunosorbent assay (elisa). keywords: atrazine, conjugate, elisa, environmental monitoring resumo a fim de estudar a reação de afinidade entre os anticorpos anti-atrazina e a atrazina, uma enzima foi incorporada, como marcador, a um derivado carboxílico da atrazina. o hapteno foi caracterizado por espectometria de massa (em), infravermelho (iv) e ressonância magnética nuclear (rmn). a interação entre anticorpos monoclonal e o conjugado de hapteno-hrp foram determinados pelo ensaio imunoenzimático (elisa). palavras-chave: atrazina, conjugado, elisa, monitoramento ambiental http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso introduction the initial delineation stages of an immunoassay involve the selection of the target molecule; preparation of the hapten, which consists in the synthesis of the target molecule derivative containing a group for attachment to the protein; covalent binding of the hapten with enzyme to form a hapten-enzyme conjugate; and finally the affinity reaction. the ideal hapten for a selected target analyte molecule has to be a nearperfect mimic of that molecule, both in structure and geometry, in electronic and hydrogen-bonding capabilities, and in hydrophobic properties. the hapten should contain a "handle", terminated with a functional group capable of covalent bonding to enzyme. common functional groups are –cooh, -oh, -nh2 or – sh3. the small hapten molecules require to the spacer group between enzyme and hapten molecule in order to improve the recognition sites with antibody. materials and methods chemicals isopropylamine, n, n-diisopropylethylamine, cyanuric chloride (2,4,6-trichloro-1,3,5-triazin), nhydroxysuccinimide (nhs), n, n�-dicyclohexylcarbodiimide (dcc), tween 20, bovine serum albumin (bsa) and peroxidase (hrp) (ec 1.11.1.7) type vi-a from horseradish, 1100 u/mg were purchased from sigma; 6-aminohexanoic acid, anhydrous dimethylformamide (dmf) and ethylenediaminetetracetic acid (edta) were purchased from merck. other reagents were analytical grade. the monoclonal antibodies (mab, clone k4e7) were given by prof. dr. b. hock, technical university of münchen, freising. apparatus mass spectra (ms) was obtained on a vg-platform-fisons spectrometer (vg analytical, wythenshawe, u. k) using 70-ev esi for ionization and data are reported as m/z (relative intensity). infrared spectra (ir) was measured on a ftir perkim elmer 2000 spectrometer. 1h and 13c: nmr spectra were obtained with a general electric ac 200 f (bruker nmr, billerica, ma) opering at 200 mhz for 1h and 75 mhz for 13c. chemical shifts (d) were expressed in parts per million using tetramethylsilane as an internal standard. thin layer chromatography (tlc) was performed on 0.25 mm, pre-coated silica gel 60 f254 aluminum (merck, gillstown, nj). compounds were detected by exposure to iodine vapor; eluent systems were described in the individual experiments. elisa (enzyme linked immunosorbent assay) was performed in 96-well microplates (costar) with organon teknika 2001 reader. synthesis of hapten hapten (hp) was synthesized by the routes as shown in figure 1, following the procedure described by goodrow et al.2. the resulting hapten was characterized by ms, ir, and 1h and 13c:nmr. to 50.0 mmol of cyanuric chloride in 400 ml of ether cooled to – 200c was added, over 45 min, 52.0 mmol of isopropylamine (70 wt% in water) and 52.0 mmol of n, n�-diisopropylamine in 50 ml of ether. the mixture was filtered, and the filtrate was washed sequentially with 1 mol l -1 hcl (25 ml), 5 % m/v nahco3 (25 ml), and satured nacl (2 x 25 ml) and then dried (na2so4). the ether was removed under reduced pressure, leaving a pale yellow oil (figure 1, compound 1). this compound reacted with 6-aminohexanoic acid (20.0 mmol) and the compound 2 (figure 1) was obtained. the purity of both compounds were investigated by tlc (thin-layer chromatography, chloroform/methanol 1:1 v/v). preparation of the enzyme tracer the hapten-hrp conjugate was synthesized using the method described by pradelles5. 20 ml of nhydroxysuccinimide (200 nmol) and 20 ml n, n�-dicyclohexylcarbodiimide (200 nmol), both dissolved in anhydrous dimethylformamide (dmf), were successively added to 20 ml of atrazine carboxylic derivative solution in dmf. after incubation for 4h at room temperature, 60 ml of this mixture was added to 600 ml of hrp (1 mg ml-1) dissolved in 0.1 mol l-1 borate buffer solution (ph 8.5). the reaction was processed for 30 min at room temperature and then it was stopped by the addition of 400 ml of 0.1 mol l-1 phosphate buffer solution (ph 7.4) containing 0.4 mol l-1 nacl, 1 mmol l-1 edta, 0.1 % m/v bovine serum albumin and 0.01 % m/v sodium azide. the obtained mixture was dialyzed for 12h against 0.01 mol l-1 borate buffer solution (ph 8.5) and 4h against 0.03 mol l-1 phosphate buffer solution (ph 7.5). aliquot of the hp-hrp were stored frozen. elisa (enzyme linked immunosorbent assay) development the hp-hrp conjugate was evaluated by elisa. the 96-well microtiter plates were coated with 100 ml mab specific for atrazine, prepared in 50 mmol l-1 carbonate buffer solution (ph 9.6), at 4 0c overnight. the plates were washed three times with phosphate buffered saline (pbs)/tween 20 solution (50 mmol l-1 ph 7.6, 0.05 % m/v tween 20). then the plates were incubated for 1h with pbs/tween 20 solution containing 0.1 % m/v bsa. after a second similar washing step, 100 ml http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 enzyme tracer were added and incubated for 1h at 37 0c. sequentially the plates were washing and 100 ml substrate solution (3, 3', 5, 5'-tetramethylbenzidine and ureia peroxide) were added. the enzymatic reaction processed for 20 min. then were added 100 ml reaction stop solution (1 mol l 1 sulfuric acid) to each well and the absorbance were measured at 450 nm. all steps were carried out at room temperature except for mab coating and affinity reaction stages. results and discussion hapten synthesis the development of immunoassays and the preparation of haptens for atrazine or other s-triazines has been well documented 1,2, 4, 6. different types of spacer groups were used to synthesize the immunogen and tracer. this can help to avoid problems associated with antibodies directed to the spacer group rather than to the hapten itself. in some cases the use of heterological spacers improves the sensitivity of the assay. the haptens with c6 spacer arms conjugated to hrp resulted in 3-5 fold increased sensitivity compared to the haptens with c3 spacer arms. in general, hrp tracers with the long spacer arms resulted in the most favorable assay conditions. this hapten has a c6 spacer that mimics the ethyl group of the atrazine. at the same time, important antigenic determinants in the atrazine chemical structure such as the bulky isopropylamine group and the electronegative chlorine atom remains distant from the shielding effect caused by the protein 2. the synthesized compounds were detected on tlc by staining in an iodine chamber. tlc rf 0.51 e 0.13 to compounds 1 and 2 (white pasty, mp 160-161 0c), respectively. structural confirmation was accomplished by ms, ir, 1h and 13c: nmr (proton-desacopled 13c and distortionless enhancement by polarization transfer (dept) experiments). all of these date were consistent with the assigned structure for the compounds 1 and 2. from the mass spectra it was observed m/z 206 and 302, together with the peaks [m + 1] e [m + 2] regarding to the presence halide in the molecule (cl isotopic). ir (kbr) bands had been found n n-h (3400 / 3450 cm-1), d n-h (1620 / 1580 cm-1), n c-h (< 3000 cm-1) and n c-cl (745-695 cm-1) (compounds 1 e 2, respectively); n c=o (1698 cm1) (compound 2). the presence of the atrazine carboxylic derivate was confirmed by 1h and 13c:nmr (table 1), and also by direct comparison with the respective literature data 2. the 1h: nmr interpretation was initiated by analysis of the alifatics chains of compound 1 (n-alkyl-amino group) and compound 2 (n-alkyl-aminohexanoic group). finally, 13c:nmr experiments confirmed the presence of the carbon atoms of the heterocycle and hexanoic acid chain. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 elisa on these experiments it was observed the ability of mac (k4e7) to a binding with hapten-hrp conjugate. the linear range of 25-200 mg ml-1 (figure 2) was verified for the conjugate concentrations by interaction with the monoclonal antibodies (10 mg ml-1). above of this value, the enzymatic immunoreaction tends to the saturation of the bonds sites by monoclonal antibodies (exponencial response: 200-240 mg ml-1). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 conclusions the atrazine derivate was convenient synthetized and the hapten-hrp conjugate was suitable for the recognition with the anti-atrazine antibodies. further, it will be used for the amperometric immunosensor investigation. acknowledgement we thank prof. dr. b. hock for giving the monoclonal antibodies; prof. dr. p. i. costa, for helping on the immunoassays investigation; department of organic chemistry by disposing the equipments for the compounds characterization and fapesp for the fellowship. references 1 dunbar, b.; riggle, b.; niswender, g. development of enzyme-immunoassay for the detection of triazine herbicides. j. agric. food chem., v. 38, p.433-437, 1990. 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[ links ] recebido em 12.11.2001 aceito em 10.12.2001 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200003  a13v28n1.pdf 97 avaliação do emprego dos adsorventes: carvão ativo, chromosorb w e membrana c18 na preparação de amostras de ar para a determinação de d-aletrina em ambientes fechados. k. b. s., paiva1; m. l. de menezes2 1 departamento de ciências biológicas universidade estadual paulista faculdade de ciências cep 17033-360 bauru são paulo brasil 2 departamento de química universidade estadual paulista faculdade de ciências cep 17033-360 – bauru são paulo brasil introdução os piretróides sintéticos são inseticidas amplamente utilizados para o controle de agentes patogênicos, desde a produção agrícola até a proteção da saúde humana, porém, apesar de suas inúmeras vantagens podem causar intoxicações em indivíduos potencialmente expostos a suas diversas apresentações (espirais, sprays ou vaporizadores). o piretro é um inseticida natural obtido da trituração das flores de algumas plantas pertencentes à família compositae, gênero chrysanthemun (pyrethrum) e espécie cinerariaefolium, um dos mais antigos inseticidas conhecidos pelo homem, sendo já utilizado na mesopotâmia, muitos anos antes da era cristã. por suas vantagens, os piretros, foram sintetizados e denominados piretróides e, o ácido crisantêmico foi o primeiro dos cinco componentes do éster natural a ser sintetizado. a síntese do ácido crisantêmico e das ciclopentalonas abriu novos caminhos para a obtenção de piretróides sintéticos, sendo a aletrina o principal piretróide sintético produzido comercialmente. os inseticidas piretróides são absorvidos pela pele, por inalação e pelo trato gastrointestinal, e com relação a sua ação tóxica, determinam resumo os piretróides sintéticos são inseticidas amplamente utilizados para o controle de agentes patogênicos, desde a produção agrícola até a proteção da saúde humana, porém, apesar de suas inúmeras vantagens podem causar intoxicações em indivíduos potencialmente expostos a suas diversas apresentações. amostras de ar foram coletadas pela geração da atmosfera padrão, onde a d-aletrina foi adsorvida em cartuchos contendo carvão ativo, chromosorb w e/ou membrana c 18 . as determinações das concentrações da d-aletrina foram efetuadas empregando um sistema de cromatografia gasosa. os adsorventes carvão ativo, chromosorb w e membrana c 18 apresentaram adsorções de 100,8., 104,1 e 100,5%, com um desvio padrão relativo de 4,1, 7,5 e 7,9%, respectivamente. coletou-se amostras de ar para a determinação da concentração da d-aletrina em diferentes em ambientes fechados, em diferentes dias da semana, obtendo-se níveis de concentração de d-aletrina de 3,4., 8,5 e 12,7 µg.m3, respectivamente. palavras-chave: d-aletrina, atmosfera padrão, amostras de ar, adsorventes, piretróides. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 97-103, 2003 98 experimentalmente, em ratos, efeitos neurológicos, provavelmente de origem periférica, provocando um quadro de agressividade nos animais, com tremores e um estágio final de intoxicação consistindo de espasmos convulsivos, falta de coordenação e prostação. estas intoxicações podem ocorrer com exposição a curto, médio ou longo prazo, crônico ou agudo, de caráter acidental ou intencional sendo que a velocidade e quantidade da absorção nas diferentes vias serão determinadas pelas propriedades físico-químicas do agente tóxico, da formulação empregada e por fatores fisiológicos e anatômicos do organismo atingido. a lipossolubilidade, juntamente com a natureza lipídica das membranas biológicas constituem os fatores mais importantes a serem considerados, assim como a presença de solventes em sua composição [7]. alguns piretróides podem ter uma alta persistência em ambientes fechados, sendo assim faz-se necessário o desenvolvimento de uma metodologia analítica para a preparação e determinação destes compostos. considerando-se que o piretróide d-aletrina é um compostos muito empregado na fabricação de espirais e sprays , de uso doméstico, é importante que seja desenvolvido uma nova metodologia analítica para efetuar o monitoramento deste inseticida em ambientes fechados. considerações sobre os métodos analíticos para a determinação de pesticidas em amostras de ar. para determinar a contaminação atmosférica por pesticidas muitos métodos analíticos empregam filtros e adsorventes sólidos para a amostragem de partículas e gás, simultaneamente [4]. martinez vidal e colaboradores [10] e oepkemeiera [12] utilizaram vários adsorventes como: chromosorb, porapak, superpal, resinas xad-2, xad-4 e puf (resinas de poliuretanos), tenax®, para a preparação de amostras de ar contendo os pesticidas organoclorados, organofosforados e piretróides [9]. o emprego da resina xad-2 tem apresentado bons resultados para a preparação de amostras de ar contendo os pesticidas atrazina, dicamba e toxafeno [16]. considerações sobre os adsorventes empregados no desenvolvimento do método analítico foram empregados cartuchos contendo carvão ativo, chromosorb w e membrana c 18 . o carvão ativo é sintetizado a partir de madeira e vegetais, sendo uma forma quase grafítica de carbono, de partículas de tamanho pequeno; apresenta diversas funções tais como clareador, deodorizador, decolorizador e filtrador [1]. como filtrador é amplamente utilizado na separação de alguns metais pesados [11], eficiente na adsorção de muitos pesticidas [19], e desempenha papel importante no tratamento de água [13]. fisiologicamente o carvão ativo é recomendado para a descontaminação gastro-intestinal de venenos [8], diminui os efeitos de drogas no tratamento de overdose [17], inibe a ação de alguns fármacos no trato digestório [6] e, sua inalação clínica, aumenta a permeabilidade microvascular do pulmão [14]. o chromosorb w é sintetizado a partir da fusão de carbonato de sódio e terra diatomácea (formada por 90% de sílica, algumas impurezas metais e microfósseis de diatomáceas – algas unicelulares microscópicas), a 900 °c. após a fusão, o produto apresenta uma cor branca, devido a formação de um complexo incolor de silicato de sódio e ferro [18]. este adsorvente é utilizado na separação de compostos polares, sendo quebradiço. é o melhor suporte inerte disponível no momento [5]. a membrana c 18 é do tipo porosa e pode apresentar como meio filtrante o nylon, ptfe, copolímeros acrílicos, polisulfona e acetato de celulose. esta membrana é do tipo hidrófoba (filtra fluidos e ar) e largamente utilizada na indústria de produtos médicos e de laboratório para dispositivos de dosagem de remédios, filtros de seringas, protetores de transdutores e aplicações em separação de hplc, uma vez que a faixa de porosidade disponíveis pelo fabricante varia de 0,02 a 5,0. materiais e métodos materiais e reagentes os solventes orgânicos: a acetonitrila, foi adquirido junto a carlo erba (milão, itália), acetona e n-hexano, foram adquiridos junto a mallinckrodt (kentucky, e.u.a.). ecl. quím., são paulo, 28(1): 97-103, 2003 99 a membrana c 18 foi adquirida junto a varian associates inc. (sunnyvale, ca, e.u.a.) e os adsorventes carvão ativo e chromosorb w foram obtidos pela merck (e. merck, darmastadt, alemanha). preparação da curva analítica a solução padrão estoque foi preparada efetuando-se a diluição de uma solução padrão de d-aletrina, em uma concentração de 10,0 mg.l-1, preparada previamente em um balão volumétrico, dissolvendo-se 0,01 g de d-aletrina em 10,0 ml de acetona (grau hplc). a curva de analítica foi obtida efetuando-se a diluição da solução estoque (10,0 mg.l-1 de d-aletrina), obtendo-se uma solução com concentração de 100 µg.l-1. o sistema de cromatografia gasosa foi equipado com amostrador automático, o que permitiu a efetuar as injeções dos volumes de 0.5, 1.0 e 1.5 µl, obtendo uma curva analítica com concentrações de 50.0, 100.0 e 150.0 µg.l-1. preparação dos cartuchos com os adsorventes os cartuchos, modelo bond elut c 18 , da varian, contendo dois filtros, de pvc, foram preenchidos com 100 mg, de cada um dos adsorventes, carvão ativo e chromosorb w. um dos filtros porosos serve de apoio para a contenção do adsorvente sólido e, o outro, fixa a massa depositada, no interior do cartucho plástico. a membrana c 18 , em forma de disco, foi cortada em discos menores de 0,5cm de diâmetro, para que se acople perfeitamente entre os dois filtros porosos . todos os adsorventes tiveram seis cartuchos preparados. geração de atmosfera padrão o desenvolvimento e avaliação de novos métodos analíticos para detecção e estimativa de impurezas do ar, necessitam de amostras gasosas contendo concentração conhecida de um ou mais componentes gasosos. as condições gerais previamente estabelecidas para produção de misturas gasosas padrão, exigem que as susbstâncias sejam estáveis, mantenha-se em concentração constante pelo período de tempo necessário para a sua utilização, deva ser reprodutível e com elevado índice de exatidão e, de preferência simples, isto é, de fácil manuseio [2]. na execução deste trabalho foi utilizado uma atmosfera padrão dinâmica a qual produz continuamente, mistura gasosa de concentração conhecida, a partir de um fluxo de gás que é continuamente contaminado pela geração controlada de um componente químico de interesse. o esquema básico para a produção da mistura padrão dinâmica é mostrado pelo fluxograma das figuras 1 e 2. ausência de umidade do ar esta atmosfera padrão foi gerada utilizando um sistema a vácuo, que apresenta um sistema de polietileno, contendo em seu interior, um aparelho elétrico convencional de pastilhas inseticidas (com placa cerâmica recoberta por uma superfície metálica). em uma de suas extremidades foi instalada uma coluna de vidro contendo sílica gel, sulfato de sódio anidro e lã de vidro, para que não houvesse influência da umidade relativa do ar. na outra extremidade, o cartucho, de cada um dos adsorventes em questão, foi instalado e conectado a um fluxômetro. deste partiu uma conexão, via mangueira plástica, até a bomba de sucção a vácuo, que efetuou a aspiração do ar no sentido da coluna para a bomba. no aparato de polietileno, há um local para a injeção da solução de d-aletrina que se aloja sobre a superfície metálica, do aparelho elétrico. este está ligado à rede elétrica, figura 1. figura 1 . sistema para geração de atmosfera padrão na ausência de umidade ecl. quím., são paulo, 28(1): 97-103, 2003 100 figura 2. sistema para geração de atmosfera padrão com controle de umidade. controle da umidade do ar esta atmosfera padrão apresenta os mesmos materiais descritos no anterior, mas a coluna de vidro foi retirada para que houvesse a presença de umidade do ar. para controlar a temperatura e umidade relativa do ar acoplou-se, ao sistema, um monitor digital temperatura/umidade (thermo-hygro), da sigma-aldrich , figura 2. métodos avaliação dos solventes para a desorção da daletrina aos cartuchos contendo os adsorventes (carvão ativo e chromosorb w) e membrana c 18 foram adicionados 10,0 µl de uma solução padrão contendo 2,5 mg.l-1 de d-aletrina. estes cartuchos foram submetidos a uma corrente de ar seco por 10 minutos. a eluição do referido piretróide foi efetuada com 10,0 ml dos seguintes solventes: nhexano, acetona e acetonitrila. a membrana c 18 foi colocada em suporte de filtração adequado (cartucho vazio) e submetida ao mesmo tratamento com os solventes orgânicos. avaliação dos adsorventes para a adsorção de daletrina na ausência de umidade um cartucho contendo o adsorvente chromosorb w foi instalado no sistema de geração de atmosfera padrão, e ajustado a um fluxo de 1,5 l.min-1 para a sucção do ar. adicionou-se, ao sistema, 10,0 µl de uma solução padrão contendo 10,0 µg.l-1 do piretróide, sobre a superfície metálica do aparelho elétrico convencional. manteve-se a bomba de vácuo em funcionamento por 60 min. o mesmo procedimento foi efetuado para os demais cartuchos contendo os adsorventes chromosorb w, carvão ativo e membrana c 18 . avaliação dos adsorventes para a adsorção de daletrina com o controle da umidade um cartucho contendo o adsorvente carvão ativo foi acoplado ao sistema de geração de atmosfera padrão, e ajustado a um fluxo de 1,5 l.min-1 para a sucção do ar. adicionou-se, ao sistema, 10,0 µl de uma solução padrão contendo 10,0 µg.l-1 do piretróide, sobre a superfície metálica do aparelho elétrico convencional. manteve-se a bomba de vácuo em funcionamento por 60 min. o mesmo procedimento foi efetuado para os demais cartuchos contendo os adsorventes chromosorb w e membrana c 18 . a cada amostra registrou-se a temperatura e a umidade do ar através do monitor digital. extração da d-aletrina adsorvida nos cartuchos de amostragem a extração da d-aletrina foi efetuada com o auxílio de um sistema vac elut, modelo sps 21. para a eluição da d-aletrina empregou-se 10 ml de acetona. os extratos foram transferidos para um bequer e submetido a evaporação do solvente. a evaporação do solvente foi realizada em temperatura ambiente, mantendo-se um béquer contendo o extrato, em uma capela com exaustão. após a evaporação da acetona, o resíduo sólido foi dissolvido em 1,0 ml de n-hexano. um microlitro deste extrato foi injetado no sistema de cromatografia gasosa. condições cromatográficas a determinação da concentração da daletrina foi efetuada em um cromatógrafo gasoso modelo 3600 cx, da varian, equipado com amostrador automático, detector de captura de elétrons (ecd) e uma coluna capilar db-1 (25,0 m ecl. quím., são paulo, 28(1): 97-103, 2003 101 figura 3. cromatograma obtido após a injeção de 1,0 µl de uma solução-padrão de d-aletrina contendo 25 µg.l-1. observa-se que a d-aletrina é eluída da coluna cromatográfica com um tempo de retenção de 6,543 minutos. x 0,25 mm di). o gradiente de temperatura do forno foi programado da seguinte forma: início de 180 °c/ min, 30 °c/min até 250 °c/3,0min, 30 °c/min até 280 °c/min. as temperaturas do injetor e do detector foram fixadas em 250 e 300 °c, respectivamente. resultados e discussão o emprego da técnica da cromatografia gasosa utilizando o detector de captura de elétrons é uma metodologia adequada para efetuar a determinação da d-aletrina. a figura 3, apresenta o cromatograma obtido após a injeção de 1,0 µl de uma solução-padrão de daletrina contendo 25 µg.l-1. observa-se que a daletrina é eluída da coluna cromatografica com um tempo de retenção de 6,543 minutos. após a obtenção da otimização cromatográfica, determinou-se o limite de detecção de 0,01µg.l-1 para a d-aletrina. construi-se uma curva analítica para a d-aletrina, injetando-se 0,5, 1,0 e 2,0 µl de uma solução-padrão de d-aletrina contendo uma concentração de 25,0 µg.l-1., cuja as concentrações injetadas foram de 12,5., 25,0 e 50,0 µg.l-1 de d-aletrina. o coeficiente linear obtido foi de 0,9992, considerado excelente. desta forma pode-se afirmar que a linearidade do detector mostrou-se satisfatória neste intervalo de concentrações. avaliação dos solventes para a desorção da daletrina de acordo com os valores apresentados nas tabela 1, o solvente n-hexano mostrou ser o mais adequado para efetuar a eluição da d-aletrina adsorvida na membrana c 18 , comparando com os solventes acetonitrila e acetona. a d-aletrina adsorvida no cartucho de carvão ativo e de chromosorb foi totalmente eluída empregando-se a acetona como solvente. considerando-se os diferentes tipos de mecanismos de adsorção existentes entre a membrana c18 e os adsorventes chromosorb e carvão ativo, justifica-se o emprego de dois solventes com polaridades bem diferentes. na membrana c 18 , o mecanismo de adsorção é liquido-liquido, enquanto que nos adsorventes chromosorb e carvão ativo o mecanismo de adsorção é liquido-sólido. portanto, na membran c 18 foi necessário o emprego de um solvente nãopolar, para eluir completamente a d-aletrina. no caso do chromosorb e do carvão ativo, há uma diferença de polaridade entre os sítios ativos do carvão (polar) e da d-aletrina (apolar). desta forma, a acetona possui uma polaridade intermediária, promovendo uma maior interação entre os sítios ativos dos adsorvetes e da d-aletrina, eluindo-a totalmente destes adsorventes. tabela 1: avaliação dos solventes para a recuperação de 25µg da d-altrina adicionadas nos cartuchos de extração. geração da atmosfera padrão o sistema desenvolvido para a geração de uma atmosfera padrão da d-aletrina, mostrou-se muito eficiente, considerando-se que não houve perdas do composto em estudo, volatilizando-se totalmente a d-aletrina em apenas trinta minutos, permitindo efetuar as avaliações na presença e ausência de umidade.cabe ressaltar que o sistema desenvolvido é simples, de baixo custo, de fácil operação e apresenta uma boa reprodutibilidade. ecl. quím., são paulo, 28(1): 97-103, 2003 102 avaliação dos adsorventes com ausência de umidade os experimentos foram realizados adicionando-se 100 µg de d-aletrina no sistema de geração de atmosfera padrão,coletando-se o composto volátil nos respectivos cartuchos contendo os adsorventes. de acordo com os resultados obtidos e apresentados na tabela 2, observou-se que os adsorventes avaliados são eficientes para a adsorção da d-aletrina. os adsorventes carvão ativo, chromosorb w e membrana c 18 apresentaram adsorções de 100,8., 104,1 e 100,5%, com um desvio padrão relativo de 4,1, 7,5 e 7,9%, respectivamente. avaliação dos adsorventes com controle de umidade o sistema de geração de atmosfera padrão foi submetido a umidade do ar atmosférico. os experimentos foram realizados com o monitoramento da umidade e temperatura do ambiente. os ensaios foram efetuados adicionando-se 100µg de d-aletrina no sistema de geração da atmosfera padrão, coletando-se a daletrina nos respectivos cartuchos contendo os adsorventes. de acordo com resultados apresentados na tabela 3, observou-se que o adsorvente chromosrb w, sofreu menos influência da umidade do ar, comparando-se aos adsorventes carvão ativo e membrana c 18 , cuja a adsorção foi inferior em apenas 16,5%, comparadas a redução da adsorção em 47,5 e 43,6%, respectivamente para os adsorventes carvão ativo e membrana c 18 . neste caso há uma competição entre as moléculas de água e da d-aletrina pelos sítios ativos do carvão ativo e da membrana c 18 . no chromosorb w, por se tratar de um silicato, possui maior área superficial tabela 2: avaliação dos adsorventes na ausência de umidade aplicação do método analítico com o objetivo de aplicar o método analítico proposto, coletou-se amostras de ar contendo d-aletrina, adicionada inicialmente no ambiente, com o auxílio da queima de espirais, em dias diferentes e em diferentes condições climáticas. considerando-se que o adsorvente chromosorb w mostrou-se mais eficiente, comparado aos demais, optou-se por aplicar o método empregando apenas este adsorvente. procedeu-se a coleta de 300 litros de amostra de ar, logo após a queima total de uma espiral. é importante ressaltar que uma espiral queima-se totalmente em sete horas. após a determinação da concentração da d-aletrina em diferentes dias da semana e condições climáticas bem diferentes, obteve-se valores de 3,4., 8,5 e 12,7 µg.m3 de d-aletrina, em umidades de relativas de ar controladas, em 70,1 , 75,0 e 78,0% e temperaturas ambiente variando de 24 a 27 ºc, respectivamente. conclusões o método proposto teve como principal objetivo otimizar uma metodologia analítica, para efetuar com segurança a coleta de amostra de ar de d-aletrina e otimizar também uma metodologia analítica para efetuar a sua determinação empregando a técnica de cromotografia gasosa. de acordo com os resultados obtidos, o adsorvente chromosrb w mostrou-se o mais adequado para efetuar a coleta de amostra de ar, para a determinação de d-aletrina. o sistema desenvolvido para efetuar a geração de atmosfera padrão de d-aletrina, mostrouse muito eficiente, simples, reprodutível e de fácil operação, podendo ser utilizado para a geração de atmosfera padrão de diferentes compostos de fácil volatilização. agradecimentos os autores agradecem a fapesp, pelo suporte financeiro, ao instituto de saúde do trabalhador do município de bauru e ao ceatox unesp, campus de botucatu, pelo uso da infraestrura necessária para a realização deste trabalho. paiva, k. b. s.; menezes m. l. de. evaluation of ecl. quím., são paulo, 28(1): 97-103, 2003 tabela 3: avaliação dos adsorventes com controle de umidade 103 the employment of adsorventes: active coal, chromosorb w and membrane c 18 in the preparation of samples of air for the d-aletrine determination in shut atmospheres. ecl. quím., são paulo, v. 28, p. , 2003. abstract the synthetic piretróides is thoroughly insecticide used for the control of agents patogênics, from the agricultural production to the protection of the human health, even so, in spite of its countless advantages they can cause intoxications potentially in individuals exposed its several presentations. samples of air were collected by the generation of the atmosphere pattern, where the daletrine was adsorbed in cartridges contends active coal, chromosorb w and membrane c 18 . the determinations of the concentrations were made using a system of gaseous chromatography. t h e adsorvents active coal, chromosorb w and membrane c 18 presented adsorptions of 100.8., 104.1 and 100.5%, with a relative standard deviation of 4.1, 7.5 and 7.9%, respectively. after the determination of the concentration of the daletrine in different days of the week was obtained values of 3.4., 8.5 and 12.7 mg.m3 of d-aletrine, respectively. keywords: d-aletrine, atmosphere pattern, air samples, adsorbents and piretroids. referências bibliográficas [1] budavari, s. 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coagulantes no processo de coagulação/floculação no tratamento de efluente de uma indústria de galvanoplastia. foram avaliados coagulantes do tipo inorgânico (cloreto férrico e sulfato de alumínio) e orgânico (quitosana e sementes de moringa, tanfloc sg e acquapol c1). os parâmetros avaliados foram cor e turbidez. os testes foram realizados em jar-test, utilizando uma velocidade de 120 rpm e um tempo de 1,5 min para a mistura rápida e 20 rpm e 15 min para a mistura lenta. o agente coagulante quitosana apresentou-se como mais promissor para a remoção de cor e turbidez em efluentes de galvanoplastia, removendo 97,76% de cor e 98,06% de turbidez, para a concentração de 7 ppm e tempo de sedimentação de 20 min. palavras-chave: coagulação / floculação, galvanoplastia, cor e turbidez. introdução nas últimas décadas houve um grande crescimento industrial que trouxe também aumento no volume de resíduos gerados, os quais quando não corretamente dispostos ou tratados, podem causar sérios problemas de contaminação ambiental [1]. a indústria da galvanoplastia se apresenta como uma fonte geradora de efluentes contendo metais pesados (cromo, cobre, zinco, níquel, cádmio, chumbo), uma vez que emprega em seus processos de eletrodeposição uma variedade de soluções metálicas e um volume considerável de águas de lavagem que, dependendo do porte da indústria, situa-se entre 250 e 2.000 l/h, havendo instalações em que esta quantidade ultrapassa os 10.000 l/h [2]. em relação à vazão dos efluentes, esta varia consideravelmente, dependendo do tamanho das seções de galvanização, havendo relatos desde 8 até 1500 3m /dia [3]. os processos de galvanização geram graves problemas de poluição nos ecossistemas aquáticos devido os seus despejos conterem metais pesados, que acima de determinadas concentrações podem ser tóxicos ao ambiente e ao ser humano. apresentam ainda grande quantidade de materiais dissolvidos e suspensos, ocasionando altos valores de cor e turbidez, respectivamente. a determinação da turbidez permite evidenciar alterações na água. a água que possui turbidez faz com que as partículas em suspensão reflitam a luz, fazendo com que a esta não chegue aos organismos aquáticos. para santos [4] alguns vírus e bactérias podem se alojar nas partículas em suspensão, se protegendo da ação de desinfetantes, passando a turbidez a ser considerada também sob o ponto de vista sanitário. 46 a cor nas águas pode suprimir os processos fotossintéticos nos cursos d’águas [1]. de forma geral a cor nas águas pode resultar dos processos de decomposição da matéria orgânica, da presença de íons metálicos naturais como o ferro e o manganês, bem como do lançamento de diversos tipos de despejos industriais. até recentemente não eram associados inconvenientes sanitários à presença de cor na água, porém com a comprovação no final da década de setenta que os materiais dissolvidos, causadores da cor, são precursores de substâncias potencialmente carcinogênicas, atenção crescente passou a ser dispensada à sua remoção [5]. o tratamento de efluentes de galvanoplastia vem sendo estudado por alguns autores, os quais propõem diferentes processos para o tratamento de efluentes do processo de galvanização, como a precipitação química [6], processos de adsorção por materiais adsorventes não convencionais [7,8] e adsorventes convencionais [4]. simas [6] estudou o tratamento dos efluentes gerados pelo processo de zincagem cianídrica objetivando a remoção de cianeto do efluente. o autor utilizou a precipitação química com sulfato de zinco, obtendo uma remoção de 94,57% do cianeto presente no efluente. santos [4] utilizou resinas de troca iônica para remoção e recuperação de cobre em efluente de galvanoplastia, os resultados obtidos pelo autor demonstrou que as resinas catiônicas apresentaram maior remoção de cobre (superior a 95 % em massa). já pereira [7] avaliou dois materiais alternativos, bagaço de cana-de-açúcar e serragem da madeira parajú (manilkara sp.), em sistema batelada e coluna de leito fixo na adsorção de zinco em efluente real de galvanoplastia, em que a capacidade máxima de adsorção foi obtida pela serragem modificada com anidrido succínico (7,4 mmol/g). santos [8] investigou a utilização do adsorvente natural escamas da pinha da araucaria angustifolia, na remoção de metais pesados do processo de galvanoplastia. o adsorvente estudado mostrou-se eficiente na remoção de cromo hexavalente, cromo trivalente e ferro total nas soluções sintéticas e no efluente real, removendo 99% do cromo hexavalente do efluente real em 1 hora de contato com o adsorvente. brasaola júnior e carrara [9] estudaram o tratamento das águas residuárias geradas nos enxágues das peças em processos de galvanoplastia do zinco, níquel-cromo e fosfatização, por meio de tratamento físico-químico de coagulação/floculação em jar-test utilizando como agente coagulante o cloreto férrico. as menores concentrações de metais presentes nas amostras tratadas após realização dos ensaios em jar-test foram obtidas com a utilização de 30 mg/l de cloreto férrico, em ph igual a 10 e tempo de sedimentação igual a 60 minutos, removendo 98,97% de turbidez. geralmente a primeira etapa do tratamento de efluentes contendo metais pesados é a coagulação química a qual, provavelmente, influencia significativamente as etapas de tratamento subsequentes. dada a importância deste processo de separação é fundamental estudos do comportamento dos agentes coagulantes nesta etapa. existem vários tipos de coagulantes de origem química e vegetal. os principais coagulantes químicos utilizados são: sulfato de alumínio, cloreto férrico, hidroxicloreto de alumínio e sulfato férrico [10]. alguns de origem vegetal estão sendo investigados mais intensamente que outros, como é o caso da moringa oleifera lam [11] e da quitosana [12]. os coagulantes de origem orgânica naturais ou sintetizados, conhecidos universalmente como polieletrólitos, constituídos de grandes cadeias moleculares, são dotadas de sítios com cargas positivas ou negativas, podendo na presença da água, se transformar em coagulantes catiônicos ou aniônicos, dependendo do saldo das cargas elétricas, se positivo ou negativo [13]. o processo de coagulação/floculação tem por finalidade a remoção de substâncias coloidais, ou seja, material sólido em suspensão (cor) e/ou dissolvido (turbidez). essa operação normalmente é considerada como um pré-tratamento que objetiva o condicionamento do despejo para o tratamento subsequente. cardoso [14] diz que os termos coagulação e floculação são utilizados como sinônimos, uma vez que ambos significam o processo integral de aglomeração das partículas. sendo a coagulação, o processo através do qual o agente coagulante adicionado à água, reduz as forças que tendem a manter separadas as superfícies em suspensão, e a floculação é a aglomeração dessas partículas por meio de transporte de fluido, formando partículas maiores que possam sedimentar. a coagulação anula as forças de repulsão entre as partículas coloidais, por meio de mecanismos de ligação e adsorção na superfície da partícula coloidal, pela adição de agentes químicos, denominados de eletrólitos [15]. segundo di bernardo e dantas [16] para que o processo de coagulação seja eficiente, este deve ser realizado por meio de agitação intensa (mistura rápida) para que ocorram interações entre o coagulante e a água (efluente). artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 artigo article 47 a floculação das partículas já coaguladas pela ação do eletrólito resulta das várias forças de atração que atuam entre as partículas “neutralizadas” que se agregam umas às outras formando os denominados flocos. a velocidade de formação desses flocos depende, no início da agitação térmica (movimento browniano) e, ao atingirem um tamanho de cerca de 0,1 mm, depende também da agitação mecânica do meio. evidentemente, essa agitação mecânica deve ser em nível moderado (mistura lenta), pois, do contrário, poderá provocar a desagregação dos flocos já formados, o que dificultará a sua remoção [15]. o processo de coagulação/floculação com posterior sedimentação propicia a remoção de cor e turbidez do efluente a ser tratado. os sais de alumínio são agentes inorgânicos não biodegradáveis que acrescentam elementos químicos à água ou ao lodo. como principal dificuldade do processo destaca-se o lodo inorgânico gerado, de difícil manuseio por parte das empresas em função de seu volume e do elevado teor de umidade [17]. os sais de ferro são, também, muito utilizados como agentes coagulantes para tratamento de água. reagem de forma a neutralizar cargas negativas dos colóides e proporcionam a formação de hidróxidos insolúveis de ferro. devido à baixa solubilidade dos hidróxidos férricos formados, eles podem agir sobre ampla faixa de ph [10]. sais de alumínio e ferro são ambientalmente indesejáveis, pois os lodos produzidos podem disponibilizar íons solúveis que comprometem a saúde humana. é necessário, portanto, buscar coagulantes ambientalmente mais compatíveis [11]. em geral os estudos utilizando biopolímeros são aplicados ao tratamento de águas para fins potáveis, assim, há lacunas sobre o conhecimento acerca de sua aplicação, em especial os de origem vegetal, no tratamento de diferentes águas residuárias industriais [11]. vários estudos utilizando a solução da semente de moringa oleifera têm mostrado que suas sementes possuem propriedades coagulantes efetivas e que elas não são tóxicas a humanos e animais [18; 19], sendo bastante eficientes no condicionamento do lodo [18]. quando comparada com coagulantes químicos, a moringa oleifera apresenta uma série de vantagens, dentre elas: não requer ajustes de ph e alcalinidade, não causa problemas de corrosão, de baixo custo, não altera o ph da água e produz baixo volume de lodo [12]. a quitosana é um produto natural, de baixo custo, renovável e biodegradável, de grande importância econômica e ambiental. geralmente é obtida a partir da quitina, extraídas das carcaças de crustáceos. é um biopolímero do tipo polissacarídeo, possui uma estrutura molecular quimicamente similar à fibra vegetal (celulose), diferenciando-se somente nos grupos funcionais. a quitosana é solúvel em meio ácido diluído e forma um polímero catiônico. os agentes coagulantes tanfloc sg (tanac) e acquapol c1 (acqua química) são polímeros orgânico/catiônico obtidos por meio de um processo de lixiviação da casca da acácia negra (acácia mearnsii de wild), constituído basicamente por tanato quartenário de amônio [21;22]. o lodo gerado pelos coagulantes orgânicos não possui sais de alumínio e ferro incorporado, portanto, é biodegradável o que possibilita sua compostagem e disposição final. outras vantagens dos biopolímeros são a redução da quantidade de lodo e a sua maior amenidade à desidratação. ao contrário do lodo gelatinoso e volumoso oriundo do uso do sulfato de alumínio. além disso, os flocos resultantes da coagulação com sulfato de alumínio são essencialmente de natureza inorgânica, portanto, o lodo não entra em decomposição biológica [23]. mesmo que o custo dos biopolímeros catiônicos seja maior que o custo dos sais de alumínio e ferro, as reduzidas dosagens requeridas diminuem o custo, próximos aos dos coagulantes químicos. desta forma o presente trabalho teve por objetivo avaliar seis agentes coagulantes/floculantes (quitosana, sementes de moringa, tanfloc sg, acquapol c1, cloreto férrico e sulfato de alumínio) e determinar a faixa de dosagem ótima de cada coagulante no processo de coagulação/floculação, bem como o tempo ideal de sedimentação no tratamento primário de um efluente de galvanoplastia. materiais e métodos materiais no presente trabalho foram utilizados coagulantes químicos: sulfato de alumínio (al (so ) .(14-18)h o vetec) e cloreto férrico 2 4 3 2 (fecl .6h o vetec) e coagulantes orgânicos: 3 2 quitosana em pó (polymar), sementes de moringa oleifera lam (cedidas pela ufpb), tanfloc sg (tanac) e acquapol c1 (acqua química). para correção do ph foi utilizado hidróxido de sódio (naoh vetec). ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 48 caracterização do efluente foi realizada uma coleta do efluente proveniente de uma indústria de galvanização localizada na região oeste do paraná. as atividades desenvolvidas nesta indústria são: estanhagem, niquelagem, cromagem e cobreação, sendo as águas de lavagem provenientes destes tratamentos de superfícies destinados num único tanque de tratamento. após a coleta foi realizada a caracterização do efluente, segundo cor (mg ptco/l), turbidez (ntu) e ph, os quais foram medidos em espectrofotômetro hach dr 2010, turbidímetro hach 2100 p e phmetro digital digimed dm-22, respectivamente. testes de precipitação foram realizados testes de precipitação variando o ph inicial do efluente até 12, com intervalo de 0,5 pela adição de solução de naoh de concentração 0,1 n. amostras do efluente foram dispostas em béqueres de 100 ml e foi ajustado o ph do efluente. este ensaio teve como finalidade identificar o ph em que se inicia a precipitação de metais e outros compostos do efluente. ensaios de coagulação/floculação foram realizados ensaios de coagulação/floculação num equipamento jar-test microcontrolado marca milan, modelo jt – 103 para avaliar a eficiência de cada coagulante, como ilustrado na figura 1. foram analisados coagulantes do tipo inorgânico (sulfato de alumínio e cloreto férrico) e orgânico (quitosana, sementes de moringa oleifera lam, tanfloc sg e acquapol c1) no processo de coagulação/floculação. os ensaios de coagulação/floculação foram realizados a fim de determinar a faixa de dosagem de trabalho para cada coagulante estudado, bem como o tempo ótimo de sedimentação. a dosagem das concentrações dos coagulantes (sulfato de alumínio, cloreto férrico, quitosana, moringa e tanfloc sg) são apresentados na tabela 1. estes valores foram estabelecidos com base na literatura [9,11,14,21,24]. para o coagulante acquapol c1 optou-se por trabalhar na mesma faixa de concentração do tanfloc sg, pois ambos são oriundos do mesmo extrato vegetal. em cada cuba do jar-test foram adicionados 1,2 l do efluente de galvanoplastia variando as concentrações de cada coagulante, conforme apresentado na tabela 1. as velocidades de mistura rápida (vmr) e lenta (vml) empregadas foram 120 rpm e 20 rpm, respectivamente. os tempos de mistura rápida (tmr) e lenta (tml) foram 1,5 min e 15 min, respectivamente [9,14,24,25]. os ensaios foram realizados no ph da solução efluente na temperatura ambiente. os intervalos de tempos de sedimentação foram: 20, 30, 40 e 50 min. foram coletadas cerca de 50 ml do sobrenadante e foram analisados os parâmetros: cor (mg pt/co) e turbidez (ntu) em espectrofotômetro hach dr 2010 e turbidímetro hach 2100 p, respectivamente. figura 1. aparato experimental utilizado nos ensaios de coagulação/floculação. artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 artigo article 49 resultados e discussão neste trabalho foram realizados estudos para otimizar a dosagem dos coagulantes sulfato de alumínio, cloreto férrico, quitosana, sementes de moringa, tanfloc sg e acquapol c1 nas condições de mistura rápida e lenta no tratamento de efluente de galvanoplastia onde se verificou a estrutura do floco, tamanho e sua formação e decantação. caracterização do efluente na tabela 2 são apresentadas as características das águas de lavagem do efluente de galvanoplastia empregado nos ensaios de coagulação/floculação em jar-test. os parâmetros cor e turbidez do efluente foram elevados, portanto, o efluente deve ser submetido a um tratamento antes do seu descarte. cada coagulante tem uma faixa ótima de operação. em ph superior ao do efluente a remoção da cor ocorre também devido a precipitação, como o foco deste trabalho é avaliar o processo de coagulação/floculação optou-se em trabalhar no ph do efluente bruto. além disso, o valor de ph do efluente se enquadra na faixa de operação requerida para cada coagulante estudado [14,17,21,22,26]. ensaios de coagulação/floculação foram medidos os valores de turbidez e cor das amostras tratadas, após os tempos de sedimentação pré-estabelecidos (20, 30, 40 e 50 min). os resultados para remoção de cor e turbidez obtidos para cada coagulante são apresentados nas figuras (3-8), respectivamente. para o coagulante inorgânico sulfato de alumínio (figura 2), os maiores valores na remoção de cor (98,13%) e turbidez (98,78%) foram obtidos empregando a concentração de 40 ppm no tempo de sedimentação de 20 min. ndabigengesere e sivasankara pillai [27] realizaram ensaios utilizando o sulfato de alumínio como coagulante em água sintética com turbidez modelo preparada a partir do composto caolin. os autores verificaram uma turbidez residual de 90% na concentração de 50 mg/l de sulfato de alumínio. já da silva et al. [28] avaliando diferentes agentes coagulantes como alternativa de tratamento físicoquímico para remoção de cor e turbidez em efluentes bruto e tratado de uma estação de tratamento de esgoto, obteve remoção de 59% de cor e 56% de turbidez, utilizando sulfato de alumínio na concentração de 20 mg/l no tratamento de esgoto bruto e 22% de cor e 38% de turbidez para o esgoto tratado nas mesmas condições, em tempo de sedimentação tabela 1. concentração de cada coagulante avaliado. coagulante concentrações (ppm) sulfato de alumínio 10 20 30 40 50 60 cloreto férrico 10 20 30 40 50 60 quitosana 5 6 7 8 9 10 moringa 100 200 300 400 500 600 tanfloc sg 100 200 300 400 500 600 acquapol c1 100 200 300 400 500 600 parâmetro cor (mg ptco/l) turbidez (ntu) ph 1608,00 264,80 6 ,45 tabela 2. características das águas de lavagem do efluente de galvanoplastia. testes de precipitação os resultados do teste de precipitação demonstraram que após o ajuste do ph inicial do efluente (6,45) para 7,00 houve a formação de precipitado. o ph é um parâmetro importante no processo de coagulação/floculação uma vez que ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 50 de 3 horas. mesmo se tratando de efluentes diferentes, os resultados obtidos no presente trabalho, utilizando o coagulante sulfato de alumínio, são melhores dos que os encontrados pelos outros autores. utilizando o coagulante inorgânico cloreto férrico, observa-se que a maior remoção de cor e turbidez ocorreu no tempo de sedimentação de 50 min, sendo de 31,57% e 95,27%, respectivamente, na concentração de 40 ppm, como mostra a figura 3. a concentração de 30 ppm no tempo de 30 min de sedimentação se torna atrativa, uma vez que se tem menor custo de material coagulante, com praticamente a mesma faixa de remoção (cor: 32,30% e turbidez: 94,63%). acima da concentração de 50 ppm do coagulante cloreto férrico, há uma diminuição nos valores de remoção de cor e turbidez. quando o cloreto férrico é adicionado em excesso ao meio, parte não participa da reação de coagulação/floculação, ficando este em solução há o figura 2. porcentagem de remoção de cor (a) e turbidez (b) utilizando o coagulante sulfato de alumínio. (a) (b) (a) (b) figura 3. porcentagem de remoção de cor (a) e turbidez (b) utilizando o coagulante cloreto férrico . artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 artigo article 51 aumento dos valores dos parâmetros cor e turbidez. segundo branco [29], a presença de ferro pode propiciar uma coloração amarelada e turva à água dependendo dos níveis de concentração. pelos resultados obtidos, o cloreto férrico não se mostrou um agente promissor para a remoção de cor no tratamento de efluente de galvanoplastia. os autores bresaola júnior e carrara e da silva et al. [9,25] investigaram a eficiência e remoção de turbidez empregando o cloreto férrico no tratamento de efluentes de galvanoplastia e esgoto sanitário, respectivamente. a eficiência de remoção de turbidez para [9] foi de 98,97% na concentração de 30 ppm do coagulante, ph igual a 10 e 60 min de sedimentação, já [25] removeu 96% de turbidez na concentração de 200 ppm em um tempo de sedimentação de 30 min. pelos resultados obtidos neste trabalho e os encontrados pelos autores apresentados anteriormente, o cloreto férrico somente mostrou-se eficiente na remoção de turbidez, não sendo, portanto indicado para tratamento de efluente de galvanoplastia. na figura 4, observa-se que o coagulante orgânico quitosana apresenta a maior eficiência de remoção de cor (99,44%) e turbidez (99,79%) para a concentração de 5 ppm e tempo de sedimentação de 50 min. em termos de custos e eficiência de remoção de cor e turbidez, o tempo de sedimentação de 20 min nas mesmas condições de operação mostra-se atrativa, pois apresentam valores muito próximos aos obtidos para o tempo de 50 min de sedimentação (cor: 98,68% e turbidez: 99,44%). da silva et al.[11] estudaram a aplicação do mesmo coagulante no tratamento de efluente de indústria têxtil e obtiveram uma remoção de cor e turbidez de 86% e 85%, respectivamente, nas condições de 4 ppm de coagulante, ph igual a 8,8 e 3 h de sedimentação. embora o efluente utilizado no presente trabalho (galvanoplastia) seja diferente do empregado por [11] obteve-se uma porcentagem de remoção de cor e turbidez maior em um tempo de sedimentação relativamente curto (20 min) e sem prévio ajuste de ph. na figura 5 são apresentadas as porcentagens de remoção de cor e turbidez em tempos de sedimentação distintos utilizando o coagulante/floculante sementes de moringa oleifera lam em diferentes concentrações. conforme a figura 5, a máxima remoção dos parâmetros cor e turbidez, em termos de minimização de custos, foram de 90,30% e 92,90%, respectivamente, para concentração de 200 ppm e tempo de sedimentação de 20 min. borba [13] estudou a aplicação de sementes de moringa no tratamento de água do rio taperoá, coletada em são joão do carirí, obtendo uma remoção de 96,20% de cor e turbidez, nas condições de 200 ppm de coagulante, ph igual a 7,2 e 2 h de sedimentação, obtendo resultados de remoção semelhantes ao deste trabalho, porém o tempo de sedimentação encontrado por [13] foi maior. estes dois estudos indicam que o coagulante natural moringa oleifera lam tem grande potencial de aplicação como coagulante para diversos tipos de efluentes. figura 4. porcentagem de remoção de cor (a) e turbidez (b) utilizando o coagulante quitosana. (a) (b) ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 52 os resultados obtidos para o coagulante comercial vegetal tanfloc sg (tanac) são apresentados na figura 6. a melhor condição para a remoção de cor (96,77%) e turbidez (99,38%) correspondeu à concentração de 400 ppm, no tempo de 50 min de sedimentação. utilizando o tempo de sedimentação de 40 min não houve uma grande variação na remoção de cor (95,90%) e turbidez (99,13%). cruz et al.[17] utilizaram o coagulante comercial tanfloc na remoção de turbidez de um efluente de uma lavanderia industrial e obtiveram uma remoção de 95,80%, na concentração de 166 ppm, em um ph igual a 9,3 e 2 h de sedimentação. apesar dos valores de remoção de turbidez apresentarem valores similares ao de [17], neste trabalho o tempo de sedimentação foi menor, além de não haver a necessidade de prévia correção do ph do efluente. na figura 7 são apresentadas as porcentagens de remoção de cor e turbidez em tempos de sedimentação distintos utilizando o coagulante/floculante acquapol c1 em diferentes concentrações. para o coagulante acquapol c1 (figura 7), como a remoção de cor e turbidez na concentração de figura 5. porcentagem de remoção de cor (a) e turbidez (b) utilizando o coagulante moringa oleifera lam. (a) (b) figura 6. porcentagem de remoção de cor (a) e turbidez (b) utilizando o coagulante tanfloc sg. (a) (b) artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 100 ppm foi semelhante em todos os tempos de sedimentação analisados, o tempo de sedimentação de 20 min é mais atrativo em termos de redução de custos, removendo 96,69% de cor e 98,72% de turbidez. observa-se também que acima da concentração de 100 ppm há uma diminuição na remoção de cor e turbidez, provavelmente, em virtude do coagulante estar fora da faixa de atuação. o agente coagulante/floculante comercial acquapol c1, obtido do mesmo extrato vegetal (acácia negra) do tanfloc sg, pode ser considerado promissor para o tratamento de efluentes de galvanização. o processo de coagulação/floculação no tratamento do efluente de galvanoplastia foi eficiente para os coagulantes testados, com exceção do cloreto férrico, o qual não apresentou uma boa remoção de cor. na tabela 3 são apresentadas a melhor concentração de trabalho para cada coagulante estudado, a maior remoção de cor e turbidez obtida pelo coagulante, bem como o tempo de sedimentação ótimo de trabalho após a realização dos ensaios. conclusão os coagulantes testados mostraram-se eficientes na remoção da cor e turbidez do efluente de galvanoplastia, exceto para o cloreto férrico que não apresentou uma boa remoção de cor. dentre os agentes coagulantes/floculantes testados para a remoção de cor e turbidez do efluente de galvanoplastia, a quitosana com baixas concentrações, obteve elevadas eficiências, mostrando-se um agente coagulante/floculante mais promissor para o tratamento deste tipo de efluente. 53 figura 7. porcentagem de remoção de cor (a) e turbidez (b) utilizando o coagulante acquapol c1. (a) (b) coagulante % remoção de cor % remoção de turbidez concentração (ppm) tempo de sedimentação (min) sulfato de alumínio 98,13 98,78 4 0 20 cloreto férrico 32,30 94,63 30 30 quitosana 98,68 99,44 5 20 moringa 90,30 92,90 200 20 tanfloc sg 95,90 99,13 400 40 acquapol c1 96,69 98,72 100 20 tabela 3. maior porcentagem de remoção de cor e turbidez, melhor concentração de trabalho e tempo de sedimentação de cada agente coagulante/floculante. artigo article ecl. quím., são paulo, 35 4: 45 54, 2010 artigo article referências [1] m. r. a. da silva, m. c. de oliveira, r. f. p. nogueira, eclética química 29 (2004) 19. [2] p. m. braile, j. e. w. a., cavalcanti, 1993, manual de tratamento de águas residuárias industriais, cetesb – companhia de tecnologia de saneamento ambiental, são paulo, brasil. [3] m. t. veit, tese de doutorado, universidade estadual de maringá, maringá pr (2006). 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sedimentation time of 20 min. keywords: coagulation/flocculation, electroplating, color and turbidity. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24 são paulo 1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100009 microestrutura e resistência à corrosão do ti c.p. soldado a laser utilizando em prótese sobre implantes roberto messias bezerra* paulo cézar rioli duarte de souza** ivan ramires** marco antônio bottino*** antônio carlos guastaldi** resumo: foram realizados estudos para avaliar a microestrutura, a dureza e a resistência à corrosão do titânio comercialmente puro (ti c.p.) soldado a laser e utilizado na confecção de prótese sobre implantes. verificou-se que na soldagem a laser a microestrutura apresentou três regiões distintas: o cordão de solda, a zona afetada pelo calor (zac) e o metal base. o ti c.p. possui microestrutura granular, a microestrutura do cordão de solda é mais refinada e de maior dureza do que o metal base. a zac obtida por este processo de soldagem foi relativamente pequena quando comparada com o processo de soldagem por brasagem. os ensaios eletroquímicos mostraram que a região da solda apresentou menor resistência à corrosão em meio de nacl 0,15 moll-1 à temperatura ambiente. palavras-chave: soldagem a laser; titânio; corrosão de titânio; prótese sobre implantes; solda odontológica. introdução a reposição de perdas dentárias com próteses suportadas por implantes tem crescido marcadamente desde o advento dos implantes osseointegrados na década de 1960. isto deveu-se ao desenvolvimento de uma técnica segura e confiável, comprovada científicamente por vários autores, destacando-se os estudos de brånemark.6,14,17 os materiais utilizados em próteses sobre implantes devem ser biocompatíveis e apresentar http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back propriedades mecânicas e de corrosão adequadas à sua aplicação. dentre os materiais utilizados com sucesso para esta finalidade temos o aço inoxidável, ligas de níquel-crômio, ligas de ouropaládio, ligas de prata-paládio, ligas de tântalo, e o titânio e suas ligas.17 além da biocompatibilidade, uma prótese sobre implantes deve possuir biofuncionalidade, ou seja, a capacidade de desempenhar apropriadamente a função desejada. para que isto seja possível, uma prótese fixa suportada por um ou mais pilares, sejam eles dentes naturais ou implantes, deve apresentar uma distribuição uniforme de forças e uma adaptação perfeita, de tal modo que esta ocorra de forma exata e passiva.6,14,17 as causas mais comuns de insucesso em tratamentos com implantes envolvem forças excessivas, aplicação muito rápida de forças, esquemas oclusais falhos, estruturas não assentadas passivamente ou próteses com pouca retenção.14 dessas causas, a dificuldade em se obter a adaptação em peças protéticas, principalmente nas mais extensas como os monoblocos fundidos, é responsável pela grande maioria dos insucessos. o emprego da soldagem entre os elementos pilares, durante a fase de confecção da estrutura metálica ou até mesmo após a aplicação de cerâmica, tem sido um artifício utilizado por uma grande parte dos cirurgiões-dentistas na solução de problemas de adaptação. a técnica de soldagem apresenta a vantagem de se trabalhar com segmentos da prótese, os quais permitem, além da melhor adaptação, a distribuição uniforme de forças, minimizando traumas ou falhas no osso, no implante ou na prótese. dentre as técnicas de soldagem mais utilizadas para esta finalidade, temos a brasagem com maçarico, conhecida como solda convencional, a brasagem com infra-vermelho, o tungsten inert gas (tig), o feixe de elétrons e o laser. o processo de soldagem a laser, por produzir um feixe de luz coerente, monocromático e concentrado, de alta energia (de 1 a 25 kw), pode ser empregado na soldagem de uma larga variedade de metais, bem como de metais dissimilares.5,19 no fim dos anos 80, a utilização do processo de soldagem por laser foi introduzida na odontologia após o desenvolvimento de equipamentos menores e de menor custo.12,18 no brasil, a soldagem por laser foi introduzida em 19978 e tem sido empregada em substituição aos demais processos de soldagem, principalmente ao de brasagem, na confecção de próteses odontológicas. o objetivo do presente trabalho é o de investigar o comportamento da microestrutura e da resistência à corrosão do titânio comercialmente puro utilizado na confecção de próteses odontológicas sobre implantes, antes e após serem submetidas ao processo de soldagem por laser. o titânio comercialmente puro (ti c.p.) e suas ligas têm sido utilizados na odontologia na confecção de coroas, próteses e implantes. o titânio possui excelente biocompatibilidade e resistência à corrosão, boas propriedades mecânicas, menor custo do que as ligas de metais nobres e é um metal abundante na natureza. a biocompatibilidade do titânio é devida à sua estabilidade química no organismo ocasionada pela presença de um filme fino e impermeável de óxido de titânio sobre a superfície do metal, que confere ao titânio grande resistência à corrosão.7,9,17 à temperatura ambiente o titânio metálico apresenta estrutura cristalina hexagonal compacta (hcp), denominada fase a , a qual passa por uma transformação cristalina por volta de 882°c, tornando-se uma estrutura cúbica de corpo centrado (ccc), denominada fase ß, que permanece até a temperatura de fusão a 1.668°c. 3,4 os problemas práticos na soldagem do titânio são o seu alto ponto de fusão, a sua alta reatividade com os gases hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, que causam a fragilização do material e o crescimento de grãos na zona afetada pelo calor (zac).3, 4 ,20 deste modo, a soldagem por laser do titânio deve ocorrer em atmosfera protetora com gás inerte. material e método o material utilizado neste estudo, titânio comercialmente puro (ti c.p.), é específico para aplicação odontológica, sendo utilizado na confecção de implantes e próteses. a tabela 1 apresenta a composição química do material estudado, que pode ser classificado como grau 1 pela norma astm f67-95.2 soldagem os corpos-de-prova, no formato de chapa, com dimensões de 10 mm de comprimento, 4 mm de largura e 1,5 mm de espessura, foram submetidos ao processo de soldagem em juntas do tipo topo. a soldagem por laser foi realizada em uma máquina dentaurum dl 20002s, específica para aplicação odontológica, que utiliza um cristal nd:yag como fonte de laser, cuja potência do feixe empregada foi de 4,32 kw durante 12 milissegundos, gerando uma energia de soldagem de 51,84 j. os corpos-de-prova foram posicionados manualmente dentro da câmara com atmosfera protetora de argônio, e foram realizados de 35 a 40 pontos de solda em cada lado da secção longitudinal da junta. nesta secção os pontos de solda foram sobrepostos em aproximadamente 2/3 de suas superfícies, a fim de se obter uma soldagem completa também em profundidade. a potência de soldagem empregada foi suficiente para que o feixe penetrasse em torno de 60% em cada lado do sentido transversal da união, como mostrado na figura 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 metalografia após a soldagem, os corpos-de-prova de ti c.p. foram seccionados, embutidos em resina, lixados, polidos com alumina de granulação de 1m m e atacados com o reagente de kroll.1 a observação metalográfica da secção transversal das juntas soldadas foi realizada empregando-se microscopia eletrônica de varredura (mev). ensaios de dureza os ensaios de dureza no metal base e na junta soldada foram feitos utilizando um microdurímetro micromet 2003 da buehler-eua. as amostras foram preparadas de forma semelhante àquela utilizada nos ensaios metalográficos. as impressões foram feitas em duas linhas paralelas à superfície, uma superior e outra inferior à secção transversal das amostras, de modo a analisar o comportamento da dureza no metal base, na zona afetada pelo calor e na solda. ensaios eletroquímicos com o objetivo de se comparar o comportamento da resistência à corrosão do metal base e da região do cordão de solda, foram realizados ensaios eletroquímicos que consistiram na obtenção de curvas de polarização potenciodinâmica. para a obtenção do eletrodo de trabalho, cuja região abrangesse apenas a área da solda, foi necessário utilizar um disco de corte de precisão para separar o metal base da solda. a área geométrica exposta do eletrodo do cordão de solda foi de 0,58 mm2 e a do eletrodo do metal base foi de 1,83 mm2. a célula eletroquímica utilizada foi composta de três eletrodos: o de trabalho; o de referência foi utilizado o eletrodo de calomelano saturado (ecs) (pt,hg/hg2cl2/kclsat) e o auxiliar um eletrodo de grafite. como eletrólito utilizou-se uma solução aerada de nacl 0,15 mol l-1 (0,9%), substância aceita internacionalmente por simular a agressividade do ambiente bucal. os ensaios foram realizados à temperatura ambiente e iniciados imediatamente após a imersão dos eletrodos na solução, empregando-se velocidades de varredura de 0,001 v s-1 e intervalo de potencial de -0,5 v até 3,0 v (ecs). o procedimento experimental dos ensaios eletroquímicos constou, basicamente, da montagem da célula eletrolítica conectada a um potenciostato mqpg-01, interligado a um computador através de uma interface mqi12/8pcc, da microquímica s/a. resultado e discussão os processos de soldagem por brasagem com maçarico, brasagem com infravermelho e tig transferem um grande aporte de calor para a peça a ser soldada, originando uma maior zona afetada pelo calor (zac) no metal, e causando maiores problemas de distorção das peças.5,19 a soldagem por laser é um processo que tem como característica uma fonte de calor concentrada e, portanto, minimiza estes problemas.5,19 durante a soldagem, o feixe de laser produz grande intensidade de calor, em alguns milissegundos, capaz de fundir o metal-base antes que o calor possa se difundir para a região adjacente à solda que permanece à temperatura ambiente. isto provoca um altíssimo grandiente de temperatura, causando um resfriamento muito rápido após a retirada da fonte de calor. na soldagem por laser pode-se provocar taxas de resfriamento de 103 a 108 ks-1 e induzir velocidades de solidificação de 1 a 10 ms-1.11 a figura 2 mostra a microestrutura do metal base e do cordão de solda do ti c.p. pode-se observar que o metal base apresenta uma estrutura poligonal, enquanto que o cordão de solda apresenta uma microestrutura mais refinada, do tipo martensítico. a figura 3 mostra a microestrutura martensítica no centro do cordão de solda. esta microestrutura é condizente com a alta velocidade de resfriamento imposta pelo processo, e segundo a literatura3,5,13 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 pode ser poligonal equiaxial, tipo widmansttäten, alfa acicular ou alfa martensítica, de acordo com a ordem crescente de velocidade de resfriamento. a transformação martensítica ocorre pelo mecanismo de cisalhamento sem mudança na composição, e os movimentos atômicos que ocorrem durante esta transformação são inferiores a uma distância interatômica. na transformação de fase de b-ccc para a-hcp, durante o resfriamento na soldagem, o mecanismo de cisalhamento introduz altas deformações no reticulado, causando uma mudança na estrutura da região transformada para uma morfologia de placas finas, estrutura martensítica, que normalmente apresenta maior dureza.16 este fenômeno pode ser avaliado na figura 4, que mostra os perfís de dureza da secção transversal da junta soldada do ti c.p., e na tabela 2 que apresenta os valores médios de dureza deste perfíl. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 notam-se na figura 4 e na tabela 2 que a dureza foi maior no cordão de solda, diminuindo na zac, e atingindo valores menores no metal-base; e que o comprimento da zac foi de aproximadamente 0,6 mm. este comportamento está de acordo com a microestrutura do tipo martensítica encontrada no cordão de solda, que apresenta maior dureza do que a microestrutura poligonal do metal base. utilizando o processo de soldagem a laser, wang e welsch20 também obtiveram uma microesestrutura martensítica no cordão de solda, com dureza de 420 hv, enquanto que metezbower13 obteve uma dureza de 165 hv para o metal base e de 480 hv para a microestrutura do martensítica do cordão de solda, valores próximos aos obtidos neste trabalho. a figura 5 apresenta comparativamente os resultados provenientes dos ensaios eletroquímicos para o ti c.p., no metal base (i) e na região da solda (ii). as curvas de polarização obtidas para essas regiões mostraram valores de potencial de corrosão numa faixa entre -0,106 e -0,088 v. as regiões estudadas apresentaram uma diferença de comportamento principalmente nas regiões anódicas, onde pode ocorrer a passividade destes materiais. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 o ti c.p. na região do metal base (i) apresenta um intervalo de potencial de 0,085 a 3 v, no qual ocorre o fenômeno de passivação, com uma variação na densidade de corrente passiva entre 10 e 20 m acm-2. este comportamento é típico para o titânio, indicando que houve a formação de um filme de óxido que protege a superfície do metal, tornando-o resistente à corrosão em meios agressivos que contenham íons cloreto. estes resultados estão de acordo com aqueles obtidos por ramires.15 a figura 5 mostra também a curva de polarização para a região da solda (ii) que apresenta-se deslocada para direita, com valores de densidade de corrente mais elevadas, em comparação com aqueles encontrados para o metal base. analisando-se a mesma faixa de potencial, de 0,085 a 3 v, tem-se um grande aumento da densidade de corrente, de 1 a 100 macm-2, indicando a grande susceptibilidade à corrosão do material soldado no meio estudado. isto pode ser atribuído às mudanças microestruturais que o ti c.p. sofre durante o processo de soldagem, como observado nas figuras 3 e 4. devido ao fato da transformação martensítica introduzir um acréscimo na energia de deformação interna do sistema, a microestrutura da região da solda apresenta maior energia interna do que a microestrutura granular do metal base, o que pode ser a causa da menor resistência à corrosão desta região.9, 10, 16 conclusão as conclusões deste trabalho são: • na soldagem a laser do ti c.p. tem-se uma microestrura martensítica no cordão de solda, sendo mais refinada e de maior dureza do que no metal base. • a microestrutura martensítica do cordão de solda é condizente com a alta taxa de resfriamento http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 proveniente do processo de soldagem a laser. • a zac foi pequena, da ordem de 0,6 mm, devido ao feixe concentrado de alta energia do laser, que fornece um baixo insumo de calor ao metal base. • por apresentar maior energia interna, a microestrutura martensítica do cordão de solda apresenta menor resistência à corrosão do que a microestrutura granular do metal base no meio estudado. bezerra, r. m. et al. corrosion resistance and microstucture of the cp.ti welded by laser applyed for prosthesis supported by implants. ecl. quím. (são paulo), v.24, p.113-124, 1999. abstract: this research was developed to study the microstructure, the hardness properties and corrosion resistence of the commercial pure titanium-cp ti to be applied for prosthesis supported by implants submeted to laser welding process. in the welding area was found three different microstructure regions: the weld fusion zone, the heat afected zone (haz), and the base metal. the c.p. ti revealed a more refined and hardness weld zone microstructure than that base metal area. the haz width were smaller when compared with brazing welding process. the eletrochemical experiments showed that the weld region had a lowest corrosion resistance in nacl 0.15 moll-1 solution at room temperature. keywords: laser welding; titanium; titanium corrosion; prosthesis supported by implants; dental welding referências bibliográficas 1 american society for testing and materials. medical devices and services, standard specification for unalloyed titanium for sirurgical 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f., krekeler, g. implantodologia dental. são paulo: médica panamericana, 1994, caps. 1 e 4. 18 sjögren, g., andersson, m., bergman, m. laser welding of titanium in dentistry, acta odontol. scand., v.46, p. 247-53, 1988. 19 wainer, e., brandi, s.d., mello, f.d.h. soldagem: processos e metalurgia. são paulo: edgar blucher, 1992, cap. 8b. 20 wang, r.r., welsch, g.e. joining titanium with tungsten inert gas welding, laser welding and infrared brazing, prosthet. dent., v.74, n.5, p.521-30, 1995. recebido em 24.3.1999. aceito em 13.4.1999. * pós-graduação, mestrado área interunidades-ciência dos materiais usp são carlos cp.: 369 ** instituto de química unesp araraquara cp.: 355. *** faculdade de odontologia de são josé dos campos unesp http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24  são paulo  1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100009  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23 são paulo 1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100005 electrometric studies on uranyl molybdates as a function of ph shiva prasad* jaqueline viana barros* abstract: the formation and composition of uranyl molybdates obtained by the interaction of uranyl acetate and sodium molybdate at specific ph levels 7.6, 5.5 and 4.1 have been studied by employing electrometric techniques involving ph and conductometric titrations. the results provide cogent evidence for the formation of three uranyl molybdates having the molecular formulae uo2o.moo3, 3uo2o.7moo3 and 2uo2o.8moo3 in the vicinity of ph 5.7, 4.6 and 3.8, respectively. analytical investigations of the compounds have also been carried out which substantiate the results of electrometric study. keywords: molybdates; uranyl; electrometric study. introduction the chemistry of molybdenum is very prominent in both biogical and industrial systems.4,16 recent studies have shown that certain molybdates have antiviral, including anti-aids, and antitumor activity.6 altough a large number of studies have been done in the field of molybdate chemistry, the chemical state of isopolymolybdates, obtained on acidification of a molybdate solution, is not well understood because of the complexity in polymerization. jander et al. claimed existence of mo3o11 4-, hmo3o11 3-, hmo6o21 5-, h2mo6o21 4-, h3mo6o21 3-, h7mo12o41 3-, h7mo24o78 5 and h9mo24o78 3 from diffusion and optical experiments.5 bye claimed the existence of mo7o24 6-, mo6o20 4-, mo4o13 2 and hmo6o20 3 by cryoscopic study.3 in 1959, sasaki et al. deduced from potentiometry that the main complex formed is mo7o24 . 6-13 subsequently mathematical analysis was applied to potentiometric equilibrium curves, and sasaki et al. claimed the existence of mo7o24 6-, hmo7o24 5-, h2mo7o24 4 and h3mo7o24 3 up to a value of z http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back (average number of h+ being consumed by moo42-) of around 1.4.14,15 aveston et al.1 by centrifuge data could only tell that in the range studied, the species probably contain more than 6 and less than 9 mo atoms. sasaki et al. proposed the presence of large isopolymolybdate anions of the order of 20 mo in the solution of z > 1.514. numerous species such as hmoo4 -, h2moo4, mo2o7 2-, hmo3o11 3, mo6o19 2-, mo7o24 6-, hmo7o24 5-, h2mo7o24 4-, mo8o26 4-, hmo8o26 3-, mo12o37 2-, h7mo24o78 5-, mo36o112 8-, etc. have been reported in many recent publications.7,8 on account of the complexity of the relation of equilibria between the polyanions or due to the experimental difficulty in early works, the conclusions of earlier workers seem to be overstrained and hence it was considered worthwhile to make a careful and precise study of the acid-molybdate system by electrometric techniques, which have provided more conclusive evidence on the condensation process of vanadate, antimonate, thiotungstate and tunsgtate anions.9 in earlier publications the author has reported the effect of ph change on a solution of na2moo4 and composition of mercuric molybdates.11,12 in view of the interesting results obtained, it was considered worthwhile to investigate the composition of uranyl molybdates obtained by the action of uranyl cations on different molybdate anions at specific ph levels by means of the electrometric techniques. materials and methods na2moo4.2h2o, (ch3coo)2uo2.2h2o, na2b4o7.10h2o and hydrochloric acid of extra-pure grade were used, and their solutions were prepared in deionized distilled water. concentration of sodium molybdate solutions was further verified by determining molybdenum with oxine as moo2(c9h6on)2.18a the hydrochloric acid solutions were standardized with recrystallized sodium tetraborate decahydrate.18b the ph-meter, conductometer, electrodes and titration cells were used as reported earlier.10 25 ml of the titre solution was placed in the cell each time and thermostated at 25± 0.1oc. using different concentrations of the reactants, a series of glass electrode and conductometric titrations was performed. the observed ph changes were plotted as a function of volume of titrant added. the inflections obtained by the curves were confirmed by the pronounced maxima in dph/dv graphs. the breaks in the conductometric titrations were located by plotting corrected conductance as a function of volume of titrant added. the same concentrations of reactants were employed in the two techniques for the sake of comparison of results. the ph and conductometric titration curves are plotted together in the same figure for similar reasons and also for the sake of brevity. only a limited number of experimental points are shown in the curves to maintain legibility and to avoid overlapping. the electrometric titration results for the formation of uranyl molybdates are summarized in tables 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 the precipitates obtained at the end-points of titrations between uranyl acetate and sodium molybdates were also analyzed to substantiate the electrometric results. the different uranyl molybdates were prepared by mixing stoichiometric amounts of mercuric nitrate solution with the respective sodium molybdate solutions. the precipitates obtained were washed several times with aqueous 20% (v/v) ethanolic solution and dried in a vacuum dessicator for 40 h. a known amount (2 g) of each of the above precipitates was dissolved in sulfuric acid and then analyzed quantitatively for molybdenum by precipitating with a-benzoinoxime and weighing as molybdic oxide.18c uranium was determined from the filtrate with oxine.18d from the proportion of uranium and molybdenum in the compounds thus obtained their composition were established. the results are summarized in table 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 results and discussion the solution of na2moo4 was prepared in deionized distilled water. sodium paramolybdate (ph 5.5) and octamolybdate (ph 4.1), as reported by recent studies,11,12 were prepared by progressive additions of hydrochloric acid to na2moo4 solutions in the molar ratios 8h:7mo and 3h:2mo, respectively. 8hcl + 7na2moo4 = na6mo7o24 + 8nacl + 4h2o 12hcl + 8na2moo4 = na4mo8o26 + 12nacl + 6h2o uranyl normal molybdate figures 1 and 2 illustrate the curves of ph and conductometric titrations performed between the solutions of sodium normal molybdate and uranyl acetate. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 in direct titrations (figure 1, curve 1), when uranyl acetate solution (ph 3.6) was added to the na2moo4 solution (ph 7.6) a sharp fall in ph was noted with an inflection at the molar ratio of uo2 2+:moo4 2as 1:1 in the vicinity of ph 5.7, corresponding to the stoichiometry for the formation of uranyl molybdate, uo2o.moo3. the inflection of the curve is located by the pronounced maxima in dph/dv graph (figure 1, curve 2). in case of inverse titrations (figure 2, curves 1 and 2), when na2moo4 solution was used as titrant, the ph first changed very slowly, but at the end-point it jumped upwards producing a sharp maxima in dph/dv corresponding to the formation of the same compound in accordance with the following equation: (ch3coo)2uo2 + na2moo4 = uo2o.moo3 + 2ch3coona employing similar concentrations of the reactants, both direct (figure 1, curve 3) and reverse (figure 2, curve 3) conductometric titrations between the solutions of uranyl acetate and na2moo4 gave well-defined breaks at 1:1 molar ratio of uo2 2+: moo4 2-, confirming the formation of the uranyl molybdate uo2o.moo3 as suggested by the ph study. uranyl paramolybdate http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 figures 3 and 4 illustrate the curves of the ph and conductometric titrations performed between the solutions of sodium paramolybdate and uranyl acetate. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 in direct titrations, when uranyl acetate solution (ph 3.6) was added from the microburette to na6mo7o24 solution (ph 5.5), a gradual change in ph was observed till at the stoichiometric endpoint (the stage at which the reaction ends if simple double decomposition takes place), a sharp fall in ph (figure 3, curve 1) and maxima in dph/df (figure 3, curve 2) was noted corresponding to the molar ratio of uo2 2+: mo7o24 6as 3:1, suggesting the formation of uranyl paramolybdate 3uo2o.7moo3 in the vicinity of ph 4.6. in the case of reverse titrations (figure 4, curves 1 and 2) when na6mo7o24 solution was used as titrant, the ph first changes slowly but at the stoichiometric end-point a marked jump in ph and a sharp maxima in dph/dv was observed, suggesting the formation of the same compound. the reaction can be represented as follows: 3(ch3coo)2uo2 + na6mo7o24 = (3uo2o.7moo3) + 6ch3coona. employing similar concentrations of the reactants a series of direct (figure 3, curve 3) and reverse (figure 4, curve 3) conductometric titrations was performed between the solutions of uranyl acetate and sodium paramolybdate. the titration curves provide well-defined breaks at a point (see table 1), where the molar ratio of uo2 2+:mo7o24 6is at 3:1, confirming the formation of uranyl paramolybdate as suggested by the ph study. uranyl octamolybdate figure 5 illustrates the changes occurring in the conductance values during the conductometric titrations between the solutions of uranyl acetate and na4mo8o26. the direct (curve 1) and reverse http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 (curve 2) titration curves show well-defined breaks at the point where the molar ratio of uo2 2+:mo8o26 4 is 2:1 which corresponds to the stoichiometry for the formation of uranyl octamolybdate 2uo2o.8moo3, in the neighbourhood of ph 3.8. the reaction can be represented by the following equation: 2(ch3coo)2uo2 + na4mo8o26 = (2uo2o.8moo3) + 4ch3coona. ph titrations between the solutions of uranyl acetate and sodium octamolybdate did not give dependable results which may be ascribed to the very close values of ph of the two solutions. it is noted that after each addition of the titrant it takes a little time for the ph and conductance values to become steady. a thorough stirring in the neighbourhood of the equivalence point has a favourable effect. the presence of ethanol (20%) improves the position of the end-points and increases the magnitude of the jump in ph curves, as it decreases the solubility of the precipitates formed and minimises hydrolysis and adsorption. the precipitates obtained at the end-points of the titrations of uranyl acetate with sodium molybdate at different ph levels were also analyzed by the classical methods for uranium and molybdenum. the results obtained (table 2) confirm those obtained by the electrometric study. the analytical results obtained were also confirmed by atomic absorption spectroscopy. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 the present electrometric and analytical study confirm the formation and precipitation of uranyl normal molybdate uo2o.moo3, paramolybdate 3uo2o.7moo3 and octamolybdate 2uo2.8moo3 in the vicinity of ph 5.7, 4.6 and 3.8, respectively. as the structure of these molecules is not known, they are represented as double compounds, the way usually adopted for such compounds.2,17 acknowledgement the authors wish to express their sincere thanks to the cnpq for financial assistance. prasad, s., barros, j.v. estudos eletrométricos sobre a formação de molibdatos de uranila em função do ph. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.59-70, 1998. resumo: a formação e composição de molibdatos de uranila obtidos a partir de interação de uranila e molibdato de sódio a específicos níveis de ph 7,6; 5,5 e 4,1 foi investigada por meio de técnicas eletrométricas envolvendo titulações condutométricas e potenciométricas entre os reagentes. os resultados obtidos fornecem evidências convincentes sobre a formação de três molibdatos de uranila com fómulas moleculares uo2o.moo3 , 3uo2o.7moo3 e 2uo2o.8moo3 nas vizinhanças de ph 5,7 ; 4,6 e 3,8, respectivamente. também foram realizadas investigações analíticas sobre os precipitados obtidos, que comprovam os resultados dos estudos eletrométricos. palavras-chave: molibdatos; uranila; estudos eletrométricos. references 1 aveston, j., anacker, e.w., johanson, j. s. hydrolysis of molybdenum(vi). ultracentrifugation, acidity measurements, and raman spectra of polymolybdates. inorg. chem., v.3, p.735, 1964. 2 brauer, g. 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(ed.) kirk-othmer encyclopedia of chemical technology. 2 ed. new york: interscience publishers. 1967. v.13, p.782. 18 vogel, a. i. a textbook of quantitative inorganic analysis. 3 ed. london: longmans, 1962, p. (a) 508, (b) 238, (c) 507, (d) 540. recebido em 20.11.1997. aceito em 9.3.1998. * departamento de engenharia química centro de ciências e tecnologia universidade federal da paraíba 58l09-970 campina grande pb brazil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100005  eq-vol30n03 10.pmd 79 volume 30, número 3, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(3): 79-84, 2005 fast determination of minoxidil by photometric flow titration r. a. de sousa1, f. s. semaan2, j. a. f. baio2, e. t. g. cavalheiro2* 1departamento de química, universidade federal de são carlos, rod. washington luiz km 235 , são carlos, são paulo, brasil, cep 13565-905, p o box 676. 2departamento de química e física molecular, instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, av trabalhador sãocarlense, 400, centro, são carlos, são paulo, brasil, cep 13560-970, po box 780. *corresponding author:e-mail:cavalheiro@iqsc.usp.br abstract: a photometric flow titration based on the redox reaction between kmno 4 and minoxidil is described. the best titration results were observed at 3.20 x 10-4 mol l-1 kmno 4 and 1.00 x 10-3 mol l-1 minoxidil, using the minoxidil solutions as titrant. the flow rate was fixed at 17 ml min-1 and the titrant was added to the system in aliquots of 500 µl, the color changes were monitored at 550 nm. the method was applied to commercial samples and compared with the results from a chromatographic procedure. recoveries from 97.6 to 102.8 % were observed depending on the sample. comparison with the chromatographic procedure reveled relative errors of 3.5 4.0 %. keywords: minoxidil determination; photometric titration; flow titration. introduction minoxidil (2,4-diamino-6-piperidinopyrimidine3-oxide, structure in eq. 1) is an odorless white crystalline powder, insoluble in water, acetone or alkaline solutions, slightly soluble in alcohols, and freely soluble in acidic solutions [1]. minoxidil has been used as a peripheral vasodilatator drug orally administrated, applied in the treatment of refractory hypertension patients [2]. excessive oral administration of this drug to patient should cause liquid retention and hirsutism [3]. initially described as an antihypertensive drug, minoxidil have also shown new applications in dermatology, especially in the treatment of androgenic alopecia [3,4]. in this case, this drug has been topically applied in order to stimulate hair growth by inducing vasodilatation and increasing the local irrigation and blood flow [4]. commercially available products contain 2% minoxidil (20 mg ml-1), in topic use formulations, containing ethanol, and propylene glycol, or their mixture with 2-n-nonyl-1,3dioxolane as a vehicle [5,6]. in acidic media and presence of reductors, minoxidil presents redox processes [2], but the oxidation reaction is not described and still being subject of investigation. redox reactions have been used in order to determine several drugs. the principal applied oxidants are io 4 -, bro 3 -, cr 2 o 7 =, among others [7]. in addition, several instrumental techniques have been described for minoxidil determination in matrixes such as serum and pharmaceutical products. most of them are based in chromatographic methods as described in references 8 – 11, as examples. ruiz-medina et al. [3] developed an integrated flow injection system with solid phase extraction devices and photometric detection to determine minoxidil in tablets and solutions. in this case, minoxidil was concentrated on sephadex spc25 without need of derivatization. photometric titration consists in an experimental titration procedure in which the equivalence point is detected by a photometric 80 ecl. quím., são paulo, 30(3): 79-84, 2005 detector [12]. this application provides more accurate results than direct (spectro) photometric determination, since the data of several measurements are pooled in order to determine the end point. this application has been used in the determination of biological molecules, drugs, metals, flocculants, etc [13 16]. when the sample under titration is continuously pumped from the titration vessel to the detector and then back the procedure is called flow photometric titration. in this mode of titration, aliquots of titrant are added to the system in order to produce the reaction. the solution is homogenized and carried to the detector by a continuous flow [17]. the addition of aliquots generates a dilution effect in the system, which can be minimized using suitably concentrated solutions preventing large volumes of titrant [17]. this work describes the development and application a simple and fast procedure, for the determination of minoxidil in pharmaceutical formulations, based on the discoloring redox reaction with kmno 4 , used as self indicator. the reaction as well as the products are still under investigation. experimental reagents and solutions all the reagents were of analytical grade and used as received. solutions were prepared using water bi-distilled in quartz stiller. potassium permanganate (merck, germany) solutions were prepared by direct dissolution of the salt and standardized with sodium oxalate (merck, germany), in h 2 so 4 2.00 mol l-1, as described elsewhere [18]. minoxidil was from natural pharma (brazil), and h 2 so 4 from mallinckrodt (mexico). instruments the fluids were propelled with the help of a ismatec ipc – 8 peristaltic pump which provided a continuous flow. the tubbing were made by tygon and polyethylene tubing (0.8 mm). the photometric signals were monitored using a genesis 20 (thermospectronics, usa) spectrophotometer, at the wavelength 550 nm. the experiments were carried out at 25oc under vigorous stirring provided by a magnetic stirring bar and a magnetic stirrer (corning, usa). commercial samples the commercial samples used in this work were regaine® from pharmacia (usa) and neoxidil® from galderma (brazil); purchased in the local market. both samples were composed by topic solutions of minoxidil 2% (20 mg ml-1) and a mixture of ethanol and propylene glycol as vehicle. the samples were prepared by accurately transferring a suitable volume of each commercial product to a 50 ml volumetric flasks and the volumes completed with h 2 so 4 2.00 mol l-1 in order to obtain a 1.00 x 10-3 mol l-1 minoxidil solution, based on the label information. titrimetric procedure a 0,750 ml aliquot of an approximately 1.00 x 10-2 mol l-1 kmno 4 solution, freshly prepared and standardized, were transferred to an erlenmeyer containing 25 ml of distilled water resulting in an approximately 3.00 x 10-4 mol l-1 kmno 4 solution, whose absorbance is close to 1.0. in order to provide an adequate reaction time the flow rate was adjust to a value close to 17 ml min-1. increments of 500 µl of prepared samples were added to the system until the twice the volume required to the end point. results and discussion in order to determine the stoichiometric coefficient of the reaction between minoxidil and kmno 4 , standard solutions of both reagents were titrated as described in the experimental section. the end points were determined by the interception of the straight lines in the titration plots. such coefficient was determined as being 1.7, corresponding to 5 kmno 4 : 3 minoxidil. on the basis of this stoichiometric ratio a suggested redox reaction is proposed (equation 1 and 2). the n→o bond is decomposed in acid media. 81ecl. quím., são paulo, 30(3): 79-84, 2005 wavelength selection the redox reaction between the minoxidil and kmno 4 in acidic media produces a colorless mixture. the reaction is not described and the products are not clearly elucidated. the kmno 4 solution exhibits absorption between 450 and 600 nm, while minoxidil solution and commercial formulation do not absorbs in the visible region. in this way, the color changes during the titration could be photometrically accomplished at 550 nm. figure 1 presents the spectra of minoxidil, kmno 4 , and titration products. figure 1. absorption spectra of the reagents and products. a is the absorbance of the solution. the dilution effects on the absorbance were corrected according to eq. 3 [17, 19]: a corrected = a read (v 0 +v)/v 0 (3) in which v 0 is the initial volume and v is the volume of titrant added is each addition. all absorbance measurements in this work were corrected by this equation, avoiding other mathematical treatment as described by dyson et al. [20]. optimization on standard and sample concentrations the optimization of the titration condition was started with the kmno 4 concentration, which was calculated in order to reach an initial signal close to 1.00. the absorbance vs kmno 4 concentration graph was investigated in the 4.00 x 10-5 – 3.20 x 10-4 mol l-1 kmno 4 concentration range, and the lambert-beer law was obeyed according the linear equation 4. a = 3,092.0 [kmno 4 ] + 0.00751 (n = 5, r = 0.9999 9 ) (4) according to these results a working 3.20 x 10-4 mol l-1 kmno 4 solution was used at the starting of the titrations. as the reagents concentration affect the sensitivity of the photometric titration procedure, then based on the linear range observed for kmno 4 , sousa et al. fig.1sousa et al. fig.1 (1) (2) 82 ecl. quím., são paulo, 30(3): 79-84, 2005 sousa et al. fig.3a series of titrations was performed using 4.00 x 105 – 3.20 x 10-4 mol l-1 and 1.00 x 10-3 – 2.50 x 10-4 mol l-1 kmno 4 and minoxidil solutions, respectively and the results are presented in figure 2. in this figure is possible to observe a remarked loss of sensibility that causes a difficult definition of the end point at low concentrations. according to these curves, the sets a and b are those that cause the most marked changes and could be used in these titrations. sousa et al. fig.2 figure 2. optimization of minoxidil and kmno 4 concentration / mol l-1. a) minoxidil 1.00 x 10-3 / kmno 4 3.20 x 10-4; b) minoxidil 1.00 x 10-3 / kmno 4 2.40 x 10-4; c) minoxidil 7.50 x 10-4 / kmno 4 1.60 x 10-4; d) minoxidil 5.00 x 10-4 / kmno 4 8.00 x 10-5 ; e) minoxidil 2.50 x 10-4 / kmno 4 4.00 x 10-5. figure 3. examples of titration curves. the standard was 9.62 x 10-4 mol l-1 , regaineâ and neoxidilâ were diluted to be 1.00 x 10-3 mol l-1, according to the label value. sample determinations the diluted samples were delivered from the burette and used to titrate kmno 4 solutions, while the solution color was monitored at 550 nm. examples of the titrations of kmno 4 and standard minoxidil, regaine and neoxidil solutions under the optimized conditions are presented in figure 3. table 1 presents the results obtained for the end points and content of minoxidil in the commercial samples in triplicate. in this case standard deviation of ± 0.4 was observed in both cases (table 2). recoveries from 97.6% to 102.8%, and from 99.2% to 101% were found in the determination of spiked samples of neoxidilò and regaineò, respectively. since our goal was to determine minoxidil in the topic solutions a complete interference study was not performed. however we observed that the components of the vehicle of the formulations analysed in the present work (ethanol and propileneglicol) did not presented any effect in the determination. comparison method in order to check the accuracy of the proposed procedure the results were compared with those from a chromatography procedure describe by zarghi et al. [8], which are presented in table 2. the t-test showed that the chromatographic results are in agreement with the proposed photometric method within a 95% confidence level. 83ecl. quím., são paulo, 30(3): 79-84, 2005 conclusions in this work a new method for minoxidil determination was developed. this new procedure consists in a continuous flow photometric titration based on the reaction between kmno 4 and the analyte, based in a kmno 4 discoloring redox reaction. best conditions were reached when the concentrations of kmno 4 and minoxidil were fixed at 3.20 x 10-4 mol l1 and 1.00 x 10-3 mol l-1, respectively. the sample preparation procedure used acidic media (according to reference 1) , obeying the physical solubility properties of minoxidil. this procedure avoided the use of organic compounds, turning the proposed method safer and cheaper than chromatographic ones. the proposed method consumes less reagent and time than the others, described in literature can be an alternative to determine minoxidil in commercial samples in a fast, low expensive, easy and generating low residue amounts. aknowledgements the authors are grateful to brazilian agencies capes and cnpq for ras and etgc fellowships, and fapesp for the fellowship to fss (proc. 04/ 08550-0) and research support (proc. 04/00407-4). recebido em: 27/06/2005 aceito em: 23/08/2005 table 2: comparison between labeled and found minoxidil contents / mg ml-1 a n = 1 b n = 3 c standard deviation d [(found – comparison)/comparison] * 100 table 1. end points of sample replicates and concentration found for two commercial minoxidil formulations 84 ecl. quím., são paulo, 30(3): 79-84, 2005 [1] s. s. budavari, m.j. o’neil, a. smith, p.e. heckelman, j.f. kinneary, the merck index, 13th , merck & company incorporated, whitehouse station, new jersey, 2001, 6229p. 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determinação de minoxidil; titulação fotométrica; titulação em fluxo. references eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100004 ajuste de parâmetros de interação em modelos termodinâmicos adair martins* roberto laurent** silvia beatriz aznarez*** miguel angel postigo*** resumo: para misturas nas quais existem interações entre moléculas diferentes aparece um parâmetro energético de interação ajustável na relação das variáveis. as grandezas termodinâmicas de excesso dão informação qualitativa dos possíveis tipos de interação. duas grandezas importantes neste sentido são o volume de excesso e a entalpia de excesso. neste artigo se estudam diferentes métodos, regressão com mínimos quadrados e por minimização do valor absoluto e relativo dos resíduos, para determinar a possibilidade de aplicação dos mesmos no cálculo de parâmetros de interação molecular em modelos termodinâmicos de soluções. usam-se dados experimentais de volume molar de excesso para todo o intervalo de frações molares de 10 sistemas binários formados por acetonitrila + um álcool primário (do metanol ao n-decanol). comparam-se os valores calculados e os dados experimentais das grandezas, e são feitas análises dos resultados. palavras-chave: regressão, mínimos quadrados, interação molecular, sistemas binários introdução existem na literatura diversos modelos termodinâmicos que procuram descrever o comportamento das soluções. o modelo mais utilizado é o de prigogine-flory-patterson e mais recentemente o método eras (extend real associated solution) desenvolvido para soluções associadas [1-6]. estes modelos estão baseados na descrição do comportamento das soluções em uma equação de estado reduzida, na qual se envolvem propriedades macroscópicas das substâncias puras. no caso de misturas onde existem interações entre moléculas diferentes aparece um parâmetro de interação ajustável na relação das variáveis termodinâmicas. as grandezas termodinâmicas de excesso, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas especialmente o volume de excesso ve e a entalpia de excesso he, dão informação qualitativa dos possíveis tipos de interação. modelo de prigogine-flory-patterson neste modelo considera-se uma expressão aproximada para o ve em função de três contribuições: para o cálculo da contribuição interacional é necessário o conhecimento do parâmetro energético c12 já que os demais parâmetros são conhecidos. o mesmo pode ser calculado a partir dos ve experimentais resolvendo um modelo de ajuste. o valor do c12 assim obtido permite obter valores teóricos de he. também pode resolver-se o problema inverso da mesma maneira, a partir de dados experimentais de he obter resolvendo um problema de ajuste c12 , e com este, valores teóricos de ve. no presente artigo analisa-se a obtenção do c12 a partir da tabela i de valores experimentais de ve obtidos a 298,15 k para diferentes frações molares (x1) da acetonitrila como primeiro componente [3]. os segundos componentes são os álcoois primários com cadeias de carbono de 1 a 10 (metanol, etanol, n-butanol, n-propanol, n-pentanol, n-hexanol, n-heptanol, n-octanol, n-nonanol e n-decanol). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 os métodos de ajuste e o problema de robustez suponha o caso geral de ajuste de n pontos experimentais (xi, yi) a um modelo y(x,a) com um parâmetro ajustável a. o método mais tradicional é o familiar ajuste por mínimos quadrados [10], que consiste em determinar o valor do coeficiente a de maneira que faça mínima a soma dos resíduos absolutos ao quadrado (sraq): essa expressão rigorosamente leva à minimização da função objetivo qui-quadrado: em que os fatores de peso si são os desvios padrões das medições em cada ponto. a equação (2) coincide com (3) se os si são iguais. a equação (2) dá um resultado ótimo (mais provável) se os erros de medição são aleatórios e respondem a uma distribuição normal (gaussiana). este não é o atual problema, em que se trata de ajustar uma curva teórica aproximada a uma curva experimental com erros de medição. aqui os erros de aproximação do modelo (resíduos) são muito maiores que os erros de medição, portanto o ajuste pelo método dos mínimos quadrados pode resultar pouco "robusto". a "robustez" de um estimador está relacionada com a sua insensibilidade às variações nos dados, pequenos desvios de todos eles e muito especialmente desvios relativamente grandes num pequeno número. existem vários métodos sofisticados para resolver estes problemas, bastante difíceis de implementar e utilizar. um método robusto, que se aplica com muita facilidade a regressão linear, é pela minimização da soma dos resíduos absolutos (sra): da mesma maneira que na equação (3) também se podem considerar fatores de peso s i . dado que no presente caso a medição pode assumir-se exata se podem minimizar resíduos relativos, isto eqüivale a considerar desvios padrões relativos iguais em todos os pontos. para a minimização da soma dos resíduos relativos ao quadrado (srrq ) se tem: e para a minimização da soma dos resíduos relativos (srr): observe que a equação (6) eqüivale a minimizar os resíduos percentuais, resultando uma idéia muito prática já que muitas vezes os resíduos percentuais de um modelo são utilizados para mostrar gráfica ou numericamente a qualidade de um ajuste [2]. implementação dos métodos de ajuste na figura 1 (a) mostra-se a sraq em função de c12 a minimizar para a mistura acetonitrila-decanol. observa-se uma função com comportamento "muito quadrático". esse comportamento, que também se verifica para as outras misturas e para a srrq, sugere que a utilização da busca unidimensional com primeiras derivadas garante a convergência e que esta será muito rápida [7,10]. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01a implementou-se em matlab [8,9] um algorítmo baseado no método da secante com a derivada calculada numericamente. em todos os caso se obteve convergência com mais de quatro dígitos significativos num máximo de três iterações independentemente do valor inicial. na figura 1 (b) mostra-se a srr em função de c12 a minimizar para a mistura acetonitrila-decanol. observa-se uma função com comportamento "bastante linear" por trechos e com descontinuidade nas derivadas. o mesmo comportamento pode ser observado para as outras misturas e para a sra. esse mal comportamento da função faz com que não se possa utilizar o método anterior ou outros baseados em aproximações parabólicas. tem-se que conformar com um método mais rudimentar e de convergência lenta em duas etapas. na primeira etapa é necessário obter um limite máximo e um limite mínimo para a solução e na segunda etapa diminuir sucessivamente este intervalo até uma tolerância preestabelecida. para a primeira etapa se desenvolveu um algorítmo baseado na obtenção de raízes através do método de newton raphson, com a derivada calculada numericamente. como a sra(c12). não tem raíz em algum momento se obtém um ponto em que a derivada muda de sinal obtendo-se o intervalo desejado. em todas as aplicações se obteve um intervalo num máximo de três iterações independentemente do valor assumido inicialmente. para a segunda etapa se implementou uma busca unidimensional baseada no conceito de bisseção, a busca pela seção áurea seria outra alternativa [7,10], ambas têm convergência linear mas esta é garantida. na figura 2 mostra-se o algorítmo utilizando um esquema de diagrama de chaves. os programas foram implementandos com o software matlab [8,9]. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01a análises de resultados na tabela 2 mostram-se os c12 calculados pelos quatros métodos e para as dez misturas. em geral os resultados são similares mas em alguns casos se observam diferenças bastante significativas. na figura 3 mostram-se os resultados experimentais e uma curva de ajuste para cada caso. observase que o modelo teórico funciona razoavelmente bem para a maioria das misturas, com exceção do etanol, butanol e propanol. isto se deve ao comportamento sigmóide da função experimental que o modelo simplesmente não é capaz de representar. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 para os quatro primeiros álcoois se escolheu o c12 calculado através da sra e nos restantes através da srr. esta escolha foi pelo fato de que para os primeiros álcoois, especialmente as três exceções mencionadas, o c12 baseado em desvios relativos dá excessivo peso aos desvios de alguns valores próximos a zero, fazendo menos coerente ainda a solução. para as misturas restantes ao ter uma grande diferença entre valores máximos e mínimos o c12 baseado em desvios relativos dá resultados mais equilibrados. da tabela 2 pode-se observar que para os sete primeiros álcoois não existem diferenças significativas entre o c12 calculado através da sraq e da sra , obtendo-se ajustes quase coincidentes. as diferenças começam a ser importantes a partir do octanol e são muito notáveis para o decanol (-0.4862 contra -1.6066), a diferença se deve a que o método dos mínimos quadrados dá maior peso aos resíduos próximos aos valores máximos da função, enquanto os métodos baseados em resíduos absolutos atuam em forma mais equilibrada. este efeito observa-se na figura 4, onde mostram-se os resíduos relativos em percentagem para ambos os métodos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 com relação ao c12 calculado com a srrq se obtiveram praticamente os mesmos resultados que com a srr.. conclusões o ajuste pelo método dos mínimos quadrados pode não se adaptar bem ao problema de ajustar um parâmetro de um modelo teórico aproximado a dados experimentais (parâmetro energético c12 do modelo de volume de excesso de uma mistura binária acetonitrila-álcool primário neste caso) devido ao fato de se estar muito longe de cumprir com a hipótese de resíduos com distribuição normal. o método pode dar um excessivo peso aos resíduos próximos aos valores máximos da função. nas análises realizadas este efeito foi notável para a mistura acetonitrila-decanol. os métodos baseados em mínimos quadrados podem utilizar algoritmos que usam aproximações quadráticas de convergência rápida. métodos mais "robustos" são então convenientes para resolver melhor o problema. o método baseado em resíduos absolutos é uma alternativa muito fácil de implementar. a implementação de métodos baseados em resíduos absolutos requer um algorítmo em duas etapas. a primeira consiste na determinação do intervalo que contém o mínimo (foi proposta uma adaptação do método de newton raphson para este fim) e a segunda na aplicação de um método iterativo do tipo bisseção ou busca pela seção áurea, ambos com convergência linear mas esta é garantida. a minimização de resíduos relativos (percentuais) é uma interessante variante prática, já que estes erros percentuais em geral são uma medida mais clara e intuitiva para dar idéia da qualidade de um ajuste ou modelo. mas em alguns casos podem dar excessivo peso aos resíduos correspondentes aos valores da função proximos a zero. martins, a. et al. interactional parameters fitting in thermodynamics models. ecl. quím. (são paulo), v.25, p. , 2000. abstract: for mixtures in which exist interactions between differents molecules, in the relationship of the variables appears an energetic adjustable parameter of interaction. the thermodynamic properties of excess give qualitative information of the possible types of interaction. two important properties in this sense are the excess volume and excess enthalpy. in this paper different methods are studied, regression with least squares and by minimizing absolute and relative residues, to determine their possibilities of application to evaluate molecular interaction parameters in thermodynamic models of solutions, using experimental data of excess molar volume for the whole composition ranges of 10 binary systems of molar fractions formed by acetonitrile + primary alcohol (from metanol to n-decanol). the calculated values and the experimental data of the properties are compared, and the comparative results are analyzed. keywords: regression, least squares, interaction molecular, binary sistems referências bibliográficas 1 abe, a.; flory, p. j. the thermodynamic properties of mixtures of small, nonpolar molecules. j. am. chem. soc. v.87, p.1838, 1965. 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[ links ] javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); recebido em 11.8.1999 aceito em 7.12.1999 * departamento de informática y estadística, f.e.a, unc. buenos aires 1400, 8300 neuquén, argentina. ** departamento de electrotecnia, f.i, unc. *** departamento de química, f.i, unc. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25  são paulo  2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100004  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100011 influência de adições de prata na cinética de precipitação da liga cu-5%al antonio tallarico adorno* marco roberto guerreiro** romeu magnani* assis vicente benedetti* resumo: a influência de adições de 2%, 4%, 6%, 8% e 10% de prata, em massa, na cinética de formação e precipitação de precipitados ricos em prata, na liga cu-5% al foi estudada através de medidas de variação da microdureza com a temperatura e o tempo. os resultados obtidos indicaram que a presença da prata aumenta consideravelmente a dureza da liga e também interfere na cinética de precipitação, com uma mudança mecanística no processo que está relacionada com o teor de prata das ligas. palavras-chave: cinética de precipitação; microdureza; adições de prata; ligas a base de cobre. introdução sabe-se que a adição de pequenas quantidades de prata à liga cu-al melhoram sua resistência à corrosão sob tensão,9 aumentam sua dureza2 e introduzem algumas modificações na microestrutura e na cinética da decomposição eutetóide.10,4 a presença da prata também interfere na resistividade elétrica da liga e algumas inflexões nas curvas de resistividade elétrica em função da temperatura foram atribuídas à dissolução e coalescência de precipitados ricos em prata.1 a solubilidade da prata na liga cu-5%al é de cerca de 6% em peso a 850oc e acima desta concentração observa-se a formação de uma fase rica em prata (solução sólida de cu e al na prata).3 neste trabalho, a influência de adições de prata na cinética de formação e precipitação de precipitados ricos em prata, na liga cu-5% al foi estudada através de medidas isocrônicas de variação da microdureza com a temperatura de têmpera e de medidas isotérmicas de variação da http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back microdureza com o tempo de envelhecimento, em ligas de cu-5% al contendo 2%, 4%, 6%, 8% e 10% ag, em massa. material e métodos as ligas foram preparadas em um forno de indução sob atmosfera de argônio, usando-se um cadinho de grafite e materiais com pureza igual a 99,9% m/m. a análise química das ligas mostrou valores muito próximos daqueles das composições nominais. as medidas de microdureza vickers foram obtidas utilizando-se um microdurímetro digital bueler micromet 2003 e carga de 4,9n. cada valor da dureza correspondeu à média de dez impressões e o desvio observado ficou em torno de 2%. foram obtidas, para cada liga, lâminas quadradas com cerca de 1,0 mm de espessura e 5,0 mm de comprimento. essas amostras foram recozidas durante 120 horas a 850oc, para homogeneização. seis amostras recozidas de cada liga foram então mantidas a 850oc durante 1 hora e submetidas a têmpera em água gelada, para solubilização da prata. uma dessas seis amostras foi em seguida submetida a têmperas sucessivas, nas temperaturas de 150 até 850oc, após ser mantida 1 hora em cada temperatura. as medidas de dureza nessas amostras submetidas a têmpera forneceram então as curvas isocrônicas de variação da dureza com a temperatura de têmpera. as outras cinco amostras restantes de cada liga foram submetidas a um tratamento de envelhecimento nas temperaturas de 375, 400, 425, 450 e 475oc, respectivamente e as medidas de dureza em cada amostra forneceram as curvas isotérmicas de variação da dureza com o tempo de envelhecimento. dessa forma, todas as amostras utilizadas na obtenção das curvas isocrônicas e isotérmicas se encontravam na mesma situação inicial, aquela de máxima solubilização da prata.9,3 resultados e discussão a figura 1 mostra o gráfico de variação isocrônica da dureza com a temperatura de têmpera, para as ligas 1 (cu-5%al), 2(cu-5%al-2%ag), 3(cu-5%al-4%ag), 4(cu-5%al-6%ag), 5(cu-5%al8%ag) e 6(cu-5%al-10%ag). nesse gráfico pode-se observar que a dureza das ligas aumenta com a temperatura de têmpera até um máximo, localizado em torno de 425oc para todas as ligas contendo prata, e depois diminui até atingir um valor próximo daquele observado para as temperaturas iniciais. observa-se também que a dureza das ligas aumenta com o teor de prata. a curva obtida para a liga 1 (cu-5%al) foi incluída nesse gráfico para evidenciar que não ocorre endurecimento sem adição de prata, o que já era esperado, uma vez que, até em torno de 8% em massa, a solubilidade do alumínio no cobre é completa8 não sendo possível obter, nesse intervalo de composições. uma resposta a tratamentos de endurecimento por envelhecimento na liga cu-al. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 as variações na dureza observadas na figura 1 devem estar associadas à presença de precipitados ricos em prata. todas as ligas foram inicialmente submetidas a têmpera a partir de 850oc porque nesta temperatura a dissolução da prata na matriz deve ser máxima. a quantidade de precipitados ricos em prata (cu e al dissolvidos em ag) deve aumentar com a temperatura de têmpera até em torno de 425oc e a partir desta temperatura o agrupamento desses precipitados deve predominar sobre sua formação e causar uma queda na dureza das ligas. além disso, nas temperaturas de têmpera mais elevadas, esses precipitados são novamente dissolvidos na matriz e os valores da dureza no final das curvas são próximos dos valores iniciais. o máximo de dureza para todas as curvas da figura 1 está em torno de 425oc, o que indica que o processo de precipitação está também próximo de um máximo nesta temperatura. com base nesse fato foram selecionadas as temperaturas de 375, 400, 425, 450 e 475oc, ao redor desse máximo, para o envelhecimento das ligas e consequente estudo da cinética de precipitação. as figuras 2, 3, 4, 5 e 6 mostram, respectivamente, os gráficos de variação isotérmica da dureza com o tempo de envelhecimento, para as ligas com adições de prata envelhecidas nas cinco http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 temperaturas escolhidas. todas as curvas foram ajustadas aos pontos experimentais através de um método não-linear de mínimos quadrados.11 nessas figuras pode-se observar que o aumento na dureza foi sempre precedido de um período de incubação, que diminui com o aumento da temperatura e com o aumento da porcentagem de prata. pode-se observar também que os valores da dureza máxima, para cada liga, aumentam bastante com o aumento da concentração de prata, assim como os valores iniciais da dureza. já o efeito do aumento da temperatura de envelhecimento não é tão marcante em relação aos valores iniciais e finais da dureza das ligas contendo prata. o aumento da dureza inicial com o teor de prata nas ligas pode ser atribuído à distorção da rede cristalina da matriz em função do maior raio atômico da prata em relação ao cobre.5 o aumento do teor de prata na matriz, produzido pela têmpera a partir de 850oc, conforme cresce a concentração de prata na liga facilita o início do processo de formação de precipitados, diminuindo consequentemente o período de incubação. a influência relativamente pequena da temperatura de envelhecimento, nos valores da variação de microdureza inicial e final, pode ser atribuída ao fato das temperaturas escolhidas se localizarem próximas daquela na qual se observa o máximo de precipitação. além disso, observa-se que as curvas correspondentes às ligas 5 e 6, que contêm concentrações de prata ligeiramente acima do limite de sua solubilidade, são praticamente coincidentes dentro do erro experimental. este resultado pode ser atribuído ao fato da quantidade de prata, disponível para formar os precipitados, ser praticamente a mesma nas duas ligas. as curvas sigmoidais isotérmicas obtidas nas figuras 2 a 6 indicam que a cinética de precipitação pode ser descrita pela equação de johnson-mehl-avrami, colocada em sua forma mais conveniente,7 h = a (a-b) exp [(kt)n] (1) onde k e n são parâmetros cinéticos correspondentes ao início do processo de precipitação, h é a microdureza no tempo t, que se relaciona com a fração transformada y através da relação: y = (h b)/(a b) a é o valor da dureza quando o processo é completado e b é o valor inicial da dureza, a uma dada temperatura. os valores de n e k obtidos a partir da equação (1) a 375, 400, 425, 450 e 475oc estão mostrados na tabela 1. na tabela 1, segundo os critérios propostos por christian,6 os valores de n obtidos para a liga 2 (cu-5%al-2%ag) indicam uma taxa de nucleação praticamente nula (n = 3,2 a 375oc, n = 3,0 a 400oc e n = 3,4 a 425oc), isto é, o a população de núcleos permanece constante. com o aumento da temperatura para 450oc há uma perturbação dada pela nucleação mista nas arestas e nos vértices dos grãos (n = 2,3) e em seguida a taxa é decrescente (n = 3,8 a 475oc). para a liga 3 (cu-5%alhttp://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 4%ag), os valores de n obtidos, inicialmente indicam uma taxa de nucleação nula (n = 3,1 para t = 375oc e n = 2,6 para t = 400oc) e uma taxa de nucleação crescente para as demais temperaturas. para a liga 4 (cu-5%al-6%ag), os valores obtidos sugerem uma taxa de nucleação nula (n = 2,6 a 375 oc e n = 3,4 a 400 oc) e a temperaturas maiores uma taxa de nucleação crescente. os valores de n para as ligas 5 (cu5%al-8%ag) e 6 (cu-5%al-10%ag) na temperatura de 375 oc indicam uma nucleação nas arestas e vértices; a 400 oc uma taxa de nucleação nula e a 425 oc uma taxa de nucleação crescente. para temperaturas maiores a liga 5 mostra nucleação nas arestas e vértices, enquanto a liga 6 apresenta uma taxa de nucleação nula. a constante de velocidade k, da equação (1), é descrita pela equação de arrhenius, k = ko exp (e/rt) (2) onde ko é um fator pré-exponencial, r é a constante dos gases e e é a energia de ativação para o processo. a figura 7 mostra o gráfico de -ln k em função do inverso da temperatura absoluta, para as ligas contendo prata. os valores da energia de ativação, obtidos do coeficiente angular dessas retas, encontram-se na tabela 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 a liga 2, com o menor teor de prata, mostra apenas uma região linear em todo o intervalo de temperatura estudado, sugerindo que não há uma mudança de mecanismo do processo de precipitação ou que as mudanças não se refletem numa alteração apreciável na energia de ativação do novo processo. para as demais ligas observam-se duas regiões lineares, a primeira até cerca de 425oc e a segunda a partir dessa temperatura, resultando em valores de e significativamente diferentes, exceto para a liga 4, para a qual a diferença em e é de apenas cerca de 7 kj. este resultado sugere que a mudança de mecanismo para o processo de precipitação em temperaturas ao redor de 425oc é tal que praticamente dobra os valores da energia de ativação. verifica-se também que a energia de ativação para cada processo é praticamente independente da concentração de prata, para valores acima de 2% ag. a partir dos resultados de energia de ativação pode-se dizer que a liga 2 apresenta comportamento bastante diferenciado das demais e que na liga 4, onde a concentração de prata a 850oc está próxima do seu limite de solubilidade, a mudança mecanística não fica bem definida neste intervalo de temperaturas. conclusões os resultados obtidos indicaram que o teor de prata influi na dureza e na cinética de precipitação da liga cu-5%al. as adições de prata permitem que se obtenha endurecimeto por envelhecimento na liga cu-5%al e observa-se que, quanto maior o teor de prata maior é o valor da dureza inicial e da dureza final das ligas. além disso, quanto maior o teor de prata menor é o período de incubação e maior é a velocidade do processo de precipitação. os valores obtidos para n, juntamente com os resultados de energia de ativação, indicam que a transição de uma taxa de nucleação nula ou mista para uma taxa de nucleação crescente pode representar a mudança mecanística mais importante no processo de precipitação. esta interpretação também concorda com a observação de uma região linear única para a liga 2, uma vez que não foi observada nenhuma etapa de nucleação crescente para esta liga. agradecimentos os autores agradecem à fapesp e ao cnpq pelo auxílio recebido. adorno, a. t., guerreiro, m. r., magnani, r., benedetti, a. v. influence of silver additions on the precipitation kinetics of the cu-5%al alloy. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.121132, 1997. abstract: the influence of additions of 2, 4, 6, 8 and 10 wt. % ag on the formation and precipitation kinetics of silver-rich precipitates in the cu-5 wt. % al was studied by microhardness changes measurements with the temperature and time. the results indicated that the presence of silver increases the alloy hardness and also interfers on the precipitation kinetics, with a mechanistic change that is related to the silver concentration on the alloys. keywords: precipitation kinetics; microhardness; silver additions; copper-based alloys. referências bibliográficas 1 adorno, a. t., beatrice, c. r. s., benedetti, a. v., cabot, p. l. silver dissolution on copper-based alloys. j. mat. sci., v. 28, p. 411-4, 1993. [ links ] 2 adorno, a. t., cilense, m., garlipp, w. mechanical properties and precipitation energy of the cu-al-ag (5.4%al-5.2%ag) alloy. j. mat. sci. lett., v.6, p.163-4, 1987. 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[3] the complexation properties of hss towards dissolved metal ions, their complexing capacity and the resulting equilibrium of formation and/or dissociation reactions of metal-hss species can be 46 ecl. quím., são paulo, 30(2): 45-51, 2005 investigated by a variety of methods [4]. electrochemical methods [5], molecular spectroscopy and physicochemical separation procedures [2] are preferentially utilized in the investigation of metal binding in hss. modified solid supports (e.g., cellulose) in particular have proved efficient multi-element collectors for the differentiation of labile and inert metal species in hss [6-8]. in the cited study, both the kinetics and degree of metal ion exchange were used to operationally characterize metal ion labilities in aquatic hss. the present paper reports on a simple batch procedure for evaluating labile metal fractions (e.g., cd, cr, cu, mn and pb) in aquatic hss based on separations by cellulose modified with paminobenzoic groups ion-exchanger (cell-pab) and subsequent determinations by flame-aas. the cellpab ion-exchanger has proved to be a highly efficient collector with fast kinetics for traces of metal ions dissolved in aqueous saline solutions [9,10]. applying an optimized batch procedure based on the use of the cell-pab, a number of important parameters (such as ph, hss concentration, complexation time), which influence the lability of metal ions in hss, were evaluated. experimental chemicals and reagents the multi-element solution of the metal ions and all the acids and bases for the preparation of solutions and hss isolation were of analytical grade (e.g., merck suprapur, riedel-de haen p.a. plus). water deionized by a milipore miliq system was used. preparation of modified cellulose microcrystalline cellulose (merck, germany) with specific surface area of 22 m2.g-1 was activated at 353 k under vacuum (10-3 torr). about 16 g of this cellulose was immersed in 100 ml of purified dimethylformamide (mallinckrodt, germany) and 30 ml of phosphorus oxychloride (merck, germany) was added. the mixture was refluxed under glycerine bath for 16 h at 383-423 k, filtered, washed with, ethanol (merck, germany) and dried on a filter paper under vacuum. the resulting solid was immersed in 200 ml of purified dimethylformamide and 14 g of sodium paminobenzoate (merck, germany) was added. the mixture was stirred for 35 h at 423 k. the resulting modified cellulose named cell-pab, was filtered off, washed with dimethylformamide, ethanol and then it was dried.[10] hss extraction by xad 8 resin the analytical grade xad 8 resin (serva feinbiochemica) required to isolate aquatic hss was pre-purified by successive soaking with 0.50 mol l-1 hcl, 0.50 mol l-1 naoh and analytical grade ethanol (24 h each). the hss under study were isolated from a water sample collected from a tributary stream of the itapanhaú river in bertioga, state of são paulo, brazil, according to the xad 8 procedure proposed [11]. after filtration through 0.45 mm membrane filters, the water sample was acidified (ph = 2.0) with 10.0 mol l-1 hcl and 40 l of each sample was run through xad 8 columns at a flow rate of 5.0 ml min-1. the hss was then eluted from the xad 8 columns with 100 ml of 1 mol l-1 naoh. the hs solution obtained was neutralized with 6.0 mol l-1 hcl and stored in a polyethylene bottle under refrigeration at +4oc. dissolved organic carbon – doc the doc value of the hss sample was determined by oxidation to co 2 and measurement with an ir-analyzer (shimadzu toc 2000). the hss concentration was evaluated at 10 mg ml-1, due to a doc12 concentration of 5 mg ml-1. complexing capacity of hss the hss sample displayed a complexing capacity of 4.3 mmol cu(ii) g-1 doc, which was determined by a cu(ii)-selective electrode. [2] preparation of standardized hss solutions the hss standards were prepared from their concentrates by dilution to 0.1 mg ml-1 doc. to remove the metals occurring naturally in hss, 1 g (dry weight) of highly pure ion exchange cellulosehyphan ( riedel-dehaen) was added and the mixture kept under agitation for 72 h at ph = 5.013. after filtration, the ph was adjusted to 4.5, and the hss standards were stored in polyethylene bottles under refrigeration at +4oc. 47ecl. quím., são paulo, 30(2): 45-51, 2005 preparation of hs-metal ion solutions the species formed between metal ions and hss (metal-hss) were prepared by adding aliquots of multi-element solutions of metal ions. the ph was adjusted [7,13] to a range of 1.0 5.0 by adding 0.1 mol l-1 naoh or hcl. the volumes were topped to 50 ml with deionized water and the solutions stirred for 24 h. the metal concentrations in the hs solutions were 0.50 mg l-1 cd, 2 mg l-1 cr, 2 mg l1 cu, 1.0 mg l-1 mn and 5.0 mg l-1 pb . ion-exchange procedure for labile metals in hssmetal – batch procedure 100 mg of cell-pab resin was added to the hs-metal ion solution and stirred for 60 min under mechanical agitation. after this period, the ionexchanger was separated by centrifugation, transferred to small flasks and extracted for 60 min with 5 ml of 1.0 mol l-1 hcl. after centrifugation, the metal ions contained in the extracts were determined by flame atomic absorption spectrometry (faas). metal determination by faas the concentration of metal ions gathered from the cell-pab column was determined by faas according to the standard guidelines of the manufacturer (spectrometer: varian-intralab aa-1475). for the calibration curves, synthetic metal standard solutions were used, based on 1.0 mol l-1 hcl comparable to the samples. results and discussion influence of ph the discrimination of lability/inertness metal fraction complexed with hss by ion-exchange requires a high performance collector forming immobilized metal complexes even at relatively high hs concentrations and slightly acid ph values [13,14]. multi-element preconcentrations by ion exchangers require collectors offering high distribution coefficients, kd, preferably > 104, as calculated by the following equation: k d = c col. /c sol. ( 1 ) where c col. = concentration of metal ions in the ion-exchanger (mg g-1), and c sol. = concentration of metal ions in the solution (mg ml-1). figure 1. metal distribution coefficient, kd, on cell-pab in the absence and presence of hs as a function of ph (0.1 mg ml-1 hs, 24 h equilibrium, 50 ml sample, 100 mg cell-pab). 48 ecl. quím., são paulo, 30(2): 45-51, 2005 figure 1 illustrates the characteristic separation using the cell-pab ion-exchanger as the collector of the reactive metal fractions by means of the distribution coefficient, kd, as a function of the ph. using the batch procedure, these studies were performed in the presence of 0.1 mg ml-1 hss (hssmetal, stirred for 24 h) and without hss. in the absence of hss, the cell-pab collector exhibited k d values as high as (104 – 105) for metal ions at a ph exceeding 5.0. in the presence of hss, the enrichment of metal ions in the collector phase decreased, and the kd values were also lower, in the order of a factor of 100 to 300 in the ph range of 1 to 5. as shown in figure 1, all the metal ions displayed curves whose maximum lay in slightly acidic solutions (ph = 4 5) and a reduction in solutions with ph < 4. thus, in slightly acidic solutions, the metal ions were increasingly remobilized from both hs molecules and carboxylate groups of the cell-pab collector. kinetic studies determination of lability order cellulose ion-exchangers often display high distribution coefficients in the order of 104 for some metal ions in saline solutions without hss [10]. according to previous studies [7,8], cellulosebased ion-exchangers can be used as effective collectors of labile trace metal remaining in water samples. applying an optimized batch procedure, both the kinetics and degree of metal ions removed from hss can be useful for characterizing the lability/ inertness of metals bound to hss. in principle, the exchange of metal ions between resins and labile macromolecular metal complexes such as hss-m can be described by the following equilibrium: where hss-m indicates the species formed between metal and hss, ex is the solid phase ion exchanger, and m-ex represents the species formed between the metal and the collector. thus, the, hssm and m-ex concentrations governed by the equilibrium constants k hs and k ex are shifted, depending on parameters such as ph, concentration of humic substances, complexation time, and the metal ions to hss ratio. table 1 shows the gradual separation of all the metal ions complexed by hss. a contact time of more than 60 min is generally required to reach the exchange equilibrium given by equation 2 and to achieve a final recovery of 65-75% of metal ions by cell-pab, depending on the element. the effectiveness of the separation does not change thereafter. the separation of metal ions from hss solutions pre-conditioned for 24 h shows the typical lability order of cd < pb < mn < cr < cu. ( 2) table 1. recovery of metal ions pre-complexed by hs as a function of contact time with the cell-pab ion exchanger. conditions: 0.1 mg ml-1 hss, ph 5, 24 h complexation time, 100 mg cell-pab. 49ecl. quím., são paulo, 30(2): 45-51, 2005 the kinetics and reaction order of this ionexchange process is illustrated in figure 2, which shows the separation of the exchanged labile cd, cu, cr, mn and pb (concentration ratio c l ) plotted as a function of the contact time. at the onset of separation (contact time < 30 min), the fraction of labile metal ions complexed by aquatic hss is separated relatively quickly. in this case, an exchange of metal ions occurs between the hss solutions and the solid ion-exchanger, following a second order kinetics (2nd order). thus, the metal ions complexed with hss react directly with the carboxylate groups of cell-pab. after 30 min, the separation of hs-bound metal ions proceeds with uniform t 1/2 values of about 40 50 min, revealing rather slow first order (1st order) kinetics compared with the metal exchange by cell-pab from aqueous saline solutions (t 1/2 in the range 50 – 60 s ) [9, 10, 15]. these first-order (1st order) kinetics indicate either that slow dissociation of the macromolecular hss-metal complexes occurs or that delayed transport of macromolecular hss-metal complexes in the narrow pore system of the cellulose collector takes place. figure 2. separation of exchange-labile fractions from hs as a function of contact time. conditions: (0.1 mg ml-1 hs, 24 h equilibrium, 50 ml sample, ph= 5.0; 100 mg cell-pab). figure 3. metal distribution coefficients as a function of hs concentration. conditions: ph 5, 24 h complexation time, 100 mg cell-pab. 50 ecl. quím., são paulo, 30(2): 45-51, 2005 effect of hs concentration and time complexation on the lability of hss-metal ions figure 3 shows the influence of the increase in the metal distributed on the cell-pab collector. according to figure 3, all the metal ions were better recovered in solutions with lower hs concentrations. the complexing capacity increased with high hs concentrations because more binding sites were available for metal ion complexation, and the equilibrium shifted towards the hss-m species. thus, humic-rich waters are important natural “buffers” for heavy metals in the environment [7,12]. in the environment, interactions between hss and metals occur over a relatively long period of complexation (ageing). this is therefore an important factor which may affect the lability of metal fractions complexed by hss, as has recently been shown in a paper dealing with the exchange process between hss-metal species and exchanger collectors [13]. figure 4 shows that the lability of metal fractions bound in aquatic hss decrease as the complexation time increases. not all metals behave in similar fashion. cu(ii), for instance, shows a remarkable decrease in lability after a complexation period of 6 days, during which time this recovery drops from 60% to 10%. the metal ions complexed with the most external groups of hs macromolecules usually react preferentially with the functional groups of the resin (cell-pab). therefore, metal that remains complexed for a long time may do so as a result of transformation processes and inner rearrangements. as the complexation time increases (ageing), less accessible hss binding sites may be occupied, causing the metal ions to shift from weaker to stronger binding sites. [6,7,12] figure 4. influence of complexing time (ageing) on the lability of metals. conditions: 0.1 mg ml-1 hs, ph 5, 100 mg cell-pab. conclusions the thermodynamic and kinetic stabilities of hss-metal species depend on a variety of environmental factors, particularly on the ph values, the metal and hss concentrations and their ratio. the present study using the cell-pab collector to characterize labile fractions in aquatic hss confirms the usefulness of the ion-exchanger method. the influence of the contact time between the ionexchanger (cell-pab) and the hss-metal species solution is characterized at t 1/2 values of about 4050 min. another factor that strongly influences the lability of metal fractions bound to aquatic hss is the ageing process. this transformation process showed a gradual decrease of the overall lability of metal ions in dissolved hss, probably due to slow metal exchange processes caused by an inner 51ecl. quím., são paulo, 30(2): 45-51, 2005 rearrangement in the binding sites within the hss molecules. thus, it can be concluded that the accumulation, transportation, hydrogeochemical cycles and bioavailability of trace metals in natural waters depend not only on their thermodynamic stability but also on typical transformation processes. our studies using the cell-pab collector in ionexchange procedures, however, allowed only for the description of a relative order of metal labilities in dissolved hss under standardized conditions. acknowledgements the authors thank the fapesp (process 98/ 14789-3 and 03/13326-6), fundibio, for financial support, capes for a fellowship to castro, g. r. recebido em: 17/02/2005 aceito em: 06/04/2005 g. r. de castro, c. c. f. padilha, j. c. rocha, j. p. s. valente, a. o florentino, p. m. padilha. labilidade de cd, cr, cu, mn e pb complexados por substâncias húmicas aquáticas. resumo: a labilidade de cd, cr, cu, mn e pb complexados por substâncias húmicas aquáticas (hss) foi investigada por estudos de troca iônica em batelada, utilizando-se celulose modificada com grupos paminobenzóico (cell-pab). as shs foram extraídas de amostras de água por adsorção sobre coluna empacotada com resina xad 8. os complexos metal-hs foram preparados misturando-se soluções contendo shs com soluções padrões mista dos íons metálicos (cd, cr, cu, mn e pb). os resultados obtidos indicaram que houve um decréscimo nos valores dos coeficientes de distribuição (kd) da cell-pab com a adição das shs nas soluções dos íons metálicos, e que a labilidade das frações metálicas complexadas pelas shs é menor em valores de ph < 4,0, tempo de complexação > 10 h e concentração de shs > 500 mg l-1 . a troca iônica entre a cell-pab e os complexos metal-shs obedecem as seguintes ordens de labilidade: cd < pb < mn ≅ cr < cu. palavras-chave: substâncias húmicas aquáticas; celulose modificada com grupos p-aminibenzóico; labilidade de espécies metálicas. references [1] allard b., boren h., grimvell a, humic substances in the aquatic and terrestrial environment, springer, berlin heidelberg, 1991, chap.,4. 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[12] investigated the thermal properties of water insoluble alginate films containing di and trivalent cations. the results indicated that the alginates form compact structures when the ionic radii of the cation is lower. changes in the film structure during ionic exchange were studied on the basis of its glass transition temperature (tg) and heat capacity using differential scanning calorimetry (dsc). hatakeyama et al. [13] determined the non-freezing water contents of mono and divalent cation salts of some polyelectrolites. the number of water molecules strongly bounded to the cations influences remarkably the polyelectrolite structure. said et al. [14] investigated the thermal and electrical properties of silver, selenium and uranyl alginates using thermogravimetry and differential scanning calorimetry, concluding that metal oxalates were formed as decomposition intermediate. considering the importance of this polysaccharide and its derivatives and the lacking in information about its thermal behavior, the present work describes the purification, characterization and the thermal decomposition of the alginic acid and sodium alginate. the thermal analysis is also important considering the fact that in industrial processes heat is commonly employed and the thermal decomposition data yields information regarding the stability and residues of decomposition. water content is another important parameter that can be extracted from thermal measurements. experimental reagents and solutions all the reagents were of analytical grade and used without further purification, except when indicated. purification of the halg alginic acid (aldrich) was purified by dissolving 5 g in 0.5 mol l-1 naoh and stirring for two h with a magnetic stirrer. after that 0.5 mol l-1 hcl was added slowly until ph 2-3 and stirred for 24 h. the resulting gel suspension was filtered in a quantitative filter paper and washed with ethanol. the resulting solid was then dried in a vacuum oven at 40 °c for 24 h. this purification procedure was performed since the commercial reagent presented sodium residue when submitted to thermogravimetric analysis and the conductimetric titration suggested that some carboxyl groups were not free. complete dehydration of both acid form and sodium salt was achieved only whether the compounds were used just after drying in a vacuum oven. conductimetric titration conductimetric titrations were performed by suspending 300 mg of alginic acid in 30.0 ml of water. 10.0 ml of 0.0969 mol l-1 hcl solution were added to this solution. the excess of hcl was titrated with 0.505 mol l-1 naoh in a thermostated conductimetric cell at 25.0 ± 0.1 °c kept with a ma 184/6 thermostatic bath (marconi). thermal analysis thermogravimetry (tg) measurements were performed in a tga-2050 thermogravimetric modulus coupled to a tga-2100 thermal analyser (both from ta instruments) using sample mass of ca. 7 mg and an alumina sample holder at heating rates of 5, 10 and 20 °c min-1 under a dynamic air and nitrogen atmospheres flowing at 90 ml min1. humidity and ash contents were determined by means of two determinations, with the help of the first derivative thermogravimetry (dtg) data under atmospheric pressure. differential scanning calorimetry (dsc) measurements were performed in a dsc-910 modulus coupled to a tga-2100 thermal analyser (both from ta instruments) using sample mass of 4,0 mg in a covered aluminum sample holder with a central pin hole at heating rates of 5, 10 and 20 °c min-1 under dynamic air and nitrogen atmosphere, flowing at 90 ml min-1 under atmospheric pressure. 59ecl. quím., são paulo, 29(2): 53-56, 2004 elemental analysis, ir and 1h nmr spectroscopy the c and h contents in the samples were determined in a ea1108-chn-s elemental analyser (fisons). ir spectra were recorded in kbr pellets from 4000 400 cm-1 in a mb102 ft-ir (bomen-michelson). the 1h nmr spectra were recorded in a bzh 200/52 spectrometer (brüker). results and discussion characterization of the halg and naalg the elemental analysis of the samples are in agreement with the general formula (c6h8o6)n for halg and (c6h7o6na)n, only after complete dehydration. dry material was obtained after 24 h under vacuum at 40 °c and the elemental analysis being performed just after removing from the oven and keeping in a dessicator under vacuum. if the compounds are manipulated at atmospheric air, they rapidly re-hydrate by absorbing water from the environment. ir spectra obtained for the halg and naalg in the 2000 – 800 cm-1 range, presented the stretching of the c=o group of the protonated carboxylic group at 1730 and 1631 cm-1. when the proton is displaced by a sodium ion, the peaks are observed at 1614 and 1431 cm-1 and they are assigned to the symmetric and antisymmetric coostretching vibrations of the free carboxyl group as observed by huang et al. [15]. yeom [16] reported similar results when measuring the alginate content in films using ir. according to chandia [17], the alginates ft-ir spectra present bands around 800 e 700 cm-1, relative to mannuronic and guluronic acids respectively. the main difference of the 1h nmr spectra of acidic form is the singlet signal at 5.04 ppm assigned to carboxylic proton, which disappeared in the sodium salt spectra, according to the literature [17]. the spectra are also independent on the amount of g and m monomers since they are structural isomers. conductimetric titrations of excess hcl added to the alginic acid allowed to the determination of the number of acidic sites in the polymeric matrix. this number was determined in the range of 0.87 ± 0.07 (n = 3) and 0.99 ± 0.02 mol (n = 3), for carboxylic groups per mol of commercial and purified alginic acid, respectively. thermal analysis of halg and naalg initially, a study of the influence of heating rate in the thermal behavior of halg and naalg was performed under both air and n2 atmospheres. since every synthetic or natural polymer containing hydrophilic groups usually presents strong interaction with water, the humidity content may influences their properties and is an important characteristic to be determined [13]. thermogravimetry is a technique that can yield information about humidity and ash contents in a simple and fast way, but factors such as heating rate present a severe influence on the resolution of the tg curve [18,19] and the definition of this parameter is fundamental for a thermogravimetric investigation. table 1 presents the percentage for humidity and decomposition mass losses, temperature ranges and residues for the alginic acid and sodium alginate at 5.0; 10.0 and 20.0 °c min-1 heating rates in both air and n2 atmospheres as well as the related dsc peaks. the tg curves presented in figure 2 suggest that, under heating, the alginic acid presents initially a dehydration process followed by decomposition in two overlapping steps under nitrogen (figure 2a), without residue at the end of the experiment. similar behavior was observed in air (figure 2b). the decomposition product around 400 °c was characterized as a carbonaceous material in both cases. figure 2. tg (solid)/dtg(dashed) curves of alginic acid in n2 (a) and (b) under air flow of 90 ml min-1 in different heating rates. 60 ecl. quím., são paulo, 29(2): 53-56, 2004 table 1. thermal decomposition data of the halg and naalg under n2 and air atmosphere 61ecl. quím., são paulo, 29(2): 53-56, 2004 figure 3 shows the tg curves for the sodium alginate. according to such a results, the salt decomposed by dehydration followed by degradation to na2co3 and a carbonized material that decomposes slowly from 600-750 °c in n2 (figure 3a). according to newkirk [20] the na2co3 decomposition is dependent of the sample holder and atmosphere used. in this work such decomposition appeared above 800 °c in agreement with the findings of those author using pt crucible and n2 atmosphere. under air (figure 3b) the dehydration occurs in a similar way, but the decomposition of the carbonized material is faster, around 600 °c, resulting in na2co3 that decomposes as described in n2. the presence of na2co3 and carbonized residue was confirmed by heating the compound up to 550 °c, in an oven under the respective atmosphere and addition of hcl to the degradation product. a vigorous liberation of co2 was observed while a dark insoluble residue remained in the test tube, in both cases. if the residue percentage is correct for the water content values close to the expected 26.75% for ½ na2co3 for each c6h7o6na unit can be found. figure 3. tg (solid)/dtg(dashed) curves of sodium alginate under n2 (a) and air (b) under flow of 90 ml min-1 in different heating rates. the presence of the metallic oxalates instead of carbonates as decomposition intermediates is a difference from the results observed by said et al. [15] for alginates of ag+, se4+ and uo2 2+, in relation to the sodium salt. as presented in figures 2 and 3, the tg general profiles for each compound did not change markedly with these heating rates. it is possible to observe from the data in table 1 that the humidity values changed depending on the heating rate which can be related with the influence of the heating rates on the resolution of the dehydration step [18,19], as observed in the dtg curves. the ash contents are not severely affected by the heating rate. similar results were obtained in all the scan rates, but at 20°c min-1 some overlap of the thermal events can occur. so it was concluded that at 10°c min-1 a better compromise between resolution and time of analysis can be reached and this was the heating rate chosen for the further analysis. figures 4 and 5 show the dsc curves, showing the heating rate influence on the thermal behavior of halg and naalg under both air and n2 atmospheres, respectively. under n2 (figure 4a), halg decomposed showing three overlapping peaks. the first endothermic peak suggests the dehydration process at around 80 °c. then, an endothermic peak close to 200 followed by an exothermic peak at ca. 240 °c, respectively, has appeared. such processes were attributed to the decomposition of the polymer resulting in the carbonized residue, in agreement with tg results. figure 4b shows the thermal behavior of the halg in air atmosphere. the endothermic peak, centered between 75 and 96 °c depending on the heating rate, may be attributed to the dehydration process. the small endothermic process at 190 °c followed by a strong exothermic peak at c.a. 300 °c, correspond to the decomposition of the biopolymer. the tg/dtg data are in agreement with this assumption. figure 4 dsc curves of alginic acid under n2 (a) and under air (b) flow of 90 ml min-1 in different heating rates. 62 ecl. quím., são paulo, 29(2): 53-56, 2004 and 340-410 °c (depending on the heating rate) may be attributed to the decomposition of the biopolymer and formation of the respective carbonate, which is in agreement with tg curves. conclusion according to the present results it can be concluded that the heating rate do not presented significant influence on the tg and dsc profiles from 5 – 20 °c min-1. this suggests that higher heating rates can be used with gain in experimental time. the alginic acid decomposed in two successive steps after dehydration under both air and nitrogen atmospheres, without residue in the sample holder at 700 °c. the sodium alginate decomposes also in two steps after the dehydration process. the decomposition leads to a na2co3 residue, the decomposes above 750 °c under nitrogen, due probably to the presence of carbonaceous residue and is stable under air atmosphere where the carbonaceous residue is totally decomposed above 600 °c. these differences in the na2co3 behavior have been already described by newkirk [20]. recebido em 30/04/04 aceito em 21/07/04 the dsc curves of naalg under n2 are presented in figure 5.a. the dehydration was evidenced by an endothermic peak close to 100 °c, then the decomposition of the biopolymer takes place represented by an exothermic peak at c.a. 240-260, depending on the heating rate. finally the decomposition of the carbonaceous material occurred above 300 °c. figure 5. dsc curves the sodium alginate under n2 (a) and under air (b) flow of 90 ml min-1 in different heating rates. under air (figure 5b), the naalg presented a first endothermic peak at 100 °c attributed to the water release. the second and third exothermic peaks with a maximum at 250 j. p. soares, j. e. santos, g. o. chierice, e. t. g. cavalheiro. comportamento térmico do ácido algínico e do seu sal de sódio. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: uma avaliação da hidratação e de decomposição térmica do halg e seu sal de sódio foi realizada usando termogravimetria (tg) e a calorimetria exploratória diferencial (dsc). as curvas tg em n2 e ar, para o ácido algínico apresentaram duas etapas de perda de massa correspondendo à saída de água e posterior decomposição do polímero. já para o alginato de sódio, a decomposição térmica ocorreu em três etapas. a primeira corresponde à liberação de água, seguida da formação de resíduo carbonizado e formação do carbonato de sódio. as curvas dsc concordam com os eventos observados em tg. na região do infravermelho, o ácido algínico apresentou bandas em 1730 e 1631 cm-1, enquanto o alginato de sódio apresentou duas bandas em 1614 e 1431 cm-1, evidenciando a presença de grupos carboxílicos salificados. palavras-chave: ácido algínico; termogravimetria; calorimetria exploratória diferencial. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ references [1] x. liu, l. qian, t. shu, z. tong, polym. 44 (2003) 407. 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[20] a. e. newkirk, i. aliferis, anal. chem. 30 (1958) 982. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100010 estudo da estabilidade térmica de óleos e gorduras vegetais por tg/dtg e dta. elaine alves de faria* maria inês gonçalves leles* massao ionashiro** tatiana de oliveira zuppa* nelson roberto antoniosi filho* resumo: óleos e gorduras vegetais são muito ultilizados pela indústria alimentícia e farmacêutica, tem exigido de pesquisadores e técnicos métodos analíticos capazes de avaliar as condições de processamento e estocagem. a estabilidade térmica de óleos vegetais é um fator determinante na sua qualidade. neste trabalho avaliou-se a estabilidade térmica de óleos e gorduras vegetais extraídos de semente de plantas do cerrado ( araticum, babaçu, buriti, guariroba e murici) usando os resultados de tg, dtg e dta, numa faixa de temperatura entre 30 e 650ºc, em atmosfera de nitrogênio, com razão de aquecimento de 10ºc min-1. as técnicas termoanalíticas utilizadas mostraram–se eficientes e rápidas na determinação da estabilidade térmica dos óleos e gorduras estudados. palavras chaves: óleos vegetais, estabilidade, analise térmica. introdução um dos mais importantes derivados de plantas continuam sendo os óleos vegetais, com uma produção anual de 99 milhões de toneladas. estima-se para o ano 2003, uma produção mundial de 118 milhões de toneladas8. cerca de dois terços desta produção é usada em produtos alimentícios, e o resto é usada em uma variedade de produtos industriais.6 estes óleos também fazem parte da dieta humana. mais de 90% dos óleos produzidos são de origem vegetal, usados em comidas, e produtos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota industrializados comestíveis.11 mais de 95% dos óleos e gorduras são constituídos de triacilglicerídeos, que são ésteres formados de glicerol e três ácidos graxos. triacilglicerídeos são insolúveis em água e a temperatura ambiente varia em consistência de líquido a sólido. em uso comum, quando eles são na maioria sólidos, são chamados de gorduras, e quando líquidos são chamados de óleos. além de triacilglicerídeos, gorduras e óleos contém vários componentes menores como: mono e di-glicerídeos (importantes como emulsionadores); ácidos graxos livres; tocoferol (importante antioxidante); esteróis e vitaminas de gorduras solúveis. a maior parte das gorduras naturais apresentam ácidos graxos com certo número de carbonos variando de 4 a 24.4 estes ácidos graxos podem ser insaturados e saturados. o ácido saturado mais importante é o ácido esteárico (c18:0) e os insaturados mais importantes são: ácido oléico (c18:1 cis9), ácido linoleico (c18:2 cis6, cis9), ácido linolênico (c18:3 cis9, cis12, cis15). a maioria dos óleos vegetais contém uma grande quantidade de ácidos graxos mono ou poliinsaturados.5 as proporções dos diferentes ácidos graxos saturados e insaturados nos óleos e gorduras vegetais variam de acordo com as plantas das quais foram obtidas, sendo que também dentro de uma espécie existem variações determinadas pelas condições climáticas e tipo do solo em que são cultivados.1 muitos medicamentos e alimentos contêm ácidos graxos, e eles estão freqüentemente sujeitos a um tratamento térmico durante o processamento, estocagem e preparação. a estabilidade térmica dos óleos depende de sua estrutura química, sendo que os óleos com ácidos graxos saturados são mais estáveis do que os insaturados.3 como estes óleos são muito apreciados na culinária e na indústria, tem exigido de pesquisadores e técnicos especializados novos métodos analíticos, capazes de avaliar as condições de processamento e estocagem, portanto é de fundamental importância o conhecimento da estabilidade térmica dos óleos vegetais para um rigoroso controle da qualidade. nas últimas décadas, as técnicas termoanalíticas adquiriram importância crescente em todas as áreas de conhecimento na química básica e aplicada. esse incremento na utilização dessa metodologia, realmente dotada de grande potencialidade, foi favorecido pela disponibilidade de instrumentos controlados por microprocessadores, capazes de fornecer informações quanto ao comportamento térmico dos materiais de forma precisa e num tempo relativamente curto. estes métodos são largamente usados no controle de qualidade de óleos vegetais, pois fornecem, com rapidez, dados sobre a estabilidade do óleo, perante seu comportamento térmico.7,12 encontram-se na literatura investigações sobre o ponto de fusão, cristalização e a oxidação de óleos e gorduras vegetais comestíveis por calorimetria exploratória diferencial (dsc)5. este mesmo estudo foi feito por termogravimetria (tg), termogravimetria derivada (dtg) e análise térmica diferencial (dta).9 e uma avaliação do controle de qualidade de óleos essenciais por tg, dtg, dta.7 a análise térmica possibilita uma ampla faixa de aplicação para medidas de propriedades físicas, estudo de reações químicas, avaliação da estabilidade térmica, determinação da composição de materiais e desenvolvimento de metodologia analítica. as técnicas tg/dtg dinâmicas, por sua vez podem ser usadas para estimular o patamar de estabilidade destes óleos e gorduras. em vista destas considerações torna-se imprescindível a análise da estabilidade térmica destes óleos e gorduras, com a possibilidade do uso destes óleos na alimentação, na indústria de cosméticos, na industria farmacêutica, em materiais poliméricos, como tintas e vernizes, entre outros. neste trabalho avaliou-se a estabilidade térmica de óleos e gorduras brutos, através de métodos termoanalíticos sob atmosfera de nitrogênio. materiais e métodos para o estudo foram escolhidos cinco óleos e gorduras vegetais provenientes de semente e amêndoa de espécies de plantas típicas do cerrado que apresentam um grande uso popular: araticum (anona classiflora mart.), babaçu (orbignya oleifera burret.), buriti (mauritia flexuosa linn. f.), guariroba (syagrus olearacea mart. becc.), murici ( byrsonima verbascifolia (l.) rich). as sementes foram trituradas, secas em estufa a aproximadamente 110ºc por duas horas. a extração dos óleos foi feita por sohxlet por um período de aproximadamente 6 horas usando hexano como solvente. as curvas termoanalíticas foram obitidas em um módulo simultâneo dsc-tga da ta instruments modelo sdt 2960 numa faixa de temperatura de 30 a 650ºc, com razão de aquecimento de 10ºc min-1 e atmosfera dinâmica de nitrogênio com vazão de 100 ml min-1 e cadinho de alumina com massa de 10 a 20 mg aproximadamente. resultado e discussão as curvas tg/dtg e dta apresentadas nas figuras de 1 a 3 representam o comportamento térmico das cinco amostras. observou-se um patamar de estabilidade térmica dos óleos entre 180 e 321ºc, e o processo de decomposição térmica segundo a curva tg, ocorreu em uma única etapa, finalizandose entre 433 e 478ºc. a estabilidade térmica dos óleos foi determinada através da faixa de temperatura na qual a massa permaneceu inalterada. a tabela 1 mostra a temperatura referente à estabilidade e a temperatura final da decomposição do material. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01a as curvas tg/dtg do óleo de araticum figura 1(a) mostram perda de massa entre 320ºc a 478ºc, que se referem à decomposição e à carbonização do material. na curva dta deste óleo, observa-se um pico endotérmico em 419ºc, referente à decomposição do óleo10, que corresponde à perda de massa observada pelas curvas tg/dtg. durante a decomposição do óleo de araticum observa-se na curva dta reações sucessivas de perdas de massa que ocorreram a 419ºc que não foram observadas pelas curvas tg/dtg. as curvas tg/dtg do óleo de babaçu, figura 1(b), apresentaram etapas de perda de massa entre 180ºc e 440ºc que se referem à decomposição e carbonização do óleo. a curva tg evidencia uma única etapa de perda de massa, as perdas detectadas, refere-se a reações sucessivas de perda de massa que não são claramente observadas na curva tg. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01a a curva dta deste mesmo óleo, apresenta dois picos endotérmicos a 195ºc e a 402ºc que se referem à vaporização do óleo. as curvas tg/dtg do óleo de buriti figura 2 mostraram uma única etapa de perda de massa entre 321ºc e 483ºc que se refere à decomposição e carbonização do material. a curva dta deste óleo, apresentou um pico endotérmico em 414ºc referente à decomposição do óleo com a carbonização do material, concordante com a perda de massa mostrada nas curvas tg/dtg. as curvas tg/dtg do óleo de guariroba figura 3(a) mostraram perda de massa entre 283ºc a 433ºc, que se referem à decomposição e a carbonização do material. nas curvas dta deste óleo, observou-se um pico endotérmico em 407ºc, referente à vaporização do óleo9, que corresponde à perda de massa observada pelas curvas tg/dtg. as curvas tg/dtg do óleo de murici, figura 3(b), apresentaram perda de massa entre 271 a 477ºc, referentes à decomposição e carbonização do material. a curva tg mostra perda de massa em uma única etapa. a curva dta, deste mesmo óleo apresentou um pico endotérmico em 430ºc, referente à decomposição e carbonização do material. conclusão os resultados obtidos por tg/dtg e dta em atmosfera inerte evidenciaram com clareza o comportamento térmico dos óleos brutos analisados. com a utilização destes métodos foi possível determinar a estabilidade desses materiais, que é um fator determinante no controle de qualidade de óleos e gorduras durante o processamento, estocagem e utilização industrial. os óleos analisados apresentaram a seguinte ordem crescente de estabilidade: babaçu, murici, guariroba, araticum e buriti. as técnicas utilizadas neste trabalho foram consideradas rápidas, eficientes e capazes de avaliar com segurança a estabilidade térmica de óleos e gorduras vegetais, como um controle de qualidade e suas viabilidades industriais. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq pelo apoio financeiro e a unesp pelo suporte em equipamentos. faria, e. a., leles, m. i. g., ionashiro, m., zuppa, t. o., antoniosi filho, n. r. thermal stability of vegetal oils and fats by tg/dtg and dta. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 abstract: vegetal oils and fats are very useful in the food and chemist industry, they have demanded from researchers and technicians analytical methods able to estimate the conditions for their processing and storage. the thermal stability of vegetal oils is a main determinant in recognizing their value. the goal of this study is to evaluate the thermal stability of vegetable oils and fats extracted from the seeds of plants from brazilian cerrado (araticum, babassu, brazilian wine-palm, guariroba, murici). the thermal stability was evaluated by tg/dtg and dta techniques, in a temperature range from 30º to 650º, under nitrogen atmosphere, and at a heating rate 10º c min-1. the tg/dtg and dta used were efficient and fast in the determination of oils and fasts studied. keywords: vegetal oil, stability, thermal analysis. referências bibliográficas 1 aboissa: óleos vegetais. os azeites e óleos vegetais comestíveis. disponível em: <http//.aboissa.com.br/girassol/azeites.htm>. acesso em: 11 janeiro 2001. 2 dufaure, c., thamrin, u., moloungui, z. comparison of the thermal behaviour of some fatty esters and related ethers by tga-dta analysis. thermochim. acta, v. 338, p. 77-83, 1999. 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[ links ] recebido em 12.11.2001. aceito em 31.01.2002. *instituto de química universidade federal de goiás ufg -74001-970 goiânia go brasil **instituto de química universidade estadual paulista unesp14802-970 araraquara sp brasil http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#texto http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#texto javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100010  a04v28n1.pdf 33 influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys a. t. adorno1; a. v. benedetti1; r. a. g. da silva1; m. blanco1 1 departamento de físico-química instituto de química unesp caixa postal 355 cep 14801-970 –araraquara-sp – brasil. introduction the literature about alloys of the cu-al system is extensive, due to its practical use. these alloys are of low cost and present good strength and hardness, depending on the al content. they are used for making sleeves, guides, seats, flanges, gear wheels and many other critical small parts, as electrolysis cell cathodes, circuit plates and casting moulds when high thermal conductivity is needed. cu-al alloys with concentration in the range from 9 to 14wt.%al contain in their structure the (α + γ1) eutectoid, which is formed through decomposition of the β phase. on rapid cooling from high temperatures, the β phase undergoes a martensitic transformation. when quenched from the β state, alloys containing more than about 11wt.%al first become ordered to the β 1 phase and then transform martensitically to either β 1 ’,(β 1 ’ + γ’) or γ’, depending on the al content. in alloys with less than 11wt.%al the β phase transforms to an fcc type of disordered martensite [8]. silver additions to the cu-al alloys increase its hardness [4] and improves the resistance to stress corrosion [1], without changing significantly the plasticity and workability of the alloys. in this work, the influence of the al content on the phase transformations of cu-al-ag alloys was studied by classical differential thermal analysis (dta), optical microscopy (om) and x-ray diffractometry (xrd), and the results were compared with those found in the literature[2] experimental the cu-9%wt.al-4wt.%ag, cu10wt.%al-4wt.%ag and cu-11wt.%al-4wt.%ag alloys were prepared in an induction furnace under abstract the influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys was studied by classical differential thermal analysis (dta), optical microscopy (om) and x-ray diffractometry (xrd). the results indicated that the increase in the al content and the presence of ag decrease the rate of the β1 phase decomposition reaction and contribute for the raise of this transition temperature, thus decreasing the stability range of the perlitic phase resulted from the b1 decomposition reaction. keywords: phase transitions; martensitic transformation; cu-al-ag alloys. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 33-38, 2003 34 argon atmosphere using 99.95% starting materials and graphite crucible. results from chemical analysis indicated a final alloy composition very close to the nominal one. small cylinders of about 10 mm length and 5.0 mm diameter were used for dta analysis and flat square samples of about 10 mm were obtained for metallography and xrd. these samples were initially annealed for 120 h at 850 ºc for homogenization and after annealing some of them were equilibrated for one hour at 850 ºc and quenched in iced water. the xrd diagrams were obtained using a siemens d5000 x-ray diffractometer. after the heat treatments the flat samples were polished, etched and examined in a leica dmr optical microscope. dta curves were obtained using a sample holder with two ni/cr-ni/al thermocouples, one of which was introduced in the sample and the other in a pure copper cylinder with the same sample dimensions. the sample holder, inside a vycor tube, was introduced in a furnace and the thermocouples terminals were connected to a hp 34404a multimeter. the heating rate and the data acquisition were controlled using a mq 112 microquímica interface. results and discussion figure 1 shows the dta curves obtained at a heating rate of 20 ºcmin-1 for the cu-9wt.%al4wt.%ag (curve a), cu-10wt.%al-4wt.%ag (curve b) and cu-11wt.%al-4wt.%ag (curve c) alloys annealed at 850 ºc for 120 hours. in curves (a) and (b) five endothermic peaks were observed, while in curve (c) only three peaks were detected. peak p1, at about 559 ºc, is due to the α + γ1 ↔ β eutectoid transformation [10], as expected from the cu-al equilibrium diagram [9]. the endothermic peak p2, at about 508 ºc, is associated to the β1 phase disordering. the martensitic phase β1’ changes into the β1 phase in the same temperature interval of the α2 phase disordering process and at about 508 ºc the β1 phase transforms into the β phase [7]. peak p3, at about 380 ºc, is associated to the dissolution of the α2 phase precipitates formed during slow cooling [4]. the peak p4, which is observed at about 330 ºc in curve (a) and 270 ºc in curve (b), corresponds to the α + α2 → α + γ1 order-disorder transition6 and peak p5, observed at about 220 ºc in curve (a) and 170 ºc in curve (b) corresponds to the beginning of the α2 phase disordering [2]. peaks p4 and p5 were not detected in curve (c). it is possible to observe, in fig.1, that the intensity of peak p1 increases with the al concentration and that its temperature is shifted to lower values, when compared with the temperature for samples without ag addition [2]. this temperature shift may be associated to the ag dissolution in the matrix, which increases the α phase relative fraction and facilitates the formation of the β phase from the combination of the remaining α with the perlitic phase. the increase in the intensity of peak p1 may be due to the increase in the al concentration, which causes an increase in the relative fraction of the γ1 phase. figure 1. dta curves obtained after annealing: (a) cu-9%al-4%ag alloy; (b) cu10%al-4%ag alloy and (c) cu-11%al-4%ag alloy. heating rate 20 ºc min-1. peak p2 is also shifted to lower temperatures, compared with samples without ag additions, and its intensity increases with al concentration. the shift and intensity increase may be related to the combined effects of al concentration increase, which facilitates the β1 phase rosettes formation [5] and the aftereffect of β phase formation from β1, and of the presence of ag, which seems to increase the relative fraction of the β1’ martensitic phase retained in samples cooled at a rate higher than 2 ºcmin-1. peak p3 intensity increases with the increase in the al content, due to the greater a2 relative fraction. the presence of ag seems not to interfere in this transformation, because it is observed at the same temperature as the samples without ag. peaks p4 and p5 are shifted to lower temperatures with the increase in the al concentration, and for the cu-11wt.%al4wt.%ag (curve c) they are not detected. 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 (c) ∆t en do ex o temperature / 0c (b) (a) p 5 p5 p 4 p 4 p 3 p 3 p 3 p 2 p 2 p 2 p 1 p 1 p 1 ecl. quím., são paulo, 28(1): 33-38, 2003 35 figure 2. optical micrographs (500x) obtained for the alloys after annealing: (a) cu-9%al-4%ag; (b) cu10%al-4%ag; (c) cu-11%al-4%ag. figure 3. x-ray diffraction patterns obtained for the alloys after annealing: (a) cu-9%al-4%ag; (b) cu10%al-4%ag; (c) cu-11%al-4%ag. the starting point of the dta curves in fig. 1 corresponds to the perlitic phase, as observed in the optical micrographs of figure 2. at this point there is also an amount of ag remaining from the solution treatment, as showed in the x-ray diffraction patterns of figure 3. the micrographs of fig. 2 seems to confirm that the increase in the al content decreases the relative fraction of α phase and promotes the perlitic phase formation. figure 4 shows the dta curves obtained at a heating rate of 20 ºcmin-1 for the cu-9wt.%al4wt.%ag (curve a), cu-10wt.%al-4wt.%ag (curve b) and cu-11wt.%al-4wt.%ag (curve c) alloys 36 38 40 42 44 46 48 50 52 (c) (b) (a) i/i o 2θ α ag α ag quenched from 850 ºc. in the curves of fig. 4 the endothermic peak p1, at about 559 ºc, is due to the α + γ1 ↔ β eutectoid transformation [10] and the endothermic peak p2, at about 525 ºc, is attributed to the β1 → β transition from the remaining part of the β1 phase formed at low temperature [8]. the endothermic peak p3, at about 480 ºc, is associated to the reverse martensitic transformation and to the β1 → α + γ1 decomposition from part of the β1 phase. peak p3 was not detected in curves (a) and (b). the exothermic peak p4, at about 400 ºc, may be associated to the precipitation of ag dissolved in the matrix [3]. p5 is due to the ordering of the martensitic β’ phase remaining from the β’ → β1’ transformation and to the end of the α2 phase ordering [2]. p6 may be associated to the beginning of the α phase ordering. peak p1 in fig. 4 seems to undergo the same changes observed for the corresponding peak in fig. 1. it is possible to observe an increase in the intensity of peak p2 in fig. 4, but the transition temperature is very close to the expected one [2]. comparing to the transition for the annealed sample (fig. 1), this phase transition is now the dominant effect for the quenched samples, in the temperature range considered. this must be associated to the increase in the martensitic phase retained at fast cooling. this peak temperature is close to that observed for samples without ag addition, indicating that the effect of the presence of ag has been minimized by the heat treatment. peak p3, observed at about 480 ºc in curve (c) of fig. 4, is observed at about 380 ºc in cu-al alloys [2], indicating that the increase in the al concentration and the presence of ag are decreasing the β1 phase decomposition reaction rate and contributing to the increase in the temperature transition. thus it causes a decrease on the stability range of the perlitic phase produced by the β1 phase decomposition. as the β1’ → β1 → β transition and the β1 phase decomposition occur in the same temperature interval, it is also observed an increase in the stability range of the martensitic phase with the al concentration and the presence of ag. peak p4 seems to indicate that the beginning of the β1 phase decomposition may be related to ag precipitation. it is known that ag diffusion in the γ1 phase is greater than in the α phase, due to changes in the atomic density [11]. in this way, ag precipitation must occur mainly on the perlitic phase and this seems to indicate that ecl. quím., são paulo, 28(1): 33-38, 2003 36 the β1 phase decomposition catalyzes the ag precipitation reaction. the absence of the exothermic peak p4 in curve (a) seems to indicate that this thermal event is occurring in the same temperature range of the endothermic peak p3, and that the enthalpic variations are similar, causing the absence of both thermal events. peak p5 is observed at about 290 ºc in alloys with 9 and 10 wt.%al and is associated to the martensitic ordering reaction [2] and is not observed in curve (a) of fig. 4, indicating that the presence of ag disturbs the β’ phase ordering process. in curve 4-b this peak was observed at about the same temperature as that for the alloy without ag addition. the starting point of the dta curves of fig. 4 corresponds to the martensitic phase, as showed by the micrographs in figure 5. it is known [12] that alloys with less than 10.8 wt.%al must show the β’ type martensitic phase and that over this concentration the martensitic phase observed is the β1’. the micrographs in fig. 5 show the presence of the β1’ martensitic phase in the cu-10 wt.%al alloy. it seems to indicate that the addition of 4 wt.%ag shifts the equilibrium concentration to higher al contents. the presence of the β1’ martensitic phase in the cu-10 wt.%al-4 wt.%ag alloy indicates that the dominant effect, in the temperature range where peak p5 is detected, is the end of the α phase ordering process. in curve 4-c this final step is shifted to higher temperatures, probably due to some interaction of the α phase with ag. figure 4 . dta curves obtained for alloys initially quenched: (a) cu-9%al-4%ag; (b) cu-10%al4%ag; (c) cu-11%al-4%ag. heating rate 20 ocmin-1 figure 5. optical micrographs (500x) obtained for alloys quenched from 850 oc: (a) cu-9%al-4%ag; (b) cu-10%al-4%ag; (c) cu-11%al-4%ag. in the micrographs of figure 6 it is possible to observe the phase transformations sequence occurring in the cu-10 wt.%al-4 wt.%ag alloy initially quenched from 850 oc and then successively quenched in the temperature range from 300 to 950 oc. these micrographs seems to confirm what was proposed in the discussions of fig. 4. in the x-ray diffraction patterns showed in figure 7 it is possible to observe that the proposed sequence is in good agreement to that expected from the cu-al equilibrium diagram [9], and that this sequence of transformations is not modified by the presence of ag. figure 6. optical micrographs (200x) obtained for the cu-10%al-4%ag alloy initially quenched from 850 ºc and then quenched from: (a) 300 ºc; (b) 400 ºc; (c) 600 ºc and (d) 950 ºc. ecl. quím., são paulo, 28(1): 33-38, 2003 37 figure 7. x-ray diffraction patterns obtained for the cu-10%al-4%ag alloy initially quenched from 850 ºc and then quenched from: (a) 300 ºc; (b) 500 ºc; (c) 600 ºc and (d) 950 ºc. conclusions the results indicate that with the addition of 4 wt.%ag to the cu-9wt.%al, cu10wt.%al and cu-11wt.%al alloys it is possible to observe the phase transformations corresponding to higher al concentration. the increase in the al content decreases the α phase relative fraction and promotes the perlitic phase formation. the increase in the perlitic phase seems to facilitate the ag diffusion. the increase in the al concentration and the presence of ag decrease the β1 phase decomposition reaction rate and contribute for the increase in the temperature transition, thus decreasing the stability range of the perlitic phase, produced by the β1 phase decomposition reaction. the results also indicate that this decomposition reaction seems to catalyze ag precipitation. acknowledgements the authors thank fapesp and cnpq for financial support. adorno, a. t.; benedetti, a. v.; silva, r. a. g.; blanco, m.; influência da concentração de al nas transformações de fase em ligas de cu-al-ag. resumo a influência da concentração de al nas transformações de fase em ligas de cu-al-ag foi estudada por análise térmica diferencial clássica (atd), microscopia óptica (mo) e difratometria de raios x (drx). os resultados indicaram que o aumento no teor de al e a presença de ag diminuem a velocidade da reação de decomposição da fase β1 e contribuem para o aumento da temperatura desta transição, diminuindo assim o intervalo de estabilidade da fase perlítica, resultante da reação de decomposição. palavra-chave: transformações de fase; transformação martensítica; ligas de cu-al-ag references [1] adorno, a. t.; guerreiro, m. r.; benedetti, a. v. influence of silver additions on the aging characteristics of the cu-10.4at.%al alloys. j. alloys comp., v. 268, p. 122-129, 1998. 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encontradas foram 36,1 mg g-1 para o zn2+, 76,3 mg g-1 para o cd2+e 3,93 mg g-1 para o corante. palavras-chave: material zeolítico; adsorção; cinza leve de carvão. introdução um dos resíduos sólidos mais significativos em termos de volume no brasil são as cinzas de carvão geradas em usinas termelétricas. a necessidade de retirar as cinzas das usinas a baixo custo faz com que se adotem práticas de disposição em áreas impróprias e sem medidas de proteção adequadas. a lixiviação das cinzas causa a contaminação do solo, das águas subterrâneas e superficiais por substâncias tóxicas. as principais aplicações das cinzas são na fabricação e incorporação ao cimento e uso como material fertilizante, mas isto ainda ocorre em pequena escala (~ 30%). uma das maneiras de reduzir os impactos ambientais decorrentes da disposição destes resíduos no meio ambiente consiste na ampliação das potencialidades de sua utilização. uma alternativa de aproveitamento destes resíduos é a transformação das cinzas de carvão em um adsorvedor de baixo custo capaz de remover substâncias tóxicas de águas contaminadas. as cinzas de carvão mineral são constituídas basicamente de sílica e alumina sendo possível convertê-las em material zeolítico após tratamento hidrotérmico com hidróxido de sódio. os metais tóxicos que a cinza contém são removidos na solução básica que é encaminhada para tratamento posterior. os métodos de conversão direta combinam a liberação de si e al e a cristalização de zeólitas em um simples estágio resultando, geralmente, em um produto final que contém 20 – 75% de zeólita dependendo das condições do processo. a literatura apresenta inúmeros trabalhos sobre a conversão de cinzas em zeólita por tratamento hidrotérmico alcalino e a sua utilização na remoção de metais em água [1-10], mas há poucos estudos sobre esta alternativa empregando-se cinzas de carvão geradas no brasil [11-12] e em relação à remoção de compostos orgânicos [13]. o carvão brasileiro apresenta características próprias que irão influenciar as propriedades das cinzas e das suas respectivas zeólitas e, conseqüentemente, a capacidade de troca iônica do adsorvedor. os diferentes tipos de cinzas de carvão amostradas na termelétrica irão gerar zeólitas com composições variadas durante o tratamento hidrotérmico. a natureza da zeólita influi no processo de adsorção dos compostos. o objetivo do trabalho foi determinar a eficiência das zeólitas preparadas com 32 ecl. quím., são paulo, 30(2): 31-35, 2005 cinzas leves de carvão em remover íons metálicos e compostos corantes de soluções aquosas. material e métodos material todos os reagentes usados eram de grau analítico (merck). as soluções dos íons metálicos e do azul de metileno foram preparadas a partir da diluição de solução estoque com água ultrapura do sistema millipore milli-q. agitador mecânico com temperatura controlada, centrífuga e espectrofotômetro cary 1e – varian foram utilizados. preparação das zeólitas as cinzas de carvão da usina termelétrica de figueira, localizada no paraná, foram utilizadas no estudo. as zeólitas foram preparadas a partir dos seguintes tipos de cinzas leves: retidas no filtro manga (zm) e retidas no filtro ciclone (zc). o procedimento de henmi [14] foi seguido para o tratamento hidrotérmico: a amostra contendo 30 g de cinzas de carvão foi colocada com 240 ml de naoh 3,5 mol l-1 e aquecida em estufa, à 100o c, por 24 horas. a suspensão foi filtrada e o sólido foi repetidamente lavado com água deionizada e seco em estufa a 40o c. as zeólitas foram analisadas por fluorescência de raios-x (xrfs rix 3000 rigaku) e por difração de raios-x (bruker-axs d8). a capacidade de troca catiônica (ctc) dos materiais zeolíticos foi obtida usando solução de acetato de sódio e de amônio [8]. estudos sobre a remoção dos compostos tóxicos a remoção dos compostos pelas zeólitas foi realizada por processos descontínuos. uma alíquota de solução do composto (100 ml) foi misturada com 1 g de zeólita. o tempo de equilíbrio das isotermas foi determinado em 24 h para os íons metálicos e 2 h para o azul de metileno a partir de estudos cinéticos.o sobrenadante foi separado por centrifugação e a concentração final nesta solução foi determinada. os íons metálicos zn2+ e cd2+ foram determinados por titulação complexiométria com edta. a concentração dos metais estava na faixa de 261 a 895 mg l-1. a concentração do corante azul de metileno foi determinada por espectrofotometria em ë max = 650 nm após ajuste do ph ótimo (ph = 5), na faixa de trabalho de 1,6 a 32 mg l-1. resultados e discussão as zeólitas zm e zc apresentaram conteúdos de alumina e sílica muito similares (sio 2 + al 2 o 3 65 70%), conteúdo relativamente alto de óxido férrico (10 – 16%) e óxido de sódio (7 – 16%) e razão sio 2 /al 2 o 3 1,65 e 1,90, respectivamente. encontraram-se os óxidos de cálcio, potássio, titânio, enxofre, magnésio e outros compostos em quantidades menores que 5%. a análise por dr-x revelou que o principal produto obtido após o tratamento hidrotérmico era a zeólita nap1 com traços de quartzo, mulita e hidroxisodalita. os valores de ctc encontrados foram 176,9 meq 100 g-1 para a zm e 138,1 meq 100 g-1 para zc. a comparação dos valores da capacidade de troca catiônica da zeólita sintética comercial nap1 com aqueles encontrados com as zeólitas zm e zc indicou que o conteúdo de material zeolítico obtido na síntese hidrotérmica foi de 35,4 e 27,6%, respectivamente. a área superficial específica (procedimento padrão bet – adsorção de n 2 ) dos materiais zeolíticos apresentou valores entre 30 – 34 m2 g-1 similar aos dos materiais argilosos e caulinitas [15-16]. os dados de adsorção foram ajustados pelos modelos de langmuir e freundlich que são os mais freqüentemente usados para descrever isotermas para aplicações em tratamento de águas e efluentes [17-18]. as isotermas de adsorção dos íons metálicos e do azul de metileno estão mostradas nas figuras 1 e 2, respectivamente. as constantes de langmuir e freundlich foram determinadas por regressão linear das equações linearizadas e estão listados na tabela 1, juntamente com os dados da literatura de outros adsorvedores. as isotermas do zn2+ e cd2+ podem ser classificadas conforme o tipo l2 [22]. os valores dos coeficientes de correlação das retas (r2 e” 0,99) mostraram que ambos os modelos de isotermas de langmuir e freundlich podem adequadamente descrever os dados de adsorção. a ordem de seletividade dos cátions pelas zeólitas zm e zc foi cd2+ > zn2+. a afinidade de uma zeólita está relacionada com muitos fatores [23] e no caso, reflete o decréscimo do raio dos íons metálicos hidratados e a energia de hidratação. as zeólitas zm e zc alcançaram capacidades de adsorção dos íons metálicos (35 a 76 mg g1) maiores do que aquelas previamente relatadas em literatura [7] e eficiência de retenção e” 70%. 33ecl. quím., são paulo, 30(2): 31-35, 2005 figura 1. isotermas de adsorção para o zn2+ e o cd2+ com: (a) zeólita zm; (b) zeólita zc. figura 2. isotermas de adsorção das zeólitas zm e zc para o azul de metileno. a isoterma de equilíbrio para o azul de metileno com zm mostrou um comportamento concordante com o tipo l2 [22], com os dados se ajustando aos modelos de langmuir e freundlich (r2 e” 0,99). a zm exibiu um valor de capacidade de adsorção máxima 3,5 vezes maior do que aquele obtido com o uso de cinza de carvão como adsorvedor [13]. já a isoterma com zc apresentou uma curva na forma sigmoidal indicando que o equilíbrio foi favorável até o valor de concentração de equilíbrio (c e ) de ~ 4 mg l-1 e, depois tornou-se desfavorável mostrando uma curva ascendente. este comportamento corresponde á isoterma tipo l3 indicando a formação rápida de uma segunda camada de adsorção [22]. os dados não se ajustaram aos modelos de adsorção de langmuir e freundlich. uma eficiência de retenção do azul de metileno e” 88% foi obtida com ambos adsorvedores. o processo de adsorção foi favorável, conforme indicado pelas constantes r l (0 < r l < 1) e n (2 < n < 10) na faixa de concentração estudada [24-25]. a zeólita zm apresentou melhor eficiência de adsorção do que zc devido principalmente aos seguintes fatores: (1) a menor relação sio 2 /al 2 o 3 na composição química da zeólita e conseqüente, maior capacidade de troca catiônica; (2) o maior conteúdo de nap1 formado na cinza modificada. (a) (b) 34 ecl. quím., são paulo, 30(2): 31-35, 2005 conclusão a zeólita sintética preparada com cinzas de carvão mostrou-se eficiente como material alternativo para ser usado no tratamento de efluentes com altos níveis de zinco e cádmio (indústrias do setor metal-mecânico) ou com substâncias corantes (indústrias têxteis). a zeólita sintetizada a partir da cinza leve do filtro manga apresentou a melhor capacidade de adsorção dos compostos tóxicos. a abundância do resíduo e o baixo custo viabilizam a adoção do processo na gestão ambiental de usinas termelétricas. agradecimentos os autores agradecem o conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico – cnpq e a carbonífera do cambuí ltda. recebido em: 29/11/2004 aceito em: 22/02/2005 tabela 1. parâmetros dos modelos de isoterma de freundlich e langmuir para as zeólitas zm e zc e diferentes adsorvedores. zm = zeólita preparada com cinza do filtro manga; zc = zeólita preparada com cinza do filtro ciclone; am = azul de metileno. (*) (mg g-1)(l mg-1)1/n 35ecl. quím., são paulo, 30(2): 31-35, 2005 d. a. fungaro, j. c. izidoro, r. s. almeida. removal of toxics compounds from aqueous solution by adsorption with zeolite synthesized from coal ashes abstract: the capacity of synthesized zeolites from brazilian coal ash for the removal of cd, zn ions and methylene blue from aqueous solutions has been investigated. the zeolitic material prepared with coal ash from baghouse filter showed the highest efficiency for pollutants removal. the metal ion selectivity of this product was determined as: cd2+ > zn2+. the maximum sorption capacities found were 36.1 mg g-1 for zn2+, 76.3 mg g-1 for cd2+ and 3.93 mg g-1 for dye. keywords: zeolitic material; adsorption; coal fly ash. referências [1] c. f. lin, h.c. his, environ. sci. technol. 29 (1995) 1109. [2] a. singer, v. berkgaut, environ. sci. technol. 29 (1995) 1748. 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interdisciplinares de física e química para alunos mais avançados. palavras-chave : pilha, voltagem, corrente, potência. introdução em 20 de março de 1800 alessandro volta comunicou, em carta enviada à royal society of london, os resultados experimentais que levaram à invenção da pilha elétrica. esta carta foi posteriormente publicada no número de setembro do philosophical transactions 8 . na época, a divulgação do invento despertou profundo interesse, tanto junto ao público leigo como entre os cientistas. como a primeira fonte contínua de produção de corrente elétrica, a pilha elétrica teve papel fundamental no desenvolvimento experimental e teórico da física e química modernas. do ponto de vista experimental, sua aplicação na química forneceu resultados imediatos. antes mesmo da publicação da comunicação de volta, a utilização da pilha possibilitou a decomposição da água em seus componentes, resolvendo longa polêmica sobre sua composição. nos anos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 seguintes, o emprego das pilhas propiciou o desenvolvimento de um novo e importante ramo da química, a eletroquímica. a aplicação dos novos métodos desenvolvidos possibilitou a obtenção de vários elementos químicos impossíveis de serem obtidos pelos meios químicos tradicionais. até 1810 , com a aplicação da eletrólise, já haviam sido isolados os elementos sódio, potássio, cálcio e bário . o impacto da invenção sobre os fundamentos teóricos da química só se fez sentir algum tempo depois. esta demora pode ser atribuída parcialmente à explicação errônea dada por volta para o funcionamento de sua pilha. segundo ele, a produção de eletricidade era decorrente exclusivamente ao contato de dois metais diferentes, não atribuindo nenhum papel específico para o eletrólito. este equívoco, difundido e generalizado graças ao seu grande prestígio , só foi definitivamente resolvido em 1834 por michael faraday, ao estabelecer as leis da estequiometria eletroquímica e reconhecer o verdadeiro papel do eletrólito no processo. a relação quantitativa entre corrente elétrica e eventos químicos associados foi uma das mais forte evidências que levou ao abandono definitivo do modelo de átomo indivisível, postulado na época por john dalton. esta evidência, associada aos experimentos de descargas elétricas de alta voltagem em gases, eram demonstrações inequívocas da natureza elétrica da matéria, e deram início ao longo caminho que culminou no desenvolvimento do modelo atômico que conhecemos hoje. estes , e outros aspectos históricos , foram amplamente explorados em artigos publicados em todo o mundo durante o ano 2000, quando se comemorou o bicentenário da invenção. dentre os artigos publicados no brasil destacam-se os artigos de chagas2, tolentino & rocha-filho7 e oki5. embora as pilhas elétricas representem atualmente o meio mais popular e barato de produção de energia elétrica para aparelhos portáteis, poucas pessoas associam seu funcionamento à ocorrência de reações químicas. tópico obrigatório do ensino fundamental e médio, a montagem de pilhas desperta grande interesse nos estudantes. dentre as inúmeras montagens descritas na literatura vale destacar as descritas por keller et al 4 e hioka et al3. por razões já bastante discutidas anteriormente 3, a maioria das montagens aparentemente simples descritas em textos básicos do ensino fundamental e médio, não funcionam satisfatoriamente quando utilizadas no acionamento de dispositivos elétricos com demanda razoável de energia, como por exemplo lâmpadas de lanterna. além disto, envolvem normalmente fitas de magnésio metálico (ou ligas de magnésio) e lâminas de zinco, pouco acessíveis aos professores do ensino fundamental e médio. os procedimentos aqui descritos, além de utilizarem materiais de fácil acesso e baixo custo, pretendem mostrar de maneira simples o papel dos elementos essenciais para a produção de energia elétrica a partir de reações químicas . materiais e métodos empregados • relógio digital ou relógio de quartzo com ponteiro de segundos, acionados por uma pilha aa ou aaa, de 1,5 v. • 2 lâminas de zinco, ou de chapa galvanizada, aproximadamente 2x 10 cm • 2 lâminas de cobre, aproximadamente 2x 10 cm, ou fio de cobre grosso • 15 cm de fita de magnésio • 2 bequers, ou copos de vidro • vários pedaços de fio de cobre, de aproximadamente 15 cm de comprimento cada • terminais tipo "jacaré" • suco de fruta cítrica ( limão ou laranja) • água de torneira • multímetro digital todas as lâminas e fitas metálicas devem estar bem limpas e desengorduradas. a limpeza inicial pode ser feita com esponja metálica. a limpeza final do zinco e magnésio pode ser completada por imersão em vinagre, seguido de lavagem com água em abundância. as conexões elétricas são facilitadas pelo emprego de fios com garras "jacaré" em ambas as extremidades, além de garantirem a firmeza das conexões elétricas. como as correntes elétricas envolvidas são muito baixas, alguns cuidados extras são essenciais para que os experimentos funcionem adequadamente. dentre eles destaca-se a ligação das placas aos polos corretos dos dispositivos empregados, a firmeza das conexões , e que as placas não estejam em contato dentro do eletrólito. montagens utilizadas no experimentos montagem a dobre 02 lâminas de cobre e 02 lâminas de zinco em forma de u, com uma das pernas do u maior que a outra. prenda uma lâmina de cobre e uma de zinco na parede de um bequer, com a porção maior das lâminas voltadas para o seu interior. com o outro par de lâminas monte outro conjunto idêntico. conecte a lâmina de zinco de um conjunto montado ao terminal negativo do dispositivo empregado ( relógio ou multímetro) e a de cobre ao seu terminal positivo. adicione eletrólito ao bequer, até cerca de ¾ de sua capacidade. observe se o relógio conectado funciona, ou efetue a leitura correspondente no multímetro. montagem b utilizando dois conjuntos de placas, ligue-os em série, conectando a lâmina de zinco de um conjunto à lâmina de cobre do outro . ligue as lâminas de zinco e cobre externas do conjunto aos terminais correspondentes do dispositivo utilizado, como mostrado no esquema da figura 1. adicione eletrólito aos dois bequers. observe se o relógio funciona, ou efetue a leitura do multímetro. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 montagem c esta montagem, e os respectivos procedimentos, são análogos aos da montagem a, exceto que a lâmina de zinco foi substituída pela fita de magnésio. para aumentar a área de contato com o eletrólito, a extremidade da fita mergulhada na solução foi enrolada na forma de espiral. com as montagens descritas anteriormente foram realizados os experimentos descritos na tabela 1, envolvendo diferentes combinações de placas, eletrólitos e dispositivos conectados à pilha. uma pilha em funcionamento é apresentada na figura 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 resultados e discussão dos experimentos realizados, apenas em e6, e7, e8, e10 e e11 as pilhas foram capazes de acionar os dispositivos empregados, podendo ser facilmente utilizados para fins de demonstração. dentre elas, a pilha do experimento e7 é a mais vantajosa para este fim, por poder ser montada com chapa galvanizada ao invés de zinco metálico, utilizar água de torneira como eletrólito e relógio digital, de menor custo, como dispositivo elétrico. para alunos do ensino fundamental pode-se abordar apenas o aspecto de conversão de energia química em elétrica. neste caso, a associação da ocorrência de reação química com a produção de corrente elétrica pode ser feita facilmente, comparando-se visualmente os aspecto final e inicial da lâmina de zinco após algum tempo de funcionamento da pilha. é conveniente manter uma pilha idêntica, mas sem conexão elétrica com o dispositivo externo, como um sistema controle das alterações que ocorrem nas lâminas, não relacionadas com a produção de corrente elétrica. para alunos do ensino médio, aspectos conceituais fundamentais relacionados com potenciais de óxido-redução e espontaneidade de reações podem ser explorados. quando solicitados a explicar o funcionamento do relógio, a resposta freqüente dos alunos é de que está ocorrendo oxidação do zinco ou magnésio e redução do cobre metálico. quando informados que não há íons cobre em solução para serem reduzidos em solução, e que as semi-reações de possível interesse são as representadas pelas equações 6 frm01 os alunos podem ser levados a concluir, espontaneamente ou auxiliados pelo professor, sobre o processo global que realmente ocorre em cada caso. no caso da pilha do experimento e7, com água de torneira como eletrólito, a dissolução do zinco metálico pode ser facilmente visualizada, tanto pelo aspecto da placa após algum tempo de funcionamento, como pela formação de turvação na solução. este sistema funcionou ininterruptamente por até uma semana, quando foi então desligado. deixado em repouso, ocorreu a decantação de um precipitado gelatinoso, que se pensa ser hidróxido de zinco. opcionalmente testes com ditizona ou ferricianeto de potássio1 podem ser utilizados para identificação inequívoca do precipitado como sendo constituído por íons de zinco . com estas observações o aluno deve ser capaz de reconhecer que a produção de corrente elétrica envolve a semi-reação de oxidação de zinco metálico a zn2+ . quanto à semi-reação correspondente de redução, uma análise crítica sobre os íons possivelmente presentes no eletrólito e os respectivos potenciais padrão envolvidos, pode levar os alunos a concluir que a única alternativa possível nas condições do experimento é a redução de íons h+ presentes na água a h2. é conveniente também que o professor saliente para os alunos que, ao contrário das pilhas normalmente esquematizadas nos livros texto, nenhuma das montagens utilizadas no presente trabalho emprega ponte salina para o estabelecimento do contato elétrico entre os eletrodos das pilhas. em todas as montagens empregadas, os elétrons liberados na semi-reação de oxidação são conduzidos pela própria solução eletrolítica na qual estão mergulhados os dois eletrodos. deste modo, é facilmente compreensível porque a resistência da solução eletrolítica é fundamental na determinação da potência real da pilha. analogamente, nas montagens c empregadas em e10 e e11 pode-se concluir que o processo global envolve a oxidação de magnésio metálico a mg2+ , e a redução do íon h+ presente no suco, ou na água, à hidrogênio. no caso do experimento e10, no qual se emprega suco citrico como solução eletrolítica, a associação das grandes alterações que ocorrem com a lâmina de magnésio exclusivamente à produção de corrente elétrica é prejudicada. uma vez que a reatividade química do magnésio é bem maior que a do zinco, o desgaste da fita de magnésio por reação química direta com o ácido presente no suco, sem produção de corrente elétrica, é razoável. o relacionamento da massa de magnésio dissolvida associada exclusivamente à produção de corrente elétrica exige o monitoramento da massa dissolvida em um sistema controle em condições idênticas, no qual a reação química ocorre sem a produção de corrente elétrica. aos interessados na exploração destes aspectos quantitativos dos experimentos, recomenda-se consulta ao procedimento descrito por kettler et al4. o funcionamento ininterrupto do sistema usando suco de laranja como eletrólito não ultrapassou algumas horas, devido ao desgaste rápido da fita de magnésio e deposição de sólidos em suspensão presentes no suco sobre as placas. atividades adicionais embora não essencial, um multímetro permite obter os potenciais de circuito aberto de cada montagem, vca, ampliando bastante as discussões possíveis. o potencial de circuito aberto é medido ligando-se os terminais da pilha diretamente aos terminais correspondentes do multímetro. nesta situação, a resistência interna elevada do multímetro faz com que não haja passagem de corrente pelo circuito externo (i = 0), e a voltagem medida corresponde à voltagem máxima fornecida pela pilha , vmedido =vmax= vca. a outra situação extrema de funcionamento da pilha é quando os pólos da mesma são ligados através de um condutor com resistência zero. neste caso vmedido = 0, e a corrente é máxima, imedido = imax. em situações reais de utilização, uma bateria tem uma potência p, dada pela relação p = vmedido x imedido , onde os valores vmedido e imedido são intermediários entre zero e os valores de vmax e imax. valores típicos de potenciais de circuito aberto medidos nas montagens do tipo a estão na faixa 0,85-0,92 v, enquanto que nas montagens do tipo c estão na faixa 1,6-1,8 v, utilizando-se água de torneira e suco cítrico como eletrólito, respectivamente. observa-se que os valores de potenciais de circuito aberto medidos são invariavelmente diferentes dos previstos a partir dos valores de e0 tabelados ( 0,763 e 2,363 v, para as montagens a e c, respectivamente). estas discrepâncias podem ser justificadas qualitativamente, observando-se que as condições experimentais das medidas efetuadas são bastante diferentes das condições padrões em que são obtidos os valores tabelados. durante a realização dos experimentos não houve controle do ph valores típicos estão ao redor de 5 para água de torneira e 3 para suco de laranjae nem da concentração dos traços de íons metálicos eventualmente presentes, o que inviabiliza qualquer aplicação quantitativa da equação de nernst na discussão dos resultados. no caso dos experimentos e1 a e4, as medidas de vca mostram claramente que um único conjunto zn/cu não é capaz de fornecer a tensão de 1,5 v necessária para acionar o relógio digital, independentemente do eletrólito empregado. assim justifica-se facilmente o emprego da associação em série de duas pilhas empregadas na montagem b . outro aspecto que pode ser explorado refere-se à relação existente entre o potencial medido em circuito aberto( vca), a resistência interna da pilha ( rint), a voltagem real ( vmedido) e a potencia útil fornecido pelo sistema.(p). quando o multímetro é substituído pelo relógio, cuja resistência é bem inferior à do multímetro, há passagem de uma corrente imedido pelo circuito externo, e a voltagem real é dada por vmedido = vca – rint x imedido , onde rint é essencialmente a resistência interna do eletrólito. considerações deste tipo permitem explicar porque, mesmo nas pilhas onde vca é maior que 1,5 v , o relógio de ponteiro só funcionou quando se utilizou suco como eletrólito. quando se utiliza água da torneira como eletrólito, a quantidade de íons presentes em solução é muito baixa, o que faz com que sua resistência interna da pilha seja alta. em conseqüência, os valores de vmedido e imedido são baixos, e a potência útil fornecida pela pilha é insuficiente para atender à demanda energética do relógio. quando se utiliza o suco cítrico para as mesmas montagens ( b ou c), sua resistência interna é menor do que a da água de torneira, devido à maior concentração de íons h+ presentes no suco. deste modo, os valores de imedido e vmedido são mais elevados que no caso em que se emprega água de torneira como solução eletrolítica, e a potência útil fornecida é suficiente para acionar o relógio de ponteiro. já para o relógio digital , com menor demanda de potência ( 0,0002 w, segundo informação do fabricante), mesmo a baixa concentração de eletrólito presente na água de torneira é suficiente para fornecer a potência necessária ao seu funcionamento. conclusões apesar de haver um grande número de experimentos e demonstrações sobre pilhas descritos na literatura, os procedimentos simples apresentados neste artigo apresentam algumas vantagens. as montagens descritas, além de utilizarem materiais de fácil acesso e baixo custo, permitem mostrar de maneira simples os elementos essenciais para a produção de energia elétrica a partir de reações químicas – dois elementos químicos diferentes e fisicamente isolados, colocados em contato elétrico através de uma solução condutora e um circuito metálico externo. outra vantagem dos experimentos é poderem ser explorados em diferentes níveis, de acordo com o grau de escolaridade dos estudantes. assim, podem ser utilizados como uma demonstração simples de transformação de energia para alunos de níveis elementares, ou utilizados numa abordagem interdisciplinar de física e química para alunos mais avançados. oliveira, l.a.a. et al. construction of simple electrochemical cells – an integrated experiment of chemistry and physics. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract : in this article are described simple and inexpensive ways of assembling galvanic cells, using zinc, magnesium and copper plates directly immersed in electrolytic solutions. citric fruit juices, or even tap water, can be used as electrolytic solutions. voltage and current produced by the electrochemical cells are enough for running electrical devices with small power demand, such as analogical and digital clocks. the experiments can be explored as simple demonstrations of transformation of chemical into electrical energy for elementary school students, or as interdisciplinary experiments of physics and chemistry for more advanced students. keywords: electrochemical cell, voltage, current, power. referências bibliográficas 1 alexeyev, v.n. qualitative analysis. moscou: mir publishers, 1967. 563 p. [ links ] 2 chagas, a. p. os 200 anos da pilha elétrica. química nova, v. 23, n. 3, p. 427-9, 2000. 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[ links ] recebido em 28.2.2001. aceito em 2.4.2001. * departamento de química geral e inorgânica – instituto de química – unesp – araraquara – 14800-900 – são paulo – brazil. ** alunos do curso de licenciatura em química, que desenvolveram o presente trabalho como requisito do curso de graduação instrumentação para o ensino de química. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tx01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tx01 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100018  a10v29n1.pdf 79ecl. quím., são paulo, 29(1): 79-84, 2004 volume 29, número 1, 2004 www.scielo.br/eq flow injection spectrophotometric determination of adrenaline using a solid-phase reactor containing triiodide ions immobilized in an anion-exchange resin h. j. vieira1, o. fatibello-filho1 1departamento de química ufscar – cep 13560-970 são carlos sp brasil abstract: a flow injection spectrophotometric procedure with on-line solid-phase reactor containing ion triiodide immobilized in an anion-exchange resin is proposed for the determination of adrenaline (epinephrine) in pharmaceutical products. adrenaline is oxidized by triiodide ion immobilized in an anionic-exchange resin yielding adrenochrome which is transported by the carrier solution and detected at a wavelength of 488 nm. adrenaline was determined in three pharmaceutical products in the 6.4 x 106 to 3.0 x 10-4 mol l-1 concentration range with a detection limit of 4.8 x 10-7 mol l-1. the recovery of this analyte in three samples ranged from 96.0 to 105 %. the analytical frequency was 80 determinations per hour and the rsds were less than 1 % for adrenaline concentrations of 6.4 x 10-5 and 2.0 x 10-4 mol l-1 (n=10). a paired t-test showed that all results obtained for adrenaline in commercial formulations using the proposed flow injection procedure and a spectrophotometric batch procedure agree at the 95% confidence level. keywords: adrenaline; flow injection spectrophotometry;solid-phase reactor; pharmaceutical formulations; triiodide ions. introduction adrenaline or epinephrine [1-(3,4dihydroxyphenil)-2-methylaminoethanol] belongs to a group of catecholamines, which influences the constriction of blood vessels and control tissue metabolism by increasing the glucose and lactic levels [1]. this drug can be oxidized by various reagents such as iodine [1-4], hypochlorite [5], oxygen [6,7], periodate [8], ammonium metavanadate [9], bromine [10] and lead dioxide [11]. adrenalinequinone is formed in the first step of adrenaline oxidation followed by cyclization of this quinone to produce leucoadrenochrome. finally, the leucoadrenochrome is converted into adrenochrome [12]. the drug purity is determined by titration with perchloric acid in glacial acetic acid using crystal violet as indicator [13]. a variety of methods have been used for the determination of adrenaline in pharmaceutical products, including spectrophotometric [2,4,8,9,14], tritimetric [2,9,10,15], fluorimetric [1,3,16,17], and chromatographic [13,18]. several flow injection procedures have already been used for adrenaline determination using different detectors such as spectrophotometric [7,19-21], chemiluminescent [5,21], spectrofluorimetric [3] and biamperometric[22]. flow injection-spectrophotometric procedures for adrenaline determination have been also reported employing solid-phase reactors containing microcrystalline manganese dioxide [20], lead(iv) dioxide immobilized in a polyester resin [11] and iodine impregnated in the flexible pump tubing internal wall [3]. however, those flow procedures show limited linear range [3,11,21] and high 80 ecl. quím., são paulo, 29(1): 79-84, 2004 instability of the base line [3] due to the continuous i 2 leaching from the flexible pump tubing wall. in the present work, an analytical procedure using a flow injection analysis with solid-phase reactor to determination of adrenaline in pharmaceutical products was developed. in this procedure, adrenaline was chemically converted into adrenochrome by the triiodide ion (i 3 -) immobilized on the anion-exchange resin r-[-fch 2 n+(ch 3 ) 3 ]i 3 -, where f represents a phenyl radical and r is a styrene-divinylbenzene copolymer (figure 1). thus, the adrenochrome was monitorated spectrophotometrically at 488 nm and the absorbance was related with the adrenaline concentration in the pharmaceutical product solution. materials and methods chemicals a 5.0 x 10-3 mol l-1 adrenaline stock solution was prepared by dissolving 48.0 mg of adrenaline (sigma, st. louis, usa) in 50 ml calibrated flask with 5.0 ml of 0.1 mol l-1 hcl solution and completed with 0.2 mol l-1 phosphate buffer solution at ph 7.0. the reference solutions containing from 6.4 x 10-6 to 3.0 x 10-4 mol l-1 adrenaline were prepared by dilutions of appropriated volumes of reference stock solution with 0.2 mol l-1 phosphate buffer solution (ph 7.0). all solutions were prepared before the analysis to avoid the adrenaline oxidation by dissolved oxygen. an anion-exchange resin (lewatit m500, bayer) was used to immobilize the triiodide ion (i 3 -). apparatus in the flow injection system developed, the solutions were pumped with a twelve-channel ismatec (zurich, switzerland) model 7628-50 peristaltic pump supplied with tygon tubes. a femto model 435 spectrophotometer (são paulo, brazil) equipped with a glass flow-cell (optical path of 1.00 cm) was used for the spectrophotometric measurements. peaks were recorded using a cole parmer (chicago, il, usa) model 1202-0000 twochannel strip-chart recorder. a laboratoryfigure 1. schematic representation of the reactions at solid-phase reactor (spr). the redox-pair i 3 -/iis immobilized in the anionexchange resin as r-[-f-ch 2 n+(ch 3 ) 3 ]i 3 (s) and r-[-f-ch 2 n+(ch 3 ) 3 ]i(s) , respectively. the intermediates adrenalinequinone and leucoadrenochrome are not shown. constructed three-piece manual injector-commutador made of perspextm, with two fixed side bars and a sliding central bar was used to introduce sample or reference solutions into the flowing stream. the manifold and reaction coil tubing were constructed with polyethylene tubes (0.8 mm i.d.). the spectrophotometric measurements obtained in static mode were took place with a linear photodiode-array of hewllet-packard model 8452a with quartz cell (optical path of 1.00 cm). sample preparation sample aliquots of 0.5 ml was transferred to a 100 ml calibrated flask and diluted with phosphate buffer 0.2 mol l-1 (ph 7.0). immobilization of triiodide ion (i 3 -) in the ionexchange resin the selected resin exchanger, a copolymer of styrene-divinylbenzene, strongly anion exchanger resin (lewatit m500, bayer) with quaternary ammonium functional groups supplied in the chloride form as counter-ions, r-[-φ-ch 2 n+(ch 3 ) 3 ]cl-, where r is the styrene-divinylbenzene copolymer, was used for i 3 immobilization. in the immobilization of triiodide ion (i 3 -), the resin conversion was carried out in a glass column, as described previously [23] and shown in figure 2. 81ecl. quím., são paulo, 29(1): 79-84, 2004 flow diagram a schematic diagram of the flow injection system used for adrenaline determination is shown in figure 3. the solid-phase reactor (spr) was inserted between injector and spectrophotometric detector. the adrenaline or reference solutions were figure 2. schematic representation of reactions at resin to immobilization of triiodide ions (i 3 -) in the exchange-anionic resin. injected into the carrier 0.2 mol l-1 phosphate buffer solution at ph 7.0 with the aid of an injectorcommutador (ic) with a loop volume of 250 ml. a solution of 0.2 mol l-1 phosphate buffer (ph 7.0) flowing at 2.1 ml min-1 was used as carrier. thus, the adrenochrome produced into spr was monitored at 488 nm (d) and the absorbance was recorded. results and discussion several parameters had to be optimized in order to achieve the optimal conditions to promote the oxidation of adrenaline at spr and spectrophotometric detection of adrenochrome produced. selection of carrier solution as the reaction between adrenaline and triiodide ion depends strongly on the acidity of the carrier stream, water, hydrochloric acid, acetate buffer, borate buffer and phosphate buffer solutions were tested injecting 6.1 x 10-4 mol l-1 adrenaline solution. the best results (higher ratio of signal to noise and better base-line stability) were obtained using a 0.2 mol l-1 phosphate buffer solution at ph 7.0 as carrier. therefore, this buffer solutions was selected in further investigations. solid-phase reactor optimization the reactor containing ion exchange resin with triiodide ion immobilized was constructed using glass tubes with 1.2 cm of internal diameter. figure 3. flow injection assembly for adrenaline determination. c: carrier stream (phosphate buffer 0.2 mol l-1, ph 7.0, 2.0 ml min-1), s: sample or reference solutions volume (250 ml, 50 cm), spr: solid-phase reactor (10 cm x 1.2 mm i.d.), b: coil (30 cm), d: spectrophotometric detector (488 nm), p: peristaltic pump, i: injector-commutator, w: waste. 82 ecl. quím., são paulo, 29(1): 79-84, 2004 the effect of reactor length of 5.0, 10 and 15 cm on the analytical response was studied. it was found that the highest analytical signal was obtained when a 10-cm reactor length was employed. the 5-cm reactor length gave a lower response owing to the short residence time. on the other hand, the 15-cm reactor length the absorbance signals was lower than those obtained with 10-cm reactor length probably due to higher dispersion of sample zone. optimization of fia parameters the effect of the fia parameters on the analytical response (absorbance) were studied by changing each variable while keeping all others unchanged. the effect of injected volumes from 62.5 to 500 ml (l varying from 12.5 to 100 cm) on the analytical signal for 5.0 x 10-4 mol l-1 adrenaline solution was initially evaluated. the increase of the sample volume resulted in an increase of absorbance. a 250 ml (l, 50 cm) volume of sample or reference solution was selected because it resulted in higher sensitivity and reasonable analytical frequency. the effect of coil b length was investigated in the range from 30 to 320 cm, for 5.0 x 10-4 mol l-1 adrenaline solution. the coil b is used to transport the adrenochrome formed in the reactor (spr) to the spectrophotometric detector (d). the peak heights strongly decrease with the increases of the coil length up to 320 cm. a 30 cm coil b length was chosen, taking into account sensitivity of the procedure. the effect of the flow rate of carrier stream (0.2 mol l-1 phosphate buffer at ph 7.0) from 0.6 to 2.6 ml min-1 on the absorbance signal was investigated inserting 250 ml of 5.0 x 10-4 mol l-1 adrenaline solution. the flow rate 2.0 ml min-1 was choice as optimum. the lower flow rate of carrier stream was found to give lower absorbance signals probably due to higher dispersion of the sample zone. when a higher flow rate of carrier stream was employed, the absorbance signal decreased probably due to shorter residence t ime. addit ionally, an excessive hydrodynamic pressure occurred. recovery, repeatability and lifetime of spr recoveries from 96.0 to 105% of adrenaline were obtained from commercial formulations (n=3) using the proposed flow injection procedure under optimized conditions, as shown in the legend of figure 3. in this study, 13.7, 27.5 and 38.5 mg l-1 of adrenaline were added separately to each sample. table 1 presents the results obtained in the additionrecovery experiments. the recovery results obtained suggested an absence of matrix effect on those determinations and the accuracy of the proposed procedure. the relative standard deviations (rsds) were lower than 1% for adrenaline concentrations of 6.4 x 10-5 and 2.0 x 10-4 mol l-1 (n=10). the lifetime of solid phase reactor spr containing triiodide ions immobilized was evaluated observing the slope of analytical curve by one month, using the same spr. in this period, was injected more than 600 reference solutions without lose of sensibility. analytical curve and application the proposed flow injection system was applied to determine adrenaline in commercial pharmaceutical formulations. the results of the analysis of adrenaline are presented in table 2. the obtained results were compared with those obtained with the recommended usp method [13] at the 95% confidence level when applying a paired t-test. the analytical curve was found to be linear in the range from 6.4 x 10-6 to 3.0 x 10-4 mol l-1 and is described by the equation a = 0.015 + 2809.4 x c; r = 0.9998, where a is the absorbance measured and c is the adrenaline concentration in mol l-1, with a detection limit of 4.8 x 10-7 mol l-1 (three times the blank standard deviation/slope) and analytical frequency of 80 determinations per hour. 83ecl. quím., são paulo, 29(1): 79-84, 2004 table 1. results of recovery studies using pharmaceutical preparation spiked with three different reference concentrations of adrenaline. table 2. determination of adrenaline in pharmaceutical products using the proposed flow injection and spectrophotometric usp [13] procedure. conclusions the spectrophotometric flow injection system with on-line packed reactor containing triiodide ions immobilized on an anionicexchanger resin as oxidant agent is precise, accurate and sensitive to determining adrenaline in pharmaceutical formulations. acknowledgements financial supports from fapesp and cnpq are gratefully acknowledged. recebido em: 10/02/04 aceito em: 23/03/04 84 ecl. quím., são paulo, 29(1): 79-84, 2004 h. j. vieira; o. fatibello-filho. sistema de análise por injeção em fluxo para determinação de adrenalina usando reator de fase sólida contendo íons triiodeto imobilizado em resina aniônica. resumo: um sistema de análise por injeção em fluxo de linha única com um reator em fase sólida contendo triiodeto (i3 -) imobilizado acoplado entre o injetor e o detector foi utilizado para determinação de adrenalina em ampolas. nesse sistema, a adrenalina foi oxidada pelo ânion triiodeto imobilizado na resina a adrenocromo, sendo esse produto monitorado espectrofotometricamente em 488 nm. a curva analítica foi linear no intervalo de concentração de adrenalina de 6,4 x 10-6 a 3,0 x 10-4 mol l-1 com um limite de detecção de 4,8 x 10-7 mol l-1 (três vezes o desvio padrão do branco/inclinação da curva analítica). a freqüência analítica foi de 80 determinações por hora, a recuperação variou de 96,0 a 105 % e os desvios padrão relativos foram menores que 1% para soluções de adrenalina de 6,4x10-5 e 2,0 x 10-4 (n=10). aplicando-se o teste-t aos resultados obtidos empregando-se o procedimento proposto e aqueles empregando-se um procedimento espectrofotométrico houve uma concordância dos resultados a um nível de confiança de 95 %. palavras-chave: adrenalina; análise por injeção em fluxo; reator em fase sólida; formulações farmacêuticas; íons triiodeto. references [1] d. glic, methods of biochemical analysis, interscience, new york, 1957, p. 57-82. 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partículas. o objetivo deste trabalho é otimizar a obtenção de partículas de sílica com homogeneidade de forma e tamanho, variando-se a ordem de adição dos reagentes, a concentração da solução de silicato de sódio, a razão água/surfactante (w), a ordem de mistura dos reagentes e a purificação do produto obtido. as micrografias evidenciaram que para se obter partículas esféricas, com faixa estreita de tamanho, utiliza-se duas microemulsões inversas a partir das soluções de ácido nítrico e de silicato de sódio, sendo que a mistura destas deve ser feita adicionando-se a microemulsão contendo o silicato de sódio sobre a microemulsão contendo o ácido nítrico. a relação silicato de sódio:água mais adequada de para os objetivos do trabalho é de 1:10. a purificação mais eficiente é aquela feita em duas etapas, com etanol e com água quentes. a partir dos resultados obtidos, pode-se verificar também que quanto maior o w maior será o tamanho médio de partícula. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso palavras-chave: microemulsão inversa, sílica, morfologia. abstract silica spherical particles were prepared in reverse microemulsion from sodium silicate solution precursor. particle shape and size changes were investigated in function of reactants addition order, sodium silicate solution concentration and water to surfactant ratio (w) and product separation and purification. this paper reports on the uniform spherical silica particles preparation in function of the mentioned different experimental conditions. scanning electron micrographs show uniform spherical silica particle obtained from the mixture of two reverse microemulsion: microemulsion a with soluble sodium silicate was added to a microemulsion b with nitric acid solution. concentrated sodium silicate solution was diluted to 1:10 (silicate:water) ratio. separation and purification was carried out in two steps with hot ethanol and water. the average particle size increases as w increases. keywords: reverse microemulsion, silica, particle shape introdução as aplicações de materiais com forma esférica estão relacionadas com a uniformidade da microestrutura e a confiabilidade nas propriedades. a habilidade em sintetizar e fabricar materiais com partículas de geometria esférica, sejam ocas ou sólidas, fornece componentes com importante capacidade de desempenho para uma grande variedade de produtos13. partículas esféricas são utilizadas para uma grande variedade de aplicações, incluindo: suporte para catalisadores 15, material de implante dentário 12, abrasivo 8, superfícies refletoras 6, suporte para recobrimento 10, encapsulação e microencapsulação para remédios, cosméticos, produtos agrícolas 2, 11, 9, varistores e fósforos 14, etc. diferentes métodos têm sido desenvolvidos para a produção, em grande escala, de materiais de forma esférica incluindo óxidos cerâmicos e vítreos, metais, polímeros e compostos orgânicos. uma pequena classificação pode ser feita referente às técnicas utilizadas, baseando-se em categorias genéricas: a) caroços de sacrifício, b) sistemas de bico nebuilizador, c) emulsão técnica de separação de fases, d) cominuição 13. nos últimos 10 anos, a pesquisa básica e aplicada sobre a estrutura, dinâmica e interações de microemulsões motivou a estratégia de se utilizar esses sistemas auto-organizados como um conjunto de microreatores dentro dos quais ocorrem as reações químicas de formação de partículas finas 4. em trabalhos recentes, resultados obtidos na preparação de partículas de sílica por hidrólise de tetraetoxisilano (teos) em microemulsões inversas foram relatados1. sílica com tamanho de 50 – 70 nm foi preparada em sistema de micelas inversas pelo controle de hidrólise de teos em surfactante não iônico (igepal) – hidróxido de amônio ciclohexano 3 e em surfactante aniônico aot – hidóxido de amônio decano 1. sílica também foi obtida a partir de microemulsão inversa, em sistema aot heptano água, utilizando-se solução de silicato de sódio como precursor 7, porém nenhum estudo relativo aos efeitos de mudanças das condições de obtenção sobre o tamanho médio de partícula foi feito. cabe salientar que a purificação das partículas foi feita através de diálise utilizando-se membranas, a quantidade de amostra obtida em cada precipitação foi pequena e nenhuma investigação referente a distribuição de tamanho médio de partícula foi feito. neste trabalho utilizou-se o método de microemulsão inversa para obter partículas de sílica esféricas e ocas com tamanho da ordem de 2mm. sabe-se que pequenas variações durante a precipitação de sílica, via microemulsão inversa, podem levar às mudanças no tamanho e na forma das partículas. assim, o objetivo geral do trabalho é otimizar a obtenção de partículas de sílica com homogeneidade de forma e de tamanho, para obtenção de maior quantidade de amostra. para isso variou-se os seguintes parâmetros: 1)ordem de adição dos reagentes, 2) concentração da solução de silicato de sódio, 3) razão água/surfactante (w), 4) ordem de mistura dos reagentes e 5) purificação do produto obtido. material e métodos todas as amostras foram preparadas a partir de aot, bis (2 etil hexil) sulfosuccinato de sódio (sigma), n-heptano (synth), solução de ácido nítrico 3 mol.l-1 (merck) e solução de silicato de sódio h.300 ndl (crosfield). a precipitação durou uma semana sob agitação, 25 – 300c em ultrasom e rotação de 4 horas por dia em rotaevaporador. variou-se a ordem de adição dos reagentes, concentração da solução de silicato de sódio, razão água / surfactante (w), método de mistura dos reagentes, e purificação da sílica obtida. as amostras foram preparadas e na tabela 1 estão esquematizadas as preparações de cada uma das amostras para uma melhor visualização de resultados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 amostra m0 adicionou-se em dois erlenmeyers 3,07g aot e 120 ml de heptano e deixou-se em ultra-som por aproximadamente 10 minutos até a total dissolução do aot. a cada erlenmeyer adicionou-se 0,62 ml de água desionizada. após agitação em ultra-som por aproximadamente 20 minutos adicionouse 0,8 ml de solução de hno3 3 mol l-1 em uma das microemulsões, denominada a, e 0,8 ml da solução de silicato de sódio (1:18,5) na outra denominada b, ambas sob agitação em banho de ultrasom. passados 20 minutos para estabilização das microemulsões adicionou-se a microemulsão a em um balão de fundo redondo e misturou-se, sob ultra som, a microemulsão b. a mistura resultante das microemulsões foi então colocada em rotação em rotoevaporador sem aquecimento e em agitação de ultra-som por 4 horas por dia durante uma semana. após este período o heptano foi evaporado a 90 0c e o precipitado foi lavado 3 vezes com etanol quente e 3 vezes com água quente. para a separação, a solução foi centrifugada a 4000 rpm por 20 minutos. uma amostra do sólido úmido foi depositada em suporte para microscopia eletrônica de varredura. amostra m1 preparada de maneira análoga à amostra m0, porém, a solução de silicato de sódio utilizada foi mais concentrada, na proporção de 1:10, visando-se obter uma maior quantidade de precipitado. a microemulsão b foi adicionada à microemulsão a. o período de precipitação e a purificação foram os mesmos descritos para a amostra m0. amostra m2 a amostra m2 foi preparada, de maneira semelhante à amostra m0, sem a adição dos 0,62 ml de água em cada erlenmeyer. neste caso a microemulsão a foi formada apenas com a água da solução aquosa de ácido nítrico. a ordem de mistura foi microemulsão b adicionada à a. o período de precipitação e a purificação foram os mesmos descritos para a amostra m0. amostra m3 a precipitação da sílica na amostra m3 foi feita em um único erlenmeyer, ao qual adicionou-se 6,15 g de aot e 240 ml de n-heptano sob agitação de ultra-som, até a dissolução total do aot. a esta solução adicionou-se 1,24 ml de água desionizada mantendo-se a agitação em ultra-som. após 20 minutos adicionou-se 1,6 ml de vidro líquido (1:10) e depois de alguns minutos 1,6 ml de hno3 3 mol l-1. o período de precipitação e a purificação foram os mesmos descritos para a amostra m0. amostra m4 a amostra m4 foi preparada da mesma maneira que a amostra m3 invertendo-se a ordem de adição dos reagentes. primeiramente adicionou-se 1,6 ml de hno3 3 mol l-1 e depois de aproximadamente 20 minutos, adicionou-se 1,6 ml de vidro líquido (1:10). o período de precipitação e a purificação foram os mesmos descritos para amostra m0. amostra m5 esta amostra foi preparada adicionando-se 1,6 ml de hno3 3 mol l-1 a um erlenmeyer contendo solução de 6,15 g de aot e 240 ml de n-heptano sob agitação em ultra-som e, após 20 minutos 1,6 ml de vidro líquido 1:10. o período de precipitação e a purificação foram os mesmos descritos para a amostra m0. amostra m6 esta amostra foi preparada da mesma maneira que a amostra m0, porém adicionando-se solução de silicato de sódio original (21,06% sio2), visando-se assim obter uma maior quantidade de sílica esférica precipitada do que na amostra m1. o período de precipitação e a purificação foram os mesmos descritos para a amostra m0. amostra m7 esta amostra foi preparada da mesma forma que a amostra m1, a única diferença foi na purificação. o período de precipitação foi o mesmo descrito para amostra m0. para este caso o sólido obtido foi lavado apenas com água desionizada quente. amostra m10 esta amostra foi preparada da mesma forma que a amostra m1, mas purificada de modo diferente o período de precipitação foi o mesmo descrito para amostra m0. para este caso o sólido obtido foi lavado primeiramente com água desionizada quente e depois com etanol quente. amostra m12 a preparação desta amostra foi igual a da amostra m1 porém adicionou-se um volume de água deionizada bem maior em cada erlenmeyer, 6,22 ml de água. a tabela 1 resume a identificação das amostras com a ordem e as proporções dos reagentes, e a purificação das partículas de sílica. os valores de w (razão água/surfactante) para as diferentes amostras estão na tabela 2. a caracterização das amostras foi feita por microscopia eletrônica de varredura (sem) e espectroscopia vibracional na região do infravermelho (ir). para sem utilizou-se o microscópio eletrônico de varredura (jeol jsm). as amostras de sílica foram suspensas em etanol e depositadas em lâminas de vidro sendo estas fixadas em suporte metálico com cola super bonder. fez-se a metalização com ouro das amostras através de sputtering (edward s150b) e antes de serem observadas ao microscópio fez-se o contato da lâmina de vidro com o suporte com tinta de prata para evitar o carregamento das partículas. os espectros ir foram obtidos em espectrômetro infravermelho (perkin elmer spectrum 2000). as amostras foram preparadas dispersando as diferentes amostras de sílica em kbr na proporção 1:9 em massa, as quais foram submetidas a pressão de cerca de 10 kbar para formação de pastilhas transparentes. tratamento dos dados experimentais o estudo estatístico do diâmetro médio e faixa de distribuição de tamanho das partículas foi realizado utilizando-se o programa computacional "image craft", em sistema unix, instalado em um computador acoplado ao microscópio eletrônico de varredura. a descrição detalhada da utilização deste programa está descrita em, flor, et al., 2000 5. resultados e discussões nas figuras 1 7 estão as fotomicrografias das diferentes amostras de sílica m0, m1, m3, m4, m6, m7 e m10. pela observação e comparação dos resultados destas micrografias foi possível discutir os seguintes efeitos: 1) ordem de adição dos reagentes, 2) concentração da solução de silicato de sódio e 3) purificação. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 efeito da ordem de adição dos reagentes a faixa de distribuição de tamanho de partícula da amostra m3, qualitativamente observada na figura 3 é mais extensa. nesta amostra, onde a dispersão de tamanho é grande, a maior parte das partículas é pequena, as quais se encontram preferencialmente agregadas. a forma esferoidal não foi observada principalmente nas partículas menores. na micrografia da amostra m4, figura 4, as partículas de sílica obtidas apresentam forma esférica com tamanho mais homogêneo e da ordem de 2 mm, conforme se constata para a maioria das demais amostras. ressalta-se que a amostra m3 foi preparada em uma microemulsão onde primeiramente adicionouse a solução de silicato de sódio e depois a solução de ácido nítrico, enquanto que para a amostra m4 inverteu-se a ordem dos reagentes, adicionando-se a solução de ácido nítrico e depois a solução de silicato de sódio. a diferença dos resultados para as partículas das micrografias das amostras m3 e m4 (figuras 3 e 4) pode ser explicada segundo o modelo da microemulsão7. o modelo para a amostra m3 pressupõe a preparação das partículas de sílica formadas na microemulsão inversa, surfactante aot heptano água, com a proporção água / surfactante w = 18. nestas micelas, a cauda apolar do surfactante em contato com o n-heptano e a cabeça do surfactante em contato com a parte polar, estão representados na figura 8 (a). os cátions na+ estão adsorvidos na camada elétrica da fase aquosa na interface água / n-heptano próximo as cargas negativas referentes aos grupos so3 do aot. ao adicionarmos a solução de silicato de sódio, os grupos sio3 ficam distribuídos no meio das gotículas de fase aquosa conforme a figura 8 (b). ao adicionarmos a solução de ácido nítrico ocorre a precipitação da sílica sem seguir a conformação molecular da microemulsão, dando origem às partículas com tamanho menor, sendo que grande parte das partículas obtidas não apresentam forma esférica, figura 8 (c). as partículas pequenas obtidas neste caso apresentam elevada densidade de carga na superfície e agregam-se devido à intensa força de atração partícula partícula resultando na amostra com agregados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig8c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig8b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig8a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 um modelo um pouco diferente é proposto para a amostra m4 na figura 9. neste caso inicialmente http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig9a tem-se a formação das microemulsão inversas, figura 9 (a). em seguida com a adição de ácido nítrico o h+ irá ocupar o lugar do na+ já que o acido sulfônico é mais fraco ficando, portanto preferencialmente na interface água-heptano enquanto o na+ pode ser mais difusamente distribuído no interior das gotículas, figura 9 (b). com a adição da solução de silicato de sódio, temos a polimerização do silicato preferencialmente na região de ph menor, que está na interface com h+, precipitando então uma casca esférica de sílica, figura 9 (c). portanto neste modelo a precipitação da sílica em ambiente organizado da microemulsão irá seguir o molde criado pela gotícula da fase aquosa da microemulsão. a forma e o tamanho são definidos pela natureza da microemulsão, justificando a formação das partículas de sílica esféricas e ocas. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig9c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig9b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig9a em algumas preparações pode-se observar a formação de partículas sólidas menores dentro das partículas ocas obtidas. durante o processo de polimerização dos silicatos na casca da microemulsão os grupos silicatos não estão presentes apenas na região de interface água / nheptano, estendendo-se para o interior da gotícula. parte do silicato de sódio se difunde para o interior da gotícula de água da microemulsão formando as partículas de sílica sólidas. partículas ocas e esféricas são obtidas de sistemas com a precipitação ocorrendo na casca da microemulsão e para que isto aconteça adiciona-se primeiramente, a solução de ácido nítrico e depois a solução de silicato de sódio na microemulsão. efeito da concentração da solução de silicato de sódio o aumento da concentração de silicato de sódio na microemulsão das amostras m0, m1 e m6 foi estudado e os resultados estão nas figuras 1, 2 e 5. comparando-se as micrografias das amostras m0 e m1, figuras 1 e 2, constata-se que obteve-se partículas esféricas de sílica com tamanhos médios de mesma ordem de grandeza. a massa final de sílica esférica, utilizando-se solução mais concentrada de silicato de sódio, obtida na amostra m1 é maior que para a amostra m0. para a amostra m6, obtida com a solução original de silicato de sódio, o resultado da micrografia da figura 5 indica a existência de agregados de sílica sem forma definida. este resultado está relacionado ao fato de que a concentração elevada de silicato de sódio causa grande perturbação na organização molecular da microemulsão e desestabiliza a estrutura da interface, quebrando as gotículas formadas na microemulsão. a solução original de silicato de sódio aumenta a força iônica da microemulsão. este aumento da força iônica juntamente com a formação de produtos da reação de polimerização de sílica causa a ruptura da estrutura organizada da microemulsão que orienta a forma e a distribuição do tamanho de partículas. as micrografias das amostras m0, m1 e m6 indicam que a melhor concentração de silicato de sódio para a obtenção de maior quantidade de sílica esférica é a solução de silicato de sódio 1:10 (silicato de sódio:água). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 efeito da purificação as micrografias das figuras 2, 6 e 7 correspondem às amostras m1, m7 e m10, respectivamente preparadas pelo mesmo método, e enfatizam o efeito da separação e purificação de sílica da microemulsão. a amostra m1 foi purificada primeiramente três vezes com etanol quente e depois três vezes com água quente. a amostra m7 foi purificada apenas três vezes com água quente e a amostra m10 primeiramente três vezes com água quente e depois três vezes com etanol quente. as amostras m1 e m10, figuras 2 e 7, consistem de partículas de sílica com a superfície sem partículas pequenas agregadas. para a amostra m7, figura 6, as partículas estão parcialmente cobertas por um sólido, provavelmente o surfactante que não foi totalmente eliminado durante o processo de purificação. apesar das amostras m1 e m10 não apresentarem diferenças visíveis em suas fotos é importante ressaltar a ação tensoativa do surfactante na superfície das partículas. na purificação da amostra m10 com a água houve formação de uma solução turva e espumante, enquanto na amostra m1, o etanol utilizado para lavagem desestabiliza a espuma devido à baixa tensão superficial das bolhas e facilita a purificação da sílica precipitada eliminando as partículas finas adsorvidas/agregadas. as atribuições relativas aos modos de vibração, no ir das amostras m1 e m10 estão na tabela 3. a banda larga e intensa na região de 1300 a 1000 cm-1, é atribuída ao estiramento assimétrico si-o, o pico na região de 950 cm-1 ao estiramento assimétrico sioe aquele em 790 cm-1 ao estiramento simétrico si-o. a banda larga na região 3500 cm-1, é atribuída aos estiramentos do grupo silanol e da água. observa-se também em torno de 1644 cm-1 a deformação o-h referente à água. nos espectros da amostra m7, observa-se em torno de 1731 cm-1 o estiramento c=o do grupo éster referente ao surfactante aot16 e em 2952 cm-1 o desdobramento assimétrico c-h, do grupamento metila17, também referente ao aot. os estiramentos simétrico e assimétrico de so3 que deveriam ocorrer de 1.000 a 1.230 cm-1 devem estar encobertos pela banda referente à sílica. é importante ressaltar que nesta amostra a purificação da sílica obtida foi feita apenas com água. nos espectros da amostra m1 estas bandas não aparecem, pois a sílica obtida foi purificada com etanol e água removendo o aot. não foi observado evento térmico na análise térmogravimétrica referente à http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 reação de tensoativo presente na sílica. pelos resultados de micrografias eletrônicas e dos espectros vibracionais pôde-se escolher o melhor método de purificação para sílica obtida. a lavagem com etanol quente e depois com água quente, descrita para a amostra m1 resulta em partículas livres de resíduo do tensoativo aot. a influência da razão w (razão água/surfactante) e da ordem de mistura dos reagentes não puderam ser avaliadas apenas pelas medidas de mev. estes efeitos foram estudados através de medidas de tamanho médio de partícula e os resultados da análise de imagens das micrografias com o programa computacional image craf estão nas figuras 10 – 13. estes permitiram a construção de histogramas de distribuição média de tamanho de partícula para as amostras m1, m2, m5 e m12, respectivamente, e nas tabelas 4 7 estão os parâmetros estatísticos para estas mesmas amostras. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 efeito do w (razão água / surfactante) para uma análise do efeito do w temos que comparar os histogramas das amostras m1, com w=11, e a amostra m12, com w=56. o histograma mostrado na figura 10 correspondente à amostra m1 apresentou moda igual a 1,55 m m e o histograma mostrado na figura 13 correspondente à amostra m12 apresentou moda igual a 2,07 mm. para a amostra m12 as partículas são maiores devido ao fato da maior quantidade de água adicionada no sistema ter aumentado o tamanho das gotículas da microemulsão que serviram de moldes ou microreatores para a precipitação da sílica. comparando-se os resultados das tabelas 4 e 7, referentes às amostras m1 e m12, respectivamente, pode-se inferir que os resultados ilustrados no histograma discutidos em relação às modas destas amostras estão coerentes com os dados das tabelas. o valor do diâmetro médio calculado para amostras m1, 2,63 mm, é relativamente menor que o diâmetro médio calculado de 3,01 mm para a amostra m12. assim sendo, através dos histogramas apresentados nas figuras 10 e 13 e dos resultados das tabelas 4 e 7, pode-se afirmar que o efeito do w é proporcional ao tamanho médio de partícula. para w maior como no caso da amostra m12, w=56, tem-se tamanhos médios de partículas maiores. outros resultados, tais como: perímetro, volume das esferas e razão do aspecto são fornecidos para as duas amostras, sendo que este último refere-se à forma das partículas. quando a razão do aspecto é igual a 1, a forma atribuída é a de uma esfera perfeita. os valores médios da razão do aspecto são 1,39 e 1,30 para as amostras m1 e m12, respectivamente. portanto a forma esférica das partículas de sílica também pôde ser constatada e quantitativamente atribuída pela técnica adotada no programa image craft. efeito da forma de mistura dos reagentes o efeito do método de mistura dos reagentes pôde ser estudado comparando-se os histogramas das figuras. 11 e 12 referentes às amostras m2 e m5, respectivamente. para a amostra m2 a moda de 2,18 mm com tamanhos de partículas pouco maiores que da amostra m5 com moda de 1,53 mm. a diferença destas duas amostras é que a amostra m2 foi preparada a partir de duas microemulsões (a e b). ao misturar as duas microemulsões inversas ocorre interação entre as gotículas dispersas. essa http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig12 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig11 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig13 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig13 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200028&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 interação resulta na troca entre as soluções polares e/ou na coalescência das gotículas. pela análise dos valores das modas pode-se inferir que houve coalescência das gotículas uma vez que o w no caso da amostra m2 em cada recipiente é a metade do w da amostra m5 preparada em um único recipiente. esta coalecência entre as gotículas das duas microemulsões permite que a mistura das soluções polares aconteça de maneira mais controlada do que no caso da microemulsão em único recipiente. neste último exemplo a solução de silicato de sódio deve ser inserida nas gotículas da microemulsão pré-estabilizada. comparando-se os resultados das tabelas 5 e 6, referentes às amostras m2 e m5, respectivamente, pode-se inferir que os resultados ilustrados no histograma discutidos em relação às modas destas amostras estão coerentes com os valores dos parâmetros das tabelas 5 e 6. conclusões a partir das microscopia eletrônica de varredura e do programa computacional "image craft" estudou-se diferentes efeitos de síntese na formação de partículas de sílica esférica obtidas em microemulsão inversa. para a obter partículas esféricas de sílica com uma faixa de distribuição de tamanho mais estreita, deve-se preparar duas microemulsões inversas, misturando-se a microemulsão com silicato de sódio na microemulsão com ácido nítrico. a relação de 1:10 (silicato de sódio: água) é a mais indicada para se obter a maior quantidade de sílica sem alterar a forma ou o tamanho das partículas. a purificação mais eficiente para a sílica consiste da lavagem em duas etapas, primeiramente com etanol quente e depois com água quente. agradecimentos os autores agradecem o apoio financeiro do projeto e jf a bolsa de mestrado recebido da fapesp. referências bibliográficas 1 arriagada, f.j.; osseo, 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rápido tempo de resposta, é de baixo custo, e tem um tempo de vida útil superior a 12 meses. o potencial molal padrão do eletrodo a 25ºc é 417,3 ± 1,0 mv. a validação do eletrodo foi conseguida pela determinação do produto de solubilidade, tkps (i=0), do hg2c2o4 ( tkps = (2,53 ± 0,21) x 10-13 mol2. l-2). uma característica favorável consiste no fato de que o eletrodo pode ser utilizado para determinar a concentração de íons oxalato livres em sistemas complexos de íons metálicos. palavras-chave: eletrodo de segunda espécie; oxalato; constante do produto solubilidade. introdução o ácido oxálico é o mais simples dos ácidos dicarboxílicos. ele pode ser isolado de plantas ou preparado artificialmente pela oxidação da glicose, fusão alcalina de celulose e conversão de formiatos, entre outros métodos. os sais de oxalato são mais tóxicos que o ácido. eles são empregados em vários ramos: na indústria têxtil como branqueador de fibras de plantas e agente neutralizante nos processos de tingimento; na indústria química são usados na formulação de removedores de ferrugens e de manchas de tinta, de polidores de metais, de limpadores de radiadores e de outros sistemas de resfriamento à base de água, e na manufatura de corantes.12 essas substâncias são irritantes e altamente tóxicas podendo provocar a morte, se ingeridas. isso leva a uma preocupação quanto ao controle da produção e ao uso dessas substâncias.9 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#refer http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#refer http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#refer a determinação de oxalato pode ser feita através de titulações de óxido-redução ou precipitação, por métodos colorimétricos, técnicas cromatográficas e por várias técnicas eletroquímicas, entre elas, a potenciometria.1,3,4,6,8,10,16,26 eletrodos sensíveis a ligantes orgânicos (carboxilatos) baseados nas medidas de potencial de uma célula potenciométrica, onde eles configuram como eletrodo indicador, permitem a coleta de dados para a determinação do coeficiente de atividade iônica do ligante orgânico correspondente. isso possibilita o estudo da dependência matemática entre os coeficientes de atividade de cada uma das espécies que participam de um determinado equilíbrio com a força iônica (i) do meio.20,23 as relações matemáticas que podem ser determinadas entre os coeficientes molares de atividade e a força iônica do meio, têm aplicação no estudo de equilíbrios em solução aquosa de sistemas constituídos por ligantes orgânicos e íons metálicos de interesse químico, biológico, ambiental, etc.. elas permitem, para um determinado sistema, a interconversão de valores de constantes de formação de uma força iônica para qualquer outra, dentro do intervalo experimental de i estudado, bem como a determinação das constantes termodinâmicas de estabilidade destes mesmos sistemas.18,22,24 a constante de equilíbrio para uma reação que possa ser potencialmente empregada numa titulação de precipitação pode ser, aproximadamente, deduzida do valor da constante do produto de solubilidade (kps). o kps relaciona-se especificamente ao equilíbrio que é estabelecido entre um sólido iônico escassamente solúvel e seus íons numa solução saturada do sólido. os produtos de solubilidade são, geralmente, determinados através de medidas de solubilidade do sólido iônico, no meio de interesse. tal procedimento não é muito conveniente, uma vez que envolve etapas de filtração e centrifugação.25 um outro método comumente usado na determinação dos valores de kps envolve o emprego de titulações potenciométricas de precipitação, o qual embora mais preciso que o anteriormente descrito, também apresenta limitações.14,19 na literatura existem grandes divergências nos valores obtidos de kps, para um determinado composto (numa dada temperatura), as quais podem ser atribuídas aos diferentes métodos, bem como às diferentes condições de força iônica e composição do meio empregadas.15,17 o presente trabalho mostra a construção e aplicação de um eletrodo de segunda espécie sensível ao íon oxalato (ox), cujo sensor foi imobilizado em matriz de grafite, na forma de pastilha prensada: pt|hg|hg2ox|grafite, para a aquisição dos dados experimentais. medidas potenciométricas obtidas de várias soluções de íons oxalato, em função da variação da força iônica do meio, no intervalo de 0,300 a 1,200 mol.l-1 (ajustada com naclo4), possibilitaram a determinação do potencial padrão do eletrodo indicador , da constante termodinâmica do produto de solubilidade (tkps) do oxalato mercuroso (hg2ox), bem como dos coefiecientes de atividade iônica individuais do íon oxalato. as características intrínsecas desse eletrodo de segunda espécie, torna-o bastante apropriado para a determinação das constantes do produto de solubilidade do oxalato mercuroso11 , permitindo assim a validação do eletrodo proposto. parte experimental todos os reagentes utilizados na execução do presente trabalho foram de pureza analítica (p.a.). foi utilizada água deionizada e previamente fervida para evitar o aparecimento de fungos nas soluções de interesse. o mercúrio utilizado na fabricação do eletrodo foi previamente purificado e destilado. todas as operações foram realizadas em sala climatizada a (25±1)°c, onde encontram-se instalados os equipamentos de medida. síntese do oxalato mercuroso para a síntese do oxalato mercuroso dissolveram-se 24,5g de oxalato dissódico em aproximadamente 660 ml de água deionizada. a esta solução, foram adicionados cerca de 180,5 ml de solução de hg2(no3)2 0,395 n, lenta e pausadamente, sob agitação constante. a agitação no frasco reacional por mais alguns minutos favorecem a completa precipitação do sal. o precipitado formado foi filtrado em funil de vidro sinterizado, lavado exaustivamente com água deionizada para eliminar o excesso de oxalato dissódico e, seco em dessecador (contendo cacl2 como secante) à pressão reduzida, à temperatura ambiente, até obter massa constante em balança analítica. o sal mercuroso obtido apresentou-se na forma de um pó branco e foi utilizado tanto para preparar a pastilha sensora, como para saturar as soluções de medida. construção do eletrodo a imobilização da pasta de hg|hg2ox em matriz de grafite foi executada pela preparação de uma pastilha com cerca de 1,0g, com diâmetro de 13 mm e espessura de 1,5 mm. para isso, homogeneizou-se em almofariz de ágata 1,5g de oxalato mercuroso, 0,45g de grafite em pó e 0,03g de mercúrio metálico. estudos anteriores demonstraram que esta composição é a mais favorável para o estudo proposto. cerca de 1,0g da pasta preparada foi compactada por prensagem uniaxial, utilizando um molde de aço e prensa hidráulica, aplicando-se uma força de 10 toneladas métricas, por 5 minutos, aproximadamente. a figura 1 ilustra a construção do eletrodo pt|hg|hg2ox|grafite. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 método utilizado para aquisição dos dados experimentais as medidas potenciométricas foram realizadas mediante o uso do titulador automático "titroprocessor metrohm", mod. 670 (com precisão de +0,1mv), acoplado a buretas de pistão automáticas "metrohm", mod. 665 (com precisão de +0,001ml), utilizando-se a seguinte célula potenciométrica, termostatizada em (25,0± 0,1) oc: onde: x variou com a adição de incrementos de solução de na2ox 0,100mol.l-1 à solução de naclo4 de mesma i, para cada experiência. a célula potenciométrica, utilizada para todas as experiências, foi preparada da seguinte maneira: acrescentou-se 15,000 ml de perclorato de sódio, na força iônica de medida, uma ponta de espátula de oxalato mercuroso sólido e 0,500 ml de solução de oxalato dissódico 0,100 mol.l-1, na força iônica de medida "solução titulante". esta solução foi deixada sob agitação até saturação da solução de medida com oxalato mercuroso (cerca de 30 minutos). em seguida foram adicionados automaticamente pelo titulador potenciométrico incrementos constantes (0,250 ml), até um total de 30,000 ml da "solução titulante". o ph das soluções permaneceu praticamente inalterado, em torno de 6,5, durante a realização dos experimentos. o tempo de resposta do eletrodo, utilizado para as medidas sucessivas, foi de 30 segundos, visto que a partir deste tempo o potencial permaneceu praticamente constante, para cada incremento da "solução titulante". o eletrodo de referência utilizado foi o ag|agcl de procedência "metrohm", no 6.0726.100 de dupla junção (associado a uma ponte salina vertical). tratamento dos dados experimentais a força eletromotriz (ecel.) da célula, pode ser dada por:23 onde: eind. = potencial do eletrodo indicador, eref. = potencial do eletrodo de referência ej = potencial de junção líquida (desprezível nas condições experimentais empregadas). ou, por: onde: aox = atividade do oxalato. aox = yox . [ox]; yox = coeficiente de atividade molar do ox; [ox] = concentração do ox (mol.l-1) s = inclinação da curva de calibração (coeficiente de nernst) (eox° ’ )o = e° hg2ox|hg eref + ej , sendo: e° hg2ox|hg= potencial padrão do eletrodo indicador ej = xox.[ox] = potencial de junção líquida (desprezível nas condições experimentais empregadas). xox = coeficiente do potencial de junção líquida. a equação (1a), pode ser desmembrada: considerando-se o potencial condicional da célula como: supondo yox = constante, (quando i = constante e o eletrólito de suporte está presente em concentração suficientemente majoritária), tem-se:23 a partir de dados experimentais (-log [ox], ecel.), os parâmetros eox° ’ e s foram determinados em cada força iônica estudada, mediante método de regressão linear. a expressão genérica utilizada para obter os valores de log yox , válida para misturas de eletrólitos7,18 é a seguinte: onde: a, b, c, d .... são parâmetros empíricos ou semi-empíricos. combinando-se as equações (3) e (5), tem-se: dispondo-se de suficientes pares de valores (i, eox° ’), e utilizando o valor médio de s para todas as curvas de calibração, determina-se o valor do potencial padrão da célula estudada, através da equação (6). considerando-se a meia-reação: hg2 2+ + 2 e 2 hgo eohg2 2+|hg = 790mv, o potencial do eletrodo indicador, a 25 oc, pode ser dado pela equação de nernst: entretanto existe o seguinte equilíbrio na superfície do eletrodo de segunda espécie pt|hg|hg2ox| grafite: hg2 2++ ox hg2ox¯ onde a constante do produto de solubilidade é dada por: isolando-se a [hg2 2+] da equação (8), obtém-se: substituindo-se a equação (9) na equação (7), tem-se: a equação (10) pode ser desmembrada: considerando-se o potencial condicional do eletrodo indicador de segunda espécie como: quando i=0, ycl=1 (onde ycl é o coeficiente de atividade do cl-), e acl= [cl-]. assim, nas condições experimentais empregadas ([cl-] = 0,010 mol.l-1), o potencial do eletrodo de referência é: eref = 340,5 mv. então temos que, eo’hg2ox|hg = eohg2ox|hg , ou seja, o potencial padrão do eletrodo indicador. através das curvas de calibração experimentais, foi possível estimar o valor do potencial condicional da célula, eox o’, para cada valor de i, empregando a equação (4). o potencial padrão da célula, (eox o’ )o, foi obtido através da equação (6) quando o valor de i foi extrapolado para zero. portanto, o potencial padrão do eletrodo indicador (eo hg2ox|hg) foi determinado pela equação (6) e (1). o valor de log tkps (e portanto de tkps) obtém-se rearranjando a equação (12): o valor do tkps do oxalato mercuroso foi obtido a partir dos valores do eo hg2ox|hg e do eo hg22+|hg (790 mv), utilizando a equação (13). resultados e discussão o tempo de resposta do eletrodo é de 30 s, e foi determinado segundo procedimento anteriormente descrito.5,21 foram obtidas as curvas de calibração para cada força iônica estudada e, após o ajuste pelo método de regressão linear, chegou-se às equações e aos intervalos de concentração de oxalato, para cada força iônica. esses dados são apresentados na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 com os dados das equações das curvas de calibração, chegou-se a seguinte relação matemática (equação 6): onde: 27,95 é o valor médio das inclinações (s), para as cinco curvas de calibração do eletrodo (i = 0,300 a 1,200 mol.l-1), confirmando que o sal mercuroso apresenta estequiometria 2:1 [hg2ox] e que o eletrodo apresenta comportamento nernstiano no intervalo experimental de cada força iônica. desta maneira chegou-se a dependência matemática entre o coeficiente de atividade do íon oxalato (log yox) e a força iônica (i), para o intervalo de força iônica estudado: a natureza do ajuste da equação aos dados (eo’ ox vs. i) pode ser verificada na figura 2. levando em conta a equação (15), e calculando-se o antilogaritmo de yox, para cada valor de força iônica, obteve-se os respectivos valores dos coeficientes de atividade iônica individuais, para o íon oxalato em meio aquoso, no intervalo de força iônica estudado, conforme mostram os dados da tabela 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 através da equação (14), foi possível estimar o valor do potencial padrão do eletrodo indicador, eo hg2ox|hg = (417,4 ± 1,0) mv a (25,0 ± 0,1)°c, que convertido para a escala molal2, resultou em eo hg2ox|hg = (417,3 ± 1,0) mv. esse valor está em excelente concordância com o valor consignado da literatura13 (tabela 3), evidenciando que o eletrodo proposto é bastante apropriado para a determinação de constantes de equilíbrio, como por exemplo a constante do produto de solubilidade do oxalato mercuroso. experiências realizadas em condições experimentais idênticas num período de 18 meses, com intervalo de 6 meses entre elas, não apresentaram variação superior a 1,0 mv nos valores do potencial condicional e de 2,50 mv/década na inclinação da curva de calibração. o eletrólito inerte utilizado, naclo4, mostrou não interferir na resposta do eletrodo. isto é um ponto favorável, pois o ácido perclórico pode ser usado para dissolver amostras complexas, para digestão de materiais resistentes à oxidação e, também como agente desproteinante de fluídos biológicos, sendo neutralizado posteriormente para serem efetuadas as análises de interesse. outro ponto favorável é que este eletrodo pode ser usado para determinar a concentração de oxalato livre, em força iônica constante, ajustada com naclo4. com isso, é possível ter acesso direto às constantes de estabilidade de complexos formados entre íons metálicos (por exemplo: cu+2, mg+2, ca+2, pb+2) e o íon oxalato. estudos voltados para prováveis aplicações analíticas do eletrodo encontram-se atualmente em andamento. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 agradecimentos os autores agradecem a fapesp e a fundunesp pelos auxílios à pesquisa e ao cnpq/pibic pela bolsa concedida. cavalheiro, a. c. v., moraes, m. de, pezza, l. construction and physical chemistry application of a second kind electrode, sensitive to oxalate ion in aqueous solution. ecl. quím. (sãopaulo), v. 25, p. , 2000. abstract: this paper describes the construction of an electrode of the second kind, pt|hg| hg2ox|grafite, sensitive to oxalate ion (ox). the electrode is easily constructed, shows a fast response time, is low in cost, and has a lifetime greater than 12 months. the standard molal potential of the electrode at 25ºc is (417.3 ± 1,0) mv. the electrode validation has been carried out by determining the solubility product, tkps (i=0), of hg2c2o4 (tkps = (2.53 ± 0.21) x 10-13 mol2. l-2). a favorable feature lies in the fact that the electrode can be utilized to determine the concentration of free oxalate ions in complex systems of metallic ions. keywords: second kind electrode; oxalate; constant of solubility product. referências bibliográficas 1. amini, m.a.s., vallon, j.j. anal. chim. acta, v.299, p. 75-9, 1994. [ links ] 2. covington, a.k., talukdar, p.k., thirsk, h.r. trans. faraday soc., v.60, p.412-6, 1964. 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http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200021 estudo da adsorção/dessorção de 2,4-d em solos usando técnica cromatográfica study of the adsorption/desorption of the 2,4-d in soils using chromatographic technique ozelito possidônio de amarante juniori; natilene mesquita britoii; teresa cristina rodrigues dos santosi; maria lúcia ribeiroii idepartamento de tecnologia química centro de ciências exatas e tecnologia ufma 65.080040 são luís ma brasil iiinstituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brasil resumo este trabalho estudou a adsorção e a desorção do herbicida ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-d) em solo da região de urbano santos ma. a região possui campos de cultivo de eucaliptos para obtenção de celulose. para a limpeza dos campos, antes da plantação e nos primeiros 12 meses de plantio, são aplicados herbicidas, dentre os quais destacamos o 2,4-d. a isoterma de freundlich foi utilizado como modelo para este estudo e a concentração de 2,4-d foi determinada por cromatografia líquida de alta eficiência (clae), acompanhada de ensaios de recuperação para garantir a confiabilidade dos dados obtidos na investigação de adsorção/dessorção. os resultados indicaram que o 2,4-d apresenta maior adsorção à matéria orgânica do solo estudado, quando comparado a outros tipos de solo, o que pode resultar em pequena diminuição em sua tendência de lixiviação e de degradação microbiológica. entretanto, este herbicida apresenta elevado potencial de lixiviação quando comparado a outros pesticidas. palavras-chave: 2,4-d; adsorção/dessorção, cromatografia líquida abstract http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso this research studied the adsorption and the desorption of the herbicide 2,4-dichlorofenoxyacetic acid (2,4-d) in soil from urbano santos ma. the region has eucalyptus crops, and they will be used for attainment of cellulose. herbicides, namely 2,4-d, are used for clean the fields before the plantation and in the firsts 12 months. the freundlich isotherm was used as model for this study, and the 2,4-d concentration was determined through high performance liquid chromatography (hplc). this determination was studied by recoveries assays. the results suggest the 2,4-d to show bigger adsorption at organic mater of studied soil that others kinds of the soils. this can results in lower tendency of leaching and degradation, but the herbicide shows high potential of leaching when compared with others pesticides. keywords: 2,4-d; adsorption/desorption, liquid chromatography introdução o potencial de acúmulo e transporte de resíduos de pesticidas no solo são elucidados através de alguns ensaios, destacando-se, dentre eles o ensaio de adsorção/desorção7. o instituto brasileiro do meio ambiente (ibama) descreve a realização deste ensaio utilizando substâncias radiomarcadas (14c)5. entretanto, estes testes apresentam inconvenientes, tais como uso de substâncias radioativas, dificuldades de importação dos compostos e alto custo. o teste de adsorção/desorção pode, atualmente, ser realizado, aplicando-se técnicas cromatográficas para a quantificação do composto em estudo1. geralmente, utilizam-se as isotermas de freundlich ou de langmüir, como modelos no entendimento do comportamento do composto 3. para o como modelo de freundlich, usa-se a equação7: onde: x é a quantidade da substância adsorvida pelo solo (g); m é a massa do solo (g); kd é o coeficiente de sorção ou coeficiente de distribuição (quantidade da substância adsorvida pelo solo para ce = 1 mg/ml); 1/n é o fator de linearidade da isoterma; ce é a concentração da substância na solução final em equilíbrio com o solo (mg/ml). estes estudos são importantes na predição do comportamento de poluentes orgânicos, estimando-se sua capacidade de mobilidade no solo e, portanto, do risco de contaminação de águas superficiais e subterrâneas4 . destacam-se, dos contaminantes orgânicos, os pesticidas, uma vez que o mercado mundial de tais substâncias continua crescendo verticalmente, mesmo em face de novas formas de agricultura1. os pesticidas clorofenoxiácidos constituem uma importante classe de herbicidas8. muitas vezes, estes herbicidas apresentam longo tempo de atividade residual em solos e águas, persistindo por vários meses devido à sua baixa atividade microbiológica9. entretanto, alguns herbicidas da classe dos ácidos fenóxidos possuem baixa persistência no solo, estando presentes por, aproximadamente, 2 semanas após a aplicação. os herbicidas desta classe se degradam facilmente em água, por ação da luz solar e de microorganismos6. o ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-d) é um membro desta classe, sendo um herbicida altamente seletivo, sistêmico e pós-emergente11. devido ao uso ainda bastante difundido do citado pesticida e aos efeitos que causa no ambiente e à saúde humana, torna-se necessário o entendimento de suas interações com o solo e a possibilidade de contaminação e transporte. neste trabalho, estudou-se a adsorção/dessorção do herbicida ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-d) em solo de campos de cultivo de eucaliptos da região de urbano santos ma. material e métodos sistema cromatográfico o sistema cromatográfico (waters, milford, ma, usa) consistiu de um sistema controlador de solventes (modelo 501) com detector de uv com comprimento de onda variável (modelo 486), um injetor rheodine e um integrador (modelo 746). utilizou-se coluna lichrospher 100 rp-18 (125 x 4mm i.d., 5 mm), adaptada a uma coluna de guarda lichrocart (ambas merck). a análise foi efetuada a 230 nm, usando fase móvel metanol/tampão formiato de amônio 5 mmol/l (ph 4.5) (50:50, v/v), modo isocrático com fluxo de 0,7 ml/min. todos os solventes e soluções usadas foram previamente filtrados e desgaseificados por ultrassonificação. a otimização do método foi descrita para a análise de 2,4-d e seu principal produto de degradação em amostras de solo1. reagentes ácido fórmico (synth, 85%), formiato de amônio (vetec, 98%), ácido sulfúrico (merck, 98%) foram de grau analítico. metanol e diclorometano (ambos mallinckrodt) foram de grau cromatográfico. a solução tampão foi obtida pela dissolução de formiato de amônio (0,3153 g = 5 mmol) em água (1 l), o ph foi ajustado para 4,5 com ácido fórmico. o padrão de referência de 2,4d foi obtido de dr. ehrenstorfer (augsburg-german). as soluções padrão foram preparadas pela solubilização do composto em metanol, sendo estocadas a –18ºc até o uso. estudo de recuperação o solo foi mantido em contato com 10 ml de água deionizada por 24 h, sob agitação em agitador orbital. a água foi decantada e filtrada em papel whatman nº 1. soluções padrão do herbicida foram preparadas, com a solução resultante, em três diferentes concentrações (0,1; 5,0 e 10,0 mg/l). o estudo de recuperação foi efetuado, comparando-se as áreas dos picos obtidos no sistema cromatográfico descrito com o gráfico de calibração obtido com padrões em solução metanólica. adsorção para a realização deste estudo, soluções de 2,4-d (0,1; 1,0; 5,0 e 10,0 mg/l) foram mantidas em contato, por 24 h, com 1 g do solo estudado, sob agitação em agitador orbital. o sobrenadante foi separado por decantação e filtrado em papel watman nº 1, sendo analisado por cromatografia líquida de alta eficiência (clae). as áreas dos picos observados para o herbicida foram comparadas com aquelas obtidas no gráfico de calibração. dessorção 10 ml de água deionizada foram adicionados ao resíduo do estudo de adsorção, para o estudo da dessorção, mantendo-se em contato por 24 h sob agitação em agitador orbital, sendo efetuado o mesmo procedimento de separação e análise descrito no estudo de adsorção. resultados e discussão as propriedades físico-químicas do solo estudado são apresentadas na tabela 1. o processo de adsorção de pesticidas em solos tem sido relacionado à presença de matéria orgânica no solo3. isto se deve principalmente à interação dos compostos orgânicos com moléculas apolares, condição que se observa geralmente em compostos aplicados como pesticidas. entretanto, alguns destes compostos apresentam um caráter ácido-base, como é o caso do herbicida 2,4-d, onde o ph do meio define a forma em que a substância se apresenta no ambiente. no solo estudado, o ph favorece a dissociação do 2,4-d, tornando-o mais polar e, portanto, mais solúvel em água, favorecendo a lixiviação do composto através do solo. entretanto, o conteúdo de matéria orgânica (mo) relativamente elevado pode favorecer a retenção do composto através da adsorção das moléculas de 2,4-d à mo, que diminui a mobilidade através do solo, cabendo ressaltar que a forma dissociada do composto poderá ser menos adsorvida, uma vez que estará como espécie negativamente carregada, sofrendo pouca atração pelos ácidos húmicos ou pelos sítios negativos dos silicatos naturalmente presentes no solo. a elevada concentração de metais, como ferro, pode, no entanto, diminuir a mobilidade do composto pela formação de sais pouco solúveis. os percentuais de recuperação, bem como os respectivos coeficientes de variação (cv), para as três soluções aquosas do herbicida, são apresentados na tabela 2. observou-se que estes valores se encontram em conformidade com o descrito na literatura para a análise de resíduos de pesticidas10: média de recuperação entre 70 e 120% e cv <20%. neste caso, o método empregado se mostrou bastante sensível e apresentou limite de detecção (ld) de 0,05 mg/l para a água estudada. este valor de ld foi estimado a partir do procedimento estatístico descrito por thier & zeumer10. baseado nos valores obtidos no estudo de recuperação, pôde-se assegurar a confiabilidade dos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200021&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200021&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 dados obtidos, substituindo-se o método descrito pelo ibama, que utiliza substâncias radiomarcadas, pelo método cromatográfico. a figura 1 apresenta um cromatograma típico para 2,4-d, obtido neste estudo de adsorção. o resultado da adsorção e dessorção de 2,4-d em solo do município de urbano santos, maranhão, é apresentado na figura 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200021&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200021&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 observou-se, para a adsorção, um coeficiente de distribuição (kd) de 4,90 que, para o teor de matéria orgânica obtido no solo (m.o. = 6,71%), forneceu koc = 126. estes resultados foram superiores aos valores da literatura3, sugerindo que, além da interação do herbicida com o solo depender da natureza química dos compostos orgânicos presentes, deve-se avaliar a influência do teor e da natureza dos compostos inorgânicos, principalmente dos íons metálicos que possam eventualmente complexar com o herbicida. estudo realizado em solo com ph 6,9, em que o composto se encontra totalmente dissociado12, encontrou kd superior a 80, indicando que a adsorção sofreu uma influência maior das espécies polares e iônicas que de espécies de baixa polaridade. entretanto, os valores obtidos no solo aqui em estudo são considerados baixos quando comparados à outros compostos, indicando que o herbicida tende a ser lixiviado. o kd encontrado no estudo de dessorção é de 8,95, sugerindo que o composto apresenta maior tendência em sofrer este processo. entretanto, cabe ressaltar que a adsorção e a dessorção não ocorrem de modo isolado, e que processos paralelos podem causar a fixação do composto no solo após sua reação com grupos funcionais das substâncias húmicas do solo, como descrito por barceló e hennion3. processos de volatilização podem, ainda, diminuir a concentração de composto no solo12. conclusões os resultados indicam que o 2,4-d apresenta maior adsorção ao solo estudado, quando comparado a outros tipos de solo, o que pode resultar em pequena diminuição em sua tendência de lixiviação e de degradação microbiológica. o grau de dissociação, que está relacionado ao ph do solo, pode, também, influenciar os processos de sorção nos solos13. no caso do 2,4-d, em ph aproximadamente igual a 4,0, têm-se em torno de 90% das moléculas na forma dissociada, o que aumenta a polaridade do composto e sua solubilidade na água, favorecendo o processo de dessorção. agradecimentos ao cnpq e à capes, pela concessão das bolsas de estudo, à capes, pelo projeto procad, e à comercial agrícola paineiras, pela obtenção das amostras de solo. referências bibliográficas 1 amarante júnior., o. p. de; santos, t. c. r. dos; brito, n. m.; ribeiro, m. l. glifosato: propriedades , toxicidade, usos e legislação. quím. nova, (no prelo). 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[ links ] recebido em 25.01.2002 aceito em 19.03.2002 javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200021  eq-vol30n04 primeiras pags.pmd 51 volume 30, número 4, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 determinação simultânea de nadh e ácido ascórbico usando voltametria de onda quadrada com eletrodo de carbono vítreo e calibração multivariada r. c. barthus1, l. h. mazo1*, r. j. poppi2 1instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, c.p. 780, cep 13560-970, são carlos, sp. 2departamento de química analítica, instituto de química, universidade estadual de campinas, c.p. 6154, cep 13083-862, campinas, sp. *corresponding author resumo: o método dos mínimos quadrados parciais (pls) foi aplicado aos dados obtidos por voltametria de onda quadrada para a determinação simultânea de ácido ascórbico (aa) e do co-fator b-nicotinamida adenina dinucleotídeo (nadh) em misturas sintéticas. as curvas voltamétricas foram obtidas em tampão fosfato 0,2 mol l-1 (ph 8,0). foi possível verificar que o método pls permite a determinação destes compostos simultaneamente nas condições escolhidas. os resultados mostraram um erro relativo máximo de 1,7% para o nadh e 2,1 % para o aa. a metodologia proposta é simples e desenvolvimentos posteriores podem torná-la útil para análises in vivo. palavras-chave: nadh; ácido ascórbico; mínimos quadrados parciais (pls); voltametria de onda quadrada. introdução o cofator b-nicotinamida adenina dinucleotídeo (nadh) é uma importante coenzima, tendo ação catalítica em mais de trezentos processos enzimáticos [1-3]. a detecção do nadh em fluidos biológicos é particularmente importante porque permite a determinação indireta de várias substâncias não-eletroativas presentes in vivo. em virtude disso, um grande número de pesquisas visando o desenvolvimento de procedimentos analíticos para a determinação de nadh têm sido realizadas. dentre os vários métodos existe um interesse particular para aqueles envolvendo a oxidação eletroquímica do nadh em meio aquoso [4]. o nadh sofre oxidação para a produção de nad+ com perda de dois elétrons. o mecanismo desta oxidação é complexo, depende de sobrepotenciais de eletrodos elevados e o produto da oxidação pode bloquear a superfície do eletrodo, o que resulta em respostas pouco reprodutivas. segundo dados da literatura, uma das formas de se melhorar a resposta eletroquímica de compostos como o nadh é pelo uso de catalisadores que acelerem a cinética de transferência de elétrons, ou via catálise heterogênea com o uso de eletrodos modificados e ainda reduzindo o sobrepotencial da reação trabalhando-se em valores mais altos de ph [4-5]. a aplicação de eletrodos modificados apresenta duas dificuldades importantes na detecção do nadh : a primeira é o bloqueio da superfície do eletrodo por produtos de oxidação que ocorre depois de pouco tempo da polarização do eletrodo e o segundo problema é a tendência em mediar a oxidação eletroquímica do ácido ascórbico (aa) que é o principal interferente presente em sistemas biológicos [4]. dessa forma, estudos estão sendo realizados para produzir eletrodos modificados capazes de discriminar entre as reações de oxidação de nadh e aa e que sejam suficientemente imunes aos efeitos de adsorção. alguns eletrodos modificados conseguem resolver o problema da interferência eletroquímica na determinação destes compostos, entretanto, este aumento na seletividade é acompanhado por uma eq-vol30n04 07.pmd 26/12/2005, 19:2051 52 ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 grande diminuição na sensibilidade. em um dos trabalhos citados da literatura [6], um eletrodo de diamante dopado com boro muito sensível é utilizado para a determinação do nadh e ácido ascórbico. o potencial de oxidação do ácido ascórbico e do nadh neste eletrodo difere por 200mv, sendo que mesmo esta diferença de potenciais de pico não permite que haja uma resolução adequada dos picos voltamétricos. neste caso, a presença de ácido ascórbico é manifestada como um ombro no pico do nadh. o objetivo deste trabalho foi verificar a possibilidade da aplicação do método multivariado baseado em mínimos quadrados parciais pls (do inglês partial least square) para a análise destes compostos em misturas binárias. este estudo pode ser potencialmente útil mesmo quando superados os problemas comuns de adsorção no eletrodo, existe uma resposta inadequada devido à sobreposição de picos. usando-se métodos multivariados, como o pls, este último problema pode ser resolvido. o pls [7,8] é o método mais comumente utilizado para calibração multivariada. neste método, os sinais multivariados, como os valores de corrente medidos em diferentes potenciais do voltamograma (variáveis x) e concentrações (variáveis y) são utilizadas para estabelecer um modelo de regressão linear. para a construção do modelo de calibração, os dados são dispostos na forma de matrizes: matriz x e y, as quais contêm as variáveis independentes (x) e dependentes (y), respectivamente. estes dados podem primeiramente passar, ou não, por pré-tratamentos como o de centrar na média, escalonamento, etc . após, o processo seguinte consiste em decompor as matrizes originais em “scores” e “loadings”. é possível representar uma matriz de dados, sem a perda de informação estatística útil, pela sua matriz de “scores”, fazendo-se a redução das variáveis pela análise de componentes principais. diversos algoritmos podem ser utilizados e o modelo resultante é: onde os elementos das matrizes de t e u são os “scores” de x e y respectivamente e os elementos p e q são os “loadings”. as matrizes e e f correspondem aos erros, ou seja, a falta de ajuste do modelo. o sobrescrito t indica matriz transposta. uma relação entre os dois blocos (variáveis independentes x e variáveis dependentes y) pode ser realizada correlacionando simultaneamente os “scores” dos blocos x e y. para que se encontre uma melhor correlação possível torna-se importante manipular a informação desses dois blocos simultaneamente. no pls isto é feito por uma leve rotação das componentes principais, com consequente mudança nos valores dos “scores”. devido ao fato de ocorrer esta rotação, o termo componente principal já não é mais utilizado, no lugar deste o termo designado é o de variáveis l a t e n t e s . o número de variáveis latentes utilizados no processo de calibração é obtido por meio de validação cruzada que é uma metodologia baseada na magnitude dos erros de previsão de um dado modelo de calibração. esta avaliação é feita pela comparação das previsões das concentrações previamente conhecidas (y i , i=...n). de uma forma geral, o processo é realizado da seguinte maneira: certas amostras são retiradas do conjunto de treinamento usado para a construção do modelo de calibração. um novo modelo é construído com as amostras que sobraram. a seguir, as amostras que foram retiradas são utilizadas para a previsão, sendo calculados os resíduos referentes a esta previsão ; erros de previsão (y i _ y i ), onde y i é o valor estimado pelo modelo para a concentração. o processo é repetido com outros grupos de amostras, até que todas as amostras tenham sido colocadas fora do modelo de calibração. calculase, então, a soma dos quadrados dos erros de previsão press. a primeira versão deste método e adotada (1) (2) neste trabalho consiste em retirar do conjunto de treinamento uma amostra de cada vez. este método é chamado validação cruzada completa. o processo eq-vol30n04 07.pmd 26/12/2005, 19:2052 53ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 é repetido com uma, duas e assim por diante, variáveis latentes. para cada sistema em estudo, o número mais adequado de variáveis latentes, k, será o correspondente ao menor valor de press. a utilização do pls tem várias vantagens inerentes ao uso das técnicas multivariadas, como o desenvolvimento de um modelo que é menos sensível a ruídos porque vários valores de corrente são utilizados no modelo de calibração ao invés de um único valor e ainda existe a possibilidade de detecção de amostras anômalas (“outliers”) que depois de identificadas podem ser removidas do modelo. a detecção de “outliers” é tão importante quanto a determinação do número de variáveis latentes utilizados na calibração. para a detecção de amostras anômalas (“outliers”) usam-se duas grandezas complementares: “leverage” e resíduos de student. a “leverage” é uma medida da influência de uma amostra no modelo de regressão. um valor de “leverage” pequeno para as amostras indica que esta se encontra próxima do centro dos dados e conseqüentemente tem pouca influência na construção do modelo. um valor alto para a “leverage” significa que a amostra está distante da média e possui, dessa forma, grande influência para o desenvolvimento do modelo. amostras com altas “leverages” normalmente têm alta ou baixa concentração do analito, representam interferentes ou ainda problemas nas medidas instrumentais. uma análise cuidadosa das amostras com altos valores de “leverages” deve então ser realizada para decidir se esta deve ou não ser eliminada. com isso, temse que as “leverages” indicam se uma amostra é ou não diferente das demais, mas é necessário outro estudo, como a análise conjunta dos resíduos, para se afirmar se esta amostra corresponde realmente a uma anomalia. nos modelos de regressão , como o pls, a “leverage” ( iih ) pode ser obtida através da equação 3. que corresponde geometricamente a distância de ix é o voltamograma da i-ésima amostra , _ x é o voltamograma médio e (x t x)é a matriz de variânciacovariância. existe uma regra prática que nos permite distinguir amostras anômalas : amostras com , onde são consideradas suspeitas e devem ser analisadas. nesta expressão, n é o número de amostras do conjunto de calibração e k é o número de variáveis latentes. os resíduos constituem uma outra forma de se detectar anomalias. estes correspondem a desvios entre os dados de referência e os estimados pelo modelo. valores de resíduos altos significam que o modelo não está conseguindo modelar os dados de forma adequada. para se obter a influência de cada amostra em particular, temos o resíduo de student que para amostra i é dado como: resíduo de student i = onde iy.sre é o resíduo da concentração i corrigido pela leverage. supondo que os resíduos são normalmente distribuídos pode-se aplicar o teste t para verificar se a amostra está ou não dentro da distribuição com um nível de confiança de 95%. como os resíduos de student são definidos em unidades de desvio padrão do valor médio, os valores além de ± 2,5 são considerados altos. dessa forma, na análise do gráfico de resíduos student versus “leverage”, deve-se verificar a influência tanto das “leverages” quanto dos “resíduos”. amostras com altos resíduos e pequenos valores de leverage provavelmente apresentam algum erro no valor da concentração que deve de preferência ser medida novamente ou então esta amostra é simplesmente excluída. amostras com altos resíduos e altas “leverages” correspondem certamente à amostras anômalas e devem ser retiradas do modelo de calibração. (3) (4) (5) um objeto para o centro do modelo e das correlações entre as variáveis. nesta equação, eq-vol30n04 07.pmd 26/12/2005, 19:2053 54 ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 depois de estabelecido o número de variáveis latentes e detectada a presença de amostras anômalas, o modelo pode ser estabelecido e destinado à previsão de concentrações de novas amostras. a concentração de novas amostras pode ser estimada a partir de novos “scores” t* o dos “loadings” q do modelo de calibração, o qual pode ser substituído na equação (1), originando a equação (6): neste trabalho, após o modelo ter sido desenvolvido este foi aplicado para a determinação simultânea de amostras sintéticas de nadh e ácido ascórbico. material e métodos reagentes e soluções todos os reagentes empregados foram de grau analítico e utilizados sem tratamento de purificação prévia. o cofator b-nicotinamida adenina dinucleotídeo (nadh) e o ácido ascórbico (vc) foram de procedência da sigma chemical co (st louis, mo, usa). dihidrogenofosfato de sódio ou fosfato ácido de sódio (merck) e ácido fosfórico (merck) foram usados para preparar soluções tampão 0,2 mol l-1, ph 8,0. soluções estoques foram preparadas diariamente e utilizadas por um período máximo de duas horas, pela dissolução de nadh e ácido ascórbico em solução tampão. a concentração final da solução estoque foi de 2,32 g l-1 para nadh e 2,04 g l-1 para o ácido ascórbico. água deionisada e purificada em um sistema milli-q da millipore foi utilizada em todos os procedimentos. instrumentação todas as medidas voltamétricas de onda quadrada foram realizadas em um analisador polarográfico da eg&g princeton applied research (par) modelo 174 a que foi automatizado pelo uso de uma interface “lab made” (12bits a/d & d/a) conectado em um microcomputador ibm/pc onde os dados digitalizados correspondentes às ondas voltamétricas foram registrados e posteriormente submetidos aos tratamentos estatísticos. as curvas de onda-quadrada para as amostras foram registradas na faixa de potencial de –500mv a 1300 mv e a partir destes dados um número apropriado de pontos foi utilizado para compor a matriz para cálculos de pls. foi utilizado um sistema convencional de três eletrodos consistindo de um eletrodo de carbono vítreo como eletrodo de trabalho, um eletrodo de ag/ agcl (s) ( kcl – 3,0 mol l-1) de referência e um contra-eletrodo de platina posicionados adequadamente na célula eletroquímica. precedendo todas as medidas voltamétricas, o eletrodo de trabalho foi polido com alumina e lavado com água milli-q em abundância. os parâmetros otimizados utilizados para as análises de voltametria de onda quadrada foram: freqüência 100hz, amplitude do pulso 55 mv e incremento do pulso de 2 mv. software o pls toolbox, versão 2.0 (eigenvector technologies, manson, usa) do software matlab®, versão 6.0 (the mathworks, natik, usa), foi utilizado para o processamento dos dados. conjunto de amostras utilizadas na calibração e na validação para fins de calibração, misturas das amostras sintéticas de ácido ascórbico (aa) e nadh em tampão fosfato 0,2 mol l-1 (ph 8,0) foram utilizadas como padrões, obtendo um total de 25 soluções. a faixa de concentração das amostras variou de 2,32g l-1 a 1,06 g l-1 para nadh e de 2,04g l-1 a 0,93 g l-1 para o aa. para fins de validação outras cinco amostras sintéticas com diferentes concentrações de aa e nadh e nas mesmas faixas de concentração, foram utilizadas. resultados e discussão os voltamogramas de onda quadrada para o nadh, ácido ascórbico e para a mistura binária nadh e ácido ascórbico em meio a tampão fosfato 0,2 mol l-1 (ph 8,0) são mostrados na figura 1. o nadh apresenta um pico de oxidação em potencial (6) eq-vol30n04 07.pmd 26/12/2005, 19:2054 55ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 de 0,62 v e um outro pequeno pico em potencial de 1,5 v que não mostra alterações significativas quando do aumento da concentração de nadh. o outro composto, o ácido ascórbico apresenta um pico de oxidação em potencial de 0,38 v neste sistema. a oxidação eletroquímica do ácido ascórbico gera o ácido dehidroascórbico, com perda de dois elétrons. pode-se observar que a oxidação eletroquímica do ácido ascórbico, em faixa de potenciais próximas da oxidação do nadh causa interferências nas medidas eletroquímicas. pela figura 1 pode-se perceber claramente a sobreposição dos picos de oxidação do ácido ascórbico e do primeiro pico de oxidação do nadh. os produtos de oxidação bloqueiam parcialmente a superfície do eletrodo, tornando necessária a limpeza da superfície, que foi realizada por polimento com alumina antes de cada medida. utilizando-se este procedimento os voltamogramas apresentaramse reprodutíveis. o tampão fosfato de ph 8,0 foi escolhido porque nestas condições observa-se uma resolução um pouco melhor dos picos de oxidação dos compostos sobre o eletrodo de carbono vítreo sem perda apreciável de sensibilidade da resposta para o nadh. o modelo de calibração foi baseado na utilização dos dados referente ao primeiro pico de oxidação do nadh e do pico de oxidação do aa. em análise multivariada é importante que tenhamos somente algum tipo de informação dos analitos presentes e dessa forma, pôde-se fazer uma análise quantitativa desta mistura com bons resultados neste meio. o método dos mínimos quadrados parciais (pls) usando amostras sintéticas foi construído com os dados correspondentes aos valores de corrente medidos em diferentes potenciais do voltamograma de onda quadrada (variáveis independentes, x) e os dados de concentração (variáveis dependentes, y). a determinação foi específica para cada composto. depois de dispostos na forma de matrizes: matriz x (correspondentes a dados de variáveis, x) e matriz y (correspondentes a dados de variáveis, y), os dados foram submetidos ao pre-tratamento de centrar na média. este pretratamento corresponde a fazer com que para cada variável seu valor tenha médio zero. isto é feito, obtendo-se o valor médio para cada variável e subtraindo-o de cada um dos termos da variável correspondente. isto torna os dados mais bem condicionados para a construção do modelo. o número de variáveis latentes foi escolhido por validação cruzada, sendo utilizadas três variáveis latentes para a construção do modelo pls referente ao ácido ascórbico e quatro variáveis latentes foram necessárias para construir o modelo referente ao nadh. a presença ou não de amostras anômalas foi verificada pela utilização dos gráficos de resíduo student (sr) versus “leverage” mostrados nas figuras 2 e 3 para o ácido ascórbico e o nadh respectivamente. a presença de amostras anômalas é caracterizada pela presença simultânea de altos leverage e altos resíduo student. o gráfico referente ao composto ácido ascórbico mostra que todos as amostras estão dentro da faixa permitida para os valores de resíduo de student (2,5) e que também não apresenta nenhuma amostra com valor de “leverage” maior que que neste caso corresponde a 0,4 . no gráfico referente ao composto nadh embora as amostras estejam dentro da faixa de erro permitida, uma delas, no entanto apresenta um valor de “leverage” maior que o valor que neste caso é de 0,5. observa-se que esta amostra, no entanto têm um valor baixo de resíduo e portanto uma análise mais cuidadosa foi realizada. o modelo construído com ou sem esta amostra não apresentou resultados diferentes. verificou-se que a correspondente amostra contém um valor de figura1. voltamograma de onda quadrada de a) 1,0 g l-1 ácido ascórbico, b) 1,20 g l-1 nadh c) mistura de 2,05 g l-1 nadh e 1,85 g l-1 ácido ascórbico (aa). condições: 0,2 mol l-1 tampão fosfato ph 8,0 frequência 100hz, amplitude do pulso 55 mv e incremento do pulso de 2 mv. eq-vol30n04 07.pmd 26/12/2005, 19:2055 56 ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 concentração somente um pouco diferente das demais e por isso foi conservada no modelo de calibração constituindo-se num dado a mais. após estas análises, o modelo construído com o número necessário de variáveis latentes foi utilizado para determinar nadh e ácido ascórbico em outras amostras sintéticas. os resultados obtidos com o modelo pls e os valores para erro relativo e rmsep (erros de previsão), calculados segundo a equação 7, são mostrados nas tabelas 1 e 2 para nadh e ácido ascórbico respectivamente. onde são os valores reais das concentrações e são os valores estimados pelo modelo e n é o número de amostras. pelos resultados apresentados verifica-se que existe boa concordância entre os valores obtidos pelo modelo de calibração e os valores figura 2. gráfico de resíduo student (sr) vs. “leverage” para o ácido ascórbico. figura 3. gráfico de resíduo student (sr) vs “ leverage” para o nadh. tabela1. resultados obtidos com o modelo pls para o composto nadh. (7) eq-vol30n04 07.pmd 26/12/2005, 19:2056 57ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 reais das amostras sintéticas, verificando-se que o método pode ser utilizado para a determinação simultânea destes compostos em solução. conclusões este trabalho demonstrou que o emprego da técnica voltamétrica de onda quadrada em conjunto com o método quimiométrico pls produziu bons resultados para a determinação simultânea de ácido ascórbico e nadh em misturas sintéticas. a partir destes primeiros experimentos, pode-se em estudos posteriores empregando microeletrodos ou ultramicroeletrodos verificar a possibilidade do monitoramento de nadh in vivo, o que é de grande importância em muitas investigações fisiológicas. agradecimentos à capes pela bolsa de doutorado de r.c.barthus. recebido em: 18/08/2005 aceito em: 27/10/2005 tabela2. resultados obtidos com o modelo pls para o composto ácido ascórbico. r. c. barthus, l. h. mazo, r. j. poppi. square wave voltammetric simultaneous determination of nadh and ascorbic acid using glassy carbon electrode and multivariate calibration. abstract: in this work, the partial least squares (pls) method was applied to data obtained by square wave voltammetry for simultaneous determination of ascorbic acid and the b-nicotinamide adenine dinucleotide co-factor (nadh) in synthetic mixtures. the voltammetric curves were obtained in 0.2 mol l– 1 phosphate buffer (ph 8.0). from the results it is possible to verify that the pls method was able to determine these compounds simultaneously in the choose conditions. the results achieved for these determination provided a maximum value for the relative error of 1.7% for nadh and 2.1% for ascorbic acid. the proposed methodology is simple and further studies can make it useful for in vivo analysis. keywords: nadh; ascorbic acid; square wave voltammetry; partial least square (pls). referências [1] a. s.n. murthy, j. sharma, talanta 45 (1998) 951. [2] k.tanaka, s. ikeda, n. oyama, k. tokuda, tohsaka, analytical sciences 9 (1993) 783. [3] e.j .eisenberg, k.c. cundy , anal.chem. 63 (1991) 845. [4] g. milczarek, a. ciszewski, electroanalysis 13 (2001) 164. [5] w.b. nowall, w.g. kuhr, anal. chem. 67(1995) 3583. eq-vol30n04 07.pmd 26/12/2005, 19:2057 58 ecl. quím., são paulo, 30(4): 51-58, 2005 [6] t.n.rao, i.yagi,t.miwa, d.a.tryk, a. fujishima, anal. chem. 71 (1999) 2506. [7] h. martens, t. naes , multivariate calibration, john wiley & sons, new york 1989 . 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and pb2+ in aqueous solution with concentration range of 10-3 to 10-5 mmol l-1. the quantity of organic precursor added in the synthesis influences the characteristics of the xerogel as morphology and thermal stability, as well as the metal adsorption capacity. keywords: sol-gel; hybrid powders; pore distribution; morphology; metal adsorbent. introduction silica is an inorganic support widely used in many chemical processes aiming several scientific and technical applications [1-5]. this support has been increasingly used because it offers many advantages due for example, its high thermal and chemical stability. in addition, its surface can be easily modified with several organic or inorganic groups. in the last two decades the chemical modification of silica surfaces with organic groups was studied, mainly by using the grafting reactions [6-8]. more recently, hybrid silica based materials, obtained by using sol-gel reactions, have been also studied [9-11]. this synthesis method is attractive due to the possibility to change the physical properties, such porosity, surface area, particle size, etc, by choosing the synthesis conditions [11,12]. the sol-gel reactions used to obtain hybrid silica based materials, consist in the hydrolysis and polycondensation of appropriated silicon alkoxides such tetraethylorthosilicate (teos) simultaneously with organosilicon derivatives as r-si(or’) 3 where r is the desired organic group. the mild reaction conditions afford an opportunity to incorporate several organic species by choosing the appropriated reagent. if the organic species present chelating groups, the resulting materials can act as metal chelating sorbents. the possibility of prepare sorbent materials with controlled physical properties, as surface area and pore diameter, allows their use for selective trace metal evaluation in analytical measurements [13-16]. even so, this method was not extensively explored to obtain metal sorbent materials. in this work, the 3-(1,4phenylenediamine)propylsilica was obtained by the sol-gel reaction. changes in the physical properties were attained by varying the organic/inorganic precursor ratio, in the synthesis. the organic grade incorporation, the thermal stability and the resulting porosity of the hybrid xerogels were studied by using infrared thermal analysis and n 2 adsorption desorption isotherms. the hybrid xerogels were used as metal adsorbents for divalent copper, cadmium and lead ions in aqueous medium. the metal determination was carried out by visible spectrophotometry. eq-vol30n04 06.pmd 26/12/2005, 19:2043 44 ecl. quím., são paulo, 30(4): 43-49, 2005 experimental sol-gel synthesis the 1,4-phenylenediamine was activated with sodium hydride (acros) in 10 ml of aprotic solvents mixture (toluene:thf) (1:1) (merck) for 30 minutes, and 3-chloropropyltrimethoxysilane (cptms, merck,) was added. the quantities used were stoichiometric, 5 and 8 mmol for the synthesis a and b, respectively. the mixtures were stirred under argon at solvent-reflux temperature for a period of 5 hours. the solutions were then centrifuged, and the supernatants that contain the 3-(1,4-phenylenediamine)propyl trimethoxysilane were used as sol-gel organic precursors in the gelation process. afterwards, tetraethylorthosilicate (teos, acros) (5 ml), ethyl alcohol (5 ml, merck), hf 40 % (0.1 ml, synth) and water in stoichiometric ratio with si r=4/1 (1.6 ml), were added to each organic precursor solutions, under stirring. the gelation occurs by a fluoride nucleofilic catalytic process, at ph between 8 and 9. the mixtures were stored for a week, just covered without sealing, for gelation and solvent evaporation. the obtained materials were extensively washed using the solvents: toluene, thf, dichloromethane, ethyl alcohol, distilled water and ethyl ether. the xerogel materials were finally dried for 30 minutes in an oven at 100 oc. the resulting xerogel powders were designated as samples a and b. elemental analysis the organic phase contents were obtained using a chn perkin elmer m chns/o analyzer, model 2400. the analyses were made in triplicate, after heating the materials at 100 oc, under vacuum, for 1 hour. pore size distribution the pore size distribution was obtained by the n 2 adsorption-desorption isotherms, determined at liquid nitrogen boiling point, using a homemade volumetric apparatus, connected to turbo molecular edwards vacuum line system, employing a hg capillary barometer for the pressure measurements. the apparatus is frequently checked with alumina standard reference. the hybrid materials were previously degassed at 150 oc, in vacuum, for 2 h. figure 2: pore size distribution of xerogel samples a and b, obtained by using bjh method. figure 1: ftir absorbance spectra for xerogel samples a and b, obtained at room temperature, after heating in vacuum, for 1 hours at: a) 100, b) 200, c) 300, d) 350, e) 400 and f) 450 oc. the bar value is 0.2 for both samples. eq-vol30n04 06.pmd 26/12/2005, 19:2044 45ecl. quím., são paulo, 30(4): 43-49, 2005 surface area the specific surface area of the previous degassed solid at 150 oc, under vacuum, was determined by the bet multipoint technique in the volumetric apparatus, cited above, using nitrogen as probe. infrared measurements self-supporting disks of the xerogels, with an area of 5 cm2, weighing ca. 100 mg, were prepared. the disks were heated for 1 hour to temperature ranging from 100 to 450 oc, under vacuum (10-2 torr), using an ir cell [17]. the disks were analyzed in the infrared region using a shimadzu ftir, model 8300. the spectra were obtained with a resolution of 4 cm-1, with 100 scans. the infrared thermal analysis is a very effective tool to investigate the presence and the distribution of the organic phase in hybrid xerogel materials with covalent organic-inorganic interface. the analysis is based on the evolution of the infrared band areas of the organics in relation to the thermal treatment [17]. the organics dispersed in opened pores are completely desorbed when heat treated up to 450 oc, in vacuum. however, the remaining organic bands, that not vanish, are attributed to trapped organics in closed pores. thus, it is possible to calculate the relative organic coverage ie. organic groups that are really on the surface, in opened pores. this is obtained subtracting the band area corresponding to the organic trapped groups from band areas of the organic total content. the organic band area values are obtained by using the overtone silica band at ca. 1870 cm-1 as a reference band. this normalization was necessary, considering the heterogeneity in the disks thickness and taking into account the position changes of the infrared beam. pre-concentration procedure a 5.00 ml of solution containing individually cd2+ (8.90 10-6 – 3.11 10-3 mol l-1), cu2+ (1.57.10-5 – 1.57.10-2 mol l-1), and pb2+ (4.83.10-6 – 4.83.10-3 mol l1) solution plus 20.0 ml of nach 3 co 2 -hch 3 co 2 buffer solution (ph 5.1) were transferred to a 50 ml conical polyethylene flask containing 20.00 ± 0.09 mg of hybrid xerogel sorbent. the system was putted in a horizontal shaker (360 min) in order to concentrate the analytes. subsequently, the solid phase was separated from aqueous phase by filtration, being the aqueous phase retained for analysis. the elements, which were not retained in the xerogel sorbent, were spectrophotometrically determined. the elements cd2+ and pb2+ were determined using 4-(2-pyridylazo)-resorcinol (par, 2.0.10-4 mol l-1) at λ= 510 and 540 nm [18], respectively, and cu2+ was determined using sodium diethyldithiocarbamate (ddtc, 8.9.10-3 mol l-1) [19] using an femto 600 s spectrophotometer, according to the following procedure: an aliquot of 500 µl of aqueous phase and/or analyte standard table 1: elemental analysis and surface area of the obtained xerogels. a mmol de organic groups per gram of xerogel, obtained from chn analysis. figure 3: metal ion adsorption isotherms of xerogel samples a and b, obtained at 25 oc, in aqueous solution for cu2+. eq-vol30n04 06.pmd 26/12/2005, 19:2045 46 ecl. quím., são paulo, 30(4): 43-49, 2005 solution plus 1000 µl of 0.25 mol l-1 na 2 b 4 o 7 0.07 mol l-1 hno 3 (ph 9.1) plus 500 µl of chromogenic reagent were added to a hellma glass curvette (10 mm of optical path). the analyte solutions with concentration higher than those cited above were properly diluted with distilled water. the metal ion adsorption capacity of the solid phase (n f ), obtained in the saturation plateau, was calculated by applying the equation n f = (n a – n s ) / m, where n a is the initial metal quantity added, n s is the metal quantity present in the solution, in equilibrium with the solid phase, and m is the weight of the solid phase. results two samples of hybrid xerogels were obtained and their chn elemental analysis and the surface area results are showed in table 1. the presence of the organic component of the hybrid materials can be by confirmed by the elemental chn analysis, which showed 0.6 and 0.5 mmol of organic groups per gram of xerogel for samples a and b respectively. the sample a presented the higher value for surface area, 180 m2g-1. the immobilization of the 3-(1,4phenylenediamine)propylsilica groups on the matrix surface was also confirmed by the infrared analysis showed in the figure 1. it can be observed the typical spectra of hybrid material, with both organic and inorganic moieties. the inorganic component can be identified from the typical silica overtone bands at ca. 1870 cm-1 and the silanol stretching bands above 3500 cm-1. the organic phase is clearly identified by the bands at 1517 cm-1 corresponding to the aromatic ring modes, bands at 3060 and 2930 cm-1, are attributed to aromatic and aliphatic c-h stretching modes, respectively, and also the n-h stretching at ca. 3390 cm-1 [20]. the presence of the organics in the samples even after heat treated at 300 oc, in vacuum, is an evidence of the high thermal stability of the organic moieties, bonded in the covalent form [17]. the pore size distribution of the xerogel samples are showed in the figure 2. it can be seen that the sample a presented a large fraction of pores with diameter higher than 4 nm, while in the sample b the pores presented diameter values lower than 4 nm. the metal adsorption results for the samples a and b are presented in the figures 3, 4 and 5, respectively for cu2+, cd2+ and pb2+. the xerogel sample a showed higher adsorption capacity than xerogel b, for the three studied metals (table 2), and the best adsorption capacity was attained for copper 0.62 mmol g-1. discussion although the organic quantity added during the synthesis was lower for the sample a in relation to the sample b, the final organic content expressed in mmol per gram of xerogel, was 0.6 for a and 0.5 for b. in previous works, it was observed that the organic grade in the final hybrid xerogel was not linear with the organics/teos ratio used in the synthesis, and saturation in organic grade was attained [21]. additionally, the quantity of oligomers formed increases with the organics/ teos ratio increasing [22], which causes a major leaching process during the washing with different solvents after the synthesis [23]. in the infrared spectra of the figure 1 it can be seen that the organic component present thermal stability even after heat treatment in vacuum at 400 oc. further thermal treatment at 450 oc causes a decreasing in the organic content mainly visible for sample a. in the figure 6 is showed a more complete interpretation of these results. considering that the characteristic band area of the organics is related to the organic content of the table 2: metal adsorption capacities (n f ) of the xerogel samples. a = mmol of metal adsorbed per gram of xerogel. eq-vol30n04 06.pmd 26/12/2005, 19:2046 47ecl. quím., são paulo, 30(4): 43-49, 2005 sample, it can be seen that samples a and b present a similar organic content, after thermal treatment up to 100 oc, according to chn results showed in table 1. the better thermal stability was achieved for the sample a, since their remaining organic contents decreased near 25%, after heat treatment up to 400 oc, while for sample b the decreasing was 49%. the marked reduction in the remaining organic grade for the sample b was interpreted taking into account the formation a large quantity of oligomeric species during the synthesis, as above proposed. further thermal treatment up to 450 oc produces desorption of all the organic groups from the surface, as observed by the sharp reduction of the remaining organic content for the sample a (figure 6). after thermal treatment up to 450 oc the organic groups which cover the surface were completely desorbed, and the remaining band area are due to the organics trapped in closed pores [17]. the trapped organic amount was 11 and 35 %, for samples a and b, respectively. thus, considering the surface organic coverage, the best sample is the a, that has 89 % of the total organics (0.6 mmol g-1, table 1), in opened pores, corresponding to 0.53 mmol of available organic groups per gram of xerogel, while sample b presents only 65 % of total organics (0.5 mmol g-1, table 1) in opened pores, corresponding to only 0.33 mmol of available organic groups per gram of xerogel (table 2). the larger amount of organics in opened pores for sample a is in accordance with the pore size distribution analysis presented in figure 2, which shows a higher porosity for this sample. the adsorption capacity behavior showed in table 2 can be explained by the samples features discussed above. the sample a really presents the best characteristics to be used as metal adsorbent since it presents a higher surface area, a proper pore size distribution and a larger surface organic coverage. the isotherm curves (figures 3-5) present some characteristics that deserve to be discussed. in a general way the isotherms were similar to the subgroup 4-l type [24], where the sorbent presents a second surface that can be formed during the adsorption process. in present situation, the organic moiety has two chelating sites per pendant group with different steric availability, as represented in the scheme 1. additionally we have to consider the morphological effects since the samples present a large fraction of small pores with diameter lower than 3 nm, which could make important diffusion effects for both sites, mainly in the low metal ion concentration. all these features can explain the differences between the isotherm plateaus, i.e. the value of the adsorption capacity for the second isotherm plateau was not twice the first one. figure 4: metal ion adsorption isotherms of xerogel samples a and b, obtained at 25 oc, in aqueous solution for cd2+. figure 5: metal ion adsorption isotherms of xerogel samples a and b, obtained at 25 oc, in aqueous solution for pb2+. figure 6: relative remaining organic content of the xerogel samples a and b calculated from the band areas of the infrared ring mode at 1517 cm-1, after thermal treatment at each temperature. eq-vol30n04 06.pmd 26/12/2005, 19:2047 48 ecl. quím., são paulo, 30(4): 43-49, 2005 conclusions the hybrid 3-(1,4phenylenediamine)propylsilica xerogel was prepared adding two different quantities of organic precursor, 5 and 8 mmol per 22 mmol of teos, samples a and b, respectively. however the final organic content was similar for both, 0.6 (a) and 0.5 (b) mmol g-1 of xerogel. the sample a presented a higher thermal stability, surface area and porosity. on the other hand, the lower final organic content and lower thermal stability of the sample b was interpreted considering the formation of oligomeric species during the synthesis. the sample a showed a lower fraction of organics occluded in closed pores, and consequently high organic coverage, i.e. organics j. c. p. vaghetti, j. l. brasil, t. m. h. costa, e. c. lima, e. v. benvenutti. influência das condições de síntese nas características e nas propriedades de adsorção de metais do xerogel 3-(1,4fenilenodiamina)propilsílica. resumo: o xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina)propilsílica foi obtido partindo-se de duas quantidades de precursor orgânico (5 e 8 mmol) para 22 mmol de teos, na síntese. as amostras dos xerogéis foram caracterizadas usando-se análise elementar chn, isotermas de adsorção e dessorção de n 2 e termoanálise no infravermelho. os xerogéis foram usados como adsorventes metálicos para cu2+, cd2+ e pb2+ em meio aquoso, na faixa de concentração de 10-3 até 10-5 mmol l-1. a quantidade de precursor orgânico adicionado na síntese influencia nas características do xerogel como morfologia e estabilidade térmica, como também na sua capacidade de adsorção de metais. palavras-chave: sol-gel; pós híbridos; distribuição de poros; morfologia; adsorvente metálico. in the surface. these characteristics influenced markedly the metal adsorption capacity, making the sample a better metal adsorbent. acknowledgements we thank to fapergs (fundação de amparo à pesquisa no estado do rio grande do sul) and cnpq (conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico, brasil), for fellowship and financial support. recebido em: 14/09/2005 aceito em: 04/11/2005 references [1]. a. vinu, k. z. hossain, k. ariga, j. nanosci. nanotechnol. 5(3) (2005) 347. 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isoconventional methods as linear equations of ozawa-flynn-wall and kissinger-akahira-sunose (kas) were used to obtain the kinetic parameters from tg and dta curves, respectively. despite the fact that both dehydration and volatilisation reactions follow the linearity by using both methods, only for the volatilisation reaction the validity condition, 20£ e/rt£ 50, was verified. key-words: 8-hydroxyquinolinate, aluminium, kinetic parameters, tg, dta, volatilisation. introduction 1. aluminium 8-hydroxyquinolinate it has been found out that the complete precipitation of the aluminium ion by the 8hydroxyquinolinate anion to form al(c9h6on)3, occurs from ph 4.29 to higher ph values. this reagent has been used to separate the aluminium ion from the beryllium, alkali earth metal and http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt01 magnesium cations as well as from the phosphate anion2,3,9. borrel and paris4 studied the precipitation of several metallic oxinates, among them that of the aluminium ion. al(c9h6on)3 was prepared in 0.1 mol l-1 hcl, with 10% excess of 8hydroxyquinoline, heated up to 70-80°c, washed by hot water decantation, filtered under vacuum and stored at room temperature. tg curves showed dehydration and thermal decomposition with formation of al2o3. charles and langer8 prepared complexes of aluminium ion in aqueous solutions, which were washed with distilled hot water in order to obtain total elimination of the ligand excess. the compounds were previously dried at room temperature and the drying was completed in vacuum at 50oc. tg curves allowed to verify the volatilisation of these compounds. the thermal behaviour of aluminium quinolinate and their derivatives were studied by wendlandt and horton18 through the differential thermal analysis in an argon atmosphere. the partial volatilisation of the aluminium complex was observed by charles and perroto7 through tg and dta curves also in argon atmosphere. the thermogravimetric study of aluminium oxinate obtained by three different procedure was done by keattch13. tg curves showed the dehydration and thermal decompositions to al2o3 at 150 and 700°c, respectively. critical study using 8-hydroxyquinoline as gravimetric reagent for the aluminium ion was done by chalmers and mohammed abdul basit6, through modification in experimental conditions described by berg9. they verified the co-precipitation of 8-hydroxyquinoline and formation of polynuclear species, besides the volatilisation when this compound was submitted to heating. 2. theoretical of non-isothermal integral isoconvertinal methods the general equation10 for the reaction rate in an isothermal condition has been written as: in which da/dt is reaction rate, f(a) is reaction model, a is the pre-exponential factor, e is the activation energy, t is the temperature, and r is the gas constant. under non-isothermal condition, at a constant heating rate b =dt/dt, the explicit temporal dependence in equation (1) may be rewritten as: considering the integral form and e/rt=x: considering –e/rt0>>1, the integral temperature pn may be obtained as being: assuming n=0, the equation (4) may be simplified to the form p(x), whose doyles approximation� [1] from 20£ x£ 46 is given as: using the doyles approximation and logarithmic form of the equation (3) the linear equation of� ozawa-flynn-wall12,15 can be obtained: to small intervals and considering the same extension of reaction a in a series of experiments in different heating rate : the pre-exponential factor, a, may be obtained through the following equation: and the lifetime (tf) may be estimated from toop equation16. where tf is the temperature in which the system is exposed and tp is the temperature at which the mass loss is 5%. the kissinger-akahira-sunose method1,5,14, kas method, may be originally obtained through derivation of the equation (2), logarithm application and posterior rearrangement as given bellow: as (peak temperature) this equation is valid at any given conversion and according to which, 20£ x£ 50: experimental an aqueous solution of aluminium ion was added, under constant stirring, to an excess of 8hydroxyquinoline dissolved in acetic acid, and a precipitate was obtained when raising the ph to 9.5. the precipitate was washed with diluted ammonia aqueous solution to eliminate the excess of 8-hydroxiquinoline, dried at 60°c in a mechanical convection oven. after wet digestion with a mixture of concentrated sulphuric acid and hydrogen peroxide 30% solution in water, the aluminium content was determined by gravimetric analysis3 as al2o3. the 8-hydroxyquinolate content was determined by a bromatometric method using standard na2s2o3 solution and soluble amide as an indicator3, as well as, by elemental analysis (c, n, h). the water content was determined from the tg curves. tg/dta curves were obtained using a sdt 2960 equipment from ta instruments in a dynamic atmosphere of n2 (100 ml min-1), a-al2o3 crucible and sample weight of about 2 mg. the data were evaluated to obtain kinetic parameters by kas method1,14. ozawa15 and flynn et wall12 methods were also used by means of a software of the ta instruments. results and discussion through analytical and thermal analytical methods it has been verified that the compound presents the composition al(c9h6on)3.2.5h2o, table 01. through the tg curves of the compound in a nitrogen atmosphere (figure. 01) two steps of mass loss, the first due to dehydration at 210°c and the second attributed to sublimation/vaporisation of the anhydrous complex at 250-480°c, were observed. during the sublimation/vaporisation process http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 and probably in its very ending, which takes place until 500°c, some thermal decomposition is occurring, resulting in a mixture of carbonaceous and oxide residues. the dtg curves (figure 01) indicate that the process of sublimation/vaporisation occurs through consecutive steps, table 02. the dta curves showed a first broad endothermic peak due to dehydration (figure 02 and table 02). regarding the sublimation/vaporisation and thermal decomposition process (figure 03 and http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 table 02) it can be observed that for the 2.5°c min-1 rate only the sublimation occurs while for the 5 and 10°c min-1 rates three different processes can be verified: partial sublimation, fusion of the anhydrous compound at about 414°c and the vaporisation with probable thermal decomposition until 480°c. the relation between sublimated and vaporised complex and the remaining residues quantities depend on the heating rate. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 for a equal a constant, the plot log b vs. 1/t, ozawa/flynn/wall method (figures 4 and 5) show straight lines whose slopes give ea/r values. from these values a number of activation energies are obtained depending on the extent of the conversion that consequently allows the obtainment of the pre-exponential factor and half-lifetime. in table 03 are presented values of ea, log a, t1/2 and t1/2 in 5% of conversion to both first and second stages of reaction. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig04 in the figures 6 and 7, the plot log b/t2 vs. 1/t, kas method, show a straight line obtained through linear fit, whose slope gives –ea/r value from which is obtained the activation energy that gives subsides to estimate the pre-exponential factor, table 03. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig06 the most precise approximation to kinetic parameters, that is, when 20£ x£ 50, was only obtained in the second stage by using both methods, despite the fact the linearity has also been obtained in the first stage which is the dehydration reaction. comparing the results of the kinetic parameters from both methods it can be verified differences between values found. the lower ea value obtained in the second stage through kas method may be ascribed to the influence of the partial thermal decomposition, generally an exothermic reaction, on the sublimation/volatilisation process which is endothermic. it might not have happened in the ozawa method because the evaluation was done at the beginning of the process, probably still without any contribution of the thermal decomposition. although the ea values to dehydration reaction eliminate the validity interval required to x, it has been shown by vyazovkin17 that the linear procedures gives quite satisfactory values of ea at x>13 to kas method. concluding remarks the isoconversional methods allow the ea to be determined as a function of the extent of conversion and/or temperature. this dependence is determined without making any assumptions about the reaction model. both of the advantages that can be attributed to kas method are that it can locate the peak maximum temperature besides the unnecessary knowledge of the reaction mechanism to calculate the ea. nevertheless its dependence on the accuracy of the peak position may be the main disadvantage of the method. considering the difficulty in locating the values the a maximum and other parameters associated with the peak maximum temperature by using kas method, the ozawa method probably gave better results. acknowledgement the authors acknowledge the fapesp (proc. 90/2932-4 and proc. 93/0256-0), and cnpq/padct ii (proc. 62.0651/94.6) for financial support. ribeiro, c. a. et al. cinética não isotérmica de desidratação e volatilização do 8hidroxiquinolinato de alumínio no estado sólido. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. resumo: al(c9h6on)3.2,5h2o foi precipitado a partir de mistura de solução aquosa do íon alumínio e solução ácida de 8-hidroxiquinolina, e o ph ajustado a 9,5 com solução aquosa de amônia. curvas tg em atmosfera de nitrogênio apresentam perdas de massa devido a desidratação, volatilização parcial ( sublimação e vaporização) do composto anidro seguido por decomposição térmica com a formação de uma mistura de resíduos carbonaceos. a relação entre sublimação e vaporização dependem da razão de aquecimento utilizada. os métodos isoconvenciais integrais não isotérmicos como as equações lineares de ozawa-flynn-wall e kissinger-akahira-sunose (kas) foram usados para obter parâmetros cinéticos a partir de curvas tg e dta, respectivamente. apesar das reações de desidratação e de volatilização seguirem a linearidade por ambos métodos, somente foi verificado a condição de validade, 20£ e/rt£ 50, para a reação de volatilização. palavras-chave: 8-hidróxiquinolinato, ion alumínio, parâmetros cinéticos, termogravimetria, análise térmica diferencial, volatilização. references 1 akahira, t.; sunose, t. res. report chiba inst. technol., v.16, p.22, 1971. 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flow-injection analysis; cvaas; modified silica; preconcentration. introduction heavy metals (e.g., hg) at trace levels are provenly toxic elements and can cause human health disorders [1-3]. since the main sources of mercury for humans are water and food, the monitoring of mercury content in natural waters is of paramount importance [4-6]. mercury contamination in environmental samples is usually caused by less than 1 mg l-1 of this element, thus requiring highly sensitive techniques to determine and quantify its presence. several analytical techniques exist to determine mercury at trace levels [7-20]. one of these techniques is cold vapor atomic absorption spectrometry (cvaas), which is suitable due to its high sensitivity for accurate determinations of mercury [11, 14, 18]. however, cvaas technique’s selectivity and sensitivity to environmental samples is strongly dependent on the matrix components [19]. preconcentration steps based on amalgamation onto a gold trap have been used to enhance the sensitivity in mercury determinations by atomic absorption spectrometry [7-10, 15, 16]. the flow injection preconcentration technique is useful for application in determining mercury by cvaas, providing improved performance by enhancing the sensitivity, separating the analyte from the matrix, and decreasing of the risk of contamination [13, 18, 20]. in recent years, studies have focused on the use of chemically modified silica gel matrices 48 ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 with various groups to chelate organofunctional groups designed for the adsorption and preconcentration of metal ions in aqueous media [21-27]. the literature contains descriptions of columns packed with chemically modified silica gel with groups attached having a selective affinity for mercury ions [22-26]. a manual procedure with this sorbent packed column has been proposed for pre-concentrating mercury [25, 26]. however, the routine applicability of this procedure is limited by the time-consuming analysis it involves (100 min for each determination). this paper describes the analytical performance of a flow injection system with online preconcentration in a sorbent mini-column packed with 2-aminothiazole modified silica (siat) gel for determining mercury in a series of spiked river water samples. the system proposed here was tested initially on a synthetic aqueous solution containing trace levels of mercury, and was subsequently applied to spiked river water samples. materials and methods reagents, analytical solutions and samples all the solutions were prepared with high purity chemicals and distilled-deionized water (milli-q system, millipore). the hydrochloric and nitric acids used were suprapur (merck). a solution of 10% m/v sncl 2 in 6 mol l-1 hcl was prepared daily by dissolving the appropriate amount of the salt (merck) in about 50 ml of concentrated hydrochloric acid and diluting it in up to 100 ml of water. standard mercury solutions (80 – 800 ng l-1) were prepared by stepwise dilution from 1000 mg l-1 stock solution (merck – titrisol) with milliq water, acidified with nitric acid to ph 2. the 2-aminothiazole modified silica (siat) was prepared as described by alcântara et al. [28]. the column (a 5 cm long glass tube with 3 mm i.d.) was dry-packed with 100 mg of siat. samples collected from natural water (tietê, parapanema and paraná rivers, sp, brazil) were immediately filtered through a 0.45 µm membrane. after acidification (ph < 2.0) with 6.0 mol l-1 hno 3 solution, the samples were stored in highly purified pe containers. a volume of 50 ml water sample and 30 µl of 1000 µg l-1 hg(ii) were added to a 100 ml volumetric flask and the resulting solution diluted to the final volume with water. the river water samples spiked with 300 ng l-1 hg(ii) were digested by photocatalysis in the presence of 100 mg of tio 2 and 0.01 mol l-1 potassium persulfate. mineralization of river water samples spiked with hg(ii) the mineralization of river water samples spiked with 300 ng l-1 hg(ii) were performed in a quimis cylindrical photoreactor thermostatted at 25°c (298k) with luminous intensity of 3.81mw/ cm2 . nitrogen was bubbled into the sample before conducting the experiment to remove excess oxygen. a beckman model pma 2100 radiometer was used to measure the luminous intensity. a mass of 100 mg of tio 2 and 2,70 g k 2 s 2 o 8 were suspended in 100 ml of samples and stirred for 60 min under mechanical agitation. the photocatalytic reaction was conducted with the reactor open to the air. after the period of time, the tio 2 was separated of solution by fitration using 0.22µm millipore filters and the organic carbon concentration was determined using total organic carbon analizer shimadzu/toc-v cph . apparatus a shimadzu model aa-6800 atomic absorption spectrometer equipped with a hollow mercury cathode lamp and a deuterium lamp for background correction, and a homemade t-shaped acrylic flow cell with quartz windows (190 x 4 mm) were used. the spectrometer’s monochromator was adjusted to 253.7 nm (the resonance line corresponding to a wavelength of great sensitivity for mercury) and the spectral-resolution to 0.5 nm. the atomic signal was measured in peak height mode. an ismatec model ipc-8 peristaltic pump equipped with tygon pumping tubes (i.d. 0.5 mm) and a homemade perspex injector-commutator were used in the flow injection system. preconcentration system figure 1 shows the flow diagram of the siatpacked mini-column system, which consisted of a peristaltic pump (1), an injection valve-1 (2), a minicolumn packed with siat (4), a loop-l r (5), a reaction cell (6) coupled to the aas flow cell (10), 49ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 and a n 2 line (9) crossing the injection valve 3 (8). standard solutions or water samples in the 80 – 800 ng l-1 hg(ii) concentration range were passed through the column at 0.5 ml min-1 for 4 min. to sorb the hg(ii) in the column with the opening valve-1 (2). the mercury was eluted with 100 µl of 2.0 mol l-1 hcl solution and added through the injection valve-1 (2) at 1 ml min-1. the eluted hg(ii) ions were transported to the reaction cell (250 x 10 mm) through the opening of loop-l r (5). after valve1 and loop-l r were switched, the injection valve2 (7) was opened and a volume of 500 µl of 10% m/v sncl 2 in 6.0 mol l-1 hcl solution was added to reduce the hg(ii) ions to mercury vapor. the mercury vapor generated was carried out with a nitrogen flow by opening the injection valve-3 (8) towards the flow cell of the spectrometer (10), and the signal was recorded in peak height mode. figure 1. flow injection system for mercury preconcentration by cold vapor atomic absorption spectrometry: 1 – peristaltic pump; 2 – injection valve-1; 3 – aqueous discharge; 4 – mini-column; 5 – loop-l r ; 6 – reaction cell; 7 – injection valve-2; 8 – injection valve-3; 9 – n 2 flow; 10 – aas flow cell; 11 – aqueous discharge; 12 –mercury vapor discharge in 0.50 mol l-1 kmno 4 /h 2 so 4 4 mol l-1 solution. figure 2. effect of flow rate on peak absorbance: a – preconcentration flow rate; b – elution flow rate. figure 3. effect of ph on mercury preconcentration in the mini-column packed with 100 mg of siat. a bs or ba nc e a bs or ba nc e 50 ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 figure 4. influence of eluent concentration on peak absorbance: eluent –1, hcl; eluent-2, hno 3 . figure 5. influence of n 2 flow rate in the hg carrier stream on the peak absorbance. reducer volume (sncl 2 ): a – 50 µl; b – 100 µl; c – 250 µl; d – 1000 µl; e – 500 µl. figure 6. influence of hcl and sncl 2 concentrations on the formation and generation of hg vapor (experimental conditions: hg(ii) = 600 ng l-1; ph = 5.0; 500 µl of 10% m/v sncl 2 ; hg carrier stream – 20 ml n 2 min-1): a – 6 mol l-1 hcl; b – 3 mol l-1 hcl; c – 1 mol l-1 hcl. figure 7. calibration graphs for different sampling times (experimental conditions: ph = 5.0, 2 mol l1 hcl with eluant, eluant flow rate – 1.5 ml min-1; 500 µl of 10% m/v sncl 2 and hg carrier stream – 20 ml n 2 min-1 ): a – 3 min, b – 4 min, and c – 5 min at a flow rate of 1.0 ml min-1. a bs or ba nc e a bs or ba nc e a bs or ba nc e a bs or ba nc e 51ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 figure 8. calibration graphs: a – without preconcentration; b – with preconcentration in a gold minicolumn; c – with preconcentration in a siat minicolumn (experimental conditions: ph = 5.0, 2 mol l-1 hcl as eluant, eluant flow rate of – 1.5 ml min-1; 500 µl of 10% m/v sncl 2 and hg carrier stream – 20 ml n 2 min1, sampling time = 5 min at a flow rate of 1.0 ml min-1). avolume added/volume eluted table 1. enrichment factor and efficiency of mercury preconcentration minicolumn (mercury concentration = 400 ng l-1; eluent – 100 ml of 2 mol l-1 hcl solution; flow rate – 1.5 ml min-1) a bs or ba nc e 52 ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 table 2. tolerance limits of interfering ions (400 ng l-1 of hg(ii), 5 min sampling time) table 3. determination of mercury in different water samples (spiked with 300 ng l-1 hg(ii)) by cvaas with on-line preconcentration in a siat-packed minicolumn, with and without digestion by uv-photolysis. samples from: 1 – tietê river; 2 – parapanema river; 3 – paraná river uv-p: digest samples by oxidizing with uv-photocatalysis 53ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 results and discussion effect of physical and chemical parameters in order to adjust the physical and chemical variables for mercury preconcentration and elution, the following parameters were tested. the preconcentration and elution flow rates were varied from 0.5 to 3 ml min-1 while the amount of injected mercury was kept constant at 600 ng l-1. as shown in fig. 2 (graph a), optimum signal absorbance was obtained at a flow rate of about 1.0 ml min-1. the sensitivity increased with increasing elution flow rate (fig. 2, graph b.), remaining constant at 1.5 ml min-1. as a compromise between the sampling rate and sensitivity, the preconcentration and elution flow rates selected were 1.0 and 1.5 ml min-1, respectively. various column lengths and inner diameters were tested, resulting in the selection of 4 cm and 2 mm diameters, respectively, as a compromise between loading capacities and eluant volumes. the effect of ph on mercury sorption in the column’s reactive phase was evaluated by varying the ph in the 1 5 range [19] with a constant injection of 600 ng l-1 of mercury solution and 3 min. sampling time. figure 3 shows that the sorption of hg(ii) ions decreased with the solution’s acidity and ph 5.0 was optimal for the sorption of hg(ii) ions. a ph of 5.0 was chosen for further experiments, using 5.10-3 mol l-1 of acetate buffer. the elution efficiency of hg(ii) ions was investigated using hno 3 and hcl in different concentrations. fig. 4 depicts the influence of eluant concentrations, indicating that the hcl solutions proved the most favorable for eluting hg(ii) ions. however, the elution efficiency improved as the hcl concentration was increased up to 2 mol l-1. therefore, the 2 mol l-1 hcl solution was chosen as eluant. the formation and generation of mercury vapor were investigated by varying the concentrations of reducing agent (5 20% m/v sncl 2 ), the concentrations of hydrochloric acid (1 10 mol l-1), the volume of sncl 2 (50 1000 µl) and the hg carrier stream (10 50 ml min-1 n 2 ). the results obtained in these experiments, which are illustrated in fig. 5 and fig. 6, indicate that, when the n 2 flow rate was increased from 10 to 50 ml min-1, the highest absorbance peak for the solution containing 600 ng l-1 hg(ii) was reached with a n 2 flow rate of 20 ml min-1 and a 10% m/v sncl 2 volume (in 6 mol l-1 hcl solution) of 500 µl. analytical performance a linear calibration curves were obtained for the 80 – 800 ng l-1 range of hg(ii) preconcentrated for 3, 4, and 5 min (volumes injected in triplicate at a flow rate of 0.5 ml min-1). the results obtained are illustrated in figure 7, which indicates that the calibration slopes increased, though not in proportion with the increasing preconcentration time; hence, the retention efficiency was not constant. the experimental preconcentration factor, calculated as the ratio of slopes in the calibration graphs obtained from preconcentrations in the minicolumn packed with siat (a= 9.83 x 10-3 + 1.92 x 10-4[hg2+]), the preconcentration in the gold minicolumn (a= 4.66 x 10-3 + 9.70 x 10-5[hg2+] ) and no preconcentration (a= 5.145 x 10-4 + 6.60 x 10-6[hg2+] ), was evaluated under the same conditions as described previously. figure 8 shows the aforementioned calibration graphs. the preconcentration factor, calculated by comparing the calibration graph with preconcentrations (figure 8, graph c) against the calibration graphs without preconcentrations (figure 8, graph a) and with the preconcentration in the gold minicolumn (fig.8, graph b), was 29 and 2, respectively. differences between the preconcentration factor and the added and eluted volumes may occur due to loss of efficiency with increasing sample volumes. as it can be seen in table 1, the preconcentration efficiency declined from 98% to 92% when the sample volumes passed through the column increased from 3 to 5 ml. the preconcentration factor under these conditions increased from 29 to 46. the precision, expressed as rsd for twelve independent determinations, was 4% for 200 ng l1 hg(ii) solutions. the detection limit (lod) calculated on the basis of 3 sd/b, were b is the slope of the calibration curve c illustrated in figure 8 and sd the standard deviation of 10 consecutive measurements of blank solution, was 5 ng l-1. the repeatability of column preconcentrations, expressed as sd and tested by sampling a 400 ng l-1 hg(ii) solution for 5 min through 12 independently prepared minicolumns, was approximately 95 ± 6. the influence of dissolved salts on the preconcentration of hg(ii) was evaluated by adding 500 µg l-1 of cu(ii), ni(ii), fe(iii)/fe(ii), pb(ii), zn(ii), mn(ii), cd(ii), cl-, no 3 -, s0 4 2and po 4 3-. the interference study (table 2) showed that 54 ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 the proposed method is fairly selective for hg(ii) and that clcaused most of the interference. this was attributed to the formation of chlorocomplexes of mercury (hgcl 4 2-). however, the interference of this anion in water samples can be eliminated by using the digestion procedure proposed in this work. in this procedure the clions are convert to cl 2 by oxidizing photocatalysis in the presence of 100 mg of tio 2 and 0.01 mol l-1 potassium persulfate. in this conditons the hg(ii) ions to remain stable in the solutions. determination of mercury in river water samples the proposed method was successfully applied in mercury recovery tests using river water samples containing 20 -25 mg l-1 of dissolved organic carbon. the results achieved through the proposed method are illustrated in table 3, which shows recoveries of up to 97% were attained in predigested samples and 70% in undigested samples. this difference between the recovery results, was attributed to the formation of inert complexes of mercury with aquatic humic substances (hs), which are less accessible for the functional groups of the collector [25]. after digestion (by oxidizing with photocatalysis in the presence of 100 mg of tio 2 and 0.01 mol l-1 potassium persulfate), hg(ii) ions previously bound to hs as inert complexes can react quantitatively with functional groups of siat, due the total mineralization of organic matter in the process of digestion by photocatalysis. conclusions the proposed method offers a good alternative for determining mercury in ultratrace levels in an aqueous medium. the high stability of the mini-column packed with siat was evidenced by lifetimes of at least one year when unused and at least two month when used 4 h per day (aproximately 800 analysis). the proposed method allows mercury to be determined on-line by cvaas in natural water samples, but requires predigestion of the sample, e.g., by oxidizing with photocatalysis in the presence of 0.01 mol l-1 potassium persulfate, which is necessary to eliminate the interference of clions and to inhibit the reduction of hg(ii) by uv radiation during the digestion phase. acknowledgements the authors thank the brazilian research funding agencies fapesp (project 99/12916-0, 03/ 13326-6) for the financial support of this work and capes for fellowships granted to p. s. roldan and a. b. araujo. recebido em: 16/03/2005 aceito em: 19/05/2005 f. a. silva , p. s. roldan, i. l. alcântara, c. c. f. padilha, a. b. araújo, j. p. s. valente, a.o. florentino, p. m. padilha. determinação de mercúrio em águas por cvaas empregando sílica modificada por 2-aminotiazol. resumo: o presente trabalho descreve o desenvolvimento de um método rápido e sensível para determinar traços de mercúrio em amostras de águas naturais por espectrometria de absorção atômica com geração de vapor a frio, utilizando-se um sistema de preconcentração composto por uma mini-coluna empacotada com 100 mg de sílica gel modificada com o ligante 2-aminotiazol e acoplado em linha com o sistema de geração de vapor a frio do espectrômetro de absorção atômica. as condições ótimas de preconcentração são descritas. os íons hg(ii) preconcentrados foram eluídos diretamente da mini-coluna para o sistema de geração de vapor a frio utilizando-se 100 µl de solução 2 mol l-1 de ácido clorídrico, com uma eficiência de 95%. os fatores de enriquecimento determinados foram 29, 38 e 46 percolando-se 3, 4 e 5 ml de solução aquosa contendo 400 ng l-1 de hg(ii). o limite de detecção calculado foi de 5 ng l-1. o procedimento de preconcentração foi aplicado na determinação de traços de mercúrio adicionados em amostras de águas de rio. palavras-chave: mercúrio; análise por injeção em fluxo; cvaas; sílica modificada; preconcentração. 55ecl. quím., são paulo, 30(3): 47-55, 2005 references [1] e. d., bidone; z. c., castilhos, t. m., cid., de zouza, l. d., lacerda, bulletin environmental contamination and toxicology 59 (1997) 201. 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vários autores têm estudado o arsênio em amostras biológicas25. altas doses de arsênio causam envenenamento agudo e em alguns casos pode ser fatal15. exposições crônicas são causas de doenças da pele, câncer8, desordens nervosas, problemas respiratórios27, doença do pé negro6 e outros efeitos patológicos. as mais importantes técnicas citadas na literatura para a determinação de níveis traços de arsênio são as que usam a técnica da geração de hidreto (arsina) como a espectrofotometria de absorção atômica com geração de hidretos (hgaas)7 e a da espectrofotometria molecular usando o sddc1, a ativação neutrônica17 e a espectrometria de fluorescência atômica21 também são muito utilizadas. a simplicidade e o custo do método do sddc permite seu uso em laboratórios modestos que não contam com recursos para a compra de equipamentos sofisticados4. a determinação dos níveis de arsênio no cabelo de pessoas com histórico de trabalho em lavouras, garimpos e madeireiras ou em locais sujeitos à poluição por arsênio permitirá um tratamento adequado para as pessoas onde os níveis encontrados estejam acima de 1mg/g e permitirá a tomada de decisões para a prevenção de possíveis contaminações onde os níveis estejam próximos ao tolerável. parte experimental metodologia a técnica de geração de hidretos existe há mais de 160 anos, marsh19 foi quem primeiramente sugeriu a determinação de arsênio usando esse procedimento; o ensaio de gutzeit19 é uma simplificação do ensaio de marsh19. cerca de 100 anos depois de marsh19, vasak & sedivec26 propuseram o uso do dietilditiocarbamato de prata dissolvido em piridina como solução absorvedora da arsina, gerada através da reação com zinco em meio clorídrico. alguns problemas de metodologia, como a pouca estabilidade do complexo e as variações da sensibilidade devido à pureza do sddc e do zinco e o odor desagradável da piridina têm gerado vários estudos sugerindo modificações no método, essas modificações sugerem a troca do zinco por boroidreto3 e da piridina por outras aminas5. os objetivos deste trabalho foram: avaliar o uso da mistura trietanolamina/chcl3 em substituição a piridina na determinação de arsênio em amostras de cabelo pelo método do sddc usando zinco e boridreto de potássio (kbh4) como redutores; estudar vários métodos de digestão de cabelo e as recuperações do arsênio neste tipo de matriz; determinar quantidades traços de arsênio em amostras de cabelo usando alternativas ao método do sddc e comparar os resultados obtidos com a metodologia. condições experimentais o gerador de hidreto o gerador de hidreto usado (figura 1) é uma adaptação do gerador de hidreto proposto por gupta & gupta13. este gerador possui grandes vantagens em relação ao recomendado pela apha2; a boca esmerilhada se acopla perfeitamente a um erlenmeyer permitindo a saída da arsina sem perdas significativas, é de fácil manipulação e não possui adaptações, constituindo-se de um corpo único. a arsina produzida no frasco gerador é borbulhada na solução absorvedora contida no tubo absorvedor, formando o complexo colorido indicativo da presença de arsênio. nas determinações espectrofotométricas do arsênio usando o kbh4 como redutor; a solução foi introduzida no frasco gerador através de um tubo capilar usado em sistemas de injeção de fluxo (fia), que é introduzido através do tubo absorvedor até chegar ao frasco gerador usando uma bomba peristáltica de seis vias. a bomba peristáltica possibilitou que a solução de kbh4 pudesse ser introduzida no frasco gerador, com o sistema fechado e fluxo contínuo. reagentes e soluções todos os reagentes empregados nas análises foram de grau analítico. .solução absorvedora dissolver 0,5 g de dietilditiocarbamato de prata (c5h10nags2) em 100 ml de trietanolamina 5,0 % em chcl3, preparada diariamente. .solução estoque de arsênio (1000 mg/ml) dissolver 1,3200 g de as2o3 em 10 ml de água desionizada contendo 4 g de naoh. diluir para 1000ml com água desionizada. .solução intermediária de arsênio (10 mg/ml) 1 ml da solução estoque de arsênio é diluída para http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 100 ml com água desionizada, preparada quinzenalmente. .solução de kbh4 10,0 % m/v em solução de naoh 2,0 % m/v16, preparada antes do uso. o kbh4 decompõe-se facilmente e foi necessário efetuar testes de decomposição do reagente regularmente18. vidraria toda vidraria utilizada foi descontaminada com solução de hcl 20,0 % v/v, lavadas com água corrente e água desionizada. os tubos absorvedores foram lavados e secos utilizando acetona e ar comprimido para prevenir a presença de água. arsina é altamente solúvel em água, algumas gotas no tubo absorvedor podem apresentar resultados baixos para o arsênio10. nos ensaios com zinco, os tubos capilares foram retirados e os tubos absorvedores, após a lavagem com acetona, foram secos em forno microondas. amostragem e tratamento da amostra foram efetuadas coletas de cabelo de pessoas residentes em belém e em santana-amapá, cidade impactada pela contaminação do arsênio. um questionário foi aplicado aos doadores e o cabelo retirado da parte posterior da cabeça de acordo com o recomendado por gaillard & pepin11. a lavagem de cabelo foi feita com extran (10,0 %) em placa de petri e água desionizada. depois de lavado o cabelo foi seco em estufa (40-60º c), e em seguida picotou-se o cabelo com tesoura de aço inox. após a pesagem da amostra (aproximadamente 0,1000g), efetuou-se a digestão e a amostra foi transferida para balões de 50 ml e avolumadas com água desionizada. este procedimento foi repetido 3 vezes. foram propostos vários métodos de digestão. procedimentos no frasco gerador foram adicionados: 50 ml de amostra e 10 ml de hcl concentrado. adicionaram-se 2 ml de ki 15,0 % m/v e 8 gotas de sncl2 40,0 % em hcl concentrado (no ensaio com o kbh4, excluiu-se o sncl2, pois este se constitui numa forte interferência do método20. em seguida o tubo absorvedor contendo, 4 ml de solução absorvedora, algodão embebido em solução de pb(ch3coo)2 10,0 % m/v na extremidade, foi conectado ao frasco gerador. a arsina produzida pela adição de 3 g de zinco ou 6,0 ml de solução de kbh4 10,0% m/v em naoh 2,0 % m/v (quantidade de kbh4 = 600 mg vazão aproximada da solução de kbh4 = 0,98 ml/minuto) foi borbulhada na solução absorvedora e após um certo tempo o complexo é formado. as medidas foram tomadas no espectrofotômetro (uv-visível, varian modelo dms-80, duplo feixe com registrador intralab comprimento de onda de 510 nm) utilizando-se células de quartzo de 10 mm com volume interno reduzido. resultados e discussão características analíticas do método do sddc usando trietanolamina/chcl3 a solução de trietanolamina em chcl3 foi testada como solvente do sddc, a trietanolamina se dissolve facilmente em chcl3 com o inconveniente de possuir uma densidade bastante elevada. naqueles casos em que o sddc já apresenta decomposição foi necessário esperar alguns minutos para que o reagente se solubilizasse totalmente. espectros de absorção foram testados dois redutores o zinco e o kbh4; o espectro de absorção, a estabilidade, a repetibilidade, curva analítica e outras características analíticas foram estudadas. foram observados dois máximos de absorção em 430 e em 510 nm (figura 2). o ganho na sensibilidade em relação ao método do sddc usando piridina foi de 1,33 vezes com uma absortividade molar (e) de 1,12 104 l.mol-1.cm-1 para o sistema estudado. o zinco foi substituído pelo kbh4 e observou-se que o primeiro pico em 430 nm desaparece. optou-se pelo zinco para se efetuar os outros estudos analíticos, pois verificou-se uma perda na sensibilidade quando usou-se o kbh4. efeito da concentração do sddc sobre o espectro de absorção efetuou-se a leitura do espectro de absorção do complexo diminuindo-se a concentração de sddc de 0,5 % para 0,25 % m/v. ao comparar-se os dois espectros (figura 3), verificou-se que, além da perda na sensibilidade do segundo pico (510 nm), que corresponde ao complexo colorido em estudo, o máximo do primeiro pico (430 nm) é deslocado para 390nm e a sensibilidade neste pico http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 aumenta consideravelmente podendo ser uma alternativa na determinação do as naqueles casos em que elementos interferentes como o sb, que absorve no mesmo comprimento de onda que o as estiverem presentes. efeito da concentração da amina sobre o espectro de absorção foram tentadas as seguintes concentrações da trietanolamina em chcl3: 0,5%; 1,0%; 2,0%; 5,0%; 7,0% e 10,0% v/v. os efeitos da mudança na concentração da amina estão mostrados na figura 4, os espectros das concentrações de 5,0; 7,0 e 10,0% v/v (d, e, f) são quase coincidentes no pico de 510 nm, no primeiro pico (430 nm) isto não acontece, havendo uma grande divergência neste ponto. a concentração de 5,0 % v/v foi escolhida como a ideal já que em concentrações maiores não há ganho significativo na sensibilidade. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 estabilidade do complexo o complexo se mostrou estável, apresentando um coeficiente de variação de 2,0 % em um tempo total de 270 minutos (figura 5) para 15,0 mg de arsênio e 4 ml de solução absorvedora. observouse que a diminuição no valor da absorvância vai até 170 minutos a partir deste ponto o sinal volta a crescer o que talvez signifique o aparecimento de alguma turbidez não aparente. aplicação da lei de beer o complexo se mostrou linear na faixa de 0,0 a 25,0 mg de as ou mais (figura 6). a curva (y=0,029x 0,014) apresentou um coeficiente de correlação de 0,9961 no intervalo de 0,0 a 25,0 mg de as. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 repetibilidade e limite de detecção a repetibilidade do sistema foi de 0,028 mg as (desvio) para 10 replicatas de uma amostra padrão contendo 15,0 mg de as em 4 ml de solução absorvedora. a repetibilidade encontrada para o sistema sddc/trietanolamina-chcl3 expressa em termos do coeficiente de variação (6,3 %) se comparada com a encontrada pela apha (13,8 %) para o método usando sddc/piridina, demonstra uma melhora na exatidão do método quando a piridina é substituída pela trietanolamina em clorofórmio. o limite de detecção (nível de ± 3s) foi de 18,6 mg de as/l e desvio padrão de 0,009 para 15 replicatas do branco e 50 ml de solução, o resultado é 5 vezes superior ao encontrado por howard & arbab-zavar14 para o método usando a piridina. aplicação do método estudo da digestão as amostras de cabelo foram submetidas a vários métodos de digestão; as principais variáveis estudadas foram: o tipo de ácido (todos concentrados), as misturas dos ácidos, o tempo de digestão e a temperatura, as condições da abertura e os resultados da recuperação do arsênio estão mostrados na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 em amostras biológicas, como o cabelo, a ação oxidante do hno3 associada com a temperatura provoca a solubilização da amostra em períodos de tempo bastante curtos (a 100ºc @45 minutos), porém o hno3 constitui-se num forte interferente no método do sddc, sendo necessário sua eliminação através da evaporação até fumos de so3 quando este está associado ao h2so4. quando isto não acontece observam-se baixas recuperações do arsênio. outra variável crítica é a temperatura, o fato do arsênio se volatilizar com facilidade não permite que se obtenha boas recuperações quando a temperatura estiver acima de 190ºc, mesmo aquecendo-se por poucos minutos. o melhor método foi o que usou uma solução 1:1 de hno3 e h2so4 concentrados em temperatura de 100-110ºc com evaporação até fumos de so3 (método k). o tempo de abertura é um inconveniente neste tipo de digestão. estudo da recuperação foram estudadas 6 amostras de cabelo de pessoas residentes em belém (s1 e s2, m1 e m2, e1 e e2) residentes em 3 bairros distintos da cidade e 6 amostras de cabelo de pessoas residentes em santana na localidade denominada vila do elesbão (h57, h58, h68, h71, h74, h97). localizada no estado do amapá às margens do rio amazonas esta comunidade foi submetida à contaminação por arsênio proveniente de uma indústria de pelotização de manganês que teria contaminado o meio ambiente e as pessoas residentes nesta localidade. o estudo mostrou boas recuperações para o arsênio com uma média de 95,5 %, erro padrão de 1,3 %, desvio padrão de 4,6 %, recuperação mínima de 87,4 % e máxima de 101,4 %; esses resultados (tabela 2) confirmam a eficácia da digestão sugerida. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 estudo do tipo de lavagem dois tipos de detergentes, o extran neutro e o detergente comum neutro, foram usados para a lavagem dos cabelos além da água desionizada. pelos resultados apresentados na tabela 2 os dois detergentes podem ser usados com pequenas variações para algumas amostras. análise das amostras de cabelo 50,0 % das amostras coletadas na cidade de belém apresentaram quantidades de arsênio abaixo do limite de detecção do método (18,6 mg de as/l) e 50,0 % apresentaram índices acima do limite recomendado pela organização mundial de saúde (oms) que é de 1 mg/g (tabela 2). os altos valores encontrados nas amostras s1, s2 e e2 podem ser devido ao uso de tinturas para cabelo (s1), exposição a produtos à base de as (s2) ou ao fato da pessoa ser fumante (e2). as amostras de cabelo proveniente da vila do elesbão foram lavadas com extran e solubilizadas usando o método k de digestão. a totalidade das amostras de cabelo apresentaram índices de arsênio acima do permitido pela oms; das 6 amostras analisadas somente duas amostras (h68 e h71) são de pessoas que declararam usar tinturas para cabelo; os outros indivíduos não usavam produtos capilares, não mantiveram contato com produtos químicos, não fumavam, não consumiram medicamentos ou outros tipos de drogas e nem desenvolveram atividades consideradas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 de risco (atividade mineradora, indústria química, e outras); nesses casos há fortes evidencias de contaminação por arsênio. o consumo de alimentos e água contaminada estariam provocando o aumento dos índices de arsênio nas pessoas residentes na vila do elesbão 5,6,7,8. devido, provavelmente ao tipo diferenciado de digestão utilizada, não foi possível estabelecer uma comparação entre o método do sddc usando trietanolamina e chcl3 como solvente e o método da absorção atômica com geração de hidretos; o erro médio encontrado foi de 21,0 % com um valor mínimo de 12,8 % e um valor máximo de 31,7 %. a pouca quantidade de material coletado não permitiu o uso de outras metodologias para efeitos de comparações. conclusões a mistura trietanolamina em chcl3 pode substituir a piridina com vantagens na determinação do arsênio em amostras de cabelo, sendo necessário um estudo mais detalhado sobre a préconcentração de amostras com teores de arsênio abaixo de 18,6 mg as/l. as vantagens do sistema utilizado foram: eliminação do odor desagradável da piridina, alta estabilidade (cv = 2,0 % em 270 minutos), maior faixa de aplicação da lei de beer (0,0 25,0 mg as/4 ml de solução absorvedora), melhor repetibilidade (s = 0,028 mg as, cv= 6,3 % para 10 replicatas de uma amostra de 15 mg as/4ml de solução absorvedora), menor limite de detecção (± 3s) 18,6 mg de as/l (15 replicatas do branco; 50 ml de solução) e melhor sensibilidade (e =1,12 104 l.mol-1.cm-1). as variáveis consideradas críticas foram a concentração da amina (abaixo de 5,0 % v/v em chcl3) e do sddc (abaixo de 0,5 %), o tipo de redutor utilizado e a qualidade do zinco. o sistema pode ser usado em amostras de cabelo com boas recuperações. após adição de pequenas quantidades de arsênio nas amostras (15,0 mg), verificou-se excelentes recuperações do arsênio adicionado na ordem de 95,5 % em média, apenas duas amostras apresentaram recuperações abaixo de 90,0 %, a característica do cabelo (com pintura ou de fumante) pode ter afetado os resultados. pereira, s.f.p. ferreira, s.l.c. costa, a.c.s. saraiva, a.c.f. silva, a.k.f. as spectrometric determination in hair samples using the silver diethyldithiocarbamate (sddc) method and triethanolamine/chcl3 as solvent. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: the silver diethyldithiocarbamate (sddc) method, has been employed for the determination of arsenic in different materials. the disagreeable odor of the pyridine, the lower stability and reproducibility of the complex are justifications for many works related to the alternatives of the method. the sddc/pyridine system was substituted for system using triethanolamine 5% v/v in chloroform with many advantages. the method was used for arsenic determination in hair samples with good recovery. many kinds of digestions was studied. keywords: silver diethyldithiocarbamate, arsenic, triethanolamine, hair referências bibliográficas 1 american public health association, american water works association; water pollution control federation. standard methods for the analysis of water and wastewater. 13th.ed. washington, 1971. p.62-65. 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http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100014 extração de amônio de filtros de amostragem, coleta e determinação pelo método da gota suspensa alexandre franco* arnaldo alves cardoso* andrew g. allen** resumo: a amostragem de amônia no ar é feita usualmente com filtro impregnado com ácido. o ácido ascórbico, quando usado como impregnante, é facilmente oxidado em meio básico e aquoso, gerando uma solução fortemente colorida que inviabiliza a determinação por colorimetria. este trabalho apresenta um novo procedimento para extração do íon amônio dos filtros de amostragem, transferindo o íon amônio para uma gota de solução contendo ácido sulfúrico 0,1 mol l -1. a amostra do filtro é inicialmente solubilizada com água. a solução é colocada dentro de uma câmara com posterior adição de solução de naoh 1,5 mol l-1. com a ajuda de com borbulhamento de nitrogênio, a amônia formada passa para a fase gasosa, sendo finalmente recolhida para uma gota de ácido sulfúrico. a esta gota é adicionado um reagente e o produto determinado colorimetricamente pela reação do indofenol. além da eliminação de interferentes, o procedimento apresenta a vantagem de fazer uma nova pré-concentração da amônia, possibilitando melhorar o limite de detecção do método de determinação. palavras-chave: determinação de amônia, pré-concentração, análise de ar, colorimetria introdução diversas são as fontes de amônia para a atmosfera e estudos mostram que a maior fonte de amônia é a decomposição de materiais orgânicos e dejetos de animais12. a amônia é um constituinte minoritário da atmosfera, sendo encontrado em concentrações na faixa de 1 a 10 ppb em regiões rurais e moderadamente poluídas3. apesar de não se conhecer efeitos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor sobre a saúde humana resultante da exposição às concentrações de amônia usualmente encontradas na atmosfera, a sua quantificação é importante para a química atmosférica. suas reações com gases ácidos na atmosfera produzem espécies químicas, geralmente na forma de material particulado. os aerossóis contendo amônio formam a fração de menor tamanho do material particulado total atmosférico9. estes aerossóis presentes na atmosfera podem diminuir a visibilidade e, ainda, podem afetar a acidez da água da chuva mudando a concentração de ions hidrogênio. a avaliação da amônia atmosférica é também fundamental para fechar o balanço de massa do ciclo do nitrogênio. vários são os métodos desenvolvidos para determinação da amônia atmosférica. tubos de difusão (denuder) têm sido propostos para evitar a interferência de partículas2. o denuder proposto por ferm7 não sofre interferência de partículas, mas requer um tempo de amostragem longo, cerca de duas horas. o uso de termodenuder diminuiu o tempo de amostragem para cerca de 10-20 minutos e limite de detecção para décimos de ppb9. melhor tempo de amostragem e limite de detecção foi alcançado com o denuder anular conhecido como amanda. wyers et al.15 estimaram um limite de detecção próximo de 0.008 ppb. porém, o método mais empregado para determinação da amônia é o uso de filtros de celulose impregnados com ácido14, que retêm o composto gasoso de caráter básico, como ion amônio. suas principais vantagens são o baixo custo, a facilidade de preparação e utilização, características necessárias em trabalhos de monitoramento ambiental. isto, na maioria das vezes, minimiza as desvantagens como o longo tempo de amostragem, de cerca de duas horas, e a interferência de partículas. entre os possíveis ácidos utilizados na impregnação de filtros de celulose, o ácido ascórbico se destaca por não atacar a celulose. no procedimento analítico, após finalizada a amostragem, o material do filtro é solubilizado com água e a determinação do íon amônio é feita geralmente por cromatografia iônica. métodos colorimétricos, que são mais simples de operar, não podem ser utilizados já que o excesso de ácido ascórbico reage em meio básico e com presença de impurezas, resultando em produto fortemente colorido que inviabiliza qualquer determinação colorimétrica. vários métodos analíticos têm sido propostos, utilizando a propriedade de que gases solúveis em água são coletados com grande eficiência por gotas de soluções aquosas4-6,10,11,13. a alta eficiência da coleta permite que se façam determinações colorimétricas de gases presentes na atmosfera em concentrações de até unidades de ppb, com amostragens não superiores a 5-7 minutos. neste trabalho, propomos a extração do íon amônio presente no filtro de celulose utilizando a propriedade que o ion amônio possui de passar facilmente para a fase gasosa em meio alcalino. a amônia gasosa pode ser então coletada por uma gota de ácido sulfúrico. a gota de ácido pode ser usada posteriormente em qualquer determinação colorimétrica. no procedimento aqui descrito, a determinação da amônia foi feita utilizando-se o método do indofenol modificado por allen et al.1 além da eliminação da interferência, o íon amônio transferido para gota, está em uma concentração muitas vezes superior à solução original, o que possibilita um significante aumento do sinal analítico do método de determinação utilizado. parte experimental câmara de extração para a montagem da câmara de extração de amônia, utilizou-se um frasco de vidro com aproximadamente 6 ml de volume total (figura 1). a câmara é fechada com um septo de borracha revestido com um filme teflon. atravessando este septo estão dois tubos de teflon com diâmetro interno de 0,3 mm para circulação de gás nitrogênio. um dos tubos está imerso na solução fazendo com que o gás nitrogênio seja borbulhado e o outro permite a saída do gás. uma agulha hipodérmica para introduz solução de naoh para dentro de um tubo de vidro (diâmetro interno de 4,0 mm e altura de 2,0 cm), onde vai se formar a gota de solução de ácido sulfúrico. para que exista um volume livre sobre o líquido deve-se colocar dentro da câmara cerca de 4,5 ml de amostra. materiais e reagentes foram utilizadas soluções de ácido sulfúrico 0,1 mol l-1 e solução de hidróxido de sódio 1,5 mol l1, preparadas com água deionizada livre de amônia. soluções padrão de sulfato de amônio com concentração variando entre 50 e 10 000 ppb foram obtidas por diluição, a partir de uma solução estoque de 50 ppm. os reagentes para promover a reação colorida foram preparados de acordo com a técnica modificada do fenol-hipoclorito (allen et al.1) onde o reagente fenol-nitroprussiato de sódio é preparado pela adição de 20 g de fenol e 0,1 g de nitroprussiato de sódio em 500 ml de água deionizada. o hipoclorito alcalino foi preparado com 25 g de hidróxido de sódio e 14 ml de hipoclorito de sódio ( 15% de cloro disponível) em 500 ml de água deionizada. os filtros impregnados com ácido ascórbico para amostragem de amônia foram preparados com papel de filtro whatman no 41, de 55 mm de diâmetro. a impregnação do papel com a solução de ácido ascórbico seguiu o procedimento descrito por allen et al1. os filtros foram guardados embrulhados em papel de filtro impregnado com ácido ascórbico, dentro de dessecador, até o momento do uso. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 procedimento analítico um filtro impregnado com ácido ascórbico, contendo quantidade conhecida de amônio, foi colocado em um frasco fechados com 20 ml de água deionizada e mantido sob agitação por 30 minutos. uma alíquota de 4,5 ml do extrato, que foi transferida para câmara de extração. a câmara foi fechada e a vazão do nitrogênio ajustada para formar um colar de bolhas dentro da solução. com o auxílio de uma seringa hipodérmica foram injetados 0,2 ml da solução de ácido sulfúrico para formar uma gota na ponta do tubo de vidro. finalmente foram adicionados cerca de 0,5 ml de naoh 1,5 mol l-1, quantidade calculada previamente para neutalizar o ácido ascórbico e ainda garantir meio básico a solução. nestas condições, o íon amônio é transformado em amônia, que passa para a fase gasosa sendo então reabsorvida pela gota de ácido sulfúrico. a gota de ácido sulfúrico é aspirada e convenientemente tratada com os reagentes para formar o corante. o volume é ajustado para 1,0 ml e a solução colorida é lida a 630 nm no espectrofotômetro hitachi u 2000, em cubeta com 1 cm de caminho ótico. resultados e discussão influência da temperatura o efeito da temperatura na câmara foi inicialmente avaliado. foram comparados dois experimentos, um feito nas condições ambientais do laboratório e outro com a câmara de extração mantida a temperatura controlada de 30,0 ± 0,1 oc, obtido por um banho termostatizado. nestes experimentos foram usados extratos aquosos contendo a mesma quantidade de amônio. os resultados apresentados na tabela 1 mostram a dependência da temperatura. estes resultados já eram esperados, porque no experimento estão envolvidos fenômenos físicos de solubilidade e absorção de gases por líquidos, que são reconhecidos como dependentes de variações de temperatura. influência do tempo borbulhamento o segundo parâmetro de nosso estudo foi o tempo de borbulhamento necessário para que a extração se completasse. foram feitos experimentos com aumento progressivo do tempo de borbulhamento do gás nitrogênio. após o borbulhamento desligado, a quantidade de íon amônio contido na gota de ácido sulfúrico foi determinado. de acordo com a tabela 2, o tempo de 40 min é suficiente para que http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 toda amônia seja transferida da solução para a gota de h2so4. influência da concentração (curva de calibração) definidas as principais variáveis do sistema, a capacidade da gota em absorver diferentes quantidades de amônia presentes no extrato da solução foi a avaliada. foram preparados filtros contendo quantidades de amônio variando de 12,5 a 250,0 nmol. os filtros foram conveniente tratados com água, para extração do íon amônio. alíquotas destes extratos foram colocadas dentro da câmara de extração. a câmara foi mantida 30,0 ± 0,1 oc e após a adição da solução de naoh, o borbulhamento de nitrôgenio foi mantido por 40 minutos. a amônia coletada pela gota foi determinada. os resultados apresentados na figura 2, mostram que a absorbância da gota, que é diretamente proporcional a quantidade da amônia coletada pela gota, é também diretamente proporcional a quantidade do íon amônio presente no filtro de amostragem. a correlação entre a absorbância a e a quantidade do ion amônio presente originalmente no filtro, pode ser representada por pela equação: a=0,0278 + 4,65 x 10-4 [nh4 +, nmol] r = 0,99346. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 o método do indofenol tem como característica um sinal relativamente alto para o branco, o que justifica o desvio da reta em relação a origem. conclusões o método proposto aqui teve como objetivo eliminar a interferência do excesso do ácido ascórbico presente nos filtros de amostragem o que possibilita que se use um método colorimétrico para a determinação da espécie. o procedimento aqui descrito implica em uma mudança de fase, sendo reconhecidamente uma forma de eliminação da interferência. a gota de ácido sulfúrico, que recebe a amônia, funciona como uma nova etapa de pré concentração. o extrato aquoso contendo 12,5 nmol de amônia (0,625mmol l-1) está abaixo do limite de detecção do método14 que é, 1mmol l-1. após a amônia ser transferida do extrato aquoso para a gota, o sinal analítico lido foi de 0,035, portanto resulta em aumento do limite de quantificação resultado da pre-concentração do íon amônio na gota de ácido sulfúrico. o método aqui descrito pode ser utilizado com vantagens para quantificar amônio em outras matrizes complexas e muito coloridas (p. ex. sangue), onde o ion amônio está presente em baixa concentração. agradecimentos os autores agradecem a fapesp, cnpq e capes pelo suporte financeiro recebido. franco, a., cardoso, a.a.; ammonia extraction of filter pack, collecting and determination in suspended droplet. ecl. quim. (são paulo), v.25, p. , 2000 abstract : particle nh4 + and gaseous are collected simultaneously by filters impregnated with acid. when ascorbic acid is used, it is easily oxidized in alkaline medium. the resulting solution is dark, making impossible colorimetric measurement. here we present a new procedure to extract ammonium ion from sampling filters, transferring the n (iii) to a droplet of sulfuric acid, 0.1 mol l1. after sampler collection, each filter is agitated with deionized water. the aqueous solution is transferred to a small chamber where naoh (1.5 mol l-1 ) is added and nitrogen gas passed. the ammonia changes to the gas phase and is flushed form the aqueous solution. the droplet of sulfuric acid formed at the tip of the glass tube then collects ammonia free of interference. the droplet was analyzed by the indophenol colorimetric technique. evaluations showed that this procedure could be used at low concentrations and it has the advantage of making a second preconcentration of n (iii) , improving the detection limit of the method. keywords: ammonia determination, preconcentration, air analysis, colorimetry. referências bibliográficas 1 allen, a. g.; radojevic m.; harrison, r. m.; atmospheric especiation and wet deposition of alkyllead compounds; environ. sci. technol., v.22, p.517-22, 1988 [ links ] 2ali, z.; thomas, c. l. p.; alder, j. f; denuder tubes for sampling of gaseous species-a review; analyst, v.114, p.759-69, 1989 [ links ] 3cadle, s. h.; countess, r. j.; kelly, n.a., nitric acid and ammonia in urban and rural locations, atmos. environ.; v.19, p.2501-6, 1982 [ links ] 4 cardoso,a. a.; liu, h.; dasgupta, p. k., fluorometric fiber optic drop sensor for atmospheric hydrogen sulfide, talanta, v.44, p.1099-106, 1997 [ links ] 5 cardoso,a. a.; dasgupta, p. k., analytical chemistry in a liquid film/droplet, anal. chem., v.67, p.2562-66, 1995 [ links ] 6 cardoso, a. a.; pereira, e. a.; rocha, j. c; gotas suspensas: uma proposta para amostragem e 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http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100014&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25  são paulo  2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100014  editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 1 | 2018 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza lucas henrique de carvalho machado eclética química journal 2018 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100005 determinação espectrofotométrica por injeção em fluxo de compostos fenólicos em águas residuárias empregando peroxidase de abobrinha (cucurbita pepo) orlando fatibello filho* micheli guarento de souza* iolanda da cruz vieira** resumo: empregou-se nesse trabalho alguns vegetais como fonte de peroxidase. após a determinação de proteína total, atividade e atividade específica, selecionou-se o extrato bruto da abobrinha (cucurbita pepo) como fonte dessa enzima para ser empregado em um sistema de análise por injeção em fluxo com detecção espectrofotométrica para a determinação de diversos compostos fenólicos (e.g. fenol, catecol, 2,4-diclorofenol, 4-cloro-3-metilfenol, 4-acetamidofenol, 4-clorofenol, 2,4,6-triclorofenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol e hidroquinona). após a otimização desse sistema em fluxo, o mesmo foi empregado na determinação de compostos fenólicos em águas residuárias de indústrias da região de são carlos-sp, no intervalo de concentração de 2,0x10-4 a 4,0x10-3 mol l-1, com ld de 8,0x10-5 mol l-1 e freqüência analítica de 58 h-1. a recuperação de fenol em 3 amostras variou de 98,3 a 106, 2% e o rsd foi menor que 1,2% para soluções de fenol nas concentrações de 6,0x10-4 e 8,0x10-4 mol l-1 (n=10). palavras-chave: extrato bruto; peroxidase; enzima; compostos fenólicos; água residuária. introdução a poluição do meio ambiente tornou-se assunto mundial de interesse público. nos efluentes de diversas indústrias e esgotos domésticos (papel e celulose, tintas, uso de germicidas e desinfetantes) estão presentes os compostos fenólicos, que mesmo em baixas concentrações são tóxicos, causando dano à fauna e à flora e prejudicando a saúde8,9,13. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt há um grande interesse no desenvolvimento de métodos enzimáticos empregando-se tecidos e/ou extratos brutos de vegetais no lugar de enzimas purificadas na confecção de biossensores1,6,11-13 e/ou procedimentos enzimáticos de análise5,14-17. a utilização desses métodos enzimáticos oferece grandes vantagens. entre elas, podem-se destacar a grande disponibilidade de material biológico vegetal no brasil, baixo custo, alta concentração enzimática e boa estabilidade. a peroxidase (e.c.:1.11.1.7)3,18 é uma enzima óxido-redutase presente em vários vegetais como pêssego, abobrinha, tomate, soja, rabanete, nabo e batata doce1,5,6,11-17 e pode ser usada nos mais diversos procedimentos analíticos para a determinação de espécies químicas de interesse. essa enzima, na presença de peróxido de hidrogênio, catalisa a oxidação de alguns substratos como monofenóis, difenóis, polifenóis, entre outros. procedimentos enzimáticos para a quantificação de compostos fenólicos são de grande interesse devido principalmente a alta toxicidade desses compostos. o método padrão recomendado pela cetesb (companhia estadual de tecnologia e saneamento básico)2 e pelo standard methods for the examination of water and wastewater4 para determinação de compostos fenólicos em águas naturais, de abastecimento, residuárias e águas do mar usam o reagente 4-aminoantipirina.. esse método foi adaptado em análise por injeção em fluxo para determinação de fenóis por möller & martin10. nesse método há a condensação do fenol com 4-aminoantipirina com subsequente oxidação alcalina e detecção espectrofotométrica do produto formado. obteve-se linearidade de 1-15 mg l-1 de fenol e limite de detecção de 0,04 mg l-1. uma freqüência analítica de 105 determinações h-1 e um desvio padrão relativo menor ou igual a 1,5% foram também obtidos. outro método espectrofotométrico manual e em fluxo para a quantificação de fenóis foi desenvolvido por khalaf et al7. baseado na reação com o p-aminofenol, utilizou-se como reagente o metaperiodato de potássio em meio alcalino e oxigênio dissolvido como oxidantes. o limite de detecção deste método foi de 64 ng ml-1 de fenol. nesse trabalho foram selecionados os vegetais abobrinha (cucurbita pepo), inhame (alocasia macrorhiza), pêssego (prunus persica) e rabanete (armoracia rusticana) como fonte de peroxidase. após a determinação de proteína total, atividade e atividade específica, selecionou-se o extrato bruto da abobrinha (cucurbita pepo) como fonte dessa enzima para ser empregado em um sistema de análise por injeção em fluxo com detecção espectrofotométrica para a determinação de compostos fenólicos em águas residuárias de indústrias da região de são carlos/sp. experimental equipamentos o extrato bruto da abobrinha (cucurbita pepo) foi homogeneizado em um liqüidificador firenze da walita, mod. ri6755 e o homogenato foi centrifugado em uma centrifuga du pont instruments sorval, mod. rc-5b, provida de rotor, mod. ss-34 com diâmetro de 23 cm. as medidas espectrofotométricas foram feitas em um espectrofotômetro femto, mod. 435 com um célula de quartzo (caminho óptico 1,0 cm) conectado a um registrador cole parmer (niles, il, usa, modelo 12020000 de dois canais). o efeito da temperatura na reação enzimática foi feito usando-se um banho termostático tecnal, mod. te 184. para propulsão das soluções de referência, reagentes e amostras utilizou-se uma bomba peristáltica ismatec (zurich, switzerland, modelo 7618-40) e tubos de bombeamento de tygon de vários diâmetros internos. as soluções das amostras e de referência foram introduzidas no sistema de análise por injeção em fluxo, utilizando-se um comutador automático micronal, mod. b352 e tubos de extensão de polietileno de 0,8 mm de diâmetro interno e conectores de acrílico foram utilizados na montagem de todo o sistema de injeção em fluxo (figura 1). as medidas espectrofotométricas do método comparativo4, foram feitas com um espectrofotômetro hewlett packard (usa, modelo 8452 a). para as medidas de ph das soluções, empregou-se um phmetro orion, mod. ea 940, com precisão de 0,1 mv (ou 0,001 unidades de ph) contendo um eletrodo de vidro ingold, modelo 10/402/3092. reagentes e soluções fenol, catecol, 2,4-diclorofenol, 4-cloro-3-metilfenol, 4-acetamidofenol, 4-clorofenol, 2,4,6triclorofenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol e hidroquinona de grau analítico foram adquiridos da sigma chemical co (st. louis, mo, usa) e, utilizados para preparação das soluções de referência. a água empregada na preparação das soluções foi proveniente de um sistema milli-q millipore (redford, ma, usa, modelo uv plus ultra-baixo teor de compostos orgânicos dissolvidos). para a construção da curva analítica e determinação da atividade enzimática da peroxidase, uma solução estoque de fenol 0,05 mol l-1 foi preparada recentemente pela dissolução de 0,2353 g desse http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 reagente (sigma) em um balão volumétrico de 50 ml com tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0). após padronização, as soluções de referência nas concentrações de 2,0x10-4 a 4,0x10-3 mol l-1 foram preparadas diariamente, por diluições da solução estoque. a solução de peróxido de hidrogênio 1,03x10-2 mol l-1 foi preparada diariamente pela diluição de 1,0 ml desse reagente (sigma) em tampão fosfato (ph 6,0) em balão volumétrico de 10 ml. obtenção do extrato bruto e determinação da atividade enzimática após lavagem e secagem da abobrinha, pesou-se 25 g deste vegetal descascado e homogeneizou-se em um liqüidificador com 100 ml de tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0), contendo 2,5 g de agente protetor (polyclar sb-100). o homogenato foi filtrado em quatro camadas de gazes e centrifugado à 25.000xg (18.000 r.p.m.), durante 10 min a 4ºc1,5,6,11-17. em seguida, o sobrenadante foi dividido em diversas alíquotas de 10 ml, armazenadas em refrigerador a 4ºc e usados como fonte da enzima peroxidase17. a atividade da peroxidase17 presente na abobrinha foi determinada pela medida de absorbância (420 nm) da o-quinona formada na reação entre 0,2 ml da solução sobrenadante enzimática, 2,7 ml da solução de fenol 0,05 mol l-1 e 0,1 ml de peróxido de hidrogênio 1,03x10-2 mol l-1, em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0) a 25ºc, durante 3 min. sistema de análises por injeção em fluxo a figura 1 mostra o esquema do sistema de análise por injeção em fluxo com amostragem contínua de fluxo não segmentado. nesse sistema, a solução de fenol (soluções de referência ou amostra) e peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0) é continuamente bombeada em uma vazão de 1,7 ml min-1. o reagente (peroxidase 500 unidades/ml em tampão fosfato 0,1 mol/l, ph 6,0) preenche uma alça a (50 cm; 250 ml) e após comutação (posição mostrada na figura) reage com o composto fenólico na bobina reacional b (50 cm), e a quinona correspondente formada (composto a) no ciclo catalítico envolvendo a peroxidase nativa, enzima nativa (fe3+) (ver esquema), é detectada na célula espectrofotométrica e (l =420 nm). após a detecção do cromóforo (composto a), a solução é descartada em d. entre as amostragens, há entrada de ar no sistema. objetivando remover as bolhas de ar da zona de amostra, foi adaptado um desborbulhador de vidro em forma de "t" (db) em uma vazão de 0,2 ml min-1. as soluções de fenóis do descarte d são tratadas posteriormente, antes de serem descartadas no ambiente. o esquema catalítico envolvendo a peroxidase nativa (enzima nativa (fe3+)), peróxido de hidrogênio e um composto fenólico (ah) pode ser dado pelas três reações seguintes19: enzima nativa(fe3+ ) + h2o2 ® 2h2o + composto i composto i + ah ® composto ii composto ii + ah ® enzima nativa(fe3+ ) + a + h2o procedimento espectrofotométrico padrão o procedimento espectrofotométrico padrão utilizado para a determinação de compostos fenólicos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 em águas residuárias (método comparativo) foi aquele recomendado pelo standard methods for the examination of water and wastewater4. resultados e discussão obtenção do extrato bruto enzimático a atividade enzimática varia de acordo com o procedimento de extração e também do vegetal empregado. a tabela 1 apresenta os resultados obtidos de proteína total (mg ml-1), atividade (unidades ml-1) e atividade específica (unidades mg-1) dos extratos brutos de abobrinha (cucurbita pepo), inhame (alocasia macrorhiza), pêssego (prunus persica) e rabanete (armoracia rusticana). os vegetais utilizados nesse estudo foram previamente selecionados levando-se em consideração os resultados prévios obtidos pelo nosso grupo de pesquisa17. a abobrinha i possui extremidades alongadas, enquanto que a abobrinha ii tem uma das extremidades arredondadas com superfície rajada (variedade diferente). otimização dos parâmetros do sistema de análise por injeção em fluxo o extrato bruto obtido da abobrinha (cucurbita pepo), fonte da enzima peroxidade, na presença de peróxido de hidrogênio, catalisa a oxidação dos compostos fenólicos (doadores de prótons e elétrons) produzindo a o-quinona correspondente que absorve em 420 nm (reação 1). com base nessa reação enzimática, inicialmente foram investigados o efeito do volume alça de reagente, comprimento da bobina reacional e vazão das soluções de referência ou de amostra. estudou-se o comprimento da alça de reagente de 25,0 a 100,0 cm (volumes de 125,0 a 500,0 ml) para solução de fenol 8,0x10-4 mol l-1 e peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0) e como reagente 500 unidades da enzima peroxidase por ml de solução. foi observado que o sinal analítico (absorbância) aumentou até a alça de reagente 50,0 cm (250,0 ml), permanecendo constante para as alças com volumes superiores. assim, selecionou-se essa alça de reagente para o desenvolvimento desse trabalho. em seguida, estudou-se o efeito do comprimento da bobina reacional de 40 a 80 cm sobre o sinal http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 analítico. a maior sensibilidade foi alcançada usando-se a bobina de 50 cm, sendo essa então selecionada para os trabalhos posteriores. finalmente, estudou-se o efeito da vazão de 0,3 a 2,8 ml min-1 da solução de referência de fenol 8,0x10-4 mol l–1 e peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0). o sinal analítico aumentou até a vazão de 1,7 ml min-1, permanecendo constante nas vazões superiores. sendo assim, escolheu-se essa vazão para a execução desse procedimento. efeito do ph o efeito do ph de 5,0 a 7,5 sobre a reação enzimática empregando-se solução de fenol 8,0x10-4 mol l-1 e peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1 foi também investigado. o sinal analítico aumentou até ph 6,0, diminuindo em valores de ph superiores, como mostra a figura 2. foi selecionado assim esse ph para o desenvolvimento das etapas posteriores deste trabalho. efeito da concentração da peroxidase estudou-se o efeito da concentração da enzima peroxidase de 59,0 a 587,0 unidades ml-1, para soluções de fenol 8,0x10-4 mol l-1 e peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0), sobre a resposta espectrofotométrica do sistema em fluxo proposto. como pode ser observado na figura 3, a absorbância aumentou com o aumento da concentração da enzima no intervalo estudado. uma concentração de 500,0 unidades ml-1 foi selecionada para o desenvolvimento desse trabalho, pois apresentou mesma sensibilidade que aquela obtida empregando-se 600 unidades ml-1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 efeito da concentração de peróxido de hidrogênio a figura 4 apresenta os resultados obtidos no estudo do efeito da concentração do peróxido de hidrogênio de 1,0x10-4 a 1,2x10-2 mol l-1, usando-se fenol 8,0x10-4 mol l-1 e 500 unidades ml-1 de peroxidase, nas condições experimentais descritas na legenda da figura 1, sobre a resposta analítica. as melhores sensibilidade e estabilidade da linha base foram obtidas no intervalo de concentração de 1,0x10-3 a 1,2x10-2 mol l-1 de h2o2. como as soluções de peróxido de hidrogênio apresentam baixas estabilidades, uma concentração de 4,0x10-3 mol l-1 foi selecionada nesse trabalho, garantindo assim maior sensibilidade do procedimento proposto. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 resposta a vários substratos fenólicos investigou-se a resposta espectrofotométrica do sistema em fluxo para diferentes substratos fenólicos, como fenol, catecol, hidroquinona, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 4-cloro-3-metilfenol, 4clorofenol, 4-acetamidofenol, 2,4,6-triclorofenol, 2,4-diclorofenol e pentaclorofenol, na concentração de 0,0125 mol l-1 e peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1, peroxidase 500 unidades ml-1, sobre o sinal analítico. a tabela 2 apresenta os valores de absorbância e respostas relativas para estes substratos obtidos. os valores de respostas relativas (%) foram calculados em relação a resposta do fenol, que foi considerada 100%. sendo assim, escolheu-se fenol como substrato para a obtenção da curva analítica, sendo portanto os teores de composto fenólicos encontrados nas águas residuárias expressos em relação a esse substrato. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 efeito da temperatura em geral, as enzimas catalisam as reações enzimáticas muito lentamente em baixas temperaturas e sua atividade aumenta com o aumento da temperatura, até atingir uma atividade ótima, em temperaturas no intervalo de 20-50ºc, além das quais começa a sua inativação3,18. foi estudado o efeito da temperatura de 5,0; 15,0; 25,0; 35,0; 45,0 e 55 ºc sobre a reação enzimática da peroxidase. como pode ser observado na figura 5, a resposta analítica do sistema de análise por injeção em fluxo aumentou com o aumento da temperatura de 5 a 45ºc, decrescendo em temperaturas superiores. entretanto, como o aumento da resposta analítica entre as temperaturas 2545ºc não foi tão significativa, optou-se em trabalhar na temperatura de 25ºc, devido as facilidades operacionais e também maior estabilidade do extrato enzimático contendo a enzima peroxidase. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 estudo da repetibilidade os sinais transientes obtidos para 10 injeções sucessivas de soluções de 500 unidades da enzima peroxidase em tampão fosfato 0,1 mol/l (ph 6,0) foram investigados. nesse estudo, foram selecionadas as concentrações 6,0x10-4 e 8,0x10-4 mol l-1 de fenol em peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1. o sistema de análise por injeção em fluxo proposto apresentou uma boa repetibilidade, linha de base estável e um desvio padrão relativo de 1,2% e 0,5%, respectivamente. estudo da adição e recuperação de fenol em águas residuárias os dados obtidos no estudo de adição e recuperação de fenol em águas residuárias de indústrias de couro e tintas são apresentados na tabela 3. adicionaram-se 6,0x10-4 e 8,0x10-4 mol l-1 de fenol nessas amostras, obtendo-se uma percentagem de recuperação variando de 98,3% a 106,2%, indicando portanto ausência de interferência da matriz sobre o procedimento em fluxo proposto. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 curva analítica e análise de amostras de águas residuárias industriais empregando-se as melhores condições experimentais selecionadas como solução tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 6,0), extrato bruto de abobrinha contendo peroxidase 500 unidades ml-1, concentração de peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 e parâmetros do sistema em fluxo especificados na legenda da figura 1, construiu-se uma curva analítica para o fenol. a curva analítica foi obtida por aspiração contínua de soluções de fenol nas concentrações de 2,0x10-4; 4,0x10-4; 6,0x10-4; 8,0x10-4; 2,0x10-3 e 4,0x10-3 mol l-1 em peróxido de hidrogênio 4,0x10-3 mol l-1 e inserção em triplicata do reagente (r). o sistema apresentou linearidade nesse intervalo de concentração (2,0x10-4 a 4,0x10-3 mol l-1) (a=-0,0136 + 60,310 mol l-1[b], onde a é a absorbância e [b] e a concentração molar de fenol) com um limite de detecção de 8,0x10-5 mol l-1 (três vezes o desvio padrão do branco/inclinação da curva analítica). a figura 6 apresenta os sinais transientes obtidos em triplicata para as soluções de referência de fenol no intervalo de concentração supramencionado, sinais transientes em quintuplicata para amostras de águas residuárias não tratadas (a e b) e tratada (c) de indústria de couro e águas residuárias tratada (d) e não tratada (e) de indústria de tintas e novamente sinais transientes em triplicata das soluções de referência de fenol em concentrações decrescentes. a tabela 4 apresenta os teores de compostos fenólicos encontrados nas águas residuárias de indústrias da região de são carlos empregando-se os métodos em fluxo proposto e o espectrofotométrico oficial4. assim, os teores de compostos fenólicos encontrados são expressos em mg ml-1 de fenol (composto tomado como padrão ou referência). aplicando-se o test t pareado nos resultados obtidos empregando-se esses procedimentos, encontrou-se que os mesmos são concordantes a um nível de confiança de 95% , dentro de um intervalo de erro relativo aceitável mostrando assim bom desempenho do procedimento em fluxo proposto. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100005&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 conclusões o tecido vegetal da abobrinha (cucurbita pepo) possui uma alta atividade da enzima peroxidase. essa enzima pode ser usada nos mais diversos procedimentos analíticos para determinação de analitos de interesse. o sistema fia proposto apresentou uma boa precisão, exatidão e uma freqüência analítica de 58 h-1, podendo assim ser usado como método alternativo aos métodos espectrofotométricos usuais, além disso esse procedimento é simples e de baixo custo. agradecimentos os autores agradecem a fapesp, cnpq e padct/cnpq o apoio financeiro obtido, bem como a bolsa de iniciação científica da fapesp da aluna mgs. fatibello filho, o., souza, m. g., vieira, i. c. flow injection spectrophotometric determination of phenolic compounds in wastewaters using peroxidase of zucchini (cucurbita pepo). ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: in this work some vegetables were used as peroxidase source. after the determination of total protein, activity and specific activity, the crude extract of zucchini (cucurbita pepo) was selected as peroxidase source and used in a flow injection spectrophotometric procedure for the determination of several phenolic compounds such as phenol, catechol, 2,4-dichlorophenol, 4chloro-3-methylphenol, 4-acetamidophenol, 4-chlorophenol, 2,4,6-trichlorophenol, o-cresol, mcresol, p-cresol and hydroquinone. after the optimization of the flow injection system, it was used in the determination of phenolic compounds in local industries wastewaters in the concentration range from 2.0x10-4 to 4.0x10-3 mol l-1, with detection limit of 8.0x10-5 mol l-1 and analytical frequency of 58 h-1. the recovery of phenol from three samples ranged from 98.3 to 106.2% and rds were less than 1.2 % for solutions containing 6.0x10-4 and 8.0x10-4 mol l-1 phenol (n=10). keywords: crude extract; peroxidase; enzyme; phenolic compounds; wastewater. referências bibliográficas 1 caruso, c. s.; vieira, i. c.; fatibello-filho, o. determination of epinephrine and dopamine in pharmaceutical formulations using a biosensor based on carbon paste modified with crude extract of cara root (dioscorea bulbifera). anal. lett., v.32, p.39-50, 1999. 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oligosaccharides obtained from glycoproteins of the lichens sticta tomentosa and sticta damaecornis patrícia fidelis de oliveirai; flávia donái; marcelo marcelliii; marilsa cardosoiii; maria de lourdes corradi da silvaiii ialunas de iniciação científica laboratório de bioquímica/dfqb unesp 19060-080 presidente prudente sp brasil iiseção de micologia e liquenologia instituto de botânica cep 01061-970 são paulo sp brasil iiidepartamento de física química e biologia fct unesp 19060-080 presidente prudente sp brasil resumo as glicoproteínas dos líquens sticta tomentosa e sticta damaecornis foram extraídas utilizando-se tampão específico e fracionadas pela adição crescente de sulfato de amônio. dentre os diferentes cortes de saturação obtidos, as frações 30-80% de ambos os líquens foram eleitas objeto de estudo desta pesquisa. métodos químicos e enzimáticos foram aplicados para a obtenção de oligossacarídeos n-ligados, que em seguida, foram derivatizados resultando em tirosinamidaoligossacarídeos. após inserção do grupo cromóforo nas estruturas oligossacarídicas, os mesmos foram purificados por hplc com detecção em 280 nm. em relação ao líquen sticta tomentosa, os cromatogramas revelaram a presença de dois picos com tempos de retenção de aproximadamente 11 e 18 minutos sugerindo a presença de dois diferentes oligossacarídeos n-ligados. o líquen sticta damaecornis, seguindo as mesmas condições de purificação, apresentou em cromatografia quatro http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso picos distintos com tempos de 11, 13, 18,2 e 18,4 minutos, respectivamente, sugerindo por sua vez a presença de quatro oligossacarídeos n-ligados diferentes. palavras-chave: líquens; glicoproteínas; oligossacarídeos n-ligados; derivatização; purificação abstract the lichens sticta tomentosa and sticta damaecornis were extracted to obtain glycoproteins. the extracts were fractionated with 30-80% saturation (nh4)2so4. the fractions were reduced, alkylated and after dialysis the material were digested with trypsin. the digests were dialyzed, freeze-dried and analyzed in reverse-phase high performance chromatography (rp-hplc) based on the peptide hydrophobicity.n-linked oligosaccharides were removed from glycopeptides with pngase a and analyzed by hpaec-pad that indicated the presence of several peaks between 12 to 17 min. the reducing oligosaccharides were reacted with nh4hco3 to form oligosaccharidesglycosylamines and then derivatized with n-hydroxysuccinimidyl ester of boc-tyrosine, resulting in tyrosinamide-oligosaccharides with sufficient hydrophobicity to facilitate rp-hplc separation. rp-hplc purification of asialyl tyrosinamide oligosaccharides from s. tomentosa showed two peaks eluted at 11 and 18 min. the asialyl tyrosinamide oligosaccharides from s. damaecornis eluted as four peaks at 11, 13, 18,2 and 18,4 min. the components that eluted at 11 min for both lichens showed the same monosaccharide composition. key-words: lichens; glycoproteins; n-linked oligosaccharides; derivatization; purification introdução os líquens sticta tomentosa e sticta damaecornis, pertencentes à família lobariacea, foram selecionados como fonte primária para esta pesquisa devido ao seu elevado teor protéico (~15%)9. os líquens são resultantes de uma associação simbiótica entre um fungo, denominado micobionte, e uma alga ou cianobactéria denominada fotobionte1. esta associação consiste em um mecanismo adaptativo mútuo no qual o fotobionte fornece o componente energético e o fungo, por sua vez, através de estrutura especializada, contribui com o fator proteção2. a importância de se estudar oligossacarídeos n-ligados está relacionada à descoberta de que estes açúcares são capazes de interagir com alta afinidade e especificidade com lectinas endógenas19. usufruindo desta propriedade, o acoplamento de drogas a estes oligossacarídeos tem se mostrado uma ferramenta promissora para o transporte de medicamentos a locais específicos do corpo3. os oligossacarídeos n-ligados, quando isolados em grande escala, apresentam importante utilidade no que diz respeito a ensaios biológicos. a derivatização prévia ao processo de purificação, ao introduzir um anel aromático passível de ser marcado por radioisótopos, permite o acompanhamento da atividade biológica19. os oligossacarídeos n-ligados com estrutura conhecida podem ainda servir como substrato para sínteses enzimáticas que buscam por raras ou novas estruturas oligossacarídicas, difíceis de serem obtidas da fonte natural17. para elucidar a base molecular dos fenômenos nos quais as glicoproteínas e, principalmente, as suas cadeias de açúcar estão envolvidas são indispensáveis informações a respeito de sua estrutura química. as glicoproteínas estão inseridas no grupo dos glicoconjugados, compostos por carboidrato e proteína, estando estes componentes unidos por ligação covalente4. neste trabalho, buscou-se obter a porção carboidrato das glicoproteínas liquênicas utilizando métodos químicos e enzimáticos apropriados. a metodologia adotada foi a mesma para ambos os líquens permitindo assim um raciocínio associativo e comparativo. vale ressaltar que estudos em glicoproteínas liquênicas são praticamente inexistentes, restringindo-se a poucas publicações12,16. considerando este fato, as técnicas preexistentes usadas em química de glicoproteínas e carboidratos foram adaptadas ao presente estudo. materiais e métodos extração e fracionamento das glicoproteínas os líquens s. tomentosa e s. damaecornis, coletados no horto florestal de campos do jordão-sp sob a supervisão de um liquenologista15, foram limpos, secos e moídos separadamente resultando em um pó liquênico. para extração das glicoproteínas nativas, a partir do pó liquênico, utilizou-se tampão fosfato de sódio 100 mm ph 7,2 contendo nacl 200 mm. a extração ocorreu à temperatura de 4° c, com agitação, por um período de 56 horas. em seguida, a suspensão foi filtrada em tecido sintético e o filtrado obtido (extrato bruto) foi centrifugado a 18.000 g, por 20 minutos. alíquotas do extrato bruto foram reservadas para dosagens e ensaios posteriores. o restante do material foi fracionado por precipitação com sulfato de amônio em diferentes cortes de saturação com os intervalos 0-30%, 30-80%, 80-100% de saturação e sobrenadante final, para ambos os líquens. alíquotas representativas de cada fração foram submetidas a quantificação de carboidrato e de proteína pelos métodos de fenol-ácido-sulfúrico11 e bradford5, respectivamente. hidrólises das frações alíquotas referentes a todos os intervalos do fracionamento foram submetidas a hidrólise para análise qualitativa e quantitativa dos monossacarídeos presentes. a hidrólise ácida para açúcares neutros se processou pela adição de 200 ml de tfa 2m às frações liofilizadas13. cada um dos tubos foi purgado com nitrogênio e colocado em placa de aquecimento a 100° c por um período de 7 horas. o ácido foi removido por evaporação utilizando-se uma centrífuga a vácuo (heto-dna plus) seguido por três ciclos de adição de 500 ml de água deionizada e evaporação. os monossacarídeos foram quantificados por cromatografia líquida de alta pressão (hpaec) composto de um sistema dionex dx 500 e um detector de amperometria integrada (iad). os açúcares neutros foram separados isocraticamente (h2o) usando uma coluna analítica carbopac pa10 (4 c 250 mm) equipada com uma pré-coluna pa10 e fluxo de 1,2 ml/min. o tratamento dado aos açúcares aminados diferiu dos neutros apenas nas condições de hidrólise ácida e da corrida cromatográfica. a hidrólise se processou pela adição de 200 ml de hcl 4m e aquecimento à 100° c por 8 horas13. os monossacarídeos aminados foram separados isocraticamente (naoh 12 mm), usando uma coluna carbopac pa10 (4 x 250 mm) equipada com uma pré-coluna aminotrap e fluxo de 1 ml/min. para fins comparativos, utilizou-se como padrão uma mistura de monossacarídeos neutros e aminados com massas conhecidas. obtenção de oligossacarídeos n-ligados as frações 30-80% dos líquens s. tomentosa (st30-80%)e s. damaecornis (sd30-80%)contendo as glicoproteínas nativas foram reduzidas e alquiladas pela adição de ditioltreitol (dtt) e iodoacetamida (iaa), respectivamente19. em seguida as frações foram submetidas à digestão enzimática com tripsina, 37° c, por 24 horas. foi preparado um "branco" da reação com a tripsina, obedecendo as mesmas condições impostas às frações. os glicopeptídeos obtidos após digestão enzimática com tripsina, assim como o branco da reação, foram aliquotados e analisados em hplc (cromatografia líquida em fase reversa) constituído de dois módulos shimadzu-líquid chromatograph – 10 ad e um detector shimadzu uv-vis spd – 10a. os cromatogramas foram registrados em um integrador modelo cromatopac c-r6a. os glicopeptídeos foram separados por um sistema gradiente constituído de ácido trifluoracético 0,1% em água deionizada e acetonitrila 100% em uma faixa de 0 a 100% crescente para o solvente orgânico. para esta análise utilizou-se uma coluna hidrofóbica shim-pack clc-c8 (m) (4,6 mm x 25) e fluxo de 1,0 ml/min. os glicopeptídeos, por sua vez, foram digeridos pela enzima nglicosidase a (37° c em banho-maria por 210 horas) liberando os oligossacarídeos n-ligados. esta reação foi acompanhada por hpaec injetando-se alíquotas de 10 ml em coluna carbopac pa 100, eluída com gradiente de acetato de sódio 0-150 mm em naoh 100 mm, com fluxo de 1 ml/min e detecção em amperometria integrada na sensibilidade de 50 nc. após esta reação, adicionou-se ao sistema a enzima sialidase mantendo-se as mesmas condições anteriores por mais 24 horas. o digesto de cada fração composto de peptídeos que perderam a porção carboidrato, oligossacarídeos n-ligados e glicopeptídeos o-ligados foram aplicados em coluna de troca iônica mista eluída com água deionizada. os oligossacarídeos eluídos no volume morto da coluna foram lidos em 214 nm em espectrofotômetro shimadzu uv-1601 em cubetas de quartzo de 1 ml. de todas as etapas para obtenção dos oligossacarídeos n-ligados mencionadas até então foram retiradas alíquotas para dosagens de açúcares e proteínas e hidrólises de açúcares neutros e aminados. derivatização dos oligossacarídeos n-ligados os oligossacarídeos reduzidos presentes em ambas as frações foram solubilizados em água deionizada, em excesso de bicarbonato de amônio a fim de se obter uma solução supersaturada. este sistema permaneceu em reação a 50° c por um período de 24 h19. ao término da reação o material foi imediatamente aplicado em uma coluna de filtração em gel sephadex g-25 (volume: 22,75 ml) eluída com solução de bicarbonato de amônio 10mm ph 8,0 para dessalificação. o material coletado foi submetido a leitura espectrofotométrica em 214 nm, liofilizado, solubilizado em água deionizada a baixa temperatura e alíquotas foram analisadas em hpaec. os oligossacarídeos glicosilaminados provenientes da reação anterior foram solubilizados em uma solução contendo dimetilformamida (dmf), trietilamina e boc-tirosina hidroxissucinamida éster. esta reação se processou por 3 h a 50° c19. em seguida o material contendo os oligossacarídeos derivatizados foi aplicado em uma coluna de filtração em gel sephadex g-25 (volume: 35,6 ml) eluída com solução de piridina-ácido acético 2,5 % e o material coletado lido em 280 nm. as reações para formação de glicosilamina e tirosinamida-oligossacarídeos foram acompanhadas por hpaec, seguindo as condições estabelecidas para o acompanhamento da reação com a nglicosidase a citadas anteriormente. purificação dos oligossacarídeos por cromatografia líquida em fase reversa as amostras referentes às frações 30-80% de ambos os líquens foram solubilizadas em água deionizada e, em seguida, injetadas em hplc (st30-80%=165 mg/20ml e sd30-80%=100 mg/20ml) de forma sucessiva até que todo o material se esgotasse. um padrão de boc-tirosina hidroxissuccinamida éster foi injetado em hplc nas mesmas condições daquelas impostas às frações. os oligossacarídeos derivatizados foram detectados por hplc em 280 nm e a separação destas estruturas foi feita aplicando-se um gradiente constituído de ácido trifluoracético 0,1% em água deionizada e acetonitrila 100% contendo tfa 0,1% em uma faixa de 0 a 100% crescente para o solvente orgânico, com fluxo de 1,0 ml/min. para coleta dos oligossacarídeos conectou-se ao detector do hplc um coletor de frações frac-100 pharmacia biotech. uma válvula solenóide psv-50 0,2 mpa/ 24 vdc foi integrada a estes dois sistemas para estabelecer a harmonia entre coleta e desprezo de material. resultados e discussão as glicoproteínas liquênicas presentes no extrato bruto foram precipitadas pela adição crescente de sulfato de amônio resultando nas frações 0-30%, 30-80%, 80-100% de saturação e sobrenadante final para ambos os líquens em estudo. alíquotas de todas as frações foram submetidas a dosagens de proteínas e carboidratos totais. as frações st30-80%e sd30-80% revelaram maior proximidade na equivalência da relação proteína-carboidrato, se comparado às demais frações, o que sugere presença de glicoproteínas (tabela 1). conhecendo-se o conteúdo de açúcares totais torna-se necessário o conhecimento da composição monossacarídica das estruturas. esta informação ajuda a prever o tipo de oligossacarídeo presente e a futura caracterização detalhada de sua estrutura. para tanto, as frações foram submetidas a hidrólises ácidas para açúcares neutros e aminados. a análise em hpaec revelou teor predominante de manose, glucose e glucosamina, monossacarídeos estes comuns às estruturas de oligossacarídeos complexos (tabela 2). este fato veio reforçar a possibilidade destas frações serem fontes de oligossacarídeos n-ligados incentivando os experimentos seguintes. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 métodos químicos e enzimáticos para liberação dos oligossacarídeos n-ligados são previamente requisitados quando se busca a purificação destas estruturas. a figura 1 ilustra a seqüência de reações necessárias para a obtenção de oligossacarídeos n-ligados. a n-glicosidase a atua clivando a ligação do resíduo proximal de n-acetilglucosamina da porção oligossacarídica ao nitrogênio amida da asparagina da cadeia protéica, liberando os oligossacarídeos n-ligados. no entanto, é sabido que glicopeptídeos são mais eficientemente digeridos por esta endoglicosidase se comparados à glicoproteína nativa8. obedecendo este princípio as glicoproteínas nativas presentes nas frações st30-80% e sd30-80% foram previamente reduzidas, alquiladas e digeridas pela enzima tripsina para obtenção de glicopeptídeos. a redução e alquilação são reações químicas que devem preceder a digestão enzimática com tripsina por alterar a estrutura química do substrato http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 tornando-o mais suscetível a ação enzimática da tripsina. a redução pelo dtt tem por objetivo romper as ligações dissulfeto que são formadas pelo grupo sulfidrila (-sh) de cada um de dois resíduos de cisteína. ao romper esta ligação, o dtt, como agente redutor, acrescenta um hidrogênio à valência livre do átomo de enxofre alterando a estrutura terciária da glicoproteína para uma forma mais linear6. a estabilização desta estrutura linear resultante da glicoproteína, é obtida pela inserção de um grupamento alquil quando em reação com iaa. os glicopeptídeos resultantes da digestão enzimática com tripsina presentes em ambas as frações dos líquens s. tomentosa e s. damaecornis foram analisados por hplc revelando a presença de glicopeptídeos solúveis, o que é coerente com aumento relativo da porção carboidrato na estrutura glicopeptídica. uma vez obtidos os glicopeptídeos, a enzima n-glicosidase a foi adicionada às duas frações para obtenção de oligossacarídeos n-ligados. análises comparativas da digestão de glicopeptídeos em hpaec, antes e após a adição da n-glicosidase a, revelaram a presença de novos picos correspondentes aos oligossacarídeos oriundos da clivagem dos glicopeptídeos. o tratamento enzimático com a sialidase visa a remoção do ácido neuramínico dos oligossacarídeos, tornando-os açúcares neutros e melhorando o rendimento após coluna de troca iônica mista, pois este monossacarídeo acídico fica aderido ao componente aniônico da coluna (base agx2: forma acetato). o material referente a cada fração contendo os glicopeptídeos o-ligados, peptídeos que perderam a porção carboidrato e a mistura de oligossacarídeos n-ligados foi submetido a centrifugação com o objetivo de remover os peptídeos neutros que por serem hidrofóbicos são insolúveis. o sobrenadante obtido após centrifugação foi aplicado em coluna de troca iônica mista . os oligossacarídeos n-ligados, por apresentarem caráter neutro, eluíram no volume morto da coluna enquanto que os peptídeos carregados e os glicopeptídeos o-ligados ficaram aderidos ao componente aniônico ou catiônico da coluna. o acompanhamento do teor monossacarídico no decorrer das etapas até então mencionadas foi feito em hpaec após hidrólise ácida para açúcares neutros e aminados revelando os resultados apresentados pelas tabelas 3 (st30-80%) e 4 (sd30-80%). observando-se as tabelas referentes as hidrólises para açúcares neutros e aminados nota-se que os monossacarídeos galactose, glucose e manose estão presentes em quantidades significativamente maiores enquanto que apenas traços de arabinose e fucose foram detectados, uma vez que esses açúcares são degradados nas condições de hidrólise utilizadas13. a quantidade de oligossacarídeos recuperadas de cada etapa para a obtenção de oligossacarídeos n-ligados pode ser determinada pela análise quantitativa de glucosamina14. em relação aos monossacarídeos aminados referentes a st30-80% observa-se um aumento significativo da porcentagem relativa de glucosamina (de 75% para 97%) sugerindo que com o decorrer das etapas foi possível aumentar a concentração relativa de oligossacarídeos n-ligados. comportamento semelhante foi observado para a fração sd30-80% que revelou ao final das etapas de purificação uma porcentagem relativa de glucosamina de 95%. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 uma vez obtida a mistura de oligossacarídeos complexos provenientes de ligação npor meio das etapas anteriores, torna-se necessário separar estas moléculas. no entanto, fatores como peso molecular muito próximos, semelhança estrutural, caráter hidrofílico e ausência de um grupo cromóforo intrínseco dificultam esse processo. uma maneira eficaz de contornar esta situação é a derivatização prévia da mistura oligossacarídica com a inserção de um grupo cromóforo hidrofóbico que seja capaz de auxiliar na detecção desse grupo de biomoléculas bem como permitir uma separação, usando um gradiente durante a cromatografia líquida de alta pressão, em fase reversa18. este procedimento envolve duas etapas principais onde primeiramente se tem a formação de glicosilamina oligossacarídeo e em seguida formação de tirosinamida oligossacarídeos18. sendo assim o material, referente às duas frações contendo os oligossacarídeos complexos reduzidos foi solubilizado em pequena quantidade de água deionizada e posto em reação com excesso do sal bicarbonato de amônio. a saturação do meio com bicarbonato de amônio é necessária para que a reação seja favorecida no sentido de formação de glicosilamina-oligossacarídeo10. o mecanismo para esta reação não está completamente esclarecido (figura 2), porém sabe-se que o nitrogênio do bicarbonato de amônio reage com a hidroxila livre do carbono anomérico dos oligossacarídeos, formando um composto chamado glicosilamina-oligossacarídeo. os glicosilamina oligossacarídeos recuperados após cromatografia de filtração em gel foram imediatamente congelados para evitar a reversibilidade da reação. posteriormente, na derivatização dos glicosilamina-oligossacarídeos com boc-tirosina hidroxissuccinamida éster, ocorre a formação de uma ligação amida entre o nitrogênio do grupo amino previamente inserido na estrutura dos oligossacarídeos e o carbono carboxílico do reagente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 os glicosilamina-oligossacarídeos, a princípio insolúveis no meio reacional, passam a adquirir solubilidade crescente pela esterificação de todos os grupos hidroxil, conferindo assim caráter apolar aos oligossacarídeos que então se tornam solúveis em dmf8. ao final da reação, a adição de hidróxido de sódio 1m ao sistema tem como objetivo hidrolisar as ligações éster, poupando a ligação amida e o grupo cromóforo10. os tirosinamida-oligossacarídeos resultantes da derivatização foram recuperados livres do excesso de reagentes aplicando-se as frações st30-80% e sd30-80% em coluna de filtração em gel. o material coletado foi lido a 280 nm, comprimento de onda capaz de ser absorvido pelo anel aromático presente na estrutura do tirosinamida oligossacarídeo. o grupo boc introduzido na derivatização diminui a polaridade dos oligossacarídeos e favorece a separação dos mesmos em fase reversa. o comportamento dos oligossacarídeos reduzidos, glicosilaminaoligossacarídeos e tirosinamida oligossacarídeos, em hpaec, referente às frações st30-80% e sd3080% está ilustrado na figura 3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 o princípio da separação no hpaec, para carboidratos, baseia-se na formação de íons alcóxidos , em ph alcalino, que interagem fortemente com a resina aniônica da coluna pa-100. para eluição dessas moléculas um gradiente de acetato de sódio (íon puxador) em naoh, favorece a retirada das mesmas. pode ser observado na figura 3 que glicosilamina-oligossacarídeos são retidos por tempo menor na coluna pa-100 (cromatograma b) quando comparados aos mesmos oligossacarídeos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 reduzidos (cromatograma a), uma vez que a substituição da hidroxila do carbono anomérico por grupamento amina (figura 2) gera estruturas com menor afinidade pela resina. o contrário acontece pela inserção do grupo boc-tirosina (cromatograma c) aos glicosilamina-oligossacarídeos8, que são retidos por tempo maior na coluna. a tabela 5 fornece os intervalos de tempos de retenção das estruturas oligossacarídicas das frações st30-80% e sd30-80%. uma vez obtida a mistura oligossacarídica derivatizada o passo seguinte do processo envolve a separação dessas estruturas por hplc, em fase reversa17. o princípio da separação na cromatografia líquida em fase reversa baseia-se na hidrofobicidade das estruturas analisadas. sabendo-se que os oligossacarídeos são dotados de caráter altamente hidrofílico a inserção do grupo boc-tirosina, no processo de derivatização, tem o benefício adicional, além de proporcionar a detecção em 280 nm, de permitir que tais moléculas adquiram características mais apolares, aumentando sua interação com a coluna e possibilitando o uso de um gradiente (acetonitrila em 0,1% de tfa) para a separação individual de cada uma destas estruturas oligossacarídeos complexos com elevado percentual de manose, geralmente eluem antes dos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 oligossacarídeos híbridos e complexos8.estruturas com muitos resíduos de n-acetilglucosamina são retidas por mais tempo devido, provavelmente, a interação direta do grupo acetil com o suporte da fase reversa17. na purificação, por hplc, dos oligossacarídeos derivatizados da fração st30-80% (figura 4a) foram obtidos dois componentes principais denominados de p1 e p2 eluídos, respectivamente , nos tempos 11,8 e 18,3 minutos (figura 4a). quando, individualmente, submetidos à hidrólise ácida para açúcares neutros apresentaram uma relação molar de galactose:glucose:manose de 2,0:1,0 ;1,5 (p1) e 2,0:1,0:1,0 (p2) e para os açúcares aminados galactosamina:glucosamina de 1,0:19,0 (p1) e 1,0:20,0 (p2). os oligossacarídeos derivatizados da fração sd30-80% (figura 4b) forneceram dois componentes principais denominados de p1 e p2 e dois menores p3 e p4, eluídos nos tempos de retenção de 11,8, 13,1, 18,4 e 18,7 minutos, respectivamente. a hidrólise ácida dos componentes majoritários forneceu os açúcares galactose:glucose:manose na relação molar de 2,0:1,0:1,5 (p1) e 2,0:1,0:1,3 (p2) enquanto a relação galactosamina:glucosamina foi a mesma para ambos os componentes (1,0:19,0). os dois componentes minoritários não puderam ser analisados por terem sido obtidos em quantidade insuficiente. oligossacarídeos obtidos desta forma são química e enzimaticamente estáveis e convenientemente quantificados pela absorbância da tirosina, presente no grupo de derivatização18. quando obtidos em quantidade suficiente podem ser caracterizados quimicamente por ressonância magnética http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4a nuclear e espectrometria de massas8,10,17,18, bem como utilizados em testes biológicos7. conclusão as frações st30-80% e sd30-80% apresentaram maior percentagem relativa de proteínas e carboidratos sugerindo a presença de glicoproteínas. as análises de hidrólise para açúcares neutros e aminados por hpaec revelaram quantidade significativa de manose e glucosamina nestas frações, monossacarídeos comuns em glicoproteínas. procedimentos químicos e enzimáticos sucessivos liberaram oligossacarídeos n-ligados, sendo essas reações acompanhadas por injeções de alíquotas em hpaec. a purificação das estruturas oligossacarídicas de cada fração, após processo de derivatização pré-coluna, se efetuou por hplc, fase reversa. para a mistura oligossacarídica derivatizada proveniente da fração st30-80% foram isolados, por hplc, dois oligossacarídeos principais, com diferentes tempos de retenção. a fração sd30-80% apresentou quatro picos distintos, correspondentes a quatro diferentes oligossacarídeos. de acordo com a composição monossacarídica de cada um dos oligossacarídeos eluídos no hplc é possível constatar que aqueles com maior teor de manose eluem mais rápido nas condições da corrida, enquanto aqueles com maior percentagem de glucosamina, permanecem mais tempo retidos na coluna hidrofóbica. durante todo o processo para obtenção de oligossacarídeos n-ligados observou-se comportamento semelhante das frações. a reprodutibilidade dos resultados sugere a eficácia da metodologia aplicada no que diz respeito a obtenção de oligossacarídeos n-ligados a partir das glicoproteínas dos líquens s. tomentosa e s. damaecornis, pertencentes à família stictaceae. agradecimentos os autores agradecem a fapesp, cnpq e fundunesp pelo apoio financeiro dispensado ao trabalho. referências bibliográficas 1 ahmadjian,v. the lichen symbiosis. london: blaisdell publishing company, 1967. 152p. 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2-chlorobenzylidenepyruvate; sodium; aluminium; gallium; indium: thermal behaviour. introduction solid-state compounds of 4methoxybenzylidenepyruvate (4-meo-bp), 4dimethylaminobenzylidenepyruvate (dmbp), 4chlorobenzylidenepyruvate (4-cl-bp) and 4methylbenzylidenepyruvate (4-me-bp) with several metallic ions, including trivalent lanthanides [1, 2, 6-8], alkaline-earth cations [4] and some bivalent transition metals [3,5] have been isolated and characterized. in all these studies, no major difficulties were faced in obtaining binary complexes of general formula mm+l m .nh 2 o, where m stands for the metal ion and l for the ligand under consideration. these compounds are very slightly soluble in aqueous media as well as in most organic solvents. preliminary attempts directed towards the preparation of the analogous al(iii), ga(iii) and in(iii) complexes from aqueous solutions by the already described procedures [18] presented difficulties: only solid materials with no definite stoichiometry were invariably obtained. it was soon depicted that the main drawback could be ascribed to the very pronounced tendency of these metal ions to hydrolyse and especially begin uniformly at a ph of 3.8 (al), 3.4 (ga) [9] and 3.4(in) [9, 10] and this competition between hydroxide ions and the ligand 2-chorobenzylidenepyruvate for these metal ions becomes quite significant at the usual working ph ranges (i. e., between 3.5 and 5.5). on the other hand for ph<2, occurs the simultaneous precipitation of 2-chlobenzylidenepyruvic acid together with binary complexes. thus, the present work deals with the synthesis of sodium 2-chloro-benzylidenepyruvate and its corresponding acid not yet described in the literature, as well as solid-state compounds of aluminium, gallium and indium with 2-chlorobenzylidenepyruvate obtained by their interaction in solution at three different ph values. *corresponding author 32 ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 experimental synthesis of sodium 2-chlorobenzylidenepyruvate and its corresponding acid sodium 2-chlorobenzylidenepyruvate and its corresponding acid were synthesized and purified as follows: an aqueous solution of sodium pyruvate (22g per 500 ml) was added dropwise, with continuous st irr ing, to a methanol solution of 2-chlorobenzaldehyde (29g per 500 ml). sixty milliliters of an aqueous sodium hydroxide solution (18 % m/v) was slowly added while the reacting system was stirred and cooled in an ice-bath. the rate of addition of alkali was regulated so that the temperature remained between 10 and 12ºc. the formation of a pale yellow precipitate was observed during the addition of the sodium hydroxide solution. the system is left to stand for about 14 hours at room temperature (23-28ºc). the pale yellow precipitate (impure sodium 2chlorobenzylidenepyruvate) is filtered, washed with five 100 ml portions of methanol, to remove most of the unreacted aldehyde and secondary products and left standing at room temperature for about 24 hours. this crude product (21.5g) was recrystallized from 50% (v/v) methanolwater. the purified product was dried in an oven at 110ºc, to constant mass (6.5g). a portion of 2.5g of the purified sodium 2-chlorobenzylidenepyruvate was dissolved in 50 ml of water, adding to this solution, under continuous stirring, 10 ml of concentrated (12 mol l-1) hydrochloric acid. a finely divided yellow precipitate separated immediately; the supernatant liquid remained clear and pale yellow. the system was kept in a refrigerator (45ºc) for about 4 hours. the precipitate was then filtered and washed with cooled water, until chloride free. it was left air-drying spontaneous for about 3 days and then transferred to a desiccator over anhydrous p 2 o 5 , under reduced pressure (2-5 mm hg) during 2 days. impure 2chlorobenzylidenepyruvic acid was obtained (1.63g). it was recrystallized from boiling benzene in yellow plates (0.61g), m.p. 94.395.0ºc. preparation of solid-state compounds of aluminium, gallium and indium with 2chlorobenzylidenepyruvate aqueous solutions of the ligand, whose ph was adjusted to 3.0, 3.5 and 4.0 by adding diluted nitric acid solution, were prepared by direct weighing of the sodium salt. gallium nitrate was prepared from metallic gallium by treatment with concentrated nitric acid. the resulting solution was transferred to a volumetric flask, whose ph was adjusted to 2.0 by adding diluted sodium hydroxide solution. aqueous aluminium and indium nitrates solutions were prepared by direct weighing of aluminium nitrate nonahydrate and indium nitrate pentahydrate, their ph values being adjusted to 2.0 by adding diluted nitric acid solution. the solidstate compounds were prepared adding, with continuous stirring, the solution of the respective metallic ion to the solution of the ligand until complete precipitation of the metallic ion present in the solution. the precipitates were washed with distilled water until total elimination of nitrate ions, filtered through and dried on whatman nº 42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. in the solid-state compounds, hydration water, ligand and metal ion contents were determined from the tg curves. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-500 x-ray diffractometer, employing cu k? radiation (?=1.541 å) and setting of 40 kv and 20 ma. simultaneous tg-dta and dsc curves were recorded on a model sdt 2960 and 2010 thermal analysis system from ta instruments. the purge gas was an air flow of 100 ml min-1. a heating rate of 20ºc min-1 was adopted, with samples weighing about 7 mg. alumina crucibles for tg-dta and aluminium crucibles for dsc were used for recording these curves. results and discussion the presence of water in the 2chlorobenzylidenepyruvic acid (2-cl-hbp), recrystallized from boiling benzene was strongly suggested by its infrared spectrum. elemental 33ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 analysis yielded: c= 55.91%, h= 3.60%; equivalent mass found by potentiometric titration = 216.2. these values, coupled with the infrared spectrum evidence were consistent with the formula c 10 h 7 o 3 cl.1/3h 2 o (calculated carbon and hydrogen contents: 55.45 and 3.57%, respectively; calculated equivalent mass: 216.6). strong retention of crystallization solvents is well-known features of benzylidenepyruvic acids [11, 12]. the tg-dta and dsc curves of 2-cl-hbp are shown in figs 1(a) and 2(a), respectively. the first mass loss observed between 50 and 100ºc, corresponding to the broad endothermic peak at 80ºc is ascribed to dehydration with loss of 0.39 h 2 o (calcd= 3.23%; tg= 3.21%), in spite of the dsc curve to suggest overlapping events. for that very reason tg-dta and dsc curves of the anhydrous compounds were obtained up to 200ºc and they are shown in figs 1(b) and 2(b). these curves show an endothermic peak at 92ºc (dta) or 97ºc (dsc) due to the fusion of the compound and also confirmed that the dehydration and fusion occur simultaneously. the anhydrous compound is stable up to 110ºc and above this temperature the thermal decomposition occurs in two consecutive steps between 100-480ºc and 480-630ºc with loss of 64.41% and 32.32%, respectively. only a rough draft of an exotherm event is associated to the first mass loss, suggesting that the thermal decomposition (endothermic) and oxidation of evolved products (exothermic) occur almost simultaneously, with formation of carbonaceous residue. the second step corresponding to the large exothermic peak is ascribed to the oxidation of carbonaceous residue. the tg-dta curves of sodium salt of 2cl-hbp are shown in fig. 3. the first mass loss in the temperature range 95 – 130ºc associated to endothermic peak at 123ºc is ascribed to dehydration, with loss of 0.5 h 2 o. (calcd= 3.73%; tg= 4.08%). the anhydrous compound is stable up to 230ºc, and above this temperature up to 700ºc, the mass loss (70.15%) occurs in four steps corresponding to exothermic events that are attributed to oxidation of organic matter with formation of sodium carbonate and small amount of carbonaceous residue. test with hydrochloric acid solution on sample heated up to the temperature of formation of the intermediate, as indicated by the tg-dta curves (700ºc), confirmed evolution of co 2 and presence of carbonaceous residue. the last step between 700 and 850ºc is attributed to the thermal decomposition of the carbonaceous residue and thermal decomposition/evaporation of sodium carbonate in spite of the tg curve yet to show mass loss. the endothermic peak at 793ºc is ascribed to the fusion of sodium carbonate. for the al, ga and in with 2-cl-bp compounds the thermoanalytical (tg) results are shown in table 1. these results show a good agreement between calculated and experimental contents, thereby supporting the proposed formula. these results also show that the formation of hydroxo-complexes occur when the precipitation of the metal ions was realized by using aqueous solution of the ligand whose ph was adjusted to a value of 4.0, while binary compound or a mixture of binary compound with 2-chlobenzylidenepyruvic acid were obtained when ph of the aqueous solution of the ligand was adjusted to 3.5 and 3.0, respectively. the tg/dtg and tg-dta curves of the compounds are shown in figs. 4-12. these curves show mass losses in consecutive or overlapping consecutive steps between 30 and 640ºc. for each metal ion, a great similarity is observed in the tg/ dtg profiles of these compounds; however the mass losses, as well as the temperature ranges observed for each step are characteristic of each compound. in all the tg and dtg curves, the first mass loss up to 120ºc or 130ºc ascribed to dehydration, was firstly pointed out by their dtg curves and subsequently confirmed by the broad endothermic peaks centered at 60-120ºc or 70130ºc in the respective dta curves. this procedure was necessary because no evidence concerning the formation of stable anhydrous compounds is observed in the tg curves. for all the compounds the dehydration occurs in a single step and through slow mass loss; this behaviour seems to be characteristic of compounds obtained in amorphous state, as already observed during the dehydration of compounds with other phenyl-substituted derivatives of bp [1, 2, 6, and 8]. 34 ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 table 1 thermoanalytical (tg) results immediately after the dehydration the tg curves suggest mass losses in two overlapping consecutive steps, although the dtg curves show mass losses in three or four overlapping consecutive or simultaneous steps through a rather complex pathway, as can be seen in the figs. 4(a)–12(a). for all the aluminium compounds, after the dehydration the tg curves, figs. 4-6 show that the mass losses begin with a slow process, followed by fast processes without a plateau between the steps. in correspondence with the mass losses the dta curves, figs. 4(b)-6(b) show an exotherm between 250-600ºc suggesting overlapping peaks. these curves also show that in the first step the mass loss is greater than that observed for the second step, however the evolved heat is on the contrary. this is an indication that the first mass loss is due to the simultaneous thermal decomposition (endothermic event) and oxidation of the evolved materials (exothermic event), with formation of carbonaceous residue, where the resulting net heats produce only small exotherm without formation of a definite peak. in the last step the mass loss is ascribed to the oxidation of the carbonaceous residue that produces a great quantity of heat, as shown by the second exothermic peak. the similarity among these curves, suggests that the thermal decomposition should be the same for the aforementioned compounds. in all the gallium and indium compounds, after the dehydration the tg curves, figs. 7-12 show mass losses in two consecutive steps. for both of them the thermal decomposition begins with a slow process followed by a fast one. in the first step the mass loss is slightly smaller than the second step, on the contrary of the mass losses observed in the tg curves of the aluminium compounds, nevertheless the first exothermic peak is very smaller than the second exothermic one showing the same behaviour of the dta curves of the aluminium compounds. thus, the first mass loss is also ascribed to the simultaneous thermal decomposition and oxidation of evolved materials, with formation of carbonaceous residue, while the second mass loss is ascribed to the oxidation of the carbonaceous material formed in the previous step. a close similarity is also observed in the tg-dta curves of these compounds, suggesting that the thermal decomposition mechanism must to be the same, too. for all the compounds, the final thermal decomposition residues were the respective oxides, al 2 o 3 , ga 2 o 3 and in 2 o 3 , as indicated by the tg curves and proven by x-ray powder diffraction analyses of these residues. 35ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 figure 1 tg-dta curves of 2-chlorobenzylidenepyruvic acid. [(a) 0.39h 2 o m i = 2.9744 mg; (b) anhydrous m i = 5.3013 mg]. figure 2 dsc curves of 2-chlorobenzylidenepyruvic acid. [(a) 0.39h 2 o m i = 5.2310 mg; (b) anhydrous m i = 5.0154 mg]. figure 3 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of na-2-cl-bp.1/2h 2 o (m i =7.0597 mg). 36 ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 figure 4 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of al(oh) 1.6 (2-cl-bp) 1.4 .h 2 o (m i =7.029 mg). figure 5 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of al(2-cl-bp) 3 .2h 2 o (m i =7.043 mg). figure 6 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of al(2-cl-bp) 3 .2.5(2-cl-hbp).3.5h 2 o (m i =6.719 mg). 37ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 figure 7 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of ga(oh) 0.9 (2-cl-bp) 2.1 .2h 2 o (m i =6.587 mg). figure 8 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of ga(2-cl-bp) 3 .2h 2 o (m i =7.021 mg). figure 9 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of ga(2-cl-bp) 3 .0.75 (2-cl-hbp).2h 2 o (m i =7.047 mg). 38 ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 figure 10 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of in(oh) 0.3 (2-cl-bp) 2.7 .1.5h 2 o (m i =6.933 mg). figure 11 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of in(2-cl-bp) 3 .1.5h 2 o (m i =7.542 mg). figure 12 (a) tg/dtg and (b) simultaneous tg-dta curves of in(2-cl-bp) 3 .0.4(2-cl-hbp).2.5h 2 o (m i =7.543 mg). 39ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 the mass losses, temperature ranges, residues and peak temperatures observed for each table 2 mass losses, temperature ranges, residues and peak temperatures observed in the tg-dta curves of al, ga and in compounds. step of the tg-dta curves of al, ga and in compounds are shown in table 2. 40 ecl. quím., são paulo, 29(1): 31-40, 2004 conclusions the presence of water in the 2chlorobenzylidenepyruvic acid, even recrystallized from boiling benzene was confirmed by infrared, elemental analysis and thermoanalytical techniques. fusion and dehydration of this compound occurs in the same temperature range. the x-ray powder patterns showed that all the compounds of al, ga and in with 2-cl-bp were obtained in amorphous state and from tg/dtg and tg-dta curves, a general formula could be established for these compounds in the solid state. these results show that the very pronounced tendency of al(iii), ga(iii) and in(iii) to hydrolysis, binary compounds are obtained only with a close control of the ph value of the aqueous solution of the ligand as well as, that of the aqueous solution of the metallic ions. acknowledgements the authors thank fapesp (proc. 97/ 12646-8) and cnpq for financial support. g. bannach, e. schnitzler, c. b. melios, m. ionashiro. síntese e estudo térmico do ácido 2clorobenzalpirúvico e dos benzalpiruvatos de sódio, alumínio (iii), gálio (iii) e índio (iii) no estado sólido. resumo: a síntese do 2-clorobenzalpiruvato de sódio e seu respectivo ácido, bem como compostos binários, compostos binários junto com seu respectivo ácido ou hidroxo-2-clorobenzalpiruvato de alumínio (iii), gálio (iii) e de índio (iii), foram isolados. na caracterização e estudo do comportamento térmico desses compostos foram utilizados a termogravimetria, termogravimetria derivada (tg/dtg), termogravimetria-analise térmica diferencial simultânea (tg-dta), difratometria de raios x pelo método do pó e análise química. os resultados forneceram informações com respeito a estequiometria, cristalinidade, estabilidade e decomposição térmica. palavras-chave: ácido 2-clorobenzalpirúvico, 2-clorobenzalpiruvato, sódio, alumínio, gálio, índio, comportamento térmico. references [1] l. c. s. de oliveira, c. b. melios, m. spirandeli crespi, c. a. ribeiro, m. ionashiro, thermochim. acta 219 (1993) 215. [2] m. h. miyano, c. b. melios, c. a. ribeiro, h. redigolo, m. ionashiro, thermochim. acta 221 (1993) 53. [3] d. e. rasera, l. c. s. oliveira, c. b. melios, m. ionashiro, thermochim. acta 250 (1995) 151. [4] l. c. s. de oliveira, d. e. rasera, o. s. siqueira, j. r. matos, c. b. melios, m. ionashiro, thermochim. acta 275 (1996) 269. [5] r. a. mendes, m. a. s. carvalho filho, n. s. fernandes, l. moscardini d‘assunção, c. b. melios, m. ionashiro, an. assoc. bras. quim. 47 (4) (1998) 329. [6] n. s. fernandes, m. a. s. carvalho filho, c. b. melios, m. ionashiro, j. thermal anal. cal. 59 (2000) 663. [7] r. n. marques, c. b. melios, m. ionashiro, j. alloys comp. 344 (2002) 88. [8] r. n. marques, c. b. melios, m. ionashiro, thermochim. acta 395 (2003) 145. [9] p. pascal, nouvean traité de chimie mineral, masson et cie editeurs, paris, 1961, tome vi, p. 513, 708, 856. [10] t. moeller, j. am. chem. soc. 63 (1941) 2625. [11] m. reimer, j. am. chem. soc. 48 (1926) 2454. [12] e. d. stecher, a. waldman, d. fabiny, j. org. chem. 30 (1965) 1800. recebido em: 01/08/03 aceito em: 14/11/03 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200011 obtenção da fase peroviskita via microemulsão obtention of the fase perovskite via microemulsion leandro fernandesi; miguel jafelicci juniori; ricardo henrique moreton godoiii; henrique emílio zorel junioriii idepartamento de físico-química instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil iichemistry department universiteitsplein university of antwerp, 1 b-2610 wilrijk-antwerp belgium room b2.36 iiidepartamento de química analítica instituto de química unesp 4801-970 araraquara sp brasil resumo pequenas partículas de fase peroviskita de bamno3 foram preparadas por dois métodos: a rota da coprecipitação convencional (rcc) e o método convencional de microemulsão (mcm). as técnicas instrumentais utilizadas para caracterizar as amostras foram: microscopia eletrônica de varredura (sem), difratometria de raios x (xrd), termogravimetria (tg) e análise térmica diferencial (dta). a síntese de materiais em sistemas coloidais auto-organizados tem por objetivo aumentar a homogeneidade de tamanho e forma das partículas. nos últimos anos aumentou a busca por materiais mais uniformes visando o aperfeiçoamento da microestrutura. a rota de microemulsão é um método alternativo para a síntese de materiais porque permite o controle da relação entre as concentrações de água e do tensoativo, (w), o qual controla o tamanho das gotículas de microemulsão denominadas microreatores. peroviskita pura obtida de microemulsão forma-se em temperatura menor do que a fase precipitada, e resulta.em partículas com distribuição de tamanho mais adequada, de aproximadamente 0,1 mm de diâmetro comparado com a média de 0,5 mm das http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso partículas coprecipitadas. palavras chave: microemulsão; coprecipitação; peroviskita; bamno3 abstract the present work focuses on the synthesis of small particles of the perovskite phase of bamno3 through the route of conventional coprecipitation (rcc) and the method of conventional microemulsion (mcm). the techniques used for samples characterization were: scanning electron microscopy (sem), x-ray diffraction patterns (xrd), thermogravimetry (tg) and differential thermal analysis (dta). the synthesis of materials in self-organized colloidal system has as main objective to increase the shape and size homogeneity of the particles. in the last years it has been intensified the search for more homogeneous materials. the microemulsion route is an alternative method for the synthesis of more homogeneous material because it allows for controlling the relationship of water to surfactante concentrations, (w), which controls the average size of the microemulsion drops. pure perovskite bamno3 phase obtained from microemulsion appears at smaller temperature than the precipitated one, and results in a better size distribution of the particles, around 0,1 mm in diameter compared to 0,5 mm obtained by coprecipitation. keywords: microemulsion; coprecipitation; perovskite; bamno3 introdução os materiais de fase peroviskita abo3 misturados com óxidos metálicos exibem propriedades físicas e químicas importantes. dentre as propriedades físicas incluem a piezeletricidade15, piroeletricidade, ferroeletricidade e dieletricidade apresentando assim aplicações como moduladores de luz, detetores de infravermelho, capacitores e memória óptica. as propriedades químicas incluem alta atividade catalítica e mais recentemente fenômenos de transporte de oxigênio. a síntese de materiais por rotas alternativas de obtenção tem como principal fator o aumento da homogeneidade de forma e tamanho das partículas, pois nos últimos anos tem se intensificado a procura de materiais mais homogêneos graças às propriedades físicas e químicas que advém dessas características de uniformidade5. a rota de microemulsão é uma alternativa na busca de um material mais homogêneo quanto à forma e tamanho das partículas. conhecendo-se a relação de concentrações de água e de surfactante (w) pode-se controlar o tamanho médio das gotículas de microemulsão, e, portanto pressupõe-se das partículas. admitindo-se partículas esféricas, a partir de considerações geométricas, podemos chegar às equações que permitem calcular diretamente o raio da partícula, de acordo com o trabalho de p. barnickel1. a microemulsão é um nanoreator, na medida que restringe o volume da reação dentro das gotículas, induzindo a forma da partícula da sólida de acordo com a forma da gotícula de microemulsão, e determinado à dimensão de partículas em escala nanométrica4. overbeek6 descreveu as microemulsões como gotículas pequenas (diâmetro 5-50 nm) de um líquido disperso em outro de natureza química diferente, ou seja, uma fase óleo dispersa em uma fase aquosa, caracterizando o sistema do tipo óleo/água (o/a) ou água/óleo (a/o). porém, em muitos casos, a fase dispersa que consiste de monocamadas de gotículas pode ter raio de alcance de 10 até 100nm 12 e apresenta-se estável termodinamicamente, transparente e isotrópico. o nome microemulsão foi primeiramente usado por schulman e colaboradores (1959)13 que propôs um mecanismo de organização a partir de observações em microscopia eletrônica. dentre as sínteses de materiais de fase peroviskita podemos destacar algumas, tais como: reação do estado sólido entre o baco3 e o mno2 em altas temperaturas (> 1200oc) para sintetizar o composto bamno3. esta alternativa de síntese interfere diretamente na homogeneidade de forma e tamanho das partículas alterando também a pureza do material preparado, pois entre outras variáveis a dependência do reagente inicial nas velocidades de nucleação e de crescimento de partículas é determinante do tamanho. outras rotas de obtenção de materiais de fase peroviskita são a coprecipitação 14 o processo sol-gel, síntese hidrotérmica, e o método utilizando citratos 17, que foi empregado na síntese de nanopartículas de óxido de ferro. o material óxido de manganês e bário (bamno3), apresenta estrutura peroviskita, e sua estrutura cristalina foi primeiramente estudada por hardy3 , que obteve a fase em temperaturas acima de 400 oc pela térmolise do manganato de bário (bamno4) pelo método descrito por scholder em 1952 9. uma das aplicações do composto de bário não estequiométrico (bamno3-x), é o seu papel na obtenção de compostos supercondutores de altas temperaturas como é o caso do ybamn2o6-x realizado por t.p. beales et al2. muitos desenvolvimentos em microemulsão foram feitos com a finalidade de sintetizar partículas magnéticas de tamanho nanométrico que são utilizadas para gravação magneto-óptica conforme demonstrado nos trabalhos de rivas j. et al para a síntese da ferrita de ítrio8e na preparação de fluidos magnéticos7, nos trabalhos de d. o. shah et al para a síntese da ferrita de bário10e da ferrita de cobalto11. materiais cerâmicos da classe do zirconato de chumbo, como demonstrado nos trabalhos de wang et al16, foram sintetizados utilizando a técnica de microemulsão. o objetivo deste trabalho é a preparação de partículas da peroviskita bamno3 através dos métodos de coprecipitação convencional e da rota de microemulsão como nanoreator e a comparação das fases formadas quanto ao tamanho e a forma de partícula da amostra. parte experimental preparação de bamno3 o fluxograma da figura 1 e a tabela 1 resumem as etapas de preparação das amostras usando dois diferentes métodos: o primeiro, a coprecipitação convencional dos óxidos a partir da solução de nitratos dos metais precursores e o segundo, o processo conhecido por microreatores em microemulsão. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 rota de coprecipitação convencional (rcc) os nitratos metálicos foram dissolvidos em água deionizada nas razões estequiométricas de 1:1. os oxi-hidróxidos metálicos foram coprecipitados com excesso de solução de hidróxido de amônio 1 mol l-1. os precipitados de coloração marrom escuro, característico do manganês, foram lavados com água deionizada até atingirem ph igual a 7, filtrados em funil de buchner e secos em estufa a aproximadamente 70 oc, em seguida tratados termicamente na faixa de temperatura de 600 a 800oc por 3 horas. método de microemulsão convencional (mmc) para preparar as microemulsões foi seguida a ordem de adição do n-heptano (merck pa) como a fase oleosa e como surfactante não iônico o poli (oxietileno)5 nonil fenol éter (igepal co-520, aldrich pa). duas microemulsões foram preparadas: a primeira (ma) contendo soluções 0,2 mol l1 dos nitratos metálicos, ba(no3)2 e mn(no3)2.4h2o, dissolvidos em água deionizada e a segunda microemulsão formada pela fase precipitante (mb) contendo uma solução de hidróxido de amônio (merck, pa) aproximadamente 1,0 mol l-1. as quantidades apropriadas para o sistema de microemulsão foram usadas de acordo com a tabela 1. o sistema é caracterizado pela transparência das microemulsões. em seguida as duas microemulsões, ma e mb, foram misturadas e vigorosamente agitadas em agitador magnético por 8 horas viabilizando a coalescência das gotículas e a mistura das soluções precursoras com a conseqüente reação de coprecipitação dos respectivos oxi-hidróxidos metálicos. caracterização das amostras as fases sólidas precipitadas foram lavadas com acetona para a retirada da fase orgânica, surfactante e n-heptano, em seguida o produto foi seco a 70oc por aproximadamente 4 horas, e finalmente foi calcinado ao ar nas temperaturas de 400 até 800oc por 3 horas de exposição em forno tipo mufla edg modelo edgcon 3p com uma taxa de aquecimento de 30oc min-1, tanto para as amostras obtidas pelos dois métodos. difratometria de raios x (xrd) as amostras de bamno3 obtidas pelas técnicas de co-precipitação e de microemulsão foram analisadas por difratometria de raios x pelo método do pó (drx). os difratogramas de raios x foram obtidos com o equipamento marca siemens modelo d 5000, com radiação de cu ka1 (l = 1,5406 a) utilizando a velocidade de coleta de dados de 0,05 graus a cada 1s. os dados de 2q foram http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 coletados entre 10 e 70oc. microscopia eletrônica de varredura (sem) as micrografias eletrônicas foram obtidas com equipamento jeol modelo jms–t330, e aceleração com tensão de 20 kv. as amostras foram previamente tratadas termicamente na faixa de 300 até 800oc. o pó foi disperso em acetona e colocado em suporte recoberto com filme de ouro para o contato elétrico na superfície. as amostras foram visualizadas ao microscópio eletrônico de varredura para a analise da forma e do tamanho das partículas. termogravimetria e análise térmica diferencial (tg/dta) para a caracterização do pó de bamno3 a partir dos eventos térmicos, a amostra foi seca em estufa à temperatura de aproximadamente 70oc por 12 horas. as curvas termogravimétricas e de calorimetria exploratória diferencial foram obtidas com o equipamento sdt 2960, da ta instruments. as curvas de tg e dta foram obtidas em atmosfera de ar sintético, com aproximadamente 6,8 mg de amostra, taxa de aquecimento de 20oc min-1 e fluxo de 100 ml min-1. resultados e discussão as fases sólidas coprecipitadas foram obtidas tanto com em solução convencional com nas misturas das microemulsões ma e mb. a reação de hidrólise pelos cátions ba2+ e mn2+ resulta na formação dos oxi-hidróxidos metálicos respectivos, precursores da fase bamno3. o difratograma de raios x da fase peroviskita bamno3 está na figura 2. a evolução das fases cristalinas em função da temperatura de calcinação foi acompanhada e o tempo de exposição fixado em 3 horas. a figura 2 indica que a 300oc ocorre uma mistura das fases de carbonato de bário (baco3 ficha 44-1467), de dióxido de manganês (mno2 ficha 44-0141), do óxido de manganês não estequiométrico (mno1,88 ficha 5-0673) e indica também o início de formação da fase peroviskita (bamno3 ficha 26-0168). as fases dos óxidos de manganês e carbonato de bário estão presentes em 400 oc, 500 oc e 600oc. quando a amostra é aquecida a 700oc ocorre uma predominância da fase peroviskita sendo excluída quase que por completo a presença do óxido de manganês não estequiométrico e do carbonato de bário. finalmente a 800oc podemos inferir a formação da fase peroviskita bamno3 contando apenas com a presença do óxido de manganês estequiométrico (mno2). a presença deste óxido é devida à relação estequiométrica inicial entre os íons ba2+ e mn2+ de 1:1, mas com o decorrer da reação ocorreu a formação do carbonato e a relação estequiométrica altera-se em relação aos íons ba 2+ e mn 3+/mn4+ ocorrendo uma mudança do número de oxidação do manganês de 2 para uma mistura de 3 e 4. tal comportamento evidencia o mecanismo de formação da fase peroviskita. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 a figura 3 é uma comparação das amostras obtidas via rota de microemulsão e coprecipitação, ambas calcinadas a 800oc por 3 horas de exposição. o padrão usado no difratograma de raios x foi bamno3 (ficha 26-0168). na figura 3 constata-se que o método de microemulsão favorece a formação da fase peroviskita indicado pela maioria dos picos e pela alta intensidade relativa se comparada à fase obtida via coprecipitação. outra evidência é a pureza de fase do composto, pois na mesma temperatura de preparação o material bamno3 encontra-se em uma mistura com outras fases tanto de óxido de manganês estequiométrico quanto de carbonato de bário. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 a figura 4 e a tabela 2 ilustram os resultados. nesta figura comparou-se a curva obtida pela rota de síntese via microemulsão fig. 4a e a curva obtida pelo método de coprecipitação convencional figura 4b, ambas obtidas em atmosfera de ar sintético. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 a curva da figura 4a ilustra o efeito térmico da fase bamno3 com patamares bem definidos, a atmosfera apresenta em sua composição grandes quantidades de oxigênio que decompõe a amostra conforme o pico exotérmico característico da decomposição de matéria orgânica seguramente advinda do surfactante [poli (oxietileno)5 nonil fenol éter] que ficou adsorvido na superfície das partículas do material bamno3. a tabela 2 demonstra tais resultados apresentando uma faixa de temperatura da transição bem estreita para a amostra obtida via mmc a etapa i apresenta variação de temperatura de 190oc, enquanto que para a amostra obtida via rcc a variação na etapa i é de 350oc. na etapa ii tal comportamento é semelhante apresentando variação de 233oc para a amostra via mmc e 411oc para a rota rcc e na etapa iii ocorre uma mudança desta variação para a amostra obtida via mmc a variação foi de 159oc enquanto que para a rcc foi de 53oc mas esta última apresentou uma etapa iv o resíduo não se decompõe por total até a etapa iii. a etapa i da figura 4a demonstra a queima da matéria orgânica caracterizada pelo pico exotérmico na curva dta, na etapa ii ocorre apenas um pico endotérmico que evidencia a passagem do carbonato de bário com o óxido de manganês a fase peroviskita de bamno3, não se pode afirmar que restou carbonato pois este aparece na curva dta ao redor de 960-1015oc, como ocorreu na curva dta da figura 4b . influência dos gases da atmosfera do forno nestes experimentos utilizou-se amostras com aproximadamente 6,8 mg, taxa de aquecimento de 20 oc min-1 e fluxo do gás de arraste de 100 ml min-1. os gases utilizados foram n2, ar sintético e co2. a figura 5 e a tabela 3 ilustram os resultados obtidos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 nesta figura pode-se observar que o n2 e o co2 apresentam similaridade na decomposição, porém o ar sintético apresenta um efeito marcante na decomposição do material. a influência maior ocorre nas atmosferas de co2 e n2 enquanto que na atmosfera de ar sintético, as etapas de decomposição são melhores definidos o que pode ser verificado pela formação de patamares. tal comportamento é devido à presença de matéria orgânica (surfactante) adsorvido na superfície da partícula. quando é feita a exposição em gás n2 e co2 o composto de bamno3 obtido pela rota de microemulsão se comportou inerte a oxidação da atmosfera de gás do forno até a segunda etapa da decomposição, porém ao atingir a temperatura da transição representado pela etapa iii a mistura de óxidos de manganês estequiométrico e não estequiométrico com carbonato de bário ocorre rapidamente a formação da fase peroviskita de bamno3, de acordo com a equação química balanceada abaixo. 3.baco3 + 1.mn3o4 ® 3.bamno3(s) + 3.co(g) + 1/2 .o2(g) o composto de bamno3 quando submetido à atmosfera de co2 atingiu uma temperatura da transição para a fase peroviskita estável a 556oc valor este menor do que quando em atmosfera de ar sintético e n2 que apresentaram temperatura da transição de 934 e 795oc respectivamente, também ocorreu uma terceira temperatura da transição para as atmosferas de n2 e ar sintético de 795oc e 934oc respectivamente. tal comportamento é devido a rápida formação de carbonato de bário muito estável até a temperatura de 1200oc, favorecendo a reação com o mn3o4 e formando a peroviskita estável bamno3. pela curva termogravimétrica na figura 4a pode-se inferir a não presença de carbonato de bário, pois tal composto ao se decompor absorve calor sendo representado pela curva dta como um pico endotérmico, este sim encontrado na figura 4b que evidencia a decomposição do carbonato a 988oc menor do que para o baco3 puro. a pequena perda de massa encontrada na figura 4a é devido à decomposição do mn3o4 a mno2 ficha 44-0141 encontrado a 800oc pela difratometria de raios x. tal passagem é justificada pela estequiometria de 1:1 entre o carbonato e o óxido de manganês. a microscopia eletrônica de varredura (mev) foi utilizada para caracterizar o tamanho e a forma das partículas obtidas tanto pelo método de microemulsão quanto pelo método de coprecipitação convencional e compará-las para evidenciar a eficácia da técnica de microemulsão. a figura 6 ilustra os resultados obtidos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 tais resultados podem inferir a melhor relação de forma e tamanho das partículas obtidas pelo método de microemulsão figura 6b. para as amostras obtidas pelo método de coprecipitação ocorre a formação de aglomerados sem controle de forma com tamanho de aproximadamente 0,5 mm enquanto que para a microemulsão a homogeneidade é muito maior com partículas ao redor de 0,15 mm. conclusão as informações obtidas pelas técnicas de difratometria de raios x, tg e dta e microscopia eletrônica de varredura indicaram que a fase peroviskita de bamno3 foi induzida inicialmente entre 300oc e 500oc e bem cristalizada a 800oc, sendo caracterizada em uma mistura de fases de mn3+ e mn4+. o material bamno3 calcinado a 800oc foi analisado pela microscopia eletrônica de varredura mostraram relativa uniformidade, com formação de aglomerados com diâmetro médio entre 0,15 a 0,3 mm e algumas com forma alongada e tamanho aproximado de 0,3 até 0,5 mm. a melhor homogeneidade em forma e tamanho das partículas quanto a melhor formação do composto estável é indicada pela rota de microemulsão, evidenciando, portanto a utilidade do método para as reações de precipitação controladas. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6a referências bibliográficas 1 barnickel p. et al. sized tailoring of silver colloids by reduction in w/o microemulsions. j. colloid interface sci., v.148, p.80-90, 1992. 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[ links ] javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); recebido em 08.03.2002 aceito em 15.04.2002 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200011  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24 são paulo 1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100008 estudo da influência de adições de prata na resistividade elétrica da liga cu-5%al antono tallarico adorno* neivaldo strutzel saggin** cecílio sadao fugivara* mário cilense* carlos sobreira beatrice* resumo: estudou-se a influência de adições de 2%, 6% e 8% ag, em peso, na resistividade elétrica da liga cu-5%al, utilizando-se o método dos quatro pontos e um sistema de registro contínuo de variação da resistividade elétrica com a temperatura. os resultados obtidos indicaram que a resistividade elétrica da liga aumenta com o aumento da concentração de prata e que as inflexões observadas nas curvas de variação da resistividade com a temperatura de aquecimento podem ser atribuídas à solubilização da prata na matriz de cu-al. observou-se também que a velocidade de aquecimento da amostra é um fator importante na intensidade e forma dos eventos observados. palavras-chave: resistividade elétrica; adições de prata; ligas a base de cobre introdução as ligas de cu-al apresentam boa estabilidade química e, dependendo da concentração de alumínio, boas propriedades mecânicas. adições de pequenas quantidades de prata a essas ligas melhoram ainda mais algumas de suas propriedades, como dureza2 e resistência à corrosão sob tensão 9, sem modificar apreciavelmente sua plasticidade e usinabilidade. adorno et al.4 verificaram que adições de prata à liga cu-5%al, em peso, permitem que se obtenha endurecimento por envelhecimento nessa liga. as concentrações de prata parecem estar limitadas a 8%, para se obter esse endurecimento, e os tempos de envelhecimento dependem da concentração de prata e da temperatura de envelhecimento. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back do ponto de vista teórico, o sistema ternário cu-ag-al, próximo ao lado cobre-prata, fornece uma oportunidade rara de se estudar os efeitos eletrônico e de tamanho e sua influência na presença e nos intervalos de estabilidade de diversas fases metálicas.8 do ponto de vista tecnológico, as ligas de cu-al e cu-al-ag são utilizadas em placas de circuitos eletrônicos, em pastas de alta condutividade, em engrenagens e em objetos ornamentais. algumas composições contendo prata são utilizadas como eletrodo, em processos de purificação de água. há ainda uma aplicação potencial dessas ligas como material de teste em certas aplicações odontológicas. panseri & leoni 9 determinaram, por via metalográfica, o diagrama de equilíbrio da liga cu-al-ag na região compreendida entre 90% e 100% cu, construindo quatro seções com percentual constante de cobre, paralelas ao lado ag-al. massalski & perepezko8 estudaram a constituição e a relação de fases na liga cu-al-ag, em composições com até 40% at. al, por metalografia, difração de raios x e análise por microssonda de elétrons. esses autores constataram a existência de uma falha de continuidade (solubilidade completa) no sistema ternário, em todas as temperaturas consideradas, entre as fases ag3al e cu3al, ambas cúbicas de corpo centrado, e verificaram ainda que pequenas adições de cobre permitem que a fase ag3al exista no sistema ternário a temperaturas bem abaixo de seu limite de estabilidade no sistema binário. adorno1 e adorno et al.2, 3 propuseram um esboço do diagrama de equilíbrio da liga cu-al-ag, estudando principalmente a região rica em cobre e verificaram que na fase cu3al ocorre algo semelhante ao que foi observado com a fase ag3al,8 ou seja, que pequenas adições de prata modificam o campo de estabilidade da fase cu3al, em relação àquele verificado para o sistema binário cu-al.7 adorno et al.2 observaram algumas modificações nas propriedades mecânicas da liga cu-5,4%al5,2%ag em relação à liga cu-al e atribuíram essas modificações à presença de precipitados de prata. adorno et al.5 estudaram a distribuição de precipitados de prata e a influência da composição na resistividade elétrica das ligas cu-5,2%al, cu-5%ag, cu-4,3%al-4,7%ag e cu-8,4%al-5,3%ag, usando microscopia eletrônica de varredura, análise por dispersão de raios x (edx) e medidas de variação da resistividade elétrica com a temperatura de equilíbrio. os autores observaram a ocorrência de pontos de inflexão nas curvas de variação da resisitividade elétrica com a temperatura, para as ligas contendo prata e atribuíram a presença dessas inflexões à dissolução da prata. neste trabalho, a influência de adições de 2%, 6% e 8% de prata, em peso, na resistividade elétrica da liga cu-5%al foi estudada através de medidas de variação da resistividade elétrica da liga em função da temperatura de aquecimento, em amostras submetidas previamente a um tratamento térmico de recozimento prolongado. material e método amostras das ligas cu-5%al, cu-5%al-2%ag, cu-5%al-6%ag e cu-5%al-8%ag foram inicialmente laminadas e a partir dessas laminas foram obtidos fios de 0,5 mm de diâmetro e cerca de 50 cm de comprimento. esses fios foram então enrolados como um helicóide e submetidos a um tratamento térmico de recozimento a 800o c durante 4.300 minutos, para alívio de tensões e homogeneização das amostras. em seguida os fios foram colocados em um porta-amostras especialmente construído, contendo uma haste de cerâmica com quatro condutos internos, por onde foram passados fios de platina. esses fios de platina foram soldados a ponto, dois a dois, nas extremidades da amostra. junto ao centro da amostra foi colocado ainda um termopar de cromel/alumel. todo o conjunto, suportado pela haste de cerâmica, foi colocado dentro de um tubo de vickor e este tubo foi introduzido no forno. o controle da temperatura do forno e o registro da variação da resistividade elétrica com a temperatura foram feitos utilizando-se um sistema de controle e aquisição de dados da microquímica e um multímetro digital hp 34401a, ambos conectados a um microcomputador. durante a operação o sistema controlava a temperatura do forno, de acordo com a programação feita, e registrava graficamente a temperatura do forno e a leitura do multímetro em função do tempo. utilizou-se uma fonte estabilizada de corrente contínua e foi aplicada na amostra uma corrente de 100 ma resultado e discussão a figura 1 mostra o gráfico de variação da diferença de potencial com a temperatura, obtido para a liga cu-5%al-8%ag. nesse gráfico, pode-se observar a presença de uma queda na diferença de potencial em torno de 750oc. a partir de uma temperatura em torno de 800oc a inclinação da curva parece ficar maior, indicando uma taxa maior de aumento da diferença de potencial. pode-se supor, então, que a partir de 800o c a prata está quase completamente solubilizada e a resistência elétrica da liga deve ter aumentado. na verdade se observa um intervalo de temperaturas, o que parece indicar que o processo de solubilização da prata não ocorre em uma determinada temperatura. a queda inicial da diferença de potencial e, consequentemente, da resistividade da liga, deve estar relacionada com um rearranjo dos átomos de prata, antes da dissolução, conforme já observado na literatura.5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 a figura 2 mostra o gráfico de variação da diferença de potencial com a temperatura, obtido para a liga cu-5%al-6%ag. neste gráfico também se observa um intervalo de temperaturas, entre 680 e 780o c, no qual variou a diferença de potencial da liga e, a partir da temperatura em torno de 780o c, observa-se um aumento na inclinação da curva, indicando novamente que a diferença de potencial e, portanto, a resistividade elétrica da liga, passa a aumentar a uma taxa maior do que anteriormente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 o gráfico de variação da diferença de potencial com a temperatura, obtido para a liga cu-5%al2%ag, está mostrado na figura 3. o intervalo de temperaturas onde deve ocorrer o processo de dissolução da prata parece, para esta liga, estar entre 650 e 730oc. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 os dados obtidos parecem indicar que a dissolução da prata ocorre no intervalo de temperaturas entre 730 e 820oc, aproximadamente, para a liga contendo 8%ag e entre 680 a 780oc para a liga que contém 6 %ag em peso. para a liga contendo 2%ag em peso, este intervalo parece estar entre 650 e 730oc. esses resultados estão razoavelmente de acordo com aqueles citados na literatura 3, 9 e obtidos através de outras técnicas, principalmente análise térmica diferencial, que indicam a região de solubilização completa da prata, para algumas ligas de cu-al-ag, entre 650 e 750oc. foi feito ainda um estudo da influência da velocidade de aquecimento da amostra no registro da variação da diferença de potencial com a temperatura, variando-se a velocidade de aquecimento entre 2 e 20oc por minuto. a figura 4 mostra a curva obtida para a liga cu-5%al-2%ag, com velocidade de aquecimento da amostra de 2oc por minuto. a figura 5 mostra a curva obtida para a liga cu-5%al-8%ag, com velocidade de aquecimento de 5oc por minuto. comparando-se a figura 3 com a figura 4 e a figura 1 com a figura 5, pode-se observar que o aumento da velocidade de aquecimento possibilitou um registro mais detalhado do evento. entretanto, para velocidades maiores que as citadas não foi observada uma melhoria no registro, indicando que o valor ideal, para cada concentração, deve ser determinado caso a caso. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 a transformação dos dados obtidos, de diferença de potencial para resistividade, foi feita utilizandose os valores do comprimento e da área da seção transversal de cada amostra, juntamente com o valor da corrente aplicada, 100 ma, substituídos na fórmula na qual r = resistividade elétrica, d v = diferença de potencial; a = área da seção transversal da amostra; l = comprimento da amostra; e i = corrente aplicada. a área da seção transversal das amostras utilizadas foi razoavelmente constante, em torno de 1,96 x 10-3 cm2. a figura 6 mostra o gráfico de variação da resistividade elétrica com a temperatura, obtido para todas as ligas estudadas submetidas a um tratamento prévio de recozimento. as curvas correspondentes a cada liga foram obtidas em velocidades diferentes de aquecimento, sendo colocadas no gráfico aquelas que mostraram uma melhor definição do evento. nesse gráfico podese observar que a curva correspondente à liga cu-5%al não apresenta nenhuma inflexão, o que permite associar as inflexões observadas nas outras curvas à presença da prata nas ligas utilizadas. observa-se também que a curva para cada uma das ligas contendo prata tem uma posição diferente no gráfico, ficando acima da curva correspondente à liga cu-5%al e indicando um aumento da resistividade elétrica com a concentração de prata. os valores obtidos para a resistividade elétrica das ligas estudadas estão razoavelmente de acordo com aqueles citados na literatura.5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 conclusão os resultados obtidos indicaram que é possível registrar o intervalo onde ocorre a dissolução da prata, adicionada à liga cu-5%al, por medidas de variação da resistividade elétrica com a temperatura de aquecimento. esse intervalo parece ser modificado em função da concentração de prata, ocorrendo um deslocamento do mesmo para valores menores da temperatura conforme diminui o teor de prata. o valor da resistividade elétrica das amostras utilizadas parece aumentar proporcionalmente com a concentração de prata. do ponto de vista da ductibilidade da liga, quanto maior a concentração de prata maior a dureza e menor a ductibilidade, pois as ligas com maior teor de prata apresentaram maiores dificuldades na obtenção dos fios. os dados de variação da resistividade elétrica em função da temperatura, obtidos para as ligas estudadas, indicaram que quanto menor o teor de prata, menor o valor da temperatura de transição da região bifásica para a região monofásica, ou seja, menor a temperatura onde ocorre a dissolução da prata precipitada. o sistema utilizado, de registro contínuo da variação da resistividade elétrica com a temperatura de aquecimento da amostra, mostrou-se muito mais sensível e preciso do que aquele de medidas de variação da resistência elétrica com a temperatura no equilíbrio térmico, empregado para determinar a temperatura de solubilização da prata em ligas de cu-al-ag com composições bastante próximas daquelas utilizadas neste trabalho. com as medidas feitas no equilíbrio, foi necessário utilizar as derivadas das curvas de variação da resistência elétrica com a temperatura de aquecimento para determinar a região de temperaturas onde ocorre a solubilização da prata.6 um dos parâmetros que pareceu bastante crítico foi a velocidade de aquecimento da amostra. foram feitos ensaios com diversas velocidades de aquecimento, até 10oc/min, e os melhores resultados foram obtidos na velocidade de 5oc/min. agradecimento os autores agradecem à fapesp e ao cnpq pelo auxílio recebido. adorno, a. t. et al. influence of silver additions on the electrical resistivity of the cu-5%al alloy. ecl. quím. (são paulo), v.24, p.103-112, 1999. abstract: the influence of additions fo 2%, 6%, and 8 wt. % ag on the electrical resistivity of the cu-5 wt. % al alloy was studied by the four-probe d.c. method and an automated recorder system. the results indicated that the electrical resistivity of the alloy increases with silver concentration and that the inflexions on the curves of electrical resistivity changes with temperature may be ascribed to silver solubilization on the cu-al matrix. it was also observed that the sample heating rate may change the shape of the curve recorded. keywords: electrical resistivity; silver additions; copper-based alloys referências bibliográficas 1 adorno, a.t. diagrama de equilíbrio da liga cu-al-ag. são carlos, 1987. 135 p.tese (doutorado em engenharia metalúrgica) escola de engenharia, universidade de são paulo. 2 adorno, a.t.; beatrice, c.r.s.; benedetti, a.v.; cabot, p.l. silver dissolution on copper-based alloys. j. mat. sci.(hampshire), v.28, p.411-14, 1993. 3 _______. phase relationships in the copper-silver-aluminium ternary system, near the copper-rich corner. j. mat. sci. lett.(london), v.8, p.1294-97, 1989. 4 adorno, a.t.; cilense, m.; gárlipp, w. mechanical properties and precipitation energy of the cu-al-ag (5.4%al-5.2%ag) alloy. j. mat. sci. lett.(london), v.6, p.163-4, 1987. 5 adorno, a.t., guerreiro, m.r., benedetti, a.v. influence of silver additions on the aging characteristics of the cu-10.4at%al alloy. j. alloys comp.(lausanne), v.268, p.122-9, 1998. 6 cilense, m., lopes, m.a., adorno, a.t., beatrice, c.r.s. determinação da temperatura de solubilização da prata em ligas de cu-al-ag por medidas de resistência elétrica. ecl. quím.(são paulo), v.23, p.81-9, 1998. 7 massalski, t.b., ed. binary alloy phase diagrams. 2.nd., ohio: american society for metals, metals park, 1992, vol. 1, p.141-3. 8 massalski, t.b., perepezko, j.h. constitution and phase relationships in the copper-silveraluminium ternary system z. metallkde.(stuttgarrt), v.64, n. 3, p.176-81, 1973. 9 panseri, c., leoni, m. ii diagramma di stato ternario rame alluminio-argento nella zona ad elevata percentuale di rame. alluminio(milano), v.30, n.6, p.289-98, 1961. recebido em 28.1.1999. aceito em 25.2.1999. * departamento de físico-química instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil. ** aluno de iniciação científica bolsista da fapesp. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24  são paulo  1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100008  www.scielo.br/eq volume 34, número 4, 2009 87 inhibitors of human collagenase, mmp1 sergio roberto de andrade leite instituto de química, unesp, cp 355, 14801-970, araraquara, sp, brasil e-mail address: leite@iq.unesp.br abstract: different common drugs (meloxicam, tenoxicam and piroxicam, and sodium alendronate) were tested both experimental and theoretically as inhibitors of interstitial human collagenase, also known as matrix metalloproteinase 1 (mmp-1). the in vitro collagenase activity, alone and in the presence of inhibitors, was quantified by the reaction with a fluorescent synthetic substrate and measuring the change of emission. collagenase-inhibitor interaction was studied theoretically by computational calculations. three among the four tested substances showed moderate inhibiting activity against the human collagenase. keywords: collagenase, mmp-1, human metalloproteinases, inhibitors, docking. introduction the metalloproteinases of the conjunctive matrix, also known as matrixins or mmp (the acronym of matrix metallo proteinase), constitute a subgroup of the zinc-endoproteases produced by the conjunctive tissue. these enzymes participate in the initial events that result in tissue degradation, both in physiologic and pathologic conditions. they are divided in five groups: 1. collagenases that hydrolyze the collagen, protein resistant to most of the proteases; 2. gelatinases, thus named because they hydrolyze denatured collagen, also known as type iv collagenases, for they also degrade native collagen type iv; 3. stromelysins, originally described as proteoglycanases, but that actually possess a reasonably wide proteolytic activity; 4. pump; 5. stromelysin 3. murphy et al [1] proposed a more complete classification, whose updated version is given below: 1. collagenases: interstitial collagenase (mmp-1), neutrophil collagenase (mmp8), collagenase 3 (mmp-13), collagenase 4 (mmp-18). 2. stromelysins: stromelysin 1 (mmp-3), stromelysin 2 (mmp-10), stromelysin 3 (mmp11), no trivial name (mmp-19), enamelysin (mmp-20). 3. gelatinases: gelatinase a (72 kd, mmp-2), gelatinase b (92 kd, mmp-9). 4. membrane collagenase: mt1mmp (mmp14), mt2mmp (mmp-15), mt3mmp (mmp-16), mt4mmp (mmp-17). 5. others: matrilysin (mmp-7), macrophage elastase (mmp-12). the 3d structures of several mmps were already determined by x rays diffraction or by nmr spectroscopy, alone or binding to inhibitors [2]. inside of the molecule domain responsible for the bond to zinc ion, a very similar sequence exists in all of structure-known zinc proteinases: ala-ala-his-glu-hydrophobic aa-gly-his [3], in which is believed that the two histidine residues link to the zinc ion [4]. the third bond site is not known in all of the cases, unlike in some other zinc-proteins, as the thermolysin, in which the third bond involves a residue of glu separated from his by 19 amino acids residues [1]. the activation of the matrix metalloproteinases, that is, the transformation of zymogen into active enzyme, involves the change of the coordination of the zinc with the sulphydril group of a ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 200988 artigo article cystein residue, for water, which turns the fourth point of coordination of that metal [3, 5]. different causes that result in the contact loss between cystein and zn can activate the enzyme. in vivo this activation is mediated by plasmin. the inhibition of mmps is the opposite effect that modulates the activity of mmps in the normal organism. in nature this role is played by a family of inhibitors known as tissue inhibitors of metalloproteinases, timp, that are proteins that link to several matrixins, not very selectively, inhibiting them. besides the tissue inhibitors, the human plasma α2-macroglobulin and related proteins of the plasma of other mammals and of the chicken egg also have inhibiting effect [3]. besides the natural inhibitors, synthetic inhibitors have been prepared in the sense of obtaining drugs for treatment of pathological processes mediated by such enzymes, or when an unbalance between activation and inhibition of mmps occurs. among such pathologies we can mention certain rheumatic processes (osteoarthritis and rheumatoid arthritis), tumor invasion and metastasis, and periodontal disease. unfortunately, the first generation of those drugs, already submitted to clinical trials, did not result in promising drugs. the main problem is the lack of specificity, difficulty that comes from the similarity among the active sites of the different conjunctive matrix metalloproteinases. the search of effective and selective synthetic inhibitors has stimulated the study of the structure of matrix metalloproteinases of mammals. since 1993 different mmp structures have been determined by x-ray diffraction and nmr spectroscopy, free or bound to inhibitors [2,618]. the zinc ion in the active site of mmps is coordinated by at least two histidine residues, of numbers 218 and 222, through one of the atoms of nitrogen of the imidazol ring. browner et al. [2] demonstrated that, for the case of the matridemonstrated that, for the case of the matrilysin, such histidine residues and a third, the 228, are involved in the coordination of the zinc of the catalytic site, through nε of the ring. a second ion zinc, this one with structural function, is coordinated by other three histidine residues and one of glutamic acid. similar situation takes place in the stromelysin 1, where the catalytic zinc is coordinated by his-201, -205, and -211, and the structural zinc by his-151, -166, and -179 [14]. to summarize, metalloproteases from connective tissue of mammals, mmps, have in common two ions of zinc, one located in the enzyme active site, involved in the catalytic process, and the other with structural function, similar to calcium ions in these enzymes. the catalytic zinc ion binds to three histidine residues and, in the active enzymes, to a molecule of water. the other zinc ion also coordinates to three other residues of histidine and to a fourth residue of another amino acid, which depends on the nature of the enzyme. the active site zinc in the mmps acts as a lewis acid, since it is a good electron acceptor. thus, it is able to polarize a binding group of the substrate and, as a result, if this group is a base, increases its nucleophilic power. on the other hand, acting as an acid, increases the ability of a group connected to it to suffer the attack of a base. an example of the first type is the molecule of water binding to zinc in the active enzyme, which dissociates under the polarizing effect of zn2+ , even in environments with ph values not very high, generating a hydroxyl able to attack other molecules. this is the mechanism of action suggested for the carbonic anhydrase, another zinc-enzyme, where the hydroxylic oxygen bound to zn2+ attacks the carbon of the co2 and produces bicarbonate, after rearrangement and decomposition of the intermediary species. on the other hand, the mechanism of catalysis by matrix metalloproteases, as the human collagenase, is an example of the second type of mechanism. in this case, the hydrolysis of the amide (peptidic bond) begins by attack of the zinc, as a lewis acid, on the carbonylic oxygen, polarizing the carbonyl and facilitating the attack of its carbon by the hydroxyl of water linked to zinc. the intermediary, negatively charged, then decomposes into carboxylate and amine. the synthetic inhibitors of the mmps obtained until now are substances that bind directly or indirectly to the catalytic zinc ion. they are species containing the groups hydroxamate, carboxylate, sulfydryl, sulfoximine, sulfodiimine, sulfonamide or thiol [2, 3, 19-21]. the study of the interaction of inhibitors with the mmps, mainly the structure determination of enzyme-inhibitor ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 89 artigo article complexes, is essential to understand the structural features relevant for the inhibition. these informations constitute the basis for the rational search of new more potent inhibitors, through theoretical chemistry calculations, whose results guide their synthesis. in the present work some common drugs were tested as inhibitors of the human collagenase mmp-1, both experimental and theoretically. the choice of such drugs, currently employed for other pathologies, was made based on experimental and clinical references [22]. the great advantage in selecting drugs already used in other pathologies is the previous knowledge of their toxicity and safety, checked by the acquired clinical experience. experimental methods human collagenase (mmp-1) was purchased from icn biomedicals inc., livermore, ca, usa. the activity of this enzyme was measured by reaction with the synthetic substrate 7-methoxycoumarin-4-acetyl-pro-leu-gly-leuβ-(2,4-dinitrophenyl) l-2, 3-diaminopropionyl)ala-arg-nh2 (abbreviated mca-pro-leugly-leu-dpa-ala-arg-nh2, from sigma-aldrich co., saint louis, mo, usa). in this compound, the fluorescent emission of methoxycoumarin group is quenched by 2,4dinitrophenyl-amino ring. the hydrolysis of the peptide chain by mmp-1 between the gly and leu residues extinguishes this effect and enhances the fluorescence at 394 nm, proportionally to collagenase activity [23]. the reactions were performed in a buffered medium (tricine 50 mm ph 7.5) containing ca2+ 10 mm and nacl 0,10 m, in a total volume of 100µl. the mmp-1 concentration was always 10 mm and that of fluorogenic reagent varied from 1 to 10 µm. the fluorescence was measured in a microfluorimeter (tecan austria gesellschaft, salzburg, austria), with excitation wavelength at 330 nm and emission at 394 nm. the choice of substances for the inhibition tests was based on reports in the literature (experimental or clinical) among common drugs with inhibiting effect upon collagenases. the selected drugs have different structures and pharmacological activities, but all share such supposed inhibiting effect [22]. four ligands were tested: three oxicans, namely meloxicam, tenoxicam and piroxicam, and sodium alendronate. the ic50 was determined for those that exhibited activity against the enzyme. computational methods computational calculations performed were: modeling of the three-dimensional structure of the ligands by energy minimization methods, calculation of electronic and thermodynamics properties and simulation of the interaction between ligands and collagenase active site by a docking procedure. the enzyme structure was obtained from protein data bank (structure 1cgl), determined by x-ray diffraction [24, 25]. this structure refers to collagenase co-crystallized with an inhibitor and informs about the molecule region interacting with the ligands. calculations were performed on a compaq ap400 workstation with two processors (windows software for classical and quantum mechanical energy minimization and molecular dynamics) and on a silicon graphics octane workstation (unix software for docking and ab initio quantum mechanical calculation). for the former the softwares used were: cache worksystem 5.04 for windows (fujitsu systems business of america, inc., beaverton, or, usa) [26] and hyperchem 4.5 for windows (hypercube, inc., waterloo, on, canada) [27], and for the last first discovery 1.8 (modules: glide; liaison; qsite; impact) and jaguar 4.1. for irix (in other words, sgi unix) (schrödinger inc., portland, or, usa) [28]. a) structure of ligands: three-dimensional structure of the ligands was determined by energy minimization and molecular dynamics simulated annealing, alternately, many times, to obtain a structure in a lower energy minimum. the calculation was performed by the semiempirical quantum mechanical method pm3 [29]. b) ligand electronic properties: electronic densities and mülliken formal charges were obecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 200990 artigo article tained by the same pm3 method, applied on the optimized structures. c) ligand-mmp1 docking: first a grid calculation was run in order to determine the area to be searched to dock a ligand to the receptor. in this case, this area corresponds roughly to the enzyme active site. to perform this calculation, we utilized the known structure of the enzyme co-crystallized with an inhibitor. then, the dock computation generated the more plausible binding modes for the tested ligands. once located favorable structures and bond conformations, binding energies for ligand-receptor pairs were calculated. d) total binding energy ligand-enzyme (ebind): this calculation associates a quantum mechanical (qm) and a classical molecular mechanical (mm) procedures. first, the qm energy of the isolated ligand was calculated by an ab initio density functional theory (dft) method, utilizing the software jaguar 4.1 (schrödinger inc.). next, the energy of isolated enzyme was calculated by a mixed qm/mm method, the same ab initio dft technique for the active site region and a mm procedure with the opls-aa force field for the rest of the protein molecule. finally, the qm energy of the ligand and the qm/mm energy of the enzyme were subtracted from the qm/mm energy of the complex ligand-enzyme. this last was calculated in the same way that the energy of the enzyme alone. ebind = eqm/mm cplx eqm lig eqm/mm enz e) entropy calculation: the entropy of human collagenase, free and bond to ligands, was calculated to test entropic effects in the interaction enzyme-inhibitors. two entropic components must be considered: the conformational entropy of the polypeptide chain and the ordainment of water molecules around the lateral chains of the amino acid residues [30]. let us consider first the ordering of water molecules on the surface of the protein. in the case of globular proteins, as the human collagenase, this ordering occurs mainly in the external surface of the coil structure, which is in direct contact with aqueous medium. any disturbance in this hydration layer, for example, due to interaction of the protein with another protein or with a ligand, decreases such order and increases the entropy associated with it. we can estimate the degree of disturbance by calculating the fraction of surface area of the protein involved in this interaction. we supposed, by hypothesis, that this area is equal to half of the surface area of the ligand. the molecular surface area for enzyme and ligands was calculated by the grid method described by bodor et al [31], using the atom radii of gavezotti [32] and implemented by the program chemplus [33]. the conformational entropy of the polypeptide chain was calculated as follows. let us consider the variation of gibbs energy: ∆g = ∆h t∆s rearranging and calculating the partial derivatives in relation to temperature: (∂t / ∂t) ∆s + t (∂∆s / ∂t) = (∂∆g / ∂t) + (∂∆h / ∂t) the second parcels of equality, both sides, equals zero, so: ∆s = (∂∆g / ∂t) thus, the entropy can be calculated by the expression above, provided that we have the variation of free energy with temperature. this was obtained through a molecular dynamics, simulating the heating of the molecule in a certain temperature range. we considered that the total energy of the system varies linearly with temperature and that such energy (sum of potential and kinetics energies) can represent the gibbs energy of the system. thus: ∆s = ( etf eti ) / ( tf ti ) where i and f mean initial and final states. molecular dynamics was performed using the module hypernewton of the software hyperchem [27]. the heating was simulated between 0 and 300k. the total energy for ligands, enzyme and ligand-enzyme complexes was evaluated by clasecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 91 artigo article sical molecular mechanics. the conformational entropy was calculated for the free enzyme, for each ligand and for the ligands bound to the enzyme. results and discussion kinetic parameters for the human collagenase were obtained from the plot of fluorescent emission at 394 nm versus mca-pro-leu-gly-leu-dpa-ala-arg-nh2 concentration in µmol/l. this system displays a standard michaelis-menten kinetics with a vmax = 158 arbitrary units and km = 7,88 µm. among the tested drugs, all the oxicans inhibited the human collagenase (fig. 1). 0 50 100 150 200 0 20 40 60 80 100 120 meloxicam piroxicam tenoxicam e m is si on (a rb itr ar y un its ) [oxicam] µm fig.1 – effect of oxicans upon activity of human collagenase mmp1, measured by emission at 394 nm of the mca-pro-leu-gly-leu-dpa-ala-arg-nh2 hydrolysis product. piroxicam was the most active inhibitor (ic50 = 63 µm), followed by meloxicam (ic50 = 66 µm) and tenoxicam (ic50 = 91 µm). sodium alendronate, otherwise, enhanced the mmp1 activity (fig. 2). this effect is contradictory with a remark reported in the literature, which describes the inhibiting effect of bisphosphonates upon matrix metalloproteinases [22]. in this work, the authors verified the inhibiting effect of various bisphosphonates on different matrix metalloproteases of human conjunctive tissue matrix. although the alendronate did not inhibit human collagenase, mmp-1, it inhibited the mmps 3, 8, 9, 12 and 13. three other bisphosphonates, clondronate, pamidronate and tilundronate, inhibited the mmp-1. no stimulating or activating effects were observed in any case. on the other hand, we observed a similar activating effect of the alendronate upon the activity of the collagenase produced by the bacterium clostridium histolyticum, one of the causative agents of gas gangrene [34]. ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 200992 artigo article 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 40 50 60 70 80 90 100 110 120 e m is si on (a rb itr ar y un its ) [ sodium alendronate ] µm fig.2 – effect of sodium alendronate upon activity of human collagenase mmp1, measured by emission at 394 nm of the mca-pro-leu-gly-leu-dpa-ala-arg-nh2 hydrolysis product. docking calculations defined the best geometry for ligand-enzyme interaction. the best poses between each ligand and collagenase active site were select. as example, figure 3 shows piroxicam, the best inhibitor among the tested oxicans, bound to mmp-1 active site. ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 93 artigo article fig. 3 piroxicam bound to human collagenase active site. note the two hydrogen bonds between the ligand and the oxygen bound to catalytic zn2+. such simulation suggests the probable chemical interactions between the oxicans and the mmp1 active site. all of them bind through hydrogen bonds to the oxygen coordinated to the catalytic zinc (fig. 4). ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 200994 artigo article a) piroxicam detail: o h o hn zn his 218 his 222 his 228 1.726 2,049 164,3 o 126,5o ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 95 artigo article b) meloxicam detail: o h o hn 1,687 1,975 169,5 o 123,8o zn his 218 his 222 his 228 ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 200996 artigo article c) tenoxicam detail: fig. 4 hydrogen bonds (hb) between the oxicans and mmp-1 active site. distances in ångströms and angles in degrees. as cited in the introduction section, the zn2+ involved in the catalytic process coordinates to three residues of histidine and to one molecule of water, through its oxygen. the docking simulation of piroxicam and meloxicam with mmp1 showed the formation of two hydrogen bonds between the groups n-h and o-h of the oxicans ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 97 artigo article and the o coordinated to zn2+ (fig. 4a, b). for the tenoxicam the calculation suggested a different interaction schema: first, a hydrogen bond between the o-h and o-zn, as in the two others oxicans; second, absence of the bond between n-h and o-zn (angle and distance unfavorable); third, more three hydrogen bonds involving groups of tenoxicam and amino acids residues of mmp-1, namely: n-h with o=c of ala 182, s=o with h-n of his 183, and s=o with h-n of asn 180 (fig. 4c). the docking calculation between sodium alendronate and mmp-1 indicated the impossibility to form a hydrogen bond between this ligand and the oxygen linked to zinc, confirming the importance of such interaction for the enzyme inhibition, as the alendronate does not inhibit this enzyme. the highest intensity of inhibition of piroxicam and meloxicam compared to tenoxicam also coincides with a weaker interaction of the latter (longer bond and only one) with the oxygen bonded to catalytic zinc. the angle o  h ...... o of this hydrogen bond is smaller than the analog for piroxicam and meloxicam, which also contributes to the weakening of the bond. the calculated total bond energies reinforce this conclusion: its absolute value for tenoxicammmp-1 complex is smaller than for the other two oxicans. table 1 resumes these comments. table 1 relation among bond energy, nature of the hydrogen bonds (hb) between the ligands and zn environment of mmp-1, and intensity of inhibition of enzyme activity. the greater the length of hb and the more its angle differs from the ideal value of 180°, weaker it is. ligand (l) number of hb (total) number of hb l.... o  zn length of hb (å) angle of hb (degree) ligand ic50 (µm) total bond energy (hartree) piroxicam 2 2 2.049 1.726 126.5° 164.3° 63 -0.090489 meloxicam 2 2 1.975 1.687 123,8° 169.5° 66 -0.090757 tenoxicam 4 1 2.219 121.0° 91 -0.064924 alendronate 4 0 activator -0.022507 concluding, for the three oxicans, the more important groups for interaction with the human collagenase are the hydroxyl and the secondary amine, binding to the heterocyclic ring and to the carbonyl, respectively. in the three cases the hydroxyl establishes a hydrogen bond with the atom of oxygen linked to catalytic zinc. the amine forms a second hydrogen bond with the same oxygen for meloxicam and piroxicam, but this does not occur with tenoxicam, on account of the inappropriate geometry of the groups involved, particularly a very small n-h-o angle (86.7°). this fact, plus the o – h ..... o bond weaker than the analog ones in the other two oxicans, result in a smaller inhibiting effect of tenoxicam upon the human collagenase. besides the adequate geometry, electronic requirements must be satisfied for the establishment of a hydrogen bond: representing this by a – h ..... b, the bond is stronger as more electronegative is the atom a and better electron donor is the atom b. thus, lower the electronic charge in a (less negative, therefore) and greater in b (more negative), better. for the oxicans, atom a is represented by the hydroxyl oxygen and by the amine nitrogen. for the three oxicans, electronic partial charge on hydroxyl oxygen varies very little (fig. 5), indicating that this property is irrelevant in differentiating the inhibitory effect, here essentially dependent on the geometry. curiously, the positive charge on the hydroxyl hydrogen is higher in tenoxicam, which has the less favorable geometry, resulting in a lower inhibiting effect. this indicates that any effort to increase the electron density on the hydroxyl hydrogen of tenoxicam would be innocuous to intensify its inhibitory effect. the same behavior occurs for the amine hydrogen of the oxicans, whose partial charges vary in the same sense. ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 200998 artigo article fig. 5 mülliken partial charges for meloxicam, piroxicam and tenoxicam. in conclusion, among the essayed compounds, only meloxicam and piroxicam may be useful as leaders compounds for the search of more potent collagenase inhibitors. their geometry is correct and a stronger bond with the enzyme may be obtained varying adequately the electronic densities. this could be achieved by appropriate substitutions in different groups of the molecules, capable to reduce the electronic densities on hydroxyl and amine hydrogens. as examples, we calculated the partial charges of the fluorine and nitro-derivatives of meloxicam and piroxicam. first, for meloxicam, the fluorination of carbon 5 (numeration in fig.4) [35] of the aromatic ring increases the hydroxyl h partial charge from 0.218 to 0.226, and the perfluorination of the ring (four fluorine atoms) increases this charge to 0.272. the amine h is little affected, provide that the inductive effect spreads little in the carbon chain. otherwise, in the case of piroxicam, both mono and perfluorination have no effect on the hydrogen charges. therefore, it is probable that the fluorination redounds in some increase in the intensity of the hydrogen bond between hydroxyl and enzyme, but only in the case of meloxicam. nitration (mono) of the aromatic ring may occur in the carbon atoms vicinal and not vicinal in relation to the neighboring ring. such nitration decreases the electron density on positions ortho and para regarding the nitro group, with almost no change in position meta. this behavior results from the strong mesomeric effect [36] generated by this group, as illustrated in the diagram below (fig. 6). + etc o o n oo n oo n + + + --+ fig. 6 mesomeric effect of nitro group on the benzene ring. in consequence, the nitration in carbon 5 of meloxicam and piroxicam causes great reduction in the electron density of neighbor carbon, while the nitration in position 6 does not influence it. in the meloxicam, the charge on this carbon changes from 0.022 to 0.182 in the nitro compound in 6 and does not change (0.020) in the nitro compound in 7. in the case of piroxicam, in the first case the charge goes from 0.027 to 0.185 and in the second to 0.047. such change in formal charge in the 5-nitro derivatives also reflects on the carbon 4, bound to the hydroxyl group, and consequently on the hydroxyl itself. the partial charge rises on carbon 4 in both oxicans, and the hydrogen of the ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 99 artigo article hydroxyl group becomes more positive. this is schematized in the figure 7. n o o o h + + h o oo n + + h o oo n + fig. 7 resonance structures in nitrated meloxicam and piroxicam. greater extension of aromaticity of the benzene ring to the alongside ring in the ortho derivative, on account of electron delocalization extended to him, intensifies the phenolic character of the group oh. thus, this group becomes more acidic and the h more likely to form a hydrogen bond with an electron donor center, as the oxygen bond to mmp-1 catalytic zn. a stronger hydrogen bond should result in stronger enzyme inhibition. therefore, the 6-nitro-derivatives of meloxicam and piroxicam could be promising candidates to inhibitors of human connective tissue collagenase. thermodynamics properties let us discuss now the effect of the complexation with ligands on the two components of the enzymatic entropy. first, consider the effect on the entropy of hydration of the enzyme. as already discussed, this is increased by disarray of water molecules and their exclusion along the surface that interacts with the ligand. by hypothesis, this area corresponds to half of the surface area of ligand molecule. as seen in table 2, the ratio between the area of the surface of the enzyme that interacts with the ligand and the total area of the enzyme is small, about 3 per cent, and does not vary significantly for the three oxicans. therefore, the stabilizing effect of the ligand on the entropy of hydration is small. furthermore, the differences among the areas of water exclusion caused by the different oxicans are negligible, indicating that this effect is irrelevant to explain the difference between the activity of tenoxicam and the other two oxicans. table 2 surface area of human collagenase and oxicans, and ratio between the half of ligand surface area and the area of the enzyme. molecule surface area (å2) half surface area (å2) ratio ½ surface area lig. / surface area mmp1 human collagenase 8619,19 – – piroxicam 510,89 255,45 0,030 meloxicam 535,02 267,51 0,031 tenoxicam 504,92 252,46 0,029 molecule total energy of the optimized structure (kcal/ mol) total energy after heating 0 to 300 k (kcal/mol) entropy (s) (kcal/mol.k) sum of entropies of enzyme and free ligands difference (ssum scomplex) human collagenase 9859,48 -7037,12 11,16   piroxicam 37,898 89,278 0,171   meloxicam 45,152 92,412 0,158   tenoxicam 57,229 98,187 0,137   collagenase + piroxicam -9473,34 -7471,95 10,66 11,33 0,67 collagenase + meloxicam -9501,59 -6862,33 10,91 11,32 0,41 collagenase + tenoxicam -9464,15 -6931,24 10,98 11,30 0,32 in conclusion, the entropic effect seems to be irrelevant in the interpretation of inhibitory activity of the ligands. thus, the inhibition of human collagenase by the oxicans is better justified by structurally specific effects, dependent on their structure and charge the effect of complexation on the conformational entropy of the collagenase will be now analyzed. the results of calculations are summarized in table 3. we observe that the complexation decreases a little (< 6%) the conformational entropy of the enzyme. the small decline of entropy resulting from this interaction indicates an increase in the rigidity of lateral chains of some amino acid residues of the collagenase, due to the binding with the ligands. however, the comparative figures between the oxicans do not justify the observed differences on the enzyme activity, once the decrease of the entropy follows the same order of the increase in the inhibiting activity and not the inverse, as expected. ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009100 artigo article table 3 calculation of collagenase conformational entropy and their change during complexation. molecule surface area (å2) half surface area (å2) ratio ½ surface area lig. / surface area mmp1 human collagenase 8619,19 – – piroxicam 510,89 255,45 0,030 meloxicam 535,02 267,51 0,031 tenoxicam 504,92 252,46 0,029 molecule total energy of the optimized structure (kcal/ mol) total energy after heating 0 to 300 k (kcal/mol) entropy (s) (kcal/mol.k) sum of entropies of enzyme and free ligands difference (ssum scomplex) human collagenase 9859,48 -7037,12 11,16   piroxicam 37,898 89,278 0,171   meloxicam 45,152 92,412 0,158   tenoxicam 57,229 98,187 0,137   collagenase + piroxicam -9473,34 -7471,95 10,66 11,33 0,67 collagenase + meloxicam -9501,59 -6862,33 10,91 11,32 0,41 collagenase + tenoxicam -9464,15 -6931,24 10,98 11,30 0,32 in conclusion, the entropic effect seems to be irrelevant in the interpretation of inhibitory activity of the ligands. thus, the inhibition of human collagenase by the oxicans is better justified by structurally specific effects, dependent on their structure and charge in conclusion, the entropic effect seems to be irrelevant in the interpretation of inhibitory activity of the ligands. thus, the inhibition of human collagenase by the oxicans is better justified by structurally specific effects, dependent on their structure and charge distribution, and not by the structurally nonspecific ones, as the case of the entropy. this is a desirable outcome: since there is a series of metalloproteinases in the connective matrix, all of them very similar in structure, but with diverse participation in different pathologies, the selectivity of the inhibitor is very important. this selectivity can only be achieved through structurally specific effects, strictly dependent on the geometry and electronic properties of the molecule. acknowledgements we thank the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp) for the financial support (proc. no 00/11285-6). ecl. quím., são paulo, 34(4): 87 102, 2009 101 artigo article resumo: diferentes substâncias utilizadas como fármacos foram ensaiadas como inibidores da colagenase intersticial humana, também conhecida como metaloprotease 1 da matriz conjuntiva e pela sigla em inglês mmp-1. o estudo foi de natureza experimental e também de simulação computacional. a atividade da colagenase foi quantificada fluorimetricamente, pela reação com um substrato sintético fluorescente, cuja emissão se altera após a hidrólise. a interação colagenase-inibidor foi analisada teoricamente, mediante cálculos de docking. três das quatro substâncias testadas apresentaram atividade inibidora moderada sobre a colagenase humana. palavras-chave: colagenase, mmp-1, metaloproteases humanas, inibidores, ancoragem. references [1] g.j.p. murphy, g. murphy, j.j. reinolds, febs 289 (1991) 4. 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introdução os prejuízos anuais causados por nematóides na agricultura atingem a cifra de 100 bilhões de dólares no mundo inteiro.4,5 essas perdas são grandes em todo o mundo. porém, são especialmente intensas em regiões tropicais e subtropicais, onde fatores ambientais como temperatura, tipo do solo, vegetação e estações chuvosas favorecem o desenvolvimento, reprodução e a sobrevivência dos nematóides.6 no brasil, dentre os fitonematóides mais importantes encontram-se os dos gêneros meloidogyne e heterodera, causadores de galhas e cistos, respectivamente, que abrangem cerca de 30 espécies cada e atacam quase todas as culturas de grande importância econômica. dentre os diversos métodos utilizados para se controlar os nematóides, encontram-se os compostos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas químicos denominados nematicidas. dentre os diversos nematicidas disponíveis comercialmente, encontram-se alguns derivados da piperazina (1), que são utilizados no combate a helmintos parasitas de animais.3,10 apesar da comprovada atividade anti-helmíntica dos derivados da piperazina, não há na literatura qualquer relato sobre a utilização dessa classe de compostos no controle de fitonematóides. neste trabalho, descrevemos o preparo de amidas derivadas da piperazina e os resultados dos ensaios da avaliação da atividade das mesmas sobre os fitonematóides meloidogyne incognita e heterodera glycines. parte experimental para as análises em cromatografia em camada delgada foram utilizadas placas de sílica-gel com indicador de fluorescência uv254 (merck kieselgel 60 f254, com 0,25 mm de espessura). para todas as análises cromatográficas em coluna foi utilizada sílica-gel 60 (70-230 mesh-astm, merck), como fase estacionária. nas reações foram utilizados solventes de grau p.a, devidamente purificados segundo perrin e armarego (1988).7 os pontos de fusão foram determinados em aparelho mqatf-301, com as devidas correções. os espectros no infravermelho foram obtidos em espectrômetro perkin elmer spectrum 1000. os espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (400 e 200 mhz) e carbono 13 (100 e 50 mhz) foram obtidos, respectivamente, nos espectrômetros bruker drx 400 e dpx 200. os solventes utilizados foram cdcl3, d2o, dmso-d6 ou cd3od, e o tetrametilsilano (tms) foi utilizado como padrão interno de referência (d=0). os espectros de massas foram obtidos em espectrômetro hp 5989 a, por impacto eletronico a 70 ev. 1,4-dietanoilpiperazina (2) em um balão bitubulado de fundo redondo (125 ml), à temperatura ambiente, foram adicionados piperazina (860 mg; 10 mmol) e thf (15 ml). o sistema foi mantido sob atmosfera de nitrogênio e agitação magnética. em seguida foi acrescentado cloreto de etanoíla (785 mg; 10 mmol; 0,7 ml) dissolvido em thf (5 ml). o sistema permaneceu sob agitação por mais 90 minutos, quando se observou a formação de um sólido. após filtração da mistura, o sólido obtido (1,31 g) foi dissolvido em água destilada (15 ml) e a este sistema foi adicionada solução de naoh 2m até ph 9 e submetido a extração com diclorometano (4x20 ml). a fase orgânica foi concentrada, fornecendo novamente um sólido branco, que foi recristalizado em hexano/diclorometano 4:1 e caracterizado como sendo o composto 1,4-dietanoilpiperazina (2) (728 mg, 1,64 mmol, 89 %). rf = 0,49 (éter dietílico/metanol, 1:4), p.f. 53-55 oc. iv (kbr) máx cm-1: 3000, 2920, 2880, 1620, 1490, 1450, 1420, 1360, 1250 e 1000. rmn de 1h (400 mhz, cd3od) d: 2,10 (s, 6h, 2xch3) e 3,52 (m, 8h, 4xch2). rmn de 13c (100 mhz, cd3od) d: 21,20 e 21,16 (2xch3), 42,22; 42,58; 46,88 e 47,19 (4xch2) ;172,08 e 171,99 (2xco). em m/z (%): 170 (m+., 8), 155 (3), 127 (5), 99 (2), 85 (69), 69 (64), 56 (88) e 43 (100). 1,4-dibenzoilpiperazina (3) foram adicionados piperazina (860 mg; 10 mmol) e thf (15 ml) em um balão bitubulado de fundo redondo (125 ml), sob atmosfera de nitrogênio, agitação magnética e à temperatura ambiente. através de um funil de adição acoplado ao balão, foi adicionada lentamente solução de cloreto de benzoíla (1,40 g; 10 mmol) em thf (10 ml). houve formação imediata de um precipitado branco. a agitação foi mantida por 90 minutos, quando então a mistura reacional foi filtrada, o precipitado recolhido e recristalizado em etanol obtendo-se um sólido branco de 1,4dibenzoilpiperazina (3): (762 mg; 2,59 mmol; 62 %). rf=0,66 (éter dietílico/metanol, 10:1), p.f. 194-197 oc. iv (kbr máx (cm-1): 3100, 2990, 2880, 2870, 1625, 1450, 1420, 1380, 1230, 980, 750 e 680. rmn de 1h (400 mhz, dmso-d6) d: 3,37 (s, 8h, 4xch2) e 7,63 7,26 (m, 10h, anéis aromáticos). rmn de 13c (100 mhz, dmso-d6) d: 169,7 (co); 136,0 (c1�); 128,9 (c2� e c6�); 127,5 (c3� e c5�) e 125,8 (c4�) e 40,6; 39,7; 39,5 e 39,3 (4xch2).em m/z (%): 294 (m+., 1), 189 (4), 105 (100) e 77 (44). 1,4-bis-(3,5-dinitrobenzoil)piperazina (4) o composto (4) foi preparado utilizando-se a mesma metodologia empregada para a síntese do composto (3). neste caso foi utilizado o cloreto de 3,5-dinitrobenzoíla (2,30 g; 10 mmol) o que resultou na formação de 1,4-bis-(3,5-dinitrobenzoil)piperazina (4) (1,59 g (3,35 mmol, 67 %) como um sólido branco. rf = 0,85 (metanol/etanol, 10:1), p.f. > 300 oc. iv (kbr) máx cm-1: 3100, 3030, 3000, 2910, 2800, 2750, 2600-2400, 1625, 1590, 1450, 1350, 1080 e 710. rmn de 1h (400 mhz, d2o) d: 3,36 (s, 8h, 4xch2); 8,86 (d, 4h, j = 2,2 hz, 2xh2� e 2xh6�) e 9,03 (t, 2h, j = 2,2 hz, 2xh4�). 1-(metoxicarbonil)piperazina (5) e 1,4-bis-(metoxicarbonil)piperazina (6) a um balão bitubulado (125 ml), equipado com um funil de adição contendo cloroformato de metila (0,75 ml; 10 mmol) dissolvido em etanol 95% (5 ml), sob agitação magnética, atmosfera de nitrogênio e à temperatura ambiente, foi adicionada solução de piperazina (860 mg; 10 mmol) em etanol 95% (50 ml). a solução de cloroformato de metila foi adicionada lentamente, por aproximadamente 90 minutos, havendo formação de um precipitado branco (cloreto de piperazina), que foi solubilizado com a adição de água destilada (2 ml). a agitação foi mantida por mais cinco horas, quando a mistura reacional foi concentrada em evaporador rotativo e o sólido branco obtido dissolvido em água destilada (5 ml) e, finalmente, submetido à extração com éter dietílico (3x10 ml). a fase orgânica foi concentrada, fornecendo o composto 1,4-bis-(metoxicarbonil)piperazina (6) (485 mg; 2,4 mmol; 24 %). a fase aquosa foi retomada e concentrada sob pressão reduzida, o que levou à obtenção de um sólido branco. a esse sólido foi adicionado etanol absoluto (1 ml), e o precipitado insolúvel foi eliminado por filtração. sob refrigeração, foi adicionada solução de éter dietílico/acetato de etila (1:1) à solução etanólica, o que levou à formação de cristais brancos, caracterizados como o composto 1-(metoxicarbonil)piperazina (5) (669 mg; 4,6 mmol; 46 %). 1(metoxicarbonil)piperazina (5): rf = 0,11 (metanol), p.f. 173-175 oc. iv (kbr) máx (cm-1): 3400, 2910, 2850, 1680, 1460, 1415 e 1240. rmn de 1h (400 mhz, d2o) d: 3,14 (t, 4h, j = 5,3 hz, 2xch2); 3,64 (t, 4h, j = 5,3 hz, 2xch2) e 3,67 (s, 3h, ch3). rmn de 13c (100 mhz, d2o) d: 156,8 (co), 53,4 (ch3) e 43,1 (c3 e c5) e 40 (c2 e c6). 1,4-bis-(metoxicarbonil)piperazina (6): rf = 0,58 (éter dietílico), p.f. 79-80 oc. iv (kbr) máx (cm-1): 2980, 2950, 2880, 1700, 1460, 1415, 1240, 1200, 1110, 980, 940 e 770. rmn de 1h (400 mhz, cdcl3) d: 3,46 (s, 8h, h2, h3, h5 e h6) e 3,72 (s, 2xch3). rmn de 13c (100 mhz, cdcl3) d: 155,8 (co); 52,6 (ch3) e 44,1 (c2, c3, c5 e c6). 1-benzoil-4-metoxicarbonilpiperazina (7) sob atmosfera de nitrogênio e agitação magnética a 50 oc foram adicionados, a um balão bitubulado de 125 ml, 1-(metoxicarbonil)piperazina 5 (288 mg, 2 mmol) e thf (30 ml). através de um funil, foi adicionada a solução de cloreto de benzoíla (0,56 ml; 4 mmol) em thf (5 ml) durante 30 minutos. após 18 horas a mistura reacional foi concentrada. o sólido obtido foi solubilizado em etanol 95%, acidificando-se a solução com hcl 2 mol/l até ph 2. posteriormente, a solução foi neutralizada com naoh 2 mol/l, extraída com éter dietílico (3x35 ml) e a fase orgânica concentrada em evaporador rotatório, obtendo-se o composto 7 na forma de cristais brancos que foram recristalizados em etanol (275 mg; 1,18 mmol; 59,1 %). 1-benzoil-4metoxicarbonilpiperazina (7): rf = 0,50 (metanol), p.f. 64,6 65,1 oc. iv (kbr) máx (cm-1): 3069, 2970, 2924, 2866, 1700, 1626, 1438, 1411, 1230, 1008, 768 e 711. rmn de 1h (200 mhz, cdcl3) d: 7,30 7,46 (m, 5h, 5xch aromático), 3,73 (s, 3h, coch3) e 3,50 (sl, 8h, 4xch2). rmn de 13c (50 mhz, cdcl3) d: 170,6 (cooch3); 159,5 (ncoph), 135,7 (c1�); 129,9 (c2� e c6�); 128,5 (c3� e c5�); 126,9 (c4�); 52,8 (ch3o) e 43,8 (4xch2). 1-(3,5-dinitrobenzoil)-4-metilpiperazina (8) a um balão bitubulado de 125 ml, sob atmosfera de nitrogênio, agitação magnética e à temperatura ambiente, foram adicionados cloreto de 3,5-dinitrobenzoíla (10 mmol; 2,30 g) e thf (15 ml). por meio de um funil acoplado ao balão, foi adicionada solução de 1-metilpiperazina (10 mmol; 1,00 g; 1,10 ml) em thf (10 ml). houve formação imediata um precipitado branco. a mistura permaneceu sob agitação magnética por mais quatro horas. a mistura reacional foi filtrada, fornecendo um sólido branco (2,85 g). foram dissolvidos 200 mg deste sólido em dmso e água (1:1). a esta solução foi adicionado naoh 2 mol/l e foram feitas extrações com dcm (5x40 ml). a fase orgânica foi seca com mgso4 e concentrada, fornecendo uma solução avermelhada que, mantida em repouso e sob refrigeração, levou à formação de 1-(3,5-dinitrobenzoil)-4metilpiperazina (8) (134 mg, 58 %), como cristais brancos. rf = 0,58 (metanol), p.f. 135-138 oc. iv (kbr) máx (cm-1): 3090, 3060, 3030, 2910, 2850, 2800, 1640, 1540, 1520, 1460, 1410, 1350, 980, 900 e 715. rmn de 1h (400 mhz, cdcl3) d: 2,36 (s, 3h, ch3); 3,38 3,53 (sl, 4h, h2 e h6); 3,75 3,96 (sl, 4h, h3 e h5); 8,6 (d, 2h, j = 2,0 hz, h2� e h6�) e 9,09 (t, 1h, j = 2,0 hz, h4�). rmn de 13c (100 mhz, cdcl3) d: 165,2 (co); 148,5 (c3� e c5�), 139,2 (c1�); 127,5 (c2� e c6�); 120,3 (c4�); 47,8 (c3 e c5) ; 45,9 (ch3n) e 42,6 (c2 e c6). em m/z (%): 294 (2), 195 (3), 99 (18), 70 (100), 71 (15) e 43 (28). trifluoroacetato de piperazina (9) a um balão bitubulado, sob atmosfera de nitrogênio, agitação magnética e à temperatura ambiente, foram adicionados piperazina (860 mg; 10 mmol) e thf (20 ml). através de um funil de adição foi acrescentada lentamente solução de anidrido trifluoroacético (1,8 ml; 2,73 g; 13 mmol) em thf (10 ml). houve a formação instantânea de um precipitado branco e, após três horas de agitação magnética, a mistura foi filtrada. o sólido obtido foi lavado com thf (20 ml), obtendo-se 1,49 g (47%) de um sólido branco que foi recristalizado em etanol/água, 1:1 e caracterizado como trifluoroacetato de piperazina (9): rf = 0,40 (metanol), p. f. 254-256 oc. iv (kbr) máx (cm-1): 2980, 2800-2500 (banda larga), 1710, 1410, 1200, 1150, 830, 770, 700 e 600. rmn de 1h (400 mhz, d2o) d: 3,52 (s, 8h, 4xch2). rmn de 13c (100 mhz, d2o) d: 163,5 (d, co); 116 (q, j = 22 hz, cf3); 40,7 (c2, c3, c5 e c6). em m/z (%): 44 (83), 45 (100), 69 (75), 85 (28) e 86 (25). ensaios biológicos neste trabalho foi utilizada a metodologia do tubo invertido descrita por tsai et al., 1991.10 além dos compostos preparados (2-9), foram também testadas a piperazina (1), 1-metilpiperazina (10) e 1-fenilpiperazina (11). para isso, as amostras foram solubilizadas em metanol ou dmso, de modo que a concentração de cada uma fosse de 20 mg ml-1. destas soluções, foi retirado 0,1 ml e transferido para tubos de ensaio que continham 1,9 ml da solução a 0,1% do surfactante tween 20. em seguida, foram adicionados 0,5 ml de suspensão aquosa, contendo aproximadamente 400 juvenis de 2o estádio dos nematóides estudados em cada tubo. assim, a concentração final de cada substância testada foi de 20 mg ml-1. os tubos foram selados com lenço de papel facial e incubados no escuro por 48 horas, a 26 oc. ao término deste período, os tubos foram invertidos em placa de petri contendo 5 ml de solução de sulfato de estreptomicina a 1000 mg ml-1, e novamente os tubos foram incubados por 48 horas a 26 oc, também no escuro. ao final desse período de tempo, foi realizada a contagem dos nematóides existentes em cada placa de petri, com o auxílio de microscópio. por este método, os nematóides visualizados foram considerados vivos. para cada ensaio foram realizadas seis repetições para cada amostra e para o controle, utilizando-se somente o solvente (metanol ou dmso). a atividade nematicida de cada amostra foi expressa em porcentagem de mortalidade calculada pela seguinte equação: mortalidade (%) = [(b a) / b] x 100, onde: b = média do número de nematóides vivos no branco e a = média do número de nematóides vivos nas amostras. o experimento foi inteiramente casualizado e os dados analisados estatisticamente pelo teste de scott-knott, a 5% de probabilidade. resultados e discussão objetivando preparar uma série de bis-amidas, a piperazina (1) foi inicialmente tratada com 2 equivalentes de cloreto de etanoíla o que resultou na formação do composto 2 com 89 % de rendimento. foram observados no espectro de rmn de 1h um singleto em d 2,10, correspondente a 6h (2xch3co), e um multipleto em d 3,52, correspondente a 8h (4xch2), sendo esses dados coerentes com os deslocamentos químicos para esses hidrogênios.8,9 entretanto, o sinal em d 3,52 deveria ser um singleto, se os hidrogênios fossem equivalentes. todavia, a ligação c-n das amidas, de acordo com a temperatura, pode apresentar caráter de dupla ligação, de acordo com a ressonância:1 assim, a ligação n-c torna-se mais rígida, impedindo a livre rotação do grupo ch3co e, dessa forma, tornando os grupos ch2 não equivalentes, levando, assim, ao multipleto observado em d 3,52. o mesmo procedimento sintético foi utilizado na tentativa de se produzir a 1,4-bis(trifluoroacetil)piperazina tratando-se a piperazina com anidrido trifluoroacético. no entanto, o composto obtido foi o trifluoroacetato de piperazina (9). a confirmação da formação deste composto foi feita por meio de seu preparo diretamente pela reação da piperazina com 2 equivalentes de ácido trifluoroacético. o seu espectro obtido no iv apresentou uma banda larga entre 2.500-2.850 cm-1, indicativo da presença do grupo nh2 +. o espectro de massas não apresentou o pico do íon molecular em m/z 278. no entanto, foram observados os picos m/z 86 e m/z 114, correspondentes às massas da piperazina e do ácido trifluoroacético, respectivamente, bem como fragmentos em m/z 69 (cf3 +) e m/z 45 (cooh+). o espectros de rmn de 13c e de 1h deste composto apresentaram sinais em d 40,7 e d 3,52, referente aos carbonos e hidrogênios metilênicos da piperazina, respectivamente. a mesma metodologia foi utilizada para o preparo das amidas aromáticas 1,4-dibenzoilpiperazina (3) e 1,4-bis-(3,5-dinitrobenzoil)piperazina (4), com rendimentos de 67% e 62%, respectivamente. os dados espectroscópicos (iv e rmn de 1h e 13c desses compostos são compatíveis com as respectivas estruturas. os compostos (5) e (6) foram preparados de acordo com metodologia descrita por baltzly (1944).2 objetivou-se principalmente a produção do composto (5), que possui um de seus nitrogênios protegido pelo grupo metoxicarbonil, para a sua reação com cloretos de ácido, uma vez que a reação de desproteção forneceria compostos do tipo monoacilpiperazínicos (5a). para otimizar esta reação, várias tentativas foram realizadas para diminuir a quantidade produzida do composto (6) em relação a (5). a metodologia que forneceu melhor resultado foi a utilização de solução bem diluída de piperazina e a adição lenta do cloroformato de metila. neste caso, a relação entre (5) e (6) foi de 2:1. os espectros no iv de (5) e (6) mostraram-se diferentes somente na região de 3.500 a 3.200 cm-1, devido à banda de estiramento da ligação n-h11 presente no composto (5) e ausente no composto (6). no espectro de rmn de 13c, a diferença está nos sinais referentes aos carbonos metilênicos. no espectro do composto (6) há somente um sinal em d 44,1 devido aos quatro grupos ch2, mostrando uma simetria no composto. para a substância (5) aparecem dois sinais em d 43,1 e 40,6, demonstrando a diferença entre os carbonos metilênicos. em relação à rmn de 1h, o espectro do composto (5) apresenta dois tripletos em d 3,14 (j = 5,3 hz) e em d 3,64 (j = 5,3 hz), cada um referente a quatro hidrogênios, enquanto o composto (6) apresenta somente um singleto em d 3,46 referente a oito hidrogênios. a partir da obtenção do composto (5) foram desenvolvidas as reações de obtenção dos compostos monoacilpiperazínicos do tipo (5a), de acordo com a reação descrita anteriormente. inicialmente realizou-se a reação entre o cloreto de benzoíla e o 1-(metoxicarbonil)piperazina (5), de acordo com o esquema a seguir: essa reação resultou na formação de um sólido branco, cuja estrutura foi determinada por espectros no iv, rmn de 1h e 13c. o espectro no iv do composto obtido (7) apresentou bandas em 3.069 cm-1 (deformação axial ch aromático), 2.970, 2.924 e 2.866 cm-1 (deformação axial ch alifático) e duas bandas de carbonila, uma em 1.700 cm-1 (deformação axial cooch3) e a outra em 1.626 cm-1 (deformação axial ncoph). a maior evidência observada no espectro de rmn de 1h foi o singleto em d 3,73, atribuído aos hidrogênios da metoxila. a confirmação da formação do composto (7) foi também obtida pela análise de seu espectro de rmn de 13c, no qual aparecem dois sinais de carbonos carbonílicos em d 170,6 (cooch3) e em d 159,5 (ncoar). além destes, aparece um sinal referente ao carbono da metoxila em d 52,8. o tratamento do composto (7) com hcl 2 mol/l não resultou na obtenção do produto desejado (7a), tendo ocorrido a degradação do material de partida. o composto 1-metil-4-(3,5-dinitrobenzoil)piperazina (8) foi sintetizado utilizando-se 10 mmol de cloreto de 3,5-dinitrobenzoíla e 10 mmol de 1-metilpiperazina. o composto 8 foi obtido com 58% de rendimento e a sua estrutura foi confirmada através da análise de seus espectros de massas, iv, rmn de 1h e 13c. o espectro no iv deste composto apresentou absorções em 3.090, 3.060 e 3.030 cm-1 (deformação axial ch aromático), 2.910, 2.850 e 2.800 cm-1 (deformação axial ch alifático) e em 1.640 cm-1 (deformação axial co). o seu espectro de rmn de 1h apresentou dois singletos alargados em d 3,64 (h2 e h6) e 3,85 (h3 e h5), um singleto integrado para 3 hidrogênios em d 2,36 (nch3), além de um dupleto em d 8,80 e um tripleto em d 9,09 correspondentes aos hidrogênios aromáticos. ensaios biológicos a porcentagem de mortalidade causada pela piperazina e seus derivados sobre os fitonematóides m. incognita e h. glycines está apresentada na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 por essa tabela pode-se observar que a piperazina apresentou acentuada atividade nematicida sobre m incognita (59%) e h glycines (53%). uma vez que a atividade biológica dos compostos está normalmente associada não apenas à forma tridimencional das moléculas, mas também aos tipos de grupos funcionais presentes, os derivados do tipo amina (10 e 11), sal (9), carbamato (5, 6 e 7) e amida (2, 3, 4, 7 e 8) foram testados. assim, observa-se que, para m. incognita, apenas os compostos 4, 5 e 6 não apresentaram atividade nematicida. os compostos mais ativos foram as aminas 10 e 11 e o composto 7 (que apresenta uma função amida e outra carbamato). esses compostos foram ligeiramente mais ativos que a piperazina, apesar dos resultados não diferirem entre si estatisticamente. os compostos 4 (amida), 5 e 6 (carbamatos) não apresentaram efeito tóxico sobre m. incognita, na concentração testada. os compostos 2, 3 (amidas) e 8 (amina e amida) apresentaram atividades nematicidas significativas, entretanto foram menos ativos que a piperazina. no caso de h. glycines, observou-se que as amida 3, o sal 9 e a amina 11 foram tão ativas quanto a própria piperazina. os compostos 2, 3 (bis-amidas), 6 (carbamato) e 11 (amina) foram tóxicos para esse fitonematóide, entretanto foram menos ativos que a piperazina. já os compostos 5, 6 (carbamatos), 7 (carbamato e amida) e 8 (amida e amina) não apresentaram efeito estatisticamente diferente do controle. esses resultados demonstram que tanto a piperazina quanto seus derivados do tipo amina, amida e carbamato apresentam atividade tóxica sobre m. incognita, entretanto como o número de derivados testados em cada classe foi bastante reduzido, não foi possível obter nenhuma correlação entre a estrutura química e a atividade biológica. conclusão pelos resultados encontrados, verifica-se que alguns derivados da piperazina causaram, na concentração de 20 mg ml-1, até 73% de mortalidade de m. incognita e 58% de h. glycines. com esses resultados promissores, outros ensaios biológicos deverão ser realizados, bem como outros derivados preparados buscando encontrar compostos mais ativos, com potencial uso comercial. agradecimentos os autores expressam seus agradecimentos ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) pela concessão das bolsas de pós-graduação (mlf) e de pesquisas (lcab) e também à coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes), à fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig) e ao padct/cnpq pelo suporte financeiro . demuner, a.j. et al. synthesis and evaluation of nematicides activity of piperazine derivatives. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: in the search for new synthetic nematicides, eight piperazine derivatives were prepared. these compounds, and also two commercially available piperazine derivatives and piperazine, were submitted to a biological assay to evaluate their activity against the phytonematodes meloidogyne incognita and heterodera glycines. at the concentration of 20 mg ml-1, the compounds caused 3 to 73% mortality of m. incognita and 7 to 58% mortality of h. glycines. keywords: piperazine; nematicides; agrochemicals; fitonematodes. referências bibliográficas 1 abraham, r. j.; fisher, j.; loftus, p. introduction to nmr spectroscopy. chinchester: john wiley & sons, 1988. 271p. [ links ] 2 baltzly, r.; buck, j.s.; lorz, e.; schon, w. the preparation of n-mono-substituted and unsymmetrically disubstituted piperazines. j. am. chem. soc., v.66, p.263-266, 1944. 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[ links ] javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); recebido em 12.6.2000. aceito em 23.10.2000. * parte da dissertação de mestrado apresentada por mlf ao departamento de química da universidade federal de viçosa 36571-000 viçosa – mg brasil ** laboratório de análise e síntese de agroquímicos (lasa) departamento de química universidade federal de viçosa 36571-000 viçosa – mg brasil *** departamento de agronomia, universidade federal uberlândia, 38400-902 uberlândia-mg brasil http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100001  www.scielo.br/eq volume 34, número 4, 2009 79 síntese e caracterização de esferas monodispersas de látex e sua utilização no preparo de filmes de cristais coloidais tridimensionais. mateus geraldo schiavetto*, roberto bertholdo, sidney josé lima ribeiro, younès messaddeq departamento de química geral e inorgânica, instituto de química unesp, c. p. 355, 14801-970, araraquara, sp, brasil. *e-mail: mateusiq@yahoo.com.br resumo: esferas de poliestireno foram obtidas através da polimerização do estireno sem a presença de emulsificante. a suspensão foi caracterizada por espalhamento de luz e microscopia eletrônica de transmissão apresentando monodispersidade com tamanho em torno de 463 nm. o método de deposição vertical foi utilizado para preparar filmes em substratos de vidro a partir da suspensão de esferas. filmes de opalas de alta qualidade foram obtidos e caracterizados por espectroscopia de reflectância, microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica. palavras-chave: esferas de látex, filmes 3d, cristais coloidais e dispositivos ópticos. introdução colóides os colóides encontram-se amplamente inseridos em nosso contexto, estando presentes tanto em produtos do cotidiano, como por exemplo, alimentos, cosméticos, tintas, medicamentos, filmes fotográficos, ou encontrando inúmeras aplicações tecnológicas, tais como, em ciência dos materiais, através de argilas, espumas, minerais e aerossóis; em química, onde destacam-se os sóis de au ou ag, surfactantes e semicondutores; em biologia, envolvendo proteínas, vírus, bactérias e células; entre outros [1-5]. a ciência dos colóides está relacionada com o estudo dos sistemas nos quais os constituintes de uma mistura apresentam pelo menos uma de suas dimensões no intervalo de 1 a 1000 nm, ou seja, refere-se essencialmente a sistemas contendo tanto moléculas grandes como pequenas partículas [1]. no que diz respeito às partículas coloidais, as mesmas podem apresentar formatos variados, tais como, elipsóides de revolução, esferas, bastões, discos, entre outros, sendo que estas variações são conseqüências das interações e ligações entre as cadeias que as formam [6]. dentre os inúmeros formatos que uma partícula coloidal pode adquirir, há em particular, um grande interesse voltado às partículas esféricas, cujas sínteses têm sido reportada por xia e colaboradores [5], os quais vêm estudando o processo de formação das esferas de acordo com as reações processadas durante a síntese. processo este que é freqüentemente constituído por duas etapas, sendo a primeira responsável pela nucleação (formação de pequenos núcleos) e a segunda pelo crescimento dos núcleos. para que se possa alcançar uma monodispersidade das partículas, essas duas etapas devem ser rigorosamente separadas, ou seja, a nucleação deve ser evitada durante o período de crescimento. os sistemas coloidais formados por esferas de sílica ou esferas de látex destacam-se dos demais por apresentarem boa monodispersidade, sendo que este parâmetro é uma condição indispensável para futuras aplicações na preparação de artigo/article ecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 2009 ecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 200980 artigo article dispositivos com propriedades ópticas de grande interesse [7]. esferas de látex partículas esféricas monodispersas de látex podem ser preparadas através de uma reação de polimerização em emulsão, onde os principais componentes para este processo são o monômero, um meio de dispersão (usualmente a água), um agente emulsificante (surfactante) e um iniciador solúvel no solvente. o processo inicia-se com o monômero sendo disperso em uma emulsão aquosa, com o auxílio do agente emulsificante, formando então pequenas partículas cujos diâmetros variam entre 1-100 µm. de acordo com o mecanismo proposto por xia e colaboradores [5], muitas moléculas do surfactante existem como micelas com aproximadamente 10 nm de diâmetro e podem ser “inchadas” pelo monômero. a formação dos polímeros de látex tem início com a decomposição do iniciador solúvel em água, onde uma grande quantidade de radicais livres primários é gerada. esses radicais polimerizam uma pequena quantidade do monômero que se encontra dissolvido na fase aquosa, resultando na formação de núcleos oligoméricos, que se apresentam na forma de minúsculas partículas. subseqüentemente, estes núcleos “entram” nas micelas e eventualmente crescem em partículas maiores até que todo o monômero dissolvido em cada micela seja completamente consumido. ao mesmo tempo, o monômero encapsulado em gotas da emulsão atua como um reservatório, fornecendo uma reserva de unidades para que haja a repetição do ciclo de crescimento das cadeias poliméricas, através de um processo de difusão. o crescimento dos polímeros de látex termina no ponto em que todos os monômeros tenham sido consumidos [5]. para um polímero de látex que tem um tamanho de 100 nm, existem aproximadamente 1000 cadeias macromoleculares emaranhadas como espirais formando a esfera. cada cadeia começa e termina com um grupo funcional formado pela decomposição do radical iniciador. nos casos em que o persulfato de potássio é utilizado como iniciador da reação, a superfície do polímero de látex preparado apresenta um grupo sulfato carregado negativamente como grupo terminal da cadeia polimérica [5]. a utilização da técnica de polimerização de emulsão tem possibilitado a preparação, em grande quantidade de esferas monodispersas de polímeros como o polimetilmetacrilato (pmma) e o poliestireno (ps), onde o tamanho das esferas poliméricas de látex pode ser perfeitamente controlado em uma faixa que varia de 20 nm até aproximadamente 1 µm [5]. uma outra rota alternativa tem sido explorada visando a obtenção de esferas monodispersas de látex. um grande destaque tem sido dado à preparação de esferas de ps, através de uma simples reação de polimerização do estireno, em uma emulsão aquosa, sem a utilização do agente emulsificante. este processo, utilizado por holland e colaboradores [8], tem sido chamado de polimerização de emulsão livre de surfactante e pode ser aplicado na preparação de esferas de ps cujos diâmetros podem ser controlados em uma escala submicrométrica, sendo possível variar o tamanho das partículas realizando alterações nos parâmetros que controlam a síntese, como, por exemplo, modificando a velocidade de agitação mecânica. dentre inúmeros fatores, inclusive os já apresentados neste trabalho, as partículas esféricas vêm sendo alvo de numerosas pesquisas nas últimas décadas, visando à obtenção de novos materiais que apresentem forma e tamanho definido. por exemplo, um arranjo tridimensional organizado de esferas de tamanho coloidal leva a observação de efeitos ópticos interessantes como o da difração da luz visível. estes “cristais coloidais tridimensionais” (cc 3d) podem ser considerados como materiais de pseudo-gap fotônico uma vez que a difração é observada em ângulos específicos obedecendo a lei de bragg. verdadeiros cristais fotônicos tridimensionais (cf-3d), onde a difração de determinado comprimento de onda seja observada para todos ângulos de observação, podem ser obtidos, por exemplo, utilizando-se os cc como moldes (templates) no preparo dos cf 3d de materiais com elevado índice de refração como silício ou calcogenetos metálicos. ecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 2009 81 artigo article neste contexto, os sistemas coloidais formados por esferas de látex destacam-se pela relativa facilidade de síntese em quantidades apreciáveis e apresentando elevada monodispersidade, parâmetro indispensável na formação de um cc com um alto grau de ordenamento e com pequeno número de defeitos [7]. cristalização coloidal os primeiros relatos encontrados na literatura científica a respeito da cristalização de partículas coloidais foram descritos por j. perrin [9] no ano de 1909, onde em seu clássico trabalho, o cientista utilizando-se de resultados obtidos por microscopia, fez a medida do tamanho de partículas submicrométricas que suportadas em um substrato sólido formavam um arranjo bidimensional. foi mostrado que o ordenamento das esferas começava quando a espessura da camada de água da suspensão de partículas se tornava igual ao diâmetro das mesmas. foi analisado não ser devido às repulsões eletrostáticas nem as forças de van der walls entre as partículas a responsabilidade pela formação de um cristal em duas dimensões, mas sim, observações diretas revelaram que muitos fatores estão envolvidos na explicação para a formação do arranjo, tais como, forças capilares atrativas (devido a um menisco formado ao redor das partículas) e o transporte conectivo de partículas para a região ordenada. o controle na taxa de evaporação da água permite a preparação de arranjos que podem ser constituídos por uma ou várias camadas de esferas altamente ordenadas [10]. a preparação de cristais coloidais, resultando em templates com esferas altamente ordenadas, pode ser realizada através de inúmeros métodos, como, por exemplo, pela deposição por eletroforese [11], pela técnica de langmuir-blodgett (lb), [12-13], por sedimentação natural (ou gravitacional) [14-15], por centrifugação [8], filtração em membrana [5], entre outros. entretanto, uma maior facilidade de manipulação e caracterização dos cc formados é conseguida quando estes encontram-se suportados em substratos na forma de filmes. para tanto, algumas técnicas tem sido utilizadas, como por exemplo, spin coating [16], dip-coating [17] e deposição vertical [18]. assim sendo, o presente trabalho relata a síntese e caracterização de esferas monodispersas de látex, bem como a preparação e caracterização de filmes de cc 3d de látex em substratos de vidro, através do método deposição vertical com evaporação controlada do solvente. material e métodos síntese das esferas de látex partículas esféricas monodispersas de látex foram preparadas através de uma reação de polimerização em emulsão, livre de surfactante [8,19]. para tanto foram utilizados: estireno (merck), solução de persulfato de potássio (mallinckrodt) e água milli-q (millipore filtro elix). os reagentes foram adicionados em um balão de fundo redondo provido de 5 bocas, com capacidade para 3,0 litros, imerso em um banho termostatizado a 70º c. o tempo de permanência da reação, sob n2 e agitação mecânica, foi de 28 horas. a taxa de agitação mecânica para a síntese aqui reportada foi de 270 ± 2 rpm. tratamento dos substratos de vidro lâminas de vidro (corning, 2947) foram cortadas nas dimensões 75 x 12,5 x 1mm e posteriormente tratadas em banho ultra-sônico com: solução aquosa 10% de extran (merck); água milliq (millipore filtro elix); acetona (pa j.t. baker) e etanol (99,9% j.t. baker), sendo de 10 minutos o tempo para cada etapa do tratamento. ao final desse processo, os substratos se apresentavam totalmente limpos e sem manchas, o que possibilitou a secagem dos mesmos sob fluxo de n2 antes de serem submetidos à deposição das esferas. deposição dos filmes recipientes contendo suspensões aquosas de esferas de látex a 0,5%; 1,0%; e 1,5% (m/m) foram utilizados na deposição dos filmes, nomeaecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 200982 artigo article dos fl05, fl10 e fl15 respectivamente. o substrato de vidro foi disposto verticalmente dentro do frasco com a suspensão coloidal. cada conjunto recipiente-substrato foi acondicionado dentro de uma estufa, com temperatura previamente estabilizada em 55 ± 2 oc. o tempo de permanência foi de aproximadamente 5 dias, para a completa evaporação do solvente. as amostras foram armazenadas em dessecador. caracterização as esferas de látex foram caracterizadas por espalhamento de luz (pcs) e microscopia eletrônica de transmissão (tem microscópio philips cm200). os filmes foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (sem microscópio zeiss modelo 960) e microscopia óptica (microscópio leica dmr). a qualidade óptica dos filmes preparados foi comprovada através dos espectros obtidos por reflectância especular em diversos ângulos (cary 500 scan spectrophotometer varian). resultados e discussão esferas de látex a figura 1 (a) mostra uma fotomicrografia da amostra de esferas de látex. as esferas são homogêneas em relação ao formato e com elevada monodispersidade. o diâmetro médio e o coeficiente de variação foram determinados estatisticamente para uma amostragem de aproximadamente 200 esferas. a determinação do diâmetro de cada esfera foi realizada manualmente utilizando-se um negatoscópio, e os resultados obtidos foram expressos na forma de um histograma de distribuição que também é apresentado na figura 1 (b). a distribuição de tamanhos é estreita (463 nm) e o valor do coeficiente de variação foi calculado em 10,9%. figura 1 – (a) fotomicrografia de met da amostra de esferas de látex; (b) histograma de distribuição obtido a partir de fotomicrografias de met. o crescimento das partículas esféricas é constituído por duas etapas. a primeira é responsável pela nucleação formação de pequenos núcleos do monômero e a segunda pelo crescimento dos núcleos. a monodispersidade observada indica que essas duas etapas foram realizadas independentemente, ou seja, cada qual ao seu tempo, sendo rigorosamente separadas. a nucleação foi evitada durante o período de crescimento, resultando em uma estreita distribuição nos valores dos diâmetros das partículas [5]. de fato o controle das condições de preparação é possível e esferas com diferentes tamanhos podem ser facilmente obtidas [19]. filmes de cc 3d o processo de crescimento das multicamadas de esferas ocorre quando há a formação de ecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 2009 83 artigo article um menisco ao mesmo tempo em que o solvente é evaporado, propiciando o ordenamento das partículas no substrato de vidro disposto verticalmente, conforme mostrado esquematicamente na figura 2 [20]. figura 2 – esquema ilustrando o processo de ordenamento forçado das esferas (adaptado da referência [20]). a figura 3 apresenta fotomicrografias de varredura para os filmes fl05 e fl15. observamse áreas com esferas de látex bem organizadas, com arranjo do tipo hexagonal, no plano cristalográfico [111], apontando à estrutura cúbica de face centrada (cfc), que preferencialmente se forma com o crescimento do cc nestas condições [12]. figura 3 – fotomicrografias de mev dos cc 3d obtidos para os filmes: (a) fl15 (5.000x) e (b) fl05 (10.000x). como discutido também por nagayama e colaboradores [21], a taxa de evaporação do solvente está diretamente ligada a forma com que as esferas se agrupam formando o cc. o agrupamento das esferas formando um arranjo hexagonal, como apresentado pelas fotomicrografias de mev da figura 3, é regido pela atuação de forças capilares atrativas entre as esferas coloidais, onde um núcleo uma região ordenada, constituída por um agrupamento de esferas é primeiramente formado quando a espessura da camada do solvente se aproxima do valor do diâmetro das esferas. posteriormente, mais esferas são dirigidas a esse núcleo, através de um transporte conectivo, se ecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 200984 artigo article auto-organizando ao redor do núcleo formado, devido à atuação das forças capilares atrativas [22]. apesar de algumas regiões dos cc 3d apresentarem irregularidades estruturais, como a ausência de algumas esferas no arranjo cristalino e algumas trincas, há de se ressaltar a qualidade das amostras preparadas, pois nota-se à presença de um arranjo periódico de esferas que se estende ao longo do cristal. as trincas observadas nos filmes são ocasionadas principalmente pela saída do solvente (água) que ocorre durante o processo de evaporação das amostras e secagem dos cc, tornando estes materiais mecanicamente frágeis. essas trincas podem ser observadas detalhadamente através das fotomicrografias da figura 4 obtidas para o filme fl10. figura 4 – fotomicrografia de microscopia óptica do filme fl10 (a) 100x e (b) 200x. apesar de todos os filmes terem apresentado estas rachaduras características, a freqüência de trincas não é a mesma para todas as amostras, sendo que a periodicidade das rachaduras e o modo cujo qual elas afetam a morfologia dos filmes pode variar. estas variações são mais acentuadas quando utiliza-se amostras de esferas com baixa monodispersidade [22]. os filmes apresentam iridescência e a figura 5 (a) apresenta os espectros de reflectância obtidos com ângulo variável. a banda observada refere-se a difração de bragg da luz visível pela estrutura cristalina do empacotamento das esferas. 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 a 1020 nm 1147 nm 25º 30º 35º 40º 45º 50º 20º % r ( u. a. ) λ nm 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1000 1050 1100 1150 b c om pr im en to d e on da (n m ) sen2θ amostra teórico φ = 476 nm nefetivo = 1.43 f = 0.73 figura 5 – espectro de reflectância especular para o filme fl10. ecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 2009 85 artigo article a lei de bragg resulta da difração de raios x por planos de átomos paralelos e identificados por um conjunto de números, os índices de miller hkl. os ângulos incidente e difratado formam ângulos iguais com a normal ao plano, mesmo que o plano não esteja paralelo a superfície da amostra. num cristal coloidal a situação é um pouco diferente porque a refração da luz na superfície da amostra deve ser levada em conta. combinando assim as leis de bragg (difração) e snell (refração) obtem-se uma relação entre o comprimento de onda λ e o ângulo θ [23]. 8 8 da amostra deve ser levada em conta. combinando assim as leis de bragg (difração) e snell (refração) obtem-se uma relação entre o comprimento de onda  e o ângulo  [23].  222 senn m d ef hkl  (1) dhkl é a distância entre os planos de índice hkl, m é a ordem de difração e  é o ângulo entre o feixe incidente e a normal ao plano. nef é o índice de refração efetivo [24] dado por: )1(. fnfnn airmatef  (2) onde  é a fração de volume ocupada, que vale 0,74 para um empacotamento denso perfeito de esferas. nestas condições dhkl pode ser escrito: (3) onde desf é o diâmetro das esferas. o fator de empacotamento experimental foi obtido para o filme fl10 conforme mostrado na figura 5 (b). para o ajuste dos pontos entre as curvas teórica e experimental foi utilizado o valor de 476 nm para o diâmetro das esferas, que corresponde a um índice de refração efetivo de 1,43. a partir das equações 1, 2 e 3, o valor do fator de empacotamento foi calculado, sendo de aproximadamente 0,73. sendo assim, há de se destacar a qualidade dos filmes de esferas de látex preparados neste trabalho, o que viabiliza a aplicação futura dos mesmos como moldes na técnica de síntese template, para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas, como por exemplo, os cf 3d [5,22]. conclusões através de uma reação de polimerização em emulsão, do estireno, sem a presença de surfactante, foram preparadas esferas submicrométricas de látex. foi utilizada uma taxa de rotação de 270 rpm e as partículas sintetizadas apresentaram-se monodispersas e bem homogêneas em relação ao formato esférico. as esferas foram empregadas na preparação de filmes. atribuiu-se aos cc 3d, preparados na forma de filmes, uma estrutura de empacotamento do tipo cfc, apresentando arranjo hexagonal, sendo que o filme fl10 apresentou fator de empacotamento bem próximo ao valor teórico esperado. os filmes apresentaram iridescência devido ao fenômeno de difração óptica da luz ao longo do arranjo cristalino. a qualidade óptica dos filmes foi comprovada e os mesmos podem ser utilizados nos testes iniciais para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas. (1) dhkl é a distância entre os planos de índice hkl, m é a ordem de difração e θ é o ângulo entre o feixe incidente e a normal ao plano. nef é o índice de refração efetivo [24] dado por: 8 8 da amostra deve ser levada em conta. combinando assim as leis de bragg (difração) e snell (refração) obtem-se uma relação entre o comprimento de onda  e o ângulo  [23].  222 senn m d ef hkl  (1) dhkl é a distância entre os planos de índice hkl, m é a ordem de difração e  é o ângulo entre o feixe incidente e a normal ao plano. nef é o índice de refração efetivo [24] dado por: )1(. fnfnn airmatef  (2) onde  é a fração de volume ocupada, que vale 0,74 para um empacotamento denso perfeito de esferas. nestas condições dhkl pode ser escrito: (3) onde desf é o diâmetro das esferas. o fator de empacotamento experimental foi obtido para o filme fl10 conforme mostrado na figura 5 (b). para o ajuste dos pontos entre as curvas teórica e experimental foi utilizado o valor de 476 nm para o diâmetro das esferas, que corresponde a um índice de refração efetivo de 1,43. a partir das equações 1, 2 e 3, o valor do fator de empacotamento foi calculado, sendo de aproximadamente 0,73. sendo assim, há de se destacar a qualidade dos filmes de esferas de látex preparados neste trabalho, o que viabiliza a aplicação futura dos mesmos como moldes na técnica de síntese template, para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas, como por exemplo, os cf 3d [5,22]. conclusões através de uma reação de polimerização em emulsão, do estireno, sem a presença de surfactante, foram preparadas esferas submicrométricas de látex. foi utilizada uma taxa de rotação de 270 rpm e as partículas sintetizadas apresentaram-se monodispersas e bem homogêneas em relação ao formato esférico. as esferas foram empregadas na preparação de filmes. atribuiu-se aos cc 3d, preparados na forma de filmes, uma estrutura de empacotamento do tipo cfc, apresentando arranjo hexagonal, sendo que o filme fl10 apresentou fator de empacotamento bem próximo ao valor teórico esperado. os filmes apresentaram iridescência devido ao fenômeno de difração óptica da luz ao longo do arranjo cristalino. a qualidade óptica dos filmes foi comprovada e os mesmos podem ser utilizados nos testes iniciais para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas. (2) onde φ é a fração de volume ocupada, que vale 0,74 para um empacotamento denso perfeito de esferas. nestas condições dhkl pode ser escrito: 8 8 da amostra deve ser levada em conta. combinando assim as leis de bragg (difração) e snell (refração) obtem-se uma relação entre o comprimento de onda  e o ângulo  [23].  222 senn m d ef hkl  (1) dhkl é a distância entre os planos de índice hkl, m é a ordem de difração e  é o ângulo entre o feixe incidente e a normal ao plano. nef é o índice de refração efetivo [24] dado por: )1(. fnfnn airmatef  (2) onde  é a fração de volume ocupada, que vale 0,74 para um empacotamento denso perfeito de esferas. nestas condições dhkl pode ser escrito: (3) onde desf é o diâmetro das esferas. o fator de empacotamento experimental foi obtido para o filme fl10 conforme mostrado na figura 5 (b). para o ajuste dos pontos entre as curvas teórica e experimental foi utilizado o valor de 476 nm para o diâmetro das esferas, que corresponde a um índice de refração efetivo de 1,43. a partir das equações 1, 2 e 3, o valor do fator de empacotamento foi calculado, sendo de aproximadamente 0,73. sendo assim, há de se destacar a qualidade dos filmes de esferas de látex preparados neste trabalho, o que viabiliza a aplicação futura dos mesmos como moldes na técnica de síntese template, para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas, como por exemplo, os cf 3d [5,22]. conclusões através de uma reação de polimerização em emulsão, do estireno, sem a presença de surfactante, foram preparadas esferas submicrométricas de látex. foi utilizada uma taxa de rotação de 270 rpm e as partículas sintetizadas apresentaram-se monodispersas e bem homogêneas em relação ao formato esférico. as esferas foram empregadas na preparação de filmes. atribuiu-se aos cc 3d, preparados na forma de filmes, uma estrutura de empacotamento do tipo cfc, apresentando arranjo hexagonal, sendo que o filme fl10 apresentou fator de empacotamento bem próximo ao valor teórico esperado. os filmes apresentaram iridescência devido ao fenômeno de difração óptica da luz ao longo do arranjo cristalino. a qualidade óptica dos filmes foi comprovada e os mesmos podem ser utilizados nos testes iniciais para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas. (3) onde desf é o diâmetro das esferas. o fator de empacotamento experimental foi obtido para o filme fl10 conforme mostrado na figura 5 (b). para o ajuste dos pontos entre as curvas teórica e experimental foi utilizado o valor de 476 nm para o diâmetro das esferas, que corresponde a um índice de refração efetivo de 1,43. a partir das equações 1, 2 e 3, o valor do fator de empacotamento foi calculado, sendo de aproximadamente 0,73. sendo assim, há de se destacar a qualidade dos filmes de esferas de látex preparados neste trabalho, o que viabiliza a aplicação futura dos mesmos como moldes na técnica de síntese template, para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas, como por exemplo, os cf 3d [5,22]. conclusões através de uma reação de polimerização em emulsão, do estireno, sem a presença de surfactante, foram preparadas esferas submicrométricas de látex. foi utilizada uma taxa de rotação de 270 rpm e as partículas sintetizadas apresentaramse monodispersas e bem homogêneas em relação ao formato esférico. as esferas foram empregadas na preparação de filmes. atribuiu-se aos cc 3d, preparados na forma de filmes, uma estrutura de empacotamento do tipo cfc, apresentando arranjo hexagonal, sendo que o filme fl10 apresentou fator de empacotamento bem próximo ao valor teórico esperado. os filmes apresentaram iridescência devido ao fenômeno de difração óptica da luz ao longo do arranjo cristalino. a qualidade óptica dos filmes foi comprovada e os mesmos podem ser utilizados nos testes iniciais para a fabricação de dispositivos com potenciais aplicações ópticas. agradecimentos os autores agradecem a fapesp, capes e cnpq pelo suporte financeiro. ecl. quím., são paulo, 34(4): 79 86, 200986 artigo article synthesis and characterization of monodispersed latex spheres and preparation of colloidal crystals three-dimensional films. abstract: polystyrene latex spheres were obtained by free-emulsifier polymerization of styrene. suspension was characterized by photon correlation spectroscopy (pcs) and transmission electron microscopy (tem) and were observed to be monodisperse with sizes around 463 nm. a vertical deposition method was used in order to prepare films deposited on glass slides from the spheres suspension. high-quality opal-like films were obtained and characterized by reflectance spectroscopy, scanning electron microscopy (sem) and optical microscopy. key words: latex spheres; 3d films; colloidal crystals and optical devices. bibliografia 1. d. h. everett, basic principles of colloid science, royal society of chemistry, london, 1988. 2. e. matijevic, acc. chem. res. 14(1) (1981) 22. 3. e. matijestic, chem. mater. 5(4) (1993) 412. 4. e. matijevic, langmuir 10(1) (1994) 8. 5. y. xia, b. gates, y.yin, y. lu, adv. mater.12(10) (2000) 693. 6. d. j. shaw, introduction to colloid and surface chemistry, butterworth-heinemann ltd., oxford, 4th ed., 1992. 7. e. m. zaiser, v. k. lamer, j. colloid sci. 3(6) (1948) 571 8. b. t. holland, c. 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carlos – usp – 13560-960 – são carlos – sp – brasil. resumo: foi realizado um estudo do comportamento eletroquímico do herbicida ametrina em meio ácido utilizando a técnica de voltametria de onda quadrada (swv) combinada com eletrodo de gota suspensa de mercúrio (hmde). o processo de redução da ametrina envolve a protonação prévia da molécula, seguido da transferência irreversível de dois elétrons com controle de velocidade dado pelo transporte de massa. a corrente de pico apresentou dependência linear com a concentração da espécie, o que permitiu se calcular um limite de detecção de 0,1 mg l-1 (0,1 ppb) em amostras preparadas com água pura de laboratório, valor este que possibilita a aplicação desta metodologia eletroanalítica na análise de traços do herbicida em amostras ambientais. palavras-chave: ametrina; voltametria de onda quadrada; eletrodo de mercúrio. introdução apesar de toda a controvérsia sobre seus efeitos nocivos ao meio ambiente e, particularmente, ao homem, o uso de pesticidas tem aumentado intensamente nos últimos 50 anos, isto porque não existem muitas alternativas no controle das pragas ou das ervas daninhas que infestam as lavouras e que prejudicam a produção agrícola ou, até mesmo, no controle de vetores de doenças, como a doença de chagas, a malária e a dengue. desta forma, a produção mundial de pesticidas tem crescido continuamente, sendo a classe dos herbicidas, utilizados no combate a ervas daninhas, a que mais tem sido produzida. dentro desta classe, os herbicidas do grupo das triazinas é o maior, compreendendo cerca de 30% da produção mundial de herbicidas. eles são utilizados no controle pré e pós-emergente de ervas daninhas nas mais variadas culturas, desde a década de 50. as s-triazinas normalmente possuem um anel heterocíclico de seis membros onde os átomos de carbono e nitrogênio são simetricamente localizados e os substituintes, localizados nas posições 2, 4 e 6, se constituem no diferencial entre as várias formulações disponíveis comercialmente [1]. a ametrina é uma s-triazina onde os substituintes são um grupo tiometil, um grupo etil e um grupo isopropil, formando a estrutura que leva o nome de n-etil-n-(1-metiletil)-6-(metiltio)-1,3,5 triazina 2,4-diamina. na figura 1 é apresentada a fórmula estrutural da ametrina. ela é um herbicida sistêmico amplamente empregado em culturas de abacaxi, banana, café, cana-de-açúcar, citrus, milho, etc. sendo razoavelmente estável, ela apresenta uma meia-vida de 20 a 100 dias, é muito móvel no ambiente e ainda altamente persistente em água e solo. seus resíduos e metabólitos têm sido encontrados em águas subterrâneas mesmo depois de longos períodos após sua aplicação. a ametrina é muito tóxica e pode trazer sérios prejuízos à saúde e ao ambiente [2]. 42 ecl. quím., são paulo, 28(2): 41-47, 2003 assim como as demais s-triazinas, os métodos analíticos para a determinação da ametrina e seus produtos de degradação requerem a necessidade de técnicas de determinação de traços ou ultratraços ou ainda a análise de múltiplos analitos em matrizes complexas como amostras de águas e solos contaminados, onde a presença de outros compostos orgânicos exercem grande interferência. desta maneira, o desenvolvimento de técnicas rápidas, baratas, sensíveis e que sofram a mínima interferência de outros compostos orgânicos, torna-se importante para a análise da ametrina e seus metabólitos, eventualmente presentes como contaminantes em água, solo e alimentos. as técnicas eletroquímicas englobam todas estas características e além disto, a utilização de técnicas modernas de aplicação de pulsos de potencial possibilitam alcançar limites de detecção comparáveis àqueles obtidos nas técnicas cromatográficas, tradicionalmente aceitas como as técnicas padrão para estas análises. além disto, as técnicas eletroquímicas tornam possível a aquisição de informações acerca do comportamento redox do sistema, tais como número de elétrons envolvidos na transferência eletrônica, tipo de transferência eletrônica, presença de adsorção de produtos e ou reagentes, e ainda informações sobre a cinética de transferência eletrônica e sobre o mecanismo da reação. desta maneira, a técnica eletroanalítica selecionada para o estudo do comportamento eletroquímico do herbicida ametrina foi a voltametria de onda quadrada (swv – do inglês square wave voltammetry) uma técnica de pulso onde o pico de corrente resultante é proveniente da aplicação de pulsos de potenciais de altura a (amplitude), que variam de acordo com um incremento de potencial, exemplificado como uma escada de potencial com largura de s (incremento) e duração 2t (período). as correntes elétricas são medidas de forma diferencial ao final dos pulsos e o sinal é dado como sendo a intensidade da corrente resultante. por isto, o método apresenta excelente sensibilidade e baixa influência das correntes capacitivas [3]. as curvas de corrente-potencial apresentam perfil bem definido e são, geralmente, simétricas, porque as correntes são medidas somente no final de cada semiperíodo, e as variações na altura e na largura do pulso de potencial são sempre constantes, para um determinado intervalo de potenciais [4]. a utilização da swv tem sido utilizada com sucesso para o estudo do comportamento eletroquímico e determinação analítica de pesticidas em diferentes amostras [5-8]. assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento eletroquímico do herbicida ametrina utilizando-se eletrodo de mercúrio e voltametria de onda quadrada e ainda se avaliar os limites de detecção em águas para futuras aplicações em amostras reais. estado da arte o primeiro trabalho utilizando técnicas eletroquímicas para determinação da ametrina foi realizado por hance [9] em 1970. utilizando a polarografia de corrente direta, ele observou que uma melhor resposta foi obtida em meio ácido, com um limite de detecção de 1,4x10-6 mol l-1(200 ppb). benadiková e colaboradores [10] utilizaram a voltametria de redissolução em conjunto com a voltametria de pulso diferencial para a determinação analítica da ametrina. eles observaram que a corrente de pico aumentava linearmente com o tempo de acúmulo e com o potencial de acúmulo. assim as condições otimizadas para a determinação da ametrina utilizando a redissolução foram: tampão br ph 3,5; t acc = 90 s; e acc = -01,02 vs eletrodo saturado de calomelano. nestas condições, o limite de detecção obtido foi de 7,89x10-10 mol l-1 (0,179 ppb) para água pura e 1,00x10-8 mol l-1 (3,0 ppb) para águas poluídas. ignjatovic e colaboradores [11] estudaram o comportamento polarográfico de algumas sfigura 1. fórmula estrutural da ametrina. 43ecl. quím., são paulo, 28(2): 41-47, 2003 triazinas utilizando a polarografia de pulso diferencial. para a ametrina eles observaram que em meio de tampão fosfato ph 3,0 ela apresenta um pico de redução em –1,04 v vs sce e uma relação linear entre a concentração de ametrina e a corrente de pico num intervalo de concentração de 0,005 a 5,0 mg l-1 (ppm). a aplicação desta metodologia a 20 amostras de águas com resíduos industriais mostrou limites de detecção que variaram de 0,09 a 345 mg l-1 (ppm), com a utilização da polarografia de pulso diferencial. estes resultados foram comparados com os resultados obtidos por cromatografia gasosa com detector de ionização de chama que foram de 0,08 a 337 mg l-1 (ppm). este trabalho traz como inovação a utilização da swv ao estudo eletroanalítico da ametrina. esta metodologia possibilita uma varredura completa do potencial em curto intervalo de tempo, se comparado com as técnicas eletroanalíticas tradicionais, como a voltametria de pulso diferencial, além de também minimizar ao máximo os efeitos da corrente capacitiva. além disto, observando-se o sinal de corrente obtidos nas varreduras diretas e inversas é possível conseguir as mesmas informações da voltametria cíclica e, assim, analisar o mecanismo de redução eletroquímica da ametrina pela variação dos parâmetros voltamétricos. procedimento experimental as análises voltamétricas foram realizadas em um potenciostato da radiometer analytical modelo pgz 402, acoplado a um microcomputador amd k6 dotado com o software voltamaster, também da radiometer analytical. como eletrodo de trabalho foi utilizado um sistema de eletrodo de gota suspensa de mercúrio, modelo mde 150 também da radiometer analytical, que utiliza como eletrodo de referência o eletrodo ag/ agcl em kcl 1,0 mol l-1, e como eletrodo auxiliar ou contra-eletrodo um fio de platina. todos os reagentes utilizados foram de grau analítico e as soluções foram preparadas em água milli-q. o pesticida utilizado foi gentilmente cedido pela ciba geigyò do brasil. resultados e discussão de acordo com dados da literatura [11], as s-triazinas hidrolisam em ph<2,0. assim, testes de eletroatividade em diferentes eletrólitos suporte foram realizados neste valor limite de ph visando selecionar aquele onde uma resposta ótima de corrente e de potencial de pico fosse obtida. os eletrólitos utilizados foram: na 2 so 4 , naclo 4 , kcl e tampão britton robinson todos na concentração de 0,1 mol l-1. entretanto, em todos estes eletrólitos obteve-se uma resposta voltamétrica muito semelhante, o que indicou a pouca influência do eletrólito no processo eletroquímico. assim, optouse por realizar todo o trabalho em meio de na 2 so 4 0,1 mol l-1. variação do ph a redução voltamétrica da ametrina foi avaliada num intervalo de ph de 0,5 a 5,5 com os valores sendo ajustados com h 2 so 4 0,1 mol l-1, utilizando-se amostras preparadas a partir de uma solução estoque de ametrina dissolvida em uma mistura de água e etanol 20% v/v, para assegurar a solubilidade da ametrina. tanto na voltametria cíclica quanto na voltametria de onda quadrada, um único pico de redução foi observado, sendo este fortemente dependente do ph do meio.a figura 2 apresenta os voltamogramas resultantes da variação do ph para uma solução de 1x10-4 mol l-1 de ametrina em meio de na 2 so 4 0,1 mol l-1. avaliando-se o comportamento da corrente de pico em função do ph, observou-se figura 2. voltamogramas de onda quadrada para a ametrina em meio de na2so4 0,1 mol l-1 com a = 50 mv, ∆e s = 2 mv, f = 100 s-1 em função da variação do ph do meio. 44 ecl. quím., são paulo, 28(2): 41-47, 2003 um máximo de corrente de pico em ph 2,0. este máximo de corrente geralmente está associado à constante de ionização da espécie (pk a ). em relação aos potenciais de pico, observou-se um deslocamento para valores mais negativos com o aumento do ph do meio, este comportamento é típico de processos onde ocorre prévia protonação da espécie. este comportamento foi confirmado utilizando-se a inclinação da relação linear entre o potencial de pico e o ph, dada por: 67,3ph0,811e p +−= [1] que, relacionando-se com a equação de nernst (60 mv de inclinação para a transferência de n prótons e n elétrons, com n = 1,2,3..) [12], mostra a possibilidade de envolvimento do mesmo número de prótons e elétrons na redução eletroquímica. a figura 3 apresenta as relações entre a corrente e potencial de pico com a variação do ph do eletrólito suporte. assim o ph definido como aquele que apresenta uma melhor resposta para estudo eletroquímico da ametrina foi 2,0 valor no qual, o potencial de pico é –0,93 v vs. ag/agcl. componentes de corrente os parâmetros da swv também foram avaliados a fim de se obter os valores otimizados para o estudo eletroquímico da ametrina. a separação das componentes de corrente direta, reversa e resultante mostrou que a corrente direta é praticamente coincidente com a corrente resultante, comportamento típico de processos totalmente irreversíveis. a figura 4 apresenta a separação das componentes de corrente para a ametrina. variação da freqüência de aplicação dos pulsos de potencial ( f ) a freqüência de aplicação de pulsos de potencial (f ) é um dos mais importantes parâmetros voltamétricos envolvidos na swv, pois além de melhorar a sensibilidade da análise ainda possibilita uma observação do tipo de processo e o número de elétrons envolvidos na transferência eletrônica. a figura 5 apresenta os voltamogramas obtidos em diferentes valores de freqüência de aplicação dos pulsos de potenciais para a ametrina, até valores de 100 s-1, acima deste valor o aumento da corrente em função da freqüência não promove melhora significativa nas respostas voltamétricas. para a ametrina o aumento da freqüência de aplicação dos pulsos de potencial promoveu um figura 4. voltamogramas de onda quadrada para a ametrina em meio de na2so4 0,1 mol l-1 com a = 50 mv, ∆e s = 2 mv, f = 100 s-1 e ph 2,0 com a separação das componentes de corrente direta, reversa e resultante. figura 3. relação da corrente e potencial de pico em função da variação do ph do meio, com os mesmos parâmetros da figura 2. 45ecl. quím., são paulo, 28(2): 41-47, 2003 aumento linear da corrente de pico em função da raiz quadrada da freqüência. de acordo com os critérios de diagnóstico da swv [13, 14], este comportamento é típico de processos controlados pela difusão do reagente. a inserção na figura 5 apresenta esta relação. este comportamento foi confirmado com dados de voltametria cíclica, onde a relação linear do logaritmo da corrente de pico em função do logaritmo da velocidade de varredura apresenta uma inclinação de 0,6 valor este característico de processos difusionais. de acordo com os critérios da swv, neste tipo de sistema os potenciais de pico variam linearmente com o logaritmo da freqüência, com uma inclinação dada pela equação de lovric [13]: nf rt f e p α 3,2 log −= ∆ [2] onde r é a constante dos gases, t é a temperatura, a é o coeficiente de transferência eletrônica, n o número de elétrons envolvidos na transferência eletrônica e f a constante de faraday. assim, para a ametrina a inclinação obtida foi 58 mv que, aplicando na equação 2, fornece um valor de an igual a 1. se considerarmos que o valor de a é 0,5, valor comumente utilizado, o número de elétrons envolvidos na transferência eletrônica é 2, o que pode estar relacionado à redução do grupo tiometila (-sch 3 ) após a monoprotonação de cada um dos grupos amina da molécula. a figura 6 apresenta um possível mecanismo para a redução da ametrina. variação da amplitude dos pulsos (a) para reações redox totalmente irreversíveis a sensibilidade analítica na swv sofre uma grande influência do aumento da amplitude da onda, isto porque a largura de meia-onda se mantém constante para amplitudes maiores que 20 mv4. com isso, a variação na amplitude de pulso é um dos parâmetros a ser otimizado na análise por swv. para a ametrina, a variação na amplitude dos pulsos de potencial provocou um aumento na intensidade das correntes de pico e um deslocamento dos potenciais para valores mais positivos. a figura 7 apresenta os voltamogramas resultantes da variação de amplitude de pulsos de potencial para a ametrina. figura 5. voltamogramas de onda quadrada para a ametrina em na2so4 0,1 mol l-1 com a = 50 mv, ∆e s = 2 mv, 1 e ph 2,0 em função da variação de freqüência de aplicação dos pulsos de potencial, com a inserção da relação da corrente de pico com a raiz quadrada da freqüência. figura 6. proposta de mecanismo de redução da ametrina. figura 7. voltamogramas de onda quadrada para a ametrina em na2so4 0,1 mol l-1 com a = 50 mv, ∆e s = 2 mv, 1 e ph 2,0 em função da variação da amplitude dos pulsos de potencial. 46 ecl. quím., são paulo, 28(2): 41-47, 2003 uma análise do comportamento da corrente de pico em função das mudanças na amplitude dos pulsos de potenciais mostrou que um aumento linear até amplitude de 40 mv, após este valor o aumento lão é mais linear, tendendo a se tornar constante com o aumento da amplitude, evidenciando um patamar. este comportamento está de acordo com a teoria da swv, desenvolvida para sistemas totalmente irreversíveis com a espécie adsorvida na superfície do eletrodo, que afirma que para amplitudes acima de 50 mv a corrente de pico é constante [3]. variação do incremento de potencial (de s ) o incremento de potencial é um dos responsáveis pela definição da velocidade de varredura de potenciais, já que esta é dada pelo produto do incremento de potencial pela freqüência de aplicação dos pulsos de potencial. assim, um aumento do incremento de potencial deveria significar uma melhora na sensibilidade das análises, contudo, a variação do incremento de varredura não forneceu melhora significativa nas respostas voltamétricas, isto pode estar relacionado a alguma limitação do equipamento utilizado. assim, o valor de de s utilizado foi de 2,0 mv. curvas analíticas para análise da ametrina após a otimização das condições experimentais e voltamétricas, voltamogramas de onda quadrada foram obtidos para a redução da ametrina em diferentes concentrações em meio de na 2 so 4 0,1 mol l-1 ph 2,0. estes voltamogramas foram obtidos utilizando-se o método de adição padrão em soluções preparadas em água pura de laboratório. nestas condições, observou-se um aumento linear da corrente de pico com a adição de ametrina. a figura 8 apresenta os voltamogramas obtidos com as adições de ametrina no intervalo de concentração de: 1,0x10-7 a 1,2x105 mol l-1, e a figura 9 apresenta a relação entre as correntes de pico e a concentração de ametrina. para a determinação do limite de detecção utilizou-se o desvio padrão da média aritmética das correntes obtidas de seis voltamogramas de brancos, no mesmo potencial do pico voltamétrico de redução da ametrina, e a relação [15]: b s ld b3 = [3] onde s b é o desvio padrão da média aritmética das correntes obtidas dos brancos e b o valor do coeficiente angular da curva analítica. o valor calculado para a ametrina foi 4,39x10-10 mol l-1 que corresponde à 0,1 mg l-1 (0,1 ppb), considerando-se dados da figura 9. figura 8. voltamogramas de onda quadrada para a ametrina em meio de na2so4 0,1 mol l-1 com a = 50 mv, ∆e s = 2 mv, 1 e ph 2,0, onde: (1) 9,71x10 –7; (2) 1,94x10 –6; (3) 2,86x10 –6; (4) 3,87x10 –6; (5) 4,84x10 –6; (6) 5,81x10 –6; (7) 6,77x10 –6; (8) 7,58x10 –6; (9) 8,55x10 –6; (10) 8,55x10 –6 mol l-1 de ametrina. figura 9. relação da corrente de pico com a concentração da ametrina, com os dados da figura 8. 47ecl. quím., são paulo, 28(2): 41-47, 2003 conclusões a utilização da swv para o estudo do comportamento eletroquímico da ametrina sobre hmde possibilitou a constatação de que este processo envolve dois elétrons numa redução totalmente irreversível, onde ocorre protonação prévia da espécie. uma proposta preliminar de mecanismo de redução considera a redução do grupo tiometila do anel aromático, após a protonação dos grupos amina, que serve para desestabilizar a molécula do reagente. a dependência do sinal analítico com a concentração do pesticida em solução permitiu a determinação de um limite de detecção ótimo para análises de traços, com um valor de 0,1 mg l-1 (0,1 ppb). posterior desenvolvimento para esta metodologia deve envolver a utilização de técnicas de redissolução e aplicação para amostras naturais de água, solos ou alimentos, assim como a utilização de eletrólises a potenciais controlados para a determinação dos produtos da reação, visando validar (ou modificar) o mecanismo sugerido. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq (proc. 478263/01-5) e fapesp (proc. 99/07891-9) pelos auxílios financeiros e bolsas concedidas durante a realização deste trabalho. m. f. cabral, d. de souza, c. r. alves, s. a. s. machado. square wave voltammetric study of the electrochemical behavior of the herbicide ametryne. abstract: the determination of the herbicide ametryne in acid solution was performed using square wave voltammetry and a static drop mercury electrode. the electroredution reaction proceeds through a completely irreversible mechanism with the diffusion of the electroactive specie being the rate determining step. it was observed a previous protonation of the reagent molecule followed by the transference of two electrons. the linearity of peak current with concentration allows to calculate a detection limit of 0,1 mg l-1 (0,1 ppb). this value is adequate for the analysis of herbicide contamination (e.g., in drinking water). keywords: ametryne; square wave voltammetry; mercury electrode. referências bibliográficas [1] v. pacáková, k. stulik, j. jiskra. .j. chromatogr., a, 754 (1996) 17. 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[15] d. a. skoog, f. j. holler, t. a. nieman. 5ed., philadelphia, saunders golden sunburst series, 1998. a07v28n1.pdf 55 about the kinetics and mechanism of the reactions of 4-(2-pyridylazo)-resorcinol, with zn2+, cu2+ and zn2++cu2+ equimolar mixtures, in aqueous solutions a. v. rossi1; m. tubino1 1 instituto de química universidade estadual de campinas – unicamp -13084-971 campinas – sp – brasil introduction since 1960, derivatives of 2-pyridylazo have been extensively studied for analytical purposes. a very important example is 4-(2pyridylazo)-resorcinol, par. this is an excellent metallochromic indicator and also very useful as a chromogenic agent for the quantitative determination of over 50 elements, including at trace levels [10]. par, c11h9n3o2, is commercially available as the free dye in the protonated form (represented as h2l) or as the monosodium (nahl.h2o) or disodium salt (na2l.2h2o). the sequence shows the proton dissociation scheme of par in aqueous solution. the dissociation constant are pk1 (n+h) = 3.1, pk2 (p-oh) = 5.6 and pk3 (o-oh) = 11.9. two protonated species, h4l2+ and h5l3+, can exist in 50 and 90% sulfuric acid solution respectively [10,1]. par behaves as a terdentate or a bidentate ligand to form soluble or insoluble colored complexes with cations of mg, al, ca, sr, ba, sc, ti, v, cr, mn, fe, co, ni, cu, zn, ga, y, zr, nb, ru, rh, pd, ag, cd, in, sn, hf, ta, os, ir, pt, au, hg, tl, pb, bi, th, u, np and the lanthanides at specific ph values. the cu2+ complex is formed at ph values higher than 5 and the complex with zn2+ is formed at ph values higher than 8. most par complexes are red or red-violet and, in some cases, the color changes with ph [10]. in the case of divalent cations, the complex formed is uncharged, coordination-saturated [10], with a cation to ligand ratio equal to 1:2, m(hl)2(2). for complexes of par with cu2+ and zn2+, in aqueous solution at 25°c, with ionic abstract the kinetics and mechanism of the reactions between 4-(2-pyridylazo)-resorcinol and zn2+, cu2+ and zn2++cu2+ equimolar mixtures were studied. the reactions were performed in aqueous solution (ph = 8.5, borate buffer) and monitored spectrophotometrically at 500 nm using stopped-flow technique. spectral and kinetic data indicate that the zn2++cu2+ equimolar mixture behaves as an unique species and it can be attributed to the interactions of zn2+ and of cu2+ with water molecules in the aqueous solution. a mechanism is proposed and the rate constants are calculated. keywords: par, zinc, copper, kinetics, mechanism volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 55-62, 2003, 56 strength = 0.1 mol l-1, the logarithm of the first stability constants (k mhl ) are 14.8 and 10.5 respectively. the logarithm of the second stability constant (k mhl2 ) are 9.1 and 6.6 respectively [1]. aqueous solutions are the most common medium for chemical reactions but, for simplification purposes, individual interactions of the reactive species with water are usually neglected. usually, kinetic-mechanistic studies of the complexation of metal transition cations have been performed in the presence of only one species of cation and not in conditions where a mixture of cations reacts with the ligand. nevertheless, in nature and in analytical sample matrixes, complexation reactions occur with cations and ligands that are in the presence of water and other species, including other cations than can be complexed [9]. the effect of the interactions among water molecules, among water and reacting species, among water and other species, etc., are usually neglected due to simplification purposes. however, in some cases, this simplification can hide the actual mechanism of the reaction and the actual nature of the complex formed. despite the fact that these interactions in water solutions can be considered weak, in some cases they are detectable and can be understood according to the characteristics of the species involved [9, 7]. in a study of the mechanism of the reaction of cu2+, of zn2+ and of zn2++cu2+ equimolar mixtures with zincon [9], it was shown that the water molecules in the solvation shells of the ions probably determinate the mechanism and the equilibrium of the reaction. the aim of the present work was to show that some weak interactions in aqueous solutions can actually influence the kinetics and the equilibrium of chemical reactions. this knowledge could help to understand and to prevent interference, in kinetic and in equilibrium analytical procedures, that can be caused by these weak interactions. certainly, it could also be applied to other fields of the chemistry although this is out of the scope of the present work. experimental materials all reagents were of analytical grade and solutions were prepared with water obtained from an all-glass distillation apparatus. kcl was used to maintain constant ionic strength (1.00 mol l-1) in all working solutions. a (1.528±0.001)×10-2 mol l1 stock solution of zinc chloride was prepared by dissolving metallic zinc in 6.0 mol l-1 hcl. working zn2+ solutions were prepared by dilution. a (1.550±0.005)×10-2 mol l-1 stock solution of copper sulfate was prepared by dissolving cuso4.5h2o in distilled water followed by standardization by the iodometric method [13]. working cu2+ solutions were prepared by dilution with distilled water. working solutions of zn2++cu2+ equimolar mixtures were prepared by dilution of mixtures of appropriate volumes of the above stock solutions with distilled water. buffer solutions (ph = 8.5) were obtained by mixing 50.0 ml of 0.10 mol l-1 h3bo3 prepared in 1.00 mol l-1 kcl solution with 10.0 ml of 0.10 mol l-1 naoh solution [14]. par solutions were prepared daily by direct weighing of the monosodium salt for dissolution in the buffer solution. spectra the visible electronic spectra were determined with a hp-8452 diode array spectrophotometer and a 1.00 cm path quartz cell. the following solutions were used: 3.03×10-5 mol l-1 zn(hl)2; 2.96×10-5 mol l-1 cu(hl)2 and (1.50+1.50)×10-5 mol l-1 [(zn+cu)(hl)2]. kinetics the reactions were monitored spectrophotometrically at 500 nm, at (25.0 ± 0.1) °c, using a stopped-flow apparatus built in our laboratory [8, 11,12]. in order to study the influence of the concentration of the metal and of the ligand on the reaction, two series of experiments were performed for each metal and for the equimolar mixture of zinc and copper. series i: to study the influence of the metal concentration on the reaction rate, where the concentration of the metal varied from 5×10-6 to 8×10-5 mol l-1 and the par concentration was fixed near 8×10-4 mol l-1. series ii: to study the influence of par concentration on the reaction rate, where the concentration of par varied from 4×10-5 to 1×10-4 mol l-1 and the metal concentraecl. quím., são paulo, 28(1): 55-62, 2003 57 tion was fixed near 5×10-4 mol l-1. in both series, both sulfate and chloride solutions were tested to verify a possible effect of the anion on the kinetics. the results are the average of at least five individual determinations obtained in immediate succession. the reaction rate constants were determined considering the initial <20% of the total variation of absorbance. experimental readings were taken on an interfaced pc and rates were calculated using a program in quickbasic 3.0 especially developed for this work, including unweighted-average smoothing. the stopped-flow experiments were done with the par solutions buffered at ph = 8.5 and an ionic strength of 1.00 mol l-1 (kcl). the zn2+ and cu2+ solutions were prepared only with distilled water and enough kcl to obtain the desired ionic strength. no precipitation was observed during the course of these experiments. results and discussion the electronic spectra of the aqueous solutions of par complexes, m(hl)2 , where m is zn 2+, cu2+ and zn2++ cu2+ equimolar mixture are shown in figure 1 electronic spectra of aqueous solutions of (a) [cu(hl)2] 2.96 x 10-5 mol l-1; (b) mixture [(zn+cu)(hl)2] (1.50+1.50)×10-5 mol l-1; (c) [zn(hl)2] 3.03×10-5 mol l-1. distilled water was used as reference. the values of the molar absorptivity, ε, were calculated at 500 nm, for the m(hl)2 complexes and they are presented in table 1. it is noted that the molar absorptivity of the zn2+ + cu2+ equimolar mixture complex is not the mean of the two independent complexes of copper and of zinc but is closer to that of the copper complex. this is confirmed by inspection of the spectrum of the equimolar zn2++ cu2+ mixture par complex (figure 1) which resembles to that of cu2+ complex. this suggests that cu2+ presents a higher influence on the structure of the complex than zn2+ and, as a consequence, this cation should influence the kinetic behavior of the mixture more than zn2+. table 1. molar absorptivity of cu2+, zn2+ and zn2++ cu2+ complexes with monoprotonated par, hl-, in aqueous solution; ph = 8.5 (borate buffer) tables 2 to 7 show the experimental rates obtained from the kinetic experiments at the indicated concentrations of reagents. it can be observed that the reaction rate increases with the increasing of the concentration of the reagents. the reaction rate constants and the order of reaction were determined from these data. the data fit a first order rate treatment with respect to each reagent in the concentration range studied. table 2: initial reaction rates for aqueous cucl2 and cuso4 solutions with aqueous monoprotonated par, hl-, solutions, at 25.0±0.1°c, in borate buffer, ph = 8.5. ecl. quím., são paulo, 28(1): 55-62, 2003 58 table 3: initial reaction rates for aqueous zncl2 and znso4 solutions with aqueous monoprotonated par, hl-, solutions, at 25.0±0.1°c, in borate buffer, ph = 8.5. table 4: initial rate reaction for aqueous cucl2 + zncl2 solutions with aqueous monoprotonated par, hl-, solutions, at 25.0±0.1°c, in borate buffer, ph = 8.5. table 5: initial rate reaction for aqueous cuso4 + zncl2 solutions with aqueous monoprotonated par, hl-, solutions, at 25.0±0.1°c, in borate buffer, ph = 8.5. table 6: initial rate reaction for aqueous cucl2 + znso4 solutions with aqueous monoprotonated par, hl-, solutions, at 25.0±0.1°c, in borate buffer, ph = 8.5. table 7: initial rate reaction for aqueous cuso4 + znso4 solutions with aqueous monoprotonated par, hl-, solutions, at 25.0±0.1°c, in borate buffer, ph = 8.5. ecl. quím., são paulo, 28(1): 55-62, 2003 59 the monitored species, m(hl)2, is the product of the reaction whose concentrations can be directly associated to the consumption of the less concentrated reagent, a = ligand or metal cation. the excess reagent concentration, b, can be assumed as constant during the reaction, so its value can be included in the observed constant. considering that the reaction is overall second order and that the rate equation obeys a first order law with respect to each reagent, cation or ligand, it can be assumed that the formation of the species m(hl)+ is the rate determining step. therefore the following sequence of reactions can be proposed, being r2 >> r1: consequently, the equation rate can be written as r = kb x [a] (1) where a is the species with variable concentration and b is the species with constant concentration, and where kb = k1 x [b] (2) for the experiments with the par concentration constant, the plot (r versus [m2+]) is a straight line whose angular coefficient corresponds to kpar = k’1 x [hl-] (3) for the experiments with metal cation concentration constant, the plot ( r versus [hl-] ) is a straight line whose angular coefficient corresponds to kmetal = k’’1 x [m2+] (4) from the above discussion, the reaction rate law is shown in equation 5, where k1 = k’1 = k’’1 . r = k1 x [hl-] x [m2+] (5) calculations for all sets of experimental data to give rate constant k1 are described in table 8. it can be observed that the anions do not affect the values of the rate constant. also, it is clear that the rate constants for the cu2+ solutions (cuso4 or cucl2) are higher (k1cu = 1.66×104 l mol-1 s-1) than for zn2+ solutions (znso4 or zncl2) (k1zn = 0.94×104 l mol-1 s-1). for the solutions containing zn2++ cu2+ equimolar mixtures k1mixture = 1.54×104 l mol-1 s-1. if the rate constant observed for the mixture of the cations was only an average of the independent reaction processes of each cation, a value close to 1.30×104 l mol-1 s-1 (the mathematical mean value of the rate constants) should be observed. however, the higher value observed is closer to the rate constant of the copper solutions. this fact suggests that the reaction of the mixture is more influenced by cu2+ than by zn2+. the electronic spectrum of the complex of the zn2++cu2+ equimolar mixtures in solution also resembles that of cu2+, as can be seen in figure 1. these two observations indicate that zn2+ and cu2+, when mixed in solution, assume properties as if they were an unique species. this behavior had already been observed in the study of the reaction of cu2+ and zn2+ with zincon [9]. m+ hl m(hl) slow rate = r m(hl) + hl m(hl) fast rate = r 2+ + + 1 2 2 table 8: reaction rate constants for aqueous zn2+ and cu2+ (chlorides, sulfates and mixtures) solutions with aqueous monoprotonated par, hl-,solutions, at 25.0 ± 0.1 °c, in borate buffer, ph = 8.5. figure 1. electronic spectra of aqueous solutions of (a) [cu(hl)2] 2.96 10-5 mol l-1; (b) mixture [(zn+cu)(hl)2] (1.50+1.50)×10-5 mol l-1; (c) [zn(hl)2] 3.03×10-5 mol l-1. distilled water was used as reference. ecl. quím., são paulo, 28(1): 55-62, 2003 60 according to eigen [3], the release of water molecules from the central metal species is rate-determining and controls the formation of the first metalligand bond. usually the chelate ring closure is very rapid, compared with the rate of this first coordination [5]. the experimental observations done in this work and eigen’s proposition, summarized above, can be understood in terms of the water solvation shells of the cations. initially it must be supposed that the ions are homogeneously distributed through the solvent. the solvated cations can be assumed to form clusters that could contain more than one cation. the solution could be understood as an assembly of these clusters that interact among themselves through hydrogen bonding. despite the fact that the interactions that form the clusters are weak, it seems that they determine the complexation reaction. mixed clusters can be imagined in solutions such as a mixture of zn2++ cu2+. therefore, the final product, in solution, after the reaction of complexation can be a polynuclear hydrated species containing zn2+ and cu2+, for instance, [(zn+cu)(h2o)n (hl)2]x. this supposition is reinforced by the spectral and kinetical observations obtained in this work. despite the fact that, from the experimental data obtained in this work, the polynuclear species are only evident in the mixed solution, certainly, this character must be considered for the solutions containing only one kind of cation, such as zn2+ or cu2+. according to eigen [3], the characteristic rate constants for h2o substitution in the inner coordination sphere of cu2+ is about 3×108 s-1 and of zn2+ is about 3×107 s-1. the observed rate constant for the reaction of cu2+ with hlis higher than that for zn2+, as can be seen in table 8, following the order found by eigen. it suggests that the entrance of the ligand is strongly dependent on the leaving of water molecules from the cation. conclusion on the basis of the kinetic results obtained in this work, a plausible mechanism of this reaction can be proposed. the following representations are used: ki = rate constants; [m(h2o)n]2+ represents the metal cation and its solvation sphere; hl-is the ligand in the monoprotonoated form (reacting species at the working ph = 8.5, according to par pka values(1,2)); [m(h2o)n-4(hl)2] is the formed complex, i.e., the spectroscopically monitored species. [m(h2o)n]2+ and [m(h2o)n-4(hl)2] can be polynuclear species and therefore the representations used are simplifications. in the proposed mechanism, the first ligand site coordination is supposed to be the slow step. the second ligand site coordination is faster. both steps involve the exchange of water solvation molecules and the solution is assumed as homogeneous distribution of groups of cations and water solvation molecules. the following scheme illustrates a simplified model for this proposal. the experimental deviations of the kinetic measurements are quite satisfactory for stoppedflow experiments. all the individual solution behaviors are coherent with this model and the rate constant depends only on the cation. the effect of the anion does not significantly affect the reaction. as was already pointed out, it seems that the equimolar mixtures react like an unique species with a rate constant closer to that of copper. the complex formed in the solution containing both cations closely resembles that of copper alone than that of zinc. this kind of behavior may be surprising but it becomes easier to understand if interactions of water molecules of the solution and the metallic cations are considered to form an assembly. this kind of interaction, briefly commented above is hard to visualize due to the difficulty in providing a structural description which accounts for the ability of water molecules to form structures of a collective character. so, in most cases the effects of these interactions are neglected. earlier infrared studies of aqueous ionic solutions [7] and kinetic studies of zincon complexes [9] indicate that the solvation water molecules, and the “structure” of the aqueous solution, must be considered in reaction mechanism studies. although these kinds of interactions are weak, they probably affect the complexation. it can be supposed that in aqueous solution there are solvated cations ecl. quím., são paulo, 28(1): 55-62, 2003 61 clusters linked by h-bondings. in solutions of zn2++ cu2+ mixtures, these assemblies probably contain both cations. the reaction of complex formation would occur through these solvated cations clusters, whose properties are not necessarily the average of zn2+ and cu2+ individual clusters. in this way, the proposed mechanism could be described in more detail by considering the solvated cations clusters. under such conditions the kinetics of the mixtures could be understood. polynuclear aquo-hydroxo copper and zinc complexes have been reported in the literature [2, 6, 4]. in complexation reactions of zincon with zn2+ and cu2+, such aquo-hydroxo complexes are assumed to play an important role [9]. the formation of hydroxo and/or borate aquo complexes of zn2+ and of cu2+ cannot be actually ignored as borate buffer was used. for instance, borate could be supposed to be bonded to cations complexed with par, substituting water molecules or oh-, acting, or not, as bridges. however the borate buffer was chosen among others as less troubling and the eventual participation of borate may be neglected in the general mechanism proposed above. the results obtained in this study indicate that in kinetic studies, and therefore in the development of quantitative kinetic methods of analysis, the results obtained in mixtures are not necessarily the mathematical mean of those of the individual species. also, for analytical determinations in equilibrium systems, it must be taken into account that the spectra of the complexes formed in solutions containing more than one kind of cation that is being complexed, are not necessarily the sum of the individual spectra. acknowledgement the authors gratefully acknowledge the fundação de amparo a pesquisa do estado de são paulo (fapesp) and the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) for financial support and scholarships. rossi, a. v.; tubino, m. sobre a cinética e o mecanismo das reações de 4-2(piridilazo)-resorcinol como zn2+, cu2+ e com misturas equimolares de zn2+ + cu2+, em solução aquosa. resumo a cinética e o mecanismo das reações entre 4-(2-piridilazo)-resorcinol e zn2+, cu2+ e misturas equimolares de zn2++cu2+ foram estudados. as reações foram realizadas em solução aquosa (ph = 8.5, tampão borato) e monitoradas espectrofotometricamente em 500 nm com a técnica de fluxo interrompido. os dados espectrais e cinéticos indicam que a mistura equimolar zn2++cu2+ comporta-se como uma única espécie, sendo que isto pode ser atribuído a interações dos íons zn2+ e cu2+ com moléculas de água na solução aquosa. apresenta-se uma proposta de mecanismo e as constantes de velocidade são calculadas. palavras-chave: par, zinco, cobre, cinética, mecanismo. references [1] cheng, k. l.; ueno, k.; imamura, t. r. handbook of organic analytical reagents. flórida: crc press, 1982. p. 195. 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diferentes áreas do conhecimento, o laser tem ocupado posição de destaque. devido às suas características, a quantidade de aplicações tem crescido de forma vertiginosa, abrangendo desde simples aplicações para alinhamento de sistemas ópticos, ao campo das complexas cirurgias vasculares, por exemplo. aplicações das diversas técnicas com esta poderosa ferramenta só podem ser coroadas de êxito se dois parâmetros principais puderem ser bem caracterizados: o comprimento de onda do fóton e a energia do feixe. é evidente que outros parâmetros como qualidade do perfil gaussiano, divergência de feixe, estado de polarização, etc., são importantes, mas somente para uma reduzida quantidade de aplicações. o comprimento de onda pode ser facilmente determinado com a utilização de um monocromador convencional. com relação às medidas de energia de feixe, vários pesquisadores2,3,4,9 têm desenvolvido procedimentos, os quais utilizam-se do efeito calorimétrico ou de propriedades intrínsecas de certos materiais. no primeiro caso, a energia da radiação a ser mensurada, é feita incidir sobre uma superfície absorvedora, a qual convertendo-se em calor será http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back monitorada por um sensor termoelétrico. uma outra possibilidade de determinação deste parâmetro, refere-se à utilização de sensores que tem por base densitometria fotométrica ou fenômenos tais como fotocondução, piezo e piroeletricidade, entre outros. o trabalho aqui apresentado, relacionado a esta última propriedade, tem por finalidade descrever a tecnologia envolvida na construção de um medidor de energia para laser pulsado ou cw modulado, utilizando-se das propriedades piroelétricas do polímero polifluoreto de vinilideno (pvdf). este material apresenta estrutura semicristalina sob várias conformações, sendo que a mais interessante dentre elas é conhecida como fase b . esta fase desperta grande interesse, pois ao ser submetida a um adequado processo de polarização7 torna-se altamente ferroelétrica com propriedades piezo e piroelétricas, ideal para diversas aplicações em transdutores.6 uma característica específica para esta aplicação reside no fato de ser predominante o efeito piroelétrico (o material tem sua polarização elétrica alterada pela variação da temperatura provocada pela absorção da energia do feixe, produzindo-se, desta forma, uma corrente elétrica proporcional em função da energia aplicada), em detrimento ao piezoelétrico também presente mas, para esta aplicação, em fração apreciavelmente menor. materiais e métodos polímero de pvdf como elemento sensor é fato bem conhecido1,7 que medidores piroelétricos são mais sensíveis que os termoelétricos. o coeficiente piroelétrico determina a amplitude do sinal elétrico gerado em função da taxa de variação da temperatura a que estão submetidos, estando a aplicação destes sensores limitada pela temperatura curie do material. grande coeficiente piroelétrico (p), alta resistividade volumétrica (r), baixa constante dielétrica (k), baixa perda dielétrica, baixo calor específico (cv), baixa densidade (d) e faixa de trabalho em largo intervalo de temperatura são as principais características a serem consideradas para os materiais candidatos aos sensores piroelétricos. para efeito de comparação, a tabela 1 apresenta valores médios de algumas das principais propriedades de materiais convencionais utilizados na construção de detectores piroelétricos, em comparação ao polímero polifluoreto de vinilideno pvdf. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 como se pode observar, apesar do coeficiente piroelétrico do pvdf ser pelo menos uma ordem de grandeza menor que a dos materiais comparados, algumas desvantagens relativas a estes devem ser levadas em consideração.5 no caso do plzt (pzt modificado com lantânio), alta difusividade térmica e grande tendência para se despolarizar devido à sua alta constante dielétrica, limitam consideravelmente sua aplicação como transdutor. já o tgs (sulfato de triglicina) apresenta baixa temperatura curie, é frágil e altamente higroscópico. a opção pelo pvdf apresenta as vantagens de possuir alta temperatura curie, baixa condutividade térmica, ser pouco higroscópico, resistente a choques mecânicos, flexível e de fácil moldagem. além destas características, é quase quimicamente inerte, com reduzido custo de produção. construção, calibração e resultados experimentais discussões a figura 1 ilustra a montagem do sensor confeccionado com o polímero pvdf. amostras de filme de pvdf-b com espessura de 25 microns, já previamente polarizadas,8 foram recortadas em formato circular com f = 10.00mm de diâmetro. eletrodos de alumínio de 0,5 microns de espessura foram depositados por evaporação em ambas as superfícies do polímero sensor. com auxílio de caixilhos de metal (bastidores), os quais serviram de suporte mecânico (um deles serviu de contacto elétrico), o filme de pvdf foi esticado. esta montagem foi isolada eletricamente e lacrada em recipiente metálico, montada de tal forma que sua janela transparente de vidro fino (0,5mm de espessura), possibilitou o acesso direto do feixe de laser sobre a membrana sensora enegrecida. a fotografia 1 ilustra o detector construído. uma vez a montagem concluída, a calibração do detector pode ser realizada utilizando-se de um feixe de laser de argônio cw (carl zeiss jena ila 120) para linha de l = 5. 145å, cuja potência óptica variável foi monitorada por um medidor comercial (power meter, carl zeiss, jena imz). a seguir, o feixe de laser mecanicamente modulado por um chopper com freqüência de 2hz, largura temporal para exposição do feixe sobre o detector construído de t = 8,3ms, foi feito incidir diretamente sobre o polímero sensor. a correlação da potência óptica aplicada previamente determinada, à largura temporal do pulso laser emergente do chopper permitiu a obtenção da curva de calibração do sensor em termos de energia do feixe. o http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#ft1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 sinal elétrico gerado pelo pvdf foi monitorado por um osciloscópio tektronix 7a18/7a18n. a figura 2 ilustra os resultados experimentais relativos aos sinais gerados pelo sensor de pvdf em função da energia do feixe de laser incidente para a linha l = 5× 145å. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 conclusões este trabalho relaciona-se à tecnologia de fabricação de medidor de energia para lasers pulsados ou cw modulados, utilizando-se da propriedade piroelétrica do polímero polifluoreto de vinilideno (pvdf). apesar de não ter sido possível a determinação precisa do tempo de resposta do detector construído (limitação instrumental), os resultados experimentais evidenciam que este é bastante rápido (mhz), possuindo resposta linear com a energia pulsada aplicada para comprimentos de ondas na região visível do espectro. com relação à determinação de energias acima dos valores reportados neste trabalho, conjectura-se que seja necessário a colocação de dissipadores de calor, a fim de se evitar perturbações irreversíveis na distribuição de polarização do material sensor. um fato de significativa relevância refere-se à ausência de qualquer processamento eletrônico do sinal de saída do detector, uma vez que a amplitude da tensão gerada (mv) é tal que permite acoplamento direto a um osciloscópio ou registrador. excelente linearidade (~ 5%) entre o sinal elétrico gerado na saída do detector em função da energia aplicada, bem como reprodutibilidade das medidas, além da facilidade de construção, baixo custo e simplicidade de manuseio, complementam algumas das vantagens desse medidor. agradecimentos os autores agradecem à secretaria de ciência e tecnologia do estado de são paulo, bem como ao cnpq pelos auxílios financeiros, os quais permitiram a realização desse trabalho. campos, j. s. de c., santarine, g. a. laser pulse energy detector. ecl. quím. (são paulo). v.22, p.93-100, 1997. abstract: this work describes the construction of a pyroeletric detector for measurements of laser pulse energy, using the polymer polyvinylidene fluorid (pvdf). the experimental data measured by detector showed a linear response for energy between 0,4 to 6,8 mj/pulse for 8,3 milisecond duration pulse. keywords: detector; piroelectricity; polymer; pvdf. referências bibliográficas 1 duley, w. w., finningan, p. f. am. j. phys., v. 41, p.6571, 1973. [ links ] 2 gallantree, h. r., quiliam, r. m. marconi review, 4th qtr., p.189, 1976. [ links ] 3 korn, u., rav-noy, z., shtrikman, s. appl. op., v. 20, p. 1980, 1981. [ links ] 4 lovinger, a. j. polyvinylidene fluoride: developments in crystalline polymers-1. appl. sci., p. 195-273, 1982. [ links ] 5 porter, s. g. a brief to pyroelectric detectors. ferroelectrics, v. 33, p. 193-206, 1981. [ links ] 6 sesseler, g. m. j. accoust. soc. am., v. 70 n. 6, p. 1596-1608, 1991. 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[ links ] recebido em 3.3.1997 aceito em 7.4.1997 * departamento de física instituto de geociências e ciências exatas unesp 13500-230 rio claro sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22  são paulo  1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100009  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200006 análise química inorgânica de leite esimulação do reagente cfa-c analysis of inorganic constituents in milk and simulation of cfa-c reagent daniele minholo santosi; ana rita araujo nogueiraii; eduardo fausto almeida nevesi; éder tadeu gomes cavalheiroi; joaquim araújo nóbregai idepartamento de química ufscar 13560-970 são carlos sp brasil iiembrapa pecuária sudeste embrapa 13565-905 são carlos sp brasil resumo na análise de leite por espectrometria de emissão ótica com plasma induzido (icp-oes) o produto comercial cfa-c, constituído por aminas terciárias, vêm sendo usado com sucesso como diluente em fase única. devido ao custo do produto e possibilidades de contaminação durante o armazenamento, decidiu-se desenvolver um outro reagente de propriedades equivalentes ao referido produto. testes qualitativos mostraram que o produto não contém ácido bórico nem edta. em uma titulação potenciométrica de uma solução aquosa 10% v/v cfa-c com hcl obtiveram-se dois picos potenciométricos e deduziu-se que 90% do ácido foi consumido para neutralização da amina livre e 10% foi gasto para protonar um ânion de ácido fraco usado para formar um tampão de razão molar 10:1, do tipo r3n/r3nh+. em uma simulação desse reagente preparou-se uma solução 6,06 mol l-1 de monoetanolamina (mea) e 0,20 mol l-1 ácido cítrico, triprótico, para formar um tampão do mesmo tipo, 10:1, baseado na propriedade do íon citrato em complexar ca(ii). outro tampão citrato mais diluído (1,52 mol l-1) foi preparado usando trishidroximetilaminometano (tris), que é uma amina menos solúvel. essas misturas foram caracterizadas por análise potenciométrica e termoanalítica. o comportamento desses novos tampões amina/citrato foi adequado e comparável ao produto comercial. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso palavras-chave: suspensões; leite; aminas; preparo de amostra; meio alcalino abstract milk analysis can be successfully performed by dilution of samples with cfa-c, a commercial mixture of water-soluble tertiary amines, and measurements by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (icp-oes). however, due to the costs of this reagent and contamination, the work here described investigated an alternative reagent that could be used instead of cfa-c. qualitative analysis showed that the commercial mixture does not contain boric acid or edta. a potentiometric titration of a cfa-c 10% v/v aqueous solution using hcl as titrant showed two peaks and it was inferred that 90% of the acid was consumed for neutralization of free amines and the remaining 10% was consumed for protonation of an anion of a weak acid employed to generate a buffer r3n/r3nh+ with the molar ratio 10:1. for simulating the cfa-c reagent, it was prepared a solution containing 6.06 mol l-1 monoethanolamine (mea) plus 0.20 mol l-1 citric acid, triprotic, to form a buffer 10:1. the citrate anion is a good chelating ligand for ca(ii). an other citrate buffer was prepared (1.52 mol l-1) using trishydroxymethylaminomethane (tris), which is an amine less soluble in water. these mixtures were characterized by potentiometric and thermal analysis. both amine/citrate buffers presented a performance comparable to the commercial reagent. keywords: milk; cfa-c; tertiary amines; icp-oes introdução o preparo de amostras freqüentemente envolve o uso de ácidos concentrados com propriedades oxidantes e/ou complexantes. esses ácidos aquecidos causam uma digestão eficiente da amostra, porém exigem condições de trabalho que garantam a integridade do analista e a salubridade do ambiente de trabalho. procedimentos menos usuais envolvem o preparo de amostra em meio alcalino. esses procedimentos são empregados para problemas analíticos mais restritos pois o meio alcalino favorece a hidrólise de cátions. entretanto, em algumas situações esses procedimentos são convenientes pois exigem reduzida manipulação da amostra. tratamento de amostras de leite em meio alcalino foi proposto por stürup e büchert10 os quais estudaram a determinação de cobre e iodo em amostras diluídas com uma mistura de hidróxido de potássio e hidróxido de tetrametilamônio empregando análise por injeção em fluxo (fia) acoplada à espectrômetro de massa com plasma de argônio induzido (icp-ms). tentativas de determinar al, as, cr, ni, cd, se e pb não foram bem sucedidas devido à interferências poliatômicas ou a insolubilidade dos elementos em meio alcalino. o reagente cfa-c foi utilizado com sucesso no tratamento de amostras de leite por nóbrega et al.9 os quais determinaram ca, k, mg, na, p e zn por icp-oes e al, ba, cu, i, mn, mo, pb, rb, se, sr, e zn por icp-ms. as amostras foram diluídas na proporção de 0,1 g / 10 ml de solução 10% v/v cfa-c ou 1,0 ml leite + 9,0 ml de solução 10% v/v cfa-c. ajustou-se o ph da solução de cfa-c para 8 com hno3 conc.. segundo os autores esse reagente dissociaria parcial ou totalmente as micelas da caseína e estabilizaria os cátions em fase líquida, pois após a diluição foram obtidas suspensões límpidas e incolores para amostras de leite desnatado. soluções de referência foram preparadas em meio contendo 10% v/v cfa-c. gélinas et al.4 fizeram extrações de iodo a partir de vários materiais de referência, incluindo leite em pó integral e desnatado, com solução de cfa-c. esses autores comentaram que esse reagente comercial contém trietanolamina e trietilenotetraamina e destacaram seu forte poder complexante. aleixo1 estudou a determinação direta de fe e se em leite por espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite. as amostras de leite foram diluídas 1+19 v/v e 1+4 v/v para a determinação de fe e se, respectivamente, com solução 10% v/v cfa-c. esse reagente foi empregado para facilitar a ação do amostrador automático, evitando o acúmulo de gordura no capilar do mesmo e melhorando a repetibilidade do sinal analítico. hua et al.5 analisaram amostras de leite diluídas com uma solução do reagente 10% v/v cfa-c por icp-oes com visão radial, empregando como padrão interno uma solução 2,0 mg l-1 lu. para confirmar a hipótese proposta por nóbrega et al.9 relacionada com a dissociação das micelas de caseína, hua et al.5 analisaram frações das proteínas do leite diluídas em água, em cfa-c ou digeridas. os resultados obtidos confirmaram a atuação do reagente cfa-c na dissociação das micelas da caseína. o procedimento de diluição das amostras de leite com o reagente cfa-c é simples, rápido e todo o tratamento da amostra até a medida pode ser feito em um mesmo frasco. porém, devido aos custos do reagente, custos de importação e problemas de contaminação durante seu armazenamento, decidiu-se investigar a sua composição. assim, buscou-se neste estudo preparar uma mistura de reagentes com propriedades semelhantes à da solução de cfa-c e que pudesse ser empregada para o tratamento de amostras de leite. além disso, buscavam-se reagentes com baixo custo, disponíveis comercialmente e com alta pureza. as estratégias empregadas para investigar a composição do cfa-c foram titulações potenciométricas e ensaios qualitativos. materiais e métodos instrumentação titulações potenciométricas foram feitas titulações com medidas de potencial em função do volume de ácido adicionado à solução básica empregando-se um eletrodo de vidro da marca digimed. calibrou-se o eletrodo de vidro com soluções de hidrogenoftalato de potássio (ph 4,008) e borato de sódio (ph 9,180). as medidas de potencial foram feitas usando um ph-metro modelo b375 (micronal, são paulo, sp, brasil) termogravimetria (tg) as curvas tg foram obtidas em um módulo tga-2050 acoplado a um analisador térmico 2100, ambos ta instruments (new castle, de, eua). os estudos termogravimétricos das soluções de cfa-c conc. e das misturas contendo monoetanolamina + ácido cítrico e trishidroximetilaminometano + ácido cítrico foram feitos utilizando um porta-amostra de pt e atmosfera dinâmica de ar sintético (90 ml min-1). utilizando-se uma pipeta tipo pasteur introduziuse separadamente uma gota de cada uma das soluções no porta-amostra (15-25 mg). a razão de aquecimento escolhida para os experimentos de tg foi 5oc min-1 para evitar a crepitação das soluções dentro do forno da termobalança. a temperatura final foi de 600oc para garantir a limpeza do porta-amostra após o experimento de tg. calorimetria exploratória diferencial (dsc) as curvas dsc foram obtidas em um módulo calorimétrico dsc 2010, acoplado a um analisador térmico 2100, ambos ta instruments. as medidas de dsc foram feitas utilizando-se razão de aquecimento de 5oc min-1, sob atmosfera dinâmica de ar sintético (100 ml min-1) e massas de amostras da ordem de 6 mg. a temperatura máxima foi de 400oc em porta-amostra aberto de alumínio. espectrometria de emissão ótica com plasma induzido de argônio foi empregado um espectrômetro de emissão ótica com plasma induzido de argônio (icp-oes, varian, mulgrave, austrália) vista ax simultâneo com arranjo axial. a calibração do sistema ótico foi feita com solução padrão mista e para o alinhamento ótico utilizou-se uma solução contendo 5,0 mg l-1 mn(ii). os parâmetros instrumentais para as determinações de al, ba, ca, cu, cd, fe, k, mg, mn, mo, na, p, pb, se e zn utilizando-se o icp-oes estão listados na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 reagentes e amostras foram utilizados ácidos sulfúrico (carlo erba, itália), clorídrico (mallinckrodt, méxico), cítrico (c6h8o7, synth, diadema, sp, brasil) e nítrico subdestilado (carlo erba), metanol (qm, brasil), solução do reagente cfa-c (spectrasol, warwick, ny, eua) e as aminas trishidroximetilaminometano (c4h11no3, tris, synth) e monoetanolamina (c2h7no, mea, nuclear, brasil). as características químicas e físicas dessas aminas estão apresentadas na tabela 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 amostras comerciais de leite integral, semi-desnatado e desnatado, todos produzidos pelo processo uht, (ultra-high temperature) e do material de referência certificado de leite em pó integral nist srm 8435 (national institute of standards and technology, gaithersburg, md, eua) foram empregados. procedimentos preparação das soluções de referência a partir de soluções estoque contendo individualmente 1000 mg l-1 al, ba, cd, cu, fe, mn, mo, pb, se e zn preparou-se uma solução intermediária multielementar contendo 20 mg l-1 de cada um desses elementos. para a determinação de al, ba, ca, cd, cu, fe, k, mg, mn, mo, na, p, pb, se e zn prepararam-se soluções de referência para obtenção da curva analítica em meio de solução de 10% v/v cfa-c e mea. ajustou-se o ph de cada solução para 8 com hno3 conc. subdestilado para evitar a cristalização da tocha de quartzo devido à contínua introdução de solução altamente alcalina. as soluções de referência foram preparadas a partir da solução multielementar descrita acima e de soluções estoque contendo individualmente os seguintes constituintes presentes como elementos maiores em leite: 1,0 g l-1 de ca, k, mg e na, 20,0 g l-1 de ca e 10,0 g l-1 de k e p. utilizou-se água purificada em sistema milli-q (millipore, bedford, ma, eua) e solução 10% v/v de cfa-c ou mea com ph ajustado para 8 como solução de limpeza entre sucessivas introduções de diferentes amostras. essa etapa de limpeza é necessária para evitar o entupimento do nebulizador e do tubo central da tocha, o que poderia provocar a extinção do plasma. a introdução de soluções ou suspensões com alto teor de material orgânico pode causar a extinção do plasma. os frascos e vidrarias foram descontaminados em solução 10 % v/v hno3 durante 24 h e posteriormente lavados com água destilada e deionizada. preparação das misturas das aminas com ácido cítrico a) trishidroximetilaminometano + ácido cítrico (1,52 mol l-1 + 0,05 mol l-1) misturaram-se uma massa de 0,48 g de ácido cítrico e uma solução saturada da amina tris (2,0 g ml-1). com a adição do ácido, ocorreu a dissolução da amina formando-se uma solução límpida. o volume foi ajustado em um balão volumétrico para 50 ml com água. devido à baixa solubilidade da tris (0,55 g ml-1 a 25oc 7) preparou-se a solução dessa mistura em uma concentração quatro vezes menor que a concentração da solução do reagente comercial cfa-c. b) monoetanolamina + ácido cítrico (6,06 mol l-1 + 0,20 mol l-1) misturaram-se uma massa de 1,92 g de ácido cítrico dissolvido em água e mea (18 ml). completou-se o volume da mistura para 50 ml com água. diluição de amostras de leite com solução de aminas amostras comerciais de leite integral, semi-desnatado e desnatado foram diluídas com as soluções contendo 20% v/v cfa-c e mea na proporção de 1 + 1 v/v (1 ml leite + 1 ml solução de aminas). utilizou-se essa concentração de amina para que a concentração final da solução diluída fosse 10% v/v. anteriormente à diluição das amostras de leite ajustou-se o ph das soluções de aminas para 8 com hno3 conc. subdestilado. para a mistura contendo tris, o mesmo fator de diluição foi adotado para uma solução 80% v/v da amina. essa concentração foi utilizada visando obter soluções equimolares para as amostras de leite diluídas independentemente da mistura de aminas empregada. o material certificado de leite em pó integral foi diluído na proporção de 0,2 g / 10 ml de solução contendo 10% v/v cfa-c ou mea ou 40 % v/v tris. resultados e discussão estudo da composição do reagente cfa-c caracterização do reagente cfa-c: titulações potenciométricas titulou-se potenciometricamente 20,00 ml de solução 10% v/v cfa-c com solução 0,4778 mol l-1 hcl. a solução de hcl foi padronizada com uma solução padrão de tris. foram obtidas as curvas potenciométricas da titulação (e x vhcl, figura 1a) e a curva da primeira derivada (de/dv x vhcl, figura 1b). foram observados dois picos na curva da primeira derivada, apresentada na figura 1b. a formação desses 2 picos é um indicativo da formação de uma solução tampão entre uma amina (b) e seu ácido conjugado, que é a amina protonada (bh+). para a preparação dessa solução tampão http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a é necessária a adição de um ácido à solução da amina, para a protonação da base. podem ser empregados ácidos complexantes como por exemplo ácidos cítrico ou tartárico. o primeiro pico provavelmente refere-se a neutralização da base livre e o segundo pico à protonação do ânion. o volume de 25,36 ml hcl referente ao segundo pico corresponde à neutralização da base total (basicidade total: amina livre (b) + íon citrato). a concentração molar obtida para a solução 10 % v/v cfa-c é 0,6058 mol l-1. descontando-se do volume total de ácido gasto na titulação (25,36 ml) o volume de ácido referente ao primeiro pico tem-se o volume empregado para a neutralização da base protonada, supostamente citrato, e sua concentração. então, a concentração da base protonada na solução diluída é 0,0571 mol l-1. considerando-se o fator de diluição, a concentração do reagente cfa-c é 6,058 mol l-1 e da base protonada total é 0,571 mol l-1, que indica uma razão de 9,6 entre as concentrações da base e da base protonada. supondo a presença de ácido cítrico neste reagente, um ácido triprótico, sua concentração seria: m = 0,571 mol l-1 / 3= 0,190 mol l-1. uma outra evidência da possível presença do íon citrato ou outro reagente com caráter ácido na mistura cfa-c foi o valor de ph de 10,9 observado no início da titulação. para a concentração do cfa-c estabelecida por titulação (6,058 mol l-1) deveria ser observado um valor de ph mais alcalino que 10,9 se esse reagente fosse composto somente por aminas. caracterização do reagente cfa-c: ensaios qualitativos investigou-se a presença dos ácidos etilenodiaminotetraacético (edta) e bórico na composição do cfa-c fazendo-se ensaios qualitativos. supostamente edta seria utilizado como agente complexante de vários metais e ácido bórico seria empregado para neutralizar hf, o qual é um reagente freqüentemente utilizado para a decomposição de amostras contendo silicatos8. adicionou-se 1 ml de hcl conc. em 1 ml de cfa-c conc.. o ph final dessa mistura era ácido (ph = 1) e não ocorreu precipitação. provavelmente, o edta não está presente neste reagente, pois a forma ácida de edta tem baixa solubilidade6. para investigar a presença de ácido bórico foi feito um teste de chama. preparou-se em uma cápsula de porcelana uma mistura de h2so4 conc. + metanol + cfa-c conc. e observou-se a coloração adquirida pela chama. não foi observada chama de coloração verde, característica do composto volátil b(och3)3 6. portanto, o ácido bórico também não está presente. assim, provavelmente a neutralização do ácido fluorídrico seja realizada por aminas que compõem o reagente cfa-c. a partir da concentração de cfa-c obtida por titulação, dos dois picos observados na curva da primeira derivada caracterizando um tampão e dos ensaios qualitativos, foram preparadas duas misturas de aminas e ácido cítrico. o ponto de ebulição fornecido pelo fabricante para a mistura cfa-c é de 105oc, assim pode-se supor que o reagente cfa-c é formado por alcanolaminas. essas aminas podem formar pontes de hidrogênio e possuem um alto ponto de ebulição. foram escolhidas a trishidroximetilaminometano (tris), reagente sólido que é utilizado como padrão primário, e a monoetanolamina (mea), reagente líquido, que é disponível comercialmente a um baixo custo (tabela 2). as misturas de aminas com o ácido cítrico foram preparadas na mesma concentração estabelecida para o reagente cfa-c por titulação potenciométrica. caracterização das misturas preparadas foram feitas titulações potenciométricas e experimentos de tg e dsc para o cfa-c e para as misturas contendo mea + ácido cítrico e tris + ácido cítrico visando avaliar possíveis similaridades no comportamento. titularam-se potenciometricamente as duas misturas preparadas com solução 0,4778 mol l-1 hcl. foram obtidas as curvas potenciométricas e suas respectivas curvas derivativas. para a mistura contendo tris foi observado somente um pico na curva da primeira derivada. foram observados dois picos na curva derivativa potenciométrica para a mistura contendo mea, semelhante aos picos observados para a curva derivativa potenciométrica do reagente cfa-c. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 análise térmica foi feito estudo termogravimétrico para avaliar o comportamento térmico do reagente cfa-c. pode-se observar pela curva tg, figura 2, que a decomposição térmica ocorreu em duas etapas e que a solução concentrada do reagente começa a perder água à temperatura ambiente. brown2 ressaltou que uma rápida perda de massa no início do experimento de tg é característica de dessorção ou secagem. a primeira etapa ocorreu entre 25-115oc, provavelmente referente à perda de água, com perda de massa de 43,5%. a segunda etapa, atribuída a um processo de decomposição, ocorreu no intervalo de 115-250oc com resíduo de 5,2%. também foi feito um estudo de dsc para confirmar o processo de decomposição observado na curva tg e verificar a existência de fenômenos físicos sem perda de massa. o pico exotérmico em 209oc confirma esse evento (figura 3). o primeiro pico endotérmico em 58,2oc foi atribuído à perda de água. os picos foram coerentes com as perdas de massa observadas na curva tg. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 o estudo termogravimétrico da mistura de mea + ácido cítrico, figura 2, apresentou uma única etapa entre 28-200oc observada na curva tg, com perda contínua de massa, provavelmente devido à volatilização da mistura. no entanto, a curva dsc apresenta vários eventos térmicos (figura 3). o primeiro pico endotérmico em 59oc foi atribuído à perda de água. segue-se um pico endotérmico em 100oc, correspondente à segunda perda de massa. após, nota-se um pequeno pico em torno de 180oc referente à eventos térmicos observados na curva dtg entre 170-220oc. o comportamento térmico da mistura de tris + ácido cítrico no experimento de tg com duas etapas de perda de massa é apresentado na figura 2. a primeira etapa ocorreu entre 30-121oc, com perda de massa de 77,8% e a segunda etapa ocorreu no intervalo de 121-246oc, praticamente sem resíduos no final do experimento. a curva dsc (figura 3) apresenta uma série de picos endotérmicos associados aos processos descritos nas curvas tg. a perda de água foi representada pelo pico em 59oc, seguida de eventos endotérmicos em concordância com a curva dtg entre 75 e 100oc. o perfil dsc com pico a 135 oc sugere a presença do ácido cítrico na mistura, antes da decomposição. para a confirmação dessa suposição foi feito um experimento de dsc com o ácido cítrico. observou-se que o perfil da curva para o ácido é semelhante aos dois últimos picos observados na curva dsc para a mistura com a tris. a curva dsc para o ácido cítrico mostra um pico endotérmico agudo representando a fusão em 157oc e energia equivalente a 191,3 j g-1. esse processo de fusão está coerente com o ponto de fusão (153oc) desse ácido7. em seguida verifica-se um pico endotérmico largo em 213oc, correspondente à decomposição do ácido. comparando-se as curvas dsc para as misturas com mea e tris pode-se observar que após a perda de água aparece somente um pico endotérmico para a mistura contendo mea. isso provavelmente está relacionado com a maior concentração da solução da mistura com essa amina. análise das amostras de leite por icp-oes http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 foi feito um estudo preliminar para estabelecer qual o fator de diluição adequado para introdução de amostras de leite por nebulização pneumática em um icp-oes. coni et al.3 mostraram que a introdução direta de amostras de leite não foi adequada e causou perdas de precisão e exatidão. os experimentos mostraram que uma diluição 1 + 1 v/v é adequada para evitar problemas no processo de nebulização. esse baixo fator de diluição é adequado para a determinação de elementos menores e diluições mais elevadas poderiam ser adotadas para determinação de constituintes maiores. assim, amostras comerciais de leite foram diluídas na proporção 1 + 1 v/v (1 ml leite + 1 ml solução de mea + ácido cítrico ou tris + ácido cítrico) e o material de referência certificado de leite em pó integral foi diluído na proporção de 0,2 g / 10 ml de solução de aminas. apenas para comparação também fizeram-se experimentos usando cfa-c, porém os dados não foram apresentados pois a eficácia desse reagente já havia sido anteriormente demonstrada9. os resultados das análises por icp-oes para o material de referência certificado diluído com as misturas contendo mea e tris estão apresentados na tabela 3. aplicando-se o teste t-pareado demonstrou-se que as concentrações obtidas para ca, k, mg, na e p no material de referência certificado diluído com as soluções das aminas foram concordantes com os valores certificados em um nível de confiança de 95% (tabela 3). as concentrações obtidas para ba, cu, fe, mn e zn no material de referência certificado diluído com as soluções das aminas também foram concordantes com os valores certificados em um nível de confiança de 95% (teste t-pareado, tabela 3). amostras comerciais de leite integral, semi-desnatado e desnatado diluídas 1 + 1 v/v com as misturas propostas também foram analisadas com sucesso. conclusões as estratégias adotadas possibilitaram obter dados os quais viabilizaram a simulação do reagente http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200006&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 comercial cfa-c. duas misturas foram avaliadas: mea + ácido cítrico e tris + ácido cítrico. ambas possibilitaram a diluição 1 + 1 v/v de amostras de leite com diferentes teores de gordura e a introdução das suspensões diluídas em um icp-oes utilizando um nebulizador com ranhura em v. não ocorreram problemas causados por impregnação de partículas de gordura no nebulizador ou na câmara de nebulização mesmo após uma sessão ininterrupta de trabalho de 8 h. parâmetros importantes para avaliação do desempenho do icp-oes, tais como limites de detecção e quantificação, intensidades dos sinais de fundo e concentrações equivalentes aos sinais de fundo, foram medidos e foram similares àqueles obtidos usando cfa-c. dessa forma, pode-se concluir que as misturas propostas podem ser utilizadas como uma alternativa ao reagente cfa-c para o pré-tratamento de amostras de leite e, conseqüentemente, gastos de importação são eliminados e pode-se melhorar a qualidade do branco analítico, pois uma das misturas baseia-se no uso de um padrão primário, tris. ressalte-se que não se procurou estabelecer um reagente com composição exatamente igual àquela do cfa-c; o que se buscou foi um reagente que possibilitasse fazer a mesma tarefa analítica com semelhantes figuras de mérito. pode-se concluir que quaisquer uma das misturas avaliadas possibilitou atingir esse objetivo. agradecimentos os autores agradecem ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico pela bolsa de doutorado concedida à d.m.s e bolsas de produtividade em pesquisa e à fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo pelo apoio financeiro (processo 98/10814-3). os autores também são gratos aos comentários críticos e sugestões apresentados por m. sc. antônio r. fiorucci (dq / ufscar). referências bibliográficas 1 aleixo, p. c. determinação direta de fe e se em leite por espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite. são carlos, 2000. 105p. dissertação (mestrado em química) universidade federal de são carlos. 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[ links ] recebido em 05.12.2001 aceito em 08.01.2002 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200006  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100010 caracterização e estudo da corrosão do amálgama dentário dispersalloy por meio das técnicas de polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância heloísa andréa acciari* antonio carlos guastaldi* germano tremiliosi filho* resumo: neste trabalho realizou-se um estudo de caracterização metalúrgica do amálgama dentário dispersalloy produzido pela empresa dentsply ind. e com. ltda., por meio da análise da sua composição química, utilizando-se a técnica espectrofotométrica de absorção atômica, procedendo-se em seguida, a análise metalográfica, utilizando-se microscopia eletrônica de varredura. a seguir, foi realizado um estudo de resistência à corrosão, utilizando-se técnicas eletroquímicas tradicionais de polarização e espectroscopia de impedância, em meio e condições que simulam a agressividade do ambiente bucal. para isto, as amostras foram obtidas pelo processo de amalgamação mecânica, método usualmente utilizado pelos dentistas no próprio consultório, para a preparação da restauração dentária. a liga comercial dispersalloy, representante da categoria de amálgamas de alto teor de cobre, tipo fase dispersa, foi escolhida para este estudo por ser bastante comercializada nos mercados nacional e internacional e, também por ser uma liga metálica moderna, bastante estudada, mas que ainda sofre corrosão no meio bucal. palavras-chave: amálgama dentário; impedância espectroscópica; corrosão; polarização potenciodinâmica; dispersalloy. introdução amálgama dentário é a combinação do mercúrio com uma liga contendo prata, estanho e cobre, além de zinco ou outros elementos em menores proporções.5 para efeito de pesquisa, os amálgamas podem ser divididos em três grandes grupos: 1 de composição convencional (concentração de cobre menor que 6%), na qual, durante o processo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back de endurecimento da liga de amálgama, forma-se a fase g2 (sn7hg), a mais suscetível à corrosão e que permanece durante toda a vida deste material; 2 de alto teor de cobre, tipo fase dispersa, na qual durante o processo de endurecimento da liga, forma-se a fase g2, a qual é posteriormente destruída às custas de sua reação com o eutético agcu, aproximadamente em uma semana, dando lugar ao aparecimento da fase h’ (cu6sn5), que é a mais resistente à corrosão, entre todas as fases presentes em amálgamas; 3 de alto teor de cobre, tipo partículas de composição única, na qual não se forma a fase g2, mas sim, a fase h’ (cu6sn5), que é a mais resistente à corrosão, entre todas as fases presentes em amálgamas. desde que o amálgama começou a ser utilizado na odontologia como material restaurador dentário, muitas pesquisas foram desenvolvidas, na tentativa de melhorar as propriedades mecânicas pela alteração de sua composição química. além disso, este material passou a ser bastante explorado por pesquisadores, haja vhsta, polêmicas surgiram sobre a toxidez do elemento mercúrio presente na liga e também pelo fato deste material ser suscetível à corrosão, devido à agressividade do ambiente bucal. a despeito de algumas considerações sobre os efeitos biológicos de amálgamas aplicados clinicamente em restaurações dentárias, sobre seus usos e riscos, este material ainda mantém a sua popularidade. somente na alemanha ocidental, em 1989, 37,8 milhões de restaurações de amálgamas foram realizadas.18 além disso, é estimado que cerca de 100 milhões de preenchimentos de cavidades dentárias com amálgamas são realizados anualmente nos estados unidos.3 não é de se surpreender que a implantação de um material restaurador dentário que contenha o elemento mercúrio, bem conhecido pela sua elevada toxidez, além de cobre e zinco, cujos sais são venenosos e discutíveis do ponto de vista farmacológico, tenham gerado muitas controvérsias sobre seus usos e riscos. embora o uso de metais pesados de elevada toxidez biológica como constituintes destes amálgamas seja contestável, a falta de materiais alternativos coloca-os como os melhores materiais restauradores.5,7 em razão do conhecimento dos efeitos biológicos e da incompatibilidade de vários constituintes do amálgama, um estudo do seu comportamento frente a corrosão, torna-se necessário.7 a situação complica-se com o crescente número de substâncias químicas presentes nos alimentos e remédios que podem interagir com estes metais na boca.13 teoricamente, o mercúrio liberado no meio bucal, e responsável pela toxidez, pode ser liberado do amálgama pelo processo de corrosão resultando na limitação da estabilidade microestrutural, pelas variações de composição das possíveis fases nele existentes, que podem ocorrer com o tempo.8 pelos recentes estudos sobre a liberação de mercúrio de amálgamas dentários sugere-se a possibilidade de formação de uma camada de passivação por um filme de óxidos na superfície do amálgama, interferindo com o processo de dissolução dos componentes metálicos, diminuindo substancialmente os níveis de liberação deste elemento.4,9,10,11,12 esta hipótese é suportada pelo fato de que a velocidade de liberação do mercúrio é elevada, quando se utiliza atmosfera inerte de argônio como meio, e diminui drasticamente quando ar é introduzido, ou seja, quando a oxidação pode ocorrer.9 com respeito a estas considerações soh, et al.16 propuseram-se a examinar o efeito do ph na liberação de mercúrio de dois tipos de amálgamas dentários, em estudo realizado in vitro. para este propósito foram selecionados dois produtos conhecidos no mercado odontológico: contour (kerr/sybron corp) e composil (dentare products). o contour é uma liga de amálgama de alto teor de cobre, enquanto composil consiste de prata combinada com mercúrio, livre de estanho e cobre.16 as amostras de cada grupo foram imersas em 10 ml de solução de ácido cítrico a ph=2,5 e ph=7,0, mantida a 37°c. ambas as amostras imersas em ph=2,5, liberaram quantidades de hg significativamente maiores que aquelas a ph=7,0. o composil apresentou uma velocidade de liberação de 185,0 e 15,2 mg/cm2/24 horas a ph=2,5 e ph=7,0, respectivamente. os valores correspondentes para o contour foram 0,43 e 0,18 mg/cm2/24 horas a ph=2,5 e ph=7,0, respectivamente. a baixos valores de ph, composil apresentou um aumento desproporcional na liberação de mercúrio, quando comparado ao contour. o mecanismo mediador da grande liberação de mercúrio a baixos valores de ph dos dois tipos de amálgamas dentários não foi estabelecido neste estudo. escolheu-se o nível de ph=2,5 por ser este valor frequentemente encontrado na cavidade bucal. as medidas de ph nas bebidas mais populares, como sucos de frutas vendidos em supermercados, oscilam entre 2,0 e 3,0. escolheu-se o tampão de ácido cítrico por ser este ácido um ingrediente comum nas bebidas testadas.16 os eletrólitos usados com frequência no estudo de corrosão de materiais dentários são as soluções salinas e a denominada solução de ringer. os cloretos, fosfatos, bicarbonatos, tiocianatos, bem como os ácidos orgânicos, além das proteínas e enzimas, têm um importante papel nos processos químicos e eletroquímicos, podendo formar biofilmes em superfícies sólidas. a camada inicial, denominada película, é formada pela saliva que interage com materiais metálicos e proteínas, inclusive com glicoproteínas.13 todos os fenômenos relacionados às interações já descritas podem proporcionar resultados que influem na qualidade do material restaurador, de interesse clínico. a questão fundamental , avaliada pelos cientistas da área de materiais, reside em se estabelecer a magnitude dos efeitos causados por estas interações dos metais com o meio, e também, na solução para minimizar os eventuais danos causados por estes efeitos.13 para a compreensão global dos fatores que condicionam a qualidade do amálgama dentário, um estudo metalográfico também se faz necessário. no amálgama convencional as fases são formadas pelo composto intermetálico ag3sn (fase g ), podendo ocorrer também uma solução sólida de sn em ag (fase b).6 nesta reação inicial pode existir uma pequena concentração de cobre e zinco. se houver menos de 2,5% de cobre total, o cobre pode permanecer dissolvido em outras fases , porém, se sua concentração dentro da amostra for superior a 2,5%, pode formar cu3sn (fase e ) e cu6sn5 (fase h’).6 quando a fase g está em contato com o mercúrio, há uma reação na superfície da liga, de forma que o mercúrio deve reagir à prata por um lado e ao estanho por outro, formando assim ag3hg4 e sn8hg. estes dois novos compostos chamam-se fases g1 e g2, respectivamente.6 a reação de amalgamação inicial, conforme citada na literatura6 pode então, ser descrita como: quando ocorre a amalgamação das ligas de alto teor de cobre, a prata que se libera da composição eutética, pode produzir com o mercúrio a fase denominada ag3hg4 (fase g1).6 portanto, a reação prevista será: ao final de uma semana, toda a fase g 2 que tenha se formado, deve desaparecer do amálgama, a partir disto, os amálgamas poderão ser denominados de "não-g 2" 6. a reação que ocorre durante aproximadamente uma semana e que leva ao desaparecimento de g 2 pode ser equacionada da seguinte forma: durante o primeiro ano a fase cu6sn5 (h’) deve transformar-se em cu3sn (e), que é uma forma mais estável da união do cobre com o estanho. ao final de um ano, o amálgama resulta em uma composição estável, à base de quatro fases, como mostra a reação equacionada abaixo:6 por serem avaliados comercialmente e por oferecerem mais vantagens sobre os amálgamas convencionais, smales15 propuseram-se a examinar diferentes amálgamas de alto teor de cobre (dispersalloy, valliant phd e lojic extra) em restaurações de dentes posteriores, adotando como critérios de avaliação características superficiais e marginais desses amálgamas. a dispersalloy foi escolhida como material de controle para comparação com outras ligas e foi a que melhores resultados apresentou. os amálgamas de baixo teor de cobre são geralmente mais suscetíveis à corrosão devido a presença da fase sn8hg, de baixa estabilidade. as fases contendo estanho são protegidas contra a corrosão pela formação de um filme passivo de óxido que pode ser desestabilizado por cloretos.15 moberg14 estudou as variações no potencial de corrosão e na polarização anódica de amálgamas durante a imersão em solução de nacl 0,9% (p/p). em soluções de nacl tamponadas com fosfato, a densidade de corrente máxima, isto é, o primeiro pico, foi observada em potenciais elevados (-150 a +100mv) e, em potenciais maiores que +400 mv, a densidade de corrente foi menor que em solução não-tamponada. o amálgama de alto teor de cobre, tipo fase dispersa, no estado não corroído, mostrou um pico principal de densidade de corrente a 200-300 mv em ambos os tipos de soluções. para potenciais maiores que +400 mv com tampão-fosfato, a densidade de corrente foi menor. para o amálgama de alto teor de cobre não corroído, em solução de nacl 0,9 % (p/p) um pico principal de densidade de corrente (300 mv) foi observado. um leve aumento na densidade de corrente também foi registrado em torno de +800 mv (similar ao amálgama convencional). todavia, em solução de nacl 0,9 % (p/p) tamponada com fosfato, o amálgama mostrou tal passivação durante a varredura anódica.14 material e métodos preparação dos corpos-de-prova o corpo-de-prova de amálgama foi obtido por meio de trituração mecânica, na qual foi utilizada uma cápsula plástica com massa e diâmetro internos determinados, acoplada a um amalgamador mecânico capmaster com as seguintes características: 115v e 60hz. foram obedecidas as exigências contidas na especificação n.1 para amálgamas dentários da ada.2 para a preparação dos corpos-de-prova, esta mesma norma exige que seja usado um método totalmente mecânico de condensação, utilizando ainda um dispositivo denominado matriz para espécimes de amálgama dentário. informações detalhadas sobre a preparação dos corpos-de-prova pode ser encontrada na literatura especializada.17 análise química para a determinação da composição química, foram removidas quantidades suficientes de material em estudo. após a coleta do material removido, submeteu-se à análise química por meio de espectrofotometria de absorção atômica. análise metalográfica a preparação superficial das amostras foi feita com o auxílio de lixas de diferentes granulações (400, 600 e 1000), procedendo-se, em seguida, polimento com alumina utilizando-se partículas de 1 e 0,3 mm. após o polimento, as superfícies expostas foram submetidas aos ataques químicos para a revelação das possíveis fases microestruturais existentes. utilizou-se o ataque sugerido por abbot & makinson,1 com uma solução de 4% (p/p) de iodo em álcool etílico, em contato com a superfície metálica por 15 segundos. foi utilizado o método de microscopia eletrônica de varredura, com analisador de energia dispersiva de raios x acoplado ao microscópio eletrônico, permitindo análises localizadas qualitativas e semiquantitativas. o corpo-de-prova utilizado para exame metalográfico foi conectado a um fio de cobre e embutido em resina polimérica com uma das suas superfícies exposta, constituindo assim, o eletrodo de trabalho. ensaios eletroquímicos após o devido polimento, este eletrodo foi introduzido na célula eletroquímica e mantido imerso na solução de trabalho por pelo menos 20 horas e, a seguir, foi submetido aos ensaios eletroquímicos por meio do emprego de técnicas de polarização do estado estacionário. uma solução de nacl 0,9% (p/p), que simula a agressividade bucal, foi empregada como solução de trabalho. todos os ensaios foram feitos em soluções aeradas, à temperatura ambiente e sem controle atmosférico. o contra-eletrodo utilizado foi um cilindro de grafite de alta pureza e como sistema de referência foi adotado o eletrodo de calomelano saturado ao qual todos os potenciais do presente trabalho se referem. os diagramas de impedância foram obtidos pela aplicação de um sinal senoidal de pequena amplitude (10 mv pico a pico) empregando um analisador de resposta de freqüência modelo 1255 solartron acoplado a uma interface eletroquímica 1187 solartron, controlados por um computador tipo pc. a faixa de frequência estudada foi de 100 khz a 1 mhz. resultados e discussão a tabela 1 apresenta a composição química da liga original e do amálgama formado obtida por espectrofotometria de absorção atômica. a recomendação fornecida pelo fabricante da liga metálica original prescreve que para a preparação do amálgama propriamente dito, deve se utilizar a proporção liga/mercúrio de 1:1. comparando-se os valores obtidos para a liga original e para o amálgama, observou-se que as proporções entre os próprios elementos para a liga em estudo e para o correspondente amálgama formado, são muito próximas. conclui-se, portanto, que não houve perda considerável de material durante o processo de amalgamação. uma análise semiquantitativa também foi realizada com o auxílio de um analisador de energia dispersiva espectroscópica, acoplado ao microscópio eletrônico de varredura, que tornou possível também a identificação microestrutural deste material. pelas figuras 1 a 6, observa-se o resultado dos mapas elementares obtidos por energia dispersiva espectroscópica (eds) para os principais constituintes do amálgama em questão. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 por meio da obtenção do espectro de energia dispersiva de raios x (figura 2), bem como da utilização da técnica de mapeamento das regiões correspondentes à figura 1 , observam-se elevadas proporções dos elementos hg e ag, em concordância com os dados obtidos pela análise da composição química. a análise por mapeamento permitiu observar que no amálgama em questão, dispersalloy (alto teor de cobre, tipo fase dispersa), o elemento cobre encontra-se quase que totalmente concentrado nas regiões em torno do eutético ag-cu, que não reagiu durante o processo de trituração. esta http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 observação está de acordo com informações presentes na literatura especializada. os elementos hg e ag, também encontram-se distribuídos de forma diferenciada neste amálgama, sugerindo que elevada quantidade de mercúrio presente (figura 3) esteja concentrada na fase g1 (ag2hg3), pois o mapeamento para prata (figura 4) indica a presença desse elemento na mesma região onde se encontra o mercúrio. a abundância de prata no interior dos dois círculos mostrados na micrografia correspondente à figura 4, indica a presença do eutético ag-cu nestas regiões, pois o mapeamento para cobre indicou a presença deste elemento nestas mesmas regiões, muito embora, ele esteja mais concentrado nos círculos em torno do eutético que, conforme descreve a literatura, refere-se à fase h (cu6sn5). pela figura 7, ilustrada seguir, está representada a micrografia do amálgama sob estudo. por meio dela, torna-se possível distinguir partículas do eutético ag-cu, também presentes na liga original para amálgama dentário, rodeadas pela fase h’ (cu6sn5). para o amálgama de fase dispersa, g inicialmente reage com mercúrio para formar g1 e g2, assim como nos amálgamas de baixo teor de cobre. a formação destas duas fases leva consigo um processo de cristalização crescente que conduz ao endurecimento do amálgama. além da formação destas duas fases, há uma reação adicional entre g2 e partículas de ag-cu para formar h e g1 adicional. a fase h forma-se como círculos em torno das partículas dispersas também distribuídas na matriz g1 . as medidas eletroquímicas de polarização, figura 8, foram obtidas a 1,0mv/s, sobre uma ampla faixa de potencial (-500 a +500mv . e.c.s.). na região anódica de cada uma destas curvas, observou-se uma ampla faixa ativa com diferentes velocidades de dissolução dos componentes metálicos. a diminuição da velocidade de dissolução metálica dentro da faixa ativa inicia-se a aproximadamente a -150mv alcançando um máximo até +100mv (ecs), caracterizando uma "pseudopassivação", pois embora a velocidade de dissolução metálica diminua nesta faixa, a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig8 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 densidade de corrente anódica, mesmo de forma mais gradativa, ainda continua a aumentar. pode ser observado também que, após um determinado potencial, a corrente mantém-se aproximadamente constante para uma ampla faixa de potencial registrada na região anódica da curva de polarização. isto se deve talvez, à formação dos produtos de corrosão insolúveis, semiaderentes, que permanecem na superfície do eletrodo, sendo facilmente removidos. pela tabela 2, observam-se os parâmetros cinéticos obtidos por meio das curvas de polarização obtidas, reproduzindo-se as mesmas condições de trabalho, utilizando-se solução aerada de nacl 0,9% (p/p). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 os diagramas de espectroscopia de impedância faradaica, figuras 9 e 10, foram obtidos dentro de uma ampla faixa de potencial (-0.7 a 0.5 v/ecs), que compreende o potencial de corrosão. para este caso, foram selecionados três potenciais em que foram observadas variações nas curvas. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig9 por meio da figura 9 observam-se os diagramas de nyquist para o amálgama dispersalloy. observou-se pelos diagramas obtidos características difusionais, o que deve estar relacionado com a transferência de matéria dentro dos poros dos amálgamas. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig9 por meio da figura 10, observam-se os diagramas de bode, há vários potenciais, que exibem um comportamento capacitivo/resistivo, com uma resistência de transferência de carga da ordem de 104 ohm.cm2. este resultado é consistente com uma pequena velocidade de corrosão do amálgama, ou em outras palavras, um processo controlado pela transferência de carga. estes diagramas também mostram uma segunda constante de tempo. este fato pode ser explicado por um aumento na velocidade do processo de passivação, o que leva à formação de um filme espesso sobre a superfície eletródica. este processo de passivação mais pronunciado dificulta a transferência de carga na interface metal/filme/solução. os diagramas de nyquist para o amálgama dispersalloy em solução de nacl 0,9% (p/p), mostram um semicírculo capacitivo distorcido que parece ser invariante em uma faixa de potencial que compreende o potencial de corrosão (-0.7 a -0.2 v). a potenciais mais positivos perto da zona de dissolução ativa, a resistência de polarização rp=limw ® 0[z(jw )] diminui consideravelmente. a resistência ôhmica do eletrólito medida no limite a altas frequências, limw ® 0[z(jw )]» 3w cm2. conclusão os diagramas de espectroscopia de impedância apresentam formas complicadas, devido à contribuição de vários processos à transferência de carga, tais como: adsorção, difusão, formação de filmes, etc. assim, o comportamento da interface durante o processo de corrosão não pode ainda ser quantitativamente tratado, por meio de sua associação a um mecanismo reacional ou mesmo um circuito equivalente, devido à estrutura metalúrgica complexa. por ora, observou-se que os dados obtidos para resistência de polarização por meio da técnica de polarização potenciodinâmica encontram-se na mesma ordem de grandeza que os valores encontrados pela técnica de impedância. a grande resistência à corrosão deste material se deve possivelmente à grande quantidade de fases, estrutura metalúrgica complexa multifásica, além de considerável quantidade de g e h’ presentes, fases relativamente estáveis quando comparadas à g2, sendo esta última predominante nos amálgamas de baixo teor de cobre. agradecimentos os autores agradecem à fapesp pelo auxílio recebido. acciari, h. a., guastaldi, a. c., tremiliosi filho, g. characterization and corrosion study of the dispersalloy dental amalgam by impedance techniques and anodic polarization. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.101-119, 1997. abstract: the corrosion of dental amalgam in aqueous media was interpreted by means of a.c. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 impedance techniques and anodic polarization. the nyquist and bode diagrams are influenced by the porous structure of the amalgams, the surface film formation and the adsorption of intermediates. in general, the impedance spectra are rather complex and very difficult to interpret. the dispersalloy amalgam (high copper, dispersion type alloy) was characterized by scanning electron microscopy and energy dispersive x ray analysis. the chemistry analysis was determined by atomic absorption spectrophotometry. although high copper amalgams as a group show superior physical properties and clinical performance to low copper amalgams, a high copper content does, not necessarily mean improved clinical performance. neverthelless, they too, corrode in the mouth. keywords: dental amalgam; impedance; corrosion; anodic polarization; dispersalloy. referências bibliográficas 1 abbot, j. r., makinson, o.f. etches for the microstructure of dental amlgams. j. dent. res., v.57, n.7-8, p.790-5, 1978. 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atomic absorption spectrometry; heavy metals. introduction recently, water contamination by heavy metals is gaining special importance, due to the great use of these substances in various industrial fields and their potential possibilities to severely affect the chemical status of the environment.1 it is known that lead affects human being and it is considered highly toxic to children.5 therefore the presence of lead in the environment requires systematic control. as a result, the control methods should be effective and attainable to know exactly the chemical status of the medium with a great tendency to widen the lower concentration limits at which an element is detectable. reports have been made2,3 in which the determination limits do not exceed 20 micrograms per litre using flame atomic absorption spectrometry, and diverse forms of preconcentration. however, the best results with respect to lower limits have been obtained by preconcentration with organic solvents together with the atomic absorption spectrometric determination with graphite furnace3,4 taking as limiting factors the time for preparation, the methodology of work, and the cost of the installation. in our work we propose a combined method of preconcentration by adsorption and subsequent http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back determination by atomic absorption spectrometry that permits the quantification of lead in water in quantities less than 20 micrograms per litre without great difficulties. materials and methods these experiences were undertaken at 300 ± 2 k using merck standard silica reagent with an iron content less than 0.03 %, with particle diameter between 0.063-0.2 mm, and sodium sulphide, zinc chloride, lead nitrate, nitric acid and hydrochloric acid chemically pure. lead free bidistilled water was used to prepare the corresponding solutions. the concentration of lead was undertaken in a column 2 cm length and 3 mm diameter in which 0.07 g of silica impregnated with zinc sulphide was introduced. the volume passed through the column was between 0.5-1.0 l depending on the concentration of lead in de solutions. the adsorbate-adsorbent complex obtained was treated with hot diluted nitric acid solution and water, was added to complete a volume of 10 ml, the concentration of lead was determined in a aas-3 carl zeiss spectrometer at a wavelength of 217,0 nm and a determination limit of 0.1 mg/l. result and discussion before using the adsorbent for capturing lead in water, its dynamic adsorption capacity was 21 mg/g. the weight of lead that is adsorbed is calculated by the difference between the initial concentration and the sum of all the weights collected and determined in the filtrated samples. this result was compared with the lead amount contained in the adsorbent which was determined as explained above the difference found was not greater than 2%. parallel test were made to determine the percentage and the order of the concentration. results are given in table 1. the effectiveness of the adsorbent from the analytical point of view was later determined, model solutions with known concentrations of lead were passed through adsorbent and the quantity of lead remove was determined in the concentrate by aas and it was compared with the concentration of the initial solutions. result are shown in table 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 based on the results obtained, the concentration of lead in samples of running water was determined. the samples were taken at intervals of 30 min during 4 hrs. and homogenized, the necessary portion for analysis was taken. the results are shown in table 3. it was observed that one of the samples surpassed the permissible levels for this type of water. conclusions it is concluded that the concentration method can be applied to determine small concentrations of lead by employing silica gel impregnated with zns, which makes the determination of lead possible from 10 microgram per liter and even less. the method could also be used to analyze small volume of sample, previously taken and filtered through the adsorbent in field conditions. seijó echevarría, m., del tóro déniz, r., martinéz sáez, s., rosell juan, f. concentração de pb (ii) por adsorção e sua determinação por espectrometria de absorção atômica. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.199-203, 1997. resumo: foi desenvolvido um método de concentração de sorção usando sílica impregnada, para determinar pequenas concentrações de chumbo em água através de espectroscopia atômica. palavras-chave: adsorção; espectroscopia de absorção atômica; metais pesados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100016&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab3 references 1 gaboury, b. clean technique measurement of pb, ag, and cd in freshwater: a redefinition of metal pollution. environ. sci. technol.,v.28, n.11, p.1987, 1994. [ links ] 2 garbarino, j. r., steinheiner, t. r., taylor, h. e. water analysis. anal. chem., v.57, p.46, 1985. [ links ] 3 kane, j. r. the determination of selected elements in coal ash by a.a.s. us geol. surv. bull., n.1823, p.47, 1989. [ links ] 4 obiols j., devesa r., peiro l., salayet, j. speciation of heavy metals. i: concepts and techniques. rev. afinidad, n.408, p.93, 1987. 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conforme mostra a figura 1. a distribuição e conteúdo destas unidades estruturais isoméricas ao longo da cadeia polimérica afetam as propriedades térmicas e mecânicas do polímero12, o que torna importante a caracterização e quantificação da microetrutura dos polímeros diênicos. isto pode ser feito por métodos químicos e físicos. os métodos químicos baseiam-se em reações de adição eletrofílica na dupla ligação, fornecem a proporção total de unidades insaturadas, o grau de insaturação mas, não distinguem entre as diferentes unidades presentes na amostra. os métodos físicos incluem as técnicas de ressonância magnética nuclear de prótons (1hnmr) e de carbono (13cnmr), análise por espectroscopia no infravermelho com transformada de fourier (ftir) e análise no ultravioleta (uv)9. poliuretanos (pus) baseados em resina pblh foram originalmente desenvolvidos como aglutinantes para propelentes de foguetes. atualmente estes pus encontram aplicações na industria de borrachas, preparação de elastômeros especiais, na indústria de produtos de construção, na indústria elétrica e de telecomunicações, na área de revestimentos, na indústria de espumas e no setor aeroespacial. nesta área são usados em propelentes, proteções térmicas e como inibidores de propelentes compósito2,5,7,11. assim, é interessante verificar se estes materiais preservam a microestrutura, em seu segmento flexível, proveniente do poliol precursor, o pblh. a microestrutura da resina pblh depende do processo de polimerização adotado na sua fabricação e também do iniciador empregado. o poliol nacional, empregado neste estudo, é obtido por http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200022&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 polimerização via radical livre. o peróxido de hidrogênio é usado como iniciador e etanol ou álcool isopropílico, como solvente. segundo o fabricante o material assim preparado tem uma microestrutura com teores dos isômeros 1,4-trans, 1,2-vinil e 1,4-cis de respectivamente, 60, 20 e 20 %5,11. a microestrutura da resina pblh pode ser determinada por ressonância magnética nuclear de prótons (1hnmr) e de carbono (13cnmr) e por análise por espectroscopia no infravermelho com transformada de fourier (ftir) em solução de cs2 ou como filme líquido (ir/fl), técnica desenvolvida em nosso laboratório10-11, a partir de um estudo de haslam com polibutadienos não funcionais4, utilizando a região do espectro infravermelho abaixo de 1000cm-1, onde ocorrem as vibrações de deformação fora do plano para ligações olefínicas ("wagging", w-ch=ch-). o presente estudo apresenta uma avaliação, feita por análise ftir empregando a técnica de pastilha com brometo de potássio, dos isômeros 1,4-cis, 1,4-trans e 1,2-vinil presentes no segmento flexível do poliuretano preparado a partir de resina pblh nacional, utilizando as mesmas condições de contorno adotadas na determinação, por meio da análise ftir empregando a técnica de filme líquido, da microestrutura da resina pblh, ou seja, considerando que não há significativa sobreposição das absorções dos diferentes isômeros e que os coeficientes de absorção calculados a partir de dados para hidrocarbonetos monoméricos podem ser empregados (tabela 1)4,10-11. material e método material poliuretano preparado com resina pblh liquiflex p lt 12/91 tb 18, procedência petroflex, seca por 8 horas sob vácuo; isoforona diisocianato (ipdi), procedência veba chemie empregando-se acetil acetonato férrico (fe(aa)3), procedência merck, como catalisador, curado em estufa a 50° c11 e estocado em dessecador por 4 anos (pu 50/cvla). brometo de potássio, procedência perkin http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200022&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 elmer. método este estudo foi feito utilizando-se o espectrofotômetro spectrum 2000 perkin elmer, região de 4000-400cm-1, resolução 4cm-1, ganho 1, 40 varreduras, empregando-se a técnica de pastilha com brometo de potássio (ir/p/kbr 1:400mg) e análise em triplicata. as bandas analíticas escolhidas foram 966, 911 e 724cm-1, respectivamente para os isômeros 1,4trans, 1,2-vinil e 1,4-cis. foram adotadas as linhas base em 1170-833cm-1, para os isômeros 1,4trans, 1,2-vinil e em 833-644cm-1 para o isômero 1,4-cis. resultados e discussão a figura 2 mostra os espectros de absorção no infravermelho, usualmente denominados espectros ftir para indicar que foram gerados num espectrofôtometro do tipo interferométrico, obtidos na análise em triplicata do pu 50/cvla. as bandas analíticas estão assinaladas. como pode ser visto na figura 2 os espectros obtidos são bastante semelhantes entre si evidenciam a repetibilidade da análise em triplicata empregando-se a técnica de pastilha com kbr. uma dificuldade desta técnica está na preparação da pastilha pois, o pu 50/cvla é um material borrachoso, exigindo bastante força para ser pulverizado para ser posteriormente misturado com kbr e pastilhado. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200022&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200022&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 a tabela 2 apresenta os dados relativos à distribuição dos isômeros configuracionais no segmento flexível do pu 50/cvla preparado a partir do poliol pblh, determinada por análise ftir empregando-se a técnica de pastilha com brometo de potássio. a repetibilidade dos resultados da determinação dos isômeros 1,4-trans e 1,2 vinil é boa, ficando dentro do limite de precisão do aparelho (0,1-2%). a determinação do teor do isômero 1,4-cis apresenta um desvio relativo alto (4,2%). a banda de absorção devido a este isômero não é tão intensa e bem definida como as devido as estruturas 1,4-trans e 1,2-vinil, como pode ser visto na figura 2. sua posição depende do teor destes grupos e de suas vizinhanças3,11. a sua determinação com precisão portanto, é difícil. o poliuretano investigado neste estudo, como já citado, foi preparado com resina polibutadiênica (liquiflex p lt 12/91 tb 18) que teve anteriormente sua microestrutura determinada por análise ftir empregando-se a técnica de filme líquido10-11 tendo sido encontrado os teores dos isômeros 1,4-trans, 1,2-vinil e 1,4-cis respectivamente iguais a 59,4; 20,1 e 20,5%. pode-se dizer que o segmento flexível do pu investigado apresenta basicamente a mesma microestrutura do poliol precursor, ou seja, da resina pblh. a pequena diminuição observada no teor do isômero 1,4-cis e o correspondente aumento do teor do isômero 1,4 trans podem ser atribuídos a uma isomerização cis-trans, processo observado nos estágios iniciais de oxidação de polímeros diênicos8. portanto, podem ser um indicativo que o material, estocado há 4 anos, está começando a apresentar degradação. assim, a determinação dos diversos isômeros no segmento flexível de poliuretanos a base de resina pblh, pode ser feita por análise ftir empregando-se a técnica de pastilha com kbr, para uma avaliação do grau de degradação destes materiais durante estocagem prolongada, ou seja, durante envelhecimento. conclusão os resultados experimentais de determinação dos teores dos isômeros 1,4-trans, 1,2-vinil e 1,4-cis http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200022&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200022&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 do pu 50/cvla, a base de resina pblh, mostraram que é possível a determinação da microestrutura do segmento flexível de poliuretanos a base de resinas polibutadiênicas, por análise ftir empregando-se a técnica de pastilha com brometo de potássio. também mostraram que o pu 50/cvla apresenta uma microestrutura semelhante a do poliol precursor, ou seja, da resina pblh, com uma pequena diminuição do teor do isômero 1,4-cis e o correspondente aumento do teor do isômero 1,4 trans. alterações que podem ser atribuídas a uma isomerização cis-trans, indicam que o material, estocado há 4 anos, está começando a apresentar degradação. isto sugere que a técnica apresentada neste estudo pode ser empregada para o acompanhamento do envelhecimento de poliuretanos a base de resina polibutadiênica monitorando-se os teores dos diversos isômeros no segmento flexível do material. referências bibliográficas 1 bovey, f.a. chain structure and conformation of macromolecules. new york: academic press. 1982. 259p. 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transition metals such as iron, copper, nickel, and cobalt. in the literature, studies carried out by sherif and orab [13,14] in aqueous medium using the visible region revealed the existence of a relationship between the several free ligand (azide) and chromium(iii) concentrations with absorbance, producing colorings ranging from violet to green. moreover, the solution was reported to develop blue tones under great ligand excess. in the work of templeton & king [15], the effect of perchloric acid concentration on the formation of pentaaquoazidochromium(iii) compounds was also reported. the main objective of the latter work was to determine the kinetics and equilibrium of this system. the authors reported maximum absorption at 270 nm, under highly acid concentrations, which was attributed to interactions between azidochromium(iii) and/or hydrogen azidochromium(iii) and the perchlorate ion. the 31ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 spectrophotometric study of the chromium(iii)/azide system in the ultraviolet region and its analytical application *l. m. lourenço, f. g. martins, v. r. balbo, a. c. pimenta, j. r. m. castro, j. f. andrade departamento de química, faculdade de filosofia, ciências e letras de ribeirão preto usp, av. bandeirantes, 3900 (campus da usp),14040-901, ribeirão preto , sp, brazil. abstract: a sensitive and alternative method for the spectrophotometric determination of chromium(iii) based on the formation of chromium(iii)/azide complexes was established by investigating a new band in the ultraviolet region. the best experimental conditions for the analytical determination of this metallic ion were: ligand and perchloric acid analytical concentration = 493 and 12.0 mmol l-1, respectively; aqueous medium; t = 25.0 ºc; contact time = 1 hour. the maximum molar absorptivity coefficient occurred at 287 nm (average 1.481 ± 0.008 × 104 l mol-1 cm-1), leading to the determination of metal ion concentrations one hundred times lower than the ones formerly determined in the visible region. the system obeys beer’s law and is suitable for chromium determination in the 0.702-2.81 mg l-1 concentration range (15-65% t, 1.00 cm-width quartz cells). analytical applications of the current method were tested with a nutritional supplement containing chromium. results were compared with those obtained with atomic absorption spectrometry. keywords:chromium; azide; spectrophotometry; complexes. results of a quantitative treatment in the ultraviolet region obtained by these authors were unsuccessful. ever since, this region of the spectrum has been abandoned for investigation of the chromium(iii)/azide system. in the present work, optimization of the experimental conditions for the study of the chromium(iii)/azide system in the ultraviolet region has been accomplished. the quantification of this metal ion complex considering its maximum absorption in the ultraviolet region has also been carried out in real samples. the proposed method was tested for a nutritional supplement sample, showing good agreement with results obtained by means of atomic absorption spectroscopy. experimental details apparatus and reagents spectrophotometric measurements were accomplished on a uv-visible beckman du-70 spectrophotometer, using a quartz cell of 1.00 cm path length. a shimadzu aa-680 atomic absorption spectrophotometer was used for reference analyses, in order to compare the results obtained through both methods. potentiometric titrations were accomplished on a micronal b-374 phmeter, using 5.00 ml metrohm piston burets. a tecnal te-184 thermostatic bath was used for studies on temperature effect, as well as to control the temperature after the establishment of the ideal conditions. for treatment of the analyzed samples, a corning pc-320 hotplate was employed. deionized water (with conductivity inferior to 1µs) was used in the preparation of all samples and solutions. all reagents were of analytical purity grade. the sodium azide solution (3.52 mol l-1) was standardized by potentiometric titration with silver nitrate, using a combined electrode (reference electrode ag/agcl and silver wire as indicator). perchloric acid (0.302 mol l-1) was potentiometrically standardized with a standardized solution of sodium hydroxide, which had been previously adjusted with phthalate potassium acid. the chromium(iii) perchlorate solution (2.023 mmol l-1, ph ≅ 1) was acidified with perchloric acid and was standardized by means of the spectrophotometric method of chromium in steel determination using potassium dichromate salt purchased from merck. the standardization measurements were accomplished at 438 nm. ar grade organic solvents (acetone – merck (acs, iso); tetrahydrofuran – merck (acs); 1-propanol vetec; ethanol – merck; methanol – merck; acetonitrile – vetec) were used without any prior treatment. for the opening of the nutritional supplement samples, nitric acid 65% merck and perchloric acid 70% merck were used. the sodium tartrate employed was pa grade and it was purchased from carlo erba. all the saline solutions, generally used as their respective nitrates or sodium salts, for the interference study were prepared in the concentration of 0.20 mol l-1, and diluted as appropriate. treatment of nutritional supplement samples a nutritional supplement sample containing chromium was tested. it was purchased at drugstores in its commercially available pure salt form. the sample was manufactured by albion® laboratories, and cromo chelavite®´s was its trade name (chromium dinicotinate glycinate), which is also known as chromium chelate. according to the manufacturing laboratories, the amount of chromium present in the nutritional supplement containing chromium chelate was 2.5% in mass. the mass of the samples were weighed using an analytical balance and it had been previously established so as to obtain a chromium concentration of approximately 1.0 mmol l-1 in a volumetric flask of 100 ml after suitable treatment. the procedure was accomplished inside an exhaustion chapel. the chapel was cleaned in a way that no other organic reagent, paper, rubber, or any other substances incompatible with perchloric acid were present. concentrated nitric acid and (ca. 10 ml) concentrated perchloric acid (ca. 15 ml) were carefully added to an erlenmeyer containing the sample to be analyzed. this erlenmeyer was then placed on a heating-plate, and boiling and additions of water were carried out to allow the vaporization release of nitric acid. boiling was done with a funnel present in the erlenmeyer mouth to avoid possible sample 32 ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 loss, and it was performed until the release of dense smoke was observed. at this point, the temperature of the heating plate was immediately decreased so that mild boiling was obtained. this was done to avoid the release of steam for as long as 5 minutes, ensuring chromium oxidation. the sample was then quantitatively transferred to a 100 ml volumetric flask and the volume was completed with deionized water. to facilitate understanding, this sample will be called the supplement sample stock. aliquots of such supplement sample stock were pipetted into 25 ml volumetric flasks. for the preparation of the final sample in these volumetric flasks, chromium(vi) was reduced to chromium(iii) with the addition of some drops of hydrogen peroxide (5 volumes or less). the excess of this reagent was 1.5 times the quantity necessary to discolor the yellow samples. after complete reduction, sodium hydroxide was slowly added in a predetermined amount under vigorous stirring, so as to neutralize the excess acid. to determine the exact amount of sodium hydroxide that should be added, an aliquot of the supplement sample stock was taken and hydrogen peroxide was added to it. next, excess sodium tartrate was added in the salt form, and the resulting sample was titrated with sodium hydroxide. knowing the concentration of perchloric acid present in the supplement sample stock, the excess acid contained in the pipetted volume was then neutralized in the 25 ml volumetric flask, in a way that the resulting solution contained a concentration of 12.0 mmol l-1 of the remaining acid. the sample that resulted from such sample treatment will be called treated supplement from this point. after such treatment, the ligand still had to be added at an ideal concentration, temperature, and contact (reaction) time so that the flask could finally be filled to the mark. the presence of sodium tartrate throughout the titration was necessary to avoid formation of chromium(iii) hydroxide, which could affect the alkalimetric titration. results and discussion several factors such as acidity, ligand concentration, temperature, and contact time affect the 33ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 formation of the complex species (absorbance values) in the case of the chromium(iii)/azide system. under the best acid and ligand concentrations, the maximum absorption occurs at 287 nm, being this band more sensitive than the visible one located between 400 and 700 nm, which was used in the work of sherif and orab [14]. it has also been noticed [16] that, although the azide ligand also absorbs in the ultraviolet region, such absorption is limited to areas around 230 nm (under the present conditions). the absorption of azide at 287 nm is weak, thus allowing spectrophotometric measurements for the chromium(iii)/azide system at low concentrations in the ultraviolet region. measurements at 287 nm were only carried out in this work after optimization of the conditions previously used by sherif [13] in the visible region, when factors such as acidity, ligand concentration, nature and concentration of solvent, temperature and contact time were investigated too. after this optimization [16], it was possible to notice that the same conditions considered ideal in the visible region could be employed in the ultraviolet region, leading to the determination of metal ion concentrations a hundred times lower than the ones determined in the former region. one of the first problems faced with this system concerned the strong turbidity observed upon metal (chromium) addition to the ligand (azide). this happens probably due to metal hydrolysis or to the insolubility of the formed species. perchloric acid was thus added to the samples to overcome this problem, because it has low coordination ability, offering no competition to the azide ligand. because hn3 is a weak acid (pka = 4.65) [17], it was assumed that all the added hclo4 led to the formation of hydrazoic acid. in this way, the free ligand concentration, [n3 -], was approximately equal to the analytical concentration of the added ligand, cn3 , minus the concentration of added perchloric acid. fig.1 shows the effect of acidity on the spectrum of the system in aqueous medium, at a free ligand concentration of 200 mmol l-1 and fixed contact time and temperature. acid concentrations lower than 10.0 mmol l-1 was not used, allowing the ph to remain below 6.0 for the formed buffer solution (hn3/nan3). the most promising acidity condition was 10.0 mmol l-1, and the acidity condition employed here was 12.0 mmol l-1 for practical reasons. the behavior observed in fig.1 can be explained by the fact that there was more formation of hn3 (weak acid) at higher acid concentrations and, consequently, there was lower availability of the free ligand to form the absorbent complexes. 34 ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 figure 1.effect of the acidity on the spectrum of the system (ccr3+ = 3.96 × 10-2 mmol l-1; [] = 200 mmol l-1; chclo4 mmol l-1 = variable: (a) = 10.0, (b) = 20.0, (c) = 100 and (d) = 200; t = 25.0 ºc; t = 1 hour; sample = blank + metal; blank = acid + ligand). initially, a study of the influence of different solvents (acetone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, and propanol) on the spectrum of the chromium(iii)/azide system was carried out for a concentration of 60% (v/v). generally, the solvation effect increased complex formation, increasing the sensitivity of the spectrophotometric techfig.2 shows the effect of the analytical concentration of the ligand on the spectrum of the system at constant chromium(iii) concentration and fixed acidity (12.0 mmol l-1). a small bathochromic effect could be noticed with increasing ligand concentration. azide analytical concentrations higher than 500 mmol l-1, as seen at amaxvalues (maximum absorbance), did not lead to a significant increase in absorbance, so this limit was fixed. the complete saturation between metal and ligand only happened at ligand concentrations of about 900 mmol l-1, which was considered excessive. so, the concentration of 500 mmol l-1 was chosen as the most promising one for the accomplishment of the measurements. for analytical simplicity (pipetting), a ligand analytical concentration of 493 mmol l-1 was chosen to continue the studies. figure 2. effect of the ligand analytical concentration on the spectrum of the system (ccr3+ = 3.96 × 10-2 mmol l-1; t = 25.0 ºc; chclo4 = 12.0 mmol l1; cn3 mmol l-1 = variable: (a) = 100, (b) = 200, (c) = 300, (d) = 400, (e) = 500, (f) = 600, (g) = 900; t = 1 hour; sample = blank + metal; blank = acid + ligand). figure 3.effect of some solvents on the system spectrum (ccr3+ = 3.96 × 10-2 mmol l-1; cn3 = 200 mmol l-1; chclo4 = 12.0 mmol l-1; csolvent= 60% (v/v): (a) = acetone, (b) = tetrahydrofuran, (c) = water, (d) = methanol, (e) = ethanol, (f) = propanol; t = 25.0 ºc; t = 1 hour; sample = blank + metal; blank = acid + solvent + ligand). 35ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 nique. fig. 3 shows the influence of some solvents on the spectrum of the present system, for a ligand analytical concentration of 200 mmol l-1. at the employed ligand concentration, most of the solvents provided an increase in the absorbance values. ethanol was the solvent chosen to continue the comparative studies between the organic and aqueous medium. it is known that acetone, unlike the other solvents, absorbs strongly at wavelengths lower than 320 nm, justifying the high interference and low sign obtained in the spectrum in the presence of this solvent. in fig. 4, at a ligand concentration close to that considered ideal in aqueous medium (500 mmol l-1), the presence of ethanol only brought about a small increase to absorbance values, making the aqueous medium the most promising for the accomplishment of the measurements. the use of solvents such as acetone and tetrahydrofuran did not provide the solvatochromic effects for the present chromium(iii)/azide system, as observed previously [9-12]. employing the best conditions of ligand concentration and acidity in aqueous medium (493 mmol l-1 and 12.0 mmol l-1 respectively), with a chromium(iii) analytical concentration of only figure 4. effect of the ligand analytical concentration on the spectrum of the system in aqueous and organic medium (ccr3+ = 3.96× 10-2 mmol l-1; chclo4 = 12.0 mmol l-1; t = 25.0 ºc; t = 1 hour; sample = blank + metal; blank(aq)= acid + ligand; blank(etoh) = acid + solvent + ligand). 3.96 × 10-2 mmol l-1, the effect of the temperature and contact time on the formation of the absorbent complex species was verified (fig. 5). a temperature of 20 ºc provided slow reaction, but led to higher absorbance values for longer contact times, reaching a constant absorbance value after 2 hours, which is too long. increasing the temperature enabled the system to reach a stable level faster, although a small decrease in the absorbance value was obtained at higher temperatures. this latter fact can be justified by the loss of the azide ligand in the hydrazoic acid (volatile) form. a contact time of 60 minutes at t = 25.0 ºc showed to be the most promising condition for the accomplishment of the measurements, once at this temperature and reaction time, 98.7% of the highest absorbance value was reached. figure 5. effect of the temperature and contact time on the absorption measurements carried out at 287 nm. the absorbance reached a maximum value after a contact time of 360 minutes (6 hours table 1). using the most promising conditions (acid perchloric analytical concentration = 12.0 mmol l1, ligand analytical concentration = 493 mmol l-1, t = 25.0 ºc and contact time = 1 hour), the analytical curve was obtained from 15 samples. the slope of the straight line obtained from the linear regression supplied a mean molar absorptivity coefficient of (1.481 ± 0.008) × 104 l mol-1 cm-1 for the chromium(iii) compounds, with r = 0.9998, at 287 nm. considering the ideal range of absorbance values between 0.2 and 0.8, the metal can therefore be determined in the concentration range 0.702 to 2.81 mg l-1 at 287 nm, using the experimental conditions above established. precision studies were accomplished for 20 samples containing 3.96 × 10-2 mmol l-1 (2.06 mg l-1) chromium(iii). an absorbance of 0.606 ± 0.001 with a confidence limit of 95% was obtained. for the interference study, cations (used as nitrates) and anions (used as sodium) salts were added separately to the sample and the results of each of them were compared with the control samples. the conditions for both the control sample and that containing the interfering ion of interest were identical, except for the fact that the control one did not contain the diverse ion. the possible interfering ion was added to the sample in a way that concentrations of 4.0 mmol l-1, 2.0 mmol l-1, 0.40 mmol l-1, or 0.040 mmol l-1 would be obtained in the volumetric flask. these concentrations are equivalent to approximately 100, 50, 10, and 1 times the amount of chromium(iii) present in the sample. respectively, the employed conditions of acidity, ligand concentration, temperature, and contact time were the same as the ones pre-estabished with a chromium(iii) concentration of 3.96 × 10-2 mmol l-1 (2.06 mg l1) measured at 287 nm. interference was considered to take place in samples where the error was higher than 5%, considering the real chromium(iii) concentration. of the 30 species stud36 ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 ied, f-, cl-, br-, no3 -, io3 -, bro3 -, scn-, so4 2-, s2o5 2-, li+, k+, mg2+, ba2+, zn2+, and nh4 + did not interfere at concentrations that were up to 100 times higher than that of chromium(iii). the ions i-, no2 -, co3 2-, hco3 -, and mn2+ did not interfere at concentrations that were up to 50 times higher than that of chromium(iii). the ions oh-, s2o8 2, h2po4 -, hpo4 2-, and cd2+ did not interfere at concentrations that were up to 10 times higher than that of chromium(iii). the ions hc8h4o4 and co2+ did not interfere at concentrations equal to that of chromium(iii). finally, fe3+, cu2+, and hg2+ were the most interfering ions (er >5%), even at concentrations lower than that of chromium(iii). the al3+ ion led to sample turbidity, of thus, making the absorbance measurements impossible. table 2 shows the results obtained with the nutritional supplement cromo chelavite® using the spectrophotometric method developed in this work. the results were compared with those obtained by the atomic absorption technique (standard addition method), with errors lower than 5%, as seen in table 3. the expected value refers to the chromium(iii) concentration according to what is stated in the label of the nutritional supplement by the supplier. in order to verify the validity of the spectrophotometric method and of the proposed previous treatment (section 2.2), a synthetic sample of chromium(iii) was prepared from a standardized solution of chromium(iii) perchlorate. the synthetic sample was submitted to the same conditions as the real sample of the nutritional supplement. the ligand was then added under the ideal conditions of temperature and contact time, and measurements were done at 287 nm. results are in table 4. the validity of the proposed method was thus confirmed, with good recovery of the added chromium concentration value. the obtention of good results with the proposed spectrophotometric method and their agreement with the atomic absorption technique (standard addition) in the case of the nutritional supplement cromo chelavite® make it a potential way of determining chromium in other products. conclusions we have developed an aternative method for the analysis of chromium(iii) ions that is highly sensitive. this high sensitiveness is due to the use of an interesting absorption band not previ37ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 ously reported in the literature, for the chromium(iii)/azide system. the presence of organic solvents tested in this work did not influence the absorption profile of the chromium(iii)/azide system, as had been observed for analogous iron(iii)/azide system, mainly in the presence of tetrahydrofuran. under the best experimental conditions, absorbance of the chromium(iii) complexes were measured at 287 nm, where the molar absorptivity was (1.481 ± 0.008) × 104 l mol-1 cm-1. the system obeyed the beer´s law, and it is suitable for chromium(iii) determination over a concentration range of 0.702 to 2.81 mg l-1 (15-65% t). for 100% stability to be reached, a contact time of 360 minutes (6 hours) was necessary. of the 30 species investigated in the interference study, fe3+, cu2+, and hg2+ were the ions that more interfered on the results. analytical applications of this method have been successfully tested for the nutritional supplement cromo chelavite®. the results were compared with those from atomic absorption measurements and a very good agrement between these two techniques was obtained. in conclusion, under ideal conditions and by controlling some possible interference, the proposed method can be precise, accurate and simple. acknowledgements the authors are grateful to the capes for financial support and to cynthia maria de campos prado manso for linguistic advices. recebido em : 11/09/2006. aceito em: 21/11/2006. 38 ecl. quím., são paulo, 31(4): 31-38, 2006 l. m. lourenço, f. g. martins, v. r. balbo, a. c. pimenta, j. r. m. castro, j. f. andrade. estudo espectrofotométrico do sistema cromo(iii)/azoteto na região do ultravioleta e seu aproveitamento analítico. resumo: um método sensível e alternativo para a determinação espectrofotométrica de cromo(iii) foi proposto. o estudo é baseado na formação dos complexos cromo(iii)/azoteto, investigando uma nova banda na região do ultravioleta. as melhores condições experimentais para a determinação analítica deste íon metálico foram: concentração analítica de ligante e ácido perclórico de 493 e 12,0 mmol l-1, respectivamente; meio aquoso, t = 25.0 ºc, tempo de contato = 1 hora. nessas condições, o máximo de absorção para o sistema cromo(iii)/azoteto ocorreu no comprimento de onda de 287 nm, com um coeficiente de absortividade molar médio de 1,481 ± 0,008 × 104 l mol-1 cm-1, permitindo a determinação deste íon em concentrações cem vezes menores em relação à região do visível. o sistema obedece a lei de beer e mostra-se adequado para a determinação de cromo na faixa de concentração de 0,702-2,81 mg l-1 (15-65% t, em uma cubeta de quartzo de 1,00 cm). aplicações analíticas para o método proposto foram testadas em um suplemento nutricional contendo cromo. os resultados foram comparados com os da técnica de espectrometria de absorção atômica. palavras-chave:cromo; azoteto; azida; espectrofotometria; complexos. references [1] g. o. chierice, e. a. neves, polyhedron 2 (1983) 31. 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[17] d.c. harris, análise química quantitativa, trad. j.a.p. bonapace e o. e. barcia, ltc, rio de janeiro, 6ª ed.,2005, apêndice g, p.793. eq-vol30n01 05.pmd 37 volume 30, número 1, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(1): 37-41, 2005 lychnophoric acid from lychnophora pinaster: a complete and unequivocal assignment by nmr spectroscopy. d. silveira 1*, j. d. de souza filho 2, a. b. de oliveira 3, d. s. raslan 2 1faculdade de ciências da saúde, unb asa norte, brasília, df, brazil 2departamento de química, icex, ufmg. av. antônio carlos 6627, cep 31270-010. belo horizonte, mg, brazil. 3departamento de produtos farmacêuticos, faculdade de farmácia, ufmg . av. olegário maciel, 2360, cep 30180-112. belo horizonte, mg, brazil. *to whom correspondence should be addressed; e-mail: damaris@unb.br abstract: the investigation of the hexane extract from aerial parts of lychnophora pinaster provided, besides others substances, the e-isomer of lychnophoric acid, a sesquiterpene derivative previously isolated from l. affinis. keywords: lychnophora pinaster; asteraceae; lychnophoic acid. introduction plant species of the genus lychnophora (asteraceae) are known as “candeia”, “arnica” and “arnica da serra” and are used in folk medicine as anti-flogistic, anti-rheumatic, and analgesic [1]. typical constituents of lychnophora species are sesquiterpene lactones [2] of which 15deoxygoyazensolide was shown to be active against trypanosoma cruzi, the etiological agent of chagas’ disease (american trypanosomiasis) [3]. prompted by this observation we have carried out a screening of asteraceae plant species in the search of new trypanocidal agents [4] and we have investigated three active lychnophora species, one of them being l. pinaster mart. bioguided fractionation of the hexane and dichloromethane extracts of the aerial parts of this plant [5] led to the isolation of lychnophoric acid(1), previously isolated from l. affinis, that was assayed in vitro against bloodstream forms of t. cruzi and presented 50% growth inhibition in the dose of 12,0mg/ml [6]. experimental general melting point was determined on a mettler fp5 apparatus; [a]d was measured at 25 oc on a bellincham & stanley ltd p-20 polarimeter. ir spectrum was obtained on a shimadzu/ir-408 spectrometer. eims was obtained on a kratos ms 80 rfa spectrometer. 1h and 13c nmr spectra and contour plots were acquired on a bruker avance drx400 instrument operating at 400 mhz for 1h and 100 mhz for 13c. hplc analysis was performed with a shimadzu cr-8, uv detector. cg analysis was performed with a hp5890 gas chromatograph, fid detector, and a vdc3390a integrator. plant material the aerial parts of lychnophora pinaster mart. were collected at serra da moeda, state of minas gerais, brazil, in march 1992. a voucher specimen has been deposited in the herbarium of 38 ecl. quím., são paulo, 30(1): 37-41, 2005 the instituto de ciências biológicas, ufmg, belo horizonte, minas gerais (bhcb-ufmg 19520). extraction procedures the dried aerial parts (2.0 kg) were powdered and successively extracted with n-hexane and dichloromethane. the solvents were removed under vacuum, below 40 °c, to give 114.0 g of nhexane and 12.0 g of dichloromethane extracts. the crude extracts were chromatographed first by cc (silica gel 60, hexane-ch2cl2-acoetmeoh gradient). the n-hexane extract (114.0 g) furnished a homologue series of saturated hydrocarbons (c22 -c32) [7], lupeol, aand bamyrin, friedelin and fat acid esters detected by gc, in comparison with authentic samples. the ch2cl2 fr. was chromatographed over florisil column. fraction 1 (petrol), after washing with et2o-meoh (1:1), filtration and solvent evaporation, afforded a yellow gum, which was partitioned between hexane and meoh-h2o (9:1). the meoh-h2o fr., after 4 days at 4 oc, afforded 1. cc of the ch2cl2 extract (12.0 g) afforded a homologue series of saturated hydrocarbons (c25 c32) [7] detected by gc, as well quercetin and 15deoxygoyazensolide, detected by hplc, using authentic samples as standard. e-lychnophoric acid (1): bicyclo [7.2.0] undec-4-en-4-carboxylic acid-11,11-dimethyl-8methylen-[1r-(1r*,4e ,9s*)]. amorphous solid, mp 118-9 oc (et2o), [a]d 20= -24° (chcl3; c= 0,054). ir n max cm-1 3050-2400, 2900, 1680 (c=cco2h); 1640 (c=ch2), 890. eims m/z (rel. int.): 254 [m+] (15) (c15h22o2), 219 [m-me] (25), 69 (c5h9 +) 100. 1h nmr and 13c nmr (see table 1). quercetin: rt = 17.16 min. hplc conditions: lichrocart 125-4 rp-18 column; mecn/h2o gradient, 15 to 45%, 30 min. 15-deoxygoyazensolide: rt = 9.19 min. hplc conditions: lichrocart 125-4 rp-18 column; hexane-ch2cl2 (3:7) isocratic, 0.5 ml/ min. results and discussion the hexane extract from the dried aerial parts of l. pinaster was column chromatographed over silica gel affording mixtures of homologue hydrocarbons [7], triterpenes (lupeol, aand bamyrin, friedelin), fat acids (identified by glc of their methyl esters), and a caryophyllene derivative, lychnophoric acid (1). the dichloromethane extract afforded a mixture of homologue hydrocarbons. quercetin and 15-deoxygoyazensolide were detected by hplc in comparison with authentic samples. the ir spectrum of compound 1 showed absorption bands due to conjugated carboxylic function group (3600-2400, 1680 cm-1), carboncarbon double bonds (1640, 1470, 890 cm-1), and gem-dimethyl groups (1370 cm-1). its 1h nmr spectrum (table 1) exhibited characteristic signals indicating the presence of a terminal olefinic methylene group (d 4.87 and δ 4.81) and another olefinic hydrogen in an a,b-unsaturated carboxylic group (δ 7.00). two 3h singlets at d 0.96 and d 1.00 confirmed a gem-dimethyl group. eims indicated a [m]+ of m/z 254, which in conjunction with 1h and 13c nmr data allowed the assignment of the molecular formula c15h22o2 to (1). these data are very similar to those reported for lychnophoric acid (3) [8,9]. 1 2 3 39ecl. quím., são paulo, 30(1): 37-41, 2005 1: 400mhz (1h); 100mhz(13c); 2: 500mhz (1h); 125mhz(13c); 3: 200mhz (1h); 50mhz (13c);* tms as internal standard; î apparent triplet; ‡ apparent quartet; coupling constants (hz): in parentheses are the analogous values for 2 and 3, respectively. j1,2a = 12.0; j1,2b = 3.8; j1,9 = 9.2; j1,10a = 0.7; j2a,2b = 13.9; j2a,3a = 7.6; j2a,3b = 12.0; j2b,3a = 9.1; j2b,3b = 3.8; j5,6a = 7.8; j5,6b = 9.3; j9,10a= 9.4; j9,10b = 9.4; j10a,10b = 10.9; j12a,7a and j12a, 7b = 1.6 or 0.8. table 1: nmr* data (δ) from lychnophoic acid (1), isocaryophyllen-13-al (2) and lychnophoric acid (3). 40 ecl. quím., são paulo, 30(1): 37-41, 2005 however, divergences between 1 and 3 were observed for the 1h nmr data: the signal of h-5 is shifted to a higher value of d 7.00 in the former, in comparison to that one originally described for lychnophoric acid (δ 6.22) [8]. this fact can be explained by the change in the configuration of the double bond from z-configuration in 3 to econfiguration in 1, where the closer carbonyl group can contribute with its stereoelectronic deshielding effect. besides the difference in chemical shifts, a difference in the multiplicity of the h-5 signal in the two compounds is also observed. in the zisomer (3), this signal is described as a multiplet due to coupling with the two adjacent h-6 and to a long-range coupling with two allylic h-3 [8]. the eisomer (1) 1h nmr spectrum shows an apparent triplet (δ 7.00, j=7.8 hz and j=9.3 hz) for h-5 due to imperfect superposition of the two inner signals of the theoretical double doublet, and the long range coupling with the two h-3 is not observed. despite the use of the gaussian multiplication with traficante function altogether in the normal fid, we could not achieve enough improvement of resolution to picture the h-5 theoretical double doublet. likewise for the compound 2, the signal of h-9 appears as a quartet. all chemical shifts were supported by one and two-dimensional nmr techniques like noediff, cosy and noesy. in particular the hmqc experiment was very important to the assignments of the chemical shifts inside the complex envelopes. for example, a strong noe were observed for the protons h-12a (δ 4.87) with h-10b (δ 1.57), h-10a (δ 1.73), h-9 (δ 2.50) and me-b group (δ 1.00) and between the protons h-9 (δ 2.50) and me-a (δ 0.96) as well for the h-12b (δ 4.81) with h-7a,b spin system. the noe were also observed for h-5 (δ 7.00) and h-6a,b system. the noe results are summarized in the figure 1. figure 1. noe assignments for lychnophoic acid (1) by noesy experiment (ns 16, ds 4, d8 0.5 sec, td 2k) conclusions the 13c nmr data for compound 1 are very close to those reported for compound 3 [9] (table 1). the authors [9] did not report the 1h nmr data. these data led us to consider (1), is in fact the e-isomer of lychnophoric acid, originally described as the zisomer (3) in reference 8. based on the reported 13c nmr data (table 1) the compound reported also represents the eisomer (1) instead of the z-isomer (3), as previously proposed [9]. the spectral data and noe results of 1 are in good accord with data reported for aldehyde 2 [10]. acknowledgements the authors are grateful to prof. e. chiari, departamento de parasitologia, instituto de ciênci41ecl. quím., são paulo, 30(1): 37-41, 2005 as biológicas, universidade federal de minas gerais, belo horizonte, brazil for the assays against trypanosoma cruzi; t. m. s. grandi, j. r. stehmann and a. m. g. anjos, departamento de botânica, instituto de ciências biológicas, universidade federal de minas gerais, belo horizonte, brazil, for the plants collection; to prof. h. wagner, institut für pharmazeutische biologie, universität münchen for the nmr and mass spectra; to laremar, laboratório de ressonância magnética de alta resolução, departamento de química, universidade federal de minas gerais, belo horizonte, brazil for some nmr spectra and to capes, fapemig and cnpq for financial support. recebido em: 05/08/2004 aceito em: 19/11/2004 d. silveira, j. d. de souza filho, a. b. de oliveira, d. s. raslan. atribuição completa e inequívoca dos sinais de deslocamento químico dos átomos de carbono e hidrogênio do ácido licnofórico extraído de lychnophora pinaster. resumo: o estudo químico das partes aéreas do extrato hexânico de lychnophora pinaster forneceu, além de outras substâncias, o isômero e do ácido licnofórico, um sesquiterpeno anteriormente isolado de l. affinis. palavras-chave: lychnophora pinaster; asteraceae; ácido licnofórico. references [1] m.b.s. cerqueira, j.t. souza, r. amado jr., a.b.f. peixoto. ciência e cultura 39 (5/6) (1987) 551-553. 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[10] d. manns, r. hartmann. planta medica 58 (1992) 442-444. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100008 a ftir study of the metal-support interactions and hydrogen spillover on pd/tio2 and ni/tio2. flávio faccin* fabiana flores guedes* edilson valmir benvenutti* celso camilo moro* abstract: nickel and palladium dispersed on titania support were submitted to reductive treatment, under hydrogen, at 200 and 500 ºc. after the reductive thermal treatment the materials were exposed to carbon monoxide (10 torr) and analyzed in the infrared region. the increasing of the electronic density in the metallic d subshell, produced by the reductive thermal treatment, was monitored by the infrared stretching band shift of carbon monoxide adsorbed and it was interpreted as a consequence of the metal-support interactions. the highest effect was observed for pd/tio2 system. from the ftir spectra was also observed that the hydrogen spillover was stronger on pd/tio2 than ni/tio2 system. keywords: metal-support, infrared, titania, carbon monoxide, hydrogen spillover, palladium, nickel introduction the infrared spectroscopy analysis using probe molecules, like carbon monoxide adsorbed on the metal, has been an useful tool on the dispersed metal properties study.3,5,10,17,19 when the dispersed metal is reduced to high temperature, the electronic density in the d subshell should be increased due to the strong metal-support interactions, thus the dispersed metal can promote a stronger backbonded metal-carbonyl and the co bond became weaken.3,7,12 therefore the carbonyl coordinated http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt stretching band position change to lower wavenumbers. consequently the carbonyl band energy position is inversely correlated to the metal electronic density. the metal-support interactions were reported for the first time in 1978,24 and it was primarily interpreted as a morphological effect, where the reduced support produces an expansion in its ionic crystal lattice due to the decreasing in the electrostatic attraction, since reduced species are formed.1,15,20,24 however, electronic interpretations was also made, in this case the metal-support interactions are considered as a charge transference from the reduced support to the dispersed metal.2,3,11,16,25 this effect produces an increasing in the electronic density in d subshell of the dispersed metal. the hydrogen spillover mechanism, that consist in adsorption of molecular hydrogen followed its dissociation and migration of the atomic hydrogen from metal to the support bulk, was already reported for metal dispersed materials that present strong metal-support interactions, like pt/tio2.2,3 in this work, nickel and palladium were dispersed on titania that is a typical reducible material. reducible thermal treatments at 200 and 500 ºc were performed for the materials and the electronic densities in the d subshell of the dispersed metals were compared, using the ftir analysis of the carbonyl bands. after the thermal treatment at 200 ºc the materials were also submitted to hydrogen and the spillover mechanism could be also detected by using the ftir analysis. experimental synthesis of pd/tio2 and ni/tio2 acidified aqueous solutions (0.2 mol.l-1) of pdcl2 and nicl2 was dropped under constant stirring on to tio2 (anatase) (p25 degussa). the solids was stirred for 2 h and then dried at 110 ºc for 16 hours. the resulting materials were assigned as pd/tio2 and ni/tio2, respectively. the metal quantities added were calculated to obtain a 1.5 % of the metal loading. reductive thermal treatment self-supporting disks of pd/tio2 and ni/tio2 with an area of 5 cm2 and a weight of 50 mg were prepared, heated to 200ºc under vacuum (10-3 torr) for 1 hour and submitted to 200 torr of oxygen for 1 hour at 200ºc. the oxygen was degassed (10-3 torr) for 1 h at 300ºc. after that, the materials were submitted to 200 torr of hydrogen at 200ºc (ltr low temperature of reduction) or 500ºc (htr high temperature of reduction) for 1 hour, and finally degassed at the temperature of 300 ºc for 1 h under vacuum (10-3 torr). ir analysis the disks of materials were analyzed in the infrared region, in situ. the ir cell 9 was connected to a greaseless vacuum line in which the system could be submitted to carbon monoxide or hydrogen, with pressure control. the equipment used was a shimadzu, model 8300. the spectra were obtained with a resolution of 2 cm-1, with 150 scans. results and discussion it was already related that reducible supports, like titania, after being submitted to htr treatment (500 ºc), undergo a partial reduction.1,15,20,21,24 in the titania case, tio2-x species were detected and sometimes the presence of the ti-alloys with the dispersed metal were allowed and this behavior is attributed to the metal-support interactions.14,20 however at low temperature of reduction (200 ºc), the reduction of the titania support was not evident. on the other hand, group 10 metal salts, can be easily reduced to metallic state under high and also under low temperature of reduction. considering that changes in the metal electronic density in the d subshell can be detected by infrared band shift of the carbon monoxide adsorbed, the electronic metal-support interactions could be observed by this technique. the spectra of pd/tio2, submitted to 10 torr of carbon monoxide are shown in the figure 1. the spectrum 1a was obtained after reduction at low temperature (ltr). the band at 2100 cm-1 is due to the linear carbonyl stretching band coordinated to metallic particles,3,12 the band at 1984 cm-1 was attributed to m-co species,3,10 while the band at 2187 cm-1 was assigned to carbon monoxide physically adsorbed.10 after reduction at high temperature (500 ºc) the pd/tio2 spectrum shows a linear and m-co band position shifts to lower wavenumber, 2096 and 1976 cm-1, respectively (figure 1b). this is an evidence that palladium is in a more reduced state, i.e.. the d subshell of palladium shows an increase in the electronic density, that produces a stronger back-bonded carbonyl bond with consequent weakness of the c-o bond. this increasing in the electronic metal density is possible due to the strong metal-support interactions that produce a charge transference from the reducible support to the dispersed metal. after htr treatment there is a m-co band area decreasing in relation to the ltr treatment (see table 1). the m-co / linear-co infrared band area ratio decreasing is an evidence that the htr treatment do not produces the metal particles agglomeration, and the electronic metal density can be only explained taking into account the metal-support interactions. thus this spectral feature is also an evidence that strong metalsupport interactions occur, since the metal particles agglomeration are inhibited by the interactions with the support.22 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 in the figure 2 are shown the spectra of ni/tio2 material, exposed to carbon monoxide, after reduction at low (ltr) and high temperature (htr). it can be observed that the ni/tio2 material present a very close spectra for both reductive treatment (ltr and htr). it was interpreted as an absence of metal-support interaction. in the nickel case, the spectra show an additional band in 2128 cm-1. this band was already detected for others authors 4 and it was assigned to linear carbon monoxide coordinated to partially oxidized nickel. after htr treatment (figure 2b), the m-co band area undergoes a increasing when compared with ltr treated samples (spectrum 2a) and it is also an evidence that the metal-support interactions are not significant in this case, since the bridge species are formed preferentially in the agglomerated particle.22 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 the infrared analysis using carbon monoxide as probing molecule revels that the metal-support interactions are stronger for pd/tio2 than ni/tio2. this result can be interpreted considering the comparative fermi level of group 10 metals. palladium presents a higher fermi level (4d subshell) while ni is a 3d element. therefore, we observe that the detection of the electronic metal-support interactions by ftir, using carbon monoxide adsorbed, may be influenced by the electronic structure of the metal. for platinum that present the highest fermi level of group 10 metals, it was already reported that the metal-carbonyl back-bonding is strongly influenced by changes in the electronic density due to the metal-support interactions.3 however for nickel with the lowest fermi level, changes in the electronic density due to the metal-support interactions are not detected by using the present technique. the spectra in the oh stretching region for pd/tio2 and ni/tio2 submitted to hydrogen at room temperature, after being reduced to 200 ºc (ltr) are shown in the figure 3. it was possible to observe the band at 3675 cm-1 due to noh of tioh species. for pd/tio2 material, the increasing in the hydrogen pressure produces an another oh stretching broad band with a maximum in ca. 3400 cm-1. this result is a clear indication of the water formation on titania. the water appearance in the material can only be interpreted considering the hydrogen spillover mechanism, where the molecular hydrogen is firstly adsorbed on dispersed palladium and then dissociated in hydrogen atoms, that migrate from surface to the bulk to react with the oxygen species of the titania support.6,14,18 this effect was not evident in the ni/tio2 case. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 hydrogen spillover was already reported for platinum dispersed on titania. in platinum case this effect was very strong since electronic defects in the microcrystalline level were noticed.2,3 thus we can infer that the spillover effect may be also related with the metal fermi level and it can be studied by using the ftir analysis. the hydrogen adsorption properties of palladium are very known, however these systems are still a very import research field, since they can be used as hydrogen sensors.8 conclusions the increasing in the electronic density in the d subshell, produced by metal-support interactions can be detected by infrared using carbon monoxide as a probe molecule, on pd/tio2, but not on ni/tio2 material. the m-co back-bonding increasing produced by the metal-support interactions is related to the metal fermi level. the infrared spectroscopy can be also used to study the spillover hydrogen at room temperature. the hydrogen spillover was detected for pd/tio2, but it is negligible for ni/tio2 material. in the pd/tio2 case the hydrogen presence in the titania bulk was detected by the water appearance, that is related to the hydrogen pressure. acknowledgement f. f. and f. f. g. are indebted to fapergs and pibic-cnpq, respectively, for the grants. faccin, f., guedes, f. f., benvenutti, e. v., moro, c. c. estudo no infravermelho da interação metal-supporte e do spillover de hidrogênio em pd/tio2 e ni/tio2. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. resumo:níquel e paládio dispersos no suporte titânia foram submetidos a tratamento redutivo com hidrogênio a 200 e 500 ºc. após esse tratamento os materiais foram expostos a monóxido de carbono (10 torr) e analisados na região do infravermelho. o aumento da densidade eletrônica no subnível d do metal, produzido pelo tratamento térmico redutivo, foi monitorado pelo deslocamento da banda de estiramento do monóxido de carbono adsorvido, e foi interpretado como sendo conseqüência da interação metal-suporte. o maior efeito foi observado para o sistema pd/tio2. a partir dos espectros no infravermelho, foi possível observar também que o spillover de hidrogênio é mais forte no pd/tio2 do que no ni/tio2. palavras-chave: metal-suporte, infravermelho, titânia, monóxido de carbono, spillover de hidrogênio, paládio, níquel. references 1 belton, d. n.; sun, y. m.; white, j. m. thin-film models of strong metal support interaction catalysts platinum on oxidized titanium. j. phys. chem., v.88, p.1690-1695, 1984. 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cristóvãosebrasil * e-mail: aderbal@iqm.unicamp.br abstract: in this paper we describe the synthesis of 2´,4´-dimethoxy-8-(propyl-2-one)-deoxybenzoin, a new compound employed as a model for the comparison with the respective spectral data for 6’,4dihydroxy-3’-(3,3dimethylallyl)-2",2"-dimethylchromene(5",6":5’,4’)-2’-methoxy-8-(propyl-2-one) deoxybenzoin, recently isolated from deguelia hatschbachii a.m.g. azevedo. both compounds have a “propyl-2-one” group attached to c-8 of the deoxybenzoin skeleton, for which there is no precedent in the literature. the friedel-crafts reaction of 1,3-dimethoxybenzene with phenylacetyl chloride furnished 2´,4´-dimethoxydeoxybenzoin, that after reaction with allyl bromide gave 2´,4´-dimethoxy-8-(allyl)deoxybenzoin. wacker oxidation gave the desired model compound in 15% overall yield. the corresponding spectral data reinforced the structure previously determined for the natural product. keywords: deguelia hatschbachii; leguminosae; deoxybenzoin. introduction the chemical investigation of the dichloromethane and petrol extracts from the roots of deguelia hatschbachii a. m. g. azevedo furnished a new deoxybenzoin derivative 1 (figure 1); its structure was determined by spectral analysis (ms, 1h and 13c nmr) [1]. previously only six natural deoxybenzoin 3a-3f derivatives have been isolated and five of these are a-methylated (figure 2) [2-8]. the synthesis of a-methyl deoxybenzoins is achieved by methylation of deoxybenzoin derivatives [6]. in addition, deoxybenzoins are useful starting materials for the synthesis of several natural products, such as isoflavanones, stilbenes and others [9]. moreover, it might be mentioned that the reactivity of deoxybenzoin derivatives with regard to a-alkylation remains little explored; and until now has been restricted to the a-methylation reaction [6,9]. in this paper, we describe our results on the synthesis of the model compound 2 (figure 1), according to scheme 1, in order to compare its spectral data with those furnished by the natural product 1, thus reinforcing its molecular structure determination [1]. 44 ecl. quím., são paulo, 30(1): 43-49, 2005 scheme 1 figure 2. natural deoxybenzoin derivatives figure 1. natural (1) and synthetic (2) deoxybenzoin derivatives 45ecl. quím., são paulo, 30(1): 43-49, 2005 synthesis of 2’,4’-dimethoxy-8-allyl-deoxybenzoin 7 in a dry two-necked round bottomed flask (25 ml), equipped with a magnetic stirrer, a moisture trap and a stopper, was added a solution of 6 (80.0 mg, 0.31 mmol) in anhydrous thf (10 ml) and nah (37.5 mg, 1.55 mmol). the reaction was left under stirring for 3 h. a solution of allyl bromide (47.0 ml, 0.55 mmol) in anhydrous thf (5.0 ml) was then slowly added during 1.5 h. the reaction was stirred for a further 2 h. after this period, the reaction mixture was poured into a beacker containing ice, and neutralized with hcl 10% (v/v). the organic material was extracted with diethyl ether (2 x 25 ml), dried over na2so4, filtered and concentrated. the crude product was purified by preparative thin layer chromatography (eluant hexane:diethyl ether 1:1 v/ v), furnishing the allylated deoxybenzoin 7 (42.0 mg, 0.14 mmol) as a yellowish oil in a yield of 45%. 1h nmr spectral data (500 mhz, cdcl3/tms): table 1. 13c nmr spectral data (125 mhz, cdcl3): table 2. eims (probe) 70 ev, m/z (rel. int.): figure 3. synthesis of 2’,4’-dimethoxy-8-(propyl-2-one)deoxybenzoin 2 [10] to a round bottomed flask (25 ml), were added a mixture of dmf:h2o (7:1 v/v, 7.0 ml), pdcl2 (2.5 mg, 0.014 mmol) and cucl 90% (15 mg, 0.14 mmol). a rubber septum was coupled with a ballon filled with o2 (g) and the reaction was left stirring at room temperature for 1 h. a solution of 7 (42 mg, 0.14 mmol) in dmf:h2o (7:1 v/v, 3.0 ml) was slowly added over 15 min, and the reaction was left under stirring overnight. after this period, the crude product was poured into a beacker containing ice (10 g) and hcl 10% v/v (10 ml), and stirred for 15 min. the organic material was exhaustively extracted with dimethyl ether (5 x 25 ml), and the separated organic layer was washed with saturated nahco3 (25 ml) and nacl solution (25 ml), dried over na2so4 and then concentrated. the crude product was submitted to continuous preparative thin layer chromatography (hexane:diethyl ether 1:2 v/v, 2 h at 0oc) affording the desired deoxybenzoin 2 (33.7 mg, 0.11 mmol) as a viscous yellowish oil in a yield of 79%. 1h nmr spectral data (500 mhz, cdcl3/tms): table 1. 13c nmr spectral data (125 mhz, cdcl3): table 2. hreims m/z: found 312.1362 [m]+ (c19h20o4 requires 312.1361), figure 3. materials and methods 1h nmr (300 and 500 mhz), 13c nmr (75 and 125 mhz), 1h-13c hetcor 1jch and 1h-13c coloc njch (n=2 and 3) spectra were recorded using bruker ac 300/p, gemini 2000 (varian), gemini 300 bb (varian) and inova 500 (varian) spectrometer, in cdcl3 as solvent; with tms as internal standard. chemical shifts (d) are in ppm and the coupling constants (j) in hertz (hz). eims 70 ev, direct probe. hreims was performed in a vg auto spec-fisions instrument by using an eletron ionization technique at 70 ev (linked scan at 8kev collisions with helium). reagents the already known synthetic intermediates 4 and 5 were prepared respectively from resorcinol and phenylacetic acid as described. both of them were characterized through the respective spectral data. synthesis of 2’,4’-dimethoxydeoxybenzoin 6 to a three-necked flask (50 ml) equipped with a condenser, an addition funnel, an hcl trap and a stopper with n2(g) flow, alcl3 (2.75 g, 0.021mol) and dry chcl3 (15 ml) were added. the flask was then cooled with an ice bath, and a solution of phenylacetyl chloride (2.75 ml) in chcl3 (5.0 ml) slowly added via the addition funnel, until all the solid alcl3 had dissolved. a solution of 1,3-dimethoxybenzene (2.0 g, 14.5 mmol) in chcl3 (5.0 ml) was then added dropwise through the addition funnel, to avoid excessive evolution of gaseous hcl. the ice bath was then removed, and the mixture was left standing at room temperature over 1 hour. the reaction was poured into a beacker containing ice (10 g) and concentrated hcl (5.0 ml), and stirred over 15 min. the organic material was extracted with diethyl ether (2 x 50 ml), dried over na2so4, filtered and concentrated. flash column chromatography (eluant hexane: ch2cl2 1:1 v/v) of the crude product afforded the desired 2’,4’dimethoxydeoxybenzoin 6 (1.65 g, 44 %) as a viscous yellowish oil. 1h nmr spectral data (300 mhz, cdcl3/tms): table 1. 13c nmr spectral data (75 mhz, cdcl3): table 2. eims (probe) 70 ev, m/ z (rel. int.): figure 3. 46 ecl. quím., são paulo, 30(1): 43-49, 2005 results and discussion by analogy with the synthesis of some deoxybenzoins [9], the friedel-crafts acylation (scheme 1) of 1,3-dimethoxybenzene 4 with phenylacetyl chloride 5 gave 2’,4’dimethoxydeoxybenzoin 6 as expected and confirmed by 1h and 13c nmr (tables 1 and 2) and ms (figure 3) data, where the deoxybenzoin skeleton is evidenced by the absorptions at dh 4.12 (s, 2h), dc 49.6 (ch2) and a base peak at m/z 165 (100%) respectively. according to the ms spectral data of many other synthetic deoxybenzoin derivatives [7] the base peak corresponds to the cleavage of c-7/c-8 bond, the resulting fragments (a cation and a radical) are both stable. figure 3. fragmentation pathway of deoxybenzoins 2, 6 and 7 47ecl. quím., são paulo, 30(1): 43-49, 2005 table 1. 1h (300* and 500 mhz) nmr spectral data for compounds 2, 6 and 7. the chemical shifts are in δ (ppm). coupling constants (ϑ) in hz and multiplicity are described in parentheses. table 2. 13c (75* and 125 mhz) nmr spectral data for compounds 2, 6 and 7. 48 ecl. quím., são paulo, 30(1): 43-49, 2005 the alkylation reaction with allyl bromide in thf and nah afforded 2’,4’-dimethoxy-8-allyldeoxybenzoin 7, a new deoxybenzoin derivative, which was confirmed from the corresponding spectral data, 1dand 2dnmr (tables 1, 2 and 3) and ms (figure 3). compound 7 revealed the presence of one multiplet at d 4.57 (1h), three multiplets at d 5.65 (1h), 2.85 (1h) and 2.35 (1h), and two one-proton doublet of doublets at d 4.95 (j= 16.8, 1.0 hz) and 4.85 (j= 10.3, 1.0 hz) in the 1hnmr spectrum consistent with the presence of an allyl group on c8, which was also confirmed in the 13c nmr spectrum and dept (90o and 135o) experiments by the signals at d 57.0 (ch, c-8), 38.6 (ch2, c-9), 136.7 (ch, c-10) and 115.9 (ch2, c-11). table 3. observed correlation in ghmbc (long-range c-h) spectra (cdcl3, 11 tesla) of 7 the final step involved the oxidation of the a-allyldeoxybenzoin 7 with cucl and pdcl2 resulting in the formation of the target compound 2. the hreims revealed a molecular ion [m]+ of m/z 312.1362, corresponding to c19h20o4 (required m+ 312.1361). the 1h nmr spectrum showed three doublet of doublets at d 5.06 (j= 9.6, 4.5 hz), 3.36 (j= 17.4, 9.6 hz) and 2.47 (j= 17.4, 4.5 hz), and a singlet at d 2.08 (3h) respectively, assignable to an abx system and an acetyl methyl group. this was confirmed by the presence of a methyl carbon signal at d 29.7 and a carbonyl carbon signal at d 203.9, corresponding to an alkyl ketone, in the 13c nmr spectrum. other signals in the 13c nmr spectrum were compatible and dept (90o and 135o) experiments showed the presence of three ch3, one ch2, nine ch and six quaternary carbons. all hydrogen and carbon chemical shifts were confirmed by 2d-nmr experiments such as gcosy, hsqc and ghmbc data (table 4). the comparison of the nmr spectral data furnished by the model compound 2 and the natural product 1 reinforced the structural assigment of the natural product (table 5). table 4. observed correlation in ghmbc (long-range c-h) spectra (cdcl3, 11 tesla) of 2. 49ecl. quím., são paulo, 30(1): 43-49, 2005 table 5. comparative analysis of the 1h (500 mhz) and 13c (125 mhz) nmr spectral data for compounds 11 and 2, in ccl4 (*) or cdcl3 ( #) and tms as internal standard. the chemical shifts are in d (ppm). coupling constants (j) in hz and multiplicity are described in parentheses. conclusions the synthetic route was useful for the preparation of the desired model compound 2. it must be mentioned that the new deoxybenzoin derivatives 2 and 7 were prepared through a new route. the spectral data furnished by 2 gave a strong enlighentment about the studied system, and is coherent, confirming the unusual structure previously given for the natural product 1. the ms and 13c nmr spectral data of 2’,4’dimethoxydeoxybenzoin [6] are now given for the first time. acknowledgments the authors are grateful to cnpq and capes for scholarships awarded to dr. v. r. s. moraes; to fapesp for a scholarship awarded to g. trazzi and for financial support, and to dr. f. a. s. coelho for suggesting the wacker oxidation in the last step of the synthetic route. recebido em: 27/08/2004 aceito em: 14/10/2004 a. f. magalhães, e. g. magalhães, g. trazzi, v. r. de s. moraes. modelo sintético de um novo derivado de desoxibenzoína de deguelia hatschbachii a.m.g. azevedo. resumo: neste trabalho descrevemos a síntese de 2´,4´-dimetoxi-8-(propil-2-ona) desoxibenzoína, um composto novo, a fim de usá-la como um modelo na comparação dos respectivos dados espectroscópicos de 6’,4dihidroxi-3’-(3,3dimetilalil)-2",2"-dimetilcromeno(5",6":5’,4’)-2’-metoxi-8-(propil-2-ona) desoxibenzoína, recentemente isolada de deguelia hatschbachii a.m.g. azevedo. os dois compostos tem um grupo “propil-2ona” ligado no carbono c-8 do esqueleto desoxibenzoínico, que não mostra precedentes na literatura. a reação de friedel-crafts do 1,3-dimetoxibenzeno com o cloreto de fenilacetila forneceu 2´,4´-dimetoxidesoxibenzoína, que ao reagir com brometo de alila forneceu 2´,4´-dimetoxi-8-(alil)-desoxibenzoína. a oxidação de wacker forneceu o composto modelo desejado com rendimento total de 15%. os dados espectrais obtidos do produto reforçaram a estrutura previamente determinada para o produto natural. palavras-chave: deguelia hatschbachii; leguminosae; desoxibenzoína. references [1] a. f. magalhães, a. m. g. a. tozzi, e. g. magalhães, v. r. s. moraes, phytochem. 57(1) (2001), 77. 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(footnotes) eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100019 determinação espectrofotométrica de ácido glicólico com ácido cromotrópico assistida por forno de microondas andréa cristina gigante* leonardo pezza** helena redigolo pezza* resumo: no presente trabalho foi desenvolvido um método espectrofotométrico rápido, simples e seletivo para análise de ácido glicólico, o qual baseia-se na reação colorida entre o formaldeído liberado pelo ácido glicólico e o ácido cromotrópico, quando a reação é realizada em meio de ácido fosfórico concentrado e com aquecimento, utilizando para isso irradiação em forno de microondas doméstico para acelerar a reação. o composto corado formado apresenta um máximo de absorção a 570 nm, sendo necessários apenas 30 segundos de irradiação em forno de microondas (1100 watts) para que a reação seja completa. a lei de beer é obedecida no intervalo de 0-2208 mg l -1. o método proposto foi aplicado na análise de amostras comerciais de ácido glicólico utilizadas em farmácias de manipulação no preparo de medicamentos de combate à acne, fornecendo bons resultados, com recobrimentos entre 97,0-101,4% e desvio padrão de 0,2-0,4%. palavras-chave: ácido glicólico, ácido cromotrópico, espectrofotometria, irradiação por microondas. introdução o ácido glicólico (ácido a-hidroxiacético ou hidroxietanóico) é utilizado em numerosas áreas da tecnologia, tais como na manufatura de adesivos, na limpeza de metais, em polímeros biodegradáveis5, em cosméticos (principalmente os de combate à acne), sendo ainda um dos constituintes do caldo de cana1,2. além disso, a concentração de ácido glicólico em fluidos biológicos é usada como um índice para a diagnose diferencial das síndromes de hiperoxalúria16. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100019&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100019&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100019&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota hiperoxalúria predispõe à formação de cálculo renal, onde dois tipos têm sido descritos, sendo que o aumento da síntese de oxalato é comum à ambos. na hiperoxalúria tipo i há um aumento da excreção urinária de ácidos oxálico e glicólico. na tipo ii há um aumento da excreção de ácido oxálico e glicérico. devido à sua importância, vários métodos para sua determinação vêm sendo desenvolvidos podendo-se citar: volumetria de neutralização4, cromatografia iônica e eletroforese capilar12, cg/ms6,9, hplc11 e espectrofotometria14,13,10,8. a espectrofotometria uv-visível é a técnica instrumental mais usada nos laboratórios devido à sua simplicidade, baixo custo de equipamento e aplicação a análise de traços. a determinação de ácido glicólico pelo método espectrofotométrico descrito na literatura14 utiliza o b-naftol, h2so4 concentrado e aquecimento em banho-maria por 30 minutos, o que torna o procedimento moroso. o ácido glicólico produz formaldeído e ácido fórmico (o qual decompõe-se a co e h2o) quando aquecido com h2so4 concentrado3. o formaldeído liberado pode ser determinado pelo método oficial niosh7, que utiliza ácido cromotrópico em meio de h2so4 concentrado, com aquecimento em banho-maria (100ºc) por uma hora. as desvantagens na determinação de formaldeído pelo método niosh do ácido cromotrópico, em meio de h2so4 concentrado, reside na utilização do h2so4 concentrado, o qual é potencialmente perigoso e corrosivo, além de envolver o aquecimento em banho-maria (100ºc) por uma hora tornando o procedimento moroso. no presente trabalho desenvolvemos metodologia para a determinação de ácido glicólico, substituindo o h2so4 concentrado e aquecimento em banho-maria por, respectivamente, h3po4 concentrado e irradiação em forno de microondas por 30 segundos. o método baseia-se na reação entre o formaldeído (liberado pelo ácido glicólico) e o ácido cromotrópico, quando há aquecimento em meio de h3po4 concentrado, em forno de microondas doméstico, à 1100 watts. materiais e métodos · equipamentos as medidas de absorbância efetuadas foram obtidas com o auxílio de um espectrofotômetro hewlett packard hp 8453, utilizando-se cubetas de vidro de 1,00 cm de caminho óptico. medidas de volume foram efetuadas com micropipetas "brand" e "eppendorf" e buretas classe a. vidraria de grau a foi empregada nas medidas volumétricas. como fonte de energia utilizou-se um forno de microondas doméstico panasonic 1100 watts modelo junior plus intelligent chaos. · reagentes e soluções todas as soluções destinadas à investigação espectrofotométrica foram preparadas com água desionizada. vidraria de grau a foi utilizada nas medidas volumétricas. foram utilizados os reagentes p.a.: • ácido fosfórico (h3po4) concentrado (85%), mallinckrodt; • ácido cromotrópico (c10h6na2o8s2.2h20, sal dissódico dihidratado), merck: foi preparada uma solução 10%(m/v); • ácido glicólico (c2h4o3), carlo erba: foi preparada uma solução contendo 7360 mg l1pela dissolução de 0,7605 g de ácido em 100,00 ml de água deionizada. a solução foi padronizada conforme descrito na literatura15. • peróxido de hidrogênio (h2o2, 30 volumes) merck: foram preparados 100,00 ml de uma solução de concentração final 2,6.10-2 mol.l-1 e a mesma foi padronizada por permanganimetria15. • hidróxido de sódio (naoh) : foi preparada uma solução de concentração 9,68.10-2 mol l-1, por diluição conveniente, e a qual foi padronizada com ftalato ácido de potássio15. procedimento recomendado · conversão do ácido glicólico à sal de sódio quando se utilizou ácido o glicólico nos experimentos preliminares, constatou-se a falta de repetibilidade do sistema. devido a este fato, o ácido glicólico foi convertido ao respectivo sal de sódio, seguindo-se o procedimento descrito na literatura14. · construção da curva analítica para o ácido glicólico foram preparados seis béquers com quantidades variáveis de ácido glicólico e com quantidades fixas dos demais reagentes. primeiro o ácido glicólico foi convertido ao sal de sódio, utilizando-se 500m l de hidróxido de sódio 9,68.10-2mol l-1 e 10ml, 50ml, 90ml, 110ml e 150ml de solução de ácido glicólico 7360 mg l-1 em cada um dos béquers e levando-os para aquecimento em banhomaria à 80ºc. no béquer do branco foi adicionado apenas hidróxido de sódio. após a secura, foram adicionados em cada um dos béquers 350ml de água desionizada, 500ml da solução 10% de ácido cromotrópico, 5,00 ml de ácido fosfórico e 150ml de peróxido de hidrogênio. os béquers foram cobertos com vidro de relógio e, individualmente, irradiados em forno de microondas por 30 segundos (à 1100 w). após o seu resfriamento, essas soluções foram submetidas à leitura espectrofotométrica a 570 nm, contra o reagente branco. os gráficos da curva analítica foram obtidos representando-se a absorbância versus a concentração de ácido glicólico. estes gráficos são utilizados para se converter a absorbância na concentração do ácido, para qualquer amostra analisada. · análise de amostra de ácido glicólico utilizada em farmácias de manipulação para a análise da amostra de ácido glicólico 70%(m/v), foram tomados 21ml da mesma e diluídos para um balão volumétrico de 2,00ml, de modo a se ter uma solução 9,68.10-2 mol l-1 (7360 mg l1), que é a concentração próxima àquela que se trabalhou anteriormente. foram preparados 4 béquers, sendo um para o branco e os outros para amostras contendo 736 mg l1 de ácido glicólico (50ml da solução preparada anteriormente), seguindo-se o procedimento recomendado. o resultado obtido foi comparado com aquele obtido por titulação ácido-base15,4. resultados e discussões o espectro de absorção do produto da reação mostra que o melhor comprimento de onda está localizado a 570nm (figura 1). os resultados demonstraram que o uso de irradiação de microondas acelera a velocidade da reação utilizada no método, diminuindo-se substancialmente o tempo de análise (de uma hora com aquecimento em banho-maria para 30 segundos com irradiação no microondas). a substituição do ácido sulfúrico concentrado por ácido fosfórico concentrado foi viável, diminuindo-se substancialmente os riscos ao operador. a conversão do ácido glicólico em sal de sódio possibilitou a construção da curva analítica com repetibilidade, o que não vinha acontecendo quando se usou solução aquosa do ácido, pois o mesmo, por tratar-se de um a-hidroxiácido, pode polimerizar-se4 em soluções aquosas segundo a equação: verificou-se obediência à lei de beer na faixa de 0-2208 mg l-1 de ácido glicólico, apresentando http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100019&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 um coeficiente de correlação muito bom (r = 0,9961). os resultados das análises obtidos pelo método proposto e por titulação ácido-base, são apresentados na tabela 1. a) valor nominal fornecido pelo fabricante. b) média de três determinações. a grande vantagem do método proposto é sua alta seletividade para o formaldeído liberado pelo ácido glicólico, o que não ocorre com a titulação ácido-base. a solução aquosa 70% (m/v) da amostra pode conter também ácido fórmico4, justificando o resultado mais elevado obtido na titulação (tabela 1). conclusão o método espectrofotométrico proposto para a determinação de ácido glicólico apresenta a grande vantagem de ser rápido, simples e seletivo, onde a utilização de ácido altamente corrosivo como o ácido sulfúrico e aquecimento em banho-maria a 100ºc por tempo prolongado são evitados. a aplicação da irradiação de microondas acelerou substancialmente a reação entre o formaldeído (liberado pelo ácido glicólico) e o ácido cromotrópico, em meio de ácido fosfórico. a metodologia proposta foi aplicada com sucesso à análise de amostras comerciais de ácido glicólico 70% (m/v). agradecimentos os autores agradecem à fapesp e ao cnpq pelo suporte financeiro, à farmácia santa paula pela doação das amostras comerciais de ácido glicólico e à maria aparecida polli silvestre pelo apoio técnico. gigante, a.c., pezza, l., pezza, h.r. spectrophotometric determination of glycolic acid with chromotropic acid assisted by microwave oven. ecl. quím. (são paulo), v. 27, p. 2002. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100019&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100019&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 abstract: a rapid, simple and selective spectrophotometric for the determination of glycolic acid is proposed. this method is based on selective reaction between the formaldehyde splitted off by the glycolic acid, which reacts with chromotropic acid in a phosphoric acid medium, producing a violet-red compound (l max = 570 nm). the colored compound formation was accelerated by irradiating the reacting mixture with microwave energy for 30 seconds (1100 watts). beer's law is obeyed in a concentration range of 0-2208 mg l-1. the proposed method was applied in the analysis of comercial samples of glycolic acid. recoveries were within 97,0-101,4%, with standard deviations ranging from 0,2 to 0,4%. keywords: glycolic acid, chromotropic acid, spectrophotometry, irradiation by microwave. referências bibliográficas 1 budavari, s.; fertig, m.n.; stroumtsos, l.y.; windholz, m. the merck index. 9th.ed. rahway: merck & co., 1976. p.583. 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15385-000 ilha solteira –sp – brasil abstract: the complex permittivity of films of polyether ether ketone (peek) has been investigated over a wide range of frequency. there is no relaxation peak in the range of 1hz to 105 hz but in the lowfrequency side (10-4 hz) there is an evidence of a peak that also can be observed by thermally stimulated discharge current measurements. that peak is related with the glass transition temperature (t g ) of the polymer. the activation energy of the relaxation was found to be 0.44 ev, similar to that of several synthetic polymers. space charges are important in the conduction mechanism as shown by discharging transient. keywords: dielectric loss; thermally stimulated discharge current; polymer; activation energy; glass transition temperature. introduction polyether ether ketone (peek) is an aromatic polyether. it has been developed by i. c. i. petrochemicals and plastic division as a hightemperature engineering thermoplastic [1]. because of the symmetry of the benzene rings along the polymer backbone, peek offers mechanical strength and from the characteristic of almost linear chemical structure, the polymer has a crystalline phase. peek is also resistant to an extraordinary range of chemicals and has very low emission of smoke and toxic fumes when exposed to a flame [2]. due to characteristics such as: melting point over 300 oc; low dielectric loss; resistance to attack by several chemical solvents and insulating properties, peek has considerable applications as an engineering material [3]. nowadays there is high interest for the use of peek as a matrix for ferroelectric-ceramic/polymer composites as nondestructive testing sensors. although peek has already been used as insulating material and its electrical and dielectric properties have been reported [4, 5], this paper reports results of dielectric spectroscopy in the wide frequency range of 10-5 hz to 105 hz and the nature of the thermally stimulated discharge current (tsdc) in the temperature range from 10 oc to above glass transition temperature (t g ) is analyzed. experimental commercial samples of 25 mm peek film were used in this work. polyether ether ketone is an engineering thermoplastic with high performance. it belongs to a class of polyaryletherketone (paek) which are characterized by the presence of benzene rings linked with oxygen and ketone groups. the chemical structure of peek is shown in figure 1. the pair of ether linkages – o – in the chain backbone gives to the peek’s chain flexibility and ability to crystallize [2]. e-mail: sakamoto@fqm.feis.unesp.br 50 ecl. quím., são paulo, 28(2): 49-54, 2003 the samples were cleaned with alcohol and aluminium electrodes of circular area of 1.0 cm diameter were deposited onto both sides of the samples. the dielectric data were taken using an impedance analyzer model hp 4192a in the frequency range of 20 hz to 105 hz. for the medium frequency range of 5 x 10-2 hz to 10 hz, a lock-in amplifier model eg&g 7265 was used. in the low frequency range of 10-5 hz to 3 x 10-2 hz the time domain technique of the measurement of discharge current with subsequent hamon [6] approximation method were used. for discharge current measurement, the peek film was placed in an evacuated chamber and a keithley 247 high voltage supply was used to charge the sample at a field of 106 v/m for a period of 27 hours. the discharge current was measured for 3.0 hours. for the thermally stimulated discharge current (tsdc) measurement a tsc measuring system form toyo seiki, with a temperature controlled chamber was used and the currents were monitored with a keithley 610 c electrometer suitably fed to a microcomputer. results and discussion figure 2 shows the behavior of the complex permittivity for peek at room temperature. the low-frequency (10-5 hz to 10-2 hz) data of the dielectric loss (e²) were calculated from transient discharge current measurement, using the following equation, ε² = vfc id 02π (1) where i d is the discharge current measured for 3 h after charging the sample for 27 h with a 105 v/m electric field, f = 0.1/t is the hamon [6] frequency, c 0 is the capacitance of measuring electrodes without the sample and v is the charging voltage. considering that the measurement of the discharge current start 5 sec. after the removal the applied voltage and short-circuit the electrodes, the frequency range obtained is 2 x 10-2 hz to 9 x 10-6 hz due to hamon approximation (f = 0.1/t). the low-frequency permittivity (ε′) values can be calculated using the well-known kramerskronig relation [7]. in the frequency range of 10-2 hz to 10 hz both ε′ and ε″ were obtained experimentally using a lock-in amplifier. a sinusoidal voltage was applied to the sample and both the in-phase and 90 0c out-of-phase currents were measured. the permittivity and dielectric loss were calculated by [8], av ti y 0 ' we e = (2) av tix 0 " ωε ε = (3) where t is the sample thickness, ω is the angular frequency, a is the electrode area, v the applied voltage, ε 0 = 8,85 x 10-12 f/m is the vacuum permittivity, i x and i y are the quadrature and in-phase currents, respectively. figure 1. chemical formula of polyether ether ketone (peek) from i.c.i. figure 2. dielectric behavior of peek film at room temperature. 51ecl. quím., são paulo, 28(2): 49-54, 2003 from 20 hz to 106 hz the conventional bridge can be used with very good accuracy and the complex permittivity can be obtained by measuring the capacitance of the sample as a function of the frequency. it can be seen from figure 2 that no loss process is centered in the frequency range of 1.0 to 105 hz. the increase of e² at high frequency indicates that the loss process might be occurs in the frequency range (mhz) outside the frequency range of the present work. the absence of loss peak in that frequency range is compatible with the flat behavior of the permittivity. on the low-frequency side there is an evidence of a peak around 10-4 hz in the dielectric loss (e”). this peak might be related with the glass transition of the polymer. actually, the relaxation at low-frequency due to glass transition (a relaxation) can be seen by thermally stimulated discharge current (tsdc) measurements. figure 3 shows a typical tsdc spectrum. the sample was poled with 107 v/m electric field for 30 min at 150 oc. the sample was cooled at 0 oc under applied field and after 30 min with the electrodes short-circuited, the discharge current was measured with a heating rate of 1 degree/min. the a relaxation related with the glass transition was observed at 90 oc. according to van turnhout [9] the peak observed in tsdc spectrum is related with the peak observed in dielectric loss by, 2hkt ea = ω (4) where w is the angular frequency, e a is the activation energy of the process, h is the reciprocal of heating rate, k = 1.38 x 10-23 j/k is the boltzmann constant and t is the temperature of maximum current in tsdc measurement. the activation energy was calculated using the initial rise method [9]. the arrhenius equation is: ]exp[0 kt e ii a−= (5) and from the slope of the ln[i] x 1/t plot in figure 4, the value of e a = 0.44 ev was found for the dipolar transition. that value of activation energy is in the range of the insulating polymers such as: polyethylene terephthalate (0.62 ev) [10], polypropylene (0.75 ev) [11] and low-density polyethylene (0.60 ev) [12]. using equation 4 and e a = 0.44 ev, k = 1.38 x 10-23 j/k, h = 60 sec/degree and t = 365 k, the corresponding peak in dielectric loss occurs at 1.0 x 10-4 hz as observed in figure 2. figure 3. thermally stimulated discharge current (tsdc) for peek poled at 150 oc for 30 min. figure 4. plot of ln(i) x 1000/t, using the initial rise method from tsdc measurement. 52 ecl. quím., são paulo, 28(2): 49-54, 2003 figure 5 shows typical discharging transients for different temperatures. for all temperatures the discharge current obey the empirical law: i(t) = a(t)t-n (6) where i(t) is the current at time t after the removal of the electric field, a(t) is a temperature dependent material constant and n is an index roughly equal to 1. the change in the slope at low frequency (long time) is an indicative of a low-frequency dispersion (lfd) [13] that can be better observed in the dielectric loss data. the increase of the dielectric loss values at low frequency is usually indicative of an ionic or electronic space charge mechanism [12] which is responsible for mask the peak in dielectric loss spectrum. some experiments are in progress in our lab to provide an analysis of the temperature and field dependence of the conduction currents in peek films. also the tsdc spectra in lowtemperature range should be done for better understanding of the conduction mechanism. conclusions an analysis of the dielectric loss and the thermally stimulated current spectra in peek films show a relaxation process in low-frequency range related with the glass transition temperature. it would appear from low-frequency dielectric loss and discharging transient that space charges are important to understand the conduction mechanism in the polymer and deserve more attention for a comprehensive explanation of the process. acknowledgement i would like to express my deep grateful to professor ernesto rafael gonzalez for his teaching, not only on scientific side but also for his example of dignity and friendship during my ph.d. to him i dedicate the present paper. thanks also are due to mr. marcos anicete dos santos for his help on tsdc measurement. figure 5. discharging currents in peek. sample charged with 105 v/m for 27 h w. k. sakamoto. espectroscopia dielétrica e corrente de despolarização termo-estimulada em filmes de peek resumo: a permissividade complexa de filmes de poli(eter-eter-cetona) (peek) foram investigados num grande intervalo de frequência. não foram observados picos de relaxação no intervalo de frequência de 1,0 hz a 105 hz, mas no intervalo de baixa frequência (10-4 hz) há uma evidência de pico, o qual também pode ser observado com medidas de corrente de despolarização termo-estimulada (tsdc). este pico está relacionado com a transição vítrea do polímero. a energia de ativação relacionada a esta relaxação dipolar foi obtida e ovalor é e a = 0,44 ev, que é similar à energia de ativação de muitos polímeros sintéticos. as cargas espaciais se mostraram importantes no mecanismo de condução como evidenciado nas medidas da corrente de despolarização. palavras-chave: perda dielétrica; corrente de despolarização termo-estimulada; energia de ativação; temperatura de transição vítrea. 53ecl. quím., são paulo, 28(2): 49-54, 2003 references [1] provisional data sheet pk pd1, “grades, properties and processing characteristics”, imperial chemical industries (i.c.i.), uk. 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(1) where f and f0 are the fluorescence intensity at the presence and absence of the quencher, respectively. assuming that there is a distribution p(w) of decay rate constants w, with (2) it’s necessary to substitute equation (1) by the average with respect to w (3) working with a small donor concentration, it may be considered that the quenching of donor excited state only happens with its nearest neighbor. naming p1(r) the probability of the donor finding the first nearest acceptor molecule in a distance r and normalizing this probability, one has (4) it also means that the rate of decay is unique and a function of the distance r, i.e., w = k(r). so, the distribution p(w)dw becomes p1(r)4pr2dr. the equation (3) is rearranged giving (5) to calculate p1(r), means to find the first neighbor in the distance r which represents the absence of any other neighbor inside the distance r < r. now it is necessary to find an expression for considering uniform the distribution of quencher. the probability of finding a quencher inside the element of volume dv = 4pr2 dr is 4pcr2dr; where c is the number of acceptor molecules per volume unit. the probability of absence of a quencher in dv is 1– 4pcr2dr. assuming that different elements of volume are uncorrelated, the event of not finding a quencher in 4pciri 2dri is independent of the event of not finding a quencher in 4pciri 2dri , ri¹ri hence the product of the individual probabilities gives the probability of not finding a quencher in r < r. (6) where ri = 0,..., rn = r, taking logarithms and using in(1–c) » –c for small x one has when n tends to infinity, one has (7) the probability that there is an acceptor at distance r < r is equal to c times the volume element dv = 4pr2dr is: rewriting the equation (5) one has (8) finally in order to be coherent with the perrin3,12 model one considers an sphere of ray r0, in which the electron transfer occurs when r < r0 and does not occur when r > r0. the equation (8) becomes (9) plotting f/f0versus c which is the number of acceptor molecules per volume unit, one obtains the value of r0, the critical distance for the electron transfer process take place. experimental preparation of solutions calf-thymus dna (20 mg) purchased from pharmacia was dissolved in milli-q water (10 ml) under agitation at -3°c during 24h until complete dissolution. absorption measurements at the uv region, 260 and 280 nm determined the degree of contamination of the dna by proteins. the ionic strength of the solution was 0.100 mol/l of nacl. aqueous solutions of ethidium bromide (d) and methyl viologen (a) purchased from sigma, were prepared by dissolution of the substances under the conditions as before. the donor concentration was determined by absorption measurements at 480 nm (e = 5700 mol-1 l cm-1),4 and acceptor concentration was defined through gravimetric measurement and dissolving 25 mg in 5 ml of milli-q water, considering that its formula weight is 257.17 g/mol.2 fluorimetry determination of fluorimeter settings the fluorescence measurements were done using a hitachi 4500 spectrofluorimeter. the fluorescence cuvette was filled with 1 ml of the ethidium bromide stock solution. excitation wavelength was set to 525 nm, the excitation and emission slits to 5 nm. the emission maximum was determined by a slow scan of the emission wavelength from 540 to 700 nm, and the measurements were obtained in this particular wavelength. a gaussian fitting was used to determine the fluorescence intensity with its center fixed at 600 nm. results and discussion fluorescence measurements of ethidium binding to dna are well known.15 however, herein its luminescent property was used as a probe and the quenching of the excited state by an acceptor molecule ( methyl viologen ), mediated through the dna matrix, raised questions about the behavior of electron transfer process in dna. in recent paper beratan13 discussed the earliest studies of electron-transfer proteins and its application to dna, emphasizing the contribution of the p-electron system of the dna base pairs. the following results do not confirm exactly the migration path of the electron using the p-electron system of the dna base pairs but confirm the existence of such reaction. the data of figure 1 were obtained with the ethidium (d) at a concentration of 1.53x10-4 m and the addition of dna aliquots (ml). the fluorescence intensity increment was expected in face of the intercalative binding of ethidium to dna. the dna addition stopped when no modification in intensity was observed confirming that all intercalant disposable in bulk solution was bound. the second step was the addition of methyl viologen (a) a quenching promoter, so the fluorescence intensity was expected to decrease (see figure 2). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 addition of methyl viologen solution was continued until no modification on fluorescence intensity was detected, which may be understood by considering that all methyl viologen added was anchored to dna surface. the absence of free d and a molecules at the bulk solution avoided the quenching process occurring by random collision, what should restrain the use of the perrin model and confirmed that the distribution of donor and acceptor molecules happened along the dna matrix. using the fluorescence quenching data a linear plot of ln(f/f0) vs. number of acceptor molecules per volume unit, shown in figure 3, was obtained, as predicted by perrin model. a linear regression fit of these data gave a result of 22.6± 1.1 å for the distance between a donor and an acceptor molecule along the dna duplexes, and a number of about 6.6 base pairs involved in the process. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100009&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig3 comparing these results with those found in the literature12 of 26 å for the distance and a number of 8 base pairs, the differences are almost insignificant. the theoretical model here applied is limited to the information of the distance between donor and acceptor molecules do not being able to give more information about the electron pathway on the dna duplexes, by using the p-electron system of the base pairs or the dna backbone. the p-electron system contribution may be verified by this simple experiment just modifying the ionic strength what should change the dna compactness moving closer the base pairs what is important to the system over mentioned. the process in consideration and mentioned in literature do not take in account the importance of the hydrogen bridges formed between the bases, the et reaction in dna being as a reaction where the dna behaves like a "molecule wire". the next step following these results is to test the importance of the distance between the stacked bases and how the hydrogen bridges play an important role in this chemical reaction. poy, c. d., cornélio, m. l. migração de elétrons em matriz de dna: uma reação de transferência de elétrons. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.99-109, 1998. resumo: este artigo apresenta uma área de pesquisa atual, ativa e interessante. descreve a investigação da química de transferência de elétrons (te) de um modo geral e resultados de te em dna em particular. dois intercalantes de dna foram utilizados: ethidium bromide como doador (d) e methyl-viologen como receptor (a), o primeiro intercala-se entre as bases do dna e o último na sua superfície. utilizando o modelo de perrin e medidas de supressão de fluorescência obtevese a distância de migração do elétron; aqui a distância foi considerada o espaçamento linear entre as moléculas de doador e receptor ao longo da molécula de dna. o valor determinado foi de 22,6 ± 1,1 angstrons e o número de pares de bases entre doador e receptor de 6,6. na literatura os valores encontrados foram de 26 angstrons e de quase 8 pares de bases. considera-se que a transferência de elétrons em dna seja mediada através das interações através do espaço entre os elétrons do tipo p contido nos pares de bases. palavras-chave: transferência de elétrons; matriz de dna; distância crítica; ethidiumbromide; methyl-viologen; doador-receptor references 1 candeís, l. p. radiation chemistry of purines in aqueous solution; inst. super. tec., tech. univ. lisbon, lisbon, portugal, 1992, order no. pb92-229418, available ntis from gov. rep. announce. index(u.s.) 1992, vol. 92(23), abstr. no. 265, pp. 515. 2 catalog handbook of fine chemicals aldrich 1994-1995, p.1006 3 cornélio, m. l., ph. d. thesis, dfcm universidade de s. paulo, s. carlos, sp, brazil, 1994. 4 douthart, r. j., burnett, j. p., beasly, f. w., frank, b. h., binding of ethidium bromide to double-stranded ribonucleic acid. biochemistry, vol. 12, n.2 p.214-20, 1973. 5 dutton, p. l. electron transfer mechanism in reaction centers: final progress report; doe/er/13476-1; u.s. department of energy: washington, dc, 1989; de90001204. 6 fox, m. a. in photoinduced electron transfer iii; mattay, j., ed.; topics in current chemistry 159; springer: berlin, 1991; pp. 67-101. 7 hall, d. b.; holmlin, r. e; barton, j. k. oxidative dna damage through long-range electrontransfer. nature, v.382(6593): p. 731-5, 1996. 8 johnson, m. k., king, b. r., kurtz, d. m. jr., kutal, c., norton, m. l., scott, r. 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instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil iigeneral motors do brasil av. dos estados, 2800 09501-970 são caetano do sul sp brasil resumo o setor automotivo é um dos mais competitivos e um grande consumidor de materiais ferrosos, que exigem uma eficiente proteção contra a corrosão. esta proteção é alcançada aplicando revestimentos adequados. para se aplicar revestimentos se requer uma cuidadosa preparação da superfície que pode ser feita por ataque químico. neste trabalho, determinou-se a velocidade de reação do aço extra-doce, sae-aisi 1005, laminado a frio (cff) utilizando várias soluções ácidas, de baixo custo, baixa agressividade ao meio ambiente e que geram pouco hidrogênio. o estudo cinético foi realizado medindo-se a perda de massa (dm/mg cm-2) de chapas de aço cff em função do tempo (s) de reação nas diferentes soluções, com e sem agitação, a 30 oc. os resultados foram interpretados considerando-se os efeitos de transporte de massa, o efeito oxidante dos íons me3+ e inibidor dos íons fe2+. dentre as várias soluções estudadas a que apresentou maior velocidade de reação foi a solução de h2so4 2 m + mecl3 1 m, v = 15,44 x 10-6 g cm-2s-1 para tempos até 1800 s. palavras-chave: aço; processos de superfície; perda de massa; ataque químico http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso abstract the automotive sector is one of the biggest consumers of ferrous materials, which require an efficient protection against corrosion. this protection can be reached applying adequate coatings. a careful surface preparation is required to apply any kind of coatings on surfaces. the surface preparation can be done by a chemical attack. in this work, reaction rates of cold-rolled steel with different acid solutions were determined. the solutions used have low cost, are environmental friendly and some of them generate low quantity of hydrogen. the kinetic study was performed measuring the loss of mass (dm/mg cm-2) of cold-rolled steel samples with time (s) reaction in the different solutions, with and without solution stirring, at 30 oc. the results were interpreted considering the mass transfer effect, the me3+ oxidizing and fe2+ inhibitor effects on the steel dissolution. among the different solutions studied, the 2 m h2so4 + 1 m mecl3 solution was the one that showed the highest rate, v = 15.44 x 10-6 g cm-2 s-1 for times up to 1800 s. keywords: iron steel; surface processes; loss of mass; chemical etching introdução as ligas metálicas mais comuns e muito utilizadas em nosso cotidiano, tanto por pessoas jurídicas (empresas e pequenos núcleos metalúrgicos), como por pessoas físicas (motoristas, donas de casa etc.) são denominadas aço, isto é, ligas de fe e c. um problema muito comum e preocupante para os usuários de tais ligas é a deterioração desses materiais pela ação química ou eletroquímica do meio e atmosfera onde são empregados. uma ilustração disso é a corrosão de escapamentos de carro devido aos gases de exaustão em alta temperatura1. para proteger estes materiais contra a corrosão é necessário aplicar um revestimento, como pintura, filme etc., que dificulte o contato da superfície com o meio corrosivo7. o fato de o aço apresentar pouca resistência à corrosão tem como conseqüência a formação de um filme de óxido/hidróxido ou sais com baixa capacidade de proteção da superfície ao ataque dos meios agressivos. nos aços também se formam facilmente óxidos devido à oxidação espontânea da superfície em contato com a atmosfera ou quando submetido a tratamentos térmicos. a constituição desses óxidos é bastante influenciada pela temperatura e tempo de tratamento, podendo haver a formação de multicamadas de óxidos11. essas camadas, em geral pouco aderentes, impedem a aplicação de revestimentos e devem ser removidas na primeira etapa de preparação da superfície. a qualidade da superfície metálica depende fundamentalmente do grau de limpeza e de sua rugosidade. o aumento da rugosidade pode ser obtido por meio de processos mecânicos, eletroquímicos ou químicos e no caso dos processos eletroquímicos e, especialmente químicos, está associado à elevada velocidade de ataque da superfície. o tratamento mecânico consiste em submeter as peças a condições abrasivas, utilizando materiais de diferentes granulometrias. esse procedimento apresenta pelo menos três problemas: (a) dificuldade ou até mesmo a impossibilidade de ser aplicado nas partes internas de tubulações ou a toda a superfície quando se tratar de peças com formas irregulares; (b) incrustação do material abrasivo na superfície do aço, especialmente quando são empregadas esferas de quartzo, vidro ou alumina; (c) formação de micro-partículas que causam contaminação ambiental, danos à saúde do operador e que ainda podem produzir reações explosivas, dependendo do metal, quando em contato com o oxigênio do ar atmosférico11. os procedimentos químicos têm mais ou menos a mesma função que os processos mecânicos, quando se trata de produzir superfícies menos ou mais rugosas, porém, o mecanismo de ação é diferente. nos procedimentos eletroquímicos e químicos há uma dissolução preferencial de óxidos ou sais formados na superfície; uma dissolução ainda mais intensa de regiões anódicas em curto circuito com regiões mais nobres (catódicas). dependendo da intensidade da reação química ou eletroquímica, pode haver aumento ou diminuição da rugosidade; se o ataque químico for mais intenso, dependendo do tipo de eletrólito, pode haver um alisamento da superfície especialmente pela dissolução dos pontos mais altos da superfície2,3. devido ao fato do processo mecânico apresentar uma série de problemas, citados acima, a melhor opção de preparo da superfície é por meio do tratamento químico, que resulta numa superfície livre de carepas e com um apropriado acabamento superficial8. os principais ácidos empregados na limpeza e tratamento da superfície dos aços são: ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico e ácido nítrico. a velocidade da reação depende de vários fatores, como temperatura, agitação da solução, concentração do ácido, porosidade, quantidade de fraturas nas placas de óxidos e das quantidades relativas desses óxidos11. considerando as vantagens e desvantagens apresentadas pelos vários ácidos empregados no preparo de superfícies de ligas de alumínio4 e de aços5,8,9 e os resultados obtidos por garcia9, as melhores opções de tratamento e preparo de superfícies envolvem soluções ácidas com sais moderadores. para um estudo preliminar da cinética do processo foram feitas medidas de perda de massa (d/mg cm-2) em função do tempo (s) de reação em soluções ácidas de diferentes composições, com e sem agitação, a 30 oc. o tratamento matemático dos dados permitiu determinar a velocidade de ataque da superfície do aço por essas soluções. materiais e método célula de trabalho para realização do trabalho foi construída a célula de vidro esquematizada na figura 1. na parte inferior dessa célula foi fixado o corpo-de-prova por um anel de vedação e na tampa era colocado o termômetro. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 corpos-de-prova chapas de aço cff, sae-aisi 1005, com 1,5 mm de espessura como recebido da cosipa, foram utilizadas para confeccionar os corpos-de-prova. a tabela i apresenta os resultados da análise de composição do aço cff utilizado neste trabalho. os corpos-de-prova foram obtidos cortando-se placas de 60 x 60 x 1,5 mm e a área exposta à solução foi de 13,8 cm2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 limpeza da superfície os corpos-de-prova foram limpos com acetona em um banho de ultra-som durante 10 minutos para a remoção de óleos e sujeiras presentes na superfície da chapa de aço cff. em seguida as chapas foram secadas com ar comprimido. medidas de perda de massa produzida pelo ataque químico a massa dos corpos-de-prova foi determinada em uma balança analítica ohaus as200, com precisão de 0,1 mg. a massa inicial foi determinada logo após limpeza e secagem dos corpos-deprova e a massa final após ter submetido o corpo-de-prova por diversos tempos na solução desejada. a variação de massa foi utilizada para determinar a velocidade de perda de massa em mg cm -2 s-1, empregando o programa origin, versão 5.0 para a determinação dos coeficientes angulares da reta tangente a curva de perda de massa em função do tempo nos diferentes tempos. resultados e discussão a figura 2 mostra as curvas de perda de massa em função do tempo em soluções ácidas com e sem agitação. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 as curvas da figura 2 mostram um comportamento similar para as soluções ácidas na ausência do sal moderador, sugerindo que a principal reação nestas soluções é a dissolução do ferro pela reação com íons h+. esta figura não mostra diferença significativa de comportamento entre ácido sulfúrico e ácido clorídrico, nas concentrações empregadas, inclusive considerando-se os ensaios em fluxo e com solução não agitada. isso porque a velocidade de reação é relativamente pequena, não se manifestando o efeito dos íons fe2+ produzidos durante a reação e porque a concentração dos ácidos é alta, não resultando em maiores problemas de transporte de massa para e a partir do corpode-prova. no caso das soluções contendo íons me3+ verifica-se um grande aumento de perda de massa e também maior dependência da agitação da solução. esse aumento foi interpretado com base nos efeitos de transporte de massa e no efeito inibidor dos íons fe2+ na oxidação do aço cff. o processo de transporte de íons fe2+ a partir da superfície da amostra e de íons h+ para a superfície do aço cff é muito mais eficiente nas soluções em fluxo do que nas soluções não agitadas. os íons fe2+ são inibidores da oxidação do ferro8 porque causam diminuição no potencial da interface me3+/aço e, portanto, no poder oxidante de me3+. isto diminui drasticamente a velocidade de ataque da superfície do aço cff, de modo que, dependendo da concentração de íons http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 fe2+ na solução, praticamente não se observa reação, mesmo na solução fortemente ácida. os íons me+3 do sal moderador por agirem como oxidantes do ferro aumentam a velocidade da reação de dissolução do aço e diminuem a produção de h2. a diminuição da produção de hidrogênio é visível simplesmente observando a formação de bolhas sobre a superfície do aço. esta formação de bolhas de hidrogênio também se reflete na quantidade de hidrogênio presente dentro da lâmina de aço cff, conforme demonstrado pela medida da concentração de hidrogênio permeado a partir de soluções ácidas com e sem sal moderador6. esta diminuição na produção de h2 na presença do sal moderador ocorre devido à competição dos íons me3+ e íons h+ pala superfície do aço durante a reação de oxidação do fe ò fe2+. a tabela ii mostra os valores da velocidade de reação para os ensaios mostrados na figura 2 e analisados dentro de um intervalo de tempo em que a perda de massa varia linearmente com o tempo. para os respectivos intervalos de tempos mencionados na tabela ii foi obtida a seguinte ordem de velocidade de reação de dissolução do aço cff para as diferentes soluções: g < a » f < b < i < h < j < d < e < c. para solução de hcl sob agitação observou-se uma variação linear até 1200 s com velocidade de 7,0x10-7 g cm-2 s-1 e coeficiente de correlação, c 2 = 0,996 e para solução estática uma velocidade de 6,55x10-7 g cm-2 s-1 (c 2 = 0,994). quando se adicionou um sal moderador (mecl3) nesta mesma solução obteve-se para solução não agitada um comportamento similar até 900 s com velocidade igual a 1,45x10-6 g cm-2 s-1 (c 2 = 0,995). para um tempo de até 300 s a taxa de corrosão foi de 2,17x10-6 g cm-2 s-1. após 1000 s de reação observou-se que a perda de massa não varia http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 apreciavelmente com o tempo, fato que pode ser explicado admitindo-se que os íons fe+2 formados na dissolução do aço agem como inibidores de sua oxidação. já com a agitação tem-se um comportamento linear até 1500 segundos com uma taxa de corrosão de 6,9 x 10-6 g cm-2 s-1 (c 2 = 0,991). a solução de h2so4 com o mesmo sal moderador e com agitação mostrou uma variação linear até 2000 s com velocidade de corrosão no valor de 15,44x10-6 g cm-2 s-1 (c 2 = 0,999). para solução estática os valores de perda de massa em função do tempo mostraram um comportamento potencial com velocidade igual a 6,71x10-1 g cm-2 s-1 (c 2 = 0,995). a adição de nacl na concentração de 1m, à solução anterior, mostrou, para solução não agitada, comportamento linear da perda de massa em função do tempo, fornecendo um coeficiente angular igual a 8,189x10-7 g cm-2 s-1 (c 2 = 0,998). quando a mesma solução foi agitada obteve-se um comportamento linear até 2100 s com velocidade igual a 5,7x10-7 g cm-2 s-1 (c 2 = 0,997). conforme já mencionado acima, para solução de hcl e h2so4 observou-se pouca influência da agitação sobre a velocidade da reação. entretanto, para a solução contendo íons me+3, observou-se um grande aumento da velocidade de reação de dissolução do aço cff com solução agitada. a velocidade de reação na solução c foi ca. 10 vezes em relação à solução h; e a velocidade na solução d em relação a i aumentou cerca de 6 vezes, e a de e em relação a j aumentou cerca de 5 vezes. o aumento na velocidade de reação causada pela agitação da solução, especialmente daquelas contendo íons me3+ que produzem grande quantidade de fe2+, já foi explicado com base no transporte de massa. aqui há que se acrescentar à discussão anterior que o processo em fluxo transporta íons me3+ para a superfície do aço cff. porém, verifica-se ainda variação da velocidade de reação devida à natureza da solução contendo o mesmo sal moderador (sal dos íons me3+), com o sistema em fluxo ou não, que deve estar associada aos componentes cle so4 2-. o desvio do comportamento linear observado nas curvas de perda de massa em função do tempo, para tempos mais longos e especialmente para soluções estáticas, deve estar associado principalmente à formação de íons fe2+ que se acumulam na superfície ou mesmo na solução (processo em fluxo). este efeito e a interpretação da cinética implicam na determinação das concentrações de íons fe2+ em função do tempo de reação e será objeto de estudo num trabalho posterior. para as soluções c, d e e (reação com solução em fluxo) a velocidade de reação é cerca de 5 a 11 vezes maior que na condição não agitada (mesmas soluções indicadas por h, i e j). nos intervalos de tempos considerados verifica-se que a maior velocidade em soluções em fluxo pertence à solução com menor concentração de cloreto, porém a solução com maior concentração de cloreto (solução e) apresenta maior velocidade do que a solução d. então parece que há um efeito combinado dos anions cloreto e sulfato ou bissulfato que precisa ser melhor investigado. numa primeira aproximação poderia ser atribuída a maior velocidade para a reação c considerando-se que o íon sulfato desloca o íon cloreto da superfície do aço de forma similar à observada para o cobre10. a figura 3 mostra micrografias da superfície do aço cff como recebido e após reação com soluções ácidas não agitadas, durante 5 min. observou-se que há um ataque homogêneo em toda a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 superfície com aumento de sua rugosidade. a solução c foi a mais eficiente produzindo um ataque com maior profundidade. a rugosidade da superfície do aço cff, atacado por 5 min com a solução não agitada de h2so4 2 m + mecl3 1 m, (solução c, micrografia 3b), foi determinada por interferometria de luz branca. encontrou-se uma rugosidade uniforme em toda a superfície com um valor médio ao redor de 1,0 mm. este valor de rugosidade pode ser alterado pelo tempo de reação e pela composição e temperatura do eletrólito. conclusões conclui-se que a solução contendo íons me3+ é a que apresenta maior velocidade de ataque para tempos < 2500 s. esta solução, mesmo não agitada, permite obter uma superfície com rugosidade uniforme, cujo valor médio é da ordem de 1 mm. a velocidade de dissolução em h2so4 2m + mecl3 1maumenta cerca de 10x quando realizada em fluxo. os principais fatores que influem na velocidade da reação de dissolução do aço cff nas condições empregadas neste trabalho são: transporte de íons h+ e me3+ para a superfície do aço e íons fe2+ para fora da superfície e concentração de íons fe2+ na superfície do aço. agradecimentos os autores agradecem à fapesp (processo: 01/06299-0), ao cnpq e, à facte pelos auxílios concedidos e ao s.c.t. da universidade de barcelona pelo auxílio nas medidas de rugosidade. referências bibliográficas 1 abreu, c.m.; izqueiro, m.; kedam, m.; nóvoa, x.r.; takenouti. electrochemical behaviour of zinc-rich epoxy paints in 3% nacl solution. electrochim. acta, v.41, p.2405-2415, 1996. 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[ links ] recebido em 08.02.2002 aceito em 27.03.2002 javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200010  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100012 visualização e caracterização de campos ultra-sônicos via óptica de schlieren gerson antonio santarine* alzira cristina de mello stein-barana* resumo: neste trabalho aplicamos um método óptico sensível e de baixo custo denominado ‘schlieren’ para visualização e caracterização de feixes ultra-sônicos em solução aquosa. esta caracterização assume papel importante na medicina para diagnóstico não invasivo via método ultra-sônico. palavras-chave: ‘schlieren’, ultra-som, campos ultra-sônicos, visualização. introdução nos últimos anos, dentre os fantásticos avanços no campo da medicina destaca-se a área do diagnóstico não invasivo, representado por técnicas nas quais a aplicação de radiações ultra-sônicas merece fator de destaque. imagens do interior de organismos vivos podem ser obtidas com boa resolução e em tempo real, utilizando-se dos já difundidos imageadores de ultra-som . a tecnologia de fabricação de tais equipamentos exibe como ferramenta central, dispostivos geradores e focalizadores de feixes ultra-sônicos denominados lentes sônicas, cujas propriedades óticas são determinantes na qualidade final da imagem média requerida. assim sendo, conhecimentos prévios inerentes à natureza do feixe ultra-sônico tais como geometria, fator de espalhamento e atenuação, potencia dentre outros assumem papel primordial para projeto e construção destas lentes. o trabalho aqui apresentado reporta-se ao desenvolvimento e aplicação de uma técnica óptica (‘schlieren’) [1,4,7,8,] destinada a visualização e caracterização de feixes ultrasônicos gerados por transdutores comerciais de titanato zirconato de chumbo (pzt), sob as mais diversas condições de geometria, para freqüências de 1.0 mhz e 3.0 mhz. o sistema óptico em questão opera em virtude do fato do índice de refração n do meio considerado ser uma função da densidade deste meio. um arranjo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor experimental, para esta técnica, consiste basicamente de um sistema composto de espelhos esféricos curvos, lentes e fontes de luz visível. dentre as várias possíveis configurações, um satisfatório processo de ‘schlieren’ pode ser realizado utilizando-se de um conjunto de espelhos esféricos, cujo objetivo principal está em se conseguir feixes de luz, paralelos com grande abertura, onde a amostra a ser estudada é inserida. para uma geometria adequada, parte deste feixe luminoso é desviado pela amostra através de um gradiente de densidade, o qual pode ser gerado por diferenças de temperatura ou variações de pressão, produzindo-se desta forma em um anteparo, convenientemente focalizado um padrão de áreas brilhantes e escuras retratando-se com fidelidade os gradientes de densidade produzidos pelo fenômeno físico estudado. este padrão assim obtido, contendo as informações desejadas, pode ser fotografado ou filmado para posterior interpretação. a apresentação deste trabalho está dividida em três partes distintas. na seção i está reportada de maneira suscinta alguns dos principais aspectos teóricos relativos ao método de ‘schlieren’. obtenção dos resultados seguido de discussões são evidenciadas na seção ii. a seção iii está reservada à conclusões, agradecimentos e bibliografia. aspectos teóricos relativos à técnica de ‘schlieren’ deflexão da luz por gradiente de densidade. um problema fundamental inerente à experimentação, é a necessidade de que não haja mudanças de estado no objeto sob teste, introduzidas pelo método de investigação. é um fato incontestável que esta condição não pode ser completamente considerada, mas, felizmente, este problema pode ser transposto com certo grau de precisão, se medidas ópticas puderem ser realizadas. em muitos casos, processos envolvendo óptica como ferramenta para medições tem apresentado bons resultados devido a fraca interação entre o feixe de medidas e o objeto de prova considerado. partindo desta constatação empírica, tais técnicas surgem como excelentes candidatas na solução de uma classe de problemas as quais seriam inviabilizadas por outra metodologia. dentre um grande número de arranjos ópticos experimentais, cada qual com sua especificidade e denominação (michelson, fabry perot, toepler, mach-zehnder et al), destaca-se a técnica de ‘schlieren’ a qual tem seu princípio de operação baseado no fato de que o índice de refração n de um meio seja uma função da densidade deste. em outras palavras, mudanças infinitesimais do índice de refração conduzem a informações relativas ao campo de densidade. o índice de refração n de um meio homogêneo é uma função do estado termodinâmico, mais frequentemente de sua densidade r . para n @ 1 estas grandezas estão relacionadas via equação de gladstone – dale. sendo que r varia ligeiramente com o comprimento de onda da radiação luminosa que o atravessa, possuindo valor específico para cada gás. a constante c está relacionado a um índice de refração padrão n0 pela expressão: onde considerando-se y (direção normal ao feixe de luz fig. 1) como sendo a direção na qual o gradiente de densidade é produzido por uma diferença de temperatura ou pressão, pode-se calcular levando-se em conta que para um gás ideal à pressão constante: desta forma obtém-se: esta expressão a qual se aplica ao processo de schileren evidencia de maneira simples a relação entre o gradiente de temperatura e a variação do índice de refração do meio considerado. para o caso de fenômenos nos quais a variação do índice de refração é induzida por gradiente de pressão, a expressão anterior pode ser modificada levando-se em consideração que para uma processo adiabático em um gás ideal, a pressão, temperatura e densidade estão relacionadas por: onde: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 k = é a razão de calores específicos do gás a pressão e volume constantes. p = pressão do gás. desta forma obtém-se que o gradiente de densidade originado pelo gradiente de pressão é dado por: esta equação revela o modo pelo qual um gradiente de pressão pode modular o índice de refração do meio sob análise. descrição do arranjo experimental da técnica de ‘schlieren’ a montagem da técnica de ‘schlieren’ para visualização de campos ultrasônicos esta esquematicamente ilustrado na figura 1. neste arranjo, uma fonte de luz é colocada, através de espelho plano, no foco de uma espelho esférico m1, com distância focal de 1.500mm e diâmetro 152,4 mm, cujo objetivo principal é o de se produzir um feixe de luz paralelo (seção de testes). um segundo espelho m2, com as mesmas características técnicas do primeiro, preso a um trilho óptico é posicionado em frente ao feixe de luz paralelo, emergente do espelho m1. uma vez que o feixe luminoso é estritamente paralelo entre m1 e m2, a luz proveniente de cada ponto da seção transversal do feixe (plano xy) pode ser considerada como dando origem a uma imagem individual da fonte no plano focal do espelho m2. através de um sistema de objetivas a imagem da fonte luminosa é focalizada em uma tela branca e lisa de 600mm ´ 600mm. no plano focal do espelho m2 é colocada uma lâmina metálica fina, ajustada de tal forma a cortar pela metade, a intensidade luminosa que chega à tela de observação. o objeto a ser estudado é então colocado entre os espelhos m1 e m2 (região de testes). caso a presença do objeto a ser estudado provoque variações do índice de refração do fluido circundante a deflexão angular de alguns raios de luz irá causar um correspondente deslocamento da imagem da fonte luminosa no plano focal do espelho esférico m2, com deslocamentos proporcionais ao gradiente de densidade considerado. os raios luminosos deslocados ao passarem pela borda da lâmina metálica (situada no plano focal de m2), podem ou não atingir a tela de observação dependendo da geometria da deflexão. em outras palavras, variações do índice de refração em torno do objeto a ser estudado irão desviar os raios luminosos e causar mudanças dinâmicas na iluminação da tela de projeção, sendo possível visualizar a sombra do objeto estudado com regiões de contorno em tons de claros e escuros. estes contrastes de luzes e sombras que aparecem na tela de observações retratam com fidelidade gradientes da densidade do meio estudado. resultados experimentais: visualização dos campos ultrasônicos e discussões após ajustes variados do conjunto óptico montado (‘schlieren’ ) vários ensaios visando a operacionalidade do sistema puderam ser realizados. para a iluminação do arranjo ilustrado na figura 1, foram inicialmente utilizados fonte de luz branca com potência total de 250 watts e http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 posteriormente, substituída por um feixe laser cw operado no modo multilinhas (laser de argônio mod ila 120 zeiss). o primeiro resultado da visualização de um gradiente de densidade induzido por diferença de temperatura foi efetuado a partir da observação direta da extremidade de um ferro de soldar, com potência de dissipação térmica de 20 watts. avaliou-se desta forma o desempenho do sistema como um todo, adequando-se os vários parâmetros necessários ao registro fotográfico. o passo seguinte constituiu-se na utilização de um tanque acústico tipo aquário com dimensões de 40cm ´ 40cm ´ 30cm destinado a acondicionar o transdutor ultra-sônico. este conjunto foi inserido na seção de testes da montagem óptica. aproximadamente uma centena de fotografias a cores e em preto e branco foram realizadas com o transdutor imerso em meio aquoso, sob as mais diversas condições de geometria e potência ultra-sônica, para duas freqüências distintas de 1.0 mhz e 3.0 mhz, modo contínuo de operação. como gerador de ultra-som utilizou-se o modelo comercial sonopulse 00166 fabricado pela ibramed (indústria brasileira de equipamentos médicos ltda.). deste total três fotografias foram selecionadas para neste texto ilustrarem os excelentes resultados obtidos. as experiências de visualização com transdutor de pzt foram efetuadas com o tanque acústico mencionado contendo água destilada e degasada. o procedimento de degasamento da água é fator importante para se minimizar (ou mesmo até se evitar) a formação do indesejável fenômeno da cavitação, muito comum em experiências com feixes ultrasônicos acima de determinada potência. todos os experimentos foram realizados com o transdutor imerso em água à temperatura ambiente 25oc. considerações gerais uma questão que merece destaque numa montagem ‘schlieren’ refere-se à qualidade dos componentes ópticos e da sensibilidade para a qual se destina. para o caso da aplicação desta técnica na visualização de campos ultra-sônicos, trabalho que requer alta sensibilidade, a qualidade óptica dos espelhos merece grande importância. os espelhos côncavos empregados são usualmente construídos em vidro com espessura de 1/8’’ ou 1/6’’ do diâmetro do espelho. com este procedimento procura-se minimizar as deformações que sempre ocorrem na superfície refletora do espelho, as quais tendem a prejudicar o resultado final do experimento de maneira apreciável. outros requisitos necessários para uma boa qualidade da imagem estão relacionados aos parâmetros contrastes e sensibilidade respectivamente. um ajuste preciso do corte da intensidade luminosa no plano focal de um dos espelhos em relação à imagem da fonte só é possível se a qualidade da imagem for suficientemente boa. esta qualidade é afetada por principalmente aberrações esféricas e acromáticas relacionadas à curvatura de superfícies ópticas, efeitos de difração etc. o diâmetro dos espelhos esféricos é normalmente determinado pelo tamanho da câmara de trabalho (seção de testes); desta forma, a aberração óptica dependerá largamente da distância focal em relação à abertura do espelho. é um fato bem determinante que o contraste relativo da figura projetada depende da potência da fonte luminosa. por este argumento uma fonte laser pode ser considerada como sendo muito superior a uma fonte de iluminação convencional uma vez que a densidade de potência do laser é infinitamente superior a esta, pelo menos teoricamente. do ponto de vista experimental o grande comprimento de coerência do laser acaba por trazer problemas quanto a sua utilização, completamente desconhecidos das técnicas clássicas. dentre os principais efeitos destaca-se a formação de ‘speckles’ e figuras de difração, causadas principalmente por partículas de pó, indesejáveis e sempre presentes em superfícies ópticas (lentes, espelhos, janelas ópticas etc). deste ponto de vista pode-se considerar que a substituição de fontes de luz ordinária por luz laser não introduz progressos significativos nas técnicas de ‘schlieren’ . conclusões o sistema óptico construído destinado à visualização de feixes ultrasônicos mostrou-se sensível, versátil e prático para retratar com fidelidade as variações infinitesimais do índice de refração produzidas por gradiente de densidade (induzidas por feixes ultra-sônicos) no meio líquido considerado. desta forma, campos ultra-sônicos gerados por transdutores de pzt puderam se tornar visíveis, produzindo-se fotografias de interesse e grande qualidade técnica, conforme amostragem ilustrada no texto. assim sendo, podendo tais campos serem caracterizados, um procedimento experimental de baixo custo relacionado a uma óptica ultra-sônica pode ser bem estabelecido. agradecimentos os autores agradecem a valiosa colaboração do prof. hiroshi tejima (ufscar) e a fundunesp pelo apoio financeiro. santarine, g.a., stein-barana, a.c.m. vizualization and characterization of ultrasonic fields using schlieren optics. ecl. quím. (são paulo), v.25, p. , 2000 abstract: in this work we applied a sensible and low cost optical technique called schlieren for visualization and caracterization of ultrasonic beam in aqueous solution. this caracterization have an important role in medicine for non invasive diagnostic via ultrasound method. keywords: schlieren, ultrasound, ultrasonic field, visualization. referências bibliográficas 1. born, m., wolf, e. principles of optics. london: pergamon press, 1970. [ links ] 2. conference on the evaluation an calibration of ultrasonic transducers organized by the institute of physics, guildford, england, ipl business press, cap. 11, pp.72-90. [ links ] 3. goldstein, r.j. fluids mechanics measurements. new york, usa, hemisphere publishing corporation, 1983. [ links ] 4. jenkins and white, fundamentals of optics. new york, usa, mcgraw hill book company. 1965. [ links ] 5. kinser, e.l., frey, r.a. fundamentals of acoustic. n.y.:john willey. 1958. 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química analítica instituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brasil resumo nitroprussiato de ferro (fenp) foi sintetisado e caracterizado por infravermelho e absorção atômica. fenp foi incorporado em eletrodo de pasta de grafite empregando-se como técnica de estudo a voltametria cíclica. o comportamento eletroquímico do eletrodo de pasta de grafite contendo fenp apresenta dois processos eletródicos com potencial médio (em) de (em)1 = 0,24 v e (em)2 = 0,85 v ( kcl =1,0m; v = 20 mv.s-1 vs ecs) atribuídos aos pares redox ( feii/feiii ) e feii(cn)5no/ feiii(cn)5no, respectivamente. a intensidade de corrente dos pares redox aumenta, linearmente com a velocidade de varredura indicando um controle de adsorção. o eletrodo de pasta de grafite modificada com fenp apresenta estabilidade por vários dias. o estudo eletroquímico do eletrodo de pasta de grafite modificada com fenp foi examinado em várias soluções de eletrólitos suporte sendo que a natureza do cátion afetam a intensidade de corrente e os potenciais dos pares redox ,deslocando (em)1 para potenciais mais positivos na sequência: k+ >na+>li+ enquanto que a natureza do anion (cl-, no3 -,so4 =) não afeta os pares redox. os voltamogramas obtidos em diferentes concentrações de kcl (0,05 2,5 m)exibem deslocamentos do (em)1 para potencial de valores mais positivos. este deslocamento é linear com a variação da concentração do eletrólito suporte. a inclinação da reta é de 66 mv por década de concentração indicando a ocorrência de um http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso processo quase nernstiano. o potencial médio permanece praticamente constante em ph entre os valores de 3,0 e 8,0. um outro processo eletródico com (em)3 = 0,47 v ocorre em ph < 3, sendo este atribuído a formação de novas espécies intermediárias. palavras-chave: nitroprussiato de ferro, voltametria cíclica, eletrodo de pasta de grafite abstract iron nitroprusside (fenp) was syntetised and characterized by ir and atomic absorption. the fenp was incorporated into a carbon paste electrode and the electrochemical studies were perfomated with cyclic voltammetry. the cyclic voltammogram of fenp into carbon paste exhibit two redox couple with following midpoint potentials (em); (em)1 = 0.24 v and (em)2 = 0.85 v vs sce ( kcl =1.0m; v = 20 mv.s-1) assigned to the fe(ii)/fe(iii) and fe(ii)(cn)5no / fe(iii)(cn)5no respectively. at sweep rates between 10 and 100 mv.s-1 the peaks currents intensity increase linearly with sweep rate. the fenp incorporated into a graphite paste electrode is very stable for several days. the electrochemical behavior of the fenp was examined in solution of various supporting electrolytes. for two processes the nature of the cation affect the em as current intensity, shifting the em for more positive potentials, in following order : li+>k+>na+. the nature of the anion (cl-,no3 -, so4 2did not affect both redox couples. the voltammograms obtained with different kcl concentrations (0.05 –2.5m) exhibit a shift in the (em)1 to more positive potentials, this change is linear with the supporting electrolyte concentrations change. the slop of the strainght line is 66 mv for decade of the potassium concentration, which indicate a sub – nernstian process. it was verified that the mid-point potential (em) remained practically constant at ph between 8 and 3. however, a new process with (em)3 (0,47 v) appears at ph < 3 and was ascribed to formation of intermediary species. keywords: iron nitroprusside; cyclic voltammetry; graphite paste electrode introdução os complexos nitroprussiatos de metais de transição, a exemplo dos hexacianometalatos são conhecidos há mais de um século, a presença de diferentes estados de oxidação ocasiona fenômenos que podem ser estudados por várias técnicas espectroscópicas e eletroquímicas(1,4,6,17). o desenvolvimento de aplicações eletroanalíticas de eletrodos modificados, continua sendo uma área em grande desenvolvimento, na determinação de analitos orgânicos e inorgânicos(5-16). os modificadores imobilizados na superfície eletródica tem sido normalmente empregados para duas finalidades; preconcentração ou eletrocatálise(7,13,19). as propriedades dos eletrodos modificados dependem da formação e das características do filme formado na superfície do eletrodo. particularmente, filmes de nitroprussiato de metais de transição (cu(ii, ni(ii), co(ii)) são de difíceis preparação, o que explica o pequeno número de comunicações existente na literatura. muitos dos problemas surgem da pequena estabilidade eletroquímica e principalmente da falta de reprodutibilidade, sendo este último assunto de grandes controvérsias(8). como alternativa, este trabalho sugere a exploração do complexo insolúvel, nitroprussiato de ferro empregando eletrodo de pasta de grafite, pelo fato de apresentar uma maior reprodutibilidade, sem alterar algumas das propriedades electrocatalíticas desta interessante classe de compostos. materiais e métodos todos reagentes utilizados foram de pureza analítica (p.a merk), sendo a água deionizada através do modelo milli-q gradiente da millipore. as soluções foram desaeradas com nitrogênio durante 10 minutos antes da realização das medidas. os voltamogramas cíclicos foram registrados em soluções de sais de metais alcalinos na velocidade de varredura de 20 mv.s-1. as medidas voltamétricas foram precedidas por um condicionamento do eletrodo entre -0,8 e 1,1v vs ecs durante vários ciclos até atingir a estabilidade requerida. o complexo formado fenp foi sintetisado segundo o método de inoue(6) onde concentrações equimolares (0.05m) de fe(nh3)2(so4)2 e na2[fe(cn)5no] em ph 3 (ajustado com h2so4 1,0 m) reagiram em atmosfera de nitrogênio e ao abrigo da luz, durante 5 horas. o precipitado obtido apresentou uma coloração rosa e foi filtrado em funil de placa sinterizada, lavado com água deionizada até que não foi detectado sulfato na água de filtragem e depois seco com etanol. a quantificação de fe foi feita por espectroscopia de absorção atômica empregando-se um espectrômetro perkin elmer, modelo 300. a caracterização do complexo na região do infravermelho foi feita em pastilha de kbr empregando um espectrofotômetro infravermelho nicolet 730 sx-ft, entre 4000 e 400 cm-1 . para as medidas de voltametria cíclica empregou-se um potenciostato /galvanostato da auto lab (pgstat 30-eco chemie). o sistema eletroquímico empregado foi constituído de 3 eletrodos : o eletrodo auxiliar de platina, o eletrodo de referência de calomelano saturado (ecs) e o eletrodo de trabalho de pasta de grafite. o eletrodo de trabalho consiste simplesmente de um tubo de vidro de 15 cm de comprimento e diâmetro interno de 0,30 cm e diâmetro externo de 0,5 cm sendo cavidade interna conectada por um fio de cobre para estabelecer contato elétrico. empacota-se cerca de 5 cm da cavidade interna do tubo com uma mistura composta de grafite e nujol puro. a pasta de grafite modificada com fenp foi preparada misturando-se grafite com o fenp na proporção de 1:10 e nujol. resultados e discussões caracterização do sólido fenp o teor de fe no sólido formado foi determinado por absorção atômica sendo obtido o valor de (36,0%), calculado (36,3%). o sólido foi caracterizado por espectroscopia na região do infravermelho. o infravermelho de fenp apresentou os seguintes modos vibracionais cnstr (2182 cm-1) ; nostr (1945 cm-1) e fe-nobend (647 cm-1) os quais estão em concordância com os resultados encontrados na literatura(6). comportamento eletroquímico os eletrodos de pasta de grafite modificada fenp, foram estudados utilizando a técnica de voltametria cíclica. o voltamograma cíclico da pasta de grafite modificada com fenp, conforme ilustra a figura 1, apresenta um conjunto de dois pares redox com potencial médio (em) situados o primeiro a 0,24v e o segundo a 0,85v (1,0 m kcl vs ecs) atribuídos a fe(ii)/fe(iii) e fe(ii) (cn)5no / fe(iii)(cn)5no, respectivamente. o comportamento do eletrodo de pasta de grafite com fenp, por analogia ao estudo com azul da prússia(11), pode ser expresso pelas equações 1 e 2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 onde c : li+, na+, k+ os voltamogramas cíclicos de pasta de grafite com fenp obtido em diferentes velocidades de varredura são ilustrados pela figura 2. para ambos processos encontrou-se uma dependência linear entre a corrente do pico anódico com a velocidade de varredura, o que caracteriza um processo adsortivo.(2) o voltamograma cíclico de pasta de grafite modificado com fenp apresentou uma boa estabilidade eletroquímica. durante sucessivas ciclagens a corrente anódica e catódica permanecem constantes. o eletrodo modificado com fenp após 38 dias mergulhado no eletrólito (kcl 1,0m ) apresenta uma pequena diminuição da corrente anódica e catódica (~ 9%) . http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 efeito dos cátions e ânions conforme ilustra a figura 3, nos estudos realizados com diferentes cátions observou-se que, não só a intensidade de corrente como também o potencial médio dos pares redox dos dois processos (e1/2)1 e (e1/2)2 são sensíveis a natureza dos cátions, sendo que estes são deslocados para regiões mais anódicas na seguinte sequência: li+ >k+ >na+. os voltamogramas cíclicos de pasta de grafite modificado com fenp registrados em presença de diferentes ânions, indicou que os dois processos não são fortemente influenciados pela natureza do ânion (cl-, no3 -,so4 =). conforme a equação 1 o (em)1 depende não só da concentração mas também da afinidade que o cátion tem pelo fenp. assim a permeabilidade depende do tamanho do diâmetro do cátion hidratado e isto vai ter consequência no formato e reprodutibilidade dos voltamogramas cíclicos. portanto não só o tamanho da cavidade, mas também o raio do cátion hidratado presente em solução http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 é que deve governar a seletividade do processo redox. a tabela 1 reune o potencial médio dos respectivos raios dos cátions hidratados estudados. sabe-se que os compostos azul da prússia e análogos exibem estruturas que apresentam cavidade zeolítica, ou seja, canais que permitem a inserção de pequenas moléculas e íons e se comportam portanto como zeólitas. como o ion k+ apresenta um raio hidratado menor este poderá sair e entrar da cavidade com maior facilidade que o íon li+, isto porque o raio hidratado do ion li+ é maior que a cavidade zeolítica, estimada em 0,32 nm(3) , dificultando-se assim a difusão para dentro da cavidade zeolítica, não apresentando boa resposta eletroquímica. o tamanho das cavidades zeolíticas(10,14) é dependente dos diversos processos de síntese e natureza do composto. influência da concentração estudram-se as performaces voltamétricas de fenp (10% em modificador/ grafite) em diferentes concentrações de eletrólito suporte. a figura 4 ilustra os efeito das diferentes concentrações de kcl. para concentrações de kcl inferiores a 0,05 m não se observa corrente faradaica, conforme ilustra o voltamograma da figura 4c http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 percebe-se que os voltamogramas obtidos em diferentes concentrações do mesmo eletrólito suporte mostram um deslocamento do potencial anódico dos dois pares (ea)1 e (ea)2 para regiões mais anódicas na medida em que se aumenta a concentração do eletrólito. este dado revela a participação do ion k+ nos dois processos redox. assim como ilustrado na figura 5, os valores de em deslocam-se linearmente para potenciais mais positivos quando se varia a concentração de k+ de 0,05 a 2,5 m. para o eletrodo de pasta de grafite modificado com fenp a inclinação desta reta é de 66 mv por década de concentração de íons potássio indicando, um processo quase nernstiano. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 a resposta quase nernstiana verificada para concentração de k+ (figura 5), indica a participação de k+ no processo redox, segundo a equação 1. a dependência do potencial médio (em) com a concentração do eletrólito, pode ser explicada pelo equilíbrio existente entre o cátion e o fenp, o qual pode ser descrito pela equação 3(15) assumindo que o processo que ocorre seja aquele descrito pelas equações (1 e 2) e de acordo com nernst. de acordo com a eq (1) a concentração das espécies c2 {feii[feii(cn)5no]} diminue com o aumento da concentração do eletrólito suporte desde que a concentração do nitropussiato é mantida constante, então o potencial é deslocado para valores de potenciais mais positivos, como previsto pela equação 4. a constante de equílibrio k pode ser expressa como http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200017&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 rearranjando desde que as quantidades das espécie reduzidas e oxidadas no potencial médio são as mesmas a equação acima pode ser reescrita da seguinte maneira : onde assim para um processo de 1 eletron a eq 8 mostra que o em é dependente não só da concentração de c como também da afinidade que este cátion tem pelo fenp. pode-se concluir que a resposta eletroquímica de fenp, depende da característica do fenp, da constante de equilíbrio e da concentração do eletrólito. este comportamento é similar aquele encontrado na literatura(9,18,12) para alguns hexacianometalatos de transição. influência da concentração hidrogeniônica com a variação da concentração hidrogeniônica (ph 8,0 a 3,0), os dois processos redox (em)1 e (em)2 permanecem quase que inalterados, no entanto a partir de valores menores que ph 3,0 surge um novo processo com (em)3 =0,47 v por analogia ao azul da prússia(20) a existência deste novo pico é possivelmente devido, a presença de alta concentração de h+ a qual, governa a eletroatividade de uma ou mais formas de espécies intermediárias. conclusões o comportamento eletroquímico de fenp em pasta de grafite, apresentou dois pares redox distintos. o primeiro par redox apresenta sensibilidade não só a natureza dos cátions ( li+, na+, k+) como também a concentração. a natureza dos ânions não influencia no comportamento eletroquímico do fenp. a dependência linear entre a corrente e a velocidade de varredura sugere um processo adsortivo. a corrente anódica e catódica da pasta de grafite modificada com fenpdecai somente 9% após 38 dias. estas características aliadas a boa resposta voltamétrica, torna-o promissor para aplicação em eletrocatálise. estudos direcionados a eletrocatálise estão sendo realizados. agradecimentos os autores agradecem à fundação de apoio à pesquisa do estado de são paulo (fapesp) o apoio financeiro e ao prof. dr. antônio eduardo mauro pelas análises de espectroscopia na região do infravermelho. referências bibliográficas 1 ayers, j. b; waggoner, w.h. synthesis and properties of a series of pentacyanoferrates. j. inorg.nucl.chem, v.31, p.2045-2051, 1969. 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history: received: may 4, 2018 accepted: july 31, 2018 published: august 23, 2018 keywords: 1. advanced oxidative processes 2. photolysis 3. lactuca sativa 4. aedes aegypti 1. introduction recently, epidemics of dengue, chikungunya, yellow fever and zika caused by the vector aedes aegypti affected a large part of the brazilian population. from this, government campaigns and control measures were adopted, providing large quantities of malathion insecticide to the environment1-3. malathion is an organophosphate type c widely used in rural and urban areas to control of aphids, flies. it is formulated as household sprays and being sprayed in areas with high proliferation rate of aedes aegypti2, 4. it presents the advantage of not being persistent in the environment and does not bioaccumulate. however, it presents high toxicity in animals due to its action mechanism, which inhibits the enzyme acetylcholinesterase, forming a complex with the esterase center of the enzyme. this results in accumulation of the neurotransmitter acetylcholine, interrupting the breakage of this substance in choline and acetic acid, causing several symptoms, such as nervous hyperactivity59. aiming at the degradation of this pesticide as an alternative to make it less available in the environment, it is possible resort to simple and effective treatments, which includes advanced oxidative processes (aops). these processes are based on the generation of highly reactive and abstract: since 2008, brazil has been the largest consumer of agrochemicals in the world, using pesticides to combat pests and vectors, impacting both microbiota and human health. aiming at the degradation of the contaminants present in the environment, treatments by advanced oxidative processes are based on the synthesis of free radicals that allow the degradation of the pollutant. among these processes are included uv/h2o2. by evaluating the ecotoxicity and phytotoxicity of the commercial malathion® 500 ce product, using aedes aegypti larvae and lactuca sativa seed, the high toxicity of this formulation was observed. ec50 values for a. aegypti being equal to 0.4 μg l-1 and for l. sativa equal to 550 μg l-1. the commercial agrochemical degradation was carried out by uvc radiation and uv/h2o2, and the toxicity was evaluated after 30 and 120 min. after both treatments, the percentage of immobility was zero for a. aegypti, inferring the efficiency of the processes. however, for l. sativa, no treatment was able to remove or reduce initial toxicity. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 mailto:adrianefreitas@utfpr.edu.br https://orcid.org/0000-0003-4277-957x https://orcid.org/0000-0001-6522-1507 https://orcid.org/0000-0002-2659-8261 https://orcid.org/0000-0003-3121-3570 https://orcid.org/0000-0002-8341-1408 https://orcid.org/0000-0002-9237-8435 original article 45 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 oxidizing species such as hydroxyl radicals, it can be obtained in various forms, including heterogeneous and homogeneous systems, with or without radiation. the main objective is to generate at the end of the process species less toxic such as water and carbon dioxide10-12. recent works have shown the efficiency of aops, as photo-fenton process13, uvc/h2o2 14 and others15, in the degradation of malathion in aqueous solutions. however, for the degradation of malathion, it is possible to obtain several by-products of the oxidation reaction, including substances like phorate sulfoxide, diethyl phosphate, pharatoxon sulfone and malaoxon, the latter being very toxic, which inhibition power under the enzyme acetylcholinesterase is 40 times higher than the parent compound16, 17. like pesticides, their treatment products can also cause effects on the environment, which highlights the need for ecotoxicological assessments that can demonstrate and quantify possible adverse effects to organisms exposed to these substances18, 19. in this sense, the present work evaluated the acute ecotoxicity of malathion before and after degradation by uvc radiation and uv/h2o2 using lactuca sativa seeds and aedes aegypti larve as bioindicators. lettuce seed (lactuca sativa) was chosen as the indicator organism, using the observation of interferences in seed germination and root growth20-22. the species aedes aegypti was also chosen for toxicity and larvicide evaluation because it is the target organism of malathion23. 2. experimental for ecotoxicity evaluation, samples were collected at initial (0 min), intermediate (30 min), and final treatment times (120 min) in previously washed glass flasks. the ph was adjusted to 6∼7, and when necessary, bovine catalase (sigmaaldrich) was added for residual h2o2 removal. samples were analyzed immediately or, when this was not possible, they were kept frozen at −20 °c for a maximum of 20 days until the tests were performed. two tests were selected: aedes aegypti (acute toxicity) and lactuca sativa seeds (phytotoxicity). 2.1 ecotoxicological tests with aedes aegypti aedes aegypti tests were performed according to methodology described by the world health organization24. healthy eggs (rockfeller variety) were used, provided by the laboratory of physiology and control of arthropod vectors of the oswaldo cruz foundation – rj. egg hatching was performed in a 1 l becker containing 500 ml of mineral water with the addition of a small amount of fish feed. packing was carried out in a b.o.d. incubator, with photoperiod of 16 h clear and 8 h dark, maintained at a temperature of 28 °c. commercial product malathion® 500 ce were used for the test solutions preparation, which were diluted with ultrapure water. in all of them, there were three preliminary tests (data not show). the concentration in focus refers to that recommended by the manufacturer, which indicates the dilution of 30 ml of the pesticide in 10 l of water25. preliminary tests were performed in order to determine the concentration range necessary to determine the effective concentration at 50% of the organisms (ec50), being the range of 0.05; 0.1; 0.2; 0.4; 0.8 and 1 μg l-1 16. tests were performed in triplicate, the definitive ones and the treated samples were done in quadruplicate, in each replicate, containing 25 ml of solution and 20 organisms, whose life stage is between the 3rd and 4th larval stage, approximately 96 h of life. the assays were maintained in b.o.d. at 23 °c, without photoperiod, for 24 h. after that, the number of immobile organisms was counted, thus obtaining the percentage of immobility. 2.2 phytotoxicity with lactuca sativa in order to obtain the ec50, solutions of the commercial product malathion® 500 ce were prepared for the realization of the bioassay with l. sativa. preliminary tests were performed with concentrations ranging from 1 μg l-1 to 400 μg l-1, and the concentration range selected for the final test was 250, 350, 450, 550, 600 and 700 μg l-1, where adverse effects were observed. the seed germination/root elongation phytotoxicity assays were performed according to the methodology described by sobrero and ronco22 and young et al.26. tests were carried out in petri dishes lined with filter paper (unifil, weight 80 g m-2) and with 15 seeds each (cv. boston), containing 4 ml of sample dilution or negative/positive control, with osmosis water and commercial glyphosate 3% (dipil), respectively. the assay was done in triplicate. seeds were incubated at 22 ± 2 °c, in the dark, for 120 h. at the end of the test, the number of germinated seeds https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 original article 46 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 and the root elongation data were used to calculate the germination index (gi)20 and the relative growth index (rgi)26. the rgi values were divided into three categories according to the observed toxicity effects: (a) inhibition of the root elongation: 0 < rgi < 0.8; (b) no significant effects: 0.8 ≤ rgi ≤ 1.2; and (c) stimulation of the root elongation: rgi > 1.226. 2.3 statistical analysis statistical data evaluation was performed with the bioestat 5.3 software (bioestat software, belém, brazil). the effective concentrations 50% (ec50) were calculated using the probit method. when the ec50 was not reached by the tested effluent samples, toxicity was expressed as percentage of toxic effect. for l. sativa tests, data were subject to kolmogorov-smirnov normality test. as data were normally distributed, they were submitted to one-way analysis of variance (anova) and tukey test (p < 0.05). significance values are indicated as follows: *p < 0.05 and **p < 0.01. 2.4 treatment of malathion® 500 ce by uvc radiation and uv/h2o2 photolysis (uvc radiation) and uv/h2o2 treatments of the commercial product malathion® 500 ce were performed using the concentrations that gave rise to 50% of test organisms (ec50), which were 550 μg l-1 for l. sativa and 0.4 μg l-1 for a. aegypti. the experiments were conducted in a borosilicate bench photoreactor with 300 ml capacity, equipped with a water-cooled system and a magnetic stirrer. artificial radiation was provided by a high-pressure mercury vapor lamp (125 w, philips) placed in the solution through a quartz jacket. the initial concentration of h2o2 was 1000 mg l-1 and the residual hydrogen peroxide was determined by uv-vis spectroscopy, using method based on ammonium metavanadate27. 3. results and discussion 3.1 determination of ec50 of malathion® 500 ce to a. aegypti and l. sativa when it is intended to determine ec50 of one (or more than one) substance to organisms that have not been reported yet, preliminary tests are of great value to explore and determine it correctly. preliminary concentrations to a. aegypt were based on ec50 of malathion 500 ce to daphnia magna, which ranges between 0.36-3.8 ng l-1 28-30. after preliminary results, new limits of concentration were settled down and this new range of values (0.05; 0.1; 0.2; 0.4; 0.8 and 1 μg l1) allowed determine a reliable ec50 to a. aegypti larvae. in the definitive assays, ec50 value obtained was 0.4 μg l-1. from data obtained at definitive assay (250, 350, 450, 550, 600 and 700 μg l -1) with lactuca sativa, it was possible to calculate the ec50 (550 μg l-1). comparing both organisms, it is possible to recognize their sensibility difference. l.sativa is about one hundred times more resistant than a.aegypti. this result was already expected once a. aegypti is a target organism, but comparing with literature, species like d.magna are two times more sensible than the target larvae showing the importance to treat this compound before achieve aquatic ecosystems19. brazilian and american legislation indicates maximum permissible values of pesticides in drinking water, but malathion is not contemplated31, 32. in brazil, resolution nº. 357/2005 stipulates the maximum concentration range of organophosphates in water, which ranging from 0.1 µg l-1 (freshwater, saline and brackish class 1) to 100 µg l-1 (freshwater class 3). this means that the higher values would bring acute toxicity effects, according to the value of ec50 determined in this work33. preliminary tests are of great value when it is intended to determine the ec50 of organisms when exposed to one or more substances, therefore, preliminary tests with a. aegypti have been carried out using the ec50 value of known organisms, such as daphnia magna, which effective concentration varies between 0.36-3.8 ng l-1 for malathion 500 ce28-30. 3.2 ecotoxicity of malathion500 ce to a. aegypti and l. sativa after treatment by photolysis and uv/h2o2 it was observed in both treatments that there was no immobility for a. aegypti (table 1), inferring that the degradation of malathion 500 ce was efficient, losing its larvicidal property, besides that; the byproducts generated were not toxic to the organisms17. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 original article 47 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 table 1. evaluation of the ecotoxicity of malathion500 ce (0.4 μg l-1) using aedes aegypti before and after treatment with uvc radiation and uv/h2o2 negative control t0 uvc 30 min uvc 120 min uv/h2o2 30 min uv/h2o2 120 min average * 0 10 0 0 0 0 immobility (%) * 0 50 0 0 0 0 *three replicates with 20 organisms. comparing the results obtained before and after treatment, the toxicity of the commercial product reduced 100% when tested on a. aegypti, demonstrating that it is a viable alternative on the treatment of this organophosphate. this process has the advantage of no needing high pressures, temperatures, elevated times of exposure and the oxidizing agent (hydrogen peroxide) can be removed through catalase abatement34-36. the values of p (probability of significance) for anova followed by tukey's test, obtained from l. sativa bioassays (table 2), indicate that in all samples there was statistical significance and rgi (relative growth index) less than 0.80, it means that all treatments inhibited root growth. the germination index (gi) was greater than 90% in all samples, indicating that there was no inhibition of germination. table 2. evaluation of the phytotoxicity of malathion500 ce (550 μg l-1) using lactuca sativa seeds before and after treatment with uvc radiation and uv/h2o2 sample mean root length (cm) rgi gi% effect control 2.500.7a --100 ----- t0 1.250.1b** 0.5 97.8 i uvc 30 min 1.980.3c* 0.7 100 i uvc 120 min 1.620.1c** 0.6 100 i uv/h2o2 30 min 1.390.3d** 0.5 100 i uv/h2o2 120 min 1.920.5c* 0.7 100 i three replicates with 15 seeds. abbreviations: gi%, germination index; i, inhibition; rgi, relative growth index. mean values with different letters (a, b, c, d) are significantly different (tukey’s test, p < 0.05). *p < 0.05; **p < 0.01. it can be verified that the treatments showed an efficiency in reduction of effects on root growth of lettuce seedlings in comparison to pre-treatment sample (t0 = 550 μg l-1, with rgi = 0.50), since after uvc and uv/h2o2 processes all samples had rgi higher than 0.50. however, uvc 120 min photolysis likely generated toxic degradation byproducts for lettuce, once in 30 min of radiation exposure there was 21% of inhibition in root growth (rgi = 0.79), while at 120 min the percentage of inhibition growth increased to 36% (rgi = 0.64). even though there were no significant differences between them, this increase of the toxicity can be associated to the formation of inorganic anions such as sulfates and phosphates due to cleavage of the p-s bonds17, 18. for uv/h2o2, rootlets growth had high inhibition at 30 min of treatment (rgi = 0.55) and in 120 min was observed decrease of toxic effects (rgi = 0.76). it is possible that at the initial 30 min were formed intermediates by sulfur oxidation and generation of molecules from the combination of phosphorus, sulfur, carbon, hydrogen and oxygen, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 original article 48 eclética química journal, vol. 43, n. 2, 2018, 44-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.2.2018.p44-50 for example, phorate sulfoxide and phoratoxon sulfone17, 18. the influence of concentration of treated compound on processes efficiency is evident when comparing treatments carried out based on ecotoxicity of malathion to a. aegypti, since concentration used was ten times lower in relation to l. sativa and after both treatments no toxic effects were obtained, it shows that, despite the objective of the treatment was to degrade the pesticide and eliminate sources of toxicity, the concentration of treated compound may interfere in the efficiency of the process and even increase toxic effects17, 36. 4. conclusions as an insecticide, malathion® 500 ce was shown to be more toxic to aedes aegypti larva, evidenced by ec50, which is much lower than that obtained for l. sativa. as regards phytotoxicity, it was found that the l. sativa seed presented moderate resistance to the pesticide studied, with an ec50 value of 536.11 μg l-1, however; it was a low concentration, inferring that lower concentrations of malathion® 500 ce can cause damage to terrestrial plants. degradation of the commercial product in both treatments was efficient and the byproducts generated were not harmful to a. aegypti larvae. however, in the phytotoxicity assays, it was evidenced that there was inhibition of root growth. this compound is present in agriculture for biological control and in urban areas being used in the fight against vectors of several diseases like dengue requiring several ecotoxicological and toxicological studies of this insecticide. in the present work, it is possible to see that low concentrations can cause harmful effects to target and non-target organisms. 5. references [1] diretoria de vigilância epidemiológica, orientações para o uso de malathion emulsão aquosa ea 44% para o controle de aedes aegypti em aplicações espaciais a ultra baixo volume (ubv). estado de santa catarina, secretaria de estado da saúde, superintendência de vigilância em saúde. florianópolis, 2016. 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https://doi.org/10.1080/03601234.2015.965617 https://doi.org/10.1080/03601234.2015.965617 https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2015.11.023 https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2015.11.023 https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2015.11.023 https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2015.11.023 https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2015.11.023 https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2015.11.023 https://doi.org/10.2174/1385272821666170103162813 https://doi.org/10.2174/1385272821666170103162813 https://doi.org/10.2174/1385272821666170103162813 https://doi.org/10.2174/1385272821666170103162813 https://doi.org/10.2174/1385272821666170103162813 https://doi.org/10.2174/1385272821666170103162813 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1862 https://doi.org/10.1080/10643380500326564 https://doi.org/10.1080/10643380500326564 https://doi.org/10.1080/10643380500326564 https://doi.org/10.1080/10643380500326564 https://doi.org/10.1080/10643380500326564 https://doi.org/10.1080/10643380500326564 https://doi.org/10.1080/10643380500326564 eq-vol30n02 02.pmd 17 volume 30, número 2, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 determination of hydrochlorothiazide in pharmaceutical formulations by diffuse reflectance spectroscopy m. a. gotardo, l. pezza, h. r. pezza* instituto de química-unesp, p.o. box 355, cep 14801-970 araraquara, sp, brazil * e-mail address: hrpezza@iq.unesp.br abstract: this paper describes a method for quantitative spot test analysis of hydrochlorothiazide using diffuse reflectance spectroscopy. the reflectance measurements were performed analyzing the colored compound (l = 585 nm) produced from the reaction between hydrochlorothiazide and pdimethylaminocinnamaldehyde (pdac) in acid medium. this reaction occurred on filter paper after heating to 80ºc for 8 minutes. factorial designs allowed varying multiple reaction factors simultaneously in order to obtain the best reaction conditions. these factors included heating temperature, heating time, acid volume and pdac volume. the linearity was studied in the range of 3.36x10-2 to 1.01x10-1 mol l-1 with a correlation coefficient of 0.998. the limit of detection was estimated to be 1.32x10–2 mol l-1. commercial samples were analyzed using the proposed method and the results were favorably compared with those of the united states pharmacopeia method, showing that quantitative spot test analysis by diffuse reflectance could be successfully used to determine hydrochlorothiazide in medicines. keywords: diffuse reflectance spectroscopy; hydrochlorothiazide; spot test; pdimethylaminocinnamaldehyde. introduction hydrochlorothiazide (6-chloro-3,4-dihydro2h-1,2,4-benzothiadiazine-7-sulphonamide-1,2dioxide) is the prototype of the thiazide drugs. these drugs comprise an important class of diuretics. hydrochlorothiazide is indicated for the treatment of edemas associated with the heart (congestive heart failure), liver (hepatic cirrhosis) and kidneys (nephrotic syndrome, chronic renal failure, acute glomerolonephritis). it has also been used for all degrees of hypertension, being efficient as antihypertensive agents of the other classes [1]. hydrochlorothiazide has been used in monotherapy or in combination with other drugs such as captopril [2], losartan [3], cilazapril [4-5], benazepril [6-7], amiloride [8], fosinopril [9] and irbesartan [10]. the majority of analytical methods for the determination of hydrochlorothiazide are based on spectrophotometry [5-6, 8-13]. spectrophotometric methods based on direct uv absorbance measurements are subject to interference from coformulated drugs and/or tablet matrix [12], showing low selectivity since all unsaturated compounds display one or more bands in that region of the spectrum. therefore, many methods using derivative spectrophotometry have been developed with the purpose of obtaining greater selectivity than does normal spectrophotometry [5-6, 8-11]. nevertheless, uv derivative spectrophotometry involves complicated procedures making it limited to routine drug quality control. a uv spectrophotometric method for the determination of hydrochlorothiazide in tablets using multivariate analysis of data has been reported and considered 18 ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 simple and selective. however, this kind of analysis mostly depends on the knowledge of all components present in the sample that could affect the absorbance [8]. reversed-phase hplc with uv detection has also been described for the determination of hydrochlorothiazide [3-4, 7]. with the aim of reducing solvent consumption and making the hplc methods more selective, microbore columns have been used [7], but these columns are not always easily available. hplc coupled to chemiluminescence detection has also been used for the determination of hydrochlorothiazide in tablet formulations [2, 14]. in this case the detection has been based on the reaction of hydrochlorothiazide with cerium (iv) in sulphuric acid medium, sensitized by the fluorescent dye rhodamine 6g [2, 14]. too little attention has been given to diffuse reflectance spectroscopy as a quantitative technique as it was not possible to attain highly precise measurements from conventional spot tests [15]. however, the development of optical devices including optical fibers and reflectance spheres allowed quantification from spot tests with good precision and selectivity [16]. the diffuse reflectance spectroscopy using quantitative spot test analysis has been used for determination of ions [17-20]. with the aim of expanding the possibilities of this technique for the analysis of drugs, we developed an analytical method for the determination of hydrochlorothiazide in pharmaceutical formulations. the proposed method associates the advantages of diffuse reflectance spectroscopy (which overcomes interference problems derived from excipients present in the pharmaceutical formulations shown by uv spectrophotometric methods) and spot test analysis (which reduces solvent usage and shortens analysis time). these are important features for qualitycontrol analysis when a great number of samples need to be analyzed in a short time. the proposed method involved a spot test procedure based on the reaction of hydrochlorothiazide with pdimethylaminocinnamaldehyde (pdac) in acid medium, which occurred on filter paper at 80ºc for 8 minutes. it is assumed that in this reaction takes place the condensation of the protonated secondary amino group with carbonyl group of the reagent to produce imminium salt [21]. the factors involved in the spot test reaction included temperature, heating time and volumes of acid and reagent. these factors were evaluated and the optimum reaction conditions were chosen using factorial design. the results obtained from the present study demonstrated the feasibly of the quantitative spot test analysis using diffuse reflectance spectroscopy, making it an interesting alternative for routine quality control of hydrochlorothiazide in tablets. experimental materials, chemicals and solutions whatman 42 filter paper was used as the solid support. all reagents utilized were of analytical grade. the excipients used in the interference study were of pharmaceutical grade. the solvents used were acetone (p.a. grade) and methanol (hplc grade) from mallinckrodt, xalostoc, mexico. pdimethylaminocinnamaldehyde (p.a. grade, riedelde haën, germany) was used to prepare a 0.4% (w/ v) solution in methanol and it was kept refrigerated for no more than one week. hydrochloric acid (mallinckrodt, xalostoc, mexico) at 10% (w/v) in methanol was prepared by adequate dilution of concentrated acid (37%). hydrochlorothiazide standard was purchased from purifarma, brazil (purity > 99.99%). a 1.68x10-1 mol l-1 stock standard solution of hydrochlorothiazide in acetone was daily prepared. working standard solutions were prepared by appropriate dilution of the stock solution with acetone in order to construct an analytical curve from 3.36x10-2 to 1.01x10-1 mol l-1. pharmaceutical formulations the analyzed products were purchased locally and all were tested prior to the listed expiration date. six pharmaceutical formulations containing hydrochlorothiazide and other components were analyzed. all the commercial brands of pharmaceuticals studied were package labeled to contain 50 mg hydrochlorothiazide per tablet. apparatus the detection was performed by coupling a labsphere rsa-hp-8453 reflectance sphere integrator (76 mm, 5 w halogen source) to a hewlett packard hp 8453a diode array spectrophotometer. 19ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 procedure filter paper was cut into 2x2 cm squares. for the spot test reaction, the solutions were spotted onto whatman 42 filter paper. firstly, 20 ml of the analyte solution was added, then 20 ml of the acid solution and lastly, 20ml of the reagent solution. the solutions were spotted onto the center of the filter paper using a micropipette fixed in a holder according to procedure described by tubino et al. [19]. in the sequence, the filter paper was heated to 80ºc for 8 minutes in an oven with temperature control and then the reflectance measurements were carried out at 585 nm. the blank with 20 ml of the acetone, 20 ml of the acid solution and 20 ml of the reagent solution were spotted using the same procedure. experimental design and statistical analysis the entire factorial experiment was carried out in three steps. the objective of step 1 was to perform a screening of the factors that could potentially influence the reflectance response. so, fractional factorial design was used to “screen” the following factors: heating temperature, heating time and the volumes of the acid and the pdac. the fractional factorial design was set-up in two levels, with 3 replicates. the original values of each factor were coded (1 for the high level and -1 for the low level) to remove the measurement units and to facilitate the experimental design. table 1 shows the matrix of the experimental design generated from combinations of all factor levels. table 2. matrix of the full factorial design. table 1. matrix of the fractional factorial design. a 1 for 90ºc and -1 for 60ºc. b 1 for 10 min and -1 for 5 min. c 1 for 10 ml and -1 for 20 ml. 20 ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 based on the results of step 1, step 2 was carried out in order to evaluate the effect of the most significant factors on the reflectance response. the full factorial design comprised four levels of temperature and heating time, ranging from 60 to 90ºc and from 5 to 10 min, respectively. table 2 shows the matrix created from the full factorial design. all factorial designs were outlined using statistica 5.0 software (serial number sw7127999218g51). in step 3, the results obtained from experimental design relative to step 2 were fitted to a response surface to generate a global optimum reaction condition. the software (statistica 5.0) fitted the factors to a complete quadratic response surface and analyzed the fitted surface to determine which values of each of the factors tested would give an optimum reflectance response. interference study since the aim of this study was to determine hydrochlorothiazide in pharmaceuticals, the effects of the most commonly used excipients were carefully examined. the excipients studied were starch, talc, magnesium stearate, lactose, ethylcelulose and silicon dioxide. for this study, solutions containing hydrochlorothiazide and each of the excipients, taken separately, in concentrations equal or tentimes greater than that of hydrochlorothiazide were shaken with acetone in a magnetic mixer for 10 minutes, diluted and analyzed under the same conditions described before, in the procedure section. sample preparation twenty tablets of each commercial pharmaceutical brand to be studied were weighed and finely powdered. a portion of this powder, equivalent to c.a. 150 mg of hydrochlorothiazide was accurately weighed. the sample was shaken with acetone in a magnetic mixer for 10 minutes and filtered in whatman 41 filter paper. this solution was then diluted with acetone in a calibrated 10 ml flask and an aliquot of this solution was taken for the spot test reflectance analysis. figure 1. reflectance spectrum of the spot test reaction on filter paper from hydrochlorothiazide and pdac, in hcl medium. a r values were taken after heating to 80ºc for 8 minutes. the maximum value of a r was at 585 nm. hydrochlorothiazide concentrations: a) 1.01x10-1 mol l-1; b) 6.72x10–2 mol l-1; c) 3 .36x10 -2 mol l-1. 21ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 results and discussion pdac has demonstrated a wide usefulness as a chromogenic reagent for spectrophotometric analysis of several compounds such as urea, thiourea and their n-alkyl/aryl derivates [22], aceclofenac [23], sodium diclofenac [21], oxyphenbutazone [24], glafenine and metoclopramide [25]. pdac has also been used for microplate-based assay of paminohippuric acid [26] in plasma and urine samples, and for rapid testing of benzodiazepines [27] in pharmaceuticals. the use of a modified dimethylaminocinnamaldehyde has also been described for analysis of flavanols in wines [28]. the majority of the methods mentioned above involve a reaction in acid medium with heating to produce colored compounds (ranging from orange to red or pink). in our study a pink color appeared on the surface of the filter paper indicating the production of the compound. figure 1 shows the reflectance spectrum with maximum value of a r (optical density for reflectance measurement) at 585 nm. experimental design and statistical analysis step 1. fractional factorial design: screening the factors presuming that the spot test reaction can be affected by multiple factors involved in the reaction; we investigated the most favorable conditions for the reaction on filter paper in order to achieve maximum color development at 585 nm. fractional factorial designs allowed the simultaneous study of the effects that various factors might have on the spot test reaction. the factors evaluated were: heating temperature, heating time and the volumes of acid and reagent. the fractional factorial study revealed that the estimated effects obtained from temperature and time factors were greater than those from volumes of acid and pdac. thus, temperature and heating time were considered to be more important factors than acid and pdac volume since these two factors have greater influence on the color response in the spot test reaction. step 2. full factorial design: effects of temperature and heating time the study of the effects of the temperature and heating time on the spot test reaction was not easily executed since the paper does not resist high temperatures (near 90ºc) and signals of carbonization began to appear and a different reflectance spectrum was displayed, such that the matrix showed in tables 1 and 2 could not be fully carried out. the heating of the reaction on the filter paper at 90ºc could not be sustained for more than 5 minutes. so, the combinations that involved a temperature of 90ºc for 7, 8 and 10 minutes could not be performed. step 3. response surface response surface methodology (rsm) is a powerful experimental tool for optimizing multiple and interrelated parameters. implementing this method, experiments were conducted to find which values of the factors (referred to as independent variables) optimize the reflectance response (dependent variable). the values of the dependent variable (reflectance response) were measured for each independent variable (temperature and heating time) condition. once this was done, a quadratic response surface can be obtained. but, the optimum value for the reflectance response could not be predicted from the estimated surface since the model did not showed f-test significance. even so, the response surface obtained was useful to observe that the predicted optimum region was far away from the experimental region. moreover, the shape of the surface analyzed indicated the direction in which new experiments should be performed. therefore, due to experimental limitations (higher temperatures and longer times), the factorial design could not be extended to other areas of the surface. figure 2 shows the three-dimensional graph obtained from the experimental data and fitted to a response surface. analyzing the fitted surface, it is possible to see the points referring to the conditions chosen, which showed the highest reflectance values. as can be see in figure 2, the highest reflectance response of the spot test was reached by heating to 80ºc for 8 minutes. it is well known that the order of addition of the solutions in the spot test reaction can affect the uniformity of the spot test color over the entire surface and the color intensity [19-20, 29]. so, we were concerned about taking care with this detail and studied all possible combinations of addition of the solutions. it was noted that uniform and intense color spots were obtained when the solution of analyte was added first followed by the acid solution and lastly, the reagent solution. 22 ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 analytical characteristics the calibration curve was constructed from standard solutions of hydrochlorothiazide with concentrations of 3.36x10-2 to 1.01x 10-1 mol l-1. a linear relationship (r = 0.998) was obtained by plotting a r vs. log concentration of hydrochlorothiazide (mol l-1). a r values for the concentration range were fitted by the equation: a r = -0.13487 + 0.17488 x c, where c = log (103 [hydrochlorothiazide] / mol l-1). the factor 103 was used to adjust the calibration graph to log values higher than zero. the detection limit was estimated to be 1.32x10–2 mol l-1, according to the analytical curve data and using the criteria of the mathematical model given by miller and miller [30]. application of the proposed method the proposed method was applied to some commercial pharmaceuticals containing hydrochlorothiazide. the results obtained by the reflectance method showed good agreement with those of the pharmacopeial method, which is based on uv spectrophotometry [31] (table 3). for all formulations assayed, the results obtained by the pharmacopeial and proposed methods were compared by applying the f-test and t-test at 95% confidence level. in all cases, the calculated f and t values did not exceed the theoretical values, indicating that there is no significant difference between either method regarding precision and accuracy in determining hydrochlorothiazide in these pharmaceuticals. the average recoveries for the pharmaceutical formulations obtained by the proposed method ranged from 96.9-103.0%, whereas for the pharmacopeial method they ranged from 95.5-101.0%. figure 2. surface response obtained to establish the best conditions of temperature and heating time. 23ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 a all packages labeled to contain 50 mg hydrochlorothiazide/tablet. these contain many or all of the following excipients: starch, talc, magnesium stearate, lactose, ethylcelulose and silicon dioxide. b average ± standard deviation (sd), n = 3. c theoretical values of t and f at 95% confidence level. table 3. determination of hydrochlorothiazide in commercial pharmaceuticals. conclusions this method showed itself to be a reliable alternative to the other procedures existing for hydrochlorothiazide analysis in tablets. factorial designs showed that temperature and heating time were the most important factors that affect the spot test reaction and the optimal temperature and heating time conditions were established from a response surface. the best conditions for the colored spot test reaction were obtained from 20ml of hydrochlorothiazide, 20 ml of hydrochloric acid solution and 20 ml of pdac solution in this addition order, heated to 80ºc for 8 minutes. this method was successfully applied to the analysis of hydrochlorothiazide in six commercial brands of tablets. comparing with other reported methods for hydrochlorothiazide analysis in tablets, the proposed method has advantages concerning to simplicity, low-cost and rapidity, fulfilling the requirements for the routine quality control. acknowledgements we would like to thank capes, fapesp and cnpq foundations (brazil) for financial support. recebido em: 10/11/2004 aceito em: 11/12/2004 24 ecl. quím., são paulo, 30(2): 17-24, 2005 m.a. gotardo, l. pezza, h.r. pezza. determinação de hidroclorotiazida em formulações farmacêuticas por espectroscopia de reflectância difusa. resumo: este trabalho descreve um método por espectroscopia de reflectância difusa utilizando spot test quantitativo para a análise de hidroclorotiazida. as medidas de reflectância foram realizadas analisando-se o composto colorido (l = 585 nm) produzido a partir da reação entre hidroclorotiazida e pdimetilaminocinamaldeído (pdac) em meio ácido. esta reação ocorreu sobre papel de filtro após aquecimento a 80ºc por 8 minutos. planejamentos fatoriais permitiram variar simultaneamente múltiplos fatores envolvidos na reação visando obter as melhores condições da reação. tais fatores incluíram: temperatura e tempo de aquecimento, volume de ácido e volume de pdac. a linearidade foi estudada na faixa de 3,36x10-2 a 1,01x10-1 mol l-1 com um coeficiente de correlação de 0,998. o limite de detecção foi estimado em 1,32x10–2 mol l-1. amostras comerciais foram analisadas utilizando-se o método proposto e os resultados foram favoravelmente comparados àqueles obtidos pelo método da farmacopéia americana, mostrando que a análise por reflectância difusa utilizando reações de spot test pode ser empregada com sucesso para determinar hidroclorotiazida em medicamentos. palavras-chave: espectroscopia de reflectância difusa; hidroclorotiazida; spot test; pdimetilaminocinamaldeído. references [1] l. s. goodman, a. gilman, in the pharmacological basis of therapeutics, mcgraw-hill, new york, 10th ed., 1986, chap. 29. 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subtropicais10, incluíndo a região amazônica, onde é conhecida como "balsa" ou "pau de balsa'.2 sua principal importância está relacionada à utilização de sua madeira, principalmente, na manufatura de barcos e jangadas, devido à sua baixa densidade (0,12 g cm-1).20 o único relato de uso medicinal desta planta é em veterinária, onde uma infusão de sua casca é ministrada a vacas para auxiliar a expulsão da placenta após o parto.19 outra importante atividade biológica desta planta tem sido estudada e relaciona-se à ocorrência de grande número de insetos mortos em suas flores.14,15 estudos prévios do caule desta planta levaram ao isolamento e/ou identificação dos ácidos graxos palmítico e oléico, dos triacilglicerídeos derivados dos ácidos palmítico, esteárico, oléico, linoléico http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back e linolênico, dos esteróides b-sitosterol e estigmasterol, das cumarinas escopoletina e cleomiscosina a, das lignanas boehmenana, diferulato de secoisolaciresinoíla,16 boehmenana b-d e carolignana a-f.18 do néctar floral foram identificados os açúcares sacarose, frutose e glucose e 15 aminoácidos (lys, his, asp, asn, thr, ser, gly, glu, gln, ala, cys, val, met, ile, phe); do pólen foram identificados 18 aminoácidos (os 15 componentes do néctar, acima citados, e arg, pro e tyr).15 com relação à constituição química da casca, nenhum dado encontra-se registrado na literatura, sendo este o seu primeiro estudo. parte experimental os pontos de fusão foram determinados em aparelho kofler r winkel sottingen, modelo 17717 e foram corrigidos. os espectros no infravermelho, em pastilhas de kbr, foram registrados em um espectrômetro shimadzu ir408. os espectros de rmn de 1h (400 mhz) e de 13c (100,6 mhz) foram obtidos em um espectrômetro bruker drx 400, utilizando-se cdcl3 ou dmso como solventes e tms como referência interna. os espectros de massas foram obtidos em um espectrômetro v.g. analytical zab-if, operando a 70 ev, por impacto eletrônico. para as separações cromatográficas em coluna utilizou-se sílica gel 60 (70-230 mesh-astm, merck). para análises por cromatografia em camada delgada utilizou-se placas de silica gel camlabpolygram silk/uv254, com 0,25 mm de espessura e indicador de fluorescência uv254. material vegetal pedaços de tronco de ochroma lagopus swartz foram coletados no setor de dendrologia do departamento de engenharia florestal, no campus da universidade federal de viçosa-ufv em janeiro de 1993. a planta foi identificada no setor de dendrologia (exsicata no 2461) pelo professor antônio lelis pinheiro do departamento de engenharia florestal-ufv. extração e isolamento dos constituintes químicos as cascas foram removidas dos troncos de ochroma lagopus, secadas à temperatura ambiente e então pulverizadas. o pó obtido (1,4 kg) foi submetido a extração com hexano em aparelho tipo soxhlet por 72 h, resultando na obtenção de 13,5 g de um material oleoso e, então, com etanol, para obtenção de 21,0 g de um resíduo. o extrato hexânico foi fracionado em coluna de sílica gel utilizando-se uma mistura de polaridade crescente, de hexano e éter dietílico, que levou à obtenção de uma fração de 9,1 g (67%). esta fração é constituída de uma mistura de ácidos graxos e triacilglicerídeos, como indicado por seu espectro no infravermelho. o extrato etanólico foi submetido a fracionamento em coluna cromatográfica em sílica gel eluída com hexano:éter dietílico (5:2), éter dietílico, acetato de etila:metanol (7:1) e metanol. um total de 410 frações de 100 ml foram coletadas e combinadas em 17 grupos de acordo com suas similaridades em cromatografia de camada delgada (ccd). vários grupos foram recromatografados em coluna de sílica gel e, após purificação por recristalização, obteve-se 100 mg de uma mistura de b-sitosterol (1) e estigmasterol (2), 200 mg de uma mistura de daucosterol (3) e estigmasterol-3-ob-glicosídeo (4), 25 mg de manitol (5) e 70 mg de uma mistura de ácidos graxos. as estruturas destes compostos foram elucidadas pela análise dos espectros no infravermelho (iv), de ressonância magnética de hidrogênio (rmn de 1h) e de carbono 13 (rmn de 13c), hetcor e pelo ponto de fusão (pf). a estutura do manitol foi ainda confirmada pela análise de seu acetato por cromatografia em fase gasosa (cg). hidrólise dos glicosídeos uma mistura dos glicosídeos 3 e 4 (5 mg) foi hidrolisada com 1 ml de meoh : hcl 36% (1:1), a 100 oc por 15 minutos. o hidrolisado foi neutralizado com solução saturada de nahco3 e o solvente evaporado. extração com chcl3:h2o (1:1)9 proporcionou a obtenção da fase orgânica contendo a aglicona e a fase aquosa contendo o açúcar, que foram comparados por ccd e cg, respectivamente, com amostras padrões. análise dos açúcares por cg o açúcar proveniente da hidrólise dos glicosídeos foi reduzido a seu respectivo alditol e, posteriormente, acetilado para identificação por cg. o procedimento utilizado foi aquele descrito por englyst et al.,7 com pequenas modificações. redução do açúcar (obtenção do alditol): a 0,5 ml da fase aquosa resultante da hidrólise do glicosídeo adicionou-se nh4oh 12 m (100 ml) em um tubo com tampa rosqueada, até o meio tornar-se básico. em seguida, adicionou-se 100 ml de nabh4 (50 mg/ml de nh4oh 3m), uma gota de octan-2-ol e deixou-se o tubo a 40 oc em banho de água, por 1 hora. após a redução do açúcar, o excesso do nabh4 foi eliminado pela adição de ácido acético glacial (» 100 ml), até o meio tornar-se ácido. acetilação do alditol: à solução resultante da etapa 1 adicionou-se 0,5 ml de 1-metilimidazol, 5,0 ml de anidrido acético, deixando a solução em repouso à temperatura ambiente por 10 min. após este intervalo de tempo, adicionou-se 1 ml de etanol, seguido de agitação e repouso por 5 min, mantendo-se o tubo sempre fechado. em seguida, adicionou-se 4 ml de água. ao tubo, em banho de gelo, adicionou-se 4 ml de koh 7,5 m e, depois de alguns minutos, mais 4 ml de koh 7,5 m. finalmente, o tubo foi agitado por inversão para separação das duas fases. para melhor visualizar a separação das duas fases, foi adicionada uma gota de solução de azul de bromofenol 0,4% (em etanol). a fase orgânica foi então removida com auxílio de micro-pipeta e analisada por cg. uma mistura contendo os açúcares glicose, galactose, manose, xilose, arabinose e ramnose também foi preparada, utilizando-se o mesmo procedimento, para comparação com a amostra. condições cromatográficas: as análises dos açúcares na forma de seus alditóis-acetatos foram realizadas em um cromatógrafo a gás shimadzu gc 14-a, equipado com um detector de ionização de chama (fid) acoplado a um registrador e integrador chromatopac c-r6a da shimadzu. a coluna utilizada foi uma empacotada sp 2330 de 2,1 m x 2 mm (di). o fluxo do gás de arraste (n2) foi 20 ml/min. as temperaturas foram: do injetor, 250 oc, do detector, 250 oc e da coluna, 200 oc isotérmica durante 10 minutos e, então, programada na razão de 1 oc/min, até atingir a temperatura máxima de 220 oc, permanecendo isotérmica durante 10 min. análise dos ácidos graxos e triacilglicerídeos a mistura de ácidos graxos e de triacilglicerídeos foi analisada por cg por meio dos respectivos ésteres metílicos e o método de preparo destes derivados foi aquele descrito por jham et al.13 hidrólise: a 10 mg da amostra contida em um tubo de ensaio adicionou-se 1 ml de solução de koh em meoh (0,5 m) e aqueceu-se por 5 minutos a 100 oc; esterificação: à solução obtida adicionou-se 400 m l de hcl 36% : meoh (4:1, v/v) e aqueceu-se novamente a 100 oc, por 5 minutos; extração dos ésteres metílicos: ao tubo resfriado adicionou-se 2 ml de h2o e, em seguida, os derivados obtidos foram extraídos com hexano (2 x 3 ml). após a extração, a fase orgânica foi secada com mgso4 anidro, filtrada e concentrada em evaporador rotatório. o resíduo obtido após completa remoção do solvente foi redissolvido em 1 ml de hexano e analisado por cg. os ácidos graxos livres também foram analisados por meio de seus respectivos ésteres metílicos e o preparo destes derivados foi baseado no procedimento descrito por christie:5 5 mg da amostra contidos em um tubo de ensaio foram dissolvidos em 0,3 ml de bf3/meoh (14 % de bf3 em metanol, sigma). o tubo foi aquecido a 60°c por 10 minutos e, então, resfriado, para posterior extração dos ésteres metílicos com hexano (2 x 3 ml). a fase orgânica foi separada, lavada com solução saturada de nacl (2 x 5 ml), seca com na2so4 anidro e, finalmente, filtrada. a solução resultante foi concentrada à pressão reduzida, até completa remoção do solvente. os ésteres metílicos obtidos foram redissolvidos em 1,0 ml de hexano e analisados por cg. condições cromatográficas: as análises dos ácidos e ésteres graxos foram realizadas em um cromatógrafo a gás shimadzu gc 17-a, equipado com injetor automático aoc-17 e detector de ionização de chama (fid) acoplado a um registrador e integrador (microcomputador) c-r7a shimadzu. a coluna utilizada foi uma capilar lm 100 de 30 m x 0,32 mm (di). o fluxo do gás de arraste (n2) foi 1,1 ml/min. as temperaturas do injetor, do detector, e da coluna foram 240 oc, 280 oc e 225 oc, respectivamente. a razão de split foi de 1/10 e a purga de 5 ml/min. resultados e discussão mistura de ácidos graxos e triacilglicerídeos o espectro no infravermelho da fração (9,1 g) obtida do extrato hexânico da casca de o. lagopus, apresenta as principais absorções em 3500-2500 (n oh, de ácido), 2925 e 2850 (n -c-h), 1745 (n c=o, de éster), 1710 (n c=o, de ácido), 1470 e 1385 (ds c-h), 1170 (n c-o) e 720 cm-1 (ds [ch2]n, n > 4), indicando tratar-se de uma mistura de ácidos graxos e triacilglicerídeos. esta fração foi analisada por cg e revelou a presença de derivados dos ácidos palmítico (24%), esteárico (6%), oléico (32%) e linoléico (38%). as percentagens relativas apresentadas foram calculadas baseandose nas áreas dos picos, que foram identificados por comparação com os tempos de retenção dos padrões e por co-injeções. o cromatograma desta fração pode ser observado na figura 1. da fração do extrato etanólico, contendo 70 mg de ácidos graxos, foram identificados os ácidos palmítico (3,1%), esteárico (5,4%), oléico (0,8%), linoléico (0,5%), icosanóico (6,8%), henicosanóico (5,1%), docosanóico (26,9%), tricosanóico (17,9%) e tetracosanóico (24,0%), todos na forma de seus respectivos ésteres metílicos. conforme pode ser verificado no cromatograma da figura 2, além destes, dois outros ácidos, denominados a e b, com mais de 24 carbonos estão presentes nesta fração, nas proporções de 3,8 e 5,7 %, respectivamente. no entanto, eles não foram identificados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 mistura de b-sitosterol (1) e estigmasterol (2). pf 130-132 oc (etoh). a fração contendo uma mistura b-sitosterol (1) e estigmasterol (2), na proporção de 80:20, foi identificada pela análise de seus espectros no iv, de massas e de rmn de 1h e 13c, além da comparação com padrão autêntico, por ccd. a proporção de b-sitosterol e estigmasterol nesta mistura foi estimada pela análise do espectro de rmn de 1h. os dados de rmn de 1h e 13c revelaram-se muito semelhantes àqueles registrados na literatura.3,18,14 mistura de daucosterol (3) e estigmasterol-3-o-b-d-glicosídeo (4). pf 246248 oc dec. (thf), sólido branco amorfo. o espectro no iv da fração contendo 3 + 4 apresentou absorções de n o-h em 3.400 cm-1, n -c-h em 2.960, 2.930 e 2.850 cm-1 e n c-o em 1.080 e 1.030 cm-1, revelando a sua natureza alifática. o espectro de rmn de 1h apresentou um padrão de multiplicidades e deslocamentos químicos muito semelhante àquele apresentado por uma mistura de b-sitosterol (1) + estigmasterol (2) isolada previamente do caule de o. lagopus.14 além dos sinais de 1 e 2, este espectro mostrou também outros nove sinais, na região de d 2,89-4,90, característicos de açúcares. os sinais em d 4,87 (d, j = 4,74 hz), d 4,85 (d, j = 4,74 hz) e d 4,84 (d, j = 4,89 hz) foram atribuídos a oh-2’, oh-3’ e oh-4’, baseado nas suas multiplicidades e no desaparecimento destes sinais quando o espectro foi obtido na presença de d2o; o sinal em d 4,41 (t, j=5,80 hz) foi atribuído a oh-6’; o sinal em d 4,22 (d, j=7,77 hz), atribuído a h1’ e o sinal em d 3,64 (ddd, j1=1,60; j2 = 5,80 e j3 = 10,49 hz), atribuído a h6’a. os demais sinais correspondentes ao açúcar apresentaram-se mais complexos e, em alguns casos, sobrepostos, dificultando as suas atribuições e a determinação de suas multiplicidades. o sinal de h6’b aparece em d @ 3,46 (m) parcialmente sobreposto pelo sinal de h3 de b-sitosterol + estigmasterol, que aparece em d @ 3,42. os sinais de h3’, h4’ e h5’ aparecem como multipletos na região de d 3,15-2,98 e o sinal de h2’ aparece como um multipleto em d 2,90. os demais sinais que aparecem neste espectro correspondem aos hidrogênios de b-sitosterol + estigmasterol e aqueles que puderam ser atribuídos foram h6 (d 5,33, d, j = 4,8 hz, sit. + est.), h22 (d 5,16, dd, j1 = 8,60 e j2 = 15,00 hz, est.), h23 (d 5,03, dd, j1 = 8,60 e j2 = 15,00 hz, est.) e h3 (d 3,40-3,50, m, sit.+ est.). uma comparação dos dados de rmn de 1h do açúcar, presente nesta mistura de glicosídeos, com valores da literatura1,9 foi realizada e os valores foram estreitamente relacionados àqueles da glicose. para confirmar a estrutura da glicose, a mistura foi hidrolisada e o açúcar obtido na fase aquosa foi reduzido e acetilado para comparação com um padrão, através de análise por cg. esta análise confirmou ser, de fato, a glicose o açúcar presente nos glicosídeos. o valor da constante de acoplamento entre h1’ e h2’ (j1,2=7,77 hz) permitiu concluir que se tratava da b-glicose, pois, no caso da a-glicose esta constante de acoplamento seria na faixa de 1-4 hz. o valor observado mostrou-se de acordo com aquele previsto para a b-glicose, que é na faixa de 6-8 hz.1 o espectro de rmn de 13c confirmou a presença de seis correspondentes à glicose, além daqueles de b-sitosterol + estigmasterol. os deslocamentos químicos destes sinais apresentaram-se de acordo com valores da literatura.11 o ponto de fusão (246-248oc, dec.) apresentou-se ligeiramente inferior ao valor da literatura4 para daucosterol (3), uma vez que este corresponde à aproximadamente 80 % desta mistura. manitol +(5). pf 165-166 oc (meoh/h2o); hexaacetato do manitol pf 121122 oc (etoac). o espectro no iv apresentou absorções intensas de n o-h em 3400 e 3300 cm-1, indicando que se tratava de um composto poliidroxilado e outras absorções de n -c-h em 2900 cm-1 e de n c-o em 1100 e 1050 cm-1. o espectro de rmn de 1h (figura 3) apresentou três sinais bem distintos na região de d 4,1 a 4,4 e outros quatro sinais na região de d 3,3 a 3,7, cada um correspondente a um hidrogênio. o espectro de rmn de 13c apresentou apenas três sinais em d 71,2; 69, 6 e 63,7. o espectro hetcor permitiu atribuir os sinais em d 4,39 (d, j=5,4 hz), 4,32 (t, j=5,7 hz) e 4,12 (d, j=7,0 hz) a três hidroxilas (oh-2, oh-1 e oh-3, respectivamente), uma vez que estes não apresentaram qualquer correlação com os sinais de carbono presentes neste espectro. além disso, este espectro também permitiu atribuir os sinais de carbono em d 63,7 a um ch2 e os sinais em d 69, 6 e 71,2 a dois ch. estes dados sugeriram que se tratava de um alditol simétrico de seis carbonos. os dois hidrogênios associados ao carbono em d 63,7 foram atribuídos a h1 e h1’, e os seus sinais aparecem em d 3,61 (ddd, j1=3,4; j2=5,7 e j3=10,7 hz) e d 3,37 (m), respectivamente. os sinais dos outros dois hidrogênios, h2 e h3, aparecem em d 3,45 (m) e d 3,54 (ddd). no entanto, somente pelos espectros no iv, de rmn de 1h e de 13c não foi possível afirmar a estereoquímica correta do alditol e, portanto, identificá-lo. por comparação dos pf deste alditol (165-166oc) e de seu hexaacetato (121-122oc) com valores da literatura19 para os alditóis mais comumente encontrados em plantas ficou evidente que se tratava do manitol (5). a estrutura do http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 manitol ainda foi confirmada por cg, por meio de seu hexaacetato, por comparação com uma amostra padrão. conclusão os compostos isolados da casca de o. lagopus são comumente encontrados em plantas e, portanto, não possuem grande significado quimiotaxonômico. no entanto, é interessante ressaltar que nenhuma cumarina e ou lignana presente no caule desta planta, foi encontrada na casca. nenhum dos principais constituintes (alcalóides, flavonóides, ácidos graxos com anel ciclopropeno e derivados do naftaleno) isolados de várias outras espécies desta família17 foi também encontrado em ochroma lagopus. agradecimentos: os autores expressam seus agradecimentos ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), pela concessão das bolsas de pós-graduação (vfp) e de pesquisas (lcab e dpv) e também à coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes) e fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig) pelo suporte financeiro. paula, v.f. de et al. chemical constituents of the bark from ochroma lagopus swartz (bombacaceae). ecl. quím. (são paulo), v.23, p.45-57, 1998. abstract: phytochemical investigation of the bark from ochroma lagopus swartz led to the isolation and or identification of a mixture of fatty acids and triacylglycerides, sitosterol (1), stigmasterol (2), daucosterol (3), stigmasterol-3-o-b-d-glycoside and mannitol (5). keywords: bombacaceae; ochroma lagopus; fatty acids; steroids; mannitol; steroidal glycosides. referências bibliográficas 1 agrawal, p.k. nmr spectroscopy in the structural elucidation of oligosaccharides and glycosides. phytochemistry, v.31, n.10, p.3307-30, 1992. 2 beck, e. & hopf, h. branched-chain sugars and sugars alcohols. methods plant biochem., v.2, p.235-8, 1990. 3 breitmaier, e. structure elucidation by nmr in organic chemistry. new york: chapman & hall, 1993. 265p. 4 buckingham, j. dictionary of natural products. 1.ed. v.5. london: chapman & hall, 1994. p.5258. 5 christie, w. w. lipid analysis, 2.ed. oxford: pergamon press, 1987. 207p. 6 correa, m. p. dicionário de plantas úteis do brasil e das exóticas cultivadas. v.5. rio de janeiro: imprensa nacional, 1984. 687p. 7 englyst, h. n., cummings, j. h. simplified method for the measurement of total non-starch polysaccharides by gas-liquid chromatography of constituent sugars as alditol acetates. analyst, v.109, p.937-42, 1984. 8 goulart, m.o.f., sant'ana, a.e.g., lima, r.a., cavalcante, s.h., carvalho, m.g., braz-filho, r. fitoconstituintes químicos isolados de jatropha elliptica. atribuição dos deslocamentos químicos dos átomos de carbono e hidrogênio dos diterpenos jatrofolonas a e b. quím. nova, v.16, n.2, p.95-100, 1993. 9 hobley, p. & howarth, o. w. ring 1h and 13c nmr shifts in aldopyranose and aldofuranose monosaccharides: conformational analysis and solvent dependence. j. chem. soc. perkin trans.1. submetido. 10 hueck, k. as florestas da américa do sul. são paulo: editora polígono, 1972. p. 131. 11 iribarren, a. m., pomilio, a. b. components of bauhinia candicans. j. nat. prod., v.46, n.5, p.752-3, 1983. 12 _______. sitosterol 3-o-a-d-xyluronofuranoside from bauhinia candicans. phytochemistry, v.26, n.3, p.857-6, 1987. 13 jham, g. n., telles, f. f. f., campos, l. g. use of aqueous hcl/meoh as esterification reagent for analysis of fatty acids derived from soybean lipids. j. amer. org. chem. soc., v.59, n.3, p.132-3, 1982. 14 paula, v. f. estudo químico e da interação inseto-planta em ochroma lagopus swartz. viçosa, 1995. 134p. tese (mestrado) departamento de química, universidade federal de viçosa. 15 paula, v. f., barbosa, l. c. a., demuner, a. j., campos, l. a. o., pinheiro, a. l. entomotoxity of the nectar from ochroma lagopus swartz (bombacaceae). ciência e cultura, v.49, n. 4, p. 274-7, 1997. 16 paula, v. f., barbosa, l. c. a., demuner, a. j., howarth, o. w., piló-veloso, d. constituintes químicos de ochroma lagopus swartz. quim. nova v.19, n.3, p.225-29, 1996. 17 paula, v. f., barbosa, l. c. a., demuner, a. j., piló-veloso, d. a química da família bombacaceae. quim. nova, 1997. no prelo. 18 paula, v. f., barbosa, l. c. a., howarth, o. w., demuner, a. j., cass, q. b., vieira, i. j. c. lignans from ochroma lagopus swartz. tetrahedron v.51, n.45, p.12453-62, 1995. 19 perez-arbelaez, e. plantas utiles de colombia, 3.ed. bogota: camacho roldan, 1956. 831p. 20 schery, r. w. plantas utiles al hombre, 1.ed. madrid: salvat editores, 1956. 756p. recebido em 29.10.1997. aceito em 31.10.1997. * parte da tese de doutoramento apresentada pelo primeiro autor ao departamento de química da ufmg. ** departamento de química icex universidade federal de minas gerais 31270-901 belo horizonte mg *** laboratório de análise e síntese de agroquímicos (lasa) departamento de química universidade federal de viçosa 36571-000 viçosa mg **** department of chemistry university of warwick coventry cv4 7al england uk. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100004  a09v28n2.pdf 69 volume 28 (2003) número 2 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(2): 69-76, 2003 preparation and electrochemical characterization of pt nanoparticles dispersed on niobium oxide r. l. s. mello1, f. i. mattos-costa1, h. de las m. villullas1, l. o. de s. bulhões1 1departamento de química – ufscar – cmdmc-liec – cep 13565-905 – são carlos – sp brasil (endnotes) abstract: electrodes consisting of pt nanoparticles dispersed on thin films of niobium oxide were prepared onto titanium substrates by a sol-gel method. the physical characterization of these electrodes was carried out by x-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray analysis. the mean size of the pt particles was found to be 10.7 nm. the general aspects of the electrochemical behavior were studied by cyclic voltammetry in 1 mol l-1 hclo 4 aqueous solution. the response of these electrodes in relation to the oxidation of formaldehyde and methanol in acidic media was also studied. keywords: pt nanoparticles, sol-gel, electrocatalysis, niobium oxide. introduction a significant amount of research efforts is nowadays dedicated to the search for new electrode materials aiming to improve the efficiency of a number of electrochemical processes of practical interest. however, for many important electrochemical reactions, such as those related to clean energy generation like hydrogen oxidation, oxygen reduction and the oxidation of small organic molecules, pt is the best catalyst and, therefore, pt or pt based alloys are used [1]. pt based catalysts, obtained by alloying pt with a second metal, such as ru [2-6], sn [6,7], w [7], mo [7,8], or os [9] (usually referred to as a co-catalyst) often show a better electrocatalytic activity toward the oxidation of co and some small organic molecules than pure pt [10]. since pt and most of co-catalysts are quite expensive, considerable attention has been given to their efficient use. the preparation of monoand bimetallic nanoparticles has gained increasing attention in scientific and technological research throughout the last several years. different methods for the preparation of high surface area electrocatalysts have been developed [11-13]. nanoparticles of pt and binary pt alloys have been dispersed on a wide variety of substrates such as carbon powders [14,15], nafion membranes [16,17], polymers [18,19], polymer-oxide nanocomposites [20], three-dimensional organic matrixes [21] and oxide matrixes [22-26]. dispersion of pt particles into an oxide matrix can lead, depending mainly on the oxide nature, to a pt-oxide system that shows better behavior than pure pt [23-25, 26]. on the other hand, if the oxide is not involved in the electrochemical reactions taking place onto the pt sites, it might just provide a convenient matrix to produce a high surface area catalyst. the sol-gel method is an interesting alternative route for the preparation of materials in form of coatings, nanoscale powders and porous systems. it requires inexpensive equipment and, in the case of coatings, it allows to work with rather em homenagem ao prof. dr. ernesto r. gonzalez 70 ecl. quím., são paulo, 28(2): 77-86, 2003 large surfaces in a controlled and homogeneous manner. several excellent reviews about the solgel method can be found in the recent literature [2729]. reviews on the sol-gel preparation of nb 2 o 5 coatings are also available in the literature [30]. very recently, sol-gel derived methods have also been used to prepare nanoparticulate thin films of ir and pt [31,32]. in this work, the preparation and characterization of niobium oxide supported pt nanoparticles obtained by a sol-gel method are reported. the general features of the electrochemical behavior and some aspects of the catalytic properties toward the electro-oxidation of formaldehyde and methanol are also presented. experimental thin films of niobium oxide modified with dispersed pt nanoparticles were prepared by a solgel method, as schematically shown in fig. 1. figure 1. schematic representation of the process of preparation of the electrodes. the sols were prepared by dissolving the precursors (h 2 ptcl 6 .6h 2 o aldrich and nh 4 h 2 [nbo(c 2 o 4 ) 3 ].3h 2 o cbmm, brazil) in isopropanol with later addition of acetic acid to promote the formation of the polymeric chains and water to produce the hydrolysis reactions. the sols, prepared with a nominal composition (in atoms) nb:pt 60:40, were then submitted to an ultrasonic treatment to ensure complete dissolution of the precursors and stabilization. the titanium sheets that were used as substrates were sand blasted to increase their roughness in order to enhance the adherence of oxide films. before applying the solgel coating, the ti substrates were washed in a hot solution of oxalic acid, rinsed with pure water and dried. pt-modified ti/nb 2 o 5 electrodes were 71ecl. quím., são paulo, 28(2): 77-86, 2003 obtained by a painting procedure followed by evaporation of the solvents in a flux of hot air. each dried layer was subsequently heated in a furnace at 400oc for 5 minutes. the painting procedure was repeated several times until a mass corresponding to a nominal thickness of ~2 mm was reached. a final heat treatment, aiming to promote stabilization and densification of the films and to remove unreacted organic residues, was carried out in a furnace at 400oc during 2 hours. the phases present in the sol-gel prepared electrodes were identified by x-ray diffraction. the incident wavelength was 1.5406 å (k±cu). all the electrochemical experiments were carried out in a conventional electrochemical cell, with a pt foil counter-electrode and a reversible hydrogen reference electrode in the same solution. the working electrodes had geometric areas of 1 cm2. cyclic voltammetry experiments carried out to determine the general behavior of the ti/nb 2 o 5 pt electrodes were done in 1 mol l-1 hclo 4 (merck) solution, at room temperature (25 ± 1oc). measurements to investigate the catalytic activity toward the oxidation of formaldehyde and methanol were done in 0.5 mol l-1 solutions of the organic compound (mallinckrodt) in 1 mol l1 hclo 4 solution (merck). pure nitrogen was bubbled through the solution prior the electrochemical experiments. aiming to facilitate the evaluation of the performance of the pt modified ti/nb 2 o 5 electrodes toward the oxidation of formaldehyde and methanol, thin layers of nanoparticulated platinum were prepared onto ti from the adequate sols and following the same procedure, and used for comparison. results and discussion physical characterization the x-ray diffraction pattern obtained for the sol-gel prepared pt modified ti/nb 2 o 5 electrodes is shown in fig. 2. the diffraction peaks at 2q values of approximately 53, 63, 71, 76 and 77o are associated to the ti base. the presence of metallic platinum is revealed by the characteristic peaks of the [200] and [220] planes at 2q values of approximately 47 and 67o (powder diffraction files, card 04-0802). the fact that no peaks related to nb compounds are observed serves as indication of the formation of an nb 5 o 2 amorphous phase, as observed for niobium oxide layers treated at 400oc [33-35]. since the 100% intensity diffraction peak of ti (2q = 40.1o) is too close to the main diffraction peak of the metallic platinum ([111] planes at 2q = 39.8o), the peak 2q = 46.2o ([200] planes, 53% relative intensity) was used to calculate the average size of the pt nanoparticles, using scherrer’s. equation [36]. the average particle size was found to be 10.7 nm. examination of surface morphology was carried out by scanning electron microscopy (sem). figure 3 shows the microphotographs obtained with two different magnifications. it is clearly seen that the surface of the sol-gel prepared ti/nb 2 o 5 -pt electrodes is quite rough and relatively compact. at low magnification, the general aspect of the surface differs from the so-called “cracked mud” morphology observed for ruo 2 -nb 2 o 5 and iro 2 nb 2 o 5 [ 37,38]. as it can be seen in fig. 3a, some regions appear to be more compact while others present small cracks. the composition nb 2 o 5 -pt layer was qualitatively determined by energy dispersive xray analysis (edx), by integration of the dispersion peaks in the energy region of 0.1 – 10.3 kev. in a general manner, the values obtained for the pt content were around 50%, a value higher than the 40% pt of nominal composition. figure 2. x-ray diffraction pattern for the ti/nb 2 o 5 -pt electrode of nominal composition nb:pt 60:40. 72 ecl. quím., são paulo, 28(2): 77-86, 2003 electrochemical characterization the ti/nb 2 o 5 -pt electrodes were initially characterized by cyclic voltammetry at 50 mv s-1, in a 1 mol l-1 hclo 4 acid solution, between 0.4 and 1.4v, as usually done for many oxide systems, particularly for those of dsaò type [39]. as shown in figure 4, the voltammetric curves change significantly during continuous cycling. the oxidation-reduction peaks characteristic of pt are initially poorly defined but, as the number of successive cycles within this potential region increases, these peaks become better defined and the voltammetric curves reached a steady-state. despite the variation in the general shape of the voltammetric curve during the prolonged cycling, the anodic and cathodic charges were equal and remained constant. figure 5 shows the voltammetric curves obtained for the ti/nb 2 o 5 -pt electrode when the negative potential limit was set at 0 v, compared with the curve of a nanoparticulated sol-gel derived pt electrode, under the same conditions. as it can be seen in the figure, there are significant differences in the overall shape of the currentpotential curves caused by the presence of the nb 2 o 5 matrix. in the region of most negative potentials, ca below 0.1 v, the adsorption of hydrogen on the pt nanoparticles overlaps with another reduction process that probably involves the reduction of nb(v) to nb(iv) taking place at the oxide/solution interface simultaneously with the intercalation of h+ ions into the nb 2 o 5 lattice [40]. other differences are also observed in the potential region between ca. 0.4 and 0.6 v and, in the positive potential scan, above 0.9 v. figure 3. sem microphotographs for the ti/nb 2 o 5 -pt electrode a) x 500 b) x 5000 figure 4. voltammetric curves for the ti/nb 2 o 5 -pt electrode in 1mol l-1 hclo 4 acid taken between 0.4 and 1.4 v at 50 mvs-1. number of cycles is indicated in the figure. figure 5. voltammetric curves obtained between 0 and 1.4 v at 50 mv s-1 in 1 mol l-1 hclo4. ( ¾ ) ti/nb2o5-pt electrode; () nanoparticulated pt electrode. 73ecl. quím., são paulo, 28(2): 77-86, 2003 electrocatalytic properties in order to evaluate the electrocatalytic activity of the ti/nb 2 o 5 -pt electrodes toward the oxidation of formaldehyde and methanol, cyclic voltammetry measurements were done in solutions containing 0.1 and 0.5 mol l-1 of the organic compound in 1 mol l-1 hclo 4 solution. for these measurements the negative potential limit was kept at 0.2 v in order to avoid the potential region of intercalation of h+ ions into the nb 2 o 5 lattice (see fig. 5). in some experiments a constant potential (e ads ) at which the organic compound adsorbed on the surface was applied during a time (t ads ) before each potential scan was registered. the quantity of species adsorbed on the surface was thus varied by applying a constant potential e ads (in the region of 0.2 0.3 v) during different adsoption times (10 < t ads < 360 s). figure 6 shows the effect of the adsorption time at e ads = figure 6. effect of the adsoption time at 0.2 v on the voltammetric curves of ti/nb 2 o 5 -pt electrode in 1 mol l-1 hclo 4 solution containing 0.1 mol l-1 formaldehyde (a) and 0.1 mol l-1 methanol. adsorption times are indicated in the figure. v = 10 mv s-1. the inserted figures show the oxidation charges plotted against the adsorption time. figure 7. comparison of the voltammetric curves of ti/nb 2 o 5 -pt and nanoparticulated pt electrodes in solution of 1 mol l-1 hclo 4 containing a) 0.1 mol l-1 formaldehyde; b) 0.5 mol l-1 methanol. v = 10 mv s-1. 0.2 v on the current-potential profiles obtained at 10 mvs-1 in the 0.2 0.9v potential range in a solution containing 0.1 mol l-1 formaldehyde (fig. 6a) and in 0.1 mol l-1 methanol (fig.6b). anodic currents are observed in the negative scan and, in both cases, the oxidation charge increases with t ads . the dependences of the total charges of oxidation (q ox ) on the adsorption time are presented in the graphs inserted in figs. 6a and 6b, showing that the amount of species adsorbed increases with t ads and tends toward a saturation value. when the same type of experiment was carried out in 0.5 mol l-1 solutions of the organic compound, the curves were almost independent of the time of adsorption, indicating the saturation of the surface sites with the adsorbed species. aiming to facilate comparison with the behavior of pure pt electrodes, the same kind of experiments were performed on high surface (nanoparticulated) pt 74 ecl. quím., são paulo, 28(2): 77-86, 2003 electrodes that were prepared by a similar solgel procedure. as a whole, the behavior of the ti/nb 2 o 5 -pt electrodes was found to be similar to that of pt what suggests that the electrooxidation reactions take place on the pt nanoparticles dispersed on the nb 2 o 5 matrix involving basically the same reaction mechanisms than on pure pt. figure 7 shows a comparison of the voltammetric curves for the oxidation of formaldehyde and methanol obtained with the ti/ nb 2 o 5 -pt electrode and with the nanoparticulated pure pt electrode. it should be stressed that different current scales were used because the electrodes compared have significantly different effective areas. as it can be seen in the figure, the overall shape of the electro-oxidation curves are almost identical. it is important to observe, however, that the voltammetric curves of the ti/ nb 2 o 5 -pt electrodes are shifted toward more negative potentials. this depolarization effect indicates that the presence of the nb 2 o 5 matrix improves, even though in a rather small amount, the electrocatalytic properties. in general terms, the literature shows that the improvement in the electrocatalytic activity of pt produced by the presence of a cocatalyst has been always interpreted as related to the removal of the adsorbed co that blocks the pt active sites and, although some controversy exists in relation to the mechanism through which the oxidation of the adsorbed co is promoted, a facilitated adsorption of the oh species on the co-catalyst and the participation of oxygenated co-catalyst species have been proposed [41]. even in the case of pt-ru bimetallic alloys, currently considered the best materials for the oxidation of methanol, it has been recently suggested that bulk quantities of electron-proton conducting ruoxhy would produce a significantly better electrocatalytic activity [42,43]. moreover, results obtained recently in our laboratory show that, in fact, pt nanoparticles dispersed in a ruo 2 matrix exhibit a quite significant electrocatalytic activity for methanol oxidation [44]. figs. 7a and 7b show that the differences between the onset potentials of the electrooxidation reactions on the ti/nb 2 o 5 -pt and pure nanoparticulated pt electrodes are rather small to consider advantageous the utilization of the ti/nb 2 o 5 -pt system for practical applications. however, a depolarization effect is, indeed, observed for the oxidations of formaldehyde and methanol. even though, at this point, it is difficult to speculate on the possible ways through which the niobium oxide matrix may contribute to remove the strongly adsorbed co from the electroactive sites it is clear that the niobium pentoxide matrix that surrounds the pt nanoparticles plays a role in the electro-oxidation reactions. conclusions it was possible to prepare pt nanoparticles dispersed on thin films of niobium oxide grown on ti substrates by a sol-gel method. the ti/nb 2 o 5 -pt prepared from sols of nominal composition nb:pt 60:40 (in atoms) exhibited a rough surface and a rather high surface area. the average size of the nanoparticles was determined from xrd and found to be 10.7 nm. the studies carried out by cyclic voltammetry in acid media show that the ti/nb 2 o 5 -pt electrodes are stable during prolonged cycling. the voltammetric curves exhibit the characteristic peaks of the oxidation-reduction processes of pt and at more negative potentials the adsorption-desorption of hydrogen overlapping in the cathodic scan with a reduction process that can be associated to the simultaneous reduction of nb (v) and incorporation of protons into the oxide lattice. the electrocatalytic activity of these electrodes toward the oxidation of formaldehyde and methanol was found to be very similar to that of nanoparticulated pure platinum electrodes. a slight improvement in the electrocatalytic response was found indicating the participation of nb 2 o 5 . acknowledgments thanks are due to the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp) and to the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) for financial support. r. l. s. mello, f. i. mattos-costa and h. m. villullas thank cnpq for the fellowships granted. 75ecl. quím., são paulo, 28(2): 77-86, 2003 r.l.s. mello, f.i. mattos-costa, h.m. villullas, l.o.s. bulhões. preparação e caracterização eletroquímica de nanoparticulas de pt dispersas em óxido de nióbio. resumo: eletrodos contendo nanopartículas de pt dispersas em filmes finos de óxido de nióbio foram preparados sobre substratos de titânio pelo método sol-gel. a caracterização física dos eletrodos foi realizada através das técnicas de difração de raios x, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de dispersão de raios x. o valor obtido para o tamanho médio das nanopartículas foi 10,7 nm. os aspectos gerais do comportamento eletroquímico foram estudados em soluções aquosas de hclo 4 1 mol l-1. a resposta dos eletrodos de ti/nb 2 o 5 pt em relação à oxidação de formaldeído e metanol em meio ácido também foi investigada. palavras-chave: nanopartículas de pt, sol-gel, eletrocatálise, óxido de nióbio. references [1] f. carrette, u. stimmimg. fuel cells fundamentals and applications. fuel cells, 1 (2001) 5. 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supporting electrolyte, and a pyridine concentration varying from 0.01 to 4.6 mmol dm-3, were used. the experimental data was analysed by using equivcrt software, which utilises non-linear least squares routines, attributing to the solid electrode / solution interface behaviour described by an equivalent circuit with a resistance in series with a constant phase element. the results of this fitting procedure were analysed by the dependence on the electrode potential on two parameters: the pre-exponential factor, y 0 , and the exponent n f , related with the phase angle shift. by this analysis it was possible to observe that the pyridine adsorption is strongly affected by the crystallographic orientation of the electrode surface and that the extent of deviation from ideal capacitive behaviour is mainly of interfacial origin. keywords: pyridine; gold; electrochemical immittance spectroscopy; frequency dispersion; double layer capacitance. introduction in electrochemical impedance spectroscopy studies of electrochemical interfaces at solid electrodes, in the absence of faradaic processes, the major discussion has been due to the dependence of the interfacial capacitance on the alternated signal frequency, which is commonly called capacitance dispersion. these discussions are very important in order to understand the nature of the interfacial phenomena as well as to result in the correct analysis and interpretation of the impedance spectra. the capacitance dispersion was first reported by grahame in 1946 [8] for mercury / kno 3 aqueous solution containing octyl alcohol. six years later, melik-gaikazyan [24] published a more detailed study of this dispersion on mercury / n-amyl alcohol aqueous solution interface. both authors observed an increase in the measured capacity with the decrease of the alternated potential frequency for specific potential regions where the degree of the surface coverage (q) varies rapidly with the electrode charge (adsorption/ desorption peaks of the capacity curves). at solid metal / electrolyte interfaces, in the absence of organic species in solution without faradaic processes, alternating current impedance measurements display a frequency dispersion consisting of the apparent interdependence of the *e-mail address: artur@iqsc.usp.br 30 ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 imaginary component, z j , and the corresponding real component, z r . this sort of dispersion results in a linear impedance diagram which intercepts the z r axis at an angle lower than 90° [2,4], the value characteristic for the capacitance of ideally polarisable interfaces. in this case, the frequency dispersion has been commonly attributed to a nonuniform distribution of the electric charge, and consequently, also of the current density, due to the roughness and heterogeneity of the solid electrode surface [25]. the nature of this behaviour was discussed in terms of two distinct factors [26,27,29,30]. one is the coupling between the local resistance of the electrolyte close to the double layer with the local capacitance of the double layer, considering that at least one of these is nonuniformly distributed along the surface. the second factor is the dispersion of purely interfacial origin related to properties of the double layer itself. in order to extract more information about the phase angle shift observed in spectroscopic impedance measurements, in the present work we used pyridine as a “probe molecule”. the pyridine molecule was chosen due to the extensive studies with different electrochemical (cyclic voltammetry, chronocoulometry and ac impedance) [6,22,31,32-36] and optical [1,5,7,18-19,22,28,37] techniques. usually, the studies aimed at determining the adsorption parameters of organic compounds on solid electrodes are performed with the ac impedance technique at a fixed frequency of the alternated signal (ac voltammetry) [1214,22,34,36]. however, as clearly noted by lipkowski and co-workers [22,31,34-36], these capacitance measurements are only useful to determine the values of the potential of zero charge (pzc) due to the dependence of the capacitance on the frequency of the alternated potential applied. to determine the influence of the surface structure on the capacitance dispersion, gold single crystal electrodes with crystallographic orientation (111) and (210) were used [26,27,30]. the au(111) is the most closely packed face with the highest relative surface energy (g (hkl) / g (210) ) [21] and au(210) has the most negative potential of zero charge with a very rough structure on an atomic scale. so, attributing the capacitance dispersion only to the roughness on an atomic scale it would be reasonable to expect the following trend for the capacitance dispersion: au(111) < au (210). the aim of the present work is to report the dependence of the phase angle shift with the crystallographic orientation of gold single crystal electrodes in the presence of different concentrations of pyridine. a comparison of the results for au(111) and au(210) faces can be expected to contribute to a better understanding of the relation between surface properties and the interfacial phenomena, which seems to be the origin of the capacitance dispersion in the double layer region. experimental the preparation of the gold single crystals, experimental conditions and set-up have been described elsewhere [26,27]. the pyridine was distilled in small portions just before use and potassium fluoride (merck suprapur) was used as supporting electrolyte as received. the pyridine solutions were prepared by dilution by using ultra pure water from a milli-q system (millipore) with the following concentrations: 0.010, 0.022, 0.046, 0.1, 0.215, 0.464, 1.0, 2.15, 4.64 mmol dm-3. a commercial saturated calomel reference electrode was kept in a separate compartment in the cell, connected with the main compartment by a salt bridge filled with the supporting electrolyte solution under study. prior to the impedance spectra measurements the standard cyclic voltammetry tests were performed to assure the cleanliness of the electrode and the reproducibility of its state. each sequence of measurements was performed using freshly cleaned and flame-annealed gold electrodes. all the experiments were repeated twice to be certain of their reproducibility. all experiments were carried out at room temperature i.e. 25 ± 2 °c. the impedance measurements were carried out in the frequency range of 10 hz to 10 khz at distinct potentials starting at –0.85 v vs. sce and advancing to positive potentials by using an autolab potentiostat model pgstat20 (ecochemie) equipped with a frequency response analyser module. the results related to the au(111) electrode were obtained in the potential range where the surface presents the (1x23) conformation; this superficial condition reflects a major microscopic roughness and, consequently, the interface presents the dispersive character to greater extent. 31ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 results and discussion cyclic voltammetry the cyclic voltammetry (cvs) for au(111) and au(210) recorded in 10 mmol dm-3 kf aqueous solution at 50 mv s-1 are presented in figs. 1 and 2, respectively. for both orientations, the shape of the cvs in the gold oxidation region is characteristic for neutral medium without stirring and they are in good agreement with those presented in the literature [34,36]. region a of both cvs is related to the oxidation of the metallic surface. the difference between the two crystallographic orientations at this potential region is related to different structural properties, resulting in different reaction sites [11,15,16]. the same behaviour is observed for region b, which is related to the reduction of the metal, where the neutrality of the media contributes to a better separation of the peaks. the enlarged cvs showed in figures 1 and 2 correspond to the electrical double layer potential region. in fig. 1, peak c is the current response to the reconstruction phenomenon for au(111) surfaces, from the 1x23 structure to the hexagonal one [20], while peak d is due to solvent dipole reorientation near the pzc. in fig. 2, no transitions on the surface are observed, since au(210) does not undergoe superficial reconstruction. so, in this case, both peaks c and d are related to solvent dipole reorientation near to the pzc. the observation of these features is important because they represent an evidence of the cleanness of the experimental system and of the good quality of the single crystals used. the influence of pyridine in the cvs can be observed by the example shown in figs. 3 and 4 for au(111) and au(210), respectively, in contact with 1 mmol dm-3 pyridine solution. as already observed by stolberg et al. [34], for au(111) the most important feature in the double layer region of the cv is the occurrence of a peak that for a pyridine concentration of 1 mmol dm-3 occurs at around 0.3 v. when pyridine concentration increases this peak shifts to less positive values and may be associated to a bi-dimensional phase transition in the pyridine monolayer [35]. at higher pyridine concentration the cvs present a peak at 0.05 v, preceded, in both directions of the potential sweep, by a broad peak of low magnitude. additionally, at positive potential values (> 0.4 v), an extra peak occurs with the magnitude ca. four times superior than that of the preceding peak. figure 1. cyclic voltammogram of gold (111) in 10 mmol dm-3 potassium fluoride at 50 mv s-1. double layer region enlarged 50 times. figure 2. cyclic voltammogram of gold (210) in 10 mmol dm-3 potassium fluoride at 50 mv s-1. double layer region enlarged 50 times. 32 ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 figure 3. (a) cyclic voltammogram of gold (111) in an aqueous solution composed by 10 mmol dm-3 potassium fluoride and 1mmol dm-3 pyridine. (b) double layer region enlarged 50 times. scan rate of 50 mv s-1. figure 4. (a) cyclic voltammogram of gold (210) in an aqueous solution composed by 10 mmol dm-3 potassium fluoride and 1mmol dm-3 pyridine. (b) double layer region enlarged 50 times. scan rate of 50 mv s-1. for au(210), the effect of pyridine in the cvs, as exemplified in fig. 4, is mainly observed by the changes in the potential region corresponding to gold oxidation [34]. in the expanded scale, the changes are significant and one can observe the occurrence of two pairs of peaks close to the negative potential limit. for a pyridine concentration of 1 mmol dm-3 (fig. 4) the first pair, with relatively small current, occurs around –0.55 v and it is followed, at approximately –0.65 v, by another pair of narrow peaks of larger magnitude. between –0.4 and –0.1 v the magnitude of the current density decreases due to the adsorption of pyridine on the electrode surface. from –0.1 v, in the positive direction, the current density increases with the occurrence of a broad peak. when the pyridine concentration increases, the two pair of peaks, observed close to the negative potential limit, shift to more negative values of the potential and increase. however, for pyridine concentrations higher than 1 mmol dm-3 the increase of the peaks is not significant. on the other hand, the current depression region increases in terms of potential range, that, in the case of 10 mmol dm-3 of pyridine, is around 400 mv. for both (111) and (210) systems one can observe that the pyridine concentration has an effect both in the potential range where no faradaic process occurs (double layer region) and in the ranges corresponding to the occurrence of such processes. for potential values lower than –0.8 v the hydrogen evolution reaction takes place, however, in the presence of pyridine, this limit is displaced to more negative values. in the absence of pyridine the formation of superficial gold oxides occurs at potentials greater than 0.6 v. however, when pyridine is added to the solution, faradaic processes occur at less positive potentials. thus, the potential window was established for the ac impedance measurements with the value of –0.85 v for the negative potential limit and the value of 0.6 v and 0.4 v for au (111) and au(210) respectively, as positive limits. ac impedance the ac impedance data were analysed by using the equivcrt software3 to fit the parameters of the equivalent circuit, composed of a resistance in series with a constant phase element (cpe), to the experimental data. a cpe representing the ac response of the electrochemical interface is characterised by its complex admittance y (inverse impedance) as a function of frequency [23]: 33ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 y cpe (w) = y 0 (iw)n (1) where y 0 is the pre-exponential factor, an analogue of the double layer capacitance (c dl ) of ideally polarisable electrodes; n f – the dimensionless parameter with values commonly between 0.5 and 1.0 (fractional exponent, fractality factor24); w = 2πf – the angular frequency (rad –1); f – the frequency (hz) of the harmonic wave; i = (-1)1/2. the complete electrode impedance in this case is represented by the formula: z(w) = r s + 1/y cpe (w) (2) where r s is the solution resistance and y cpe (w) is given by eq. (1). by using the equivcrt software, for each value of the dc potential, the values of r s , y 0 , n f and c2 were obtained. the fitting quality was evaluated by the c2 test [24]. for the data obtained in the presence of pyridine, the analysis of c2 values showed that the fitting quality was better for au(111) than for the au(210) electrode. the lowest values of c2 were observed in both cases in the potential region corresponding to the pyridine adsorption with values around 5 x 10-6 for au(111) and 1 x 10-5 for au(210). on the other hand, in the potential regions corresponding to significant n f variations the value of c2 increased, i.e., the fitting quality decreased up to values around 1 x 10-3 for au(111) and 5 x 10-3 for au(210). however, for all practical proposes, the mean fitting quality can be considered enough to validate the use of the cpe in the modelling of the electrical properties of the interfaces under investigation. additionally, any attempt to substitute the cpe, strictly in the double layer region, by a capacitor or to add to the circuit other elements, such as a warburg impedance, resulted in a decrease of at least one order of magnitude in the fitting quality. the pre-exponential factor, y 0 the factor y 0 as defined in eq. (1), is related, still is a not quite defined manner, to the electrical capacitance of the electrode-solution interface. thus, in the present section the characteristics of the dependence of y 0 with the potential are qualitatively compared with the socalled capacitance curves commonly presented in the literature. au(111) figure 5. dependence of the parameter y 0 with the potential applied to gold (111) in aqueous solution containing 10 mmol dm-3 potassium fluoride and pyridine (a) for concentrations varying from 0.01 to 4.6 mmol dm-3; (b) for the concentrations: (�) 0.01; (�) 0.1; (∆) 1.0 mmol dm-3. the dashed curve corresponds to the base electrolyte solution. the dependence of y 0 on the electrode potential for the interface au(111)/aqueous solution for all the concentrations of pyridine used is shown in fig 5a and in fig. 5b for three selected concentrations. from fig. 5, one can observe that the curves could be divided in three distinct regions (i, ii and iii). in the first one, at negative potentials (i), there is a peak that increases and shifts to more negative potentials with the increase of the pyridine concentration. this peak is related to the adsorption/desorption process and its relative 34 ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 position in the potential axis has a logarithmic dependence on the pyridine concentration. in the positive region (iii), the peak occurring between –0.1 and 0.3 v has a peculiar characteristic that for higher concentrations, it splits into two peaks. the single peak was attributed, by stolberg et al. [34], as a bidimensional phase transition that occurs between two states of the film formed by adsorbed pyridine molecules. finally, in the region ii, the value of the y 0 presents a drastic depression (analogue to the “capacitance pit”) characteristic for the strong adsorption of organic species. this depression increases with the pyridine concentration while its medium point shifts to more negative potential values. for all pyridine concentrations, at potentials more negative than –0.85 v, the y 0 curves reach approximately the same value showed by the supporting electrolyte solution. this behaviour suggests that, in this potential region, the pyridine molecules are completely desorbed from the electrode surface. differential capacitance curves obtained at a single frequency for au(111) in the presence of pyridine were reported in the literature by hamelin et al. [9,10] and stolberg et al. [34]. the supporting electrolyte used in the two first studies was 0.2 m k 2 so 4 and in the last, 0.1 m kclo 4 . in these studies it was observed that the capacitance peak, which occurs at negative potential values (region i), shifts in the negative direction with the increase of pyridine concentration, which is in agreement with the behaviour observed in fig. 5. however, hamelin [11] reported that the position of the second peak (iii) is not sensitive to the variation of pyridine concentration while stolberg et al. [32] observed that this peak shifts to the negative direction when the pyridine concentration increases. this difference was related to the effect of the anion in the pyridine adsorption on the au(111) surface [34]. in the present work, one can observe that for concentrations up to 0.46 mmol dm-3, the position of this peak (iii) is independent of the pyridine concentration in the bulk solution, however, for higher concentrations, two distinct peaks appear. so, the assertion of stolberg et al. [34] that the difference is due to the different anions of supporting electrolyte does not seem to be supported at this moment. au(210) figure 6. dependence of the parameter y0 with the potential applied to gold (210) in aqueous solution containing 10 mm potassium fluoride and pyridine (a) for concentrations varying from 0.01 to 4.6 mm; (b) for the concentrations: (�) 0.01; (�) 0.1; (� ); 0.46 mm; (∆) 1.0 mm. the dashed curve corresponds to the base electrolyte solution. in the fig. 6a, the dependence of the preexponential factor on the applied potential is shown for au(210) in the presence of the different concentrations of pyridine used and in fig. 6b for three selected concentrations. the curve corresponding to the supporting electrolyte presents a well-defined minimum corresponding to the effect of the diffuse layer. the potential of zero charge (pzc) determined by the position of this minimum is –0.186 v (vs. sce), which is 100 mv more negative that observed by hamelin et al. for liclo 4 solution [9] and by yang et al. for kclo 4 solution [36]. however, hamelin et al. presented a value of pzc equal to –0,152 v 35ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 for 40 mmol dm-3 naf11, that is closer to the value obtained in the present work using 10 mmol dm-3 kf as supporting electrolyte. so, the differences observed for the minimum values due to the diffuse layer can be attributed to the differences of nature and concentration of the supporting electrolyte used in the different studies. when pyridine is added to the solution, the y 0 curves show a sharp peak at negative potential values (region i). the magnitude of this peak increases and the peak shifts in the negative direction of potential when the pyridine concentration increases. the characteristics of this peak are related to the adsorption/desorption process of pyridine on the electrode surface. for pyridine concentrations up to 0.46 mmol dm-3 and potential values more negative than –0.85 v, the y 0 curves are coincident with the curve corresponding to the supporting electrolyte solution, as observed for au (111). this behaviour is classically interpreted as the situation where only the supporting electrolyte species are present in the inner layer of the electrical double layer, i.e., the pyridine molecules must be completely desorbed from the electrode surface. when the pyridine concentration is higher than 0.46 mmol dm-3 the molecule desorption occurs simultaneously with the hydrogen evolution and so, further analysis of the electrical double layer is restricted to the low pyridine concentrations. in the region ii of the curves, the value of y 0 decreases to very low values, apparently tending to be only slightly dependent on the pyridine concentration. continuing to more positive potentials (region iii), a peak, which decreases with the increase of pyridine concentration, appears. these peaks are observed for the supporting electrolyte and are related to dipole solvent reorientations on the electrode surface. so, adsorbed pyridine, by substituting dipole solvents on the surface, promotes a decrease in the intensity of such peak. the exponent n f the value of n f is related to the phase angle observed during the ac impedance measurement. as mentioned before, this parameter has been attributed mainly to the non-uniformity of the current density at the electrode surface due to its roughness and heterogeneity. additionally, taking into account more recent analysis [26,27,30], it can allow for other characteristics due to the reorientation of dipoles adsorbed on the electrode surface as well as changes in the region of the diffuse layer. the broken lines on plots present the tentative limit of n f = 0.98, which we suggest [27] as the limiting value for considering the interface as close to ideally polarisable and identifying the pre-exponential factor y 0 with the double layer capacitance. au(111) figure 7. cpe exponent versus potential plots for gold (111) in aqueous solution containing 10 mmol dm-3 potassium fluoride and pyridine: (�) 0.046; (�) 0.464; (∆) 4.64 mmol dm-3. the continuous curve corresponds to the base electrolyte solution and the dashed line corresponds to n f = 0.98. the dependence of n f on the applied potential is exemplified in fig 7. for three concentrations of pyridine. one can observe that a minimum occurs in the curves at potentials near the negative potential limit (region i). these minimum values of n f present small dependence on the pyridine concentration, decreasing with the increase of pyridine concentrations up to 0.22 mmol 36 ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 dm-3; for higher concentrations, the n f values increase with the bulk concentration. this variation can be considered as small compared to the mean value of 0.94 ± 0.01. around -0.3 v the value of n f tends to unity when the bulk concentration increases with a mean value of 0.982 ± 0.07. the difference between this two mean values (regions i and ii) is 0.04 and it can be considered as a characteristic value of the pyridine adsorption on au(111) surface. in the region iii of the plot, the value of n f decreases almost independently of the pyridine concentration and it is possible to observe that n f presents very particular variations for the concentrations 1.0 and 2.15 mmol dm-3. the characteristics of this behaviour will be taken into account in the following discussions. au(210) figure 8. cpe exponent versus potential plots for gold (210) in aqueous solution containing 10 mmol dm-3 potassium fluoride and pyridine: (�) 0.046; (�) 0.464; (∆) 4.64 mmol dm-3. the continuous curve corresponds to the base electrolyte solution and the dashed line corresponds to n f = 0.98. in fig. 8, the dependence of n f on the applied potential is exemplified for selected pyridine concentrations. the peaks at negative potentials (region i) referring to the different pyridine concentrations have almost the same magnitude, shifting to more negative potential values and changing their relative magnitudes when the pyridine concentration increases. the mean value of n f obtained for these two peaks was 0.86 ± 0.07. on the other hand, the peak at more positive potentials (region iii) increases with the increase of pyridine concentration, reaching values close to those observed for region i when the pyridine concentration is around 4.6 mmol dm-3. in the region ii, the value of n f increases with the pyridine concentration, reaching a value equal to 0.897 for 4.6 mmol dm-3. the difference between the minima on n f in region i and the maximum in the regions ii is c.a. 0.13, which is approximately 3.5 bigger than the difference observed in the case of au(111). considering that both electrodes were prepared in the same way, it can be assumed that they don’t present significant differences in the macroscopic roughness and so, one can conclude that the difference is mainly due to the crystallographic orientation. if one considers that n f < 1.0 is related strictly to the roughness and heterogeneity at atomic scale and to the relative superficial energy, it seems reasonable to expect that the value of n f for au(111) will be higher than for au(210). this supposition is in agreement with previous observations where the influence of the crystallographic orientation in perchloric acid [24] and kf [30] media, where n f was proposed as follows (100) < (111) < (110) < (210). so, at this point, it can be concluded that the pyridine adsorption on gold single crystal surfaces is strongly dependent on the microscopic roughness and the work function of the electrode crystallographic orientation, as observed by lipkowski and co-workers [22,31,34-36]. the crystallographic orientations used in the present work can be considered as representative of limiting situations. the orientation (111) is the one where the gold atoms are most densely packed whereas mainly steps and terraces form the orientation (210) and so, this last orientation is much rougher and nonuniform on a microscopic scale. comparison between y 0 and n the dependence of n f on the electrode potential, for the two situations considered in the present work, is indicative that the electrode charge density and the potential drop across the double layer contribute for the cpe behaviour. so, it is convenient to compare the plots of n f vs. e and y 0 37ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 vs. e for both crystallographic orientations in order to relate the variations on n f with the adsorption proprieties of pyridine. au(111) figure 9. electrode potential dependence of cpe parameters for au(111) in 10 mmol dm-3 kf and 0.46 mmol dm-3 pyridine aqueous solution. in fig. 9 the comparison of y 0 and n f dependence on potential for this crystallographic orientation is exemplified for the 0.464 mmol dm-3 pyridine concentration. one can observe that in general a significant increase on y 0 corresponds to a decrease of the n f value. the peak in the y 0 curve occurring at region i was attributed to an adsorptiondesorption process of pyridine on the electrode surface [34]. this peak shifts to more negative potentials and increases in magnitude when pyridine concentration increases. a peak in the n f plots corresponds exactly to this y 0 variation also shifting to more negative potentials and decreasing in magnitude when the pyridine concentration increases. assuming that at this potential region (i) the pyridine molecule desorbs, the electrical double layer capacitance increases due to an increase in the dielectric constant. it means that when the molecules desorb from the electrode surface the pyridine dipoles change from a highly oriented state on the electrode surface to a state with higher a level of entropy. this means that the variation of n f at this potential range corresponds to a phenomena related to the inner layer properties, and so, the minimum in the n f reflects the non-ideality (cpe dispersion) of the inner layer. the second peak in the y 0 plot (region iii), which corresponds to a bidimensional phase transition between two states of the film formed by adsorbed pyridine molecules [34], doesn’t have a specific correspondence in the n f plot except for high pyridine concentrations when a small shoulder occurs in the curve. in region ii n f tends to unity and y 0 presents the smallest values. this situation corresponds to pyridine adsorption with the dipoles strongly oriented and packed on the electrode surface. close to the surface saturation the arrangement on the surface is close to the ideal packing and n f is close to unity, indicating once more the influence of the inner layer properties in the nature of the n f variation. however, when the pyridine concentration increases the potential range where y 0 curve presents a depression increases but the range where n f is maximum decreases. this shows that n f is also sensitive to the variation between adsorption states of the pyridine however, it is a gradual variation of the dipole moments and so, the plot of n f doesn’t present a sharp variation. au(210) figure 10. electrode potential dependence of cpe parameters for au(210) in 10 mmol dm-3 kf and 0.46 mmol dm-3 pyridine aqueous solution. 38 ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 as before, only the curves corresponding to the 0.46 mmol dm-3 pyridine concentration will be used to illustrate the correspondence between n f and y 0 (fig. 10). taking this case as an example, the region i of the y 0 plot shows a small shoulder close to the negative limit of the main (welldefined) peak, while in the same region in the n f plot two distinct peaks occur. in this potential range, the cvs (fig. 4) present two peaks, one of them very sharp. yang et al. [36] suggested for the same potential range a phase transition due to the reorientation of the pyridine molecules on the electrode surface. however, yang et al. did not explain the occurrence of the two distinct peaks. this behaviour permits the conclusion that the superficial composition of this face, composed by steps and terraces with (110) and (100) orientations [18], interferes in the reorientation of the adsorbed pyridine dipoles on the electrode, with pyridine adsorbed at different sites undergoing reorientations in different potentials. such behavior could be better observed on n f vs. e plots. due to the different energetic conditions of the orientations, the reorientation-desorption process doesn’t present the same behaviour observed before for au(111). this could explain the occurrence of a broad peak of low values of n f which becomes more defined when the pyridine concentration increases. in region iii, the peak of y 0 doesn’t depend significantly on the pyridine concentration and it always presents values lower than those for the peak occurring in region i. however, the value of n f increases with the pyridine concentration reaching values of the same order of those at negative potentials. supposing that the pyridine dipole array on the electrode surface is more packed in region iii than in region i, it is possible to suggest the occurrence of a reorientation process of the molecules on the electrode surface with a consequent increase of the superficial concentration. additionally, this could decrease the interfacial capacitance when the potential is varied to more negative values. this supposition is not in agreement with yang et al.[36] that in this region the films formed by pyridine molecules are less densely packed and the reorientation of the molecule as well as the co adsorption of the anion from the supporting electrolyte were involved. thus for au(210) two distinct changes could occur in the pyridine dipole orientation: the first, at positive potentials, where pyridine molecule adsorbed parallel to the surface suffers a reorientation to the perpendicular position increasing the number of free sites on the surface and permitting the continuation of the adsorption process; the second, the inverse process occurs i.e. the dipoles in the perpendicular position relative to the electrode surface change to parallel, followed by a desorption step which has a strong influence of the structural composition of the single crystal. the main difference between the results of the present work and those presented by yang et al. [36], in the positive potential region would be the influence of the anion present in the solution. the perchlorate anion may present a co adsorption bigger than fluoride and so, in the present case, a bigger contribution to the molecule reorientation could result in the increase of interfacial capacitance with the increase of the pyridine concentration. conclusions by using an organic molecule with, well established adsorption characteristics, such as pyridine, it is possible to propose an interpretation for the behaviour observed for impedance data with respect to the capacitance dispersion. the profiles obtained for the dependence of y 0 with the potential difference across the interface show a close analogy with the capacitance behaviour for similar systems reported by other authors. [34,36]. the dependence of n f on the potential difference across the interface for the systems studied, shows a tendency of high values of capacitance dispersion in potential regions where phase transition phenomena take place. these phenomena could be due to the adsorption of pyridine, reorientation of the molecule on the electrode surface and for au(111) in the potential region related to the reconstruction phenomenon. in the other potential regions, the interfaces investigated tend to present an approximate ideal capacitor behaviour, with n f 39ecl. quím., são paulo, 28(2): 29-40, 2003 values closer to the unity. some dependency of the capacitance dispersion on the concentration of the organic specie in the solution bulk was observed, mainly at the au(210) surface in dilute solutions. in these cases, n f tends to assume higher values, but not so close to unity, which makes ideal capacitor modelling unsatisfactory. these observations indicate that, for the systems in question, the capacitance dispersion can’t be attributed only to superficial characteristics, but also to the solution properties, that collaborate with interfacial properties, have to be considered in models that account for this kind of phenomena. acknowledgements this work was supported by the fundação de amparo á pesquisa do estado de são paulo (fapesp), brazil (process n°96/3504-2). the authors also acknowledge the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), brazil, for their individual research grant and to geoffroy r. p. malpass for the language revision. a. de j. motheo, r. m. p. saldanha, r. de s. neves, e. de robertis, a.sadkowski. características da adsorção de piridina sobre au(111) e au(210) estudadas por ajustes dos parâmetros de eie. resumo: neste trabalho são analisados alguns aspectos da aplicação da espectroscopia de impedância eletroquímica a estudos em interfaces eletrodo sólido/solução, na ausência de processos faradaicos. para tanto foram utilizados foram utilizados eletrodos monocristalinos de ouro nas orientações cristalográficas (111) e (210) em contato com soluções aquosas contendo kf 10 mmol dm-3, como eletrólito suporte, e piridina em concentrações que variaram entre 0,01 e 4,6 mmol dm-3. os resultados experimentais foram modelados com a utilização do programa equivcrt, que utiliza métodos de mínimos quadrados não lineares, com a representação da região interfacial a partir de um circuito elétrico equivalente constituído de um resistor ligado em série a um elemento de fase constante. os resultados obtidos através da modelagem foram então analisados em função da dependência dos parâmetros y 0 e n f , referentes ao elemento de fase constante, com o potencial no eletrodo, foi observado que a adsorção da piridina é afetada de maneira significante pela orientação cristalográfica da superfície do eletrodo e que o grau de desvio do comportamento puramente capacitivo é preponderantemente de origem interfacial palavras-chave: piridina; ouro; espectroscopia de imitância eletroquímica; dispersão de freqüência; capacitância da dupla camada elétrica. references [1] g. andreasen, m. e. vela, r. c. salvareza, a. j. arvia. langmuir 13 (1997) 6851. 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[37] p. zelenay, l. m. rice-jackson, a. wieckowski. langmuir 6 (1990) 974. a12v28n1.pdf 91 determinação direta e simultânea de al, as, fe, mn e ni em cachaça por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite d. oshita1; a. p. de oliveira1; j. a. gomes neto1*; m. de moraes1 1 departamento de química analítica – instituto de química de araraquara, universidade estadual paulista –cep 14800-900 – araraquara – sp brasil introdução a cachaça é a bebida destilada mais consumida no brasil; no mundo já é a terceira. a importância da cachaça no setor do agronegócio brasileiro está relacionada ao seu potencial de exportação [3]. o programa brasileiro de desenvolvimento e apoio à cachaça o pbdac, foi criado em 1997 pela associação brasileira de bebidas abrabe, com os seguintes objetivos: capacitação do setor de cachaça para competir com eficiência no mercado internacional e aumentar as exportações; geração de empregos; valorização da imagem da cachaça como um produto genuinamente brasileiro; capacitação técnica e comercial dos produtores1 a fim de promover a sua inserção nos mercados nacional e internacional. há cerca de 5000 marcas de cachaça disponíveis no mercado e a cada dia são lançados novos produtos. para fins de comercialização e consumo humano, aspectos toxicológicos e a avaliação dos teores de aditivos incidentais ou acidentais em bebidas devem ser levados em consideração [5]. a demanda por análises químicas de bebidas tem sido crescente nos últimos anos, principalmente pela necessidade de se aprimorar o padrão de qualidade e o controle industrial. somente com um controle de qualidade rigoroso é possível gerenciar a produção e o acompanhamento dos contaminantes desde a resumo este trabalho propõe um método simples, rápido e confiável para determinação direta e simultânea de al, as, fe, mn e ni em cachaça por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite (gfaas). a superfície superior da plataforma do tubo de grafite foi revestida com filme à base de tungstênio (w x c y o z ).o programa de aquecimento otimizado (temperatura, tempo de rampa, tempo de patamar) foi o seguinte: secagem 1 (100oc, 5 s, 5 s); secagem 2 (120oc, 5 s, 5 s); pirólise (1300oc, 10 s, 30 s); atomização (2200oc, 1 s, 6 s) e limpeza (2550oc, 1 s, 3s). os desvios padrões relativos (n=3) foram £ 4,4%, £ 0,7%, £ 11%, £ 6,0%, £ 1,2% para os elementos al, as, fe, mn e ni, respectivamente. a exatidão foi avaliada por meio de testes de adição e recuperação dos analitos em 8 amostras de cachaças comerciais, e as recuperações situaram-se nos seguintes intervalos: 80 105% (al), 81 92% (as), 82 108% (fe), 83 106% (mn), 83 108% (ni). os limites de detecção calculados foram 9,7 µg l-1 al, 2,3 µg l-1 as, 12 µg l-1 fe, 14 µg l-1 mn e 0,8 µg l-1 ni. palavras-chave: cachaça, contaminantes inorgânicos, determinação simultânea, gfaas volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 91-96, 2003 92 matéria-prima até o produto final. alguns contaminantes inorgânicos já são controlados pela legislação brasileira . a portaria svs/ms no 685, de 27 de agosto de 1998, fixa limites máximos de tolerância para as, cd, cu, cr, hg, ni, sb, se, sn e zn em diversas classes de alimentos e bebidas. neste cenário sócio-econômico, o monitoramento de metais em cachaças é de relevância e o desenvolvimento de métodos analíticos mostra-se bastante promissor. como os contaminantes inorgânicos estão usualmente presentes em baixas concentrações em amostras alimentícias, técnicas analíticas sensíveis devem ser utilizadas, como por exemplo a espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite (gfaas) . esta técnica é utilizada em análises químicas de rotina em larga escala em função de vários fatores: requer pequenos volumes de amostra; o tubo de grafite age como um reator químico, e a decomposição prévia da amostra não é necessária (análise direta); atinge excelentes limites de detecção após a separação do analito da matriz no tubo de grafite; apresenta caráter multielementar (até 6 elementos atualmente, mas com potencial para mais elementos com a proposta recente de espectrômetro com fonte contínua), rapidez, baixo custo operacional relativo, espectro simples, proporciona pré-tratamentos químicos e térmicos da amostra, entre outros. em análise direta, o uso de amostras sólidas e suspensões é bastante atraente, pois a eliminação de grande parte das etapas manuais de manipulação da amostra reduz significativamente a contaminação e custo analítico [9,10]. 1 a estimativa é de aproximadamente 30000 produtores de cachaça no país em 2002. o presente trabalho trata da determinação direta e simultânea de al, as, fe, mn e ni em cachaça por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite empregando filme à base de tungstênio como modificador com coinjeção de pd(no 3 ) 2 e mg(no 3 ) 2 . materiais e métodos o instrumento utilizado foi um espectrômetro de absorção atômica perkin-elmer, modelo simaa 6000, equipado com amostrador automático perkin-elmer, modelo as-72 e corretor de fundo por efeito zeeman longitudinal e com tubo de grafite com aquecimento transversal (thga) contendo plataforma de l’vov integrada (perkinelmer p/n bo 504033). como fontes de radiação foram utilizadas as seguintes lâmpadas: lâmpada de descarga sem eletrodo (edl) perkin-elmer luminatm (p/n 02538) para a detecção de as, uma lâmpada de catodo oco (hcl) multielementar perkin-elmer luminatm (p/n 01547499) para a detecção de mn, uma lâmpada de catodo oco (hcl) multielementar perkin elmer luminatm (p/n 02f8a366) para a detecção de fe e al, uma lâmpada de catodo oco monoelementar (hcl) perkin elmer luminatm lamp (p/n 014f73cb) para detecção de ni . os comprimentos de onda selecionados foram os seguintes: 279,5 nm (mn), 248,3 nm (fe), 232,0 nm (ni), 309,3 nm (al), 193,7 nm (as). as intensidades das correntes das lâmpadas foram: 20 ma (mn); 30 ma (fe, al); 25 ma (ni) e 300 ma (as). a largura da fenda foi de 0,7 nm e o fluxo de argônio (99.999%, white martins) foi de 250 ml min-1. reagentes, soluções e amostras todas as soluções foram preparadas com água desionizada de alta pureza (resistividade 18,2 mw.cm) obtida em sistema milli-q, millipore. ácido nítrico suprapurâ, merck, foi utilizado para preparar as soluções e amostras em meio ácido. solução estoque de arsênio (1000 mg l-1) foi preparada pela dissolução de 1,320 g as 2 o 3 (fluka chemical) em 20 ml de solução de naoh 1,0 mol l-1. um volume de 50 ml de uma solução de hcl 0,5 mol l-1 foi adicionado a essa solução e o volume foi completado para 1000 ml com água. soluções estoque individuais de manganês, ferro e níquel (1000 mg l-1) foram preparadas a partir dos respectivos padrões para absorção atômica, normexâ, carlo erba. solução estoque de alumínio (1000 mg l-1) foi preparada a partir do padrão para absorção atômica titrisolò,merck . solução de modificador químico (1000 mg l-1 pd) foi preparada a partir da solução estoque 10000 mg l-1 pd(no 3 ) 2 em 15% hno 3 , (perkin-elmer, p/n bo190635). solução de modificador químico (1000 mg l-1 mg) foi preparada a partir da solução estoque 10000 ecl. quím., são paulo, 28(1): 91-96, 2003 93 mg l-1 mg(no 3 ) 2 (perkin-elmer, p/nbo190634). para o preparo da plataforma com o modificador permanente w, solução 1000 mg l-1 w foi preparada pela dissolução de 0,1794g de nawo 4 .2h 2 o (merck) em 100 ml de água desionizada [21]. soluções analíticas multielementares contendo 2,0; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0; 40,0 e 50,0 µg l-1 al, as, fe, mn e ni foram preparadas diariamente por diluições sucessivas das respectivas soluções estoque monoelementares. as soluções estoque foram armazenadas em frascos de polietileno e mantidas sob refrigeração. as amostras de cachaça foram coletadas em diferentes supermercados da cidade de araraquara-sp e utilizadas sem qualquer tratamento prévio. experimental primeiramente realizou-se o recobrimento da plataforma do tubo de grafite com filme à base de w. após o depósito do sal de tungstênio na plataforma, o tubo era submetido a um tratamento térmico cujo programa de aquecimento está ilustrado na tabela tabela 1. programa de aquecimento do atomizador utilizado no estudo dos elementos al, as, fe, mn e ni em amostras de cachaça, com injeção da amostra em tubo de grafite préaquecido. as condições monoelementares recomendadas pelo fabricante na determinação individual de al, as, fe, mn e ni empregando atomizador de grafite aquecido transversalmente (thga) [12,13] devem ser levadas em consideração no estudo da seleção das condições de compromisso em determinações simultâneas multielementares. a semelhança no comportamento eletrotérmico dos elementos foi o critério utilizado para a seleção dos analitos al, as, fe, mn e ni. inicialmente estudou-se o comportamento eletrotérmico desses 5 elementos em meio 0,14 mol l-1 hno 3 por meio da obtenção das respectivas curvas de pirólise e de atomização, em presença de modificador permanente w e com co-injeção de 5 µl pd + 3 µl mg(no 3 ) 2 . as curvas das temperaturas de pirólise e de atomização foram construídas injetando-se via pipeta do amostrador automático 20 µl de uma solução 0,14 mol l-1 hno 3 contendo 50 µg l-1 al, as, fe, mn, e ni, 5 µl do modificador pd, 3 µl do modificador mg(no 3 ) 2 . para esse grupo de elementos, fixou-se a temperatura de atomização em 2400oc e variou-se a temperatura de pirólise de 600 até 1800oc, em intervalos de 200oc. após a seleção da temperatura de pirólise ótima, variou-se a temperatura de atomização de 1800 a 2400oc, em intervalos de 200oc, para otimizar a temperatura de atomização. deve ser comentado que em determinações simultâneas as temperaturas de pirólise e de atomização são comuns aos analitos envolvidos. o programa de aquecimento otimizado do tubo de grafite do espectrômetro perkinelmer simaa 600 está ilustrado na tabela 1. o comportamento eletrotérmico dos 5 analitos em meio de cachaça também foi avaliado. curvas das temperaturas de pirólise e de atomização foram construídas para os mesmos elementos em cachaça diluída (1+1;v/v) com 0,28 mol l-1 hno 3 , empregando o modificador w com co-injeção de pd + mg(no 3 ) 2 . as curvas das temperaturas de pirólise e de atomização foram construídas injetando-se 20 µl da amostra contendo 50 µg l-1 al, as, fe, mn, e ni, 5 µl do modificador pd e 3 µl do modificador mg(no 3 ) 2 . a influência da temperatura de injeção da amostra na precisão foi feita por meio de 10 injeções sucessivas da amostra no tubo a 20oc e a 80oc. na determinação dos analitos em amostras de cachaças comerciais, as cinco curvas analíticas (20,0 100 µg l-1) foram construídas empregando o w e co-injeção de pd + mg(no 3 ) 2 e o método da compatibilização de matriz. para verificar a exatidão do método adotou-se o teste de adição e recuperação do analito para 8 amostras de cachaças comerciais. a 8 copos do amostrador automático foram adicionadas cada uma das 8 amostras de cachaça. alíquotas de 20 µl das amostras eram injetadas no tubo de grafite seguidas de 5 µl pd + 3 µl mg(no 3 ). os sinais de absorção atômica e de fundo correspondente a cada amostra foram medidos para a avaliação dos respectivos “brancos”. o mesmo procedimento de medida foi ecl. quím., são paulo, 28(1): 91-96, 2003 94 feito para as amostras de cachaça adicionadas de 80,0 µg l-1 al, as, fe, mn e ni. resultados e discussões em re lação ao es tudo sobre o comportamento eletrotérmico de al, as, fe, mn e ni em meio de cachaça utilizando o modificador w com co-injeção de pd(no 3 ) 2 + mg(no 3 ) 2 , foram levantadas as curvas de temperatura de pirólise e de atomização para cada um dos analitos que estão ilustradas na figura 1. definidas as temperaturas de pirólise e de atomização ótimas (1300oc e 2200oc), o programa de aquecimento foi otimizado, principalmente no sentido de reduzir o tempo de um ciclo analítico. o tempo total do programa até então utilizado era de 90 s. este tempo pode ser reduzido quando a amostra é injetada no tubo de grafite pré-aquecido porque enquanto a amostra é injetada no tubo há evaporação do solvente, e a secagem pode ser feita mais rapidamente. quando a amostra foi injetada a 80oc, o tempo total do programa de aquecimento pode ser reduzido para 70 s, sem prejuízo da precisão das medidas. na tabela 1 encontra-se o p rograma f ina l o t imizado pa ra a s determinações dos analitos em cachaça. a presença do mg(no 3 ) 2 é importante pois promove a distribuição mais uniforme do paládio sobre a superfície do tubo de grafite, diferentemente do que ocorre quando somente paládio é utilizado, pois há tendência de acúmulo de paládio nas extremidades do tubo [14,15]. outro fator importante a ser destacado é o recobrimento da plataforma do tubo de grafite com filme à base de tungstênio (w x c y o z ). a elevada resistência química deste filme frente a vários reagentes protege a superfície da plataforma, aumentando significativamente o tempo de vida útil do tubo: sem o tratamento a vida útil do atomizador para amostra de cachaça é de cerca de 250 queimas; com o filme de w o tubo suporta ao redor de 750 queimas. os sinais transientes de absorção atômica e de fundo referentes a 50 pg al, as, fe, mn e ni em cachaça 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ni as fe al mn ab so rb ân ci a in te gr ad a/ s temperatura (oc) 0 2 4 6 8 10 e obtidos na presença dos modificadores w e co-injeção de pd(no 3 ) 2 + mg(no 3 ) 2 são ilustrados na figura 2. figura 1. curvas de pirólise e de atomização correspondentes a 50 pg al, as, fe, ni e mn em cachaça (1+1, v/v) em meio 0,14 mol l-1 hno3 obtidos na presença dos modificadores w e co-injeção de pd+mg(no3)2. figura 2. sinais transientes de absorção atômica (aa) e de fundo (bg) correspondentes a 50 pg al , as , fe , mn e ni em cachaça (1+1, v/v) em meio 0,14 mol l-1 hno3 obtidos com uso do programa de aquecimento da tabela 1 e na presença dos modificadores w e co-injeção de pd + mg(no3)2 em relação à avaliação da exatidão do método empregando o teste de adição e recuperação para os cinco analitos de interesse em 8 amostras de cachaça contendo 80 µg al, as, fe, mn e ni l-1 e em meio 0,14 mol l-1 hno 3, as recuperações situaram-se nos seguintes intervalos: 80% 105% (al), 81 92% (as), 82 108% (fe), 83 106% (mn), 83 108% (ni). o método foi aplicado ecl. quím., são paulo, 28(1): 91-96, 2003 95 em várias amostras comerciais de cachaça, sendo que os resultados referentes a 8 amostras estão resumidos na tabela 2. análise desta tabela revela que as concentrações dos analitos em todas as amostras selecionadas estavam abaixo dos limites de detecção. os limites de detecção (lod) foram calculados a partir da equação lod = 3 sd/b; lod = limite de detecção, sd = desvio padrão de medidas sucessivas do branco analítico, b = coeficiente angular da curva analítica. no caso do as o desvio das medidas do branco foi zero. então, optou-se pelo uso da solução analítica 20,0 µg as l-1. os valores calculados de lod foram os seguintes: 9,7 µg l-1al, 2,3 µg l-1 as, 12 µg l-1 fe, 14 µg l-1 mn e 0,8 µg l-1 ni . os desvios padrões relativos (n=3) foram os seguintes: ≤ 4,4%, ≤ 0,7%, ≤ 11%, ≤ 6%, ≤1,2% para al, as, fe, mn e ni, respectivamente. o tempo de vida útil do atomizador foi de aproximadamente 750 ciclos de aquecimento tabela 2: resultados em µg l-1 para al, as, fe, mn e ni (n=3) em amostras de cachaça determinadas pelo método proposto (gf-simaas) conclusão o método desenvolvido para a determinação direta e simultânea de al, as, fe, mn e ni em cachaça por gfaas empregando w e co-injeção pd + mg(no 3 ) 2 é simples, rápido e confiável. o preparo mínimo da amostra associado ao uso do recobrimento à base de w, que aumentou a vida útil do tubo de grafite, proporcionou uma redução significativa nos custos analíticos. o caráter simultâneo da técnica gfaas foi explorado para 5 elementos e em amostras de cachaça. os limites de detecção obtidos para as e ni estão muito aquém dos teores máximos de tolerância permitidos pela legislação brasileira (decreto no 55871, anvisa) que são 0,1 mg l-1 as e 3,0 mg l-1 ni. apesar destas concentrações serem relativamente altas para gfaas, esforços devem ser concentrados no sentido de reduzir estes níveis na legislação, de modo a garantir produto de melhor qualidade ao consumidor. apesar de os elementos al, fe e mn não fazerem parte do decreto, há um certo interesse no controle de fe, por exemplo, pois este elemento pode alterar as características organolépticas da cachaça. ainda, o al é um elemento prejudicial à saúde humana. agradecimentos os autores agradecem à fapesp, finep, anp, finep e cnpq os auxílios concedidos. oshita, d.; oliveira, a. p. de; gomes neto. j. a.; moraes, m. de. simultaneous and direct determination of al, as, fe, mn and ni in cachaça by graphite furnace on atomic absoption spectrometry. abstract this work describes a simple and fast method for the direct and simultaneous determination of al, as, fe, mn and ni in cachaça by graphite furnace atomic absorption spectrometry (gfaas). the upside of platform of the graphite tube was coated with a w-based film (w x c y o z ). the optimized heating program (temperature, ramp time, hold time) involved the following heating cycle: drying 1 (100oc, 5 s, 5 s); drying 2 (120oc, 5 s, 5 s); pyrolysis (1300oc, 10 s, 30 s); atomization (2200oc, 1 s, 6 s) and cleaning (2550oc, 1s, 3 s). the relative standard deviations (n=3) were: ≤ 4.4%, ≤ 0.7%, ≤ 11%, ≤ 6%, ≤ 1.2% for al, as, fe, mn and ni, respectively. the recoveries of al, as, fe, mn and ni added to cachaça samples varied from 80% to 105%, 81% to 92%, 82 to 106%, 83 to 106% and 83% to 108%, respectively. the limits of detection (lod) were 9.7 µg l -1 al, 2.3 µg l -1 as, 12 µg l-1 fe, 14 µg l-1 mn and 0.8 µg l-1 ni. key words: cachaça, trace elements, simultaneous determination, gfaas ecl. quím., são paulo, 28(1): 91-96, 2003 96 referências bibliográficas [1] butcher, d. j.; sneddon, j. a practical guide to graphite 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versus v1/2. a dependência de i pc com a concentração apresentou linearidade entre 5,0x10-4 mol l-1 e 5,0x10-3 mol l-1, limite de detecção de 8,2x10-5 mol l-1 e sensibilidade de 6,3x103 ma/ mol l-1. na voltametria de pulso diferencial o nedocromil de sódio apresentou dois picos catódicos, irreversíveis, nos valores de potencial de -0,67 v e -0,75 v (vs ecs). curvas analíticas foram obtidas no intervalo de 3,0x10-6 mol l-1 a 1,0x10-5 mol l-1, limite de detecção de 4,9x10-7 mol l-1 e sensibilidade de 8,7x104 ma/ mol l-1. na voltametria de onda quadrada observou-se dois picos catódicos nos valores de potencial de -0,80 v e -0,91 v (vs ecs), linearidade de 5,0x10-7 mol l-1 a 1,0x10-5 mol l-1, com limite de detecção e uma sensibilidade de 2,7x106 mol l-1 e 1,1x106 ma/ mol l-1, respectivamente. palavras-chave: nedocromil de sódio; voltametria de varredura linear; voltametria de pulso diferencial; voltametria de onda quadrada; asma. introdução pertencente ao grupo das cromonas, o nedocromil de sódio vem sendo amplamente empregado para o tratamento da asma [7]. a ação das cromonas pode ser descrita como antiinflamatória e antialérgica . este composto é usualmente administrado por inalação, sendo bem absorvido pelo pulmão, mas pouco absorvido pelo trato intestinal. o nedocromil de sódio não é metabolizado no corpo humano e a maior parte é excretada na urina. ele inibe a geração de um derivado de neutrofila, e a consequente liberação de histamina na célula 8, apresentando um excelente perfil de tolerabilidade, com efeitos colaterais pouco frequentes. figura 1. fórmula estrutural do nedocromil de sódio o nedocromil de sódio contém dois grupos carbonilas aromáticos, redutíveis em potenciais de –0,6 v, -0,7 v e –1,0 v em ph 3,0, 64 ecl. quím., são paulo, 28(2): 63-68, 2003 de acordo com a literatura [8]. os estudos de farmacocinética e determinação deste composto têm sido realizados empregando-se técnicas convencionais de análise, como as técnicas cromatográficas [1,3]. apesar da importância das técnicas eletroanalíticas na determinação de uma variedade de compostos de interesse farmacológico, há poucos trabalhos relacionados ao estudo eletroquímico do nedocromil de sódio, sendo estes realizados em eletrodo de mercúrio, [6,8,10] com indesejáveis consequências toxicológicas. assim sendo, o objetivo deste trabalho foi a determinação eletroanalítica do nedocromil de sódio, empregando as técnicas de voltametria de varredura linear, voltametria de pulso diferencial e voltametria de onda quadrada, em tampão b-r (ph 4,0), utilizando eletrodo de carbono vítreo. procedimento experimental equipamentos as medidas voltamétricas foram realizadas em um potenciostato/galvanostato modelo 173 monitorado com um software m270, ambos da eg&g par. os estudos voltamétricos foram realizados em uma célula eletroquímica do tipo convencional com capacidade para 25 ml, contendo um eletrodo de carbono vítreo com 0,07 cm2 de área, como eletrodo de trabalho (tokai), um fio de platina como eletrodo auxiliar e um eletrodo de calomelano saturado (ecs) modelo go115, da analyon, como referência. o eletrodo de trabalho foi submetido a um tratamento prévio, o qual consiste de polimento com alumina (0,5 um), antes de cada medida voltamétrica. soluções eletrólito suporte a substância utilizada como eletrólito suporte foi o tampão britton-robinson (ph 4,0) o qual foi preparado pela adição das seguintes soluções: 0,04 mol l-1 de ácido ortofosfórico, 0,04 mol l-1 de ácido bórico, 0,04 mol l-1 de ácido acético e 0,02 mol l-1 de hidróxido de sódio até que se atingisse o ph requerido. solução de nedocromil de sódio para os estudos voltamétricos do nedocromil de sódio preparou-se uma solução padrão 1,0x10-3 mol l-1 a partir do composto com grau de pureza analítico, tendo água deionizada como solvente. procedimento voltametria de varredura linear uma alíquota de 10 ml de solução tampão b-r foi adicionada à célula eletroquímica contendo um sistema de três eletrodos, sendo aplicado um fluxo de nitrogênio por um intervalo de quinze minutos para a remoção do oxigênio molecular eletroativo. os voltamogramas para o estudo da dependência da corrente de pico catódica em relação à velocidade de varredura foram obtidos utilizando uma solução de concentração 1,0x10-3 mol l-1 de nedocromil de sódio, sendo realizadas medidas voltamétricas no intervalo de 10 a 600 mv s-1. posteriormente foi realizado um estudo da dependência da corrente de pico catódica em relação à concentração do analito. a dependência da corrente de pico catódica para o nedocromil de sódio foi investigada no intervalo de 5,0x10-4 a 5,0x10-3 mol l-1. os diferentes valores de concentração para a espécie foram obtidos através de sucessivas adições de solução-estoque deste composto. voltametria de pulso diferencial um volume de 10 ml de solução do tampão b-r foi adicionada à célula eletroquímica, sendo esta solução desoxigenada por quinze minutos. em seguida, os parâmetros operacionais, amplitude de potencial de pulso (de p ), tempo de duração do pulso (t p ) e velocidade de varredura (v), foram otimizados. realizou-se o estudo da dependência da corrente de pico catódica em relação à concentração da espécie no intervalo de 3,0x10-6 a 1,0x10-5 mol l-1. voltametria de onda quadrada para os estudos do nedocromil de sódio por voltametria de onda quadrada foi utilizado um volume de 10 ml de solução tampão b-r, desoxigenada por 15 minutos contendo uma solução 1,0x10-5 mol l-1 do fármaco. foram inicialmente estudadas as condições ideais para os parâmetros operacionais de frequência (f) e 65ecl. quím., são paulo, 28(2): 63-68, 2003 magnitude de pulso aplicado (e sw ). o estudo da dependência das correntes de pico catódicas em relação à concentração do nedocromil de sódio foi realizado no intervalo de 5,0x10-7 a 1,0x10-5 mol l-1. resultados e discussão voltametria de varredura linear a voltametria constitui-se em uma técnica cuja origem remonta à polarografia, um tipo particular de voltametria, onde a diferença peculiar consiste no uso de um eletrodo gotejante de mercúrio (egm) como eletrodo de trabalho. dentre as técnicas voltamétricas, a modalidade de voltametria de varredura linear destaca-se pela simplicidade, onde uma variação de potencial é aplicada linearmente no intervalo de tempo estudado, sendo extensivamente utilizada no estudo de cinética eletródica e mecanismos reacionais, apresentando limites de detecção da ordem de 10-5 mol l-1 9. o comportamento voltamétrico para a redução de solução 1,0x10-3 mol l-1 de nedocromil de sódio, em tampão b-r (ph 4,0) apresentou dois picos catódicos, irreversíveis, com valores de potencial de pico correspondentes a –0,86 v e –1,10 v (vs ecs) a ausência de correntes de pico anódicas na varredura reversa de potencial e a variação dos valores de potencial de pico catódico (e pc ), assim como ½e pc e pc/2 ½, em função da velocidade de varredura, indicam que o processo eletródico apresenta um comportamento irreversível. nos estudos da influência da velocidade de varredura na corrente de pico catódica (i pc ) observou-se uma dependência linear de i pc com a raiz quadrada da velocidade, com coeficiente de correlação linear igual a 0,9993 evidenciando que o transporte de massa é controlado por difusão [4]. na eletrorredução do nedocromil de sódio, os processos eletródicos envolvidos são devido à redução das funções alfa e beta insaturadas do grupo ceto a carbinols. considerando que o primeiro pico catódico apresenta melhores características para a figura 2. voltamograma cíclico de solução 1,0x10-3 mol l-1 de nedocromil de sódio em tampão b-r (ph 4,0); v = 100,0 mv s-1. tabela 1. parâmetros ciclovoltamétricos da redução de solução 1,0x10-3 mol l-1 de nedocromil de sódio, utilizando a técnica de voltametria de varredura linear figura 3. influência da variação da concentração na corrente do pico catódico para solução de nedocromil de sódio, em tampão b-r (ph 4,0), utilizando a técnica de voltametria de varredura linear (v = 100,0 mv s-1). 66 ecl. quím., são paulo, 28(2): 63-68, 2003 determinação analítica deste fármaco, o gráfico de i pc versus a concentração para a solução de nedocromil de sódio, mostrou uma linearidade no intervalo de 5,0x10-4 a 5,0x10-3 mol l-1, com coeficiente de correlação linear de 0,9956. o limite de detecção obtido foi de 8,2x10-5 mol l-1, com uma sensibilidade amperométrica igual a 6,3x103 ma/mol l-1. voltametria de pulso diferencial a voltametria de pulso diferencial é uma das técnicas de pulso mais importantes, onde a corrente é medida antes e depois da aplicação de um pulso de potencial. a altura correspondente à corrente de pico é proporcional à concentração da espécie oxidada/reduzida [2]. a voltametria de pulso diferencial fornece picos bem definidos e apresenta uma sensibilidade significativamente maior que os métodos voltamétricos clássicos com um limite de detecção na faixa de 10-7 a 10-8 mol l-1 9. foram realizados, inicialmente, estudos de otimização dos parâmetros operacionais da técnica de voltametria de pulso diferencial, como: amplitude de potencial de pulso aplicado (de p ), tempo de duração do pulso (t p ) e velocidade de varredura (v). as condições ideais obtidas para estes parâmetros foram: de p = 100,0 mv, t p = 10,0 ms e v = 5,0 mv s-1. os voltamogramas obtidos para o nedocromil de sódio apresentaram dois picos catódicos, irreversíveis, nos valores de potencial (e pc ) de –0,67 v, -0,75 v (vs ecs) analisando o gráfico de i pc versus a concentração, da solução de nedocromil de sódio, observou-se uma linearidade no intervalo de 3,0x106 mol l-1 a 1,0x10-5 mol l-1, com coeficiente de correlação linear de 0,9990. o limite de detecção obtido foi de 4,9x10-7 mol l-1, sendo a sensibilidade amperométrica equivalente a 8,7x104 ma/mol l-1, correspondente ao primeiro pico catódico o qual apresenta melhores características para a determinação analítica deste fármaco. voltametria de onda quadrada na voltametria de onda quadrada uma diferença de potencial de onda quadrada com uma pequena amplitude de pulso (1-50 mv) e uma freqüência de até 200 hz é sobreposta a uma diferença de potencial que aumenta com o tempo [11].a técnica é mais rápida e há um consumo menor de espécies eletroativas quando comparada com a voltametria de pulso diferencial. o limite de detecção é da ordem de 10-7 a 10-8 mol l-1. como se faz a amostragem de corrente em ambos os pulsos, positivo e negativo, os picos correspondendo à oxidação ou à redução das espécies eletroativas na superfície do eletrodo podem ser obtidos na mesma experiência [5]. inicialmente foram estudados os parâmetros operacionais de frequência (f) e magnitude de pulso aplicado (e sw ). as melhores condições obtidas foram os valores de 150,0 hz e 50,0 mv, respectivamente. figura 4. voltamograma de pulso diferencial de solução 1,0x10-5 mol l-1 de nedocromil de sódio em tampão b-r (ph 4,0); ∆ep = 100,0 mv; tp = 10,0 ms; v = 5,0 mv s-1. figura 5. influência da concentração na corrente de pico catódica para uma solução de nedocromil de sódio em tampão b-r (ph 4,0), empregando a técnica de voltametria de pulso diferencial. ∆e p = 100,0 mv. t p = 10,0 ms. v = 5,0 mv s-1. 67ecl. quím., são paulo, 28(2): 63-68, 2003 a análise do voltamograma mostra dois picos catódicos nos valores de potencial (e pc ) de 0,80v e -0,91v. a dependência de i pc com a concentração de nedocromil de sódio mostrou uma linearidade no intervalo de 5,0x10-7 a 1,0x10-5 mol l-1. obtevese coeficiente de correlação linear igual a 0,9748, um limite de detecção de 2,7x10-6 mol l-1 e sensibilidade amperométrica de 1,1x106 ma/ mol l-1, correspondente ao primeiro pico catódico o qual apresenta melhores características para a determinação analítica deste fármaco. na tabela 2 estão reportados os parâmetros voltamétricos obtidos na determinação do nedocromil de sódio, utilizando eletrodo de carbono vítreo. na determinação voltamétrica do fármaco observou-se que o maior intervalo de linearidade estudado foi obtido empregando a técnica de voltametria de onda quadrada a qual apresentou o maior valor de sensibilidade amperométrica. entretanto, empregando a técnica de voltametria de pulso diferencial obteve-se o menor valor de limite de detecção. figura 7. influência da concentração na corrente do pico catódico para uma solução de nedocromil de sódio em tampão b-r (ph 4,0), empregando a técnica voltamétrica de onda quadrada. f = 150,0 hz. e sw = 50,0 mv. tabela 2. parâmetros voltamétricos para a determinação do nedocromil de sódio em eletrodo de carbono vítreo ld = limite de detecção; sens. = sensibilidade amperométrica ;vvl = voltametria de varredura linear; vpd = voltametria de pulso diferencial; voq = voltametria de onda quadrada 68 ecl. quím., são paulo, 28(2): 63-68, 2003 conclusões a voltametria de varredura linear, para a determinação eletroanalítica do nedocromi de sódio, em tampão b-r, apresentou uma boa sensibilidade amperométrica com pequeno limite de detecção, utilizando eletrodo de carbono vítreo. a técnica de pulso diferencial, quando comparada com a voltametria de onda quadrada, mostrou-se como a melhor técnica para a determinação voltamétrica do nedocromil de sódio por apresentar o menor limite de detecção e uma sensibilidade amperométrica adequada, em tampão b-r. assim sendo, a voltametria de pulso diferencial poderia ser indicada para a determinação do nedocromil de sódio em estudos farmacológicos, onde a análise de concentrações menores é necessária. agradecimentos os autores agradecem o apoio financeiro da fapesp. t. f. rosa, a. a. saczk, m. v. b. zanoni, n. r. stradiotto. voltammetric determination of necrodil sodium using glassy carbon electrode. abstract: electroanalytical studies had been carried with the nedocromil sodium, an antiasthmatic drug, using the techniques of linear scan, diferencial-pulse and square wave voltammetry. the technique of linear scan voltammetry was used for determination of nedocromil sodium, at a glassy carbon electrode, in ph 4 britton-robinson buffer. two irreversible reduction peaks where obtained in the values of potential of –0,86 v and –1,1 v. calibration graphs were shown to be linear in the range 5,0x10-4 5,0x10-3 mol l-1. the coefficients of linear correlation have been equal to 0,9990, being the detection limit equal to 8,2x10-5 mol l-1 and the amperometric sensitivity equal to 6,3x103 ma/ mol l-1. diferencial-pulse voltammetry two irreversible reduction peaks were obtained at the values of potential of -0.67 v and -0.75 v. the study of the dependence of i pc with the concentration of the solution showed linearity in the range 3,0x10-6 1,0x10-5 mol l-1, with coefficient of linear correlation of 0,9990. the detection limit was calculated to be 4,9x107 mol l-1, being the amperometric sensitivity equal to 8,7x104 µa/ mol l-1. the technique of square wave voltammetry was used for the studies of the nedocromil sodium in the range 5,0x10-7 1,0x10-5 mol l-1. two irreversible reduction peaks where obtained in the values of potential of –0,80 v and –0,91 v. the coefficients of linear correlation have been equal to 0,9748, being the detection limit equal to 2,7x10-6 mol l-1 and the amperometric sensitivity equal to 1,1x106 µa/ mol l-1. keywords: nedocromil sodium; linear scan voltammetry; diferencial-pulse voltammetry; square wave voltammetry; asthma. referências bibliográficas: [1] o. a. aswania, s. a. corlett, h. b. chrystyn. j. chrom. 718 (2)(19980 290. [2] p. w. atkins. físico-química. vol. 3, 6 ed. rio de janeiro: editora, 1999. p. 132-133. [3] p. r. baker, j. j. gardner, d.wilkinson. j. chrom. 668 (1)(1995) 59. [4] a. j. bard, l. r. faulhner. electrochemical methods: fundamentals and applications. new york: ed. john & sons, 1980. p. 718. [5] a. m. o. brett, c. m. a. brett, eletroquímica princípios, métodos, e aplicações. coimbra: almedina, 1993. p.191-245. [6] h. hoffmann, p. hermening. arch. pharm. 325 (10)(1992) 643. [7] t. s. c. orr. j. allergy clin. immunol. 88 (3)(1991) 313. [8] r. pirzard, j. c. moreira, a. e. davies, a. g. fogg. analyst 119 (11)(1994) 2439. [9] d. a. skoog, j. j. leary. principles of instrumental analysis. 4 ed., saunders college publishing, 1992. p. 555-56. [10] m. v. b. zanoni, j. c. moreira, a. g. fogg. analyst 120 (2)(1995) 505. [11] j. zýka. instumentation in analytical chemistry. vol. 1, prague: charles university, ellis horwood, 1991. p. 42-44. a01v28n1.pdf 9 determinação de cd por faas em meio aquoso após préconcentração em linha sobre siat f. v.de moraes1; i. l. de alcântara2; p. dos s. roldan2; g. r. de castro2; m. a. l. margionte2; p. de m. padilha1* introdução a determinação direta de traços de metais em águas naturais apresenta dificuldades devido aos baixos níveis de concentração e efeito de matriz[15,4]. a pré-concentração como etapa inicial do processo analítico torna-se necessária quando a concentração do analito na amostra apresenta-se abaixo ou próximo ao limite de detecção do instrumento analítico[4]. dentre as diversas técnicas de préconcentração utilizadas na determinação de metais em nível de traços, a sorção química sobre suportes sólidos modificados tem sido bastante empregada nas últimas décadas, principalmente em amostras de águas naturais e etanol combustível [7,5,2,6,10,11,3,9,13]. dentre os diversos materiais suportes que possuem capacidade de sorver íons metálicos, a sílica gel apresenta propriedades interessantes, devido a presença de grupos silanóis bastante 1 departamento de química e bioquímica instituto de biociências – unesp cep 18618-000 botucatu-sp brasil 2 departamento de química analítica instituto de química unesp cep 14800-900 araraquara-sp-brasil. resumo este trabalho descreve a síntese e caracterização da sílica gel modificada com grupos 2-aminotiazol (siat), os resultados de um estudo de adsorção e de pré-concentração (em batelada, e em fluxo utilizandose a técnica de coluna) de íons cd(ii) em meio aquoso. a capacidade máxima de adsorção de íons cd(ii) determinada para siat foi de 1,12 mmol g-1 . os resultados obtidos nos experimentos em fluxo, mostraram uma recuperação de 98% dos íons cd(ii) adsorvidos em coluna empacotada com 1 g de siat, utilizandose 5 ml de hcl 1 mol l-1 como eluente. a metodologia proposta mostrou-se linear na faixa de concentração de 10 – 100 mg l-1, com limite de detecção de 0,80 mg l-1 e desvio padrão relativo de 3%. o fator de enriquecimento determinado foi de 29 vezes (considerando-se a percolação de 150 ml de solução 25 mg l-1 de cd(ii), 5 ml de eluato). a sorção-desorção quantitativa dos íons cd(ii), permitiram a aplicação do método na pré-concentração e posterior quantificação de traços de cd(ii) em amostras de águas naturais por espectrometria de absorção atômica com chama. palavra-chave: adsorção, pré-concentração, espectro-metria de absorção atômica com chama, sílica gel modificada com grupos 2-aminotiazol. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 9-17, 2003 10 reativos em sua estrutura, permitindo que sua superfície seja modificada quimicamente por imobilização de grupos funcionais orgânicos, conseguindo-se assim aumentar a sua capacidade de adsorção e/ou troca iônica [7,5,2,6]. os grupos orgânicos que contém átomos de nitrogênio e enxofre são os mais utilizados para funcionalização da superfície da sílica gel, devido a capacidade que eles apresentam em coordenar íons metálicos (particularmente íons de metais pesados, como: cd(ii), hg(ii), ni(ii), pb(ii), etc...) [3,9,13]. o objetivo principal na imobilização desses grupos é aplicar a sílica modificada na pré-concentração desses íons em meio aquoso e não aquoso para posterior quantificação por faas [3,9]. neste trabalho descreve-se o preparo e caracterização da sílica gel funcionalizada com o ligante 2-aminotiazol (siat), e a determinação das melhores condições físico-químicas para aplicação da siat na pré-concentração de cd(ii) em meio aquoso. material e métodos material: vidraria foi utilizada vidraria convencional a um laboratório de química analítica, além de vidrarias específicas para funcionalização da sílica gel (ex. sistema de refluxo, sistema de vácuo, etc.). limpeza da vidraria toda vidraria e recipientes para armazenagem de soluções foram previamente lavados com detergente, água destilada, ácido nítrico 10% v/v e enxaguados com água deionizada em sistema de purificação milli-qplus. solventes acetona anidra p.a (mallinckrodt); álcool etílico absoluto anidro p.a (mallinckrodt); n,n-dimetilformamida p.a (mallinckrodt), seca previamente; reagentes sílica gel 60 p.a (merck), com tamanho das partículas de 35 70 mesh, diâmetro médio dos poros de 60 å e área superficial específica, sbet = 486 m2 g-1; oxicloreto de fósforo p.a (merck); 2-aminotiazol p.a (aldrich ); indicador metalocrômico alaranjado de xilenol p.a (merck); hexametilenotetramina (urotropina) p.a (merck); solução padrão de cd(ii) (merck); ácido clorídrico concentrado p.a (merck); edta dissódico dihidratado p.a (merck) soluções as soluções padrão de cd(ii) foram preparadas por diluição de padrões titrisol merck, empregandose água deionizada em sistema milli-qplus. as soluções de ácido clorídrico, utilizadas para acidificar as soluções padrão dos íons metálicos e na eluição destes, foram preparadas pela diluição do hcl (merck) purificado por destilação abaixo do ponto de ebulição (subboiling) em subdestiladores de quartzo. soluções tampão e solução de na2edta utilizadas na padronização das soluções de cd(ii) [16], foram preparadas a partir de sal p.a (merck.), empregando-se também água deionizada em sistema milli-qplus. equipamentos medidor de área superficial “micromeritics”, modelo asap 2010 espectrômetro de absorção/emissão atômica shimadzu aa-6800 espectrômetro de infravermelho “nicolet” nexus 670 outros equipamentos comuns de laboratório de química analítica: phmetro, balanças analítica e semi-analítica, agitador magnético, mesa agitadora, bomba de vácuo, bomba peristáltica, sistema purificador de água, etc. métodos: cloração da superfície da sílica gel uma massa inicial de 50 g de sílica gel, previamente ativada a 150ºc, foi suspensa em n,ndimetilformamida (dmf) juntamente com 10 ml de ecl. quím., são paulo, 28(1): 9-17, 2003 11 oxicloreto de fósforo (pocl3). a mistura foi agitada mecanicamente sob refluxo durante 36 h, mantendo o aquecimento. nesta reação foi obtido como produto a sílica gel clorada, a qual em seguida foi lavado exaustivamente com álcool etílico anidro p.a, acetona anidra p.a, e seco em dessecador a pressão reduzida. funcionalização da sílica clorada reagiu-se 50 g da sílica gel clorada com 135 ml de n,n-dimetilformamida (dmf) contendo 18 g de ligante 2-aminotiazol (previamente seco a 70ºc em estufa de circulação forçada). a mistura da sílica gel clorada com a solução de 2-aminotiazol permaneceu sob agitação mecânica, com refluxo durante 36 horas. o produto final obtido (sílica gel modificada com grupos 2-aminotiazol siat) foi filtrado em funil com placa de vidro sinterizado, lavado com n,n-dimetilformamida, álcool etílico anidro, acetona anidra, transferido para frasco pesa filtro e mantido em dessecador. caracterização da sílica gel funcionalizada com 2-aminotiazol (siat) a caracterização da siat foi feita por análise da área superficial específica e espectroscopia na região do infravermelho, utilizando-se: medidor de área superficial “micromeritics”, modelo asap 2010 e espectrômetro de infravermelho “nicolet” nexus 670, respectivamente. a determinação da quantidade de ligante 2-aminotiazol ligado na superfície da sílica gel, foi feita por análise elementar de nitrogênio e enxofre utilizando-se analisador elementar “cg instruments” ea-1110 chns-o. experimentos de sorção de cátions metálicos pela siat experimentos de sorção a partir de soluções aquosas de cd(ii) pela siat foram realizados utilizando-se o método de sorção em batelada [10,11] alíquotas de 10 ml de solução de cd(ii) de concentração 5.10-3 mol l-1 (padronizadas por titulação complexométrica com na2edta) [16] foram diluídas a 50 ml em balões volumétricos e transferidas para frascos termostatizados a 25±0,1 ºc. adicionou-se a seguir em cada solução 100 mg de siat e os sistemas foram mantidos em suspensão durante diferentes intervalos de tempo com agitação mecânica. após decorrido o tempo determinado, a siat foi separada das soluções por filtração simples. as concentrações de cd(ii) nas soluções sobrenadantes foram determinadas por titulação complexométrica com na2edta [16]. nesses experimentos além do tempo de equilíbrio de sorção foram ainda investigados os seguintes parâmetros físico-químicos no processo de adsorção do íon cd(ii) pela siat: ph, concentração das soluções do íon metálico e a presença de eletrólitos. a partir dos dados obtidos foram feitos gráficos de isotermas de sorção, e a partir destas isotermas determinou-se a capacidade máxima de sorção de cd(ii) pela siat em meio aquoso. pré-concentração de íons metálicos pela siat [10,11,3,9] traços de cd(ii) (25 mgl-1 ) em soluções aquosas foram pré-concentrados em coluna de vidro de 16 cm de comprimento e 0,8 cm de diâmetro interno, empacotada com 1,0 g de siat. esta coluna foi acoplada a um sistema de fluxo, constituído por uma bomba peristáltica ismatec, três tubos de tygon (amostra, água e eluente), com seus respectivos fluxos direcionados para a coluna por meio de uma válvula de quatro canais. alíquotas de 150 ml da solução de cd(ii) foram percoladas à coluna utilizando-se fluxo de 1,5 ml min-1. após lavagem da coluna com 100 ml de água deionizada (utilizando-se fluxo de 2 ml min-1), volumes de 5, 10, 20, 40 e 50 ml de solução 2,0 mol l-1 de ácido clorídrico foram testados na eluição dos íons cd(ii) sorvidos na coluna (utilizando-se fluxo de 2 ml min-1). as concentrações de cd(ii) nos eluatos foram determinadas por espectrometria de absorção atômica com chama (faas). determinação de cd(ii) por faas a determinações dos íons cd(ii) por espectrometria de absorção atômica com chama foram feitos utilizando-se soluções padrão titrisol merck no preparo da curva de calibração (a solução eluente, hcl 2,0 mol l-1, foi utilizada como branco). as condições operacionais utilizadas foram as descritas no manual do fabricante do ecl. quím., são paulo, 28(1): 9-17, 2003 12 equipamento (espectrômetro de absorção atômica, shimadzu aa 6800) [8]. a quantificação foi feita por integração do pico da absorbância medida. pré-concentração e determinação de cd(ii) em e amostras de águas naturais [10,9] experimentos de pré-concentração de íons cd(ii) foram feitos utilizando-se 6 amostras de 1000 ml de águas da represa de barra bonita-rio tietê/ sp. as amostras de água foram divididas em duas frações de 500 ml, sendo que uma dessas frações foi mineralizada por oxidação com luz ultravioleta utilizando-se tio2 como catalisador e h2o2 a 1% m/m. na outra fração, procedeu-se somente filtração utilizando-se membrana milipore de 0,45 mm. as amostras mineralizadas foram transferidas para balões volumétricos de 500 ml, e os volumes foram acertados com água deionizada. percolou-se 150 ml de amostra (mineralizada e não mineralizada) na coluna empacotada com 1,0 g de siat, e os íons cd(ii) sorvidos na coluna foram eluídos nas mesmas condições descritas em 2.2.5, e quantificados em seguida por faas. resultados e discussão síntese da sílica funcionalizada a síntese da sílica gel modificada com o grupo 2-aminotiazol foi realizada em duas etapas. na primeira etapa, reagiu-se a sílica gel previamente ativada em linha de vácuo com pocl3. nesta reação foi obtido como produto a sílica gel clorada, produto que foi lavado exaustivamente com álcool etílico anidro p.a., e seco em papel de filtro à pressão reduzida, conforme mostra a reação 1. reação 1: reação de cloração da sílica gel. a segunda etapa do processo constitui na imobilização do ligante 2-aminotiazol na matriz previamente clorada. tratou-se então a sílica gel clorada com o ligante 2-aminotiazol dissolvido em n,n-dimetilformamida, sendo submetido a um refluxo durante 36 horas sob aquecimento. neste tratamento obteve-se como produto a 2aminotiazol-sílica gel (siat), conforme mostra a reação 2. reação 2: imobilização do ligante 2aminotiazol na matriz de sílica clorada. o cloro ligado ao átomo de silício do polímero pode ser facilmente deslocado por bases fortes sob forma de íon cloreto. o 2amino t i azo l possu i pa r de e lé t rons disponíveis, e na reação comporta-se como uma base de lewis (nucleófilo), substituindo o cloro ligado ao silício na superfície da sílica gel. caracterização da siat análise elementar de nitrogênio e da área superficial específica (sbet.) cada molécu la do l igan te 2 aminotiazol imobilizada na superfície da sílica gel, possui 2 átomos de nitrogênio e um de enxofre em sua estrutura, sendo possível então, a partir dos resultados da análise elementar de nitrogênio, calcular o número de mmol de grupos 2-aminotiazol imobilizados por grama de sílica gel. estes resultados são apresentados na tabela 1. os resultados obt idos da medida de á rea super f ic ia l específica utilizando-se o método bet [17] também são apresentados na tabela 1. a diminuição na área superficial específica observada nas amos t ras de s í l i ca ge l func iona l izada , ocor re dev ido ao recobrimento dos poros do polímero pelo ancoramento dos grupos 2-aminotiazol , tornando-os menos acessíveis às moléculas ecl. quím., são paulo, 28(1): 9-17, 2003 13 de n2 utilizadas no processo de medida da sbet [1]. tabela 1. resultados da análise elementar de nitrogênio e enxofre, e das medidas de área superficial específica espectros de infravermelho (ft-ir) as informações obtidas para caracterização de grupos funcionais quimicamente ligados à superfície da sílica gel são limitadas devidas às absorções da matriz sílica gel, que obscurecem as absorções do grupo funcional em algumas regiões do espectro [14]. apesar dessas limitações, podese verificar que a superfície da sílica gel foi modificada, comparando-se os espectros apresentados na figura 1. as principais modificações que podem ser verificadas nas comparações entre esses espectros são: na sílica gel pura (sgp), a banda que aparece em 3429 cm-1 é atribuída ao estiramento de oh dos grupos silanóis. na siat esta banda diminui de intensidade, indicando que houve diminuição dos grupos silanóis superficiais da sílica devido à funcionalização; a banda larga que aparece na região de 2500 – 3700 cm-1 na sgp é atribuída ao estiramento de água adsorvida na superfície. na siat, esta banda larga também aparece, mas com uma absorção fraca em 2784 cm-1 (banda nova), a qual pode ser atribuída à deformação axial de ligação c-h de olefinas aromáticas; na sgp, a região de 1250 – 1750 cm-1, não apresenta bandas de absorção. na siat, observase o aparecimento de duas bandas fracas em 1471 e 1395 cm-1, que podem ser atribuídas à deformação axial de ligação c=n e/ou deformação angular de ligação n-h, deslocadas para freqüências menores devido possivelmente a deformação angular e/ou axial de ligações si-o remanescentes na sílica gel que absorvem fortemente em 1630 cm-1. experimentos de adsorção de cd(ii) em batelada pela siat o grupo 2-aminotiazol ligado quimicamente à superfície da sílica gel funciona como agente complexante dos íons cd(ii) por coordenação desses cátions nos átomos de nitrogênio e/ou enxofre da estrutura do ligante, permitindo assim a quimissorção de íons metálicos na superfície da siat. os resultados dos experimentos de sorção de cd(ii) pela siat, são mostrados nas figuras 2-5 por isotermas de sorção [5,2,6,10]. nessas isotermas, a quantidade mmol de cd(ii) retidos por grama de siat (nf), foi calculado utilizando-se a equação (3) [5]:onde ni é a quantidade inicial (mmol) do íon metálico presente na solução, ns é a quantidade final (mmol) do íon metálico na solução em equilíbrio com a fase sólida, e m é a massa de siat utilizada no experimento. figura 2. influência do tempo de contato dinâmico na sorção de cd(ii) por 100 mg de siat. a figura 2 mostra a influência do tempo de contato dinâmico para se atingir o equilíbrio de sorção entre a fase sólida (siat) e os íons cd(ii) em solução. verifica-se que são necessários 10 minutos de agitação mecânica para se atingir o figura 1. espectro de infravermelho comparativo entre a sílica pura e a siat. ecl. quím., são paulo, 28(1): 9-17, 2003 14 equilíbrio de sorção. os resultados referentes a sorção dos íons cd(ii) em diferentes faixas de ph são mostrados na figura 3. verifica-se que a quantidade dos íons metálicos retido na siat depende da acidez do meio, sendo que o ph onde ocorre a máxima retenção desses íons é o ph natural das suas soluções (ph ≅ 5,0). este comportamento pode ser explicado em função da diminuição do grau de protonação dos grupos aminotiazol ancorado na sílica em ph menos ácido. procurou-se não trabalhar em valores de ph acima do ph natural das soluções dos cátions cd(ii) para garantir a não ocorrência de hidrólise desses íons [11]. figura 3. influência do ph na sorção de cd(ii) por 100 mg de siat condições experimentais: tempo de agitação mecânica = 10 minutos, temperatura = 25ºc. a quantidade máxima de mol de cd(ii) sorvido (nfmáx.) pela siat é igual a quantidade de mol do íon metálico sorvido quando sua concentração (c) tende a infinito, ou seja, quando nfmáx. = [nf ]c → ∝. os valores de nf versus c foram plotados obtendo-se a isoterma de sorção apresentada na figura 4. pela análise dessa isoterma, verifica-se que a capacidade máxima de sorção de cd(ii) pela siat (nfmáx.) é de 1,12 mmol g-1. comparando-se os valores dos nfmáx. obtidos, com o número de grupos 2-aminotiazol determinados para a siat ( 1,24 mmol g-1), observase que a quantidade máxima de cd(ii) retidos está próximo a quantidade de grupos 2-aminotiazol, sugerindo que o mecanismo de retenção do íon metálico deva ser exclusivamente por quimisorção [9]. a grande afinidade da siat pelo cd(ii), pode 0 1 2 3 4 5 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 n f-m m ol /g ph ser explicada pela regra do ácido duro-mole de pearson [12]. o átomo de enxofre do grupo 2aminotiazol caracteriza este ligante como base mole que tem alta afinidade por ácidos moles, como é no caso o cd(ii). figura 4. isoterma de adsorção de cd(ii) em meio aquoso por 100 mg de siat. condições experimentais: tempo de agitação mecânica = 10 minutos, ph = 5,0, temperatura = 25º c. outro parâmetro físico-químico bastante citado na literatura, que influencia a sorção de íons metálicos por suportes sólidos modificados, é a presença de eletrólitos nas soluções desses íons [5,2,6,10]. experimentos de sorção de cd(ii) pela siat foram feitos considerando-se a presença de alguns ânions de sais de sódio (cl-, no3e clo4-). os resultados obtidos nesses experimentos são mostrados na figura 5. a influência desses eletrólitos sobre o processo de sorção dos íons metálicos, relaciona-se a tendência desses íons em formarem complexos e/ou pares iônicos com os ânions em solução. este comportamento é demonstrado na figura 5, onde a presença de 0,10 mol l-1 de nacl, nano3 e naclo4 nas soluções aquosas dos íons metálicos provocam diminuições nos valores de nfmáx. (≅ 0,90 mmol g-1). as diminuições nos valores de nfmáx. são devidas as interações cátion-ânion, que interferem negativamente na transferência dos íons metálicos da solução para os sítios de coordenação da siat. no entanto, estas interações, podem ser desconsideradas porque decrescem muito pouco os valores de nfmáx .[9]. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35 n f-m m ol /g concentração (mmol/l) ecl. quím., são paulo, 28(1): 9-17, 2003 15 figura 5. influência da presença de eletrólitos (0,10 mol l-1 de cl-, no3e clo4-) na sorção de cd(ii) por 100 mg de siat em meio aquoso. condições experimentais: tempo de agitação mecânica = 10 minutos, ph = 5,0, temperatura = 25ºc. pré-concentração de cd(ii) em coluna empacotada com siat os resultados obtidos nos experimentos de pré-concentração de cd(ii) em solução aquosa, utilizando-se a técnica de coluna empacotada com 1 g de siat, são mostrados na tabela 2 e na figura 7. analisando-se resultados obtidos nesses experimentos (tabela 2), verifica-se que com 5,0 ml de hcl 2,0 mol l-1, consegue-se uma recuperação de cd(ii) superior a 95%, obtendo-se um fator de enriquecimento de 29 vezes na concentração inicial de cd(ii) (150 ml de solução 25 µg l-1 de cd(ii), 5,0 ml de eluato). tabela 2. pré-concentração e recuperação de cd(ii) percolados em coluna empacotada com 1 g de siat. condições experimentais: eluente hcl 2 mol l-1, velocidade de fluxo = 1,5 ml min-1; volume de solução percolado = 150 ml, n = 3. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 nitrato perclorato cloreto n fm m ol /g concentração (mmol/l) 0 20 40 60 80 100 120 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 a bs or ba nc e concentration ug l-1 figura 7. curva de calibração de cd(ii) obtida na faixa de concentração de 10 a 100 µg l-1. condições experimentais: vazão percolação da amostra = 1,5 ml min.-1; vazão de eluição da amostra = 2,0 ml min-1, massa de adsorvente (siat) = 1 g a metodologia de pré-concentração de cd(ii), mostrou-se linear na faixa de concentração de 10 – 100 µg l-1, conforme mostra a figura 7, apresentando coeficiente de correlação linear (r) igual a 0,9993. o limite de detecção (ld) determinado foi de 0,80 µg l-1. o valor de ld foi calculado dividindo-se o valor médio obtido do desvio padrão de 12 leituras do branco (eluente, hcl 1,5 mol l-1, δ = 0,0012) multiplicado por 5, pelo coeficiente angular (b = 0,00157) da curva de calibração mostrada na figura 7. o fator limitante do método proposto consiste no tempo de percolação da amostra pela coluna (100 minutos, considerando-se a percolação de 150 ml de amostra), que analiticamente é grande para se analisar uma única amostra. no entanto deve-se considerar que no método convencional a amostra é evaporada até próxima a secura para proceder-se então a mineralização e posterior quantificação do metal, gastando-se um tempo maior e podendo-se ainda ter perda do analito caso ocorra a secura total da amostra. com base nesses resultados, aplicou-se o método de préconcentração desenvolvido em amostras de águas naturais da represa de barra bonita-rio tietê/sp mineralizadas por fotocatálise e não mineralizadas. os resultados obtidos são mostrados na tabela 3, e mostram-se concordantes com os resultados obtidos por determinações diretas, utilizando-se a espectrometria de absorção atômica com forno ecl. quím., são paulo, 28(1): 9-17, 2003 16 de grafite (gfaas). observa-se nesses resultados, que nas amostras não mineralizadas por fotocatálise não foram detectadas presença de cd(ii). essas diferenças nos resultados podem ser atribuídas a influência da matéria orgânica não mineralizada, cuja maior fração é constituída por substâncias húmica18. estas substâncias por apresentarem grupos funcionais quelantes de íons metálicos, diminuem a labilidade das íons cd(ii) presentes nas amostras de água, comprometendo assim a interação desses cátions com os sítios de coordenação da siat. tabela 3. pré-concentração de cd(ii) amostras de água da represa de barra bonita/rio tietê (n = 6). conclusões a sílica gel modificada com grupos 2aminotiazol (siat), que devido a presença de um átomo de enxofre e dois de nitrogênio no grupo funcional, apresenta alta capacidade de sorção de íons cd(ii) em meio aquoso, o que está de acordo com a regra ácido-base duro-mole de pearson . a sorção-desorção quantitativa desse cátion pela siat permite sua aplicação na pré-concentração de traços de cd(ii) em amostras de águas naturais, utilizandose a técnica em coluna. no entanto, deve-se proceder a mineralização das amostras de água antes da percolação na coluna, para eliminar a influência de substâncias húmicas que podem formar complexos com os íons cd(ii), e consequentemente inibir a interação do íon metálico com os grupos 2aminotiazol ancorados na superfície da sílica gel. agradecimentos os autores agradecem a fapesp processos 99/12916-0, e 00/10279-2 pelo suporte financeiro e bolsa de iniciação científica. moraes, f. v. de; alcântara, i. l. de; roldan, p. dos s.; castro, g. r. de; margionte, a. l.; padilha, p. de m. determination of cd (ii) by faas in aqueous medium after preconcentration in line on a siat. abstract this paper described the preparation of 2aminothiazole modified silica gel (siat) and the results of a study of the sorption and preconcentration (in batch and in flow using a column technique) of cd(ii) in aqueous medium. the sorption capacities for metal ion was 1.12 mmol g-1. the results obtained in the flow experiments, showed a recovery of 98% of cd(ii) adsorbed in a column packed with 1 g of siat, using 5.0 ml of 2.0 mol l-1 hydrochloric acid as eluent. an enrichment factor of 25 (150 ml solution containing 25 g l-1 of cd(ii), 5.0 ml concentrated) was obtained by this preconcentration procedure. the sorptiondesorption of cd(ii) made possible the development of a preconcentration method and quantification by flame aas of cd(ii) at trace level in aqueous samples. keywords:preconcentration, 2-aminothiazole modified silica gel, flame atomic absorption spectrometry. referências bibliográficas [1] cestari, a. r.; 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eletrodo sob potencial de acúmulo positivo (eac = +0.20 v). uma curva de calibração linear no intervalo de 0.122 a 1.22 mg/ml foi obtida para cefaloglicina em tampão b-r ph 10 utilizando-se tempo de acúmulo de 30 seg e potencial de acúmulo de +0.20 v. o método mostra alta reprodutibilidade e sensibilidade com desvio padrão relativo de 1,4 % para 5 determinações de 5x10-7 mol/l de cefaclor e limite de detecção de 5,17 ng/ml. palavras-chave: cefaloglicina; cefalosporinas; voltametria de redissolução catódica. introdução cefalosporinas são o maior grupo de antibióticos b-lactâmicos usados na clínica médica. são ativos contra um grande espectro de infecções bacterianas, cuja ação baseia-se na inibição da transpeptidase, enzima envolvida na síntese da parede celular bacteriana.6 estes compostos são caracterizados por uma estrutura contendo um anel b-lactâmico condensado a um anel diitrotiazínico. alterações nas cadeias laterais, através da introdução de diferentes substituintes no c3 e c7, são responsáveis por conferir ao fármaco, características distintas quanto à atividade antimicrobiana, estabilidade, tolerância orgânica, diminuição do efeito alérgico e etc. cefaloglicina é uma cefalosporina semi-sintética amplamente utilizada na terapêutica de processos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back infecciosos graves.17 sua estrutura química é mostrada na figura 1. a taxa de ligação protêica é baixa (10%), não sofre biotransformação, e 80 a 90 % da droga é excretada por via urinária no período de 24 horas.6 os métodos analíticos disponíveis na literatura para determinação da droga e seus produtos de degradação são baseados nas técnicas cromatográficas,9,12 espectrofotométricas10,18 e titulação potenciométrica.3 a redução polarográfica de cefaloglicina em eletrodo de mercúrio tem sido investigado préviamente em meio ácido.16 o comportamento polarográfico do fármaco caracteriza-se por uma onda catódica em potenciais altamente negativos (ao redor de -1 v) atribuído à redução da ligação -c=cdo anel diitrotiazínico,14 porém nenhum método de determinação envolvendo técnicas voltamétricas é proposto na literatura. as técnicas voltamétricas de redissolução catódica tem se destacado atualmente7,19,20 por oferecer metodologias eletroanalíticas com alta sensibilidade, através da utilização de uma simples etapa de pré-concentração. o método baseia-se na deposição anódica ou adsortiva de um composto orgânico eletroativo ou coordenado e sua subsequente detecção voltamétrica. deste modo, é objetivo do presente trabalho investigar o comportamento voltamétrico de redissolução catódica de cefaloglicina sobre eletrodo de mercúrio visando o desenvolvimento de um método de análise sensível, rápido e de baixo custo para cefaloglicina em meio aquoso. parte experimental equipamentos medidas voltamétricas foram realizadas em um analisador voltamétrico eg&par modelo 264 a, acoplado a um registrador x-y modelo re 0089, agitador magnético 305 e um sistema de eletrodos 303 a. uma célula voltamétrica da eg&par modelo g0057 com capacidade de 3-15 ml, contendo um fio de platina como eletrodo auxiliar, um eletrodo saturado de ag/agcl como eletrodo de referência e um eletrodo de gota pendente de mercúrio como eletrodo de trabalho com área média de 2,20 ± 0,05 mm2. todos os potenciais neste trabalho são referidos ao eletrodo de referência citado acima. os estudos de voltametria de redissolução catódica foram realizados aplicando-se um potencial para acúmulo das espécies no eletrodo de mercúrio (hmde), sob agitação constante da solução em tempo controlado. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 reagentes e soluções todos os reagentes utilizados são de grau supra puro (merck) e as soluções preparadas com água milli-q. soluções tampão britton-robinson (b-r) 0,04 mol/l foram utilizadas como eletrólito suporte na região de ph 2 -12. esta solução foi obtida através da mistura de ácido acético, ácido bórico e ácido orto-fosfórico na presença de hidróxido de sódio 1 mol/l. solução estoque de cefaloglicina 1x10-3 mol/l foi preparada diariamente em meio aquoso,a partir da substância seca com alto grau de pureza, obtida da glaxo pharmaceuticals (inglaterra). todos os experimentos foram realizados em temperatura ambiente de 24 ± 2ºc. procedimento todos os voltamogramas de redissolução catódica foram registrados segundo o seguinte procedimento experimental: uma alíquota de 10 ml de eletrólito suporte foi colocado em cela voltamétrica e desaerado por 10 min com nitrogênio. o volume requerido da solução padrão de cefaloglicina foi então adicionado através de micropipeta. o agitador magnético foi ligado e após desaeramento de 2 minutos, nova gota de mercúrio foi formada procedendo-se a seguir, o acúmulo do fármaco por um intervalo de tempo pré-estabelecido. após tempo de equilíbrio de 15 segundos, o potencial foi variado catódicamente no modo de varredura linear ou pulso diferencial e os voltamogramas registrados. uma velocidade de varredura de 5 mvs-1 e amplitude de pulso de 50 mv foi usado no modo de pulso diferencial e velocidade de varredura de 20 mvs -1 foi utilizado para o modo de varredura linear. resultados e discussão voltamogramas de redissolução catódica com varredura linear para cefaloglicina 1x10-6 mol/l em tampão b-r ph 2,5 obtidos após tempo de depósito (tac) de 20 segundos em potencial de acúmulo (eac) de -0,6 v, apresenta uma única onda de redução em potencial de -1,0 v, como mostra a figura 2. a sensível variação de corrente verificado antes (curva 1) e após pré-acúmulo do analito (curva 2) é indicativo de que cefaloglicina adsorve espontâneamente sobre a superfície do eletrodo. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 a onda voltamétrica é fortemente influenciada pela variação de ph. a corrente de pico diminui acentuadamente com o aumento nos valores de ph (figura 3), desaparecendo completamente em valores de ph > 4. a dependência entre potencial de pico e ph, também é mostrado na figura 3. como observado no comportamento polarográfico de cefaloglicina16 e outras cefalosporinas 3metileno-substituidas,4,14 o comportamento voltamétrico é característico de sistemas de redução envolvendo equilíbrio de protonação acoplado á transferência eletrônica. valores de ph= 2,5 foi escolhido como melhor condição experimental para monitoramento do fármaco. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 o estudo do potencial de acúmulo sobre a corrente de pico foi investigado em soluções 5x10 -7 mol/l de cefaloglicina em ph 2,5 após 30 seg de acumulação. nenhuma significante modificação na intensidade ou posição dos pico de redução foi observada no intervalo de potencial de acúmulo entre 0 e -0,80. a influência do tempo de acúmulo sobre a corrente de pico obtida de voltamogramas correspondentes à 1x10-6 mol/l de cefaloglicina em tampão b-r ph 2,5 foi investigado no intervalo de 20 a 120 segundos. a corrente de pico aumenta com o tempo de acúmulo, porém a curva voltamétrica apresenta baixa potencialidade analítica devido à sobreposição da descarga do eletrólito-suporte em tempos de acúmulos superiores a 40 segundos, diminuindo drásticamente a sensibilidade do método. a formação de complexos entre cefalosporina e íons metálicos tais como cu(ii), ni(ii), co(ii) é conhecido da literatura.1,2,11,13 estudos espectrofotométricos têm demonstrado que a formação desses complexos metálicos ocorre preferencialmente em meio alcalino.11 a formação de complexos pouco solúveis entre íon mercuroso gerado na superfície do eletrodo e compostos orgânicos contendo grupos específicos tais como: aminas primárias e tióis5,8,15 tem sido descrito na voltametria de redissolução catódica como eficiente etapa de pré-acúmulo. o método envolve a pré-oxidação do mercúrio em potenciais ligeiramente positivos, formação de um filme superficial entre analito/hg(i) e subseqüente redução do complexo formado em varreduras catódicas de potencial. considerando que cefalosporinas formam complexos metálicos e hg(i)/hg(ii) pode ser gerado superficialmente na gota de mercúrio através de simples aplicação de potenciais de acúmulo positivo (eac>0v), investigou-se a seguir a possibilidade de interação entre cefaloglicina/hg(i) como método de determinação indireta da droga. voltamogramas de redissolução catódica com varredura linear correspondentes à 5x10-6 mo/l de cefaloglicina em tampão b-r ph 10 após acúmulo da droga durante 30 segundos (curva 2) e 180 segundos (curva 3) em potencial de +0,10 v são mostrados na figura 4. a ocorrência de um pico de redução muito bem definido em potencial de -0,57 v mostra que a técnica voltamétrica de redissolução catódica pode ser vantajosamente utilizada para pré acumulo de cefaloglicina na superfície do eletrodo através da formação de complexo mercuroso em meio alcalino. a influência do ph no comportamento voltamétrico do sistema foi investigado e mostrado na figura 5. a análise da figura mostra que a corrente de pico aumenta acentuadamente em valores acima de ph neutro. é conhecido da literatura que cefaloglicina apresenta 2 grupos ionizáveis com constante de ionização pka1 = 1,91 e pka2 = 6,90, atribuídos à dissociação do ácido carboxílico e a-amino grupo, respectivamente.5 desse modo, o aumento da corrente em função do aumento nos valores de ph pode ser indicativo de que a droga é preferencialmente acumulada quando o grupo amino encontra-se na forma não-protonada. assim, a natureza da onda de redução em potencial de -0,57 v poderia estar relacionada á formação de um complexo superficial entre a função -nh2 presente na http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig5 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 cefalosporina (na forma desprotonada em meio neutro e alcalino) e hg2 2+ gerado através da oxidação superficial do hg0 em potenciais positivos. curvas voltamétricas de redissolução catódica de 5x10-7 mol/l de cefaloglicina em tampão b-r ph 10, eac = +0,20 v e tac = 180 s varridas no modo de varredura linear e modo de pulso diferencial foram comparadas e observou-se um aumento de 10 vezes na corrente de pico quando as curvas são registradas com a segunda opção. deste modo, escolheu-se a técnica voltamétrica de redissolução catódica com pulso diferencial como melhor condição para monitoramento do fármaco. o estudo da influência do potencial de acúmulo sobre a intensidade dos picos de redução foi investigado no intervalo de -0,05 a +0,20v, e mostrados na figura 6. a análise desta figura mostra que após 180 segundos de depósito, soluções 5x10-7 mol/l de cefaloglicina em tampão b-r ph 10 exibem maior corrente de pico em potencial de acúmulo de +0,20 v, o qual foi escolhido como melhor potencial para formação do complexo. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig6 a influência do tempo de acúmulo sobre a corrente de pico em concentração de 5x10-7 mol/l de cefaloglicina em tampão b-r ph 10 e potencial de acúmulo (eac) de +0,20 v, em um intervalo de tempo de 0 a 210 segundos é mostrado na figura 7. a corrente de pico aumenta linearmente com tempos de depósito até 60 segundos e apresenta valores constantes em tempos superiores, mostrando nítida saturação da superfície do eletrodo. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 utilizando-se as melhores condições experimentais para formação do complexo superficial hg(i)/cefaloglicina definidas anteriormente de eac = +0,20 v e tac = 30 s, construi-se uma curva de calibração no intervalo de 0,122 a 1,22 mg/ml de cefaloglicina em tampão b-r ph 10, cuja curva é mostrada na figura 8. uma relação linear foi obtida em todo o intervalo de concentração investigado, de acordo com seguinte a equação: ip (na) = -20,381 + 73,291 x c (c = mol/l, r = 0,996). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig8 o método descrito mostrou-se altamente reprodutível com desvio padrão relativo de 1,4% para 5 análises de 5x10-7 mol/l de cefaloglicina. utilizando-se tempo de acúmulo de 60 segundos, obtevese um limite de determinação de 12,2 ng/ml e limite de detecção de 5,17 ng/ml para 3 determinações do fármaco. a aplicação do método para amostras de cefaloglicina em meio aquoso mostraram um redescobrimento de 98%. conclusão estes resultados mostram que embora cefaloglicina seja reduzida voltamétricamente em meio ácido, o processo de redução em eletrodo de mercúrio ocorre em potenciais altamente negativos de -1,04 v, complicando a definição das curvas voltamétricas de redissolução. entretanto, o fármaco pode ser acumulado na superfície do eletrodo como complexo mercuroso em meio alcalino, cuja onda de redução proveniente da redução do complexo formado em potenciais de 0 v apresenta excelente potencialidade analítica. a natureza do processo de redução pode ser explicada pela redução indireta do complexo formado pela interação de hg2 2+ gerado na superfície do eletrodo em potenciais mais positivos que 0,0 v (hg0 ® h2 2+ + 2 e-) e o grupo a-amino da cadeia lateral da droga na forma nãoprotonada. a excelente reprodutibilidade e sensibilidade dos resultados apresentados mostram que a técnica voltametria de redissolução catódica oferece um método simples, eficaz e sensível para determinação de traços de cefaloglicina em meio aquoso. agradecimento os autores agradecem auxílio financeiro da fapesp, cnpq , capes e british council. letícia n. c. rodrigues agradece bolsa de pesquisa da capes e à universidade do sagrado coração bauru pelo afastamento durante realização do mestrado. rodrigues, l. n. c., ferreira, v. s., zanoni m.v. b. studies on cathodic stripping voltammetric behaviour of cephaloglycin in aqueous solution on mercury electrode. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.123-134, 1998. abstract: cephaloglycin in b-r buffer ph < 4 is reduced at hmde very close to the electrolyte discharge (-1.0 v). nevertheless, in alkaline medium (ph 10) a peak at -0.6v is observed when cephaloglycin is accumulated at accumulation potentials close to +0.20v by formation of an adsorbed mercury complex. the accumulation of this complex is recommended for use in the indirect determination of cephaloglycin by cathodic stripping voltammetry in the range 0.122 to 1.22 mg/ml with pre-concentration for 30 sec at accumulation potential of +0.20v. the detection limit was calculated to be 5,17 ng/ml (n = 3). the relative standard deviation determined from five determinations at the 5 x 10-7 mol/l level was 1.4 %. keywords: cephaloglycin; cephalosporins; cathodic stripping voltammetry. referências bibliográficas 1 chohan, z. h. syntesis of cobalt (ii) and nickel (ii) complexes of ceclor (cefaclor) and preliminary experiments on their anaibacterial character. 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d. r. rapid sensitive fluorometric analysis of caphalosporin antibiotics. journal of pharmaceutical sciences, v. 66, n. 2, p. 213-6, 1977. recebido em 19.3.1998. aceito em 14.4.1998. * departamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100011  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100004 eletroanálise de corantes alimentícios: determinação de índigo carmim e tartrazina marcos andré kapor hideko yamanaka patrícia alves carneiro maria valnice boldrin zanoni resumo: tartrazina e índigo carmim são corantes alimentícios amplamente utilizados na indústria alimentícia. ambos os corantes apresentam ondas voltamétricas de redissolução catódica bem definidas no intervalo de ph 2 a 12, quando pré-acumulados sobre eletrodo de gota pendente de mercúrio. curvas de calibração para tartrazina e índigo carmim são obtidas no intervalo de 5x109mol.l-1 a 1x10-7mol.l-1, em tempos de acúmulo de 30s e potencial de acúmulo de 0v e –0,10v, em tampão acetato ph 4,5 e carbonato ph 10, respectivamente. o método proposto foi aplicado para determinação direta de ambos os corantes em amostras individuais ou misturas em meio aquoso, e também, em amostras comerciais de suco artificial em pó e balas. palavras-chave: corantes alimentícios, tartrazina, índigo carmim, eletroanálise. introdução coloração é a primeira qualidade sensorial pelo qual os alimentos são julgados e, portanto, amplamente utilizada na indústria alimentícia para atender as expectativas dos consumidores, que usualmente associam cor ao sabor, cheiro ou qualidade do produto. portanto, o uso de corantes como aditivos alimentícios tem sido altamente explorado em alimentos tais como sucos, balas, guloseimas, gelatinas e refrigerantes, com a função de torná-los atrativos ao olhos do consumidor. consequentemente, tem também aumentado a preocupação quanto aos riscos toxicológicos desses produtos e/ou seus metabólitos no organismo humano (4-19). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso a comercialização destes compostos para fins alimentícios tem requerido um rigorosa avaliação de sua toxicidade e outras propriedades tais como: solubilidade em água e/ou solventes alcoólicos, inatividade química ou baixa reatividade com outros componentes do alimento tais como ácido, base, aromatizantes e conservantes, assim como estabilidade do corante quanto a luz, calor e umidade. no brasil, o ministério da saúde (act. no 55871/65, de 1965), tem permitido o uso de poucos corantes sintéticos em artigos alimentícios, em concentrações rigorosamente controladas (22). devido a sua alta demanda e necessidade de fiscalização, a necessidade de métodos de avaliação destes compostos, nas mais diversas matrizes em diferentes concentrações, tem sido rotineiramente requerida, tanto no controle de qualidade de indústrias alimentícias e águas de rejeitos, quanto na análise destes compostos em órgãos de vigilância e controle da saúde humana. os métodos usuais baseiam-se principalmente nos métodos espectrofotométricos (3-11), que apresentam limitada sensibilidade ou nos métodos cromatográficos (9-20), que são economicamente caros e usualmente envolvem várias etapas de extração . os corantes índigo carmim (c.i. 73015) e tartrazina (c.i. 19140), cujas estruturas moleculares são mostradas na fig.1, têm sido os corantes sintéticos mais utilizados na indústria alimentícia para oferecer as cores azul e amarela, respectivamente. o comportamento eletroquímico de diversos corantes alimentícios tem sido investigado através de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 técnicas polarográficas (2-5) e voltamétricas (7-14). fogg & colaboradores (7) têm publicado um estudo sobre o comportamento voltamétrico de redissolução de 16 corantes, porém o trabalho tem um enfoque bastante geral, onde ressaltam-se apenas os respectivos potenciais de redução do corante tartrazina e índigo carmim e o efeito da adição de cloreto de tetrafenilfosfônio no aumento da seletividade do método. entretanto, nenhum trabalho mais completo tem sido proposto para determinação de traços de corante índigo carmim e tartrazina ou misturas binárias contendo ambos os corantes, embora esta combinação seja bastante utilizada para conferir a cor verde em alguns produtos. considerando a alta sensibilidade, simplicidade e baixo custo dos métodos voltamétricos de redissolução para monitoramento de baixas concentrações de corantes sintéticos (7-16), o presente trabalho investiga o comportamento voltamétrico de redissolução catódica dos corantes alimentícios índigo carmim e tartrazina (fig.1), com o objetivo de otimizar as melhores condições experimentais para análise de traços destes corantes, individualmente ou na forma combinada em meio aquoso e amostras de balas e sucos artificiais. parte experimental as medidas voltamétricas foram realizadas em um potenciostato/galvanostato da eg&g parc 283, acoplado a um conjunto de três eletrodos da parc modelo 303a. como eletrodo de trabalho utilizou-se um eletrodo de gota pendente de mercúrio no modo hmde; um eletrodo de ag/agcl (3m kcl) foi usado como eletrodo de referência e um eletrodo de carbono como eletrodo auxiliar. todas as medidas de ph foram controladas em phmetro da metrohm e500, com eletrodo de vidro ea 121 préviamente calibrado. todos os reagentes utilizados são de alto grau de pureza (merck) e as soluções foram preparadas com água desmineralizada por um sistema milli – q da millipore. soluções tampão de acetato (hoac/oac-; 4,0< ph <6,0), tampão fostato (nah2po4/na2hpo4; 7,0 < ph < 8,0), tampão carbonato (nahco3/na2co3; 9,0 < ph < 11) e solução de hidróxido de sódio (ph 12) foram preparadas pela mistura de quantidade apropriadas de cada reagente e utilizadas como eletrólito suporte . procedimento: soluções estoque 1x10-4mol.l-1 dos corantes índigo carmim e tartrazina foram preparados pela direta dissolução das substâncias puras e secas (basf s.a) em água desmineralizada. uma alíquota da solução padrão a ser investigada foi transferida para uma célula voltamétrica contendo 10ml da solução tampão com ph apropriado. os voltamogramas de redissolução foram obtidos usando uma etapa de pré-acúmulo durante agitação da solução por 30s a 0v, ou outro potencial de acúmulo e tempo pré-estabelecido experimentalmente. após 15s de repouso da solução, os voltamogramas foram registrados no modo de varredura linear utilizando 100 mv s-1 . resultados e discussão voltamogramas de redissolução catódica característicos para redução de 1x10-7mol.l-1 dos corantes http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 índigo carmim e tartrazina, em tampão acetato ph 4,5, após pré-acúmulo em potencial de –0,05v durante 30s, são apresentados nas figuras 2 e 3, respectivamente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 enquanto o corante índigo carmim apresenta um pico estreito de 45mv de largura em potencial de – 0,18v, o corante tartrazina apresenta um pico largo com 150mv de largura e pequena intensidade, em potencial de –0,34v. em ambos os casos, a intensidade destes picos é praticamente desprezível sob as mesmas condições experimentais, porém sem etapa de pré-concentração prévia, confirmando a adsorção do corante sobre a superfície do eletrodo de mercúrio. a forma do pico para ambos os corantes refletem a natureza do processo eletródico. índigo carmim em meio ácido é reduzido segundo um processo eletródico envolvendo a ligação –c=c–, após transferência reversível de 2 elétrons (10), segundo o esquema: por outro lado, a redução do corante tartrazina segue um mecanismo envolvendo o grupo azo com transferência de 4 elétrons e subsequente rápida reação de clivagem, de modo semelhante a outros compostos azo (18) e mostrado no esquema abaixo: o efeito do ph sobre a adsorção de ambos os corantes foi investigado no intervalo de ph 2 a 12, utilizando-se soluções hcl/kcl, tampão acetato, tampão fosfato, tampão carbonato e solução de hidróxido de sódio. os respectivos valores de potencial e corrente de pico são mostrados em função da variação de ph nas figuras 4 e 5 para tartrazina e indigo carmim, respectivamente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 a análise da figura 4 mostra que o pico de redução do corante tartrazina desloca-se para potenciais mais negativos no intervalo de 2,0 £ ph £ 9,0, sugerindo que o grupo azo da espécie adsorvida deve estar sendo reduzido na forma protonada. em meio alcalino, os valores são aproximadamente constantes e a corrente de pico apresenta um acentuado decréscimo de intensidade, sugerindo que o meio ácido de ph < 6,0 é a melhor região para determinação de tartrazina. no entanto, a redução do corante indigo carmim apresenta comportamento semelhante ao observado no modo polarográfico (1,2). a primeira etapa de redução (pico a) ocorre em toda a região de ph 2 a 12. a relação entre ep vs. ph é linear, porém apresenta clara mudança de inclinação em ph 7,0 e aumento na intensidade de corrente em valores de ph > 8,0. (fig.5). entretanto, a curva voltamétrica de redissolução exibe um pico extra em potenciais ao redor de – 0,90v em meio alcalino, com pouca potencialidade analítica devido à sua baixa intensidade de corrente. deste modo, estes resultados mostram que a melhor região de ph para análise do corante índigo carmim é meio alcalino de ph > 9.0. o efeito da variação do potencial de acúmulo (eac) sobre a pré-concentração dos corantes tartrazina e índigo carmim também foi investigado, no intervalo de potencial entre +0,15v a –0,35v, utilizando-se tampão carbonato ph 10 para índigo carmim e tampão acetato ph 4,5 para tartrazina, sob tempo de acúmulo de 30s. o corante tartrazina apresenta um pico de intensidade de corrente constante entre +0,15v a –0,20v, seguido de acentuado decréscimo em valores de potenciais mais negativos. o comportamento do corante índigo carmim apresenta algumas anomalias, quando pré-acumulado em potencial mais positivo que 0v. voltamogramas obtidos para 1x10-7mol.l-1 do corante em tampão carbonato ph 10 apresentam um pico extra em potencial de –0,08v (b) concomitante a ocorrência do pico principal (a) em potencial de –0,46v, como mostra a fig.6. a intensidade de corrente deste novo pico aumenta em valores mais positivos de potencial, cuja relação entre corrente de pico e eac para ambos os picos pode ser observada na fig.7. a estabilidade do sinal voltamétrico nestas condições experimentais foi testada e a altura e forma dos picos mostram-se constantes pôr pelo menos 2 horas. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 de acordo com a literatura (6, 23), a oxidação de mercúrio metálico a hg2 2+ na superfície do eletrodo, em valores de eac<0v, é o principio básico da voltametria de redissolução catódica para determinação de haletos, tióis e etc., pela formação de compostos insolúveis com mercúrio. por outro lado, é conhecido da literatura que a maioria dos corantes sintéticos apresentam sítios complexantes na molécula (24). deste modo, a ocorrência do pico de redução em potencial de – 0,08v, pode ser atribuído a redução do produto insolúvel entre índigo carmim e íon mercuroso na superfície do eletrodo, gerado preponderantemente em meio alcalino, sob condições de pré-acumulo em potenciais positivos, segundo o esquema pré-estabelecido na literatura (6, 23): nas quais, ic= corante índigo carmim e hg 2 2+-ic= produto superficial pouco solúvel. deste modo, a ocorrência da onda extra (pico b) seria perceptível apenas nos voltamogramas registrados em condições experimentais que propiciem a geração superficial do íon mercuroso em e > 0v e conseqüente formação de complexo com o corante. de acordo com os resultados obtidos, escolheu-se potencial de acúmulo de –0,10v como melhor condição para pré-concentrar o corante índigo carmim. o efeito do tempo de acúmulo sobre a intensidade de pico dos corantes índigo carmim e tartrazina foi investigado no intervalo de 0 a 150s, utilizando-se concentrações de 5x10-7mol.l-1 e 1x107mol.l-1, potencial de acúmulo de –0,10v e ph 10 para índigo carmim e ph 4,5 para tartrazina. em concentrações de 1x10-7mol.l-1 de tartrazina a corrente de pico aumenta linearmente com o tempo de acúmulo entre 20 a 150s, seguindo a equação: ip (na) = 5,841 + 1,1369 t (s). em concentrações de 1x10-6mol.l-1 de tartrazina a saturação da superfície do eletrodo ocorre em tempos superiores a 40s, porém apresenta relação linear em tempos menores seguindo a equação: ip (na) = 1,600 + 2,453 t (s). do mesmo modo, para 1x10-7mol.l-1 do corante índigo carmim as curvas de ip vs. tac, exibem relações lineares entre 0 a 120s, segundo a equação: ip (na) = 81,63 + 2,055 t (s). para concentrações de 1x10-6mol.l-1, observa-se saturação da superfície do eletrodo em tempos superiores a 60s e relação linear em tempos menores de acordo com a equação: ip (na) = 66,00 + 8,057 t (s). estes resultados mostram que a escolha do tempo de pré-concentração do eletrodo é uma etapa importante para obtenção de limites na curva de calibração para ambos os corantes. considerando as condições experimentais previamente otimizadas, construiram-se curvas de calibração para ambos os corantes, no intervalo de 5x10-9mol.l-1 a 1x10-7mol.l-1, utilizando-se tempos de acúmulo de 30s e solução tampão carbonato ph 10 e eac = -0,10v para índigo carmim e solução tampão acetato ph 4,5 e eac=0v para tartrazina. relações lineares entre ip vs. concentração foram obtidas nos intervalos de 1x10-8mol.l-1 a 7x10-7mol.l-1 de tartrazina de acordo com a seguinte equação: ip (na) = 9,9628 + 2,3823x108 c (moles.l-1), r= 0.9953 e n=7. para o corante índigo carmim, uma relação linear foi obtida entre 5x10-9mol.l-1 a 1x10-7mol.l-1, de acordo com a seguinte equação: ip (na) = -1,21586 + 1,3852x109 c (moles.l-1); r= 0.09924 e n=7. utilizando-se tempo de acúmulo de 60s, a curva de calibração também é linear neste intervalo e mostra a seguinte equação: ip (na) = 7,6656 + 1,8976x109 c (moles.l-1), r= 0,9962 e n=7. a repetibilidade do sinal foi testada para soluções 1x10-7mol.l-1 de tartrazina e índigo carmim e um respectivo desvio padrão relativo de 3,2% e 2,1% foi obtido em tais condições (n=7). o limite de detecção alcançou valores de 7,4x10-9mol.l-1 e 9x10-10mol.l-1 para tartrazina e índigo carmim, respectivamente. análise simultânea dos corantes tartrazina e índigo carmim amostras binárias sintéticas contendo ambos os corantes tartrazina e índigo carmim foram preparadas e alíquotas desta solução removidas e adicionadas em tampão acetato ph 4,5 e tampão carbonato ph 10. voltamogramas obtidos para amostras contendo 5x10-8mol.l-1 de tartrazina e concentrações variáveis de índigo carmim entre 5x10-8mol.l-1 a 2x10-7mol.l-1, em tampão carbonato ph 10, foram registrados após pré-concentração a –0,10v durante 60s, e mostrados na fig. 8. a análise das curvas mostra que o pico do corante índigo carmim em potencial de –0,46v aumenta linearmente com a concentração do composto e pode ser monitorado na presença de tartrazina sem qualquer tratamento prévio. amostras contendo 5x10-8mol.l-1 do corante tartrazina fortificadas propositadamente com 5x10-8mol.l-1 do corante índigo carmim e submetidas a adição de padrão da solução de índigo carmim apresentaram um descobrimento de 99,85 ± 0,45% do corante, mostrando uma excelente potencialidade analítica. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 do mesmo modo, as curvas voltamétricas (fig. 9) obtidas para amostras contendo 5x10-8mol.l-1 de índigo carmim na presença de tartrazina, em concentrações entre 1x10-7mol.l-1 a 5x10-6mol.l-1 de tartrazina, mostram correntes de pico que aumentam linearmente com a concentração, em tampão acetato ph 4,5, tac= 30s e eac= -0,10v, segundo a equação: ip (na) = 6,8194 + 8,4879x107 c (moles.l-1), r= 0,9978 e n= 4. do mesmo modo, amostras de índigo carmim contendo 1x10-6mol.l1 de tartrazina submetidas à adição de solução padrão do corante tartrazina, mostraram descobrimento de 99,54 ± 0,38% e o sinal voltamétrico não apresenta interferência do corante índigo carmim. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig09 identificação dos corantes em produtos alimentícios o método proposto foi a seguir aplicado na determinação destes corantes sintéticos em alguns produtos alimentícios comerciais, tais como balas e sucos artificiais, cujos corantes índigo carmim e tartrazina encontravam-se identificados pelo fabricante no rótulo de identificação dos compostos. amostras de balas da marca soft, sabores abacaxi e hortelã, foram pesadas e dissolvidas em 10ml de água e submetidas à agitação mecânica durante 2h. alíquotas de 100ml destas amostras, preparadas em balão volumétrico, foram adicionadas diretamente sobre 10ml da solução tampão acetato ph 4,5. as curvas voltamétricas foram registradas após pré-concentração por 60s a –0,10v e varreduras de potencial de 50mv.s-1, cuja curva é mostrada na fig. 10. a amostra submetida a adição de 1x10-7mol.l-1 de solução padrão do corante tartrazina promove o aumento do pico em potencial de –0,34v, como mostram as curvas b e c da fig.10. o mesmo procedimento foi repetido para a bala de hortelã. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 em ambas as amostras de balas, a concentração de tartrazina foi obtida pelo método de adição de padrão (de acordo com a metodologia descrita para análise do corante), observando-se um valor médio (n= 3) equivalente a 0,0203% (m/m) do corante tartrazina nas amostras da bala de abacaxi e 0,0137% (m/m) nas amostras da bala de hortelã. alíquotas de 100ml das mesmas amostras foram então transferidas a seguir para solução tampão carbonato ph 10 e submetidas à adição de 1x10-7mol.l-1 de solução padrão de índigo carmim. nas amostras de balas de abacaxi, não foi observado nenhum pico correspondente a redução do corante índigo carmim. no entanto, os voltamogramas obtidos para amostras de balas de hortelã, apresentaram valores médios (n= 3) de 0,00576% (m/m), após análise utilizando o método de adição padrão previamente descrito. a quantificação do corante índigo carmim foi ainda testada em amostras de suco artificial de sabor uva. 10ml da amostra do suco, preparada pela dissolução de 24,3947g do refresco em pó em 10ml de água deionizada, foram adicionado em 10ml de tampão carbonato ph 10. sob tempo de acúmulo de 60s, velocidade de varredura de 50mv.s-1 e eac= -0,30v, escolhido para eliminar interferência de outros componentes da amostra, os voltamogramas mostraram um pico em potencial de –0.46v, cuja intensidade aumenta linearmente com adição de solução padrão 1x107mol.l-1 do corante índigo carmim. as concentrações médias (n=3) mostraram valores correspondentes a 0,1377% (m/m) do corante nas amostras do suco. utilizando o mesmo procedimento, porém diluindo-se a amostra em 10ml de tampão acetato ph 4,5, identificou-se também 0,0844% (m/m) de tartrazina no suco em pó. conclusão estes resultados mostram que a técnica voltamétrica de redissolução catódica pode ser usada para determinação dos corantes tartrazina e indigo carmim em amostras de bala e refresco em pó em concentração muito inferior ao limite máximo aprovado pelas legislações brasileiras. a simplicidade do pré-tratamento da amostra, usando diluição direta do produto comercial, a alta sensibilidade do método, velocidade de análise e baixo custo da instrumentação são algumas das principais vantagens oferecida pela técnica. agradecimentos os autores agradecem o apoio financeiro da fapesp, cnpq e capes. soares, m.h.f.b. et al. electroanalysis of food dyes: determination of indigo-carmine and tartrazine. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: tartrazine and indigo-carmine are synthetic colorants commonly used in the food industry. a method was developed for the linear scan cathodic stripping voltammetric determination of both dyes with a hanging mercury electrode. linear calibration graphs were obtained for tartrazine and indigo-carmine in concentration from 5x10-9mol.l-1 to 1x10-7mol.l-1, using optimum accumulation potential of 0v and –0.10v, accumulation time of 30s and acetate buffer ph 4.5 and carbonate buffer ph 10, respectively. the proposed method is applied successfully for simultaneous determination of the both dyes in commercial artificial powder juice and candies. keywords: food colorants, dyes, indigo-carmine, tartrazine, electroanalysis. referências bibliográficas 1 barros, a. a.; cabral, j. o.; fogg, a. g. use of gelatin in the differential pulse polarographic determination and identification of synthetic colouring matters in drugs and cosmetics. analyst, v.113, p.853-8, 1988. 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α-dglucose, α-d-glucose monohydrate and β-dglucose were studied by means of ab initio calculations[12]. the interaction between water and α/β-d-glucose was studied by density functional theory (dft) b3lyp level[13]. both α and β-dglucose anomers were studied in gas phase and solution form using both dft and ab initio calculations [14]. in the same way, molecular dynamics (md) study of 1,5 anhydro-d-fructose in aqueous solution have been carried out[15]. high-level dft methods were used to study the conformational preferences of the 4c1 and 1c4 chair conformations as well as boat and skew–boat conformations of αand β-d-mannopyranose[16]. generally vibrational spectroscopic method of analyses were found useful to characterize carbohydrates. the raman optical activity of d-fructose in aqueous solution were reported[17]. both physicochemical properties and vibrational spectra of small carbohydrates was studied to asses the role of water in sweet-taste of carbohydrate. so that, d-fructose in water and alkali solutions were studied using raman spectroscopy in the oh 15ecl. quím., são paulo, 31(3): 15-21, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 analysis of the structure and vibrational spectra of glucose and fructose medhat ibrahim1, moussa alaam1, hanan el-haes2, abraham f. jalbout3, aned de leon4 1spectroscopy department, national research center, nrc., dokki, cairo, egypt. 2faculty of women for arts, science, and education, ain shams university, cairo, egypt. 3institute of chemistry, national autonomous university of mexico, mexico city, mexico 4nasa astrobiology institute (nai), department of chemistry and steward observatory, the university of arizona, tucson, az 85721 usa abstract: molecular modelling using semiempirical methods am1, pm3, pm5 and, mindo as well as the density functional theory method blyp/dzvp respectively were used to calculate the structure and vibrational spectra of d-glucose and d-fructose in their open chain, α-anomer and β-anomer monohydrate forms. the calculated data show that both molecules are not linear; ground state and the number for the point-group c is equal to 1. generally, the results indicate that there are similarities in bond lengths and vibrational modes of both molecules. it is concluded that dft could be used to study both the structural and vibrational spectra of glucose and fructose. keywords: ftir; d-glucose; d-fructose; α-anomer; α-anomer; semiempirical calculations; density functional theory (dft). stretching region[18]. sequential injection fourier transform infrared (ftir) spectroscopy is presented as a fully automated method for the rapid determination of glucose, fructose, and sucrose in soft drinks[19]. ftir was also used to study the adsorption of glucose monomer on hematite and quartz. the common adsorption mechanism indicated is a surface reaction involving the iron ion[20]. glucose among other carbohydrate molecules were linked to maleic anhydride functionalized polystyrene by polymer analogous reactions to produce biodegradable polymers. ftir spectra confirmed the degradation of the polymer[21]. on the basis of the above considerations, the present study aims to use molecular modelling together with the experimental measurements to study the structure and vibrational spectra of two important biological molecules, glucose and fructose in their open chain, α-anomer and βanomer monohydrate structures. molecular modeling calculations were conducted using semiempirical methods, am1, pm3, pm5 and mindo. furthermore, the dft (blyp/dzvp) was also used. the structure and vibrational spectra of the two molecules were calculated. the computed blyp/dzvp frequencies were compared with those obtained experimentally by ftir spectroscopy experimental α-d-glucose and β-d-fructose were purchased from aldrich (molecular weight for each is 180.16) and were used without further purification. the ftir spectra were collected for these samples using fourier transform ir spectrometer nexus 670, nicolet, usa. the number of scans was 32 and the resolution was 4 cm-1. all spectra were collected in the range (4000-400 cm-1). the kbr technique was used to prepare the samples for ir measurements. calculation details calculations were carried out on a personal computer using quantum mechanical methods as implemented with the mopac 2002 version 1.33 16 ecl. quím., são paulo, 31(3): 15-21, 2006 cache program (by fujitsu). the geometry of glucose and fructose in their open chain, αanomer as well as β-anomer monohydrate structures were optimized at semiempirical methods am1[22], pm3[22], pm5[23] and mindo[24] as well as dft method, beck-lee-yang-parr correlation functional, blyp with the double zeta, dzvp basis set. for the dft method, the vibrational spectra were performed after the harmonic approximation. results and discussion optimized geometry:the calculations of geometry optimization locate the lowest energy molecular structure in close proximity to the specified starting structure[25-27]. the symmetry of the molecular structures as shown in figure 1 corresponds to the c1 point group. the two studied molecules reveal that they both have the same chemical formula, which is c6h12o6. the open chain d-glucose molecule in figure 1-a starts with a cho group bonded to four subsequent carbon atoms and each carbon atom carries a hydroxyl group and a hydrogen atom and the last carbon atom is bonded to methyl group ch2oh. similarly the open chain dfructose can be described as in figure 1-d. in contrast to d-glucose the structure of the optimized d-fructose contains 4 carbon atoms between two methyl groups ch2oh. the second carbon atom is bonded to an oxygen atom to form c=o while the rest of carbon atoms is carrying hydrogen atoms and hydroxyl groups. the flexibility of these open chain molecules together with the high reactivity of the ch2oh and cho groups lead to an internal cyclizations, as the carbonyl groups reacts with one of the hydroxyl groups from the other end of the molecule. as shown in figure 1-b, the resulting ring contains 5 carbon atoms and one oxygen atom. the closure of the linear molecules to make a ring creates a new chiral center at c1, called the anomeric carbon. when the hydroxyl group is attached to c1, the carbon atom next to the ring oxygen and which does not carry the methyl group is in an axial or equatorial position with respect to the ring, these anomers are called α and β anomers[12]. the bond distances c-c, c-h, oh, c-o and c=o were calculated and presented in tables 1 to 3. regarding am1, pm3, pm5 and mindo results, there is a small variation in the calculated bond lengths as compared to blyp/dzvp. 17ecl. quím., são paulo, 31(3): 15-21, 2006 as can be seen in table 3 the two molecules show comparable bond distances at the blyp level of theory. the calculated bond lengths for d-glucose are 1.537 å, 1.120 å, 0.984 å, 1.455 å and 1.235 å for the bonds c-c of ch2o, c-h, o-h, c-o and c=o respectively. figure 1. structure of ad-glucose, bα-d-glucose, cβ-d-glucose, ddfructose, eα-dfructose and fβ-dfructose. table 1. calculated bond lengths in angstroms for d-glucose and α-dglucose, which were optimized at the semiempirical am1, pm3, pm5, mindo as well as density functional method blyp/dzvp levels of theory. am1 pm3 pm5 mindo blyp d: open chain d-glucose, α-d: α-anomer glucose similarly the calculated distances for the same bonds for d-fructose are 1.529 å, 1.110 å, 0.987 å, 1.428 å and 1.243 å, respectively. comparing between d-glucose and d-fructose structures one can observe a similarity in the calculated bond distances. as shown in table 3 a slight change in the structure is noticed as a result of changing open chain into anomeric. momany[13] studied the effect of hydration on the α-d glucopyrnose. it is stated that, although monohydrated β-d glucopyranose has only onewater molecule good geometries are obtained for this structure. it is proposed that, both of α and β anomers can be studied in its monohydrate form. at this level of theory α-anomer monohydrate is unstable and no optimal structure is found. on the other hand, the optimum structure of β-anomer monohydrate has been found. as seen in table 3, it is clear that solution phase is slightly lower than gas phase. it seems to be that the molecules in gas phase are rearranged so that their bonds are enlarged slightly as compared with monohydrate structure. infrared spectra: assignments of infrared frequencies are achieved by comparing of the band positions and intensities observed in ir spectra with wavenumbers and intensities from molecular modeling calculations. as seen in table 4 there are similarities in vibrational spectra of both d-glucose and d-fructose. the spectra can be assigned generally as in the following: the oh vibrational stretching is calculated to be in the region 3876 to 3005 cm-1, then the ch vibrations up to 2061 cm-1. the 18 ecl. quím., são paulo, 31(3): 15-21, 2006 table 2.calculated bond lengths in angstroms for d-fructose and α-d-fructose, which optimized at the semiempirical am1, pm3, pm5, mindo as well as density functional method blyp/dzvp levels of theory. table 3. comparison between bond lengths in angstroms for glucose and fructose which re calculated at the density functional theory blyp/dzvp level of theory. am1 pm3 pm5 mindo blyp d: open chain d-fructose, α-d: α-anomer glucose bond distance glucose fructose d: open chain, α-d: αanomer and β-dm: β-anomer monohydrate c=o stretching is calculated from 1849 to 1634 cm-1. a combination band of och and coh deformation is calculated from 1526 to 1347 cm-1. then the in plane ch and oh deformation from 1362 to 1191 cm-1can be observed. a band of co and cc stretching is regarded from 1191 to 995 cm-1. the following spectra are assigned as 19ecl. quím., são paulo, 31(3): 15-21, 2006 figure 2. ftir absorption spectra of both α-dglucose and β-d-fructose. table 4. calculated infrared frequencies in cm-1 of the main characteristic absorption bands of open chain d-glucose and d-fructose. ch deformation followed by ch2 vibration. as a general trend, semiempirical methods am1, pm3, pm5 and mindo gave higher calculated frequencies as compared to scaled dft method. this can be attributed to the effect of electron correlation, which is not included in semiempirical calculations. to compare the calculated spectra with the experimental ones, ftir spectroscopy can be used to study the two molecules. figure 2 shows the ftir spectra of α-d-glucose and βd-fructose respectively. table 5 shows the assignment of the main characteristic absorption bands for each of two molecules. the vibrational spectra that indicated in both figure 2 and table 5 can be classified into two main groups of spectra. the region from 600 to 1500 cm-1 in which c-o and c-c groups vibration modes are present and the carbohydrates generally shows their characteristic bands. on the other hand the bands from 2900 to 3450 cm-1 assigned to ch and oh vibrations groups. α-d-anomer is tested with one water molecule (monohydrate form) and compared with both β-anomer as well as am1 pm3 pm5 mindo blyp/dzvp d-g: open chain d-glucose and d-f:open chain d-fructose. experimental ftir frequencies for α-d-anomer. it is worth to mention that, the β-d-anomer assignment is in a good agreement with that presented by guo and zhang[28]. regarding the results of α-d-anomer, it is clear that the computed frequencies are in a good agreement with experimental ones except for ch and oh region. but there is agreement in the characteristic region of carbohydrate. in this region, there is a good correlation between both α and β anomer in one hand and the experimental frequencies on the other. the computed frequencies of α-anomer for both glucose and fructose are in a good agreement with experimental frequencies for both carbohydrate region as well as oh and ch region. comparing computed and the experimental frequencies one can conclude that, accurate results could be achieved with scaled dft method blyp/dzvp with higher computation time as compared to semiempirical methods. conclusions in the present study molecular models for two biological molecules, glucose and fructose are presented on the basis of semiempirical and dft calculations. the models present the structure and vibrational spectra for d-glucose and d20 ecl. quím., são paulo, 31(3): 15-21, 2006 table 5. comparisons between both experimental and blyp calculated infrared frequencies in cm-1 for both αd-glucose and β-d-fructose as well as αd-glucose and β-d-fructose monohydrates. d-glucose d-fructose ftir: experimental frequencies, α-d: α -d-anomer, β-dm: β -d-anomer monohydrate. fructose in their open chain, α-anomer and βanomer monohydrate forms. the obtained result indicates that there are similarities in the structural and vibrational characteristic of both molecules. although monohydrate α-anomer is not a complete hydration structure, its computed ir spectra is in a good agreement with experimental spectra for β-d-fructose. in addition, the computed spectra for α-d-glucose monohydrate are in a good agreement with experimental one in the characteristic region (600 – 1500 cm-1) and far from it in the oh region. it can be concluded that with a comparable results and lower computation time, semiempirical method could be used to study carbohydrates such as glucose and fructose. on the other hand for accurate and precise structural and vibrational data dft method could be used with a good agreement with experimental results. received 27 july 2006 accepted 17 august 2006 references [1] r. a. dwek, chem. rev. 96 (1996) 683-720. 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[28] j. guo and x. zhang, carbohydrate research 339 (2004) 1421-1426. 21ecl. quím., são paulo, 31(3): 15-21, 2006 introduction the principle of detection by piezoelectric crystal is based on the fact that the vibration frequency of an oscillating sensor decreases in the presence of an amount of material added to its surface. as shown by sauerbrey [1], the vibrating frequency of a quartz crystal, to a first approximation, changes proportionally to the mass deposited onto or removed from one or both their faces. because the tsmr (thickness shear mode resonator) fundamental frequency is rather low (10 mhz), it is assumed that viscosity effects contribute to the frequency changes due to gas sorption to a negligible extent only [2]. gaseous pollutants can be selectively sorbed by the detector if an ideal coating is deposited on the metallic electrodes. the observed frequency change is a measure of the amount of sorbed gas. the type of interaction taking place between the analyte molecules and the active coating determines the sorption and desorption characteristics. lowenergy, perfectly reversible interactions such as physisorption generally lack a high degree of selectivity. on the other hand, the formation of chemical bonds or the chemisorption process tend to be less reversible. one approach to overcoming these problems includes the application of sensor arrays to compensate the low selectivity [3,4]. another solution to this problem includes searching for “intermediate interactions”, i.e., interactions that are weaker than chemisorption (≈300 kj mol-1) but stronger than physisorption (040 kj mol-1), such as coordination [5]. a central metal atom surrounded by neutral or charged (often organic) ligands is responsible for these interactions, where one or more donor atoms on these ligands interact with the metal ion. so, selectivity can be influenced by the choice of both the metal ion and the ligand, from both an eletronic and steric point of view [5]. when gaseous molecules interact with metal complexes in this way, they themselves become coligands either by occupying free coordination sites or by displacing other ligands. earlier work in the field of coordination chemistry on mass-sensitive 23ecl. quím., são paulo, 31(4): 23-29, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 determination of carbon monoxide using a coated quartz crystal sensor o. m. guimarães1, m. e. d. zaniquelli2, j. r.m. castro2, v. r. balbo2 and j. f. andrade2 1departamento de química da ufpr/pr 81531-990 curitiba – pr brazil 2departamento de química ffclrp/usp 14040-901 ribeirão preto sp brazil. abstract: carbon monoxide was detected and determined by a piezoelectric quartz crystal sensor coated with nickel(ii)-phthalocyanine 50 % (v/v) solution in glycerine. studies on the effect of temperature, flow rate, and some possible interferents were carried out. calibration curves, sensor stability (lifetime) and the precision of measurements were also verified. the resulting selectivity is probably due to the coordinative binding between the electronically unsatured metal complexes and the analyte. the analytical curve is linear in the concentration range 0.10 to 1.0 % (v/v). keywords: carbon monoxide; piezoelectric sensor; phthalocyanine nickel(ii); quartz crystal. transducers includes the monitoring of oxygen by using cobalt porphyrins and cobalt diamine complexes [6], the detection of nh3 and organophosphorous compounds [7,8], detection of water [9] and the application of an organoplatinum coating to detect butadiene [10] and styrene vapours [11,12] or to discriminate isomeric and structurally-related unsaturated organic compounds [13,14]. in most of cases, problems arise from a lack of reversibility [7-9]. sometimes it is necessary to regenerate the sensors [11,12], with significant partial changes in sensitivity. for many years 3-trifluoroacetyl (tfa) and 3-heptafluorobutanoyl (hfb) camphorates of transition metals such as manganese (ii), cobalt (ii) and nickel (ii), and of lanthanides such as europium (iii) have been used as (chiral) additives to stationary phases in chromatography (chiralmetal) [15]. the selectivities are based on the interactions of these coordinatively and eletronically unsaturated metal complexes with analytes containing heteroatoms such as o and n. these materials have been applied to the detection and determination of volatile organic compounds (voc’s) containing oxygen, nitrogen, but bearing no heteroatoms [16]. phthalocyanines (pcs) are organic compounds that are able to act as chemically sensitive films. the properties of phthalocyanines, particularly their ionization potentials, can be varied by metal-ion insertion and by the attachment of additional atoms or groups which enhance or diminish the ionization potential according to their position on the electronegativity scale. variation of the substituents on the side chain and the ligand or µ-bridge in their polymers leads to different detection properties for environmentally relevant gases. this allows the production of carefully designed and optimized thin films having different degrees of sensitivity, selectivity, and stability. in addition, these films have high chemical and thermal stability toward many environmental conditions. they can be easily produced as films through coating methods such as sublimation, spraying, and smearing [17]. the interactions between the pc films and the gases may be classified in terms of irreversible chemical affinity, reversible chemical reaction (usually charge-transfer), or bulk sorption. these interactions result in detectable changes in the physical properties of the films, which include conductivity, mass, and optical properties [17]. in this study, which is part of a systematic investigation in our laboratory [18,19], we have proposed a phthalocyanine nickel(ii) coating for the detection and determination of carbon monoxide in air, using a piezoelectric crystal sensor. sensitivity, response time, reversibility, as well as stability, selectivity, and reproducibility of the detector were examined. moreover, the effects of the working flow rate, temperature, and possible interferents on the responses have been discussed. experimental details apparatus and reagents the setup consisted of an usual piezoelectric quartz crystal at-cut, with gold electrodes of active superficial area about 0.40 cm2, operating at a fundamental frequency of 10 mhz (icm, oklahoma, ok, usa). this sensor was housed in the glass detector cell developed for optimum exposure of the gas stream to the crystal, as described before [19]. each crystal was powered by a homemade oscillator operating in parallel resonance. the monitoring of each output frequency was carried out by using a sincler frequency counter. the output frequency was recorded every 30 and 60 s at a 0.1 hz resolution (gate time = 1 s). the working temperature was fixed at 25.0 ± 0.1 oc for all measurements (except for the study of the temperature effect). calibrated flowmeters (matheson and cole-parmer) were used to monitor the flow rates of the carrier (n2 or dried air) and sample gas (co) streams. pressurized cylinders from aga company were employed as reliable sources, carbon monoxide 10 % (v/v) being already diluted with pure nitrogen. analytical grade reagents were used for the preparation of all substances tested as coatings. coating preparation the best coating material found for the co gas was a 50 % (v/v) mixture of saturated nickel(ii)-phthalocyanine (in ethanol) and glycerol-99 % pure. other different ratios were 24 ecl. quím., são paulo, 31(4): 23-29, 2006 tested with little success, and criteria used for choosing the best component ratio was the maximum sensitivity reached. the crystals were coated with these substances by direct application of a small amount of the adsorbent material over the surfaces of the electrode (both gold faces of a thin piezoelectric crystal), using a microsyringe, and the viscous solution was spread with a tiny glass rod. all the material stays just on the gold electrode area leaving a reproducible film, which can have its mass (ca. 70-75 µg) controlled by monitoring the frequency change of the crystal and calculated from the sauerbrey equation [1]. vapour mixing the various concentrations of carbon monoxide were prepared by using the flow dilution method in nitrogen. samples from the generation system were introduced into the detector cell by a four-port sampling valve (varian). in operation, the carrier gas was first allowed to pass through the crystal sensor until the baseline frequency became stable. the sampling valve was then rotated to introduce the sample into the detector cell, where the interaction between the sample gas and the coating took place. after equilibrium was reached, the frequency reading became stable. the response was taken as the difference between the frequency of baseline before sampling and the frequency obtained after the established exposure time. when the sample valve was rotated again, allowing nitrogen to pass through the cell, desorption occurred and the frequency returned to the original baseline, being the detector ready to be used again. results and discussion development and amount of coating material the selection of a compound (or mixture) to be used as a piezoelectric quartz crystal coating is of utmost importance in the development of a chemical sensor. recently, the relevant parameters to be evaluated (stability, sensitivity, reversibility, response time, reproducibility, and selectivity), and the main variables affecting the results and influencing the choice of coating were discussed 25ecl. quím., são paulo, 31(4): 23-29, 2006 and illustrated with experiments performed during the evaluation of coatings for carbon dioxide detectors [20]. the choice of nipc was based on spectroscopic studies of pc materials in the visible and infrared spectral regions, and their gaseous adsorption-desorption properties were studied using langmuir-blodgett (lb) films [21]. it was also found that the central metal atom played a key role in the gas-film interaction mechanism [22]. because the electronic spectrum (es) is one of the probes used to monitor such interactions, the characteristics and changes in these spectra (pc complexes) imposed by the central metal atom are of current interest. when the mixture nipc/glycerol was used as coating, the signal magnitude (∆f) increased with a increasing of substrate amount until it reached a frequency shift of about 30 khz. after this point, the response did not increase any more (stability). too much material usually lead to total cessation of the crystal oscillations. consequently, the optimal amount of mass (coating) was considered to be 70-75 µg (30 khz, under our experimental conditions). effect of the flow rate on the response and reversibility in general, the piezoelectric-detector response is also very much influenced by the flow rate of the carrier gas in a flow analysis. for the selected coating material, an increase in the flow rate leads to a larger signal as far as approximately 72 ml min-1. after this value, a reduction in the signal magnitude (fig. 1) occurs, but the desorption time is also shortened. however, the use of a faster carrier gas flow rate also results in some disadvantageous effects such as accelerated damage by physical forces or even by volatilization (loss) of the coating material, which hinders return to the baseline frequency. thus, an appropriate choice of the working flow rate when using this species as detector should be the main concern among all the above factors mentioned. for the studied coating material, a flow rate of approximately 72 ml min-1 was considered to be ideal and complete gas desorption (reversibility, recovery, or regeneration time) took about two minutes. effect of room temperature some captor films or substrates are very sensitive to temperature changes[23], so rigid control is necessary in practical experiments. various factors such as sorption sensitivity and desorption rate may depend on the selected operational temperature. in this study, the carrier gas (nitrogen) was passed through a coil placed in a controlled thermostated bath. the response of the co sensor was studied in the temperature range of 20-70°c. results indicated that an increase in temperature led to an increase in sensitivity of about 2 hz/°c (fig.2). therefore, a more complete study on the stability of the coating material at higher working temperatures should be carried out, in the near future, in an attempt to obtain even more better results (sensitivities). calibration curves, precision, stability and interferents typical response analytical curves, (∆f, hz) 26 ecl. quím., são paulo, 31(4): 23-29, 2006 figure 1. effect of flow rate on the response of the nipc/glycerine coating: cco = 1.1 % (v/v), temperature 25°c, amount of coating = 76 µg, and different sampling times. figure 2. effect of temperature on the response of the sensor: cco = 1.07 % (v/v), flow rate = 62 ml min-1, amount of coating = 75 µg, and sampling time 30 s. figure 3.response of the nipc/glycerine coating to different co concentrations and exposure times: working temperature = 25°c, amount of coating = 76 µg, flow rate = 62 ml min-1, and sampling times = 30 and 60 s. 27ecl. quím., são paulo, 31(4): 23-29, 2006 encountered at room temperature is not high enough to allow general determinations, this method can be applied in some special situations [24-26]. table 1 shows the results of the precision studies for 10 different crystals, where standard deviations of about 3.3 and 5.4 hz were obtained for sampling times of 30 and 60 seconds, respectively. vs. co concentration, are shown in fig.3 for two different contact times. it was found that this dependence is linear in the studied concentration range from 0.10 to 1.0 % v/v. good linearities (r = 0.9982 and 0.9988) were obtained with sensitivities of 8.94 and 9.54 hz/ppm, for exposure times between the pollutant and the sensor of 30 and 60 seconds, respectively. although the sensitivity the lifetime of a single coating (crystal) was observed for fifteen days (table 2), and the results show good stability (loss of 7%). measurements carried out for a contact time of 30 seconds were also more reproducible in this study. when not in use, the crystal was stored in a desiccator (under vacuum). interference of some species such as carbon dioxide, sulfur dioxide, nitrogen dioxide, hydrogen sulfide, hydrogen chloride, ammonia, dry air, and water vapour, which are expected to exist in the air environment and maybe a potential interferents, were tested at 10 % (v/v) concentration level except for moisture. the syringe dilution method was used to obtain this value for all these substances. in these conditions, the present study has shown that only no2, h2s, and moisture cause significant frequency changes in comparison with that observed for 1 % (v/v) carbon monoxide (table 3). conclusions the nickel(ii)-phthalocyanine/glycerol mixture tested as substrate in this work is potentially good for use as gas captor on the piezoelectric sensor, being suitable for carbon monoxide determination in the concentration range 0.10 to 1.0 % (v/v). although the sensitivity encountered at room temperature is not high 28 ecl. quím., são paulo, 31(4): 23-29, 2006 enough to allow general determinations, this method can be applied in some special situations. a sample of the exhaust gas from a car could be collected into a sampling bag and analyzed in the laboratory without co2 interference, using absorbent tubes (soda lime) placed before the crystal cell, in the line. the concentration range of interest for carbon monoxide depends on the sample, and although in the environment the “safe” concentration limit is placed at 1000 ppm (1 ppm), the concentration in cigarette smoke reaches 40 ppm (4.0 %), which is in the useful range. carbon monoxide analysis in unpolluted areas, 0.1–0.2 ppm, can only be achieved with some previous preconcentration treatment. the amount of co in gaseous fuels is much higher and depends on its origin. it ranges from a few percent 4-18 % (v/v) in coal gas, 27 % in blast furnace gas, and around 29 % in producer gas, to 30-41 % in water gas. so, co concentration in gaseous fuels could be determined by the present method. it was observed that the interaction between co and nipc increases at higher temperatures. so, in future studies, new efforts in this direction will be important if higher sensitivities are to be achieved. another way to try to improve the sensitivity of the sensor would be to test different methods for the film preparation (coatings). electrochemical depositions, deposition by vacuum sublimation, or the use of langmuirblodgett films furnish more compact and homogeneous coatings, allowing still more effective control on their thickness. another advantage of chemical immobilization (langmuirblodgett films) is the possible shorter response time due to the lower influence of diffusion phenomena on the film surface. 29ecl. quím., são paulo, 31(4): 23-29, 2006 acknowledgments the authors are grateful to the cnpq, fapesp and capes for financial support. recebido em: 13/09/2006 aceito em: 07/11/2006 o. m. guimarães, m. e. d. zaniquelli,j. r.m. castro, v. r. balbo e j. f. andrade. determinação de monóxido de carbono usando um sensor de cristal de quartzo revestido. resumo:monóxido de carbono foi detectado e determinado por meio de um sensor piezelétrico de cristal de quartzo, cujos eletrodos foram revestidos com um filme formado por uma solução saturada de níquel(ii)-ftalocianina (em etanol) e glicerina pura, na proporção 50 % (v/v). realizaram-se estudos sobre o efeito da temperatura, vazão e a presença de algumas outras substâncias (possíveis interferentes). elaboração de curvas de calibração, estabilidade do sensor (tempo de vida) e estudos de repetibilidade também foram verificados. a seletividade resultante é provavelmente devida à ligação coordenativa entre os complexos eletronicamente insaturados do metal e o analito. a curva analítica é linear no intervalo de concentração entre 0,10 e 1,0 % (v/v). palavras-chave: monóxido de carbono; sensor piezelétrico; níquel(ii)-ftalocianina; cristal de quartzo. references [1] g. sauerbrey, z. phys. 155 (1959) 206-22. 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termodecomposição. palavras-chave: resinas; tinta látex branca; pigmentos; metodologia analítica; comportamento térmico. introdução a tinta é formada por uma mistura de uma parte sólida, que irá constituir a película aderente à superfície a ser pintada, em uma parte volátil (solvente). a parte sólida é constituída por pigmentos, cargas, aditivos e resinas. a parte líquida é constituída de água, solventes orgânicos e/ou aditivos (desengraxantes, dispersantes, secantes, emulsificantes, antiespumantes, coalescentes, espessantes e alastradores). faz-se a seleção dos componentes das partes sólida e volátil da tinta, de acordo com as http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#autor características que se deseja para o filme seco, tais como cor, brilho, espessura, dureza, flexibilidade e resistência a produtos químicos específicos. além destas características é fundamental conhecer o tipo de secagem da tinta (temperatura ambiente ou aquecimento) e se ocorre por oxidação ou por ação de catalisadores. a tinta tipo latex branca apresenta a seguinte composição básica: 24-26% de pigmentos, 29-31% de veículo sólido (com total de sólidos de 44-56%), material volátil correspondente aos solventes (diluentes) de 44-46% e aditivos voláteis em quantidades variáveis3. as tintas para revestimento de paredes podem apresentar variáveis principalmente quanto à quantidade de resinas, cargas e pigmentos dependendo do local de aplicação e do custo do produto final. as tintas encontradas no mercado apresentam na sua maioria resinas do tipo vinílica, acrílica e alquídica. resinas do tipo vinílica são polímeros de adição processadas a partir de monômeros do tipo vinílico, dos quais destacam-se o acetato de vinila, cloreto de vinila e o estireno butadieno. resinas do tipo acrílica são copolímeros de alto peso molecular com dois ou três tipos de monômeros, sendo um deles, composto acrílico que contém grupos reativos como hidroxila, carboxila ou amida e o outro, um éster acrílico, e um terceiro opcional, que pode ser um monômero tipo estireno. resinas do tipo alquídica, ou também conhecida como poliéster, são macromoléculas formadas pela reação de esterificação de um poliácido e um poliálcool que é modificado posteriormente com ácido graxo ou óleo. em função desta composição variável dos tipos de tintas, torna-se fundamental um controle de qualidade dos constituintes da mesma, bem como uma avaliação do produto final tanto por fabricantes quanto por consumidores de tintas. estudos referentes à identificação de resinas látex contendo resinas alquídicas vem sendo desenvolvidos empregando-se espectroscopia e, referentes à quantificação, métodos de extração9. procedimento para determinação quali e quantitativa de resinas látex incluindo acrílicos e vinílicos foi descrito previamente pelo mesmo autor, porém o tempo de secagem de 72 horas necessário era o grande inconveniente da análise10. técnicas cromatográficas e espectroscopia de iv foram utilizadas para análise de algumas tintas epoxi, acrílicas e sistemas complexos1. breve discussão sobre o uso da cromatografia gasosa para identificar compostos orgânicos de tintas foi apresentada4. as temperaturas onde ocorrem perdas de massa em análise de pequenas amostras de fibras acrílicas e tintas alquídicas brancas foram determinadas por termogravimetria12. o uso simultâneo de tg/dta permitiu estudos sobre compatibilidade de resinas de tintas5. para identificação de amostras de tinta cujo solvente é a água, a termogravimetria mostrou ser um método rápido e sensível com apenas 1 mg de amostra2. encontra-se demonstrada na literatura a aplicabilidade da análise térmica em investigações de tintas de emulsão7. dsc foi usado para analisar a temperatura de cura do pó epoxi, estabelecer a ordem da reação, a energia de ativação, freqüência do fator cura e ordem de reatividade em sistemas isotérmicos e dinâmicos6. neste trabalho, propõe-se uma metodologia de pré-tratamento de amostras para posterior identificação e quantificação de resinas e cargas em tintas latex da linha branca à base de solvente e/ou água (emulsão) disponíveis no mercado nacional. materiais e métodos a simples secagem (natural) de tintas leva à formação de película elástica, contendo solventes de alto ponto de ebulição e alto peso molecular, que não se evaporam com facilidade e que podem se decompor simultaneamente com as resinas, dificultando análise. para obtenção da amostra de tinta na forma de pó seco, foi desenvolvido um procedimento de extração de solvente por controle de temperatura e pressão. amostras de tintas e de resinas foram espalhadas sobre lâminas de vidro em forma de filme fino e depositadas em sistema de vidro de alta resistência com saída para bomba de vácuo. o sistema foi mantido por duas horas à baixa temperatura (-19°c), através de mistura refrigerante de gelo e sal, e a redução da pressão dentro do sistema foi obtida através de uma bomba speedivac 2, da edwards. após, as lâminas contendo as amostras foram mantidas em estufa por duas horas, à temperatura de 50°c para obtenção de resíduo sólido , na forma de pó e isento de solventes. amostras secas foram analisadas através de curvas tg/dta, obtidas empregando-se módulo de análise térmica simultâneo, sdt 2960, da ta instruments, com massa de amostra em torno de 8 mg, cadinhos de amostra e de referência de a-al2o3, atmosfera dinâmica de ar sintético e de nitrogênio (100 ml min-1) e razão de aquecimento de 20°c min-1. resíduos obtidos da termodecomposição foram identificados através de difratometria de raios x, método do pó, empregando-se um difratômetro horizontal hgz 4/b com contador proporcional e discriminador de altura de pulsos em montagem bragg-bretano, com tubo de cobalto (l = 1,7889 nm) submetido a 36 kv e corrente de 20 ma. as amostras foram colocadas em suporte próprio do equipamento e expostas à radiação com exposição até 70° (2q ). resultados e discussão a – obtenção da amostra seca o sistema empregado é uma adaptação ao experimento de burfield2, em que a amostra era resfriada por duas horas logo após sua aplicação na lâmina de vidro, seguida de vácuo por quatro horas e secagem em forno a 50°c por aproximadamente doze horas. este procedimento foi utilizado para evitar cura do material polimérico (resina). a metodologia proposta neste trabalho permitiu a redução do tempo de preparo da amostra para apenas quatro horas. além disto permitiu também aumentar a estabilidade térmica do filme seco para temperaturas superiores a 180°c (figuras 01-06). a quantidade de solvente pôde ser obtido com valor aproximado, entre 50 e 55%, através da pesagem das lâminas antes e após o tratamento acima descrito, isto devido a perdas por evaporação dos solventes mais voláteis das tintas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 b – curvas tg/dta das resinas através das curvas tg das resinas alquídica, vinílica e acrílica obtidas sob atmosfera de ar sintético verifica-se semelhantes estabilidade térmica, com intervalo de termodecomposição de 180 a 580°c (figura 01) e comportamento térmico ligeiramente distintos, dependendo da resina. para a resina vinílica observa-se que a termodecomposição ocorre em três etapas, enquanto que para as demais resinas, em apenas duas etapas de perda de massa e resíduos inferiores a 4%. os resíduos encontrados são provavelmente constituintes remanescentes do processo de fabricação e que não se decompõem até 900°c. sob atmosfera de nitrogênio, o intervalo de decomposição térmica diminui para 180-500°c, com alteração nas etapas de decomposição térmica (figura 01). curvas dta demonstram que as etapas de decomposição térmica entre 180-600°c para as resinas são diferentes quando obtidas em atmosfera de ar sintético e nitrogênio. curvas dta das diversas resinas também demonstram comportamento térmico bastante diferenciado entre si. para a resina http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 acrílica, observa-se pico endotérmico em torno de 400°c seguido de pico exotérmico em 450°c. para a resina alquídica, observa-se picos exotérmicos em 400 e 525°c e para a resina vinílica, pico exotérmico intenso em 550°c. quando sob atmosfera de n2, verifica-se apenas pico endotérmico sendo um pico intenso em 350°c seguido de outro largo em 450°c para a resina vinílica; dois picos consecutivos em 400 e 450°c para resina alquídica e em torno de 425°c para a resina acrílica. c – curvas tg/dta de tintas curvas tg/dta sob atmosfera de ar sintético de algumas tintas látex branca comerciais à base de resinas alquídicas, vinílicas e acrílicas são apresentadas nas figuras 02, 03 e 06. verifica-se que a decomposição térmica ocorre entre 180 e 550°c, com comportamento térmico aparentemente semelhante ao das resinas que a compõem quando comparadas com as curvas tg, permitindo identificar as resinas nas tintas. este mesmo comportamento térmico não é verificado através das curvas dta (figura 03) onde percebe-se a influência de outros componentes constituintes das tintas durante a termodecomposição oxidativa, tornando difícil a identificação das resinas presentes nas tintas através desta técnica. sob atmosfera de n2, verifica-se que entre 180 e 550°c o comportamento térmico das tintas é semelhante ao das resinas que a constituem (figuras 04-05). então, através das curvas tg e dta obtidas em nitrogênio e das curvas tg obtidas em ar sintético foi possível, conhecendo o intervalo de temperatura e aspectos dos picos dta em que o componentes se decompõe e a variação de massa correspondente nas curvas tg, identificar e quantificar as resinas nas tintas, além de identificar e quantificar a presença de caco3 e descartar a presença de outros possíveis componentes que se decompõem no mesmo intervalo de temperaturas13. acima de 550°c verifica-se termodecomposição em única etapa entre 600 e 800°c para tintas acrílicas e vinílicas, com picos endotérmico tanto em atmosfera de ar sintético quanto em nitrogênio, o que foi atribuído à termodecomposição do carbonato de cálcio13,8. outras cargas e/ou pigmentos brancos que poderiam estar presentes tais como óxido de titânio, barita, talco, mica e diatomita, não apresentam perda de massa nas curvas tg ou picos endotérmicos nas curvas dta entre temperatura ambiente e 900°c. selecionando os intervalos 180-550°c e 600-800°c pôde-se determinar a quantidade de resinas, carga (caco3) e resinas e/ou cargas presentes nas tintas (tabela 01). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 considerando 180-550°c como sendo somente referente a termodecomposição da resina visto que, outros componentes aditivos estão presentes em tintas em quantidades inferiores a 2-3%, calculouse sua porcentagem em massa na matéria seca. para o intervalo 600-800°c considerou-se que a termodecomposição deve-se à perda de co2 proveniente do caco3, pois caco3 ® cao + co2 . então, pela massa perdida pôde-se determinar a quantidade de caco3 presente na matéria seca e através da diferença entre a massa residual (600°c) e a massa de caco3 determinou-se a quantidade do resíduo composto de pigmentos juntamente outras cargas térmicamente estáveis até 900°c (tabela 1). fazendo-se uso da relação pigmento/veículo ou índice rp/v para exprimir a concentração de pigmentos em formulação de tinta, definida como a relação entre o peso de pigmento (a) e o teor de constituintes não voláteis (b), ou seja rp/v= a/b x 100 (%),e considerando a quantidade de solventes de aproximadamente 50% nas tintas analisadas obtém-se os valores da tabela 1, os quais situam-se no intervalo 24-26% correspondentes à formulações padrão3 para tintas a base de resinas acrílicas. para tintas látex a base de resinas vinílicas e alquídicas os foram menores que 24%. através de difratometria de raios x dos resíduos de termodecomposição a 900°c das tintas comerciais analisadas verifica-se apenas a presença do pigmento tio2, de fase rutilo11 (figura 07). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 considerações finais tratamento das amostras à baixa temperatura e pressão possibilitou obtenção das tintas na forma de pó, em tempo reduzido, para estudos termoanalíticos. termogravimetria e análise térmica diferencial mostraram-se técnicas precisas, rápidas, além das mesmas fazerem uso de pequena quantidade de amostra (da ordem de mg) e em condições específicas permitiram a identificação e quantificação de resinas, caco3 e pigmentos presentes em tintas látex da linha branca. considerando os valores de rp/v e resultados de difratometria de raios x concluímos que as tintas analisadas apresentam quase que exclusivamente pigmento tio2 de fase rutilo para tintas latex a base de resinas acrílicas, vinílicas e alquídicas e carga caco3 para tintas latex brancas a base de resinas acrílicas e vinílicas. agradecimentos os autores agradecem pelo auxílio financeiro do cnpq (proc. n° 620651/94.6) e pelas bolsas concedidas do cnpq/pibic. silva, a.r. et al. qualitative and quantitative determination of resins, fillers and pigments in white latex paints. ecl. quím, (são paulo), v.25, p. , 2000 abstract: resins, pigments and fillers constituents in white latex paint were identified and quantified after previous treatment under both low temperature and low pressure in order to get toilet powder from emulsion samples. tg/dta allowed, under determined conditions, to distinguish the kind of resins, fillers and pigments in commercial paints. x-ray diffractometry was used to confirm the presence of pigment in the final residue from the thermal decomposition. keywords: resins, latex paint, pigment, analytical evaluation, thermal behavior. referências bibliográficas 1 benneton, j.p., brule, b., bry, m., grange, d., migliori,f., such, c. chemical analysis of paint binders. in: 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[ links ] recebido em 29.2.2000 aceito em 28.3.2000 * departamento de química analítica – instituto de química – unesp – 1801-970 – araraquara – sp brasil http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100010&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25  são paulo  2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100010  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100015 use of a ca-selective electrode in the determination of total ca in the production of crude sugar. preliminary studies. jorge gonzález garcía* v.v egonov** rubén del tóro dénis*** e. del tóro dénis*** s. martinéz sáez* a. ramos vega* abstract: the determination of the total calcium in juice, syrups, and other products of the sugar industry is investigated. total calcium and free calcium is determinated by aas and employing ca-selective electrode respectively. a coefficient is obtained for the relation of total calcium with respect to free calcium. the coefficient is employed to determine the content of total calcium in accordance with the following equation. ca (tot) = k ca (free) relative error is less than 5 %. keywords: ion-selective electrode; ca-selective electrode; atomic absorption spectrometry; sugar juice. introduction the use of a massive form of the calcium ion-selective electrode in the sugar production process is http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back limited by the existence in the sugared fluids, of other products not only free calcium, but also different compounds which contain calcium, eg. phosphates, organic acids, aminoacids and proteins.1 this makes it impossible to give values of total calcium in juice, molasses in the sugar industry.5 the express analysis of the content of calcium by an ion-selective electrode (ise) would be able to control the considerable presence of this element in different stages of the sugar production2 process and so avoid scaling in equipment and apparatus and the loss of sugar in final molasses.1,3 in our work we determine the relation between free calcium and total calcium in juices, molasses and crude sugar. we employ this relation to determine total content of calcium in the sample by ise. materials and methods in the realization of this study a calcium ion-selective electrode was prepared using an ether derivative of 1,2,3 trihydroxysulfonic acid mixed with polyvinylchloride and dissolved in cyclohexanone to make up a laminated matrix which is fixed to a plastic tube. the experiments were carried out at 298 ± 1k using a ag/agcl electrode as a reference electrode, which was to a digital milivoltmeter mv-88, whose error in measuring does not exceed 0.1 mv. the reagents used where cacl2, mgcl2, cyclohexanone, sncl2, all analytical grade and polyvinylchloride chromatographic grade. the determination of the total calcium in the samples and model solutions were done in an atomic absorption spectrometer aas-3 at a wavelenght of 422.7 nm. results and discussions the elaborated calcium ion-selective electrode presented a electrochemical behavior in correspondence with nernst relationships, can be used for describing electrode potentials ranging from 0.1 mol/l to 3.10-6 mol/l with an average slope of 27.4 mv/decade close to the theoretical value for divalent ions. the electrode response was instantaneous with a maximum permissible potential deviation of ± 1mv. for the determination of calcium in the samples taken from panama sugar factory these were: some juices of purifier, mixed juice, clarified juice, molasses and crude sugar. in the case of the concentrated syrup (molasses) and the crude sugar, the respective dilution of the solutions were made (5 and 10% w/r respectively). the results were as follow: the value of the average coefficient for juices and syrups is : (1) kav = 1.497 this coefficient can serve as a base for calculation in the determination of the total calcium: ca tot = kav. ca(free) (2) by employing equation (2) the following results are obtained. it can be clearly seen that between the average calculated values and the average values of total calcium (aas), the relative error does not surpass 4%. in the case of crude sugar the results calculated and those obtained by aas, maintained the following correspondence. conclusions the preliminary results obtained in our work permit in a very quick way to determine the concentration of total calcium in the production process of sugar by using an ion-selective electrode sensitive to calcium. total concentration can be determined in an indirect manner based on the fact that it is possible to find a correlation coefficient that can be employed in the calculation of ca(tot). it’s necessary to reaffirm more than ever the validity of the methology used by increasing the determination in different stages of the year where the raw material changes its calcium compositions in dependence of characteristic of the juice. gonzález garcía, j., egonov, v. v., del tóro déniz, e., martinéz sáez, s., ramos vega, a. uso de um eletrodo seletivo de cálcio na determinação do total de cálcio na produção de açúcar cristal. estudos preliminares. ecl. quím (são paulo), v.22, p.193-197, 1997. resumo: foi investigada a determinação do total de cálcio em sucos, melaços, xaropes e outros produtos da indústria açucareira. o cálcio total eo cálcio livre foram determinados, respectivamente, por espectroscopia de absorção atômica (aas) e empregado eletrodo seletivo de cálcio. foi obtido no coeficiente para relação entre o cálcio total e o cálcio livre. este coeficiente foi utilizado na determinação do conteúdo total de cálcio, segundo equação: ca (total) = k ca (livre) com um erro relativo menor que 5%. palavras-chave: eletrodo de íon seletivo; espectroscopia de absorção atômica; caldo de cana. references 1 dobzhitzki, ya. jimicheeski analiz v caxanroka proizrodstvie. moscow: agropromizdat, 1985. 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cinnamylidenepyruvate with trivalent lanthanides and yttrium (iii) in an atmosphere of co2 josé dilson silva de oliveira* fernando luís fertonani** cristo bladimiros melios** massao ionashiro** abstract: solid state cinnamylidenepyruvate of trivalent lanthanides (except for promethium) and yttrium, were prepared. thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg, dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray diffraction powder patterns and complexometry were used to characterize and to study the thermal behavior of these compounds in a dynamic co2 atmosphere. the results obtained showed significative differences on the thermal stability and thermal decomposition of these compounds, with regard to the thermal behavior study in a dynamic air atmosphere. keywords: lanthanides and yttrium, cinnamylidenepyruvate, co2 atmosphere, thermal behavior. introduction studies involving complexes of benzylidenepyruvate, c6h5-(ch)2cocoo(bp), cinnamylidenepyruvate, c6h5-(ch)4cocoo(cp) and several phenyl-substituted of bp and cp, i.e. 4-dimethylamino-(dmbp), 2-chloro-4-dimethylamino-(2-cl-dmbp), 4-methoxy-(4-meo-bp), 2-chloro-(2-cl-bp), 4-chlorobenzylidenepyruvate (4-cl-bp) and 4dimethylaminocinnamylidenepyruvate (dmcp) with several metallic ions have been carried out in http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt aqueous solutions2-5,12,15. in the solid state, compounds of 4-meo-bp, dmbp, cp and dmcp with various metallic ions have been prepared and investigated by using thermoanalytical techniques, x-ray powder diffractometry, elemental analysis and complexometry1-6,11,13,14. the establishment of the stoichiometry and the thermal behavior have been the main objective of these works. as an extension of the work of ref. 11, hydrated compounds of cinnamylidenepyruvate with trivalent lanthanides and yttrium (iii), were prepared and investigated by using thermoanalytical techniques (tg, dtg, dsc) in a co2 atmosphere. the results of this study are discussed in connection with those found for previously study involving these compounds in an air atmosphere. experimental for the preparation of the solid state compounds of trivalent lanthanides and yttrium (iii) with cp, as well as, for the determination of the hydration water, metallic ions and ligand contents, the same procedures previously described11 were used. tg, dtg and dsc curves were obtained using a mettler ta-4000 thermal analysis system, with a co2 flow of about 90 ml min-1, a heating rate of 20ºc min-1 and samples of about 8 mg. a platinum crucible was used for the tg and dtg curves, and an aluminum crucible with a perforated cover was used for the dsc curves. x-ray powder patterns were obtained with an hgz 4/b horizontal diffractometer (gdr) equipped with a proportional counter and pulse height discriminator. the bragg-brentano arrangements was adopted using cuka radiation ( l = 1.541å ) and a setting of 38 kv and 20 ma. results and discussion table 1 presents the analytical and thermoanalytical (tg) results for the prepared compounds, from which the general formula ln(cp)3.2h2o can be established, where ln represents trivalent lanthanide or yttrium (iii) and cp is cinnamylidenepyruvate. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 the x-ray powder patterns showed that all the compounds are amorphous. the amorphous state is undoubtedly related to the low solubility of these compounds, as already observed for the lanthanides and yttrium compounds with dmbp7 and for the heavier lanthanides and yttrium with 4-meo-bp 8. tg and dtg curves of the compounds are shown in fig. 1. these curves show mass losses beggining at 50ºc and the first step up to 150ºc is due to the dehydration, that occurs in one step and through a slow process with loss of 2h2o. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01a the resulting anhydrous compounds are stable up to 200ºc, and above this temperature the dtg curves show that the thermal decomposition occurs with a large number of consecutive or simultaneous steps and through a more complex pathway, although the tg curves show mass losses continuously without possibility to suggest which part of the ligand is lost in the steps indicated by the dtg curves, except for the cerium compound, fig. 1(b), that shows two steps. the patterns of the dtg curves, except for the cerium and europium compounds are similar, suggesting the same thermal decomposition mechanism. this behavior was also observed in the thermal decomposition of these compounds in an air atmosphere11. for the lanthanium, praseodymium-europium compounds, fig. 1 (a, c-f), the mass losses indicated by the tg curves up to 700ºc (la), 685ºc (pr, sm) and 680ºc (nd, eu), are in agreement with the formation of lanthanide dioxycarbonate, ln2o2co3, as intermediate: la, tg = 71.60%, calcd = 71.62%; pr, tg = 71.50%, calcd = 71.44%; nd, tg = 71.00, calcd = 71.13%; sm, tg = 70.70%, calcd = 70.58%; eu, tg = 70.46%, calcd = 70.44%. tests with hydrochloric acid solution on samples heated up to the temperature of formation of the dioxycarbonate, as indicated by the tg http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01f http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01a and dtg curves, confirmed the elimination of co2. only in the lanthanium compound the intermediate is stable up to 900ºc. in the other compounds the thermal decomposition of the intermediates occurs between 720-800ºc (pr), 840-900ºc (nd), 720-820ºc (sm) and 710-760ºc (eu), with the mass loss data in agreement with elimintion of 0.5 co2 (pr, tg = 2,03%, calcd = 2.14%; nd, tg = 2,64%, calcd = 2.81%; sm, tg = 2,60%, calcd = 2.79%; eu, tg = 2.66%, calcd = 2.78%), with formation of the respective oxide, pr6o11, lno3 (ln = nd, sm, eu), as a final residue. the formation of dioxycarbonate as intermediate, was also observed in the thermal decomposition of these compounds and other phenyl-substituted derivatives of benzylidenepyruvate with lanthanides and yttrium in an air atmosphere1,7,8,11. the higher thermal stability of these intermediates in a co2 atmosphere than in an air atmosphere, is due to the increasing of the same gas evolved in the thermal decomposition of the dioxycarbonate, where the concentration of the ambient gas surrounding the sample increase, therefore the thermal stability increase. for the anhydrous cerium compound the tg and dtg curves show mass losses in two consecutive steps between 200-670ºc, and the first step up to 360ºc is in agreement with the loss of 3(c6h6), (tg = 29.33%, calcd = 29.60%). the following step which correspond to the final pyrolysis of the ligand, the mass loss is in agreement with formation of cerium oxide, ceo2, (tg = 43.99%, calcd = 43.71%). in the cerium compound, the dioxycarbonate is not formed probably due to the oxidation reaction of the cerium (iii) to cerium (iv). in the anhydrous gadolinium-lutetium and yttrium compounds, the tg and dtg curves, fig. 1 (g – o), show mass losses that begin at 200ºc, and above this temperature the thermal decomposition occurs slowly to give the respective oxide level, tb4o7 and ln2o3 (ln = gd, dy-lu, y), beggining at 725ºc (gd, dy), 740ºc (tb, tm), 750ºc (ho), 760ºc (er, y) and 780ºc (yb, lu). for these compounds, the formation of dioxycarbonate is not observed, although this intermediate was identified in the thermal decomposition of these compounds in an air atmosphere, except for the terbium compound11. in a dynamic gas atmosphere, compound that evolves the same gas during the thermal decomposition, the thermal stability is increased. however, for these compounds the intermediate is not observed, because the increasing thermal stability of the dioxycarbonate in a co2 atmosphere, probably is smaller than the increasing which is also observed in the final temperature of thermal decomposition. the increasing final temperature of about 200ºc, when compared with an air atmosphere up to the temperature where the dioxycarbonate is formed, undoubtedly is due to the purge gas that is the same gas evolved in the pyrolysis of the organic matter. the ambient gas concentration surrounding the sample increases, decreasing in rate of the reaction. in the terbium compound, the dioxycarbonate is not formed, probably due to the oxidation of tb(iii), that results in the formation of tb4o7, as final residue. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01k http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01f the dsc curves of the compounds are shown in fig. 2. the endothermic peak at » 100ºc, observed in all compounds is due to the hydration water and in agreement with the first mass loss of the tg and dtg curves. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02a the sequence of broad endothermic events verified after the dehydration, between 200ºc and 600ºc, are ascribed to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, which take place in consecutive steps, in agreement with the dtg curves. conclusion thermal decomposition of these compounds in an atmosphere of co2 the dioxycarbonate as intermediate was observed only for the lanthanium, praseodymium – europium compounds, in disagreement with the thermal behaviour data in an air atmosphere, where this intermediate was observed for all the compounds, except for the cerium and terbium compounds. the tg, dtg and dsc curves provided information about the influence of the co2 as purge gas, in the thermal stability and thermal decompositon of these compounds. acknowledgements the authors are grateful fapesp (proc. 90/2932-4), cnpq and capes for financial support and isilda marie aparecida ogata for aid in the preparation of the compuscript. oliveira, j.d.s., fertonani, f.l., melios, c.b., ionashiro, m. estudo do comportamento térmico de compostos no estado sólido de cinamalpiruvatos de lantanídeos (iii) e de ítrio (iii) em atmosfera dinâmica de co2. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. resumo: os cinamalpiruvatos de lantanídeos (iii) (exceto promécio) e de ítrio (iii), foram preparados no estado sólido. a termogravimetria, termogravimetria derivada (tg, dtg), calorimetria exploratória diferencial (dsc), difratometria de raios x e complexometria foram utilizadas para caracterizar e estudar o comportamento térmico desses compostos em atmosfera dinâmica de co2. os resultados obtidos mostraram diferenças significativas na estabilidade e na decomposição térmica desses compostos em relação ao estudo do comportamento térmico em atmosfera dinâmica de ar. palavras-chave: lantanídios; ítrio; cinamalpiruvato; atmosfera de co2; comportamento térmico. references 1 leles, m.i.g.; schnitzler, e.; carvalho filho, m.a.s.; fernandes, n.s.; melios, c.b.; ionashiro, m. preparation and thermal decomposition of the solid state compounds of 4-dimethylaminocinnamylidenepyruvate with trivalent lanthanides and yttrium. an. assoc. bras. quím., v. 48, p. 37-42, 1999. 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[ links ] javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); recebido em 22.05.2001. aceito em 11.07.2001. * centro de engenharias e ciências exatas – universidade estadual do oeste do paraná 85903000 – toledo pr – brasil. ** departamento de química analítica – instituto de química unesp – 14800-900 – araraquara sp – brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tx http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100001&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tx eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100001  eq-vol30n03 02.pmd 15 volume 30, número 3, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(3): 15-21, 2005 electrochemical evaluation of lipophilic antioxidants from iryanthera juruensis fruits (myristicaceae) d. h. s. silva*, f. c. pereira*, m. yoshida** , m. v. b. zanoni* *instituto de química, universidade estadual paulista, c.p. 355, cep 14800-900, araraquara sp, brazil. **instituto de química, universidade de são paulo, c.p. 26077, cep 05508-900, são paulo sp, brazil. abstract: tlc autographic assays revealed in the hexane extract of iryanthera juruensis (myristicaceae) the presence of two compounds, with antioxidant properties towards β-carotene. they were isolated and identified as 3-methyl-sargachromenol (1) and sargachromenol (2). further investigation of the hexane extract led to isolations of 3-methyl-sargaquinoic acid (3) and sargaquinoic acid (4). the electrochemical behaviour of these compounds was studied in ch 2 cl 2 /bu 4 nbf 4 at glassy carbon electrode. the phenolic group in both tocotrienols 1 and 2 are oxidized at +0.23v and +0.32v and their oxidation potentials are correlated with the observed antioxidant activities and oxidation mechanism of α-tocopherol. the reductive voltametric behaviour of quinone function in both plastoquinones 3 and 4 is discussed. keywords: iryanthera juruensis; antioxidants; cyclic voltammetry; myristicaceae introduction iryanthera juruensis is a widespread amazonic species known as ucu-úba rana in brazil, mamita in the llanos of san martin and cuángare on the pacific coast. ucuúba is the general designation given to amazonic myristicaceous species, whose seeds are valued in brazil for their high yield in fatty acids, mainly myristic acid (c-14), which is extensively used in pharmaceutical and cosmetic industries. other iryanthera species were reported to have their crushed leaves used by amazon indians for healing seriously infected wounds and cuts and to have their latex from the bark mixed with warm water for treating stomachal infections[1]. phytochemical work carried out on fruits of iryanthera grandis and i. lancifolia disclosed the presence of tocotrienols which exhibited higher antioxidant activity than α-tocopherol, evaluated through malondialdehyde (mda) and chemiluminescence (cl) assays[2]. studies on tocotrienols biological activities revealed the ability of γ and δtocotrienol in inhibiting solid tumour growth of sarcome 180 and also the highly metastic lewis lung carcinoma cells[3]. moreover, these tocotrienols are effective against vascular smooth muscle cells proliferation, which plays a central role in atherosclerosis[4]. oxidative damage to cell components is the initial event in several human disease processes including cancer and atherosclerosis[5], what has intensified the search for natural antioxidants. the high yield of easily oxidizable fatty acids in myristicaceous fruits suggests the necessity of antioxidant substances being produced in the fruits in order to maintain the integrity of seeds and thereby increase the prospects of germination. therefore, it was of interest to investigate the chemical composition of i. juruensis fruits in the search for new antioxidant substances[6,7]. the electrochemical behaviour of many simple phenolic compounds has been examined in the literature[8,9]. the existence of good correlation between the antioxidant activities and oxidation potentials for natural and synthetic compounds[10,11], explain the great interest to investigate the ox-redox properties of these classes 16 ecl. quím., são paulo, 30(3): 15-21, 2005 of compounds. therefore, it is not surprising that vitamin e, as good antioxidant, have been subjected to several electrochemical studies[12-17]. in this work, the electrochemical oxidation of tocotrienols isolated from i. juruensis fruits was investigated at a glassy carbon electrode and its electrochemical behaviour compared to that of vitamin e (α-tocopherol) with the aim to evaluate its antioxidant properties. the advantages of electrochemistry have also been used to follow the generated intermediates and products by comparing the results of electrochemical reduction of plastoquinone isolated from the same fruit. experimental phytochemical procedures fruits were collected in reserva do mocambo, in the amazon forest, in the rain season. a voucher specimen is deposited at museu paraense emilio goeldi, in belém, pa, brazil. the dried fruits were grounded and extracted with hexane. the extract was dried under reduced pressure and partitioned between hexane and 10% aqueous methanol. the hydroalcoholic fraction (7.6 g) was submitted to vacuum column chromatography over silica gel, which was eluted with hexane/etoac mixtures of increasing polarities and yielded 8 fractions. fractionation of the crude extract guided by the antioxidant tlc assay led to the choice of fractions b, c and k to be further investigated[18]. flash column chromatography over silica gel of fraction b eluted with gradient of hexane/ etoac afforded 2 (31 mg), 4 (53 mg) and others 13 fractions. purification of fractions e and k through preparationof tlc (hexane/etoac 8:2) gave 3 (15 mg) and impure 1, which was further purified by tlc (hexane/etoac 8:2) and afforded pure 1 (12 mg). the isolated metabolites were identified as 3-methylsargachromenol (1), sargachromenol (2), 3-methylsargaquinoic acid (3), sargaquinoic acid (4), respectively, from their spectroscopic data (ir, ei and esms, 1h and 13c-nmr)[18]. apparatus nmr spectra (1h, 13c, cosy and noe experiments) were measured on a bruker acf-300 spectrometer (300 mhz for 1h and 75 mhz for 13c) in cdcl 3 for all compounds; the chemical shifts are reported in ppm with tms as internal standard, and coupling constants (j) are given in hz. electron impact spectra (70 ev) were recorded on a hp 5988-a. β−carotene assay after developing and drying, tlc plates were sprayed with a 0.02% solution of β− carotene (aldrich), in ch 2 cl 2 . plates were placed under natural light until discoloration of background. the remaining yellow spots indicated the presence of antioxidant substances. electrochemical assay the cyclic voltamograms were carried out with a polarecord e-506 (metrohm) potentiostat. a three electrode system (663 va, metrohm) with a working electrode of glassy carbon (gc), a ag/agcl reference electrode and a carbon auxiliary electrode was used. dichoromethane (merck) was used as solvent and tetra-n-butyl ammonium tetrafluorborate (merck), as the supporting electrolyte. vitamin e (aldrich) was used as reference compound. the working electrode was polished with aluminium oxide 0.3 m (buehler) and special polishing cloth (buehler) prior to each measurement, because formation of a polymeric film inactivated the electrode after each scan. the electrode was then washed thoroughly with water, dried and cycled several times in the range – 1.6 to +0.6 v in order to reassure the absence of voltametric signal due to the supporting electrolyte. each compound was dissolved to concentrations of 10-20 mm in dichloromethane and added to a 15 ml aliquot of the supporting electrolyte. the solutions were then submitted to nitrogen flow during 10 min and the cyclic voltamograms were carried out at scan rates of 50 mv/s, unless stated otherwise. results and discussion chromatographic fractionation of the extracted deriving from fruits of i. juruensis after isolation and identification based on spectrometric data (experimental section) leads to four main compounds assigned tocotrienols 1 and 2 and plastoquinones 3 and 4[18], which chemical structures are proposed in fig.1. previous tests based on tlc analysis of these compounds using β-carotene solutions revealed the presence of antioxidant properties for tocotrienol 1 and 2. in order to confirm its antioxidant properties voltammetric studies were 17ecl. quím., são paulo, 30(3): 15-21, 2005 carried out for both isolated compounds and also for platoquinones 3 and 4, respectively. cyclic voltammograms obtained for oxidation of tocotrienols 1 and 2 in ch 2 cl 2 /0.1 m bu 4 nbf 4 at glassy carbon electrode presented only one anodic at +0.23v and +0.32v, respectively, as shown in figure 2 (curve a and c). the absence of cathodic peak in the reversal potential scan was observed for tocotrienol 2 in all scan rates investigated, but tocotrienol 1 presented a small cathodic peak in the reverse scan. the intensity of this cathodic peak increases with scan rate but is always smaller than unity (ipa/ipc=0.3). in addition, both oxidation waves were displaced to more negative potentials and the current function (i p .ν-1/2) decreases when the scan rate increases, showing characteristics of eletrodic process involving a chemical reaction subsequent to the electron transfer[19]. such behavior is indicative that probably the oxidation process involves the phenolic group in the tocotrienol compounds, but the subsequent chemical reaction consuming the generated product is more rapid for tocotrienol 2. in order to test the voltammetric results as a tool to evaluate the antioxidant capacity, the results were compared investigating the electrochemical behavior of α-tocopherol, with similar molecular structure of the tocotrienols isolated from i. juruensis. typical cyclic voltamograms of α-tocopherol exhibits only one well-defined anodic peak at +0.28 v (peak i a ) and one cathodic peak in the reversal potential scan, as shown in figure 2, curve b. the anodic peak potential (peak i a ) is shifted to more negative values and the ratio of ip a /ip c increases from 0.3 to 0.8 when the scan rate is increased from 0.01 v s-1 to 2 v s-1, suggesting that the product generated is also consumed by a slow chemical reaction[19]. this voltammetric behavior agree well with the global mechanism proposed for oxidation of the phenol group in α-tocopherol in aprotic medium[15-18], as shown in scheme 1[18]. the oxidation of phenol group in the α-tocopherol occurs via two electron transfer and liberation of two h+. the consequent formation of the correspondent quinone is observed only after the ring cleavage occurring after an intermediate stage of charge stabilization. table 1. cyclic voltametric parameters of isolated compounds 1-4 from i. juruensis fruits and reference compound α-tocopherol in ch 2 cl 2 /bu 4 nbf 4 on glassy carbon electrode, at scan rate of 50 mv/s. scheme 1. electrochemical oxidation of α-tocopherol. thus, taking into consideration the similarity between the molecular structures from tocotrienols 1 and 2 and α-tocopherol, it is possible to conclude that all the compounds are oxidized after complete conversion of the phenol group to the respective quinone, but can involve the formation of a stable cation as intermediate before oxidative cleavage. certainly, this intermediate is responsible for the appearance of the cathodic peak observed in the reverse scan. its absence in cyclic voltammograms of tocotrienol 2 indicates that the intermediate is less stable than tocotrienol 1 due successive cleavage of the c-o bond19. the respective values of peak potential calculated from cyclic voltammograms of all the compounds are compared in table 1. *ep c refers to reduction potentials of the oxidized products of α-tocopherol and tocotrienols 1 and 2, generated on the electrode surface. 18 ecl. quím., são paulo, 30(3): 15-21, 2005 as expected, cyclic voltamograms recorded for newly prepared solution of tocopherols and tocotrienols do not shown any reductive peak (fig.3, curve a). nevertheless, cyclic voltammograms obtained for the product generated after previous oxidation at +0.50v presents a well-defined peak at –0.43v (tocotrienol 1) and –0.38v (tocotrienol 2). representative cyclic voltammograms for reduction of tocotrienol 2 is shown in fig.4. the behavior is very similar to that verified for reduction of the product generated previously during oxidation of α-tocopherol, as can be seen in fig. 3. table 1, summarize the oxidation potential and the correspondent potential where reduction of the main product generated (after oxidation at +0.50 v) is taking place for both tocotrienols and α-tocopherol. the occurrence of reduction step in the cyclic voltammograms recorded from 0 to –1.5v revealed that reduction of quinone or stable intermediate could be taking place within the scan time scale. in order to test this hypothesis, complete cyclic voltammograms were recorded for plastoquinones 3 and 4 in ch 2 cl 2 /0.1 m tbatfb at glassy carbon electrode, which were isolated and identified previously from i. juruensis (experimental section). figure 5 exhibits a cyclic voltammogram for oxidation and reduction of plastoquinone 4. there is no oxidation peak for plastoquinone, but both compounds are promptly reduced at potential of –0.38v and –0.50v, respectively (table 1). the plastoquinone 3 presents similar voltammetric behavior to that of figure 5 and as verified for others tocotrienols reduction[17], a shoulder at more negative potential are also seen in the voltammograms but they were not analysed here. in both cases, the electrochemical behavior of plastoquinones resembles a global electrochemical process, expected when a simple quinone is reduced in aprotic solvent[17]. the analysis of shape and position of the peak potential on the cyclic voltammetric curves corresponding to the reduction of quinones 3 and 4 and the tocotrienols 1 and 2, suggests that the products generated after oxidation of tocotrienols are structurally closely related to that verified for the isolated quinones. so, the comparison among oxidation potentials of tocotrienols 1 and 2 and α−tocopherol (table 1), indicates that tocotrienol 1 is the compound more easily oxidizable in relation to tocotrienol 2 and α-tocopherol. this is explained, figure 1. chemical structures of α-tocopherol, tocotrienols 1 and 2 and plastoquinones 3 and 4. figure 2. cyclic voltammograms obtained for oxidation of 1.0 mmol dm-3 α-tocopherol (b); tocotrienol 2 (a) and tocotrienol 1 (c) in bu 4 nbf 4 (curve b) at vitreous carbon run at 0.10v. 19ecl. quím., são paulo, 30(3): 15-21, 2005 of this double bond is, however, not enough to keep up the intermediate cation stability if no methyl group ortho to the hydroxyl is present in the molecule (e.g. compound 2). on the other hand, the analysis of the oxidation electrodic process shows that more unstable intermediates are observed for tocotrienols 1 and 2 in comparison with the reversibility for the α−tocopherol oxidation, which could suggests a strong participation of the pyrane ring double bond in the cleavage rate of the oxidized molecule. the comparison of the reductive processes concerning the previously oxidized forms of 1, 2 and quinones 3 and 4 suggests that the products generated after electrochemical oxidation of tocotrienols 1 and 2 are very similar to that identified as quinone 3 and 4 respectively, directly isolated from i. juruensis fruits. these results are in agreement with the qualitative analyses of the antioxidative properties of compounds 1, 2, 3 and 4 through the β−carotene assay that showed similar intensities of spots only for the active compounds 1 and 2. because alkyl substituents in the meta position to the aromatic hydroxyl have little effect on the ease of oxidation of phenolic compounds, but inductive effects from ortho or para alkyl groups may lower the oxidation potential and make the molecule even easier oxidized than the phenol itself[19-20]. this could explain the lower oxidation potential of 1 when compared to 2, as they posses the aromatic substitution pattern of γ and δ−tocotrienol respectively. the lower oxidation potential of 1 when compared to α−tocopherol might be due to the c-3 double bond, which is conjugated with the aromatic ring and stabilizes the intermediate cation previous to completion of oxidation steps. the analysis of the structural effects occurring in this case indicates, that the stabilizing effect of c-3 double bond on the intermediate cation due to the presence of one aromatic methyl group ortho to the hydroxyl (e.g. compound 1) overcomes, although slightly, the stabilizing effect of two aromatic methyl groups ortho to the hydroxyl if the c-3 double bond is absent (e.g. α−tocopherol). the contribution figure 3. cyclic voltammograms obtained for reduction of 1.0 mmol dm-3 α-tocopherol in bu 4 nbf 4 at vitreous carbon run at 0.10v s-1 from 0 to –2.0v (curve a) and after previous oxidation from 0 to +0.5vand reduction to –1.5v (curve b). 20 ecl. quím., são paulo, 30(3): 15-21, 2005 figure 4. cyclic voltammograms obtained for reduction of 1.0 mmol dm-3 tocotrienol 2 in bu 4 nbf 4 at vitreous carbon run at 0.10v s-1 after previous oxidation from 0 to +0.5 v and reduction to –1.5v. inlet: supporting electrolyte. figure 5. cyclic voltammogram at vitreous carbon run at 0.10v s-1 for oxidation followed by reduction of plastoquinone 4. inlet: supporting electrolyte. 21ecl. quím., são paulo, 30(3): 15-21, 2005 conclusions from these studies, it was concluded that the antioxidant activity of a phenolic compound depends ultimately on its ease of oxidation. so, cyclic voltammetry could be a rapid and simple instrumental tool for evaluating the antioxidant capacity of phenolic derivatives in natural products. the comparison between the voltammetric behavior of vitamin e and tocotrienol extracted from i. juruensis fruits have shown good correlations between antioxidant activity and low oxidation potential. as expected, the antioxidant activity is inversely proportional to their oxidation potential, but other properties as chelating characteristics or enhancement of the radical stabilization after the initial oxidation steps seems also important in the process. acknowlegment the authors thank fapesp, cnpq and capes and british council for financial support. recebido em : 25/02/2005 aceito em: 19/05/2005 d. h. s. silva, f. c. pereira, m. yoshida, m. v. b. zanoni. avaliação do comportamento eletroquímico de antioxidantes extraídos dos frutos da iryanthera juruensis (myristicaceae) resumo: testes em placas de ccdc reveladas com solução de β-caroteno mostraram a presença de duas substâncias com propriedades antioxidantes no extrato hexânico. elas foram isoladas e identificadas como 3-metil-sargacromenol (1) and sargacromenol (2). o extrato hexânico forneceu ainda o ácido 3metil-sargaquinóico (3) e o ácido sargaquinóico (4). o comportamento eletroquímico destas substâncias foi investigado em ch 2 cl 2 /bu 4 nbf 4 sobre eletrodo de carbono vítreo. a oxidação do grupo fenólico nos tocotrienóis 1 and 2 é responsável por um pico anódico em potenciais de +0.23v e +0.32v, os quais são correlacionados com sua atividade antioxidante. o mecanismo de oxidação é comparado com o comportamento eletroquímico do antioxidante α-tocopherol. palavras-chave: iryanthera juruensis; antioxidantes; voltametria cíclica; myristicaceae. references 1. r. e. schultes, b. holmstedt, lloydia 34 (1971) 61. 2. s. m. b barros, i. ishii, d. h. s. silva, m. yoshida, anais iv international symposium on orthomolecular medicine, são paulo,1993, p. 34. 3. k. komyiama, m. hayashi, s. cha, m. yamaoka, lipidsoluble antioxidants: biochemistry and clinical applications. eds. a. s. h. ong and l. parker , 1992, 152 p. 4. a. azzi, d. o. boscoboinik, e. chatelain, lipid-soluble antioxidants: biochemistry and clinical applications. eds. ong, a. s. h. and parker, l., 1992, 123p. 5. m. h. gordon, nat. prod. rep. 13 (1996) 265. 6. p. c. vieira, o. r. gottlieb, h. e. gottlieb, phytochemistry 22 (1983) 2281. 7. t. kusumi, y. shibata, m. ishitsuka, t. kinoshita, h. kakisawa, chem. lett. 3 (1979) 277. 8. w.r. sousa, c. rocah, c. l. cardoso, d. h. s. silva, m. v. b. zanoni, j. food compos. anal. 17 (2004) 619. 9. m. m. baizer, h. lund, organic electrochemistry, marcel dekker, new york, 1983, p.493. 10. s. chevion, m. a. roberts, m. chevion, free rad. biol. med. 28 (2000) 860. 11. s. chevion, m. chevion, p. b. chock, g. r. beecher, j. medic. food. 2 (1999)1. 12. d. a. markovic, z. djarmati, r. m. jankov, l. m. igynatovic, mickrochim. acta 124 (1996) 219. 13. j. p. hart, electroanalysis of biologically compounds, ellis horwood, west sussex, uk, 1990. 14. r. d.webster, electrochem. comm. 1 (1999) 581. 15. t. y. zhang, s. m. zhu, anal. chim. acta 309 (1995) 111. 16. m. f. marcus, m. d. hawley, biochem. biophys. acta 201 (1970)1. 17. j.q. chamber, the chemistry of the quinonoid compounds, part 2, s. patai ed., wiley int. london, 1999. 18. d. h. s. silva, f. c. pereira, m. v. b. zanoni, m. yoshida, phytochemistry 57 (2001) 437. 19. a. j. bard, r. l. faulkner, electrochemical methods – fundamentals and applications , john wiley, n.y., 1980. author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 4 | 2018 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online: 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being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100-46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image 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files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is 7 months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. author guidelines • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br eq2-02.pmd 15ecl. quím., são paulo, 29(2): 15-18, 2004 volume 29, número 2, 2004 www.scielo.br/eq fotoquímica e fotofísica do ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxo-prop-1-enil)benzeno r. a. bariccatti*, m. f. da rosa*, j. d. s. de oliveira** * gipfea grupo interdisciplinar de pesquisa em fotoquímica e eletroanalítica ambiental, centro de engenharia e ciências exatas – universidade estadual do oeste do paraná – cep 85903-000, toledo-pr, brasil. ** quibima grupo de pesquisa em química, biofísica e meio ambiente, centro de engenharia e ciências exatas – universidade estadual do oeste do paraná – cep 85903-000, toledo-pr, brasil. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: este trabalho versa sobre a caracterização espectroscópica do ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxoprop-1-enil)benzeno, substância com potencialidade em complexação de íons metálicos. para isto foram obtidos espectros de uv/vis do composto em meio aquoso na presença e ausência de irradiação no ultra-violeta. foram obtidos um coeficiente de extinção molar de 36.457 l mol-1 cm-1 e uma taxa de degradação de 5,2.10-7 mol l-1 min-1, quando se irradiou uma solução do composto cuja concentração era de 3,2.10-5 mol l-1 em uma cubeta de quartzo de 10mm de caminho ótico a 7,0cm de uma lâmpada de mercúrio de 80w. palavras-chave: ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxo-prop-1-enil)benzeno; fotoquímica; quelante _________________________________________________________________________________ introdução nos últimos anos a crescente industrialização vem promovendo a contaminação do meio ambiente por espécies metálicas de alta toxidez. para reduzir, controlar ou eliminar esses íons metálicos, faz-se necessária a síntese e a caracterização [1-6] de compostos com potencialidades quelantes. com este objetivo, foi sintetizado o ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxo-prop1-enil)benzeno (bis-bp) cuja estrutura (figura 1) indica uma possível aplicabilidade em complexação de íons metálicos. figura 1 fórmula estrutural do ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxoprop-1-enil)benzeno. outra possível aplicação analítica do composto seria como sensor químico e espectroscópico, uma vez que a complexação de metais pode alterar as propriedades espectroscópicas de absorção e emissão de luz, causando variações na intensidade e na posição do máximo de emissão [7] ou de absorção, respectivamente. estudos da constante de estabilidade de quelatos formados por derivados de ácidos dicarboxílicos unidos por cadeias com diferentes tamanhos de unidades etil e metil éter foram realizadas por miyazaki [8]. seus resultados indicam que a constante de estabilidade do quelato se altera com o tamanho do cátion e da cadeia que une os grupos dicarboxílicos. de uma forma geral, a constante de estabilidade diminui com o aumento da cadeia. contudo, antes de um estudo aprofundado das propriedades quelantes desse novo composto, é necessária a sua caracterização química, física e 16 ecl. quím., são paulo, 29(2): 15-18, 2004 espectroscópica. assim, foram obtidos vários espectros de uv/vis de forma que permitissem o cálculo do respectivo coeficiente de extinção molar. a sua foto-estabilidade foi estudada por irradiação de uma solução do composto em cubeta de quartzo por uma lâmpada de mercúrio de 80w, sendo seus espectros deconvoluídos e obtida a taxa de fotodecomposição. o seu comportamento frente à acidez do meio foi verificado com o emprego de soluções de hcl de diferentes concentrações. material e métodos a síntese foi realizada como descrito na literatura [9, 10]. o sal dissódico (bis-bp) foi preparado mediante a reação do tereftalaldeido com piruvato de sódio, em meio de água/etanol, e adição de solução de hidróxido de sódio. o precipitado foi seco à temperatura ambiente e, em seguida, mantido a 70°c em estufa por 72 horas. o correspondente ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxoprop-1-enil)benzeno foi obtido em meio de ácido clorídrico. para a determinação do coeficiente de extinção molar, foram preparadas as soluções de bis-bp por diluição de uma solução mãe com água destilada. a solução mãe foi preparada pela dissolução de 19,8mg do sal para 500,0ml com água destilada. utilizou-se balança analítica para pesagem das alíquotas de solução mãe e de água destilada adicionada, para maior precisão no cálculo das concentrações (figuras 2 e 3). a temperatura de trabalho foi mantida em 20°c. a irradiação foi realizada em cubetas de quartzo de 10mm de caminho ótico colocadas a 7,0cm da fonte de irradiação. para o estudo da protonação dos grupos carboxilatos do sal dissódico preparou-se uma solução mãe de ácido clorídrico de concentração 6,0 mol l-1, da qual foram retiradas alíquotas prédeterminadas, adicionando-se a cada uma 2,00ml da solução mãe de bis-bp e completando-se o volume para 25,00ml com água destilada, para obtenção dos respectivos valores de ph (figura 7). novamente, para obtenção de maior precisão na determinação das concentrações, realizou-se pesagem das massas das alíquotas das soluções e de água destilada, a cada etapa do processo. manteve-se a temperatura de trabalho em 25oc. os espectros de absorção foram obtidos em um espectrofotômetro de uv/vis shimadzu, pc-1601. resultados e discussão a figura 2 ilustra espectros de absorção de uv/vis, observando-se absorção máxima em 346nm, com um coeficiente de extinção molar de 36.457 l mol-1 cm-1 (figura 3). essa banda, em presença de solvente menos polar (acetonitrila), desloca-se para 357nm, deslocamento oposto ao esperado para uma transição π→π∗. figura 2 espectros de absorção do ácido 1,4-bis(3-carbóxi3-oxo-prop-1-enil) benzeno, com as concentrações expressas no gráfico. figura 3 gráfico com os valores de absorvância em 346nm e regressão linear para obtenção do coeficiente de extinção molar (36.457 l mol-1 cm-1). a figura 4 representa as alterações espectrais de uma solução cuja concentração inicial era de 3,2.10-5 mol l-1. observa-se a diminuição da absorvância em 346 e 232nm e aumento entre 250 e 320nm, formando-se pontos isosbéticos em 297, 17ecl. quím., são paulo, 29(2): 15-18, 2004 242 e 220nm. pela deconvolução dos espectros, pelo método da análise de fatores [11], verificase uma banda larga cujo máximo ocorre em 297nm, correspondente ao fotoproduto (figura 5) que possui uma absorção pouco intensa em 346nm. por isto, foi escolhido este comprimento de onda para os cálculos de decomposição para o bis-bp. a decomposição média obtida foi de 5,2.10-7 mol l-1 min-1, para os 10 minutos iniciais, e, considerando-se uma cinética de primeira ordem, obteve-se o valor de 1,82x10-2 min-1 para a constante de fotodecomposição (figura 6). figura 4 gráfico com os espectros de absorção do 1,4-bis(3carbóxi-3-oxo-prop-1-enil)benzeno com diferentes tempos de irradiação. figura 5 gráfico representando os espectros teóricos e experimentais das espécies iniciais e finais do 1,4-bis(3carbóxi-3-oxo-prop-1-enil)benzeno. figura 6 gráfico de ln([a]/[a0]) pelo tempo de irradiação (min.). figura 7 gráfico com os espectros de absorção do ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxo-prop-1-enil)benzeno em diferentes concentrações de ácido clorídrico. a acidez do meio provoca a protonação dos grupos carboxilatos presentes nas extremidades da molécula. a primeira protonação ocorre em valores de ph inferiores a 3,5. na figura 7, são mostrados os espectros de absorção em função do ph do meio. para esses valores de ph observouse deslocamento do máximo de absorvância para 360nm e, aparentemente, em concentrações de hcl acima de 1,0 mol l-1 o máximo do espectro desloca-se batocromicamente para 370nm. para valores de ph entre 9 e 4 não foi verificada nenhuma alteração espectral que indicasse uma possível protonação. conclusões o coeficiente de extinção molar do ácido 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxo-prop-1-enil)benzeno é de 18 ecl. quím., são paulo, 29(2): 15-18, 2004 aproximadamente 36.500 l mol-1 cm-1. este composto não é estável à luz ultravioleta, apresentando uma constante de degradação de primeira ordem de 1,82.10-2 min-1, para o sistema utilizado. sua transição mais intensa não é uma transição π→π∗, pois, os estudos com solventes orgânicos reforçam que deve ser uma transição ν−π∗. em ph próximo a 6, a espécie encontrada é a totalmente desprotonada, ocorrendo a primeira r. a.bariccatti, m. f. da rosa, , j. d. s. de oliveira, photochemistry and photophysic of 1,4-bis(3carboxy-3-oxo-prop-1-en-1-yl)benzene ____________________________________________________________________________________ abstract: this work deals of spectroscopy characterization of the 1,4-bis(3-carboxy-3-oxo-prop-1enil)benzene acid, a possible metal ion complexant compound. an aqueous solution of the title compound was irradiated using a 80w mercury lamp and the photodegradation was followed by uv/vis absorption spectra. the molar extinction coefficient determined was 36,457 l mol-1 cm-1 and degradation rate observed was 5.2x10-7 mol l-1 min-1, when the sample was irradiated in a quartz cuvette of 10mm optical path length and distant 7.0cm of the source of light. keywords: 1,4-bis(3-carboxy-3-oxo-prop-1-enil)benzene acid; photochemical; quelant agent. ____________________________________________________________________________________ protonação em ph entre 3,5 e 1,5 e a segunda se iniciando em valores de ph inferiores a 1,0. agradecimento ao paraná tecnologia (convênio no 04/01). recebido em 18/02/2004 aceito em17/05/2004 referências [1] l. c. s. de oliveira et al., thermochim. acta 219 (1993) 215. 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[12] p. suppan and n. ghoneim, solvatochromism, the royal society of chemistry, cambridge, 1997, p. 68-95. a07v29n1.pdf 57ecl. quím., são paulo, 29(1): 57-61, 2004 volume 29, número 1, 2004 www.scielo.br/eq clivagem dos ciclopaladados diméricos [pd(dmba)(m-x)]2 (dmba = n,n-dimetilbenzilamina; x = cl, n3, nco) por tiouréia a. c. moro1, a. e. mauro1, s. r. ananias1 2 departamento de química geral e inorgânica – instituto de química – unesp cep 14801-970 – araraquara – sp –brasil. resumo: ciclopaladados diméricos do tipo [pd(dmba)(m-x)] 2 (dmba = n,n-dimetilbenzilamina; x = cl, n 3 , nco) reagem com tiouréia (tu), à temperatura ambiente, resultando espécies mononucleares do tipo [pd(dmba)(x)(tu)]. todos os compostos foram caracterizados por análise elementar, espectroscopias no iv e de rmn de 1h e com base nessas técnicas as estruturas, desses compostos, foram propostas. os espectros de absorção no infravermelho mostraram que a coordenação da tiouréia, ao paládio, ocorre através do átomo de enxofre. o anel ciclometalado foi confirmado através da espectroscopia de rmn de 1h. palavras-chave: ciclopaladados; pseudo-haletos; tiouréia; espectroscopia. introdução os ciclometalados constituem um importante tópico da química organometálica a se considerar o número expressivo de publicações tratando do assunto [1-11]. estes compostos são formados pela ativação da ligação c-h, principalmente em ligantes orgânicos heterosubstituídos, por metais de transição [5-8]. no que concerne aos ciclopaladados, desde a síntese dos primeiros complexos a partir do azobenzeno, uma grande variedade dos mesmos tem sido preparada, pela variação dos átomos doadores: n, p, as, o; do tamanho do anel: cinco, seis ou mais membros; e da natureza do grupo que contenha o átomo de carbono [7]. recentemente, o interesse sobre esta classe de complexos intensificou-se pelas várias e significativas aplicações encontradas. entre estas destacam-se seus usos em sínteses orgânicas [9], catálise [10], agentes anti-tumorais [2], fotoquímica [11], na síntese de materiais líquido-cristalinos [3] e como unidades básicas na construção de macromoléculas [7]. no que concerne à coordenação a metais, a tiouréia e seus derivados constituem uma importante classe de ligantes moleculares, por apresentarem natureza ambidentada, ou seja, podem se coordenar a um metal através dos átomos de nitrogênio ou enxofre [12]. complexos de coordenação contendo a tiouréia, encontram-se descritos na literatura, com praticamente todos os metais de transição [12-14]; contudo, não há relatos mostrando a interação de ciclometalados com este ligante. tais fatos motivaram o interesse no emprego desta molécula neste trabalho, o qual contemplou as reações da tiouréia com os ciclopaladados [pd(dmba)(m-x)] 2 (x = cl, n 3 , nco) levando à formação dos produtos [pd(dmba)(x)(tu)]. estes compostos foram caracterizados por ponto de fusão, análise elementar, iv e rmn de 1h. procedimento experimental todos os reagentes foram obtidos comercialmente e utilizados sem purificação prévia. o dímero [pd(dmba)(m-cl)] 2 (1) (dmba = n,ndimetilbenzilamina) foi sintetizado de acordo com o procedimento descrito na literatura [15]. o mesmo foi utilizado, neste trabalho, como composto de partida para as sínteses das espécies [pd(dmba)(m-x)] 2 , nas quais x = n 3 (2), nco (3) 58 ecl. quím., são paulo, 29(1): 57-61, 2004 [4,6]. todas as sínteses foram realizadas, à temperatura ambiente em erlenmeyer de 50 ml. preparação dos ciclopaladados [pd(dmba)(x)(tu)] [x = cl (4), n 3 (5), nco (6)] inicialmente, adicionou-se 0,10g (0,18 mmols) dos complexos [pd(dmba)(m-x)] 2 [x = cl (1), n 3 (2), nco (3)] em 10 ml de clorofórmio, obtendo-se soluções amarelas. em seguida, adicionou-se nestas soluções, sob agitação, 0,027g (0,35 mmols) de tiouréia solubilizada em 5 ml de metanol. as misturas reacionais permaneceram sob agitação constante por 1h. após este período originou-se um sólido branco [pd(dmba)(cl)(tu)] (4) que foi separado por filtração; enquanto os sólidos amarelos [pd(dmba)(n 3 )(tu)] (5) e [pd(dmba)(nco)(tu)] (6) resultaram da evaporação do solvente. os sólidos foram lavados várias vezes com pentano, secos sob vácuo, obtendo-se os seguintes rendimentos: 40 % para (4), 85 % para (5) e 83 % para (6). intervalo de fusão para (4): 152,7-154,3 oc. ponto de decomposição: > 138,6 oc para (5) e > 138,5 oc para (6). a caracterização analítica dos compostos foi feita através da análise elementar de c, h e n. os dados obtidos por esta técnica estão de acordo com as fórmulas propostas, e são mostrados na tabela 1. instrumental os intervalos de fusão ou decomposição dos compostos foram medidos utilizando-se um aparelho mettler, modelo pf2. as análises do teor de carbono, nitrogênio e hidrogênio foram realizadas em um equipamento eager-200 chnso-ce. os espectros de absorção na região do infravermelho foram medidos no espectrofotômetro nicolet ft-ir impact 400, na região de 4000-400 cm-1, com resolução de 4 cm-1, empregando-se a técnica de pastilha em kbr. os espectros de rmn de 1h foram obtidos num espectrômetro multinuclear bruker, modelo ac-200, utilizando-se dimetilsulfóxido deuterado para a dissolução das amostras. como padrão interno para 1h empregou-se tetrametilsilano (tms). resultados e discussão as reações dos ciclopaladados diméricos [pd(dmba)(m-x)] 2 (x = cl, n 3 , nco) com tiouréia na razão molar 1:2 ocorreram facilmente, formando as espécies [pd(dmba)(x)(tu)] (x = cl, n 3 , nco), mostradas no esquema 1. as análises elementares destes compostos estão de acordo com as fórmulas propostas. na interação entre os dímeros [pd(dmba)(mx)] 2 (x = cl, n 3 , nco) e a tiouréia há três possibilidades reacionais. uma, que efetivamente foi observada neste trabalho, envolve a coordenação do ligante ao paládio, através do átomo de enxofre, resultando na formação de compostos quadrado planares (a), esquema 1. outra seria oriunda da ligação da tiouréia ao metal, através dos átomos de nitrogênio e caso o anel ciclometalado fosse mantido, haveria a formatabela 1análise elementar dos compostos 4-6. 59ecl. quím., são paulo, 29(1): 57-61, 2004 ção de compostos pentacoordenados, cuja geometria ao redor do centro metálico é de uma pirâmide de base quadrada (b). finalmente, na coordenação pelos átomos de nitrogênio poderia ocorrer o rompimento do anel ciclometalado resultando numa estrutura quadrado planar (c). os complexos foram caracterizados através das espectroscopias no iv e de rmn de 1h e os dados obtidos, por estas técnicas, são apresentados a seguir. esquema 1 espectroscopias no iv e de rmn os espectros de absorção na região do iv foram de suma importância na caracterização dos compostos obtidos, visto que os modos vibracionais dos grupos pseudo-haletos, da dmba e da tiouréia são bastante característicos, permitindo uma identificação clara de seus modos de coordenação aos metais [4,16]. o estiramento n as pd-cl, observado em 330 cm-1 no espectro de [pd(dmba)(m-cl)] 2 (1), não é notado em [pd(dmba)(m-n 3 )] 2 (2) e [pd(dmba)(mnco)] 2 (3), confirmando a substituição do cl em ponte pelo n 3 e nco, respectivamente. as bandas referentes à coordenação da azida em (2) são observadas em 2059, n as n 3 ; 1288, n s n 3 , cm-1 e as do cianato, no espectro de (3), em 2175, n cn; 1287, n co; 683, d nco, cm-1; todas indicativas de coordenação em ponte [4,5] dos referidos pseudo-haletos. com relação à análise dos complexos [pd(dmba)(x)(tu)] [x = cl (4), n 3 (5), nco (6)] através da espectroscopia no iv, figura 1, observa-se no espectro de (4), além das bandas características da dmba [4], o estiramento n as pd-cl em 427 cm-1 [16], o qual confirma a coordenação terminal do haleto. as bandas referentes aos íons n 3 e nco aparecem em 2037, n as n 3 ; 1290, n s n 3 ; 581, d n 3 , cm-1 no espectro de (5) e em 2221, n cn; 1302, n co; 617, d nco, cm-1 no espectro de (6), respectivamente. estes resultados confirmam a coordenação terminal dos pseudo-haletos, aos centros metálicos, bem como a ligação do cianato via átomo de nitrogênio [1,2]. figura 1espectros no iv dos compostos 4-6. 60 ecl. quím., são paulo, 29(1): 57-61, 2004 outras bandas foram observadas no espectro de absorção na região do iv, dos compostos 4-6, e atribuídas ao ligante tiouréia, tabela 2. nota-se na região de 3400-3190 cm-1, bandas bem definidas referentes aos modos vibracionais n nh, as quais indicam a ausência de ligações hidrogênio [16]. cabe salientar que tal tipo de interação existe no retículo cristalino da tiouréia livre e que o seu desaparecimento nos complexos 4-6 explica os maiores valores observados para o modo n nh em seus espectros [17]. a banda forte atribuída ao estiramento n cs, em 1079 cm-1, no espectro da tiouréia, tem sua intensidade apreciavelmente diminuída nos complexos 4-6, em decorrência da forte ligação pd-s [13]. tabela 2principais freqüências, em cm-1, da tiouréia (tu) observadas nos espectros no iv dos compostos 4-6. com base nos dados da espectroscopia iv propõe-se a coordenação da tiouréia ao metal através do átomo de enxofre como ilustrado na estrutura (a), esquema 1. devido à baixa solubilidade dos compostos [pd(dmba)(x)(tu)] [x = cl (4), n 3 (5), nco (6)] em solventes orgânicos como clorofórmio, diclorometano, acetona, água, entre outros, utilizou-se como solvente dimetilsulfóxido deuterado para obter os seus espectros de rmn de 1h. a tabela 3 apresenta os principais deslocamentos químicos, em ppm, observados no espectro de rmn de 1h dos ligantes dmba, tiouréia e dos compostos 1, 4-6. tabela 3principais deslocamentos químicos, em ppm, observados no espectro de rmn de 1h dos ligantes dmba, tiouréia e dos compostos 1, 4-6. s = forte; m = média; w = fraca. s = singleto; m = multipleto; sl = sinal largo. 61ecl. quím., são paulo, 29(1): 57-61, 2004 além dos deslocamentos químicos referentes à coordenação da dmba, a qual constitui o anel ciclometalado, os espectros de rmn de 1h dos compostos 4-6 apresentaram um sinal de ressonância na região de d = 7.11-7.23 atribuído ao grupo nh 2 da tiouréia, muito próximo ao da tiouréia livre (d = 7.06). este fato indica fortemente a coordenação do ligante, ao paládio, através do átomo de enxofre [14], pois caso houvesse algum átomo de nitrogênio coordenado ao metal, um grande deslocamento químico seria notado. conclusão a clivagem dos dímeros [pd(dmba)(mx)] 2 pelo ligante ambidentado tiouréia permite três possibilidades reacionais, levando à formação de compostos, cujos arranjos estruturais estão mostrados, esquema 1. contudo, apenas a estrutura (a), proposta para os complexos 4-6, mostra-se coerente com os dados oriundos das espectroscopias no iv e de rmn de 1h. os complexos sintetizados serão futuramente empregados, na obtenção de espécies polinucleares heterometálicas, via reações com compostos de mn2+, cu2+; visto que a tiouréia e os pseudo-haletos ainda apresentam sítios de coordenação disponíveis para novas ligações. agradecimentos os autores agradecem ao capes e cnpq pelo apoio financeiro e ao grupo de química de coordenação e organometálicos (iq-unesp/ araraquara) pelas sugestões. a. c. moro, a. e. mauro, s. r. ananias. cleavage of the dimerics cyclopalladated [pd(dmba)(mx)] 2 (dmba = n,n-dimethylbenzylamine; x = cl, n 3 , nco) by thiourea. abstract: reactions of [pd(dmba)(m-x)] 2 (dmba = n,n-dimethylbenzylamine; x = cl, n 3 , nco) with thiourea (tu), were performed at room temperature, giving compounds of the type [pd(dmba)(x)(tu)]. all compounds were characterized by elemental analyses, i. r. and 1h nmr spectroscopies. the infrared spectra showed that the coordination of thiourea to palladium occured through the sulphur atom. the cyclometallated ring was confirmed by 1h nmr spectroscopy. taking into account these techniques the structures of these compounds were proposed as being monomers with a square-planar coordination geometry around the palladium atom. keywords: cyclopalladated; pseudo-halides; thiourea; spectroscopy. referências [1] s. r. ananias, a. e. mauro, v. a. lucca neto, trans. met. chem. 26 (2001) 570. 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[17] c. k. lam, t. c. w. mak, tetrahedron 56 (2000) 6657. recebido em: 21/10/03 aceito em: 14/11/03 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100002 síntese e atividade fitotóxica de amidas derivadas do ácido 6a,7b-dihidroxivouacapan-17b-óico* valdenir josé belinelo** dorila piló-veloso** eduardo euclydes de lima e borges*** dalton luiz ferreira alves**** genuína teixeira reis***** resumo: o ácido 6a,7b–di-hidroxivouacapan-17b–óico foi isolado das sementes de pterodon polygalaeflorus benth (leguminosae) e então dez novas amidas derivadas deste ácido foram preparadas. os efeitos destas amidas na germinação de sementes de sorghum bicolor l. e cucumis sativus l. foram avaliados. nove compostos, a uma concentração de 100 ppm, mostraram um efeito inibitório (5-21%) no crescimento radicular de c. sativus l.. a n-(t-butil)-6a,7b-dihidroxivouacapan-17b-amida mostrou a maior ação inibitória (33%) para s. bicolor l.. somente a n-benzil-6a,7b-di-hidroxivouacapan-17b-amida mostrou efeito estimulatório no crescimento radicular para c. sativus l. e s. bicolor l., de 16% e 34% respectivamente. palavras-chave: diterpeno; amida; herbicida. introdução desde a descoberta do herbicida sintético, ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-d), em 1946, a indústria de agroquímicos se desenvolveu enormemente, e hoje há um grande número de herbicidas seletivos para diversas culturas.32 o mercado mundial de agroquímicos movimenta em torno de u$ 30 bilhões e, no brasil, essa indústria tem crescido continuamente, sendo que em 1997 as vendas desses produtos atingiram u$ 2.1 bilhões.1,14 um dos principais problemas associados ao uso de herbicidas é o aparecimento de espécies http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#notas1 resistentes aos mesmos e, como consequência disso, existe uma demanda crescente por novos compostos, que possuam mecanismos de ação diferentes dos herbicidas em uso.15,16 os produtos naturais se constituem fontes de novas estruturas com diversas atividades biológicas, e têm servido de modelo para o desenvolvimento de novos agroquímicos.6,9,10 dentre as diversas classes de produtos naturais, observa-se que muitos monoterpenos e sesquiterpenos possuem atividade alelopática e, portanto, podem servir de modelo para o desenvolvimento de novos herbicidas. entretanto, pouca informação sobre atividade alelopática causada por diterpenos é encontrada na literatura.12,13,23,25,32 dentro de um programa que visa o desenvolvimento de novos herbicidas a partir de produtos naturais, mostrou-se recentemente que os compostos (1) e (2), furanoditerpenos isolados de pterodon polygalaeflorus benth, juntamente com o ácido 6a,7b-di-hidroxivouacapanóico (adv) (c20h28o5) (3), possuem atividade fitotóxica sobre plantas de sorgo e pepino.7,8 o adv e seus derivados também apresentam atividades anti-inflamatória e analgésica.17,18,19,21,26,27 dando continuidade à pesquisa por novos derivados do adv com potencial atividade herbicida, neste trabalho é apresentada a síntese de novas amidas e os resultados dos ensaios biológicos realizados. experimental os pontos de fusão dos compostos sintetizados foram determinados em aparelho mettler fp82ht e não foram corrigidos. as análises por cromatografia em camada delgada foram realizadas utilizando placas de sílica-gel (merck kieselgel 60, com 0,25 mm) ou placas preparadas com sílica-gel 60 g. para todas as análises cromatográficas em coluna foi utilizada sílica-gel 60 (70-230 mesh-astm, merck) como fase estacionária. nas reações foram utilizados solventes de grau p.a. devidamente purificados e adequadamente armazenados, segundo perrin & armarego.22 as análises elementares foram efetuadas no aparelho perkin elmer 2400. os espectros no infravermelho foram obtidos nos espectrômetros mattson ftir 3000 e shimadzu ir 40 por meio de pastilhas em kbr ou emulsão em nujol. os espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (400 e 200 mhz) e carbono 13 (100 e 50 mhz) foram obtidos, respectivamente, nos espectrômetros bruker avance drx 400 e dpx 200. os solventes utilizados foram cdcl3, d2o ou piridina-d5, e o tetrametilsilano (tms) foi utilizado como padrão interno de referência (d=0). procedimento sintético geral para o preparo de amidas a um balão de fundo redondo de 50 ml, foram adicionados thf (25 ml), a lactona (4) (186 mg; 0,5 mmol) e a amina apropriada (5 mmol). o sistema foi mantido sob agitação magnética à temperatura ambiente, de 1,5 a 12 horas, até que análise da mistura reacional por cromatografia em camada delgada revelasse o completo consumo do material de partida. a mistura foi então vertida sobre água (25 ml) e deixada em repouso para volatilização do thf e consequente precipitação do produto desejado. após filtração, o precipitado obtido foi secado e purificado por cromatografia em coluna de sílica gel, utilizando-se como eluente éter dietílico e diclorometano (2:3). todos os compostos sintetizados foram obtidos como sólidos brancos. as estruturas, tempos de reação, rendimentos e temperaturas de fusão dos mesmos são apresentados na tabela 1. n-etil-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (5): iv (kbr, cm-1) max : 3300, 2920, 2850, 1750, 1660, 1550, 1520, 1300, 1270, 1220, 1250, 1140, 1080, 1050, 1030, 970, 910, 850. rmn de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 1h (cdcl3, 400 mhz) d: 0,93 (s, ch3 20), 1,02 (s, ch3 19), 1,08 (s, ch3 18), 1,16 (t, j2,1 � �= 7,2 hz, h2), 0,90-1,80 (m, h1, 2, 3, 5 e 9), 2,10 (s, ococh� 3), 2,22-2,33 (ddd, j8,14 = 8,6 hz, j8,7 = 10,0 hz, j8,9 = 12,0 hz, h8), 2,33-2,44 (ddd, jgem = 16,1 hz, j11a,9 = 11,5 hz, j11a,14 = 2,3 hz, h11a), 2,62-2,72 (dd, jgem = 16,1 hz, j11e,9 = 5,2 hz, h11e), 3,13-3,18 (d, joh,7 = 7,6 hz, oh), 3,18-3,23 (dl, j14,8 = 8,6 hz, h14), 3,25-3,34 (ql, j1,2 � �= 7,2 hz, h1), 3,36-3,45 (ddd, � j7,oh = 7,6 hz, j7,6 = 9,2 hz, j7,8 = 10,0 hz, h7), 5,20-5,30 (dd, j6,7 = 9,2 hz, j6,5 = 11,7 hz, h6), 5,70 (dd, jnh,1 �= 5,41 hz, jnh,1 �= 5,38 hz, nh), 6,15(d, j15,16 = 1,8 hz, h15), 7,25 (d, j16,15 = 1,8 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 100 mhz) d: 14,66 (ch3-2), 15,43 (ch� 3-20), 18,31 (ch2-2), 22,07 (ch2-11), 21,87 (ch3-2"), 22,35 (ch3-19), 33,08 (c-4), 34,80 (ch2-1), 36,06 (ch� 3-18), 38,56 (c10), 39,37 (ch2-1), 43,05 (ch-8), 43,42 (ch2-3), 48,52 (ch-14), 48,80 (ch-9), 54,84 (ch-5), 75,33 (ch-6), 80,86 (ch-7), 108,60 (ch-15), 113,84 (c-13), 141,55 (ch-16), 151,38 (c-12), 171,33 (c-1"), 175,42 (c-17). (encontrado: c: 68,37%, h: 8,32%, n: 3,39%, c24h35no5 requer c: 69,06%, h: 8,39%, n: 3,36%). n-propil-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (6): iv (nujol, cm-1) max : 3300, 2940, 2860, 1730, 1650, 1580, 1505, 1250, 1140, 1120, 1080, 1050, 1030, 970, 960, 905, 850, 790, 730. rmn de 1h (cdcl3, 200 mhz) d: 0,87 (t, j3,2 � �= 7,4 hz, h3), 0,91 (s, ch� 3 20), 1,02 (s, ch3 19), 1,08 (s, ch3 18), 1,17-1,80 (m, h1, 2, 3, 5, 9 e h2), 2,10 (s, ococh� 3), 2,17-2,50 (m, h8, h11a), 2,60-2,77 (dd, jgem = 16,4 hz, j11e,9 = 5,2 hz, h11e), 3,15-3,30 (m, h14, h1 e oh), 3,32-� 3,52 (ddd, j7,oh = 7,0 hz, j7,6 = 9,1 hz, j7,8 = 9,5 hz, h7), 5,18-5,33 (dd, j6,7 = 9,1 hz, j6,5 = 11,6 hz, h6), 5,62-5,77 (dd, jnh,1 �= 5,3 hz, jnh,1 �= 5,5 hz, nh), 6,08 (d, j15,16 = 1,9 hz, h15), 7,22 (d, j16,15 = 1,9 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 50 mhz) d: 11,42 (ch3-3), 15,49 (ch� 3-20), 18,35 (ch2-2), 21,92 (ch3-2"), 22,13 (ch2-2), 22,74 (ch� 2-11), 22,38 (ch3-19), 33,12 (c-4), 36,09 (ch3-18), 38,59 (c-10), 39,43 (ch2-1), 41,70 (ch2-1), 43,26 (ch-8), 43,47 (ch� 2-3), 48,62 (ch14), 48,94 (ch-9), 54,87 (ch-5), 75,37 (ch-6), 80,86 (ch-7), 108,71 (ch-15), 113,82 (c-13), 141,62 (ch-16), 151,53 (c-12), 171,34 (c-1"), 175,65 (c-17). (encontrado: c: 69,37%, h: 8,64%, n: 3,30%, c25h37no5 requer c: 69,60%, h: 8,58%, n: 3,25%). n-isopropil-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (7): iv (nujol, cm-1) max : 3250, 2920, 2860, 1720, 1650, 1550, 1320, 1310, 1270, 1250, 1210, 1170, 1140, 1120, 1080, 1020, 970, 950, 850. rmn de 1h (cdcl3, 200 mhz) d: 0,95 (s, ch3 20), 1,00 (s, ch3 19), 1,06 (s, ch3 18), 1,15-1,20 (d, j1,2 � = 6,6 hz, h1 e h3), 0,80-1,95 (m, h1, 2, 3, 5, 9 e h2), 2,10 (s, ococh� � � 3), 2,172,50 (m, h8, h11a), 2,60-2,77 (dd, jgem = 16,4 hz, j11e,9 = 5,2 hz, h11e), 3,15-3,30 (m, h14, h1 e� oh), 3,32-3,52 (ddd, j7,oh = 7,0 hz, j7,6 = 9,1 hz, j7,8 = 9,5 hz, h7), 5,18-5,33 (dd, j6,7 = 9,1 hz, j6,5 = 11,6 hz, h6), 5,62-5,77 (dd, jnh,1 �= 5,3 hz, jnh,1 �= 5,5 hz, nh), 6,08 (d, j15,16 = 1,9 hz, h15), 7,22 (d, j16,15 = 1,9 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 50 mhz) d: 11,42 (ch3-3), 15,49� (ch3-20), 18,35 (ch2-2), 21,92 (ch3-2"), 22,13 (ch2-2), 22,38 (ch� 3-19), 22,74 (ch2-11), 33,12 (c-4), 36,09 (ch3-18), 38,59 (c-10), 39,43 (ch2-1), 41,70 (ch2-1), 43,26 (ch-8), 43,47 (ch� 2-3), 48,62 (ch-14), 48,94 (ch-9), 54,87 (ch-5), 75,37 (ch-6), 80,86 (ch-7), 108,71 (ch-15), 113,82 (c-13), 141,62 (ch-16), 151,53 (c-12), 171,34 (c-1"), 175,65 (c-17). (encontrado: c: 69,9%, h: 8,53%, n: 3,32%, c25h37no5 requer c: 69,60%, h: 8,58%, n: 3,25%). n,n-dietil-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (8): iv (nujol, cm-1) max : 3320, 2920, 2860, 1730, 1620, 1510, 1250, 1180, 1130, 1080, 1060, 1020, 980, 960, 920, 900, 850, 730. rmn de 1h (cdcl3, 200mhz) d: 0,94 (s, ch3 20), 1,02 (s, ch3 19), 1,08 (s, ch3 18), 1,08-1,18 (t, j4,3 � �= 7,0 hz, h2), 1,23-1,34 (t, � j2,3 � �= 7,0 hz, h4), 0,80-1,80 (m, h1, 2, 3, 5, 9 e oh), 2,10 (s,� ococh3), 2,35-2,75 (m, h8, h11), 3,05-3,25 (m, h3), 3,26-3,50 (m, h7), 3,50-3,59 (dl, � j14,8 = 8,3 hz, h14), 3,52-3,78 (m, h1), 5,15-5,33 (dd, � j6,7 = 9,3 hz, j6,5 = 11,5 hz, h6), 6,03 (d, j15,16 = 1,8 hz, h15), 7,22 (d, j16,15 = 1,8 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 50mhz) d: 12,84 (ch3-2), 14,55� (ch3-4), 15,45 (ch� 3-20), 18,35 (ch2-2), 21,99 (ch3-2"), 22,07 (ch2-11), 22,48 (ch3-19), 33,12 (c-4), 36,24 (ch3-18), 38,82 (c-10), 39,39 (ch2-1), 41,00 (ch2-3), 42,06 (ch-8), 42,45 (ch� 2-1),� 42,72 (ch-14), 43,49 (ch2-3), 48,22 (ch-9), 55,21 (ch-5), 75,60 (ch-6), 81,49 (ch-7), 107,92 (ch-15), 114,25 (c-13), 141,39 (ch-16), 150,88 (c-12), 171,29 (c-1"), 174,54 (c-17). (encontrado: c: 69,37%, h: 8,83%, n: 3,23%, c26h39no5 requer c: 70,11%, h: 8,76%, n: 3,15%). n,n-dimetil-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (9): iv (kbr, cm-1) max : 3440, 3000, 2940, 2850, 1750, 1640, 1540, 1520, 1470, 1420, 1380, 1330, 1310, 1250, 1240, 1170, 1180, 1140, 1090, 1070, 1020, 980, 970, 950, 910, 870, 850, 830, 720, 660, 600. rmn de 1h (cdcl3, 400mhz) d: 0,97 (s, ch3 20), 1,03 (s, ch3 19), 1,10 (s, ch3 -18), 1,28-1,34 (d, j5,6 = 11,6 hz, h5), 1,37-1,45 (m, h3), 1,45-1,66 (m, h2, h9 e oh), 1,69-1,80 (m, h1), 2,12 (s, ococh3), 2,422,51(ddd, jgem = 15,3 hz, j11a,9 = 10,5 hz, j11a,14 = 2,4 hz, h11a), 2,57-2,67 (ddd, j8,14 = 8,6 hz, j8,7 = 10,2 hz, j8,9 = 12,0 hz, h8), 2,65-2,72 (dd, jgem = 15,3 hz, j11e,9 = 5,6 hz, h11e), 3,20-3,33 (ddd, j7,oh = 9,0 hz, j7,6 = 9,2 hz, j7,8 = 10,2 hz, h7), 3,69-3,74 (dd, j14,11a = 2,4 hz j14,8 = 8,6 hz, h14), 5,20-5,28 (dd, j6,7 = 9,2 hz, j6,5 = 11,6 hz, h6), 6,05 (d, j15,16 = 2,0 hz, h15), 7,25 (d, j16,15 = 2,0 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 100mhz) d: 15,45 (ch3-20), 18,33 (ch2-2), 21,87 (ch3-2"), 22,04 (ch2-11), 22,46 (ch3-19), 33,11 (c-4), 36,20 (ch3-2), 36,31 (ch� 3-18), 37,76 (ch3-1), 38,81 (c-10), 39,35 (ch� 2-1), 42,33 (ch-8), 43,46 (ch2-3), 48,31 (ch-9 e ch-14), 55,20 (ch-5), 75,47 (ch-6), 81,59 (ch-7), 107,94 (ch-15), 113,97 (c-13), 141,44 (ch-16), 150,84 (c12), 171,30 (c-1"), 174,96 (c-17). (encontrado: c: 69,19%, h: 8,42%, n: 3,39%, c24h35no5 requer c: 69,06%, h: 8,39%, n: 3,35%). n-butil-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (10): iv (kbr, cm-1) max : 3400, 2940, 2860, 1720, 1660, 1540, 1510, 1470, 1440, 1380, 1290, 1260, 1150, 1120, 1090, 1070, 1050, 1030, 970, 960, 900, 840, 730, 650, 600. rmn de 1h (cdcl3, 200 mhz) d: 1,03 (s, ch3 20), 1,05 (s, ch3 19), 1,15 (s, ch3 18), 0,90-1,80 (m, h1, 2, 3, 5, 9, 2´, 3´, 4´ e oh), 2,07 (s, ococh3), 2,32-2,76 (m, h8 e h11), 2,90-3,11 (m, h14 e h1´), 3,40-3,70 (m, h1), 3,78-3,95 (m, � j7,oh = 7,0 hz, j7,6 = 9,0 hz, j7,8 = 9,5 hz, h7), 4,70-4,90 (dd, j6,7 = 9,0 hz, j6,5 = 11,3 hz, h6), 5,50-5,65 (dd, jnh,1 �= 4,8 hz, jnh,1 �= 4,5 hz, nh), 6,07 (d, j15,16 = 1,7 hz, h15), 7,22 (d, j16,15 = 1,7 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 50 mhz) d: 13,75 (ch3-4), 15,43 (ch� 3-20), 18,45 (ch2-2), 20,15 (ch2-3), 21,30 (ch� 3-2"), 22,02 (ch2-11), 22,20 (ch3-19), 31,87 (ch2-2), 33,64 (c-4), 36,61� (ch3-18), 38,31 (c-10), 39,20 (ch-8), 39,42 (ch2-1), 39,68 (ch2-1), 43,56 (ch� 2-3), 48,02 (ch14), 48,57 (ch-9), 56,95 (ch-5), 73,25 (ch-6), 83,46 (ch-7), 108,08 (ch-15), 114,13 (c-13), 141,50 (ch-16), 150,71 (c-12), 172,91 (c-1"), 173,21 (c-17). (encontrado: c: 69,41%, h: 8,84%, n: 3,18%, c26h39no5 requer c: 70,11%, h: 8,76%, n: 3,15%). n-(t-butil)-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (11): iv (kbr, cm-1) max : 3450, 3120, 3000, 2920, 2850, 1740, 1640, 1540, 1510, 1470, 1430, 1380, 1330, 1310, 1250, 1240, 1170, 1160, 1130, 1090, 1060, 1030, 990, 970, 940, 900, 840, 790, 760, 730, 620. rmn de 1h (pi-d5, 200 mhz) d: 0,84 (s, ch3 20), 1,04 (s, ch3 19), 1,07 (s, ch3 18), 1,30 (s, ch3 – t-butil), 0,70-1,60 (m, h1, 2, 3, 5 e 9), 2,13 (s, ococh3), 2,10-2,40 (m, h8 e h11a), 2,43-2,67 (dd, j11e,9 = 5,2 hz, jgem = 15,8 hz, h11e), 2,67-2,92 (m, h14 e oh), 3,55-3,90 (m, h6 e h7), 5,55-6,10 (m, nh), 6,81 (d, j15,16=1,7 hz, h15), 7,50 (d, j16,15=1,7 hz, h16). rmn de 13c (pi-d5, 50 mhz) d: 15,09 (ch3-20), 18,65 (ch2-2), 22,17 (ch3-2"), 22,49 (ch3-19), 22,54 (ch2-11), 29,86 (ch2-2), 33,26� (c-4), 36,22 (ch3-18), 38,62 (c-10), 39,33 (ch2-1), 42,61 (ch-8), 43,80 (ch2-3), 48,74 (ch2-1),� 49,42 (ch-14), 49,42 (ch-9), 54,94 (ch-5), 76,90 (ch-6), 80,91 (ch-7), 110,96 (ch-15), 116,88 (c-13), 140,97 (ch-16), 150,38 (c-12), 170,79 (c-1"), 179,31 (c-17). (encontrado: c: 69,76%, h: 8,91%, n: 3,13%, c26h39no5 requer c: 70,11%, h: 8,76%, n: 3,15%). n-benzil-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (12): iv (nujol, cm-1) max : 3300, 2920, 2860, 1730, 1650, 1520, 1320, 1250, 1140, 1120, 1080, 1050, 1020, 970, 950, 920, 900, 850, 720, 700. rmn de 1h (cdcl3, 400 mhz) d: 0,96 (s, ch3 20), 1,02 (s, ch3 19), 1,07 (s, ch3 18), 0,80-1,80 (m, h1, 2, 3, 5 e 9), 2,10 (s, ococh3), 2,35 (ddd, j8,14=8,8 hz, j8,9 = 9,6 hz, j8,7 = 16,1 hz, h8), 2,38 (ddd, j11a,14 = 2,0 hz, j11a,9 = 9,6 hz, jgem = 16,3 hz, h11a), 2,60-2,75 (dd, j11e,9 = 5,4 hz, jgem = 16,3 hz, h11e), 2,93-3,08 (d, joh,7 = 7,6 hz, oh), 3,22-3,33 (dl, j14,8 = 8,8 hz, h14), 3,35-3,52 (ddl, j7,6 = 9,2 hz, j7,8 = 16,1 hz, h7), 4,30-4,45 (dd, j1,nh � = 5,3 hz, jgem = 14,8 hz, h1), 4,45-4,6 (dd, � j1,nh � = 5,8 hz, jgem = 14,8 hz, h1), 5,20-5,30 (dd, � j6,7 = 9,2 hz, j6,5 = 12,0 hz, h6), 5,93-6,3 (dd, jnh,1 �= 5,3 hz, jnh,1 �= 5,8 hz, nh), 6,12 (d, j15,16 = 1,8 hz, h15), 7,20 (d, j16,15 = 1,8 hz, h16), 7,25-7,35 (m, h3, h4, h5). � � � rmn de 13c (cdcl3, 100 mhz) d: 15,47 (ch320), 18,32 (ch2-2), 21,87 (ch3-2"), 22,08 (ch2-11), 22,38 (ch3-19), 33,11 (c-4), 36,09 (ch3-18), 38,60 (c-10), 39,37 (ch2-1), 43,12 (ch-8), 43,43 (ch2-1), 43,43 (ch� 2-3), 48,56 (ch-14), 48,76 (ch-9), 54,87 (ch-5), 75,41 (ch-6), 80,96 (ch-7), 108,55 (ch-15), 113,73 (c-13), 127,57 (ch3), 127,98 (ch-4), 128,71 (ch-5), 138,02 (c-2), 141,60 (ch-16), 151,39 (c-12), 171,43 (c-1"),� � � � 175,41 (c-17). (encontrado: c: 72,65%, h: 7,69%, n: 2,97%, c29h37no5 requer c: 72,65%, h: 7,72%, n: 2,92%). n-(2-aminoetil)-6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–amida (13): iv (kbr, cm-1) max : 3370, 2920, 2850, 1720, 1650, 1580, 1510, 1480, 1420, 1380, 1330, 1250, 1140, 1080, 1050, 1030, 980, 810, 800, 770, 730, 650, 600. rmn de 1h (cdcl3, 200 mhz) d: 0,95 (s, ch3 20), 1,00 (s, ch3 19), 1,05 (s, ch3 18), 0,80-1,80 (m, h1, 2, 3, 5 e 9), 1,97-2,25 (m, h8, nh2 e oh), 2,07 (s, ococh3), 2,25-2,52 (m, h11a e h14), 2,57-2,75 (dd, jgem = 16,1 hz, j11e,9 = 5,2 hz, h11e), 3,103,50 (m, h7, h1 e h2), 5,15-5,32 (dd, � � j6,7 = 9,2 hz, j6,5=11,5 hz, h6), 6,18 (d, j15,16 = 1,7 hz, h15), 6,31-6,47 (dd, jnh,1 �= 5,7 hz, jnh,1 �= 5,9 hz, nh), 7,24 (d, j16,15 = 1,8 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 50 mhz) d: 15,51 (ch3-20), 18,37 (ch2-2), 22,01 (ch3-2"), 22,08 (ch2-11), 22,45 (ch3-19), 33,14 (c-4), 38,64 (ch3-18), 38,64 (c-10), 39,39 (ch2-2), 41,00 (ch� 2-1), 41,93 (ch21), 42,83 (ch-8), 43,48 (ch� 2-3), 48,62 (ch-14), 48,76 (ch-9), 54,98 (ch-5), 75,62 (ch-6), 80,84 (ch-7), 108,62 (ch-15), 114,22 (c-13), 141,47 (ch-16), 151,16 (c-12), 171,46 (c-1"), 175,83 (c17). (encontrado: c: 66,34%, h: 8,40%, n: 6,61%, c24h36n2o5 requer c: 66,67%, h: 8,33%, n: 6,48%). n-(6a-acetoxi-7b-hidroxivouacapan-17b–oil)piperidina (14): iv (nujol, cm-1) max : 3330, 2920, 2860, 1730, 1620, 1290, 1250, 1230, 1210, 1140, 1080, 1060, 1020, 960, 920, 850. rmn de 1h (cdcl3, 400 mhz) d: 0,94 (s, ch3 20), 1,02 (s, ch3 19), 1,08 (s, ch3 18), 0,90-1,80 (m, h1, 2, 3, 5, 8, 9, 3, 4 e 5), 2,10 (s, ococh� � � 3), 2,3-2,5 (ddd, j11a,14=2,4 hz, j11a,9=11,4 hz, jgem=16,1 hz, h11a), 2,52-2,73 (m, h11e, h14), 3,17-3,33 (ddl, j7,6=9,5 hz, j7,8=16,5 hz, h7), 3,4-3,77 (m, h6, h2 e oh), 5,17-5,27 (dd, � � j6,7 = 9,5 hz, j6,5 = 11,6 hz, h6), 6,08 (d, j15,16 = 2,0 hz, h15), 7,22 (d, j16,15 = 2,0 hz, h16). rmn de 13c (cdcl3, 100 mhz) d: 15,48 (ch3-20), 18,33 (ch2-2), 21,94 (ch3-2"), 22,05 (ch2-11), 22,45 (ch3-19), 24,65 (ch2-4), 25,42 (ch� 2-3), 26,23 (ch� 2-5),� 33,09 (c-4), 36,19 (ch3-18), 38,77 (c-10), 39,36 (ch2-1), 42,27 (ch-8), 43,45 (ch2-3), 43,65 (ch2-2), 47,15 (ch� 2-6), 48,46 (ch-14), 48,46 (ch-9), 55,16 (ch-5), 75,53 (ch-6), 81,35 (ch-7),� 108,18 (ch-15), 114,25 (c-13), 141,28 (ch-16), 150,69 (c-12), 171,32 (c-1"), 173,20 (c-17). (encontrado: c: 71,1%, h: 8,70%, n: 3,11%, c27h39no5 requer c: 70,90%, h: 8,53%, n: 3,06%). ensaios biológicos os ensaios biológicos foram realizados de acordo com a metodologia descrita na literatura11, com sementes de sorghum bicolor l. (sorgo) e cucumis sativus l. (pepino). foram preparadas soluções dos compostos (5) a (14) em diclorometano, na concentração de 100 mg.ml-1. os experimentos foram conduzidos em placas de petri de 5 cm de diâmetro, nas quais foram colocadas duas folhas de papel de filtro. cada placa, após receber 2 ml da solução do composto a ser estudado, foi deixada à temperatura ambiente até evaporação total do solvente. em seguida, adicionaram-se 2 ml de água e 10 sementes da planta teste, previamente esterilizadas por imersão durante 10 minutos em solução a 20% de hipoclorito de sódio. as placas foram incubadas a 25 oc, sob luz fluorescente (8 x 40 w), por um período de três dias, quando os comprimentos das raízes foram, então, medidos. as porcentagens de inibição foram calculadas com base nos dados obtidos nos experimentos de controle, realizados sem solução de amida e mantidas as outras condições descritas. o delineamento experimental foi inteiramente casualizado com cinco repetições. os dados foram analisados utilizando-se o teste de scott-knott28, a 5% de probabilidade. resultados e discussão síntese com o objetivo de estudar a relação estrutura-atividade biológica de derivados de (3), foi sintetizado o intermediário 6a-acetoxivouacapano-7b,17b-lactona (4)26, 27 que foi convertido nos derivados inéditos de (5) a (14), conforme o esquema abaixo. a formação das respectivas amidas ocorre envolvendo ataque nucleofílico da amina (r1r2nh) ao carbono carbonílico da lactona (4) para obtenção dos compostos de (5) a (14).30 todas as amidas sintetizadas foram caracterizadas por meio de seus dados físicos e espectroscópicos (tf , análises de c,h,n, iv, rmn de 1h e de 13c, dept 135, cosy1h-1h e hmqc).3, 4, 5, 18, 24, 29 todas as substâncias sintetizadas apresentam, nos espectros no infravermelho (iv), duas bandas de estiramento c=o (carbonila), sendo uma de amida na região de 1620-1660 cm-1 e outra de éster na região de 1720-1750 cm-1, o que as distinguem do material de partida (4) que também apresenta duas bandas de estiramento c=o, porém uma devida ao éster em 1730 cm-1 e outra devida à lactona de cinco membros em 1810 cm-1. o desaparecimento desta última nos espectros das amidas (5) a (14) foi importante para confirmar a regiosseletividade do ataque da amina à carbonila do anel de cinco membros, mais reativa devido à tensão do ciclo. dos espectros de rmn, é interessante ressaltar que o mapa de contornos hmqc possibilitou verificar uma proteção relativa dos respectivos h14 das substâncias (8) e (9) quando comparados a h7, inversamente do verificado para as outras substâncias. por exemplo, para a substância (5) temse um duplo dupleto duplo devido a h7 entre d 3,36-3,45 e um dupleto largo devido a h14 entre d 3,18-3,23; enquanto para (9) observou-se o sinal de h7 entre d 3,20-3,33 (ddd) e o sinal de h14 entre d 3,69-3,74 (dd). isto indica uma modificação de conformação do grupo amido, dependente do grupo n-alquil substituinte. pela análise dos modelos de dreiding pode-se verificar a possibilidade de uma conformação onde a carbonila do grupo amido fica paralela ao hidrogênio axial h14. neste caso, este hidrogênio estaria mais blindado, devido às correntes anisotrópicas da carbonila.4,29 assim, esta seria a conformação predominante em (8) e (9). ensaios biológicos na pesquisa por novas moléculas com atividade fitotóxica, normalmente utilizam-se, em ensaios preliminares, plantas que apresentam respostas visíveis, mesmo na presença de baixas concentrações das substâncias que estão sendo avaliadas. as plantas com crescimento rápido são preferidas, como latuca sativa l. (alface), sorghum bicolor l. (sorgo) e cucumis sativus l. (pepino).2 neste trabalho foram utilizadas plantas de sorgo (monocotiledônea) e de pepino (dicotiledônea). os efeitos dos compostos (5) a (14) no crescimento radicular são mostrados na figura 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 a substância (12) apresentou efeito estimulatório tanto para s. bicolor l. quanto para c. sativus l., de 34% e 16% respectivamente, enquanto (5), (7) e (14) apresentaram efeito inibitório de aproximadamente 20% para c. sativus l. e um pequeno efeito estimulatório para s. bicolor l. (menor que 10%). os compostos (6), (8), (9), (10), (11) e (13) mostraram efeito inibitório tanto para s. bicolor l. quanto para c. sativus l. os compostos (11) e (13) foram os que apresentaram maior efeito inibitório para s. bicolor l., respectivamente 33% e 24%. é interessante ressaltar o comportamento diferente das n-alquilaminas (5 a 11 e 13 a 14) daquela apresentando um substituinte n-aromático (12). esta última, contendo o grupo n-benzil, foi a única que apresentou efeito estimulatório significativo para os dois tipos de sementes. as demais amidas, todas com substituintes n-alifáticos, apresentaram efeito inibitório para c. sativus l. ou, em maioria, para s. bicolor l.. estes resultados são indicativos de atividade fitotóxica quando comparados com os da literatura para uso como herbicida.7,8,9,10,16,31 portanto, permitem inferir um potencial de substância protótipo para modificações estruturais, visando a busca por novas moléculas com atividade fitotóxica mais potente. agradecimentos os autores expressam seus agradecimentos ao conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) pela concessão das bolsas de pesquisa e à fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig), pelo suporte financeiro. belinelo, v. j. et al. synthesis and phytotoxic activity of new amide derivatives of 6a,7b–dihydroxyvouacapan-17b–oic acid. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: the 6a,7b–di-hydroxyvouacapan-17b–oic acid was isolated from the seeds of pterodon polygalaeflorus benth (leguminosae) and, then, ten new amide derivatives of this acid were prepared. the effects of these amides on the radicle growth of sorghum bicolor l. and cucumis sativus l. were evaluated. nine compounds, at a concentration of 100 ppm, showed an inhibitory effect (5-21%) on the radicle growth of the c. sativus l.. the n-(t-butyl)-6a,7b-dihydroxyvouacapan-17b-amide showed the most effective inhibitory action (33%) for s. bicolor l.. only the n-benzil-6a,7b-di-hydroxyvouacapan-17b-amide showed stimulatory growth effect both for c. sativus l. and s. bicolor l. of 16% and 34% respectively. keywords: diterpene; amide; herbicide. referências bibliográficas 1 andef – associação nacional de defesa vegetal, informação pessoal. 2 baruah, n. c.; sarma, j. c.; sarma, s.; sarma, r. p. seed germination and growth cadinenes from eupatorium adenophorum spreng, j. chem. ecol., v. 20, n. 8, p. 1885-92, 1994. 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[ links ] recebido em 26.7.2000. aceito em 2.10.2000. *parte da tese de doutoramento a ser apresentada pelo primeiro autor ao departamento de química da universidade federal de minas gerais 31270-901 – belo horizonte – mg – brasil. **departamento de química – icex – universidade federal de minas gerais – 31270-901 – belo horizonte – mg brasil. ***departamento de engenharia florestal – universidade federal de minas gerais 36571-000 – viçosa – mg brasil. ****departamento de farmacologia – icb – universidade federal de minas gerais – 31270-901 – belo horizonte mg brasil. *****departamento de ciências – universidade de itaúna – 35680-033 – itaúna – mg brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100002  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100012 o efeito da complexidade estrutural da fonte de nitrogênio no transporte de amônio em saccharomyces cerevisiae sandra helena da cruz* fernanda cassio** cecília leão** josé roberto ernandes* resumo: o estudo do efeito da complexidade estrutural da fonte de nitrogênio no transporte de amônio em saccharomyces cerevisiae foi realizado cultivando-se o microrganismo em um meio mínimo contendo glicose e fontes de nitrogênio, variando de um simples sal de amônio (sulfato de amônio) a aminoácidos livres (casaminoácidos) e peptídeos (peptona). o transporte de amônio foi avaliado acompanhando-se a entrada do análogo metilamônio, utilizando duas metodologias diferentes: transporte de metilamônio radioativo e efluxo de potássio acoplado ao transporte de metilamônio em células crescidas em diferentes condições de cultivo. a cinética de transporte de amônio é detectada nos meios contendo peptona e amônio e não no meio suplementado com casaminoácidos, e o transporte medido em diferentes fases de crescimento sugere que o processo é mais estável em células crescidas em peptona. os resultados descritos neste trabalho indicam que a complexidade estrutural interfere com a expressão do transportador do íon amônio e que a complementação do meio de cultura com uma fonte de nitrogênio na forma de peptídeos é a mais eficiente não só para a expressão do transportador de amônio, mas também de conferir maior estabilidade ao processo. palavras chave: saccharomyces cerevisiae, transporte de amônio, metabolismo do nitrogênio. introdução em todos os processos industriais em que participa o saccharomyces cerevisiae os meios de cultura http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 devem conter necessariamente uma fonte de nitrogênio, além de uma fonte de carbono, sais e vitaminas.4,18 os principais compostos utilizados como fonte de carbono por saccharomyces cerevisiae são os monossacarídeos (glicose, frutose e galactose) e os dissacarídeos (maltose e sacarose).7 o outro elemento essencial aos organismos vivos é o nitrogênio sendo que as células de levedura podem utilizar uma ampla variedade de compostos nitrogenados como fontes de nitrogênio, inclusive amônio, aminoácidos e peptídeos.4,20,23 entretanto, nem todas as fontes de nitrogênio propiciam crescimento igualmente eficiente: por exemplo, foi observado que amônia, glutamato, glutamina e asparagina são preferencialmente utilizados por leveduras e induzem altas taxas de crescimento.14,20 quando estas fontes primárias estão ausentes ou presentes em baixas concentrações fontes nitrogenadas alternativas, como outros aminoácidos e peptídeos, podem ser utilizadas.4,14,20 na natureza e em mostos industriais os nutrientes estão disponíveis de forma complexa e variável. este é o caso do mosto de cervejaria que contém como principal fonte de nitrogênio uma mistura de aminoácidos, peptídeos e pequena quantidade de amônia livre.16,18 para poder selecionar a fonte de nitrogênio e/ou de carbono a ser utilizado em uma mistura complexa de compostos as leveduras desenvolveram mecanismos moleculares de sensoriamento das moléculas disponíveis no meio de cultura e posterior desencadeamento de processos regulatórios que envolvem a indução dos sistemas necessários e repressão dos que não são necessários naquelas condições.21,23 os compostos utilizados como fontes de carbono e de nitrogênio são, do ponto de vista quantitativo, os principais nutrientes utilizados pelas leveduras, por isso deve-se considerar que o fluxo destes nutrientes e a interação mútua entre eles devem interferir com vários processos metabólicos.19 outro aspecto importante a ser considerado é que a utilização de uma molécula nutriente pela célula tem que ser precedida pelo seu transporte através da membrana plasmática,2,8 etapa altamente complexa e com diferentes níveis de regulação. um grande número de proteínas responsáveis pelo transporte de açúcares e compostos nitrogenados em leveduras já foram geneticamente caracterizadas, sendo possível agrupá-las em famílias que apresentam um alto grau de homologia seqüencial, e que foram conservadas nos diferentes organismos vivos.2,8 como no caso dos açúcares, o transporte de compostos nitrogenados em saccharomyces também é um processo complexo, pois envolve um grande número de transportadores e um conjunto muito maior de substratos que são estruturalmente diferentes: variando de um simples sal inorgânico, como o íon amônio, até compostos como os aminoácidos e peptídeos de diferentes tamanhos e seqüências.8 o transporte do íon amônio, assim como no caso de aminoácidos e peptídeos, é um processo ativo secundário.8 estudos com mutantes indicaram a existência de três permeases para o íon amônio, codificadas respectivamente, pelos genes mep1, mep2 e mep3. a análise cinética do transporte de amônio utilizando o análogo radioativo [14c]-metilamônio mostrou que a proteína mep2 é a que apresenta maior afinidade por nh4 + (km 1 a 2 mm), seguida pela mep1p (km 5 a 10 mm) e finalmente a mep3p que apresenta afinidade menor (km ~1,4 a 2 mm).15 o seqüenciamento dos genes mep1, mep2 e mep3 revelou um alto grau de homologia entre eles e as proteínas codificadas apresentam características topológicas semelhantes àquelas observadas para os transportadores de amônio em bactérias e fungos.15 uma vez dentro da célula, a amônia pode reagir com a-cetoglutarato e nadph para formar glutamato ou com glutamato e atp formando glutamina, que parece ser o destino final dos grupos amino utilizados nos processos biossintéticos. estas reações são catalisadas pela nadh-glutamato desidrogenase (nadh-gdh) e glutamina sintetase (gs), respectivamente.14 a utilização de aminoácidos por uma célula de levedura é determinada pela sua capacidade em transportá-los através da membrana plasmática, seguida quer pela incorporação direta do aminoácido nas proteínas que estejam sendo sintetizadas, quer pelo catabolismo, resultando em íons amônio (desaminação) ou glutamato (transaminação).14 um número considerável das permeases de aminoácidos já foi identificado geneticamente, e cada uma delas é específica para um aminoácido ou para alguns l-amino ácidos com semelhança estrutural.8 além dos transportadores específicos, saccharomyces cerevisiae possui uma permease geral de aminoácidos, "general amino acid permease"gap, codificada pelo gene gap1, e transporta le disômeros de aminoácidos básicos, neutros e ácidos8. o gap1 já foi seqüenciado e a gap1p apresenta alto grau de homologia seqüencial com outras permeases específicas.11 estudos recentes sugerem a existência de uma nova permease geral de aminoácidos, codificada pelo gene agp1, que juntamente com a permease geral de aminoácidos gap1p, estaria envolvida na utilização de aminoácidos em saccharomyces.9 os peptídeos constituem outra importante fonte de nitrogênio para as leveduras. o transporte de peptídeos em saccharomyces cerevisiae, como amônio e aminoácidos, é dependente de energia e mediado por sistemas específicos distintos daqueles envolvidos com o transporte de aminoácidos.8 o transporte de peptídeos deve envolver pelo menos três genes: ptr1, ptr2 e ptr3.1,10 o gene ptr2 foi seqüenciado3 e seu produto gênico, o ptr2p, pertence a um grupo de proteínas transportadoras de peptídeos: a família ptr.17 alguns estudos sugerem a existência de uma permease geral para peptídeos (gpp) em saccharomyces cerevisiae, que transportaria die tripeptídeos (e talvez oligopeptídeos), com preferência para resíduos hidrofóbicos e estereoespecífica para lisômeros.8 em candida albicans estudos realizados com mutantes apontam para a presença de pelo menos dois sistemas de transporte diferentes: uma dipeptídeo permease (dpp) prefere dipeptídeos embora também seja capaz de aceitar tripeptídeos e outra oligopeptídeo permease (opp) transporta preferencialmente tri e oligopeptídeos de até seis resíduos de aminoácidos. ambos os sistemas de c. albicans exibem estereoespecificidade estrita para l-isômeros, descriminando resíduos de cadeia lateral carregada, e têm preferência por resíduos alanil e/ou hidrofóbicos com cadeias laterais grandes e a-amino terminal livre.8 os resultados que apresentados neste trabalho sugerem que a complexidade estrutural da fonte de nitrogênio utilizada no meio para crescimento de levedura interfere com o nível de expressão do transportador do amônio e também com a estabilidade do processo em saccharomyces cerevisiae. materiais e métodos microrganismos. a levedura utilizada neste trabalho foi uma estirpe de saccharomyces cerevisiae isolada da levedura de panificação "fleischmann e royal produtos alimentícios ltda", denominada fiso. reagentes e componentes dos meios de cultura. os componentes dos meios de cultura procederam da difco laboratories, incluindo yeast nitrogen base without amino acids and ammonium sulfate-ynb (cat. nº 0335-15-9), casamino ácidos (cat. nº 0230-01-1), peptona (cat. nº 0905-01-5), extrato de levedura (cat. nº 0127-01-7). hidrocloreto de [14c]-metilamina procedeu da amersham pharmacia biotech. todos os outros reagentes foram obtidos de fontes comerciais e de grau analítico. meios de cultura. as células de levedura foram mantidas em meio sólido ypd contendo extrato de levedo 1,0% (p/v); peptona 1,0% (p/v); glicose 2,0% (p/v) e agar 2,0% (p/v) e água destilada q.s.p. o meio foi liquefeito por aquecimento e distribuído em tubos de ensaio. em seguida, foi esterilizado em autoclave (20 min a 120° c e 1 atm) e deixado solidificar, inclinando os tubos cerca de 10° . o meio mínimo utilizado foi preparado com 0,17% (p/v) de ynb complementado com diferentes fontes de nitrogênio 1% (p/v) e uma fonte de carbono. o ph do meio foi ajustado para 5,0 e esterilizado em autoclave por 20 min a 120° c e 1 atm. a solução de açúcar foi preparada pelo menos duas vezes concentrada, esterilizada em autoclave por 20 min a 120° c e 1 atm e adicionada ao meio antes da inoculação, na concentração adequada ao ensaio. condições de crescimento e obtenção da suspensão de células. o crescimento foi realizado em erlenmeyer, num volume útil de cerca de 5 6 vezes menor que o volume do mesmo (de forma a permitir homogeneização e aeração eficientes) a 200rpm e a 30° c. para que as células fossem coletadas durante a fase exponencial, nos experimentos com sulfato de amônio, as células foram cultivadas durante 12h e transferidas para um novo meio de mesma composição, com do = 0,1 e novamente cultivada até do = 0,5. esta metodologia está assinalada nos resultados como "após diluição". as células de levedura cultivadas nos diferentes meios foram coletadas em diferentes períodos de crescimento por centrifugação a 7.396 g durante 2 min e 10° c; lavadas cinco vezes com água deionizada a baixa temperatura e ressuspensas em água para ter uma concentração final de 50 mg peso seco/ml, aproximadamente. ativação da h+ / atpase. a atividade da h+ /atpase foi medida com um eletrodo seletivo de h+, utilizando-se um potenciômetro radiometer, um dispositivo de compensação basal e um registrador linear, ligados em série. o eletrodo de ph encontrava-se imerso numa câmara de 10 ml, termostatizada a 30º c e munida de agitação magnética. para esta câmara foram transferidos 4,5 ml de h2o deionizada e 0,5 ml da suspensão de células (obtida como descrito anteriormente). após ajuste do ph da mistura de reação a 5,0 com hcl ou naoh 10mm, adicionou-se uma quantidade apropriada de glicose (concentração final 0,1%) e registrou-se a curva de acidificação ao longo do tempo. a calibração do sistema foi feita por adição de quantidades conhecidas de hcl 10mm titulado, após ter ocorrido a reação de acidificação. estudo de transporte de amônio. o estudo da velocidade de transporte de amônio foi realizado utilizando metilamônio como um análogo que compartilha o mesmo sistema de transporte do íon amônio,5 medindo-se a entrada do composto radioativo [ 14c] -metilamônio e pelo efluxo de íons potássio (efluxo k+) associado à adição de metilamônio. o amônio é transportado através da membrana plasmática de saccharomyces cerevisiae essencialmente na forma iônica (nh4 +) e para manter a neutralidade, a entrada do íon amônio poderá ser compensada pela entrada de um íon de carga negativa na célula ou pela saída de um íon com carga positiva.13 as medidas de efluxo de k+ foram realizadas utilizando um eletrodo seletivo de potássio f2002 (radiometer), ligado a um registrador linear e a um eletrodo de referência rh11d (philips). os eletrodos encontravam-se imersos em uma câmara de 10ml de capacidade, termostatizada a 26° c e munida de agitação magnética. na câmara misturavam-se 3 ml de tampão tris-citrato 0,1m ph 4,5 contendo glicose na concentração final de 2% (p/v) e 1ml da suspensão de células. após 10 minutos de incubação da mistura, para permitir a geração do potencial eletroquímico nas duas faces da membrana citoplasmática das células, através da ativação da h+/atpase, adicionou-se um volume apropriado de metilamônio, registrando-se de imediato a saída de k+ das células. o sistema era calibrado com kcl 10mm. o transporte de amônio pela entrada [ 14c] -metilamônio foi determinado em uma mistura de reação, preparada em um tubo de fundo cônico de 10ml de capacidade adicionando 10ml de tampão tris-citrato 0,1m ph 4,5; 10ml de glicose numa concentração final de 2% (p/v) e 20ml da suspensão de células. após 7 minutos de incubação a 26º c a reação foi iniciada pela adição de 10ml de [ 14c] -metilamônio, na concentração desejada. a mistura foi agitada manualmente. após 5 segundos a reação foi interrompida pelo efeito simultâneo de diluição e abaixamento da temperatura, adicionando 4 ml água destilada a baixa temperatura (4° c). a amostra foi imediatamente filtrada num sistema de vácuo através de uma membrana de nitrocelulose 0,45mm (whatman) previamente umedecida. em seguida, a membrana foi lavada com 12 ml de água destilada a baixa temperatura e transferida para um frasco contendo 10 ml de líquido de cintilação (optiphase hisafe ii, lkb). a radioatividade incorporada foi medida em um contador de cintilação líquida packard tri-carb 2200 ca, em desintegrações por minuto. a atividade específica das soluções radioativas foi de aproximadamente 5000 dpm/nmol. para cada ensaio foi realizada uma experiência controle para avaliar a radioatividade ligada às células e/ou às membranas de filtração, a baixa temperatura (0 4º c), com metodologia análoga a descrita acima. foram realizados, ainda, os seguintes controles: • determinação do tempo de reação durante o qual a incorporação do composto radioativo aumentava linearmente com o tempo. uma vez que para os valores de concentração de metilamônio radioativo mais elevados a reação não foi linear para tempos da ordem dos 10 s, foi utilizado tempo de reação de 5s. • relação entre a concentração de biomassa presente na mistura de reação e a radioatividade incorporada no tempo de reação. a entrada do composto radioativo variou linearmente no intervalo de concentração de biomassa entre 30 a 50 mg de peso seco por ml. em cada experiência foi determinada a biomassa de células conforme indicado acima. reprodutibilidade. os dados apresentados representam a média de pelo menos dois experimentos repetidos de forma idêntica. resultados e discussão o transporte de amônia em leveduras acontece através de um mecanismo ativo secundário. isto implica, necessariamente, na existência de um sistema de geração de um gradiente eletroquímico que em leveduras envolve a h+ / atpase, ativada por uma fonte de carbono.8 a maioria dos estudos de transporte em leveduras (açúcares, amônio, aminoácidos e outros) é realizada utilizando compostos radioativos, mas alguns estudos mostram que o transporte de determinados nutrientes para o interior da célula da levedura, como o transporte do íon amônio, ocorre concomitantemente com o efluxo de potássio.13 assim, os experimentos de ativação da h+ / atpase e as medidas do transporte de amônio através do efluxo k+ foram realizados, neste trabalho, como preliminares, e o estudo com composto radioativo só foi realizado nas condições onde se observou a ativação da h+ / atpase e do transporte de amônio medido pelo efluxo k+. assim, não é apresentado nenhum estudo de transporte com o composto radioativo com células crescidas em meio contendo casaminoácidos, pois com esta fonte de nitrogênio detecta-se a ativação da h+ / atpase pela glicose, mas não o transporte de amônio medido pelo efluxo k+. nos experimentos com sulfato de amônio a obtenção das células na fase exponencial de crescimento ocorreu em duas etapas: inicialmente as células eram cultivadas durante 12 h e transferidas para um novo meio de mesma composição (ver materiais e métodos), pois só assim foi possível realizar as medidas de transporte de amônio. estudos de ativação da h+ / atpase. células de saccharomyces cerevisiae crescidas em meio mínimo contendo glicose 15% e peptona, casaminoácidos e sulfato de amônio foram capazes de induzir atividade da h+ / atpase pela adição de glicose (tabela 1). a ativação h+ / atpase em células crescidas em glicose também foi induzida na presença de frutose ou maltose e não por sacarose ou galactose. este resultado indica que a adição de glicose induz a geração de um gradiente eletroquímico criando condições energéticas para o transporte de amônio em saccharomyces. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 transporte de amônio em células de saccharomyces cerevisiae crescidas em meio contendo glicose e diferentes fontes de nitrogênio. suspensões de células crescidas em meio mínimo contendo diferentes concentrações de glicose e 1% de uma fonte de nitrogênio com diferentes níveis de complexidade estrutural foram utilizadas para estudos de transporte do íon amônio medido pela entrada de [14c]-metilamônio ou através do efluxo de íons potássio associado à adição de metilamônio. a figura 1 apresenta gráficos representativos dos parâmetros cinéticos de transporte de metilamônio com o aumento da concentração do substrato obtidos utilizando composto radioativo ou efluxo de potássio. como esperado observa-se que o transporte de metilamônio segue o formalismo descrito por michaelis-menten (figura 1a), permitindo a determinação dos parâmetros cinéticos km e vmax através da representação gráfica de lineweaver-burk (figura 1b). a aplicação de uma análise de regressão não linear aos dados experimentais das velocidades iniciais de transporte representado nas figuras 1a indica a existência de um mecanismo de transporte mediado para a entrada do metilamônio radioativo bem como para a saída de íons potássio; sendo que os valores dos parâmetros cinéticos estimados foram: km 0,42 mm e 2,74mm e vmáx 42,8 nmol [14c]-metilamônio.min–1.(mg peso seco)-1 e 21,7 nmol k+.min–1.(mg peso seco)-1, obtidos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a com metilamônio radioativo e por efluxo k+, respectivamente. como pode ser observado o valor estimado de km pela entrada do substrato radioativo é diferente do obtido pela saída de potássio (figura 1 e tabela 2), e esta diferença pode ser devido à sensibilidade das metodologias utilizadas para a medição e à faixa de concentração de metilamônio utilizado. apesar desta diferença, os resultados obtidos com os dois métodos indicam a presença de um processo cinético de transporte facilitado de um soluto através da membrana celular. o estudo do transporte de amônio medido pela saída de potássio associada à adição de metilamônio também foi realizado com células crescidas em meios contendo glicose 0,5% e 15% e peptona, casaminoácidos ou sulfato de amônio como fonte de nitrogênio. nas células crescidas em meio contendo casaminoácidos, em todas as condições estudadas, não ficou evidenciado o efluxo de íons potássio associado à adição de metilamônio à suspensão de células, sugerindo que com este suplemento nitrogenado a célula de levedura não expressa o transportador de amônio. devido a este fato, os experimentos com [14c]-metilamônio só foram realizados com células cultivadas nos meios suplementados com peptona e sulfato de amônio. a tabela 2 contém um resumo dos valores dos parâmetros cinéticos obtidos nos experimentos de transporte de amônio realizados com células de saccharomyces cerevisiae, utilizando metilamônio radioativo e efluxo k+. os valores de km determinados pelo transporte de metilamônio radioativo variaram de 0,18 a 0,62mm e vmax de 2,13 a 53,8 nmoles min-1 (mg peso seco)-1 enquanto que através do efluxo de k+ os valores de km variaram de 0,31 a 2,74 mm e vmax de 4,23 a 21,7 nmoles k+ min-1 (mg peso seco)-1. os dados apresentados na tabela 2 não podem ser comparados com os descritos na literatura porque as condições de cultivo são completamente diferentes, somahttp://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a se ainda o fato de neste estudo estar sendo utilizado uma linhagem industrial, que apresenta características genéticas muito mais complexas que as linhagens de laboratório. além do que, os valores de vmax obtidos por nós refere-se a quantidade de massa seca e não ao conteúdo de proteína. apesar disso, os resultados obtidos neste relatório mostram que a natureza da fonte de nitrogênio tem efeito marcante sobre o transporte de amônio, uma vez que o fenômeno não é observado em células crescidas em casaminoácidos. as células de levedura comportam-se, do ponto de vista fisiológico, diferentemente durante as várias fases de crescimento. a tabela 3 mostra como variam as velocidades iniciais de entrada de metilamônio pelo efluxo k+, em diferentes tempos de crescimento, em células de saccharomyces cultivadas em meios contendo glicose 2% e 15% e sulfato de amônio ou peptona. quando a fonte de nitrogênio é o casaminoácidos não se observa transporte de amônio, medido pelo efluxo k+ em qualquer uma das condições de ensaio. a análise desta tabela sugere que a saccharomyces perde sua capacidade de transportar amônio durante o crescimento, sendo este efeito muito mais acentuado quando as células de levedura são cultivadas em amônio. estes resultados indicam a interferência da natureza da fonte de nitrogênio, pois na presença de peptona, o transporte de amônio é observado por períodos mais longos de cultivo, refletindo em parte o que foi observado na obtenção das células para os estudos de transporte, pois a detecção da cinética de transporte só acontece nos meios contendo amônio após reinoculação das células em um novo meio (ver materiais e métodos para detalhes), sendo que este procedimento não foi necessário para o caso da suplementação com peptona. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 conclusão os elementos essenciais encontrados nos principais nutrientes usados pela levedura saccharomyces cerevisiae quanto à quantidade são o carbono e o nitrogênio, sendo que a coordenação dos fluxos destes dois elementos podem ser regulados ao nível da assimilação ou ao nível do metabolismo, por isso os fluxos do carbono e do oxigênio e suas interações constituem parâmetros importantes na regulação do crescimento e do metabolismo celular.4,20,23 geralmente, o metabolismo do carbono e do nitrogênio envolve mecanismos complexos de regulação e os estudos, para efeito de clareza experimental, são realizados com um único composto como fonte de nitrogênio e/ou de carbono.12 considerando que na natureza os compostos contendo carbono e/ou nitrogênio ocorrem de forma diversa e complexa, tal como polissacarídeos e proteínas, neste trabalho estudamos o efeito da complexidade estrutural da fonte de nitrogênio no transporte de amônio em células crescidas em meio contendo glicose e suplementado com fonte de nitrogênio que variou de um simples sal de amônio (sulfato de amônio) a hidrolisados protéicos constituídos predominantemente de amino ácidos livres (casaminoácidos) ou peptídeos (peptona).6 os resultados descritos neste trabalho sugerem que a complexidade estrutural da fonte de nitrogênio tem um forte efeito na expressão dos transportadores de amônio bem como na estabilidade do processo. o transporte de amônio foi medido utilizando metilamônio como um análogo que compartilha o mesmo sistema de transporte do íon amônio,5 e os parâmetros cinéticos foram determinados seguindo-se dois procedimentos: medida da entrada do metilamônio marcando-se a solução com [14c]-metilamônio,5 ou através do efluxo de potássio associado ao transporte de metilamônio.13 como comentado, três permeases codificadas pelos genes mep1, mep2 e mep3 já foram caracterizadas a nível molecular, cinético e fisiológico.15 os estudos foram realizados com a linhagem de laboratório å 1278b e os respectivos mutantes mep-1, mep-2 e mep-3. nos experimentos descritos neste trabalho foi utilizada uma linhagem industrial de ploidia não definida e assim torna-se impossível qualquer comparação do ponto de vista genético com os resultados já descritos. cumpre salientar que os parâmetros cinéticos descritos neste trabalho foram obtidos por duas metodologias diferentes, e sempre expressos em quantidade de massa seca, enquanto nos descritos anteriormente o transporte referia-se à quantidade de proteína. apesar da dificuldade de se comparar os resultados obtidos em trabalhos anteriores, os dados descritos neste trabalho mostram a interferência da complexidade estrutural da fonte de nitrogênio no transporte de amônio em saccharomyces cerevisiae. os dados apresentados na figura 1 e tabelas 1 e 2 indicam a existência do transporte ativo de metilamônio nos meios suplementados com sulfato de amônio e peptona e não no meio contendo fonte de nitrogênio onde existe a predominância de amino ácidos na forma livre (casaminoácidos). os valores de km e vmax são diferentes para as células crescidas na presença de peptona e sulfato de amônio e isto, em parte, deve-se ao fato das células apresentarem diferentes estados fisiológicos quando crescidas em diferentes meios. a expressão dos transportadores também aconteceu de forma diferente em células crescidas na presença de amônio e de peptona. as células crescidas em amônio, para que pudesse ser possível observar o transporte de metilamônio tiveram que ser reinoculadas em um novo meio de mesma composição. as células crescidas em peptona não só não necessitavam de reinoculação como apresentaram maior estabilidade do fenômeno de transporte em deferentes fases de crescimento (tabela 3). a variação nos parâmetros cinéticos de transporte do íon amônio está de acordo com os resultados obtidos com o transporte de glicose em saccharomyces cerevisiae onde se observou que a transição das células de alta (2%, p/v) para baixa ou zero concentração de glicose, isto é a passagem da fase exponencial para a fase estacionária de crescimento, provocou mudanças na cinética de transporte de glicose.24 a alteração nos parâmetros cinéticos do transporte de metilamônio como mostrado na tabela 3 pode representar, como no caso do transporte de glicose, uma adaptação no processo de transporte como reflexo da alteração no nível de expressão (síntese e possivelmente atividade) de transportadores com diferentes afinidades e mecanismos de regulação, nas diferentes fases de crescimento do microrganismo. agradecimentos os autores agradecem à fapesp pelo auxílio recebido. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1a cruz, s.h., cássio, f., leão, c., ernandes, j.r. the effect of structural complexicity of nitrogen source on the ammonium transport in saccharomyces cerevisiae. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: ammonium transport in saccharomyces cerevisiae is influenced by the structural complexity of the nitrogen source. yeast cells were grown in minimum media containing glucose and nitrogen sources with structural complexity varying from single ammonium salt (ammonium sulfate) to free amino acids (casamino acids) and peptides (peptone). ammonium transport was followed by potassium efflux and uptake of [14c] methylammonium by yeast cells grown upon differing nitrogen supplementation. active transport of methylammonium is detected in cells grown in media supplemented with ammonium sulfate and peptone and the transport is not detected in cells grown on casamino acids. kinetics of methylammonium uptake measured at differing growth time suggest that the transport process is more stable upon peptone supplementation. the results described in this work suggest that the structural complexity interferes with ammonium uptake in saccharomyces cerevisiae and that supplementation with nitrogen source in a peptide form is not only more efficient for the transporter expression but also for the stability of the transport process. keywords: saccharomyces cerevisiae, ammonium transport, nitrogen metabolism referências 1 alagramam, k.; naider, f.; becker, j.m. a recognition component of the ubiquitin system is required for peptide transport in saccharomyces cerevisiae. mol. microbiol., v.15, n.2, p. 225-34, 1995. 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industriais enelton fagnani* cristo bladimiros melios** leonardo pezza*** helena redigolo pezza** resumo: o presente artigo descreve uma metodologia espectrofotométrica para a análise de paraformaldeído presente em amostras de saneantes comerciais e industriais, utilizando-se ácido cromotrópico (act), ácido clorídrico concentrado e peróxido de hidrogênio, produzindo um composto púrpura avermelhado (l max = 575 nm). a lei de beer é obedecida numa faixa de concentração de 0,8 4,8 mg l-1 em formaldeído, apresentando excelente coeficiente de correlação (r = 0,9999). os valores obtidos nas análises concordaram muito favoravelmente com os obtidos pelo procedimento padrão recomendado pelo niosh (national institute for occupational safety and health). palavras-chave: análise de saneantes, quantificação de paraformaldeído, espectrofotometria, ácido cromotrópico. introdução o paraformaldeído (aldacide, flo-mor, parafórmio, formagênio, polioximetileno, polioximetano, metaformaldeído), formaldeído polimerizado, (ch2o)n (onde n varia de 8 a 100) e peso molecular médio de 600 g mol-1, é o produto de condensação do metilenoglicol e é normalmente manufaturado pela concentração a vácuo de uma solução aquosa de formaldeído. sólido branco e de odor penetrante, contêm entre 78 e 98% em formaldeído. apesar de irritante e possivelmente carcinogênico é usado em desinfecção de quartos e utensílios hospitalares, de tecidos como o linho, http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt como ingrediente ativo de cremes contraceptivos, produtos dedetizadores, na manufatura de resinas sintéticas de uso odontológico e em outras destinadas à fabricação de peças artificiais de marfim e chifres. também é usado em anti-sépticos, fungicidas, no tratamento de pequenas infecções de garganta, adesivos, como agente endurecedor e impermeabilizante para gelatina e em fluido aditivo de furadeiras8,13,15,24-26. o paraformaldeído sólido pode ainda ser utilizado industrialmente na fiação de seda e em formulações com outras substâncias para a desinfecção do bicho da seda. em geral, a comercialização do formaldeído para fins industriais é feita sob a forma de paraformaldeído sólido, ao invés de soluções concentradas. a farmacopéia brasileira12 destaca o uso do formaldeído como agente desinfetante, dada sua ampla utilização para essa finalidade no contexto nacional. os métodos para a determinação de formaldeído existentes na literatura são os mais diversos e envolvem voltametria por corrente alternada6, potenciometria18, titulometria14, espectrofotometria7,16,21 entre outros23. na maioria das indústrias, ainda são empregados os métodos titulométricos, que se baseiam em reações envolvendo o grupo carbonílico de aldeídos e cetonas, como é o caso do método do sulfito neutro14, ou que envolvem reações de oxidação usando peróxido de hidrogênio, mercurimetria ou iodometria23. esses métodos têm a desvantagem de não serem seletivos para formaldeído, além de apresentarem limitada sensibilidade. aplica-se bem a metodologia titulométrica para a padronização de soluções puras, mas para a análise de amostras reais são necessárias outras técnicas. o método espectrofotométrico do ácido cromotrópico11 em meio de ácido sulfúrico concentrado se destaca no contexto analítico por apresentar grande sensibilidade, alta seletividade e é usado para a determinação de formaldeído no ar28, para análises ambientais3 e ocupacionais19,29, sendo atualmente recomendado pelo niosh (national institute for occupational safety and health)22. nesse método, o formaldeído reage com o ácido cromotrópico (act) em meio de ácido sulfúrico concentrado produzindo um composto colorido que tem seu máximo de absorção a 575 nm, de acordo com a figura 1. segundo georghiou11, trata-se de uma estrutura dibenzoxantílica monocatiônica, que pode ser melhor visualizada na figura 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 o uso de ácido sulfúrico concentrado (um ácido altamente corrosivo e um dos desidratantes mais enérgicos que se conhece) embora potencialmente perigoso, apresenta a vantagem inerente de tornar o método extremamente sensível. bricker & vail5 e posteriormente georghiou11 tentaram substituir o ácido sulfúrico concentrado por outros ácidos concentrados potencialmente menos perigosos como clorídrico, acético, fosfórico e não obtiveram êxito devido à baixa sensibilidade da reação na presença dos mesmos. um método recomendado no reino unido10 utiliza ácido cromotrópico em meio de ácido sulfúrico 50% (v/v) reduzindo assim os riscos em potencial do método original. entretanto, pickard & clark23 observaram que nessas condições não ocorre liberação quantitativa de formaldeído do complexo formado entre este e o bissulfito, reduzindo-se assim a sensibilidade, a reprodutibilidade do método e evidenciando a necessidade de se trabalhar em meio de ácido sulfúrico concentrado. em recente trabalho deste grupo de pesquisa9 (grupo de pesquisas fritz-feigl, gpff – iq/unesp) verificou-se que a reação entre formaldeído e ácido cromotrópico é dependente de oxigênio dissolvido quando se trabalha com outros ácidos que não o sulfúrico concentrado. baseado nessa constatação, propõe-se neste trabalho um novo método para a determinação de formaldeído presente em saneantes que envolve a reação deste com ácido cromotrópico (act) em meio de hcl e h2o2. os resultados obtidos evidenciaram que o método proposto apresenta sensibilidade similar ao método padrão, menos inconvenientes operacionais e é potencialmente menos perigoso. materiais e métodos instrumentação as medidas espectrofotométricas foram realizadas utilizando-se um espectrofotômetro hewlett packard, mod. hp 8453, com cubetas de vidro apresentando 10 mm de caminho óptico. a fonte de calor empregada foi banho de água sob ebulição. vidraria grau "a" e micropipetas das marcas brand, eppendorf e petcelm, calibradas com água à 25ºc, foram empregadas. reagentes e soluções todos os reagentes utilizados foram de grau analítico, marcas aldrich, merck ou mallinckrodt. • ácido clorídrico concentrado (37%, mallinckrodt); • solução de ácido cromotrópico (c10h6o8s2na2.2h2o, merck) a 5% (m/v), recentemente preparada e protegida da luz. • solução de peróxido de hidrogênio 2,5x10-2 mol l-1 preparada por diluição adequada a partir da solução a 30% (m/v) e padronizada como descrito na literatura4 ; • solução estoque de formaldeído 1000 mg l-1, preparada por diluição apropriada de solução a 37% (m/m, mallinckrodt) e padronizada pelo método oficial da aoac2 (método do peróxido de hidrogênio). de acordo com a literatura20, uma solução de formaldeído 1000 mg l-1, quando armazenada ao abrigo de luz e protegida do calor, mantêm suas características durante três meses. uma solução nessas condições foi preparada e utilizada como matriz para o preparo das soluções mais diluídas. procedimento recomendado curva analítica o procedimento para construção da curva de formaldeído em meio de hcl e peróxido é sumarizado na tabela 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 as bocas dos tubos foram recobertas com fita de ptfe e estes foram submetidos a aquecimento em banho de água sob ebulição por uma hora. após esse período, os tubos foram resfriados até a temperatura ambiente e fez-se a leitura de absorbância em 575 nm. análise das amostras · amostra comercial de saneante líquido: a amostra não sofreu nenhum processo de abertura, sendo adequadamente diluída e analisada pelo método padrão11,22 e pelo método proposto. alíquota de 208 ml da amostra convenientemente diluída foi transferida para um béquer, juntamente com 422 ml de água deionizada, 300 ml de act 5%, 4000 ml de ácido clorídrico concentrado e 70 ml de h2o2 2,5x10-2 mol l-1, analisada segundo o método proposto. os valores encontrados foram então comparados aos obtidos através de análises utilizando-se o método padrão. · amostra de desinfetante industrial sólido: amostras sólidas contendo basicamente paraformaldeído e talco foram analisadas. a abertura da amostra consistiu na solubilização do sólido em meio ácido da seguinte forma: para cada lote, pesou-se em papel vegetal uma massa em torno de 100 mg da amostra e transferiu-se para balão volumétrico de 1000 ml. completou-se o volume à aproximadamente metade da capacidade com água deionizada e acrescentaram-se 3,0 ml de ácido sulfúrico concentrado. homogeneizou-se e deixou-se em repouso por 40 horas. após esse período, completou-se o volume do balão à marca e homogeneizou-se. alíquotas de 630 ml da amostra assim preparada, juntamente com 300 ml de act 5%, 4000 ml de ácido clorídrico concentrado e 70 ml de h2o2 2,5x10-2 mol l-1 foram analisadas seguindo o método proposto. os valores encontrados foram então comparados aos obtidos através de análises utilizando-se o método padrão. as análises das amostras sólidas e líquidas foram efetuadas em triplicata e seus sinais analíticos foram interpolados nas correspondentes curvas analíticas para formaldeído. as metodologias aplicadas nas análises de paraformaldeído foram comparadas com o método de georghiou11 que consiste numa modificação do método padrão recomendado pelo niosh22. o gerenciamento dos resíduos químicos gerados durante a etapa experimental da pesquisa foi realizado de acordo com as orientações adotadas pela seção de apoio técnico do instituto de química – unesp, campus de araraquara17. resultados e discussão a participação do oxigênio dissolvido na reação entre formaldeído e ácido cromotrópico, quando se trabalha com outros ácidos que não o sulfúrico concentrado, foi demonstrada em um recente trabalho deste grupo de pesquisa9 e deu sustentação para a elaboração da presente metodologia, a qual utiliza hcl concentrado e h2o2. como é bem sabido, peróxido de hidrogênio libera oxigênio molecular por decomposição térmica27 , segundo a reação: essa reação clássica é adotada na obtenção de uma fonte de oxigênio molecular, quando se reage formaldeído e act em meio de hcl e peróxido de hidrogênio, já que nessas condições a oxigenação do meio é fundamental na formação do produto colorido de interesse. a lei de beer é obedecida até 4,8 mg de formaldeído / ml de amostra adicionada, com um excelente coeficiente de correlação (r = 0,9999); inclinação = 0,11347). a curva analítica encontra-se representada na figura 3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 como a metodologia envolve hcl concentrado e peróxido, sabe-se que há invariavelmente uma contração de volume quando se adicionam soluções aquosas, não permitindo uma avaliação precisa da concentração final do produto. portanto, decidiu-se expressar a curva analítica em função da massa de analito adicionada em 1,0 ml de amostra e não em função da concentração final, como comumente se vê em artigos nacionais e/ou internacionais, apesar que em artigo recente1 verificouse a utilização de notação análoga a esta aqui empregada. a possível interferência de talco presente nas amostras foi investigada e nenhuma interferência foi detectada. os resultados das análises, bem como a comparação com o método oficial e os devidos recobrimentos podem ser vistos na tabela 2: conclusão a metodologia proposta permite a utilização de outro ácido potencialmente menos perigoso do que o sulfúrico concentrado sem perda de sensibilidade e seletividade na determinação de formaldeído, possibilitando que novos procedimentos analíticos sejam desenvolvidos e testados para várias substâncias que liberem este ingrediente ativo. os resultados obtidos concordaram muito favoravelmente com aqueles obtidos pelo método oficial, mostrando que o método proposto apresenta sensibilidade e seletividade muito superiores quando comparado aos métodos titulométricos (comumente empregados nas indústrias), sem o inconveniente de se trabalhar com ácido sulfúrico concentrado. agradecimentos os autores agradecem a fapesp, capes e cnpq pelo suporte financeiro e à maria aparecida polli silvestre pelo apoio técnico. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100018&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 fagnani, e., melios, c. b., pezza, l., pezza, h. r. development of spectrophotometric method for the analysis of paraformaldehyde in commercial and industrial disinfectants. ecl. quím. (são paulo), v. 27, p. , 2002. abstract: this paper describes a spectrophotometric method for the paraformaldehyde analysis in industrial and commercial disinfectant samples using chromotropic acid, concentrated hydrochloridric acid and hydrogen peroxide. the reaction produces a violet-red compound (l max = 575 nm). the method permits the determination of paraformaldehyde over a concentration range of 0.8-4.8 mg l-1 and the results obtained by the proposed method compared very favorably with those obtained by niosh�s standard procedure. keywords: disinfectant analysis, formaldehyde quantification, spectrophotometry, chromotropic acid. referências bibliográficas 1 aman, t. et al. spectrophotometric determination of amitriptyline-hcl in pure and pharmaceutical preparations. anal. lett., v.33, p. 2477-2490, 2000. 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n. 4 | 2018 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza lucas henrique de carvalho machado eclética química journal 2018 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200009 processos diurnos e noturnos de remoção de no2 e nh3 atmosféricos na região de araraquara-sp daytime and nighttime removal processes of atmospheric no2 and nh3 in araraquara�s region – sp cássia ugucione; erika pereira felix; gisele olímpio da rocha; arnaldo alves cardoso departamento de química analítica instituto de química unesp 14800-900 araraquara sp brasil resumo os óxidos de nitrogênio e a amônia são os mais importantes compostos gasosos nitrogenados emitidos para a atmosfera e possuem grande interesse ambiental. na atmosfera, esses compostos podem sofrer diversas reações resultando em mudanças nas propriedades químicas e físicas da atmosfera. atividades humanas, principalmente relacionadas com produção de alimentos, energia e uso de fertilizantes têm aumentado as emissões dessas espécies nitrogenadas para o ambiente, causando distúrbios no seu ciclo natural. com o objetivo de avaliar as variações dos níveis de concentração e inferir sobre os processos de remoção de compostos de nitrogênio da atmosfera na região de araraquara, foram feitas determinações em paralelo de amônia (nh3) e dióxido de nitrogênio (no2). os resultados de concentração mostraram a estreita correlação entre esses compostos na atmosfera, que sugerem diferentes processos de remoção em diferentes épocas do ano. palavras-chave: ciclo do nitrogênio; amônia; dióxido de nitrogênio abstract http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso nitrogen oxides and ammonia are important nitrogen compounds which are emitted to the atmosphere. they are very important substances in the environment. in the atmosphere, these substances may undergo diverse reactions that result in changes of chemical and physical atmosphere's property. atmospheric removal mechanisms of nitrogen substances may ocurr either dry deposition or wet deposition. human activity such as food production, energy and fertilizer have increased the nitrogen emissons to environment, causing disturbances in the natural nitrogen cicle. parallel determinations of ammonia (nh3) and nitrogen dioxide (no2) were made to assess variations of concentration and to infer about removal processes theses nitrogen compounds of araraquara's atmosphere. results showed the narrow relationship between these substances in the studied atmosphere. this relationship between ammonia and nitrogen dioxide suggested different removal processes at different periods during the year. keywords: nitrogen cicle; ammonia; nitrogen dioxide introdução a limitada disponibilidade de nitrogênio como nutriente faz com que este elemento tenha um importante papel nos processos de crescimento e reprodução de organismos. apesar da atmosfera da terra ser composta por cerca de 75% de gás nitrogênio, este nitrogênio não está disponível para a maioria das espécies vivas, pois o gás n2 é muito pouco reativo. considera-se que, de todo o nitrogênio presente na superfície da terra, menos de 2% está na forma disponível (ligado a c, h e o). a fixação do nitrogênio gasoso pode ocorrer naturalmente através de fenômenos atmosféricos ionizantes, resultantes de radiação cósmica e queda de meteoros e raios, que proporcionam instantaneamente a alta energia necessária para que o nitrogênio reaja com o oxigênio e o hidrogênio atmosférico. entretanto, a principal rota de fixação natural ocorre através de processos microbiológicos que envolvem principalmente bactérias associadas com plantas leguminosas11,4. atualmente, existem incertezas em relação à quantidade de algumas espécies nitrogenadas que compõem o ciclo do nitrogênio, devido principalmente a intervenção do homem. isto ocorreu mais intensamente a partir do inicio do século xx, quando o desenvolvimento do processo haber–bosch permitiu a fixação de nitrogênio atmosférico principalmente para a produção de fertilizantes. porém, também tem se intensificado perturbações no ciclo do nitrogênio provenientes de processos não intencionais que promovem reações secundárias em processes de geração de alimentos e energia, o que favorece um aumento nas emissões de óxidos de nitrogênio e amônia para a atmosfera. a quantidade de nitrogênio fixada por esses dois meios excede em aproximadamente 10% àquela fixada pelos ecossistemas antes do aparecimento da agricultura moderna11,4,15. entre as espécies fixadas, os óxidos de nitrogênio (no + no2) e a amônia (nh3) são os mais importantes compostos nitrogenados emitidos tanto por fontes naturais como antropogênicas8. os processos de remoção desses compostos da atmosfera ocorrem via reações químicas fotocatalisadas, com formação de ácidos ou material particulado e por processos de deposições seca e úmida3, quando os compostos finalmente se incorporam ao solo e a corpos de água, ficando disponíveis para os vegetais. a amônia é emitida para a atmosfera por diversas fontes, incluindo volatilização de resíduos animais e fertilizantes sintéticos, queima de biomassa, perda natural pela vegetação, excrementos humanos, processos industriais e emissões decorrentes da combustão de combustíveis fósseis14,12,1. na atmosfera, a amônia tem um tempo de residência entre uma e duas semanas18,7 e seus processos químicos de remoção mais comuns ocorrem através de reações com espécies ácidas ou oxidação com formação de óxidos de nitrogênio. pode ser considerada um contaminante atmosférico desde que seja emitida em quantidades suficientes para produzir concentrações locais mais elevadas que a concentração ambiental. apesar de não se conhecer efeitos sobre a saúde humana resultantes das concentrações de amônia usualmente encontradas na atmosfera, sua quantificação é indispensável para o entendimento sobre diferentes processos químicos atmosféricos, especialmente por se tratar de um agente capaz de neutralizar gases ácidos, como por exemplo, ácidos sulfúrico e nítrico5,19,10. queima de combustíveis fósseis, biomassa e emissões microbiológicas, são as principais fontes envolvidas na produção de óxidos de nitrogênio (no e no2). nos aglomerados urbanos, o dióxido de nitrogênio (no2) é reconhecido como um dos principais poluentes atmosféricos. as reações com a participação do no2 e outros compostos presentes na atmosfera são inúmeras e têm se mostrado cada vez mais complexas. o no2 está envolvido na produção e regulação de ozônio (o3), na formação do "smog" fotoquímico, na produção de ácidos nitroso e nítrico (hno2, hno3), trióxido de nitrogênio (no3), pentóxido de dinitrogênio (n2o5), nitrato de peroxiacetila (pan) e outros compostos orgânicos nitrados, além de ser um dos principais contribuintes para a formação de chuvas ácidas13,20. o monitoramento de espécies químicas de importância ambiental, como o no2 e a nh3 é uma prática que tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, principalmente devido a necessidade de controlar a poluição atmosférica sobre cidades e regiões próximas. além do conhecimento dos níveis de concentração desses gases na atmosfera, bem como o mapeamento de suas fontes, é necessário entender os seus principais processos de remoção e a relação existente entre eles. o conhecimento mais complexo das reações químicas e do transporte envolvendo compostos de nitrogênio é um passo essencial para o entendimento e controle dos efeitos das atividades humanas sobre o meio ambiente13. já é bem conhecido o envolvimento de compostos de nitrogênio em reações governadas por mecanismos fotoquímicos, como é o caso do processo de produção do ozônio e de compostos orgânicos voláteis catalisados por no2. porém, um aspecto relativamente recente na química atmosférica datando de 1970, está relacionado com as transformações químicas que ocorrem no período noturno, envolvendo compostos de nitrogênio6. essas reações acontecem tanto em regiões industrializadas quanto em áreas remotas, o que torna indispensável uma melhor compreensão das possíveis relações existentes entre esses compostos. neste trabalho, procurou-se avaliar os níveis de concentração e inferir sobre os principais processos de remoção envolvendo amônia e dióxido de nitrogênio, na atmosfera da região de araraquara (sp). as amostragens de dióxido de nitrogênio e amônia foram feitas em paralelo, utilizando colunas de c-18 impregnadas com trietanolamina e filtros impregnados com ácido oxálico, respectivamente. parte experimental materiais e reagentes utilizados preparo da coluna de c-18 e dos filtros impregnados e procedimento de amostragens a solução impregnante usada na coleta do dióxido de nitrogênio foi preparada dissolvendo 11 ml de tea, 3,6 ml de etilenoglicol, 25ml de acetona e diluindo a 100 ml com água. esta solução foi utilizada para impregnar uma coluna de c-18 usada na amostragem. o reagente de griesssaltzman16 para determinação colorimétrica de no2, foi preparado dissolvendo 5,0 g de ácido sulfanílico em solução contendo 600 ml de água, 140 ml de ácido acético glacial, 20 mg de n-(1naftil)-etilenodiamina e diluindo para 1000 ml com água. o procedimento de preparo das colunas c-18 e amostragem de dióxido de nitrogênio seguem os descrito por ugucione et al21. lavou-se o interior da coluna c-18 com 5 ml de metanol 5% (v/v), sendo o excesso desta solução retirado passando ar limpo através da coluna durante cerca de 30 segundos. finalmente, um volume de 5 ml da solução absorvente de tea foi introduzido vagarosamente pela coluna c-18 e o excesso drenado com auxílio de ar limpo. a solução absorvente usada na impregnação dos filtros de amostragem de amônia, foi preparada segundo procedimento descrito por allen et al2. dissolveu-se 50 g de ácido oxálico e 20 ml de glicerol em água, sendo o volume completado para 1000 ml com água. a reação colorimétrica de berthelot17 foi utilizada para determinação de amônia. o primeiro reagente foi preparado com 25 g de hidróxido de sódio e 14 ml de hipoclorito de sódio (15% de cloro disponível) dissolvidos em água e o volume completado até 500 ml. o segundo reagente foi preparado pela adição de 60 g de salicilato de sódio e 0,1 g de nitroprussiato de sódio em 500 ml de água. filtros de celulose whatman n.41, de 55 mm de diâmetro, foram inicialmente tratados para eliminar possíveis traços de interferentes, e para isto foram colocados em frascos de plástico contendo água desionizada, ficando imersos por dois dias. durante este período, a água foi trocada várias vezes ao dia. em seguida, ficaram submersos em solução impregnante de ácido oxálico por aproximadamente 4 h. posteriormente, foram lavados com água desionizada e colocados novamente na solução impregnante por uma noite. após este procedimento, os filtros úmidos foram secos no dessecador, envoltos em papel de filtro contendo ácido oxálico e armazenados em geladeira até o momento da amostragem. as medidas de absorbância foram feitas em um espectrofotômetro hitachi u-2000, com cubetas de vidro de 10 mm. todos os reagentes utilizados foram de grau analítico, e água desionizada foi usada no preparo das soluções. resultados e discussão as amostras foram coletadas no instituto de química (unesp), que está localizado no limite oeste do perímetro urbano, da cidade de araraquara (sp). a cidade é de médio porte, com cerca de 180 000 habitantes e está distante de grandes centros urbanos. a figura 1 apresenta o perfil das concentrações de dióxido de nitrogênio e amônia, durante os dias 04 e 05 de setembro de 2001, referentes ao final do inverno, caracterizado por ser um período seco e com poucas nuvens. níveis de concentrações do dióxido de nitrogênio atmosférico na figura 1, observa-se que as concentrações de dióxido de nitrogênio são menores no período de maior insolação (9 às 15h), fato que pode ser explicado pelo modelo usual de reações fotoquímicas envolvendo compostos de nitrogênio, como o que resulta na formação de ozônio20: além disso, durante o dia, o ácido nítrico que é um importante componente da deposição ácida, é formado como produto de reações fotoquímicas envolvendo dióxido de nitrogênio e radical hidroxil: no início da noite (18 às 21 h), as concentrações de dióxido de nitrogênio atingem valores máximos, devido à contínua emissão direta de dióxido de nitrogênio e minimização dos processos de remoção via reações fotoquímicas. em seqüência (21 às 6h), as concentrações de dióxido de nitrogênio decrescem bruscamente possivelmente pelo aparecimento de outro processo de remoção, que leva a formação do pentóxido de dinitrogênio (n2o5)6, através da reação em equilíbrio entre no3 e no2 (5). o n2o5 tem um importante papel na química da troposfera, pois sofre hidrólise em fase gasosa ou líquida formando hno3(6) . http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 o hno3 em fase gasosa, pode participar outras reações na atmosfera via reações indicadas nas equações (8) e (9): na prática, essas reações são muito lentas e têm um papel pouco importante na baixa troposfera. entretanto, na alta troposfera o hno3 pode existir em equilíbrio com o dióxido de nitrogênio, se as massas de ar são isoladas de precipitações por longos períodos de tempo20. níveis de concentrações da amônia atmosférica em relação as concentrações de amônia no mesmo período (figura 1), nota-se que permanecem baixas durante o dia, possivelmente porque este composto é consumido pelos produtos das reações (2) e (3). no início da noite, crescem até atingir um patamar, o que sugere que os processos de remoção da amônia são minimizados nesse período, durante a época considerada (final do inverno, com umidade baixa), nestas condições, a reação (6) deve estar sendo desfavorecida, não ocorrendo portanto a formação do hno3, que é o principal composto envolvido no processo de remoção da amônia. um segundo estudo foi feito com objetivo de comparar as variações diárias de amônia em períodos secos e úmidos. as amostragens foram feitas no mesmo local, no verão, caracterizado por dias de sol, com nuvens e alta umidade. as concentrações de amônia no inverno e verão estão representadas na figura 2. as concentrações de amônia decrescem no período noturno no verão, apontando para o consumo deste gás. isso acontece provavelmente porque a reação (6) é favorecida durante épocas de alta umidade. havendo uma concentração maior de ácido nítrico na atmosfera, as reações de neutralização com a amônia são favorecidas, o que explica o consumo desta espécie6,20. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200009&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 conclusão com o estudo paralelo do perfil de concentrações de dióxido de nitrogênio e amônia em épocas seca e úmida, foi possível inferir sobre as possíveis relações existentes entre esses dois gases na atmosfera. a maior formação de ácido nítrico em épocas úmidas decorrente da hidrólise de n2o5, este proveniente de reações tipicamente noturnas entre no2 e no3,sugerem inicialmente uma atmosfera mais ácida, que é neutralizada pelos processos de remoção de amônia mais intensos no período noturno nesta época. neste modelo, o papel da amônia é de atuar como um tampão da atmosfera, pois quando ocorre maior formação de ácido nítrico, a amônia neutraliza parte do ácido formado. este mecanismo certamente é dependente das fontes de emissão destes compostos e um acréscimo de qualquer um deles, pode trazer conseqüências às propriedades químicas da atmosfera local. agradecimentos os autores agradecem a fapesp e cnpq pelo apoio financeiro e pelas bolsas concedidas. referências bibliográficas 1 allegrini, i.; de santis, f. measurement of atmospheric pollutants relevant to dry acid deposition. anal. chem.,v 21, p.237-255, 1989. 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[ links ] recebido em 30.11.2001 aceito em 19.03.2002 javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200009  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100013 distribuição de cr, ni, cu, cd e pb em frações húmicas de diferentes tamanhos moleculares extraídas de amostras de água e de sedimentos do reservatório de captação de água superficial anhumas – araraquara-sp. ademir dos santos* maria olímpia de oliveira rezende* andré henrique rosa** luiz fabrício zara*** julio cesar rocha** resumo: estudou-se a distribuição de cr, ni, cu, cd e pb em frações de substâncias húmicas (sh) de diferentes tamanhos moleculares. as sh foram extraídas de amostras de água (sha) e de sedimentos de superfície (shss), interface/água (shsi) e fundo (shsf) coletados no reservatório de captação de água superficial anhumas, localizado no município de araraquara-sp. para a extração das sh utilizaram-se os procedimentos recomendados pela sociedade internacional de substâncias húmicas. após purificação por diálise, as sh foram fracionadas com base no tamanho molecular utilizando-se sistema de fracionamento seqüencial por ultrafiltração e fluxo tangencial. o fracionamento das amostras de sha permitiu caracterizar uma distribuição de massa relativamente uniforme dentre as frações de diferentes tamanhos moleculares, com valores maiores nas frações f2 (20,8%) e f4 (23,8%). exceto para os íons pb(ii) e cu(ii) os quais apresentaram concentrações relativamente mais altas nas frações f2 e f4, respectivamente, de maneira geral, crômio, níquel, cádmio e chumbo têm distribuições similares nas cinco frações com tamanhos moleculares maiores e médios (f1 a f5). quanto às distribuições de massa nas diferentes frações de substâncias húmicas extraídas de amostras de sedimento de superfície (shss), sedimento interface/água (shsi) e sedimento de fundo (shsf), as três amostras apresentaram 42-48% das sh nas frações com maiores tamanhos moleculares (f1 e f2), 29-31% nas frações intermediárias (f3 e f4) e 13-20% nas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota frações com menores tamanhos moleculares (f5 e f6). de modo geral, caracterizaram-se para os íons metálicos, distribuições similares dentre as respectivas frações f1 a f6. exceções para pb(ii) e ni(ii) em sedimento de superfície com concentrações relativamente menores nas frações f2 e f4, respectivamente. palavras-chave: substâncias húmicas, fracionamento, metais pesados. introdução a matéria orgânica presente nos sistemas aquáticos e solos consiste de uma mistura de compostos, em vários estágios de decomposição, resultantes da degradação química e microbiológica de resíduos vegetais e animais. essa matéria orgânica pode ser operacionalmente classificada em substâncias húmicas (sh) e substâncias não húmicas19. de acordo com wershaw22, propriedades físico-químicas do solo e de sedimentos são controladas pelas substâncias húmicas. devido ao alto teor de oxigênio encontrado na estrutura das sh, elas têm excepcional capacidade para complexar metais11,23, influenciando no transporte, armazenamento e biodisponibilidade de metais e pesticidas no ambiente5,13,14. dentre os poluentes, os metais pesados representam um grupo especial, pois não são degradados química ou biologicamente de forma natural3. a presença desses no ambiente aquático em concentrações elevadas causa a mortalidade de peixes e seres fotossintetizantes, podendo atingir ao homem via cadeia alimentar causando diversas doenças8,9,10. assim, é importante caracterizar a concentração/distribuição/especiação de metais em mananciais, principalmente aqueles utilizados para captação de água destinada a abastecimento público, visando a preservação do ecossistema e a saúde pública. cerca de 1/3 da água destinada ao abastecimento público da cidade de araraquara-sp é coletada no reservatório de captação de água superficial anhumas. considerando-se a localização desse reservatório entre lavouras canavieiras, mata ciliar quase inexistente devido a desmatamentos e local de fácil aporte de materiais via lixiviação, é necessário um estudo sistemático o qual possibilite compreender melhor a distribuição de metais, por exemplo, nas substâncias húmicas aquáticas e substâncias húmicas dos sedimentos. assim o objetivo deste trabalho foi extrair e fracionar substâncias húmicas de amostras de água e de sedimentos do reservatório anhumas, e caracterizar nessas substâncias espécies metálicas originalmente complexadas (cr, ni, cu, cd e pb) em função do tamanho molecular das diferentes frações. material e métodos coleta e amostragem a escolha do local de amostragem de água e sedimentos no reservatório anhumas, localizado na cidade de araraquara-sp, considerou resultados de estudos prévios, os quais caracterizaram neste local concentrações relativamente altas dos metais cr, ni, cu, cd e pb. além disso, é o local mais próximo de um aterro de resíduos sólidos localizado nas proximidades do reservatório17. foram coletados cerca de mil litros de água (ph cerca de 5,0) e acidificou-se até ph 2,0 com solução de ácido clorídrico concentrado. as amostras de sedimento foram coletadas de três diferentes matrizes: sedimento de superfície (ss) coletado de material em suspensão cerca de 50 cm acima da interface sedimento/água; sedimento de interface sedimento/água (si) e sedimento de fundo (sf) coletado a 50 cm abaixo do sedimento de interface sedimento/água. após coleta, as amostras foram acondicionadas em frascos de polietileno. no laboratório, as amostras dos sedimentos foram transferidas para bandejas de madeira e secas em estufa com renovação de ar a 50 ºc. posteriormente foram trituradas em gral de porcelana, peneiradas em peneiras com abertura de 0,200 mm e estocadas em frascos de vidro. determinação do teor de matéria orgânica e inorgânica nos sedimentos em cadinho de porcelana previamente tarado, 0,5000 g de amostra foi calcinado em mufla a 750 ºc por quatro horas. o teor de matéria orgânica foi determinado pela diferença de massa após calcinação considerando-se o resíduo final como matéria inorgânica16. extração de substâncias húmicas aquáticas (sha) com resina xad 8 a resina macroporosa xad 8 utilizada para a extração das sha foi previamente purificada por bateladas sucessivas com soluções de ácido clorídrico 0,50 mol l-1, hidróxido de sódio 0,50 mol l1 e metanol, respectivamente (24 horas cada batelada)17. para extração, empregou-se o procedimento recomendado pela international humic substances society (ihss)1,21. mil litros da amostra previamente acidificada a ph 2,0 foram filtrados em sistema de filtração a vácuo / papel de filtro whatman 42. em seguida, por gravidade, a amostra foi percolada com fluxo de 5,0 ml min-1 através de colunas de vidro empacotadas com resina xad 8. após saturação da resina pela sha (verificada pelo escurecimento da resina), percolou-se inicialmente 10,0 ml de solução de ácido clorídrico 0,01 mol l-1 para a remoção de impurezas, fez-se eluição das sha com solução de hidróxido de sódio 0,10 mol l-1 e o extrato húmico concentrado foi neutralizado com solução de ácido clorídrico 0,10 mol l-1. após cada eluição, a resina foi purificada e as colunas colocadas novamente em operação. extração de substâncias húmicas das amostras de sedimentos as extrações foram feitas de acordo com procedimento recomendado pela international humic substances society (ihss)7,13. adicionaram-se 5 litros de solução de hidróxido de sódio 0,10 mol l-1 a 500 g da amostra. após agitação magnética, sob atmosfera de nitrogênio (8 ml min -1) por 4 horas, deixou-se a suspensão em repouso por 12 horas. o sobrenadante, sh extraídas, foi separado por sifonação e posteriormente centrifugado a 1478 g descartando-se o resíduo. purificação das substâncias húmicas as membranas utilizadas para diálise (samless cell 16 x 100 clear) foram preparadas de acordo com o procedimento descrito por rosa et al.16. após tratamento por 10 minutos com solução de bicarbonato de sódio 2,0 % (m/v) e ácido etilenodiaminotetracético (edta) 0,01 mol l-1, as membranas foram lavadas com água desionizada (65 ºc) e estocadas a -6 ºc. os extratos húmicos extraídos foram concentrados em rotavapor. posteriormente, foram dialisados utilizando membrana de diálise contra água desionizada até teste negativo para cloretos (teste com solução de nitrato de prata 0,10 mol l-1). em seguida, transferiram-se as sha e as sh extraídas dos sedimentos para placas de petri e secou-se em estufa a 55 ºc. a análise elementar das substâncias húmicas foram feitas em analisador perkin elmer 240-c e os resultados estão listados na tabela 1. fracionamento de amostras de substâncias húmicas as substâncias húmicas foram fracionadas com base nos diferentes tamanhos moleculares. para tal, utilizou-se um sistema de ultrafiltração seqüencial com múltiplos estágios e fluxo tangencial, desenvolvido por rocha et al.15, nas seguintes condições experimentais: membranas de 25 mm de diâmetro com porosidade 1, 5, 10, 50, e 100 kdalton; frações obtidas e respectivos intervalos de tamanhos moleculares médios de f1 ( > 100), f2 (50 – 100), f3 (10 – 50), f4 (5 – 10), f5 (1 – 5), f6 (<1 kda); 10,0 ml de solução de sh 1,0 mg ml-1 em ph 6,0; bombeamento com pressão inicial de 2,5 bar; fluxo de penetração através das membranas de 1,5 – 2,0 ml min-1; fluxo tangencial de 2,0 ml min-1. após fracionamento de 10,0 ml de cada amostra, nas condições experimentais descritas, bombearam-se 10,0 ml de água desionizada e recolheu-se esse volume junto com a fração de menor tamanho molecular (f6). digestão das amostras de substâncias húmicas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 transferiram-se cerca de 0,50 g (em triplicata) do extrato húmico seco, para tubos de digestão. adicionaram-se 15,0 ml de mistura nitro/perclórica ("suprapur" r merck) 2:1 (v/v), deixou-se em repouso por 12 horas e prosseguiu-se a digestão utilizando-se forno de microondas marca spex, modelo mx 350 com 300 w de potência, sistema aberto e feixe focalizado, nas seguintes condições experimentais: 40% de potência e 5 minutos de aquecimento e posteriormente, 60% de potência e 10 minutos de aquecimento. após digestão, os digeridos ácidos foram transferidos para balão volumétrico de 100,0 ml completando-se o volume com água. caso não estivesse límpido adicionava-se mais 1,0 ml de solução de peróxido de hidrogênio 30% (v/v) e repetia-se a etapa com 60% de potência do forno por 10 minutos. digestão das frações de substâncias húmicas as frações de substâncias húmicas tiveram seus volumes reduzidos em rotavapor a 55 ºc e foram transferidas para frascos de 25 ml previamente tarados. após secagem em estufa com renovação de ar a 55 ºc determinou-se a massa de cada fração. no mesmo frasco adicionaram-se 2,0 ml de solução nitro/perclórica ("suprapur" r merck) 2:1 (v/v) e deixou-se em repouso por 12 horas. acrescentou-se 0,5 ml de solução de peróxido de hidrogênio 30% (v/v), cobriu-se com vidro de relógio e aqueceu-se em chapa até a solução tornar-se límpida. os digeridos ácidos foram transferidos para balão volumétrico de 25,00 ml completando-se o volume com água. quando necessário, a adição da mistura ácida e do peróxido de hidrogênio foi repetida nas mesmas quantidades. determinações de metais crômio, níquel, cobre, cádmio e chumbo foram determinados por espectrometria de emissão atômica com plasma de argônio induzido – icp-aes, utilizando-se soluções padrão mistas para a curva de calibração, e as seguintes condições operacionais: detecção simultânea (cid: "changeinjection device"); leitura em axial; nebulizador concêntrico; pressão na câmara de nebulização de 30 psi; argônio como gás de nebulização e refrigeração; aspiração de 1,9 ml min-1; fluxo de gás auxiliar 0,50 l min-1; rádio freqüência de 1350 w fixa; tempo de integração de 20 s; linhas de emissão atômica (i) e iônica (ii): cr 267.716 {097} (ii), ni 221.647 {116} (ii), cu 324.754 {080} (i), cd 214.438 {121} (ii) e pb 220.353 {117} (ii). resultados e discussão distribuição da massa de substâncias húmicas em função do tamanho molecular a tabela 1 mostra os resultados médios da análise da composição elementar das substâncias húmicas extraídas de amostras de água e sedimentos do reservatório de captação de água superficial anhumas. a elevada razão c/n obtida para o sedimento de fundo caracteriza alto grau de decomposição da matéria orgânica devido ao processo de humificação19. de acordo com aizenshtat et al.2, um sedimento com concentração de matéria orgânica entre 5 – 10 % pode ser considerado rico do ponto de vista orgânico. então, de modo geral, os sedimentos do reservatório anhumas podem ser considerados ricos pois, embora o teor de matéria orgânica no perfil estudado diminua com a profundidade, a menor quantidade determinada foi 5,34 % para o sedimento coletado a 50 cm http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 abaixo da interface sedimento / água. os teores de material orgânico e inorgânico determinados nos três sedimentos foram respectivamente: ss (26,00 e 74,00); si (6,14 e 93,86); sf (5,34 e 94,66). o material inorgânico é, principalmente, argila, sais inorgânicos e metais. a grande variedade de tamanho molecular, característica das substâncias húmicas aquáticas e de solos deveria, em princípio, permitir a separação da amostra em muitas frações específicas. na prática, as complexas associações intermoleculares dificultam a obtenção de frações de tamanhos próximos, levando à sobreposição de diferentes tamanhos moleculares. entretanto, o fracionamento com base no tamanho molecular é um importante procedimento para melhor entender o comportamento das substâncias húmicas no ambiente20. o fracionamento destas amostras complexas, tem sido utilizado em estudos ambientais e biológicos. a literatura4,6,17,18 tem mostrado que sistemas de ultrafiltração com múltiplos estágios podem ser uma importante técnica para caracterização de frações de substâncias húmicas aquáticas com diferentes tamanhos moleculares. as figuras 1-4 mostram as distribuições das frações de substâncias húmicas com diferentes tamanhos moleculares em função das respectivas porcentagens de massas. a perda no balanço de massa, cerca de 5-8 %, é atribuída à adsorção de matéria orgânica na superfície das membranas do sistema ultrafiltração6. as substância húmicas aquáticas, figura 1, têm uma distribuição de massa relativamente uniforme dentre as frações de diferentes tamanhos moleculares, com valores um pouco maiores nas frações f2 (50-100 kda, 20,8%) e f4 (5-10 kda, 23,8%). burba et al.6 e rocha et al.18, estudando sha do rio rhur alemanha (extraída por ultrafiltração) e sha do rio negro am-brasil (extraída com resina xad 8), respectivamente, observaram uma distribuição com a maioria da massa de sha concentrada nas frações de tamanhos moleculares médios f3 (10-50 kda) e f4 (5-10 kda). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 as propriedades físico-químicas de sedimentos suspensos e de fundo em mananciais de águas naturais são dependentes da matéria orgânica associada a eles. geralmente, sedimentos são originários de erosão e têm o material húmico derivado de solos como o maior constituinte da matéria orgânica. além da matéria orgânica alóctona dos sedimentos (formada em locais diferentes de onde o sedimento se encontra), a matéria orgânica autóctona (originária no próprio corpo d'água) também pode estar presente. entretanto, ainda não foi possível isolar e caracterizar matéria orgânica autóctona, exceto em poucos lagos da região antártida onde a matéria orgânica alóctona ainda está praticamente ausente22. as figuras 2-4 mostram as distribuições de massa nas diferentes frações de substâncias húmicas extraídas de amostras de sedimento de superfície (shss), sedimento interface/água (shsi) e sedimento de fundo (shsf). as três amostras apresentam 42-48 % das sh nas frações com maiores tamanhos moleculares (f1 e f2), 29-31 % nas frações intermediárias (f3 e f4) e 13-20 % nas frações com menores tamanhos moleculares (f5 e f6). aster et al.4 fracionaram amostra coletada em pântano contendo alto teor de matéria orgânica (70 mg l-1 de carbono orgânico dissolvido cod) e extraída com xad 8. esses autores também encontraram maior concentração de sha em frações com maiores tamanhos moleculares ou seja, f1 (> 100 kda) e f2 (50-100 kda) e menor concentração de sha na fração de tamanho molecular médio, f4 (5 10 kda). de maneira análoga, nas amostras de sedimentos coletadas nas três profundidades, ficou caracterizada menor concentração de sh na fração f5 (1-5 kda). distribuição de espécies metal-substâncias húmicas em função do tamanho molecular o estudo da distribuição de metais em águas naturais possibilita um melhor entendimento dos fenômenos de transporte, acumulação e biodisponibilidade das várias espécies metálicas no ambiente aquático. além da determinação das concentrações de sh nas frações com diferentes tamanhos moleculares, o fracionamento das amostras possibilita, também, avaliar a distribuição de espécies metal-substâncias húmicas (m-sh) inertes em meio ácido, e ainda retidas nas sha após a extração com resina xad 8 de amostras de água acidificas a ph 2,0. nesse trabalho optou-se por estudar a distribuição de cr, ni, cu, cd e pb pois, estes elementos têm características reconhecidamente relevantes quando se trata de impactos ambientais causados por excessivo aporte de metais pesados em recursos hídricos. exceto os íons pb(ii) e cu(ii) os quais apresentaram concentrações relativamente mais altas nas frações f2 e f4, respectivamente, de maneira geral a figura 1 mostra para a sha os demais metais com distribuições similares nas cinco frações com tamanhos moleculares maiores e médios (f1 a f5). após o fracionamento, um volume de água igual ao da amostra é bombeado para limpeza do sistema de ultrafiltração seqüencial. como essa água de lavagem geralmente contem um pouco de sh, ela é recolhida junto com a fração f6. assim, íons metálicos como ni(ii), cu(ii) e pb(ii) dissociados das frações de sha com tamanhos moleculares maiores, podem ter acumulado na fração f6 pelo transporte através das membranas do sistema ultrafiltração. então, pode-se inferir http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 que as espécies metálicas m-sh, remanescentes nas demais frações (f1 a f5) de sha, formam complexos com estabilidade relativamente alta4. íons trivalentes como al(iii), fe(iii) e cr(iii) formam espécies de labilidades relativamente baixas quando complexados com substâncias húmicas aquáticas5, justificando a distribuição uniforme do íon cr(iii) nas seis frações de f1 a f6. cádmio apresentou concentrações relativamente baixas em todas as frações de sha e sh extraídas de sedimentos (figuras 1 a 4). nas amostras de sedimentos coletados nas profundidades shss, shsi e shsf (figuras 2, 3 e 4) de modo geral, os íons metálicos apresentaram distribuições um pouco similares dentre as respectivas frações f1 a f6. exceções para ni(ii) e pb(ii) em sedimento de superfície (figura 2) com concentrações relativamente maiores nas frações f2 e f4, respectivamente. também, em sedimentos de fundo (figura 4) as concentrações mais elevadas do íon cr(iii) estão nas frações de maior tamanho molecular f1 e f2. outra particularidade da amostra shsf é que, embora f5 (1-5 kda) tenha sido a fração com menor massa de substâncias húmicas, com exceção de cr(iii), nessa fração foram determinadas as maiores concentrações dos metais, inclusive cádmio. isto indica que a complexação não depende da massa de sh e sim dos sítios disponíveis para complexar metais. conclusões de modo geral os sedimentos do reservatório anhumas podem ser considerados ricos em matéria orgânica (mo), pois embora o seu teor no perfil estudado diminua com a profundidade, a menor quantidade determinada foi 5,34 % para o sedimento coletado a 50 cm abaixo da interface sedimento / água. o fracionamento de amostras de substâncias húmicas aquáticas (sha) caracterizou uma distribuição de massa relativamente uniforme dentre as frações de diferentes tamanhos moleculares, com valores maiores nas frações f2 (20,8 %) e f4 (23,8 %). exceto para os íons pb(ii) e cu(ii) os quais apresentaram concentrações relativamente mais altas nas frações f2 e f4, respectivamente, de maneira geral crômio, níquel, cádmio e chumbo têm distribuições similares nas cinco frações com tamanhos moleculares maiores e médios (f1 a f5). quanto às distribuições de massa nas diferentes frações de substâncias húmicas extraídas de amostras de sedimento de superfície (shss), sedimento interface/água (shsi) e sedimento de fundo (shsf), as três amostras apresentam 42-48 % da sh nas frações com maiores tamanhos moleculares (f1 e f2), 29-31 % nas frações intermediárias (f3 e f4) e 13-20 % nas frações com menores tamanhos moleculares (f5 e f6). de modo geral, os íons metálicos apresentaram distribuições similares dentre as respectivas frações f1 a f6. exceções para pb(ii) e ni(ii) em sedimento de superfície com concentrações relativamente menores nas frações f2 e f4, respectivamente. este trabalho é parte de um projeto maior o qual estuda a distribuição de metais no reservatório de captação de água superficial anhumas. etapas futuras, determinando diferentes grupos funcionais nas frações de sh com diferentes tamanhos moleculares, resultarão na caracterização dos sítios de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 complexação nos quais íons metálicos importantes do ponto vista ambiental são preferencialmente complexados. agradecimentos: os autores agradecem à fapesp, cnpq e capes por bolsas e suporte financeiro. santos, a., rezende, m.o.o., rosa, a.h., zara, l.f., rocha, j.c. distribution of cr, ni, cu, cd and pb in different molecular size of humic fractions extracted from water and sediment samples collected at anhumas reservoir. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: in this work was studied the distribution of cr, ni, cu, cd and pb in humic fractions with different molecular size. the hs were extracted from waters (ahs), surface sediments (hsss), interface water sediment (hsis) and bottom sediment (hsbs) collected in the anhumas surface water collection reservoir, located in the district of araraquara são paulo/state – brazil. the humic substances were extracted by procedures recommended by international humic substances society (ihss). after purification by dialysis, the humic substances were fractionated using a multistage tangential flow ultrafiltration system. the fractionation patterns of hs characterized a mass distribution relatively uniform among the fractions with different molecular sizes, with larger values in the fractions f2 (20,8%) and f4 (23,8%). except for the ions pb(ii) and cu(ii), which presented relatively higher concentrations in the fractions f2 and f4, respectively. in general, chromium, nickel, cadmium and lead have similar distributions in the five fractions with larger and medium molecular sizes (f1 to f5). with relation to the mass distributions in the different humic substances fractions extracted from sediment samples collected at three depth, they presented 4248% of hs in the fractions with larger molecular sizes (f1 and f2), 29-31% in the middle fractions (f3 and f4) and 13-20% in the fractions with smaller molecular sizes (f5 and f6). in general, the metallic ions presented distributions similar among the respective fractions f1 to f6. exceptions for pb(ii) and ni(ii) in surface sediment with concentrations relatively smaller in the fractions f2 and f4, respectively. keywords: humic substances, fractionation, heavy metals referências bibliográficas 1 aiken, g.r. isolation and concentration techniques for aquatic humic substances. in: aiken, g.r.; mcknight, m.d.; wershaw, r.l.; maccarthy, p. humic substances in soil, sediment and water: geochemistry, isolation and characterization. new york: john wiley, 1985, p.363-385. 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javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100013  a08v29n1.pdf 63ecl. quím., são paulo, 29(1): 63-69, 2004 volume 29, número 1, 2004 www.scielo.br/eq determinação voltamétrica de cd e pb usando eletrodo modificado com polianilina sulfonada d. a. fungaro1 1centro de química e meio ambiente – instituto de pesquisas energéticas e nucleares – ipen cep 05422-970 – são paulo – sp – brasil resumo: a co-polimerização eletroquímica de misturas de anilina e ácido 3-aminobenzenosulfônico foi realizada por voltametria cíclica em solução de ácido sulfúrico.o grau de polimerização aumentou com o crescimento da acidez e da concentração de anilina em solução. os eletrodos cobertos com filme de mercúrio e polianilina sulfonada foram avaliados para a análise de metais traço por voltametria de redissolução anódica. os limites de detecção para o chumbo e cádmio foram 6,96 e 15,3 nmol l-1, respectivamente. o eletrodo modificado foi usado para determinar os metais em amostras ambientais reais. palavras-chave: polianilina sulfonada; eletropolimerização; metais traço. introdução o uso de polímeros condutores na tecnologia de sensores consiste na modificação do eletrodo para melhorar a seletividade, diminuir as interferências e funcionar como uma matriz para moléculas. todos os princípios eletroquímicos de transdutores podem ser aplicados com eletrodos modificados com polímeros condutores [8]. a modificação da seletividade de sensores eletroquímicos usando-se polímeros condutores tem sido explorada, principalmente empregandose o polipirrol. a incorporação de mercúrio na cadeia polimérica melhorou a seletividade e a sensibilidade para a detecção de cloroaminas. o mesmo comportamento foi observado com o uso de eletrodo modificado com polianilina (pani) [16]. dam et al.[5] estudaram o desempenho do eletrodo de filme de mercúrio coberto com polianilina na determinação de chumbo e cádmio na presença de surfactantes. o eletrodo mostrou uma sensibilidade aos metais quando comparada aquela do eletrodo de filme de mercúrio não modificado, assim, a cobertura polimérica não conseguiu proteger a superfície de interferentes. enquanto o eletrodo de filme fino de mercúrio modificado com pani não se mostrou adequado para a determinação de íons metálicos em água, eletrodos de filme fino de mercúrio modificados com polianilinas sulfonadas (panis) foram empregados com sucesso na análise de metais traço por voltametria de redissolução anódica [7]. as polianilinas sulfonadas apresentam algumas propriedades mais interessantes do que aquelas das polianilinas: solubilidade em solventes orgânicos comuns; maior independência da condutividade com o ph; maior estabilidade térmica e química a processos oxidativos; e possuem propriedades de troca catiônica devido à presença dos substituintes sulfônicos [21]. uma variedade de rotas sintéticas químicas e eletroquímicas é relatada na literatura para a preparação das panis. um método para produzir as panis é a polimerização química ou eletroquímica da mistura de anilina com anilinas substituídas [1,6, 9-15,17-18] . a polimerização eletroquímica é preferível ao processo químico quando se pretende usar o produto polimérico como um filme sobre o sensor. várias são as vantagens da co-polimerização 64 ecl. quím., são paulo, 29(1): 63-69, 2004 da anilina com a anilina sulfonada como segue: (1) os co-polímeros podem conter diversas relações dos monômeros e apresentarem composições químicas e propriedades diferentes; (2) pode-se variar a extensão da dopagem intermolecular frente a intramolecular; (3) a eletropolimerização da mistura se torna mais fácil quando comparada à da anilina sulfonada pura por causa dos efeitos eletrônicos e estéricos do grupo so 3 -. o objetivo do presente trabalho foi estudar as características eletroquímicas dos eletrodos quimicamente modificados com poli(anilina co ácido 3-aminobenzenosulfônico) e a aplicação do eletrodo de filme fino de mercúrio coberto com o co-polímero na determinação de metais traço por voltametria de redissolução anódica. procedimento experimental reagentes e soluções todos os reagentes empregados eram de grau analítico e as soluções foram preparadas com água ultrapura do sistema millipore milli-q. os experimentos foram realizados à temperatura de (25 ± 1) oc. as soluções estoques dos metais cd e pb foram preparadas a partir da diluição de solução padrão 1000 mg l-1 (merck). a anilina (an), merck, foi destilada antes do uso e o ácido 3aminobenzenosulfônico (3 abs), aldrich, foi usado sem purificação. aparelhagem e acessórios os experimentos eletroquímicos foram realizados em aparelho potenciostato/galvanostato autolab basic pgstat 30. uma célula foi usada com os seguintes eletrodos: eletrodo de carbono vítreo como trabalho (área de 0,071 cm2); eletrodo de ag/agcl/kcl 3 mol l-1 como referência e eletrodo de pt como auxiliar (área de 0,031 cm2). preparação do eletrodo coberto com panis e mercúrio (empanis) o eletrodo de trabalho foi polido com suspensão aquosa de alumina (5 mm) e limpo com água deionizada no ultra-som por 2 min antes do uso. o eletrodo foi mantido em potencial de + 1,6 v em ácido sulfúrico 1,0 mol l-1 por 6 min. subsequentemente, foram obtidos os voltamogramas cíclicos empregando as seguintes condições: intervalo de potenciais e i = e f = – 0,5 v; e inv . = 1,5 v; v = 50 mv s-1; foram obtidos ciclos contínuos por um período de tempo de 15 min. a eletropolimerização eletroquímica foi realizada empregando a voltametria cíclica repetitiva na presença do monômero de ácido 3aminobenzenosulfônico e de diferentes concentrações de anilina, em meio de h 2 so 4 0,1 mol l-1, nas seguintes condições: e i = e f = – 0,5 v; e inv. = 0,9 v; v = 50 mv s-1; número de ciclos variável. após a formação dos filmes poliméricos sobre o eletrodo de carbono vítreo, o mercúrio foi depositado a partir de solução de hg (ii) 1,0 x 104 mol l-1 em nano 3 0,1 mol l-1/hno 3 5 mmol l-1 aplicando-se as seguintes condições: e d = – 0,9 v; t d = 5 min, sob agitação constante. determinação dos metais cd e pb a voltametria de redissolução anódica com onda quadrada (swavs) foi utilizada para a determinação de metais em meio de nano 3 0,1 mol l-1/ hno 3 5 mmol l-1 com e d = – 1,3 v e t d = 1 min. os seguintes parâmetros de onda quadrada foram usados na etapa de redissolução: f = 100 hz; e w = 25 mv e äe s = 1 mv. a amostra de água do córrego do jardim (santo antônio do jardim sp) foi coletada a ~ 10 cm da superfície em frasco de polietileno previamente descontaminado e guardado em recipiente térmico. a amostra foi acidificada ao ph d” 2 com ácido nítrico 1:1 supra-puro e estocada a 4 oc . os metais na amostra real foram determinados pelo método de adição padrão. resultados e discussão co-polimerização eletroquímica de anilina com ácido 3-aminobenzenosulfônico a fig.1 mostra o desenvolvimento de voltamogramas cíclicos durante a co-polimerização de 3 abs 0,05 mol l-1 + an 0,05 mol l-1 em h 2 so 4 0,1 mol l-1. 65ecl. quím., são paulo, 29(1): 63-69, 2004 todos os picos de corrente catódicos (e c1 = 0,13 v; e c2 = 0,42 v; e c3 = 0,57 v) e anódicos (e a1 = 0,19 v; e a2 = 0,29 v; e a3 = 0,46 v; e a4 = 0,63 v) aumentaram durante as varreduras consecutivas, indicando a polimerização progressiva e a formação de filme. o potencial de limite anódico (e inv. = 0,9 v) não abaixou após o período de iniciação. o desenvolvimento das características voltamétricas mostrou-se similar àquelas da deposição da pani [20] indicando que o mecanismo de crescimento envolve o ataque dos monômeros ao polímero oxidado, exceto inicialmente quando a eletro-oxidação dos monômeros é mais significante. a observação dos voltamogramas cíclicos da 3 abs-an mostra que o pico redox em ~ 0,2 v ocorre em potenciais mais altos enquanto o pico redox em ~ 0,6 v ocorre em potenciais mais baixos do que aqueles da pani obtidos sob as mesmas condições experimentais. tal fenômeno já foi observado em vários polímeros derivados da polianilina e está associado aos efeitos estéricos e eletrônicos dos substituintes [4]. a co-polimerização pode ser bastante dependente da quantidade dos co-monômeros envolvidos no processo. a eletropolimerização foi investigada variando-se a razão entre os monômeros 3 abs e an. a carga catódica de redução do polímero é proporcional à quantidade de filme formado (espessura do filme), sendo, portanto, bastante útil para o acompanhamento do mecanismo e da eficiência da polimerização[13]. a figura 2 mostra os valores da carga catódica dos filmes 3abs-an (para diferentes razões 3absan: 1;1; 25:1; 50:1) e do 3 abs, em função do número de ciclos. a razão 3 abs:an influenciou no crescimento dos co-polímeros. o grau de polimerização é indubitavelmente aumentado na presença de an. assim, quanto maior a concentração de anilina presente na solução dos co-polímeros, maior a espessura do filme co-polimérico formado. no processo de eletropolimerização, a degradação e o crescimento do filme polimérico são reações que competem por um mesmo intermediário. no caso da an, a deposição do polímero é catalisada pela própria anilina [19,22]. para o panis, o sistema aromático do ácido aminobenzenosulfônico é desativado em relação à reação de substituição eletrofílica devido à propriedade de receptor de elétrons dos grupos –so 3 tornando a velocidade de crescimento do polímero mais lenta do que aquela da pani. no eletrodo coberto apenas com o 3 abs, efeitos eletrônicos e estéricos do grupo sulfônico fazem com que o cátion intermediário que se forfigura 1 voltamogramas cíclicos consecutivos da copolimerização do 3 abs-an. concentrações dos monômeros: 0,05 mol l-1, em solução de h 2 so 4 0,1 mol l-1. e i = e f = – 0,5 v, e inv. = 0,9 v, v = 50 mv s-1, t = (25 ± 1) oc. figura 2 carga catódica dos voltamogramas em função do número de ciclos obtidos para a geração dos filmes de 3 absan em meio de h 2 so 4 0,1 mol l-1. e i = e f = – 0,5 v, e inv. = 0,9 v, v = 50 mv s-1, t = (25 ± 1) oc, razões 3 abs-an (indicação inserida na figura). 66 ecl. quím., são paulo, 29(1): 63-69, 2004 ma durante a polimerização seja instável. já na eletrooxidação simultânea da anilina e do ácido 3aminobenzenosulfônico, a co-polimerização pode ser iniciada pela geração de radicais cátion estáveis pela molécula da anilina, seguida pela propagação de cadeias por ambas as moléculas. o eletrólito suporte e o ph da solução são fatores que podem influenciar nas propriedades do filme polimérico formado na superfície do eletrodo durante a eletropolimerização. a dependência da carga catódica com o número de ciclos na eletropolimerização do 3 abs-an (50:1) foi investigada em meio de h 2 so 4 0,1 e 1 mol l-1 (fig. 3). a espessura do filme obtido em h 2 so 4 1 mol l-1 é maior do que aquela observada em h 2 so 4 0,1 mol l-1 para um mesmo número de ciclos. há evidências que a atividade auto-catalítica da anilina aumenta com a acidez do meio porque o último estágio do processo de crescimento é dominado pela polimerização de monômeros da anilina com inserção ocasional de monômeros de 3 abs como espaçador entre cadeias e/ou na terminação do crescimento do filme [13]. assim, quanto mais ácido é o meio, menor é o conteúdo de sulfonação no copolímero. características analíticas do sensor empanis o eletrodo de carbono vítreo coberto com o co-polímero de anilina e ácido 3-aminobenzenosulfônico e mercúrio (empanis) foi usado para determinações voltamétricas de cádmio e chumbo. um procedimento envolvendo a realização de dez ciclos de varredura (e i = e f = – 0,5 v; e inv. = 0,9 v; v = 50 mv s-1 ) foi escolhido na eletropolimerização dos co-polímeros para evitar a formação de filmes muitos espessos. o crescimento do filme faz com que os íons metálicos tenham acesso mais difícil às gotículas dispersas do mercúrio e há um decréscimo no grau de sulfonação do co-polímero formado. os resultados encontrados com os empanis foram comparados com aqueles obtidos a partir do eletrodo de carbono vítreo coberto apenas com o filme fino de mercúrio (efm) utilizando-se os mesmos procedimentos descritos na parte experimental. a co-polimerização foi realizada com diferentes relações 3 abs/an em meio de h 2 so 4 0,1 mol l-1. um eletrodo empanis com o co-polímero preparado em meio de h 2 so 4 1 mol l-1 também foi avaliado. as mudanças de correntes de pico dos metais nos empanis em relação ao efm encontram-se na tabela 1. a fig. 4 ilustra a resposta dos metais no empanis (3 abs:an = 50:1; h 2 so 4 0,1 mol l-1, no de ciclos = 10) e efm, como um exemplo. tabela 1 mudanças nas correntes de pico de cd e pb 1,0 x10-7 mol l-1 usando-se empanis e efm.figura 3 carga catódica dos voltamogramas em função do número de ciclos obtidos para a geração dos filmes de 3 ansan (50:1) em h 2 so 4 : (a) 1 mol l-1 , (b) 0,1 mol l-1. e i = e f = – 0,5 v, e inv. = 0,9 v, v = 50 mv s-1, t = (25 ± 1) oc. ∆i p = [(i p i efm ) / i efm ] x 100; i p e i efm são as correntes de pico com empanis e efm. (a) h 2 so 4 1 mol l-1 ; (b) no de ciclos = 1 67ecl. quím., são paulo, 29(1): 63-69, 2004 os resultados apresentados na tab. 1 revelaram que a espessura do filme é influenciada pela relação 3 abs:an e pelas condições da eletropolimerização. quanto menor a razão 3 abs:an empregada, menor a sensibilidade do eletrodo aos metais. este comportamento seguiu o aumento da espessura do filme eletropolimerizado com a diminuição da razão 3 abs:an, conforme fig.2. no caso do 3 abs:an 1:1, formou-se um filme tão espesso que só foi possível observar os picos do cd e pb após apenas um ciclo de varredura de potencial. comparando-se o eletrodo 3 abs:an 50:1 preparado em diferentes concentrações de h 2 so 4 , observou-se que o eletrodo foi mais sensível aos metais quando o co-polímero foi eletropolimerizado em 0,1 mol l-1, ou seja, nas condições onde se formou o filme menos espesso. o empanis preparado em h 2 so 4 0,1 mol l-1 na razão 3 abs/an de 50:1 foi escolhido para a avaliação do desempenho analítico do sensor e para aplicações. os resultados da regressão linear das curvas analíticas obtidas para o cd e pb por swasv encontram-se na tabela 2. figura 4 voltamogramas de onda quadrada do cd e pb 1,0 x10-7 mol l-1 usando-se: (a) empanis (3 abs:an = 50:1, h 2 so 4 0,1 mol l-1, no de ciclos = 10), (b) efm. e w = 25 mv, äe s = 1 mv, f = 100 hz. tabela 2 – resultados da curva analítica da determinação de cd e pb usando empanis. os limites de detecção (calculados por 3s) para cd e pb eram 15,3 e 6,96 nmol l-1, respectivamente. os gráficos analíticos das respostas voltamétricas foram lineares até 100 nmol l-1 para ambos os íons. a precisão dos resultados do empanis foi estimada por uma série de seis medições sucessivas de cádmio e chumbo 1,0 x 10-7 mol l-1 resultando nas correntes de pico com desvio padrão relativo de 1,8 % e 3,0 %, respectivamente. o efeito do composto de superfície ativa triton x-100 com concentração na faixa de 1 20 mg l-1 na resposta swasv do cd2+ 0,98 x 10-7 mol l-1 usando-se o empanis foi examinado. os resultados foram comparados com aqueles obtidos com o efm sob as mesmas condições experimentais. o empanis foi menos susceptível à depressão do pico do cd do que o efm com um resultado razoável até 5 mg l-1. pode-se optar, em concentrações maiores que 5 mg l-1, pela diminuição do tempo de contato do surfactante com o eletrodo usando técnicas de análise em fluxo descontínuo [2-3]. aplicação em amostras reais a aplicação analítica do empanis foi investigada pela determinação de cádmio e chumbo em amostras reais. a determinação dos metais foi realizada em amostra de água de córrego antes e após a adição de quantidades conhecidas de ambos os metais (tab. 3 e fig. 5). o sensor mostrou resultados de recuperação na faixa de 98,0 – 105 % e desvio padrão relativo de 3 5%. 68 ecl. quím., são paulo, 29(1): 63-69, 2004 tabela 3 determinação de cd e pb (nmol l-1) em água de córrego. conclusões a eletropolimerização do co-polímero de ácido 3-aminobenzenosulfônico em presença de anilina foi realizada por voltametria cíclica em meio ácido sobre eletrodo de carbono vítreo, variandose as quantidades dos monômeros. a velocidade (a) n = 3 figura 5 voltamogramas de onda quadrada para a amostra de água de córrego antes (a) e após (b d) adições padrão de cd e pb 20 – 60 nmol l-1. e w = 25 mv, äe s = 1 mv, f = 100 hz. de eletropolimerização aumentou com o crescimento da quantidade de anilina na razão 3 abs/an e com o aumento da acidez do meio. o crescimento do filme polimérico é inibido na presença de 3 abs por causa da combinação desfavorável de efeitos estéricos e indutivos impostos pelos grupos sulfônicos no anel aromático. o eletrodo de carbono vítreo coberto com poli(anilina co – 3-ácido aminobenzenosulfônico) e mercúrio foi utilizado como sensor para a determinação de traços de pb e cd em água. o eletrodo preparado com os polímeros na razão 3 abs/an de 50:1 em h 2 so 4 0,1 mol l-1 e após 10 ciclos de varredura apresentou a melhor sensibilidade aos metais e foi empregado em amostras reais. agradecimentos o autor agradece o apoio financeiro da fapesp. d. a. fungaro. voltammetric determination of cd and pb using sulfonated polyaniline modified electrode abstract: the electrochemical copolymerization of mixtures of aniline and 3-aminobenzenesulfonic acid monomers has been carried out by cyclic potencial sweep in sulfuric acid solution. the degree of polymerization increased with increasing acidity and aniline concentration in solution. sulfonated polyaniline mercury film coated electrodes have been evaluated for the analysis of trace metals by anodic stripping voltammetry. the detection limits for lead and cadmium were 6.96 and 15.3 nmol l-1, respectively. the modified electrode was used to determine metals in real environmental samples. keywords: sulfonated polyaniline; electropolymerization; trace metal. recebido em: 06/11/03 aceito em: 06/11/03 69ecl. quím., são paulo, 29(1): 63-69, 2004 referências [1] c. barbero, r. kötz, adv. mat. 6 (1994) 577. 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[22] g. zotti, s. cattarin, n. comisso, j. eletroanal. chem. 239 (1988) 387. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100015 microeletrodos: iii. arranjos de microeletrodos, construção e caracterização marcelo faber* fernando luis fertonani* hideko yamanaka* assis vicente benedetti** resumo: neste trabalho procurou-se descrever detalhadamente o procedimento de preparo de um arranjo de eletrodos com geometria em forma de microdiscos (20,2 < re < 25,7 mm) e estudar o comportamento eletroquímico desse conjunto de microeletrodos. foram aplicadas diferentes equações descritas na literatura para a condição de estado estacionário e quase-estacionário e equações para a simulação de voltamogramas em regime estacionário. para baixas velocidades, v £ 0,1 mv s-1, observou-se uma excelente sobreposição dos voltamogramas cíclicos experimental e simulado, entretanto, velocidades desta ordem de grandeza são pouco práticas do ponto de vista experimental. observou-se, também para todos os microeletrodos estudados, uma transição da condição de corrente estacionária para quase-estacionária, com o aumento dos valores de v. equações que permitem avaliar a contribuição das correntes radial e difusional, para a corrente total, ajustam-se perfeitamente as curvas i/e em todo o intervalo de raios dos eletrodos e valores de v empregados. os voltamogramas obtidos para o arranjo de eletrodos operando na condição de curto circuito apresentou um fator de amplificação de 19 vezes, referente ao sinal obtido a partir de um único microeletrodo. tal fator confirma a condição de ausência de sobreposição das camadas de difusão dos eletrodos e, portanto, reflete a contribuição individual de cada eletrodo para a corrente total. palavras-chave: arranjos de microeletrodos, estado estacionário, voltametria cíclica introdução eletrodos com dimensões muito pequenas da ordem de micra são denominados de microeletrodos e http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota01 podem ser definidos de forma genérica como eletrodos que apresentam pelo menos uma de suas dimensões micrométrica. o interesse crescente por esse tipo de eletrodo nas últimas décadas fez com que as pesquisas nesse campo despontassem progressivamente, buscando novas técnologias de fabricação de microeletrodos e ultramicroeletrodos e sua respectiva modificação para se obter uma nova geração de microssensores, cada vez mais eficientes, para o uso em eletroanálises e áreas afins1-20. com o avanço da eletrônica, a construção de microeletrodos e arranjos de microeletrodos tornou-se um processo interessante devido à facilidade de fabricação de eletrodos impressos em matriz (screen printed), podendo ser produzidos eletrodos de diferentes geometrias (linear, disco, etc.) em grande escala e, portanto, de baixo custo; permitindo o uso em rotina5-11. entretanto, nem sempre se dispõem de equipamento e da metodologia para a fabricação arranjos de microeletrodos impressos em matiz, de sorte que sempre existirá um universo de possibilidades a ser investigada para o fácil preparo e caracterização de arranjos de microeletrodos a baixo custo em qualquer laboratório. medidas realizadas com um único microeletrodo, no entanto, apresentam uma baixa relação sinal / ruído, sendo mais viável em muitos casos o emprego de um arranjo de microeletrodos. o emprego de um arranjo permite a obtenção uma considerável discriminação sinal / ruído. a literatura especializada tem apresentado diferentes metodologias para o preparo de arranjos de microeletrodos de diferentes geometrias e, recentemente, foi apresentada uma metodologia ímpar para a obtenção de arranjos de microeletrodos empregando circuitos eletrônicos integrados, incluindo metodologia de modificação dos mesmos e aplicações eletroanalíticas13. recentemente, neste laboratório, vem sendo desenvolvida metodologia para a construção e modificação de microeletrodos de platina pura e de suas ligas metálicas (pt-rh(10% m/m) e ptir(20 % m/m)), cuja caracterização é realizada através de métodos físicos e eletroquímicos para a sua caracterização. a modificação destes substratos tem como finalidade o preparo de bioeletrodos pela eletrodeposição de filmes poliméricos condutores13,14, o estudo das reações em estado sólido mercúrio-substrato13-16 e a conseqüente geração de filmes finos de mercúrio e de amálgama hgsubstrato (pthg4/pt, pthg4-rhhg2/pt-rh), para decomposição de corantes de efluentes industriais. no presente trabalho discute-se detalhadamente o preparo e a caracterização física e eletroquímica de um arranjo de microeletrodo de ouro, empregando equações matemáticas descritas na literatura para as condições de estado estacionário e estado quase-estacionário. os resultados permitiram concluir que o conjunto de eletrodos apresenta características de microeletrodos e a resposta i / e, na condição de curto-circuito, corresponde à somatória da contribuição individual de cada eletrodo para a i total. experimental materiais e métodos as soluções foram preparadas com água de qualidade millipore. os ácidos (hno3, hcl e h2so4) e sais (na2so4 k4{fe(cn)6}) eram de qualidade merck (suprapur). para as medidas eletroquímicas empregou-se uma célula de fluxo contendo três eletrodos; velocidade de fluxo: 100 ml/min. como eletrodo de referência foi empregado um eletrodo de ag/agcl/kclsat. montado em uma ponteira para micropipeta. esta ponteira era selada a fogo e posteriormente lixada até a obtenção de contato elétrico. as curvas de potencial de circuito aberto em função do tempo foram obtidas para caracterização do eletrodo, empregando-se um eletrodo de ag/agcl/kclsat. fisher como referência. a limpeza de todo o material era feita por imersão em extran merck, 2,5 % (v/v), em banho de ultra-som por 10 minutos, e enxaguados em água de qualidade millipore, em banho de ultra-som, por igual intervalo de tempo (1 vez) e posteriormente por simples imersão em água millipore (3 vezes). após as medidas, o sistema era limpo como descrito anteriormente, sendo suas partes colocadas em saco plástico, empregado para assar alimentos, e armazenado em armário. para verificar a influência da montagem da célula sobre os voltamogramas cíclicos, especialmente sobre os valores de separação entre os potenciais de pico do par ferricianeto/ferrocianeto (dep) foram obtidos voltamogramas cíclicos com um eletrodo de ouro na forma de disco plano com cm2, utilizando uma célula convencional de três eletrodos. em função de que riscos produzidos pelo polimento mecânico dos microeletrodos também poderia influenciar o valor de dep, foram obtidos voltamogramas cíclicos substituindo o eletrodo de ouro de tamanho convencional por um microeletrodo polido da mesma forma que o conjunto de microeletrodos. os voltamogramas cíclicos foram obtidos empregado-se um sistema potenciostato-galvanostato eco chemie modelo pgstat-10, utilizando um conjunto de programas gpes3, versão "for dos". os raios geométricos dos microeletrodos foram determinados emprengado-se um microscópio óptico, neophot 30 da carl zeiss-gena. o acionamento do sistema de fluxo foi feito empregando uma bomba peristáltica, cole-parmer instrument company, model 78001. a célula para medidas em fluxo foi construída neste laboratório empregando-se uma furadeira fg13, ferrari, acoplada a uma morsa esférica adriática mu-17, para a realização de perfurações laterais, verticais e em ângulo, e um microtorno kohlbach, modelo 711, para as escavações e o torneamento das peças. construção do arranjo de microeletrodo um ci (componente integrado mm58167an), de 20 contatos foi empregado como material de partida na construção de um arranjo de microeletrodos, empregando a metodologia descrita na literatura12. foram incluídas algumas alterações na metodologia, adicionando algumas etapas de polimento mecânico e de lavagens em banho de ultra-som. desta forma, o ci, inicialmente, foi submetido a um desgaste mecânico empregando-se lixas d'água de diferentes granulometrias (grana: 220, 400 e 600) até o aparecimento dos microdiscos de ouro, os quais foram utizados como microeletrodos. os discos de ouro são provenientes dos contatos entre o "chip" e a pista de cobre, responsável pelo contato externo do ci (figura 2a-imagem dos microdiscos;2bimagem do "chip"). entre uma etapa e outra do desgaste mecânico do ci, o sistema era lavado com água corrente e em banho de ultra-som, por 5 min, para eliminação de incrustações de resíduos do material de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 polimento. após a limpeza a superfície sob desgaste do ci era inspecionada por microscopia óptica. tal inspeção se faz necessária pois a espessura da camada de resina do ci, onde se encontra o microfio de ouro, é muito fina, da ordem de 1 a 2 mm. uma vez exposta a superfície dos microdiscos era dado o acabamento final ao arranjo de microeletrodos fazendo-se o polimento mecânico com suspensão de alumina de diferentes granulometrias (2, 1 e <0,3 µm; arotec 99,98 % em al2o3), diluída a 1:10 com água de qualidade millipore. entre uma medida e outra procedia-se uma limpeza da superfície por meio de polimento mecânico. para que esse polimento não produzisse modificação importante na área dos microdiscos, a superfície era submetida a duas passadas sobre um feltro contendo alumina 0,05 µm, girando a amostra de 90 o entre uma passada e outra. da mesma forma que para a revelação dos microdiscos, durante o processo de polimento, entre uma granulometria e outra, o ci era submetido à limpeza em banho de ultra-som, para a eliminação de incrustações de alumina, e em seguida a superfície era observada por microscopia óptica. posteriormente o ci era adaptado sobre um soquete de 40 pinos. aos terminais do soquete foram soldados 20 pistas de uma fita paralela, em cada lado do soquete, para a conexão entre os contatos dos ci e o potenciostato. a solda foi recoberta com resina para aumentar a resistência mecânica da conexão fita soquete e para evitar a infiltração de solução e a oxidação dos contatos elétricos. entre um conjunto e outro de medidas os microeletrodos do arranjo eram polidos com suspensão de alumina 0,05mm e limpos em banho de ultra-som por 15 minutos em hno3 20% (v/v) e posteriormente em água de qualidade millipore. construção da célula eletroquímica para utilização em fluxo para a construção da célula eletroquímica, figura 2, foi moldado um tarugo de resina poliester de 55,66 mm de diâmetro por 15,50 mm de altura. na superfície do tarugo foi feita uma escavação de 34,15 mm de diâmetro por 4,67 mm de profundidade. foram perfurados, lateralmente e a 90 graus, dois canais em forma de l, indo da lateral do cilindro até a superfície da região escavada (diâmetro interno= 1,00 mm), sobre os 2 orifícios internos foi colocado um "o-ring" ( diâmetro interno = 8,47 mm e espessura= 1,90 mm) que delimitava a solução em contato com microeletrodos. as extremidades dos orifícios foram alargados, empregando brocas de 1,10 mm, para receber as tubulações. em um dos canais foi introduzido uma agulha hipodérmica (diâmetro externo= 1,00 mm), utilizando-se sua superfície metálica, interna, como contra eletrodo. à superfície externa da agulha foi soldado um fio de cobre com solda pb/sn para estabelecer o contato elétrico com o potenciostato. ao suporte plástico da agulha foi adaptado um pequeno tubo plástico para conexão do eletrodo de referência e de uma pequena mangueira para eliminação de solução. polimento potenciodinâmico e obtenção dos dados eletroquímicos anterior ao ensaio eletroquímico, o arranjo de microeletrodos era polido e posteriormente submetido à limpeza em banho de ultra-som por 15 min com o objetivo de remover as partículas de alumina. então, os microeletrodos eram tratados por um programa de ondas triangulares nas seguintes condições: v= 1,0 v s-1, einicial= 0,2 v e efinal= 1,0 v / ag/agcl/kclsat.; tempo de aplicação: 30 a 60 min, até a obtenção de um voltamograma cíclico estável em solução de eletrólito de suporte (figura 3). este tratamento foi aplicado, simultaneamente, a todos os microeletrodos do arranjo colocando-os em curto circuito. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 na seqüência, eram obtidos os voltamograma cíclicos da solução de k4{fe(cn)6} 6,00x10-3 mol l1 pela aplicação do seguinte programa de potenciais: einicial= 0 v, efinal= 0,90 v / ag/agcl, empregando-se difentes valores de v (v= 0,10 a 0,0010 v s-1). determinação do refetivo por voltametria cíclica16,21 este método baseia-se na obtenção de voltamogramas cíclicos para a solução de ferrocianeto de potássio em solução aquosa de na2so4 0,100 mol l-1, sobre os microdiscos de ouro, empregandose diferentes valores de v (0,050 < v < 0,200 v s-1). as correntes do máximo dos voltamogramas foram tratadas empregando-se a equação (1): sendo, im= corrente do máximo em a; c = concentração da solução em mol l -1; n = número de elétrons transferidos por partícula; f=constante de faraday em c mol-1; d = coeficiente de difusão em cm2 s-1; v = velocidade de varredura de potenciais em v s-1. esta equação expressa a variação da corrente de máximo com o fator adimensional p, que é uma função da raiz quadrada da velocidade, de acordo com a equação (2): a equação (1) incluí as contribuições, para corrente total, da componente de difusão planar e radial. desta forma, empregando-se um programa de computador foi possível calcular o raio dos diferentes microeletrodos constituintes do arranjo e dos valores experimentais para o parâmetro p(pexp.). na tabela 1 são apresentados os valores dos raios efetivos (re) e dos raios geométricos obtidos para os microeletrodos investigados. resultados e discussões para todos os eletrodos estudados observou-se um comportamento característico de microeletrodos. os microeletrodos no 9 e no 18 foram tomados como representativos dos demais (figuras 4 e 5). uma comparação entre os voltamogramas experimentais, obtidos para baixos valores de v, e o voltamograma simulado para a condição de estado estacionário, mostra a presença de um desvio contínuo da condição de estado estacionário. este desvio evidencia, claramente, a transição da condição de estado estacionário para uma condição de estado quase estacionário com o aumento da velocidade de varredura do potencial ( v )15,16,20. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 concomitante com o desvio na corrente de estado estacionário, observa-se a separação dos ramos de corrente anódica e catódica (histerese). este é um aspecto importante, pois a histerese está presente para todos os eletrodos estudados. no entanto, ao menos do ponto de vista teórico, tal separação não deveria ser observada considerando-se as condições de trabalho empregadas. a causa deste fenômeno é atribuída à corrente de carga da dupla camada elétrica15,16,20,21. é certo, que a corrente de carga da dupla camada elétrica estará influenciada pela presença de microtrincas na interface metal-isolante. tais trincas são formadas durante o processo de selagem dos microeletrodos e a presença das mesmas pode ser detectada pela correlação entre a capacitância aparente (cap.= ic a / v), corrigida pela área geométrica do eletrodo, como função de v (log v)15, 20. no entanto, trabalhos mais recentes têm mostrado que a separação das curvas está associada a retenção de produto da reação eletródica na camada de difusão. a retenção deste produto se deve ao fato de que a velocidade de transferência de carga passa a ser superior à velocidade de transporte de massa da espécie formada, a medida que se aumenta a velocidade de varredura22. as condições experimentais para a obtenção de voltamogramas virtualmente superpostos (2% de separação entre os ramos anódico e catódico, com relação à corrente do estado estacionário) e de voltamogramas na condição de estado quase-estacionário estão apresentadas na tabela 2 e foram calculados a partir das equações descrita nas referências15,16. observa-se que as condições calculadas para a superposição virtual dos ramos anódico e catódico são experimentalmente de difícil aplicação. por outro lado, considerando-se a condição de corrente quase-estacionária obtémse valores exeqüíveis experimentalmente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 é importante observar a existência de superposição dos voltamogramas simulado e experimental e a ausência de histerese, mesmo quando se emprega valores de v aproximadamente dez vezes superiores àqueles calculado (vcalculado= 0,1 mv s-1; figura 4), considerando-se a hipótese de superposição virtual dos ramos anódico e catódico. por outro lado, para altas valores de v (0,050 < v < 0,200 v s-1) os voltamogramas apresentaram picos, tanto na varredura direta quanto na inversa, semelhantes ao observado para macroeletrodos, o que caracteriza que a difusão linear semi-infinita é a principal contribuição para a corrente total23,24. para todos os microeletrodos, presentes no arranjo em estudo, a relação ip a / ip c é aproximadamente igual a unidade (tabela 3), o que demonstra a ausência de qualquer tipo de reação química acoplada23,24. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 a separação de potenciais de pico, para velocidades baixas, não pode ser obtida devido ao comportamento característico de microeletrodos, porém, em velocidades mais altas são bem definidas, dep= 135 mv, o que sugere um afastamento do comportamento esperado para um processo reversível24. para microeletrodos individuais de pt16 observou-se um dep = (100 ± 12) mv, num intervalo de v compreendido entre 0,05 < v < 0,50 mv s-1 para o par ferrocianeto / ferricianeto em solução aquosa kcl 1 mol l-1. esta diferença de separação de picos poderia ser atribuída a vários fatores: aumento de queda ôhmica devido à geometria da célula; presença de microtrincas e riscos sobre a superfície gerados pelo polimento. a presença de microtrincas pode ser descartada, pois não foram observadas quando da análise do microeletrodo por microscopia e principalmente porque a curva de capacitância aparente, normalizada pela área do microdisco, em função da velocidade de varredura do potencial, v, não indicou variação brusca ao passar de baixos para altos valores de v. este procedimento já foi descrito para microdiscos de pt, pt-ir e pt-rh15. por outro lado, o comportamento eletroquímico observado para o sistema ferricianeto/ferrocianeto de potássio estudado empregando macroeletrodo de au (raio geométrico = 0,10 ± 0,02 cm), em condições experimentais idênticas àquelas empregadas para os estudos com o arranjo de microeletrodos, apresentou comportamento característico esperado para um sistema reversível (dep= 60 mv e ip a / ip c= 1,0, para 0,005 < v < 0,60 v s-1), figura 6. portanto, o aumento na separação de picos observado para o sistema empregando microeletrodos pode ser justificado pelo fato do eletrodo de referência encontrar-se distante do arranjo de microeletrodos (figura 2b), e poderia ser atribuído ao efeito da queda ôhmica da solução contida entre o eletrodo de trabalho e o de referência, ou então, devido à presença de riscos causados pelo polimento que alteram a distribuição de concentrações de espécies oxidadas e reduzidas na superfície do eletrodo. considerando-se a necessidade da caracterização eletroquímica dos dezenove microeletrodos do arranjo e o tempo necessário para a obtenção dos voltamogramas na condição de estado estacionário, procurou-se empregar uma metodologia que permitisse a caracterização individual de cada eletrodo e uma avaliação conjunta do arranjo, através dos voltamogramas obtidos para altos valores de v15,16,20,21. desta forma, para caracterizar o comportamento de microeletrodo, para todo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 o intervalo de raios disponíveis no arranjo e para os diferentes valores de v empregados (0,050 < v < 0,200 v s-1), foram correlacionadas as correntes de máximo adimensionais experimentais e as correntes calculadas a partir da equação para o processo de difusão linear semi-infinita (im / 4nfdcr = 0,351p), em função do parâmetro p (p= (nfvr2/rtd)1/2). o parâmetro p foi calculado a partir dos valores experimentais (v e re ) para os dezenove microeletrodos em estudo (figura 7)16, 20, 21. a correlação da função corrente com os valores de p, para os dezenove microeletrodos do arranjo, demonstra claramente o aumento esperado para a corrente de máximo experimental. uma análise das correlações, para velocidades superiores a 0,050 v s-1, demonstra, ainda, uma significativa contribuição da corrente devido à difusão não linear para a corrente total. considerando, por exemplo o eletrodo de au, com re = 24,8 mm (no 16), para um valor de p = 2,9 e v = 0,200 v s-1 constata-se uma contribuição de 41% para a corrente total, como contribuição proveniente da corrente de difusão radial (idr). desta forma a corrente de máximo para cada um dos 19 microeletrodos pode ser expressa pela soma das correntes devidas à difusão linear e radial21, sendo observado comportamento semelhante quando se opera o arranjo na condição de curto circuito, como será demonstrado posteriormente. a variação da velocidade de varredura de potencial tem efeito significativo sobre a contribuição da corrente total devida à difusão radial. efetivamente, um aumento na velocidade de varredura causa http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 uma diminuição da contribuição da difusão radial, o que faz diminuir o aumento da corrente total. o efeito do aumento dos valores de v pode ser verificado observando os valores do produto ip a v-1/2 c1, que são constantes para eletrodos convencionais e para os microeletrodos somente serão constantes para altos valores de v. a figura 8 revela que para valores de v compreendidos entre 0,050 e 0,200 v s-1, o produto ip a v-1/2 c-1 não atingiu um valor constante, como esperado para altas velocidades. isto sugere que a contribuição da difusão radial à corrente total é significativa, mesmo para valores de v da ordem de 0,200 v s-1. com o objetivo de analisar as correntes de máximo experimental (im(exp.)), referente aos dezenove microeletrodos constituintes do arranjo sob investigação, correlacionando-os simultaneamente com os diferentes valores de v utilizados, foi empregada a equação (1), com os valores dos parâmetros: d (obtido da literatura); im(exp.); v(exp.); t(exp.): 295 k; c(exp.); n= 1 (literatura). os valores dos parâmetros relacionados acima foram introduzidos num programa de computador e a equação resolvida em função de p , pelo método de newton25. os valores de p(exp.) e r(exp.), calculados a partir da equação (1), encontram-se apresentados na tabela 4. a correlação entre os valores de p(exp.) em função da raiz quadrada da velocidade de varredura e para o produto r v1/2 (para cada valor de raio em particular) estão representados nas figuras 9 e 10, respectivamente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig09 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 a proporcionalidade observada, entre p(exp.) e v1/2, para os diferentes valores de re confirma a relação predita pela equação que define p. por outro lado, a correlação linear obtida para p(exp.) em função do produto r v1/2, considerando os diferentes valores de re (20,2 a 25,7 mm) e de v (0,050 a 0,200 v s-1), demonstra que os dezenove eletrodos do arranjo apresentam o comportamento esperado para microeletrodo21. na figura 11 estão representados os voltamogramas cíclicos obtidos para os dezenove microeletrodos operando em curto circuito comparada a corrente medida para um único eletrodo (eletrodo no 15). verifica-se, um fator de amplificação da corrente faradaica da ordem de dezenove vezes o sinal de um único eletrodo. um fator desta magnitude confirma a condição de ausência de sobreposição das camadas de difusão dos microeletrodos (separação dos eletrodos > 10re) 12 e, portanto, reflete a contribuição individual de cada microeletrodo para a corrente total, o que está em concordância com a correlação log p(exp.) – r v1/2. a curva p(exp.) – a v1/2 apresenta um coeficiente de correlação igual a 0,9987, com coeficiente angular unitário, o que permite a determinação do valor do coeficiente de difusão (d) da espécie eletroativa a partir da interseção da curva com o eixo das ordenadas, que fornece log p0 (log p0 = 3.365 ± 0,02 ). aplicando logaritmo na eq. 2 (log p0 = ½ log [re 2 v((f/rtd)]) e considerando-se o http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100015&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig11 fato de que nesta situação o produto r v1/2 é unitário, tem-se que log (nf / rtd) = 3.365 ± 0,02 e então d =(7,4 ± 0,3) x 10-6 cm2 s-1. o valor do coeficiente de difusão obtido é concordante com os valores apresentados na literatura para microeletrodo em forma de disco (7,1 ± 0,7) x 10 -6 cm2 s-1, (30 < re < 150) mm 16,26, (7,3 ± 0,2)x10-6 cm2 s-1 e de tamanho convencional (re=1mm) (7,30 ± 0,04) x 10-6 cm2 s-1 21. os valores encontrados na literatura, inclusive o deste trabalho, são discrepantes quando comparados ao valor de d= 6,32x10-6 cm2 s-1 obtido por stackelberg e col.27, empregando a técnica potenciométrica. tal discrepância pode ser atribuída ao efeito da convecção natural, efeito este que está demostrado na literatura e tende a estar ausente com a diminuição do raio do microeletrodo28. conclusões o processo de desgaste mecânico, acompanhado pela observação ao microscópio óptico, e o acabamento realizado com polimento empregando alumina (0,05 mm), permitiu a obtenção de microeletrodos com geometria em forma de disco com valores de re no intervalo de 20,2 a 25,7 mm, e um bom acabamento para a superfície dos microdiscos de ouro. o espaçamento observado entre os microeletrodos é superior a 10 vezes do raio médio dos eletrodos, o que impede a interpenetração das camadas de difusão dos microeletrodos no intervalo de tempo dos experimentos realizados. todos os eletrodos pertencentes ao arranjo apresentaram as características esperadas para microeletrodos, como pôde ser constatado a partir da correlação p(exp) x log re v 1/2 e da obtenção de um fator de amplificação que reflete a contribuição individual de cada eletrodo para a corrente total, confirmando a separação dos eletrodos = 10 re. para todo o intervalo de re, dos microeletrodos do arranjo, foi observado um processo contínuo de transição da condição de corrente de estado estacionário para a condição de estado quaseestacionário, com o aumento de v, demonstrando a inviabilidade do emprego da curva média como representativa da condição de estado estacionário. há, portanto, a necessidade de se aplicar equações que considerem as contribuições das difusões radial e linear semi-infinita. uma vez que os resultados eletroquímicos e a observação da superfície dos microeletrodos mostram a ausência de microtrincas, a separação entre os ramos da varredura direta e reversa a partir de v > 0, 001 v s-1 deve estar associada à retenção dos produtos da reação eletródica dentro da camada de difusão. agradecimentos os autores agradecem à fundação de apoio à pesquisa do estado de são paulo fapesp e à fundação para o desenvolvimento da unesp fundunesp pelo apoio financeiro. faber, m. et al. microelectrodes: iii. arrays of microelectrodes, construction and characterization. ecl. quím. (são paulo), v.25, p. , 2000. abstract: in this work we are able to describe in detail the procedure to prepare an array of microelectrodes with flat disc geometry (20,2 < re < 25,7 mm) and to study the electrochemistry behaviour of the set of microelectrodes. different equations described in the literature for the steady state and near steady state condition and equations for voltammograms simulation in stationary regime were applied. for v= 0,1 mvs-1, it was observed an excellent overlap between experimental and simulated i / e profiles, however, v of this magnitude are no practice from na experimental point of view. for all of microelectrodes studied, it was observed a transition from the steady state to a near-steady state condition, when the scan rate was increased. the mathematical equations used to evaluate the ciclic voltammograms considering the contribution of the linear and radial diffusion to the total current fitted very well the i / e profiles. these equations also allowed a simultaneous evaluation of all electrodes of the array regarding microelectrodes individual behaviour. these results agree with voltammograms obtained for the array operating in externally short circuited condition. key-words: arrays of microelectrodes, stead state, cyclic voltammetry referências bibliográficas 1. davies, p.w., brink jr., s. microelectrodes for measuring the local oxygentension in animal tissues. revieus of scientific, v.13, p 524-33, 1942. 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editorial……………………………………………………..........................................................................................4 instructions for authors....................................................................................................................5 original articles synthesis, characterization and comparative thermal degradation study of co(ii), ni(ιι) and cu(ii) complexes with asparagine and urea as mixed ligands................…………………………………………..........11 yasmin mosa'd jamil, maher ali al-maqtari, fathi mohammed al-azab, mohammed kassem alqadasy, amani a. al-gaadbi physicochemical and biological activity studies on complexes of some transition elements with mixed ligands of glycine and urea........................................................................................................................25 maher ali al-maqtari, mohammed kassem al-qadasy, yasmin mosa'd jamil, fathi mohammed al-azab, amani a. al-gaadbi simple, fast and inexpensive method for determination of ranitidine hydrochloride based on conductometric measurements................................................................................................................36 eduardo henrique bindewald, joão carlos da rosa-sobrinho, márcio fernando bergamini, luiz humberto marcolino-júnior dark breather using symmetric morse, solvent and external potentials for dna breathing................43 hernán oscar cortez gutierrez, milton milciades cortez gutierrez, girady iara cortez fuentes rivera, liv jois cortez fuentes rivera, deolinda fuentes rivera vallejo http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100013 desenvolvimento de metodologia simplificada para análise de hexametilenotetramina (hmt) em medicamentos contendo corantes em sua formulação. aristeu gomes tininis* alberto opperman santini* enelton fagnani* cristo bladimiros melios* leonardo pezza* helena redigolo pezza* resumo: no presente trabalho desenvolveu-se metodologia simplificada para análise de hexametilenotetramina em medicamentos que apresentam corantes em sua formulação (azul de metileno, ponceau red, bordeaux red, acriflavina) seguida por titulação ácido-base usando indicador. o método foi aplicado com sucesso a amostras comerciais e os resultados obtidos foram comparados com aqueles encontrados por titulação potenciométrica, apresentando muito boa concordância. recobrimentos situaram-se na faixa de 101,3 – 104,2%, com desvios padrão de 0,1 – 2,1. palavras chave: hexametilenotetramina, corantes, medicamentos, titulação ácido-base. introdução hexametilenotetramina27,6 (hmt, 1,3,5,7-tetraazotriciclo[3.3.1.13,7]-decano; hexamina; metenamina; aminofórmio; urotropina; formina; c6h12n4) é usada na manufatura de compostos explosivos, em adesivos, compostos selantes, como fonte de formaldeído na cura de resinas fenólicas, vulcanização de borracha e como anti-séptico do trato urinário. sua ação anti-séptica deve-se ao formaldeído liberado após hidrólise ácida da hmt, segundo a equação6: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 quase todas as bactérias são sensíveis a formaldeído livre em concentrações de aproximadamente 20 mg ml-1 . o formaldeído liberado é muito útil quando o organismo causador da infecção é e. coli, mas pode reprimir ofensores gram-negativos comuns e freqüentemente staph. aureus e staph. epidermis6. a hmt é comercializada no brasil através de várias marcas registradas, sendo que a maioria delas contém corantes como: azul de metileno (em maior quantidade), ponceau red, bordeaux red e acriflavina em sua composição14. também nos estados unidos ela é muito utilizada em associação com outras drogas contendo azul de metileno em sua formulação (cerca de 14 marcas registradas)15. a presença de corantes nessas formulações dificulta imensamente a detecção de falsificações e/ou adulterações em produtos que contém hmt como princípio ativo, através da aplicação dos métodos comumente disponíveis para sua identificação e quantificação. devido à sua importância, numerosos métodos têm sido propostos para sua quantificação, podendo ser citados dentre eles: cromatografia gasosa8,16, cromatografia gás-líquido21, hplc10, complexometria4, espectrofotometria1,22,13,3,11,17, gravimetria20, polarografia28, potenciometria9,2, ressonância magnética nuclear12,24, titulação ácido-base25. a farmacopéia americana25, descreve a titulometria ácido-base por retorno com uso de indicadores para sua determinação. entretanto, esse procedimento só pode ser aplicado em preparações que contém hmt como princípio ativo na ausência de corantes, principalmente azul de metileno que está presente em maior quantidade. a literatura relata apenas um trabalho17 em que a hmt é determinada simultaneamente com azul de metileno em medicamentos por espectrofotometria uv derivativa. entretanto, métodos baseados em absorção uv apresentam baixa seletividade, tendo em vista que os compostos insaturados apresentam uma ou mais bandas de absorção nessa região do espectro. no presente trabalho propomos uma metodologia simples, rápida e de baixo custo para a extração dos corantes usando um kit proposto anteriormente para spot-test 23. em seguida, realizou-se a determinação quantitativa por titulometria ácido-base com uso de indicadores. os resultados obtidos pelo método proposto foram comparados com aqueles obtidos por titulação potenciométrica. materiais e métodos materiais: reagentes de grau analítico ou farmacêutico foram utilizados em todos os procedimentos. • hexametilenotetramina (hmt, merck, p.a.): seca sob pentóxido de fósforo por quatro horas como descrito no método padrão da usp25. • solução de hmt 10,00 gl-1, preparada por dissolver 500,0 mg de hmt em 50,00 ml de água recém deionizada. • hidróxido de sódio (merck, p.a.) 0,7426 mol l-1, preparado de maneira usual26 e padronizado com ftalato ácido de potássio. • solução de ácido sulfúrico 0,4953 mol l-1, preparado da maneira usual a partir de h2so4 concentrado (carlo erba, 96%, p.a.) e padronizado com solução anteriormente padronizada de naoh, após conveniente diluição. • ácido cromotrópico (c10h6o8s2na2. 2h2o, merck, p.a.): uma solução de 5 % de ácido cromotrópico em ácido sulfúrico concentrado foi recentemente preparada para averiguar as eliminações de formaldeído após hidrólise ácida da hmt. • fenolftaleína: solução indicadora, preparada como descrito na literatura26. • formulações farmacêuticas contendo em sua composição hmt e azul de metileno, entre outros corantes, foram adquiridas em farmácias. • kit composto de : seringa descartável de 20 ml (sem agulha) e algodão comum em bolas, adquiridos em farmácias. • água destilada e desionizada foi utilizada no preparo de todas as soluções. • vidraria de ''grau a '' foi usada em todos os procedimentos. equipamentos: • balança analítica mettler toledo ag204. • titulador automático ''metrohm'' mod. 716, com eletrodo combinado de vidro "metrohm" mod. 6.0234.100. • chapa aquecedora ou banho-maria. • banho de ultra-som thornton t14. metodologia: método proposto: dez comprimidos de amostras comerciais de medicamentos contendo hmt como princípio ativo e corantes em sua formulação foram pesados individualmente e finamente pulverizados em almofariz de ágata. uma quantidade adequada de amostra contendo de 100 a 120 mg de hmt foi convenientemente pesada e dissolvida em água, sonificada por aproximadamente 15 minutos em banho de ultra-som e transferida quantitativamente para balão volumétrico de 50,00 ml sendo o volume completado com água desionizada. a solução de amostra assim preparada foi passada por uma coluna de algodão preparada como se segue: três bolas de algodão seco (@ 3,6 g) são colocadas dentro de uma seringa de 20 ml sem agulha (9,6 cm de comprimento e 1,8 cm de diâmetro interno) com o auxílio de seu próprio pistão de tal modo que o volume ocupado pelo algodão seja de aproximadamente 17 ml (graduação da própria seringa). o eluato incolor é recolhido em um béquer. alíquota de 10,00 ml do eluato foi transferida para erlenmeyer de 250 ml , adicionou-se então 25,00 ml de solução padronizada de ácido sulfúrico 0,4953 mol l-1. em seguida o erlenmeyer foi aquecido em chapa aquecedora ou banho-maria (90° c), até teste negativo para formaldeído (feito com solução de ácido cromotrópico 5% em ácido sulfúrico concentrado) conforme descrito na farmacopéia25, tomando-se o cuidado de adicionar água durante o procedimento para que não seque. após a eliminação total de formaldeído e a solução atingir a temperatura ambiente, o excesso de ácido sulfúrico foi titulado com naoh 0,7426 mol l-1 usando-se fenolftaleína como indicador. fez-se um branco nas mesmas condições de preparo das soluções de amostras seguido por titulação com naoh conforme já descrito. método utilizado para comparação: o método utilizado para comparação emprega a titulação potenciométrica. seguiu-se essencialmente o procedimento descrito na farmacopéia25, adequando-se convenientemente as concentrações de hmt para o presente caso e realizando-se uma titulação potenciométrica com eletrodo combinado de vidro em titulador automático ''metrohm'' mod. 716 ao invés de titulometria ácido-base com o auxílio de indicador, devido à presença de corantes na amostra. resultados e discussão: resultados: as formulações farmacêuticas disponíveis comercialmente no brasil, que contém corantes em sua composição foram analisadas. as composições dessas formas de dosagem representativas são dadas na tabela 01. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 foi encontrado que a coluna de algodão seco, a qual foi preparada conforme descrito na metodologia proposta, remove a mistura de corantes e materiais pouco solúveis em água (por exemplo, alguns excipientes como talco e amido) sem reter o princípio ativo (hmt) do medicamento. a análise quantitativa do eluato (tabela 02) mostrou que a hmt não é retida pelo algodão nas condições descritas. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 a metodologia proposta foi aplicada aos medicamentos apresentados na tabela 01 e os resultados constam da tabela 02. discussão: como já mencionado anteriormente, a aplicação da volumetria ácido-base por retorno com auxílio de indicadores às amostras contendo corantes é inviável, pois os mesmos interferem severamente na visualização do ponto final. experimentos preliminares23 com adsorventes clássicos para azo-corantes (ponceau red e bordeaux red), fenotiazínicos (azul de metileno), acridinas (acriflavina), incluindo sílica 7, sílica modificada 19 e fosfato de zircônio18 mostraram que estes adsorventes são realmente efetivos na remoção dos corantes citados. entretanto, a utilização desses materiais implica em empacotamento de coluna, o que torna o procedimento bastante moroso e tedioso. procuramos então encontrar um procedimento mais simples, rápido e de baixo custo para ser utilizado e para isso testamos outros materiais como lã natural de ovelhas e algodão. foi encontrado que uma coluna de algodão seco (preparada como já descrito na metodologia) remove efetivamente a mistura corante da solução teste, apesar do fato de nenhum dos corantes considerados ter forte afinidade pelas fibras do algodão5. após a análise quantitativa do eluato verificamos que a hmt não é retida pelo algodão, sob as condições descritas para a remoção de corantes. a metodologia simplificada foi aplicada com sucesso às amostras de medicamentos contendo hmt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 e corantes em sua composição. os resultados obtidos mostraram-se reprodutíveis e comparam-se muito favoravelmente com aqueles obtidos por titulação potenciométrica. conclusão: o método proposto foi aplicado com sucesso às amostras de medicamentos disponíveis comercialmente contendo hmt e corantes. a solução encontrada para a remoção dos corantes sem a retenção do princípio ativo (hmt) mostrou-se quantitativa, inédita, operacionalmente simples e de baixo custo, sem a necessidade de usar equipamentos sofisticados ou extração por solventes para a remoção dos corantes. o kit proposto pode ser adquirido em qualquer farmácia. a metodologia desenvolvida, quando comparada com o único procedimento da literatura17 que descreve a determinação de hmt simultaneamente com azul de metileno por espectrofotometria uv derivativa, mostrou ser economicamente viável e reprodutível, podendo ser executada sem a utilização de equipamento sofisticado. agradecimentos: os autores agradecem a fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (processos: 99/05333-9, 99/09376-4 e 97/01953-7), ao cnpq e a capes pelo suporte financeiro. à maria aparecida polli silvestre pelo apoio técnico. cruz, s.h. et al. development of a simple metodology for hexamethylenetetramine (htm) analysis in drugs containing dyes in its formulation. ecl. quím. (são paulo) , v.26, p. , 2001. abstract: in the present work a simplified methodology for hexamethylenetetramine analysis in pharmaceutical formulations in the presence of dyes (methylene-blue, ponceau red, bordeaux red, acriflavine), followed by acid-base titration using indicators is proposed. the proposed method was applied to commercial samples and the analytical results obtained for these products compared favorably with the results obtained by means of potentiometric titration. recoveries were within 101,3 – 104,2 %, with standard deviations ranging from 0,1 to 2,1%. key-words: hexamine, methylene-blue, pharmaceutical preparations, volumetric determination. referências bibliográficas 1 biryuk, i. a.; petrenko, v. v. spectrophotometric determination of hexamethylenetetramine by reaction with ninhydrin. zaparozh' e medical institute. z. anal. khim., v.48, n.1, p.187-9, 1993. 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mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2019 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100004 thermoanalytical study of the complexes of 4dimetilaminocinnamylidenepiruvate with manganese (ii), cobalt (ii), nickel (ii), cupper (ii), zinc (ii) and lead (ii), in the solid state egon schnitzler* márcio lazzarotto* marco aurelio da silva carvalho-filho* massao ionashiro** abstract: solid state compounds m-4-dmcp, where 4-dmcp is 4dimethylaminocinnamylidenepyruvate and m represents mn (ii), co (ii), ni (ii), cu (ii), zn (ii) and pb (ii) were prepared. these compounds were studied by thermoanalitycal techniques: thermogravimetry (tg), derivative thermogravimetry (dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray diffraction powder patterns and complexometric titration with edta. from the results obtained by the complexometric titration with edta, tg, dtg and dsc curves, was possible to establish the hydration degree, stoichiometry and thermal stability of the prepared compounds. keywords: 4-dimethylaminocynnamylidenepyruvate, thermal analysis, tg, dsc. introduction the preparation and investigation of metal ion complexes with 4dimethylaminobenzylidenepyruvate (4-dmbp-), 2-chloro-4-dimethylamino benzylidenepyruvate (2-cl-4-dmbp-), 4-methoxybenzylidenepyruvate (4-meo-bp-), cynnamylidenepyruvate (cp-) and 4-dimethylaminocinnamylidenepyruvate, (4-dmcp-) have been investigated in aqueous solution58,13,17. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nt in the solid state, several metal-ion complexes with 4-dmbp-, 4-meo-bpand cp-, have also been prepared and investigated using tg, dtg, dsc, dta and x-ray powder diffractometry9-12,14. the establishment of the stoichiometry, thermal stability as well as the thermal decomposition have been the main purposes of the aforementioned studies. as an extension of the works of refs. 4, 15, 16, in this present paper, solid state compounds of mn (ii), co (ii), ni (ii), cu (ii), zn (ii) and pb (ii) with 4-dimethylaminocynnamylidenepyruvate, (ch3)2n-c6h4-(ch)4cocoo-, (4-dmcp-) were prepared. the compounds were characterized and studied by complexometric titration with edta, thermogravimetry (tg), derivative thermogravimetry (dtg), differential scanning calorimetry (dsc) and x-ray diffractometry. the data obtained allowed us to acquire new information concerning these compounds in the solid state. experimental 4-dimethylaminocynnamylidenepyruvic acid (h-4-dmcp) was prepared following the same procedure adopted for 4-dmbp-, as previously described6. the sodium salt (4-dmcp-) was prepared by neutralizing the aqueous suspension of h-4-dmcp with aqueous solution of sodium hydroxide (0,1 mol l-1) exempt of carbonate. the solid state compounds were prepared by mixing solutions of the ligand with a solution of the respective metal nitrate, until total precipitation. the precipitates were washed until elimination of nitrate ions, filtered and dried in a whatman nº 42 filter papers, and stored in a desiccator over anhydrous calcium chloride. after igniting the compounds to the respective oxides, metal contents were determined by complexometric titration with standard edta solution, using xylenol orange as metalochromic indicator2-3 . tg, dtg and dsc curves were obtained by using a mettler ta 4000 thermal analysis system with an air flow of about 150 ml min-1 , a heating rate of 10 ºc min-1 and samples weighing about 7 mg. a platinum crucible was used for tg / dtg curves and a aluminium crucible with perforated cover was used to obtain the dsc curves. x-ray powder patterns were obtained with an hgz 4 / b horizontal diffractometer (gdr) equipped with a proportional counter and pulse height discriminator. the bragg-brentano arrangement was adopted using cu ka (l = 1,5418 å)and a setting of 38 kv and 20 ma. results and discussion table 1 presents the analytical and thernoanalytical (tg) results on the prepared compounds, from which the general formula m(4-dmcp)2.nh2o canbe established, where m represents mn, co, ni, cu, zn and pb, 4-dmcp is 4-dimethylaminocinnamylidenepyruvate, and n = 0.5 – 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 the x-ray powder diffraction patterns of these compounds indicate amorphous state. the tg and dtg curves of the compounds are shown in figures 1 – 6. in all the tg and dtg curves, the first mass loss up to 108 ºc (mn); 160 ºc (co); 120 ºc (ni); 112 ºc (cu); 100 ºc (zn) and 104 ºc (pb) is due to the hydration water with loss of 1.5; 1; 2; 1; 1 and 0.5 h2o respectively. after the dehydration, the tg/dtg curves indicate mass losses in two or three consecutive and/or overlapping steps. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 for the anhydrous manganese compounds, the tg and dtg curves, figure 1, show that the thermal decomposition occurs in the temperature range 108 – 408 ºc, and begins with a slow process, followed by fast process. the total mass loss up to 408 ºc is in agreement with formation of mn2o3 as final residue, (calcd. = 95.80%; tg = 95.79%). for the anhydrous cobalt compound the tg and dtg curves, figure 2, show that the thermal decomposition occurs in two consecutive steps between 160 and 402 ºc, and begins with a slow process followed by a fast process, too. the total mass loss up to 402 ºc is in agreement with formation of co3o4, as a final residue, (calcd. = 96.23%; tg = 96.13%). in the anhydrous nickel compound, figure 3, the tg curve show mass loss in two overlapping steps between 120 and 482 ºc, although the dtg curve suggest three overlapping steps. the mass loss up to 482 ºc is in agreement with the formation of nio, as final residue, (calcd. = 97.25%; tg = 97.24%). for the anhydrous copper compound the tg and dtg curves, figure 4, show mass losses in three consecutive and overlapping steps between 112 and 420 ºc. the mass loss up to 320 ºc (first and second steps) occurs through a slow process, followed by a fast process. the total mass loss up to 420 ºc is in agreement with the formation of cuo, as final residue, (calcd. = 97.19%; tg = 97.14%). for the anhydrous zinc compound the tg and dtg curves, figure 5, suggest mass losses in three consecutive and overlapping steps between 100 and 500 ºc. the mass loss in slow up to 450 ºc, followed by a fast process. the mass loss up to 500 ºc is in agreement with formation of zno, as final residue, (calcd. = 97.19%; tg = 97.20%). in the anhydrous lead compound the tg and dtg curves, figure 6, show mass losses in three consecutive steps between 104 and 510 ºc. the first and the second steps, the mass loss occurs slowly up to 450 ºc, followed by a fast process. the mass loss up to 510 ºc is in agreement with formation of pbo, as a final residue, (calcd. = 97.72%; tg = 97.70%). the mass gain between 510 and 850ºc is attributed to a new oxidation and gives rise to minium (pb3o4), which in turn loses http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 oxygen beyond 860ºc. the dsc curves for all the studied compounds are shown in figure 7. these curves show endothermic and exothermic peaks that agree with the mass losses observed in the tg and dtg curves. the endothermic peaks about 100 ºc are due to dehydration, in agreement with the mass losses observed in tg and dtg curves. the broad exotherms observed for all the compounds, are attributed to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of organic matter takes place in consecutive steps. the dsc curves also show that the final thermal decomposition of these compounds occurs above 600 ºc, although the tg and dtg curves indicate below this temperature. this difference is undoubtedly due to the crucible with perforated cover used to obtain the dsc curves. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig07 the final residue of the thermal decomposition of these compounds, due to the small quantity, no information was possible to obtain from the x-ray diffraction powder patterns. conclusions the results obtained from the complexometric titration with edta and tg and dtg curves, were possible to establish the hidration degree and the stoichiometry of the prepared compounds, having the general formula: m(4-dmcp)2 . n h2o where: m = mn, co, ni, cu, zn or pb; 4-dmcp = 4-dimethylaminocinamylidenepyruvate and n = 0,5 – 2. the dsc curves, up to 600 ºc show endothermic peaks due to dehydration and exotherm attributed to the oxidation of organic matter, wich are in correspondence with the mass losses observed in the tg and dtg curves, showing that the thermal decomposition process occurs through consecutive reactions. the x-ray powder patterns of these compounds indicate amorphous state. acknowledgements the authors are gratefull to fapesp (proc. 90/2932-4) and capes-picd for the financial support. schnitzler, e., lazzarotto, m., carvalho filho, m. a. s., ionashiro, m. estudo termoanalítico dos complexos 4-dimetilaminocinamalpiruvatos (4-dmcp) de manganês(ii), cobalto(ii), níquel(ii), cobre(ii), zinco(ii) e de chumbo(ii), no estado sólido. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. resumo: os compostos dos 4-dimetilaminocinamalpyruvatos (4-dmcp) de mn (ii), co (ii), ni (ii), cu (ii), zn (ii) e pb (ii) foram preparados. estes compostos foram estudados pelas técnicas termoanaliticas: termogravimetria (tg), termogravimetria derivada (dtg), calorimetria exploratória diferencial (dsc), difratometria de raios – x pelo método do pó e titulação complexométrica com edta. através dos resultados obtidos pela titulação complexométrica com edta, tg, dtg e dsc foi possível estabelecer o grau de hidratação, estequiometria e estabilidade térmica dos compostos preparados. palavras-chave: 4-dimetilaminocinamalpiruvato, análise térmica, tg, dsc. references 1 costa, w; schnitzler, e.; melios, c. b.; ionashiro, m. preparation and thermal studies of solid state compounds of phenyl substituted derivatives of benzylidenepyruvate and cinnamylidenepyruvate with aluminium, gallium, indium and scandium. an. assoc. bras. quím., v. 49, p. 147-153, 2000. 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[ links ] recebido em 14.08.2001. aceito em 20.09.2001. * departamento de química – uepg – 84030-000 – ponta grossa – pr – brasil. ** departamento de química analítica – instituto de química – unesp – 14801-970 – araraquara – sp – brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tx http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100004&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tx javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100004  eq-vol30n01 03.pmd 21 volume 30, número 1, 2005 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 30(1): 21-28, 2005 determinação de paracetamol em produtos farmacêuticos empregando um sistema de análise por injeção em fluxo com geração de ácido nitroso w. t. suarez, h. j. vieira, o. fatibello-filho departamento de química, centro de ciências exatas e de tecnologia, universidade federal de são carlos, cp 676, 13560-970, são carlos sp resumo: o uso do ácido nitroso para determinação de paracetamol (acetoaminofenol) em formulações sólidas e líquidas empregando um sistema de análise por injeção em fluxo é descrito. a determinação da droga foi realizada pela reação do paracetamol com ácido nitroso gerado em linha e o produto dessa reação foi monitorado em 430 nm em meio alcalino. a curva analítica apresentou uma faixa de concentração de paracetamol variando entre 9,7x10-5 a 6,2x10-3 mol l-1 com um limite de detecção de 2,5x10-5 mol l-1. os desvios padrão relativos foram menores que 2% para soluções contendo 1,2x10-4 e 2,8x10-4 mol l-1 de paracetamol (n=10) e uma freqüência de amostragem de 60 determinações por hora foram obtidos. os resultados da determinação de paracetamol nas formulações farmacêuticas obtidas pelo procedimento em fluxo proposto estão em boa concordância com os resultados obtidos utilizando-se o procedimento da farmacopéia americana a um nível de confiança de 95% e dentro de uma faixa aceitável de erro. palavras-chave: análise em fluxo, paracetamol, formulações farmacêuticas. introdução paracetamol (acetoaminofenol) é um analgésico antipirético derivado da fenacetina, que pode ser administrado associado com outras substâncias, como cafeína [1]. é o analgésico mais vendido no país [2]. seu uso inadequado pode causar lesões nas células hepáticas, sendo evitado seu uso em casos de dengue, principalmente na forma hemorrágica [3] uma particularidade dos sistemas de análises de injeção em fluxo (fia) que contribuiu para sua propagação como técnica analítica é a repetibilidade das operações envolvidas no sistema, como injeção, propulsão das soluções e a regulação tempo dessas operações. com isso, sistemas de análises por injeção em fluxo permitem que sejam realizadas análises químicas, sem que a reação química tenha se completado, o que é primordial para metodologias utilizadas em bateladas. considerando-se essas características dos sistemas em fluxo, pode-se empregar reagentes instáveis em diversas determinações analíticas como boa precisão e exatidão, uma vez que a velocidade de decomposição do reagente pode ser controlada. o tempo de residência de um reagente no sistema de análise por injeção em fluxo é da ordem de 1 minuto, assim, o tempo de vida em que um reagente necessita ser estável não deve ser muito superior a este tempo [4,5]. sistemas de análise por injeção em fluxo possibilitam a geração desses reagentes partindose de uma solução com maior estabilidade. no emprego de fortes agentes oxidantes, como ag(ii) e redutores, como u(iii), que dificilmente são aplicados em metodologias volumétricas, pode-se partir de soluções de nitrato de prata e acetato de urânio(iv), que são convertidos pela reação com uma substância química (reagentes de jones, para o agente redutor) ou pela reação eletroquímica (eletrodo de ouro mantido a +2 v vs ecs), para o agente oxidante [5]. 22 ecl. quím., são paulo, 30(1): 21-28, 2005 diversos sistemas de análises por injeção em fluxo foram desenvolvidos empregando a geração eletroquímica do reagente oxidante, a saber: ag(ii) [6,7], co(iii) [8,9], mn(iii) [10], h2o2 [11] e br2 [12]. a geração de reagentes redutores pode ser realizada com o uso de um reator em fase sólida contendo, por exemplo, o reagente de jones acoplado ao sistema de análise por injeção em fluxo. nesses sistemas, foi possível o emprego de u(iii) [13], cr(ii), v(ii) [14] e mo(iii)[15], espécies altamente instáveis e de difícil aplicação analítica. o ácido nitroso é formado pela reação de nitrito em meio ácido. esse reagente tem sido empregado para a determinação de paracetamol [1619], salicilamida [18], oxifenobutazona [20] e metoclopramida [21]. hererro et al. [21] desenvolveram um sistema de análise por injeção em fluxo com um reator em fase sólida contendo cádmiocuperizado, para a geração em linha de nitrito. este sistema foi aplicado para a determinação de metoclopramida em formulações farmacêuticas. neste sistema, uma solução de nitrato foi bombeada através do reator em fase sólida continuamente, gerando um fluxo de solução de nitrito durante todo o processo. vários procedimentos espectrofotométricos são descritos para determinação de paracetamol em formulações farmacêuticas, baseados na absorção de luz pelo analito na região do ultra-violeta [16] e na região do visível, após derivatização do analito com vanilina [22] ou ainda, por espectrofotometria derivativa [23]. método volumétrico [24], voltamétrico [25], espectroeletroquímico [26], cronoamperométrico [27] e cromatográficos [23,28] foram também descritos para a determinação de paracetamol em produtos farmacêuticos. sistemas de análise por injeção em fluxo têm sido empregados em laboratórios que empregam análises de rotina, devido à sua simplicidade, menor custo e também número elevado de determinações. diversos sistemas de análise por injeção em fluxo têm sido descritos para determinação de paracetamol em produtos farmacêuticos, empregando detecção: espectrofotométrica [19,29-33], espectrofluorimé trica [34] e biamperométrica [35]. no presente trabalho, desenvolveu-se um sistema de análise por injeção em fluxo robusto com detecção espectrofotométrica, empregando geração “on-line” do reagente oxidante hno2 (equação 1, figura 1). o ácido nitroso (1) produzido pela reação em fluxo de uma solução de nitrito de sódio com solução de hcl, reage com o paracetamol (2) formando um produto cromogênico (3), que é instável e absorve intensamente em 410 nm. pela alcalinização do meio, produz uma substância altamente estável que absorve em 430 nm (substância 4 e 5), e ainda, provoca um deslocamento batocrômico, juntamente com um efeito hipercrômico [17]. figura 1. esquema da reação de determinação de paracetamol [17]. parte experimental equipamentos as medidas de absorbância foram obtidas utilizando-se um espectrofotômetro femto modelo 435 (são paulo, brasil) com uma cela de fluxo de vidro com um caminho óptico de 1,00 cm, conectado a um registrador x-t, cole pamer (niles, 23ecl. quím., são paulo, 30(1): 21-28, 2005 il, usa) modelo 12020000 de dois canais. uma bomba peristáltica ismatec (zurique, suíça), modelo 7618-40 e tubos de propulsão tygon®, foram empregados para a propulsão das soluções de referência/amostras e reagente. o sistema de análise por injeção em fluxo, mostrado na figura 2, foi construído empregando-se tubos de extensão de polietileno de 0,8 mm de diâmetro interno. todas as soluções de amostras e de referências foram introduzidas no sistema fia, utilizando-se um injetor-comutador [36] tipo 2-3-2 construído em nosso laboratório. um espectrofotômetro hewlett-packard (roseville, ca, usa) modelo 8452a uv-vis e uma cubeta de vidro de caminho óptico de 1,00 cm foram utilizados para obtenção das medidas espectrofotométricas do procedimento comparativo [16]. figura 2. sistema de análise por injeção em fluxo proposto para determinação de paracetamol em produtos farmacêuticos. r: solução de nitrito 0,6 mol l-1; s: solução de referência ou amostras; c1: solução de naoh (0,05 mol l-1, 0,6 ml min-1); c2: solução de hcl (8,0x10-3 mol l-1, 2,2 ml min-1); b1 e b2: bobinas reacionais de 350 e 60 cm, respectivamente); d: detector espectrofotométrico (430 nm); w: descarte. reagentes e soluções paracetamol (acetaminofeno), reagente de grau bioquímico (sigma), foi utilizado para preparação de soluções de referência. os demais reagentes utilizados foram de grau analítico e a água empregada na preparação das soluções foi proveniente de um sistema milli-q millipore (redford, ma, usa, modelo uv plus ultra-baixo teor de compostos orgânicos dissolvidos). a solução estoque de paracetamol 1,5x10-2 mol l-1 foi preparada em hcl 8,0x10-3 mol l-1, sendo então as soluções de referência desse fármaco nas concentrações de 9,7x10-5 a 2,4x10-3 mol l-1 preparadas anteriormente ao seu uso em hcl 8,0x103 mol l-1, por diluições apropriadas da solução estoque. prepararam-se diariamente soluções de nitrito de sódio 0,6 mol l-1 e hidróxido de sódio 0,05 mo l-1. preparação das amostras foram realizadas determinações de paracetamol em produtos disponíveis no mercado nacional, tais como: fluviral (dm indústria farmacêutica ltda, barueri, sp); tylenol dc, tylenol extra e tylenol gotas (janssen-cilag farmacêutica, s. j. dos campos, sp); excedrin (bristol-myers squibb brasil, santo amaro, sp); sonridor (glaxosmithkline brasil ltda, rio de janeiro, rj); dorico (sanofi-synthlab ltda, rio de janeiro, paracetamol (eurofarma laboratórios ltda, são paulo, sp e paracetamol gotas (medley s.a indústria farmacêutica, campinas, sp). na preparação das amostras sólidas, uma massa acuradamente pesada entre 100 e 200 mg de cada amostra foi transferida para um balão volumétrico de 100 ml, sendo dissolvida com solução de hcl 8x10–3 mol l-1, sendo o seu volume 24 ecl. quím., são paulo, 30(1): 21-28, 2005 completado com a mesma solução. um volume apropriado de cada solução de amostra foi transferido para um balão volumétrico de 100 ml, para que a concentração da solução estivesse dentro da faixa de concentração da curva analítica. na preparação das amostras líquidas, alíquotas das amostras contendo paracetamol foram precisamente transferidas para um balão volumétrico de 100 ml, sendo o volume completado com uma solução de hcl 8,0x10-3 mol l-1. em seguida, transferiu-se essa solução para um balão volumétrico de 50 ml e seu volume foi completado com a mesma solução de hcl. dessa maneira, a concentração resultante de cada solução estava na faixa de concentração de paracetamol da curva analítica. procedimento comparativo como método comparativo, empregou-se o procedimento espectrofotométrico descrito na farmacopéia americana (usp-21) [16] baseado na mesma reação entre paracetamol e nitrito, em meio ácido (figura 1), para a determinação de paracetamol nas amostras comerciais. sistema de injeção em fluxo um diagrama esquemático do procedimento em fluxo proposto é mostrado na figura 2. nesse procedimento, as soluções de referência/amostras de paracetamol e reagente foram introduzidas com o auxílio do injetor-comutador na solução transportadora (hcl 8,0x10-3 mol l-1, vazão de 2,2 ml min-1) através da alça l1 (75 cm; 375 ml). a solução do reagente nitrito de sódio 0,6 mol l-1 foi introduzida pela alça l2 (75cm, 375 ml). ambos volumes injetados (amostra e reagente) confluem no ponto c1 onde ocorre a formação do nitro-derivado do paracetamol (3, figura 1). após a confluência c2, ocorre a formação do respectivo íon fenolato (4-5, figura 1), na bobina reacional b2, pela solução de naoh 0,05 mol l-1 (0,6 ml min-1), sendo essa monitorada espectrofotometricamente a 430 nm. o sinal transiente gerado foi proporcional a concentração de paracetamol. resultados e discussões os estudos de otimização do sistema de análise por injeção em fluxo foram realizados no modo univariado, buscando uma melhor sensibilidade e freqüência analítica. efeito da concentração dos reagentes estudou-se o efeito das concentrações de ácido clorídrico no intervalo de concentrações de 4,0x10-3 a 0,02 mol l-1, hidróxido de sódio de 0,04 a 0,2 mol l-1, nitrito de sódio 0,02 a 1,0 mol l-1. o melhor sinal analítico foi obtido em solução de ácido clorídrico 8,0x10-3 mol l-1, hidróxido de sódio 0,05 mol l-1 e nitrito de sódio 0,6 mol l-1. efeito do volume das alças de amostragem e do reagente estudou-se o efeito do comprimento da alça de amostragem l1 e do reagente l2 de 40 a 105 cm (volume da amostra de 200 a 525 ml) para uma solução de referência de paracetamol de 1,1x10-3 mol l-1, tendo como solução transportadora o hcl 8,0x10-3 mol l-1 (1,8 ml min-1), solução de hidróxido de sódio 0,05 mol l-1 (0,6 ml min-1) e concentração da solução de nitrito de sódio 0,6 mol l-1. observou-se que variando a alça de amostragem l1, sendo l2 mantida constante, o sinal analítico aumentou até o volume de 375 ml, permanecendo constante nos volumes maiores. dessa forma, selecionou-se esse volume de alça para os demais experimentos. para a variação da alça do reagente l2, deixando l1 com volume de 375 ml, observou-se que o sinal analítico aumentou até o volume de 375 ml, permanecendo constante para volumes maiores. selecionou-se o volume de 375 ml como volume ótimo para demais estudos. efeito das vazões estudou-se o efeito da vazão da solução transportadora t, hcl 8,0x10-3 mol l-1 de 0,7, 2,2, 2,9 e 4,2 ml min-1, nas condições descritas na figura 2. observou-se uma queda acentuada do sinal analítico até a vazão de 4,2 ml min-1. dessa maneira, considerando-se a freqüência analítica e a sensibilidade do procedimento em fluxo, selecionou-se a vazão de 2,2 ml min-1. estudou-se também o efeito da vazão de 0,6 a 2,9 ml min-1 para solução de naoh 0,05 mol l-1. observou-se uma queda da magnitude do sinal analítico com o aumento da vazão da solução de naoh. dessa forma, selecionouse a vazão de 0,6 ml min-1 para o sistema proposto. 25ecl. quím., são paulo, 30(1): 21-28, 2005 efeito dos comprimentos da bobina reacional estudou-se o efeito do comprimento da bobina reacional b1 de 40, 135, 235, 350 e 422 cm sobre o sinal analítico, responsável pela mistura e reação entre o paracetamol e o ácido nitroso produzido. observou-se um aumento do sinal analítico até o comprimento de 422 cm. dessa forma, selecionou-se o comprimento de 350 cm para o sistema de análise por injeção em fluxo considerando o melhor compromisso entre a freqüência analítica e a sensibilidade requerida para análise de paracetamol nas formulações farmacêuticas. o efeito do comprimento da bobina b2, nos comprimentos de 30, 45, 60 e 100 cm, sobre o sinal analítico foi também avaliado. cabe lembrar, que nesse reator é formado o íon fenolato, após neutralização do excesso de ácido nitroso. verificou-se que para os comprimentos entre 45 a 100 n=3; 95% de confiança a mg ml-1 b mg g-1 er1: erro relativo entre o procedimento proposto e o procedimento comparativo; er2: erro relativo entre o procedimento proposto e o valor rotulado. tabela 1. determinação de paracetamol em formulações farmacêuticas usando o método de análise por injeção em fluxo com detecção espectrofotométrica proposto e o método comparativo [16]. cm não houve perda do sinal analítico. dessa maneira, selecionou-se assim, o comprimento de 60 cm como comprimento ótimo do sistema em fluxo. estudo da seletividade e de recuperação de paracetamol nas formulações farmacêuticas a seletividade do procedimento de análise por injeção em fluxo proposto foi avaliada adicionando-se algumas substâncias geralmente presentes nas amostras comerciais a uma solução de referência de paracetamol 8,0x10-4 mol l-1 e comparando-se o sinal analítico obtido com aquele obtido empregando uma solução de referência de mesma concentração sem adição da substância avaliada. a concentração tolerada da substância interferente foi aquela que provocou um erro igual ou menor que 5% do sinal obtido e os resultados estão mostrados na tabela 1. 26 ecl. quím., são paulo, 30(1): 21-28, 2005 das substâncias investigadas, a solução de sacarose e ácido cítrico causaram uma interferência significativa no procedimento proposto. com isso, amostras comerciais contendo ácido cítrico (produtos granulados) não puderam ser analisadas. a recuperação de paracetamol nos produtos farmacêuticos foi avaliada adicionando-se três concentrações de solução de referência de paracetamol (4,0x10-4, 8,1x10-4 e 1,2x10-3 mol l-1) a oito diferentes produtos comerciais (gotas e comprimidos) e comparando-se as concentrações obtidas com as concentrações adicionadas. as recuperações variaram de 95 a 105 %, não indicando assim um efeito de matriz acentuado nessas amostras estudadas. curva analítica e aplicação a curva analítica obtida por injeções sucessivas em triplicata de seis soluções de referência de paracetamol com melhor regressão esteve no intervalo de concentração de 9,7x10-5 a 6,2x103 mol l-1, preparadas em hcl 8,0x10-3 mol l-1. empregando o método de mínimos quadrados, obteve-se uma equação de regressão que pode ser descrita pela equação: abs = 0,035 + 155,33xc – 9.610,77xc2 ; r2=0,99989, onde abs é a absorbância e c a concentração de paracetamol em mol l-1. o limite de detecção obtido foi de 2,5x10-5 mol l-1 (três vezes o desvio padrão do branco/sensibilidade). a freqüência analítica obtida foi de 60 determinações por hora. avaliou-se a repetibilidade do procedimento proposto para concentrações de 1,2x10-4 mol l-1 e 2,8x10-4 mol l-1 de paracetamol, obtendo-se desvios padrão relativos menores que 2% para as concentrações estudadas (n=10). a tabela 2 apresenta uma comparação entre os teores de paracetamol encontrados nas formulações farmacêuticas analisadas utilizando-se um método comparativo descrito na farmacopéia americana usp-21 [16] e o procedimento de análise por injeção em fluxo proposto. aplicando-se teste-t pareado aos resultados obtidos pelos dois métodos, verificou-se que não há diferença significativa entre os resultados obtidos a um nível de confiança de 95% [37]. tabela 2. concentração tolerada de interferente na determinação de paracetamola. a concentração de paracetamol: 8x10-4 mol l-1; b % (m/v). 27ecl. quím., são paulo, 30(1): 21-28, 2005 conclusões o procedimento de análise por injeção em fluxo com detecção espectrofotométrica proposto é um sistema mecanizado simples, que se apresentou preciso e com sensibilidade para determinação de paracetamol em formulações farmacêuticas. é um sistema em fluxo de maior robustez quando comparado com sistemas cromatográficos e de fluxo como aqueles propostos anteriormente [19,23,28]. apresentou uma curva analítica com uma maior intervalo de concentração quando comparada com outros sistemas de análises por injeção em fluxo para determinação de paracetamol [19,30,32,33] e ainda, apresentou um menor consumo de nitrito por determinação, comparado com procedimentos em batelada [16-19]. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, à capes e à fapesp pelo suporte financeiro e ao cnpq pela bolsa de mestrado de h. j. v e w. t. s. recebido em: 01/03/2004 aceito em: 03/09/2004 w. t. suarez, h. j. vieira, o. fatibello-filho. determination of paracetamol in pharmaceutical products using a flow injection analysis system with generation of nitrous acid. abstract: the use of nitrous acid (hno2) for determination of paracetamol (acetoaminophen) in liquid and solid formulations employing flow injection system is described. the determination of this drug was carried out by reacting paracetamol with nitrous acid generated in-line and the product yielded was measured at 430 nm in alkaline medium. the analytical curve ranged from 9.7x10-5 to 6.2x10-3 mol l-1 of paracetamol, with a detection limit of 2.5x10-5 mol l-1. the relative standard deviations (rsds) were smaller than 2% for solutions containing 1.2x10-4 and 2.8x10-4 mol l-1 of paracetamol (n=10) and 60 determinations per hour were obtained. the results of determination of paracetamol in pharmaceutical formulations obtained by the proposed fi procedure were in good agreement with those obtained using theusp procedure at a confidence level of 95% and within an acceptable range of error. keywords: flow injection spectrophotometry; 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[pd(dmba)(nco)(pph3)] (2) uma massa de 0,100 g (0,177 mmol) do composto [pd(dmba)(µ-nco)]2 foi dissolvida em 20 ml de acetona. adicionou-se à solução, sob agitação, 0,093 g (0,35 mmol) de trifenilfosfina solubilizada em 10 ml de acetona. manteve-se a reação, sob agitação constante, por 1h, tornando a solução amarelo-clara. a solução foi concentrada à pressão reduzida até 3/4 do seu volume, havendo a precipitação de um composto branco por adição de pentano. o complexo foi filtrado, lavado com pentano e seco sob vácuo. o rendimento foi de 93%. análise elementar: enc.: c: 60,8; h: 4,95; n: 5,26; calc.: c: 61,7; h: 4,99; n: 5,14. ponto de fusão: 162,0-162,5 °c. síntese da n,n’-bis(4-metilfenil)uréia (3) em uma autoclave adicionou-se, sob n2, 0,274 g (20,0 mmol) de p-nitrotolueno, 0,214 g (20,0 mmol) de p-toluidina, 1,4 ml (5,0 mmol) de trietilamina, 40,0 ml de dioxano, 0,109 g (0,200 mmol) de [pd(dmba)(nco)(pph3)] e 0,24 ml (2,0 mmol) de sncl4. posteriormente a autoclave foi fechada e introduziu-se monóxido de carbono (co) até a pressão atingir 60 bar. a mistura foi mantida sob agitação constante e aquecida em banho de glicerina a 140 °c por 4h. após a abertura da autoclave, observou-se a presença de cristais brancos aciculares, misturados ao resíduo escuro de paládio metálico. filtrou-se a solução para eliminação do paládio metálico. o sólido branco formado foi redissolvido em etanol e recristalizado a carbonilação à pressão atmosférica, em álcoois, de complexos ciclopaladados de gramina (n,n-dimetil-1-indol-3-metanamina) e 1-metilgramina permitiu isolar os correspondentes n,ndimetil-2-metoxicarbonil-1h-indol-3-metanamina e n,n-trimetil-2-etoxicarbonil-1h-indol3-metanamina, com altos rendimentos [18], figura 1. 76 ecl. quím., são paulo, 31(3): 75-81, 2006 a reação anterior provavelmente ocorre via quebra da ponte pd-cl existente no dímero, seguida de coordenação e inserção do monóxido de carbono na ligação pd-c e posterior ataque nucleofílico pelo álcool à carbonila do intermediário acilpaládio(ii), gerando o produto final [19]. considerando os aspectos mencionados e o fato de complexos contendo pseudo-haletos serem interessantes tanto por seus vários modos de coordenação, quanto pela reatividade por eles apresentada quando coordenados, o presente trabalho exemplifica o emprego do ciclometalado [20] [pd(dmba)(nco)(pph3)] juntamente com a trietilamina e sncl4, no processo de carbonilação entre p-toluidina e o p-nitrotolueno, objetivando a síntese da n,n’bis(4-metilfenil)uréia. o mesmo ciclometalado foi utilizado em reações com monóxido de carbono na presença dos álcoois metílico e etílico, originando os alcoxicarbonil complexos [pd(nco)(co2r)(pph3)2] (r=me ou et). obteve-se bons rendimentos em todas as reações e, em ambos os processos catalíticos realizados, os produtos isolados foram caracterizados por técnicas de rmn e iv. figura 1. exemplo de carbonilação em meio alcóolico. 77ecl. quím., são paulo, 31(3): 75-81, 2006 juntamente com o restante do sólido oriundo da evaporação do dioxano. o rendimento foi de 70%. análise elementar: enc.: c: 75,1; h: 6,98; n: 11,6; calc.: c: 74,9; h: 6,71; n: 11,3. ponto de fusão: 162,0°c. reações de carbonilação de álcoois: síntese de alcoxicarbonil complexos síntese do [pd(nco)(co2me)(pph3)2] em uma autoclave adicionou-se 0,100 g (0,184 mmol) de [pd(dmba)(nco)(pph3)], 15 ml de diclorometano e 2,0 ml de metanol. a autoclave foi fechada e introduziu-se monóxido de carbono (co) até a pressão de 8 bar. a solução inicialmente incolor e límpida, foi mantida sob agitação à temperatura ambiente por 4h. após a abertura da autoclave, observouse a presença de um resíduo escuro de paládio metálico em meio à solução sem alteração de cor, que foi filtrada para eliminação do paládio. a solução foi então transferida para um tubo de vidro e este a um pesa filtro contendo pentano. após a saturação houve a formação de cristais incolores que foram lavados com pentano e secos sob vácuo. o rendimento foi de 43%. análise elementar: enc.: c: 63,6; h: 4,44; n: 2,07; calc.: c: 64,0; h: 4,54; n: 1,91. ponto de fusão: 222,5-223,1°c. síntese do [pd(nco)(co2et)(pph3)2] em uma autoclave adicionou-se 0,100 g (0,184 mmol) de [pd(dmba)(nco)(pph3)], 15 ml de diclorometano e 2,0 ml de etanol. a autoclave foi, então, fechada e introduziu-se monóxido de carbono (co) até a pressão de 8 bar. a solução incolor e límpida, foi mantida sob agitação, à temperatura ambiente, por 4h. aberta a autoclave, constatou-se a presença de um resíduo escuro de paládio metálico em meio à solução, que foi filtrada para eliminação do metal. a solução foi colocada em um tubo de vidro e este em um pesa filtro contendo pentano. após a saturação, formaram-se cristais incolores que foram lavados com pentano e secos sob vácuo. o rendimento foi de 40%. análise elementar: enc.: c: 63,9; h: 4,65; n: 1,72; calc.: c: 63,9; h: 4,65; n: 1,88. ponto de fusão: 227,8228,7 °c. técnicas experimentais os espectros no iv foram obtidos na região de 4000-400 cm-1 usando a técnica de pastilha em kbr, em um espectrofotômetro nicolet modelo 730 ft. os espectros de rmn foram obtidos em um espectrômetro brucker modelo ac-200, utilizando-se cdcl3 como solvente para o ciclopaladado e dmso-d6, para as uréias e carbamatos. nos espectros de rmn de 1h e 13c utilizou-se tms como padrão interno, enquanto o espectro de rmn de 31p foi obtido empregando-se o trimetilfosfito, como padrão externo. a análise elementar do ciclometalado foi realizada na central analítica da universidade de são paulo (usp-sp). as reações catalíticas foram efetuadas em uma autoclave de aço inóx de 150 ml de volume interno, possuindo uma válvula de admissão de co, uma válvula de purga, um sistema para injeção de líquidos, um manômetro e uma válvula de segurança, que permite a operação até a pressão de 100 bar. externamente, esta autoclave contém um sistema que permite a circulação de um banho quente de glicerina. a agitação foi efetuada magneticamente. resultados e discussão [pd(dmba)(nco)(pph3)] (2) observa-se no espectro de absorção na região do infravermelho do composto [pd(dmba)(nco)(pph3)] (2), além das bandas referentes aos modos vibracionais [22] da n,ndimetilbenzilamina, o aparecimento de novas bandas características da trifenilfosfina, como em 1189 cm-1 atribuída ao estiramento ν(pc). o deslocamento das bandas do grupo cianato referentes aos modos vibracionais νas(cn), νs(co) e δ(nco) para 2213, 1316 e 602 cm-1, respectivamente, quando comparadas àquelas presentes no espectro do [pd(dmba)(µ-nco)]2 (1), em 2175, 1287 cm-1 e, 683 e 596 cm-1, confirmam a quebra do dímero e formação do monômero (2), contendo o pseudohaleto ligado ao paládio, de forma terminal, via átomo de nitrogênio. no espectro de ressonância magnética de 13c do composto (2) nota-se que os sinais dos carbonos da n,n-dimetilbenzilamina e da trifenilfosfina [23] encontram-se desdobrados na região de δ = 145,7-128,11, carbonos aromáticos; δ = 72,60 e 72,52, grupo (-n-ch2-), e δ = 50,59 e 50, 54, grupo (-n-ch3), sugerindo a presença, em solução, de isômeros. o espectro de rmn de 1h do composto (2) mostra deslocamentos químicos entre δ = 7,61-6,28 (hidrogênios aromáticos) e δ = 3,99 (-n-ch2-). a presença dos sinais em δ = 2,80, 2,79, 2,76 e 2,75 (-n-ch3), indica uma perda de equivalência dos grupos metila, provavelmente em decorrência da reação com o ligante pph3. n,n’-bis(4-metilfenil)uréia (3) reações entre nitrocompostos e aminas, quando catalisadas por compostos de platina [36], sofrem influência significativa do sistema empregado. assim, quando um complexo de platina (ii) é utilizado com cloreto de estanho (iv) e trietilamina, resultam produtos com altos rendimentos. a ausência do cloreto de estanho (iv) ou trietilamina, diminui drasticamente o rendimento da reação catalítica. a temperatura ideal para estas reações segundo a literatura [3-6] é 140 ºc, sendo constatado um decréscimo acentuado no rendimento a 100 ºc. a reação de n-carbonilação redutiva [24] entre p-toluidina e o p-nitrotolueno com o sistema [pd(dmba)(nco)(pph3)], sncl4 e net3 foi empregada para sintetizar derivados da uréia. o espectro no iv do produto da catálise mostra bandas características dos modos vibracionais da n,n’-bis(4-metilfenil)uréia (3) em 3301 e 1637 cm-1 atribuídas aos estiramentos [22] ν(nh) e ν(c=o), respectivamente. o espectro de rmn de 1h da uréia (3) apresenta os deslocamentos químicos (δ) em 8,50 (s) (nh), 7,21 (m) (aromáticos), e 2,21 (s) (ch3). no espectro de rmn de 13c do compostos verificam-se sinais em δ = 152,6 (c=o); 137,1; 130,5; 129,1 e 118,2 (carbonos aromáticos), e 20,5 (ch3) [23]. os resultados fornecem subsídios para esclarecer algumas suposições mecanísticas a respeito destes sistemas de carbonilação, até o presente momento ainda em discussão na literatura. são vários os caminhos envolvidos na síntese de uréias n,n´-substituídas [3-6], a partir de reações entre aminoarenos, nitroarenos e 78 ecl. quím., são paulo, 31(3): 75-81, 2006 monóxido de carbono, catalisadas por complexos de paládio (ii). um deles é mostrado no esquema 3, no qual sugerem-se as etapas de síntese da n,n´-bis(4-metilfenil)uréia, empregando-se o [pd(dmba)(nco)(pph3)] (2) como catalisador. inicialmente ocorre a ruptura da ligação pd-n do ciclometalado, a seguir o nitrotolueno é coordenado ao metal, e um nitreno intermediário é formado por desoxigenação com co. a inserção posterior de co produz o complexo fenil-carbamato, [pd]ncoph, que reage com a toluidina para formar a uréia. a rota apresentada satisfaz a estequiometria da seguinte reação: phno2 + phnh2 + 3 co phnhconhph + 2 co2 tanto na síntese dos arilcarbamatos como na síntese das uréias n,n´-substituídas, verificase a formação de paládio metálico no processo catalítico. segundo se afirma [25], isto ocorre nas reações empregando co, com qualquer que seja o complexo de paládio utilizado. reações de carbonilação de álcoois: síntese do alcoxicarbonil complexo [pd(nco)(co2r) (pph3)2] ( r=me ou et) objetivando investigar a reatividade dos ciclopaladados, efetuaram-se as reações do esquema 2. etapas propostas para a síntese da n,n’-bis(4-metilfenil)uréia. em [pd]: os demais ligantes coordenados ao paládio são omitidos por questão de clareza. 79ecl. quím., são paulo, 31(3): 75-81, 2006 figura 2. estrutura proposta para o complexo [pd(nco)(co2r)(pph3)2] (r = me ou et). estiramentos ν(c=o) e ν(c-oet), do grupo alcoxicarbonil. o espectro de rmn de 1h mostra os deslocamentos químicos referentes aos hidrogênios aromáticos na região de δ = 7,667,19 (m), além do sinais centrados em δ = 2,69 (q) (-coo-ch2-) e δ = 0,39 (t) (-ch3). no espectro de rmn de 13c do [pd(nco)(co2me)(pph3)2] há sinais de ressonância em δ = 134,7 a 128,1 (carbonos aromáticos), 61,32 (-coo-ch2-) e em δ = 51,8 (ch3). nota-se no espectro de rmn de 31p a presença de um único sinal de fósforo em δ = 122,1, indicando a equivalência dos átomos de fósforo da trifenilfosfina. com base nos dados expostos, é proposta a seguinte estrutura para o complexo [pd(nco)(co2r)(pph3)2] (r = me ou et). os resultados das reações de inserção de co em álcoois mostram o rompimento das duas ligações existentes entre o ligante n,ndimetilbenzilamina e o átomo de paládio, no composto inicial, [pd(dmba)(nco)(pph3)] (2), e os dois sítios de coordenação do metal sendo ocupados, posteriormente, por uma molécula de esquema 3. etapas sugeridas para a obtenção dos alcoxicarbonil complexos de pd(ii). [pd(dmba)(nco)(pph3)] com monóxido de carbono em presença dos álcoois metílico e etílico, obtendo-se os alcoxicarbonil complexos do tipo [pd(nco)(co2r)(pph3)2] ( r=me ou et). o espectro no iv do composto [pd(nco)(co2me)(pph3)2] apresenta bandas referentes aos modos vibracionais [22] característicos da trifenilfosfina, como aquela em 1185 cm-1 referente ao ν(pc). a presença das bandas em 2219, 1326 e 648 cm-1 atribuídas aos modos νas(cn), νs(co) e δ(nco), respectivamente, indicam a coordenação terminal do cianato ao paládio, via átomo de nitrogênio [22]. o espectro no iv mostra, ainda, bandas em 1660 e 1090 cm-1, referentes aos modos vibracionais [22] ν(c=o) e ν(c-ome), respectivamente, sugerindo fortemente a presença do grupo alcoxicarbonil. no espectro de rmn de 1h verificam-se os seguintes deslocamentos químicos (δ): 7,64-7,20 (m) (aromáticos) e 2,39 (s) (-coo-ch3). no espectro de rmn de 13c do [pd(nco)(co2me)(pph3)2] observam-se deslocamentos químicos [24] referentes aos carbonos dos grupos fenil da fosfina na região de δ = 134,7 a 128,1 e um sinal em δ = 51,8 (-coo-ch3). o espectro de rmn de 31p mostra um único sinal de fósforo em δ = 121,9, evidenciando a equivalência dos átomos de fósforo das moléculas trifenilfosfina. no espectro no iv do [pd(nco)(co2et)(pph3)2] aparecem todas as bandas referentes aos modos vibracionais característicos da trifenilfosfina. a presença do íon cianato ligado ao paládio é evidenciada pelas bandas [23] em 2214, 1326 e 648 cm-1, associadas aos modos de vibração νas(cn), νs(co) e δ(nco), respectivamente, indicando a coordenação via átomo de nitrogênio. as bandas em 1644 e 1093 cm-1, são atribuídas aos trifenilfosfina e pelo grupo alcoxicarbonil proveniente da carbonilação do álcool, formando o complexo [pd(nco)(co2r)(pph3)2] (r = me ou et), em conformidade com o sugerido no esquema 3. conclusões a utilização do [pd(dmba)(nco)(pph3)] em alguns processos catalíticos de carbonilação em fase homogênea, seguindo condições préestabelecidas na literatura para complexos de coordenação, comprovou a atividade do composto ciclometalado nas reações investigadas. o mesmo composto foi empregado na síntese da n,n´-bis(4-metilfenil)uréia mediante reação entre p-toluidina e pnitrotolueno e também em reações de carbonilação na presença dos álcoois metílico e etílico, obtendo-se os alcoxicarbonil complexos [pd(nco)(co2r)(pph3)2] (r = me ou et). uma ampla perspectiva foi aberta no sentido de se investigar esses processos em outras condições de temperatura e pressão de co, na presença ou não de ativadores e promotores de inserção de monóxido de carbono nas ligações pd-c e pd-n. além do [pd(dmba)(nco)(pph3)], outros ciclometalados poderão ser utilizados e outros processos catalíticos deverão ser investigados. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq, capes e fapesp pelo suporte financeiro. recebido em: 05/09/2006 aceito em: 26/10/2006 80 ecl. quím., são paulo, 31(3): 75-81, 2006 v. a. de lucca neto, a. e. mauro, s. r. ananias, a. stevanato, a. c. moro. synthesis of [pd(dmba)(nco)(pph3)] and its use in catalytic processes involving preparation of urea derivatives and of alcoxicarbonyl complexes. abstract: this work deals with the use of the cyclometallated compound [pd(dmba)(nco)(pph3)] in homogeneous catalysis processes comprising the reaction of p-toluidine and p-nitrotoluene, giving n,n´-bis(4-methylphenyl)urea. the reaction was performed at 140 ºc, under 60 bar of co pressure. on the other hand, alcoxicarbonyl compounds of the type [pd(nco)(co2r)(pph3)2] (r = me or et) were obtained from carbonilation reactions of [pd(dmba)(nco)(pph3)] in alcohol like methanol and ethanol. it was also verified that the carbonilation processes investigated in this work afforded products with good yields. keywords:cyclometallated; reductive carbonilation; homogeneous catalysis. referências [1] s. a. anderson, t. w. root, j. mol. catal. a: chem. 220(2) (2004) 247. 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with microwave energy (1100 w) during 27 seconds, producing a charge transfer complex with a maximum absorption at 535 nm. the optimal reaction conditions values such as reagent concentration, heating time and stability of the reaction product were determined. beer’s law is obeyed in a concentration range from of 1.25x10-4 to 2.00x10-3 mol l-1 with a correlation coefficient of 0.9993 and molar absorptivity of 0.49 x103 l mol-1 cm-1. the limit of detection (lod) was 1.35x10-5 mol l-1 and the limit of quantification (loq) was 4.49x10-5 mol l-1. in the presence of the common excipients, such as glucose, lactose, talc, starch, magnesium stearate, sodium sulphite, titanium dioxide, polyethyleneglycol, polyvinylpirrolidone, mannitol and benzilic alcohol no interferences were observed. the analytical results obtained by applying the proposed method compare very favorably with those given by the united states pharmacopeia standard procedure. recoveries of diclofenac from various pharmaceutical preparations were within 95.9% to 103.3%, with standard deviations ranging from 0.2% to 1.8%. keywords: diclofenac; p-chloranil; spectrophotometry; microwave oven; pharmaceutical preparations. introduction diclofenac, as the sodium or potassium salt, is a benzeneacetic acid derivative, designated chemically as 2-[(2,6-dichlorophenyl)amino] benzeneacetic acid monosodium or monopotassium salt. it is a potent non-steroidal anti-inflammatory agent, extensively used for the treatment of active rheumatoid arthritis and osteoarthrosis. owing to the importance of diclofenac salts in pharmaceuticals and its widespread use, efforts have been made towards the development of simple and reliable analytical methods. several methods have been reported in the literature to determine diclofenac in pharmaceutical preparations including hplc [1,2], liquid chromatography [3], capillary electrophoresis [4,5], lc-apci-ms [6], differencial scanning calorimetry [7] and nuclear magnetic resonance [8]. however, these techniques are timeconsuming or require expensive and sophisticated instruments and for this reason they are not suitable for routine analysis. spectrophotometric methods have also been described for the determination of diclofenac in pharmaceuticals [9-18], showing reasonable sensitivity with significant economical advantages over other methods. however, the most of these methods involve complicated procedures, which require several manipulation steps [9-15, 18]. it is well known that electron donors and 30 ecl. quím., são paulo, 30(1): 29-36, 2005 electron acceptors can interact in solution to form intensively colored charge-transfer complexes. these complexes are usually characterized by absorption bands, not present in either reagents, assigned to an intermolecular charge-transfer transition [19-21]. therefore, charge-transfer complexation reactions have been extensively applied to the spectrophotometric determination of several important drugs such as methyldopa [22], fluoxetine [23], sertraline [23], famotidine [24], perindopril [25] and some âadrenergic blocking agents [26]. amines are excellent electron donors and can strongly interact with electron acceptors. studies showed that tetrachloro-p-benzoquinone (pchloranil), acting as an electron ð-acceptor, could be used for determination of aliphatic and aromatic amines as well as some amino acids [27-30]. taking these considerations into account, diclofenac molecule, which has a secondary amino group, can act as an electron donor and react with p-chloranil. the proposed mechanism for the reaction between diclofenac and p-chloranil to produce the charge transfer complex is showed in figure 1. figure 1. proposed mechanism for the reaction between diclofenac and p-chloranil to produce the charge transfer complex . preliminary studies carried out in our laboratory showed that diclofenac reacts with pchloranil (a ð-acceptor) at 25ºc, in a methanol medium, producing a violet complex. the formation of the violet complex was complete within 15 minutes. in order to facilitate the formation of the charge transfer complex promoting a faster color development, microwave irradiation was used. the use of microwave oven for analytical procedures was first demonstrated three decades ago [31]. since that time several papers have described the applications of microwave ovens for sample dissolution [32-35] and more recently for organic synthesis [36]. the purpose of this study was to develop a simple, rapid, sensitive, precise, accurate and lowcost method for determination of diclofenac in pure form and in pharmaceutical preparations assisted by microwave. the method is based on the reaction of diclofenac with p-chloranil, in methanol medium, producing a charge-transfer complex with maximum absorption at 535nm. in this method a fast and efficient heating of the reaction medium was achieve using a domestic microwave oven for 27 s (1100 w). the most favorable reactional conditions (reagent concentration, microwave heating time and power output) were determined. beer’s law is obeyed in the range of 1.25x10-4 to 2.0x10-3 mol l-1 with 31ecl. quím., são paulo, 30(1): 29-36, 2005 correlation coefficient higher than 0.9993. the proposed method was successfully applied to the determination of diclofenac in bulk pharmaceutical, tablets and injections. the results obtained by the proposed method were in excellent agreement with those given by the official method [37], proving that the method is a reliable alternative for the analysis of diclofenac in pure form and in pharmaceutical preparations. experimental instruments a varian cary 1e uv-visible spectrophotometer with 1.00 cm glass cells was used. all absorbance measurements were carried out at 25 ± 1ºc. the standard procedure of the united states pharmacopeia (usp) for the assay of diclofenac injection is based in a hplc method [37]. chromatographic analysis were carried out on a shimadzu model spd-10a liquid chromatograph equipped with a variable uv-vis absorbance detector (shimadzu, model sr-10a) set at 254 nm, shimadzu lc-10 as pumps, gradient control (waters, model 680) and a rheodyne 20 ml injector. a microsorb mv column (5 mm particle size; 250 x 4.6 mm i.d.) was used. before injection, the samples were filtered through a milex unit (0.45 mm, millipore). chromatograms were recorded and the areas were measured using a waters integrator (model 746 recording integrator). for diclofenac tablets, the standard procedure of usp [37] is based on a potentiometric titration in glacial acetic acid media. all potentiometric measurements were carried out using a ph/ion meter (metrohm, 692 model) and a combined glass electrode metrohm (n. 6.0234.100). a domestic microwave oven, panasonic 1100 watts, model junior plus intelligent chaos, was used for heating. the distribution of radiation in the oven cavity was performed similarly to a literature procedure [38,39]. materials, reagents and solutions all reagents used were of analytical reagent grade. for the preparation of the solutions and samples, deionised water and grade “a” glassware were used throughout. the solvents used were dioxane (p.a. grade) and methanol (hplc grade) from mallinckrodt, xalostoc, mexico. p-chloranil ( sigma, st.louis, usa) was used to prepare a 2.0x102 mol l-1 solution in dioxane. sodium diclofenac was purchased from sigma, st. louis, usa. a 5.0x10-3 mol l-1 stock solution of sodium diclofenac was prepared in methanol. samples the pharmaceutical preparations were purchased locally or directly from the manufacturers and all were tested prior to the listed expiration date. five commercial brands of injection solutions and three commercial brands of tablets containing diclofenac sodium or potassium were analyzed. the injection samples were package labeled to contain 25 mg of diclofenac per milliliter of solution and the tablets samples were 50 mg diclofenac per tablet. procedures general procedure and analytical curve aliquots (0.5 to 4.0 ml) of a stock standard solution of sodium diclofenac (5.00´10-3 mol l-1) were transferred into a 50 ml beakers in order to obtain the analytical curve from 1.25´10-4 mol l-1 to 2.00´10-3 mol l-1. then, 2.00ml of 2.00´10-2 mol l-1 p-chloranil solution was added followed by addition of methanol to a final volume of 7 ml. so, the proportion of methanol:dioxane (4:1) was kept constant in all solutions. this procedure was carefully carried out in order to provide an equal heating rate. the beakers were covered with a glass cover, positioned on the center of the oven cavity and heated in the microwave for 27 seconds, at “low” power output (1100 w). afterwards, the beakers were cooled at room temperature. the working solutions were prepared transferring quantitatively the content inside the beaker to a 10 ml volumetric flask and completing to volume with methanol. finally, the absorbance was measured at 535 nm (b=1cm) against corresponding reagent blank. the analytical curve was obtained by plotting absorbance against diclofenac concentration and the corresponding linear least square equation was used to convert absorbance into diclofenac concentration, for all analyzed samples. 32 ecl. quím., são paulo, 30(1): 29-36, 2005 assay of diclofenac sodium in pure form from of the stock standard solution of diclofenac sodium (5.0x10-3 mol l-1) suitable aliquot for obtain a final diclofenac concentration of 1.0x10-3 mol l-1 was transferred to a 50 ml beaker. then 2 ml of 2.0x10-3 mol l-1 p-chloranil solution was added. finally, the solution was analyzed according to the procedure mentioned under the section 2.4.1. assay of pharmaceutical preparations tablets: ten tablets were placed in a mortar and ground to the fine powder. an amount of the powder equivalent to 50 mg of pure diclofenac was accurately weighed and dissolved in a minimum volume of methanol. the solution was stirred for 15 minutes and then made up 50 ml with methanol. the solution was filtered in an appropriate apparatus [39] and an aliquot from this filtered solution was analyzed using the procedure previously mentioned under the section 2.4.1. ampoules: an accurate volume of the solution contained in the ampoules, nominally equivalent to 25 mg of pure diclofenac, was transferred to 25 ml volumetric flask with methanol. then 4.0 ml of this solution was placed to a 10 ml volumetric flask and analyzed according to the procedure previously mentioned under section 2.4.1. results and discussion effect of solvent the polarity of the solvent used in the reaction between p-acceptors with n-donors can influence on the formation of charge transfer complexes [23]. therefore, investigations were carried out to establish the most favorable solvent for the formation of the colored product (lmax = 535 nm). the solvents studied were: ethanol, methanol, and isopropanol. diclofenac was found to yield a violet product with p-chloranil when all these solvents were used. however, methanol was the choice solvent since that it gave maximum intensity and stability of color faster than the others. reagent concentration the influence of the concentration of the reagent on the reaction was studied in order to achieve maximum absorbance measurement value at 535 nm. various concentrations of the reagent solution were added to fixed concentration (2.0x103 mol l-1) of diclofenac. the solutions of p-chloranil were evaluated in the following concentrations: 5.0x10-4, 1.0x10-3, 1.5x10-3, 2.0x10-3, 3.0x10-3 and 4.0x10-3 mol l-1. the 2.0x10-3 mol l-1 p-chloranil solution was found to be sufficient for the production of maximum color intensity with reproducible results. higher concentrations of pchloranil did not affect the color intensity. microwave oven settings and effect of heating time radiation absorbed by samples in the oven depends on their position in its cavity. the distribution of microwave radiation was determined as described in the literature [38, 39] and the samples were strategically positioned on the center of the oven cavity, point where the microwave energy is more intense. different heating times and power settings on the microwave oven were investigated to determine the optimal reactions conditions. in this study were used “low”, “medium” and “high” power and the best results were obtained using a “low” power output setting on the microwave because when higher powers were used occurred boiling and loss of the solution. since set up the “low” power different heating times were studied (from 5 to 30 seconds) and 27 seconds of heating provided a temperature around 40ºc, which was sufficient for the complete color development without boiling start. optical stability of reaction product the stability of the colored product in methanol:dioxane (4:1) reaction medium was verified by the absorbance measurements (535 nm) to each 5 min and it was observed that the colored product obtained was stable for 60 min. analytical evaluation p-chloranil was evaluated as a chromogenic reagent for spectrophotometric determination of 33ecl. quím., são paulo, 30(1): 29-36, 2005 diclofenac. under the proposed experimental conditions a linear response between absorbance and diclofenac concentration was verified. beer’s law was obeyed in a concentration range from 1.25x10-4 to 2.0x10-3 mol l-1 (equivalent to 39.7 636 mg ml-1) with correlation coefficient 0.9993. the spectrophotometric method showed a molar absorptivity of 0.49x103 l mol-1 cm-1, indicating a good sensitivity for the samples analyzed. the analytical curve for diclofenac-chloranil charge-transfer complex used for sample treatment showed fit linear results: a535nm = -0.0319 + 485.4[diclofenac]. the regression equations for the described procedures were derived using the least-square method. the limit of detection (3.sdblank/slope of analytical curve) and limit of quantification (10.sdblank/slope of analytical curve) were 1.35 x 10-5 mol l-1 and 4.49 x 10-5 mol l-1 respectively [40]. the analytical parameters and the optical characteristics for the spectrophotometric determinations of diclofenac by the proposed method are given in table1. table 1. analytical parameters for the spectrophotometric determination of diclofenac. a limit of detection b limit of quantification c y = ax + b, where x is the concentration (mol l-1) of diclofenac. 34 ecl. quím., são paulo, 30(1): 29-36, 2005 effect of interferences in order to evaluate the selectivity of the developed method for the analysis of pharmaceutical preparations containing diclofenac, the effect of presence of several substances that can occur in the real samples was investigated. the excipients studied were: glucose, lactose, talc, starch, magnesium stearate, sodium sulphite, titanium dioxide, polyethyleneglycol, polyvinylpirrolidone, mannitol and benzilic alcohol. for this study, solutions containing diclofenac and each one of the excipients taken separately in concentrations equal or then-times greater than that of diclofenac were analyzsed under the same conditions described in section 2.4.3. a level of interference was considered to be acceptable if the error was not higher than + 3% relative to the expected diclofenac value.no interferences were observed in the determination of diclofenac in the presence of the excipients studied. application of the proposed method in order to confirm the feasibility of the proposed method, diclofenac was determined in tablets and in injection solutions. the results of the comparison of the proposed method with the pharmacopoeia method [37] (potentiometric and chromatographic methods for the analyses of tablets and injection solutions of diclofenac, respectively) are showed in table 2. for all samples assayed, the results obtained by official and proposed methods were compared by applying the f-test and t-test at 95% confidence level. in all cases, the calculated f and t values did not exceed the theoretical values, indicating that there is no significant difference between either methods in concerning precision and accuracy in the determination of diclofenac in pharmaceuticals. the average recoveries obtained by the proposed method ranged from 95.9 to 103.3% for all the assayed samples. table 2. diclofenac determination in commercial pharmaceuticals. a package labeled to contain 25 mg diclofenac/ml. b package labeled to contain 50 mg diclofenac/tablet. c concentration values: mg ml-1 for liquid samples and mg tablet-1 for solid samples. d average ± standard deviation (sd) of five determinations performed within 3-4 days. e theoretical values of t and f at 95% confidence level. 35ecl. quím., são paulo, 30(1): 29-36, 2005 conclusion the spectrophotometric method proposed is simple, sensitive, rapid, low-cost, does not involve any pre-treatment or extraction steps and gives precise and accurate results. significant improvements in the time of analysis could be attained using the microwave energy (1100 w) for 27 seconds. the proposed method was successfully applied to analysis of diclofenac in tablets and injection solutions, suggesting its use as a reliable and advantageous alternative to other previously reported methods for routine analysis of diclofenac in these samples. acknowledgements the authors would like to thank cnpq and fapesp foundation (brazil) for financial support. recebido em: 28/08/2004 aceito em: 11/11/04 e. g. ciapina, a. o. santini, p. l. weinert, m. a. gotardo, h. r. pezza, l. pezza. determinação espectrofotométrica de diclofenaco em preparações farmacêuticas assistida por forno de microondas. resumo: neste trabalho é proposto um método eficaz e de baixo custo para a determinação de diclofenaco de sódio (ou potássio) na forma pura e em preparações farmacêuticas. o método é baseado na reação de diclofenaco com tetracloro-p-benzoquinona (p-cloranil) em meio de metanol. esta reação foi acelerada pela irradiação da mistura reagente com energia microondas (1100w) por 27 segundos, produzindo um complexo de transferência de carga com um máximo de absorção em 535 nm. as condições ótimas da reação, tais como: concentração de reagentes, tempo de aquecimento e a estabilidade do produto da reação foram determinadas. a lei de beer é obedecida num intervalo de concentração de 1,25x10-4 a 2,00x10-3 mol l-1 com um coeficiente de correlação de 0,9993 e absortividade molar de 0,49x103 l mol-1 cm1. o limite de detecção (lod) do método foi de 1,35x10-5 mol l-1 e o limite de quantificação (loq) foi 4,49x10-5 mol l-1. não foram observadas interferências de substâncias comumente encontradas junto com diclofenaco em preparações farmacêuticas, tais como: glicose, lactose, talco, amido, estearato de magnésio, sulfito de sódio, dióxido de titânio, polietilenoglicol, polivinilpirrolidona, manitol e álcool benzílico. os resultados analíticos obtidos a partir da aplicação do método proposto estão em muito boa concordância com aqueles obtidos pelo método padrão da farmacopéia americana. as recuperações obtidas para o diclofenaco a partir de um estudo com várias preparações farmacêuticas estiveram dentro de 95,9% a 103,3%, com desvio padrão variando de 0,2% a 1,8%. palavras-chave: diclofenaco, p-cloranil, espectrofotometria, forno de microondas, preparações farmacêuticas. references [1] r.t. sane, r.s. samant, v.g. nayak, drug dev. ind. pharm. 13 (1987) 1307. 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[41] g.l long, j.d.winefordner, anal. chem. 55 (1983) 712a. eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100008 thermal decomposition and stability in a series of heterobimetallic carbonyl compounds of the type [fe(co)4(hgx)2] (x=cl, br, i) josé roberto zamian* antonio eduardo mauro** carolina coimbra nunes** eduardo tonon de almeida*** abstract: heterobimetallic carbonyl compounds of the type [fe(co)4(hgx)2] (x= cl, br, i), which have metal-metal bonds, have been prepared in order to study their thermal stabilities as a function of the halogen coordinated to mercury atoms. the characterization of the above complexes was carried out by elemental analysis, ir and nmr spectroscopies. their thermal behaviour has been investigated and the final product was identified by ir spectroscopy and by x-ray powder diffractogram. keywords: thermal analysis; spectroscopy; metal carbonyls; iron; mercury; halogen. introduction reactions of transition metal complexes with mercury salts have yielded a number of compounds which show metal-mercury bonds4,10-13. among the first ones reported in the chemistry of metalcarbonyls are those compounds with fe-hg bonds like [fe(co)4(hgx)2], x = cl, br, i 7,8. bimetallic compounds are now widely investigated for their improved properties3,9,16 when compared with homometallic compounds. the reasons for carrying out the present work include our interest in the physical and chemical properties of bimetallic and mixed polinuclear transition metal compounds which render possible applications in catalysis and in devices for electron transport. despite the intensive studies concerning to the synthesis and spectroscopic characterization of http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#rodape http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#rodape http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#rodape http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#rodape metal carbonyls, it is noted that they have been scarcely investigated by thermogravimetric technique. in order to fill up this gap, and as a part of our on going studies of bimetallic compounds, we report herein our data related to thermal stability of the compounds [fe(co)4(hgx)2]; x = cl (1), br(2), i (3). experimental thermal analysis was carried out using a perkin-elmer tgs-2 thermobalance. samples of approximately 0.7mg were used, heated at a rate of 20 ° c.min-1 in synthetic air. the ir spectra were recorded on a nicolet 730 sx-ft spectrophotometer as an acetronitrile solution. the 199hg nmr spectra were obtained as dmso/acetone solution (2:1,v:v) and referred to hgcl2 (internal standard), on a brucker ac-200 spectrometer operating at 81 mhz. the complexes were prepared and analyzed as previously described17. results and discussion there has been recently an increase interest in the application of thermal analysis for studies of metalcarbonyl compounds1,2. in this work the use of thermogravimetric analysis has as its main objectives to verify the influence of the hgx moiety, x = cl(1), br(2), i(3) on the initial decomposition temperature and on the thermal decomposition mechanisms. table 1 gives the steps, initial and final temperatures (° c), partial and total weight losses (%) for the thermal decompositions of 1, 2 and 3, in dry air atmosphere. the tg curves for these compounds under dry air atmosphere are illustrated in fig.1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 the thermal decomposition of 1 occurs in two consecutive steps. the first mass loss occurs between 130-185° c corresponding to, by mass calculation, the loss of four co groups and of a cl2 molecule. in the temperature range of 185-380° c the mass loss observed is due to sublimation of the two hg atoms and the uptake of o2. the residue was identified as being fe2o3 by ir spectroscopy6,14 and x-ray powder diagram15 (astm card file 24-0072). the tg curve of 2 shows that its thermal degradation starts at 135° c. the first decomposition step suggests, by mass calculation, the loss of three co groups and of a bromine atom (1/2br2). in the second step, in the range 185-400° c, there is the mass loss of a co group; of a bromine atom (1/2br2), the complete sublimation of mercury atoms (2hg) and the uptake of o2. a constant mass was reached at 900° c, and the residue was identified as fe2o3, as before. the thermal decomposition of 3 starts at 140° c and comprises two consecutives steps. the first mass loss, between 140 180° c, is assigned to, by mass calculation, the elimination of two co groups and of an iodine atom (1/2i2). the final step, in the range 180 440° c, suggests, by mass calculation, the loss of two co groups, of an iodine atom (1/2i2), the complete sublimation of mercury (2hg) and the uptake of oxygen. the residue was showed to be fe2o3, as before. summarizing the above results it was observed the loss of all co groups for 1 at the beginning of the decomposition process, while the compounds 2 and 3 liberate these groups in two steps. moreover, taking into account the initial temperature of the decomposition processes, it was possible to establish the following relative thermal stability order: 3>2>1. as to the halide coordinated to the hg atoms is noted that as its soft character increases the more stable the compound is. it is instructive at this point to relate the precedent results with those of spectroscopic investigation. concerning to the strength of the fe-c bonds the tg data showed that the order is as follows: 3 >2 >1, what is equivalent to say, taking into account the characteristics5 of the iron-carbon monoxide bonding, that for the co bonds the order is 1>2>3. the co stretching vibrations are the most characteristic ones for the metalcarbonyls and their values for the compounds [fe(co)4(hgx)2] are given in table 2. an important feature of note is that for the nco frequencies the order is 1>2>3, indicating in this way a total agreement with the tg data. a plausible explanation for this fact relies on the difference of backdonation from the iron to the co groups along the series [fe(co)4(hgx)2]. iodine being the softest base forms the strongest bond to hg atoms, leading to, as a consequence, an increase in the electron density at the iron atom in the compound [fe(co)4(hgi)2]. therefore this compound presents the greatest transfer of electron density to co p* orbitals, likely the ir data have clearly indicated. the 199hg nmr spectra give further evidence for the above conclusion. the chemical shift indicate that as the eletronegativity of the halide group decreases the more protect the hg atoms are. in this way as the electron density on the hg atoms increases, there is less transfer of electron density from iron to mercury atoms, leading finally to an increase in the strength of fe-c bonds in the order 3 >2 >1, as tg and ir data showed. conclusion in this work the thermogravimetric study of the compounds [fe(co)4(hgx)2] , x = cl, br , i , has proved the influence of the hgx group on their thermal stabilities. in addition it was observed a strictly agreement of the thermogravimetric data with those given by ir and nmr spectroscopies. acknowledgement the authors wish to express their sincere thanks to the cnpq, capes and fapesp for financial support. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100008&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab2 zamian, j.r. et al. decomposição térmica e estabilidade na série de compostos carbonílicos heterobimetálicos do tipo [fe(co)4(hgx)2] (x=cl, br, i). ecl. quím. (são paulo), v.25, p. , 2000 resumo: foram preparados compostos carbonílicos heterobimetálicos do tipo [fe(co)4(hgx)2] ( x= cl, br, i), contendo ligação metal-metal, objetivando investigar suas estabilidades térmicas em função do halogênio coordenado aos átomos de mercúrio. a caracterização destes complexos foi feita usando-se de técnicas espectroscópicas de infravermelho e ressonância magnética nuclear, além de análise elementar. o produto final das termodecomposições foi identificado através de espectroscopia no infravermelho e difratograma de raios-x, método de pó. palavras-chave: análise térmica; espectroscopia; carbonil-metais; ferro; mercúrio; halogênio. references 1. andy hor, t.s., phang,l.t. substituted metals carbonyls. part xvii * thermal decarbonylation and chelation of m(co)5 (h1-dppf) and fe(co)4(h1-dppf) [where m= cr, mo. w; dppf= (ph2pc2h4)2fe]. thermochimica acta, v. 178, p. 287, 1991. 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http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100008  a06v28n1.pdf 45 structural bioinformatics study of cyclin-dependent kinases complexed with inhibitors f. canduri1; n. j. f. da silveira1; j. c. camera jr1; w. f. de azevedo jr 2 1departamento de física ibilce, unesp – cep 15054-000 – são josé do rio preto spbrasil. 2center for applied toxinology .instituto butantan – cep 05503-900 são paulo – sp -. brasil. introduction cell cycle progression is tightly controlled by the activity of cyclin-dependent kinases (cdks) [31]. cdks are inactive as monomers, and activation requires binding to cyclins, a diverse family of proteins whose levels oscillate during the cell cycle, and phosphorylation by cdk-activating kinase (cak) on a specific threonine residue [19]. in addition to the positive regulatory role of cyclins and cak, many negative regulatory proteins (cdk inhibitors, ckis) have been discovered [34]. since deregulation of cyclins and/or alteration or absence of ckis have been associated with many cancers, there is strong interest in cdks inhibitors that could play an important role in the discovery of a new family of antitumor agents [17]. cdks also play a role in apoptosis (cdk2), in neuronal cells (cdk5) and in the control of transcription (cdk7, 8, 9) [9,20]. cdk5 is unique in the sense that although it is widely expressed in many tissues and cells, the cdk5 kinase activity is restricted to neuronal cells [10]. this specificity for neuronal tissue is the result of the cdk5 activator proteins p35, p25, and p39. cdk5 is a multifunctional kinase that associates with other cell proteins to interact with the cytoskeleton and form supramolecular complexes. recent investigations have revealed that most of the cdk5 in cells forms large multimeric complexes of high molecular weight, ranging from 60 to 670 kda, in which it is associated with p25, p35, abstract the present work describes molecular models for the binary complexes cdk9, cdk5 and cdk1 complexed with flavopiridol and roscovitine. these structural models indicate that the inhibitors strongly bind to the atp-binding pocket of cdks and the structural comparison with the complexes cdk2:flavopiridol and cdk2:roscovitine correlates the structural differences with differences in inhibition of these cdks by the inhibitors. these structures open the possibility of testing new inhibitor families, in addition to new substituents for the already known lead structures such as flavones and adenine derivatives. keywords: cdk, flavopiridol, bioinformatics, structure, drug design. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 45-53, 2003 46 synapsin, tau, b-catenins, and n-cadherins [33]. increased cdk5 kinase activity has been implicated in alzheimer´s disease. furthermore, pretreatment of cells with cdk5 inhibitors protected them against neuronal death [1]. since deregulation of cdk5 has been implicated in alzheimer´s disease, there is strong interest in cdk5 inhibitors that could play an important role in the discovery of antialzheimer´s disease agents. flavopiridol a cyclin-dependent kinase (cdk) inhibitor is a potential anti-cancer therapeutic agent currently being tested in phase i and ii clinical trials because of its antiproliferative properties. treatment with flavopiridol resulted in blocking cell cycle progression, promoting differentiation and inducing apoptosis in various types of cancerous cells [40]. the structure of cdk2 complexed with deschloroflavopiridol revealed that the drug docks in the atp binding site [17], which helps to explain why inhibition of cdk2 is competitive with atp. two previous studies demonstrated the effect of flavopiridol on transcription. mammalian cells treated with this compound showed decreased transcription of the gene encoding cyclin d1 [8], and high levels of flavopiridol affected levels of 63 different mrnas in saccharomyces cerevisiae [21]. the transcriptional inhibition observed in these studies could have been direct or a consequence of altered progression through the cell cycle. furthermore, it has been shown that the binary complex cdk9-cyclin t1 is potently inhibited by flavopiridol [9]. these results demonstrated that flavopiridol inhibited the complex cdk9-cyclin t1 causing inhibition of transcription. the properties of the flavopiridol towards the cdk9-cyclin t1 complex suggest that it should be examined its potential use in hiv-1 therapy [9,14]. roscovitine is a potent cdk inhibitor and was tested against various cdks, with ic50 values ranging from 0.16 mm (for cdk5) [15] to over 100 mm (for cdk4 and cdk6) [28]. this article describes the modeling of the human cdk9 complexed with flavopiridol, cdk5 complexed with roscovitine, and cdk1 complexed with roscovitine and flavopiridol. the investigation was made in order to gain further insight into the structural basis for chemical inhibition of cdks by flavopiridol and roscovitine. methods molecular modeling homology modeling is usually the method of choice when there is a clear relationship of homology between the sequence of a target protein and at least one known structure. this computational technique is based on the assumption that the tertiary structures of two proteins will be similar if their sequences are related, and it is the approach most likely to give accurate results [25]. there are two main approaches to homology modeling: 1) fragment-based comparative modeling [4, 3] and 2) restrained-based modeling [36]. for modeling of the cdks:inhibitor complexes we used the second approach. model building of cdks:inhibitor was carried out using the program modeller [36]. modeller is an implementation of an automated approach to comparative modeling by satisfaction of spatial restraints [37, 38, 35]. the modeling procedure begins with an alignment of the sequence to be modeled (target) with related known three-dimensional structures (templates). this alignment is usually the input to the program. the output is a three-dimensional model for the target sequence containing all mainchain and sidechain non-hydrogen atoms. since there is no three-dimensional structure for cdk2:flavopiridol complex available a model was built based on the atomic coordinates of cdk2:deschloroflavopridol complex, which was solved by cryocrystallographic methods [17]. the flavopiridol coordinates, taken from the complex glycogen phosphorylase:flavopiridol (access code: 1c8k), [32] were superposed to that of cdk2:deschloroflavopiridol [17] in order to obtain the cdk2:flavopiridol structure. the atomic coordinates for cdk2:flavopiridol were used as starting model for modeling of the cdk9 and cdk1 complexed with flavopiridol. the alignment of cdk2 (template), cdk1, cdk5, and cdk9 is shown in figure 1. fifteen residues from the n-terminal and 45 residues from the c-terminus were removed from the cdk9 model, since there is no good template for these fragments, for cdk1 and cdk5 all residues were kept in the model. next, the spatial restraints and charmm energy terms enforcing proper stereochemistry [6] were combined into an objective function. finally, the model is obtained by optimizing the objective function in cartesian ecl. quím., são paulo, 28(1): 45-53, 2003 47 space. the optimization is carried out by the use of the variable target function method [5] employing methods of conjugate gradients using the program modeller [36]. several slightly different models can be calculated by varying the initial structure. the final model is selected based on stereochemical quality. all optimization process was performed on a beowulf cluster (16 nodes, amd athlon 1800+). analysis of the model the overall stereochemical quality of the final models for cdk9:flavopiridol, cdk5:roscovitine, cdk1:roscovitine, cdk1:flavopiridol were assessed by the program procheck [26]. atomic models were superposed using the program lsqkab from ccp4 [11]. the cutoff for hydrogen bonds and salt bridges was 3.4 å. the contact surfaces for the binary complexes were calculated using areaimol and resarea [11]. results and discussion quality of the model ramachandran diagram f-y plots for the binary complexes of cdk models and for eight crystallographic cdk2 structures solved to resolution better than 2.1 å were generated (figures not shown). the ramachandran plot, for the eight cdk2 structures, was used to compare the overall stereochemical quality of cdks models against cdk2 structures solved by biocrystallography. analysis of the ramachandran plot for the cdk9 model shows that 78.4 % of the residues lie in the most favorable regions and the remaining 21.6 % in the additional allowed regions, the cdk5 model shows that 91.0 % of the residues lie in the most favorable regions, 8.2 % in the additional allowed regions, and 0.8 % in the disallowed regions (asp 97 and ala 198), and the cdk1 model shows that 90.8 % of the residues lie in the most favorable regions and 9.2 % in the additional allowed regions. the same analysis for eight crystallographic cdk2 structures present 89.8 % of residues in the most favorable, 9.7 % in additional allowed regions, and 0.5% in generously allowed regions. overall description the models of the kinase in the complexes cdk:inhibitor are folded into the typical bilobal structure, with the smaller n-terminal lobe consisting predominantly of b-sheet structure and the larger c-terminal lobe consisting primarily of α-helices. the n-terminal lobe of cdk consists of a sheet of five antiparallel β-strands (β1-β5) and a single large helix (α1). the c-terminal lobe contains a pseudo-4-helical bundle (α2,3,4,6), a small bribbon (β6-β8), and two additional helices (α5,7). figure 2 shows schematic drawings of the complexes cdk9:flavopiridol, cdk5:roscovitine, cdk1:flavopiridol and cdk1:roscovitine. the flavopiridol and roscovitine molecules are found in the cleft between the two lobes. the core (the βsheet and the helical bundle) of the cdk9, 5 and 1 structures are very similar to that of cdk2 [18]. the conserved core consists of a small lobe associated primarily with atp binding and a large lobe associated with peptide binding and catalysis. figure 1: sequence alignment of human cdk2 with cdk9, cdk1, and cdk5. there are 39.1% of identity between cdk2 and cdk9 sequences, 65.1% between cdk2 and cdk1, and 58.3% between cdk2 and cdk5 sequences. the multiple alignment was performed with the program multalin (40). ecl. quím., são paulo, 28(1): 45-53, 2003 48 inhibitors have pairs of hydrogen bond partners that show complementarity to the molecular fork on cdk2, most of them involving at least two hydrogen bonds with the molecular fork. the relative orientation of the inhibitor in the binding pocket of cdk2 locates one hydrogen bond donor close to c=o in glu81 and/or leu83, and an acceptor close to n-h in leu83. such simple paradigm is conserved in all cdk2:inhibitor complex structures solved so far. in all binary models this molecular fork is also conserved. table 1: hydrogen bonds between the molecular fork of cdk2 and inhibitor. interactions of flavopiridol with cdk9 the specificity and affinity between an enzyme and its inhibitor depend on hydrogen bonds and ionic interactions, as well as on shape complementarity of the contact surfaces of both partners [16, 7, 13]. it was observed a total of three hydrogen bonds between cdk9 and flavopiridol, in binary model, involving the residues lys 33, asp 89, cys 91. for the cdk2:flavopiridol model four hydrogen bonds involving the residues lys33, glu81, leu83, and asp152 were observed. table 2 and 3 show the intermolecular hydrogen bonds for both structures. as observed for the crystallographic structure of deschloroflavopiridol bound to cdk2 [17], the region of cdk9 occupied by the chlorophenyl ring of flavopiridol is pointing away from the atp-binding pocket, and partially exposed to solvent. in cdk9, the residues 93 to 95 present a β-sheet, while in cdk2 this region (residues 85 to 87) is in random coil. most of the residues conserved throughout the protein kinase family cluster around the active cleft [41]. figure 2: ribbon diagram of the complex c d k 9 : f l a v o p i r i d o l ( a ) , c d k 5 : r o s c o v i t i n e ( b ) , cdk1:flavopiridol (c), and cdk1:roscovitine (d) generated by molscript (41). molecular fork it has been observed in several cdk2:inhibitor structures the participation of a molecular fork, composed by a c=o group of glu81 and the n-h and c=o group of leu83, in hydrogen bonds between cdk2 and the inhibitor. this molecular fork, composed of two hydrogen bond acceptors (c=o) and one hydrogen bond donor (n-h), allows a wide range of different orientations to dock on to the atp binding pocket, such as: olomoucine, isopentenyladenine, and roscovitine [39, 16], staurosporine [27], purvalanols [21], indirubins [22], hymenialdisine [29], nu2058 [2]. table 1 shows the hydrogen bond distances between the molecular fork of cdk2 and different inhibitors. all these ecl. quím., são paulo, 28(1): 45-53, 2003 49 table 2: hydrogen bonds between cdk9: flavopiridol. superposition of the complexes of flavopiridol with cdk2 and cdk9 is shown in figure 3a. the benzopyran ring of flavopiridol occupies the same region in both complexes. this table 3: hydrogen bonds between cdk2: flavopiridol. figure 3: (a) superimposed binding pockets of cdk9:flavopiridol complex (thick line) and cdk2:flavopiridol complex (thin line). (rmsd value for c : 0.169å) (b) superimposed binding pockets of cdk9:flavopiridol complex (thick line) and cdk2:atp complex (thin line). (rmsd value for c : 0.465å). ecl. quím., são paulo, 28(1): 45-53, 2003 region is the same occupied by the purine ring of atp in the cdk2:atp complex [23]. superposition of the cdk2:atp onto cdk9:flavopiridol structure indicates that the two ring systems overlap approximately in the same plane. figure 3b shows the atp-binding pocket for the complexes cdk2:atp and cdk9:flavopiridol. the cdk structures are constituted of two lobes and two strong salt bridges are observed involving glu 92 lys 20 and glu 92 lys 29 in the cdk9:flavopiridol structure. these salt bridges involve residues from two lobes of the cdk9 structure and they are not conserved in the cdk2 structures. lys 20 and 29 in the n-terminal lobe and glu 92 in the c-terminal lobe of cdk2 do not form salt bridges. this strong electrostatic interaction brings the two lobes of cdk9 closer, which increases the enzyme-inhibitor contact area, however cdk9 makes only three hydrogen bonds with flavopiridol. figure 4: shows the position of the salt bridges in the cdk9 structure. furthermore, the side chains of glu 92, lys 20 and lys 29 bring the phenyl of phe 90 to a position deeper in the binding pocket, which also contributes to increase the contact area between flavopiridol and cdk9. figure 4: ribbon diagram of the human cdk9 generated by molscript (35) showing the residues lys 20, lys 29, phe 90 and glu 92. chao et al., (2000) performed a functional study of inhibition of cdk9 by flavopiridol, which indicated lack of competition with atp, suggesting the presence of at least one additional binding site [9]. however a close inspection of the structure of the cdk9 model did not reveal the presence of any additional binding pockets. the cdk9:flavopiridol model clearly reveals a very tight binding of the inhibitor to the enzyme which may essentially inactivate the enzyme, in such scenery a competitive kinetic mechanism is possible. 50 the contact areas for the complexes of cdk2 and cdk9 with flavopiridol are 320 å2 and 332 å2 respectively, which may partially explain the lower ic50 value observed for cdk9. table 4 summarizes the some structural results and ic50 for cdk2 and cdk9 structures. the overall structure of the complex indicates that the flavopiridol is tightly bound to the atp-binding pocket and since no further binding sites were identified in the cdk9 structure we have strong structural evidence that flavopiridol is a competitive inhibitor with atp. table 4: summary of structural results for cdk2 and cdk9. the simple paradigm of the molecular fork, also identified in the cdk9 structure, suggests that cdk9 may also be strongly inhibited by other cdk2 inhibitors, such as roscovitine, olomoucine, and staurosporine. further inhibition experiments may confirm this prediction. figure 5 shows a schematic diagram for this molecular fork. it has been observed that the complex cdk9-cyclin t1 is a key factor in hiv-1 infection and flavopiridol blocks hiv-1 propagation in cultured cells. furthermore, it has been suggested that flavopiridol should be evaluated in aids therapy [9] so that the cdk9 structural model can be used for designing new active cdk9 inhibitors. figure 5: schematic diagram of the molecular fork. residues from i to i+2 are glu81, phe82, leu83 and asp89, phe90, cys91 for cdk2 and cdk9, respectively. interactions of roscovitine with cdk5 it was observed a total three hydrogen bonds between cdk5 and roscovitine, in binary model, involving the residues cys83, asp86, and gln130. for the cdk2:roscovitine model two hydrogen bonds involving the residue leu83 were observed. table 5 shows the intermolecular hydrogen bonds for both complexes. the higher number of intermolecular hydrogen bonds, observed in the cdk5:roscovitine complex, is probably due to the modification of his84 (cdk2) to asp in the cdk5 sequence, which allows an additional salt-bridge in the cdk5 structure, involving asp84 and lys20. this salt-bridge moves the inhibitor away from the molecular fork of cdk5, however keeping the intermolecular hydrogen bonds between the molecular fork and roscovitine. nevertheless, this movement brings roscovitine closer to the side chains of gln130 and asp86, allowing additional intermolecular hydrogen bonds. figure 6: superimposed binding pockets of cdk5:roscovitine complex (thick line) and cdk2:atp complex (thin line) (rmsd value for cα: 0.576å) table 5: intermolecular hydrogen bonds between cdk2 and roscovitine, and cdk5 and roscovitine. superposition of the cdk2:atp onto cdk5: roscovitine structure indicates that the two ring systems of roscovitine and atp overlap approximately in the same plane, however with different orientations. as observed for the crystallographic structure of the cdk2:roscovitine complex [16] the region of cdk5 occupied by the pheecl. quím., são paulo, 28(1): 45-53, 2003 51 nyl ring of roscovitine is pointing away from the atp-binding pocket, and partially exposed to solvent. figure 6 shows the atp-binding pocket for the complexes cdk2:atp and cdk5:roscovitine. interactions of flavopiridol and roscovitine with cdk1 a total of five hydrogen bonds between cdk1 and flavopiridol, involving the residues lys33, glu81, leu83, and asp146 were observed for the binary complex. table 6 shows the intermolecular hydrogen bonds for structure of flavopiridol complexed with cdk1. it was observed a total of four hydrogen bonds between cdk1 and roscovitine, in the binary model, involving the residues leu83, asp86, and gln132. for the cdk2:roscovitine model only two hydrogen bonds, involving the residue leu83, were observed. table 7 shows the intermolecular hydrogen bonds for cdk1: roscovitine complex. as observed in the crystallographic structure of cdk2:roscovitine [16], and for the cdk2: flavopiridol model [17] the region of cdk1 occupied by the phenyl ring of roscovitine and the chlorophenyl of flavopiridol is pointing away from the atp-binding pocket, and partially exposed to solvent in both complexes. table 6: intermolecular hydrogen bonds between cdk1 and flavopiridol. table 7: intermolecular hydrogen bonds between cdk1 and roscovitine. conclusions the overall structure of all complexes indicates that roscovitine and flavopiridol are tightly bound to the atp-binding pocket, and no further binding sites were identified in the cdk structures. the analysis of the structural models and activity experiments strongly indicates that the comparison of structures of different enzymes complexed with same inhibitor (roscovitine complexed with cdk1 and cdk2, and flavopiridol complexed with cdk1 and cdk2) can be used for a qualitative analysis of the activity of these inhibitors against different enzymes. furthermore, the molecular fork identified in cdk2 structures seems to be conserved in the cdk1, cdk5 and cdk9 models, and being also involved in hydrogen bonds with the inhibitors, this suggests that cdk1, 5, and 9 may also be strongly inhibited by other cdk2 inhibitors. further inhibition experiments may confirm this prediction. acknowledgments this work was supported by grants from fapesp (smolbnet – proc. n. 01/07532-0), cnpq, and capes. wfajr. is a researcher for the brazilian council for scientific and technological development (cnpq, 300851/98-7). canduri, f.; silveira, n. j. f. da; camera jr, j. c.; azevedo jr, w. f. de.estudo de bioinformática estrutural de quinases dependentes de ciclinas complexadas com inibidores. resumo o presente trabalho descreve modelos moleculares para os complexos binários cdk9, cdk5 e cdk1 complexados com flavopiridol e roscovitina. esses modelos estruturais indicam que os inibidores ligam-se fortemente ao sítio de ligação de atp das cdks e comparações estruturais dos complexos cdk2-flavopiridol e cdk2-roscovitina relacionam diferenças estruturais com diferenças na inibição dessas cdks por esses inibidores. essas estruturas abrem a possibilidade de testar novas famílias de inibidores, em adição aos novos ecl. quím., são paulo, 28(1): 45-53, 2003 52 substituintes para as estruturas já conhecidas, tais como flavonas e derivados de adenina. palavras-chave: cdk, flavopiridol, bio-informática, estrutura, desenho de drogas. references [1] alvarez, a.; toro, r.; cáceres, a.; maccioni, r. b. inhibition of tau phosphorylating protein kinase cdk5 prevents beta-amyloid-induced neuronal death. febs lett, v. 459, n. 3, p. 421-426, 1999. 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regeneração do catalisador quando se utiliza um sistema misto de agitação. palavras-chave: rutenioporfirina; catálise; cicloexano; oxidação; iodosilbenzeno; agitação abstract in this work, the complex (carbonyl)[tetrakis(5,10,15,20-ortho-bromophenyl)porphyrin]ruthenium(ii) was synthesized and its behavior as catalyst was investigated in the oxidation of cyclohexane by iodosylbenzene. the influence of the stirring (mechanical and ultrasound) of the system was investigated and the results demonstrated good efficiency, selectivity and regeneration of the catalyst, when a mixed system of stirring was used. keywords: rutheniumporphyrin; catalysis; ciclohexane; oxidation; iodosylbenzene; stirring. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso introdução o oxigênio molecular é um reagente abundante, sendo o mais atrativo agente oxidante, podendo ser utilizado em muitas reações de oxidação. contudo, o oxigênio molecular reage com a maioria dos substratos orgânicos, segundo um mecanismo radicalar, geralmente com baixa seletividade. este mecanismo radicalar pode ser eliminado pela ativação da molécula de dioxigênio, através da sua complexação a um centro metálico. na natureza esta ativação ocorre pela complexação de um ou dois átomos de oxigênio à enzimas monooxigenases, como o citocromo p450, que contém a ferro(iii)-protoporfirina |x. tentando mimetizar as funções demonstradas por estes tipos de enzimas, metaloporfirinas sintéticas envolvendo os metais da primeira e segunda série de transição foram sintetizadas e testadas como catalisadores, dentre elas as rutenioporfirinas13. nos organismos vivos a introdução de um átomo de oxigênio em um substrato (reação de oxigenação) é realizada por enzimas da família do citocromo p450. cada enzima contém a ferro(iii)-protoporfirina ix como sítio ativo onde, após a redução, o oxigênio molecular é coordenado ao ferro em um mecanismo complicado. a espécie de alta valência feiv=o(porf+�) é favorecida pela doação de elétrons de um grupo tiolato de um resíduo de cisteína da cadeia protéica, que ocupa um sítio de coordenação axial do metal. a figura 1 mostra o ciclo catalítico do p45014. a partir destas descobertas o estudo de reações envolvendo sistemas modelo dos citocromos p450 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 muito se desenvolveu sendo que várias foram as tentativas de se mimetizar suas funções. vários esforços foram realizados na segunda metade do século passado no sentido de se desenvolver sistemas modelos eficientes, baseados na utilização de metaloporfirinas (com propriedades similares ou melhores que as da ferro(ii)-protoporfirina |x), com o intuito de se mimetizar as funções de transporte de oxigênio ou elétrons observadas na natureza. a importância e o desenvolvimento da oxidação catalítica, representada e inspirada nos citocromos, em especial o p450, foi tão expressiva que a partir da década de 80 periódicos de destaque internacional se voltaram à publicação de tal assunto11, 12, 15, 19. entre estes catalisadores biomiméticos que visam "imitar" as funções do citocromo p450 se encontram as metaloporfirinas, tanto em sistema homogêneo como heterogêneo. a similaridade das metaloporfirinas com as heme enzimas foi, e continua sendo, a força motriz para o estudo de reações catalisadas por metaloporfirinas. o primeiro sistema descrito por groves7 em 1979, mimetizando o ciclo catalítico do citocromo p450, conseguiu a epoxidação de olefinas e hidroxilação de alcanos, através de um ciclo catalítico curto envolvendo um doador de oxigênio (figura 2). neste sistema foi utilizado iodosilbenzeno como doador de oxigênio na presença de um catalisador relativamente simples, o cloreto de [(5, 10, 15, 20tetrafenil)porfirinato] ferro(iii), que é facilmente preparado pela reação de metalação da 5, 10, 15, 20-tetrafenil–21h,23h-porfirina, que por sua vez é preparada pela reação de condensação entre pirrol e benzaldeído. com a introdução deste doador de oxigênio pode-se estudar um ciclo catalítico onde várias etapas do ciclo original puderam ser suprimidas. a descoberta de que o ciclo longo do p450 poderia ser evitado com o uso de doadores de oxigênio deu um grande impulso no desenvolvimento de sistemas modelos funcionais para o p450. isto ocorre porque o oxidante ativo deve ser formado diretamente com a utilização do doador de oxigênio (equação 1). http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#eq01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 esse sistema, em que se usou o cloreto de [(5, 10, 15, 20-tetrafenil)porfirinato]ferro(iii), foi capaz de reproduzir a maioria das reações conduzidas pelo citocromo p450, pelo menos a partir de um ponto de vista qualitativo. o principal problema encontrado com sistemas similares usando iodosilbenzeno ou outros doadores de oxigênio, como o hipoclorito de sódio, por exemplo, e tais catalisadores simples, como cloreto de [(5, 10, 15, 20-tetrafenil)porfirinato]ferro(iii) ou cloreto de [(5, 10, 15, 20-tetrafenil)porfirinato] manganês(iii), que mais tarde foram chamados de catalisadores de primeira geração, é a rápida degradação oxidativa dos anéis porfirínicos sob as fortes condições oxidativas usadas nas reações. embora o cloreto de [(5, 10, 15, 20tetrafenil)porfirinato]ferro(iii) seja a ferroporfirina sintética mais simples, sistemas catalíticos envolvendo tal complexo continuaram a ser estudados e trouxeram contribuições para o entendimento do mecanismo de ação das metaloporfirinas19. desta forma, muito se investiu, em termos de pesquisa, no ciclo catalítico curto do p450. vários outros doadores de oxigênio foram estudados como o peróxido de hidrogênio13, por exemplo, onde se pode observar como diferença principal entre um ciclo catalítico e outro uma maior ou menor destruição do catalisador em função do poder oxidante da espécie doadora de oxigênio. a figura 3 apresenta o ciclo catalítico curto do p450 onde o peróxido de hidrogênio é utilizado como doador de oxigênio. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 complexos rutenioporfirínicos, assim como seus análogos de ferro e manganês, se mostram catalisadores cada vez mais hábeis em reações de oxidação de substratos orgânicos como fosfinas, fenóis, álcoois, aminas, tioéteres e fosfitos, epoxidação de olefinas além de oxidação de hidrocarbonetos saturados. desde 1970 os trabalhos envolvendo rutenioporfirinas se multiplicam intensamente, demonstrando suas habilidades como "complexos modelos" em potencialmente substituir enzimas que, na indústria, são utilizadas em processos de oxidação3, 14, 21, 22. materiais e métodos depois de sintetizados, purificados e caracterizados, baseando-se nos métodos de ando1, lindsey10 e shanmugathasan17, o ligante tetrakis(5, 10, 15, 20-orto-bromofenil)-21h, 23h-porfirina foi metalado com rutênio baseando-se nos métodos descritos por bonnet3, collman6, e vitols20. após a purificação e caracterização, o complexo (carbonil)[tetrakis(5, 10, 15, 20-ortobromofenil)porfirinato]rutênio(ii) foi utilizado como catalisador na reação de oxidação de cicloexano como mostra a figura 4, onde os produtos desta reação foram analisados por cromatografia gasosa. todas as análises cromatográficas foram realizadas usando-se o método do padrão interno (utilizouse n-octanol como padrão) onde uma alíquota de solução com concentração conhecida (10–2 mol l1) do padrão, era adicionada ao frasco reacional segundos antes da primeira injeção de cada amostra. foi utilizado cromatógrafo shimadzu modelo gc-l7a, interfaceado a um microcomputador, por meio de cbm102 shimadzu, equipado com detector de ionização de chama, e coluna capilar de 25 metros de comprimento e 0,22mm de diâmetro, preenchida com fase polar cbp20. todos os reagentes (hplc) utilizados na reação catalítica foram utilizados sem prévia purificação. o doador de oxigênio (iodosilbenzeno) apenas foi titulado por processo iodométrico para determinação de sua pureza, uma vez que todos os cálculos de rendimento catalítico foram baseados nele e não no substrato. todos os testes catalíticos para a determinação das melhores condições de catálise, incluindo os http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 próprios ensaios catalíticos, foram realizados em frascos especiais para a reação, de vidro, que foram vedados com tampa com septo de teflon interfaceado com silicone. o complexo porfirínico e o doador de oxigênio, após serem pesados, foram colocados no frasco reacional sendo desaerados por 30 minutos. os solventes e o substrato, previamente desaerados, foram adicionados ao frasco especial, nesta ordem, por meio de microseringa. a figura 5 mostra esquematicamente o frasco especial para reação e o sistema utilizado para desaerar o diclorometano (solvente da reação) e o cicloexano (substrato). para que as melhores condições de catálise fossem estabelecidas, realizou-se uma bateria de testes envolvendo variações na proporção molar entre o complexo porfirínico e o doador de oxigênio (iodosilbenzeno) além de variação na forma de agitação do sistema (mecânica, sonicação ou sonicação seguida de mecânica, em diversos tempos). resultados e discussão a tabela 1 apresenta os resultados de catálise variando-se as relações molares entre o catalisador e o iodosilbenzeno, utilizando-se somente 30 minutos de agitação mecânica. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 a tabela 2 apresenta os resultados de catálise variando-se as relações testadas utilizando-se 30 minutos de sonicação como forma de agitação do sistema. observa-se pelos dados relatados nas tabelas 1 e 2 que tanto agitando-se a reação por sonicação ou mecanicamente a melhor relação molar entre o complexo e o doador de oxigênio foi a de 1 para 5. apesar da alta seletividade para formação dos produtos, a agitação por sonicação se mostrou menos eficiente neste tempo, pois apresentou menor rendimento porcentual total (cicloexanol + cicloexanona). com base nestas observações foram realizados experimentos com diferentes tempos de agitação (tabela 3) para a relação 1 para 5, a fim de verificar os melhores tempos para serem utilizados nas agitações. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 analisando-se os dados representados na tabela 3 se pode observar que melhores rendimentos são obtidos com um menor tempo de sonicação e maior tempo de agitação mecânica. com base nesta observação realizou-se experimentos onde se fixou a relação molar entre o catalisador e o doador de oxigênio em 1 para 5 sob 1 minuto de sonicação variando-se o tempo de agitação mecânica. os dados são apresentados na tabela 4. salienta-se que os dados representados nessa tabela foram obtidos de experimentos independentes, uma vez que o tempo decorrido entre uma análise cromatográfica e outra foi de aproximadamente 15 minutos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 o gráfico 1 mostra os resultados pertinentes à tabela 4, para a relação molar 1 para 5 (catalisador/doador de oxigênio), onde se pode observar que o máximo de formação de produtos começa a ocorrer com 60 minutos de agitação mecânica se mantendo constante a partir daí. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#grf01 com base nos resultados da tabela 4, representados no gráfico 1, pode-se observar que com 1 minuto de sonicação e 30 minutos de agitação mecânica se tem uma melhor seletividade para a formação de cicloexanol (relação de cicloexanona/cicloexanol de 1 para 3,7) porém, no tempo de 1 minuto por sonicação e 60 minutos de agitação mecânica se tem maior rendimento total (cicloexanol + cicloexanona = 114%). tais dados são importantes industrialmente visto que para a formação do náilon-66 podem ser utilizadas misturas de cicloexanol e cicloexanona, porém preferese cicloexanol por ser facilmente levado a ácido adípico (precursor do náilon 66)9,16 percebe-se em todos os resultados que cicloexanona é formada em menor proporção durante as reações catalíticas. a formação preferencial do álcool pode ser explicada pela possibilidade desta reação envolver, pelo menos em parte, um mecanismo radicalar. ciuffi5 propõe em sua tese de doutoramento que radicais r· , provavelmente originados do solvente da reação, podem reagir com oxigênio molecular (podendo existir na forma de traços no meio reacional) ou até mesmo com o doador de oxigênio, com subseqüente intermédio do catalisador porfirínico, formando a espécie ro· que interage com o substrato formando o álcool correspondente ao substrato. tal proposta é mostrada na figura 6. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#grf01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 o mecanismo, proposto por ciuffi5, pode servir como parâmetro para se propor um semelhante envolvendo os resultados obtidos com rutenioporfirinas. tal mecanismo envolveria, provavelmente, a formação de intermediários ruiv, por exemplo, como sugeridos por meunier12 ou bressan4 ou ainda sheldon18. a figura 7 mostra uma proposta de mecanismo para explicar a formação preferencial de cicloexanol. salienta-se que se trata de uma proposição embasada na literatura 4, 6, 12-14, sendo que sua confirmação necessitaria de estudos específicos de intermediários de reação que não foram realizados neste trabalho. com relação a recuperação do catalisador, experimentos envolvendo a medida de absorbância do http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200030&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 complexo, na região do ultravioleta-visível, constataram um percentual de 95% de recuperação do catalisador. tal resultado se mostrou muito bom demonstrando que, nas condições utilizadas, o catalisador sofre pouca degradação. conclusões as conclusões que se podem apresentar de acordo com a análise dos resultados são: • a melhor relação molar entre o catalisador e o iodosilbenzeno foi a de 1 para 5; • este catalisador se mostrou mais seletivo para a formação de cicloexanol quando se utiliza 1 minuto de sonicação; • combinando-se a sonicação e a agitação mecânica (1 e 30 respectivamente), obtêm-se uma melhora no rendimento total porém tem-se menor seletividade; • quando se utiliza 1 minuto de sonicação e 60 minutos de agitação mecânica, observa-se maior porcentagem de formação de produtos; • o catalisador possui uma taxa de recuperação de 95% quando se utiliza 1 minuto de sonicação e 30 minutos de agitação mecânica. agradecimentos: cnpq e fapesp referências bibliográficas 1. ando,a; kumadaki, i. progress on the syntheses of fluorine analogs of natural porphyrins 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termogravimetria e titulação complexométrica com edta. palavras–chave: termogravimetria (tg); benzalpiruvatos; lantanídeos; ítrio. introdução a síntese de compostos envolvendo lantanídeos e ítrio com ligante fenil substituído, derivado do benzalpiruvato, vem sendo realizado no laboratório de análise térmica ivo giolito (latig) no instituto de química de araraquara. esses compostos são estudados utilizando-se basicamente a termogravimetria (tg), a calorimetria exploratória diferencial (dsc) e a complexometria com edta. a partir de trabalhos já realizados, envolvendo alguns desses compostos, procurou-se fazer comparações com os dados obtidos pela termogravimetria (tg) com relação a etapa de desidratação, etapas referentes a decomposição térmica do composto, os teores dos íons metálicos e os percentuais obtidos por titulação complexométrica de modo a possibilitar algum tipo de correlação. a figura 1 apresenta as estruturas dos ligantes utilizados na síntese dos compostos. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back métodos de caracterização termogravimetria (tg) as curvas tg e dtg dos compostos de lantanídeos e de ítrio, envolvendo os ligantes 4-cl-bp, 4meobp, cp e dmcp foram obtidas com o emprego de um termoanalisador ta4000 system, da mettler, dotado de uma microbalança m3 com capacidade máxima para 150 mg e sensibilidade de 1 mg; forno tg50 capaz de operar até 1.000 oc, controlado por um microprocessador tc-11, com uma impressora epson fx-800 acoplada. utilizaram-se razão de aquecimento de 5 a 20 oc min-1, atmosfera dinâmica de ar sintético de 150 ml min-1 e cadinho de a-alumina. para os 4-dimetilaminobenzalpiruvatos de lantanídeos e ítrio utilizou-se uma termobalança tgs-2 da perkin-elmer corporation, capaz de operar até a temperatura de 1.000oc. utilizou-se razão de aquecimento de 20oc min1, atmosfera dinâmica de ar sintético de 5 ml min-1 e cadinho de platina. para todos os compostos analisados, utilizou-se massa de aproximadamente 7 mg. complexometria com edta os teores dos íons metálicos ln (iii) e y (iii) dos compostos foram também determinados por meio de titulação complexométrica com edta, segundo método descrito por ionashiro et al.1 para o preparo das soluções contendo os íons a serem determinados, pesaram-se de cada um dos compostos, utilizando-se uma balança analítica com precisão de 0,1 mg. após as pesagens, os cadinhos contendo os compostos, foram calcinados até temperatura de 900oc com isoterma de 20 minutos, em uma mufla edgcon 3p programada para o aquecimento a uma razão de 20oc min-1, em presença de atmosfera estática de ar, sendo então os compostos convertidos em seus respectivos resíduos finais (óxidos ou oxicloretos). para a dissolução de cada resíduo, utilizou-se ácido clorídrico concentrado. esta foi realizada sob aquecimento utilizando-se um béquer de forma alta com capacidade para 500 ml coberto com vidro de relógio. após evaporação do ácido, adicionou-se pequena quantidade de água e esperou-se evaporar o excesso de ácido, mas evitando crepitações. este procedimento foi repetido até eliminação do ácido em excesso. resultado e discussão termogravimetria a figura 02 apresenta o gráfico comparativo mostrando a etapa de desidratação para os diferentes compostos de lantanídeos e ítrio. observou-se que os 4-clorobenzalpiruvatos de lantanídeos apresentaram temperaturas de perda de água de hidratação inferiores aos demais com valores variando de 112 a 138oc correspondendo de 1,5 a 2,5 mols de água. para os compostos das terras céricas, a temperatura máxima de perda de água foi 138oc. a medida que a série dos lantanídeos foi percorrida, ocorreu de um modo geral diminuição nesta temperatura, não possibilitando nenhuma correlação uma vez que a variação não foi constante. para os 4-dimetilaminobenzalpiruvatos de lantanídeos e ítrio a perda de água ocorreu até 170oc correspondendo a maior temperatura para a etapa de desidratação entre esses compostos, e envolveu a saída de 2 mols de água. nos compostos com o ligante 4-metoxibenzalpiruvato as temperaturas de desidratação ocorreu de 110 a 165oc com a liberação da água variando de 1 a 2 mols. os cinamalpiruvatos e os 4-dimetilaminocinamalpiruvatos de lantanídeos apresentaram temperaturas de liberação de água variando de 130 a 158oc (1,5 a 2,4 mols) e 146 a 174oc (3,0 a 4,5 mols), respectivamente. as figuras 03 a 07 são representações gráficas indicativas das diferentes etapas de decomposição térmica obtidas pelas curvas tg e dtg dos compostos sintetizados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig7 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 os 4-dimetilaminobenzalpiruvatos de eu, gd, ho, er e y apresentaram até seis etapas de perdas de massa com formação de resíduo em temperaturas acima de 600oc . os compostos de ce, pr e tb apresentaram apenas 4 etapas com formação de resíduo final em 460, 580 e 580oc, respectivamente. para estes compostos não ocorreu a formação de dioxicarbonatos. este fato está relacionado com a oxidação desses íons na formação dos respectivos óxidos, ceo2, pr6o11 e tb4o7, cujo calor liberado, provocou a queima total do ligante, não permitindo a formação de compostos intermediários3. para os 4-clorobenzalpiruvatos de lantanídeos e ítrio a segunda etapa de perda de massa ocorreu até 400oc, com exceção do composto de cério (350oc). esse fato evidencia o processo de oxidação do ce 3+ a ce4+, tornando essa 2a etapa de decomposição térmica mais rápida. a temperatura de obtenção do resíduo final das terras céricas apresentaram valores pouco variáveis, indicando praticamente a mesma estabilidade dos compostos finais. nos compostos de la, ce, pr, nd, sm e eu a temperatura de formação do resíduo final ocorreu em torno de 550oc, enquanto que para os demais compostos uma terceira etapa de perda de massa foi observada antes da obtenção do resíduo final. os resíduos finais foram obtidos em temperaturas entre 728 a 896oc. para os 4-metoxibenzalpiruvatos de lantanídeos e ítrio, após a etapa de desidratação, verificou-se a decomposição térmica dos compostos anidros em dois ou três eventos consecutivos com perdas parciais características de cada composto. na última etapa de decomposição térmica com exceção do ce(4meobp)3, ocorreu a decomposição do dioxicarbonato. os resíduos foram formados entre as temperaturas de 410 e 895oc.4 nos cinamalpiruvatos de lantanídeos e de ítrio a decomposição térmica dos compostos ocorreu basicamente em quatro etapas. os resíduos finais foram obtidos em temperaturas variando de 807 a 893oc. no composto de cério a formação do ceo2 ocorreu em 394oc em correspôndência ao observado em outros compostos devido ao processo de oxidação do ce3+ para ce4+.5 os 4-dimetilaminocinamalpiruvatos de lantanídeos e ítrio apresentaram basicamente de duas a quatro etapas de decomposição térmica. para os compostos de la, nd, sm, eu e gd ocorreu evidência de formação quantitativa de dioxicarbonato . os demais decompõem-se aos respectivos óxidos, sem a formação desse intermediário2. complexometria a complexometria com edta é uma das técnicas clássicas mais utilizadas na determinação dos íons metálicos devido principalmente a seletividade desse agente complexante a grupos de metais em razão do ph do meio. as figuras 08 a 12 são representações gráficas dos teores obtidos através das curvas tgs e da complexometria com edta para os íons lantanídeos e ítrio nos diferentes compostos estudados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig12 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig8 para os 4-dimetilaminobenzalpiruvato de lantanídeos e ítrio, observa-se discrepâncias nos teores obtidos através das curvas tgs e da complexometria com edta. os resultados obtidos por termogravimetria apresentaram valores inferiores e não compatíveis em relação a titulação complexométrica. essas discrepâncias, parecem ser devido aos resultados obtidos pelas curvas termogravimétricas utilizando-se do registrador x-y do equipamento tgs-2. a figura 09 apresenta os teores para os íons metálicos nos 4-clorobenzalpiruvatos de lantanídeos e ítrio. nas terras céricas não observou-se diferença significativa nos resultados obtidos a partir das curvas tg e complexometria, provavelmente devido a maior estabilidade apresentada pelos resíduos finais desses compostos. os valores comparativos entre os resultados mostraram uma diferença significativa nos compostos de eu, gd, tb e dy. estes foram maiores quando obtidos por complexometria. isso está relacionado provavelmente a formação de diferentes resíduos finais. considerando-se por exemplo a formação de tbocl e tb4o7, em que o percentual para o térbio é de 75,54 e 81,00 %, respectivamente. o resíduo obtido na termogravimetria foi caracterizado como oxicloretos para os compostos de la, pr, nd, sm, eu, gd, tb, dy, ho e tm. para os compostos de ce, er, yb, lu e y ocorreu a formação de óxido. a metodologia utilizada para a realização da complexometria provavelmente interfere na obtenção do resíduo final quando comparado com os obtidos pela termogravimetria. tomando-se como base o composto de térbio, foi observado que a coloração do resíduo obtido para o composto na termogravimetria e complexometria foi marrom-claro e marrom-escuro, respectivamente. essa última coloração é característica do tb4o7. esse fato sugere que a diferença nos valores obtidos é ocasionado pela diferença dos resíduos finais provenientes das diferentes metodologias utilizadas. para os compostos de 4–metoxibenzalpiruvato, cinamalpiruvato e 4-dimetilaminocinalmapiruvato de lantanídeos e de ítrio verificou-se uma excelente concordância entre os valores obtidos por termogravimetria e titulação complexométrica com edta confirmando a confiabilidade dos resultados obtidos pelas curvas tgs. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig9 conclusão as temperaturas observadas na etapa de desidratação para os diferentes compostos variaram de 110 a 174oc, indicando perdas de 1,0 a 4,5 mols de água . esse fato evidencia um caráter aleatório para a liberação da água entre os compostos avaliados. pelos gráficos apresentados, pode-se verificar os diferentes comportamentos térmicos dos compostos. para todos os compostos de cério observou-se uma menor temperatura de formação do seu respectivo óxido (350 a 460oc) em relação aos demais, evidenciando a liberação de energia provocado pela oxidação do ce 3+ a ce 4+. em virtude das diferentes condições (razão de aquecimento, fluxo de ar e geometria do forno) utilizadas na obtenção das curvas tgs para os compostos avaliados e considerando-se que os intervalos de temperatura em que ocorrem os processos de decomposição térmica são influenciados por tais condições não foi possível estabeler uma correlação da estabilidade térmica dos compostos. a partir dos dados dos teores do íons metálicos obtidos por termogravimetria e titulação complexométrica observou-se a alta confiabilidade dos resultados obtidos por tg, caracterizando-a como uma técnica rápida, precisa e eficiente. agradecimento os autores agradecem pelo auxílio financeiro recebido da fapesp (processo no 97/01538-0). fernandes, n. s. et al. comparative study between some lanthanides and yttrium compounds involving different ligand phenyl-substituted derivatives of benzylidenepyruvate in the solid state. ecl. quím. (são paulo), v.24, p.91-102, 1999. abstract: in the present work the thermal decomposition step of some lanthanides and yttrium compounds involving different ligand phenyl-substituted derivatives of benzylidenepyruvate was appraised by thermogravimetry (tg). a correlation about the metal ions content was made by comparision of the results obtained by tg and edta complexometry. keywords: termogravimetry (tg); benzylidenepyruvate; lanthanides; yttrium. referências bibliográficas 1 ionashiro, m., graner, c.a.f., zuanon netto j. titulação complexométrica de lantanídeos e ítrio. eclet. quim. (são paulo), v.8, p.29–32, 1983. 2 leles, m.i.g., preparação, caracterização e estudo do comportamento térmico dos 4dimetilaminocinamalpiruvatos de lantanídeos e de ítrio no estado sólido, araraquara, 1995, 82p. tese (doutorado em química analítica), instituto de química. universidade estadual paulista. 3 miyano, m.h. preparação, caracterização e estudo do comportamento térmico de 4dimetilaminobenzalpiruvatos de lantanídeos (iii) e ítrio (iii) no estado sólido, araraquara, 1990. 93p. dissertação (mestrado) instituto de química. universidade estadual paulista. 4 oliveira, l.c.s., melios, c.b., spirandeli crespi, m., ribeiro, c.a., ionashiro,m. thermochimica acta (amsterdam), v.219, p.215–24, 1993. 5 oliveira, j.d.s, preparação, caracterização e estudo do comportamento térmico dos cinamalpiruvatos de lantanídeos (exceto pm) e de ítrio, no estado sólido. araraquara, 1996. tese (doutorado), instituto de química. universidade estadual paulista. recebido em 2.2.1999. aceito em 4.3.1999. * doutorada do departamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil. ** departamento de química analítica instituto de química unesp 14801-970 araraquara sp brasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701999000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.24  são paulo  1999 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701999000100007  eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100007 electrometric investigations on the formation of cerium(iii) tungstates as a function of ph shiva prasad* andré luiz fiquene de brito* ana cristina silva muniz* valderí duarte leite** abstract: the course of reaction between cerium(iii) nitrate and different sodium tungstates (na2wo4, na10w12o41 and na6w12o39) has been followed by means of ph and conductometric titrations between the reactants at different ph levels, in aqueous and alcoholic media, with each of the reagents alternatively used as titrant. the electrometric experiments provide definite evidence of the formation of normal-ce2o3.3wo3 and para 5ce2o3.36wo3 tungstates of cerium in the vicinity of ph 6.2 and 5.3. the formation of normal tungstate is almost quantitative and the ph titrations offer a simple means for determination of cerium(iii) or tungstate solutions at suitable concentrations and ph range. keywords: tungstates, cerium(iii), electrometry. introduction in aqueous solutions molybdates, tungstates, vanadates, and to smaller extent, niobates, tantalates, and chromates, undergo complex hydrolysis-polymerization reactions upon acidification. the major species generated by such reactions are isopolyanions, of which cr2o7 2-, and heptamolybdate, mo7o24 6-, are well-characterized examples7. there is no doubt that the formation of isopolytungstates on acidification of the solutions of normal tungstate, wo4 2-, is the most complex and the least understood system5. the difficulties are at least three fold. firstly there is the instability to obtain well-defined crystalline salts with many of the isopolytungstate anions, and http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#notas hence the structural basis remains somewhat speculative. secondly many workers have used solutions containing buffers, many of which contain anions that preferentially form complexes with the tetrahedrally coordinated normal tungstate rather than the octahedrally coordinated polytungstates. thirdly the rates of formation of some isopolytungstates are very slow2,3. despite extensive investigations the problem of number and composition of the polymeric species has not been completely solved. it is reported4,6 that even in a solution initially containing only orthotungstate and acid may exist eight types of species with h+:wo4 2ratio as 1:3, 2:3, 7:6, 3:2 and 2:1. the degree of aggregation in solutions increases as the ph is lowered, and numerous tungstates m2 io.nwo3.mh2o, differing in the value of n, have been reported from the solutions at different ph’s1. in earlier publications the authors have reported the effect of ph variation on tungstate anions10 and formation of different chromium tungstates12. in view of the interesting results obtained it was considered worthwhile to investigate the composition of cerium tungstates obtained by action of ce3+ on different tungstate anions at specific ph levels by means of electrometric techniques, which have provided conclusive evidences on thiotungstates9, thiomolybdates8, molybdates14 and vanadates13 experimental na2wo4.2h2o, ce(no3)3, hno3 and ethanol of extra-pure grade were used, and their solutions were prepared with deionized distilled water. concentration of the sodium tungstate solution was further verified by tannin-antipyrine method16a. the variations of ph of na2wo4 solutions were obtained by progressive additions of determined quantities of nitric acid10. the ph-meter, conductometer, electrodes and titration cells were used as reported earlier11. stoichiometric points in ph titrations were obtained from the sharp inflections in the titration curves. conductivity values after correcting for dilution effect were plotted as a function of ml of titrant solution added and the end-points were judged from the breaks in titration curves. 25.00 ml of solution was taken in the cell each time and thermostated at 25.0± 0.1oc. the same strengths of solutions were employed in both the techniques for the sake of comparison of results. the electrometric titration results are summarized in table 1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 analytical investigations were also carried out with a view to substantiate the electrometric results. different cerium tungstates were precipitated by mixing solutions of sodium tungstate at specific ph levels 8.0, 5.9 and 4.0 with cerium nitrate. tungsten16a was determined as oxinate and cerium16b volumetrically. from the proportions of cerium and tungsten in the compounds thus obtained their composition was established. the results are summarized in table 2. results and discussion the solution of na2wo4 was prepared in deionized distilled water. when nitric acid is gradually added to na2wo4 solution, it changes to sodium paratungstate na10w12o41 and metatungstate na6w12o39 around ph 5.9 and 4.0 corresponding to the ratios 6w:7h and 6w:9h, respectively10. fig. 1 illustrates the curves of ph and conductometric titrations of na2wo4 solution with nitric acid. the ph titration curve shows two inflections at 6w:7h and 6w:9h corresponding to the http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 formation of na10w12o41 and na6w12o39, respectively. the position of the inflections is further checked by the curve of dph/dv. similar results are obtained by conductometric titrations (fig. 1). the stepwise degradation of na2wo4 by the gradual addition of hno3 can be represented by the following equations10: 12na2wo4 + 14hno3 = na10w12o41 + 14nano3 + 7h2o 12na2wo4 + 18hno3 = na6w12o39 + 18nano3 + 9h2o cerium normal tungstate figures 2 and 3 illustrate the curves of the ph and conductometric titrations performed between the solutions of the normal tungstate and cerium nitrate. in direct titrations (fig. 2), when ce(no3)3 solution (ph 4.6) was added to the na2wo4 solution (ph 8.0) a sharp fall in ph was noted with an inflection at molar ratio of ce3+:wo4 2as 2:3 in the vicinity of ph 6.2, corresponding to the stoichiometry for the formation of cerium tungstate, ce2o3.3wo3. this sharp fall in ph occurs because of the presence of unreacted acidic (ph 4.6) ce(no3)3 in the cell just after completion of precipitation of cerium tungstate. in reverse titrations (fig. 3), when na2wo4 solution was added to the cerium nitrate solution, the ph first changed very slowly, but at the end-point it jumped upwards corresponding to the formation of the same compound in accordance with the following equation: 2ce(no3)3 + 3na2wo4 = ce2o3.3wo3 + 6nano3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 employing similar concentrations of the reactants, both direct (fig. 2) and reverse (fig. 3) conductometric titrations between the solutions of ce(no3)3 and na2wo4 gave well-defined breaks at 2:3 molar ratio of ce3+:wo4 2-, confirming the stoichiometry for formation of the cerium http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 tungstate ce2o3.3wo3, as suggested by the ph study. cerium paratungstate the solution of sodium paratungstate, na10w12o41, was prepared by addition of nitric acid to na2wo4 in the molar ratio 7:6. figures 4 and 5 illustrate the changes occurring in ph and conductance when ce(no3)3 solution (ph 4.6) is treated with na10w12o41 solution (ph 5.9). in direct titrations (fig. 4) when ce(no3)3 solution was added from microburette to na10w12o41 solution, a gradual change in ph was observed till at the stoichiometric end-point (the stage at which the reaction ends if simple double decomposition takes place), a sharp fall in ph was noted with the inflection corresponding to the molar ratio of ce3+:w12o41 10as 10:3, suggesting the formation of cerium paratungstate 5ce2o3.36wo3 in the vicinity of ph 5.3. in case of reverse titrations (fig. 5) the first addition of na10w12o41 solution to ce(no3)3 caused a slight decrease in ph till about half the volume of titrant required for the precipitation of cerium paratungstate was added. this initial lowering in ph value was due to the presence of hydrolyzed acid from the cerium salt. later on, with the progress of the reaction, ph began to rise and a pronounced upward jump was obtained at the stoichiometric point corresponding to the formation of cerium paratungstate. employing similar concentrations of the reactants a series of direct (fig. 4) and reverse (fig. 5) conductometric titrations were performed between the solutions of ce(no3)3 and na10w12o41. the titration curves provide well-defined breaks at a point where the molar ratio of ce3+:w12o41 10is 10:3 (table 1), thus confirming formation of the paratungstate as suggested by the ph study. the appreciable increase in conductance values in the initial stage of the inverse titration (fig. 5) provides strong support to the observation noted in the reverse ph titrations. the formation of the paratungstate can be represented as follows: 10ce(no3)3 + 3na10w12o41 = (5cr2o3.36wo3) + 30nano3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig04 the reaction between cerium nitrate and sodium metatungstate, na6w12o39, has also been studied by ph and conductometric titrations but curves did not exhibit sharp inflections and breaks. this may be ascribed to the small difference in ph values of the reactants and the presence of nano3 in appreciable amounts preventing the occurrence of breaks in the conductometric titration curves. it was noted that after each addition of the titrant, it takes a little time for the ph and conductance values to become steady. a thorough stirring in neighborhood of the equivalence point has a favorable effect. the presence of ethanol (20%) improves position of the end-point and increases magnitude of the jump in ph curves, as it decreases solubility of the precipitates formed and minimizes hydrolysis and adsorption. for this reason all the titrations were performed in presence of 20% ethanol. the precipitation of normal tungstate was found to be almost quantitative. the titrations are simple and rapid and offer a quantitative method for determination of cerium(iii) or tungstate solutions at suitable concentrations and ph range. analytical results the results of the quantitative elemental analysis of the precipitates were used to calculate the proportions of the elements present in the compounds. from these proportions, the composition of the compounds was established which was found to be the same as obtained by the electrometric techniques (see table 2). the present electrometric and analytical investigations confirm the formation and precipitation of two cerium tungstates, viz. normal-ce2o3.3wo3 and para-5ce2o3.36wo3 in the vicinity of ph 6.2 and 5.3, respectively. as structure of these compounds is not known they are represented as double oxides, the manner which is usually adopted for such compounds15. acknowledgement the authors are indebted to the cnpq for financial assistance. prasad, s. et al. investigações eletrométricas sobre a formação de tungstatos de cério(iii) em função do ph. ecl. quím (são paulo), v.25, p. 2000. resumo: através de técnicas eletrométricas envolvendo titulações potenciométricas e condutométricas entre os reagentes, foi estudada a reação do nitrato de cério(iii) com diferentes tungstatos de sódio (na2wo4, na10w12o41 e na6w12o39) em níveis diferentes do ph, em meios aquoso e alcoólico, com cada reagente usado alternadamente como titulante. os resultados obtidos fornecem definitivas evidências de formação dos normal-ce2o3.3wo3 e para-5ce2o3.36wo3 tungstatos de cério nas vizinhanças de valores de ph iguais, respectivamente, 6,2 e 5,3. a precipitação do tungstato normal de cério foi quase quantitativa e as titulações potenciométricas oferecem um método simples para determinação de cério(iii) ou tungstato nas soluções a concentrações e faixa do ph apropriadas. palavras-chave: tungstatos; cério(iii); eletrometria. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100007&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 references 1. cotton, f.a., 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depto. de física e matemática, ffclrp, universidade de são paulo, av. bandeirantes 3900, ribeirão preto (sp), 14040-901, brasil † corresponding author. fax: +55 16 633-8151; e-mail: herepo@ffclrp.usp.br abstract: the effect of water molecules on the conductivity and electrochemical properties of vanadium pentoxide xerogel was studied in connection with changes of morphology upon thermal annealing at different temperatures. it was demonstrated that the conductivity was increased for the samples heated at 150oc and 270oc compared to the vanadium pentoxide xerogel. it was also verified a stabilization of electrochemical processes of the insertion and de-insertion of lithium ions the structure of thermally annealed vanadium pentoxide. keywords: vanadium pentoxide xerogel; conductivity; x-ray diffraction; electrochemistry. introduction vanadium pentoxide xerogel can be produced by sol-gel process and exhibits a layered structure, which is suitable for intercalation chemistry with a variety of inorganic and organic species maintaining its basic structural integrity during the course of reactions [1-4]. in addition, the conductivity of vanadium pentoxide xerogel enables its utilization in many systems such as rechargeable cathodic material, electrochromic devices, and electrochemical sensors [5-7]. the conduction in this transition metal oxide can be explained by thermally activated electron hopping between metallic centers in different oxidation states: hopping of unpaired electrons between viv and vv ions [8-11]. moreover, such gels can also be considered as hydrated oxides, and the ionic contribution to overall conduction arises from hopping of protons through the layered structure of vanadium pentoxide xerogel. thus, the conduction within the xerogel is also determined by the intercalated water content [12-15]. concerning the application of this material in secondary battery cathodes, vanadium pentoxide xerogel films allow the intercalation of lithium ions to maintain the electroneutrality of the system because electrons are also introduced during the intercalation reaction [6]. however, the process of lithium diffusion into the vanadium pentoxide structure is limited by solvent exchange [16], changes in volume and mechanical stress, as well as steric hindrance that induce the decrease of its charge-discharge capacity normally observed after some cycles, limiting the rechargeability [17]. in this context, the present work reports the effects of thermal annealing on electrochemical and conductivity properties of vanadium pentoxide xerogel films prepared by polymerizing decavanadic acid. in addition, the structural features as well as morphology of the samples were also investigated. experimental reagents and synthesis of v 2 o 5 .nh 2 o the vanadium pentoxide gel was prepared by ion exchange method as reported in the literature [1,8]. sodium metavanadate (fluka) was dissolved (4,25g) in 250 ml of deionized water and the 8 ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 resulting solution was eluted through an ion exchange column (h+ form, dowex-50x). a pale yellow solution of polyvanadic acid was obtained and, after several days, a red polymerized v 2 o 5 .nh 2 o gel was formed by polycondensation at room temperature [1,8]. the films were obtained by the slow evaporation of the gel on a glass plate or on an ito electrode at room temperature (25oc) and in air, leading to a xerogel. the thickness of the films ranged from 2.0 ìm to 5.0 ìm and it was estimated using the optical fringe interference method [18,19]. thermal annealing was done in air at constant temperature (150oc, 270oc and 600oc) for 15 min. the compositions of the samples used in conductivity and electrochemical studies were determined by thermal analysis: 1v 2 o 5 ·2.1 h 2 o (without thermal treatment, sample a 25 ); 2v 2 o 5 ·1.1 h 2 o (thermal treatment at 150ºc, sample a 150 ); 3v 2 o 5 ·0.32 h 2 o (thermal treatment at 270ºc, sample a 270 ); 4v 2 o 5 (thermal treatment at 600ºc, sample a 600 ). equipment and procedure the x-ray diffraction (xrd) data were recorded on a siemens d5005 diffractometer using a graphite monochromator and cuk a emission lines. the samples, in film form, were obtained on a glass plate and the data were collected at room temperature over the range 2o £ 2q £ 50o. the transmission electronic spectra (ultraviolet/visible spectra) were recorded on a varian cary 50 spectrophotometer with the samples formed on a quartz plate (also used as the reference). scanning electron microscopy (sem) studies were carried out on a zeiss dsm 940 microscope, operating at 20 kv. electron paramagnetic resonance (epr) spectra were obtained at room temperature using a computer interfaced varian e-4 spectrometer operating at 9.5 ghz (x band) and the sample (in film form) was placed in a quartz sample-holder. the infrared spectra were recorded from 2000 cm-1 to 400 cm1 on a bomem mb-100 ft-ir spectrometer. the films were dispersed in kbr and pressed into pellets. the thermogravimetric data were registered on a thermal analyst equipment model 2100-ta in air atmosphere and at a heating rate of 10oc min-1. dc conductivity was measured as a function of temperature from 150k to 350k. measurements were done with samples in film form and were performed in an evacuated chamber using a dc bias of 1 v between silver electrodes. when the samples were thermally treated, the conductivity measurements were performed as soon as the samples left the furnace in order to avoid re-hydration. electrochemical experiments were carried out with an autolab (ecochemie) model pgstat30 (gpes/fra) potentiostat/galvanostat interfaced to a computer. the conventional three-electrode arrangement was used, consisting of an ito supporting electrode, a platinum wire auxiliary electrode and saturated calomel electrode (sce) as reference electrode. a 0.1 moldm-3 solution of liclo 4 in acetonitrile was used as electrolyte. experiments were carried out in deoxigenated solutions and at room temperature. results and discussion x-ray diffraction (xrd) patterns for vanadium pentoxide xerogel in the as grown and thermally annealed states are shown in figure 1. for samples treated at 150oc and 270oc (figures 1b and 1c), the diffraction patterns present peaks, which are broad and have low intensities, suggesting a decrease in crystallinity after thermal treatments. the xrd pattern for the sample treated at 600oc (figure 1d) is characteristic of crystalline v 2 o 5 phase. the shifts of 001 diffraction lines to higher 2q values, shown in figure 1, indicate a gradual decrease of the interlayer spacing: v 2 o 5 .2.1h 2 o 1.28 nm; v 2 o 5 .1.1h 2 o 1.21 nm; v 2 o 5 .0.32h 2 o 1.14 nm; v 2 o 5 0.42 nm. the decrease in interlamellar spacing is related to the release of intercalated water. for the sample a 600 , it was verified a complete dehydration process. in addition, it should be noted that even with the thermal treatment at 270oc, the vanadium pentoxide lamellar structure is preserved; probably because of the remaining strongly bonded water molecules that are involved in the formation of the polyoxovanadate network. 9ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 the infrared spectra of the v 2 o 5 xerogel and of the samples submitted to thermal annealing are illustrated in figure 2. the strong and characteristic peaks around 1012 cm-1, 763 cm-1 and a broad one at 515 cm-1 have been ascribed to the stretching vibration of the vanadyl group, the in plane and out-of plane v-o-v vibrational modes associated with the v-o bridges, respectively [2022]. the ftir spectra of the samples a 25 and a 150 (figures 2a and 2b) present a weak peak at 923 cm-1 and two shoulders at 715 cm-1 and 678 cm-1 that are not observed in the spectrum of crystalline v 2 o 5 solid. these bands are likely to be related to water molecules bonded to the vanadium pentoxide polymeric chain. the weaker peaks (715 cm-1 and 678 cm-1) could be related to hydrogen bonding with oxygen atoms of vanadyl group and, the band at 923 cm-1 can be assigned to the v– oh 2 stretching vibrational mode indicating the formation of coordination bonds with vanadium atoms of vanadyl groups in the interlamellar domain [23,24]. these results are in agreement with xrd data, i.e., when the sample is heated the interlayer water is released resulting in a smaller interlamellar distance until a new phase is formed, anhydrous v 2 o 5 . figure 1: x-ray diffraction patterns of the hydrated vanadium pentoxide matrix sample a 25 (a) and of the samples after thermal treatment at different temperatures: sample a 150 (b), sample a 270 (c) and sample a 600 (d). figure 2: ftir spectra of the hydrated vanadium pentoxide matrix sample a 25 (a) and of the samples after thermal treatment at different temperatures: sample a 150 (b), sample a 270 (c) and sample a 600 (d). 10 ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 figure 3 shows scanning electron micrograph images of the v 2 o 5 xerogel before and after the thermal annealing at different temperatures. the sem image of the hydrated vanadium pentoxide matrix (figure 3a) indicates the presence of a network of chains interconnected randomly [3,25]. an interesting point is that, despite the thermal treatment at 150oc and 270oc (figures 3b and 3c, respectively), the samples retained the initial morphology of the v 2 o 5 xerogel with no drastic distortions in the polymeric chains. on the other hand, the sem image of the sample submitted at 600oc shows how the morphology changed dramatically from a network of chains to a noncontinuous surface formed by stick-like microcrystallites with 20 mm 30 mm of length. figure 3: scanning electron micrographs of the sample a 25 (a), sample a 150 (b), sample a 270 (c) and sample a 600 (d). figure 4 shows the evolution of epr spectra obtained at room temperature for the samples before and after thermal treatment at different temperatures. for the sample without thermal treatment (figure 4a), the epr spectrum shows the characteristic profile that arises from the unpaired 3d electron (v(iv), s=1/2, i=7/2) localized around vanadium centers that results in a hyperfine structure in an axially distorted crystal field [8,26]. after thermal treatment, a broadening of the signal can be observed up to 270oc (figures 4b and 4c). this effect can be explained by the reduction of vv to viv which enhances the spin-spin exchange interaction, i.e., as the content of viv increases the hyperfine epr interactions tend to disappear. by comparison with previous results reported in literature [24], it can be inferred that after the thermal treatment at 270oc the ratio of viv/(vv + viv) is at least 16%. it should be noted that for the highest annealing temperature no epr signal was observed (figure 4d), which is an indication of the oxidation of viv centers during the crystallization process. 11ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 the electronic spectra of the vanadium pentoxide xerogel and of the samples submited to heating are shown in figure 5. the uv/vis spectra of the vanadium pentoxide xerogel and of the sample heated at 270oc shows an absorption band at 384 nm attributed to vanadium (v)-oxide charge transfer (ct) transition [4,8]. this transition intensity decreases upon thermal treating, suggesting that upon heating vv centers are reduced to viv. this result in is agreement with that reported in the literature, i.e., dehydration of v 2 o 5 .nh 2 o gels leads to some reduction of vanadium ions [1,27]. whereas, for the sample treated at 600oc, the intensity of ct band increased with a bathochromic shift, indicating the oxidation of vanadium viv sites, in good agreement with the epr results. figure 4: epr spectra at room temperature of the sample a 25 (a), sample a 150 (b), sample a 270 (c) and sample a 600 (d). figure 5: uv/vis spectra of the sample a 25 (00000), sample a 150 (00000), sample a 270 (00000) and sample a 600 (00000). 12 ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 thermal annealing affects the electrical conductivity, as shown in figure 6. the conductivity increases upon thermal treatment up to 270oc: the room temperature conductivity changed from 2.23±0.04 x10-2 (w cm)-1 to 3.80±0.07 x10-2 (w cm)-1 for the sample treated at 270oc. the activation energy also changed from 0.29±0.03 ev in v 2 o 5 .2.1h 2 o to 0.24±0.02 in v 2 o 5 .0.32h 2 o. on the other hand, it was verified a decrease in conductivity for anhydrous v 2 o 5 (4.07±0.08 x10-3 (w cm)-1). the changes observed in conductivity (figure 6) may arise from different factors: from the small polaron model [28], the activation energy (w) of the conductivity at higher temperatures reflects the contributions from the polaron binding energy, the structural disorder, as well as the transfer integral (the coupling potential between two hopping sites). in the case of v 2 o 5 xerogel, it is especially difficult to separate these contributions to the activation energy, which can vary from 0.17 ev to 0.65 ev [29]. higher activation energy is normally attributed to the disorder term. in our system, the disorder has indeed increased with the heating as shown by xrd data (figure 1) and sem images (figure 3), which clearly does not explain the decrease in activation energy for samples heated by 270oc. thus, assuming that the small polaron hopping model is valid, which may not be the case since our samples are clearly inhomogeneous, a possible explanation comes from a change in the potential barrier sensed by the electron due to the increase in the density of viv sites as verified by epr and electronic spectra (figures 4 and 5, respectively), i.e., an increase of smallpolaron transfer from one vanadium ion to another [8,11,30]. another interesting point is that the sem images did not show any drastic changes in the film morphology for treatments up to 270oc (figures 3a-3c). however, for higher treatment temperatures crystalline v 2 o 5 domains appeared (figure 3d). therefore, from a morphological point of view, it is not expected that treatments below 270oc should influence the conductivity as a consequence of loss in polymeric chains connectivity. however, for treatments above 270oc the decrease in conductivity for anhydrous vanadium pentoxide could be related to changes in the film structure and the formation of aggregates consisted of small and large particles that reduce the connectivity of the sample. figure 6: temperature dependence of the electrical conductivity of the hydrated vanadium pentoxide matrix and of the de-hydrated samples after thermal treatment at different temperatures: a 25 ( ), sample a 150 ( ), sample a 270 ( ); and sample a 600 ( ). 13ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 from what is found in the literature [1,8,31], we can assume that viv center is surrounded by six oxygen ions and presents a similar structure with the vanadyl ion (vo2+), which has a short double bond perpendicular to four vo coplanar bonds. it also has a sixth weak bond with a water molecule oxygen localized at the opposite side of v=o. in addition, vanadium pentoxide gels are made of polymeric species containing negative charged ribbons represented by v-oh bonds and that the electric neutrality of the compound is maintained with h 3 o+ species [6,27]. in this picture, a possible explication for the slight increase of viv centers with the increase of the temperature comes from the oxidation of ohforming molecular oxygen as shown in the following reactions [27]: 2 oh→ h 2 o + ½ o 2 + 2e(1) 2 v5+ + 2e→ 2 v4+ + h 2 o + ½ o 2 (2) 2 v5+ + 2 oh→ 2 v4+ + h 2 o + ½ o 2 (3) another explication is that during heating under oxygen containing atmosphere and in presence of water molecules, viv sites are created together with anion vacancies: o2ions and hydroxyl groups on oxygen sites [32]. it should be noted that some reports demonstrated that the conductivity of vanadium pentoxide films is determined by intercalated water molecules content [12-15]. the release of water molecules induced the decrease of conductivity and the effect was more pronounced when strongly bonded water molecules were removed. in other words, it was proposed that the electrical conduction has the contribution of hopping of h+ through the hydrogen bonds, i.e., it occurs only when the neighboring water molecule takes suitable orientation to form hydrogen bonding [12-15]. cyclic voltammograms of the vanadium pentoxide xerogel after thermal annealing at 150oc are shown in figure 7. the cyclic voltammogram is similar to that of vanadium pentoxide xerogel without thermal annealing [3,4,6] and exhibits anodic and cathodic peaks in the potential range – 0.60v to +1.00v (sce). these peaks are ascribed to the vv/iv redox pair due to the insertion and deinsertion of lithium ions (xe+ xli+ + v 2 o 5 .nh 2 o d lixv 2 o 5 .nh 2 o) in two non-equivalent sites in the vanadium oxide xerogel [6,16,33]. the width and asymmetric pattern of waves can be related to heterogeneity of the film surface and to the low rate of electronic transfer [16,33]. figure 7: cyclic voltammogram of the vanadium pentoxide xerogel after the thermal annealing at 150oc. a 0.1 mol dm3 solution of liclo 4 in acetonitrile was used as electrolyte in the potential range +1.00v to 0.60v (sce) and v = 100mv/s. 14 ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 for vanadium pentoxide xerogel without thermal annealing [6,16,17], it is observed a pronounced decrease in total charge after several cycles. the origin of this effect can be credited to structural changes that results from either insertion and release of solvent during the lithium ion intercalation or the formation of lixv 2 o 5 stable crystalline phases, making the release of lithium ions to the supporting electrolyte solution more difficult [16,17]. on the other hand, for samples submitted to thermal annealing (shown in figure 7), an increase in stability is observed in the electrochemical response with a low decrease in total charge (d»13%), whereas for vanadium pentoxide xerogel the total charge can decrease up to 70% [4]. this variation could be related to either difference in the preparation of the material or water content and due to different synthetic procedures [1,6,16]. the higher stability during potential cycling can be a consequence of a better electromigration of solvated lithium ions during the intercalation and de-intercalation processes. the release of weakly bonded water molecules, probably results in a higher free volume within the interlamelar spacing that enable an easier intercalation and accommodation of the solvated ions. in addition, during the de-intercalation reaction, the release of solvated ions is also facilitated and hence offers a good cyclability to the oxide [34]. it should be noted that the electrochemical changes occurred in a material whose structural integrity was only slightly affected; x-ray diffractograms indicates a decrease in cristallinity and a decrease in interlamelar spacing after thermal annealing. another aspect to be noticed is that the stability of the charge/discharge process can be related to an enhanced li+ diffusion through the film due to a decrease in steric hindrance of water molecules into the vanadium pentoxide xerogel bi-dimensional structure. conclusions it was demonstrated that the conductivity and electrochemical properties of vanadium pentoxide films are dependent on water content. the removal of weakly bonded water molecules from vanadium pentoxide xerogel by thermal annealing at low heating rates results in an increase in conductivity with only small changes in morphology for temperatures up to 270oc. the release of water molecules by heating is responsible for a reduction of vv centers to viv, as demonstrated by epr and uv/vis spectra. thus, this set of experiments reveals that the conduction of this material is primarily determined by the hopping process of unpaired electron between viv-vv centers, while the contribution of proton hopping to the conductivity is not so decisive. in addition, the stabilization in lithium electromigration was observed after thermal annealing. acknowledgements this work was supported by fapesp (no. 01/01527-5). the authors thank c.a. brunello for epr and conductivity measurements. recebido em: 17/11/2004 aceito em: 10/01/2005 g. n. barbosa, c. f.o. graeff and h. p. oliveira. efeito do tratamento térmico nas propriedades dos filmes de pentóxido de vanádio xerogel. resumo: a influência da quantidade de água nas propriedades condutoras e eletroquímicas no pentóxido de vanádio xerogel foi estudada juntamente com as mudanças morfológicas com o tratamento térmico em diferentes temperaturas. foi verificado o aumento da condutividade para as amostras submetidas a 150oc e 270oc, quando comparadas com o pentóxido de vanádio xerogel sem o tratamento térmico. foi observada a estabilização do processo eletroquímico de intercalação e desintercalação de íons lítio na estrutura do óxido de vanádio após o tratamento térmico. palavras-chave: xerogel de pentóxido de vanádio; condutividade; difração de raios x; eletroquímica. 15ecl. quím., são paulo, 30(2): 7-15, 2005 references [18] f.j. anaissi, nanocompósitos de ftalocianinas e xerogéis de pentóxido de vanádio (v), thesis, universidade de são paulo, instituto de química, 1996. 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solution (160 g l-1 nacl + 150 g l-1 naoh) at different temperatures through steady-state polarization curves. the ni-cu-fe electrodes obtained with this bath have shown low overpotentials for the her, around 0.150 v at 353 k, and good stability under continuous long-term operation for 260 hours. one positive aspect of this cathode is that the polarization behavior of the material shows only one tafel slope over the temperature range of 298 – 353 k. keywords: hydrogen production; cathodes; electrolysis; chlor-alkali. introduction hydrogen is one of the most promising energy carriers that can be an alternative to fossil fuels. in industrial electrolytic cells, the formation of h 2 can arise either as the desired product in the case of water electrolysis or as a by product, e.g. as in the chlor-alkali process or in chlorate production. the cost of this hydrogen is still too high compared to that of the hydrogen obtained by reforming from hydrocarbon sources. there is no doubt that the electricity cost is the largest factor contributing to the cost of the electrolytic production of hydrogen, and it varies with the cell voltage. adequate electrolyser hardware design and operation allow a reduction of the cell voltage and thereby the production costs. in order to improve the electrolytic hydrogen production process, many attempts have been made to develop efficient and durable electrode materials for the hydrogen evolution reaction (her) in alkaline solutions[1]. nickel based electrodes are amongst the more active electrode materials for the her in alkaline solutions[1-7]. a combination of a large surface area with an enhanced catalytic activity, enables codeposits of ni with other metals such as co, zn or fe, to operate at overpotentials for the her close to 100 mv, well below the value of ~ 400 mv typically observed under industrial conditions[5-7]. it is known that the electrocatalytic activity for the her on metal and alloy electrodes is closely related to their surface and/or electronic properties[8]. in fact, several attempts have been made to relate the electrocatalytic activity of metals and alloys to their electronic structures[9]. among several other methods, x-ray absorption spectroscopy (xas) is a suitable tool to access important aspects of the electronic, geometric, and surface properties of pure metals and metal alloys. studies of x-ray absorption have been carried out on platinum and platinum based alloys directed to the electrocatalysis of the oxygen reduction and * e-mail address: mjgiz@iqsc.sc.usp.br 22 ecl. quím., são paulo, 28(2): 21-28, 2003 hydrogen oxidation reactions in acid media, which are important processes for several fuel cell technologies [10-11]. strong effects on the electronic charges in the pt-pt bond introduced by ru, sn, cr, v, co, etc., were observed in these studies. metal hydride electrodes of the type ab 5 for nickel-metal hydride batteries have also been studied [12-14]. it has been found that a larger ni d band vacancy is beneficial to increase the amount of hydrogen stored in metal hydride alloys [1214]. for the nickel electrode, very important information regarding the structure and electronic distribution on several kinds of nickel hydrous oxides has been reported [15-16]. these studies showed that xas is a very suitable technique for the study of catalysts, particularly to understand the role of the electronic structure, the environment surrounding minor constituents, and corrosion processes of the individual components. previous works conducted in this laboratory [3,4] have shown that ni-fe codeposits, after activation by partial oxidation in acid medium, present an enhanced activity for the her in strongly alkaline solutions. in those works, ni-fe codeposits were electroplated on mild steel using different electrodeposition baths and evaluated for the her in both water and chlor-alkali electrolysers. the ni-fe codeposits were found to have a good performance for the her for long-term operation, but the stability of the plating bath was very poor particularly, due to a predominant precipitation of fe(oh) 2 . this causes a rapid loss of bath activity resulting in higher costs for industrial application. in this work, a modified and optimized bath that is stable for several weeks without loss of the electrocataytic properties was developed for the preparation of ni-cu-fe electrodeposits. electrochemical studies were carried out by steadystate polarization measurements. x-ray absorption spectroscopy studies of the electrochemical codeposits were done to characterize the electronic (from x-ray near edge structure, xanes) and structural (from extended x-ray absorption fine structure, exafs) parameters of the metal codeposits with element specificity. experimental the electrodepositions of ni-cu-fe were carried out on mild steel substrates having an exposed area of 0.5 cm2. the composition of the steel (apart from fe) was: c= 0.102%, si=0.05%, mn=0.62%, p=0.09%, s=0.019% and mg=0.016%. before each electrodeposition, the surface of the substrate was polished with emery paper, treated in 10% hcl solution, and cleaned in pure water. ni, cu and fe were codeposited from an acetate bath containing 130 g l-1 of ni(ch 3 coo) 2 ; 10 g l-1 of feso 4 ; 0.22 g l-1 of cu(oocch 3 ) 2 ; 25 g l-1 of h 3 bo 3 and 0.75 ml l-1 of hconh 2 , under the following conditions: current density = 25 ma cm-2, temperature = 318 k, deposition time = 60 min, ph 3.2, counter electrode = nickel foil, with continuous stirring. after the depositions, the electrodes were partially activated in a 10% hcl v/v solution, by applying an anodic current density of 12 ma cm-2 for 15 seconds. for the xas experiments, the ni-cu-fe alloy samples were prepared using the same conditions for the codeposition of the metals, but on thin porous carbon paper substrates. also an eletroctroplated ni obtained from a watts bath (300 g/l of niso 4 .6h 2 o, 45 g/l nicl 2 .6h 2 o and 30 g/ l of h 3 bo 3 ) was prepared for comparison. the load of ni metals in the carbon paper was of the order of 5 mg cm-2. the electrochemical measurements were carried out in a three-compartment cell under galvanostatic steady state conditions. a platinum foil was used as auxiliary electrode and an hg/hgo/ ohsystem was used as reference electrode linked to the working compartment via a luggin capillary. a potentiostat/galvanostat par model 273a with ir compensation was used to record the polarization curves. the electrolyte solution was a mixture of 150 g dm-3 of naoh + 157 g dm-3 of nacl, called here “brine solution”. the working solutions were prepared with p.a. reagents and water purified in a milli-q (milli pore) system. the surface morphology of the ni-cu-fe electrodes was analyzed by scanning electron microscopy (sem) using a zeiss dsm 960 equipment. the ni and fe contents were determined by energy dispersive x-ray (edx) analyses with a limk qx 2000. the x-ray absorption data were collected in the transmission (ni and fe metals in the reference foils and ni in the samples) and fluorescence (fe in the ni-cu-fe samples) modes in the k edge of ni and fe. measurements were conducted at the xas 23ecl. quím., são paulo, 28(2): 21-28, 2003 beam line of the lnls national synchrotron light source, brazil. the data acquisition system for xas comprised three ionization detectors (incidence i o , transmitted i t , and reference i r ) and a fluorescence detector. the reference channel was employed primarily for internal calibration of the edge positions by using pure foils of the elements. air was used in the i o , i t , and i r chambers. owing to the low critical energy of the lnls storage ring (2.08 kev), third order harmonic contamination of the si(111) monochromatic beam is expected to be negligible above 5 kev [17]. the computer program used for the analysis of the x-ray absorption data was the winxas package [18]. the data analysis was done according to procedures described in detail in the literature [12,19]. briefly, the xanes spectra were first corrected for background absorption by fitting the pre-edge data (from -60 to -20 ev below the edge) to a linear formula, followed by extrapolation and subtraction from the data over the energy range of interest. next, the spectra were calibrated for the edge position using the second derivative of the inflection point at the edge jump of the data from the reference channel. finally, the spectra were normalized, taking as reference one of the inflection points of the exafs oscillations. the exafs oscillations were removed from the measured absorption coefficient by using a cubic spline background subtraction. next, the exafs were normalized, that is, converted to signal per absorbing atom dividing by the height of the absorbing edge given by the fitted spline function. fourier transforms of the exafs oscillations were obtained employing the hanning window, k2 weight, and the dk values were specified in the corresponding figures. results and discussion in order to improve the stability of the plating bath, ni-cu-fe electrodeposits were prepared using plating solutions with different phs, 1.2, 2.2, 3.2 and 5.2 while all other conditions were maintained the same as reported previously [4]. in all cases, except for ph 5.2, no evidence of precipitated iron hydroxide just after the electrodepositions were detected from visual analysis of the baths. in fact, a ph of 5.2 represents the unstable bath condition reported previously [4] for the preparation of ni-fe electrodeposits. electrochemical tests have shown that the best electrocatalytic activity for the her was obtained for the material prepared with the bath at ph 3.2. the comparison of the electrochemical behavior of the electrode materials obtained with the baths at ph 3.2 and 5.2 showed that the overpotential at a current density of 210 ma cm-2 for the first electrode was ~ 40 mv above the value obtained for the second one. as the properties of the electrodeposited material are very dependent on the electrodeposition parameters, these were also optimized to lower the overpotential for the her on the produced material. thus, for a bath with ph 3.2, the best conditions found were a current density of 20 ma cm-2 and 60 minutes of electrodeposition time. physical characterization the chemical composition of the electrodeposits prepared with a bath with ph 3.2, under optimized conditions, was determined by edx analysis and it was found that the ni-cu-fe surface composition is ni = 49, cu = 43 and fe = 8 atoms %. this result is very surprising and intriguing because of the high content of copper that appears homogenously distributed in the electrodeposit in spite of the very low concentration of the precursor in the electrodeposition bath. it is highly probable that the deposition of copper could be inhibiting the deposition of iron and resulting in the low content of this element (8 atom %). because of this result the codeposition of ni, cu and fe in the given bath can be classified as anomalous. figure 1 presents a scanning electron micrograph with a magnitude of 10000x for the ni-cu-fe surface just after the electrodeposition. it is observed a very rough surface with a cauliflower structure indicating that the electrodeposit has a larger area when compared with just the ni-fe material obtained by carvalho et al.[4] xanes spectra contain information on the local atom symmetry and density of states of metals and alloys. figures 2 and 3 show xanes spectra obtained at the ni and fe k edges, respectively, for the electroplated ni and ni-cufe electrodeposits and in figure 4 the 24 ecl. quím., são paulo, 28(2): 21-28, 2003 figure 1. scanning electron micrograph of the ni-cu-fe electrodeposit. 10000x. figure 2. xanes spectra at the ni k edges: ni foil; electroplated ni and ni-cu-fe alloy. figure 3. xanes spectra at the fe k edges: fe foil, feooh, and ni-cu-fe alloy. figure 4. exafs signal at ni (a) and fe (b) k edges: ni (dk = 3.99 12.51) and fe (dk = 4.18 11.12); ni-cu-fe (a: dk =3.97 12.13; b: dk = 3.98 11.12). 25ecl. quím., são paulo, 28(2): 21-28, 2003 corresponding results of the fourier transform of the exafs signals are shown. results for ni and fe foil are included for comparison. it is seen that at both ni and fe k edges the xanes spectra present an absorption pre-peak centered at 3 ev in whose inflexion point the zero of the energy scale (the edge energy) was fixed. for 3d-metals with cubic crystal symmetry such as ni, this pre-edge structure is due to electronic transitions from the 1s level to a series of p-like empty energy states in the metal d-band, just above the fermi level [12,13,20]. the hump at about 1520 ev above the edge can be associated to electron excitations from the 1s to higher energy p-states [13,20], but they may also correspond to the multiscattering of the incident beam by nearly located atoms in the metal crystal, as specifically interpreted for fe [14,21]. xanes at the ni and fe edges (fig. 2 and 3) indicate a reduction of the pre-peak intensity and an enhancement of the 4p-hump in the spectra of both atoms in the codeposit, as compared to those of the bulk elements. this provides an indication that there is a difference in the electronic structure and/or crystalline symmetry in the alloy in comparison with the pure metals. on the other hand, the exafs results obtained at the ni k edges (fig. 4a) show that the coordination numbers (intensity of the magnitude of the fourier transform) are smaller for the ni-fe alloy, compared to bulk ni, in accordance with the formation of a rough surface material, as observed in fig. 1. the ft features around 4 å (fig. 4) give evidences that the fe atoms are preponderantly incorporated in the fcc structure of ni, contrarily to the situation found in bulk fe for which the crystal structure is body centered cubic (bcc). the marked differences in the electronic properties and crystal symmetry of ni atoms between the ni-cu-fe alloy and pure ni are certainly due to the coordination with cu and fe, but there is also a possibility that the changes of the edge features may come from the coordination of ni or fe with some oxi-hydroxides, and this can be discussed taking into account the xanes spectrum of fe in a feooh sample shown in fig. 3. here, it is seen that the pre-peak is very weak, while the multi-scattering hump is very prominent, as usually observed for metal oxi-hydroxides [1516]. the behavior is quite different from that of fe in the ni-cu-fe sample, indicating that the fe atoms in the alloy are preponderantly in the metallic (reduced) form. by analogy, the same conclusion can be reached regarding the ni atoms. electrochemical characterization with the aim to checking the stability of the bath solution and the reproducibility of the nicu-fe codeposits, the electrodeposits were prepared using a fresh bath with ph 3.2 and also solutions that were left to stand for eight and fifteen days. the steady-state polarization curves for these ni-cu-fe electrodes are shown in figure 5. it can be seen that after 15 days the bath still maintains the plating properties and is capable of reproducing satisfactorily the electrodeposit, which behaves like a fresh bath. in this case, a very small amount of precipitate was observed in the solution after de electrodeposition procedure. experiments carried out with solutions left to stand for more than 15 days showed a loss of activity of the deposits. figure 5. tafel plots for the her on electrodeposited ni-cu-fe electrodes obtained in brine solution at 298k. the electrodes were prepared with the same bath but at different times after preparation, as indicated in the figure. the stability of the electrode material is also one of the important characteristics that must be established. thus, the stability was tested through long term working experiments, by operating the electrode at a constant current density of 210 ma cm-2 at 298 k in brine solution. the 26 ecl. quím., são paulo, 28(2): 21-28, 2003 corresponding dependence of the overpotential vs time is presented in figure 6, where it is observed that the ni-cu-fe electrode is very stable in the time frame of the experiment (260 hours). figure 6. continuous operation of the ni-cu-fe electrode at 210 ma cm-2 in brine solution at 298 k. in order to evaluate the effect of temperature on the electrocatalytic properties of the material, tafel plots for the her were obtained in brine solution in the temperature range 298 353 k. these results are shown in figure 7 and the corresponding electrochemical parameters for the her obtained from these plots are collected in table 1. it is interesting to note that at all temperatures the steady-state polarization curves show only one tafel slope in the current range 0.002 – 0.6 a cm-2. this slope is almost independent of temperature, contradicting the predictions of classical theories. this phenomenon has been observed for other materials [5] and has been discussed in terms of the entropic and enthalpic components of the activation energy [23]. also, this behavior is opposite to that observed by carvalho et al.[4] for ni-fe, who found two tafel slopes that had an inverse dependence with the temperature. from this, it can be concluded that the presence of cu induces some modifications of the intrinsic electrocatalytic characteristics of the electrodeposited material. figure 7. tafel plots for the her on ni-cu-fe electrodes obtained in brine solution at different temperatures. table 1. tafel parameters for the her on the ni-cu-fe electrode, obtained in brine solution. b: tafel slope. i o : exchange current density. h: overpotential. with the values of the exchange current density (i o ) from table 1, an arrhenius plot was constructed and an activation energy for the her of 50.7 kj mol-1 was obtained. this value is higher than that observed before for ni-fe [4] (35 kj mol1), but is similar to those observed for bright [24] and porous nickel [25] (41 kj mol-1 and 42 kj mol1 respectively), indicating similar catalytic activity. analyzing the values of the overpotential measured at a current density of 210 ma cm-2, an enhanced electrocatalytic activity to the her is observed for the ni-cu-fe codeposit. at 353 k (the operational temperature used in industrial electrolysers) the overpotential for the ni-cu-fe electrode is 249 mv lower than that of mild steel (404 mv), used in commercial unipolar electrolisers, and 19 mv lower than that of the previously obtained ni-fe material [4]. the values of the exchange current density (i 0 ) are higher for ni-cu-fe compared to ni-fe and this indicates that the poor intrinsic 27ecl. quím., são paulo, 28(2): 21-28, 2003 catalytic activity of this material is compensated by a larger improvement due to its larger surface area, as observed from the sem and exafs measurements. conclusions the stability of the electrodeposition baths developed to produce ni-cu-fe surfaces is very high, when low ph´s are used, and these baths can be used to produce codeposits with high activity for the her in brine solutions. the mechanistic aspects of the reaction on ni-cu-fe are different from those observed on ni-fe. in this sense, a positive aspect is the presence of only one tafel slope in the whole current range investigated, in contrast with ni-fe. it is also found that the larger active surface area is the main factor responsible for the enhanced activity of this material. the xray absorption spectroscopy measurements showed that the fe atoms are preponderantly incorporated in the fcc structure of ni, contrarily to the situation in bulk fe for which the crystal structure is body centered cubic (bcc) indicating the formation of a true alloy. acknowledgments. the authors wish to thank the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp), and the financiadora de estudo e projetos (finep), brazil, for financial support. m. j. giz, m. c. marengo, e. a. ticianelli, e. r. gonzalez. caracterização física e eletroquímica da liga ni-cu-fe para uso como cátodo de hidrogênio em células de cloro-soda. resumo: este trabalho descreve o desenvolvimento de um banho alternativo de acetato para a codeposição eletroquímica de eletrodos de ni-cu-fe em baixo ph, que é estável por várias semanas e produz eletrodos com bom desempenho para a eletrólise de cloro-soda. a caracterização física da superfície de eletrodo foi feita usando espectroscopia de absorção de raios x, microscopia eletrônica de varredura e análise dispersiva de energia. a avaliação do material como eletrocatalisador para a reação de desprendimento de hidrogênio (rdh) foi realizada em solução alcalina (160 g/l nacl + 150 g/l naoh) em diferentes temperaturas, através de curvas de polarização de estado estacionário. os eletrodos de ni-cu-fe obtidos com este banho apresentaram baixos sobrepotenciais para a rdh, em torno de 0.150 v a 353 k, e boa estabilidade sob condições de operação continuada por 260 horas. um aspecto positivo deste cátodo é que o comportamento de polarização do material apresentou somente um coeficiente de tafel no intervalo de temperatura de 298-353 k. palavras-chave: produção de hidrogênio; cátodos; eletrólise; cloro-soda. references [1] s. trasatti. electrocatalysis of hydrogen evolution progress in cathode activation. in: gerischer, h. and tobias, c. w. advances in electrochemical science and enginnering, vol. 2, weinheim, vch, 1991. 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oxigênio dissolvido, um mecanismo envolvendo 4 elétrons e associado com o processo redox fe(3+)tcpc/fe(2+)tcpc. palavras-chave: redução de oxigênio; metaloftalocianinas; eletrodos modificados. introdução a eletroquímica do oxigênio tem despertado o interesse de muitos grupos de pesquisa devido a sua importância no desenvolvimento de sistemas eletroquímicos para conversão e armazenamento de energia, como as células a combustível, baterias metal-ar e eletrolisadores, bem como em sínteses químicas, processos biológicos e de corrosão. assim, nas últimas décadas, particularmente motivado pelo desenvolvimento da tecnologia de células a combustível, muitos esforços têm sido dedicados ao estudo da reação de redução de oxigênio (rro) em soluções aquosas ácidas e alcalinas sobre diferentes materiais de eletrodo [1-15]. em eletrólitos ácidos, platina e ligas de platina ainda são consideradas as melhores opções para a redução de oxigênio, tanto em termos dos mais baixos sobrepotenciais desejáveis para promover a reação quanto da estabilidade requerida para operação como catodo em uma célula a combustível. apesar dos esforços, os desafios da complexidade cinética e da necessidade de superação de uma barreira de energia de ativação significativa ainda permanecem e requerem o desenvolvimento de catalisadores alternativos eficientes e de baixo custo, associados com informações mais detalhadas dos mecanismos reacionais envolvidos. neste sentido, muitos estudos da atividade eletrocatalítica de eletrodos de carbono e grafite modificados com macrociclos de metais de transição, particularmente, metaloftalocianinas e metaloporfirinas, para a redução de oxigênio em soluções aquosas têm sido realizados [16-35]. estes compostos pertencem a uma classe que fornecem oportunidades singulares para se examinar em detalhes os fatores envolvidos na ativação e * e-mail tanaka@ufma.br § dedicado ao prof. dr. ernesto rafael gonzález, iqsc-usp, pelas suas contribuições ao desenvolvimento da eletroquímica no brasil. 10 ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 posterior redução da molécula de oxigênio. tais fatores envolvem os efeitos associados com substituições nas posições axiais e periféricas do anel macrociclo, a natureza do centro metálico e o grau de conjugação do anel. estudos da reatividade destes compostos com a molécula de oxigênio também são importantes para esclarecimentos de processos biológicos, de fotossíntese e de catálise. adicionalmente, aspectos teóricos relacionados com este tema também despertam muita atenção, uma vez que permitem revelar o papel de efeitos localizado e coletivo, bem como estabelecer relações entre estrutura química e atividade catalítica. uma análise dos estudos das propriedades eletrocatalíticas dos eletrodos de carbono e grafite modificados com metaloftalocianinas e metaloporfirinas para a reação de redução de oxigênio em soluções aquosas [16-35] revelam que o metal de transição atua como o centro ativo e que a atividade eletrocatalítica depende principalmente das propriedades redox do eletrodo modificado, que muitas vezes não se apresentam explicitamente definidas e são inferidas de estudos realizados em solventes não aquosos. além disso, dentre os diferentes metais que a princípio podem ser incorporados como centros metálicos, cobalto e ferro têm se destacados como os mais promissores para utilizações em catodos de oxigênio, por suas atividades eletrocatalíticas e estabilidade apresentadas nos experimentos, principalmente em soluções aquosas alcalinas. enquanto a maioria dos complexos de cobalto catalisam a reação por meio de um processo envolvendo 2 elétrons e formação de peróxido de hidrogênio como principal produto (mecanismo peróxido), os de ferro são mais eficientes e promovem a redução através da transferência de 4 elétrons (mecanismo direto) e produção de água [2-4]. entre os estudos da atividade eletrocatalítica de eletrodos de carbono e grafite modificados com metaloftalocianinas de ferro para a redução de oxigênio [16-35] destaca-se o trabalho detalhado de zagal, bindra e yeager [33] com a ftalocianina tetrassulfonada de ferro, fetspc, um derivado solúvel em soluções aquosas e que se adsorve espontânea e irreversivelmente, a níveis de monocamadas, sobre superfícies de grafite pirolítico. os eletrodos assim preparados apresentaram picos voltamétricos bem definidos e associados com processos redox envolvendo o centro metálico, bem como alta atividade eletrocatalítica para a redução de oxigênio em soluções aquosas alcalinas, via mecanismo direto e envolvendo espécies fe(2+)tspc adsorvidas como eletroquimicamente ativas. apesar da baixa solubilidade das ftalocianinas e das dificuldades na preparação de derivados solúveis em água, kobayashi e nishiyama [32] investigaram a redução catalítica de oxigênio sobre eletrodos de carbono vítreo em soluções aquosas alcalinas contendo ~3x10-5 mol l-1 de ftalocianina tetracarboxilada de ferro, fetcpc (figura 1). os experimentos indicaram que a reação na presença de fetcpc em solução envolve 4 elétrons e processa-se segundo um mecanismo eletroquímico seguido de regeneração catalítica (ec) e envolvendo a formação de peróxido de hidrogênio como intermediário. uma vez que processos redox superficiais não foram observados, espectros ultravioleta-visível e de dicroísmo circular magnético (mcd) foram registrados e indicaram as espécies fe(2+)tcpc de baixo spin como as responsáveis pela eletrocatálise. todavia, com base no fato de que muitos estudos da redução de oxigênio catalisada por eletrodos modificados com ftalocianina de ferro, fepc, “adsorvida” apresentarem como espécies ativas os estados de spin intermediário e alto [35] e não o de baixo spin, kobayashi e nishiyama [32] concluíram que as deduções para os eletrocatalisadores adsorvidos muitas vezes não são necessariamente verdadeiras para os dissolvidos no eletrólito. figura 1. estrutura da ftalocianina tetracarboxilada de ferro (fetcpc). 11ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 por outro lado, experimentos realizados em nosso laboratório mostraram que, assim como o fetspc, o composto fetcpc também se adsorve irreversivelmente, a níveis de monocamadas, sobre superfícies de grafite pirolítico. esta observação pode ser atribuída à presença de diferentes grupos funcionais presentes na superfície do grafite pirolítico [36] que, muito provavelmente, em contraste com o carbono vítreo, conferem propriedades adsortivas adequadas para metaloftalocianinas e metaloporfirinas. assim sendo, o presente trabalho foi elaborado com o propósito de se realizar um estudo sistemático das características eletroquímicas do derivado fetcpc adsorvido na superfície do grafite pirolítico sem a sua presença na fase solução. além disso, com base no estudo detalhado realizado com fetspc [33], comparar as propriedades eletrocatalíticas destes compostos adsorvidos para a redução de oxigênio em soluções aquosas alcalinas, uma vez ambos apresentam múltiplos picos voltamétricos na região de potenciais da redução de oxigênio. procedimento experimental os experimentos eletroquímicos foram realizados em uma célula convencional de três compartimentos e utilizando-se um eletrodo de referência de calomelano saturado (ecs), adquirido da analion comércio e indústria ltda. (ribeirão preto – sp, brasil), e um eletrodo auxiliar de platina (~2 cm2 de área geométrica) da heraeusvectra do brasil ltda. (são paulo sp, brasil). o eletrodo de trabalho foi confeccionado na forma de eletrodo de disco rotatório, a partir de um cilindro de grafite pirolítico ordinário (“ordinary pyrolytic graphite”), da union carbide co. (cleveland ohio, usa), moldado em resina epóxi (maxepoxi ind. e com. ltda, são paulo – sp, brasil), de modo a expor o plano basal (“basal plane”) com uma área geométrica de ~0,2 cm2. para simplificação, este eletrodo será denominado eletrodo de grafite e denotado como gpb. antes de cada experimento, o eletrodo gpb foi tratado com lixa de carbeto de silício de granulação 600 da 3m do brasil (são paulo – sp, brasil) e posteriormente imerso, por cerca de cinco minutos, em água sonicada num sistema modelo t7 da thornton-impec eletrônica ltda. (vinhedo – sp, brasil). as medidas eletroquímicas foram realizadas com o auxílio de um bipotenciostato modelo afrde5 da pine instruments co. (grove city – pa, usa) acoplado a um registrador x-y modelo 720m-30 da allen datagraph (new hampshire, usa). as velocidades de rotação do eletrodo de trabalho foram controladas por um sistema também adquirido da pine instruments co. e composto por um afasr rotator e um asr speed control. antes do início de cada medida, a solução de trabalho era submetida à passagem de n 2 ou o 2 na célula eletroquímica, por cerca de 30 minutos. estes gases tinham especificações de gases especiais analíticos 4.6 e 4.0, respectivamente, da white martins s.a (são luís – ma, brasil). todas as soluções foram preparadas de acordo com a literatura [37] e utilizando-se reagentes de grau analítico e água destilada e purificada num sistema milli-q academic adquirido da millipore do brasil s. a. (são paulo – sp, brasil). as seguintes soluções foram utilizadas: naoh (0,1 mol l-1 e 1,0 mol l-1); naoh/na 2 hpo 4 (ph 12,0); na 2 co 3 /nahco 3 (ph 10,0); naoh/h 3 bo 3 /kcl (ph 8,0); naoh/ kh 2 po 4 (ph 7,0); na 2 hpo 4 /nah 2 po 4 (ph 6,0); naoh/khc 8 h 4 o 4 (ph 4,0); hcl/ khc 8 h 4 o 4 (ph 2,0) e h 2 so 4 (0,05 mol l-1). os valores dos ph das soluções foram medidos em um phmetro modelo dmph-1 da digimed (são paulo sp, brasil). o complexo fetcpc foi gentilmente cedido pelo prof. dr. daniel scherson do department of chemistry da case western reserve university (cleveland – oh, usa). o método adotado para as modificações do eletrodo gpb com fetcpc foi o da adsorção irreversível [39]. para isto, o eletrodo gpb era imerso em uma solução 1x10-3 mol l-1 fetcpc em naoh 0,1 mol l-1 e deixado em contato por cerca de 10 minutos, sob uma rotação de 100 rpm. posteriormente, o eletrodo gpb modificado com fetcpc era lavado com água e imediatamente introduzido na célula eletroquímica. este procedimento é suficiente e adequado para a produção de eletrodos de grafite modificados com monocamadas de metaloftalocininas adsorvidas irreversivelmente [16,27,39]. 12 ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 resultados e discussão estudos voltamétricos das propriedades redox de eletrodos gpb modificados com fetcpc a figura 2 mostra os voltamogramas cíclicos registrados sobre o eletrodo gpb antes e após modificação com fetcpc em uma solução 0,1 mol l1 naoh saturada com n 2 . o eletrodo gpb apresentou um voltamograma sem a presença de processos de transferência de carga, ou seja, com correntes de natureza puramente capacitivas [40]. após modificação com fetcpc, o voltamograma apresentou quatro picos voltamétricos bem definidos e localizados próximos a -1,35 v (pico 1), -0,45 v (pico 2), -0,15 v (pico 3) e +0,40 v (pico 4). estes picos apresentaram uma dependência diretamente proporcional entre as correntes de pico catódica (i pc ) e anódica (i pa ) com a velocidade de varredura do potencial (v), bem como uma relação |i pc /i pa | » 1. além disso, a separação entre os potenciais dos picos anódico e catódico (de p ) foi sempre muito pequena, com valores menores ou iguais a 20 mv, inclusive para a mais alta velocidade de varredura do potencial utilizada. estas observações indicam que os picos voltamétricos apresentados pelo eletrodo gpb modificado com fetcpc correspondem a processos de transferência de carga envolvendo somente espécies adsorvidas [27,28,31,33,40]. os picos 2 e 3 têm sido reportados sobre eletrodos de carbono e grafite modificados com ftalocianina de ferro (fepc) [27,29,30] e seus derivados tetrassulfonatado (fetspc) [33] e octametoxilado (femeopc) [23], e associados a processos redox envolvendo o centro metálico, ou seja, fe(1+)/fe(2+) e fe(2+)/fe(3+), respectivamente. além disso, a presença dos picos 1 e 4 foi inicialmente registrado sobre fetspc [31] e posteriormente sobre o composto tetrapiridinoporfirazina de ferro (fetpypz) [28], sendo atribuídos a processos redox envolvendo o anel do macrociclo (pc), ou seja, fe(1+)pc(2-)/ fe(1+)pc(3-) e fe(3+)pc(2-)/fe(3+)pc(1-), respectivamente. figura 2. a) voltamogramas cílicos registrados sobre o eletrodo gpb antes (v=100 mv s-1) e após modificação com fetcpc (v=200 mv s-1). eletrólito: 0,1 mol l-1 naoh saturado com n2, b) dependência dos potenciais formais dos processos redox do fetcpc adsorvido sobre gpb com o ph da solução. temperatura ambiente. 13ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 para um dado pico voltamétrico, assumindo comportamento nernstiano ideal, a corrente de pico pi pode ser relacionada com a velocidade de varredura do potencial v pela equação [40]: γ    = av tr fn i p 4 22 (1) onde γ representa a concentração total de espécies adsorvidas sobre a superfície do eletrodo (mol cm2), a a área do eletrodo (cm2) e os outros termos tem seus significados usuais. a concentração total de espécies adsorvidas está relacionada com a carga q sob o pico voltamétrico pela equação [40]: γ= afnq (2) substituindo o produto a da equação 2 na 1 e rearranjando o resultado em uma maneira mais simples, é possível obter a expressão: ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = qfv itr n p4 (3) a partir desta equação e dos valores das cargas, calculadas com base nas áreas sob os picos voltamétricos da figura 2, os valores obtidos para n foram, em todos os casos, próximos a 1, ou seja, cada processo redox, muito provavelmente, envolve 1 elétron por molécula adsorvida. assim sendo e utilizando-se a equação 2 para o cálculo de espécies adsorvidas, foi encontrado um valor de aproximadamente 1,9x10-10 mol cm-2 para γ . este valor está bastante próximo dos valores 2,0x10-10 mol cm-2 reportados por van der putten e colaboradores [41] para fepc e 1,74x10-10 mol cm-2 obtido por zagal e outros [27] para diversas metaloftalocianinas, sob condições similares. além disso, se admitirmos que a molécula fetcpc possui uma área geométrica da ordem de 120 a 200 å2 por molécula [27,33,41] e que cada molécula adsorve com o plano do anel macrociclo paralelo à superfície do eletrodo, o valor calculado para g corresponde ao valor aproximado de 1 monocamada de espécies adsorvidas. a dependência dos potenciais formais oe dos processos redox do composto fetcpc adsorvido sobre gpb, mostrados na figura 2, foi estudada em função do ph da solução e os resultados são apresentados na figura 2. o pico 1 apresentou uma dependência da ordem de 60 mv para cada variação unitária de ph enquanto o pico 4 apresentou uma inclinação de 50 mv/ph em soluções alcalinas e em soluções ácidas o processo redox não foi observado. a concordância destes valores com o valor teórico de ~60 mv/ph, calculado a partir da equação de nernst, sugere que os processos envolvidos com os picos 1 e 4 e associados com a redução e oxidação do anel do macrociclo pc, respectivamente, são dependentes do ph do meio e envolvem um próton ou uma hidroxila para cada elétron da reação em questão. a seguir, as dependências dos picos 2 e 3 com o ph são abordados com maiores detalhes, pois são aqueles que envolvem o centro metálico e que estão diretamente associados com a atividade eletrocatalítica do eletrodo gpb/fetcpc para a redução de oxigênio. em soluções de ph<7, o pico 2 apresentou uma dependência de cerca de 60 mv/ph e, muito provavelmente, o processo redox esteja relacionado com a seguinte reação [28,31]: (h 2 o) 2 fe(2+)tcpc(2-) + e + h+ [(h 2 o) 2 fe(1+)tcpc(2-)]-h+ (4) para soluções de ph ³ 7, o potencial tornase independente da variação do ph do meio, e a reação pode ser descrita como [28,31]: (h 2 o) 2 fe(2+)tcpc(2-)] + e[(h 2 o) 2 fe(1+)tcpc(2-)](5) o pico 3 em soluções de ph variando de 4 a 14 apresentou uma dependência de 60 mv/ph (figura 3) e o processo redox associado, em meio alcalino, pode ser escrito na forma [28,31]: (oh)(h 2 o) fe(3+)tcpc(2-)] + e + h 2 o (h 2 o) 2 fe(2+)tcpc(2-)] + oh(6) 14 ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 para valores de ph menores ou igual a 3 não se observou uma variação do potencial, indicando que, nesse intervalo, o processo redox torna-se independente da concentração de prótons em solução [28,31]: (h 2 o) 2 fe(3+)tcpc(2-)]+ + e(h 2 o) 2 fe(2+)tcpc(2-) (7) estas reações assumem que o íon metálico possa estar hexacoordenado e, portanto, uma interação perpendicular do plano do macrociclo com a superfície do eletrodo. note, contudo, que um conjunto similar de equilíbrios poderia ser escrito se um sítio de coordenação estivesse ligado à superfície do eletrodo (orientação paralela) por meio de um átomo de oxigênio. neste caso, a interação do oxigênio axial com o eletrodo permaneceria intacta através de todos os estados de oxidação. além disso, que ambos fe(3+) e fe(2+) podem estar hexacoordenados mas que fe(1+) provavelmente esteja tetra ou pentacoordenado, dependendo da disponibilidade de ligantes “soft” [31]. estudos voltamétricos das propriedades eletrocatalíticas de eletrodos gpb modificados com fetcpc para a redução de oxigênio em soluções aquosas alcalinas a figura 3a apresenta os voltamogramas cíclicos da redução de oxigênio sobre o eletrodo gpb antes e após modificação com fetcpc, em uma solução 0,1 mol l-1 naoh. os comportamentos observados são típicos de um processo irreversível e mostram que após a modificação houve um aumento acentuado na magnitude da corrente, bem como um deslocamento do potencial inicial de reação para valores bem mais positivos, cerca de 200 mv. além disso, uma comparação destes resultados com os apresentados na figura 2a indicam que a corrente de redução de o 2 está diretamente associada com o processo redox fe(3+)tcpc(2-) / fe(2+)tcpc(2-), ou seja, que as espécies fe(2+)tcpc(2-) são as responsáveis pela atividade eletrocatalítica do complexo. voltamogramas cíclicos da redução do oxigênio sobre fetcpc em solução 0,1 mol l-1 naoh também foram registrados a diferentes velocidades de varredura do potencial. uma análise dos resultados mostrou uma dependência linear da corrente de pico i p com a raiz quadrada da velocidade de varredura do potencial v (figura 3b), bem como do potencial de pico e p com o log v (figura 3c). estas características são de um processo eletroquímico irreversível sob controle difusional e podem ser expressas pelas seguintes equações [40,41]: ( ) 2121 00 21 0 51099,2 να dcnn α×=ιρ (8) v n kep log 03,0 0     += α (9) onde 0c representa a concentração de o 2 no seio da solução; 0d o coeficiente de difusão do o 2 ; a a área do eletrodo; n o número total de elétrons envolvidos na reação; 0nα um parâmetro que reflete a irreversibilidade da reação; 0n o número de elétrons envolvidos na etapa determinante da velocidade da reação (e.d.v.) e k uma constante. a combinação da equação 9 com o coeficiente angular extraído da figura 3c permitiu calcular o valor de 0nα como sendo de ~0,535. a partir deste figura 3. a) voltamogramas cíclicos da redução de oxigênio sobre o eletrodo gpb antes e após modificação com fetcpc (v= 50 mv s-1) e dependências a) de i p com v e b) de e p com log v, para a redução de oxigênio sobre eletrodos gpb modificados com fetcpc. eletrólito: 0,1 mol l-1 naoh saturado com o2. temperatura ambiente. 15ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 valor e do coeficiente angular da figura 3b substituídos na equação 8 com 0c = 1,21x10-6 mol cm-3 e 0d = 1,90x10-5 cm2 s-1 [42,43], a 25 ºc e a = 0,2 cm2, o valor calculado de n foi de 3,7 indicando que a reação de redução de oxigênio catalisada pelo complexo fetcpc em soluções aquosas alcalinas está associada com um processo envolvendo 4 elétrons. neste sentido, experimentos de eletrodo de disco rotatório também foram realizados para a obtenção de maiores informações do mecanismo reacional envolvido, e os resultados são apresentados a seguir. estudos de eletrodo de disco rotatório para a redução de oxigênio sobre gpb modificado com fetcpc em soluções aquosas alcalinas a figura 4a apresenta uma curva de polarização, registrada a uma velocidade de rotação do eletrodo de 1600 rpm para a redução de oxigênio em solução 0,1 mol l-1 naoh sobre gpb modificado com fetcpc. esta figura também apresenta, para efeito de comparação, a curva de polarização registrada nas mesmas condições sobre o eletrodo gpb não modificado. após modificação da superfície gpb com fetcpc, um aumento significativo nas magnitudes das correntes de redução de o 2 e um deslocamento do potencial inicial de redução para valores bem mais positivos foram observados. o comportamento da curva de polarização pode ser descrita como composta de duas regiões: uma primeira região caracterizada por um acentuado aumento da corrente de redução a partir de -0,08 v até atingir um valor limite da ordem de -1,1 ma em potenciais próximos a -0,5 v; e uma segunda região, compreendida entre os potenciais -0,6 e -0,90 v, onde se observa um decréscimo da corrente de redução para valores próximos a -0,85 ma. assim como observado nos experimentos de voltametria cíclica, uma comparação da curva de polarização da redução de o 2 sobre fetcpc com as propriedades redox do complexo também sugere as espécies fe(2+)tcpc (pico 3 na figura 2a) como as responsáveis pela eletrocatálise da reação. as curvas de polarização apresentadas na figura 4a demonstram que o eletrodo gpb modificado com fetcpc apresenta atividade eletrocatalítica comparável à do eletrodo de platina (pt), que catalisa a reação segundo um mecanismo 4 elétrons [1-4], bem como muito superior à do substrato de grafite, que promove a reação de acordo com um processo envolvendo 2 elétrons e formação de peróxido de hidrogênio como principal produto [4,28]. além disso, uma comparação com as atividades eletrocatalíticas dos complexos fepc, fetspc e femeopc [23,27] (figura 4b) mostra que o fetcpc apresenta correntes catalíticas máximas em potenciais mais positivos. estas curvas de polarização apresentam uma região de correntes máximas ao invés de um verdadeiro patamar (“plateau”). o decréscimo na magnitude da corrente em potenciais mais negativos que -0,50 v pode ser atribuída a uma mudança na natureza química ou estrutura do catalisador durante a redução do oxigênio [28,34,44], uma vez que nesta região o processo redox fe(2+)tcpc/fe(1+)tcpc passa a ser operativo (pico 2 na figura 2a). esta mudança deve estar associada com um processo reversível pois as mesmas correntes máximas foram observadas quando o sentido da varredura do potencial foi revertida. na figura 5a são apresentadas as curvas de polarização da redução de o 2 sobre o eletrodo gpb modificado com fetcpc em solução 0,1 mol l-1 naoh para diferentes velocidades de rotação do eletrodo f. para um dado potencial, se uma cinética de primeira ordem com relação ao oxigênio dissolvido estiver envolvida, a corrente figura 4. curvas de polarização de estado estacionário para a redução de oxigênio sobre eletrodos a) pt e gpb antes e após modificação com fetcpc, e b) gpb modificados com fepc, fetcpc, fetspc e femeopc. eletrólito: 0,1 mol l-1 naoh saturado com o 2 . v= 10 mv s-1. f= 1600 rpm. temperatura ambiente. 16 ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 observada i está relacionada com ¦ pela equação [40,45,46]: 2/1 11111 fbiiii kdk +=+= (10) onde i k representa a corrente cinética (ausência de qualquer efeito de transporte de massa) e i d a corrente difusional limite, dada pela equação: 2 1 6 1 3 22/1 )20,0( fvcdafnfbi ood − == (11) onde n representa a viscosidade cinemática da solução e os outros termos possuem os mesmos significados mencionados anteriormente. assim sendo, gráficos de i-1 em função de f -1/2 (gráficos de koutecky-levich) foram construídos para diferentes potenciais e são mostrados na figura 5. na região de potenciais entre -0,25 v e -0,40v (figura 5b), a linearidade e o paralelismo das retas observados sugerem que a equação 10 é obedecida, ou seja, que a reação processa-se de acordo com uma cinética de primeira ordem em relação ao o 2 e um valor constante no número de elétrons envolvidos na reação nesta região de potenciais. o valor médio do parâmetro b, extraído a partir dos coeficientes angulares, resultou ser da ordem de 3,12x10-2 ma (rpm)-1/2. este valor está em boa concordância com o valor teórico 2,94x10-2 ma (rpm)-1/2, estimado para um processo obedecendo a equação 11, com n= 1,02x102 cm2 s-1 [15], 0c = 1,21x10-6 mol cm-3, 0d = 1,90x10-5 cm2 s-1 [41,42] a 25 ºc, a = 0,2 cm2, e assumindo n = 4. portanto, assim como observado nos dados de voltametria cíclica, os resultados de disco rotatório também indicaram que a reação de redução de o 2 sobre fetcpc em soluções aquosas alcalinas processa-se de acordo com um mecanismo envolvendo 4 elétrons por molécula reagente (mecanismo direto): o 2 + 2 h 2 o + 4 e 4 oh(12) o paralelismo das retas não foi mantido para potenciais entre -0,65 v e -0,85 v (figura 5c). os valores dos coeficientes angulares (1/b) figura 5. a) curvas de polarização de estado estacionário registrados a diferentes velocidades de rotação do eletrodo para a redução de oxigênio sobre gpb modificado com fetcpc. v= 10 mv s-1. b) e c) gráficos de koutecky-levich para diferentes potenciais da redução de oxigênio sobre gpb modificado com fetcpc. dados extraídos da figura 5a. eletrólito: 0,1 mol l-1 naoh saturado com o 2 . temperatura ambiente. 17ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 aumentam à medida que o potencial torna-se mais negativo, indicando que o mecanismo da redução via 4 elétrons deixa de ser operativo e passa a ser gradualmente substituído por um mecanismo envolvendo 2 elétrons, com a geração de peróxido como produto da reação: o 2 + h 2 o + 2 e ho 2 + oh(13) muito provavelmente, esta mudança no mecanismo está associada com o fato já mencionado de mudança na natureza química ou estrutura do catalisador durante a redução do oxigênio, com a interferência de espécies fe(1+)tcpc que não apresentam eficiência catalítica para a redução de oxigênio via 4-elétrons. a elaboração de um mecanismo para a reação eletródica com múltiplas etapas, como é a reação de redução de oxigênio, bem como a identificação da etapa determinante da velocidade da reação, depende da análise dos diagramas de tafel [28,33,40] que, para uma dada velocidade de rotação do eletrodo, expressam a variação do potencial e com o logaritmo da corrente i corrigida do efeito de transporte de massa, ou seja, na forma log[i d i/i d i]. o diagrama de tafel assim construído para a redução de o 2 sobre fetcpc em 0,1 mol l-1 naoh apresentou duas regiões lineares com coeficientes angulares da ordem de -50 mv década-1 para a região de potenciais localizados no início da reação e de -114 mv década1 para região de potenciais acima de -0,20 v. estes valores são próximos dos registrados para os derivados fetspc, (-35 e -120 mv década-1) [33] e femeopc (42 e -115 mv década-1) [23] sob condições similares e sugerem etapas química (equação 14) e eletroquímica (equação 17), respectivamente, como etapas determinantes da velocidade da reação [33]: fe(3+)tcpc-oh + e fe(2+)tcpc + oh-(14) fe(2+)tcpc + o 2 fe(2+)tcpc-o 2 (15) fe(2+)tcpc-o 2 fe(3+)tcpc-o 2 (16) fe(3+)tcpc-o 2 + e produtos (17) portanto, a reação de redução de oxigênio em soluções aquosas alcalinas catalisada por eletrodos gpb modificados com fetcpc processase segundo uma cinética de primeira ordem em relação ao oxigênio e segundo um mecanismo envolvendo 4 elétrons, com a formação de oh(equação 12) como principal produto. a reação inicia-se em torno de -0,08 v vs. ecs e os dados de voltametria cíclica sugerem que o processo reversível envolvendo o centro metálico (equação 14) ocorre na mesma região de potenciais onde a inclinação de tafel mais baixa (~-50 mv década-1) é observada. em potenciais mais negativos, a concentração superficial de espécies fe(2+)tcpc aumenta, assim como a corrente de redução de o 2 , e a velocidade da reação é controlada pelo processo de transferência de carga (equação 17). contudo, a conversão de todas as espécies fe(3+)tcpc em fe(2+)tcpc e suas interações com o 2 produzem correntes limites em potencias próximos a -0,45 v. em potenciais mais negativos que -0,60 v, o recobrimento do eletrodo com espécies fe(2+)tcpc torna-se zero e a corrente cai rapidamente, indicando que o mecanismo via formação de peróxido de hidrogênio (equação 13) passa a ser operativo. muito embora etapas posteriores à etapa determinante da velocidade da reação (equação 17) não possam ser preditas, a formação de peróxido por meio da redução direta de oxigênio sobre áreas da superfície do gpb não recobertas com fetcpc também não pode ser descartada [33]. assim sendo, o presente mecanismo para a redução de oxigênio catalisada por fetcpc adsorvido sobre eletrodos de grafite pirolítico difere do proposto por kobayashi e nishiyama [32] para eletrodos de carbono vítreo na presença de fetcpc no eletrólito, onde a formação quantitativa de peróxido de hidrogênio foi proposta. de acordo com estes autores, a redução também inicia-se com a etapa eletroquímica dada pela equação 14 e prossegue através de uma etapa de regeneração catalítica: fe(2+)tcpc + ½ o 2 + h+ fe(3+)tcpc + ½ h 2 o 2 (18) fe(2+)tcpc + ½ h 2 o 2 + h+ fe(3+)tcpc + h 2 o (19) 18 ecl. quím., são paulo, 28(2): 9-20, 2003 demonstraram diminuições consideráveis nas correntes de redução para varreduras sucessivas do potencial, bem como um deslocamento do potencial inicial de redução para valores mais negativos, ou seja, em direção ao da curva de polarização do substrato gpb. estas observações indicam que em soluções ácidas, fetcpc apresenta acentuada instabilidade, com conseqüente dessorção e/ou degradação na superfície do eletrodo. além disso, a insolubilidade de fetcpc em soluções ácidas impediu qualquer tentativa da realização de experimentos com o composto presente no eletrólito de suporte. agradecimentos os autores agradecem ao cnpq (processos 466.382/00-6 e 550.655/01-8) e à capes pelos auxílios financeiros e bolsas de estudos concedidos ao grupo de eletroquímica da ufma. além disso, a possibilidade de uma sequência reacional com as seguintes etapas: fe(2+)tcpc + h 2 o 2 fe(2+)tcpc(h 2 o 2 ) (20) fe(2+)tcpc(h 2 o 2 ) + efe(3+)tcpc + 2 oh(21) ou fe(2+)tcpc(h 2 o 2 ) + fe(2+)tcpc 2 fe(3+)tcpc + 2 oh(22) também foi proposta. finalmente, experimentos da redução de oxigênio sobre fetcpc em soluções aquosas ácidas também foram realizados, entretanto, j. a. p. chaves; m. f. a. araújo; j. de j. g. varela júnior; a. a. tanaka. eletrocatalysis of the oxygen reduction reaction on graphite electrodes modified with iron tetracarboxyphthalocyanine. abstract: this work presents a study of the electrochemical properties of pyrolytic graphite electrodes modified, at monolayer levels, with iron tetracarboxylated phthalocyanine, fetcpc, in aqueous solutions. in alkaline media, the modified electrodes presented high electrocatalytic activity towards the oxygen reduction reaction, and comparable to that showed by platinum electrodes. the reaction proceeds according to a first order reaction with respect to dissolved oxygen, a mechanism involving 4 electrons and associated with the fe(3+)tcpc/fe(2+)tcpc redox process. keywords: oxygen reduction, metallophthalocyanine, modified electrodes referências bibliográficas [1] n. m. markovic, p.n. ross. electrocatalysis at well-defined surfaces: kinetics of oxygen reduction and hydrogen oxidation/ evolution on pt(hkl) electrodes. in: wieckowski, a. interfacial electrochemistry – theory, experiments and applications. new york: marcel dekker, 1999. 992p, 821-841. 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absorbância em pelo menos dois comprimentos de onda para monocomponente, envolvendo diretamente a concentração em dqo, e medida de absorbância num único comprimento de onda. palavras-chave: dqo; análise de águas; espectrofotometria simultânea. introdução demanda química de oxigênio, dqo, é uma grandeza que diz respeito à quantidade de oxigênio consumido por materiais e por substâncias orgânicas e minerais que se oxidam sob condições experimentais definidas. no caso de águas, a grandeza caracteriza-se como um parâmetro particularmente importante por estimar o potencial poluidor (no caso, consumidor de oxigênio) de efluentes domésticos e industriais, assim como o impacto dos mesmos sobre os ecossistemas aquáticos.3,11,19 como a medida direta desse oxigênio é uma impossibilidade prática, o mesmo é convencionalmente substituído por substâncias químicas oxidantes que, tendo sua quantidade medida antes e depois do contato com as amostras, permite avaliar o poder redutor ou consumidor de oxigênio das mesmas.8,10 dessas substâncias, o dicromato tem sido o oxidante mais empregado na determinação http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back da dqo em águas e efluentes, com cujos redutores reage, na presença de íons ag+ como catalisador e em meio fortemente acidificado com ácido sulfúrico, conforme a equação (convencional)18 1: na qual n = 4x + y 2z. os métodos titulométricos oficiais de determinação da dqo fundamentam-se na medida do dicromato residual com solução padronizada de íons fe2+, para subtração da quantidade inicial(perfeitamente conhecida e, evidentemente, em excesso) do oxidante: é o caso dos métodos das american public health association, apha, american water works association, awwa, e da water environment federation (wef7), endossados ainda pela association of official analytical chemists internationaln (aoac international5). a equação 1 mostra também que o crômio(iii), como produto da reação do dicromato com redutores(demandadores) de oxigênio das amostras, forma-se proprcionalmente à dqo, e daí caracterizando a espectrofotometria desse cátion como uma possibilidade de medida indireta do parâmetro em questão.9 o hidrogenoftalato de potássio é a substância de referência oficializada pelas apha-awwa-wef7 para reação com dicromato para a espectrofotometria do crômio(iii) na determinação da dqo em elevadas concentrações, tendo em vista a reação representada pela equação 2: por executar a espectrofotometria isolada do crômio(iii), no comprimento de onda de 600 nm, o método espectrofotométrico das apha-awwa-wef7 é de baixa sensibilidade devido ao pequeno valor da absortividade molar do íon crômio(iii) e, consequentemente, impreciso e inexato para a determinação da dqo quando em baixas concentrações.7,19 estudou-se, então, a espectrofotometria simultânea dos íons crômio(iii) formado e dicromato residual, para proposta de metodologia analítica muito mais sensível que a oficial5,7 de espectrofotometria isolada do crômio(iii) a 600 nm, para a determinação da dqo em águas e efluentes pouco poluídos. parte experimental espectros de absorção soluções de sulfato(duplo) de potássio e crômio(iii) 25 mmoll-1, de dicromato de potássio 1,25 mmoll-1, e da mistura desses sais nessas mesmas concentrações finais, todas em meio 9 moll-1 em ácido sulfúrico, foram submetidas a varreduras espectrofotométricas na região de 380 nm a 700 nm de comprimento de onda do espectro de absorção, contra solução 9 moll-1 como prova em branco. os resultados encontram-se na figura 1, tendo sido obtidos com o espectrofotômetro micronal http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 b382. planos padrões de regressão reativos. a) solução de referência, contendo o equivalente a 3 000 mgl-1 de dqo. dissolver 2,5529 g de hidrogenoftalato de potássio(substância de referência com pureza entre 99,95% e 100,05%, seca a 120 oc por duas horas)15 por litro de solução, acidulada com 2 ml de solução concentrada de ácido sulfúrico p.a. b) solução digestora, 7,000 mmoll-1 em dicromato, 0,04 moll1 em sulfato de mercúrio(ii), e 1,5 moll-1 em ácido sulfúrico. diluir 85 ml de solução concentrada de ácido sulfúrico p.a. em cerca de 800 ml de água recém destilada e, nessa solução, dissolver 2,0593 g de dicromato de potássio (substância de referência, com pureza entre 99,95% e 100,05%, seca a 140 oc por uma hora),15 e 11,866 g de sulfato de mercúrio(ii) p.a.; na temperatura ambiente, diluir a um litro com água recém destilada, e armazenar em frasco de vidro ambar com tampa esmerilhada de vidro. c) solução catalítica, 0,02 moll-1 em sulfato de prata, e 18 moll-1 em ácido sulfúrico. dissolver 6,236 g de sulfato de prata p.a. em um litro de solução concentrada de ácido sulfúrico p.a.; armazenar em frasco de vidro ambar com tampa de vidro (esmerilhada). método. a) transferir 1,00 ml-2,00 ml-4,00 ml-6,00 ml-8,00 ml e 10,00 ml da solução de referência de dqo para uma série de balões volumétricos de 100 ml, e diluir até as marcas com água recém destilada; b) transferir alíquotas de 5 ml das soluções agora diluídas de dqo(30 mgl1-60 mgl-1-120 mgl-1-180 mgl-1-240 mgl-1 e 300 mgl-1, respectivamente) para uma coleção de seis tubos de vidro de 25 mm de diâmetro por 250 mm de comprimento(de paredes grossas, usados em digestões ácidas a quente); c) com os devidos cuidados, devido ao intenso calor de diluição desenvolvido, misturar alíquotas de 5 ml da solução digestora, e 10 ml da solução catalítica às soluções de referência, e homogeneizar; d) recobrir os tubos com pequenos funis de haste curta e recurvada(para contato com a parede do tubo),10 e aquecer a 140oc150oc por duas horas em bloco digestor de alumínio(utilizou-se do bloco digestor tecnal te 008/25); e) após resfriamento até a temperatura ambiente, ler as absorbâncias a 415 nm, 430 nm e 445 nm, em cubetas de 1 cm de caminho óptico, contra água destilada. os resultados encontram-se na tabela 1, e foram obtidos no espectrofotômetro micronal b382. determinações e ensaios de recuperação em amostras de água e de efluentes amostras de água e de efluentes. foram coletadas em efluentes, ribeirões e rios da região de botucatu-sp, e eventualmente congeladas a -18oc para preservação de suas características quando as determinações não podiam ser feitas no mesmo dia. para os ensaios de recuperação, 250 ml das amostras foram misturadas com volumes de solução de referência contendo o equivalente a 5 000 mgl-1 de dqo(4,2548 gl-1 do padrão primário hidrogenoftalato de potássio), para fornecer as concentrações caracterizadas na tabela 2. método misturar alíquota de 5 ml da amostra(ou menor, diluída a 5 ml com água recém destilada) com alíquotas de 5 ml da solução digestora e de 10 ml da solução catalítica; prosseguir como já descrito na obtenção dos planos padrões de regressão, mas fazendo as medidas de absorbância http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 somente a 430 nm. os resultados de dqo obtidos nas amostras(assim como dos ensaios de recuperação) encontram-se na tabela 2; nessa tabela estão também os resultados das determinações de dqo usando-se o método oficial7, para comparações. resultados e discussões a figura 1 mostra a diferença entre as absortividades dos íons crômio(iii) e dicromato nas condições experimentais utilizadas. considerando as concentrações respectivas de 25 mmoll-1 e 1,25 mmoll-1, os resultados experimentais numéricos que geraram a figura 1 caracterizam absortividades molares de 22,4 lcm-1mol-1 para o crômio(iii) e 432 lcm-1mol-1 para o dicromato. verifica-se também que, a 600 nm, essa grandeza pouco se altera para o crômio(iii) e praticamente se anula para o dicromato. essa absortividade praticamente nula para o dicromato a 600 nm é que permite que a espectrofotometria da dqo baseada no sistema crômio(iii)/dicromato, em efluentes com elevada concentração do parâmetro, possa ser conduzida nesse único comprimento de onda: o dicromato residual não absorve significativamente, e a baixa absortividade do crômio(iii) é compensada pela elevada concentração do cátion na solução colorida final.18 os espectros de absorção da figura 1 sugerem que a propriedade de aditividade das absorbâncias de espécies químicas distintas em mistura, absorventes em determinados comprimentos de onda, possa aplicar-se quando o dicromato é o oxidante empregado em excesso na determinação da dqo, já que o crômio(iii) formado como produto da redução do dicromato permanece com o excesso deste ânion na solução colorida final. sendo assim, a baixa absortividade do crômio(iii) em qualquer comprimento de onda dentro da faixa estudada, e onde ocorra absorção simultânea do dicromato(380 nm a 580 nm), poderia ser associada à relativamente alta absortividade do dicromato(abaixo de 450 nm, por exemplo) para a determinação da dqo em baixas concentrações, através da espectrofotometria simultânea dos íons crômio(iii) formado e dicromato residual. a espectrofotometria simultânea de dois componentes em mistura exige medidas em pelo menos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 dois comprimentos de onda nos quais tais componentes absorvam, para resolver o sistema inerente de duas equações e duas incógnitas (as concentrações dos componentes na mistura).4,6,12-13,17 um desses comprimentos de onda deve ser, neste caso, o de 430 nm, para maximizar a contribuição do íon crômio(iii) à absorbância da mistura, e no qual o dicromato absorve fortemente. o outro comprimento de onda pode ser o de 415 nm ou o de 445 nm, qualquer um deles, selecionados porque o crômio(iii) continua absorvendo próximo da sua máxima absorção(430 nm), e porque o dicromato absorve fortemente mas sem destoar muito mais significativamente da absorção do crômio(iii), como por exemplo, abaixo de 400 nm. conforme a estequiometria entre reagentes e produtos representada pela equação 2, e considerando que a demanda química de oxigênio é definida3,5,7 em função do dicromato como oxidante (fornecedor de oxigênio) dos redutores(consumidores ou demandadores de oxigênio) das amostras, existem as seguintes equivalências entre as quantidades de substâncias envolvidas no processo em questão: essas relações entre massas e quantidades de substâncias em mol refletem-se na tabela 1, que mostra os resultados de absorbâncias nos três comprimentos de onda, 415 nm, 430 nm, e 445 nm, obtidos após a redução do dicromato (em excesso) por diferentes quantidades de hidrogenoftalato de potássio. nessa tabela, as concentrações de dqo(mgl-1) reportam-se aos volumes de 5 ml das soluções de referência(ou de amostra), enquanto que as concentrações dos íons crômio(iii) formado e dicromato residual(ambas em mmoll-1) reportam-se aos volumes de 20 ml da solução colorida final. é evidente que entre a concentração de dqo(mgl-1) e as concentrações ou do íon crômio(iii) formado(mmoll-1), ou do íon dicromato residual(mmoll-1) existem correlações lineares(simples) dadas pela equação 4: cíon(mmoll-1) = k0 + k1cdqo(mgl-1) (4) feitos os cálculos com os dados de concentrações constantes da tabela 1, e simbolizando c1 como a concentração de crômio(iii) formado(mmoll-1), e c2 como a concentração de dicromato residual(mmoll-1): c1(mmoll-1) = 1,250.l0-4 + 1,042.l0-2cdqo(mgl-1) (5) c2(mmoll-1) = 1,750 5,209.l0-3cdqo(mgl-1) (6) da mesma forma, as correlações lineares múltiplas entre as concentrações desses mesmos íons, e as absorbâncias(a) para cada comprimento de onda (l) considerado podem ser expressas pela equação 7: al = k0 + k1c1 + k2c2 (7) feitos os cálculos com os dados de concentrações e absorbâncias(estas para cada comprimento de http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 onda considerado) constantes da tabela 1: a415 nm = -2,903.10-7 + 1,233.10-2c1 + 4,524.10-1c2 (8) a430 nm = 3,959.10-9 + 1,347.l0-2c1 + 4,283.10-1c2 (9) a445 nm = 2,022.10-7 + 1,169.10-2c1 + 3,938.10-1c2 (10) os coeficientes k0 e k1 inerentes à regressão linear dada pela expressão 4, e os coeficientes k0, k1 e k2 inerentes à regressão linear múltipla dada pela expressão 7 podem ser obtidos através do clássico método estatístico dos mínimos quadrados, inclusive por computador, dispondo-se do software1,2,14 necessário. substituindo-se nas expressões 8, 9 e 10 os valores das concentrações de crômio(iii) formado(c1) e de dicromato residual(c2) pelos seus correspondentes em dqo(cdqo) dados pelas expressões 5 e 6, respectivamente, obtém-se: a415 nm = 0,792 2,228.10-3cdqo (11) a430 nm = 0,749 2,091.10-3cdqo (12) a445 nm = 0,689 1,930.10-3cdqo (13) demonstra-se que as expressões 8, 9 e 10, típicas do que seria necessário para a resolução duas a duas da espectrofotometria simultânea dos íons crômio(iii) formado e dicromato residual, transformam-se em equações com uma única incógnita, a concentração de dqo(cdqo) das expressões 11, 12 e 13 e que, evidentemente, só exigem medidas num único comprimento de onda para resolução. verifica-se ainda que os valores dos coeficientes vistos nas expressões 11, 12 e 13, calculados envolvendo as regressões múltiplas 8, 9 e 10(e as substituições em função das expressões 5 e 6) podem ser obtidos usando-se simplesmente os pares de dados da tabela 1, concentração de dqo e absorbância(num dado comprimento de onda), ou seja, pela clássica regressão linear da espectrofotometria de um único analito: a = k0 + k1cdqo (14) é evidente que, das três expressões obtidas, 11, 12 e 13, a de escolha deve ser a que envolve medidas a 430 nm, comprimento de onda no qual a contribuição da absorbân-cia devida ao crômio(iii) formado é maximizada em relação à absorbância total da mistura com o dicromato residual. entretanto, não se estranhe que as absorbâncias medidas a 415 nm sejam maiores que aquelas medidas a 430 nm, máxime nas menores concentrações de dqo: nestas, o excesso de dicromato residual é maior que nas maiores concentrações de dqo, e a maior absortividade do ânion contribui mais significativamente para a absorbân-cia total, tendo em vista a concentração diminuta do crômio(iii) formado e a menor absortividade deste cátion em relação à absortividade do dicromato. portanto, resolvida a expressão 14 como uma regressão linear simples envolvendo as concentrações http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 de dqo e as absorbâncias(em qualquer dos comprimentos de onda de medida), obtém-se os coeficientes linear, k0, e angular, k1, idênticos àqueles das expressões 11, 12 e 13; os coeficientes angulares, k1, são sempre negativos, refletindo a variação inversa entre concentração de dqo e absorbância. o mesmo método estatístico de ajuste14 fornece as estimativas dos coeficientes de correlação linear, r, nos três compri-mentos de onda das medidas como sendo iguais a -0,9995(a 415 nm), -0,9998(a 430 nm), e -0,9998(a 445 nm), ou as estimativas dos coeficientes de determinação, r2, como iguais a 0,9990, 0,9996 e 0,9997, respectivamente: são ajustes excelentes em quaisquer dos comprimentos de onda considerados. registre-se ainda que a solução de referência isenta de hidrogenoftalato de potássio (e conseqüentemente com concentração nula de dqo) não é uma solução de "prova em branco"(com a qual normalmente se ajustam os espectrofotômetros para as leituras posteriores), mas sim, um ponto experimental que exige medida de absorbância. o valor desta absorbância reflete a máxima concentração possível de dicromato introduzido pela solução digestora nas condições experimentais propostas concentração teoricamente nula de crômio(iii). na tabela 2 encontram-se os resultados das determinações de dqo em efluentes, ribeirões e rios da região de botucatu-sp. referem-se a médias de dados obtidos com três repetições, através do uso da metodologia em proposição, e através do uso da metodolo-gia oficial das awwa-apha-wef7. comparadas entre si pelo teste t,14,16 as médias obtidas com o uso de uma ou de outra metodologia analítica não apresentaram diferença estatística a 5% de significância. na mesma tabela estão os resultados de ensaios de recuperação de dqo(médias de três repetições),conduzidos simultâneamente às determinações, também pela metodologia ora proposta: são resultados excelentes(prin-cipalmente considerando as baixas concentrações de dqo envolvidas), variando de 96% a 112% ou, em média (102± 4)% de recuperação) conclusões a determinação da demanda química de oxigênio(dqo) em águas e efluentes com baixa concentração do parâmetro(ou pouco poluídos) pode ser conduzida por espectro-fotometria simultânea do crômio(iii) formado e do dicromato residual, após a clássica oxidação das amostras pela mistura de dicromato e ácido sulfúrico. entretanto, conseguiu-se demonstrar que, em função da inter-relação entre as concentrações de dqo, crômio(iii) formado, e dicromato residual, a espectrofotometria simultânea que normalmente exige medidas em pelo menos dois comprimentos de onda por envolver regressões lineares múltiplas, pode ser resolvida pela espectrofotometria mais convencional usando-se regressão linear simples num único comprimento de onda, somente com a concentração em equivalente de dqo e a absorbância. o comprimento de onda para as medidas de absorbancia deve ser de 430 nm, região do espectro de absorção no qual o crômio(iii) formado apresenta maior absortividade (na região do visível do espectro eletromagnético), absorvendo juntamente com o dicromato residual. o procedimento analítico para a determinação da dqo em águas(e efluentes pouco poluídos) é o seguinte: a) mistura de 5 ml de amostra(ou de solução de referência, de 30 mgl-1 a 300 mgl-1 de dqo, usando hidrogenoftalato de potássio como substância de referência), com 5 ml de solução http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 digestora (dicromato 7,000 mmoll-1, sulfato mercúrico 0,04 mol-1, e ácido sulfúrico 1,5 moll-1), e com 10 ml de solução catalítica (sulfato de prata 0,02 moll-1 e ácido sulfúrico 18 moll-1), em tubos digestores de 25 mm de diâmetro por 250 mm de comprimento; b) aquecimento a 140oc150oc por duas horas, em refluxo aberto; c) medidas de absorbância a 430 nm, em cubetas de 1 cm de caminho óptico, contra água destilada. resultados de determinações em amostras de efluentes e de águas de ribeirões e rios(comparados com aqueles obtidos através do uso de metodologia oficial de determinação de dqo), assim como ensaios de recuperação de dqo nessas mesmas amostras caracterizam o procedimento proposto como preciso e exato agradecimentos à fundunesp, pelo auxílio à pesquisa (processo nº 196/92); ao centro de apoio químico ao ensino, à pesquisa e de prestação de serviços (ceaquim) do ib-unesp/botucatu, pelas facilidades oferecidas. graner, c.a.f.; zuccari, m.l.; pinho, s.z. chemical oxygen demand (cod) determination in waters by simultaneous spectrophotometry of chromium(iii) and dichromate ions. ecl. quím. (são paulo), v.23, p.31-44, 1998. abstracts: the simultaneous colorimetry of chromium(iii) and dichromate ions in a single wavelength is proposed for the determination of chemical oxygen demand(cod) in waters, after oxidation of the samples with dichromate and sulfuric acid. the interrelation among cod, chromium(iii) and dichromate ions concentrations permits to simplify the numerical resolution of the system, as follow: from a multicomponent system involving chromium(iii) and dichromate ions concentrations and absorbances, in at least two wavelengths, to a linear regression involving cod concentration measured in a single wavelength. the procedure is as follows: a) mix 5 ml of standard or sample solution(30 mgl-1 300 mgl-1 range, using potassium hydrogenphtalat as standard) with 5 ml of digestion solution(7.000 mmoll-1 dichromate 0.04 moll-1 mercuric sulfate 1.5 moll-1 sulfuric acid) and 10 ml of catalytic solution(0.02 moll-1 silver sulfate 18 moll-1 sulfuric acid); b) heath for two hours at 140oc-150oc; c) take absorbances against water, at 430 nm, using 1 cm length cuvettes. keywords: co; water analysis; simultaneous colorimetry. referências bibliográficas 1 ayres, m.; ayres jr., m. aplicações estatísticas em basic. são paulo: mcgraw-hill, 1987, 273 p. 2 baker, r.; clarke, m.r.b.; francis, b.; green, m.; nelder, j.a.; payne, c.d.; reese, r.a.; swan, a.v.; webb, j. the glim system release 3.77 manual. oxford, royal statistical society, 1986, 305 p. 3 boyd, c.e. water quality in warmwater fishponds. auburn: auburn university, 1984, 228 p. 4 brown, c.w.; lynch, p.f.; obremsky, r.j.; lavery, d.s. matrix representations and criteria for selecting analytical wavelengths for multicomponent spectroscopic analysis. anal chem., v.54, p.1472-9, 1982. 5 cunniff, p., ed. official methods of analysis of the association of official analytical chemists international. 16.ed. arlington, aoac international, 1995, p.11:6-7. 6 ditusa, m.r.; schilt, a.a. selection of wavelengths of optimum precision in simultaneous spectrophotometric determinations. j. chem. educ.,v 62, p.541-2, 1985. 7 greenberg, a.e.; clesceri, l.s.; eaton, a.d., ed. standard methods for the examination of water and wastewater. 18.ed. washington, american public health association, 1992, p.5:6-10. 8 hanson, n.w. standardised methods of analysis. in: hanson, n.w., ed. official, standardised and recommended methods of analysis. london: society for analytical chemistry, 1983, 897 p. 9 jirka, a.m.; carter, m.i. micro semi-automated analysis of surface water and wastewaters for chemical oxygen demand. anal.chem., v.47, p.1397-402, 1975. 10 rocha, j.c.; barbieri, r.s.; cardoso, a.a.; graner, c.a.f. agilização do processo de rotina analítica para a determinação da dqo. quím.nova, v.13, p.200-1, 1990. 11 rodier, j. analysis of water. new york: halsted press, 1975, 468 p. 12 shibata, s.; furukawa, m.; goto, k. dual-wavelength spectrophotometry. part i. general method. analytica chim. acta, v.46, p.271-9, 1969. 13 _________. dual-wavelength spectrophotometry. part ii. the determination of mixtures. analytica chim. acta, v.53, p.369-77, 1971. 14 spiegel, m.r. estatística. são paulo: mcgraw-hill, 1972, 446 p. 15 vogel, a.i. a text-book of quantitative inorganic analysis. 3.ed. london: longman,1971, 1216 p. 16 wernimont, g.t. use of statistics to develop and evaluate analytical methods. arlington, association of official analytical chemists, 1987, 183 p. 17 willard, h.; merrit jr., l.; dean, j. analise instrumental. 2.ed. lisboa: fundação calouste gulbenkian, 1979, 986 p. 18 zuccari, m.l. a digestão pelo "calor de diluição" e a determinação da demanda química de oxigênio(dqo) em águas e efluentes. botucatu, 1996, 89p. tese(doutorado) faculdade de ciências agronômicas, unesp. 19 zuccari, m.l.; graner, c.a.f.; conte, m.l.; leopoldo, p.r. determinação colorimétrica da demanda química de oxigênio em águas. in: congresso brasilei-ro de engenharia agrícola, 20, 1991, londrina, anais...londrina: fundação universidade estadual de londrina, 1991, p.249-59. recebido em 7.10.1997. aceito em 20.3.98 * departamento de química instituto de biociências unesp 18618-000 botucatu-sp. ** curso de pós-graduação de agronomia, área de concentração de energia na agricultura faculdade de ciências agronômicas unesp18603-970 botucatu sp. *** departamento de bioestatística instituto de biociências unesp 18618-000 botucatu sp. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100003  vol32n3_v3.pmd www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 3, 2007 thermal behaviour of tegmma copolymers obtained by photopolymerization using iron complexes i. c. rigoli*, c. c. schmitt, l. a. ramos, m. g. neumann, e. t.g. cavalheiro instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, caixa postal 780, 13560-970 são carlos sp, brasil * irigoli@iqsc.usp.br abstract: copolymers of methyl methacrylate (mma) and triethyleneglycol dimethacrylate (tegdma) obtained by photoinitiated polymerization using fe(iii) complexes were submitted to thermogravimetry (tga) under dynamic air atmosphere and n2, and differential scanning calorimetric analysis (dsc). thermal events were observed only between 90 110 °c. glass transitions were observed at ca. 100 °c, followed by an exothermic peak at 170 °c. the exothermic peak was assigned to a thermal curing process due to the presence of unreacted vinyl groups of the monomers. dsc revealed to be a useful tool to evaluate the curing completeness in this kind of material, using small amounts of sample in relatively short time. keywords: copolymers; cross-linking; thermogravimetry (tg); differential scanning calorimetry (dsc). introduction copolymers of bifunctional and monofunctional vinyl monomers with high cross-linked structures or networks are becoming increasingly important materials in many areas such as coatings, films, packaging industries and biomaterials [1,2]. these different applications require specific material properties, which are determined amongst others, by the microstructure of the polymer chain, the interactions between chains and the types of additive. typically, during the copolymerization of multifunctional monomers with monofunctional monomers, the development of a 3-d network restricts the mobility of polymer segments, so that the subsequent decrease in free volume causes reduction in the mobility by several orders of magnitude [3,4]. consequently, a series of phenomena occur, such as selfacceleration, self-deceleration, reactiondiffusion-controlled termination [5], trapping of radicals, and limiting of the ultimate double-bond conversion. since the kinetics and network formation of crosslinked systems are quite complex, a thorough understanding of polymer network structure and mechanical property evolution is still being pursued. when a polymer is heated at temperatures below that of decomposition several events will happen, such as the cure of the unreacted vinyl groups, or rearrangements of the chains that might modify the glass-transition temperature (tg). the tg temperatures are strongly affected by the degree of crosslinking of the material. the relationship between cure temperature (tcure) and glass transition temperature (tg) of the polymer is especially important since there is significant debate about whether high-tg materials can be obtained from monomers cured at low temperature (e.g., room temperature). the investigation of this 39ecl. quím., são paulo, 32(3): 39-44, 2007 problem is also important for practical applications. in the present work, methyl methacrylate (mma) triethyleneglycol dimethacrylate (tegdma) copolymers obtained using fe(iii) complexes as photoinitiators were analyzed by thermoanalytical methods, including thermogravimetry (tg) and differential scanning calorimetry (dsc), order to evaluate the thermal decomposition pathways, the completeness of curing and the determination of the glass transition temperatures. material and methods materials the photoinitiator, hexaaquo iron (iii) chloride, fecl3.6 h2o (across organics, 99%) was used as received. the monomers methyl methacrylate (mma) (aldrich, 99%) and triethyleneglycol dimethacrylate (tegdma) were washed twice with 5% naoh in water and dried over cacl2 in order to eliminate the inhibitors. structures of the monomers are shown below. c ch2 ch3c o o ch2 ch2 o ch2 ch2 o ch2 ch2 o c o c ch2 ch3 tegdma h2c c ch3 c o och3 mma photopolymerization procedure the copolymers were synthesized by light-induced polymerization of methyl methacrylate (mma) and triethyleneglycol dimethacrylate (tegdma) in presence of fecl3.6 h2o in methanol. the process was conducted in a photodilatometer cell [6-9], so that polymerization kinetics could be followed. the concentrations of the photoinitiator and tegdma monomer were fixed at 2.5.10-4 and 0.2 mol l-1, respectively, while the concentration of mma was varied from 3.0 to 9.0 mol l-1 (the notation tegmma3 to 9, corresponds to copolymers obtained using mma concentration between 3 and 9 mol l-1). the solutions were thoroughly deoxygenated by bubbling oxygen-free nitrogen for 20 minutes. the photodilatometer consisted of two capillaries attached to a cylindrical vessel (8.5 ml), which was placed in a constant temperature bath (25.00 ± 0.01) °c in front of the irradiation source. light from a 200 w hg(xe) lamp in an oriel universal arc lamp was filtered by a monochromator set at 360 nm placed between the lamp and the reaction vessel.the polymerization rates (rp) were calculated from [ ] )( .. 11 −− δ δ = smollm tff vrp (1) where dv is the contraction in volume in the capillary (calculated from the variation in a cathetometer) at time t; f the volume fraction of monomer in the solution; f the volume contraction related to the densities of polymer and monomer in solution [f = (dp “dm)/dp], and [m] corresponds to the monomer molar concentration. after irradiation, copolymers were precipitated by addition of cold methanol, washed, filtered and dried in a desiccator. actinometry was performed using ferrioxalate/phenanthroline salt. the quantum efficiency of this actinometer is » 1.0 at wavelengths below 405 nm. instrumentation the tg curves of dried samples were recorded using a tga-950 modulus coupled to a ta-2000 thermal analyser, ta instruments, using ca. 7 mg sample mass in a pt sample holder. the used heating rate was 10 oc min-1 under nitrogen or air atmosphere (100 ml min-1). figure 1. photopolymerization rates (rp) for different mma concentration in methanol. figure 2. typical tg/dtg curves for tegmma6 under (a) n2 atmosphere and (b) air atmosphere. 40 ecl. quím., são paulo, 32(3): 39-44, 2007 the dsc curves were recorded on a dsc 910 modulus coupled to a ta-2000 thermal analyser, ta instruments, in covered aluminium sample holders with a central pinhole. samples of ca. 20 mg were heated at a 40 oc min-1 rate, under nitrogen flow of 100 ml min-1. results and discussion photopolymerization table 1 shows some of the results corresponding to the photopolymerization of mma and tegdma in methanol in the presence of fecl3 using a 360 nm monochromator. although the polymerization rates increase with the mma concentration up to 6.0 m, and decrease thereafter, the experimental reaction constant decreases steadily over all the range of mma concentrations used (figure 1). this increase can be ascribed to two concurrent factors: higher mma concentrations lead to less viscous solutions so that radical recombination will become easier, lowering the overall polymerization rate. additionally, higher concentrations of mma will lead to the gradual replacement of the hexaaquo iron complex by a hexamma iron complex, in which the main absorption peak is displaced to the blue, so that the absorption at ~360 nm decreases. the monomer conversion degrees and the quantum yields showed the same behaviour observed for polymerization rate [11]. table 1. polymerization rates, (rp), experimental rate constants, (kexp), conversion percentages and quantum yields, (fp), for the copolymerization of mma and tegdma in methanol, photocopolymerized by fecl3 2.5.10-4 m copolym ers convers ion (%) rp/10-5 (m s-1) kexp (105 s-1) φp (mol einstein1) tegm ma3 6.1 5.48 1.83 102 tegm ma4 7.6 6.27 1.57 116 tegm ma5 7.9 7.10 1.42 132 tegm ma6 16.8 7.24 1.21 134 tegm ma7 12.4 6.58 0.94 122 tegm ma8 11.9 5.73 0.72 106 tegm ma9 11.0 5.14 0.57 95.4 thermal analysis the tg curves for the copolymers obtained were similar for all the samples. under air, the decomposition started at 185.7 °c yielding a carbonaceous residue that burned from 28 to 400 °c. tg profile under n2 showed that the polymer decomposed in a single step from 183 to 400 °c with mean residues of ca. 2.5%, in both cases. figure 2 shows the tg/dtg curves for tegmma6 under n2 (figure 2.a) and air (figure 2.b). similar behaviour was observed for the other copolymers. the dsc curves were determined in the -50 to +180 °c range, in order to characterize eventual second order transitions at sub-room temperature. however, the main thermal events were observed only between 90 and 110 °c. evidences of a glass transition around 100 °c, followed by an exothermic peak at 150170 °c, were observed depending on the sample (figure 3). it is well known that when copolymerizing linear monomers with dimethacrylate, up to 30% of the total amount of c=c bonds remain unreacted, as pendant groups [12]. therefore, the exothermic peak at 150 170 °c can be assigned to a thermal curing process due to the presence of the unreacted groups of the dimethacrylate monomers. evaluating the heat released during the curing, and using the reported value of ~13 kcal mol-1 for the polymerizing heat, it can be calculated that between 5 and 10% of the remaining vinyl groups are cured during the analysis [13,14]. this assumption is supported by experiments involving cycles of heating the copolymers up to 180 °c followed by cooling in liquid n2. in this case the 41ecl. quím., são paulo, 32(3): 39-44, 2007 exothermic peak at 150 170 °c almost disappears as can be observed in figure 4b. the same behaviour, no peak due to the curing process, is also observed for a freshly pre-heated sample slowly cooled to room temperature (figure 4c). the baseline change is better defined when the sample is slowly cooled, suggesting a glass transition. the glass transitions were determined as the temperature at the mid-point of the second order transition between 80 – 140 °c and the results are summarized in table 2. the effect of composition on the tg depends on the nature of both constituents of the copolymer and, in the present case, can be estimated from the tg of mma and tegdma homopolymers. in an ideal copolymer (not crosslinked), in which no strong interactions are present, the ideal glass transition (tg 0) can be calculated using the fox equation [15,16], 2 2 1 11 ggo g t w t w t += (2) were w1 and w2 are the molar fractions of each monomer in the copolymer. table 2 shows the glass transition temperatures tg taken from dsc curves, compared with the tg 0 calculated from the copolymer composition. as can be seen from figure 5, whereas the experimental glass transition temperatures decrease steadily with the increase of the mma concentration, the fox equation predicts a slow increase. these difference is expected when taking into account the crosslinking induced by the diacrylate, which is not considered in that equation. it is also noteworthy to observe the coincidence of both values at the higher mma concentrations. this behaviour results from the lower crosslinking densities obtained when the monofunctional monomer is at very high concentrations. table 2. glass transition experimental, tg, and calculated by fox equation, tg 0, for tegmma copolymers copolym ers [mma] / mol l-1 tg / oc tg 0/ oc tegm ma3 3.0 128 86.9 tegm ma4 4.0 118 90.9 tegm ma5 5.0 118 93.5 tegm ma6 6.0 106 95.3 tegm ma7 7.0 112 96.6 tegm ma8 8.0 98.0 97.2 tegm ma9 9.0 100 98.2 conclusions the non-polymerized double bonds present in the copolymer are cured during the high temperature thermal analysis, and disappear completely after the first cycle. this behaviour is confirmed by the presence of an exothermic peak around 150-170 °c. a transition centred at around 105 °c is present in the dsc of all copolymers, and was assigned to the glass transition process. this temperature is always higher than the tg 0 calculated by the fox equation showing that crosslinking occurred during the photopolymerization, especially at the lower concentrations of mma. when the proportion of the monofunctional monomer is higher (> 6 m), the experimental glass transition temperature approaches the calculated one. dsc revealed to be a useful tool to evaluate the curing completeness in this kind of material, using small amounts of sample and performing the determinations in relatively short times. acknowledgements financial support by the brazilian agencies, fapesp and cnpq, is gratefully acknowledged. i.c.r. also thanks the fapesp post-doctoral fellowship (proc. 05/01618-1). recebido em: 22/06/2007 aceito em: 20/08/2007 42 ecl. quím., são paulo, 32(3): 39-44, 2007 references [1] l. w. hill, j. coat. technol. 64(808) (1992) 28. 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[9] h. block, a. ledwith, a. r. taylor, polymer 12(4) (1971) 271. [10] k. a. berchtold, b. hacioglu, l. lovell, j. nie, bowman, c.n. biomaterials 23(20) (2002) 4057. [11] m. g. neumann, c. c. schmitt, i. c. rigoli, j. photochem. photobiol. a: chem. 159 (2003) 145. [12] j. jancar, w. wang, a. t. dibenedetto, j. mater. sci. material in medicine 11(11) (2000) 675. [13] d. r. morgan, s. kalachandra, h. k. shobha, n. gunduz, e. o. stejskal, biomaterials 21(18) (2000) 1897. [14] k. miyazaki, t. horibe, j. biomed. mat. res. 22(11) (1988) 1011. [15] h. k. shobha, m. sankarapandian, y. sun, s. kalachandra, j. mater. sci: material in medicine 8(8) (1997) 465. 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escolecita foi realizado, de modo a se avaliar a viabilidade desta aplicação. os cátions utilizados foram mn(ii), cd(ii), ni(ii) e cr(iii). nesta etapa do trabalho, foi avaliado o comportamento da zeólita na adsorção seletiva de cátions presentes nos pares cd/mn, cr/ni, cr/cd e ni/mn, bem como a possibilidade de dessorção dos cátions metálicos adsorvidos em sua estrutura. a escolecita apresentou uma seletividade que pode ser relacionada, na maioria dos casos, à valência e ao raio iônico das espécies hidratadas. os cátions cr(iii) e ni(ii) foram fortemente adsorvidos, não podendo ser substancialmente removidos por troca com cátions sódio ou cálcio. dos cátions testados, apenas o cd(ii) apresentou comportamento de adsorção e de dessorção atípicos, demonstrando uma elevada labilidade no processo de troca iônica. palavras-chave: troca iônica; metais pesados; escolecita. introdução os efluentes industriais são as principais causas de contaminação das águas com metais potencialmente tóxicos. como estes metais são biocumulativos, há uma crescente exigência por parte da sociedade e de órgãos públicos no sentido de diminuir esta contaminação a níveis toleráveis pelos organismos sujeitos ao contato com tais contaminantes e, consequentemente, uma tendência em se aprovar uma legislação ambiental cada vez mais rigorosa. um estudo para remoção de mn(ii), cd(ii), ni(ii) e cr(iii) foi realizado, utilizando-se a zeólita natural escolecita, que foi coletada no município de morro reuter, estado do rio grande do sul, brasil, e que possui a seguinte fórmula química [4]: na 0,3 ca 1,0 al 2,0 si 3,0 o 10 .3h 2 o. a escolecita é uma zeólita microporosa, cujas dimensões dos canais são de 2,6 x 3,9 å [3], e que ocorre na província ígnea continental do paraná, associada às porções superiores dos derrames basálticos. as zeólitas ocorrem na natureza em quantidade suficiente para serem consideradas como um recurso mineral viável. dos nove tipos de zeólitas encontradas no sul do brasil (bacia do paraná), a escolecita é a segunda em abundância [11]. zeólitas são minerais formados por uma estrutura tridimensional de tetraedros de sio 4 e alo 4 . possuem cavidades e canais regulares e de tamanho molecular, nos quais pode haver movimentação de moléculas de água. o desbalanceamento de cargas provocado pelo al estrutural, que é trivalente, é compensado por cátions de metais alcalinos e alcalinos terrosos. esta condição confere às zeólitas a propriedade de troca iônica [9]. além disso, as zeólitas possuem uma elevada superfície específica interna devido a 48 ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 porosidade da rede, característica indispensável para uma alta capacidade de troca iônica. o processo de troca iônica ocorre entre duas ou mais fases. a transferência de íons de uma fase para outra depende da eletroneutralidade e é regulada pela concentração dos íons em ambas as fases e pela seletividade que a zeólita apresenta sobre os íons [5]. para zeólitas com alta carga estrutural, ou seja, com alta concentração de alumínio (razão si/ al baixa), a seqüência de seletividade de troca iônica geralmente está associada ao raio iônico hidratado, tendo a zeólita preferência por cátions pequenos [6]. a remoção de metais de efluentes aquosos tem sido feita, na maior parte, pela precipitação na forma de hidróxidos por meio de adição de cao. embora esse método seja relativamente simples e barato, gera um grande volume de rejeitos cuja disposição é perigosa e de alto custo, além de não produzir um efluente com conteúdo de metais pesados suficientemente baixo [12]. a aplicação de zeólitas naturais em escala industrial tem sido limitada à remoção de amônia de efluentes aquosos municipais e, em menor extensão, à remoção de cs e sr de efluentes radioativos [14]. entretanto, devido a sua alta seletividade de troca, boa resistência física e química e excelente compatibilidade com o meio ambiente, as zeólitas constituem uma classe de adsorventes de grande interesse econômico e social, principalmente no que se refere a remoção de cátions de metais potencialmente tóxicos de efluentes industriais. materiais e métodos para a quantificação dos metais, com exceção do ni(ii), utilizou-se a técnica de espectrofotometria de absorção atômica, em um espectrofotômetro perkin elmer analyst 300. para a construção das curvas analíticas, foram obtidas amostras de soluções dos metais com diferentes concentrações, a partir de uma solução padrão de 1000 mg l-1 de cada metal (titrisol®, merck). as concentrações das amostras variaram de 0,5 mg l-1 a 5,0 mg l-1. o ni(ii) foi quantificado por método colorimétrico [18], que utiliza alíquota das soluções a serem analisadas, 1 ml de água de bromo saturada, 2 ml de hidróxido de amônio concentrado, 1 ml de dimetilglioxima (1% em etanol) em um balão volumétrico de 10 ml. a leitura foi feita após 5 minutos, no comprimento de onda de 445 nm. para avaliar a competição entre os cátions no processo de adsorção, foram utilizados sistemas contendo dois íons diferentes. foram testadas as duplas cd/mn, cr/ni, cr/cd e ni/mn. foram preparadas 5 soluções dos metais em concentrações variadas, perfazendo uma concentração total de 50 mg l-1 e um volume de 120 ml. os testes de adsorção foram conduzidos no ph original das soluções (3,5 para cr, 4,5 para cd e 5,5 para ni e mn). as soluções foram postas em contato com 2,0 g de escolecita e submetidas a agitação magnética constante, por 24 horas, a temperatura ambiente. após os intervalos de tempo de 1, 2, 3, 4, 5, 12 e 24 horas, foram retiradas alíquotas de 5 ml do meio reacional com o auxílio de uma seringa de vidro. para separar a fase líquida da sólida, foi acoplada à seringa um filtro rc15 com 0,2 mm de diâmetro de poro. as soluções foram diluídas para posterior quantificação. para o processo de dessorção, utilizou-se amostras de 1,0 g de escolecita previamente submetidas à troca iônica com 60 ml de soluções com concentração inicial de 50 mg.l-1de cada metal. as amostras foram postas em contato com 100 ml de uma solução 2,0 m de nacl ou de ca(no 3 ) 2 . alíquotas de 2,5 ml foram retiradas do meio reacional após 1, 2, 3, 4, 5 e 24 horas. separou-se a fase sólida da líquida por meio de filtro rc 15 com 0,2 mm, acoplado à seringa. resultados e discussão as curvas analíticas dos quatro metais analisados apresentaram comportamento linear na faixa de concentração que vai até 5,0 mg.l-1, com os coeficientes de correlação mostrados na tabela 1. portanto, esta faixa de concentração foi utilizada para quantificar as amostras. tabela 1 coeficientes de correlação das curvas de calibração. metal coeficiente de correlação mn(ii) 0,9993 cd(ii) 0,9998 ni(ii) 0,9986 cr(iii) 0,9995 49ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 competição entre os cátions a seletividade de zeólitas naturais pode ser avaliada em função do teor de alumínio em sua estrutura. para zeólitas com baixa relação si/al, como a escolecita, temos uma carga estrutural relativamente elevada e, por conseqüência, uma preferência por cátions de maior valência e por cátions pequenos ou altamente carregados [5]. este comportamento está relacionado à menor distância média entre sítios adjacentes aniônicos (alo 2 ) na estrutura zeolítica, o que diminui a dificuldade de um cátion divalente em satisfazer os campos de dois sítios aniônicos adjacentes. a avaliação da energia de hidratação dos cátions também é importante, pois as dimensões dos poros da escolecita são inferiores aos diâmetros dos cátions hidratados, que estão relacionados na tabela 2. portanto, os cátions em solução aquosa devem perder parte de suas águas de hidratação para possibilitar sua entrada na estrutura da zeólita e, conseqüentemente, o acesso aos sítios de troca, o que acaba favorecendo os cátions com menor energia de hidratação. tabela 2 raio hidratado [13] e energia de hidratação [19] dos cátions testados. cátion raio hidratado (å) energia de hidratação (kj mol-1) mn(ii) 4,38 1845 cd(ii) 4,26 1806 ni(ii) 4,04 2106 cr(iii) 4,61 4402 a preferência da zeólita por um dos cátions envolvidos na troca pode ser expressa pelo fator de separação a bα , definido por: (1) onde x (s) e x (z) são as frações equivalentes dos cátions a ou b na solução e na zeólita, respectivamente. se o cátion a é preferido, > 1. caso o cátion b seja preferido, isto implica < 1. logo, pode-se concluir que quanto maior o valor do fator de separação, maior será a preferência da zeólita pelo cátion a. esta consideração é bastante importante na escolha de uma determinada zeólita para uma aplicação particular, pois quanto maior for o valor de , menor deverá ser a quantidade de zeólita a ser utilizada nos processos de remoção. os valores de a para todos os pares de cátions testados são apresentados na tabela 3. tabela 3 valores de a para todos os pares de cátions testados. 50 ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 as cinéticas de adsorção para o par cd(ii)/ mn(ii) em duas concentrações iniciais diferentes (indicadas nas legendas) são apresentadas na figura 1. a figura 1 e os valores de a superiores a 1,0 (tabela 3) demonstram que o cátion cd(ii) é preferencialmente retido pela escolecita quando em competição com o cátion mn(ii), para todos os valores de concentração testados. embora a diferença entre os valores de raio hidratado e energia de hidratação entre os dois cátions seja pequena, o cd(ii) é favorecido em ambos os casos pois, além de possuir menor raio hidratado, necessita de menos energia para perder suas águas de hidratação. figura 1 cinéticas de adsorção para o par cd(ii)/mn(ii). as cinéticas de adsorção para o par cr(iii)/ ni(ii) em duas concentrações iniciais diferentes são apresentadas na figura 2. o ni(ii) deveria ser adsorvido preferencialmente ao cr(iii), se considerarmos que seu raio hidratado e sua energia de hidratação são menores. porém, deve-se considerar a maior força iônica figura 2 cinéticas de adsorção para o par cr(iii)/ni(ii). do cromo comparado com os outros cátions aqui testados, já que o cromo é o único cátion trivalente. este favorecimento é bastante expressivo, uma vez que os valores de a para todas as concentrações testadas são muito superiores a 1,0, demonstrando que a escolecita tem uma preferência acentuada pelo cr(iii). 51ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 as cinéticas mostram que, além de ser mais rápida, a adsorção do cr(iii) é total em todos os valores de concentração testados. no sistema com concentração inicial de cr(iii) de 41,7 mg l-1, a adsorção total só ocorre após 24 h de contato, enquanto um sistema com 25 mg l-1 de cr(iii) atinge o equilíbrio em apenas 3 horas. com o ni(ii), a escolecita apresenta uma velocidade de troca inferior e se estabiliza com valores de adsorção bastante reduzidos. as cinéticas de competitividade para o par ni(ii)/mn(ii) em duas concentrações iniciais diferentes são apresentadas na figura 3. podemos observar que o ni(ii) foi retido preferencialmente em quase todas as concentrações testadas, sendo o mn(ii) preferido apenas quando em concentração muito superior à do ni(ii) (41,7 mg l-1 e 8,3 mg l1, respectivamente). a diferença de retenção, de modo geral, não foi muito acentuada, como pode ser observado pelos valores de a próximos de 1. um ligeiro aumento no fator de separação só ocorre quando a concentração do ni(ii) é bastante superior à do mn(ii), ou seja, 41,7 mg l-1 e 8,3 mg l-1, respectivamente. isto se deve ao fato dos valores de raio hidratado e de energia de hidratação dos cátions possuírem variações pequenas, quando comparados. na competição, o ni(ii) é favorecido em relação ao mn(ii) pelo valor de raio hidratado, 4,04 å e 4,38 å, respectivamente. por outro lado, comparando-se os cátions quanto às suas energias de hidratação, o mn(ii) possui o menor valor para este parâmetro (1845 kj mol-1 contra 2106 kj mol1 do ni(ii)), sendo, portanto, preferido. dessa forma, os dados experimentais demonstram que o valor do raio hidratado foi o parâmetro determinante de seletividade neste caso. figura 3 cinéticas de adsorção para o par ni(ii)/mn(ii). as cinéticas de competitividade para o par cr(iii)/cd(ii) em duas concentrações iniciais diferentes são apresentadas na figura 4. a escolecita tem preferência pelo cd(ii) quando a sua concentração inicial é superior ou igual à do cr(iii). de todas as concentrações testadas, a única na qual o cr(iii) foi preferido pela escolecita durante todo o período analisado foi quando a sua concentração inicial era 5 vezes maior do que a do cd(ii) e, mesmo assim, o fator de separação a é apenas ligeiramente superior a 1 (tabela 3). neste caso, a preferência da escolecita não foi determinada pela maior valência do cátion, como seria esperado. assim como o ni(ii), o cd(ii) possui tanto o valor de raio hidratado quanto de energia de hidratação menores do que os do cr(iii). ressalta-se apenas que a diferença entre as energias de hidratação do cr(iii) e do cd(ii) é bastante expressiva (4402 kj mol-1 e 1806 kj mol-1, respectivamente) o que pode, em parte, explicar este comportamento. 52 ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 figura 4 cinéticas de adsorção para o par cr(iii)/cd(ii). um outro parâmetro a ser definido é o coeficiente de seletividade , que inclui a carga dos íons, z a e z b [17]: se os íons possuem a mesma valência (z a = z b ), então = ( a bα )za e para íons univalentes têmse = a bα . o coeficiente de seletividade corrigido, inclui a correção para o coeficiente de atividade dos íons em equilíbrio na solução: onde γ a e γ b são os coeficientes de atividade dos íons a e b, respectivamente [7]. os valores de g a e g b podem ser calculados a partir da equação de debye-hückel [8]: onde m é a força iônica da solução que contém o íon de carga “z” e de tamanho “a”. a constante de equilíbrio termodinâmico, k a , relaciona-se com da seguinte maneira: a tabela 4 apresenta os resultados de coeficiente de seletividade , coeficiente de atividade g, coeficiente de seletividade corrigido, e constante de equilíbrio termodinâmico, k a , para os pares cr(iii)/cd(ii) e ni(ii)/mn(ii). na tabela 5 temos os resultados semelhantes para os pares cr(iii)/ ni(ii) e cd(ii)/mn(ii). (2) (3) (4) (5) 53ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 tabela 4 valores de , g, e k a para os pares cr(iii)/cd(ii) e ni(ii)/mn(ii). tabela 5 valores de , g, e k a para os pares cr(iii)/ni(ii) e cd(ii)/mn(ii). 54 ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 finalmente, a partir dos valores de k a podese determinar a energia livre (dgo) [1]: os resultados obtidos aplicando-se a equação (6) são apresentados na tabela 6. tabela 6 valores de energia livre (∆go). no par cr(iii)/cd(ii) ocorre preferência pelo cátion cd(ii), exceto no sistema contendo elevada concentração de cr(iii). no par ni(ii)/mn(ii), a preferência por um dos cátions é bem menos pronunciada, havendo uma maior indicação de favorecimento na adsorção do ni(ii) apenas quando este cátion está presente em elevada concentração. no par cr(iii)/ ni(ii) o sistema é espontâneo para a adsorção do (6) cr(iii) em todas as concentrações testadas, o mesmo ocorrendo para o cd(ii) no par cd(ii)/mn(ii). os resultados estão de acordo com as observações feitas anteriormente, na avaliação da cinética de adsorção. dessorção os resultados de dessorção são apresentados na figura 5. devido a carga estrutural relativamente elevada da escolecita, foi observada uma reduzida capacidade de troca dos cátions de metais de transição adsorvidos por cátions sódio ou cálcio. o processo de dessorção ocorre predominantemente na primeira hora de contato e, considerando que o modelo de freundlich é o que mais se adequa ao comportamento observado nas isotermas de adsorção deste material [10], a exemplo do que ocorre com outros materiais nos quais existe mais de um tipo de sítio de troca [2], podemos supor que a troca só ocorre em sítios de fácil acesso, principalmente aqueles localizados na superfície externa da escolecita. o cr(iii) foi minimamente dessorvido em ambos os casos. resultado semelhante foi observado com o uso de philipsita e chabazita [15], sendo a irreversibilidade atribuída a distorções que ocorrem na estrutura da zeólita devido a substituição dos cátions originais, de menor valência, pelo cromo trivalente. para os demais cátions, o sódio foi um pouco mais efetivo no processo de dessorção do que o cálcio. neste caso, tanto o raio iônico hidratado (3,58 å) [13] quanto a energia de hidratação (406 kj mol-1) [19] do sódio favorecem a troca quando comparado com o cálcio, onde temos os valores de 4,12 å e 1577 kj mol-1, respectivamente. no caso do cd(ii), observamos elevados valores de dessorção frente aos cátions sódio. este fato já havia sido observado para outras zeólitas naturais, como chabazita, philipsita, mordenita e ferrierita e parece ser independente da carga estrutural da zeólita ou do raio iônico hidratado e da energia de hidratação do cátion [5]. tanto a adsorção preferencial do cd(ii) em relação ao cr(iii) quanto o seu comportamento frente a dessorção podem estar relacionados ao fato de que íons de metais de transição com distribuição d [10] em sua camada de valência e baixos estados de oxidação, como o cd(ii), são altamente lábeis e, portanto, atingem rapidamente situações de equilíbrio [16]. 55ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 conclusões a escolecita apresentou uma elevada eficiência de adsorção dos cátions de metais pesados mn(ii), cd(ii) ni(ii) e cr(iii). vários fatores influenciaram a competitividade de adsorção entre dois cátions presentes em solução, destacando-se que a valência elevada e o raio iônico hidratado reduzido favorecem a adsorção, o que está de acordo com o comportamento de trocadores iônicos com elevada carga estrutural. nos testes de dessorção, a escolecita demonstrou uma elevada capacidade de reter os cátions ni(ii) e cr(iii) em sua estrutura, enquanto o cd(ii) apresentou comportamento diferenciado, sendo adsorvido e dessorvido da estrutura zeolítica com facilidade. aliado aos fatos desta zeólita ocorrer em abundância e de não ser impactante ao meio ambiente, a sua seletividade e elevada capacidade de adsorção torna o seu uso na retenção de metais pesados de efluentes aquosos potencialmente útil econômica e ecologicamente. agradecimentos os autores agradecem ao pibic/cnpq pelas bolsas concedidas. figura 5 cinéticas de dessorção com nacl (esquerda) e ca(no 3 ) 2 (direita). s. m. dal bosco, r. s. jimenez, w. a. carvalho. removal of heavy metals from industrial effluents by scolecite: competition and desorption processes. abstract: during recent years stringent regulations of wastewater discharge into aquatic bodies have been imposed. removal of contaminants, as heavy metals, is one of the fundamental goal in waste treatment. in order to achieve efficient cost effective technology, natural materials as zeolites are generally been applied is wastewater treatment to remove pollutants. we investigated the ability of scolecite, a natural zeolite from the top of the basaltic flows of serra geral formation in paraná basin, brazil, to retain chromium(iii), nickel(ii), cadmium(ii) and manganese(ii) in synthetic aqueous effluents. we evaluated the ion selectivity by batch experiments in a binary combination solution. the scolecite showed high efficiency retaining the tested metals, even when they are in competition. the zeolite preference for one cation could be related to cations with high charge density (e.g., cr(iii)) and lower hydration energies (e.g., cd(ii)). the unusual cd(ii) exchange behavior observed can be related to its lability. cr(iii) and ni(ii) were efficiently adsorbed, so they could not be substantially removed from scolecite structure by sodium or calcium cations. keywords: cation exchange; heavy metals; scolecite. recebido em: 25/08/03 aceito em: 23/10/03 56 ecl. quím., são paulo, 29(1): 47-56, 2004 referências [1] a. w. adamson, a. p. gast, physical chemistry of surfaces, wiley, new york, 6th edn., 1997, p. 641. 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[19] g. wulfsberg, principles of descriptive chemistry, brooks/ cole pub., monterey ca, 1987, p. 23. a08v28n1.pdf 63 generalização de um modelo linear de impedância eletroquímica j. m. v. capela1; m. v. capela1; r. magnani1 1 departamento de físico-química instituto de química – unesp – cep 14801-970 – araraquara – sp -brasil introdução a espectroscopia de impedância eletroquímica é uma técnica utilizada na análise de processos eletroquímicos que ocorrem na interface eletrodo/solução eletrolítica. trata-se de um método de identificação e determinação de parâmetros de um modelo elaborado com base na resposta de freqüência do sistema eletroquímico em estudo. em tais experimentos é utilizado um analisador de resposta de freqüência, acoplado a uma interface eletroquímica, o qual mede a resposta na corrente do sistema, à medida que se altera a freqüência de um sinal senoidal de entrada [1,7,11]: (sendo w a freqüência e e a amplitude do sinal.) se a amplitude do sinal (1) for suficientemente pequena (da ordem de milivolts), então é possível supor que a resposta de freqüência do sistema esteja relacionada linearmente com a perturbação, segundo uma equação diferencial linear [9,11]. se as condições iniciais do sistema forem todas iguais a zero, define-se a impedância eletroquímica z , como sendo o quociente: onde e(s) e i(s) são, respectivamente, as transformadas de laplace do potencial e da corrente e s = jw, j 2= -1 , é a freqüência complexa de laplace [7,11]. , (1))sen()( wtete = resumo em geral, a função de um modelo de impedância para processos de eletrodo simples é deduzida de um modelo elétrico equivalente, denominado circuito de randles. neste trabalho estudou-se a generalização dessa função, mediante a introdução de um parâmetro não-elétrico, relacionado com a flexibilidade do ângulo de fase e da magnitude. a função foi ajustada às medidas experimentais de impedância obtidas de um sistema constituído de uma liga ti-10%al (m/m) em solução de cloreto de sódio 0,9%, variando-se a amplitude de perturbação. verificou-se que a função generalizada foi adequada para descrever a impedância do sistema analisado, reduzindo as distorções entre a curva experimental e a curva teórica. além disso, os melhores resultados foram obtidos para sinais de perturbação do sistema com amplitude igual a 10 mv. palavras-chave: impedância eletroquímica; sistemas lineares; regressão multiresposta; ligas de ti. volume 28 (2003) número 1 www.scielo.br/eq ecl. quím., são paulo, 28(1): 63-67, 2003 64 )()()( wjejwzjwz φ= . (4) a impedância eletroquímica z(s) é uma função da variável complexa e pode ser representada por: onde z1(jw) = re [ z (jw)] e z2 (jw) = im [z (jw)] são, respectivamente, as partes real e imaginária. além dessa representação, tem-se também que a impedância pode ser dada pela magnitude /z(jw)/ e pelo ângulo de fase )(wφ : em geral, a função de um modelo de impedância adequado para processos de eletrodo simples é deduzida de um modelo elétrico equivalente, denominado circuito de randles [12]. este trabalho tem por objetivo estudar a generalização dessa função, com o intuito de ajustála às medidas experimentais de impedância, obtidas de um sistema constituído por uma liga ti-10%al (m/m) em solução de cloreto de sódio 0,9%, variando-se a amplitude de perturbação. dos materiais utilizados em implantes para aplicações ortopédicas e dentárias, as ligas à base de titânio são as mais apropriadas, porque têm apresentado melhores propriedades mecânicas, resistência à corrosão e boa biocompatibilidade [5,10]. material e métodos preparação da amostra / medidas de impedância a liga foi preparada utilizando-se alumínio e pastilhas de 22 gramas de titânio de grau 1 de alta pureza, fornecidas pela empresa alemã dentaurum. a fundição foi realizada em atmosfera de argônio empregando-se o processo plasma-skull e uma máquina discovery plasma, edg equipamentos. após a fundição, os corpos de prova de ti-10al foram submetidos ao polimento mecânico com lixas d’água de granulação 600,1000 e 1500 mesh, constituindo-se assim os eletrodos de trabalho. uma célula eletroquímica convencional foi preparada com três eletrodos, sendo o contraeletrodo um cilindro de grafite de alta pureza e, como sistema de referência foi adotado o eletrodo de calomelano saturado. para as medidas de impedância eletroquímica foi utilizada uma interface eletroquímica 1287 solartron, acoplada a um analisador de resposta de freqüência 1255 solartron, com amplitudes de perturbação no potencial de 1 mv e 10 mv r.m.s. e 5 pontos por década de freqüência no intervalo de 100 khz a 0,1 hz. impedância eletroquímica para um processo de eletrodo simples a função que descreve o espectro de impedância de sistemas simples de corrosão, controlados somente por transferência de carga e os casos de corrosão uniforme sobre superfícies homogêneas, pode ser deduzida de um circuito elétrico equivalente e é dada por: onde ωr representa todas as resistências ôhmicas, c a capacitância da superfície do eletrodo e a resistência de polarização [12]. substituindo a função (5) na equação (2), expandindo em frações parciais e aplicando a transformada inversa de laplace, obtém-se a resposta da corrente i(t) dada no domínio do tempo por [9]: se o sistema for estável, então a resposta (6) deverá ser limitada. isto significa que o termo exponencial deverá ser decrescente, ou seja, deverá ser válida a seguinte condição: a equação (6) é a resposta de estado estacionário do sistema eletroquímico ao sinal senoidal de entrada (1), conhecida como resposta de freqüência do sistema. se o sistema for estável, o sinal de saída difere da forma de onda do sinal de entrada somente no que diz respeito à amplitude e ao ângulo de fase. wjcr rrcrrwz p p p − += ωω 1 ),,,( , (5) )()()( 21 jwjzjwzjwz += , (3) ecl. quím., são paulo, 28(1): 63-67, 2003 65 modelo de regressão supondo que tenham sido realizadas n medições experimentais de impedância e que a função do modelo seja dependente de um vetorθ de p parâmetros, tem-se que o m-ésimo componente da impedância, zm (wk, θ ), k = 1,2, ... , n; m = 1,2, é uma variável aleatória dada por: onde j2 = -1 e z1 (wk, θ ) e z2 (wk, θ ) possuem um termo determinístico, dado pela função do modelo e uma variável aleatória, denominada erro residual. assim, escrevendo a parte determinística e os erros residuais, tem-se que o modelo (8) é equivalente a: as funções fm, m = 1,2 e εm , m = 1,2 são, respectivamente, as partes real e imaginária da função do modelo e do termo do erro aleatório. os erros residuais do modelo de regressão (9) possuem uma contribuição determinística (sistemática) e uma contribuição estocástica, distribuída aleatoriamente. os erros estocásticos são inevitáveis em qualquer conjunto de dados experimentais. os erros sistemáticos são compostos por erros originários de um modelo inadequado (falte de ajuste) e por erros tendenciosos, devido às limitações dos equipamentos e ao comportamento não estacionário do sistema eletroquímico. geralmente a contribuição dos erros de instrumento é observada em freqüências altas e a contribuição não-estacionária, em freqüências baixas, que exigem muito tempo para as medições [1,2,3]. considerando-se somente a contribuição estocástica, o erro é uma variável aleatória complexa. os estimadores dos parâmetros serão dados pelos valores θ de que otimizam algum critério sobre os erros residuais ),( θε w . supondo os termos do erro com distribuição normal de média 0, correlacionados em uma mesma freqüência e independentes para freqüências diferentes, isto é: 2 1 21 1 2 2 1 2 1 ),(),(),(),()(      −= ∑∑∑ === n k kk n k k n k k wwwwd θεθεθεθεθ . (11) rrr spnt }{2)2/;(ˆ 1−ω−± βθ (12) onde e é o valor esperado e σ é a matriz 2x2 de covariâncias, o critério de estimação de parâmetros consiste em se determinar o vetor de parâmetros que minimiza o determinante da matriz εε t , o que corresponde a minimizar a função [6]: os intervalos de confiança para o parâmetro rθ são calculados por onde rθ̂ é a estimativa do parâmetro, t (n p, β /2) é o valor da distribuição de student ao nível β de significância com n p graus de liberdade, pnds −= /)ˆ(2 θ e ω é a matriz hessiana [6]. resultados e discussão os resultados experimentais de impedância de uma interface eletroquímica, na maioria das vezes, não são explicados por um modelo linear consistindo somente dos parâmetros de um circuito elétrico equivalente. com o objetivo de minimizar essa distorção entre a curva experimental e a curva teórica, considerou-se a generalização da função (5), definida por: se o parâmetro α for igual a 1, então a função (13) resulta na função (5), ),,,( crrwz pω , e os resultados são consistentes com a teoria de sistemas lineares. escrevendo a forma polar da função (13) verifica-se que o parâmetro α está relacionado com o módulo e com o ângulo de fase da impedância: o parâmetro α é equivalente ao elemento de fase fracional definido por de levie [8] e possui a mesma interpretação física do elemento de fase constante. para α = 0,5 o eletrodo é poroso e para =1 o eletrodo é plano e polido. valores intermediários de, α , 0,5 < α < 1, correspondem a interfaces ),(),(),( 21 θθθ kkk wjzwzwz += , (8) α ecl. quím., são paulo, 28(1): 63-67, 2003 66 0 20000 40000 60000 80000100000120000140000160000180000 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 -p ar te im ag in ár ia parte real valores experimentais (10mv) valores teóricos rugosas [7,8,12]. a função ),,,,( αα crrwz pω foi ajustada às medidas experimentais de impedância obtidas de um sistema constituído de uma liga de titânio-alumínio (ti-10al) em solução de cloreto de sódio 0,9% no potencial de 1v, com aplicação de 1mv e 10mv de amplitude de perturbação, na faixa de freqüência de 100 khz a 0,1 hz. na tabela 1 são apresentados os resultados e os intervalos de confiança das estimativas dos parâmetros função ),,,,( αα crrwz pω .como a estimativa do parâmetro ωr apresentou excessivo erro relativo, este foi fixado em 60, observando-se o comportamento limite da parte real em altas freqüências. tabela 1: resultados das estimativas dos parâmetros de fα(w, ωr ,rp,c,α) e respect ivos in tervalos de confiança para as amplitudes de 1 mv e 10 mv. os resultados observados na tabela 1 mostram que as estimativas obtidas para a amplitude de perturbação de 10 mv apresentam intervalos de confiança menores que aqueles obtidos com a amplitude de 1 mv. o parâmetro apresentou estimativa mais próxima de 1 para o caso de 1 mv, como era esperado para sistemas sujeitos a perturbações pequenas. contudo, a condição (7) não é verificada, ou seja, o sistema é instável para essa amplitude de perturbação. essa instabilidade pode ter influenciado a falta de ajuste do modelo. as figuras 1 e 2 ilustram respectivamente a representação no plano complexo das medidas experimentais para a amplitude de 1 mv e de 10 mv e seus correspondentes valores teóricos. na figura 3 estão representados os erros residuais, determinados pela diferença entre os valores experimentais e os valores teóricos. comparando-se os gráficos das figuras 1 e 2 e observando-se o gráfico dos erros residuais da figura 3, verifica-se que a qualidade do ajuste é melhor para o espectro de impedância obtido com a perturbação de 10 mv. figura 1. representação no plano complexo das medidas experimentais e dos valores teóricos calculados com a função ),,,,( αα crrwz pω para a amplitude de 1 mv. figura2. representação no plano complexo das medidas experimentais e dos valores teóricos calculados com a função ),,,,( αα crrwz pω para a amplitude de 10 mv.. figura 3. representação gráfica dos erros residuais para as amplitudes de 1 mv e 10 mv. 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 r es íd uo s log(2πf ) resíduo real (10mv) resíduo real (1mv) resíduo imaginário (10mv) residuo imaginário (1mv) 0 20000 40000 60000 80000100000120000140000160000180000 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 -p ar te im ag in ár ia parte real valores experimentais (1 mv) valores teóricos ecl. quím., são paulo, 28(1): 63-67, 2003 67 conclusões a análise dos resultados indica que a função zα é adequada para descrever a impedância do sistema analisado. o parâmetro α confere flexibilidade ao ângulo de fase e ao módulo da impedância, contribuindo assim para a redução das distorções entre a curva experimental e a curva teórica. além disso, os melhores resultados de ajuste foram obtidos para sinais de perturbação do sistema com amplitude igual a 10 mv. diminuindose a amplitude para 1 mv o comportamento do sistema aproximou-se mais do comportamento linear, contudo os resultados foram influenciados pela instabilidade do sistema. portanto, a análise de resposta de freqüência do sistema deve ser realizada para uma amplitude de perturbação na qual o comportamento do sistema não se afaste muito do linear, porém o suficiente para não serem observados os efeitos da instabilidade. capela, j. m. v. et al. generalization of a linear model of electrochemical impedance. abstract the function of impedance for processes of simple electrode is generally deduced from the randles equivalent electric circuit. in this work the generalization of this function was studied, by the introduction of a parameter related to the flexibility of its phase angle and magnitude. the function was fitted to the impedance experimental measures from the ti-10wt.%al alloy in sodium chloride solution 0.9% and varying the amplitude of perturbation. the results showed that the generalized function reduces the distortions between the experimental and the theoretical curve with the best results obtained for signals with amplitude of 10 mv. keywords: electrochemical impedance; linear systems; non linear regression; titanium alloys. referências bibliográficas p. 4149-4158, 1995. 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campinas sp brasil resumo: a determinação de selênio utilizando a geração de hidretos acoplada às técnicas atômicas vêm sendo utilizada com sucesso em amostras de urina. devido a necessidade de se dispor de um método analítico capaz de determinar pequenas quantidades de selênio; é proposto o sistema de fluxo, por zonas coalescentes, utilizando a técnica de geração de hidretos, seguida da detecção por espectrometria de absorção atômica para a determinação de selênio em amostras de urina. o limite de detecção obtido é 0,3 ng ml-1, correspondendo a 30 pg de selênio e a freqüência analítica de 140 determinações por hora. a precisão (d.p.r.) do método foi de 2,0% para 1,0 ng ml-1. a quantidade de reagente (0,5 mg de nabh 4 para cada determinação) e de resíduo químico gerado no laboratório (170 ml h-1) é mínima. a aplicação do método proposto para análises de amostras de urina evidenciou a presença média de 4,0 ng ml-1 de selênio para pacientes que não ingeriram nenhum medicamento contendo selênio. para pacientes que ingeriram uma dose única de medicamento contendo selênio, o teor encontrado nas amostras de urina analisadas variaram de 5,0 a 16,0 ng ml-1. estudos de recuperação mostraram valores de 90,0% e 103,0% para 1,0 e 10,0 ng ml-1 de selênio adicionado, respectivamente, nas amostras de urina. a certificação do método foi avaliada para análises de material de referência de urina srm 2670 (valor certificado: 30,0±8,0 ng ml-1 e valor obtido: 27,0±2,0 ng ml-1). palavras-chave: selênio, ultratraços, injeção em fluxo, geração de hidretos, urina. introdução o selênio é um elemento essencial para o homem e seu estudo é de grande interesse devido suas propriedades anti-oxidantes e anticancerígenas [11]. no entanto, este elemento apresenta um pequeno intervalo de concentração entre o nível essencial e o toxicológico, onde doses tóxicas são somente 100 vezes maiores do que aquelas necessárias para as funções fisiológicas. o conteúdo de selênio na urina varia de acordo com a dieta alimentar. a concentração de selênio [1] na urina é de aproximadamente 30 mg l-1, no entanto, valores maiores podem ser encontrados em populações que vivem em áreas de solos seleníferos. desde que a principal rota para a excreção de selênio no organismo humano é a urina, o conteúdo deste elemento é um indicador de casos de intoxicação e/ou deficiência de selênio no homem. os problemas analíticos apresentados para a determinação de selênio em urina são o alto conteúdo de sais e a presença de vários constituintes orgânicos encontrados nestas amostras [7]. o desenvolvimento de métodos analíticos para a determinação exata de baixos níveis de selênio é importante. o selênio pode ser determinado em amostras de urina por espectrometria de (autor para correspondência: e-mail: nmmcoelho@ufu.br, fax:34-3239-4208) 8 ecl. quím., são paulo, 29(1): 7-14, 2004 absorção atômica por forno de grafite [10] e por geração de hidretos [12], por espectrometria de fluorescência atômica [13] e molecular [9] e por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado [8]. a espectrometria de absorção atômica quando acoplada à geração de hidretos oferece uma alternativa simples e sensível para a determinação de elementos que geram hidretos [5,6] e portanto, esta técnica pode ser aplicada na determinação de selênio em diferentes tipos de amostras. sob este aspecto, a espectrometria de absorção atômica e geração de hidretos aliada aos sistemas de análise por injeção em fluxo é uma proposta para a automatização das etapas analíticas. o principal objetivo do presente estudo foi desenvolver um procedimento simples e sensível para determinação de selênio em amostras de urina em ordem de validar uma metodologia para controle analítico em amostras de interesse clínico. o método consiste na introdução simultânea da amostra contendo selênio e do reagente redutor (borohidreto de sódio) em soluções transportadoras contendo ácido clorídrico e água desionizada, respectivamente. o hidreto de selênio formado é separado num separador gás-líquido, e então, conduzido por nitrogênio para a cela de atomização. as principais vantagens apresentadas por esta técnica são: separação da espécie analítica da matriz, alta eficiência de introdução da amostra resultando em boa sensibilidade e fácil automatização. adicionalmente, os resultados obtidos no presente estudo fornecem dados preliminares da presença deste elemento em amostras de urina e abre possibilidades para estudos relatando a presença de selênio em amostras de interesse clínico e interações na absorção, atividades biológicas e toxicidade. procedimento experimental instrumentação o sistema de fluxo empregado na determinação de selênio está representado na figura 1. figura 1. sistema de fluxo proposto para determinação de selênio. e.a.a.: espectrofotômetro de absorção atômica. é utilizado o sistema de zonas coalescentes em confluência que consiste em introdução simultânea de volumes iguais de amostra e de reagente redutor, em fluxos de carregadores separados de mesma vazão. neste caso, 100 ml de amostra e de reagente redutor (nabh 4 0,5 % (m/v)) são introduzidos em linhas transportadoras de ácido clorídrico (1,0 mol l-1) e água desionizada com vazões de 1,4 ml min-1, respectivamente. as soluções são impulsionadas por uma bomba peristáltica gilson, modelo minipuls 3 com 8 canais, utilizando tubos de tygon para o bombeamento. tubos de polietileno de 1,0 mm de diâmetro interno são usados para a construção do sistema de fluxo. a unidade de comutação para a introdução das amostras é um injetor tipo proporcional [2]. para a separação do hidreto formado é utilizado um separador gás-líquido do tipo varredura [3]. o hidreto de selênio gerado é separado da fase líquida no separador gáslíquido, sendo transportado ao atomizador usando nitrogênio ultra-puro como gás de arraste com vazão controlada por um regulador de vazão de gás. 9ecl. quím., são paulo, 29(1): 7-14, 2004 o atomizador eletrotérmico é tipo “t” com a câmara de atomização de 17 cm de comprimento e 0,8 cm de diâmetro interno [4]. o atomizador é enrolado com 2,5 metros de fio ni-cr e mantém a temperatura adequada para a atomização do hidreto de selênio através da resistência de ni-cr conectada a um regulador de voltagem, varivolt. as medidas de absorbância foram feitas em um espectrofotômetro de absorção atômica, intralab, modelo gemini aa12/1475, equipado com lâmpada de cátodo oco de selênio e corretor de fundo (lâmpada de deutério) ligado para corrigir o sinal analítico. as leituras de absorbância foram feitas em 196 nm com abertura de fenda de 0,5 nm e corrente de lâmpada de 10 ma. reagentes e padrões as soluções utilizadas neste estudo foram preparadas usando água desionizada (resistividade 18,2 mwcm) e reagentes de grau analítico, usando balões volumétricos para o acerto de volumes finais. frascos de polietileno foram empregados na estocagem de soluções. solução padrão de selênio: preparada a partir de 1,4040 g de dióxido de selênio (seo 2 riedel) em 1 litro de água. as soluções padrão de selênio, de concentrações variáveis entre 1,0 a 100 ng ml1 foram obtidas por diluição adequada de uma solução estoque de 10,0 mg ml-1 de selênio, com solução de hcl 1,0 mol l-1. estas diluições foram feitas empregando-se microbureta de vidro. solução de borohidreto de sódio 0,50 % (m/v): preparada por dissolução de 0,50 g de nabh 4 (merck) em 100,0 ml de koh (merck) 0,05 mol l-1. solução de ácido clorídrico 1,0 mol l-1: preparada a partir de 83,3 ml de hcl concentrado (merck) por diluição a 1 litro de água desionizada. material de referência certificado (srm 2670) as amostras de urina de material certificado srm 2670 (nível normal e nível elevado de selênio) foram reconstituídas, adicionando 20,0 ml de água desionizada em cada frasco. em alíquotas de 10,0 ml de urina para cada nível de selênio foram adicionados 10,0 ml de hno 3 concentrado. as amostras foram aquecidas em chapa de aquecimento até quase a secura, quando foram adicionados 3,0 ml de hcl concentrado e, então evaporadas novamente até quase secar. a seguir, o volume foi completado com água desionizada a 10,0 ml com hcl 1,0 mol l-1 para a amostra de urina de nível normal de selênio e 25,0 ml para a amostra de urina de nível elevado de selênio. amostras de urina com adição de selênio as amostras de urina de pacientes que não estavam sob administração de medicamentos contendo selênio, foram coletadas e, em seguida, foram adicionadas quantidades conhecidas de selênio (1,0 ng ml-1 e 10,0 ng ml-1) e 10,0 ml de hno 3 concentrado. as amostras foram aquecidas em chapa de aquecimento até quase a secura, quando foram adicionados 3,0 ml de hcl concentrado e, então, evaporadas novamente até quase secar. a seguir, o volume foi completado a 25,0 ml com hcl 1,0 mol l-1. amostras de urina de pacientes submetidos a uma dose única de medicamento contendo selênio os pacientes submetidos ao estudo ingeriram uma dose única de medicamento. conforme dados do fabricante, a composição do medicamento é de 50 mg de selênio na forma de complexo por 350 mg de medicamento. as amostras de urina foram coletadas nos seguintes tempos: 0 hora, isto é, antes da ingestão do medicamento e após ingestão do medicamento nos seguintes tempos: 6, 12, 18, 24, 36, 48, 60 e 72 horas. às amostras foram adicionados 10,0 ml de hno 3 concentrado e, então aquecidas em chapa de aquecimento até quase secura. em seguida, foram adicionados 3,0 ml de hcl concentrado e, novamente, foram evaporadas até quase secura. a seguir , o volume foi completado a 25,0 ml com hcl 1,0 mol l-1. resultados e discussão avaliação das condições experimentais para determinação de selênio as condições experimentais para determinação de selênio foram estabelecidas empregando o sistema de fluxo esquematizado na figura 1. os 10 ecl. quím., são paulo, 29(1): 7-14, 2004 seguintes parâmetros foram avaliados: bobina de reação, volume injetado, concentração de nabh 4 e de hcl, vazão das soluções transportadoras, vazão do gás de arraste e temperatura de atomização. soluções padrão de selênio de 30, 60 e 90 ng ml-1 foram utilizadas para estes estudos. a eficiência da geração do hidreto de selênio foi avaliada utilizando bobinas de reação de diferentes tamanhos (10, 20, 30, 50 e 80 cm). a figura 2 mostra o efeito do comprimento da bobina de reação para um volume de 100 ml de selênio e de borohidreto de sódio. o sinal analítico é maior para a bobina de 20 cm, diminuindo quando o tempo de reação aumentou, devido à dispersão sofrida pela amostra no percurso analítico. a bobina de 20 cm foi usada para a continuidade deste trabalho. figura 2. efeito do comprimento da bobina de reação na determinação de selênio. condições experimentais: concentração de nabh4: 1,0 % (m/ v), concentração de hcl: 1,0 mol l-1, volume injetado: 100 ml, vazão dos carregadores: 1,5 ml min-1, vazão de nitrogênio: 150 ml min-1, temperatura de atomização: 7500 c. 30 ng se ml-1, 60 ng se ml-1, -♦90 ng se ml-1. no sistema de fluxo proposto, a amostra e a solução de nabh 4 são injetadas em soluções transportadoras de hcl e água, respectivamente. a influência de volumes injetados de amostra e de redutor na eficiência da formação do hidreto de selênio foi avaliada na faixa de 50-200 ml. a figura 3 mostra que o sinal de absorbância aumentou com o volume injetado de amostra e de redutor, sendo que o sinal foi maior para 150 ml, mantendo-se constante para volumes maiores. neste caso, para volumes maiores que 100 ml, o tempo necessário para o retorno do sinal à linha base é maior e, consequentemente, a freqüência analítica é menor. o volume de 100 ml foi adotado para a amostra e o redutor. figura 3. efeito do volume injetado de amostra e de nabh4 na determinação de selênio. condições experimentais: concentração de nabh4: 1,0 % (m/ v), concentração de hcl: 1,0 mol l-1, bobina de reação: 20 cm, vazão dos carregadores: 1,5 ml min-1, vazão de nitrogênio: 150 ml min-1, temperatura de atomização: 7500 c. 30 ng se ml-1, 60 ng se ml-1, -♦90 ng se ml-1. o efeito de diferentes concentrações de borohidreto de sódio na sensibilidade do método analítico foi verificado injetando-se volumes constantes de diferentes concentrações do redutor, no intervalo de 0,1 a 2,5 % (m/v). a absorbância aumentou com o aumento da concentração de borohidreto de sódio até 0,5 % e depois, diminuiu (figura 4). quando maiores concentrações de nabh 4 eram utilizadas, observou-se que além da geração do hidreto de selênio, ocorria a formação de grande quantidade de hidrogênio proveniente da reação do borohidreto de sódio com o ácido clorídrico. o excesso de h 2 gerado provocava uma menor repetibilidade dos sinais obtidos. desta maneira, considerou-se conveniente a utilização de uma solução de 0,5 % (m/v) de borohidreto para a continuidade do trabalho. 50 100 150 200 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 a bs or bâ nc ia volume injetado (microlitros) 0 20 40 60 80 100 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 a bs or bâ nc ia bobina de reação (cm) 11ecl. quím., são paulo, 29(1): 7-14, 2004 figura 4. efeito da concentração de nabh4 na determinação de selênio. condições experimentais: concentração de hcl: 1,0 mol l-1, volume injetado: 100 ml, bobina de reação: 20 cm, vazão dos carregadores: 1,5 ml min-1, vazão de nitrogênio: 150 ml min-1, temperatura de atomização: 7500 c. 30 ng se ml-1, 60 ng se ml-1, -♦90 ng se ml-1. o efeito da variação da concentração de hcl no sinal analítico foi avaliado na faixa de 0,25 a 5,0 mol l-1 de ácido clorídrico. na figura 5 observa-se um aumento de absorbância até a concentração de hcl de 2,0 mol l-1, permanecendo quase constante o sinal analítico para maiores concentrações de hcl. desde que não há diferenças significativas no sinal de absorbância para o uso de hcl 1,0 mol l-1 e 2,0 mol l-1, foi adotada a concentração de hcl de 1,0 mol l-1 na linha transportadora e no preparo das amostras. o efeito da vazão das soluções transportadoras, ou seja, ácido clorídrico e água desionizada foi avaliado no intervalo de 0,5 a 2,7 ml min-1. observou-se que a absorbância aumentou até a vazão de 1,5 ml min-1. para vazões maiores, o sinal analítico diminuiu, pois, devido a alta vazão, a amostra e o reagente redutor não tinham tempo suficiente para reagirem antes de alcançarem o separador gás-líquido. assim, considerou-se que a vazão de 1,5 ml min-1 fornecia freqüência analítica e sensibilidade adequada aos objetivos propostos. o efeito da vazão de nitrogênio foi estudado no intervalo de 80 a 250 ml min-1. observouse, experimentalmente, que não havia repetibilidade no sinal analítico e a sensibilidade diminuía para vazões menores do que 150 ml min-1. assim, mantendo o compromisso com a sensibilidade e a precisão das medidas analíticas, a vazão de 150 ml min-1 foi considerada adequada para a determinação de selênio. para cada elemento que forma hidreto existe uma temperatura adequada. a temperatura para a atomização do hidreto de selênio foi avaliada. observou-se que na região de abaixo de 6000 c ocorre atomização parcial do hidreto de selênio. a máxima sensibilidade foi encontrada em 7500 c. figura 5. efeito da concentração de hcl na determinação de selênio. condições experimentais: concentração de nabh4: 0,5 % (m/ v), bobina de reação: 20 cm, volume injetado: 100 ml, vazão dos carregadores: 1,5 ml min-1, vazão de nitrogênio: 150 ml min-1, temperatura de atomização: 7500 c. 30 ng se ml-1, 60 ng se ml-1, -♦90 ng se ml-1. características analíticas do método proposto o coeficiente de correlação linear variando a concentração de selênio de 1,0 a 100,0 ng ml-1 é igual a 0,9955. a precisão do método avaliada através do desvio padrão relativo (d.p.r.), calculado a partir de dez determinações em replicata, foi de 2,0 % para 1,0 ng ml-1 de 2,3 % para 100 ng ml1. o limite de detecção, considerando-se a relação sinal/ruído igual a três, segundo as recomendações da iupac, foi calculado em 0,3 ng ml-1, correspondente a 30 pg de selênio. a freqüência analítica obtida foi de 140 determinações por hora. 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 a bs or bâ nc ia concentração de nabh4 (%) 0 1 2 3 4 5 6 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 a bs or bâ nc ia concentração de hcl (mol l-1) 12 ecl. quím., são paulo, 29(1): 7-14, 2004 análise de amostras de urina a exatidão do método proposto para a determinação de selênio foi avaliada com material certificado de urina. os resultados obtidos pelo método proposto foram comparados com os valores certificados (tabela 1). como pode ser observado, a determinação do selênio pelo método desenvolvido forneceu resultados satisfatórios, uma vez que foram concordantes com aqueles valores fornecidos nos certificados. desde que as condições experimentais do método proposto foram avaliadas para a determinação de selênio em amostras de urina; o procedimento proposto foi aplicado a determinação de selênio em amostras de urina de pacientes submetidos a medicamentos contendo selênio. o procedimento proposto para a determinação de selênio nestas amostras foi somente o de estabelecer um método químico de análise, sem abordoar o aspecto clínico e suas conseqüências. neste caso, procurou-se avaliar a taxa de eliminação de selênio via urina após a ingestão de medicamentos. foi feito um estudo visando conhecer o nível de selênio na urina de pessoas que não estavam sob tratamento com dose de selênio. para isto foi recolhida urina de três pessoas que não haviam tomado nenhum tipo de medicamento contendo selênio. os resultados obtidos mostraram a concentração média de selênio na urina de 4,0 ng ml-1. numa amostra de urina contendo 3,5 ng ml-1 de selênio foram adicionadas quantidades conhecidas de selênio, a saber 1,0 ng ml-1 e 10,0 ng ml-1. os resultados indicados na tabela 2, mostraram a recuperação maior que 90% para a determinação de selênio. tabela 1. determinação de selênio (mg ml-1) em material certificado de urina srm 2670. tabela 2. determinação e recuperação de selênio em amostras de urina. 13ecl. quím., são paulo, 29(1): 7-14, 2004 o estudo para avaliar o perfil da eliminação do selênio na urina foi feito para uma pessoa submetida a uma dose única de medicamento e o monitoramento de selênio nas amostras de urina foi feito num período de 72 horas. a figura 6 mostra o perfil da eliminação do selênio pela urina em função do tempo, onde o ponto correspondente ao tempo zero mostra a concentração de selênio medida antes da ingestão do medicamento. a figura 6 mostra uma maior eliminação do selênio nas primeiras 18 horas após a ingestão do medicamento. após o tempo de 72 horas, concentração de selênio na urina foi de 5,5 ng ml-1 aproximando-se ao nível de selênio determinado na urina em condições normais. figura 6. monitoramento de selênio na urina de paciente submetido a medicamentos contendo selênio. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 c on ce nt ra çã o de se lê ni o (n g/ m l) tempo após ingestão de medicamento (h.) conclusões o método proposto é relativamente simples, de fácil operação e de baixo custo. os sistemas de fluxo combinados à técnica de geração de hidretos são bem versáteis e proporcionam a determinação de selênio de um grande número de amostras num tempo relativamente curto. o sistema de fluxo por zonas coalescentes, ora proposto, apresenta vantagens como o menor consumo de nabh 4 (0,5 mg de nabh 4 para cada determinação, ou seja, 70 mg de nabh 4 por hora) e o resíduo químico gerado no processo reacional é de 170 ml h-1, portanto, sendo economicamente interessante além de minimizar os resíduos químicos gerados no laboratório. considerando-se os resultados obtidos, a proposta de trabalho mostrou-se potencialmente útil à determinação de selênio em amostras de urina. assim, o procedimento desenvolvido consiste de uma alternativa viável ao monitoramento de selênio. agradecimentos n.m.m. coelho agradece à coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior pela bolsa de doutorado concedida. recebido em: 08/04/03 aceito em: 07/07/03 n. m. m. coelho, n. baccan. ultra trace determination of selenium in urine by flow injection hydride generation atomic absorption spectrometry abstract: hydride generation atomic absorption spectrometry using a flow injection system by merging zones has been used successfully to determine selenium at the ultra trace level. the detection limit was 0.3 ng ml-1, corresponding to 30 pg of selenium and sample throughput of 140 samples per hour was obtained. the precision (r.s.d.) for determination of 1.0 ng ml-1 of selenium is 2.0%. reagent consumption (0.5 mg of nabh 4 per determination) and waste generation is low. the application of the developed methodology to the analysis of urine samples evidenced the presence of 4.0 ng ml-1 of selenium for patients without administration of drugs containing selenium. for patients with administration of drugs containing selenium, the selenium concentration in the analyzed urine samples was 5.0 ng ml-1 until 16.0 ng ml-1 level. recovery of selenium from two samples ranged from 90.0 to 103.0%. the method was validated by analyzing with the standard reference material srm 2670 urine (certified value: 30.0±8.0 ng ml-1 and obtained value: 27.0±2.0 ng ml-1). keywords: selenium, ultra trace, flow injection, hydride generation, urine 14 ecl. quím., são paulo, 29(1): 7-14, 2004 referências [1] m. s. alaejos, c. d romero, e. m. rodríguez-rodríguez, clin chim. acta 231 (1994) 39. [2] h. bergamin filho, j. x. medeiros, b. f. reis, e. a. g. zagatto, anal. chim. acta 101 (1978) 9. [3] s. cadore, n. baccan, j. anal. atom. spectrom. 12 (1997) 637. [4] n. m. m. coelho, a. c. silva, c. m. silva, ciênc. tecnol. 10 (2001) 109. [5] n. m. m. coelho, a. c. silva, c. m. silva, anal. chim. acta 460 (2002) 227. [6] n. m. m. coelho, c. parrilla, m. l. cervera, a. pastor, m. de la guardia, anal. chim acta 482 (2003) 73. [7] a. k. das, m. de la guardia, m. l.,cervera, talanta 55 (2001) 1. [8] b. gammelgaard, k. d. jessen, f. h. kristensen, o. jons, anal. chim. acta 404 (2000) 47. [9] k. johansson, x. luo, a. olin, talanta 42 (1995) 1979. [10] l. marin, j. lthomme, j. carignan, talanta 2003, in press. [11] w. mertz, trace elements in human and nutrition, academic press, new york, 5 th edn. 1986. [12] m. l. ruíz-navarro, m. navarro-alarcón, h. l. g. de la serrana, v. pérez-valero, m. c. lópez-martinez, sci. total environ. 216 (1998) 55. [13] r. sabé, r. rubio, l. garcía-beltrán, anal. chim. acta 436 (2001) 215. vol32n3_v3.pmd a study on the inhibition of mild steel corrosion in hydrochloric acid by pyridoxol hydrochloride. a.o.james1, * n.c. oforka1, o.k. abiola1 and b.i.ita2. 1. department of pure and industrial chemistry, university of port harcourt, p.m.b. 5323, port harcourt, nigeria. 2. department of pure and applied chemistry, university of calabar, calabar, nigeria. www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 3, 2007 abstract: the inhibition of the corrosion of mild steel in 2m hydrochloric acid solutions by pyridoxol hydrochloride (pxo) has been studied using weight loss and hydrogen evolution techniques. the inhibitor (pxo) exhibited highest inhibition efficiency of 71.93% at the highest inhibitor concentration of 1.0 x 10-2m investigated and a temperature of 303k from weight loss result. also, inhibition was found to increase with increasing concentration of the inhibitor and decreasing temperature. a first order type of mechanism has been deduced from the kinetic treatment of the weight loss results and the process of inhibition attributed to physical adsorption. the results obtained from the two techniques show that pyridoxol hydrochloride could serve as an effective inhibitor of the corrosion of mild steel in hcl acid solution. the compound obeys the langmuir adsorption isotherm equation. keywords: corrosion; mild steel; pyridoxol hydrochloride; kinetic treatment. introduction the continued manifestation of corrosion and corrosion products on steel structures is still causing a lot of concern to corrosion scientists and engineers [1-2]. in recent years, scientists have been concerned with the use of certain organic compounds as corrosion inhibitors in metalcorrodent system. the use of nitrogen (n) and sulphur (s) containing organic compounds for the corrosion of mild steel in hydrochloric acid solutions has been reported by several authors [3-7]. of interest to corrosion scientists is the effect of molecular structural changes on corrosion inhibition which is being investigated in our laboratory. in continuation of the search for efficient eco-friendly corrosion inhibitors for mild steel in hydrochloric acid, this paper reports the inhibition effects of pyridoxol hydrochloride on mild steel corrosion in hydrochloric acid. this study is a continuation of our extensive studies on the efficiency of pyridoxol hydrochloride (pxo) as potential corrosion inhibitor for aluminum alloy of type aluminum 3sr in hydrochloric acid [8]. the inhibition efficiency, (%e) was calculated from the equation (1) below: 1 100 e % x w ww b ib δ δ−δ = (1) where bwδ and δwi are the weight loss (or hydrogen gas evolution) data of metal coupons in the absence and presence of the inhibitors respectively. experimental details material preparation the sheet of mild steel obtained from system metals industries ltd., calabar, nigeria and of thickness 0.07cm, purity 98.774% fe had the chemical composition 31ecl. quím., são paulo, 32(3): 31-38, 2007 of c = 0.12%, mn = 0.90%, s = 0.066%, p = 0.050%, si = 0.10% and remainder fe. the mild steel sheet was mechanically press-cut into 5 x 2 cm coupons. each coupon was perforated with a hole of the same of about 0.02 in diameter at one end to allow the passage of a glass hook. the coupons were used as supplied without further polishing. however, they were degreased in absolute ethanol, rinsed with double-distilled water and dried in acetone. this process enabled mill scales to be removed from the coupons. the treated coupons were then stored over calcium chloride in moisture free desiccators to prevent contamination before their use for corrosion studies. the pyridoxol hydrochloride used as inhibitor was obtained from bdh, england. weight loss determination the weight loss was determined following the method reported earlier [8]. three sets of experiments were carried out consisting of fifteen 250ml beakers, which separately contained 1.0m, 2.0m, 3.0m, 4.0m and 5.0m hcl solutions, maintained at 303k, 313k and 323k. previously weighed mild steel coupons were each suspended in each beaker with the help of glass rods and glass hooks. the mild steel coupons were retrieved from the corrodent solutions at 24hours interval progressively for 192hours (8days). each retrieved coupon was immersed in a solution of 20% sodium hydroxide containing 200g / liter of zn dust, scrubbed with brittle brush several times to remove corrosion product, dried in acetone and then reweighed. the weight loss was calculated in grams as the difference between the initial weight prior to immersion, and weight after removal of the corrosion product. each reading reported is an average of three readings recorded to the nearest 0.0001g on a mettler ae 166 delta range analytical balance. experiments were repeated with the introduction of five different concentrations (1.0 x 10-2m, 1.0 x 10-3m, 1.0 x 10-4m, 1.0 x 10-5m and 1.0 x 10-6m) of the inhibitor pyridoxol hydrochloride (pxo) in 2m hcl solutions at 303k, 313k and 323k in fifteen 250ml beakers. previously weighed coupons were then placed in the test solutions with each test solution containing one mild steel coupon. as before, each coupon was retrieved from the test solutions at 24hours intervals progressively for 192hours (8 days) washed and reweighed. the difference in weight of the coupons was again taken as the weight loss in grams. hydrogen evolution determination, via the gasometric assembly the gasometric assembly used for the measurement of hydrogen gas evolution from the corrosion reaction was designed following the method described by onuchukwu [9].the gasometric assembly measures the volume of hydrogen gas evolution from the reaction system. six mild steel coupons of dimension 5cm x 2cm x 0.07cm were used in the experiments for test solutions containing 8m hcl with the five different concentrations of pxo and the blank at 303k. a 50ml of each test solution was introduced into the reaction vessel connected to a burette through a delivery tube. the initial volume of air in the burette was recorded. thereafter, one mild steel coupon was dropped into the corrodent and the reaction vessel quickly closed. variation in the volume of hydrogen gas evolved with time was recorded every 1min. for 60 min. each experiment was conducted on a fresh specimen of metal coupon. the hydrogen gas evolved displaced the paraffin oil in the gasometric set-up and the displacement representing the volume of hydrogen evolved was read directly. the experiment was repeated in the presence of the five different concentrations 32 ecl. quím., são paulo, 32(3): 31-38, 2007 of pxo, 1.0 x10-2m to 1.0x 10-6m as used in the weight loss experiments. results and discussion effect of corrodent concentration fig. 1 shows that mild steel corrodes in different concentrations of hcl solutions, since there was a decrease in the original weight of mild steel. the corrosion is attributed to the presence of water, air and h+, which accelerate the corrosion process. the corrosion of the mild steel in hcl increases with the concentration of the acid and time. similar results were obtained at 313k and 323k. this observation is attributed to the fact that the rate of chemical reaction increases with increasing concentration. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 2 4 6 8 10 time (days) w ei gh t l os s (g ) 1.0m 2.0m 3.0m 4.0m 5.0m fig. 1: variation of weight loss (grams) of mild steel with time (days) for different concentrations of hcl solution at 303k. effect of temperature on the corrosion of mild steel 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 2 4 6 8 10 time (days) w ei gh t l os s (g ) 303k 313k 323k fig. 2: variation of weight loss (g) with time (days) for mild steel coupons in 2m hcl solutions at different temperatures without inhibitor there is a progressive increase in weight loss as the temperature is increased from 303k to 323k (fig. 2). this signifies that the dissolution of the metals increased at higher temperatures. this observation is attributed to the general rule guiding the rate of chemical reaction, which says that chemical reaction increases with increasing temperatures. also an increased temperature favors the formation of activated molecules, which may be doubled in number, with 10oc rise in temperature, thereby increasing the reaction rate. this is because the reactant molecules gain more energy and are able to overcome the energy barrier more rapidly [7]. an increase in temperature may also increase the solubility of the protective films on the metals, thus increasing the susceptibility of the metal to corrosion [10]. the solubility of oxygen gas decreases with increase in temperature. thus oxygen concentration is expected to be more at higher temperature which in this case is higher at 323k than at 313 and 303k. the presence of high concentration of oxygen thereby causes the metal to corrode faster. also for solids, solubility generally increases with increasing temperature. this explains why the protective film which is solid becomes more soluble as the temperature is increased. inhibition action of pyridoxol hydrochloride on the corrosion of mild steel fig. 3 shows that pxo is indeed a corrosion inhibitor, since there was a general decrease in weight loss at the end of the corrosionmonitoring process. similar trend was observed at 313k and 323k. the general decrease in hydrogen gas evolution with time as concentration of additives increased from 0.00001m to 0.01m (fig. 4) confirms that the presence of the additives in 8m hcl solution also reduced the corrosion of mild steel. it must be mentioned that the hydrogen evolution technique enables us to assess the inhibitory effect of the inhibitor at very high corrodent concentrations up 33ecl. quím., são paulo, 32(3): 31-38, 2007 to 8m hcl which could not be done with the weight loss technique. the mild steel coupons disappeared in 8m hcl within 5hours of immersion thereby making it difficult to use the weight loss technique for the 24hours studies. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 5 10 time (days) w ei gh t l os s (g ) blank c1=1.0x10-6m c2=1.0x10-5m c3=1.0x10-4m c4=1.0x10-3m c5=1.0x10-2m fig. 3: variation of weight loss (g) with time (days) for mild steel coupons in 2m hcl solution containing different concentrations (ci’s) of pyridoxol hydrochloride at 303k. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 20 40 60 80 time (mins) vo lu m e (m l) uninbited 8m hcl 0.000001m 0.00001m 0.0001m 0.001m 0.01m fig. 4: variation of volume of hydrogen gas evolved with time (minutes) for the inhibition of mild steel in 8m hcl solutions by pyridoxol hydrochloride at 303k fig. 5: variation of inhibition efficiency (%) with inhibitor concentrations (m) for mild steel coupons in 2m hcl solution containing pyridoxol hydrochloride at different temperatures. kinetics and mechanism of the corrosion inhibition of mild steel in hcl by pyridoxol hydrochloride. the corrosion of mild steel in hcl solution is a heterogeneous one, composed of anodic and cathodic reactions. based on this, kinetic analysis of the data is considered necessary. in the present study, the original weight of mild steel coupon at time, t is designated wi, the weight loss is δw and the weight change at time t, (wi δw). the plots of a linear log (wi δw) against time (days) at 303k and other temperatures studied, showed variation which confirmed a first order reaction kinetics with respect to the corrosion of mild steel in hcl solutions at 303k without inhibitor (fig. 6). figure 6: variation of log (wi δw) with time (days) for mild steel coupons in 2m hcl solution at different temperatures without inhibitor. figure 7: variation of log (wi δw) with time (days) for mild steel coupons in 2m hcl solutions containing different concentration of pyridoxol hydrochloride at 303k. 34 ecl. quím., são paulo, 32(3): 31-38, 2007 table 1: the kinetic data for mild steel in different concentrations of hydrochloric acid solutions without additives (inhibitor). hydrochl oride acid concentra tion (m) activatio n energy kjmo1-1 average activatio n energy kjmo1-1 303k 313k 323k 303k 323k 323k 1.0 2.69 3.53 4.48 2.58 1.96 1.55 21.43 2.0 5.63 6.81 8.88 1.23 1.02 0.78 15.01 3.0 7.90 10.42 12.94 0.88 0.67 0.54 21.83 20.15 4.0 10.83 14.19 19.35 0.64 0.49 0.36 21.31 5.0 13.33 17.43 22.05 0.52 0.40 0.31 21.15 rate constant, k (day-1) x 10 –3 half-life, t1/2 (days) x 102 table 2: the kinetic data for mild steel in 2m hcl solution containing pyridoxol hydrochloride at different temperatures. 303k 313k 323k 303k 313k 323k 303k – 313k 313k-323k 303k-313k 313k-323k 1.0 x 10-6 3.78 6.09 8.41 1.83 1.14 0.82 37.61 27.15 1.0 x 10-5 2.91 5.81 7.83 2.38 1.19 0.89 54.53 25.08 1.0 x 10-4 2.67 4.44 5.85 2.60 1.56 1.18 40.11 23.19 50.04 23.89 1.0 x 10-3 1.96 4.17 5.24 3.54 1.66 1.32 59.54 19.20 1.0 x 10-2 1.54 3.23 4.34 4.50 2.15 1.60 58.41 24.83 activation energy kjmo1-1 average activation energy kjmo1-1 inhibitor concentr ation (m) rate constant, k (day-1) x 10-3 half-life, t1/2 (days) x 102 there is a general decrease in the rate constants from 303k 323k with increasing concentrations of the additives (tab. 2). the increase in half-life (t1/2--) (half-life being the time taken for the concentration of a substance to reduce to half its initial value) shown when the additives are present further supports the inhibition of mild steel in 2m hcl by the additive (tabs. 1 and 2). the increase in half life indicates more protection of the metals by the additives [11]. the activation energy was calculated using the arrhenius equation (2) below: ea = (2.303rt1t2logk1/k2)/1000 (t2 – t1) (2) where ea= activation energy r = is the gas constant in joule (j) t= absolute temperature in kelvin r= 8.314 jmol-1 k-1 k1 and k2 are rate constants at t1 (303k) and t2 (313k) respectively or t1 (313k) and t2 (323k). the average activation energy for the dissolution of mild steel in hcl solution between 303k and 313k was found to be 20.15kjmol-1[tab.1]. in the presence of the additive, the corrosion rate decreased. this is evident in the increased value of activation energy (ea =50.04 kjmol-1 for hcl – pxo system from 303 313k [tab.2]. two types of adsorption processes had been distinguished [12], physisorption in which the activation energy is less than about 40 kjmol-1 and chemisorption where the activation energy is greater than 80 kjmol-1. on the basis of the experimentally determined activation energy values, the additive is physically adsorbed on the mild steel coupons. therefore, it is probable that a multilayer protective coverage on the entire mild steel surface was obtained. 35ecl. quím., são paulo, 32(3): 31-38, 2007 the decrease in inhibition efficiency as temperature rises (tab. 3) support the fact that the additive is physically adsorbed on the mild steel surface. table 3: the inhibition efficiencies (%) of pyridoxol hydrochloride on mild steel corrosion in 2m hcl at different temperatures. i n h ib ito r c o n c e n t r a t io n ( m ) 3 0 3 k 3 1 3 k 3 2 3 k 1 .0 x 1 0 6 3 0 .4 1 1 9 . 9 0 7 .2 6 1 .0 x 1 0 5 4 4 .4 9 2 0 . 3 3 1 2 . 8 2 1 .0 x 1 0 4 5 0 .9 4 3 8 . 2 3 3 0 . 0 8 1 .0 x 1 0 3 6 1 .3 4 4 3 . 8 3 4 0 . 0 1 1 .0 x 1 0 2 7 1 .9 3 5 6 . 6 2 4 9 . 1 4 i n h ib ito r e ffic ie n c y ( % ) corrosion inhibition and adsorption behaviour of pyridoxol hydrochloride on mild steel surface in hcl acid solution. the inhibitive property of pxo may be explained by considering the adsorption of the pxo molecule through the heterocyclic nitrogen of the pyridine (fig. 8), available electron-rich oxygen and complex formation (surface chelation) on the corroding metal surface. these may be responsible for the formation of an oriented film layer, which essentially blocks discharge of h+ and consequent dissolution of the metal ions. n ch3 oh pyridoxol hydrochloride oh oh .hcl figure 8:pyridoxol hydrochloride. the plot of c/e against c (m) where c represents inhibitor concentrations investigated (1.0 x 10-2m, 1.0 x 10-3m, 1.0 x 10-4m, 1.0 x 10-5m and 1.0 x 106m) and q (which is defined as: 0.01x inhibition efficiency) represents surface area covered by the inhibitor that is linear (fig. 9) show that pxo conform to the langmuir adsorption isotherm. the plot supports the assertion that the mechanism of corrosion inhibition is due to the formation and maintenance of a protective film on the metal surface and that the additive cover both the anodic and cathodic sites through uniform adsorption following langmuir isotherm. figure 9: langmuir adsorption isotherms plotted as c/e versus c for inhibition of mild steel corrosion in 2m hcl solution by pyridoxal hydrochloride. conclusion the compound, pxo inhibit the corrosion of mild steel in hydrochloric acid solution to an appreciable extent, particularly at decreased temperature and increased inhibitor concentration. physical adsorption mechanism has been proposed for the inhibition action of the additive on the basis of the experimentally observed activation energy. the inhibitor action follows the langmuir adsorption isotherm. the corrosion of mild steel in hcl in both inhibited and uninhibited reactions confirms a first order type of mechanism. this observation could go a along way in assisting corrosion scientists and engineers in solving corrosion problems. 36 ecl. quím., são paulo, 32(3): 31-38, 2007 0.00e+00 5.00e-03 1.00e-02 1.50e-02 2.00e-02 2.50e-02 3.00e-02 3.50e-02 0.00e+0 0 2.00e-03 4.00e-03 6.00e-03 8.00e-03 1.00e-02 1.20e-02 concentration (m) c/ ө 303k 313k 323k received 28 june 2007 accepted 16 july 2007 references (1) k.r. tretchewey, j. chamberlain, corrosion for science and engineering, 1st edition, longman, united kingdom, 1995, 31 – 40. (2) b. i. ita, o. e. offiong, inhibition of mild steel corrosion in hydrochloric acid by 2 – ammopyridine and 2 – (aminomethly) pyridine, global j. pure and appl. sci. 6, (1) (2000) 51 – 55. (3) b. i. ita, o. e. offiong, the inhibition of mild steel corrosion in hydrochloric acid by 2, 2’ pyridil and a pyridoin, mater. chem. phys. 51, (1997) 203 – 210. (4) o. k. abiola, n. c. oforka, e. e. ebenso, a potential corrosion inhibition for acid corrosion of mild steel, electrochemistry 20, (9) (2004) 409 – 413. (5) r.b. rastoyi, m. m. singh, k. singh, m.yadav, organolic dithiohydrazodicarbonamides as corrosion inhibitors for mild steel-dimethyl sulphoxide containing hcl, portugaliae electrochimica acta, 22, (2005) 315 332. (6) a. o. james, n. c. oforka, o. k. abiola, inhibition of corrosion of aluminium in hydrochloric acid by pyridoxal hydrochloride, j. corr. sci. eng. 7, preprint 21, (2005) 1 – 10. 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radical-induced oxidative damage in erythrocytes; analytical methodology for quantifying personal care products, many of them with biological activity in the aquatic environment; determination of rare-earth elements in phosphogypsum stacks, being the phosphogypsum a by-product of phosphate fertilizer industry known as agricultural gypsum; removal of 5g blue reactive dye by means of biosorption using the rice husk residue as a biosorbent. the editor and his team wish to express their sincere thanks to the authors and reviewers for their outstanding collaboration. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index introdução eclética química, 38, 117-122, 2013. 117 study of the catalytic activity of bovine bone powder impregnated with fe(iii) new material for the catalytic degradation of indigo carmine márcio g. coelho a* , geraldo m. de lima a , rodinei augusti a , josé d. ardisson b , fabrício v. de andrade a and luciana s. duarte a . a departamento de química, icex, universidade federal de minas gerais, 31270-901 belo horizonte, mg, brazil, *e-mail address:proquimarcio@gmail.com, tel.: 55 31 3409574 b centro de desenvolvimento em tecnologia nuclear, cdtn, 31270901, belo horizonte, mg, brazil abstract in this work, a composite consisting of bovine bone powder impregnated with fe(iii) ions was prepared and its performance evaluated as a catalyst for the degradation of the textile dye indigo carmine in aqueous medium. one of the advantageous features of this new material is that it is inexpensive, simple to prepare and the support, bovine bone, is one the final residue of food production. the material was fully characterized by x-ray powder diffraction (drx), 57 fe-mössbauer spectroscopy, surface area measurements (bet), atomic absorption spectrometry. the degradation of indigo carmine was monitored by ultraviolet spectroscopy in the visible region (uv-vis) and the by-products characterized by direct infusion esi(-)ms (electrospray ionization mass spectrometry in the negative ion mode). keywords: photocatalysis, wastewater, indigo carmine, bovine bone. resumo neste trabalho, um composto constituído de pó de osso bovino impregnado com fe(iii) foi preparado e seu desempenho como um catalisador para a degradação do corante têxtil índigo carmim em meio aquoso foi avaliado. uma das características vantajosas deste novo material é que é barato, simples de preparar e o suporte, osso bovino, é um resíduo final da produção de alimentos. o material foi totalmente caracterizado por difração de raios-x de pó (drx), espectroscopia mössbauer de 57 fe, medidas de área superficial (bet), espectrometria de absorção atômica. a degradação do índigo carmim foi monitorada por espectroscopia de ultravioleta na região do visível (uv-vis) e os subprodutos caracterizadas por esi(-)ms (espectrometria de massas com fonte de ionização por eletrospray no modo negativo) através do método de infusão direta. palavras-chave: fotocatálise, águas residuárias, índigo carmim, osso bovino eclética química, 38, 117-122, 2013. 118 introduction according to tests performed by the ecological and toxicological association of the dyestuffs manufacturing industry (etad) more than 90% of the 4,000 dyes normally used in industrial processes show some level of toxicity [1-3]. in the international market of dyes and pigments, about 50% corresponds to azo-based materials, r-n=nr´ [4]. several studies have linked azo pigments with basal cell carcinoma [5, 6], and some of their degradation products are even more toxic [7]. their industrial wastewaters are also reason for concern, because of toxicological and environmental effects on a number of microorganisms and colour pollution [8]. regarding the former, very small quantities of dyes can be easily recognized either in industrial products or in their liquid wastes [9]. the major problems are related to the drawback of important properties of dye pigments, manly high chemical and thermal stability. although necessary for industrial applications, these properties prevent treatment of aqueous residues, even at low concentrations when common methods are either economically unfavourable and/or technically complicated [10]. degradation of organic substrates in aqueous solution has been usually promoted by advanced oxidative processes (aops) [11]. in the aops, the extremely reactive and powerful oxidizing hydroxyl radicals, generated in situ, promote the oxidation of target organic compounds. 12 most aops comprise combinations of uv radiation and h2o2, tio2, o3, ultrasonic radiation, and the fenton reagent [12, 13]. a number of reports have described the application of aops to degrade dyes in aqueous solution. for instance, an innovative array composed by tio2 immobilized on the inner surfaces of quartz pipes continuously exposed to uv source has been successfully employed to degrade several dyes [14]. small scale experiments have shown that the tio2/solar radiation system demonstrates high efficiency in removing the colour from aqueous solutions of indigo carmine [15]. other papers have reported that treatment with hydrogen peroxide and transition metal complexes was able not only to promote colour removal but also to cause almost complete mineralization of solutions containing a number of dyes [16, 17]. the studies on the degradation of dyes in aqueous solutions have usually focused on the discoloration efficiency promoted by aops, whereas less attention has been given to the characterization of by-products probably formed under these oxidative conditions or their toxicological properties. for instance, gc-ms was recently used to identify by-products resulting from the degradation of a few azo dyes [18, 19]. an alternative technique to be used for this purpose is electrospray ionization mass spectrometry (esi-ms). this technique possesses the remarkable capability to gently transfer species from the condensed to the gas phase without inducing undesirable side reactions. because of that, esi-ms has been successfully applied in the monitoring of an increasing number of environmental methodologies [20-25]. following our interest in the preparation and characterization of materials with technological appeal and environmental catalysis, the aim of the present work therefore war to prepare and characterize novel materials formed by the impregnation of bovine bone powder with fe(iii) ions [26-31]. the use of materials from renewable resources in chemical processes is very important, among the potential renewable energy sources highlight the bovine bone. in this work processed bovine bone powder is used as catalytic support. its ability to act as a catalyst for the degradation of the textile dye indigo carmine in aqueous medium is evaluated. direct infusion electrospray ionization mass spectrometry is also used in an attempt to characterize the by-products probably resulting from degradation process. eclética química, 38, 117-122, 2013. 119 experimental details all chemicals were purchased from sigmaaldrich (milwaukee, wi) and used without further purification. doubly distilled water was used to prepare the solutions. 2.1. instrumentation and techniques thermal preparation of the supported material was carried out in an oven in air at 100 o c. xrd patterns were collected with a siemens d5000 instrument using a ni-filtered cu k radiation ( = 1.5418 å) and a graphite monochromator in the diffracted beam. a scan rate of 1 o /min was applied to record a pattern in the 2 range of 20 o 80 o . silicon was used as internal standard. the 57 fe mössbauer experiments were carried out in a spectrometer cmte model ma250 with a 57 fe o as reference. uv-vis measurements were performed by using a hitachi u-2010 spectrophotometer. the measurements of atomic absorption were made in a varian atomic absorption spectrometer (aa 240 fs) under the following analysis conditions: wavelength 248.3 nm, slit 02, gas flame acetylene. esi-ms and esi-ms/ms analyses were performed with a lcq fleet mass spectrometer (thermoscientific, san jose, ca) operating in the negative ion mode. the reaction aliquots were directly infused into the ion source at a flow rate of 20 µl min -1 using a microsyringe (hamilton company, reno, nv) and the mass spectra obtained as an average of 50 scans, each one requiring 0.2 s. typical esi conditions were as follows: heated capillary temperature 300 o c; sheath gas (n2) flow rate 20 units (ca. 0.3 l min -1 ); spray voltage 4 kv; capillary voltage 25 v; tube lens offset voltage 25 v. 2.2. preparation of the supported material a piece of dry bovine bone was washed and ground in a ball mill. the bone powder were immersed on an aqueous solution of fecl3 (1 mol l -1 ). after 24 hs of stirring, the brownish solid was removed from the solution and left on an oven at 200 ºc for 1 h, approximately rendering fe(ii) and fe(iii) oxides. the resulting material was characterized by x-ray powder diffraction (drx), 57 fe-mössbauer spectroscopy, surface area measurements (bet), atomic absorption spectrometry. catalytic experiments the prepared composite (30 mg) was added to an aqueous solution of indigo carmine (100 ml; 30 -1 ) to perform the photocatalytic experiments. for the experiment, after the addition of the composite the system was exposed to an ultraviolet (uv) radiation (uv lamp: philips hpl – n 36 watts, wavelength ranging from 200 400 nm). aliquots were taken at intervals of 10 or 20 min, filtered using a 0.45 µm filter (millipore, jaffrey, nh) to eliminate solid particles and kept protected from light in a refrigerator prior to the esi-ms and uv-vis. calibration curve several aqueous solutions of indigo carmine were prepared at assorted concentrations (30, 20, -1 ) and their absorbance max of the dye). the resulting plot (not shown) displayed an excellent linear relationship with r 2 = 0.999. results and discussion 3.1. synthesis and characterization of the fe (iii) / bovine bone powder composite the impregnated bovine bone powder displays a superficial area of 4 m 2 g -1 . the atomic absorption results revealed that the amount of iron in bovine bone powder composite was 5 % by weight. experiments of x-ray powder diffraction have been performed after the impregnation process. the diffractions patterns correspond to a quite amorphous material, since no diffractions lines were observed. eclética química, 38, 117-122, 2013. 120 figure 1. 57 fe-mössbauer results of the fe(iii)/bovine bone powder composite. the 57 fe-mössbauer experiments (figure 1) served to identify the phases of iron in the samples. it was identified fe(iii), 83 % (isomeric deviation, δ = 0.36 mm s -1 and quadrupolar splitting, qs = 0.89 mm s -1 ) and fe(ii), 17 % (δ = 1.12 mm s -1 and qs = 2.25 mm s -1 ). the latter has probably resulted from a reduction of fe(iii) by collagen still present in the dry bone. this material, even dry is reach in carbon which has probably performed the reduction of fe(iii) to fe(ii) during heat treatment. 3.2. degradation of the dye indigo carmine in aqueous solution promoted by the novel composite 3.2.1. uv-vis monitoring as indigo carmine has a maximum absorbance at 610 nm, this wavelength was used to monitor the discoloration of the solution during the catalytic processes. as figure 2 indicates, after 60 min of reaction the solution using ultraviolet, was completely discolored. 0 10 20 30 40 50 60 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 time / min. c f / c i material/uv material/sunligth bone/uv uv bone leaching test figure 2. monitoring degradation of the dye indigo carmine -1 ) in aqueous solution using sunlight and ultraviolet. 3.2.2. esi-ms monitoring electrospray ionization mass spectrometry in the negative ion mode, esi(-)-ms, was used to characterize the by-products formed after the degradation of indigo carmine in aqueous solution as promoted by the catalytic system. 200 250 300 350 400 450 500 0 20 40 60 80 100 421 ( a ) 200 250 300 350 400 450 500 0 20 40 60 80 100 r e la ti v e a b u n d a n c e m/z ( b ) 244 216 226 figure 3. (a) esi(-)-ms of the initial aqueous solution of indigo carmine (1) -1 ; (b) esi(-)-ms of an reaction aliquot withdrawn after 60 min of exposure to the catalytic system. eclética química, 38, 117-122, 2013. 121 the esi(-)-ms of the initial aqueous solution of indigo carmine and of the aliquot collected after 60 minutes of exposure to the catalytic system are shown in figures 3a and 3b, respectively. note the presence of the anion of m/z 421 ([1 h] , the deprotonated form of indigo camine) in figure 3a. in the mass spectrum of the aliquot (figure 3b) this anion is no longer detected indicating that the dye was completely consumed. other anions of m/z 226 (the most abundant), 244, and 216 can be observed in this mass spectrum. the mechanism of degradation of indigo carmine has been reported by other work done by our research group [31]. figure 4. proposed mechanism for the degradation of indigo carmine in aqueous solution promoted by the catalytic systems. conclusions the composite was used as a catalyst in the photocatalytic process. the system was able to cause the complete discoloration of indigo carmine solutions. according to the data obtained by esi-ms, a mechanism for the degradation of indigo carmine in aqueous solution induced by system was proposed. regardless the light source (sunlight or ultraviolet) the same sorts of products were formed thus indicating that the mechanism involved is probably the same. this is a consistent result, since it is postulated that both processes proceed via the generation of hydroxyl radical that ultimately promote the degradation of the dye molecule. acknowledgements we would like to thank cnpq and fapemig for financial support. references nigam, p.; armour, g.; banat, i. m.; singh, d.; marchant, r.; mchale, a. p.; mcmullan, g.; bioresour. technol. 2000, 72, 219. t. robinson, g. mcmullan, r. marchant, p. nigam, bioresour. technol., 77 (2001) 247. k. golka, s. kopps, z. w. myslak, toxicol. lett., 151 (2004) 203. m. sleiman, d. vildozo, c. ferronato, j. m. chovelon, appl. catal., b, 77 (2007) 1. e. engel, h. ulrich, r. vasold, b. konig, m. landthaler, r. süttinger, w. baumler, r. suttinger, w. baumler, dermatology, 216 (2008) 76. f. cicek, d. ozer, a. ozer, j. hazard. mater., 146 (2007) 408. n. azbar, t. yonar, k. kestioglu, chemosphere, 55 (2004) 35. o. tunay, i. kabdasli, g. eremektar, d. orhon, water sci. technol., 34 (1996) 9. t. robinson, b. chandran, p. nigam, environ. int ., 28 (2002) 29. c. hachem, f. bocquillon, o. zahraa, m. bouchy, dyes pigm., 49 (2001) 117. m. s. lucas, j. a. peres, dyes pigm., 71 (2006) 236. c. galindo, p. jacques, a. kalt, j. photochem. photobiol., a , 141 (2001) 47. j. w. lee, s. p. choi, r. thiruvenkatachari, w. g. shim, h. moon, dyes pigm., 69 (2006) 196. a. p. f. m. urzedo, c. c. nascentes, m. e. r. diniz, r. r. catharino, m. n. eberlin, r. augusti, rapid comm. mass spectrom., 21 (2007) 1893. http://apps.isiknowledge.com/daisyoneclicksearch.do?product=wos&search_mode=daisyoneclicksearch&db_id=&sid=3e72jdjh29a1fb@9k1h&name=ozer%20a&ut=000248159700053&pos=3 eclética química, 38, 117-122, 2013. 122 h. liao, d. stenman, m. jonsson, j. photochem. photobiol., a, 202 (2009) 86. t. j. b. holland, s. a. redfern, mineral. mag., 61 (1997) 65. a. n. soon, b. h. hameed, desalination, 269 (2011) 1. s. papic, n. koprivanac, a. l. bozic, a. metes, dyes pigm., 62 (2004) 291. n. zaghbani, a. hafiane, m. dhahbi, sep. purif. techonl., 55 (2007) 117. m. a. tarr, chemical degradation methods for wastes and pollutants environmental and industrial applications, marcel dekker: new york, 2003. c. l. hsueh, y. h. huang, c.c. wang, c. y. chen, chemosphere, 58 (2005) 1409. r. andreozzi, a. d’apuzzo, r. marotta, water res., 36 (2002) 4691. g. centi, s. perathoner, t. torre, m. g. verduna, catal. today, 55 (2000) 61. s.wang, z. h. zhu, j. hazard. mater., 136 (2006) 946. t. l. p. dantas, v. p. mendonça, h. j. jose, a. e. rodrigues, r. f. p. m. moreira, chem. eng. j. 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(amsterdam, neth.), 180 (2012) 25. http://apps.isiknowledge.com/daisyoneclicksearch.do?product=wos&search_mode=daisyoneclicksearch&db_id=&sid=3e72jdjh29a1fb@9k1h&name=ellena%20j&ut=000223215100009&pos=7 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aoc.1745/abstract eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100006 amphoteric behavior of di-2-pyridyl ketone benzoylhydrazone in ethanol-water mixtures* ivanise gaubeur ** maura vincenza rossi ** koshun iha *** maria encarnación vázquez suárez-iha** abstract: the ligand di-2-pyridyl ketone benzoylhydrazone (dpkbh) is widely used for the determination of transition metal ions in environmental samples. due to its low solubility in water it is used in aqueous-ethanol (1:1) solvent and for higher sensitivity the ph must be properly adjusted. the properties of dpkbh solutions must be known at different ethanol-water percentages in order to achieve higher sensitivity and/or selectivity for metal analysis. the acid-base behavior of this reagent in aqueous-ethanol solvent and the dissociation/ionization constants (pk1 and pk2) of dpkbh have been determined in different aqueous-ethanol solvent mixtures (10, 20, 30 and 50 % v/v of ethanol) from potentiometric titrations at 25.0 ± 0.1° c. as the amount of ethanol increases from 10 to 30% the pk1 and pk2 values increased, but they decreased in 50% of the organic solvent. the results are correlated with the medium composition and its effects. keywords: di-2-pyridyl ketone benzoylhydrazone; aqueous-ethanol solvent mixtures; dissociation/ionization constants; potentiometry. introduction hydrazones are azomethines characterized by the triatomic grouping c=n-n and they are interesting substances because of their physiological activities like in the treatment of several diseases such as tuberculosis. this activity is attributed to the formation of stable chelates with transition metals which catalyse the physiological processes25,30,42. they also act as herbicides, insecticides, nematocides, rodenticides, plant growth regulators, sterilants for houseflies, among http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor other applications25,30,32 . in analytical chemistry hydrazones find application by acting as multidentade ligands3,913,19,20,22,27,29,38,43,45 with metals (usually from the transition group). some methods and several techniques are reported and among them the colorimetric or fluorimetric methods are more frequently used as selective and sensitive for the determination by the formation of colored metalcomplexes11,45. di-2-pyridyl ketone benzoylhydrazone (dpkbh) was first synthesized by garcia-vargas et al.;18 it is a soluble reagent in different organic solvents but slightly soluble in water. it is widely used for metal determinations like as fe(ii)34 in natural waters, fe(ii) and fe(iii) simultaneously17,37,50 in cloud water samples37, co(ii)3,49 in different metal alloys, pd(ii) in dental alloys33 and ni(ii) in various natural samples46,47. owing to the great importance of this reagent in the determinations of transition metals, more accurate studies were developed by suárez-iha et al.44 on the stoichiometry, structure and thermodynamics of fe(ii) and fe(iii) complexes of dpkbh as well as by rossi et al.39 on co(ii). the behavior of dpkbh in different ethanol-aqueous mixtures must be known in order to achieve, in different conditions, higher sensitivity and/or selectivity for the metal determinations. these different behaviors are here presented from the determination of the dissociation/ionization constants of dpkbh in several percentages of ethanol (10, 20, 30 and 50%). materials and methods synthesis of dpkbh (i) the synthesis was performed according the procedure outlined by garcia-vargas et al.18 . equimolar quantities of di-2-pyridyl ketone and benzoylhydrazide were mixed in ethanol, and a few drops of concentrated hydrocloric acid were added. the mixture was refluxed for one hour, and after cooling, destilled water was added to a 1:3 volume ratio (volume of ethanol to volume of water). sodium hydroxide was added to the refluxed solutions to increase the ph up to @ 5. the resulting precipitate was collected on a buchner funnel and recrystallized twice from ethanol-water solutions. the melting point of the product (i) was determined (134° c) and it is very closed to that (130-132oc) obtained by garcia-vargas et al.18. the ir spectrum for dpkbh was checked and it is also similar with the spectrum previously reported 44. reagents and solutions perchloric acid, hydrochloric acid and sodium hydroxide solutions were prepared with deionized water. the perchloric and hydrochloric acids were standardized against potassium hydrogenphthalate and the sodium hydroxide against potassium tetraborate by using potentiometric methods. solutions were diluted to 10, 20, 30 and 50 % (v/v) of ethanol by using 95% ethanol. all reagents were of ar grade. potentiometric titrations the potentiometric measurements were carried out in a 5 ml metrohm 6.1418.150 thermostated jacketed cell at (25.0 ± 0.1)° c. small volumes were added from a 5 ml metrohm e 274 piston burette. a metrohm 654 phmeter adapted to a metrohm glass electrode, combined with an ag/agcl reference electrode filled with 3 mol.l-1 nacl was used for the ph measurements. solutions ca. 1.00x 10-3 mol.l-1 of dpkbh were titrated with ca. 3.00x 10-3 mol.l-1 hclo4 and naoh solutions in order to obtain pk1 and pk2, respectively. the pk1 value is obtained when the following equilibrium (ii) involving the protonation of pyridine nitrogen is considered: the pk1 represents the relationship between the ph and the ratio of the rn and rnh+ species concentrations : to obtain pk2, the second protonation equilibrium must be considered from the dpkbh’s tautomeric balance (iii), involving the enol and ketone groups, as follows: the enolic form (equilibrium (iii)) presents a second balance resulting in ionic species: the pk2 represents the relationship between the ph and the ratio of the roh and rospecies concentrations: as the response of the glass electrode is not known in ethanol-aqueous solution, its behavior was determined in a previous step for each ethanol percentage from a potentiometric titration process where a certain volume of 1.00 x 10-2 mol.l-1 hcl standard solution was titrated against 3.00 x 10-2 mol.l-1 naoh solution, both of them prepared in ethanol (10, 20, 30 and 50 %). the emf data were plotted as a function of the ph calculated from each mass balance and a linear relationship was obtained. from this curve the slope is obtained and used as a correction factor for all of the next measurements carried out with this electrode8,28,35. before each measurement of the ph (-log ah) for the dpkbh solutions, in different ethanol percentage, the glass electrode was calibrated at (25.0 ± 0.1)° c with 0.0500mol.l-1 potassium hydrogenphthalate solution prepared in each ethanol percentage. the ph of these solutions considered as -log [h+] were determined by the direct emf reading after calibration of the glass electrode with hcl (strong acid) solution. the values 4.262; 4.681; 5.116 and 5.296 were found for the hydrogenphthalate solution, respectively, for 10, 20, 30 and 50% of ethanol. with the experimental ph values from the titrations of dpkbh with naoh and hcl, considering the mass balances and all corrections for dilution by tritrant addition, the pk1 and pk2 values can be determined2. results and discussion the experimental behavior of glass electrode was determined in the acid region of the titration and considered constant in both of the ranges, acidic and alkaline. this assumption is based on the constant correlation between the measured e (potential) and the calculated ph for three different ph ranges, 2 3; 4 -5 and 7 10, observed by hedwing & powell24. the pk1 and pk2, values relative to the dissociation/ionization constants for every ethanol percentage are listed in table 1. these results reveal that pk1 and pk2 values increase when ethanol percentage changes from 10 to 30% but decrease in 50% of the solvent. this initial increase may be related to the decrease of the water percentage and the consequent change in the dielectric constant of the medium. the electrostatic effect resulting from the change in the dielectric constant of the medium affects the activity coefficient of any charged especies (rnh+, roand h+). the magnitude of this effect is inverselly proportional to the ionic especies radii. in this way it is more significant on the activity coefficient of the proton than on the other especies (rnh+ and ro-), thus the expected (and actually observed) tendency of dpkbh dissociation/ionization constants is to decrease as the mole fraction of ethanol increases1,15,16,41. in 50% of the last mentioned solvent a decrease of pk1 and pk2 values was observed, in connection with 30% of ethanol as shown in table 1. this opposite behavior may be attributed to other factors which act in the dissociation/ionization processes. bates et al.4 and other authors1,4-6,14,23,26,36 have studied the effect of change in solvent composition on the dissociation constants and the free energy of gibbs. they have suggested that the electrostatic effects resulting from the change of dielectric constants (d) with the molar fraction of the solvent present a lesser influence in the interpretation of solvent effects than the solute-solvent interactions. at present, there is no known way to characterize all of the nonelectrostatic effects. born have correlated7 the change in standard free energy of transfer a single ionic species from water to another solvent with an electrostatic and a nonelectrostatic term. according to born, assuming that only electrostatic effects are taking place and the radii of all ions are equal, the plot7 of pk versus 1/d can show some evidences. for a hypothetical monoprotic acid, ha, where a is negatively charged and ha has no charge, such a plot (e.g.: dissociation constants determined in solutions of varying ethanol porcentages versus 1/d) should be a straight line with a positive slope. for a different acid where ha is positively charged and a has no charge, the same plot (pk versus 1/d) should be a straight line with zero slope. the first case is confirmed, at least in a specific range of solvent porcentage, for some examples and fails for other. however, the pk values for cationic acids (second case) do not stay constant as predicted7 by born. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 yasuda48 and shedlovsky40, by different ways, have studied the effect of the water in different molar fraction in mixed solvents and proposed a new dissociation constant for acids and bases which is dependent on the concentration (the activity is not known) of water. considering the terms of the derivated equations, a plot of pk + log [h2o] versus 1/d should be linear and the extrapolation of (pk + log [h2o]) values should correspond to pka in water. this proposition was checked for different acids7,40,48 and confirmed only for values of 1/d lesser than 0.02 which correspond to water concentrations greater than 50%. the treatment was also applied for agclo4pyridine (py) complexes by molina et al.31. the simple relationship between the logarithm of the stability constants of ag(i)/py complexes and the inverse of the dielectric constant of the ethanolwater medium was found to be linear31 and the plots log bn.[h2o] versus 1/d for n = 1 and n = 2 also showed a linear variation in the ethanol percentage range (9.9 to 93.8 %), confirming the yasuda48 and shedlovsky40 approach. in the present work, the amphoteric behavior of dpkbh permits the comparison with both of the hypothetical acids above mentioned. the equilibrium associated to pk2 can be correlated to the first example of ha where ha is roh (dpkbh) and a is roand the equilibrium associated to pk1 involves the species ha (rnh+) and a (rn). the variation of pk1 and pk2 for dpkbh can be correlated to the inverse of dielectric constant21 of the ethanol-water mixtures as represented in figure 1 that also includes the data found in the literature (table 2). as can be observed in this figure, the correlation between pk1 and 1/d cannot be considered as linear or almost constant; the pk values increase, pass through a maximum, and then decrease at 50% of ethanol. however, the plot pk2 versus 1/d shows a straight line with a positive slope for values of 1/d less than 0.016, corresponding to 30% of ethanol. it appears that at 1/d values greater than 0.016 the nonelectrostatic terms in the free energy are no longer negligible. however, we must consider that the correlation coefficient of the line is not good (0.94) and in spite of the apparent good fitness of the data from the literature18,34 they were obtained in very different conditions from the present work because the ionic strength was adjusted at 0.1 mol.l-1 with nacl. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 the approach proposed by yasuda48 and shedlovsky40 was also checked with all data from table 1 and 2. similar behavior was observed for the plot pk + log[h2o] versus 1/d in comparison with the plot pk versus 1/d, making not possible and different conclusions, as observed by molina et al31 for the ag(i)/py complexes. the solute-solvent interactions are probably the reason for the different behavior of dpkbh, when it forms the protonated (rnh+) or the anionic (ro-) species. the pk1 values vary from 3.210 (10% of ethanol) to 3.398 (30% of ethanol), corresponding to 0.188 units of pk; the pk2 vary from 10.834 (10%) to 11.793 (30%), corresponding to almost one pk unit and the ph of the hydrogenphthalate solution vary from 4.262 (10%) to 5.116 (30%), resulting in a variation of ca. 0.85 units. the similar behavior for both dpkbh in basic ethanolic solution and hydrogenphthalate ethanolic solution, in the different ethanol percentages, gives strong evidence for the solute-solvent interactions between ethanol and the charged -comoiety, found in both of them, and not found in http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 the neutral and protonated form of dpkbh (rn, rnh+, rc=o). the small extent of solute-solvent interaction is probably the main reason for the small difference among the values of pk1 when the ethanol percentage was changed from 10 to 50%. concerning to the complex formation, suárez-iha et al.44 showed that dpkbh is coordinated to fe(iii) ions as an anionic species (ro-). although the dissociation of a proton from the neutral dpkbh molecule is not favorable under the conditions (ph @ 6) for the determination37 of fe (ii) and fe(iii), enhancement of the dpkbh acidity after metal complex formation may promote its dissociation. a very important conclusion from our results about the pk2 values is that the acidity of the dpkbh ligand drops to almost half when the ethanol percentage is changed from 10 to 50%, but it is still favorable for coordination of the metalic cations with dpkbh, and the different percentages of ethanol may probably be used to control the selectivity and/or the sensitivity of the metal ion determinations. another important factor in the determination of dissociation/ionization constants is the influence of the ionic strength, since it affects the activity coefficients of ionic species in equilibrium. an evaluation of this factor was carried out in this work by considering the especies involved in the titrations. the ionic strength of the solutions at different ethanol percentages and during the titrations vary only by a tenth and the absolute values are in the 10-4 to 10-3 mol.l-1 range, leading to activity coefficients very close to unity and, in this way, the concentration can be assumed as the activity. as a consequence of these considerations the constants presented here can be regarded as a good estimate of the thermodynamic constants. conclusion the literature shows only the pk values for 318 and 10 %34 of ethanol. table 2 shows these values and those from the present work. the comparison is restricted to the 10% ethanol values, and a very good agreement is observed between the spectrophotometric values obtained by nakanishi & otomo34 and the corresponding ones determined in the present work. this good agreement suggests that both the experimental design and the method adapted in this work are appropriate. acknowledgements the authors are grateful to the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp), capes/picd and cnpq for financial support. gaubeur, i. et al. comportamento anfótero da di-2-piridil cetona benzoilhidrazona em misturas etanol-água. ecl. quím. (são paulo), v.25, p. 2000. resumo: o ligante di-2-piridil cetona benzoilhidrazona (dpkbh) é frequentemente usado para http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100006&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 determinação de íons metálicos de transição em amostras ambientais. devido a sua baixa solubilidade em água, é utilizado em solução aquo-etanólica (1:1) e com ph adequadamente ajustado para resultar na maior sensibilidade. as propriedades do dpkbh devem ser conhecidas em diferentes porcentagens de etanol, para que se estabeleçam as condições de maior sensibilidade e/ou seletividade para análise de metais. o comportamento ácido-base desse reagente em solvente aquo-etanólico, as constantes de dissociação/ionização (pk1 e pk2) do dpkbh foram determinados em diferentes soluções do solvente aquo-etanólico(10, 20, 30 e 50% v/v de etanol, fazendo-se titulações potenciométricas em 25,0 +/0,1oc. os valores de pk1 e pk2 aumentaram em funçào do aumento da porcentagem de etanol, de 10 a 30%, mas diminuiram para 50% de solvente orgânico. os resultados são correlacionados à composição do meio e seus efeitos. palavras-chave: di-2-piridil cetona benzoilhidrazona; mistura de solventes água-etanol; constantes de dissociação/ionização; potenciometria references 1. ahmed, i.t., el-roudi, o.m., boraei, a. a. a., ibrahim, s. a. equilibrium studies of the ternary complex systems mn+ + dipicolinic acid + n-(2-acetamide)iminodiacetic acid or amino acids j. chem. eng. data (washington), v.41, p.386-90, 1996. 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filme de poli ácido glutâmico; hidrazina. por outro lado, o uso da eletroquímica na análise de hidrazina tem se limitado ao uso de eletrodos modificados. estudos visando à redução do potencial requerido para oxidação da hidrazina e monitoramento por técnicas voltamétricas e amperométricas, tem sido investigado desde longa data. dentre os vários modificadores de eletrodos usados na literatura para determinação de hidrazina, podemos destacar: os hexacianoferratos de cobre [9], níquel [10,11] e cobalto [12], ftalocianinas [13,14], ácido clorogênico [15], catequina [16] e o corante vermelho de pirolagalol [17]. a modificação de eletrodos por filmes poliméricos tem ganhado notoriedade nos últimos anos, em especial os polímeros de troca-iônica devido à facilidade de se obter filmes estáveis e reprodutíveis sobre a superfície eletródica, capazes de permitir a rápida pré-concentração e simultânea detecção do analito de interesse. muitos polímeros são aplicados na superfície de eletrodos, seja através dos polímeros pré-formados ou pela polimerização eletroquímica. dentro deste contexto, o poli ácido glutâmico (pag) é um poli aminoácido sintético que apresenta como característica uma boa aderência sobre eletrodos sólidos [18-20]. ele é formado por unidades repetitivas de glutamato que estão ligadas entre os grupos ácidos (α amino e γ carboxílicos), podendo alcançar pesos moleculares de 10.000 para valores maiores que 1.000.000. o grupo carboxila presente nas laterais da cadeia principal oferece pontos estratégicos para interação com o analito de interesse, tais como hidrazina e derivados portadores de grupos r-nh2 [21]. estudos da literatura reportados por yang e col. [8] tem relatado que a hidrazina pode ser determinada por eletroforese capilar sobre eletrodo de fibra de carbono modificado com poli ácido glutâmico. por outro lado, filmes de poli ácido glutâmico também tem sido utilizados como uma boa alternativa para determinação de ácido cafêico em amostras de vinho tinto [22], sem qualquer pré-tratamento da amostra. deste modo, o presente trabalho reporta a modificação de eletrodos de carbono vítreo modificados pelo poliaminoácido poli ácido glutâmico e determinação de hidrazina. a seguir, investiga-se a possibilidade de aplicação do eletrodo modificado com poli ácido glutâmico na determinação voltamétrica de hidrazina em amostras de águas de caldeiras industriais, empregando-se voltametria de pulso diferencial. 64 ecl. quím., são paulo, 31(4): 63-68, 2006 material e métodos reagentes e soluções todas as soluções foram preparadas com reagentes de grau suprapuro fornecidos pela merck, dissolvendo-se o sal em água desmineralizada em sistema mili-q (millipore). soluções tampão fosfato foram preparadas pela mistura de quantidades apropriadas de soluções 0,2 mol l-1 de hidrogenofosfato de sódio (na2hpo4) e dihidrogenofosfato de sódio (nah2po4). as soluções de sulfato de hidrazina (merck) foram preparadas diariamente adicionando-se sulfato de hidrazina na própria célula eletroquímica contendo o eletrólito suporte, para evitar a oxidação da mesma a solução final foi obtida apenas após prévia desaeração do eletrólito através do borbulhamento de nitrogênio por 10 minutos. preparação do eletrodo modificado os filmes de poli ácido glutâmico (pag) sobre a superficie dos eletrodos de carbono vítreo foram obtidos pela eletropolimerização de 0,02 mol l-1de ácido glutâmico (sigma) em solução tampão fosfato ph 7,0 [23]. voltamogramas cíclicos em velocidade de varredura sucessiva foram obtidos no intervalo de potencial de –0,8 a +2,0 v (50 ciclos).á seguir o eletrodo foi lavado com água destilada e transferido para a célula voltamétrica contendo o analito, onde os voltamograms foram registrados. equipamentos todas as medidas eletroquímicas foram realizadas em um potenciostato/galvanostato autolab pgstat 30, acoplado a um microcomputador. um sistema de três eletrodos (eg & parc) consistindo de um eletrodo de calomelano saturado (ecs) como referência, um fio de platina como eletrodo auxiliar e um eletrodo de carbono vítreo como eletrodo de trabalho foram utilizados. o eletrodo de carbono vítreo (3mm de diâmetro) foi polido com alumina (0,3 µm, buehler), lavado com água e submetido á sonição em água, lavado novamente com etanol e água, e seco à temperatura ambiente antes do uso. as medidas de ph foram realizadas utilizando phmetro micronal modelo b222 com eletrodo de ph/combinado da marca micronal. resultados e discussão oxidação de hidrazina sobre eletrodos modificados por filmes de pag a oxidação voltamétrica de 0,02 mol l-1 de ácido glutâmico em tampão fosfato ph 7,0 sobre eletrodo de carbono vítreo apresenta um pico em potencial de +1,3 v, atribuído á oxidação da amina primária livre presente no aminoácido, seguido da sua aderência na superfície do eletrodo [22, 23]. deste modo, filmes de poli ácido glutâmico formados por varreduras sucessivas de potencial promovem a oxidação da amina e conseqüente diminuição da corrente de pico, culminando em um sinal estável após 15 ciclos entre potencial de -0,8 v a +2,0 v. estes eletrodos recobertos por filmes de poli ácido glutâmico, são deste modo imobilizados pela amina correspondente e podem apresentar grande potencialidade analítica, pois apresentam grupos carboxílicos livres para analitos específicos. a figura 1 mostra a oxidação voltamétrica de 1 x 10-3 mol l-1 de hidrazina em tampão fosfato ph 7,0 sobre eletrodo de carbono vítreo antes (curva a) e após modificação da superfície por filmes de pag formados por eletro polimerização do monômero (curva b). voltamogramas obtidos para oxidação de hidrazina no eletrodo sem modificação não apresenta nenhum pico de oxidação (curva a). no entanto, um pico bem definido pode ser obtido em potencial de +0,57 v sobre o eletrodo modificado por filmes de pag (curva b). esse resultado sugere que na superfície do eletrodo modificado provavelmente os grupos carboxílicos livres do filme interagem quimicamente com os grupos amino da hidrazina conforme a reação abaixo: rcho + h2n-nh2 → r-ch=n-nh2 + h2o deste modo, o pico em 0,54 v seria correspondente à oxidação da amina livre da presente na hidrazona formada após reação com o filme de poli acido glutâmico recobrindo o eletrodo e poderia ser utilizado para monitorar hidrazina em meio aquoso. o efeito do numero de ciclos sobre a formação do filme e correspondente pré-concentração de hidrazina foi investigado monitorando-se o sinal voltamétrico após transferência do eletrodo recoberto durante 10, 20, 30, 50 e 100 ciclos entre –0,8 v a +2,0 v sob velocidade de varredura de 50 mv s-1, para solução de 5 x 10-4 mol l-1 de hidrazina em tampão fosfato ph 7,0. os resultados indicam um aumento 65ecl. quím., são paulo, 31(4): 63-68, 2006 da corrente de pico em função do recobrimento do eletrodo, e escolheu-se 50 ciclos para formação do filme como tempo de recobrimento ótimo por apresentar picos bem definidos, boa intensidade de corrente e tempo razoável para formação do filme. visando ampliar a sensibilidade do método, a oxidação de 5 x 10-4 mol l-1 de hidrazina sobre eletrodo recoberto por filme de pag foi investigada pela técnica voltamétrica de pulso diferencial, utilizando-se velocidade de varredura (ν) de 25 mv s-1 e amplitude de pulso (∆e) de 50 mv, cujo o voltamograma é apresentado na figura 2. os voltamogramas de pulso diferencial apresentaram melhor definição que a técnica de voltametria cíclica e foram adotados nas medidas seguintes para monitoramento de hidrazina. figura 1. voltamogramas cíclicos da oxidação de 1 x 10-3 mol l-1 de hidrazina sobre eletrodo de carbono vítreo (a) antes e após (b) modificação com filme de pag. υ=50mv s-1. figura 2. voltamogramas de pulso diferencial da oxidação de 5 x 10-4 mol l-1 de hidrazina em tampão fosfato ph 7,0 sobre eletrodo de carbono vítreo antes (a) e após (b) modificação da superficie com filmes de pag. n = 25 mv s-1, ∆e = 50 mv. 66 ecl. quím., são paulo, 31(4): 63-68, 2006 o efeito do tempo de reação entre o filme de pag imobilizado no eletrodo de carbono vítreo e 1 x 10-3 mol l-1 de hidrazina foi investigado no intervalo de 0 a 20 min, monitorando-se a intensidade do pico correspondente a oxidação da hidrazona. nenhuma variação significativa de corrente foi observada, indicando que a reação ocorre instantaneamente, portanto nas medidas subsequentes adotou-se tempo de pré acumulo de 30 s. a influência do ph sobre a resposta voltamétrica foi investigada no intervalo de 2,0 a 10,0, pela técnica voltamétrica de pulso diferencial para oxidação de 5 x 10-4 mol l-1 de hidrazina sobre o eletrodo modificado por filmes de pag, seguido de lavagem do mesmo com água destilada entre as medidas para limpeza da hidrazina sem lixiviação do filme. o sinal voltamétrico é observado em todo o intervalo de ph investigado. no entanto a mudança de ph influencia o potencial de pico e a intensidade da corrente de pico, como pode ser observado nas figura 3. o potencial de pico desloca-se linearmente no intervalo de 4,0 < ph < 9,0 para valores menos positivo de potencial (figura 3a),sugerindo que a oxidação da amina no filme deve ocorrer na forma pré protonada. em adição, observa-se na figura 3b que máximo valores de correnet são observados na região de ph neutro e ligeiramente alcalino. em valores de ph < 4,0 os voltamogramas não apresentaram corrente significativa para oxidação de hidrazina. deste modo, adotou-se ph 7,0 como melhor condição experimental para formação e monitoramento do sinal voltamétrico proveniente da reação entre o filme de pag e o sulfato de hidrazina. a influência de alguns parâmetros inerentes da técnica de voltametria de pulso diferencial no sinal voltamétrico foi investigada. dentro deste contexto, registrou-se voltamogramas de pulso diferencial para solução de 5 x 10-4 mol l-1 de de hidrazina sobre eletrodo de carbono vítreo modifiado por filmes de pag, após 1 min de reação sob condições de freqüência (f) entre 10 a 100 hz, amplitude de pulso (∆e) entre 10 a 100 mv e tempo de duração de impulso (∆es) entre 5 a 100 ms. as melhores condições experimentais apresentadas na tabela 1, foram adotadas nas medidas subsequentes. figura 3. efeito da variação do ph sobre (a) o potencial de pico e (b) a corrente de pico correspondente á oxidação de 5 x 10-4 mol l-1 de hidrazina sobre eletrodo de carbono vítreo modificado por filmes de pag. 67ecl. quím., são paulo, 31(4): 63-68, 2006 usando as melhores condições experimentais definidas previamente e apresentadas na tabela 1, construiu-se uma curva analítica no intervalo de concentração de hidrazina entre 1 x 10-5 a 1 x 10-3 mol l-1, cujos voltamogramas são apresentados na figura 4a. o grafico de ip vs concentração de hidrazina exibe uma relação linear no intervalo de concentração entre 4 x 10-5 a 1 x 10-3 mol l-1 (figura 4b) de acordo com a equação: ip (ma) = -5,1186 x 10-4 + 9,8004 c (c = mmol l-1), r = 0,9976 para n = 16. o limite de detecção obtido através do método (3σ/b) foi de 1,2 x 10-6 mol l-1. a repetibilidade do sinal voltamétrico foi investigada testando-se 10 amostras de hidrazina em concentração de 5 x 10-4 mol l-1 e os resultados estimados em termos de coeficiente de variação entre as medidas de corrente foi de 4,21%. a seletividade do método foi analisada, testando-se a interferência dos íons na+, k+, zn2+, cu2+, fe3+, ca2+, mg2+, pb2+ e ocorrênica de cl-, no3 -,so24 e co3 2-em concentrações variáveis de 1 x 10-4 a 1 x 10-3 mol l-1 sobre o sinal voltamétrico correspondente á oxidação 5 x 10-5 mol l-1 de hidrazina em tampão fosfato ph 7,0 sobre eletrodo modificado por filmes de pag. amostras contendo nitratos, ferro, zinco, chumbo, sódio e potássio não apresentaram nenhuma interferência na corrente de pico. no entanto, amostras contendo teor de cobre, cálcio, mágnésio e cloreto no intervalo de concentração compatível com hidrazina de 5 x 10-5 mol l-1 não apresentaram interferêncial, no entanto, concentrações superiores a 5 x 10-4 mol l-1 mostraram redução da corrente na ordem de 80%. estes resultados indicam que hidrazina poderia ser monitorada em amostras de água de caldeira na presença destes contaminantes, utilizando-se apenas uma alta diluição da amostra, uma vez que em baixas concentrações sua interferência no método é minimizada. figura 4. (a) voltamogramas cíclicos obtidos para oxidação de hidrazina no eletrodo modificado com filme de pag em tampão fosfato ph 7,0 em concentrações de 1) 4 x 10-5, 2) 2 x 10-4, 3) 3 x 10-4, 4) 4 x 10-4, 5) 6 x 10-4, 6) 7 x 10-4, 7) 1 x 10-3 mol l-1. n = 25 mv s-1, ∆e = 50 mv. (b) curva analítica. aplicação do método considerando a importância do uso de hidrazina em águas de caldeira indústrias para controle de incrustações sobre a superfície de troca térmica, investigou-se a seguir a possibilidade de se aplicar o método proposto para análise de amostras de água de caldeira. a aplicabilidade do método foi testada inicialmente tomando-se alíquotas de amostras de agua de caldeira gentilmente cedidas por uma indústria de lápis e canetas (john faber – são carlos brazil) que segundo orientações não usa hidrazina para limpeza de caldeiras. amostras coletadas e mantidas á temperatura de 10 0c foram submetidas á análise utilizando-se o método proposto e não se detectou a presença de hidrazina em nívies de concentrações superiores a 1 x 10-6 mol l-1. a seguir o método foi testado, fortificandose as amostras da água de caldeira com soluções de hidrazina em concentração de 3,45 x 10-5 mol l-1 e usando três repetições. aliquotas de 1 ml da amostra foi diluída em tampão fosfato ph 7,0 e submetida á análise direta monitorando-se os voltamogramas de pulso diferencial com eletrodo modificado por filmes de pag. a amostra apresenta o sinal característico da hidrazina, o qual aumenta sucessivamente quando submetido á múltiplas adições de padrão da solução de hidrazina, adicionada diretamente na célula voltamétrica sem qualquer tipo de pré-tratamento. os valores da corrente de pico aumenta com a adição de padrão da hidrazina seguindo a equação: ip (ma) = 0,08254 + 10192 c (c = mol l-1), r = 0,998, n = 7. a extrapolação da reta indicou que a concentração de hidrazina na água de caldeira é 3,2 x 10-5 mol l-1 com recuperação de 94,0 ± 0,80 % (n = 3). o método foi testado para menores concentrações de hidrazina e o sinal voltamétrico apresentou recureferências [1] m. yang, l. l. li, talanta 55 (2001) 479. [2] j. m. pingarrón, i. o. hernández, a. c. gonzález, p. yánezsedenõ, anal. chim. acta 439 (2001) 281. [3] a. a. denisov, a. d. smolenkov, o. a. shpigun, j. anal. chemistry 59(5) (2004) 452. [4] m. mori, k. tanaka, q. xu, m. ikedo, h. toada, w. z. hu, j. chromatography a 1039(1-2) (2004) 135. [5] a. safavi, h. abdollahi, f. sedaghatpour, m. r. h. nezhad, talanta 59(1) (2003) 147. [6] b. deepa, n. balasubramanian, k. s. nagaraja, asian j. chemistry 17(2) (2005) 1140. [7] a. safavi, m. a. karimi, talanta 58(4) (2002) 785. [8] w. c. yang, a. m. yu, y. q. dai, h. y. chen, anal. lett. 333(15) (2000) 3343. [9] a. abbaspour, m.a. kamyabi, j. electroanalytical chemistry 576(1) (2005) 73. [10] a. salimi, k. abdi, talanta 63(2) (2004) 475. [11] d. r. shankaran, s. s. narayanan, russian j. electrochemistry 37(11) (2001) 1149. [12] d. r. shankaran, s. s. narayanan, russian j. of electrochemistry 38(9) (2002) 987. [13] x. f. li, s. x. zhang, c. q. sun, j. eletroanalytical chemistry 553 (2003) 139. [14] m. ebadi, canadian j. chemistryrevue canadienne de chimie 81(2) (2003) 161. [15] a. salimi, r. hallaj, electroanalysis 16(23) (2004) 1964. [16] h. r. zare, n. nasirizadeh, j. solid state electrochem. 10 (2006) 348. [17] a. a. ensafi, e. mirmomtaz, j. electroanalytical chemistry 583 (2005) 176. [18] c. li, adv. drug deliv. rev. 54 (2002) 695. [19] a. m. yu, h. y. chen, anal. chim. acta. 344 (1997) 181. [20] m. niwa, m. matsui, k. koide, n. higashi, j. mater. chem. 7(11) (1997) 2191. [21] a. richard, a. margaritis, critical reviews in biotechonology 21(4) (2001) 219. [22] d. p. santos, m. f. bergamini, a. g. fogg, m. v. b. zanoni, microchim acta 151 (2005) 127. [23] a. m. yu, h. y. chen, anal. lett. 30(3) (1997) 599. peração de 94 % mesmo para amostras de caldeira fortificadas com 3,5 x 10-6 mol l-1 de hidrazina. conclusões os resultados obtidos indicam que eletrodos de carbono vítreo podem ser facilmente modificados por filmes de pag utilizando-se a eletropolimerização do ácido glutâmico como monômero em solução tampão ph 7,0. os filmes formados apresentam alta aderência e estabilidade na superfície do eletrodo com grande potencialidade analítica. embora hidrazina não seja eletrooxidável sobre eletrodos convencionais, os eletrodos recobertos por filmes de pag podem ser utilizados com sucesso no monitoramento de hidrazina por voltametria de pulso diferencial. um pico bem definido em + 0,57 v é observado, o qual é atribuído à oxidação do grupo amina da hidrazona formada e imobilizada no eletrodo, após reação direta entre os grupos carboxílicos do poli aminoácido e o grupo amina da hidrazina. o método foi aplicado na determinação de hidrazina em água de caldeira industrial sem qualquer etapa de pré-extração ou interferência dos íons k+, zn2+, fe3+, pb2+, cl-, no3 e so4 2com recuperação de 94%. agradecimentos os autores agradecem a cnpq e fapesp (proc.: 03/06598-3). recebido em: 27/11/2006 aceito em: 29/12/2006 68 ecl. quím., são paulo, 31(4): 63-68, 2006 m. f. brugnera, d. p. santos, m. v. b. zanoni. modified electrode with poly aminoacid film for determination of hydrazine in industrial kettle. abstract: glassy carbon electrodes were modified by films of poly glutamic acid (pag) obtained after electropolymerization of the glutamic acid in ph 7.0 phosphate buffer solution under successive voltammetric scans from -0.8 v to +2.0 v. the modified electrode were applied for determination of hydrazine, which is preconcentrated on the electrode surface by interaction of free carboxylic groups bearing in the pag film and amino group of hydrazine. although, hydrazine is not electrochemically oxidized on bare electrode, a well defined peak is observed at + 0.57 v with great analytical potentiality. linear calibration graphs were obtained for hydrazine at concentrations from 4 x 10-5 to 1 x 10-3 mol l-1, using differential pulse voltammetry. detection limit was calculated and values around 1.2 x 10-6 mol l-1 were obtained. the proposed method was applied to the determination of hydrazine in samples collected from industrial kettle with recovery of around 94 %. keywords:modified electrode; poly glutamic acid film; hydrazine. original review iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 2 | 2019 | 11 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 chemometrics in analytical chemistry – an overview of applications from 2014 to 2018 mônica cardoso santos1 , paloma andrade martins nascimento2 , wesley nascimento guedes1 , edenir rodrigues pereira-filho3 , érica regina filletti1 , fabíola manhas verbi pereira1+ 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 professor francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil 2 são paulo state university (unesp), faculty of pharmaceutical sciences, km 1 araraquara-jaú hw, araraquara, são paulo, brazil 3 federal university of são carlos (ufscar), department of chemistry, km 235 washington luís hw, são carlos, são paulo, brazil +corresponding author: fabíola manhas verbi pereira, phone: +55 16 3301 9609, email address: fabiola.verbi@unesp.br article info article history: received: december 2, 2018 accepted: april 2, 2019 published: april 25, 2019 keywords: 1. chemometrics 2. analytical chemistry contents 1. introduction 2. materials and methods 2.1. medical and pharmaceutical applications 2.2 food analysis 2.3 fuel 3. results and discussion 3.1 biological samples 3.2 food analysis 3.3 forensic purposes 3.4 fuels 4. artificial intelligence methods for multiple questions 5. design of experiments (doe) and response surface methodology (rsm) 6. conclusions 7. acknowledgments 8. references 1. introduction with the continuous technological progress of instrumental techniques for analytical purposes, multivariate methods applied to chemical data are mandatory in several applications. chemometry is a prominent area dedicated to developing multivariate strategies for chemical data evaluation and interpretation1,2. figure 1 shows the main subjects related to chemometric techniques according to the most repeated words in a bibliographic searching performed in science citation index expanded (sci-e) in clarivate analytics’ isi – web of science©, on june 21, 2018. abstract: a compilation of papers published between 2014 and 2018 was evaluated. many papers related to multivariate calibration and classification have been reported, as well as, design of experiments applications and artificial intelligence methods. some applications were highlighted, as medical and pharmaceutical, food analysis, fuels, biological and forensic for the chemometric techniques on this review. most studies are related to developing methods for practical solutions in industry or routine analysis. a promising scenario is shown considering the number of published papers: a total of 832 for this period using the keywords, multivariate classification, multivariate calibration, analysis, chemometrics, prediction, analytical chemistry, artificial neural networks (ann), design of experiments (doe) and factorial design. an useful overview for analytical chemistry researchers´ combined with chemometrics is presented in this review. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 mailto:fabiola.verbi@unesp.br https://webofknowledge.com/ https://webofknowledge.com/ https://orcid.org/0000-0002-3898-0679 https://orcid.org/0000-0003-0053-1795 https://orcid.org/0000-0002-8224-6789 https://orcid.org/0000-0003-0608-0278 https://orcid.org/0000-0003-1060-9285 https://orcid.org/0000-0002-8117-2108 original review 12 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 figure 1. bibliometric map generated using the more repeated keywords in the authors’ search for the period 20142018. the main topics revealed by the search can be verified in the color clusters of figure 1, as follow in green symbols classification and educational purposes (“hands-on-learning”, “laboratory instruction” as keywords), light blue circles denote chemistry and separation techniques (chromatography), purple circles represent sophisticated instrumentation as massspectrometry, metabolomics, and principal component analysis (pca), dark blue symbols are related to regression and quality control, as well the red ones are linked to calibration models and spectral techniques, the process analytical technology (pat) and identification/ differentiation issues appear in the searching as orange and yellow circles, respectively. in the center of the clustering, chemometrics is surrounded by all those words and connected to analytical chemistry. a total of 832 occurrences were reported by the authors’ during the search. most studies are related to published papers, followed by reviews and proceedings in minor scale. from this amount, studies involving multivariate classification as topic has 390 papers, multivariate calibration 209, design of experiments (doe) 136 and artificial neural networks (ann) 97. it is clear that chemometrics and analytical chemistry are growing together, and the goal of this review was to make a concise compilation of representative studies for the area between 2014 and 2018. several topics were discussed by using key papers mentioned along the text. 2. materials and methods 2.1. medical and pharmaceutical applications the use of chemometrics to study multifunctional indole alkaloids from psychotria nemorosa (palicourea comb. nov.) was developed by júnior et al.3. the techniques pca, partial least squares (pls) and orthogonal pls1 (o-pls1) were helpful for modelling the activities using ultra-high-performance liquid chromatographydiode array detector (uplc-dad) data as fingerprint3. ultraviolet spectral data from monoclonal antibodies compounded into hospital pharmacy were evaluated to build models using pls-discriminant analysis (pls-da). the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 original review 13 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 challenge was to identify the monoclonal antibodies after compounding and just before administration to the patient for quality control at the hospital4. the linear sweep voltammograms generated from integration of three commercial screen-printed electrodes into a voltammetry electronic tongue was combined with pls to predict concentrations of cysteine, glutathione and homocysteine. the authors applied genetic algorithm and interval pls (i-pls) for selection of variables5. it was possible to monitor the extraction of indole alkaloids from the toad skin6 and the quantification of geniposide in gardenia jasminoides fruit (chinese medicinal herb)7 was performed using near infrared (nir) spectroscopy and pls regression (plsr). the extraction of indole alkaloids from the toad skin showed a coefficient of determination (r2) value of 0.99 and root mean square error of cross validation (rmsecv) of 8.26 mg ml-1 6 and the correlation values to quantify the concentration of geniposide in gardenia were between 0.92 – 0.99 and 0.32 1.66 mg ml-1 for rmsecv7. in order to evaluate the anti-inflammatory properties of extracts from honeysuckle, fourier transform infrared (ftir) spectroscopy in combination with plsr8 were used. junior et al.9 used nir and performed a comparison between two multivariate calibration techniques, plsr and multiple linear regression (mlr) to monitor the quality control of tablets, and the plsr model present better results than mlr. raman spectral imaging technique was also used to predict active ingredient pharmaceutical concentration in microtablets10, in oral suspensions11, intravaginal rings12, and in quantitative assessment of pharmaceutical tablets13. the plsr and least squares-support vector machine (ls-svm) models exhibited excellent prediction abilities for active pharmaceutical ingredient in microtablets with a correlation higher than 0.98 and root mean square error of prediction (rmsep) of 2.35% (w/w) for plsr and 2.09% (w/w) for ls-svm10. mazurek and szostak11, using plsr model, obtained rmse of calibration (rmsec) from 1.59 to 2.92% for oral suspensions11 and lyndgaard et al.12 achieved rmsecv of 1.82% (w/w) and correlation of 0.99 for intravaginal rings using plsr model. then, sparén et al.13 in quantitative assessment of tablets obtained rmse of prediction (rmsep) from 0.54 to 3.04% (w/w). the ultraviolet visible (uv-vis) spectroscopy and chemometric models also allowed determination the presence of impurities in tablets14. support vector regression (svr) model was more accurate when compared to plsr model with values for rmsep between 0.18 – 0.27 g ml-1 while the values for plsr were rmsep from 0.27 to 0.30 g ml-1 14. the synergy pls (sipls) model combined with ftir showed the best results compared to the full spectrum pls model for the quantification of active ingredient pharmaceutical in tablets which values highlight by authors was rmsecv of 15.28 mg g-1 and r2 of 0.99 for sulphamethoxazole and rmsecv of 7.52 mg g-1 and correlation of 0.98 for trimethoprim15. cantor et al.16 evaluated the ability of different analytical techniques such x ray diffraction, ftir, raman and nir to detect melamine levels in gelatin (pharmaceutical component). the authors highlighted nir technique and plsr model that achieved the best results with rmsep of 2.5% (w/w) 16, besides to quantify the presence of melamine at levels as low as 1.0% (w/w). the nir spectroscopy and plsr were used to determine protein nitrogen in yellow fever vaccine17. haghighi, hemmateenejad and shamsipur18 using fluorescence spectroscopy and multivariate curve resolution alternative least square (mcr-als) were able to predict enantiomeric excess of some amino acids in frozen plasma which rmsep values lower than 0.07% and r higher than 0.97. pls was applied in nir spectra to analyze the indicator of β-thalassemia in human hemolysate samples19. ftir and multivariate calibration method were used to identify three group of clinical bacterial pathogens in human serum20. both models, pca and plsda, revealing a feasible tool for discrimination of the samples with percent accuracy of 100%20. 2.2 food analysis nir and plsr were used to measure both physicochemical21 and the antioxidant properties of honey22, as well to detect and to quantify adulterant in honey samples of stingless bees23. the plsr model presented a rmsecv between 0.008 – 1.47 and correlation values from 0.90 to 0.98 for physicochemical properties21, while the antioxidant properties of honeys from different botanical origin showed high correlation varying from of 0.95-0.96 and rmsecv range from 0.92 to 13.60 22. se et al.23 obtained values for prediction of adulteration in honey samples of stingless bees https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 original review 14 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 with relative errors up 0.58 to 1.49%. the threedimensional fluorescence spectroscopy technique combined with multivariate calibration was also used for detecting the presence of adulterants in honey24. a near infrared hyperspectral imaging system was used for predicting viability and vigor in muskmelon seeds using pls-da. variable selection methods, such as variable important projection (vip), selectivity ratio (sr) and significance multivariate correlation (smc) were also applied to select the most effective wavelengths25. in order to determine oxidation parameters in frying canola oil, talpur et al.26 employed ftir technique and plsr model, while uncu and ozen27 studied various chemical parameters in olive oils and wu et al. evaluated rapeseed oil adulteration28. nir and plsr models were also used to study oxidation of edible oils29, to detect adulteration in extra virgin olive oils30, and to monitor vegetable oils quality31. the fluorescence spectroscopy and different multivariate calibration methods, plsr, pcr and mlr were applied for detection of adulteration of sesame oil. the best results highlighted by the authors were using the plsr model which figures of merit were rmsecv of 0.65 for 80 nm wavelength intervals32. the applicability of ftir was used as tool to determine of total sugar content in soy-based drinks33 and for measuring the concentration of nutrients in grapevine petioles34. for the soy-based drinks, two models were applied for different spectral band: (1) ipls and (2) sipls, and both presented high coefficient of correlation (r) (0.98). milk samples were evaluated using nir and pls-da to detect contamination by salmonella35. mid-infrared (mir) spectroscopy and plsr were applied for determining the residues of tetracycline in cow’s milk36 and for detecting and quantifying the adulteration in milk powder37. augusto et al. used laser-induced breakdown spectroscopy (libs) data and plsr model for the direct determination of mineral elements, such as ca, k and mg in powdered milk and dietary supplements38. 2.3 fuel data acquired using c-13 nuclear magnetic resonance (nmr) spectroscopy were evaluated using svr with variable selection by genetic algorithm (ga) to determine the contents of saturated, aromatic, and polar compounds in crude oil. the use of small amounts of samples was highlighted by the authors39. sulfur content in petroleum derivatives was determined using mir spectroscopy and pls in association with variable selection methods, among them ipls, sipls, uninformative variable elimination (uve), and ga40. the uv spectroscopy integrated different chemometric strategies for quantifying the hydrocarbon contents in fuel oil samples41. in order to quantify the presence of adulterants in gasoline, raman spectroscopy was used, and calibration models were constructed using plsr, ipls and pls-ga which correlations were between 0.80 and 0.9942. gas chromatography data were used to build a plsr model for quality assessment of gasoline, and low errors from 0.005 to 0.010% were obtained43. dadson, pandam and asiedu evaluated adulterants in gasoline, such as kerosene, diesel, naphta using a multivariate model with ftir data and plsr44. mabood et al.45 also applied plsr model to detect and estimate gasoline adulteration by nir spectroscopy. 3. results and discussion 3.1 biological samples neves et al.46 used mass spectrometry coupled with pca, ga with support vector machine (svm), linear discriminant analysis (lda) and quadratic discriminant analysis (qda) as an untargeted lipidomic approach to classify 76 blood plasma samples into negative for intraepithelial lesion or malignancy and squamous intraepithelial lesion. the pca-svm models provided the best classification results, achieving values of 80% and 83% for the sensitivity and specificity, respectively. santos et al.47 proposed a method to determine 11 polycyclic aromatic hydrocarbons (pahs) in urine samples based on the coupling of a programmed temperature vaporizer (ptv) with a quadrupole mass spectrometer (qms) instrument, via a deactivated fused silica tubing. the authors used pls-da, lda, soft independent modeling of class analogy (simca) and svm to classify the samples according to the presence or absence of the pahs. gilany et al.48 investigated untargeted metabolomic profiling of the seminal plasma in non-obstructive azoospermia men using gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) and qda chemometric technique to implement on total https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 original review 15 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 ion chromatograms for identification of discriminatory retention times. the receiver operating characteristic (roc) curves for these classification models presented 88% of accuracy for the discrimination of 36 metabolites that may be considered discriminatory biomarkers for different groups in non-obstructive azoospermia. boll et al.49 developed a method using attenuated total reflection (atr) ftir spectroscopy combined with pls-da model that allowed the discrimination between dyed and non-dyed hair of 380 hair samples. monakhova, diehl and fareed50 used pca, factor discriminant analysis (fda), pls-da and lda combined with high resolution (600 mhz) nmr spectroscopy data to distinguish 102 authentic samples of heparin and lowmolecular weight heparins produced from porcine, bovine and ovine mucosal tissues as well as their blends. 3.2. food analysis chen et al.51 detected 101 volatile compounds in 70 chinese vinegars through gc-ms and used chemometric techniques such as clusters analysis, lda, k nearest neighbor (knn), ga-ann to classify these compounds. giannetti et al.52 evaluated flavor composition of apple cultivars grown in the northeast italy through different cultivation forms. the authors used head spacesolid phase micro extraction/gas chromatography mass spectrometry (hs-spme/gc-ms) for the analysis of volatile fraction and pls-da model to classify 42 apples varieties. the hs-spme/gcms technique identified 118 volatile compounds and the pls-da model classified apples based on their different geographical origin or growing conditions, providing accuracy of 88-100%. cuevas et al.53 applied data fusion (mid-level) using high-performance liquid chromatography high resolution mass spectrometric (hplc-hrms) and hs-spme/gc-ms to obtain data sets and pls-da model for the discrimination between 19 samples of organic and conventional orange juices. the hplc-hr-ms and hs-spme/gc-ms techniques identified some flavonoids, fatty acids, aldehydes and esters as potential markers involved in the discrimination of organic juices. wen et al.54 characterized the phenolic and proline profiles of four types of unifloral honey collected from beekeepers in china. lda results showed overall accuracy of 99% and 94% in correct classification of differentiate the floral origin of four chinese honeys. portarena, baldacchini and brugnoli55 proposed a method to discriminate 38 extra-virgin olive oils from seven regions along the italian coasts from determination of the isotopic composition and the carotenoid contents. the authors used isotope ratio mass spectrometry (irms) and resonant raman spectroscopy (rrs) to determine isotopic composition and the carotenoid contents, respectively. the lda model presented 50 – 100% of correct classification for the seven regions, achieving 82% of accuracy for validation set. márquez et al.56 used nir and ft-raman data to perform the data fusion in mid and high-level using simca model for classifying the unadulterated and adulterated hazelnut samples. rodrigues júnior et al.57 applied pls-da for discrimination of lactose-free samples and classification of adulterated and unadulterated milk powder samples by ft-raman spectroscopy. wakholi et al.58 used short-wave ir (swir) hyperspectral imaging coupled with lda, plsda and svm models for classification of corn seeds viable (control group) and corn seeds nonviable (microwave treated). the authors used a total of 200 samples of each type of corn: white, yellow and purple. sandasi et al.59 applied a fast and non-destructive method for the quality control of herbal tea blends. the authors used hyperspectral images obtained from swir combined with pls-da to classify herbal tea blends of the species sceletium tortuosum and cyclopia genistoides. kimuli et al.60 also used swir hyperspectral imaging system (1000 – 2500 nm) to detect aflatoxin b1 combined with pca, pls-da and fda techniques to explore and classify maize kernels of four varieties from different states of the usa. cortés et al.61 discriminated two nectarine varieties in different spectral ranges of nir and vis-nir using pls-da and lda models. shrestha et al.62 used nir hyperspectral imaging data from 975 to 2500 nm and pls-da to investigate seed quality parameters such as year of production and variety in tomato seed lots. santos, pereira-filho and colnago63 applied 1h time domain nuclear magnetic resonance (td-nmr) combined with multivariate analysis for identifying and quantifying the adulteration in 78 samples of milk using whey, urea, hydrogen peroxide and synthetic material (urine or milk). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 original review 16 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 3.3 forensic purposes chen et al.64 used nir combined with hierarchical cluster analysis (hca), pls-da and svm to authenticate stamps of 12 seals on a chinese traditional painting. the results obtained were 93% and 100% of accuracy for the pls-da and svm model in validation set, respectively. oliveira et al.65 discriminated banknotes authenticity of brazilian real (r$ 20, r$ 50 and r$ 100) using a portable nir spectrometer combined with simca and successive projections algorithm-lda (spa-lda) models. martins et al.66 proposed a method for direct analysis of seven whisky brands. the authors used uv-vis spectroscopy combined with pls-da to classify 164 genuine and 73 false samples. the pls-da corrected classified 99% and 93% for genuine and false samples, respectively. costa et al.67 identified six polymers using different ratios of emission lines and molecular bands (c/h, c/c2, c/n, c/o, h/c2, h/n, h/o and o/n) obtained with libs. simca and knn models were computed using 477 samples divided between calibration and validation sets. both models achieved accuracy of 98% (knn) and 92% (simca). 3.4 fuels silva et al.68 developed a method to classify gasoline according to its origin (brazil, venezuela and peru), using ir spectroscopy and multivariate classification. a set of 126 gasoline samples: 56 brazilian, 66 venezuelan, and 4 peruvian, was analyzed. the spectra were standardized using the direct standardization method achieving 100% of correct predictions. in another study, silva et al.69 proposed the use of ir spectroscopy and lda and pls-da for classification of gasoline with or without dispersant and detergent additives in 125 samples. the authors selected the variables for the multivariate models using stepwise (sw), successive projections algorithm (spa) and ga algorithms. sinkov, sandercock and harynuk70 developed pls-da and simca models for classifying the levels of gasoline in casework arson samples based on gc-ms data. 4. artificial intelligence methods for multiple questions an interesting approach for ann is to handle the samples more efficiently to achieve streamlined processes. kovalishyn and poda71 created a new variable selection method for ann known as batch pruning algorithm (bpa), being faster and more efficient than traditional methods. ann was used for sobol sensitivity estimation72 evidencing as advantage, the reduction of computational costs. still, bian et al.73 allied the advantages of linear and non-linear methods in a novel algorithm called the extreme learning machine (elm) and compared with pcr, pls, svr and back propagation algorithm-ann (bp-ann) by three nir spectral datasets: diesel fuel, ternary mixture and blood, showing that elm presented the best performance in the spectral quantitative analysis of complex samples. nir spectra data acquired for beers from three types of fermentation was used to evaluate foam and color-related parameters74, using a robotic pourer and chemical fingerprinting. results from nir were used to create pls and ann models to predict four parameters such as ph, alcohol, brix and maximum volume of foam. the ann was implemented using the levenberg–marquardt training algorithm, being able to create more accurate models than pls74. oliveira et al.75 determined protein concentration, foam stability, haze, color, total acidity (ta), alcohol content, and bitterness in ale beers properties using uv-vis spectra in combination with pcr and also with ann models. many authors also compared ann and other chemometric methods, such as studies of das et al.76 that modeled variations in sucrose, reducing and total sugar content due to water-deficit stress in rice leaves using vis, nir and swir spectroscopies. they tested the following multivariate techniques, ann feed-forward model, multivariate adaptive regression splines (mars), mlr, plsr, random forest regression and svm. the variables that affect the performance of anns and pls for spectral interference correction are random noise level, intensity ratio, peak separation and wavelength shift. the results showed that anns and pls are about equally as effective for spectral interference correction77,78. a portable artificial olfaction system for real-time monitoring of black tea fermentation was developed, based on the combination of the knn and adaptive boosting, namely knn-adaboost with discrimination rate of 100% of correct predictions79. the performance of decision tree, knn, naive bayesian, svm and ann https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 original review 17 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 for to classification of orange growing locations based on the nir using data mining was evaluated80. the experimental results showed that the juice nir spectra is the most suitable dataset for identifying the orange growing locations, and the decision tree is the best and most stable classifier80, with the average prediction rate of 97%. in relation to herbal products, wang et al.81 used libs combined with pca and bp-ann to classify chinese herbal medicine with 99.9% classification accuracy of three types of herbal products, roots of angelica pubescens, codonopsis pilosula, and ligusticum wallichii. the authors stablished82 quality control markers for chinese herbal medicines using bp-ann; and the study of ding et al.83 developed a method to improve the markers to q-markers in chinese herbal medicines quality management, using pls-da for screening analysis of the chemical markers and identification of herbal origin. the bp-ann algorithm was used to clarify the non-linear relationship between the qmarkers and their integral anti-inflammation effect. still in relation to herbal medicines, ito et al.84 developed a model based on an ann to quantify proteolytic and amylolytic enzymes using uv-vis spectra of diluted samples from a particular solidstate fermentation in wheat bran, soybean meal, type ii wheat flour and sugarcane bagasse. li et al.85 combined ga with ann to determine the elements copper and vanadium in steel samples with satisfactory quantitative results. zhang et al. 86 developed a method combining ga, pca and ann to select spectral segments from the original spectra to improve the libs performance and proved that use only a fixed-length segment appropriate provides better results than selecting the entire spectral range. gurbanov, bilgin and severcan87 used ann to evaluate the secondary structural variations in the diabetic kidney cell membrane proteins based in atr-ftir spectroscopy analyzing the effects of selenium on diabetes. hasanjani and sohrabi88 used uv–vis spectroscopic and back-propagation algorithm ann to predict fluoxetine and sertraline in tablets. guo et al.89 developed a kinetic spectrofluorometric method for the analysis of sibutramine, indapamide, and hydrochlorothiazide, very common in weight-reducing health foods, and the data of the mixtures were processed by parallel factor analysis (parafac), pls, pcr and radial basis function-artificial neural network (rbfann). 5. design of experiments (doe) and response surface methodology (rsm) before the application of any analytical method, it is necessary to optimize some instrumental conditions, named variables. these variables can be related to sample preparation procedure, as volumes of reagents, pressure and temperature or instrumental parameters, as wavelength, power, among others. the goal in several cases is always related to obtain a condition with high analytical signal, signal-to-noise ratio (snr), and signal-tobackground (sbr). in addition, analysts can be also interested in analytical methods with low relative standard deviation, limits of detection, and quantification, and reduced cost per determination. in order to achieve these goals doe can be applied in almost any type of problem90-92. doe can be defined as a group of tools that applies statistical and mathematical knowledge to optimize a system. several strategies can be used as central composite design (ccd)93, doehlert (dd)94 and, box-behnken designs (bbd)95. if the goal is only to identify the most important variables, full factorial96 or fractional factorial97 or placket-burman98 designs can be also applied. figure 2 shows the several possibilities related to the application of doe in any type of problem. figure 2. doe characteristics for optimization. the applicability and advantages of doe in analytical chemistry are out of context and hundreds of studies can be easily searched in the scientific literature. in the time spam selected for this review we found 125 papers using only the combination of the words “doe”, “factorial design”, “chemistry” and “analytical chemistry”. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 original review 18 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 the scientific literature presents several reviews and tutorial reviews about the use of doe90, 92. in this case, the fundaments about the use of doe will be not discussed in this review, and only applications will be described and discussed. table 1 shows the main applications observed and several remarks. table 1. selected analytical problems that applied doe. analytical chemistry type of application problems optimized references chromatography matrix effects correction in liquid chromatography vitamin d3 determination synthesis of hydrogel single use bioreactors supercritical fluid 99-103 environmental determination of organic pollutants (-cyclodextrin) occupational exposition analysis no2 detection using raman spectroscopy n2o and sf6 determination cloud point extraction n and s deposition cu detection in river water 104-106 material formation of ca neptunatos signal processing in raman steel production environmental aging simulation materials proposition for environmental analysis 107,108 bioanalytical protein translation seed growth 109 pharmaceutical biosensor development quantification of cefazolin drugs stability acetylcholinesterase determination 110 electroanalytical instrumental conditions of anodic stripping voltammetry for cu2+ determination in water 111 food ascorbic acid determination food safety 112 nmr metabolomics in vitro mutagenicity 113,114 6. conclusions according to authors’ search of this review, the most developed methods combined with chemometrics is for food analysis, undoubtedly. in general, the goal of the studies was to improve speediness in the analysis and, to reduce the number of steps in the analytical method. fuel samples were also a highlighted topic in analytical chemistry. sophisticated techniques considering mass spectrometry and chromatography allied to chemometrics have been increasing their applications in the area. classification techniques have the majority of the papers, following by multivariate calibration, doe and ann. chemometrics and analytical chemistry is a powerful combination to improve robustness, analytical frequency and practicality for methods. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 original review 19 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 11-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p11-25 7. acknowledgements the authors are grateful to the são paulo research foundation (fapesp grants number 2018/18212-8 and 2019/01102-8) and the national council for scientific and technological development (cnpq). this study was financed in part by the coordination for the improvement of higher education personnel (capes) – finance code 001. 8. references [1] olivieri, a. c., introduction to multivariate calibration: a practical approach, springer international publishing, switzerland, 1st ed., 2018, xvii-243. https://doi.org/10.1007/978-3-319-97097-4. 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https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.06.077 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.06.077 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.06.077 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.06.077 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.06.077 https://doi.org/10.1556/1006.2017.30.4.8 https://doi.org/10.1556/1006.2017.30.4.8 https://doi.org/10.1556/1006.2017.30.4.8 https://doi.org/10.1556/1006.2017.30.4.8 https://doi.org/10.1556/1006.2017.30.4.8 https://doi.org/10.1556/1006.2017.30.4.8 https://doi.org/10.1556/1006.2017.30.4.8 https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00228 https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00228 https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00228 https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00228 https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.089 https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.089 https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.089 https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.089 https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.089 https://doi.org/10.1039/c6ja00362a https://doi.org/10.1039/c6ja00362a https://doi.org/10.1039/c6ja00362a https://doi.org/10.1039/c6ja00362a https://doi.org/10.1039/c6ja00362a https://doi.org/10.1039/c6ja00362a https://doi.org/10.1007/s00706-017-2116-4 https://doi.org/10.1007/s00706-017-2116-4 https://doi.org/10.1007/s00706-017-2116-4 https://doi.org/10.1007/s00706-017-2116-4 https://doi.org/10.1007/s00706-017-2116-4 https://doi.org/10.1007/s00706-017-2116-4 https://doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2018)01-0093-06 https://doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2018)01-0093-06 https://doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2018)01-0093-06 https://doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2018)01-0093-06 https://doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2018)01-0093-06 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04531 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04531 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04531 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04531 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04531 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04531 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2018.01.012 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2018.01.012 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2018.01.012 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2018.01.012 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2018.01.012 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2018.01.012 https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.04.065 https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.04.065 https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.04.065 https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.04.065 https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.04.065 https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.04.065 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20170086 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20170086 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20170086 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20170086 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20170086 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20170086 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20170086 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00559 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00559 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00559 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00559 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2016.12.016 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2016.12.016 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2016.12.016 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2016.12.016 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2016.12.016 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2016.12.016 https://doi.org/10.1016/j.micpath.2016.12.016 editor’s note iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | special issue | 2019 | editor’s note the articles published in this special issue went through all the standard procedures used by the eclética química journal and fulfilled all the qualitative requirements of selection, peer review and editing. the readers can see the papers cover the electrochemistry and electroanalytical areas, in line with the editorial profile of eqj, with the following subjects: electrochemical degradation of aqueous alachlor and atrazine; electrodeposition of cuzn-mo system; ultrafiltration and electrodialysis on lactic acid removal from whey and membraneless ethanol,o2 enzymatic biofuel cell. prof. dr. assis vicente benedetti editor-in-chief http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 4 | 2018 | editorial in the twilight of this year, the readers of eclética química journal will find in this last issue interesting articles dealing with the synthesis and extensive physicochemical characterization of cobalt, nickel and copper complexes containing mixed ligands such as urea and glycine or urea and asparagine for which an octahedral structure was proposed. antibacterial assays with bacillus spp., escherichia coli, pseudomonas aeruginosa and staphylococcus aureus were performed for the metallic complexes containing urea and glycine, but only the nickel derivative showed some activity against escherichia coli. in the sequence, the developing of a fast, simple and inexpensive alternative method for determining ranitidine in generic formulations without any sample pretreatment was described. it was based on conductometric titration of ranitidine hydrochloride by precipitation of agcl using a solution of agno3 as titrant. in another investigation, the dynamics and the quantum thermodynamics of dna in symmetric-peyrard-bishopdauxois model (s-pbd) with solvent and external potentials were analyzed and the transient conformational fluctuations using dark breather and the ground state wave function of the associate schrodinger differential equation was described. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100013 crystallographic studies of fish hemoglobins plínio delatorre* márcia delamano* valmir fadel* rubens t. honda* andré luís s. smarra** fernanda canduri* johnny rizzieri olivieri* gustavo orlando bonilla-rodriguez*** walter filgueira de azevedo jr* abstract: the present work reports our succesfull experience concerning crystallization of four fish hemoglobins from three brazilian species of teleosts: liposarcus anisitsi, brycon cephalus and piaractus mesopotamicus. the data shown here is part of a systematic functional and structural study of fish hemoglobins with the aim of better understanding the outstanding range of functional and structural properties exhibited by these proteins. we also present a reduced sparse-matrix method for crystallization of fish hemoglobins, which can reduce the amount of hemoglobin initially used in the crystallization experiments. keywords: hemoglobin, biocrystallography, fish, x-ray, crystallization introduction fish hemoglobins have been extensively studied in the last few years. this is mainly due to the wide spectrum of functional properties identified in these proteins. when this variety occurs within http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota01 a species, it is often associated with the assumption of being a selective advantage.9 this variety of functional behaviors presumably reflects evolutionary adaptation to different physiological and environmental needs. the existence of iso-hemoglobins (iso-hbs) prevails among fish species.6 some researchers propose for them an adaptive role, since they would contribute by granting oxygen transport under a variety of physiological demands and environmental oxygen shortage. nevertheless, in order for this heterogeneity to have an adaptive function, it looks necessary that their functional properties should have meaningful differences. accordingly, we would expect that when a change on oxygen availability occurs (such as changes on blood oxygenation, ph or temperature), these functional differences would increase the possibilities for an efficient response, contributing for a better species adaptation to the environment.22 the study of the structures of other forms of hemoglobin could contribute to provide a better understanding of hemoglobin function. the animal kingdom is plenty of isomorphic hemoglobins working on a variety of physiological requirements and subject to environmental stress, being a natural source for studying structure-function relationships.23 in order to improve our understanding of the structural basis for the variety of functional behaviors, present in fish hemoglobins, we have started a systematic functional and structural study of hemoglobins isolated from brazilian fishes.5, 8, 10, 21, 23 high-resolution determination of fish hemoglobins is essencial for a detailed understanding of the wide spectrum of functional behaviors present by fish hemoglobins. the established technique to access the three-dimensional structure of hemoglobins is the biocrystallography 3,7, a technique which uses x-ray to obtain structural information of biological macromolecules. the first step to successfully solve a biological macromolecule structure is to obtain crystals of this molecule, and then expose them to a source of x-ray. here is described a general protocol to crystallize and solve three dimensional structures of fish hemoglobins and the preliminary results in the structural analysis of four fish hemoglobins. it is also described a reduced sparse-matrix method for crystallization of fish hemoglobins, which can reduce the amount of hemoglobin initially used in the crystallization trials. materials and methods blood collection adult specimens of piaractus mesopotamicus (pacu), liposarcus anisitsi, and brycon cephalus were obtained at the centro de aqüicultura from the universidade estadual paulista (caunesp) at jaboticabal, state of são paulo (brazil). the specimens were anesthetized by immersion in clean water containing benzocaine (1g/15 liters). blood was collected from the caudal vein using disposable syringes containing buffer a: 0.1 ml of 1 % saline buffered with 50 mm tris-hcl ph 8.0, containing 1 mm edta and 0.2 % (w/v) dglucose. the erythrocytes were washed three times by centrifugation against a large excess of the same solution. hemolysis was carried out overnight inside a dialysis bag against buffer b: 50 mm tris-hcl ph 9.5. all procedures were carried out keeping sample temperature around 4ºc.21,23 for stabilization the hemolysate was clarified by centrifugation and saturated with carbon monoxide under refrigeration and gentle stirring. purification non-denaturating analytical electrophoresis was performed on 7 % polyacrylamide slab gels (page) for screening iso-hemoglobins in terms of their relative concentration and to estimate their probable isoelectric point in comparison with adult human hemoglobin.21,23 hemoglobin purification was performed by ion-exchange chromatography on deae-sephadex (sigma) using buffer b as the starting solution and buffer c (50 mm hepes ph 6.5) to generate a ph gradient. two fractions were identified in hemolysate of piaractus mesopotamicus (pacu), named pmhb-i and pmhb-ii, according to their elution sequence from the column. four fractions were identified for hemolysate of liposarcus anisitsi and named lahb-i to iv, and two fractions were found in the hemolysate of brycon cephalus, named bchb-i and ii. purity was checked by non-denaturating polyacrylamide electrophoresis (page). crystallization the hemoglobin used in the crystallization experiments was dissolved in water. crystals of the fish hemoglobins have been obtained in several different crystallization conditions, using the hanging drop vapor diffusion and sparse matrix methods.12 the crystallization conditions for each fish hemoglobin are described on table 1. crystals were mounted in capillary tubes of borosilicate glass for x-ray data collection. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 cryocrystallography preliminary x-ray studies on bchb-i showed that these crystals diffracted to 2.5 å resolution, although they decayed quickly when exposed to x-ray at room temperature. to overcome this difficulty we collected data from a flash-frozen crystal at 85k, using the procedures described earlier.1,2,10,18 in brief, prior to flash freezing, glycerol was added, up to 25% by volume, to the crystallisation drops for cryoprotection. x-ray data collection and processing x-ray diffraction data were collect using the synchrotron radiation source (station pcr, laboratório nacional de luz síncrotron, lnls, campinas, brazil) and a 34.5 cm mar imaging plate detector (mar research).17,18 the programs denzo and scalepack16 were used in the x-ray data process. the overall statistics for the data collection for the four crystallized hemoglobins is described in table 2. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 autoindexing procedures, combined with analysis of the x-ray diffraction pattern and averaging of equivalent intensities was used in the characterization of the laue symmetry. molecular replacement the crystal structure of the fish hemoglobins were determined by standard molecular replacement methods using the program amore.15 the atomic coordinates of the hemoglobin isolated from fish hemoglobins deposited in the pdb were used as search model. table 3 describes all search models used for molecular replacement. all solvent molecules were removed from the search model and the temperature factors for all atoms were set to 20.00 å2, the heme groups were kept in the model. the atomic coordinates for the search model were translated so that their center of gravity is at the origin, they were also rotated so that the principal axes of inertia of the search model is parallel to the orthogonal axes. cross-rotation functions were calculated in the following resolution ranges, 10-4.5 å, 8-3 å, and 63 å with a sampling step of 2.5o using the program amore.15 these calculations were carried out with integration radius of 20 å. the rotation which generated the highest correlation coefficient (cc) (equation 1) was applied to the search model and used in the subsequent translation function computations, based on data in the same resolution range. the best solution model was selected based on the magnitude of the rfactor (equation 2) and correlation coefficient. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab03 where fobs and fcalc are observed and calculated structure factors, respectively, and k is a scale factor.6 sums are made over all available hkl reflections. partial refinement the best models identified in the molecular replacement were submitted to a crystallographic refinement using the program x-plor4. these models were initially submitted to 40 cycles of rigid-body refinement using the tetramer as rigid-body, for lahb-i, lahb-iv and bchb-i, and the dimer for pmhb-ii, in order to optimize the overall positions. the resolution range used was 8-3 å. further refinement was then performed using 80 cycles of conjugate gradient minimization.4 this partially refined model was submitted to simulated annealing refinement using initial and final temperatures of 3000 k and 300 k respectively, and time step of 0.5 fsec. a set of reflections comprising approximately 10 % of the data were randomly selected to compute the "free rfactor", as means of cross-validating the model. the simulated annealing refinement was carried out against data with fobs>2s(fobs). the computer graphics program xtalview13 implemented on an o2 silicon graphics workstation (r10000) was used for all model visualization. results and discussion we were unable to obtain crystals for pmhb-i and lahb-ii. microcrystals were obtained for lahbiii and bchb-ii. the failure in obtaining x-ray quality crystals for these hemoglobins indicate that further purification steps may be necessary to improve crystal quality. most of the diffracting crystals presented dimensions larger than 1 mm, which facilitates the crystal mounting (photos of the hemoglobin crystals are available on www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br). especially interesting is the concentration of positive results in few crystallization conditions. we have used the standard sparse-matrix method for crystallization of the hemoglobins.12 in this method 50 crystallization conditions are initially tried, varying ph, salts, and precipitant agents. in favorable cases x-ray diffracting crystals are obtained, or even when only microcrystals are obtained, improvements can be reached, using one or more of the 50 initial conditions as a start point. a comparison of the crystallization results, using the 50 different crystallization conditions, strongly indicates that a reduction in the number of the crystallization conditions, may reduce the amount of protein initially used in the crystallization trials, and the time expended in the crystallization experiments, since the positive crystallization results systematically appear in the same conditions. these conditions are shown on table 4. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab04 http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/ table 5 shows the calculated values of vm 14, solvent content, crystal density, cell parameters and space group for the four hemoglobins which had x-ray diffraction data collected. the content of the asymmetric unit the vm values range from 2.41 to 2.78 å3 da-1. assuming a value of 0.74 cm3 g-1 for the protein partial specific volume, the calculated solvent content in the crystal range from 49.0 to 56 % and the calculated crystal density from 1.16 to 1.19 g cm-3. the results of the molecular replacement using the 8 different search models are listed in table 6. the correlation coefficients after translation function computation range from 51.6 to 67.1% and the rfactors range from 36.6 to 50.7 %. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab05 the initial refinement was performed using the slow-cooling protocols implemented in the program x-plor4 for lahb-i, lahb-iv and bchb-i. the present values of rfree range from 34.2 to 39.2 % and the values of rfactor range from 25.4 to 32.1 %. the amino acid sequencing for lahb-i, lahbiv, pmhb-ii, and bchb-i using automated edman technique is under progress. the refined model of the fish hemoglobins will be used for detailed comparison with other hemoglobins. conclusion in the present paper 8 fish hemoglobins were studied, 6 were successfully crystallized and 4 had high resolution x-ray diffraction data collected, using the crystallization conditions described in table 1. the positive crystallization results are limited to 8 conditions. using the positive crystallization results we propose a reduced sparse-matrix method for crystallization of hemoglobins, presented in table 4, which can reduce the amount of hemoglobin used the crystallization trials. furthermore, the time expended in the crystallization trials can also be reduced, using the reduced sparse-matrix method. acknowledgments we thank dr. p. kuser, josé brandão and dr. i. polikarpov (lnls) for their help in the synchrotron data collection. the authors also thank dr. elisabeth urbinati who kindly supplied specimens from the centro de aqüicultura (caunesp-unesp). this work was supported by grants from fapesp (96/8279-7, 98/04452-1, 97/11135-0), cnpq, capes, fundo bunka, and fundunesp (brazil). delatorre, p. et al. estudos cristalográficos de hemoglobinas de peixes. ecl. quím. (são paulo), v.25, p. , 2000 resumo: o presente trabalho relata nossa experiência relacionada à cristalização de quatro hemoglobinas de peixe de três espécies brasileiras de teleostes: liposarcus anisitsi, brycon http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100013&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 cephalus e piaractus mesopotamicus. os dados, aqui apresentados, são parte de um estudo funcional e estrutural sistemático de hemoglobinas de peixe com o objetivo de melhor entender a ampla faixa de propriedades funcionais e estruturais exibidas por estas proteínas. nós também apresentamos um método otimizado para cristalização de hemoglobinas de peixes, que pode reduzir a quantidade de hemoglobina inicialmente usada nos experimentos de cristalização. palavra-chaves: hemoglobina, biocristalografia, peixe, raios x, cristalização. references 1 de azevedo, w. f. jr., mueller-dieckmann, h-. j., schulze-gahmen, u., worland, p. j., sausville, e., kim, s-. h. structural basis for specificity and potency of a flavonoid inhibitor of human cdk2, a cell cycle kinase. proc. natl. acad. sci. usa. v. 93. p.273540, 1996. 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the chemically activated fibers were obtained by means of the impregnation of the material with phosphoric acid and their later carbonization. different conditions were used and preliminary analyses of the precursor were taken into account (tga-dta / ir). the resulting fibers were characterized by n2 (77k) adsorption, infrared spectroscopy, sem, and immersion calorimetry. yields and burn off were also evaluated. the results shows that if you want to synthesize activated carbon fibers from kevlar strong conditions respect to the commonly used such as water steam, high phosphoric acid concentrations and methods of impregnation are the ones who allows the development of optimal surface areas and pore volumes. keywords: kevlar; activated carbon fibers; physical activation; chemical activation; characterization. eq8-af 10/9/07 15:24 page 55 feedstock materials for acfs are usually of low crystallinity, such as viscose rayon, polyacrylonitrile, or coal tar pitch [3]. alternatively, aramid fibers have also been proposed as high cristallinity precursors and some studies haven been reported using as precursor nomex and kevlar [4, 5, 6, 7]. kevlar fiber, synthesized in 1979 by du pont, is an organic fiber in the aromatic polyamide family. the unique properties and distinct chemical composition of wholly aromatic polyamides (aramids) distinguish them from other commercial, manmade fibers [8]. it is use in bulletproof vest and suits resistant to high temperatures. in this study, activated carbon fibers were prepared by physical and chemical activations. the fist ones were prepared using co2 and water steam. the second ones were prepared through the impregnation of the precursor with phosphoric acid using different conditions. both processes are evaluated and considerations are made respect to the behavior of the precursor and the obtained fibers. experimental details physical activation the starting material was kevlar. pyrolysis was carried out in a vertical quartz reactor, in which 3 4 g of the precursor were introduced. temperature was programmed lo increase at a rate of 4°c up to 800, 900 and 1000°c, under a n2 flow (80 cm3min-1). after pyrolysis, the activation was carried out. first co2 was used (50cm3min-1), at temperatures 50°c below the pyrolysis one. the activation was carried out at different time intervals (3 and 6 hours) to achieve different degrees of burn off (bo). then, the agent was changed by steam of water (flows of 3 and 8 drops per minute) at 750°c and times of 1 and 2 hours respectively. chemical activation the fibers were impregnated using 3 4 g of kevlar and 100 ml of an aqueous solution of h3po4 of different concentration in order to vary the impregnation ratio. besides different conditions of impregnation were used: room temperature for 24 hours; 90°c for 7 hours and finally a rotary evaporator guaranteeing la homogeneous impregnation of the material. after that, the impregnated samples were died overnight at 110°c in a vacuum furnace. all the activations were done in a quartz reactor using 3 – 4 g of impregnated kevlar, a flow of n2 (80cm3min-1) and a heating rate of 10°cmin-1 until 700°c; once this temperature was attained, the samples were rapidly cooled down to room temperature. the resulting carbons were washed in a soxhlet extractor to remove the activating agent and/or its decomposition products. characterization techniques studies of mass loss as a function of temperature were made by thermogravimetry (tg) and differential thermogravimetry (tga) in a netzsch sta 409 pc, using 100 mg of sample, and a heating rate of 10°cmin-1, between room temperature and 1000°c. ir spectra were obtained in a nicole nexus ft-ir looking for the chemical changes in the fibers through the different processes. sem studies were carried out in the activated fibers; the samples were not coated with a conducting material prior to examination. in the other hand, the porous texture of acfs was analyzed by physical adsorption of n2 at 77 k measured in a volumetric adsorption apparatus autosorb 3-b (quantachrome). prior to the analysis, the samples were outgassed overnight under vacuum at 423 k. the n2 data were analyzed according to the bet method to calculate the specific surface area, and the dubinin raduschkevich (dr) equation to calculate the micropore volume. finally, the heats of immersion of the samples into c6h6 were determined at 298 k with a calvet calorimeter. the samples (~0.1 g) were outgassed prior to the analysis. results and discussion thermogravimetric analysis (tg-dta) fig. 1 shows the tg-dta curves for the raw and carbonized fiber. for the first one, tg curve shows a weight loss ascribable to release of moisture at 200°c. in addition, a big weight loss occurs between 550 650°c; it is related to the pyrolisis of the material. in this point a 55.19% of weight loss is attained and the change of color is notable (initially the fiber is yellow). at temperatures between 700 and 900 °c exists another weight loss. it is smaller than the other ones. finally, if fibers are subjected to temperatures close to 1000°c the weight loss will be nearly to 68.8% from the initial mass. in contrast, the curve obtained for the carbonized material presents a different behavior. it is possible to see a weight loss at temperatures from 56 ecl. quím., são paulo, 32(4): 55-62, 2007 eq8-af 10/9/07 15:24 page 56 57ecl. quím., são paulo, 32(4): 55-62, 2007 fu et al [1,2], reported that upon thermal treatment of fibers impregnated with h3po4 the activating agent was volatilized in different phosphorus compounds to such an extent that the washing step to remove it became less and less crucial to open the porosity and could even be omitted for a sample prepared at 800°c. because of the temperature chose in this work (700°c) this phenomena was looked in the washing step, the ph stabilized quickly. infrared spectroscopy (ir) regarding changes in the chemical surface groups fig. 3 shows the variations from the raw fiber, and the carbonized and physically activated ones. for the first, the peaks correspond to the chemical formula of kevlar [poly (p-phenilylene terephtalamide)] ) (c14h11o2)n ): 3400, 1500 and 1300 cm-1 for n-h stretching corresponding to the secondary amines with aromatic rings; 1600, 1100, 800 and 900 cm-1 for benzene rings with substitution p. the band in 1641cm-1 refers to bonds c = o; and 1530 cm-1 for stretching cn, n-h and c-n-h. the peaks in the spectrum in the region between 900 and 2000 cm-1 confirms the presence of aromatic rings. in addition, a band at 2400 cm-1 indicates the occurrence of aryl nitrile bonds (n≡c). for the carbonized fiber, the reduction in the number of band implies a regrouping of the molecules in the fiber. in the same way, the spectrum shows the presence of groups n-h at 3400 cm-1. the band that excels at 1624 cm-1 can be attributed to vibrations c≡c of polynuclear aromatic hydrocarbons or aromatic compounds replaced by functional groups with heteroatoms. in addition, small vibrations present below 900 cm-1 may be due to vibration c-h atoms of hydrogen in contiguous figure 1. tga-dta curves for raw and carbonized kevlar. 20°c to 200°c, which indicates that at the beginning of the activation the major weight of loss takes place. this process involves a weight of loss corresponding to 11.99%. in general, above 200°c there are no any big weight losses, however, it is possible to appreciate that the decomposition and association processes still continuous. it is also evident that in the process of carbonization is where the greatest losses of weight occurs on the material, while at the subject again the carbonized fiber at high temperatures (in the activation process) there is no significant mass loss. this implies that the time more than temperature activation is an important variable in preparing fibers. in addition, fig. 2 shows the behavior of the impregnated fiber with h3po4 respect to the raw one. we appreciate weight losses close to 100 ° c and 550 ° c corresponding to loss of moisture and pyrolysis processes respectively. the residual mass will be 44.98% of the initial mass at temperatures close to 1100 ° c or so. although both seem similar curves, impregnated fiber changing mass is slightly less than in the raw fiber showing that the presence of the acid allows higher yields. figure 2. tga-dta in raw and kevlar fibers impregnated with h3 po4. figure 3. ir of raw, carbonized and physically activated fibers. 200 400 600 800 1000 temperature/°c 100 90 80 70 60 50 40 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c 100 90 80 70 60 50 40 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 tg /% dta / (uv/mg) tg /% dta / (uv/mg) eq8-af 10/9/07 15:24 page 57 58 ecl. quím., são paulo, 32(4): 55-62, 2007 polynuclear aromatic compounds confirming the occurrence of polycondensation reactions [6]. the physically activated fiber presents a spectrum similar respect to the carbonized fiber. however, it is important to emphasize one peak near to 2800 cm-1. this latter type of vibration represents the area of triple bond specifically the n≡c one (aryl nitrile) which is formed along the pyrolysis process [9]. in turn, fig. 4 shows the change in kevlar fiber after the chemical activation with phosphoric acid. the peaks of the spectrum are: 3400 cm1 for n-h links; 2922 cm-1 to c-h unions. again, a band appears in 2361cm-1 which refers to aryl compounds formed in the pyrolysis and more at temperatures close to the activation one (700 ° c). the vibration submit to 1624 cm-1 indicates c = o bonds, while the peaks present between 1000 and 900 cm-1 implies the existence of p-o-c, poh, p-c (aromatic), po2 and po3 groups proceeds from the presence of phosphoric acid and its interaction with the molecules of the fiber in the carbonization process. n2 adsorption isotherms the starting material is a non porous fiber figure 4. ir for the raw and activated fiber with phosphoric acid. figure 5. n2 isotherms at 77 k for the activated fibers at 850 ° c with co2 and steam of water. with a sbet = 0.0072m2 / g. fig. 5 shows the n2 isotherms for physically activated fibers with co2 at 850 ° c and steam of water at 750°c at several degrees of activation (bo) using different times. the temperature of activation with steam of water was chosen because it presented the best yields and bo. all isotherms are type ii in the iupac classification, suggesting the existence of macropores on the fibers surface. the low increase of the slope suggests that the external surface does not change much with the activation degree [3]. table 1 gives the textural parameters calculated from n2 adsorption at 77k. the data shows that the increase in the time of activation and bo do not imply an increase in the surface area of the carbon fiber. although this is not a common behavior has been reported previously for kevlar [3, 10]. the micropore volume is very low and indicates a small relationship between the increase in the bo and the increase of it. on the contrary, if we look at table 1 it shows that physically activated fibers with steam of water present best surface areas and micropore volume similar to those reported previously [3,10]. for the fibers activated with h3po4, there is an isotherm type iii (10% h3po4, and impregnaeq8-af 10/9/07 15:24 page 58 tion at room temperature) indicating low adsorbate adsorbent interactions. the rest are type ii: 20 and 30% h3po4 where the last was held at 90 ° c by 7 hours (see fig. 6a). the difference is obvious and corroborates what data shows. table 2 reports the textural parameters for the fibers prepared. the surface area is low and the micropore volume indicates little activation on the material. however, fig. 6b with help from table 2 shows the isotherm and textural data for fiber impregnated in the rotary evaporator. a significant change in the development of the area and porosity in the fibers is observed. this system allows a homogeneous impregnation thanks to the rotation 59ecl. quím., são paulo, 32(4): 55-62, 2007 of the permanent acid salts used; that factor coupled with the temperature and time used (2 hours), proves to be the most appropriate. scanning electron microscopy (sem) noting fig. 7 and 8 can be seen microscopies for physically activated fibers. it is noted that despite the process to which they have been subjected the fibers preserve their shape and structure indicating good characteristics of the material figure 6a. adsorption isotherms for the fibers chemically activated. figure 6b. n2 isotherm for the fiber impregnated in the rotary evaporator. figures 7 and 8. sem for samples activated physically. eq8-af 10/9/07 15:24 page 59 60 ecl. quím., são paulo, 32(4): 55-62, 2007 to resist high temperatures and the attack of an activating agent. at first glance, the sample shows a single fiber, but to put it on a microscope shows that internally each fiber is composed of “micro fibers”; along with porosity, these are the ones who make of the carbon fibers materials with good capabilities of adsorption and facilitate adsorbents the spread of an adsorbate. similarly, fig. 9 (increased 245x) shows that the structure of the fiber is retained although to a lesser extent with respect to those activated physically. the agglomeration phenomenon is attributable to progressive kevlar depolymerization by reaction with h3po4 [5]. this behavior increases with the concentration of the acid used. therefore, although increasing the impregnation ratio is beneficial regarding porosity development; the use of large amounts of activating agent is harmful for obtaining acfs, since the fibrous morphology is progressively lost. . meanwhile, figures 10 and 11 show some structures that indicate changes associated with some kind of action of the phosphoric acid and carbonization on kevlar fibers. in both fibers, (the physically and chemically activated) can be seen the emergence of some white spots [11] which can be associated with the presence of small traces of metals result of the synthesis of the precursor material which contribute somewhat to the processes that configure 9. sem for samples chemically activated. figures 10 and 11. em for samples chemically activated at 2560x. eq8-af 10/9/07 15:24 page 60 61ecl. quím., são paulo, 32(4): 55-62, 2007 figure 12. immersion calorimetries in benzene for physically activated fibers. ducted during the transformation of kevlar fibers into activated carbon fibers. immersion calorimetry in benzene table 3 reveals the experimental immersion enthalpy in benzene for physically activated fibers. the data shows that the immersion enthalpy increases with the increase in the bet area. likewise, the estimated area from the method is different from that obtained on the bet model but is within an acceptable range taking into account the size of the molecules of n2 and c6 h6 (0.36 and 0.37 nm, respectively) and the interactions of the same with the microporosity present in the fibers [12]. figure 12 shows the charts for the calorimetries undertaken. yields and burn off (bo) in table 4 is possible to see the yield and bo at different times and temperatures. on the other hand, figure 13 represents the relationship between bo and temperature. with regard to yield, it shows that the values are not affected with the increase of temperature (average 31.79%); this behavior is consistent with the findings of the crude fiber tgadta taking into account that beyond the 700 ° c curve does not suffer big falls. likewise, yields are below 50% confirming that in this step will be the largest mass loss. the bo of the fibers shows that the highest values are obtained at 850 ° c, plus the time of activation increase it. figure 14 shows the relationship between bo and time of activation at 850 ° c. the behavior of the material is to increase the bo as the increase of the activation time. table 5 and figure 15 respectively present the yield of the chemical activation. the yields indicate that the increase in the concentration of phosphoric acid increases the efficiency of the process. activation requires the removal of hydrogen and oxygen present in the precursor material, phosphoric acid acts as desiccant enabling and facilitating this process. the increase on the yield with the increase in the concentration has limit, for example, if is used very high concentrations of acid it deteriorates the structure of the fibers; they agglomerate and lose its shape. figure 13. relationship between temperature and bo. eq8-af 10/9/07 15:24 page 61 comparing yields in tables 3 and 4, the high values correspond to the chemical activations. the presence of phosphoric acid in the fibers suggests that this activant agent somehow controls the contraction of precursor material, as well as promotes the dehydration and thus the resulting mass of the resulting char. conclusions activated carbon fibers from kevlar can be synthesized through activations with co2 and steam of water. the best surface areas and micropore volumes are obtained using steam of water; co2 not optimally active kevlar fibers with the used conditions. moreover, the structure and morphology of the fibers is preserved. the activation process involves regrouping and reactions of depolymerization, evidenced in the infrared spectrum and in the values of yield and bo. there are optimum times and temperatures which are conducive results. likewise, immersion enthalpies for fibers physically activated are proportional with bet areas and similar to those obtained from the performance of the nitrogen isotherms. similarly, activated carbon fibers can be obtained through chemical activations using agents such as phosphoric acid. the way to carry out the impregnation is an important factor; for kevlar, the 62 ecl. quím., são paulo, 32(4): 55-62, 2007 figure 15. relationship between concentration and yield. best areas and micropore volumes are obtained thought impregnations using a rotary evaporator which guarantees constant shaking, optimum temperatures and times guaranteeing good results. the increase in the concentration facilitates the activation processes by increasing the yield, while agglomerate the fibers deteriorate somewhat its structure. a middle ground is ideal. in conclusion and by comparing the two processes can be said that the physical activation develops the best surface areas and micropore volumes regard to the chemical activation for kevlar. moreover, the structure of the fiber is deteriorating with a chemical activation than with a physical, it joined the chemical activation process involves taking a further step: the wash. samples physically and chemically activated which presents best surface areas and pore diameters good makes materials for striking selective adsorption. received 25 october 2007 accepted 04 december 2007 references [1] m.p. cal, m.j. rood, m.j., s.m. larson. gas. sep. purif. 10 (2) (1996) 110. 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[12] s. villar rodil. r. denoyel, j. rouquerol. a. martinez alonso. j.m.d.tascón. carbon 40 (2002) 1369. eq8-af 10/9/07 15:24 page 62 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 2 | 2019 | 45 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 45-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 effects of garnet particles and chill casting conditions on properties of aluminum matrix hybrid composites haider tawfiq naeem1+ firas fouad abdullah1 1 al-muthanna university, 72001 samawah, al-muthanna, iraq +corresponding author: haider tawfiq naeem, email addresses: haidertn@mu.edu.iq, dr.haider.naeem@gmail.com article info article history: received: december 11, 2018 accepted: maarch 31, 2019 published: april 25, 2019 keywords: 1. copper chill casting 2. aluminum hybrid 3. hard ceramic particles 1. introduction aluminum matrix hybrid composites with dispersion of two or more ceramic reinforcements have been widely used in various applications of automotive and aerospace sectors1. aluminum matrix composite have light specific-weight, good resistance of corrosion with excellent thermal properties. these composites are becoming wide using as the high performance materials. ceramic materials are generally used to reinforce aluminum-alloys with silicon carbide (sic), titanium carbide (tic), alumina (al2o3), silicon oxide, tib2, zrb2, aln, si3n4 and sio2 2,3. these ceramic materials have high strength and high hardness. however, it displays brittle behavior and has low resistance to fracture which can be improved by modifying the reinforcement grain size, shape and by incorporating additional phases4. it has been widely reported that aluminum alloys can be readily developed with two or more reinforcement and recently there has been a growing interest in the use of hybrid composites. particulate reinforced hybrid composites exhibit excellent isotropic properties5. ghoncheh et al.6 found that experiments carried out on a mold having high cooling rates have the solidification parameters such as nucleation temperature, recalescence undercooling temperature, and range of solidification temperature influenced by variation of cooling rates. generally, the improvement in the overall properties of abstract: in recent years, the demand of high-performance and lightweight materials was increasing for industrial applications. the present research aims to study microstructural and mechanical properties of aluminum matrix hybrid reinforced 6-12 wt.% of garnet under the effects of materials chill casting during the manufacturing aluminum matrix composite. in this research work, metallic mold and no chills were used. in order to evaluate the quality of the chill end casting microstructure, hardness, and tensile tests were conducted on the prepared composite specimens. aluminum matrix composites underwent the chill casting process have been examined using the optical microscope, scanning electron microscopy and x-ray diffraction. microstructure outcomes of the casted al-composites alloy indicated that having precipitations (al2si, alcumg2si) and garnet particulates hard within the al-matrix. the results showed that the copper chill casting is the better one in terms of improving the mechanical properties because of its high volumetric heat capacity. aluminum composite with addition of 9% garnet composite produced via copper chill casting exhibits better mechanical properties. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 mailto:haidertn@mu.edu.iq mailto:dr.haider.naeem@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6519-0501 original article 46 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 45-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 composites is made using the hybrid composites through adding insoluble reinforcements to the base matrix7. many of studies focused on the utilization of various forms of artificial reinforcements in aluminum matrix alloys such as tic, wc, sic, sio2, al2o3 etc. for getting the desired properties8,9. the composite hardness is improved using hard ceramic reinforcements. saravanakumar, sasikumar and sivasankaran10 started their investigation on hybrid composites by fabricating of al-6063/al2o3/gr using liquid metallurgy technique, and then they have studied wear property using conventional tribometer apparatus for different parameters like sliding speed, applied loads as well the reinforcements effect addition of gr (garnet) is particularly useful and led to the improvement of the mechanical properties. anju11 has studied effect of particle size of al-garnet composites on wear behavior showed enhancement for the wear property with gr particles. kumar, sait and subramanian12 studied aluminum alloy boron carbide and garnet composites were fabricated by the stir casting process. they discovered that by increasing the amount of garnet in the aluminum alloy mixture, the tensile strength and hardness were increased. also, the wear test analysis proved that the addition of reinforcements improve the wear property of composite. uthayakumar, aravindanb and rajkumarb13 discovered that the addition of graphite particles led to decrease the microhardness values but significantly improved the wear resistance of the aluminum composite specimens. in recent years many researchers have worked on the combination of graphite with sic and al2o3 and it was found similar results. the study of suresh and hemanth14 focused on the effect of chills on mechanical characteristics and wear properties of the composite. whereas, sharifi and karimzadeh15 investigated wear behavior of aluminum matrix hybrid nanocomposites by reinforcing of 1 wt.% gr and 10 wt.% sic with a356 using powder metallurgy technique to investigate the tribological properties. directional and fast solidification is one of a broadly reasonable method to refine the grain sizes and hence improves the mechanical properties of aluminum composite, which can be achieved by the application of chills. in this research paper, the garnet was used as reinforcement with a matrix of al-6000 alloys to produce new material alloys with optimum properties. another goal of the research is to investigate the effect of the best chill castings. the application of chills will be used to improve the directional solidification and hence to achieve finer microstructure with improved mechanical properties. 2. materials and methods 2.1 materials in the present study, commercially available alalloy (astm lm 13 as given in table 1) piston alloy was used, which is a multicomponent al-sini-cu-mg alloy with lower concentrations of fe and mn. in the present investigation low cost and naturally available hard ceramic garnet (chemical formula of gr is fe3al2si3o12) are used to reinforcements al-alloy. garnet was added in the proportion of 6 wt.% to 12 wt.% in steps of 3 wt.% table 2 shows the nominal of al-composites samples. metallic chills of dimension 25 mm x 35 mm x 170 mm were used to investigate the influence of the directional solidification on characteristics of the composite. the effect is compared with composites developed without using chills. the used material provides superior casting characteristics thermo-physical properties. so, it is suitable for some of the industries such as the automotive industry. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 original article 47 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 45-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 table 1. chemical composition of al-alloys (lm13) during this study. element weigh percentages (%) al 83.4 si 10.89 fe 0.53 cu 1.3 mg 2.32 ni 0.51 table 2. nominal of aluminium composites alloys in this study elements gr mg si cu fe ni al weight (wt.%) al-c0 0 2.32 10.89 1.3 0.53 0.51 83.4 al-c1 6 2.32 10.89 1.3 0.53 0.51 83.4 al-c2 9 2.32 10.89 1.3 0.53 0.51 83.4 al-c3 12 2.32 10.89 1.3 0.53 0.51 83.4 2.2 experimental procedure 2.2.1 fabrication of the composite: cost reduction is the key factor for wider application of aluminum hybrid metal metrics composites-(al-hmmcs) in modern industry which can be achieved by cheaper reinforcements, simpler fabrication methods, and higher production volume. thus, the fabrication process via a stir casting technique was used to develop the composites with greater bonding of reinforcement particles with the metal matrix. stir casting method is well known for uniform distribution of the reinforcements because of stirring action and flexible for materials with different low melting temperature. in the present study, a resistance furnace was used for melting the al-alloy at about 850 °c. garnet (gr) particles were preheated then added into the molten al-alloy matrix, thereby the mixed al-mixture poured into the different molds with and without chill. first mold which made of sand and also poured into different chills such as steel and copper is shown in figure 1. figure 1. scheme of sand mold. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 original article 48 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 45-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 2.2.2 mechanical properties hardness tests were performed on the composites using vickers hardness tester with a square-base diamond pyramid as the indenter. ultimate tensile strength of the samples was tested using an electronic tensile testing machine based on astm standard. for a particular cast alhmmc, three specimens were tested and the mean value along with standard deviation of the mechanical properties reported. the micrographs of specimens were examined in the optical microscope and the scanning electron microscope. chill end materials were machined on lathe to get the required dimensions. 3. results and discussion 3.1 microstructure and mechanical behavior figure 2 shows the optical micrograph and figure 3 shows scanning electron microscope of microstructures of the different three aluminium samples. it shows the uniform distribution of the reinforcements and good bonding between reinforcement and matrix. although the stir casting process is known for better bonding between almatrix and reinforces particles, it is not developed for mass production. the stir casting method is simple and convenient successful fabrication of the composite. figure 2. the optical micrograph of the al-samples (a) al-hmmc with 6% garnet without chill, (b) al-hmmc with 9% garnet under mold of steel and (c) al-hmmc with 9% garnet under copper mold chill. (a) (c) (b) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 original article 49 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 45-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 figure 3. sem images of microstructure of the al-samples (a) al-c2 under mold of steel chilling and (b) al-c3 under mold of steel chilling. the x-ray diffraction analytic as given in figure 4 manifests the xrd peaks of al-mg-sicu-ni matrix alloy with and without adding garnet particles after applying the casting treatment processing. the xrd results for the stir casted almg-cu-si-ni-9%gr composite (al-c2 sample), as presented in figure 4a, exhibited many peaks which were alpha-al, al2si, alcumg2si as well the peak of garnet particles. the xrd peaks of the stir casted al-mg-si-cu-ni matrix alloy (al-c0) sample is presented in figure 4b. the peaks of alc0 sample consisted of the alpha-al and the high peak of al2si. the peak al2si was created due to the high dissolution percent of silicon within the al matrix during the high temperature as results casting processing. generally, it was observed that the cause of the presence of the al2si, alcumg2si compounds implicit alloying elements (mg, si, cu and others) dissolution within the aluminum matrix, due to high temperature during the heat process. figure 4. x-ray diffraction patterns of aluminium matrix composites (a) al-c2 (after adding 9% garnet) under mold of copper chilling and (b) al-c0 (without garnet particles). (a) (b) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 original article 50 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 45-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 vickers hardness values of the al-mg-si matrix under the different chill casting conditions (in figure 5). it was observed that al-composite samples which have the highest vickers hardness values were underwent the copper chill casting compared to mold steel chill and mold without chill. the recently studies16-18 proved that the use copper chill end (in the casting process) was not only favors in the directional solidification but also enhances solidification. the rapid cooling rate was helping to get finer structures and improved mechanical properties as investigated in this study. it is seen that the casted al-hmmc samples under copper chill has a significant increase of vickers hardness value. the major reason for increasing of vickers hardness due to the actions of mold copper chill end and also to the presence of garnet particles (gr) were coherent grains and their uniform distribution within al-matrix alloy composite samples. the ultimate tensile strength of al-matrix composite samples under the different of moldchills casting process shown in figure 6. it was obvious that al-composite with 9 wt.% garnet (using copper chill casting) has the high tensile strength. this high of tensile is due to increasing the weight percent of gr. it was observed that tensile strength of al-matrix composites reinforced with garnet is higher than the al-matrix alloy without addition gr particles. recently studies by nityanand and prasad19 and bandekar and prasad20 referred to the advantages of the copper chill casting coupled with the reinforcement of gr particles within al-matrix alloy. however, the current study proved that copper chill casting condition with using gr particles as reinforcement led to the very fine, uniform and coherent grains of microstructural (as aforementioned in figure 2c) in addition to the obtaining improvements of mechanical properties of al-matrix composites samples. it has observed that the values of hardness and tensile were significant decreasing for alhmmc composite sample after added 12 wt.% gr particles. this the decrease is due to that aluminum matrix become a semi-brittle matrix and, then, has a less ductility property thus losing strength. figure 5. vickers hardness of the chill cast composites at various of garnet. figure 6. ultimate tensile strength of the composite samples with respective to various of garnet for different chill materials. 4. conclusions al-si-ni-cu-mg alloy composites were successfully synthesized with garnet ceramic particles using the stir casting method under different chilling casting. microstructural analyses showed that grains were uniform distributed, and they have a good bonding with the al-matrix. the results presented that the casted almatrix composite fabricated via copper chill block has significant high vickers hardness and tensile strength values. the outcomes showed that the adding of garnet particles and using copper chill casting have strongly effects on properties of aluminum metal matrix composites samples. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 original article 51 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 45-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p45-52 5. acknowledgments this study was conducted in workshops of college of engineering-al muthanna university al muthanna governorate-iraq. the authors appreciatively acknowledge the work provision provided by the technicians of the workshop in college of engineering. 6. references [1] sharma, p., a study on microstructure of aluminium matrix composites, integr. med. res. 3 (3) (2015) 240244. https://doi.org/10.1016/j.jascer.2015.04.001. 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oxidação do metanol; células a combustível introdução o mecanismo da oxidação de metanol foi revisado por parsons e vandernoot em 1988 [1] e por hamnett [2,3] em 1997, e apresenta dois aspectos fundamentais: 1) a eletrossorção de metanol e 2) a adição de oxigênio ao intermediário contendo carbono para gerar co 2 . poucos são os materiais sobre os quais o metanol se adsorve. em solução ácida só platina [318] e ligas de platina [19-36] apresentam atividade sensível à oxidação do metanol e estabilidade em condições operacionais. esta é a razão principal para que quase todos os estudos mecanísticos estejam concentrados sobre estes materiais. a existência de vários intermediários na oxidação do metanol é de consenso de diversos pesquisadores, entretanto ainda não está completamente esclarecido o mecanismo pelo qual esta oxidação ocorre. a seguir apresenta-se as possíveis etapas aceitas para a oxidação de metanol sobre platina [2,37]. ch 3 oh + pt (s) � pt-ch 2 oh ads + h+ + e(1) pt-ch 2 oh ads + pt (s) � pt 2 -choh ads + h+ + e(2) pt 2 -choh ads + pt(s) � pt 3 -coh ads + h+ + e(3) pt 3 -coh ads � pt-co ads + 2pt(s) + h+ + e(4) pt(s) + h 2 o � pt-oh ads + h+ + e(5) pt-co ads + h 2 o � pt-cooh ads + h+ + e(6a) ou ptoh ads + pt-co ads � pt-cooh ads (6b) pt-cooh ads � pt (s) + co 2 + h+ + e(7) observa-se que as reações 1-3 são processos de eletrossorção enquanto as reações 56 ecl. quím., são paulo, 28(2): 55-62, 2003 seguintes envolvem transferência de oxigênio para a oxidação dos intermediários ligados à superfície [2]. os itens mais relevantes a respeito do mecanismo da oxidação de metanol são: 1) a adsorção do metanol sobre sítios favorecidos energeticamente na superfície, 2) a perda seqüencial dos prótons para dar origem a uma seqüência de intermediários hidrogenados (de tempos de vida curtos) multiplamente ligados que se convertem em co adsorvido linearmente. esta evidência provém dos resultados obtidos por ftir [38,39], dems [40,41] e estudos dos produtos da reação [42]e 3) a análise cinética sugere que o mecanismo para a oxidação de metanol sobre platina envolve o ataque de h 2 o sobre a molécula de co. acima de 0,6 v vs erh o co é oxidado rapidamente na superfície da platina e dados de ftir sugerem que intermediários como pt 3 coh podem oxidar-se diretamente a co 2 em altos potenciais. devido a seu envenenamento, a platina sozinha não é suficientemente ativa para ser usada comercialmente na oxidação do metanol. pode-se usar a platina combinada com óxidos metálicos como o wo 3 [43-44] e uma outra alternativa é o uso de catalisadores bifuncionais onde o segundo metal (menos nobre que a pt) como ru [21-28], mo [35,45], sn [20] fornece o oxigênio de forma ativa, facilitando a oxidação dos intermediários. muitos dos trabalhos empregam ligas de platina-rutênio, pois estas têm se mostrado, excelentes eletrocatalisadores em condições operacionais [21-28]. a reação de oxidação de metanol ocorre sobre a superfície de pt (ou modificada com rutênio) e passa por diferentes etapas: para valores menores de 0,35 v vs. erh, sobre pt (111) a adsorção de metanol é parcialmente inibida por hidrogênio adsorvido. em potenciais mais altos (na região da dupla camada) o metanol pode deslocar moléculas de água para chegar a ser adsorvido fïsicamente, antes de quimioadsorver-se. para valores acima de 0,6 v a dissociação da água produz oh ads , outro inibidor da adsorção de metanol. a espécie oh ads facilita a oxidação de co adsorvido mas inibe a adsorção de metanol, portanto desempenha um papel duplo. na presença de rutênio, em valores de potencial acima de 0,2 v vs. erh ocorre a formação de espécies oxigenadas que modificam as etapas anteriormente mencionadas. no intervalo de potenciais entre 0,35 e 0,6 v para a oxidação de metanol sobre ligas de ru, iwasita et al. [21] propõem o seguinte mecanismo bifuncional: ch 3 oh + pt(h 2 o) � pt (ch 3 oh) ads + h 2 o (8) pt(ch 3 oh) ads � pt(co) ads + 4h+ + 4e(9) ru(h 2 o) � ruoh + h+ + e(10) pt(co) ads + ruoh � pt + ru + co 2 + h+ + e(11) ru(co) ads + ruoh � 2ru + co 2 + h+ + e(12) aqui é admitida a adsorção de metanol na equação (8) como uma troca de uma molécula de água adsorvida por uma molécula de metanol. a reação passa por várias etapas e requer a presença de sítios vizinhos de pt para facilitar a dissociação do metanol. no intervalo de potenciais de 0,35-0,6 v a reação (8) não é a etapa determinante no caso de existir suficientes átomos de pt nos sítios vizinhos. acima de 0,7 v a adsorção de água começa a ser mais forte que a fisissorção do metanol. este fato favorece a formação de pt(oh) ads , diminuindo a velocidade de reação. por outro lado, na reação (9), a dissociação de metanol para formar co (extendido a outros adsorbatos) pode acontecer a potenciais relativamente baixos. para a pt isto acontece em 0,15 v tendo um máximo em 0,25 v. na presença de ru eletrodepositado, a adsorção dissociativa do metanol é deslocada 0,05 v para valores menos positivos, o que torna difícil assinalar esta reação como a etapa determinante da reação no intervalo de potenciais entre 0,35 e 0,6 v, a não ser que existam insuficientes átomos de platina nos sítios vizinhos. visando a parte aplicativa, é de muito interesse determinar a relação ótima de platinarutênio para a oxidação de metanol iwasita el al. [21] mostram que para ligas de platina-rutênio com composições superficiais entre 10 e 40 % de ru, a reação é independente do conteúdo de ru. no estudo por eles realizado conclui-se que a reação entre o co ads e o oh deve ser a responsável pela velocidade do processo no intervalo de potenciais entre 0,35 e 0,6 v. 57ecl. quím., são paulo, 28(2): 55-62, 2003 procedimento experimental os catalisadores de platina dispersa, platina-rutênio e platina-molibdênio foram preparados pelo método do ácido fórmico [45]. os resultados eletroquímicos apresentados neste trabalho foram obtidos através das técnicas de voltametria cíclica, dems (espectrometria de massa diferencial eletroquímica) e cronoamperometria. o dems nos dá informações a respeito dos produtos e do mecanismo da reação de oxidação do metanol [21]. as medidas de voltametria cíclica foram realizadas com um potenciostato/galvanostato da egg princeton applied research modelo 273a acoplado a um micro computador ibm-pc. para os experimentos de voltametria cíclica utilizou-se uma célula convencional de um compartimento com o corpo confeccionado em vidro pyrex. esta célula possui orifícios para o eletrodo de referência, contra eletrodo, eletrodo de trabalho e mangueira de fluxo de gás. o eletrodo de referência usado foi o eletrodo reversível de hidrogênio (erh), o contra eletrodo constituí-se de uma placa de platina soldada a um fio de platina. para a confecção do eletrodo de trabalho, um cilindro de grafite pirolítico (0,196 cm2) foi moldado em teflon de tal modo que pudesse ser adaptado a um suporte especialmente construído para se adaptar ao sistema de eletrodo de disco rotatório. no cilindro de grafite foi feita uma cavidade (0,3 mm de profundidade) para a colocação da camada ativa do catalisador disperso[45]. os voltamogramas cíclicos foram registrados em soluções de 0,5 mol l-1 de h 2 so 4 desaeradas com nitrogênio na presença e ausência de metanol. durante o experimento as soluções foram mantidas sob atmosfera de nitrogênio. a velocidade de varredura de potencial foi de 10 mv/s. os limites catódico e anódico foram delimitados pela descarga de hidrogênio e oxigênio respectivamente. para os experimentos de cronoamperometria fixou-se um valor de potencial de forma instantânea, com o auxílio de um potenciostato e observou-se o comportamento da corrente em função do tempo. após a realização de alguns experimentostestes, chegou-se a um intervalo de tempo de 1800 s para que houvesse uma estabilização no valor da corrente. os valores lidos em 1800s foram então utilizados para a construção das curvas i x e. as medidas de cronoamperometria foram realizadas em soluções de 0,5 mol l-1 de h 2 so 4 na presença de 0,1 mol l-1 de metanol para os catalisadores de platina dispersa, liga de platina-rutênio e liga de platina-molibdênio. as ligas de platina-rutênio e platinamolibdênio foram preparadas nas composições atômicas (60:40), (70:30), (80:20) e (90:10). resultados e discussão o catalisador e-tek apresenta uma composição diferente aos demais catalisadores, além de ser preparado por um método distinto aos demais catalisadores, por isso não se pode comparar diretamente os resultados apresentados, mas poderíamos obter informações quanto a otimização da composição de catalisadores ptru para a oxidação do metanol. a figura 1 apresenta a comparação de corrente com relação ao potencial para os catalisadores platina-rutênio preparados pelo método do ácido fórmico e catalisador comercial e-tek a 10 mv s-1 considerando-se apenas a varredura anódica. figura 1. comparação das correntes dos catalisadores de platina rutênio preparados pelo método do ácido fórmico e catalisador comercial e-tek a 10 mvs-1 considerando-se apenas a varredura anódica em 0,5 mol l-1 de h 2 so 4 na presença de metanol 0,1 mol l-1. 58 ecl. quím., são paulo, 28(2): 55-62, 2003 as ligas de platinas com 10%, 20% e 30% de ru apresentam uma maior atividade catalítica com relação aos outros catalisadores em toda a faixa de potencial estudada. considerando a faixa de potencial para aplicações tecnológicas (0,4 a 0,5 v) podemos dizer que as ligas com 10 e 20% de ru apresentam-se mais ativas para a oxidação do metanol. podemos dizer que o melhor catalisador é aquele que apresenta um início da oxidação em menores potenciais possíveis. o catalisador com 40% ru apresenta um pior desempenho com relação aos demais catalisadores de rutênio preparados neste laboratório em toda a faixa de potencial estudada, mas este apresenta uma atividade catalítica superior ao catalisador comercial da e-tek até potenciais de 0,45v. acima de 0,5v o catalisador da e-tek apresenta melhor desempenho em relação ao catalisador ptru (60:40) preparado pelo método do ácido fórmico. os resultados da figura 1 estão em acordo com gasteiger et al. [13] onde ligas com 7% de ru foram as mais ativas para a eletro-oxidação do metanol. isto ocorre porque há um número máximo de átomos de platina necessários para adsorção do metanol enquanto o rutênio fornece espécies oh em sítios adjacentes. estes autores atribuem a alta atividade observada para a liga com 7% de ru ao requerimento de átomos de platina que facilitem a adsorção dissociativa do metanol. em acordo com a discussão apresentada acima, richarz et al. [29] também sugerem que as melhores ligas para a oxidação do metanol são as ligas com 7-30%. por outro lado, para a oxidação monóxido de carbono os melhores resultados se observam com a liga com 50% de ru [29]. souza et al. [46] mostram que a ordem de atividade na região de potencial de 0,4 a 0,7 v é: platina-rutênio (75:25) > platina-rutênio (86:14) = platina-rutênio (65:35)> platina. na figura 2 são apresentadas as curvas de corrente com relação ao potencial (varredura anódica), para os diferentes catalisadores de platina-molibdênio preparados neste laboratório e para o catalisador comercial da e-tek. o catalisador da e-tek é uma liga de platinamolibdênio (75:25), 30% em peso disperso em carbono de alta área superficial, enquanto que os catalisadores de platina-molibdênio preparados neste trabalho possuem 20% em peso. figura 2. comparação das curvas de corrente vs. potencial para os diferentes catalisadores de platina-molibdênio preparados neste laboratório e o catalisador comercial da etek, em 0,5mol l-1 h2so4 na presença de 0,1 mol l-1 considerando-se apenas a varredura anódica. o início da oxidação do metanol ocorre em menores potenciais para a liga de platinamolibdênio (90:10), demonstrando uma alta atividade catalítica desta liga com relação às outras, porém esta liga apresenta um pior desempenho quando comparada com a liga platina-molibdênio (60:40) em altos potenciais. para potenciais acima de 0,58 v podemos classificar os catalisadores quanto às suas correntes como segue: i 60:40 > i 70:30 > i 90:10 > i 80:20 > i e-tek . todos os catalisadores preparados neste laboratório, no intervalo de potencial estudado, apresentaram maiores valores de corrente e um maior efeito catalítico com relação ao catalisador comercial. o melhor desempenho observado para a liga de platina-molibdênio (90:10) com relação a liga de platina-molibdênio (80:20), pode estar associado a uma melhor dispersão deste catalisador no suporte, ou seja, este catalisador poderia apresentar uma maior área superficial disponível para a reação. uma outra hipótese é que a liga de platina-molibdênio (90:10) apresenta pequena quantidade de molibdênio, podendo apresentar um comportamento bastante similar ao da platina 59ecl. quím., são paulo, 28(2): 55-62, 2003 dispersa, sendo que isto poderia refletir no melhor desempenho observado na figura 2. a figura 3 mostra uma comparação dos resultados de voltametria cíclica a 10 mv s-1 considerando-se apenas a varredura anódica para as ligas platina-molibdênio (60:40), platina-rutênio (80:20) e platina dispersa em 0,5 mol l-1 h 2 so 4 na presença de 0,1 mol l-1 de metanol. a liga de platina-molibdênio (60:40) apresenta um efeito de corrente apreciável em potenciais mais altos com relação aos outros catalisadores de platinamolibdênio, por isso a sua escolha para a comparação. os resultados apresentados neste trabalho mostram que ligas de platina-rutênio com composições atômicas entre 10% e 30% de ru apresentam um melhor desempenho para a eletrooxidação do metanol. para a comparação dos resultados, a liga de platina-rutênio (80:20) foi escolhida. figura 3. comparação dos catalisadores platina-molibdênio (60:40), catalisador platina-rutênio (80:20) e platina dispersa em 0,5 mol l-1 h 2 so 4 na presença de 0,1 mol l-1 de metanol a 10 mv s-1 considerando-se apenas a varredura anódica. a eletro-oxidação do metanol ocorre em potenciais mais baixos para a liga de platinarutênio (80:20), seguida pela platina dispersa e por último pela liga de platina-molibdênio (60:40). para potencias acima de 0,6v a liga de platina-molibdênio (60:40) apresenta melhores níveis de corrente seguida pela liga de platinarutênio (80:20) e pela platina dispersa. as ligas de platina-molibdênio não são efetivas para dar início à eletro-oxidação do metanol, contudo o aumento da corrente na eletrooxidação do metanol denota uma melhor tolerância às espécies fortemente adsorvidas formadas no processo,ou seja, as ligas de platinamolibdênio apresentam uma alta atividade para a oxidação de co. a alta atividade para a oxidação de metanol se deve à contínua oxidação do co e subseqüente liberação de sítios de platina que são requeridos para adsorção dissociativa do metanol. levando–se também em consideração os estudos para diferentes catalisadores em células à combustível alimentadas diretamente com metanol, tem-se observado que ligas de platina-rutênio apresentam um melhor desempenho com relação aos demais catalisadores e com isso criou-se uma grande expectativa quanto à sua utilização nestas células. gotz et al. [35] realizaram estudos em células a combustível de metanol direto utilizando catalisadores à base de platina-rutênio. estes estudos mostram um forte efeito catalítico das ligas de platina-rutênio, seguido pelas ligas de platina-tungstênio e platina-molibdênio. a adição de estanho diminui a atividade catalítica comparada com o catalisador de platina dispersa. no caso dos sistemas ternários a base de platinarutênio preparada pelo método de impregnação, platina-rutênio-tungstênio é o sistema mais ativo para a oxidação do metanol, seguido por platinarutênio-molibdênio e platina-rutênio. o sistema platina-rutênio-estanho é menos ativo que o sistema platina-rutênio. o catalisador e-tek é mais ativo que os catalisadores ternários e o de platina-rutênio preparado pelo método de impregnação. isto pode ser explicado pelo fato que a liga de platina-rutênio e-tek apresenta uma liga mais uniforme, enquanto que o catalisador preparado pelo método de impregnação apresenta estrutura cúbica de face centrada para a platina e estrutura hexagonal para o rutênio [37]. os sinais de massa analisados neste trabalho foram massa 44 (co 2 ), e massa 60 (hcooch 3 ), os sinais de m/z=44 são maiores do que os sinais de m/z=60, indicando que o produto mais importante da eletro-oxidação do metanol sobre platina, platina-rutênio e platina-molibdênio é o co 2 . a figura 4 mostra uma comparação da intensidade de massa 44 normalizada para os catalisadores investigados. 60 ecl. quím., são paulo, 28(2): 55-62, 2003 figura 4. comparação dos sinais de massa on-line normalizados vs. potencial para a eletro-oxidação do metanol utilizando a técnica de dems para o catalisador de platinarutênio (80:20), catalisador de platina-molibdênio(60:40) e catalisador de platina dispersa em 0,5 mol l-1 de h 2 so 4 na presença de metanol 0,1 mol l-1. a liga de platina-rutênio (80:20) começa a produzir massa 44 em menores potenciais com relação aos catalisadores de platina e platinamolibdênio (60:40), mas acima do potencial de 0,65 v a produção de massa 44 sobre o catalisador de platina-molibdênio (60:40) é muito maior com relação aos catalisadores de platina e platinarutênio. o catalisador de platina-molibdênio (60:40) não é muito eficiente para o início da formação da massa 44, mas em potenciais mais altos apresenta um excelente desempenho. a formação de massa 44 em menores potenciais para a liga de platina-rutênio com relação a platina dispersa está de acordo com os trabalhos da literatura [46]. com a técnica da voltametria cíclica podese ter informações à respeito do comportamento da superfície do eletrodo na solução. após terem sido feitas medidas voltamétricas com velocidades de varredura de 10 m v/ s, optou-se por obter os valores de corrente-potencial utilizando-se a técnica de cronoamperometria. na técnica de cronoamperometria quando uma pertubação no potencial é aplicada além do fator tempo a ser considerado devemos considerar os efeitos de transporte de massa e a possibilidade de formação de bolhas (de co 2 ) sobre a superfície do eletrodo. as curvas de corrente vs potencial construídas a partir dos resultados de cronoamperometria em 1800 segundos para os catalisadores de platina-molibdênio (60:40), platina-rutênio (80:20) e platina dispersa são apresentadas na figura 5. figura 5. comparação das curvas corrente-potencial construídas a partir dos resultados de cronoamperometria para o catalisador de platina-molibdênio (60:40), de platina-rutênio (80:20) e de platina dispersa na presença de 0,5 mol l-1 de h 2 so 4 + 0,1 mol l-1 de metanol. os resultados apresentados figura 5 mostram que a eletro-oxidação do metanol ocorre em menores potenciais para o catalisador de platina-rutênio (80:20), mas em potenciais acima de 0,6v o catalisador de platina-molibdênio (60:40) apresenta maiores valores de corrente. também se observa na figura 5 que a liga de platina-rutênio (80:20) apresenta maior valor de corrente em 0,5 v com relação à platina dispersa, sendo este resultado em acordo com a referência [26]. os resultados de cronoamperometria (figura 5) estão de acordo com os resultados de dems (figura 4) e voltametria cíclica (figura 3), onde o mesmo comportamento para os catalisadores em estudo é observado. estes resultados mostram o efeito benéfico da adição de co-catalisadores a platina, principalmente a adição de rutênio a platina. conclusões o método de preparação de catalisadores desenvolvido neste laboratório permitiu a obtenção de materiais ativos para a eletro-oxidação do metanol. 61ecl. quím., são paulo, 28(2): 55-62, 2003 o resultado para a platina dispersa, liga de platinarutênio (80:20) e platina-molibdênio (60:40) frente à oxidação do metanol utilizando as técnicas de voltametria cíclica, dems e cronoamperometria, indicam que catalisadores de platina-rutênio são efetivos para o início da oxidação do metanol e para o potencial de interesse das células a combustível. os catalisadores de platinamolibdênio apresentam valores de correntes apreciáveis em altos potenciais, os quais não são de interesse para as aplicações em células a combustível. de um ponto de vista teórico, as ordens de atividade catalítica obtidas em relação à composição dos catalisadores de platina-rutênio apontam para uma interpretação via mecanismo bifuncional para a ação promotora do rutênio nos catalisadores de platina-rutênio. quanto ao mecanismo para a eletro-oxidação do metanol, os resultados de dems indicam a formação de massa 44, ou seja, a oxidação ocorre via formação de intermediários fortemente adsorvidos. a obtenção da massa 60 indica que a oxidação do metanol ocorre em uma certa extensão via um mecanismo paralelo em que o ácido fórmico reage com o metanol formando metil-formiato (massa 60). agradecimento os autores agradecem à fapesp pelo apoio financeiro. a. oliveira neto; m. linardi; e. r. gonzalez. the electro-oxidation of methanol on ptru and ptmo particules supported on high-surface-area carbon. abstract: the electro-oxidation of methanol was studied on pt/c, ptru/c and ptmo/c. these catalysts were prepared by the formic acid method developed in this laboratory. the products of methanol oxidation were monitored by dems experiments. the activity of the catalysts for the oxidation of methanol was studied by cyclic voltametry and cronamperometry. keywords: electrocatalysts; methanol oxidation; fuel cells. referências bibliográficas [1] r. parsons, t. vandernoot, j. electroanal. chem. 257 (1988) 9. 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are relevant to the progress of science and society in general. the sbee board members and researchers of the university of são paulo (usp) at ribeirão preto and of the federal university of abc (ufabc) organized the event that occurred on november 8th and 9th, 2018 in ribeirão preto (sp) at the campus of the university of são paulo. there was a significant number of abstracts submitted, suggesting the need of periodic continuity of this topical meeting. in addition to the participation of renowned brazilian researchers, guest speakers from france also attended this event. indeed prof. mehmet a. otturan, from university of paris-est, france presented “the use of new photoactive materials for treatment of organic pollutants”; continuing on this theme prof. romeu rocha filho (ufscar/sp) presented the main actions to be taken in the construction of electrochemical reactors, presenting the plenary lecture “hurdles to cross to make electrochemical oxidation a sustainable technology”. advances in the characterization of more active nanomaterials were presented by prof. teko napporn from university of poitiers, france “gold nanospheres in electrocatalysis: surface interaction with glucose” and dr. fabio henrique barros lima (iqsc/usp) “advances in the electrocatalysis of oxygen and carbon dioxide reduction”. besides these, four plenary lectures from invited speakers the meeting had 148 inscriptions, 105 papers presented, being 25 oral presentations. additionally, the meeting offered the opportunity for researchers publishing their peer-reviewed results in this special issue of eclética química journal. we thank the authors and the reviewers for the suggestions and comments. profa. dra. adalgisa rodrigues de andrade (guest editor) prof. dr. paulo olivi (guest editor) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | 11 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 11-17 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 abstract: dry grains from leguminous species, such as soybeans (glycine max l.), common beans (phaseolus vulgaris l.), chickpeas (cicer arietinum l.) and corn (zea mays l.), are regularly consumed for human nutrition. this paper showed the possibility of estimating bulk density as quality parameter of 4 different dry grains (soybeans, common beans, chickpeas and corn) in a same model using the average values of color descriptors from digital images combined with an artificial neural network, with low computational costs. these food products are good sources of carbohydrates, protein and dietary fiber, and they possess significant amounts of vitamins and minerals and a high energetic value. estimation of the physicochemical properties of grains is challenging due to variations in shape, texture, and size and because the grain colors appear similar to the naked eye. in this work, an analytical method was developed based on digital images converted into ten color scale descriptors combined with a neural model to provide an accurate parameter for grain quality control with a low computational cost. the bulk densities of four type of grains, i.e., soybeans, beans, chickpeas and corn, were predicted using numerical data represented by the average values of color histograms of a ten color scale (red r, green g, blue b, hue h, saturation s, value v, relative rgb and luminosity l) from digital images combined with artificial neural networks (anns). the reference bulk densities were empirically measured. a very good correlation between the reference values and values predicted by the ann was achieved, and with a single ann developed for the four grains, a correlation coefficient of 0.98 was observed for the test set. moreover, the relative errors were between 0.01 and 5.6% for the test set. estimating bulk density in leguminous grains with different traits using color parameters from digital images combined with artificial neural networks bruna gava floriam , fabíola manhas verbi pereira , érica regina filletti+ são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil +corresponding author: érica regina filletti, phone: +55 16 3301-9839 email address: erica.filletti@unesp.br article info article history: received: december 18, 2018 accepted: september 17, 2019 published: january 1, 2020 keywords: 1. grain 2. digital images 3. bulk density 4. learning algorithm 5. error propagation 1. introduction soybeans (glycine max l.), common beans (phaseolus vulgaris l.), chickpeas (cicer arietinum l.) and corn (zea mays l.) are a part of most human diets, regardless of culture. these grains are leguminous species consumed as dry grains. they are remarkable sources of carbohydrates, protein and dietary fiber, and they possess significant amounts of vitamins and minerals and a high energetic value1. the quality of food grains is dependent on several physicochemical parameters, including the bulk density (or density in each mass). in a grain, the bulk density is more closely related to its shape than its size2. stored food materials can suffer from variations in bulk density according to the bin depth3. thus, a model that can monitor this parameter would be helpful to avoid losses in agri-food supply chains. for instance, in the study by bart-plange and baryeh4 several laborious physicochemical methods were applied to evaluate cocoa beans, as the raw material for manufacturing chocolate and other food products, including the determination of their bulk density. using the method presented here, the quality of four types of grains can be estimated using an accurate approach based on a relevant http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 mailto:erica.filletti@unesp.br http://orcid.org/0000-0002-8707-7785 http://orcid.org/0000-0002-8117-2108 http://orcid.org/0000-0003-1060-9285 original article 12 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 11-17 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 physicochemical parameter, i.e., the bulk density, which is related to the storage system, type of container and characteristics of the grains. color data from digital images are considered reliable sources of analytical information for many purposes, independent of the type of device, for example, scanners, cell phones or cameras5. the combination of digital images and an artificial neural network (ann) can be adapted for applications such as the shape analysis of grains6 and for variety identification7. however, in both cited studies, many complex steps were necessary to develop a predictive response model with good accuracy. the advantage of this study is that additional information from a color histogram of a ten color scale8,9 can be determined using a simple computational routine with fast calculations. in addition, by using the average color values instead of the entire color histogram, which includes 2560 colors10,11, the speed of the ann calculations is improved, and accurate results are achieved. therefore, anns are useful tools for this research because they require less computational effort than other numerical techniques. anns are computational models consisting of simple processing units called neurons, which are inspired by the central nervous system of intelligent organisms that acquire knowledge through experimentation; anns can perform machine learning to predict parameters and recognize patterns12,13. initially, an ann undergoes a learning phase in which some examples are presented to it during training, and it automatically extracts the necessary characteristics to represent the information learned by adjusting the synaptic weights of the neurons through an adequate learning algorithm. then, these characteristics are used to generate answers to the problem studied. in other words, by providing input data to an ann and reporting the desired output (response), the ann can provide coherent results for new input data that are different from those used in training. there are several advantages to using anns; for instance, anns are easy to use and update, they have data error tolerance because of the ability to respond in an acceptable way, even if partially damaged, they have great freedom in the adjustment of synaptic weights of neurons due to the presence of bias, which is a special processing unit that allows better adaptation on the part of the neural network to the knowledge provided to it, and they provide a precise response at high speeds14-16. the main advantage of anns is their ability to generalize or learn from examples17; that is, anns can generalize learned information to provide satisfactory results for cases not seen in training. therefore, anns have been used in many fields, such as chemistry18, geology19, medicine20, neurocomputations21 and biomedical engineering22, among others. in this sense, after an ann has been trained and tested, it can predict the output (desired response) of new input data in the domain covered by the training examples. for food analysis, data from digital images acquired using both a camera and a desktop scanner have been applied to predict the fermentation index of cocoa beans by ann modeling23. an ann was also combined with digital images and showed excellent potential for wheat varietal identification24 using the morphometric characteristics of these grains for the classification of different varieties with 88% accuracy and individual varieties with 84% and 94% accuracy. our study shows a feasible analytical method based on digital images converted into ten color scale descriptors combined with an ann to estimate the bulk density of leguminous grains such as soybeans, beans, chickpeas and corn. 2. materials and methods 2.1. procurement of samples and instruments grains of soybeans, beans, chickpeas and corn were purchased locally. the grains were sorted to eliminate external material and damaged grains. for the tests, the grains were separated in small packets made of transparent plastic bags (10 × 6 cm), as shown in fig. 1. according to the size of the grains, each plastic bag was filled with 100 soybeans, 100 beans, 50 chickpeas, or 100 kernels of corn, resulting in 56 packets of soybeans, 35 packets of beans, 30 packets of chickpeas and 50 packets of corn. the content of each packet was weighed on an analytical balance with ±0.0001 g precision (fa2104n, equipar, curitiba, pr, brazil), and the apparent volume was measured with graduated cylinders with a volume of (50.0±0.5) ml for soybeans, corn and beans and with a volume of (100±1) ml for chickpeas. using the measured masses (m) and apparent volumes (v), the bulk https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 original article 13 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 11-17 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 densities of the samples were estimated using the ratio m v  = , and these values were considered the reference values in this study. figure 1. examples of the scanned images of soybean (a), bean (b), chickpea (c) and corn (d) grains. then, each packet was digitalized using a conventional scanner (hp, laserjet pro 200 color mfp m276nw, brazil). the final size of the images was 550 × 1000 pixels with a resolution of 96 dots per inch (dpi). 2.2. image treatment the digital images were processed and converted into the average values of ten color scale descriptors, red (r), green (g), blue (b), hue (h), saturation (s), value (v), relative red (rr), relative green (rg), relative blue (rb) and luminosity (l), using the matlab r2015b (the mathworks, natick, ma, usa) code available in the supplementary material of camargo, santos and pereira8. figure 2 shows an image of the data. using this code, the average value of each histogram color, which includes 256 colors, is obtained; thus, each color is represented by one value per color histogram. figure 2. diagram of the input data for the ann calculations 2.3. ann description a feedforward neural network25 was implemented in matlab r2015b. two learning algorithms were tested in the development of the ann: error backpropagation and the levenbergmarquardt algorithm. the levenberg-marquardt algorithm presented correlation coefficients in the mean of 0.88 and rmse (root mean square error) equal to 0.031 for the test set, while the backpropagation algorithm provided results with correlation coefficient equal 0.98 and rmse 0.014. therefore, the backpropagation algorithm provided the best results and is described briefly below12,13: 1) set the initial parameters of the network 𝑤𝑖,𝑗 and 𝑏𝑖,𝑗 (weights and bias) as random numbers. 2) from a training data set with pre-assigned input/output pairs, take the k-th (𝑝𝑖 𝑘 , 𝑎𝑖 𝑘) pair, calculate the outputs of the network with the same input, and form the new pair (𝑝𝑖 𝑘 , 𝑡𝑖 𝑘). r g b h s v rr rg rb linputs for ann average value ... average value r g b h s v r g b l ...1...256 1...256  f re q u e n c y https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 original article 14 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 11-17 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 3) calculate the error between the desired 𝑎𝑖 𝑘 and the obtained 𝑡𝑖 𝑘 output values through the formula 𝑒 = √∑ (𝑎𝑖 𝑘 − 𝑡𝑖 𝑘) 2 𝑖 (1) 4) calculate the partial derivatives of error e with respect to the weights and bias. 5) change the weights and bias according to the steepest descent strategy and a specified learning rate α: 𝑏𝑖,𝑗 ← 𝑏𝑖,𝑗 − 𝛼 𝜕𝑒 𝜕𝑏𝑖,𝑗 (2) and 𝑤𝑖,𝑗 ← 𝑤𝑖,𝑗 − 𝛼 𝜕𝑒 𝜕𝑤𝑖,𝑗 (3) 6) iterate steps 2 to 5 by successively modifying 𝑏𝑖,𝑗 and 𝑤𝑖,𝑗 until a defined number of learning cycles or a stopping criterion is reached. the parameter learning rate, number of neurons per layer, number of layers, activation functions and number of epochs were varied by trial and error to obtain the best result, and early stopping of the training was performed to avoid overtraining. 3. results and discussion the ranges of bulk density measured using the reference method were in g cm-3 for soybean between 0.61 and 0.65, bean (0.75-0.78), chickpea (0.63-0.68) and corn (0.68-0.85). the variation of values among the colors converted from the images were: (i) soybean grains: r (174–192), g (128–135), b (83–91), h (0.079–0.081), s (0.52– 0.57), v (0.68–071), r (0.46–0.48), g (0.32–0.33), b (0.19–0.21), and l (386–407); (ii) bean grains: r (140–147), g (91–99), b (63–72), h (0.066– 0.072), s (0.56–0.61), v (0.55–0.58), r (0.51– 0.53), g (0.29–0.30), b (0.18–0.20), and l (294– 317); chickpea grains: r (167–174), g (131–137), b (103–111), h (0.070–0.074), s (0.39– 0.42), v (0.66–0.68), r (0.43–0.44), g (0.318–0.321), b (0.24–0.25), and l (401–421) and (iv) corn grains: r (196–217), g (122–145), b (75–100), h (0.06– 0.07), s (0.55–0.64), v (0.77–0.85), r (0.49–0.53), g (0.30–0.31), b (0.17–0.20), and l (397–461). in all of cases, differences among the samples were revealed that justify an ann model using the 10 colors as input layer. tests were also performed without variables h and l, for example, showed worse than all input variables were used. for this case, the correlation coefficients were 0.94, 0.84 and 0.92 for training, validation and test sets, respectively. therefore, the input variables of the ann training set were the r, g, b, h, s, v, rr, rg, rb and l color descriptors, for a total of 10 input variables for each packet of grain sample; that is, the developed ann had 10 neurons in the input layer (fig. 2). the strategy of averaged value of each histogram color was applied because the entire histogram for the 10 colors corresponds to 2560 variables. for the ann, 2560 values imply 2560 neuron in input layer, then the calculations would be slower than that computed using the averaged color values, mainly considering that the information would not be improved. the information from the hue (h) and saturation (s) color scales was also important as revealed by our previous evaluation8. the ann outputs were the reference bulk density values. the samples were randomly divided into three sets as follows: a total of 70% of the samples were used in the ann training set, 15% was used for the validation of ann, and the remaining 15% was used to test the generalizability of the ann. the training set consisted of 119 samples, i.e., 38 soybean, 19 bean, 24 chickpea and 38 corn samples, the validation set had 26 samples, i.e., 8 soybean, 10 bean, 2 chickpea and 6 corn samples, and the test set had 26 samples, i.e., 10 soybean, 6 bean, 4 chickpea and 6 corn samples. the number of samples were related to the size of the grains and the size of the packet (plastic bag) was the same. the main goal was to analyze the entire packet then the variation in size of the grain had determined the number of packets, which did not affect ann results, since it was not necessary for ann to know which grain sample was being analyzed to estimate grain density in each packet. a single ann was developed for all four types of grains (soybeans, beans, chickpeas and corn). several ann architectures were tested with one intermediate layer (varying the number of neurons from 10 to 20) and with two intermediate layers (with 8 and 4 neurons in each layer, respectively). the ann that obtained the best result had only one intermediate layer with 15 neurons, and its performance was below 10-3 for the mean square error obtained after 1500 epochs, as shown in fig. 3. the training was interrupted in 1500 epochs to avoid excessive adjustment by ann, which could lead to an overfitting. the activation functions were a hyperbolic tangent function in https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 original article 15 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 11-17 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 the intermediate layer and a linear function in the output layer. figure 3. ann performance results for the training, validation and test sets. the green dotted line denoted as “best” shows the lowest value of the mean square error reached in the ann validation in 1500 epochs. the highest efficiency for the four types of grains together had a learning rate of 0.8. training was also performed with higher and lower learning rates, but the network became unstable with learning rates below 0.3, meaning that it failed to provide good results for the test samples. at a learning rate of 0.8, the ann was stable, and the training was very fast (close to 1 min). the training error was small, approximately 10-3, and it was stable throughout the learning process. among the four types of grains used in this work, the corn grains are the least uniform, that is, they present the most variation in density (between 0.68 e 0.85 g cm-3), so the estimated values were more distributed along the linear adjustment, as shown in the fig. 4. and the values of bean grains density (0.75-0.78 g cm-3) are within the range of corn grains density, which agrees with the results obtained for these two grains. on the other hand, soybean and chickpea grains are more uniform with little variation in density. the plots in fig. 4 show a high correlation of 0.94 between the reference bulk density values and the values predicted by the ann model for both the training sets (fig. 4a) and a correlation coefficient of 0.98 for the data from both validation and test sets (fig. 4b and 4c). the best fit equations for the training, validation and test data are 𝑦 = 0.86𝑥 + 0.10, 𝑦 = 0.92𝑥 + 0.057, and 𝑦 = 0.90𝑥 + 0.069, respectively. the mean relative error was 2.1, 1.5 and 1.4% for the training, validation and test data, respectively, with the lowest and highest relative errors of the ann responses for the test set samples between 0.01 and 5.6%, which is a noteworthy result. figure 4. predicted bulk densities (g cm-3) obtained by the ann model using image color data of the grains (soybean, bean, chickpea and corn) for the training (a), validation (b) and test (c) sets. 0 500 1000 1500 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 m e a n s q u a re d e rr o r epochs training validation test best 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 0.90 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 0.90 soybean bean chickpea corn p re d ic te d v a lu e b y a n n ( g c m -3 ) reference value (g cm -3 ) a y = 0.86x + 0.10 r = 0.94 reference value/g cm-3 p re d ic te d v a lu e b y a n n /g c m -3 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 0.90 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 0.90 soybean bean chickpea corn p re d ic te d v a lu e b y a n n ( g c m -3 ) reference value (g cm -3 ) b y = 0.92x + 0.057 r = 0.98 reference value/g cm-3 p re d ic te d v a lu e b y a n n /g c m -3 y = 0.90x + 0.069 r = 0.98 c 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 0.90 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 0.90 soybean bean chickpea corn p re d ic te d v a lu e b y a n n ( g c m -3 ) reference value (g cm -3 )reference value/g cm-3 p re d ic te d v a lu e b y a n n /g c m -3 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 original article 16 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 11-17 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p11-17 the accuracy of the results is shown by the plots in fig. 5, giving the equations 𝑦 = 0.90𝑥 + 0.10 and 𝑦 = 0.90𝑥 + 0.036 , which envelop the results obtained by the ann calculations. these equations were based on calculations involving the linear regression of the test set (fig. 4c), replacing the term 𝑥 by each reference value and summing the linear coefficient to 3 times the standard deviation obtained for the absolute errors (difference between the reference values and those predicted by the ann) of the 26 samples. thus, for a given bulk density ρ, the response of the neural network will be in the interval [𝜌 − 0.03, 𝜌 + 0.03], where [𝜌 − 3𝜎𝑟, 𝜌 + 3𝜎𝑟] and 𝜎𝑟 = 0.01; a range with a very small amplitude indicates high reliability in the ann response. figure 5. bulk densities (g cm-3) of soybean, bean, chickpea and corn provided by the ann for the test set samples. 4. conclusions the bulk densities of four different dry grains were accurately estimated using the average values of color descriptors from digital images combined with an ann. this method is promising, considering that these grain foods have similar colors and different shapes and textures. the reference values and the values predicted by the ann model were highly correlated (𝑟 = 0.98) for the test set, with low relative errors between 0.01 and 5.6%. thus, our study showed the possibility of using an ann to provide accurate grain quality control parameters with low computational costs. 5. acknowledgments this work was supported by the são paulo research foundation (fapesp) (grant numbers 2015/20813-1 and 2016/00779-6). 6. references [1] costa, g. e. a., queiroz-monici, k. s., reis, s. m. p. m., oliveira, a. c., chemical 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https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.12.013 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.12.013 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.12.013 https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.04.010 https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.04.010 https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.04.010 https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.04.010 https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.04.010 https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00314-o https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00314-o https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00314-o https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00314-o https://doi.org/10.1016/s0266-3538(03)00106-4 https://doi.org/10.1016/s0266-3538(03)00106-4 https://doi.org/10.1016/s0266-3538(03)00106-4 https://doi.org/10.1016/s0266-3538(03)00106-4 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.09.055 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.09.055 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.09.055 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.09.055 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.09.055 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https://doi.org/10.1590/2446-4740.05615 https://doi.org/10.1590/2446-4740.05615 https://doi.org/10.1590/2446-4740.05615 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.08.022 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.08.022 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.08.022 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.08.022 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.08.022 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.08.022 https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.06.001 https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.06.001 https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.06.001 https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.06.001 https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.06.001 eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100012 effect of magnesium addition on the vacancy-mg binding free enthalpy in al-cr alloys carlos roberto sobreira beatrice* waldir garlipp* mário cilense* antonio tallarico adorno* abstract: the mg-vacancy binding free enthalpy of al-cr solid solution alloys with mg addition was calculated by electrical resistivity measurements. the obtained value is lower than that obtained for dilute al-mg alloys with almost the same mg content and may be attributed to the diffusion of mg. keywords: electrical properties; resistivity; vacancy; binding free enthalpy. introduction previous works show that there is a considerable variation on the magnitude of the experimental values of the vacancy-impurity binding enthalpy in binary alloys, obtained with the application of different techniques (specific heat, positron annihilation, comparing the length change and lattice parameter change, residual resistivity, solvent enhancement of diffusion at equilibrium temperature) and specifically of the vacancy-magnesium binding enthalpy g in the dilute al-mg alloy18,12,5,10,19,8. theoretical estimations, based on the screening potential method9, on the pseudopotential method16, on the second-order perturbation theory17, on the cohesive energies of pure al and pure mg and the heat of solution of the solution atoms7, are generally in fairly poor agreement with experimental data. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#nota from the harmonic model11, where r is the electrical resistance of the metal, t is the absolute temperature and qb is the debye temperature. from thermodynamics14 one gets where a(t) is the volumetric thermal dilatation coefficient of the metal and g(t) is the grüneisen parameter. it is experimentally verified that the linear relationship of equation (2) has no physical meaning for determined values of a(t) and g(t), because of their substantial anharmonic contributions12. the measurement of the equilibrium impurity-vacancy binding enthalpy in metals from electrical resistivity, by its great sensibility, is one of the best, despite the weak theoretical justification of the criterion for low-to-high temperature extrapolation of the lattice resistivity. this was overcome by an empirical method based on the fact that the plot of experimental ln(r/t) data versus t, figure 1, is linear up from a specific to a high enough temperature to allow extrapolation of the lattice resistivity3,1. the slight upward deviation of the curve, in that figure, is attributed to the increasing thermal equilibrium vacancy formation. the electrical resistivities r and r0, fig.1, are respectively proportional to and to http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 where na, nb are, respectively, the number of lattice positions of a and b atoms and nv is the total number of vacancies, and k is the coefficient of proportionality (w × cm). for results the statistical analysis for the determination of thermal equilibrium vacancy concentration in a diluted binary a-b alloy, being a the metal solvent and b the dilute or impure metal, with arbitrary concentration15,20, considers the existence of a positive binding free enthalpy between vacancies and impurity atoms. according to dorn-mitchell6, the equilibrium concentration of a substitutional regular solid solution of a and b atoms is given by where ni is the number of vacancies coordinated with i atoms b and (z-i) atoms a, 0 £ i £ z, ns = na+nb+nv is the total number of lattice positions, nv is the total number of vacancies and na and nb are the numbers of a and b atoms in the alloy, xa and xb are the solvent and solute atomic fractions and gi the free enthalpy of formation between a vacancy and i solute atoms, which depends only on the atoms coordinated with a vacancy. for i = 0 the right hand term of expression (7) for (xa)12 @ 1 becomes exp (-g0/kt), indicating the absence of a vacancy-b atoms binding free enthalpy.the normalization of the dorn-mitchell's expression with exp(-g0/kt) becomes equivalent to nv/ ns=dr /r0 . according to the matthiessen's rule, where ri is the impurity (solute) electrical resistivity, which is nearly independent of the temperature, r0 is the electrical resistivity given by the matrix lattice vibration, which depends on the temperature and r is the electrical resistivity change caused by the thermal equilibrium vacancies, which concentration grows exponentially with the temperature. taking equation (6), where r and r0 are obtained, respectively, from the anti-ln(r /t) and anti-ln(r0/t) of the ascendant part and at the extended rectilinear part of the curve, at the same temperatures (fig. 1), it is possible to measure the concentration of thermal vacancies on heating2-1. because the lack of a expression for a ternary alloy, as did dorn-mitchell for binary alloys, we just experimentally investigated the r /r0 behavior with mg composition of the al-cr-mg alloy. experimental procedure the studied alloys were prepared by alcan-canada, with compositions showed on table i. wires of the alloys, with 0.05 cm diameter, were obtained by cold-rolling. the specimen were screw-shaped, fixed on a ceramic holder and annealed in argon atmosphere. the potentiometer contacts were made by wires of the same alloy. a k-3 leeds & northrup potentiometer, a cambridge galvanometer with 50 ohm internal resistance and a tubular furnace with controlled temperature were used for equilibrium temperature electrical resistivity measurements in controlled atmosphere. a constant electrical current of 200 ma was controlled by using a standard resistance at constant temperature. results and discussion figure 2 shows the plot of residual electrical resistivity dr/r0, designated by drn, vs. mg composition, obtained according to the method presented in fig.1, where the al-mg19 and the alcr-mg curves are normalized to their respective extended rectilinear parts of the curve at 855 k, from the experimental range 400k-860k. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 from fig. 2 it is possible to see that the thermal vacancies contribution is lower than that obtained for al-mg alloys with same mg content4,13. conclusions the thermal equilibrium method here adopted shows an increase of drn with the mg concentration and that thermal vacancies contribution must be modified by the mg addition. when we compare the drn of the al-mg and of the al-cr-mg alloys behavior, the dilute element cr seems to low significantly the total number of vacancies linked with different numbers of mg atoms. because the low concentration of cr in the al-cr-mg, alloy the influence on the drn values by the residual resistance, caused by the maximum scattering of the fermi electrons9 at the experimental range 400k-860k, is small. acknowledgements financial support from fapesp and cnpq-brasil is gratefully acknowledged. beatrice, c. r. s., garlipp, w., cilense, m., adorno, a. t. efeito da adição de magnésio na entalpia livre de ligação vacância-mg em ligas de al-cr. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. resumo: a entalpia livre de ligação vacância-mg, em ligas com solução sólida de al-cr contendo adição de mg, foi calculada por medidas de resisitivadade elétrica. o valor obtido foi http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 menor do que aquele obtido para ligas diluídas de al-mg com aproximadamente a mesma concentração de mg e pode ser atribuído à difusão do mg. pavras-chave: propriedades elétricas; resisitividade; vacância; entalpia livre de ligação. references [ links ] 2 ascoli, a.; germagno, e.; guarini, g. equilibrium resistivity of latice vacancies in pure ag. acta metall., v.14, p. 1002-1005, 1966. [ links ] 3 ascoli, a.; guarini, g.; queirolo, g.t. equilibrium vacancy resistivity in pure noble metals. crystal lattice defects, v.1, p. 159-163, 1970. 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[ links ] recebido em 09.01.2002. aceito em 22.03.2002. * departamento de físico-química instituto de química unesp 14801-970 araraquara spbrasil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100012&lng=en&nrm=iso&tlng=en#texto javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27  são paulo  2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100012  eq9-af introduction water is polluted as a consequence of the domestic and industrial men activity. this includes varying extents and types of pollutants. it is a complex problem that sometimes is not always considered with the proper seriousness. many scientists are putting efforts to understand these systems and to propose new methods to overcome this problem. such methods include precipitation, flocculation, adsorption, and biodegradation processes [1]. in general, different processes must be combined to achieve the desired contaminants removal level. colored effluents receive special attention because they are easily detected and on the other hand, the chemical structure of such dyes varies enormously. certain methods can work very well for the uptake of a specific group of dyes but sometimes they can be inefficient to remove other different types of dyes. adsorption methods have received great attention because they are effective and their application processes are relatively simple. activated carbon is the most widely used adsorbent for color removal. it has the ability to adsorb large amounts of various types of dye. due to its relatively high cost, other lower cost materials have been also investigated as adsorbents for dye removal from aqueous media. some of these materials are: chitin [2], fuller’s earth and fired clay [3], cellulose based polymers [4], peat [5] and wood [6]. lignin-based materials were also investigated: post-vanillin lignin for cationic and anionic dyes [7, 8] and hydrolytic lignin modified with cationic surfactant for anionic dye adsorption [9]. the results have shown that through lignin chemical modification and/or by just varying the adsorption conditions, the use of lignin as an adsorbent for dye removal from aqueous media can be significantly 63ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 methylene blue adsorption onto modified lignin from sugar cane bagasse n. consolin filhoa*, e. c. venancioa, m. f. barriquelloa, a. a. w. hechenleitnerb, e. a. g. pinedab aembrapa – instrumentação agropecuária, rua xv de novembro, 1452, c.p. 741, cep:13.560-970, são carlos, sp, brazil bdepartamento de química, universidade estadual de maringá, avda. colombo 5790, cep 87020-900 maringá, pr, brazil *consolin@cnpdia.embrapa.br abstract: the adsorption kinetics and equilibrium of methylene blue (mb) onto reticulated formic lignin (rfl) from sugar cane bagasse was studied. the adsorption process is ph, temperature and ionic strength (µ) dependent and obeys the langmuir model. conditions for higher adsorption rate and capacity were determined. the faster adsorption (12 hours) and higher adsorption capacity (34.20 mg.g-1) were observed at ph = 5.8 (acetic acid-sodium acetate aqueous buffer), 50 °c and 0.1 ionic strength. under temperature (50 °c) control and occasional mechanical stirring it took from 1 to 10 days to reach the equilibrium. keywords: methylene blue; lignin; adsorption. eq9-af 10/9/07 15:21 page 63 enhanced. in some cases it showed a higher adsorption capacity than activated carbon. in this work is presented the use of reticulated formic lignin as an adsorbent material for methylene blue removal from aqueous media. lignin was obtained from sugar cane bagasse, an abundant agro-industrial residue in various regions of brazil. the adsorption equilibrium and kinetic studies were carried out by varying the temperature, ph and ionic strength (µ). experimental details formic lignin from sugar cane bagasse sugar cane bagasse was obtained from a local sugar and alcohol industry (usaciga). the sample was firstly washed with excess of deionized water, dried at room temperature (25 oc), and then it was grounded in a knife mill. the fraction up to 100 mesh of particle size was isolated for further studies. from the sugar cane bagasse powder (200 g), extractives were removed by using a soxhlet apparatus, in three stages using the following solvents (0.5 l): nhexane (mallinckrodt – ar), ethanol (synth) and deionized water (this sequence), until the liquid remained uncolored in each solvent. lignin was then extracted under reflux (~100oc) during three hours in the presence of formic acid (80%) (j. t. baker). aqueous 1 % (w/v) hydrochloric acid (hcl) (merk) used as catalyst and the liquid-to-solid ratio was 115 ml to 10 g. the liquor obtained was concentrated in a rotatory evaporator until a viscous liquid was obtained. the lignin precipitation was obtained by adding deionized water (drop by drop) to the viscous liquid, where hemicelluloses remains dissolved. the lignin was isolated and it was then dissolved in hot formic acid followed by precipitation by adding water. the resulting lignin precipitate was filtered and the solid portion collected. the filtrate (solid portion, lignin) was then oven dried at 60°c during 60 minutes. the formic lignin (fl) obtained was grounded by using a ceramic mortar and pestle and it was then stored in dark glass flasks. in order to obtain an insoluble lignin sample, fl was reticulated as described below. formic lignin reticulation as reticulating agent acidic formaldehyde (synth) solution was used. 10 ml of 40% formaldehyde and 5 ml of 37 % hcl aqueous solution were added to 0.4 g of fl and the resulting mixture was maintained under reflux (~100 oc) during 30 min. the dispersion was then filtered and the resulting solid material was washed and vacuum (mechanical) dried at 60°c until the sample presents a constant weight. solubility of lignin samples aqueous sodium acetate/acetic acid buffer solutions (ph = 4.5 and 5.8), aqueous hcl solution (ph = 2), and aqueous sodium hydroxide (ph = 8.0) were prepared. 50 mg of lignin sample was added to a round bottom volumetric flask containing 25 ml of aqueous sodium acetate/acetic acid ph = 4.5 buffer solution. the solubility of lignin sample in buffer system was monitored by measuring absorption increments at 280 nm (hitachi u-2000 spectrophotometer). the exact same procedure as described above was repeated except that the following aqueous systems were used: (1) aqueous sodium acetate/acetic acid ph = 5.8 buffer solution; (2) ph = 2.0 hcl aqueous solution; (3) ph = 8.0 sodium hydroxide (naoh) aqueous solution. the lignin samples used were fl and rfl, respectively. adsorption experiments methylene blue (mb) aqueous solution (10.0 mg.ml-1) was prepared by using deionized water and a buffer aqueous solutions (ph = 4.5 and 5.8). 50 mg of rfl was added to a round bottom volumetric flask containing 25 ml of mb aqueous solution and it was then left inside a thermostatic bath during 0.5 to 10 days with occasional mechanical siring. the resulting dispersions were then centrifuged and the mb concentration of the supernatant solution was determined by absorption measurements at 662 nm (hitachi u-2000 spectrophotometer). the amount of mb adsorbed was calculated from the difference between the mb concentration in the solutions before and after the adsorption studies. for adsorption equilibrium studies, the rfl-mb contact time used was 10 days, at various temperatures (30, 40, 50 oc). 64 ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 eq9-af 10/9/07 15:21 page 64 the ionic strength (µ) controlled experiments were carried out by adding sodium chloride (nacl) to deionized water to attain ionic concentration of 0.5 and 1.0. the exact amount of nacl added prepare ph and µ controlled aqueous solutions was calculated using the hendersonhasselbach modified equation [10]. all experiments of adsorption were performed in duplicate. results and discussion the solubility of the fl and rfl samples in aqueous solutions was quantified by measuring the uv absorption intensity at 280 nm. it was observed that rfl presented the lowest solubility in all studied systems, i.e. aqueous buffer solution (ph = 4.5 and 5.8, maximum of absorption intensity = 0.06 a.u.) and hcl and naoh aqueous solutions (ph = 2.0 and 8.0, maximum of absorption intensity = 0.11 a.u.). the fl presented relatively high solubility in all systems studied, where the maximum of absorption intensity at 280 nm was higher than 1.6 a.u.. therefore, rfl was used for the mb adsorption studies. figure 1 shows the dye concentration decay for mb initial concentration of 10.0 mg.ml-1 in the presence of rfl at 30°c. the rate of mb uptake from buffered aqueous solutions at ph = 5.8 and 4.5, respectively, is much faster than from the unbuffered aqueous solution at ph = 5.9. when the mb (10.0 mg.ml-1) was kept in the presence of rfl during five days in a ph = 5.8 buffered aqueous solution almost all mb 65ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 was removed from the liquid phase. these results suggest that the µ plays an important role in the adsorption process. the µ of the buffered aqueous solutions (ph = 5.8, ph = 4.5) is higher than of the unbuffered aqueous solutions (ph = 5.9). in order to analyze the temperature influence in this mb adsorption process, adsorption experiments were carried out in the three different aqueous solutions (buffered aqueous solutions ph = 5.8, ph = 4.5 and unbuffered aqueous solutions ph = 5.9). the temperatures studied were: 40, 50 and 60°c. the results are summarized in figs. 2-4. in two different systems, i.e. unbuffered (ph = 5.9) and buffered (ph=4.5), the mb adsorption presented a maximum in the temperature range of 30 60°c, namely at 40 °c and 50 °c, respectively. in the ph = 5.8 buffered aqueous solution, mb is completely removed from the liquid phase at 30oc and at 50°c. at 60°c some of the adsorbed mb is desorbed from the rfl surface. the minimum time interval required to reach the adsorption equilibrium, with complete dye removal, was approximately 12 hours (at ph = 5.8 and 50°c). with the unbuffered aqueous solution, the complete dye removal was not obtained and the minimum time interval required to reach the adsorption equilibrium was approximately 2 days (at ph = 5.8 and 50°c). the three step model proposed by mckay and mcconvey [11] for basic and acidic dyes adsorption on wood was used to analyze the adsorption data from this work. this model calculates the change in adsorbate concentration (ct) as a function of the time of adsorption (t) by the equation described below: figure 1. mb uptake by rfl in different aqueous media at 30°c. figure 2. temperature influence in mb adsorption onto rfl from unbuffered solution at ph = 5.9. c eq ( m g l-1 ) time (days) c eq ( m g l-1 ) time (days) eq9-af 10/9/07 15:21 page 65 where cs is the adsorbate concentration in the liquid phase near the outer surface of the adsorbent particle (mg.dm-3), β is the external mass transfer coefficient (cm.s-1), s is the outer surface of the adsorbent particles per volume unit of particle free slurry (cm-1). the β s product was determined from the slope at t→0 of the ct/c0 versus t plot. the results are presented in table 1. a high increment in β s is observed when the temperature is increased from 30 to 40°c in the buffered aqueous solutions, and from 40 to 50°c in the unbuffered aqueous solution. on the other hand, a decrease in β s is observed when the temperature increases from 50 to 60°c in the three systems described above. the β s values calculated from experiments carried out at the same 66 ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 temperature for the three systems describe above increases as follows: unbuffered solution (ph = 5.9) < buffered solution (ph = 4.5) < buffered solution (ph = 5.8). it can be observed that the adsorption kinetic depends on all three parameters, temperature, ph and µ. the effect of the temperature on the mb adsorption behavior on rfl is probably related to an increase of the adsorption rate with the increase of the temperature up to a limit value (50 oc). this increase in the mb adsorption rate is due to the increase of the mb diffusion coefficient. at relatively high temperatures, i.e 60 oc, the dessorption process is favored and thus the amount of adsorbed mb decreases. the effect of the ph on the mb adsorption process may be related to the increase of the ionization degree of the carboxylic groups present in the lignin structure when the ph is increased. this increase in the ionization degree of the carboxylic groups might enhance the interaction process between the adsorbate (mb), a cationic dye and the adsorbent (rfl), which results in a driving force for adsorbate diffusion in the region near the surface of the lignin particles. the µ influence is evident when data from buffered and unbuffered aqueous solutions with ph = 5.8 and 5.9, respectively, are compared. β s values calculated from ph = 5.8 buffered aqueous solutions are much higher than β s values calculated from ph = 5.9 unbuffered aqueous solution. therefore, it indicates that the µ of the buffer system play an important role in the adsorption process. adsorption equilibrium experiments were also done. a mb adsorption time of 10 days was used. the influence of the aqueous medium, i.e. ph and µ, and temperature was also analyzed. the langmuir model fits well to all isotherms obtained in this study, as it can be seen from in fig. 5. figure 5 shows an increase on the adsorbed adsorbate concentration (q) with the increase of the adsorbate concentration in the liquid phase at the equilibrium (ceq) up to a ceq limit value, after which no further change in q values is observed. the ceq limit value is equal to 10 mmol l-1 at ph = 5.8 (buffer system). in other hand, the unbuffered system (ph = 5.9) did not reach a ceq limit value. the langmuir isotherm can be written as described below: figure 3. temperature influence in mb adsorption onto rfl from buffered solution at ph = 5.8. figure 4. temperature influence in mb adsorption onto rfl from buffered solution at ph = 4.5. c eq ( m g l-1 ) time (days) c eq ( m g l-1 ) time (days) eq9-af 10/9/07 15:21 page 66 67ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 where ceq is the adsorbate concentration in the liquid phase at equilibrium, q is the adsorbed adsorbate concentration at equilibrium, qm is the adsorbent capacity, kl is a measure of the adsorption intensity (langmuir constant). the qm and kl data for all adsorption equilibrium experiments were obtained from the fit of the experimental data to the langmuir equation. these results are shown in tables 2 and 3. the data from tables 2 and 3 shows that the adsorption rate behavior do not fit to the adsorption capacity behavior. data for unbuffered aqueous solution at 30°c are the most particular ones, where the slower process results to an adsorption capacity similar to those obtained from buffered aqueous medium at the same temperature. at the two other temperatures (40 and 50 °c) the adsorption capacity of the rfl in buffered solution is more than three times higher than the corresponding adsorption capacity of the unbuffered aqueous solution. on the other hand, for the unbuffered aqueous solution the higher adsorption capacity occurs at the lower temperature (30 °c), and for the buffered aqueous solutions the higher adsorption capacity occurs at the higher temperature (50 °c). there is no definite tendency of kl data when the temperature is changed but at a constant temperature it increases in the following order: unbuffered aqueous solution (ph = figure 5. adsorption isotherms of mb on rfl in the presence of three different aqueous solutions, as indicated in the figure. solid lines are theoretical langmuir isotherms and symbols are experimental data. q (m m ol g -1 ) ceq (mmo l-1) eq9-af 10/9/07 15:22 page 67 5.9) < buffered aqueous solution (ph = 4.5) < buffered aqueous solution (ph = 5.8). in table 3 it can be observed that, at 30°c, the 0.1 µ gives the higher adsorption capacity. at 50°c this parameter has a little effect on the adsorption capacity, which might indicates that in this condition the temperature effect is more important. comparing the results from unbuffered aqueous solution (ph = 5.9) presented in table 2 (qm=5.64 mg.g-1 at 50°c) with the results from buffered aqueous solution (ph = 5.8) presented in table 3 (qm=34.20 mg.g-1 at 50°c) it can be concluded that qm reach’s a maximum at an µ of approximately 0.1. the effect of µ lower than 0.1 in buffered aqueous solution could not be analyzed due to acetic acid/sodium acetate minimum concentrations that are required to prepare the buffer systems. the scatchard equation that is described below is often used to study binding to macromolecules [12]. if the adsorption model considered is valid, a plot of q/ceq versus q will be linear, the intercept is klqm, and the slope is equal to –kl. when the scatchard plot does not give a unique straight line, this indicates that the binding sites are not identical or are not independent. figure 6 shows the scatchard plots for the mb adsorption onto rfl at 30°c. similar plots were obtained at 40°c and 68 ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 50°c. comparing the results from fig. 6 with the results from fig. 5, it can be seen that the adsorption data obtained at ph = 5.8, which shows a deviation from the linearity in fig. 6, corresponds to the isotherm that has achieved the saturation. this behavior is related to the fact that, at higher θ, interactions between binding sites become more likely. the scatchard’s plots for the adsorption systems under study in the conditions mentioned in table 2 were analyzed. table 4 shows the scatchard parameters, kl and qm. they coincide with the corresponding langmuir parameters only in the cases in which two straight lines are obtained, when they are computed from the lower one. in the other cases the langmuir parameters are always higher than the corresponding scatchard parameters, indicating figure 6. scatchard plots for the adsorption equilibrium of mb onto rfl at 30°c. q/ c eq ( l g-1 ) ceq (mmo g-1) eq9-af 10/9/07 15:22 page 68 69ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 that in the first case the final portion of the isotherm is more important and the scatchard treatment is more sensible to the initial portion of that curve. the non linear scatchard plots cannot be attributed to higher adsorption capacity or adsorption process rate as can be seen comparing with data in tables 1 and 2. there are β s and kl data of the unbuffered (ph = 5.9) and the buffered (ph = 4.5) aqueous systems in the same interval as the data of buffered aqueous system (ph = 5.8), which show a linear behavior in the scatchard plot. to qm data, a full 23 factorial design (three factors, each at two levels) was applied. the standard experimental matrix for the factorial design and the results of qm are shown in table 5. a statistical analysis was performed on these qm results, and the main effects and interaction effects for the different variable combinations were calculated. the results (table 6) show that temperature is the most important factor in the mb adsorption. increasing the µ (a), the adsorption decreases, even when ph (b) and temperature (c) increases, as showed by the results of interactions ab, ac and abc. conclusions formic lignin from sugar cane bagasse can be reticulated through a simple reaction with formaldehyde to obtain a product with low solubility in aqueous media. this material was able to be used as an adsorbent for mb removal from aqueous media. the adsorption process showed ph, temperature and ionic strength dependence and obeyed the eq9-af 10/9/07 15:22 page 69 references [1] m. l. richardson, jsdc 99 (1983) 198-200. 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[12] jr. i. tinoco, k. sauer, j. c. wang, physical chemistry – principles and applications in biological sciences, 3rd. ed., prentice – hall inc., new jersey, 1995, chap. 5. langmuir model. the general tendencies observed with the adsorption capacity are: it decreases when the µ increases in the range of 0.1 to 1.0, it increases when the temperature increases in the range of 30 to 50°c, it increases when the ph increases in the range from 4.5 to 5.8, in buffered aqueous solutions. the faster adsorption and higher capacity were observed at 50°c, ph = 5.8 and 0.1 of µ, for which interactions between binding sites were detected through scatchard analysis. µ is a very important variable especially at 30oc in all ph values studied. increasing i, qm decreases dramatically at this temperature. the qm values of methylene blue adsorbed onto reticulated lignin from sugar cane bagasse can be described by the equation qm = 14.75 – 0.5(i) + 6.00(ph) – 1.00(i)(ph) + 20.00(t) + 2.50(i)(t) + 6.00 (ph)(t) – 1.00(i) (ph)(t) when the experiments are carried out according to the factorial design described in table 5. the adsorption of mb onto rfl is exothermic process when it is carried out at ph = 5.8 it is possible to prepare adsorbents at low cost from lignin that can adsorb methylene blue, since sugar cane bagasse is relatively cheap material and it can be found in any region of in brazil. acknowledgements ncf acknowledge fapesp (proc. no 06/58872-0), and embrapa – instrumentação agropecuária. eagp and aawh acknowledge dqi – uem and grants from cnpq proc.500.527/95-0 and 300.694/90-3. received 11 september 2007 accepted 22 november 2007 70 ecl. quím., são paulo, 32(4): 63-70, 2007 n. consolin filho, e. c. venancio, m. f. barriquello, a. a. w. hechenleitner, e. a. g. pineda, adsorção de azul de metileno em lignina modificada obtida do bagaço de cana de açúcar. resumo: estudou-se neste trabalho, a cinética de adsorção e o equilíbrio de adsorção do azul de metileno (am) em lignina fórmica reticulada (lfr) obtida do bagaço de cana de açúcar. o processo de adsorção é dependente do ph, temperatura e força iônica (µ) e obedece ao modelo de langmuir. algumas condições como a alta capacidade e velocidade de adsorção foram determinadas. observouse rápida adsorção (12 horas) e alta capacidade de adsorção (34,20 mg.g-1) em ph = 5,8 (tampão acetato de sódio-ácido acético), 50oc e 0,1 de força iônica. para alcançar o equilíbrio de adsorção, o sistema foi termostatizado com tempos de 1 a 10 dias, com agitação ocasional. palavras-chave: azul de metileno; lignina; adsorção. eq9-af 10/9/07 15:22 page 70 author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | special issue | 2019 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind review system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • citations should be sequentially numbered and presented in square brackets throughout the text, and references should be compiled in square brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s010046702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (two lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. author guidelines special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. author guidelines • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is seven months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. author guidelines • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (e.g. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guidelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26 são paulo 2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100011 influência de nitrato de paládio, nitrato de magnésio e nitrato de níquel no comportamento térmico de arsênio em açúcares por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite carolina sinabucro dakuzaku * gian paulo giovanni freschi * mercedes de moraes * josé anchieta gomes neto * 1 resumo: a influência de digeridos e suspensões de açúcar no comportamento térmico de as usando pd(no3)2, pd(no3)2 + mg(no3)2, and ni(no3)2 como modificadores químicos foi investigada. influência de 0,2%, 5%, 10% e 35% (v/v) hno3 na calibração (1,00 10,0 µg as l-1) também foi feita. um volume de 20 µl de amostra mais 5 µl pd ou 5 µl pd + 3 µl mg, ou 20 µl ni foi injetado no atomizador do gf aas. para cada modificador, temperaturas de pirólise e atomização foram avaliadas por meio de curvas de pirólise e de atomização, respectivamente. para suspensão de açúcar, temperaturas de pirólise e atomização (tp, ta) obtidas foram: sem modificador (400° c, 2000° c); pd (1400° c, 2200° c); pd/mg (1400° c, 2200° c) e ni (1600° c, 2200° c). os valores para digeridos de açúcar foram: sem modificador (400° c, 2200° c); pd (1400° c, 2200° c); pd/mg (1400° c, 2200° c) e ni (600° c, 2200° c). paládio foi selecionado como o melhor modificador químico. o tempo de vida do tubo de grafte foi de aproximadamente 350 queimas, o rsd (n = 12) para uma amostra típica contendo 5,52 µg as l-1 foi < 2,2% e o limite de detecção foi 2,4 pg as. recuperações entre 80 e 92% foram encontradas. palavras-chave: arsênio; açúcar; modificadores químicos; gf aas. introdução o monitoramento de contaminantes inorgânicos é de grande relevância em análises de amostras biológicas, botânicas, ambientais, alimentícias como em outras amostras que necessitam do controle http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nt desses contaminantes. assim sendo, a determinação de elementos-traço de interesse toxicológico é de relevância no contexto econômico e na saúde pública. arsênio (as) é um elemento geralmente reconhecido pela sua toxicidade. o trióxido de arsênio é um dos venenos mais antigos usado pelo homem, mesmo desde o tempo pré-cristo.21 a ocorrência natural do elemento é observada principalmente em minerais compostos por enxofre, as4s4 e as2s3 1,17,24 e as principais fontes antrópicas são provenientes da produção de cu, fe, pb, zn, combustão de carvão, resíduos combustíveis, defensivos agrícolas como agentes desfolhantes em lavouras de algodão, fungicidas, herbicidas, inseticidas além de ser empregado em aditivos de alimentos para aves, bovinos e suínos.20,16 a toxicidade dos compostos de arsênio depende do estado de oxidação, forma química e a solubilidade no sistema biológico. problemas cancerígenos, respiratórios, cardiovasculares e nervosos são alguns dos efeitos causados e relatados na literatura pela contaminação por arsênio.2,25 isto enfatiza a toxicidade de as e mostra a necessidade do monitoramento contínuo desse elemento em alimentos que constituem a dieta normal da população, a fim de estabelecer normas de nutrição e saúde. seu significado biológico como elemento traço não tem sido completamente esclarecido 24, porém sabe-se que compostos de as(iii) possuem maior toxicidade comparados a compostos de as(v), sendo os organoarsênicos menos tóxicos, e alguns até atóxicos. as formas inorgânicas são preferencialmente acumuladas nos organismos. compostos de as são principalmente absorvidos nos pulmões, 50-80%, e compostos de as presentes em alimentos apresentam similar razão de absorção. em alimentos, arsênio ocorre naturalmente, embora certas quantidades devam também ser somadas como resultado da contaminação devido a sua onipresença no ambiente. alimentos de origem animal e vegetal possuem geralmente teores de as menores que 1,0 mg/kg, exceto produtos de origem marinha que podem possuir teores mais elevados. a ingestão de as total depende da quantidade desses alimentos na dieta humana.5 a organização da agricultura e alimento e a organização mundial de saúde (fao / who) juntamente com o codex alimentarius 6 estabeleceram as como um elemento que em presença não controlada em alimentos poderia ser potencialmente tóxico e fixaram o limite máximo de ingestão aceitável em base em 2,1 mgas/kg.7,19 o açúcar branco é um dos alimentos mais puros produzidos em escala industrial, contendo algumas impurezas metálicas dependendo não somente do processamento do produto, mas também do tipo de solo no qual a cana foi plantada.14 o nível máximo permissível de as em açúcar estabelecido pela legislação brasileira 3 é de 1 mg kg-1. a espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite, gf aas, proporciona maior sensibilidade em decorrência da possibilidade de introdução direta da amostra sólida ou em suspensão no atomizador, uma vez que este poder agir como um reator químico. assim sendo, esta técnica é considerada adequada e ideal para a determinação de elementos-traço em diferentes matrizes face aos excelentes limites de detecção atingidos. vários trabalhos estão descritos na literatura sobre o emprego da técnica gf aas na determinação de as em alimentos 5,7,22, amostras biológicas 27, água 13,15,18, bebidas7,12, entretanto, pouca informação está disponível na literatura sobre a determinação de as em açúcar. embora existam alguns métodos propostos na literatura 7,14,10,11 para a determinação de as em açúcar por espectrometria de absorção atômica, pouca informação está disponível relacionado a estudos utilizando forno de grafite como atomizador. sendo assim, este estudo mostra o comportamento eletrotérmico de as frente a diferentes modificadores químicos e meios empregando a espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite. parte experimental instrumentação foram utilizados um espectrômetro de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite perkin elmer, modelo simaa 6000, equipado com corretor de fundo por efeito zeeman, amostrador automático, perkin elmer, modelo as-72, tubos de grafite pirolíticos com aquecimento transversal com plataforma de l'vov integrada, thga (part number bo 504033) e lâmpada de descarga sem eletrodo, edl, para arsênio operada a 380 ma de corrente. as medidas foram feitas no comprimento de onda recomendado pelo fabricante (193,7 nm) e a largura da fenda foi de 0,7nm. argônio (99,999% white martins) foi utilizado como gás de purga a uma vazão de 250 ml min-1. todas as medidas foram feitas em triplicatas baseadas em medidas de absorbância integrada. um bloco digestor tecnal, modelo te040/25, e um forno de microondas milestone, modelo ethos 1600, equipado com frascos de ptfe, foram utilizados no preparo das amostras via digestão em sistemas aberto e fechado, respectivamente. reagentes e soluções todas as soluções foram preparadas com água destilada e desionizada em um sistema purificador millipore, modelo milli-q. peróxido de hidrogênio 30% (v/v) e ácido nítrico concentrado de elevada pureza (suprapur® , merck) foram utilizados no preparo das amostras e soluções analíticas. solução estoque 1000 mg l-1 as foi preparada a partir da dissolução de 1,320g as2o3 (fluka, chemika) em 20 ml de solução 1,0 mol l-1 naoh e neutralizado pela adição de 50 ml de solução 0,5 mol l-1 hcl, levando a 1 l com água desionizada. soluções analíticas de 1,00 a 10.0 µg l -1 as foram preparadas diariamente por diluição sucessiva da solução estoque. soluções 0,1% (v/v) pd, 0,1% (v/v) mg e 0,1% (v/v) ni foram preparados a partir dos respectivos sais de nitrato e utilizados como modificadores químicos. preparo da amostra as amostras de açúcar tipo exportação e mercado interno, fornecidas pela copersucar (cooperativa de produtores de cana, açúcar e álcool do estado de são paulo ltda) foram analisadas após digestão via úmida em sistemas aberto (bloco digestor) e fechado (forno de microondas). digestão em sistema aberto a mistura hno3 + h2o2 foi utilizada na digestão das amostras de açúcar. o procedimento de decomposição foi similar ao descrito pelo método tentativa, gs2/3-23 (1994) 9. uma massa de aproximadamente 5 g de amostra foi transferida aos tubos digestores seguida de 10 ml hno3 concentrado e levada ao aquecimento (50° c). aquecimento brando foi mantido inicialmente até que a maior parte dos fumos marrons tivesse desaparecido. os tubos foram removidos do aquecimento para retornarem à temperatura ambiente; em seguida foram adicionados 5 ml h2o2. retornou-se ao aquecimento e repetiu-se esta etapa até uma nova adição de 5 ml h2o2. após o reaparecimento dos fumos, a temperatura foi aumentada a 120° c, e nesta permanecida até que aproximadamente 10 ml do líquido remanescesse. removeu-se os tubos do aquecimento, e após resfriamento, transferiu-se o conteúdo dos tubos a balões volumétricos de 50 ml, completando-os com água. digestão em sistema fechado a digestão em sistema fechado foi obtida transferindo-se uma massa de 250 mg da amostra para o frasco de ptfe seguida da adição de 2,5 ml de ácido nítrico concentrado. o frasco foi devidamente fechado e introduzido no forno de microondas. o programa de aquecimento utilizado no processo de digestão em seis etapas está descrito na tabela 1. os digeridos de açúcar foram então transferidos para balões volumétricos de 5 ml e os volumes completados com água desionizada. comportamento térmico do as curvas de pirólise e de atomização para 0,5 ng as foram construídas nos seguintes meios: 0,2% (v/v) hno3, 5% (m/v) açúcar + 0,2% (v/v) hno3 e digeridos de açúcar. o programa de aquecimento utilizado em cada meio está descrito na tabela 2. as curvas foram construídas na ausência e em presença dos seguintes modificadores: pd, pd + mg e ni. os volumes injetados foram: 20 ml de amostra e 5µl pd, 5µl pd + 3 µl mg ou 20 µl ni. fixada uma temperatura de atomização, ta, variações positivas de 200° c eram feitas na temperatura de pirólise, tp, e os sinais eram registrados em função da temperatura. estabelecida a melhor tp, variações de 200° c eram feitas em ta, estabelecendo assim as temperaturas ótimas de pirólise e atomização. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 diferentes concentrações de ácido nítrico [0,2%, 5%, 10% e 35% (v/v)] foram empregadas para preparar soluções analíticas (1,00 10,0 mg as l-1) com a finalidade de avaliar o efeito da concentração do ácido nos sinais atômicos. resultados e discussão inicialmente foi avaliado o emprego de um modificador químico com o objetivo de diminuir interferências provenientes da matriz, diminuindo a volatilidade do próprio elemento ou aumentando a volatilidade da matriz, e consequentemente permitindo o uso de temperaturas de pirólise mais altas a fim de vaporizar a maior parte dos concomitantes. 4 inicialmente, curvas de pirólise e de atomização foram construídas para 0,5 ng as preparada em meio de 0,2% (v/v) hno3. entretanto, na presença da matriz, elevado sinal de fundo e perda de sinal atômico foram observados. isto deve estar atribuído a maior volatilidade do elemento durante a etapa de pirólise, onde ocorre a expulsão da matriz orgânica, possibilitando o arraste do analito na ausência de um modificador químico; dessa forma, o estudo se estendeu a 3 meios: 0,2% hno3, solução de açúcar e digerido de açúcar empregando-se três modificadores químicos: pd, pd+mg e ni visando avaliar o comportamento eletrotérmico de as nos diferentes meios estudados. devido ao fato de alguns trabalhos sugerirem o uso de níquel na determinação de as em diferentes matrizes e deste modificador ter sido originalmente proposto por ediger8 na determinação de as, investigou-se o potencial deste modificador na determinação de as em açúcar. entretanto, elevados sinais de absorção de fundo e menores sensibilidades foram obtidas quando ni fora empregado como modificador químico. outro modificador químico estudado foi a mistura pd + mg. essa mistura tem sido amplamente empregada em vários trabalhos e é considerada modificador universal 26, permitindo usar temperaturas de pirólise de até 1300 -1400° c e atomização de 2200-2500° c na determinação de as por gf aas 4. embora essa mistura tenha fornecido temperaturas de pirólise e de atomização próximas às de paládio sozinho, menor sensibilidade fora observada quando a mistura fora empregada. paládio, o terceiro modificador estudado, foi proposto inicialmente por shan & ni na determinação de mercúrio e posteriormente na de outros elementos, dentre os quais arsênio 23 e ainda muito utilizado nas determinações de as. as figuras de 1 a 3 ilustram o comportamento de as frente aos modificadores estudados nos respectivos meios. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 entre os modificadores testados, 5 mg pd(no3)2 alcançou os melhores resultados para as em amostras de açúcar. os sinais atômicos de as na presença da amostra apresentaram maior sensibilidade que em solução aquosa, fator importante em determinação de elementos-traço. este aumento de sensibilidade poderia ser atribuído a presença de um ambiente mais redutor pela presença de mais carbono no atomizador, e também pela ação do pd na inibição da hidratação de óxidos de as pela catálise da reação com cox. analogamente ao efeito do pd no comportamento de as em meio 5% (v/v) de açúcar, o uso deste modificador também forneceu os melhores resultados para as em digeridos. maior sensibilidade foi obtida em relação aos demais modificadores propostos e as temperaturas de pirólise e de atomização obtidas foram de 1400° c e 2200° c, respectivamente. deve ser realçado que apesar de pd(no3)2 ou a mistura pd(no3)2 + mg(no3)2 fornecerem as mesmas temperaturas de pirólise e de atomização, sinais transientes mais bem definidos e menores sinais de fundo foram obtidos quando apenas pd(no3)2 foi utilizado como modificador. na figura 4 estão representados os respectivos sinais atômicos e de fundo para 0,5 ng as nos diferentes meios estudados empregando pd(no3)2 como modificador químico. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 a influência do meio foi avaliada comparando-se os valores das inclinações das curvas analíticas construídas em 0,2% (v/v) hno3, 5% (v/v) hno3, 10% (v/v) hno3 e digeridos de açúcar (sistema aberto) a fim de estudar a menor acidez possível para a determinação de as em digeridos de açúcar (em sistema aberto). devido ao fato dos digeridos apresentarem acidez final de aproximadamente 10% (valor determinado através de titulação ácido-base), este meio foi estudado para posterior comparação com curva construída por compatibilização de matriz. entretanto, curvas construídas em meio de 5% (v/v) hno3 apresentaram valores de inclinações muito próximas às de 10%, possibilitando assim a redução da concentração de ácido no preparo das soluções analíticas e consequentemente do desgaste do tubo, prolongando o tempo de vida útil do atomizador. assim sendo, soluções de as na faixa entre 1,00 e 10,0 µgl-1 em 5% (v/v) hno3 foram utilizadas para a determinação de as em digeridos de açúcar. entretanto, para digeridos de açúcar obtidos pelo procedimento de decomposição em sistema fechado, acidez residual de aproximadamente 35% foi obtida, dificultando a performance em gf aas pela alta concentração de ácido nítrico presente no atomizador de grafite. dessa forma, curvas analíticas construídas em meio de 0,2% e 35% (v/v) hno3 foram construídas a fim de comparar os coeficientes angulares das mesmas objetivando investigar a viabilização da construção da curva analítica em meio de ácido diluído. porém, os coeficientes angulares das curvas apresentaram valores relativamente diferentes para as no intervalo de 1,00 a 10,0 µg l-1, prejudicando o emprego da decomposição em forno de microondas para a determinação de as em açúcar por gf aas. os resultados do estudo do comportamento eletrotérmico de as frente a diferentes modificadores estão resumidos na tabela 3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 após a seleção do melhor modificador químico e do programa de aquecimento do tubo de grafite, avaliou-se o desempenho de ambos frente a diferentes amostras de açúcar, desde refinado a açúcar demerara. aproximadamente o dobro da quantidade de as presente nas amostras de açúcar foi adicionado (2 µg kg-1) e recuperações obtidas situaram-se entre 80 e 92%. conclusões dentre os modificadores estudados 5 µg pd(no3)2 forneceu os melhores resultados para determinar as em suspensão de açúcar como em digeridos de açúcar. temperatura de pirólise de 1400° c e de atomização de 2200° c podem ser utilizadas para ambos os meios estudados. a determinação de as em açúcar por gf aas é uma tarefa árdua em decorrência da complexidade da matriz, dos baixos teores do analito, dificultando a determinação direta e da elevada acidez residual das amostras digeridas. a influência da matriz revelou a necessidade do uso de soluções analíticas com acidez de no mínimo 5% (v/v) hno3 para a construção de curvas analíticas na determinação de as em digeridos de açúcar por meio de decomposição via sistema aberto. uma alternativa para contornar problemas relacionados com a determinação de traços de as em açúcares seria a determinação direta de as injetando a amostra diretamente no atomizador aquecido permitindo trabalhar com volumes de até 80 µl de amostra aumentando assim a massa de as no atomizador, e consequentemente a sensibilidade. resultados preliminares obtidos no laboratório dos autores deste trabalho revelaram o potencial deste procedimento para resolver esse problema analítico. agradecimentos os autores agradecem à fapesp ao apoio financeiro concedido, ao cnpq pela bolsa de j.a.g.n. e à capes pelas bolsas de c.s.d. e g.p.g.f. dakuzaku, c.s. et al. influence of pd(no3)2, mg(no3)2, and ni(no3)2 on thermal behavior of as in sugar by graphite furnace atomic absorption spectrometry. ecl. quím. (são paulo), v.26, p. , 2001. abstract: the influence of digests and slurries of sugar on thermal behavior of as using pd(no3)2, pd(no3)2 + mg(no3)2, and ni(no3)2 as chemical modifiers was investigated. influence of 0.2%, 5%, 10% and 35% (v/v) hno3 on calibration (1.00 10.0 µg as l-1) was also done. a volume of 20 µl sample plus 5 µl pd or 5 µl pd + 3 µl mg, or 20 µl ni was injected into the atomizer of gf aas. for each modifier, the pyrolysis and atomization temperatures were evaluated by means of pyrolysis and atomization curves, respectively. for sugar slurries, pyrolysis and atomization temperatures (tp, ta) found were: without modifier (400° c, 2000° c); pd (1400° c, 2200° c); pd/mg (1400° c, 2200° c) and ni (1600° c, 2200° c). the values for sugar digests were: without modifier (400° c, 2200° c); pd (1400° c, 2200° c); pd/mg (1400° c, 2200° c) and ni (600° c, 2200° c). palladium was selected as the optimum chemical modifier. the lifetime of the graphite tube was ca. 350 firings, the rsd (n=12) for a typical 5.52 µg as l-1 sample was < 2.2% and the detection limit was 2.4 pg as. recoveries between 80 and 92% of spiked samples were found. keywords: arsenic; sugars; chemical modifiers; gf aas. referências bibliográficas 1 barra, c. m.; santelli, r. e.; abrão, j. j.; de la guardia, m. especiação de arsênio uma revisão. quím. nova, v.23, n.1, p.58-70, 2000. 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[ links ] recebido em 8.3.2001. aceito em 5.4.2001. * departamento de química analítica instituto de química de araraquara, universidade estadual paulista unesp, cp 355, 14801-970 araraquara-sp brazil. 1 autor para correspondência; e-mail: anchieta@iq.unesp.br; fax: 0xx-16-2227932. mailto:anchieta@iq.unesp.br http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tx01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702001000100011&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tx01 javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.26  são paulo  2001 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702001000100011  eq2-10.pmd 65ecl. quím., são paulo, 29(2): 65-72, 2004 volume 29, número 2, 2004 www.scielo.br/eq utilização de um eletrodo de grafite recoberto com pbo2 incorporado em matriz de pvc como eletrodo indicador em titulações coulométricas l. a. ramos1*, n. m. cassiano2, m. d. capelato3 1*departamento de química e física molecular iqsc-usp 13560-970 são carlos sp brasil. 2universidade são francisco 12916-900 bragança paulista sp brasil. 3departamento de química ufscar 13565-905 são carlos sp brasil ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ resumo: a aplicação de um eletrodo sensível a íons h3o +, obtido pelo recobrimento de um eletrodo de grafite com uma membrana polimérica contendo pbo2 incorporado em uma matriz de pvc (pbo2pvc), como eletrodo indicador em titulações coulométricas de neutralização, foi investigada. as leituras dos potenciais foram feitas usando o eletrodo indicador de pbo2-pvc e para comparação dos resultados foi usado um eletrodo de vidro combinado (evc). as curvas de titulação monitoradas com o eletrodo de pbo2-pvc apresentaram características semelhantes àquelas monitoradas com o evc e os tempos de equivalência obtidos foram concordantes a um nível de confiança de 95%. o eletrodo de pbo2-pvc apresentou resposta linear no intervalo de ph 2 a 12 com inclinação de nernst de -57,6 ± 0,1 mv/ph (r= 0,9998), sendo o tempo de resposta deste eletrodo bem menor do que aquele obtido com o evc. o eletrodo de pbo2-pvc é de fácil construção, possui baixo custo e tempo de vida útil superior a 4 meses, equivalente a (pelo menos 1200 determinações por membrana polimérica). palavras-chave: dióxido de chumbo; titulação coulométrica; eletrodo íon seletivo. _________________________________________________________________________________ introdução a crescente demanda por dispositivos eletrônicos capazes de detectar e/ou monitorar a presença de espécies químicas em diferentes ambientes vem impulsionando o desenvolvimento de sensores químicos, como pode ser detectado pelo expresivo número de publicações de artigos e revisões na literatura [1-6]. o rigor analítico com o controle de ph de soluções em laboratórios de rotina, processos industriais, fermentações alcoólicas e em ciências médicas e agronômicas é de suma importância. para este controle, geralmente é utilizado o eletrodo de membrana de vidro que é, atualmente, o eletrodo indicador de uso mais frequente para medições de ph. outros sensores também têm sido empregados com esta finalidade [7-10] e, dentre estes, destacam-se os eletrodos sensíveis à íons h3o +, baseados em membranas poliméricas. desde a introdução do cloreto de polivinila (pvc) [11] como matriz em eletrodo íon-seletivo (ise), muitos sensores de ph foram propostos. higuchi et al. [12] desenvolveram o primeiro eletrodo recoberto sensível à íons h3o +. esse sensor foi preparado pelo recobrimento de um eletrodo de grafite com uma membrana de pvc contendo n,ndimetilamina. diversos eletrodos para ph utilizando-se aminas lipofílicas e derivados incorporados em matriz de pvc foram também propostos [13-20]. entretanto, esses eletrodos 66 ecl. quím., são paulo, 29(2): 65-72, 2004 apresentaram uma pequena região linear de resposta ao ph, como também baixa seletividade. a polimerização eletroquímica de derivados de aminas e porfirinas em um fio de platina [21-27] foram estudados como sensores à íons h3o +. as desvantagens apresentadas por estes eletrodos são a baixa seletividade e a fácil degradação da membrana polimérica na presença de oxidantes. para que um eletrodos íon-seletivos (ise) seja considerado adequado espera-se que apresente resposta rápida, boa estabilidade de potenciais ao longo do tempo, baixo custo e, além disto, responda em uma ampla faixa de concentrações. informações sobre a utilização do dióxido de chumbo (pbo2) como sensor potenciométrico são encontradas na literatura em proporções bem menores quando comparadas com as abordagens físico-químicas e, principalmente, com aquelas relacionadas com a tecnologia de baterias chumboácido (pb-h2so4) [28]. porém, alguns trabalhos publicados abordando algumas aplicações analíticas, mostram a viabilidade do pbo2 como sensor potenciométrico. kaehler et al. [29] estudaram a resposta potenciométrica do eletrodo de pbo2 eletrodepositado sobre um fio de platina, no qual o monitoramento da atividade hidrogeniônica foi feito em soluções contendo íons pb(ii). capelato et al. [30-32] utilizando um eletrodo de pbo2 eletrodepositado sobre grafite, demonstraram a viabilidade desse eletrodo como sensor potenciométrico à íons h3o +, pb2+ e so4 2-. teixeira et al. [33] desenvolveram um eletrodo de grafite-epóxi com pbo2 como sensor potenciométrico à íons h3o +. a reprodutibilidade dos potenciais e a determinação potenciométrica dos volumes de equivalência demonstraram a viabilidade deste eletrodo no monitoramento de íons h3o + em titulações ácido-base. recentemente foi desenvolvido por eftekhari [34] um eletrodo de dióxido de chumbo depositado sobre substrato de alumínio como sensor de ph. este eletrodo apresentou resposta nernstiana no intervalo de ph 1 a 12 com inclinação de nernst de -57,8 mv/ph (r=0,9998). a resposta potenciométrica do pbo2 à íons h3o + em eletrólitos onde o pb(ii) é solúvel, está relacionada à semi-reação redox (eq. 1): pbo2 + 4h+ + 2e→ pb2+ + 2h2o (1) o potencial do eletrodo para esta reação (eq. 1) é dado por (eq. 2): e k 2a sph a s 2 log[pb ]1 2 2= − − + (2) em que k é o potencial operacional cuja magnitude é característica das condições experimentais estabelecidas, o qual incorpora o potencial condicional do sistema indicador, o potencial do eletrodo de referência e a contribuição de todos os potenciais de junção líquida. s = 2,303 rt/f é o coeficiente de nernst para uma transferência monoeletrônica reversível. os coeficientes 2a1s e a2 s 2 representam as inclinações operacionais obtidas experimentalmente e os parâmetros a1 e a2 as eficiências eletromotivas, características para cada tipo de sensor. as titulações coloumétricas representam uma aplicação direta da lei de faraday à eletrólise, ela apresenta algumas vantagens quando comparada com o processo volumétrico clássico [35]. dentro destas, a principal é a eliminação de problemas relativos à preparação de padrões e ao modo de os conservar. quando se necessita de pequenas quantidades de reagentes, a titulação coulométrica apresenta vantagens, pois usando valores de intensidade de corrente pequenos podem introduzir-se em soluções pequenas quantidades de substância, o que em volumetria implicaria o uso de soluções muito diluídas, com concentrações exatamente conhecidas difíceis de obter e conservar. além disso, as titulações coulométricas são facilmente adaptadas a titulações automáticas, como as potenciométricas. as titulações coulométricas também apresentam as vantagens importantes nas análises titrimétricas, pois uma ampla gama de reagentes podem ser gerados eletroliticamente in situ com 100% de eficiência coulombica. o método tem uma elevada sensibilidade e uma das vantagens com relação aos métodos volumétricos 67ecl. quím., são paulo, 29(2): 65-72, 2004 tradicionais, é a possibilidade de eletrogerar reagentes com tempo de meia vida curtos, tais como mn3+, ag2+, cr(ii) e outros. a titulação ácido base coulométrica baseiase na geração catódica de íon hidróxidos (redução da água) (eq.3) ou na geração anódica de íons hidrogênio (oxidação da água) (eq. 4) sobre eletrodos de platina, durante a eletrólise de uma solução de um sal neutro. catodo: 2h2o + 2e → h2(g) + 2oh (3) anodo: 2h2o → o2 + 4h+ + 4e (4) a solução deve ser bem agitada e a titulação é executada de modo análogo à de uma titulação potenciométrica, medindo-se vários valores de potencial do eletrodo indicador, pbo2-pvc, para os correspondentes intervalos de tempo (cerca de 10 segundos) em que se dá a passagem de 50 ma de corrente. após uma interrupção de alguns segundos, para que o equilíbrio elétrico e químico sejam atingidos, registra-se o valor do potencial medido e o intervalo de tempo indicado por um relógio sincronizado com a passagem da corrente imposta. do mesmo modo que nas titulações potenciométricas, devem obter-se um número relativamente grande de pontos próximos do ponto de equivalência, podendo obter-se o ponto final a partir de um gráfico do potencial do eletrodo de pbo2-pvc em função do tempo. no presente trabalho estudou-se a aplicação de um eletrodo sensível à íons h3o +, pelo recobrimento de um eletrodo de grafite com uma membrana polimérica contendo pbo2 incorporado em uma matriz de pvc (75% (m/m) de pbo2 e 25% (m/m) de pvc), como eletrodo indicador em titulações coulométricas de neutralização. material e métodos soluções todas as soluções foram preparadas com água deionizada utilizando reagentes de grau analítico. as soluções utilizadas nas titulações coulométricas de neutralização: ácido sulfúrico (h2so4), ácido fosfórico (h3po4), ácido clorídrico (hcl) e ácido acético (h3cooh) foram preparadas na concentração de 0,05 mol l-1. a força iônica das soluções de trabalho foi ajustada em 0,1 mol l-1 com sulfato de sódio (na2so4). como eletrólito de suporte foi utilizada uma solução de na2so4 0,1 mol l-1. cloreto de polivinila (pvc) de alto peso molecular (fluka), tetrahidrofurano (thf) (aldrich), pó de dióxido de chumbo (pbo2) (merck), foram utilizados na preparação da membrana. construção do eletrodo de membrana polimérica o eletrodo-base de grafite de 0,4 cm de diâmetro e 3 cm de comprimento foi torneado a partir de bastões fornecidos pela carbono lorena. numa das extremidades foi soldado um fio de cobre para o contato com o circuito externo, de acordo com o procedimento proposto por capelato e cassiano [31]. o conjunto foi selado com resina epóxi da silaex® em um tubo de vidro neutro de 0,8 cm de diâmetro externo e 13 cm de comprimento, de modo a ficar 1,5 cm do grafite exposto, correspondendo aproximadamente a 2,0 cm2 de área geométrica. a outra extremidade foi fixada com resina epóxi e poliaminoamida (araldite®), deixando exposto o fio de cobre para o contato com o circuito externo. após 72 horas de repouso, completa-se a cura da resina e o eletrodo pode ser utilizado. a solução polimérica foi preparada pela dissolução de 25 % (m/m) de pvc em 10 ml de thf, seguido da adição de 75% (m/m) de pbo2 [36]. o recobrimento do grafite foi feito por imersão na solução polimérica. foram realizados dez banhos sobre o eletrodo, aplicando-se camadas finas em intervalos de 30 minutos, até o completo recobrimento do grafite com uma membrana regular e homogênea. a figura 1 ilustra o aspecto final do eletrodo construído. 68 ecl. quím., são paulo, 29(2): 65-72, 2004 figura 1 representação esquemática do eletrodo de grafite cilíndrico recoberto com a membrana de pbo2-pvc. titulações coulométricas as medidas coulométricas foram realizadas em uma célula de vidro com camisa para circulação de água de um termocirculador de água (quimis), a 25oc. para a geração catódica do titulante utilizou-se uma fonte de corrente contínua ecb (mod. 232). como catodo gerador (eletrodo de trabalho) utilizou-se uma folha de platina retangular (4,0 cm x 2,5 cm, com forma semicilíndrica) e como anodo gerador (eletrodo auxiliar isolado) uma folha de platina retangular (2,0 cm x 2,5 cm). solução de sulfato de sódio 0,1 mol l-1 foi utilizada como eletrólito de suporte. a geração catódica de íons hidroxila, pela redução da água sobre o eletrodo de platina, foi realizada aplicando-se uma corrente de 50 ma durante 10 s para cada ponto da curva da titulação. após a geração eletrolítica, esperou-se o sistema entrar em equilíbrio e procedeu-se à leitura dos potenciais com o evc e o indicador de pbo2-pvc. a homogenização da solução durante a titulação foi feita por agitação magnética. a figura 2 mostra a montagem da célula eletrolítica composta por um catodo e um anodo de platina conectados a uma fonte de corrente contínua ligada em série com um amperímetro para o controle da corrente, um eletrodo indicador de pbo2-pvc e um eletrodo de referência ag/agcl conectados a um phmetro e um o eletrodo de vidro combinado (evc) conectado a outro phmetro. figura 2 representação esquemática da célula eletrolítica: (a) eletrodo de vidro combinado, (b) eletrodo de pbo2-pvc, (c) eletrodo de referência ag/agcl, (d) catodo de pt, (d) anodo de pt, (i) amperímetro e (ii) agitador magnético. medidas potenciométricas as leituras dos potenciais foram feitas usando o eletrodo indicador de pbo2-pvc e um eletrodo de referência de ag/agcl analion (mod. r684) com eletrólito interno de kcl 1,0 mol l-1 e ponte salina contendo solução de na2so4 1,0 mol l-1, conectados a um phmetro micronal (mod. b374) com precisão de ± 0,1 mv. a célula eletroquímica utilizada para as medidas de potenciais foi: ag%agcl(s), kcl (1,0 mol l-1) %% solução teste % eletrodo íon seletivo %grafite para efeito de comparação foi usado um eletrodo de vidro combinado (evc) analion (mod. v620) calibrado com soluções tampão de mesma força iônica das soluções de trabalho, conectado a um phmetro orion (mod. ea940) com precisão de ± 0,1 mv. resultados e discussão no desenvolvimento deste trabalho utilizou-se um eletrodo indicador contendo 75% (m/m) de pbo2 e 25% (m/m) de pvc na composição da membrana uma vez que, em estudos prévios realizados por cassiano et al. [36], eletrodos preparados nesta composição apresentaram melhores respostas potenciométricas à íons h3o +. a diminuição da porcentagem de pbo2 na composição torna a membrana polimérica mais 69ecl. quím., são paulo, 29(2): 65-72, 2004 isolante, ocasionando, conseqüentemente, o decréscimo na sensibilidade do eletrodo. a figura 3 mostra as curvas de calibração obtidas graficando-se os potenciais dos eletrodos de pbo2-pvc e do eletrodo de vidro em função do ph monitorado com evc, na titulação coulométrica de 2,0 ml de h3po4, em 25,0 ml do eletrólito de suporte na2so4 0,1 mol l-1. figura 3 curva analítica do eletrodo de pbo2-pvc e do eletrodo de vidro (evc), a 25 oc. a resposta do eletrodo foi linear num intervalo de ph de 1 a 12, com um potencial operacional de 1320,0 mv e inclinação de nernst de -57,6 ± 0,1 mv/ph (r = 0,9998). para o evc nas mesmas condições, os valores obtidos foram, respectivamente, 452,3 mv e -58,5 ± 0,1 mv/ph (r= 0,9999). embora o eletrodo de pbo2-pvc apresente comportamento sub-nernstiniano, a sensibilidade do eletrodo à íons h3o + é praticamente a mesma do evc indicando a viabilidade operacional do eletrodo de grafite recoberto com pbo2 incorporado em matriz de pvc como sensor de ph. o eletrodo apresentou boa reprodutibilidade e um tempo de resposta menor que 15 s, não apresentando efeito de memória em três titulações coulométricas realizadas. a figura 4 mostra as curvas potenciométricas obtidas com o eletrodo recoberto com pbo2 incorporado em pvc nas titulações coulométricas de neutralização de 2,0 ml dos ácidos ch3cooh, hcl, h3po4 e h2so4, em 25,0 ml do eletrólito de suporte na2so4 0,1 mol l-1. figura 4. titulação coulométrica dos ácidos (£) ch3cooh, (•) hcl, (r) h3po4 e (s) h2so4, usando o eletrodo recoberto com pbo2 incorporado em pvc. as curvas de titulação monitoradas com o eletrodo de pbo2-pvc apresentaram características semelhantes àquelas obtidas com o evc, com saltos potenciométricos bem definidos e boa concordância quanto aos perfis e tempos de equivalência. a reprodutibilidade dos potenciais e dos tempos de equivalência demonstram que a utilização do sensor como eletrodo indicador em tabela 1 tempos de equivalência e erros relativos das titulações coulométricas de neutralização obtidos com o eletrodo de vidro combinado (evc) e o eletrodo de pbo2-pvc. 70 ecl. quím., são paulo, 29(2): 65-72, 2004 titulações coulométricas de neutralização é viável e prática, podendo ser usado como um procedimento alternativo no monitoramento de íons h3o + em reações de neutralização. na tabela 1 são apresentados os tempos de equivalência com seus respectivos desviospadrão (n= 3) e os valores dos erros relativos, obtidos nas titulações coulométricas utilizando-se o eletrodo de pbo2-pvc e o evc. os tempos equivalentes obtidos com o eletrodo desenvolvido e o eletrodo de vidro combinado são concordantes com um nível de confiança de 95% e apresentam erros relativos pequenos. com o intuito de avaliar o tempo de vida útil do eletrodo indicador de pbo2-pvc, foram realizadas titulações coulométricas por um período de 4 meses, sem perda significativa de sua sensibilidade, 2 mv/ph (2% da resposta inicial), sendo feitas no mínimo 1200 determinações por membrana polimérica. conclusões o eletrodo de grafite recoberto com pbo2 incorporado em uma matriz de pvc é de fácil construção, baixo custo e um tempo de vida útil, relativamente longo, podendo ser utilizado como sensor em titulações coulométricas de ácidos com boa reprodutibilidade. o tempo de vida útil foi superior a 4 meses (mais de 1200 determinações), sem perda significativa da sensibilidade (2% da resposta inicial). agradecimentos os autores agradecem ao programa procontes/usp, à fapesp (processo 95/ 0606-6) e cnpq (processo 300.827/92-0) pelo auxílio financeiro recebido. ao prof. dr. éder tadeu gomes cavalheiro do departamento de química e física molecular do instituto de química de são carlos pelas valiosas sugestões químicas e gramaticais. l.a. ramos, n.m. cassiano, m.d. capelato. utilization of a graphite electrode coated with pbo2 attached in matrix of pvc as an indicator electrode in coulometric titration.. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ abstract: the use of an h3o + sensitive electrode obtained by recovering a graphite rod with a polymeric membrane containing pbo2 attached in a pvc matrix, as a working electrode in coulometric acid-base titrations is described. the coulometric curves obtained with the proposed electrode were similar to those obtained with the glass electrode and the equivalence times agreeded within a 95% confidence level. the time response of the pbo2-pvc electrode was faster than that of the glass electrode with standard deviations (n=3) of ± 0,01 s. the pbo2-pvc electrode presented a slope of –57,6 mv/ph and linear response from ph 1 to 12 (r=0,9998). the proposed electrode is of easy construction, low cost and a life time of at least 7 months, equivalente to at least 1200 determinations. keywords: lead dioxide, pvc membrane electrode, coulometric titration. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ referências [1] r.d. johnson, l.g. bachas, anal. bioanal. chem. 376(3) (2003) 328. 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spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2019 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 no.special são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000200016 luminóforo azul preparado a partir do método de combustão blue phosphor prepared by combustion method janaína gomes; osvaldo antonio serra; ana maria pires departamento de química faculdade de filosofia, ciências e letras de ribeirão preto ffclrpusp 14040-901 ribeirão preto sp brasil resumo neste trabalho, o luminóforo azul sr2ceo4 é preparado a partir de um precursor multicomponente na forma de pó via método de combustão, variando-se o combustível, resultando num pó de partículas finas. a utilização de ácido cítrico ou glicina como combustível leva à formação de composições diferentes, que após tratamento térmico a 950oc, convertem-se em um material com predominância da fase sr2ceo4. a emissão de luz branca azulada é somente observada nas amostras após tratamento térmico, e seus espectros de excitação e de emissão são idênticos e característicos da fase luminescente sr2ceo4. portanto o método de combustão é apropriado para preparação de luminóforos azuis. palavras-chave: cerato; luminóforo azul; método de combustão abstract this work reports on the preparation of sr2ceo4 blue phosphor with fine particles by using a powder multi-component precursor, via combustion method, varying the fuel. citric acid or glycine as fuels lead to the formation of different phase mixture. after heating under 950oc both different phase mixtures result on a material that the mainly phase is the sr2ceo4. white blue luminescence http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso is only observed for these samples after thermal treatment and both of them present similar emission and excitation spectra that are characteristics of sr2ceo4 phase. therefore, the combustion method is adequate for blue phosphor preparation. keywords: cerate; blue phosphor; combustion method introdução a busca de luminóforos emissores na região do azul tem crescido, uma vez que, ao contrário dos emissores no verde ou no vermelho, não se apresentam numa formulação adequada, principalmente, para compor os emissores brancos das lâmpadas "fluorescentes" e dispositivos eletroluminescentes. os luminóforos comerciais deste tipo são geralmente sintetizados por uma reação entre sólidos ou por métodos de precipitação onde o tamanho da partícula está na faixa de escala de m m 12. outros métodos, incluindo o processo sol-gel, evaporação por aquecimento a laser, reação de estado sólido, entre outros, são utilizados para preparação de óxidos na forma de nanopartículas (nanosized). em vista das propriedades morfológicas especiais inerentes aos materiais em nanoescalas, é interessante saber quais as diferenças existentes entre as propriedades dos luminóforos comerciais e dos luminóforos em nanoescala. é esperado que estes últimos possam servir como material potencialmente luminescente na pesquisa fundamental e aplicações, já que foi apresentado que a eficiência quântica da luminescência de nanocristais dopados aumenta com a diminuição do tamanho do cristal 12. íons de terras raras (tr) são bons ativadores para materiais luminescentes 5 e largamente utilizados em crt (cathod ray tube), projetores de tv (ptv), tubos fluorescentes e detetores de raios x. além disso, nanopartículas são bastante promissoras em fed (field emission display) e sua aplicação em papéis também foi cogitada 6, através da utilização de luminóforos azuis contendo eu2+ como branqueadores (oba – optical brightening agents). neste contexto, o luminóforo azul, sr2ceo4, há pouco tempo identificado através de química combinatorial 2, foi preparado pela decomposição de carbonatos, acetatos e oxalatos 1,4 e também em nosso laboratório pelo método pechini 10. no método denominado método de combustão, obtêm-se um material com tamanho de partícula na ordem de nanômetros, através da reação exotérmica instantânea entre os nitratos dos metais envolvidos e um combustível. neste processo, o calor requerido para a reação é fornecido pela própria reação e não de uma fonte externa, em tempo reduzido e a baixo custo 7. baseado na preparação de óxidos de elementos terras-raras dopados a partir do método de combustão já reportados 11,13, este trabalho visa, através da mesma metodologia, a obtenção de partículas finas de sr2ceo4, utilizando um precursor multicomponente, variando-se o combustível. materiais e métodos proporções estequiomentricamente determinadas de soluções aquosas dos nitratos de estrôncio (acros, organics) e de cério(iii) foram misturadas à glicina (usp, mallinckrodt) ou ao ácido cítrico (synth). estes últimos funcionam como combustível ao fornecerem uma cadeia carbônica, nitrogenada ou não. todos os reagentes utilizados são de grau de pureza analítico, com exceção do nitrato de cério(iii), o qual foi preparado a partir da purificação de uma solução de terras-raras. depois de misturadas, as soluções foram aquecidas em cápsula de porcelana eliminando primeiramente a água das soluções, e posteriormente, aquecendo até ignição da reação de combustão. após a combustão e eliminação dos gases formados, obteve-se amostras na forma de pó, com granulação fina, que foram aquecidas em forno mufla a 950oc por 4 horas, para resultar no luminóforo com luminescência branco azulada, sr2ceo4, observada sob radiação ultravioleta da lâmpada modelo uvgl-25, uvp inc. o material obtido foi caracterizado por difratometria de raios x (difratômetro siemens d5000), empregando radiação ka de cobre (l = 1,5418 å ), monocromador de grafite, no intervalo de 2q de 2o a 65o e incremento de 0,02o. o comportamento térmico das amostras foi estudado a partir de curvas dtg e tga obtidas utilizando-se um sistema de termoanálise std 2960 simultaneous dta-tga com fluxo de ar sintético de 150 ml min-1, razão de aquecimento de 10oc min-1. também se obteve espectros de excitação e de emissão na região do uv-vis das amostras aquecidas a 950oc, utilizando-se o espectrofluorímetro fluorolog3 isa/jobin-yvon, lâmpada 450 w ozone free, fotomultiplicadora hamamatsu r928p, não refrigerada. resultados e discussão difratometria de raios x os difratogramas de raios x das amostras obtidas a partir da reação de combustão utilizando-se glicina ou ácido cítrico como combustíveis, antes e após aquecimento a 950o, estão representados na figura 1. a partir da identificação dos picos de reflexão detectados nos difratogramas e indicados na própria figura 1, verifica-se a formação de uma mistura de fases sr2ceo4, srceo3, ceo2, e srco3. antes do tratamento térmico a 950oc, observa-se que a amostra preparada a partir da combustão de ácido cítrico apresenta picos de reflexão mais bem definidos e também característicos das fases relativas à sr2ceo4 e srceo3. já na amostra onde se utilizou glicina, a fase predominante é a de óxido de cério, ceo2, apenas. portanto, verifica-se que o ácido cítrico resulta em uma combustão mais eficiente para a formação de sr2ceo4. no entanto, em ambos os casos, o tratamento térmico a 950oc se torna necessário para que se favoreça a formação da fase sr2ceo4. após este tratamento, ambas amostras apresentam padrões de difração idênticos, característicos da mistura das quatro fases mencionadas, com predominância da fase sr2ceo4. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 termoanálise as termoanálises efetuadas, termogravimetria e análise térmica diferencial (tg e dta), para as amostras obtidas utilizando-se ambos combustíveis, ácido cítrico e glicina, estão representadas na figura 2. pode-se observar que as amostras apresentam um comportamento térmico distinto, já que por difratometria de raios x é verificado que têm composições diferentes. na curva dta da amostra obtida pela combustão com ácido cítrico, figura 2(a), verifica-se um pico exotérmico em 293oc, que pode estar relacionado à combustão de ácido cítrico remanescente, assim como termoxidação de ce(iii) a ce(iv), caso haja traços de ce2o3 no sistema. em torno de 570oc, observa-se um pico endotérmico correspondente à uma pequena perda de massa. este pico pode ser atribuído à decomposição de componentes residuais orgânicos, em analogia ao trabalho de dionisyou et al.3, no qual a peroviskita srce0,95tb0,05o3-d foi obtida utilizando-se o método do citrato. a formação das fases cerato de estrôncio, sr2ceo4 e srceo3, no entanto, é verificada somente após 925oc através da presença de um pico endotérmico. quando o combustível é a glicina, figura 2(b), observa-se que em torno de 430oc, o material sofre perda de massa e também absorve calor. no caso desta amostra, o predomínio é da fase óxido de cério(iv), ceo2, e provavelmente a combustão não foi completa. nesta temperatura pode estar ocorrendo termooxidação de cério(iii), e decomposição do combustível não consumido na queima assim como de matéria orgânica residual. a formação das fases cerato ocorre acima de 890oc, temperatura inferior à necessária para a amostra obtida a partir de ácido cítrico. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2a espectroscopia de luminescência na região do uv-vis as amostras preparadas, antes e depois do tratamento térmico, foram irradiadas com radiação uv para observação da presença ou não de luminescência. a emissão de luz branca azulada foi observada somente para as amostras após tratamento térmico a 950oc. como verificado tanto por difratometria de raios-x como pelas análises termogravimétricas, a fase luminescente sr2ceo4 é formada em maiores proporções após o aquecimento. desta forma, espectros de emissão e de excitação foram obtidos para estas amostras após tratamento térmico, e estão representados na figura 3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3a analisando-se os espectros de excitação e de emissão de ambas amostras, figuras 3(a) e 3(b), independentemente do combustível utilizado e dos intermediários formados antes do tratamento térmico, verifica-se uma banda de excitação na região de 290 nm e uma banda larga de emissão com máximo em torno de 470 nm, na região do azul, características da fase sr2ceo4 8,10 conclusão a utilização da reação de combustão variando-se o combustível para a preparação de sr2ceo4 resulta numa mistura deste com as fases ceo2, srceo3 e srco3. a utilização de ácido cítrico ou http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3b http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200016&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3a glicina como combustível leva a formação de composições diferentes, que após tratamento térmico a 950oc, convertem-se em um material com predominância da fase sr2ceo4. no entanto, em ambos produtos observa-se ainda a presença das outras fases como contaminação. a emissão de luz branca azulada é somente observada nas amostras após tratamento térmico, e seus espectros de excitação e de emissão são idênticos e característicos da fase luminescente sr2ceo4. desta forma, conclui-se que o método de combustão é apropriado para preparação de luminóforos azuis, requerendo apenas um estudo mais sistemático na temperatura de formação da fase luminescente para evitar o aparecimento das demais fases. agradecimentos os autores agradecem à entidade financiadora fapesp pelo auxílio recebido. referências bibliográficas 1 danielson, e.; devenney, m.; giaquinta, d.; m.golden, j. h.; haushalter, r. c.; mcfarland, e. w.; poojary, d. m.; reaves, c. m.; weinberg, w. h.; wu , x. d. xray powder structure of sr2ceo4: a new luminescent material discovered by combinatorial chemistry. j. mol. struct., v.470, p.229-235, 1998. 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text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and numbered sequentially; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100-46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (1 page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. • eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: author guidelines before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as authors only researchers who have really taken part in the work, and for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission for submitting and publishing. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a non-author who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin anti-plagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submission for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should author guidelines accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br eq2-01.pmd 7ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 titulação amperométrica de compostos fenólicos usando polifenol oxidase de vegetal como titulante i. c. vieira*, o. fatibello-filho**, a. c. granato**, k. o. lupetti** *departamento de química, centro de ciências físicas e matemáticas, universidade federal de santa catarina, 88040-900, florianópolis-sc. **departamento de química, centro de ciências exatas e de tecnologia, universidade federal de são carlos, cp 676, 13560-970, são carlos–sp. ____________________________________________________________________________________ resumo: titulação amperométrica de compostos fenólicos usando extrato bruto de batata doce (ipomoea batatas (l.) lam.), fonte da enzima polifenol oxidase, como titulante é proposta para determinação de fenóis em águas residuárias. esta enzima catalisa a oxidação de monofenol e difenol pelo oxigênio molecular produzindo o-quinona. um eletrodo de oxigênio foi usado como eletrodo indicador e o consumo de oxigênio na solução foi proporcional à concentração do substrato (analito). esse método apresentou uma resposta linear para catecol, pirogalol, hidroquinona, fenol e p-cresol na faixa de concentração de 2,0x10-5 a 4,0x10-4 mol l-1 e a recuperação de catecol em duas amostras variou de 97,7 a 102%. os resultados obtidos para compostos fenólicos em águas residuárias de indústrias usando o procedimento proposto e o método padrão estão em concordância a um nível de confiança de 95%. palavras-chave: polifenol oxidase; enzima; composto fenólico; água residuária. ____________________________________________________________________________________ volume 29, número 2, 2004 www.scielo.br/eq introdução os compostos fenólicos estão presentes em efluentes de diversas indústrias e esgotos domésticos. há necessidade do tratamento de efluentes que possuem esses compostos antes do lançamento no meio ambiente, uma vez que estes causam danos à fauna e a flora. são tóxicos aos peixes na concentração de 1 a 10 mg l-1, provocando cheiro e sabor desagradável à água. no brasil o padrão de emissão de fenóis permitido é de 0,5 mg l-1 em rios e 5,0 mg l-1 em redes de esgotos. os fenóis além de prejudicar a saúde são tóxicos ao homem na concentração de 13 mg kg-1 do peso corpóreo. no organismo é transformado em ácido fenilsulfúrico que é eliminado pela urina na forma de fenilsulfatos de alguns cátions de metais alcalinos. são voláteis e a concentração máxima permitida no ar[1-3] é de 5 mg l-1, existem vários procedimentos relatados na literatura para determinação de compostos fenólicos, entre eles, os espectrofotométricos[48]. o reagente 4-aminoantipirina é usado no método padrão[4] (standard methods for the examination of water and wastewater) para determinação de compostos fenólicos em águas naturais, de abastecimento, residuárias e águas do mar. é também o método proposto pelas normas técnicas da companhia de tecnologia e saneamento básico – cetesb[5]. nesse procedimento os compostos fenólicos voláteis são separados dos interferentes não voláteis por destilação, sendo em seguida determinados espectrofotometricamente empregando-se 4aminoantipirina em 510 nm (solução aquosa) ou em 460 nm (clorofórmio). 8 ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 atualmente vários procedimentos para determinação de fenóis usando métodos enzimáticos vem sendo empregados[2,3,9-13]. kuriama e rechnitz[9] em 1981 construíram o primeiro biossensor de tecido vegetal. e desde então, tecido de diversos vegetais vem sendo usado na construção de biossensores para determinação de analitos de interesse farmacêutico, alimentício, ambiental e análises clínicas, uma vez que podem oferecer métodos simples, estáveis, seletivos e de baixo custo. uchiyama et al.[10] desenvolveram um biossensor amperométrico seletivo a catecol utilizando folhas de espinafre (spinacea oleracea) picadas e suportadas por uma membrana de diálise (technicon “c”). esse biossensor apresentou um tempo de resposta de 5-10 min (40 60 mg de tecido) e uma linearidade de 2,0x10-4 a 8,0 x 10-4 mol l-1 de catecol. botrè et al.[11] construíram um biossensor para catecol, usando uma fatia fina (espessura de 100 mm e diâmetro de 10 mm) de tecido de batata (solanum tuberosum) fixada com uma membrana de diálise diretamente em um eletrodo de oxigênio. a curva analítica obtida foi linear no intervalo de concentração de 2,5x10-5 a 2,3x10-4 mol l-1 de catecol. no entanto, são poucos os métodos enzimáticos relatados na literatura usando extrato bruto de tecidos vegetais. apesar destes métodos, em alguns poucos casos, apresentarem baixa seletividade, possuem várias vantagens, entre elas, baixo custo, facilidade de execução dos procedimentos enzimáticos e principalmente a grande variedade e disponibilidade de material biológico vegetal. o primeiro trabalho usando extrato bruto vegetal foi desenvolvido por uchiyama et al.[12]. estes pesquisadores determinaram dopamina, catecol e adrenalina usando extrato bruto de banana e espinafre (fonte da enzima polifenol oxidase) como reagente carregador em um sistema de análise de injeção em fluxo. em seguida, signori e fatibello-filho[13] desenvolveram um biossensor amperométrico imobilizando extrato bruto de inhame (alocasia macrohiza) com glutaraldeído e albumina de soro bovino diretamente em uma membrana de um eletrodo de oxigênio. o biossensor apresentou respostas lineares para pirogalol, catecol, fenol e p-cresol nas faixas de concentração de 2,5x10-5 a 8,0x10-5 mol l-1, 1,0x10-5 a 8,5 x 10-5 mol l-1, 1,0x 10-5 a 9,0x10-5 mol l-1 e 1,0x10-5 a 1,0x10-4 mol l-1, respectivamente. além daqueles vegetais empregados na construção de biossensores, outros têm sido utilizados como fonte da enzima polifenol oxidase e peroxidase em diversos procedimentos analíticos[2,3,13-18]. a polifenol oxidase (e.c.1.10.3.1) é também chamada de tirosinase, fenolase, catecol oxidase, catecolase e creolase. essa enzima catalisa tanto monofenóis (e.g. tirosina, fenol, p-cresol) como difenóis (catecol, l-dopa, dopamina, adrenalina). é largamente distribuída na natureza e encontrada em vários tecidos vegetais. nesse trabalho, um extrato bruto de batata doce (ipomoea batatas (l.) lam.), fonte da enzima polifenol oxidase, foi utilizado como titulante em uma titulação amperométrica de compostos fenólicos. após otimização dos parâmetros investigados, essa metodologia foi utilizada para a determinação de compostos fenólicos em águas residuárias de indústrias. parte experimental equipamentos o extrato bruto da batata doce (ipomoea batatas (l.) lam), fonte da enzima polifenol oxidase, foi homogeneizado em um liquidificador firenze da walita ri6755 e o homogenato foi centrifugado em uma centrifuga du pont instruments sorval modelo rc-5b, provida de rotor modelo ss-34 com diâmetro de 23 cm. as medidas espectrofotométricas para determinação de proteína total e atividade foram feitas em um espectrofotômetro femto, modelo 435, com uma célula de quartzo (caminho óptico 1,00 cm) conectado a um registrador cole parmer (niles, il, usa, modelo 12020000 de dois canais). o efeito da temperatura na reação enzimática foi feito usando-se um banho termostático tecnal, modelo te 184. as medidas amperométricas foram feitas em uma célula de vidro termostatizada a 25,0±0,2oc, sob agitação constante, empregandose um eletrodo de oxigênio tipo clark, modelo 203a acoplado a um analisador de oxigênio da fac modelo 204a (são carlos/sp). esse eletrodo 9ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 contendo um cátodo de platina e um ânodo de ag/ agcl foi polarizado em um potencial constante de -600mv. foi previamente calibrado em 0% de oxigênio com uma solução saturada de bissulfito de sódio (carlo erba) e em 100% de oxigênio com uma solução saturada de oxigênio. as medidas de ph das soluções foram feitas utilizando um phmetro orion modelo ea 940, com precisão de 0,1 mv (ou 0,001 unidades de ph) contendo um eletrodo de vidro ingold, modelo 10/402/3092. reagentes e soluções fenol, catecol, pirogalol, hidroquinona, o-cresol, m-cresol e p-cresol reagentes de grau analítico foram adquiridos da sigma chemical co (st. louis, mo, usa), e utilizados para preparação das soluções de referência. as soluções usadas para construção da curva analítica e determinação da atividade enzimática da polifenol oxidase foram preparadas recentemente. a água empregada na preparação das soluções foi proveniente de um sistema milli-q millipore (redford, ma, usa, modelo uv plus ultra-baixo teor de compostos orgânicos dissolvidos). foram preparadas soluções tampão acetato (ph 5,0 e 5,5), fosfato (6,0, 6,5 e 7,0) e borato (7,5 e 8,0) na concentração de 0,1 mol l-1, empregando-se reagentes da merck. a solução interna do eletrodo de oxigênio foi preparada a partir das soluções de dihidrogêniofosfato de sódio (merck) 0,15 mol l1, cloreto de potássio (merck) 0,3 mol l-1 e solução de hidróxido de sódio (merck) 3,0 mol l-1 gotejada lentamente até ph 12. obtenção do extrato bruto e determinação da atividade enzimática a polifenol oxidase utilizada para desenvolvimento desse trabalho foi obtida de tecido da batata doce (ipomoea batatas (l.) lam). após a lavagem, secagem, pesou-se 25 g deste vegetal descascado e homogeneizou-se em um liquidificador com 100 ml de tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 7,0), contendo 2,5 g de agente protetor (polyclar sb-100). o homogenato foi filtrado em quatro camadas de gazes e centrifugado a 25.000xg (18.000 r.p.m.) durante 10 min, a 4ºc. em seguida, o sobrenadante foi dividido em diversas alíquotas de 10 ml, armazenadas em refrigerador a 4ºc e usados como fonte da enzima polifenol oxidase. a atividade dessa enzima presente no tecido vegetal da batata doce foi determinada pela medida de absorbância em 420 nm durante 3 min da o-quinona formada após a reação entre 0,2 ml da solução sobrenadante enzimática e 2,8 ml da solução de catecol 0,05 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 7,0) a 25oc. procedimento experimental o eletrodo de oxigênio tipo clark possui uma membrana de teflon permeável ao oxigênio que separa o eletrólito interno e os eletrodos (cátodo e ânodo) do meio externo. o eletrodo foi colocado em uma célula de vidro termostatizada à 25oc contendo 10 ml do substrato fenólico em tampão fosfato 0,1 mol/l (ph 7,0). após a estabilização da leitura, adicionaram-se volumes crescentes (0 a 5,0 ml) do extrato bruto da batata doce em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 7,0) contendo 35 unidades ml-1 de pfo, determinada anteriormente, em intervalos de tempo de 1 minuto entre cada adição, com agitação e temperatura constante. adições sucessivas da enzima pfo causam uma diminuição da concentração de oxigênio do meio reacional. no tratamento dos dados para a construção das curvas analíticas foram feitas correções para as diluições efetuadas, [(vo+va)/ vo], onde vo representa o volume inicial da solução do substrato e va o volume da solução da enzima adicionada. o mesmo procedimento foi realizado para a determinação de compostos fenólicos em águas residuárias. resultados e discussão reação enzimática e o eletrodo de oxigênio a polifenol oxidase catalisa a oxidação de fenol pelo oxigênio molecular dissolvido produzindo 1,2-benzenodiol e a oxidação deste produto produz a o-quinona, como é mostrado na figura 1. assim, a adição sucessiva do volume de titulante (extrato bruto contendo a pfo) na solução contendo os substratos fenólicos (titulado) causa uma diminuição da concentração de oxigênio (%o2). 10 ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 o eletrodo para oxigênio possui uma membrana de teflon que separa o eletrólito interno e os eletrodos (cátodo e ânodo) do meio externo, como mostra a figura 2. a membrana é permeável ao oxigênio que se difunde até o cátodo de platina reduzindo-se num processo redox envolvendo 4 elétrons, gerando assim uma corrente proporcional à concentração de oxigênio no meio reacional. assim, quanto maior for à concentração do substrato na solução a ser analisada (ou solução padrão) maior será a diminuição da concentração de o2. o sensor opera da maneira mostrada na equação 1. o eletrodo de referência de ag/agcl funciona também como contra-eletrodo (ânodo) e a reação de oxidação: ago + cld agcl + e-, ocorre quando um potencial de polarização constante de 600 mv é aplicado no sensor amperométrico. assim, a corrente monitorada entre os eletrodos é proporcional à concentração de oxigênio dissolvido na solução. figura 1reação de oxidação catalítica do fenol figura 2 esquema do (a) eletrodo de oxigênio, (b) cátodo e ânodo e (c) difusão de oxigênio pela membrana. efeito da concentração da polifenol oxidase o efeito da concentração da enzima polifenol oxidase de 12 a 55 unidades sobre a resposta amperométrica do eletrodo de oxigênio foi inicialmente estudado. houve um aumento da resposta amperométrica de 12 a 23 unidades de pfo ml-1 mantendo-se constante em concentrações superiores, como pode ser observado na figura 3. para o desenvolvimento deste trabalho, foram empregadas 35 unidades da enzima pfo ml-1 como titulante para determinação de compostos fenólicos. figura 3 estudo da concentração da enzima polifenol oxidase de 12 a 55 unidades ml-1 sobre a resposta amperométrica para catecol 2,0x10-4 mol l-1 em tampão fosfato 0,1mol l-1 (ph 7,0). efeito do ph o efeito do ph variando de 5 a 8 sobre a resposta amperométrica do eletrodo de oxigênio na titulação de catecol 2,0x10-4 mol l-1 com extrato bruto da batata doce contendo 35 unidades ml-1 de pfo é mostrado na figura 4. a melhor resposta foi verificada em ph 7,0. sendo assim, escolheuse solução tampão fosfato ph 7,0 para o desenvolvimento desse trabalho. figura 4 estudo do efeito do ph de 5,0 a 8,0 na titulação de catecol 2,0x10-4 mol l-1 com extrato bruto da batata doce contendo 35 unidades de pfo ml-1 11ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 estudo do substrato fenólico as curvas analíticas para alguns substratos fenólicos (catecol, pirogalol, hidroquinona, fenol, o-cresol, m-cresol e p-cresol) foram determinadas usando-se o mesmo procedimento anterior. a tabela 1 apresenta os valores das respostas relativas (%) e a linearidade para alguns substratos fenólicos, usando-se 35 unidades da enzima polifenol oxidase ml-1 como titulante em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 7,0) à 25 oc. pode-se observar que houve resposta relativa (%) decrescente do catecol, pirogalol, hidroquinona, fenol e p-cresol no intervalo linear de concentração de 4,0x10-5 a 2,0x10-4 mol l-1, não apresentando respostas para o-cresol e mcresol. o valor das respostas relativas (%) foi calculado em relação à resposta de catecol em 100%. o efeito dos substituintes do anel aromático influi na atividade enzimática, portanto o radical e a localização dos substituintes no anel levam a uma maior ou menor interação enzimasubstrato. no caso das polifenóis, agrupamentos oh oe p-substituídos levam a uma maior resposta relativa do que agrupamentos -ch3. assim, catecol e hidroquinona (oe p-fenóis) são substratos que apresentam alta afinidade pela enzima se comparados com os cresóis ou mesmo o fenol, apresentando respostas mais elevadas. tabela 1respostas relativas e linearidades obtidas na titulação de diversos substratos fenólicos empregando-se extrato bruto da batata doce (ipomoea batatas (l.) lam.) em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 7,0) como titulante, a 25 oc. estudo da repetibilidade para o estudo da repetibilidade do método amperométrico proposto foram feitas seis determinações. uma alíquota de 10,0 ml de catecol 8,0x10-5 mol l-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 7,0) à 25oc foi titulada com 35 unidades da enzima polifenol oxidase ml-1 da batata doce em tampão fosfato 0,1 mol l-1, ph 7,0. a média de seis replicatas de percentagem de oxigênio corrigido foi de 46,9±0,5 com um coeficiente de variação de 1,02% demonstrando assim que o método desenvolvido apresenta boa repetibilidade. curva analítica a figura 5 reúne as curvas analíticas típicas obtidas na titulação amperométrica do substrato catecol usando-se como titulante 35 unidades da enzima polifenol oxidase ml-1 (extrato bruto da batata doce) em tampão fosfato 0,1 mol/l (ph 7,0) à 25oc. como pode ser observado, há um decréscimo da concentração de oxigênio a medida que o titulante é adicionado até atingir um valor constante de %o2, onde todo o catecol reagiu produzindo o-quinona. titulando-se diversas soluções de catecol em um intervalo de concentração de 2,0x10-5 a 4,0x10-4 mol l-1, foi possível construir uma curva analítica (figura 6) relacionando a concentração de o2 (% de oxigênio) em função da concentração da solução de catecol. a região linear foi obtida entre 4,0x10-5 e 3,0x104 mol l-1 com ld= 1,2x10-5 mol l-1 e a equação da reta: a= 50,9 – 4,16x104 [catecol], onde a= % de oxigênio e [catecol] = a concentração de catecol em mol l-1. figura 5 curvas típicas da titulação amperométrica de catecol em diversas concentrações com extrato bruto da batata doce (ipomoea batatas (l.) lam.) contendo 35 unidades de pfo ml-1 em tampão fosfato 0,1 mol l-1, ph 7,0 à 25o c. 12 ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 figura 6 curva analítica obtida do catecol em tampão fosfato 0,1 mol l-1 (ph 7,0). estudo de recuperação e determinação de fenóis em água residuária os fenóis estão presentes nos efluentes de diversas indústrias (e.g., tintas, vernizes, resinas, plásticos, farmacêuticas, couro e outras) e também em esgoto doméstico. são considerados como um dos resíduos orgânicos de maior toxicidade, sendo assim a sua determinação e/ou monitoramento é de extrema importância. os dados obtidos no estudo de adição e recuperação de catecol em águas residuárias de indústrias são apresentados na tabela 2. nesse estudo foram adicionados 8,8; 16,5 e 22,0 mg/l de catecol nestas amostras, obtendo-se uma percentagem de recuperação variando de 97,7 a 102 %, indicando assim ausência de interferência da matriz sobre o método proposto. para avaliar o desempenho do método amperométrico proposto (titulação amperométrica), determinou-se a concentração de compostos fenólicos em águas residuárias de indústrias e para testar a validade do método desenvolvido, utilizou-se um método espectrofotométrico de absorção molecular oficial[4]. os resultados obtidos estão apresentados na tabela 3. tabela 3 determinação de compostos fenólicos em águas residuárias de indústrias por espectrofotometria4 e pelo método amperométrico proposto. tabela 2 estudo de adição e recuperação de catecol em águas residúarias 13ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 i. c. vieira, o. fatibello-filho, a. c. granato. amperometric titration of phenolic compounds using crude extract of sweet potato as titrant. _____________________________________________________________________________________ abstract: amperometric titration of phenolic compounds using crude extract of sweet potato (ipomoea batatas (l.) lam.) as enzymatic source of polyphenol oxidase and titrant is proposed for determining phenols in wastewaters. this enzyme catalyses the oxidation of monophenol and diphenols by molecular oxygen producing o-quinone. the oxygen electrode was used as indicator electrode and the consumption of o2 in the solution was proportionally to the substrate concentration. this method provides a linear response for catechol, pyrogallol, hydroquinone, phenol and p-cresol in the concentration range of 2,0x10-5 a 4,0x10-4 mol l-1 and the recovery of catechol from two samples ranged from 97.7 to 102%. the results obtained for phenolic compounds in industrial wastewaters using the proposed procedure and those obtained using a standard method are in agreement at the 95 % confidence level. keywords: polyphenol oxidase; enzyme; phenolic compound; wastewater. _____________________________________________________________________________________ referências [1] s. e. manahan, fundamentals of enviromental chemistry. lewis publishers, tokyo, 1993. [2] i. c.vieira, o. fatibello-filho, anal. lett. 30 (1997) 895. [3] i. c.vieira, o. fatibello-filho, anal. chim. acta 366 (1998)111. [4] a. d. eaton, l. s. clesceri, a. e. greenberg, standard methods for the examination of water and wasterwater. american public health association, american water works association and water environment federation, washington, 19.ed, 1995, p.5-36. [5] companhia estadual de tecnologia e saneamento básico (cetesb). determinação de fenóis em águas – método colorimétrico da 4aminoantipirina. são paulo. 1990. 125p. [6] e. f mohler, l. n jacob, anal. chem. 29 (1957) 1369. [7] j. möller, m.martin, fres. j. anal. chem. 329 (1988) 728. [8] k. d. khalaf, b. a. hasan, a. morales-rubio, m. la-guardia, talanta 29 (1982) 917. [9] s. kuriyama, g. a. rechnitz, anal. chim. acta 131 (1981) 91. [10] s. uchiyama, m. tamata, y. tofuku, s. suzuki, anal. chim. acta 208 (1988) 287. [11] f. botrè, f. mazzei, m. lanzi, g. lorenti, c. botrè, anal. chim. acta 255 (1991) 59. [12] s. uchiyama, y. tofuku, s. suzuki, anal. chim. acta 208 (1988) 291. [13] c. a. signori, o. fatibello-filho, quím. nova 17 (1994) 38. [14] i. c. vieira, o. fatibello-filho, anal. chim. acta 366 (1998) 287. [15] i. c. vieira, o. fatibello-filho, analyst 123 (1998) 1809. conclusões o tecido da batata doce (ipomoea batatas (l.) lam.) é rico de enzima polifenol oxidase e vêm sendo usado com sucesso pelos grupos de química analítica da ufscar e ufsc no desenvolvimento de diversos procedim entos analíticos. a metodologia proposta pode ser utilizada como método alternativo por apresentar entre outras vantagens, boa precisão, simplicidade, rapidez e baixo custo. agradecimentos os autores agradecem à fapesp, cnpq, ufscar e ufsc. recebido em 18/02/04 aceito em 22/04/04 14 ecl. quím., são paulo, 29(2): 7-14, 2004 [16] i. c. vieira, o. fatibello-filho, l. angnes, anal. chim. acta 398 (1999) 145. [17] c. s. caruso, i. c. vieira, o. fatibello-filho, anal. lett. 32 (1999) 39. [18] o. fatibello-filho, i. c. vieira, j. braz. chem. soc.11 (2000) 412. [19] m. dixon, e.c. webb, enzymes, academic press, new york,1979. [20] j.r. whitaker, principles of enzymology for the food science, marcel dekker, new york,1972. editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2019 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eq7-af introduction several investigations on pyruvic acid (hpy), as well as compounds derivatives of hpy, have been carried out in biological science reseaches. however little works on salts of pyruvic acid (h3c-co-cooh) have been described in the literature. in aqueous solutions the formation of some metal ions complexes with pyruvic acid in the ratio of metal: ligand 1:1 and 1:2 have been established by the spectroscopic method [13]; the stability constants and thermodynamic functions of complexes formation of lanthanides with pyruvic acid: ∆g, ∆h, ∆s, have also been determined [4]. in the solid state the preparation of europium pyruvate [5], as well as the preparation and properties of lanthanides and yttrium pyruvates have also been described [6,7]. the aim of this work has been to obtain light trivalent lanthanide pyruvates in solid state and to investigate by means of complexometry, elemental analysis, x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, thermogravimetry (tg) and differential scanning calorimetry (dsc). experimental details the sodium pyruvate with 99% purity was obtained from sigma. aqueous solution of sodium pyruvate 0.30m was made by direct weighing of the solid salt. light lanthanides (iii) chlorides were preparared from the corresponding metal oxides (except for cerium) by treatment with concentrated hydrochloric acid. the resulting solutions were evaporated to near dryness, the residues were redissolved in distilled water and the solutions have been again evaporated to near dryness to eliminate the excess of hydrochloric acid. the residues were again dissolved in distilled water, transferred to a volumetric flask and diluted in order to obtain 0,30m solutions, whose ph were adjusted to 5,0 by adding diluted sodium hydroxide or hydrochloric acid solutions. aqueous solution of cerium (iii) nitrate 0,30m was made by direct weighing of the solid salt. the solid-state compounds were prepared by adding equivalent quantities of hot solution of sodium pyruvate to hot solution of the respective 49ecl. quím., são paulo, 32(4): 49-54, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 synthesis, characterization and thermal behaviour on solid pyruvates of light trivalent lanthanides a. b. siqueira1, c. t. de carvalho1, e. c. rodrigues2, e. y. ionashiro3, g. bannach3, m. ionashiro1* 1instituto de química, unesp, cp 355, cep 14801-970, araraquara, sp, brazil. 2fundação educacional de barretos, cep 14780-000, barretos, sp, brazil. 3departamento de química, uepg, cep 84030-000, ponta grossa, pr, brazil. *massaoi@iq.unesp.br abstract: solid state ln-l compounds, where ln stands for light trivalent lanthanides (la – gd) and l is pyruvate, have been synthesized. thermogravimetry and derivative thermogravimetry (tg/dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, elemental analysis, and complexometry were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. the results led to information about the composition, dehydration, ligand denticity, thermal behaviour and thermal decomposition of the isolated compounds. keywords: light lanthanides; pyruvate; characterization; thermal behaviour. eq7-af 10/9/07 15:28 page 49 metal chloride or nitrate. the solutions were maintained in water bath until total precipitation of the metal pyruvates and the precipitates washed with hot distilled water to eliminate the chloride (or nitrate ions), then filtered through and dried on whatman nº 42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. after igniting the compounds to the respective oxides (ceo2, pr6o11 and ln2o3, ln = la, nd – gd) the residues were dissolved in a hot solution of concentrated hydrochloric acid or a hot solution comprising a mixture of concentrated hydrochloric acid and hydrogen peroxide for cerium and praseodymium oxides, and their lanthanides contents were determined by complexometric tritration with standard edta solution, using xylenol orange as indicator [8]. the lanthanides contents were also estimated from their corresponding tg curves. the dehydration of the compounds was firstly pointed out by their dtg curves and subsequently confirmed by the broad endothermic peaks centered at 75 – 175ºc in the respective dsc curves. the water contents were then determined from the corresponding mass losses observed in the tg curves. next, the ligand content was also assessed from the tg curves. x-ray powder patterns were obtained by using a siemens d-5000 x-ray diffractometer with cukα radiation (λ = 1,541 å) and under 40 kv and 20 ma settings. infrared spectra for sodium pyruvate as well as for its metal-ion compounds were recorded on a nicolet model impact 400 ftir instrument in 4000-400cm-1 range. the solid samples were pressed into kbr pellets. the tg and dtg curves were obtained using a mettler ta 4000 thermal analysis system with an air flow of 100 ml min-1, a heating rate of 5 ºc min-1 and with sample weighing about 7 mg. an alumina crucible was used for the tg/dtg curves. the dsc curves were obtained with thermal analysis system model q10 from ta instruments. the purge gas was an air flow of 50 ml min-1. a heating rate of 10 ºc min-1 was adopted with samples weighing about 5 mg. aluminium crucibles, with perforated cover, were used for recording the dsc curves. results and discussion table 1 presents the analytical, thermoanalytical (tg) and elemental analysis (e.a) data for the prepared compounds from which the general formula ln(l)3.nh2o can be established, where ln represents trivalent lanthanides, l is pyruvate and n = 3 (la, ce, nd, sm, gd), 3.5 (eu), 4(pr). x-ray powder patterns showed that all the compounds are amorphous. the amorphous state is undoubtedly due to the decreasing solubility with increasing temperature, where the precipitation of these compounds occurs fastly near to ebullition temperature. the infrared spectroscopic data on sodium pyruvate and its compounds with the metal ions considered in this work are shown in table 2. the investigation was focused mainly within 1700 – 1400 cm-1 range because this region is pontentially most informative in attempting to assign coordina50 ecl. quím., são paulo, 32(4): 49-54, 2007 eq7-af 10/9/07 15:28 page 50 tion sites. in sodium pyruvate, strong band at 1640 cm-1 and a medium intensity band located at 1406 cm-1 are attributed to the anti-symmetrical and symmetrical frequencies of carboxylate group, respectively [9,10]. the band centered at 1709 cm-1 is attributed to the stretching frequency of the ketonic carbonyl group. for the prepared compounds the infrared spectra show a broad band in the range of 3367-3395 cm-1 attributed to hydration water. the anti-symmetrical and symmetrical stretching frequencies of the carboxilate group are observed between 1591-1605 and1398-1410 cm-1, respectively. no band due to the stretching frequency of the ketonic carbonyl group is observed in the spectrum of these compounds, and its absence undoubtedly is due to the overlapping bands of anti-symmetrical stretching frequency of the carboxylate and stretching frequency of the ketonic carbonyl group, as can be seen in the fig. 1. these data show that the bands due to the anti-symmetrical stretching frequency of the carboxilate and the stretching frequency of the ketonic carbonyl group are moved to the lower frequencies in comparison with the ligand frequencies, suggesting that the metal-ions are coordinate by αketonic carbonyl and carboxylate groups [11,12]. this behaviour is in agreement with the observed in compounds of lanthanides with phenyl substituted derivatives of benzylidenepyruvate [13 -15]. the tg and dtg curves of the compounds are shown in fig. 2. these curves show mass losses in two (ce), three (pr, eu), four (nd, sm) and five (la, gd) consecutive and/or overlapping steps, without a plateau between the steps and without 51ecl. quím., são paulo, 32(4): 49-54, 2007 evidence concerning the formation of stable anhydrous compounds as can be seen in fig. 3, as representative of all the compounds. as previously stressed, the temperatures corresponding to the mass losses due to dehydration were depicted from the dtg curves. the mass losses beginning at 30 ºc, observed in all the tg and dtg curves, were undoubtedly provoked by the purge gas (air) flowing at a rate of 100 ml min-1, as already observed for other amorphous compounds [16]. for all the compounds, the first mass loss up to 125 ºc (la, ce), 135 ºc (pr, sm), 140 ºc (nd,gd) and 150 ºc (eu) is ascribed to dehydration, which occurs in a single step and through a slow process. this behaviour was also observed during the dehydration of lanthanides and yttrium compounds with phenyl-substituted derivatives of benzylidenepyruvate, and it seems to be characteristic of compounds obtained in amorphous state [13-16,18]. figure 1. the ir spectra of: (a) nal; (b) lal3.3h2o and (c) eul2.3.5h2o. (a) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 wavenumber/cm-1 (b) (c) eq7-af 10/9/07 15:28 page 51 52 ecl. quím., são paulo, 32(4): 49-54, 2007 figure 2. the tg-dtg curves of: (a) lal3.3h2o (m=.6.863 mg); (b) ce(l )3.3h2o (m = 6.859 mg); (c) pr(l)3.4h2o (m = 7.420 mg); (d) nd (l)3.3h2o (m = 6.876 mg); (e) sm(l)3.3h2o (m = 6.870 mg); (f) eu(l)3.3.5h2o (m = 7.413 mg); (g) gd(l)3.3h2o ( m = 7.342 mg). l=pyruvate. 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c 0 200 400 600 800 1000 temperature/°c eq7-af 10/9/07 15:28 page 52 53ecl. quím., são paulo, 32(4): 49-54, 2007 by the tg curves, and in disagreement with the thermal decomposition of lighter trivalent lanthanides compounds with phenyl substituted derivatives of benzylidenepyruvate [13,17,18]. however, tests with hydrochloric acid solution on samples heated up to near the minimum oxide level temperature, i. e. 500 ºc (pr), 550 ºc (sm, eu, gd), 600 ºc (nd) and 650 ºc (la), confirmed the elimination of co2 and the presence of carbonaceous residue. the formation of carbonate as intermediate had already been confirmed by the ir spectra [6]. for the cerium compound the thermal decomposition occurs directly to ceo2 and in agreement with other cerium compounds [6, 13, 17, 18] for all the compounds, the final thermal decomposition residues were the respective oxides: ceo2, pr6o11, ln2o3 (ln = la, nd – gd). the temperature ranges (θ/ ºc) and mass losses (%) observed for each step of the tg curve are shown in table 3. the dsc curves of the compounds are shown in fig. 4. these curves show endothermic and exothermic peaks that all accord with the mass losses observed in the tg curves. the broad endothermic peak in the range 75175 ºc, for all the compounds is attributed to the dehydration. the dehydration enthalpies found for lanthanum to gadolinium compounds were: 82.1; 93.3; 70.8; 74.7; 58.8; 125.0 and 94.8 kj mol-1, respectively. the exotherms observed for all the compounds with evidence of one (ce); three (pr – gd) or four (la) peaks between 175 – 550 ºc, are attributed figure 3. the tg curve of lal3.3h2o (m = 6,276 mg) in static air atmosphere. l=pyruvate. after the dehydration the thermal decomposition of these compounds occurs in a single (ce), two (pr, eu), three (nd, sm) and four (la, gd) steps, with the mass losses in each step characteristic of each compound. after the last step of thermal decomposition the minimum oxide level temperatures for the respective oxides were: 330 ºc (ce), 570 ºc (pr), 620 ºc (eu), 660 ºc (nd, sm), 720 ºc (gd) and 770 ºc (la). the less final thermal decomposition temperature observed for the cerium and praseodymium compounds must be due to the oxidation reaction (exothermic) of ce(iii) to ce (iv) and pr (iii) to pr6o11, respectively. for all the compounds, except cerium, no intermediate derivative of carbonate is suggested 20 40 60 80 100 120 140 160 temperature/°c eq7-af 10/9/07 15:28 page 53 54 ecl. quím., são paulo, 32(4): 49-54, 2007 to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of the organic matter takes place in consecutive and/or overlapping steps. conclusions from tg curves, elemental analysis and complexometry results a general formula could be established for these compounds in the solid state. the x-ray powder patterns verified that the light trivalent lanthanide pyruvates were obtained in the amorphous state. the tg/dtg and dsc curves provided information concerning the thermal stability and thermal decomposition of these compounds. ackonowledgements the authors thank fapesp (procs. 90/2932-4 and 2005/00926-4), cnpq and capes foundations (brazil) for financial support. received 18 october 2007 accepted 03 december 2007 [11] f.a. cotton, in: j. lewis, r.g. wilkin (eds.), the infrared spectra of transition metal complexes in modern coordination chemistry, interscience, new york, 1960, pp. 379-386. [12] k. nakamoto, infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds, part b, 5th ed.,wiley, new york, 1997, pp. 58 – 61. [13]r. n. marques, c.b. melios, m. ionashiro, j. alloys compd.,344 (2002) 88. [14] n. s. fernandes, m. a. s. carvalho filho, c. b. melios, m. ionashiro, j. therm. anal. cal., 59 (2000) 663. [15] n. s. fernandes, m. a. s. carvalho filho, c. b. melios, m. ionashiro, j. therm. anal. cal., 73 (2003) 307. [16] e. schnitzler, c. b. melios, m. ionashiro, j. therm. anal. cal., 70 (2002) 581. [17] l. c. s de oliveira, c. b. melios, m. spirandeli crespi, c. a. ribeiro, m. ionashiro, thermochim. acta. 219 (1993) 215. [18] m. h. miyano, c. b. melios, c.a. ribeiro, h. redigolo, m. ionashiro, thermochim. acta, 221 (1993) 53. a. b. siqueira, c. t. de carvalho, e. c. rodrigues, e. y. ionashiro, g. bannach, m. ionashiro. sintese, caracterização e comportamento térmico dos piruvatos de lantanídeos leves no estado sólido. resumo: foram sintetizados compostos ln-l no estado sólido, onde ln significa os lantanídeos leves trivalentes e l é o piruvato. estes compostos foram caracterizados e estudados utilizando-se a termogravimetria e termogravimetria derivada (tg/dtg), calorimetria exploratória diferencial (dsc) difratometria de raios x pelo método do pó, espectroscopia na região do infravermelho, análise elementar e complexometria. os resultados permitiram obter informações com respeito a composição, desidratação, sitio de coordenação, comportamento térmico e a decomposição térmica destes compotos. palavras-chaves: lantanídeos leves; piruvato; caracterização; comportamento térmico. references [1] s. ramamothy, a. raghavan, v.r. vijayaraghavan, m. schutappa, j. inorg. chem., 31(1969) 1851. 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[10] r. m. silverstein, f. x. webster, spectrometric identification of organic compounds, 6th ed., wiley, new york, 1998, pp 92,93,96 and 97. figure 4. the dsc curves of: (a) lal3.3h2o (m =. 4.912 mg); (b) ce(l )3.3h2o (m = 4.826 mg); (c) pr(l)3.4h2o (m = 5.061 mg); (d) nd (l)3.3h2o (m = 4.934 mg); (e) sm(l)3.3h2o (m = 4.983 mg); (f) eu(l)3.3.5h2o (m = 5.020 mg); (g) gd(l)3.3h2o ( m = 5.276 mg). l=pyruvate. 0 100 200 300 400 500 600 temperature/°c eq7-af 10/9/07 15:28 page 54 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 4 | 2018 | 44 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 44-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 dark breather using symmetric morse, solvent and external potentials for dna breathing hernán oscar cortez gutierrez1+, milton milciades cortez gutierrez2 , girady iara cortez fuentes rivera3, liv jois cortez fuentes rivera4, deolinda fuentes rivera vallejo3 1 universidad nacional del callao, facultad de ciencias de la salud, 306 juan pablo ii av, callao, bellavista, 07001, peru 2 universidad nacional de trujillo, 555 jr. salaverry urb. mansiche, peru 3 universidad inca garcilaso de la vega, 890 san felipe av., jesús maría, lima, peru 4 universidad privada san juan bautista, josé antonio lavalle st., distrito de chorrillos, 15067, peru + corresponding author: hernan oscar cortez gutierrez, phone: +51 964353795, e-mail address: hcortez@unac.pe article info article history: received: april 29, 2018 accepted: october 13, 2018 published: december 5, 2018 keywords: 1. mobile dark breather 2. center of energy 3. quantum thermodynamics 4. dna breathing 1. introduction the deoxyribonucleic acid dna is a thread-like chain of nucleotides carrying the genetic information of all organisms. the coding sequences for genes and regulatory information are located in dna and is marginally stable and undergoes a “melting phase transition”. there are many experimental ways to study the fluctuations or breathing of dna: hydrogen exchange, formaldehyde probing, protein-nucleic acid interactions, dna replication, dna base analogue spectroscopy, single molecule dna-protein interactions, two-dimensional fluorescence spectroscopy1. the interaction between the viscous potential and external forces prevent dna to unzip perfectly but allows dna to split at a certain distance from its original position2. s. flach gives the theory of the “discrete breathers” and applications3. r. s. mackay investigates the peyrard bishop model for the study of nonlinear excitations travelling along the dna chains4. j. cuevas has results about breathing of dna using the spatially localized oscillations or ‘discrete breathers’5. the mobility and breathing of dna depends on the harmonic bifurcation6. the strong dependence on sequence, temperature and salt concentration for the breathing dynamics of dna found here points abstract: we analyze the dynamics and the quantum thermodynamics of dna in symmetric-peyrard-bishop-dauxois model (s-pbd) with solvent and external potentials and describe the transient conformational fluctuations using dark breather and the ground state wave function of the associate schrodinger differential equation. we used the s-pbd, the floquet theory, quantum thermodynamic and finite difference methods. we show that for lower coupling dark breather is present. we estimate the fluctuations or breathing of dna. for the s-pbd model we have the stability of dark breather for k<0.004 and mobile breathers with coupling k=0.004. the fluctuations of the dark breather in the s-pbd model is approximately zero with the quantum thermodynamics. the viscous and external potential effect is direct proportional to hydrogen bond stretching. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 mailto:hcortez@unac.pe https://orcid.org/0000-0003-4939-7734 original article 45 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 44-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 at a good potential for applications and the effect of the viscous and external forces2, 7. first, the pbd model is introduced. it is then followed by the dynamical and the thermodynamic formulations. we show that mobile breather can lead to the observed breathing, but the amplitude of the breather is determinant for the transient conformational fluctuations of dna. the results obtained in our simulation verify the existence of dark breather with the conditions describes by r.s. mackay. the symmetric potential does not give a solution for the transition of the dna. for that reason, it is necessary to investigate the effect of the solvent and external potentials. the calculation of hydrogen bond stretching using transfer integral operator and difference finite methods are presented. 2. materials and methods 2.1 symmetric morse potential in the pbd model the biomechanics of dna is represented by two degree of freedom xn and yn which correspond to the displacement of the base pair from their equilibrium position along the direction of the hydrogen bonds connecting the two-base pair of nucleotides. the studies of the symmetric peyrard-bishopdauxois (s-pbd) models that included the modified morse potential was done by adding the absolute value:  21)exp( 2 1 )( −−= uuv (1) where v = symmetric morse potential. the profile of symmetric morse potential can be seen in figure 1. figure 1. the symmetric morse potential. ( )   = = = − +−+= n n n n n n nnnnn uvuu k u m h 1 1 1 2 1 2 )( 22  (2) where n = number of the pairs of bases; k = velocity = u coupling constant; and un = stretching of the hydrogen bonds = (xn – yn)/√2. 2.2 dynamics of s-pbd the associated equations for equation 4 are the system equations (n=1, 2... n): .. 2/ / / / 1 1( ) (2 ) 0n nu u n n n n nu sign u e e k u u u − − − +  + − + − − =  (3) using the approximation for the oscillator n and t=2π/wb  = += mk k b k nnn tkzzu 1 0 )cos(2  (4) and substituting in eq. 3 one has: 0)2(´ 11 222 =−−++ +− n k n k n kk nnb zzzkvzk  (5) which depends on the parameter k, and v'n k is the kth fourier coefficient for the periodic function v'(u n (t)). remark 1. one site dark breather the dark breather solution is obtained in conditions (t=0) where all the oscillators are at rest, but equally shifted from their equilibrium position, while the central one is at the rest. the codification for one site dark breather is 1,1,…1,0,1,…,1,1. in fig. 2 the dark breather is depicted. this figure shows the numerical solution of equation (5). the second derivative of the symmetric morse potential is given by:  ////2 2'' nn uu eev −− −= . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 original article 46 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 44-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 figure 2. spatial dark breather configuration of the symmetric morse potential. the dynamics of the dna is a set of coupled oscillators, and the vibrational motion is equivalent to equation (3) which depends of the symmetric morse potential and constant k of coupling. the amplitude of the breather is determinant for the transient conformational fluctuations of dna. in our case the figure 2 give a small amplitude. 2.2.1 existence of harmonic bifurcation we analyze the stability of the breather solution. let us introduce a function ũn(t) = un(t) + n(t), where un(t) is the periodic breather solution shown in figure 2. the term εn(t) is a perturbation: ũn(t) must satisfy the system (3) and expanding around un(t) to first order (linearization), we obtain the following system of equations for εn(t) ( ) 0)2())((" 11 =−−++ +− nnnnnn ktuv  (6) we can associate a monodrama my matrix for this equation with fouquet multipliers5. the solution is stable if the modules of fouquet multipliers are one. the especial instability (“harmonic bifurcation”) in our case happens when a pair of fouquet multipliers merges at λ = 1 and splits off circle onto the positive real axis in fig. 3. figure 3. the instability “harmonic bifurcation” with the evolution of the fouquet multipliers. case spbd model with the parameters: k=0.004, wb=0.8 for the dark breather. 2.2.2 existence of mobile breather for the coupling k=0.004 and wb =0.8 there is a harmonic bifurcation. in this case we can construct a dark breather mobile. once the system of equations (3) is worked out by runge kutta method for the cauchy problem with the equations (3). we can use the figure 2 for the initial conditions of the position and average speed of each position “n” respect to the harmonic oscillation corresponding to the dna. the center of energy of the breather mobile is given by5  = = n n d ne hnhx 1 / (7) where the density energy has the form ( ) ( ) )2( 442 1 2 1 2 1 2 nnnnnnn d n uvuu k uu k uh +−+−+= +− (8) it is very important the initial velocity of the bm for the displacement a long of sites of dna and can be produced of dna breathing. this parameter initial velocity v(0) is transcendental for dna breathing. remark 2. initial velocity and the perturbation velocity we can use the profiles of the stationary dark breather obtained from equations (3). the velocity is a vector which the components are given by 2/))0()0(()0( 11 −+ −= nnn uuv (9) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 original article 47 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 44-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 we can define a perturbation velocity in terms of the parameter λ. the components of this vector perturbation v are given by (0) ( (0) / )n nv v v= (10) where v is the norm of the vector of the components vn (0). remark 3. the cauchy problem is given by 0)2()´( 11 .. =−−++ +− nnnnn uuukuvu (11) initial conditions: u.(0) = profiles of the solutions of the figure 2. the velocities are given by the expression (10) with λ = 0.1. we can obtain the solutions of the equations using initial condition with the software fortran (for a review, see ref. 9). 2.3 quantum thermodynamics of s-pbd the evaluation of the partition of equation (2) using the transfer integral operator method in the thermodynamic limit reduces to solving the pseudo-schrodinger equation (12): )()()},(/)2/(1{ 222 nnnn uuuududk  =+− (12) )2/ln()2/1()2(),(  kuvuu nn += (13) )/(1 tk b= (14) we use the symmetric morse potential. the fluctuations or breathing of dna can be performed numerically using the finite difference methods. firstly, we obtain the ground state wave function of equation (12). for estimate the mean value of the fluctuations we use the formula: uduu 0 2 + − = (15) the ground state wave function for the symmetric morse potential is symmetric in consequence the mean value of the fluctuations is approximately zero (for a review, see ref. 12). in figure 4 is depicted the example of the ground state wave function for the symmetric morse potential. figure 4. ground state wave function for the symmetric morse potential with the control parameter temperature=70 °k. 2.3.1 quantum thermodynamics of s-pbd with solvent and external potentials we can consider the new potential for the equation (13): (16) the solvent potential is given by: v solvent = 0.04*ν*tanh (u n/5 -1). in figure 5, it is depicted the example of the solvent potential. figure 5. the solvent potential with the control parameter ν=0.025. for the symmetric morse potential in the spbd model we can get many values of the melting temperatures. for example, for t =270 k and the control parameter ν = 0.001, v0 = 0.005 the mean value of the fluctuations <u> = 1.9586 å. the hydrogen bond stretching as a function of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 original article 48 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 44-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 temperature gives a melting temperature depicted in figure 6. bustamante13 has the interplay between the “dna breathing” with the viscosity coefficient of the medium. a) b) figure 6. the hydrogen bond stretching as a function of temperature for external. potential v = v0 exp (-0.1 u2 ) , v0 =0.005 and solvent potential with the viscosity control parameter v: a) ν=0.001 and b) v=0.025. 3. results and discussion the solutions of the dynamical equations (5) give the dark breather mobile. we have the mobile breather using the center of energy for the initial velocity of 0.1. this method is based on the literature6, 8. we have obtained harmonic bifurcation using the symmetric morse potential with the parameter k=0.004. we have obtained the eigen functions of the pseudo-schrodinger equation (12) to demonstrate that the mean value breathing of dna is zero. the analysis is based on the reference12. for the symmetric morse potential in the spbd model, we can get the melting temperature for t = 270 k, control viscosity parameter ν = 0.001 and the constant of the external potential v0 = 0.005. for these values the mean value of the fluctuations <u> is 1.9586 å. in this case, we can get the dna breathing with the variations of temperatures (figure 6a). figure 6b indicates that mean value of stretching <u> is direct proportional to the coefficient of viscosity. the increase of the viscosity will increase the hydrogen bond stretching. the viscous and external potential effect is direct proportional to hydrogen bond stretching. for v0 = 0.5 the mean value of hydrogen bond is <u>= 3.82 with the temperature t = 270 k and viscosity v = 0.025. the figure 6 shows that for t > 150 k the viscous force is not important for the dna breathing. this result is similar to that obtained in the literature2. 4. conclusions the stability of dark breathers using of the symmetric morse potential have been obtained with the floquet’s theory. it is very important to emphasize that dark breathers at low coupling are shown to be stable in the pbd model with k<0.004. for k=0.004 we have harmonic bifurcation and the mobile dark breather. in this case and using numerical simulations we can demonstrate that the mean value of the hydrogen bond stretching is zero. for the symmetric potentials we have significant fluctuations in the analysis of the breathing dna with solvent and external potentials. the external potential is more important than the viscous force for the estimated melting temperature and the mean value of the hydrogen bond stretching. 5. acknowledgments the authors would like to acknowledge the universidad nacional del callao-facultad ciencias de la salud for the technological support. we would also like to thank walter julio cortez morales and olga estrada for economical support. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 original article 49 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 44-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p44-49 6. references [1] von hippel, p., johnson, n., marcus, a., 50 years of dna ‘breathing’: reflections on old and new approaches, biopolymers 99 (12) (2013) 923-954. https://doi.org/10.1002/bip.22347. 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(magnoliaceae) m. c. m. monteiro1, i. h. leptokarydis1, g. h. silva1,2, v. c.da silva1, v. s.bolzani1, m. c. m.young3, m.n.lopes1* 1departamento de química orgânica, instituto de química, universidade estadual paulista “júlio de mesquita filho”, cp 355, cep 14800-900, araraquara, sp, brasil. 2departamento de química, universidade federal de sergipe, cep 49100-000, aracajú,se, brasil. 3seção de fisiologia e bioquímica de plantas, instituto de botânica, cp 4005, cep 01061-970, são paulo, sp, brasil. *mnlopes@iq.unesp.br resumo: o fracionamento cromatográfico da fase diclorometânica dos caules de michelia champaca, forneceu quatro substâncias: álcool 4-o-β-d-glicopiranosídeo sinapílico, aldeído 4-o-β-d-glicopiranosídeo sinápico, siringaresinol e n-acetilnonaina. extração ácido-base de uma nova porção do extrato bruto etanólico permitiu a identificação do alcalóide liriodenina. os derivados fenilpropanoídicos e o alcalóide n-acetilnonaina estão sendo descritos pela primeira vez no gênero michelia. o alcalóide liriodenina e a lignana siringaresinol apresentaram atividade antifúngica moderada. palavras-chave: magnoliaceae; michelia champaca; alcalóides; atividade antifúngica. introdução magnoliaceae compreende cerca de 10 gêneros e 220 espécies, sendo que a maioria ocorre no hemisfério norte, mas também são encontrados na ásia (índia e malásia) e américa do sul (brasil). no brasil são cultivadas várias espécies dos gêneros magnolia e michelia, popularmente conhecidas como magnólia amarela [1]. a espécie michelia champaca aparece como uma planta importante na medicina indígena [2]. é usada pela população para regular a menstruação, combater infecções da garganta e febres, artrites, reumatismos [3], como anticoncepcional [2] e como proteção pósparto [4]. estudo farmacológico com o extrato da casca da raiz indicou propriedade inseticida potente contra a larva do mosquito aedes egyptii [5]. estudos fitoquímico e biológico com raízes [6], cascas da raiz [7] e folhas [6] de m. champaca levaram ao isolamento de lactonas sesquiterpênicas com significativa atividade antitumoral e permitiram estabelecer o perfil químico deste gênero como essencialmente terpênico [5], com predominância das lactonas sesquiterpênicas. khan e colaboradores [4] relatam, com base em triagem fitoquímica, a presença de alcalóides, flavonóides, taninos, saponinas, além de triterpenóides em folhas, sementes, caules e raízes de m. champaca. o flavonóide quercetina foi isolado das flores, pela primeira vez no gênero por kapoor e jaggi [8]. além da atividade antitumoral descrita anteriormente, alguns autores relatam também atividade antifúngica para a espécie. o extrato metanólico das flores 13ecl. quím., são paulo, 32(3): 13-18, 2007 de m. champaca mostrou forte atividade frente ao patógeno staphylococcus aureus [9]. os extratos diclorometânico e metanólico das folhas apresentaram atividade moderada frente a vários fungos patogênicos e fitopatogênicos [10]. ainda, sementes, caules e raízes foram bioativos quando ensaiados com fungos patogênicos humanos [4]. neste trabalho, descrevemos o fracionamento biomonitorado dos caules de m. champaca, buscando isolar e identificar os possíveis metabólitos secundários responsáveis pela atividade antifúngica detectada na fase diclorometânica quando bioensaiadas com os fungos fitopatogênicos cladosporium cladosporioides e c. sphaerospermum. materiais e métodos procedimentos experimentais gerais os espectros de rmn foram registrados em espectrômetro varian as 500 (500 mhz para 1h e 125 mhz para 13c). foram utilizados os solventes deuterados cdcl3, dmso-d6 e cd3od, produzidos pela acros, aldrich ou cil, sendo tms o padrão interno. as colunas cromatográficas tiveram como fase estacionária sílica gel 60 h (70 – 230 mesh, merck) e sílica c18 (43 – 60 μm). as análises em cromatografia em camada delgada foram realizadas em sílica gel 60 f254 (placa) e as manchas visualizadas por absorção da radiação uv, anisaldeído 2% em h2so4 seguida de aquecimento, câmara de iodo e solução dragendorff. os cromatogramas foram obtidos por cromatografia líquida de alta eficiência (clae), num aparelho varian prostar, com detector uv-vis, registrados em microcomputador de 500 mhz com processador pentium ii. foram utilizadas colunas analíticas phenomenex luna c18 (5 ?m, 250 x 4,6 mm) e coluna preparativa phenomenex luna c18 (10 μm, 250 x 21,20 mm). os solventes orgânicos utilizados para obtenção de extratos e fracionamentos foram das marcas mallinckrodt, synth e j. t. baker (grau clae). a água (grau clae) foi obtida usando um sistema de purificação milli-q plus (millipore). as soluções foram concentradas em evaporador rotativo buchi r-114, sob pressão reduzida. os espectros de massas de baixa resolução foram obtidos em um espectrômetro platfform, no modo electrospray. os espectros de infravermelho foram obtidos em um espectrômetro nicolet-730 ft-ir. material vegetal michelia champaca l. (magnoliaceae) foi coletada no campus da universidade de são paulo (usp), em ribeirão preto, são paulo, brasil e identificada pela dra. inês cordeiro do instituto de botânica da secretaria do meio ambiente do estado de são paulo. extração e isolamento dos constituintes químicos os caules m. champaca foram secos à temperatura ambiente, moídos e submetidos à percolação em etanol, resultando no extrato bruto (55,30 g), após evaporação do solvente sob pressão reduzida. o extrato bruto foi solubilizado em meoh/h2o (70:30, v/v) e submetico à partição com solventes de diferentes polaridades, fornecendo as fases hexânica (9,00 g), diclorometânica (13,04 g), acetato de etila (4,82 g), n-butanólica (11,90 g) e hidroalcóolica (9,08 g). todas essas fases foram bioensaiadas para averiguação da atividade antifúngica. parte da fase diclorometânica (6,5 g), a qual foi a única a apresentar atividade, foi submetida à cromatografia em coluna (cc) usando sílica gel (70 – 230 mesh) e eluída com hexano/acoet e acoet/meoh em misturas de polaridade crescente, fornecendo 22 frações, após análise por cromatografia em camada delgada. a fração 8 (690 mg, eluída em acoet/meoh 80:20, v/v) foi submetida à cc utilizando sílica de fase reversa c18, eluída com meoh/h2o em gradiente decrescente de polaridade, obtendo-se 6 frações. a subfração 8.3 (74,2 mg, eluída em acoet/meoh 40:60, v/v) foi submetida a clae preparativa em fase reversa c18 (λ = 254 nm, meoh/h2o 80:20 (v/v), fluxo de 10 ml min-1), 14 ecl. quím., são paulo, 32(3): 13-18, 2007 fornecendo as substâncias 1 (4,6 mg) e 2 (3,7 mg). a fração 7 (420 mg, hex/acoet 10:90, v/v) foi cromatografada em coluna de fase reversa c18, eluída em meoh/h2o em gradiente crescente de polaridade, obtendose 10 frações. a subfração 7.5 (69,6 mg, meoh/h2o 65:35, v/v) foi submetida a clae preparativa λ = 247 nm, meoh/ h2o 50:50 (v/v), fluxo de 17 ml min-1) e forneceu a substância 3 (9,3 mg). a fração 5 (380 mg, hex/acoet 40:60, v/v) foi também submetida a cromatografia em fase reversa, à vácuo, fornecendo 11 frações. a subfração 5.8 (70,9 mg, meoh/h2o 80:20, v/v) foi submetida a cromatografia em camada delgada preparativa de fase normal, sendo eluída em acoet/meoh 20:80 (v/v) e fornecendo a substância 4 (8,0 mg), após recristalização em meoh. uma nova porção do extrato bruto (25,0 g) foi solubilizada em hcl 5%, após precipitação do material graxo com metanol. fez-se, em seguida, extração com acoet, basificação da fase aquosa e novamente extração com acoet [11]. a fração alcaloídica (247,4 mg) foi submetida à cromatografia em coluna utilizando c18, eluída em meoh/h2o em gradiente decrescente de polaridade, fornecendo a substância 5 (14,5 mg, meoh/h2o 70:30, v/v). bioensaio antifúngico estes ensaios foram realizados no laboratório do instituto de botânica de são paulo sob a supervisão da dra. maria cláudia marx young. suspensões contendo esporos dos fungos das espécies cladosporium cladosporoides e cladosporium sphaerospermum foram utilizadas como reveladores em cromatografia em camada delgada para a realização da bioautografia [12]. a amostra de extratos foi aplicada em cromatoplacas e eluída com solventes adequados. após a evaporação dos solventes e localização das manchas por meio de absorção no ultravioleta, uma solução de glicose e sais contendo esporos do fungo foi nebulizada sobre as placas que foram incubadas à temperatura de 25º c em câmara úmida e escura durante 2 a 3 dias. após o tempo de incubação, observou-se o crescimento do fungo sobre a placa. nos locais onde existem substâncias fungitóxicas surge um halo de inibição. foi utilizado nistatina (1 μg) como padrão positivo. resultados e discussão as fases hexânica, diclorometânica, acetato de etila, n-butanólica e hidroalcóolica, provenientes da partição líquido-líquido do extrato etanólico, foram bioensaiadas com os fungos cladosporium cladosporoides e c. sphaerospermum, sendo que apenas a fase diclorometânica apresentou atividade moderada. esta fase foi, então, fracionada em coluna cromatográfica de fase normal fornecendo dois derivados fenilpropanoídicos, álcool 4-o-β-d-glicopiranosídeo sinapílico (1) e aldeído 4-o-β-d-glicopiranosídeo sinápico (2), uma lignana siringaresinol (3) e um alcalóide n-acetilnonaina (4) (figura 1). avaliação prévia do extrato bruto com revelador draggendorff, detectou a ocorrência de alcalóides na matriz vegetal. assim, o extrato bruto foi submetido a extração ácido-base para obtenção de uma fração rica em alcalóides, que foi fracionada em coluna cromatográfica de fase reversa e levou ao isolamento de liriodenina (5) (figura 1). as estruturas de todas as substâncias isoladas foram determinadas através de métodos espectroscópicos (em, iv e rmn de 1h e 13c, uni e bidimensionais) e confirmadas através da comparação com dados da literatura. todas as substâncias isoladas do extrato ativo e a substância 5 foram submetidas a bioautografia com os fungos cladosporium cladosporoides e c. sphaerospermum, e as substâncias 3 e 5 15ecl. quím., são paulo, 32(3): 13-18, 2007 16 ecl. quím., são paulo, 32(3): 13-18, 2007 glio och3 h3co oh glio och3 h3co h o o o och3 oh och3 ho och3 h3co h h n o o o n o o o 13 5 7 9 13 5 7 9 13 5 7 9 1' 3' 5' 7' 9' 1 3 1a 1b 3a 5 6a 7 7a 9 11 11a 1 3 1a 1b 3a 5 6a 7 7a 9 11 11a 1 2 3 4 5 figura 1. substâncias isoladas dos caules de m. champaca. apresentaram atividade na concentração de 100 µg por ponto de aplicação. álcool 4-o-β-d-glicopiranosídeo sinapílico (1). iv νmax (kbr) cm-1: 3422, 2923, 2846, 1645, 1587, 1453 e 1245; ms: m/z 395 [m + na]+; rmn de 1h (dmsod6): δ 6,72 (2h, s, h-2 e h-6), δ 6,46 (1h, dl, j = 16 hz, h-7), δ 6,33 (1h, dt, j = 5 e 16 hz, h-8), δ 4,90 (1h, d, j = 5 hz, h-1’), δ 4,85 (1h, tl, j = 5 hz, h-9), δ 4,27 (1h, t, j = 5,5 hz, h-4’), δ 4,10 (1h, tl, j = 5 hz, h9), δ 3,76 (6h, s, och3), δ 3,40 (1h, m, h6’), δ 3,20 (1h, m, h-3’), δ 3,13 (1h, m, h2’), δ 3,00 (1h, m, h-5’); rmn de 13c (dmso-d6): δ 152,7 (c-3 e c-5), δ 133,8 (c-4), δ 132,6 (c-1), δ 130,2 (c-8), δ 128,4 (c-7), δ 104,5 (c-2 e c-6), δ 102,6 (c-1’), δ 77,2 (c-3’), δ 76,5 (c-5’), δ 74,2 (c-2’), δ 69,9 (c-4’), δ 61,4 (c-9), δ 60,9 (c-6’), δ 56,3 (och3). aldeído 4-o-β-d-glicopiranosídeo sinápico (2). iv νmax (kbr) cm-1: 2920,2850, 1666 e 1400-1600; ms: m/z 393 [m + na]+; rmn de 1h (dmso-d6): δ9,64 (1h, d, j = 8 hz, h-9), δ7,62 (1h, d, j = 16 hz, h-7), δ7,09 (2h, s, h-2 e h-6), δ6,89 (1h, dd, j = 8 e 16 hz, h-8), δ5,08 (1h, d, j = 7,5 hz, h-1’), δ 3,81 (6h, s, och3), δ 3,38 (1h, m, h-6’), δ 3,21 (2h, m, h-2’ e h-5’), δ 3,13 (1h, m, h-4’), δ 3,06 (1h, dd, j = 2 e 5,5 hz, h-3’); rmn de 13c (dmso-d6): δ 194,2 (c-9), δ 153,4 (c-7), δ 152,8 (c-3 e c-5), δ 136,9 (c-4), δ 129,4 (c-1), δ 127,9 (c-8), δ 107,1 (c-2 e c-6), δ 02,0 (c-1’), δ 77,4 (c-3’), δ 76,6 (c-5’), δ 74,1 (c-2’), δ 69,9 (c-4’), δ 60,8 (c-6’), δ 56,5 (och3). siringaresinol (3). iv νmax (kbr) cm-1: 3146, 2941, 2854, 1614, 1515 e 1458; ms: m/z 441 [m + na]+; rmn de 1h (dmsod6): δ8,23 (2h, sl, oh e oh’), δ6,59 (4h, s, h-2, h-2’, h-6 e h-6’), δ4,61 (2h, d, j = 4 hz, h-7 e h-7’), δ4,15 (2h, dd, j = 5 e 7 hz, heq-9 e heq-9’), δ3,77 (2h, dd, j = 3,5 e 7 hz, hax-9 e hax-9’), δ3,75 (12h, s, och3 e och3’), δ 3,04 (2h, m, h-8 e h-8’); rmn de 13c (dmso-d6): δ 147,9 (c-3, c-3’, c-5 e c-5’), δ 134,7 (c-1 e c-1’), δ 131,4 (c-4 e c-4’), δ 103,6 (c-2, c-2’, c-6 e c-6’), δ 85,3 (c-7 e c-7’), δ 71,0 (c-9 e c-9’), δ 56,0 (och3 e och3’), δ 53,6 (c-8 e c-8’). n-acetilnonaina (4): iv νmáx (kbr) cm -1: 2913 e 1626; ms: m/z 308 [m + h]+ ; rmn de 1h (cd3od): δ 8,00 (1h, d, j= 7,5 hz, h-11), δ 7,20 (1h, m, h-8), δ 7,137,17 (2h, m, h-9 ou h-10), δ 6,55 (1h, s, h-3), δ 5,98 (1h, d, j = 1,5 hz, o-ch2-o), δ 5,88 (1h, d, j = 1,5, o-ch2-o), δ 4,95 (1h, dd, j = 3,5 e 14,0 hz, hax-6a), δ 4,01 (1h, m, hax-5), δ 3,18 (1h, m, heq-5), δ 2,97 (1h, dd, j = 3,5 e 14,0 hz, heq-7), δ 2,72 (1h, m, hax-7), δ 2,68 (1h, m, h-4), δ 2,61 (1h, m, h-4), δ 2,13 (3h, s, o=cch3); rmn de 13c (cd3od): δ 172,0 (c=o), δ 148,8 (c-2), δ 144,7 (c-1), δ 136,9 (c-7a), δ 132,6 (c-3a), δ 129,6 (c10), δ 128,9 (c-9), δ 128,8 (c-11a), δ 128,3 (c-8), δ 128,0 (c-11), δ 126,6 (c-3b), δ 119,0 (c-1a), δ 108,5 (c-3), δ 102,3 (och2-o).δ 52,2 (c-6a), δ 43,3 (c-5), δ 34,6 (c-7), δ 31,8 (c-4), δ 22,3 (o=c-ch3). liriodenina (5): iv νmáx (kbr) cm -1: 2924, 2852, 1660 e 1400-1600; ms: m/z 276 [m + h]+ ; rmn de 1h (cdcl3): δ 8,86 (1h, d, j= 5,5 hz, h-5), δ 8,60 (1h, d, j = 8,0 hz, h-8 ou h-11), δ 8,56 (1h, dd, j = 1,5 e 8,0 hz, h-8 ou h-11), δ 7,73 (1h, conclusões o estudo químico dos caules de m. champaca levou ao isolamento e identificação de dois alcalóides, uma lignana e dois derivados fenilpropanoídicos, mostrando uma química diferenciada das raízes e sementes da planta, ricas em lactonas sesquiterpênicas. este estudo contribuiu para o conhecimento dos metabólitos secundários de mais uma espécie da flora brasileira. agradecimentos os autores agradecem à fundação de amparo a pesquisa do estado de são paulo (fapesp) pelo suporte financeiro e à bolsa de iniciação científica concedida a m. c. m. m. abstract: the fractionation of the dichlorometanic layer of dried stems of michelia champaca afforded four substances: sinapyl 4-o-β-d-glucopyranoside alcohol, sinapyl 4-o-β-d-glucopyranoside aldehyde, syringaresinol and n-acetylnonaine. part of the crude extract portion was submitted to acid-basic extraction allowed the identification of the alkaloid liriodenine. the two phenylpropanoids derivatives and the alkaloid n-acetylnonaine were been reported for the first time from michelia genus. the alkaloid liriodenine and the lignan syringaresinol showed moderate antifungal activity. keywords: magnoliaceae, michelia champaca, alkaloids, antifungal activity m. c. m. monteiro, i. h. leptokarydis, g. h. silva, v. c. da silva, v. da s. bolzani, m. c. m. young, m. n. lopes. chemical constituents of stems from michelia champaca l. (magnoliaceae) recebido em : 11/05/2007 aceito em : 08/06/2007 referências [1] a. joly. são paulo: universidade de são paulo (1975) 281. [2] s. sharma, s. h. mehta. indian journal of chemistry 37b (1998) 1219. [3] m. p. corrêa. rio de janeiro: j. di-giorgio e cia ltda (1974) 31. [4] m. r. khan, m. kihara, a. d. omoloso. fitoterapia 73 (2002) 744. [5] u. jacobsson, v. kumar, s. saminathan. phytochemistry 39 (4) (1995) 839. [6] v. c. balurgi, s. r. rojatkar, p. p. pujar, b. k. patwardkan, b. a. nagasampgi. indian drugs 34 (7) (1997) 415. [7] v. k. sethi, v. k. thappa, k. l. dhar, c. k. atal. planta medica 50 (4) (1984) 364. [8] s. kapoor, r. k. jaggi. indian journal of pharmaceutical sciences 66 (4) (2004) 403. [9] k. m. elizabeth, y. a. s. j. lakshmi. asian journal of chemistry 18 (1) (2006) 196. [10] o. rangasamy, g. raoelison, f. e. rakotoniriana, k. cheuk, s. urvergratsimamanga, j. quetin-leclereq, a. gurib-fakim, a. h. subratty. journal of ethnopharmacology 109 (2007) 331. [11] v. da s. bolzani, a. a. l. gunatilaka, d. g. i. kingston. journal of natural products 58 (11) (1995) 1683. [12] a. l. homans, a. fuchs. journal of chromatography 51 (1970) 327. os derivados fenilpropanoídicos e o alcalóide n-acetilnonaina estão sendo relatados pela primeira vez no gênero michelia. a lignana siringaresinol já havia sido isolada da espécie michelia fuscata, enquanto que liriodenina é comumente encontrada no gênero e em outras partes de m. champaca. a atividade antifúngica detectada na fase diclorometânica e confirmada na lignana 3 e no alcalóide 5 é um dado relevante, já que é a primeira vez que está sendo descrito para uma lignana. substâncias com atividade frente aos fungos fitopatogênicos do gênero cladosporium são de grande interesse para a agricultura. 17ecl. quím., são paulo, 32(3): 13-18, 2007 d, j =5 hz, h-4), δ 7,71 (1h, m, h-9 ou h10), δ 7,55 (1h, dt, j = 1,5 e 8,0 hz, h-9 ou h-10), δ 7,14 (1h, s, h-3), δ 6,35 (2h, s, och2-o); rmn de 13c (cdcl3): δ 182,4 (c7), δ 151,7 (c-1), δ 148,8 (c-2), δ 145,2 (c6a), δ 144,9 (c-5), δ 135,7 (c-3a), δ 133,9 (c-9), δ 132,9 (c-11a), δ 131,5 (c-7a), δ 128,8 (c-10), δ 128,6 (c-11), δ 127,3 (c8), δ 124,2 (c-4), δ 123,2 (c-1b), δ 103,2 (c-3), δ 102,4 (o-ch2-o). editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 2 | 2018 | editorial the editor proudly announces the new issue of eqj in which readers will find several original articles covering areas such as inorganic chemistry, material chemistry and environmental chemistry. according to the editorial profile of eqj, the following subjects are presented: synthesis and characterization of chelating resins based on schiff bases and the effect of compositional ratio of chelating moieties and the degree of cross-linking on the uptake behavior of the heavy metal ions; the stratification process at a reservoir of a hydroelectric power plant and changes in quality of the water; developing of glasses containing protected nanoparticles dispersed homogeneously which can be used to prepare new functional glasses useful for magneto-optics devices; evaluation of ecotoxicity and phytotoxicity of the commercial malathion® 500 ce product using aedes aegypti larvae and lactuca sativa seed; evaluation of the physicochemical parameters that express the water quality of a river and their influence on aquatic life maintenance; spatial distribution of atmospheric pollutants biomonitored in tree barks to determine the emission sources in a portuary context; water treatment systems and their ability to remove pesticides residues and by-products. the editor is convinced of the high quality of the articles and thanks all authors for their valuable contributions. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 2 | 2018 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and numbered sequentially; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100-46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (1page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. • eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the 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same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin anti-plagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submission for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. author guidelines • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br introduction 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoic acids are crystalline solids sparingly soluble in cold water [1-5]. the literature survey shows that in principle there is no information about the complexes of these acid anions with various cations. papers exist only on their compounds with rare earth elements in solution and solid state [2, 6, 7]. at present, we decided to obtain the complexes of cu(ii) ions with 2,3, 3,5and 2,6dimethoxybenzoic acid anions as solids, to examine some of their physico-chemical properties and to compare them. in our previous papers [8-12] we characterized these complexes by elemental analysis, ir spectral data, thermogravimetric studies and x-ray diffraction measurements but now taking into account the presence and positions of two methoxy-groups in benzene ring we decided to compare the properties of cu(ii) compounds in order to investigate the influence of substituent positions on their properties. experimental details 2,3, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii) were prepared by the addition of equivalent quantities of 0.1 m ammonium 2,3, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates (ph≈5) to hot 0.1 m aqueous solutions containing the nitrates 7ecl. quím., são paulo, 31(3): 7-14, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 3, 2006 comparison of some properties of cu(ii) 2,3, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates w. ferenc1*, a. walków-dziewulska1, j. sarzynski2 and b. paszkowska1 1department of general and coordination chemistry, maria curie-sklodowska university, pl 20-031, lublin, poland 2institute of physics, maria curie-sklodowska university, pl 20-031, lublin,poland * corresponding author: e-mail: wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: the physico-chemical properties and thermal stability in air of cu(ii) 2,3, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates were compared and the influence of the position of –och3 substituent on their thermal stability was investigated. the complexes are crystalline, hydrated salts with blue colour. the carboxylate ion is a bidentate chelating or bridging group. the thermal stability of analysed cu(ii) dimethoxybenzoates was studied in the temperature range of 293-1173 k. the positions of methoxygroups in benzene ring influence the thermal properties of studied complexes. their different thermal properties are markedly connected with the various influence of inductive, mesomeric and steric effects of –och3 substituent on the electron density in benzene ring. the magnetic susceptibilities of the complexes were measured over the range of 76-300 k and the magnetic moments were calculated. the results show that they form dimers. keywords:dimethoxybenzoates; complexes of cu(ii); magnetic moments; thermal behavior; ftir spectra. ´ (v) of cu(ii) ions and crystallizing at 293 k. the solids were filtered off, washed several times with hot water and methanol to remove the ammonium ions and dried at 303 k. elemental analysis for c, h was performed using a perkin-elmer chn 2400 analyser. the contents of cu2+ metal ions were established gravimetrically, and by asa method with the use of asa 880 spectrophotometer (varian). the ftir spectra of the complexes were recorded in the range of 4000 – 400 cm-1 using an ftir 1725x perkin – elmer spectrometer. the samples for the ftir spectroscopy were prepared as kbr discs. some of the results are presented in table 1. the x-ray diffraction patterns were taken on a hzg-4 (carl zeiss, jena) diffractometer using ni filtered cukα radiation. the measurements were made within the range of 2θ=4-80° by means of the debye-scherrer-hull method. the relationships between i/i0 and 2θ for these complexes are presented in fig. 2. the thermal stability and decomposition of the complexes were studied in air using a q-1500 d derivatograph with a derill converter, which simultaneously records tg, dtg and dta curves. the measurements were made at a heating rate of 10 k⋅min-1. the 100 mg samples were heated in platinum crucibles in static air to 1273 k with a tg sensitivity of 100 mg (i.e., the whole scale of the balance was equal to 100 mg). the dtg and dta sensitivities were regulated by the derill computer programme. the paper speed was 2.5 mm⋅min-1 and al2o3 was used as the standard. the decomposition products were calculated from the tg curve and verified by powder diffraction analysis. magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii) were investigated at 76-303 k. the measurements were carried out using the gouy method. weight changes were obtained from cahn rm-2 electrobalance. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was asummed to be 1.644⋅108 ecl. quím., são paulo, 31(3): 7-14, 2006 5 cm3⋅g-1. correction for diamagnetism of the calibrant atoms was calculated by the use of pascal’s constants [13, 14]. magnetic moments were calculated from eq.(1) 9ecl. quím., são paulo, 31(3): 7-14, 2006 µ = 2.83 ( χ m ⋅ t )1/2 (1) the solubilities of 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of cu(ii) in water were measured at 293 k. saturated solutions of the obtained compounds were prepared under isothermal conditions. the contents of cu(ii) were determined by using asa 880 spectrophotometer (varian). the values of solubilities are presented in table 1. results and discussion the complexes of the 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of cu(ii) were obtained as polycrystalline blue solids with a metal to ligand ratio of 1:2 and the general formula figure 1. ir spectra of 2,3-dimethoxybenzoic acid (a); 2,3-dimethoxybenzoate of cu(ii) (b); 2,6dimethoxybenzoic acid (c); 2,6-dimethoxybenzoate of cu(ii) (d); 3,5-dimethoxybenzoic acid (e); 3,5-dimethoxybenzoate of cu(ii) (f). figure 2. dependence of i/i0 vs 2 θ for cu(ii) 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates. cu(c9h9o4)2⋅nh2o, where n=2 for 2,3and 3,5dimethoxybenzoates and n=1 for 2,6dimethoxybenzoate [8-12]. the details connected with their identification by elemental and spectral analyses were extensively presented in our pervious papers [8-12]. therefore, in this article only some selected results of the ftir investigations were presented in table 1. there are two bands arising from asymmetric and symmetric vibrations of the coogroups at 1607-1578 cm-1 and 1442-1392 cm-1, respectively for analysed complexes [15-21]. the bands due to ν(m-o) appear in the range of 497472 cm-1. the magnitudes of the separation ∆νoco(where ∆νoco= νasocoνsoco-), which characterize the type of metal ion-oxygen bond change from 206 cm-1 to 184 cm-1. according to spectroscopic criteria and especially with regard to nakamoto [20, 21] the carboxylate groups in the analysed complexes show different modes of coordination. in the 2.3and 3,5-dimethoxybenzoates they may function as bidentate chelating or bidentate bridging groups and in the 2,6-dimethoxybenzoate only as bidentate bridging ones. the x-ray diffraction patternes of the 2,3, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii) were recorded. the analysis of the diffractograms suggests that the complexes are polycrystalline compounds with various degrees of crystallinity and different structures [22]. their structures have not been determined as attempts to obtain single crystals failed. the thermal stability of cu(ii) 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates was studied in air. all the details concerning the thermal decomposition of these complexes in air were described in our previous papers [8-12]. accordingly, in this paper only some selected results obtained for their thermal stability are presented (table 2). the 2,3, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of cu(ii) are stable up to 325398 k. they lose water molecules in one or two steps and form the anhydrous compound. the dehydration processes are associated with an endothermic effect on the dta curves. the anhydrous cu(ii) dimethoxybenzoates decompose to the cuo which is the final product of the decomposition of these complexes. the thermal stability of anhydrous dimethoxybenzoates 10 ecl. quím., são paulo, 31(3): 7-14, 2006 increases in order: 2,6< 2,3< 3,5while that of hydrated ones in the sequence: 3,5< 2,3< 2,6-. from the comparison of the decomposition way results it follows that the various position of -och3 substituents in benzene ring influences the decomposition process being strongly connected with the various participations of the inductive and mesomeric effects of methoxygroups in the electron density of the system. the way of the thermal decomposition of 2,3-dimethoxybenzoate of cu(ii) is as follows: cul2·2h2o → cul2·h2o → cul2→ cuo, where l=c9h9o4 the 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii) decompose in the following ways: 11ecl. quím., são paulo, 31(3): 7-14, 2006 cul2·2h2o → cul2∑→ cuo in the case of 3,5dimethoxybenzoate and cul2·h2o → cul2∑→ cuo, in 2,6dimethoxybenzoate considering the temperature at which the dehydration processes occur and the ways in which they proceed it is possible to assume that the water molecules are in the outer or inner coordination spheres of the complexes [23-25]. the solubilities of analysed dimethoxybenzoates in water at room temperature were determined (table 1). they are of the order of 10-510-2 mol⋅dm-3. 2,6-dimethoxybenzoate of cu(ii) is the best soluble salt while that of 3,5-dimethoxybenzoate the least one. the values of solubilities increase in the order: 3,5< 2,3< 2,6-. the changes in the values presented above are connected with various influences of inductive, mesomeric and steric effects of methoxy-groups on the electron density of the system depending on their position in benzene ring. the inductive effects of each methoxygroups cause the delocalization of the electrons in the molecule and the change of its energy state brought about the conjugation at electrons. it leads to the stabilization of the system [26-28]. magnetic susceptibility of the analysed compounds was measured in the range of 76-303 k (table 3). their values increase with rising temperature. the effective magnetic moment values of the 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii) change from 0.47 bm (at 77 k) to 1.47 bm (at 296 k) for 2,3-dimethoxybenzoate, from 0.67 bm (at 77 k) to 1.75 bm (at 298 k) for 3,5-dimethoxybenzoate and from 0.46 bm (at 76 k) to 1.47 bm (at 303 k) for 2,6-dimethoxybenzoate of cu(ii). this kind of dependence is typical behaviour of copper dimers exhibiting characteristic antiferromagnetic interactions between the cu(ii) centres, which obey the bleaney-bowers equation [29-33] eq. (2): (2) where: n-avogadro constant, β-bohr magneton, k-boltzmann constant, t-absolute temperature, jexchange parameter, gav–average coefficient of the spectroscopic splitting for the dimer experimentally determined from epr spectra. the µeff values display a minimum at 76 k and a maximum at room temperature. the room temperature magnetic moment per cu is similar to those observed for its other dinuclear compounds [34, 35] and is rather lower than the spin-only magnetic moment in the case of 2,3and 2,6dimethoxybenzoates. this behaviour indicates an antiferromagnetic coupling between the two cu(ii) 12 ecl. quím., são paulo, 31(3): 7-14, 2006 centres. the variable-temperature magnetic results for complexes of cu(ii) are given in tables 3 and 4. the magnetic susceptibility reaches highest values at room temperature and decreases with decreasing temperature. the magnetic moment values of the cu(ii) complexes decrease from 1.46 bm, 1.47 bm and 1.75 bm at about 300 k to 0.46 bm, 0.47 bm and 0.67 bm at 77 k, as a consequence of depopulation of the excited triplet (s=1) separated by 2j [31, 36]. the interaction will be antiferromagnetic (j<0) if s=0 is the ground state; on the contrary if s=1, the interaction will be ferromagnetic [31, 36]. according to kahn’s theory, the exchange coupling constant is the sum of ferromagnetic and antiferromagnetic contributions [37]. the ferromagnetic contribution is weak when the metal ions are bridged by polyatomic extended ligands [38]. however, the magnitude of the antiferromagnetic interaction is primarily governed by the overlap of two magnetic orbitals centered on nearest-neighbour copper(ii) ions [39]. whereas ferromagnetic contributions are usually small, antiferromagnetic ones may be considered as being proportional to the square of the gap between the molecular constructed from the magnetic orbitals [40]. for dinuclear cu(ii) complexes the magnetic coupling constant j is directly related to energy separation between the singlet and triplet states. in the lower temperature range only lowest levels of dimers are occupied. they may be followed by the course of χcu=f(t) for copper(ii) dimers with states s=1 and s=0 [41]. the electron population in both levels is combined with the boltzmann contribution law and is temperature dependent. at higher temperatures and for relatively high exchange parameters |j| (j<0), both states are occupied ( the triplet state dominating) and the magnetic moment has values close to the pure spin (1.73 bm), but it is usually lower. with decreasing temperature, the population of the triplet state decreases and within the lowest temperature range, only the singlet state is occupied (s=0) and µ=0 bm. the magnetic features of the 2,3-, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii) indicate the mode of the metal ion-ligand coordination and the geometry around the metal ions. the geometry exerts a marked influence on the magnetic exchange interaction. therefore, the weak antiferromagnetic interaction may be mainly brought about by the geometrical structures of this complex and the properties of the bridged ligands [29, 42-44]. the magnetic measurements reveal that 2,3, 3,5and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii) form dimers with bidentate bridging carboxylate groups. this type of dentate of coogroups was confirmed by ir spectral data (table 1). in the case of the 2,3and 2,6-dimethoxybenzoates of cu(ii), the electron densities on the oxygen atoms increase which leads to stronger covalent metal ion-oxygen bonds and thereby to an increased overlap of the orbitals of the two unpaired electrons in the binuclear units (µeff=1.47 bm at room temperature). however in the case of the 3,5-dimethoxybenzoate of cu(ii) the electron density on the oxygen atoms of the carboxylate group is decreased causing a weakening of the metal-oxygen bond and a decrease of the overlap of the two unpaired electron orbitals in the binuclear units (µeff=1.75 bm at room temperature) [33]. conclusions from the obtained results it appears that the m-o bond in analyzed compounds of cu(ii) is mainly electrostatic in nature. the electron density in the molecules makes the d→d electronic transitions of central ions to be those of lowest energy and the absorption occurs at relatively high wavelengths. the complexes are crystalline compounds with varying symmetry. the carboxylate groups act as bidentate bridging. 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of cu(ii) form dimers with antiferromagnetic interaction between two copper centers. the obtained results also show that, irrespective of the substituent positions in benzene ring, the ratio of the metal:ligand in the complexes and their colours stay the same for both of the three series of cu(ii) dimethoxybenzoates. from the obtained results it follows that in 2,3-, 3,5and 2,6dimethoxybenzoates of cu(ii) the coordination number of cu(ii) ions may be equal to 5. it could be established on the basis of the complete crystal structure determination of monocrystal but it has not been obtained for all analyzed compounds. therefore according to cu(ii) complexes we can only suppose that each cu(ii) ion may show a five fold coordination in the form of a tetragonal pyramid with four oxygen atoms of bidentate bridging 13ecl. quím., são paulo, 31(3): 7-14, 2006 dimethoxybenzoate anions in the basal plane and one oxygen atom of water molecule at the apex. the proposed formulae for the analyzed complexes may be following: [cu2(2,3-l)4(h2o)2]⋅2h2o, [cu2(3,5-l)4(h2o)4], and [cu2(2,6-l)4(h2o)2], where l=c9h9o4 -. received 08 june 2006 accepted 17 august 2006 references [1] l. d. pethe and b. d. mali, indian j. chem.,16 (1978) 364 [2] gmelin handbook of inorganic chemistry,vol. d5, springer verlag, berlin 1984, p 105 [3] m. georgieva, anal. chim. acta, 101 (1978) 139 [4] l. d. pethe and v. g. hirve, indian j. chem.,22a (1983) 107 [5] beilsteins handbuch der organischen chemie, bd ix, verlag von julius springer, berlin, 1927, p 405 [6] s. l. erre, 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activated fibers; adsorbent; ion pb2+ introduction during the last decades, new alternatives and technologies showing adequate characteristics to reduce environmental pollution to a very low final level have been developed. lead has been one of the most common contaminant target present in water streams and air. alternatives such as the use of granular activated carbon (gac), powdered activated carbon (pac) and activated carbon fiber (acf) have been widely implemented due to the increasing demand of this type of materials. activated carbon fibers are one of the called “new materials” and, because of their characteristics, have been used for a wide range of applications, as in operation of air conditioning systems, in personal protection, for removing vocs (benzene, acetone, dichloromethane, n-hexane, acrylonitrile, etc.) [1, 3] and, in the chemical industry, for the protection of wounds by semi-permeable band aids that do not allow micro organisms access [1-10]. activated carbon fibers offer several advantages in comparison with gacs and pacs. the acf porous structure is mainly constituted by micropores, while other presentations of activated carbons have a complex structure formed by micropores, mesopores and macropores. the diameters of the acfs are smaller (10-40 μm) than the sizes of gac and pac particles, providing a larger adsorption rate. another advantage of the acfs is that the distance among fibers may be controlled by selecting the precursor material to allow acfs to be packed in bed fixed adsorbents. in the same way, acfs are excellent adsorbents due to their low pressure drop, high contact efficiency and flexibility, lightness and malleability. additionally, they possess high porosity and consequently, huge superficial areas (950-1550 m2/g), twice of the adsorptive capacity of gacs and are able 61ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 to adsorb elevated compounds quantities, as the above mentioned. to design a efficient adsorption system, it is required to know the fundamental principles of the procedure of adsorption, of the material, the mass transfer rates, the transitions of the used bed, the changes produced as a consequence of the time and space during the adsorption process and the fiber behavior at equilibrium with the fluid phase, its saturation process and chemical and mechanical stability [1-39]. in the present work, it is presented the preliminary design of an adsorbent with different kinds of acf´s, for which lead adsorption isotherms on different kinds of acfs are determined and the influence of the superficial characteristics of the fibers on the acfs adsorptive capacity are studied. experimental details raw material the zorflex® fibers it has the advantages of having 100 % activate and 100 % carbon, faster adsorption kinetics, higher purity vapour uptake, smaller filtration beds and textile type properties. zorflex® fibers can also be impregnated with a range of chemicals of enhance the chemisorption capacity for selected gases. unit 1 identification ad-100 service to save usually in operation continuous 24h kind bed fluid liquid process data supply flow at stp reagent quantity at stp water flow at stp operation temperature °c maximum operation presure (atm) mechanical data presure of design (atm) 1 temperature of design (°c) 25 materials of construction stainless steel number of filters 5 length (cm) 40 ph 1 at 13 internal diameter (cm) 5,2 the unmodified raw material showed to have low resistance to the tension with a crack load average of 0.011 kn and thickness of 0.60375 mm. the modified fiber showed an average of 0.022 kn and thickness of 0.589 mm. when compared to the jean fiber, used in the textile industry, the raw fiber showed low resistance to cracking. although not suitable for textiles, as an adsorbent these values are probably suitable. table 1. adsobent specifications. tests of resistance to the raw material, tests of mechanical resistance (tension) were carried out following the astm d5034 guideline. the crack load and thickness were determined by a preliminary analysis applied to four samples using an instrom and a linear gauge bensor, respectively. impregnation with h3po4 of the activated carbon fibers acfs (zorflex® fibers, ref. fm100 198b) were oxidized through a procedure similar to the one reported by bandosz et al. [39]. in a 1l beaker, 20g of acf and 500 ml of a 15% (v/v) h3po4 solution, prepared with concentrated h3po4 and deionised water, were added .the acid solution with the acf was warmed for 2 h on an electric stove keeping the temperature below 50ºc. 62 ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 afterwards, the solution was cooled down and filtered. the acf was then washed several times using deionised water until the ph of the water was constant at 6. finally, the acf was dried on a stove at 110 ºc for 24 h and was kept inside a dried and closed container. determination of the aqueous isotherms: concentration vs. lead adsorption time data were obtained for given quantity of fiber in a 250 ml erlenmeyer containing the pb2+ solution of known concentration. the system was weighted at that point. the solution was thermostated and the solution was periodically stirred. at predefined time intervals, different samples of the solution were taken and the pb2+ concentration was read by atomic absorption spectrophotometry using a perkin elmer, model analyst 300 through a calibration curve previously prepared. the fiber and the solution were left in contact until the lead (pb2+) concentration in the fluid phase was constant. at predefined time intervals, different samples of the solution were taken and the pb2+ concentration was read by atomic absorption spectrophotometry using a perkin elmer, model analyst 300 through a calibration curve previously prepared. determination of adsorption isotherm in aqueous solution acfs were washed with distilled water to remove dust attained dust and dried at 110°c for 24 h. afterwards, different quantities of fibers were submerged in lead solution at different concentrations and ph adjustment using 0.01 m hcl and naoh solutions was performed every hour. finally, samples from the solutions were taken after 24, 48 and 72 h and measured by atomic absorption spectrophotometry using a perkin elmer, model analyst 300. determination of active sites the concentration of active sites in the fibers was determined by the acid-base titration method proposed by boehm [26]. acid sites were neutralized with a 0.1 m naoh standard solution and the basic sites with a 0.1 m hcl standard solution. the active sites were determined gauging a 50 ml erlenmeyer with 0.1 m neutralizing solution and adding approximately 0.2 g of fiber. after three days, 10 ml aliquots were taken from the solution to determine acid sites by titration using 0.1 m naoh was accomplished. similarly, the basic sites were determined using 0.1 m hcl as titration agent. determination of point of zero charge the point of zero charge of the fiber (pzc) was determined through a process quite similar to the one reported by babic et al [9]. in an erlenmeyer, 0.1 g accurately weighted of fiber and 20 ml of a 0.01m kcl and 0.004 m koh solution were added. the solution was kept under stirring for 48h and the titration solution (0.1 m hcl) was slowly added, recording the added volume and the ph of the solution. on the other hand, the same procedure was carried out without using the fiber. the titration was achieved in accordance with the recommendations made by leyva et.al. [7]. characterization of the acfs. n2 adsorption isotherms at 77k. surface area and pore distribution were determined by the bet (brunauer, emmet and teller) and dft (density functional theory) methods, respectively using a physisorption equipment quantachrome instruments, model autosorb 3b. breakage curves breakage curves were obtained by the same procedure alike to the one reported by amaya, et al. [17-22]. results and discussion characterization of the fibers raw material in figure 1 the pb2+ adsorption behaviour on the fiber is shown. the equilibrium is attained after 4000 min with a concentration of 19.3 ppm, concentration permitted by the international environmental regulations, which allows a maximum concentration of 19.6 ppm [27-45]. there is an odd feature around 2000 min in the curve with eventual stirring which can be due to 63ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 some equilibrium perturbation by the sudden stir. the same figure also shows the curve with continuous stirring for comparison. this period allowed us to establish the experimentation time for the adsorption isotherms in aqueous solutions, point of zero charge and active sites. figure 1.curve of concentration vs. time for lead adsorption on fiber. point of zero charge as an amphoteric material, carbon surface displays groups of acid and basic character that control its behaviour in accordance with the medium. the carbons atoms of the basal plane edges may be combined in variable proportions with different heteroatoms, generating diverse superficial groups as shown in figure 2. most of these groups are oxygenated due to the tendency of the carbons to oxidize even at room temperature. in the figure 3, the schematic representation of the acid character of some oxygenated groups (carboyls, hydroxyls an lactones) and of the oxygenated groups (pyrone, quinine and chromene type) is show. [7] figure 2. schematic representation of the main superficial groups present on a carbon. the acid and basic groups concentrations are equal in the point of zero charge and therefore the material is neutral. in order to achieve the maximum adsorption od certain pollutants, the carbon surface chemistry may be changed. the pzc of the acfs was determined by plotting the ph of the solution against the volume of the titrating solution in the presence and in the absence of acf. the ph where these two curves intercept corresponds to the pzc. figure 3. oxygenated groups (acid and basic character) the pzc of the modified and unmodified fibers may be seen in figures 4 and 5. the obtained values, 4.3 and 3.2, respectively, show that both types of acf have an acid character, weaker than the one reported by rangel mendez [43]. on the other hand, the pzc of the modified fiber is more acid than the one of the unmodified fiber and this is due to the higher proportion of acid 0 20 40 60 80 100 120 0 1000 2000 3000 4000 5000 time(s) co nc en tra tio n( pp m ) sudden stirring sufferd stirriing constant 64 ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 sites than basic sites because the treatment using h3po4 introduced carboxylic groups. the fact that the curves cross twice ( 4.3 and ~2.0) in the unmodified acf means that the acf impregnated with h2po4 increase of acid groups. 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 volume (ml) ph without cloth whith cloth figure 4. point of zero charge (pzc) of the unmodified fiber. 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 volume (ml) ph with cloth modified whitout cloth figure 5. point of zero charge (pzc) of the modified fiber. acid and basic sites the curves obtained from the determination of acid and basic sites for the unmodified fiber are shown in figures 6 and 7. 0 5 10 15 0 5 10 15 20 25 volume (ml) ph cloth whitout treatment impregnated cloth figure 6. acid sites of the unmodified and impregnated fiber. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 10 20 30 volume (ml) ph impregnated cloth cloth without treatment figure 7. basic sites of the unmodified and impregnated fiber. in figure 6, solutions of unmodified and impregnated fibers when they were titrated with naoh are shown in a comparative way. it may be seen that with impregnation, fibers present higher quantity of acid groups than the unmodified fibers. this titration of graph, show that the acid of the impregnated fiber is weaker than the one of the unmodified acf. when adding naoh, this compound reacts with the acid sites of the acf giving volume values of 10 and 13 ml for the unmodified and modified acf, respectively. more volume on the impregnated fiber is required due to the greater acid sites concentration because of the treatment with phosphoric acid. in figure 7, it may be seen that the chemical treatment produces a slight slope depression indicating the presence of basic groups of weak character on the acf surface. when adding hcl, this compound reacts with the basic sites of the acf giving volume values of 6 and 16 ml for the unmodified and modified acfs, respectively. figure 8. active sites concentrations on acfs. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 tela virgen tela impregnada c on ce nt ra tio n (g /m l) basic sites acid sites 65ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 finally, in figure 8 the concentration of the active sites of the unmodified and impregnated acfs are shown. it is be observed that the concentration of acid sites is slightly greater than the basic ones for both acfs. these acid and basic sites concentrations are larger for the impregnated fiber because the chemical oxidation with h3po4 increases the concentration of acid sites. the concentrations of acid sites are 0.55 meq/g and 0.86 meq/g for the unmodified and the impregnated fiber, respectively and the concentration of basic sites are 0.52 meq/ g and 0.77meq/g, respectively, indicating that the acfs surface is slightly acid. the results show that the acid treatment does not modify strongly the superficial groups content of acf. it may be seen that the isotherms from aqueous solutions fit to the lagmuir´s model. adsorption isotherms from aqueous solution. experimental data from the isotherms of pb2+ adsorption on the acfs fitted using langmuir’s and freunlich’s models [11], mathematically represented as: (5) (6) it may be seen that the isotherms from aqueous solutions fit to the langmuir’s model, and that the acfs produced i-type isotherms sample k qmax r m b cloth without treatment 72h 0.365 5.0916 0.9981 0.1964 0.538 impregnated cloth 72h 0.0753 8.8652 1 0.1128 1.4975 cloth without treatment 48h 0.1976 2.1677 0.9969 0.4613 2.3343 cloth without treatment 24h 0.1273 1.9186 0.9982 0.5212 4.0923 cloth impregnated 48 h 0.3667 2.1514 0.9907 0.4648 1.2673 cloth impregnated 24 h 0.0591 1.8637 0.9968 0.5544 9.3723 figure 9. isotherms from aqueous solution for the pb2+ adsorption for different conditions. adsorption isotherms from pb2+ aqueous solutions on unmodified and modified acfs with adjusting ph to 5.0 and temperature at 25°c are shown in figure 9. it may be seen that the impregnated acf has greater adsorption capacity than the unmodified acf. the pb2+ metallic cations in aqueous solutions adsorb more on the acf acid sites and the major acid sites are the carboxylic, phenolic and lactonic [11]. this explains the previous result since the impregnated acf has a greater acid sites concentration compared with the unmodified acf. it is important to note that the ph of the solution plays an outstanding role on the pb2+ adsorption, the employed ph was taken from the lead speciation curve shown in figure 10. it is considered that this ph change slightly modifies the results from figure 9 [29]. 0 2 4 6 8 1,5 21,5 41,5 61,5 81,5 101,5 121,5 141,5 161,5 concentration (ppm)q (m g pb a ds or be d/ g cl ot h) cloth without treatment cloth impregnated cloth impregnated cloth whitout treatment impregnated cloth cloth impregnated table 2. parameters of fit to the model langmuir´s since the increase at low concentrations is slightly pronounced and it agrees behaviors previously reported [49]. this type of isotherms is characteristic of the porous solids where the filling of micropores at low relative pressures is carried out. in the table 2 show of parameters of fit to the model langmuir´s. 66 ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 figure 10. lead speciation curve also, it can be observed that the capacity of the acf for adsorbing pb2+ increases when they are oxidized with h3po4 solution. the adsorption increase is due to the augment of the acid sites concentration during the oxidation and to the fact that lead is mainly adsorbed on these. n2 adsorption isotherms the surface area and the pore volume and average diameter are exhibited in the following figures for the unmodified and modified acfs. these calculations were made through the bet and dft methods. isotherm 260,9 276,7 292,5 308,3 324,1 339,9 355,7 371,5 387,3 403,1 0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 relative pressure p/po v ol um e c c/ gl a b figure 11. n2 adsorption isotherm for the unmodified and impregnated acf. in figure 11, the n2 adsorption isotherms at 77k for the unmodified and modified fibers are shown. in accordance to the iupac classification (international union of pure and applied chemists) classification, the obtained isotherms are i-type and these are characteristic of the microporous solids, where filling of the smaller pores at very low pressures takes place. in figure 11-a, a small hysteresis cycle makes evident the presence of other pores different on the acfs. the surface areas of the unmodified and modified acfs are 962m2/g and 1014 m2/g, respectively. the fiber, once is impregnated with phosphoric acid causes an increase in the superficial area and this is attributed to the oxidation process since involves a series of chemical reactions that eliminates some of the functional groups on the carbonaceous planes increasing the free space. in figure 12, the acfs pore distribution by the dft method is shown. the pore size distribution of the analyzed acfs makes evident that these fibers are essentially supermicroporous suggesting, indicating that most of the pore volume is enclosed in pores with diameters smaller between 0.8nm and 2.0 nm. from fig. 12-a, it may be seen that the pore volume of the impregnated fiber is greater than the one of the unmodified fiber due to the increase of contact time with h3po4 solution. this increases the quantity of produced microporosity because there is a greater action from the activante material and a pore uncovering due to the reactions between the impregnant agent and the acfs. dft pore volume histogram 0,0000 0,0076 0,0152 0,0228 0,0304 0,0380 0,0456 0,0532 0,0608 0,0684 5 20 35 50 pore width (a) po re v ol um e cc gl figure 12. pore distribution for unmodified and modificated for acf 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 5 10 15 ph fr ac tio n pb 2+ pb(oh)2(s) pb(oh)+ pb(oh)4 2pb(oh)367ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 breakage curves for the interpretation of the solidliquid interaction, it is necessary to take into account the adsorbate diffusion in the adsorbent particles. fick’s law is applied: j= -d(c)dc/dx where j represents the adsorbent flux per unit of time and area, d(c) corresponds to the diffusion coefficient, c is the concentration of the liquid phase in the adsorbent pores and x is the spatial coordinate. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000 acumulated time (seg) re la tiv e co nc en tra tio n (c /c o) figure 13. breakage curves for modificated (a) and unmodified (b) for fiber. as it may be seen in the figure 13, the concentrations of a fluid phase inside an acf fixed bed varies proportionally varies with the change of position of the saturation front in the bed and with the time; the differences that appear between acf treated and without treatment must fundamentally to the acid treatment. once the fluid comes into contact with the fixed bed, most part of the mass transfer takes place near to the bed entrance. after a while, the solid becomes saturated and most part of the matter transfer takes place far from the entrance. also, it can be observed that the impregnated fiber is a better adsorbent than the unmodified one because the saturation time is higher. scaling breakage curve for impregnated fiber. the length of the mass transfer depends on the velocity of matter transfer, the velocity of the flow and the shape of the equilibrium curve. the scale change of adsorbents is generally carried out from laboratory assays in a bed of small diameter that works with the same particle size and superficial velocity. to make the scaling calculations, the breakage curve of the fiber impregnated with h3po4 was used. an influent of 90.29 ppm in a burette with a capacity of 50 ml and a length of 14 cm was employed. the purpose is to achieve a scaling to a 40 cm long column. for the beginning times of the breakage curve, the output concentration is practically zero. frequently, the breakage point is taken as a relative concentration of 0.05 or 0.1 and since only the last portion of treated fluid has the highest concentration, the solute fraction separated from the beginning to the breakage point is usually 0.95 or higher. whether the adsorption continues beyond the breakage point, the concentration would increase quickly to approximately 0.5. values of uo of 0.2 cms-1, of ñtca of 0.012 g cm-3 and co of 4.366 x 10-7 mol pb2+ cm-3 were found. concentrations near 0.05 and 0.95 are going to afford breakage time, tb of 1538.18 s and saturation time, ts of 10403.19 s. the solute transference velocity, fa was calculated as 0.001074 mol pb2+ s-1 and the breakage and saturation capacities as qb = 1.57 mg.g-1 and qs = mg. g-1 . the time when c/co reaches the value of 0.5, t* is 7215.61 s. from these values, the lengh without using of the bed, lub, was found as 11.02 cm. the breakage time in these case, tb2 is 14958.54 s. with these values, a curve representing the saturation behavior inside the bed, according with the time of a column of the desired (40 cm) was plotted ( figure 14, lefthand curve). comparison of the two curves in fig. 14 shows that the calculated and experimental curves are in a very good agreement. 68 ecl. quím., são paulo, 32(3): 61-72, 2007 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 accumulated time (seg) re la ti ve c on ce n tra tio n (c /c o) scaling breakage curve impregnated cloth figure 14. curves of experimental breakage and scaling. the design of the adsorbent is in figure 15. figure15. external and internal part of the adsorbent conclusions the characterization of acf by by nitrogen physisorption indicated surfaces areas between 1000 and 1500 m2/g and that acfs area mainly microporous materials. the pores of the acfs are mainly microporous. the area of the impregnated acf increases during the oxidation. the points of zero charge for the unmodified and modified fibers are 4.3 and 2.3, respectively, these are area acid due to the fact that acfs have a larger concentration of acid than basic sites. the modified fiber became more acidic after the oxidation. the impregnated acfs presented a larger pb2+ adsorption capacity than the unmodified acf which is associated with the slight modification of groups by the acid treatment. the breakage curves allowed the appropriate adsorbent scaling. the breakage curve of the impregnated acf was used for the design because it showed to have better physicochemical properties than the unmodified acf. an adsorbent preliminary design was made using the breakage curves, with a length of 40 cm and a diameter of 5.2 cm. it is an experimental design that suggests that, in the future, a scaled version may be used. acknowledgements the authors wish to thank the master agreement established between the “universidad de los andes” and the “universidad nacional de colombia” and the memorandum of understanding entered into by the departments of chemistry of both universities. received 23 may 2007 accepted 05 september 2007 references [1] m. p. cal, m.j. rood, s.m. larson, gas. sep. purif. 10 (2) (1996) 110. 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bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.27 são paulo 2002 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702002000100020 síntese, caracterização e estudos de transferencia de energia do complexo dimérico constituído por zn e mn porfirina cláudio roberto neri* osvaldo antonio serra* fábio da silva vinhado* ana paula jecks maestrin* yassuko iamamoto* antonio gilberto ferreira** resumo: muitos compostos modelo contendo porfirinas têm sido preparados num esforço para entender o sistema de fotossíntese e os processos de aproveitamento de energia solar. sistemas doadores-receptores contendo porfirinas têm sido freqüentemente estudados para testar várias descrições teóricas sobre transferência de elétrons. o estudo de parâmetros fotoquímicos e fotofísicos como a distância para transferência de energia, geometria molecular e a diferença de potencial eletrônico, tem se mostrado importante para a definição da transferência eletrônica em porfirinas. neste trabalho apresentamos a síntese, purificação e caracterização por espectroscopia uv/vis, 1h e 19f rmn, luminescência e tempos de vida de novos modelos moleculares de porfirinas, que permitam investigar esses parâmetros. utilizou-se o dímero zn,mn(tppf4)2pip e seus monômeros zntppf4piph e mnf5tpp. a caracterização do znmn(tppf4)2pip, foi dificultada devido a presença de mn+3, devido ao forte acoplamento dos orbitais dp do manganês e o sistema p da porfirina, que aumenta a interação manganês-porfirina mudando o espectro eletrônico uv/vis e distorcendo os sinais de 1h e 19f rmn do dímero. a presença de mn+3 desloca e1/2 do anel porfirínico para valores mais negativos, o que resulta em reduções mais difíceis, impedindo a transferência de energia da znporfirina para a mnporfirina. palavra-chave: transferência de energia, complexo dimérico, rmn. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#nota introdução o design e a síntese de modelos biomiméticos contendo porfirinas têm contribuído muito para melhor entender os detalhes do mecanismo fotossintético e propiciando assim o desenvolvimento de novos materiais óptico-eletronicos. muitos dos trabalhos de modelos fotossintéticos envolvendo porfirinas sintéticas estão baseados principalmente no estudo da influência exercida pela disposição dos anéis porfirinicos, que podem agir como doador ou como receptor de energia20. a transferência de energia é o processo que ocorre quando uma espécie química, molécula, átomo ou íon, (doador) que tenha sido levada a um estado excitado, transfere esta energia de excitação (ou parte dela) para uma outra espécie química (receptor) que, por sua vez, pode emitir esta energia radiativamente. a transferência de energia do doador para o receptor pode ocorrer de duas formas: i) transferência radiativa envolvendo a emissão de um fóton do doador e a subsequente reabsorção pelo receptor e ii) transferência não radiativa causada pela interação entre os centros doadores e receptores. estas interações podem ocorrer por transferência de elétrons a curta distância (6 a 15 å) ou por interação dipolo-dipolo a longa distância (20 a 60 å)8,12. a transferência de energia fotoinduzida tem sido uma área de interesse para os químicos devido às suas diversas possibilidades de aplicação em vários setores essenciais como indústria, medicina e meio ambiente5. compostos versáteis como as porfirinas possuem componentes e propriedades que propiciam o estudo do efeito de orientação, energia, distância de transferência de energia e as velocidades de transferência de elétrons7,16. as porfirinas são cromóforos fotossintéticos naturais, que oferecem vantagens experimentais sobre outros sistemas doadores, dentre elas o desenvolvimento de vários métodos de síntese11,18, elevados valores de coeficiente de absortividade molar e rendimentos quânticos de emissão significativos3,13. neste sentido, tem havido um número crescente de relatos utilizando sistemas porfirínicos de alta complexidade molecular: como dendrímeros formados via ligação covalente4 ou sistemas supramoleculares9,19, atuando como doadores-receptores em estudos de transferência de elétrons e de energia induzidos fotoquimicamente. dentro do contexto apresentado, é necessário estudar os parâmetros envolvidos na transferência de energia entre diferentes moléculas de um sistema doador-receptor. neste sentido, este trabalho relata a síntese, caracterização por espectros no uv-vis e 1h rmn e 19f rmn e a posterior utilização do dímero zn,mn(tppf4)2pip (figura 1, 3), constituído por uma zn(ii)porfirina (figura 1, 2) e uma mn(iii)porfirina, nos estudos dos parâmetros envolvidos na transferência de energia fotoinduzida entre complexos porfirínicos. as unidades zn(ii)porfirina e mn(iii)porfirina são ligadas covalentemente por um espaçador piperazina. a porfirina usada para a obtenção do dímero é a 5,10,15-tris(fenil)-20-(pentafluorofenil)porfirina; h2tf5pp; (figura 1, 1) http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 materiais e métodos equipamentos utilizados: espectrofotômetro hp 8452 diode array, espectrômetro de rmn brücker dr x 400, espectrofluorímetrospex fluorolog ii,9,4 t e espectrômetro de tempo de vida de fluorescência–fl 900–edinburgh analytical instruments. reagentes: piperazina (merck 98%), f5tpph2, e znf5tpp, sintetizadas em nosso laboratório15. síntese da 5,10,15-tris(fenil)-20-(pentafluorofenil) porfirina, f5tpph2: a um balão de três bocas (2 l), de fundo redondo, adicionou-se 1l de dcm, 370 ml (3 mmols) de pentafluorobenzaldeido, 1,22 ml de benzaldeído (12 mmols) e 1,04 ml (15 mmols) de pirrol) numa proporção de 1:4:5. o meio reacional foi agitado (agitador magnetico), à temperatura ambiente, sob uma corrente uniforme de argônio, durante 15 minutos, adicionando-se 400 ml (2,5 mol.l-1) de uma solução estoque de bf3.et2 recém-destilado. o monitoramento da reação foi realizado pela remoção periódica de alíquotas de 50 ml, que foram oxidadas com excesso de ddq e acompanhadas por espectroscopia de absorção uv-vis. após 1:50 h do início da reação adicionou-se à mesma 2,77 g (11 mmols) de p-cloranil. a reação foi colocada sob refluxo à temperatura (banho de água) de 45º c durante 1h. após a reação ser resfriada à temperatura ambiente adicionou-se 520 ml de trietilamina e a solução foi rotoevaporada até um volume de 50 ml. em seguida, a porfirina foi pré-purificada em coluna de florisil e purificada em coluna de silica-gel. síntese da 5,10,15-tris(fenil)-20-(pentafluorofenil)porfirinato de zinco(ii), znf5tpp: a massa de 80mg da f5tpph2 foi dissolvida em 30ml de meoh:dcm (1:1) e aquecida até ao refluxo. foram adicionados 230 mg de zn(oac)2.2h2o, que corresponde a um excesso de 10 vezes. a solução foi aquecida por 2hs em refluxo, numa temperatura de ~45ºc. a metalação foi monitorada através de espectros uv/vis, onde se observou o deslocamento da banda soret. após a metalação, a solução foi rotaevaporada até a secura. o excesso de íons zn2+ foi eliminado através de lavagem com água destilada. a zincoporfirina sólida, foi colocada num tubo de ensaio, adicionou-se água destilada, agitou-se (ultra-som) e centrifugou-se o tubo (10 x). depois a zincoporfirina pura foi transferida com benzeno para um balão de fundo redondo, onde foi rotaevaporado até a secura síntese da zntppf4piph: uma massa de 94 mg de znf5tpp foi solubilizada em 10 ml de dimetilformamida (dmf) num balão de 3 bocas. em seguida adicionou-se 723mg de piperazina (pip) e a mistura reacionalfoi mantida sob agitação magnética e refluxo (~160ºc) por 4 horas. durante a reação observou-se mudança de cor da solução: inicialmente rosa para púrpura. o excesso de piperazina foi retirado através de uma extração dcm:água (1:1). a zntppf4piph foi purificada através de duas coluna de sílica gel (merck 70-230 mesh astm, altura da sílica gel de 13 cm e diâmetro de 3 cm). foram usados três eluentes: diclorometano (dcm) puro (eluiu a zntppf5), 5% de acetona em dcm e acetona pura (que eluiu a zntppf4piph). estas separações foram monitoradas por cromatografia em camada delgada. rendimento final 40%. síntese do dímero zn,mn(tppf4)2pip: uma massa de 36 mg de zntppf4pip foi dissolvida em 3ml de dmf dentro de balão de três bocas. em seguida, adicionou-se 42 mg de mnf5tpp, dissolvida em 2 ml de dmf. a mistura foi mantida em refluxo por 48h e a reação foi acompanhada por espectroscopia de uv-vis e cromatografia em camada delgada. a purificação do composto obtido foi feita em coluna de sílica gel (merck 70-230 mesh astm, 2,8 cm de diâmetro e 15 cm de altura da sílica gel). os eluentes utilizados foram dcm puro (responsável pela eluição da tf5pph2), dcm/acetona (1:1) (eluiu a zntppf4piph) e acetona pura (responsável pela eluição do dímero zn,mn(tppf4)2pip). a purificação foi acompanhada por cromatografia em camada delgada. rendimento final 5%. caracterização da zntppf4piph e zn,mn(tppf4)2pip · espectros de absorção uv-vis: registrou-se os espectros de absorção no uv-vis para as porfirinas f5tpph2, znf5tpp, zntppf4piph e da zn,mn(tppf4)2pip (~10-5 mol.l-1) em cela de quartzo de 10 mm de caminho óptico usando dcm como solvente. · análise por 1h rmn e 19f rmn: as estruturas dos complexos zntppf4pip e zn,mn(tppf4)2pip foram confirmadas através do espectro de 19f rmn e 1h rmn. dissolveu-se entre 10-15 mg da porfirina em 600 ml de cdcl3 usando tms como referência e a solução foi transferida para um tubo de rmn. estudos de transferência de energia no dímero zn,mn(tppf4)2pip. · medidas de fluorescência: as medidas de fluorescência (excitação e emissão) dos compostos f5tpph2, zntppf4piph e do dímero zn,mn(tppf4)2pip de concentrações ~ 10-5 mol.l-1 foram feitas usando dcm como solvente. · medidas de tempo de vida: registrou-se os tempos de vida de emissão através do espectrômetro de tempo de vida de fluorescência–fl 900. foram registrados os tempos de vida para os compostos: f5tpph2, zntppf4piph e o dímero zn,mn(tppf4)2pip (~10-5 mol.l-1/dcm) utilizando uma cela de quartzo de 1,00 cm de caminho óptico. resultados e discussão · espectros de absorção no uv-vis os espectros dos complexos znf5tpp e zntppf4piph apresentam as mesmas bandas de absorção (tabela 1), não sendo possível caracterizar a zntppf4piph por esta técnica. a freqüência da banda soret (região de 410 nm) e das bandas q (entre 500 e 600 nm) varia muito pouco para uma variedade de íons metálicos. o espectro de mn(iii)porfirina é uma exceção neste contexto. o orbital eg (dxz e dyz) do mn(iii) é adequado em energia e simetria para interagir com o orbital eg* (p *) da porfirina. desta forma os orbitais eg do mn(iii) perturbam o sistema p da porfirina, provocando as diferenças observadas no espectro uv-vis de mn(iii)porfirinas em comparação ao espectro de outras metaloporfirinas6. o espectro da zn,mn(tppf4)2pip, apresentouse como uma mistura dos espectros da zntppf4piph e da mnf5tpp conservando suas absortividades molares (tabela 1 e figura 2) http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 · caracterização dos compostos zntppf4piph e zn,mn(tppf4)piph por 1h rmn e 19f rmn. 1) 1 h rmn: a caracterização da zntppf4piph foi confirmada inicialmente por 1h rmn em comparação ao espectro da f5tpph2. o esquema de numeração de prótons para os compostos f5tpph2 e zntppf4piph é mostrado nas figuras 3 e 4 respectivamente. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig03 de acordo com os dados de 1h rmn obtidos para os compostos f5tpph2 e zntppf4piph pode-se observar que os sistemas de sinais de ambos são semelhantes (tabela 2, figura 5). o sinal em d = -2,74 ppm presente na f5tpph2 é devido aos prótons n-pirrólicos. com a inserção de zn, o sinal http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab02 desaparece totalmente na zntppf4piph, comprovando a presença do metal dentro da porfirina. os prótons da piperazina (espaçador) apareceram em d = (m) 3,54-3,35. a análise da relação de áreas dos sinais presentes no espectro da zntppf4piph (figura 5) mostra que as áreas dos picos dos prótons hb pirrólicos : hfenílicos : hpip estão na razão de 8:15:8, confirmando a estrutura da zntppf4piph. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig05 devido ao forte paramagnetismo do mniii, o espectro de 1h rmn do dímero apresentou-se bastante distorcido, com multipletos na região entre 7,36 8,94 ppm. 2) 19 f rmn : foi necessário realizar uma confirmação da ligação da piperazina ao pentafluorofenil por espectro de 19f rmn para o composto zn(tppf4)2pip. um esquema de numeração dos átomos de flúor é mostrado na figura 6. pelos dados da tabela 3, pode-se atribuir o duplo dublete em d = 127,4 ppm ao forto da zntppf4piph. como este flúor fica mais distante da piperazina, ele sofre uma menor influência do nitrogênio da piperazina, não sendo deslocado para maior valores de deslocamento químico (ppm) em comparação ao fmeta. em conseqüência, o duplo dublete em d = 139,9 ppm é atribuído ao fmeta da zntppf4piph, devido ao maior efeito exercido pelo nitrogênio, doador de elétrons, no campo magnético do fmeta. o sinal do fpara não foi encontrado, comprovando a ligação da porfirina ao nitrogênio da piperazina (figura 6). a análise da relação de áreas dos sinais presentes no espectro de 19f rmn (figura 7) mostra que as áreas dos picos dos átomos de flúor forto e fmeta estão na razão de 2:2, confirmando a estrutura da zntppf4piph. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig07 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab03 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig06 a análise por 19f rmn também foi utilizada na caracterização do dímero zn,mn(tppf4)2pip. um esquema de numeração dos átomos de flúor no dímero é mostrado na figura 8. o espectro do complexo zn,mn(tppf4)2pip (figura 9, tabela 4) apresenta um comportamento http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab04 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig09 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 atípico. é possível notar que o f1, que equivale aos forto da zntppf4piph, sofre deslocamento para a região de d = 145,2 ppm. em d = 145,8 ppm encontra-se um outro singlete, associado aos f2 mais próximos da piperazina, e que são equivalentes aos fmeta da zntppf4piph. os f3 que podem ser associados aos fmeta da mnf5tpp foram atribuídos ao sinal em d = 113,7 ppm, enquanto que os f4, que podem ser associados forto da mnf5tpp, foram atribuídos ao sinal em d = 110,6 ppm. o sinal do fpara não foi encontrado, comprovando a formação do dímero. a análise da relação de áreas dos sinais presentes no espectro mostra que as áreas dos picos dos flúors f1, f2, f3 e f4 estão na razão de 2:2:2:2, confirmando a estrutura da zn,mn(tppf4)2pip (figura 8). o sinal em d = -138,9 ppm não corresponde a nenhum sinal de flúor da porfirina. esta distorção no espectro deve-se provavelmente à pronunciada interação dos orbitais dp do manganês e do sistema p da porfirina6, além do efeito paramagnético da mniii, que torna o tempo de relaxação maior2. estudo da transferência de energia no dímero zn,mn(tppf4)2pip. · medidas de fluorescência após a confirmação da estrutura do complexo dimérico por rmn, iniciou-se os estudos dos parâmetros envolvidos na transferência de energia entre as unidades doadora e receptora do dímero zn,mn(tppf4)2pip por fluorescência. o espectro de emissão do dímero é semelhante ao espectro da zntppf4piph (figura 10), apresentando bandas de emissão em 594 e 643 nm, no entanto, a intensidade de fluorescência do dímero é bastante elevada. estes resultados sugerem que não há transferência de energia da unidade doadora zn(ii)porfirina para a unidade receptora mn(iii)porfirina. um estudo similar realizado com o dímero znfe(tppf4)2pip revela que a intensidade de fluorescência do dímero foi reduzida, ou seja, a intensidade máxima dos picos de emissão do dímero é cerca de 20% do valor do monômero. esta redução é devido à transferência de energia da unidade zn(ii)porfirina para a unidade fe(iii)porfirina18. · medidas de tempo de vida com os dados de fluorescência, determinou-se os tempos de vida dos compostos f5tpph2, zntppf4piph e zn,mn(tppf4)pip é possível que a inserção de zinco leve a uma diminuição na eficiência de transferência de energia, porque há, provavelmente, uma competição com a supressão através da transferência de elétrons14. conforme os dados apresentados na tabela 5, nota-se que o dímero possui um decaimento http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab05 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig10 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig08 biexponencial. um dos valores obtidos corresponde ao tempo de vida da zntppf4piph (1,8 ns) e outro corresponde a impurezas em pequena quantidade (9,7 ns). estas impurezas podem ser atribuídas à espécie f5tpph2, a qual possui um tempo de vida (8,5 ns) próximo ao maior valor obtido para o dímero (9,7 ns). nos estudos com o dímero zn,fe(tppf4)2pip [21] obteve-se um tempo de vida igual a 0,11 ns, que é cerca dez vezes menor do que o tempo de vida medido para o seu monômero (zntppf4piph). portanto os valores de tempo de vida obtidos para o sistema zn,mn(tppf4)2pip revelam que não está havendo transferência de energia da unidade zn(ii)porfirina para a unidade mn(iii)porfirina, confirmando os resultados das medidas de fluorescência, que sugeriam que não ocorre transferência de energia. estes resultados podem estar associados à forte interação entre os orbitais do mn(iii) e os orbitais da porfirina6. esta atribuição é reforçada quando comparamos zn,fe(tppf4)2pip (onde há transferência de energia)14 e zn,mn(tppf4)2pip (onde não há transferência de energia). os orbitais do fe(iii) não interagem da mesma forma que os orbitais do mn(iii) com os orbitais da porfirina, conforme é facilmente observado por espectroscopia de absorção no uv-vis para complexos fe(iii)porfirina, mn(iii)porfirina e porfirina base livre 6. um outro fator importante responsável pela supressão na transferência de energia entre as unidades do dímero zn,mn(tppf4)2pip é o efeito exercido pelo mn(iii) nos potenciais redox dos complexos de metaloporfirinas. os dados mostrados na tabela 6 sugerem que a presença do mn(iii) desloca o potencial de meia onda (e1/2) para valores mais negativos, ou seja, o mn(iii) conduz a reduções mais difíceis. mesmo a presença de um grupo pentafluorofenil, que é um grupo remover de elétrons do anel, não foi suficiente para deslocar o valor do e1/2 para valores mais positivos, possibilitando, assim a transferência de energia entre a unidade doadora e a unidade receptora no dímero zn,mn(tppf4)2pip. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000100020&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab06 considerações finais os espectros uv/vis das porfirinas znf5tpp e zntppf4piph são semelhantes, não possibilitando a caracterização da zntppf4piph. a caracterização foi realizada através de rmn 1h e 19f, sendo os sinais dos prótons da piperazina a principal diferença entre os espectros da f5tpph2 e a zntppf4piph. estes prótons, não puderam ser atribuídos a nenhum sistema, devido à mobilidade da estrutura da piperazina ao se ligar a porfirina. a caracterização do dímero, zn,mn(tppf4)2pip, apresentou bastante dificuldades devido à presença do mniii. o forte recobrimento dos orbitais dp do manganês e do sistema p da porfirina, aumenta a interação manganês-porfirina, alterando o espectro eletrônico uv/vis e distorcendo os sinais de rmn 1h e 19f do dímero. a caracterização do dímero por espectroscopia de absorção, excitação e emissão no uv/vis, não foi suficiente, sendo as espectroscopias de rmn 1h e 19f decisivas na determinação de sua estrutura. a presença do mniii desloca o valor de e1/2 para potenciais mais negativos, o que conduz a reduções mais difíceis, impossibilitando a transferência de energia da zincoporfirina para manganêsporfirina. mesmo com a presença de um grupo pentafluorofenil, que remove a densidade eletrônica do anel, não foi possível deslocar o valor do e1/2 para valores mais altos e possibilitar a transferência de energia. agradecimentos: os autores agradecem pelo auxílio financeiro da fapesp, capes e cnpq . neri, c.r., serra, o.a., vinhado, f.s., maestrin, a.p.j., iamamoto, y., ferreira, a.g. dimer derivative of zn and mn porfirin: synthesis, caracterization and energy transfer studies. ecl. quím. (são paulo), v.27, p. , 2002. abstract: porphyrins have revealed that factors as the energy transfer distance, molecular geometry and the difference of electronic potential, are important in a well defined electronic transfer. porphyrincontaining donor-acceptor systems have been usefully employed to test various theoretical descriptions of electron transfer. the objective of this paper consists on the synthesis, purification and characterization by uv/vis spectroscopy, 1h and 19f nmr, luminescence and lifetime of new molecular models, allowing the investigation of energy transfer parameters. this study was accomplished using the dimer zn,mn(tppf4)2pip and its monomers zntppf4piph and mnf5tpp. the dimer characterization, zn,mn(tppf4)2pip, was difficult due to the presence of mn3+. the strong overlap between dp orbitals of manganese and the porphyrin p system increases the interaction manganese-porphyrin in changing the uv/vis electronic spectrum and distorting the 1h and 19f nmr signals of dimer. the presence of mn3+ shifts the reduction potential of e1/2 of the porphyrin ring to more negatives values, what results in more difficult reductions, disabling the transfer of energy from zincporphyrin to manganeseporphyrin. keywords: energy transfer, dimer complex and nmr. referências bibliográficas 1 balzani, v.; scandola, f. supramolecular photochemistry. london: ellis horwood limited, 1991. v.1, cap.1-3. 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american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • supplementary information: all the manuscripts accept supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • credit authors statement to be add to the cover letter. information about the individual author contribution to the article (ex.: author 1 conceptualization, writing – original draft, methodology, validation, writing review and editing; author 2: visualization; author 3: validation, writing -review and editing; author 4: supervision, visualization, writing review and editing; author 5: supervision, visualization, writing review and editing). for coming issues. • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind review system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • citations should be sequentially numbered and presented in superscript arabica numbers throughout the text, (“…third generation biofuels products from algae feedstock1.”), and references should be compiled in square brackets at the end of the manuscript as follows: for coming issues. journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines iq.unesp.br/ecletica transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100 46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (two lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. for coming issues. supplementary information: the text is constituted of the first page of the main manuscript (removed the abstract and keywords) and information not included in the main text but able to complement experimental data or favors the comprehension of the manuscript such as: other experimental data not added to the main text, figures, tables, deduction of equations, texts specifying parts of the article, files with raw data, videos, etc. supplementary information should be referred in the main text using sequential numbering preceded of s to tables and figures numbers, that will find in the supplementary information (si). videos and raw data file will be indicated with the name of the file. examples: indication in the main text: (fig. s1, si); (table s1, si), (video: self-healing, si); (raw data: electrochemical noise data.xls, si). supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. si material should be submitted as supplementary files (it can be uploaded the necessary number of files). at the end of the main text the authors should inform: this article has supplementary information (tables, figures, text, deduction of equations, videos, raw data, etc.). eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is seven months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact letícia amanda miguel (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. • in step 1, select the appropriate section for this submission. • be sure that authors’ names, affiliations and acknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. • in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (ex. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). • add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. • be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. • check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br http://orcid.org/0000-0002-1825-0097 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | 21 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 abstract: a robust method of solid-phase extraction technique with use of the phenylbonded silica-based sorbent (si-ph sorbent) for pre-concentration of three booster antifouling biocides: zinc pyrithione, zineb and ziram in ultrapure water fortified and estuarine water sample was evaluated for zinc determination by collision cell technology-inductively coupled plasma-mass spectrometry (cct-icp-ms). decontamination process to remove metals and prevent (trans-) metallization of the si-ph sorbent with 20 ml of nitric acid 0.006 mol l-1 was performed. this proposed solid-phase extraction efficiency of three booster antifouling biocides by the phenyl-bonded silica-based sorbent (si-ph sorbent) was evaluated in 40 ml of ultrapure water fortified sample (40 μg l-1 of the zinc biocides). the adsorption of zinc pyrithione, zineb and ziram were 94.2 ± 0.1%, 85.13 ± 0.04% and 93.35 ± 0.09%, respectively. the limit of detection and limit of quantification values obtained were 0.66 μg l-1 and 2.19 μg l-1, respectively. good recoveries of zinc pyrithione (85 ± 2%), zineb (89 ± 5%) and ziram (111 ± 2%) in the elution step for booster antifouling biocides from the fortified estuarine water were obtained. evaluation of the phenyl-bonded silica-based sorbent for preconcentration of the booster antifouling biocides zinc pyrithione, zineb and ziram using solid-phase extraction technique and inductively coupled plasma mass spectrometry ana marta cavinato marchini rolisola1+ , amauri antônio menegário1 , lauren nozomi marques yabuki2 , luciana polese1 , chang hung kiang1 1. são paulo state university (unesp), enviromental studies center, rio claro, são paulo, brazil 2. são paulo state university (unesp), institute of geosciences and exact sciences, rio claro, são paulo, brazil +corresponding author: ana marta cavinato marchini rolisola, phone: +55 19 3526-9491, email address: anamartarolisola@hotmail.com article info article history: received: october 22, 2019 accepted: march 30, 2020 published: october 01, 2020 keywords: 1. antifouling 2. zinc pyrithione 3. zineb 4. ziram 5. solid-phase extraction 1. introduction the contamination of the marine environment by metals is mainly due to impact of anthropic activities. in areas where the nautical activity is intense, such as ports, marinas and docks, risk of contamination is significant due to circulation of ships and boats. to avoid biological fouling, ships and vessels treat the hull with antifouling paint. consequently, application of antifouling paints helps to prevent the settlement and growth of algae, mussels, and other marine organisms in the hulls of vessels and small ship. however, antifouling particles are released into the seawater gradually from these antifouling paints that were applied on the hulls of vessels and small ship representing risk to marine organisms. in 2001, international maritime organization (imo) prohibited tributyltin (tbt) in antifouling paints applied on ships1. so, a new generation of booster antifouling biocides has been used: chlorothalonil, dichlofluanid, irgarol 1051, tcms pyridine, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 mailto:anamartarolisola@hotmail.com http://orcid.org/0000-0001-9126-3970 http://orcid.org/0000-0002-1111-9758 http://orcid.org/0000-0001-9102-6561 http://orcid.org/0000-0002-0333-5143 http://orcid.org/0000-0002-6274-4510 original article 22 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 thiocyanatomethylthio-benzothiazole (tcmtb), diuron, dichloro-octylisothiazolin (dcoit, sea nine 211), zinc and copper pyrithione (zinc and copper omadine), zineb (zinc ethylenebisdithiocarbamate) and ziram (zinc dimethyldithiocarbamate)2-4. recently, there is a considerable increase in the use of zinc pyrithione (zn(pt)2) and copper pyrithione (cu(pt)2), in freshwater and seawater booster antifouling biocides, because their antimicrobial and antifungal activity is highly effective5. the effects and toxicity of booster antifouling biocides on different species of fish, crustaceans, invertebrates, and algae were studied6. studies with sea urchin eggs and embryos demonstrated that zn(pt)2 (0.01 fg l-1) is more toxic than cu(pt)2 (1,000 fg l-1)7. the zn(pt)2 showed similar toxicity to tbt for ascidian botryllus schlosseri cultured hemocytes in extremely low concentrations 31.7 μg l-1 and 158 μg l-1, respectively8. the sublethal exposure of mussels in the 14-day period to zn(pt)2 (0.2 or 2 mmol l-1), along with inorganic zn and seawater controls) was considered genotoxic for mussel haemocytes9. the authors showed in the acute toxicity study of zn(pt)2 in fish carassius sp. that the concentration required to kill half the members of a tested population after a specified test duration 96 h (lethal concentration 50% lc50 96 h) of zn(pt)2 in carassius sp. cultivated in freshwater or water with 1.5 or 3% salinity was 0.163, 0.126 and 0.113 mg l-1, respectively10. acute toxicity of booster antifouling biocides was determined for phytoplankton nitzschia pungens and zooplankton artemia larvae showed a half maximal effective concentration (ec50 96 h) for zineb (232 μg l-1), zn(pt)2 (5.5 μg l-1), ziram (5.4 μg l-1), cu(pt)2 (4.9 μg l-1) in phytoplankton nitzschia pungens. in zooplankton artemia larvae, the booster antifouling biocides present lc50 (48 h, for larval survivals) for zineb (41 mg l-1), ziram (4.8 mg l-1), zn(pt)2 (3.2 mg l-1) and cu(pt)2 (0.3 mg l-1)11. the development of analytical methods to determine environmental concentrations of these booster antifouling biocides (e.g. zinc pyrithione zn(pt)2, zineb and ziram) in complex matrices (e.g. estuarine water and seawater samples) is of great relevance due to the mechanisms of the oxidation and (trans-) metallization that currently complicate chromatographic analysis and other studies12. for the quantification of trace level analytes (μg l-1 or ng l-1) in complex matrices, it is necessary to use a sample preparation step. this step aims for the pre-concentration of analytes and the removal of interferents13-15. solid-phase extraction (spe) has a great potential to provide proper pre-concentration for ultra-trace analysis of booster antifouling biocides. in addition, spe avoids coelution of the matrix interferents along with the compounds of interest when high performance liquid chromatography (hplc) is used and an important advantage of spe is the possibility of extracting a wide range of analytes (from non-polar to very polar analytes) from a wide variety of samples16. spe as an aqueous sample preparation step should consider the characteristics of the sorbent, matrix solvents used in the conditioning and elution steps, analyte of interest and detector used to quantify the analyte. several methods have been used to preconcentrate the booster antifouling biocides by using, pre-column cartridge17,18, adsorbent column19 commercial cartridges20,21, extraction disks22 and c18-functionalized paramagnetic nanoparticles23. different hyphenated instrumental methods have been used to determinate the booster antifouling biocides over the years, e.g. hplc coupled with: i) ultraviolet–visible (uv-vis)10,12,17,20,23-26, ii) diode-array (dad)12, iii) electrospray ionization mass spectrometry (esi-ms)12, iv) atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry (apci-ms)18,25, v) tandem-mass spectrometry (ms/ms)26,27, vi) atomic absorption spectrometry28, vii) fluorescence29. specifically, for ziram and zineb, the amount of zinc present in booster antifouling biocide was determined by flame atomic absorption spectrometry (flame-aas) and spectrophotometry after separation using hplc30 and for residue analysis of zineb 68% + hexaconazole 4% mixture was used gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry (gc-ms/ms)31. the aim of this work was to evaluate the phenyl-bonded silica-based sorbent (sepra phenyl, phenomenex) for pre-concentration booster antifouling biocides zinc pyrithione, zineb and ziram from the estuarine water sample using spe technique. for the first time this sorbent was used to pre-concentrate the zinc-based booster antifouling biocides zinc pyrithione, zineb and ziram from the ultrapure water fortified sample (40 µg l-1) and estuarine water sample with metal removal to prevent (trans-) metallization. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 original article 23 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 2. experimental 2.1 materials and reagents the booster antifouling biocides zinc pyrithione (purity ≥ 95%, cas 13463-41-7), zineb pestanal® (purity 97%, cas 12122-67-7) and ziram pestanal® (purity 97%, cas 137-30-4) were obtained from sigma-aldrich (brazil). dimethylsulfoxide (dmso) was supplied by labsynth (brazil); hplc grade methanol (meoh) was purchased from panreac (spain); nitric acid (hno3) was obtained from merck (germany); resin chelex®-100 (na form, 100-200 wet mesh) was supplied by bio-rad (canada). the sepra phenyl sorbent (endcapped silicabased phenyl, 50 µm, 65 å, ≤ 10 kda) were obtained from phenomenex (usa) and commonly applied to reversed phase, hydrophobic and aromatic, small molecule selectivity from aqueous samples. quantitative filter paper c42 blue strip, diameter 12.5 cm was supplied unifil (germany) and 0.22 µm nylon filter (disk) allcrom (brazil). ultrapure water (18 mω cm resistivity) obtained with a millipore system (millipore, bedford, ma) was used exclusively. the stock solutions of 200 mg l-1 each booster antifouling biocide (zn(pt)2, zineb and ziram) was prepared in dmso monthly and stored in the refrigerator at 4 °c (in dark). 2.2 instrumentation the inductively coupled plasma optical emission spectrometer (icp oes) model icap 6000 series (thermo scientific, germany) was used to determine the higher concentrations of zinc and other metals presented in solution of hno3 0.006 mol l-1 and 1.6 mol l-1 used in decontamination processes. an inductively coupled plasma mass spectrometry (icp-ms) model x series ii (thermo scientific, germany) was used to zinc determination in the ultrapure water fortified sample, estuarine water sample of the santos/sp estuary (brazil) and methanol of the elution step. tab. 1 reports the instrumental and analytical parameters. the instrument was optimized before each reading with a 10 ng ml-1 standard tune solution (ba, be, bi, ce, co, in, li, ni, pb and u). table 1. instrumental and analytical parameters of icp-ms. parameter configuration used rf power 1,350 w nebulizer mira mist® spray chamber glass conical impact bead torch 1-piece, 1.5 mm injector diameter interface cones ni sampler and skimmer sample uptake rate 1 ml min-1, approx., pumped quadrupole resolution standard resolution mode: peak width 0.70 amu at 5 % height nebulizer gas 0.75 l min-1 plasma gas 13 l min -1 auxiliary gas 0.7 l min-1 monitored mass zn m/z 64 dwell time 10 ms cct gas (he 5.0 analytical) 8.3 ml min-1 acquisition mode peak jumping internal standard isotopes 45sc and 89y 2.3 decontamination processes 2.3.1 glassware and plastic materials, quantitative filter paper and 0.22 μm nylon filter all glassware and plastic materials were submerged in hno3 3.2 mol l-1 for 4 h, rinsed with ultrapure water and posteriorly, dried in laminar flow hood. the quantitative filter paper (used in the gravity filtration of si-ph sorbent) and 0.22 μm nylon filters (used in vacuum filtration of meoh) was decontaminated by placing in hno3 1.6 mol l-1 for 4 h. then they were washed with ultrapure water until ph = 6.0 and dried in a laminar flow hood. the decontamination process on the glass or https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 original article 24 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 plastic materials, the quantitative filter paper, 0.22 μm nylon filter and the si-ph sorbent was performed for zn removal (possibly presented in these materials with overestimation risk of the real zn concentration in estuarine water samples). further zn, the metal removal (cr, cu, fe and ni, for example) was also performed to avoid the possible (trans-) metallization of these metals with the zinc-based antifouling biocides12. therefore, chromium, copper, iron, nickel and zinc concentrations present in hno3 used for decontamination were determined by icp oes. this determination was performed by icp oes due to the possbile presence of these metals in higher concentrations, without a requirement for the detection technique with a higher sensibility as icp-ms. 2.3.2 zinc removal in methanol with chelex®-100 resin the zinc amount in the treated and not treated meoh with chelex®-100 resin (200-400 mesh, sodium form) was evaluated. for the treated meoh, 0.1 g of chelex®-100 resin was added in 25 ml of meoh. this mixture remained for 10 min under constant stirring and 10 min at rest. the zinc amount was determined by icp-ms from 10 ml of a meoh solution 5% (v v-1) treated with the chelex®-100 resin and another meoh solution 5% (v v-1) not treated with the chelex®-100 resin. posteriorly, for the zn removal present in the meoh (used in extraction of the booster antifouling biocides), 2.0 g of chelex®-100 resin were placed in 500 ml of meoh under constant stirring for 10 min followed by 10 min at rest. then the meoh was vacuum filtered using 0.22 μm nylon filter decontaminated and stored in a 500 ml glass bottle. 2.3.3 removal of the metals present in phenylbonded silica based sorbent to metal removal of the si-ph sorbent, 1.0 g of the si-ph sorbent in 20 ml of hno3 0.006 mol l-1 was placed under constant stirring for 20 min. the si-ph sorbent was then filtered using the gravity filtration technique and washed with 150 ml of ultrapure water until reach ph = 6.0. the chromium, copper, iron, nickel and zinc present in hno3 0.006 mol l-1 solution were determined by icp oes. 2.4 adsorption and recovery of zn(pt)2, zineb and ziram by the si-ph sorbent in the ultrapure water fortified sample in order to evaluate the adsorption and elution of zn(pt)2, zineb and ziram by the si-ph sorbent, tests were firstly performed with ultrapure water fortified sample. since no data of booster antifouling biocides was available for the study area and to prevent possible analyte losses in the experiment, the accuracy of the developed method was carried out at a higher level of fortification (40 μg l-1). using three falcon tubes, 50 ml of the ultrapure water was placed in each tube and was added zn(pt)2 in the first tube, zineb in the second tube and ziram in the third tube for final concentration of 40 μg l-1 of the each biocide (ph = 6.5 and t = 21.5 °c). this procedure was performed in triplicate for each booster antifouling biocide. a 10 ml aliquot of the solution was withdrawn before and after the experiment with si-ph sorbent. determination of zinc in each solution containing zn(pt)2, zineb and ziram by icp-ms was performed using 10 ml of each solution and acidified with hno3 3.2 mol l-1 (1.2 ml) and added ultrapure water (0.8 ml) to a final concentration of hno3 0.32 mol l-1. this test was performed in duplicate for each booster antifouling biocide. the conditioning and equilibration step was performed using 1 g of decontaminated si-ph sorbent. to condition and equilibrate the si-ph sorbent the gravity filtration technique was used and 10 ml of methanol and 10 ml of ultrapure water were added, respectively. a mass equal 1 g of si-ph sorbent (conditioned and equilibrated) was transferred to a falcon tube containing 40 ml of zn(pt)2, zineb and ziram solution (40 μg l-1). the falcon tube containing the solution and si-ph sorbent was kept under constant stirring for 1 h in the dark to prevent photodegradation. after stirring, the falcon tube was remained at rest for 10 min to decant the si-ph sorbent before removing the final aliquot. zinc determination by icp-ms in the initial and final aliquots allowed to calculate the adsorbed zinc mass and adsorption percentage of the zn(pt)2, zineb and ziram booster antifouling biocides in 1 g of si-ph sorbent. the adsorbed zinc mass was calculated by the concentration obtained by icp-ms multiplied by the dilution factor (1.2) and the volume of the solution (40). the percentage (%) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 original article 25 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 of adsorption was calculated using the values of initial concentration (ci) and final concentration (cf) of the solution by means of eq. 1: % adsorption = (ci – cf/ci) x 100. (1) 2.5 adsorption and recovery of zn(pt)2, zineb and ziram by the si-ph sorbent in the water sample of the santos/sp estuary (brazil) the estuarine water sample was collected in the estuary of santos/sp (brazil) downstream at latitude s22°51’30” and longitude w46°18’29”. a 6 l plastic bottle of mineral water was washed three times with ultrapure water and three times with the estuarine water. the non-filterable water sample was not acid preserved but the following experiments were performed at maximum 14 days after the sampling (as preconized epa sw-846 recommendations)32. to evaluate the adsorption and recovery of the booster antifouling biocides by the si-ph sorbent using water sample of the santos estuary/sp, 500 ml of the estuarine water was removed from the refrigerator one day prior to the experiment, transferred to a beaker and held at room temperature to decant the sediment. in order to determine the zinc concentrations in the estuarine water sample prior to fortification with booster antifouling biocides zn(pt)2, zineb and ziram, the analysis were performed by collision cell technology (cct)-icp-ms. the collision cell technology (cct) features a cell introduced before the mass analyzer which was used in icp-ms to provide an effective elimination of spectral interferences mainly, polyatomic interferences (i.e. 36ar14n2). using three falcon tubes, 50 ml of the estuarine water was placed in each tube and the sample was added zn(pt)2 in the first tube, zineb in the second tube and ziram in the third tube for final concentration of the 100 µg l-1 (ph = 7.8 and t = 21.5 °c). this procedure was performed in triplicate for each booster antifouling biocide. before adding the si-ph sorbent and after end experiment, a 10 ml aliquot of the fortified estuarine water sample was removed. determination of zinc in each sample containing zn(pt)2, zineb and ziram by cct-icp-ms was performed using only 0.5 ml of each solution and acidified with hno3 3.2 mol l-1 (1 ml) and added ultrapure water (8.5 ml) to a final concentration of hno3 0.32 mol l-1. a mass equal 1 g of decontaminated, conditioned and equilibrated si-ph sorbent was transferred to each falcon tube containing 40 ml of zn(pt)2, zineb and ziram. the falcon tube containing fortified estuarine water sample and the si-ph sorbent was under constant stirring for 1 h in the dark to prevent photodegradation. after stirring, the falcon tube was held to decant the si-ph sorbent before removing the final aliquot. determination of zinc by cct-icp-ms in the initial and final aliquots allowed the calculation of the adsorbed zinc mass and the percentage adsorption of the zn(pt)2, zineb and ziram biocides in 1 g of si-ph sorbent in the estuarine water sample. the adsorbed zinc mass was calculated by the concentration obtained by icp-ms multiplied by the dilution factor (20) and the volume of the solution (40). then, gravity filtration of the remainder of the sample (estuarine water and si-ph sorbent) was performed on the falcon tube. the si-ph sorbent that remained on the filter paper was washed with 5 ml of ultrapure water and transferred to another decontaminated quantitative filter paper. the sorbent transfer to another filter paper was performed to avoid that residues of the booster antifouling biocides that were not adsorbed by the sorbent and remained on the filter paper were eluted and consequently would overestimate the recovery values. initially, 1 ml of 100% meoh (v v-1) to elute the zn(pt)2, zineb and ziram from the si-ph sorbent was used. however, this volume was not enough to cover the mass of 1 g of si-ph. so, 5 aliquots of 1 ml (total = 5 ml) of 100% meoh (v v-1) previously treated with chelex®-100 were added under si-ph sorbent using the gravity filtration technique with an elution rate of the 2 ml min-1. for the zn determination in icp-ms, 0.5 ml eluate (meoh 100% (v v-1)) each booster antifouling biocide was diluted with 8.5 ml ultrapure water and acidified with 1 ml hno3 3.2 mol l-1. the eluate dilution was 20-fold, resulting in a final concentration of 5% (v v-1) for meoh and 2% (v v-1) for hno3. this dilution was necessary because the introduction of organic solvents in the icp-ms can cause signal suppression, as the intensity the signal is directly related to the concentration of methanol33. a solution containing meoh 5% (v v -1) and hno3 2% (v v -1) was nebulized for 15 minutes to stabilize the plasma before analysis of calibration https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 original article 26 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 curve and samples. the calibration curve of 0, 5, 10, 25, 50 and 75 μg l-1 was prepared using the same meoh and hno3 concentrations of the eluate and the stabilization solution. 2.6 limit of detection and quantification the procedure for determining the limit of detection and quantification of the proposed method was performed in the elution step (triplicate). the limit of detection and quantification of the spe method developed was calculated by multiplying the standard deviation of zinc obtained in the eluate by 3 and by 10, respectively. the limit of detection and quantification of this spe method proposed was estimated according iupac recommendations by multiplying the standard deviation of zinc obtained in the eluate (blanks) by 3 and by 10, respectively. subsequently, the zinc concentration obtained in the eluate (blanks) in this experimental procedure was subtracted from the eluent of the biocides in the zn(pt)2, zineb and ziram recovery test by the si-ph sorbent in the water sample from the santos/sp estuary34. 3. results and discussion 3.1 decontamination processes 3.1.1 removal of zinc present in methanol with chelex®-100 resin the zn amount present in the not treated meoh solution decreases from 18 ± 1 μg l-1 to 3 ± 0.1 μg l-1 compared with the treated meoh solution indicating a reduction of approximately 83%. therefore, the methanol treated with chelex®-100 resin was used in the spe method development. 3.1.2 removal of the metals present in phenylbonded silica based sorbent the concentrations of the cr, cu, fe, ni, and zn metals were determined quantitatively in a volume of 20 ml of hno3 0.006 mol l-1 used in the si-ph sorbent decontamination process by and the results are presented in tab. 2. it was observed that zn has the highest concentration (174 ± 1 µg l-1) followed by fe (28 ± 1 µg l-1) and ni (15.9 ± 0.8 µg l-1). the concentrations of cu and cr metals were below 8 μg l-1. based on these results, it is demonstrated the need of carrying out the si-ph sorbent decontamination process for subsequent use in spe of the booster antifouling biocides. this is justified by the fact that the booster antifouling biocides have zn in their composition and this metal showed the highest concentration in the siph sorbent decontamination process. it should be noted that the decontamination process avoided the (trans-) metallization of the booster antifouling biocides with the other metals present in the siph sorbent. the choice of hno3 concentration 0.006 mol l-1 used in the si-ph sorbent decontamination process was based on the fact that the si-ph sorbent is the silica base and its ph working range is between 2 and 8 as recommended by the manufacturer35. silica becomes unstable and may contain residual silanols resulting in irreversible adsorption of basic compounds outside this ph working range36. table 2. metal concentrations quantified in the si-ph decontamination process of by icp oes (axial view). solution [cr]/ µg l-1 [cu]/ µg l-1 [fe]/ µg l-1 [ni]/ µg l-1 [zn]/ µg l-1 1 3.9 ± 0.3 8.5 ± 0.4 < loq < loq 202 ± 2 2 3.1 ± 0.5 9.8 ± 0.7 < loq 15 ± 6 < loq 3 3.4 ± 0.1 8.1 ± 0.1 38.5 ± 0.4 < loq < loq 4 3.4 ± 0.1 8.7 ± 0.9 < loq 18.60 ± 0.09 177.0 ± 0.4 5 < loq 7.5 ± 0.1 < loq < loq 149.2 ± 0.7 6 3.1 ± 0.3 10.4 ± 0.4 23.9 ± 0.4 15.1 ± 0.6 192.3 ± 1.4 7 2.9 ± 0.3 7.2 ± 0.4 33.4 ± 0.4 12.5 ± 0.4 155.8 ± 0.2 8 3.1 ± 0.1 7.0 ± 0.4 30.40 ± 0.02 18.0 ± 0.4 164 ± 2 9 2.1 ± 0.9 6.8 ± 0.8 25.7 ± 1.1 14 ± 3 164.5 ± 0.6 10 2.0 ± 0.6 5.5 ± 0.4 30.8 ± 0.3 15.0 ± 0.1 < loq 11 < loq 6.3 ± 0.9 19.6 ± 1.7 13.6 ± 0.1 152.6 ± 0.6 12 < loq 6.7 ± 0.3 16.5 ± 0.3 14.100 ± 0.003 164 ± 2 continue... https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 original article 27 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 13 2.4 ± 0.6 7.9 ± 0.2 30 ± 3 15.0 ± 0.3 175.9 ± 0.8 14 2 ± 1 10.9 ± 0.4 27 ± 2 15.2 ± 0.2 190.9 ± 0.9 15 3.4 ± 0.4 8.6 ± 0.5 27.6 ± 0.6 15.84 ± 0.04 180.7 ± 0.9 16 2.7 ± 0.4 8.4 ± 0.2 40.9 ± 0.8 18.8 ± 0.1 17 ± 1 17 3 ± 1 7 ± 1.4 26 ± 4 19.9 ± 0.8 176 ± 7 18 2.3 ± 0.2 7.2 ± 0.5 18 ± 1 18.3 ± 0.1 197.7 ± 0.9 mean ± sd 2.9 ± 0.2 7.9 ± 0.5 27.7 ± 1.1 15.9 ± 0.8 174 ± 1 lod 0.54 1.01 1.73 0.49 0.77 loq 1.78 3.38 2.44 1.64 2.58 λ (nm) 283.5 324.7 259.9 231.6 213.8 3.1.3 quantitative filter paper table 3 reports the concentration of the metals found in the quantitative filter paper and a zinc concentration of 156 ± 2 μg l-1. based on these results, it was concluded that it would occur overestimation of levels in the elution step of biocides. in addition, the presence of fe and ni metals may contribute to (trans-) metallization with the booster antifouling biocides. therefore, the decontaminated filter paper was used in all stages of the gravity filtration technique and especially in the elution step. table 3. metal concentrations quantified in the filter paper decontamination process by icp oes (axial view) (n = 15). solution of hno3 [cr]/ µg l-1 [cu]/ µg l-1 [fe]/ µg l-1 [ni]/ µg l-1 [zn]/ µg l-1 mean ± sd < loq < loq 194 ± 10 22 ± 3 156 ± 2 lod 0.82 0.56 1.13 0.40 0.34 loq 2.74 1.86 3.76 1.32 1.12 λ (nm) 267.7 324.7 238.2 221.6 213.8 3.1.4 adsorption and recovery of zn(pt)2, zineb and ziram by the si-ph sorbent in the ultrapure water fortified sample usually, 100-200 ml of water sample is used to percolate the cartridge containing silica with a flow rate above 2 ml min-1 by use of the manifold37. however, the developed method used only 40 ml of sample and the direct contact and constant stirring of the si-ph sorbent contributed to a good adsorption of the booster antifouling biocides as showed in tab. 4. the stock solution dissolutions of the booster antifouling biocides resulted a ph value of 6.5 in the ultrapure water fortified sample which is close to that found in tropical estuarine environment water38,39. the adsorbed mass and adsorption of the booster antifouling biocides by the si-ph sorbent in the ultrapure water fortified solution in the spe procedure as showed in tab. 4. the results evidenced that zn(pt)2 demonstrated good adsorption, indicating the occurrence of π-π interactions between the phenyl group present in both si-ph sorbent and zn(pt)2 40. this feature is advantageous because it allows its application in the reverse phase spe for extraction of zn(pt)2 from the estuarine water. it is suggested that hydrophobic interactions could occur between the si-ph sorbent and the zineb and ziram, once both have nonpolar groups at their endings and were eluted with methanol, which is used for the extraction of nonpolar analyte and moderately nonpolar analyte by use of reverse phase spe technique. table 4. adsorption of zn(pt)2, zineb and ziram by the si-ph sorbent in spe in ultrapure water fortified with booster antifouling biocides (n=3). analyte [zn] in. sol. / µg l-1 [zn] final sol. / µg l-1 adsorbed mass / µg (% rsd) adsorption / % zn(pt)2 36.6 ± 0.5 2.11 ± 0.05 1.3 ± 0.1 (9.07) 94.2 ± 0.1 zineb 43.3 ± 0.3 6.40 ± 0.07 1.47 ± 0.02 (1.36) 85.13 ± 0.04 ziram 49.1 ± 0.4 3.2 ± 0.1 1.83 ± 0.01 (0.73) 93.35 ± 0.09 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 original article 28 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 3.1.5 adsorption and recovery of zn(pt)2, zineb and ziram by the si-ph sorbent in the water sample of the santos/sp estuary (brazil) the adsorbed and eluted mass and the % recovery of zn(pt)2, zineb and ziram by the si-ph sorbent in the sample (santos/sp estuary water) fortified with the booster antifouling biocides in the spe procedure are presented in tab. 5. the type and volume of conditioning and elution solvent (methanol) used in spe of booster antifouling biocides from estuarine water demonstrated good extraction efficiency (recoveries between ~85% and 111%) due to the fact that methanol is more polar than si-ph sorbent and used for the extraction of nonpolar analyte and moderately nonpolar analyte41. in addition, the extraction efficiency was favored by dividing the volume of 5 ml of methanol used in the elution into 5 times of 1 ml. the concentration factor obtained by the ratio of the initial sample volume (40 ml) to the final volume of the concentrated solution (5 ml) was 8. this concentration factor was sufficient to quantify the zinc by icp-ms in the eluate after the 20-fold dilution. the recovery of zn(pt)2 in estuarine water (85 ± 2%) in the developed method is very close to that obtained by grunnet and dahllöf20, where they obtained 85% recovery for zn(pt)2 when using cartridge strata x in the spe technique to pre-concentrate zn(pt)2 from seawater. this fact demonstrates that the use of the gravity filtration technique used in this research did not negatively influence the results obtained in the elution step. good recoveries for zinc pyrithione (85 ± 2%), zineb (89 ± 5%) and ziram (111 ± 2%) in the elution step for booster antifouling biocides from the fortified estuarine water were obtained. these results are in accordance with the recommendation of the us environmental protection agency (epa), because they accept to validate extraction methods with recovery in the range of 70% to 130%37. in addition, it is emphasized that the si-ph sorbent (phenyl-bonded) was first evaluated to adsorb the dithiocarbamates zineb and ziram from estuarine water. table 5. zinc recovery in the santos/sp estuary water sample fortified with zn(pt)2, zineb and ziram (n=3). analyte adsorbed mass / µg ± sd (% rsd) eluted mass / µg ± sd (% rsd) recovery / % zn(pt)2 1.85 ± 0.08 (4.59) 1.5 ± 0.1 (6.27) 85 ± 2 zineb 2.43 ± 0.08 (3.49) 2.1 ± 0.1 (7.78) 89 ± 5 ziram 2.20 ± 0.08 (3.86) 2.45 ± 0.06 (2.60) 111 ± 2 3.1.6 limit of detection and quantification based on the experimental procedure for the determination of the limit of detection and quantification of the spe method developed, the concentration of zinc obtained in the eluate (triplicate) of this procedure was 0.9 ± 0.2 μg l-1. therefore, the limit of detection (lod) of the spe analytical method using the fortified sample of estuarine water was calculated by multiplying of the standard deviation (0.2) by 3 and the limit of quantification (loq) by multiplying of the standard deviation (0.22) by 10. so, the lod and loq values obtained for spe were 0.66 μg l-1 and 2.19 μg l-1, respectively. 4. conclusions the metals removal procedure of the phenylbonded silica-based sorbent was efficient, once it eliminated the possibility of overestimation of the values during the determination of zinc by icpms and avoided the (trans-) metallization of the biocides with others metals cr, cu, fe, ni present in the si-ph sorbent. the results obtained in this research allow to conclude that the proposed analytical method is efficient, considering the lod obtained of 0.66 μg l-1. good recoveries were obtained between ~85% and 111% in the elution step of the zn(pt)2, zineb and ziram biocides in the spe by zinc determination via icp-ms from the fortified estuarine water without altering the ph, filtering or diluting the sample in ultrapure water. additionally, the proposed approach it may be useful in the sample preparation step for speciation studies of the booster antifouling biocides zn(pt)2, zineb and ziram in estuarine water, such as, in the hplc-icp-ms coupling https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 original article 29 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 because the proposed approach pre concentrated the sample and it eliminates the (trans-) metallization that could occur with the metals present in the evaluated sorbent. acknowledgments the authors thank são paulo research foundation (fapesp grant #2015/03397-4), brazilian national council for scientific and technological development (cnpq grant #164326/20154) and coordination for the improvement of higher education personnel (capes) for financial support. references [1] yebra, d. m., kiil, s., dam-johansen, k., antifouling technology—past, present, and future steps towards efficient and environmentally friendly antifouling coatings, progress in organic coatings 50 (2) (2004) 75-104. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2003.06.001. 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https://doi.org/10.1017/s0025315406014147 https://doi.org/10.1017/s0025315406014147 https://doi.org/10.1017/s0025315406014147 https://doi.org/10.1017/s0025315406014147 https://doi.org/10.1017/s0025315406014147 https://doi.org/10.1017/s0025315406014147 https://doi.org/10.1556/1326.2017.00294 https://doi.org/10.1556/1326.2017.00294 https://doi.org/10.1556/1326.2017.00294 https://doi.org/10.1556/1326.2017.00294 https://doi.org/10.1556/1326.2017.00294 https://doi.org/10.1556/1326.2017.00294 https://doi.org/10.1556/1326.2017.00294 https://doi.org/10.1021/jf960008l https://doi.org/10.1021/jf960008l https://doi.org/10.1021/jf960008l https://doi.org/10.1021/jf960008l https://doi.org/10.1021/jf960008l https://doi.org/10.1021/jf960008l https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)81808-2 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)81808-2 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)81808-2 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)81808-2 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)81808-2 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2004.05.041 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2004.05.041 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2004.05.041 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2004.05.041 https://doi.org/10.1007/s10661-018-6897-7 https://doi.org/10.1007/s10661-018-6897-7 https://doi.org/10.1007/s10661-018-6897-7 https://doi.org/10.1007/s10661-018-6897-7 https://doi.org/10.1007/s10661-018-6897-7 original article 31 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 21-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p21-31 environmental monitoring and assessment 190 (9) (2018) 503. https://doi.org/10.1007/s10661-018-68977. 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https://doi.org/10.1016/j.sab.2004.07.007 https://doi.org/10.1016/j.sab.2004.07.007 https://doi.org/10.1351/pac199567101699 https://doi.org/10.1351/pac199567101699 https://doi.org/10.1351/pac199567101699 https://doi.org/10.1351/pac199567101699 https://doi.org/10.1351/pac199567101699 http://phx.phenomenex.com/lib/br27941114_w.pdf http://phx.phenomenex.com/lib/br27941114_w.pdf http://phx.phenomenex.com/lib/br27941114_w.pdf http://phx.phenomenex.com/lib/br27941114_w.pdf https://doi.org/10.1016/j.aca.2009.10.004 https://doi.org/10.1016/j.aca.2009.10.004 https://doi.org/10.1016/j.aca.2009.10.004 https://doi.org/10.1016/j.aca.2009.10.004 https://doi.org/10.1016/j.aca.2009.10.004 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(99)00832-8 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(99)00832-8 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(99)00832-8 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(99)00832-8 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(99)00832-8 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.04.011 https://doi.org/10.1016/j.ecss.2014.08.013 https://doi.org/10.1016/j.ecss.2014.08.013 https://doi.org/10.1016/j.ecss.2014.08.013 https://doi.org/10.1016/j.ecss.2014.08.013 https://doi.org/10.1016/j.ecss.2014.08.013 https://doi.org/10.1016/j.ecss.2014.08.013 https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0258 https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0258 https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0258 https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0258 https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0258 https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0258 https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0258 https://www.sigmaaldrich.com/graphics/supelco/objects/4600/4538.pdf https://www.sigmaaldrich.com/graphics/supelco/objects/4600/4538.pdf https://www.sigmaaldrich.com/graphics/supelco/objects/4600/4538.pdf https://www.sigmaaldrich.com/graphics/supelco/objects/4600/4538.pdf editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 3 | 2018 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry, udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza lucas henrique de carvalho machado eclética química journal 2018 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 2 | 2019 | 37 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 direct determination of arsenobetaine and total as in robalo fish liver and tuna fish candidate reference material by slurry sampling graphite furnace atomic absorption spectrometry (sls-gf aas) carla maíra bossu1+, vivian montes de oca carioni2 , juliana naozuka3 , pedro vitoriano de oliveira4, cassiana seimi nomura4 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil 2 university of missouri (mu), research reactor center, 1513 research park dr, columbia, missouri, united states of america 3 federal university of são paulo (unifesp), 275 prof. artur riedel st, diadema, são paulo, brazil 4 university of são paulo (usp), institute of chemistry, 748 prof. lineu prestes hw, são paulo, são paulo, brazil +corresponding author: carla maíra bossu, email address: carla.bossu@gmail.com article info article history: received: october 21, 2018 accepted: january 9, 2019 published: april 25, 2019 keywords: 1. arsenic 2. direct chemical speciation 3. tuna fish 4. robalo liver 5. reference material 1. introduction marine organisms have been intensively used as bioindicators for ecological risk assessment, enabling the monitoring of potentially toxic elements, such as arsenic (as), which provides information about the risk of human contamination1. consequences of exposure to as in humans include progressive deterioration in motor and sensory responses, problematic pregnancy outcomes, cardiovascular disease and skin hyperpigmentation, as well as lung, skin and bladder cancer, and even death2,3. however, the toxicity of as depends on its chemical species. the most toxic as species present in marine organisms are the arsenite (as(iii)) and arsenate (as(v)), followed by the methylated (mma) and dimethylated (dma) forms1. although fishes can contribute with up to 90% of all arsenic exposure originated from food, only a low portion of this element is present in its inorganic form. this is related to the presence of large amount of arsenobetaine (asb), which is a relatively nontoxic form of arsenic. in general, asb correspond to 80-90% of as in fish1,4,5. taking into consideration that different as species induce different toxicity levels, some countries have established regulations for inorganic as content in food. china, for example, set maximum inorganic as levels for inspection of aquatic products (fish and products from fish, with the exception of live fishes). in this case, inorganic abstract: this work describes a simple and rapid screening method for direct speciation of arsenobetaine (asb) in tuna fish tissue and total as in tuna fish tissue and robalo liver using sls-gf aas. all procedures were proposed after careful optimization of pyrolysis and evaluation of chemical modifiers. best results for total as were acquired using 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 in tuna fish (4.4 ± 0.3 mg kg-1) and 100 µg pd + 0.1 % w/v triton x-100 solution in robalo liver (10.3 ± 0.6 mg kg-1) as chemical modifiers. the direct speciation of asb (3.6 ± 0.4 mg kg-1) in tuna fish was achieved when 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 was used as a chemical modifier. accuracy was verified using a tuna fish certified reference material (crm bcr 627), with statistically equivalent concentrations (student’s t-test) for both total as and asb. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 mailto:carla.bossu@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-0682-6885 http://orcid.org/0000-0001-8963-1172 http://orcid.org/0000-0003-1504-0323 original article 38 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 arsenic (ias) was regulated to a maximum of 0.01 mg kg-1 and 0.5 mg kg-1 for finfish and other fishes, respectively6. the maximum level of ias in marine organisms was also regulated by australia and was set as 2.0, 2.0, 1.0 and 1.0 mg kg-1 for crustaceans, fish, shellfish, and algae, respectively7. the european union has not established legislation to limit of the arsenic species in marine organisms but recommends the monitoring of ias levels in fish feed, algae and animal feed. in this case, the maximum ias content recommended is 2 mg kg-1 8,9. the determination of total arsenic concentration can be performed using many analytical techniques. although as speciation has been frequently reported in the literature, incorrect results are not uncommon. the errors are generally related to the matrix complexity and the wide variety of materials that are routinely analyzed. this problem becomes even more evident when analyses of samples with low analyte content are required. one way to ensure the quality of analytical results in this case is the use of reference materials (rms), which allow the assessment of the method accuracy and ensure the quality of the analytical results. additionally, rms are also used for instrument calibration, especially when direct solid sampling techniques are required10,11. according to the comar database (international database of certified reference materials)12, the development of new rms has been continually growing, because of the market development and the production of new industrial materials. the demand of rms for speciation analyses has been also increasing, especially the ones dedicated to do the screening and identification of toxic and non-toxic species13,14. generally, speciation analyses are based on chromatographic methods with, including liquid chromatography coupled to inductively coupled plasma mass spectrometry (lc-icp-ms), which remains the main choice for arsenic species determination15,16,17. the use of instrumental neutron activation analysis (inaa) to as detecting has been used to validate as species mass fractions combined with lc-icp-ms14. it was demonstrated by the results that inaa can account for 100% of arsenic species distribution in analytical processes, complementing lc-icp-ms technique in validation of the as species characterization in the development of rms to such chemicals species. the sample preparation for speciation analysis is generally a crucial and laborious step, as interconversion, losses or degradation of species must be avoided. the use of direct solid sampling in graphite furnace atomic absorption spectrometry (gf aas) can be a good alternative to avoid or minimize the sample treatment step18,19. in this case, the use of different chemical modifiers and/or different heating program conditions may result in the measurement of different species20. recently, some studies have used electrothermal atomic absorption spectrometry (et aas) for as(iii), as(v), mma, dma and asb speciation in fish-based foods20-25. significant differences were reported for the atomization of ias and asb or arsenocholine (ac) when using different chemical modifiers. these studies have shown evidence that the behavior of these species in the atomizer is different and depends on the chemical modifier used for the measurements20. lópez-garcía and co-workers have developed a method to measure ias (as(iii) and as(v)), ma, dma and asb in fish-based baby foods by et aas, using slurries prepared in tetramethylammonium hydroxide (tmah) solution and a chemical modifier based on palladium salt, which was used for total as determination, whereas a chemical modifier based on ce(iv) was used for determination of inorganic arsenic (as(iii) and as(v)) + ma. the authors also used a zirconium coated atomizer for determination of dma and asb25. in this context, the present work aimed to develop a simple procedure for direct measurement of total as and some as species by sls-gf aas. direct chemical speciation of as in tuna fish (rm) and robalo liver prepared in our laboratory was evaluated using different masses of pd and mg as chemical modifier solutions. the results found in this work were compared to those obtained for the same samples by inaa and lc-icp-ms in a previous work14. the accuracy of the proposed method was also verified using tuna fish certified reference material (crm) bcr 627 from the institute for reference materials and measurements (irmm, belgium). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 original article 39 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 2. materials and methods 2.1 instrumentation the measurement of arsenic species was carried out using a model zeenit 60 atomic absorption spectrometer (analytik jena ag, jena, germany), equipped with a hollow arsenic cathode lamp, a transverse heated graphite tube atomizer, and a zeeman background corrector. pyrolytically coated transverse heated graphite tubes and pyrolytically coated boat-type solid sampling platforms (analytik jena) were used throughout. a manual solid sampling accessory (ssa-6 z, analytik jena ag, germany) with pre-adjusted micro-tweezers was used to transfer the boat-type platform to the graphite tube. for purging and protection gas, argon (99.998%, v/v; air liquide brazil, são paulo, brazil) was used. table 1 presents the instrumental parameters used after optimizing the pyrolysis temperature. table 1. instrumental parameters, experimental conditions, and heating program used in the total and direct chemical speciation of arsenic by sls-gf aas. instrumental parameters wavelength 193.7 nm slit 0.8 nm lamp current 6 ma heating program for total as determination by sls-gf aas step temperature/°c ramp/°c s-1 hold time/s ar flow/l min-1 drying 130 10 20 1.0 pyrolysis 1200 100 40 1.0 atomization 2500 2600 6 0 cleaning 2600 1200 3 1.0 a freeze-dryer (thermo electron corporation), a food cutting mill (gm 200 model, retsch, germany) and a cryogenic mill with a selfcontained liquid nitrogen bath (ma 775 model, marconi, brazil) were used for preparation of tuna fish candidate reference material. 2.2 reagents and materials all solutions were prepared using high-purity deionized water obtained from a milli-q water purification system (millipore, bedford, ma, usa). analytical reference solutions of as were prepared by successive dilutions of a stock solution containing 1000 mg l-1as(iii) and as(v) (sigma– aldrich, germany) and analytical reference solutions of asb were prepared from stock solutions containing 200 mg l-1 asb (sigma aldrich, brazil). solutions of 10 g l-1 pd(no3)2 (suprapur, merck) and 10 g l-1 mg(no3)2 (suprapur, merck) were used to prepare the chemical modifier solutions. triton x-100 (merck) was added to the chemical modifier solution (0.1% w/v). calibration analytical curves for total as determination were obtained by using reference solutions with concentrations between 5.0 and 100.0 µg l-1 of as(iii) in tmah 0.2% (v/v) or hno3 0.1% (v/v). calibration analytical curves for asb determination were obtained using analytical solutions with concentrations between 12 and 240 µg l-1asb in 0.1% v/v hno3. 2.3 samples tuna fish candidate rm and robalo liver were collected at a fish market in são paulo (brazil) and prepared according to the procedure described by carioni et al.26 and naozuka and nomura27. briefly, the tissue was separated, cleaned with deionized water, cut into 2 cm3 pieces, frozen and freeze-dried for 48 h. the milling of the dried samples was performed using a cutting mill for 3 min at 5,000 rpm, followed by cryogenic milling (5 min of freezing followed by 3 cycles of 2 min of grinding, with 1 min of freezing between each cycle). the resulting final product was radiationsterilized, bottled, and stored. tuna fish certified reference material (crm bcr 627) from the institute for reference materials and measurements (irmm, belgium) was used to check the accuracy of the methods developed for measurement of as species and total as mass fraction. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 original article 40 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 2.4 procedures 2.4.1 evaluation of pyrolysis temperature pyrolysis temperature curves were evaluated in the absence and presence of two different chemical modifiers: 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 and 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x-100. the temperature was evaluated in a range of 180-1600 °c using increments of 20 oc. slurries were prepared for this purpose using the procedure described by lópez-garcía, briceño and hernández-córdoba25 with modifications in the mass of tuna fish and tmah concentration. briefly, the slurries were prepared using 100 mg of tuna fish candidate reference material in 5.0 ml of tmah 0.2% (v/v)25. 2.4.2 sample preparation for total as and species determination slurries were prepared using 100 mg of sample, 5.0 ml of h2o and agitation in vortex (quimis, q220, diadema, são paulo) at 25 °c. before each measurement, the sample slurry was homogenized using a pipette and then aliquots of 20 µl were injected into the atomizer together with 10 µl of different chemical modifiers: 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100, 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 or 100 µg pd + 0.1% w/v triton x-100. the heating program optimized for the analysis is presented in table 1. analytical calibration curves were obtained using solutions containing different as(iii) concentrations (5.0 and 100.0 µg l-1) prepared in 0.1% v/v hno3. 3. results and discussion 3.1 heating program optimization the pyrolysis temperature was evaluated in order to find the best conditions for measurement of total as and asb species by sls-gf aas. triton x-100 was used in combination with pd + mg to improve the interaction between the solid sample and the chemical modifier solution28. figure 1 shows the pyrolysis temperature curves obtained for tuna fish slurry in tmah media. the atomization, drying, and cleaning temperatures were used according to carioni et al.26. figure 1. pyrolysis temperature curves for slurry tuna fish candidate reference material in tmah (●) in the absence of chemical modifiers, (■) in the presence of 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100, (▲) in the presence of 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x100. in the absence of chemical modifiers as was lost by volatilization at temperatures higher than 300 °c. however, in the presence of chemical modifiers, higher masses of pd and mg resulted in higher sensitivity, and the best pyrolysis temperature was 1200 °c for both modifier solutions. we observed that different pyrolysis curve profiles were obtained when 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 was used in comparison with 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x-100. in this case, the mass of chemical modifiers may have an impact on the atomization mechanism of some as species present in the candidate rm used for this study. this hypothesis was further investigated in this work. using 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 as chemical modifiers at the pyrolysis temperature of 1200 °c, analytical calibration curves prepared in the presence of 0.2% of tmah (v/v) were compared to those prepared in the presence of 0.1% of hno3 (v/v) to determine the chemical interference promoted by these reagents. thus, the slopes and correlation coefficients of those calibration curves were respectively 0.0023 and 0.9998 for the curve prepared in the presence of 0.1% of hno3 and 0.0022 and 0.9993 for the curve prepared in the presence of 0.2% of tmah. the slope ratio between both calibration curves was 1.05, showing no significant effect of tmah on as measurement enabling the use of 0.1% hno3 media for further analytical calibration curves preparation. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 original article 41 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 the integrated absorbance signals of as at the optimized heating program were also compared in samples slurries prepared in 0.2% tmah with those prepared using only h2o. no significant difference (student’s t-test 95% level) was found between those solutions, suggesting the use of tmah is not imperative. for this reason, slurries prepared in h2o were used for further analysis. 3.2 total as determination and direct chemical speciation thermal behavior of total as and as species in tuna fish tissue and robalo liver in the absence and in the presence of chemical modifiers were investigated. significant difference was observed in the results for as concentration when 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 was compared with 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x100. when masses of pd and mg were increased by a factor of 5, the results were 1.3 1.2 times higher. in addition, the values obtained for a fish tissue crm after using the 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 and 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 as chemicals modifiers corresponded to the certified values for asb and total as, respectively (table 2). results for total as tuna fish candidate reference material were also in agreement (student’s t-test, p > 0.05) with previous results obtained by our group using ss-gfaas (4.8 ± 0.2 mg kg-1)26 and inaa (5.1 ± 0.1 mg kg 1)14. table 2. results of as mass fractions obtained for tuna fish certified reference materials (bcr 627) and tuna fish candidate reference material for arsenobetaine (asb)a and total arsenic (ast)b by sls-gf aas, n = 3. concentration/mg kg-1 ± standard uncertainty and coefficient of variation (cv, %) certified value (bcr 627) measured value (bcr 627) cv (%) tuna fish (rm) cv (%) 5 µg pd + 3 µg mg + triton* 3.9 ± 0.2a 3.5 ± 0.2 5.4 3.6 ± 0.4 11.9 25 µg pd + 15 µg mg + triton* 4.8 ± 0.3b 4.5 ± 0.3 5.8 4.4 ± 0.3 5.9 *0.1% w/v triton x-100 results obtained for as content in tuna fish candidate reference material (table 2) using the 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 chemical modifier corresponded to the certified value of asb (student’s t-test, p > 0.05). the results for asb in tuna fish candidate reference material (table 2) are also in agreement with a previous work (3.99 ± 0.08 mg kg-1), when the same sample was analyzed by hplc-icp-ms14. in this study, we observed that differences in the behavior of as species, when atomized in the presence of different chemical modifiers, allowed the direct speciation of asb by sls-gf aas. the dependence of as atomization on the chemical modifier have already been reported in previous works25,29. differences in the behavior of organic and inorganic arsenic were observed when solutions containing different composition and/or masses of chemical modifiers were used25,29. although the proposed procedure did not allow the discrimination of other as species in fish, asb could be separated from the toxic as species dma and other unknown as species. dma is also a constituent of tuna fish tissue and its presence was reported in the tuna fish srm 62730. the same procedure used for determination of total as in tuna fish was applied to robalo liver. the obtained result (6.9 ± 0.8 mg kg-1) was not in agreement with a previous work in which total as in the same sample was determined by inaa (11.0 ± 0.2 mg kg-1)14. this problem can be the result of different as species in robalo liver, which may result in a different mechanisms of atomization. the as species in robalo liver are still unknown, although some evidences have shown that part of as is likely present in the form of arsenolipids14. the difference in the behavior of as species was discussed in a recent work by pereira and coworkers29. their work has identified differences in pyrolysis curves from as(iii) aqueous solutions and as in fish oil when pd + ru were used as chemical modifiers, which may be related to the presence of other as species besides of as(iii), such as arsenolipids. when 100 µg pd + 0.1% w/v triton x-100 was used as a chemical modifier, better recovery was obtained. in this condition, the value obtained for total as (10.3 ± 0.6 mg kg-1) is in agreement with the literature14. this indicates that the composition of the chemical modifier should be adjusted for each sample, since the atomization mechanism for https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 original article 42 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 total as determination was clearly altered by matrix constituents. in addition, the use of a sufficient mass of the chemical modifiers allowed the measurement of total as content in the slurries, irrespective of the chemical species in which it is present25,26. the detection and quantification limits and characteristic masses are shown in table 3, using the three different chemical modifiers. these detection limits are appropriate for the determination of these species, avoiding the need of extraction processes and/or chromatographic separations25. table 3. analytical parameters of sls-gf aas for total and direct chemical speciation of arsenic. 5 µg pd + 3 µg mg + triton* 25 µg pd + 15 µg mg + triton 100 µg pd + triton lod (µg kg-1) 34.6 19.9 18.5 loq (µg kg-1) 103.9 59.9 55.5 mo a (pg) 35 33 34 lod = (3 × sdbco b/slope), loq = (3 × lod), amo = characteristic mass (1% absorbance or 0.0044 absorbance signal), bsdbco = standard deviation of blank (n = 10). *0.1% w/v triton x-100. when 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x100 was used for as determination in robalo liver, 5.1 ± 0.2 mg kg-1 of as was measured. the identification of as species, however, remains to be elucidated. previous analyses have demonstrated poor results for as speciation in this samples when extractions were performed using methanol/h2o and acetone/methanol/h2o (44 and 49% of total as, respectively). the high amount of lipids in this kind of sample may prevent the extraction of part of the as to the aqueous phase, preventing the identification of as species14. in view of these analytical difficulties, more investigations on the quantification and identification of the different arsenic species are still required for robalo liver. in summary, the direct total as and as speciation methods for tuna fish were performed by a simple slurry preparation in water, using aqueous calibration. in the case of total as, there was no need of digestion and dilution steps when the chemical modifiers were used for tuna fish and robalo liver analysis. in the case of determination of asb, the use of 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 as a chemical modifier allowed the direct measurement of this as compound in tuna fish without prior separation of species. it implies that all laborious steps of extraction, centrifugation and separation were not necessary. considering that tuna fish is extensively consumed by many populations in the world, the present study represents a valuable tool for the assessment of non-toxic as species, which brings the possibility to assure the safety of tuna consumers using two simple complementary methods to distinguish asb from other as compounds in tuna fish. 4. conclusions this work described the use of different chemical modifier compositions for the development of a direct speciation method for asb measurement in tuna fish tissue by sls-gf aas. methods for total as measurements in tuna fish and robalo liver were also evaluated. the direct determination of asb was achieved when a solution containing 5 µg pd + 3 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 was used as chemical modifier in tuna fish tissue. the use of 25 µg pd + 15 µg mg + 0.1% w/v triton x-100 and 100 µg pd + 0.1% w/v triton x-100 allowed the total as measurement in tuna fish tissue and robalo liver, respectively. this work demonstrated that the behavior of arsenic in sls-gf aas may depend on the species of the element and composition or concentration of chemical modifiers. in addition, the simplicity of the proposed method enables its use for routine analyses as a valuable tool for quality control of tuna in the fishing industry. 5. acknowledgments the authors acknowledge the support of the fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo for financial support (fapesp no. 2007/56504-6, 2012/11998-0, 2017/10346-2) and https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 original article 43 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 37-44 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p37-44 conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) for financial support and fellowships. 6. references [1] leermakers, m., baeyens, w., de gieter m., smedts, b., meert, c., de bisschop, h. c., morabito, r., quevauviller, p., toxic arsenic compounds in environmental samples: speciation and 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produtos que rapidamente tornaram-se de primeira necessidade, a atividade industrial teve crescente importância na sociedade contemporânea. a indústria costuma ser responsabilizada pelo fenômeno de contaminação ambiental, como por exemplo, o acúmulo de matéria prima e insumos, que envolve sérios riscos desde o transporte até a disposição inadequada, no caso de indústrias químicas, cujos agentes poluentes podem ser metais pesados [1]. um dos grandes trunfos da ciência dos materiais foi tentar mimetizar em laboratório os fenômenos que acontecem na natureza. para tanto, foram utilizados, em grande parte, os compostos extraídos do meio ambiente, ou em determinadas circunstâncias, os processos sintéticos são dirigidos para obter o mais próximo possível, os compostos desejados. uma vez vencida esta etapa, o avanço do entendimento tem crescido de maneira bastante acentuada. assim, os materiais naturais ou sintéticos podem viabilizar os mais variados processos químicos e/ou físicos, com enorme utilidade tanto do ponto de vista acadêmico como tecnológico. em se tratando de compostos naturais, os filossilicatos despertam grande interesse neste campo de pesquisa [1-5]. em se tratando dos sintéticos as modificações químicas são também possíveis, destacando o processo de pilarização, como acontece com a magadeíta, montmorilonita, caulinita e resumo: amostra de esmectita pertencente a serra de maicuru (estado do pará, norte do brasil, região amazônica) foi pilarizada com al 13 , a argila pilarizada com alumínio (al-pilc) foi caracterizada por drx, mev e eds. para a análise textural foram utilizadas isotermas de adsorção-desorção utilizando o nitrogênio. este artigo é dirigido ao estudo da adsorção de metais pesados. a adsorção dos íons de cu2+, ni2+e co2+ foi realizadas com a matriz alpilc em temperatura ambiente com soluções aquosas contendo os íons metálicos. os modelos de adsorção adotados foram os de langmuir, freundlich e temkin que foram aplicados aos valores obtidos experimentalmente com regressão linear. a equação de langmuir foi o melhor modelo de linearização com r = 0,999. a equação de freundlich apresentou limitações em altas concentrações, mas foram obtidos valores (k f e n) bastante aceitáveis utilizando este modelo. os parâmetros foram utilizados para calcular a quantidade de n f em função de cs. palavras-chave: isotermas de adsorção; metais pesados; al-argila pilarizada. aplicação de al-pilc na adsorção de cu2+, ni2+e co2+ utilizando modelos físico-químicos de adsorção 51ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 mica, os quais são ainda bons trocadores catiônicos [1-3] e excelentes suportes catalíticos em diversas reações [6]. a primeira argila pilarizada foi obtida em laboratório há mais de cinco décadas [7], cujo método empregado derivou uma nova classe de materiais porosos que mais tarde passaram a ter uso como catalisadores heterogêneos e em processos físico e/ou quimissorção. com a crise mundial de petróleo agravada em 1973, intensificou-se o interesse por materiais potencialmente aplicáveis no craqueamento de petróleo que tivessem as mesmas propriedades texturais das zeólitas [8]. figura 1-estrutura idealizada para o íon de keggin [6]. a adsorção de metais pesados por superfícies minerais é um processo reconhecidamente importante que controla a biodisponibilidade dos metais em ambientes aquáticos [9]. o tratamento clássico de efluentes contendo metais pesados envolve processos físico-químicos de precipitação, troca iônica, adsorção e extração por solventes, sendo o mais utilizado o de precipitação que é inadequado no tratamento de grandes volumes de efluentes, devido à baixa eficiência e elevado custo [10]. neste caso é mais adequado, a utilização de recursos naturais sem tratamentos prévios, como solos argilosos ferruginosos ricos em substâncias húmicas [12-15], e submetidos a tratamentos, tendo-se como exemplos zeólitas naturais impregnadas com materiais magnéticos [6] e argilas pilarizadas com polihidroxicátions de al, ti, si, etc que se enquadram no grupo de materiais micro a mesoporosos desenvolvidos pela engenharia de materiais como ampla aplicação em catálise heterogênea [6] e como adsorventes [15]. diversos estudos comprovam a eficiência das argilas em processos adsortivos e catalíticos, sendo que as mais comuns empregadas em estudos de adsorção são as do grupo da esmectita, principalmente a montmorilonita [9-13]. as esmectitas quando ativadas acidamente tornam-se ainda mais eficiente na adsorção por terem maior poder em reagir com as superfícies externas, devido ao aumento do número de sítios ácidos reativos. com a evolução das pesquisas em busca de novos materiais que fossem utilizados como adsorventes, surgiram as zeólitas ativadas, em particular as peneiras moleculares, que atuam efetivamente com alto poder adsortivo. no decorrer do avanço das pesquisas surgiram as argilas pilarizadas, contendo diversos polioxicátions que produziram resultados satisfatórios em processos de adsorção. vários metais pesados e aminas entre outros, foram testados em meio líquido como adsorventes, cujos resultados obtidos mostraram que as argilas pilarizadas são bastante eficientes [14-18]. as isotermas de adsorção de cobre obtidas com amostras de esmectitas pilarizadas com alumínio mostram um aumento do poder de adsorção em relação à natural, com variação das capacidades de 52 ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 retenção catiônica entre 0,10 e 0,45 mmol g1, sendo, portanto, comparável com a capacidade obtida pelas zeólitas [18-20]. a acidez de uma série de cátions governa o perfil da isoterma de adsorção, a seqüência de seletividade e a energética de interação adsorvente/adsorbato [21-28]. amostras de bentonita tanto natural como pilarizada mostraram-se eficientes na remoção de cromo (iii) de águas residuais de curtumes, verificou-se que quando pilarizada com titânico a capacidade de troca é menor do que a natural, com redução de 1850 para 25 ppm [29]. a melhor viabilidade de remoção foi o trabalho com a água residual em ph 5,0 e alguns estudos também enfocaram a retenção de cátions amônio, existentes em águas residuais e efluentes de fábricas de tintas, tendo como adsorvente as esmectitas pilarizadas com titânio [29,30]. a aplicação de esmectitas pilarizadas como adsorventes tem sido sugerida, pelo fato que estes materiais apresentam pilares que mantêm separadas as lamelas da argila e propiciam que as dimensões de suas cavidades tornem-se superiores aos das zeólitas [31-48]. neste trabalho foi feita uma avaliação sobre o uso de esmectita pilarizada na adsorção do cu(ii), ni(ii) e co(ii), sendo selecionada uma amostra de esmectita da região noroeste do estado do pará que foi submetida à pilarização com polihidroxicátion de alumínio (al 13 ). este estudo objetivou investigar a eficiências desta matriz pilarizada (figura 1), em processo de adsorção de metais pesados em soluções aquosas de ni(ii), cu(ii), co(ii) e empregar os modelos de linearização de langmuir, freundlich, temkin para ajustar os dados experimentais aos modelos de isotermas. materiais e métodos esmectita original a amostra natural de esmectita empregada pertence a um perfil laterítico, proveniente da serra de maicuru, situada no município de monte alegre, pará brasil. apresenta capacidade de troca catiônica (ctc) igual a 58 meq/100g de argila, com fórmula estrutural: (si 2,54 al 0,41 )iv(al 2,48 fe 079 mg 0,06 ti 0 , 74 )vi (ca 0,29 na 0,21 k 0,25 )o 20 h 4 , os símbolos iv e vi indicam coordenadas atômicas tetraédricas e octaédricas respectivamente. preparação da solução pilarizante de al a solução pilarizante foi preparada a partir da mistura de 0,20 mol.l-1 de alcl 3 .6h 2 o com naoh 0,20 mol.l-1, que foi composta na razão molar (oh/al) = 2.0. a solução foi preparada em temperatura ambiente sob agitação magnética por um período de 3 h e envelhecida por um período de 4 dias. após este tempo de envelhecimento a solução apresentou ph 4,0. processo de pilarização a matriz em forma natural foi preparada previamente em atmosfera de etilenoglicol em temperatura ambiente por um período de 24 h, posteriormente foi posta em agitação magnética com a solução pilarizante por um período de 3 h em temperatura de 25 oc (processo de intercalação). após a intercalação a amostra foi filtrada, lavada, secada a 60 oc, calcinada em temperatura de 450 oc e conservada em dessecador por todo o período que compreende utilização dos métodos de caracterização. métodos de caracterização 53ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 para a obtenção de espectros de drx, foi utilizado o método do pó para uma amostra sem orientação preferencial o equipamento utilizado é de marca philips pw1050, controlado por um sistema pw 3710, com radiação ká do cobre (1,54060 ú), monocromatizador e gerador de tensão e corrente para 45 kv, corrente de 35 ma e passo de 1o/è/min. a análise química das amostras natural e pilarizada foi realizada pelo método de absorção atômica para os elementos na, k, ca, mg, al; para os elementos si, fe, ti foi utilizado o método de espectroscopia na região do visível, fe sob a forma do complexo ortofenantrolina ferrosa e ti como peróxido complexo. a determinação da área específica (ae), volume total dos poros (vtp) e diâmetro médio dos poros (dmp) foram obtidos a partir de 0,249 g de cada amostra. as amostras foram aquecidas a uma temperatura de 150 oc pelo período de 1 h. após o esfriamento, as amostras foram resfriadas com nitrogênio a 77 k em um analisador de adsorção gasosa quantachrome/nova-1200/5.01, iniciou-se as análises que duraram 7 h. através dessas análises foram obtidas as respectivas isotermas de adsorção-desorção. a partir dos dados das isotermas foram calculados os valores de ae e vp. a área especifica foi calculada pelo método bet (brunaueremmett-taller) e o volume total de poros, calculado a pressão parcial (p/p 0 ) de 0,998 pelo método bjh (barrett-joynerhalenda). para os estudos de mev (microscopia eletrônica de varedura) e eds (energy dispersive x-ray detector) as amostras foram preparadas em laminas orientadas em temperatura de 25 oc e metalizadas com ouro. foram realizadas varreduras em todas as lâminas para a obtenção de imagens e análises químicas pelo método eds. o instrumento utilizado foi um modelo leozeiss, 430 vp, em condições de análise utilizando imagens secundárias obtidas a 20 kv, com distância de trabalho de 11 mm. procedimento e técnica utilizada para a determinação da adsorção dos metais a quantidade da capacidade de adsorção dos cátions divalentes por grama da matriz n f , ni2+ (nitrato de níquel, vetec), cu2+ (nitrato de cobre, vetec), co2+ (nitrato de cobalto, vetec) pela argila pilarizada e foi feita utilizando o método de batelada em que uma massa de 0,050 g de argila pilarizada em 20,0 cm3 de água deionizada recebe alíquotas que variam e 1,00 a 2,00 cm3 de uma solução de 0,050 mol dm-3 de cátions, previamente padronizadas. a quantificação foi feita através de icp-oes em um equipamento perkin elmer 3000dv, utilizando o sobrenadante de cada ponto. para a leitura os sobrenadantes sofreram diluições para adequar cada concentração à janela de leitura do equipamento. o valor de cada n f foi determinado pela equação 1. m/)snadn(fn (1) onde n f é o número de moles fixos por grama de matriz, n ad é o número de moles adicionados inicialmente na matriz, n s é o número de moles encontrado no sobrenadante e número máximo de moles na formação da monocamada e m é a massa da matriz utilizada.o modelo utilizado na análise da isoterma construída por cada ponto foi o de langmuir descrito pela equação 2. (2) onde c s é a concentração em mol dm-3 do sobrenadante em equilíbrio e b é uma constante de proporcionalidade que contempla a constante de equilíbrio k. considerando c s / n f como variável dependente e c s como variável independente obtêm-se os valores de k e b, em que 1 / k b é o coeficiente linear e 1 / b é o coeficiente angular da reta. a equação de freundlich é a seguinte: (3) ]b/c[)]bk/(1[fn/c[ ss n 1 f ckfn 54 ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 onde n indica, quantitativamente, a reatividade dos sítios energéticos do material e k f pode sugerir a adsorção do íon no material. aplicando propriedades logarítmicas temos: logc n 1 logkflogn f (4) fazendo-se o gráfico de log n f versus log c, obtêm-se os valore de k f e n, onde log k f é o coeficiente linear e 1/n é o coeficiente angular da reta. a equação de temkin é a seguinte: balncfn (5) em que a e b são parâmetros de equação. fazendo-se o gráfico de n f versus ln c, obtêm-se os valores de a e b, onde b é o coeficiente linear e a é o coeficiente angular da reta. os coeficientes obtidos a partir destas equações foram utilizados para ajustar o modelo teórico aos dados experimentais. resultados e discussão caracterização da argila pilarizada os resultados encontrados na drx para valores de d 001 estão apresentados na tabela 2. na figura 2 são apresentados os difratogramas da amostra pilarizada na razão de molar 2 e calcinação em 450 oc (temperatura ideal para a calcinação apontada pela literatura), foi verificado que valor de d 001 cresceu de 14,02 para 18,45 å. e observado também, uma boa forma do pico d 001 , sugerindo que não houve interferência significativa no grau de cristalinidade da matriz natural com o a introdução do íon de keggin (al 13 ). fatos que comprovam a eficiência do processo de pilarização com este íon. esta modificação estrutural possivelmente propiciará melhoria no processo de adsorção desta matriz pilarizada em relação aquele obtido com a matriz em forma natural na tabela1 estão apresentados os resultados da análise química antes e depois da pilarização, através da análise química é possível verificar a quantidade de alumínio introduzido na estrutura da esmectita. observa-se que o valor de al aumenta com a introdução do íon de alumínio na estrutura da matriz, chegando a um valor 26,95% e os valores de ca, na, k decaíram, levando a conclusão que ocorreu a troca iônica esperada com o íon intercalante. figura 2. resultados de difração de raios-x das amostras: natural e pilarizada com al 13 . tabela 1. análise química mostrando a variação da composição na estrutura da esmectita, com o processo de pilarização. na tabela 2 estão apresentados os resultados da análise textural: área específica (ae); volume total de poros (vtp); diâmetro médio dos poros (dmp). foi comprovado que com a pilarização, o valor da área específica cresceu atingindo o valor de 198,0 å, analisando a isoterma de adsorção/desorção de n 2 , formada para a amostra pilarizada, é observado que ela pertence à classificação do tipo iv, segundo bddt (brunauer, deming, deming e teller) [20] (figura 3). houve a formação de ciclo de histerese em altas pressões relativas na amostra pilarizada, característica dos materiais mesoporosos, podendo conter microporos. um ligeiro afastamento de curva observado em baixas pressões. este tipo de efeito está relacionado com fenômeno de expansão que é característico de materiais cujo grau de expansão do sólido, durante a adsorção depende da rigidez deste sólido. 55ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 amostras %al2o3 %cao %na2o %k2o natural 17,89 4,78 1,204 3,80 al-pilc-450 26,95 0,94 0,170 2,02 tabela 2. resultados da análise textural das esmectitas natural e pilarizadas nas razões molares em estudo. figura 3. isotermas de adsorção-desorção das argilas natural e pilarizada. com base nos resultados do mev (figura 4) fornecidos para a matriz pilarizada, é possível afirmar que o processo de pilarização não produz nenhuma mudança na morfologia da esmectita, quando pilarizada com alumínio no método empregado. foi observado que depois da pilarização a esmectita permaneceu na forma de cristal primitivo, apresentando-se de forma foliada com ilita nas extremidades, fato comprovado pela variação da composição química que foi observada pela analise química pontual pelo método eds. os resultados apresentaram uma queda acentuada nos percentuais de feo 2 (11,65 para 2,46%), alteração nos valores de si e al e aparecimento de teor significativo de potássio que pode estar associado à presença do íon na região interlamelar do mineral ilita, que apresenta naturalmente propriedades estruturais semelhantes aos da mica e moscovita [21]. comparando os valores da análise elementar fornecida pelo eds, para a argila natural e pilarizada, foi observado maior concentração de alumínio na matriz pilarizada. figura 4. imagem de microscopia eletrônica de varredura da argila pilarizada. resultados de adsorção com metais pesados nos processos de adsorção normalmente prima-se por escolher equações que tenham a característica de ser facilmente linearizáveis e conseqüentemente estimar os parâmetros graficamente [31]. os modelos comumente empregados são langmuir, freundlich e temkin (figura5). a teoria de langmuir fundamenta-se no fato da adsorção ocorrer em sítios uniformes com recobrimento em monocamadas e afinidade iônica independente da quantidade de material adsorvido [41-45]. o modelo de freundlich considera a não uniformidade das superfícies reais e, quando aplicados a matrizes naturais quimicamente modificadas como argilas pilarizadas, descreve bem a adsorção iônica dentro de limites estabelecidos de concentração, mas estabelecendo valores maiores, esta equação apresenta limitações nas condições de contorno em considerar a quantidade de íons presentes nas superfícies internas, externas e região interlamelar da matriz [45]. a teoria de temkin parte do princípio que não existe diferenciação na estabilidade dos centros de adsorção que se considera na região externa dos pilares e nas superfícies internas que foram expostas com a pilarização e que os sítios mais 56 ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 amostras ae (m2/g) vtp (cm3/g) dmp (å) natural 44,37 0,12 45,09 al-pilc-450 198,03 0,47 76,87 energéticos são primeiramente ocupados pelos íons previamente em solução aquosa, estabelecendo uma relação de inversão proporcional entre afinidade eletrônica e adsorção [45]. figura 5. isotermas de adsorção para os metais em estudo onde a argila pilarizada atua como adsorvente e a argila natural adsorvendo o cobre. figura 6. argila pilarizada com alumínio (al 13 ) adsorvendo o cobre. figura 7. argila pilarizada com alumínio (al 13 ) adsorvendo níquel. comparando os resultados obtidos com as isotermas de adsorção (figuras 6, 7, 8), verifica-se que a adsorção de cobre foi maior, atingindo a concentração de equilíbrio em n f = 8,60 mmolg-1, a adsorção de cobalto atingiu o valor de 8,30 mmolg-1e níquel teve menor afinidade com a matriz alcançando o valor máximo de 7,65 mmolg-1. a complexão de íons metálicos com ligantes imobilizados em superfícies externa e interna da estrutura esmectítica e parte exterior dos pilares é comandada pelo microambiente em torno dos ligantes, geralmente centros básicos que são formados como assessórios nos pilares e hidroxilas ainda existentes nas superfícies, principalmente nas internas, onde a remoção da água é dificultada pela posição de folhas tetraédrica e octaédricas e ainda grupos hidroxilas remanescentes ainda da estrutura primitiva da argila, presentes na região interlamelar, ou seja, o processo de quimissorção é controlado pelo posicionamento e quantidade de agrupamentos hidroxilas em regiões periféricas (como bordas das lamelas) e central da estrutura. figura 8. argila pilarizada com alumínio (al 13 ) adsorvendo cobalto. o desvio médio relativo é fator determinante para a escolha do modelo de isoterma que melhor ajustará os dados experimentais, ou seja, o modelo é mais eficiente e adequado ao sistema, quando apresentar um menor desvio médio relativo. na tabela 3 estão apresentadas às equações propostas para o sistema. podese observar que as equações que melhor reproduzem os dados experimentais foram a 57ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 n f x 1 0-3 m m ol g -1 cs x 10-2mol dm-3 natural cobre cobalto niquel 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n f x 1 0-3 m m ol g -1 cs x 10-2 mol dm-3 temkin freundlich langmuir exp 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 n f x 10 -3 m m ol g -1 cs x 10-2mol dm-3 exp langmuir freundlich temkin 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 n f x 1 0-3 m m ol g -1 csx 10-2 mol dm-3 temkin freundlich langmuir exp de langmuir (2,9 %), temkin (3,5 e 3,7). os modelos que tiveram desvio padrão na faixa em 5 a 6 % foram classificados como modelagem matemática satisfatória, acima desta faixa com freundlich (16,66 %) indica que a equação não ajustou os dados experimentais adequadamente. fato que pode ser explicado pelos parâmetros n e k f de freundlich não apresentarem nenhum significado físico e a isoterma formada por este modelo de linearização descreve satisfatoriamente a adsorção do metal dentro de faixa de concentração relativamente baixa, mas acima dela a logística do modelo sofre com limitações, entre elas a irregularidade na condição de contorno adequada da quantidade de íons presentes na estrutura da matriz. os desvios relativos médios (eq. 6) foram calculados segundo a equação: (6) em que n é o número de dados de adsorção. tabela3equações encontradas com a utilização dos modelos de linearização para a argila pilarizada. a ds o ba to m o de l o equ a ç ã o d e s vi o m é di o r e l a t i vo (% ) n íq u e l l a n g m u i r n f= 1 0 ,6 1 2 3 / (1 + 1 ,2 3 7 1 c ) 5 ,4 2 n íq u e l f r e u n d l i c h n f= 4 ,1 6 4 3 7 c 0 ,4 0 0 9 5 7 ,9 4 1 n íq u e l t a m k i n n f= 1 ,1 7 1 7 8 l n c + 4 ,5 6 4 3 ,7 5 7 c o b re l a n g m u i r n f= 8 ,9 7 7 4 6 / (1 + 0 ,9 1 3 2 c ) 5 ,7 5 8 c o b re f r e u n d l i c h n f= 4 ,0 7 7 7 4 c 0 ,4 1 4 9 5 5 ,7 3 1 c o b re t a m k i n n f= 1 ,9 6 8 4 2 l n c + 4 ,7 2 2 6 3 ,5 8 4 c o b a lt o l a n g m u i r n f= 8 ,2 1 5 6 / ( 1 + 0 ,8 8 5 4 7 c ) 2 ,9 2 1 c o b a lt o f r e u n d l i c h n f= 3 ,4 6 6 3 3 c 0 ,4 6 3 9 3 1 6 ,6 6 c o b a lt o t a m k i n n f= 1 ,8 6 9 6 3 l n c + 4 ,3 7 2 7 5 ,3 2 2 na tabela 4 estão apresentados os resultados dos coeficientes de correlação linear obtidos a partir das equações de langmuir, freundlich e temkin, indicam que os três modelos de adsorção apresentaramse significativamente capazes de quantificar o metal adsorvido pela matriz pilarizada. o modelo de langmuir apresenta uma vantagem significativa sobre os outros modelos, pois permite quantificar a capacidade de adsorção de íons presentes na estrutura da matriz e avaliar a constante relacionada com a energia de ligação. tabela 4 parâmetros das equações de langmuir, freundlich e temkin para a adsorção dos metais em argila pilarizada com al 13 . b k r 2 kf n r 2 b a r 2 níquel 8,5778 1,23719 0,999 4,16438 2,49408 0,98 4,64385 1,71782 0,996 cobre 9,8309 0,91319 0,987 4,07774 2,40993 0,992 4,72264 1,96842 0,997 cobalto 9,27815 0,88547 0,999 3,46633 2,1555 0,958 4,37265 1,86963 0,992 adsorbato langmuir freundlich temkin conclusões os modelos adotados para a análise das isotermas apresentaram valores bastante próximos daqueles encontrados na isoterma experimental, havendo variação maior no modelo de freundlich, os resultados encontrados com as equações lineares são bastante semelhantes a resultados encontrados na literatura onde foi utilizado método computacional não linear, utilizado o programa “enzefitte”. observando os resultados de adsorção é possível estabelecer relação entre o número de íons adsorvidos e o número de sítios básicos produzidos com o processo de pilarização. neste estudo os 58 ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 valores de k e b nas equações de langmuir e freundlich apresentaram menores variações quando a formação de patamar na isoterma foi estabelecida, ou seja, este fato é o indicativo que houve a saturação dos centros ácidos do novo sistema esmectítico produzido com o processo de pilarização, provocando a estabilidade das duas variáveis que regem o processo de adsorção. o método de regressão linear adotado neste trabalho não produziu desvio referências [1] c. airoldi, química de coordenação fundamentos e atualidades, editora átomo, campinas, 2005, cap. 5, 1ed. 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[45] l.m. nunes, c. airoldi, chem. mater. 11 (1999) 2069. 60 ecl. quím., são paulo, 32(3): 51-60, 2007 author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | instructions for authors before you submit 1. check eclet. quim. j.’s focus and scope eclética química journal is a peer-reviewed quarterly publication of the institute of chemistry of são paulo state university (unesp). it publishes original researches as articles, reviews and short reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines iq.unesp.br/ecletica before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. chem. j. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatecoverletter.docx https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines iq.unesp.br/ecletica investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatemanuscript.docx author guidelines iq.unesp.br/ecletica supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templategraphicalabstract.pptx author guidelines iq.unesp.br/ecletica supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. within the cited information: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015. book chapter hammond, c. crystal symmetry. in the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015; pp 99−134. book with editors mom the chemistry professor: personal accounts and advice from chemistry professors who are mothers, 2nd ed.; woznack, k., charlebois, a., cole, r. s., marzabadi, c. h., webster, g., eds.; springer, 2018. website acs publications home page. https://pubs.acs.org/ (accessed 2019-02-21). document from a website american chemical society, committee on chemical safety, task force for safety education guidelines. guidelines for chemical 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lois-caballe, c.; baltimore, d.; qin, x.-f. method for expression of small rna molecules within a cell. us 7 732 193 b2, 2010. streaming data american chemical society. game of thrones science: sword making and valyrian steel. reactions. youtube, april 15, 2015. https://www.youtube.com/watch?v=chrcgoje4j4 (accessed 2019-02-28). for more information, you can access the acs style quick guide and the williams college libguides. submitting your manuscript the corresponding author should submit the manuscript online by clicking here. if you are a user, register by clicking here. at the user home page, click in new submission. in step 1, select a section for your manuscript, verify one more time if you followed all these rules in submission checklist, add comments for the editor if you want to, and click save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/aboutthispublishingsystem author guidelines iq.unesp.br/ecletica only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica@journal.iq.unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25 são paulo 2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100003 thermal behavior studies of solid state compounds of 4dimethylaminocinnamylidenepyruvate with alkali earth metals, except beryllium and radium egon schnitzler* wilson costa* cristo bladimiros melios** maria ines gonçalves leles*** massao ionashiro** abstract: solid state compounds of general formula m(dmcp)2.nh2o, where m represents mg, ca, sr, ba, and dmcp is 4-dimethylaminocinnamylidenepyruvate, and n = 1, except for ca, where n = 2.5, have been prepared. thermogravimetry, derivative thermogravimetry (tg, dtg), differential scanning calorimetry (dsc), x-ray diffraction powder patterns and complexometry were used to characterize and to study the thermal decomposition of these compounds. keywords: 4-dimethylaminocinnamylidenepyruvate, alkali earth metals, thermal decomposition. introduction several binary metal-ion complexes of benzylidenepyruvate, c6h5-(ch)2-cocoo(bp) as well as those associated with phenyl substituted derivatives of bp, i.e., 4-methoxy(4-meobp); 4dimethylamino(dmbp); 2 chloro (2-cl-bp); 4-chloro (4-cl-bp); 2chloro-4-dimethylamino (2-cldmbp) and 4-dimethylaminocinnamylidene pyruvate ( (ch3)2n-c6h5-(ch)4cocoo ) have been investigated in aqueous solution 3-6,14,18. solid state compounds of 4-meobp, dmbp, cp and dmcp with trivalent lanthanides (except promethium) and yttrium and other metals have also been prepared and investigated, using http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#autor thermoanalytical techniques (tg, dtg, dta, dsc), x-ray powder diffractometry, elemental analysis and complexometry 2,7,9-13,15-17. the establishment of stoichiometry as well as the thermal behavior have been the main purposes of these studies. in this work, solid state compounds of alkali earth metals, except be and ra, with dmcp were prepared and investigated by thermoanalytical techniques, x-ray powder diffractometry and complexometry. the data obtained allowed us to acquire informations concerning the thermal stability and termal decomposition of these compounds. experimental the sodium salt of dmcp was prepared as described in the literature 2,14. the solid state compounds of magnesium, calcium, strontium and barium with dmcp, were obtained by mixing aqueous solution of the respective metal nitrate with aqueous solution of the ligand. the precipitates were washed with distilled water until elimination of the nitrate ions, filtered, dried and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride. the metal contents of the compounds were determined by complexometry 1,8 after samples of the compounds had been ignited to the metal oxide or carbonate and dissolved in hidrochloric acid. metal contents were also determined from the tg curves, as well as the water and ligand contents. tg, dtg and dsc curves were obtained using a mettler ta-4000 thermal analysis system with an air flux of 150 ml min-1, heating rate of 10oc min-1 and samples weighing about 7 mg. an aalumina crucible was used for the tg curves and an aluminium crucible with a perforated cover was used for the dsc curves. x-ray powder patterns were obtained with an hgz 4/b horizontal diffractometer (gdr) equipped with a proportional counter and pulse height discriminator. the bragg-brentano arrangement was adopted using cuka radiation (l = 1.541 å) and setting of 40 kv and 20 ma. results and discussion table 1 presents the analytical and thermoanalytical (tg) data for the prepared compounds from which the general formula ml2nh2o can be established, where m represents mg, ca, sr and ba, l is 4-dimethylaminocinnamilidenepyruvate and n = 1 except for the calcium compound where n = 2.5. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab01 the x-ray diffraction powder patterns show that the mg, ca and sr compounds have crystalline structures, without evidence of an isomorphous series. the diffraction pattern of the barium compound, indicate an amorphous structure. the more characteristic lines obtained by the powder diffraction method are presented in table 2. the tg and dtg curves are shown in figure 1. these curves show that the mass losses occurs in several steps and they are characteristic for each compound. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab02 for the magnesium compound the tg curve fig. 1(a) show mass losses in three steps, although the dtg curves indicate four steps. the first mass loss up to 104oc is due to the dehydration with loss of 1h2o (theor. = 4.58%; tg = 4.58%). the second and the third steps observed between 120oc and 510oc are ascribed to the thermal decomposition of the anhydrous compound to magnesium oxide, mgo, as final residue (theor. = 7.60%; tg = 7.58%). for the calcium compound, the tg and dtg curves, figure 1(b) show mass losses between 40oc and 700oc. the first mass loss up to 200oc is due to the dehydration with losses of 2.5 h2o (theor. = 7;85%; tg = 7.74%). the mass loss between 200oc and 530oc, that begins with a slow process http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 followed by a fast process is attributed to the thermal decomposition of the anhydrous compound, with formation of calcium carbonate as intermediate. the last step between 600oc and 700oc is due to the thermal decomposition of the carbonate to the calcium oxide, cao, as final residue (theor. = 9.78; tg = 9.77%). for the strontium compound, the tg and dtg curves figure 1(c), show mass losses in four steps. the first mass loss up to 100oc is due to the dehydration with loss of 1h2o (theor. = 3.03%; tg = 3.04%). the thermal decomposition of the anhydrous compound, that is similar to the magnesium compound, occurs in two consecutive steps between 120oc and 480oc, with formation of strontium carbonate (theor. = 24.85%; tg = 24.60%). the last mass loss, between 800oc and 900oc is due to the partial thermal decomposition of the strontium carbonate, where the final residue is a mixture of carbonate and strontium oxide. for the barium compound, the tg and dtg curves figure 1(d), show mass losses in four steps between 30oc and 520oc. the first mass loss up to 100oc is due to the dehydration with loss of 1h2o (theor. = 2.80%; tg = 2.79%). the anhydrous compound is stable up to 190oc, and the thermal decomposition occurs in three consecutive steps with formation of barium carbonate, baco3, stable up to 900oc (theor. = 30.65%; tg = 30.72%). the dsc curves are shown in figure 2. for all the compounds the endotherm between 30oc and 120oc are due to the dehydration in correspondence with the first mass loss of the tg curves. the broad exotherms observed for all compounds, with two peaks between 120oc and > 600oc, are attributed to the thermal decomposition of the anhydrous compounds, where the oxidation of the organic matter takes place in two consecutive stages; this is in agreement with the tg curves. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig02 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig01 the tg, dtg and dsc curves of these compounds show that the hydration degree, thermal stability as well as the thermal decomposition process depend on the metal present, as already observed in the thermal behavior study of the solid state compounds of lanthanides and yttrium with the same ligand 2. the formation of carbonate, monoxycarbonate or dioxycarbonate that occur during the thermal decomposition of compounds containing carboxyl group, also depend on the metal present 9-11,14. in the present study, the formation of calcium, strontium and barium carbonate as intermediate observed during the thermal decomposition of these compounds, are in agreement with the results obtained for the 4-methoxybenzalpyruvate of alkali earth metals 11. these carbonates as intermediates are formed because the final step of thermal decomposition of these compounds occurs up to 530oc, and up to this temperature these intermediates are thermally stable. in the magnesium compound, no intermediate is formed because the thermal stability of the magnesium carbonate ~ 480oc is lower than the final temperature (510oc) of the thermal decomposition of this compound. conclusion the x-ray powder patterns reveal that the mg, ca and sr compounds tend towards a crystalline structure and that the barium compound presents an amorphous structure. the analytical and thermoanalytical (tg) results established the stoichiometry of the compounds in the solid state and the tg, dtg and dsc curves provided information about the thermal stability and thermal decomposition. acknowledgements the authors are grateful to fapesp (proc. 90/2932-4) and capes-picd for financial support and to ms isilda marie aparecida ogata for aid in the preparation of this compuscript. schnitzler, e. et al. estudo do comportamento térmico dos 4-dimetilaminocinamalpiruvato de metais alcalino terrosos, exceto berílio e rádio, no estado sólido. ecl. quím (são paulo), v.25, p. 2000. resumo: foram preparados no estado sólido, compostos de fórmula geral m(dmcp)2 nh2o, em que m representa mg, ca, sr, ba; dmcp é 4-dimetilaminocinamalpiruvato e n = 1, exceto para o ca onde n = 2,5. na caracterização, bem como no estudo da decomposição térmica desses compostos, foram utilizados a termogravimetria, termogravimetria derivada (tg, dtg), calorimetria exploratória diferencial (dsc), difração de raios-x pelo método do pó e complexometria. palavras-chave: 4-dimetilaminocinamalpiruvato, metais alcalino-terrosos, decomposição térmica. references 1. flaschka, h., edta – titrations, pergamon press, new york (1964). 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[ links ] recebido em 8.10.1999 aceito em 17.11.1999 * departamento de química, uepg, 84030-000, ponta grossa, pr, brazil. ** departamento de química analítica, iq-unesp, 14800-900, araraquara, sp, brazil. *** departamento de química, iq-ufg, 74001-970, goiânia, go, brazil. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#titulo http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702000000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#titulo javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.25  são paulo  2000 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46702000000100003  summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 2 | 2018 | summary editorial board........................................................................................................................................3 editorial……………………………………………………..........................................................................................4 instructions for authors....................................................................................................................5 original articles a comparative study of schiff base chelating resins: synthesis, uptake of heavy metal ions, and thermal studies..................………………………………………….........................................................................10 fatma a. al-yusufy, mohammed q. al-qadasy, yasmin m. s. jamil, hussein m. al-maydama, moathe m. akeel study of the stratification process at the reservoir of the hydroelectric power plant gov. pedro viriato parigot de souza (capivari-cachoeira), paraná, brazil............................................................................23 sarah meier lopes, nicole machuca brassac de arruda, thomaz aurélio pagioro incorporation of cdfe2o4-sio2 nanoparticles in sbpo4-zno-pbo glasses by melt-quenching process ....................................................................................................................................................................32 juliane resges orives, wesley r. viali, marina magnani, marcelo nalin ecotoxicity of malathion® 500 ce before and after uvc radiation and uv/h2o2 treatment..............44 eliane adams, vinicius de carvalho soares de paula, rhaissa dayane carneiro, rubia matos de lima, monike felipe gomes, wanessa algarte ramsdorf, adriane martins de freitas evaluation of the water quality of the verde river, ponta grossa, pr: a study on the conditions of aquatic life maintenance and the eutrophication process......................................................................51 karine andréa costa, elizabeth weinhardt oliveira scheffer, patrícia los weinert, estevan luis silveira spatial distribution of atmospheric pollutants through biomonitoring in tree bark using x-ray fluorescence..........................................................................……………………………………………………….……59 bruno martins gurgatz, regiani carvalho-oliveira, gisele antoniaconi, paulo hilário do nascimento saldiva, luciano fernandes huergo, rodrigo arantes reis removal of pesticide residues after simulated water treatment: by-products and acetylcholinesterase inhibition...........................................................................................................……………………………….……65 rafael oliveira costa, polyana soares barcellos, maria cristina canela http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22 são paulo 1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100003 influence of the medium (strongly acid or basic) over the electrochemical properties of the nitrate selective electrode rubén del tóro déniz* e. m. rajmanko* ana maría peón espinosa* inés peña velázquez* abstract: a nitrate selective electrode was prepared for use in an aggresive medium (high acidic or basic concentration). it is demonstrated that the depending e graph with respect to pno3 has not a nernstian response in concentration acidic range upper 0.1 mol/l h2so4. the observed behaviour is supposed to be due to the formation of a dimeric anion hn2o6 -. keywords: membrane electrode; ion selective electrode; nitrate selective electrode. introduction nowadays the determination of nitrate concentrations in different objects1,5,6,7 has an extraordinary practical and theoretical importance for analytical chemistry. it is important to be able to relate the nocive effect of the nitrate in the human being base on the nitrate interaction of the environmentalhuman organism. for ionometry it requires to know the effects of the matrix above the electrochemical behaviour of the electrode,2,4,8 specially in the highly aggresive medium, this aspect has not been profundly studied yet. in our work we intend to study the effect of the aggresiveness of the medium in the electrodic function of the nitrate selective electrode. materials and methods http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#back for the study of the behaviour of the electrode an plastificated ion selective electrode em-no3 --01 was used. an ag/agcl electrode was used as reference electrode; both joint to universal ionemeter ev-74 type with exactitude of ± 1 mv and temperature of 273 ± 1 k. the reagents used in experiments (khso4, kno3, naoh, h2so4), were analytical grade. a 12 mol/l h2so4 solution was prepared by employing sulphuric acid of the density 1.84 g.cm-3, later for successive dilution were prepared until 1 mol/l in h2so4. solutions of naoh were prepared by successive dilution from another 12 mol/l solution previously weighed until exactitude of 0.1 g. in this medium the response and behaviour of the electrode were investigated, just as restoring of the electrode response with respect to nitrate anion. results and discussion in figure 1 is observed the dependence of the nitrate selective electrode potential with respect to h2so4 concentration, in the range given from 1 10 mol/l , to fixed nitrate concentration equal to 0.01, 0.1 and 1.0 mol/l. it can be seen that the difference in the potentials for each one of the curves, with respect to the other goes being in the moment that the concentration of h2so4 auments, as if increasing the nitrate concentration in the medium. this increment in the gradient value for nitrate concentration between 0.1 and 1.0 mol/l reaches up to duplicate the slope of the nernstian function in comparison with the normal behaviour of the electrode between c(no3 -) = 101 mol/l and c(no3 -) = 1 mol/l wich is 54 mv aprox. this behaviour observed can be explained from the following supposition: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig1 it's known the hno3 presents the following equilibrium: hno3 ¬ h+ + no3 kd = 43,6 (i) as the h2so4 increases; the association of h+ with no3 is favoured, increasing the hno3 concentration in the medium to impose conditions for the reaction between nitric acid and the nitrate ion in solution, as expected that the equilibrium: (ii) gives place to dimeric anion hn2o6 highly hydrophobic. this compound would interfere to the characteristics of the nitrate electrode. already a similar behaviour was observed in the work.3 in figure 2 the calibration curve is presented as e vs pno3 for the em-no3 --01 electrode in an aqueous media (1 mol/l and 5 mol/l in h2so4 ). in absence of h2so4 the typical behaviour is demonstrated. ion selective nitrate electrode presents lineal dependence with a slope of 57 mv/pno3 -. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#fig2 however, when the h2so4 concentration is 1 mol/l the calibration curve obtained presents three different dependencies. in the first stage prevails the interferent effect of the hso4 ion, from h2so4 wich exists in a good proportion: h2so4 ® h+ + hso4 -, kd=103 for which the ksel c(hso4-) >> c(no3-). in the second stage the typical performance of the electrodic function is demonstrated: e = e q lg c (no3 -), where c(no3 -) >> ksel. c(hso4 -) it's notably observed the nerstian response in the third stage, where c(no3 ) ³ 0,1 mol/l. evidently from the precceding condition, the concentration of nitrate given in presence of h2so4 begins to prevail the influence of supposed dimeric form hn2o6 where ksel c(hn2o6 -) >> c (no3 -), acquiring the nikolsky equation the following dimension: e = const. q lg ksel. c(hn2o6 -) (iii) taking into consideration the equilibrium (i) and (ii) we would have: c(hn2o6 -) = kass/kd . c2(no3 -) . c(h+) then e = const. q lg kass/kd . ksel. c2(no3 -). c(h+) as a q lg kass/kd . ksel c(h+) is a constant, then e = a 2 q lg c(no3 -) (iv) this equation would describe the electrode dependence in the region iii.to evaluate this equation for the experimental value c(no3 -) = 0,1 mol/l and c(no3 -) = 1 mol/l, and fixed h2so4 concentration equal to 10 mol/l, it can be seen idearly that e0,1e1,0 is equal to 2 q ( » 115 mv). it explains the abnormal behaviour of the electrode in the region iii. it results more evident yet in this phenomen to plot a calibration curve of nitrate selective electrode at nitrate concentration in the order of 10-2 mol/l, prevailing in region iv of the curve the complex competitive effect of the hso4 -, no3 anions and incipient hn206 effect, wich reinforees in the curve (v section) where only the dependence e = a 2 q lg c(no3 -) prevails and it's more reinforeed at c(no3 -) 0,1 mol/l due to formation of hn2o6 according to equilibrium (ii). an evidence about formation of hn2o6 anion is observed in table i, where it can be seen the dependence of nitrate selective electrode potential in presence of fixed nitrate concentration equal 0.1 mol/l with respect to khso4 and h2so4 concentrations, if the dependence of the potential would be due to the presence of hso4 in both cases the same phenomen would been possible, wich isn't like that. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#tab1 when investigating the electrode response in an alkaline medium (up to 10 mol/l in naoh) the same characteristics are not observed like that in h2so4 due presumably to the used plastificant -dibutilphtalate. the plastificant in presence of high alkali concentration (naoh) saponificates originating a new component which presents electrodic activity with respect to na+ cation. in this moment a new function begins to respond to na+ cation that is occasion so that the variation in the electrodic potential has been observed: in this form the component ii in the plastificated electrode matrix acts like an active substance sensitive to changes in the activities of na+. in the restablish of practical response time, it was observed that after working in h2so4 medium one hour was required to take to the adecuate potential, this is due to the adsorption in the phase membrane the ion hn2o6 -. however the restablishment in the alkaline medium was fast (15 min) in successive washes. conclusions in this work it was demonstrated the abnormal behaviour of the electrode response of em-no3 --01 electrode, at high h2so4 concentration. it was concluded that the deviation of typical electrode response according to nernst equation was as a result of the presumable formation of the hn2o6 anion by dimerization of hno3 in strongly acidic medium. the equation that regulates the abnormal behaviour of electrode function is described. del tóro déniz, r., rajmanko, e. m., peón espinosa, a. m., peña velázquez, i. influência do meio (fortemente ácido ou básico) nas propriedades eletroquímicas do eletrodo seletivo de nitrato. ecl. quím. (são paulo), v.22, p.23-30, 1997. resumo: foi preparado um eletrodo seletivo para íons nitrato, para uso em um meio agressivo (altamente ácido ou básico). ficou demonstrado que o gráfico de e com pno3 não apresenta resposta do tipo de nernst, no intervalo de concentração de h2so4 acima de 0,1 mol/l. o comportamento observado foi atribuído à formação de um ânion dimérico hn2o6 -. palavras-chave: eletrodo de membrana; eletrodo de íon seletivo; eletrodo seletivo de nitrato. references 1 corvi, c., macri, c., vogel, j. representative sampling for nitrate determination in green hoose lettuces. mett. geb. lebensmittelunteres hyg. v.77, n.3, p.435-45, 1986. [ links ] 2 del toro déniz, r. curso de post-grado sobre electrodos ion-selectivos. cuba: universidad de camagüey, 1990. [ links ] 3 del toro, r., rajmanko, e.m., gulievich, g.l., starobiniets, g.l. ionoselektivnii elektrod dlia apredeleñii 2,4-dixlorfenoxiuksusnoi kisloti. bestzi akademii navuk bssr. n.6, p.912, 1985. 4 diaz ara, r.c. construcción de un electrodo selectivo de nitratos de doble membrana. determinación de sus características analíticas fundamentales. afinidad l 447, p.329-35, 1993. [ links ] 5 dissanayako, c. b., weeraseriya, s. v. medical geochemistry of nitrates in human cancer in srilamka. int. env. stud, v.30, n.2-3, p.145-58, 1987. [ links ] 6 doina, l. cytogenetic changes induced in vivo by exposure to sodium nitrate. rev. med. clin., v.91, n.2, p.305-07, 1987. [ links ] 7 garcía, o.r., bosch, b.n. aspectos toxicológicos de la presencia de nitratos y nitritos en vegetales cocidos y sus aguas de cocción. alimentaria, v.25, n.191, p.71-5, 1988. [ links ] 8 willard, h., merrit, l.l., dean, j.a. métodos instrumentales de análisis. méxico: ed. cecsa. p.600-25, 1987. [ links ] recebido em 10.6.1996. aceito em 25.9.1996. * departament of chemistry camagüey university apdo 5372 zona postal 3 cuba. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701997000100003&lng=en&nrm=iso&tlng=en#home javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.22  são paulo  1997 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701997000100003  universidade estadual paulista reitor pasqual barretti vice-reitora maysa furlan pró-reitora de graduação celia maria giacheti pró-reitora de pós-graduação maria valnice boldrin pró-reitor de pesquisa edson cocchieri botelho pró-reitor de extensão universitária e cultura raul borges guimarães pró-reitor de planejamento estratégico e gestão estevão tomomitsu kimpara instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 3 | 2020 | 37 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 37-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 determination of paracetamol in pharmaceutical samples by spectrophotometric method chand pasha department of general studies, royal commission yanbu colleges and institutes, royal commission for jubail and yanbu, p.o. 30436, yanbu21477, saudi arabia +corresponding author: chand pasha, phone: +966531810596, email address: drcpasha@gmail.com article info article history: received: december 23, 2019 accepted: february 14, 2020 published: july 1, 2020 keywords: 1. spectrophotometry 2. diazotization 3. paracetamol 4. p-aminophenol 5. 1, 3 dinitrobenzene 6. 2, 4 dinitrophenyl hydrazine 1. introduction paracetamol called acetaminophen or 4acetamidophenol, is a common pain reliever and fever reduction medicine1. its chemical name is nacetyl-p-aminophenol with a chemical formula c8h9no2. paracetamol was first prepared in 1878 by harmon northrop morse an american chemist2. it is available as a generic medication with trade names including tylenol and panadol, among others3. it is often sold in the commercial markets with a major ingredient in many cold and flu remedial combination drugs. it is usually used either by mouth or rectally, but is also available intravenously1,4. paracetamol is accessible in as a tablet, drops, capsules, injection, and syrup5. abstract: it is described the use of 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine is used as coupling agent for the spectrophotometric determination of paracetamol. this method is easy and simple based on the reaction of acid hydrolysis of paracetamol to produce p-aminophenol, which in turn reacts with nitrite in acidic standard to form diazonium ion, which is coupled with coupling agent in basic standard to produce azo dyes. the formed dyes follow beer’s law in the range of 0.820.5 g ml-1 of paracetamol with 1, 3 dinitrobenzene or 0.5-18.4 g ml-1 of paracetamol with 2,4 dinitrophenyl hydrazine with absorption maxima at 429 nm or 430 nm. the molar absorptivity and sandell’s sensitivity of paracetamol with 1,3 dinitrobenzene or paracetamol with 2,4 dinitrophenyl hydrazine azo dyes were 1.965×104 l mol-1 cm-1 or 2.776×104 l mol-1 cm-1, and 7.692×10-3 g cm-2 or 5.698×10-3 g cm-3 respectively. the dyes formed are stable for more than 12 h. the optimal reaction circumstances and other analytical parameters are evaluated. interference due to foreign organic compounds have been studied. the method has been effectively applied to the determination of paracetamol in pharmaceutical samples. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 mailto:drcpasha@gmail.com original article 38 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 37-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 paracetamol is usually safe at suggested doses6. the suggested maximum daily dosage for an adult is 3 or 4 grams7,8. higher doses may result in toxicity, including liver disaster. serious skin rashes may infrequently occur, and it appears to be secure during pregnancy and breastfeeding1. paracetamol is also used for severe ache, such as cancer ache and ache after surgery, in combination with opioid ache medication9. paracetamol has a highly targeted action in the brain, blocking an enzyme involved in the transmission of ache. its mode of action was known to be different compared to other pain relievers, but although it produces pain relief throughout the body10. it is on the who's list of essential medicines, the most effective and safe medicines desired in a health system11. a lot of techniques are existing in the literature for the determination of paracetamol in various types of pharmaceutical preparations. these techniques are titrimetric12, hplc and rphplc13-15, hptlc16, voltametric17-20, electrochemical21 and spectrophotometry10. several spectrophotometric techniques for the determination of paracetamol are presented in the literature10,22-41. the reagents reported for the spectrophotometric determination of paracetamol are less selective, less sensitive and some require stringent experimental conditions and are chronic toxic in nature27,33,36,38. the present research work is on spectrophotometric determination of paracetamol in pharmaceutical samples. the hydrolyzed product of paracetamol is diazotized with nitrite in acidic standard at room temperature and the diazonium salt thus shaped is coupled with 1,3 dinitrobenzene and 2,4 dinitrophenyl hydrazine to give colored azo dye in alkaline standard is the source for the determination of paracetamol. the method has been successfully applied to the determination of paracetamol in pharmaceutical samples. 2. experimental 2.1 instruments used a shimadzu deutschland gmbh uv-2550 spectrophotometer and a ph meterwtw ph 330 were used. 2.2 chemicals and reagents used stock solution of paracetamol (gift sample from matrix laboratory, hyderabad, india): weighed an amount 0.251 g of paracetamol and was dissolved in 10-15 ml of ethanol then the solution is transferred into a 250 ml standard flask, fulfilled to the mark with double distilled water (1000 µg ml-1). working solution was prepared as required by dilution. sodium nitrite solution (0.5%), hydrochloric acid solution (0.5 mol l-1), 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine solution (2%), sodium hydroxide solution (2 mol l-1). 2.3 hydrolyzed paracetamol solution (100 μg ml-1) a 150 ml of 1000 μg ml-1 paracetamol solution was transferred to 250 ml round bottomed flask provided with 20 ml of 4 mol l-1 of hydrochloric acid, then refluxed for 1 h, kept aside to cool the solution, then neutralized with 20% of sodium carbonate solution, then diluted with distilled water using a 250 ml volumetric flask. a 16.6 ml of the above solution was diluted with distilled water in a 100 ml volumetric flask to prepare 100 μg ml-1 paracetamol40. 2.4 paracetamol tablets solution (1000 μg ml-1) paracetamol tablets of different trademarks were purchased from local pharmacy and were finely powdered. an accurately weighed amount of powder equivalent to 0.25 g paracetamol was dissolved in 10-12 ml ethanol, then 90-100 ml distilled water was added, mixed well to increase the solubility, filtered into 250 ml calibrated flask. then the solution was completed to the mark with distilled water, and progress as mentioned above in preparation of hydrolyzed paracetamol solution40. 2.5 paracetamol tablets of different trademarks used p-750: 750 mg. apex laboratories pvt. ltd. chennai, tamilnadu, india, dolopar: 650 mg. micro labsltd. bangalore, india, disprin paracetamol: 500 mg. reckitt & benckiser ltd. gurgaon, haryana, india, crocin quik: 500 mg. glaxo smithkline, mumbai, maharashtra, india, paramet: 500 mg. wallace pharmaceuticals ltd. goa, india, nicetamol: 125 mg. dr. reddy’s laboratories ltd, hyderabad, andra pradesh, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 original article 39 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 37-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 india, paracip 500 mg. cipla limited, mumbai, maharashtra, india. 2.6 procedure for the determination of paracetamol an aliquot of the solution containing paracetamol (µg ml-1) was transferred into a string of 10 ml calibrated flasks. add 1 ml of 0.5% solution of nano2 and 0.5 ml of 0.5 mol l-1 hcl and then the solution was mixed thoroughly and kept away for accomplishment of diazotization reaction. then, add 1 ml of 2% 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine and 1.5 ml of 2 mol l-1 naoh solutions and then diluted to 10 ml, using distilled water, and mixed thoroughly. later the absorbance of the colored azo dye formed was measured at 429 nm or 430 nm beside the reagent blank. 3. results and discussion the diazotization of paracetamol with nitrite, followed by the coupling of 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine in alkaline standard. the absorption spectra of the azo dye produced between paracetamol-1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine is presented in fig. 1 having absorption maximum at 429 nm or 430 nm, respectively. the plot of absorbance against concentration of paracetamol coupled with 1, 3dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine is presented in fig. 2. the formed dyes obeys beer’s law in the range of 0.8-20.5 g ml-1 of paracetamol with 1,3 dinitrobenzene or 0.5-18.4 g ml-1 of paracetamol with 2,4 dinitrophenyl hydrazine and the reaction method is shown in scheme 1. wavelength / nm 100 200 300 400 500 600 700 800 900 a bs or ba nc e 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 a b c figure 1. absorption spectrum of the diazocouple of nitrite with 1,3 dinitrobenzene against reagent blank (a); absorption spectrum of the diazocouple of nitrite with 2,4 dinitrophenyl hydrazine against reagent blank (b) and reagent blank against distilled water (c). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 original article 40 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 37-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 concentration of paracetamol / µgml -1 0 5 10 15 20 25 a bs or ba nc e 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 beer's law using paracetamol coupled with 2,4 dinitrophenyl hydrazine beer's law using paracetamol coupled with 1,3 dinitrobenzene figure 2. adherence to beer’s law using 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine as coupling agents. p amino phenol colored azo dye diazonium salt nh2 oh 1% nano 2 0.2 mol l -1 hcl + n oh n cl n oh n no2 no2 nh nh2 no2 no2 no2 n oh n no2 colored azo dye oh nh ch3 o acid hydrolysis diazonium salt + n oh n cl + no2 nh nh2 no2 2 mol l -1 naoh diazonium salt + n oh n cl + 2 mol l -1 naoh paraceutamol a) b) 1,3 dinitrobenzene 2,4 dinitrophenyl hydrazine scheme 1. formation of colored azo dye. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 original article 41 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 37-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 3.1 effect of acid concentration, acids and temperature the acidity effect on the diazotization reaction was considered with 2 µg ml-1 of paracetamol, in the range 0.10.6 mol l-1 hcl. from the results, it can be observed that 0.5 ml of 0.5 mol l-1 hcl is the suitable concentration which gives the highest value of absorbance, for diazocouple of nitrite with 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine, beyond this range, a decrease in the absorbance was detected (tab. 1). table 1. effect of acid concentration on absorbance. 0.5 ml hcl used (mol l-1) absorbance (a) 1,3 dinitrobenzene 2,4 dinitrophenyl hydrazine 0.1 0.226 0.202 0.2 0.243 0.215 0.3 0.259 0.236 0.4 0.253 0.238 0.5 0.285 0.242 0.6 0.271 0.234 the effect of the amount of different acid (weak and strong) for the diazotization of paracetamol with nitrite, followed by the coupling of 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine have been investigated. the results indicated that 0.5 ml of 0.5 mol l-1 hcl produces the highest intensity for the dye, so it has been selected in the subsequent experiments (tab. 2). diazotization was conceded at room temperature (25 ± 5) 0c. table 2. effect of different acid concentration on absorbance. 0.5 mol l-1 acid concentration used absorbance (a) / ml of acid used 0.25 ml 0.5 ml 0.75 ml 1.0 ml hcl 0.222 0.252 0.244 0.201 hno3 0.217 0.243 0.237 0.296 h2so4 0.215 0.222 0.219 0.263 ch3cooh 0.297 0.217 0.295 0.212 3.2. effect of the nitrite concentration the color is reached maximum intensity when using 1 ml of 0.5% sodium nitrite solution using paracetamol-1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine with 2 µg ml-1 of paracetamol and adding 1 ml of 0.1-1.0% solutions of the nitrite in hydrochloric acid (0.5 mol l-1) to a series of nitrite solutions. higher concentration did not build up the absorbance further, and at lower concentration, no good results were obtained. 3.3 effect of coupling agent 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine is used as a coupling agent was in the current procedure, by taking 2 µg ml-1 of paracetamol and adding 0.25-2.0 ml of 2% 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine to a string of nitrite solutions. it was found that utmost and firm color was obtained with 1 ml of 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine (2%) solution in an ultimate volume of 10 ml. 3.4 effect of naoh concentration the experiment showed that 1.5 ml of naoh gave utmost absorbance and 1.5 ml of 2 mol l-1 naoh solutions was preferred for the diazotization of paracetamol with nitrite, followed by the coupling of 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine using 2 µg ml-1 of paracetamol. other alkaline solutions were applied, but the finest results were gained by the use of naoh solution (tab. 3). table 3. effect of naoh on absorbance. 2 mol l-1 sodium hydroxide used (ml) absorbance(a) 1,3 dinitrobenzene 2,4 dinitrophenyl hydrazine 0.5 0.218 0.212 1.0 0.224 0.216 1.5 0.257 0.232 2.0 0.243 0.226 3.5 interference of foreign compounds the results specified that the studied foreign compounds such as 1000 µg ml-1 of glucose, 800 µg ml-1 of fructose, 500 µg ml-1 of lactose, 500 µg ml-1 of starch and 200 µg ml-1 of urea do not interfere in the determination of 2 µg ml-1 of paracetamol. an error below ±2% error in the absorbance values of paracetamol at 2 µg ml-1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 original article 42 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 37-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 3.6 analytical data by plotting absorbance beside concentration of paracetamol, a straight line is obtained in the graph. beer’s law obeys in the range of 0.8-20.5 g ml1of paracetamol with 1,3 dinitrobenzene or 0.518.4 g ml-1 of paracetamol with 2,4 dinitrophenyl hydrazine. the molar absorptivity of colored system with nitrite-1,3 dinitrobenzene or nitrite-2,4 dinitrophenyl hydrazine were 1.965×104 l mol1cm-1 or 2.776×104 l mol-1cm-1, and the sandell’s sensitivity of colored system with nitrite-1,3 dinitrobenzene or nitrite-2,4 dinitrophenyl hydrazine were found to be 7.692×10-3 g cm-2 or 5.698×10-3 g cm-2. the detection limit (dl = 3.3  / s) and quantitation limit (ql= 10  / s) of paracetamol with 1,3 dinitrobenzene or paracetamol with 2,4 dinitrophenyl hydrazine were found to be 0.264 g ml-1 and 0.80 g ml-1 or 0.239 g ml-1 and 0.724 g ml-1 [where  = standard deviation, (n=5) and s = slope of the curve] and correlation coefficient of paracetamol with 1,3 dinitrobenzene or paracetamol with 2,4 dinitrophenyl hydrazine were 0.9991 or 0.9992. 3.7 comparison of the current method with other spectrophotometric methods a comparison of the current method with other spectrophotometric methods are reported for paracetamol determination (tab. 4). as can be seen, the molar absorptivity, sandell’s sensitivity and color stability (more than 12 h) of the proposed method are comparable or better than other reported methods. the proposed method exhibited excellent selectivity, repeatability, and ease of operation. thus, the presented method could be of great interest especially for determination of paracetamol in routine analytical laboratories. table 4. comparison of the proposed method with other spectrophotometric methods. reagent used λmax / nm ε × 104 / l mol-1 cm-1 beer’s law limits / μg ml-1 sandell’s sensitivity / g cm-2 remarks ref. no 8-hydroxyquinoline or 2-naphthol 470 or 490 1.9 or 2.46 2-10 7.9×10-3 or 5.9×10-3 --[10] 1-napthol or resorcinol 505 or 485 1.68 or 2.86 0-10 9.0 ng ml-1 cm-2 or 5.3 ng ml-1 cm-2 color stability is < than 1 hour [27] sodium bismuthate 550 or 560 77.27 or 100.0 100-300 in hcl or 300-800 in ch3cooh -- lack of sandell’s sensitivity [33] 2,4-dichloroaniline 490 3219.69 4-350 -- lack of application [36] different solvents 243 --1-30 mg l-1 --less sensitive [38] histidine 430 1.118 10-500 μg ml-1 0.0135 less selective [41] 2,7-dihydroxy naphthalene 481 1.058 1-14 0.0142 --[38] proposed method 1, 3 dinitrobenzene or 2, 4 dinitrophenyl hydrazine 429 or 430 1.965 or 2.776 0.8-20.5 or 0.5-18.4 7.692×10-3 or 5.698×10-3 -- 3.8 applications the current scheme was useful for the determination of paracetamol in pharmaceuticals samples. the relative standard deviation for all five samples ranged from 0.53-1.83% at 95% confidence. the percentage recoveries were found to the range from 98.20 – 100.40. the outcomes were compared with the reference method36,41 (tab. 5). the additional ingredients present in pharmaceutical sample appearances did not form hinder. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 original article 43 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 37-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p37-46 table 5. determination of paracetamol in different pharmaceutical samples using 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine as coupling agent. pharmaceutical samples sample taken / μgml-1 proposed method relative standard deviation / % recovery / % of 1,3 dinitrobenzene sample found sda / μg ml-1 2,4 dinitrophenyl hydrazine sample found sda / μg ml-1 1,3 dinitrobenzene 2,4 dinitropheny lhydrazine 1,3 dinitrobenzene 2,4 dinitrophenyl hydrazine p-750 (750 mg/tab) 5.0 10.0 15.0 5.00  0.04 9.98  0.06 14.96 0.08 4.96  0.05 9.94  0.07 14.92 0.09 0.80 0.60 0.53 1.00 0.70 0.60 100.00 99.80 99.73 99.20 99.40 99.46 dolopar (650 mg/tab) 5.0 10.0 15.0 5.01  0.05 9.95  0.08 14.94 0.09 5.00  0.08 9.91  0.08 14.900.10 0.99 0.80 0.60 1.60 0.81 0.67 100.20 99.50 99.60 100.00 99.10 99.33 disprin paracetamol (500 mg/tab) 5.0 10.0 15.0 4.97  0.06 9.97  0.08 14.98 0.09 4.92  0.09 9.90 0.10 14.930.10 1.21 0.80 0.60 1.83 1.01 0.67 99.40 99.70 99.87 98.40 98.60 99.53 crocinquik (500 mg/tab) 5.0 10.0 15.0 5.01  0.06 9.99  0.09 14.98 0.10 4.91  0.07 9.89  0.11 14.92 0.12 1.19 0.90 0.67 1.42 1.11 0.80 100.20 99.90 99.86 98.20 98.90 99.46 paramet (500 mg/tab) 5.0 10.0 15.0 4.99  0.08 10.00 0.08 14.96 0.09 4.94  0.04 9.88 0.07 14.87 0.10 1.60 0.80 0.60 0.81 0.71 0.67 99.80 100.00 99.73 98.80 98.80 99.13 nicetamol (125 mg/tab) 5.0 10.0 15.0 5.02  0.08 9.92 0.08 14.990.09 4.97  0.08 9.96  0.09 14.830.09 1.59 0.81 0.60 1.61 0.90 0.61 100.40 99.20 99.93 99.40 99.60 98.87 paracip (500 mg/tab) 5.0 10.0 15.0 4.97  0.06 9.94 0.08 14.940.10 4.93  0.09 9.83 0.06 14.850.09 1.21 0.80 0.66 1.82 0.61 0.60 99.40 99.40 99.60 98.60 98.30 99.00 a. mean (n=5)  sd {standard deviation}. 4. conclusions this study demonstrated that spectrophotometric analysis is a very powerful methodology for the determination of paracetamol. for the first time 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine is used as coupling agent for the determination of paracetamol in pharmaceutical dosage samples using an easy and simple spectrophotometric method. the proposed method has an ample range of applications with no need of heating, cooling, extraction and has high color stability (12 h). the percentage recoveries were found in the range from 98.20 – 100.40 which complete the legitimacy of the method for the analysis of paracetamol in pharmaceutical formulations. moreover, the current method is more effective than the methods reported in the literature and has been effectively applied to the spectrophotometric analysis of determination of paracetamol in several pharmaceutical dosage samples. 5. acknowledgment author is thankful to the department of general studies, yanbu industrial college and rcyci, yanbu, ksa, for the constant support and encouragement. 6. references [1] 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-c4h9) com ácido dl-mandélico, c6h5ch(oh)cooh, em meio de etanol, foram obtidos novos compostos formulados como [(lr2sn)2o] [l= c6h5ch(oh)coo-], nos quais o átomo de estanho é pentacoordenado, com o ligante l estabelecendo uma ligação bidentada através dos átomos de oxigênio dos grupos ácido e hidroxila alcoólica. nas mesmas condições, nenhum produto obtido a partir da reação de (c6h5)2sno ou (c6h5)2sncl2 pode ser identificado. no entanto, quando da reação de (c6h5)2sncl2 com ácido dl-mandélico, em meio de acetonitrila, foi preparado um composto dimérico hexacoordenado formulado como [l(c6h5)2sncl]2. este composto não pode ser isolado de forma pura e está misturado com 7% de impurezas não identificadas, cujos parâmetros de interação hiperfina sugerem tratar de estanho tetravalente octaedricamente coordenado por oxigênio. os compostos obtidos foram caracterizados por determinação de ponto de fusão, microanálise e espectroscopias i.v. e mössbauer. palavras-chave: estanho; complexos de estanho; compostos diorganoestânicos; compostos diorganometálicos; a-hidroxicarboxilatos; dl-mandelatos. introdução os carboxilatos organoestânicos constituem ampla classe de compostos que têm sido alvo de estudos detalhados. para um grande número destes compostos, são conhecidas suas estruturas, obtidas por difratometria de raios x.19,23,27,30,31 a literatura pertinente, também, inclui extenso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#back estudo das propriedades dos carboxilatos organoestânicos, com o envolvimento de praticamente todas as técnicas instrumentais de análise.17,20,22,28 suas aplicações práticas são variadas: podem ser utilizados como catalisadores na indústria7,12; como biocidas em agricultura;4,25,29 como antitumorais em medicina14,15 etc. no tocante a compostos diorganoestânicos com ácidos ahidroxicarboxílicos, somente são conhecidos a síntese e estudos de infravermelho de derivados trie diorganoestânicos do ácido benzílico.21 neste trabalho, descrevem-se a preparação e a caracterização de novos compostos diorganoestânicos derivados da reação de ácido dl-mandélico, c6h5ch(oh)cooh, com r2sncl2 e r2sno (r = -ch3; -c4h9; -c6h5). os compostos obtidos foram caracterizados por determinação de pontos de fusão, análise elementar de carbono e hidrogênio, análise termogravimétrica; espectroscopia vibracional no infravermelho e espectroscopia mössbauer. material e método a. instrumental os pontos de fusão, sem correção, foram determinados em um sistema leitz wetzlar-dialux 247. as análises elementares de carbono e hidrogênio foram realizadas no equipamento chn da mettler. as curvas tg, para cálculo dos conteúdos de sn dos complexos estudados, no intervalo 50-850oc, foram obtidas em uma termobalança tg-50 do sistema mettler ta4000. foram usadas amostras com massas menores que 10 mg e a velocidade de aquecimento foi de 20oc min-1. os estudos foram conduzidos em atmosfera ar estático sob pressão ambiente. a identificação dos resíduos da análise termogravimétrica foi feita por medidas de fluorescência de raios x realizadas num espectrômetro multicanal rigaku, modelo geigerflex, equipado com tubo de cobre (tempo de irradiação: 60 s; voltagem do tubo: 40 kv; corrente do tubo: 30 ma; atmosfera: ar). os espectros de infravermelho dos complexos, na região 4000-200 cm-1, foram obtidos no espectrofotômetro perkin-elmer 283b, usando-se pastilhas de csi. os espectros mössbauer de 119sn, a 85 k, foram obtidos usando um espectrômetro de aceleração constante movendo uma fonte de casno3 mantida à temperatura ambiente. as amostras foram analisadas na temperatura de nitrogênio líquido. todos os espectros foram ajustados computacionalmente assumindo linhas lorentzianas simples. os valores de deslocamento isomérico (d) foram obtidos com relação a uma fonte de casno3. b. reagentes todos os reagentes e solventes de grau analítico foram usados sem prévia purificação. o ácido dlmandélico foi preparado por método descrito na literatura.34 os óxidos diorganoestânicos r2sno (r= -ch3; -c4h9; -c6h5) foram obtidos pela adição de solução etanólica de nh4oh a soluções etanólica de r2sncl2; os precipitados obtidos foram filtrados, lavados com etanol e éter e secos sob vácuo.25 c. preparação dos complexos [(lr2sn)2o] (l= c6h5ch(oh)coo-; r= -ch3, -c4h9) i. preparação de [{l(ch3)2sn}2o] dissolvem-se 0,200 g (1,21 mmoles) de (ch3)2sno {ou 0,265g (1,21 mmoles) de (ch3)2sncl2} e 0,184 g (1,21 mmoles) de ácido dl-mandélico em meio de etanol e mantém-se o sistema sob refluxo por 6 horas. filtra-se a suspensão e o sólido obtido é isolado por filtração, lavado com etanol e éter e seco sob vácuo. ii. preparação de [{l(c4h9)2sn}2o] dissolvem-se 0,300 g (1,21 mmoles) de (c4h9)2sno {ou 0,368g (1,21 mmoles) de (ch3)2sncl2} e 0,184 g (1,21 mmoles) de ácido dl-mandélico em meio de etanol e procede-se como descrito em i. d. preparação de [l(c6h5)2sncl]2 dissolvem-se 0,416 g (1,21 mmoles) de ph2sncl2 e 0,184 g (1,21 mmoles) de ácido dl-mandélico em 30 ml de acetonitrila e mantém-se o sistema sob refluxo por 24 horas. reduz-se o volume pela metade, resfria-se e mantém-se a solução sob resfriamento a -10oc, até formação de precipitado, que é filtrado, lavado com acetonitrila e seco sob vácuo. resultado e discussão a tabela 1 apresenta os dados analíticos e os pontos de fusão dos dl-mandelatos diorganoestânicos preparados. os teores de estanho dos compostos foram determinados a partir das massas dos resíduos da análise termogravimétrica, identificados como sno2 por difratometria de fluorescência de raios x. na síntese dos compostos, todos de cor branca, pode-se observar ao microscópio, que os sólidos http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab1 obtidos apresentavam natureza microcristalina. no entanto, para nenhum deles foi conseguida condição que permitisse a obtenção de monocristais com características adequadas à determinação de estruturas por difratometria de raios x. os complexos, que são estáveis ao oxigênio atmosférico quando no estado sólido, durante as várias tentativas de recristalização, sofriam decomposição, mesmo sob atmosfera inerte, produzindo cristais dos respectivos óxidos diorganoestânicos r2sno (r = -ch3; -c4h9; -c6h5). nos espectros de infravermelho dos complexos estudados, são de interesse a região da freqüência de estiramento da carboxila, 1.720-1.290 cm-1; a região baixa do espectro, de 200 a 800 cm-1, associadas aos estiramentos sn-cl, sn-c, sn-o e sn-o-sn; bem como a região da freqüência de 3.400 cm-1, relativa aos estiramentos o-h. as freqüências associadas com estas vibrações são mostradas na tabela 2 e as atribuições foram feitas por comparação com freqüências de carboxilatos organoestânicos e complexos descritos na literatura.6,10,24,26,32 da comparação dos espectros dos compostos preparados, com o do ácido dl-mandélico livre, podese verificar um deslocamento da banda 1720 cm-1, atribuída ao estiramento assimétrico da carboxila, ncoo(as), no ácido livre, para 1640-1500 cm-1, nos complexos. ocorre ainda o aparecimento de banda intensa a 1340-1415 cm-1, atribuída ao estiramento simétrico da carboxila, ncoo(sim), nos complexos. essas observações são consideradas evidências para a formação dos complexos.1,2,3,5 além disso, nos espectros dos dl-mandelatos observa-se um alargamento da banda intensa a 3.400 cm-1, atribuída à hidroxila alcoólica no ácido livre, evidenciando sua participação na coordenação ao estanho, de forma protonada.16,18 a figura 1 apresenta os espectros de infravermelho do ácido dl-mandélico e dos novos dl-mandelatos diorganoestânicos preparados. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig1 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab2 pela natureza dos reagentes de partida, com base nos dados de análise elementar e nas inferências dos espectros de infravermelho, foi possível estabelecer as seguintes formulações para os dlmandelatos diorganoestânicos que foram preparados neste trabalho: [{l(ch3)2sn}2o] (composto a), [{l(c4h9)2sn}2o] (composto b) e [l(c6h5)2sncl] (composto c) {l= c6h5ch(oh)coo-}. para os compostos a e b, foi possível fazer tentativa de proposição das estruturas indicadas na figura 2. estas estruturas, contendo oxigênio ligado em ponte, são consistentes com a observação de bandas nos espectros de infravermelho, a 780 cm-1, para os compostos a e b respectivamente, atribuídas especificamente a este tipo de ligação.20,21,22 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig2 para o composto contendo o grupo fenila, não foi possível propor uma estrutura semelhante. durante as sínteses, os compostos a e b foram preparados pela reação direta de r2sncl2 ou r2sno (r = -ch3; -c4h9) com ácido dl-mandélico, em meio de etanol e sob refluxo. pelo mesmo procedimento, utilizando-se (c6h5)2sncl2 ou (c6h5)2sno, o produto da reação mostrou-se uma mistura complexa da qual não pode ser isolado nenhum composto. apesar de ser uma mistura, o respectivo espectro de infravermelho indicava a presença de dl-mandelato coordenado. tentativas de extração com solventes usuais levavam sempre a cristais brancos que eram identificados como (c6h5)2sno, demonstrando que qualquer eventual composto formado sofria decomposição, mesmo sob condições de atmosfera inerte. o composto c, [(c6h5)2snlcl] (l = c6h5ch(oh)coo-), só pode ser obtido em acetonitrila e a partir de (c6h5)2sncl2, de acordo com o procedimento descrito na parte experimental, depois de várias tentativas de adequação das condições de síntese e natureza do solvente. em seu espectro de infravermelho não foi observada banda a 780 cm-1, relativa ao estiramento da ligação de oxigênio em ponte com átomos de estanho, como nos casos dos compostos a e b. no entanto, foi verificada a existência de banda a 420 cm-1, atribuída ao estiramento sn-o, bem como pode ser observada uma banda nítida de média intensidade, a 270 cm-1, atribuída ao estiramento sn-cl18. é inusitado que um dos átomos de cloro ainda permaneça coordenado no complexo preparado, pois o meio básico durante a reação deveria atuar como agente facilitador para a substituição total dos cloretos do reagente de partida, (c6h5)2sncl2. os dl-mandelatos foram também estudados por espectroscopia mössbauer. os espectros de mössbauer de 119sn são mostrados na figura 3 e os melhores parâmetros ajustados estão sumarizados na tabela 3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 da figura 3 e da tabela 3, fica evidenciado que os compostos a e b apresentam somente um sítio ao redor do estanho, enquanto que, para o composto c, dois sítios são observados. os valores do desdobramento quadrupolar, d , para a e b sugerem geometria trigonal bipiramidal, com os radicais alquila em posição trans-distorcida.8,9,13,25 estes resultados estão em concordância com os dados de análise elementar e de infravermelho, confirmando as estruturas propostas para os compostos. o sítio principal do composto c, cuja contribuição é de 93% da área total sob a curva de ressonância, é típico, também, para sn(iv). a área remanescente, relativa a 7%, é devida a impurezas, cujos parâmetros são característicos para estanho tetravalente octaedricamente coordenado por oxigênio, sendo que a largura de linha, g , apresentada por este sítio indica um desdobramento quadrupolar não-resolvido, devido a distorções moderadas do octaedro.11 para o composto c, o valor de d indica geometria octaédrica distorcida ao redor do estanho, com os grupos fenila em posição trans.8,9,13,25 estes resultados, conjuntamente com os dados de análise elementar e infravermelho, permitem propor, para o composto c, a estrutura indicada na figura 4. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig4 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab3 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig3 conclusão os compostos descritos neste trabalho puderam ser caracterizados como espécies com geometrias bipirâmide trigonal com átomos de oxigênio em ponte (compostos a e b) ou octaédrica com átomos de cloro em ponte (composto c). estes resultados são bastante distintos daqueles descritos para os únicos compostos diorganoestânicos derivados de um ácido a-hidroxicarboxílico, o ácido benzílico – (c6h5)2c(oh)cooh, que se mostraram espécies octaédricas e monoméricas do tipo [r2snb2] {r = -ch3, -c2h5, -c4h9; r = c6h5ch(oh)coo-}.21 agradecimentos à capes e fapemig pelo suporte financeiro; ao prof. carlos alberto filgueiras (ufmg) pelo uso de seus laboratórios e cessão de reagentes e ao sr. wellerson fonseca ribeiro (ufmg) pelo apoio na parte experimental. terra, v. r. et al. synthesis and characterization of diorganotin(iv) compounds with dl-mandelic acid. ecl. quím., (são paulo), v.23, p.17-30, 1998. abstract: equimolecular reactions between r2sno or r2sncl2 (r = -ch3; -c4h9), in ethanol medium, with dl-mandelic acid, c6h5ch(oh)cooh, led to news compounds formulated as [(lr2sn)2o] (l = c6h5ch(oh)coo-) in which the tin atom is pentacoordenated, with the ligand l performing a bidentate bonding mode through the both oxygen of acid and alcoholic hydroxylic groups. in the same conditions, any reaction product obtained from (c6h5)2sno or (c6h5)2sncl2 coud be identified. however when the reaction is performed with (c6h5)2sncl2, in acetonitrile medium, a hexacoordenated compound formulated as [l(c6h5)2sncl]2 is obtained in mixture with hydrated sncl4. the reaction products were characterized by melting point, microanalysis, thermogravimetric analysis, infrared and mössbauer spectroscopy. keywords: tin; tin complexes; diorganotin compounds; diorganomettalics compounds; ahydroxycarboxylates; dl-mandelates. referências 1 barbiéri, r. s.; klein, s. i.; marques netto; a. time differential perturbed angular correlation (tdpac) study of some hafnium glycolate complexes. polyhedron, v. 7, p. 2165, 1988. 2 barbiéri, r. s.; terra, v.r.; marques netto, a.; rocha, j. c. infrared study of zirconium and hafnium a-hydroxycarboxylates. ecl. quím., v. 19, p. 129, 1994. 3 barbiéri, r. s.; terra, v.r.; marques netto, a.; rocha, j. c. contribution to the study of zirconium and hafnium a-hydroxycarboxylates. quím. nova, v. 18, p. 40, 1995. 4 blunden, s. j.; chapman, a. organotin compounds in the environment. organometallic compounds in the environment; craig, p. j., ed. harlow: longman, 1986. 5 bolard, j. infrared absorptions spectra of simple hydroxy acids. j. chem phys., p. 887, 1965. 6 cefalu, r.; bosco, r.; bonati, r.; maggio, f.; barbieri, r. spectroscopyc studies on complexes of diorganotin(iv) moieties with sno and ono tridentade ligands. z. anorg. allg. chem., v.376, p. 180, 1970. 7 davies, a.g.; 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(ed.) new york: marcel dekker, 1971. 34 vogel, a. textbook of practical organic chemistry: qualitative organic analysis. new york: longman, 1978. 4.ed. recebido em 10.06.1997. aceito em 03.12.1997. * departamento de química universidade de brasília 70910-900 brasília df ** departamento de química centro de ciências exatas universidade federal de viçosa 36570-000 viçosa mg *** departamento de física instituto de ciências exatas universidade federal de minas gerais 31270-901 belo horizonte mg http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46701998000100002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#home eclética química print version issn 0100-4670on-line version issn 1678-4618 eclet. quím. vol.23  são paulo  1998 http://dx.doi.org/10.1590/s0100-46701998000100002  introduction rubiaceae is widely distributed in brazilian main ecosystems (amazon, cerrado and atlantic forest). this family is well known due to economic and therapeutic importance of these species, specially coffea arabicaand cinchona ledgeriana[12]. reported chemical constituents of rubiaceae revealed a great diversity of secondary metabolites such as iridoids, alkaloids, anthraquinones, flavonoids, phenolics derivatives, triterpenes and diterpenes [1]. few chemical studies of alibertia have been reported resulting in the isolation of several triterpenes [2-4], iridoids [5], flavonoids [6] and caffeic acid esters [2]. alibertia sessilis(vell.) k. schum., popularly known as “marmelada-de-cachorro”, is distributed in the states of ceará, mato grosso, goiás and minas gerais. the plant possesses fruits with succulent pulp, black when ripe, which are consumed by birds in general [7]. from the stems of a. sessiliswe report the isolation of a mixture of lignan glycosides. the separation of (+)-lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside (1) and (-)-lyoniresinol 3α-o-βglucopyranoside (2) by conventional methods such as silica gel and rp18 low pressure column chromatography was unsuccessful. however, it was quite easy and fast to purify each compound by preparative high-performance liquid chromatography (hplc). reversed-phase hplc is commonly used for the separation of compounds present in complex mixtures of plant extracts [8-9]. nuclear magnetic resonance (nmr) analysis was used to identify the compounds. compound 1 exhibit antioxidant [10] and antitumor-promoting activities [11]. these compounds, whose chemical structures are given in figure 1, are being reported for the first time in rubiaceae. 55ecl. quím., são paulo, 31(4): 55-58, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 isolation of lignans glycosides from alibertia sessilis(vell.) k. schum. (rubiaceae) by preparative high-performance liquid chromatography v. c. da silvaa, g. h. silvab, v. da s. bolzani, m. n. lopes*a adepartamento de química orgânica, instituto de química, universidade estadual “júlio de mesquita filho”, cp 355, cep 14800-900, araraquara, são paulo brazil. bdepartamento de química, universidade federal de sergipe, cep 49100-000, aracajú, sergipe brazil. *email address: mnlopes@iq.unesp.br abstract: enantiomeric aglycone lignans contained in a mixture were separated from a fraction of the extract of the stems of alibertia sessilis(vell.) k. schum. (rubiaceae) by preparative high-performance liquid chromatography. an efficient and fast separation can be achieved with methanol-water (30:70, v/v). their structures were identified as (+)-lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside and (-)lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside, being reported for the first time in rubiaceae. keywords: rubiaceae; alibertia sessilis; enantiomeric aglycone lignans; hplc. experimental details plant material alibertia sessilis(vell.) k. schum. (rubiaceae) was collected in the estação ecológica experimental de mogi-guaçu, são paulo state, brazil in november 2003. a voucher specimen was deposited at the herbário do instituto botânico da secretaria do meio ambiente de são paulo (nº sp370.914). apparatus the high-performance liquid chromatography (hplc) (shimadzu, japan) equipment used was a class-vp ver.5.41 system comprised a shimadzu spd10avp uv detector, a shimadzu lc-8atvp multisolvent delivery system, a shimadzu scl-10avp controller, a shimadzu lc pump, a degasser shimadzu dgu-14a and a class-vp ver.5.41 workstation (shimadzu, japan). hplc-grade methanol was purchased from j.t. baker (baker-mallinckrodt, phillipsburg, nj, usa). hplc-grade water (18 mω cm) was obtained using a millipore milli-q purification system (millipore co., bedford, ma, usa). extraction, fractionation and preparation of sample dried and powered stems (50.0 g) of a. sessiliswere successively extracted with ethanol at room temperature. the solvent was removed under reduced pressure yielding 3.7 g of crude extract. this extract was dissolved in methanolwater (80:20, v/v) and partitioned with hexane, ethyl acetate and n-butanol to yield 0.5 g of hexane extract, 1.4 g of ethyl acetate extract and 1.3 g of n-butanol extract after evaporated to dryness under reduced pressure. the ethyl acetate extract was submitted to column chromatography using sephadex lh-20. 56 ecl. quím., são paulo, 31(4): 55-58, 2006 the column was eluted with methanol, to give 15 fractions reunited after thin layer chromatography (tlc) analysis. fractions 2-3 (146.4 mg) were subjected to chromatography on a rp18 column using a water-methanol gradient system affording iridoid geniposidic acid (11.8 mg), a derivative fenolic glycoside (6.7 mg) not yet identified and the mixture of lignans glycosides (36.6 mg). separation procedure the separation of lignans was performed using a phenomenex luna rp18 (2) column (250 x 21.20 mm i.d. x 10 µm, torrance, ca, usa) in a rheodyne 7125 sample injector with a 2.0 ml sample loop (rheodyne, cotati, ca, usa). the mobile phase composed of methanol-water (30:70, v/v, isocratic system) was eluted using a flow-rate of 10.0 ml min-1, the injection volume was 1.0 ml. pure lignans were examined by hplc on an analytical column. the analysis was performed with a phenomenex luna rp18 (2) column (250 x 4.6 mm i.d. x 5 µm, torrance, ca, usa) in a rheodyne 7125 sample injector with a 20 µl sample loop (rheodyne, cotati, ca, usa). the mobile phase composed of methanol-water (30:70, v/v, isocratic system) was eluted at a flowrate of 1.0 ml min-1, the injection volume was 20 µl. for both preparative and analytical hplc, the detector was set as 238 nm. structural identification of the compounds the nmr spectra in cd3od of all compounds were obtained using a varian, inova 500 spectrometer (varian, palo alto, ca, usa), operating at 500 mhz for 1h and 125 mhz for 13c, two-dimensional technique such as gcosy (gradient chemical shift correlation spectroscopy), ghmqc (gradient heteronuclear multiple quantum coherence) and ghmbc (gradient heteronuclear figure 1. lignans glucosides isolated from the stems of alibertia sessilis. multiple bond connectivity) were used to fully elucidate the structure of compounds. chemical shifts were given in δ (ppm) using tetramethylsilane (tms) as internal standard. (+)-lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside (6.7 mg, 1): esi-ms (negative): m/z 581.2303 [m h]. 1h nmr (cd3od, 500 mhz):δ 1.61 (1h, m, h2), δ 1.99 (1h, m, h-3),δ 2.51 (1h, dd, j = 12 and 15 hz, h-1) and 2.61 (1h, dd, j = 5 and 15 hz, h1), δ 3.11-3.15 (2h, m, h-2” and h-3”),δ 3.18 (1h, m, h-4”), δ 3.24-3.27 (1h, m, h-5”), δ 3.25 (3h, s, ch3o-5),δ 3.35 (1h, dd, j = 4 and 10 hz, h-3a), δ 3.43 (1h, dd, j = 6.5 and 11 hz, h-2a), 3.55 (2h, m, h-2a and h-6”),δ 3.64 (6h, s, ch3o-3’ and ch3o-5’), δ 3.73 (1h, m, h-6”), δ 3.76 (3h, s, ch3o-7), δ 3.78 (1h, dd, j = 5.5 and 10 hz, h-3a), δ 4.18 (1h, d, j= 7.5 hz, h-1”), δ 4.32 (1h, d, j = 5.5 hz, h-4), δ 6.32 (2h, s, h-2’ and h-6’), δ6.48 (1h, s, h-8). 13c nmr (cd3od, 125 mhz): δ 33.8 (c-1),δ 40.6 (c-2), δ 42.7 (c4), δ 46.7 (c-3), δ 56.6 (ch3o-7), δ 56.9 (ch3o3’ and ch3o-5’), δ 60.2 (ch3o-5), δ 62.8 (c-6’’), δ 66.2 (c-2a), δ 71.5 (c-3a), δ 71.7 (c-4”), δ 75.2 (c-2”), δ 77.9 (c-3”), δ 78.2 (c-5”), δ 104.8 (c1”), δ 107.0 (c-2’ and c-6’), δ 107.9 (c-8), δ 126.4 (c-10), δ 130.2 (c-9),δ 135.0 (c-4’), δ 138.9 (c-6), δ 139.3 (c-1’), δ 147.6 (c-5), δ 148.6 (c-7), δ 149.0 (c-3’ and c-5’). (-)-lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside (5.8 mg, 2): esi-ms (negative): m/z 581.2303 [m h]-. 1h nmr (cd3od, 500 mhz): δ 1.58 (1h, m, h-2), δ 2.03 (1h, m, h-3), δ 2.56 (2h, m, h-1), δ 3.03-3.11 (4h, m, h-2”, h-3”, h-4” and h-5”), δ 3.23 (3h, s, ch3o-5), δ 3.50 (2h, m, h-2a), δ 3.51 (1h, m, h-3a),δ 3.58 (1h, m, h-6”), δ 3.65 (6h, s, ch3o-3’ and ch3o-5’), δ 3.72 (1h, m, h3a), δ 3.74 (1h, m, h-6”), δ 3.75 (3h, s, ch3o7), δ 4.03 (1h, d, j= 7.5 hz, h-1”), δ 4.13 (1h, d, j = 6.5 hz, h-4), δ 6.31 (2h, s, h-2’ and h-6’), δ 6.48 (1h, s, h-8). 13c nmr (cd3od, 125 mhz): δ 33.8 (c-1), δ 41.6 (c-2), δ 43.2 (c-4), δ 46.6 (c3), δ 56.6 (ch3o-7), δ 56.9 (ch3o-3’ and ch3o5’), δ 60.1 (ch3o-5), δ 62.7 (c-6’’), δ 66.2 (c2a), δ 71.6 (c-4”), δ 72.0 (c-3a), δ 75.1 (c-2”), δ 77.9 (c-3”), δ 78.2 (c-5”), δ 104.2 (c-1”), δ 107.1 (c-2’ and c-6’), δ 107.8 (c-8), δ 126.2 (c10), δ 130.2 (c-9), δ 135.0 (c-4’), δ 138.9 (c-6), δ 139.4 (c-1’), δ 147.5 (c-5), δ 148.7 (c-7), δ 149.0 (c-3’ and c-5’). 57ecl. quím., são paulo, 31(4): 55-58, 2006 results and discussion the crude extract from stems of a. sessilis was partitioned using hexane, ethyl acetate and n-butanol. the ethyl acetate extract afforded geniposidic acid, a derivative fenolic glycoside and a third compound. the 1hand 13c-nmr data for this last showed overlapping signals, suggesting that third compound could be a diastereomeric mixture of lignans containing enantiomeric aglycone parts that were not separated. conventional methods such as silica gel and rp18 low pressure column chromatography were not successful to separate this lignans. so, this partially purified sample was analysed by hplc and a series of experiments was performed to determine the optimal solvent system for the hplc separation. the following systems were tested: methanol-water (35:65, 30:70, 25:75, v/v), and the separation time were: 18 min, 25 min and 42 min, respectively, for an analytical separation run. but, despite of first system has faster separation time, the peaks concerning to lignans didn’t have good separation, and the third system had a long separation time. agood and fast separation can be achieved with the system methanol-water (30:70, v/v). another evidence that the mixture was composed of a enantiomeric aglycone parts is the identical uv spectras with absorption maximum at 215 and 270 nm and one spot when analysed by tlc. the result obtained from the partially purified sample of alibertia sessilis by preparative hplc is showed in fig. 2. figure 2. preparative hplc chromatogram of the partially purified sample of alibertia sessilis. column: phenomenex luna rp18 (2) column (250 x 21.20 mm i.d. x 10 µm); mobile phase: methanol-water (30:70, v/v); flow-rate: 10.0 ml min-1; monitoring at 238 nm. peak 1: (+)-lyoniresinol 3α-o-βglucopyranoside. peak 2: (-)-lyoniresinol 3α-o-βglucopyranoside. 58 ecl. quím., são paulo, 31(4): 55-58, 2006 figure 3. analytical hplc chromatogram of the partially purified sample of alibertia sessilisand the compounds isolated. column: phenomenex luna rp18 (2) column (250 x 4.6 mm i.d. x 5 µm); mobile phase: methanol-water (30:70, v/v); flow-rate: 1.0 ml min-1; monitoring at 238 nm. peak at tr = 13.766 min: (+)-lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside 1. peak at tr = 15.361 min: (-)-lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside 2. anomeric configuration [13]. the peak 1 fraction was identified as (+)-lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside (1) and the peak 2 fraction as (-)lyoniresinol 3α-o-β-glucopyranoside (2). conclusions reversed-phase hplc was successful in the preparative separation of a mixture containing enantiomeric aglycone parts, it was easy and fast to purify each compound of the mixture. so, this study contributed significantly to improve the knowledge about secondary metabolites of more one species of brazilian cerrado, when these compounds are being reported for the first time in rubiaceae. acknowledgements the authors are grateful to fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp) for financial support and to conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) for a fellowship granted for to v.c.s. recebido em: 16 /10/ 2006. aceito em: 08 /12/ 2006. v. c. da silva, g. h. silva, v. da s. bolzani, m. n. lopes. isolamento de lignanas glicosiladas de alibertia sessilis(vell.) k. schum. (rubiaceae) por cromatografia líquida de alta eficiência preparativa. resumo: agliconas enantioméricas de lignanas, contidas numa mistura, foram separadas de uma fração do extrato dos galhos de alibertia sessilis(vell.) k. schum. (rubiaceae) por cromatografia líquida de alta eficiência preparativa. uma separação eficiente e rápida pode ser conseguida com a fase móvel metanolágua (30:70, v/v). as estruturas foram identificadas como (+)-lioniresinol 3α-o-β-glicopiranosídeo e (-)lioniresinol 3α−o-β-glicopiranosídeo, sendo descritas pela primeira vez em rubiaceae. palavras-chave: rubiaceae; alibertia sessilis; agliconas enantioméricas de lignanas; hplc. references [1] v. da s. bolzani, m. c. m. young, m. furlan, a. j. cavalheiro, a. r. araújo, d. h. s. silva, m. n. lopes, recent res. devel. phytochem. 5 (2001) 19. [2] v. da s. bolzani, l.m.v. trevisan, m.c.m. young, phytochemistry 30 (6) (1991) 2089. [3] c. b. brochini, d. martins, n. f. roque, v. da s. bolzani, phytochemistry 36 (5) (1994) 1293. [4] r. s. g. olea, n. f. roque, v. da s. bolzani, j. braz. chem. soc. 8 (3) (1997) 257. [5] m. c. m. young, m. r. braga, s. m. c. dietrich, h.e. gottlieb, l. m. v. trevisan, v.da s. bolzani, phytochemistry 31 (10) (1992) 3433. [6] j. h. s. luciano, m. a. s. lima, e. b. souza, e. r. silveira, biochem. syst. ecol. 32 (2004) 1227. [7] m. pio-correa, dicionário de plantas úteis do brasil e das plantas exóticas cultivadas, ministério da agricultura, brazil, 1974. [8] k. robards, j. chromatogr. a. 1000 (2003) 657. [9] h. m. merken, g. r. beecher, j. agric. food chem. 48 (200) 577. [10] p. thongphasuk, r. suttisri, r. bavovada, r. verpoorte, fitoterapia 75 (2004) 623. [11] h. gao, l. wu, m. kuroyanagi, k. harada, n. kawahara, t. nakane, k. umehara, a. hirasawa, y. nakamura, chem. pharm. bull. 51 (11) (2003) 1318. [12] h. achenbach, m. löwel, r. waibel, m. gupta, p. solis, planta med. 58 (1992) 270. [13] i. kitagawa, m. sakagami, f. hashiuchi, l. j. zhou, m. yoshikawa, j. ren, chem. pharm. bull. 37 (4) (1989) 551. after this separation, each fraction was collected, weighed and analysed by 1hand 13c-nmr and hplc (fig. 3). the relative configurations at c2, c-3 and c-4 were estabilished by comparison with literature data [12]. the coupling constants (j = 7.5 hz) of the anomeric proton signal of the glucosyl moiety demonstrated that sugar has b original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | 53 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 voltammetric method for the quantification of cadmium using noncommercial electrodes and minimal instrumentation javier ernesto vilasó cadre1+, alejandro céspedes martínez2, maría de los ángeles arada pérez1, josé alejandro baeza reyes3 1 universidad de oriente, faculty of natural and exact sciences, sede antonio maceo, santiago de cuba, cuba 2 empresa nacional de análisis y servicios técnicos, 18401 las palmas av, havana, cuba 3 universidad nacional autónoma de méxico, 33 república de brasil st., ciudad de méxico, méxico + corresponding author: javier ernesto vilasó cadre, e-mail address: javiere@uo.edu.cu article info article history: received: september 5, 2018 accepted: december 13, 2018 published: january 28, 2019 keywords: 1. voltammetry 2. cadmium 3. non-commercial graphite electrodes 4. minimal instrumentation 1. introduction voltammetry is an electroanalytical method based on the measurement of the current intensity during an electrolysis provoked by a controlled variable of potential over time. voltammogram is a current-potential curve that shows the current increase due to analyte diffusion to and reaction on the electrode surface. this is caused by the concentration gradients between the bulk solution and the electrode. voltammetric analysis is simple and not destructive; sample treatments are unnecessary in many cases. furthermore, voltammetry techniques allow speciation and simultaneous determination1-3. this method has been widely used in metal quantification in different samples4-8. cadmium is one of the most monitored metals in the environment and wastewaters. cadmium control is important due to its wide industrial applications, but its presence in ecosystems generates significant effects. this metal is used in batteries and as additive for plastics and glasses; it is also employed for galvanization and coating of surfaces due to its resistance to corrosion. moreover, cadmium works as mordant in tincture and impression of textile materials, among other applications. however, cadmium compounds are toxic even in low concentrations. they may cause renal problems, infertility, immunologic and nervous affliction, cancer, and others9. cadmium abstract: a voltammetric method for the cadmium quantification was developed using minimal instrumentation. a manual homemade potentiostat for linear voltammetry was used. an ag reference electrode and auxiliary and working electrodes of writing graphite were employed for the electroanalysis. the electrolytic conditions for the quantification were stablished. linearity, detection and quantification limits, precision and accuracy were evaluated. the conditions for the quantification were kcl 1 mol l-1 as supporting electrolyte and ph 5. the range of quantification was from 10-3 to 1.5∙10-2 mol l-1. the linear correlation (r), determination (r2) and adjusted (r2 adj.) coefficients were 0.9986, 0.9972 and 0.9970. the detection and quantification limits were 3∙10-4 mol l-1 and 10-3 mol l-1. results showed an acceptable repeatability, with coefficients of variation from 1.5 to 5.8% depending on the concentration. uncertainty associated with the cadmium concentration was in the range of 1.2∙10-4 to 7∙10-5 mol l-1, diminishing with the increasing of the concentration. a good accuracy was observed, with recoveries between 86.84 and 109.64%. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 mailto:javiere@uo.edu.cu original article 54 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 is easily bioaccumulated by fish, crustaceans and plants8, 10, 11. electrochemical reduction of cadmium may be used for its voltammetric quantification. the reaction of the process is provided in equation 1. cd2+ (ac) + 2e= cd(s) (1) although voltammetry is cheaper than other methods of instrumental analysis, commercial instrumentation for its development is inaccessible for many laboratories of low economic resources. some researchers have shown that construction of instrumentation for electrochemical methods is possible, from selective electrodes12, 13 to potentiostats14-16. a non-commercial instrumentation may be considered as minimal when it consists of the basic components to generate an electrochemical process. voltammetric determination of cadmium has been reported7, however, the quantification using non-commercial instrumentation has not been widely reported. bearing in mind this context, the objective of this work is to evaluate the analytic parameters for the voltammetric quantification of cadmium by using non-commercial electrodes and a minimal instrumentation potentiostat reported by the authors17. for future application of the method, the concentration ranges of the determinations have been selected in correspondence with the common amount of cadmium in the solution from the digestion of ni-cd rechargeable batteries18. 2. materials and methods 2.1. electrochemical instrumentation and chemical reagents a homemade minimal instrumentation manual micropotentiostat for linear sweep voltammetry was employed to develop the voltammetric method. the scheme of the circuit is shown in the figure 117. this consists of two parallel circuits. one allows the measurement the current between the working electrode and the auxiliary electrode. the other allows to measure the virtual potential between the working electrode and the reference. the potential sweep is made using a rheostat, which causes a potential fall through the electrolytic cell. figure 1. circuit scheme for the voltammetric method for cadmium quantification using minimal instrumentation17. figure 2 shows the electrodes design. a microdisc of graphite (d=2.03 mm) for writing was employed as a non-commercial working electrode. a bar of the same material was used as auxiliary electrode. the reference was an ag wire. linear potential sweeps were done from -10 to -1500 mv. all the chemical reagents used were for analytic use (uni-chem, serbia). figure 2. electrodes design for the voltammetric method for cadmium quantification using minimal instrumentation: (a) working electrode, (b) auxiliary and reference electrodes. 2.2. study of conditions for the voltammetric method for cadmium quantification supporting electrolyte concentration and ph were studied for the voltammetric determination of cadmium. the effect of the kcl concentration over the limiting current was studied at 0.1, 1.0 and 2.0 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 original article 55 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 mol l-1 19. the effect of the ph was studied at the values of 3, 4 and 5, in the kcl concentration fixed previously20. ph was fixed using an acetic acid/acetate buffer, which was prepared according to a reported methodology21. three voltammograms were registered for each kcl concertation and ph, then, the average limiting current was calculated. furthermore, simple analysis of variance (anova) was used to compare the currents between the different values of kcl concentration and ph respectively. a cadmium solution 0.01 mol l-1 was use for the study. 2.3. linearity a calibration curve was built registering the voltammograms to reduce cd2+ at 0.001, 0.005, 0.007, 0.01 and 0.015 mol l-1. diffusion current (difference between limiting current and residual current) was represented as a function of the concentration, and a linear regression was plotted to obtain the coefficients and the equation of the curve. the curve generated was the result of the mean of three currents for each concentration of cd2+ 22. 2.4. detection and quantification limits in order to determine the detection and quantification limits, 20 voltammograms from the electrolysis medium (without analyte) were generated. the residual current was determined from the voltammograms, and the concentration associated to each value was calculated using the calibration plot. the detection limit was calculated as three times the standard deviation and the quantification limit was calculated as ten times the standard deviation23. 2.5. precision precision was evaluated as the repeatability of the method. ten voltammograms were registered at the cd2+ concentrations: 3∙10-3, 5∙10-3 and 7∙10-3 mol l-1. the variation coefficient was calculated as a dispersion criterion23. the uncertainty associated to the repeatability was estimated according to the reported metrologic characterization of the potentiostat17, where the results showed that it is the most significant source of uncertainty. 2.6. accuracy recovery essays were conducted to estimate the accuracy of the method. solutions of cd2+ of concentrations: 3∙10-3, 5∙10-3 and 7∙10-3 mol l-1 were prepared, voltammograms were registered and then, an amount of cdcl2 corresponding to a concentration of 5∙10-4 mol l-1 was added. the voltammograms were registered once more. experiments were conducted five times, and anova was used to compare the recoveries at different concentrations. recovery percentage was calculated according to equation 223. %𝑅 = 𝐴𝐴−𝐵𝐴 𝐴 ∙ 100 (2) where: %r: recovery percentage aa: concentration of the solution after the addition ba: concentration of the solution before the addition a: concentration of the addition. 2.7. data processing statgraphics centurion xvi and microsoft office excel were used to process the experimental data and the statistical tests. 3. results and discussion 3.1. conditions for the voltammetric method for cadmium quantification figure 3 shows the behavior of the limiting current from the cd2+ reduction with the changes of kcl concentration. an increase of the current is observed from 0.1 to 1 mol l-1 of supporting electrolyte. from 1 mol l-1 on, the current maintains almost constant. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 original article 56 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 figure 3. limiting current for cd2+ 0.01 mol l-1 reduction as a function of the kcl concentration in the electrolysis medium. the cochran test for the comparison of variances did not show differences statistically significant (p-value=0.8995 > α=0.05). as a result of comparing the limiting currents at each concentration of kcl, anova showed differences statistically significant between them (pvalue=0.0000 < α=0.05). table 1 shows the identification of homogeneous currents using a multiple ranges contrast through a lsd test of fisher for a 95% of confidence. table 1. lsd test of fisher for the identification of homogeneous limiting currents to different kcl concentrations (95% of confidence). c(kcl) cases mean homogeneous groups 0.1 mol l-1 3 49.3 x 1 mol l-1 3 91.0 x 2 mol l-1 3 91.3 x the supporting electrolyte allows the analyte to reach predominantly the electrode from the bulk solution by diffusion. this result is mainly because the ions of the electrolyte assume the mass transport by migration. the current will be independent of the supporting electrolyte concentration when the maximum migration mass transport is reached1. the currents corresponding to 1 and 2 mol l-1 do not show differences statistically significant. therefore, any of the homogeneous values can be selected to develop the voltammetric electrolysis in order to reduce cd2+. kcl 1 mol l-1 was selected. figure 4 shows the limiting current as a function of the ph of the medium. it is possible to observe that the three current values are similar. figure 4. limiting current for cd2+ 0.01 mol l-1 reduction as a function of the ph of the medium. after comparing the variances, the cochran test did not show differences statistically significant (pvalue=0.6047 > α=0.05). the comparison of the currents using anova did not show differences statistically significant (p-value=0.5632 > α=0.05) either. this result demonstrates that it is possible to select any of the ph values to develop the voltammetric method. the stability of the limiting current matches the species distribution diagram for cadmium24, where cd2+ is stable until ph 8. however, several voltammetric determinations of cadmium are carried out at ph 58, 25; that is the reason why this value was selected to develop the method. 3.2. linearity figure 5 shows the voltammograms for the reduction of cadmium at different concentrations using the minimal instrumentation. the sigmoid form of the linear voltammograms is observed and the limiting current increases with the concentration. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 original article 57 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 figure 5. voltammograms for the cd2+ reduction using minimal instrumentation. figure 6 shows the calibration plot obtained from the voltammograms. the linear range of the voltammetric method is from 10-3 to 1.5∙10-2 mol l1. the linear correlation coefficient (r) of the curve is 0.9987, which demonstrates a strong linear correlation between the current and the concentration of cadmium. the determination coefficient (r2) is 0.9975, demonstrating that the mathematic model explains the 99.75% of the variability between both variables. the adjusted coefficient (r2 adj.) is 0.9973. figure 6. calibration plot and equation for the voltammetric method for cadmium quantification using minimal instrumentation. table 2 shows the anova for the calibration plot for the voltammetric method for cadmium quantification. the p-value is inferior to the significance level (α=0.05), which demonstrates a statistically significant relationship between the current and the concentration. table 2. anova for the calibration plot for the voltammetric method for cadmium quantification using minimal instrumentation (95% of confidence). source ss df ms f p-value model 20394.9 1 20394.9 5098.9 0.0000 residue 51.9 13 3.9 total (corr.) 20446.9 14 ss: sum of squares, df: degrees of freedom, ms: mean square a representation of the residues as a function of the concentration allows corroborating the linearity of a calibration plot. figure 7 does not show a defined tendency of the residues, demonstrating the linearity of the curve in the range of concentrations. table 3 shows the regression parameters of the calibration plot for the 95% of confidence. errors and the p-values associated with the slope and the intercept are the most important. figure 7. studentized residues as a function of the cd2+ concentration for the calibration plot for the voltammetric method for cadmium quantification using minimal instrumentation. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 original article 58 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 table 3. parameters of the calibration plot regression for the voltammetric method for cadmium quantification using minimal instrumentation (95% of confidence). minimal square standard statistical parameter estimated error t p-value intercept 0.6427 0.9794 0.6562 0.5231 slope 7818.94 109.50 71.4071 0.0000 the p-value of the intercept is superior to the level of significance (α=0.05), indicating that the intercept is statistically equal to zero. it demonstrates the adequate correction of the limiting current by the subtraction of the residual current. the slope of the calibration plot indicates the sensibility of the method. the value reported is 7818.94 µa∙mol l-1, which demonstrates a high variation of the current with cd2+ concentration changes. 3.3. detection and quantification limits table 4 shows the detection and quantification limits of the voltammetric method for the quantification of cadmium using minimal instrumentation. the detection limit is in the order commonly reported for linear voltammetry (10-4 mol l-1)1. table 4. detection and quantification limits of the voltammetric method for cadmium quantification using minimal instrumentation. limit value detection 3∙10-4 mol l-1 quantification 10-3 mol l-1 3.4. precision table 5 shows the results of the repeatability for three cadmium concentrations. results of 10 essays and the statistical parameters as well as uncertainty are shown. table 5. repeatability of the voltammetric method for the cadmium quantification using minimal instrumentation. concentration (mol l -1 ) essay 0.003 0.005 0.007 1 0.0033 0.0050 0.0072 2 0.0031 0.0049 0.0073 3 0.0030 0.0050 0.0070 4 0.0033 0.0050 0.0073 5 0.0030 0.0054 0.0070 6 0.0033 0.0052 0.0072 7 0.0035 0.0050 0.0070 8 0.0033 0.0050 0.0070 9 0.0033 0.0052 0.0072 10 0.0033 0.0052 0.0072 mean 0.0033 0.0051 0.0071 sd 0.00019 0.00017 0.00011 cv 5.8% 3.3% 1.5% uncertainty 1.2∙10-4 mol l-1 10-4 mol l-1 7∙10-5 mol l-1 sd: standard deviation, cv: coefficient of variation https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 original article 59 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 the deviation of the results obtained under similar conditions (repeatability) for voltammetric methods is due to fundamentally to the reproducibility of the electrode surface. the electrolysis is a surface phenomenon, and the surface homogeneity influences the current repeatability. when a new electrode surface is generated, it is not exactly equal to the previous one. therefore, both the amount and shape of the active sites where the electrolysis occurs are not equal either. consequently, it provokes the measured currents between different electrode surfaces to differ in some degree. nowadays, vitreous carbon is the most commonly used material as carbon electrode due to the homogeneity of the surface and therefore, the good repeatability of the current values26. however, the non-commercial graphite electrode used in this voltammetric method shows an acceptable repeatability. uncertainty diminishes with the increase of the concentration. it bears correspondence to results presented by other authors27, 28. this tendency is associated with the major magnitude of the errors when the concentration diminishes29. 3.5. accuracy table 6 shows the recovery percentages for cadmium quantification using minimal instrumentation. an amount of cdcl2 was added to standard solutions to increase concentration in 0.0005 mol l-1. in all cases, the recovery percentages were between 80 and 110%; the range reported by the guidelines for validation of chemical testing methods23. this demonstrates a good accuracy for cadmium quantification by means of the voltammetric method with the noncommercial electrodes and potentiostat. table 6. recovery percentages for the voltammetric cadmium quantification using minimal instrumentation. concentration essay aa ba a %r 0.003 mol l-1 1 0.0035 0.0030 0.0005 104.7 %rmean 101.2 cv 8.30% 2 0.0038 0.0033 0.0005 106.9 3 0.0038 0.0033 0.0005 100.5 4 0.0037 0.0033 0.0005 86.84 5 0.004 0.0035 0.0005 106.9 essay aa ba a %r 0.005 mol l-1 1 0.0059 0.0054 0.0005 99.36 %rmean 99.64 cv 6.10% 2 0.0055 0.0050 0.0005 94.37 3 0.0059 0.0054 0.0005 100.8 4 0.0054 0.0049 0.0005 109.2 5 0.0056 0.0051 0.0005 94.49 essay aa ba a %r 0.007 mol l-1 1 0.0077 0.0073 0.0005 99.52 %rmean 99.52 cv 6.30% 2 0.0077 0.0072 0.0005 94.22 3 0.0075 0.0070 0.0005 94.47 4 0.0078 0.0073 0.0005 109.64 5 0.0076 0.0071 0.0005 99.77 aa: concentration of the solution after the addition, ba: concentration of the solution before the addition, a: concentration of the addition, %r: recovery percentages. the cochran test did not show differences statistically significant between the variances of the recovery percentages in the three concentrations (p-value=0.6260> α=0.05). the comparison of the recovery percentages in the three concentrations using anova did not show differences statistically significant (p-value=0.9183 > α=0.05). thus, it demonstrates that the accuracy does not vary with concentration for the levels of these essays. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 original article 60 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 53-61 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p53-61 4. conclusions a voltammetric method for the quantification of cadmium using minimal instrumentation was developed. supporting electrolyte kcl 1 mol l-1 and ph 5 were selected as working conditions. regression coefficients superior to 99% showed a good linearity of the method using the noncommercial electrodes and the manual homemade potentiostat. the limits of detection and quantification were in correspondence with the results reported for the linear sweep voltammetry. results showed an acceptable repeatability. uncertainty associated with the cadmium concentration diminished with the increase of concentration. a good accuracy was observed, with recovery percentages complying with the established standards. the accuracy was independent of the concentration for the studied range. 5. acknowledgments authors are thankful to geisa dávila for the language correction. 6. references [1] skoog, d. a., holler, f. j., crouch, s. r., principles of instrumental analysis, mcgraw hill, new york, 6th ed., 2008, ch. 25. 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https://doi.org/10.1016/s0304-386x(99)00026-2 https://doi.org/10.1021/ac60328a017 https://doi.org/10.1021/ac60328a017 https://doi.org/10.1021/ac60328a017 https://doi.org/10.1021/ac60328a017 https://doi.org/10.1021/ac60328a017 https://doi.org/10.1021/ac60328a017 https://doi.org/1040-0397/02/1809-1294 https://doi.org/1040-0397/02/1809-1294 https://doi.org/1040-0397/02/1809-1294 https://doi.org/1040-0397/02/1809-1294 https://doi.org/1040-0397/02/1809-1294 https://doi.org/10.1016@0039-9140(78)80104-0 https://doi.org/10.1016@0039-9140(78)80104-0 https://doi.org/10.1016@0039-9140(78)80104-0 https://doi.org/10.1016@0039-9140(78)80104-0 https://doi.org/10.1016@0039-9140(78)80104-0 https://doi.org/10.1039/c3ta00030c https://doi.org/10.1039/c3ta00030c https://doi.org/10.1039/c3ta00030c https://doi.org/10.1039/c3ta00030c https://doi.org/10.1039/c3ta00030c https://doi.org/10.1039/c3ta00030c https://doi.org/10.1186/s40543-014-0019-0 https://doi.org/10.1186/s40543-014-0019-0 https://doi.org/10.1186/s40543-014-0019-0 https://doi.org/10.1186/s40543-014-0019-0 https://doi.org/10.1186/s40543-014-0019-0 https://doi.org/10.1186/s40543-014-0019-0 https://doi.org/10.1186/s40543-014-0019-0 https://doi.org/1386-2073/07 https://doi.org/1386-2073/07 https://doi.org/1386-2073/07 https://doi.org/1386-2073/07 https://doi.org/1386-2073/07 https://doi.org/1386-2073/07 summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | summary editorial board ............................................................................................................................................. 3 editorial ......................................................................................................................................................... 4 database ......................................................................................................................................................... 5 instructions for authors ......................................................................................................................... 6 original articles relaxation parameters of water molecules coordinated with gd(iii) complexes and hybrid materials based on δ-feooh (100) nanoparticles: a theoretical study of hyperfine inter-actions for cas in mri ............... 12 mateus aquino gonçalves, teodorico castro ramalho evaluation of the phenyl-bonded silica-based sorbent for pre-concentration of the booster antifouling biocides zinc pyrithione, zineb and ziram using solid-phase extraction technique and inductively coupled plasma mass spectrometry ........................................................................................................................... 21 ana marta cavinato marchini rolisola, amauri antônio menegário, lauren nozomi marques yabuki, luciana polese, chang hung kiang synthesis, characterization, and thermal behavior of amidosulfonates of transition metals in air and nitrogen atmosphere ............................................................................................................................................ 32 jose marques luiz, ronaldo spezia nunes approximate solutions of the schrödinger equation with energy-dependent screened coulomb potential in d – dimensions ................................................................................................................................................. 40 uduakobong sunday okorie, akpan ndem ikot, precious ogbonda amadi, alalibo thompson ngiangia, etebong e. ibekwe technical note electrochemical noise analysis to obtain the rsn value via fft using excel ................................................ 57 sidineia barrozo, riberto nunes peres, marcus josé witzler, assis vicente benedetti, cecílio sadao fugivara http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 1 | 2021 | 12 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 zinc fractionation in cow, goat, sheep and soybean milk samples using gel-electrophoresis and determination by electrothermal atomic absorption spectrometry (etaas) carla maíra bossu1,2+ , rodrigo giglioti3 , marcia cristina de sena oliveira1 , pedro vitoriano de oliveira4 , ana rita de araujo nogueira1 1.embrapa pecuária sudeste, são carlos, são paulo, brazil 2.federal university of são carlos, chemical department, são carlos, são paulo, brazil 3.zootechnics institute of the são paulo state government, nova odessa, são paulo, brazil 4.university of são paulo, institute of chemistry, department of fundamental chemistry, são paulo, são paulo, brazil +corresponding author: carla maíra bossu, phone: +55 16 3411-5724, email address: carla.bossu@gmail.com article info article history: received: october 07, 2019 accepted: june 02, 2020 published: january 01, 2021 keywords 1. zinc 2. milk 3. proteins 4. fractionation abstract: a screening method for zinc levels in different milk samples (raw cow, raw sheep, uht cow, uht goat and soybean milk base) was performed to establish the zn levels’ differences in protein samples. the samples were digested in a cavity microwave oven and the total zn levels in the extracts were determined by flame absorption atomic spectrometry (faas). the protein separation was performed by urea polyacrylamide gel electrophoresis (urea-page). protein bands were digested in the cavity microwave oven and zn-protein analysis was further conducted by electrothermal atomic absorption spectrometry (etaas). the results showed that zn is mainly bound to 32 kda (β-casein) protein (17.0 ± 2.0%) in uht cow and 24 kda (α-casein) protein (9.0 ± 0.6%) in raw sheep milk. this method provided quantitative information regarding zn species present in the protein fractions of the milk samples. the accuracy was evaluated using certified reference material (whole milk powder, nist 8435) with statistically equivalent concentrations (student’s t-test) for total zn and by addition and recovery experiments applied to measure zn-protein. the recovered values were in the 92-110% range. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 mailto:carla.bossu@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-6746-3283 https://orcid.org/0000-0002-1700-0547 https://orcid.org/0000-0002-7038-4607 https://orcid.org/0000-0003-1483-8288 https://orcid.org/0000-0003-3648-2956 original article iq.unesp.br/ecletica 13 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 1. introduction zinc (zn) is a trace element essential in human and animal nutrition and participates in critical biological processes, such as the synthesis and degradation of carbohydrates, lipids, proteins and nucleic acids. it is present in food in two forms: bound with organic molecules and in inorganic salts1. milk is one of the main sources of zinc in the human diet, responsible for about 25% of the total recommended daily intake of this metal1,2. milk is a complete source of nutrients, containing minerals, vitamins, carbohydrates, lipids, water and proteins, which are especially crucial for newborns’ growth and development3. as humans continue to consume milk during childhood and adulthood, highlighting the expressive consumption of cow’s milk, it is essential to understand better the chemical composition of milk, including the mineral levels and their physiological influence on human and animal nutrition, as well as trace elements toxicity2. studies about different chromatographic methods have indicated differences in the association between zn and proteins in human and cow’s milk. in cow’s milk, the complex zn-casein-ca-p is the predominant form, while in human milk, zn-citrate species seem to be predominant4. in the environmental, biological, medical and biochemical research areas, studies about metal-protein interaction are necessary to improve the knowledge about the toxicity, bioavailability, transport and physicochemical properties of an element5. nutrient fractionation in food is necessary to understand availability and absorption prediction. fractionation is defined as the classification process of an analyte or an analyte group in a specific sample according to physical (e.g., size, solubility) or chemical (e.g., bonding, reactivity) properties6. one relatively simple procedure to fractionate proteins from food samples is the polyacrylamide gel electrophoresis, which shows high selectivity and consists in the separation of molecules loaded in a particular way under the influence of an electric potential difference7. one of the main uses of the gel electrophoresis technique containing urea is the characterization of proteins in various types of milk8. studies about metal-protein interaction using polyacrylamide gel electrophoresis, followed by different analytical techniques for metals determination, have been developed for several kinds of application9-16. these works belong to an important field of science called metallomic, which has allowed for the integration of analytical studies with inorganic and biochemical studies. therefore, there is a growing demand for accurate and selective procedures that allow the quantification and speciation of trace elements, especially in foods, to obtain relevant information about metal-protein binding, which is intimately related to the nutrients bioavailability7,17. in this context, the present work aimed at investigating the separation of proteins in different kinds of milk samples, by urea polyacrylamide gel electrophoresis (urea-page), and to establish zn(ii) concentrations in each protein determined by electrothermal atomic absorption spectrometry (etaas). the zn distribution results in protein bands were quantitative and provided information about zn levels present in the milk samples' protein fractions. 2. experimental 2.1 instrumentation a varian model spectraa-800 graphite furnace atomic absorption spectrometer (mulgrave, victoria, australia) equipped with a graphite furnace atomizer, gta 100 autosampler, was used for zinc quantification in the proteins bands. background correction by zeeman-effect was employed to correct for nonspecific absorbance. pyrocoated graphite tubes (part number 63-100011-00, varian) furnace with longitudinal heating was throughout. all signals were measured as integrated absorbance. a zinc hollow cathode lamp (λ = 213.9 nm, slit = 1.0 nm) operating in 5 ma was employed as radiation source. argon 99.998% (air liquid sao paulo, brazil) was used as purge gas. the heating programs used after the optimization of pyrolysis and atomization temperatures are shown in tab. 1. the total zn was carried out using a flame atomic absorption spectrometer (model spectraa 250 plus, varian, mulgrave, australia) equipped with a zn hollow cathode lamp (λ = 213.9 nm, slit = 1.0 nm) and 5 ma lamp current were employed as primary radiation sources. air/acetylene flame was used at 13.4 l min-1 and 2 l min-1 air and acetylene flows, respectively. the mini-gel (vertical electrophoresis system mini, bioamerica inc. equipments, miami, usa) with 8.5 cm (height) x 10.0 cm (width) and a centrifuge (5417r, eppendorf, hamburg, germany) were used for gel-electrophoresis. the milk samples were microwave digested assisted (multiwave, anton paar, graz, austria) with 50 ml pfa vessels. the total protein amount was determined by spectrophotometry (spectrophotometer model 432, femto, sao paulo, brazil). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 original article iq.unesp.br/ecletica 14 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 table 1. gf aas heating program used in the zinc protein bands. step temperature / oc hold time / s ar flow / l min-1 reading drying 85 2.0 3.0 no drying 95 8.0 3.0 no drying 120 10 3.0 no pyrolysis 1000 5.0 3.0 no pyrolysis 1000 1.5 3.0 no atomization 1600 0.8 0 yes atomization 1600 2.9 0 yes cleaning 2500 2.9 3.0 no 2.2 reagents and materials all solutions were prepared using deionized water (resistivity > 18.2 mω cm) obtained from a milli-q water purification system (millipore, bedford, ma, usa). nitric acid (hno3) (synth, diadema, sp, brazil) previously purified using a sub-boiling distillation system (milestone, sorisole, italy), and hydrogen peroxide (h2o2) 30 % w v-1 (sigma aldrich, switzerland) were used to digest the samples. a solution of 1.78% (m/v) mg(no3)2 (merck, darmstadt, germany) was used as a chemical modifier. analytical reference solutions between 0.2 and 1.0 mg l-1 of zn were prepared by successive dilutions of a stock solution containing 1000 mg l-1 zn (tec-lab, hexis, jundiai, sp, brazil). the analytical curve for zn determination in protein bands was obtained using analytical solutions with concentrations between 0.5 and 3.0 µg l-1 zn in blank gel band previously microwave-assisted digested with hno3 1.0% (v/v). 2.3 samples fresh milk samples from holstein cows aged between 3 to 4 years, weighing an average of 450 kg and raised in a semi-intensive system, and sheep from santa inês were collected at the embrapa pecuária sudeste, located in são carlos, sp, brazil. samples of ultra-high temperature (uht) cow milk, uht goat milk and soybean milk base were purchased in the local market of são carlos, sp, brazil. samples were stored in a fridge at – 4 oc before analysis. certified reference milk sample (nist 8435 whole milk powder) from the national institute of science and technology (nist, gaithersburg, md, usa) was used to check the methods' accuracy for the measurement of total zn. addition and recovery experiments were performed to evaluate the species of zn. 2.4 procedures 2.4.1 evaluation of pyrolysis and atomization temperature the pyrolysis and atomization temperature curves were constructed with 18 µl of the standard or sample solutions in the presence of a chemical modifier, 5 μl of mg(no3)2 1.78% (w/v). the temperatures were evaluated in a range of 700-1800 °c using increments of 100 oc. solutions of 1.0 µg l-1 zn were prepared for this evaluation using the blank sample, a piece of polyacrylamide gel without protein band, in acid digested (hno3 1.0% v/v). 2.4.2 sample preparation for total zn and species determination zinc's total mass fractions were determined in the milk samples using a microwave-assisted acid digestion. in brief, 2.5 ml of milk samples or 250 mg of the certified reference material was directly weighted in the microwave vessel. then, 1.0 ml of h2o2 30% (w/v), 1 ml of h2o and 1.0 ml of hno3 65% (v/v) were added and the mixture submitted to the following microwave heating program: 5 min from 0 to 100 w, 5 min at 600 w, 5 min at 1000 w followed by 15 min of cooling. after digestion and cooling, the digests were transferred to volumetric flasks and the volume was made up to 20 ml with deionized water. protein bands (8 mm wide by 3 to 5 mm in height) of the milk samples and the blank (gel region without the protein) obtained by electrophoresis were cut, washed with deionized water and dried on filter paper for 15 min in the laminar flow cabinet before weighting (each band was approximately 50 mg). the bands were placed in ptfe mini-bottles, and 75 μl 65% (v/v) hno3 plus 75 μl 30% (w/v) h2o2 were added. the mini bottles were placed into the microwave pfa vials containing 2 ml deionized water. figure 1 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 original article iq.unesp.br/ecletica 15 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 shows the container configuration used. the microwave heating program was run as follows: 1 min from 0 to 250 w, 1 min at 0 w, 5 min at 250 w, 5 min at 400 w, 10 min at 750 w followed by 10 min of cooling. after digestion and cooling, the digests were transferred to volumetric flasks and the volume was made up to 3.5 ml with deionized water. figure 1. sample container into the vial of the microwave cavity vessel. 2.4.3 gel electrophoresis urea-polyacrylamide gel electrophoresis (ureapage) was carried out using a separation gel composed of acrylamide (4% for stacking gel and 10% for separation gel), as described by egito et al.18, with modifications. the separation gel was composed of 2.25 ml acrylamide/bis (40 g acrylamide (invitrogen, usa) and 2 g n,n-methylene bisacrylamide (bis) (sigma, germany) in 100 ml solution) and 7.10 ml separation gel buffer (6.43 g of tris (synth, sp, brazil), 38.57 g urea (j.t. baker, germany), 0.572 ml hcl (aldrich chemical, milwaukee, wi, usa), with ph adjusted to 8.9 in 100 ml solution). the stacking gel was prepared using 0.39 ml acrylamide/bis and 3.52 ml stacking gel buffer (0.830 g tris, 30 g urea, 0.44 ml hcl, with ph adjusted to 7.6 in 100 ml solution). both gels also contained n,n,n',n'-tetramethylethylenediamine (temed) (j.t. baker, germany) and 10% (m/v) ammonium persulfate (sigma, germany). finally, tris-glycine buffer solution (3.75 g tris and 18.25 g glycine (sigma, germany) in 250 ml of solution, diluted 5 times) was used in the reservoir. to sample preparation, 30 µl of samples and standard curve of purified protein markers (ge healthcare) were dissolved in 1.0 ml of buffer solution, composed by 0.375 g tris, 24.5 g urea, 0.2 ml hcl, 0.35 ml β-mercaptoethanol (inlab, brazil) and 0.075 g bromophenol blue (merck) diluted to 50 ml with water. after dissolution, the samples were immersed in a water bath at 40 °c for 1 h and centrifuged at 5 °c for 10 min at 10000×g. then, 30 µl of supernatant was applied to a single slot. the initial and final currents were 23 and 24 ma and the voltage was set at 90 v for 4.5 h. after the protein migration, protein bands were stained overnight with a solution containing 0.5 g of coomassie brilliant blue g-250 (sigma, germany) and 3.75 ml of h2so4 (quemis, brazil) in 500 ml solution. this solution was then filtered using filter paper and mixed to 55.6 ml of 10 mol l-1 koh and 66.67 ml of 12% (w/v) trichloroacetic acid (synth, brazil). finally, the gels were washed with deionized water and stored in 10% (v/v) glycerol 10% (v/v) methanol solution (proquímios, brazil). the molecular weight proteins were estimated according to standard purified protein markers, including phosphorylase b (97.0 kda), albumin (66.0 kda), ovalbumin (45.0 kda), carbonic anhydrase (30.0 kda), trypsin inhibitor (20.1 kda) and α–lactalbumin (14.4 kda). the gel electrophoresis urea-page was performed in triplicate for each sample and separately to avoid contamination. 2.4.4 determination of total protein concentration the total protein concentration was determined through the bradford method19 by adding 1.25 ml of the bradford reagent (coomassie brilliant blue g-250) and 100 μl of bovine serum albumin (bsa) (sigma, usa) standard solutions or the samples and measuring the absorbance after 5 min at 595 nm, in triplicate. the analytical curve was constructed by using standard solutions of bsa at concentrations between 50 and 250 mg l-1, prepared by successive dilutions of a stock solution containing 1000 mg l-1 of bsa. 3. results and discussion 3.1 gel electrophoresis figure 2 shows the gels electrophoresis obtained for each milk sample, where columns 2 to 6 correspond to the protein bands of each sample, and column 1 shows http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 original article iq.unesp.br/ecletica 16 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 the low molecular weight (lmw) standard protein (14.4 to 97 kda). the dashed rectangles represent the bands studied with the approximate molecular weight, as this is a qualitative analysis. the protein molecular mass values, found from top to bottom, were 52 and 39 kda for the soybean milk base (column 2), 32 and 24 kda for raw sheep (column 3), 32 and 24 kda for uht cow (column 4), 32 kda for uht goat (column 5) and 32 and 24 kda raw cow (column 6). figure 2. zinc protein bands of milk samples run in polyacrylamide gel (10%) with urea. casein is the major component of milk protein. in this work, α-casein, β-casein and soybean proteins showed profiles similar to other studies18,20,21 with approximately 24 kda and 32 kda for α-casein and βcasein, respectively. bands of higher intensity for raw sheep, uht cow, raw cow and uht goat were in the molar mass range of 32 kda. for the soybean milk base, the bands 52 and 39 kda were assigned to βconglycine subunits and glycine, respectively20,22. naqvi et al.23 reported that it was also possible to observe that ca, fe, mg and zn were mainly associated with colloidal calcium phosphate in casein micelles. for soybeans, 80% of the extracted proteins are βconglycine (7s) and glycine (11s). denaturation by heating occurs when there are interactions between these proteins, which can form basic subunits, such as (11s), β-subunits (7s), and α-,α'-subunits (7s)20,22. 3.2 total zn and species determination among the micronutrients present in milk, zn has the highest concentration and is important in human and animal nutrition, associated with organic molecules and present as inorganic salts. concerning amino acids such as histidine and methionine and phosphates and organic acids, it enables the bioavailability of this element1. it is also associated with one of the most important milk proteins, casein, and in the bovine milk, zn is present as zn-casein-ca-p complex4. the total zinc levels obtained in the samples are shown in tab. 2 and agree with those reported in the literature24,25. no significant difference (student’s t-test 95% level, p>0.05) was found between the certified reference material nist 8435 (28 ± 3 mg kg-1) and the measured value of certified reference material (26 ± 1 mg kg-1) for zn. therefore, this study can confirm the accuracy of the procedure. the slope and correlation coefficient (r) of the faas calibration curve prepared in the presence of 1.0% (v/v) of hno3 were 0.4688 and 0.9994, respectively. moreover, limits of detection (lod) calculated as three times the standard deviation of the blank (n=10)/slope was 0.02 mg l-1 and quantification (loq) (3 × lod) was 0.03 mg l-1 for zn, which are appropriate for zn determination in the evaluated milk samples26. the pyrolysis and atomization temperature were evaluated to find the zn measurement's best conditions in proteins by etaas (fig. 3). the drying and cleaning temperatures were used according to bossu et al.27. pyrolysis temperature was set at 1000 °c and the atomization temperature was set at 1600 oc. in this condition, the absorbance analytical signals' best profiles and the smallest deviations between the measurements were observed. the coefficient of variation was around 3.0% (n = 3) and the graphite furnace heating program used to zn determination in the protein bands of different milk samples is shown in tab. 1. the slope and correlation coefficient (r) of etaas analytical curve in the presence of blank sample media (gel without protein) were 0.1457 and 0.995, respectively. the method’s accuracy was evaluated by the addition and recovery procedure. recoveries of 110 ± 1%, 92 ± 3%, 99 ± 4%, 95 ± 8% were obtained after adding 1.5 µg l-1 of zn to proteins bands 32 kda uht cow, 32 kda uht goat, 39 kda soybean and 24 kda raw sheep, respectively. these recovery values are in the range established according to the quantified concentration level28,29. lod and loq for zn determination by etaas, using the optimized conditions, were 0.20 g l-1 and 0.66 g l-1, respectively. the results for zn distribution in protein bands were quantitative and provide information about the relative http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 original article iq.unesp.br/ecletica 17 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 zn concentration in each protein band from milk samples, as well as its relationship with the total levels of zn found in milk samples (tab. 2). zinc is present predominantly in 32 kda protein in uht cow milk, followed by 32 kda raw cow milk and 24 kda raw sheep milk, which showed similar zn levels. table 2. zinc mass fractions (%) obtained for protein bands (zn-protein) by etaas and total zinc (mg l-1) obtained for milk samples (znt) by faas, n = 3. concentration/% ± standard uncertaintya, concentration/mg l-1 ± standard uncertaintyb and coefficient of variation (cv) / % samples / kda zn-protein / %a cv / % total zinc / mg l-1 b cv / % soybean milk-based / 52 n.d n.d 2.50 ± 0.07 2.8 soybean milk-based / 39 4.4 ± 0.6 12.6 uht cow / 32 17.0 ± 2.0 9.4 3.20 ± 0.02 0.6 uht cow / 24 8.0 ± 1.0 17.6 uht goat / 32 5.2 ± 0.9 16.3 2.75 ± 0.01 0.4 cow / 32 8.0 ± 1.0 8.3 3.44 ± 0.05 1.5 cow / 24 n.d n.d sheep / 32 1.7 ± 0.2 9.7 2.76 ± 0.01 0.4 sheep / 24 9.0 ± 0.6 6.8 n.d = not detected. figure 3. pyrolysis (■) and atomization (●) temperature curves for 1.0 µg l-1 zn in the blank (absence of band gel) in 1.0% v/v hno3 with 1.78% w/v mg(no3)2 of chemical modifiers. it can be concluded that zn is present in these samples in metal-binding proteins. there were no differences between the zn-binding proteins' estimated values in uht cow milk (8.0 ± 1.0%) and raw cow milk (8.0 ± 1.0%), which presented the highest zn amount in 24 and 32 kda, respectively. however, the largest proportion of zn found in the 32 kda protein was in uht cow milk (17.0 ± 2.0%) and 24 kda protein (9.0 ± 0.6%) in raw sheep milk. studies were conducted to determine zn bound to casein in breast milk, in which processed milk samples presented a change in the zn distribution, with a decrease in the serum fraction and an increase in the fat fraction. there was no significant difference in the zn percentage regarding casein. however, there was a trend towards increasing in processed samples30, as observed in this study. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 original article iq.unesp.br/ecletica 18 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p12-20 previous studies9,19,31,32 showed that zinc could also be linked to the casein fraction, α-casein and β-casein in bovine milk. the complex fractions of α-k-casein and α-β-casein showed significant zinc bound amounts, as can be demonstrated in this work. gaucheron et al.31 estimated that cations are bound to α-casein and β-casein in the following affinity order: fe > zn > ca. zinc was found with 3 cpp (casein phosphopeptide) and the fraction containing α-casein and the 3 cpps containing amino acids (glutamic acid, serine and phosphoserine), showing the zn-complexes formation23,32. moreover, the zn distribution between casein, whey and other components may be affected by ph, heat and other cations present in the diet. thus, the proteins are denatured and their ability to bind to zn is probably reduced33-35. this reduction can be explained by the zn percentage found in some proteins such as soybean (52 kda), raw cow (24 kda) and raw sheep (32 kda). although contamination or species conversion problems cannot be ignored, gel electrophoresis is an important tool for the fractionation or separation of compounds, such as caseins, and zn distribution can provide valuable information about the proteins' activity and their associated components. 3.3 determination of total protein lipid extraction is not necessary during the bradford method, so total protein determination was made directly in the diluted milk36. the aim was to observe if the ultra-high temperature (uht) process caused changes in the milk total protein concentration when compared with the unprocessed samples. results obtained for raw sheep, raw cow, uht cow, uht goat and soybean were 34 ± 1 g l-1, 21 ± 1 g l-1, 23 ± 1 g l1, 18 ± 1 g l-1 and 16 ± 1 g l-1, respectively. no significant difference was observed in the results that compared processed and not processed milk, in agreement with a previous work30. soybean is a protein supplier food composed by saturated and unsaturated fatty acids, vitamins and polyphenolic compounds, such as isoflavones35. it may be prepared to have the same protein content as bovine milk34,35, which can be confirmed in this work (16 ± 1 g l-1). however, the biological value of soybean proteins is lower than bovine milk or eggs proteins35. proteins found in goat milk showed results comparable to bovine milk. the highest total protein concentration was found in sheep’s milk, in agreement with the results reported by raynal-ljutovaca et al.24 and was similar to bovine milk. 4. conclusions this study evaluated a fractionation method for znproteins measurement in different milk samples by etaas. a method for total zn quantification in different milk samples was also studied. the zn distribution results in protein bands were quantitative and could provide information about the relative zn concentration in milk proteins. it was also possible to define the most appropriate polyacrylamide gels preparation procedure, the milk sample preparation and zn determination. no differences were observed between the estimated values of zn-binding proteins in uht cow milk and in raw cow milk, which presented the highest zn concentrations in 24 and 32 kda, respectively. total protein content in processed (uht) and non-processed (raw) milk samples were also remarkably similar. the results showed that zn is mainly bound to 32 kda (β-casein) protein in uht cow and 24 kda (α-casein) protein in raw sheep milk. the use of fractionation has been demonstrated as a complementary analytical tool for the characterization of zn species present in milk. acknowledgments this study was supported by the são paulo research foundation (fapesp, process 06/59537-0), capes (001) and conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq, 409852/2018-0, 3091878/2018-1). references [1] scheplyagina, l. a., impact of the mother's zinc deficiency on the women's and newborn's health status, journal of trace elements in medicine and biology 19 (1) (2005) 29-35. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2005.07.008. 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leonardo luiz okumura; josé anchieta gomes neto; mercedes de moraes departamento de química analítica instituto de química de araraquara unesp 14800-900 araraquara sp brasil resumo o método empregado para a determinação de sódio por espectrometria de emissão atômica em chama, foi o das adições de analito sendo as intensidades de emissão representadas em função das concentrações de analito adicionadas às várias porções da amostra, numa faixa linear de 0 – 0,300 mg na l-1, empregando-se 2,1 g k l-1 como supressor de ionização. foram analisadas 20 amostras comerciais de álcool etílico hidratado combustível (aehc), coletadas em diferentes postos de abastecimento, na cidade de araraquara e os resultados obtidos encontram-se no intervalo, desde menor que o limite de detecção (0,0072 mg na l-1) até 1,55 mg na l-1. os limites de detecção referentes à determinação de sódio em cada amostra situam-se entre 0,0026 e 0,0239 mg na l -1. a porcentagem de recuperação variou no intervalo de 95 a 104 %. os desvios padrão relativos (n=12) foram £ 4,1 % para as três adições de analito, nas 20 amostras de aehc. palavras-chave: espectrometria de emissão atômica em chama; método das adições de analito; álcool combustível; determinação de sódio http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_serial&pid=0100-4670&lng=en&nrm=iso abstract the analyte additions method was applied for sodium determination in fuel ethanol by atomic emission spectrometry. graphics involving emission intensity versus analyte concentration in the 0 – 0.300 mg na l-1 interval concentration range contaning 2.1 g k l-1 as an ionisation buffer. twenty samples of commercial fuel ethanol were collected in differents gas stations located in araraquara city, analyzed and results obtained varied from 0.0072 to 1.55 mg na l-1. the limits of detecction (l.o.d.) varied from 0.0026 to 0.0239 mg na l-1. recoveries varied in the 95 104 % interval. the relative standard deviations (n=12) for three analyte additions in all samples were £ 4,1 %. keywords: flame atomic emission spectrometry; analyte additions method; fuel ethanol; sodium introdução frente às crises do petróleo, foi equacionada uma política chamada programa nacional do álcool (proálcool) de substituição energética, apoiada no etanol, a qual foi criada através do decreto n° 76.593 (1975) pelo governo brasileiro. a criação do proálcool, teve por finalidade básica incrementar a produção de álcool combustível, sob a ameaça dos crescentes preços do petróleo no mercado internacional 2,4.apesar disso, a sua implantação possibilitou, também, que outros objetivos pudessem ser atingidos, tais como: redução da dependência de energia importada e de fonte não renovável; diminuição de problemas ambientais, principalmente os relacionados com a qualidade do ar e desenvolvimento de tecnologia nacional na área de alternativos energéticos. dentre os avanços tecnológicos que viabilizaram uma melhor utilização para o álcool, está sua utilização como aditivo na gasolina, melhorando suas propriedades anti-detonantes, permitindo a fabricação de motores com maiores rendimentos e dispensando o emprego do chumbo tetraetila como aditivo, uma das espécies mais tóxicas presentes no ar das grandes cidades. o monitoramento quantitativo de elementos metálicos em combustíveis é de primordial importância em termos econômicos, não só para a indústria de combustíveis, mas também para vários outros setores da indústria e serviços. uma das aplicações de maior importância é a determinação da concentração total ou o monitoramento da variação da concentração em função do tempo de certos elementos metálicos e semi-metálicos 1,5,6. esse tipo de análise é vital para a manutenção de um controle de qualidade, pois o acúmulo de sais de sódio, nos motores movidos a álcool, poderá prejudicar seu desempenho. assim, é fácil entender que inúmeras são as perspectivas de uso do álcool como combustível limpo e renovável, como conseqüência de políticas econômicas ou de esforços em prol da redução da poluição atmosférica, causada por emissões de veículos e industriais 3,7. neste contexto, o presente trabalho trata da avaliação do método das adições de analito na determinação de sódio em álcool etílico hidratado combustível (aehc) por espectrometria de emissão atômica em chama. foram analisadas 20 amostras de aehc coletados em diferentes postos de abastecimento da cidade de araraquara. materiais e métodos os reagentes utilizados para a determinação do sódio foram: nacl, kcl e álcool etílico (todos p.a., mallinckrodt), h2o desionizada (millipore – milli q). as 20 amostras de álcool etilíco hidratado combustível (aehc) foram coletadas em diferentes postos de abastecimento, na cidade de araraquara. as medidas espectrométricas foram realizadas utilizando-se espectrômetro perkin elmer – aanalyst 100, em modo contínuo de emissão com chama oxidante de ar/acetileno, e comprimento de onda de 589,0 nm. o espectrômetro opera com câmara de nebulização associada a nebulizador ajustável resistente a corrosão perkin elmer, tipo gemtip. o método utilizado foi o das adições de analito, que consiste na adição de soluções contendo diferentes quantidades conhecidas do analito a iguais volumes da amostra, sendo todas as soluções diluídas ao mesmo volume final. as intensidades de emissão foram representadas em função das concentrações do analito adicionadas às várias porções de amostra. a extrapolação da leitura forneceu o valor da concentração do analito na amostra diluída. experimental alíquotas de 5,0 ml de cada amostra de aehc foram transferidas para balões volumétricos de 10,0 ml. foram adicionados a 80 balões de 10,0 ml soluções contendo 7,0 g k l-1 (3,00 ml), alíquotas de 0; 200; 400 e 600 ml do padrão 5,0 mg na l-1 de forma a obter a curva analítica para na. as leituras de emissão atômica, feitas em replicatas (n=12), dessas soluções permitiram obter as respectivas concentrações de sódio nas amostras e testes de adição e recuperação também foram feitos nas mesmas condições. foi empregado como "branco", solução 50% (v/v) de etanol isento de sódio em água desionizada, para calibrar a intensidade de emissão atômica (i) em zero. resultados e discussão os resultados referentes às equações das curvas analíticas para as 20 amostras de aehc, empregando-se o método das adições de analito, encontram-se na tabela 1. observa-se que as concentrações de sódio nas várias amostras analisadas variam desde menor que o limite de detecção: 0,0072 até 1,55 mg na l-1. de acordo com a portaria n° 45 da agência nacional do pétroleo (anp), o limite máximo de sódio tolerado em aehc para comercialização é 2,00 mg l-1. assim, todas as amostras analisadas estão em conformidade com a referida portaria. os testes de adição e recuperação indicam que o método empregado é adequado, visto que as porcentagens obtidas variaram no intervalo de 95 a 104 % (tabela 1). a análise dos resultados desta tabela permite observar que o limite de detecção varia de 2,6 a 23,9 mg na l-1, nas diferentes amostras de aehc, visto que a sensibilidade de cada curva analítica (coeficiente angular) varia de acordo com a composição de cada amostra. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200024&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200024&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 a figura 1 ilustra três curvas analíticas referentes ao método das adições de analito para três amostras coletadas em diferentes postos de abastecimento. observa-se, através destas curvas, as quais são representativas de todas as outras, cujos parâmetros constam na tabela 1, que a composição das amostras varia acentuadamente, pois as inclinações (coeficientes angulares) das curvas variaram desde 3,11 até 0,334 l mg-1 da amostra a1 até a a20 (tabela 1), indicando que a eficiência de nebulização/atomização/excitação varia significativamente para cada amostra analisada. estes resultados sugerem uma significativa variação na composição química das amostras selecionadas neste estudo, que podem estar relacionadas com diferentes teores de etanol, presença de outros solventes orgânicos, aditivos, corantes, que podem contribuir para variação na tensão http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200024&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200024&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200024&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 superficial, viscosidade e densidade das amostras. este fato indica que método mais adequado para a determinação de sódio em aehc é o método das adições de analito, pois nem mesmo o método da compatibilização de matriz seria adequado para compatibilizar os processos de nebulização/atomização/excitação de todas as amostras, visando a quantificação em uma única curva analítica. os desvios padrão relativos para as adições de 0,100; 0,200 e 0,300 mg na l-1 nas 20 amostras de aehc foram £ 4,1%, £ 3,2% e £ 1,1%, respectivamente. conclusão no método das adições de analito foi utilizado o supressor de ionização (kcl 2,100 g k l-1) que possibilitou minimização da ionização do analito de interesse (sódio) garantindo às medidas maior sensibilidade, evidenciada pela boa linearidade das curvas analíticas, que pode ser observada pelos coeficientes de correlação linear apresentados na tabela 1. as curvas obtidas pelo método das adições de analito (figura 1) permitem observar diferenças significativas quanto à inclinação das curvas analíticas para cada amostra. isso indica que a eficiência de nebulização/atomização/excitação é diferente para cada amostra analisada. tal fato, confere a este método, uma maior confiabilidade em relação ao método da compatibilização de matriz, em que, uma única curva analítica é utilizada na obtenção das concentrações de todas as amostras. embora o método das adições de analito seja mais trabalhoso que o método da compatibilização de matriz, pois requer obtenção de uma curva analítica para quantificação de cada amostra, ele é imprescindível para a determinação exata de sódio em aehc por espectrometria de emissão atômica em chama, devido à diversidade de composição química das referidas amostras comerciais. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200024&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#fig01 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0100-46702002000200024&lng=en&nrm=iso&tlng=pt#tab01 agradecimentos os autores agradecem à fapesp e anp / finep / ctpetro, pelos auxílios à pesquisa, ao cnpq pelas bolsas concedidas a j.a.g.n e a.p.o., a ricardo moutinho da silva e andréa pires fernandes pelo suporte técnico. referências bibliográficas 1 goldemberg, j. the evolution of energy costs in brazil. energy policy, v.24, p.1127-1128, 1996. 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article history: received: march 19, 2019 accepted: july 25, 2019 published: november 20, 2019 keywords: 1. lactic acid 2. electrodialysis 3. ultrafiltration 4. whey 1. introduction whey is one of the by-products of high added value in the dairy industry, by the expressive volume generated as well as by its composition, containing important nutrients. in this process1, there is no total feedstock conversion in final product, hence, for each kilogram of cheese produced, an average of 10 liters of whey is generated. the milk whey consists, basically, of 94 to 95% water, 3.8 to 4.9% lactose, 0.8 to 1.0% protein and 0.7 to 0.8% of minerals2. in terms of chemical oxygen demand (cod), the content of organic compounds is around 60,000 mg l-1 3. according to some authors4-6, there are numerous current alternatives for the use of fresh milk whey and its components. among the alternatives, it can be mentioned, for example, animal feed, production of ricotta, dairy drink, whey powder production, which can be also used in the pharmaceutical industry. one of the main stages to produce biotechnological products is drying out the whey using a spray dryer equipment. the presence of lactic acid in whey (containing lactate ions) promotes products that are more susceptible to moisture absorption7, because of the hygroscopic behavior. this phenomenon allows the formation of powdered agglomerates that cannot be tolerated in this process. the membrane separation processes (msp) go through clean technology which play an important role in the separation of whey components8, such as proteins and lactose with subsequent drying. abstract: due to the biotechnological value of whey, this work aims at applying the ultrafiltration (uf) and subsequently the electrodialysis (ed) techniques in pilot scale plant. whey (5% concentration) was treated twice by the uf technique, with a pressure of 4 bar (flow mode 20 l h-1). the permeate obtained was submitted to the ed process, in which 12 v were applied for 4 h. in order to evaluate the uf, parameters as turbidity, color, toc and ph were measured. regarding the ed technique, parameters as ph, conductivity, calcium, sodium and lactic acid concentration were evaluated. the electrodialysis unit was operated on a constant voltage, and tested the range was from 3 to 12 v. after the uf and ed processes, the ph remained unchanged. thereafter the uf treatment, the initial turbidity was reduced by 99.9%. in terms of parameter reduction after ed, the calcium concentration was decreased in 36.0% soon after uf and ed treatments, and the lactic acid concentration in 80.0%. these results point to the possible combination of uf and ed to treat the whey and signals the potential of further using the resulting solutions as inputs in new applications in the food industry such as lactose. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 mailto:stulp@univates.br http://orcid.org/0000-0002-3777-5278 original article 40 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 39-45 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 such components both contribute to the environment improvement and provide gains to industries. in addition, they are more valued when segregated. ultrafiltration (uf) is an alternative and attractive method, since it does not use heat as well as a phase change. this technique is usually applied to retain macromolecules and has been widely used in the dairy industry for the recovery of important components and compounds9,10. the uf allows the concentration variance among different compounds, due to the protein retention and selective permeation of lactose, minerals, water and compounds of low molar mass. electrodialysis (ed) is an electrochemical technique and shows benefits when compared to traditional processes, since it does not require phase change or addition of chemical reagent, as well as its operational cycle is continuous. it has been widely used in water and wastewater treatment for the removal of ions, for example, ionic species in solution are transported in compartments of a cell through ion-selective, anionic and cationic membranes by the action of an electric field. in addition to this, electrodialysis is an alternative11,12, method of lactose separation and concentration, when whey solutions are used. in this context, the aim of this study is to investigate the potential applicability of combining ultrafiltration and ed techniques (in a pilot scale system), in order to remove lactic acid (la) and other ions from whey, focusing on biotechnological applications. 2. materials and methods the research consisted in the recovery of whey (5% concentration) and the purification treatment was carried out twice by the uf technique, in a pilot scale plant (flow mode 20 l h-1), and the permeate obtained was submitted to the ed process in a prototype pilot scale (fig. 1). figure 1. schematic diagram of ultrafiltration and electrodialysis treatments. in the ultrafiltration experiments, the volume of permeate was evaluated, and it was collected to determine the flux. in addition, the whey was ultrafiltered under varied conditions, i.e., ph ranging from 5.9 to 7.0 and transmembrane pressure (tmp) ranging between 3.5 and 5.0 bar. after this evaluation, the tmp was maintained at 4 bar and ph 5.9. the uf membrane was ag1812, made of polyethersulfone, manufactured by ge water. the molar weight cut-off was 200 kda, and permeation area was 0.37 m2. the uf experiments were conducted in batch processing. in this process, the concentrate stream return to the begin, like total recirculation mode. the whey was ultrafiltered two times. after uf treatments, the permeate obtained was submitted to the ed process, in which 12 v were applied for 1 h (for evaluation) and 4 h (total treatment time), in an acrylic cell containing five compartments (total volume of 7 l). in this system, the cathode was a titanium plate and the anode, a 70tio2/30ruo2 plate (189 cm2). the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 original article 41 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 39-45 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 electrodialysis cell was operated on a constant electrochemical potential, and the potential range was 3 to 12 v. the area per ion exchange membrane (amv and cmv selemion) was 63.61 cm2. 2.1 analysis of limiting current in ed process initially, the limiting current in ed process has been determined using a cacl2 solution for comparison with the results of na+ ions, according to the tanaka14, in a cation-exchange membrane, to simulate ca2+ ions present in whey. in this evaluation, a constant current source icel ps7000 was used to apply successive increments of electrical current each two-minute intervals, in a cell containing 0.1 mol l-1 cacl2 solution. the cationic membrane potentials were measured (multimeter minipa et-2081) using a multimeter connected to two reference electrodes (ag/agcl/kclsat) with luggin capillary placed at the membrane’s interfaces (in a three-compartment acrylic cell). in this experiment, the cathode was a titanium plate and the anode a 70tio2/30ruo2 plate (8.9 cm2). at the end of each interval data of applied current, potential of the system and membrane were recorded. 2.2 sample analysis the parameters evaluated for the uf treatments were: turbidity (digimed dm tu), total organic carbon – toc (shimadzu toc-vcph), total nitrogen (shimadzu tnm-1), color (co-pt), conductivity (856 metrohm module) and ph (827 ph lab metrohm). for the ed technique, the parameters evaluated were ph and conductivity. a hplc shimadzu, lc-20at, detector dad: spd m20a, autosampler: sil-20a ht with supelcogel c-610h; 0.8 ml min-1 h2so4 0.05 mol l-1, temperature = 50 °c, λ = 207 nm, retention time = 9.90 min, was used to detect lactate ions6. calcium ions were detected by an atomic absorption spectrometer (perkin elmer pinaacle 900t), λ = 422.67 nm. 3. results and discussion 3.1 evaluation of ultrafiltration and ed treatments to evaluate the efficiency of uf and ed techniques, some initial parameters were analyzed. 3.1.1 evaluation of ultrafiltration conditions the results of water and whey flux vs. transmembrane pressure are shown in fig. 2. it is possible to observe that the water flow increased linearly in function of the tmp (r2 = 0.9229), and for whey solutions the behavior was linear with different slope. the same behavior was found in another study13. the transmembrane pressure during ultrafiltration process was optimal at 4.0 bar. lower pressure resulted in a decreased flow, in function of lower driving15. also, previous studies showed that higher values of pressure promote an irreversible fouling16. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 original article 42 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 39-45 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 figure 2. water and whey flux vs transmembrane pressure. membrane ag1812, t=25 °c, feed flow rate= 20 l h−1. legend: (■) water, (●) whey. the evaluation of the ultrafiltration technique was performed by monitoring the turbidity and reduction of color (co-pt). in table 1, results of whey flux (l m-2 h-1), reduction of turbidity and color are shown, and in this ultrafiltration system, the best results were obtained using pressure at 4 bar and ph 5.9. table 1. results of experimental conditions and turbidity and color removed after ultrafiltration process conditions (pressure and ph) whey flux/l m -2 h -1 reduction of turbidity/% reduction of color/% 4.0 bar ph 5.9 15.69 94.81 73.81 4.0 bar – ph 7.0 16.60 92.72 70.54 4;5 bar – ph 5.9 18.83 99.23 67.33 the ph is an important parameter to show the behavior of whey in the ultrafiltration plant. it is a precautionary measure with respect to the range of ph allowed to the membrane. the turbidity and measure of color are quality indicators of solution. the first one is linked to the concentration in colloidal substance in suspension present in the sample and the second one, as well as turbidity also is the result of the light scattering, relatively. the increase of the pressure, hence increase the removal rate of turbidity and decrease the removal rate of color. these turbidity results are in line with other studies17,18, when evaluate the ultrafiltration performance for the same endpoint, also find high removal rate. though, the same dos not occur to the measure of color. this parameter is related to the quality of the treatment, according to another study13, higher pressure decreases the quality of the permeate. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 original article 43 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 39-45 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 3.1.2 evaluation of electrodialysis conditions a typical current-potential of the membrane (um) curve observed in working ed unit is depicted in fig. 3, for the electrodialysis of a 0.1 mol l-1 cacl2 solution. for the cationic membranes evaluation, the second region (plateau) in the graphic of fig. 3 determines a limiting current between 1.79 and 2.02 ma cm-2 with cell potential (ecell) around 13 v. after this evaluation, the limiting current was also determined using the work solution (whey), and the results were comparable. figure 3. current-potential of the membrane (um) curve observed in working ed unit, for the electrodialysis of a 0.1 mol l-1 cacl2 solution. in terms of the removal rate of the of ca2+ and na+ cations, applying ed treatment for 1 h (for evaluation this treatment), the results are in table 2, and, in this evaluation, the best results were obtained using a voltage of 12 v. also, after the ed treatment (operated with a constant 12 v), the initial concentration of lactate ions was reduced in 36.31%. the conductivity of the whey solution (after uf) was around 17.4 ms cm-1. table 2. percentage of ions removed from whey solutions after 60 min of a batch electrodialysis process. cell voltage/ v removal of na + ions/ % removal of ca 2+ ions/ % 3 5.91 4.34 6 2.16 9.68 12 13.00 14.63 3.2 purification and demineralization of whey by uf combined with ed after the initial evaluation of some parameters in the uf and ed techniques, the purification and demineralization of whey by uf combined with ed were investigated. fig. 4 shows that the initial flow decays to approximately constant values, from 15.63 l m-2 h-1 (initially), to 9.5 l m-2 h-1 (after 80 min), similar results were shown in previous study19,20. figure 4. average flux as a function of time for whey solutions at 4 bar. the phenomenon of permeation flux reduction must be evaluated to avoid compromising the application of ultrafiltration technique in real systems (scale up). in this study, the whey solution has a ph of 6.2, soluble total organic carbon (toc) of 8.1 g l-1 and total nitrogen of 3.5 g l-1. the results of concentration in terms of anions (lactate ions) and cations (ca2+), after ultrafiltration (twice) and electrodialysis treatment (4 h – total time), are shown in fig. 5. after the electrodialysis process, the conductivity of the treated solution was around 15.69 ms cm-1 this result demonstrates the demineralization after ed6. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 original article 44 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 39-45 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p39-45 figure 5. lactic acid and ion calcium concentration before and after ultrafiltration and ed (4 h). after the uf and ed processes, the ph remained unchanged, and the initial turbidity was reduced by 99.93%. the calcium concentration was decreased in 36% in the permeate solution, the lactic acid concentration in 80% (after uf + ed), and the toc was reduced in 56%. the removal of lactate ions occurs at a slower rate compared to other ions present in whey (when applied ed technique during 1 and 4 h), due to the more complex nature8,19. furthermore, the final calcium concentration (after 4 h) was 41.13 mg l-1 and in terms of acid lactic, the final concentration was 43.65 mg/100 ml; and the final acid lactic concentration was 43.65 mg/100 ml; and the decrease of electrical conductivity of the permeate solution is function of time and indicates the efficiency of the ed treatment21. these result points to the possible combination of uf and ed to treat the whey and signal the potential of further using the resulting solutions as inputs in new applications in the food industry, such as lactose. in addition, for the whey to be adequately treated by the spray dryer technique, a reduction of the lactic acid concentration is required, being an important step in the milk industry (specially to increase the shelf life). 4. conclusions the combination of both methods ultrafiltration (uf) and electrodialysis (ed) is useful to remove the lactic acid and calcium ions from whey, through uf (twice steps) to concentrate and purify lactate, before submitting the permeate in ed treatment (4 h). after the treatments, the initial turbidity was reduced by 99.93%. the calcium concentration was decreased in 36% in the permeate solution, and the lactic acid concentration in 80% (after uf + ed). in uf was observed the membrane fouling phenomenon. this phenomenon occurred because have been colloidal material and macromolecules have been depositing at the membrane surface area promoting a low permeate flux. all these in uf system have been totally depended of ph and transmembrane pressure. in the first minutes of the pilot scale operation, the permeate flow decreased by around 14%. in ed processes, it was also observed this phenomenon. in the same sense of uf, this phenomenon increases the resistance, reducing the efficiency of ed system, and, for this reason, removal rate of the ions from the studied system was modified. these results point to the possible combination of uf and ed to treat the whey and the using of resulting solutions as inputs in new applications, such as lactose. 5. acknowledgements this work was developed with institutional infrastructure financed by fapergs and cnpq (310253/2016-0, cnpq 465571/2014-0). 6. references [1] małgorzata, w., monika, j., maria, s. s., lidia, z., fabian, d., pawel, b., tomasz, j., beata, s., acid whey concentrated by ultrafiltration a tool for modeling bread properties, lwt food science and technology 61 (1) (2015) 172-176. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.11.019. 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https://doi.org/10.2174/1385272820666160927122523 https://doi.org/10.2174/1385272820666160927122523 https://doi.org/10.2174/1385272820666160927122523 https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.04.002 https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.04.002 https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.04.002 https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.04.002 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.12.016 https://doi.org/10.5713/ajas.2013.13082 https://doi.org/10.5713/ajas.2013.13082 https://doi.org/10.5713/ajas.2013.13082 https://doi.org/10.5713/ajas.2013.13082 https://doi.org/10.5713/ajas.2013.13082 https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20170807 https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20170807 https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20170807 https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20170807 https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20170807 https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20170807 https://doi.org/10.1007/s11696-017-0293-6 https://doi.org/10.1007/s11696-017-0293-6 https://doi.org/10.1007/s11696-017-0293-6 https://doi.org/10.1007/s11696-017-0293-6 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.05.011 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.05.011 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.05.011 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.05.011 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.05.011 https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.05.055 https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.05.055 https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.05.055 https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.05.055 https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)00368-9 https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)00368-9 https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)00368-9 https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)00368-9 https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)00368-9 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.07.012 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.07.012 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.07.012 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.07.012 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.07.012 https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.08.005 https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.08.005 https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.08.005 https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.08.005 https://doi.org/10.5335/ciatec.v7i1.3367 https://doi.org/10.5335/ciatec.v7i1.3367 https://doi.org/10.5335/ciatec.v7i1.3367 https://doi.org/10.5335/ciatec.v7i1.3367 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0630-24668-181190 https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.04.057 https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.04.057 https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.04.057 https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.04.057 https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.04.057 https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.1994.tb00334.x https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.1994.tb00334.x https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.1994.tb00334.x https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.1994.tb00334.x https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.1994.tb00334.x https://doi.org/10.1080/01496395.2016.1188115 https://doi.org/10.1080/01496395.2016.1188115 https://doi.org/10.1080/01496395.2016.1188115 https://doi.org/10.1080/01496395.2016.1188115 https://doi.org/10.1080/01496395.2016.1188115 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva database iq.unesp.br/ecletica citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click on the images to follow the links. ebsco has no link available. the address is for subscribers only. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://bit.do/eqj_cas https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://doaj.org/toc/1678-4618 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 https://scholar.google.com.br/citations?hl=pt-br&user=-j-ppugaaaaj&authuser=1 https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica https://www.redalyc.org/revista.oa?id=429 https://www.latindex.org/latindex/ficha?folio=16477 https://biblat.unam.mx/pt/revista/ecletica-quimica https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 summary revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 2 | 2022 | summary editorial board .............................................................................................. 3 editorial ........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 6 instructions for authors .......................................................................... 7 short review low-cost water-in-salt electrolytes for electrochemical energy storage applications: a short review .................................................................................................................................. 18 alan massayuki perdizio sakita, rodrigo della noce original articles k4nb6o17 layered hexaniobate: revisiting the proton-exchanged reaction ......................... 30 mariana pires figueiredo, vera regina leopoldo constantino biosynthesis of tetrahydrobenzofuran neolignans in somatic embryos of ocotea catharinensis ........................................................................................................................ 37 érica luiz dos santos, eny iochevet segal floh, massuo jorge kato phenylalanine ammonia lyase: new insights from piperaceae species ............................... 67 andreia de araújo morandim-giannetti, lidiane gaspareto felippe, vânia aparecida de freitas formenton macedo dos santos, massuo jorge kato, maysa furlan studies of curing cycle of carbon fiber/epoxy resins (8552® and m21®) prepregs based on thermal and rheological analyses ........................................................................................ 83 sheila marques silva, carolina paiva nascimento silva, thiago de carvalho silva, mirabel cerqueira rezende, edson cocchieri botelho, michelle leali costa analysis of the pb0.30caxsrytio3 ternary system: the effect of ca2+ and sr2+ cations on the electrical properties of pbtio3 ............................................................................................ 100 amanda fernandes gouveia, lara kelly ribeiro, marcelo assis, elson longo, juan andrés, fenelon martinho lima pontes http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | summary editorial board........................................................................................................................................3 editorial.…………………………………………………….........................................................................................4 instructions for authors....................................................................................................................5 original articles a review on the state-of-the-art advances for co2 electro-chemical reduction using metal complex molecular catalysts...........................................................................…………………………………………..........11 hitler louis, ozioma udochukwu akakuru, philip monday, oyebanji oluwatomisin funmilayo electrochemical remediation of industrial pharmaceutical wastewater containing hormones in a pilot scale treatment system.............................................................................................................................40 ruiter lima morais, luane ferreira garcia, emily kussmaul gonçalves moreno, douglas vieira thomaz, laís de brito rodrigues, lara barroso brito, germán sanz lobón, gisele augusto rodrigues de oliveira, marcella ferreira rodrigues, boniek gontijo vaz, eric de souza gil voltammetric method for the quantification of cadmium using non-commercial electrodes and minimal instrumentation...........................................................................................................................53 javier ernesto vilasó cadre, alejandro céspedes martínez, maría de los ángeles arada pérez, josé alejandro baeza reyes chromium speciation in leather samples: an experiment using digital images, mobile phones and environmental concepts............................................................................................................................62 vinícius costa, ariane neiva, edenir pereira-filho http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | 32 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 32-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 abstract: the amidosulfonates of mn2+, co2+, ni2+, cu2+ and zn2+ were prepared by the direct reaction between the metal carbonate and the amidosulfonic acid with heating and stirring. the compounds were characterized by infrared absorption spectroscopy (irft), elemental analysis, thermal analysis (tg and dta) and xray diffraction by the powder method. the absorptions observed in ir spectra are associated with n-h and o-h stretching, as well as symmetrical and asymmetric s-o stretching in the sulfonic group. the compounds present xray diffraction pattern with well-defined reflections, showing no evidence of isomorphism. the tg-dta curves allowed to establish the stoichiometry of compounds as m(nh2so3)2.xh2o, where m = mn2+, co2+, ni2+, cu2+ and zn2+ and x ranging from 1 to 4. dehydration leads to the formation of stable anhydrous. in all cases the respective sulfates are formed as an intermediate. after consecutive steps of decomposition, the respective oxides were obtained: mn3o4, coo, nio, cuo and zno. the tg-dta curves are characteristic for each sample, with thermal events related to dehydration and ligand decomposition. synthesis, characterization, and thermal behavior of amidosulfonates of transition metals in air and nitrogen atmosphere jose marques luiz1+ , ronaldo spezia nunes1 1. são paulo state university (unesp), school of engineering, department of chemistry and energy, guaratinguetá, são paulo, brazil +corresponding author: jose marques luiz, phone: +55 12 31232170, email address: jose-marques.luiz@unesp.br article info article history: received: january 29, 2020 accepted: may 11, 2020 published: october 01, 2020 keywords: 1. sulfamic acid 2. thermal behavior 3. sulfamates 4. transition metals 1. introduction the amidosulfonic acid or sulfamic acid (nh2so3h) has molar mass 97.10 g mol-1. when dry it is stable, but in solution, it is easily hydrolyzed, forming ammonium bisulfate. it is relatively soluble in water, moderately soluble in alcohol, poorly soluble in acetone, insoluble in ether and very soluble in nitrogenous bases, liquid ammonia, pyridine, formamide and dimethylformamide. it is classified as a strong acid (ph = 1.2 in 1% aqueous solution and 25 oc). it is used as standard in alkalimetry, in steel cleaning, in removal of nitrites and stabilization of chlorine in pool water. it is a toxic compound, used as poison for rats. handling requires careful care as it easily irritates the skin and mucous membrane. it forms orthorhombic crystals and has melting point near 205 oc1. in recent years sulfamic acid has been used as an efficient heterogeneous catalyst in a series of organic reactions, such as acetylation, esterification, condensation, transesterification, among others2. it is a zwitterion, in other words, a dipolar ion having opposite charges on different atoms. in the formation of metal complexes, both amine and sulfonate groups participate in the coordination with the metal ion. few studies report the chemical and thermal properties of metal salts containing sulfonic acid derivatives, although the preparation of these salts about:blank https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 about:blank https://orcid.org/0000-0002-8288-2953 http://orcid.org/0000-0002-5001-5038 original article 33 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 32-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 is easy to perform3-10. maksin and standritchuk3 studied the water solubility of ni(ii) and co(ii) sulfamates. budurov et al.4,5 studied by dsc the phase transformations that occur in the heating of some amidosulfonates, determining the energy involved in the processes represented by endothermic peaks. also, by dsc, thege6 investigated the thermal behavior of (nh4)2so4, nh4hso4 and nh4nh2so3. the crystalline structure and growth of li[nh2so3] monocrystals was studied by stade, held and bohaty7, and it was possible to establish the spatial group, cell parameters and refractive index for the crystals obtained. the elastic properties of sulfamic acid and various sulfamates were studied by haussül and haussül and reported phase transformations8. shimizau et al.9 determined the crystallographic properties of silver amidosulfonate and described a lamellar structure with potential chemical applications. squattrito and coworkers studied the layered structures of metal salts of sulfonic acid derivatives10-12. jaishree et al.13 studied the optical and thermal properties of a monocrystal of amidosulfonic acid and reported the absorption bands in the infrared region. the main absorptions were attributed to the vibrational modes of the so3 and -nh3 + group. brahmaji et al. also identified the functional groups by ftir and reported the changes observed in the pure crystals and doped with tb3+ 14. wickleder15 studied the synthesis, crystal structure, and thermal behavior of some rare earth amidosulfonates. luiz, nunes and matos16 studied the thermal behavior of all the amidosulfonates of the rare earth series and observed a mass gain between 250 oc and 350 oc, attributed to an oxidative process so3 2→ so4 2-, which is more evident in a lower heating rate. brahmaji et al.14 also observed mass gain in this temperature range. 2. materials and methods all chemicals used in this study were of analytical grade. metallic chlorides were obtained from sigma aldrich, while the sodium hydrogen carbonate and silver nitrate were obtained from merck and were used without further purification. 2.1 metal carbonates carbonates of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) were prepared by adding slowly, with continuous stirring, a saturated sodium hydrogen carbonate solution to aqueous solutions metal chloride, until total precipitation of the metal ions. the precipitates were washed with distilled water until the elimination of chloride ions (qualitative test with agno3/hno3 solution for chloride) and was placed in vacuum desiccator until constant mass. 2.2 metal amidosulfonates the compounds were prepared by the direct reaction between the aqueous suspension of the metal carbonates (mn, co, ni, cu and zn) and the amidosulfonic acid, with heating at 80 oc and stirring. the acid in powder form was slowly added until a small amount of the metal carbonate remained. the carbonate in excess was removed by filtration and the aqueous solution was evaporated slowly near to dryness. subsequently, the solution was kept in vacuum desiccator until constant mass. 2.3 characterization of samples the infrared spectroscopy for amidosulfonic acid and its metal amidosulfonates were run on a perkin-elmer spectrum 100 atr ftir spectrophotometer using atr accessory with germanium crystal. the ftir spectra were recorded with 16 scans per spectrum a resolution of 4 cm-1. the x-ray powder patterns were obtained by using a bruker system d8 advance diffractometer, employing cuk radiation (λ = 1.541 å), 25 ma, 40 kv, 10 rpm rotation, 0.02 step, 0.6 slit mm, time 0.3 s, in the range 2 from 10 to 70 degrees. elemental analysis for h, n and s was performed using a leco chns analyzer. the thermal behavior was evaluated by thermogravimetry (tg) and differential thermal analysis (dta) in the simultaneous module tgdta 6200 extar 6000 from seiko sii, with sample mass of the order of 3 to 10 mg, heating ratio ß = 20 oc min-1 (30 to 900 oc), alumina crucible, dynamic atmosphere of synthetic air and nitrogen, with flow of 100 ml min-1. as reference for dta, previously calcined alumina was used. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 original article 34 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 32-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 3. results and discussion the elemental analysis results are presented in tab. 1 and are in agreement with the proposed general formula m(nh2so3)2.xh2o, where m = mn2+, co2+, ni2+, cu2+ and zn2+ and x the number of water molecules ranging from 1 to 4, where x = 4 for mn2+, 3 for co2+ and zn2+, 2 for ni2+ and 1 for cu2+. table 1. elemental analysis of the solid compounds. compound % n % h % s calc. ea calc. ea calc. ea mn(nh2so3)2.4h2o 8.78 8.77 3.80 3.79 20.10 20.08 co(nh2so3)2.3h2o 9.18 9.31 3.30 3.54 20.01 21.30 ni(nh2so3)2.2h2o 9.76 9.63 2.81 2.78 22.36 22.04 cu(nh2so3)2.1h2o 10.24 10.20 2.21 2.21 23.43 23.35 zn(nh2so3)2.3h2o 8.99 9.08 3.24 3.27 20.58 20.78 the main infrared absorption bands were associated with the n-h stretching, namely, a nh3 + broad band at 3400-3300 cm-1, the n-h stretching as a weak band at 2873 cm-1 and the absorptions observed at 1533 and 1433 cm-1 due to symmetric stretching mode of nh3 + while at 1567 cm-1 is due to asymmetric mode. the so3 stretching vibration was observed in a 1065 cm-1 and at 685 cm-1, the n-s stretching mode can be seen, all these absorptions agree with the literature4-14. the absence of that weak band of nh stretching is an evidence that de coordination of the metal ions occurred by nh3 + group. another fact is the increase observed in the wavenumber for the n-s stretching, suggesting that the n-s bond becomes strongest. the vibrational spectra in the infrared region of amidosulfonic acid and metal amidosulfonates are show in the fig. 1. the x-ray powder pattern of the metal amidosulfonates are shown in the fig. 2. the xray diffractograms indicate that the compounds were obtained with a certain crystallinity degree, showing no evidence of isomorphism. the compounds showed low relative intensity (io) reflections: mn (2θ = 19.0; io; = 845); co (2θ = 19.3; io = 3621); ni (2θ = 26.3; io = 6534); cu (2θ = 25.4; io = 4010); zn (2θ = 19.4; io = 4146). by the tg/dta curves it was possible to establish the stoichiometry of the compounds, such as: ml2.xh2o, where m represents the metallic ions m = mn2+, co2+, ni2+, cu2+ and zn2+; l represents the anion nh2so3 and x the number of water molecules ranging from 1 to 4, where x = 4 for mn2+, 3 for co2+ and zn2+, 2 for ni2+ and 1 for cu2+. in a synthetic air atmosphere, the events associated with the thermal decomposition of the ligand occur at slightly lower temperatures than in a nitrogen atmosphere. tables 2 and 3 show the results extracted from the tg and dta curves in the atmosphere of synthetic air and nitrogen. figures 3 and 4 show the tg and dta curves in the atmosphere of synthetic air and nitrogen, respectively. figure 1. vibrational spectra in the infrared region of amidosulfonic acid and metal amidosulfonates. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 original article 35 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 32-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 figure 2. x-ray diffraction pattern of the metal amidosulfonates. table 2. results extracted from the tg curves. samples molar mass / g mol-1 metal / % h2o / % residue / % calc. tg calc. tg calc. tg calc. tg oxide mn(l)2.4h2o (air) mn(l)2.4h2o (n2) 319.17 318.99 319.90 17.21 17.22 17.17 22.57 22.58 22.75 ? ? ? mn3o4 co(l)2.3h2o (air) co(l)2.3h2o (n2) 305.14 301.35 300.79 19.31 19.56 19.59 17.71 16.67 16.52 24.56 24.86 24.91 coo ni(l)2.2h2o (air) ni(l)2.2h2o (n2) 286.90 290.40 291.72 20.46 20.21 20.11 12.55 13.61 14.00 26.03 25.77 25.60 nio cu(l)2.1h2o (air) cu(l)2.1h2o (n2) 273.75 274.58 274.81 23.21 23.15 23.13 6.58 6.86 6.94 29.06 28.93 28.95 cuo zn(l)2.3h2o (air) zn(l)2.3h2o (n2) 311.61 309.07 308.32 20.98 21.16 21.21 17.34 17.66 16.46 26.12 26.33 ? zno figure 3. tg and dta curves of the obtained compounds, in a synthetic air atmosphere. sample mass: mn = 9.680 mg, co = 2.980 mg, ni = 10.194 mg, cu = 10.314 mg and zn = 10.064 mg. figure 4. tg and dta curves of the obtained compounds, in a nitrogen atmosphere. sample mass: mn = 10.383 mg, co = 3,794 mg, ni = 2,984 mg, cu = 10.414 mg and zn = 10.193 mg. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 original article 36 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 32-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 table 3. results extracted from the dta curves. samples dta peak (tp) / oc endo endo exo exo endo endo endo endo endo mn(l2).4h2o (air) 89.59 148.4 289.0 387.2 439.4 671.3 874.0 mn(l2)2.4h2o (n2) 84.64 146.8 289.0 383.8 439.4 699.4 872.8 co(l)2.3h2o (air) 112.4 156.5 210.5 392.0 426.4 854.8 co(l)2.3h2o (n2) 110.8 164.8 209.0 400.2 432.9 853.2 ni(l)2.2h2o (air) 133.9 164.2 203.0 303.4 411.3 462.0 824.1 ni(l)2.2h2o (n2) 132.0 200.7 323.6 395.3 450.0 814.0 cu(l)2.1h2o (air) 89.60 195.9 210.5 343.0 419.8 436.2 741.9 799.1 cu(l)2.1h2o (n2) 89.60 195.9 212.4 344.6 411.7 426.4 719.2 773.0 zn(l)2.3h2o (air) 97.10 162.1 203.0 364.2 457.4 804.2 900.0 zn(l)2.3h2o (n2) 97.10 164.8 201.6 364.2 465.4 789.4 912.0 3.1 mn(nh2 so3)2.4h2o dehydration of the manganese (ii) amidosulfonate occurs in two consecutive steps with the elimination of one and subsequently three water molecules, between 30 and 220 °c, with mass loss about 22 %. in this step two endothermic peaks are observed at 90 oc and 148 oc (synthetic air) at 85 oc and 147 oc (n2). the anhydrous compound remains stable between 219 oc and 340 oc (synthetic air) and between 197 oc and 333 oc (n2). although no mass change was observed in this temperature range, there is an exothermic peak at 289 oc (synthetic air and n2) which may be associated with a crystallization process. brahmaji et al.14 also reported a gain mass in this range temperature, however this thermal event needs to be further investigated. budurov et al.5 reported endothermic peaks attributed to phase transition at 177 oc (knh2so3) and 182 oc (nanh2so3). haussühl and haussühl8 also detected phase transformation in csnh2so3. the thermal decomposition of the compounds occurs in two distinct steps. the first step begins with an exothermic (386 oc) process followed by another endotherm (439 oc) at both atmospheres. this stage leads to the formation of an intermediate, stable over a wide temperature range: 450 oc to 800 oc (synthetic air) and 443 oc and 820 oc (n2). this intermediate is probably mnso4 (calc. = 47.31 %, tg = 47.34 %), that begins to decompose with an endothermic event (850 oc) to produce the oxide. in the temperature range in which the experiments were performed (30 oc → 900 oc) the formation of the residual oxide could not be observed. 3.2 co(nh2so3)2.3h2o the dehydration process of the cobalt (ii) amidosulfonate occurs in a single step, with simultaneous elimination of three water molecules between 85 and 220 oc and loss of mass of 16.6 %. in this stage two endothermic peak are observed around 112 oc and 157 oc (synthetic air) and 111 oc and 164 oc (n2). after the anhydrous formation, an exothermic peak is observed around 210 oc, which may be associated with a crystallization process. the decomposition of the ligand occurs in two distinct stages: between 245 oc and 450 oc (synthetic air) and between 258 oc and 442 oc (n2), both with formation of the coso4 intermediate. in this step two endothermic dta peaks are observed: 392 oc and 426 oc (synthetic air) and 400 oc and 433 oc (n2). the coso4 intermediate (calc. = 50.80 %, tg = 51.80 %) remains stable over a wide temperature range: between 442 oc and 720 oc (synthetic air) and between 450 oc and 716 oc (n2). the formation of the residue occurs at 861 oc, with mass loss of the order of 26 %, compatible with the formation of coo, in both atmospheres. 3.3 ni(nh2so3)2.2h2o the dehydration of the nickel (ii) amidosulfonate occurs in a two overlapping steps, with elimination of two water molecules between 90 and 192 oc (synthetic air) between 100 oc and 206 oc (n2) with mass loss of order of 13.5 %. at this stage, endothermic peaks are observed at 134 oc and 164 oc (synthetic air) and 132 oc (n2). after the anhydrous formation, an intense exothermic peak is observed at 203 oc (synthetic https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 original article 37 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 32-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 air) and 201 oc (n2) of low intensity, which may be associated with a crystallization process. the decomposition of the ligand occurs in two distinct stages: between 251 oc and 479 oc (synthetic air) and between 294 oc and 461 oc (n2), both with formation of the niso4 intermediate. in this stage endothermic dta peaks are observed at: 304 oc, 411 oc and 462 oc (synthetic air) and 324 oc, 395 oc and 450 oc (n2). the niso4 intermediate (calc. = 53.94 %, tg = 53.30 %) remains stable over a wide temperature range: between 474 oc and 720 oc (synthetic air) and between 459 oc and 716 oc (n2). the formation of the residue occurs at 831 oc (synthetic air and n2) with loss mass in the order of 26 %, compatible with the formation of nio, in both atmospheres. 3.4 cu(nh2 so3)2.1h2o the dehydration of the copper (ii) amidosulfonate occurs in a two overlapping steps, eliminating one water molecule between 73 oc and 199 oc (synthetic air) and between 65 oc and 203 oc (n2) with mass loss of 6.9 % in both atmospheres. at this stage, two endothermic peaks were observed at 89.6 oc and 196 oc in both atmospheres. after the anhydrous formation, an exothermic peak around 211 oc (synthetic air and n2) of low intensity is observed, which may be associated with a crystallization process. the decomposition of the ligand occurs in two distinct stages: between 200 oc and 450 oc (synthetic air) and between 206 oc and 440 oc (n2), both with formation of the cuso4 intermediate (calc. = 58.31 %, tg = 58.13 %). in this stage endothermic dta peaks are observed: 343 oc, 420 oc and 436 oc (synthetic air) and 345 oc, 412 oc and 426 oc (n2). the cuso4 intermediate remains stable over a wide temperature range: between 444 oc and 694 oc (synthetic air) and between 440 oc and 618 oc (n2). in this stage endothermic peaks are observed at 741 oc and 799 oc (synthetic air) and 718 oc and 773 oc (n2). the formation of the residue supposed cuo occurs at 810 oc (synthetic air) and 780 oc (n2). under n2 atmosphere a new stage of mass loss appears, which begins at 840 oc and probably ends at temperatures above 900 oc. the dta profile of the beginning of this stage has endothermic characteristics, suggesting a cu2+→ cu+ reduction process. 3.5 zn(nh2so3)2.3h2o dehydration zn(nh2so3)2.3h2o occurs two overlapping steps, between 64 °c and 195 °c (synthetic air and n2), equivalent to the consecutive release of one and two water molecules, respectively, with losses of the order of 17 %, endothermic peaks are observed at 97 oc and 163 oc (synthetic air and n2). after formation of the anhydrous compounds, an exothermic peak was observed around 202 oc (synthetic air and n2). the anhydrous compound remains stable between 190 °c and 295 °c (synthetic air) and 196 °c and 322 °c (n2). the decomposition of the ligand in synthetic air starts at 304 oc, with endothermic peaks at 364 oc and 457 oc (synthetic air) and 364 oc and 465 oc (n2). this stage leads to the formation of intermediate znso4 (calc. = 51.80 %, tg = 52.40 %), which remains stable over a wide temperature range of 467 oc to 688 oc (synthetic air) and 471 oc to 684 oc (n2). in a synthetic air atmosphere, the decomposition to zno occurs from 690 oc and ends at 913 oc, presenting endothermic peaks at 804 oc and 900 oc. in nitrogen atmosphere, residual oxide formation is not completed until 920 oc and endothermic peaks are observed at 744 oc, 789 oc and 912 oc. 4. conclusions the main absorptions in the infrared: o-h (3600 2700 cm-1) in the salts; n-h (3400-3300 cm-1) in amidosulfonic acid; ss-o (1260-1140 cm-1) and ass-o (1040-1020 cm-1) emphasize the differences between the spectra of the salts and of the amidosulfonic acid, evidence the bond to the metal suggesting that the coordination occurs by the sulphonic grouping. the x-ray diffractograms indicate that the compounds were obtained with a certain crystallinity degree, showing no evidence of isomorphism. the compounds showed relatively low intensity reflections. the thermoanalytical results (tg/dta) allowed to establish the stoichiometry of the compounds as: ml2.xh2o, where m represents the metallic ions mn2+, co2+, ni2+, cu2+ and zn2+; l represents the anion nh2so3 -; x represents the number of water molecules, where x = 4 for mn2+, x = 3 for co2+; and zn2+, x = 2 for ni2+ and x = 1 for cu2+. no significant differences were observed https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 original article 38 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 32-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p32-39 between the analysis carried out in synthetic air or nitrogen atmosphere, only the thermal decomposition of the ligand in synthetic air atmosphere occur at slightly lower temperatures that in a nitrogen atmosphere. for all compounds, the mso4 stable intermediate was observed, which later decomposes to the respective oxide, that is: mn3o4, coo, nio, cuo and zno. in some samples the residual oxide is produced at temperatures above 950 oc. acknowledgments this research was supported by resources supplied by the faculdade de engenharia de guaratinguetá (unesp). the authors thank prof. dr. edson cocchieri botelho (dmt-feg-unesp) for tg– dta measurements, prof. dr. sergio francisco dos santos (dmt-feg-unesp) for x-ray diffractometry, prof. dr. konstantin georgiev kostov (dfi-feg-unesp) for ftir measurements. references [1] index, m., centennial edition, merck & co. inc. rahway, 1989. 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[3]. chemical functionalisation of the inorganic framework of porous materials through the covalent coupling of an organic moiety is a promising approach for preparing porous surfaces having specific properties allowing many applications in chemistry [4-6]. in analytical chemistry such materials can be applyed in improvement of selectivity and sensitivity in the preparation of electrodes for electroanalysis and pre-concentration and separation of chemistry species. walcarius [7,8] present extensive reviews about the preparation and application of silica modified electrodes showing their importance as electroanalytical sensors. carbon paste electrodes modified with functional ligands have been more widely used to pre-concentrate and quantify trace metal ions [912]. trace metal voltammetric analysis is of great interest in the literature mainly in environmental samples due to the sensitivity, ecl. quím., são paulo, 32(2): 29-34, 2007 volume 32, número 2, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0429 30 simplicity, speed and low cost in comparison to other instrumental methods [13-15]. copper is an essential element at trace level (i.e. catalytic action in heme synthesis) [16], but the intake of large quantities can be toxic. sources of copper poisoning include beverages from vending machines, copper or brass vessels, and sometimes water supplies. monitoring of cu(ii) concentration is also becoming important in microelectronics fabrication industry [17]. thus, the development of simple and low cost techniques for trace copper determination is essential. according to brazilian regulations, it may be sold raw or with addition of sugar and may contain up to 5 mg l-1 of copper [18]. determination of trace amounts of zinc, lead and copper in sugar cane spirits have been proposed based on anodic stripping voltammetry with a hanging mercury drop [19]. another work proposed the determination of copper in sugar cane rum by cyclic voltammetry using carbon paste electrode modified with humic acids [20]. in the present work, the use of organofunctionalised sba-15 silica with 2benzothiazolethiol in the preparation of carbon paste electrodes is described. sba-15 silica presented the advantage of no need of surface pre-treatment before modification when compared with silica gel usually employed in such methods. the best conditions for a differential pulse anodic stripping voltammetric (dpasv) procedure were optimised and the electrode was applied in the determination of cu(ii) in a sugar cane spirit (cachaça) sample with good agreement with atomic absorption spectrometry (aas). this matrix was chosen considering its large consumption in brazil and the usage of copper apparatus for the distillation. experimental details apparatus all the voltammetric measurements were carried out on 20 ml capacity thermostated glass cell at 25° c, using a carbon-paste modified with sba-15 silica organofunctionalised with 2benzothiazolethiol (btpsba-mcpe) as a working, saturated calomel as reference (sce) and platinum wire as auxiliary electrodes. high purity nitrogen (fid. 4.9 aga) was used for deaeration of the electrolyte solution. dpasv were performed in bas cv – 50w voltammetric analyzer (bioanalytical systems) controlled by the bas 50w windows control software, v. 2.3 (bioanalytical systems). reagents and solutions all the solutions were prepared with water purified in a millipore milli-q system. all the chemicals were of analytical grade and used without further purification. the supporting electrolyte used for most experiments was a 0.10 mol l-1 phosphate solution ph 3.0. stock solution containing 1.00 x 10-3 mol l-1 cu(ii) was prepared daily by dissolving an appropriate amount of a 1000 mg l-1 reference copper nitrate solution (teclab) in 100 ml of the 0.10 mol l-1 phosphate solution ph 3.0. the 3-(chloropropyl)-trimethoxysilane (aldrich) and 2-benzothiazolethiol (sigma) were used in the functionlization of the sba-15 silica. a 1-2 mm particle size graphite powder (aldrich) and mineral oil (aldrich) were used for the preparation of the carbon pastes. preparation of the organofunctionalised sba15 silica and the modified carbon paste electrodes the sba-15 silica was synthesized according to a previously described procedure [21]. sba-15 silica with a large surface area (> 1500 m2g1) and large pore volumes (> 1 cm3 g-1) was used without further treatment, in a procedure described earlier [22,23]. modified carbon paste electrodes (mcpe) were prepared by mixing the graphite powder with btpsba. the mixture was added to 0.250 g of mineral oil and mixed on mortar for at least 20 min to produce the final paste in order to each electrode containing 10, 15, 20 and 25 % of btpsba, w/w. the carbon paste electrode was finally obtained by packing the paste into a plastic tube 4.5 mm i.d. (geometrical area 0.16 cm2) and arranged with a copper wire serving as an external electric contact. appropriate packing was achieved by pressing the electrode surface against a bond paper until a smooth surface was obtained. sample preparation and analysis of copper in sugar cane spirit (cachaça) ecl. quím., são paulo, 32(2): 29-34, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0430 31 to a 10.0 ml aliquot of sugar cane spirit (sant‘antonio brand) it was added 1.0 ml of 0.1 mol l-1 nitric acid. then 1.0 ml of this sample was mixed with 10.0 ml of 0.1 mol l-1phosphate solution ph 3.0. the cu(ii) content in that sample was determined by three successive addition of a standard copper(ii) solution. atomic absorption spectrometry determinations were performed in spectrofotometry hitachi z-8100, using cathode lamp and lamp current of 7.5 ma, the wavelength of 324,8 nm, c 2 h 2 flow rate of 2,2 l min-1 and airacetilene flame. results and discussion differential pulse anodic stripping voltammetry (dpasv) dpasv of 3.0 x 10-5 mol l-1 cu(ii) solution in 0.1 mol l-1 phosphate solution ph 3.0, showed one anodic peaks at the potential -0.03 v (vs. sce). parameters such as accumulation potential and time, scan rate, supporting electrolyte, ph, electrode composition that affects the voltammetric peak current were optimized as described in table 1. the effect of the carbon paste composition in the voltammetric response of the electrode modified with btpsba was evaluated by dpasv of 3.00 x 10-5 mol l-1 cu(ii) in 0.1 mol l-1 phosphate figure 1. carbon paste composition modified with 10, 15, 20 and 25 % btpsba (w/w) obtained with scan rate of 25 mv s-1, pulse amplitude of 100 mv, accumulation potential and time -0.80 v, 180 s and potential interval 0.80 to +0.60 v (vs. sce). solution ph 3.0 (figure 1). the anodic peak current increased with the amount of organofunctionalised sba-15 silica in the paste up to 15% (w/ w),decreasing significantly when more modified silica is used in the electrode preparation. this probably occurs due to a decrease in the conductive area at the electrode surface. according to these results a carbon-paste composition of 15% (w/w) modified sba-15 silica, 60% (w/w) graphite and 25% (w/w) mineral oil was employed. 10 15 20 25 50 100 150 200 250 300 350 400 i / a composition electrode modified / % btpsba (w/w) ecl. quím., são paulo, 32(2): 29-34, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0431 32 comparison of the voltammetric behavior of cu(ii) on carbon paste and silica modified electrodes fig. 2 presents the differential pulse anodic stripping voltammograms obtained with unmodified carbon paste electrode, sba-15 silica and organofunctionalised sba-15 silica modified carbon paste electrodes in 0.10 mol l-1 phosphate solution ph 3.0. no peaks were observed in the potential range -0.80 to +0.60 v (vs. sce) for phosphate solution at the btpsba-mcpe (curve a) in the absence of cu(ii). figure 2. differential pulse anodic stripping voltammograms obtained at 25° c, scan rate of 25 mv s1, pulse amplitude of 100 mv and pulse width of 50 ms for (a) btpsba-mcpe in the presence only the 0.10 mol l1 phosphate solution ph 3.0, (b) unmodified electrode in the presence of 3.0 x 10-5 mol l-1 cu(ii), (c) btpsbamcpe in the presence of 3.0 x 10-5 mol l-1 cu(ii) and (d) sba-15-mcpe in the presence of 3.0 x 10-5 mol l-1 cu(ii). potential interval -0.80 to +0.60 v (vs. sce), accumulation potential and time -0.80 v, 180 s. however, when the accumulation process was carried out for 180s at -0.80 v in solution containing 3.0 x 10-5 mol l-1 cu(ii) at the unmodified carbon paste electrode (curve b), the cu(0) oxidation peak appears at +0.07 v. the same solution exhibits a peak at -0.03 v when the sba-15-mcpe (curve d) is used. at the btpsba-mcpe (curve c) the oxidation peak also appears at -0.03 v with higher intensity of the anodic currents in comparison to those observed at other electrodes. the currents were measured from the shoulder-to-shoulder baseline to the peak at of maximum signal. analytical curve, precision, detection limit and recovery in buffer solutions analytical curve for cu(ii) is presented in fig. 3 under the set of optimum conditions resumed in table 1. the anodic peak current at the btpsba-mcpe increased linearly with the concentration of the cu(ii) in a range from 8.0 x 107 to 1.0 x 10-5 mol l-1 with a limit detection of 2.0 x107 mol l-1 (three times the signal blank/slope) [24]. the linear regression equation (see detail in fig. 3) is: i a =2.51x10-6+6.88c cu 2+;r=0,997;n=6 (1) the present electrode can be used without resurfacing or activation between successive determinations and with a relatively low pre-concentration time, when compared with other methods. ecl. quím., são paulo, 32(2): 29-34, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0432 32 33 figure 3. differential pulse anodic voltammograms obtained in phosphate solution: a) 8,00; b) 20,0; c) 40,0; d) 60,0; e) 80,0 f) 100 x 10-7 mol l-1cu(ii). the analytical curve is shown in the detail. other conditions as in figure 1 caption. interferences the influence of zn(ii), co(ii), cd(ii) and mn(ii) in the cu(ii) anodic peak current has been evaluated and the results are presented in table 2. severe suppression of the cu(ii) current is observed in the presence of co(ii) and mn(ii), while the presence of zn(ii) causes a significant increase in the cu(ii) current. the presence of cd(ii) in concentrations lower than the cu(ii) causes an increase in the response, while at equal or higher concentrations the interferant leaded to a decrease in the analyte signal. in all the cases the interference looks to reach a constant level at interferant concentrations higher than the analyte. however the separation of the peaks suggests that a simultaneous analysis of some of these cations can be performed and that the interference may be bypassed using standard addition procedures. analysis of copper in sugar cane spirit the proposed electrode was applied for dpasv determination of cu(ii) in cachaça sample using the optimised conditions. the cu(ii) content in the cachaça was previously determined by aas as being 3.97 mg l-1 (6.24 x 10-5 mol l-1). this analysis was performed at “laboratório para o desenvolvimento da química de aguardente” do iqsc/usp. the results obtained using the standard addition method is presented in table 3. recoveries between 98.0 and 107.0% de cu(ii) from cachaça sample (n=3) was obtained, for 2.00, 3.92, 5.77 mmol l-1 de cu(ii). these recoveries were found measuring the added amount of copper discounted the originally present concentration according to the aas data. statistical calculations for the results showed suitable precision of the proposed method. according to the t-student, there were no significant differences between aas and the proposed method at the 95% confidence level, indicating that carbon paste electrode modified with btpsba can be used for voltammetric determinations of cu(ii) in cachaça samples. the statistical calculations were performed taking the aas value as a “know” value as described by harris [25]. so, the use of the standard addition procedure in order to avoid interference from the metallic cations present in the beverage samples proved to be a successful strategy. ecl. quím., são paulo, 32(2): 29-34, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0433 34 conclusion the use of the organofunctionalised sba-15 silica with 2-benzothiazolethiol for preparation of modified carbon paste electrodes could be used in the electroanalytical determination of cu(ii) for concentration in the ìmol l-1 level. reproducible results that agree with those from aas were obtained in a relatively fast, low cost and sensitive analysis without need of time consuming sample preparation. although some interference and a not so low detection limit is observed, considering a dpasv procedure, the results point out for an application of the modified silica as an electrode modifier to be used in the electroanalytical techniques. acknowledgements authors are indebted to the brazilian agencies cnpq and capes for gm and ic fellowship respectively and fapesp for the financial support (03/02630-0, 05/04297-1) and msc. roni vicente reche do laboratório para o desenvolvimento da química de aguardente do iqsc/usp, by cachaça samples with known copper(ii) contents. received 07 february 2007 accepted 18 may 2007 references [1] d. e. de vos, m. dams, b. f. sels, p. a. jacobs, chem. rev. 102 (2002) 3615. 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edet et al., 2020a; b; landau, 1977; schiff, 1995). studies of this nature are carried out by solving the schrödinger equation with different interaction potentials of interest. the solutions of the schrödinger equation with different potential models of interest have been employed by many researchers to give insights, explanations, and predictions into the behavior of diatomic molecules, quarks, etc (edet et al., 2020c; 2021a; greiner, 2000; okoi et al., 2020; okorie et al., 2019). recently, numerous researchers have proffered solutions to the schrödinger equation for some potential of interest. the analytical solution of the schrödinger equation with ℓ = 0 and ℓ ≠ 0 for some potentials has been addressed by many researchers in non-relativistic and relativistic quantum mechanics for bound states (durmus and yasuk, 2007; edet et al., 2020d; 2021b; louis et al., 2018a; 2018b). some of these potentials include deng-fan potential (falaye et al., 2015), hyperbolic potential (onate et al., 2018b), eckart potential (onate et al., 2017), generalized trigonometric pöschl–teller potential (edet et al., 2020e), and screened kratzer potential (ikot et al., 2020a). also, several methods have been employed to obtain the solutions of the nonrelativistic wave equations with some potential models of interest, some of these methods include: the factorization method (dong, 2007), formula method (falaye et al., 2015), supersymmetry quantum mechanics (susyqm) (falaye et al., 2014), nikiforov-uvarov method (nu) (nikiforov and uvarov, 1988) asymptotic iteration method (aim) (ciftci et al., 2003; 2005; falaye, 2012), exact quantization rule (gu and dong, 2011; ma and xu, 2005), proper quantization rule (qiang and dong, 2007), wkbj (ita et al., 2018), etc. moreover, it is the goal in the present consideration to propose a potential of the form: 𝑉𝑞(𝑟) = 𝑉0𝑒−𝛼𝑟 1−𝑞𝑒−𝛼𝑟 + 𝑉1(𝑎+𝑏𝑒−𝛼𝑟+𝑐𝑒−2𝛼𝑟) (1−𝑞𝑒−𝛼𝑟)2 (1) where v0 and v1 are the potential strengths, α is the screening parameter, a, b and c are the adjusted parameter and q is deformation parameter. we call the potential q-deformed hulthen-quadratic exponentialtype potential (q-hqep). with respect to what was obtained in previous studies of the molecular potential, the potential to allow for more physical application and a comparative analysis to existing studies of the molecular potential was modified. in addition, in molecular physics, it has also been established that potential energy functions with more parameters tend to fit experimental data than those with fewer parameters and researchers have recently paid great attention to obtaining modified version of potential functions by employing dissociation energy, and equilibrium bond length for molecular systems as explicit parameters. this model will be an important tool for spectroscopists to represent experimental data, verify measurements, and make predictions. the potential is a superposition of the hulthen (ikhdair, 2009; ikhdair and sever, 2007; onate et al., 2018a) and quadratic exponential-type potentials (okorie et al., 2018). these potentials have been individually applied to carry out studies extensively by several researchers (ikot et al., 2014). hence, the motivation to combine them. in this research article, the goal is in two-fold. first, the schrödinger wave equation (swe) is solved with the 𝑞-hqep via parametric nikiforov–uvarov method. the effect of the deformation parameter on the energy spectra of some diatomic molecules is analyzed with the aid of some graphical representation and numerical analysis. the outline of the paper is as follows: section 2 provides brief a description of the parametric nikiforov–uvarov method. in section 3, the solutions of the three-dimensional (3d) schrödinger equation (se) with the q-hqep via parametric nu. in section 4, special cases of the potential understudy were discussed. in section 5, the results of this study are presented and discussed. finally, in section 6, the concluding remarks are given. 2. the parametric nu method the parametric form of the nu method takes the form (tezcan and sever, 2009): 𝑑2𝜓 𝑑𝑠2 + 𝛼1−𝛼2𝑠 𝑠(1−𝛼3𝑠) 𝑑𝜓 𝑑𝑠 + 1 𝑠2(1−𝛼3𝑠)2 {−𝜉1𝑠 2 + 𝜉2𝑠 − 𝜉3}𝜓(𝑠) = 0 (2) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 62 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 the energy eigenvalues equation and eigenfunctions satisfy the following sets of equations, respectively: 𝛼2𝑛 − (2𝑛 + 1)𝛼5 + (2𝑛 + 1)(√𝛼9 + 𝛼3√𝛼8) + 𝑛(𝑛 − 1)𝛼3 + 𝛼7 + 2𝛼3𝛼8 + 2√𝛼8𝛼9 = 0 (3) 𝜓(𝑠) = 𝑠𝛼12(1 − 𝛼3𝑠) −𝛼12− 𝛼13 𝛼3 𝑃𝑛 (𝛼10−1, 𝛼11 𝛼3 −𝛼10−1) (1 − 2𝛼3𝑠) (4) where 𝛼4 = 1 2 (1 − 𝛼1), 𝛼5 = 1 2 (𝛼2 − 2𝛼3), 𝛼6 = 𝛼5 2 + 𝜉1 𝛼7 = 2𝛼4𝛼5 − 𝜉2, 𝛼8 = 𝛼4 2 + 𝜉3, 𝛼9 = 𝛼3𝛼7 + 𝛼3 2𝛼8 + 𝛼6 (5) 𝛼10 = 𝛼1 + 2𝛼4 + 2√𝛼8, 𝛼11 = 𝛼2 − 2𝛼5 + 2(√𝛼9 + 𝛼3√𝛼8) 𝛼12 = 𝛼4 + √𝛼8, 𝛼13 = 𝛼5 − (√𝛼9 + 𝛼3√𝛼8) and pn is the orthogonal jacobi polynomial, which is defined as 𝛲𝑛 (𝛼,𝛽) (𝑥) = 𝛤(𝛼+𝑛+1) 𝑛!𝛤(𝛼+𝛽+𝑛+1) ∑ ( 𝑛 𝑚 )𝑛 𝑚=0 𝛤(𝛼+𝛽+𝑛+𝑚+1) 𝛤(𝛼+𝑚+1) ( 𝑥−1 2 )𝑚 (6) 3. bound-state solutions of q-deformed hulthen plus quadratic exponential-type potential the radial schrödinger equation in arbitrary dimensions (rampho et al., 2021; ebomwonyi et al., 2017) can be given as: 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑟) 𝑑𝑟2 + 2𝜇 ℏ2 [𝐸𝑛ℓ − 𝑉(𝑟) − ℓ(ℓ+1)ℏ2 2𝜇𝑟2 ] 𝑅𝑛ℓ(𝑟) = 0 (7) where 𝜇 is the reduced mass, 𝐸𝑛ℓ is the energy spectrum, ℏ is the reduced planck’s constant and 𝑛 and ℓ are the principal and orbital angular momentum quantum numbers, respectively (or vibration-rotation quantum numbers in quantum chemistry) (onate et al., 2018c). substituting eq. 1 into eq. 7 gives: 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑟) 𝑑𝑟2 + [ 2𝜇𝐸𝑛ℓ ℏ2 − 2𝜇 ℏ2 (− 𝑉0𝑒−𝛼𝑟 1−𝑞𝑒−𝛼𝑟 + 𝑉1(𝑎+𝑏𝑒−𝛼𝑟+𝑐𝑒−2𝛼𝑟) (1−𝑞𝑒−𝛼𝑟)2 ) − ℓ(ℓ+1) 𝑟2 ]𝑅𝑛ℓ(𝑟) = 0 (8) the radial schrödinger equation with this potential can be solved exactly for ℓ = 0 (s-wave) but cannot be solved with this potential for ℓ ≠ 0. to obtain the solution for ℓ ≠ 0, the approximation scheme proposed by greene and aldrich (1976) is employed to deal with the centrifugal term, which is given as: 1 𝑟2 ≈ 𝛼2𝑒−𝛼𝑟 (1−𝑞𝑒−𝛼𝑟)2 (9) it is noted that for a short-range potential, the relation in eq. 9 is a good approximation to 1 𝑟2, as proposed by greene and aldrich (1976), ikot et al. (2020b) and okorie et al. (2020). this implies that eq. 9 is not a good approximation to the centrifugal barrier when the screening parameter α becomes large. thus, the approximation is valid when 𝛼 ≪ 1. substituting the approximation eq. 8 into eq. 9, an equation of the form is obtained: 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑟) 𝑑𝑟2 + [ 2𝜇𝐸𝑛ℓ ℏ2 − 2𝜇 ℏ2 ( 𝑉0𝑒−𝛼𝑟 1−𝑞𝑒−𝛼𝑟 + 𝑉1(𝑎+𝑏𝑒−𝛼𝑟+𝑐𝑒−2𝛼𝑟) (1−𝑞𝑒−𝛼𝑟)2 ) − ℓ(ℓ+1)𝛼2𝑒−2𝛼𝑟 (1−𝑞𝑒−𝛼𝑟)2 ] 𝑅𝑛ℓ(𝑟) = 0 (10) to solve the differential equation above, the transformation 𝑠 = 𝑒−𝛼𝑟 is used so as to enable to apply the nu method as a solution technique to the hypergeometric-type differential equation. hence, this transforms 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑟) 𝑑𝑟2 into the form: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 63 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑟) 𝑑𝑟2 = 𝛼2𝑠2 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑠) 𝑑𝑠2 + 𝛼2𝑠 𝑑𝑅𝑛ℓ(𝑠) 𝑑𝑠 (11) 𝛼2𝑠2 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑠) 𝑑𝑠2 + 𝛼2𝑠 𝑑𝑅𝑛ℓ(𝑠) 𝑑𝑠 + [ 2𝜇𝐸𝑛ℓ ℏ2 − 2𝜇 ℏ2 ( 𝑉0𝑠 1−𝑞𝑠 + 𝑉1(𝑎+𝑏𝑠+𝑐𝑠2) (1−𝑞𝑠)2 ) − ℓ(ℓ+1)𝛼2𝑠 (1−𝑞𝑠)2 ] 𝑅𝑛ℓ(𝑠) = 0 (12) in view of the above, the differential equation of the form is obtained: 𝑑2𝑅𝑛ℓ(𝑠) 𝑑𝑠2 + 1−𝑞𝑠 𝑠(1−𝑞𝑠) 𝑑𝑅𝑛ℓ(𝑠) 𝑑𝑠 + 1 𝑠2(1−𝑞𝑠)2 [ −(휀𝑛ℓ𝑞 2 + 𝛽𝑞 − 𝛿3)𝑠 2 + (2휀𝑛ℓ𝑞 + 𝛽 − 𝛿3 − 𝛾)𝑠 − (휀𝑛ℓ − 𝛿3) ] 𝑅𝑛ℓ(𝑠) = 0 (13) where the following dimensionless abbreviations have been introduced for mathematical convenience: −휀𝑛ℓ = 2𝜇𝐸𝑛ℓ ℏ2𝛼2 ,𝛽 = 2𝜇𝑉0 ℏ2𝛼2,𝛿1 = 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 ,𝛿2 = 2𝜇𝑉1𝑏 ℏ2𝛼2 ,𝛿3 = 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2 𝛾 = ℓ(ℓ + 1) (14) equation 13 is of the form that is solvable by the nu method. therefore, on comparison to eqs. 2 and 13, the following parameters are obtained: 𝜉1 = 휀𝑛ℓ𝑞 2 + 𝛽𝑞 − 𝛿3 𝜉2 = 2휀𝑛ℓ𝑞 + 𝛽 − 𝛿3 − 𝛾 (15a) 𝜉3 = 휀𝑛ℓ − 𝛿3 and 𝛼1 = 1, 𝛼2 = 𝑞, 𝛼3 = 𝑞 𝜉1 = 휀𝑛ℓ𝑞 2 + 𝛽𝑞 − 𝛿3, 𝜉2 = 2휀𝑛ℓ𝑞 + 𝛽 − 𝛿3 − 𝛾, 𝜉3 = 휀𝑛ℓ − 𝛿3 𝛼4 = 0,𝛼5 = − 𝑞 2 , 𝛼6 = 𝑞2 4 + 휀𝑛ℓ𝑞 2 + 𝛽𝑞 − 𝛿3, 𝛼7 = −2휀𝑛ℓ𝑞 − 𝛽 + 𝛿3 + 𝛾 𝛼8 = 휀𝑛ℓ + 𝛿1, 𝛼9 = 𝑞2 4 − 𝛿2𝑞 + 𝛾𝑞 + 𝛿1𝑞 2 − 𝛿3 (15b) 𝛼10 = 1 + 2√휀𝑛ℓ − 𝛿1, 𝛼11 = 2𝑞 + 2(√ 𝑞2 4 − 𝛿2𝑞 + 𝛾𝑞 + 𝛿1𝑞 2 − 𝛿3 + 𝑞√휀𝑛ℓ + 𝛿1) 𝛼12 = √휀𝑛ℓ + 𝛿1, 𝛼13 = − 𝑞 2 − (√ 𝑞2 4 − 𝛿2𝑞 + 𝛾𝑞 + 𝛿1𝑞 2 − 𝛿3 + 𝑞√휀𝑛ℓ + 𝛿1) substituting these polynomials into eq. 3, it is possible to obtain 𝑞 (𝑛 + 1 2 ) 2 + 2(𝑛 + 1 2 ) (√ 𝑞2 4 − 𝛿2𝑞 + 𝛾𝑞 + 𝛿1𝑞 2 − 𝛿3 + 𝑞√휀𝑛ℓ + 𝛿1) − 𝛽 + 𝛿2 + 𝛾 + 2𝛿1𝑞 + 𝑞 4 + 2√(휀𝑛ℓ + 𝛿1) ( 𝑞2 4 − 𝛿2𝑞 + 𝛾𝑞 + 𝛿1𝑞 2 − 𝛿3) = 0 (16) by carrying out some algebraic manipulation, the following equation is obtained: 휀𝑛ℓ = −𝛿1 + 1 4 [ (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 𝛿2 𝑞 + 𝛾 𝑞 +𝛿1− 𝛿3 𝑞2) 2 + 𝛿3 𝑞2+𝛿1− 𝛽 𝑞 (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 𝛿2 𝑞 + 𝛾 𝑞 +𝛿1− 𝛿3 𝑞2) ] 2 (17) substituting eq. 14 into eq. 17 and carrying some simple manipulative algebra, it is possible to arrive at the energy eigenvalue equation of the q-deformed hulthen plus quadratic exponential-type potential in the form: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 64 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 𝐸𝑛ℓ = 𝑉1𝑎 − ℏ2𝛼2 8𝜇 [ (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 2𝜇𝑉1𝑏 ℏ2𝛼2𝑞 + ℓ(ℓ+1) 𝑞 + 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 − 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2𝑞2) 2 + 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2𝑞2+ 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 − 2𝜇𝑉0 ℏ2𝛼2𝑞 (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 2𝜇𝑉1𝑏 ℏ2𝛼2𝑞 + ℓ(ℓ+1) 𝑞 + 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 − 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2𝑞2) ] 2 (18) the corresponding wave functions can be evaluated from eq. 4 as follows: 𝑅𝑛ℓ(𝑠) = 𝑁𝑛ℓ𝑠 √ 𝑛ℓ+𝛿1(1 − 𝑠) 1 2 +√ 1 4 − 𝛿2 𝑞 + 𝛾 𝑞 +𝛿1− 𝛿3 𝑞2 𝑃𝑛 (2√ 𝑛ℓ+𝛿1,2√ 1 4 − 𝛿2 𝑞 + 𝛾 𝑞 +𝛿1− 𝛿3 𝑞2) (1 − 2𝑠) (19) from the definition of the jacobi polynomials (edet et al., 2020a; b). 𝑃𝑛 (2𝜛,2𝜒) (1 − 2𝑠) = 𝛤(𝑛+2𝜛+1) 𝑛!𝛤(2𝜛+1) 𝐹2 1(−𝑛, 2𝜛 + 2𝜒 + 𝑛 + 1,2𝜛 + 1; 𝑠) (20) 𝜛 = √휀𝑛ℓ + 𝛿1 𝜒 = √ 1 4 − 𝛿2 𝑞 + 𝛾 𝑞 + 𝛿1 − 𝛿3 𝑞2 (21) in terms of hypergeometric polynomials, eq. 21 can be written as 𝑅𝑛ℓ(𝑠) = 𝑁𝑛ℓ𝑠 𝜛(1 − 𝑠) 1 2 +𝜒 𝛤(𝑛+2𝜛+1) 𝑛!𝛤(2𝜛+1) 𝐹2 1(−𝑛, 2𝜛 + 2𝜒 + 𝑛 + 1,2𝜛 + 1; 𝑠) (22) 4. special cases 4.1 deformed hulthen potential if 𝑉1 is set as 𝑉1 = 𝑎 = 𝑏 = 𝑐 = 0, the potential model (1) reduces to deformed hulthen potential (hall et al., 2018): 𝑉𝑞(𝑟) = 𝑉0𝑒−𝛼𝑟 1−𝑞𝑒−𝛼𝑟 (23) and the energy equation as follows: 𝐸𝑛ℓ = − ℏ2𝛼2 8𝜇 [ (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 + ℓ(ℓ+1) 𝑞 ) 2 − 2𝜇𝑉0 ℏ2𝛼2𝑞 (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 + ℓ(ℓ+1) 𝑞 ) ] 2 (24) this is in agreement with eq. 44 (edet and okoi, 2019). 4.2 hulthen potential if 𝑉1 is set as 𝑉1 = 𝑎 = 𝑏 = 𝑐 = 0 and 𝑞 → 1, the potential model (1) reduces to the hulthen potential: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 65 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 𝑉(𝑟) = 𝑉0𝑒−𝛼𝑟 1−𝑒−𝛼𝑟` (25) and the energy equation as follows: 𝐸𝑛ℓ = − ℏ 2𝛼2 8𝜇 [ (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 +ℓ(ℓ+1)) 2 − 2𝜇𝑉0 ℏ2𝛼2 (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 +ℓ(ℓ+1)) ] 2 (26) equation 26 is in agreement with the energy equation given in eq. 39 (ikhdair, 2009), eq. 31 (ikhdair and sever, 2007), eq. 34 (agboola, 2009), eq. 35 (bayrak et al., 2006) and eq. 27 (jia et al., 2008). 4.3 deformed quadratic exponential-type potential if 𝑉0 is set as 𝑉0 = 0, the potential model (1) reduces to deformed quadratic exponential-type potential: 𝑉𝑞(𝑟) = 𝑉1(𝑎+𝑏𝑒−𝛼𝑟+𝑐𝑒−2𝛼𝑟) (1−𝑞𝑒−𝛼𝑟)2 (27) and the energy equation as follows: 𝐸𝑛ℓ = 𝑉1𝑎 − ℏ2𝛼2 8𝜇 [ (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 2𝜇𝑉1𝑏 ℏ2𝛼2𝑞 + ℓ(ℓ+1) 𝑞 + 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 − 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2𝑞2) 2 + 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2𝑞2+ 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 2𝜇𝑉1𝑏 ℏ2𝛼2𝑞 + ℓ(ℓ+1) 𝑞 + 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 − 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2𝑞2) ] 2 (28) 4.4 quadratic exponential-type potential if 𝑉0 is set as 𝑉0 = 0 and 𝑞 → 1 the potential model (1) reduces to quadratic exponential-type potential (okorie et al., 2018): 𝑉(𝑟) = 𝑉1(𝑎+𝑏𝑒−𝛼𝑟+𝑐𝑒−2𝛼𝑟) (1−𝑒−𝛼𝑟)2 (29) and the energy equation as follows: 𝐸𝑛ℓ = 𝑉1𝑎 − ℏ2𝛼2 8𝜇 [ (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 2𝜇𝑉1𝑏 ℏ2𝛼2 +ℓ(ℓ+1)+ 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 − 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2 ) 2 + 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2 + 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 (𝑛+ 1 2 +√ 1 4 − 2𝜇𝑉1𝑏 ℏ2𝛼2 +ℓ(ℓ+1)+ 2𝜇𝑉1𝑎 ℏ2𝛼2 − 2𝜇𝑉1𝑐 ℏ2𝛼2 ) ] 2 (30) equation 30 is in agreement with the energy equation given in eq. 31 (okorie et al., 2018). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 66 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 5. results and discussions in our study, the energy (eq. 18) and wave function (eq. 22) of the deformed hulthen potential plus the quadratic exponential-type potential obtained using the parametric nu. for validity purposes, were also obtained the energy eigenvalues and wave function of the deformed hulthen potential, hulthen potential, deformed quadratic exponential-type potential and quadratic exponential-type potential, shown in eqs. 23–30 as special cases. in the present study, the energy spectrum was used to study the four selected diatomic molecules, h2, hcl, co and lih. the spectroscopic parameters of these molecules are given in tab. 1 and taken from (edet et al., 2020e; rampho et al., 2021). the following conversions were used; ℏc = 1973.269 evå and 1𝑎𝑚𝑢 = 931.5 × 106𝑒𝑉(å) −1 for all computations (edet et al., 2020e; rampho et al., 2021). all nonspectroscopic parameters are kept in natural units. table 1. spectroscopic parameters of the molecules used in this work (edet et al., 2020e; rampho et al., 2021). parameters h2 (edet et al., 2020e) hcl (rampho et al., 2021) co (edet et al., 2020e) lih (rampho et al., 2021)  (å−1) 1.9426 1.8677 2.294 1.128 𝜇 (𝑎.𝑚. 𝑢) 0.50391 0.980105 6.860672 0.880122 in tab. 2, the energy values for the q-deformed hulthen-quadratic exponential-type potential was shown for h2, hcl, co and lih diatomic molecules for various values of the deformation parameter and of quantum states. it is seen clearly that when the deformation parameter is q = −0.5, the energy is low and for instance in lih molecule it becomes more bounded. but for q = 0.5, the energy is raised significantly although drops slightly and remains positive when q = 1 (i.e., absence of deformation). table 2. energy values for the q-deformed hulthen-quadratic exponential-type potential for h2, hcl, co and lih diatomic molecule for various values of the deformation parameter and of quantum states. state q h2 hcl co lih 1s –0.5 1.208540 1.104410 2.021420 –0.338560 0.5 3.865880 3.710050 4.565230 2.225200 1.0 3.547310 3.415690 4.299980 1.950540 2s –0.5 0.910264 0.901356 1.928360 –0.466642 0.5 3.885060 3.730360 4.578700 2.241860 1.0 3.423210 3.333520 4.263660 1.899950 2p –0.5 1.221470 1.110510 2.022730 –0.336094 0.5 3.867670 3.711040 4.565480 2.225650 1.0 3.542160 3.413300 4.299470 1.949580 3s –0.5 0.600211 0.692631 1.834060 –0.597053 0.5 3.872680 3.735150 4.588670 2.252040 1.0 3.284190 3.243990 4.225680 1.846270 3p –0.5 0.923715 0.907634 1.929690 –0.464130 0.5 3.885170 3.730790 4.578890 2.242160 1.0 3.417380 3.330900 4.263140 1.898930 3d –0.5 1.247280 1.122710 2.025350 –0.331163 0.5 3.870960 3.712950 4.565970 2.226530 1.0 3.531790 3.408500 4.298470 1.947680 4s –0.5 0.278707 0.478346 1.738530 –0.729764 0.5 3.830940 3.725190 4.595210 2.255940 1.0 3.131300 3.147490 4.186070 1.789610 4p –0.5 0.614176 0.699079 1.835410 –0.594496 0.5 3.871240 3.735050 4.588800 2.252200 1.0 3.277720 3.241150 4.225130 1.845200 continue… http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 67 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 4d –0.5 0.950587 0.920182 1.932350 –0.459108 0.5 3.885150 3.731590 4.579270 2.242750 1.0 3.405660 3.325650 4.262080 1.896900 4f –0.5 1.285910 1.140990 2.029280 –0.323769 0.5 3.875230 3.715670 4.566710 2.227830 1.0 3.516090 3.401270 4.296950 1.944810 the variation of the energy eigenvalues with different parameters of the combined potential, such as v0, v1, a, b, c and q, is shown in figs. 1–7, respectively, for h2, hcl, co and lih diatomic molecule in the ground state. in fig. 1a and b, the variation of the energy spectrum was plotted for various values of n as a function of the parameter ℓ for q = 1 and q = −1, respectively. figure 1a shows that the energy decreases as the angular momentum increases. in fig. 1b, it is possible to observe that the energy increases as the ℓ increases up to a maximum and then drops again sporadically. figure 2a and b shows the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter v0 for q = 1 and q = 1, respectively, in the region 0 < v0 < 3. in fig. 2a, the energy of the system increases as the parameter v0 increases. in fig. 2b, the energy linearly decreases as v0 increases. figure 3a and b shows the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter v1 for q = 1 and q = −1, respectively, in the region 0 < v1 < 0.16. in both figures, the energy increases monotonically as the parameter v1 increases as well. figure 4a and b shows the variation of the energy spectrum for various values of diatomic molecules as a function of the parameter a, respectively, in the interval 0 < a < 0.25. in both cases considered, the energy increases linearly with increasing a, but in the case q = −1 (fig. 4b), there is a wider spacing between the energy levels. figure 5a and b shows the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter b for q = 1 and q = −1, respectively, in the region 0 < b < 1. in fig. 5a, the energy increases linearly as the parameter b increases. in fig. 5b, the energy decreases linearly as the parameter b increases. figure 6a and b shows the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter c for q = 1 and q = -1, respectively, in the region 0 < c < 0.20. in fig. 6a, the energy decreases linearly as the parameter c increases. in fig. 6b, the energy decreases linearly as the parameter c increases. figure 7a and b shows the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter −𝑞 and +𝑞 in the intervals −1 < q < 0 and 0 < q < 1, respectively. in fig. 7a, the energy increases up to a maximum as q increases and then declines again. in fig. 7b, the energy increases linearly as q upsurges. figure 1. (a) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter ℓ for q = 1. (b) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter ℓ for q = −1. a = 2fm-1, b = 1fm−1, c = −3fm−1, v1 = 2fm−1 and v0 = 3fm−1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 68 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 figure 2. (a) the variation of the energy spectrum for various values of 𝑛 as a function of the parameter 𝑉0 for q = 1. (b) the variation of the energy spectrum for various values of 𝑛 as a function of the parameter 𝑉0 for q = −1. h = 1, μ = 1, a = 2, b = 1, c = −3, v1 = 2 and α = 0.05. figure 3. (a)the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter v1 for q = 1. (b) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter v1 for q = −1. a = 2, b = 1, c = −3 and v0 = 3. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 69 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 figure 4. (a) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter a for q = 1. (b) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter a for q = −1. b = 1, c = −3, v0 = 3 and 𝑉1 = 2. figure 5. (a) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter b for q = 1. (b) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter b for q = −1. a = 2, c = −3, v0 = 3 and 𝑉1 = 2. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 70 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 figure 6. (a) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter c for q = 1. (b) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter c for q = −1. a = 2, b = 1, v0 = 3 and 𝑉1 = 2. figure 7. (a) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter –q. (b) the variation of the energy spectrum for various values of n as a function of the parameter +q. a = 2, b = 1, c = −3, v1 = 2 and v0 = 3. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 original article iq.unesp.br/ecletica 71 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 6. conclusion in this work, the bound state solutions of the schrödinger equation were studied with the qdeformed hulthen-quadratic exponential-type potential using parametric nu method. the greene and aldrich approximation scheme was used to deal with the centrifugal term; the energy eigenvalues and the corresponding eigenfunctions were obtained and some special cases of the potential were also discussed. the energy spectrum is applied to study four selected diatomic molecules, h2, hcl, co and lih. the effect of the deformation parameters and other potential parameters on the energy of the system were graphically and numerically analyzed. the results are in excellent agreement with literature. finally, the results can find many applications in quantum mechanical systems, atomic and molecular physics. authors’ contribution conceptualization: obogo, u. p.; ubi, o. e. data curation: ikot, a. n.; edet, c. o. formal analysis: edet, c. o. funding acquisition: not applicable. investigation: obogo, u. p.; ubi, o. e.; edet, c. o.; ikot, a. n. methodology: edet, c. o. project administration: obogo, u. p.; ubi, o. e.; edet, c. o.; ikot, a. n. resources: edet, c. o.; ikot, a. n. software: edet, c. o. supervision: obogo, u. p.; edet, c. o.; ikot, a. n. validation: edet, c. o.; ikot, a. n. visualization: edet, c. o.; ikot, a. n. writing – original draft: obogo, u. p.; ubi, o. e. writing – review & editing: edet, c. o.; ikot, a. n. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable acknowledgments we thank the anonymous referees for the positive enlightening comments and suggestions, which have greatly helped us in making improvements to this paper. in addition, collins okon edet acknowledges ejds (ictp). references agboola, d. the hulthén potential in d-dimensions. phys. scr. 2009, 80 (6), 065304. https://doi.org/10.1088/00318949/80/06/065304 bayrak, o.; kocak, g.; boztosun, i. any l-state solutions of the hulthén potential by the asymptotic iteration method. j. phys. a: math. gen. 2006, 39 (37), 11521. https://doi.org/10.1088/0305-4470/39/37/012 ciftci, h.; hall, r. l.; saad, n. asymptotic iteration method for eigenvalue problems. j. phys. a: math. gen. 2003, 36 (47), 11807. https://doi.org/10.1088/0305-4470/36/47/008 ciftci, h.; hall, r. l.; saad, n. perturbation theory in a framework of iteration methods. phys. lett. a 2005, 340 (5– 6), 388–396. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2005.04.030 dong, s.-h. factorization method in quantum mechanics; springer, 2007. durmus, a.; yasuk, f. 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https://doi.org/10.1088/0031-8949/89/11/115204 https://doi.org/10.1088/0031-8949/89/11/115204 https://doi.org/10.1088/0031-8949/89/11/115204 https://doi.org/10.1515/zna-2014-0232 https://doi.org/10.1515/zna-2014-0232 https://doi.org/10.1515/zna-2014-0232 https://doi.org/10.1515/zna-2014-0232 https://doi.org/10.1007/s00601-014-0937-9 https://doi.org/10.1007/s00601-014-0937-9 https://doi.org/10.1007/s00601-014-0937-9 https://doi.org/10.1103/physreva.14.2363 https://doi.org/10.1103/physreva.14.2363 https://doi.org/10.1103/physreva.14.2363 https://doi.org/10.1007/978-3-662-04275-5 https://doi.org/10.1007/978-3-662-04275-5 https://doi.org/10.1007/978-3-662-04275-5 https://doi.org/10.1007/s10910-011-9877-5 https://doi.org/10.1007/s10910-011-9877-5 https://doi.org/10.1007/s10910-011-9877-5 https://doi.org/10.1007/s10910-011-9877-5 https://doi.org/10.1063/1.5043484 https://doi.org/10.1063/1.5043484 https://doi.org/10.1063/1.5043484 https://doi.org/10.1063/1.5043484 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https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e03738 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e03738 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2008.05.030 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2008.05.030 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2008.05.030 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2008.05.030 https://doi.org/10.5539/ijc.v10n3p99 https://doi.org/10.5539/ijc.v10n3p99 https://doi.org/10.5539/ijc.v10n3p99 https://doi.org/10.5539/ijc.v10n3p99 https://doi.org/10.5539/ijc.v10n3p99 https://doi.org/10.5539/ijc.v10n3p99 original article iq.unesp.br/ecletica 73 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 60-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p60-73 ma, z.-q.; xu, b.-w. quantum correction in exact quantization rules. epl (europhysics letters) 2005, 69 (5), 685. https://doi.org/10.1209/epl/i2004-10418-8 nikiforov, a. f.; uvarov, v. b. special functions of mathematical physics; birkhäuser verlag basel, 1988. okoi, p. o.; edet c. o.; magu t. o. relativistic treatment of the 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https://doi.org/10.31349/revmexfis.64.608 https://doi.org/10.31349/revmexfis.64.608 https://doi.org/10.31349/revmexfis.64.608 https://doi.org/10.1088/2399-6528/ab42c6 https://doi.org/10.1088/2399-6528/ab42c6 https://doi.org/10.1088/2399-6528/ab42c6 https://doi.org/10.1088/2399-6528/ab42c6 https://doi.org/10.1088/2399-6528/ab42c6 https://doi.org/10.1007/s12648-019-01670-w https://doi.org/10.1007/s12648-019-01670-w https://doi.org/10.1007/s12648-019-01670-w https://doi.org/10.1007/s12648-019-01670-w https://doi.org/10.1007/s12648-019-01670-w https://doi.org/10.3938/jkps.70.339 https://doi.org/10.3938/jkps.70.339 https://doi.org/10.3938/jkps.70.339 https://doi.org/10.3938/jkps.70.339 https://doi.org/10.3938/jkps.70.339 https://doi.org/10.3906/fiz-1802-40 https://doi.org/10.3906/fiz-1802-40 https://doi.org/10.3906/fiz-1802-40 https://doi.org/10.3906/fiz-1802-40 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.kijoms.2017.12.004 https://doi.org/10.1016/j.kijoms.2017.12.004 https://doi.org/10.1016/j.kijoms.2017.12.004 https://doi.org/10.1016/j.kijoms.2017.12.004 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.10.091 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.10.091 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.10.091 https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.10.091 https://doi.org/10.1080/00268976.2020.1821922 https://doi.org/10.1080/00268976.2020.1821922 https://doi.org/10.1080/00268976.2020.1821922 https://doi.org/10.1080/00268976.2020.1821922 https://doi.org/10.1080/00268976.2020.1821922 https://doi.org/10.1007/s10773-008-9806-y https://doi.org/10.1007/s10773-008-9806-y https://doi.org/10.1007/s10773-008-9806-y https://doi.org/10.1007/s10773-008-9806-y original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | 40 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 abstract: within the framework of the conventional nikiforovuvarov method and a new form of greene-aldrich approximation scheme, we solved the schrödinger equation with the energydependent screened coulomb potential. energy eigenvalues and energy eigenfunctions were obtained both approximately and numerically at different dimensions. the energy variations with different potential parameters, quantum numbers and energy slope parameter, respectively were also discussed graphically. the major finding of this research is the effect of the energy slope parameter on the energy spectra, which is seen in the existence of two simultaneous energy values for a particular quantum state. our special cases also agree with the results obtained from literature, when the energy slope parameter is zero. approximate solutions of the schrödinger equation with energydependent screened coulomb potential in d – dimensions uduakobong sunday okorie1,3+ , akpan ndem ikot2,3 , precious ogbonda amadi3 , alalibo thompson ngiangia3 , etebong emmanuel ibekwe1,3 1. department of physics, akwa ibom state university, ikot akpaden p. m. b. 1167, uyo, nigeria 2. department of physics, university of south africa, florida 1710, johannesburg, south africa 3. theoretical physics group, department of physics, university of port harcourt, p. m. b. 5323 choba, nigeria +corresponding author: uduakobong sunday okorie, phone: +2347081545195 email address: uduakobongokorie@aksu.edu.ng article info article history: received: october 26, 2019 accepted: april 07, 2020 published: october 01, 2020 keywords: 1. schrödinger equation 2. energy-dependent screened coulomb potential 3. nikiforov-uvarov method 4. greene-aldrich approximation scheme 1. introduction quantum mechanics came into existence many decades ago to salvage the failure of classical mechanics, not being able to explain some of the physical phenomena such as compton effects, specific heat capacity, blackbody radiation. from this point of view, many theoretical physicists have been investigating the exact and approximate solutions of the schrödinger equation for some potentials of physical interests1,2. the solutions of the schrödinger equation play a vital role in many branches of modern physics and chemistry3. this is because it contains all the necessary information needed for the full description of a quantum state such as the probability density and entropy of the system4. the schrödinger equation with many physical potentials model have been investigated in recent times with different analytical methods such as nikiforov-uvarov (nu) method5-8, asymptotic iteration method (aim)9-14, supersymmetric quantum mechanics(susyqm)15-18 among others19-22. one of such potential models is the screened coulomb potential, which is given by eq. 123. 𝑉(𝑟) = − 𝐴𝑒−𝛼𝑟 𝑟 (1) the screened coulomb potential, also known as the yukawa potential is greatly important, with applications cutting across nuclear physics and condensed-matter physics23. here, its usage is involved in short-ranged interactions24-26. the screened-coulomb potential is known to be the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 mailto:uduakobongokorie@aksu.edu.ng mailto:uduakobongokorie@aksu.edu.ng http://orcid.org/0000-0002-5660-0289 http://orcid.org/0000-0002-1078-262x http://orcid.org/0000-0003-3691-3891 https://orcid.org/0000-0001-7642-2419 https://orcid.org/0000-0002-1754-6523 original article 41 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 potential of a charged particle in a weakly nonideal plasma. it also describes the charged particle effects in a sea of conduction electrons in solidstate physics27. an approximate solution of the schrödinger equation interacting with an inversely quadratic yukawa potential has been obtained using susyqm15, where the screened coulomb potential was obtained as a special case by varying the potential strength. also, an approximate analytical solution of the radial schrödinger equation for the screened coulomb potential has been obtained, with energy eigenvalues and its corresponding eigenfunctions computed in closed forms28. several researchers have also devoted great attention to investigate the quantum systems of the energy dependence of different potentials29-31. hassanabadi et al.32,33 studied the exact solutions of d-dimensional schrödinger and klein-gordon equations using the nikiforov-uvarov method. also, lombard et al.34 investigated the wave equation energy-dependent potential for confined systems. numerous applications of the energydependent potential of wave equations have been seen in the spectrum of confined systems and heavy quark confinement in nuclear and molecular physics35,36. recently, budaca37 studied an energy-dependent coulomb-like potential within the framework of bohr hamiltonian. the author further reported that the energy dependence on the coupling constant of the potential drastically changes the analytical properties of wave function and the corresponding eigenvalues of the system. also, boumali and labidi38 investigated the shannon and fisher information in the klein-gordon equation with energydependent potential. in this research, we seek to investigate the influence of the energy-dependent screened coulomb potential defined as in eq. 2, 𝑉(𝑟, 𝐸𝑛ℓ) = − 𝐴(1+𝑔𝐸𝑛ℓ)𝑒 −𝛼𝑟 𝑟 (2) where 𝑔 is the energy slope parameter, 𝐴 is the depth of the potential, and 𝛼 is the range of the potential. the effects of the energy dependence on the screened coulomb potential have not been considered before in any literature, to the best of our knowledge. it can be deduced that when 𝑔 = 0, the potential of eq. 2 reduces to the screened coulomb potential. when 𝑔 = 0 as 𝛼 → 0, the potential of eq. 2 reduces to the coulomb potential. using the conventional nu method, we will derive the ℓ −wave bound state solutions and their eigenfunctions of the schrödinger equation for the energy-dependent screened coulomb potential, both analytically and numerically. special cases are also considered and our results are compared with existing literature for confirmation sake. the organization of this work is as follows: in section 2, we determine the eigensolutions of the energy-dependent screened coulomb potential by employing a new form of greene-aldrich approximation scheme and nikiforov-uvarov method. section 3 is devoted to discuss the results obtained and compare to results in relevant literature. the conclusion of the work is presented in section 4. 2. bound state solution of the energy-dependent screened coulomb potential the radial part of the schrödinger equation in d-dimension39 is given by eq. 3. 𝜓″(𝑟) + 2𝜇 ℏ 2 (𝐸𝑛ℓ − 𝑉(𝑟))𝜓(𝑟) + 1 𝑟2 [ (𝐷−1)(𝐷−3) 4 + ℓ(ℓ+ 𝐷 − 2)]𝜓(𝑟) = 0 (3) where 𝜇 is the reduced mass, 𝐸𝑛ℓ is the non-relativistic energy eigenvalues to be determined. substituting eq. 2 into eq. 3 gives eq. 4. 𝜓″(𝑟) + 2𝜇 ℏ 2 (𝐸𝑛ℓ + 𝐴(1+𝑔𝐸𝑛ℓ)𝑒 −𝛼𝑟 𝑟 )𝜓(𝑟) + 1 𝑟2 [ (𝐷−1)(𝐷−3) 4 + ℓ(ℓ + 𝐷 − 2)]𝜓(𝑟) = 0 (4) in solving eq. 4, we invoke a new form of greene-aldrich approximation scheme23 to deal with the centrifugal term since ℓ ≠ 0. the approximations schemes are given by eq. 5 and 6. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 42 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 𝑓1(𝑟) = 1 𝑟2 ≈ 4𝛼2𝑒−2𝛼𝑟 (1−𝑒−2𝛼𝑟)2 = 𝑓2(𝑟) (5) 1 𝑟2 ≈ 4𝛼2𝑒−2𝛼𝑟 (1−𝑒−2𝛼𝑟)2 + 𝛼2 3 = 𝑓3(𝑟) (6) the plots explaining the rationality and validity of the above eq. 5 and 6 and their expansions are given in fig. 1(a–d). figure 1a shows the plots of 𝑓1(𝑟), 𝑓2(𝑟)and𝑓3(𝑟) as they vary with 𝑟, when the screening parameter 𝛼 is taken to be 0.5. in addition, we employ 1 𝑟 from 𝑓1(𝑟) as given in eq. 7. 𝑓4(𝑟) = 1 𝑟 ≈ 2𝛼𝑒−𝛼𝑟 1−𝑒−2𝛼𝑟 ≡ 𝑓5(𝑟) (7) figure 1. the plots of expressions (a) 𝑓1(𝑟), 𝑓2(𝑟), 𝑓3(𝑟) as functions of 𝑟 with 𝛼 = 0.5; (b) 𝑓4(𝑟), 𝑓5(𝑟) as functions of 𝑟 with 𝛼 = 0.5; (c) 𝑓1(𝛼), 𝑓2(𝛼), 𝑓3(𝛼) as functions of 𝛼 with 𝑟 = 5; (d) 𝑓4(𝛼), 𝑓5(𝛼) as functions of 𝛼 with 𝑟 = 5𝑛𝑚. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 43 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 here, we have ignored the second expansion term 𝛼(1−𝑒−2𝛼𝑟) (12𝑒−𝛼𝑟) when expanding eq. 6. furthermore, the rationality and validity of this expansion is given in fig. 1b, with 𝛼 = 0.5. considering the plots of the above expressions as function ns of the screening parameter 𝛼 as shown in figs. 1c and 1d, we observe that the approximation 𝑓3(𝛼) corresponds to that of 𝑓1(𝛼) when 𝛼 ≤ 0.05. as such, we see that the approximation 𝑓3(𝛼) is better than that of 𝑓2(𝛼). with the above approximation schemes, eq. 4 becomes eq. 8. 𝜓″(𝑟) + [ 2𝜇𝐸𝑛ℓ ℏ 2 + 4𝜇𝐴(1+𝑔𝐸𝑛ℓ)𝑒 −2𝛼𝑟 ℏ 2(1−𝑒−2𝛼𝑟) − 4𝛼2𝛾𝑒−2𝛼𝑟 ℏ 2(1−𝑒−2𝛼𝑟)2 − 𝛾𝛼2 3 ]𝜓(𝑟) = 0 (8) where  is given by eq. 9. 𝛾 = [ (𝐷−1)(𝐷−3) 4 + ℓ(ℓ + 𝐷 − 2)] (9) by using the coordinate transformation of eq. 10. 𝑧 = 𝑒−2𝛼𝑟 (10) eq. 8 becomes the differential equation of the form given in eq. 11. 𝜓″(𝑧) + (1−𝑧) 𝑧(1−𝑧) 𝜓′(𝑧) + 1 𝑧2(1−𝑧)2 [−(𝜀2 + 𝛽2)𝑧2 + (2𝜀2 + 𝛽2 − 𝛾)𝑧 − 𝜀2]𝜓(𝑧) = 0 (11) where 2 is given by eq. 12. 𝜀2 = −( 𝜇𝐸𝑛ℓ 2ℏ2𝛼2 − 𝛾 12 ) ; 𝛽2 = 𝜇𝐴(1+𝑔𝐸𝑛ℓ) ℏ 2𝛼 (12) by comparing eq. 11 and eq. a1 (see appendix), we have the following parameters, eq. 13: �̃�(𝑧) = 1 − 𝑧 𝜎(𝑧) = 𝑧(1 − 𝑧) �̃�(𝑧) = −(𝜀2 + 𝛽2)𝑧2 + (2𝜀2 + 𝛽2 − 𝛾)𝑧 − 𝜀2 (13) substituting eq. 13 into eq. a8 (see appendix), we get 𝜋(𝑧), eq. 14: 𝜋(𝑧) = − 𝑧 2 ±√(𝑎 − 𝑘)𝑧2 + (𝑘 + 𝑏)𝑧 + 𝑐 (14) where a, b and c are given by eq. 15. 𝑎 = 1 4 + 𝜀2 + 𝛽2 𝑏 = 𝛾 − 2𝜀2 − 𝛽2 (15) 𝑐 = 𝜀2 we can obtain the constant 𝑘, by expressing the discriminant under the square root of eq. 14 to be equal to zero. as such, we have eq. 16 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 44 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 𝑘± = −(𝛾 − 𝛽 2) ± 2√𝜀2√( 1 4 + 𝛾) (16) substituting eq. 16 into eq. 14 yields eq. 17: 𝜋(𝑧) = − 𝑧 2 ± { (√𝜀2 −√ 1 4 + 𝛾) 𝑧 − √𝜀2; 𝑓𝑜𝑟𝑘+ = −(𝛾 − 𝛽 2) + 2√𝜀2√( 1 4 + 𝛾) (√𝜀2 −√ 1 4 + 𝛾) 𝑧 + √𝜀2; 𝑓𝑜𝑟𝑘− = −(𝛾 − 𝛽 2) − 2√𝜀2√( 1 4 + 𝛾) (17) according to nu method40, we choose the expression 𝜋(𝑧)−which the function 𝜏(𝑧) has a negative derivative. this is given by eq. 18 𝜋(𝑧)− = −( 1 2 + √𝜀2 +√ 1 4 + 𝛾) 𝑧 − √𝜀2 (18) with 𝜏(𝑧) being obtained with eq. 19. 𝜏(𝑧) = 1 − 2√𝜀2 − 2(1 + 2√𝜀2 +√ 1 4 + 𝛾) 𝑧 (19) by recalling eq. a9 (see appendix), we define the constant 𝜆 (eq. 20) as 𝜆 = −(𝛾 − 𝛽2) − 2√𝜀2√ 1 4 + 𝛾 − ( 1 2 + √𝜀2 +√ 1 4 + 𝛾) (20) substituting eq. 20 into eq. a10 (see appendix) and carrying out algebraic simplifications, where ’(z) is given by eq. 21 𝜏 ′(𝑧) = −2(1 + √𝜀2 +√ 1 4 + 𝛾) (21) and ”(z), eq. 22 ( ) 2z  = − (22) we obtain eq. 23 𝜀2 = 1 4 [ (𝑛+𝜒)2−𝛽2 (𝑛+𝜒) ] 2 (23) where  is given by eq. 24 𝜒 = 1 2 (1 + √1 + 4𝛾) (24) substituting eq. 12 into eq. 23 yields a complicated transcendental energy eigenvalue equation of the energy dependent screened coulomb potential in d-dimensions as (eq. 25): [(𝑛 + 𝜒) − 𝜇𝐴(1+𝑔𝐸𝑛ℓ) ℏ 2𝛼(𝑛+𝜒) ] 2 + 2𝜇𝐸𝑛ℓ ℏ 2𝛼2 − 𝛾 3 = 0 (25) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 45 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 eq. 25 can also be expressed by eq. 26. 𝐸𝑛ℓ = −ℏ2𝛼2 2𝜇 [((𝑛 + 𝜒) − 𝜇𝐴(1+𝑔𝐸𝑛ℓ) ℏ 2𝛼(𝑛+𝜒) ) 2 − 𝛾 3 ] (26) where 𝛾 and 𝜒 are given in eqs. 9 and 24, respectively. to obtain the special case, we first rewrite eq. 26 to the form of eq. 27: 𝐸𝑛ℓ = −ℏ2 2𝜇 [(𝛼(𝑛 + 𝜒) − 𝜇𝐴(1+𝑔𝐸𝑛ℓ) ℏ 2(𝑛+𝜒) ) 2 − 𝛼2𝛾 3 ] (27) as 𝛼 → 0𝑎𝑛𝑑𝑔 → 0, eq. 2 reduces to the standard coulomb potential of the form of eq. 28. 𝑉(𝑟) = − 𝐴 𝑟 (28) setting the parameters 𝐷 = 3 as 𝛼 → 0𝑎𝑛𝑑𝑔 → 0, we obtain the energy eigenvalue equation (eq. 29): 𝐸𝑛ℓ = − 𝜇𝐴2 2ℏ2(𝑛+ℓ+1)2 (29) this result is very consistent with the result obtained in eq. 101 of birkdemir et al.41. also, taking the natural units (ℏ2 = 𝜇 = 1) and setting𝐷 = 3𝑎𝑛𝑑𝑔 = 0, the energy eigenvalue expression of eq. 26 can be reduced to eq. 30. 𝐸𝑛ℓ = −𝛼2 2 [((𝑛 + ℓ + 1) − 𝐴 𝛼(𝑛+ℓ+1) ) 2 − ℓ(ℓ+1) 3 ] (30) the result of eq. 30 is consistent with the result obtained in eq. 18 of dong et al.23. to obtain the corresponding wave functions, we substitute 𝜋(𝑧)−and𝜎(𝑧) from eqs. 18 and 13, respectively into eq. a4 (see appendix) and solve the first-order differential equation. this gives eq. 31. 𝛷(𝑧) = 𝑧√𝜀 2 (1 − 𝑧) 1 2 +√ 1 4 +𝛾 (31) the weight function 𝜌(𝑧) from eq. a6 (see appendix) can be obtained eq. 32 𝜌(𝑧) = 𝑧2 √𝜀2 (1 − 𝑧)2 √ 1 4 +𝛾 (32) from the rodrigues relation of eq. a5 (see appendix), we obtain eq. 33 and eq. 34. 𝑦𝑛(𝑧) = 𝐵𝑛𝑧 −2√𝜀2(1 − 𝑧)−2 √ 1 4 +𝛾 𝑑𝑛 𝑑𝑧𝑛 [𝑧𝑛+2√𝜀 2 (1 − 𝑧)𝑛+2 √ 1 4 +𝛾 ] (33) 𝑦𝑛(𝑧) ≡ 𝐵𝑛𝑃𝑛 (2√𝜀2,2√ 1 4 +𝛾) (1 − 2𝑧) (34) where 𝑃𝑛 (𝜃,𝜗) is the jacobi polynomial. substituting 𝛷(𝑧)and𝑦𝑛(𝑧) from eqs. 31 and 34, respectively into eq. a2 (see appendix), we obtain eq. 35: https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 46 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 𝜓(𝑧) = 𝐵𝑛𝑧 √𝜀2(1 − 𝑧)𝐺𝑃𝑛 (2√𝜀2,2𝐺−1) (1 − 2𝑧) (35) where g is given by eq. 36. 𝐺 = 1 2 +√ 1 4 + 𝛾 (36) from the definition of the jacobi polynomials42 results eq. 37. ( ) ( ) ( ) , 2 1 1 1 ( ) , 1, 1; ! 1 2 n n p f n n n           + + −  = − + + + +   +   (37) in terms of hypergeometric polynomials, eq. 35 can be written as eq. 38. ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 1 2 2 1 ( ) (1 ) , 2 2 , 2 1; . ! 2 1 g n n z b z z f n g n z n        + + = − − + + +  + (38) 3. results and discussion in this study, the energy eigenvalues for the energy-dependent screened coulomb potential as they vary with the screening parameter were computed for different quantum states as shown in tab. 1. the existence of the energy slope parameter in eq. 26 results in two different energy spectra for a particular quantum state and a specific screening parameter. the screening parameter varies in an inverse version with the duo energy spectra. the energy eigenvalues for the energy-dependent screened coulomb potential as a function of screening parameters in higher dimensions were also computed, as shown in tabs. 2 and 3, respectively. by employing eq. 30, we have also computed the energy eigenvalues in three dimensions and in the absence of the energy slope parameter, as shown in tab. 4. for the two different potential depths considered, we obtained the bound state energy eigenvalues for different quantum states of 𝟐𝒑-𝟒𝒇, as they vary with different screening parameters. it can be seen that the energy eigenvalues for the different potential depths decrease as the screening parameter increases, at each quantum state. our analytical result of eq. 30 and its corresponding numerical results of tab. 4 are very consistent with the results obtained by dong et al.23. we have also computed the energy eigenvalues of eq. 26 for higher dimensions, as shown in tabs. 5 and 6, respectively. the level of effects imposed by the potential parameters of eq. 2 on the energy eigenvalues of eq. 26 are shown in figs. 2-7. for different dimensions, the energy slope parameter causes an interwoven interaction of the curves, as compared to the situation when the energy slope parameter is zero. figs. 8 and 9 show the variation of energy eigenvalues for the energy-dependent screened coulomb potential with the different quantum numbers, for different values energy slope parameter considered. the trend of the relationship shows that the energy eigenvalues decrease as the quantum numbers increase. in fig. 10, we also plotted the variation of the energy eigenvalues with the energy slope parameter for different dimensions. table 1. eigenvalues (𝐸𝑛ℓ)for the energy-dependent screened coulomb potential as a function of the parameter 𝛼 for 𝟐𝒑-𝟒𝒇 states, with 𝐷 = 3. states 𝜶 𝑬𝒏𝓵(𝒈 = −𝟏, 𝑨 = 𝟐) 𝑬𝒏𝓵(𝒈 = 𝟏, 𝑨 = 𝟐) 2𝑝 0.025 −0.05000000000, − 0.9484636700 −0.2469390303, − 3.653060970 0.050 −0.1000000000,− 0.8934950102 −0.2261820091, − 3.573817991 0.075 −0.1499999989,− 0.8344159637 −0.2056916349, − 3.494308363 continue... https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 47 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 3𝑝 0.025 −0.3282430205, − 2.396756978 −0.1279838429, − 6.147016156 0.050 −0.2185168124, − 2.731483190 −0.1003205303, − 5.949679472 0.075 −0.1419248550, − 3.033075144 −0.07486233817, − 5.750137661 3𝑑 0.025 −0.3273369696, − 2.397663029 −0.1276723472, − 6.147327652 0.050 −0.2155358280, − 2.734464174 −0.09903861948, − 5.950961383 0.075 −0.1360998141, − 3.038900185 −0.07189047036, − 5.753109529 4𝑝 0.025 −0.1013443775, − 6.298655622 −0.06696010299, − 9.533039897 0.050 −0.05236401820, − 6.747635982 −0.03856747648, − 9.161432524 0.075 −0.02019553609, − 7.179804460 −0.01650824116, − 8.783491756 4𝑑 0.025 −0.1008065565, − 6.299193443 −0.06660798158, − 9.533392018 0.050 −0.05037315511, − 6.749626845 −0.03710618138, − 9.162893819 0.075 −0.01600781253, − 7.183992184 −0.01308764621, − 8.786912351 4𝑓 0.025 −0.1000000000, − 6.300000000 −0.06607984858, − 9.533920151 0.050 −0.04738907715, − 6.752610923 −0.03491511579, − 9.165084884 0.075 −0.009735385820, − 7.190264611 −0.007961748818, − 8.792038248 table 2. eigenvalues (𝐸𝑛ℓ)for the energy-dependent screened coulomb potential as a function of the parameter 𝛼 for 𝟐𝒑-𝟒𝒇 states, with 𝐷 = 4. states 𝜶 𝑬𝒏𝓵(𝒈 = −𝟏, 𝑨 = 𝟐) 𝑬𝒏𝓵(𝒈 = 𝟏, 𝑨 = 𝟐) 2𝑝 0.025 −0.6406250000, − 0.6619912551 −0.1771068474, − 4.791643153 0.050 −0.7187500000, − 0.4363825014 −0.1516973143, − 4.660802686 0.075 −0.5523050676, − 1.041444930 −0.1269955847, − 4.529254413 3𝑝 0.025 −0.1676529658, − 4.263597033 −0.09251657939, − 7.726233419 0.050 −0.1017568786, − 4.635743120 −0.06332496524, − 7.449175033 0.075 −0.05426252476, − 4.989487474 −0.03776841503, − 7.168481584 3𝑑 0.025 −0.1668742692, − 4.264375729 −0.09209870569, − 7.726651293 0.050 −0.09894423101, − 4.638555767 −0.06159768496, − 7.450902314 0.075 −0.04845181230, − 4.995298186 −0.03374430925, − 7.172505689 4𝑝 0.025 −0.06465429287, − 8.566595705 −0.04786732380, − 11.57088267 0.050 −0.02501719398, − 9.112482806 −0.02055263540, − 11.09194736 0.075 −0.002313419520, − 9.641436577 −0.002103392985, − 10.60414660 4𝑑 0.025 −0.06403407537, − 8.567215922 −0.04740969809, − 11.57134030 0.050 −0.02269659485, − 9.114803405 −0.01864771539, − 11.09385228 0.075 0.002607849543, − 9.646357846 0.002371302471, − 10.60862130 4𝑓 0.025 −0.06316592284, − 8.568084075 −0.04676908315, − 11.57198091 0.050 −0.01944974474, − 9.118050255 −0.01598192774, − 11.09651807 0.075 −0.009489204657, − 9.653239201 −0.008629543278, − 10.61487954 table 3. eigenvalues (𝐸𝑛ℓ)for the energy-dependent screened coulomb potential as a function of the parameter 𝛼 for 𝟐𝒑-𝟒𝒇 states, with 𝐷 = 5. states 𝜶 𝑬𝒏𝓵(𝒈 = −𝟏, 𝑨 = 𝟐) 𝑬𝒏𝓵(𝒈 = 𝟏, 𝑨 = 𝟐) 2𝑝 0.025 −0.3273369696, − 2.397663029 −0.1276723472, − 6.147327652 0.050 −0.2155358280, − 2.734464174 −0.09903861948, − 5.950961383 0.075 −0.1360998141, − 3.038900185 −0.07189047036, − 5.753109529 3𝑝 0.025 −0.1008065565, − 6.299193443 −0.06660798158, − 9.533392018 0.050 −0.05037315511, − 6.749626845 −0.03710618138, − 9.162893819 0.075 −0.01600781253, − 7.183992184 −0.01308764621, − 8.786912351 3𝑑 0.025 −0.1000000000, − 6.300000000 −0.06607984858, − 9.533920151 0.050 −0.04738907715, − 6.752610923 −0.03491511579, − 9.165084884 0.075 −0.009735385820, − 7.190264611 −0.007961748818, − 8.792038248 4𝑝 0.025 −0.4194183076, − 11.08305817 −0.03358353903, − 13.84141646 0.050 −0.009315896675, − 11.74068410 −0.008259866067, − 13.24174013 0.075 0.005363836706, − 12.38036383 0.005257711402, − 12.63025771 4𝑑 0.025 −0.04123429366, − 11.08376571 −0.03301776018, − 13.84198224 0.050 −0.006652702848, − 11.74334730 −0.005898852562, − 13.24410115 0.075 0.01103813411, − 12.38603813 0.01081993497, − 12.63581993 4𝑓 0.025 −0.04029105188, − 11.08470895 −0.03226346048, − 13.84273654 0.050 −0.003103656681, − 11.74689634 −0.002752143970, − 13.24724786 0.075 0.01859579365, − 12.39359579 0.01822863105, − 12.64322863 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 48 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 table 4. eigenvalues (𝐸𝑛ℓ)of eq. 29 as a function of the parameter 𝛼 for 𝟐𝒑-𝟒𝒇 states, with 𝐷 = 3𝑎𝑛𝑑𝑔 = 0. states 𝜶 𝑬𝒏𝓵(𝑨 = 𝟐. 𝟎) 𝑬𝒏𝓵(𝑨 = 𝟓. 𝟎) 2𝑝 0.025 −0.4510416666 −3.001041666 0.050 −0.4041666666 −2.879166666 0.075 −0.3593750004 −2.759375001 3𝑝 0.025 −0.1748263890 −1.266493056 0.050 −0.1326388888 −1.149305555 0.075 −0.09565972225 −1.037326388 3𝑑 0.025 −0.1744097223 −1.266076389 0.050 −0.1309722221 −1.147638888 0.075 −0.09190972225 −1.033576388 4𝑝 0.025 −0.07979166665 −0.6610416665 0.050 −0.04416666666 −0.5504166665 0.075 −0.01812500002 −0.4493750000 4𝑑 0.025 −0.07937500000 −0.6606250000 0.050 −0.04250000000 −0.5487500000 0.075 −0.01437500002 −0.4456250002 4𝑓 0.025 −0.07875000000 −0.6600000000 0.050 −0.04000000000 −0.5462500000 0.075 −0.008750000020 −0.4400000002 table 5. eigenvalues (𝐸𝑛ℓ)of eq. 25 as a function of the parameter 𝛼 for 𝟐𝒑-𝟒𝒇 states, with 𝐷 = 4𝑎𝑛𝑑𝑔 = 0. states 𝜶 𝑬𝒏𝓵(𝑨 = 𝟐. 𝟎) 𝑬𝒏𝓵(𝑨 = 𝟓. 𝟎) 2𝑝 0.025 −0.2715625000 −1.876562500 0.050 −0.2262500000 −1.756250000 0.075 −0.1840625002 −1.639062500 3𝑝 0.025 −0.1167028062 −0.8988456630 0.050 −0.07701530615 −0.7841581630 0.075 −0.04420280616 −0.6763456635 3𝑑 0.025 −0.1161819728 −0.8983248295 0.050 −0.07493197280 −0.7820748300 0.075 −0.03951530614 −0.6716581635 4𝑝 0.025 −0.05470293210 −0.4982214506 0.050 −0.02251543210 −0.3910339505 0.075 −0.002202932106 −0.2957214510 4𝑑 0.025 −0.05418209880 −0.4977006172 0.050 −0.02043209876 −0.3889506171 0.075 0.002484567894 −0.2910339509 4𝑓 0.025 −0.05345293210 −0.4969714506 0.050 −0.01751543210 −0.3860339505 0.075 0.009047067895 −0.2844714510 table 6. eigenvalues (𝐸𝑛ℓ)of eq. 26 as a function of the parameter 𝛼 for 𝟐𝒑-𝟒𝒇 states, with 𝐷 = 5and𝑔 = 0. states 𝜶 𝑬𝒏𝓵(𝑨 = 𝟐. 𝟎) 𝑬𝒏𝓵(𝑨 = 𝟓. 𝟎) 2𝑝 0.025 −0.1744097223 −1.266076389 0.050 −0.1309722221 −1.147638888 0.075 −0.09190972225 −1.033576388 3𝑝 0.025 −0.07937500000 −0.6606250000 0.050 −0.04250000000 −0.5487500000 0.075 −0.01437500002 −0.4456250002 3𝑑 0.025 −0.07875000000 −0.6600000000 0.050 −0.04000000000 −0.5462500000 0.075 −0.008750000020 −0.4400000002 4𝑝 0.025 −0.03718750000 −0.3821875000 0.050 −0.008750000000 −0.2787500000 0.075 0.005312500000 −0.1896874998 4𝑑 0.025 −0.03656250000 −0.3815625000 0.050 −0.006250000000 −0.2762500000 0.075 0.01093750000 −0.1840624998 continue... https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 49 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 4𝑓 0.025 −0.03572916666 −0.3807291666 0.050 −0.002916666666 −0.2729166666 0.075 0.01843750000 −0.1765624998 figure 2. energy eigenvalue variation with 𝛼for different dimensions with 𝑔 = 0, 𝐴 = 5, 𝑛 = 2, ℓ = 1. figure 3. energy eigenvalue variation with 𝛼for different dimensions with 𝑔 = −1, 𝐴 = 5, 𝑛 = 2, ℓ = 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 50 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 figure 4. energy eigenvalue variation with 𝛼for different dimensions with 𝑔 = 1, 𝐴 = 5, 𝑛 = 2, ℓ = 1. figure 5. energy eigenvalue variation with 𝐴for different dimensions with 𝑔 = 0, 𝛼 = 100, 𝑛 = 2, ℓ = 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 51 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 figure 6. energy eigenvalue variation with 𝐴for different dimensions with 𝑔 = −1, 𝛼 = 100, 𝑛 = 2, ℓ = 1. figure 7. energy eigenvalue variation with 𝐴for different dimensions with 𝑔 = 1, 𝛼 = 100, 𝑛 = 2, ℓ = 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 52 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 figure 8. energy eigenvalue variation with ℓ for different values of 𝑔 with 𝐷 = 3, 𝛼 = 1, 𝐴 = 5, 𝑛 = 0. figure 9. energy eigenvalue variation with 𝑛 for different values of 𝑔 with 𝐷 = 3, 𝛼 = 1, 𝐴 = 5, ℓ = 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 original article 53 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 40-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 figure 10. energy eigenvalue variation with 𝑔 for different dimensions, with 𝛼 = 10, 𝐴 = 100, 𝑛 = 2, ℓ = 1 4. conclusions we have solved the schrödinger equation with the energy-dependent screened coulomb potential in higher dimensions. with the use of the conventional nikiforov-uvarov method and a new form of greene-aldrich approximation, the energy eigenvalues and its corresponding eigenfunctions were obtained approximately. numerical values of the energy eigenvalues were also obtained with natural units, in three dimensions. we have also elucidated the variation of these energy spectra with different potential parameters and the energy slope parameter. the effect of the energy slope parameter is clearly seen in the existence of duo energy spectra, as compared to when the energy slope parameter is diminished. special cases have been deduced, and these results agree perfectly with available literature. acknowledgments the authors thank the kind reviewers for the positive comments and suggestions that lead to an improvement of our manuscript references [1] chun-feng, h., zhong-xiang, z., yan, l., bound states of the klein-gordon equation with vector and scalar wood-saxon potentials, acta physica sinica (overseas edition) 8 (8) (1999) 561. https://doi.org/10.1088/1004-423x/8/8/001. 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( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0n n nz y z z y z y z   + + = (a3) let us define the logarithm derivative function 𝛷(𝑧) as40 (eq. a4). 𝛷′(𝑧) 𝛷(𝑧) = 𝜋(𝑧) 𝜎(𝑧) (a4) where 𝜋(𝑧) is at most a first-degree polynomial. the second part of 𝜓(𝑧) being 𝑦𝑛(𝑧) in eq. a2, is the hypergeometric function with its polynomial solution given by rodrigues relation (eq. a5) 𝑦𝑛(𝑧) = 𝐵𝑛 𝜌(𝑧) 𝑑𝑛 𝑑𝑧𝑛 [𝜎𝑛(𝑧)𝜌(𝑧)] (a5) let us mention here that 𝐵𝑛 is the normalization constant and 𝜌(𝑧) is the weight function which must satisfy the condition expressed by eq. a6. 𝑑 𝑑𝑧 [𝜎(𝑧)𝜌(𝑧)] = 𝜏(𝑧)𝜌(𝑧) (a6) with eq. a7 𝜏(𝑧) = �̃�(𝑧) + 2𝜋(𝑧) (a7) the eigenfunctions and eigenvalues can be obtained using the definition of the following function 𝜋(𝑧) and parameter 𝜆as shown (eq. a8): 𝜋(𝑧) = 𝜎′(𝑧)−�̃�(𝑧) 2 ±√( 𝜎′(𝑧)−�̃�(𝑧) 2 ) 2 − �̃�(𝑧) + 𝑘𝜎(𝑧) (a8) and (eq. a9) 𝜆 = 𝑘 + 𝜋 ′(𝑧) (a9) to obtain the value of 𝑘, we set the discriminant of the square root in eq. a8 equal to zero. as such, the new eigenvalue equation (eq. a10) is obtained as ( 1) ( ) ( ) 0, ( 0,1,2,...) 2 n n n z z n   −  + + = = (a10) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p40-56 eq5-af introdução catecolaminas as catecolaminas são aminas ativas que apresentam em sua estrutura química o anel catecol. são substâncias representadas pela noradrenalina, adrenalina, l-dopa e dopamina. atuam como neurotransmissores e hormônios circulantes no controle do sistema nervoso central e autônomo [1, 2]. órgãos reprodutores masculinos o epidídimo consiste em um longo ducto enovelado. é dividido em cabeça, corpo e cauda. os dois primeiros segmentos estão relacionados com a maturação espermática, enquanto o segmento terminal destina-se ao armazenamento de esperma. o ducto deferente é a continuação do ducto epididimário, terminando na uretra prostática, onde esvazia seu conteúdo. antes de entrar na próstata, o ducto deferente se dilata for35ecl. quím., são paulo, 32(4): 35-42, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 desenvolvimento e validação de método analítico para determinação simultânea de catecolaminas em órgãos reprodutores de ratos por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção eletroquímica d.a.f. silva1, m.l. menezes1, w.g. kempinas2 1departamento de química, faculdade de ciências, universidade estadual paulista, av. edmundo carrijo coube nº 14-01, cep 17033-360, bauru, são paulo, brasil. 2departamento de morfologia, instituto de biociências, universidade estadual paulista, distrito de rubião jr., s/nº18618-000 botucatu – são paulo, brasil. dani_fossato@yahoo.com.br resumo: o objetivo deste trabalho foi propor um método rápido e sensível para a determinação simultânea de catecolaminas (noradrenalina e adrenalina) em amostras de órgãos reprodutores de ratos machos por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção eletroquímica. o método envolveu a injeção direta do extrato ácido da amostra de tecido em uma coluna cromatográfica com superfície interna de fase (hsa-c18), empregando a fase móvel foi composta por solução de ácido metanosulfônico a 0.013mol l-1 (ph = 3.0): acetonitrila (96:4v/v), 0,033g ácido heptanosulfônico e 0,01g edta. a detecção dos analitos foi obtida, através de um detector eletroquímico l-ecd-6ashimadzu com potencial em 85mv. a extração das catecolaminas foi utilizado ácido perclórico a 0,4 mol l-1. a extração do analito resultou em valores de recuperação entre 56% e 114%, e coeficiente de variação entre 3,8% a 23%. o limite de quantificação do método ficou entre 0,008 e 0,030 ng mg-1 para a noradrenalina, e 0,009 e 0,051 ng mg-1 para a adrenalina. em conclusão, o método analítico foi validado e aplicado com desempenho às amostras reais de tecidos biológicos de ratos, permitindo a determinação de baixas concentrações das catecolaminas estudadas. o método apresentou várias vantagens: rapidez, alta precisão, boa seletividade e, ainda, não requer o pré-tratamento da amostra. palavras-chave: catecolaminas; órgãos reprodutores; coluna isrp-c18; clae. eq5-af 10/9/07 15:32 page 35 mando uma região chamada ampola. na porção final da ampola desembocam as vesículas seminais, [3]. considerações sobre análise de catecolaminas o emprego da técnica de cromatografia líquida de alta eficiência com detecção eletroquímica é muito utilizado para a determinação de catecolaminas em amostras biológicas. em plasma ou urina, deve-se realizar a extração e purificação destes compostos antes da determinação pelo clae-ecd. vários métodos de extração e purificação desses neurotransmissores em amostras de tecido ou fluído biológico são empregados. a alumina na forma ácida é o mais utilizado, onde pequenas porções são adicionadas a um determinado volume da amostra, seguido por agitação, centrifugação e filtração. as catecolaminas adsorvidas na alumina são eluidas com auxílio de ácidos diluídos [4, 5, 6]. pelo método de ni et al. (1989) [7], a extração de catecolaminas foi efetuada empregando a técnica “on column”, utilizando difenilboratos seguido pela eluição dos complexos catecolamínicos em coluna cromatográfica c18. na extração de catecolaminas de tecido de cérebro de rato [8] empregou-se tampão fosfato com ph ajustado em 5,0 seguido por centrifugação a 4oc e filtração. as concentrações de dopamina e noradrenalina foram determinadas em coração de “snail helix lucorum l” após a homogeneização das amostras de tecido em solução tampão com ph ajustado em 3,3 contendo padrão interno, para em seguida serem centrifugadas [9]. as concentrações de noradrenalina e metabólitos foram extraídas de ducto deferente de ratos a partir da purificação dos extratos, utilizando colunas de alumina e colunas de borato [10]. as catecolaminas adrenalina, noradrenalina, l-dopa e dopamina foram determinadas em plasma e glândula adrenal de ratos [11] por injeção direta e coluna cromatográfica isrp-c18 imobilizada com a proteína albumina (hsa) do soro humano [11]. outras técnicas analíticas como lc/ms e eletroforese capilar foram também descritas para a determinação de catecolaminas em amostras biológicas [12]. o objetivo deste trabalho foi propor e validar um método rápido e sensível para a determinação simultânea de noradrenalina e adrenalina em órgãos reprodutores de ratos machos, utilizando coluna isrp-c18 e injeção direta da amostra em clae-ecd. materiais e métodos reagentes a acetonitrila foi obtida da carlo erba (milan, italy); os padrões de adrenalina, noradrenalina, sulfato de guanetidina, ácido heptanosulfônico, acido metanosulfônico, ácido clorídrico e ácido perclórico foram adquiridos da aldrich-sigma (milwaukee usa). a água deionizada foi fornecida a partir de um sistema de purificação milli-q, obtido da millipore (millipore, bedford, ma).as soluções-padrão foram preparadas dissolvendo-se uma massa de 0,001g de cada catecolamina (noradrenalina e adrenalina) em 10 ml de uma solução de ácido clorídrico 0,1mol l-1 . a partir desta solução estoque foram realizadas diluições em ácido perclórico 0,01 mol l-1, obtendo-se concentrações de catecolaminas para a construção de curvas analíticas e determinação do limite de detecção. animais foram utilizados 29 ratos machos da variedade wistar, com idade inicial de 90 dias, provenientes do biotério central da unesp, campus de botucatu, e 20 ratos machos da variedade spraguedawley, com idade inicial de 90 dias, provenientes da universidade de campinas, unicamp. os animais foram mantidos durante os experimentos no biotério de pequenos mamíferos do departamento de morfologia do instituto de biociências da unesp. os animais foram aclimatados ao novo ambiente por um período mínimo de uma semana antes dos experimentos. instrumentação a separação das catecolaminas foi realizada em um sistema gradiente de cromatografia liquida de alta eficiência (clae), equipado com duas bombas recíprocas modelo lc-10advp, uma válvula switching fcv-12ah; um detector eletroquímico shimadzu l-ecd-6a, válvula manual de injeção rheodyne 7125, ligada a uma alça de 1000 µl, (cotati, ca, usa) e uma 36 ecl. quím., são paulo, 32(4): 35-42, 2007 eq5-af 10/9/07 15:32 page 36 estação de tratamento de dados work stationcomputador pentiun 233 metron; adquirido da shimadzu, (shimadzu, japan). condições cromatográficas foi empregado uma coluna cromatográfica isrp c18, (250 mm x 2,0 mm di), lunaphenomenex com diâmetro de partícula 5µm, adquirida pela labtron e comércio ltda, previamente preparada de acordo com protocolo de menezes e félix [13]. as determinações foram realizadas em temperatura controlada a 25ºc, empregando a fase móvel composta por solução aquosa de ácido metanosulfônico 0,013mol l-1, com ph ajustado em 3,0 e acetonitrila (96:4 v/v), 0,01g de edta e 0,033g de ácido heptanosulfônico, com uma vazão de 0,5 ml.min-1. métodos otimização do potencial eletroquímico o estudo do potencial eletroquímico adequado foi avaliado testando-se potenciais entre + 30mv a + 100mv. para cada potencial eletroquímico foram feitas injeções em triplicata de 1.000 µl de solução padrão contendo 1µg ml-1 de catecolaminas. coleta dos órgãos reprodutores os animais foram anestesiados com éter etílico e mortos por decapitação, procedendo-se à coleta da cauda do epidídimo, ducto deferente e vesícula seminal. os órgãos foram pesados, obtendo-se primeiramente o peso “cheio” e depois o “vazio” (sem a secreção) do ducto deferente e vesícula seminal, e posteriormente congelada. tratamento das amostras extração adaptou-se a metodologia de moura e colaboradores, onde se utilizou ácido perclórico na concentração de 0,1 mol l-1 em amostras de tecido, para 0,4 mol l-1, obedecendo a relação de 1,0 ml de hclo4 : 100 mg de tecido [14].as amostras foram filtradas e diluídas (1:40 v/v) em água destilada, antes de cada injeção. avaliação do tempo de extração a cada 30 min foram efetuadas diluições (1:40 v/v) em água destilada, de uma alíquota de 37ecl. quím., são paulo, 32(4): 35-42, 2007 0,1 ml do extrato ácido e 1.000 µl de cada uma das amostras foi injetado em triplicata no sistema de cromatografia líquida. fortificação da amostra as fortificações foram feitas para a cauda do epidídimo e o ducto deferente. considerando que cada animal possui dois epidídimos e dois ductos deferentes (n = 18), e que estes órgãos possuem uma concentração normal de catecolaminas, o protocolo do estudo de recuperação seguiu as seguintes etapas: os órgãos foram divididos em dois grupos denominados de grupo controle (n = 9) e grupo fortificado (n = 9)., cada grupo foi dividido em três subgrupos (n = 3 cada subgrupo). foram determinadas as concentrações de noradrenalina e adrenalina dos subgrupos controle, e a partir dos valores obtidos, as amostras de cauda do epidídimo e ducto deferente foram fortificadas. as caudas de epidídimo foram fortificadas com 30, 40 e 50 µl, respectivamente, de solução aquosa contendo 2.000µg l-1 de noradrenalina e adrenalina. os ductos deferentes foram fortificados com 30, 40 e 50 µl de solução aquosa contendo 2.000 µg l-1 de adrenalina, e 60, 70 e 80 µl de solução aquosa contendo 2.000 µg l-1 de noradrenalina. estudo da recuperação devido ao efeito de matriz a utilização do método de padrão externo ficou impossibilitada, deste modo, empregou-se o método de calibração de adição padrão. para cada amostra dos subgrupos (n = 3), controle e fortificado, foram feitas quatro diluições em água destilada (1:40 v/v). a seguir foram adicionados volumes de 1, 2 e 4 µl, respectivamente, de solução padrão (2.000 µg l1), a partir da segunda diluição, obtendo-se concentrações de 0,5, 1 e 2 µg l-1 de noradrenalina e adrenalina. a primeira diluição de cada subgrupo é denominada de amostra testemunha. deste modo, foram obtidas as curvas analíticas. a exatidão e a precisão dos resultados foram determinadas efetuando-se os cálculos de noradrenalina e adrenalina recuperadas em tecido, e o respectivo coeficiente de variação. amostra real a quantificação das catecolaminas nas eq5-af 10/9/07 15:32 page 37 amostras reais foi determinada pelo método de calibração de adição padrão. as amostras foram extraídas sem a adição do padrão (amostra testemunha) e com adição do padrão, (n = 3, concentrações de 0,5, 1 e 2 µg l-1). as amostras foram injetadas em triplicata. resultados e discussão a fase móvel mais adequada para a separação das catecolaminas foi composta por um sistema de solventes contendo solução de ácido metanosulfônico 0,013 mol l-1, com ph ajustado em 3,0, acetonitrila (96:4 v/v), 0,033g de ácido heptanosulfônico e 0,01g de edta. o emprego do ácido metanosulfônico na concentração 0,013 mol l-1 melhorou significativamente a estabilização da linha de base do detector eletroquímico; o ácido heptanosulfônico é necessário para promover a retenção das catecolaminas na fase estacionária isrp-c18, devido à capacidade de formação de par iônico. foram testadas diferentes concentrações deste ácido. a literatura descreve alguns trabalhos que utilizaram 1,5 mm [15] e 556 mg l-1[5]. tendo em vista a necessidade de uma metodologia que apresentasse um baixo limite de detecção e um bom desempenho cromatográfico, optou-se por trabalhar com a concentração de 0,033g de ácido heptanosulfônico em 100 ml de fase móvel. desta forma, pode-se inferir que este composto contribuiu significativamente para a separação das catecolaminas, bem como para a obtenção de um bom desempenho cromatográfico, como pode ser visto na figura 1. vários métodos cromatográficos, utilizando várias técnicas de detecção foram desenvolvidos para determinação de catecolaminas em amostras biológicas [8,16,17,18]. a literatura relata que o potencial eletroquímico mais utilizado na avaliação de catecolaminas em diferentes tecidos é o de +75mv [19]. neste trabalho, após ensaios para a otimização do potencial eletroquímico, verificou-se que o mais adequado para a análise das catecolaminas em tecidos de órgãos reprodutores de rato foi o de +85mv, como pode ser observado na figura 2. analisando as equações das retas obtidas (figura 3), observou-se que o modelo linear para 38 ecl. quím., são paulo, 32(4): 35-42, 2007 figura 1. cromatograma de solução padrão 1,0µg ml-1. a determinação das catecolaminas por clae com detector eletroquímico é adequado, já que os coeficientes de correlação foram 0,999 para a noradrenalina e 0,998 para a adrenalina, como pode ser observado na tabela 1. estes valores expressam a relação entre e as áreas dos picos cromatográficos nos intervalos utilizados (y) e as concentrações das catecolaminas (x). a relação figura 2. voltamograma obtido para a noradrenalina e adrenalina após estudo de vários potenciais empregando detector eletroquímico. figura 3. curvas analíticas para soluções-padrão de noradrenalina e adrenalina 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 tempo (min) m v eq5-af 10/9/07 15:32 page 38 de x e y na curva é expressa como r2 (coeficiente de correlação), onde os valores ideais esperados são 1 e –1, ou seja, quanto mais próximo da unidade, maior a probabilidade de existir uma relação linear bem definida [20, 21]. o procedimento de extração das catecolaminas foi realizado utilizando o órgão inteiro. é importante enfatizar que a relação de 1,0 ml de ácido perclórico 0,4 mol l-1 para cada 100 mg de tecido deve ser considerada importante, uma vez que toda a amostra permanece imersa na solução ácida [11]. fez-se necessária a diluição dos extratos das amostras de cauda do epidídimo, ducto deferente e vesícula seminal em água destilada, na proporção de 1:40 v/v para reduzir a concentração do ácido perclórico para 0,01 mol l-1 estabilizando o ph da fase móvel em 3,0, possibilitando a retenção das catecolaminas na coluna cromatográfica c18. na avaliação do tempo de extração (tabela 2), observou-se que o melhor rendimento de extração para a noradrenalina foi de 90 min para a análise da cauda do epidídimo e 60 min para a análise do ducto deferente. a extração para a adrenalina nas duas matrizes manteve-se constante a partir de 30 min. levando-se em consid39ecl. quím., são paulo, 32(4): 35-42, 2007 eração que o ducto deferente apresentou concentrações maiores de catecolaminas quando comparado à cauda do epidídimo, era esperado um maior tempo para obter um maior rendimento de extração. entretanto, isto não ocorreu uma vez que há uma acentuada diferença entre os tecidos desses órgãos. para a validação do método foi avaliada a seletividade e a recuperação. para avaliar a selefigura 4. cromatogramas obtidos após a injeção de 1000µl do extrato ácido da amostra testemunha de cauda de epidídimo (cromatograma a) e após a injeção de 1000µl do extrato ácido da amostra real de ducto deferente de rato wistar controle, com adição de padrão de 0,5µg l-1, (cromatograma b). 500 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 tempo (min) 5, 70 1 7, 15 2 m v eq5-af 10/9/07 15:32 page 39 tividade do método proposto foram comparados os cromatogramas das amostras testemunhas e das amostras fortificadas. de acordo com os cromatogramas apresentados na figura 4, nenhum interferente elui no tempo de retenção das substâncias de interesse. o método proposto para este estudo conseguiu atingir valores de lq para a noradrenalina e adrenalina em amostras de tecidos de órgãos reprodutores de ratos, menores comparados com outros métodos descritos pela 40 ecl. quím., são paulo, 32(4): 35-42, 2007 literatura para vários tecidos e/ou amostras biológicas, como pode ser observado na tabela 3. com exceção de alguns autores, que quantificaram dopamina, noradrenalina e adrenalina em diferentes tecidos, encontrando valores de ld de 4,20, 0,47 e 1,47 ng ml, respectivamente, analisando córtex cerebral e plasma de rato [19,22]. a maioria dos trabalhos relata o prétratamento da amostra, empregando a homogeneização e centrifugação, antes da análise por eq5-af 10/9/07 15:33 page 40 clae. a metodologia proposta não necessita do pré-tratamento da amostra devido ao emprego da coluna cromatográfica isrp-c18, a qual permite a injeção direta da amostra [13]. de acordo com o roteiro de validação para amostras biológicas [23,24] os valores de recuperação devem estar entre 70 e 110 %, porém, conforme a complexidade da matriz utilizada e a repetibilidade dos resultados, eles podem apresentar-se entre 60 e 120%, com precisão de ± 20%. neste trabalho, os valores de recuperação situaram-se entre 56 e 114 %, com cv entre 3,8 e 23%, como pode ser observado nas tabelas 4 e 5, para os nos níveis de fortificações de 30, 40 e 50µl dos padrões para amostras de cauda do epidídimo e 30, 40 e 50µl de adrenalina e 60, 70 e 80µl de noradrenalina para amostras do ducto deferente. assim, os resultados obtidos foram próximos aos encontrados em métodos descritos pela literatura especializada, mostrando-se em concordância com os valores aceitáveis para a validação de nova metodologia em amostras biológicas. conclusões na determinação da noradrenalina e adrenalina em tecidos de órgãos reprodutores de 41ecl. quím., são paulo, 32(4): 35-42, 2007 ratos, foi observado o efeito de matriz. deste modo, a avaliação da recuperação das catecolaminas foi ajustada utilizando o método de calibração de adição padrão, o qual foi empregado com sucesso para a avaliação das amostras reais. os resultados obtidos através do estudo de recuperação estão de acordo com valores aceitáveis para a validação de uma nova metodologia analítica em amostras biológicas, assegurando a eficiência e a confiabilidade do método. o método analítico apresentou simplicidade no tratamento das amostras e rapidez de análise, devido ao emprego do ácido perclórico 0,4 mol l-1 no procedimento de extração das catecolaminas presentes em amostras de tecidos e o emprego da coluna cromatográfica isrp-c18 que permite a injeção direta do extrato ácido da amostra. agradecimentos os autores agradecem as fapesp pelo apoio financeiro, para o desenvolvimento deste trabalho. recebido em: 30/07/2007 aceito em: 09/10/2007 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l-1 was used in the procedure of catecholamine extraction. the extraction of the analyte resulted in recovery values between 56% and 114%, and coefficient of variation between 3.8% and 23%. the quantification limit of the method was between 0.008 and 0.030ng mg-1 for noradrenaline, and 0.009 and 0.051ng mg-1 for adrenaline. in conclusion, the analytical method was validated and applied to the real samples of rats, allowing the determination of low concentrations of the catecholamines studied. the method has various advantages: fast, high precision and good selectivity and do not require sample treatment. keywords: catecholamines; reproductive organs; column isrpc18; hplc-ecd. eq5-af 10/9/07 15:33 page 42 short review iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | 11 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 radiopharmaceuticals for diagnosis in nuclear medicine: a short review filipe boccato payolla1 , antonio carlos massabni1,2+ , chris orvig3 1 university of araraquara (uniara), 1217 carlos gomes st., araraquara, são paulo, brazil 2 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 professor francisco degni st., araraquara, são paulo, brazil 3 university of british columbia (ubc), faculty of pharmaceutical sciences, department of chemistry, medicinal inorganic chemistry group, 2405 wesbrook mall, vancouver, british columbia, canada +corresponding author: antonio carlos massabni, email address: amassabni@uol.com.br article info article history: received: january 30, 2019 accepted: june 29, 2019 published: july 4, 2019 keywords: 1. radionuclide 2. nuclear medicine 3. diagnosis 4. radiopharmaceutical contents 1. introduction 2. historical bases of nuclear medicine and radioactivity 3. nuclear medicine and radiopharmaceuticals 3.1 nuclear medicine techniques 3.2. radionuclides in medicine 3.3 radiopharmaceuticals for diagnosis in human body 4. production of radionuclides 5. conclusions 6. acknowledgments 7. references 1. introduction in nuclear medicine, radiopharmaceuticals are used in diagnostic imaging and radiotherapy, being of utmost importance for medicine in general to assist in diagnoses of organs and treatments of pathological conditions, especially cancer. in the imaging modality, radiopharmaceuticals are administered via oral, intravenous, or by inhalation abstract: radiopharmaceuticals are radioactive compounds which have a bound radionuclide in their structure, whose purpose is directing the radionuclide to a location to be treated or to obtain images. nuclear medicine is the medical specialty that employs radiopharmaceuticals, which has presented itself as a tremendously useful ally for medicine assisting in various diagnoses and treatments, especially for cancer. the general objective of this work is to identify the main radionuclides and metal complexes currently used as radiopharmaceuticals. the main metal complexes used as radiopharmaceuticals are compounds of technetium (99mtc) like sodium pertechnetate and methylenediphosphonate mdp-99mtc and other compounds of indium (111in), thallium (201tl), gallium (67ga, 68ga), iodine (123i and 131i), chromium (51cr), sulphur (35s), phosphorus (32p), fluorine (as fluorodeoxyglucose, 18f-fdg and sodium fluorine, na18f), which are widely used in the nuclear medicine for diagnosis by imaging. they have been of great importance for the early diagnosis of numerous diseases, mainly cancer.currently, technetium compounds are the majority of radiopharmaceuticals used in all countries. in brazil, institute of energy and nuclear research (ipen) is one of the most important distributors of radiopharmaceuticals, producing, importing and distributing them to clinics and hospitals over the country. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 mailto:amassabni@uol.com.br https://orcid.org/0000-0002-9477-6859 https://orcid.org/0000-0002-4190-1505 https://orcid.org/0000-0002-2830-5493 short review 12 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 to enable visualization with their radioactive tracers of various organs, such as kidneys, lungs, thyroid and heart functions, bone metabolism and blood circulation. in therapeutic modality, aiming to treat cancer or over functioning thyroid gland, a high dose of radiation is delivered through specific radiopharmaceuticals targeting the diseased organ1. radiopharmaceuticals generally consist of two components, a radioactive element (radionuclide), that permits external scan, linked to a nonradioactive element, a biologically active molecule, drug or cell (red and white blood cells labeled with a radionuclide, for example) that acts as a carrier or ligand, responsible for conducting the radionuclide to a specific organ2. some characteristics are necessary for considering radiopharmaceuticals clinically useful for imaging: the decay of the radionuclide should be in specific ranges of energy emissions (511 kev for positron emission tomography – pet and 100200 kev for gamma cameras) and in sufficient quantity for tomography detection; 2) it should not contain particulate radiation (beta emissions, for example), because it increases the radiation dose in patients; 3) the half-life should be for a few hours only; 4) the radionuclides should not be contaminated by other radionuclides of the same element nor even its stable radionuclides (carrierfree); 5) they should have specific activity, and the highest specific activity comes from carrier-free radionuclides; 6) the radiopharmaceutical should not have toxicity and does not manifest physiological effects; 7) the radiopharmaceutical should be available for instant usage and easy to compound; 8) the radiopharmaceutical should reach the target organ quickly and accurately, according to its intended application3. diagnostic radiopharmaceuticals have no pharmacological effects and their administration is not associated with relevant clinical side effects. its clinical use, however, carries the inherent risk of exposure to radiation and possible contamination during radiopharmaceutical formulation, since most radiopharmaceuticals are administered intravenously3. the most notable difference between normal medicines and radiopharmaceuticals is that the former has therapeutic effect while the latter does not. besides that, radiopharmaceuticals have a short half-life, because of their rapid decay. for this reason, radiopharmaceuticals must be prepared immediately before their administration. the preparation and use of radiopharmaceuticals with safety and expertise are therefore vital for operator and patient protection3. understanding the mechanism of interaction between the radioactive elements and the different molecules, drugs, cells and organs it is necessary for the development of more efficient imaging or therapeutic radiopharmaceuticals4. 2. historical bases of nuclear medicine and radioactivity wilhelm roentgen’s work on x-ray studies has stimulated researchers such as henri poincaré whose studies are related to the hypothesis of x-ray emission and fluorescence. the first scientist to carry out the hypotheses proposed by poincaré was charles henry, using zinc sulfide as an x-ray intensifier, concluding that in the presence of light, when the radiographs became sharper because of the substance5. in 1896, henri becquerel used uranium salts on photographic plates, which resulted in marked radiographs without the presence of light. in 1905, marie and pierre curie were the first to suggest radium for treatment of cancer. the curies’ work may be considered the beginning of modern nuclear medicine. in 1931, ernest lawrence built the first cyclotron, equipment that accelerated alpha particles, such as protons, deuterons, or helium ions, with the aim of penetrating the nucleus to produce stable and radioactive isotopes. a decade later, lawrence’s cyclotron had produced 223 radioactive isotopes, many of which are now of great value for medicinal uses and studies in the biological sciences6. in 1930, ernest lawrence and milton livingstone, with their invention of the cyclotron, allowed the artificial production of new radioactive elements, but the quantities were very small. the medical use of radionuclides began during world war ii with the oak ridge reactor in the united states, initiating the production of radionuclides in global scale. hal anger, in 1958, developed the image-scintillation chamber, which did not require the movement of the detector. it had a higher geometric resolution, and it was possible to obtain different projections of the same distribution of the radiopharmaceutical. however, computers were not yet capable of acquiring the information and transforming it into images. so, the information was sent to the cathode ray tube for it to be recorded on photographic plates or films. the modern https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 short review 13 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 scintillation cameras used nowadays are the anger camera type7. nuclear medicine only had a diagnostic power when paul harper and his group introduced the 99mtc radionuclide as a marker. this radionuclide decays by isometric transition emitting photon with energy of 140 kev, gamma-type radiation and physical half-life of about 6 hours, which allows studies with reasonable intervals. in addition, it is obtained by the decay of the parent element 99mo, produced in 99mo/99mtc generators7. the first radiopharmaceuticals were commercialized in 1950. 131iodine was the first commercially available isotope, with abbott laboratories being the first company to produce radiopharmaceuticals for medical uses8. the radioactive elements, thus classified, may have highly energetic unstable nuclides due to the excess of energy, which stabilizes by the emission of particles or electromagnetic radiation or charged particles during radioactive decay. in this context, there are three types of radiation: alpha, beta minus and gamma1,2. radiation propagates at a certain speed and contains energy with electric and magnetic charges that can be generated by natural sources or by artificial devices, such as a cyclotron. ionizing radiation is generated from the energy emitted by an unstable nucleus in artificial form or by a cyclotron5. 3. nuclear medicine and radiopharmaceuticals radiopharmaceuticals may be divided in two distinct groups: one that includes radionuclides with radioactive decay period (half life) less than 2 h, and other that includes radionuclides with half life higher than 2 h9. nuclear medicine cameras are proper for identifying radioactive particles. the type of radiation emitted defines the type of camera: spect cameras are used to detect nuclides that decay through direct emission of single gamma rays, and pet cameras are able to detect the pair of gamma rays emitted after a decay of positron10. 3.1 nuclear medicine techniques diagnostic techniques in nuclear medicine use radioactive tracers that emit gamma radiation from within the body. the camera constructs an image from the points where the radiation is emitted. this image is magnified on a computer and it can be observed on a monitor that indicates the anomalies11. the nuclear medicine techniques include single photon emission computerized tomography (spect), positron emission tomography (pet), and computed tomography-pet (pet-ct) (for better anatomical visualization), micro-pet (with ultra-high resolution) and microcomputerized axial tomography micro-cat. these techniques are used to analyze biochemical dysfunctions as early signs of the disease, its mechanisms and association with disease states from cancer to cardiovascular diseases and mental disorders6,12. a spect exam is used primarily to visualize the blood flow through veins and arteries, and to perform pre-surgical evaluation of seizures. spect is also useful in the diagnosis of blood deprived areas of brain (ischemic), spinal stress fractures (spondylolysis) and tumors10. the pet imaging detects the pair of gamma rays produced by the interaction between a positron and an electron in the tissues of the body. the electron and the positron neutralize each other producing two gamma rays in opposite directions. pet detects the electronic signal converting with scintillation crystals the energy released by gamma rays10. 99mtechnetium is the radionuclide that has the best characteristics to combine with gamma cameras and 18fluorine has the most desirable characteristics for pet3. although the spect and pet techniques capture images with high intensity, they have low spatial resolution because they are directed to the surface of the body they are accurately visualized. on the other hand, computerized tomography (ct) and magnetic resonance have greater spatial resolution, but with less sensitivity. to obtain such restrictions, the techniques are merged for images with excellent spatial resolution combined with high sensitivity10. x-ray ct has a computational process that makes a three-dimensional image, resulting in images with much greater resolution and quantity of details of internal structures and organs of the body6. there are other non-nuclear techniques, which are not described in this review, but could be accessed in this reference10. 3.2. radionuclides in medicine radionuclides have many applications in several areas that use nuclear technology. the use https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 short review 14 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 of radiation and radionuclides in medicine is continuously increasing both for diagnosis and therapy worldwide. in developed countries (1/4 of the world’s population), one person in 50 is subject to nuclear medicine and the frequency of radionuclide therapy is about 10% of that number, according to the world nuclear association11. radiation is used in nuclear medicine to obtain information about the organs of a person for treatment of a disease. in many cases, information is used for a quick diagnosis. thyroid, bones, heart, liver, kidney and many other organs can be easily observed in the generated image and the anomalies of its functions are revealed. about 10,000 hospitals worldwide use radionuclides and about 90% of the procedures are for diagnosis. the radionuclide most used in diagnostics is 99mtc. it has been used in about 40 million exams per year, which means 80% of all exams in nuclear medicine worldwide11. radionuclides are essential components of diagnostic exams. in combination with the equipment recording the images from the emitted gamma rays, the processes that occur in various parts of the body can be studied. for diagnosis, a dose of the radioactive material is given to the patient and the localization in the organ can be studied as a two-dimensional image or, using tomography, as a three-dimensional image. these gamma or positron tracers have short-lived isotopes and are linked to chemical compounds that allow specific physiological processes to be evaluated10,11. in the usa, more than 20 million medical applications per year are performed using radionuclides and in europe about 10 million per year11. in brazil, the nuclear and energy research institute (ipen) reported that, in 2017, there were 360 diagnostic clinics and nuclear medicine hospitals, 70% in the south and southeast regions of brazil, 72 pets installed, others to be licensed, 33 hospitals with rooms for therapy and approximately 1.8 million patients per year14. 3.3 radiopharmaceuticals for diagnosis in human body medical doctors and chemists have identified a large number of chemicals that are absorbed by specific organs. thyroid, for example, absorbs iodine while the brain absorbs glucose. diagnostic radiopharmaceuticals can be used to monitor blood flow to the brain, liver, lung, heart, and kidney14. particulate radiation can be useful for destroying or weakening cancer cells (radiotherapy). the radionuclide that generates the radiation can be located in a certain organ in the same way used for diagnostics. in many cases, beta radiation causes the destruction of cancer cells. 177lutetium (177lu), for example, is prepared from 176ytterbium (176yb) which is irradiated to transform it into 177yb, which rapidly returns to 177lu. 90yttrium (90y) is used to treat cancer, especially non-hodgkin’s lymphoma and liver cancer. 131iodine (131i), 153samarium (153sm) and 32phosphorus (32p) are also used in radiotherapy. 131cesium (131cs), 103palladium (103pd) and 223radium (223ra) are used in special cases11. figure 1 lists the radionuclides most commonly used for diagnosis and treatment of different organs of the human body. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 short review 15 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 figure 1. different radiopharmaceuticals and target organs for imaging4,13,14. image released into the public domain, changed for the review purposes15. 4. production of radionuclides radionuclides found in nature, such as uranium and radium, are heavy elements with high toxicity and long half-life (over 1,000 years), so they are not used clinically. radionuclides used in nuclear medicine are artificially produced by neutron bombardment or nuclear fission4. many radionuclides are produced in nuclear reactors and cyclotrons. generally, neutron-rich radioisotopes and those resulting from nuclear fission are produced in reactors (table 1) and the neutron-poor radioisotopes are produced in cyclotrons (table 2). there are about 30 radioisotopes produced by activation and 5 are reactor melt products. a list with 70 elements, their isotopes, half-lives, decay, main energy and applications can be found in the reference14. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 short review 16 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 table 1. 30 selected radionuclides produced by nuclear fission14. 213bismuth 59iron 153samarium 131caesium 212lead 75selenium 137caesium 177lutetium 24sodium 51chromium 99molybdenum 89strontium 60cobalt-60 103palladium 99mtechnetium 165dysprosium 32phosphorus 227thorium 169erbium 42potassium 133xenon 166holmium 223radium 169ytterbium 131iodine 186rhenium 177ytterbium 192iridium 188rhenium 90yttrium table 2. 18 selected radionuclides produced by cyclotrons14. 225actinium 67copper 211astatine 67gallium 213bismuth 127xenon 11carbon 111indium 13nitrogen 123iodine 15oxygen 124iodine 18fluorine 81mkrypton 57cobalt 82rubidium 64copper 201thallium in brazil, the main producer of radiopharmaceuticals is ipen, located in the city of são paulo, state of são paulo. ipen is the only producer in the country of the 99mtechnetium generator, which is used in 80% of the nuclear medicine procedures in brazil. ipen is also responsible for the production of 38 radiopharmaceuticals with distribution for all the brazilian states13. according to data from the national commission for nuclear energy (cnen) management report for 2017, published in august 2018, about the radiopharmaceutical industry in brazil, the main producers of radiopharmaceuticals are: nuclear and energy research institute (ipen – são paulo), nuclear technology development center (cdtn – belo horizonte), northeast regional center for nuclear sciences (crcn-ne – recife), nuclear engineering institute (ien – rio de janeiro) operating nuclear reactors and particle accelerators, producing and commercializing supplies for the medical area. the institute of radiation protection and dosimetry (ird – rio de janeiro) and the laboratory of poços de caldas (lapoc – poços de caldas) are research laboratories that provide services to other laboratories, industries and companies and do not produce radiopharmaceuticals13. the constitutional amendment 49 published in february 9, 2006 defines that production, commercialization and use of radionuclides with a half-life less than or equal to two hours are authorized and commercialization and use of radionuclides for research and medical, agricultural and industrial uses14. table 3 shows the radiopharmaceuticals produced in brazil and places where they are manufactured. table 3. radiopharmaceuticals produced in brazil13. product place of production sodium iodide (123i) ien sodium iodide (131i) ipen gallium citrate (67ga) ipen thallium chloride (201tl) ipen sodium chromate (51cr) ipen generator 99mo – 99mtc ipen sodium sulfate (35s) ipen phosphoric acid (32p) ipen sodium phosphate (32p) ipen 18fluorodeoxyglucose (18f-fdg) ipen, ien, cdtn, crcn-ne edtmp (153sm) ipen sodium fluoride (na18f) ipen, cdtn 111indium (111in) ipen dotatate (177lu) ipen in addition to these radiopharmaceuticals, cnen supplies sealed sources (133ba, 137cs and 57co), 192ir and 125i seeds, both used in oncological treatments, using brachytherapy procedures13. production of technetium in brazil still depends on raw material from foreign origin (99molybdenum), and on the costs of importation. however, within the next few years, the cnen aims at implementing the brazilian multipurpose reactor (rmb) in the city of iperó, state of são paulo. also, the federal government plans to initiate rmb’s usage in 2024, becoming independent and guaranteeing the nationalization of the 99molybdenum radionuclide for the country’s https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 short review 17 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 demand16,17. this reactor must produce circa 1,000 ci of 99mo per week (ci (curie) is a unit of radionuclide activity, defined as: 1 ci = 3,7 × 1010 disintegrations per second20). as a comparison, in 2014, national demand was 450 ci 99mo/week17,18; the worldwide demand, in 2018, was 9 400 ci 99mo/week19. figure 2 shows all cyclotrons installed and in operation in brazil in 2019. figure 2. cyclotron installations in brazil21. image released into the public domain, changed for the review purposes22. the main difficulties for production of new radiopharmaceuticals in brazil are the lack of a 70 mev high energy cyclotron accelerator in the country and the adequacy of the facilities to follow the brazilian national sanitary surveillance agency (anvisa) resolution nº 6314. 5. conclusions radionuclides have many applications in several areas which use nuclear energy. the importance and uses of radionuclides in medicine is continuously increasing for diagnosis and therapy worldwide. in 2018, about 10,000 hospitals used radionuclides and about 90% of the procedures were for diagnosis. in brazil, the institute of energy and nuclear research (ipen) reported that in 2017 there were more than 440 diagnostic clinics and nuclear medicine hospitals, 55% in the southeast region of brazil, 19% in northeast and 15% in south region; 72 pets installed, with about 1.8 million people supported. there are about 40 radionuclides produced in nuclear reactors and about 20 radionuclides produced in cyclotrons. 99mtechnetium is the most used radionuclide for diagnosis, accounting for 67.3% of total cnen revenue in 2017. besides 99mtc, 131i (13.7%), 67ga (2.9%), 177lu dotatate (2.9%) and 18f-fdg (1.1%) were more frequently used in brazil in 2017. spect and pet are the two most used techniques in nuclear medicine during a large period, but nowadays other techniques with more accurate results are emerging, among them x-ray computed tomography e with three-dimension images. 6. acknowledgements the authors thank the support from são paulo research foundation (fapesp proc. nº 2017/11570-3). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 short review 18 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 11-19 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p11-19 7. references [1] world health organization (who). diagnostic imaging. nuclear medicine. https://www.who.int/diagnostic_imaging/imaging_mod alities/dim_nuclearmed/en/. 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institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2020 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | 20 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 abstract: this paper aims to characterize nimesulide raw materials from different manufacturers and to develop immediate release tablets, in order to register a generic product. also, raw material characteristics and the tablets final properties were investigated in order to establish a different specification for quality control. two micronized and one non-micronized nimesulide samples were obtained from different manufacturers and were characterized by thermal analysis, spectroscopic techniques, morphological analysis, flowability and biopharmaceutical evaluation. the samples belong to the same polymorph. the formulations design and the choice of the production process were carried out based on the results obtained in the characterization assessments. the proposed formulations showed different dissolution behavior. one formulation was selected and then the dissolution was evaluated in different dissolution media containing varying concentrations of surfactant, in order to verify if the concentration of 2% (v/v) of polysorbate 80, recommended by the brazilian pharmacopoeia, would be overestimating the bioavailability of the drug. the results showed that the percentage of surfactant present in the dissolution medium directly impacts the amount of dissolved drug. the selected formulation demonstrated promising results to proceed with the bio batches manufacture and the pharmaceutical equivalence study. characterization of nimesulide and development of immediate release tablets helvécio vinícius antunes rocha+ , rachel de sousa augusto , livia deris prado , erika martins de carvalho oswaldo cruz foundation (fiocruz), institute of technology in drugs, 4365 brasil av., manguinhos, rio de janeiro, brazil +corresponding author: helvécio vinícius antunes rocha, email address: helvecio.far@gmail.com article info article history: received: december 22, 2018 accepted: march 30, 2019 published: july 4, 2019 keywords: 1. nimesulide 2. raw material characterization 3. dissolution profile 4. powder flow 5. formulation development 1. introduction nimesulide is a nonsteroidal sulfonamide and belongs to the class of anti-inflammatory drugs (nsaids) that demonstrates a selectivity for cox-2 (cyclo-oxygenase-2) and, therefore, has anti-inflammatory, analgesic and antipyretic activities1,2. when administered in recommended dosage demonstrates low incidence of side effects and is better tolerated than other nsaids, such as diclofenac, ketoprofen, naproxen and piroxicam1. nimesulide is a sulfonanilide derivative, with a melting point around 143 °c2,3. according to the literature, it is a weakly acidic (pka approximately to 6.5), attributed to the presence of a sulfonamide group1,2. it is practically insoluble in water (about 10 μg/ml) and soluble in methanol and ethanol at room temperature4. based on biopharmaceutics classification system (bcs), nimesulide is considered a class 2 drug, characterized by low solubility and high permeability. thus, its dissolution may represent a limiting step in drug absorption process3. according to one study reported in the literature, crystallization of nimesulide in different organic solvents affects some physicochemical properties such as melting point, solubility and dissolution profile, indicating the existence of http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 mailto:helvecio.far@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-7914-5039 https://orcid.org/0000-0002-5161-1712 https://orcid.org/0000-0002-5691-9900 https://orcid.org/0000-0002-0393-3768 original article 21 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 polymorphs5. other studies describe the existence of two polymorphs of nimesulide: form i (usually used in the pharmaceutical industry) and form ii6,7. some studies discuss the characterization of nimesulide and demonstrated that dsc and x-ray diffraction techniques are promising in identifying polymorphs of nimesulide7. additionally, the literature contains several studies using spectroscopy in the form of infrared complementary to other analytical techniques7-10. in terms of biopharmaceutical evaluation, a study obtained different values of intrinsic dissolution rate of nimesulide polymorphs i and ii. however, the analysis of the graph in this study demonstrates that there was no linearity, affecting the results obtained in idr7. other studies using the intrinsic dissolution with this drug were not found, as well as studies using the wettability test. allied to such trials, the powder dissolution has been used in biopharmaceutical evaluation11,12, because there are some important factors that can impact on the assay results, for example, wettability, crystallinity, particle size and surface area13. the formulation studies evaluated the nimesulide tablets dissolution profile and found that drug release is not achieved even by testing the presence of surfactant at different concentrations in the dissolution medium14,15. reducing the particle size of the drug to microparticles has been shown to significantly increase the dissolution and bioavailability of drugs. this is achieved by increasing the contact surface, which has a positive impact on the dissolution rate and possibly absorption16. one method to reduce particle size is by micronization17 however, although there are advantages regarding the optimization of the dissolution of drugs with low solubility, micronizing should be carefully considered, because this can result in low density problems and inadequate flow. accordingly, with respect to flowability, the literature reports a previous study evaluating the fluidity, in which it was demonstrated that nimesulide has no good flow properties9. the objective of this study was the characterization of nimesulide samples from different manufacturers and the development of immediate release tablets, in order to register a generic product. it was also tried to make some correlation between raw material characteristics and the final properties of the tablets in order to establish a different specification for quality control. 2. materials and methods 2.1. materials samples of nimesulide from three different manufacturers were coded as nm1 (sample nonmicronized), nm2 and nm3 (micronized). the excipients microcrystalline cellulose 101 (mingtai), lactose monohydrate 80 (dfe pharma), sodium lauryl sulfate (nuclear), docusate sodium (shin-etsu chemical), sodium starch glycolate (ecadil), low substituted hydroxypropyl cellulose (shin-etsu chemical), polyvinylpyrrolidone k-30 (boai niki) and magnesium stearate (magnesia), previously tested and approved according to the usp18, were used. standard sample of nimesulide was supplied by national institute for quality control in health, with purity of 99.80% and nisulid®, aché laboratory, as the reference medicine. 2.2. evaluation of the active pharmaceutical ingredient according to pharmacopoeia criteria samples nm1, nm2 and nm3, were analyzed according to the methodologies described in the brazilian pharmacopoeia4. the tests included identification, which used the method of infrared spectroscopy (spectrometer infrared model nicolet 6700 ft-ir, thermo scientific), heavy metals, loss on drying, sulfated ash and dosing. this last one, followed the recommendations established in the method b of the brazilian pharmacopeia, which uses spectrophotometry absorption in the ultraviolet (lambda 25, perkinelmer) and the absorbance readings were performed at 392 nm. 2.3. differential scanning calorimetry (dsc) the dsc analysis was performed with a differential exploratory calorimeter instrument model 60, shimadzu. the samples were weighed (about 3 mg) and encapsulated in aluminum crucibles with lid closed. the dsc curves were obtained under heating rates of 5, 10, 20 and 40 °c/min over a temperature from 25 to 200 °c, a flow rate of 50 ml min-1 of argon gas. assays https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 22 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 were performed in triplicate. different heating rates were used. 2.4. fourier transform infrared spectroscopy the ftir spectra were record using a thermo scientific, model nicolet 6700 ft-ir, over a range from 4000 to 400 cm-1 at a resolution of 4 cm-1. ir samples were analyzed directly without sample preparation. 2.5. x-ray powder diffraction the xrpd patterns of the samples were record on an x-ray d8 diffractometer (bruker) equipped with lynxeye xe detector and with cu as tube anode (kα radiation with λ = 1.5418 ǻ). the diffraction patterns were record under the following conditions: voltage 40 kv, 40 ma and fixed divergence slit using configuration of 2 range from 4 to 50°, with a step size of 0.02° and a step time of 0.1 s. the identification of the crystal structure was performed using the database cambridge structural database (csd)19 and calculated xrd pattern was prepared using the program mercury 3.720. 2.6. determination of particle size distribution using laser diffraction analysis particle size distribution was obtained by the laser diffraction method with a malvern equipment, model 2000e mastersizer, using the liquid mode, a measurement range of 0.1-500 μm and obscuration between 17 and 23%. the suspension of 500 mg of nimesulide was prepared with an aqueous solution containing 0.5% polysorbate 80, in a total of around 30 ml. it was necessary to use ultrasound (usc 2800a, unique) with speed 10. 2.7. scanning electron microscopy (sem) to study the morphology of nm samples, sem was performed on a quanta 400 microscope (fei), at a voltage 10 kv, using 500 and 16000x magnification. small amounts of sample were adhered on a metal stub using double-sided adhesive carbon tape, which were then vacuumcoated (0.6 mbar) with a thin layer of gold in a bal-tec scd 005 sputter coater at room temperature. 2.8. wettability the analysis was conducted with a tensiometer krüss, dsa 100 at room temperature by sessile drop method. approximately 300 mg were compressed in the form of discs using 800 psi for 1 min with the aid of a hydraulic press. the liquid drop (water saturated with nimesulide) was dispensed onto the surface of the sample and the images were captured immediately. the instrument calculated the contact angle by fitting mathematical expression to the shape of the drop. 2.9. powder dissolution powder dissolution was performed with a dissolutor distek, model 6100, and the conditions were as follows: 900 ml of potassium phosphate buffer solution adjusted to ph 7.4, with 2.0% polysorbate 80 (w/w) at 37 ± 0.5 °c and stirred with apparatus ii (paddle) at 75 rpm rotating speed. approximately 100.0 mg of nimesulide were added directly to the vessels and aliquots of 10 ml were collected after 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60 and 90 min, without replacing the medium. aliquots were filtered through 45 µm polytetrafluoroethylene filter, diluted and the absorbance measured in a spectrophotometer (lambda 25, perkinelmer) at a wavelength of 392 nm. the tests were performed in triplicate. a comparison of the dissolution profiles dispersion was made by calculating the difference factor (f1), the similarity factor (f2) and the dissolution efficiency (de). the de values were submitted to statistical analysis of variance (one-way anova) followed by tukey test and considered significant p < 0.05. 2.10. determination of flowability the evaluation of the flowability was carried out by the bulk and tapped density, carr index, hausner ratio, repose angle and flow through an orifice determination. the densities were determined according method i of usp18, using the equipment tap density tester (nova ética). the values were used to calculate the carr’s index and hausner ratio. for the determination of repose angle and flow through an orifice was used granulate gtb tester equipment (erweka) with different diameter orifices and rotation speed to determine the optimal test conditions and https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 23 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 discriminate the flowability profiles of the samples. 2.11. formulation design the galenic batches were prepared in amounts about 600 to 800 g. the wet granulation was conducted with a high shear granulator capacity 4 l (tmg 1/6, glatt), for the initial powder mixture and the wetting with the binder solution. after the granulation, the wet mass was passed through a mesh of 4 mm using the oscillating granulator (k-70, lawes). the drying of the granulate was performed in a fluidized bed (midi glatt, glatt), at a temperature of 45 °c under a controlled flow. the end point was determined by drying the residual humidity using an infrared balance (iv2500, gehaka) and was established a range between 2 and 3%. after drying, the granulate was normalized with a mesh of 1.5 mm in the oscillating granulator. then, this granulate was transferred to a v-blender, capacity 2 l (66/10, lawes), to perform the mixing of the excipients that were added in the extra granular phase. finally, the compression was performed on a rotating compressor (2000 10psc, lawes), fitted with punches of 10 mm flat. the process control was carried out by checking the weight, hardness, friability and disintegration of the tablets. for such determinations was used the following equipments: semi-analytical balance, capacity 200 g (sartorius), portable durometer (tbh100, erweka), friability tester (ta10, erweka) and disintegrator (301-1, nova ética). 2.12. evaluation of galenic batches the tablets were analyzed by the average weight, hardness, friability and disintegration, conducted as described in brazilian pharmacopoeia4, and the comparative dissolution profile, was carried out with the nisulid® reference drug. 2.13. dosing the analysis was performed according to the brazilian pharmacopoeia4, which quantifies the nimesulide content in tablets by ultraviolet absorption spectrophotometry at a wavelength of 392 nm. the assay was performed in triplicate with the standard solution and the sample solution. 2.14. dissolution profile initially, the dissolution profiles were performed using the conditions recommended by the brazilian pharmacopoeia4, with the reference product and the galenic batches who presented the results of physical tests (hardness, disintegration and friability) most promising. the analytical conditions were: 900 ml of potassium phosphate buffer, ph 7.4, containing 2.0% (v/v) polysorbate 80 and stirred with paddle at a rotation speed of 75 rpm. aliquots of 10 ml were removed after 5, 10, 15, 20, 30 and 45 min, without replacing the medium, maintaining sink conditions throughout the test. the amount of drug dissolved was determined by reading on a spectrophotometer (uv-1800, shimadzu) in the ultraviolet region at a wavelength of 392 nm. then, one of the galenic formulations, which showed the same type of dissolution to the reference product has been selected to perform additional dissolution profiles studies. for this, was used the dissolution medium potassium phosphate buffer, ph 7.4, containing polysorbate 80 in concentrations of 1.0% and 0.5%. the others analytical conditions were maintained. the dissolution profiles were compared using dissolution efficiency (de) and their values were submitted to statistical analysis of variance (one-way anova) followed by tukey test and considered significant p < 0.05. 3. results 3.1. evaluation of the active pharmaceutical ingredient according to pharmacopoeia criteria the results of heavy metals, loss on drying, sulfated ash and dosing match the specifications of the brazilian pharmacopoeia4 and are presented in table 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 24 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 table 1. results of heavy metals, loss on drying, sulfated ash, dosing, contact angle of nm1, nm2 and nm3 samples. sample nm1 nm2 nm3 heavy metals (ppm) < 20 ppm < 20 ppm < 20 ppm loss on drying (%) 0.19 0.21 0.34 sulfated ash (%) 0.04 0.03 0.03 dosing (%) 99.5 99.2 99.6 contact angle (°) (average ± sd) 80.7 ± 1.7 79.1 ± 3.0 78.8 ± 3.3 3.2. differential scanning calorimetry (dsc) the dsc curves obtained for nm1, nm2 and nm3 samples, measured at a heating rate of 5 °c/min showed a single sharp endothermic peak at approximately 149 °c in accordance with the melting point measurements (figure 1). the same results were obtained in the dsc curves for nm1 sample under other conditions as 10, 20 and 40 °c min-1. in addition, nm2 and nm3 showed identical results. for nm1, nm2 and nm3 samples, the baseline of dsc curves was similar and display that the thermal capacity was not changed by micronization process. figure 1. dsc curves from bottom to top nm1, nm2 and nm3 samples at a heating rate of 5 °c/min. 3.3. infrared spectroscopy the ftir spectra of all samples were equivalent (data not shown). the ir spectrum showed the nh at 3278 cm-1, a band at 1149 cm-1 assigned to the symmetric deformation of so2 group, no2 stretching frequencies at 1330 cm-1 and 1588 cm-1 and a band at 1246 cm-1 assigned to the coc. except for the nh and no2 (at 1588 cm-1), that presented weak intensity peaks, all the others functional groups of nimesulide demonstrated medium intensity peaks. 3.4. x-ray diffraction the x-ray diffraction patterns of nm1, nm2 and nm3 samples (figure 2) presented characteristic peaks at approximately 2θ = 17.07, 18.14, 19.35 and 21.60°. the samples comparison data clearly showed that the micronization process did not change the nm structure. the results were compared with the data of nm polymorphs i and ii calculated from csd and are also shown in figure 2. figure 2. x-ray diffraction patterns of the samples nm1, nm2 and nm3 and calculated patterns of the polymorphs i and ii of nimesulide obtained from the cdcc (the cambridge crystallographic data centre). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 25 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 3.5. particle size distribution using laser diffraction the average size of particles results, the values of particles smaller than 10% (d10), 50% (d50), and 90% (d90) and the results of dispersibility indices (span) was obtained with the samples from different manufacturers of nimesulide. the nm3 sample showed the smallest particle size (d10 = 1.28; d50 = 6.57 and d90 = 20.61), followed very closely by the nm2 sample (d10 = 2.09; d50 = 8.46 and d90 = 20.89) and, finally, the nonmicronized sample (nm1) showed the largest particle size (d10 = 10.34; d50 = 33.85 and d90 = 76.52). comparison of dispersibility indices indicate that nm3 sample has the greater nonuniformity of particle size distribution (di = 2.94), followed by nm2 sample (di = 2.22) and, finally, nm1 sample (di = 1.96). the particle size distribution graphs are shown in figure 3. figure 3. particle size measurements obtained by laser diffraction from bottom to top nm1, nm2 and nm3 samples. 3.6. scanning electron microscopy (sem) the images of the samples under study, obtained by sem at 500x magnification for nm1 and 16.000x for nm2 and nm3 samples, are shown in figure 4. the nm1 sample presented the highest particle sizes between 25.2 and 103.5 μm, which was previously expected because is the ifa non-micronized, while the micronized nm2 and nm3 samples showed particles in the range of 364.8 nm to 3.5 μm (figure 4 b, c). the micronization process led to the formation of aggregates. 3.7. wettability table 1 presents the results for all samples, being observed that, using the method of the sessile drop and water as wetting agent, they were all near 80°. 3.8. powder dissolution comparison of dissolution dispersion profiles of nm1, nm2 and nm3 samples is shown in figure 5 and the values of f1, f2 and de were established. the f1 and f2 values (15.26 and 46.23, respectively) confirm that the nm1 and nm3 samples showed the greatest differences between the profiles. the result of f1 for the micronized samples (nm2 and nm3) also showed a high value (12.36) and a considerably borderline result for the f2 parameter (50.55). less expected, the f1 and f2 values that showed the greatest similarity was when the dissolution profiles of nm1 (non-micronized) and nm2 (micronized) were compared (3.33; 69.29). the de values were statistically analyzed by anova and significant differences were detected (p < 0.05). however, when using the tukey test, it was found that there were no significant differences between the de values of nm1 and nm2 profiles (de = 71 ± 2 and 74 ± 5, respectively), while the significant differences were encountered between the profiles nm1 and nm3, nm2 and nm3 (de = 83 ± 1). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 26 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 figure 4. scanning electron microscopy of the samples nm1, nm2 and nm3 from top to down, with measurements with increase of 500, 20kv for nm1 and 16.000 x for nm2 and nm3. figure 5. powder dissolution profiles of nm1, nm2 and nm3 samples in 900 ml of potassium phosphate butter, ph 7.4, containing 2.0% polysorbate 80 (v/v), using paddle apparatus at 75 rpm. 3.9. determination of flowability 3.9.1. bulk and tapped density, compressibility index and hausner ratio the values obtained in bulk and tapped densities tests and the flow ratings of nimesulide samples found for the compressibility index and hausner ratio were established according to the recommendations by usp18 and are shown in table 2. densities obtained for the sample nm1, although slightly larger, still represent lower density values. the lower values for the densities of nm2 and nm3 samples are consistent with their smaller size particles. table 2. data obtained from the dsc curves tonset, tpeak and enthalpy (∆h) for the samples nm1, nm2 and nm3 in different heating rates. properties sample heating rate (°c/min) 5 10 20 40 tonset ± sd (°c) nm1 148.3 ± 0.3 148.5 ± 0.3 149.0 ± 0.6 150.8 ± 0.7 nm2 147.9 ± 0.3 148.2 ± 0.4 148.8 ± 0.5 149.8 ± 0.4 nm3 147.6 ± 0.2 147.8 ± 0.3 148.6 ± 0.4 149.8 ± 0.3 tpeak ± sd (°c) nm1 149.8 ± 0.3 150.8 ± 0.3 152.5 ± 0.5 157.0 ± 0.6 nm2 149.2 ± 0.3 150.1 ± 0.3 151.4 ± 0.5 153.5 ± 0.5 nm3 149.1 ± 0.2 149.4 ± 0.3 151.2 ± 0.4 154.0 ± 0.3 ∆h ± sd (j/g) nm1 121.6 ± 0.3 111.8 ± 0.4 112.2 ± 0.6 120.1 ± 0.7 nm2 111.8 ± 0.4 110.7 ± 0.8 111.7 ± 0.5 116.7 ± 0.6 nm3 109.7 ± 0.3 109.7 ± 0.4 107.6 ± 0.5 113.0 ± 0.4 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 27 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 3.9.2. determination of repose angle and flow through orifice the repose angle could not be determined due to the poor flowability of the samples. the graphs obtained by the flow through orifice are shown in figure 6 and the results are featured in table 2. figure 6. graphs oof low through orifice of nm1, nm2 and nm3 samples. 3.10. development and evaluation of nimesulide tablets obtained in galenic batches the design of the galenic formulations batches was conducted with the excipients commonly used in the pharmaceutical industry, besides the excipients present in the reference product formulation. the excipients lactose monohydrate, microcrystalline cellulose, hydroxypropylcellulose, sodium starch glycollate, docusate sodium, hydrogenated vegetable oil and magnesium stearate are present in the formulation of nisulid®. the galenic batches used the same excipients except by the hydrogenated vegetable oil and formulations with polyvinylpyrrolidone k30 and pregelatinized starch as a binder in place of hydroxypropylcellulose, and sodium lauryl sulfate, as the surfactant, instead of sodium docusate were also tested. the galenic batches (table 3) used only the micronized samples, nm2 and nm3, due to the better results in powder dissolution than the api non-micronized (figure 5). 3.10.1. physical parameters of the tablets and dosing the results of weight, hardness, friability and dosing were all satisfactory. the disintegration test showed some unsatisfactory results, represented by l5 batch with a relatively high disintegration time (l5 = 9’ 30”), especially when compared to the reference product, (1’ 15”) besides l6 that was out of specification (l6 = greater than 30’). therefore, it was decided not to perform the dissolution profiles of these batches. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 28 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 table 3. flowability measurements of nm1, nm2 and nm3 samples (n=3). properties sample nm1 nm2 nm3 bulk density ± sd (g/ml) 0.45 ± 0.01 0.20 ± 0.02 0.19 ± 0.02 tapped density ± sd (g/ml) 0.69 ± 0.01 0.28 ± 0.02 0.26 ± 0.02 compressibility index (rating) 34.78 (very poor) 26.53 (poor) 27.69 (poor) hausner ratio (rating) 1.53 (very poor) 1.36 (poor) 1.38 (poor) repose angle nd nd nd flow through orifice (s/100 g* – rsd %) 18.8 (17.0-21.3) ± 11.78% 61.0 (32.7-112.0) ± 72.69% 189.6 (52.7-323.1) ± 71.34% nd not determined * the results expressed are the average obtained regarding the determination in triplicate samples. the values in brackets refer to the range found in the analysis, with minimum and maximum values. 3.10.2. dissolution profile 3.10.2.1. dissolution profiles conducted according to the criteria of the brazilian pharmacopoeia initially, the dissolution profiles were performed with the galenic batches l1, l2, l3, l4, l7 and the reference product using the conditions recommended by the brazilian pharmacopoeia4 and are shown in figure 7. in these tests, the reference product showed values greater than 85% of dissolution in 15 minutes, while only l2 and l3 batches showed a very fast dissolution profile, same behavior of the reference product. the statistical analysis has shown that de values of l2 and l3 dissolution profiles (de = 84.95 and 84.02, respectively) are not significantly different (p > 0.05). however, it was decided to select the l2 batch for the evaluation of the influence of the surfactant in the medium dissolution recommended by the brazilian pharmacopoeia (polysorbate 80 2.0%) in different concentrations. figure 7. overlap of l1, l2, l3, l4, l7 dissolution profiles and the reference product (r) using the pharmacopoeic parameters (bf 5, 2010). 3.10.2.2. dissolution profile in potassium phosphate buffer, ph 7.4, containing different concentrations of polysorbate 80 the curves of dissolution profiles containing different concentrations of polysorbate 80 obtained with the tablets of l2 batch and nisulid® is illustrated in figure 8. the presented results show a reduction in drug release as the concentration of polysorbate 80 has been reduced. in all assessed surfactant concentrations, the test product and the reference product remained values above 85% over 15 minutes maintaining the very rapid dissolution classification and making it unnecessary the determination of f2. the dissolution efficiency was calculated to compare dissolution profiles. there was a reduction in de when the concentration of the surfactant was gradually removed from the dissolution medium. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 29 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 this occurred for both the l2 batch (de = 84.95; 82.21 and 80. 41, respectively with 2.0% polysorbate, 1.0% and 0.5%) as for the reference product (de = 90. 83; 90. 53 and 87.05, in the same conditions). statistical analysis by anova revealed that the dissolution profiles are statistically different (p < 0.05) and the tukey’s test identified that in each condition evaluated (polysorbate 80 2.0%, 1.0% and 0.5%), the dissolution profile of l2 batch was statistically different from the reference product. the sodium lauryl sulfate present in the formulation would enhance the percentage of this surfactant in the dissolution medium at a maximum of 0,1%. figure 8. overlap of dissolution profiles of l2 batch and the reference product (r) in potassium phosphate buffer, ph 7.4, containing different concetrations of poysorbate 80 (2.0%, 1.0% and 0.5%). 4. discussion the pharmacopoeia tests related to the heavy metals determination, loss on drying, sulfated ash and dosing, performed with nm1, nm2 and nm3 samples were approved by the specifications of the brazilian pharmacopoeia 2010 (table 1). the differences between the dosing of galenic batches (approximately 95%) and the reference product (100.16%) are assigned to the manual transfers of high shear for oscillating granulator, and hence to the fluidized bed, procedures that, in industrial scale, occur in an automatic way. the dsc curves of nm1, nm2 and nm3 showed a single endothermic event close to 149 °c (figure 1). the evaluation of the tonset, tpeak and ∆h values obtained in different heating rate showed slightly lower values to the micronized samples (nm2 and nm3, around 110120 j/g). this phenomenon is widely described in the literature regarding dsc21. previous studies reported the melting point of nm form i over the range of 148.9 to 151.0 °c and enthalpy (∆h) of 102.97 j/g and 127.4 j g-1 9,22,23. these studies used different analysis conditions of each other and from this work, especially regarding the purge gas, heating rate and the types of crucible. thus, although the results are very close to the literature data, such differences limit a more reliable correlation. a study reported that nm form i is the most thermodynamically stable and has a transition temperature over the range of 144-147 °c (∆h = 107.63 j/g)7. otherwise, polymorph ii has an endotermic event at 140 °c and suffers a transition to polymorph i (melting point at 144 °c and ∆h = 105.97 j/g)6,7. the dsc curves (figure 1) of all nm samples showed similar thermal behavior to that of polymorph i. there are not major differences between the ftir spectra of nm1, nm2 and nm3 samples that could be used to distinguish among polymorph i and ii. only the characteristic bands of nimesulide were identified, so although this technique is often used to discriminate between polymorphs in this case it was inconclusive7,10. the x-ray powder diffraction is the standard method to distinguish between different polymorphs. in the case of nimesulide, there are noticeable differences in the peak position of form i (2θ = 17.15, 18.13, 19.34 and 21.66°) and form ii (2θ = 18.91, 22.15 and 26.14°)6. in addition, diffraction patterns in the csd revealed peaks at 2θ = 17.38, 18.38, 19.62 and 22.00° for form i and 2θ = 19.10, 22.44 and 25.84° for form ii. the xrpd patterns of nimesulide samples analyzed correspond to the form i, although the nm1 (nonmicronized sample) have shown differences in peak intensities (figure 2). besides, the literature mentions the occurrence of preferred orientation in x-ray diffraction of nimesulide samples, resulting in peaks of different intensities, but always in the same position, which characterizes the same crystalline arrangement. a review of the particle size distribution graphs (figure 3) allows to observe the presence of more than one population of particle sizes, primarily evidenced in micronized samples (nm2 and nm3) below 1 µm, which represents a bimodal distribution curve. often, micronization causes difficulties in a good dispersion, assigned to cohesive interparticle properties and electrostatic forces provided by the particles that are subjected to this process. the sample nm1 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 30 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 non-micronized has a particle size population below 5 µm, but less significant compared with the population of particle sizes below 1 µm detected in micronized samples. during the development of a solid dosage formulation, the knowledge of the size and distribution of particle size can be used to guide the selection of a process by direct compression or wet granulation. the results obtained from laser diffraction were used together with the results of the flowability evaluation in order to complement the choice of manufacturing process of nimesulide tablets. the data obtained by sem confirmed the results of particle size distribution by laser diffraction, in which nm1 sample also showed much higher particle sizes compared to the nm2 and nm3 samples (figure 4). additionally, the presence of a population of particles with sizes close to 1 µm in nm2 and nm3 samples and 5 µm in nm1 sample, observed in the particle size distribution by laser diffraction, were also observed in the sem. the image of nm1, although demonstrating a certain variability in their morphology, shows elongated particles. the images of nm2 and nm3 micronized samples showed greatest similarity regarding the particle sizes and can also be observed the formation of aggregates (figure 4b and c). the results of the wettability test were all close to 80° (table 1) and, in accordance with literature, the values close to 90° predict a poor wettability24. although the literature does not present studies applying wettability test with nimesulide, some works with other drugs were conducted, in which the results of the contact angles were correlated with water solubility25,26,27. when the aim is the development of a tablet formulation, the low solubility of the drug is an aspect that reflects negatively on its bioavailability. the powder dissolution tests served as an important tool to complement the biopharmaceutical evaluation of nimesulide samples. the literature revealed some studies using powder dissolution tests with nimesulide samples and the results have a certain proximity to that found in this study22,28. however, the studies referenced used different analytical conditions, especially with regard to the dissolution medium and the rotation apparatus, which compromise the correlation results. differently from the laser diffraction results, which showed a very small difference between nm2 and nm3, in the powder dissolution, these samples did not demonstrate similar behavior, which can be verified by nm3 superior performance relatively to nm2 (figure 5). the non-micronized sample (nm1) presented larger particle sizes when compared to micronized samples and, however, in the powder dissolution, nm1 showed values near nm2. thus, other factors that impact the powder dissolution results should be considered as the presence of electrostatic charge and the trend to agglomerate, which could undertake the performance of nm2 sample. it was also not possible to establish a direct relationship of the results obtained in the wettability with the results of powder dissolution because, as mentioned above, the values of contact angles provided by the samples of nimesulide were very close (table 1). the evaluation of flowability brought together the results of different methods in order to make more complete the understanding of the flow properties of the samples under study. the densities obtained for the nm1 are low (table 2), showed values slightly higher the other samples. the literature shows results of bulk and tapped density for nimesulide samples near to that of the non-micronized nm1. however, for the tapped density, the referenced study used a different method, making questionable the correlation to the results presented here13. the lower values for the densities of nm2 and nm3 can be explained by the effect of the micronization process, which results in powders having greater adhesion between the particles and therefore a greater tendency to agglomerate. the result is a poor flow material with low apparent density. the determination of the compressibility index and hausner ratio showed that all samples did not have good flow properties (table 2). considering that the higher values for compressibility index and hausner ratio indicate stronger interparticle interactions and undesirable flow characteristics29, it would be expected that micronized samples, nm2 and nm3, would demonstrate the worst results of flow. however, they presented better flowability rating than that exhibited by the sample nm1 (non-micronized). one possible explanation for the discrepancies between the results found in the various flowability assessments lies in the qualitative scale of classification for flow properties adopted by official compendia, for example, the us https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 31 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 pharmacopeia. thus, the ci and hr parameters have low discriminatory power, especially for the poor flow samples. the repose angle and the flow through orifice tests were carried out in the same equipment. the tests with nm1, nm2 and nm3 samples were conducted using the following funnel openings 10, 15 and 25 mm. however, no flow was detectable. then there was used the opening of 15 mm and tested four (4) speeds available on the machine (1, 2, 3 and 4). the nm1 sample showed flowability with speed 1 (one), but for the nm2 and nm3 samples, it was necessary to use the speed 4, maximum permitted by the equipment. the different experimental conditions undertake, somehow, the discussion of results. still, it is possible establish some considerations concerning the flow properties of the samples under study. the results confirmed the estimation of poor flow for this api, previously provided by other tests. plus, it is also possible verify that no reproducibility was observed in the tests performed in triplicate. the nm1, nonmicronized, revealed superior flow properties compared to the other samples. it is also possible assign a worse flow for nm3 sample, which also showed less uniform behavior (figure 6). in general, all samples showed erratic flow behavior, which indicates that an unstable formation and destruction process of the arc dominates the flow process. this process is also evidenced by the standard in “steps” where the powder flow rate accelerates periodically, probably due to the destruction of the formed ar. it is known that the micronization process promotes a tendency to increased electrostatic charge. thus, nm2 and nm3 samples have two important properties that contribute to a poor flow: low-density particles and, supposedly, high electrostatic charge. unfortunately, for this work, it was not possible to assess electrostatic density. the results obtained in flow assessment tests allow identify a discrepancy between the determinations of the ci and hr and flow through orifice. the flow through orifice provided more realistic results, demonstrating, numerically, the characteristic of poor flow for nimesulide. as mentioned above, hr and ci values may not be discriminatory and may cause unreal results flow to powders that are particularly characterized by poor flow. furthermore, the samples nm1, nm2 and nm3 have particle sizes that are considered small (< 80 µm) besides low density values, which are factors related to the high cohesion of its particles. in this way, it is understandable that the flow evaluation methods may have discordant results. based on the results presented in flowability assessments, particle size distribution and sem and considering the aim of the development of a solid dosage formulation, the direct compression process becomes less suitable than the wet granulation, due to the high possibility of problems related to the flow in the hopper and inadequate die filling that promotes, consequently, nonuniformity of mass and content. the average weight values found for galenic batches are close to the average weight displayed for the reference product (about 400 mg) and the results were all satisfactory. the tablet hardness results obtained with the galenic batches showed correlation with those of friability, in which the l2, l3, l5, l6 and l7 batches showed the lowest hardness values (close to 5.0 kgf) and the higher friability values (near 0.42%) and the tablets obtained with the l1 and l4 galenic batches demonstrated higher strength, both to rupture (hardness assay about 7.0 kgf) and abrasion (friability percentage about 0.35%). l2 and l3 batches have the same formulation and the same process by only changing the manufacturer of api (table 3). the differences in results of particle size and hardness were not significant, preventing a direct correlation between these tests. the l4 batch has the same qualitative and quantitative excipients that can influence the compressibility from the l2 and l3 batches but showed higher hardness (mean = 7.1 kgf). the difference was in the granulation process (table 3) including a higher time to addition the granulating solution and a longer mixture for the l4 batch. possibly, these process variations allow adequate wetting of the powders, resulting in stronger granules and, consequently, in longer disintegration time and slower dissolution compared to the values shown by l2 and l3 batches. regarding disintegration test, l1 batch has the same qualitative composition of l2 and l3, but the surfactant (sodium lauryl sulfate) was used in different ways. l1 showed the highest values in hardness assay (7.5 kgf). these differences had a negative impact on the disintegration of the tablets obtained with this batch (l1 = 6’ 40”), which had twice the disintegration time of l2 and l3 batches https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 32 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 (l2 = 3’ 18” and l3 = 3’ 10”). the l4 batch used another surfactant (sodium docusate) and its disintegration time (4’ 10”) was higher than the l2 and l3 batches. l5 and l6 formulations are closest qualitatively of the reference product, but showed more extensive disintegration times and l6, in this assay, was disapproved (l5 = 9’ 30” and l6 = greater than 30’). obviously, this cannot attribute similarity or difference by not being aware of the percentages of each agent in the reference product formulation. the l7 galenic batch used different binder and surfactant and had the shortest disintegration time (1’ 23”). regarding nisulid®, the tablet format is convex which facilitates the maintenance of abrasion resistance, observed by the low value friability (0.27%), although its hardness is lower (4.9 kgf) as compared to galenic batch. the disintegration time of the reference product was 1’ 15”. accordingly, it can be concluded that the step in which the surfactant is added to the formulation, as well as tablet hardness, directly alter the disintegration time and, therefore, can be used as auxiliary tools to discriminate between nimesulide formulations. in the dosing assay, all galenic batches showed results close to 95% of the labeled value, and for nisulid® tablets there was obtained 100.2%. all results meet the specification preconized in the brazilian pharmacopoeia. the dissolution profiles achieved in pharmacopoeia conditions demonstrated that the formulations of the l2 and l3 batches and the reference product exhibited very rapid dissolution with results of the amount of dissolved drug above 85% in 15 minutes and thus the value of f2 loses its discriminative relevance. whereas l2 and l3 batches are formulations that differ only in the api manufacturer, it is interesting correlate the results obtained in the dissolution profile and the data obtained in api characterization, particularly in particle size, wettability and powder dissolution assessments. the results of particle size analysis by laser diffraction and wettability were quite close. however, in the powder dissolution, nm3 showed dissolution of approximately 10% higher than nm2 and further such profiles showed statistically significant differences (p < 0.05). although nm3 biopharmaceutical properties were higher than observed with nm2, the l2 and l3 formulated product showed near dissolution results and statistical analysis of ed values showed similarity between these profiles (p > 0.05). the dissolution efficiency values were calculated and l2 batch had the highest result (de = 84.95), although quite near the value presented by l3 (de = 84.02). l4 and l7 shown next values (l4 = 80.92 and l7 = 79.67) and the l1 batch showed the lowest de value (76.61). the de values were subjected to statistical analysis by anova and tukey test, and it was found that all galenic batches formulations and nisulid® differ significantly (p < 0.05) and the l2 and l3 batches do not present significant differences between the de values (p > 0.05). the l4 batch showed a dissolution profile similar to those of l2 and l3, but with lower dissolution mean values and, particularly at 15 minutes, there was not reached 85% (although it was close), which results in the classification as a rapid dissolving formulation, distinct from that presented by nisulid® and by the l2 and l3 batches. as occurred with l4, l7 not reached 85% drug release within 15 minutes, despite having very close behavior (figure 7) and it is also classified as a rapid dissolving formulation. an interesting feature of the l7 dissolution profile lies in the result obtained in the first sampling time, which was superior in almost 10% when compared with the result obtained with l3. one possible explanation is the dual nature of the pregelatinized starch, that acts not only as a binder but also as a disintegrate, which may be maximizing the release of the api in this initial time. the result of the disintegration assay (83 s) confirms this hypothesis, considering the smallest time shown. although the statistical analysis has shown that de values of l2, l3 and l4 batches are not significantly different (p > 0.05), it was decided to select the l2 batch for complementary tests. even if the l2 has showed the greatest dissolution of values, there is a considerable difference between l2 and the reference product in the first sampling times (t = 5 min and t = 10 min). in terms of bioequivalence, the literature reports that nimesulide has rapid oral absorption2. a brazilian study evaluated the bioequivalence of nimesulide tablets and nisulid® and there were found for cmax values equivalent to 5.30 and 4.52 ng ml-1 and tmax of 2.23 and 3.32 h, respectively, for the reference and test products30. analyzing such data from the literature and based on the dissolution assessments designed to https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 33 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 simulate physiological conditions and provided tools for the in vitro evaluation of bioavailability, the evaluation of cmax and tmax would not represent bioequivalence problems. this is because, after 45 min (lower time to reach cmax than those presented by the literature) l2 batch and the reference product already reach the same percentage of dissolution; so, it is expected the same release between the drug (test and reference) in vivo assays. the auc parameter requires a more careful analysis. another study, mentioned a nimesulide bioequivalence study that showed disapproved results, having been previously approved in the pharmaceutical equivalence, which reinforces the alert for the interpretation of the results of this drug dissolution profiles31. whereas nimesulide is a class ii drug in the bcs, which the dissolution is the limiting step for the absorption, it becomes mandatory a careful design of the dissolution test. thus, even if the medium is preconized by the brazilian pharmacopoeia containing 2.0% polysorbate 804, it was considered important evaluate the behavior of the l2 batch using the same potassium phosphate buffer established for brazilian pharmacopoeia but containing different concentrations of surfactant. the presented results show a reduction in drug release amounts as the concentration of polysorbate 80 has been reduced. still, in all assessed surfactant concentrations, the test and the reference product values remained above 85% over 15 minutes, maintaining the very rapid dissolution classification and making it unnecessary the f2 calculation. however, the dissolution efficiency was calculated as a tool to compare dissolution profiles. again, there was observed a reduction of the obtained values of de as the concentration of the surfactant was gradually reduced in the dissolution medium. this occurred for both the l2 batch as for the reference product. statistical analysis by anova revealed that the dissolution profiles are statistically different (p < 0.05) and tukey’s test identified that in each condition evaluated (2.0%, 1.0% and 0.5% polysorbate 80), the dissolution profile of l2 batch is statistically different from the reference product. the literature reports a study evaluating the dissolution profile of nimesulide tablets in a medium of phosphate buffer ph 7.4 containing different concentrations of polysorbate 80. the highest release value was in the presence of 2.5% surfactant, obtaining around 90% of dissolution in 60 min21. another study evaluating the dissolution of commercial nimesulide tablets in sodium phosphate buffer ph 7.4 supplemented with 1.0% polysorbate 80 did not obtain values above 90% in 60 min15. since both studies do not provide information about the composition of the test product, outcome differences found comparing with those showed here can be attributed to probable differences in formulations, given that the excipients can act in direct mode in the dissolution process. in addition to the important contribution of excipients in the rate and extent of dissolution, aspects such as, for example, the api particle size are striking features in the dissolution of solid dosage forms. these physicochemical properties were not available in the referenced work, limiting further discussion. the in vitro dissolution tests are used in quality control of medicines and the development of new formulations. depending on the drug class, such as nimesulide (class ii in the bcs), the results of a dissolution study can be closely related with in vivo performance. for these drugs, difficulties in selecting the dissolution medium are constantly found, which must reproduce the physiological conditions to ensure an in vitro-in vivo correlation and to discriminate different formulations28. 5. conclusions differential scanning calorimetry and x-ray diffraction showed that all samples tested (nm1, nm2 and nm3) presented polymorph i. the characterization of particle size showed good correlation with the density results and flow through orifice in which the micronized samples showed worse flow behavior when compared with the non-micronized sample. the scanning electron microscopy confirmed the results of size and particle size distribution carried out by laser diffraction. although the wettability results were very close, the powder dissolution identified small differences between the samples, demonstrating that the dissolution of the nm3 sample (micronized) was superior to the others. the micronized samples exhibited higher idr than the non-micronized one (nm1) and, in this case, surface properties such as roughness and microstructural factors may be involved. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 original article 34 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 20-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p20-35 although the results have shown a reduction in drug release as the surfactant concentration has been reduced in the dissolution medium of both products (test and reference), the classification as a very rapid dissolution formulation was maintained. batch l2 was selected for further work toward product registration. 6. references [1] rainsford, k. d., current status of the therapeutic uses and actions of the preferential cyclo-oxygenase-2 nsaid, nimesulide, inflammopharmacology 14 (3-4) (2006) 120-37. https://doi.org/10.1007/s10787-0061505-9. 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https://doi.org/10.1208/s12249-010-9419-7 https://doi.org/10.1208/s12249-010-9419-7 https://doi.org/10.1208/s12249-010-9419-7 https://doi.org/10.14227/dt210214p42 https://doi.org/10.14227/dt210214p42 https://doi.org/10.14227/dt210214p42 https://doi.org/10.14227/dt210214p42 https://doi.org/10.14227/dt210214p42 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2006.05.004 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2006.05.004 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2006.05.004 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2006.05.004 https://doi.org/10.1208/s12249-008-9046-8 https://doi.org/10.1208/s12249-008-9046-8 https://doi.org/10.1208/s12249-008-9046-8 https://doi.org/10.1208/s12249-008-9046-8 https://doi.org/10.1208/s12249-008-9046-8 https://europepmc.org/abstract/med/20197019 https://europepmc.org/abstract/med/20197019 https://europepmc.org/abstract/med/20197019 https://europepmc.org/abstract/med/20197019 https://europepmc.org/abstract/med/20197019 https://europepmc.org/abstract/med/20197019 https://europepmc.org/abstract/med/20197019 vol32n3_v3.pmd www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 3, 2007 m.b. petrovich, v. r. a. filho, j. a. g. neto* 1departamento de química analítica, instituto de química, universidade estadual paulista, p.o. box 355, 14801-970 araraquara sp, brazil *anchieta@iq.unesp.br introduction milk contains a large variety of essential nutrients for the development and maintenance of a salutary life. this product contains a complex mixture of minerals including calcium, magnesium, sodium, potassium, chloride, sulfate, and phosphate [1]. calcium in milk is distributed between the milk serum and the casein micelles [1]. calcium is an essential macronutrient for humans, which represents approximately 2% of body weight in an adult person [2]. this element has mainly a structural function in bones and teeth, besides to regulate many vital biological functions. more recently, interest in calcium has centered on its role in preventing osteoporosis. it is known that the highest demands for this element are produced during the periods of maximum growth such as in childhood and adolescence, and also during lactation and in the elderly. the need recommended dietary allowance for calcium by food and nutrition board is approximately 1300 mg per day for adolescents and 1100 mg per day for adults [2]. several techniques have been used to quantify calcium in milk and derivates, mainly flame atomic absorption spectrometry (faas) [3-5], titrimetry [6-7], inductively couple plasma optical emission spectrometry (icp oes) [8-10] and inductively couple plasma mass spectrometry (icp-ms) [11,12]. faas and titrimetry techniques have been mostly used in routine analysis of milk due to their simplicity, high accuracy and abstract: a flow-injection system with sample and reagent addition by the synchronous merging zones approach for calcium determination in milk by flame aas is proposed. main parameters were optimized using a factorial design with central point. the optimum conditions were 2.5% (m/v) for la concentration, 8 ml min-1 for the carrier flow-rate, 20 cm for coiled reactor and 250 ìl for sample volume. different sample preparation procedures were evaluated such as dilution in water or acid and microwave-assisted decomposition using concentrated or diluted acids. the optimized flow system was applied to determine ca in eleven commercial milk samples and two standard reference materials diluted in water. similar calcium levels were encountered comparing the results obtained by the proposed method (dilution in water) with those obtained using microwave-oven digestion. results obtained in two standard reference materials were in agreement at 95% confidence level with those certified. recoveries of spiked samples were in the 93% 116% range. relative standard deviation (n = 12) was < 5.4% and the sample throughput was 150 measurements per hour, corresponding to a consumption of 250 μl of sample and 6.25 mg la per determination. keywords: calcium, milk, flame atomic absorption spectrometry, flow-injection analysis direct determination of calcium in milk by atomic absorption spectrometry using flow-injection analysis 25ecl. quím., são paulo, 32(3): 25-30, 2007 precision and relative low cost compared with icp oes and icp-ms. the main drawback associated with manual determination of ca in milk is the high amount of lanthanum used as modifier to avoid chemical interferences due to phosphates. nowadays, there is a high demand for chemical analysis of foods and agroindustrial materials with simplicity, low costs, generated residues and time, without loss of quality in results obtained. in this scenery, the association of the faas technique with flow-injection systems is a good option to eliminate or minimize the mentioned problems in conventional faas and titration methods. the flow-injection analysis (fia) systems are excellent solution managers, once they allow several improvements, such as reduction in handling of samples and glassware, less reagents consumption and reduced chemical wastes [13,14]. several methods can be found in literature associating flow-injection systems with spectrometric techniques in elemental inorganic determination in foods, mainly for pre-concentration purposes [15-17]. however, little attention has been given to the use of the fi-faas coupling for calcium determination in milk samples without sample preparation. in this work a flow-injection system was developed for the direct determination of calcium in milk by flame atomic absorption spectrometry. the potentiality of a flowinjection system employing a simultaneous injection of sample and lanthanum in a merging zone approach was evaluated. besides dilution in water, other sample pre-treatment procedures were studied for comparative purposes such as dilution in acid, and sample decomposition in a microwave oven system using diluted or concentrated acids. experimental apparatus or instrumentation the flow-injection system comprised an ismatec (zurich, switzerland) ipc-8 multichannel peristaltic pump equipped with tygontm pumping tubes, a perkin elmer (shelton, ct, usa) aanalyst 100 spectrometer with a deuterium lamp background corrector, a kipp & zonen (delft, the netherlands) bd 111 recorder, a manual injector-commutator, polyethylene tubing (i.d. 0.8 mm), coiled reactors and accessories. the monochromator was adjusted to 422.7 nm and the slit-width to 0.7 nm. atomic signal was measured in peak height mode. a perkinelmer luminatm multielementar hollow cathode lamp (p/n n305-0218) was used for the determination of ca at lamp current of 30 ma and oxidizing air-acetylene flame. the flow diagram of the system is shown in figure 1. in the specified position in figure is illustrated the selection of 250 ml of analytical solutions or samples (a) and lanthanum (r) by the sampling loops l1 and l2, respectively. in the alternative position (indicated by the arrow), both a and r are simultaneously injected in the sample or reagent carrier (1% v/v hno3) streams c1 and c2, respectively. these carriers transport the content of l1 and l2 towards the confluent point x. the mixture is homogenized through the coiled reactor b where lanthanum displaces calcium from the refractory ca3(po4)2 to be atomized and quantified by the spectrometer (faas). when the injectorcommutator ic is switched back to initial position, a new cycle can be started. an anton paar multiwave microwave oven decomposition system (graz, austria) equipped with six pressure decomposition pfa vessels of 50-ml capacity was employed for the sample pretreatment. reagents, analytical solutions and samples high-purity water (resistivity 18.2 mw.cm) obtained by a millipore rios 5tm reverse osmosis and a millipore milli-q academictm deionizer system (bedford, ma, usa) was used throughout the work. nitric acid 65% v/v and hydrochloric acid 37% v/v (merck, darmstadt, germany) were used throughout the work for preparing solutions and samples. a 5% (m/v) la solution was prepared by dissolving 58.6 g la2o3 (fluka, 26 ecl. quím., são paulo, 32(3): 25-30, 2007 switzerland) in 250 ml of concentrated hydrochloric acid (merck, darmstadt, germany). the resultant solution was transferred to a 1000 ml volumetric flask and the volume was completed with deionized water. diluted lanthanum solutions were prepared by appropriate dilution of the stock solution. a 1000 mg l-1 calcium stock solution was prepared by the dissolution of 2.5 g caco3 (mallinckrodt, phillipsburg, usa) in 50 ml of 0.1 mol l-1 hcl solution. this solution was transferred to a 1000 ml volumetric flask and the volume was completed with water. analytical solutions in the 1.0 5.0 mg l-1 range were prepared daily by dilution of the stock solution. eleven commercial milk samples purchased at local markets in araraquara city (são paulo, brazil) and two standard reference materials (srm 8435 whole milk powder; srm 1549 non fat milk powder) from national institute of standards and technology (gaithersburg, md, usa) were analyzed for calcium determination. four different sample preparation procedures were evaluated, such as dilution (1:250, v/v or 1:3000 m/v) in water or 1% (v/v) hno3, decomposition in closed microwave oven digester system using 250 mg of sample plus 4 ml hno3 + 0.4 ml hcl concentrated acids or 4 ml of diluted (20% v/v) nitric acid. the heating program of the microwave oven used to decompose milk and determine calcium comprises the following time/power steps: 5 minutes/110-600 watts; 5 min/ 600– 600 watts; 10 min/ 1000–1000 watts; 15 min/ 0–0 watts. in addition, recovery tests were also investigated by adding 150–300 μl of 1000 mg l-1 ca in 100 ml of diluted samples in triplicate. statistical tests used in the data processing (mean, standard deviations and precision) were done using the microcal originò 7.0 program. optimization by factorial design a factorial design with central point, three variables and three levels [low (-1); medium (0) and high (+1)] was done to check the influence of each studied variable and their simultaneous interactions in calcium determination in milk samples (table 1). the preliminary study was done in analytical solutions containing phosphates at levels usually found in milk samples. the experimental variables studied were lanthanum concentration, length of the reaction coil b and flow-rate of the carriers c1 and c2. the generated matrix was evaluated by the statistica version 6 software. results and discussion factorial design the factorial design with central point (table 1) comprised three variables and three levels [low (-1); medium (0) and high (+1)] furnished the pareto’s chart illustrated in figure 2 [18]. this chart presented the estimated effects of the investigated factors (lanthanum concentration, reaction coil length and carrier flow-rate) and their interactions. this figure reveals that lanthanum concentration (factor a) and carrier flow-rate (factor c) are the main variables that significantly influence in the response (absorbance). the reaction coil length (factor b) and the interactions among the factors (ac, ab and bc) have no influence in the response. by a simple construction of a response surface graph (figure 3) the parameters lanthanum concentration and carrier flow-rate could be defined as 1% (m/v) and 8 ml min-1, respectively. for sample dilution in water, the minimum lanthanum concentration is 2.5% m/ v, the selected concentration of r for further experiments. it should be stressed that this la concentration minimized / eliminated chemical interferences of phosphates. despite of the coiled reactor did not influence significantly in the response, 20 cm was the length of the reactor chosen in order to help the dispersion of the sample zone from the injector to the nebulization chamber and to guarantee a certain time for calcium displacement from the ca3(po4)2 refractory compound. 27ecl. quím., são paulo, 32(3): 25-30, 2007 figure 1. flow diagram for calcium determination in milk. ic: injector-commutator; l1,l2: sampling loop (250 μl) for sample and lanthanum, respectively; a: analytical solutions or samples; r: 2.5% m/v la solution; c1, c2: carrier stream [1% (v/v) hno3] for sample or lanthanum, respectively; b: coiled reactor (20 cm); x: confluent point; faas: flame atomic absorption spectrometer (ë = 422.7 nm); w: wastes. arrow indicates the next position of the ic. sample treatment procedure and calcium determination in milk the dissolution of milk in 1% (v/v) nitric or hydrochloric acid resulted in a slurry formation due casein flocculation which damaged sampling, aerosol formation and transportation in a repetitive mode, deteriorating the absorbance readings. according to bernardi et al. the addition of acids in milk samples promotes the coagulation of the casein due to the increase of h+ concentration, releasing calcium salts and decreasing the casein affinity in water. this phenomenon destabilizes the casein in the dispersant medium forming the flocculated substances [19,20]. this drawback was circumvented by using a simple dilution or dissolution of sample in water. the minimum dilution factors used were 1:250 v/v and 1:3000 m/ v for liquid and powdered samples, respectively. for these dilutions, slurries were stable for a 4-hours working day. it’s a good practice to manually homogenize the slurries in the flasks before sampling in the proposed fia system. regarding sample decomposition in a microwave oven digester system, the use of diluted acids was not effective for a complete decomposition of some assays la carrier flow-rate % (m/v) (ml min1) 1 1 10 8 -1 -1 -1 2 5 10 8 1 -1 -1 3 1 20 8 -1 1 -1 4 5 20 8 1 1 -1 5 1 10 16 -1 -1 1 6 5 10 16 1 -1 1 7 1 20 16 -1 1 1 8 5 20 16 1 1 1 9 3 15 11 0 0 0 10 3 15 11 0 0 0 11 3 15 11 0 0 0 12 3 15 11 0 0 0 not codified variables codified variables coil length (cm) factor a factor b factor c table 1. factorial design matrix with central point m i c r o w a v e o v e n d e c o m p o s i t i o n 1 a , * 1 2 0 0 ± 6 5 1 3 2 5 ± 8 5 1 2 0 0 2 b , * 1 1 7 3 ± 6 4 1 3 0 5 ± 8 3 1 2 0 0 3 c , * 1 1 7 3 ± 6 4 1 2 4 6 ± 8 0 1 2 0 0 4 a , * 1 1 1 8 ± 6 1 1 1 4 8 ± 7 3 1 1 0 0 5 b , * 1 1 2 2 ± 6 1 1 1 4 8 ± 7 3 1 1 0 0 6 c , * 1 1 5 9 ± 6 3 1 2 4 5 ± 8 0 1 1 0 0 7 a , * 1 2 1 6 ± 6 6 1 1 3 0 ± 7 2 1 2 0 0 8 b , * 1 3 0 0 ± 7 1 1 1 6 9 ± 7 5 1 2 0 0 9 c , * 1 1 5 4 ± 6 3 1 1 3 0 ± 7 2 1 2 0 0 1 0 c , * * 1 5 2 9 5 ± 8 3 3 1 6 8 5 5 ± 1 0 7 8 1 5 4 0 0 1 1 c , * * 8 8 2 9 ± 4 8 1 9 8 1 3 ± 6 2 8 9 0 7 4 s r m 8 4 3 5 c , * * 9 1 6 6 ± 4 9 4 9 6 0 3 ± 6 1 4 9 2 2 0 ± 4 9 0 * * s r m 1 5 4 9 a , * * 1 2 8 8 4 ± 2 0 8 1 2 2 6 2 ± 7 8 5 1 3 0 0 0 ± 5 0 0 * * s a m p l e d i l u t i o n i n w a t e r l a b e l e d o r c e r t i f i e d v a l u e s table 2. results for calcium determination (n = 3) in milk samples and srms (mean ± standard deviation) without pre-treatment (dilution in water) and after microwave-assisted digestion by the proposed fia system. 28 ecl. quím., são paulo, 32(3): 25-30, 2007 figure 2. pareto’s chart related to influence of parameters investigated for 95% confidence level. a = lanthanum concentration; b = reaction coil length; c = carrier flow-rate; ac, ab and bc = interactions among parameters. figure 3. response surface graph corresponding to the influence of lanthanum concentration and carrier flow-rate on absorbance. analytical curves with good linearity (r2= 0.9997) were consistently obtained using 250 μl of analytical solutions in the 1.00 – 5.00 mg l-1 ca range, 250 μl of 2.5% m/v lanthanum solution and fixing a flow-rate of 8.0 ml min-1 for carriers c1 and c2. the relative standard deviations (n = 12) was typically < 5.4% for a 4.00 mg l-1 powdered milk samples. the microwaveassisted decomposition using a mixture of concentrated nitric (4 ml) and hydrochloric (0.5 ml) acids was enough to produce clean digests solutions for different (whole, low-fat, non-fat) liquid and powdered milk samples. ca analytical solution. calcium levels determined by the proposed method (dilution in water) in eleven commercial milk samples were compared with those obtained using microwave-oven digestion. table 2 shows that similar results were obtained, mainly for liquid samples. it is important to point out too that for the studied commercial milk samples levels of calcium are close to the labeled values by manufacturer. the accuracy of the proposed method was checked after analysis of two standard reference materials (srms) from national institute of standards and technology (srm 8435 whole milk powder; srm 1549 non fat milk powder). a paired t-test showed that the obtained results were in agreement at 95% confidence level with those certified in the srms. another observation considering table 2 is that the method based on dilution of sample in water is more accurate than those using a microwaveoven system. recoveries in the 93%-116% range were found for spiked milk samples. limits of detection (lod) and quantification (loq) calculated for ca were 0.09 mg l-1 and 0.30 mg l-1, respectively [21]. conclusions the proposed flow-injection system for direct determination of calcium in liquid and powdered milk samples is efficient, simple, relatively fast and it operates according the principles of green chemistry. milk samples could be prepared by simple dilution in water. as a consequence, analytical costs and reagents consumption are reduced, mainly the amount of lanthanum. the sample throughput was about 150 measurements per hour, corresponding to a consumption of 250 μl of sample and 6.25 mg of la per measurement. in a batch procedure, employing the same dilution factor used in the proposed method (1:250) a mass of 250 mg la is necessary. 29ecl. quím., são paulo, 32(3): 25-30, 2007 acknowledgements the authors thank fapesp for financially supporting this work and for the research ship for v.r.a.f. the authors are also grateful to cnpq and capes for references [1] o.r. fennema, food chemistry, 3rd ed., new york, marcel dekker, 1996. 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[17] e.c.l. borges, a.p. oliveira, m. moraes, at. spectrosc. 27 (2006) 139. m.b. petrovich, v. r. a. filho, j. a. g. neto , determinação direta de cálcio em leite por espectrometria de absorção atômica empregando sistema de análise por injeção em fluxo resumo: um sistema de injeção em fluxo envolvendo a adição de amostra e reagente por zonas coalescentes sincronizadas é proposto para a determinação de cálcio em leites por faas. um planejamento fatorial com ponto central auxiliou na seleção dos principais parâmetros experimentais, sendo as condições ótimas estabelecidas em: solução de lantânio 2,5% (m/v), vazão do transportador 8 ml min-1, comprimento da bobina de reação 20 cm e volume de amostra injetado 250 ìl. quatro procedimentos de preparo de amostra foram avaliados: diluição em ácido nítrico diluído e em água, decomposição em forno de microondas empregando ácidos concentrados e diluídos. o sistema de análise por injeção em fluxo desenvolvido foi aplicado na determinação de cálcio em onze amostras de leite comerciais e em dois materiais de referência padrão diluídos em água. teores similares de cálcio foram encontrados comparandose os resultados obtidos pelo método proposto (diluição em água) com aqueles obtidos nos digeridos. as concentrações de cálcio determinadas nos dois materiais de referência padrão foram concordantes a um nível de 95% de confiança com seus valores certificados. recuperações entre 93% a 116% foram obtidas. o desvio padrão relativo (n = 12) foi < 5,4% e a freqüência analítica equivalente a 150 medidas por hora, correspondendo a um consumo de 250 ìl de amostra e 6,25 mg de lantânio por determinação. palavras-chave: cálcio; leite;espectrometria de absorção atômica em chama; análise por injeção em fluxo. 30 ecl. quím., são paulo, 32(3): 25-30, 2007 eq1-af introdução a nitrocelulose é o principal constituinte de propelentes tipo base-simples empregado em motores-foguetes, presente entre 85 a 96% (m/m). a adição de plastificantes como a nitroglicerina, catalisadores de queima, entre outros compostos, proporcionou a adequação deste grão propelente a vários formatos e tamanhos, além de atribuir um ganho energético, originando o propelente sólido denominado base-dupla [1]. a decomposição dos propelentes base-simples é assumida como sendo regida pela ruptura das ligações dos grupos ro-no2 liberando radicais . posteriormente, estes radicais reagem com a nitrocelulose promovendo a aceleração do processo de decomposição química. este evento é conhecido como decomposição autocatalítica, sendo responsável pela degradação do propelente ao longo do período de armazenamento [2]. para evitar este fenômeno são adicionadas às formulações espécies químicas ditas estabilizantes que reagem com os radicais , inibindo assim, o processo de decomposição [3]. portanto, o monitoramento deste processo também pode ser realizado pela determinação da cinética de consumo do estabilizante no propelente [4]. da literatura são obtidos alguns trabalhos sobre a cinética de consumo de estabilizante em propelentes base-simples [5]. entretanto, o mesmo não é observado para o base-dupla. isto se deve, possivelmente, a maior complexidade destas formulações e a influência dos constituintes na cinética de consumo do estabilizante. este trabalho tem como nox • nox • 7ecl. quím., são paulo, 32(4): 7-12, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 estudo da cinética de consumo do estabilizante 2ndpa no propelente base dupla j. andrade1*, k. iha1, j. a. f. f. rocco1, g. p. franco2, e. d. moreira2, m. e. v. suárez-iha3,4 1departamento de química – instituto tecnológico de aeronáutica – ita cep 12228-900 – são josé dos campos spbrasil 2departamento de química instituto de aeronáutica e espaço – iae cep 12228-900 – são josé dos campos spbrasil 3departamento de química instituto de química usp cep 05508-000 – são paulo – sp brasil 4centro de ciências e humanidades – universidade presbiteriana mackenzie – upm – cep 01302-907 – são paulo – sp – brasil *jonyquim@ita.br resumo: este trabalho tem como propósito avaliar a cinética de consumo do estabilizante 2ndpa presente em uma amostra de propelente tipo base-dupla (bd). tópicos relativos ao método analítico empregado e, a interferências na cinética de consumo do estabilizante pela nitroglicerina e o salicilato de chumbo presente no propelente, também são abordados. foram obtidos, ainda, os parâmetros cinéticos de consumo do 2ndpa. para isto, foi empregada a técnica da cromatografia líquida de alta eficiência (clae). os dados experimentais foram bem ajustados para uma cinética de pseudoprimeira ordem. a energia de ativação (ea) e o fator pré-exponencial (a) determinados foram, respectivamente, (1,22 ± 0,42) 102 kj mol-1 e (1016 ± 106) dia-1. palavras-chave: cinética química; propelente sólido base-dupla; 2-nitrodifenilamina. eq1-af 10/9/07 15:17 page 7 objetivo realizar uma discussão sobre a cinética de consumo do estabilizante no propelente base-dupla, onde serão abordados tópicos pertinentes ao método analítico empregado e, a influência da nitroglicerina e do salicilato de chumbo presente na formulação. os parâmetros cinéticos de consumo do estabilizante, adotando-se uma reação de pseudo-primeira ordem, também serão determinados. material e métodos para a realização deste estudo foi utilizada uma amostra de propelente base-dupla (bd) fornecida pela empresa imbel do brasil, registrado pelo nome de bd-111. para o envelhecimento artificial isotérmico do propelente bd foram utilizados tubos de vidro pirex e blocos de aquecimento com controle automático de temperatura. foram utilizados ainda diclorometano p.a. de marca vetec, acetonitrila grau hplc da j.t. baker, 2-nitro-difenilamina p. a. (2ndpa) e materiais comuns de laboratório. quantificação da concentração de 2ndpa (clae/hplc) a quantificação de 2ndpa por hplc foi realizada com um cromatógrafo líquido da marca waters associates, empregando-se uma fase móvel composta de acetonitrila e água (1:1), numa vazão de 2 ml min-1, utilizando-se uma coluna c18 de fase reversa da marca bondapack, detector na região do ultravioleta e comprimento de onda (λ) de 280 nm. antes da quantificação da concentração de 2ndpa presente na amostra do propelente bd111, foi determinado o tempo de retenção do composto nas condições de análise adotadas. este procedimento consistiu na preparação de um padrão de 2ndpa de 10 mg l-1 e análise por hplc paralelamente a uma solução proveniente da extração de estabilizante da amostra de propelente. posteriormente, foi elaborada uma curva analítica com concentrações entre 5 e 60 mg l-1 para a quantificação do estabilizante (2ndpa). determinação do tempo de extração do 2ndpa inicialmente, avaliou-se o tempo de extração a ser adotado no método analítico. para isto, amostras do propelente bd-111 foram deixadas em contato com o solvente por 48 e 96 horas, respectivamente. posteriormente, os percentuais em massa de estabilizante no propelente foram quantificados por hplc. o procedimento empregado para quantificação foi realizado conforme descrito a seguir, variando-se apenas o tempo de extração conforme relatado anteriormente. envelhecimento térmico o envelhecimento do propelente foi realizado no modo isotérmico fixando-se as temperaturas de 60, 70 e 80 ºc por um período programado de tempo. alíquotas de 20 g de amostra foram acondicionadas em tubos de vidro com diâmetros de 1,5 cm e 30 cm de comprimento. estes tubos foram vedados e conectados aos blocos de envelhecimento previamente aquecidos e estabilizados nas temperaturas anteriormente citadas. durante o período de envelhecimento foram coletadas amostras relativas a cada temperatura, as quais foram, então, acondicionadas em frascos de vidro, selados e armazenados em dessecador para quantificação posterior da concentração de estabilizante remanescente [6-7]. o período em que as amostras ficaram armazenadas, antes da análise por hplc, situou-se entre 24 e 48 horas. extração de 2ndpa do propelente para quantificação de 2ndpa, segundo a rotina proposta neste trabalho, fez-se inicialmente a extração do estabilizante. o procedimento de extração consistiu da adição de 1,0 g (± 0,1 mg) de amostra do propelente bd-111, em um erlenmeyer com boca e tampa esmerilhada. em seguida, adicionou-se por meio de uma pipeta volumétrica 50 ml de diclorometano. o erlenmeyer tampado foi então deixado em repouso por um período de 48 h, sendo agitado a cada 12 h por meio de um agitador mecânico, durante um período de tempo de 30 min. cabe salientar que o grão propelente sólido em estudo apresentava-se no formato de pequenos cubos com volume de aproximadamente 0,5 cm3, sendo que, ao final da extração, o mesmo manteve sua característica física, não ocorrendo a sua dissolução pelo diclorometano [8]. ao término do período de extração, uma alíquota de 5 ml da solução final foi transferida, por meio de uma pipeta volumétrica, para um 8 ecl. quím., são paulo, 32(4): 7-12, 2007 eq1-af 10/9/07 15:17 page 8 béquer de 20 ml. o béquer foi levado para um banho-maria e mantido numa temperatura não superior a 40 ºc, para a evaporação de todo o diclorometano. a etapa final consistiu na transferência do resíduo obtido do béquer para um balão volumétrico de 25 ml, utilizando-se uma solução de acetonitrila e água (1:1). após esta etapa o balão foi avolumado, a solução foi homogeneizada e, a seguir, analisada por hplc [8]. resultados e discussão para determinar o tempo de retenção do 2ndpa os cromatogramas da solução padrão e do extrato obtido a partir do propelente foram sobrepostos e são apresentados na figura 1. assim, o tempo de retenção situado entre 8 a 9 minutos foi obtido para o estabilizante nas condições experimentais adotadas. 9ecl. quím., são paulo, 32(4): 7-12, 2007 neste caso “si”, representa a area do pico, “q”, a concentração do padrão e “b” e “a” o coeficiente linear e angular, respectivamente. tomando-se que a reta média equivale a 100% e adotando-se um desvio de ± 5 %, tem-se que todos os pontos entre 95 a 105 % fazem parte da reta. assim, como pode ser observado na tabela 1 o maior percentual de desvio foi de 1,77 % (25.2 mg l-1). o bom ajuste dos pontos pode ser observado também a partir do coeficiente de correlação (r2) que neste caso foi de 0,9994. figure 1. cromatogramas obtidos via hplc para a solução padrão de 2ndpa e do extrato proveniente do propelente envelhecido. na tabela 1 são apresentadas às medidas experimentais determinadas para a obtenção da curva analítica. posteriormente, foi avaliado o percentual de dispersão dos pontos em relação a reta média obtida. para isto, foi adotado o teste da razão entre o sinal (s) e a concentração do padrão, definida pela equação (1) [9]. (1) tabela 1. teste da razão entre o sinal (s) e a concentração (q). os dados resultantes do teste relativo ao tempo de extração a ser adotado no método analítico, de 48 ou 96 horas, são apresentados na tabela 2. conforme pode ser observado os percentuais obtidos estão bem próximos e, portanto, o tempo de 48 horas foi adotado como padrão. tabela 2. percentuais de 2ndpa no propelente bd111 para os tempos de extração de 48 e 96 horas. as amostras do propelente envelhecido foram, então, analisadas por hplc e as frações (m/m) de estabilizante remanescente determinadas. cabe salientar, que o pico observado entre 4 a 5 minutos (figura 1) não apresentou interferências no procedimento de quantificação do estabilizante. eq1-af 10/9/07 15:17 page 9 para o cálculo dos parâmetros cinéticos foi considerado uma reação de pseudo-primeira ordem, equação (2). (2) onde “xf” é a fração (m/m) de estabilizante remanescente no propelente após envelhecimento artificial, “xi” a fração inicial do estabilizante no propelente, “k” a constante cinética e “t” o tempo de envelhecimento. os dados experimentais utilizados para a determinação das constantes cinéticas e os respectivos gráficos de obtidos para as temperaturas de 60, 70 e 80 ºc são apresentados na tabela 3 e figura 2, respectivamente. desta maneira, a partir do coeficiente angular das equações de reta, as constantes cinéticas (k) foram determinadas, tabela 4. posteriormente, utilizando-se a equação de arrhenius, (3) onde “k” é a constante cinética para cada temperatura, “ea”, a energia de ativação, “r” a constante universal dos gases (8.3143 j mol-1 k-1) e “t” a temperatura na escala absoluta (k), foi obtido o gráfico de ln k vs 1/t, figura 3. desta forma, os parâmetros cinéticos de consumo do 2ndpa foram obtidos a partir da equação de reta do gráfico de ln k vs 1/t. a energia de ativação foi calculada pela expressão e o fator pré-exponencial extraído do coeficiente linear. os valores obtidos foram (1,22 ± 0,42) 102 kj mol-1 para a energia de ativação (ea) e (1016 ± 106) dia-1 para fator préexponencial (a). 10 ecl. quím., são paulo, 32(4): 7-12, 2007 tabela 3. dados obtidos a partir da quantificação da fração (m/m) do estabilizante no propelente envelhecido nas temperaturas de temperaturas de 60, 70 e 80 ºc. figura 2. gráficos sobre a dependência do consumo de estabilizante no propelente base dupla em função do tempo e da temperatura de envelhecimento: (4a) 60 ºc y = -0,00476 x – 4,66534; (4b) 70 ºc y = -0,00848 – 4,68487; (4c) 80 ºc y = -0,05916 x 4,5751. eq1-af 10/9/07 15:17 page 10 em uma análise ao método analítico utilizado neste trabalho, tem-se que o procedimento experimental empregado foi desenvolvido, a princípio, para propelentes do tipo base-simples, que é constituído, predominantemente, de nitrocelulose [10], não apresentando interferências significativas nos resultados em decorrência da presença de outros compostos. entretanto, as formulações de propelentes base-dupla tendem a ser mais complexas, devido ao maior número de constitu11ecl. quím., são paulo, 32(4): 7-12, 2007 intes participantes [10], podendo, assim, apresentar interferências na integração do pico do cromatograma obtido por hplc. este problema não foi observado no presente trabalho. outro ponto a ser observado, está relacionado à reprodutibilidade obtida para o método de extração e, de quantificação do estabilizante, confirmados pelos dados apresentados na tabela 2. assim, conclui-se que o método analítico adotado para estudo do propelente bd-111 apresentou-se adequado. em relação à cinética de consumo do 2ndpa bellamy et al. [11] mencionam que o salicilato de chumbo aumenta a velocidade de consumo do estabilizante e que os produtos de decomposição química da nitroglicerina reagem com o 2ndpa originando, principalmente, o 2, 4’-dndpa e, ainda, traços de 2, 2’-dndpa. desta forma, como exposto, pode-se supor a princípio que a velocidade de consumo do estabilizante em propelente base-dupla deve ser influenciada consideravelmente. ainda, segundo os mesmos autores [11], a ação destes compostos sobre o estabilizante ocorre em competição com os produtos provenientes da decomposição da cadeia de nitrocelulose. cabe salientar que a presença do salicilato de chumbo no propelente bd111 foi caracterizado em trabalho prévio [12]. entretanto, em uma análise dos dados obtidos para o bd-111 e aqueles encontrados na literatura para propelentes base-simples (bs), tabela 5, observa-se que os valores estão relativamente próximos. apesar do estabilizante utilizado no propelente base-simples [5, 10, 13] ser a difenilamina, diferentemente ao empregado no propelente bd111, um questionamento quanto ao verdadeiro impacto da nitroglicerina e do salicilato de chumbo sobre a velocidade de consumo do estabilizante em propelentes base-dupla, pode ser mencionado. isto tabela 4. constantes cinéticas de consumo do estabilizante nas temperaturas de 60, 70 e 80ºc. figura 3. gráfico de arrhenius para a cinética de consumo do 2ndpa: equação de arrhenius. y = -14649 x + 38,3; r2 = 0,9437. tabela 5. parâmetros cinéticos obtidos neste trabalho para o propelente base-dupla e os observados na literatura para o base-simples. eq1-af 10/9/07 15:17 page 11 referências [1] n. auer, j. n. hedger, c. s. evans, biodegradation 16 (3) (2005) 229. [2] m. a. bohn, j. therm. anal. cal. 65 (2001) 103. [3] t. lindblom, a. a. christy, f. libnau, chemom. intell. lab. syst. 29 (2) (1995) 243. [4] t. lindblom, propellants, explos., pyrotech. 27 (4) (2002) 197. [5] l. jelisavac, m. j. filipovic, serb. chem. soc. 67 (2) (2002) 103. [6] north atlantic trated organisation. stanag 4582: qualification of energetics materials 2004 [7] north atlantic trated organisation. stanag 4117: qualification of energetic materials 1998. [8] l. jesilavac, m. filipovic, chromatographia 55 (3-4) (2002) 239. [9] o. d. prestes, m. a. presta, i. s. kolberg, r. zanella, s. b. rossato, n. g. penna, l. h. r. hecktheuer, quím. nova 30 (1) (2007) 18. [10] p. folly, p. mäder, p.; chimia 58 (6) (2004) 374. [11] a. j. bellamy, j. m. bellerby, m. h. sammour, propellants, explos., pyrotech. 21 (2) (1996) 85. [12] j. andrade, k. iha, j. a. f. f. rocco, m. e. v. suárez-iha, g. f. m. pinheiro, e. d. moreira, eclét. quim. (no prelo). [13] j. andrade, k. iha, j. a. f. f. rocco, m. e. v. suárez-iha, g. f. m. pinheiro, e. d. moreira, quim. nova (no prelo). se deve ao fato dos parâmetros cinéticos obtidos no presente trabalho estarem relativamente próximos aos observados na literatura para o base-simples, podendo-se supor que a cinética de consumo do estabilizante são regidos por mecanismos semelhantes. como no caso do propelente base-simples a cinética de consumo do dpa deve-se, principalmente, à velocidade de ruptura das ligações rono2 da cadeia de nitrocelulose, conclui-se que este mecanismo também é predominante no propelente base-dupla. conclusões a partir dos dados experimentais obtidos concluiu-se que o método empregado para o estudo desenvolvido apresentou-se adequado. foi observado, ainda, a partir dos respectivos 12 ecl. quím., são paulo, 32(4): 7-12, 2007 parâmetros cinéticos, que a cinética de consumo do estabilizante no propelente bd-111 é regida principalmente pela ruptura das ligações rono2 da cadeia de nitrocelulose. esta conclusão deve-se ao fato dos dados obtidos para o bd-111 estarem em acordo com os apresentados para o bs na literatura, verificando, assim, que a ação da nitroglicerina e do salicilato de chumbo sobre a cinética de consumo do estabilizante não é predominante. agradecimentos agradecimentos a capes pelo apoio financeiro. recebido em: 05/10/2007 aceito em: 09/11/2007 j. andrade, k. iha, j. a. f. f. rocco, g. p. franco, e. d. moreira, m. e. v. suárez-iha, study of kinetic of depletion of stabilizer 2ndpa in double-base propellant. abstract: the purpose of this work was to study the kinetic depletion of stabilizers 2-ndpa in double-base propellants. topics relatives at analytic method utilized and interferences in kinetic of depletion of stabilizers by presence of nitroglycerine and lead salicylate are presented. the kinetics parameters of depletion of stabilizers were determined by high performance liquid chromatography (hplc). the experimental data were adjusted to a pseudo-first kinetic model. the activation energy (ea) and the pre-exponential factor (a) calculated were (1.22 ± 0.42) 102 kj mol-1 and (1016 ± 106) day-1, respectively. keywords: chemistry kinetics; double-base propellant; 2-nitrodiphenilamine. eq1-af 10/9/07 15:17 page 12 summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | summary editorial board..............................................................................................................................................3 editorial.……………………………………………………...............................................................................................4 instructions for authors..........................................................................................................................5 original review occurrence of caffeine in wastewater and sewage and applied techniques for analysis: a review.......... 11 césar augusto marasco júnior, natália da costa luchiari, paulo clairmont feitosa lima gomes original articles influence of ce(iv) ions amount on the electrochemical behavior of organic-inorganic hybrid coatings in 0.1 mol l-1 nacl solution ............................................................................................................................ 27 fernando santos da silva, hercílio gomes de melo, assis vicente benedetti, patrícia hatsue suegama determination of trace amounts of selenium in natural spring waters and tea samples by catalytic kinetic spectrophotometry.......................................................................................................................... 57 ramazan gürkan, nevalnur zeynep gürkan rapid and selective extraction of trace amount of pb(ii) in aqueous samples using a magnetic ionimprinted polymer and detection by flame atomic absorption spectrometry ............................................ 73 saeed babaee, seyed ghorban hosseini, mohammad mirzaei larvicidal activity, molluscicide and toxicity of the essential oil of citrus limon peels against, respectively, aedes aegypti, biomphalaria glabrata and artemia salina ....................................................................... 85 paulo roberto barros gomes, marlucy bezerra oliveira, dionney andrade de sousa, jeremias caetano da silva, romer pêssoa fernandes, hilton costa louzeiro, rayone wesly santos de oliveira, maria do livramento de paula, victor elias mouchrek filho, maria alves fontenele http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index introduction the development of eletrodic materials in substitution to mercury, which is limited to use in anodic potentials and due to their potentially hazards to health and environment has been a useful field of search in electroanalytical chemistry. the composite electrodes are among these materials. according to, tallman and petersen [1], a composite electrode can be defined as heterogeneous material composed of at least an insulating phase mixed to at least one conducting phase. usually the conducting phase is the graphite powder and the insulating, also called agglutinant, can be a mineral oil as proposed by adams [2] for carbon pastes, or waxes and polymers [3]. regarding the use of polymers as agglutinants, many composite electrodes of graphite with epoxy [4,5], polyester [6,7], pvc [8,9], polypyrrole [10,11] have been proposed for amperometric and voltammetric determinations in the quantification of different analytes. recently, a new composite material prepared with graphite and a castor-oil derivative polyurethane resin (pu), mixed in different compositions, has been proposed as an alternative electrode material [12]. the electrode presented promising usefulness when compared to the glassy carbon [13,14]. hydroquinone (hq) was chosen a probe, since it is a compound that presents a well-known voltammetric behavior and recently [15] became one of the most used organic reducing agent, especially in the production of inhibitors of polymerization, in photographic developers, besides application in cosmetics. due to its importance, hydroquinone has been quantified by different procedures, like flow injection with electrochemical detection [16], amperometric [17], cyclic voltammetry [18]. the most used are the chromatographic procedures [19-21], however such procedures use to be time consuming and generate considerable amount of residues. so, the development of alternative methods for hydroquinone is an important issue. in this work, the graphite-pu electrode performance in an analytical procedure for the quantification of hydroquinone in photographic developers using square wave voltammetry (swv) was developed. in order to obtain the best analytical response, parameters, such as frequency, pulse amplitude and step potential, were optimized. 59ecl. quím., são paulo, 31(4): 59-62, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 determination of hydroquinone in a square wave voltammetry procedure using a graphite-polyurethane composite electrode p. cervini, e.t.g. cavalheiro* departamento de química e física molecular, instituto de química de são carlos, universidade de são paulo, 13560-970 , são carlos,sp,brazil. *e-mail address: cavalheiro@iqsc.usp.br abstract: in order to a better characterization of a graphite-polyurethane composite intended to be used as a voltammetric sensor, the performance in a square wave voltammetric procedure was investigated. using hydroquinone (hq) as a probe, the electrode showed to be useful in square wave voltammetry with limit of detection of 0.28 µmol l-1, with recoveries between 99.1 and 101.5%. the results of the proposed method agreed with hplc ones within 95% confidence level. keywords: composite electrodes; polyurethane; square wave voltammetry. experimental details reagents and solutions all reagents were of analytical grade and used as received. solutions were prepared with water distilled twice in quartz stiller. stock 1.00 mmol l-1 hq (sigma, brazil) in 0.1 mol l-1 acetate buffer ph 4.5 solution was used in quantitative measurements. the photographic developer d-76 from kodak (brazil) was used as hq commercial sample. apparatus voltammetric experiments were performed using an autolab pgstat-30 galvanostat/ potentiostat coupled to a microcomputer and controlled with a 4.9-gpes software. a three-electrode cell (25 ml total capacity) was used with an ag/agcl electrode and a platinum wire as the reference and auxiliary electrodes, respectively. all measurements were performed at room temperature. preparation of the composite electrode the 60% (graphite, w/w) composite graphite-pu electrode was prepared as previously described [12]. procedures voltammetric measurements were performed without dearation, using the 60% (graphite, w/w) composite and the glassy carbon (gc) electrodes for comparison. the cyclic voltammograms were obtained between –600 e 1000 mv for 5.00 mmol l-1 hq with scan rate 25 mv s-1. for the measurements of square wave voltammetry (swv) a 5.00 10-5 mol l-1 hq in acetate buffer ph 4.5 solution was used as probe, in a potential window of 0 1000 mv, with frequency (f) of 50 s-1, pulse amplitude (∆ep) of 50 mv and step potential (∆es) of 10 mv. these parameters were optimized on the basis of multivariate calibration, using a factorial planning 2n, where n = number of variable: f (50 and 200 s-1) and ∆es (10 and 50 mv) under a pulse amplitude fixed at 50 mv. the standard addition method in the photographic developer samples was performed as follows. to a well known amount of photographic developer content 1.00 10-4 mol l-1 of hq dissolved in 0.1 mol l-1 acetate buffer ph 4.5, three 100 µl aliquots of 2.00 10-2 mol l-1 standard hq solutions were added and successive voltammograms were recorded under the optimized conditions for each addition. 60 ecl. quím., são paulo, 31(4): 59-62, 2006 comparison method [13] the hq content in the commercial sample was also determined in a hplc procedure after removing the sulfite and carbonate present in the photographic developer, by addition of barium chloride to the sample solutions. these ions probably form low soluble salts in the mobile phase, prejudicing the analytical signal. samples were prepared by weighing aliquots of 0.0300 g of the photographic developer, which were placed in 50 ml volumetric flasks. to the same flask it was added 0.07 g of barium chloride and the volume was completed with acetate buffer ph 4.5. the resulting solution correspond to 2.72 10-4 mol l-1 (30.0 ppm) hq, according to the label value, was then sonicated during 10 minutes and filtered in syntherized glass plate funnel. finally 300 µl aliquots of the filtered solution were transferred to four different 10 ml volumetric flasks. standard additions of 0, 300, 600 and 900 µl of standard 9.08 mmol l-1 (1000 ppm) hq were then added to each flask and the volume completed with acetate buffer ph 4.5. the procedure was repeated at least three times. the hplc chromatograms were recorded in a shimadzu lc-10ad up chromatograph, equipped with an aldrich rp-18 column (150 x 4.6 mm, 5µm), using methanol:water (60:40 v/v) as mobile phase, flowing at 1.0 ml min-1. the detection was performed at 288 nm using a photo diode array spd-m 10a up (hp) detector. the hq retention time was 2 minutes according the standard addition method. results and discussion determination of hydroquinone cyclic voltammograms when compared under the same experimental conditions, suggest that the 60% (graphite, w/w) composite electrode presented low residual current and higher intensity of hq current peak than the gc, as describe earlier [12] for other analytes. at respect to swv, it is a technique dependent of the frequency (ƒ), amplitude (∆ep) and step potential (∆es) [22,23]. the best results were obtained with ƒ= 50 s-1 and ∆es = 10 mv with ∆ep = 50 mv. the resulting voltammograms are presented in fig. 1, from which is possible to observe the hq oxidation at c.a. 420 mv (vs. ag/agcl), with good definition in both forward, reverse and net curves. this suggests that the 60% (graphite, w/w) composite electrode is a suitable tool to be used in swv procedures, when using hq as a probe. using these optimized conditions an analytical curve has been obtained in the 1.00 10-6 to 1.00 10-3 mol l-1 range. the results are presented in fig. 2 with an insert for lower concentrations. the curves were obtained with no need of surface renewing between successive determinations. in the investigated interval one linear region was determined between 1 and 400 µmol l-1, obeying the linear equation ip = -6.44x10-8 a + 7.10x10-2 amol-1 l [hq], (n = 10, r = 0.9996). for concentrations higher than 400 µmol l-1 a practically constant current was observed, suggesting a saturation of the active sites of the electrode. the limit of detection (lod) obtained in the interval 1.00 to 400 µmol l-1 was of 0.28 µmol l-1, determined as three times the standard deviation of the blank (sd) divided by the angular coefficient of straight line (b) in the region 1-10 µmol l-1 [24]: lod = 3 sd / b (1) an analytical curve for hq was also obtained at the gc using the same conditions employed in the experiments with the 60% 61ecl. quím., são paulo, 31(4): 59-62, 2006 (graphite, w/w) composite electrode. as observed to the composite, one linear region was determined, but in the 6 to 1000 µmol l-1 range, with equation ip = -0.200x10-6 a + 0.0500 a mol-1 l [hq], (n = 12, r = 0.9988). the lod observed for hq using gc electrode is coincident with the first signal in the linear range. it was observed that the linear region was higher to the gc in relation to the 60% (graphite, w/w) composite, because in the composite a decrease in the sensibility of the current occurs at higher concentrations. therefore, it was observed that the peak current is higher and the lod is smaller to the composite when compared to the gc, since the first is 0.28 µmol l-1 while for the gc is only 6 µmol l-1. ten swv voltammograms of 5.00 10-5 mol l-1 hq in 0.1 mol l-1 acetate buffer ph 4.5, were successively recorded at the 60% (graphite, w/w) composite electrode and revealed a repeatability of (2.60 ± 0.138) µa, n=10, for the peak current. the electrode surface was renewed after each measure, as describe in the experimental section. standard additions of 99, 198 and 296 µmol l-1 hq to solution of the photographic developer containing 1.00 10-4 mol l-1 of hq showed recoveries between 99.1 to 101.5%. figure 1. voltammograms of swv obtained for 60% (graphite, w/w) composite electrode using 5.0.10-5 mol l-1 hq in acetate buffer ph 4.5, ƒ = 50 s-1, ∆ep = 50 mv, ∆es = 10 mv. figure 2. peak current dependence of the hq concentration at 60% (graphite, w/w) composite electrode, in swv under the optimized conditions described in the text. 62 ecl. quím., são paulo, 31(4): 59-62, 2006 p. cervini, e.t.g. cavalheiro, determinação de hidroquinona em voltametria de onda quadrada usando um eletrodo compósito de grafite-poliuretana. resumo:para uma melhor caracterização do eletrodo compósito grafite-poliuretana como um sensor voltamétrico, seu desempenho foi avaliado em voltametria de onda quadrada. usando a hidroquinona (hq) como uma sonda, o eletrodo mostrou-se útil em voltametria de onda quadrada, com limite de detecção de 0,28 µmol l-1, com recuperações entre 99,1 e 101,5%. os resultados do método proposto concordaram com o método comparativo hplc, com um nível de confiança de 95%. palavras-chave:eletrodos compósitos; poliuretana; voltametria de onda quadrada. application of the method the performance of the proposed method in the determination of hq in commercial photographic developer sample was evaluated. for the voltammetric determination of the hq amount present in the photographic developer d-76, the successive standard addition method was used. the voltammograms were recorded at the 60% (graphite, w/w) composite electrode in swv without surface renewing between measurements. the conditions for the determination of hydroquinone were those optimized as above. the results obtained in the determination of hq using the composite 60% (graphite, w/w) by swv were compared with those obtained by hplc and the results are presented in table 1. these results agree in the limit of confidence of 95%, according t-student test. comparing the results obtained with swv and hplc methods, it is found a lod of 0.28 µmol l-1 using the composite in swv, for the linear response of 1.0 – 400 µmol l-1 and a lod of 0.54 µmol l-1 in hplc for the linear response of 8.17 – 825 µmol l-1. conclusions according to these results it can be concluded that the 60% (graphite, w/w) graphite-pu composite electrode represents an interesting alternative to be used in swv. the determination of hq in photographic developer using this composite showed to be an efficient alternative method, allowing low cost, no need of surface renewing between measurements, long useful life, repeatability and low reagent consumption. acknowledgment the authors are indebted to the brazilian agencies capes for pc fellowship and fapesp for financial support (05/04297-1). recebido em : 20/09/2006 aceito em : 06/12/2006 references [1] d.e.tallman, s.l. petersen, electroanalysis 2 (1990) 499. 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[24] g.l. long, j.d. winefordner, anal. chem. 55 (1983) 712a. original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | 47 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 abstract: the species harpagophytum procumbens dc. is popularly known as devil’s claw and is widely used because of its anti-inflammatory properties that are attributed to an iridoid glycoside, the harpagoside. this medicinal plant is part of the brazilian list of essential medicines, that is, it was selected and standardized for the resolution of diseases in the brazilian public health system (sistema único de saúde – sus) and can be found in several brands. due to the importance of quality monitoring, the objective of this study was to create and validate a method for identification and quantification of harpagoside in tablets of the devil’s claw, as well as to evaluate the content of this iridoid glycoside in three commercially available brands in brasília/df, brazil. the evaluated parameters in the validation by high performance liquid chromatography were linearity, limits of detection and quantification, precision, selectivity, accuracy and robustness, as required by the brazilian regulation. the developed and validated method proved satisfactory for the quality control of commercial products that present in this composition the medicinal plant. all the devil’s claw brands presented divergences regarding the quality that can interfere with therapeutics and with safety and efficacy. determination of harpagoside in harpagophytum procumbens dc tablet’s using analytical method by high performance liquid chromatography gislane dos santos ribeiro , amanda de assis carneiro , diegue henrique nascimento martins, luiz alberto simeoni , dâmaris silveira , pérola oliveira magalhães , yris maria fonseca-bazzo+ university of brasília (unb), health sciences school, department of pharmaceutical sciences, laboratory of natural products (lapronat), brasília, df, brazil +corresponding author: yris maria fonseca-bazzo, phone: +55 61 3107 1806 email address: yrisfonseca@unb.br article info article history: received: march 02, 2019 accepted: november 11, 2019 published: january 01, 2020. keywords: 1. herbal medicines 2. quality control 3. harpagophytum procumbens 4. devil’s claw 1. introduction the consumption of herbal medicines grows markedly in developed and developing countries1. in brazil, for example, about 85% of the population uses some herbal medicine or medicinal plant2,3. harpagophytum procumbens dc. belongs to the family pedaliaceae and it is known as devil’s claw4. the secondary roots of this medicinal plant have been used for centuries for a variety of diseases. from ethnological data, this plant is used in folk medicine to treat fever, arthritis, skin problems, diseases of the digestive tract and as an appetite stimulant5. from various studies and clinical evidence, devil’s claw is indicated as an anti-inflammatory and analgesic in the treatment of rheumatic diseases, such as osteoarthritis, in http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 mailto:yrisfonseca@unb.br https://orcid.org/0000-0001-6616-9579 https://orcid.org/0000-0001-8206-6748 https://orcid.org/0000-0003-3401-290x https://orcid.org/0000-0003-1851-5224 https://orcid.org/0000-0001-8011-6940 https://orcid.org/0000-0002-1230-3207 original article 48 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020,47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 addition to alleviating the symptoms of acute low back pain, myalgias and other osteoarticular and muscular pathologies5,6. the harpagoside is an iridoid glycoside considered to be responsible for the pharmacological activity of h. procumbens dc. this compound is considered the chemical marker of this species. therefore, it is used as a control to standardize commercial products7. some factors can compromise the quality of herbal products from the cultivation of the raw material to the final product, such as contamination, the presence of foreign materials, botanical identification errors, among others. these factors result from the lack of care in the collection and identification of the species. also, adulterations are common to increase the yield of the product. all these factors affect the quality, safety and efficacy of herbal medicines and emphasize the importance of quality control from the cultivation of the raw material to the finished product, as well as phytochemical, pharmacological and toxicological studies8,9. chromatographic and analytical techniques are used in recognition of the chemical composition, including active principle or toxic compound. these techniques allow the separation and isolation of the substances thus allowing both qualitative and quantitative control of the compounds considered marker of the species. high performance liquid chromatography (hplc) is one of those techniques widely used for the complete characterization of plant and herbal products, being an important tool in the control of the quality of these products9,10. pharmacopoeias and monographs are relevant to establish quality standards in addition to standardizing and systematizing knowledge of medicinal plants. these tools present characteristics and properties of plants such as macroscopic and microscopic description, general aspects of the vegetal drug besides identification, purity and assay tests that help in the quality control11. pharmacopeial methods (for example, in the brazilian pharmacopoeia) for the quality control of the plant drug harpagophytum procumbens (meaning dried roots of devil’s claw) are available. however, there isn’t specific monograph for herbal medicines/dosage forms containing it12. in the brazilian pharmacopeia the described method uses flow rate 1.5 ml in an isocratic system with water and methanol (50:50). in addition, the method refers to the dosage in plant drug and not to the finished product12. according to the brazilian regulatory agency (agência nacional de vigilância sanitária – anvisa) when a monograph contemplates only analytical method for identification and quantification of markers for the vegetal drug, it is necessary to make adaptations and validate the method for the finished product13. in the literature there are other published methods for harpagoside determination using isocratic or gradient elution with flow rate above 1 ml min-1 and analysis time around 60 min14,15. the proposed method utilizes a flow rate of 0.6 ml min-1 with gradient mode over 30 min of analysis. a quick method with greater solvent savings. therefore, this study aimed to develop and validate an analytical method using hplc to contribute to the establishment of quality parameters for the finished product of this widely used medicinal plant, as well as to identify and quantify the harpagoside in commercial samples. 2. materials and methods 2.1 standard, samples and reagents harpagoside, considered chemical marker of the species and used for standardization of commercial products, was provided by sigmaaldrich. three different brands of devil’s claw tablets were obtained from pharmacies in brasília, brazil, named as brand a, b and c. about the concentration of dry extract of the roots of h. procumbens, the brands a, b, and c presented, respectively, 200, 400 and 450 mg. regarding the total iridoid equivalents calculated as harpagoside, each tablet of the a, b and c brands had declared 10, 20 and 18 mg, respectively. the solvents (hplc grade) used in the assay were phosphoric acid (sigma), acetonitrile (tedia) and methanol (tedia). the mobile phase was prepared with purified water produced in the milli-q system (millipore). 2.2 sample and standard preparation twenty tablets of each brand were macerated using mortar and pestle. a portion equivalent to 40 mg of dry extract of the roots of h. procumbens was weighed, solubilized in methanol and prepared at the concentration of 4 mg ml-1 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 original article 49 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020,47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 (this concentration is equivalent to 530 µg ml-1 of harpagoside). the resulting solution was filtered through a 0.45 µm porosity disposable filter unit (millipore millex). the harpagoside standard was weighed and solubilized in methanol resulting in a concentration of 100 µg ml-1. 2.3 chromatographic conditions the lachrom elite chromatograph (hitachi, tokyo, japan) was used for the analysis, contains an l2130 pump, l2200 injector, l2455 detector and l2300 column oven. the column used was the reverse phase c18e purospher star (150 × 4.6 mm, 5 µm, merck, germany). the temperature conditions, flow, injection volume and detection wavelength were 25 °c, 0.6 ml min-1, 10 µl and 280 nm, respectively. a gradient of 1% phosphoric acid and acetonitrile (table 1) was used in the mobile phase. the total analysis time was 30 min. table 1. chromatographic conditions of the mobile phase gradient. 2.4 development and validation of the method by hplc-dad leite et al.’s method (2014)16 was used with alterations to evaluate the finished product referring to devil’s claw. the validation was carried out in accordance to the requirements of the brazilian legislation, evaluating the parameters of linearity, limits of detection and quantification, precision, accuracy, selectivity and robustness17 and international guidelines for the industrial sector (international conference on harmonization)18. 2.4.1 linearity linearity was determined from three analytical curves with six concentrations of the harpagoside standard: 100.0, 200.0, 300.0, 500.0, 700.0 and 800.0 µg ml-1. from these curves, linearity equations were obtained by linear regression. the software used to obtain these equations was graphpad prism version 6.01 2012. the proportional linear relation to the concentration and correlation coefficient should be higher than 0.9900. 2.4.2 limit of detection (lod) and quantification (loq) the slope (s) of the calibration curve and the standard deviation (sd) of the three calibration curves were considered, taking into account the intercept with the y-axis. these data are used in the equations to obtain lod values and loq, that is, the smallest amount of marker that can be detected and quantified, respectively: lod = (sd × 3.3)/s; loq = (sd × 10)/s (1) 2.4.3 precision according to the brazilian legislation, precision must be expressed by repeatability, intermediate precision or reproducibility17. the repeatability determination was performed with six replicates with at 100% of the test concentration (4 mg ml-1, this concentration is equivalent to 530 µg ml-1 of harpagoside) and were analyzed on the same day. in the interday precision, three replicates with the same concentration (4 mg ml-1) were evaluated on three consecutive days. 2.4.4 accuracy in this study, the accuracy evaluation was done using the standard addition method, using nine determinations with three levels of theoretical concentration (low, medium and high) in triplicate for each level. in the case of finished product, according to the brazilian legislation, if samples of all drug components are unavailable, analysis by the standard chemical addition method may be performed, in which know quantities of reference chemical are added to the solution of the finished prduct17. the theoretical concentrations used were calculated at 80, 100 and 120%; these concentrations were achieved using 500 μl of the commercial h. procumbens sample with 500 μl of the harpagoside standard. the harpagoside recovery percentage added to the sample was evaluated by the relation between the experimentally determined concentration and the corresponding theoretical concentration. time / min phosphoric acid 1% / % acetonitrile / % 0 20 80 20 20 21 50 50 21 25 25 30 80 80 20 20 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 original article 50 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020,47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 2.4.5 selectivity the method ability to identify the harpagoside in the presence of impurities, degradation compounds or other components in the sample was assessed from induction of acidic and basic hydrolysis. the assay was done in triplicate, and the samples were solubilized using 1 mol l-1 hcl for acid hydrolysis and 1 mol l-1 naoh for basic hydrolysis. after solubilization, the samples were placed in a water bath for 1 h at 60 °c. after 1 h, the samples were taken from the water bath and expected to reach room temperature to be neutralized with 1 mol l-1 hcl or 1 mol l-1 naoh solution, regarding the sample, and diluted in methanol. the final concentration was 4 mg ml 1. the selectivity was evaluated by comparing the retention times and peak areas in the samples without hydrolysis and the samples submitted to the induction of acid and basic hydrolysis. 2.4.6 robustness the parameters chosen for the variation were temperature (23-27 °c), wavelength (270-290 nm) and flow of the mobile phase (0.4-0.8 ml min-1). from these variations, the effects on the retention time and peak area were observed to evaluate if the method was robust. 2.5 identification and quantification of harpagoside in commercial samples the validated method was used to evaluate the presence of harpagoside, used to standardize commercial products, in the three brands of h. procumbens. the harpagoside identification in the samples was made comparing the peaks retention time and uv spectrum presented by the harpagoside standard with the standard peak of the samples. the harpagoside quantification was made from the linearity curve, in which the quantity of this marker could be calculated in the samples. 2.6 statistical analysis of data the graphpad prism 6.01 software. data was used for the statistical analyzes of the data obtained in this study, and the results were expressed as the mean ± standard deviation (sd). 3. results and discussion 3.1 method validation the method was optimized for a 30 min analysis time (while the original method was 55 min) using a c18e purospher star reverse phase column (150 × 4.6 mm, 5 µm). the mobile phase used was a gradient of 1% phosphoric acid and acetonitrile using a flow rate of 0.6 ml min-1, injection volume of 10 µl and the chromatograms extracted at 280 nm wavelength. some parameters were evaluated for system suitability such as resolution (3.90 ± 0.03), retention time (15.85 ± 0.01), repeatability (14,600,558 ± 629,334), plate number (13713 ± 379) and tailing factor (1.2 ± 0.1). 3.1.1 linearity, limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) the method presented a linear response in the range of 100 to 800 μg ml-1 of concentrations. this correlation was made between the area of the peaks and their respective concentrations in triplicate. according to the brazilian legislation, the correlation coefficient should be higher than 0.9900, and the method under study had a correlation coefficient of 0.9992, according to the requirements, demonstrating the linearity of the method15. from the linearity curve, lod and loq were obtained: 1.12 μg ml-1 and 3.39 μg ml-1, respectively. the linearity and dispersion of residues graph are shown in fig. 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 original article 51 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020,47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 figure 1. linearity and dispersion of residues graph. 3.1.2 precision regarding the precision of the results, the method demonstrated repeatability when presenting a standard deviation between the replicates of 4.31% for the intraday precision and 4.06% for the interday precision, not higher than 5% as recommended by the legislation17. 3.1.3 accuracy the accuracy of the method was evaluated by the standard addition method to the samples of known concentration. the objective of this method is to identify and quantify the harpagoside in commercial samples for that reason, the percentage of recovery the closer to 100%, more accurate the method will be for this quantification. the obtained results showed this proximity, confirming that the method is accurate for the proposed objective, presenting a relative standard error of less than 5% (table 2). table 2. harpagoside recovery analysis after standard addition method. theoretical concentration / µg ml -1 discovered concentration / µg ml -1 ± sd recovery / % e / % 100.869 (80%) 97.2 ± 0.1 96.33 3.67 126.087 (100%) 120.0 ± 0.3 95.20 4.80 151.304 (120%) 150 ± 1 99.02 0.98 e: relative standard error 3.1.4 selectivity the purity of the peak of interest in the sample without acid or basic hydrolysis was pure = 1.00 ± 0.00. the method was selective to demonstrate that after induction of acidic and basic hydrolysis there was a complete degradation of the harpagoside peak and formation of degradation compounds (a degradation product peak formed with a purity of 0.995 ± 0.005 with retention time 19.870 ± 0.007 min in basic hydrolysis and 0.94 ± 0.04 with retention time 19.890 ± 0.003 min in acid hydrolysis), and there was no co-elution of these with the peak of the marker. in this way, the method can identify and quantify the harpagoside in the presence of other substances. 3.1.5 robustness after the variations in wavelength and temperature parameters, no significant changes in the retention time and area of the harpagoside peak was observed. these results demonstrate that the proposed method is robust. however, regarding the flow variation, considerable changes in the retention time and area of the peak were observed, as can be seen in table 3. from these results, the flow is a parameter that must be very well accompanied because the notorious influence on the separation of substances and especially on the purity of the harpagoside marker peak. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 original article 52 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020,47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 table 3. parameters for analysis for robustness of the hplc analytical method. wavelength / nm peak area / mau retention time / min 270 12,578,713 ± 512,794 15.82 ± 0.01 280 14,070,719 ± 585,792 15.82 ± 0.01 290 12,045,012 ± 494,637 15.82 ± 0.01 temperature / °c peak area / mau retention time / min 23 14,795,700 ± 87,333 15.802 ± 0.01 25 14,853,562 ± 133,593 15.811 ± 0.01 27 15,183,982 ± 120,467 15.804 ± 0.01 flow / ml min-1 peak area (mau) retention time (min.) 0.4 20,944,078 ± 211,746 20.19 ± 0.01 0.6 14,122,976 ± 174,969 15.807 ± 0.01 0.8 10,859,776 ± 27,804 13.445 ± 0.01 3.2 identification and quantification of harpagoside in commercial samples the method developed and duly validated according to the legislation was used to identify and quantify harpagoside in the three commercial brands of h. procumbens available in brasília/df, brazil. the chromatographic profiles were obtained using the proposed analytical method, and harpagoside was identified in the samples from the retention time and uv spectrum (fig. 2). all brands presented the harpagoside in its composition. the harpagoside was possible to quantify from the peak area of the marker, and all the brands had concentrations in inadequate amounts compared to the concentration declared in the package inserts (table 4). the declared values compared to the amount found experimentally presented a variation in disagreement with the allowed of ± 15% 17 (table 4). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 original article 53 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020,47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 figure 2. chromatographic profiles of the brands a, b and c of the herbal medicine harpagophytum procumbens obtained using hplc-dad with detection at 280 nm. 1: harpagoside. table 4. harpagoside concentration in harpagophytum procumbens dc tablets and experimentally determined daily dose compared to the concentration stated in the package inserts. brand concentration of harpagoside / mg ml -1 *variation of harpagoside concentration / % **daily dose of harpagoside / mg declarated determinated a 0.05 0.0290 ± 0.0009 42.00 17.40 b 0.05 0.064 ± 0.001 + 28.00 76.80 c 0.04 0.0510 ± 0.0002 + 27.50 68.70 * variation allowed by the brazilian legislation is ± 15%13 ** daily dose recommended by the brazilian legislation is 30 to 100 mg17 for all brands, the suggested posology was one tablet three times a day. to find the daily doses, a relation between the declared value and the experimentally determined harpagoside content was done. the results showed that, regarding the daily posology, all brands were out the specifications determined by the brazilian legislation (30 to 100 mg)13 (table 4). this fact can imply in possible toxic effects due to an overdosage, considering the active principle of herbal medicines presents pharmacological action19. therefore, these results suggest a serious health risk due to therapeutic failure or toxicity. one study demonstrated that the majority of patients responded more to treatment using the highest daily dose of harpagoside (100 mg), as well as the adverse events are predictable and dose-dependent. the active principle is bitter and stimulates the production of gastrointestinal juice. therefore, adverse events are mainly gastrointestinal20. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 original article 54 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020,47-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p47-55 4. conclusion the proposed method in this study for the identification and quantification of harpagoside in the herbal medicine devil’s claw was efficient and quick to evaluate the quality of these products to ensure authenticity, credibility, safety and therapeutic efficacy. the obtained results emphasize the importance of quality control since we observed, in all three medicinal products, significant variations in the quantity of harpagoside in comparison to the value declared in the registry of these products. 5. acknowledgments the authors greatly acknowledge research program for the sus: shared management in health ppsus fap/df/sesdf/ms/cnpq (grant number 193.000.860/2014), national council for scientific and technological development (cnpq), foundation for research support of the federal district (fapdf), coordination of improvement of higher education personnel (capes) and university of brasília (dpp/unb) for the financial support to carry out this research. 6. references [1] terra-junior, o. n., maldonado, j. v., arnobio, a., estudo do desempenho comercial dos insumos farmacêuticos vegetais sob a ótica do comércio exterior, revista fitos 9 (3) (2015) 233-246. 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ag+; pb2+; tg; dsc. introdução diversos complexos de íons metálicos com derivados do ácido benzalpirúvico têm sido preparados e estudados em solução [1-6]. a literatura também apresenta outros estudos acerca desses compostos no estado sólido [7-11]. num outro estudo, o ácido 1,4-bis(3-carbóxi3-oxo-prop-1-enil)benzeno foi obtido como intermediário na síntese de alguns compostos orgânicos [12], tendo sido realizados estudos termoanalíticos [13], fotofísicos e fotoquímicos desse ligante [14], cuja estequiometria permite caracterizá-lo, também, como um derivado do ácido benzalpirúvico. em decorrência desses estudos, propôs-se a síntese e a caracterização de compostos dos íons metálicos ag+ e pb2+ com o referido ligante. material e métodos o ligante (bis-bp) foi obtido como sal dissódico mediante a reação do tereftalaldeido com piruvato de sódio, em meio de água/etanol, e adição de solução de hidróxido de sódio, como descrito na literatura [12-13]. soluções aquosas do ligante e dos nitratos de prata e chumbo foram preparadas por simples dissolução. os compostos foram sintetizados por precipitação, a partir da adição das soluções aquosas dos sais de nitrato dos cátions metálicos à solução aquosa do ligante, de forma lenta e sob agitação constante, mantendo-se a proporção estequiométrica metal:ligante de 2:1 para o composto de ag+ e de 1:1 para o de pb2+. os precipitados foram então filtrados em papel whatman no 41, lavados, secos à temperatura ambiente, e depois mantidos em estufa a 60oc por 72 1,4-bis(3-carbóxi-3-oxo-prop-1-enil)benzeno [bis-bp] 74 ecl. quím., são paulo, 30(3): 73-77, 2005 horas, sendo finalmente estocados sob silicagel, em dessecador. empregaram-se ft-ir, análise elementar (c, h), complexometria com edta, tg e dsc para caracterização dos compostos. os espectros de absorção na região do iv foram obtidos em equipamento michelson mb series ft-ir spectrometer, com resolução de 4cm-1, com os compostos suportados em pastilha de kbr. dados de análise elementar para c e h foram obtidos para o composto de prata em equipamento elemental analyser perkin elmer, mod. 2400. a titulação por complexometria com edta foi empregada para análise do composto de chumbo, utilizando-se bureta automática digital eppendorf, mod. m. as curvas tg e dsc dos compostos foram obtidas em equipamento shimadzu tga50 e dsc50 system, empregando-se atmosfera de ar sintético com fluxo de 100 ml min-1 e razão de aquecimento de 20°c min-1. foi utilizado cadinho de alumina para a obtenção das curvas tg e de alumínio com tampa perfurada para as curvas dsc. resultados e discussão os dados da termogravimetria permitiram concluir sugerir para os compostos sintetizados as estequiometrias ag 2 l.0,25h 2 o e pb 2 l 2 .1,0h 2 o, em que l=bis-bp. a curva tg do composto de ag+ (massa inicial: 5,299mg) (fig. 01) mostra perdas de massa em três etapas consecutivas. a primeira etapa correspondendo ao processo de desidratação, com a eliminação de 0,25h 2 o (calc.: 0,92%; exp.: 1,15%), permitindo constatar para o composto uma estabilidade térmica até a temperatura de 206oc, quando tem início o processo de decomposição exotérmica do composto anidro. a segunda etapa de perda de massa (calc.: 48,78%; exp.: 49,03%), observada entre 206 e 288°c, foi atribuída a um processo de perda parcial do composto, c 6 h 4 (ch=ch-co-co-) 2 , com formação de resíduo carbonizado. a última perda de massa (calc.: 6,50%; exp.: 6,23%), observada entre 288 e 436°c, foi atribuída à combustão desse resíduo carbonizado, com formação de ag° como resíduo final (calc.: 43,80%; exp.: 43,59%). a variação de perda de massa total verificada na curva tg é concordante com os resultados calculados (calc.: 56,20%; exp.: 56,41%). a combustão da matéria orgânica do composto, verificada na segunda etapa de perda de massa, evidencia a evolução de co na atmosfera do forno e conseqüente oxidação a co 2 , favorecendo a redução do cátion metálico ao final do processo de decomposição, na terceira etapa de perda de massa, observação esta concordante com o diagrama de ellingham [15]. figura 01. curva tg do composto de prata. por sua vez, a curva dsc do composto de ag+ (massa inicial: 7,399mg) (fig. 02) não mostra nenhum evento térmico em correspondência com o processo lento de desidratação evidenciado pela curva tg, sugerindo essa observação que o calor absorvido para a eliminação da pequena quantidade de água não foi suficiente para ser detectada pela calorimetria exploratória diferencial. o pico exotérmico observado a 250°c foi atribuído à decomposição térmica do composto em correspondência com o de decomposição na segunda etapa de perda de massa observada na curva tg. finalmente, verifica-se uma exoterma entre 280 e 430°c, com um ombro a 320°c, máximos a 350°c e 370°c e outro ombro a 400°c, correspondendo a intenso fluxo de calor relativo à perda de massa decorrente da decomposição do resíduo carbonizado formado na etapa anterior e simultânea redução do cátion metálico a ago. 75ecl. quím., são paulo, 30(3): 73-77, 2005 o correspondente espectro de ft-ir (fig. 03) permite caracterizar o estiramento da carbonila cetônica (ν co ) em 1602cm-1 e os resultados da análise elementar (calc.: c, 34,14%; h, 1,74%; exp.: c, 34,25%; h, 1,97%) são concordantes com a estrutura proposta com base na curva tg do composto. até a temperatura de 138oc, quando tem início o processo de decomposição do composto anidro. a segunda etapa de perda de massa (calc.: 26,24%; exp.: 26,33%), observada entre 138 e 387°c, foi atribuída a uma perda parcial do composto, [c 6 h 4 (ch=ch-) 2 ]. a terceira etapa (calc.: 26,22%; exp.: 26,34%), observada entre 387 e 507°c, foi atribuída à combustão do resto do ligante, com formação de pbo. finalmente, observa-se na curva tg um ganho de massa entre 507 e 900oc (calc.: 1,64%; exp.: 1,57%), devido ao processo de oxidação do pbo a pb 2 o 3 . estes resultados da curva tg permitiram sugerir para o composto a fórmula pb 2 l 2 .h 2 o. figura 02. curva dsc do composto de prata. figura 03. espectro de ft-ir do composto de prata. a curva tg do composto de pb2+ (massa inicial: 6,055mg) (fig. 04) ilustra um processo de perda de massa em três etapas, seguidas de um processo de ganho de massa numa quarta etapa. a primeira perda de massa é correspondente ao processo de desidratação, com a eliminação de 1,0h 2 o (calc.: 1,84%; exp.: 1,83%), permitindo constatar para o composto uma estabilidade térmica figura 04. curva tg do composto de chumbo (ii). quanto à curva dsc do composto de pb2+ (massa inicial: 2,393mg) (fig. 05), esta não mostra nenhum evento térmico em correspondência com o processo lento de desidratação evidenciado pela curva tg, sugerindo essa observação, igualmente como no caso do composto de prata, que o calor absorvido para a eliminação da pequena quantidade de água não foi suficiente para ser detectado. a exoterma observada entre 138 e 400°c, com máximos a 264 e 332°c foi atribuída à decomposição térmica do composto em correspondência com a segunda etapa de perda de massa observada na curva tg. finalmente, verificase uma exoterma entre 400 e 520oc, com picos a 455°c e a 494°c, correspondendo a intenso fluxo de calor relativo à terceira etapa de perda de massa do ligante verificada na curva tg, com a formação de pbo. 76 ecl. quím., são paulo, 30(3): 73-77, 2005 o espectro de ft-ir do composto de pb2+ (fig. 06) apresenta uma banda de absorção de forte intensidade a 1586cm-1, relativa ao estiramento da carbonila cetônica do ligante. em comparação com o espectro de ft-ir do ácido1,4-bis(3-carbóxi-3oxo-prop-1-enil)benzeno, verifica-se o deslocamento das bandas de absorção do estiramento do grupo carboxilato desse ligante [13] para menor número de onda, com sobreposição à banda de absorção da carbonila cetônica. esta observação evidencia que, além da coordenação predominante do ânion carboxilato ao íon metálico, ocorre também coordenação da carbonila, indicando caráter bidentado para os terminais -oc-coodo ligante, com a formação de anéis de cinco membros nesses terminais [1-6,16-19]. figura 05. curva dsc do composto de chumbo (ii). desta forma, o composto de chumbo caracteriza-se como complexo, por influência da coordenação do ânion carboxilato dos terminais do ligante, com contribuição da carbonila cetônica. o teor de metal do composto de chumbo foi determinado por complexometria com edta, empregando-se alaranjado de xilenol como indicador [20], sendo concordante com o resultado da curva tg correspondente, conforme ilustra a tabela a seguir. tabela 1. teor de metal do composto de chumbo (ii), determinado por complexometria com edta figura 06. espectro de infravermelho do composto de chumbo (ii). conclusões por intermédio das curvas tg foram estabelecidas as estequiometrias, os processos de decomposição térmica e a estabilidade térmica dos compostos. também os dados da análise elementar e da complexometria com edta são concordantes com as estequiometrias propostas para os compostos. as curvas dsc ilustram a variação de calor (mw) envolvida nas etapas de decomposição térmica dos compostos anidros, em concordância com as curvas tg, e os espectros de ft-ir do dos compostos permitem caracterizá-los, evidenciando o estiramento da carbonila cetônica (ν co ) relativo ao composto de prata e a participação da carbonila 77ecl. quím., são paulo, 30(3): 73-77, 2005 cetônica dos terminais do ligante no processo de complexação do cátion metálico no caso do composto de pb2+. agradecimentos os autores agradecem ao fundo paraná (convênio 04/2001), ao prof. msc. luis leonardo de souza viana (depto de química/ufms) pelos espectros de ft-ir, e ao prof. dr. josé renato jurkvicz delben (depto de física/ufms) pelas curvas tg e dsc. recebido em: 18/04/2005 aceito em: 16/08/2005 j. d. s. de oliveira, d. j. barilli, m. hamer, o. s. siqueira, m. ionashiro. thermal behaviour of 1,4-bis(3carboxy-3-oxo-prop-1-en-1-yl)benzene compounds with ag+ and pb2+ abstract: this work reports the study of solid binary compounds of the 1,4-bis(3-carboxy-3-oxo-prop-1en-1-yl)benzene dicarboxilate [bis-bp], c 6 h 4 (-ch=ch-co-coo-) 2 , with the metal ions ag+ and pb2+. the compounds were obtained from adition of aqueous solutions of the metal ions to the aqueous solution of the ligand, in stoichometric ratio. characterization and study of the process of thermal decomposition of these compounds were performed by fourier transform infrared spectroscopy (ft-ir), elemental analysis (c, h), edta tritation, thermogravimetry (tg) and differencial scanning calorimetry(dsc). keywords: 1,4-bis(3-carboxy-3-oxo-prop-1-en-1-yl)benzene acid; ag+; pb2+; tg; dsc. referências [1] n. c. s. pereira, c. b. melios, r. n. marques, o. s. siqueira, m. de moraes, m. molina and m. ionashiro, j. alloys comps. 249 (1997) 94. 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90º elbows (90e-8) were experimentally measured. experimental data generated head-loss curves and their well fitted to potential regressions, displaying correlation coefficients (r2) of 0.9792, 0.9924, and 0.9820 for bv-1, 90e-8, and rp-11, respectively. head loss experimental equations and local loss coefficients through bv-1 and 90e-8 were determined successfully. the moody’s diagram application proved to be a quite appropriate tool for an approximate estimation of darcy-weisbach friction factor. a good approximation between friction factor values obtained via experimental measurements and the moody’s diagram was observed with mean absolute deviate of 0.0136. major and minor head losses in a hydraulic flow circuit: experimental measurements and a moody’s diagram application aline amaral madeira1+ pontifical catholic university of minas gerais (puc-mg), 500 dom josé gaspar av, belo horizonte, minas gerais, brazil +corresponding author: aline amaral madeira, phone: +55 31 991807451, email address: madeira.alineamaral@gmail.com article info article history: received: june 13, 2019 accepted: january 31, 2020 published: july 1, 2020 keywords: 1. head loss 2. hydraulic circuit 3. head loss coefficient 4. friction factor 5. moody’s diagram 1. introduction pipeline systems range from the quite simple ones to large and quite complex ones. they may be as uncomplicated as a single pipe conveying water from one reservoir to another or they may be as elaborate as an interconnected set of water distribution networks for a major metropolitan area1. the hydraulic drainage domestic and industrial networks have gradually become more complicated and diverse because of the cities’ rapid urbanization and expansion. in surcharged hydraulic systems, the head losses may become rather significant, and should not be neglected because could result in several problems, such as inappropriate drainage pipes, insufficient carrying capacities, blowout of manhole covers and the occurrence of floods, for example2. groundwater flow and solute transport in fractured rock is of great interest in nuclear waste disposal, contaminant control, and oil recovery. the friction factor is an important parameter in identifying the characteristics of flow and solute hydraulic transport. during the last several decades, several theoretical and experimental researches have been conducted to investigate the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 mailto:madeira.alineamaral@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-1412-2829 original article 48 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 relationship between the friction factor and the reynolds number. colebrook3 realized experiments on several types of pipes and the results were correlated to the well-known colebrook equation. later, moody4 presented colebrook’s results in a graphical format, which is called the moody diagram5,6. moody’s diagram represents the plots of the colebrook equation over a very wide range of the reynolds number (re from 2320 to 108) and relative roughness values (ε/d from 0 to 0.05)7. according to laviolette8, moody’s chart provides an easy and accurate way of solving hydraulic flow and dimensioning problems, making it an extremely useful tool and unmistakable simplicity adopted by engineers to understand the behavior of viscous flows and evaluate the loss of energy due to viscous friction. the diagram is available in most fluid mechanics textbooks and is widely used to estimate the effects of pipe roughness on pipe friction as a function of reynolds number9. water flows are turbulent flows and the hydraulic calculations in water networks still have certain indetermination, particularly due to the velocity of the flow is rather small10,11. in a typical system with long pipes, there are the major head losses, related to friction between the flowing fluid and pipeline systems, and minor losses. although this is generally true, in some cases the minor losses may be greater than the major losses. this is the case, for example, in systems with several turns and valves in a short distance. several design parameters of pipelines used in domestic and industrial networks could be calculated and optimized if all major and minor head losses of such pipelines are well estimated by hydraulic calculations10. local head losses are any energy loss caused by some localized disruption of the flow due to the presence of various flow appurtenances, such as valves, bends, elbows, inlets, exits, enlargement, and contractions in addition to the pipes. these components interrupt the smooth flow of the fluid and cause additional losses because of the flow separation and mixing they induce. if a loss is sufficiently small in comparison with other energy losses and with pipe friction, it may be regarded as a minor loss. often minor losses are neglected, or they are known to be quite small, as happen in very long pipes. however, some local losses can be so large or significant that they will never be termed a minor loss. normally, theory alone is unable to quantify the magnitudes of the energy losses caused by these devices, so the representation of these losses depends heavily upon experimental data1. in this context, the present work ambulates to delineate a new investigation about major and minor head losses in a hydraulic flow circuit used for water fluid transport at room temperature (298.15 k) under atmospheric pressure (101,325 pa). it strives to measure the head losses produced by the fluid viscous effect through the rectilinear pipe of used cast-iron and the localized losses generated by one fully open ball valve and one module composed by forty-four 90º elbows. focusing on the experimental determinations of the local head loss coefficients and of the darcyweisbach friction factor, besides providing subsidies for an application of moody's diagram to the behavior of the hydraulic flow of the mentioned circuit. in addition, this work aims at presenting an application approach of theoretical concepts associated with fluid mechanics’ and hydraulic’s intrinsic fundamentals in the understanding of how head loss measurements can to aid to develop improvements and solutions in the scope of surcharged hydraulic systems of drainage networks. 2. experimental experimental measurements of major and minor head losses were realized in hydraulic flow circuit at room temperature (298.15 k) under atmospheric pressure (101,325 pa) using water as fluid flow, based on the methodology proposed by buonicontro12. the circuit was composed by a test bench with a pressure-loss module (didacta, model sue 14d su) containing one ball valve, one module of forty-four 90º elbows, and one rectilinear pipe of used cast-iron (figs. 1 and 2). in the first test, measures of variability in volumetric flow rate (m3 h-1) and the corresponding pressure loss (mmhg) were experimentally collected through of the fully open ball valve (bv-1) (fig. 3). for that, only the connections between the bv-1 and differential pressure gauge (dpg-19) (fig. 4) were kept open, so that, the components: male-female valve (mfv-2); diaphragm valves (dv-3 and dv-14); drawer valves (dv-4 and dv-16); butterfly valve (bv-5) were closed and the components: ball valve (bv-1); drawer valves (dv-15, dv-17, and https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 original article 49 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 dv-18) were opened. then, the hydraulic circuit centrifugal pump was started and dv-14 was slowly open for flow and pressure variation readings, using rotameter (r-13) (fig. 5) and differential pressure gauge (dpg-19), respectively. readings were realized in hydraulic flow range of 3.0 to 9.0 m3 h-1. figure 6 presents the identification of all hydraulic circuit components and tab. 1 exhibits the ball valve's experimentally measured data. figure 1. hydraulic flow circuit. figure 2. hydraulic flow circuit control panel. figure 3. ball valve. figure 4. differential pressure gauge coupled to the circuit. figure 5. rotameter coupled to the circuit. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 original article 50 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 figure 6. hydraulic flow circuit identification diagram (bv-1: ball valve; mfv-2: male-female valve; dv3 and dv-14: diaphragm valves; dv-4, dv-15, dv-16, dv-17, and dv-18: drawer valves; bv-5: butterfly valve; vm-6: venturi meter; opm-7: orifice plate meter; 90e-8: module of forty-four 90º elbows; rp90c-9: rectilinear pipe with 90º curve; 90c-10: 90º curves module; rp-11: rectilinear pipe; h-12: hydrometer; r-13: rotameter; dpg-19: differential pressure gauge). table 1. ball valve experimental data. flow / m3 h-1 flow / m3 s-1 head loss / mmhg head loss / mh2o experimental constant / mh2o (m3 s-1)-2 mean experimental constant / mh2o (m3 s-1)-2 statistical parameters (values in module) absolute deviate relative deviate percentage deviation/% 3.0 8.3e-04 1.0 1.4e-02 2.0e+04 3.3e+04 1.3e+04 4.1e-01 40.8 4.0 1.1e-03 3.0 4.1e-02 3.3e+04 2.3e+01 7.0e-04 0.1 5.0 1.4e-03 5.0 6.8e-02 3.5e+04 2.2e+03 6.6e-02 6.6 6.0 1.7e-03 7.0 9.5e-02 3.4e+04 1.2e+03 3.6e-02 3.6 7.0 1.9e-03 10.0 1.4e-01 3.6e+04 2.9e+03 8.8e-02 8.8 8.0 2.2e-03 14.0 1.9e-01 3.9e+04 5.5e+03 1.7e-01 16.6 in the second test, measures of variability in volumetric flow rate (m3 h-1) and the corresponding pressure loss (mmhg) were gathered through of the module of forty-four 90º elbows (90e-8). for this, the connection valves of flow input of the first elbow and flow output of the last elbow with the dpg-19 were opened, so that, the components bv-1, mfv-2, dv-3, dv14, bv-5, and dv-16 were closed and the components dv-4, dv-15, dv-17, and dv-18 were opened. next, the centrifugal pump was started, and dv-14 was slowly open for flow and pressure variation readings, using r-13 and dpg19, respectively. readings were realized in hydraulic flow range of 3.0 to 6.0 m3 h-1. table 2 exhibits the 90º elbows module obtained data. finally, in the third test, measures of variability in volumetric flow rate (m3 h-1) and the pressure loss (mmhg) were collected through of the rectilinear pipe of used cast-iron (rp-11) of length of 2.2 m and diameter of 0.0365 m. for that, the connections between the rp-11 and dpg-19 were kept open, so that, the components mfv-2, dv-3, dv-14, dv-4, dv-16, and bv-5 were closed and the components bv-1, dv-15, dv-17, and dv-18 were opened. then, the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 original article 51 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 centrifugal pump was started, and dv-14 was slowly open for flow and pressure variation readings, using r-13 and dpg-19, respectively. readings were realized in hydraulic flow range of 3.0 to 9.0 m3 h-1. table 3 shows the rectilinear pipe obtained data. table 2. 90º elbows module experimental data. flow / m3 h-1 flow / m3 s-1 total head loss / mmhg unit head loss / mmhg unit head loss / mh2o experimental constant / mh2o (m3 s-1)-2 mean experimental constant / mh2o (m3 s-1)-2 statistical parameters (values in module) absolute deviate relative deviate percentage deviation/% 3.0 8.3e-04 110.0 2.5e+00 3.4e-02 4.9e+04 5.4e+04 4.6e+03 9.1e-01 91.4 3.5 9.7e-04 144.0 3.3e+00 4.5e-02 4.7e+04 6.5e+03 8.8e-01 87.9 4.0 1.1e-03 206.0 4.7e+00 6.4e-02 5.2e+04 2.0e+03 9.6e-01 96.3 4.5 1.3e-03 295.0 6.7e+00 9.1e-02 5.8e+04 4.8e+03 1.1e+00 109.0 5.0 1.4e-03 358.0 8.1e+00 1.1e-01 5.7e+04 3.8e+03 1.1e+00 107.1 5.5 1.5e-03 422.0 9.6e+00 1.3e-01 5.6e+04 2.3e+03 1.0e+00 104.4 6.0 1.7e-03 500.0 1.1e+01 1.5e-01 5.6e+04 2.1e+03 1.0e+00 103.9 table 3. rectilinear pipe data. experimental data moody chart data statistical parameters (values in module) flow / m3 h-1 flow / m3 s-1 head loss / mmhg head loss / mh2o unit head loss / mh2o m-1 friction factor flow velocity / m s-1 reynolds number friction factor absolute deviate relative deviate percentage deviation/% 3.0 8.3e-04 4.0 5.4e-02 2.5e-02 2.8e-02 8.0e-01 2.9e+04 3.6e-02 8.1e-03 3.5e+00 345.4 4.0 1.1e-03 5.0 6.8e-02 3.1e-02 2.0e-02 1.1e+00 3.9e+04 3.5e-02 1.5e-02 1.3e+00 127.7 5.0 1.4e-03 8.0 1.1e-01 4.9e-02 2.0e-02 1.3e+00 4.8e+04 3.5e-02 1.4e-02 1.4e+00 139.6 6.0 1.7e-03 11.0 1.5e-01 6.8e-02 1.9e-02 1.6e+00 5.8e+04 3.4e-02 1.5e-02 1.3e+00 127.9 7.0 1.9e-03 16.0 2.2e-01 9.9e-02 2.1e-02 1.9e+00 6.8e+04 3.4e-02 1.4e-02 1.5e+00 152.1 8.0 2.2e-03 20.0 2.7e-01 1.2e-01 2.0e-02 2.1e+00 7.8e+04 3.4e-02 1.4e-02 1.4e+00 136.6 9.0 2.5e-03 25.0 3.4e-01 1.5e-01 1.9e-02 2.4e+00 8.7e+04 3.4e-02 1.5e-02 1.3e+00 132.7 equation 1 was used in the calculations of the algebraic determination of the local head loss coefficients of the fully open ball valve and of the module of forty-four 90º elbows. in the determination of the friction factor value of rectilinear pipe were used the eqs. 2 and 3, derived from the darcy-weisbach equation (eq. 4). parallelly, the friction factor also was estimated by moody's diagram (fig. 7). for this, it was used the relative roughness value (ε/d) of 0.0071, obtained of cast iron roughness (ε = 0.26)2 and the reynolds numbers correspondents to each volumetric flow rate were calculated considering the kinematic viscosity of water of 1.0e-06 m2 s-1, pipe diameter of 0.0365 m, and using eq. 5. besides that, statistical parameters – arithmetic mean (m, eq. 6); absolute deviate (ad, eq. 7); relative deviate (rd, eq. 8); percentage deviation (pd, eq. 9); and mean absolute deviate (mad, eq. 10) – were applied to the experimentally obtained data in tests 1, 2, and 3. all results were presented in tabs. 1, 2, and 3. 𝐾1 = ∆𝐻 𝑄2 (1) where: k1 = constant relative to flow and pressure variation readings [mh2o (m3 s-1)-2]; δhl = head loss variation [mh2o]; q = flow [m3 s-1]. 𝐽 = ∆𝐻 𝐿 (2) where: j = unit head loss [mh2o m-1]; δh = head loss variation [mh2o]; l = length of pipe [m]. 𝑓 = 𝐽 8 𝜋2𝐷5𝑔 𝑄2 (3) where: f = friction factor [unitless]; j = unit head loss [mh2o m-1]; d = diameter of pipe [m]; g = gravitational acceleration [9.81 m3 s-2]; q = flow [m3 s-1]. ∆𝐻 = 𝑓 𝐿 𝐷 𝑉2 2𝑔 (4) where: δh = head loss variation [mh2o]; f = friction factor [unitless]; l = length of pipe [m]; https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 original article 52 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 d = pipe diameter [m]; v = flow velocity [m s-1]; g = gravitational acceleration [9.81 m s-2]. 𝑅𝑒 = 𝑉𝐷 𝜈 (5) where: re = reynolds number [unitless]; v = average velocity of flow [m s-1]; d = diameter of pipe [m]; ν = kinematic viscosity of fluid [m2 s-1]. 𝑀 = 𝑚1+ 𝑚2 + 𝑚3 + … + 𝑚𝑛 𝑛 (6) where: m = arithmetic mean; m1, m2, m3, mn = measures; n = measures number. 𝐴𝐷 = 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 − 𝑀 (7) where: ad = absolute deviate; m = arithmetic mean. 𝑅𝐷 = 𝐴𝐷 𝑀⁄ (8) where: rd = relative deviate; ad = absolute deviate; m = arithmetic mean. 𝑃𝐷 = | 𝑅𝐷 𝑥 100 |% (9) where: pd = percentage deviation; rd relative deviate. 𝑀𝐴𝐷 = 𝐴𝐷1 + 𝐴𝐷2 + 𝐴𝐷3 + … + 𝐴𝐷𝑛 𝑛 (10) where: mad = mean absolute deviate; 𝐴𝐷1, 𝐴𝐷2, 𝐴𝐷3, 𝐴𝐷𝑛 = ad1, ad2, ad3, adn = absolute deviates; n = measures number. figure 7. the moody diagram for the darcy-weisbach friction factor. source: larock, jeppson & watters1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 original article 53 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 3. results and discussion major and minor head losses were satisfactorily investigated via experimental measurements in the studied hydraulic flow circuit. figures 8, 9, and 10 exhibit the curves of head loss versus volumetric flow rate for bv-1, 90e-8, and rp-11, respectively. as can be seen, a parabolic profile was presented by both hydraulic circuit's components, corroborating the proportionality relationship between the frictional and minor losses, and the flow velocity, foreseen by the darcy-weisbach equation. so, since flow velocity is directly proportional to the volumetric flow rate, the system head loss must be directly proportional to the square of the volumetric flow rate. table 4 shows the potential regressions fitted to experimental data with its correspondent correlation coefficients (r2), as well the head loss experimental equations of aforementioned components. for purposes of determining the head loss coefficients through bv-1 and 90e-8, the localized head loss equation was written as a function of the volumetric flow rate (eq. 11)12. the algebraic determination of the loss coefficients was given by the ratio between the constant relative to measurements of variability in flow rate and the corresponding pressure loss (k1) and the constant relative to installation data (ki). table 5 lists the recorded results for localized head losses coefficients. the attained difference between the theoretical and experimental values was associated with readings’ fluctuations, arising from the unstable operating conditions that always occur in closed-loop pump systems due to pressure pulsation. beyond the fluctuations related to the centrifugal pump’s adjusting to each degree of opening of the control valve in the changing the volumetric flow rate of the fluid12. ∆𝐻𝐿 = 𝐾𝐿 𝑉2 2𝑔 ∴ ∴ ∆𝐻𝐿 = 𝐾𝐿 ( 16 𝜋2𝐷42𝑔 ) 𝑄2 ∴ ∴ ∆𝐻𝐿 = 𝐾𝐿𝑘𝐼𝑄2 ∴ ∆𝐻𝐿 = 𝐾1𝑄2 ∴ 𝑘𝐼=( 8 𝜋2𝐷4𝑔 )𝑄2 ∴ 𝑉= 4𝑄 𝜋𝐷2 (11) where: δhl = localized head loss variation [mh2o]; kl = local head loss coefficient; v = flow velocity [m s1]; q = flow [m3 s-1]; d = pipe diameter [m]; g = gravitational acceleration [9.81 m s-2]; ki = constant relative to installation data; k1 = constant relative to flow and pressure variation readings. figure 8. head loss curve for the ball valve. y = 620299 x2.4 r² = 0.9792 0e+00 1e-01 2e-01 3e-01 0e+00 1e-03 2e-03 3e-03 h ea d l o ss / m h 2 o flow / m3 s-1 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 original article 54 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 figure 9. head loss curve for the 90º elbow. figure 10. head loss curve for the rectilinear pipe. table 4. hydraulic circuit components parameters and equations determined from experimental data. hydraulic circuit component head loss experimental equation potential regression correlation coefficient (r2) bv-1 ∆𝐻 = 33000 𝑄2 𝑦 = 620299 𝑥2.4 0.9792 90e-8 ∆𝐻 = 54000 𝑄2 𝑦 = 322248 𝑥2.3 0.9924 rp-11 − 𝑦 = 12215 𝑥1.8 0.9820 table 5. constants and coefficients of localized head losses through ball valve and 90º elbows module. hydraulic circuit component experimental data constant / mh2o (m3 s-1)-2 constant relative to installation data head loss theoretical coefficient1 head loss experimental coefficient bv-1 3.3e+04 4.655e+04 7.00e+10 7.10e–01 90e-8 5.4e+04 9.00e–01 1.15e+00 y = 322248 x2.3 r² = 0.9924 0e+00 1e-01 2e-01 0e+00 5e-04 1e-03 2e-03 2e-03 h ea d l o ss / m h 2 o flow / m3 s-1 y = 12215 x1.8 r² = 0.9820 0e+00 1e-01 2e-01 3e-01 4e-01 0e+00 1e-03 2e-03 3e-03 h ea d l o ss / m h 2 o flow / m3 s-1 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 original article 55 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 47-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p47-56 friction factor value of rectilinear pipe of used cast-iron (rp-11) was satisfactorily determined by the application of the darcy-weisbach equation (eq. 2)12 to the experimental data. similarly, the moody diagram application proved to be a quite appropriate tool to evaluate the effects of relative roughness (0.0071) on a function of reynolds number (29069 to 87208) in friction factor estimates. the recorded factors via chart were obtained in the turbulent transition zone, in which the colebrook-white equation (eq. 12)12 can be used to replicate numerically the experimental data, located below of region of complete turbulence for rough pipes and above of region of smooth turbulence. by comparing the factors obtained via experimental measurements and via diagram, a good approximation between the values was observed, with mean absolute deviation of 0.0136. 1 √𝑓 = 1.14 − (2 𝑙𝑜𝑔10 𝜀 𝐷 ) + ( 9.35 𝑅𝑒√𝑓 ) (12) where: f = friction factor [unitless]; ε = pipe roughness [mm]; d = pipe diameter [mm]; re = reynolds number [unitless]. fluid mechanic’s fundamentals to the internal turbulent flow of water as fluid flow in a hydraulic circuit were rightly applied. normal head losses produced by fluid viscous effects and the localized losses depending on the geometry singularities of the pipe were successfully determined. viscous effects on flow and head losses associated with the piping design were discussed. characteristics such as the pipe roughness, as well as velocity and viscosity of the fluid were used as parameters for algebraic determination of the friction factor value associated with the circuit's rectilinear pipe. experimental coefficients of localized losses through ball valve and 90º elbows module were measured and compared with its respective theoretical values. this work showed how simple measures of volumetric flow rate and the pressure variation may be useful to measure major and minor head losses in hydraulic drainage networks and how moody’s diagram can be applied to understand the behavior of viscous flows and evaluate the loss of energy due to viscous friction. furthermore, the results provided could be useful to solve flow problems in surcharged hydraulic systems where the head losses cannot be neglected or for dimensioning and optimization studies of design parameters of drainage networks of groundwater flow and hydraulic transport. so, hydraulic calculations estimates can help avoid several problems, such as inappropriate drainage pipes, insufficient carrying capacities, and the occurrence of floods, already that the theory alone is unable entirely to quantify the magnitudes of the energy hydraulic losses. 4. conclusions measurements of variability in volumetric flow rate and the corresponding pressure loss, as well moody’s diagram application allowed to investigate major and minor head losses associated water flow in the studied hydraulic circuit, suggesting the suitability of the proposed methodology. experimental data generated curves of head loss and their well fitted to potential regressions, displaying correlation coefficients (r2) of 0.9792, 0.9924, and 0.9820 for ball valve, 90º elbows module, and rectilinear pipe, respectively. head loss experimental equations and local loss coefficients through ball valve and 90º elbows module were determined successfully. the moody’s diagram application proved to be a quite appropriate tool for an approximate estimation and with reasonable accuracy of friction factor value of rectilinear pipe of used cast-iron. a good approximation between factors values obtained via experimental measurements and the diagram was observed with mean absolute deviate of 0.0136. 5. references [1] larock, b. e., jeppson, r. w., watters, g. z., hydraulics of pipeline systems, crc press llc, boca raton, 2000. 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https://doi.org/10.1115/1.4035116 https://doi.org/10.1115/1.4035116 https://doi.org/10.1115/1.4035116 https://doi.org/10.1002/cjce.22494 https://doi.org/10.1002/cjce.22494 https://doi.org/10.1002/cjce.22494 https://doi.org/10.1002/cjce.22494 http://annals.fih.upt.ro/pdf-full/2012/annals-2012-3-21.pdf http://annals.fih.upt.ro/pdf-full/2012/annals-2012-3-21.pdf http://annals.fih.upt.ro/pdf-full/2012/annals-2012-3-21.pdf http://annals.fih.upt.ro/pdf-full/2012/annals-2012-3-21.pdf http://annals.fih.upt.ro/pdf-full/2012/annals-2012-3-21.pdf http://annals.fih.upt.ro/pdf-full/2012/annals-2012-3-21.pdf https://doi.org/10.1080/02726351003702558 https://doi.org/10.1080/02726351003702558 https://doi.org/10.1080/02726351003702558 https://doi.org/10.1080/02726351003702558 https://doi.org/10.1080/02726351003702558 https://pt.scribd.com/document/56230307/manual-laboratorio-maqfluxo-1%c2%ba2010a https://pt.scribd.com/document/56230307/manual-laboratorio-maqfluxo-1%c2%ba2010a https://pt.scribd.com/document/56230307/manual-laboratorio-maqfluxo-1%c2%ba2010a https://pt.scribd.com/document/56230307/manual-laboratorio-maqfluxo-1%c2%ba2010a https://pt.scribd.com/document/56230307/manual-laboratorio-maqfluxo-1%c2%ba2010a editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2019 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index database iq.unesp.br/ecletica citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click on the images to follow the links. ebsco has no link available. the address is for subscribers only. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://bit.do/eqj_cas https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://doaj.org/toc/1678-4618 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 https://scholar.google.com.br/citations?hl=pt-br&user=-j-ppugaaaaj&authuser=1 https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica https://www.redalyc.org/revista.oa?id=429 https://www.latindex.org/latindex/ficha?folio=16477 https://biblat.unam.mx/pt/revista/ecletica-quimica https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and numbered sequentially; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100-46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (1page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and author guidelines graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. • eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as authors only researchers who have really taken part in the work, and for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission for submitting and publishing. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a non-author who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin anti-plagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. author guidelines • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is 7 months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. author guidelines • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br eq2-af introduction several hundred chemicals have been used to manufacture agrochemicals. however, the use of many of these chemicals is a cause of concern from both environmental and health points of view. these hazards are largely attributed to their non-biodegradable nature, as most of them are artificially synthetized. it has resulted in an increased interest in alternative strategies leading to the development of biodegradable compounds. plants are known to produce bioactive molecules (secondary compounds), which react with other organisms in the environment, inhibiting bacterial and fungal growth (antibiotic activity) or modulating the development of other vegetables (allelopathic activity) [1,2]. due to their biodegradability, most of the plant products are considered to be safer for the consumers and their environment. canavalia ensiformis is a semi-erect annual legume with a bushy growth, originating from the new world and presently widespread throughout the tropics. it is used as a cover crop in soil erosion control and occasionally its seeds are used as foodstuff. canavalia is relatively free from diseases, pests and weeds, turning this plant into an interesting research object [3,4]. it is therefore essential to work effectively to exploit such compounds directly actuate and/or to explore the possibility of using these chemicals as molecular models to crate more active and safer products. some advantages of natural products as herbicide are presented below [5]: the vast majority of natural compounds pose little health threat and probably would be environmentally safe. the half lives of most natural compounds in the environment probably are much shorter than those of synthetic compounds. many phytotoxins from phytopathogens have a high degree of target species selectivity that are not matched by any conventional herbicide class. capillary electrophoresis in general, separations and purifications of 13ecl. quím., são paulo, 32(4): 13-18, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 allelopathic potential and systematic evaluation of secondary compounds in extracts from roots of canavalia ensiformis by capillary electrophoresis s. santos, m. l. l. moraes, m. o. o. rezende1 1universidade de são paulo, instituto de química de são carlos, av. trabalhador são carlense 400, cep.13560-970, cp. 780, são carlos – sp – brasil. abstract: organic extracts were obtained from roots of canavalia ensiformis and evaluated for allelopathic potential on the germination of the weed seeds: mimosa pudica, cassia tora and cassia occidentalis showing a strong allelopathic potential. after that, a systematic study of these crude extracts was made using specific protocols developed in capillary electrophoresis (ce) in order to determine some classes of secondary metabolites. capillary electrophoresis protocols were highly specific, which makes it possible to identify 5 classes of compounds using the same crude extract samples and analyze them fartly. some of the compounds identified show activity in the inhibition of seeds germination. keywords: allelopathy; capillary electrophoresis; canavalia ensiformis; roots. eq2-af 10/9/07 15:38 page 13 organic extracts are carried out using one or more chromatographic techniques. the use of these techniques for analysis of a great amount of compounds can be very time-consuming, though, especially when it involves complex mixtures like plant extracts [6-10]. capillary electrophoresis (ce) is a microanalytical method that has become an extremely advantageous technique for the separation of many compounds in phytochemical analysis, mainly because it provides the possibility to inject crude extracts without previous purification or separation of the active compounds. ce provides advantages in terms of speed, high efficiency, low cost and simplicity. this technique requires small contents of electrolyte and sample, no solvents and consequently produces small amounts of residues [6-10]. capillary electrophoresis is performed in columns with capillary dimensions (25-75 µm of internal diameter and 375 µm of external diameter). the capillary is filled with an electrolyte solution, immersed in two reservoirs containing the selected electrolyte and submitted to high voltages. samples are injected in the capillary by the controlled application of either voltage or pressure during a period of time. the compounds are separated into the column and detected by a detection system. [11]. studying the physical-chemical interactions between the analytes and the electrolyte medium components, tavares et al [12] drawing several analytical protocols to phytochemical analyses that provides an instantaneous profile of the plant secondary metabolic status at the time of examination. due to the versatility of ce technique it is possible to separate and identify specific classes of plant constituents just by using a single capillary column, selecting a proper electrolyte and ph. the procedure for analyses using the protocols is simple and means only injecting crude extracts without previous purification under specific conditions (ph, electrolyte, wave length) that facilitate the ionization and separation of a specific class of compounds. in this work we assembled capillary electrophoresis protocols to carry out a systematic evaluation of organic extracts from canavalia ensiformis roots. it were separated and identified five classes of compounds: flavonoids, alkaloids, terpenes, phenolic acids and carboxylic acids. the secondary compounds studied were chosen according to their occurrence in plant extracts and their crucial importance in allelopathic phenomenon. materials and methods chemicals all the reagents were of analytical grade. solvents: hexane, dichloromethane, ethyl acetate and methanol (hplc grade) were obtained from mallinkrodt. deionized water was obtained from millipore system and it was used to prepare all the solutions of the electrolytes. standards of the secondary compounds and the mesityl oxide were purchased from sigma-aldrich and the acros organics. sodium dodecyl sulphate (sds), cethyltrimethylammonium bromide (ctab) and 3.5-dinitrobenzoate were purchased from fluka and mallinkrodt. electrolytes: sodium tetraborate and sodium phosphate were purchased from mallinckrodt, phosphoric acid from synth. sample collection canavalia ensiformis roots were collected, dried and triturated in willey mill. the vegetal material was stored in plastic containers at room temperature until further use. seeds of the weeds: mimosa pudica m., cassia occidentalis l. and cassia tora l., known as “malícia”, “fedegoso” and “mata-pasto” were chosen because they are a common problem in pastures of the state of pará – brazil. these seeds were collected in pastures in the cities of castanhal and paragominas, pará, brazil. sample preparation crude extracts were prepared from 300g of dry plant material and 500 ml of hexane. they were soaked for 7 days in mechanical stirring at room temperature. the mixture was filtered daily, the extract was concentrated in vacuum at 35 °c and the plant material was put back into the erlenmeyer flask with more 500 ml of hexane. after 7 days the mixture was filtered in the buchner funnel, the dry plant material was returned into the erlenmeyer flask and the solvent was changed to dichlorometane. after seven days the solvent was exchanged for ethyl acetate. this procedure was repeated with methanol. bioassays in the bioassay procedure, extracts were dissolved in an appropriate organic solvent (the same solvent that the extracts were obtained) at a concentration of 2% m.v-1. five milliliters of this solution was applied to disks of whatman paper. 14 ecl. quím., são paulo, 32(4): 13-18, 2007 eq2-af 10/9/07 15:38 page 14 control disks were similarly prepared with pure solvent. the disks were placed in petri dishes and the solvent evaporated naturally. the dried disks were moistened with 2 ml of distillated water and 25 seeds were distributed on them. the bioassays were incubated at 25 °c with 12 hours of photoperiod. the germination process was monitored during 15 days. every day the seeds were counted and those, which had sprouted, were taken from the disks. the bioassays were realized with all extracts obtained with different solvents (hexane, dichlorometane, ethyl acetate and methanol). discharge of the residues whole generated residues were submitted to chemical treatments at laboratory of residues from iqsc -usp, são carlos, brazil, that allow their further reutilization. equipment ce experiments were performed on a hewlett packard 3d capillary electrophoresis, agilent technologies palo alto, ca, usa), equipped with a diode array detector (dad). uncoated fused silica capillary (50 µm id., 50 cm length to the detector, 58.5 cm total length) was obtained from polymicro technologies, phoenix,az, usa. samples were injected by pressure (50 mbar x 3 s) and the signals were recorded with uv-vis detection. every time before starting analyses the capillary was flushed with 1.0 mol l-1 naoh for 5 min, deionized water for 10 min and with the running electrolyte for 15 min. between each run, the capillary was flushed with water for 2 min, followed by flushing with the running electrolyte for 3 min. analysis conditions electrolyte concentration and optimized conditions used in each protocol are described below. -protocol i: sodium phosphate buffer 20 mmol l-1, ph 2.5 (adjusted with phosphoric acid), 3 s injection at 50 mbar, 20 kv, 220 nm, 25 °c. under this condition, one expects to find compounds, which absorb in the uv-vis region and present positive charge in ph 2.5, basic compounds as alkaloids can be separated and identified using these conditions protocol ii: 3,5 dinitrobenzoate 10 mmol l-1, ctab 0.5 mmol.l-1 (ph 3.6), 3 s injection at 50 mbar, -15 kv, detection at 254 nm, 25 °c. 15ecl. quím., são paulo, 32(4): 13-18, 2007 this condition can be used for anionic compounds that show no absorption on the uv-vis and present pk less than 5.0. in this case a chromophoric agent is used as part of the ce electrolyte. carboxylic acids can be identified using this protocol. -protocol iii: sodium phosphate buffer 16 mmol l-1, ph 6.5 (adjusted with phosphoric acid) with 10% of methanol, 3 s injection at 50 mbar, 22 kv, detection at 200 nm, 25 °c. using sodium phosphate, ph 6,5 we could separate and identify anionic compounds which absorb in uv-vis and present pka values smaller or near 7. phenolic acids could be identified in these conditions. -protocol iv: sodium tetraborate buffer 20 mmol l-1, ph 9.4 with 15% of methanol, 3 s injection at 50 mbar, 22 kv, detection at 350 nm, 25 °c. under these conditions, it is possible to detect anionic compounds that show absorption in the uv-vis region and present pka values less than or near to 9.4 (compounds that can be ionized in this ph values). flavonoids are an important secondary metabolic class identified here because they have a hydroxyl group linked to a ring that can be “desprotonated” in high ph values and will migrate in anion form to the detector. -protocol v: sodium tetraborate buffer 20 mmol l-1, sds 13 mmol l-1 and 20% of methanol (ph 9.4), 3 s injection at 10 mbar, 20 kv, detection at 214 nm, 25 °c. in this condition it can be separated neutral compounds that absorb in the uv-vis region. these analyses are developed in the mekc mode, where a surfactant micelar solution is the electrolyte utilized. it can be separated and identified terpenes. all compounds were identified by comparison of the migration time, uv spectra data with the respective standards and by standard addition. results and discussion allelopathic potential of organic extracts from roots of canavalia ensiformis. allelopathic potential of organic extracts from roots of canavalia ensiformis was calculated using the equation below: were: i (%) – inhibition of seeds germination gssample seeds germinated on the petri dishes eq2-af 10/9/07 15:38 page 15 where the extracts were applied. gscontrol seeds germinated on the petri dishes where the extracts were not applied. the response of the seeds to the extracts from canavalia ensiformis is shown in figure 1. 16 ecl. quím., são paulo, 32(4): 13-18, 2007 the extract obtained with ethyl acetate was the most efficient on the inhibition of germination 82, 73 and 45% were the results for mimosa pudica, cassia tora and cassia occidentalis, respectively. extracts obtained with methanol presented smallest activity, the inhibition values varied from 38 to 52%. using hexanic extract in the bioassays the values reached were smaller than 5% for all seeds so, this extracts were not considered potentially allelopathic. these results show that canavalia ensiformis has allelopathic potential and probably the activity of this plant is due the presence of polar compounds. seeds of mimosa pudica and cassia tora were more affected by all extracts than seeds of cassia occidentalis, which proves the specificity of the organic extracts obtained. this fact is very important because a natural herbicide have to present selectivity that are not matched by conventional herbicides. systematic evaluation of secondary compounds by capillary electrophoresis electrophoresis protocols were considered satisfactory in order to separate and identify all the studied metabolites. figure 2 presents the standard mixture analyzed under the conditions of the protocols 1, 3, 4 and 5 (direct uv-vis detection). figure 1. inhibition of germination of the weed seeds by organic extracts from canavalia ensiformis roots. organic extracts in hi bi tio n of g er m in at io n (% ) figure 2. standard mixture submitted to protocols 1, 3, 4 and 5, using direct uv-vis detection. peak identification: alkaloids: 1 quinine; 2 cinchonidine; 3 pilocarpine; 4 atropine; phenolic acids: 5 chlorogenic acid; 6 ferulic acid; 7 cafeic acid; 8 p-anisic acid; flavonoids: 9 genistein; 10 rutin; 11 naringenin; 12 kaempferol; 13 quercetin; terpenes: 14 nerolidol; 15 terpineol; 16 linalool; 17 geraniol; 18 t-anetol. time (min) m a u figure 3. standard mixture submitted to protocol 2 using indirect uv-detection. peak identification: carboxylic acids: 1 oxalic acid; 2 maleic acid; 3 malonic acid; 4 tartaric acid; 5 malic acid; 6 aspartic acid; 7 citric acid; 8 succinic acid. time (min) m a u figure 3 presents the standard mixture analyzed under the conditions of the protocol 2, used to separate and identify carboxylic acids by indirect detection. mimosa pudica cassia tora cassia occidentalis 100 80 60 40 20 0 hexane dichloromethane ethyl acetate methanol eq2-af 10/9/07 15:38 page 16 17ecl. quím., são paulo, 32(4): 13-18, 2007 the results for the analyses of the crude extracts were shown in table 1. methanolic and ethyl acetate extracts show the major number of compounds identified. dichloromethane extract shows activity on the bioassays however; none compound studied was identified in it. terpenes are neutral compounds and they were expected on hexanic extract analyzed under protocol v, but the standards of terpenes evaluated in this work were not detected in the hexanic extracts obtained from canavalia ensiformis roots. allelopathic effect of the identified compounds germination experiments were performed to determine the allelopathic potential of all identified compounds. the standards of each compound were dissolved in methanol at 5 mg.l-1 and applied in the petri dishes following the procedure described in the experimental section. the values found for the inhibition of germination of the seeds are shown on table 2. atropine was the most efficient in the inhibition of all seeds. most of the carboxylic acids did eq2-af 10/9/07 15:38 page 17 references [1] j.b. harbone, introduction to ecological biochemistry, academic press, london, 1988. 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[7] a.g. micke, p.e. moraes, s.p.j. farah, m.f.m. tavares, j. not presented activity, citric acid was the only one that show some activity in the germination of seeds of mimosa pudica. the values found for phenolic acids varied from 5.1 to 53.4 when chlorogenic acid was applied in seeds of mimosa pudica and cassia tora. seeds germination of cassia occidentalis was not inhibited when it was apllied cafeic acid, rutin and kaempferol. in general, seeds of mimosa pudica were the most sensitive specie and cassia occidentalis the less one. the exception happened when solution of pherulic acid was applied in the dishes. in this case cassia tora (5.1%) presented smaller sensitivity than cassia occidentalis (26.9%). conclusions canavalia ensiformis (jack beans) presents a strong allelopathic potential. the organic crude extracts obtained from solvents with high dielectric constants were the most efficient in the inhibition of the weed seeds germination. seeds of mimosa pudica m. (malícia) and cassia tora l (mata-pasto) were more affected by the extracts than the seeds of cassia occidentalis l. (fedegoso); this fact reveals the specificity of the organic extracts obtained. capillary electrophoresis protocols were 18 ecl. quím., são paulo, 32(4): 13-18, 2007 highly specific, which makes it possible to identify 5 classes of compounds using the same crude extract samples and analyze them fartly (up to 20min). the use of these protocols can provide with important information about the composition of a specific plant, thus establishing an important tool for preliminary listing of possible compound groups. most of the compounds identified show activity in the inhibition of seeds germination. carboxilic acids were the less efficient. then, canavalia ensiformis can be considered as a source of compounds which present allelopathy properties, which after having been studied properly, can serve in the future like natural herbicides or can be used as molecular models to create more active, healthier and environmentally safer products. acknowledgments we are grateful to brazilian financial agencies fapesp (01/14123-0) and capes for the financial support and to embrapa amazônia oriental for vegetable material and seeds. received 04 may 2007 accepted 23 august 2007 chrom. a. 1004 (2003) 131. [8] m.f.m. tavares, quim. nova 16 (1996) 173. [9] m.f.m. tavares, m.f.m. quim. nova 20 (1997) 493. [10] h.j. issaq, electrophoresis 20 (1999) 2190. [11] a.n. guzman, capillary electrophoresis technology. marcel dekker, new york, 1993. [12] l.l.m. moraes, a.g. micke, p.e. moraes, m.n. fujiya, m.f.m. tavares, in tyrol congress (editor), proceedings of 17th international symposium on microescale separation and capillary electrophoresis. tyrol congress publishers, innsbruck, 2004; p083. s. santos, m. l. l. moraes , m. o. o. rezende, potencial alelopático e avaliação sistemática de compostos secundários em extratos provenientes das raízes de canavalia ensiformis utilizando eletroforese capilar. resumo: extratos orgânicos foram obtidos a partir das raízes de canavalia ensiformis. tais extratos foram avaliados a fim de determinar o potencial alelopático dos mesmos na germinação das sementes das plantas daninhas: mimosa pudica, cassia tora e cassia occidentalis se mostrando bastante eficazes. posteriormente, tais extratos foram submetidos a análises sistemáticas utilizando protocolos desenvolvidos em eletroforese capilar para a determinação de algumas classes de metabólitos secundários. os protocolos desenvolvidos se mostraram altamente específicos sendo possível identificar 5 classes de compostos utilizando os mesmos extratos brutos. alguns compostos identificados apresentaram potencial alelopático frente às sementes de plantas daninhas estudadas. palavras-chave: alelopatia; eletroforese capilar; canavalia ensiformis; raízes. eq2-af 10/9/07 15:38 page 18 editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 2 | 2019 | editorial it is a pleasure for the editor to announce the publication of the second issue of this year, containing very interesting subjects for the readers. this issue begins with a review entitled “chemometrics in analytical chemistry – an overview of applications from 2014 to 2018.” a compilation of recent papers related to multivariate calibration and classification, as well as design of experiments applications and artificial intelligence methods have been reported. applications of the chemometric techniques in different fields such as medical and pharmaceutical, food analysis, fuels, and biological and forensic were highlighted. the review also presents a promising scenario considering the evolution of the researches in the above-mentioned topics. sequentially, the synthesis of sunscreen formulations containing inorganic/organic filters, or their mixture is described, and different physicochemical parameters of the colloidal system were determined alloying to evaluate the uv shielding ability. continuing, a simple and rapid screening method is presented for direct speciation of arsenobetaine in tuna fish tissue and total arsenic in tuna fish tissue and robalo liver; the simplicity of the method enables its use in routine analyses. following, the microstructural and mechanical properties of an aluminum matrix hybrid reinforced with 6-12 wt. % of garnet are given. for the composite, garnet is the ceramic material and al-6000 alloys the matrix. this type of composite is of particular interest because of the growing demand for high performance light-weight materials in industrial applications. this issue is closed with the description of a correlation between x-ray structural data of cobalt(ii) chloride complexes with some phosphine oxides in the solid state and their stability constants in acetone solution. the editor and his team thank all authors for their effective contributions, and reviewers for their outstanding manuscripts evaluation. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial | vol. 45 | n. 2 | 2020 | editorial iq.unesp.br/ecletica despite the concerns spread by the coronavirus, the editor-in-chief of eclética química journal is pleased to announce the second issue of the year 2020. readers of eclética química journal will find in this issue a review article on the campomanesia genus of the myrtaceae family, characterized by citrus-flavored fruits, which reports the literature over the period 20052019. parts of these plants have been used in many specific applications in food and pharmaceutical industries. this review discusses the literature embracing topics such as secondary metabolites and phytochemistry, popular use, biological activities, toxicology and concludes with future perspectives. the following paper deals with the obtention of a leaf dichloromethane extract that was purified according to a bioguide methodology, allowing to characterize two main compounds: furanoarabinoside (compound 1) and its 3-o-palmitoyl derivative (compound 2), which greatly influenced the survival and the development of s. frugiperda, when compared to an in vitro test control. sequentially, the occurrence of zearalenone (zen) and five metabolites in the surface waters of northern são paulo state (brazil) are discussed and the associated potential estrogenic contribution to the aquatic environment is evaluated. the presence of estrogenic mycotoxins in the brazilian river waters emphasizes the need to include these substances in future public policies concerning water quality. the next paper analyzes the properties of lubricant oils derived from biodiesel, before and after they went to the engine, and evaluates the dynamic viscosities of biodiesels in the engine. the results indicate that these biodiesels are candidates for commercial lubricants with advantages for the engine and the environment. the issue is closed with the description of a chemically modified cellulose potentially applied to oil-decontamination of marine ecosystems. the modified cellulose showed a satisfactory capacity to adsorb small amounts of viscous oils, like residual oil. as a final note, the editor announced with great satisfaction at the beginning of this issue the databases in which the readers can find the articles published in eclética química journal. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041212147.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041226838.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041244736.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041257935.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041327463.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041342251.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041401639.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041416416.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041439492.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041452674.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041524592.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041547632.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041624646.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041641150.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041658374.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041715903.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041733550.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041753686.pdf original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | special issue | 2019 | 46 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 membraneless ethanol,o2 enzymatic biofuel cell based on laccase and adh/nad+ bioelectrodes paula gonçalves fenga, franciane pinheiro cardoso, sofia nikolaou , adalgisa rodrigues de andrade+ university of são paulo (usp), faculty of philosophy sciences and letters at ribeirão preto, department of chemistry, 3900 bandeirantes ave., 14040901, ribeirão preto, sp, brazil +corresponding author: adalgisa r. de andrade, phone: +55(16) 33153725, email address: ardandra@ffclrp.usp.br article info article history: received: may 14, 2019 accepted: november 7, 2019 published: november 20, 2019 keywords: 1. alcohol dehydrogenase 2. laccase 3 mediated ethanol 4. o2 biofuel cell 5. membraneless enzymatic biofuel cell 6. pamam dendrimer 1. introduction biofuel cells (bfcs) employ enzymes or microorganisms as catalysts to convert chemical energy into electric energy. bfcs can operate under milder temperatures (20-40 °c) and physiological ph, so they could be a strategy to replace traditional batteries that need large amount of hazardous metallic catalysts in small devices. moreover, bfcs could be employed to produce energy from various fuel sources because enzymes can selectively catalyze different fuels1,2. enzymes have high specific selectivity, which could dismiss the need for a membrane3. the first report of a membraneless biofuel cell (mlessbfc) dates from 1997, when a single compartment cell was used to oxidize organic compounds (sugars or alcohols) while simultaneously reducing molecular oxygen (o2) at the biocathode4. to prepare mlessbfcs successfully, enzyme immobilization is a key step to obtain a stable longlasting device, improving electron transfer kinetics, and increasing power densities (pds). in this context, researchers have sought to enhance enzymatic system robustness and activity—an enzymatic system must be able to survive ph, temperature, and reaction medium changes. this is not a simple task when one deals with biomolecules, but growing interest in this area has advanced knowledge in the field. a 20-day lifetime has been reported for a membraneless ethanol, oxygen enzymatic biofuel cell (etoh,o2 mlessebfc) based on alcohol dehydrogenase (adh) and bilirubin oxidase (bod) as bioelectrodes5. over the years, numerous architecture designs for mlessebfcs have been developed in order to achieve higher pd values6,7. for instance, deng and co-workers8 produced abstract: this work describes etoh,o2 membraneless enzymatic biofuel cells (etoh,o2 mlessebfcs) that employ laccase-based biocathodes and adh/nad+ bioanode. laccase biocathodes were prepared by immobilizing a polypyrrole film containing different redox mediators (ruthenium and osmium complexes). the bioanode for etoh,o2 mlessebfcs was fabricated by immobilizing multiwalled carbon nanotubes, nad+-dependent alcohol dehydrogenase enzyme (adh), polymethylene green, and poly(amidoamine) (pamam) dendrimer onto a carbon cloth platform. maximum power density and current density were 21.0 ± 0.2 w cm-2 and 0.15 ± 0.07 ma cm-2, respectively, in pbs (ph 6.5). lifetime tests conducted for etoh,o2 mlessebfcs showed promising perspectives for their future application in miniaturized devices. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 mailto:ardandra@ffclrp.usp.br http://orcid.org/0000-0003-2444-6069 original article 47 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 energy through oxidation of etoh present in beverages by employing an etoh,o2 mlessebfc. the bioanode mb/aunps/pssg-chi-adh was constructed with meldola’s blue (mb), adh enzyme, gold nanoparticles (aunps), partially sulfonated (3-mercaptopropyl-)trimethoxysilane sol-gel (pssg), and chitosan (chi) and an aunps/pssg-chi–laccase biocathode. the authors described pd of 1.78 mw cm−2 at 680 mv when they used wine as fuel, which pointed out that this device deserves attention for alternative energy production. to increase pd, carbon-based materials, such as multiwalled carbon nanotubes (mwcnts), have been successfully investigated9. with respect to electrochemical performance, mwcnts are claimed to be more efficient than single-walled carbon nanotubes (swcnts). indeed, mwcnts have greater surface area and wider potential range, provide many active sites for biomolecule immobilization (which promotes faster electron transfer reactions along the tube axis), and display prominent charge transortation features10,11. immobilization aiming at protein microencapsulation has currently gained researchers’ attention. in this immobilization mode, intrinsically conductive polymers and dendrimers are employed as imprisonment arrays so that enzymes are physically entrapped in membrane pores or anchored onto the electrode surface. intrinsically conductive polymers are compounds that can carry electric current without incorporating conductive charges. also known as conjugated polymers, their electrical, optical, magnetic, and electronic properties resemble the properties of metals and/or semiconductors. here, we highlight the use of polypyrrole (polypyr), which is highly chemically and environmentally stable, biocompatible, and biodegradable. this porous polymer has been widely applied in batteries, sensors, and anti-corrosion protective agents, among others. several methodologies can be employed to obtain polypyr layers, and use of this polymer, modified or not, has been often reported12-14. our research group prepared enzymatic biocathode and bioanode for biofuel cells15,16, and an example of mlessebfcs application can be found elsewhere17. polypyr and mwcnt matrixes have been employed to prepare glucose,o2 ebfcs based on glucose oxidase (gox) and pyrroloquinoline quinone (pqq) redox mediator absorbed on mwcnts and polypyr as a mwcnts-gox-pqq-polypyr bioanode17. pd of 1.1 w mm-2 was achieved at non-compartmentalized bfcs at a cell voltage of 0.167 v in pbs (ph 7.4) for 10 mm glucose (as fuel), and pd of 0.69 w mm-2 was obtained at cell voltage of 0.151 v in human serum containing 5 mmol l-1 glucose (37 °c)17. pamam dendrimer is another promising polymer belonging to the class of branched monodisperse polymers18,19. pamam has widely uniform structure, low molecular weight, highly functionalized surface and high degree of porosity19. we report the construction of a single-chamber etoh,o2 biofuel cell to harvest energy from ethanol. strategies to enhance et between enzymes and electroactive surfaces include orientation and immobilization of the enzymes and electron mediation. for this laccase-based biocathode metallic redox complexes (os and ru) was entrapped in a polypyr film as redox mediators and the adh/nad+ bioanode employed polymethylene green layer as mediator. we also investigate the activity of the membraneless biofuel for a long period (11 months) in other to show their stability. 2. experimental 2.1. chemicals enzyme adh (e.c. 1.1.1.1), from saccharomyces cerevisiae lyophilized powder (331 units mg-1); enzyme laccase (e.c. 1.10.3.2.), from trametes versicolor lyophilized powder (21 units mg-1); coenzyme nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (nad+); 2,2´-azinobis(3ethyl-2,3-dihydrobenzothazole-6-sulfonic acid (abts); pyrrole (pyr); and polyamidoamine generation 4 dendrimer (pamam) were purchased from sigma-aldrich in reactant grade. all reagents and enzymes were used without purification. enzyme solutions were freshly prepared and rapidly immobilized on the carbon platform. multiwalled carbon nanotubes (mwcnts) were acquired from cheap tubes inc. (diameter of 8.0 nm, length of 10 to 30 m, and > 95% purity). all solutions were prepared with high-purity water from a millipore milli-q system. solution ph was measured with a ph electrode coupled to a qualxtron model 8010 phmeter. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 original article 48 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 2.2. instrumentation electrochemical investigations were conducted on a potentiostat/galvanostat autolab pgstat 30 (ecochemie, netherlands) at room temperature, (25 ± 1) oc. mlessebfc experiments were carried out in a single-compartment cell (10 ml) by using 200 mmol l-1 phosphate buffer solution (pbs) or acetate buffer solution (abs) at ph 6.5, 1.9 mmol l-1 nad+, and 100 mmol l-1 etoh as electrolyte. 2.3. bioelectrode preparation adh bioanodes were prepared on carbon cloth platform (ht 1400 w, elat cdl-basf), to which mwcnts and pamam were added. further preparation details can be obtained elsewhere20.to this end, polymethylene green (poly-mg) was used as immobilized electrocatalyst and was obtained by performing twelve successive voltammetric cycles (−0.3 to 1.3 v vs. ag/agcl). after that, a pamam anchoring matrix was directly deposited onto the electrode surface, obtained by pippeting 50 l of 0.025 mol l-1 commercial pamam solution. then, 50 l of mwcnt ink (1 mg of commercial mwcnts dissolved in etoh (400 l) and 100 mmol l-1 pbs (600 l; ph 7.4) and sonicated for at least 4 h) was deposited. after drying, 50 l of a freshly prepared enzyme solution containing adh (300 l; 3.37 mg l-1) + nad+ (100 l; 7.50 mg l-1) + pamam (100 l; 0.025 mol l-1) in pbs (100 l; 100 mmol l-1; ph 7.4) was cast on the electrode surface. the casting sequence carbon cloth/poly-mg/pamam/mwcnts/adh was named mwcnts-adh configuration. the osmium [os(bpy)2cl2] and ruthenium complex [ru(bpy)2cl2] catalysts for laccase biocathode was synthesized according to the literature22,23. [os(bpy)2cl2] or [ru(bpy)2cl2] entrapment in polypyr films (1.5% v/v pyr, 8 mg ml-1 [os(bpy)2cl2] or [ru(bpy)2cl2] mediator in 100 mmol l-1 nano3) was accomplished by chronoamperometry at a fixed potential (0.7 v vs. sce; 10 min). the film containing polypyr and [os(bpy)2cl2] or [ru(bpy)2cl2] mediator was named polypyr-os and polypyr-ru, respectively. laccase biocathodes, which employed [os(bpy)2cl2] or [ru(bpy)2cl2] as nanocatalyst and pamam dendrimer as enzymatic anchoring matrix, was prepared according to cardoso and coworkers15. to this end, 50 l of a stock solution, prepared by mixing laccase (300 l; 3.32 mg ml1), pamam dendrimer (100 l; 0.025 mol l-1), and acetate buffer solution (abs; 200 l; 100 mmol l-1; ph 4), was deposited on the previously modified carbon platform. figure 1 displays the representative structures of the bioelectrodes prepared on carbon cloth platforms. (a) (b) figure 1. bioelectrode side schematic representations: a) mwcnts-adh bioanode; b) polypyr-os-laccase or polypyr-ru-laccase biocathode. bioelectrodes were kept in their appropriate buffer solution (pbs (ph 7.4) for mwcnts-adh bioanode or abs (ph 4.5) for polypyr-os-laccase or polypyr-os-laccase biocathodes) for at least 24 h before use. after electrochemical experiments, the respective bioelectrodes were kept refrigerated in buffer solution at 4 °c for at least 24 h before a further test was conducted. ph influence on enzymatic kinetics was determined by assaying laccase and adh activities at various ph values ranging between 3.5 and 10. to this end, the following 0.1 mol l−1 buffer solutions were employed: acetate buffer (naac/hac) for ph 3.5-5, phosphate buffer (nah2po4/na2hpo4) for ph 6-7, and tris(hydroxymethyl)aminomethane–hcl (tris+) buffer for ph 8–9. reaction was initiated by adding substrate to the immobilized protein, depending on the study that was being performed. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 original article 49 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 2.4. biofuel cell tests power density measurements were accomplished in an etoh,o2 mlessebfc described in the instrumentation section. first, the etoh,o2 mlessebfc open circuit voltage (ocv) was measured at least 1 h before the cell test. after that, polarization curves at a scan rate of 1 mv s-1 were registered in triplicate. pd values for all mlessebfcs were obtained by multiplying cell voltage (ecell) by current density (jcell) (pd = ecell × jcell). 3. results and discussion 3.1. ph effect on semimlessebfc to obtain maximum mlessebfc performance, it is important to investigate bioelectrode enzymatic behavior as a function of ph because hydrogen ion concentration affects enzymatic activity: enzyme spatial conformation depends on ph values and on the presence of protonated/deprotonated groups in the enzyme catalytic site, which can modify the enzyme tertiary structure. ph also influences intrinsic/extrinsic electron transfer reaction strongly. the individual ph behavior of the immobilized enzymes employed here has previously been investigated in detail15,20. the optimum ph range for adh/nad+ bioanode is between 7.0 and 8.0, achieved by employing pbs as buffer24. laccase works best in more acidic medium (ph 4.5), in abs buffer solution15. therefore, besides operating in different ph ranges, bioanode and biocathode also use distinct buffer solutions. direct correlation between enzymatic kinetics and ph is important to obtain maximum bioelectrode performance. nevertheless, in a mlessebfc both bioelectrodes seldom operate at their optimum ph. to find the best ph for mlessebfc operation, individual ph curves of each enzyme were plotted together (fig. 2). on the basis of fig. 2, ph curves intersect at ph 6.5, which was further employed with mlessebfcs. even though this ph value is close to physiological conditions, other complications may arise and diminish etoh,o2 mlessebfc pd and ocv values as compared to separated biofuel cells. other factors may also be associated with this behavior such as problems with the enzyme-mediator-electrode electron transfer enzyme, which hinders the redox process underlying etoh oxidation by adh and o2 reduction to h2o by multicopper oxidase enzymes (laccase). figure 2. ph influence on the enzymatic activity of bioelectrodes containing immobilized adh (−■−) in pbs and immobilized laccase (−●−) in abs. 3.2. etoh,o2 membraneless biofuel cell: reaction medium influence (abs or pbs). eliminating proton exchange membrane (pem) has several advantages. during the reaction process, pem is subjected to membrane channel obstruction by ions present in the supporting electrolyte, which dries or floods membrane parts, and fuel crossover. to minimize the aforementioned problems, one strategy is to remove the membrane when biocatalyst specificity can be maintained at mlessebfc. however, each bioelectrode must be evaluated for its electron transfer activity and enzymatic selectivity. etoh,o2 mlessebfc performance was assessed by analyzing ocv and power density curves obtained from polarization curves (results not shown). to investigate how pbs and abs buffers influenced mlessebfc activity, etoh,o2 mlessebfc performance was measured at ph 6.5 in both buffers (abs and pbs; buffer concentration = 200 mmol l-1). this “precaution” was necessary because pem removal resulted in each enzyme facing a medium that was different from its ideal operation condition (abs (ph 4.5) for laccase and pbs (ph 7.4) for adh). figure 3 shows the results for mlessebfcs containing a mwcnts-adh anode and one of the following cathode configurations: polypyr-oslaccase or polypyr-ru-laccase; either abs or pbs at ph 6.5 was employed. according to fig. 3 mlessebfc in pbs buffer operated at higher power density (pd) and current (jcell(max)) as compared to mlessebfc in abs buffer. in pbs buffer (fig. 3a), https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 original article 50 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 pd and jcell(max) respectively were 21.0 ± 0.2 w cm-2 and 0.15 ± 0.07 ma cm-2 for mwcnts-adh, polypyr-os-laccase, and 13.5 ± 0.2 w cm-2 and 0.11 ± 0.05 ma cm-2 for mwcntsadh,polypyr-ru-laccase. when these systems were switched to abs buffer, both pd and jcell(max) decreased significantly (fig. 3b). for this reason, pbs was selected as buffer for further etoh,o2 mlessebfc investigations. figure 3. power density curves for etoh,o2 mlessebfcs employing mwcnts-adh as bioanode and (−♦−) polypyr-os-laccase or polypyr-ru-laccase (−○−) as biocathode in (a) pbs and (b) abs medium (200 mmol l-1; ph 6.5, 1.9 mmol l-1 nad+, 100 mmol l-1 etoh, n = 3). 3.3. abts influence on etoh,o2 mlessbfcs abts is one of the most common oxygen reduction mediators when laccase is employed in ebfcs. figure 4 illustrates how abts influences etoh,o2 mlessebfc performance in pbs medium (ph 6.5) for both anode configurations investigated here: polypyr-os-laccase and polypyr-rulaccase. figure 4. power density curves for mwcntsadh,polypyr-os-laccase (−♦−) and mwcntsadh,polypyr-ru-laccase (−○−) in the presence of 1 mmol l-1 abts (200 mmol l-1 pbs (ph 6.5), 1.9 mmol l-1 nad+, and 100 mmol l-1 etoh; n = 3). homogeneous abts introduction diminishes ru-mediated cathode cell pd by over 80% as compared to os-mediated cathode cell. indeed, pd decreased from 15.3 ± 0.2 w cm-2 to 2.7 ± 0.3 w cm-2 just by changing the os complex to the ru complex. also, when results obtained in the absence (fig. 3a) and in the presence (fig. 4) of abts are compared for os-complex in pbs, pd and jcell(max) was approximately 27.5 and 23.8%, respectively. this decrease could be explained by competition between abts and mediators incorporated into the polypyr matrix and the enzymatic redox sites. the best results were achieved for etoh,o2 mlessebfcs based on the mwcnt-adh,polypyr-os-laccase system. these results agreed with literature data25 claiming that [os(bpy)2cl2] can bind to laccase copper hydrophobic t1 active site and establish a strong electrostatic interaction, which entraps the oscomplex in polypyr, shifts the polypyr-os oxidation potential (eoxi), and facilitates electron transfer. our results showed that polypyr-rulaccase did not interact in the same way as the osmediator. table 1 summarizes all experimental parameters obtained for etoh,o2 mlessebfcs as a function of the different redox mediators entrapped in polypyr, in the absence or presence of 1 mmol l-1 abts. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 original article 51 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 table 1. parameters obtained for different etoh/o2 mlessebfcs. mlessebfcs ocv/v emax/v jcell(max)/ma cm-2 pd*/w cm-2 mwcnts-adh,polypyr-os-laccase (without abts) 0.226 ± 0.008 0.14 ± 0.01 0.15 ± 0.07 21.0 ± 0.2 mwcnts-adh,polypyr-os-laccase (with abts) 0.15 ± 0.06 0.11 ± 0.04 0.11 ± 0.05 15.3 ± 0.2 mwcnts-adh,polypyr-ru-laccase (without abts) 0.17 ± 0.02 0.115 ± 0.006 0.11 ± 0.05 13.5 ± 0.2 mwcnts-adh,polypyr-ru-laccase (with abts) 0.048 ± 0.007 0.037 ± 0.008 0.072 ± 0.001 2.7± 0.3 *average and standard deviation for combinatorial analysis, in triplicate, for a set of three biocathodes and four bioanodes. on the basis of the results above (table 1), the best etoh,o2 mlessebfcs was mwcntsadh,polypyr-os-laccase in 200 mmol l-1 pbs (ph 6.5) in the absence of abts. figure 5 illustrates the selected operation system. figure 5. schematic diagram of mediated electron transfer in etoh,o2 mlessebfcs based on mwcntsadh,polypyr-os-laccase. we have investigated and reported half-cell data for these electrodes configuration before15,21. for the biocathode half-cell15 a gas diffusion membrane (elat) consisting of 40% metal in c (pt0.66ru0.34, e-tek commercial mixture) hot pressed in a nafion nre-212 membrane was employed as the anode. this configuration furnished at least five times higher power densities values than the value reported for the membraneless fuel cell. for the half-bioanode21 pt was used as cathode, also separated by a nafion membrane. this configuration furnished power density values as high as 0.25 mw cm-2. table 1 shows that the results for etoh,o2 mlessebfcs are much lower than the separated compartment cell indicating that besides ph effect must be a mutual influence of the fuel and o2 in the performance of the enzymatic systems. nevertheless, despite differences with respect to enzyme immobilization method, the values measured herein are in the same order of magnitude (w cm-2) with some data reported in the literature data5,8,27,28. considering the high efficiency in ethanol/acetaldehyde conversion and concomitant o2 reduction to h2o demonstrated by enzymatic systems future application of biofuel cells in miniaturized systems must be solved preparing microfluidic devices that operate with streams of liquid electrolytes29. in this configuration it is possible to operate with different electrolytes for anodic and cathodic compartments without any problem. this is our future goal to increase the power density. table 2 lists the mwcnts-adh,polypyr-oslaccase cell storage lifetime under optimum conditions (200 mmol l-1 pbs (ph 6.5), 1.9 mmol l-1 nad+, and 100 mmol l-1 etoh). table 2. etoh,o2 mlessebfcs storage lifetime for polypyr-os-laccase and mwcnts-adh bioelectrodes. mlessebfc ocv/v jcell(max)/ma cm -2 pd*/w cm -2 fresly produced 0.226 ± 0.008 0.15 ± 0.07 21.0 ± 0.2 after 5 months 0.198 ± 0.003 0.09 ± 0.02 13 ± 4 after 11 months 0.140 ± 0.02 0.08 ± 0.02 8 ± 2 *average and standard deviation analysis, in triplicate, for a set of three biocathodes and four bioanodes. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 original article 52 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 after five months, pd and jcell(max) decreased by approximately 38% (13 ± 4) w cm-2 and 0.09 ± 0.02 ma cm-2, respectively) as compared to freshly prepared electrodes. these values dropped slowly and reached 62% and 48% (8 ± 2 w cm-2 and 0.09 ± 0.02 ma cm-2, respectively) of the initial values. these results attested that immobilization of the enzymes employed here provided a relatively stable medium for long-term storage tests. this result may be important to apply these devices in new types of nanofluid cells to enhance the power harvest from the ethanol molecule30. 4. conclusions bioelectrodes containing the enzymes adh and laccase and different redox mediators (os or ru) entrapped in polypyr films or pamam dendrimer were tested. mwcnts-adh,polypyr-os-laccase employing pbs (ph 6.5) in the absence of abts performed the best. pd and jcell(max) remained around 21.0 ± 0.2 w cm-2 and 0.15 ± 0.07 ma cm2 for freshly prepared electrodes. electrodes retain 38% of their activity after storage for five months storage in a refrigerator. the prepared etoh,o2 mlessebfc generated power densities values comparable with literature data as well as considerable lifetime stability. therefore, the results presented here for etoh,o2 mlessebfcs are promising and may be employed in microfluidic devises to enhance the activity of the system. 5. acknowledgments financial support from capes (pnpd 2779/2010 and 001 grants), fapesp (grant # 2014/04813-9), and cnpq (400712/2014-8) are gratefully acknowledged. 6. references [1] rasmussen, m., abdellaoui, s., minteer, s. d., enzymatic biofuel cells: 30 years of critical advancements, biosensors and bioelectronics 76 (15) (2016) 91-102. https://doi.org/10.1016/j.bios.2015.06.029. 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https://doi.org/10.1016/j.bios.2004.08.032 https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.03.016 https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.03.016 https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.03.016 https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.03.016 https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.03.016 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.02.079 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.02.079 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.02.079 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.02.079 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.02.079 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016 original article 54 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 46-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 arriaga, l. g., ledesma-garcia, j., evaluation of hyrid and enzymatic nanofluidic fuel cells using 3d carbon structures, international journal of hydrogen energy 43 (26) (2018) 11847-11852. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p46-54 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.016 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 2 | 2020 | 23 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 estrogenic mycotoxins in surface waters of the rico stream microbasin, são paulo, brazil: occurrence and potential estrogenic contribution elissandro soares emídio+ , claudia pereira da silva , mary rosa rodrigues de marchi são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil +corresponding author: elissandro soares emídio, phone: +55 16 3301-9735 email address: elissandro_se@yahoo.com.br article info article history: received: july 21, 2019 accepted: december 11, 2019 published: april 1, 2020 keywords: 1. estrogenic mycotoxins 2. occurrence 3. surface waters 4. estrogenicity 5. southeast brazil 1. introduction among the hundreds of mycotoxin-producing fungi, the genus fusarium is considered one of the most prevalents in terms of animal health implications and economic damage1. resorcyclic acid lactones (rals) are compounds that exhibit endocrine disruptive behavior and are produced by fungi of the genus fusarium2. the representative mycotoxin of this class of rals is zearalenone (zen), cited among the most common mycotoxins worldwide3. in brazil, there have been few studies on the incidence of fusariotoxins. for example, the occurrence of zen was reported in maize4, rice5 and wheat6 in the south and southeast brazilian regions. fusariotoxins are mostly produced under high humidity and at temperatures of approximately 20 to 26 °c. the brazilian climate offers good conditions for these toxins to be present in grains used in the diets of animals and humans7. the incidence of zen and its metabolites has been reviewed extensively in food for humans and animals8. however, little is known about its impact or environmental distribution, with few studies having been carried out concerning these attributes9. some publications have reported the occurrence of zen in surface water, groundwater abstract: the aim of this study was to assess the occurrence of zearalenone (zen) and its metabolites zearalanone (zan), α-zearalenol (αzel), β-zearalenol (β-zel) αzearalanol (α-zal), and β-zearalanol (β-zal) in the surface waters of northern são paulo state (brazil) and to evaluate the associated potential estrogenic contribution to the aquatic environment. the determination of the estrogenic mycotoxins in water samples from the rico stream microbasin yielded levels of up to 59 ng l-1 and their corresponding calculated estrogenic equivalent (ceeq) values were between < 0.03 and 1.4 ng l-1, which are associated with negative effects on the reproduction and growth of some fish species. the physicochemical and microbiological parameters were evaluated to determine the water quality in the rico stream region. this study revealed the first data about the presence of estrogenic mycotoxins in the brazilian river waters and emphasizes the need to include these substances in future public policies concerning water quality, since these compounds are not yet legally regulated. from an environmental aspect, it is necessary to take into account the continuous introduction into surface water of microcontaminants associated with wastewater effluent, such as estrogenic mycotoxins. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 mailto:elissandro_se@yahoo.com.br https://orcid.org/0000-0003-0679-4123 https://orcid.org/0000-0002-2806-9021 https://orcid.org/0000-0001-5381-249x original article 24 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 and effluent from sewage treatment plants and industries, with concentrations of zen or its metabolites ranging from undetected levels to 4120 ng l-1 10. zearalanone (zan) and βzearalenol (β-zel) have rarely been detected or analyzed in aqueous environmental samples. zen and its metabolites can contribute to the overall estrogenic activity in the environment and therefore could pose a risk to wild fish in their natural habitat, as indicated by a zebrafish study in which there was a change in the reproductive capacity of animals exposed to low concentrations of estrogenic compounds (100 to 3200 ng l-1) for 21 days3. some studies conducted in brazil have reported the occurrence of endocrine disruptors in surface waters, with monitoring results showing the periodic presence of these substances in natural waters, suggesting that different sources in addition to untreated sewage contribute to the input into water sources11. possible aqueous environmental contamination routes of estrogenic mycotoxins include: drainage water from fields cultivated with infected plants, runoff from livestock facilities or manure applications to field crops and human excretions in urban wastewaters12. the purpose of this study was to examine for the first time the occurrence of estrogenic mycotoxins in brazilian water samples, using dispersive liquidliquid microextraction (dllme) followed by liquid chromatography–tandem mass spectrometry and to identify possible sources of contamination, seasonal variations and potential contribution to total estrogenic activity in the southeast region of brazil (são paulo state). 2. experimental 2.1 standards and reagents zen, α–zel, β–zel, α–zal, β–zal and zan standards were all obtained from sigma aldrich (st. louis, mo, usa) with purities of at least 98%. the zearalenone–d6 (surrogate internal standard, zen–d6) was supplied from toronto research chemicals (north york, on, canada). acetonitrile (acn) and methanol (meoh), both hplc grade were provided from j. t. baker (phillipsburg, nj, usa). bromocyclohexane was acquired from alfa aesar (ma, usa). hydrochloric acid (37% m/v) and sodium hydroxide were purchased from j.t. baker (phillipsburg, nj, usa) to adjust the ph of water samples. deionized water was obtained using a milli–q purification system (bedford, ma, usa). 2.2 sampling area the rico stream microbasin is localized in the northeast region of são paulo state and consists of the municipalities jaboticabal, taquaritinga, monte alto, guariba and santa ernestina (fig. 1), occupying an area of approximately 563 km2 at an altitude between 498 and 754 m. the rico stream is the main source of water in the micro-basin, with a total of 59.2 km of watercourse length discharging into the mogi guaçu river. because of its high representativeness in the region, rico stream stands out as the main supply of water for the city of jaboticabal (population ca. 75,000). anthropogenic impacts on the environment may occur both directly or indirectly, due to effluent discharges from domestic sewage treatment plants of the monte alto municipality and animal husbandry (poultry, swine and cattle)13. in accordance with the classification proposed by köeppen, the region possesses a climate defined as aw, characterized as tropical with summer rainfall and dry winters. the average temperature is 23 °c, and the total average annual rainfall is 1405 mm occurring mainly during the period from october to march, with the dry season extending from april to september14. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 original article 25 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 figure 1. map of the studied area showing the location of four sampling sites (adapted from pissarra et al.15 and takahashi et al.16). 2.3 sample collection and pretreatment the collection of water samples was performed from october 2014 to july 2015 (ten sampling campaigns) at four different sampling sites located in the rico stream, except one that was located in tijuco stream (stream tributary) between the municipalities of monte alto and jaboticabal. references sites: p1 situated near the rico stream source with minor contamination impacts and upstream of wastewater treatment plant (wwtp) effluent discharge (21º18'37.26"s; 48º27'39.49"w); p2 situated at the downstream discharge point of the wwtp, which also represents the influence of input from agricultural industry and runoff from livestock facilities or fields receiving livestock manure applications (21º18'46.08"s; 48º26'56.33"w); p3 located in the tijuco stream, upstream of the public water supply and near the confluence with the rico stream (21º17'56.08"s; 48º22'31.69"w) and p4 located freshwater abstraction site for the public water supply to jaboticabal city (21º18'36.07"s; 48º19'26.11"w). the water samples were collected at 30 cm depth in 1000 ml amber glass bottles, previously rinsed thoroughly with ultrapure water. after collection, samples were transported to the laboratory under refrigeration at 4 °c (ice packs) and processed within 48 h. in the laboratory prior to extraction, the samples were filtered through a glass fiber filter with a pore size of 0.6 µm (macherey-nagel gf-3), acidified to ph 4 and spiked to 200 ng l-1 with an internal surrogate (zen-d6). samples were then immediately extracted and analyzed using the previously developed and validated dispersive liquid-liquid microextraction (dllme) method and liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (lc-ms/ms)17. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 original article 26 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 2.4 determination of physicochemical and microbiological parameters a total of twelve physicochemical and microbiological parameters were used to assess water quality control and pollution. parameters such as fecal coliforms, total organic carbon, chemical oxygen demand (cod), biochemical oxygen demand (bod), total phosphorous, total nitrogen, nitrate, nitrite, ammoniacal nitrogen, potassium, turbidity and total dissolved solids were determined using standard procedures described by the american public health association18. 2.5 analytical methodology an aliquot of 10 ml of the water sample was added into a 12 ml conical glass centrifuge tube with screw cap. thereafter, 100 μl of bromocyclohexane (extraction solvent) was added to the sample solution. the mixture was then vigorously shaken using a vortex mixer at 2500 rpm for 120 s. after centrifugation for 10 min at 3500 rpm, the organic sedimented phase was collected in a glass insert (300 μl) using a 100 μl hamilton microsyringe and was evaporated in a n2 flow. the residue was reconstituted in 80 μl of meoh/0.1% formic acid in h2o (50:50, v/v) and injected into the lc–esi–ms/ms for analysis. 2.6 instrumentation the hplc analyses were carried out on an agilent 1200 series lc system coupled with a 3200 qtrap mass spectrometer (applied biosystems/mds sciex instruments) with an electrospray ionization source (esi). the mass spectrometric parameters selected for experiments of full scan and ion fragmentation were as follow: ion spray voltage of −4 kv, curtain gas (nitrogen) at 15 psi, auxiliary gas at 40 psi, nebulizer gas at 50 psi, source temperature at 600 °c, interface heater and entrance potential of -10 v. chromatographic separation of the estrogenic mycotoxins was achieved at 40 °c using a gemini c18 column (150 × 4.6 mm, 5 μm; phenomenex, torrance, ca, usa) preceded by a phenomenex c18 column guard (4 × 3 mm). the mobile phase consisted of 0.1% formic acid in water (48%, v/v), acetonitrile (25%, v/v) and methanol (27%, v/v), with a flow rate of 1.0 ml min-1 for 17 min and injection volume was set to 20 μl. applied biosystems analyst 1.5 software was used for data acquisition. 2.7 quality assurance/quality control the calibration was performed by internal standardization method with matrix-matched blank samples. the calibration curve consists of eight different concentration values, in the range 8 to 680 ng l-1. the analytes were extracted by dllme prior to chromatographic analysis for each point of the calibration curve. the calibration curve was obtained from the ratio between the peak areas of analytes and the internal standard versus the analyte concentrations (ng l-1). every experimental point was analyzed in triplicate. the extraction efficiency (recovery percentage) of the analytes was evaluated by spiked with 200 ng l-1 of the internal surrogate (zen-d6) to all river water samples. 2.8 estrogenicity the estrogenic potential of the aqueous samples was calculated in equivalent activity compared to the reference substance (natural hormone 17-βestradiol)19. the potential contribution of each estrogenic mycotoxin to the total estrogenic activity of the surface waters was calculated according to the eq. 1: 𝑐𝐸𝐸𝑄 = 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑜𝑓 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑖𝑐 𝑚𝑦𝑐𝑜𝑡𝑜𝑥𝑖𝑛 × 𝑅𝑃 (1) where ceeq is the calculated estrogenic equivalent (17-β-estradiol) of a specific estrogenic mycotoxin and rp is the relative potency of the mycotoxin in an individual bioassay. 3. results and discussion 3.1 occurrence of estrogenic mycotoxins in environmental samples the results obtained from the collected samples (during the period of october 2014 to july 2015) are shown in tab. 1. surrogate recovery values (zen-d6) ranged from 71 to 124% from the extraction method. these recovery values are https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 original article 27 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 suitable when dealing with complex environmental samples such as the river water analyzed in this study. table 1. estrogenic mycotoxin concentrations (ng l-1) at four sampling sites in the rico stream micro-basin. azen-d6 recovery (%), spiked at 200 ng l-1 in triplicate b limit of quantification value c n.d. – not detected compounds october/2014 november/2014 p1 p2 p3 p4 p1 p2 p3 p4 β-zal n.d.c n.d. n.d. n.d. 48 n.d. n.d. n.d. β-zel n.d. <40b n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zal n.d. n.d. n.d. n.d. <20b <20b 27 <20b α-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zan n.d. n.d. n.d. n.d. <8b n.d. n.d. n.d. zen-d6 a 112 108 107 106 107 96 76 91 zen <8b <8b <8b <8b <8b <8b <8b <8b compounds december/2014 january/2015 p1 p2 p3 p4 p1 p2 p3 p4 β-zal n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. β-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zal n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zan n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zen-d6 a 89 80 91 93 112 81 74 77 zen n.d. n.d. n.d. n.d. 22 29 25 27 compounds february/2015 march/2015 p1 p2 p3 p4 p1 p2 p3 p4 β-zal n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. β-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zal n.d. n.d. n.d. n.d. <20b n.d. n.d. n.d. α-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zan n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zen-d6 a 118 105 97 97 73 71 115 100 zen n.d. n.d. n.d. n.d. 59 46 51 42 compounds april/2015 may/2015 p1 p2 p3 p4 p1 p2 p3 p4 β-zal n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. β-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zal n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zel n.d. n.d. n.d. n.d. <20b n.d. n.d. n.d. zan n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zen-d6 a 91 81 73 78 114 124 101 127 zen n.d. n.d. n.d. n.d. 18.8 n.d. n.d. n.d. compounds june/2015 july/2015 p1 p2 p3 p4 p1 p2 p3 p4 β-zal n.d. n.d. <40b n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. β-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zal n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. α-zel n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zan n.d. n.d. 19 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. zen-d6 a 117 119 119 88 102 103 98 88 zen 14 12 11 <8b n.d. n.d. n.d. n.d. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 original article 28 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 all analytes were detected at least once at each point over the sampling period. zen compound had a higher frequency of detection (52.5%), followed by α-zal (12.5%), β-zal (5.0%), zan (5.0%), α-zel (5.0%) and β-zel (2.5%). a total of 47.5% of the samples had concentrations above the limit of quantification (loq), ranging from 11 to 59 ng l-1. among the six analytes, zen was determined at all sampling points in five of the sampling campaigns performed. the highest levels were determined during the period of greatest rainfall. in addition, most zen metabolites were detected during the rainy season. the compounds β-zal, α-zal and zan were quantified only once, whereas α-zel and β-zel did not present in concentrations above the loq (tab. 1). the limits of detection were for β-zal and β-zel of 20 ng l 1, for α-zal and α-zel of 8 ng l-1 and for zan and zen of 4 ng l-1. the results obtained in this work are comparable to those obtained by other researchers. in previous studies, the detection frequencies for zen ranged from 0 to 30% and differed according to the seasons during sampling9,20-22. the highest concentrations of zen (up to 96 ng l-1) were detected in small streams or channels near agricultural fields with crops contaminated by fusarium sp.9,20,23. low levels (up to 35 ng l-1) were found in river and lake waters18,22-25. the metabolites β-zal and α-zal were investigated in two rivers contaminated by wastewater effluents24. the maximum concentration of both compounds was 3 ng l-1. the concentrations of βzel and α-zel metabolites were investigated in agricultural streams upstream and downstream of the wwtp in new york (usa). in agricultural fields, the concentrations of these compounds were generally below the limit of detection, but the highest detected concentrations reached tens or even hundreds of ng l-1. in summary, the levels of estrogenic mycotoxins detected in rivers, streams and drainage channels occurred generally at levels of dozens of ng l-1. however, much higher concentrations have occasionally been reported (single study), such as the detection of hundreds of ng l-1 for α-zel and β-zel in streams near agricultural areas or wastewater effluents in new york, usa9. the results obtained for physical, chemical and microbiological parameters at the sampling sites (tab. 2) showed that variables such as fecal coliforms (december–july), bod5 (october and january), total phosphorus (october), nitrite concentration (december), and total ammoniacal nitrogen concentration (october) exceeded the values established by conama for class 2 freshwater (brazilian environmental council)26. according to the results of these parameters (tab. 2), there was increase in the total phosphorus, potassium concentration, total dissolved solids and turbidity during the rainy season (november to march), which was characteristic of rainfall events and the corresponding transport of fine soil particles into the body of water. there was an increase in the concentration total nitrogen during the extensive dry season in october 2014. it is assumed that the high concentration of ammoniacal nitrogen (42 mg l-1 for p2 site) probably originated from runoff waters that carried residues from livestock animals or by the drainage of agricultural soils where animal excrement was used as fertilizer. the fecal contamination indicator (fecal coliforms) exceeded the maximum limit of 1000 cfu 100 ml-1 24 in samples from all months, with the exception of october and november 2014. these results indicated that rico stream is subject to a great anthropogenic influence, probably related to the use and soil occupation of this microbasin. the rico stream microbasin presents serious problems of environmental degradation, characterized by residential and rural areas with large deforestation events and lack of adequate management of animal husbandry waste, resulting in contamination of the whole drainage network. the p2 site had the highest concentrations of eight of the hydrological variables (fecal coliforms, bod, total phosphorous, nitrate, nitrite, potassium, total dissolved solids, ammoniacal nitrogen concentrations), including 14 values above conama legislation. this sampling site is characterized by tributaries that drain from the urban area of the monte alto municipality and is located downstream of the effluent discharge of the wastewater treatment plant (wwtp) (site that receives the highest contribution among others). soil occupation and land use in the area of the rico stream consists of small farms with diversified production. according to field observations during the sampling period, horticulture, swine and several agricultural crops (especially sugarcane and peanuts) were present in the area. the presence of mechanized irrigation of agricultural crops during both the dry and rainy periods was also observed during the sampling period. it may be inferred that the presence of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 original article 29 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 estrogenic mycotoxins in the rico stream was probably due to effluent discharge from the wwtp of monte alto municipality (detection in downstream of the wwtp – p2 site), runoff from livestock facilities or fields receiving livestock manure applications (detection in upstream of the wwtp – p1 site). rico stream contamination from fungi in agricultural crops is unlikely since maize (temporary tillage) is insignificant in the region. table 2. data on physicochemical and microbiological parameters determined in rico stream micro-basin over the period of sampling. month sampling sites fecal coliforms (cfu 100 ml-1) total organic carbon (mg l-1) chemical oxygen demand (mg l-1) biological oxygen demand (mg l-1) total phosphorus (mg l-1) nitrate (mg l -1) nitrite (mg l-1) total nitrogen (mg l-1) total ammoniacal nitrogen (mg l-1) total dissolved solids (mg l-1) potassium (mg l-1) turbidity (ntu) october 2014 p1 850 10 24 5 0.098 1.0 <0.011 46 0.30 112 <1.109 11 p2 65 72 180 81 1.820 3.4 0.621 46 42 343 <1.109 16 p3 22 16 40 15 0.230 <1.0 <0.011 0.5 0.51 132 <1.109 7 p4 40 21 52 30 0.176 5.5 0.040 6.0 0.50 159 <1.109 10 november 2014 p1 <1.0 9 23 5 0.123 6.3 <0.011 6.5 0.21 210 6.162 13 p2 500 16 40 <5.0 0.420 7.2 <0.011 10 2.90 184 5.217 12 p3 <1.0 22 55 <5.0 0.120 5.7 <0.011 5.9 0.20 168 6.801 12 p4 70 8 20 <5.0 0.181 6.2 <0.011 6.4 0.25 198 5.209 13 december 2014 p1 2300 5 12 <5.0 0.055 0.33 0.024 0.5 0.16 48 2.482 14 p2 2200 5 12 <5.0 0.707 0.78 1.301 2.4 0.26 83 4.091 16 p3 3300 6 17 <5.0 0.059 0.75 0.032 0.9 0.13 48 2.719 15 p4 3900 2 4 <5.0 0.072 2.6 0.026 2.7 0.11 47 3.073 15 january 2015 p1 600 14 37 15 <0.050 <1.0 0.020 0.4 0.12 94 1.593 4 p2 20000 72 187 94 1.157 1.1 0.355 6.4 <0.05 111 3.892 7 p3 5000 16 41 21 <0.050 <1.0 0.036 0.3 <0.05 138 1.946 46 p4 6000 11 29 13 <0.050 1.6 0.032 2.3 0.25 132 2.034 58 february 2015 p1 95 <0.04 18 <5.0 <0.050 <1.0 0.013 0.2 <0.05 53 7.53 12 p2 48 <0.04 18 <5.0 <0.050 <1.0 0.118 0.5 0.06 92 11.07 19 p3 165 <0.04 22 <5.0 <0.050 <1.0 0.029 0.2 <0.05 54 7.699 14 p4 1100 <0.04 11 <5.0 <0.050 3.8 0.071 4.0 0.14 54 9.994 15 march 2015 p1 61 8 19 <5.0 <0.050 <1.0 0.068 0.4 0.15 44 3.237 10 p2 620 22 54 <5.0 0.196 <1.0 0.143 0.6 0.24 62 4.396 11 p3 380 5 12 <5.0 <0.050 <1.0 0.069 0.6 0.36 40 3.886 56 p4 3100 5 12 <5.0 0.037 1.3 0.100 2.0 0.34 40 3.611 37 april 2015 p1 140 <0.04 <4 <5.0 <0.050 1.0 <0.011 1.9 0.54 50 2.165 10 p2 510 22 54 <5.0 0.237 12 0.108 14 1.82 90 4.569 10 p3 1100 19 46 <5.0 <0.050 2.3 0.036 2.8 0.29 50 2.286 92 p4 900 35 84 <5.0 <0.050 4.0 0.016 4.5 0.15 46 2.796 74 may 2015 p1 410 69 186 <5.0 <0.050 0.31 0.015 0.7 0.33 90 2.420 9 p2 2000 136 367 <5.0 <0.050 9.0 0.019 10 0.44 152 3.230 11 p3 4300 2 4 <5.0 <0.050 0.70 0.014 1.3 0.40 84 2.119 21 p4 1200 40 108 <5.0 <0.050 2.3 0.011 2.5 0.09 84 2.276 19 june 2015 p1 1600 16 40 <5.0 <0.050 1.0 0.015 1.2 0.16 47 1.79 8 p2 420 35 88 <5.0 <0.050 1.5 0.232 2.4 0.64 96 3.991 14 p3 5000 22 56 <5.0 <0.050 0.8 0.020 0.9 0.07 42 1.892 14 p4 960 21 52 <5.0 <0.050 3.4 0.047 3.4 <0.05 42 2.232 13 july 2015 p1 200 42 86 <5.0 <lq 0.74 <lq 0.7 <lq 65 2.196 5.3 p2 3600 57 93 <5.0 1.649 2.0 0.374 2.4 <lq 106 3.671 9.7 p3 2700 9 33 <5.0 <lq 0.87 <lq 0.9 <lq 89 2.536 12.2 p4 5200 12 29 <5.0 0.033 4.6 0.044 4.6 <lq 76 2.474 9.26 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 original article 30 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 23-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p23-32 3.2 estrogenicity the calculated ceeq values ranged from < 0.03 to 1.4 ng l-1 (mean value) (tab. 3). the highest values of ceeq were for α-zal, even though the maximum concentration calculated in the samples was lower than those obtained for zen, as α-zal showed the highest relative estrogenic potency among the quantified mycotoxins. the ceeq values for the estrogenic mycotoxins in this study (tab. 3) were higher than those reported in natural waters in europe and usa (< 0.01to 0.63 ng l-1)27, except for the study performed by kolpin et al.9, in which the highest value of ceeq was calculated (new york, usa) for α-zel (< 8.8 to 388 ng l-1). in the specific case of zen, some adverse effects have been detected in vivo at concentrations comparable in this study. zen concentrations between 2 and 50 ng l-1 (lowest observed effect concentration loec), activation of genes that regulate the growth and reproduction of fish (pimephales promelas) has been reported28. the concentrations of zen reported in this work (tab. 1) were higher or comparable to the loec from in vivo studies (fish)28. table 3. concentration range, ceeq and relative estrogenic potency of the analytes in the rico stream microbasin. a mean ceeqs were calculated from individual mycotoxin concentrations multiplied by the geometric mean of relative estrogenic potencies (rps) of analytes from different in vitro systems b ceeqs ranges were calculated as the concentrations of mycotoxins multiplied by the minimum and maximum rps of the analytes from different in vitro systems c geometric mean of the relative estrogenic potencies27 d lod value 4. conclusions in this study, it was concluded that estrogenic mycotoxins are present along the rico stream microbasin and that the contribution routes of these compounds are the run-off from livestock farming practices, drainage of agricultural soils from animal manure or wastewater treatment plant effluent from monte alto city. additionally, this is the first report of estrogenic mycotoxins in environmental waters in brazil. all estrogenic mycotoxins were detected at some point during the study, and quantifiable concentrations (11 to 59 ng l-1) were similar to those found in studies conducted in other countries that are influenced by agricultural areas, livestock around river waters, as well as waterbodies that receive wwtp effluents. thus, our results can contribute to discussion of the improvement of the water and sewage treatment in brazil, as well as to the development of global environmental legislation. 5. acknowledgments e. s. emídio is grateful for the doctoral student fellowship from cnpq (brazilian national counsel of technological and scientific development). research support was provided by the facte foundation for science, technology and education support. the authors are grateful to dr. laudicéia giacometti lopes and saaj for providing the sampling logistics. 6. references [1] escrivá, l., font, g., manyes, l., in vivo toxicity studies of fusarium mycotoxins in the last decade: a review, food and chemical toxicology 78 (2015) 85206. https://doi.org/10.1016/j.fct.2015.02.005. 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https://doi.org/10.2134/jeq2010.0121 https://doi.org/10.2134/jeq2010.0121 https://doi.org/10.2134/jeq2010.0121 https://doi.org/10.2134/jeq2010.0121 https://doi.org/10.2134/jeq2010.0121 https://doi.org/10.2134/jeq2010.0121 https://doi.org/10.2134/jeq2010.0121 http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705.pdf http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705.pdf http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705.pdf http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705.pdf http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705.pdf https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.03.019 https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.03.019 https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.03.019 https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.03.019 https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.03.019 https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.03.019 https://doi.org/10.1002/tox.20545 https://doi.org/10.1002/tox.20545 https://doi.org/10.1002/tox.20545 https://doi.org/10.1002/tox.20545 https://doi.org/10.1002/tox.20545 https://doi.org/10.1002/tox.20545 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 2 | 2021 | 17 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 17-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 phytochemical and antibacterial investigation of moringa oleifera seed: experimental and computational approaches sunday adewale akintelu1,2 , aderonke similoluwa folorunso3 , abel kolawole oyebamiji2,4+ 1. beijing institute of technology (bit), school of chemistry and chemical engineering, beijing, china. 2. ladoke akintola university of technology, faculty of pure and applied science, ogbomoso, nigeria. 3. louisiana state university, faculty of science, baton rouge, united states of america. 4. adeleke university, faculty of science, ede, nigeria. +corresponding author: abel kolawole oyebamiji, phone: +2348032493676, email address: abeloyebamiji@gmail.com article info article history: received: march 31, 2020 accepted: december 12, 2020 published: april 01, 2021 keywords 1. moringa oleifera 2. antibacterial 3. phytochemical and multidrug resistant 4. dft 5. docking abstract: the advent of antibiotic resistance and the growth of new strains of bacteria are of great concern to the world health sectors. effective treatment of the infections caused by these human pathogens call for designing and development of new drugs with better efficiency. this study aimed at investigating the antibacterial activity of moringa oleifera seed extract against some bacteria strains. the phytochemical and antibacterial activities of moringa oleifera seed extract against both gram-positive and gramnegative bacteria were conducted using standard methods. the phytochemical analysis of the studied seed extract revealed the presence of alkaloids, tannins, saponins, phenols and flavonoids as secondary metabolites. the obtained result from the antibacterial study indicated that the extract exhibited high inhibition zones against all bacteria strain studied. also, four molecular compounds from moringa oleifera seed were selected based on their percentage yield and were optimized using density functional theory and they were used against five bacterial cell lines. it was observed that kaempferol and quercetin inhibited escherichia coli. kaempferol inhibited klebsiella pneumonia, pseudomonas aeruginosa, and streptococcus pneumonia while quercetin showed highest inhibition against staphylococcus aureus when compared with other compounds. this showed the effectiveness of moringa oleifera seed in eradicating some infections caused by bacteria. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 mailto:abeloyebamiji@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-8919-3029 https://orcid.org/0000-0002-6720-5516 https://orcid.org/0000-0002-8932-6327 original article iq.unesp.br/ecletica 18 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 17-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 1. introduction infectious diseases are syndromes that emanate from an infected person or animal to a susceptible host1. infectious diseases remain the major cause of premature death in the world and it has been reported to be responsible for the death of about 50,000 people on a daily basis. the increase in the rate of bacterial infections has become alarming in the past few decades, thereby resulting into a severe health problem2. staphylococcus aureus, bacillus subtilis, bacillus licheniformis and esherichia coli have been reported as bacterial species for pathogenic infections of skin, septic arthritis, food intoxication food-borne illness, diarrhea and wounds3–5. antimicrobial agents are very crucial in reducing the world encumbrance of infectious diseases6. however, the multidrug resistance associated with pathogenic bacteria have led to serious health challenges7,8. previous studies on rapid and extensive emergence of resistance to recent discovering of antimicrobial agents confirmed a short life expectancy of newly made antimicrobial agent9,10. the use of medicinal plants as source of drugs could be one of the most probable means of treating sickness and ailments in developing countries11. moringa oleifera, popularly referred to as “horseradish tree”, is a medicinal plant found in the tropical and subtropical regions of the world and has been reported to possess antioxidant, anti-bacteria, anti-inflammatory, anti-cancerous activities12,13. the discovery of some molecules used for protein– protein crossing point target have numerous challenges. molecular docking revealed the connection between pharmacophore and receptor and it has the ability to provide assistance in detecting the appropriate binding site in the receptor. more so, calculated docking could be in the form of dock score, which is the arithmetic way of estimating the power of the relationship between docked compounds once the docking is accomplished14–16. thus, the compounds (catechin, epicatechin, kaempferol, quercetin) that were isolated from moringa oleifera seed by onuah et al.17, sun et al.18, ablajan and tuoheti19, saldanha et al.20 were theoretically studied via density functional theory and docking methods. thus, in respect to the confirmation of the rapid global blowout of resistance to existing antibiotics, the need to find new anti-bacteria agents to reduce or end the epidemic health implication associated with multidrug resistant is of paramount importance. 2. experimental 2.1 sources of materials dry seed of moringa oleifera, accession no. 266266, used in this study, were obtained from obafemi awolowo university teaching and research farm (o.a.u.t. & r.f.), ile-ife, nigeria, (7°33′n; 4°33′e). the identification of the plant was done by a plant taxonomist in the department of botany, obafemi awolowo university. the pods enclosing the seed were removed. the seeds were air dried. seeds of moringa oleifera with good quality (fig. 1) were selected and the seed coat and wings of the seeds were removed manually. the seeds were pulverized to fine powder, sieved and properly kept prior further analysis. figure 1. moringa oleifera seeds. 2.2 extract preparation about four hundred grams (400 g) of powdered seeds of moringa oleifera were transferred into 1 l volumetric flask and 800 ml of methanol was added. the solution was allowed to stay for 72 h with vigorous agitation at 3 h interval. the extracting solvent was removed by decantation. the residue was http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 original article iq.unesp.br/ecletica 19 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 17-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 filtered and concentrated on a digital rotary evaporator (heidolph laborata 4010) to obtain 9.20 g crude extracts of moringa oleifera. 2.3 qualitative phytochemical analysis the presence of alkaloids, reducing sugar, flavonoids, phenols, saponins and tannins in the seed extract of moringa oleifera were qualitatively examined using standard methods21, as described below. 2.3.1 determination of alkaloids zero point five gram (0.5 g) of moringa oleifera seed extract was stirred with 5 ml of 1% hcl on water bath, it was filtered and a few drops of meyer’s reagent was added to 1 ml of the filtrate. there was an occurrence of turbidity, which confirmed the present alkaloids. 2.3.2 determination of tannins zero point three gram (0.3 g) of moringa oleifera seed extract was dissolved in 10 ml of distilled water and filtered. then freshly prepared fecl3 solution was added to 5 ml of the filtrate. there was an observation of greenish dark coloration, which indicated the presence of tannins. 2.3.3 determination of reducing sugar two drops of fehling’s solution were added to a solution containing 0.5 g of moringa oleifera seed extract in 5 ml distilled water and the solution was heated on water bath. the change in blue color of fehling’s solution, which gave a red precipitation, indicated the presence of reducing sugar. 2.3.4 determination of saponins the formation of bubbles, which persisted for 20 min when moringa oleifera seed extract dissolved in distilled water was vigorously shake, confirms the presence of saponins. 2.3.5 determination of phenols the intense coloration observed when fecl3 solution was added to 0.4 g moringa oleifera seed extract in distilled water confirmed the presence of phenols. 2.3.6 determination of flavonoids to the solution of moringa oleifera seed extract, 5 ml of alcl3, 2 ml methanol, 2 ml of concentrated hcl, 2 ml of koh solution and few drops of magnesium turning was added. a pink coloration was observed which confirmed the presence of flavonoids. 2.4 bacterial analysis the antibacterial activity of the seed extract was examined using pure cultures of clinical isolates grampositive bacteria (staphylococcus aureus and streptococcus pneumonia) alongside with gramnegative bacteria (escherichia coli, klebsiella pneumonia and pseudomonas aeruginosa), obtained from the department of microbiology, obafemi awolowo university, ile-ife, nigeria, were used for this study. the culturing and identification of the selected bacterial species was done using modified method given by colle et al.,22. the antibacterial sensitivity of the seed extract of moringa oleifera against selected bacteria were examined with agar well diffusion method. the culture media was sterilized for 15 min at 121 °c. 0.1 ml standard inoculum of the test bacteria previously inoculated with bacterial suspension (100 ml of medium/1 ml of 107 cfu) to attain 105 cfu/ml of medium was introduced into the sterilized media. the inoculum was spread through the media. a sterile cork borer was used to bore a 6 mm well into the agar medium. zero point one milliliter (0.1 ml) of 2, 4 and 6 mg ml-1 concentration obtained by re-dissolved 10 mg of moringa oleifera seed extract in 5, 2.5 and 0.8 ml of methanol, respectively, was transferred into each of the well on the medium. the plates were allowed to stand for 1 h before incubation for another 24 h at 37 °c. the zones of inhibition on the plates were measured with a transparent ruler in millimeters. filter paper discs loaded with 5 µg of http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 original article iq.unesp.br/ecletica 20 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 17-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 ampicillin were used as control. the plates were kept in the fridge at 5 °c for 2 h to allow plant extracts diffusion then after incubation at 37 °c for 48 h, the zones of inhibition were measured. the effect of the seed extract of moringa oleifera on bacteria strains was compared with standard control at concentrations of 2, 4 and 6 mg ml-1. the percentages of zones of inhibition were calculated to determine the antibacterial activity of the seed extract of moringa oleifera. the antibacterial investigation was on triplicate analysis. the adopted formula from the study23 was used for calculating the percentage growth inhibition, as eq. 1: pgi % = (bdc − bdt) bdc × 100 (1) where pgi is percent growth inhibition, bdc is the bacteria colony diameter in control and bdt means bacteria colony diameter in treatment. 2.5 theoretical calculation four (4) selected molecular compounds17–20 from molecules present in moringa oleifera were used for this study. the selected compounds were chosen due to their highest percentage yield and the selected compounds were optimized using density functional theory at 6-31g* basis set and several molecular descriptors [ehomo, elumo, band gap, dipole moment, hydrogen bond donor (hbd), hydrogen bond acceptor (hba) log p, polarizability and polar suface area (psa)] which described anti-bacteria activity of the studied flavonoids were obtained using spartan’14 software by wavefunction inc. also, the docking study were executed on the studied compounds and the studied enzymes (2j5o24, 2rqx25, 2w9t26, 1grx27, 2m6u28) using discovery studio, autodock tool, autodock vina and pymol which serves as a postdock software. 3. results and discussion 3.1 qualitative phytochemical analysis the qualitative phytochemical analysis of moringa oleifera seed extract confirmed the presence of alkaloids, tannins, saponins, phenols, flavonoids and the absence of reducing sugar (tab. 1). however, the absence of reducing sugar indicated that the antibacteria potency of plant extracts against gramnegative bacteria was due to the presence of phenolic compounds29. findings from literature revealed that medicinal plants containing alkaloids, phenols and flavonoids as bioactive metabolites have good antibacterial properties30–33. therefore, the presence of these metabolites in the seed extract of moringa oleifera could render it as a good antibacterial agent. table 1. results of phytochemical analysis of the seed of moringa oleifera seed extract. phytochemicals inferences alkaloids + tannins _ reducing sugar _ saponins + phenols + flavonoids + + represents presence of bioactive compounds, while; – represents absence of bioactive compounds. 3.2 antibacterial activities of moringa oleifera seed extract against test bacteria the percentage zones of inhibition exhibited by moringa oleifera seed extract against selected bacterial strains are showed in fig. 2. the antibacterial study revealed that moringa oleifera seed extract showed some levels of inhibition against all the bacteria strain at various concentrations. the decreasing order of susceptibility of the bacteria strain to moringa oleifera seed extract at 2 mg ml-1 was staphylococcus aureus > klebsiella pneumonia > escherichia coli, streptococcus pneumonia > pseudomonas aeruginosa. furthermore, when the percentage zones of inhibition of moringa oleifera seed extract at 2 mg ml-1 was compared with the control, the percentage zones of inhibition observed was called “weak inhibition”, because percentage zones of inhibition were below the average of that of the control. at concentration of 4 mg ml-1, an increase in percentage zones of inhibition was observed and was found higher than the average percentage zones of inhibition exhibited by the control when compared at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 original article iq.unesp.br/ecletica 21 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 17-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 same concentration. this was called “moderate inhibition”. the increasing order of potency of the extract against the bacteria strain was klebsiella pneumonia > staphylococcus aureus > pseudomonas aeruginosa, klebsiella pneumonia > escherichia coli > streptococcus pneumonia. the highest percentage zones of inhibition were detected at concentration of 6 mg ml-1. the increasing order of effectiveness of moringa oleifera seed extract against the test bacteria was given as pseudomonas aeruginosa > klebsiella pneumonia > staphylococcus aureus > escherichia coli > streptococcus pneumonia. the zones of inhibition in this study were lower than that obtained from the study of folorunso et al., on biosynthesis, characterization and antimicrobial activity of gold nanoparticles from leaf extracts of annona muricata23 and higher than obtained from the study of sarital et al., on the in vitro antimicrobial activity of some medicinal plants against human pathogenic bacteria34. this is an indication that moringa oleifera seed extract has good inhibitory efficiency against bacteria and could possibly be used as an antibiotic for the treatment of infected diseases caused by bacteria. figure 2. antibacterial activities of moringa oleifera seed extract against test bacteria. 3.3 docking calculations docking study was carried out on the flavonoids in moringa oleifera seed and series of bacteria cell lines (2j5o, 2rqx, 2w9t, 1grx, 2m6u). the obtained result, i.e., binding affinity between the studied compounds, were displayed in tab. 2. as reported by oyebamiji et al., molecules that have lower binding affinity show the molecule with tendency to inhibit well35. table 2. binding affinity for bacteria cell lines. compound escherichia coli (igrx)/kcal mol-1 klebsiella pneumonia (2rqx)/kcal mol-1 pseudomonas aeruginosa (2j5o)/kcal mol-1 staphylococcus aureus (2w9t)/kcal mol-1 streptococcus pneumonia (2m6u)/kcal mol-1 catechin -6.1 -5.2 -5.7 -7.2 -6.4 epicatechin -6.2 -5.6 -5.5 -6.4 -6.9 kaempferol -6.3 -5.8 -5.8 -7.2 -7.1 quercetin -6.3 -5.6 -5.7 -7.5 -6.2 thus, it was observed that kaempferol and quercetin are one of the vital flavonoids present in moringa oleifera seed, as shown in tab. 2. as displayed in tab. 2, both kaempferol and quercetin inhibited escherichia coli most. kaempferol inhibited klebsiella pneumonia, pseudomonas aeruginosa, and streptococcus pneumonia more than other studied compounds. also, only quercetin possess the ability to inhibit staphylococcus aureus more than other compounds used in this work. the residues involved in the interaction are shown in figs. 3–8. figure 3. molecular interactions of kaempferol with the residue in the gouge of escherichia coli (igrx). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 original article iq.unesp.br/ecletica 22 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 17-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 figure 4. molecular interactions of quercetin with the residue in the gouge of escherichia coli (igrx). figure 5. molecular interactions of kaempferol with the residue in the gouge of klebsiella pneumonia (2rqx). figure 6. molecular interactions of kaempferol with the residue in the gouge of pseudomonas aeruginosa (2j5o). figure 7. molecular interactions of quercetin with the residue in the gouge of staphylococcus aureus (2w9t). figure 8. molecular interactions of kaempferol with the residue in the gouge of streptococcus pneumonia (2m6u). moreover, the molecular descriptors obtained for the studied compounds, as shown in tab. 3, were subjected to lipinski rule of five (molecular weight ≤ 500, log p ≤ 5, hbd ≤ 5, and hba ≤ 10)36 and it was observed that the calculated molecular descriptors obtained from the studied compounds using density functional theory method obeyed the rule. this showed that all compounds used in this work have drug potential. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 original article iq.unesp.br/ecletica 23 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 17-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p17-25 table 3. the obtained molecular descriptors. compound molecular formula molecular weight/amu area/å2 vol/å3 psa hbd hba pol log p catechin c15h14o6 290.271 284.90 269.39 100.612 5 6 61.88 1.50 epicatechin c15h14o6 290.271 282.56 269.14 101.091 5 6 61.87 1.50 kaempferol c15h10o6 286.239 276.40 260.69 95.604 4 6 61.52 0.32 quercetin c15h10o7 302.238 283.80 267.49 113.340 5 7 62.10 -0.07 4. conclusions moringa oleifera seed extract could be modified as antibiotic ingredient to combat both gram-positive and gram-negative bacterial infections, which could help in some way to reduce or overcome the health challenges caused by bacterial resistance to many locally or commercially available antibiotics. therefore, isolation of active compounds from moringa oleifera seed is highly recommended for the discoveries of proficient antibacterial agent that can serve as conventional antibiotics that can constrain or cure the infectious diseases caused by pathogenic bacterial strains. in this work, kaempferol and quercetin inhibited escherichia coli more than other studied compounds. also, kaempferol possess the ability to inhibit klebsiella pneumonia, pseudomonas aeruginosa and streptococcus pneumonia more than other studied compounds, as well as quercetin possess the capability to inhibit staphylococcus aureus more than other compounds. the molecular descriptors were also in line with lipinski rule. acknowledgments we are grateful to computational chemistry research laboratory, department of pure and applied chemistry, ladoke akintola university of technology for the computational resources and mrs e.t. oyebamiji as well as miss priscilla f. oyebamiji for the assistance in the course of this study. references [1] bhatia, r., narain, j. p., the growing challenge of antimicrobial resistance in the south-east asia region are we losing the battle? indian journal of medical research 132 (5) (2010) 482-486. 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https://doi.org/10.3390/molecules180910989 https://doi.org/10.3390/molecules180910989 https://doi.org/10.3390/molecules180910989 https://doi.org/10.3390/molecules180910989 https://doi.org/10.1038/nbt1206-1504 https://doi.org/10.1038/nbt1206-1504 https://doi.org/10.1038/nbt1206-1504 https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.11.021 https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.11.021 https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.11.021 https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.11.021 https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.11.021 https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.11.021 https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2005.09.002 https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2005.09.002 https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2005.09.002 https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2005.09.002 https://doi.org/10.1155/2019/5328238 https://doi.org/10.1155/2019/5328238 https://doi.org/10.1155/2019/5328238 https://doi.org/10.1155/2019/5328238 https://doi.org/10.1155/2019/5328238 https://doi.org/10.1155/2019/1895340 https://doi.org/10.1155/2019/1895340 https://doi.org/10.1155/2019/1895340 https://doi.org/10.1155/2019/1895340 https://doi.org/10.1155/2019/1895340 https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2019.008.1.433 https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2019.008.1.433 https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2019.008.1.433 https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2019.008.1.433 https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2019.008.1.433 https://doi.org/10.21776/ub.jpacr.2019.008.1.433 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000213 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000213 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000213 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000213 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000213 review iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 3 | 2020 | 57 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 abstract: as scientific community worldwide is publishing a huge number of research articles in various fields; it is necessary to distinguish between databases that are efficient and objective for literature searches. this review offers information on the important points of the database. none of the databases are complete and perfect, but they complement each other. if a library can only afford one, choice must be based on the priorities of institutional needs. the benefits that databases can provide in the preparation of the literature review for developing future studies and dissemination of research are discussed. this paper provides an overview of the most frequently used free chemistry databases such as pubchem, crystallography open database, pubmed, zinc, chemspider, and google scholar. it also gives a brief description of three major commercial databases such as scopus, web of science, and scifinder. thus, substance and citation databases that covers almost all areas of chemistry, has become an invaluable tool in bibliometric analysis. a comprehensive review of database resources in chemistry syed sauban ghani1+ 1. jubail industrial college, general studies department, jubail, saudi arabia +corresponding author: syed sauban ghani, phone: +96658392-0235, email address: syed_sg@jic.edu.sa article info article history: received: december 11, 2019 accepted: may 8, 2020 published: july 1, 2020 keywords: 1. database 2. scopus 3. google scholar 4. citation 1. introduction the amount of information available today is growing at an exponential rate and the ability to search for the necessary information is one of the basic needs of knowledge. the abundance of technological and internet resources can both simplify and complicate a researcher's world. chemistry is an interdisciplinary subject upon which the other scientific disciplines are dependent to a certain extent. this vast information data must be systematically organized by the experts in the field. a database is an organized collection of data in any field1. in addition to the basic search techniques that are used today in almost everyday life, such as searching by keyword search engines, there are some areas of chemistry that are not so simple or meaningful. chemical databases have now become a powerful tool in drug discovery. database searches based on potential requirements for biological activity identifies compounds that are suitable for detailed analysis or indicate novel ways to achieve the desired activity2. accessing chemical information that are stored in different kinds of databases by utilizing the means of computer are gradually becoming more significant. the dimension of all databases either in terms of the structures or that of the reactions are growing tremendously each year3. the proficiency of search algorithms executed within these databases are very crucial. therefore, the computer supported databases are becoming useful tools for several research laboratories in industry as well as in academia. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 mailto:syed_sg@jic.edu.sa http://orcid.org/0000-0002-9201-3495 review 58 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 it is must to have a better understanding of how the data is organized and interconnected for the effective search in any database. the databases are broadly distributed in two major group’s viz. full-text and the structures, based on the category of data contained4. a full-text database is generally a set of documents in which indexes are created to facilitate their fast search. this type of database is commonly run by publishers of magazines and books, patent offices for patents or academic institutions. the largest database of this type on this globe is definitely operated by google, in which documents and other accessible files are uploaded on the internet in the form of websites5. on the other hand, structured databases normally include a set of tables that contain records or rows, all of which have the same structure well defined by a set of fields or columns6. each record is always assigned a unique "id" or "number" called as identifier or the primary keys, which are easily referenced. the chemical abstracts service registry number (cas rn) is an example of the primary key for the structure in the registry database7. structured databases are generally classified into two large groups in terms of its contents as bibliographic and factographic. the bibliographic databases usually do not have the full text of a document, however it records information about a single publication, patents, and similar documents8. typical fields in bibliographic records are author, article title, journal name, volume, issue, year of publishing, pages, etc. the digital object identifier (doi) is a comparatively new parameter, which describes the distinctive placement of a document on the web9. the bibliographic databases are secondary sources that interpret, analyze, and summarize, the primary source information to increase usability and speed of delivery, such as an online encyclopedia. moreover, factographic databases consist of specific information extracted from primary documents, particularly in the area of chemistry that have details about chemical reactions and chemical compounds such as toxicological, spectral, physical, or chemical characterization10. it is must for the databases to allow the user to search for records by all field values as well as to create search queries for logical operators in order to be regarded as an ideal database system. additionally, the thorough knowledge of the database structure, the syntax of the search language, and specific it skills are the prerequisite for this search method. the method that is frequently adopted by the database creators is the inclusion of the “forms” which is already having names of the usual fields such as "bibliographic data" or "physical parameters" to give a user-friendly interface. search by chemical identifier is probably the simplest search by keyword, with the difference that chemical identifiers are a little more difficult to define. however, the free programs available to us can generate these identifiers if we are able to enter the structure of the compound (e.g. chemsketch or marvinsketch)11. the most common search for information on chemical compounds or their chemical products is the search for structures or substructures. less common were also searched in structured databases under chemical, physical, or biological properties of the chemical compounds. there are many considerations that are involved in the construction and searching of chemical databases. chemical structures that are commonly stored in databases, such as text, differ significantly from other entities therefore the different search modes too differ significantly, however some matches can be drawn. the reason for the existence of different databases is that each of them have its own function, however, none of them is perfectly a subset of any other. the subsequent process for any chemical databases using a specialized structural editor is to create a search query, give a chemical structure or substructure of a search compound. jme editor was the most widely used structural editor of this kind but for the last couple of years or more have started to phase out this technology12. consequently, the creators of chemical databases opt for javascript-based editors that is the recognizable technology of the future. so, the best among the structural editors nowadays is marvin js, which is widely used in the application of reaxys. the most exciting and commercially available program for drawing chemical formulas is chem draw, which is marketed by cambridge soft. the most recent version of this editor permits the user to search for the diagrams directly in scifinder13. the commercial chemical databases of the resource are the most popular and most widely used web applications of scopus, reaxys, scifinder and web of science (wos), in which the above search technologies are possible and are more closely related to this article. the chemical databases are nowadays searched to give novel https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 review 59 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 ideas for prime discovery. the comparison of the search possibilities of reaxys, scifinder and web of science sources were published in 2016 14, and a comparison of two more chemically oriented sources reaxys and scifinder was published by jaroslav silhanek15. in this paper, we will first describe the types of databases used in chemistry and the possibilities of the most important commercial tools. the authors chose some of the databases as the object of study on the assumption that these databases might provide the most informative and relevant results for a specific query. as the main source of the selected database for retrieving results from published journals, books, patents, conference abstracts, and other available relevant resources. after a quick description of several existing databases, we will also provide an overview of alternatives to freely available chemical resources, which in some cases, may replace the commercial resources. and finally, we will conclude by highlighting the weaknesses and shortcomings of the database as well as recommend the ways for their best possible utilization. the research criteria adopted were based on qualitative and quantitative characteristics of the database such as source, citations, searching and special features by analysing previous studies. 2. experimental the open web compromises a rich pool of various chemical data sources if the user knows where to find out. it has been over many years since some emerging chemical databases were dominated by a handful of established players, the field has practically opened up to a variety of innovative newcomers. although some of the original databases are no longer active, it is inspiring to see that several them continue to run and even flourish. it is of course more likely that still many more services will be created and some of them will become irrelevant in the coming years. the internet now offers a varied range of free online chemistry databases, and this list is being continuously updated with new information and new entries. the following list summarizes some of the databases that are freely available for the users. 2.1. pubchem pubchem is a public repository for information on chemical substances and their biological activities. it is regarded as the grandfather of all free chemistry databases, which search over 8 million compounds by a variety of criteria and is systematized as three linked databases viz. pubchem substance, pubchem compound, and pubchem bioassay16. pubchem is a database of chemical molecules and their activities against biological assays. the national center for biotechnology information (ncbi) maintains its system. pubchem can be freely accessed through a web user interface where millions of compound structures and descriptive datasets are freely downloaded via ftp. pubchem contains the descriptions of substance and small molecules having lesser than 1000 atoms and 1000 bonds. more than 350 database retailers add to the developing pubchem database. pubchem have a significant amount of literature-derived bioactivity data of chemical substances which are manually extracted from several thousands of scientific articles by data contributors such as chembl and bindingdb and additionally, through integration of data from drug bank, the hazardous substances data bank and other databases17. the databases of these databases complement to the contents of pubchem. 2.2. crystallography open database (cod) crystallography open database (cod) is an open-access collection of crystal structures of organic, inorganic, metal-organics compounds, and minerals, excluding biopolymers. this database is specifically designed to store information about the structure of molecules and crystals18. all data on this site have been placed in the public domain by the contributors. the cod can provide a link to cif if there is a cif available somewhere in the internet. the crystallography open database has more than 360,000 entries and has various contributors, as well as contains cifs as prescribed by the international union of crystallography19. cod has a website http://www.crystallography.net which provides proficiencies for all registered users to deposit published or unpublished crystallographic structures as personal communications or prepublication depositions. having such sort of a https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 http://www.crystallography.net/ review 60 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 setup that enables extension of the cod database by several users simultaneously. it also increases the chances for growth of the cod database and may be considered as one-step towards creating a worldwide internet-based collaborative platform committed to the collection and curation of structural knowledge. each structure deposited into the cod generate a unique seven-digit number, called cod number, which identifies a particular illustration of a structure determination. in general, cod does not accept duplicate structures. 2.3. pubmed pubmed is a freely accessible web interface (since 1997) designed to search for records located primarily in the medline database of references and abstracts. it comprises more than 28 million citations for biomedical literature from medline, life science journals, and online books20. citations may include links to full-text content from pubmed central and publisher web sites. pubmed also provides access to older references even from the print form of index medicus dating back to 1951 or earlier in addition to medline. this bibliographic database is indexed by journal entries and other primary sources related to medicine. there is also information about publications in the field of medicinal chemistry or biochemistry. the pubmed identifier (pmid) is the primary key used in pubmed to identify the unknown in this database. the tool provided in pubmed facilitates saving searches, filtering search results saving sets of references retrieved as part of a pubmed search, configuring display formats of search terms and the extensive range of further options. pubmed records with recent increases in activity. 2.4. zinc zinc is a commercially available free database of compounds for virtual screening and this database has brought virtual screening libraries to a comprehensive range of structural biologists and medicinal chemists. it contains more than 35 million available compounds in ready-to-dock, 3d formats21. due to its structurebased virtual screening, it has numerous significant successes in recent years and is nowadays a common technique in initial stage of drug discovery in many of the pharmaceutical companies. zinc can be easily used for download using the website http://zinc.docking.org. it is currently built from the catalogues of ten major compound vendors in several common file formats including smiles, mol2, 3d sdf, and dock flexi base format and the number of molecules in zinc is continuously growing. this database has been designed in such a way that it organizes data relationally so that it remains compatible to attain the objectives of efficient loading, incremental updates, querying, and data subsetting. these steps make them fast and efficient. though exporting subsets of the database can make them slow, but this problem has been resolved by exporting the molecule subsets from the database into ready-to-download compressed files, and database-intensive work is scheduled in batch mode. this totally bypasses the relational database and subsets are downloaded speedily once it is ready. the web-based interface is fast as well as supports moderately complex queries and users may search zinc based on several criteria. the zinc server enables users to upload and process their own molecules, as we often come across molecules such as positive and negative controls that we need to dock that are not part of the existing database22. henceforth, zinc is much useful for virtual screening by experts and non-specialists equally and assist more researchers to attempt computational ligand discovery. 2.5. chemspider chemspider is an open access chemical structure database, which provide rapid text and structure search access to over 67 million structures from hundreds of data sources. chemspider is one of the chemistry community’s primary online public compound databases. chemspider serves data for tens of thousands of chemists every day and it lays the foundation for many important international projects to integrate chemistry and biological data, facilitate drug discovery efforts and help to identify new chemicals from under the ocean23. it is not just a search engine based on terabytes of chemistry data but also acts as a crowdsourcing community for chemists those have contributed their data, skills, and knowledge for the enhancement and curation of the database. therefore, it can be said that chemspider seems like wikipedia by promising participation and contributions from the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 http://zinc.docking.org/ review 61 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 scientific community. chemspider can link open and closed-access chemistry journals, environmental data, pubchem, chemical entities of biological interest (chebi), chemical vendors, wikipedia, the kyoto encyclopedia of genes and genomes (kegg), and few other patent databases24. these links allow a chemspider user to collect information of their interest, such as from where to buy a chemical, chemical toxicity, metabolism data, and so on. amassing this level of related information through a usual search engine like google or bing is a time-consuming process. additional features have been added to each of the chemical structures within the database, such as structure identifiers like smiles, inchi, iupac, and index names, as well as many physico-chemical properties25. chemspider also offers access to a series of property prediction algorithms. the user can access this database by browsing http://www.chemspider.com/. the chemspider homepage as it appears on the desktop has been shown in fig. 1. the provider of this service has been the royal society of chemistry (rsc) since 2009, which gives more value to other positive and useful services. for the known compound, it provides extensive information like all its possible names and identifiers (both standard and nonstandard), experimental and calculated physicochemical properties, toxicity and biological activity data, spectra (nmr, ic, ms, uv-vis), publications, patents, etc. the information that is available depends on what has been gained from the original sources and the links to it are available. the role of chemspider is to get information about all the compounds available on the web at one central location, make it easy to search and standardize their structures and names. it also improves the quality of chemical sources by using automated control of the structure and manual management of collaborating experts as well as provides a platform for data input and storage. additionally, it tries to make it easy to access all data using a web interface optimized for mobile devices, mobile applications, and web services for data capture. it does integrate data into the rsc publication using the first links and use validated chemical names to search in google scholar, pubmed and rsc books, journals, and databases. figure 1. chemspider homepage as on desktop. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 http://www.chemspider.com/ review 62 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 2.6. google scholar google scholar is a freely available web-based search engine, available since 2004, that indexes the full text or metadata of scholarly literature through a range of publishing formats and disciplines. the indexed resources include online journals, conference papers, books, dissertations, thesis, patents, and any other significant literature. it is estimated that it contains approximately 389 million documents comprising articles, citations and patents which makes it the world's largest academic search engine in 2018 26. google scholar has now become indispensable for research and research dissemination that provides a systematized and instant process for users to build on through a sort of digital snowball for literature retrieval. the reason for the excel of google can be attributed to its sophisticated natural language processing. in addition to the search, google scholar users are also able to create a personal profile with a list of their own publications and can generate census statistics and h-indexes like that of web of science. nevertheless, if a user wishes to use a structured query in accordance to the field values in the bibliographic record or to find documents that have not been issued, it is preferable to resort to paid databases. the difficulties faced by the google scholar users are that they are not aware that when it is updated, includes old articles, as well as no suggestions are provided for limiting searches. 3. results and discussion the three major commercial web database applications that are widely used in the field of chemistry are scopus, web of science (wos) and scifinder. all the three databases contain extensive search options and are somehow remarkably similar in their chemical content as well as in their search mode, search effectiveness and interface. they have periodically undergone significant overhauling and have intense competition between them. this competition has led to improvements in the services offered by them, which is, however, advantageous for users. as these databases are expensive, it is not feasible to have all these databases, therefore the scientific libraries must decide that which citation database will meet the requests of the consumers more effectively. despite of the similarities between them still there are differences between them that are worth of a detailed analysis. 3.1. scopus scopus is the elsevier’s largest abstract and citation database of peer-reviewed literature, which was launched in 2004. the literature covers more than 49 million records including scientific journals, conference proceedings, and books27. scopus offers a complete summary of the global research output in the area of science, engineering, medicine, humanities, and social sciences. scopus database is the leading searchable citation and abstract source for searching literature that is continuously expanding and updating. scopus offers smart tools that have the sorting and refining features to track, analyze and visualize research of more than 27 million citations and abstracts dating back to 1960s28. researchers across the globe believe that use of scopus had positive influence on the research finding as it is easy to use, saves time as well as provides quality outcome. the content on scopus is derived from over 5,000 publishers, which is reviewed by an independent content selection and advisory board (csab) and then selected for indexing in scopus. the metadata that is provided by publishers includes the following: authors name, affiliations, document title, volume, issue, pages, year, electronic identification (eid), source title, citation count, document type and digital object identifier (doi). this metadata is integrated to different websites and platforms, which provides more precise search and enables retrieval of scientific information. scopus provides international standard serial number (issn) for journals, conference series or book series for series publication and international standard book number (isbn) for one-time conference or book publication29. the overall view of the working pattern of scopus is given in fig. 2. however, the coverage of a journal by scopus may be discontinued for a certain period i.e. it has breaks for some journals whereas for some journals scopus makes a partial coverage. several studies can be found in the literature making detailed descriptions of the main features of scopus and comparing the databases with the aim of assessing the number of citations obtained by a particular set of documents in each of them. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 review 63 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 studies have analyzed the set of journals covered by each database as well as their interface accessibility and usability compared with scopus, from the point of view of the number of items included, and of testing the breadth of coverage. the rankings from scopus and wos match at the top and the bottom but deviate considerably in the middle positions30. if the user is aware with search devices such as drop-down boxes and check boxes, even for the beginner scopus is easy to navigate. scopus have some extraordinary features such as: it allows the user to go both forwards and backwards in time by linking to both citing and cited documents; it can link to the publisher's web site to view the document; citation accuracy is so accurate that 99% of citing references and citing articles matched exactly; can work in all the common web browsers like chrome, internet explorer or mozilla. figure 2. working pattern of scopus. 3.2. web of science web of science is an ideal place to search the citation universe across subjects and across the world as it provides an access to the most reliable, integrated, multidisciplinary research that is connected through linked content citation metrics from multiple sources within a single interface31. as web of science adheres to a strict evaluation process, it assures that only the most influential, relevant, and credible information is included. the selection is made based on impact evaluations i.e. impact factor (if) that is a measure reflecting the yearly average number of citations to recent articles published in that journal and it includes open-access journals. therefore, it allows the user to uncover the subsequent vast idea quicker. wos connects the complete search as well as discover the process through multidisciplinary content; subject specific content; emerging trends; analysis tools and research data. wos precisely indexes the utmost significant literature in the world and has become the standard for research discovery and analytics. wos links publications and researchers through citations and organized indexing in curated databases across every discipline. it uses cited reference search to track past research and monitor current developments for around 100 years of indexed content including 59 million records as early as 1898 32. wos were originally created by the institute for scientific information (isi) and now is maintained by clarivate analytics. wos enables the user to acquire, analyze, and disseminate database information in a timely manner and is possible due to the creation of a common vocabulary, called ontology, for varied search terms and varied data. furthermore, these search terms generated relate information across categories. wos platform provides access where the user can search individually or through a combination of topic, title, author or author id, editor, conference, language, journal title, digital object identifier (doi), year published, organization, address, document type, funding agency, grant number, accession number, and pubmed id33. the web of science core collection, as illustrated in fig. 3, consists of the following six online databases: science citation index expanded; social sciences citation index; arts & humanities citation index; emerging sources citation index; book citation index and conference proceedings citation index. apart from the seven citation indices listed, additionally two chemistry databases, index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 review 64 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 chemicus and current chemical reactions permit the creation of structure drawings, consequently allowing users to locate chemical compounds and reactions. key features of data citation index (dci) on wos is to search directly through millions of records from hundreds of evaluated data repositories in the sciences, social sciences, and humanities34. each dci record links directly to the repository so that users can quickly access the associated research data. citations to data sets are indexed so that the user can measure their impact as well as track their influence. the data citation index offers a single point of access to research data from repositories across disciplines throughout the world. in this index, descriptive records are generated for data objects and linked to literature articles in the web of science. as data citation practices increase, the resource aims to provide a distinct picture of the full impact of research output, and act as an important tool for data attribution and detection. wos has the most advanced features for citation analysis. it allows h-index to be honored that is now extensively used to assess the quality of the scholar and is able to search for multi-field quotes with respect to other databases. the newer wos features provide search by the grant agency or the grant number. it is also possible to export the found export logs in various formats to a file or a web-based version of endnote's personal bibliographic database. for subsequent import into another bibliographic database, it is appropriate to use the ris structured export scheme, which is a recognized standard for these purposes. controlling wos is the easiest to learn with the help of a video tutorial, which are available to foreign operators. figure 3. the web of science core collection. 3.3. scifinder scifinder was launched by chemical abstract service (cas) in 1995 as a desktop application tool for medals of chemical literature35. today's application provides access to some databases produced by cas, as well as to the freely available medline bibliographic database. scifinder is a sophisticated search interface to six basic chemical related databases. cas itself produces five of these databases. scifinder scholar is designed so infrequent searchers can explore the chemical literature, thereby eliminating the need to learn the intricacies of searching cas. scifinder offers easy, convenient, and prompt access to cas registry, the standard for substance information, proposing more substances than any other single-source tool including organic and inorganic molecules, dna, rna, proteins, polymers and markush structures36. on daily basis cas scientists gather and investigate published scientific literature across the globe, creating the best quality and most up-to-date collection of scientific https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 review 65 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 information in the world. covering progresses in chemistry and linked sciences for the last 150 years, the cas content pool empowers researchers, and information professionals with instant access to the trustworthy information required to catalyze innovation. scifinder offer a direct search through the below mentioned database: 3.3.1. caplus the main chemical abstracts literature database of over 23 million references. it is a bibliographic database, which contains data from the most important chemistry journals for the cas source index (cassi), is available free of charge, where the user can search by coden, isbn, issn, and naming or abbreviations for all sources used by cas since 1907 37. the bibliographic records from this database are displayed in the scifinder interface for relevant references to other cas databases, and in most cases, references to the full texts of the document are also found. 3.3.2. cas registry it is a substance database containing information about all the compounds that cas has ever been abstracted from the literature. it has a pool of more than 27 million organic and inorganic substances and 57 million bio sequences. any previously unrecorded compound that is added to the database is assigned the new cas registry number (cas rn), which is a very wide-ranging identifier of chemical compounds, often used in chemical vendor catalogues38. for the most common chemicals, it is possible to search cas rn by name of the compound or to find the name in a freely accessible web application operated by cas common chemistry39. if the user applies some forms and a structural editor from the substances section of the scifinder interface, the results from the database will be displayed, and in each record, the user will be able to find the relevant links to the other cas databases, including the cas registers. every day about 15,000 new compounds are added to the database. cas registry serves as a universal standard for chemists worldwide. 3.3.3. casreact it is a chemical information database that provides access to over 10 million reactions from the journal literature and patents. most of the reactions are from the publications dating back to 1985, but the records published in 1840 can also be found40. if the scifinder interface is used in the reactions section, which allows search only according to data entered in the structural editor, and the records from this database is shown. at present, the casreact database has more than 83 million records, and each day adds about 30,000 new responses. 3.3.4. chemcats it is a supplier chemicals database, which lists suppliers of commercially available chemicals worldwide. for each commercially available compound, a link to its vendor that leads to this database is available41. however, only those suppliers who joins cas chemcats program are able to find it. nevertheless, it is often possible to find a trusted supplier with a distinctly more favorable price than the usual suppliers. naturally, the current price of a chemical is often quite different from what is reported in scifinder. 3.3.5. chemlist it is a regulatory chemicals database. it includes chemicals that appear on a list of regulated chemicals (toxic, hazardous, etc.). if a compound is found in the cas registry database, it is also contained in the chemlist database. the appropriate links can be found in the compound record in the regulatory information section42. currently, this database contains more than 348,000 entries, and about 50 new substances are added each week that are accumulated from the extensive group of national and international regulatory lists and inventories. 4. conclusions the dimension of almost all chemical databases has increased manifold in the last many years so the search engines must be equally more powerful. the outline of this research is the usefulness of the databases for teaching, learning, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 review 66 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 57-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p57-68 and research as each chemical record retains the links to the original source of the material, thereby associating a micro attribution and these links let a database user source information of particular interest. each of the commonly used chemical databases presented here has at least some overlap with each of the remaining ones, which means that each of these databases appears to have its own “niche”. the user, looking for a variety would like to give attention to each of them. these databases thus seem to be a valuable resource to the chemical community as they offer a large collection of compounds, either with related sample availability or with a diverse and unique structure set. as all the investigated databases developed over the years, the detailed results of these databases essentially signify a snapshot in time. the description reported here may give a useful overview relative to some of the most important large chemical databases available. in pubchem, unique chemical structures are extracted from the substance database and stored in the compound database that provides an accumulated interpretation of information for a given chemical structure. cod database establishes a worldwide internet-based collaborative platform committed to the collection and curation of structural knowledge. pubmed provided a general description of pubmed including its content and unique characteristics. chemspider provides the variety of information of a given compound including physical and chemical properties, molecular structure, synthetic methods, spectral data, and systematic nomenclature for millions of compounds in a single web site. the zinc database provides 3d molecules in several formats compatible with most docking programs. google scholar helps to identify the collection of publications for a specific research topic. there is a high association between wos and scopus databases that allows searching and sorting the queries by anticipated parameters such as first author, citation, and institution, etc. regarding impact factor and hindex. scifinder meets its goal of effectively exploring the scientific literature and the search results are mostly truly relevant and often astonishingly inclusive regardless of the level of complexity or syntax of the query. the database that ought to be used depends on the user and desired information. therefore, the user must investigate the up-to-date condition of the specific database before establishing a decision of acquisition and usage of any of the databases presented here, as there may be changes in scope, configuration, vendor, etc. libraries willing to subscribe the database should make their choice based on the needs of the library. 5. acknowledgment the author is thankful to jubail industrial college for providing institutional access to the commercial websites for downloading the research articles. 6. references [1] masic, i., review of most important biomedical databases for searching of biomedical scientific literature, donald school journal of ultrasound in obstetrics and gynecology 6 (4) (2012) 343-361. https://doi.org/10.5005/jp-journals-10009-1258. 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https://doi.org/10.1021/ci00010a013 https://doi.org/10.1021/ci00010a013 https://doi.org/10.1021/ci60002a003 https://doi.org/10.1021/ci60002a003 https://doi.org/10.1021/ci60002a003 https://doi.org/10.1021/ci60002a003 https://doi.org/10.1021/ci60002a003 https://doi.org/10.1021/ci60002a003 https://doi.org/10.1021/ci00068a008 https://doi.org/10.1021/ci00068a008 https://doi.org/10.1021/ci00068a008 https://doi.org/10.1021/ci00068a008 https://hexalog.files.wordpress.com/2008/05/2-_-scifinder-english2.pdf https://hexalog.files.wordpress.com/2008/05/2-_-scifinder-english2.pdf https://hexalog.files.wordpress.com/2008/05/2-_-scifinder-english2.pdf https://hexalog.files.wordpress.com/2008/05/2-_-scifinder-english2.pdf https://hexalog.files.wordpress.com/2008/05/2-_-scifinder-english2.pdf https://hexalog.files.wordpress.com/2008/05/2-_-scifinder-english2.pdf https://doi.org/10.1038/451648a https://doi.org/10.1038/451648a original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | 85 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 larvicidal activity, molluscicide and toxicity of the essential oil of citrus limon peels against, respectively, aedes aegypti, biomphalaria glabrata and artemia salina paulo roberto barros gomes1+ , marlucy bezerra oliveira2, dionney andrade de sousa2 , jeremias caetano da silva1, romer pessôa fernandes2, hilton costa louzeiro3 , rayone wesly santos de oliveira2 , maria do livramento de paula4 , victor elias mouchrek filho2 , maria alves fontenele5 1 federal institute of pará – câmpus abaetetuba, teaching, research and extension coordination, 3322 rio de janeiro ave., abaetetuba, pará, brazil. 2 federal university of maranhão, department of chemical technology, 1966 dos portugueses ave., 1966, são luís, maranhão, brazil 3 federal university of maranhão, natural sciences degree coordination, pinheiro, maranhão, brazil 4 federal university of maranhão, department of pharmacy, 1966 dos portugueses ave., são luís, maranhão, brazil 5 federal university of maranhão, food engineering coordination, imperatriz, maranhão, brazil +corresponding author: paulo roberto barros gomes, phone: +55 98 98101 6397 email address: prbgomes@yahoo.com.br article info article history: received: february 24, 2018 accepted: july 24, 2019 published: october 1, 2019 keywords: 1. limonene 2. aedes aegypti 3. volatile compounds 4. hydrodistillation 5. biomphalaria glabrata 1. introduction the essential oils extracted from citrus plants arouse in man the interest in identifying his constituents and the possible applications to society. among the identified compounds, the main ones are limonene, β-myrene, α-pinene, p-cymene, β-pinene, terpinolene1-3, and its applications are in medicine, food, cosmetics, detergents, aromatherapy, inhibition of pathogens and control of insects. among the major chemical constituents found in citrus, we highlight limonene. in the nomenclature adopted by iupac (international union of pure and applied chemistry), it has the name of 4-isoprenyl-1-methyl-cyclohexene and constitutes more than 300 plant species. in addition, it has two enantiomers which are s (-) limonene r (+) limonene, in which r (+) abstract: in this present work, we tested the larvicidal activity, molluscicide and toxicity of the oil extracted from citrus limon peels, respectively against third stage larvae of aedes aegypti, snail biomphalaria glabrata, and artemia salina. for this, we extract the essential oil by hydrodistillation. then, we identified and quantified the components by gas chromatography coupled to mass spectrometry (gc-ms). we tested the larvicidal and molluscicidal activity, respectively, using the method adopted by the brazilian ministry of health and the world health organization. we calculated the lethal concentration (lc50) from the probit method for the three biological activities with 95 %. the results of the chromatographic analysis showed that the oil has 58.81% of limonene (major constituent) and 0.11% α-mulene (minority component). the essential oil presented lethal concentration (lc50) for larvicidal activity, molluscicide and toxicity, respectively at 15.48, 13.05 and 743.35 mg∙l -1. therefore, the essential oil is active against larvae of a. aegypti and snail b. glabrata and non-toxic against larvae of a. salina. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 mailto:prbgomes@yahoo.com.br http://orcid.org/0000-0002-4221-6577 https://orcid.org/0000-0003-4788-036x http://orcid.org/0000-0001-7479-5879 http://orcid.org/0000-0001-6430-2225 http://orcid.org/0000-0002-9552-3693 http://orcid.org/0000-0003-2855-7292 http://orcid.org/0000-0003-0780-7563 original article 86 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 limonene is the major component of oils from lemon peel (citrus limon) and orange peel and of the essential oil of carum carvi, being responsible for the prevention of dehydration and inhibition of microbial growth4. in the literature, it was observed that the limonene was found to have larvicidal and molluscicidal activity against dysmicoccus brevipes5 and lymnaea acuminata6. based on this information, we asked: did the essential oil extracted from the bark of c. limon have larvicidal activity against the third stage larvae of aedes aegypti and molluscicide against the snail biomphalaria glabrata, both disease vectors, respectively, dengue and schistosomiasis? therefore, the fight against the vectors of dengue and schistosomiasis occur through, respectively, larvicides and synthetic molluscicides. among the larvicides and molluscicides recommended by the world health organization (who), are, respectively, the temephos and niclosamide7. however, the use of these larvicides and molluscicides provokes resistance of larvae and snails, low selectivity, environmental contamination and high cost8-10. thus, it is recommended studies of extracts of plants7 and larvicides. there are two essential points in the manual of the world health organization (who)11 on the efficacy of a plant’s molluscicidal activity, although the same does not exist for larvicidal activity. one is about the activity of the extracts. these are considered to be active when the 24 h shellfish mortality is equal to or greater than 90% at the concentration of 20 ppm for extracts and 100 ppm for the raw vegetable. another is on toxicity and field studies. even if the natural molluscicides are biodegradable, within the values required by the who, they may present risks7. in this context, in our toxicity study, we chose to carry it out with artemia salina for two reasons. one, low cost, easy manipulation and a good indication of non-target organisms12,13. another study, due to the good results of plants with the molluscicidal activity that used a. salina in the toxicities test14,15. hence, in view of the above, we chemically characterized the essential oil extracted from the bark of c. limon and tested the larvicidal activity against larvae in the third stage of a. aegypti, molluscicidal activity against the snail b. glabrata and toxic activity against larvae a. salina. 2. materials and methods 2.1 obtaining essential oil we collected the fruits, branches, and leaves of c. limon in the district of sá viana (january and june 2010), in the peripheral region of são luís/ma, directly from the lemon tree, which is free of agricultural pesticides. in the seabra attic herbarium (sls) of the federal university of maranhão (ufma), we identified this species from the observation and comparison with the part already identified in the herbarium under registration number 100379 (family rutaceae, genus citrus). after this step, we removed the fruit peels with a stylet. to extract the essential oil, we used a glass clevenger extractor coupled to a 1000 ml round bottom flask and to an electric blanket as a heat source. to each essential oil extraction routine, we weigh and grind in an electric sample mill 30 g. after this step, we mixed the sample with distilled water in the proportion 1:10 and placed in a round bottom flask, coupled to the extractor system. then we switched on the electric blanket and set the temperature to 100 °c. after 5 h the distillation was stopped, and the essential oil was collected. the oil is dried by means of percolation in anhydrous sodium sulfate. we performed these operations in triplicates and stored the samples in ampoules of amber glass under refrigeration (temperature of 15 °c) to avoid possible losses of volatile constituents. so, we determined the density of the essential oil extracted from the use of a 1.0 ml pycnometer, previously dried, tared and calibrated. 2.2 chemical analysis for the chemical analysis, we used the gas chromatographic technique coupled to the electron impact mass spectrometer and ion trap analyzer (gc/ms). the equipment used was of the varian 2100 brand, using helium as drag gas with flow in the column of 1ml min-1; injector temperature 270 °c, split 1:50; (15 m × 0,25 mm) with stationary phase vf-1ms (100% methylsiloxane 0.25 μm) and oven temperature programming of 60 to 200 °c with a heating rate of 8 °c min-1 and 200290 °c with heating rate of 15 °c min-1. in the mass spectrometer the manifold, ion trap, and transfer line temperatures were 50, 190 and 200 °c, respectively. 1.0 μl (automatic injector cp-8410) aliquots of the samples diluted in the proportion of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 original article 87 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 20 μl in 1.5 ml of hexane were injected. we have identified the components of the oil from the comparison of these with the data obtained from authentic substances in reference libraries16. 2.3 collection and cultivation of aedes aegypti larvae in this way, we collected eggs at the federal university of maranhão, bacanga campus in são luís maranhão, through traps called ovitraps. these consist of black polyethylene pails with a capacity of 500 ml each, where we put water and insert two eucatex vanes into the mosquito. we inspect the traps weekly for replacement of the reeds and egg collection. after this step, we placed a. aegypti eggs to hatch at a temperature of 31 °c in a 200 ml polyethylene vessel with mineral water. we fed the larvae with cat food until they reached the third stage, when the experiments were done. 2.4 test of larvicidal activity we prepared a 1,000 mg∙l-1 stock solution from the 50 mg weighing of the oil into a solution of 49.75 ml of distilled water and 0.25 ml of tween80. from this, we prepared five solutions at the concentrations 5, 10, 30, 50 and 70 mg∙l-1. for each concentration, we used ten larvae and 30 ml of each solution in the cited concentrations. we performed all the tests in triplicate and as negative control we used a solution formed by 49.75 ml of water to 0.25 ml of tween-80, and as a positive control, a solution of temephos ([4-(4dimethoxyphosphinothioyloxyphenyl) sulfanylphenoxy]-dimethoxy-sulfanylidene-λ5phosphane), which is equivalent to the concentration used by the national health foundation (funasa) for the larvicidal control of the vector, in addition to novaluron (n-[[3-chloro4-[1,1,2-trifluoro-2(trifluoromethoxy)ethoxy]phenyl]carbamoyl]-2,6difluorobenzamide) at 0.02 mg∙l-1, a dose adopted by the brazilian ministry of health, which indicates by the world health organization in the range of 0.01 to 0.05 mg∙l-1. 2.5 malacological investigation from this, we collected the samples of snails in the natural breeding sites of the neighborhood sá viana, the periphery of são luís, maranhão. the catch was carried out during rainy periods, with the use of ppes (personal protective equipment), such as glove, boot seven leagues, and metal tongs. the collection technique consists of scraping the submerged areas with the shell and the collected snails were placed in a glass container with a lid, with water from the breeding site itself17. the search of the same ones was realized in several points of each breeding place, in order to obtain a good sampling. after collection, these were labeled by the breeder and taken to the laboratory for identification and analysis. from the technique of dissection of the genital apparatus18, we identified the snails as belonging to the family planorbidae, genus biomphalaria, species b. glabrata. 2.6 snails positivity test for instance, we placed five snails in clear glass vials (30 ml capacity) with 25 ml of dechlorinated water, that is 5 ml per snails, brought to light exposure (100 w lamps), at a distance of 30 cm, during 1 h, to stimulate the release of cercariae19. after exposure, the glasses were taken for analysis by means of a stereoscopic magnifying glass 8x. those that were parasitized (positive) were labeled and separated for future individual analysis in order to verify which was contaminated and those that did not show signs of infection by the trematode in the period of 30 days were selected for the molluscicidal activity test. the period of analysis of the snails was every 7 days, for one month (30 days) to confirm the absence of larval stages. so, after the positivity test, we placed the snails in polystyrene containers with dechlorinated water and fed with hydroponic lettuce for future test of molluscicidal activity. 2.7 molluscicidal activity test the molluscicidal activity was performed according to a manual described by the world health organization. to do this, we placed 10 adult snails, negative for schistosoma mansoni in each beaker containing 500 ml of a solution obtained from the dilution of each oil with distilled water and 0.15 ml of tween 80 (surfactant) at the concentrations of 100, 75, 50, 25, and 10 mg l-1, obtaining at the end a proportion of 50 ml of solution for each snail and feeding them with hydroponic lettuce ad libittum20. they were exposed to the solution for 24 h at room temperature. after this period, the snails were https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 original article 88 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 removed from the solution and the snails were washed twice with dechlorinated water, placed in each beaker containing 500 ml of dechlorinated water, fed with hydroponic lettuce and observed every 12 h (method recommended 24 h) for four days to assess mortality. to confirm the activity, we observe the mollusks. if the cephalopods mass is retracted into the shell, release the hemolymph, or swell and extend the cephalopod out of the shell, it is considered dead21. 2.8 toxicity test with artemia salina so that, the artemia salina leach cysts were transferred to an aquarium containing the synthetic saline solution (60 g of sea salt / liter of distilled water) and oxygen saturation, obtained with the aid of an air pump. the aquarium was divided into two interconnected compartments, the cysts remaining in one of the compartments, leaving the second compartment under artificial illumination of a 100 w lamp. after 24 h, the cysts hatched, the larvae migrated to the lighted compartment because they had phototropism positive. these were transferred to an aquarium containing synthetic saline and kept in incubation for another 24 h under the same lighting and oxygenation conditions. the methodology used was described by meyer at al.22 but with modifications. for the evaluation of the lethality of a. salina leach, 20 mg of the oil was added to 0.02 mg of tween 80, the volume was filled to 2 ml with artificial saline. this dilution was done to obtain a 10 mg ml-1 stock solution and a concentration of 0.1% tween 80. samples of 5, 50, 250 and 500 μl of this stock solution were transferred to vials with 5 ml of final solution, obtaining concentrations of 10, 100, 500 and 1000 mg·l-1, respectively. ten larvae in the nauplii phase were transferred to each flask. white (saline) was made with 20 μl and the negative control (saline and 0.1% tween 80) was made with 20 μl. after 24 h of incubation, the live larvae were counted, considering those microcrustaceans that did not move during observation and with slight agitation of the flask. thus, we adopted the criterion established by amarante et al. 23, which consider lc50 samples less than 100 mg l-1, highly toxic; with lc50 between 100 and 500 mg·l-1, moderately toxic; and lc50 greater than 500 mg·l-1 nontoxic. 2.9 statistical analysis the statistical test used was anova of single factor and tukey’s posterior test to identify significant differences. for the calculation of the lethal concentration (lc50), we used the probit method24. for mortality results, we expressed these results with mean ± standard deviation. for all statistical tests, we considered the significance of p ≤ 0.05. 3. results 3.1 evaluation of the chemical characteristics of the essential oils obtained by gas chromatography coupled to mass spectroscopy (gc/ms) before identifying and quantifying the components present in the oil, we performed the kinetic test for extraction in the time interval of 0.5 to 5 h to verify the best performance. from this test, we verified that from 3 to 5 h, the oil yield remained constant, obtaining a volume of 0.35 ml. we calculated the extraction yield from the mass we used, which was 30 g of the material, volume obtained after extraction, of the density measurement, which was 0.823 g∙ml-1 and the formula expressed by the brazilian pharmacopoeia52. from this, the result obtained was, respectively in the ratio mass / volume and mass / mass, of 1.17% and 0.96%. from this study, we identify and quantify the components present in the oil. the result of the gcms analysis showed 23 peaks, which indicated the presence of 23 compounds (fig. 1). in comparing the mass spectra of the constituents with the nist 8 library, we identified the 15 compounds (table 1). based on the results, we observed that the major component is limonene (58.81%) and the minority is the α-mulene (0.11%) (table 1). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 original article 89 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 figure 1. citrus limon peel essential oil gc/ms chromatogram. table 1. compounds identified in the essential oil sample from citrus lemon peel. peak 1 r.t(min) 2 components percentage (%) quality 3 1 5.858 α-pinene 0.72 95 2 6.775 sabinene 5.08 92 3 6.875 β-pinene 4.91 93 4 7.033 β-myrcene 0.45 91 5 7.845 limonene 58.81 90 6 8.408 γ-terpinene 9.01 93 7 10.575 terpine-4-ol 0.13 89 8 10.892 α-terpinenol 0.31 96 9 11.308 trans-geraniol 0.25 92 10 11.525 β-citral (geranial) 1.11 93 11 12.000 α-citral (geranial) 1.61 92 12 13.000 geranial acetate 0.32 93 13 13.400 α-mulene 0.11 85 14 13.950 bergamolene 0.29 92 15 15.017 β-bisabolene (geranial) 0.50 92 note: 1number of the peak in the column elution order; 2rt: retention time of the compounds. quality3: search index in the database that reflects the similarity of the mass spectrum obtained with the records in the libraries used. 3.2 larvicidal activity, molluscicide and toxicity we tested the larvicidal activity for concentrations of 5, 10, 30, 50 and 70 mg l-1, molluscicide for 10, 25, 50, 75 and 100 mg l-1 and toxicity for 10, 100, 500 and 1000 mg l-1. in all tests, we observed an increase in the percentage of mortality with the increase in concentration and absence of interference of the biological activity in the control test. thus, they were higher in https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 original article 90 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 concentrations of larvicidal activities, molluscicides and toxicity, respectively 70, 50 and 1000 mg l-1. in addition, we observed that there were no significant differences between treatments (table 2). the lc50 values for larvicidal activities, molluscicides and toxicity are, respectively, 15.48, 13.05 and 743. 35 mg l-1 (table 3). table 2. results of the larvicidal, molluscicidal and toxicity activities of the essential oil of citrus limon peels. larvicidal activity concentration (mg l-1) mortality of larvae (%) 70 100.0 ± 0.0a 50 86.7 ± 0.4a 30 66.7 ± 0.4a 10 36.7± 0.4a 5 13.3± 0.4a molluscicidal activity concentration (mg l-1) mortality of snails (%) 100 100.0 ± 0.0a 75 100.0 ± 0.0a 50 100.0 ± 0.0a 25 86.7 ± 0.4a 10 26.7 ± 0.4a toxicity activity concentration (mg l-1) mortality of larvae (%) 1000 100.0 ± 0.0a 500 46.7± 0.4a 100 13.3 ± 0.4a 10 0.0 ± 0.0a the mean values and the standard deviation of the measurements in triplicate. different letters indicate significant differences (p < 0.05). table 3. lc50 result of larvicidal activity, molluscicide and essential oil toxicity extracted from citrus limon peel. biological activity lethal concentration (lc50) (mg l -1 ) lower limit (mg l -1 ) upper limit (mg l -1 ) standard deviation (sd) r 2 (correlation) larvicidal 15.5 10.3 23.3 0.4 0.97 molluscicidal 13.1 9.5 18.0 0.2 1 toxicity 743.4 346.9 1593.0 0.7 1 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 original article 91 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 4. discussion from this study, we showed that the essential oil extracted from the bark of c. limon has larvicidal activity, molluscicide and toxicity. this may be a viable alternative to synthetic larvicides and molluscicides, since they would act against target organisms due to their toxicity against other organisms. we found that the percentage (m/v) of the oil yield was 1.17% and that the main components are limonene (major component) and α-mulene (minor component). the yield that we obtained in a time of extraction of 5 h was 1.17%, in which this value remained constant in the interval of 3 to 5 h. the study of the yield allows to evaluate the time necessary to conserve the best characteristics of the oil. according to mouchrek filho25, quoted by gomes et al.26, a time of rapid extraction leads to a product with the predominance of more volatile constituents, but without the best characteristics. otherwise, slow distillation overloads the product with undesirable flavors54. generally, the best yields are obtained from the time of 3 h26-30. from the chromatographic method coupled to the mass spectrometer, we identified and quantified limonene as the major component of the essential oil extracted from c. limon peels. thus, we confirm what has already been described in the literature regarding this component for citrus substances. however, we observe that the quantity of this differs from other works, where they are generally above31-33 and others below 50%. the redirection of plant metabolic pathways to lead to the biosynthesis of different compounds34-36 and abiotic factors are responsible for caused changes in the composition of c. limon essential oil. in the study of larvicidal activity, the essential oil was active against the third stage larvae of a. aegypti in the concentration of 70 mg∙l-1 with 100% mortality of the larvae tested. although this result gives us a dimension of biological activity, a statistical calculation of the lethal concentration (lc50) from the method of finney24 gave us an estimate of inferring this result for a population, considering a statistical distribution of the normal type. the result of lc50 was 15.48 mg∙l-1. from this result, we compare the criteria adopted by cheng et al. (2003), since up to the moment of this research there is no criterion established the world health organization37 to consider active larvicidal activity or inactive. according to the cheng et al.38 the larvicidal activity of the essential oil is active when the lc50 <100 mg∙l-1; inactive when lc50> 100 mg∙l-1 is highly active when lc50 <50 mg∙l-1. thus, from this classification the essential oil we extract from the bark of c. limon is considered highly active. the larvicidal activity of the essential oils are influenced by several factors. a study by fernandez et al. (2014)39 showed that larvicidal activity is higher in spring, summer and autumn, and lower in winter, confirming the influence of seasonality; for leyva et al.40 synergistic action among metabolites (even in small proportions), the collection period and the extraction method are responsible for this; while other studies attribute this action to terpenes, alcohols, and aldehydes41-43. for these reasons, the results of our study confirm the larvicidal and insecticidal activity of limonene of c. limon essential oil against the genus aedes. the study carried out by campolo et al.44 showed the activity of this oil against aedes albopictus larvae with a lethal concentration (lc50) of 145.27 mg l-1 after 24h exposure. however, the study of larvae, pulps and adults of aedes albopictus45 confirmed the activity of the oil with a lethal concentration (lc50) of 35.99 and 34.89 mg∙l-1 for the enantiometric forms of limonene, respectively, r (+) limonene and s (-) – limonene. finally, the study amer and mehlhorn46 confirmed that activity against third-stage larvae of a. aegypti was higher at 24 h exposure time when compared to shorter times. thus, the difference that these studies have with the results of our study is in the low value of the lc50 that we obtain. to explain this difference, we attribute seasonality, collection and extraction factors and synergism. in relation to molluscicidal activity, the essential oil was active with lc50 13.48 mg∙l-1. in this case, to affirm this, we compare the result obtained from the lc50 with the criteria used by the who11. according to this criterion, the extract obtained from the plant is active when it causes mortality of 90% of the aquatic mollusks at the 24 h exposure time, under constant temperature and concentration up to 100 mg∙l-1 47. thus, we proved that the result we obtain from the lc50 of our study is within the limits established by the who. besides the molluscicidal activity which we show in this work, we observed in the literature that the limonene obtained from the carum cravi seed powder showed activity against the snail lymnaea acuminata6. although this component caused mortality of lymnaea acuminata, the inference of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 original article 92 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 the lethal concentration, lc50, for a population of these snails did not meet the criteria established by who11, whose value was 130.61 mg∙l-1 in the time of 24 h. in addition, this study left craving for the percentage absence of limonene contained in the extracts, in which it left doubts about its effectiveness. in the literature there are other plants that have molluscicidal activity against b. glabrata, however, the effectiveness is in the lowest value of the lethal concentration (lc50). the study of thirteen solanum species revealed that the extracts of the species s. asperum, s. diamantinese, s. paludosum, s. sisymbriifolium and s. stipulaceum present activity with lethal concentration (lc50) varying from 20 to 50 mg l-1 48; moringa oleifera lam seed extracts were active in the lethal concentration, lc50, 419 mg l-1 49; extracts from the stems of melloa quadrivalvis and tabebuia aurea and whole plants of adenocalymma comosum, arrabidaea parviflora, cuspidaria argentea, and clytostoma binatum have activity with lc50 concentration varying from 5.2 to 37.5 mg l-1, being the most active cuspidaria argentea, lc50 5.2 mg l-1 50; the essential oil of pimenta dioica is active with lc50 18.62 mg l-1, however the toxicity study showed that it is highly toxic to other organisms53. though, the ocotea bracteosa essential oil has activity with concentration, lc50 4.6 mg l-1 51. although o. bracteosa essential oil has good results in lethal concentration values, the absence of a study of toxic activity in this study raises doubts about its effectiveness in a real system. hence, faced with this impasse, when performing the study of toxicity, we evaluated the possibility of the action of oil against non-target organisms. in our study, we used a. salina because of the following characteristics: formation of dormant cysts, low cost, easy manipulation in the laboratory and indication of interference with nontarget organisms12,13. based on the toxicity parameters of amarante et al.23, the essential oil, with lc50 = 743.35 mg l-1, is non-toxic (lc50> 500 mg l-1). in addition to our study, we found in the literature extracts from six plants of the family bignoniaceae that have moderate to low toxicity with lc50 values varying from 485.5 to 815.4 mg l-1 50. 5. conclusions in this manner, according to the results obtained in this study, we can conclude that the essential oil extracted from the shells of c. limon has larvicidal activity and molluscicide, respectively, third stage larvae of a. aegypti and snails b. glabrata, and non-toxic front a. salina. in addition, we identified and quantified the majority and minority components, which were, respectively, limonene and α-mulene. references [1] buettner, a., mestres, m., fischer, a., guasch, j., schieberle, p., evaluation of the most odour-active compounds in the peel oil of clementines (citrus reticulata blanco cv. clementine), eur food res. technol. 216 (1) (2003) 11-14. https://doi.org/10.1007/s00217-002-0586-y. 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https://doi.org/10.1590/s0102-695x2009000600008 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2009000600008 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2009000600008 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2009000600008 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2009000600008 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2009000600008 original article 95 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 85-95 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p85-95 [43] lucia, a., audino, p. g., seccacini, e., licastro, s., zerba, e., masuh, h., larvicidal effect of eucalyptus grandis essential oil and turpentine and their major components on aedes aegypti larvae, j. am. mosq. control assoc. 23 (3) (2007) 299-304. https://doi.org/10.2987/8756971x(2007)23[299:leoege]2.0.co;2. 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https://doi.org/10.1093/jee/tov270 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-012-3074-8 https://doi.org/10.1007/s00436-006-0182-3 https://doi.org/10.1007/s00436-006-0182-3 https://doi.org/10.1007/s00436-006-0182-3 https://doi.org/10.1007/s00436-006-0182-3 https://doi.org/10.1007/s00436-006-0182-3 https://doi.org/10.1046/j.1600-0528.2003.00124.x https://doi.org/10.1046/j.1600-0528.2003.00124.x https://doi.org/10.1046/j.1600-0528.2003.00124.x https://doi.org/10.1046/j.1600-0528.2003.00124.x https://doi.org/10.1179/136485905x36208 https://doi.org/10.1179/136485905x36208 https://doi.org/10.1179/136485905x36208 https://doi.org/10.1179/136485905x36208 https://doi.org/10.1179/136485905x36208 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013000500019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013000500019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013000500019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013000500019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013000500019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013000500019 https://doi.org/10.1179/136485907x176427 https://doi.org/10.1179/136485907x176427 https://doi.org/10.1179/136485907x176427 https://doi.org/10.1179/136485907x176427 https://doi.org/10.1179/136485907x176427 https://doi.org/10.1179/136485907x176427 https://doi.org/10.1179/136485907x176427 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699958 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699958 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699958 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699958 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699958 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699958 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699958 https://doi.org/10.15381/rpb.v26i1.15913 https://doi.org/10.15381/rpb.v26i1.15913 https://doi.org/10.15381/rpb.v26i1.15913 https://doi.org/10.15381/rpb.v26i1.15913 https://doi.org/10.15381/rpb.v26i1.15913 https://doi.org/10.15381/rpb.v26i1.15913 https://doi.org/10.15381/rpb.v26i1.15913 https://doi.org/10.11606/t.75.2000.tde-28112001-085626 https://doi.org/10.11606/t.75.2000.tde-28112001-085626 https://doi.org/10.11606/t.75.2000.tde-28112001-085626 https://doi.org/10.11606/t.75.2000.tde-28112001-085626 https://doi.org/10.11606/t.75.2000.tde-28112001-085626 https://doi.org/10.11606/t.75.2000.tde-28112001-085626 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitor de pós-graduação joão lima sant’anna neto pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva introdução o álcool etílico é considerado um combustível alternativo e altamente viável. a sua produção é obtida através da biomassa, caracterizando-o assim como um combustível renovável e limpo [1-3]. o monitoramento quantitativo de elementos metálicos em combustíveis é de relevância econômica para a indústria de combustíveis assim como para as áreas automobilísticas e ambientais. por meio de um controle analítico eficiente dos teores de aditivos inorgânicos incidentais ou acidentais, é possível gerenciar, desde a produção até os pontos de distribuição, a qualidade dos combustíveis oferecidos ao consumidor. devido aos baixos teores dos metais usualmente presentes no álcool etílico hidratado combustível, técnicas analíticas sensíveis são requeridas tal como a espectrometria de absorção atômica em forno de grafite (gfaas) [1]. o emprego de modificadores químicos é uma prática comum em espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite. a sua principal função é diminuir, ou até mesmo eliminar, interferências provocadas pela matriz ou concomitantes presentes na amostra, por meio do aumento da efi7ecl. quím., são paulo, 31(1): 7-12, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 1, 2006 uso da análise exploratória de dados na avaliação de modificadores químicos para determinação direta e simultânea de metais em álcool combustível por gfaas a. p. de oliveira1*, j. a. gomes neto1, m. m. c. ferreira2 1instituto de química – universidade estadual paulista, unesp, cp 355, cep: 14801-970 araraquara – sp. 2instituto de química universidade estadual de campinas, unicamp, cp 6154, cep:13084-971 campinas – sp. *dri_poliv@ig.com.br resumo: o objetivo deste trabalho foi empregar a análise exploratória de dados, no caso, a técnica de análise de componentes principais (pca) como ferramenta na avaliação de modificadores químicos na determinação direta e simultânea de al, as, cu, fe, mn e ni em álcool etílico combustível por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite (gfaas). os modificadores químicos avaliados foram: pd(no3)2 + mg(no3)2; w/rh; w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2 e para cada modificador foram utilizadas trintas amostras de álcool etílico combustível. como dados experimentais foram utilizados os resultados dos testes de adição e recuperação dos analitos frente aos diferentes modificadores químicos estudados. o emprego da técnica de pca possibilitou a separação dos tipos de modificadores em função do intervalo de recuperação do analito. dentre os modificadores avaliados, w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2 apresentou-se como a espécie de maior correlação positiva, pois apresenta os maiores teores de recuperação, e sendo assim, foi o escolhido para o desenvolvimento de metodologia para determinação direta e simultânea de al, as, cu, fe, mn e ni em álcool etílico combustível por gfaas. palavras-chave: análise exploratória de dados; quimiometria; pca; gfaas; álcool combustível. ciência da etapa de pirólise. o principal objetivo da utilização dos modificadores químicos é permitir altas temperaturas de pirólise. com uma temperatura de pirólise elevada, é viável a eliminação dos concomitantes, sem com isso, afetar a atomização do analito de interesse. o modificador químico converte o analito em uma forma menos volátil, permitindo maiores temperaturas de pirólise e/ou converte os concomitantes em uma forma mais volátil, promovendo a separação analito-matriz [4]. a seleção do modificador químico ótimo é um parâmetro crítico para determinações diretas e simultâneas em gfaas e o uso da quimiometria, permite a visualização em gráficos da tabela de resultados analíticos, relacionando as amostras e as variáveis selecionadas. em diversos segmentos da química o crescimento do uso de recursos computacionais para analisar dados químicos cresceu nos últimos anos. na área de química analítica a aquisição de dados atingiu um ponto bastante sofisticado, devido ao aumento da quantidade dos dados analíticos gerados e ao interfaceamento dos instrumentos aos computadores produzindo uma enorme quantidade de informação, muitas vezes complexa e variada [5]. a necessidade de ferramentas novas para extrair um maior número informações relevantes de um conjunto de dados deu origem a quimiometria, que é uma área destinada especificamente à análise de dados químicos de natureza multivariada. os métodos multivariados consideram a correlação entre muitas variáveis analisadas simultaneamente, permitindo a extração de uma quantidade maior de informações, muitas vezes impossível quando se analisa variável a variável [6]. a análise de componentes principais (pca) é um método de análise multivariada utilizado para projetar dados n-dimensionais em um espaço de baixa dimensão, normalmente duas ou três. isso é feito através do cálculo de componentes principais obtidas fazendo-se combinações lineares das variáveis originais. pca é um método exploratório porque auxilia na elaboração de hipóteses gerais a partir dos dados coletados, contrastando com estudos direcionados nos quais hipóteses prévias são testadas. é também capaz de separar a informação importante da redundante e aleatória. em uma análise de componentes principais, o agrupamento das amostras define a estrutura dos dados através de gráficos de scores e loadings, cujos eixos são componentes principais (pcs) nos quais os dados são projetados. os scores fornecem a composição das pcs em relação às amostras, enquanto os loadings fornecem essa mesma composição em relação às variáveis. como as pcs são ortogonais, é possível examinar as relações entre amostras e variáveis através dos gráficos dos scores e dos loadings. o estudo conjunto de scores e loadings ainda permite estimar a influência de cada variável em cada amostra [7-11]. o objetivo deste trabalho é empregar a análise exploratória de dados (pca), como uma ferramenta na avaliação de modificadores químicos na determinação direta e simultânea de al, as, cu, fe, mn e ni em álcool combustível por gfaas. os modificadores químicos avaliados foram: pd(no3)2 + mg(no3)2; w/rh; w+ co injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2, e para cada modificador foram utilizadas trintas amostras de álcool etílico combustível. estes modificadores químicos foram previamente selecionados, devido à presença de trabalhos na literatura relacionados aos analitos de interesse. como dados experimentais foram utilizados os resultados dos testes de adição e recuperação dos analitos frente aos diferentes modificadores químicos estudados. procedimento experimental instrumentos e acessórios o instrumento utilizado foi um espectrômetro de absorção atômica perkin-elmer, modelo simaa 6000, equipado com amostrador automático perkin-elmer, modelo as-72, corretor de fundo por efeito zeeman longitudinal e tubo de grafite com aquecimento transversal (thga) e plataforma de l’vov integrada. como fontes de radiação foram utilizadas as seguintes lâmpadas: lâmpada de descarga sem eletrodo (edl) de as (λ = 193,7 nm e i = 300 ma); lâmpada de catodo oco multielementar para al e fe (λ= 309,3 nm (al) e λ= 248,3 nm (fe) e i= 30 ma); lâmpada de catado oco de ni (λ= 230,0 nm e i= 25 ma) ; lâmpada de catodo oco multiele8 ecl. quím., são paulo, 31(1): 7-12, 2006 mentar de cu e mn (λ= 324,8 nm (cu) e λ= 279,5 nm (mn) e i= 20 ma). a largura da fenda foi de 0,7 nm e o fluxo de argônio (99.999%, white martins) foi de 250 ml.min-1. reagentes, soluções e amostras todas as soluções foram preparadas utilizando-se água desionizada de alta pureza (resistividade 18,2 mω.cm) obtida em sistema milli-q, millipore. ácido nítrico suprapur, merck, foi utilizado para preparar as soluções em meio ácido. solução estoque de arsênio (1000 mg l-1) foi preparada pela dissolução de 1,320 g as2o3 (fluka chemical) em 20 ml de solução de naoh 1,0 mol l-1. um volume de 50 ml de uma solução de hcl 0,5 mol l-1 foi adicionado a essa solução e o volume foi completado para 1000 ml com água. as soluções estoque de cobre, manganês, ferro e níquel (1000 mg l-1) foram preparados a partir dos respectivos padrões para absorção atômica, normex, carlo erba. solução estoque de alumínio (1000 mg l-1) foi preparada a partir do padrão para absorção atômica titrisol,merck. solução de modificador químico (1000 mg l-1 pd) foi preparada a partir da solução estoque 10000 mg l-1 pd(no3)2 em 15% hno3, (perkin-elmer, part nº bo190635). solução de modificador químico (1000 mg l-1 mg) foi preparada a partir da solução estoque 10000 mg l-1 mg(no3)2 (perkin-elmer, part nº bo190634). para o modificador químico permanente w/rh, a solução de 1000 mg l-1 w foi preparada pela dissolução de 0,1794g de nawo4.2h2o (merck) em 100 ml de água desionizada e a solução de 1000 mg l-1 rh foi preparada pela dissolução de 51 mg de rhcl3 (sigma,usa) em 25 ml de solução 2% (v/v) hno3 21. soluções analíticas de referência multielementares de al, as, cu, fe, mn e ni foram preparadas diariamente por diluições sucessivas das respectivas soluções estoque monoelementares. as amostras de álcool etílico hidratado combustível foram coletadas em diferentes postos de abastecimento da cidade de araraquara-sp. análise química para a verificar a exatidão de um método pode-se empregar o uso de materiais de referência certificados, teste de adição e recuperação do analito e a comparação dos resultados com técnica ou método alternativo. neste trabalho foi empregado o teste de adição e recuperação dos analitos. determinações multielementares de as, al, cu, fe, mn e ni foram feitas em 30 amostras álcool etílico combustível contendo 60,0 µg l-1 al, as, cu, fe, mn e ni (1+1; v/v) em 2,0% (v/v) hno3. como brancos analíticos, foram feitas determinações em 30 amostras de álcool etílico combustível (1+1; v/v) em 2,0% (v/v) hno3. os sinais transientes de absorção atômica e de fundo dos seis elementos foram medidos simultaneamente. este procedimento foi realizado nos diferentes modificadores químicos: pd(no3)2 + mg(no3)2; w/rh; w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2. análise multivariada a técnica de análise de componentes principais (pca) foi utilizada correlacionando os intervalos de recuperação obtidos no teste de adição e recuperação para cada elemento nos diferentes modificadores químicos, com o intuito de avaliar e selecionar o modificador químico ótimo para o desenvolvimento de metodologia para determinação direta e simultânea as, al, cu, fe, mn e ni em álcool etílico combustível por gfaas. o programa pirouette (infometrix, woodinville, washington, usa) versão 2.02 foi utilizado para efetivar as análises deste trabalho por oferecer um ambiente computacional amplamente utilizado em quimiometria e diversas outras áreas [8,9]. o auto-escalamento foi o pré-processamento utilizado no tratamento dos dados em função das diferentes ordens de grandeza das variáveis estudadas, atribuindo-se assim um mesmo peso para todas as variáveis. resultados e discussão a necessidade da utilização de uma ferra9ecl. quím., são paulo, 31(1): 7-12, 2006 menta estatística para analisar e interpretar uma grande quantidade de informações foi comprovada por meio da observação do conjunto de dados obtidos nesta proposta de trabalho. os seis analitos foram determinados simultaneamente em 30 amostras de álcool etílico combustível em três diferentes tipos de modificadores químicos e geraram uma matriz de dados 90x6, da qual poucas informações podem ser extraídas através da simples observação. a técnica da análise multivariada (pca) foi aplicada visando resumir em poucas e importantes dimensões a maior parte da variabilidade da matriz para obtenção de relações entre os dados obtidos [10]. um pré-processamento dos dados foi necessário para atribuir pesos equivalentes às percentagens de recuperação dos analitos nas amostras[11]. assim, os dados foram auto-escalados antes de serem submetidos à análise de componentes principais. a pca mostrou que com apenas dois componentes principais é possível descrever 82,4% dos dados, sendo 63,5% da variância total descrita pela primeira componente principal (pc1) e 18,9% por pc2. por meio do gráfico de scores (figura 1), observou-se à formação de três agrupamentos, representando as espécies de modificadores químicos estudados. a pc1 com 63,5% da variância total, apresentou como variáveis positivas w/rh e w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2. o gráfico de loadings (figura 2) mostra que o elemento mn apresentou melhores resultados de recuperação quando se utilizou o modificador químico pd(no3)2 + mg(no3)2. no caso do elemento as, os melhores resultados foram para o modificador permanente w/rh. porém, para os demais elementos, o modificador w+ coinjeção de pd(no3)2 + mg(no3)2 apresentou-se com uma maior correlação positiva, ou seja, com melhores valores de recuperação. como neste trabalho estamos realizando determinações simultâneas, o modificador químico ótimo deve ser aquele que apresente melhores valores de recuperação para a maioria dos analitos de interesse, porém sem o comprometimento dos demais. então, o modificador w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2 se enquadra neste contexto, pois a perda da qualidade dos resultados para mn e as em comparação aos outros modificadores foi de apenas 3,0% [12]. além disso, o modificador químico w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2 apresentou melhores valores de limite de detecção (l.d), massa característica (mo) e desvio padrão relativo (r.s.d). outro fator importante foi o aumento do tempo de vida útil do atomizador. para o modificador químico w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2 o aumento foi de cerca de 25% em relação aos outros modificadores avaliados [12]. como o presente trabalho tem como objetivo principal à determinação simultânea, o mo10 ecl. quím., são paulo, 31(1): 7-12, 2006 figura 1. análise por componentes principais: pc1x pc2. gráfico de scores. dificador químico w+ co-injeção de pd(no3)2 + mg(no3)2 foi o escolhido para o desenvolvimento de metodologia para determinação direta e simultânea as, al, cu, fe, mn e ni em álcool etílico combustível por gfaas. conclusões este trabalho ressalta a importância da utilização da quimiometria para o tratamento dos dados químicos. o emprego da análise por componentes principais (pca) evidenciou as características comuns e discrepantes entre as diferentes amostras, importantes para o desenvolvimento de novas metodologias em gfaas, porém dificilmente visualizadas diretamente na matriz de dados. a pca possibilitou extrair informações relevantes, tais como correlacionar os intervalos de recuperação obtidos pelo emprego do teste de adição e recuperação do analitos e os diferentes modificadores químicos. dentre os modificadores químicos avaliados, w+ co-injeção de pd+mg apresentou-se como a espécie de maior correlação positiva, pois apresentou os maiores teores de recuperação e sendo assim, foi selecionado como modificador químico para o desenvolvimento de metodologia para determinação direta e simultânea as, al, cu, fe, mn e ni em álcool etílico combustível por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite. agradecimentos os autores agradecem à fapesp pelo suporte financeiro e pela bolsa concedida. recebido em: 24/10/2005 aceito em: 15/12/2005 11ecl. quím., são paulo, 31(1): 7-12, 2006 figura 2. análise por componentes principais: pc1x pc2. gráfico de loadings. referências [1] a. p. oliveira, determinação direta e simultânea de al, as, cu, fe, mn, ni, em álcool etílico hidratado combustível por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite. 2002. 93f. dissertação (mestrado em química) – instituto de química, universidade estadual paulista, são paulo, 2002. [2] j. goldemberg, energy policy 24 (1996) 1127. [3] l. jolly, int. sugar j. 24 (2001), 1127. [4] b. welz, m. sperling, atomic absorption spectrometry, wiley-vch, weinheim, pp.1-56, 1999. [5] r. e. bruns, j. f.g. faigle, quim. nova 8 (1985) 84. [7] k. r. beebe, b. r. kowalski, anal. chem. 59 (1987) 1007a. [8] s. wold, k. esbensen, p. geladi, chemom. intell. lab. syst. 2 (1987) 37. [9] h. martens, t. naes, multivariate calibration, john wiley & sons, chichester, 1993. [10]m. m. c. ferreira, a. m. antunes, m. s. melgo, p. l. o. volpe, quim. nova 22 (1999) 724. [11] k. r. beebe, r. j. pell, m. b. seasholtz, chemometrics: a practical guide, john wiley & sons, new york, 1998. [12]a. p. oliveira, j. a. gomes neto, m. moraes, e. c. lima, at. spectrosc. 23(6) (2002) 190. 12 ecl. quím., são paulo, 31(1): 7-12, 2006 a. p. de oliveira, j. a. gomes neto, m. m.c. ferreira. the use of the exploratory analysis in the evaluation of chemical modifiers for direct and simultaneous determination of metals in fuel ethanol by gfaas. abstract: the aim of this work was to employ the exploratory analysis, in this case, the principal component analysis (pca) as an alternative tool in the evaluation of chemical modifiers for direct and simultaneous determination of al, as, cu, fe, mn and ni in ethanol fuel by graphite furnace atomic absorption spectrometry (gfaas). the evaluated chemical modifiers were pd(no3)2 + mg(no3)2; w/rh; w+ co-injection of pd(no3)2 + mg(no3)2 and 30 samples of ethanol fuel were used for each one. as experimental data were used the results of the addition and recovery tests. the use of the principal component analysis allowed the separation of the different modifiers in function of the recovery range of the analyte. the modifier w+ co-injection of pd(no3)2 + mg(no3)2 showed up as the higher positive correlation specie, because shows the higher recovery level, and so, was selected for the development of methodology for direct and simultaneous determination of al, as, cu, fe, mn and ni in ethanol fuel by gfaas. keywords: exploratory analysis; chemometrics; pca; gfaas; ethanol fuel. eq4-af introduction 3,4–dimethoxybenzoic acid is a white solid sparingly soluble in cold water but very good soluble in the hot one. its melting point is equal to 181ºc [1–3]. it plays an important role in bioinorganic chemistry and in medicine for producing antibiotics and various dyes [4,5]. from the survey of literature it follows that there are papers on the compounds of 3,4–dimethoxybenzoic acid anion with the following cations: na+, ag+, ba2+ and some of light and heavy lanthanides(iii) [1,6,7]. the complexes of 3,4dimethoxybenzoates of la(iii) and nd(iii) were synthesized as tetrahydrates and some of their properties were studied. the preparation and investigations of 3,4–dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii), la(iii) and nd(iii) are presented in this paper, because on one hand, the carboxylates have the significant positions in inorganic and bioinorganic chemistry, and then again many metal cations in a great number of various biological processes, especially six – membered ring system, are components of several vitamins and drugs [8,9]. moreover, carboxylates of d and 4f ion elements depending on their magnetic properties as magnets may be used in the modern branches of techniques and technology as electric materials, and they may have applications as precursors in superconducting ceramic and magnetic material productions. they may form various magnetic nanostructures that induced by current 27ecl. quím., são paulo, 32(4): 27-34, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 complexes of 3,4-dimethoxybenzoic acid anion with cu(ii), co(ii), la(iii), and nd(iii) aw. ferenc*, ak. czapla, bj. sarzynski , and aa. zwolinska afaculty of chemistry, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland. binstitute of physics, maria curie-sklodowska university, pl 20-031 lublin, poland. * wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: physico-chemical properties of 3,4-dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii), la(iii) and nd(iii) were studied. the complexes were obtained as hydrated or anhydrous polycrystalline solids with a metal ion–ligand mole ratio of 1 : 2 for divalent ions and of 1 : 3 in the case of trivalent cations. their colours depend on the kind of central ion: pink for co(ii) complex, blue for cu(ii), white for la(iii) and violet for nd(iii) complexes. the carboxylate groups in these compounds are monodentate, bidentate bridging or chelating and tridentate ligands. their thermal decomposition was studied in the range of 293–1173 k. hydrated complexes lose crystallization water molecules in one step and form anhydrous compounds, that next decompose to the oxides of respective metals. 3,4 – dimethoxybenzoates of co(ii) is directly decomposed to the appropriate oxide and that of nd(iii) is also ultimately decomposed to its oxide but with the intemediate formation of nd2o2co3.. the magnetic moment values of 3,4–dimethoxybenzoates determined in the range of 76–303 k change from 4.22 µb to 4.61 µb for co(ii) complex , from 0.49 µb to 1.17 µb for cu(ii) complex , and from 2.69 µb to 3.15 µb for nd(iii) complex. keywords: 3,4 – dimethoxybenzoates; thermal stability; magnetic properties; cu(ii); co(ii); la(iii); nd(iii); ir spectra. ´ ´ ´ ´ eq4-af 10/9/07 15:34 page 27 may by used as magnetic switch in spin valve. according to literature survey compounds of various organic ligands have been studied. therefore, there are papers that deal with their complexes with d and 4f metal ions [10-18]. the complexes described in the above-mentioned papers were synthesized and characterized by elemental analysis and ir spectra. their thermogravimetric studies, x-ray diffraction and magnetic measurements were also presented. this time, as a continuation of our research on the compounds of methoxybenzoic acids [6, 7, 16] we decided to synthesize and investigate the complexes of 3,4–dimethoxybenzoic acid anion with co(ii), cu(ii), la(iii) and nd(iii). these types of compounds may find the application in medicine as components of drugs or they may be used in technique as magnetic materials depending on their magnetic properties. the complexes of co(ii) and cu(ii) have not been investigated so far but those of la(iii) and nd(iii) have been previously synthesized and studied by us [6]. we decided to prepare them again in order to verify the repeatibility of the synthesis condition of these complexes, to check their compositions, to study some of their properties and to compare them with those of 3d electron metal ion which have not been studied so far. the physico-chemical properties of 3,4–dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii), la(iii) and nd(iii) were determined by thermal stability in air atmosphere during heating to 1173 k , ir spectral data, x-ray powder investigations and magnetic properties. thermal stability investigations give information about the ways of complex decompositions and the endoor exoeffects connected with such processes as: dehydration, melting, polymorphic changes, crystallization, oxidation or reduction. the magnetic properties of 3,4–dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii) and nd(iii) were investigated in the range of 76–303 k in order to study the kind of coordination of central ions and ligands. if the effective magnetic moment µeff is known, the number of unpaired electrons can be calculated. this may also give information on the oxidation state of the metal ion or the central atom of a complex, on the electron configuration and, hence, on the nature of the bonding between the metal and the ligands. the 28 ecl. quím., são paulo, 32(4): 27-34, 2007 determination of the number of unpaired electrons of the central atom allows to establish whether the complex investigated is of low or high spin and whether the ligand field is strong or weak. experimental details for the preparation of the complexes the following chlorides of d-block elements were used: cocl2 · 6h2o and cucl2 · 2h2o (reagents – chemical enterprise in lublin (poland)). the 3,4–dimethoxybenzoic acid, nd2o3, and la2o3 used for preparation were produced by aldrich chemical company. in the experiments the solution of nh3aq ( 25 %) produced by polish chemical reagents in gliwice (poland) was also used. the c and h analysis was performed using a chn 2400 perkin-elmer analyzer. the contents of m(ii) metals were calculated from tg curves and were established gravimetrically. the contents of nd3+ and la3+ were determined by oxalic acid method. the ir spectra of complexes were recorded over the range of 400-4000 cm-1 using m-80 spectrophotometer (carl-zeiss, jena). samples for ir spectra measurements were performed as kbr discs. the x-ray powder diffraction were taken on a hzg-4 (carl-zeiss, jena) diffractometer using ni-filtered cukµ radiation. the measurements were made within the range 2θ = 4 80º by means of the debye–scherrer–hull method. the thermal stability and decomposition of co(ii), cu(ii), la(iii) and nd(iii) complexes eq4-af 10/9/07 15:34 page 28 were studied in air using a q–1500d derivatograph with derill converter recording tg, dtg and dta curves. the measurements were made at heating rate of 10 k · cm-1. the samples ( 100 mg) were heated in platinum crucibles in static air to 1173 k with a sensitivity of tg–100 mg. dta and dtg sensitivities were regulated by the derill computer programme. the products of decompositions were calculated from the tg curves and verified by the diffraction pattern registration. magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of 3,4-dimethoxybenzoates of co(ii), cu(ii), la(iii) and nd(iii) were measured by the gouy method using a sensitive cahn rm2 electrobalance. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 8.08 × 10-3cm3 mol-1. the correction for diamagnetism of the constituent atoms was calculated by the use of pascal’s constants [19]. magnetic moments were calculated from the the equations (1) and (1*): µeff = 2.83 (χm (t-θ))1/2; where θ – weiss constant (1) µeff = 2.83 (χm (t-θ))1/2 · 1.257 × 10-6 m · kg · s-2 a-2 (1*) complexes the complexes of the 3,4 – dimethoxybenzoic acid anion with co2+, cu2+, la3+ and nd3+ were obtained by the addition of equivalent quantities of 0.1 m ammonium 3,4 – dimethoxybenzoate ( ph ~ 5 ) to a hot solution containing the chlorides of respective metal ions and crystallizing at 293 k. the solids were filtred off, 29ecl. quím., são paulo, 32(4): 27-34, 2007 figure 1. dependence of i / i0 vs 2θ for 3,4 – dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii), la(iii) and nd(iii). eq4-af 10/9/07 15:34 page 29 washed with hot water to remove ammonium ions and dried to constant mass at 303 k. results and discussion the complexes of 3,4-dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii) la(iii) and nd(iii) were obtained as polycrystalline products with a metal ion to ligand ratio of 1 : 2 and the general formula m(c9h9o4)2 · nh2o for divalent ions, where m(ii) 30 ecl. quím., são paulo, 32(4): 27-34, 2007 figure 2. dependence between χm vs t for 3,4 – dimethoxybenzoate of co(ii). eq4-af 10/9/07 15:34 page 30 = cu, co, and n = 2 for cu(ii), and n = 0 for co(ii). for nd(iii) and la(iii) complexes a metal ion to ligand ratio is 1 : 3 and the general formula m(c9h9o4)3 · nh2o, where n = 3 for la(iii), and n = 0 for nd(iii) complex (table 1). their colours are following: pink for co (ii) complex, light blue for cu(ii), white for la(iii) and violet for nd compound. in cu(ii) and co(ii) compounds the d→d and in nd(iii) complex the f→f electron transitions of the central ions are those of the lowest energy and the absorption occurs at relatively high wavelengths that depends on the nature of the metal ion [11,17,18]. the complexes were characterized by elemental analysis (table 1). the compounds exihibit similar solid state ir spectra. some of the results are presented in table 2. the band at 1700 cm-1 originating from cooh stretching vibration, in the spectrum of the acid, is replaced in the spectra of complexes, by two bands at 1590-1600 cm-1 and 1380-1420 cm-1, which can be ascribed to the asymmetric and symmetric vibrations of –coogroups, respectively [20]. the bands attributed to asymmetric and symmetric c-h stretching modes of the ch3 groups are observed at 2920-2970 cm-1 and 2820-2840 cm-1, respectively. the bands with the maxima at 3450-3460 cm-1 in the spectra of 3,4-dimethoxybenzoates of cu(ii) and la(iii) are characteristic for ν(oh) vibrations [20, 21] the bands of ν(c-c) ring vibrations appear at 1450-1500 cm-1 and 770-880 cm-1, and those corresponding to m-o stretching occur at 420-580 cm-1. the table 2 presents the values of the two band frequencies of asymmetrical and symmetrical vibrations of carboxylate group for 3,4dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii), la(iii), nd(iii) and na(i). the difference in the values, ∆νoco, between the frequencies νasoco and νsoco in the complexes are higher and lower (180-240 cm-1) than in the sodium salt (∆ν = 228 cm-1). in the case of anhydrous complexes of co(ii) and nd(iii) two bands of symmetrical carboxylate groups, νsoco, occur, which indicates their various positions in the analysed compounds. according to the spectroscopic criteria [20, 22] the carboxylate ions appear to be monodentate, bidentate bridging or chelating and even tridentate groups. 31ecl. quím., são paulo, 32(4): 27-34, 2007 in order to estimate the crystalline forms of the 3,4–dimethoxybenzoates the x-ray powder diffraction measurements were done. the analyses suggest them to be polycrystalline compounds with various degrees of crystallinity (fig. 1) [23]. the thermal stability of analysed 3,4 –dimethoxybenzoates was studied in air at 2931173k (table 3). the results obtained from their thermal decomposition support their assignment as anhydrous, diand trihydrates, in agreement with data of elemental analyses (table 1). when heated to 1173k cu(ii) dihydrate releases two water molecules in one step and form anhydrous salt that next is decomposed to cuo which is the final product of its decomposition. the found weight loss being equal to 6.9% corresponds to the release of two water molecules (calculated value is 7.8%). the intermediate compounds formed in the range of 501-745k may contain cu and cu2o that are next oxidized to cuo. the found weight loss is equal to 82.50%, while the calculated value 82.70%. the residue mass determined from tg curve is 17.50% (theoretical value is 17.30%). the final mass of complex decomposition was confirmed by elemental analysis, ir spectra and x-ray powder diffractogram. the dehydrated process in this case, is connected with an endothermic effect seen on dta curve, while the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. the hydrated 3,4 – dimethoxybenzoate of la(iii) releases at 346-391k three water molecules in one step and forms anhydrous complex. the mass loss estimated from tg curve is equal to 7.38% and that theoretically calculated is 7.34%. the anhydrous complex at 501-939k is decomposed to la2o2co3. the loss of mass is equal to 75.50% and calculated 75.00%. the la2o2co3 is next decomposed to la2o3 which is the residue of complex decomposition. it calculated from tg curve is equal to 22.00% (theoretical value is 22.13%). this worth corresponds to the la2o3 formation that was identified by ir spectra and x-ray powder diffractogram. the dehydration process is connected with the endothermic effect seen on dta curve. considering the temperature at which the dehydration process of complex takes place and the way by which it proceeds it is possible to assume eq4-af 10/9/07 15:34 page 31 that the water molecules may be in the outer sphere of complex coordination [23-26]. from the comparison of thermal stability it appears that cu(ii) complex is more thermally stable (362k) than that of la(iii) (346k). during heating in air to 1173k the anhydrous 3,4-dimethoxybenzoate of co(ii) decomposes to co3o4, which is the final product of its decomposition with intermediate formations of co and co2o3. the final mass calculated from tg curve is equal to 19.00% while the theoretically calculated value is 19.10%. the formation of co3o4 was confirmed by ir spectra and x-ray powder diffraction. the mass calculated from tg curve is 81% and calculated value 80.9%. the anhydrous nd(iii) complex in the range of 495-1005k is decomposed to nd2o3 that is the final product of decomposition with the intermediate formation of nd2o2co3. the found loss of mass is equal to 75.20% and calculated 75.60%. the nd2o2co3 is next decomposed to nd2o3. the found residue mass is equal to 24.80% (calculated value is 24.40%).this worth corresponds to the nd2o3 formation that was identified by ir spectra and x-ray powder diffraction. comparison of the thermal stabilities of co(ii) and nd(iii) complexes reveals the complex of co(ii) to be more thermally stable than that of nd(iii). the final and intermediate products of all analysed complex decompositions were identified by x-ray powder diffraction measurements and ir spectra analysis. the magnetic susceptibility of analysed complexes was measured over the range of 76 – 303 k (table 4, fig. 2). the complexes of co(ii) and nd(iii) obey the curie – weiss law (fig. 2) suggesting a weak ferromagnetic interaction. the magnetic moment values experimentally determined at 76 – 303 k for co(ii), and nd(iii) 3,4 – dimethoxybenzoates change from 4.22 µb to 4.61 µb for co(ii) complex, and from 2.69 µb to 3.15 µb for nd(iii) 3,4 – dimethoxybenzoate. the magnetic moment data are very close to the spin only values for the 3,4 – dimethoxybenzoate of co(ii) calculated from the equation µeff = [4s ( s + 1)]1/2 in the absence of the magnetic interactions for the present spin system. the magnetic moment value calculated at room temperature for co(ii) 32 ecl. quím., são paulo, 32(4): 27-34, 2007 ion is equal to 3.88 µb. for co2+ ion the magnetic moment may be lower than the spin – only value or the same compared to it. this is due to the fact that the vectors l and s are aligned by the strong field of the heavy atom in opposite directions and this diminishes the resultant magnetic moment. the experimental data suggest that the compound of co(ii) seems to be high – spin complexes with probably weak ligand field [21]. the value of the weiss constant, θ, is negative for nd(iii) 3,4–dimethoxybenzoate (θ = 25), which may be caused by small antiferromagnetic spin interactions in the complex that are higher at room temperatures than at lower ones or a crystal field splitting of the paramagnetic spin state [27–29]. this may probably also result from the presence of superexchange magnetic interactions between paramagnetic centers of different molecules of the complexes in the crystal lattice. the 4f electrons causing its paramagnetism are well protected from outside influences and do not participate in the formation of the nd–o bond. the 3,4–dimethoxybenzoate of nd(iii) obeys the curie–weiss law. the values of µeff determined for nd3+ in the range of 76–303 k (2.69–3.15 µb ; 3.70 µb theoretical value at 293 k) are close to those calculated for nd(iii) ion by hund (3.62 µb), and van vleck (3.68 µb) [21]. the experimental data suggest that 3,4–dimethoxybenzoate of nd(iii) seems high–spin complex. the magnetic susceptibility values of 3,4–dimethoxybenzoate of cu(ii) incrase with rising temperature suggesting a weak antiferromagnetic interaction. the magnetic moment values experimentally determined change from 0.49 µb (at 76 k) to 1.17 µb (at 303 k). these values are lower than the d9 spin – only magnetic moment µeff = 1.73 µb. such dependence is a typical behaviour for copper dimer (table 4) [27, 30–32]. magnetic susceptibility measurements revealed the χcu = f(t) relation course to be typical for copper (ii) carboxylates, where the paramagnetic centres are antiferromagnetically coupled. magnetic susceptibility is the highest at room temperature and decreases with the temperature lowering. this is related to the occupation of the triplet and singlet states. occupation of the energetically lower singlet state increases with the temperature lowering. eq4-af 10/9/07 15:34 page 32 the observed magnetic properties are typical for dimer systems in which exists the magnetic superexchange between the cu(ii) centres [33 – 38]. the suggested formula for the cu(ii) complex is cu2l4 (h2o)4 . from the obtained results it appears that in 3,4–dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii), la(iii) and nd(iii) the coordination numbers may be equal to 5, 6 and 9 depending on the dentates of carboxylate group and the position of water molecules in the complex. the coordination numbers of individual ions could be established on the basis of the complete crystal structure determination of monocrystals but they have not been obtained. therefore, according to the cu(ii) complex we can only suppose that each copper(ii) atom may show a fivefold coordination in the form of a square pyramid with four oxygen atoms of the bridging dimethoxybenzoate anions in the basal plane and one oxygen atom of the inner sphere water molecule at the apex [38]. in the cases of co(ii) and nd (iii) 3,4–dimethoxybenzoates the ligands behave as a monodentate and bidentate chelating groups, but it is difficult to estimate the coordination number of central ions in analysed complexes without full data of single crystal structure determinations. probably it may be equal to 6 while for la(iii) ion it is 9. in its coordination there are six oxygen atoms of three bidentate carboxylate groups and three oxygen atoms of water molcules. as it was indicated by thermal analysis data the water molecules in this complex were supposed to be lattice water because they were released below 423 k [25, 26], but their position in the complex coordination sphere was not precisely determined. however, taking into account the dentates of carboxylate groups and the coordination numbers of central ions, we can suggest them to be coordination water, that is released at the temperature typical generally for lattice water. conclusion one the basis of the results obtained it appears that 3,4–dimethoxybenzoates of cu(ii), co(ii), la(iii) and nd(iii) were synthesized as hydrated or anhydrous complexes. their colours are following: white for la(iii), light blue for cu(ii), 33ecl. quím., são paulo, 32(4): 27-34, 2007 pink for co(ii) and violet for nd(iii) compounds. 3,4–dimethoxybenzoates of analysed cations are crystalline and on heating in air to 1173 k they decompose in various ways: cu(ii) in two steps, la(iii) in three ones, co(ii) and nd(iii) in one step. in the first step the hydrates release the water molecules and form anhydrous complexes that next decompose to the oxides of the appropriate metals. the values of the µeff calculated for analysed complexes in the range of 76–303 k reveal that the nd(iii) and co(ii) complexes are high – spin and that of cu(ii) forms dimer. lanthanum 3,4–dimethoxybenzoate is a diamagnetic. in this case under the same condition of synthesis the obtained complexes of nd(iii) and la(iii) have different compositions compared to those previously prepared. therefore the complex compositions were appeared not to be repeatable. received 03 july 2007 accepted 10 september 2007 references [1] beilsteins handbuch der organischen chemie, bd x springer, berlin, 1927. 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different aspects, which we believe have given it particular impact. varela was born in martinópolis, são paulo, brazil, on april 11, 1944, and left this world in his long-time home of araraquara, são paulo. obviously, a lot of things happened in between, but this editorial is going to focus on the recollections of this giant as seen through his former colleagues and friends. he held a degree in physics from the university of são paulo (1968), a master’s degree in physics from the instituto tecnológico de aeronáutica (1975) and a phd in ceramic materials from the university of washington (1981). he published over 500 articles in international journals. he developed more than 35 projects and agreements with governments: federal and state and also with companies. he supervised and co-supervised more than 50 theses and dissertations. he received more than 20 awards and honorable mentions, including the golden epsilon award from the spanish society of ceramics and glass. he worked on a strong exchange with national and international research institutions in spain, france, usa, slovenia and italy. he focused his research in materials and metallurgical engineering, with emphasis on ceramics, worked mainly on the following topics: thin films, ferroelectric and dielectric materials, varistors, grain boundary properties and sintering. josé varela was a true innovator who opened numerous new fields of research. a major strength of his scientific approach has always been to precisely demonstrate with rigorous methodologies and simple examples new notions, and to put these notions in much broader perspectives—often inspired by philosophy and arts—to generate paradigms of deep impact. from early works dedicated to sintering and electronic ceramics, to those of us who considered varela a cherished friend, the fire of science burned brightly within him until the very end. to those of us who considered varela a cherished friend, the fire of science burned brightly within him until the very end. many of his colleagues have described him as a force of nature, which indeed he was. he was determined to do cutting edge science each and every day, even toward the end of his life. amazingly, even several months before his death, at the ripe young age of 71, he was planning on the next project and the meeting with friend to drink a good wine. to his friends and students, varela will be sorely missed. he was a role model who showed us not only how to be a great scientist but also a wonderful human being. he inspired us by his devotion to his craft and his passion to unlock one of the secrets of nature. he never gave up; he was passionate and truly lived a remarkable life that serves as a shining example to all his colleagues and friends. opening this issue, the preparation of a w-doped ag3po4 with high photocatalytic activity by the chemical coprecipitation method and irradiated with a femtosecond laser (fl) is described. a higher structural disorder in the [po4] clusters was observed for the fl irradiated sample (ag3po4:w-fl), indicating the formation of ag metallic from the ag3po4 structure. the photocatalytic activity of the samples was studied by photodegradation of rhodamine b under visible light irradiation. the formation of ag nanoparticles on the surface of ag3po4:w led to a degradation rate constant 3.54 times higher than the nonirradiated sample. follow, it is described the catalytic potential of titanium oxide (tio2) and gold doped titanium oxide nanoparticles applied to the selectivity benzyl alcohol oxidation. a composite nanomaterial was obtained with high synergy between gold and tio2 nanoparticles, resulting in high catalytic activity and selectivity for benzaldehyde formation. selective oxidation of alcohols is one of the most significant transformations of organic chemistry since it is essential for industrial intermediates production. the next article describes the synthesis of yvo4:re (re = eu, tm, and yb/er) nanoparticles using the microwave-assisted hydrothermal method. different characterization techniques have been employed to examine the structural, optical, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica editorial revista.iq.unesp.br as well as its morphology and the photoluminescence (pl) emissions. the as-synthesized samples present different emission colors due to re3+ ions, as well as nanosized spherical morphology. these materials are efficient for optical devices. afterwards, it is presented the quantum chemistry methods used to study a boron nitride nanotube (bnnt) and a carbon nanotube (cnt) as possible carrier agents for the antichagasic benznidazole (bnz) to improve its water solubility and bioavailability in the organism. for the bnz@bnnt complex, it was possible to note short interactions, at a distance of 0.215 nm, between hydrogen atoms from bnz and nitrogen atoms from bnnt. overall, the results demonstrate that the bnnt is a better candidate to be used as a carrier agent for bnz than the cnt due to its higher structural and chemical stability, lower binding energy and lower solvation enthalpy. in the sequence, the production of activated carbon (ac) from pumpkin seeds by simultaneous carbonization activation for occupational respiratory protection is described. the ac is derived from carbonaceous sources and used as a technological element for various industrial purposes. due to this context and to enhance sustainability concepts and human health in the production of materials, this study aimed to produce activated carbon from an abundant agricultural waste in northeast brazil through a route that not only favors its simultaneous carbonization and activation but also its thermal neutralization, enhancing sustainability concepts and human health in the production of materials. the ac showed yields between 73%-78% and adsorption capacity and selectivity to ammonia gas. the morphology varied in function of the biomass interaction with the type and concentration of acid used. follow, the readers find a study of surfactant effects in the morphology and the photocatalytic activity of the bamoo4 crystals where experimental techniques were applied to investigate the order-disorder degree of samples. the morphologies were investigated by field emission scanning electron microscopy, and the theoretical crystal morphologies were obtained through the wulff construction. the photocatalytic activity efficiency of the bamoo4 crystals were tested against the rhodamine (rhb) dye. bamoo4 synthesized with the surfactant sodium dodecyl sulfate presented a monophasic crystal with a disordered structure. the presence of surfactant generated pores on the surfaces of the material that were responsible for the appearance of the adsorptive ability enhancing the adsorption process of the rhb dye in the absence of ultraviolet light. subsequently, the influence of eu3+ cations in the host matrix of cazro3 is discussed by analyzing the luminescence and structural properties. the ca 1-x zro3:eux crystals were obtained by a simple sol-gel method followed by a soft thermal treatment without any surfactant. the structural characterization at short-, mediumand long-distance allowed to observe the effect of the dopant in the host matrix. the luminescence profile of the sample was investigated by analyzing the excitation and emission spectrum monitoring the emission at 614 nm and excited at 394 nm, noting that the sample eu-doped with 0.08 mol% has greater emission intensity. the color variations of the characteristic emissions of ca 1-x zro3:eux crystals were evaluated according to the commission internationale de l’éclairage, observing a red shift for all eu-doped samples. a general luminescence scheme was proposed combining the density of state and the band structure calculations. nowadays, the disposal of polluting substances, such as methylene blue (mb) dye, into wastewater, arouses the interest of technologies to remove these pollutants. here, fe2o3 was obtained by the conventional hydrothermal process and heat-treatment, subsequently fl-irradiated treatment. the mixture of irradiated α-fe2o3 and ε-fe2o3 phases revealed lower crystallinity than irradiated α-fe2o3 samples that together with the increase in crystallinity were crucial to improve the performance of α-fe2o3 irradiated sample in the discoloration of mb, reaching 90% in 75 min of dye solution exposure under uv irradiation. this result was attributed to the increase in active sites due to the density of defects generated, which enhance the degradation process. the next work describes the effect of coupling the zrmetal-organic frameworks (mofs) and sno2 and its potential for application as photoelectrode in solar cells. coupling was performed by mechanical mixture followed by heat treatment and the effect of adding two amounts of zr-mof (25 and 50 wt%) on morphology and photoelectrochemical properties were investigated. the j-v curves show that the coupling of 25 wt% zr-mofs with sno2 improves the charge transfer characteristics under light irradiation 1.6 times compared to the pure sno2. completes this issue the research concerning the modifications of materials for improvement of its photocatalytic activity that has been widely increased due to the potential of heterogeneous photocatalysis for wastewater treatment. one of the most employed methods is the metal doping process into semiconductors, which allows the modification of their electronic structure. as observed by xrd and https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica editorial revista.iq.unesp.br raman results, the cu insertion into tio2 structure induced the stabilization of anatase phase, increasing its content in the samples in relation to the bare tio2. the photoluminescence spectroscopy (pl) results indicated that the cu insertion into tio2 promoted a decrease in the pl emission intensity and a shift of the emission band to the blue region. the photocatalytic activity of the samples for rhb degradation under uv light irradiation indicated that the cu-doping into tio2 led to an enhancement of the photocatalytic activity compared to the bare sample. prof. dr. elson longo (guest editor) prof. dr. juan manuel andrés bort (guest editor) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica vol32n3_v3.pmd www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 3, 2007 determinação dos parâmetros cinéticos de decomposição térmica para propelentes bs e bd. *1j. andrade, k. iha1, j. a. f. f. rocco1,g. p. franco2, n. suzuki2, m. e. v. suárez-iha3 1instituto tecnológico de aeronáutica ita praça marechal eduardo gomes, 50 – vila das acácias cep 12228-900 – são josé dos camposspbrasil 2instituto de aeronáutica e espaço iae praça marechal eduardo gomes, 50 – vila das acácias cep 12228-900 – são josé dos camposspbrasil 3a) instituto de química da universidade de são paulo iq/usp avenida professor lineu prestes, 748 – butantãsão paulo-spbrasil 3b) centro de ciências e humanidades – universidade presbiteriana mackenzie – upm rua da consolação, 930 – consolação são paulo – sp – brasil *jonyquim@ita.br resumo: o propósito deste trabalho foi determinar os parâmetros cinéticos de decomposição térmica para uma amostra de propelente base simples e base dupla. os dados obtidos pela calorimetria exploratória diferencial foram ajustados para o modelo cinético de pseudo-primeira ordem de flynn, wall e ozawa. os respectivos parâmetros obtidos foram: bs rex 1200 (ea) (2,3 ± 0,2) 102 kj mol-1 e (a) 1,34 1025 min-1; bd-111 (ea) (1,6 ± 0,1) 102 kj mol-1 e (a) 3,31 1017 min-1. o espectro de infravermelho da amostra de propelente base dupla indicou a presença de salicilato, justificando o comportamento de decomposição observado na respectiva curva térmica. palavras-chave: cinética, análise térmica, propelentes. introdução os propelentes sólidos podem ser classificados basicamente em três categorias: propelentes base simples (bs), base dupla (bd) e compósitos (cp). os propelentes bs e bd são constituídos predominantemente de nitrocelulose, sendo que para o propelente bd tem-se ainda a presença de nitroglicerina, cerca de 30% (m/m). os propelentes compósitos são obtidos tendo como base a mistura de um sal inorgânico com uma base polimérica, a qual é posteriormente submetida a um processo de cura térmica. outros compostos, como por exemplo, salicilato de chumbo e criolita de potássio, também são adicionados às formulações de propelentes sólidos com o objetivo de melhorar a sua performance. neste caso, tem-se como exemplo, catalisadores de queima [1]. técnicas termoanalíticas são empregadas na caracterização de materiais nos mais diferentes campos de pesquisa [25]. estudos sobre a cinética de decomposição térmica de materiais energéticos, como por exemplo, propelentes sólidos, estão entre as possíveis aplicações [6]. neste caso, informações referentes ao tempo de vida útil [7] são tópicos de interesse [8]. para a realização de estudos cinéticos em amostra de materiais sólidos, por meio das técnicas termoanalíticas, a adoção de um modelo 45ecl. quím., são paulo, 32(3): 45-50, 2007 cinético consistente é necessária. entre os modelos utilizados, pode-se destacar o de flynn, wall e ozawa [9], o qual assume que a cinética de decomposição térmica obedece a uma equação de primeira ordem. assim, a partir da obtenção de curvas dsc para diversas razões de aquecimento, determinam-se os parâmetros de arrhenius relativos à energia de ativação (ea) e ao fator pré-exponencial (a). este trabalho tem como objetivo determinar os parâmetros cinéticos de decomposição térmica de amostras de propelente base simples (bs) e base dupla (bd), fabricadas pela indústria de materiais bélicos do brasil (imbel), registradas sob o nome comercial de bs rex 1200 e bd111. para a determinação desses parâmetros utilizou-se a calorimetria exploratória diferencial (dsc) e o modelo cinético de flynn, waal e ozawa [10]. materiais e métodos as curvas termoanalíticas foram obtidas em um dsc-7 da perkin elmer nas razões de aquecimento de 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 e 3,0 ºc min-1. para cada razão de aquecimento foram efetuadas calibrações utilizando-se como padrões o índio (in) e o alumínio (al). foi empregada atmosfera dinâmica de gás nitrogênio numa vazão de 25 ml min-1. foram adotadas massas de amostras de 1 mg, acondicionadas em porta-amostra de alumínio com um furo na tampa. as curvas termoanalíticas foram obtidas em triplicata. foi obtido, ainda, para o propelente bd-111 o espectro na região do infravermelho utilizando o ftir spectrum 2000 da perkin-elmer com as seguintes condições: resolução 4 cm-1, ganho 1, região espectral 4000 a 400 cm-1 e 40 varreduras. para isto, a amostra de propelente bd-111 foi tratada com éter (35 ºc) e resultou deste tratamento um resíduo insolúvel. este resíduo foi, então, separado, colocado em um vidro de relógio e tratado com água quente que posteriormente foi evaporada. o material obtido foi analisado pela técnica de pastilha de kbr (1:400 mg). resultados e discussão nas figuras 1 e 2 são apresentadas, respectivamente, as curvas dsc obtidas para as amostras de propelentes bs rex 1200 e bd-111, nas diferentes razões de aquecimento. em uma análise inicial, observa-se a partir das curvas dsc relativas ao propelente bs rex 1200 (figura 1) que a decomposição térmica da amostra ocorreu de forma homogênea, ou seja, sem o aparecimento de eventos secundários. este comportamento de decomposição térmica deve-se possivelmente ao fato de propelentes base simples serem constituídos predominantemente de nitrocelulose, por volta de 98% (m/m) [1]. 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 3,0 o c/min 2,5 o c/min 2,0 o c/min 1,5 o c/min 1,0 o c/min temperatura (oc) exo 3mw dq/dt em relação às curvas térmicas obtidas para amostra de propelente bd-111 (figura 2) observa-se uma inclinação acentuada da curva na temperatura entre 80 a 150 ºc. este comportamento na faixa inicial do aquecimento pode estar relacionado à volatilização da nitroglicerina, devido a sua alta sensibilidade a temperatura [11]. tem-se ainda a formação de um evento secundário na região entre 150 e 180 ºc e este se torna mais evidente nas razões de aquecimento de 2,0 a 3,0 ºc min-1. segundo sadasivan e bhaumik [11] isto se deve ao efeito catalítico proporcionado pela presença de aditivos utilizados em formulafigura 1. curvas dsc do propelente bs rex 1200. 46 ecl. quím., são paulo, 32(3): 45-50, 2007 ções de propelentes base dupla, como por exemplo, catalisadores de queima obtidos a partir de sais orgânicos [11]. figura 2. curvas dsc do propelente bd-111. para caracterizar a presença de catalisadores na formulação do propelente e a sua possível participação nos processos de decomposição, obteve-se o espectro de absorção na região do infravermelho da amostra de propelente base-dupla, utilizando-se a técnica de pastilha de kbr (figura 3). as bandas próximas da região 1750 e 1380 cm-1 foram identificadas como características das ligações c=o e c-o, respectivamente, denotando a princípio a presença de um sal orgânico, composto normalmente utilizado como catalisador de queima em propelentes. a banda obtida na região entre 1600 a 1580 cm-1 foi identificada como proveniente da ligação c=c e as bandas situadas nas regiões entre 680 a 705 cm-1 e 770 a 790 cm-1 foram atribuídas a compostos aromáticos substituídos. assim, em uma análise prévia observa-se a provável presença de um sal orgânico com substituição aromática [12]. é observado em meio à literatura que sais orgânicos, como por exemplo, salicilato de chumbo ou cobre, são comumente utilizados como catalisadores em formulações de propelentes base dupla. assim, supõe-se a provável presença de salicilato no propelente [12]. 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 8 10 12 14 16 18 20 22 % t cm-1 figura 3. espectro de ftir do propelente bd-111. a partir das curvas dsc obtidas em triplicata foram localizadas as temperaturas de pico (tm) apresentadas nas tabelas 1 e 2, para os propelentes bs rex 1200 e bd111. em uma análise dos dados, observa-se que os desvios em relação às médias aritméticas foram satisfatórios, denotando uma boa reprodutibilidade do procedimento empregado na obtenção das respectivas temperaturas. além disso, pode-se observar que o aumento da razão de aquecimento leva, em ambos os casos, a um aumento nos valores da temperatura de pico, tm. razão de aquecime nto tm 1 tm 2 tm 3 média (ºc min1) ºc ºc ºc ºc 1 185,5 185,5 185,7 185,6 ± 0,1 1,5 190,3 189 188,8 189,4 ± 0,8 2 190,9 191,1 191,2 191,1 ± 0,1 2,5 193,3 192,6 192,4 192,8 ± 0,5 194,1 ± tabela 1. temperaturas de pico obtidas em triplicata, em diferentes razões de aquecimento por meio das curvas dsc para o propelente bs. 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 3,0 o c/min 2,5 o c/min 2,0 o c/min 1,5 o c/min 1,0 o c/min temperatura (oc) exo 1mw dq/dt 47ecl. quím., são paulo, 32(3): 45-50, 2007 razão de aquecime nto tm 1 tm 2 tm 3 média (ºc min1) ºc ºc ºc ºc 1 179,2 179,7 179 179,3 ± 0,3 1,5 182,8 182,7 183,1 182,8 ± 0,2 2 187,8 187,2 186,6 187,2 ± 0,6 2,5 188,1 188,3 189,2 188,5 ± 0,6 3 190,6 191,7 190,2 190,8 ± 0,8 tabela 2. temperaturas de pico obtidas em triplicata, em diferentes razões de aquecimento por meio das curvas dsc para o propelente bd. assim, para cada propelente, as temperaturas de pico médias relativas às diferentes razões de aquecimento foram utilizadas para construir os gráficos de ozawa [1, 9], conforme apresentado nas figuras 4 e 5, respectivamente para o bs rex 1200 e bd-111. 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 lo g β 1000/t k-1 figura 4. gráficos de ozawa para análise cinética do propelente bs rex 1200; equação da reta: y = 12548x + 27,3; (r2 = 0,9920). figura 5. gráficos de ozawa para análise cinética do propelente bd-111; equação da reta: y = -8839x + 19,5; (r2 = 0,9922). / 2 1 a me rt a m a e e rt β= 0,00215 0,00216 0,00217 0,00218 0,00219 0,00220 0,00221 0,0022 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 lo gβ 1000/t k-1 assim, a energia de ativação e o fator pré-exponencial foram calculados utilizando as equações (1) e (2), respectivamente, [9], ( ) og2,19 1 /a m dle r d t β⎡ ⎤ = − ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ , (1) (2) onde a representa o fator pré-exponencial, ea a energia de ativação, r a constante universal dos gases (8,314 j mol-1 k-1) e a temperatura de pico na escala absoluta. os parâmetros cinéticos obtidos estão apresentados na tabela 3. 48 ecl. quím., são paulo, 32(3): 45-50, 2007 tabela 3. parâmetros cinéticos para a decomposição térmica dos propelentes bs rex 1200 e bd-111. propelente ea a bs rex 1200 (2,3 ± 0,2) 102 kj mol-1 1,34 1025 min-1 bd-111 (1,6 ± 0,1) 102 kj mol-1 3,31 1017 min-1 o valor de ea (2,3 ± 0,2) 102 kj mol-1 obtido para o propelente bs rex 1200, determinado pelo método do deslocamento de pico, está em acordo com o determinado por ning et al. [13] para a nitrocelulose com valor de 2,1 102 kj mol-1. stankovic et al. [14] apresentam em seu trabalho um valor de 2,1 102 kj mol-1 obtido para uma amostra de propelente base dupla, usando o modelo cinético apresentado na astm e 698. neste caso, entretanto, deve-se observar que este dado foi obtido a partir de razões de aquecimento elevadas, 10 a 60 ºc min-1, o que gera valores de ea superiores aos obtidos em baixas razões de aquecimentos [15], como as adotadas no presente trabalho e que resultaram num valor de ea igual a (1,6 ± 0,1) 102 kj mol-1 para o bd-111. este comportamento pode ser explicado com base nos diferentes mecanismos encontrados, quando se trabalha com diferentes razões de aquecimento [3]. em um estudo sobre a cinética de decomposição térmica para um propelente compósito rocco et al. [3] relatam que o fator de compensação (sp= / logae a ) pode ser utilizado como parâmetro de avaliação sobre a variação dos mecanismos ocorridos durante o processo de decomposição. neste trabalho, os autores [3] obtiveram ea e a para diferentes frações de conversão, utilizando curvas tg, e a partir dos valores de “sp” obtidos para cada etapa concluíram que os mecanismos de decomposição eram praticamente os mesmos durante todo o processo. rocco et al. [3] relatam, ainda, que a energia de ativação obtida pelo método de deslocamento de pico de ozawa é também chamada de energia de ativação aparente uma vez que o valor obtido reflete uma média aritmética das várias etapas ocorridas. portanto, obtendo-se o “sp” para as amostras de propelentes estudadas, neste trabalho, pode-se fazer uma analogia da equação geral de decomposição entre as respectivas amostras. assim, observando-se os valores obtidos para o bs rex 1200 (sp= 9,09) e bd-111 (9,19) conclui-se a princípio que os mecanismos ocorridos durante a decomposição não são significativamente diferentes. entretanto, analisando-se a ea obtida para o bd-111 em relação à do bs rex 1200, supõe-se que os mecanismos ocorridos durante a decomposição são distintos. a princípio a diferença encontrada pode estar relacionada ao catalisador. em geral, a ação dos catalisadores tem como fundamento alterar os mecanismos intermediários, diminuindo, assim, a energia de ativação, conseqüentemente, aumentando a velocidade da reação. entretanto, a sua presença não deve alterar o produto final da reação [16]. deste modo, a proximidade obtida para os valores de “sp” das amostras de propelentes bs rex 1200 e bd-111 demonstram que as etapas gerais de decomposição das respectivas amostras não são significantemente diferentes. em relação à influência da nitroglicerina no processo de decomposição sadasivan e bhaumik [11] relatam que este composto não promove mudanças significativas, devido à sua volatilização na etapa inicial de aquecimento, e que este processo é dominado pela quebra da cadeia de nitrocelulose. conclusões pelo método cinético empregado neste trabalho as curvas dsc das amostras de propelente bs rex 1200 e bd-111 concordam de forma satisfatória com a literatura pertinente. cabe salientar ainda, que para as curvas referentes ao propelente bd-111 foi observado o surgimento de um evento secundário, em virtude da presença de salicilato. em uma análise dos desvios padrões obtidos para as temperaturas de pico, em diferentes razões de aquecimento, e do coeficiente de determinação (r2) do gráfico de ozawa, de ambas as amostras, observou-se que o método empregado apresentou-se adequado. em relação às energias de ativação obtidas para os propelentes, observa-se que o bd-111 é 49ecl. quím., são paulo, 32(3): 45-50, 2007 mais sensível a variações de temperatura, requerendo assim, maiores cuidados em ambiente de estocagem, quando comparado ao bs rex 1200. abstract: the purpose of this work was to determine the kinetics parameters of the thermal decomposition of a sample single-base (bs) and double-base (bd) propellants. the experimental data obtained by differential scanning calorimetry (dsc) were adjusted to the pseudo-first order kinetic model of flynn, wall and ozawa. the respective parameters obtained are: bs rex 1200 (ea) (2.3 ± 0.2) 102 kj mol-1 and (a) 1.34 1025 min-1; bd-111 (ea) (1.6 ± 0.1) 102 kj mol-1 and (a) 3.31 1017 min-1. ir spectrum has confirmed the presence of salicilate in the double-base (bd) propellant and some correlations corroborate the conclusions about the decomposition mechanism. keywords: kinetics; thermal analysis; propellants referências [1] p. folly, p. mädera, chimia 58 (2004) 374. 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sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines iq.unesp.br/ecletica before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to 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already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatecoverletter.docx https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines iq.unesp.br/ecletica investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and 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ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; 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double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/aboutthispublishingsystem author guidelines iq.unesp.br/ecletica editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica@journal.iq.unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br eq6-af introdução a água é de vital importância para todos os seres vivos, porém a porcentagem de água potável ainda existente no planeta, está se tornando insignificante comparada ao volume de água não potável disponível. mesmo assim, o uso irracional da mesma continua ocorrendo em todo o mundo. no brasil não é diferente, principalmente porque possui uma vasta bacia hidrográfica, o que dá a falsa impressão de que se pode usá-la indiscriminadamente, sem risco de não haver oferta [1]. a qualidade da água se tornou uma questão de interesse para a saúde pública no final do século xix e início do século xx, sendo anteriormente associada apenas a aspectos estéticos e sensoriais, tais como a cor, o gosto e o odor [1]. entretanto na grécia antiga utilizavam-se técnicas como, a filtração, a exposição ao sol e fervura, para melhorar a qualidade da água [2]. a contaminação das águas naturais representa um dos principais riscos à saúde pública, sendo amplamente conhecida à estreita relação entre a qualidade de água e inúmeras enfermidades que cometem os seres humanos, especialmente aquelas não atendidas por serviços de saneamento [3]. no brasil, as péssimas condições sanitárias verificadas em muitas das bacias hidrográficas densamente e desordenadamente ocupadas, resultam na degradação generalizada das águas e, dos 43ecl. quím., são paulo, 32(4): 43-48, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 estudo da presença da toxina microcistina-lr em água utilizada em clínica de hemodiálise e validação de um método análítico s. m. sanches1, e.m. vieira2, e. l. prado3, f. benetti4, a. m. m. takayanagui5 1escola de enfermagem de ribeirão preto, usp, av. bandeirantes, 3900, 14040-902, ribeirão preto – sp. 2instituto de química de são carlos, usp, av. trabalhador sãocarlense, 400, 13560 -970, são carlos sp. 3escola de enfermagem de ribeirão preto, usp, av. bandeirantes, 3900, 14040-902, ribeirão preto – sp 4instituto de química de são carlos, usp, av. trabalhador sãocarlense, 400, 13560 -970, são carlos sp. 5escola de enfermagem de ribeirão preto, usp, av. bandeirantes, 3900, 14040-902, ribeirão preto – sp. eny@iqsc.usp.br resumo: algumas cepas de algas, em especial as cianobactérias, podem produzir toxinas como as microcistinas, as quais podem ocasionar intoxicação e morte de seres humanos e de animais. a literatura reporta a ocorrência de um acidente em uma clínica de hemodiálise de caruaru, pernambuco, aonde vieram a falecer 60 pacientes que faziam hemodiálise, devido à presença da toxina microcistina-lr na água. nesse estudo foi desenvolvido e validado um método analítico, para a determinação e quantificação da microcistina-lr. a cromatografia líquida de alta performance com detector de uv foi empregada como técnica analítica para a determinação de microcistina-lr. os parâmetros selecionados para a validação do método foram: linearidade, curva analítica, precisão, sensibilidade e ensaios de recuperação. a curva analítica foi construída com sete pontos a partir do padrão. o método apresentou uma linearidade no intervalo de 0,05 a 5 µg l-1, e o coeficiente de correlação foi superior a 0,99. com base nestes resultados conclui-se que o método é eficiente e pode ser empregado, em futuras análises, para o monitoramento da microcistina-lr em água utilizada em clínicas de hemodiálise. palavras-chave: água; validação; microcistina-lr. eq6-af 10/9/07 15:31 page 43 recursos hídricos [3]. é realidade comum o lançamento de esgotos domésticos in natura, efluentes industriais ricos em nutrientes, carreamento de fertilizantes utilizados na lavoura e dejetos oriundos da criação de animais domésticos criados nas mediações de cursos de água, ou em locais sem infra-estrutura adequada. como conseqüência ocorre a eutrofização, de águas e estas se tornam propicias à proliferação excessiva de algas o que vem a comprometer a sua qualidade e conseqüentemente, restringindo a sua utilização para abastecimento público [4]. algumas cepas de algas, em especial as do grupo cianofíceas ou cianobactérias, podem produzir toxinas, devido à morte ou lise celular e podem lesar o fígado (hepatoxinas), e o sistema nervoso (neurotoxinas), ou somente irritar a pele [5]. as cianobactérias causam gosto e odor desagradáveis na água, porém o maior problema está no fato de que essas produzem toxinas, denominadas de microcistinas [6]. segundo chen et al., 1996 as microcistinas são muito resistentes a altas temperaturas e mantêm a toxicidade mesmo após a fervura, podendo levar indivíduos a uma maior incidência de câncer hepático, é até mesmo a morte [7}. na cidade de caruaru, estado de pernambuco, em 1996 ocorreu uma tragédia, na qual foram vitimadas mais de 50 pessoas sob tratamento por meio de hemodiálise, na qual foi utilizada água contaminada com a microcistina–lr. a microcistina encontrada na água utilizada na hemodiálise possui uma ação mais potente quando aplicada diretamente na corrente sanguínea, do que quando ingerida [3]. o ministério da saúde editou a portaria n° 518, de 25 de março de 2004, a qual estabeleceu o valor máximo de microcistinas permitido na água de abastecimento público em 1 µg l-1, porém para águas de abastecimento de hospitais que realizam hemodiálise, esse valor tem que ser igual à zero [8]. portanto, torna-se necessário o monitoramento de microcistinas em água destinada à população e ao uso em serviços de saúde pública, para evitar todos os riscos potenciais adversos à saúde humana. os principais objetivos deste trabalho foram o de desenvolvimento de metodologia analítica para a determinação da microcistina-lr em água destinada aos serviços de saúde pública e verificar a qualidade da água utilizada na central de hemodiálise do hospital escola da universidade de são paulo em ribeirão preto-sp. material e métodos procedimento validação do método para a determinação da microcistina-lr para assegurar-se da credibilidade dos dados nas análises quantitativas da microcistinalr, deve-se fazer a validação do método. no presente trabalho considerou para a validação analítica do método os fatores, curva analítica e linearidade, sensibilidade, precisão e fator de recuperação. seleção do comprimento de onda utilizado em hplc-uv foi obtido um espectro de absorção do padrão da microcistina-lr, que compreendeu uma varredura de 200 a 800 nm. utilizou-se um espectrofotômetro de uv/visível da marca hitachi, modelo u3501. condições cromatográficas ideais para a determinação da microcistina-lr em água utilizada em serviços de saúde pública as determinações analíticas da microcistinalr foram feitas na central de análises químicas do instituto de química de são carlos-usp empregando um cromatógrafo com detector de arranjo de diodos, da marca shimadzu cbm-10a. foi utilizada uma coluna de fase reversa de aço inoxidável (c18), da marca rexchrom s5-100-ods, de 15 cm de comprimento, diâmetro interno de 4,6 mm e o tamanho de partícula de 5 µm. as condições cromatográficas ideais para a análise da microcistina foram: detector uv-vis; fluxo de 1,0 ml min-1; volume injetado de 20,0 µl; comprimento de onda a 238 nm; temperatura ambiente, fase móvel acetonitrila/água 35-65%, com 0,05% de ácido trifluoracético (tfa), método isocrático. preparo da curva analítica e linearidade após determinar as condições cromatográficas ideais para a análise de microcistina-lr construiu-se a curva analítica. esta foi preparada a partir de um padrão da marca supelco na concentração de 10 µg l-1 com seis pontos, onde cada ponto foi feito em triplicada, com as respectivas concentrações de 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0 µg l1. todos os pontos da curva analítica foram preparados utilizando o solvente metano/água 8020 %. estas soluções foram analisadas em ordem crescente de concentração e nas especificações descritas no item condições cromatográficas ideais para a determinação da microcistina-lr em água utilizada em serviços de saúde pública. 44 ecl. quím., são paulo, 32(4): 43-48, 2007 eq6-af 10/9/07 15:31 page 44 precisão para a determinação da precisão, cada ponto foi feito em quintuplicata, em três níveis de concentrações: 0,3; 2,0 e 4,0 µg l-1. estes valores foram selecionados por possuírem concentrações dentro da faixa linear utilizada, porém as concentrações foram diferentes das utilizadas na curva de calibração. extração em fase sólida e ensaios de recuperação os ensaios de recuperação foram feitos em quintuplicata, em três níveis de concentração: 2,0; 4,0 e 5,0 µg l-1. inicialmente fez-se o acondicionamento do adsorvente c 18 com 10 ml de metanol, seguido de 10 ml de água destilada. após o acondicionamento, adicionou-se separadamente em cada cartucho de c !8 10 ml de cada amostra, controlando-se o fluxo em aproximadamente 1 ml min-1. deixou-se o adsorvente secar por 2 h. os cartuchos foram lavados com 10 ml de metanol 10%, e na fase final eluídos com 10 ml de metanol grau hplc. as frações obtidas foram concentradas sob corrente de nitrogênio, e analisadas em um cromatógrafo em fase líquida, utilizando as condições já pré-estabelecidas no item condições cromatográficas ideais para a determinação da microcistina-lr em água utilizada em serviços de saúde pública. coleta e análise da amostra de água utilizada na central de hemodiálise do hospital universitário da escola de medicina de ribeirão preto quanto à presença da microcistina-lr as amostras de água foram coletadas e armazenadas em frascos de vidro âmbar, hermeticamente fechados, mantidos em isopor com gelo e transportadas ao laboratório de química ambiental do instituto de química de são carlos usp, onde foram armazenadas em geladeira a 4 ºc. fez-se a pré-concentração das amostras em 200 vezes, utilizando-se o processo de extração em fase sólida (spe). a extração das amostras foi feita em triplicata, e analisadas em um cromatógrafo líquido com detector de arranjo de diodos, da marca shimadzu cbm-10a resultados e discussão espectro de uv e cromatograma do padrão da microcistina-lr obteve-se o espectro de absorção do padrão da microcistina-lr figura 1, na região de 200 a 800 nm. o comprimento de onda correspondente a absorção máxima do analito em estudo, que foi selecionado para a determinação analítica empre45ecl. quím., são paulo, 32(4): 43-48, 2007 gando-se um cromatógrafo em fase líquida com detector de uv-vis, foi de 245 nm. na figura 2 esta apresentada o cromatograma do padrão da microcistina–lr. diferentes condições foram testadas para se obter uma boa separação e resolução do pico referente à microcistina-lr. a melhor condição foi acetonitrila/água 35/65 (v/v), e o tempo de retenção do solvente e da microcistina-lr foram respectivamente de 1,768 e de 6,663 minutos. verifica-se pelo cromatograma que o pico cromatográfico referente a microcistina-lr está bem definido. linearidade da curva analítica a ser usada para a determinação da microcistina-lr em água utilizada em serviços de saúde a linearidade é a região do sistema de detecção no qual o sinal do detector é diretamente proporcional à concentração do analito. para determinar a região linear como resposta analítica do detector para a microcistinalr estudada, no intervalo de 0,05 a 5,00 µg l-1, foi construída uma curva analítica, no eixo y área do pico cromatográfico e no eixo x a respectiva concentração da microcistina-lr. na tabela 1 são apresentadas as áreas médias dos picos obtidas em função daa concentração, equação de regressão linear e o coeficiente de correlação (r) da curva analítica obtida para a microcistina-lr. a curva analítica obtida para a microcistinalr fig.(3) foi linear, apresentando coeficiente de correlação (r) superior a 0,99, tabela 1, sendo que a agência nacional de vigilância sanitária [9] recomenda um coeficiente de correlação igual a 0,99 e o instituto nacional de metrologia, normalização e qualidade industrial um valor acima de 0,90 [10]. este coeficiente de correlação foi satisfatório, o que demonstra que a resposta do detecfigura 1. espectro de uv do padrão da microcistina-lr. eq6-af 10/9/07 15:31 page 45 tor foi linear nos intervalos de concentração empregados nesse estudo [11]. na figura 3 está representada a curva analítica para a microcistina-lr. sensibilidade da técnica analítica para a determinação da microcistina-lr presente em amostras de água utilizadas em serviços de saúde. da equação da reta, pôde-se estimar a sensibilidade da técnica, definida como dy/dx, que apresentou valor de 32888,77913, que é considerado como de sensibilidade alta. do ponto de vista prático, a sensibilidade é o coeficiente angular da curva analítica. segundo ribani [11] uma técnica sensível é aguela que uma pequena diferença de concentração do analito causa uma grande variação no valor do sinal analítico. 46 ecl. quím., são paulo, 32(4): 43-48, 2007 figura 2. cromatograma do padrão da microcistina-lr. precisão do método a precisão em validação de métodos analíticos é considerada em três níveis diferentes: repetibilidade, precisão intermediária e reprodutibilidade. neste estudo a precisão do método foi avaliada referente ao nível de repetibilidade. a repetibilidade apresenta a concordância entre os resultados de medidas sucessivas de um mesmo método, efetuadas sob as mesmas condições que são chamadas condições de repetibidade: mesmo procedimento; mesmo analista; mesmo instrumento usado sob as mesmas condições; mesmo local; repetições em curto intervalo de tempo [11]. a international conference on harmonization [12] e a agência nacional de vigilância sanitária [9], sugerem que a repetibilidade seja verificada a partir de um mínimo de nove determinações cobrindo o limite especificado no procedimento empregado, três níveis, três repetições para cada um, ou a partir de um mínimo de seis determinações a uma concentração similar ao valor esperado [11]. a precisão foi avaliada através do coeficiente de variação (cv) dos resultados obtidos (n=5), ao nível de repetibilidade, sendo portanto, figura 3. curva análitica para a microcistina-lr. eq6-af 10/9/07 15:31 page 46 feita em um curto intervalo de tempo. na tabela 2 encontra-se apresentado os resultados da precisão. para o estudo da precisão, os intervalos dos coeficientes de variação são considerados adequados até ± 20%, dependendo da complexidade da amostra. para este método os coeficientes de variação variaram de 0,71 a 8,96% (tabela 2), e foram inferiores aos valores apresentados por ribani et al, (2004), sendo portanto, considerado preciso, e dentro da faixa aceitável para a validação de métodos analíticos [11]. para aumentar a precisão do método deve-se aumentar o número de replicatas. ensaios de recuperação a tabela 3 apresenta a porcentagem de recuperação da microcistina-lr em água, para os três níveis de fortificação estudados: 0,3; 2,0 e 4,0 mg l-1, os ensaios de recuperação foram feitos em quintuplicata. analisando-se a tabela 3, observa-se que houve uma recuperação boa, isso indica que o método empregado é apropriado para a análise da microcistina-lr presente em água utilizada em hemodiálise, pois o valor está dentro dos limites aceitáveis de recuperação para a análise de resíduos que é de 70 a 120% [13]. porém dependendo da complexidade da amostra, a faixa de recuperação pode ser de 50 a 120% [13]. as porcentagens de recuperação obtidas evidenciaram que o método pode ser considerado exato e preciso. a precisão foi avaliada através do coeficiente de variação (cv) dos resultados obtidos (n=5), apresentando valores de 0,34 a 4,21%, inferiores a 20% para este método, sendo considerado preciso [11]. 47ecl. quím., são paulo, 32(4): 43-48, 2007 análise da água utilizada na central de hemodiálise do hospital escola de ribeirão preto-sp antes da análise das amostras, as mesmas foram pré-concentradas em colunas de extração em fase sólida c 18 em 200 vezes. este procedimento foi feito em triplicata. na figura 4 encontra-se o cromatograma referente a amostra de água do hospital escola de ribeirão preto-sp. analisando-se o cromatograma observase apenas os picos referentes aos solventes no tempo de retenção 3,111 e 3, 2971, e não é observado nenhum pico na região de 5,8 min que é o tempo de retenção da microcistina-lr. isso indica que a microcistina-lr não está presente na amostra de água coletada na central de análise do hospital escola de ribeirão preto-sp. figura 4. cromatograma da água coletada na central de hemodiálise do hospital escola de ribeirão preto-sp. eq6-af 10/9/07 15:31 page 47 referências [1] m. b. freitas, c. m. freitas, ciência & saúde coletiva. 10 (2005) 993. 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[13] agência nacional de vigilância sanitária (anvisa). resolução nº 899, de 29 de maio de 2003. disponível em: http://www.anvisa.gov.br/e-legis/. acesso em: 10 de junho de 2007. s. m. sanches, e.m. vieira, e. l. prado, f. benetti, a. m. m. takayanagui ,study of the presence of the microcystin-lr toxin in water utilized haemodialysis clinic and validation of an analytical method. abstract: some strairs of seaweed, especially of the cyanobacterial type, can produce toxins as such microcystins, which are responsible for the intoxication and death of animals and humans. literature report on the occurrence of accidents at a haemodialysis clinic in caruaru, pernambuco, brazil, 60 haemodialysis patients died due to the presence of this toxin in the water. this study developed and validated of an analytical method, to quantified micrcocystin-lr using the hight-performance liquid chromatography with detector uv. the following parameters were chosen: linearity, calibration curve, precision, sensibility and assays of recovery. the calibration curve, obtained with seven points, and the correlation coefficients in the were higher than 0.99. the method obtained an linearity in the interval between 0.05 to 5 µg l-1, and the correlation coefficients more than 0.99. based or these results, the method is considered efficient and can used to monitor microcystins in water. utilized in clinics of haemodialysis. keywords: water; validation; microcystin-lr. eq6-af 10/9/07 15:31 page 48 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva revista.pdf 35 www.scielo.br/eq efeito do íon malato no processo de oxidação do ácido ascórbico por oxigênio molecular catalisado por íons cobre(ii) l. s. silva, r. vicenzi, c. r. m. peixoto* departamento de biologia e química, universidade regional do noroeste do estado do rio grande do sul (unijui), rua do comércio, 3000, bairro universitário, c. p. 560, 98700-000, ijuí – rs *carlosp@unijui.edu.br resumo: íons cobre(ii) catalisam a oxidação de ácido ascórbico por oxigênio molecular. o mecanismo envolve a coordenação dos reagentes ao íon metálico. íons malato, quando presentes, também se coordenam ao cobre(ii) e inibem o efeito catalítico. as constantes cinéticas específicas (k / mol-1 l min.1) da reação em presença de íons malato são 46,58, 7,11 e 30,00 em valores de ph de 3,5, 4,5 e 5,8, respectivamente. existe decréscimo do valor de k com o aumento do ph de 3,5 para 4,5, o que está de acordo com a coordenação mais efetiva do malato ao cobre(ii). palavras-chave: ácido ascórbico; cobre(ii); malato. introdução o ácido ascórbico (h 2 a), vitamina c, se caracteriza por ser uma vitamina hidrossolúvel e termo instável e está presente em muitos alimentos [1]. devido a sua importância em sistemas bioquímicos e indústria farmacêutica e de alimentos, existem vários estudos sobre sua estabilidade em diferentes condições. o oxigênio molecular age como oxidante. íons metálicos presentes como cobalto(iii), ferro(iii) e cobre(ii), também podem agir como oxidantes [2-6], ou catalisar a oxidação por oxigênio molecular [2,3,711]. a presença de agentes quelantes influencia nesse processo catalítico. os primeiros estudos realizados para entender essa influência foram com edta e outros agentes quelantes sintetizados em laboratório [10,11]. quelantes de origem biológica, como os tampões acetato, citrato, ftalato e tartarato, passaram também a ser estudados [7]. o ácido ascórbico é adicionado a sucos e a licores de frutas como antioxidante, e estes quelantes, presentes nas frutas, interferem na sua oxidação catalisada por traços de íons metálicos presentes, como cobre(ii). o ácido málico também está presente em algumas frutas bastante consumidas, e sua influência neste processo ainda não foi estudada. maçã apresenta aproximadamente 2% e uva 0,5% de ácido málico em seus extratos, podendo apresentar variações de acordo com o processo de maturação [1,12]. o objetivo deste trabalho é estudar a influência do íon malato no efeito catalítico do íon cobre(ii) sobre a reação de oxidação de ácido ascórbico por oxigênio molecular. material e métodos reagentes e aparelhos para preparação das soluções foram usados os reagentes l-ácido ascórbico (reagen), nitrato de cobre(ii) (merck) e dl-ácido málico (vetec). para controle do ph foram usadas soluções de hidróxido de sódio (nuclear) ou ácido nítrico (reagen). para controle da força iônica foi usado nitrato de sódio (vetec). todos os reagentes usados foram de grau analítico (p.a.), e foi usada água destilada e deionizada em sistema quimis. as medidas de ph foram feitas usando-se um phmetro wd-35617-00 ph 500 oakton, e um eletrodo combinado de vidro. os espectros eletrônicos ecl. quím., são paulo, 32(2): 35-40, 2007 volume 32, número 2, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0435 36 foram obtidos em um foram obtidos em um aparelho espectrofotômetro uv-visível pharmacia biotech, ultrospec 2000, usando-se celas de quartzo com 1 cm de caminho ótico. estudos cinéticos para os estudos cinéticos, foram usadas soluções de ácido ascórbico nas quais foi acompanhada a variação da sua concentração em função do tempo, pela retirada de alíquotas e determinação de [h 2 a] pelo método iodométrico [13,14]. em cada experimento, foram usados volumes de 100 ml de solução contendo inicialmente 100 mg de ácido ascórbico (5,68x10-3 mol l-1), tampão malato na concentração de 2x10-2 mol l-1 e nitrato de sódio 0,1 mol l-1 para controle da força iônica. como o objetivo era estudar a influência da concentração do íon cu2+ e do ph na velocidade da reação, estes parâmetros foram variados nos diferentes experimentos. foram usadas três concentrações diferentes de nitrato de cobre(ii): 0,79x10-4, 1,57x10-4 e 2,36x10-4 mol l-1; para isso, foram adicionados, respectivamente, 0,5, 1,0 e 1,5 ml de solução estoque 1 g l-1 de cobre(ii), previamente padronizada pelo método iodométrico [14]. para cada concentração de cu2+ os experimentos foram repetidos em três valores de ph diferentes: 3,5, 4,5 e 5,8. portanto, ao todo foram experimentos em nove condições diferentes. cada medida foi repetida cinco vezes. durante os experimentos, todas as soluções foram mantidas sob agitação magnética, na temperatura de 22±1°c e ausência de luz. também foram mantidas saturadas com o 2 , pelo borbulhamento constante de ar atmosférico. como a velocidade da reação é o íon malato (-ooc-ch 2 -choh-coo-), que será representado por mal2-, apresenta as constantes de protonação dos grupos carboxilato de acordo com as reações abaixo [15]: mal2+ h+ → hmallog k = 4.68(4), onde ]][h[mal ][hmal k -2 hmal+ h+ → h 2 mal log k = 3.24(4), onde resultados e discussão interação cobre(ii)-malato ]][h[mal mal][h k 2 em presença de íons cobre(ii) existe coordenação ao íon metálico. as reações e as constantes de formação estão representadas abaixo [15]: cu2+ + mal2→ cumal log k = 3.63(5), onde ]][mal[cu [cumal] k -22 cu2+ + hmal→ cuhmal+ log k = 2.12(2), onde ]][hmal[cu ][cuhmal k -2 2cu2+ + 2mal2→ [cu 2 (h -1 mal)mal]+ h+ log k = 5.15, 2-222 1-2 ][mal][cu ]][hmal)mal](h[[cu k [cu 2 (h -1 mal) 2 ]2+ h+→ [cu 2 (h -1 mal)mal]lenta se comparada com a velocidade de dissolução do oxigênio, as soluções foram consideradas saturadas com o 2 durante toda a reação. o objetivo era determinar a variação na concentração de ácido ascórbico devido somente à oxidação catalisada por cobre(ii), por isso foi descontada a variação de concentração devido à oxidação não catalisada, obtida em experimento em ausência de cobre(ii). a diminuição na [h 2 a] neste branco foi menor que 14%. ecl. quím., são paulo, 32(2): 35-40, 2007 figura 1. espectros eletrônicos de soluções de cu(no3)2 5x10-2 mol l-1 em ausência (a) e presença de tampão malato 2x10-1 mol l-1 em ph 3,5 (a) 4,5 (b) e 5,8 (c). vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0436 37 íons malato sofrem desprotonação também do grupo hidroxila. foram obtidos espectros eletrônicos de soluções contendo íons cobre(ii) em presença e ausência de íons malato em diferentes valores de ph, e comparados com espectros descritos na literatura [16]. na figura 1 pode ser observado que o íon cobre(ii) apresenta banda a 807 nm (å=10,68), característica deste íon em solução aquosa devido à transições d-d [16,17]. com a adição de íons malato, em ph 3,5, o mesmo espectro foi observado (figura 1a), indicando que não houve coordenação. com o aumento do ph houve deslocamento do comprimento de onda e aumento na absortividade. em valores de ph de 4,5 e 5,8 os máximos de absorbância ocorrem a 762 nm (å=32,2) e 690 nm (å=36,4), respectivamente (figuras 1b e 1c). segundo lefebvre [16], estes espectros correspondem às espécies cumal e [cu 2 (h 1 mal) 2 ]2-, indicando que estas são as espécies predominantes nestes valores de ph. estudos cinéticos a oxidação do ácido ascórbico, na presença de excesso de oxigênio e determinada concentração constante de cobre(ii), foi descrita como um processo de pseudo-primeira ordem [2,3,7,10,11], de acordo com a equação: ][ ][ 2 2 ahk dt ahd obs onde [h 2 a] é a concentração do ácido ascórbico, t é o tempo da reação e k obs é a constante de velocidade de pseudo-primeira ordem. o valor de foi descrito que a segunda etapa é a determinante da reação, sendo que a última ocorre rapidamente. por isso a velocidade da reação não depende da concentração de oxigênio, pois ele participa somente da etapa rápida. entretanto, como o cobre(ii) está envolvido na segunda etapa, sua concentração influencia, e o processo foi descrito como de pseudo-primeira ordem também em relação cu2+. a constante específica da reação, k (k obs = k[cu2+]), de segunda ordem em concentração constante de oxigênio, pode ser obtida por regressão linear pela inclinação do gráfico k obs versus [cu2+]. o ácido ascórbico apresenta valores de pka de 4,04 e 11,34, podendo apresentar-se na forma protonada, h 2 a, ou nas formas dissociadas haou a2-. na faixa de ph entre 3,0 e 6,0 as formas h 2 a e hasão as dominantes [6,7]. as constantes de formação dos complexos com cobre(ii), [cu(h 2 a)]2+ e [cu(ha)]+ são log k=4,7 e log k=1,57, respectivamente [3]. ligantes que se coordenam ao cobre(ii) inibem a formação do complexo ascorbato-cobre(ii) e a ação catalítica do íon metálico, diminuindo o valor de k. a reação de decomposição do ácido ascórbico foi repetida em três concentrações diferentes de cobre(ii). para cada concentração foram usados três valores diferentes de ph. em cada experimento foi obtido o valor de k obs pela inclinação do gráfico ln [h 2 a] versus tempo. a linearidade obtida nos gráficos (coeficientes de correlação lineares, r2, obtidos maiores que 0,98) confirma que a reação é de primeira ordem em relação ao ácido ascórbico. os resultados estão demonstrados na tabela 1. de acordo com estes dados, existe a formação de diferentes espécies entre o cu2+ e malato. formam-se os complexos com razão estequiométrica 1:1, com o ligante desprotonado (cumal) ou monoprotonado (cuhmal+). formamse também os complexos com razão 2:2, neste caso, um ([cu 2 (h -1 mal)mal]-) ou dois ([cu 2 (h -1 mal) 2 ]2-) log k = 4.16, ]][h]mal)(h[[cu ]mal)mal](h[[cu k 2 21-2 1-2 k obs pode ser obtido por regressão linear pela inclinação do gráfico ln [h 2 a] versus tempo. o mecanismo geral proposto para a reação catalisada por cobre(ii) apresenta as seguintes etapas [2,3,7,10,11]: − formação de um complexo ascorbato-cu2+, − transferência de elétron a partir do ligante (ascorbato) para o metal produzindo a espécie cu+ e, − rápida reoxidação do cu+ pelo oxigênio molecular regenerando o catalisador. ecl. quím., são paulo, 32(2): 35-40, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0437 38 ecl. quím., são paulo, 32(2): 35-40, 2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0438 39 conclusões o mecanismo da reação de oxidação do ácido ascórbico por oxigênio molecular catalisada por cobre(ii) envolve a formação de complexo ascorbato-cobre(ii). a coordenação do íon malato, ou outros íons orgânicos, inibe a formação deste complexo, e em conseqüência a ação catalítica do cobre(ii), diminuindo assim a velocidade da reação. foi observado este efeito em presença do íon malato quando o ph é aumentado de 3,5 para 4,5, valor onde praticamente todo cu2+ se apresenta de forma coordenada. este efeito foi mais pronunciado que para os íons acetato, citrato e ftalato. agradecimentos lucinei s. da silva agradece à fapergs pela bolsa de iniciação científica concedida. esses dados podem ser relacionados com as espécies de cobre(ii) presentes em cada valor de ph, de acordo com as informações obtidas pela análise dos espectros eletrônicos. em ph 3,5, existe cu2+ predominantemente na forma livre. em ph 4,5, praticamente todo cu2+ está na forma cumal, por isso o efeito catalítico é inibido e o valor de k é menor. e em ph 5,8 grande parte do cu2+ já se apresenta como [cu 2 (h -1 mal) 2 ]2-. neste ph também não existe praticamente cu2+ livre, entretanto, o ácido ascórbico apresenta maior velocidade de oxidação em maiores valores de ph, devido à desprotonação [1,6], causando um novo aumento de k. pela inclinação do gráfico k obs versus [cu2+] foi obtida a constante de velocidade específica k da reação em cada ph estudado (tabela 2). foi observado um decréscimo no valor de k quando o ph aumenta de 3,5 para 4,5, e um aumento em ph 5,8 (figura 2). figura 2: influência do ph na constante de velocidade específica (k) da reação de oxidação do ácido ascórbico por oxigênio molecular catalisada por íons cobre(ii) em tampão malato. l. s. silva, r. vicenzi, c. r. m. peixoto. malate ion effect on copper(ii) catalysed ascorbic acid oxidation by molecular oxygen. efeito semelhante foi observado por imer et al [7] para o íon ftalato (tabela 2). o decréscimo os valores de k encontrados quando usado tampão malato são menores que aqueles encontrados quando usados tampões acetato, citrato e ftalato. isso indica uma maior estabilidade do complexo formado entre cobre(ii) e malato se comparado com os complexos formados com os íons acetato, citrato e ftalato. abstract: copper(ii) ions catalyze the oxidation of ascorbic acid by molecular oxygen. the mechanism involves coordination of the reactants to the metal ion. malate ions, when present, also coordinates to copper(ii) and inhibits the catalytic effect. the specific kinetic constants (k / mol-1 l min.-1) of the reaction in presence of malate ions, are 46.58, 7.11 and 30.00 at ph 3.5, 4.5 and 5.8, respectively. the k value decreases when ph increases from 3.5 to 4.5, which is in accord with the more effectively coordination of the malate to copper(ii). keywords: ascorbic acid; copper(ii); malate. ecl. quím., são paulo, 32(2): 35-40, 2007 de k com o aumento de ph de 3,10 para 4,27 foi justificado devido à maior estabilidade do complexo formado entre o ácido ftálico após a primeira desprotonação com o cobre(ii). usando-se íon citrato também ocorre decréscimo em k com aumento de ph de 4,5 para 6,00 e novo decréscimo em ph 6,50. a estabilidade do complexo formado entre cobre(ii) e íon citrato aumenta após a primeira recebido em: 04/04/2007 aceito em: 21/05/2007 vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0439 40 referências [1] d. wong, química de los alimentos: mecanismo y teoría, acribia: zaragoza, espanha, 1989. [2] m. b. davies, polyhedron, 11 (1992) 285. [3] a. fornaro, n. coichev, química nova 21 (1998) 2. [4] j. xu, r. b. jordan, inorg. chem. 29 (1990) 2933. [5] b. bansch, p. martinez, d. uribe, j. zuluaga, r. van eldik, inorg. chem., 30 (1991) 4555. [6] h. d. moya, n. coichev, j. braz. chem. soc. 17 (2006) 364. [7] f. imer, i. c. sonmezoglu, m. kozcaz, ital. j. food sci. 15 (2003) 521. [8] y. ohta, n. shiraishi, t. nishikawa, m. nishikimi, biochim. biophys. acta. 1474 (2000) 378. [9] m. scarpa, f. vianello, f. signor, l. zennaro, a. rigo, inorg. chem. 36 (1996) 5201. [10] m. m. taqui khan, a. e. martell, j. am. chem. soc. 89 (1967) 4176. ecl. quím., são paulo, 32(2): 35-40, 2007 [11] m. m. taqui khan, a. e. martell, j. am. chem. soc. 89 (1967) 7104. [12] f. oregleia, enologia prática-conocimento y elaboración del vino, acribia: zaragoza, espanha, 1958. [13] normas técnicas do intituto adolfo lutz, imesp, são paulo, sp, brasil, 1985. [14] d. harries, análise química quantitativa, 4th ed., guanabara koogan, rio de janeiro, brasil, 2000. [15] r. m. smith, a. e. martell, r. j. motekaitis, critical stability constants database, nist standard. reference data no 46, version 8.0, gaithersburg, md, 2004. [16] j. lefebvre, j. chim. phys. 54 (1957) 581. [17] s. j. lippard, j. m. berg, principles of bioinorganic chemistry, university science books, california, 1994. vol32n2_versao_02.pmd 13/7/2007, 14:0440 editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | editorial the editor proudly announces the third issue of eqj/2019. in line with the scope of eqj, readers will find a short review dealing with the main radionuclides and metal complexes currently used as radiopharmaceuticals in nuclear medicine for diagnosis by imaging. are mentioned those radiopharmaceuticals produced in brazil together with the more important producers in the country. this issue also brings other interesting subjects as follows: a) characterization of nimesulide raw materials from different manufacturers, development of immediate release tablets and different specification for quality control are described; b) chemical investigation of the crude extract obtained from small-scale and large-scale cultures of the endophytic fungus schizophyllum commune, that resulted in the identification of promising antioxidant, antifungal, and acetylcholinesterase inhibitory activities, being some of compounds identified and isolated by the first time from endophytic fungus of the schizophyllum genus; c) liquid-liquid equilibrium of the extraction process of ethanoic acid in aqueous phase showing good performance of the solvent ethyl ethanoate for concentrations of solute until 16% of the feed; d) theoretical investigation of the bound state solutions of the non-relativistic schrödinger equation with a mixed potential, using the wentzel-kramers-brillouin quantum theoretical formalism. the editor, convinced of the high quality of the articles published so far in eqj, kindly invite you to submit your manuscript to eclética química journal and thanks all authors for their valuable contributions. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | summary editorial board .............................................................................................................. 3 editorial ........................................................................................................................... 4 editor’s note ................................................................................................................... 5 database ........................................................................................................................... 6 instructions for authors ........................................................................................... 7 original articles recent advances in the use of langmuir monolayers as cell membrane models ......................................... 18 andressa ribeiro pereira, osvaldo novais de oliveira junior dengue fusion peptides in interaction with model membranes – a fluorescence study ............................. 30 danilo da silva olivier, graziely ferreira cespedes, wallance moreira pazin, eduardo maffud cilli, amando siuiti ito purification and characterization of embryo-specific soy urease (glycine max) and its antifungal potential against paracoccidioides brasiliensis ............................................................................................................. 41 elisângela andrade ângelo, tainá michelle da cruz, josé renato pattaro júnior, daniele maria zanzarin, franciele abigail vilugron rodrigues, eduardo jorge pilau, érika seki kioshima, maria aparecida fernandez, flavio augusto vicente seixas production and biochemical characterization of xylanases synthesized by the thermophilic fungus rasamsonia emersonii s10 by solid-state cultivation .................................................................................... 53 jéssica de araujo zanoni, isabela brunozi de oliveira, olavo micali perrone, julieth orduña ortega, maurício boscolo, eleni gomes, gustavo orlando bonilla-rodriguez antioxidative activity of gold and platinum nanoparticles assessed through electron spin resonance ....... 68 angela kinoshita, iara lima, éder josé guidelli, oswaldo baffa filho metallo-stannosilicates as inorganic supports to immobilization of lipase from thermomyces lanuginosus for biodiesel production .......................................................................................................................................... 75 danilo antonio da silva, adriano de vasconcellos, josé geraldo nery http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | 36 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 36-42 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 diketopiperazines and arylethylamides produced by schizophyllum commune, an endophytic fungus in alchornea glandulosa carolina rabal biasetto1 , andressa somensi1 , fernanda sales figueiro2 , luiz alberto beraldo de moraes2 , geraldo humberto silva3 , maria claudia marx young4 , vanderlan da silva bolzani1 , angela regina araújo1+ 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni av., araraquara, são paulo, brazil 2 university of são paulo (usp), faculty of philosophy, sciences and letters, 3900 bandeirantes av., ribeirão preto, são paulo, brazil 3 federal university of viçosa (ufv), institute of science exact and technological, peter henry rolfs av., viçosa, minas gerais, brazil 4 são paulo institute of botany, nucleus of research in physiology and biochemistry, 3687 miguel stéfano av., são paulo, são paulo, brazil +corresponding author: angela regina araújo, email address: angela.araujo@unesp.br article info article history: received: december 5, 2018 accepted: march 13, 2019 published: july 4, 2019 keywords: 1. endophytic fungi 2. schizophyllum commune 3. alchornea glandulosa 4. diketopiperazines 5. arylethylamides 1. introduction microorganisms as the endophytic fungi (endon = inside; phyton = plant) living asymptomatically in the intercellular space of host plants and establish a mutualistic relationship with its host during a part or all their life. these endophytes are found in parts of plants such as leaves, stems, fruits, seeds, and roots, and reside inside the plant all its life, being transmitted in some cases to future generations through seeds of the host1-4. the interactions established by endophytes may diversify from mutualism (endophyte and host plant obtain advantages) to parasitism (only the endophyte is benefited)5,6. most natural products isolated from endophytes showed antimicrobial activity, and in many cases, these have been implicated in protecting the host plant against phytopathogenic microorganisms.1,7,8 studies in 2012 showed trichodermin and cercosporamide with strong antifungal and antitumor activities, which were isolated from endophyte belonging to the genus phoma associated with arisaema erubescens.9 alchornea glandulosa (euphorbiaceae) belongs to brazilian cerrado, which is well-known as abstract: chemical investigation of the crude pdb extract obtained from the endophytic fungus schizophyllum commune afforded the pure substances, cyclo(l-pro-l-val) (1), uracil (2), cyclo(pro-tyr) (3), p-hydroxybenzoic acid (4) and a mixture of rel.cyclo(pro-phe) (5) and rel.cyclo(pro-ile) (6). when cultured in corn, the extract of this fungus yielded n-(2-phenylethyl) acetamide (7) and n-(4hydroxyphenylethyl) acetamide (8). the structures of all compounds were determined based on the analyses of their ms, 1d and 2d-nmr spectroscopic data. analysis of the crude extracts obtained from smallscale cultures (in pbd, ym, nutrient, czapek, malt extract, corn and rice) and a large-scale culture (in pdb) by mass spectrometry showed the presence of diketopiperazines 1, 3, 5 and 6. the crude extracts showed promising antioxidant, antifungal and acetylcholinesterase (ache) inhibitory activities. the metabolites 7 and 8 showed antifungal and ache inhibitory activities in vitro. this is the first report of the identification and isolation of diketopiperazines, arylethylamides, p-hydroxybenzoic acid in endophytic fungus of the schizophyllum genus. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 mailto:angela.araujo@unesp.br https://orcid.org/0000-0003-3751-8922 https://orcid.org/0000-0001-6968-6205 https://orcid.org/0000-0002-1749-177x https://orcid.org/0000-0002-0853-1944 https://orcid.org/0000-0001-7928-8980 https://orcid.org/0000-0002-2860-6659 https://orcid.org/0000-0001-7019-5825 https://orcid.org/0000-0001-7616-9652 original article 37 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 36-42 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 sources of bioactive secondary metabolites10-13. several chemical and pharmacological studies were performed with extracts and pure substances from this plant and presented promising results14-16. several endophytic fungi were isolated from this plant, including s. commune, which were chemically and biologically investigated. s. commune is a filamentous fungus belonging to the class of basiodiomicetos, known as a producer of pigments, antiviral, anticancer and immunomodulatory compounds17. from this endophyte were isolated phenolic compounds as gallic acid and l-ascorbic acid, both with antioxidant activity18. diketopiperazines present biological activities such as antiviral, antifungal, antibacterial, insecticidal, antihyperglycemic agents, receptor affinities of calcium channels and serotonergic19-21. recent studies have demonstrated that diketopiperazine trans-cyclo(d-tryptophanyll-tyrosyl) presented low antiproliferative and cytotoxic effect with l-929 mouse fibroblast cells, k-562 leukemia cells and human hela human cervix carcinoma22. several arylethylamides present phytotoxic potential23. thus, this work reports isolation, structural elucidation and biological activities of these compounds. 2. materials and methods 2.1 general nmr spectra were carried out one-dimensional 1h varian inova-300 spectrometer operating at 300 mhz for 1h nucleus and tms as internal reference. 1h nmr spectra and 13c 1d and 2d and noesy 1d were performed on varian inova500 spectrometer operating at 500 mhz for 1h nucleus and the nucleus 125 mhz for 13c and tms as internal reference. mass spectra of high and low resolution were obtained on a spectrometer of ultrotofq – esi-tof mass spectrometer (bruker daltonics, billerica, ma, usa). analyses were performed on a mass spectrometer with varian 1200l lc autosampler, and triplequadrupole electrospray ionization source (esi). the mass spectra of low resolution were obtained on a lcq fleet spectrometer (thermo scientific) with electrospray ionization source (esi). tlc was performed using merck silica gel 60 g f254. spots on tlc plates were visualized under uv light and by spraying with anisaldehyde–h2so4 reagent followed by heating at 120 °c. analytical hplc was performed on a shimadzu (shimadzu spdm20a) with diode array ultraviolet (dad) detector, using a phenomenex gemini analytical column (c-18) (250 x 4.60 mm, 5 µm). preparative hplc was performed on varian prostar device coupled to the prostar uv-vis detector, using phenomenex luna c-18 silica semi-preparative column (150 x 21.20 mm; 5 µm). optical rotation values were obtained at jasco p-1020 polarimeter with sodium lamp, and 1.0 ml of cell jasco spectra manager software. 2.2 fungal isolation and identification the traditional methodology24 was used for the isolation of the endophytic fungus s. commune from healthy leaves of alchornea glandulosa. s. commune was identified by sequencing and phylogenetic analysis of ribosomal operon gene fragments (cpqba-unicamp-multidisciplinary center for agricultural and biological chemistry research, campinas, brazil). dna sequence of the its region was analyzed using the genbank blast routine and the cbs database (centraalbureau voor schimmelcultures, fungal biodiversity centre). the phylogenetic tree constructed from the sequences retrieved in genbank and analyzes based on molecular data allowed the identification of this fungus as schizophyllum commune (filo basidiomycota, order agaricales and family schizophyllaceae). the sequence of the isolate showed 99-98% similarity to sequences from different s. commune isolates, including s. commune bcc22128 and dsm 1025. in addition, in the phylogenetic tree, the isolate formed a cluster with the s. commune prj21 and 1-84 isolates supported by a bootstrap value of 94%. this endophytic fungus was stored in the nubbe fungi collection in araraquara, brazil (kept in sterile water at 25 ℃) encoded as ag-sc-02 and in cpqba as cpqba 154-09 drm. 2.3 cultivation 2.3.1 different culture media (small scale) s. commune was grown in petri plates containing pda (potato starch 4 g, dextrose 20 g, agar 15 g, h2o 1000 ml) and incubated during ten days. after this period, this endophyte was cultivated in small scale in 2 erlenmeyer flasks (500 ml) containing 300 ml of each liquid medium and these were autoclaved at 121 ℃ for https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 original article 38 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 36-42 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 20 min. s. commune was cultivated in different liquid culture media (pbd, ym, nutrient, czapek, malt extract) under agitation at 120 rpm, for 28 days at 25 ℃. at the end of the incubation period, the broth was separated from the mycelium by filtration and the crude extracts were obtained by extraction with etoac (3 x 50% of the broth volume each) and dried in rotatory evaporator, affording 49.2, 54.0, 26.7, 26.5 and 38.2 mg, respectively. the cultivation on solid medium was performed: rice and corn inoculated in 2 erlenmeyer flasks (500 ml each), containing each one: 90 g of rice or corn in 75 ml of milli-q h2o. the culture media were autoclaved three times (three consecutive days) at 121 ℃ for 20 min. the cultures were incubated at 25 ± 2 ℃ for 21 days. at the end of the growth period, the solid cultures were ground and extracted with etoac (5x200 ml). the etoac fraction was subjected to liquidliquid partition with h2o. the etoac extract concentrated was dissolved in ch3cn and then subjected to liquid-liquid partition with c6h14. the ch3cn fractions were evaporated to give ch3cndeffated extracts, affording 279.7 (rice) and 335.1 (corn) mg. 2.3.2 pdb (large scale) s. commune was inoculated in 52 erlenmeyer flasks of 500 ml (large scale), containing each one: 1.2 g of potato starch, 6.0 g dextrose (pdb) in 300 ml of milli-q h2o, which were autoclaved at 121 °c for 20 min. approximately 5 small pieces (1x1 cm) of pda medium, from the petri dish containing biomass of the s. commune isolated were inoculated into erlenmeyer flasks, sealed with cotton, to permit aerobic growth, and incubated at 25 ± 2 ℃ for 28 days. at the end of the incubation period, the cultures were combined, filtered, extracted with etoac (3x0.5 l). the solvent was evaporated, yielding a crude etoac extract (960 mg). 2.4 purification and identification of chemical constituents 2.4.1 liquid medium (pdb) the etoac extract (960.0 mg) was fractioned by cc using reversed-phase silica gel (c-18) and gradient of h2o:ch3oh (15:100% ch3oh (v/v)), resulting into eight fractions (s.co-f1-s.co-f8). the fraction s.co-f1 (559.0 mg) was further fractioned using reversed-phase silica gel (c-18) and eluted with a h2o:ch3oh gradient (35:100% ch3oh (v/v), giving rise to seven subfractions (s.co-f1.1-s.co-f1.7). the subfraction s.co-f1.1 (470.0 mg) was fractioned by cc using reversedphase silica gel (c-18) and gradient of h2o:ch3oh (5:100% ch3oh (v/v)), resulting into seventeen fractions (s.co-f1.1.1-s.cof1.1.17). subfraction s.co-f1.1.2 was identified as cyclo(l-pro-l-val) (1) (16.0 mg). the subfraction s.co-f1.1.9 (2.0 mg) was analyzed by lc-ms (acn:h20 (05:95-50:50 v/v, 30’; 50:50-100:0 (v/v), 10’; 100:0-05:95 (v/v), 15’; 1 ml min-1 e λ=220 nm, c-18 column) and it was identified as cyclo(l-pro-l-val) (1), rel.cyclo(pro-phe) (5) and rel.cyclo(pro-ile) (6) (2.0 mg) in mixture. the fraction s.co-f1.1.1 (300.0 mg) was fractioned by cc using normal phase silica gel and gradient of chcl3:ch3oh (2:100% ch3oh (v/v) with 1% hoac), resulting into fifty-five fractions (s.cof1.1.1.1s.co-f1.1.1.55). subfraction s.cof1.1.1.46 was isolated as compound uracil (2) (1.5 mg) and s.co-f1.1.1.38 was identified, in mixture, as cyclo(pro-tyr) (3) with p-hydroxybenzoic acid (4) (2.2 mg). 2.4.2 solid medium (corn) the ch3cn-deffated extract (185.0 mg) was subjected to chromatography column (cc), normal phase (silica gel) by gradient elution with c6h14:etoac (70:30) (1 to 25% ch3oh) affording into sixteen fractions (s.co-mi1-s.co-mi16). the subfractions s.co-mi10 was identified as containing compound n-(2-phenylethyl) acetamide (7) (18.0 mg) and s.co-mi16 was found to contain compound n-(4-hydroxyphenylethyl) acetamide (8) (20.0 mg). 2.5 identification of diketopiperazines in different crude extracts analyses were performed on a mass spectrometer with varian 1200l lc, direct insertion (id) in positive mode. after the acquisition of information about protonated molecules by direct insertion, conducted experiments using ms-ms. malt extract, nutrient and ym (small scale) were subjected to ms-ms analysis in positive mode with application of 15 v collision energy. 2.6 acetylcholinesterase inhibitory activity https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 original article 39 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 36-42 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 the crude extracts (20 μg ul-1) were eluted in tlc, being chcl3:ch3oh (88:12) to the crude extract in liquid medium, hexane: etoac (70:30) for the extracts in solid media. compounds 7 and 8 (5 μg μl-1) were applied on tlc layers, followed by elution with hexane:etoac (70:30, v/v) and subsequent drying. the plates were then sprayed with enzyme solution (6.66 u ml-1), thoroughly dried and incubated at 37 ℃ for 20 min (in a moist atmosphere). enzyme activity was detected by spraying with a solution consisting of 0.25% 1naphthyl acetate in ch3ch2oh containing 0.25% fast blue b salt (in aqueous solution). potential acetylcholinesterase inhibitors appeared as clear zones on a purple-colored background. electric eel ache type v (product no. c 2888, 1000 u) and the other reagents were purchased from sigmaaldrich. the positive standard for comparison was physostigmine (0,05 µg ml-1)25. 2.7 dpph˙ scavenging capacity assay applied in microplates 96-well: 200 μl of dpph (4 mg ml-1 in ch3oh) and 100 μl of the samples at 7 different concentrations. positive control: 200 μl of dpph and 100 μl of the standard antioxidant (quercetin and rutin). negative control: 200 μl of dpph and 100 μl of solvent. the microplate was kept for 30 minutes in the dark. the evaluation of the reduced form of dpph generated by reading the absorbance at λ = 517 nm26. 2.8 evaluation of antifungal activity the crude extracts (40 μg ul-1) were eluted in tlc, being chcl3:ch3oh (88:12) to the crude extract in liquid medium, hexane: etoac (70:30 v/v) for the extracts in solid media. compounds 7 and 8 (10 μg μl-1) were applied on tlc layers, followed by elution with hexane:etoac (70:30) and subsequent drying. the tlc layers were nebulized with the phypathogenic fungus cladosporium cladosporioides (fresen) and c. sphaerospermum (perzig) spc 491 (concentration of 5x107 spores ml-1 in glucose solution and salts). the plates were incubated at 25 ℃ for 48 hours in absence of light. the positive standard for comparison was nystatin (1 μg)27. 3. results and discussion the acoet extract of s. commune (pdb and corn) afforded compounds 1-8 (figure 1) by using a combination of reversed (c-18) and normal phase (silica gel) chromatography. 1h nmr and lc-ms analysis allowed to elucidate and identify the pure substances or in mixtures. the known compounds cyclo(l-pro-l-val) (1), uracil (2), cyclo(pro-tyr) (3), p-hydroxybenzoic acid (4), rel.cyclo(pro-phe) (5), rel.cyclo(pro-ile) (6), n-(2-phenylethyl) acetamide (7) and n-(4hydroxy phenylethyl) acetamide (8) were identified by comparing its spectroscopic data with literature values23,28-33. the spectrometric data 1h nmr and ms of the culture medium without s. commune were compared with the spectra of the compound and showed no similarity. the substance 7 showed low potential to inhibit the enzyme acetylcholinesterase and strong activity against c. cladosporioides. the substance 8 showed moderate potential to inhibit the enzyme acetylcholinesterase and weak activity against c. cladosporioides and c. sphaerospermum. the crude extracts showed promising results for biological assays as antioxidant, highlighting the malt extract with a significant dpph˙ sequestration rate of 68.36% and ic50= 28.7 µg ml-1, compared to ic50= 7.49 µg l-1 standard quercetin. the majority these extracts exhibited strong antifungal activity against the phytopathogenic fungi c. cladosporioides and c. sphaerospermum. the crude extracts displayed moderate ache inhibitory activity. unfortunately, the substances responsible by these bioactivities were not isolated. the diketopiperazines 1, 3, 5 and 6 were detected in pdb extract (small scale) by ms. the crude extracts obtained from ym, nutrient and malt were subjected to ms-ms analysis and indicated the presence of diketopiperazines 1, 5 and 6. analysis of crude extracts by direct insertion (id), showed the protonated diketopiperazines and their fragments in five crude extracts by ms-ms experiment, which corroborate with the fragmentation characteristic of diketopiperazines isolated or identified in mixture. in the crude extracts czapek, rice (ch3cn) and corn (ch3cn) (small scale) the diketopiperazines were not identified, suggesting that the enzymes responsible by the biosynthesis of these compounds were not expressed by s. commune, in these media. with these observations was possible to confirm that the culture media influences the microorganisms metabolic production. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 original article 40 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 36-42 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p36-42 cyclo(l-pro-l-val) (1) esims m/z 197.0 [m+h]+ and fragments: 169.0 [m+h-28]+, 124.5 [m+h-73]+, 70.0 [m+h-127]+. cyclo(l-pro-l-tyr) (3) esims m/z 261.3 [m+h]+ and fragments: 233.0 [m+h-28]+, 121.0 [m+h-140]+, 136.0 [m+h125]+, 70.3 [m+h-191]+. rel.cyclo(pro-phe) (5) esims m/z 245.5 [m+h]+ and fragments: 217.0 [m+h-28]+, 154.1 [m+h-90]+, 70.0 [m+h-175]+. rel.cyclo(pro-ile) (6) esims m/z 211.5 [m+h]+ and fragments: 183.0 [m+h-28]+, 137.8 [m+h-73]+, 114.1 [m+h-97]+, 69.6 [m+h-141]+. nh n h o o n o o nh h h oh oh o oh n o o nh h h ch3 ch3 h n ch3 o 2 3 7 8 n o o nh h h ch3 ch3 1 n o o nh h h 5 64 h n ch3 oho figure 1. compounds produced by the endophytic fungus s. commune. 4. conclusions the present study was designed to be the most comprehensive investigation of chemical constituents in s. commune. this is the first report of the identification and isolation of diketopiperazines, arylethylamides, phydroxybenzoic acid in endophytic fungus of the schizophyllum genus. diketopiperazines was observed by mass spectrometry in the different crude extracts in small scale and pdb large scale, indicating this endophyte as a prolific producer of class of compounds by variation of nutrients of culture media. the biological activities reported by the compounds produced by s. commune suggest an ecological interaction, as well as in the plant protection as a defense mechanism of other organisms that inhabit the plant species. these results reinforce the potential of these microorganisms as sources of secondary metabolites and collaborating with understanding the endophytic interaction and its host plant. first attempts made to correlate variations in bands assigned as carbonyl stretching frequencies in the infrared region for solid metal ion complexes with the stability constants of these same complexes in solution date back to early 1950s. 5. references [1] gunatilaka, a. a. l., natural products from plantassociated microorganisms: distribution, structural diversity, bioactivity, and implications of their occurrence, j. nat. prod. 69 (3) (2006) 509-526. https://doi.org/10.1021/np058128n. 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vegetais como matéria prima para novos combustíveis. o craqueamento catalítico ou térmico destes óleos consiste inicialmente na decomposição dos ácidos graxos em hidrocarbonetos; um segundo craqueamento destes hidrocarbonetos é, até determinado grau, semelhante ao do petróleo [1,2,3]. diversos óleos vegetais foram alvos de estudos sobre decomposição catalítica, e entre os mais pesquisados estão os óleos de milho, soja, canola e amendoim utilizando como catalisador materiais contendo micro e macroporos. muitos estudos utilizaram as zeólitas e obtiveram resultados satisfatórios com este catalisador em temperaturas de 673-773 k sob pressão atmosférica [1,2,3]. o produto obtido é uma mistura de hidrocarbonetos parafínicos, olefínicos e aromáticos apresentando ponto de ebulição na faixa de temperatura de 443 k, e com alto grau de conversão em aromáticos btx (benzeno, tolueno e xileno) [4]. a mistura de hidro19ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 influência de argilas pilarizadas na decomposição catalítica do óleo de andiroba d. l. guerra1*,v. p. lemos2, r. s. angélica2, c. airoldi1 1unicamp instituto de química-u. e. de campinas cp 6154 – 13083-970 – campinas – sp – brazil-(*) 2ufpa-universidade federal do pará – centro de geociências-cp 1611 – 66075-110 belém –pa – brazil *dlguerra@iqm.unicamp.br resumo: amostras de esmectitas oriundas do estado do pará, região amazônica, brasil, foram usadas em processo de pilarização no presente estudo. as matrizes pilarizadas e natural foram caracterizadas usando drx e analise textural usando isotermas de adsorção-desorção de nitrogênio. os íons de intercalação (al13, ti, zr) foram obtidos através de reações químicas com soluções de alcl36h2o/ naoh, etoxido de titânio/hcl, acetato de zircônio / hcl. os resultados obtidos com o processo de pilarização apresentaram aumento do espaçamento basal de 15,6 para 20, 64 å e área superficial de 44 para 358 m2/g (zr-pilc). a estabilidade térmica da argila natural foi melhorada com o processo de pilarização. o material resultante foi submetido a um processo catalítico de decomposição do óleo de andiroba em um reator de leito fixo a 673 ± 1 k. a atividade catalítica foi determinada pelo produto de decomposição resultante da reação química. os parâmetros físico-químicos foram obtidos usando drx, ftir e análise textural. as argilas pilarizadas apresentaram alta acidez de brønsted, com alta concentração de hidrocarbonetos aromáticos e baixa concentração de hidrocarbonetos alifáticos. palavras-chave: argila pilarizada; al13; esmectita. eq3-af 10/9/07 15:36 page 19 carbonetos que foi produzida apresentou similaridade com a obtida na conversão seletiva do metanol, em unidades de hidrocarbonetos, e apresentou também levado grau de octanagem, fator que a classifica como um combustível de boa qualidade [4]. o óleo de andiroba é um óleo originado da semente da árvore de andiroba (carapa guianensis), vegetação tipicamente amazônica, de grande abundância na região. este óleo é muito utilizado regionalmente para fins terapêuticos, por apresentar propriedades cicatrizantes e atuar como antiinflamatório. velas de andiroba são utilizadas pela população local como repelentes de insetos hematógafos e mais recentemente a indústria de cosméticos, começo a pesquisar este óleo para fabricação dos mais diversos produtos deste setor industrial. dentre os materiais que podem atuar como catalisadores estão as argilas pilarizadas que tem a propriedade de manter sua estrutura quando submetida a altas temperaturas (500 a 800 oc) [5-15]. o processo de pilarização consiste na introdução de macrocátions, com raio iônico alto, na região interlamelar de uma argila natural ou sintética. após a introdução deste íon, a matriz intercalada é submetida à calcinação, transformando estes macrocátions em óxidos rígidos capazes de sustentar a estrutura da argila quando esta é submetida a altas temperaturas (figura 1) [15-30]. muitos estudos utilizam as argilas pilarizadas como catalisadores nas mais diversas reações e a apontaram como material alternativo para a substituição de zeólitas, pois tem propriedades texturais e físico-quimicas bastante similares as deste material. este trabalho tem como objetivo investigar a decomposição catalítica do óleo vegetal de andiroba na presença de argilas pilarizadas com al, ti e zr e relacionar a estabilidade e seletividade catalítica com as características físicoquimicas e texturais das argilas pilarizadas. materiais e métodos material de partida a amostra natural de esmectita empregada pertence a um perfil laterítico, proveniente da serra de maicuru, situada no município de monte alegre, pará brasil. apresenta capacidade de troca catiônica (ctc), obtida através do método de interação com acetato de amônio, igual a 98 meq/100g de argila, com fórmula estrutural: (si2,54al0,41)iv(al2,48fe079mg0,06ti0,74)vi (ca0,29na0,21k0,25)o20h4, os símbolos iv e vi indicam coordenadas atômicas tetraédricas e octaédricas respectivamente. esta amostra foi separada da fração silte e foi submetida a uma temperatura de secagem de 333 ± 1 k, por um período de 2 horas. síntese do polioxicátion de alumínio as soluções pilarizantes foram preparadas a partir de 0,20 mol dm-3 de alcl3.6h2o (merck) e de naoh (merck) , que foram compostas nas razões molares de [oh]/[al] = 1,5 e 2,0. estas soluções foram preparadas em temperatura ambiente sob agitação magnética por um período de 3horas e envelhecidas por um período de 4dias sem alteração de temperatura. os valores de ph foram medidos em ph-metro de marca micronal, modelo b-474. sínteses do polioxicátion de titânio o etóxido de titânio é tratado com uma solução de hcl a fim de se obter razão molar hcl/ti variando de 1 a 4. neste caso a solução é envelhecida a temperatura ambiente por 3horas. a solução resultante é o polioxicátion de titânio. a intercalação da esmectita com polioxicátion de ti neste trabalho foi efetuada sob as condições: razão molar [h+]/[ti4+]=0,12, 0,24 e 0,48 ; ti/argila= 25 mmolti/g de argila. a mistura foi submetida à agitação mecânica em temperatura ambiente por 12 horas. o sólido resultante foi lavado com água deionizada até teste negativo para cle depois seco ao ar. a pilarização foi feita a partir da calcinação do material intercalado em temperaturas de 573, 623, 873 e 1173 k. síntese do polioxicátion de zircônio a solução pilarizante foi obtida a partir da reação do acetato de zircônio (15-16% de zr) diluído em ácido acético (2,0 mol dm-3) sob agitação mecânica constante por um período de 2 horas. a solução de acetato de zircônio deve ser adicionada de maneira paulatina a temperatura ambiente. o tempo de envelhecimento adotado foi de 24horas e as razões molares adotadas foram [h+]/[zr]=1,5 e 2,0. processo de pilarização as matrizes em forma natural foram preparadas previamente em atmosfera de etilenoglicol em temperatura ambiente por um período de 24 horas. posteriormente foram postas sob agitação magnética com as soluções pilarizantes por um período de 3 horas a 298 ± 1 k (processo de inter20 ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 eq3-af 10/9/07 15:36 page 20 calação). após a intercalação a amostra foi filtrada, lavada, secada a 333 ± 1 k, calcinada em temperaturas de 623 e 873 k e conservada em dessecador por todo o período referente a etapa de caracterização. métodos de caracterização para a análise de difração de raios x, foi utilizado o método do pó, para uma amostra sem orientação preferencial. o equipamento utilizado é de marca philips pw1050, controlado por um sistema pw 3710, com radiação kα do cobre (1,54060 á), monocromatizador e gerador de tensão e corrente para 45kv, corrente de 35 ma e passo de 1o/θ/min. a análise química das amostras natural e pilarizada foi realizada pelo método de absorção atômica para os elementos na, k, ca, mg, al; para os elementos si, fe, ti foi utilizado o método de espectroscopia na região do visível, fe sob a forma do complexo ortofenantrolina ferrosa e ti como peróxido complexo. para obtenção dos espectros de ftir, foram utilizados 0,20 g de kbr e 0,0013 g de amostra pulverizada, foi confeccionado uma partilha pelo método de prensagem com 7 toneladas utilizando vácuo, objetivando a remoção da umidade e auxiliando a prensagem. o aparelho utilizado foi um espectrômetro de absorção molecular na região iv com transformada de fourier, modelo perkin elmer, ft-ir 1760 x.. as amostras foram tratadas com 4,0 torr de piridina (molécula sonda), que adsorve em sítios ácidos de brønsted em torno de 1550 cm-1 e a adsorção de lewis em 1450 cm-1. as determinações da área específica (ae), volume total dos poros (vtp) e diâmetro médio dos poros (dmp) foram obtidas a partir de 0,249 g de cada amostra. as amostras foram aquecidas a uma temperatura de 423 ± k pelo período de 1 hora. após o esfriamento, as amostras foram colocadas em contato com nitrogênio a 77k em um analisador de adsorção gasosa quantachrome/nova-1200/5. 01, iniciou-se as análises que duraram 7 horas. através dessas análises foram obtidas as respectivas isotermas de adsorção-desorção. a partir dos dados das isotermas foram calculados os valores de ae e vp. a área especifica foi calculada pelo método bet (brunauer-emmett-jaller) e o volume total de poros, calculado a pressão parcial (p/p0) de 0,998 pelo método bjh (barrett-joyner-halenda). testes catalíticos os testes catalíticos foram realizados com uma amostra de origem natural óleo de andiroba 21ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 de composição química e propriedades físicas conhecidas. os experimentos foram feitos em um reator tubular de leito fixo, com aquecimento fornecido por forno elétrico com termopar, monitorando-se a temperatura na região de leito fixo. as argilas pilarizadas foram purgadas com nitrogênio a 673 ± 1 k por cerca de 35 minutos. cerca de 1,0 g de óleo de andiroba era injetado no topo do reator, durante 1 minuto, passando por 1,5 g de argila pilarizada sob fluxo de nitrogênio. foi utilizado um condensador mergulhado em um banho de resfriamento para coletar os produtos líquidos, e a análise destes produtos foi feita por infravermelho com transformada de fourier (ftir). os produtos líquidos foram conservados em um balão mantido em banho de gelo e identificados por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (cg-em), utilizando um cromatógrafo hp 5890-ii acoplado a uma coluna capilar hp-5 e esta acoplada a um espectrômetro de massas hp5970b. a identificação dos produtos obtidos foi realizada comparando-se o espectro fornecido para cada substancia com padrões fornecidos pela biblioteca eletrônica de wiley database e determinando-se o seu índice de similaridade. resultados e discussão propriedades fisico-químicas das argilas pilarizadas na figura 1 estão apresentados os valores obtidos de d001 por difração de raios-x, com o processo de pilarização, foi observado um aumento significativo do valor do espaçamento basal das argilas pilarizadas, fato atribuído à presença de pilares na região interlamelar das argilas que promovem tais mudanças e resistência a altas temperaturas. as argilas pilarizadas (pilcs) apresentam grande porosidade, formação de canais largos e com a calcinação em elevadas temperaturas, ocorre a desidroxilação de seus poros, parte externa dos pilares e consequentemente dos canais formados. tais fatores são responsáveis pela difusão de um número considerável de moléculas. as dimensões das pilcs permitem que não haja bloqueio de seus poros ao longo das reações catalíticas principalmente pelos seus canais estarem desidratados com a desidroxilação ocorrida com a calcinação, possibilitando assim, que este catalisador atue por bastante tempo em ativação contínua durante uma reação [15]. eq3-af 10/9/07 15:36 page 21 na tabela 1 estão mostrados os resultados das propriedades fisico-químicas e da relação dos sítios ácidos de brønsted e lewis, dentre os materiais testados, o catalisador zr-pilc3-450 foi o que apresentou o maior número de sítios de brønsted e consequentemente uma maior razão fb/fl . estes sítios podem ter sido provenientes dos complexos de al, ti e zr, introduzidos individualmente na estrutura da argila e também devido à troca de cátions de argila com íons h3o+, durante a etapa de intercalação. valores de temperatura maiores que 873 k (temperatura de calcinação) foram testados, porem não foram obtidos resultados satisfatórios. sugerindo uma diminuição significativa do número de sítios ácidos de brønsted. segundo ming-yuan et al (1988) [29] a perda de sítios ácidos de brønsted ocorre numa taxa maior em relação àquela de sítios de lewis. as argilas em geral possuem acidez do tipo brönsted e do tipo lewis. a acidez de brönsted essencialmente resulta da dissociação das moléculas de água adsorvidas. esta dissociação é induzida pelo campo elétrico dos cátions de troca com aqueles que as moléculas de água estão associadas. também contribuem para acidez de brönsted a presença de grupos silanóis (≡si-oh) superficiais provenientes da ruptura das ligações ≡si-o-si≡ da estrutura tetraédrica. a acidez de lewis resulta da baixa coordenação de átomos de al e mg na borda do cristal e da presença de cátions de troca ácidos [15]. as argilas pilarizadas possuem ácidos do tipo brönsted e lewis, e o número de sítios é 22 ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 superior ao da argila natural. geralmente se admite que os pilares sejam a maior fonte de acidez de lewis. ming-yuan et al.(1988)[29] observaram que a acidez de lewis varia significativamente com o tipo de hidroxicátion utilizado. materiais pilarizados com distintos hidróxidos mostraram a seguinte ordem decrescente de acidez de lewis: ti>zr>al>fe e ni. outro fator que influencia diretamente a acidez de lewis é a quantidade de números de pilares, quanto maior o número de pilares maior o número de centros ácidos, mas decrescem com o aumento da temperatura de calcinação. a acidez de brönsted está relacionada com os grupos oh. com o aumento da temperatura ocorre a diminuição da acidez de brönsted, e entre 573 e 773 k observa-se praticamente o desaparecimento da mesma. este fato está associado a desidroxilação da superfície da perda total das moléculas de h20 [6, 30]. figura 1. valores de d001 obtidos com a pilarização das amostras de esmectitas com variação da razão molar e da temperatura de calcinação. eq3-af 10/9/07 15:36 page 22 desempenho das argilas pilarizadas como catalisadores nas tabelas 2, 3 e 4 estão apresentados os resultados obtidos com a análise de cg-em. a complexidade dos componentes nos cronogramas do efluente líquido foi avaliada utilizando a técnica de espectroscopia de massa que possibilitou a identificação de grande parte dos componentes dos produtos da reação para cada argila pilarizada. na tabela 2 os resultados comprovaram uma maior produção de efluente na faixa de gasolina (c5-c12), para as reações conduzidas por argilas pilarizadas que possuem propriedades fisico-químicas de maior eficiência catalítica, obtidas com o processo de pilarização. na tabela 3 estão mostrados os valores percentuais de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos obtidos com a utilização das argilas pilarizadas no processo catalítico. inicialmente, foram realizados testes com amostras de argila natural e foi observado que o produto resultante do craqueamento térmico é constituído essencialmente por ácidos carboxílicos com percentual baixo de compostos aromáticos, fato que pode ser explicado pela deficiência no numero de sítios ácidos na estrutura da argila natura, resultado que foi comprovado por ftir na adsorção com a piridina (figura 2). foi observado um espectro malformado com baixa intensidade para as bandas de adsorção em torno de 1700 a 1400 cm-1. correlacionados com a natureza do sítio de brønsted ou de lewis na estrutura das argila pilarizada, enquanto a força dos sítios pode estar relacionada com a capacidade de retenção de 23ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 base em função do aumento de temperatura. os espectros de ftir dos produtos de decomposição do óleo de andiroba revelaram bandas características dos grupos funcionais destes produtos (figura 3), houve a formação de bandas de vibração na região entre 1800-1700 cm-1, que correspondem a compostos carbonilados, e entre 1600-1500 cm-1, referentes a compostos aromáticos. segundo kwak et al. [25] na aromatização de hidrocarbonetos alifáticos catalisada por ácidos, na ausência de metais podem ser utilizadas como agentes de partida, sendo que as olefinas são as intermediárias chave de reação. as olefinas podem ser utilizadas como alimentadores do processo ou produzidas in situ através do craqueamento. no processo comercial mtg onde o metal é a carga, o metanol é convertido em gasolina, e as olefinas são também intermediários chave, neste processo, a transferência de hidrogênio desempenha um papel importante na aromatização das olefinas. corna et al. [27] mostrou no estudo da reação de transferência de hidrogênio sobre uma superfície porosa durante o craqueamento do gasóleo, que além da quebra das ligações c-c, outras reações podem ocorrer. estas reações é que podem determinar a quantidade de gasolina, e dentre estas reações está a transferência de hidrogênio, sendo responsável pela saturação de olefinas (eq1). olefinas + cicloalcanos → parafinas + aromáticos (eq 1) na tabela 4 estão expostos os resultados da distribuição dos produtos na faixa de c5-c12, é observado que além da formação de btx há a figure 2. ftir das matrizes pilarizadas impregnadas compiridina : (a) al-pilc1-450; (b) zr-pilc2-600. tr an sm itâ nc ia ( % ) número de onda (cm-1) figure 3. ftir dos produtos de decomposição do óleo de andiroba : (a) al-pilc1-450; (b) zr-pilc2-600. tr an sm itâ nc ia ( % ) número de onda (cm-1) eq3-af 10/9/07 15:36 page 23 formação de outros aromáticos como metilbenzenos, butilbenzenos e probilbenzenos.a conversão de compostos alifáticos em aromáticos é considerada de grande importância teórica e industrial. os aromáticos mais importantes como o benzeno, tolueno e xilenos (btx) são sintetizados através da ciclização de parafinas e olefinas. através dos resultados mostrados na figura 4 pode-se observar que a argila pilarizada com um maior número de sítios ácidos de brønsted em sua estrutura, conduz a um produto com percentual alto em compostos aromáticos. todas as argilas pilarizadas apresentaram condução significativa à compostos aromáticos no processo reacional, porém as argilas pilarizadas em temperaturas de 450oc apresentam maior número de sítios de brønsted que aquelas pilar24 ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 izadas a 600oc. este fato pode ser atribuído a desidroxilação prematura de parte dos pilares e colapsação parcial da estrutura esmectítica, comprometendo fatores como: densidade de pilares na região interlamelar; sítios ácidos aderidos a superfície externa dos pilares e das ligações pilarlamela que são fontes de sítios ácidos, logo interferindo diretamente no número de sítios de brønsted e lewis e consequentemente na produção de compostos aromáticos e alifáticos [3]. na figuras 5, 6, 7 e 8 estão apresentados os resultados de distribuição dos produtos da reação de decomposição catalítica do óleo de andiroba relacionadas com as propriedades estruturais alcançadas com o processo de pilarização. foi observado que o valor da relação haro/halif cresce com o aumento do valor destas pro(1) btxmistura de benzeno, tolueno e xilenos. (2) outros aromáticos: metiletilbenzenos, propilbenzenos, butilbenzenos, etc. eq3-af 10/9/07 15:36 page 24 25ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 figure 4. efeito da acidez na distribuição dos produtos na decomposição catalítica do óleo de andiroba. figure 5. distribuição dos produtos da reação de decomposição catalítica do óleo de andiroba com relação ao valor de d001 das argilas pilarizadas. figure 6. distribuição dos produtos da reação de decomposição catalítica do óleo de andiroba com relação à área específica das argilas pilarizadas. priedades. os valores de d001 estão diretamente relacionados com a densidade de pilares na região interlamelar e consequentemente com o número de sitos ácidos como foi comentado anteriormente. tais resultados sugerem que a reação de aromatização ocorre preferencialmente nas áreas expostas com o processo de pilarização, ou seja, em superfícies interna e externa, e no espaçamento interlamelar destas argilas, principalmente quando se considera a influência da variação das áreas específica e microporosa. o aumento do volume microporoso é um fator que também provoca um aumento significativo na velocidade da reação de aromatização, pois poros maiores têm a capacidade de processar um maior número de moléculas por unidade de tempo. todos os resultados obtiveram um comportamento linear, valor do coeficiente de determinação (r2) acima de 0,99. figure 8. distribuição dos produtos da reação de decomposição catalítica do óleo de andiroba com relação à área de microporos das argilas pilarizadas. figure 7. distribuição dos produtos da reação de decomposição catalítica do óleo de andiroba com relação ao volume microporoso das argilas pilarizadas. eq3-af 10/9/07 15:36 page 25 referências [1]kwak, b.s., sachtler, w. m.h.;haag, w.o. j. catal., 1994, 149, 465. 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[30]vaughan, d.e.w. catal. today, 2, 1988, 187-198. conclusões com base nos resultados obtidos neste estudo pode-se concluir que o processo de pilarização promove mudanças significativas nas propriedades fisico-químicas das argilas naturais, contribuindo substancialmente com o aumento de sítios de brønsted e lewis na estrutura da esmectita e resistência estrutural a elevadas temperaturas; produzindo assim materiais que atuam como catalisadores na degradação térmica de óleos vegetais. a otimização das propriedades fisico-químicas com o processo de pilarização foi um fator de vital importância na capacidade catalítica apresentada pelas matrizes, uma vez que há uma influência direta dos valores destas propriedades na obtenção de hidrocarbonetos aromáticos, principalmente com os 26 ecl. quím., são paulo, 32(4): 19-26, 2007 d. l. guerra,v. p. lemos, r. s. angélica, c. airoldi influence of pillared clays in the catalitic decomposition of the andiroba oil. abstract: smectite-bearing clay samples from pará state, amazon region, brazil, were used for pillaring process in the present study. the natural and pillarized matrices were characterized using xrd and textural analysis using nitrogen adsorption-desorption isotherms. the ions of intercalation (al13, ti, zr) were obtained through chemical reactions of alcl36h2o/ naoh, titanium ethoxide /hcl, zirconium acetate /hcl solutions. the results showed that the pillarization process increases the basal spacing of the natural clay from 15.6 to 20.64 å and the superficial area from 44 to 358 m2/g (zr-pilc). the thermal stability of the natural clay was improved by the pillaring procedure. the resulting materials were submitted to catalytic process of decomposition of andiroba oil in a fix bed reactor at 673 ± 1 k. the catalytic activity was determined by the product composition resulting from the chemical reactions. the physicochemical parameters of the catalysts were obtained using xrd, ftir and textural analysis. the pillared clays showed higher brønsted acidity, with higher concentration in aromatic hydrocarbons and small concentration of aliphatic hydrocarbons. keywords: pillared clay; al13; smectite. valores obtidos utilizando as argilas pilarizadas com temperatura de calcinação de 723 k. em particular, os resultados fornecidos pela analise textural que demonstrou um comportamento linear relacionada com a produção de hidrocarbonetos aromáticos apontando uma possível ocorrência da reação nas superfícies interna e externa das argilas pilarizadas. pode-se concluir que as argilas pilarizadas com al, ti e zr funcionaram como bons catalisadores na degradação térmica do óleo de andiroba. além da formação de ácidos carboxílicos como produtos primários, foi observada também a formação de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos presentes no meio reacional. recebido em: 07/06/2007 aceito em: 08/11/2007 eq3-af 10/9/07 15:36 page 26 database revista.iq.unesp.br citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click 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marine ecosystems aline amaral madeira+ , ana luiza coimbra silva , brenda martins dias , camila andrade pena , raphael victor costa oliveira pontifical catholic university of minas gerais (puc-mg), 500 dom josé gaspar av, belo horizonte, minas gerais, brazil +corresponding author: aline amaral madeira, phone: +55 31 991807451, email address: madeira.alineamaral@gmail.com article info article history: received: february 11, 2019 accepted: february 18, 2020 published: april 1, 2020 keywords: 1. marine ecosystems 2. sea oil spill 3. cellulose 4. chemical modification 5. adsorption 1. introduction water resources scarcity associated with the occurrence of accidental contaminations of oil and their derivatives spills, mainly caused by petroleum exploration in the 21st century, are themes which merit investigation and substantiate the continuous research efforts to promote the study and development of new technics or technological improvements in favor of the marine ecosystems environmental protection. in brazil, one of the most serious accidents involving the petroleum spill occurred in 2011, in the campos basin, where 588 thousand liters of oil were spilled into the sea. on the international scene, the deepwater horizon platform's accident, considered by many experts like the worst environmental disaster, occurred in the gulf coast and resulted in a sea oil spill of 780 million liters1-3. every year, 600 thousand tons of oil are spilled into the sea. petroleum and their products' spills are considered environmental catastrophes that affect the entire marine ecosystem. fish die from asphyxiation when they come in contact with hydrocarbons and birds suffer from intoxication. moreover, these tragedies affect coastal communities that survive from fishing, among other deleterious effects for the marine ecosystems4-6. marine water resources are one of the great world riches. in brazil, the environmental protection to marine waters is entangled on the federal constitution, the civil code, and environmental crimes laws, which deals of sea oil contamination, regarding preventive, control and inspection measures7. current brazilian legislation abstract: petroleum exploration, as well as environmental impacts descendant of aquatic contaminations involving sea oil spills, foments the development of new technologies of marine ecosystems protection. acknowledged like the most abundant polymer available today worldwide, cellulose is a linear 1.4-βglucan, composed of d-anhydroglucopyranose units, linked together by β-(l→4)-glycosidic bonds. in this study, a chemical modification route of the cellulose polymer was accomplished using glycidyl methacrylate and stearin to test its oily adsorption capacity of soybean, diesel, and residual oils. scanning electron microscopy (sem) and fourier-transform infrared (ft-ir) analyses were applied to the characterization of the morphological and functional structure of microcrystalline cellulose. the results obtained proved the reach of an average hydrophobicity grade of 78.3±0.9% and a mass gain of mg = 2.89%, suggesting the possible insertion of hydrophobic groups onto the cellulose molecule and corroborating the hypothesis of successful grafting of glycidyl methacrylate and stearin onto the polymer. the oily adsorption tests showed a satisfactory capacity of the modified cellulose to adsorb small amounts of viscous oils, like residual oil. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 mailto:madeira.alineamaral@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-1412-2829 http://orcid.org/0000-0002-7741-2148 http://orcid.org/0000-0002-9728-1843 http://orcid.org/0000-0002-0404-3361 http://orcid.org/0000-0003-2076-9354 original article 55 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 54-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 is more punitive than preventive and only came into effect after the impacts caused by environmental accidents that occurred over time with the petroleum exploitation, such as 265/2000 resolution of the conselho nacional do meio ambiente, created after the oil spill in guanabara bay in 20004,8. selection of the most appropriate method to contain oil and their derivatives’ spills is of crucial importance to minimize the environmental impacts to marine ecosystems. among the used techniques are controlled combustion, containment barriers' use, skimmers technology, chemical dispersants or absorbent and adsorbent materials' application. controlled burning is one of the most efficient practices when it comes to removing oil from the sea. however, the method is ecologically unfeasible because, in addition to the release of carbon dioxide, the waste from the combustion of petroleum is highly viscous. if they reach greater depths to the ocean floor, their damage may include environmental damage to water quality and aquatic species. the use of containment barriers and skimmers technology are examples of methods employed that avoid spreading oil beyond the spill origin. it consists of concentrating and directing the oil slick to the region where it is collected, preferably away from the coastal regions. skimmers work as a filtering membrane that collects and separates the oil and water mixture with subsequent oil recovery5,8,9. another technique that can be used to assist the removal of the oils is the chemical dispersants and absorbent materials use. dispersants consist of the application of chemicals (surfactants and solvents) that aid in the fragmentation of hydrocarbon chains into smaller molecules. this process facilitates the formation of droplets which are then consumed by naturally occurring bacteria in the aquatic environment. however, this is a process that does not provide oil recovery. the absorbents are indicated to collect all type of oil and derivatives. they can be found in various forms and absorb up to 25 times their own weight5. adsorption process has been widely used in recent years in the treatment of industrial effluents contaminated by oils, heavy metals, dyes, and other pollutants. it is characterized by the ability of a specific component (adsorbed), dispersed or dissolved in a mixture, to adhere to the surface of a substance, called adsorbent. there are two types of adsorption. physical adsorption also called physisorption and chemical adsorption called chemisorption. the first occurs when the adsorbent and adsorbate realize inter-molecular interactions of the van der waals type. due to the low strength of these interactions, the process is reversible. however, the chemisorption is an irreversible process, once the adsorbed substance makes chemical bonds with the adsorbent to atomic levels10-13. currently, several research lines have been developed with an emphasis on the study of new technologies aiming the biodegradable raw materials use and obtaining of products with different properties for various application potentials. cellulose, a linear 1.4-β-glucan, is the most abundant polymer available today worldwide. it is a linear syndiotactic homopolymer composed of d-anhydroglucopyranose units, which are linked together by β-(l→4)-glycosidic bonds. taking the dimer cellobiose as the basic unit, cellulose can be considered as an isotactic polymer of cellobiose (fig. 1)14. cellulose structure is formed by hydrogen bonds between its hydroxyl groups. like a result of the supramolecular structure, cellulose presents highly ordered regions, crystalline regions, intermediated by less ordered regions, called amorphous regions. due to lower stability, amorphous regions are more accessible to attack by reagents and enzymes15. figure 1. molecular structure of cellulose14. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 original article 56 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 54-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 in microbiology, bacterial cellulose has been applied in the sponges' form in the mining and refining area to collect oil leaks and toxins absorption16. in medicine, cellulose has been applied in the development of new hybrid fibers that may have anti-inflammatory, bactericidal, antifungal and cicatrizing properties17. in the field of nanotechnology, the nano-fibrillated cellulose obtained by the disintegration of the polymer stands out to have singular physical and mechanical properties, such as high density and high resistance to traction and bursting12. scientists have developed research in the organic synthesis area, studying different chemical modification routes of cellulose molecule with focus on increasing its adsorption capacity and development of new properties and functionalities18-26. among them, brum et al.18 synthesized cellulose acetate from bean straw using ethanoyl ethanoate as well as pyridine and 1bromo-2.5-pyrrolidinedione as catalysts. the researchers succeeded in the chemical modification, achieving a hydrophobicity percentage of 93.5% for cellulose acetylated with pyridine and 98.7% for acetylated cellulose with 1bromo-2.5-pyrrolidinedione. macedo21 proposed the hydrophobization of wood pulp fibers of pinus elliotti in a study of the influence of oil sorption using triethoxyvinylsilane and ethanoic acid as reagents. the authors obtained physical sorption of more than twenty grams of oil per each gram of modified cellulose. oliveira23 studied the development of oil adsorbent materials by chemical modification of residues from coffee processing consisting of a high content of fibers (cellulose, hemicelluloses, and lignin) with ethanoyl ethanoate and 1-bromo-2.5pyrrolidinedione, reaching adsorption of circa two grams of oil per gram of modified material. zimmermann24 functionalized cellulose using the 2-methylprop-2-enoic acid 2-oxiranylmethyl ester and 1.3-di(octadecanoyloxy) propan-2-yl octadecanoate reagents for use as an oil adsorbent, obtaining a modified material with a hydrophobicity grade of 87±3%. in this context, having as motivation the historical of aquatic contaminations involving sea oil spills and their malefic impacts to marine ecosystems, the present article aims to investigate the oily adsorption potential of chemically modified cellulose as a possible alternative of application in environmental remediation of marine ecosystems contaminated by oils. 2. experimental the present research mobilized the development of following steps: (1) characterization of a sample of microcrystalline cellulose via scanning electron microscopy (sem) and fourier-transform infrared (ft-ir) analyses; (2) chemical modification of microcrystalline cellulose; (3) ft-ir analysis of chemically modified cellulose; (4) hydrophobicity and mass gain tests of chemically modified cellulose; (5) oil adsorption tests of modified cellulose with soybean, diesel, and residual oils. 2.1 pre-modification characterization via sem and ft-ir analyses a sample of microcrystalline cellulose in nature (synth) was atomized using gold (au) and fixed to the sampler using carbon tape. sem analysis was accomplished in a scanning electron microscope (joel, model jsm-it300). pellets of other sample of microcrystalline cellulose in nature (synth) were prepared using potassium bromide (kbr), with the aid of pestle, mortar, and hand press (shimadzu, model 200-64175). the ft-ir spectrum was obtained in the ir solution software of a spectrometer with 2 cm-1 resolution and 10 scans for sample (shimadzu, model iraffinity-1). 2.2 chemical modification cellulose was functionalized using glycidyl methacrylate (gma) and stearin in triplicate based on the procedure reported by pracella26. the analytical reagents were: propanone (neon); ethanol (synth); stearin (1.3-di(octadecanoyloxy) propan-2-yl octadecanoate) (synth); gma (2methylprop-2-enoic acid 2-oxiranylmethyl ester) (aldrich chemistry); hexane (neon), triethylamine (anidrol), and distilled water. the modification montage was made up with the aid of universal support, heating plate, ball condenser, round bottom flask, and thermometer. a solution of triethylamine/gma (7:3 v:v) was prepared in a 250.0 ml volumetric flask. 60.0 ml of this solution and 12.0 g of dried microcrystalline cellulose, previously weighed on analytical balance (shimadzu, model aw220), were added to the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 original article 57 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 54-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 round bottom flask. the chemical reaction was kept under constant stirring at 90 °c (363.15 k) for a period of 4 h. at the end of stirring and heating period, the material was filtered and washed with ethanol and propanone. then, the flask was transferred to a beaker and was stored at room temperature for 24 h. subsequently, it was dried in a kiln (infinit, model emt-200) and maintained at 100 °c (373.15 k) for a period of 4 h. a solution of ethanol/stearin (95:5 ml g-1) was prepared in a 250.0 ml volumetric flask. 100.0 ml of this solution was added to the functionalized cellulose. next, the modification montage was again made up and the reaction was maintained at (50 °c) 323.15 k for 4 h. after the modification steps, the modified material was filtered again. figure 2 (step i) shows the reaction scheme for the grafting of gma onto cellulose (cell-gma) and (step ii) the reaction scheme for the grafting of stearin onto cell-gma (cell-gma-stearin). figure 2. reaction scheme. 2.3 post-modification characterization via ft-ir analysis modified cellulose pastilles were prepared using kbr, pestle, mortar, and hand press (shimadzu, model 200-64175). the ft-ir spectrum was obtained from the irsolution software in the same spectrometer used for premodification characterization (shimadzu, model iraffinity-1). 2.4 hydrophobicity and mass gain tests cellulose hydrophobicity percentage before and after chemical modification was estimated according the methodology proposed by brum et al.18. in a separation funnel, 1.000 g of microcrystalline cellulose, previously weighed on analytical balance (shimadzu, model aw220), and 20.0 ml of distilled water were added. then, 20.0 ml of hexane was added. the mixture contained in the funnel was kept under constant stirring for 3 min and thereafter, allowed to stand for 5 min. the aqueous phase was removed, and the dried material was weighed on analytical balance. the test was performed in triplicate. the same test was made with modified cellulose. percentage hydrophobicity (h%) of both materials, as well the mass gain achieved in polymeric functionalization were evaluated by the methodology described by brum et al.18. equation 1 was used in h% calculation and eq. 2 was used in mass gain calculation (mg%). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 original article 58 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 54-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 𝐻(%) = ( 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑔) 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑔) ) 𝑥 100 (1) 𝑀𝐺(%) = ( 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑒𝑑 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑔)− 𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑐𝑟𝑦𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑖𝑛𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑔) 𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑐𝑟𝑦𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑖𝑛𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑔) ) 𝑥 100 (2) 2.5 oil adsorption tests oily adsorption tests of microcrystalline cellulose and modified cellulose were accomplished according to methodologies proposed by zimmermann24 and brum et al.18. both materials were tested for their ability to absorb three types of oils: soybean oil, diesel oil, and residual oil. an aliquot resulting from the remaining of frying oil used in the college snack bar was utilized like residual oil. the adsorption capacity was tested for volumes of 20.0 ml, 40.0 ml, and 60.0 ml of oil, individually and separately, in a beaker containing 100.0 ml of water and 1.000 g of material. for that, each oil volume was previously weighed on analytical balance. adsorption was promoted under stirring for 10 min at room temperature (25 °c), in triplicate. subsequently, the materials were allowed to stand to drain oil excess and were weighed analytically. the adsorption efficiency was calculated by eq. 3: 𝐴𝑑𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑦 (%) = ( 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑑+𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡) (𝑔)−𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑔) 𝑜𝑖𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑔) ) 𝑥 100 (3) 3. results and discussion 3.1 characterization analyses the morphology and structure of cellulose were analyzed by sem and ft-ir analyses. figure 3 represents the scanning electron micrographs of microcrystalline cellulose referring to the magnification of 100, 500, 1000, and 3000 times. sem analysis allowed analyzing the morphological structure of the polymer. it was possible to observe a characteristic surface of regular, fibrous, lignocellulosic material with an elongation of the rod type. an agglomerate appearance of sample was verified, which may have been occasioned by fixation of cellulose to the carbon tape, during the preparation of the sample for analysis in the scanning electron microscope (fig. 3b and d). ft-ir analysis allowed studying the structure of the polymer before and after the chemical modification. figure 4 shows ft-ir spectra of microcrystalline cellulose and modified cellulose. the defined band existing in range 3600 to 3000 cm-1 reports the vibrational modes of hydroxyl (oh) groups (3400-3200 cm-1) and stretches of intramolecular (oh) groups (3570-3450 cm-1) presents in microcrystalline cellulose molecule. comparing both two spectra, can be seen (i) intensification of the peak in region 3000 to 2800 cm-1, suggesting the presence of new alkane (ch) groups in the molecule (2924 cm-1); (ii) an intense extra carboxyl (co) peak centered at 1716 cm-1, supporting the formation of bonding between the epoxy moiety of glycidyl methacrylate and cellulose molecule; (iii) an extra peak at 1458 cm-1, corresponding to the stretches of carboxyl (coo) groups (presents in stearin molecule), suggesting the occurrence of reaction between stearin and cell-gma; (iv) extra peaks in the range 1190-1070 cm-1 (1165 cm-1; 1114 cm-1) supporting the hypothesis of insertion of new co groups, arising from glycidyl methacrylate and stearin reagents, onto cellulose molecule. similar results were evidenced by pracella26. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 original article 59 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 54-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 figure 3. scanning electron micrographs of microcrystalline cellulose (a) 100-fold magnification, (b) 500-fold magnification, (c) 1000-fold magnification, and (d) 3000-fold magnification. figure 4. ft-ir spectra of microcrystalline cellulose and modified cellulose. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 original article 60 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 54-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 3.2 hydrophobicity and mass gain tests table 1 shows the hydrophobicity results achieved. after the hydrophobicity test, 100% of the microcrystalline cellulose mass used was in the aqueous phase, and thus, presented 0% of hydrophobicity. zimmermann24 and brum et al.18 also obtained the same hydrophobicity grade for microcrystalline cellulose. meanwhile, it was possible to verify the increase of hydrophobicity for the modified material. the chemical modification route proposed using gma/stearin suggested the insertion of alkyl groups onto cellulose molecule, enabling considerably increase the hydrophobic character of the lignocellulosic material. the increase of hydrophobicity making possible its application in the production of oil adsorbents or manufacture of composites. an average hydrophobicity grade of 78.3±0.9% was obtained, confirming the possible substitution of polar groups, particularly hydrophilic, by apolar groups (hydrophobic). zimmermann24 also functionalized cellulose using gma/stearin obtaining similar hydrophobicity grade 87±3%. it is expected that after reaction, the modified material will present greater molecular mass, due to the grafting of glycidyl methacrylate (mw = 142.15 g mol-1) and stearin (mw = 891.48 g mol-1) onto cellulose molecule. in general, the higher the mass gain, the higher the alkyl groups' grafting rate18. according to obtained results, it was observed a mass gain of mg = 2.89%, suggesting other indicative of the occurrence of chemical modification and, therefore, the possible substitution of hydrophilic groups by hydrophobic groups. in tab. 2 are given the results of the mass gain test. table 1. hydrophobicity test results. material test initial mass (g) final mass (g) hydrophobicity (%) average hydrophobicity (%) microcrystalline cellulose i 1.0 0.001 0.0 0.0 ± 0.0 ii 0.000 0.0 iii 0.001 0.0 modified cellulose i 0.794 79.4 78.3 ± 0.9 ii 0.781 78.1 iii 0.775 77.5 table 2. percentage of mass gain achieved. microcrystalline cellulose mass (g) modified cellulose mass (g) mass gain (%) 36.000 37.041 2.89 3.3 oil adsorption tests oil-adsorbing materials can be used in environmental remediation of marine ecosystems contaminated by oil spills. oily adsorption capacities of microcrystalline cellulose and modified cellulose were tested in the presence of water. soybean oil, diesel oil, and residual oil were used because of their easy obtaining and high hydrophobicity. the obtained results in oily adsorption tests were presented in tabs. 3 and 4. the microcrystalline cellulose, when placed in the water/oil system, immediately passed to water, which makes its use for oil absorption in systems containing water impossible. this result was already expected based on the results obtained by the hydrophobicity test. the ability to absorb soybean, diesel and residual oils was minimal, which corroborates its majority hydrophilic character. resembling results were evidenced by brum et al.18. the modification of cellulose resulted in a substantial increase in the presence of alkyl groups in its molecule, and consequently, an increase in its hydrophobicity/oleophilicity. the results demonstrated that the mass of oil adsorbed per gram of modified cellulose decreases in the order of oils residual > soybean > diesel, indicating the similar behavior for either oil volumes tested. this suggests a larger affinity of modified cellulose to adsorb residual oil to the detriment diesel oil. the adsorption efficiency of modified cellulose decreases in the order of 20 ml > 40 ml > 60 ml of oil volume, suggesting the smaller the amount of oil in test, bigger the adsorption effectiveness. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 original article 61 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 54-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p54-63 oil adsorption results of modified cellulose showed agreement with the reported by duong27 about the relationship between viscosity and the adsorption efficiency. according to the authors, the higher the oil viscosity, the higher the adsorption rate and oil retention in the adsorbent. the adsorption efficiency of residual oil (most viscous) was higher among the analyzed oils. already for the soybean (medium viscosity) and diesel (low viscosity) oils, the adsorption efficiency was lower, as expected. resembling results were evidenced by zimmermann24. table 3. adsorption tests data. table 4. adsorption efficiency results. oil microcrystalline cellulose modified cellulose 20.0 ml oil (%) 40.0 ml oil (%) 60.0 ml oil (%) 20.0 ml oil (%) 40.0 ml oil (%) 60.0 ml oil (%) soybean 0.46 ± 0.19 0.05 ± 0.64 0.05 ± 0.15 62 ± 1 61 ± 4 61 ± 7 diesel 0.51 ± 0.01 1.14 ± 0.07 0.30 ± 0.22 84 ± 1 52 ± 3 42 ± 5 residual 0.01 ± 0.09 0.01 ± 0.29 0.005 ± 0.418 90.7 ± 0.3 64 ± 3 61 ± 7 4. conclusions sem and ft-ir analyses results obtained for microcrystalline cellulose allowed to recognize the morphological structure and the functional groups of the studied polymer. the chemical modification route of the polymer structure via gma/stearin reactions suggested the possible insertion of hydrophobic groups onto the cellulose molecule, corroborated by the reach an average hydrophobicity grade of 78.3±0.9% and a mass gain of mg = 2.89%. ft-ir analysis results of modified cellulose enabled to identify appeared modifications in the chemical structure of the polymer, reinforcing the hypothesis of successful grafting of gma and stearin onto the structure. the oily adsorption tests proved a satisfactory capacity of the modified cellulose to adsorb small amounts of viscous oils, like residual oil. it is expected which the potential of the oil-adsorbing material can be availed in the development of improvements and solutions of environmental remediation of marine ecosystems contaminated by oil spills. 5. acknowledgments the authors would like to acknowledge thaís munique sales leite hipólito of laboratory of instrumental analyses of the pontifical catholic university of minas gerais for her collaboration and technician support. 6. references [1] bisceglia, l., poluição e contaminação ambiental: a 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(ic), moura, j. a. (pg), souza,j. b. (pg), giacometti,l. l. (pg), marchi, m. r.r.(pq), tognolli, j. o. (pq). instituto de química; unesp araraquara são paulo brasil *ggirotto@gmail.com resumo: muitos métodos analíticos estão sendo desenvolvidos visando à determinação de contaminantes orgânicos, especialmente alteradores endócrinos. tais métodos baseiam-se geralmente na extração em fase sólida (spe) seguida por determinação cromatográfica (cg ou hplc). no presente trabalho utilizou-se ferramentas quimiométricas no processo de spe para avaliar os principais fatores que influenciam tal processo e as interações entre os mesmos. foram analisadas matrizes de água subterrânea fortificada com hormônios (17 β estradiol, estrona e 17 β etinilestradiol) e a determinação analítica foi feita por hplc/fluorescência. um planejamento fatorial completo foi utilizado. os fatores escolhidos incluíram: condicionamento da fase sólida, concentração dos analitos, volume da amostra e solvente de eluição. as melhores condições obtidas foram: 500 ml da amostra, condicionamento da fase sólida (c18) com acetona (4ml), metanol (6 ml) e água ph 3(10 ml), e eluição dos analitos com 4 ml de acetona. palvras-chave: alteradores endócrinos; planejamento fatorial; extração em fase sólida. introdução alteradores endócrinos (edcs) ), fármacos ativos (phacs) e produtos de uso pessoal (pcpis) vem despertando grande interesse em estudos ambientais pelo fato de estarem relacionados, dentre outros fatores, ao surgimento de anomalias no sistema endócrino de diversas espécies aquáticas e em seres humanos [1]. dentre os contaminantes que afetam o ambiente aquático, os mais relevantes são os provenientes de efluentes industriais e domésticos, com ou sem tratamento, nos corpos d´água. a contaminação difusa proveniente da agricultura (fertilizantes e pesticidas), bem como a deposição seca e úmida de contaminantes atmosféricos também são relevantes. pesquisas realizadas em diferentes regiões do mundo [3-8] exibem dados que comprovam a presença destes micropoluentes e seus metabólitos em rios, o que denota que os efluentes domésticos ou não estão sendo tratados (realidade presente na maioria dos municípios brasileiros) ou a eficiência do tratamento utilizado não é adequada. estes microcontaminantes podem apresentar efeito biológico em concentrações muito baixas (nanogramas/litro), principalmente a organismos aquáticos. dentre os efeitos mais preocupantes está o fato de apresentarem potencial de alteradores endócrinos. em humanos alguns efeitos como a diminuição no número de espermatozóides em homem e o aumento da incidência de câncer de mama em mulheres tem sido correlacionados com a exposição ambiental a estes compostos. [9]. diversos métodos analíticos vêm sendo desenvolvidos visando à determinação e análise de substâncias como (edcs), (phacs) e (pcpis) em águas [10]. estrógenos produzidos naturalmente por mamíferos, como o 17 ß-estradiol e seus metabólitos, estriol e estrona, excretados principalmente por mulheres em idade fértil e estrógenos sintéticos como o etinilestradiol, usados extensivamente como contraceptivos e ecl. quím., são paulo, 32(2): 61-67, 2007 volume 32, número 2, 2007 62 propósitos terapêuticos (controle da síndrome da menopausa e câncer de próstata) tem tido grande interesse pela comunidade científica [11,12]. uma das etapas mais críticas envolvidas na determinação de estrógenos consiste na prévia extração, isolamento e concentração dos analitos de interesse. umas das técnicas que tem obtido maior êxito para tal processo é a extração em fase sólida (spe) [13]. diversos são os sorventes utilizados na spe de edcs, phas e pcpis em amostras ambientais. dentre as comercialmente disponíveis destacam-se pela grande utilização a contendo o grupo octadecilsilano (c-18) quimicamente ligado à sílica e a fase polimérica polidivinilbenzeno (pedvb) conhecida por sua habilidade e eficiência em reter um grande número de compostos [14]. na spe vários são os fatores intervenientes no sucesso do processo de isolamento e concentração dos analitos. na literatura encontra-se uma profusão de métodos díspares para um mesmo propósito, denotando que o estudo aprofundado da otimização da spe muitas vezes não foi efetuado. verifica-se, a distinção tanto na escolha dos fatores quanto aos níveis selecionados [14-19]. de modo a verificar as interações existentes entre cada etapa do processo buscouse o auxílio da quimiometria, ferramenta útil no planejamento e analise experimental, e que permite a análise multivariada, ou seja, a análise simultânea dos vários fatores, fornecendo dentre outros resultados, os efeitos de interação entre os mesmos. as técnicas de análise estatística multivariada tiveram sua aplicação em química iniciada no brasil no instituto de química da universidade estadual de campinas na década de 1980. a grande expansão destas ferramentas foi acompanhada da expansão de suas aplicações na análise química. dentre alguma de suas aplicações estão inseridas a otimização de processos analíticos na determinação de compostos orgânicos como as técnicas cromatográficas, de análise térmica e de extração e pré tratamento de amostras, envolvendo nesta última a concentração e isolamento dos compostos de interesse [20]. as necessidades da utilização de ferramentas quimiométricas na otimização de processos de extração, concentração e isolamento de substâncias baseia-se no fato de o processo admitir a otimização de uma série de fatores intervenientes e que possam ter interação entre si, suprindo desta forma algumas das lacunas deixadas pela análise univariada. nos trabalhos reportados na literatura, diversos são os fatores considerados na otimização do processo de extração em fase sólida (spe) de compostos orgânicos. dentre eles se encontram o tipo de fase sólida, o volume da amostra, o volume e a composição do solvente de eluição, a temperatura da extração, o ph e a quantidade de sais dissolvidos na amostra. a gama de aplicações de técnicas quimiométricas na otimização da extração por spe é bastante ampla, incluindo diferentes analitos e matrizes, com o por exemplo a determinação de quimioterápicos antimicrobianos em plasma sangüíneo, determinação de ácidos orgânicos em vinhos e ecl. quím., são paulo, 32(2): 61-67, 2007 63 determinação de pesticidas em águas [22,23] . além da spe outros métodos de extração são também utilizados como a microextração em fase sólida (spme). nota-se, nos trabalhos reportados na literatura duas grandes tendências. a primeira envolve uma sondagem inicial geralmente feita a partir de um planejamento fatorial, completo ou fracionado, visando estabelecer os fatores principais na analise para o direcionamento de um estudo mais aprofundado e a segunda tendência é apresentar um segundo planejamento que acrescente informações ao primeiro a partir de experimentos mais específicos como o a construção de superfícies de resposta. a tabela 1, lista o tipo de extração, a fase sólida utilizada, os procedimentos observados e os compostos analisados para uma série de artigos. o presente trabalho consiste na utilização de ferramentas quimiometricas com o objetivo de inferir quais fatores apresentam importância significativa na determinação das melhores condições de spe e conseqüentemente a melhor recuperação para os estrógenos: estrona, 17 ßestradiol e etinilestradiol, cujas fórmulas moleculares são mostradas na figura 1 [24]. têmse também como objetivo verificar a influência nos níveis de cada fator visando estabelecer uma faixa ideal de trabalho para que posteriormente, a partir de estudos mais detalhados possa se estabelecer às condições ótimas para a análise. material e métodos a otimização das condições de extração foi realizada para a fase sólida c-18. os fatores selecionados para o procedimento foram baseados nas diferentes condições observadas na literatura (3-8) e posteriormente comparado ao processo utilizado por nosso grupo de pesquisa, o qual utiliza a metodologia desenvolvida por ternes et al [27] modificada. os fatores selecionados foram: concentração dos analitos, volume da amostra, solvente de eluição e condicionamento da fase sólida. as concentrações foram definidas obedecendo à faixa de resposta linear da técnica hplc/ fluorescência para os estrógenos em questão. a tabela 2 ilustra os fatores escolhidos com seus respectivos níveis. o condicionamento denominado método 1 (hamw) consiste em passar pelo cartucho 6 ml de hexano, 2 ml de acetona, 6 ml de metanol e 10 ml de água ph 3. o condicionamento pelo método 2 (amw) consiste em 4 ml de acetona, 6 ml de metanol e 10 ml de água com ph 3. um planejamento fatorial 24 foi realizado. a ordem de execução dos experimentos foi gerada e randomizada utilizando-se o aplicativo computacional minitab. estrona 17ß – estradiol 17 α – etenilestradiol figura 1: estruturas dos estrógenos que serão estudados [13] ecl. quím., são paulo, 32(2): 61-67, 2007 64 os experimentos foram realizados em oito blocos de dois experimentos cada um escolhido aleatoriamente pelo programa. cada experimento foi realizado em triplicata, analisando-se também uma amostra testemunha (água sem a adição dos estrógenos). instrumentação o sistema analítico utilizado foi um cromatógrafo líquido (varian pro-star 230), equipado com injetor automático (varian 400), e detector de fluorescência (varian 320). a separação cromatográfica foi obtida em uma coluna de fase reversa, c-18 octadesilsilano (phenomenex) de 250 x 4,60 mm d.i. com partículas de 5 microns os dados foram adquiridos utilizando o software varian pro star. o planejamento fatorial e a análise dos dados recolhidos foram realizados utilizando-se o software minitab. reagentes estrona pureza 97,0%, 17-β-estradiol pureza 97,0% e 17-β-estinilestradiol pureza 98% da sigma aldrich. os solventes metanol e acetonitrila da j. t. baker e acetona e hexano da mallickrodt. soluções estoque mistas de 10 mg/ml dos hormônios estrona, 17-β-estradiol e 17-αetinilestradiol foram preparadas em acetonitrila e armazenadas em ambiente sem a presença de luz e a –15 º.c. por diluição, preparou-se as soluções em concentrações adequadas à realização dos experimentos. extração em fase sólida neste estudo foi utilizada água subterrânea, obtida em araraquara (sp), enriquecida com os estrógenos de interesse, nas concentrações previamente escolhidas. o processo de spe foi desenvolvido, utilizando o cartucho accubond c-18 (octadecilsilano), 500 mg de sorvente e 6 ml de reservatório. a fortificação das amostras de água subterrânea foi efetuada adicionando-se 500 ml.l1 de uma solução o padrão mista (contendo os três estrógenos) de concentração conhecida, para a obtenção de água contendo os analitos nos níveis apresentados na tabela 2. figura 2: cromatograma de recuperações. a) recuperação baixa; b) recuperação alta. a amostra de água foi filtrada utilizando membrana de fibra de vidro de 0,45ìm de poro, (schleicher & schuell) e percolada pela fase sólida após o condicionamento. após a eluição dos estrógenos, o eluato foi evaporado até a secura sob fluxo de nitrogênio. o resíduo foi redissolvido em 500ml de acetonitrila, filtrado com filtros millipore transferido para vials de (1,8 ml) analisado por hplc/fluorescência. todas as análises foram efetuadas em triplicata, sendo a quantificação efetuada mediante a comparação com a curva analítica traçada para os estrógenos. condições cromatográficas na análise de estrógenos por hplc, a mistura de solventes mais utilizada, é acetonitrila: ecl. quím., são paulo, 32(2): 61-67, 2007 65 água [29-31]. lopes, em trabalho desenvolvido anteriormente neste grupo de pesquisa [32] otimizou a separação cromatográfica dos estrógenos estudados utilizando gradiente de eluição de acetonitrila (solventea) e água (solventeb), variando de 50:50 (v/v), mantido por 7 minutos, seguida de variação linear até 60:40 (v/ v). resultados e discussão a recuperação dos analitos foi obtida comparando-se a concentração obtida após o ensaio e a adicionada inicialmente. a figura 2 apresenta um cromatograma de duas recuperações realizadas, obtendo-se para a primeira recuperação baixa e para a segunda recuperação alta. os dados de recuperação foram tratados com o programa minitab, o qual através dos gráficos gerados propiciou estimar as condições que apresentaram maior influência para a realização da extração. estrona o gráfico dos efeitos principais (figura 3) para estrona apresenta quais fatores são de maior significância nos resultados finais da análise. as condições melhores são indicadas pelas retas e a inclinação indica o nível de significância, onde o ponto mais alto indica a melhor condição. quanto maior a inclinação maior a variação na resposta causada por aquele efeito. deste modo, para a estrona vemos que há uma variação na concentração, sendo a melhor condição obtida na concentração em nível alto, no solvente de eluição sendo o mais adequado o metanol e no condicionamento apresentando melhores resultados o condicionamento ama. quanto ao volume da amostra percebe-se uma reta com pouca inclinação, o que indica menor influência em relação aos demais fatores, para a análise. entretanto, podese ainda estabelecer o melhor volume como sendo o de 0,5 l. estradiol na figura 4 temos o gráfico referente aos efeitos principais para o estradiol demonstrando que as melhores condições para a extração são: concentração em nível alto, acetona como solvente de eluição e condicionamento pelo método ama e 1 l de amostra. verifica-se pelo gráfico que a variação do solvente de eluição praticamente não apresenta alteração nos resultados da análise, sendo deste modo pouco significativa. etinilestradiol na figura 5 apresenta o gráfico referente aos efeitos principais para a extração do etinilestradiol demonstrando que as melhores condições para a extração são: concentração em nível baixo, acetona como solvente de eluição e condicionamento pelo método ama e 0,5 l de amostra. a partir do gráfico verifica-se que os fatores mais significativos são a concentração e o solvente de eluição. outro ponto de destaque é a melhor condição para o volume como sendo 0,5 l. isto pode ser explicado pelo efeito de arraste do solvente devido ao maior volume de água [33]. outros autores também concluíram que volumes menores podem acarretar em melhores recuperações para etinilestradiol em esgoto [34]. ecl. quím., são paulo, 32(2): 61-67, 2007 figura 5: gráfico dos efeitos principais para etinilestradiol figura 3: gráfico dos efeitos principais para estrona figura 4: gráfico dos efeitos principais para estradiol 66 conclusões a utilização de métodos quimiométricos para a realização do planejamento e tratamento dos resultados se mostrou eficiente, fornecendo informações úteis para a otimização da análise. a partir dos dados gerados podemos estabelecer os fatores que apresentam maior influência para a extração em fase sólida dos analitos de trabalho, para o adsorvente c18. a tabela 3 ilustra as melhores condições obtidas no ensaio para a extração dos três hormônios. como os procedimentos descritos na literatura apresentam variações nas condições da extração, pode-se a partir dos dados obtidos padronizar este procedimento, evitando desta forma analises que promovam resultados não satisfatórios, resultando também em economia de tempo e material de consumo. recebido em: 16/03/2007 aceito em: 05/06/2007 ecl. quím., são paulo, 32(2): 61-67, 2007 referências [1] c. g.daughton, t. a. ternes, j. am. soc. mass spectrom. 12 (2001) 1067 [2]http://www.igm.ineti.pt/edicoes_online/ diversos/agua _subterranea/aguaterra.htm acesso em: 09 mai. 2005. 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[25]. ferreiros, n.; iriarte, g.; alonso, r. m.; jimenez r. m.; talanta 69 (2006) 747 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitor de pós-graduação joão lima sant’anna neto pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | 43 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 43-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 application of a ternary phase diagram to the liquid-liquid extraction of ethanoic acid using ethyl ethanoate aline amaral madeira+ pontifical catholic university of minas gerais (puc-mg), 500 dom josé gaspar av, belo horizonte, minas gerais, brazil + corresponding author: aline amaral madeira, email address: madeira.alineamaral@gmail.com article info article history: received: january 21, 2019 accepted: march 9, 2019 published: july 4, 2019 keywords: 1. ethanoic acid 2. liquid-liquid extraction 3. ternary phase diagram 4. binodal curve 5. tie-lines 1. introduction ethanoic acid (c2h4o2) is one of the most widely used and important carboxylic acids in the world. its wide range of applications includes its use as a raw material in the production of polymers derived from vinyl acetate, purified terephthalic acid, and esters of acetic anhydride and acetate, and as a solvent in the production of cellulose acetate and in the manufacture of pharmaceutical products1,2. its global market demand was 13 million tons in 2015 and is forecast to reach 18 million tons by 20203. the separation of the mixture of ethanoic acid and water is of great economic importance but is particularly difficult because it forms a pinch azeotrope. it is not a real azeotropic mixture, but the equilibrium concentrations of its constituents are very close and therefore requires many stages. for mixtures with concentrations below 40% ethanoic acid, the liquid-liquid extraction process is the most appropriate1. liquid-liquid extraction (lle) is an important unitary operation employed in the chemical industry due to its high efficiency and low energy consumption and environmental impact. it is one of the most important mass transfer processes in chemical engineering and an alternative method to distillation4. its efficiency is based on the physical and chemical properties of a solvent (organic phase) used to separate, purify or concentrate a certain constituent of an aqueous phase5,6. to design and optimize the lle, liquid-liquid equilibrium data provided by ternary phase diagrams involving a solubility curve and tie-lines are required5. from the industrial point of view, abstract: this article describes the liquid-liquid equilibrium of the extraction process of ethanoic acid (c2h4o2) in aqueous phase using ethyl ethanoate as the solvent. the liquid-liquid extraction was modeled by the construction of a ternary phase diagram for the water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system using the origin software. the equilibrium data were experimentally obtained by titration at room temperature (298.15 k) and atmospheric pressure (101325 pa) using four mixtures of water, ethanoic acid, and ethyl ethanoate. the determination of the composition of the extract and residue portions in the equilibrium of each mixture by of the tielines method allowed to examine the percentages of liquid-liquid extraction achieved. the distribution coefficients and separation factors calculated, made it possible an evaluation of the distribution and of the mutual solubility of the solute in the aqueous and organic phases. the results showed a good performance of ethyl ethanoate in the extraction of ethanoic acid for concentrations of solute until 16% of the feed. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 mailto:madeira.alineamaral@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-1412-2829 original article 44 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 43-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 knowledge of phase equilibrium is essential in modern process design and control methods4. liquid-liquid equilibrium studies of systems composed of water, phenolic compounds and organic solvents are necessary for the evaluation of industrial units for solvent extraction processes7. the equilibrium behavior of a three-component liquid-liquid system is typically described using a ternary phase diagram where experimental solubility data are plotted as points, which in turn lie in the binodal curve. the ternary phase diagram consists of an equilateral triangle where each side is divided into equal parts, corresponding to the mass fractions of each component of the system. the sides of the triangle represent the binary mixtures, while the vertices correspond to the pure components. within the binodal curve, the biphasic liquid region is located, as well as the tie-lines that join the extract and residue streams in equilibrium, and outside, the homogeneous phase region8-10. the spectrum of potential solvents for separation processes involving liquid-liquid extraction includes ethyl ethanoate, which has excellent properties for industrial applications, as well as being environmentally friendly and low cost, low toxicity and chemical stability11. ethyl ethanoate has low toxicity compared to most organic solvents (benzene, toluene, chloroform) and its saturation temperature is considerably lower than other low toxicity solvents12. in this context, based with the increasing worldwide demand for ethanoic acid, as well as in advantages of the use of ethyl ethanoate, the present article aims at studying the application of ternary phase diagram to the liquid-liquid extraction of ethanoic acid from aqueous phase using ethyl ethanoate as the solvent. 2. materials and methods 2.1 binodal curve construction the liquid-liquid extraction process of ethanoic acid (c2h4o2) realized was modeled by the construction of a ternary phase diagram for the water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system at room temperature (298.15 k) and atmospheric pressure (101325 pa). initially, six points of the binodal curve for the water-rich phase were created by titration with ethyl ethanoate using 25.00 ml of water and the volumes of 0.00; 2.00; 4.00; 6.00; 8.00, and 10.00 ml of ethanoic acid in each point. the volumes of ethyl ethanoate, required for the turbidity of the aqueous solution containing ethanoic acid, were experimentally obtained and presented in table 1. subsequently, more seven points were created for the ethyl ethanoate-rich phase. for this, 25.00 ml of ethyl ethanoate and 0.00; 2.00; 4.00; 6.00; 8.00, 10.00 and 12.00 ml of ethanoic acid were used. the water expenses volumes were presented in table 2. table 1. experimental data of water-rich phase at t = 298.15 k under p = 101325 pa. point volumes (ml) water ethanoic acid ethyl ethanoate 1 25.00 0.00 2.50 2 2.00 3.50 3 4.00 4.50 4 6.00 7.00 5 8.00 10.40 6 10.00 15.90 table 2. experimental data of ethyl ethanoate-rich phase at t = 298.15 k under p = 101325 pa. point volumes (ml) ethyl ethanoate ethanoic acid water 7 25.00 0.00 0.90 8 2.00 2.40 9 4.00 4.00 10 6.00 7.00 11 8.00 10.60 12 10.00 16.40 13 12.00 23.80 2.2 tie-lines obtention four mixtures (a, b, c, and d) were prepared using the volumes of water, ethanoic acid, and ethyl ethanoate described in table 3. the preparation of each them was realized with magnetic agitation for 10 minutes at room temperature (298.15 k). then, each mixture was submitted to one stage of extraction, compound by contact and separation. the ternary systems were made in contact by vigorous agitation in a separation funnel of 60.0 ml and were kept in repose for 5 minutes. the aqueous and organic phases were separated for a posterior measure of mass and volume. aliquots of 5.00 ml of each phase were titrated with sodium hydroxide solution (naoh) 1 mol l-1 using 3,3-bis(4-hydroxyphenyl)2-benzofuran-1-one (c20h14o4) as the indicator. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 original article 45 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 43-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 the volumes of naoh expensed in each titration were presented in table 4. table 3. data survey for tie-lines obtention. component volumes of the mixtures (ml) a b c d ethyl ethanoate 25.00 25.00 25.00 25.00 ethanoic acid 8.00 5.00 2.00 4.00 water 17.00 20.00 23.00 21.00 table 4. titration data of the mixtures a, b, c, and d at t = 298.15 k under p = 101325 pa. mixture aqueous phase organic phase volume (ml) mass (g) volume naoh (ml) mols naoh/10 -3 (5 ml) volume (ml) mass (g) volume naoh (ml) mols naoh/10 -3 (5 ml) a 17.00 15.79 14.30 14.30 33.00 30.47 14.40 14.40 b 21.50 21.02 9.40 9.40 25.00 23.08 9.10 9.10 c 25.00 24.26 3.60 3.60 25.00 23.07 3.30 3.30 d 25.00 22.47 7.73 7.73 26.00 24.05 7.00 7.00 2.3 plotting the equilibrium data the ternary phase diagram of water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system was built using the origin software from of equilibrium data obtained in items 2.1 and 2.2. the volumes were converted in mass using the densities of each component at 298.15 k (ρethanoic acid = 1.052 g ml-1; ρethyl ethanoate = 0.901 g ml-1; and ρwater = 0.997 g ml-1). the diagram was used to study the liquid-liquid extraction process of ethanoic acid (c2h4o2) from aqueous phase with the use of ethyl ethanoate as the solvent. 3. results and discussion the equilibrium compositions in the binodal curve (in mass fraction) for each component of the water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system at 298.15 k and 101325 pa were given in table 5. the same results were plotted in figure 1. the area of the biphasic liquid region obtained results from the mutual solubility of the solute (ethanoic acid) in the aqueous and organic solvent (ethyl ethanoate). table 5. mass fractions of the compounds of the ternary system at t = 298.15 k under p = 101325 pa. phase binodal curve point water ethyl ethanoate ethanoic acid waterrich 1 0.9171 0.0829 0 2 0.8258 0.1045 0.0697 3 0.7510 0.1222 0.1268 4 0.6639 0.1680 0.1681 5 0.5836 0.2194 0.1970 6 0.5008 0.2878 0.2114 ethyl ethanoaterich 7 0.4030 0.3826 0.2144 8 0.3310 0.4560 0.2130 9 0.2546 0.5427 0.2028 10 0.1949 0.6289 0.1762 11 0.1298 0.7332 0.1370 12 0.0886 0.8336 0.0779 13 0.0383 0.9617 0 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 original article 46 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 43-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 figure 1. ternary phase diagram of water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system with binodal curve at t = 298.15 k under p = 101325 pa. the titration reaction involved in the volumetric analysis of ethanoic acid determination in each of the phases of the mixtures a, b, c, and d was presented in equation 1. since the reaction is 1:1, at the point of equivalence, the molar amount of ethanoic acid was equal to the sodium hydroxide. the formation of the reaction product, the acetate conjugate base (ch3coo-), was easily identified by the use of the indicator 3,3-bis (4hydroxyphenyl)-2-benzofuran-1-one (c20h14o4), which has a transition zone in the alkaline region. 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝑂𝐻− ↔ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂− + 𝐻2𝑂 (1) the mass fractions of ethanoic acid (mw 60.052 g mol-1), calculated from the equivalence of the number of moles of sodium hydroxide, as well as the mass fractions for the other components of the ternary system, found directly in the obtained diagram, were given in table 6. the results obtained were plotted in figure 2, where the tielines of each mixture were drawn. table 6. mass fractions of the tie-lines of the ternary system at t = 298.15 k under p = 101325 pa. mixture aqueous phase organic phase ethanoic acid water ethyl ethanoate ethanoic acid water ethyl ethanoate a 0.1849 0.6253 0.1905 0.0965 0.0978 0.8055 b 0.1155 0.7652 0.1201 0.1018 0.1026 0.7928 c 0.0446 0.8558 0.0973 0.0430 0.0680 0.8890 d 0.1033 0.7849 0.1126 0.0874 0.0907 0.8225 figure 2. ternary phase diagram of water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system with the tie-lines corresponding to mixtures a, b, c, and d at t = 298.15 k under p = 101325 pa. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 original article 47 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 43-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 the results obtained in the study of liquid-liquid extraction for the water/ethyl ethanoate/ethanoic acid ternary system were summarized in figure 3. the ethyl ethanoate free-base feed composition was represented by f point (water/ethanoic acid/ethyl ethanoate = 0.84/0.16/0) and extractor solvent (pure) was represented by b point (water/ethanoic acid/ethyl ethanoate = 0/0/1). the intersection between the fb segment and the tieline corresponding to the d mixture was represented by the m point, which in turn binds the extract (e) and residue (r) phases in equilibrium in the binodal curve. the equilibrium composition of the e and r phases in the mass fraction of ethanoic acid was of ye = 0.098 and xr = 0.102, respectively. figure 3. ternary phase diagram of water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system for mixture d at t = 298.15 k under p = 101325 pa (where f: feed; b: solvent; m: f + b mixture; e: extract, and r: residue). the distribution coefficients (d) and the separation factors (s) for mixtures a, b, c, and d were calculated to evaluate the efficacy of extraction of ethanoic acid by the organic solvent (ethyl ethanoate) by equation 2. the separation factor, which is a measure of the ability of a solvent to separate a solute from water, was defined as the ratio between the ethanoic acid (d2) and water (d1) distribution coefficients, respectively. the experimental values of the distribution coefficients and separation factors, for each mixture of the ternary system, were listed in table 7. 𝑆 = 𝐷2 𝐷1 = 𝑥𝐸𝐴,𝐸𝐸 𝑥𝐸𝐴,𝑊 ⁄ 𝑥𝑊,𝐸𝐸 𝑥𝑊,𝑊 ⁄ (2) where: s = separation factor; d1 = distribution coefficients for water; d2 = distribution coefficient for ethanoic acid; xea,ee = mass fraction of ethanoic acid in the ethyl ethanoate-rich phase; xea,w = mass fraction of ethanoic acid in the waterrich phase; xw,ee = mass fraction of water in the ethyl ethanoate-rich phase; xw,w = mass fraction of water in the water-rich phase. table 7. distribution coefficients for water (d1) and ethanoic acid (d2) and separation factors (s) at t = 298.15 k under p = 101325 pa. system mixture d1 d2 s water + ethanoic acid + ethyl ethanoate a 0.16 0.52 3.34 b 0.13 0.88 6.57 c 0.08 0.96 12.13 d 0.12 0.85 7.32 the organic solvent chosen was found to have shown satisfactory separation factors (i.e. > 1), indicating its ability to extract ethanoic acid from water. the results demonstrated that the separation factor decreases in the order of the mixtures c > d > b > a. for the ternary system, increasing the ethanoic acid content in the mixtures decreased the separating ability of ethyl ethanoate. the ethanoic acid distribution coefficients showed values higher than the water distribution coefficients, suggesting a higher preference of the solute to be distributed in the organic phase than in the aqueous phase. the percentages liquid-liquid extraction (%lle) of ethanoic acid in water were determined for each mixture by tie-lines method and equation 3 and can be checked in table 8. the results suggested that the percentage extraction decreases in the order of the mixtures d > b > c > a, indicating that, for concentrations of ethanoic acid greater than 16% in f, there was a reduction in the solvent extraction capacity. in short, ethyl ethanoate showed good performance in extracting ethanoic acid from the aqueous phase of the mixtures. %𝐿𝐿𝐸 = ( 𝑥𝐹𝐹− 𝑥𝑅𝑅 𝑥𝐹𝐹 ) 𝑥 100 (3) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 original article 48 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 43-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p43-49 where: xf = feed mass fraction; xr = residue mass fraction; f = feed mass; r = residue mass. table 8. percentage liquid-liquid extraction (%lle) of ethanoic acid in the mixtures a, b, c, and d mixture 𝒙𝑭 𝒙𝑴 𝒙𝑹 𝒚𝑬 𝑭 𝑴 𝑹 𝑬 %𝑳𝑳𝑬 a 0.3318 0.1757 0.1849 0.0965 25.3650 47.8900 42.9255 4.9645 5.69 b 0.2087 0.1102 0.1155 0.1018 25.2000 47.7250 29.3135 18.4115 35.63 c 0.0840 0.0442 0.0446 0.0430 25.0350 47.5600 36.8250 10.7350 21.94 d 0.1673 0.0883 0.1033 0.0874 25.1450 47.6700 2.6190 45.0510 93.57 in practice, it is believed that for mixtures with higher solute contents, the desired extraction percentage can be achieved by adopting mass transfer optimization strategies. among them: an increase in the number of stages (contact and separation); an increase in the driving force of the process; favoring the flow of material of interest; increase in a concentration gradient etc. 4. conclusions the application of construction of a ternary phase diagram in the study the liquid-liquid extraction of the water/ethanoic acid/ethyl ethanoate system was quite satisfactory. the obtention of the equilibrium data of the ternary system made it possible an evaluation of the distribution and of the mutual solubility of the solute in the aqueous and organic phases. the determination of the composition of the extract and residue portions in the equilibrium of each mixture by of the tie-lines method allowed to examine the percentages of liquid-liquid extraction achieved by ethyl ethanoate. the acting of the solvent was evaluated by calculations of separation factors and percentage extraction, showing its good performance as an extractor solvent of ethanoic acid in the aqueous phase at room temperature and atmospheric pressure. 5. references [1] garcía, n., caballero, j. a., economic and environmental assessment of alternatives to the extraction of acetic acid from water, industrial & engineering chemistry research 50 (2011) 1071710729. https://doi.org/10.1021/ie201064x. 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on the other hand, complexes comprising the same oxygen donors showed no correlation at all1. so far as we know, correlations between x-ray structural data for the solid complexes and their stability constants in solution have not been reported. very recently, an attempt to correlate bond lengths (in solids) and stability constants (in solution) involving organometallic complexes has been published2. however, the work is quite restricted (explicitly, only two solid complexes – and these are not directly comparable – are considered). furthermore, the goal stated by the authors2 namely, to establish correlations between solid structures and their corresponding thermodynamic data in solution was certainly not achieved. the present article deals with x-ray data for the solid complexes of general formula cocl2l2, where l = triphenylphosphine oxide (tppo), benzyldiphenylphosphine oxide (bdppo), dibenzylphenylphosphine oxide (dbppo) or tribenzylphosphine oxide (tbpo) as well as with formation constants of these complexes in acetone medium, at 25 °c. 2. materials and methods solid complexes, appropriate for x-ray examination were prepared as previously described3. equipment used for collection of x-ray diffraction data, measurements of diffraction abstract: binary complexes of general formula cocl2l2, where l = triphenylphosphine oxide (tppo), benzyldiphenylphosphine oxide (bdppo), dibenzylphenylphosphine oxide (dbppo) and tribenzylphosphine oxide (tbpo) were considered concerning x-ray structural data for the complexes in the solid state and their stability constants in acetone solution. compatibility between structural data and stability constants are pointed out. previous investigations showed that in acetone medium, with cocl2 as reference acceptor, the following basicity order is obeyed: tbpo > dbppo > bdppo > tppo. this sequence is supported by x-ray diffraction data of the solid complexes and by electrolytic conductance values for these complexes both in acetone and in nitromethane media. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p53-55 mailto:amassabni@uol.com.br https://orcid.org/0000-0002-4190-1505 original article 54 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 53-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p53-55 intensities, solution and refinement of the diffraction data were already described4, 5. spectra in the visible region and absorbances at fixed wavelengths have been gathered as described elsewhere6. stability constants for the equilibria: cocl2 + 2l ⇄ [cocl2l2] and hence: 2= [cocl2l2] [cocl2][l] 2 were determined at 25 °c in acetone medium by combining the spectrophotometric method of the corresponding solutions with the fronaeus’ computation technique6. 3. results and discussion relevant results from both x-ray examination and stability constants given in table 1 indicate that in acetone medium, and with cocl2 as a reference acceptor the following basicity order holds7, 8: tbpo > dbppo > bdppo > tppo. table 1: main bond (å) and angles (°) for the coordination sphere of the complexes and their stability constants in acetone medium. ligand co-o1 co-o2 p-o1 p-o2 o-co-o ref. logβ2 ref. tppo 1.997 2.001 1.500 1.498 100.04 9 6.82 6 bdppo 1.977 1.977 1.513 1.513 100.25 5 7.31 7, 8 dbppo 1.974 1.974 1.529 1.529 103.07 5 8.06 7 tbpo 1.937 1.920 1.505 1.547 104.98 4 8.10 7 these results are in line with the x-ray data for the solid complexes, i.e., the stronger the donor, the shorter the co-o distances (stronger coordination) and the greater the p–o lengths. the sole exception is one of the p-o distances concerning the tbpo complex. the reason for this is unknown. the above basicity sequence has been further confirmed by conductivity data of the complexes both in acetone10 and in nitromethane3 (in this last solvent, only data for the bdppo, dbppo and tbpo complexes are available). in a previous investigation8, no simple correlation was found between the co-o stretching frequencies (infrared) of the solid complexes and their stability constants in acetone solution. 4. conclusions the basicity sequence for the phosphine oxides considered herein has been substantiated both by x-ray diffraction data of the corresponding cobalt(ii) solid complexes and by their stability constants in acetone medium. the aim of this article is also to foster other people in searching possible connections between the structure of solid complexes (even in solution, through x-ray scattering and diffraction data; see e. g. ref. 11) and their stability constants in liquid media. 6. references [1] cotton, f. a., the infrared spectra of transitional metal complexes, modern coordination chemistry (lewis, j. and wilkins, rg., ed.), interscience, new york, 1960. p. 386. 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maria giacheti pró-reitora de pós-graduação maria valnice boldrin pró-reitor de pesquisa edson cocchieri botelho pró-reitor de extensão universitária e cultura raul borges guimarães pró-reitor de planejamento estratégico e gestão estevão tomomitsu kimpara instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | 40 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 electrochemical remediation of industrial pharmaceutical wastewater containing hormones in a pilot scale treatment system ruiter lima morais1, luane ferreira garcia1 , emily kussmaul gonçalves moreno1, douglas vieira thomaz1 , laís de brito rodrigues1, lara barroso brito1, germán sanz lobón2, gisele augusto rodrigues de oliveira1 , marcella ferreira rodrigues2, boniek gontijo vaz2 , eric de souza gil1+ 1 federal university of goiás, faculty of pharmacy, goiânia, goiás, brazil 2 federal university of goiás, institute of chemistry, goiânia, goiás, brazil + corresponding author: eric de souza gil, phone: +55 62 3202-1278, e-mail address: ericsgil@gmail.com article info article history: received: september 25, 2018 accepted: november 26, 2018 published: january 28, 2019 keywords: 1. algestone acetophenide 2. estradiol enanthate 3. electrocoagulation remediation 4. ecotoxicity 5. mass spectrometry 1. introduction the residual drugs disposal from pharmaceutical and domestic sources is encompassed among the anthropogenic actions of greater environmental impact1. hence inefficient wastewater treatment, emerging pollutants such as drugs and their metabolites are able to reach water bodies and soil, therefore leading to environmental and health hazards2. residual drugs are usually found in the environment at concentrations of μg l-1 (ppb) or ng l-1 (ppt)3, this chronic exposure to subtoxic doses of the drug may result in a number of undesirable effects on both the human organism and the environment4. studies demonstrate the relationship between residual drugs and health problems, which vary upon the class, mental disorders, sexual dysfunctions5 (santos et al. and resistance to antibiotics6 are some illustrative examples). in this context, owing to the widespread occurrence, synthetic hormones are considered major threats. moreover, such compounds present high stability, being invulnerable to common abstract: the elimination of residual drugs from pharmaceutical and domestic sources is a growing concern, as they are able to reach water and soil resources and can present environmental and health risks even in very low concentrations. traditional water and wastewater treatment systems have not been efficient in the removal of these compounds, evidencing the importance of the development of new remediation methods. in view of the applicability and versatility of electrocoagulation techniques in the removal of pollutants, the aim of this work is to evaluate the parameters: biochemical oxygen demand (bod), chemical oxygen demand (cod), color, turbidity, algestone acetophenide (aac) and estradiol enanthate (een) using a pilot treatment system, as well as phytotoxicity and brine shrimp toxicity. the study showed good removal efficiency, comprising remarkable remediation performance assayed through bod (61.5%), cod (58.6%), color (83.1%), turbidity (96.7%), aac (77.0%) and een (56.7%) after 30 minutes. for toxicity, raw effluent was considered more phytotoxic for lettuce and cucumber seeds when compared to treated effluent. the results suggest that the pilot prototype was promising, providing an increase in both the germination potential and the root growth of the seeds (lactuca sativa and cucumis sativus) and a significant decrease in the acute toxicity to artemia salina. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 mailto:ericsgil@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-2922-8119 http://orcid.org/0000-0003-0000-3466 http://orcid.org/0000-0002-0758-2707 http://orcid.org/0000-0003-1197-4284 http://orcid.org/0000-0001-9161-0127 original article 41 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 remediation methods, leading to their omnipresence in pharmaceutical wastewaters7, 8. the synthetic hormones aac and een are worldwide consumed drugs used as contraceptive and anti-inflammatory agents9. once these steroids are metabolized in the body, their metabolites are excreted through the urine/feces and dumped in wastewater treatment plants (wwtp)10 though steroids like aac and een have been mostly omitted by environmental legislation, they represent a real risk to the environment and human healthy11. therefore, great effort has been done in order to improve the efficiency of current remediation processes12. the presence of steroids and their metabolites in aquatic and terrestrial environments can be explained by their non-biodegradable nature, recalcitrance, and by continuous release in environment, which is nonetheless much superior than their removal, henceforth characterizing them as “pseudo-persisted”. thus, conventional biological and chemical treatments become ineffective13, 14. another limiting factor of biodegradation is related to the interconversions between steroids caused by some microorganisms15. the use of different advanced oxidation processes (aop) involving fenton, photocatalysis, uv-h2o2, ozone, ozone-uv, plasma-based processes and sonolysis as promising technologies to deal with some environmental problems has been intensely investigated worldwide by numerous researchers16, 17. even though aops appear to be promising and attractive options, handicaps like as high costs (energy, inputs), sustainability (resource use, carbon footprint), byproduct formation and experimental level still prevent them from being widely used18, 19. therefore, the use of renewable energy sources to supply processes, the development of less expensive hardware and electrodes and more versatile systems are needed to diffuse and launch the industrial application of these technologies20, 21. hence biodegradation and aops limitations to promote steroids removal in waterbodies effluents, methods such as electroremediation by electrocoagulation (ec) are becoming increasingly used due to their wide applicability, low cost and high efficiency. electrocoagulation is constituted by three main steps: (1) oxidation/reduction reactions at electrode surface, (2) generation of coagulating agents from aluminum or iron (steel) electrodes immersed in the aqueous solution, (3) adsorption of soluble or colloidal pollutant particles on coagulants, and removal by sedimentation and/or flotation. these processes can efficiently mop up pollutants, which would be otherwise unable to undergo degradation through biological remediation methods22, 23. owing to electrocoagulation techniques applicability in treatment of industrial wastewater, the aim of this work is to assess the improvement of bod, cod, color and turbidity parameters of treated pharmaceutical wastewater, as well as the removal of synthetic hormones aac and een using a pilot electrocoagulation treatment system. in order to evaluate the effluents toxicity, tests concerning phytotoxicity and acute toxicity with artemia salina were henceforth performed. 2. materials and methods 2.1 pilot scale treatment system (psts) the pilot scale prototype consisted in square aquarium, made in acrylic material, presenting the following dimensions: 38 cm long, 24 cm wide and 30 cm high, in which 16 stain steel 1020 electrodes (20 x 27 x 6.35 cm each) with 1,728 cm2 of total surface were equally distributed (figure 1). the raw effluent sample used was collected in pharmaceutical industry, dedicated to the production of hormonal drugs in goiânia-brazil, and the initial treatment conditions were: electric current 14.9-15.4 a (direct current – dc); applied potential of 26.5-26.8 v. the inversion of polarity between cathode and anode was performed every 20 minutes. temperature and electrical parameters were monitored during the treatment regimen/experiment at 10, 20 and 30 minutes. the temperature shifts were monitored in an infrared temperature tester thermometer gm300 (benetech, shenzhen jumaoyuan science and technology co., ltd, shenzhen, china), whereas the current and potential with a digital clamp ac/dc voltmeter f203 (chauvin arnoux metrix, france). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 42 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 figure 1. pilot scale treatment system. electrical conductivity, color, bod, cod, ph, and turbidity were monitored in this study since they are good indicators of wastewater quality. the tests were performed according to the techniques recommended by the standard methods for the examination of water and wastewater24. some characteristics of synthetic hormones studied are summarized in table 1. table 1. some characteristics of the synthetic hormones studied. acetophenide algestone25 estradiol enanthate26 structure solubility (mg l-1) (estimated by log kow) 0.02864 0.006894 log kow 5.53 7.40 the experiment was performed in triplicate (t1, t2 and t3) from the same industrial effluent sample and no additions of chemical compounds were made for correction purposes. 2.2 mass spectrometry analysis mass spectrometry (ms) analysis was carried out in a mass spectrometer microtof iii (brucker daltonics, bremen, germany) equipped with a commercial esi source (brucker daltonics, bremen, germany). samples were methanoldiluted to a (1:1000) ratio, followed by acidification with 0.1% formic acid. the resulting solution was directly injected with a flow rate of 4 μl min−1, all analyses were performed in the positive full scan mode (m/z 100–1000). esi(+) source conditions were as follows: nebulizer nitrogen gas temperature and pressure of 2.0 bar and 200 °c, capillary voltage of -4 kv, transfer capillary temperature of 200 °c; drying gas of 4 l min−1; end plate offset of -500v; skimmer of 35v and collision voltage of -1.5v. each spectrum was acquired using 2 microscans per second for one minute. the resolving power (m/δm50% 16.500,00, where δm50% is the peak full width at half-maximum peak height). mass spectra were acquired and processed with data analysis software (brucker daltonics, bremen, germany). a quantification method by ms was also designed focusing the assessment of pilot scale treatment system efficiency. to avoid matrix effect, calibration curves for aac using gestodene as secondary standard were constructed. the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 43 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 quantification was possible through calculation of the relation between gestodene and aac, therefore measuring the intensity in several defined concentration for wastewater and treated water. to develop calibration curves, 1 mg ml-1 aac and gestodene stocks solutions in methanol were prepared and subsequently diluted to concentrations: 0.5; 2.0; 3.5; 5.0; 6.5 mg l-1. in 500 μl of water sample was added the appropriate volume of the stock solution and finally was added the 0.1% formic acid to helped in ionization process. chemicals used were all of acs grade, and purchased from sigma-aldrich, they were used without any further purification. ms and high performance liquid chromatography (hplc) grade solvents were purchased from j.t. baker. 2.3 ecotoxicity tests the ecotoxicity tests were performed only on the sample that presented the best result of removal of estrogenic compounds. 2.3.1 phytotoxicity tests lettuce (lactuca sativa) and cucumber (cucumis sativus) seeds were purchased from an agriculture local supplier. the seed germination and root elongation test on filter paper was performed according to the us environmental protection agency27 seed germination/root elongation toxicity test. before the test, the seeds were sterilized with 0.1% sodium hypochlorite solution for 10 min and then rinsed several times in distilled water to prevent fungal growth. ten seeds of each species were exposed on filter paper (whatman 2) containing 2.5 ml of raw or treated effluents at 6.25, 12.5, 25, 50 and 100% (v/v) and placed in a petri dish. distilled water was used as negative control and zinc sulfate heptahydrate (znso4.7h2o; 10 mg ml-1) as positive control. three plates per concentration were prepared and incubated in complete darkness in a growth chamber at 25 ± 1 ºc for 120 h. after this exposure time, the number of germinated seeds was counted, and the length of the root measured. tests were only considered valid if 80% of control seeds had germinated and the roots size was at least 5 cm long. the percentage of relative seed germination was calculated by dividing the number of seeds germinated in the exposed groups by the number of seeds geminated in the negative control. the percentage of relative root elongation was calculated by dividing the mean root length in raw or treated effluents exposures by the mean root length in the negative control. 2.3.2 brine shrimp toxicity assay the brine shrimp bioassay was performed based on the meyer28 method and oecd guideline 20229 with modifications. brine shrimp (artemia salina) nauplii were obtained by hatching dehydrated cysts in artificially prepared seawater (3.5% commercial marine salt [blue treasure®] in deionized water) at 27 ± 1 °c, under continuous light and aeration for 48 h. for the test, 20 nauplii divided into 4 groups of 5 organisms each, were exposed to 2 ml of raw and treated effluents at 6.25; 12.5; 25; 50 and 100% (v/v). all test solutions were prepared in artificial seawater. microplates were incubated in the dark in a climatic chamber for 48 h at 27 ± 1 °c. artificial seawater was used as the negative control and 10 mg l-1 dodecyl sulfate sodium salt (sds) as the positive control. after 24 and 48 h, the number of dead nauplii (immobility) in control and exposed groups was counted. the percentage of immobility induced by the effluents was compared with that of the control group. the test was considered valid if the immobilization rate was less than 10% in the negative control group29. 2.3.3 statistical analysis ecotoxicity tests were evaluated using anova and dunnett’s post hoc test using the graphpad prism program. each experimental value was compared with its corresponding control. statistical significance was accepted at p < 0.05. toxicity was expressed as effective (ec50) and lethal (lc50) concentrations with their 95% confidence limits. 3. results and discussion 3.1 physicochemical data and removal efficiency the electrics conditions in treatment system are showed on table 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 44 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 table 2. electrical conditions during the tests with the pilot system. time (min) temperature (°c) voltage (v) current (a) t1 t2 t3 av sd t1 t2 t3 av sd t1 t2 t3 av sd 0 28.0 27.9 28.2 28.0 0.2 26.8 26.5 26.6 26.6 0.2 15.4 14.9 15.3 15.2 0.3 10 29.0 28.5 28.9 28.8 0.3 25.5 25.1 25.4 25.3 0.2 26.0 24.0 25.5 25.2 1.0 20 31.0 30.0 30.6 30.5 0.5 26.5 26.1 26.2 26.3 0.2 7.0 6.3 6.8 6.7 0.4 30 32.0 31.0 31.8 31.6 0.5 30.0 28.9 29.8 29.6 0.6 13.0 12.0 12.7 12.6 0.5 t1 = test nº 1; t2 = test nº 2; t3 = test nº 3, av = average; sd = standard deviation. in the ec with inversion of polarity, the electrode that behaves as a cathode for a certain time, will behave like anode after the inversion of polarity, in this case, at 20 minutes. this inversion decreases the passivation, increasing electrode lifespan by up to three times, at the same time, reducing the resistivity of the system, thus, the cathode starts to release more ohspecies in the solution, increasing the ph and the pollutant removal efficiency30. despite being under the same initial conditions a small variation of voltage and current (dc) was observed between the tests (t1, t2 and t3) probably due to electrode degradation between one test and another and/or small variations in the composition of the stock effluent. a variation in voltage and current was also observed during each test. this has occurred due to a variation on the composition of effluent during the assays, as shown at table 3. also, these parameters were monitored to assess the electrochemistry removal process. table 3. physicochemical parameters evaluated during the pilot tests. time (min) test nº electrical conductivity (μs cm -1 ) color (mg l -1 caco3) bod (mg l -1 o2) cod (mg l -1 o2) ph turbidity (ntu) 0 t1 3170.0 2550.0 14342.0 35360.0 5.4 385.0 t2 t3 av 3170.0 2550.0 14342.0 35360.0 5.4 385.0 sd 0 0 0 0 0 0 10 t1 3431.0 5700.0 8670.0 22320.0 10.8 520.0 t2 3216.0 5900.0 9120.0 23055.0 10.2 550.0 t3 3330.0 5800.0 8950.0 22679.0 10.6 530.0 av 3325.7 5800.0 8913.3 22684.7 10.5 533.3 sd 107.6 100.0 227.2 367.5 0.3 15.3 20 t1 3713.0 650.0 8790.0 22350.0 11.8 19.5 t2 3564.0 690.0 9240.0 23205.0 11.5 32.0 t3 3689.0 670.0 8910.0 22780.0 11.7 27.0 av 3655.3 670.0 8980.0 22778.3 11.7 26.2 sd 80.0 20.0 233.0 427.5 0.2 6.3 30 t1 4393.0 430.0 5525.0 14650.0 11.9 12.6 t2 4139.0 490.0 5930.0 15120.0 11.6 25.0 t3 4216.0 450.0 5660.0 14840.0 11.8 19.0 av 4249.3 456.7 5705.0 14870.0 11.8 18.9 sd 130.2 30.6 206.2 236.4 0.2 6.2 avarege removal eff. (%) 82.1 60.2 57.9 95.1 t1 = test nº 1; t2 = test nº 2; t3 = test nº 3; av = average; sd = standard deviation. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 45 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 a significant decrease of bod (61.5%), cod (58.6%), turbidity (96.7%) and color (83.1%) after 30 minutes was noticed for the best result (t1). on the other hand, it was possible to observe the increase in electrical conductivity, ph and sludge production. the generation of sludge occurred due to the use of iron anodes and its consequent generation of iron hydroxides, thus playing the same role of flocculation in conventional coagulation treatment systems22. when the steel anode is used fe2+ is dissolved in the effluent from the anodic oxidation of fe, while h2 gas is generated in the cathode from the reduction of protons in acid medium and/or reduction of water in alkaline medium. insoluble fe(oh)2 precipitates at ph > 5.5 remaining in equilibrium with fe2+ to ph 9.5 or with monomeric species such as fe(oh)+, fe(oh)2 and fe(oh)3 at high ph values. in the presence of o2 the dissolved fe2+ is oxidized to insoluble fe(oh)3 coagulating at ph > 1.0. the insoluble flakes can be in equilibrium with soluble monomeric species such as fe3+, fe(oh)2+, fe(oh)2 +, fe(oh)3 and fe(oh)4 as a function of ph. these species act as coagulants or destabilizing agents that neutralize charges and separate colloids and ionic products from the wastewater by sedimentation or electroflotation, henceforth producing sludge (figure 2)22. the volume of sludge generated in the ec is reduced compared to conventional chemical coagulation or biological processes. however, hence the importance of pollutants removal, the sludge must be treated and discarded appropriately. figure 2. the behavior of ph and possible species formed during the ec of test 1. the ph effect of the effluent on the performance of the electrocoagulation process was evaluated throughout the experiments. the initial ph of 5.4 reached 10.8 after 10 minutes with the best removal efficiency of bod (39.5%) and bod (36.9%) in this range. the initial ph of 5.4 may have facilitated the conversion of ferrous ions into ferric ions already in the early stages of electrolysis since this conversion occurs at ph > 4. ferric ions (fe3+) undergo hydrolysis reactions and generate insoluble ferric hydroxides (microflocs) which are suspended by removing the contaminants by coagulation. when the ph reaches higher values (ph > 11) the concentration of ferric complexes like fe(oh)4 increases. this complex can remove contaminants through charge neutralization and adsorption, i.e., these precipitates can remove only contaminants from the water, which are positively charged31. this fact explains the increase in the efficiency of bod and cod removal with ph > 11.8. from a physicochemical point of view, these results suggest that the pilot prototype was promising. this fact was supported by hplc-ms analyzes of algestone acetophenide and estradiol enanthate, where the best removal rate was 77.0% and 56.7% respectively in the test 1 (table 4 and figure 3). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 46 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 table 4. data regarding the removal of algestone acetophenide and estradiol enanthate taken from hplc-ms. test removal efficiency (%) algestone acetophenide estradiol enanthate t1 77.0 56.7 t2 76.1 53.2 t3 76.7 55.2 av 76.6 55.0 sd 0.46 1.76 t1 = test nº 1; t2 = test nº 2; t3 = test nº 3; av = average; sd = standard deviation. figure 3. removal rate of algestone acetophenide – 471.2441 m/z (a) and estradiol enanthate – 433.2645 m/z (b) these results can be corroborating the quantification method by ms. the initial and final concentrations of aac and een were calculated, 4.58 ppm (y = 0.0758x + 0.3487; r2 > 0.93) in wastewater and 0.98 ppm (y = 0.064x + 0.0063; r2 > 0.97). the results found in the literature for treatment by electrocoagulation of estrogens are shown in table 5. table 5. ec studies for hormones removal (best conditions). hormone removal efficiency (%) electrodes time (min) voltage (v) reference algestone acetophenide 77.0 steel 30 26.8 this study estradiol enanthate 56.7 estrone 61.0 aluminium 20 98.0 32 17β-estradiol 63.0 17α-ethinylestradiol 64.0 estriol 56.0 17α-ethinylestradiol 22.7 aluminium 40 5.0 33 understanding the physicochemical properties of steroidal compounds is crucial to predicting their fate in the aquatic or terrestrial environment. the distribution of organic pollutants between water and natural solids is often considered as a process of partitioning between the aqueous and organic phases. the water partition coefficient (kow) is the ratio between the concentration of a compound in n-octanol and the water under equilibrium conditions at a given temperature. compounds with high molecular weight and log kow > 5, such as aac and een (table 1), are easily adsorbed to sediments and can be removed mainly by coagulation34. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 47 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 every treatment system can generate toxic byproducts and monitoring both the primary compound and its degradation products is a complex and often unfeasible task. the use of toxicological assays can be considered a simple and efficient way to monitor these contaminants35, 36. in this sense, toxicity tests were performed in the sample that presented the best compounds removal result (t1). 3.2 phytotoxicity short-term toxicological tests are useful tools for predicting ecotoxicological risks, estimating acute toxicity, and establishing maximum acceptable concentrations of chemicals and byproducts released into the environment37, 38. in the ecotoxicological assessment, phytotoxicity tests play an important role because plants are the basis of terrestrial and aquatic ecosystems, also acting as primary producers in the food chain39, 40. seed germination and root elongation test being the simplest one, however is sensitive and representative of the action of the toxicant at the first interface of the developing plant (seed) and its environment40-42. however, there is a lack of data on the effects of effluents generated by the pharmaceutical industry on seed germination and root elongation. the effects of raw and treated effluents on seed germination and root length are presented in figure 4. both effluents induced significant effects on seed germination (fig. 4a) and root elongation of l. sativa (fig. 4b). raw effluent inhibited the development of all species tested in a concentration-dependent manner (fig. 4b and 4d). only raw effluent at 100% (v/v) significantly reduced the seed germination rate of c. sativus and considering treated effluent had no significant effect on c. sativus germination (fig. 4c). treated effluent was less toxic for root length when compared to raw effluent, with effect significantly only at 100% (v/v) (fig. 4d). figure 4. seed germination and root length of lactuca sativa (a and b) and cucumis sativus (c and d) exposed to different concentrations of raw and treated effluents. error bars represent ± standard deviation of 3 replicates. asterisk (*) represents statistical difference (p < 0.05) from the respective negative control (nc). the potential toxicity of raw and treated effluents was expressed as the ec50 value (table 6). for both species tested, raw effluent was more toxic than treated effluent with lower ec50 values, mainly in relation to root length parameter (13.15% and 22.80% for l. sativa and c. sativus, respectively; table 6). n c 6. 25 12 .5 25 50 10 0 0 20 40 60 80 100 120 * * * * effluents (% v/v) g e rm in a ti o n ( % ) n c 6. 25 12 .5 25 50 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 raw treated * * * * * * effluents (% v/v) r o o t le n g th ( c m ) n c 6. 25 12 .5 25 50 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 * effluents (% v/v) g e rm in a ti o n ( % ) n c 6. 25 12 .5 25 50 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 * * * * effluents (% v/v) r o o t le n g th ( c m ) (a) (c) (b) (d) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 48 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 table 6. effects of raw and treated effluents on germination and on root length. median effective concentration (ec50) values with their respective confidence intervals are presented in % v/v at lactuca sativa and cucumis sativus seed after 120 h of exposure. ec50 % v/v (ci) effluents lactuca sativa cucumis sativus seed germination root length seed germination root length raw 40.36 (35.08 – 46.44) 13.15 (9.91 – 17.46) 80.62 (59.10 – 110.00) 22.80 (17.43 – 29.81) treated 59.16 (49.21 – 71.09) 67.32 (52.78 – 85.88) >100 >100 d’abrosca43 assessed the phytotoxicity of some pharmaceuticals including ethinyl estradiol on several species. the authors observed that l. sativa was the most sensitive species for both tested endpoints, inhibiting more than 50% of seed germination and 25% of root elongation in the highest tested concentration (10-3 mol l-1). our results also showed that l. sativa was more sensitive than c. sativus. additionally, we observed a reduction in the toxicity of the raw effluent for both specie tested after the treatment (fig. 4 and table 6). 3.3 brine shrimp toxicity assay artemia spp. (brine shrimp) presents several advantages, such as a short life cycle and adaptability to wide ranges of salinity, which have contributed to increasing the use of brine shrimps in ecotoxicological studies40, 44, 45. moreover, ecotoxicity tests with different organisms may be used to determine the effect level of effluents and thus their environmental impacts46. table 7 shows the percent of mortality (immobility) of a. salina nauplii after 24 h of exposure to raw and treated effluents. the raw effluent was highly toxic to a. salina nauplii with lc50-24 h of 0.58% whereas the treated samples caused no mortality after 24h of exposure (table 7). raw effluent induced significant toxicity to a. salina nauplii in concentrationand timedependent manners with lc50-48 h of 0.31% (table 8). however, the treated effluent also caused significant mortality to a. salina in highest tested concentrations (50% and 100%) after 48 h of exposure, which suggests the generation of toxic by-products. table 7. immobilization rate of artemia salina nauplii after 24 h of exposure to raw and treated effluents and their median lethal concentrations (lc50) causing 50% of immobilization. nc: negative control; sd: standard deviation of four replicates. concentration (% v/v) number of immobilized organisms at 24 h immobilization lc50 (%v/v) raw effluent 1 2 3 4 sd total % 0.58 nc 0 0 0 0 0.0 0/20 0 0.01 0 0 1 0 0.5 1/20 5 0.10 0 0 1 0 0.5 1/20 5 1.00 5 3 4 2 1.3 14/20 70* 5.00 4 5 5 4 0.6 18/20 90* 10.0 5 5 5 5 0.0 20/20 100* treated effluent 1 2 3 4 sd total % >100 nc 0 0 0 0 0.0 0/20 0 6.25 0 0 0 0 0.0 0/20 0 12.5 0 0 0 0 0.0 0/20 0 25.0 0 0 0 0 0.0 0/20 0 50.0 0 0 0 0 0.0 0/20 0 100.0 0 0 0 0 0.0 0/20 0 *statistically different (p<0.05) from the respective negative control (nc). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 original article 49 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 table 8. immobilization rate of artemia salina nauplii after 48 h of exposure to raw and treated effluents and their median lethal concentrations (lc50) causing 50% of immobilization. nc: negative control; sd: standard deviation of four replicates. concentration (% v/v) number of immobilized organisms at 48 h immobilization lc50 (%v/v) raw effluent 1 2 3 4 sd total % 0.31 nc 0 0 0 0 0.0 0/20 0 0.01 0 0 2 0 1.0 2/20 10 0.10 0 2 1 0 0.9 3/20 15 1.00 5 4 5 3 0.9 17/20 85* 5.00 5 5 5 5 0.0 20/20 100* 10.0 5 5 5 5 0.0 20/20 100* treated effluent 1 2 3 4 sd total % 53.88 nc 0 0 0 0 0.0 0/20 0 6.25 0 0 0 0 0.0 0/20 0 12.5 0 0 1 0 0.5 1/20 5 25.0 0 1 1 0 0.6 2/20 10 50.0 3 1 2 0 1.3 6/20 30* 100.0 5 5 4 5 0.5 19/20 95* *statistically different (p<0.05) from the respective negative control (nc). ecotoxicity evaluation with different organisms is useful to determine the toxic effect potential of pharmaceutical effluents and thus their environmental impacts46. additionally, ecotoxicity assays for effluents are mandatory in many countries including brazil47, 48. the ecotoxicity test proved that toxicity of the synthetic hormones present in the raw effluent was reduced by electrocoagulation technique herein employed. 4. conclusions the results obtained allowed to conclude that the electrochemical treatment of the hormonal effluent generated by pharmaceutical industries was efficient in the removal of the compounds studied, in the reduction of organic load, color and turbidity, as well as in the reduction of toxicity to lettuce and cucumber seeds and artemia salina. besides that, despite the differences between the used species, a. salina was more sensitive than seeds to detect toxicity. therefore, the physicochemical analyses carried out in conjunction with bioassays were able to provide valuable information on the quality of synthetic hormones containing effluents, in order to reduce their impact on the environment. electrocoagulation may be a promising method in the treatment process of industrial pharmaceutical effluents since it provides electrolytic, physicochemical or electrochemical precipitation of the sludge. even though it does not entirely remove recalcitrant compounds, electrochemical processes can increase the degree of biodegradability, facilitating degradation by biological processes, reducing their toxicity. 5. acknowledgments the authors wish to thank conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) [grant number 471109/2013-4] and financiadora de estudos e pesquisas (finep) [grant number 01.14.0140.00] for the financial support to this work. coordenadoria de aperfeiçoamento de pessoal (capes) for luane ferreira garcia, emily kussmaul gonçalves moreno and laís de brito rodrigues scholarships. fundação de amparo à pesquisa do estado de goiás (fapeg) and programa mobilidade docente augm to assist the participation of events abroad. 6. references [1] pereira, l. c., de souza, a. o., bernardes, m. f. f., a perspective on the potential risks of emerging contaminants to human and environmental health, environ. sci. pollut. re. int. 22 (2015) 13800-13823. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4896-6. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 https://doi.org/10.1007/s11356-015-4896-6 https://doi.org/10.1007/s11356-015-4896-6 https://doi.org/10.1007/s11356-015-4896-6 https://doi.org/10.1007/s11356-015-4896-6 https://doi.org/10.1007/s11356-015-4896-6 https://doi.org/10.1007/s11356-015-4896-6 original article 50 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 40-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p40-52 [2] archer, e., petrie, b., kasprzyk-hordern, b., wolfaardt, g. m., the fate of pharmaceuticals and personal care products (ppcps), endocrine disrupting contaminants (edcs), metabolites and illicit drugs in a wwtw and environmental waters, chemosphere 174 (2017) 437-446. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.01.10 1. 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https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.10.009 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.10.009 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2018.06.026 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2018.06.026 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2018.06.026 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2018.06.026 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2018.06.026 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2018.06.026 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2018.06.026 https://doi.org/10.1016/s0045-6535(00)00520-8 https://doi.org/10.1016/s0045-6535(00)00520-8 https://doi.org/10.1016/s0045-6535(00)00520-8 https://doi.org/10.1016/s0045-6535(00)00520-8 https://doi.org/10.1016/s0045-6535(00)00520-8 https://doi.org/10.1016/s0045-6535(00)00520-8 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.11.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.11.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.11.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.11.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.11.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.11.006 https://doi.org/10.1080/10934520701792803 https://doi.org/10.1080/10934520701792803 https://doi.org/10.1080/10934520701792803 https://doi.org/10.1080/10934520701792803 https://doi.org/10.1080/10934520701792803 https://doi.org/10.1080/10934520701792803 https://doi.org/10.1080/10934520701792803 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2005.12.037 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2005.12.037 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2005.12.037 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2005.12.037 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2005.12.037 https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.04.017 https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.04.017 https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.04.017 https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.04.017 https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.04.017 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1007/s10646-015-1425-9 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2003.10.002 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2003.10.002 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2003.10.002 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2003.10.002 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2003.10.002 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 1 | 2021 | 52 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 52-60 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 comparison between two polyethersulfone concentrations in hollow fiber ultrafiltration membranes. is it worth to use more polymer? karen gonzaga1+ , jose carlos mierzwa1 1.university of são paulo, engineering, polytechnic school, department of hydraulic and environmental, são paulo, são paulo, brazil. +corresponding author: karen gonzaga, phone: +55 11 3039-3273, email address: karen.gonzaga@email.com article info article history: received: january 23, 2020 accepted: july 11, 2020 published: january 01, 2021 keywords 1. polyethersulfone 2. hollow fiber 3. membranes 4. phase inversion abstract: polyethersulfone (pes) hollow fiber membranes were fabricated using dry-jet wet spinning technique, a phase inversion method, with 16 and 20% pes, n-methyl-2-pyrrolidone (nmp) as solvent and tap water as nonsolvent, in order to evaluate if the amount of polymer has a significant effect on its properties. they were characterized using sem for a morphological analysis, a continuous system to measure pure water permeability (pwp) and molecular weight cutoff (mwco), and a universal testing machine to tensile tests. the obtained results for pwp was an average of about 220 l m-² h-1 bar-1 for the 16% pes membrane and 174 l m-² h-1 bar-1 for the 20% pes membrane. the results of mechanical resistance and mwco did not present statistical differences. thus, it is confirmed that the 16% pes membrane can be as good as the 20%, despite using less polymer, a finding that can further motivate membrane modification studies and other related works. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 mailto:karen.gonzaga@email.com https://orcid.org/0000-0002-8466-5709 https://orcid.org/0000-0003-0377-563x original article iq.unesp.br/ecletica 53 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 52-60 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 1. introduction polymeric hollow fiber membranes were first developed by dow chemical in 1966 and since then, due to their properties as high processability and low cost, they are the most common material used for membrane fabrication1–3. hollow fiber membranes are used in several areas that demand a separation process, such as pharmaceutical industry, food industry, water and wastewater treatment plants and the petroleum sector4,5. the method of phase inversion is one of the most important techniques of membrane fabrication6 for hollow fibers. it is based on an extrusion of a polymer solution through a spinneret, which will return to the solid state6,7. dry-jet wet spinning follows this idea with a phase inversion beginning with an induced evaporation that occurs in the air gap and finishing in the coagulation bath with a phase inversion induced by diffusion1. polyethersulfone (pes) has been widely used because it can tolerate a large range of ph, has a good thermal stability and excellent chemical and mechanical resistance6,8,9. this polymer and the conditions for the solution spinning determine the morphology and properties of hollow fiber membrane, such as selectivity7,10. despite numerous studies related to hollow fiber membranes composed of pes11–16 and the known advantages of membrane separation processes17–19, there is a worldwide concern with the amount of microplastics that are emerging around the globe20–23 and not only with energy efficiency, pollutant emissions and other sustainability issues. lower consumption of plastic is a policy growing in many countries, seeking to encourage consumers to find a way to reduce it on a daily basis24. based on this tendency, the present work focuses on studying the properties of hollow fiber membranes made of 16 and 20% pes, evaluating if there are significant differences among the results obtained that justify the use of a bigger quantity of polymer. future studies of membrane modification can be based on compositions using smaller amounts of polymer without impairing its application, demonstrating its importance. 2. experimental 2.1 materials polyethersulfone (veradel 3000p with mw = 63,000 g mol-1) from solvay advanced polymer was dried for 4 h in an oven at 100 °c before utilizing it for fabrication of the dope solution. n-methyl-2pyrrolidone (nmp) with purity >99% from labsynth produtos para laboratórios ltda. was used as received as the solvent for the polymer. tap water was used as the nonsolvent agent, as bore fluid and in coagulation bath. 2.2 solution preparation the dope solution was prepared with 16 and 20% (weight/weight) concentration of pes, with the remaining concentration (84 and 80%, respectively) being of nmp. the polymer was slowly added to the solvent, taking 1 h for complete addition, at room temperature. then, the solution remained for about 18 h at 200 r.p.m. stirring, assuring complete solubilization of the polymer and homogenization, to be finally degassed in an ultrasonic bath for 1 h, eliminating any bubbles of air trapped into solution. 2.3 hollow fiber production the solution was spinning with a solution flow rate of 2 ml min-1 and a bore fluid flow rate of 4 ml min-1, using dry-jet wet spinning method with an air gap of 2 cm and take-up speed of 4 ml min-1, at room temperature. a schematic representation of the spinneret and fabricating hollow fiber membrane processes is shown in fig. 1. figure 1. schematic representation of fabricating hollow fiber membrane system. hollow fiber membranes were stored in demineralized water to keep their integrity. to realize some characterization procedures, these were dried following the steps described elsewhere25. 2.4 membrane characterization the produced membranes were investigated about its morphology, permeability, mechanical resistance and mwco (molecular weight cutoff). the data http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 original article iq.unesp.br/ecletica 54 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 52-60 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 obtained were treated to remove outliers and statistical analysis of the results was done using minitab® 18.1, from minitab, inc., assuming a significance level of 0.05 and equality of variances. 2.4.1 morphological analysis the cross-sectional of the hollow fiber membranes was observed by a scanning electron microscope (zeiss sem model evo ma10) with an acceleration voltage of 20 kv. for this, dried membranes were cut under liquid nitrogen and sputter-coated with a thin film of gold-platinum. these procedures under nitrogen are necessary to produce a clean and brittle fracture and the coating is required due to the nature of polymeric material, not electrically conductive. doing this way, it is possible to see the microstructure of the produced membranes. 2.4.2 pure water permeability pure water permeability (pwp) measurements were estimated in an experimental setup, where a module made from low-density polyethylene (ldpe) was utilized with two hollow fiber membranes with 30 cm effective lengths, folded in half and fed topside in an inside out mode. a syringe pump with a constant flow rate of 0.5 ml min-1 supplied demineralized water to the module and the water production measurement was started after thirty minutes to achieve steady-state conditions. records were made every five minutes for one hour, similar to the procedure previously described26. the permeation flux (jw) through the membrane was calculated following the eq. 1: 𝐽𝑤 = 𝑉 𝐴∗𝑡∗∆𝑃 (1) where: jw = water permeability (l m-² h-1 bar-1); v = volume of permeate (l); a = inner surface area (m-2); t = time (h); δp = transmembrane pressure (bar). 2.4.3 mechanical resistance the mechanical resistance of the hollow fiber membranes was investigated by means of tensile tests, measured using an instron universal testing system and a 100 n load cell and constant rate of 1 mm s-1, with an initial gauge length of 30 mm. the test method was based on astm 1557-14 standard test method for tensile strength and young’s modulus of fibers. five dried samples with 100 mm length were tested for each experimental result, determining membrane tensile strength, elongation at break and young’s modulus. 2.4.4 molecular weight cutoff (mwco) the mwco was investigated using 200 ppm polyethylene glycol (peg) solution with molecular weights of 10 kda, 32 kda, 90 kda and 150 kda, into the same system and module described in 2.4.2. the concentration of peg in permeate and in retentate was analyzed by a uv-vis spectrophotometer (wuv-m51, weblaborsp) at a wavelength of 254 nm and the mwco was determined from the rejection of peg solution, following eq. 2: 𝑹 = (𝟏 − 𝑪𝒑 𝑪𝒓 ) ∗ 𝟏𝟎𝟎% (2) where: r = rejection (%); cp = permeate concentration (da); cr = retentate concentration (da). 3. results and discussion 3.1 morphological analysis to evaluate the impact of polymer concentration on the morphology of hollow fiber membranes, sem was used to observe its enlarged cross section and outside face of the samples. figures 2 and 3 show both membranes resulted in an outside dense skin and a double layered finger-like structure pore, but it is possible to see that the 16% pes concentration membrane has a bigger aperture at the end of the pores, nearby their center. double layer finger-like and dense skin were expected microstructure characteristics for these membranes. they occur because water is a strong nonsolvent for the polymer, that provides a fast coagulation, and this formation is a consequence of it, like reported previously11,27,28. the morphological analysis indicates that the permeation flux tends to be better in the 16% pes concentration membrane. this tendency is verified by pure water permeability investigation results, but it can happen because its pores had an opening larger than the other membrane, facilitating the flow of the fluid through it. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 original article iq.unesp.br/ecletica 55 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, xx-xx issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.pxx-xx figure 2. sem images of 16% pes sample: a) full cross section of the hollow fiber membrane, b) and c) cross section of the hollow fiber membrane with different magnifications, and d) outer skin. figure 3. sem images of 20% pes sample: a) full cross section of the hollow fiber membrane, b) and c) cross section of the hollow fiber membrane with different magnifications, and d) outer skin. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica 56 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 52-60 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 3.2 pure water permeability the results of demineralized water permeation flux for the hollow fiber membranes produced are shown in fig. 4. it shows an average permeability about 220 l m-² h-1 bar-1 for the 16% pes concentration membrane and 174 l m-² h-1 bar-1 for the 20% pes concentration membrane. these results agree with the sem analysis showed above and also with reports in the literature29,30. figure 4. pure water permeability of 16% pes and 20% pes membranes. table 1 shows statistical analysis of the results of permeability presented. according to anova evaluation, there is a statistical difference between them. table 1. anova statistical analysis of membranes pwp. source df adj. ss adj. ms f-value p-value factor 1 12208 12207.90 56.11 0.000 error 22 4787 217.60 total 23 16995 3.3 mechanical resistance the results of the mechanical properties investigation for membranes are summarized in tab. 2. table 2. mechanical resistance properties of membranes. sample tensile strength / mpa elongation at break / % young’s modulus / mpa average standard deviation average standard deviation average standard deviation 16% 220 9 15 2 180 47 20% 174 19 15 2 279 54 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 original article iq.unesp.br/ecletica 57 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 52-60 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 these results show there is a small variance between the average of tensile strength, elongation at break and young's modulus. with the analysis of results, it is possible to note there is no relevant difference between the 16 and 20% pes membranes (tabs. 3 to 5). table 3. anova statistical analysis of membranes tensile strength. source df adj. ss adj. ms f-value p-value factor 1 0.0918 0.09177 0.02 0.884 error 7 28.0531 4.00759 total 8 28.1449 table 4. anova statistical analysis of membranes elongation at break. source df adj. ss adj. ms f-value p-value factor 1 167.6 167.6 1.18 0.339 error 4 568.8 142.2 total 5 736.4 table 5. anova statistical analysis of membranes young’s modulus. source df adj. ss adj. ms f-value p-value factor 1 14656 14656 5.73 0.075 error 4 10235 2559 total 5 24891 3.4 mwco the data obtained for mwco were recorded up to peg 150 kda mw and the membranes were not able to remove 90% of this substance, which is the concept of mwco. thus, to estimate this important characteristic of membranes and knowing that the typical rejection curve is sigmoidal31,32, an extrapolation was made with the results (fig. 5 and 6). based on the point that represents 90% of removal in these curves, values of 271 kda and 279 kda are the mwco estimated of 16% pes membrane and 20% pes membrane, respectively. the statistical analysis does not show a relevant difference between both results, as demonstrated in tab. 6. figure 5. 16% pes membrane mwco. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 original article iq.unesp.br/ecletica 58 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 52-60 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p52-60 figure 6. 20% pes membrane mwco. table 6. anova statistical analysis of membranes mwco. source df adj. ss adj. ms f-value p-value factor 1 0.00238 0.002377 0.02 0.894 error 14 1.81083 0.129345 total 15 1.81320 4. conclusions in this work, 16 and 20% pes membranes were compared to verify whether the concentration of polymer can determine a significant difference between them. based on results obtained, it is possible to observe that the only relevant statistical difference was pwp, which is almost 25% better in the 16% pes membrane, implying a minor energy consumption to produce the same volume of permeate compared to the 20% pes. all other results have no relevant statistical difference among the compared membranes. future studies involving membrane modification can benefit from this research and motivate researchers to develop other works with related themes. acknowledgments the authors thank the institute for technological research of the state of são paulo (ipt) for supporting and providing sem images on this research. references [1] bildyukevich, a. v., plisko, t. v. usosky, v. v., the formation of polysulfone hollow fiber membranes by the free fall spinning method, petroleum chemistry 56 (2) (2016) 379-400. https://doi.org/10.1134/s0965544116050042. 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https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)00552-4 https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)00552-4 https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.09.019 https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.09.019 https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.09.019 https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.09.019 https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.01.017 https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.01.017 https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.01.017 https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.01.017 https://doi.org/10.1016/j.desal.2013.06.016 https://doi.org/10.1016/j.desal.2013.06.016 https://doi.org/10.1016/j.desal.2013.06.016 https://doi.org/10.1016/j.desal.2013.06.016 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2008.05.010 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2008.05.010 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2008.05.010 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2008.05.010 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2008.05.010 https://doi.org/10.6000/1929-6037.2018.07.01 https://doi.org/10.6000/1929-6037.2018.07.01 https://doi.org/10.6000/1929-6037.2018.07.01 https://doi.org/10.6000/1929-6037.2018.07.01 https://doi.org/10.6000/1929-6037.2018.07.01 https://doi.org/10.6000/1929-6037.2018.07.01 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | 56 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 grain-size mineral analysis of verdete rock coarse and fine aggregates and adjustment to two granulometric distribution models aline amaral madeira+ pontifical catholic university of minas gerais (puc-mg), 500 dom josé gaspar av, belo horizonte, minas gerais, brazil +corresponding author: aline amaral madeira, phone number +55 31 991807451 email address: madeira.alineamaral@gmail.com article info article history: received: july 21, 2019 accepted: september 17, 2019 published: january 1, 2020 keywords: 1. verdete rock 2. grain-size analysis 3. particle size distribution 4. rosin-rammler-bennet model 5. gates-gaudin-schuhmann model 1. introduction technological advancements in mineral processing operations suggest that continuous research efforts are required to minimize energy consumption, optimize resource utilization, and acquire products with the desired size distribution. size reduction is probably one of the most fundamental and energy-intensive operations in the mineral processing industry, consuming up until 4% of the electrical energy generated worldwide. comminution operations and grinding fineness determination are important processes employed to fracture coarse mineral aggregates and liberate value-added materials. estimations on energy consumption in mining operations in the usa indicate that 39% is used for beneficiation and processing operations, 75% of which is consumed in comminution1-3. grain size may be considered a fundamental physical characteristic property of earth materials, being relevant to their classification and geological origin, as well as for its applications in geotechnics, agricultural engineering, and industrial technology. moreover, particle size distribution (psd) influences various activities of resource and energy utilization, and industrial processes, such as the granular materials flow characteristics, flotation and leaching processes, compacting and sintering processes of metallurgical powders, coal combustion process, settling time of cements, among others processes. particle size can be determined using several techniques, between them sieving, sedimentation, electrozone sensing, abstract: the supremacy of the mineral industry added to the necessity to supply the world market demand justifies the continuous research efforts for optimizing of the activities of mineral resource utilization. in an approach of mineral characterization, a grain-size analysis study of coarse and fine aggregates of verdete rock was presented in this work. the particle size distribution (psd) of two samples of aggregates with granulometry < 2.36 mm was experimentally obtained using sieving techniques and adjustment to rosin-rammler-bennet (rrb) and gates-gaudin-schuhmann (ggs) granulometric distribution models. both rrb and ggs models regressed well to the experimental data, presenting correlation coefficient values were extremely close between them approximately 0.99. the psd results indicated that 65.97% dry aggregates and 67.68% wet aggregates had a particle size with mean diameter > 0.0050 mm; a similar behavior of the grain-size distributions presented by dry and wet aggregates; and a tiny presence of fine particles natural in the analyzed ore sample. the results suggested the suitability of the methodology to predict the grain-size performance the verdete ore beyond to show itself as a contribution to the enriching of the mineral characterization of the studied rock, as a potassium potential source for the mineral processing brazilian industry. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 mailto:madeira.alineamaral@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-1412-2829 original article 57 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 microscopy techniques, x-ray attenuation, and laser diffraction4. several models and expressions have been developed to describe the psd of particulate materials3. these models ranging from the normal and log-normal distributions to the rosinrammler-bennet (rrb) and gates-gaudinschuhmann (ggs) models. rrb equation is probably the most well-known distribution in the chemical industries, widely used to analyze all types of materials and ggs equation is another uncomplicated popular model used in the metallic ferrous mining industry5. rrb and ggs mathematical models have been widely applied to describe the size distribution of several particles types, such as maize grains2; fenugreek seed5; sorghum bagasse6; copper tailing7; babassu, canola, castor seed and sunflower residual cakes8; particle assemblages9, and several ores, such as quartz and marble3; iron10; uranium11; phosphate12; apatite13; chromite14; among others. other numerous granulometric distribution models have also been proposed for greater accuracy in estimating the psds, but they have limit applications due to their greater mathematical complexity1. in brazil, one of the most abundant potassium silicates is regionally known as verdete, a metasedimentary rock formed during the neoproterozoic era. verdete is a greenish and banded rock, which has fine granulometry and clay matrix, and it is composed essentially by glauconite, quartz, and kaolinite minerals and potassium feldspars15. according to santos et al.16, the rock occurs in serra da saudade, alto paranaíba region (mg), geologically located in the san francisco craton. the municipality of cedro do abaeté is known to have reasonable reserves of verdete (57.4 million tons)17. potassium oxide (k2o) high contents in the verdete rock were reported in the literature15,18-20. according to silva and lana21, the cedro do abaeté’s verdete may contain until 14% of k2o. according to the journal brasil mineral22, the first mineral project of an industrial processing plant of verdete rock recently was inaugurated in dores do indaiá, minas gerais state, brazil. pioneer in the processing of this potassium rock, the complex of the kalium mineração s.a. disposes of a glauconite deposit located in the municipalities of serra da saudade and quartel geral in minas gerais, with total reserves of 218 million tons of ore and an average content of 10.6% k2o. the mining process certified by intertek predicts an innovative treatment through processing techniques of crushing/grinding; acid cure; aqueous lixiviation; liquid-solid separation; crystallization; thermic decomposition; and sulfuric acid regeneration. the company mining intended the verdete rock use for the potassium salts production, whose processed products may be applicated as potassium fertilizers, for example, seeking to supply part of great demand of the potassium national market23. however, a few previous scientific studies worked with the verdete rock until recently. so far, stand out researches involving chemical, stratigraphic, petrographic and mineralogical characterizations were performed15,19,24,25, besides other technological studies based on thermal treatment focusing on its reactivity increase20,26 and its metal availability21,27-31. no meaningful previous contributions were found that consistently explored the particle size distribution of verdete rock through grain-size analysis and adjustment to rrb and ggs mathematical models. in this context, based on the relevance of continuous research efforts in mineral processing studies, as well as on the lack of consistent scientific contributions regarding particle size distribution of the verdete rock through the grainsize property, the present article delineates a new study of grain-size of verdete coarse and fine aggregates. for that, this work strives to describe the particle size distribution of such aggregates using sieving techniques and adjustment to rosinrammler-bennet (rrb) and gates-gaudinschuhmann (ggs) granulometric distribution models, with the purpose of providing subsidies to a verdete rock characterization as potassium potential source for the mineral processing brazilian industry. 2. experimental grain-size analysis of verdete rock was realized at environmental conditions at room temperature (298.15 k) under atmospheric pressure (101,325 pa). initially, a representative sample of 20 kg of verdete rock from cedro do abaeté in minas gerais was properly homogenized and ground in a ball mill (sew-eurodrive, model fa37b dre80s4). the grinding product was passed through a 2.36 mm sieve (8 mesh), getting a sample with granulometry < 2.36 mm. approximately 2.0 kg of verdete rock were weighed on a balance (urano, model udc pop). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 original article 58 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 the sample was subjected to the quartering method of size reduction for homogeneous sampling using a jones riffle splitter (gilson company, model sp173). in the first step, the quartering method divided the sample into two lots of aggregates of 1.0 kg each. then, one of the lots was subjected again to riffle splitter for apportioning in two lots of 500 g, and so on; quartering was continued until the obtention of two samples of 250.0 g each (a and b). sample a (verdete rock dry aggregates) was directly forwarded grain-size analysis. sample b (verdete rock wet aggregates) was previously washed before of the granulometric test with deionized water obtained from the purifier gehaka and dried in a kiln (infinit, model emt-200) at 373.15 k by approximately 2 h. the washing procedure exclusively intended to remove possible fine particles natural from the ore. the grain-size analysis consisted of one series montage of granulometric sieves and consecutive vibrating sifting of the sample by 10 min under a frequency of 10 hz. for that, it was used one kit of seven sieves of tyler standard screen scale of 4, 8, 28, 35, 48, 100, and 200 mesh (solotest, model 8x2) and a vibrating sieve shaker (solotest, model 8x2). posteriorly, the retained aggregates mass fractions on each sieve were weighed on an analytical balance (shimadzu, model aw220). tables 1 and 2 present the grain-size analysis experimental data of dry and wet aggregates of verdete rock. table 1. grain-size analysis data of verdete rock dry aggregates. tyler standard screen scale / mesh nominal sieve opening size / mm nominal mean diameter / μm nominal mean diameter / mm mass retained / g percent retained / % cumulative mass retained / g cumulative percent retained / % cumulative mass passing / g cumulative percent passing / % 4 +4 4.6990 8 -4+8 3.3227 0.00 0.00 0.00 0.00 242.02 100.00 28 -8+28 0.5874 1955.05 0.0196 35.04 14.48 35.04 14.48 206.99 85.52 35 -28+35 0.4153 501.35 0.0050 159.67 65.97 194.70 80.45 47.32 19.55 48 -35+48 0.2937 354.50 0.0035 10.94 4.52 205.64 84.97 36.38 15.03 100 -48+100 0.1468 220.25 0.0022 14.10 5.83 219.75 90.80 22.27 9.20 200 -100+200 0.0734 110.10 0.0011 12.18 5.03 231.93 95.83 10.09 4.17 bottom -200 9.15 3.78 241.08 99.61 0.94 0.39 0.94 0.39 242.02 100.00 0.00 0.00 sum 242.00 table 2. grain-size analysis data of verdete rock wet aggregates. tyler standard screen scale / mesh nominal sieve opening size /mm nominal mean diameter / μm nominal mean diameter / mm mass retained / g percent retained / % cumulative mass retained / g cumulative percent retained / % cumulative mass passing / g cumulative percent passing / % 4 +4 4.6990 8 -4+8 3.3227 0.00 0.00 0.00 0.00 239.97 100.00 28 -8+28 0.5874 1955.05 0.0196 33.26 13.86 33.26 13.86 206.71 86.14 35 -28+35 0.4153 501.35 0.0050 162.42 67.68 195.68 81.54 44.29 18.46 48 -35+48 0.2937 354.50 0.0035 9.77 4.07 205.45 85.61 34.52 14.39 100 -48+100 0.1468 220.25 0.0022 11.59 4.83 217.04 90.44 22.93 9.56 200 -100+200 0.0734 110.10 0.0011 14.34 5.97 231.43 96.42 8.60 3.58 bottom -200 7.15 2.98 238.52 99.40 1.45 0.60 1.45 0.60 239.97 100.00 0.00 0.00 sum 240.00 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 original article 59 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 size parameters – number of particles (n, eq. 1); arithmetic mean diameter (da, eq. 2); volumetric mean diameter (dv, eq. 3); surface mean diameter (ds, eq. 4); sauter mean diameter (dsauter, eq. 5) – and surface parameters – external surface (s, eq. 6) and specific surface (s/m, eq. 7) – of the dry and wet aggregates of verdete rock were measured from experimentally obtained data and presented in table 3. 𝑁 = 𝑀 𝑏.𝜌 ∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 3)𝑛 𝑖=1 (1) where: n = number of particles (units); m =total retained mass in the grain-size analysis (g); b = factor assuming cubic format particle = 1; ρ = verdete rock density = 2.376 x 10-3 g mm-3; xi = retained weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (mm). 𝐷𝐴 = √ ∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 2)𝑛 𝑖=1 ∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 3)𝑛 𝑖=1 (2) where: da = arithmetic mean diameter (mm); xi = retained weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (mm). 𝐷𝑉 = √ 1 ∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 3)𝑛 𝑖=1 3 (3) where: dv = volumetric mean diameter (mm); xi = retained weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (mm). 𝐷𝑆 = √ ∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 )𝑛 𝑖=1 ∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 3)𝑛 𝑖=1 (4) where: ds = surface mean diameter (mm); xi = retained weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (mm). 𝐷𝑆𝑎𝑢𝑡𝑒𝑟 = 1 ∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 )𝑛 𝑖=1 (5) where: dsauter = sauter mean diameter (mm); xi = retained weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (mm). 𝑆 = 𝑀∗𝜆∗∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 )𝑛 𝑖=1 𝜌 (6) where: s = external surface (cm2); m = total retained mass in the grain-size analysis (g); λ = factor assuming cubic format particle = 6; xi = retained weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (cm); ρ = verdete rock density = 2.376 g cm-3. 𝑆 𝑀 = 𝜆∗∑ ( 𝑥𝑖 𝐷𝑖 )𝑛 𝑖=1 𝜌 (7) where: s/m = specific surface (cm2 g-1); m = sum retained mass of sieves 28 to 200 mesh (g) λ = factor assuming cubic format particle = 6; xi = retained weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (cm); ρ = verdete rock density = 2.376 g cm-3. table 3. size and surface parameters of verdete rock aggregates. sample number of particles / units external surface / cm2 specific surface / cm2 g-1 mean diameter surface diameter / mm volumetric diameter / mm arithmetic diameter / mm sauter diameter / mm dry aggregate 28,430,655 13,685.593 59.007 0.213 0.272 0.169 0.447 wet aggregate 31,789,452 13,935.833 60.216 0.203 0.262 0.161 0.435 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 original article 60 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 3. results and discussion particle size distribution study of verdete rock dry and wet aggregates was developed from the mass values of the different particle size obtained in the sieving operations converted to the cumulative and percent mass fractions. figure 1 shows the granulometric curves of dry and wet aggregates. by assessing the retained fractions percent values against the sieve sizes, it was observed an increase in percentage weight retained of the 28 mesh sieve (0.5874 mm) for 35 mesh sieve (0.4153 mm) and a retained weight meaningful decrease starting of sieve 35, as a response to the decrease of opening size. so that 65.97% of dry aggregates and 67.68% of wet aggregates were retained on 35 size sieve, suggesting a particle size with 0.0050 < mean diameter < 0.0196 mm. figure 1. granulometric curves of verdete rock dry and wet aggregates. figure 2 illustrates the grain-size distribution curves of verdete coarse aggregates and fig. 3 the grain-size distribution curves of verdete fine aggregates. the evolution of the psd regarding the nominal sieves opening size revealed a distribution with a profile characterized by a decrease of cumulative percent retained in case of the coarse aggregates and an increase of cumulative percent passing of the fine aggregates along of the sieving operations, as expected. the sieving experiments conducted with the wet aggregates (sample b) was previously washed and posteriorly dried intending to remove possible fine particles natural from the ore. it is relevant to emphasize that these particles cannot be confused with fine aggregates with potassium appreciable contents generated by ore fragmentation processes. as could be seen in figs. 1, 2 and 3, the granulometric curves of dry and wet aggregates exhibited extremely similar profiles suggesting the hypothesis that the verdete ore mother-sample had not an appreciable amount of natural fine particles sufficient to create a significant differentiation between the granulometric distribution of the a and b samples. figure 2. grain-size distribution curve of verdete dry and wet coarse aggregates. figure 3. grain-size distribution curve of verdete dry and wet fine aggregates. table 3 lists size and surface parameters of verdete rock's aggregates calculated as defined in equations earlier (eqs. 1-7) after grain-size analysis via sieve classification. obtained results for particles number, external and specific surfaces, and mean-diameters showed two particlepopulations, the first one composed by dry aggregates and the second population by wet aggregates, with parameters values very similar. arithmetic, surface, and volumetric meandiameters obtained values corroborated a particle mean diameter > 0.0050 mm, as foreseen by 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0 400 800 1200 1600 2000 p er ce n t re ta in ed / % nominal mean diameter / μm dry aggregates wet aggregates 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 2 4 6c u m u la ti v e p er ce n t re ta in ed / % nominal sieve opening size / mm dry aggregates wet aggregates 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 2 4 6 c u m u la ti v e p er ce n t p a ss in g / % nominal sieve opening size / mm dry aggregates wet aggregates https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 original article 61 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 granulometric curves results. sauter mean diameter obtained values expressed a larger mean diameter of the dry particulate matter as compared to the wet particulate matter by taking into account the volume-to-surface area ratio. grain-size analysis adjustment of verdete rock aggregates was provided by granulometric distribution models of the rosin-rammler-bennet (rrb) and gates-gaudin-schuhmann (ggs), whose nonlinear and linearized equations were presented in eqs. 8, 9, 10, and 11, respectively. table 4 summarizes intrinsic parameters and nonlinear and linear equations of the rrb and ggs models determined from the obtained experimental data and fig. 4 shows the granulometric distribution curves and the linearized curves of the rrb and ggs models for verdete rock dry and wet aggregates. 𝑋𝑖 = 1 − 𝑒 −( 𝐷𝑖 𝐷′) 𝑛 (8) 𝑙𝑛(𝑙𝑛𝜙) = 𝑛. 𝑙𝑛 𝐷𝑖 − 𝑛. 𝑙𝑛 𝐷′ (9) where: xi = passing weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; 𝜙 = 1 1−𝑋𝑖 ; di = nominal mean diameter of that group (μm); n = uniformity coefficient that stands for the width of psd; d' = characteristic particle diameter (reflecting the particle size of most particles). 𝑋𝑖 = ( 𝐷𝑖 𝑘 ) 𝑚 (10) 𝑙𝑛 𝑋𝑖 = 𝑚. 𝑙𝑛 𝐷𝑖 − 𝑚 . 𝑙𝑛 𝑘 (11) where: xi = passing weight fraction of a group of particles in the grain-size analysis; di = nominal mean diameter of that group (μm); k = maximum particle diameter of the distribution (size modulus) that locates the distribution in overall size spectrum (μm); m = distribution modulus, that measure the broadness of the size distribution. figure 4. linearized curves of the rosin-rammler-bennet (rrb) and gates-gaudin-schuhmann (ggs) mathematical models for verdete rock dry and wet aggregates. both rrb and ggs granulometric distribution models regressed well to the experimental psd data, as can be seen in table 4. the models accuracy was assessed using the correlation coefficient (r2). the found r2 values were extremely close between them, all circa 0.99, suggesting good quality experimental data. it can be asserted, even if in a tenuous way, that the higher r2 values of ggs model (nearest 1 unit) suggest a slightly more suitable distribution of gates-gaudin-schuhmann model, as compared to rosin-rammler-bennet model, to represent psd of verdete rock dry and wet aggregates. y = 1.0388 x 8.0327 (r² = 0.9985) y = 1.3203 x 9.4941 (r² = 0.9873) y = 1.0754 x 8.2925 (r² = 0.9930) y = 1.3626 x 9.7867 (r² = 0.9856) -4 -2 0 2 -4 -3 -2 -1 0 3 4 5 6 7 8 ggs (dry aggregates) rrb (dry aggregates) ggs (wet aggregates) rrb (wet aggregates) linear (ggs (dry aggregates)) linear (rrb (dry aggregates)) linear (ggs (wet aggregates)) linear (rrb (wet aggregates)) ln di ln ( ln φ ) ln x i https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 original article 62 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 table 4. rosin-rammler-bennet (rrb) and gates-gaudin-schuhmann (ggs) mathematical model parameters and determined equations. sample granulometric distribution model parameters nonlinear equation linear equation correlation coefficient (r2) dry aggregate rrb 𝑛 𝐷′ 𝑋𝑖 = 1 − 𝑒 [−( 𝐷𝑖 1327.2517 ) 1.3203 ] 𝑙𝑛 [𝑙𝑛 ( 1 1 − 𝑋𝑖 )] = 1.3203 𝑙𝑛 𝐷𝑖 − 9.4941 0.9873 1.3203 1,327.2517 ggs 𝑘 𝑚 𝑋𝑖 = ( 𝐷𝑖 2281.6915 ) 1.0388 𝑙𝑛 𝑋𝑖 = 1.0388 𝑙𝑛 𝐷𝑖 − 8.0327 0.9985 2,281.6915 1.0388 wet aggregate rrb 𝑛 𝐷′ 𝑋𝑖 = 1 − 𝑒 [−( 𝐷𝑖 1316.0261 ) 1.3626 ] 𝑙𝑛 [𝑙𝑛 ( 1 1 − 𝑋𝑖 )] = 1.3626 𝑙𝑛 𝐷𝑖 − 9.7867 0.9856 1.3626 1, 316.0261 ggs 𝑘 𝑚 𝑋𝑖 = ( 𝐷𝑖 2232.9620 ) 1.0754 𝑙𝑛 𝑋𝑖 = 1.0754 𝑙𝑛 𝐷𝑖 − 8.2925 0.9930 according to liu et al.32, d' and n parameters of rrb distribution model play a dominant role in the determination of the distribution characteristics, in other words, the psd of any particle system described by using this model can be distinguished with values of d' and n. lower values of m parameter of ggs distribution model suggest that more fine aggregates, more large particles (coarse aggregates) and fewer particles in the middle range will be produced33. comparing the rrb and ggs models parameters obtained for dry and wet aggregates, it was observed a good convergence between the found values, corroborating the hypothesis that the ore mother-sample did not have an amount of fine particles sufficient to create appreciable differentiation between the a and b samples, as foreseen in results obtained by granulometric curves and size and surface parameters. due to the lack of studies in the literature dedicated to the description of the particle size distribution of the verdete rock aggregates and its modeling through rrb and ggs models, the work presented here suggests the suitability of the methodology proposed by means of sieving techniques for predicting the grain-size performance the verdete rock beyond enriching its mineral characterization. the developed study could be optimized and enlarged in the purpose to corroborate the described forecasts and to increase of the results representativeness. in this sense, it is recommended to use the method described with other verdete ore granulometry and coming of other mineral reserves, as well as to realize the sieving experiments in triplicate. 4. conclusions a grain-size analysis study of verdete rock and adjustments to the rosin-rammler-bennet (rrb) and gates-gaudin-schuhmann (ggs) granulometric distribution models were satisfactorily developed through sieving techniques with sieves of tyler standard screen scale of 4, 8, 28, 35, 48, 100, and 200 mesh. both rrb and ggs granulometric models regressed well to the experimental particle size distribution data, presenting correlation coefficient values were extremely close between them approximately 0.99. the psd results suggested that: 65.97% dry aggregates and 67.68% wet aggregates had a particle size with mean diameter > 0.0050 mm; an extremely similar behavior of the grain-size distributions presented by samples of ore dry and wet aggregates; and a tiny presence of fine particles natural from the analyzed ore sample. the results suggested the suitability of the methodology proposed by work to predict the grain-size performance the verdete ore beyond to show itself as a contribution to the enriching of the mineral characterization of the studied rock, as a potassium potential source for the mineral processing brazilian industry. 5. references [1] ahmed, m. m., a contribution to new measure for evaluation of a particle size distribution, mineral processing and extractive metallurgy: transactions of the institution of mining and metallurgy: section c 116 (4) (2007) 221-230. http://doi.org/10.1179/174328507x198726. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 http://doi.org/10.1179/174328507x198726 http://doi.org/10.1179/174328507x198726 http://doi.org/10.1179/174328507x198726 http://doi.org/10.1179/174328507x198726 http://doi.org/10.1179/174328507x198726 http://doi.org/10.1179/174328507x198726 original article 63 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 56-64 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p56-64 [2] bolaji, o. t., awonorin, s. o., sanni, l. o., shittu, t. a., adewumi, j. k., modeling of particle size distribution and energy consumption of wet milled maize at varying soaking period and method in the production of ogi, particulate science and technology 37 (1) (2017) 94-102. https://doi.org/10.1080/02726351.2017.1343882. 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https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.050 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.050 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.050 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.050 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.050 https://doi.org/10.1002/cjce.22533 https://doi.org/10.1002/cjce.22533 https://doi.org/10.1002/cjce.22533 https://doi.org/10.1002/cjce.22533 https://doi.org/10.1002/cjce.22533 https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.110 https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.110 https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.110 https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.110 https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.110 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.10.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.10.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.10.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.10.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.10.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.10.005 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.11.013 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.11.013 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.11.013 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.11.013 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.11.013 https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.11.013 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.06.014 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.06.014 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.06.014 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.06.014 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.06.014 https://doi.org/10.1002/ppsc.200800035 https://doi.org/10.1002/ppsc.200800035 https://doi.org/10.1002/ppsc.200800035 https://doi.org/10.1002/ppsc.200800035 https://doi.org/10.1002/ppsc.200800035 https://www.periodicos.rc.biblioteca.unesp.br/index.php/geociencias/article/view/5551 https://www.periodicos.rc.biblioteca.unesp.br/index.php/geociencias/article/view/5551 https://www.periodicos.rc.biblioteca.unesp.br/index.php/geociencias/article/view/5551 https://www.periodicos.rc.biblioteca.unesp.br/index.php/geociencias/article/view/5551 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https://doi.org/10.1016/j.minpro.2016.12.004 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2016.12.004 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2016.12.004 https://doi.org/10.1016/j.minpro.2016.12.004 https://doi.org/10.1590/1983-40632015v4527917 https://doi.org/10.1590/1983-40632015v4527917 https://doi.org/10.1590/1983-40632015v4527917 https://doi.org/10.1590/1983-40632015v4527917 https://doi.org/10.1590/1983-40632015v4527917 https://doi.org/10.1590/1983-40632015v4527917 https://doi.org/10.34115/basrv3n2-050 https://doi.org/10.34115/basrv3n2-050 https://doi.org/10.34115/basrv3n2-050 https://doi.org/10.34115/basrv3n2-050 https://doi.org/10.34115/basrv3n2-050 https://doi.org/10.34115/basrv3n2-050 http://www.brjd.com.br/index.php/basr/article/view/1565 http://www.brjd.com.br/index.php/basr/article/view/1565 http://www.brjd.com.br/index.php/basr/article/view/1565 http://www.brjd.com.br/index.php/basr/article/view/1565 http://www.brjd.com.br/index.php/basr/article/view/1565 http://www.brjd.com.br/index.php/basr/article/view/1565 http://www.brjd.com.br/index.php/basr/article/view/1565 https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/s0013-7952(02)00287-9 https://doi.org/10.1016/s0013-7952(02)00287-9 https://doi.org/10.1016/s0013-7952(02)00287-9 https://doi.org/10.1016/s0013-7952(02)00287-9 https://doi.org/10.1016/s0013-7952(02)00287-9 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 2 | 2019 | 26 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 study of the colloidal stability and optical properties of sunscreen creams gustavo pereira saito1, mariana bizari1, marco aurélio cebim1 , marcos antonio correa2 , miguel jafelicci junior1 , marian rosaly davolos1+ 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil 2 são paulo state university (unesp), faculty of pharmaceutical sciences, km 1 araraquara-jaú hw, araraquara, são paulo, brazil + corresponding author: marian rosaly davolos, phone: +55 16 3301-9634, email address: marian.davolos@unesp.br article info article history: received: september 06, 2018 accepted: january 29, 2019 published: april 25, 2019 keywords: 1. viscosity 2. colloidal stability 3. thixotropic fluid 4. optical absorption 5. uv protection 1. introduction the excessive sun exposure causes cellular damage and immune system function modifications1,2. these damaging biological effects are caused by ultraviolet radiation (uv), which is responsible for the photochemical reactions in the human organism. uv radiation may be subdivided into following regions: uvc (100-290 nm), uvb (290-320 nm) and uva (320-400 nm)3. however, the solar uv radiation which reaches the earth’s surface is commonly composed by a combination of uvb and uva radiation4. uvb radiation, although restricted to penetration of the upper layers of the skin, causes sunburns and direct dna damage via pyrimidine dimer formation5. while the uva radiation penetrates deeper into the skin causing photoaging, irregular pigmentation, immune system depression and gene modifications due mainly to the generation of reactive oxygen species by photosensitized oxidation6. therefore, the sunscreen use to minimize the human health risks induced by uvb and uva radiation exposure is very relevant7. sunscreens are skin care products whose main function is to protect the human skin from solar uv radiation8. analyzing from physical-chemical point of view, sunscreens are colloidal systems containing emulsions and/or particle dispersions. generally, these colloidal systems are constituted by hydrophilic (e.g. water), hydrophobic (e.g. emollients) and amphiphilic (e.g. surfactants) abstract: sunscreen formulations containing inorganic/organic filters or mixture of them were synthesized by oil/water dispersion. the viscosity measurements show that sunscreen formulations are timedependent non-newtonian fluids. in the cielab color diagram, the white and/or beige colors presented by formulations do not compromise the aesthetics of the cosmetic product. uv-vis absorption spectra show that sunscreen creams have high uv shielding ability, mainly the formulations containing inorganic and organic filters mixtures, which provide in vitro spf and critical wavelength values recommended for uv protection. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 mailto:marian.davolos@unesp.br https://orcid.org/0000-0001-8267-935x https://orcid.org/0000-0001-9229-3039 https://orcid.org/0000-0003-2574-9926 http://orcid.org/0000-0001-8326-1465 original article 27 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 compounds; therefore, sunscreens have suitable water-soluble and liposoluble properties to form films over the skin surface. moreover, these properties provide sensory characteristics to sunscreens, which stimulate their use as skin cosmetics due to the facility of the cream removal with water and the skin hydration9. sunscreen application over human skin and the formation of the sunscreen film depend on their rheological properties, especially the colloidal stability. in this perspective, viscosity is an important property to evaluate the colloidal stability of sunscreens10, since it is directly associated to the surface interactions between sunscreen ingredients. inorganic and organic filters are sunscreen active ingredients11, i.e., the compounds responsible to the uv photoprotection of the human skin. among inorganic and organic commercial filters, zinc oxide, 1-(4methoxyphenyl)-3-(4-tertbutylphenyl)propane1,3-dione and hexyl 2-(4-diethylamino-2hydroxybenzoyl)-benzoate have been widely used as broad spectrum filters in sunscreens due to their high uv shielding ability6. therefore, sunscreens must exhibit optical and rheological properties that allow photo-protective film formation on the human skin. in this perspective, the understanding of the intermolecular interactions between sunscreen ingredients, especially organic and inorganic filters, is very important for the development of stable and broad-spectrum sunscreens. in addition, the nature, amount and mixture of the filters directly influence optical and rheological properties of sunscreens due to the modification and/or formation of the new intermolecular interactions between their ingredients. in the literature, several scientific publications show rheological and optical properties of sunscreen creams containing different and/or mixtures of sunscreen active ingredients10,12-18. however, the understanding of possible surface interactions between sunscreen constituents that influence the colloidal stability, mechanical and optical properties of sunscreen creams require more detailed studies. thus, this work aims to investigate the colloidal stability and mechanical properties of sunscreen formulations containing different and/or mixture of organic and inorganic filters using the viscosity measurements as parameter to evaluate the surface interactions between sunscreen ingredients. moreover, the optical properties of the sunscreen formulations were analyzed by uv-vis spectrophotometric measurements to investigate sunscreen active ingredients interactions and potential uv shielding capacity of the sunscreen creams. 2. materials and methods 2.1 sunscreen formulations dipropan-2-yl hexanedioate (dhaymers), 2,3dihydroxypropyl octadecanoate (via farma), mixture of hexadecan-1-ol and octadecan-1-ol (cetostearyl alcohol, via farma), mixture of hexadecan-1-ol, octadecan-1-ol and oxirane (cosmowax® j, croda), (1-decanoyloxy-3octanoyloxypropan-2-yl) dodecanoate (via farma), propane-1,2-diol (qhemis), methyl 4hydroxybenzoate (synth), propyl 4hydroxybenzoate (synth), 2,2',2'',2'''-(1,2ethanediyldinitrilo)tetraacetic acid (qhemis), 1-(4methoxyphenyl)-3-(4-tertbutylphenyl)propane1,3-dione (eusolex® 9020, merck) and hexyl 2-(4diethylamino-2-hydroxybenzoyl)-benzoate (uvinul® a plus, basf) and zinc oxide (zno, sigma-aldrich) were used without further purification. the quantities of sunscreen active ingredients used meet the standards established by the brazilian health surveillance agency19. the molecular structures of sunscreen ingredients are shown in the fig. 1 and fig. 2. figure 1. molecular structures of sunscreen ingredients described in the table 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 28 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 figure 2. (a) eusolex® 9020 and (b) uvinul® a plus molecular structures. the sunscreen formulations were obtained by dispersion of the oil phase constituents (table 1) under aqueous phase constituents (table 1). the oil phase and aqueous phase ingredients were weighed and subjected to heating at 75 °c for 5 minutes. then, the oil phase was poured under the aqueous phase and the sunscreen cream obtained was kept under stirring for 1h. the mass percentage of the sunscreen ingredients and the respective sunscreen formulations are shown in tables 1 and 2. table 1. mass percentage of the ingredients of the sunscreen formulations containing different uv filters. ingredients phase sunscreen formulations/% b e u z cetostearyl alcohol oil 2.00 2.00 2.00 2.00 2,3-dihydroxypropyl octadecanoate oil 2.00 2.00 2.00 2.00 cosmowax® j. oil 8.00 8.00 8.00 8.00 dipropan-2-yl hexanedioate oil 1.50 1.50 1.50 1.50 (1-decanoyloxy-3-octanoyloxypropan-2-yl)dodecanoate oil 1.50 1.50 1.50 1.50 uvinul® a plus oil 10.00 eusolex® 9020 oil 5.00 zno oil 25.00 propane-1,2-diol aqueous 4.00 4.00 4.00 4.00 methyl 4-hydroxybenzoate aqueous 0.18 0.18 0.18 0.18 propyl 4-hydroxybenzoate aqueous 0.02 0.02 0.02 0.02 2,2',2'',2'''-(1,2-ethanediyldinitrilo)tetraacetic acid aqueous 0.05 0.05 0.05 0.05 water aqueous 80.75 75.75 70.75 55.75 table 2. mass percentage of the ingredients of the sunscreen formulations containing uvinul® a plus, zno or mixtures of them. ingredients sunscreen formulations/% u1 u2 u3 z1 z2 z3 uz uz1 uz2 oil phase ingredients 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 uvinul® a plus 5.00 2.50 1.00 10.00 5.00 1.00 zno 10.00 5.00 1.00 1.00 1.00 1.00 aqueous phase ingredients 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 water 75.75 78.25 79.75 70.75 75.75 79.75 69.75 74.75 78.75 2.2 characterization techniques the viscosity curves of sunscreen formulations were collected on a brookfield rotational viscometer, model lvdv-e, equipped with a temperature control system (28-60 °c temperature range) using a cylindrical sample holder and no. 63 spindle (11 mm spindle diameter). diffuse reflectance spectra of sunscreen formulations were recorded on a cary spectrophotometer, model 500 uv-vis-nir, equipped with diffuse reflectance accessory. color index was obtained in a konica minolta spectrophotometer, model cm-2500d, equipped with d/8° integrating sphere (cielab https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 29 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 color space). the sun protection factor (spf) of sunscreen formulations was obtained from diffuse reflectance relative measurements using the in vitro spf assessment20, which is defined by spf= ∫ e(λ)s(λ)dλ 400 290 ∫ e(λ)s(λ)t(λ)dλ 400 290 (1) in the eq. 1, the t(λ) corresponds to the optical diffuse transmittance of sunscreen creams as a function of wavelength (λ) and the wavelength integration limits refers to the combined uvb and uva wavelength range. e(λ) is the erythema action spectrum and s(λ) is the spectral irradiance of terrestrial sunlight under defined conditions by international organization for standardization21. the uva protection of sunscreen creams was analyzed using the critical wavelength (λc), i.e., the wavelength value where the area under uv spectrum from 290 nm to a specific wavelength correspond to 90% of the integral of the absorption spectrum in the 290-400 nm region22. 3. results and discussion 3.1 colloidal stability viscosity is a physical property that provides important information about colloidal structure of various chemical systems, mainly emulsions and particle dispersions23. thus, viscosity can be used to evaluate colloidal stability of sunscreens. the viscosity-shear rate curves (fig. 3) show that viscosity of the sunscreen formulations decreases as the shear rate increases. this viscoelastic behavior indicates that the viscosity decrease is a consequence of the changes in the relaxation properties of these colloidal systems due to the deformation of dispersed molecules and/or particles in determined shear flows24. therefore, the sunscreen formulations obtained are nonnewtonian fluids. figure 3. viscosity-shear rate curves of sunscreen formulations containing different mass percentages of (a) sunscreen active ingredients, (b) uvinul® a plus, (c) zno and (d) mixture of uvinul® a plus and zno, as shown in tables 1 and 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 30 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 the inorganic or organic filter presence and/or their increase in the cosmetic formulations cause the viscosity increase; it is associated with interfacial structuring in sunscreen formulations that contributes significantly to the colloidal stability. thus, the sunscreen active ingredients used and their amount present in formulations provide modifications in the colloidal stability due to the conformation, rearrangement and degree of interaction of these chemical compounds with the ingredients of the colloidal systems, especially with the surfactants25,26. in sunscreen formulations, cetostearyl alcohol, cosmowax® j and 2,3dihydroxypropyl octadecenoate compounds (fig. 1) are the emulsifying agents or surfactants of these colloidal systems. the sunscreen formulations containing zno have higher viscosity values when compared to the others. this fact indicates possible surface interactions of the zinc oxide with sunscreen ingredients and/or the formation of zinc oxide agglomerates. according to the literature, surface interactions between zinc oxide particles and ions or molecules depend on the surface charge of these particles, which is correlated with the ph of the particle dispersion27. moreover, particle agglomeration in colloidal systems is associated to the ionic strength, the nature of the chemical environment and the morphological properties of the zno particles28. the viscosity-time curves under constant shear rate (fig. 4) show that the viscosity of sunscreen formulations decreases as the measurement time increases. this rheological behavior exhibited indicates the formulations are thixotropic fluids, i.e., time-dependent non-newtonian fluids29. therefore, the creams have essential rheological characteristics for application as sunscreens because thixotropic fluids when subjected to an external force present viscosity decrease providing their application in the human skin. moreover, the viscosity returns the initial state after the force removal allowing the formation of a photoprotective film on the skin surface. comparing the viscosity-time curves of b and e formulations to others, it is observed an initially viscosity increase in the 0-60 s time interval. this viscosity increase is associated to the interfacial region changes due to the deformation and reorganization of dispersed molecules in the interface24,29, which provide specific viscoelastic properties for these colloidal systems. figure 4. viscosity-times curves of b, e, u and z sunscreen formulations indicated in tables 1 and 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 31 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 the colloidal stability of sunscreen formulations depends on the interfacial structuring, which is maintained by surface interactions between sunscreen ingredients. thus, the temperature variation changes the interfacial region promoting loss and/or gain of the colloidal stability; consequently, the sunscreen viscosities are modified. the fig. 5 shows the temperature effect on the viscosity of the sunscreen creams. figure 5. viscosity-temperature curves of b, e, u and z sunscreen formulations indicated in tables 1 and 2. in the temperature-viscosity curves, it is observed the viscosity decrease of the sunscreen formulations with the temperature increase. this viscosity decrease is attributed to the break of intermolecular interactions in the interfacial region, which provides the loss of the colloidal stability. in addition, the sunscreen formulation containing zno exhibits different rheological behavior compared to the other formulations in the 40-60 °c temperature range. this rheological behavior can be associated to the agglomeration and/or dispersion of the zno particles in the formulation. the temperature-dependence of sunscreen viscosity can be correlated with the arrhenius equation30 according to eq. 2: 𝜂 = 𝜂0𝑒 ( 𝐸𝑎 𝑅𝑇 ) (2) where η is the viscosity of formulations, η0 is the empirical constant and ea is the flow activation energy. the flow activation energy (ea) is the potential energy barrier that interfacial molecules need to overcome in order to the fluid flow to occur; consequently, the ea values show the degree of the temperature-dependence of viscosity31. thus, temperature-dependence of viscosity is small for viscous fluids that have low ea values. in this perspective, flow activation energy can be a parameter used to evaluate the temperature influence on the colloidal stability of sunscreen creams containing different uv filters. the flow activation energy values of the sunscreen formulations are shown in table 3. independent of sunscreen active ingredient used in the colloidal system, the experimental ea values show that sunscreen creams have high temperaturedependence of their viscosity; therefore, the colloidal stability of them is directly affected by the temperature restricting their application as stable cosmetic cream in a temperature range. in addition, the flow active energy values presented by the sunscreen formulation containing zno show a nonnewtonian rheological behavior in the investigated temperature range. consequently, the difference of ea values indicates that surface relaxations between zinc oxide and sunscreen ingredients medium depend on the temperature, giving rise to different interfacial structuring of the colloidal dispersion32. table 3. flow activation energy (ea) values of b, e, u and z formulations. sunscreen formulation ea / kj mol-1 b 32.15 e 81.09 u 76.42 z 121.19a/17.00b aea value obtained in 28-40 °c temperature range. bea value obtained in 40-60 °c temperature range. 3.2 optical properties the diffuse reflectance spectra (fig. 6) show that each sunscreen formulation has a specific visible light scattering (400-800 nm), which is associated to micellar structures formed and their size in the cosmetic cream; therefore, organic or inorganic filter used have significant contribution to the formation of the micellar structures. moreover, the visible light scattering in the sunscreen formulations containing inorganic filter is also related to the zno particles depending on their size8. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 32 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 figure 6. diffuse reflectance spectra of the sunscreen formulations containing several mass percentages of (a) different uv filters, (b) uvinul® a plus, (c) zno and (d) mixture of uvinul® a plus and zno, as shown in tables 1 and 2. the uv-vis absorption spectra of sunscreen formulations obtained by kubelka-munk equation33 are shown in fig. 7. in the absorption spectrum of the b cream (fig. 7a), it is observed a broad and low intensity absorption band in the 250290 nm region attributed to the π→π* and/or η→π* transitions34 due to aromatic rings and/or carbonyl groups present in the molecular structures of sunscreen ingredients (fig. 1). the absorption spectra of sunscreen formulations containing organic and inorganic filters or mixture of them (fig. 7) show a typical band of sunscreen ingredients and characteristic absorption bands of the uv filters. in the sunscreen creams containing organic filters (fig. 7a and fig. 7b), the broad absorption bands with maximum values at 312 and 370 nm are attributed to π→π* and/or η→π* transitions. these electronic transitions assigned are characteristics of the beta-diketones35 and benzophenone-derived compounds36, such as the eusolex® and uvinul® a plus filters used in the sunscreen formulations. in addition, the mass percentages variation of the uvinul® a plus causes absorption edge shifts and intensity modifications of these absorption bands probably due to the different micellar structures obtained, which provide energy changes in the frontier molecular orbitals of the organic filter. the sunscreen creams containing inorganic filter (fig. 7c) present a broad and high intensity absorption band in the 290-380 nm region attributed to vb→cb transitions from the zno semiconductor8. in the sunscreen formulations containing mixtures of uvinul® a plus and zno (fig. 7d), it is observed the enlargement, overlapping and displacement of the specific absorption bands of these uv filters when compared to the other formulations. probably, this optical behavior is correlated to the interactions between uvinul® a plus and zno surface, which cause modifications in the energy levels of the organic filter and/or the formation of new molecular orbitals that give rise to different electronic transitions. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 33 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 figure 7. absorption spectra of the sunscreen formulations containing several mass percentages of (a) different uv filters, (b) uvinul® a plus, (c) zno and (d) mixture of uvinul® a plus and zno, as shown in tables 1 and 2. the cielab color diagram (fig. 8) shows that sunscreen formulations are white or beige depending on the uv filter present in their composition; consequently, their colors do not compromise the desired aesthetics appearance for the cosmetic products. the uv shielding performance of the skin care products was analyzed by in vitro sunscreen measurement methods37, which are based on uvvis spectrophotometric measurements. comparing the sun protection factor (spf) and critical wavelength values (fig. 9) of sunscreen creams with a commercial sunscreen product (spflabelled equal to 10) and also comparing them to sunscreens described in the basf sunscreen simulator38, it is verified the in vitro method used shows coherent and satisfactory results allowing the evaluation of uv shielding capacity of sunscreen creams. according to the literature39, sunscreens that have spf values ≤ 15 prevent skin damages caused by uvb radiation, moreover, critical wavelength values greater than 370 nm show that sunscreens have potential for uva protection. therefore, all sunscreen formulations obtained present uvb protection (fig. 9), however, only formulations containing organic filter have potential uva shielding capacity. in addition, uz and uz1 creams present better uv shielding ability when compared to the others due to synergistic effect from the mixture of zno and uvinul® a plus filters in specific mass percentages. this synergistic effect is probably associated to surface interactions between inorganic and organic filters, which are observed in the absorption spectra of these sunscreen creams (fig. 7d). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 34 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 figure 8. (a) brightness scale and (b) color scale corresponding to the cielab color diagram of sunscreen formulations described in tables 1 and 2. figure 9. spf and critical wavelengths of sunscreen formulations described in the tables 1 and 2. 4. conclusions the sunscreen formulations obtained are timedependent non-newtonian colloidal systems classified as thixotropic fluids. the colloidal stability of these thixotropic fluids depends on both the temperature and the sunscreen active ingredients presence in their composition. it can be remarked that the flow activation energy (ea) obtained by the viscosity measurements is an essential parameter to evaluate the temperature influence on the colloidal stability of sunscreen formulations. the uv-vis absorption/scattering properties of the sunscreen creams are also correlated to the inorganic/organic filters or mixture of them, which provide spf and critical wavelength values recommended for uv protection. it is important to emphasize that the synergistic effects from the inorganic and organic filters mixtures result in a better uv shielding performance of the sunscreen formulations as observed for uz and uz1 samples containing 10.00 or 5.00 wt% uvinul® a plus, respectively, and 1.00 wt% zinc oxide. furthermore, white and beige colors presented by creams do not compromise the desired aesthetics appearance for the skin care products. therefore, sunscreen formulations investigated in this work have https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 original article 35 eclética química journal, vol. 44, n. 2, 2019, 26-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.2.2019.p26-36 colloidal stability and suitable optical properties for application as sunscreens. 5. acknowledgments this work was developed with institutional infrastructure financed by fapesp, cnpq and capes (brazilian agencies). g.p.s thanks cnpq for the granted scholarship. 6. references [1] baker, l. a., marchetti, b., karsili, t. n. v., stavros, v. g., ashfold, m. n. r., photoprotection: extending lessons learned from studying natural sunscreens to the design of artificial sunscreen constituents, chem. soc. rev. 46 (2017) 3770-3791. https://doi.org/10.1039/c7cs00102a. 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https://doi.org/10.1021/la200570n https://doi.org/10.1021/la200570n https://doi.org/10.1021/la200570n https://doi.org/10.1021/la200570n https://doi.org/10.1021/la200570n https://doi.org/10.1021/la200570n https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2009.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2009.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2009.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2009.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.03.049 https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.03.049 https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.03.049 https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)01100-7 https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)01100-7 https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)01100-7 https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)01100-7 https://www.osapublishing.org/as/abstract.cfm?uri=as-49-8-1107 https://www.osapublishing.org/as/abstract.cfm?uri=as-49-8-1107 https://www.osapublishing.org/as/abstract.cfm?uri=as-49-8-1107 https://www.osapublishing.org/as/abstract.cfm?uri=as-49-8-1107 https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2004.tb00089.x https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2004.tb00089.x https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2004.tb00089.x https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2004.tb00089.x https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2004.tb00089.x https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2004.tb00089.x https://doi.org/10.1039/tf9656101664 https://doi.org/10.1039/tf9656101664 https://doi.org/10.1039/tf9656101664 https://doi.org/10.1039/tf9656101664 https://doi.org/10.1039/tf9656101664 https://doi.org/10.1039/b9pp00181f https://doi.org/10.1039/b9pp00181f https://doi.org/10.1039/b9pp00181f https://doi.org/10.1039/b9pp00181f https://www.sunscreensimulator.basf.com/sunscreen_simulator/input_show.action https://www.sunscreensimulator.basf.com/sunscreen_simulator/input_show.action https://www.sunscreensimulator.basf.com/sunscreen_simulator/input_show.action https://www.sunscreensimulator.basf.com/sunscreen_simulator/input_show.action https://doi.org/10.1016/j.jaad.2011.07.025 https://doi.org/10.1016/j.jaad.2011.07.025 https://doi.org/10.1016/j.jaad.2011.07.025 https://doi.org/10.1016/j.jaad.2011.07.025 https://doi.org/10.1016/j.jaad.2011.07.025 editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza eclética química journal 2019 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index 1 eclética química journal original research publication in all aspects of chemistry homepage: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ issn 1678-4618 | vol. 41 | 2016 | eclética química journal, vol. 41, 66-73, 2016. https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p66-73 66 abordagem da “química verde” por professores no contexto da disciplina de química do ensino médio francisca l. a. fernandes 1 , neidimar l. m de paula 1 , célia m. f. g. amorim 1 , maria a. l. milhome 1* ____________________________________________________________________________ resumo: nos últimos 20 anos, a química verde (qv) vem se destacando em diversos estudos e pesquisas. desse modo, a inserção da qv no ensino também deve ser utilizada de modo a tornar a aprendizagem mais satisfatória e os alunos socioambientalmente críticos. a presente pesquisa buscou analisar de modo qualitativo a abordagem da qv na perspectiva da educação ambiental por professores do ensino médio. questionários foram aplicados a professores de química da rede pública estadual no município de iguatu/ce. os resultados mostram que, dentre os sujeitos pesquisados, apesar de todos conhecerem a qv e os seus princípios, nem todos a abordam em suas aulas de química, nem utilizam a interdisciplinaridade. dessa forma, pode-se concluir que o ensino da qv nas escolas pesquisadas ainda tem sido abordado de forma discreta, sendo necessário um trabalho pedagógico mais efetivo, para que possa trazer maiores benefícios aos alunos e à sociedade em geral. palavras-chave: química verde, educação ambiental, ensino médio ____________________________________________________________________________ abstract: in the last 20 years, the green chemistry (química verde – qv) has been highlighted in several studies and research. thus, the insertion of qv in education must also be used in order to make the learning most satisfactory and the students social and socio-environmentally critical. this study sought qualitatively analyzes the approach of qv in the perspective of environmental education for high school teachers. questionnaires were applied to chemistry teachers of public schools in the city of iguatu / ce. the results show that, among the research subjects, even though everyone knows the qv and its principles, not every address in your chemistry class, do not use interdisciplinarity. thus, it can be concluded that the teaching of qv in schools surveyed still have been approached discretely, a more effective pedagogical work is needed, so you can bring greater benefits to students and society in general. keywords: green chemistry, environmental education, high school 1 departamento de química, instituto federal de educação, ciência e tecnologia do ceará-ifce, campus iguatu, rodovia iguatu / várzea alegre, km 05, vila cajazeiras, cep 63500-000 iguatu, ceará, brasil. * e-mail: apmilhome2013@gmail.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/ https://dx.doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v41.1.2016.p66-73 mailto:apmilhome2013@gmail.com.br eclética química journal, vol. 41, 66-73, 2016. 67 67 introdução o ensino de química, na atualidade, tem sido abordado de forma simplista e, portanto, requer uma nova visão por parte do professor 1 . de modo geral, contempla a memorização de conteúdos, fórmulas, cálculos, moléculas e afins. dessa forma, o processo de ensino se torna fragilizado e os alunos não se desenvolvem para atuar nas discussões da sociedade moderna, sobretudo, nas que envolvem as questões ambientais. em meados da década de 1990, surgiu a “química verde” (green chemistry) através da agência americana de proteção ambiental e da sociedade americana de química 2 . segundo machado (2011), a criação da qv “envolveu uma transição da química da postura reducionista do racionalismo cartesiano (raciocínio linear causa/efeito, com único objetivo: o produto da reação), para a postura sistêmica (raciocínio por linhas paralelas, dirigido a objetivos múltiplos – envolvendo simultaneamente o produto e os resíduos)” 3 . a qv estabelece 12 princípios fundamentais, relacionados à redução da geração de resíduos e à economia energética, a serem seguidos por empresas, indústrias e demais setores da sociedade que pretendem adotá-la em seus processos 4,5 . nos últimos anos, pesquisas relacionadas aos problemas ambientais e ao gerenciamento de resíduos em processos químicos têm sido crescente 6-8 . conceitos da química no ensino têm sido utilizados como instrumento para promover a educação ambiental 9 . a constituição da república federativa do brasil (artigo 225) estabelece que “todos têm o direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao poder público e à coletividade o dever de defendê-lo e preservá-lo para todas as gerações” 10 . dessa forma, os princípios da qv na perspectiva da educação ambiental deve se tornar uma prática no currículo de química das escolas públicas e privadas, preferencialmente, em todos os níveis de ensino, como previsto pela legislação 10 . os parâmetros curriculares nacionais da educação básica (pcns) e as diretrizes curriculares nacionais da educação básica (dcns) são ferramentas indispensáveis na educação escolar de modo a promover mudanças na postura e nas atitudes da população. o primeiro documento aborda a temática da educação ambiental em um capítulo que contém 76 páginas dedicadas exclusivamente para essa finalidade. o segundo documento aborda a educação ambiental em 28 páginas, nas quais traz pareceres e legislações sobre o tema, tratando-o com mais seriedade na educação escolar brasileira. diante desse contexto, a pesquisa visa analisar a inserção da qv dentro da disciplina de química por professores do ensino médio. de forma específica, procurou-se compreender de que modo esses professores estão abordando a qv no intuito de melhorar a aprendizagem dos alunos, identificar a existência de práticas ambientais realizadas por esses professores nas escolas em que atuam, bem como compreender e refletir sobre a abordagem desses professores sobre a educação ambiental a partir dos parâmetros, das leis e diretrizes para o ensino médio. na atual situação de agravamento dos conflitos ambientais na sociedade, os resultados e reflexões advindos dessa pesquisa justificam-na ao perceber suas contribuições para uma formação mais humana e integral no ensino médio, bem como apontar nuances que podem servir como subsídios para possíveis debates sobre a formação do professor de química na atualidade a partir da proposta de educação ambiental pela legislação vigente. procedimentos experimentais enquadramento metodológico o presente estudo trata de uma pesquisa qualitativa. esta, de acordo com godoy (1995), possibilita ao pesquisador uma melhor abordagem e compreensão dos fatos ocorridos/estudados, podendo ser analisados de forma integral. para tanto, o pesquisador vai a campo buscando “captar” o fenômeno em estudo a partir da perspectiva das pessoas nele envolvidas, considerando todos os pontos de vista relevantes 11 . a referida autora compreende que a pesquisa qualitativa pode se dar através de vários caminhos, ou seja, contemplando diversos tipos de abordagens metodológicas, como a análise documental, o estudo eclética química journal, vol. 41, 66-73, 2016. 68 68 de caso e a pesquisa etnográfica. frente a essas possibilidades, a presente pesquisa contempla o estudo de caso, que compreende ser a escolha de uma representação significativa de um caso a ser estudado, de modo que seja apto “a fundamentar uma generalização para situações análogas, autorizando inferências” 12 . local e sujeitos da pesquisa a presente pesquisa foi realizada, em três (3) escolas públicas de ensino médio da rede estadual de ensino com quatro (4) professores de química. entrouse em contato com tais pessoas, em seguida lhes foi entregue o instrumento de coleta de dados (o questionário), para posterior devolução. as escolas públicas estaduais de ensino médio, seguindo a ética nas pesquisas, não terão os seus nomes divulgados. dessas, uma escola atua em tempo integral na modalidade de educação profissional, contemplando, no seu currículo escolar, disciplinas da base comum, da base diversificada e da base específica/profissional. a outra escola iniciou, no referido ano letivo de 2016, a implantação do ensino em tempo integral, mas sem a educação profissional nas suas turmas de primeiro ano, sendo ampliado para as demais séries nos anos posteriores. nessa escola, o currículo escolar é composto por disciplinas da base comum e da base diversificada. as turmas de segundos e terceiros anos são de tempo parcial e contemplam apenas a base comum. as outras duas escolas são de tempo parcial, contemplando apenas a base comum curricular. instrumento de coleta de dados foi utilizado como instrumento da coleta dos dados dessa pesquisa, o questionário, definido por gil (1999, p. 128) “como a técnica de investigação composta por um número mais ou menos elevado de questões apresentadas por escrito às pessoas, tendo por objetivo o conhecimento de opiniões, crenças, sentimentos, [...] situações vivenciadas etc.” 13 essa pesquisa foi organizada em três partes: a primeira com uma pergunta de múltipla escolha sobre a formação acadêmica dos sujeitos (ensino médio completo, superior incompleto, superior completo, especialização etc.); a segunda parte composta por sete perguntas objetivas; a terceira e última parte composta por cinco perguntas subjetivas, de modo a possibilitar maiores comentários por parte dos sujeitos da pesquisa. o questionário engloba os objetivos propostos pela presente pesquisa, buscando conhecer a prática dos professores dentro da qv e da sustentabilidade/educação ambiental. cabe ressaltar que, antes da aplicação dos questionários, foi apresentado aos sujeitos da presente pesquisa o termo de consentimento livre e esclarecido (tcle), assinado por eles em duas vias, sendo uma para o pesquisador e outra para o pesquisado. cada sujeito, de modo a preservar sua identidade, recebeu um número de identificação, sendo denominados de sujeitos 01, 02, 03 e 04. resultados e discussão os dados coletados na primeira etapa mostraram que todos os sujeitos da pesquisa são licenciados em química e atuam como professores temporários ou como efetivos/concursados no ensino médio, sendo três sujeitos com especialização e um apenas com a graduação. a média de tempo de docência no ensino médio para cada sujeito foi de cinco anos. a segunda etapa envolveu questões relacionadas a qv, sumarizadas na figura 1. eclética química journal, vol. 41, 66-73, 2016. 69 69 figura 1. questionamentos envolvendo a abordagem de qv por professores do ensino médio no município de iguatu-ce. ao serem abordados sobre o conceito de qv, todos os professores participantes (100%) mostraram conhecer o tema, bem como os seus princípios (figura 1). no entanto, assim como cita os pcns, a abordagem sobre o meio ambiente e educação ambiental deve ser realizada de modo a possibilitar oportunidades de atuação dos alunos no sentido socioambiental 14 . assim, os professores foram interrogados sobre como contextualizam a qv em suas disciplinas dentro da escola em que atuam. caso o professor/sujeito respondesse positivamente informando abordar a qv na escola em que atua, ele poderia descrever a maneira em que ocorre tal abordagem. apesar de todos os sujeitos apontarem conhecer a qv e os seus princípios, a figura 1 denota um contraste entre as perguntas 1 e 2 do questionário, pois apenas metade dos sujeitos disseram já terem feito alguma abordagem ou terem trabalhado a qv e os seus princípios na escola em que atuam. o sujeito 3 disse ter trabalhado através da “exposição dos impactos ambientais, maquetes, debates e experiências em laboratório”. porém, cabe aqui a reflexão do que de fato é considerado qv por esse sujeito, visto que se percebe nele uma falta de compreensão e significado dessa área da química, resultando em um conhecimento raso e reducionista. já o sujeito 4 disse assim ter trabalhado tal temática: “algumas vezes, especialmente quando estou trabalhando temas que requerem ou que me possibilitam uma abordagem mais voltada para o contexto ambiental, sempre gosto de tocar em pontos da qv... os alunos adoram essas aulas, dizem que são as melhores por sair do mundo de fórmulas e cálculos da química”. através da sua fala, o sujeito 4 demonstra um maior conhecimento e habilidade para trabalhar a qv em suas aulas. almeida (2012) sugere que as abordagens da qv na perspectiva da educação ambiental devem ser trabalhadas com base nos três pilares do desenvolvimento sustentável: ambiental, social e econômico 15 . apoiando-se nessas três dimensões, o professor estará abordando não apenas a qv, mas também a educação ambiental como proposta pelas legislações apontadas anteriormente no referencial teórico dessa pesquisa. tal apontamento direcionou a próxima pergunta que questionou se os sujeitos conheciam as sugestões 100% 50% 75% 50% 75% 75% 0% 50% 25% 50% 25% 25% 1. sabe o conceito de qv e quais os seus princípios? 2. contextualizou a qv na escola em que atua? 3. sabe o que os pcns sugerem para a prática da química na perspectiva da educação ambiental? 4. desenvolveu a qv durante as suas aulas de química de modo interdisciplinar? 5. realiza(ou) algum projeto ambiental com seus alunos? 6. sobre a geração de resíduos, existe(iu) alguma prática na escola vizando a sua redução? sim não eclética química journal, vol. 41, 66-73, 2016. 70 70 dos pcns para o ensino de química na perspectiva da educação ambiental. os dados apresentados na figura 1 (questionamento 3) apontam que apenas 75% dos sujeitos conhecem o direcionamento dos pcns para o ensino da química na perspectiva da educação ambiental e 25% dos sujeitos disseram não conhecer tais recomendações. essa porcentagem, ainda que relativamente pequena, remete a preocupações sobre a formação inicial do professor de química. os cursos de licenciatura diferenciamse dos bacharelados justamente para que o docente tenha domínio de conhecimentos pedagógicos para uma melhor abordagem dos seus conteúdos, bem como para que o seu trabalho seja direcionado para dentro do contexto da educação escolar. os pcns, bem como as dcns, propõem a prática da interdisciplinaridade e a não fragmentação dos conteúdos escolares de forma a melhorar a aprendizagem dos alunos com relação à educação ambiental. e, nesse contexto, surgiu a pergunta aos sujeitos da pesquisa: desenvolveu a qv nas suas aulas de química de modo interdisciplinar? em caso positivo, descreva como aconteceu. a figura 1 mostra que 50% dos sujeitos disseram já ter trabalhado a qv de forma interdisciplinar e outra metade disse nunca ter feito tal prática. o sujeito 4 realizou a prática interdisciplinar na abordagem da qv nas suas aulas, associando a língua portuguesa (o poema e a música), as artes (a música e os vídeos), as ciências humanas (abordagem do capitalismo). além da interdisciplinaridade, foi perceptível a transversalização do conteúdo escolar na prática do professor, na qual os pcns estabelecem que “trabalhar de forma transversal significa buscar a transformação dos conceitos, a explicitação de valores e a inclusão de procedimentos, sempre vinculados à realidade cotidiana da sociedade, de modo que obtenha cidadãos mais participantes” 14 . nesse contexto de contrastes entre as práticas docentes nas diferentes escolas, os professores foram perguntados sobre a realização/ desenvolvimento de algum projeto na área da educação ambiental (questionamento 5) e, em caso positivo, poderiam descrever tais projetos. dentre os 75% dos sujeitos que apontaram ter algum projeto na área ambiental com os seus alunos, apenas 50% apontaram de forma rasa do que se tratavam os projetos (figura 1). o sujeito 1 disse atuar na “fabricação de tintas naturais e os seus impactos ambientais”. o sujeito 2, apesar de sinalizar positivamente para essa pergunta, deixou em branco o espaço destinado para descrever o seu projeto. o sujeito 3 disse trabalhar com o “óleo de cozinha e influência das cores com a radiação”. o sujeito 4 disse não ter projeto nessa área, representando os 25% representado no gráfico. nota-se que as falas dos sujeitos aparentam não ter uma conexão real com o que se ocorre na prática. com a execução desses projetos, lançou-se a seguinte pergunta (questionamento 6): sobre a geração de resíduos, existe alguma prática na escola em prol da sua redução? se sim, como ela é realizada. como observado na figura 1, cerca de 75% disseram haver incentivos na escola em que atuam e 25% disseram não haver incentivos. o sujeito 1 disse haver incentivos através de palestras e de projetos desenvolvidos junto aos alunos. o sujeito 2, apesar de ter sinalizado positivamente, novamente não descreveu tais ações, e o sujeito 3 disse ser através de coleta de óleo para o descarte correto, da reciclagem de papel, descarte correto de pilhas e a produção de compostagem para a horta da escola. tais práticas vão ao encontro do que é proposto pelas dncs, em seu artigo 13, inciso iv, que estabelece o incentivo à participação individual e coletiva, permanente e responsável, na preservação do equilíbrio do meio ambiente, entendendo-se a defesa da qualidade ambiental como um valor inseparável do exercício da cidadania 16 . já na terceira parte do questionário, surge a pergunta sobre qual a visão dos professores sobre a inclusão da qv no currículo escolar. os dados encontram-se na tabela 1. eclética química journal, vol. 41, 66-73, 2016. 71 71 tabela 1 – fala dos sujeitos sobre a inclusão da química verde no currículo escolar sujeito 01 “seria de bastante importância para conscientizar sobre os impactos ambientais existentes”. sujeito 02 “é de suma importância, pois possibilita a conscientização e consequentemente a adoção de práticas que visem minimizar os desgastes ambientais”. sujeito 03 “extremamente importante porque faz parte do cotidiano do aluno”. sujeito 04 “sim, visto que a química verde, junto com os seus princípios, possibilita uma melhor compreensão socioambiental e crítica da sociedade”. fonte: própria autoria novamente, nota-se, através da tabela 1, o reducionismo e a visão simplista sobre a qv e os seus princípios com a simples justificativa de que é importante porque faz parte do cotidiano dos alunos. de acordo com roloff e marques (2014), a escola possui importante papel na busca de formas de superação dessas compreensões reducionistas de ambiente, cujo caminho precisa envolver os processos formativos de professores, proporcionando o domínio de competências técnicas para o tratamento das questões ambientais, além de formação em conhecimentos comportamentais que tornem os estudantes aptos a tomarem decisões críticas 17 . além da inserção da qv, é necessário também a inserção da educação ambiental no currículo escolar, como já apontado anteriormente. e nesse contexto, perguntou-se aos sujeitos se é possível perceber mudanças na escola em decorrência da inserção da educação ambiental nas escolas. os sujeitos 1 e 2 não responderam a essa pergunta, deixando-a em branco. o sujeito 3 disse como resposta que “busca mudança de acordo com a atualidade”. já o sujeito 4 disse “sim, pois diante do cenário atual que encontramos o meio ambiente e a relação homem-natureza, as mudanças são de extrema urgência, e, apesar de muito lento, já notase a mudança na atitude de algumas pessoas, o que ainda é pouco”. a fala do sujeito 3 denota ou uma falta de compreensão da pergunta ou uma falta de nexo entre o seu pensamento e o que está sendo abordado. o que se diferencia da fala do sujeito 4, ao indicar a existência, ainda que de forma lenta, de mudanças perceptíveis na escola em que atua. sabendo que a formação do professor, seja inicial ou continuada, se caracteriza como de suma importância, perguntou-se aos sujeitos se já participaram ou receberam alguma formação na área ambiental. 50% disseram nunca ter feito/recebido e 50% disseram já ter feito/recebido tanto na graduação como de forma continuada. no entanto, cabe ressaltar que a porcentagem de sujeitos que disseram não ter tido nenhuma formação, já receberam, ainda que não se recordem, através da disciplina de química ambiental, presente nos cursos de química, seja licenciatura ou não. sobre isso, as dcns estabelecem em seu artigo 8, “a educação ambiental, respeitando a autonomia da dinâmica escolar e academia, deve ser desenvolvida como uma prática educativa integrada e interdisciplinar, contínua e permanente em todas as fases, etapas, níveis e modalidades, não devendo, como regra, ser implantada como disciplina ou componente curricular específico”16 . é preciso considerar que nem toda (in)formação resulta em atividades/aplicações práticas. assim, os sujeitos foram questionados se se consideravam preparados para atuarem como educadores ambientais. todos os sujeitos apontaram que sim, porém, o sujeito 2 entra em contradição ao dizer que “sim, desde que haja uma preparação”. ora, a pergunta foi direcionada no sentido de o professor já estar preparado, não na direção de que, caso venha a receber formação, ele se ache apto a atuar como tal profissional. tal fala eclética química journal, vol. 41, 66-73, 2016. 72 72 implica, novamente, na questão da formação inicial do professor de química no que tange à educação ambiental. tais cursos, como apontam roloff e marques (2014), ainda não estão adotando tal abordagem na formação dos seus alunos, o que acaba interferindo na aprendizagem destes, priorizando o conteúdo escolar comum, como as fórmulas e conceitos 17 . por fim, como última pergunta, os sujeitos foram questionados quanto ao desenvolvimento de atividades voltadas para a educação ambiental dentro da disciplina de química. todos os sujeitos apontaram que desenvolvem alguma atividade, sendo 50% dos sujeitos atuam em atividades na reciclagem de óleo comestível e 50% em outras atividades que não foram detalhadas. os dados aqui apontados e discutidos trazem importantes reflexões sobre a utilização da química verde como suporte para a implantação da educação ambiental nas escolas brasileiras. conclusões os resultados mostram o notório despreparo da maioria dos sujeitos entrevistados para a abordagem da química verde como componente da educação ambiental e do ensino de química no ensino médio. apenas um sujeito adequava as suas respostas conforme eram feitas as perguntas de modo a se ter um melhor direcionamento. o conhecimento teórico sobre a química ambiental pelos professores apresentou-se frágil e fragmentado, com ausência de interdisciplinaridade, o que vai ao desencontro do que é proposto pelos pcns, dcns, ldb e a própria constituição brasileira. os sujeitos pesquisados tendem a ter uma visão muito reducionista, superficial e simplista do que venha a ser a química verde apontando para a importância do cotidiano dos alunos como justificativa para a sua utilização. dessa forma, pode-se concluir que o ensino de química nas escolas pesquisadas ainda está longe de conceber um currículo escolar na referida disciplina de modo que traga benefícios para os seus alunos, não priorizando o conteúdo escolar, mas pautado em uma compreensão crítica e socioambiental. referências [1] f. p. gonçalves, c. a. marques. a problematização das atividades experimentais na educação superior em química: uma pesquisa com produções textuais docentes, quím. nova, 2011, 34, 899-904. 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follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. chem. j. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/2 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/1 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/3 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical 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metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica.iq@unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:ecletica.iq@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | summary editorial board..............................................................................................................................................3 editorial.……………………………………………………...............................................................................................4 instructions for authors..........................................................................................................................5 original articles estimating bulk density in leguminous grains with different traits using color parameters from digital images combined with artificial neural networks ...................................................................................... 11 bruna gava floriam, fabíola manhas verbi pereira, érica regina filletti synthesis, spectroscopic, biological activities and dft calculations of nickel(ii) mixed-ligand complexes of tridentate schiff bases ........................................................................................................................... 18 abidemi iyewumi demehin, mary adelaide oladipo, banjo semire determination of harpagoside in harpagophytum procumbens dc tablet’s using analytical method by high performance liquid chromatography .................................................................................................. 47 gislane dos santos ribeiro, amanda de assis carneiro, diegue henrique nascimento martins, luiz alberto simeoni, dâmaris silveira, pérola oliveira magalhães, yris maria fonseca-bazzo grain-size mineral analysis of verdete rock coarse and fine aggregates and adjustment to two granulometric distribution models ............................................................................................................. 56 aline amara madeira bound state solutions of the schrödinger equation with energy-dependent molecular kratzer potential via asymptotic iteration method ................................................................................................................. 65 akpan ndem ikot, uduakobong okorie, alalibo thompson ngiangia, clement atachegbe onate, collins okon edet, ita okon akpan, precious ogbonda amadi http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index introdução o phb poli(3-hidroxibutirato), polímero biossintetizado por microorganismos se acumula na célula microbiana em forma de grânulos como reserva de carbono e energia[1]. as propriedades termoplásticas do phb são semelhantes às do polipropileno isotático com respeito à sua cristalinidade e temperatura de fusão. considerase o phb como um poliéster termoplástico biocompatível e biodegradável, por outro lado sendo quebradiço e termicamente instável seu uso em materiais tem sido restringido, pois apresenta baixas propriedades mecânicas. o phb tem sido melhorado com a introdução de monômeros de alcanoatos para produzir poliéster ou misturas poliméricas de phb com outros polímeros[2,3]. para alcançar condições ótimas no processo industrial e obter produtos com melhores propriedades avaliou-se a influencia de anidrido maleico como modificador de cadeia do phb considerando os campos com potencial de aplicação[4]. a otimização e a validação de uma metodologia analítica eficiente para a determinação simultânea de phb e anidrido maleico por cromatografia gasosa, são importantes para avaliar com precisão a composição de filmes com diferentes proporções de anidrido maleico e estudar possíveis alterações na composição dos mesmos. material e métodos reagentes, padrões e solventes phb na forma de grânulos, proveniente da phb industrial (serrana, sp), foi produzido industrialmente por rota biossintética a partir de sacarose invertida e foi submetido a modificação com anidrido maleico na presença de trietilamina. como padrão foi utilizado o phb proveniente da sigma-aldrich. 49ecl. quím., são paulo, 31(4): 49-54, 2006 www.scielo.br/eq volume 31, número 4, 2006 otimização e validação de metodologia cromatográfica para determinação simultânea de composição monomérica em polímero biodegradável j. l. souza, a. f. dos santos, l. polese, m. s. crespi, c. a. ribeiro instituto de química unesp 14801-970 – araraquara – sp resumo: o biopolímero poli(3-hidroxibutirato) phb, importante pelas suas propriedades de biodegradabilidade e biocompatibilidade, pode apresentar melhores características termoplásticas quando estruturalmente modificado com anidrido maleico (am). para avaliar a proporção de anidrido maleico presente nos filmes de phb com a proporção no intervalo de 0 a 20% de am para o phb, foram otimizadas as condições experimentais e determinados os principais parâmetros de validação para a análise simultânea de derivados de phb e am, utilizando-se cromatografia em fase gasosa (gc). os resultados demonstram que o procedimento analítico pode ser aplicado com confiabilidade. palavras-chave: poli(3-hidroxibutirato); anidrido maleico; validação de metodologia. anidrido maleico 99% (merck), trietilamina 99% (vetec), álcool iso-amílico 98,5% (vetec), ácido benzóico 99,5% (vetec), ácido clorídrico 37% (mallinckrodt) e acetona 99,5% (merck) foram empregados na análise. equipamentos cromatógrafo a gás modelo cp-3380 da varian equipado com injetor modelo 1177 (“split-splitless”), coluna zbwax (30m x 0,53mm x 1?m) detector de ionização em chama (fid) e software para aquisição e processamento de dados star workstation da varian. estufa tecnal modelo te-394/2 com circulação e renovação de ar. banho de aquecimento tecnal modelo te800. mesa agitadora marconi modelo ma-141. purificação do phb aproximadamente 120g de phb foi lavado com 300ml de acetona, sob vácuo. o polímero foi transferido para placa de petri e seco em estufa com circulação e renovação de ar à 40ºc durante 18 horas. preparação de filmes de phb/am na tabela 1 estão apresentadas as diferentes massas de phb granulado que foram solubilizadas em 2ml de clorofórmio em frascos de vidro de borosilicato com vedação de teflon®. os frascos foram aquecidos durante 10 minutos em banho de areia (100ºc) e posteriormente foram mantidos a 90 rotações por minuto (rpm) durante 20 horas à temperatura ambiente. anidrido maleico foi dissolvido em 2ml de clorofórmio e aquecido a 100ºc durante 10 minutos. após o resfriamento, a solução de anidrido maleico foi transferida para o frasco 50 ecl. quím., são paulo, 31(4): 49-54, 2006 contendo a solução de phb, de modo a preparar vários filmes com diferentes proporções de anidrido (tabela 1). a reação de esterificação foi conduzida a 110°c durante 1 hora na presença de uma amina terciária como catalisador (trietilamina) com volume de 200µl de (concentração de 5% v/v). filmes de phb puro, phb/amina, anidrido puro e anidrido/amina foram preparados conforme procedimento descrito para a preparação dos filmes de phb/am. em seguida a solução foi transferida para placa de petri que foi mantida aberta em capela sem exaustão durante 24 horas para evaporação dos componentes voláteis e conseqüente formação do filme. determinação do teor de phb e anidrido maleico por gc-fid uma solução reagente foi preparada adicionando 80ml de álcool isoamílico, contendo 8% de ácido clorídrico concentrado e 0,12% (m/v) de ácido benzóico (padrão internopi). após homogeneização, a solução foi transferida para frasco âmbar que foi mantido sob refrigeração (entre 0 e 4ºc). em frascos (8ml) foram pesados grânulos do padrão de phb (sigma-aldrich), e adicionados 3ml de solução reagente. após aquecimento de 100°c em banho de areia durante 4 horas as amostras foram resfriadas rapidamente em banho de água durante 10 minutos. após adição de 3ml de água deionizada e agitação manual vigorosa, os frascos foram mantidos em repouso (1 hora) para separação das fases. alíquotas de 1,0µl foram diretamente injetadas no gc-fid para separação na coluna zbwax e detecção por fid. utilizou-se o sistema de injeção (injetor 1177) no modo splitless, portanto sem divisão de amostra, tendo em vista o limite de detecção do equipamento para a resposta do anidrido maleico. os ensaios de recuperação de hb e mi foram realizados em três diferentes níveis de concentração, sendo baixo, médio e alto, porém dentro do intervalo de concentração de trabalho do método. as temperaturas do injetor e do detector foram mantidas em 230°c e 260°c, respectivamente. a coluna foi aquecida de 90 a 220ºc com razão de 8ºc min-1 e isoterma em 220ºc de 3 minutos. a sensibilidade do detector foi mantida no valor máximo (range 11) as amostras de filmes de phb/am foram submetidas ao mesmo tratamento de preparação dos padrões, utilizando-se massa de aproximadamente 0,018g, considerando o intervalo de linearidade da curva de resposta obtida com os padrões de phb e am para determinação simultânea dos ésteres isoamílicos. alíquotas (1?l) da fase orgânica foram analisadas por gc-fid e a quantificação dos ésteres isoamílicos dos monômeros de phb e maleato de isoamila (derivado de anidrido maleico) foi realizada a partir da curva de resposta por comparação com os padrões. resultados e discussão o teor de phb e anidrido maleico podem ser determinados simultaneamente utilizando a metodologia cromatográfica apresentada. soluções com diferentes concentrações de padrão de phb, anidrido maleico e com a mesma concentração de ácido benzóico foram esterificadas com álcool isoamílico e analisadas por gc-fid. após esterificação, alíquotas de 1µl da fase orgânica foram injetadas no gc-fid em triplicata no mesmo dia. os volumes injetados correspondem à massa entre 1 e 18mg para o phb, entre 0,5 e 5mg para o anidrido maleico e a concentração de pi foi a mesma para todos os padrões. com a hidrólise em meio ácido e esterificação determina-se por gc-fid os ésteres correspondentes, que são maleato de isoamila (mi), 3-hidroxibutirato de isoamila (hb) e benzoato de isoamila (padrão interno pi). os cromatogramas da análise em branco e da solução padrão de mi, hb e pi estão apresentados na figura 1 e figura 2, respectivamente. o cromatograma da figura 1, corresponde a análise em branco da solução reagente com apenas o pico do solvente no início da análise cromatográfica e em 11,109 minutos o pico referente ao pi. os picos em 8,850, 11,095 e 13,663 minutos no cromatograma da figura 2 são 51ecl. quím., são paulo, 31(4): 49-54, 2006 referentes ao ésteres derivados do phb, ácido benzóico e anidrido maleico, respectivamente. o tempo total de análise foi de 19 minutos. para determinação do teor de hb e mi nos filmes são construídas curvas de resposta do sinal analítico (relação de área de hb/pi ou mi/pi) contra massa do padrão de hb e mi. na figura 3 estão apresentadas as curvas de resposta analítica (área média hb/pi) em função da massa de hb, além do fator de resposta, (fr) dado pela relação de área média hb/pi sobre a massa de hb em função da massa de hb ilustrando o intervalo de linearidade dentro dos limites aceitos para validação do método [7]. na figura 4 estão apresentadas às curvas de respostas para o mi. os parâmetros do processo de validação do método para determinação do teor de hb e mi foram calculados de maneira semelhante àquela descrita no método para quantificação do teor de 3-hidroxibutirato de metila e 3-hidroxivalerato de metila [6]. figura 1. cromatograma da análise em branco (solução reagente). figura 2. cromatograma da solução padrão de hb, pi e mi. 52 ecl. quím., são paulo, 31(4): 49-54, 2006 principais parâmetros de validação: sensibilidade do método, precisão dada pela repetibilidade das injeções, recuperação em três diferentes níveis de concentração e desvio padrão (dp) (n=3), limite de detecção (ld) e limite de quantificação (lq), no intervalo de massa dos padrões analisados para o hb e mi, estão descritos na tabela 2. os resultados obtidos no método proposto para determinação simultânea de hb e mi estão coerentes com os estudos de validação empregando hidrólise ácida e esterificação com metanol [6]. os resultados de porcentagem de hb e de mi determinados por gc-fid nos filmes preparados estão descritos na tabela 3. a aplicação da metodologia apresentada possibilita quantificar os monômeros de phb e de anidrido e obter informações adicionais sobre a atuação do catalisador (trietilamina) utilizado na reação de esterificação, quanto a possíveis reações anidrido/amina ou resíduos de amina presente nos filmes. a soma dos valores de porcentagem de hb e mi indica que durante a reação de modificação de cadeia do phb com anidrido maleico podem ter formado estruturas distintas dos padrões, devido à possíveis interações de hb e am com a trietilamina levando a um aumento da afinidade pela fase aquosa, assim não foram identificadas nem quantificadas na análise por gc-fid. a avaliação do perfil cromatográfico dos filmes de phb puro em comparação com figura 3. reposta analítica (relação área hb/pi) e fator de resposta de hb submetidos à derivação. figura 4. reposta analítica (relação área mi/pi) e fator de resposta de mi submetidos à derivação. 53ecl. quím., são paulo, 31(4): 49-54, 2006 phb/amina e dos cromatogramas das amostras de anidrido puro e anidrido/amina não indicou a presença de pico que pode ser referente à trietilamina. para as amostras dos filmes 1 e 2, respectivamente com as maiores proporções de anidrido nos filmes de phb/am com 80/20 e 90/10, a soma das porcentagens indica uma recuperação menor de phb e de anidrido maleico, pois os ésteres não identificados com suas respectivas estruturas podem ter permanecido na fase aquosa. para os filmes 3 e 4 de phb/am a soma dos valores de phb e am apresentam uma esterificação completa da massa de filme e os respectivos valores de porcentagem de phb e mi estão de acordo com os determinados no processo de validação do método. nas amostras de filmes 5 e 6 não foram detectados picos de mi, pois os valores de massa de am utilizados na preparação dos filmes estão abaixo do intervalo de concentração de trabalho do método, considerando os valores de recuperação no nível 1 para o mi (tabela 3). os resultados apresentados na tabela 3 para as amostras de phb puro, phb/amina e filme 6 indicam que, provavelmente não ocorre interação phb-trietilamina e com uma pequena proporção ou ausência de am nas amostras recuperou-se hb com teor levemente acima do dp obtido no nível mais elevado de recuperação de hb. a porcentagem de anidrido (27,8%) determinada na amostra de anidrido/amina indica que o anidrido maleico pode interagir com a trietilamina, cujo produto pode possuir maior afinidade com a fase aquosa e injetando a fase orgânica espera-se menor valor de porcentagem de anidrido maleico. a principal vantagem da metodologia apresentada é a substituição de solvente no processo de preparação de amostras, uma vez que utilizava-se clorofórmio e metanol para a reação de esterificação dos monômeros de phb (derivação) [5,6], substituído por álcool isoamílico, com toxicidade relativamente menor. conclusões o método para determinação simultânea de 3-hidroxibutirato de isoamila e maleato de isoamila por cromatografia gasosa foi validado e os parâmetros determinados mostram a segurança analítica para avaliar amostras de filme de phb modificado com anidrido maleico. as principais vantagens do procedimento proposto são a análise simultânea dos derivados de phb e anidrido maleico e a substituição de clorofórmio e metanol por álcool isoamílico. agradecimentos ao conselho nacional de pesquisa e desenvolvimento – cnpq pelo suporte financeiro e à phb industrial s/a pela concessão das amostras de phb. recebido em: 19/09/2006. aceito em: 07/12/2006. referências [1] c. r. squio, g. m. f. aragão, química nova 27 (2004) 615. [2] l. sharma, j. n. hay, polymer 41(2000) 5749. [3] l. j. chen, m. wang, biomaterials 23(2002) 2631. [4] c. chen, b. fei, s. peng, y. zhuang, l. dong, z. feng,. european polymer journal 38 (2002) 1663. [5] s. jan, c. roblot, g. goethals, j. courtois, b. courtois, e. n. saucedo, j. p. seguin, j. n. barbotin, analytical biochemistry 225 (1995) 258. [6] a. f. santos, caracterização, modificação e estudo cinético não isotérmico de poli(3-hidroxibutirato). 2005. 148 f. dissertação (mestrado em química)-instituto de química, universidade estadual paulista, são paulo, 2005. [7] m. ribani, c. b. g. bottoli, c. h. collins, i. c. s. f. jardim, l. f. c. melo, química nova 27 (2004) 771. 54 ecl. quím., são paulo, 31(4): 49-54, 2006 j. l. souza, a. f. dos santos, l. polese, m. s. crespi, c. a. ribeiro. optimization and validation of chromatographic method for simultaneous determination of monomeric composition in biodegradable polymer. abstract: the poly(3-hydroxybutyrate) (phb) are an important biopolymer with biodegradable and biocompatible properties. when phb is submitted to structural modification with maleic anhydride (ma) is possible to obtain phb with superior thermoplastic characteristics. a gas chromatography (gc) method has been optimized and validated for simultaneous determination of monomeric proportions (0 to 20% w/w in ma) in phb/ma films. the results demonstrated that the analytical procedure is a consistent chromatographic method to identification and quantification from phb and ma isoamilic esters derivatives. keywords: poly(3-hydroxybutyrate); maleic anhydride; chromatographic method validation original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | 73 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 rapid and selective extraction of trace amount of pb(ii) in aqueous samples using a magnetic ion-imprinted polymer and detection by flame atomic absorption spectrometry saeed babaee+ , seyed ghorban hosseini , mohammad mirzaei faculty of chemistry and chemical engineering, malek ashtar university of technology, iran. +corresponding author: saeed babaee, phone: +98 2122987672, email address: safnba@gmail.com article info article history: received: march 12, 2019 accepted: june 26, 2019 published: october 1, 2019 keywords: 1. extraction 2. magnetic 3. ion imprinting polymer 4. lead 5. n-benzoyl-n-phenyl hydroxylamine 1. introduction it is clear that heavy metals contamination represents serious hazards to the ecosystem and especially to humans because of the complex toxicological effects on living beings1. lead has been accepted as an important toxic heavy metals resulting from mining, acid battery factories2, metal plating3, printing4, textile5, photographic materials6, ceramic and glass industries as well as explosive manufacturing7. through the joined system of water–plant–animal–human, pb(ii) is transferred into human body and causes to various severe health problems in vital organs of humans, such as damage to kidney, liver, blood composition, central nervous system (cns) due to binding sites on cerebellar phosphokinase c at trace amounts and also retarding the reproductive system in mental function8-10. the maximum permitted amount of lead ions by world health organization (who) in drinking water fixed as 10.0 µg l-1 and for the u.s. environmental protection agency (usepa) is 15.0 µg l-1 11. consequently, the developments of reliable and highly sensitive techniques to the determination and then removal of lead in water samples as the pollutant sources are crucially necessary. nowadays flame atomic absorption spectrometry (faas) because of its analytical abilities has been confirmed for trace analysis of abstract: a magnetic pb(ii) ion-imprinted polymer was synthesized using magnetic fe3o4@sio2 nanospheres as supporter, n-benzoyl-nphenyl hydroxylamine as ligand, 4-vinyl pyridine as monomer, ethylene glycol dimethacrylate as crosslinker and 2,2′-azobis(isobutyronitrile) as the initiator. the template was removed from the polymer using 4 ml of hcl (2 mol l-1). the chemical structure, morphology-particle size, elemental analysis, thermal behavior and magnetic properties of the sorbent were evaluated using fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy & imagej software energy dispersive xray system, thermal gravimetric analysis and vibrating sample magnetometry. various parameters such as ph, equilibrium extraction time, temperature and the eluent were optimized. the results showed the sorbent adsorption capacity was 92.3 mg g-1 in ph 6.0 media, equilibrium time of 7 min at 40 °c. calibration linearity was 2-150 µg l-1 with detection limit of 0.3 µg l-1. the prepared sorbent had high selectivity and was successfully applied to the removing of lead in real samples. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 mailto:safnba@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-2182-7678 http://orcid.org/0000-0002-9062-1956 http://orcid.org/0000-0002-0027-3813 original article 74 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 metal ions but lead concentration in environmental waters is usually lower than faas detection limit12. therefore, a separation and enrichment pretreatment is necessary before to pb(ιι) determination at the µg l-1 levels. several methods have been developed for pb2+ ions separationpreconcentration, such as liquid–liquid extraction13, liquid-phase microextraction14, solid phase extraction (spe)15, coprecipitation16 and cloud point extraction17 which among them spe is more common due to the higher enrichment factor, minimal costs, environment friendly and simple automation. different solid phases have been applied as sorbents which among them, molecularly imprinted polymers (mips) have been widely utilized for selective separation of organic and also inorganic compounds from aqueous samples18. similar sorbents to mips are ion imprinted polymers (iips) that produced by chelating metal ions with the relevant ligands and then polymerizing with a monomer. ion imprinted polymers (iips) are more attractive for separation of inorganic ions due to their high selectivity, high preconcentration factor and chemical stability19. in this manner liu20 synthesized a surface-imprinted mesoporous sorbent for pb(ii) ion by the postsynthesis method and the adsorption capacity reached to 36.6 mg g-1. ghoohestani21 synthesized pb(ii)-iip by polymerization of chitosan on the surface of mcm-41 with adsorption capacity of 57.7 mg g-1. fan22 synthesized silica-supported sorbent functionalized with schiff base by coupling a surface imprinting technique with a sol–gel process for removal of pb(ii) ions with adsorption capacity of 54.9 mg g-1. in present study, a novel magnetic pb-iip containing of n-benzoyl-n-phenyl hydroxylamine was synthesized on the surface of fe3o4@sio2 by a surface imprinting technique for the selective and efficient preconcentration of lead ions in various aqueous samples. the adsorption experiments coupled with faas system was used to the analyte quantification at µg l-1 levels. 2. materials and methods 2.1 reagents and materials ferric chloride, sodium acetate, ammonium hydroxide and tetraethyl orthosilicate (teos) were used for synthesis of fe3o4@sio2 nanoparticles and for the functionalization. triethylamine (tea) and 3aminopropyltriethoxysilane (aps) were applied for the preparation of the imprinted polymer, utilized from 4-vinyl pyridine (vp), n-benzoyl-nphenyl hydroxylamine (bpha), ethylene glycol dimethacrylate (egdma), maleic anhydride (ma) and α, α’-azobisisobutyronitrile (aibn). pb(no3)2 were used as source of pb(ii). stock solutions were prepared daily from pb2+ standard solution of 1000.0 mg l-1 by serial dilutions. other chemicals were provided from merck company (darmstadt, germany). deionized water was used for preparation of all solutions. 2.2 apparatus the measurements were performed using flame atomic absorption spectrometer (varian, model spectra a-20 plus) with hollow cathode lamp (10 ma current, spectral bandwidth and wavelength of 0.5 and 283.3 nm respectively). the infrared spectra of the iip samples were obtained using a shimadzu 8400s ftir spectrometer. a scanning electron microscopy along with imagej software (ver. 5.1.1)-energy dispersive x-ray (joel-jsmt 300a) were used for morphology-particle sizeelemental analysis. tga studies were carried out with stanton redcroft-sta-780 system applying heating rate of 10 c min-1 in a temperature range of 50-600 °c, under air atmosphere with a flow rate of 50 ml min-1. magnetic properties were analyzed using a vibrating sample magnetometer (microsense-ez vsm). the ph was determined using a metrohm ph meter (m. lab-827) with a combined glass–calomel electrode. 2.3 synthesis of magnetic nanospheres (mnss) the mns was synthesized by a solvothermal reduction method23. typically, 1.35 g fecl3.6h2o was dissolved in ethylene glycol (40 ml) to form a clear solution, followed by the addition of sodium acetate (3.6 g) and polyethylene glycol (1.0 g). the mixture was vigorously treated by ultrasonic bath for 30 min. after that it was refluxed at 180 °c for 8 h, and then allowed to cool down to room temperature. the black product was washed several times with ethanol and deionized water. then it was dried at 60 °c for 6 h. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 75 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 2.4 synthesis of sio2 coated mnss (fe3o4@sio2) these nanospheres were prepared according to a previously reported method with minor modifications24. typically, 0.5 g of the mns was dispersed in 60 ml ethanol and 10 ml of deionized water, and treated by sonication for 15 min, followed by the addition of 1.0 ml ammonium hydroxide (25%) and 3.0 ml teos sequentially. the mixture was reacted for 12 h at room temperature under continuous stirring. the resultant product was collected by an external magnetic field and rinsed six times with ethanol and water. subsequently, 8.0 g fe3o4@sio2 were mixed with 100 ml of hcl (2 mol l-1) and refluxed for 6h. the activated microspheres were recovered and washed several times. finally, the obtained activated fe3o4@sio2 was dried under vacuum at 60 °c for 3 h. 2.5 synthesis of functional fe3o4@sio2 microspheres two grams of fe3o4@sio2 activated microspheres were added to 50 ml of anhydrous toluene, followed by an addition of moderate tea and 12 ml aps. the mixture was incubated at 110 °c for 12 h in nitrogen atmosphere. then the amino modified microspheres (fe3o4@sio2-aps) were magnetically separated, rinsed with toluene and vacuum dried at 25 °c. to prepare the fe3o4@sio2-aps-ma particles, 1.5 g fe3o4@sio2-aps and 2.5 g ma were added to 50 ml dmf, then the mixture reacted for 24 h at room temperature. the solid separated with magnetic field, rinsed with dmf and ethanol and then dried under vacuum at 25 °c for 2 h. 2.6 synthesis of pb2+ imprinted-polymer magnetic adsorbent (miip) first, 2 mmol of pb(no3)2 was dissolved in 25 ml dmf under ultrasonic oscillation. then 4 mmol bpha, 8 mmol 4-vynil pyridine and 25 ml methanol were added to the solution and stirred overnight at room temperature25. after that, 0.5 g fe3o4@sio2-aps-ma, 8 mmol egdma and 0.1 g aibn were added to the solution and reacted at 60 °c for 24 h under nitrogen atmosphere. the final product was collected with magnetic field and washed with dmf and methanol. the lead ions in polymer were removed by an hcl solution (2 mol l-1). the removal of the template was determined by faas. schematic diagram of this procedure is shown in fig. 1. magnetic non-ion imprinted polymer (mniip) were prepared by same process exception of pb(no3)2 addition for the purpose of contrast test. figure 1. a schematic diagram for synthesis of magnetic iip. 2.7 determination procedure the ph of sample solution containing pb(ii) was adjusted to 6 by drop-wise additions of 0.1 mol l−1 of naoh or hcl. then 0.2 g of the sorbent was added into 100 ml of the solution and shake for 7 min via 40 °c. after adsorption equilibrium, these magnetic nanoparticles were separated by a magnet and the adsorbed pb2+ ions were eluted with 4 ml hcl (2 mol l-1) for 15 min. now, the analyte in the supernatant and the eluent were determined by faas. percent extraction of lead (e%) and adsorption capacity (q) of magnetic ion-imprinted polymer (miip) was calculated via the following formulas (eq. 1 and 2): e% = 100 (ci – ce) / ci (1) q = (ci-ce) v/m (2) where: ci (mg l-1) and ce (mg l-1) are the pb2+ concentrations before and after adsorption in the solution respectively. v (l) is the volume of added solution, m (g) is the mass of miip in dry form. 2.8 sample preparation environmental and wastewater samples were collected from tehran, polur (anahita co.) and an ammonium perchlorate factory in iran respectively. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 76 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 prior to sampling, the bottle was cleaned with deionized water, diluted nitric acid and deionized water in succession. the samples were filtered through a cellulose filter membrane (0.45 µm) and their ph was adjusted before the determination. 3. results and discussion 3.1 characterization of miip 3.1.1 structure investigation with ft-ir the ft-ir spectra of fe3o4@sio2 and miip showed in fig. 2. the peak at 1150 cm-1 is corresponding to si-o-si stretching that observed in both of samples, which indicates sio2 is encapsulated correctly inside the miip. the carbonyl peak at 1730 cm-1, o-h peak at 3205 cm-1 and c-n peak at 1450 and 1380 cm-1 showed the presence of ligand (bpha) in the miip structure. figure 2. ft-ir spectra of (a) fe3o4@sio2 and (b) miip. 3.1.2 morphology analysis the morphology and particle size histograms of the synthesized adsorbents were analyzed via sem system and imagej software. the results of the mniip and miip nanoparticles are shown in fig. 3(a, b). sem image of fig. 3a shows a homogenous and smooth surface for mniip nanospheres with particle size range of 30-40 nm that obtained from imagej software usage. as shown in sem image of fig. 3b, in the presence and then removing of pb(ii), a porous structure was resulted for miip which was attributed to imprinted cavities. this rough structure of this surface on the surface of miip is favor to mass transfer and the formation of three-dimensional recognition sites. in this manner the particle size range of miip was obtained 2030 nm. (a): fe3o4@sio2 (b): miip https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 77 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 figure 3. the sem-particle size analysis of mniip (a) and miip (b) adsorbents. 3.1.3 elemental analysis the edx spectrums of miips after adsorption and then elution of pb(ii) are shown in fig. 4(a, b) respectively. as seen in fig. 4a the spectrum of the no leached miip revealed that significant amount of the analyte was adsorbed in the sorbent from the initial solution. also fig. 4b related to the leached miip confirmed the elimination of lead in the sorbent after rinsing with the selected eluent. figure 4. the edx spectrums of the no leached (a) and leached (b) miips. . 3.1.4 thermal studies by tga the amount of materials that modified the surface of nanoparticles can be valued by tga. the tga behavior of fe3o4@sio2 and miip are shown in fig. 5. the thermogram in fig. 5a shows that the fe3o4 has good thermal stability up to 500 °c with only a little loss of about 3.9%. as shown in fig. 5b, when the temperature was changed from 280 to 350 °c, a 72.3% reduction in (a) (b) (b) (a) (b) (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 78 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 weight of miip resulted that might be due to the decomposition of organic materials such as aps and polymeric layer. hence, the results demonstrated the formation of an imprinted polymer. the remaining weight thermogram of miip can be attributed to fe3o4 particles with higher thermal stability. the amount of capsulated fe3o4@sio2 in miip is 23.8% that is appropriate for showing magnetic properties. figure 5. tga thermograms of (a): fe3o4@sio2 and (b): miip. 3.1.5 magnetism analysis the magnetic properties of the, fe3o4@sio2, pb(ii)-miip and fe3o4 were characterized using vibrating sample magnetometry (vsm) technique in the magnetic field of -10,000 to +10,000 oersted at 25 °c. as shown in fig. 6, the hysteresis curve of these samples is fully reversible that means nanomaterials have superparamagnetic properties and could be easily and quickly separated from a suspension. the saturation magnetization value of fe3o4, fe3o4@sio2 and miip was about 59, 23 and 9 emu g-1, respectively. the value of saturation magnetization was decreased by increasing modifying steps. the decrease in magnetization value can be attributed to the existence of iip on the surface of the fe3o4@sio2 nanoparticles. also, this relationship can be seen in the comparison between fe3o4@sio2 and fe3o4. however, the miip with less magnetite encapsulation possesses enough magnetic response to meet the need of magnetic separation. also, from inset of fig. 6, it is seen that in the absence of an external magnetic field, a yellow homogeneous dispersion was existed. when an external magnetic field was applied, the yellow particles were attracted to the wall of vial in a short time (about 50 s). figure 6. vsm curves of fe3o4@sio2, miip (a) and fe3o4 (b) at 25 °c. 3.2 optimization of extraction conditions adsorption of pb(ii) from solution was performed in a batch method. effects of media ph, eluent solvent (type, volume and concentration), adsorption-desorption time, and equilibrium temperature were studied. adsorbent addition was set to 0.2 g in 100 ml solution and initial pb(ii) concentration was 1 mg l-1. after adsorption equilibrium, the adsorbent was separated by external magnetic field and the analyte quantities in the eluents were determined by faas. 3.2.1 effect of media ph the solution ph is one important parameter that can effect on metal ion adsorption. in order to figure out of ph effect on pb(ii) adsorption, variety of ph were studied in the range 3.0 to 8.0. for prevention from sedimentation, increasing ph not (a) ■ miip ____ fe3o4@sio2 (b) _____ fe3o4 72.3 % 23.8 % (a): fe3o4@sio2 (b): miip https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 79 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 continued and the results are illustrated in fig. 7. the results show that with the increase of ph to 6.0, percent recovery continually increased and then decreased. probably the ph effects on functional groups of iip or the chemistry of pb2+ ions. at lower ph than 6.0 and presence of higher concentration of h+, the active sites of the miip become protonated and their abilities for interaction with pb(ii) decreased. by increasing ph more than 6.0, pb2+ ions can react by hydroxyl groups and the adsorption process would be decreased. figure 7. effect of ph on the pb2+ extraction. condition: pb initial concentration = 1 mg l-1, adsorbent = 0.2 g, adsorption time = 7 min, desorption time = 15 min and t = 40 °c. 3.2.2 selection of eluent solvent to achieve the eluent for complete pb(ii) removing from miip, a series of commercial solutions of hno3 2 mol l-1, hcl 2 mol l-1, acetic acid (hoac) 2 mol l-1, hoac-hcl (2:1 mol l-1), hno3-hoac (2:1 mol l-1) were studied. as shown in fig. 8a, hcl is the best eluent that can extract pb(ii) ions from miip. in the next step, diverse concentrations of hcl were investigated and as it can be seen in fig. 8b, the best solution is hcl 2 mol l-1. in the last section of eluent optimization, the volume of it optimized and as shown in fig. 8c, 4 ml of hcl 2 mol l-1 was chosen as optimum condition of eluent for the experiments. figure 8. effect of the eluent on the pb2+ removing from miip, (a) type; (b) concentration; (c) volume. condition: pb initial concentration = 1 mg l-1, adsorbent = 0.2 g, ph 6.0, adsorption time = 7 min, desorption time = 15 min and t = 40 °c. 3.2.3 effects of adsorption-desorption times the adsorption and desorption times for pb(ii) were investigated under optimized conditions. as shown in fig. 9a, it appears that miip showed good performance in adsorption during first 5 min and reached to equilibrium after 7 min and excess time does not provide any significant change in recovery. this time, probably due to plenty cavities that imprinted on the surface of thin miip that provide low diffusion resistance, is reliable and it can be stated that the process has fast equilibrium. for desorption time optimization, different times (1-21 min) were studied and as it can be seen from fig. 9b, optimum time is 15 min and this time was used in further experiments. r ec o v er y % ph r ec o v er y % r ec o v er y % r ec o (b) (c) (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 80 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 fig. 9. effect of the adsorption (a) and desorption time (b) on the pb2+ recovery. condition: pb initial concentration = 1 mg l-1, adsorbent = 0.2 g, ph 6.0 and t = 40 °c. 3.2.4 effect of equilibrium temperature in iip techniques temperature has a noticeable effect on the adsorption behavior and analyte recovery. the effect of equilibrium temperature on the extraction behavior of pb(ii) on miip was shown in fig. 10. as shown by increasing temperature from 25 to 40 °c, the recovery yield is increased thermodynamically. it can be seen that pb(ii) extraction in the range of 40 to 50 °c drastically decreased. this manner may be related to swelling of polymer. probably in elevated temperature the size and geometry of cavities will be changed and could not be suitable for adsorption of pb2+ as target ions. figure 10. effect of temperature on the pb2+ recovery yield. condition: condition: pb initial concentration = 1 mg l-1, adsorbent = 0.2 g, ph = 6.0, adsorption time = 7 min, desorption time = 15 min. 3.3 maximum adsorption capacity for determination of maximum adsorption capacities of the ion imprinted polymer and nonimprinted polymers, 50 mg of each sorbents separately placed in a solution of 200 mgl-1 pb(ii) in ph 6.0 and the quantity of adsorbed ions were determined in both initial and eluent solutions. from three replicates, sorption capacities of miip and niip were calculated of 92.3 and 21.3 mg g-1 respectively. the results showed that miip compare to niip have a higher adsorption capacity for lead ions. 3.4 analytical characteristics table 1 summarizes the analytical characteristics of the miip under the optimal conditions. the lod of the proposed method was determined by 7 times placing of 0.2 g miip in 100 ml blank solutions and it was obtained to 0.3 µg l1. the precision (rsd, %) for 7 replicate uptaking of 10 µgl-1 pb(ii) was 2.4%. also, the linear dynamic range of the calibration curve was obtained in 2-150 µg l-1 range. table 1 analytical characteristics of the proposed extraction. regression equation (n= 11) a 283.3 nm = 0.0041 cpb (µgl -1 ) + 0.002 regression coefficient (r) 0.9994 limit of detection a (µgl-1) 0.3 reproducibility b (rsd, %) 2.4 linear range (µgl-1) 2-150 a for 7 replicate runs of the blank (n = 7). b for 7 replicate measurements of 10 µg l-1 lead. table 2 showed a comparison between the presented work and some others for preconcentration of lead (ii). as seen the analytical r ec o v er y % time (min) r ec o v er y % time (min) (a) (b) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 81 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 merits of the proposed method (e.g. adsorption time, adsorption capacity, detection limit and precision) are comparable and in general it is better than with those published reports. the main advantages of this method are more adsorption capacity and lower lod. table 2 comparison of some lead iip sorbents performance with this work. sorbent type (monomer/crosslinker) ligand adsorption time (min) adsorption capacity (mg g-1) ph lod (ng ml-1) r.s.d. (%) ref. miip (maa/egdma) salicyl aldoxime 250 81.83 6 note reported note reported 26 iip (aapts/teos) 35 19.61 7.5 note reported note reported 27 miip (vdpc/egdma) dpc 12 68.1 7 1.3 2.9 28 iip (4-vb-18-crown6/egdma) 4-vb-18-crown-6 60 27.95 6 note reported note reported 29 iip (acrylamide/nnmba) aa 20 42 5 0.34 2.1 30 miip (vdpa/egdma) dpa 3 76.3 6 0.7 3.3 31 iip (4-vp/egdma) 4-(2-pyridylazo) resorcinol 5 9.8 6 0.9 3.4 12 iip (2-vp/egdma) 2-amino pyridine 90 85.6 5 0.75 2.7 32 iip (2-vp/egdma) diphenyl carbazone 5 75.4 6 0.42 2.1 33 miip (maa/egdma) 4 51.8 7 1.7 4.1 34 miip (vpyda/egdma) apdc 4 55.89 7 0.9 1.8 35 miip (4-vp/egdma) bpha 7 92.3 6 0.3 2.4 this work maa: methacrylic acid, egdma: ethylene glycol dimethacrylate, aapts: 3-(2-aminoethyl amino)propyl trimethoxy silane, teos: tetra ethyl ortho silicate, vdpc: vinyl-di phenyl carbazide, dpc: di phenyl carbazide, 4-vb-18-c-6: 4-vinyl benzo18-crown-6, nnmba: n,n’-methylene bisacryl amide, aa: alginic acid, vdpa: vinyl di pyridyl amine, dpa: di pyridyl amine, 4-vp: 4-vinyl pyridine, 2-vp: 2-vinyl pyridine, vpyda: 4-(vinylamino)pyridine-2,6-dicarboxylic acid, apdc: 4amino pyridine-2,6-dicarboxylic, bpha: n-benzoyl-n-phenyl hydroxyl amine. 3.5 effect of interfering ions in order to prove specific recognition of magnetic ion imprinted polymer towards pb(ii) in the presence of common interfering ions, the selectivity of the prepared miip was investigated in binary systems36. the competitors examined were na+, k+, co2+, ni2+, ca2+ and mg2+. in this approach, each interfering ion was added to 100 ml of 10 µg l−1 pb(ii) solution under optimum conditions. after preconcentration by miip, the tolerable amount of each ion was determined separately. the tolerable amount is defined as the maximum concentration that could cause a change of less than 5% in signal compared to the initial signal of pb2+ uptaking without any interference. as shown in table 3, this pb-miip have high selectivity in the existence of co2+, ni2+, ca2+ and mg2+ that probably was obtained in order to the use of bpha as a new ligand. table 3 the tolerance limit of common interfering cations for pb(ii) determination. interfering ions tolerable concentration ratio (m:pb) recovery % na+ 4000 99 k+ 4000 99 co2+ 1500 98.1 ni2+ 1500 97.9 ca2+ 2000 96.8 mg2+ 2000 95.3 3.6 method application the proposed procedure was applied for determination of lead content in two environmental samples and a waste water (from an ammonium perchlorate factory) solution. the amounts of pb(ii) ions were determined in the final eluents and the results are listed in table 4. as seen, the mean recoveries for different spiking of pb2+ are in the range 96.6-99.7%. therefore, the proposed miip can be applied for the determination of lead in various samples. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 original article 82 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 73-84 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 table 4 recovery and precision of the determination of lead in various aqueous samples. samples a pb concentration (µgl-1) added found b recovery (%) tap water not detected 5.0 4.8 ± 0.1 97 ± 3 15.0 14.9 ± 0.8 99 ± 2 mineral water not detected 10.0 9.73 ± 0.09 97 ± 3 30.0 29.90 ± 0.06 100 ± 2 wastewater b 8.3 5.0 13.1 ± 0.1 98 ± 3 10.0 18.2 ± 0.7 100 ± 2 20.0 28.2 ± 0.5 100 ± 2 a sample description as described in the text. b average of three determinations ± standard deviation. 4. conclusions in this research a new magnetic ion imprinted polymer (iip@fe3o4@sio2-aps-ma) for pb2+ target was prepared by combination of surface imprinting technique and magnetic separation. the polymer synthesis and its characterization were proved by ft-ir, sem-imagej, edx, tga and vsm techniques. the adsorption experiments combined to faas system showed that this sorbent have good analytical characteristics and high selectivity with maximum adsorption capacity of 92.3 mg(pb) g -1 (miip) at 40 °c and ph 6.0. also, this adsorbent has physical and chemical stability, low cost and simple-fast operation. a comparison of the presented work with the previously reports for lead extraction (table 2) indicates that the proposed pb-miip due to the use of n-benzoyl-nphenyl hydroxylamine, provides better analytical merits of adsorption capacity and lod. from the results obtained, it can be concluded that this polymer can be used as an excellent substrate for the adsorption of lead ion in real aqueous solutions. 5. references [1] kot, a., namiesnik, j., the role of speciation in analytical chemistry, trends anal. chem. 19 (2-3) (2000) 69-79. https://doi.org/10.1016/s01659936(99)00195-8. 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[36] wei, s., liu, y., shao, m., liu, l., wang, h., liu, y., preparation of magnetic pb(ii) and cd(ii) ionimprinted microspheres and their application in determining the pb(ii) and cd(ii) contents of environmental and food samples, rsc adv. 4 (56) (2014) 29715-29723. https://doi.org/10.1039/c4ra01948b. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p73-84 https://doi.org/10.1039/c3ta11098b https://doi.org/10.1039/c3ta11098b https://doi.org/10.1039/c3ta11098b https://doi.org/10.1080/01496395.2013.866682 https://doi.org/10.1080/01496395.2013.866682 https://doi.org/10.1080/01496395.2013.866682 https://doi.org/10.1080/01496395.2013.866682 https://doi.org/10.1080/01496395.2013.866682 https://doi.org/10.1007/s12161-012-9481-8 https://doi.org/10.1007/s12161-012-9481-8 https://doi.org/10.1007/s12161-012-9481-8 https://doi.org/10.1007/s12161-012-9481-8 https://doi.org/10.1007/s12161-012-9481-8 https://doi.org/10.1007/s12161-012-9481-8 https://doi.org/10.1007/s12161-012-9481-8 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.017 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.017 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.017 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.017 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.017 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.017 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.017 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.042 https://doi.org/10.1016/j.jfca.2015.02.001 https://doi.org/10.1016/j.jfca.2015.02.001 https://doi.org/10.1016/j.jfca.2015.02.001 https://doi.org/10.1016/j.jfca.2015.02.001 https://doi.org/10.1016/j.jfca.2015.02.001 https://doi.org/10.1016/j.jfca.2015.02.001 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.10.052 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.10.052 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.10.052 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.10.052 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.10.052 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.10.052 https://doi.org/10.1039/c4ra01948b https://doi.org/10.1039/c4ra01948b https://doi.org/10.1039/c4ra01948b https://doi.org/10.1039/c4ra01948b https://doi.org/10.1039/c4ra01948b https://doi.org/10.1039/c4ra01948b https://doi.org/10.1039/c4ra01948b original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | 18 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 synthesis, spectroscopic, biological activities and dft calculations of nickel(ii) mixed-ligand complexes of tridentate schiff bases abidemi iyewumi demehin1 , mary adelaide oladipo2+ , banjo semire2 1 adeyemi college of education, department of chemistry, ondo, ondo state, nigeria 2 ladoke akintola university of technology, department of pure and applied chemistry, ogbomoso, oyo state, nigeria +corresponding author: mary adelaide oladipo, phone: +234 803 3817017 email address: mooladipo@lautech.edu.ng article info article history: received: march 02, 2019 accepted: november 11, 2019 published: january 1, 2020 keywords: 1. schiff bases 2. antibacterial 3. antioxidant 4. nickel(ii) ion 5. mixed-ligand complex 1. introduction schiff bases are compounds that are comparable to ketone or aldehyde, they have azomethine (hc=n) group instead of the carbonyl (c=o) group in the carbonyl compounds. schiff bases can also be called azomethines or imines1,2. they were discovered by hugo schiff in 18643. they have the general formula rr1c=n−r2. if r equals hydrogen, alkyl or aryl, r1 hydrogen and r2 alkyl or aryl; the compounds are referred to as aldimines (r1−ch=nr2) while compounds where both r and r1 are alkyl or aryl groups are called ketoimines. r2 can either be an alkyl or aryl group4-6. they are significant chelating ligands in coordination chemistry. their chemical properties can be changed by varying the substituents on either the carbonyl or the amine ring. intraand intermolecular hydrogen bonds can be formed from schiff bases obtained from various substituted salicylaldehydes and 2-hydroxyl-1naphthaldehyde and these usually determine their chemical and physicochemical properties7. they have vital donor atoms like nitrogen and oxygen which make them resemble living systems and display different biological properties. the resulting imines are involved in binding with metal ions via nitrogen lone pair of electrons. schiff bases can bind to the central metal ions as monodentate and polydentate8,9. schiff bases lead to the formation of many mononuclear and binuclear complexes with different coordination modes and stereochemistry8. abstract: ni(ii) mixed-ligand complexes of [nilnh3] (where l = n-salicylidene-o-aminophenol (l1), n-(5methoxysalicylidene-o-aminophenol) (l2) and n-(2-hydroxy-1naphthalidene)-o-aminophenol) (l3) containing ono tridentate schiff bases and ammonia were synthesized and characterized by elemental analysis, infrared, ultraviolet-visible, proton and carbon-13 spectroscopies. theoretical calculations were also performed on the optimized structures of the ni(ii) mixed-ligand complexes. the infrared and ultraviolet-visible spectra of the complexes were calculated, and the results compared with the corresponding experimental spectra to augment the experimental structural identification. the elemental analysis data confirmed the formation of 1:1:1 [metal:schiff base:ammonia] molar ratio. the nmr spectra showed that the schiff bases coordinated to the ni(ii) ion via the two deprotonated phenolic oxygen and azomethine nitrogen atoms. the biological studies showed that the complexes exhibited higher antibacterial and antioxidant activities than the free schiff base ligands. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 file:///c:/users/gustavo/desktop/empresas/ctrl%20k/clientes/eclética%20química%20journal/volume%2045/2%20-%20final/18-43%20-%201041%20-%20autores-assis-leticia.docx%23uni1 file:///c:/users/gustavo/desktop/empresas/ctrl%20k/clientes/eclética%20química%20journal/volume%2045/2%20-%20final/18-43%20-%201041%20-%20autores-assis-leticia.docx%23uni2 file:///c:/users/gustavo/desktop/empresas/ctrl%20k/clientes/eclética%20química%20journal/volume%2045/2%20-%20final/18-43%20-%201041%20-%20autores-assis-leticia.docx%23corr file:///c:/users/gustavo/desktop/empresas/ctrl%20k/clientes/eclética%20química%20journal/volume%2045/2%20-%20final/18-43%20-%201041%20-%20autores-assis-leticia.docx%23uni2 mailto:mooladipo@lautech.edu.ng%0d https://orcid.org/0000-0002-4267-6143 https://orcid.org/0000-0001-9179-3883 https://orcid.org/0000-0002-4173-9165 original article 19 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 the imine groups in schiff bases are significant for biological activities, they are very useful active centers of many biological systems10. schiff bases have played essential roles in understanding the coordination chemistry of transition metal ions. studies showed that schiff bases derived from salicylaldehyde, 2-hydroxyl-1-naphthaldehyde including the derivatives and complexes with some transition metals displayed significant biological properties which make them gain attention. some of the reported significant biological properties are anti-inflammatory, antimicrobial, analgesic, anticonvulsant and antioxidants which make them attract more attention1,11-19. many mixed-ligand complexes have been synthesized for their pronounced biological activities. however, literature search showed that reports on mixed-ligand complexes bearing ammonia as co-ligand are less explored. hence this study, which synthesized, characterized, and carried out the biological and theoretical studies of nickel(ii) mixed-ligand complexes of tridentate schiff bases and ammonia. besides the experimental studies, quantum chemical methods were used to augment the experimental observations9. therefore, the molecular structures of the schiff base ligands and complexes were modelled, and the theoretical calculations were carried out on their optimized structures. these were utilized for their ir, uv-vis and nmr spectra. a consideration of the similarities between the calculated and experimental spectra, mostly the electronic spectra could further be used for identification of the molecular geometry. 2. experimental 2.1. materials salicylaldehyde, 5-methoxysalicylaldehyde, 2hydroxy-1-naphthaldehyde, o-aminophenol, nickel(ii) acetate tetrahydrate, ammonium hydroxide and formic acid were purchased from merck (germany) and used as supplied. the solvents were of pure grade except ethanol and water which were distilled. 2.2. instruments a thermo finnigan flash ea 1112 series was used for the elemental analyses (c, h, n). the infrared spectroscopy analysis were carried out using the attenuated (atr) technique with a perkin-elmer 400 ft-ir/ft-fir spectrometer. an mpd mitamura riken kogyo (japan) electrothermal was used to determine the melting points. the nuclear magnetic resonance spectra were carried out on a bruker avance iii 600 spectrometer in solution with dmso-d6 and tetramethylsilane (tms) as internal standard at 600 mhz. the uv-visible spectra were recorded in 1.0 × 10-4 mol l-1 dmso solution using shimadzu uv-2600 spectrophotometer in the range 250-900 nm. 2.3. syntheses 2.3.1. the schiff bases syntheses 5.0 mmol of the o-aminophenol in 10 ml of ethanol was added in drops to 5.0 mmol of the corresponding salicylaldehyde in 20 ml of the same solvent. the resulting solution was stirred for 2 h on addition of three drops of formic acid. the colored solids precipitated were separated by filtration and recrystallized from hot ethanol. l1: r1 = h; l2: r1 = och3; l3: r1 = c4h4 scheme 1. synthetic route of the schiff bases. l1 (c13h11no2): yield: 97%, orange solid, mol wt: 213.14, m.pt: 187 °c. elemental analysis, % (found) c: 73.25, h: 5.21, n: 6.60; calculated c: 73.23, h: 5.20, n: 6.57. ft-ir (atr, cm-1): 3746, 3046, 2696, 2533, 1970, 1840, 1627, 1613, 1592, 1529, 1506, 1486, 1459, 1415, 1369, 1309, 1274, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 20 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 1241, 1220, 1176, 1159, 1137, 1115, 1097, 1047, 1019, 967, 945, 902, 853, 806, 763, 741, 725, 630, 572, 547, 525, 475. 1h nmr: 13.78 (s, 1h, −oh), 9.73 (s, 1h, −oh), 8.92 (s, 1h, −hc=n), 7.56-6.84 (m, 8h, aromatic). l2 (c14h13no3): yield: 95%, deep wine solid, mol wt: 243.14, m.pt: 157 °c. elemental analysis % (found) c: 69.10, h: 5.38, n: 5.77; calculated c: 69.12, h: 5.39, n: 5.77. ft-ir (cm-1) 3747, 3046, 2987, 2942, 2896, 2832, 2687, 2561, 2071, 1839, 1626, 1591, 1527, 1494, 1494, 1456, 1437, 1417, 1330, 1300, 1273, 1247, 1221, 1204, 1165, 1143, 1131, 1098, 1039, 941, 931, 869, 854, 811, 787, 738, 663, 589, 566, 549, 516, 499, 479, 471. 1h nmr: 13.07 (s, 1h, −oh), 9.68 (s, 1h, −oh), 8.89 (s, 1h, −hc=n), 7.29-6.82 (m, 7h, aromatic), 3.71 (s, 3h, −och3). l3 (c17h13no2): yield: 86%, yellow solid, mol wt: 263.29, m.pt: 249 °c. elemental analysis % (found) c: 77.56, h: 5.00, n: 5.29; calculated, c: 77.55, h: 4.98, n: 5.32. ft-ir (cm-1) 3119, 3017, 2925, 2427, 2175, 1617, 1584, 1547, 1547, 1513, 1459, 1407, 1354, 1316, 1270, 1238, 1210, 1170, 1140, 1114, 1039, 993, 968, 920, 854, 825, 774, 740, 647, 594, 577, 549, 519, 482, 467. 1h nmr: 13.62 (s, 1h, −oh), 10.31 (s, 1h, −oh), 9.47 (s, 1h, −hc=n), 8.34-6.70 (m, 10h, aromatic) 2.3.1. synthesis of the mixed-ligand complexes a methanolic solution of ni(ch3coo)2.4h2o (5.0 mmol) was added in drops to the corresponding schiff base solution (5.0 mmol) while stirring in 10ml of the same solvent. some drops of anhydrous ammonia were added to modify the ph of the resulting mixture to 7-7.5 and refluxed at 60 °c for 3 h. the colored solids precipitated were filtered by vacuum filtration, washed with distilled water, diethyl ether and methanol. these were dried over silica gel in a desiccator for two days and recrystallized from dmso. scheme 2. synthetic route of the ni(ii) mixed-ligand complexes. nil1nh3 (c13h12n2o2ni): yield: 85%, wine solid, mol wt.: 286.94. m.pt: > 260 °c. elemental analysis % (found) c: 54.44, h: 4.23, n: 9.78; calculated c: 54.42, h: 4.22, n: 9.76. ft-ir (atr, cm-1): 3336, 3276, 3235, 3158, 3040, 3016, 2685, 2591, 2541, 2323, 2098, 1916, 1880, 1843, 1802, 1760, 1689, 1602, 1580, 1526, 1479, 1468, 1441, 1375, 1358, 1322, 1313, 1303, 1283, 1263, 1225, 1172, 1156, 1143, 1130, 1111, 1029, 960, 941, 926, 941, 926, 875, 840, 796, 772, 750, 743, 730, 695, 657, 614, 568, 546, 524, 484, 461. 1h nmr (dmso-d6, δ, ppm): 8.79 (s, 1h, −hc=n), 7.756.46 (m, 8h, aromatic), 2.37 (s, 3h, −nh3). 13c nmr (dmso-d6, δ, ppm): 167.43, 162.96, 148.06, 139.55, 135.52, 134.04, 129.09, 120.83, 118.51, 116.56, 115.44, 114.75. nil2nh3 (c14h14n2o3ni): yield: 82%, wine solid, mol wt.: 316.97, m.pt: > 260 °c. elemental analysis, % (found) c: 53.10, h: 4.47, n: 8.85; calculated c: 53.05, h: 4.45, n: 8.84. ft-ir (cm-1): 3341, 3236, 3159, 2935, 2832, 2009, 1840, 1601, 1584, 1529, 1477, 1445, 1424, 1367, 1314, 1302, 1282, 1257, 1238, 1212, 1177, 1147, 1111, 1049, 1031, 952, 939, 898, 871, 846, 821, 804, 750, 994, 658, 643, 582, 567, 550, 522 503, 487, 474, 464, 456. 1h nmr (dmso-d6, δ, ppm): 8.65 (s, 1h, −hc=n), 7.71-6.45 (m, 7h, aromatic), 3.69 (s, 3h, −och3), 2.25 (s, 3h, −nh3). 13c nmr (dmso-d6, δ, ppm): 167.39, 158.49, 149.25, 147.55, 139.62, 129.15, 124.40, 121.55, 120.98, 118.56, 116.34, 114.79, 56.44. nil3nh3 (c17h14n2o2ni): yield: 84%, brown solid, mol wt.: 337, m.pt: > 260 °c. elemental analysis % (found) c: 60.71, h: 4.09, n: 8.27; calculated c: 60.59, h: 4.19, n: 8.31. ft-ir (cm 1): 3340, 3239, 3163, 3038, 2338, 2148, 1613, 1600, 1578, 1533, 1509, 1476, 1457, 1428, 1397, 1361, 1344, 1314, 1297, 1280, 1262, 1252, 1205, 1171, 1145, 1111, 1041, 1029, 986, 963, 912, 835, 817, 775, 757, 693, 670, 653, 587, 563, 508, 470, 457. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 21 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 1h nmr (dmso-d6, δ, ppm): 9.25 (s, 1h, −hc=n), 8.49-6.30 (m, 10h, aromatic), 2.37 (s, 3h, −nh3). 13c nmr (dmso-d6, δ, ppm): 167.18, 163.60, 141.43, 140.48, 134.85, 134.39, 129.17, 128.80, 128.01, 127.12, 124.19, 123.06, 121.66, 118.36, 116.78, 114.89, 111.71. 2.4. antibacterial study the antibacterial potentials of the compounds were measured against some gram-positive and gram-negative bacterial strains by agar-well diffusion method. the gram-positive bacterial strains were streptococcus agalactiae and staphylococcus aureus while escherichia coli, klebsiella pneumoniae, proteus mirabilis, pseudomonas aeruginosa and salmonella typhimurium were the gram-negative bacterial strains used. the nutrient agar medium was used to sub-culture the isolates of bacterial strains which were nurtured at 37 °c for 24 h. 20 ml of disinfected nutrient agar medium was dispensed in each germfree petri dish after modifying the bacterial strains cultures to 0.5 mcfarland standards, these were allowed to gel. the dishes were swabbed with the inoculum of the bacterial strains and left for 15 min to adsorb unto the gel. varying concentrations of the samples (5, 10 and 15 mg ml-1) were filled into the wells that were drilled on the seeded agar dishes by a sterile cork borer of 6 mm diameter. these were kept for 1 h in the refrigerator to allow for thorough circulation of the samples into the medium and then nurtured for 24 h at 37 °c observing the inhibition zones. antimicrobial activities were expressed as inhibition diameter zones in millimeter (mm). standard gentamycin (10 µg ml-1) was employed as control17,20,21. 2.5. phosphomolybdate total antioxidant capacity (ptac) assay the total antioxidant capacities (tac) of the compounds were determined by phosphomolybdenum assay and ascorbic acid was used as the standard. 1.0 ml of reagent (0.6 mol l 1 sulfuric acid, 28 µmol l-1 sodium phosphate and 4 µmol l-1 ammonium molybdate) was reacted with a fractional part of the extract solution (1.0 ml of 1000 µg). the covered tubes were incubated at 95 °c in a water bath for 90 min after which the samples were cooled to room temperature and a uv spectrophotometer was used to measure the absorbance of the aqueous solution of each at 695 nm. the procedure was repeated for an empty solution containing 1.0 ml of reagent solution. the tac studies were performed three times and the mean was expressed as equivalents of ascorbic acid22. 2.6. computational method the ni(ii) complexes were modeled and optimized using gaussian 9 and spartan 14 computational software packages which were implemented on an intel core i3-3100m computer. they were modeled based on the electronic spectra and elemental analyses data. density functional theory (dft) was employed for the geometry optimization, chemical shifts, electronic transitions and frequency calculations of the complexes. the dft calculations were performed on the optimized geometry in the ground state using becke’s threeparameter hybrid functional employing the leeyang-parr correlation functional (b3lyp) and the empirical density functional 1 methods (edf1) with 6-31g** basis set23-26. 3. results and discussion the schiff base ligands and the mixed-ligand complexes were stable and colored solids. the complexes were not soluble in water and almost all organic solvents except in dmso and dmf. the mixed-ligand complexes have higher melting points than the parent schiff base ligands, this showed that they have better stability than the schiff bases. elemental analyses data indicated the formation of 1:1:1 [nickel:schiff base:ammonia] molar ratio for the mixed-ligand complexes. the crystals obtained in dmso were not suitable for xray diffraction measurement. no crystal was obtained in dmf. attempts to isolate single crystal suitable for x-ray diffraction measurement were not successful. 3.1 spectroscopic studies 3.1.1. ft-ir spectra the spectra of the free schiff base ligands (l1, l2 and l3) showed the azomethine, ⱱ(−hc=n) bands at 1627, 1617 and 1626 cm-1 respectively, these bands shifted to lower wavenumbers (16011600 cm-1) in the mixed-ligand complexes (figs. 13). this revealed the involvements of the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 22 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 azomethine nitrogen atoms in coordination with the ni(ii) ions and the formation of metal−ligand bonds. the bands at 1274, 1228 and 1247 cm-1 in the spectra of the free schiff base ligands were assigned to the phenolic c−o stretching vibrations of l1, l2 and l3 respectively. these bands shifted to higher wave numbers at 1301-1261 cm-1 in the complexes, these showed the participation of the oxygen atoms of phenolic groups in coordination with the ni(ii) ions. the free schiff bases (l1, l2 and l3) exhibited hydroxyl ⱱ(o−h) absorption bands at 3746, 3747 and 3119-2427 cm-1 respectively, these bands were absent in the complexes which further confirmed the deprotonation of the phenolic groups and coordination of oxygen to the ni(ii) ion8,12,27. the complexes showed new bands at 3336, 3340 and 3340 cm-1 respectively assigned to ⱱ(n−h) stretching vibrations of ammonia (–nh3) groups, these indicated the presence of –nh3 groups in the complexes28. the complexes displayed the aromatic ⱱ(c−h) and ⱱ(c=c) absorption bands around 3276-3016 and 1584-1400 cm-1 respectively. the aromatic ⱱ(c−h) bending vibrations appeared around 875-647 cm-1. the bands around 485-471 and 550-508 cm-1 in the complexes were assigned to the stretching vibrations of the nickel–oxygen, ⱱ(ni−o) and nickel–nitrogen, ⱱ(ni−n) respectively. these confirmed the attachment of the schiff bases to the central nickel ion through the phenolic oxygen atoms and the azomethine nitrogen atoms8,11,17. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 23 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (a) 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0 57.0 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93.0 cm-1 %t 3045.74 2695.82 2533.43 1969.99 1839.73 1626.74 1612.79 1591.68 1526.82 1506.00 1485.96 1458.91 1414.64 1369.25 1304.62 1273.91 1241.42 1220.25 1175.86 1159.15 1136.71 1115.36 1096.67 1046.70 1018.87 969.42 944.95 902.39 852.74 805.73 763.32 741.19 725.15 629.51 572.10 547.45 525.36 475.26 457.00 3745.76 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 24 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 1. ir spectra of l1 (a) and nil1nh3 (b). 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0 28.0 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88.0 cm-1 %t 3335.88 3276.21 3235.37 3157.75 3040.13 3016.33 2685.06 2591.19 2541.44 2322.99 2097.94 1915.72 1880.14 1842.99 1801.65 1760.41 1688.93 1601.48 1579.70 1526.26 1479.48 1467.89 1440.93 1374.52 1358.15 1322.23 1313.18 1302.81 1282.76 1262.72 1225.08 1171.61 1155.97 1143.30 1130.26 1111.00 1029.05 960.23 940.77 926.48 874.53 840.05 796.23 772.89 750.00 743.00 730.23 695.39 656.98 614.19 568.40 546.44 524.20 484.88 461.25 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 25 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (a) 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0 39.7 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 91.2 cm-1 %t 3747.27 3045.74 2986.57 2942.31 2896.45 2831.87 2686.58 2560.74 2070.97 1839.19 1626.36 1591.15 1527.41 1494.20 1455.66 1436.81 1417.16 1330.29 1300.23 1273.26 1246.81 1220.97 1203.74 1165.23 1142.60 1130.83 1098.19 1039.20 941.39 930.76 868.54 854.42 810.74 786.76 738.32 662.79 589.38 565.75 548.58 516.37 498.77 478.00 470.79 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 26 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 2. ir spectra of l2 (a) and nil2nh3 (b). 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0 42.0 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 93.7 cm-1 %t 3340.88 3236.21 3158.97 2934.79 2832.47 2009.49 1840.00 1601.11 1583.93 1529.19 1476.95 1444.52 1423.95 1367.35 1313.99 1302.16 1282.25 1257.04 1237.50 1212.15 1176.87 1146.85 1111.12 1049.20 1030.93 951.84 938.68 897.76 870.65 846.18 821.40 804.17 749.60 694.33 658.32 642.87 584.26 566.98 549.84 521.78 503.00 486.54 473.77 464.10 456.23 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 27 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (a) 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0 74.9 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97.0 cm-1 %t 2174.92 1617.26 1583.62 1547.44 1512.81 1459.25 1406.92 1354.43 1315.82 1270.02 1238.13 1209.82 1169.25 1139.84 1114.40 1039.34 992.78 967.83 920.25 854.34 825.45 774.23 740.28 647.67 594.41 577.16 548.88 518.77 482.35 467.32 3118.64 3016.94 2925.42 2427.11 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 28 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 3. ir spectra of l3 (a) and nil3nh3 (b). 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0 59.3 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97.1 cm-1 %t 3340.34 3238.90 3163.10 3037.59 2338.29 2148.06 1613.01 1599.77 1578.22 1532.73 1509.47 1475.85 1456.92 1428.26 1396.95 1360.79 1343.60 1313.66 1296.88 1280.39 1261.85 1251.75 1205.20 1171.40 1144.72 1111.27 1040.81 1029.36 986.03 963.80 912.22 835.43 817.30 775.00 756.73 730.85 692.96 669.60 652.80 586.57 562.63 508.10 470.92 457.00 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 29 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 3.1.2. nmr spectra the 1h nmr spectra of the free schiff bases showed two singlet signals at δ 13.78-13.07 and δ 10.31-9.68 ppm which were assigned to the two phenolic –oh protons. the spectra showed singlet signals at δ 8.92 (l1), 8.89 (l2) and 9.47 ppm (l3) attributed to the azomethine (−hc=n) protons. the aromatic protons appeared as multiplets around δ 8.34-6.70 ppm8,11,27. the three protons of the methoxy (–och3) groups in ‘l2’ appeared as a sharp singlet signal at δ 3.71 ppm29,30. a comparison of the 1h nmr spectra of the free schiff base ligands with the ni(ii) mixed-ligand complexes (figs. 4-6) showed that the chemical shifts for the –oh protons in the free schiff bases were not observed in the spectra of the complexes. the absence of the –oh signals indicated the deprotonation of the hydroxyl groups of the schiff bases prior to coordination with ni(ii) ion. it also confirmed the bonding of oxygen to the ni(ii) ions. moreover, the coordination of the azomethine nitrogen atoms of the schiff bases to ni(ii) ion were indicated by the displacements of the chemical shifts of the azomethine hydrogen to upfield region at δ 9.25-8.65 ppm. the aromatic protons appeared as multiplets around δ 8.49-6.30 ppm for the complexes8,11,27. the new singlet signals at δ 2.37 and δ 2.25 ppm in the ni(ii) complexes were assigned to the three hydrogen atoms of –nh3 groups28. the appearance of these new singlet signals confirmed the presence of ammonia in the complexes as they are not present in the free schiff base ligands. furthermore, the three hydrogen atoms of the new singlet signals in the complexes spectra showed that the complex containing nh3 is not in the form of ammonium ion (nh4 +). the three –och3 group protons of ‘l2’ in the ni(ii) complex appeared as sharp singlet signals at δ 3.69 ppm29,31. signals at 3.33 ppm and 2.45-2.50 ppm are for h2o/dmso and dmso respectively in all the spectra. the 13c nmr spectra (figs. s1-s3, supplementary data) are consistent with the proton nmr of the complexes. the 13c nmr spectrum of nil1nh3 showed a peak at δ 167.43 ppm which confirmed the presence of azomethine carbon in the complex. the aromatic carbons peaks appeared in the range 162.96-114.75 ppm8,11,27. in nil2nh3 13c nmr spectrum, the azomethine carbon appeared at 167.38 ppm and the aromatic carbons peaks appeared in the range 156.48-114.77 ppm while the carbon peak for –och3 group appeared at δ 55.96 ppm29,30. nil3nh3 13c nmr spectrum showed the azomethine carbon peak at 167.17 ppm and the aromatic carbons peaks in the range 163.59-111.70 ppm17. (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.p44-46 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.p44-46 original article 30 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 4. 1h nmr spectra of l1 (a), nil1nh3 (b) in water and dmso. (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 31 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 5. 1h nmr spectra of l2 (a), nil2nh3 (b) in water and dmso. (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 32 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 6. 1h nmr spectra of l3 (a) and nil3nh3 (b) in water and dmso. 3.1.3. electronic spectra the electronic spectra data of the schiff bases and the ni(ii) mixed-ligand complexes are presented in table 1. the spectra were recorded in 1.0 × 10 4 mol l-1 dmso solution in the range 250900 nm. the spectra of the schiff bases showed absorption bands around 30769-27027 cm-1 and 22279-21186 cm-1 which were assigned to π→π* and n→π* transitions respectively17,29,31. these transitions were observed in the spectra of the mixed-ligand complexes (figs. 7-9) but some shifted to longer wavelength, confirming the coordination of the schiff base ligands to the ni(ii) ion. the electronic spectrum of nil1nh3 displayed two absorption bands at 33113 and 23529 cm-1 which were assigned to π→π* and 1a1g→ 1e1g transitions respectively8. similarly, nil2nh3 spectrum showed two absorption bands at 32573 and 22779 cm-1 assigned to π→π* and 1a1g→ 1e1g transitions respectively30. however, nil3nh3 showed three absorption bands at 31250, 22472 and 21186 cm-1 assigned to π→π*, 1a1g→ 1e1g, 1a1g→ 1b1g transitions respectively28. the absence of any band below 10000 cm-1 eliminated the possibility of tetrahedral geometry8. hence, this suggest a square planar geometry. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 33 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 table 1. experimental and theoretical electronic spectra data of the compounds. exp = experimental. (a) compounds bands in cm -1 assignments l1 nil1nh3 (exp) nil1nh3 (b3lyp) nil1nh3 (edf1) 28329 33113, 23529 2317, 22422, 19377 22382, 15290 π→π* π→π*,1a1g → 1e1g, l2 nil2nh3 (exp) nil2nh3 (b3lyp) nil2nh3 (edf1) 27027 32573, 22779 24724, 23285, 22323, 19239 21685, 14794 π→π* π→π*,1a1g → 1e1g, l3 nil3nh3 (exp) nil3nh3 (b3lyp) nil3nh3 (edf1) 30769, 22272, 21186 31250, 22472, 21186 25454, 23552, 22339, 19642 22471, 21209, 15095 π→π*, n→π*, n→π* π→π*, 1a1g → 1e1g, 1a1g → 1b1g https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 34 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 7. uv-visible spectra of l1 (a), nil1nh3 (b). (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 35 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 8. uv-visible spectra of l2 (a), nil2nh3 (b). (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 36 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (b) figure 9. uv-visible spectra of l3 (a), nil3nh3 (b) 3.1.4 theoretical ir spectra the theoretical ir vibrational frequency values of the ni(ii) complexes (table 2) are in good agreement with the experimental values. the azomethine (−hc=n) absorption bands of the complexes appeared at 1654 cm-1 for both nil1nh3 and nil2nh3 while nil3nh3 was at 1648 cm-1 at b3lyp/6-31g** level. experimentally, these bands were observed at 1601 and 1600 cm-1 for the complexes. the phenolic c−o stretching vibrations of the complexes appeared around 13401334 cm-1 in the theoretical data while the experimental values were observed around 13011261 cm-1. the experimental ⱱ(n−h) stretching vibrations of −nh3 groups in the complexes appeared around 3336-3340 cm-1 while it was observed at 3592-3466 cm-1 in the theoretical spectra. the aromatic ⱱ(c−h) stretching frequencies in the complexes were observed at 3218-3062 cm-1 in the theoretical data while the experimental were 3259-3010 cm-1. the characteristic ⱱ(c=c) ring stretching vibrations of the complexes appeared at 1639-1400 cm-1 in the theoretical data, these bands appeared around 1584-1400 cm-1 in the experimental spectra. the ⱱ(ni−o) and ⱱ(ni−n) in the complexes were observed at 531-465 and 579-531 cm-1 in the theoretical spectra. these bands were observed at 485-471 and 550-508 cm-1 in the experimentally. table 2. some selected theoretical ir data of the complexes. ir bands / cm-1 nil1nh3 nil2nh3 nil3nh3 ⱱ(n−h) (b3lyp) (edf1) 35923463 35393408 35963467 35363403 35973466 35423407 ⱱ(c−h) (b3lyp) (edf1) 32123174 31713122 32003062 31823024 32183174 31763135 ⱱ(c=n) (b3lyp) (edf1) 1654 1608 1654 1591 1648 1615 ⱱ(n−h) bending (b3lyp) (edf1) 16621665 16401622 16801658 16361633 16701657 16391417 ⱱ(c=c) (b3lyp) (edf1) 16391404 15931452 16391413 16081429 16331400 16061417 ⱱ(c−o) (b3lyp) (edf1) 1340 1313 1339 1312 1334 1308 ⱱ(c−h) bending (b3lyp) (edf1) 891-666 889-666 871-663 894-669 886-666 895-650 ⱱ(ni−o) (b3lyp) (edf1) 500 499 465 458 531 525 ⱱ(ni−n) (b3lyp) (edf1) 538 532 531 525 579 566 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 37 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 3.1.5 theoretical nmr spectra the theoretical chemical shift values of the ni(ii) mixed-ligand complexes (table 3) are in good agreement with the experimental values. the data obtained at b3lyp/6-31g** level showed the aromatic hydrogen in nil1nh3: h17, h15, h14, h2, h11, h10, h6, h13 at 8.65, 7.94, 7.84, 7.66, 8.12, 7.57, 8.26, 7.53 ppm respectively. these were experimentally observed around 7.75-6.46 ppm. the azomethine (−hc=n) hydrogen and the three hydrogen in the −nh3 group were observed at 10.07 and 2.60 ppm respectively in the theoretical spectra while they appeared at 8.79 and 2.37 ppm respectively in the experimental spectra. the aromatic carbon in the complex appeared in the range 157.40-108.56 ppm, these were observed experimentally in the range 162.96-114.75 ppm. the azomethine carbon signal appeared at 158.82 ppm in the theoretical calculations while it was experimentally observed at 167.43 ppm. moreover, the aromatic hydrogen in nil2nh3: h10, h13, h15, h17, h17, h14, h11, h6 were observed at 7.54, 7.51, 7.94, 8.64, 7.77, 7.62, 7.79 ppm in the theoretical spectra, these appeared in the range 7.71-6.45 ppm in the experimental study. the azomethine (−hc=n) hydrogen and the three hydrogen in the −nh3 group appeared at 10.04 and 2.52 ppm respectively in the theoretical calculations while they were experimentally observed at 8.79 and 2.37 ppm respectively. table 3. theoretical electronic spectra data of the complexes. positions of h & c nil1nh3 δ/ppm nil2nh3 δ/ppm nil3nh3 δ/ppm b3lyp edf1 b3lyp edf1 b3lyp edf1 h1 c1 2.60 110.41 110.00 2.52 142.89 3.07 142.19 8.33 159.97 8.45 154.38 h2 c2 7.66 128.54 7.84 124.18 4.63 114.54 4.84 110.42 8.58 122.05 8.65 119.41 h3 c3 2.60 118.64 118.12 2.52 118.90 3.07 118.54 9.26 114.40 9.37 113.33 h4 c4 10.07 157.28 9.86 151.07 10.04 153.62 9.86 146.22 2.59 130.06 3.09 126.45 h5 c5 2.60 118.28 115.09 2.52 118.31 3.07 114.74 8.80 122.42 8.91 120.96 h6 c6 8.26 125.78 8.38 121.47 7.79 110.01 7.91 106.15 8.50 124.73 8.68 122.36 h7 c7 158.82 154.81 4.63 158.06 4.84 154.83 11.19 111.41 10.97 112.29 h8 c8 135.68 135.74 4.63 136.22 4.84 135.30 157.97 151.16 h9 c9 157.40 151.11 153.79 152.81 7.96 120.44 8.14 117.30 h10 c10 7.57 114.37 7.83 111.90 7.54 114.13 7.84 111.99 8.40 127.66 8.45 123.08 h11 c11 8.12 123.14 8.20 119.75 7.62 123.07 7.70 119.78 761 138.83 7.88 127.20 h12 c12 108.56 107.84 108.64 107.86 7.60 136.45 8.14 132.60 h13 c13 7.53 107.72 7.71 107.49 7.51 108.84 7.72 107.59 7.97 122.57 8.14 119.63 h14 c14 7.84 8.03 7.77 52.28 7.95 54.69 2.59 108.43 3.09 107.31 h15 c15 7.94 8.09 7.94 8.09 155.97 152.23 h16 c16 114.05 111.92 h17 c17 8.65 8.72 8.64 7.70 108.83 112.29 h18 c18 2.59 3.09 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 38 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 the chemical shift of the three hydrogen in the −och3 group appeared at 4.63 ppm in the theoretical calculations and at 3.69 ppm in the experimental spectra. the aromatic carbon in the complex appeared in the range 153.79-108.64 ppm in the theoretical spectra, these were observed experimentally in the range 156.48-114.77 ppm. the carbon in the azomethine and −och3 groups appeared at 158.06 and 52.28 ppm respectively in the theoretical calculations, these were experimentally observed at 167.38 and 55.96 ppm respectively. however, in nil3nh3, the hydrogen in the ring: h2, h9, h10, h6, h1, h3, h5, h11, h13, h12 were observed at 8.58, 7.96, 8.40, 8.50, 8.33, 9.26, 8.80, 7.61, 7.97, 7.60 ppm in the theoretical calculations. these were experimentally reported in the range 8.49-6.30 ppm. the azomethine (−hc=n) and −nh3 group hydrogen were observed at 11.19 and 2.59 ppm respectively in the theoretical spectra while they were reported in the experimental study at 9.25 and 2.37 ppm respectively. the aromatic carbon in the complex appeared in the range 157.40-108.56 ppm in the theoretical data, these appeared experimentally in the range 162.96114.75 ppm. the azomethine carbon was observed at 159.97 ppm in the theoretical data and at 167.17 ppm in the experimental spectra. 3.1.6 theoretical uv-vis spectra table 1 compared the experimental and theoretical electronic spectra of the complexes. the theoretical electronic spectra data agree with the experimental values. the agreement between the theoretical and experimental electronic spectra data corroborated the suggested structures. the theoretical spectra of nil1nh3 as calculated at b3lyp/6-31g level showed three absorption bands at 23817, 224222, 19377 cm-1. these bands were obtained when electrons were promoted from homo → lumo, homo-6 → lumo and homo-2 → lumo+1 respectively. nil2nh3 showed four absorption bands at 24724, 23285, 22323, 19239 cm-1, these bands were related to the promotion of electrons from homo → lumo, homo-1→ lumo, homo-6 → lumo+1, homo-2 → lumo+1 respectively. similarly, nil3nh3 displayed four absorption bands at 25454, 23552, 22339, 19642 cm-1. these bands were obtained when electrons were promoted from homo-1 → lumo, homo → lumo, homo7 → lumo+1 and homo-2 → lumo+1 respectively. 3.2. geometry of the ni(ii) mixed-ligand complexes in the absence of available x-ray crystallographic data, the use of quantum chemical methods in determining the equilibrium geometries of the mixed-ligand complexes becomes an important tool. the b3lyp/6-31g** and edf1/631g** methods were used to predict the geometries of the ni(ii) mixed-ligand complexes. the experimental and theoretical observations earlier discussed have confirmed the formation of the mixed-ligand complexes. hence, the proposed and optimized structures of the mixed-ligand complexes are shown in fig. 10. the geometry of the mixed-ligand complexes predicted by both methods of calculation was a distorted square planar. the angles n1−ni1−n2, o1−ni1−o2, n1−ni1−o2, n1−ni1−o1, n2−ni1−o2, n2−ni1−o1 (table s1, supplementary data) indicated that the coordination geometry of the nickel atom is distorted from a square planar. the bond distances ni1−n1, ni1−n2, ni1−o1, ni1−o2 (table s1, supplementary data) were in the ranges observed for the analogous compounds of nickel square planar complexes containing the tridentate schiff bases and n-donor coligands11,28,29. in nil1nh3, the homo which represents πelectrons of the system spread over the ni(ii) ion and n-(salicylidene)-o-aminophenol ligand with most of the electron density concentrated on the oaminophenol subunit while the lumo have most of the electron density concentrated on the salicylidene subunit. similarly in nil2nh3, the homo spread over the ni(ii) ion and n-(5methoxysalicylidene)-o-aminophenol ligand with most of the electron density concentrated on the 5methoxysalicylidene subunit while the lumo have most of the electron density concentrated on the salicylidene subunit excluding the methoxy group. in nil3nh3, the homo spread over the ni(ii) ion and n-(naphthalidene)-o-aminophenol with most of the electron density concentrated on the azomethine group and o-aminophenol subunit while the lumo have most of the electron density concentrated on one of the benzene ring of the naphthalidene and the azomethine group. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.p44-46 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.p44-46 original article 39 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 (homo) (lumo) nil1nh3 nil2nh3 nil3nh3 figure. 10. proposed and optimized structures of the complexes at b3lyp/6-31g** level. 3.3. antibacterial activity the results of the antibacterial activities of the schiff bases and the mixed-ligand complexes are summarized in table 4. the antibacterial results revealed that all the synthesized schiff base ligands and the mixed-ligand complexes exhibited antibacterial activities. the mixed-ligand complexes exhibited better inhibitory effects compared to the parent schiff bases. the enhancement in the antibacterial activities of the complexes can be explained based on chelation theory and probably the presence of ammonia molecules in the complexes. chelation makes the ligands more powerful and potent bactericidal agents; consequently, killing more bacteria than the free ligands. it facilitates the ability of the complexes to cross the cell membrane. on chelation, the polarity of the metal ion reduces to a greater extent due to the overlap of the ligand orbital and partial sharing of the positive charge of the metal ion with donor groups. this process thus https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 40 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 increases the lipophilic nature of the compound which in turn favors penetration through the cell wall of the bacteria. these complexes also disturb the respiration process of the cell and thus block the synthesis of proteins, which restricts further growth of the organisms12,29,31. in comparison with standard gentamycin, nil2nh3 exhibited more inhibitory effects against the bacterial strains than standard gentamycin. moreover, all the complexes showed more potent activities against s. agalactiae than standard gentamycin which was inactive against it. the methoxy-substituted ni(ii) complex (nil2nh3) exhibited the most potent activity among the mixed-ligand complexes. table 4. antibacterial activities of the schiff bases and the mixed-ligand complexes. schiff bases/ complexes l1 nil1nh3 l2 nil2nh3 l3 nil3nh3 dmso gentamycin standard e. coli 5 mg 16 25 22 28 14 17 20 10 mg 16 25 22 28 14 17 15 mg 17 25 22 28 18 20 k. pneumoniae 5 mg 15 18 20 25 14 17 18 10 mg 16 20 20 25 14 17 15 mg 16 20 20 25 14 17 p. aeruginosa 5 mg 17 20 30 34 14 16 20 10 mg 17 20 30 34 14 16 15 mg 19 28 30 34 14 16 s. agalactiae 5 mg 14 18 22 26 10 14 10 mg 14 20 22 26 10 14 15 mg 14 20 22 26 12 18 s. aureus 5 mg 16 20 30 33 15 18 20 10 mg 16 20 30 33 15 18 15 mg 17 24 30 33 17 19 s. typhimurium 5 mg 15 20 18 24 17 19 17 10 mg 16 20 18 24 17 19 15 mg 16 20 18 24 17 19 p. mirabilis 5 mg 14 16 25 28 12 14 20 10 mg 14 16 25 28 12 14 15 mg 14 16 25 28 13 15 resistant, not sensitive (< 8 mm), sensitive (9−14 mm), very sensitive (15−19 mm) and ultrasensitive (> 20 mm)16. 3.4. total antioxidant capacity the results of the total antioxidant capacities of the schiff bases and the ni(ii) mixed-ligand complexes are presented in table 5. the mixedligand complexes showed higher total antioxidant capacities than the schiff base ligands. nil2nh3 exhibited the highest tac among the mixed-ligand complexes. the difference in the tac of the schiff bases and the mixed-ligand complexes could be due to the coordination of the metal ions and probably the presence of ammonia molecules in the complexes. the coordination of metal after complexation of the system increases its capacity to stabilize unpaired electrons and consequently, to scavenge free radicals27. hence, the mixed-ligand complexes are better antioxidants than the free schiff base ligands. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 original article 41 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 18-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p18-43 table 5. total antioxidant capacities of the schiff bases and the mixed-ligand complexes. 4. conclusions nickel(ii) mixed-ligand complexes containing ammonia, n-(salicylidene)-o-aminophenol, n-(5methoxysalicylidene)-o-aminophenol and n-(2hydroxy-1-naphthalidene)-o-aminophenol were synthesized and characterized by different techniques. the melting points, elemental analyses, ir, 1h nmr, 13c nmr and uv-visible confirmed the formation of the mixed-ligand complexes. theoretical calculations of the structures of the ni(ii) mixed-ligand complexes, their uv-visible and ir and nmr spectra were performed to augment the experimental results. based on the electronic spectra data, elemental analyses and the theoretical calculations, a distorted square planar geometry was proposed for the complexes. the antibacterial and total antioxidant activities of the complexes follow the order: nil2nh3 > nil1nh3 > nil3nh3. 5. acknowledgments abidemi iyewumi demehin appreciates the organization of women in science in developing world (owsd), trieste, italy, for the research fellowship granted to her to study in the department of chemistry, university of malaya, kuala lumpur, malaysia. she is grateful to prof. m. a. hapipah of the department of chemistry, university of malaya, for allowing the use of her laboratory for the research and providing the analyses. 6. references [1] kundu, s., pramanik, a. k., mondal, a. s., mondal, t. k., ni(ii) and pd(ii) complexes with new n,o donor thiophene appended schiff base ligand: synthesis, electrochemistry, x-ray structure and dft calculation, journal of molecular structure 1116 (2016) 1-8. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2016.03.013. 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https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.10.031 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.10.031 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.10.031 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.10.031 https://doi.org/10.1016/j.moistruc.2016.04.003 https://doi.org/10.1016/j.moistruc.2016.04.003 https://doi.org/10.1016/j.moistruc.2016.04.003 https://doi.org/10.1016/j.moistruc.2016.04.003 https://doi.org/10.1016/j.moistruc.2016.04.003 https://doi.org/10.1016/j.moistruc.2016.04.003 https://doi.org/10.1016/j.moistruc.2016.04.003 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.05.005 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.05.005 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.05.005 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.05.005 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.05.005 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.05.005 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.05.005 https://doi.org/10.1016/j.ica.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.ica.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.ica.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.ica.2015.12.016 https://doi.org/10.1016/j.ica.2015.12.016 https://doi.org/10.14233/ajchem.2016.20013 https://doi.org/10.14233/ajchem.2016.20013 https://doi.org/10.14233/ajchem.2016.20013 https://doi.org/10.14233/ajchem.2016.20013 https://doi.org/10.14233/ajchem.2016.20013 https://doi.org/10.14233/ajchem.2016.20013 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.09.122 author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 2 | 2019 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • 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published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: 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based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, 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detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. author guidelines the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is 7 months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br author guidelines submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 3 | 2020 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • supplementary information: all the manuscripts accept supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind review system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • citations should be sequentially numbered and presented in square brackets throughout the text, (“…thirdgeneration biofuels products from algae feedstock1.”), and references should be compiled in square brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100 46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (two lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. • supplementary information: the text is constituted of the first page of the main manuscript (removed the abstract and keywords) and information not included in the main text but able to complement experimental data or favors the comprehension of the manuscript such as: other experimental data not added to the main text, figures, tables, deduction of equations, texts specifying parts of the article, files with raw data, videos, etc. author guidelines supplementary information should be referred in the main text using sequential numbering preceded of s to tables and figures numbers, that will find in the supplementary information (si). videos and raw data file will be indicated with the name of the file. examples: indication in the main text: (fig. s1, si); (table s1, si), (video: self-healing, si); (raw data: electrochemical noise data.xls, si). supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. si material should be submitted as supplementary files (it can be uploaded the necessary number of files). at the end of the main text the authors should inform: this article has supplementary information (tables, figures, text, deduction of equations, videos, raw data, etc.) eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. author guidelines • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is seven months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. author guidelines • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact letícia amanda miguel (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br http://orcid.org/0000-0002-1825-0097 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | 57 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 determination of trace amounts of selenium in natural spring waters and tea samples by catalytic kinetic spectrophotometry ramazan gürkan1+ , nevalnur zeynep gürkan2 1 university of cumhuriyet, faculty of science, department of chemistry, sivas, turkey 2 near east university, faculty of medicine, near east blvd., nicosia, cyprus +corresponding author: ramazan gürkan, phone: +90 (346) 219 2136, email address: rgurkan@cumhuriyet.edu.tr article info article history: received: march 6, 2019 accepted: july 26, 2019 published: october 1, 2019 keywords: 1. inorganic selenium 2. phosphomolybdic acid 3. hypophosphite 4. catalytic kinetic spectrophotometry 5. natural spring water 6. tea samples 1. introduction selenium is an essential trace element with only a small difference between toxic and essential levels. it has been reported that selenium has an anticancer effect, protecting the human body from free radicals and preventing heavy metal toxic effects1, but it is also a potential toxicant2. selenium concentration in fresh waters is usually around 20 µg l-1. the selenium content of surface waters is greatly influenced by ph, being high in acidic (ph < 3.0) and in alkaline waters (ph > 7.5). traces of selenium ranging from 0.01 to 10 µg l-1 are commonly found in community drinking water. the guideline level of selenium in drinking water set by the world health organization (who) was 10 µg l-1 3. as bioavailability and absorption strongly depend on chemical form in which the element is present, rapid, accurate and precise analytical methodologies for the qualitative and quantitative speciation analysis of selenium in foodstuffs are now becoming more and more necessary4. in addition to food, beverages may act as another important potential ingestion way to elements in our daily life5. as a popular nonalcoholic and healthy beverage, tea is massively consumed in the world6. the regular consumption of tea may contribute to the daily abstract: in this work, a new kinetic method is described for the determination of trace se(iv) in natural spring waters and commercial tea samples. the method is based on the activation of se(iv) onto the indicator reaction in acidic medium. the reaction was monitored using a fixed time approach of 20 min at 680 nm. the variables affecting the reaction rate were evaluated and optimized. the method allows the determination of se(iv) in the range of 0.0125-1.0 mg l-1 with a detection limit of 3.6 µg l-1. the precision was in range of 0.63-3.15% (as rsd %) with a higher recovery than 98.6%. the method has been found to be selective against matrix effect. the method was applied to the speciation analysis of inorganic se species present in the selected samples. the method was statistically validated by analysis of two certified samples and comparing the obtained results to those of hg-aas analysis. also, the total se levels of the samples were determined by using both methods after conversion of se(vi) into se(iv) in ultrasonic bath in acidic medium for 30 min at 85-90 °c. the results were in good agreement with those of hg-aas. the se(vi) level of the samples was calculated from the difference between amounts of total se and se(iv). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 mailto:rgurkan@cumhuriyet.edu.tr https://orcid.org/0000-0003-0938-7697 https://orcid.org/0000-0002-7147-4321 original article 58 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 dietary requirements of several essential elements. considering the enormous consumption of tea and the investigation focusing on selenium, there is great importance to study inorganic selenium speciation in tea samples as well as in natural waters7. there are many analytical techniques with their self-advantages and disadvantages, such as capillary electrophoresis online coupled with hydride generation-atomic fluorescence spectrometry (ce/hg afs)2, inductively coupled plasma mass spectrometry (icp ms) after a separation and preconcentration procedure4,7, spectrophotometry with and without preconcentration8,9, graphite furnace atomic absorption spectrometric (gf aas) after preconcentration with coprecipitation10, electrothermal atomic absorption spectrometry (et aas)11, inductively coupled plasma optical emission spectrometry with hydride generation (hg icp oes)12, atomic absorption spectrometry with hydride generation (hg aas)13, and high performance liquid chromatography with uv detection (hplc)14-17 in literature for speciation analysis of inorganic selenium species. in routine analysis, the spectrophotometric method is a versatile and cost-effective analytical tool that is easy to use, simple and requires no expert user in this area for underdeveloped and developing countries. however, the abovementioned methods are time-consuming or less sensitive. catalytic kinetic methods are noteworthy due to their significant advantages in determining many organic and inorganic components at trace levels without the need for prior separation and enrichment step with the choice of a good indicator, catalyst, inhibitor and activator. different catalytic kinetic methods have been reported for the determination of inorganic selenium species like se(iv), se(vi) and total selenium in waters18-24, including micellar sensitized kinetic quantification of low levels of bisphenol a in foodstuffs by spectrophotometry25. significant number of methods for the determination of selenium in real samples have been based on the catalytic effect of se(iv) on the reduction of absorbing chromogenic or fluorogenic dyes in visible region, 380-800 nm, such as toluidine blue26, methylene blue27, gallocyanin28, semicarbazite29, and ponceau s30. some of these methods have high selection limits or suffer from many interfering species such as te(iv) and as(v), have time-consuming and laborious processes, and at the same time these methods are unstable. there are a limited number of catalytic kinetic methods that allow the determination of se(iv), se(vi) and total selenium in water samples31. therefore, there is still a need to develop more sensitive and selective catalytic kinetic spectrophotometric methods for the determination and speciation of selenium in real matrix samples such as natural hot springs and tea samples. in the present study, se(iv) was used as an activator to increase the sensitivity and stability of the indicator system, hg(ii)-pma-nah2po2h2so4. the variables affecting the reaction rate were evaluated in detail and optimized to give the best calibration sensitivity. the developed activation-controlled kinetics system has been successfully applied to speciation analysis of the inorganic selenium species present in natural spring water and tea samples. the proposed kinetic method is sufficiently sensitive, selective, very simple and practical to use. the existing kinetic method, without any pre-separation and enrichment, is as accurate and reliable as the sensitive and element selective hg aas, which is commonly used for selenium analysis in real samples. 2. materials and methods 2.1. instrumentation in the present study, a spectrophotometer equipped with a 1 cm light path quartz cell (shimadzu model uv-visible 1601 pc, kyoto, japan) was used for absorbance measurements at 680 nm. a thermostatic water bath was used to control the reaction temperature with accuracy of ±0.5 °c. a stopwatch was used to record the reaction time. shortly before the start of the indicator reaction with and without the activator, all the solutions were preheated to a temperature of 70 °c. a sonicor model sc-121th ultrasonic probe with total volume of 4 l was used for ultrasonic dissolution (optimal conditions, 35 khz, 220 v, for 15 min at 65 °c). in addition, hg aas (in terms of total se analysis) was also used to check the accuracy of the method. for comparative purposes, the hydride for se analysis was run with an atomic absorption spectrometer (hg aas, shimadzu aas-6300, hvg-13 channels) forming under the following operating conditions: 4.0 (w/v) nabh4, 6-8 mol l-1 hcl, carrier argon gas at a pressure of 0.32 mpa at a flow rate of 70 ml min 1, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 59 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 air at a flow rate of 7.0 l min-1 for fuel/burner acetylene at a flow rate of 15 l min-1, 0.2 nm bandwidth, 194.0 nm wavelength and 10 ma lamp current. 2.2. chemicals and solutions all chemicals used were in analytical reagent purity. 1000 mg l-1 se(iv) and se(vi) solutions were prepared by dissolving the appropriate amounts of solid na2seo3 and na2seo4 in doubly distilled water and completing with water to the line. 100 ml of 1.5 mol l-1 h2so4 solution was prepared by diluting the concentrated solution with water. 100 ml of 0.5 (w/v) pma solutions was also prepared by dissolving 0.5 g of solid pma in diluted naoh and diluting with water. 100 ml of 0.5 mol l-1 hypophosphite solution was prepared by dissolving suitable amounts of solid nah2po2 in water, homogenizing thoroughly with water and soaking in water. 100 ml of 0.01 mol l-1 hg(ii) ion solution was prepared by dissolving a known amount of solid hg(no3)2 salt in analytical purity in water and diluting with water. the other reagents (hno3, h2o2, hcl and 1.5% (w/v) nabh4 in 0.2% (w/v) naoh) used in dissolution of the samples, interference studies and selenium analysis steps by hg aas, were used by either direct or preparing solutions at known concentrations. 2.3. preparation of samples for analysis natural coldand hot-spring water samples were directly collected from the cold and hot spring (kalin town, sivas, turkey) and stored in a cool, dark place to protect them from heat and light. water samples were acidified using dilute hno3 to prevent metal ions from adsorbing on the walls of the measurement containers. samples were passed through a 0.45 μm pore size membrane filter to remove suspended solids prior to analysis. to determine the total selenium, samples were submitted to analysis under optimum reagent conditions, without any other pretreatment, except for prereduction with hcl. where necessary, known volumes of masking reagents such as thiourea and nh4f were added to the solution medium prior to analysis to control possible interference resulted from te(iv), cu(ii), bi(iii) and sn(iv) ions. at least, one blank solution for each sample was also analyzed to evaluate metal contamination with the reagents used. initially, the certified tea sample (about 0.10.2 g) was subjected to analysis for different sonication times (5-30 min), temperature (2580 °c) and h2so4 concentration (0.2-5 mol l-1) under 35 khz ultrasonic power for the optimization of the ultrasonically assisted dissolution process. the certified value of sample was considered as base to assess the effectiveness of the procedure. optimal values were found to be an acid concentration of 3.5 mol l-1, sonication temperature of 65 °c and sonication time of 15 min after each optimization step. real tea samples were solubilized in these conditions, converted to hydride, h2se after reduction with 1.5% (w/v) nabh4 in acidic medium (4.0 mol l-1 hcl) and detected with hg-aas. approximately 0.1 g of tea samples was taken in ptfe dissolution vessels for five repetitive analyzes, and each was mixed with 5 ml of concentrated acid and/or acid mixture (h2so4 or h2so4-hno3-h2o2, 2:2:1 (v/v)). the flasks were covered with a watch glass, and then dissolved at 60-80 °c for 3-4 h. the acid and/or acid mixtures were intermittently added until the color of the solution became transparent, and the heating was continued. the excess acid was evaporated until a semi-dried mass remained; 2.0 ml of 0.2 mol l-1 hno3 was added to this after cooling and centrifuged for 10 min at 3500 rpm. final volume was completed to a volume of 5.010 ml using 0.5 mol l-1 hno3, and the known volumes of sample solution were analyzed by kinetic method. for the tea samples below the detection limit, the standard addition-based calibration curve approach was used when necessary, and the total selenium level of the sample was determined from difference after prereduction. the blank samples were analyzed in a similar way. 2.4. the catalytic kinetic procedure a suitable volume (1.0 ml) of standard se(iv) or sample solution in linearity range of 0.12510.0 μg ml-1 was transferred to a centrifugation tube of 10 ml, and then 0.5 ml of 1.5 mol l-1 h2so4, 0.1 ml of 0.5 mol l-1 h2po2 -, 1.5 ml of 0.5% (w/v) pma and 0.75 ml of 0.01 mol l-1 hg2+ solutions were sequentially added. after that, the volume was completed to 10 ml with water and incubated at 70±0.5 °c for a fixed time of 20 min. the thermostat was left in the equilibrium in the water bath. finally, the solution was brought to room temperature by holding under the running https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 60 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 tap. the absorbance of the indicator solution at 680 nm for analysis of se(iv) was measured against water using a 1-cm quartz cell and taken as an analytical signal. in a similar way, under optimal conditions, the absorbance was measured for the noncatalyzed solution without se(iv) and the signal δac was taken into account. as a measure of calibration sensitivity, δ(δa): δac-δa0 difference as a net analytical signal was plotted versus se(iv) concentration, and a calibration curve was generated. the selenium contents of the samples were determined using this calibration curve. 3. results and discussion 3.1. absorption properties phosphomolybdic acid (pma), a heteropoly acid with three acid ionization constants (pka1,2,3: 2.40, 4.32 and 5.46), is a dye which is commonly used for sensitive detection of low molecular mass compounds such as alkaloids, phenolic species and steroids for visualization of complex biological structures in tlc. pma (h3pmo12o40, fa: 1825.25 g mol-1), also known as dodeca molybdic acid, is a yellowish-green compound, soluble in polar organic solvents such as water and ethanol. conjugate unsaturated compounds reduce pma to mo-blue. color intensity increases with the number of conjugated double bonds present in the dye molecule32. the pma’s implementation principle is based on the fact that many inorganic and organic materials form highly colored blue mixed oxide where the initial mo(vi) is reduced to mo(iv). similar reaction products can be easily monitored by light and electron microscopy and can be measured by spectroscopic techniques, usually at a wavelength of 600-900 nm, depending on the nature of the reducing agent used33,34. different investigators35-41 reported different absorption spectra with different wavelengths for maximum absorption for the mo-blue complex. in the present study, when sodium hypophosphite was used as a reducing agent for pma, and when h2so4 was added, intense blue color appeared. the shape and maximum absorption wavelength of the absorption spectra are changed by changing the concentration of acid in solution in the presence of hg(ii) and se(iv) ions at constant concentrations. a comparison between these spectra showed that the maximum absorbance for a solution containing 0.075 mol l-1 h2so4 in a final volume of 10 ml was observed at 680 nm. increasing hg(ii) and se(iv) concentrations at constant acid concentration also led to an increase in the absorbance at the characteristic absorption wavelength. for this reason, 680 nm was taken into account as working wavelength for further studies. 3.2. indicator reaction pma was used as a redox indicator because of its ability to produce a product such as mo-blue, which has a characteristic absorption effect on the visible region when reduced. reduction of pma in the presence of hypophosphite in acidic medium at room temperature is very slow. however, se(iv) at trace levels activates selectively the catalytic effect of hg(ii) ions in acidic medium at 70 °c. this can be explained by the stable complex formation of se(iv) in the catalytic cycle of hg(ii) ions in the acidic medium. according to pearson’s acid-base theory, hg(ii), which is soft lewis acid, will interact with the soft base se(iv) to form hg-se bond. the rate increase observed in the catalytic behavior of hg(ii) in the presence of trace se(iv) was spectrophotometrically monitored at 680 nm. the catalytic reaction mechanism, based on the expected activation, can be predicted as follows: h3pmo12o40 + 12h2o → 27h+ + po4 3+ 12moo4 2(pka1,2,3: 2.40, 4.31 and 5.46) (1) 2moo4 2+ h2po2 + 4h+ → mo2o5 × 2h2o + h2po3 (slow, uncatalyzed reaction) mo-blue (2) (i) 2hg2+ + h2po2 + h2o → hg2 2+ + 2h+ + h2po3 (ii) hg2+ + h2seo3 → hg(seo3h)+ + h+(pka1,2: 2.46 and 7.30) (iii) hg (seo3h)+ + h2seo3 → hg(seo3h)2 + h+, logβ2: 7.69 (stable complex formation) (iv) 2hg (seo3h)2 + h2po2 + h2o → hg2 2+ + 2hseo3 + h2po3 (v) 2moo4 2+ hg2 2+ + 6h+ → 2hg2+ + mo2o5 × 2h2o + h2o 2moo4 2+ h2po2 + 4h+ → mo2o5 × 2h2o + h2po3 (3) (fast, catalyzed reaction in presence of se(iv)) at 680 nm. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 61 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 3.3. optimization of the analytical variables the effect of reaction variables (acidity, concentration of reactants, temperature, time, and ionic strength of the medium) on the net reaction rate was extensively evaluated and optimized by monitoring each variable at a certain interval by keeping all other variables constant, based on optimization tool which is also well-known as univariate approach. in fact, in which there is not an interaction between variables, this approach is simpler, easy to use, more reliable, and moreover does not require an expert user (herein, a mathematician or statistician, which can statistically use multivariate models in optimization step) in his/her area to determine whether or not a variable is significant, and to establish relationships between variables as only one variable is used each time to obtain results. the optimum values of the variables for triplicate measurements of selenium at fixed concentration of 0.25 mg l-1 were determined to obtain the minimum detection limit and maximum sensitivity at each determination. the results were represented as error bars showing the mean and standard deviation of each replicate measurement sets in all figures. 3.3.1. effect of acidity the effect of acidity on the sensitivity, which is a measure of the rate difference between catalytic and noncatalytic reactions, was investigated in the range of 0.1-2.0 ml of 1.5 mol l-1 h2so4. the sensitivity, δ(δa), for the fixed-time of first 20 min at 70 °c in fig. 1 was plotted against the volume of acid by keeping other reagent concentrations constant, and the maximum sensitivity was observed to be 0.5 ml. sensitivity decreases at lower and higher acid volumes. this high acidity also indicates that the rate of the uncatalyzed reaction is more effective than the catalyzed reaction. at low concentrations, the activation power of se(iv) may not be effective enough. as a result, 0.5 ml of 1.5 mol l-1 h2so4 concentration was considered to be sufficient for further studies. 1.5 mol l -1 h 2 so 4 volume, ml 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 ( a ) 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 in presence of 0.25 mg l -1 se(iv) figure 1. the effect of acidity on sensitivity. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0 × 10-3 mol l-1, [hg2+]: 7.5 × 10-4 mol l-1, fixed-time: 20 min, temperature: 70 °c at 680 nm. 3.3.2. effect of reducing agent volume the effect of the hypophosphite concentration on the sensitivity was investigated using 0.5 mol l 1 hypophosphite at constant concentration, by keeping the other reagent concentrations constant at 680 nm in fig. 2, and its volume was ranged from 0.025 to 1.25 ml for 20 min at 70 °c. the volume of hypophosphite increased for both catalyzed and uncatalyzed reaction in range of 0.025-0.1 ml. at higher volumes, the sensitivity has decreased proportionally as the difference between the rate differences decreases. therefore, a hypophosphite volume of 0.1 ml was considered as the optimal value. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 62 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 0.5 mol l -1 hypophosphite volume, ml 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 ( a ) 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 in presence of 0.25 mg l -1 se(iv) figure 2. effect of 0.5 mol l-1 hypophosphite volume on sensitivity. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2so4]: 0.075 mol l-1, [hg2+]: 7.5×10-4 mol l-1, fixed-time: 20 min, temperature: 70 °c at 680 nm. 3.3.3. effect of pma volume the effect of pma volume on sensitivity was investigated in the range of 0.25-2.0 ml of 0.5% (w/v) in fig. 3. the sensitivity for the fixed time of 20 min at 70 °c was plotted versus its volume, by keeping the other reagent concentrations constant at 680 nm, and the maximum sensitivity was observed to be 1.5 ml. in low volumes, sensitivity has increased up to 1.5 ml, while in higher volumes the slope gradually declines with a decreasing slope. this decrease in sensitivity is due to the fact that the noncatalytic reaction rate is faster than the catalytic reaction. high sensitivity at low volumes can be explained by the fact that the activation power of se(iv) is more effective. therefore, a pma volume of 1.5 ml was considered as optimal for further studies. 0.5% (w/v) pma volume, ml 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 ( a ) 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 in presence of 0.25 mg l -1 se(iv) figure 3. effect of pma volume on sensitivity. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l-1, [h2so4]: 0.075 mol l 1, [h2po2 -]: 5.0×10-3 mol l-1, [hg2+]: 7.5×10-4 mol l-1, fixed-time: 20 min, temperature: 70 °c at 680 nm. 3.3.4. effect of hg(ii) volume the effect of hg(ii) volume on sensitivity was examined in the range of 0.1-2.0 ml of 0.01 mol l 1. the sensitivity for the fixed time of 20 min at 70 °c was plotted versus hg(ii) volume in fig. 4, by keeping the other reagent concentrations constant at 680 nm, and the maximum sensitivity was observed to be 0.75 ml. sensitivity increased up to 0.75 ml at low volumes with increasing slope, declined with a decreasing slope in range of 0.75-1.5 ml, and remained constant in range of 1.5-2.0 ml. this decrease in sensitivity may be due to the fact that the noncatalytic reaction rate is faster than the catalytic reaction. another explanation is that after the hg(ii)-complex formed in the presence of se(iv) is reduced to hg(i)-complex by hypophosphite, the reduced complex or hg2 2+ ions can be converted to metallic hg and hg(ii) by disproportionation. high sensitivity at low concentrations can be explained by the fact that the activation power of se(iv) is more effective. therefore, an hg(ii) volume of 0.75 ml was considered as optimal for further studies. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 63 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 0.01 mol l -1 hg(ii) volume, ml 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 ( a ) 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 in presence of 0.25 mg l -1 se(iv) figure 4. effect of 0.01 mol l-1 hg(ii) volume on sensitivity. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l 1, [h2so4]: 0.075 mol l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0 × 10-3 mol l-1, fixedtime: 20 min, temperature: 70 °c at 680 nm. 3.3.5. effect of temperature on sensitivity at optimal conditions, the effect of temperature on the sensitivity was investigated in range of 4085 °c in fig. 5 because no significant difference in sensitivity was observed in room conditions. both the catalytic and noncatalytic reaction rates increased with increasing temperature in range of 40-70 °c, in which the rate of catalytic reaction was more pronounced. sensitivity decreased at temperatures higher than 70 °c. this reduction may be due to the fact that the noncatalytic reaction rate is relatively faster. for this reason, a temperature of 70 °c was considered as optimal for further studies. to check for possible signal fluctuations at this temperature, the analysis was carried out in a water bath, where the temperature was thermostatically controlled with an accuracy of ±0.2 °c. reaction temperature, o c 30 40 50 60 70 80 90 ( a ) 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 in presence of 0.25 mg l -1 se(iv) figure 5. effect of reaction temperature on sensitivity. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l-1, [h2so4]: 0.075 mol l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0 × 10-3 mol l-1, [hg2+]: 7.5 × 10-4 mol l-1, fixed-time: 20 min at 680 nm. 3.3.6. effect of reaction time on sensitivity under optimum reagent conditions, the effect of reaction time on sensitivity was studied in time interval of 5-40 min at 70 °c in fig. 6. the catalytic and noncatalytic reaction rates were monitored at 680 nm, and the sensitivity increased with increasing time in 5 min intervals; however, the catalytic reaction rate was more pronounced in this time interval. sensitivity was decreased at longer times than 20 min. this decrease can be caused by acceleration in the noncatalytic reaction rate, so as to lead to a decrease in the signal difference. so, for more advanced applications, a reaction time of 20 min was considered as optimal. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 64 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 reaction time, min 0 10 20 30 40 50 ( a ) 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 in presence of 0.25 mg l -1 se(iv) figure 6. effect of reaction time on sensitivity. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2so4]: 0.075 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0×10-3 mol l-1, [hg2+]: 7.5×10-4 mol l-1, temperature: 70 °c at 680 nm. 3.3.7. effect of inert salt concentration as a function of ionic strength on sensitivity the effect of ionic strength on the catalyzed and uncatalyzed reaction was investigated in the volume range of 0.1-1.0 ml of 0.5 mol l-1 kno3 and k2so4 solutions in fig.7. in the presence of kno3, at low volumes up to 0.5 ml, the sensitivity did not change, but it began to decline with increasing slope at higher volumes. however, even at low volumes in the presence of k2so4, it was observed that the sensitivity decreased with increasing slope. this indicates that the ionic strength of the environment should be controlled in real complex specimens with high ionic strength. another solution is to conduct sample analysis with a standard addition calibration curve based on the addition of the known standards of se(iv). 0.5 mol l -1 k 2 so 4 or kno 3 volume, ml 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 ( a ) 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 k2so4 kno3 figure 7. effect of ionic strength of the medium on sensitivity. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l 1, [h2so4]: 0.075 mol l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0×10-3 mol l-1, [hg2+]: 7.5×10-4 mol l-1, fixed-time: 20 min, temperature: 70 °c at 680 nm. 3.4. analytical figures of merit 3.4.1. calibration curve, detection limit, accuracy and precision monitoring the net absorbance change according to optimal reagent conditions, different se(iv) standard calibration solutions for δ(δa) = (δac-δa0) were sampled. the results show that the analytical signal against the concentration of se(iv) in the range of 0.0125-1.0 μg ml-1, δ(δa), lies in a sufficiently wide linear range with a regression coefficient of 0.9981 in fig. 8. in this calibration interval the least squares equation is as follows: δ(δa) = (0.80 ± 0.05) × cse(iv) [μg ml-1] + (0.014 ± 0.001) (n: 5, r2: 0.9981) (4) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 65 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 figure 8. the calibration curve. optimal conditions: [se(iv)]: 250 μg l-1, [h2so4]: 0.075 mol l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0×10-3 mol l-1, [hg2+]: 7.5×10-4 mol l-1, 0.5 ml of 0.5 mol l-1 kno3, fixed time: 20 min, temperature: 70 °c at 680 nm. the limits of detection and quantification of the present kinetic method (lod and loq) was calculated by taking 3and 10-folds of the standard deviation of the signal for the ten replicate measurements of the blank solution without analyte, and found to be 3.6 and 12 μg l-1, respectively. five replicate measurements were performed for different concentrations ranging from 0.0125 to 1.0 μg ml-1 and the percent recovery, relative error (re) and relative standard deviation (rsd) values were found by substituting the analytical signals at the calibration equation. the detailed information is presented in table 1. from the results, it can be stated that the proposed method is accurate and precise. table 1. the accuracy and precision of the five replicate measurement results of se(iv) at different concentrations. optimal conditions: [h2so4]: 0.075 mol l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0 × 10-3 mol l-1, [hg2+] 7.5 × 10-4 mol l-1, fixed time: 20 min, temperature: 70 °c. se(iv) (μg l-1) by fixed time approach of 20 min at 680 nm added found ± sda recovery % re %b rsd %c 25 24.65 ± 0.80 98.6 -1.40 3.25 100 99.35 ± 1.48 99.4 -0.65 1.49 250 251.90 ± 1.76 100.8 0.76 0.70 750 748.65 ± 2.80 99.8 -0.18 0.37 a the average plus standard deviation of five repeated measurements (n: 5). b the percent relative error (re %). c the percent relative standard deviation (rsd %). 3.4.2. selectivity to determine the selectivity of the kinetic method against interferents, the effect of possible interfering species on the rate of catalytic reaction was investigated by changing the concentration of interfering ions to keep the concentration of se(iv) constant at 250 μg l-1 in table 2. the tolerance limit has been defined as the concentration of interfering species that does not cause more than ± 5.0% of relative error. the results are summarized in detail in table 2. they indicate that all other interfering species, except for te(iv), bi(iii), cu(ii) and sn(iv) ions, do not significantly affect the analytical signal when selenium at the level of 250 μg l-1 was determined in a final volume of 10 ml under optimum reagent conditions. the effect of the te(iv), cu(ii) and bi(iii) ions has been increased to a tolerance ratio ranging from 35 to 70 with addition of thiourea. the interference of sn(iv) was improved to a tolerance ratio of 50-fold with the addition of nh4f. similar errors resulting from positive and negative interactions between analyte and matrix in real samples can be https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=articleurl&_udi=b6tgf-4tstybn-1&_user=1390981&_coverdate=06%2f15%2f2009&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=c000052541&_version=1&_urlversion=0&_userid=1390981&md5=d3df2ff12deddf107595eeaed1de1757&searchtype=a#tbl5fn1#tbl5fn1 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=articleurl&_udi=b6tgf-4tstybn-1&_user=1390981&_coverdate=06%2f15%2f2009&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=c000052541&_version=1&_urlversion=0&_userid=1390981&md5=d3df2ff12deddf107595eeaed1de1757&searchtype=a#tbl5fn2#tbl5fn2 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=articleurl&_udi=b6tgf-4tstybn-1&_user=1390981&_coverdate=06%2f15%2f2009&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=c000052541&_version=1&_urlversion=0&_userid=1390981&md5=d3df2ff12deddf107595eeaed1de1757&searchtype=a#tbl5fn3#tbl5fn3 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=articleurl&_udi=b6tgf-4x7r85g-b&_user=1390981&_coverdate=02%2f15%2f2010&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=c000052541&_version=1&_urlversion=0&_userid=1390981&md5=aa3d898f927a5474d7f464cfaf400606&searchtype=a#secx17#secx17 original article 66 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 minimized by using the calibration curve approach based on spiking at three concentration levels around quantification limit. table 2. the effect of potential interfering species on the determination of 250 μg l-1 se(iv) by the current kinetic method. optimal conditions: [h2so4]: 0.075 mol l-1, [pma]: 0.041 mol l-1, [h2po2 -]: 5.0 × 10 3 mol l-1, [hg2+] 7.5 × 10-4 mol l-1, fixed time: 20 min, temperature: 70 °c. interfering species tolerance ratio, [aciyon/cse(iv)] nh4 +, na(i), k(i), li(i), ca(ii), mg(ii), sr(ii) and ba(ii) ˃ 1500 cr(iii), zn(ii), al(iii), c2o4 2-, f-, thiosemicarbazide, ch3cooand cl600-1200 borate, citrate, tartrate, thiourea, so4 2−, ni(ii), cd(ii), hco3 -, clo3 and ce(iii) 350-500 pb(ii), sn(ii), mn(ii), as(iii), no3 -, hpo4 2and clo4 135-300 scn-, w(vi), se(vi), co(ii) and sb(iii) 75-125 so3 2-, mn(ii), fe(ii), no2 -, io3 -, cu(i) and br35-70 cr(vi), s2o3 2-, hg(i), cn-, iand v(iv) 25-35 fe(iii), v(v), ce(iv), as(v) and sb(v) 15-25 te(iv)b, bi(iii)c and cu(ii)c 5-10 (35, 50-75) sn(iv)d 3 (˃ 50) a c represents the concentration in μg l-1. b the interference of te(iv) may be greatly suppressed by addition of 1.5 ml of 0.01% (w/v) thiourea solution as a masking agent. c the interference of cu(ii) and bi(iii) ions may be greatly suppressed by addition of 1.2 ml of 0.02% (w/v) thiourea solution as masking agent. d the interference of sn(iv) may be greatly suppressed by addition of 1.0-2.0 ml 0.025% (w/v) nh4f as masking agent. 3.4.3. analytical applications of the method at initial, the method was applied to samples taken from hotand cold-spring waters after submitting to certain pretreatments. samples were treated by using directly kinetic method for analysis of se(iv). then, for total selenium analysis, samples were treated by boiling with 4.05.0 mol l-1 hcl at 85-90 °c for 30 min, for prereduction of se(vi) to se(iv). the total se contents of samples were calculated from the difference between total se and free se(iv) amounts obtained by using the kinetic method with and without prereduction. to ensure the accuracy and precision of the method, total selenium levels were also monitored after conversion to hydride with nabh4 in hcl medium after acidification. from the results obtained by both methods in table 3, it can be concluded that the current method is as accurate and precision as the routine hg aas method. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=articleurl&_udi=b6tgf-4tstybn-1&_user=1390981&_coverdate=06%2f15%2f2009&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=c000052541&_version=1&_urlversion=0&_userid=1390981&md5=d3df2ff12deddf107595eeaed1de1757&searchtype=a#tbl4fn1#tbl4fn1 original article 67 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 table 3. determination and speciation analysis of inorganic se(iv), se(vi) and total selenium levels in hot and cold-spring waters by both kinetic method and hg aas (n: 4). sample s by the present kinetic method by hg aas spiking level (μg l-1) a found (μg l-1) b recovery % dre % drsd % afound (μgl-1) crecovery% dre % drsd% se(iv) se(vi) se(iv) se(vi) total se se(iv) se(vi) total se se(iv) total se se (iv) total se total se hotspring water – – 5.2 ± 0.3 9.3 14.5 ± 0.5 – – – – – 5.4 3.6 16.1 ± 0.3 1.6 10 100 15.3 ± 0.6 109.5 124.7 ± 0.5 96 ± 3 99 ± 4 99 ± 3 -2.7 -0.6 6.8 8.9 125.7 ± 2.6 99.6 -0.4 2.1 100 10 105.4 ± 2.9 19.4 125 ± 3 100 ± 1 96 ± 1 99 ± 1 -0.3 -2.2 7.5 7.9 126.3 ± 2.5 100.2 0.2 2.0 100 100 105.4 ± 2.9 109.5 215 ± 3 99 ± 2 99 ± 4 99 ± 3 -0.6 -1.4 8.4 6.5 215.7 ± 3.6 99.8 -0.2 1.7 coldspring water – – 4.5 ± 0.1 11.2 15.7 ± 0.1 – – – – – 4.0 4.7 15.4 ± 0.3 2.1 10 100 14.4 ± 0.1 111.3 115.8 ± 0.1 96 ± 3 99 ± 4 99 ±3 -2.7 -0.6 6.8 8.9 125.5 ± 3.2 100.1 0.9 2.6 100 10 106 ± 0.1 21.3 115.7 ± 0.1 100 ± 1 96 ± 1 99 ± 1 -0.3 -2.2 7.5 7.9 125.8 ± 2.9 99.7 -0.3 2.3 100 100 114.1 ± 0.1 111.3 215.9 ± 0.1 99 ± 2 99 ± 4 99 ± 3 -0.6 -1.4 8.4 6.5 215.7 ± 3.6 99.8 -0.2 1.7 a the average ± standard deviation of replicate measurement results found using both kinetic method and hg aas. b the spiking recoveries for analysis of se(iv), se(vi) and total selenium by the present kinetic method were defined by the following equation: spiking recovery% = cfound creal/cadded × 100. here, cfound, creal and cadded are the concentration of analyte after the addition of a known amount of standard in the real sample, the concentration of the analyte in the real sample and the concentration of a known amount of standard spiked to the real sample, respectively. the present kinetic method for validation was applied to two separate srms given in table 4 after sample preparation to analysis with two different wet dissolution approaches and conversion of se(vi) to se(iv) by boiling sample solutions at 85-90 °c with 4.0-4.5 mol l-1 hcl. to ensure the accuracy of the method, two certified samples were also analyzed by hg aas, which is an independent comparison method after prereduction with nabh4, by thoroughly dissolving and homogenizing the samples in h2so4 by under ultrasonic effect. the results were quite consistent with the certified values of selenium. the kinetic method after wet digestion with h2so4 appears to be somewhat questionable in terms of both accuracy and precision. this indicates that the selenium present in the sample matrix cannot be fully solubilized and released. it can be said that the result obtained with the other digestion approach is highly compatible with that of the hg aas, and the results obtained with both methods are quite consistent with the certified values in terms of accuracy and precision. the kinetic procedure was applied to two different srms given in table 4. the results are in good agreement with the selenium values. the relative standard deviations for solid samples were in the range of 5.8-8.7% as a measure of precision. the precision (as rsd%, n: 5) for both srms varies between 5.0-6.62%. on the other hand, the precision of hg aas analysis results was in range of 4.57-5.07%. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 68 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 table 4. total selenium levels found in the selected crms by the present kinetic method and hg aas (n: 5) samples by the present kinetic method by hg aas the statistically observed tand f-valuesa after wet digestion with h2so4 after wet digestion with mixture of hno3, h2so4 and h2o2 after ultrasonic dissolution in h2so4 medium certified value found rs d % re % found rsd % re % found rsd % re % tvalue fvalue gbw 07605 tea 0.072 μg g-1 0.068 ± 0.004 μg g-1 6.6 -5.9 0.070 ± 0.004 μg g-1 5.4 -2.9 0.071 ± 0.004 μg g-1 5.1 -1.4 0.82, 0.30 1.56, 1.11 lgc 6010 hard drinking water 9.3 μg l-1 9.5 ± 0.5 μg l-1 5.7 +2.1 9.4 ± 0.5 μg l-1 5.0 +1.1 9.4 ±0.4 μg l-1 4.6 +1.1 0.23, 0.25 1.58, 1.19 a the statistical tand f-values observed in the detection of determinate and indeterminate errors for the present kinetic and independent hg-aas methods for 8 degrees of freedom at 95% confidence level where the critical tand f-values are 2.31 and 6.39, respectively. because of the importance of selenium consumption by foods and beverages such as tea for healthy life, the present method was applied to different brand black and green tea samples after two different digestion approaches. the sensitive and selective method commonly used for total se analysis such as hg aas to ensure the accuracy of the method was used in parallel after the ultrasonicbased dissolution approach in h2so4 medium, and the results were found to be highly consistent with those of the present kinetic method. the results were extensively presented in table 5. a report in literature has shown that the total se and se(iv) levels in four commercial tea leaves supplied from different regions of china varied from 191 to 724 µg kg-1 and from 173 to 613 µg kg-1 respectively16, which are consistent with our results (ranging from 281 to 708 µg kg-1). another research group in turkey has determined a total selenium level of 68 µg kg-1 with a standard deviation of 5 µg kg-1 in a black tea sample supplied from the market from turkey10. in a similar way, from analysis of the samples by means of icp oes, it has been observed that total selenium levels are 280/1250 µg kg-1 and 1093/1668 µg kg-1 respectively in turkish green and black tea samples with and without lemon. it is clear that lemon addition synergistically increases the selenium concentration in both the black teas and green teas42. selenium is a trace mineral that is essential to good health but required only in small amounts. selenium is incorporated into proteins to make selenoproteins, which are important antioxidant enzymes. the antioxidant properties of selenoproteins help prevent cellular damage from free radicals. free radicals are natural by-products of oxygen metabolism that may contribute to the development of chronic diseases such as cancer and heart disease. other selenoproteins help to regulate thyroid function and play a role in the immune system. in this sense, it can be concluded that citric acid in lemon leads to an improvement in antioxidant property of selenium or selenoprotein in tea. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 original article 69 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 57-72 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 table 5. total se levels found in different tea samples by the present kinetic method and hg aas (n: 5). samples by the present kinetic method by hg aas after wet digestion with h2so4 after wet digestion with mixture of hno3, h2so4 and h2o2 after ultrasonic dissolution in h2so4 medium added (μg l-1) afound (μg l-1) brecovery (%) added (μg l-1) afound (μg l-1) brecovery (%) added (μg l-1) afound (μg l-1) brecovery (%) black tea1 – 28 ± 2 – – 32 ± 2 – – 31 ± 3 – 10 38 ± 2 97.0 10 42 ± 2 97.0 10 40 ± 2 97.0 50 77 ± 5 97.4 50 81 ± 5 98.0 50 81 ± 5 99.8 black tea2 – 32 ± 3 – – 34 ± 2 – – 35 ± 2 – 10 42 ± 3 98.0 10 44 ± 4 97.0 10 45 ± 3 94.0 50 82 ± 5 99.6 50 84 ± 5 99.0 50 85 ± 6 99.6 green tea1 – 63 ± 5 – – 67 ± 4 – – 68 ± 4 – 25 89 ± 6 97.0 25 91 ± 6 97.0 25 93 ± 7 97.0 50 114 ± 8 98.0 50 117 ± 8 98.0 50 118 ± 8 98.0 green tea2 – 56 ± 4 – – 58 ± 4 – – 58 ± 4 – 25 90 ± 6 97.0 25 90 ± 6 97.0 25 90 ± 6 97.0 50 116 ± 9 98.0 50 116 ± 9 98.0 50 116 ± 9 98.0 green tea3 – 71 ± 6 – – 72 ± 6 – – 72 ± 5 – 25 95 ± 6 97.0 25 98 ± 6 97.0 25 98 ± 6 97.0 50 128 ± 9 98.0 50 121 ± 8 98.0 50 121 ± 8 98.0 a the average ± standard deviation of replicate measurement results found using both kinetic method and hg aas b the spiking recoveries for analysis of total se by both the present kinetic method and hg-aas were defined by the following equation: spiking recovery% = cfound creal/cadded × 100 here, cfound, creal and cadded are the concentration of analyte after the addition of a known amount of standard in the real sample, the concentration of the analyte in the real sample and the concentration of a known amount of standard spiked to the real sample, respectively. 4. conclusions a spectrophotometry in visible region with selection of an indicator suitable for analyte is a comparatively low cost, robust and easy-to-operate analytical technique that is readily available in most analytical research laboratories. in the selected kinetic mode, it is a fast, reproducible and versatile technique with analytical frequency of nine samples (three samples plus six calibrations standard) per 20 min. because the developed method is based on a se-activated indicator reaction and the final intermediate product is stable for fixed time of 20 min even at a temperature of 70 °c, this detection tool can be efficiently used for the fast, accurate and reliable analysis of selenium species. in addition, the method allows a detection of low levels of se(iv) up to 3.6 µg l-1 in a linear working range of 80-fold without need to a separation/preconcentration step. so, the determination of inorganic selenium species in other sample matrices can be performed even at low concentrations without any matrix effect. finally, the method can be considered as an alternative to expensive, time-consuming/tedious and complex analytical techniques such as icp ms, icp oes, et aas or gf aas, hg aas, hg afs, and hg afs in combination with ce or lc. moreover, these detection techniques require expert-users in his/her area as well as poor precision and low recovery at low concentrations. also, the detection limit of the method is especially comparable to most of the similar spectrophotometric and kinetic spectrophotometric methods reported in the literature in terms of linear working range, sensitivity, selectivity and reproducibility. the only disadvantage of the method is that the indicator reaction takes place at high temperature (70 °c) and long time (20 min) limiting sampling rate related to kinetic analysis of samples. 6. acknowledgements the authors are grateful to the commission of scientific research projects, university of cumhuriyet, sivas, turkey for partial financial support through project number of f-228. authors have no financial relationship with the organization that sponsored the research. 7. references [1] ochsenkühn-petropoulou, m., tsopelas, f., speciation analysis of selenium using voltammetric techniques, anal. chim. acta 467 (1-2) (2002) 167-178. https://doi.org/10.1016/s0003-2670(02)00091-0. 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[42] derun, e. m., kipcak, a. s., ozdemir, o.d., piskin, m. b. cr, fe and se contents of the turkish black and green teas and the effect of lemon addition, int. scholar. sci. res. innov. 6 (11) (2012) 1018-1021. https://publications.waset.org/7515/pdf. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p57-72 https://doi.org/10.1007/s11746-998-0007-x https://doi.org/10.1007/s11746-998-0007-x https://doi.org/10.1007/s11746-998-0007-x http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf http://www.ijctet.org/assets/upload/463ijctet123.pdf https://doi.org/10.3923/jbs.2007.1448.1452 https://doi.org/10.3923/jbs.2007.1448.1452 https://doi.org/10.3923/jbs.2007.1448.1452 https://doi.org/10.3923/jbs.2007.1448.1452 https://doi.org/10.3923/jbs.2007.1448.1452 https://doi.org/10.3923/jbs.2007.1448.1452 https://publications.waset.org/7515/pdf https://publications.waset.org/7515/pdf https://publications.waset.org/7515/pdf https://publications.waset.org/7515/pdf https://publications.waset.org/7515/pdf summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 3 | 2020 | summary editorial board ............................................................................................................................................. 3 editorial ......................................................................................................................................................... 4 database ......................................................................................................................................................... 5 instructions for authors ......................................................................................................................... 6 original articles complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) with ligand formed by condensation reaction of isatin with glutamic acid ................................................................................................................................................. 12 wiesława ferenc, dariusz osypiuk, jan sarzyński, halina głuchowska hydrodeoxygenation and pyrolysis of free fatty acids obtained from waste rendering fat ........................ 28 martyna murat, jaromír lederer, alena rodová, josé miguel hidalgo herrador determination of paracetamol in pharmaceutical samples by spectrophotometric method ..................... 37 chand pasha major and minor head losses in a hydraulic flow circuit: experimental measurements and a moody’s diagram application .............................................................................................................................................. 47 aline amaral madeira education in chemistry a comprehensive review of database resources in chemistry ........................................................................ 57 syed sauban ghani http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 2 | 2020 | 44 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 study of the properties of lubricating oils obtained from biodiesel andreza de faria alves cruz+ , raquel moreira maduro de carvalho , fábio celso de oliveira centro universitário de viçosa (univiçosa), 3815 maria de paula santana av, viçosa, minas gerais, brazil. +corresponding author: andreza de faria alves cruz, phone: +55 31 9 9558-1602 email address: andrezafalvesc@gmail.com article info article history: received: april 26, 2019 accepted: december 18, 2019 published: april 1, 2020 keywords: 1. biodiesel 2. engines 3. vegetable oils 4. performance 5. lubricants 6. transesterification 1. introduction in the last 10 years, the world’s energy consumption grew by 2.5%. oil has been steadily falling, but it is still considered the largest primary source of used energy, although the energy consumption from renewable sources is growing. china has been reducing its energy consumption over the years, but it is still considered the most energy consuming country in the world, importing about 58% of oil. following on the list of the world’s largest energy consumers, there are the united states, india, germany and brazil. brazil is expected to grow 2.2% by the year 2040, with emphasis on renewable energies (4.5%)1. it has now become clear that the world’s perceptions about renewable energy have changed a lot and are now seen as an outlet to address some needs such as improving energy security, reducing impacts on health and the environment, mitigating greenhouse gas emissions, improving opportunities in the area of education, creation of new labor poles and poverty reduction2. biodiesel appears as an alternative, since its main application is fuels, because it is free of aromatic compounds and sulfur, an important characteristic in the environmental sector; besides being more economically viable for stimulating agricultural production, reducing importation of oil from other countries. it can be obtained through a mixture of different esters resulting from the abstract: in this work, nine different biodiesels were obtained by transesterification reaction with three types of vegetable oils and three variant alcohols. the objective was to analyze them physicochemically before and after they went to the engine, to know if they had the necessary properties to act as lubricants. subsequently, the same biodiesels were analyzed in the engine in order to observe the behavior of their dynamic viscosities, to evaluate if they were similar or superior to commercial lubricants. it was possible to note that all biodiesel produced are within the national agency for petroleum, natural gas and biofuels (anp) legislation and presented as potential lubricants, due to the kinematic viscosity behavior when compared before and after the engine. these results made them possible replacements for commercial lubricants, besides having greater advantages for the engine and the environment. however, although coconut oil-derived biodiesel has good yields, it is not promising because, at temperatures below 25 °c tends to solidify, causing short, mediumand long-term engine parts wear. the obtained biodiesels proved to be potential lubricants and could replace the commercial lubricants of the 4-stroke engines. c-h of alkane c=o of carbonyl c-o of ester http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 mailto:andrezafalvesc@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-1321-3024 https://orcid.org/0000-0001-5152-5446 https://orcid.org/0000-0002-1587-6887 original article 45 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 esterification reaction of fatty acids or transesterification of glycerides3. several raw materials are used in the production of biodiesel, such as vegetable oils, animal fats and used frying oil. according to the national petroleum agency4, biodiesel produced in brazil comes from soybean oil (76.4%), animal fat (19.8%), cotton oil (2.2%) and other vegetable oils (1.6%). in addition to using biodiesel as fuel, it can also be used as lubricant. when it acts as a lubricant, it performs much better than commercial lubricants, due to its high lubricating power, higher viscosity and less wear on the engine parts5. for the development of a lubricant, specified physicochemical properties must be obtained, such as viscosity, resistance to corrosion, total acidity index, pour point, chemiluminescence, among others. in the case of biolubricant esters which are derived from organic esters, hydrolytic, oxidative and thermal stabilities must be obtained6. the lubricating oil used in the engine must meet all lubrication needs in the different tribological pairs found in the engine7. thus, it can be stated that the ignition quality of the fuel, the types of hydrocarbons present in the fuel and the presence of impurities or additives in it affect the performance of the engine lubricating oil. in this study, the synthesis of biodiesel from vegetable oils was proposed, as well as the analyses of their physicochemical properties to act as lubricants, evaluating the kinematic viscosity before and after the sample in the engine to verify if the performance of biodiesel as a lubricant is similar to or higher than commercial lubricants. 2. experimental 2.1. production of biodiesel for the transesterification reactions, the methodology described by geris et al.8 was used, which initially consisted of the preparation of an intermediate through the mixture of potassium hydroxide and varying alcohols, such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, under heating at 45 °c and constant stirring until complete dissolution of the solid. later, the intermediate was mixed with the oils, which were also varied in the reaction as: being coconut oil, castor oil and rice oil. they were commercially purchased, and the reaction were carried out at 45 °c for 10 min. afterwards, the biodiesel was elaborated, pouring the previous mixture and separating it through a separation funnel, isolating the biodiesel and the glycerin, and the excesses of base and alcohol. the biodiesel was treated with distilled water at 70 °c, followed by aqueous solution of hydrochloric acid 0.5% v/v until it reached neutral ph. finally, moisture was withdrawn with anhydrous magnesium sulfate under constant stirring for 15 min. thus, nine combinations of reactions were performed: coconut oil and methyl alcohol, castor oil and methyl alcohol, rice oil and methyl alcohol, coconut oil and ethyl alcohol, castor oil and ethyl alcohol, rice and ethyl alcohol, coconut oil and isopropyl alcohol, castor oil and isopropyl alcohol and rice oil and isopropyl alcohol. 2.2. biodiesel yield regarding the mass yield of biodiesel produced through the basic transesterification process, the quantity of biodiesel obtained from the ratio of 1:6 with the highest amount of oleic acid was accounted for. yield was evaluated from the alcohol and vegetable oil used in the reaction. all reactions were performed in triplicate, as approximately 500 ml were required for further use in the engine. 2.3. validation of the lubrication property of the lubricants in the internal combustion engine by the kinematic viscosity analysis the samples were assayed in a seven-stroke gasoline four-stroke engine, manual start nmg70, at univiçosa physics laboratory. initially, it was necessary to use 500 ml of commercial fuel to start the engine. subsequently, each sample was for 3 nonconsecutive h in the motor. for the engine to run, 500 ml of each synthesized biodiesel were used, according to routes previously described in the methodology. it is important to note that when below this amount, the motor does not run to rotate the sample. 2.4. physicochemical characterization of biodiesel all the biodiesel obtained were characterized by ph, specific mass, total acidity index, moisture content, kinematic viscosity, plus metal detection tests and infrared. all analyzes were performed in https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 original article 46 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 triplicate, except for the viscosity that was performed five times. 2.4.1. appearance and color in order to characterize the biodiesel in relation to aspect and color, a preliminary analysis was carried out looking for the presence of visual impurities, such as suspended materials, sediments or any turbidity in the sample, which may be due to the presence of water. in the absence of any of these contaminants, biodiesel was classified as clear and free of impurities, according to nbr 14954 9. 2.4.2. ph the ph was measured with a phmeter, which can present values ranging from 0 to 14, indicating acidity, neutrality or basicity of the medium. for biodiesel, the ph must be 7, that is neutral10. 2.4.3. specific mass to determine the specific mass, a 25 ml glass pycnometer was used. first the empty pycnometer was weighed and written down to its mass. then it was filled with distilled water, weighed and its mass was noted. subsequently, the clean and dry pycnometer was filled with biodiesel, being again weighed with its mass noted, according to nbr 7148/14065 11. the specific mass was calculated with eq. 1: 𝜌 = 𝑚 𝑣 (1)¹¹ 2.4.4. total acidity index to calculate the acid number, it was necessary to measure a mass of approximately 10 g of biodiesel in a 125 ml erlenmeyer flask. a mixture of ethyl alcohol and ethyl ether in the ratio of 2:1 by volume was prepared. subsequently, 25 ml of this mixture was added to the erlenmeyer flask along with 3 drops of phenolphthalein. titration of the solution was then carried out with 0.02 mol l-1 sodium hydroxide, and the blank was titrated, that is, 25 ml of the mixture of ethyl ether and ethyl alcohol together with 3 drops of phenolphthalein without the presence of biodiesel, according to nbr 14448 12. the calculation of the acid number is performed by eq. 2: ia = (𝑉𝑠𝑝𝑒𝑛𝑡−𝑉𝑏𝑙𝑎𝑛𝑘 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛)𝑥𝑓𝑥5.61 𝑚𝑜𝑖𝑙 (2)¹² 2.4.5. moisture content to determine the moisture content of the biodiesel, a greenhouse, in which a mass of approximately 20 g of biodiesel was placed in the crucible free of moisture, was used and then weighed. the sample was then placed in an oven, with temperature at 100 °c for 24 h. after this time, the sample was cooled in a desiccator and the sample was weighed again until the value remained constant, thus obtaining the moisture content by the difference between the initial and final masses, through eq. 3, according to astmd 6304 13. moisture content = pi pf (3)¹³ pi is the initial weight of the crucible with biodiesel and pf is the final weight of the crucible with biodiesel. 2.4.6. kinematic viscosity the kinematic viscosity was determined with the aid of a pipette, adding 15 ml of sample to the viscometer through the ventilation tube, and waited 5-10 min to equilibrate the liquid temperature to 25 °c. with the aid of the pipettor fitted to the capillary tube, the fluid was suctioned up to above the upper measurement mark, according to nbr 104414. the kinematic viscosity can be calculated by eq. 4: 𝜈 = k x t (4)¹¹ where ν is the kinematic viscosity of the sample (in mm² s-1), k is the viscometer constant calculated for a known fluid (in mm² s-2) and t is the average of the time the sample took to move from the measurement mark top to bottom. 2.4.8. qualitative test for metal detection for the qualitative test of metal detection, electromagnetic magnets were used. the magnets were approximated to the biodiesel samples. in case of attraction, it indicates the presence of metals and if nothing happens, absence8. 2.4.9. infrared https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 original article 47 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 the spectra were collected in the perkin-elmer ft-ir 1000 spectrophotometer in the range of 4000 to 200 cm-1 in the department of chemistry – ufv and were made in atr. 3. results and discussion 3.1. characterization of biodiesel the biodiesel characterization was carried out from the results of some parameters, through which the quality of the biodiesel produced can be evaluated. the quality has a direct relation with the operation and the life of an engine, so it was possible to ascertain the quality of the biodiesel produced. according to national agency for petroleum, natural gas and biofuels regulation 25/2014 4, in order to the product obtained to be considered a biodiesel, it must comply with some rules such as: be clear and free of impurities; have neutral ph; have density, total acidity index, moisture content and kinematic viscosity within the established limits. tables 1, 2 and 3 present the methodologies used in each parameter, the results obtained by the analysis of coconut, castor and rice biodiesel, respectively, following the limits established by the brazilian legislation4. table 1. results obtained for acidity index tests (mg koh g-1), relative density (kg m-3), moisture content (mg kg-1), followed by the brazilian legislation4. parameters methodology adopted bcom bcoe bcoi npa resolution, 2004 aspect nbr 14954 clean and free of impurities clean and free of impurities clean and free of impurities clean and free of impurities specific mass nbr 7148/14065 868.432 ± 0.002 867.012 ± 0.005 872.476 ± 0.003 850 to 900 specific relative mass 0.835 ± 0.002 0.794 ± 0.005 0.780 ± 0.003 acidity index level nbr 14448 0.090 ± 0.008 0.059 ± 0.008 0.042 ± 0.007 <0.5 moisture content astmd 6304 197.000 ± 0.003 189.09 ± 0.02 190.73 ± 0.03 <200.0 bcom biodiesel coconut oil with methanol; bcoe biodiesel coconut oil with ethanol; bcoi biodiesel coconut oil with isopropanol; bcaom biodiesel castor oil with methanol; bcaoe biodiesel castor oil with ethanol; bcaoi biodiesel castor oil with isopropanol; brom biodiesel rice oil with methanol; broe biodiesel rice oil with ethanol; broi biodiesel rice oil with isopropanol. for biodiesel produced from methanol, all are classified as clear and free of impurity, as specified by brazilian legislation.4, since they have no impurities or turbidity, so biodiesel is within the cited specification. the specific mass values obtained at 20 °c for all biodiesel are within the limits of 850 to 900 kg m-³ established by nbr 7148/140654. the values were within the range required by the brazilian legislation4, which indicates high purity of the products obtained. considering that resolution nº 255, dated november 15, 2003, indicates that the maximum limit of acidity index is 0.50 mg koh g-1 of oil, so the values observed in tab. 1 are within the allowed values, which is a good result, since an acidity index above the allowed one leads to the aging of the lubricant and it wears the parts of the motor in the long term. for the analysis of the moisture content, eq. 3 was used, according to methodology. it can be observed that all values obtained for biodiesel from methanol, in tab. 1, were within the limit of 0.5 mg kg-1 required by the brazilian legislation4, which is important since the water content above the allowance impairs the property of the lubricant and oxidizes the engine parts over time. the relative specific mass is given by the specific mass of the biodiesel in relation to the specific mass of the water, both obtained experimentally. even though a limit is not specified4, as the specific masses were within the limit, consequently, the relative specific masses are too. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 original article 48 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 table 2. results obtained for acidity index tests (mg koh g-1), relative density (kg m-³), moisture content (mg kg-1), followed by the brazilian legislation4. parameters methodology adopted bcaom bcaoe bcaoi npa resolution, 2004 aspect nbr 14954 clean and free of impurities clean and free of impurities clean and free of impurities clean and free of impurities specific mass nbr 7148/14065 869.352 ± 0.002 898.540 ± 0.003 861.676 ± 0.002 850 a 900 specific relative mass 0.853 ± 0.002 0.833 ± 0.003 0.628 ± 0.002 acidity index level nbr 14448 0.045 ± 0.006 0.20 ± 0.02 0.070 ± 0.005 <0.5 moisture content astmd 6304 189.08 ± 0.02 190.76 ± 0.02 189.09 ± 0.02 <200.0 bcaom biodiesel castor oil with methanol; bcaoe biodiesel castor oil with ethanol; bcaoi biodiesel castor oil with isopropanol. in tab. 2, it can be observed that all the biodiesels obtained through the castor oil were also clear and free of impurities. the specific masses were within the range of 850 to 900 kg m-3, indicating high purity of these products obtained by the transesterification reaction. in addition, the specific mass of a biodiesel is directly linked to the molecular structure of its molecules. the longer the carbon chain of the ester, the greater its specific mass, but the value will decrease the higher the numbers of unsaturated bonds present in the molecule. the presence of impurities may also influence the specific mass. as observed, ethanol has a higher carbon chain than methanol, so its specific mass is higher. in contrast, isopropanol has branching; consequently, there is a decrease in its specific mass, as stated by lace et al.14. the acidity index was also within the brazilian legislation4 limit, being less than 0.5 mg koh g-1, with very low standard deviations, which corresponds to the accuracy of the triplicate analyzes. regarding the moisture content, the values obtained were lower than 200 mg kg-1, indicating that all biodiesel obtained from castor oil are within the limits of the brazilian legislation4. table 3. results obtained for acidity index tests (mg koh g-1), relative density (kg m-3), moisture content (mg kg-1), followed by standard legislation4. parameters methodology adopted brom broe broi npa resolution 2004 aspect nbr 14954 clean and free of impurities clean and free of impurities clean and free of impurities clean and free of impurities specific mass nbr 7148/14065 871.412 ± 0.014 876.768 ± 0.018 866.012 ± 0.021 850 to 900 specific relative mass 0.83 ± 0.03 0.84 ± 0.04 0.82 ± 0.02 acidity index level nbr 14448 0.034 ± 0.003 0.059 ± 0.002 0.037 ± 0.005 <0.5 moisture content astmd 6304 178.11 ± 0.03 178.92 ± 0.03 198.52 ± 0.03 <200.0 brom biodiesel rice oil with methanol; broe biodiesel rice oil with ethanol; broi biodiesel rice oil with isopropanol. through tab. 3, it was possible to observe that all the biodiesels obtained with isopropanol were clear and free of impurities. for the specific mass, the values were within the limit of 850 to 900 kg m-3 according to the legislation4, indicating the high purity of these obtained biodiesels. in the same way, the ethanol has greater carbonic chain than the methanol, therefore, greater specific mass; while the isopropanol has branching, then it has a lower specific mass, according to lace et al.14. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 original article 49 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 the acidity index was also within the limit of 0.5 mg koh g-1, presenting low values, which is a good sign since it does not indicate wear of the engine parts. regarding the moisture content, the values were within the limit of 200 mg kg-1 of the brazilian legislation4. it is very important that the analyzes of moisture content are within the limit described by the national agency for petroleum, natural gas and biofuels, since, according to lace et al.14, water promotes the hydrolysis of biodiesel resulting in free fatty acids, contributing to the proliferation of microorganisms, equipment corrosion and deposition of sediments. in addition, the presence of water contributes to the increase in acidity, which is not desired. 3.2. biodiesel yield the yield calculation was useful to verify which vegetable oil and alcohol had the best yield in obtaining biodiesel, that is, how much was converted from reagent (vegetable oil) to product (biodiesel). tables 4, 5 and 6 below indicate these yields: table 4. yield for biodiesel derived from coconut oil. % biodiesel bcom bcoi bcoe reaction 1 60 60 58 reaction 2 75 66 63 reaction 3 89 70 55 some studies by nascimento, vasconcelos and azevedo15 show a technique of microwave optimization, leading to a yield of approximately 100%. the biodiesel obtained by means of coconut oil with isopropanol presented values higher than expected, although there are no comparisons with the literature. however, according to geris et al.8, isopropanol is not as viable for transesterification reaction due to its higher carbon chain and greater branching when compared to the other alcohols used. regarding biodiesel derived from coconut oil with isopropanol, the values were within the expected range, as described by shimada et al.16, from 45 to 80%, a little lower than methanol due to its higher carbon chain, less toxic than it. geris et al.8 showed that biodiesel obtained from methanol yields between 58 and 89%, due to the lower carbon chain that facilitates the transesterification reaction; followed by ethyl alcohol in yields between 55 and 75%, being even less toxic. the higher the carbon chains and the ramifications, the lower the yields of biodiesel due to the greater difficulty of reacting. in relation to coconut oil, for dias, ferraz e almeida17 the yields with methanol are around 60 to 90%, while with ethanol, for shimada et al.16, they vary between 45 and 80%. table 5. yield values for biodiesel derived from castor oil. % biodiesel bcaom bcaoi bcaoe reaction 1 65 45 56 reaction 2 87 47 51 reaction 3 93 74 64 table 5 shows that the biodiesel obtained through castor oil with methanol presented good yields, according to the range of 60 to 96% specified by dias, ferraz e almeida17. for biodiesel derived from castor oil with isopropanol, it is believed that the values were low as expected by the chemical explanation regarding the amount of carbonic chain and branching, as explained by geris et al.8. the biodiesel obtained by means of castor oil with ethanol presented yield between the limit expected by dias, ferraz e almeida17, from 40 to 75%. as shown in tab. 4, yields of biodiesel obtained from coconut oil by methanol were considered as expected, since according to dias, ferraz e almeida17, a yield of 60 to 90% for biodiesel from coconut oil from methanol. table 6. yield values for biodiesel derived from rice oil. % biodiesel brom broi broe reaction 1 83 46 54 reaction 2 71 53 66 reaction 3 81 64 96 table 6 shows that biodiesel obtained from rice oil with methanol presented high values, as expected by charoenchaitrakool and thienmethangkoon18, from 70 to 95%. the biodiesel obtained through the rice oil with isopropanol presented low yields, but already expected according to the chemical explanation of the carbon chain, as suggested by geris et al.8. for the biodiesel obtained by means of the rice oil with ethanol, the yields were within the expected, with highlight to the 3rd reaction with https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 original article 50 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 yield of 96%, higher than expected by the limit of 50 to 80% of charoenchaitrakool and thienmethangkoon18. in relation to the performance of biodiesel in the engine, the yield does not directly influence. however, good yields are feasible because of the amount of 500 ml needed for the lubricant to run on the engine. a low yield means having to perform a greater amount of reaction to achieve what is required for the internal combustion engine, making the process more expensive and exhausting. 3.3. validation of the lubrication property of the lubricants in the internal combustion engine by the kinematic viscosity analysis it was observed that the engine maintained the correct operating temperature, since a laser thermometer was used to carry out the temperature measurements during operation, so that there was no overheating of the engine components. also, no smoke or anomaly was observed during or after the tests. kinematic viscosity analyzes are listed in tab. 7, 8 and 9, both before and after each sample for 3 h. the analyses were performed in quintuplicate and the results were given by the mean. analyzes before the engine will be called be and after engine ae. table 7. kinematic viscosity results in biodiesel derived from coconut oil. kinematic viscosity (mm²s-1) bocm (be) boci (be) boce (be) bocm (ae) boci (ae) boce (ae) average 2.600 ± 0.002 5.980 ± 0.004 6.000 ± 0.007 6.400 ± 0.004 6.500 ± 0.008 in tab. 7, it was possible to observe that the biodiesel obtained through coconut oil before the engine showed satisfactory results, within the range of 3.0 to 6.0 mm² s-1 of the nbr4. only the biodiesel obtained from coconut oil with methanol showed below-expected value, which is detrimental since lubricant that has low viscosity may not sufficiently protect engine parts, increasing parts wear, causing more friction and oxidizing faster, as explained by farias et al.5..the viscosity values after the engine increased, but not excessively, which was expected due to the oxidation of the biodiesel in the engine. table 8. result of kinematic viscosity in biodiesel derived from castor oil. kinematic viscosity (mm²s-1) bcaom (be) bcaoi (be) bcaoe (be) bcaom (ae) bcaoi (ae) bcaoe (ae) average 6.01 ± 0.01 5.80 ± 0.01 6.200 ± 0.003 11.10 ± 0.01 22.60 ± 0.02 from tab. 8, it was possible to observe that the biodiesel obtained through castor oil was within the limits of standard legislation4, except for biodiesel from castor oil with ethanol, which presented a value above the limit of 6.0 mm² s-1. a viscosity above the limit is detrimental because some parts of the engine do not receive the necessary flux to form the lubricating film, which can result in more wear, accelerating the oxidation and shortening the life of the equipment, as explained by farias et al.5. regarding the biodiesel analyzed after the engine, the kinematic viscosity values increased, but not excessively, as expected. table 9. kinematic viscosity analysis in biodiesel derived from rice oil. kinematic viscosity (mm² s-1) brom (be) broi (be) broe (be) brom (ae) broi (ae) broe (ae) average 6.10 ± 0.01 3.60 ± 0.01 8.90 ± 0.02 5.14 ± 0.01 10.12 ± 0.01 from tab. 9, it was possible to observe that the biodiesel derived from rice oil were within the limits of the brazilian legislation4, except for the rice oil with ethanol that presented divergent values, well above the expected, being considered a lubricant able to wear the parts of the engine and cause oxidation in a shorter time. after the engine, the results are also as expected, with kinematic viscosity increasing. biodiesel from coconut oil with isopropanol, castor oil with isopropanol, and rice with ethanol were not analyzed in the engine because of their https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 original article 51 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 low reaction yields, making it impossible to produce more due to the quantity of reagents available. 3.4. qualitative test for the detection of metals the metal detection test analyses are listed in tabs. 10, 11 and 12 below. they were performed in triplicate and the results were given by the average. table 10. analysis of the presence of metals in biodiesel derived from coconut oil. presence or absence of metals bocm boci boce average absent absent absent table 11. analysis of the presence of metals in biodiesel derived from castor oil. presence or absence of metals borm bori bore average absent absent absent table 12. analysis of the presence of metals in biodiesel derived from rice oil. presence or absence of metals boam boai boae average absent absent absent the results obtained in tabs. 10, 11 and 12 were satisfactory since the presence of metals could impair engine performance5. it is important to point out that this is a qualitative analysis. to be sure, it is necessary to carry out more restricted analyses, such as atomic absorption. 3.5. infrared the major bands for biodiesel are given in tab. 13. table 13. the main infrared bands for the biodiesel obtained. compounds 𝝂c-halif. (cm-1) 𝝂c=o (cm-1) 𝝂c-o (cm-1) bocm 2853 1740 1495 boci 2853 1664 1395 boce 2853 1435 borm 2854 1685 1451 bori 2853 1453 bore 2853 1654 1451 boam 2853 1454 boai 2854 1667 1460 boae 2853 1668 1462 from the analysis of the infrared spectra, it was possible to observe in all biodiesel the presence of bands characteristic of carbonyls (c=o), aliphatic c-h and c-o ester. according to barbosa19, a band in the range of 1650 to 1750 cm-1 indicates axial deformation of the carbonyl c=o bond. in addition, the presence of bands between 2853 and 2854 cm-1 indicates an aliphatic c-h band; and in the range of 1390 to 1500 cm-1 correspond to ester c-o. in this case, the characteristic bands of aliphatic c-h and c=o of carbonyl correspond to the starting vegetable oil, whereas the band referring to the ester c-o bond indicates the formation of the desired product, biodiesel. in this way, the infrared appears as another way of confirming that the product (biodiesel) was obtained through the starting vegetable oil. in the absence of the ester c-o band, there would be no conversion of triacylglyceride to ester, having only the starting vegetable oil, not biodiesel. this can be observed in fig. 1. the other spectra are not shown, since the three characteristic bands, which are the bands to emphasize in the work, are the same for all biodiesels, only occurring displacements due to the alcohol of departure of the reaction. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 original article 52 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 44-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p44-53 figure 1. bocm infrared spectrum 4. conclusions nine esters (biodiesels) were synthesized from transesterification reactions, varying the vegetable oils and the starting alcohols. these biodiesels were characterized by physicochemical analyses in order to confirm their formation and the characteristic properties of biodiesel, meeting the requirements of the national agency for petroleum, natural gas and biofuels. the biodiesel obtained also had its kinematic viscosity analyzed before and after the engine, demonstrating a similar profile to commercial engine lubricants, being good substituents. although biodiesel produced from coconut oil has good reaction yields, it is not intended to act as lubricants in the engine as it tends to solidify at temperatures below 25 °c and can cause engine parts to wear with particle adhesion in suspension. biodiesel derived from isopropyl alcohol is not economically viable to produce lubricants because of the poor performance to obtain it, and many reactions are necessary to obtain the necessary lubricant for the engine. however, it was observed that the majority of biodiesel obtained have promising results to act as substituents of commercial lubricants, which fill a gap in the scientific literature. 5. acknowledgments to univiçosa – faculty of sciences and technology of viçosa, for the scholarship of undergraduate research. 6. references [1] manieniyan, v., senthilkumar, r., sivaprakasam, s., comparative wear analysis in a di diesel engine using diesel and biodiesel, international journal of modern trends in engineering and research 2 (1) (2015) 119124. 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https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170164 https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170164 https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170164 https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170164 https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170164 https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170164 https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170164 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.1.2014.p192-199 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.1.2014.p192-199 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.1.2014.p192-199 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.1.2014.p192-199 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.1.2014.p192-199 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.1.2014.p192-199 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.4.2009.p37-48 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.4.2009.p37-48 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.4.2009.p37-48 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.4.2009.p37-48 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.4.2009.p37-48 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v39.4.2009.p37-48 https://doi.org/10.1016/s1381-1177(02)00020-6 https://doi.org/10.1016/s1381-1177(02)00020-6 https://doi.org/10.1016/s1381-1177(02)00020-6 https://doi.org/10.1016/s1381-1177(02)00020-6 https://doi.org/10.1016/s1381-1177(02)00020-6 https://doi.org/10.1016/s1381-1177(02)00020-6 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.06.014 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.06.014 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.06.014 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.06.014 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.06.014 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.06.014 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.09.012 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.09.012 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.09.012 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.09.012 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.09.012 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 4 | 2018 | 11 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 synthesis, characterization and comparative thermal degradation study of co(ii), ni(ιι) and cu(ii) complexes with asparagine and urea as mixed ligands yasmin mosa'd jamil1+, maher ali al-maqtari1, fathi mohammed al-azab1, mohammed kassem al-qadasy1, amani a. al-gaadbi1 1 sana'a university, faculty of science, chemistry department, sana'a, yemen + corresponding author: yasmin mosa'd jamil, e-mail address: yasminjml@yahoo.com article info article history: received: march 12, 2018 accepted: may 14, 2018 published: december 5, 2018 keywords: 1. urea 2. asparagine 3. transition elements complexes 4. thermal analysis 1. introduction recently, there has been renewed attention in the preparation and studies of mixed ligand transition metal complexes1, 2 due to their new useful properties such as magnetic exchange, photoluminescence, nonlinear optical property, electrical conductivity and antimicrobial activity3 5. mixed ligand complexes containing amino acid as co-ligand are potential biomimetic models for metal-protein interaction6. research has shown significant progress in utilization of transition metal complexes as drugs to treat a lot of human diseases like carcinomas, infection control, antiinflammatory, diabetes and neurological disorders7. urea, carbamide or carbonyldiamide co(nh2)2 (figure 1a), which has a remarkable role in many biological processes in decomposition of proteins and amino acid catabolism, was discovered in 1828 by wöhler when evaporating a solution containing a mixture of potassium isocyanate and ammonium sulphate8. the mode of urea bonding with metal ions seems to be dependent upon the type and nature of the metal, lead(ii) coordinates to the nitrogen atom, whereas iron(iii), zinc(ii) and copper(ii) abstract: new co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes with urea and asparagine as ligands have been synthesized in (m:l1:l2) molar ratio (where m= co(ii), ni(ii) and cu(ii), l1 = urea, and l2 = asparagine) then identified by micro analyses, molar conductance measurements, ir, 1hnmr, mass, uv-vis spectroscopies and magnetic susceptibility measurements. thermal degradation studies were carried out by thermal analysis. these complexes have the general formula [m(l1)(l2)(h2o)n]cl. the molar conductance values in dmso solvent show the electrolytic nature of these complexes, indicating the outer-sphere coordination of the chloride anions with metal ions. the three complexes have an octahedral structure with urea molecule showing two modes of coordination. thermal analysis study shows the rapid decomposition reaction for ni complex and the highest thermal stability for cu complex. the kinetic parameters were determined from the thermal decomposition data using the coats-redfern method. thermodynamic parameters were calculated using standard relations. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 mailto:yasminjml@yahoo.com original article 12 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 coordinate to the oxygen of urea9. also, there are different types of coordination of urea in its complexes with rare-earth iodides and perchlorates10. figure 1. structures of urea (a) and asparagine (b) molecules. the amino acids are the main building units of all various forms of life and were earlier discovered as ingredient of natural products even before they were recognized as components of proteins11. the amino acid l-asparagine or 2-amino-3carbamoylpropanoic acid (fig. 1b) is a structural analog of l-aspartic acid. it was the first amino acid to be isolated from plants 200 years ago and because it has an n:c ratio of 2:4, this makes it an efficient molecule for the storage and transport of nitrogen in living organisms12. there are some similar thermal studies of various types of mixed ligands with transition metals1, 2, 13-15, however, no previous studies on the synthesis, characterization and thermal studies of the mixed ligand complexes of urea and asparagine acid have been reported. hence, the present work reports the preparation, characterization and thermal study of new mixed ligand complexes of urea and asparagine with co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions. 2. materials and methods 2.1 chemicals all chemicals such as solvents, metal(ii) chlorides (i.e. cocl2.6h2o, nicl2.6h2o and cocl2.2h2o) were commercially available from bdh and were used without further purification. 2.2 instrumentation the melting points of the metal complexes were measured in glass capillary tubes with a stuart scientific electrothermal melting point apparatus. tlc was carried out on silica gel gf254 plates (mnkieselgel g., 0.2 mm thickness) with a 3:1 v/v ethyl acetate / petroleum ether solution as eluent mobile at room temperature. the plates were scanned under ultraviolet light lamp of 254 nm. the chn elemental analysis of the complexes was carried out by vario elfab. chloride was determined volumetrically by silver nitrate. the amount of h2o was determined gravimetrically using weight loss method. perkin-elmer 2380 flame atomic absorption spectrophotometer was used for the determination of metal content. jenway conductivity meter model 4510 was used for measuring the molar conductance of the freshly prepared metal complexes solutions (10-3 mol l-1 in dmso) at room temperature. ir spectra of the metal complexes were measured in the range 2004000 cm-1 with a ft/ir–140 (jasco, japan). varian ft-300 mhz spectrometer was used for recording 1hnmr spectra in d6dmso solvent and tms as internal standard. mass spectra were recorded in a jeol jms600 spectrometer. the electronic spectra of the complexes were measured in the range 400–800 nm, using uv–vis spectrophotometer specord 200, analytilk jena (germany). the magnetic susceptibility of the solid complexes was measured at room temperature using gouy’s method by a balance from johnson metthey and sherwood model. the differential thermal analysis (dta) and thermogravimetric analysis (tga) experiments were performed under nitrogen atmosphere using a platinum sample pan at a flow rate of 30 ml min-1 and a 10 °c min-1 heating rate for the temperature range 25–800 °c in shimadzu dta-50 and shimadzu tga-50h thermal analyzers, respectively, at micro analytical center, cairo university, egypt. 2.3 synthesis of mixed ligand complexes generally, the solid complexes were prepared by adding dropwise an ethanolic solution of hydrated metal(ii) chlorides (0.01 mol) to an ethanolic solution of urea (0.01 mol) with stirring. the mixture was refluxed for 12 h with persistent stirring. a hot solution of 0.01 mol asparagine in 1:1 ethanol / water mixture ratio with drops of 1 mol l-1 naoh was used to adjust the ph at 7-7.5 and to deprotonate nh3 + in the asparagine to nh2. the mixture was refluxed for 2 h until the formation of colored precipitate occurred. all the solutions were in 1:1:1 molar ratio. the end products were filtered off and washed with distilled water to remove nacl, followed by absolute ethanol until the solution became clear, and after https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 13 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 that the product was washed with dmf and left to dry16. the yield was 56%, 52% and 42% for co, ni and cu-complexes, respectively. 3. results and discussion complexes of co(ii), ni(ii) and cu(ii) with urea and asparagine are studied. some physical properties, molar conductivity and analytical data are summarized in tables 1 and 2. the elemental analysis proves that the complexes of co(ii), ni(ii) and cu(ii) with urea (ur) and asparagine (aasn) ligands are of 1:1:1 (metal:ur:asn) molar ratio. the molar conductivity values indicate that the chloride anions are in the outer-sphere of these complexes. table 1. some properties of the complexes. complex proposed formula color m.p / ˚c tlc molar conductivity λm/s cm2 mol-1 no. of spots rf [co(ur)(asn)(h2o)2]cl [co(c5h15n4o6)]cl dark violet 203±1 one 0.18 133 [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl [ni(c5h15n4o6)]cl bluish green 185±1 one 0.24 128 [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl [cu(c5h17n4o7)]cl light violet 337±1 one 0.32 140 table 2. the elemental analysis of the complexes. complex proposed formula molecular weight elemental analysis %c %h %n %m %cl calc. found calc. found calc. found calc. found calc. found calc. found [co(ur)(asn)(h2o)2]cl [co(c5h15n4o6)]cl 321.58 321.61 18.67 18.67 4.70 4.70 17.42 17.42 18.33 18.32 11.03 11.04 [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl [ni(c5h15n4o6)]cl 321.34 321.36 18.68 18.69 4.70 4.71 17.44 17.44 18.27 18.26 11.03 11.05 [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl [cu(c5h17n4o7)]cl 344.21 344.23 17.44 17.45 4.98 4.89 16.28 16.28 18.46 18.46 10.29 10.31 3.1 ir spectra of urea-asparagine complexes in these complexes, urea acts in two ways: as a monodentate ligand through oxygen of c=o, or as a bidentate through nitrogen of two nh2 groups, while asparagine acts as an anion bidentate molecule, through coogroup and nh2 group. the assignment of the distinctive bands is summarized in table 3 and the ir spectra of complexes are shown in figures 2 to 4. the ir spectra of the complexes show additional broad bands in the range 33863430 cm1 due to the υ(oh) stretching of water molecule. coordinated water is also identified by the appearance of ρr (rocking) and ρw (wagging) approximately at 875 cm-1 and 521 cm-1, respectively. these results agree with the elemental analysis and thermogravimetric studies17. the υ(nh2) stretching vibrations of free urea at υs3353 cm-1 and υas3466 cm-1 were shifted to lower wave numbers in the spectra of the complexes of co(ii) and ni(ii). this fact shows that the υ(nh2) group must be involved in coordination while υ(co) shifted to higher frequency18. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 14 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 table 3. main ir bands (cm-1) of the urea-asparagine complexes. figure 2. ir spectrum of [co(ur)(asn)(h2o)2]cl. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 15 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 figure 3. ir spectrum of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl. figure 4. ir spectrum of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl. the ir spectrum of the cu(ii)-complex showed a new band at 1629 cm-1 assigned to υ(c=o-cu(ιι)) with slight change in υ(nh2) vibration19. in comparison with asparagine, υs(coo-) and υas(coo-) shift to lower wave numbers, confirming the monodentate nature of the coordinated carboxylate group20. the υ(nh3 +) band at 3110 cm-1, which is specific for the zwitterion in asparagine, vanished in the spectra of the complexes after the deprotonation of nh3 + to nh2. therefore, the higher wave numbers shift of the bands assigned to υas(nh2) and υs(nh2) indicates that the nh2 group is imminently involved in the coordination20. ir of the prepared complexes showed weak bands in the range of 476-454 cm-1 and 422 413 cm-1, attributed to υ(m-o) and υ(m-n), respectively21. other bands are listed in table 3. 3.2 1hnmr spectra of urea-asparagine complexes 1hnmr spectra of [co(ur)(asn)(h2o)2]cl, [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl and [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl complexes show various signals which were summarized in table 4. urea shows a new signal at 5 and 5.1 ppm in co(ii) and ni(ii) complexes, respectively, for the amide groups coordinated to the metal atom without proton displacement22, while in cu(ii) complex only carbonyl group is coordinated to metal22. the signals at 3.2, 3.1 and 2.85 ppm are assigned to ch group, whereas signals at 2.9, 2.45 and 2.5 ppm of ch2 group are observed for co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes, respectively. the appearance of a new signal around 2.6-2.7 ppm is attributed to nh2 group of asparagine and the amide group shows signals in the range 6.3-6.7 ppm23. the coordinated h2o shows a new signal around 3.5-3.7 ppm24. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 16 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 3.3 mass spectra of urea – asparagine complexes the mass spectra of co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes with urea and asparagine ligands exhibited the molecular ion peaks at m/z (calc. 321.58, found 321.61; calc. 321.34, found 321.36 and calc. 344.21, found 344.23), respectively. the molecular ion of [co(ur)(asn)(h2o)2]cl complex loses nh4cl and h2nch2cooleaving ions at m/z 268.13 and 247.07, respectively; then loses nh2 and h2o fragments, giving an ion at m/z 212.08. the spectrum of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl complex shows a peak at m/z 267.89, indicating the loss of h2o and ½cl2. the molecule of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl loses h2o + nh2 and ½cl2 + h2o, leaving ions at m/z 310.07 and 290.76, respectively. the ion at m/z 310.07 loses co2, leaving an ion at m/z 266.09, which further loses ½n2 to leave an ion at m/z 252.01. afterwards, this last ion gives a new peak at m/z 234, indicating loss of h2o and the remaining fragment loses another co, leaving an ion at m/z 206.05. 3.4 magnetic and electronic spectral studies the electronic spectra of the co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes as well as their magnetic moment data have provided good evidence for the structures of these complexes as shown in table 5. for [co(ur)(asn)(h2o)2]cl, hexa-coordination is suggested as in figure 5a, based on the appearance of bands at 18248 cm-1 and at 14534 cm-1 (figure 6), which were attributed to the 4t1g→ 4t1g(p) (υ3) and 4t1g→ 4a2g (υ2) transitions, respectively25. the third band, υ1, could not be observed due to the limited range of the instrument used (200-1100 nm). also, the magnetic moment of 4.81 b.m is within the range reported for a high-spin octahedral geometry around the co(ii) ion26. table 5. magnetic moments and electronic spectral data in dmso solution for the complexes. complex µeff / b.m charge transfer bands / cm -1 d-d transition bands / cm -1 proposed structure [co(ur)(asn)(h2o)2]cl 4.81 23585 18248, 14534 octahedral [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl 2.9 24510 22727, 16181, 14619 octahedral [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl 1.84 22727 16026 distorted octahedral [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl complex has a magnetic moment of 2.9 b.m, which is within the range reported for an octahedral geometry around the ni(ii) ion with a 3a2g ground term27. in addition, this complex has three bands in the uv-vis spectrum (figure 7): the band at 22727 cm-1 may be attributed to 3a2g→ 3t1g (υ3); 16181 cm-1 due to 3a2g→ 3t1g (υ2) and υ1 at 14619 cm-1 in accordance with an table 4. 1hnmr chemical shift of free urea and asparagine ligands and their complexes. h2o nh2(ur) nh2(asn) nh3 + (ch)β (ch)α system 6-7.5 urea 6.9-7.6 7-8 2.6 4.6 asparagine 3.7 5(bonding) 6.6, 2.7 2.9 3.2 [co(ur)(asn)(h2o)2]cl 3.55 5.1(bonding) 6.3, 2.7 2.45 3.1 [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl 3.5 6.4(nonbonding) 6.7. 2.6 2.5 2.85 [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 17 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 octahedral structure around the ni(ii) ion (fig. 5a)25, 28. the electronic spectrum of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl (fig. 5b and fig. 8) shows a strong band at 16026 cm-1. this band is due to 2eg → 2t2g transition and a distorted octahedral geometry is suggested25. the broadness of this band may be due to jahn-teller effect25, which confirms the distorted octahedral geometry. the magnetic moment value (1.84 b.m) is also within the range reported for the d9-system containing one unpaired electron29. the bands at 23585 cm-1, 24510 cm-1 and 22727 cm-1 should be attributed to the charge transfer transitions in the complexes [co(ur)(asn)(h2o)2]cl, [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl and [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl, respectively30. figure 5. suggested structure of the complexes. figure 6. uv-vis spectrum of [co(ur)(asn)(h2o)2]cl complex in dm. figure 7. uv-vis spectrum of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl complex in dmso solution. figure 8. uv-vis spectrum of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl complex in dmso solution. 4.5 the thermal degradation study the tga and dta curves of the prepared ni and cu complexes are given in figures 9 to 12. these curves characterize and compare the thermal degradation of these two complexes at 10 °c min 1 heating rate, under nitrogen and between 20800 °c. for the evaluation of the thermal degradation kinetics parameters at a single heating rate (10 °c min-1), the activation energy (ea) and pre-exponential factor (z) are determined by using the coats-redfen method for the reaction order n ≠ 1. when the coats-redfern method is https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 18 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 linearized for a correctly-chosen order of reaction (n) yields the activation energy (ea) from the slope of the equation: log [ 1 − (1 − 𝛼)1−𝑛 𝑇2(1 − 𝑛) ] = 𝑙𝑜𝑔 [ 𝑍𝑅 𝑞𝐸𝑎 (1 − 2𝑅𝑇 𝐸𝑎 )] − 𝐸𝑎 2.303𝑅𝑇 𝑓𝑜𝑟 𝑛 ≠ 1 where: α = fraction of weight loss, t = temperature (k), z = pre-exponential factor, r = molar gas constant, q = heating rate and n = reaction order estimated by horovitz-metzger method. the thermodynamic parameters of the thermal degradation step: enthalpy (δh*), entropy (δs*), and gibbs energy (δg*) of activation are calculated using the following standard equations: max ln kt zh rs =  maxrteh a −=   −= sthg max the characteristics of the thermal degradation of these two complexes recorded on the tg/dtg/dta curves, their kinetics and thermodynamics parameters extracted from these curves are given in tables 6-9. figure 9. tg and dtg curves of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl complex. figure 10. dta curve of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl complex. -80 -60 -40 -20 0 20 0 200 400 600 800 dta uv t/ o c t/ o c https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 19 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 figure 11. tg and dtg curves of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl complex. figure 12. dta curve of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl complex. 4.5.1 thermal analysis of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl the thermolysis of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl (tables 6 and 7) and (figures 9 and 10) involves several successive steps at 24-186, 186-274, 274351, 351-428 and 428-552 °c. the first step represents the elimination of 100% coordinated h2o molecules and 12.5% of a chloride atom (calc. 12.59%, found 12.58%) with activation energy ea = 93 kj mol-1 and a tdtg peak at 132 °c. the second step corresponds to the loss of the remaining 87.5% cl atom (calc. 12.12%, found 12.11%) which has ea of 124 kj mol-1 with tdtg at 242 °c and exothermic peak tdta at 248 °c. according to the dtg curve (figure 8), the third step is assigned to the removal of 42.86% urea molecule (calc. 8.01%, found 8.00%) and with ea and reaction order (n) of 114 kj mol-1 and 0.1, respectively. the fourth step which corresponds to the loss of the remaining urea molecule and 3.52% of asparagine (calc. 12.12%, found 12.11%) has ea = 129 kj mol-1. the final step corresponds to the 59.82% loss of asparagine (calc. 24.41%, found 24.44%) with ea = 131 kj mol-1 and a tdtg peak at 491 °c. the final residue is nio and carbon (2.67%) as ash (o=12.2%asn, c=24.46%asn) (calc. 33.21%, found 33.21%). the values of δs*, δh* and δg* are: 12.4, -117.9, -165, -120.4 and 144.5 j k-1 mol-1; 91.9, 122, 111.3, 125.7 and 126.9 kj mol-1; and 93.5, 150.5, 164.3, 172.8 and 197.8 kj mol-1, respectively, for the steps observed in the thermal decomposition of the complex. t/ oc https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 20 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 table 6. characteristic parameters of thermal decomposition (10 °c min-1) for [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl. mass loss dta tga steps comp. heat tdta tdtg tf/°c ti/°c ∆m % found (calc.) -[100%h2o+12.5% cl] endo 134 132 186 24 12.58 (12.59) 1 [ n i( u r) (a sn )( h 2 o ) 2 ]c l -[87.5% cl] exo 248 242 274 186 9.66 (9.66) 2 -[42.86% ur] exo 321 321 351 274 8.00 (8.01) 3 -[57.14% ur+3.52% asn] exo 408 391 428 351 12.11 (12.12) 4 [59.82% asn] exo 500 491 552 428 24.44 (24.41) 5 final residue nio +2.67c (o=12.2%asn, c=24.46%asn): 33.21% (33.21%) table 7. kinetic and thermodynamic parameters of the thermal decomposition of [ni(ur)(asn)(h2o)2]cl. comp. steps r n z / s-1 tmax / k ea / kj mol-1 δs* / j k-1 mol-1 δh* / kj mol-1 δg* / kj mol-1 [n i( u r) (a sn )( h 2 o ) 2 ]c l 1 0.9794 2.6 6.2x1011 132 93 -12.4 91.9 93.5 2 0.9447 0.9 3.5x106 242 124 -117.9 122 150.5 3 0.9998 0.1 1.6x104 321 114 -165 111.3 164.3 4 0.9975 4.9 4.2x106 391 129 -120.4 125.7 172.8 5 0.9974 2.8 2.9x105 491 131 -144.5 126.9 197.8 r = correlation coefficient of the linear plot, n = order of reaction, z = pre-exponential factor. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 21 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 table 8. characteristic parameters of thermal decomposition (10 °c min-1) for [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl. mass loss dta tga steps comp. heat tdta tdtg tf/°c ti/°c ∆m % found (calc.) -[19.05% h2o] endo 168 143 178 22 2.98 (2.99) 1 [c u (u r) (a sn )( h 2 o ) 3 ]c l -[80.95%h2o+100%cl + 36.36% ur] exo 207 211 306 178 29.35 (29.35) 2 -[63.64% ur+16.46% asn] exo 376 362 449 306 17.35 (17.37) 3 -[43.20% asn] 514 666 449 16.44 (16.46) 4 -[14.40% asn] 725 785 666 5.51 (5.49) 5 final residue cuo + 1.5% c (o=12.2% asn, c=13.74% asn): 28.37% (28.34%) table 9. kinetic and thermodynamic parameters of the thermal decomposition of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl. comp. steps r n zvz / s-1 tmax / k ea / kj mol-1 δs* / j k-1 mol-1 δh* / kj mol-1 δg* / kj mol-1 [c u ( u r) (a sn )( h 2 o ) 3 ]c l 1 0.991 6 4.8 2.4x108 143 98 -192.6 96.8 124.3 2 0.968 9 5 1.9x107 211 119 -102.7 117.2 138.7 3 0.985 5 2.2 3.8x108 362 134 -82.3 135 165.2 4 0.994 6 3.5 2.7x106 514 123 -126.3 118.7 183.6 5 0.997 2 4.9 3.2x105 725 137 -146.9 134 240.5 r = correlation coefficient of the linear plot, n = order of reaction, z = pre-exponential factor. 4.5.2 thermal analysis of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl the tg and dtg curves of [cu(ur)(asn)(h2o)3]cl (tables 8 and 9) and (figures 11 and 12) show five steps of a continuous mass loss with dtg peaks indicating slow mass losses. the first step (22-178 °c) at tdtg 143 °c is attributed to the release of 19.05% of coordinated h2o (calc. 2.99%, found 2.98%). the remaining loss of h2o, and the loss of 100% cl and 36.36% of urea occur in the second step (178-306 °c). third (306449 °c), fourth (449-666 °c) and fifth (666-785 oc) steps are due to the release of [63.64%ur+16.46%asn], [43.20%asn] and [14.40%asn] fragments (calc. 17.37%, found 17.35%; calc. 16.46%, found 16.44% and calc. 5.49%, found 5.51%), respectively, at the tdtg peaks at 362, 514 and 725 °c (figure 9), respectively. the ea calculated of these five steps are 98, 119, 134, 123 and 137 kj mol-1, respectively, and the values of δs*, δh* and δg* are: -192.6, -102.7, -82.3, -126.3 and 146.9 j k-1 mol-1; 96.8, 117.2, 135.0, 118.7 and 134.0 kj mol-1, and 124.3, 138.7, 165.2, 183.6 and 240.5 kj mol-1, respectively, for the steps observed in the thermal decomposition of the complex. 4.5.2 general remarks of thermal degradation: 1. thermal analysis confirms the presence of coordinated water molecules. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 original article 22 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 11-24 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p11-24 2. sharp peak in ni-complex means that the leaving parts move away faster than that in cucomplex. 3. the releasing of the urea ligand before asparagine ligand may be due to non-ionic bonding of this ligand with the metal ions. 4. the first step which represents the dehydration of coordinated water is faster in ni complex (ea = 93 kj mol-1) than in cu complex (ea = 98 kj mol-1) (figure 11a). the cu complex is more stable than ni complex (figure 11b), which is indicated by the higher tmax value. 5. the chloride evolution starts at the first step in ni complex and in the second step the cu complex, in accordance with literature31. on the other side, the high value of tdtg (211 °c) of cu complex reflects its higher stability compared to ni complex of tdtg (132 °c). 6. ni complex has a faster complete decomposition of its backbone (ea = 131 kj mol-1) than cu complex (ea = 137 kj mol-1), making clear the higher stability of cu complex. 7. the values of δg* for a given complex, generally, increase significantly for the subsequent decomposition steps, consequence of the increase of tδs* values from one step to another which exceed the δh* values. 4. conclusions in this paper, some new complexes containing urea and asparagine ligands were prepared and characterized. the complexes have the following molecular formulae: [m(l1)(l2)(h2o)n]cl where m = co(ii), ni(ii) and cu(ii), l1 = urea, and l2 = asparagine. these complexes were characterized by elemental analysis, conductance measurements, ir, 1hnmr and mass spectroscopy. electronic spectra and magnetic measurements suggested an octahedral geometry for the complexes. thermal analysis study showed faster decomposition reactions of the ni complex and higher thermal stability of cu complex. 5. acknowledgments this work was supported by sana'a university, faculty of science. authors extend the thanks to inorganic chemistry section for using their laboratory. 6. references [1] singh, m. k., laskar, r., sutradhar, s., paul, b., bhattacharjee, s., das, a., synthesis and characterization of mixed ligand complexes of co (ii) ion with some n and s donor, iosr journal of applied chemistry 7 (4) 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https://doi.org/10.1080/00958970600572743 https://doi.org/10.1080/00958970600572743 https://doi.org/10.1080/00958970600572743 https://doi.org/10.1590/s0100-46702006000100006 https://doi.org/10.1590/s0100-46702006000100006 https://doi.org/10.1590/s0100-46702006000100006 https://doi.org/10.1590/s0100-46702006000100006 https://doi.org/10.1590/s0100-46702006000100006 https://doi.org/10.1590/s0100-46702006000100006 https://doi.org/10.2174/187231308784220509 https://doi.org/10.2174/187231308784220509 https://doi.org/10.2174/187231308784220509 https://doi.org/10.2174/187231308784220509 https://doi.org/10.2174/187231308784220509 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201075518910.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201075636048.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201075700842.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201075740812.pdf editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 3 | 2020 | editorial wishing that all people may pass well in this worrying period of covid-19, the editor is pleased to announce the third issue of this year containing interesting topics for the readers. this issue is opened with the description of monoclinic or triclinic forms of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) complexes successfully synthesized with a ligand resulting from the condensation reaction of isatin and glutamic acid. physico-chemical properties of complexes were extensively investigated by elemental analysis, xrf, xrd, ftir, tg–dsc and tg–ftir methods and magnetic measurements. it is well known that non-edible fats are a common renewable feedstock for the biofuels production to avoid partially the use of edible feeds and fossil fuels. thus, the use of waste rendering fat to produce pyrolyzed and hydrogenated oils was described. the feedstock was hydrolyzed producing free fatty acids and glycerol plus residues. the free fatty acids were pyrolyzed with and without metal sulfides metal supported catalyst or hydrotreated separately. in the sequence, a spectrophotometric method is described to determine paracetamol concentration in 7 pharmaceutical formulations, using 1,3 dinitrobenzene or 2,4 dinitrophenyl hydrazine as coupling agent. this easy procedure is based on the reaction of paracetamol acid hydrolysis to p-aminophenol that reacts with nitrite to form diazonium ion, which is coupled with coupling agent to produce azo dyes easily analyzable. lately, it has been observed that the cities’ rapid expansion led the domestic and industrial hydraulic drainage networks to become gradually more complicated. dealing with this subject, the following paper contributes to the evaluation of the major and minor head losses in a hydraulic flow circuit and compares the simulated results with the moody's diagram application, having observed an extremely low absolute deviation. this issue is closed with an interesting article in education in chemistry section on how to distinguish between databases that are efficient and objective for literature searches and revises important points of the database for chemists. it concludes that substance and citation data bases that covers almost all areas of chemistry, have become an invaluable tool in bibliometric analysis. the editor and his team wish to express their sincere thanks to authors for their great contributions, and reviewers for their outstanding manuscripts evaluation. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index summary revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | summary editorial board ............................................................................................ 3 editorial ......................................................................................................... 4 database ......................................................................................................... 5 instructions for authors ......................................................................... 6 original articles levetiracetam analogs: chemoenzymatic synthesis, absolute configuration assignment and evaluation of cholinesterase inhibitory activities .............................................................. 17 cintia duarte de freitas milagre, bruno sergio do amaral, joão marcos batista junior, adriana ferreira lopes vilela, carmen lúcia cardoso, humberto marcio santos milagre separation of lactic acid and by-products obtained by catalytic conversion of glycerol using high-performance liquid chromatography ........................................................................ 74 andreza de faria alves cruz, gabriella pinho dias, flávia de rezende bittencourt, donato alexandre gomes aranda sugarcane bagasse biochar pellets for removal of caffeine, norfloxacin, and ciprofloxacin in aqueous samples............................................................................................................... 82 mateus cottorello fonsêca, césar augusto marasco júnior, diógenes dos santos dias, joão pedro da silva, rafaela silva lamarca, clóvis augusto ribeiro, lorena oliveira pires, paulo clairmont feitosa de lima gomes ni-nb-zr metastable phases formation, a thermodynamic and chemical approach ........... 97 leonardo pratavieira deo https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 2 | 2023 | 35 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 detection of dopamine using glassy carbon electrodes modified with agnps synthetized with monteverdia ilicifolia extract francielle schremeta humacayo1 , joel toribio espinoza2 , josiane de fátima padilha de paula2 , luma clarindo lopes1 , christiana andrade pessoa1 , cássia gonçalves magalhães1+ 1. state university of ponta grossa , department of chemistry, ponta grossa, brazil. 2. state university of ponta grossa , department of science, ponta grossa, brazil. +corresponding author: cássia gonçalves magalhães, phone: +55 42 3220-3062, email address: cgmagalhaes@uepg.br article info article history: received: august 31, 2022 accepted: december 05, 2022 published: april 01, 2023 keywords: 1. m. ilicifolia 2. dopamine 3. silver nanoparticles 4. green synthesis section editors: assis vicente benedetti abstract: this work reports a new application for a well-known medicinal plant used in brazil. the green synthesis of silver nanoparticles (agnps) using the aqueous extract of monteverdia ilicifolia (mi) leaves as stabilizing and reducing agent is described. the agnps-mi obtained were characterized by uv-vis, ftir, and raman spectroscopies, dls, zeta potential and feg-sem, which demonstrated that m. ilicifolia was effective at capping the agnps, yielding stable suspensions. these nanoparticles were deposited on glassy carbon electrodes, and they were efficiently applied as electrochemical sensors for the determination of dopamine (da) using square wave voltammetry (swv). the agnps-mi improved the electrochemical properties of the electrodes and enhanced their electroanalytical performance. the developed sensing device presented detection and quantification limits equal to 0.52 and 1.74 μmol l–1, respectively, towards da determination. the proposed electrochemical sensor quantified this neurotransmitter successfully, confirming its potential as a new promising analytical detection tool for da quality control. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 https://ror.org/027s08w94 mailto:cgmagalhaes@uepg.br https://orcid.org/0000-0001-5033-738x mailto:fran_schremeta@hotmail.com https://orcid.org/0000-0002-4025-0560 mailto:baritono45@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-2717-8867 mailto:jopadilha@terra.com.br https://orcid.org/0000-0002-8785-6316 mailto:lumalopes94@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-8973-5908 mailto:capessoa@uepg.br https://orcid.org/0000-0003-4168-3365 https://ror.org/027s08w94 https://ror.org/027s08w94 original article revista.iq.unesp.br 36 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 1. introduction the green synthesis of metal nanoparticles shows many advantages when it is compared to conventional methods, since natural compounds make these syntheses environmentally friendly, as well as cheaper processes (huq et al., 2022). among the materials used in the biosynthesis of metal nanoparticles, the use of plants as reducing agents is widely explored, because it shows lower risks and provides a fast and stable product (ahmad et al., 2016a; jadoun et al., 2021). considering the huge brazilian biodiversity, it is possible to justify the interest of using the natural resource for the biosynthesis of metal nanoparticles, where species belonging to celastraceae family constitute a good source for this technological application. for example, the extract of the root of monteverdia salicifolia (syn. maytenus salicifolia) was used as a stabilizing and reducing agent in the production of silver nanoparticles (agnps), with size in the range of 48–80 nm (grzygorczyk et al., 2021). the extract of m. royleanus leaves was useful in the synthesis of gold nanoparticles (aunps) with particles size of approximately 30 nm, which exhibited relevant antileishmanial activity (ahmad et al., 2016a). moreover, the extract of the stems of this species lead to the synthesis of agnps associated to amphotericin b, with an approximate particle size of 15 nm. they exhibited higher antifungal activity than the nanomaterial that was not conjugated (ahmad et al., 2016b). according to the evidence, the research that aim to study the capacity of plant extracts in the synthesis of nanoparticles as well as the evaluation of these biological properties are very relevant. the most known species from this genus is monteverdia ilicifolia, popularly known in brazil as espinheira santa and espinho-de-deus. it is endemic to southern brazil, argentina, paraguay, and uruguay. this species is largely used in the traditional medicine in the treatment of gastritis, ulcers, and other gastric disorders (périco et al., 2018; zhang et al., 2020). the use of this extract exhibited advantages when compared to the commercial drugs that acts inhibiting the proton pump, such as omeprazole, that leads to side effects (tabach et al., 2017). the agnps also have attractive characteristics such as chemical stability, high surface area and relevant electrical and optical properties, being very versatile materials for different applications (jadoun et al., 2021). they can be applied specially in the modification of electrodes, to improve electroanalytical techniques, where they can allow new electrochemical properties to them, increasing their selectivity, sensibility and stability. in consequence, they become a useful tool for determination of specific compounds in biological samples and for the control of quality of drugs (lima filho et al., 2019). in this context, many investigations highlighting the potential of plants improving the electrochemical properties of the electrodes have been reported. screen-printed electrodes modified with agnps, which were biosynthesized using an extract aqueous of grape stalk waste, were tested for the simultaneous stripping voltammetric determination of pb(ii) and cd(ii). the results indicated good reproducibility, sensitivity and limits of detection around 2.7 µg l−1 for both metal ions (bastos-arrieta et al., 2018). the extract of araucaria angustifolia was effective as a reducing and stabilizing agent in the synthesis of agnps. these nanomaterials were applied to a glassy carbon electrode used for the determination of paracetamol in drugs (zamarchi and vieira, 2021). besides, carbon paste electrode modified with banana tissue was effective for determination of catechol in green tea (broli et al., 2019). this evidence emphasizing the importance of the development of studies involving plants in order to extend their technological applications. dopamine (da) is a neurotransmitter of the central and peripheral nervous system, responsible for physiological activities, such as behavior, memory, and movement. abnormal levels of this catecholamine can lead to many neurological diseases, such as schizophrenia, parkinson’s disease and hyperactivity (blum et al., 2021). thus, the development of very selective and sensitive techniques for monitoring the level of da in the organism are very important. this neurotransmitter has a known voltammetric behavior which enables its determination by electrochemical methods (selvolini et al., 2019; yu et al., 2018). as an example, the detection of da was made with a screenprinted carbon electrode modified by aunps derived from rhanterium suaveolens flowers extract (chelly et al., 2021). a biosensor modified with agnps obtained from aqueous leaf extract of ziziphus mauritiana was successfully applied for da detection in real urine samples (memon et al., 2021). at the best of our knowledge, the biosynthesis of agnps using the extract of m. ilicifolia leaves is not reported. therefore, considering the significant therapeutic value of m. ilicifolia (renisus, 2009; tabach et al., 2017) the aim of this study was performing the green synthesis of agnps using the aqueous extract of its leaves and their application in the modification of glassy carbon electrodes, applied in the electroanalytical determination of da. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 37 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 2. experimental 2.1 plant extract m. ilicifolia leaves were collected from a specimen located at campus of the universidade estadual de ponta grossa (uepg, 25°5’23”s 50°6’23”w), in ponta grossa, paraná, brazil. a voucher specimen was deposited at uepg herbarium, under number hupg 21178. this species was insert on sisgen platform under register a8e6438. the leaves (20.17 g) were dried, ground and mixed with 300 ml of distilled water. the mixture was submitted to heat to boiling. after this, the sample was filtered, getting to the aqueous extract, which was stored at 4 °c. 2.2 synthesis and characterization of silver nanoparticles the green synthesis of the agnps was performed with the addition of 1.0 ml of the aqueous extract collected of a stock solution (extract diluted in distilled water in the proportion of 1:10), to 19.0 ml of agno3 1.0 × 10–3 mol l–1. this mixture was heated at 60 °c and stirred for 10 min. the agnps with m. ilicifolia (agnpsmi) synthetized were kept in light-protected vials. the nanocomposites were characterized by ultraviolet-visible spectrophotometry (uv-vis) (in a cary 50 varian spectrophotometer) by scanning the wavelengths in the range of 200–800 nm. ftir spectra were recorded in attenuated total reflectance (atr) mode in the scanning range of 4000–400 cm–1 (scan rate of 10 cm–1) for agnps-mi and m. ilicifolia (10 mg ml−1 solution) kbr tables after lyophilization of the extract, at room temperature. raman spectral analysis were obtained in a spectrometer xplora plus (horiba scientific) in a range of 100 to 2,000 cm–1. a laser of 532 nm was chosen for the measurements. field emission gun-scanning electron microscopy (feg-sem) was done in a myra 3 lmh tescan microscope (15 mv: 356 ma). the particle diameter was obtained by dynamic light scattering (dls) measurements on a malvern nanoz590 equipment. 2.3 preparation of glassy carbon paste electrodes the unmodified glassy carbon paste electrode (gcpe) was prepared by mixing 50.0 mg of glassy carbon powder with 10.0 µl of mineral oil until homogenization. after this, a portion of this mixture was inserted into the cavity of a teflon tube. for the construction of the modified electrodes with -mi, different amounts of this nanocomposite (10.0, 25.0, 50.0, 75.0 and 100 µl) was mixed with 50.0 mg of glassy carbon powder. after homogenization, at this mixture 10.0 µl of mineral oil was added. similarly, to the bare gcpe, the modified glassy carbon paste was packed into teflon tubes. a carbon paste electrode modified with the plant extract was also prepared (gcpe/mi), using 50.0 µl of the aqueous extract of m. ilicifolia leaves, diluted with distilled water (1:10) with 50.0 mg of glassy carbon powder. in this case, the mixture was homogenized and dried under air flow, followed by the addition of 10.0 µl of mineral oil. after a new homogenization step, this modified carbon pastes were separately inserted into teflon tubes, similarly to the others. the electrode surfaces were renewed by smoothing the resulting electrodes on a soft paper and then on a glass plate. 2.4 electrochemical characterization electrochemical measurements were carried out at room temperature, using a conventional three-electrode cell system. the carbon paste electrodes (modified or unmodified), ag/agcl/kclsat electrode and a platinum spiral wire were used as working electrodes, reference and auxiliary, respectively. in order to characterize the modified electrodes, cyclic voltammetry (cv) and electrochemical impedance spectroscopy (eis) experiments were performed in an autolab pgstat 100 potentiostat/galvanostat, by employing 0.15 mol l−1 pbs solution containing 10.0 mmol l−1 k4fe(cn)6/k3fe(cn)6 as supporting electrolyte. for da determination with the gcpe/mi and gcpe/agnps-mi, cv and square wave voltammetry (swv) measurements were conducted in a palmsens potentiostat (palm instruments bv) in 0.04 mol l−1 br buffer, in the ph range of 2.0 to 7.0; da = 1.0 mmol l–1. analytical parameters such as sensitivity, repeatability, reproducibility, limit of detection (lod), limit of quantification (loq), and accuracy were determined for the modified electrodes following the brazilian health surveillance agency (anvisa (2003) and international conference on harmonization (ich, 2005) guidelines. in appropriate conditions, the cpe/agnps-mi was studied in different scan rates (10–100 mv s–1) to determine the type of mass transport that guide the oxidation of da on the modified electrode. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 38 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 3. results and discussion 3.1 synthesis and characterization of the agnpsmi the biosynthesis of agnps using the aqueous extract of m. ilicifolia leaves was indicated by the color changing of the solution, from colorless to orange, which is a characteristic color of agnps in suspension. this show that the extract was able to reduce the cations ag+ in ag0 nanoparticles. it is important to emphasize that the advantage of using this extract in the nanoparticle synthesis is that it provides their both reduction and stabilization, and it is also an environmentally friendly and cheap reagent. moreover, the agnps obtained were very stable, maintaining their size for about three months. the color changing is due to the surface plasmon effect (grzygorczyk et al., 2021), exhibited for the agmps-mi. it is worth highlighting that the reaction time was very short, only 10 min, without the need to change the ph of the solution. the extract can act as both reducing agent and stabilizer simultaneously. studies about the phytochemical profile of m. ilicifolia show a great variety of secondary metabolites, such as pentacyclic triterpenes (friedelinol, friedelin, lupeol), phenolic acids and the flavonoids kaempferol, quercetin, epigallocatechin, among others (périco et al., 2018; zhang et al., 2020). phenolic compounds, such as gallic acid and tannic acid, were useful as stabilizing and reducing agents in the synthesis of bimetallic au@agnps (orlowski et al., 2020). the participation of phenolic compounds and flavonoids from elaeis guineensis in the biosynthesis of gold nanoparticles was demonstrated by the reduction of the content of these metabolites quantified by ahmad et al. (2019). quercetin was also an effective reductant agent in the green synthesis of silver and gold nanoparticles (karuvantevida et al., 2022). then, it is possible to relate the occurrence of these two classes of compounds to the capping and reducing action of the extract. it could be observed an absorption band in 280 nm in the uv-vis spectrum (fig. 1), which is related to the flavonoids (tošović and marković, 2017) present the extract (fig. a1 of the appendix). besides, a strong absorption band at 423 nm was observed for agnps-mi solution, which can be attributed to the surface plasmon resonance phenomena that is typical for agnps. an absorption band around 400 nm also characterizes spherical nanoparticles (grzygorczyk et al., 2021; tošović and marković, 2017). figure 1. uv-vis spectra of a freshly-prepared agnpsmi suspension after 5 min (−) and 10 min (−) of reaction. by using dls, it was verified that a bimodal size distribution was found for agnps-mi, corresponding to the average hydrodynamic diameters of 4.0 to 342.0 nm (fig. a2a of the appendix). the large particle sizes observed by using this technique can be explained by the fact that dls measurements provides hydrodynamic sizes (bojko et al., 2020). in consequence, the diameter includes the molecules that stabilize the nanoparticles, which leads to an observation of a value higher than the real (lin et al., 2013). zeta potential of the nanocomposite suspension was found to be –21.8 mv (fig. a2b of the appendix), which indicates that the nanoparticles were suitably capped with anionic extract metabolites. despite the found value had been lower than typical potential range of stable colloids (–30.0 mv to +30.0 mv) (efavi et al., 2022), some research reported stable agnps with similar zeta potential values (ahmad et al., 2016a). thus, such observations have proved the efficiency of m. ilicifolia as a capping agent. the polydispersion index (pdi) was calculated for verifying the homogeneity in the agnps-mi size. the sample analyzed showed pdi = 0.516. thus, the agnps-mi are polydispersive, since the pdi near to zero indicates monodispersive nanoparticles and pdi = 1 indicates a big variation in the particle size (lin et al., 2013). the images obtained by feg-mev analysis confirm that the agnps-mi show homogeneous size and spherical shape, with just few aggregates observed (figs. 2a–d). besides, the high yield of the biosynthesis could be considered due to the high amount of agnpsmi detected (fig. 2a), which showed particles sizes in the range of 20–80 nm. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 39 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 figure 2. feg-mev images obtained by analysis of agnps-mi with different magnifications (a) 5,00 kx; (b) 58,5 kx; (c) 100 kx, and (d) 191 kx. analyzing the agnps-mi ftir spectra (fig. 3), it is possible to observe that the bands intensity at 1641 (c=o stretching) and 3418 cm–1 (oh stretching) was decreased. this fact is probably related to their participation in the stabilization of the agnps. the absorption bands at 2848 (coo-h stretching) 1776 (c=o stretching) and 823 cm–1 (c-o stretching), were observed and they can be attributed to carboxylic groups (haddad et al., 2014). these bands suggest the occurrence of flavonoids and phenolic compounds from m. ilicifolia extract, which interacts with agnps through the electron donors oxygen atoms. those biomolecules can be adsorbed on the metal ions surface, which is observed by the decreasing in the intensity of the bands observed. the band at 1776 cm–1 evidences the influence of the extracts in the formation of the agnps, considering the oxidation of this material and, in consequence, the reduction of ag+ ions. the agnps-mi were also analyzed by raman spectroscopy (fig. a3 of the appendix). the raman spectrum displayed a band at 236 cm–1 related to the vibration of stretching ag-o bond (barbosa, 2007). this band can be related to the interaction between ag and carboxylate groups of the molecules of the extract, attached to the agnps-mi surface, which contribute to this stabilization. the peaks at 1365 e 1522 cm–1 were, respectively, attributed to the symmetric and asymmetric vibrations of c=o of carboxylate group (barbosa, 2007). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 40 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 figure 3. ftir spectra of m. ilicifolia (−diluted aqueous extract) and (−agnps-mi). 3.2 electrochemical characterization of gcpe, gcpe/mi and gcpe/agnps-mi the electron transfer properties of bare gcpe, gcpe/mi and gcpe/agnps-mi were evaluated by cv and eis techniques. the studies were carried out in the presence of 10.0 mmol l–1 k4fe(cn)6/k3fe(cn)6 as a redox probe, with 0.15 mol l–1 pbs buffer solution as supporting electrolyte, ph = 6.5. analyzing the cyclic voltammograms (fig. 4) and the data reported in the table 1, it is possible to verify that both electrodes showed current peaks for the typical redox process of the electrochemical probe (fe(cn)6 4– ⇌ fe(cn)6 3–). however, gcpe/agnps-mi showed higher anodic peak (ipa) and cathodic peak (ipc) currents for both processes than bare gcpe. gcpe/agnps-mi also showed low peak potential separation values (δep). this suggest that the electronic transfer kinetic is more effective and show higher reversibility (c. brett and a. brett, 1993) when compared to bare gcpe. figure 4. (a) cyclic voltammograms (scan rate = 50.0 mv s−1) and (b) electrochemical impedance spectra (nyquist plots) of gcpe/agnps-mi, gcpe/mi and bare cpe (open circuit potential; frequency range: 5 khz to 25 mhz; amplitude: 10 mv), in 0.15 mol l−1 pbs buffer solution (ph 6.5) containing 10.0 mmol l−1 k4fe(cn)6/k3fe(cn)6. table 1. ipa, ipc, δep and rct values obtained for bare gcpe, gcpe/mi and gcpe/agnps-mi. electrode ipa (µa) ipc (µa) epa (mv) epc (mv) δep rct (ω) bare gcpe 26.19 18.40 638 233 405 17389.99 gcpe/mi 58.27 49.50 431 19 412 4102.10 gcpe/agnps-mi 50 μl 71.64 65.13 477 81 396 2863.30 since the diameter of the semicircle is related to the electronic transfer resistance (rct) (c. brett and a. brett, 1993; van der horst et al., 2015) it was observed that this parameter for bare gcpe was higher than for gcpe/agnps-mi and gcpe/mi. this suggests that gcpe/mi and gcpe/agnps-mi facilitates the electron transfer process in electrode-solution interface when compared to the bare gcpe. these results are in accordance with that obtained by cv. besides, they can be better understood when evaluated together with the rct values obtained in each situation (table 2). the higher current values, lower δep and lower rct exhibited https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 41 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 by gcpe/agnps-mi can be attributed to the characteristics of agnps, such as high conductivity and big surface area (c. brett and a. brett, 1993). this suggest that the modification of the electrode with the nanocomposite obtained in this study is an advantage for its application as an electrochemical sensor. in order to evaluate the influence in the amount of agnps-mi added in the gcpe electrochemical response, different volumes of agnps-mi (10, 25, 50, 75 and 100 µl) were added to 50.0 mg of powder glassy carbon. the electrodes response was analyzed in the presence of [fe(cn)6]3–/[fe(cn)6]4– 10 mmol l–1 in pbs buffer 0.15 mol l–1 as electrolyte support. table 2. ipa, ipc, δep and rct values of bare gcpe and gcpe/agnps-mi in different volumes. electrode ipa (µa) ipc (µa) epa (mv) epc (mv) δep rct (ω) bare gcpe 26.19 18.40 638 233 405 17389.99 gcpe/agnps-mi 10 µl 72.73 64.60 481 33 448 3910.00 gcpe /agnps-mi 25 µl 62.00 61.16 485 58 427 4991.30 gcpe /agnps-mi 50 µl 71.64 65.13 477 81 396 2863.30 gcpe /agnps-mi 75 µl 49.4 41.52 514 5 509 6909.80 gcpe /agnps-mi 100 µl 64.18 56.02 415 94 321 3490.40 the anodic peak current (ipa) was decreased until 25 µl, and, after this, a higher ipa was observed with 50 µl (fig. 5); then, the current decreased again. when gcpe/agnps-mi 10 µl and gcpe/agnps-mi 50 µl were compared, it was possible to verify that both showed similar current responses. however, the gcpe/agnps-mi with 50 µl exhibited a low δep as well as a lower rct values, suggesting that, for those conditions, the charge transfer process in the electrodesolution interface is fast. moreover, it shows higher reversibility for the process (van der horst et al., 2015), when compared with gcpe/agnps-mi obtained with 10 µl. hence, 50 µl of agnps-mi was chosen as the amount for the preparation of the modified cpe electrodes. figure 5. (a) cyclic voltammograms and (b) electrochemical impedance spectra of gcpe/agnps-mi and bare gcpe, in an equimolar solution of k4fe(cn)6/k3fe(cn)6 0.010 mol l–1 in pbs buffer solution 0.15 mol l–1 (ph 6.5). 3.3 effect of ph the ph of the supporting electrolyte is an important parameter for the analytical performance of the sensor. it can influence in the electrochemical response of the device during the detection of the analyte (lima et al., 2018). since there are protons involved in the da electrooxidation mechanism, the effect of ph of the supporting electrolyte on the electrochemical response of gcpe/agnps-mi (50 µl) for 1 × 10–2 mol l–1 of da was evaluated. the voltammograms were obtained in 0.04 mol l−1 br buffer with different ph values (ph 2.0–7.0) by employing the swv technique (fig. 6). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 42 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 figure 6. effect of ph in the electrochemical response of da. (a) square wave voltammograms of 1.0 × 10–2 mol l–1 of da on gcpe/agnps-mi in br buffer 0.04 mol l–1, at ph in the range of 2.0 to 7.0. (b) relationship between de epa and ph obtained from the voltamograms. the effect of ph in the current and potential values was also evaluated. the da peak potential shifted negatively with the increase of the ph values (fig. 6), since the electrooxidation of da involves 2 protons and 2 electrons, leading to the da quinone, which can be reduced in the reverse process (sakthivel et al., 2017). a linear relationship was verified between the anodic peak potential and the ph medium according to the following linear regression equation: (epa (vs. ag/agcl) = 0.720–0.069 ph, r = 0.994). the slope obtained was of −69.0 mv ph−1, which was close to the theoretical nernstian value of −59.0 mv ph−1, suggesting that the number of electrons and protons transferred in the electrode reaction is the same (lima et al., 2018). da shows voltammetric response on the gcpe/agnps-mi for all ph range studied, and the highest current value was obtained in ph 2.0. however, ph 7.0 was chosen for further analysis, because a biological application for the sensor is intended. 3.4 influence of scan rate in order to determine the mechanism of mass transport in the redox reaction of da on the gcpe/agnps-mi, the influence of the scan rate on the voltammetric profile was analyzed, by recording cyclic voltammograms for 1.0 × 10–2 mol l–1 of da (fixed concentration) in the range of 10–100 mv s–1. the supporting electrolyte was br buffer 0.04 mol l–1 at ph 7.0. a linear relationship was noticed in the plot of log(ip) vs. log(), corresponding to the equation log(ipa) = 0.270 + 0.373 log(); r = 0.985 (fig. 7).the slope value of 0.37 is close to 0.50, which is the theoretically expected value for a totally diffusioncontrolled process. therefore, it was concluded that the electrochemical oxidation of da on gcpe/agnps-mi is mostly governed by diffusion (lima et al., 2018). figure 7. relationship of log ipa vs. log ν for da. 3.5 analytical curves da quantitative analysis employing the gcpe/agnps-mi were recorded by swv (fig. 8a). analytical curves (fig. 8b) were constructed under the optimum conditions in the range of 30 to 90 µmol l−1 of da, by using 0.04 mol l−1 br buffer solution as supporting electrolyte at ph 7.0. the regression equation obtained by the linear regression of the average of three analytical curves and the correlation coefficient are shown in table 3. the analytical curves indicated a linear increase of ipa value with the increase of da concentration in the concentration range studied. from this curve, it was https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 43 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 possible to calculate the detection (lod) and the quantification (loq) limits for the electrode evaluated. lod and loq values were calculated as recommended by anvisa (2003) and ich (2005) guidelines: lod = 3 sd/b and loq = 10 sd/b, where sd is the standard deviation of the intercepts (n = 3) and b is the slope of the analytical curve. the obtained results are shown in table 3, along with the linear range, regression equation, standard error and correlation coefficient of each electrode. figure 8. da quantitative analysis using the gcpe/agnps-mi. (a) square wave voltammograms obtained in the range of 30 to 90 µmol l–1 of da, on gcpe/agnps-mi, in br buffer 0.04 mol l–1 at ph 7.0, with a = 90 mv, f = 100 hz e δes = 8 mv. (b) analytical curves obtained for gcpe/agnps-mi (average of three measurements). table 3. analytical parameters obtained from the linear regression curves of gcpe/agnps-mi for da determination by using swv. parameter gcpe/agnps-mi linear range (µmol l–1) 30.0 – 90.0 regression equation i (µa) = 0.39428 + 26642.04 [dop] (µmol l–1) correlation coefficient 0.999 lod (µmol l–1) 0.52 loq (µmol l–1) 1.74 considering the low lod (0.52 µmol l–1) and loq (1.74 µmol l–1) values obtained, it is possible to verify the good sensitivity of the modified electrode. thus, those detection and quantification limits can be considered satisfactory for determination of da in biological samples and pharmaceutical formulations. besides, the values described in this work are comparable with other electrochemical methods previously reported in the literature (table 4). table 4. comparison of lod values for da detection using electrochemical and other analytical methods. technique working electrode lod (μmol l–1) reference dpv glassy carbon electrodes modified with cdte quantum dots 0.30 yu et al. (2018) swv gold electrode modified with a nanostructure of polypyrrolemesoporous molecular silica film 0.70 zablocka et al. (2019) cv aunps-modified screen-printed carbon electrode 0.20 chelly et al. (2021) cv glassy carbon electrodes modified with agnps using ziziphus mauritiana extract 0.10 memon et al. (2021) swv cpe modified with iron oxide (fe2o3) nanoparticle 0.79 vinay and nayaka (2019) dpv electrode printed in graphite screen modified by nanocomposite film 0.86 selvolini et al. (2019) swv gcpe/agnps-mi 0.52 this work dpv= differential pulse voltammetry. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 44 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 3.6 accuracy, repeatability and recover assays the accuracy of gcpe/agnps-mi for the determination of da was evaluated by determination of the repeatability levels (intraday precision) of the voltammetric response generated by the sensor in the presence of the analyte, as well as considering the reproducibility level of preparation of the modified electrode. for this purpose, swv measurements (n = 10) were carried out in the presence of 1.0 × 10–2 mol l–1 of the analyte, in the same day, and the results were expressed in terms of relative standard deviation (%rsd) between the found concentrations. for the evaluation of reproducibility, five independent gcpe/agnps-mi were prepared (n = 5) and tested in the same conditions, as mentioned above. the results obtained for the accuracy and precision studies were expressed in terms of %rsd between the ipa obtained. it was observed that the gcpe/agnps-mi presented satisfactory repeatability (%rsd = 3.66) and precision (%rsd = 4.47) levels for the determination of da, since %rsd values were lower than 5.00%, that are in good agreement with the anvisa (2003) and ich (2005) guidelines. in order to verify the amount of da, which could be quantified by gcpe/agnps-mi, assays of da recovery were done by swv, using the supporting electrolyte br buffer 0.04 mol l–1 at ph 7.0). these studies were performed by using the linear regression of the analytical curves for gcpe/agnps-mi (fig. 8b) and the results obtained reveal the possibility of using the sensor in the determination of da in real samples. for this, aliquots of da (30, 50 and 70 µmol l–1) stock solution were added to the electrochemical cell. for each addition, the current value was registered. after, the concentration of da was obtained by the linear regression i (µa) = 0.39428 + 26642.04 [da]. the experiments were carried out in triplicate (n = 3) by the standard addition method, and the results were expressed as percent recovery, as shown in table 5. it could be observed that the percent recoveries were obtained in three different amounts of da indicating that the matrix does not significantly affect the response of the modified electrode for da detection. therefore, these results clearly show that gcpe/agnps-mi may be efficiently applied for the quantification of da in real samples, with good accuracy and precision. table 5. results for the recovery of da in injection with gcpe/agnps-mi by swv. added (µmol l–1) found (µmol l–1) (rsd%) recovery (%) 30.00 30.88 ± 0.07 2.22 102.93 50.00 50.9 ± 0.3 2.90 101.82 70.00 70.7 ± 0.4 3.05 101.04 4. conclusions in this review, recent literature on uv-blocking textiles have been reported to give an overview of their importance and prospects in sun-protective methods. uv-protective compounds incorporated, anchored, or coated textile fibers compose a useful class of uvblocking materials for the development of smart fabrics as proved by the large number of scientific publications in the last years. different uv-protective compounds, mainly tio2 and zno, are used to improve uv-blocking ability of fabrics and, often, they also impart to additional fabric properties, e.g., antibacterial, and self-cleaning activities. analyzing from spectroscopic point of view, the elucidation of uv-blocking mechanisms gives an important information about electronic structure and optical properties of uv-protective textiles; therefore, it can be more investigated and discussed in the literature. a remarkable point is the reduced number of scientific papers that reported the use of organic filters in smart fabrics although these uv-protective compounds have high uv absorption capacity and, depending on their molecular structure, can interact to fiber surface without the presence of cross-linker compounds. upf is a good parameter to indicate the uv-blocking ability of uvprotective compound-containing smart fabrics, however, some aspects must be considered in the analyses and interpretation of upf results. among them, (i) the amount of the uv-protective compound per textile area, (ii) textile thickness, and (iii) textile properties changed by the incorporation, coating and/or anchorage with uvprotective compounds, e.g., textile roughness. in this perspective, new scientific studies need to be undertaken to know the effective contribution of uv-protective compounds in the upf values. considering the growing requirement for simple, cheap, and practical sunprotective products, uv-blocking textiles are one of the best alternatives. thus, scientific research in the field of smart fabric and/or uv-blocking textile, especially uvprotective compounds incorporated, anchored, or coated textile fibers, must be encourage in order to promote new https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 original article revista.iq.unesp.br 45 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 35-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p35-48 insights in sun-protective clothing and future applications of multifunctional textiles. authors’ contribution conceptualization: humacayo, f. s.; magalhães, c. g. data curation: humacayo, f. s.; espinoza, j. t.; lopes, l. c. formal analysis: magalhães, c. g.; paula, j. f. p.; pessoa, c. a. funding acquisition: not applicable. investigation: humacayo, f. s. methodology: humacayo, f. s.; espinoza, j. t.; lopes, l. c. project administration: magalhães, c. g.; paula, j. f. p.; pessoa, c. a. resources: not applicable. software: not applicable. supervision: magalhães, c. g.; paula, j. f. p.; pessoa, c. a. validation: magalhães, c. g.; paula, j. f. p.; pessoa, c. a. visualization: magalhães, c. g.; paula, j. f. p.; pessoa, c. a. writing – original draft: humacayo, f. s.; espinoza, j. t.; lopes, l. c. writing – review & editing: magalhães, c. g.; paula, j. f. p.; pessoa, c. a. data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments the authors are grateful to clabmu – uepg (complexo de laboratórios multiusuários da uepg) for providing the analysis. references agência nacional de vigilância sanitária (anvisa), guia para validação de métodos analíticos e bioanalíticos. ministério da saúde, brasil (resolução – re n◦ 899, de 29 de maio de 2003), 2003. https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2003/res08 99_29_05_2003.html (accessed 2021-03-21). ahmad, a.; syed, f.; imran, m.; khan, a. u.; tahir, k.; khan, z. u. h.; yuan, q. phytosynthesis and antileishmanial activity of gold nanoparticles by maytenus royleanus. j. food biochem. 2016a, 40 (4), 420–427. https://doi.org/10.1111/jfbc.12232 ahmad, a.; wei, y.; 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should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind review system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • citations should be sequentially numbered and presented in square brackets throughout the text, and references should be compiled in square brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100 46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (two lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. author guidelines special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not 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informed of the editor decision. author guidelines • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is seven months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. author guidelines • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact letícia amanda miguel (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br http://orcid.org/0000-0002-1825-0097) original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 2 | 2023 | 49 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 synthesis of some new substituted imines from aldehydes and ketones derived from quinolinic acid anwar abdulghani fathi1 , yassir shakeeb al jawaheri1+ , shaimaa samir ismaee1 1. mosul university , college of education and pure science, mosul, iraq. +corresponding author: yassir shakeeb al jawaheri, phone: +964 7709210286, email address: yassir_chem71@uomosul.edu.iq article info article history: received: september 18, 2022 accepted: january 02, 2023 published: april 01, 2023 keywords: 1. imine 2. schiff base 3. quinolinic acid 4. benzenesulfonyl chloride section editors: assis vicente benedetti abstract: in this paper, some substituted imines compounds have been prepared from quinolinic acid as a starting material. firstly, the quinolinic acid was treated with acetic anhydride and acetic acid to form furo[3,4-b]pyridine-5,7-dione (1); the resulting compound was heated with urea to form 5h-pyrrolo[3,4-b]pyridine-5,7(6h)-dione (2). after that, it was treated with potassium hydroxide to give potassium 5,7-dioxo-5,7-dihydropyrrolo[3,4-b]pyridin-6-dione, which was directly and easily converted to 6-(2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-2oxoethyl)-5h-pyrrolo[3,4-b]pyridine-5,7(6h)-dione (3) by the reaction with 1-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-2-bromoethan-1one. finally, the resultant compound reacted with substituted aniline to give imines (4, 5). secondly the quinolinic acid converted to 4-(5,7-dioxo-5,7-dihydro-6h-pyrrolo[3,4-b] pyridin-6-yl) benzenesulfonyl chloride according to our previous work, then treated with p-hydroxy acetophenone or p-hydroxy benzaldehyde to form 4-substituted bezyloxy 4(5,7-dioxo-5,7-dihydro-6h-pyrrolo[3,4-b] pyridine-6-yl) benzenesulfonate (6, 7), which were finally treated with substituted aniline to form new substituted imines (8–12). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 mailto:yassir_chem71@uomosul.edu.iq https://orcid.org/0000-0001-5837-9576 mailto:anllwaar11@uomosul.edu.iq https://orcid.org/0000-0001-5009-5886 https://orcid.org/0000-0002-9556-935x mailto:dr.shaimaasamir83@uomosul.edu.iq https://ror.org/039cf4q47 original article revista.iq.unesp.br 50 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 1. introduction in recent years, imines have been the millstone of chemist research because they were easy to prepare and get various reactions. they can be prepared simply by the reaction of primary amines with carbonyl compound (usually aldehydes or ketones) in the presence of acid as catalyst. the functional group of these compounds is azomethane group c=n. due to the electronegativity of the nitrogen atom, this group has four different reactions. firstly, electrophilic, secondly nucleophilic, thirdly dienophile, and lastly, aza-diene reaction (fig. 1) (choudhury and parvin, 2011). there is a big similarity between carbonyl and the imine groups. therefore, their reaction is very similar, but the reactivity of the carbonyl group is higher than the imine group because the electronegativity of oxygen is greater than nitrogen. to increase the reactivity, lewis’s acid was used as a catalyst in imine reactions (chan et al., 2019). the imine compounds exhibit a wide range of useful biological activity, such as inflammatory, antimalarial, analgesic, antioxidant, antimicrobial, anthelmintic, antitubercular and anticancer (fig. 2) (bashiri et al., 2020; hania, 2009; jasril et al., 2020; kajal et al., 2013; silva et al., 2016). figure 1. imine reactivity. source: retrieved from choudhury and parvin (2011). figure 2. some of the bioactive imine compounds. source: adapted from bashiri et al., (2020) and kajal et al., (2013). 2. experimental all chemicals and solvents were purchased from commercially available known sources and used directly without more purification. ir spectra (vmax in cm–1) were verified utilizing a shimadzu ft-ir 8400 spectrophotometer with kbr disc. 1h-nmr bruker at 300 mhz, using dimethyl sulfoxide-d6 and tetramethylsilane as a standard. 2.1 synthesis of 5h-pyrrolo[3,4-b] pyridine5,7(6h)-dione (2) furo [3,4-b] pyridine-5,7-dione (1) was prepared from quinolinic acid (rapolu et al., 2019) (0.15 mol, 9 g) from anhydride (1) was mixed with (0.3 mol, 2 g) of urea in 100 ml round and heated to (130 to 135 °c) with shaking for (10–20 min) until the reaction was noticed increasing in size. after this point, the product cooled to https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 51 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 room temperature, then (10 ml) of water was added and mixed to destroy the amide (2); then, filtrate and recrystallisation from ethanol to give white crystal 83% (188–190 °c), ir, 3104, 1725, 1620, 1391 cm–1 (cai, 2012). 2.2 6-(2-([1,1’-biphenyl]-4-yl)-2-oxoethyl)-5hpyrrolo[3,4-b] pyridine-5,7(6h)-dione (3) first step: imides (0.01 mol, or 1.4 g) were dissolved in 20 ml of absolute ethanol, and the mixture was then heated in a water bath with a clear solid obtained. ethyl alcohol was added to potassium hydroxide solution of 0.01 mol of koh in 25 ml of pure ethanol while stirring and letting it cool. the precipitate that formed was then filtered and dried. the resultant compound was used in the next reaction without any further purification; 73% broke down at 230 °c. in the second step, 0.01 mol (2.7 g) of 4-phenyl phenacyl bromide was dissolved in 25 ml of absolute ethanol in a round-bottomed flask. then, 0.01 mol (1.8 g) was added. imide salt, which was prepared in the first step, was added slowly while stirring. the resultant mixture was heated and stirred for 6 h, then cooled to room temperature. the precipitate was filtered, washed with distilled water, dried, and then recrystallized from ethanol to give a brown powder. 60% (120–124 °c), ir, 3104, 1715, 1680, 1676, 1620, 1391 cm–1, 1hnmr δ 8.3–7.3 (m, 12h), 4.9 (s, 2h) (fig. s1 – supplementary material) (aliabadi et al., 2013). 2.3 general procedure for synthesis of schiff bases (4–5, 10–12) for 6 h, 35 ml of absolute ethanol and 2-3 drops of glacial acetic acid were added to 0.01 mol of carbonyl compound and 0.01 mol of primary aromatic amine while stirring at a refluxing temperature. after cooling the reaction mixture to a room temperature, the precipitate was separated from the solvent by filtration, dried, and recrystallized from ethanol fig. 3 (altaee and al-sabawi, 2021; yin et al., 2020). figure 3. substituted schiff bases. compound 4 (r = p-hydroxy) is a yellow powder yield in 81% and m. p. 116–117 °c, ir, 3440, 3035, 1728, 1690, 1630 cm–1, 1hnmr δ 8.5 (s, 1h), 8.2–7.3 (m, 16h), 5.0 (s, 2h) fig. s2 (supplementary material). compound 5 (r = m-nitro) is a red powder yield in 65% and m. p. 112–114 °c, ir, 2995, 1702, 1621, 1550 cm–1, 1hnmr δ 8.1–7.3 (m, 16h), 5.2 (s, 2h) fig. s3 (supplementary material). 2.4 4-substituted benzyloxy 4-(5,7-dioxo-5,7dihydro-6h-pyrrolo[3,4-b] pyridin-6-yl) benzenesulfonate (6-7) a combination of 0.015 mol of 4hydroxyacetophenone or 4-hydroxybenzaldehyde and 3 ml of pyridine was placed in three-necked flasks with a stirrer and thermostat. the temperature of the combination was lowered to 10 °c by the ice bath that surrounded the flask. during a 20-min period with constant stirring, the phthalimide sulfonyl chloride (fathi and al-jawaheri, 2022) (0.01 mol, 3.2 g) was added gradually. after being refluxed for 2 h, the mixture was cooled to room temperature before being put into cold water and stirred till the oily layer solidified. the resultant solid was filtered, washed with cold, diluted hcl solution, then washed with distilled water before being dried. the desired chemicals were produced by recrystallizing the final product from ethanol fig. 4 (soyer et al., 2017). figure 4. substituted benzyloxy benzenesulfonate. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 52 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 compound 6 (r=h) is a yellow powder yield in 70% and m. p. 170–172 °c, ir, 3100, 1720, 1690, 1205 cm–1, 1hnmr δ 10.0 (s, 1h), 8.2–7.7 (m, 9h), 7.4 (d, 2h) fig. s4 (supplementary material). compound 7 (r=ch3) is a yellow powder yield in 75% and m. p. 271–272 °c, ir, 3075, 1707, 1680, 1200 cm–1, 1hnmr δ 8.2–7.8 (m, 9h), 7.35 (d, 2h), 2.60 (s, 3h) fig. s5 (supplementary material). these compounds were prepared according to the general procedure for synthesis of schiff bases (8–12) fig. 5. figure 5. substituted benzyloxy benzenesulfonate schiff bases. compound 8 (r1= ch3/ r2= o-methyl) is a yellow powder yield in 80% and m. p. 270–271 °c, ir, 3112, 2990, 1728, 1630 cm–1, 1hnmr δ 8.2–7.7 (m, 13h), 7.35 (d, 2h), 2.6 (s, 3h), 2.45 (s, 3h) fig. s6 (supplementary material). compound 9 (r1= ch3/ r2= p-methyl) is a lightyellow powder yield in 83% and m. p. 189–190 °c, ir, 3100, 2920, 1720, 1610 cm–1, 1hnmr δ 8.25-7.75 (m, 13h), 7.35 (d, 2h), 2.55 (s, 3h), 2.47 (s, 3h) fig. s7 (supplementary material). compound 10 (r1= ch3/ r2= 2-nitro 4chloro) is a white powder yield in 62% and m. p. 160–161 °c, ir, 3120, 2950, 1715, 1605 cm–1, 1hnmr δ 8.25–7.63 (m, 11h), 7.33(d, 2h), 2.55(s, 3h) fig. s8 (supplementary material). compound 11 (r1= h/ r2= p-methyl) is a white powder yield in 90% and m. p. 226–228 °c, ir, 3099, 2925, 1710, 1600 cm–1, 1hnmr δ 8.7 (s,1h), 8.27.7 (m, 11h), 7.55–7.2 (d,d, 4h), 2.05 (s, 3h) fig. s9 (supplementary material). compound 12 (r1= h/ r2= 2,4-dichloro) is a yellow powder yield in 83% and m. p. 190–191 °c, ir, 3090, 1725, 1600, 770 cm–1, 1hnmr δ 8.65 (s, 1h), 8.37.7 (m, 13h), 7.6–7.3 (m, 3h) fig. s10 (supplementary material). 3. results and discussion the synthesis of new compounds is a millstone in the field of organic chemistry and is the first step for the invention of new things that could improve our life. quinolinic acid was used as the available starting material in this paper to convert to anhydride (1) (fig. 6) using the dehydration agent acetic anhydride. the resultant compound (1) in 85% is regarded as a known compound and is confirmed by its physical properties as a beige solid powder and m.p. = 139–140 °c. the ir spectra gave strong signals at 3043 and 1765 cm–1 belonging to the c-h aromatic and carbonyl groups, respectively (sigma aldrich cas number 699-98-0). the next step was to convert the anhydride (1) to pyrrole (2) by heating the anhydride with urea. the resultant compound was confirmed by its physical properties as a white crystal yield in 83%, m.p. = 188– 190 °c. the ir spectra gave in cm–1 at 3104 for c-h aromatic, 1725 for carbonyl, 1620 for n-h. compound (3) was prepared in two steps. firstly, compound (2) was treated with alcoholic potassium hydroxide to form organic salt to increase the nucleophilicity to react with 4-phenyl phenacyl bromide via one step sn2 mechanism (fig. 6). the resultant compound was confirmed by physical properties as a brown powder resulting in 60% (m.p. 120–124 °c), ir 3104 cm–1 for aromatic c-h, 1715 cm–1 for amid carbonyl, 1680 cm–1 for ketonic. in addition, 1hnmr δ chart gave signals at 8.21–7.32 (m, 12) and at 4.95 singlet belongs to two protons for ch2 (maimaris et al., 2022). figure 6. mechanism of sn2 reaction. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 53 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 intermediate compounds were prepared according to our past paper (fathi and al-jawaheri, 2022). compounds (6-7) were prepared from phthalimide sulfonyl chloride by replacing the chlorin with the phenolic group from p-hydroxy benzaldehyde or p-hydroxy acetophenone throw sn2 mechanism. the resultant compounds were confirmed by their physical properties, for (6) was a yellow powder yield in 70%, melted at 170–171°c, ir 3100 cm–1 for c-h aromatic, 1720 and 1690 cm–1 for carbonyls, 1hnmr δ chart have clear unique signals at 10 ppm singlet for aldehyde proton, 8.2–7.7 multiplet and at 7.4 doublet for aromatic protons. compound (7) was a yellow powder yield in 75% and m.p. in 271–272°c, ir 3075 cm–1 for aromatic c-h, 1707 and 1680 cm–1 for carbonyls, 1hnmr δ signals confirmed the structure at 8.2–7.8 ppm multiplet and at 7.35 doublet for aromatic protons and at 2.60 singlet belongs to three protons of ch3 (fadlelmoula et al., 2022). the final step was to form a schiff base by choosing different primary amines to react with compound (3) to form (4, 5) and compounds (6, 7) to form (8–12). the mechanism of the reaction shows six steps in which the proton of the acid has been attacked by the electron pair of the carbonyl oxygen to increase the electrophilicity of the carbonyl of the carbon and form the oxonium ion. at this point, the electron pair of the amine nitrogen will be ready to attack the carbon of the carbonyl to form the zwitterion. the next steps included the release and addition of the proton, then dehydration (fig. 7) (choudhury and parvin, 2011). figure 7. mechanism of schiff bases formations. the structure of the resultant compounds (4, 5) was confirmed by physical properties, yellow powder and red powder yield 81% and 65%, m.p. 116–117 °c and 112–114 °c, respectively. also, spectral data showed ir cm–1 3440 belonging to the hydroxyl group in (4), 3112, 2995 for c-h aromatic, 1728, 1702 for the carbonyl group, 1690, 1621 for the c=n group, 1hnmr δ ppm showed signals, 8.5 singlet for oh in (4), 8.2–7.3 and 8.1–7.3 multiplet for aromatic protons, 5.0, 5.2 singlet for ch2 protons, respectively. compounds (8–12): every compound has a unique 1hnmr δ spectrum. for (8) the spectral data presented signals at 2.6 and 2.45 singlet for ch3 protons, while (9) showed signals at 2.55, 2.47 singlet for ch3 protons; for (10) at 2.55 singlet for ch3 protons, for (11) and (12) at 8.7 singlet belonging to the proton attached to the c=n group and 2.05 for ch3 protons. finally, for (12) at 8.65 singlet belonging to the proton attached to the c=n group. (fig. 8), find the attached supplementary material. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 54 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure 8. scheme of the reactions. 4. conclusions in this study, we have successfully prepared several new substituted compounds derived from substituted nicotinic acid to enhance the library of organic chemistry. these compounds contain carbon and nitrogen double bond as an imine functional group, which can be used as starting material in many fields, such as organometal compounds. authors’ contribution conceptualization: fathi, a.; al-jawaheri, y. data curation: fathi, a. formal analysis: ismaeel, s. funding acquisition: not applicable. investigation: al-jawaheri, y. methodology: fathi, a.; al-jawaheri, y. project administration: fathi, a.; al-jawaheri, y. resources: ismaeel, s. software: not applicable. supervision: fathi, a. validation: fathi, a.; al-jawaheri, y.; ismaeel, s. visualization: ismaeel, s. writing – original draft: al-jawaheri, y. writing – review & editing: fathi, a.; al-jawaheri, y. data availability statement all data set were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments the authors would like to thank the university of mosul college of education for pure science for their support and encouragement during this research project. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 55 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 references aliabadi, a.; foroumadi, a.; mohammadi-farani, a; mahvar, m. g. synthesis and evaluation of anti-acetylcholinesterase activity of 2-(2-(4-(2-oxo-2-phenylethyl) piperazin-1-yl) ethyl)isoindoline-1,3-dione derivatives with potential 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https://doi.org/10.21608/ejchem.2021.80154.3957 https://doi.org/10.1007/s00706-020-02592-8 https://doi.org/10.1007/s00706-020-02592-8 https://doi.org/10.1007/s00706-020-02592-8 https://doi.org/10.1007/s00706-020-02592-8 https://doi.org/10.1007/s00706-020-02592-8 https://doi.org/10.1007/s00706-020-02592-8 https://doi.org/10.1007/s00706-020-02592-8 https://doi.org/10.1021/acs.orglett.9b02655 https://doi.org/10.1021/acs.orglett.9b02655 https://doi.org/10.1021/acs.orglett.9b02655 https://doi.org/10.1021/acs.orglett.9b02655 https://doi.org/10.1021/acs.orglett.9b02655 https://doi.org/10.1016/j.tet.2011.07.020 https://doi.org/10.1016/j.tet.2011.07.020 https://doi.org/10.1016/j.tet.2011.07.020 https://doi.org/10.1016/j.tet.2011.07.020 https://doi.org/10.3390/mi13020187 https://doi.org/10.3390/mi13020187 https://doi.org/10.3390/mi13020187 https://doi.org/10.3390/mi13020187 https://doi.org/10.3390/mi13020187 https://doi.org/10.21608/ejchem.2021.90637.4320 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https://doi.org/10.3390/scipharm84030467 https://doi.org/10.3390/scipharm84030467 https://doi.org/10.3390/scipharm84030467 https://doi.org/10.3390/scipharm84030467 https://doi.org/10.1080/14756366.2016.1226298 https://doi.org/10.1080/14756366.2016.1226298 https://doi.org/10.1080/14756366.2016.1226298 https://doi.org/10.1080/14756366.2016.1226298 https://doi.org/10.1080/14756366.2016.1226298 https://doi.org/10.1080/14756366.2016.1226298 https://doi.org/10.1002/cctc.202000741 https://doi.org/10.1002/cctc.202000741 https://doi.org/10.1002/cctc.202000741 https://doi.org/10.1002/cctc.202000741 original article revista.iq.unesp.br 56 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 supplementary material figure s1. nmr and ir. charts for compound 3. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 57 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s2. nmr and ir. charts for compound 4. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 58 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s3. nmr and ir. charts for compound 5. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 59 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s4. nmr and ir. charts for compound 6. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 60 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s5. nmr and ir. charts for compound 7. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 61 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s6. nmr and ir. charts for compound 8. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 62 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s7. nmr and ir. charts for compound 9. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 63 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s8. nmr and ir. charts for compound 10. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 64 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s9. nmr and ir. charts for compound 11. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 original article revista.iq.unesp.br 65 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 49-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 figure s10. nmr and ir. charts for compound 12. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p49-65 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva estudo in situ da funcionalização de superfície de ouro para imobilização de proteína eclética química, 39, 244-256, 2014. 244 estudo in situ da funcionalização de superfície de ouro para imobilização de proteína adriano dos santos, willian campos ribeiro, paulo roberto bueno* unesp – instituto de química, rua prof. francisco degni n° 55, cep 14800-900, araraquara/sp. *prbueno@iq.unesp.br resumo: a estratégia de formação de monocamada automontada (sam) mista para a imobilização de material biológico é atualmente utilizada na construção de biossensores, tanto para fins analíticos como para estudos de afinidade entre proteínas. este trabalho aborda o estudo da formação, em tempo real, de sam mista contendo ácido-11-mercaptoundecanóico (mua) e o 6-mercapto-1-hexanol, na proporção de 1:3, sobre superfície de ouro utilizando as técnicas de qcm-d e voltametria cíclica. por meio dos resultados, foi possível verificar que a sam é um filme empacotado e rígido, apresentando elevado grau de cobertura superficial. com exemplo de adsorção de proteína sobre a sam, foi estudado, por qcm-d, o processo de adsorção utilizando gelatina. os resultados evidenciam que esse processo ocorre em uma única etapa, culminando com a formação de uma monocamada de proteína. palavras-chave: sam, qcm-d, adsorção de proteína. in situ study of gold functionalization surface for protein immobilization abstract: the sam approach for biological material immobilization is currently used in biosensors devices, for analytical and protein affinity studies. this paper focuses on the study of real time sam formation consisted of mixed sam of 11mercaptoundecanoic acid (mua) and 6-mercapto-1-hexanol, in a molar ratio of 1:3, on the gold surface, by qcm-d and cyclic voltammetry techniques. it was confirmed that eclética química, 39, 244-256, 2014. 245 the sam is a packed film, with a high degree of surface coverage. as an example of protein adsorption on the sam, it was studied, by qcm-d technique, the adsorption process of gelatin. the results demonstrate that the adsorption and coverage processes occur in a single step, resulting in the formation of a protein monolayer. this is an interesting result since it partially assures the use of langmuir isotherm model to study protein affinity and analytical responses. keywords: sam, qcm-d, protein adsorption. 1. introdução no desenvolvimento de biossensores, a eficácia na etapa de imobilização do material biológico sobre o transdutor é de grande importância devido à sua estreita relação com a eficiência do dispositivo a ser construído. o uso de determinada metodologia também está relacionada com o objetivo do biossensor desenvolvido, seja para fins analíticos [1-2] como para estudos de afinidade [3-5], sendo que diversas metodologias podem ser encontradas na literatura [6]. por exemplo, para o estudo de afinidade entre proteínas utilizando modelos de isotermas, em especial a de langmuir, é importante que o material biológico seja imobilizado de tal forma a permitir que a interação entre ele e o analito não seja prejudicada devido à presença de interações receptor-ligante adjacentes a um receptor não ocupado [7]. neste caso, para a imobilização do material biológico, geralmente é utilizada a abordagem de monocamadas automontadas [8-9] (sam, do inglês self-assembled monolayer) mistas, que consiste na formação de um filme fino a partir de uma solução contendo duas moléculas de tiol de tamanhos e grupos funcionais diferenciados. um dos grupos, geralmente o carboxila (-cooh) presente no tiol de maior cadeia carbônica, é utilizado com a finalidade de servir de ligação entre o transdutor e a molécula biológica. o outro grupo, como o hidroxila (-oh) presente na molécula de tiol de menor cadeia carbônica, é empregado como espaçador entre as moléculas do outro tiol, com o intuito de fornecer dimensionamento ideal para o processo de interação receptor-ligante em que o modelo de isoterma possa ser prevalecido. neste tipo de abordagem, é utilizado diferentes proporções dos tióis na mistura, visto que a razão molar dos tióis na solução resulta em similar razão molar na sam mista [7]. neste caso, por exemplo, alguns estudos trazem o uso do ácido 11-mercaptoundecanóico (mua) com o 2-mercaptoetanol [3, 10], bem eclética química, 39, 244-256, 2014. 246 como o mua e 6-mercapto-1-hexanol [11-12], ambas as misturas com cada tiol em proporção diferente. embora a formação dessas monocamadas seja um importante passo na construção de biossensores, poucos trabalhos abordam a formação desses filmes em tempo real, ou seja, durante o processo de construção da monocamada [13]. uma técnica conveniente que pode ser utilizada para estudar em tempo real a formação de sam é a microbalança a cristal de quartzo com fator dissipativo (qcm-d, do inglês quartz crystal microbalance). essa técnica é fundamentada na propriedade piezelétrica do cristal de quartzo, ou seja, na propriedade intrínseca desse material oscilar numa determinda frequência quando um potencial alternado é aplicado sobre ele. sauerbrey [14-15] foi o primeiro a desenvolver uma equação matemática que relaciona a variação de frequência de oscilação do cristal com um aumento de massa sobre ele (equação 1): (1) em que δf’ é a variação da frequência devido ao recobrimento do eletrodo, f0 a frequência fundamental do cristal, δm a massa do material depositado, ρq a densidade do cristal, fq é a constante de frequência (fq=f0dq, onde dq é a espessura do cristal) e onde ael é a área do eletrodo depositado sobre o cristal. essa equação pode ser reescrita de forma simplificada (equação 2): (2) sendo n o número do harmônico (n = 1, 3, 5, 7...) e c o coeficiente de sensibilidade teórica da qcm (17,7 ng hz-1 cm-2 para cristal de 5 mhz). o sinal negativo da equação evidencia que um aumento de massa sobre o cristal está relacionado a um decréscimo de sua frequência de oscilação. no caso em que a massa aderida não for rígida, significa que seu movimento não está acoplado totalmente ao movimento oscilatório do cristal, causando perdas energéticas. nesses casos, apenas os valores de frequência não são adequados para estimar a massa aderida sobre o substrato e se faz necessário conhecer os valores de dissipação energética (fator d), fornecendo informações a respeito da viscoelasticidade da camada formada. esse parâmetro é definido como [15] (equação 3): eclética química, 39, 244-256, 2014. 247 (3) sendo edissipada a energia dissipada por ciclo de oscilação do cristal e earmazenada a energia total armazenada no sistema oscilatório. com o intuito de estudar a formação da monocamada in situ a partir de solução etanólica mista de tióis utilizada em processo de construção de biossensores, esse trabalho traz o uso da técnica de qcm-d na investigação da formação de monocamada a partir de solução mista de mua e 6-mercapto-1-hexanol. será mostrado também, por meio da mesma técnica, o processo de adsorção de proteína (gelatina) sobre a superfície dessa monocamada. além disso, o uso de medidas voltamétricas visa auxiliar a obsevação do processo de imobilização da sam. 2. procedimento experimental os cristais de quartzo utilizados (qsx-301, especificações: corte at, frequência fundamental de 4,95mhz ± 50 khz, 14 mm de diâmetro e 0,3 mm de espessura) são recobertos com fina camada de ouro policristalino em ambos os lados. a frequência de oscilação do cristal de quartzo de 5 mhz é sensível a pequenas variações de massa, na ordem de nanogramas por unidade de frequência (17,7 ng hz-1cm-2). os cristais foram limpos em solução piranha* (h2so4 (concentrado): h2o2; 3 : 1, v/v, reagentes obtidos da qhemis) previamente preparada, lavados exaustivamente com água milli-q (millipore, sistema simplicity, 18,2 mω cm a 25°c ) e acetona e secos em nitrogênio. os cristais foram utilizados imediatamente após limpeza. na montagem da célula (modelo qfm 401), os cristais de quartzo são dispostos de forma que uma de suas faces fica em contato com a solução de tiol sendo investigada (capacidade de volume sobre o cristal de quartzo ≈ 40 µl). a célula permite controle de temperatura de ± 0,5 °c. para a injeção das soluções de tiol e de gelatina foi utilizada uma bomba peristáltica ismatec modelo ipcn de quatro canais. 2.1 estudo da formação da sam mista de mua e 6-mercapto-1-hexanol. * cuidado. solução de h2o2/h2so4 é extremamente corrosiva. contato com matéria orgânica resulta em rápida oxidação. eclética química, 39, 244-256, 2014. 248 para a realização dos ensaios, o terceiro harmônico de oscilação do cristal de quartzo (δfn=3) e o respectivo parâmetro d (δdn=3) foram estabilizados injetando-se etanol em fluxo contínuo (100 µl/min.) por 10 minutos. após a estabilização, uma solução etanólica contendo 2,5 mm de mua 95% (sigma-aldrich) e 7,5 mm de 6mercapto-1-hexanol 97% (sigma-aldrich) foi injetada ao sistema e o fluxo desligado. após 12h de formação da monocamada, fluxo de etanol foi novamente utilizado para lavar a superfície da monocamada e retirar as moléculas de tiol não adsorvidas quimicamente na superfície do ouro. as medidas foram realizadas em triplicata. a imobilização da monocamada de tiol também foi acompanhada por medidas de voltametria cíclica com o intuito de verificar o bloqueio do eletrodo frente a processos eletroquímicos utilizando 1mm do par redox ferri/ferro (k3[fe(cn)6] ~ 99% (sigma-aldrich), k4[fe(cn)6] ≥ 99% (sigma-aldrich)) em uma solução tampão fosfato salino 0,1m e ph=7,0 (nacl ≥ 99,5% (sigma), kh2po4 (sigma-aldrich), na2hpo4.12h2o ≥ 99,0% (sigma-aldrich)) antes e após a formação da monomacada. para esta análise, um potenciostato/galvanostato da autolab (autolab pgstat 30) utilizando um sistema de três eletrodos em uma célula eletroquímica desenvolvida pela empresa q-sense (modelo qem 401). o cristal de quartzo modificado com a monocamada de tiol foi usado como eletrodo de trabalho, o contra-eletrodo era uma placa de platina com área geométrica ligeiramente superior a área do eletrodo de ouro depositado no cristal de quartzo e o eletrodo de referência utilizado foi um eletrodo comercial (world precision instruments, dri-ref 2sh) de ag/agcl sólido. a janela de potencial estudada foi de -0,1v até 0,5v, com potencial inicial de 0,22v e velocidade de varredura de 100mv/s. 2.2 estudo da adsorção de gelatina sobre superfície de ouro funcionalizada com sam. após a formação da monocamada, os cristais foram expostos por duas horas a uma solução aquosa contendo 10 mm de n-etil-n-(dimetilaminopropil)carboiimida, edc ≥ 99% (fluka), e 20 mm de n-hidroxisuccinimida 98%, nhs (sigma-aldrich), objetivando transformar os grupos carboxilas do mua em ésteres nhs. essa etapa é conhecida como ativação. eclética química, 39, 244-256, 2014. 249 após a ativação, os cristais foram lavados com água, secos em nitrogênio e recolocados na célula de fluxo da q-sense. para a realização das medidas, esperou-se que o terceiro harmônico de oscilação de cada cristal de quartzo (δfn=3) e o respectivo parâmetro d (δdn=3) fossem estabilizados injetando-se solução tampão tris-hcl ph 8,0 (sigma-aldrich) contendo 20 mm de nacl (sigma) em fluxo contínuo (100 µl/min.) por 10 minutos. após a estabilização, uma solução de gelatina synth (0,1 mg/ml) em solução tampão tris-hcl ph 8,0 foi injetado ao sistema e o fluxo desligado. depois de duas horas e trinta minutos de processo de adsorção o fluxo de solução tampão foi novamente utilizado para lavar a superfície de cada cristal objetivando retirar as moléculas de gelatina não adsorvidas quimicamente na superfície da monocamada. os ensaios foram realizados em triplicata. 3. resultados e discussão 3.1 formação da sam. tióis ligam-se no ouro devido à afinidade do enxofre por esse metal. a reação química que explica a formação de ligação entre o enxofre e o ouro é descrita por meio da formação de tiolato (au-sr), um processo em equilíbrio químico com desprotonação da molécula de tiol seguida da eliminação de molécula h2 da superfície do metal [16]: au(s) + rs-h(solv.) rs-au(s) + 1/2 h2 (solv.) sabe-se que o processo de formação desses filmes ocorre basicamente em duas etapas: a primeira, rápida, em que a molécula de tiol se liga na superfície metálica, e a segunda, que dura horas, que corresponde ao processo organizacional da monocamada [9, 17]. na figura 1, é mostrado o processo de adsorção da monocamada a partir de solução mista de mua e 6-mercapto-1-hexanol. eclética química, 39, 244-256, 2014. 250 figura 1. processo de formação da sam obtida pela solução etanólica contendo 2,5mm de mua e 7,5mm de 6-mercapto-1-hexanol. a seta em a indica o início do processo de injeção da amostra, enquanto em b indica o início da lavagem do cristal com etanol. a seta em a indica o início da injeção de solução de tiol sobre a superfície de ouro do cristal de quartzo. a partir desse ponto, ocorre uma rápida queda de δf, seguindo de decaimento lento, até em b, momento em que é ligado o fluxo de etanol para a lavagem do cristal. após a lavagem, δf aumenta até valor final de δffinal = 9,5 ± 3,8 hz. o valor final do parâmetro d para a formação da monocamada é δdfinal = (3 ± 1)x10-7. importante notar que o comportamento da curva δf (t) ao longo do processo reflete estágios cinéticos diferenciados. no momento em que é iniciado o fluxo de solução da mistura dos tióis, ocorre uma rápida queda, evidenciado rápido processo de adsorção dessas moléculas no ouro. a queda acentuada é seguida de uma mais suave que evidencia processo adsortivo lento. esse fato sugere que, inicialmente, as moléculas de tiol se ligam desorganizadamente sobre a superfície de ouro e que, com o tempo, devido às interações intermoleculares entre as espécies adsorvidas adjacentes, ocorre o processo de organização da monocamada. esse processo envolve a desocupação de espaços que, devido a ligação das moléculas de tiol de forma desorganizada sobre o ouro, estavam indisponíveis para adsorção. nestes novos espaços livres, moléculas de tiol podem se adsorver, ocasionando decréscimo nos valores de δf no tempo, como pode ser observado na figura 1. eclética química, 39, 244-256, 2014. 251 é conhecido que sams obtidas a partir de tióis de cadeia longa são relativamente compactas e rígidas [18]. uma forma de verificar essa evidência é por meio do parâmetro d: baixos valores de dissipação são característicos de camadas rígidas. quanto menor a relação –δd/δf para a formação do filme, mais rígida é a camada formada. campiña et. al. [18], por exemplo, ao estudarem a adsorção de 11amino-1-undecanotiol sobre superfície de ouro encontrou valores normalizados de δd em 2,5x10-6 e δf = -22 hz para a formação dessa monocamada rígida. a relação -δd/δf pode ser obtida, encontrando valor de 1,1x10-7hz-1, ou seja, quocientes entre δdfinal e δffinal com valores até 1,1x10-7hz-1 podem ser considerados como evidência de formação de filmes rígidos. neste trabalho, o valor encontrado para essa relação para a formação da monocamada mista é (3±2)x10-8 hz-1, ou seja, muito abaixo daquele encontrado por campiña para filmes rígidos. dessa forma, é possível afirmar que a monocamada formada é rígida, e portanto, a relação de sauerbrey pode ser utilizada para estimar a massa superficial do filme formado. utilizando a equação 2, encontra-se o valor médio de 168±68 ng cm-2. por meio desse valor e levando em consideração a relação estequiométrica da solução de mistura de tiol utilizada, 1:3 (mua:6-mercapto1-hexanol), é possível estimar a cobertura superficial, γ (mol cm-2), da monocamada formada, igual a (1,1±0,4)x10-9mol cm-2. o valor encontrado é consistente com aqueles que representam alto grau de cobertura de monocamada formada a partir de tióis de grande cadeia carbônica sobre superfície de ouro, de 0,76x10-9 mol cm-2 [19]. cancino [20] ao estudar a formação de monocamada mista de mua e 6-mercapto-1-hexanol sobre superfície de ouro utilizando diferentes proporções estequiométricas desses tióis, encontrou valores de cobertura superficial em torno de 1,1x10-9 mol cm-2, evidenciando que a sam obtida pela mistura dos dois tióis na proporção aqui descrita possui alto grau de cobertura superficial. em biossensores, as medidas de voltametria cíclica auxiliam na verificação da imobilização de biomoléculas na superfície do eletrodo pela observação da variação do perfil voltamétrico [20]. em um eletrodo limpo e sem biomoléculas imobilizadas em sua superfície, um par redox fornece um voltamograma com picos de oxidação e redução. a curva au na figura 2 apresenta esta situação para o processo redox do par ferri/ferro em ouro. com a imobilização de uma biomolécula, há o impedimento físico do eletrodo e, desta maneira, as espécies eletroativas tem dificuldade em reduzir ou eclética química, 39, 244-256, 2014. 252 oxidar. como consequência, os picos de oxidação/redução se distanciam um do outro e o sinal de corrente diminui, evidenciando que o sistema está se tornando cada vez mais irreversível. a curva sam da figura 2 exemplifica esta descrição e mostra que o uso da mistura de 6-mercapto-1-hexanol com mua bloqueia totalmente o processo redox do par ferri/ferro e, portanto, evidencia um elevado grau de recobrimento da superfície de ouro, corroborando os valores encontrados por meio da técnica de qcm. -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -750 -500 -250 0 250 500 750 i ( a ) potencial (v vs ag/agcl) au sam figura 2. observação do processo de imobilização da mistura de tióis sobre o eletrodo de ouro no cristal de quartzo por voltametria cíclica antes da imobilização (curva au) e após a imobilização (curva sam). a inexistência de picos na curva do sistema com a sam evidencia a imobilização dos tióis na superfície de ouro do cristal de quartzo. 3.2 adsorção de gelatina sobre a superfície de ouro funcionalizada com sam. como exemplo de adsorção de proteína sobre a superfície de ouro funcionalizada com sam mista, foi utilizada uma solução de gelatina 0,1 mg/ml em tampão tris-hcl (ph 8,0) contendo 20 mm de nacl. gelatina é uma proteína comumente empregada para bloqueio em estudos de afinidade entre proteínas, como entre lectina-glicoproteína [3]. na figura 3 é mostrado o monitoramento de δfn=3 e δdn=3 em função do tempo para a adsorção da gelatina, durante um período de duas horas e trinta minutos. eclética química, 39, 244-256, 2014. 253 figura 3. processo de adsorção de gelatina 0,1mg/ml em solução tampão tris-hcl (ph 8,0) sobre superfície de ouro funcionaliza com a sam. a seta em a indica o início do processo de injeção da amostra, enquanto em b o início da lavagem do cristal com solução tampão. a seta em a mostra o início da injeção de solução de gelatina. antes desse ponto corresponde ao intervalo de tempo destinado à estabilização de δf e δd. após iniciar a injeção de solução de gelatina, foi possível observar rápido decaimento de δf. conforme a relação de sauerbrey (equação 1), como um decréscimo de δf corresponde ao aumento de massa sobre o cristal de quartzo, é possível afirmar que a variação positiva de massa corresponde ao processo de adsorção da gelatina. após o decaimento rápido, δf alcança um mínimo em -20 hz durante todo o período destinado ao processo de adsorção. após iniciar o processo de lavagem, indicado pela seta em b, δf praticamente não se altera e permanece constante até o final do processo. o valor encontrado em triplicata para o processo é δffinal = 24,3 ± 3,8 hz. diferentemente da formação da monocamada, a curva δf(t) possui um rápido decréscimo quando o a injeção de gelatina é iniciada e permanece praticamente inalterada ao longo de todo o processo de adsorção, evidenciando que a adsorção de gelatina é um processo rápido. os valores de dissipação energético em função do tempo, δd(t), possuem uma cinética parecida, mas não idêntica ao comportamento da curva de δf(t). ao injetar a solução de gelatina, δd aumenta até valores próximos de 4x10-6, permanecendo praticamente inalterável até mesmo após a etapa de lavagem. o valor encontrado em triplicada é δdfinal = (3,6 ± 0,2)x10-6 . eclética química, 39, 244-256, 2014. 254 a relação encontrada de -δd/δf, neste caso, de (1,5 ± 0,3)x10-7 hz-1 é um valor maior daquele encontrado por campiña para formação de filme rígido, e representa um filme com propriedade viscoelástica, ou seja, não é um filme rígido. outra análise que pode ser realizada por meio da técnica de qcm-d, em especial em processos de adsorção de proteínas, é por meio da elaboração de gráfico de δd x δf, conhecido com d-f plot. neste tipo de gráfico, mostrado na figura 4, o parâmetro tempo está implícito, e é possível observar, pontualmente, quanto de dissipação energética é perdido por unidade de variação de frequência (massa). por meio desse gráfico, é possível verificar diferentes etapas no processo de adsorção e evidenciar a formação de uma ou múltiplas camadas de proteína sobre o substrato [2123]. figura 4. curva d-f para o processo de adsorção de gelatina sobre a superfície da sam mista. a seta em a mostra o início da injeção da amostra de gelatina (0,1mg/ml), enquanto a b, o início da injeção de solução tampão tris-hcl (ph 8,0) para a lavagem do cristal. perceba que a relação δd/δf é praticamente linear em todo o processo de eclética química, 39, 244-256, 2014. 255 adsorção. o esquema mostrado acima exemplifica a ligação da gelatina na superfície da sam. é possível observar na curva d-f mostrada na figura 4 comportamento linear na relação δd/δf durante todo o processo de adsorção da gelatina sobre a sam mista. este comportamento é indício de que a proteína se adsorve em uma única etapa que pode ser atribuída a formação de uma simples camada. um desvio da linearidade pode ser indicativo de várias etapas no processo de adsorção com alteração na propriedade viscoelástica do filme, conforme descrito nos trabalhos de höök [21-23]. 4. conclusão a formação da sam pode ser descrita por um processo com duas etapas de cinética diferenciada. a primeira em que as moléculas de tiol se adsorvem rapidamente na superfície metálica, acompanhada pela segunda em que ocorre o processo organizacional, permitindo novas moléculas de adsorverem. tanto os resultados obtidos pela técnica de qcm como pelos perfis voltamétricos antes e depois da imobilização dos tióis evidenciaram alto recobrimento da superfície de ouro e, como consequência, poucos defeitos na monocamada formada. como exemplo de adsorção de proteína sobre a sam foi estudado a adsorção de gelatina. por meio da técnica de qcm-d, foi possível verificar que o processo de adsorção ocorre em uma única etapa, resultado na formação de uma monocamada com propriedade viscoelástica, ou seja, não rígida quando comparada com a sam. 5. agradecimentos os autores agradem à capes, cnpq e fapesp pelo suporte financeiro. 6. referências [1] t.-y. lin, c.-h. hu, t.-c. chou, biosens. bioelectron. 20(1) (2004) 75. 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[23] m. rodahl, f. höök, c. fredriksson, c. a. keller, a. krozer, p. brzezinski, m. voinova, b. kasemo, faraday discuss. 107(1997) 229. editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | editorial the editor is very happy to announce the first issue of eclética química journal of 2019, hoping from now on the dawn of a new era for eqj. this issue contains a review on the state-of-the-art advances for co2 electro-chemical reduction using metal complex molecular catalysts. for this purpose, the authors claimed that in order to increase metal complexes molecular catalysts application, it is imperative to overcome their poor stability which is a significant challenge. following this review, the readers can find a description of a new method for the elimination of residual drugs from pharmaceutical and domestic sources, based on electrocoagulation techniques, consisting of a pilot prototype development and its application to remove these contaminants and decrease significantly the toxicity of treated water. in sequence, the quantification of cadmium with an acceptable repeatability and good accuracy was presented employing noncommercial electrodes and minimal instrumentation, which can be accessed by many laboratories with scarce economic resources. in the last article, a new and simple method for cr speciation and cr(vi) determination in leather samples is described using the capture of digital images with a mobile phone and their processing with a free app called photometrix, and the results are compared to the reference methods. the editor and his team thank all authors for their valuable contributions, and reviewers for their outstanding collaboration. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index vol32n3_v3.pmd www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 3, 2007 abstract: 2,4 dimethoxybenzoates of mn(ii), co(ii) and cu(ii) have been synthesized as hydrated or anyhydrous polycrystalline solids and characterized by elemental analysis, ir spectroscopy, magnetic studies and x-ray diffraction measurements. they possess the following colours: mn(ii) – white, co(ii) – pink and cu(ii) – blue. the carboxylate groups bind as monodentate, or a symmetrical bidentate bridging ligands and tridentate. the thermal stabilities were determined in air at 293-1173k. when heated the hydrated complexes dehydrate to from anhydous salts which are decomposed to the oxides of respective metals. the magnetic susceptibilites of the 2,4-dimethoxybenzoates were measured over the range 76-303 k and their magnetic moments were calculated. the results reveal the complexes of mn(ii), co(ii) to be high-spin complexes and that of cu(ii) to form dimer. keywords: 2,4-dimethoxybenzoates; magnetic properties of mn(ii), cu(ii), co(ii) and nd(iii); thermal stability; ir spectra. introduction the preparation and investigations of 2,4dimethoxybenzoates of mn(ii), co(ii) and cu(ii) are presented in this paper because, on one hand, the carboxylates play on important role in inorganic and bioinorganic chemistry, and then again many metal cations in a great number of various biological processes, especially six – membered ring system, are components of several vitamins and drugs [1,2]. morover, carboxylates of d and 4f ion elements depending on their magnetic properties as magnets may by used in the modern branches of techniques and technology as electric materials, and they may have applications as precursors in superconducting ceramic and magnetic material productions. according to literature survey compounds of various organic ligands also with dimethoxybenzoic acid have been studied. therefore, there are papers that deal with their complexes with d and mainly 4f metal ion elements [3-13]. the complexes described in the above – mentioned papers were synthesized and characterized by elemental analysis, and ir spectra. their thermagravimetric studied, x-ray diffraction and magnetic measurements were also presented. 2,4 – dimethoxybenzoic acid is a crystalline solid sparingly soluble in water and its meltig point is 109° c [14,15]. it is used in various branches showing then different applications [16-19]; in biochemistry to form esters, in medicine and in pharmacy for the preparation of modern medicinies and in ion – exchange chromatography to analyse the new organic compounds. the compounds of 2,4 – dimethoxybenzoic acid are very little magnetic, thermal and spectral characterization of 2,4dimethoxybenzoates of mn(ii), co(ii) andcu(ii). w.ferenc1*, k.czapla1 and j.sarzy2 1faculty of chemistry, maria curie-skodowska university, pl 20-031 lublin, poland 2institute of physics, maria curie-skodowska university, pl 20-031 lublin, poland *wetafer@hermes,umcs.lublin.pl 7ecl. quím., são paulo, 32(3): 7-12, 2007 table 2. frequencies of the absorption bands of cooand m-o group vibrations for 2,4dimethoxybenzoates of mn(ii), co(ii), cu(ii) and na(i) and that of co for 2,4-dimethoxybenzoic acid (cm-1). complex l=c9h9 o4 4.52 14.30 14.31 cul2 · h2o 48.70 48.57 4.50 4.30 13.20 13.16 col2 51.30 51.77 4.30 4.40 14.00 13.00 mnl2 51.80 51.60 4.30 c / % h / % m / % calcd. found calcd. found calcd. found table 1. elemental analysis data of mn(ii), co(ii) and cu(ii) 2,4-dimethoxybenzoates. complex νc=o νas coo νs coo δν coo ν m-o l= c9h9o4 1404 216 1372 248 col2 1628 1408 220 420 cul2·h2 o 1608 1400 208 500 208 hl 1670 nal 1604 1396 mnl2 1620 420 known. a survey of the literature shows that it is possible to find papers on its salts with some cations and on the investigations of some of their chemical properties. the salts of 2,4 – dimethoxybenzoic acid anion were obtained in the solid state only with lanthanide metal ions [20-23] and some of their properties were studied. the 2,4 – dimethoxybenzoates of mn(ii0, co(ii) and cu(ii) have not been obtained. therefore, the aim of this work was to prepare them as solids and to examine some of their physicochemical praperties including thermal stability in air during heating to 1173k, ir spectral characterization, x-ray powder investigations and magnetic behaviour in the range of 76-303k. thermal stability investigations give information about the process of decompositions and the magnetic susceptibility measurements let study the kinds of the way of central ion cordination and the nature of bonding between central ions and ligands. experimental details for the preparation of the complexes the following chlorides of dblock elements were used : mncl2 ·4h2o, cocl2 · 6h2o and cucl2 · 2h2o (reagents – chemical enterprise in lublin (poland)). the 2,4 – dimethoxybenzoic acid used for the prepartion was produced by aldrich chemical company. in the experiments the solution of nh3aq (25%) produced by polish chemical reagents in glivice (poland) was also used. the contents of carbon and hydrogen were determined by elemental analysis using a chn 2400 perkin-elmer analyzer. the contents of m2+ metals were established by asa method using asa 880 spectrophotometr (varian). the ir spectra of complexes were recorded over the range of 4000-400 cm-1 using m-80 spectrophotometer (zeiss, jena). samples for ir spectra measurements were prepared as kbr discs. the x-ray diffraction patterns were taken on a hzg-4 (zeiss, jena) diffractometer using ni filtered cukα radiation. the measurements were made within the range 2θ = 4-80º by means of the debye – scherrer – hull method. 8 ecl. quím., são paulo, 32(3): 7-12, 2007 figure 1. dependence of i/io vs. 2θ for mn(ii), co(ii), and cu(ii) 2,4 dimethoxybenzoates. complex δta / k nb final product of decompo sition l= c9h9o4 calcd. found in solid state cul2 · h2o 369.2 – 413.6 4.06 4.15 1 cul2 cul2 495 -731 82.08 75.53 cuo col2 509.8 – 776.2 82.43 78.02 co3o4 mnl2 458 820 81.1 76.36 mn2o3 mass loss / % table 3. temperature range of thermal stbility of mn(ii), co(ii), and cu(ii) 2,4dimethoxybenzoates in air. äta – temperature range of decomposition procesesses, nb numbert of water molecules lost in the dehydration process t / k χm · 106 μeff / mb t / k χm · 106 μeff / mb t / k χm · 106 μeff / mb 76 40058 4.94 76 29960 4.27 76 673 0.64 123 28522 5.30 123 19611 4.40 123 815 0.90 133 26468 5.31 133 18179 4.40 133 887 0.97 143 25113 5.36 143 17054 4.42 143 906 1.02 153 24018 5.43 153 15984 4.43 153 953 1.08 163 22551 5.43 163 15017 4.43 163 967 1.12 173 21388 5.44 173 14208 4.44 173 996 1.17 183 20316 5.46 183 13529 4.45 183 1005 1.21 193 19402 5.48 193 12860 4.46 193 1024 1.26 203 18589 5.50 203 12283 4.47 203 1039 1.30 213 17788 5.51 213 11707 4.47 213 1043 1.33 223 17043 5.52 223 11084 4.45 223 1043 1.37 233 16331 5.52 233 10721 4.47 233 1039 1.39 243 15688 5.53 243 10294 4.48 243 1039 1.42 253 15203 5.55 253 9959 4.49 253 1039 1.45 263 14774 5.58 263 9615 4.50 263 1034 1.48 273 14153 5.56 273 9531 4.56 273 1043 1.51 283 14187 5.67 283 9057 4.53 283 1029 1.53 293 13724 5.67 293 8787 4.54 293 1029 1.55 303 13363 5.69 303 8527 4.55 303 1020 1.57 mnl2 l=c9h9o4 col2 cul2 · h2o 9ecl. quím., são paulo, 32(3): 7-12, 2007 figure 3. relationship between magnetic susceptibility values vs. temperatures for cu(ii) 2,4-dimethoxybenzoate. table 4. magnetic data for the studied compounds of mn(ii), co(ii) and cu(ii). the thermal stability and decomposition of the complexes were studied in air using a setsys 16/18 (setaram) tg, dtg i dta instrument. the experiments were caried out under air flow in the temperature range of 297 – 1173k. samples ranging between 5.00 mg and 5.07mg were heated in al2o3 crucibles. magnetic susceptibilities of polycrystalline samples of the studied 2,4dimethoxybenzoates were investigated at 76 – 303k. the measurements were caried out using the gouy method. mass changes were obtained from cahn rm-2 electrobalance. the calibrant employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility of 8.08 ·10-3cm3 mol-1. correctians for diamagnetism of the constituent atoms was calculated by the use of pascal’s constants [24,25]. magnetic moments were calculated according to the equation: complexes the complexes of mn(ii), co(ii) and cu(ii) were prepared by adding the equivalent quantities of 0.1m ammonium 2,4 –dimethoxybenzoate (ph~ 5) to a hot solution containing the mn(ii), co(ii) and cu(ii) chlorides and crystallizing at 293k. the solids formed were filtered off, washed with hot water and methanol to remove ammonium ions, and dried at 303k to a constant mass. figure 2. dependence between magnetic susceptibility values vs. temperature for co(ii) complex. 4 µeff = 2.83 (χmt)1/2 (1) µeff = 2.83 (χmt)1/2 ·1.257 · 10-6 m · kg · s-2 a-2 (1*) results and discussion 2,4dimetothoxybenzoates of mn(ii), cu(ii), co(ii) were synthesized as polycrystalline solids with a metal to ligand mole ratio of 1:2 and the general formula m(c9h9o4)2 . nh2o for divalent ions, where m(ii) = cu, co, mn and n = 1 for cu(ii) n = 0 for co(ii) and mn(ii) (table 1). their colours are following: for co – pink, cu – blue, mn – white. in cu(ii), co(ii) and mn(ii) compounds the d’!d electron transitions are those of the lowest energy and absorption occurs at relatively high wavelengths that depends on the nature of the metal ions. the complexes were characterized by elemental analysis (table 1). the compounds exihibit similar solid state ir spectra. some of the results are presented in table 2. the band at 1670 cm-1 originating from cooh group, presented in the spectrum of the acid, is replaced in the spectra complexes by two bands at 1628-1548 and 1408-1388 cm-1, which can be ascribed to the asymmetric and symmetric vibrations of coogroup, respectively [26-28]. the bands of c-h asymmetric and symmetric stretching vibrations of ch3 groups are observed at 2950-2930 and 2850-2820 cm-1, respectively. the bands of υ(c-c) ring vibrations appear at 1475-1440, 11751160, 920-900 and 830-780 cm-1. the band with the maximum at 3310-3100cm-1 in the spectrum of 2,4-dimethoxybenzoate of cu(ii) is characteristic for υ(oh) vibration. the bands corresponding to metal-oxygen stretching appear at 500-420 cm-1. the table 2 presents the values of the two band frequencies of asymmetrical and symmetrical vibrations for carboxylate group for 2,4dimethoxybenzoates of mn(ii), cu(ii), co(ii) and na(i). the difference, ∆υ, between the frequencies υ as(oco-) and υ s(oco-) in the complexes are higher or lower (248;160 cm-1) than that in the sodium salt (∆ υ = 208 cm-1). according to the spectroscopic cryteria [26,29,30] the carboxylate ions appear to be monodentate, bidentate bridging or chelating and tridentate groups. in the complex of cu(ii) the carboxylate group is bidentate bridging while in that of co(ii) it is tridentate or one is monodentate and second bidentate one. in the spectrum of mn(ii) compound two bands of symmetrical carboxylate group vibrations appear. therefore these groups seem to be bidentate briding and monodentate ones. from the x-ray diffraction patterns recorded for the 2,4 – diethoxybenzoates of mn(ii), co(ii) and cu(ii) it appears that they are crystalline of low symmetry and large size of the unit cells. they have different crystal structures (fig.1). the termal stability of mn(ii), co(ii), cu(ii) 2,4dimethoxybenzoates was studied in air at 293-1273k (table 3). during heating to 1273k the cu(ii) complex dehydrates in one step. in the temperature range of 369,2-413,6k it losses one water molecule and forms anhydrous salt. the loss of mass calculated from tg curve is equal to 4,15% and, the theoretical value is 4,06%. the anhydrous salt at 495-731k is decomposed to cuo that is a final product of complex decomposition. the intermediate compounds formed in this range of temperature may contain cu and cu2o that being next oxidized to cuo. the residue mass calculated from tg curve is equal to 20.8%, while that theoretically calculated 18.69%. this discrepancy probably appears from the rest of cu2o in the final mass of complex decomposition, which was indicated by elemental analysis, ir spectra, and x-ray powder diffractogram. the mass loss calculeted from tg curve is equal to 79,2% (theoretical value is 81,31%). the dehydration process, in this case, is connected with an endothermic effect seen on dta curve, while the combustion of the organic ligand is accompanied by exothermic one. considering the temperature at which the dehydration process occurs and the way in which it proceeds, it is possible to assume that the 10 ecl. quím., são paulo, 32(3): 7-12, 2007 water molecule is in the outer coordination sphere of the complex [32,33]. the anhydrous 2,4-dimethoxybenzoates of mn(ii), co(ii) in the temperature range of 458-909k are decomposed to the oxides mn2o3, co3o4, respectively. the mass losses calculated from tg curves being equal to 81,6-80%(theoretical values are 81,1-80,9%) correspond to their formations as the final products of complex decompositions. in the case of co(ii) complex the co and co2o3 are surely the intermediate products of complex decomposition. the final mass calculated from tg curve is equal 20.0% while the theoretically value is 19,1%. these worths correspond to the co3o4 formation that was identified by ir spectra and x-ray powder diffractogram. the anhydrous 2,4 – dimethoxybenzoate of mn(ii) is directly decomposed to mn2o3 that is the final product of complex decomposition. its contains (found mass 18,4%) calculated from tg curve is in good accordance with mn2o3 formation (theoretical value: 18,9%). it was identified by ir spectra and x-ray powder diffractogram. the results indicate that the thermal decompositions of 2,4dimethoxybenzoates of mn(ii), cu(ii), co(ii) in air proceed in the following ways: the magnetic susceptibility of 2,4dimethoxybenzoates of mn(ii), cu(ii), co(ii) was measured over the range of 76303k (table 4). the measured values for mn(ii), co(ii) obey the curie-weiss law, suggesting a weak ferromagnetic interaction (fig. 2). the magnetic moment values experimentally determined at 76303k for mn(ii), co(ii) compounds change from 4,94 mb to 5,69 mb for mn(ii) compound, from 4,27 mb to 4,55 mb for co(ii) complex. these magnetic moment data are very close to the spin only values for the respective ions calculated from the equation µ eff = [4s(s+1)]1/2 in the absence of the magnetic interaction for present spin-system. the magnetic moment values calculated at room temperature for mn(ii), co(ii) and cu(ii) ions are equal to 5.9 mb, 3.88mb and 1.73mb , respectively. for mn(ii), co(ii) and cu(ii) the magnetic moment values may be different, than the spin-only worth. in the case of co(ii) compound they are higher than the spin – only value. this difference between measured and caluculated data results from spin – orbital coupling [34]. for mn(ii) and cu(ii) complexes these values are lower. this is due to the fact that the vectors l and s are aligned by the strong field of the heavy atom in opposite directions and this diminishes the resultant magnetic moment. the experimental data suggest that compounds of mn(ii) and co(ii) seem high-spin complexes with probably weak ligand fields [35]. the magnetic susceptibility values of 2,4-dimethoxybenzoate of cu(ii) incrase with rising temperatures suggesting a weak antiferromagnetic interaction(fig.4). the magnetic moment values experimentally determined change from 0,64 mb (at 76k) to 1,57 mb (at 303k). these values are lower than the d9 spin-only magnetic moment ìeff = 1,73 mb. such dependence is a typical behaviour for copper dimer (table 4, figs. 3) [35-38]. the magnetic moment values of the cu(ii) complex decrease from 1.57mb at 303k to 0.64mb at 76k, as a consequence of depopulation of the excited triplet (s = 1) state. it is well – known that the interaction between two s = ½ metal atoms in a dimer leads to two molecular states: a spin singlet (s = 0), and a triplet (s=1) separated by 2j. the interaction will be antiferromagnetic (j<0) if s=0 it is the ground state; on the contrary if s=1 the interaction will be ferromagnetic (j>0) [39-43]. the suggested formula for the cu(ii) complex is cu2l4(h2o)2. 11ecl. quím., são paulo, 32(3): 7-12, 2007 6 cul2٠h2o → cul2 → cuo mnl2 → mn2o3 col2 → co3o4 where l= c9h9o4 [1] s.c. mojumdar, d. hudecová, and m. melnik, pol. j. chem., 73 (1999) 759 [2] m. mc cann, j. f. cronin, and m. devereux, polyhedron, 17 (1995) 2327 [3] w. ferenc, and a. walków-dziewulska, collect. czech. chem. commun. 65(2) (2000) 179 [4] w. ferenc, and a. walków-dziewulska, j. therm. anal. cal., 61 (2000) 923 [5] w. ferenc, and a. walków-dziewulska, j. serb. chem. soc., 66 (2001) 543 [6] w. ferenc, and a. walków-dziewulska, j. therm. anal. cal., 71 (2002) 375 [7] w. ferenc, a. walków-dziewulska, and s. kuberski, chem. pap., 57 (2003) 375 [8] w. ferenc, a. walków-dziewulska, and j. chruœciel, j. serb. chem. soc., 68 (2003) [9] w. ferenc, and a. walków-dziewulska, j. therm. anal. cal., 74 (2003) 511 [10] w. ferenc, a. walków-dziewulska, p. sadowski, and 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of water molecule at the apex [44]. in manganese(ii) and cobalt(ii) 2,4 dimethoxybenzoates the ligands behave as tridentate groups. cations are presumably in octahedral coordination. received 26 april 2007 accepted 03 june 2007 12 ecl. quím., são paulo, 32(3): 7-12, 2007 a09v32n2.pdf 55 www.scielo.br/eq covalent anion of li(hf) 3 system. an ab initio study j. lu1, a. f. jalbout 2,3*z. zhou1 1department of chemistry, qufu normal university, shandong, qufu 273165, people’s republic of china and state key laboratory of crystal materials, shandong university, shandong,jinan 250100, people’s republic of china. 2international research enterprises, 811 n alvernon rd., tucson, arizona 85711 usa 3department of chemistry, the university of arizona, tucson, arizona, 85721, usa *afjalbout@lycos.com abstract: in this paper, we report the stability of the li(hf) 3 molecular anion calculated at the mp2/631++g** and ccsd(t)/6-31++g** level of theory. five possible conformers of li(hf) 3 molecular anions have been determined employing ab initio mp2 method with 6-31++g** basis set. the most stable conformer of five li(hf) 3 anions is in a cyclic ring structure li(hf) 3 -(1). from our calculations we show that the molecule is stable towards electron attachment, with an electron adiabatic electron affinity (aea) of 199.5 mev (233.1 mev with zero point energy correction) and 471.3 mev at the mp2 and ccsd(t) levels, respectively. in addition we present vertical detachment energies of 230.2 mev and 795.8 mev at the mp2, ccsd(t), respectively. the importance of the latter has to do with the ability of experimental detection of this value. keywords: li systems; covalent anion; ab initio; electron affinity; vertical detachment energy. introduction the study of hf clusters in theoretical chemistry has gone back via an extensive array of previous studies. it begins with the theoretical study of the dipole-bound states of these molecules [1]. in this study adamowicz and coworkers explored the neutral structure and anions of (hf) 3 as well as (hf) 4 -. they concluded that the most stable anion structures were in a cyclic ring structure. they also computed a vertical detachment energy (vde) of 210 mev and an adiabatic electron affinity (aea) of 44 mev, thus exemplifying some stability in relation to ionization. in subsequent studies a system of anions with suspended electrons (aise) was investigated [2] for the (hf) 3 system. in this study it was shown that the most stable arrangment of hf molecules was in a (hf) 2 ···e···hf, where e is an excess electron. this type of system was predicted to result from electrostatic and dispersion interactions from the hf monomers, yielding an interatomically solvated electron. a vde value of around 44 mev was obtained, which was an excellent agreement with the experimental data of 43 mev when ccsd(t) calculations were carried out on mp2 geometries. it was concluded, that although these systems are higher in energy than typical dipole-bound or covalent anions, their stability in the gas phase is probably due to kinetic factors, and that they can form at elevated temperatures. after these calculations were performed, we later extended this work to show that the electrostatic field of a larger (fh) 4 ·e·(hf) 4 can also trap excess electrons in the same manner [3]. in this paper we propose the complexation of a li atom with the (hf) 3 system. we consider the most stable anion arrangments as considered by adamowicz and co-workers, and extend it to our systems. five conformers of li(hf) 3 anions have been found at the mp2/6-31++g** level. our calculations suggest that the most stable structure is a cyclic-li(hf) 3 molecular framework. this can be seen from the energies in table 1. we also present vde values and ir frequencies which are useful in experimental verifications of electronic structure calculations [4] via photoelectron spectroscopy (pes) methods. ecl. quím., são paulo, 32(2): 55-59, 2007 volume 32, número 2, 2007 56 results and discussion the main question we are trying to answer here is if there is a stable complex that can form between the hf trimer anion system and li, and if so to calculate a structure and a vde value for it. to do this we have carried out calculations with the gaussian03 [5] software package. five possible conformers of li(hf) 3 /li(hf) 3 system have been found with the mp2/6-31++g** level. the adiabatic electron affinities (aea) and the vertical electron detachment energies (vde) of five li(hf) 3 /li(hf) 3 system have been calculated employing ab initio hartree-fock, second-order moller-plesset perturbation theory (mp2) method and the coupled cluster ccsd and ccsd(t) methods with 6-31++g** basis set, respectively. the values calculated are displayed in table 2. in addition 3d plot of the most stable anionic orbital was carried out with the molden package [6]. the results will be described below. in table 1 we present the total energies of the systems (in hartrees/particle) at mp2/6-31++g** level. from table 1, we can see that the energy orders of five li(hf) 3 anionic states and five li(hf) 3 neutral states are both e(2)> e(3)> e(4)> e(5)> e(1). this indicates that the li(hf) 3 (1) are the most stable conformers both in anionic and neutral states. however, the conformers of li(hf) 3 (2) are not stable both in anionic and neutral states, which is different from the situation the most stable arrangment of hf molecules was in a (hf) 2 ···e···hf in the (hf) 3 system[2]. li(hf) 3 -(1) li(hf) 3 (1) li(hf) 3 -(1) figure 1.structures of li(hf) 3 -(1) anion and li(hf) 3 (1) neutral state and homo plot of li(hf) 3 -(1) anion at the mp2/6-31++g** level. the homo plot is shown at a counter spacing value of 0.05 bohr –3/2. from figure 1 we can see the most stable structure of the li(hf) 3 anion system. the structure of li(hf) 3 (1) neutral state is also displayed in figure 1 in order to compare to the structure of li(hf) 3 -(1) anion. as we can see for the li(hf) 3 -(1) anion the li-f6 distance between li and the first hf system is around 2.0 angstroms, which is slight longer than that in li(hf) 3 (1) neutral state, and around 2.7 angstroms between li and the second hf monomer, which is also slight longer than that in neutral state. the hf—hf interaction distances occur at a distance of around 1.6 angstroms, which is quite typical for this type of interaction. the figure also shows the (highest occupied molecular orbital) homo plot of the most stable anion. it is quite interesting to see that majority of the electron density lies between the li-f at which the highest distance separates them. this can be explained by electrostatic and dispersion interactions. the net atomic charge of atoms li and f6 in li(hf) 3 (1) molecule are 0.077 and –0.873, respectively, therefore the electrostatic interaction is attractive with each other. however, the net atomic charge of atoms li and f6 in li(hf) 3 (1) anion are –0.873 and –0.388, respectively, therefore the electrostatic interaction becomes repulsive with each other owing to their like electric charges. this make the elongation of the li-f6 distance reasonable. this is also consistent with previous results on the uracil-dimer anion system, for which the molecules were almost two times farther from each other in the anion than in the neutral coutnerpart [7]. from these results we can conclude that the anion is being stabilized by hf systems. we can also explain this behavior by comparing them to larger systems. for example, structural couplings of uracil and simple systems (such as hf, h 2 o) where proposed in which their anions are higher in energy than the dipole-bound anions of their clusters. therefore, small simple systems act as “spectators” that stabilize the electron density localized on the molecule, in the cluster anion. this is an agreement for the results in calculations on the trimer anion system of adamowicz [2]. using this information, one can also assume that the stabilizing force in the li(hf) 3 can be attributed to this situation as well, whereby ecl. quím., são paulo, 32(2): 55-59, 2007 the hf monomers act to solvate the extra charge imposed on this system. 57 in table 2 we present the vertical detachment energies (vde) and the adiabatic electron affinities (aea) of the system all in mev. as we can see from the table 2, for the most stable li(hf) 3 (1)/ li(hf) 3 -(1) system, with a cyclic structure, the anion is stable when compared to the neutral structure, with an mp2/6-31++g** aea value of around 199.5 mev (233.1 mev with zero point energy correction) and a ccsd(t)/6-31++g**// mp2/6-31++g** value of around 471.3 mev. while mp2 is known to provide very accurate geometries, as well as zero-point energies (zpe), the ccsd(t) approximation to the energy is more accurate. when we compared the mp2/6-31+g* geometries to those of the ccsd(t)/6-31+g* the differences were minimal and we expect the same trend with a larger basis set. after optimization of the anion structure, we wanted to calculate the vertical detachment energy (vde) of it. in this computation we took the mp2 ecl. quím., são paulo, 32(2): 55-59, 2007 58 geometry from the previous calculation, and calculated the mp2/6-31++g** energy of the neutral molecule at the anion geometry. for the vde we obtain a value of 230.2 mev (mp2), and 795.8 mev(ccsd(t)//mp2), which also shows stability relative to electron detachment. overall, the anion appears to solvate charge very well as is evident by the high vde values. the vde value is important since it is an experimentally observable physical value. li(hf) 3 -(2) li(hf) 3 -(3) li(hf) 3 -(4) li(hf) 3 -(5) figure 2: four metastable conformers of li(hf) 3 anion at the mp2/6-31++g** level. in figure 2, other four metastable conformers of li(hf) 3 anion at the mp2/6-31++g** level are displayed. for the li(hf) 3 (2)/li(hf) 3 -(2) system, with “linear” shape, the anion is not stable when compared to the neutral structure, with an mp2/631++g** aea value of around –204.1 mev (-175.7 mev with zero point energy correction) and vde value of –202.2 mev. for the li(hf) 3 (3)/li(hf) 3 -(3) system, with “zig-zag” shape, with an mp2/6-31++g** aea value of around 142.9 mev and vde value of 163.8 mev, and this indicates that the anionic state is stable with respect to electron detachment adiabatically. for the li(hf) 3 (4)/li(hf) 3 -(4) system, with “t” shape, with an mp2/6-31++g** aea value of around 365.4 mev and vde value of 403.1 mev, and this indicates that the anionic state is stable with respect to electron detachment adiabatically. for the li(hf) 3 (5)/li(hf) 3 -(5) system, with “three-legged” shape, with an mp2/6-31++g** aea value of around 231.3 mev and vde value of 215.8 mev, and this indicates that the anionic state is stable with respect to electron detachment adiabatically. in table 3 we present mp2/6-31++g** harmonic vibrational frequencies (in cm-1) for the li (hf) 3 (1) and li(hf) 3 -(1) molecules. as we can see that the frequencies of the anion are higher than corresponding values of the neutral state. this indicates that the anion is in fact more floppy than the neutral molecule although the equilibrium structure has been reached. the frequencies are important as an archive for future experimentalists exploring this system. ecl. quím., são paulo, 32(2): 55-59, 2007 59 conclusions in this work we have presented the electronic structure and vibrational frequencies for the most stable li(hf) 3 (1)/li(hf) 3 -(1) system. we have seen that the molecular structure is in fact cyclic, with the li penetrating a chain of hf. in addition, we have shown that the vde value of 795.8 mev at the ccsd(t)/6-31++g**//mp2/6-31++g** level of theory which represents a very good estimate of it. other four metastable conformers of li(hf) 3 / li(hf) 3 system have been displayed in figure 2. the aea and vea of five li(hf) 3 /li(hf) 3 system have been calculated employing hf, mp2, ccsd and ccsd(t) methods and are listed in table 2. while the covalent anion of this system appears to be stable, the dipole moment (2.268 d) of the neutral li(hf) 3 (1) structure was too low to faciliate dipole-bound anion attachment. we did try calculation of a dipole-bound system, however, we did not observe any diffuse s character which is indicative of a dipole bound anion [8-12]. the present calculations pose a very interesting problem for experimental verification. the increased recent interest in hf solvated systems lead us to the analysis of this anion. particulary, the possibility of interatomic electron stabilization is very interesting to our research. as we saw for the li—(hf) 3 anion the excess electron density did reside in-between the li-f bond of one of the subunits. our current paper, can be used to justify the results in an alternate form of bonding, in which a metal molecule can also stabilize charge in small diatomic molecular cluster anions, and can be verified by an advanced form of photoelectron spectroscopy (pes). references [1] r. ramaekers, d. m. a. smith, j. smets, l. adamowicz, j. chem. phys. 107 (1997) 9475. 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https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 2 | 2021 | 48 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 heterogeneous photodegradation of bisphenol a and ecotoxicological evaluation post treatment bianca veloso goulart1 , patrícia maralyne lopes lisboa fagundes1 , amanda rosa peres1 , alessandra carolina da costa1 , ana lúcia fonseca2 , márcia matiko kondo1 , sandro josé de andrade1+ 1. federal university of itajubá, institute of physics and chemistry, itajubá, brazil. 2. federal university of itajubá, institute of natural resources, itajubá, brazil. +corresponding author: sandro josé de andrade, phone: +55 (35) 3629-1885, email address: sandroandrade@unifei.edu.br article info article history: received: may 12, 2020 accepted: september 08, 2020 published: april 01, 2021 keywords 1. emerging contaminants 2. titanium dioxide 3. ecotoxicological assays 4. daphnia similis 5. raphidocelis subcapitata abstract: bisphenol a (bpa) is an emerging pollutant with endocrine disrupting properties that can be found at trace levels in various aqueous environments. conventional water and wastewater treatments are not designed to efficiently remove these substances. therefore, this work investigates the removal of bpa by an advanced oxidation process (aop), specifically heterogeneous photocatalysis using tio2. the influences of the tio2 concentration (1.0–10.0 mg l-1), ph (5.3 and 8.5) and effects matrix composition were studied for the removal of bpa at a concentration of 0.8 mg l-1. the results indicated that bpa was completely removed after 45 min of treatment using 7.5 and 10 mg l-1 of tio2, under constant aeration and artificial uv irradiation, at the different ph values. the use of solar radiation as an uv source was also effective, removing bpa after 60 min of irradiation at ph without adjustment, as well as at ph 8.5. ecotoxicological evaluation indicated that the post-treatment samples did not present acute effects towards daphnia similis. evaluation of chronic toxicity with raphidocelis subcapitata showed that there was a reduction in the negative effect of bpa under the growth rate of algae biomass after 60 min of treatment, compared to the initial sample. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 mailto:sandroandrade@unifei.edu.br http://orcid.org/0000-0003-3496-3465 http://orcid.org/0000-0001-9990-375x http://orcid.org/0000-0002-7318-9874 http://orcid.org/0000-0003-0081-9844 http://orcid.org/0000-0003-4339-6503 http://orcid.org/0000-0001-8782-6056 http://orcid.org/0000-0002-7520-840x original article iq.unesp.br/ecletica 49 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 1. introduction the endocrine disruptors (eds) are a class of substances that can interfere in the natural functioning of the endocrine system, resulting in health problems in animals and humans1. several studies have associated exposure to eds with disturbance of the human reproduction system, with effects including infertility, endometrioses, breast cancer, prostate cancer and decreased sperm production2. substances such as natural and synthetic hormones, as well as some drugs, are included in this class of substances2,3. endocrine disruptors have been found at trace levels (from μg l-1 to ng l-1) in various aqueous environments, including superficial water, groundwater, domestic wastewater, and even potable water4. among the synthetic compounds that are considered eds, one that is of increasing concern is bisphenol a [bpa, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl) propanol]. the worldwide production of bpa in 2015 exceeded 5.4 million tons. the bpa monomer is used in the production of polycarbonate plastics, epoxy resins, stickers, pipes, fire retardants and thermal papers. the main route of human exposure to bpa is by food and potable water consumption5–9. conventional water and wastewater treatments present limitations in terms of the ability to efficiently remove eds10. therefore, several alternative treatments are being investigated in order to improve their removal. among these, the advanced oxidation processes (aops) have shown high efficiency in the removal of organic contaminants, including bpa, from aqueous systems9,11,12. during aops, highly reactive radicals, especially the hydroxyl radical (•oh, with e° = 2.8 v), are generated, which can mineralize organic compounds to co2, h2o and inorganic ions13. heterogeneous photocatalysis using tio2/ultraviolet (uv) is an example of an aop. under ultraviolet irradiation (uv) with energy higher than the bandgap of the tio2, electrons from the valence band (vb) are excited to the conduction band (cb), resulting in an electron/hole pair (e-/h+) that can interact with adsorbed water or oxygen molecules, generating oxidant radicals14–16. organic contaminants and their degradation products can present potential risks to the environment17, with intermediate compounds sometimes being less biodegradable or more toxic than the parent compounds. the use of ecotoxicology bioassays represents a useful tool for evaluation of exposure to these substances18. the literature shows a great number of studies8,9,11 using aop for the removal of bpa from aqueous matrixes; however, there are few works of the ecotoxicological behavior of the samples after aop. the main objectives of the present work were to evaluate the efficiency of heterogeneous photocatalysis using tio2/uv for the removal of bpa (at a concentration of 0.8 mg l-1), as well as to investigate the possible toxic effects of the treated samples towards two trophic levels of aquatic organisms, namely the microalga raphidocelis subcapitata and the microcrustacean daphnia similis. 2. experimental 2.1 chemicals bisphenol a (c15h16o2, purity ≥ 99.0%) was purchased from sigma-aldrich (brazil). acetonitrile [high performance liquid chromatography (hplc) grade] was obtained from dinamica (brazil). the tio2 (p25) was from evonik (brazil). stock solutions of 1000 mg l-1 bpa were prepared in acetonitrile:water (60:40 v/v) and were stored at 8 °c, protected from light. high-purity water was produced using a milli-q (millipore) purification system. 2.2 photodegradation study a double-jacketed borosilicate glass reactor, as described by kondo and jardim15, was used for the bpa photodegradation assays. a mercury vapor lamp (125 w, λmax of 365 nm), delivering total accumulated radiation of 55.2 j cm-2 after 60 min, was installed in the reactor. the sample solution consisted of a 1.0 l volume containing 0.8 mg l-1 bpa. the lamp was turned on 10 min before initiation of the degradation process. assays were performed without ph adjustment (ph 5.3) and with adjustment to ph 8.5 using 1.0 mol l-1 solutions of naoh or hcl. the tio2 was added (1.0–10 mg l-1) and the suspension was http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 original article iq.unesp.br/ecletica 50 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 irradiated for 1 h at room temperature (23 °c) under constant aeration at a flow rate of 60 ml min-1. samples were withdrawn at 0, 15, 30, 45 and 60 min, filtered through an ester membrane (0.45 μm pore size) and stored prior to subsequent analysis by hplc. the natural degradation of bpa was evaluated using a solution containing 0.8 mg l-1 bpa, which was kept in the dark for 10 weeks. control assays were also performed using tio2, uv irradiation and aeration separately. solar radiation was also used as a source of uv. suspensions (1 l volume) containing the same initial concentration (0.8 mg l-1) of bpa and 10 mg l-1 of tio2 were placed in a glass container (30 × 23 cm, 2.8 cm high) and kept under solar irradiation for 1 h (average total radiation of 11.3 j cm-2). these assays were performed in the city of itajubá, in the state of minas gerais, brazil (latitude 22°24’45’’, longitude 45°26’58’’, 850 m above sea level), during july 2017. 2.3 chromatographic analysis the bpa concentration was monitored by hplc using an agilent 1260 infinity series chromatograph equipped with a fluorescence detector and a zorbax sb-c8 rapid resolution ht column (1.8 μm × 3.0 mm × 150 mm). the mobile phase was a mixture of acetonitrile and ultrapure water (60:40 v/v), under isocratic conditions for 10 min, at a flow rate of 0.20 ml min-1. the column temperature was 45 °c. the sample volume was 10 μl and bpa was detected using excitation and emission wavelengths of 275 (λexcitation) and 300 nm (λemission). validation of the method was carried out according to the guidelines provided by anvisa (brazilian national health surveillance agency), considering the following parameters: selectivity, linearity, limit of detection (lod), limit of quantification (loq), precision, accuracy and robustness19. 2.4 acute toxicity test with daphnia similis the acute toxicity assay was performed according to brazilian association of technical standards (nbr 12713/2016)20. samples of natural spring water were spiked with 0.8 mg l-1 of bpa, the ph was adjusted to 8.0 and the photocatalytic process was conducted using 10 mg l-1 of tio2 under artificial uv irradiation. samples were removed at different oxidation times (0, 15, 30, 45 and 60 min), followed by filtration (10 ml) and introduction of five neonates of d. similis (aged between 6 and 24 h). the samples were incubated at 22 °c in a static system with a 12 h light/dark photoperiod. the immobilized organisms were quantified after exposure times of 24 and 48 h. determinations were made of the initial and final values of conductivity, dissolved oxygen, ph and temperature. all experiments were performed with the samples in quadruplicates. determination of the median effective concentration (ec50) was performed using different concentrations of bpa (3.0, 5.0, 8.0, 10.0 and 12.0 mg l-1), with the calculations employing spear software21. the ec50 was used in order to establish whether the degradation samples caused any acute effects in the organisms. 2.5 chronic toxicity test with r. subcapitata chronic toxicity bioassays using the microalgae r. subcapitata were performed according to nbr 12648/201122. the inocula were incubated in autoclaved lc oligo culture medium. algae aged between 5 and 7 days (exponential phase of growth) were inoculated in 125 ml erlenmeyer flasks containing 100 ml of test solution (94.0 ml of lc oligo culture medium and 6.0 ml of treated sample), in order to obtain 105 cells ml-1. a control sample was prepared using 100.0 ml of lc oligo medium containing 105 cells ml-1. the inoculated samples were maintained for 72 h at 23 ± 2 °c, under 4500 µmol photons m-2 s-1, with shaking at 120 rpm. the erlenmeyer flasks containing the test media were arranged randomly on the table of the orbital shaker (model ma140, marconi), with their positions being changed daily. after 72 h, 5.0 ml aliquots of the samples were removed and fixed using 5% lugol in order to quantify the algal biomass. all the experiments were performed using the samples in triplicate. the final algal growth was analyzed by cell quantification using a neubauer chamber and an optical microscope. the results were calculated as the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 original article iq.unesp.br/ecletica 51 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 final algal biomass and the growth inhibition percentage (%i), according to eq. 1: %𝐼 = 𝑀𝑐−𝑀𝑎 𝑀𝑐 𝑥 100 (1) where mc is the average for the control cells and ma is the average for the cells in the test solution. 3. results and discussion 3.1 chromatographic conditions and method validation the quantification results showed a linear regression coefficient of 0.9995. the lod and loq values were 5.0 and 10.0 μg l-1, respectively. the retention time was 5.6 min and the method was selective and robust (± 5.0%). the accuracy was quantified using ultrapure water spiked with 0.3, 0.5 and 0.8 mg l-1 of bpa, with average recoveries between 95 and 102%. the precision of the method was determined considering the repeatability and the intermediate precision. 3.2 stability of bpa in aqueous solution the weekly evaluation of solutions of bpa at 0.8 mg l-1 showed an average recovery between 88 and 101% after 10 weeks. according to corrales et al.23, the half-life time of bpa in the environment is 38 days. under natural conditions, bpa can be removed by direct photolysis and biological degradation. in the present work, the natural degradation of bpa was not observed since the stability assays were performed in a closed and controlled environment. 3.3 control assays the experiments using tio2, uv irradiation and aeration separately did not show any bpa removal after 1 h, indicating that bpa was not adsorbed onto the tio2 surface and that aeration was ineffective in transferring bpa from the aqueous solution to the gas phase. in both cases, the bpa decrease was less than 1% of the original concentration. direct photolysis at ph 8.5 resulted in a 3% decrease of bpa after 1 h of irradiation, while no concentration change was observed using ph without adjustment. these results are similar to those obtained by silva et al.24, who used 120 mg l-1 tio2 (sigma– aldrich), without irradiation, and observed no removal of 5.0 mg l-1 bpa after 2 h. repousi et al.25 reported that 260 μg l-1 bpa in 20 mg l-1 humic acid solution did not undergo direct photolysis after 45 min of irradiation using a 100 w xe/o3 lamp. 3.4 bisphenol a photodegradation study 3.4.1 influence of tio2 concentration on bpa degradation considering the range of tio2 concentrations tested (from 1.0 to 10.0 mg l-1), the best efficiencies were obtained using 7.5 and 10.0 mg l-1, with removal of > 99% bpa after 45 min of irradiation, at both ph values employed (fig. 1). when 5.0 mg l-1 of the catalyst was used, bpa removal exceeded 98% after 1 h of reaction. use of tio2 at a concentration of 2.5 mg l-1 resulted in bpa removals of up to 80 and 88% after 1 h of irradiation at ph 5.3 and 8.5, respectively. at a tio2 concentration of 1.0 mg l-1, 40% bpa removal was obtained at both ph values. figure 1. comparison of the removal of 0.8 mg l-1 bpa from ultrapure water using artificial uv, tio2 and aeration. as can be seen in fig. 1, there were no significant differences between the bpa removals achieved at the different ph values. the effect of ph on the bpa http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 original article iq.unesp.br/ecletica 52 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 removal efficiency was due to the ionization of the molecule at basic ph, along with different surface charges of the catalyst26. tio2 semiconductor particles present a zero point of charge (zpc) ph of 6.0, so the particles are negatively charged at ph lower than 6.027. since the photocatalytic process occurs at the interface, lower efficiency can be expected at ph 8.5, due to electrostatic repulsion and, consequently, reduced adsorption of bpa molecules onto the tio2 surface28. nevertheless, more hydroxyl radicals are generated at alkaline ph, due to the higher concentration of hydroxyl ions in the solution, which probably overcame the decreased bpa adsorption, resulting in efficient removal of the compound27. use of a higher tio2 concentration increased the surface area and the quantity of active sites available, resulting in increased bpa removal efficiency26,27. tsai et al.28 reported that removal of bpa at 10.0 mg l-1 reached > 99% after 1 h of irradiation using tio2/uv, with an initial catalyst concentration of 0.5 g l-1. abo et al.11 studied the removal of 25.0 mg l-1 bpa at ph 5.8, using different semiconductors. removal of up to 98% bpa was observed after 1 h of irradiation, using 0.1% (w/w) of tio2 and 0.5 mmol l-1 of sodium hypochlorite. 3.4.2 solar radiation no removal of bpa was observed after 1 h of direct photolysis under solar irradiation. the accumulated uv radiation doses were 10.6 and 12.3 j cm-2 for the assays using solutions without ph adjustment and at ph 8.5, respectively. however, combining the optimized tio2 concentration of 10 mg l-1 and solar radiation resulted in complete depletion of the initial bpa concentration after 1 h, at both ph values (5.3 and 8.5). the accumulated uv radiation doses were 11.4 and 9.45 j cm-2 for ph 5.3 and 8.5, respectively. 3.4.3 influence of the matrix on bpa degradation evaluation of bpa removal using spring water, instead of ultrapure water, was necessary for the subsequent ecotoxicological investigations. under these conditions, bpa removal reached 46% after 1 h of reaction at unadjusted ph 8.0, under artificial uv irradiation (fig. 2). the lower bpa removal efficiency, compared to the value obtained using ultrapure water (> 99% removal in 45 min of irradiation) could be attributed to the presence of ions (85.4 µs cm-1) and organic compounds in the spring water, which were not present in the ultrapure water. teixeira and jardim26 reported that anions, such as cl-, so4 2and po4 3could reduce the photomineralization ratio in a range from 20 to 70%, due to adsorption of the anions onto the oxidant sites of the catalyst. furthermore, the presence of species, such as hco3 and co3 2-, could hinder the photocatalytic process, since these anions could react with the hydroxyl radicals, hence competing with the target compound29. figure 2. comparison of the efficiencies of bpa removal from ultrapure water and natural spring water using the heterogeneous photocatalyst system (tio2/o2/artificial uv). [tio2] = 10.0 mg l-1. the chromatograms acquired during the bpa removal study using spring water showed signals at retention times different to that for bpa, which was indicative of the generation of bpa degradation intermediates. 3.5 toxicity assays the results of the toxicity assays indicated that the samples obtained during bpa removal using the photocatalytic degradation process did not present acute effects towards d. similis. this absence of any http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 original article iq.unesp.br/ecletica 53 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 acute effects towards the microcrustacean could be explained by the fact that all the solutions used contained bpa at concentrations lower than the ec50 value of 8.97 mg l-1 (fig. 3). the results of this bioassay also showed that there was no toxicity associated with any possible intermediates generated. figure 3. dose-response curve after 48 h exposure of d. similis to bpa. in a similar study with daphnia magna, erjavec et al.30 investigated the acute effects of bpa degradation by heterogeneous photodegradation using tio2 supported on glass fiber filters. the immobilization rate of the organism exceeded 30% after 24 h of exposure to the original 10 mg l-1 solution of bpa. it was also observed that the samples removed during the aop process presented lower toxicity compared to the original solution, which was suggested to be due to the decrease of the bpa concentration during the heterogeneous photocatalysis process. initial samples containing 0.8 mg l-1 bpa caused 25% growth inhibition of r. subcapitata, compared to the control. samples removed after 15 and 30 min of irradiation in the presence of tio2 caused 18 and 15% enhancements of algal biomass growth, respectively. however, samples removed after 45 and 60 min of irradiation once again inhibited algal growth, with 10 and 7% decreases, respectively (fig. 4). statistical analysis (anova) indicated that there were significant differences among the algal biomasses obtained for the control and the samples collected after different oxidation times (95% confidence, p = 0.0007), even after 72 h of exposure. statistical analysis showed that in the absence of bpa, the heterogeneous photocatalysis process did not affect the algal biomass, with no significant difference relative to the control (anova, 95% confidence, p = 0.745). figure 4. percentage inhibition of r. subcapitata in filtered samples collected after different times of oxidation of 0.8 mg l-1 bpa and the reaction control, using natural spring water containing 10.0 g l-1 tio2 suspension, with irradiation using a 125 w mediumpressure hg vapor lamp. similar results were obtained by candido et al.31 during evaluation of the chronic toxicity towards r. subcapitata of ibuprofen solutions after heterogeneous photocatalysis using tio2/o2/uv. it was observed that the initial samples containing 1.0 mg l-1 ibuprofen caused 20% inhibition of algal growth, while samples removed after 5 and 10 min of reaction induced 10% increases of the algal biomass. however, statistical analysis showed no significant differences among the chl-a values after exposure for 96 h. the abiotic parameters that could interfere in the ecotoxicological evaluation were monitored at the beginning and the end of each experiment. the data in tab. 1 show the physicochemical parameters such as conductivity, ph, temperature and dissolved oxygen (do) concentration during the d. similis bioassays. as the initial and the final values of those parameters do not show significant difference, the abiotic interference was not observed. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 original article iq.unesp.br/ecletica 54 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 table 1. physicochemical variables of spring water samples during the acute ecotoxicity assay with d. similis, in the determination of ec50 and in the times t0 and t60 of the heterogeneous photocatalytic process in the presence and absence of bpa. samples ph conductivity / μs cm-1 do / mg l-1 temperature / °c spring water initial 8.21 75.8 7.53 23.0 final 8.86 88.2 7.59 23.6 reaction control (t0) initial 7.94 67.7 9.05 22.4 final 8.64 82.1 7.64 22.9 reaction control (t60) initial 7.34 73.3 8.69 22.6 final 8.47 85.8 7.65 23.3 heterogeneous photocatalysis (t0) initial 7.58 73.8 8.51 22.9 final 8.53 84.8 7.70 22.9 heterogeneous photocatalysis (t60) initial 7.50 73.6 8.56 22.8 final 8.44 83.6 7.66 22.9 ec50 3.0 mg l-1 initial 7.25 73.9 7.72 23.1 final 8.31 87.6 7.60 23.3 ec50 8.0 mg l-1 initial 7.36 71.6 7.76 23.0 final 8.33 83.4 7.57 23.3 ec50 12.0 mg l-1 initial 7.57 72.3 7.77 23.0 final 8.22 87.1 7.53 23.2 ec50: effective concentration 50; do: dissolved oxygen. the tendency of the obtained results for the chronical assay indicated that the treated samples showed interference to the algal biomass growth of the r. subcapitata. however, the extrapolation of obtained results in laboratorial conditions are limited, since in the natural environment synergic effects of different exogenous substances may occur. therefore, more detailed studies are necessary in order to predict the harmful effects due to the presence of bpa in the environment. 4. conclusions the tio2/o2/artificial uv process was effective in degrading bpa present in aqueous solution with total removal (bpa concentration lower than the loq) within 45 min of reaction, under the ph conditions tested using 10 mg l-1 tio2. when solar uv irradiation was used, total removal of bpa was observed after 60 min, under the same conditions employed in the assays with artificial uv. the bpa ec50 value for d. similis was 8.97 mg l-1. acute toxicity assays performed using samples after aop treatment indicated that there were no negative effects towards the microorganisms after 48 h of exposure. in the chronic assays using the alga r. subcapitata, a 25% inhibition of algal biomass growth was observed using the initial bpa solution of 0.8 mg l-1, while samples collected after 15 and 30 min of irradiation in the presence of tio2 caused an increase of 18 and 15% in algal biomass growth, respectively. acknowledgments the authors would like to acknowledge financial support from the following brazilian research agencies: capes, cnpq and fapemig. references [1] brieño-enríquez, m. a., larriba, e., del mazo, j., endocrine disrupters, micrornas, and primordial germ cells: a dangerous cocktail, fertility and sterility 106 (4) (2016) 871-879. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.07.1100. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.07.1100 https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.07.1100 https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.07.1100 https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.07.1100 https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.07.1100 original article iq.unesp.br/ecletica 55 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p48-56 [2] sifakis, s., androutsopoulos, v. p., tsatsakisc, a. m., spandidos, d. a., human exposure to endocrine disrupting chemicals: effects on the male and female reproductive systems, environmental toxicology and pharmacology 51 (2017) 56-70. https://doi.org/10.1016/j.etap.2017.02.024. 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[7] have employed n-(1-naphthyl)-ethylene diamine dihydrochloride (neda) as the coupling reagent for the assay of mosapride, whereas in other method [8] , neda, n-methyl aniline and nphenyl aniline as the coupling agents. these reagents are believed to be carcinogenic and these methods are not too sensitive and obeyed beer’s law in the concentration range of 20 –160 µg ml-1 and 2-10 µg ml-1 in the methods [7] and [8], respectively. cta is a well known coupling agent, which has been used for the determination of formaldehyde [9], chloride [10] and dipyridamole and chlorpeniramine maleate [11]. dpa is also used as the coupling agent in the determination of nitrite [12], nitrate13] and guanazole [14]. the present paper describes, facile, sensitive and cost-effective spectrophotometric methods for the assay of mosapride in pure as well as in pharmaceutical samples using cheaper and non-toxic reagents such as chromotropic acid (cta) and diphenylamine (dpa) as the coupling agents. experimental details apparatus all absorbance measurements were made 71ecl. quím., são paulo, 32(4): 71-75, 2007 www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 4, 2007 spectrophotometric determination of mosapride in pure and pharmaceutical preparations h. d. revanasiddappa* and m. a. veena department of chemistry, university of mysore,manasagangothri , mysore-570 006, india . *hdrevanasiddappa@yahoo.com abstract: two simple and sensitive spectrophotometric methods (m1 and m2) for the determination of mosapride in pure and in pharmaceutical preparations are described. these methods are based on the interaction of diazotized mosapride (msp) couples with chromotropic acid (cta) [m1] in alkaline medium and diphenylamine (dpa) [m2] in acidic medium. the resulting azo-dyes exhibit maximum absorption at 560 nm and at 540 nm for methods m1 and m2, respectively. all variables were studied in order to optimize the reaction conditions. no interferences were observed from excipients, and the validity of the each method was tested against reference method. keywords: mosapride; chromotropic acid; diphenylamine; spectrophotometry; pharmaceutical analysis. eq10-af 10/9/07 15:19 page 71 with analytic jena ag model specord50 and systronics-166 spectrophotometers with 1 cm matched cells. reagents all chemicals used were of analytical reagent grade chromotropic acid (cta) [0.2 % (m/v)]: prepared by dissolving 0.2 g of cta (bdh) in 100 ml of distilled water. diphenylamine (dpa)[0.5 % (m/v)]: prepared by dissolving 0.5 g dpa (bdh) in 100 ml of methanol. others: aqueous solutions of sodium nitrite (merck) [0.1% (m/v)], sulphamic acid (bdh) [2.0% (m/v)], sodium hydroxide (merck) ( 4 mol l-1) and hydrochloric acid ( 1 mol l-1 and 6 mol l-1) were used. standard solution aqueous solution of mosapride (received as gift sample from cipla ltd, mumbai, india. and used as such) was prepared by dissolving the required amount of the sample in doubly distilled water. working solution was prepared as required by dilution. standard procedure method m1 aliquots of the standard solution containing 2.0 – 16.0 µg ml-1 of msp were transferred into a series of 10 ml standard flasks. a volume of 1.0 ml of 0.2 % (m/v) sodium nitrite was added to each flask followed by 1.0 ml of 1.0 mol l-1 hcl. after 10 min, 1.0 ml of 2.0% (m/v) sulphamic acid was added to each flask. then volumes of 1.0 ml of 0.2% (m/v) cta and 2.0 ml of 4.0 mol l-1 sodium hydroxide solutions were added. the contents were diluted to the mark with distilled water and mixed well. after 10 min, the absorbance of the colored azodye was measured at 560 nm against the reagent blank. the amount of drug was computed from the standard calibration graph. method m2 aliquots of the standard solution containing 0.5 – 8.0 µg ml-1 of msp were transferred into a series of 10 ml standard flasks. to each flask were added 1.0 ml each of the 0.2 % (m/v) sodium nitrite and 1.0 mol l-1 hcl. after 10 min, a volume of 1.0 ml each of the 2.0% (m/v) sulphamic acid and 0.5% (m/v) dpa were added. the contents were diluted to the mark with 6.0 mol l-1 hcl and mixed well. the absorbance of the colored azodye was measured at 540 nm against the reagent blank after 10 min. the amount of drug was computed from the concurrent calibration graph. results and discussion the proposed methods (m1 and m2) are based on the diazo-coupling reaction of the msp with cta and dpa in alkaline and acidic medium, respectively. the resulting orange-red colored azodye shows maximum absorption at 560 nm for m1 and at 540 nm for m2 figure 1. two steps are involved in the reaction that produces the colored dye. in the first step, the studied msp is treated with nitrite solution in acidic medium, which undergoes diazotisation to give the diazonium chloride ion. in the second step, the formed diazonium ion is coupled with cta in an alkaline medium (m1) and with dpa in an acidic medium (m2) to form azodyes. the possible reaction pathways for both the procedures are depicted in scheme 1. 72 ecl. quím., são paulo, 32(4): 71-75, 2007 figure 1. absorption spectra of [a] msp (10 µg ml-1) with cta and [b] msp (6.0 µg ml-1) with dpa measured against reagent blank (without msp). eq10-af 10/9/07 15:19 page 72 optimization of variables in order to establish the linear range for quantitative determination of mosapride in pure and in dosage forms, the following experimental variables were studied with 6 µg ml-1of mosapride at 560 nm and at 540 nm in methods m1 and m2, respectively. effect of sodium nitrite for the diazotisation coupling reaction, it was found that 0.2% (m/v) sodium nitrite solution in the range of 0.5-2.0 ml was optimum to achieve maximum absorbance. hence, 1.0 ml of 0.2% (m/v) sodium nitrite solution was employed for diazotisation and excess of nitrite could be removed by the addition of 1.0 ml of 2% (m/v) sulphamic acid. the effect of sodium nitrite con73ecl. quím., são paulo, 32(4): 71-75, 2007 scheme 1. proposed chemical reactions between msp with cta and dpa. figure 2. effect of sodium nitrite on the absorbance of azodye in [a] m1 and [b] m2. centration on the absorbance of the azodyes studied is presented in figure 2. eq10-af 10/9/07 15:19 page 73 effects of cta and dpa the influence of cta or dpa concentration on the color intensity of the azo-dye is depicted in figure 3. the results indicate that the constant absorbance values were obtained in the range 1.0 – 2.0 ml 0.2% (m/v) of cta or 0.5% (m/v) of dpa. a slight decrease in absorbance of the azodye was observed at higher concentrations of cta or dpa. thus, further investigations were performed with the use of 1.0 ml each of 0.2% (m/v) cta (m1) and 0.5% (m/v) dpa (m2) in a total volume of 10 ml of the reaction mixture. 74 ecl. quím., são paulo, 32(4): 71-75, 2007 effects of reaction time and temperature the colored dyes developed rapidly after the addition of reagents and attained maximum intensity after about 5 min at room temperature (28 ± 2 ºc). no cooling (0 5 ºc) was required for the diazotisation. the formed azodyes were stable for more than 3 h. the stability and formation of an azo-dye depends upon the nature of reaction medium. in method m1, the azo-dye was stable and intense in an alkaline medium. sodium hydroxide was found to be more suitable for coupling reaction compared to sodium carbonate or aqueous ammonia because the formed dye was stable and more intense in sodium hydroxide medium. thus, a volume of 2.0 ml of 4.0 mol l-1 naoh was used (ph~12). the maximum absorbance of the colored azo-dye was obtained in hydrochloric acid medium and it was stable in same acid medium. this was achieved by using 6.0 mol l-1 hcl as a diluent in method m2. figure 3. effect of [a] cta and [b] dpa on the absorbance of azodye. analytical data optical characteristics such as beer’s law range, molar absorptivity, sandell’s sensitivity, slope, intercept, detection and quantitation limits of both the methods are presented in table 1. applications the proposed methods were successfully applied to the analysis of msp in various pharmaceutical formulations. the results of assay are given in table 2 compare favorably with the reference method [7]. statistical analysis of the results by f and t-tests showed no significance in accuracy and precession between the proposed and reference methods. to test the accuracy of the methods, recovery experiments were performed on synthetic mixtures of msp with talc, starch, stearic acid, gum acacia, dextrose, gelatin etc by the proposed methods and recoveries obtained were in the range of 98.9-102.0 %. conclusions the proposed spectrophotometric methods for the determination of msp are simple, reliable, sensitive with the advantage of a wide range eq10-af 10/9/07 15:19 page 74 of determination without the need of extraction or heating. these methods can be successfully applied to the micro determination of mosapride in pure as well as in pharmaceutical preparations. acknowledgments one of the authors [m.a.v] is thankful to the university of mysore, mysore for providing the necessary facilities. received 06 august 2007 accepted 20 november 2007 references [1] t. karasawa, n. yoshida, k.furukawa, h.omoya, t.ito, eur. j.pharmacol.183 (1990) 2181. 75ecl. quím., são paulo, 32(4): 71-75, 2007 [2] n.yoshida, t.ito, k.furukawa, z.ito, j.pharm.exp.ther. 257(1991) 781. [3] y.s.r.krishnaiah, t.k.murthy, d.g.sankar, v. satyanarayana, anal. sci., 18 (2002) 1269. [4] y.s.r.krishnaiah, t.k.murthy, d.g.sankar, v. satyanarayana, pharmazie, 57 (2002) 814. [5] r.nageswara rao, d.nagaraju, s.n.alvi, s.b.bhirud, j.pharm. biomed. anal., 36 (2004) 759. [6] s.j.rajput, m.g.sankalia, f.t.patel, indian j.pharm. sci., 67 (2005) 582. [7] b.s.kuchekar, v.adagale, m.nagar, s.b. bhise, indian j.pharm. sci., 65 (2003) 85. [8] b.k.prabhakar, m.shobha, s.appala raju, j.indian council of chemists, 20 (2003) 42. [9] e.fagnani, c.b.melios, l.pezza, h.r.pezza, talanta, 60 (2003) 171. [10] b.k.afghan, ricky leung, a.v.kulakarni, j.f.ryan, analytical chemistry, 47 (1975),556. [11] a.f.shoukry, n.t.abdel ghani, y.m.issa,o.a. wahdan, analytical letters,34 (2001) 1689. [12] a.afkhami, m.bahram, s.gholami and z.zand, anal.biochem., 33 6(2005) 295. [13] y.feng, s.j.ji and j.g. wang , physical testing and chemical analysis part b chemical analysis, 39(2003 15. [14] c dave, and l.caballes, j.pharm.sci., 63 (1974) 347. eq10-af 10/9/07 15:20 page 75 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 1 | 2021 | 41 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 41-51 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 analytical procedures for the determination of estrogen compounds in a surface water reservoir in southeast brazil thayná aparecida cais1 , alley michael da silva procópio1 , márcia matiko kondo1 , flávio soares silva1 , sandro josé de andrade1+ 1.universidade federal de itajubá instituto de física e química, itajubá, minas gerais, brazil. +corresponding author: sandro josé de andrade, phone: +55 35-3629-1885, email address: sandrojosedeandrade2020@gmail.com article info article history: received: april 28, 2019 accepted: august 25, 2020 published: january 01, 2021 keywords 1. validation of analytical methodology 2. estrogens 3. endocrine disruptors 4. furnas reservoir abstract: in this study, an analytical methodology was validated to determine and quantify four estrogen hormones using high-performance liquid chromatography (hplc) with detections by diode array detector (dad) and by fluorescence detector (fld). for validation of the method, the following parameters were evaluated: linearity, selectivity, precision, accuracy, limit of detection (lod), limit of quantification (loq) and robustness. environmental samples were preconcentrated using solid phase extractions and for that, an experimental design was planned to determine the best recovery conditions by varying cartridge types, flow of eluent, ph of the samples, and eluting solvent. five surface water sampling campaigns were carried out in five different sites of furnas reservoir over the months of december 2015 and may 2016. sample point 1 was located near the sewage treatment plant of the city of alfenas mg, while sample point 5 was the most distant from this location. all estrogens, except for e1, were found in all water samples of at least one of the sampling sites. the concentrations of e3, e2 and ee2 ranged from 11-366, 63422 and 75-9998 ng l-1, respectively. these results are consistent with several studies published in the scientific literature. in this study, an analytical procedure was developed for the determination of estrogen compounds in water samples from furnas reservoir, alfenas minas gerais (brazil) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 mailto:sandrojosedeandrade2020@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9072-3824 https://orcid.org/0000-0001-8700-8782 https://orcid.org/0000-0001-8782-6056 https://orcid.org/0000-0002-0498-9771 https://orcid.org/0000-0002-7520-840x original article iq.unesp.br/ecletica 42 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 41-51 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 1. introduction water is intrinsically linked to development in all societies and cultures. however, developments in agriculture, power generation and industry have brought major impacts to water resources1. despite ~71% of earth’s surface being covered by water, about 97.5% of this water is either saltwater, in oceans and seas, or unfit for human consumption. from the remaining 2.5%, which constitutes freshwater, two thirds are stored in glaciers and polar ice caps. therefore, only a fraction (~0.77%) of earth’s water is available for human consumption and is found in rivers, lakes, groundwaters, soils, atmosphere (humidity) and within the biota2. the continuous environmental degradation associated with the increase of human population (currently estimated in 7.2 billion and projected to reach 9-10 billion by 2050) suggests a significant decrease in life quality in a near future3,4. because of the anthropogenic activity, a large volume of water, which would be available for consumption, is becoming contaminated with a large variety of toxic compounds. among these pollutants, the emerging contaminants (ec) have been attracting a lot of attention from the scientific community. they are defined as any chemical compound present in a variety of commercial products, such as personal care, agrochemical, medicines for human and veterinary uses, food packages or any microorganisms found in environmental matrices that are not monitored nor regulated; however, pose potential risk to human health and environment safety5-10. a variety of ec are known as endocrine disruptors compounds (edc). these substances are of special concern because they interfere with the endocrine system, blocking or minimizing normal hormone functions, affecting synthesis or metabolism of many organisms11-15. the 17αethynylestradiol (ee2) is considered a potent endocrine disruptor15. this synthetic substance is used as a contraceptive or in hormone replacement therapies, it is often excreted via urine and feces by individuals taking the medication, eventually reaching water compartments16. a variety of analytical methods and techniques can be used to detect and measure edc from environmental matrices. the extraction approaches used more often are pressurized liquid extraction (ple), quick-easy-cheap-effective-rugged-safe (quechers), microwave-assisted extraction (mae), ultrasonic-assisted extraction (uae), stir-bar-sorptive extraction (sbse), solid phase microextraction (spme) and liquid-liquid extraction (lle). for analyte enrichment and sample cleanup, solid phase extraction (spe) with c18 cartridges17 are widely used. while for trace analysis of edc, gas chromatography (gc) and liquid chromatography (lc)17 are the dominant techniques. furnas is one of brazil's largest water reservoirs with a flood area of 1,440 square kilometers, serving a population of approximately 800,000 inhabitants and irrigating 34 municipalities within the state of minas gerais18. this reservoir is also of paramount economic importance within these municipalities, supporting activities such as fish farming with about 500 farmers and over 5,000 tanks within the vicinity of the reservoir19. the aim of this study was to develop an analytical methodology to determine the presence of estrogen hormones in the furnas reservoir, located in the region of the city of alfenas (mg). 2. experimental 2.1 reagents and solutions all reagents used were of high purity with spectroscopic or hplc grades. deionized water (resistivity 18.2 mω cm 25 °c) was taken from a direct-q (millipore®) purification system. the solvents methanol, acetonitrile (acn), and ethyl acetate were purchased from sigma-aldrich (hplc grade). water and acn filtrations were done using 0.45 μm pore-size nylon and cellulose ester membranes, which were acquired from millipore® and supelco analytical, respectively. the estrogen standards estrone (e3), estriol (e1), 17β-estradiol (e2) and 17αethynylestradiol (ee2) were purchased from fluka analytical® with purity greater than 99%. stock solutions of estrogens (100 mg l-1) were prepared in methanol, dissolving 0.0100 g of each commercial standard in a 100.00 ml volumetric flask. standard working solutions (10 mg l-1) were prepared in acn diluting 10.00 ml of the stock solution in a volumetric flask of 100.00 ml. after prepared, these solutions were stored in polyethylene bottles at 4 °c and used as calibration standards. 2.2 validation of the analytical methodology the analytical methodology used was validated based on several works available in the literature and in the evaluation of the following figure of merits: selectivity, linearity, precision, accuracy, limit of detection, limit of quantification and robustness20-27. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 original article iq.unesp.br/ecletica 43 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 41-51 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 to confirm the selectivity of the method, estrogen standard solutions were prepared in acetonitrile at 1.00 mg l-1 and the spectral purity of each analyte was evaluated through chromatographic analysis. the linearity was verified by the linear coefficient of determination (r2) resulting from the linear equation of nine and twelve points of the estrogen analytical curves, using dad and fld, respectively. for that, 12 mixed solutions were prepared from dilutions of the working solution in acn at different concentrations (25 to 1000 μg l-1). solutions preparation were performed in triplicate and the external standardization method was used. the sensitivity of the method was determined by evaluating the angular coefficient value derived from the linear equation of each estrogen calibration curve. the limits of detection and quantification were determined through the signal-to-noise ratio, considering the ratio 3:1 and 10:1 for lod and loq, respectively. since no certified reference material (crm) is available for water contaminated with the estrogens under study, fortified distilled water samples with a mixed solution containing the four estrogens were prepared in triplicates, at concentrations of 0.40, 0.50 and 0.60 μg l-1, extracted and injected into the hplc system. subsequently, method accuracy was evaluated through the recovery (r) values of the analytes. for determination of the real concentration, the value of the peak area of each analyte and the corresponding linear equation was used. the recovery (in percentage) of each analyte was determined from the mean real concentration values. to determine the accuracy of the method, six mixed solutions of 500 μg l-1 were prepared and injected into the hplc system by analyst 1. in the following day, the same procedure was performed by analyst 2. it is worth mentioning that all samples were analyzed in triplicate. the recovery values found were expressed in percentage and evaluated using f tests. the values for f (fcalculated) and f tabulated (ftabulated) were compared with 95% of confidence level. the robustness of the method was evaluated by varying in ± 5% four chromatographic conditions: mobile phase composition, injection volume, flow rate of the mobile phase and temperature of the chromatographic column compartment. the obtained recovery values were compared to the ones achieved using normal conditions. 2.3 optimization of solid phase extraction (spe) to verify the best spe conditions for the analytes within the samples, a box-behnken design (bbd) was applied using minitab 16® program. the planning was done with three levels: low (coded “-1”), central (code “0”), and high (coded “+1”), and four variables: cartridge types (sorbline – c18, chromabond – c18 and strata-x – polymeric resin), ph of water, flow rate of the eluent during extraction and elution solvent (tab. 1). the total was 28 randomized experiments. during extractions, the conditions volume of water to be percolated (1 l), cartridge conditioning solvent (5.00 ml methanol) and cartridge wash solution (1.00 ml of water: 5% methanol) were invariable. table 1. selected levels and factors in bbd. factors levels -1 0 +1 cartridge type sorbline chromabond strata-x ph of water 4 6 8 elution solvent methanol methanol: ethyl acetate (1:1) ethyl acetate flow rate of mobile phase 3 ml min-1 5 ml min-1 10 ml min-1 all extracted samples were prepared by fortifying 1 l of distilled water with 50.00 μl of mixed estrogen working solution at 10 mg l-1. these samples were concentrated (1000 ) to produce a solution of 0.5 mg l-1. this concentration was considered the central point of the analytical curves. then, sample ph was adjusted according to the experimental design, the adsorbent present in the cartridges was conditioned with 5.00 ml of methanol and the fortified water was percolated by the cartridge. the next step was the removal of interferents from the cartridge using 1.00 ml of wash solution and finally the extract was eluted with 5.00 ml of elution solvent, according to the planned bbd. the eluates were dried in a water bath at approximately 70 °c, dissolved in 1.00 ml of acn and sonicated in an ultrasonic bath for approximately 3 min for sample homogenization. next, the samples were filtered through a 0.45 μm pore-size filter and injected into the hplc system, following the established chromatographic conditions. after performing the 28 bbd experiments, the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 original article iq.unesp.br/ecletica 44 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 41-51 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 condition with the best performance (recovery) was selected. 2.4 hplc analysis the analyses were performed using an agilent technologies infinity 1260 model chromatography system, consisting of a quaternary pump, an automatic injector, a column heating module, an ultraviolet detector with diode array and a molecular fluorescence detector. the acetonitrile and water, used as the mobile phase, were pre-filtered and degassed. in addition, an eclipse plus c8 (4.6 mm × 250 mm 5 mm) chromatographic column was used. the optimum conditions for the chromatographic separation of these analytes are shown in tab. 2. table 2. optimized chromatographic conditions for analysis of estrogens using hplc. run time 18 minutes mobile phase composition water:acetonitrile 1:1 (isocratic mode) flow rate of mobile phase 0.5 ml min-1 injection volume 10 µl temperature of the chromatographic column 40°c dad wavelength detector 285 nm fld wavelength detector λexcitation – 230 nm e λemission – 310 nm 2.5 sampling sites samplings were spatially and seasonally carried out between december 2015 and may 2016 in lake furnas within the municipality of alfenas mg brazil (fig. 1), according to instructions from the national guide for collection and preservation of samples28 and with classifications of the national water agency29. samples were collected from 5 different sites (p1, p2, p3, p4 and p5). p1 was the closest to alfenas’ sewage treatment station (sts); while p5 was the most distant sampling site from this sts (fig. 2). with the assistance of a fisherman, each sampling was taken every 1 km using a boat. samplings were made between 11 am and 1 pm and the coordinates of the sites were identified using a gps. figure 1. map location of lake furnas and the municipality of alfenas. source: adapted from prado et al. (2011)30. figure 2. sampling sites within lake furnas in the municipality of alfenas. source: google earth (2020)31. 2.6 samplings five liters of surface water were collected from each sampling site at a depth of ~30 cm, using a van dorn bottle. the collected water was transferred to clean and acclimatized plastic bottles. vials were sealed and transported in thermal containers to the laboratory where they were kept at 4 °c. starting from the second sampling campaign, temperature, ph, conductivity and dissolved oxygen of the sampling site were measured in situ using a multiparameter probe (hi 9628 ph/orp/ce/do). 2.7 sample preparation samples from each sampling site were prepared in triplicate. a volume of 4 l was filtered several times through a buchner funnel lined with qualitative filter http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 original article iq.unesp.br/ecletica 45 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 41-51 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 paper (j. prolab) and vacuum filtered in an enclosed glass system using 0.45 µm pore-size cellulose acetate membrane (agilent technologies). after filtration, the ph of the samples was adjusted to 8 using 0.5 mol l-1 ammonium hydroxide solution whenever necessary. subsequently, solid phase extractions were performed and elution was analyzed in the hplc system. 3. results and discussion 3.1 validation of the analytical methodology the proposed method was selective for both detectors. even though the four studied estrogens have similar structures, satisfactory peak separation could be noticed in their chromatograms. the linearity and sensitivity of the method were determined using linear regression analyses of the calibration curve from each estrogen, where coefficient of determination (r2) and angular coefficient values were evaluated, as presented in tab. 3. the methodology was linear for both detectors, the obtained r2 were above 0.98 and, according to brito et al.24, represent a strong correlation between peak areas and analyte’s nominal concentrations. the validated method was more sensitive using the fluorescence detector (fld) than the ultraviolet detector (dad), since the first presented higher angular coefficients values. table 3. retention time, equation of the line, linearity, and sensitivity of estrogens under study. compounds retention time / min equation of the line linearity linear ranges / g l-1 estriol 5.840 y = 15.388 × -237.26 0.9924 200-1000 17β-estradiol 10.640 y = 16.366 × -526.74 0.9885 200-1000 17α-ethynylestradiol 12.513 y = 15.473 × -682.62 0.9854 200-1000 estrone 13.860 y = 17.307 × -693.63 0.9895 200-1000 estriol* 5.897 y = 27608 × + 66759 0.9920 25-1000 17β-estradiol* 10.699 y = 28561 × -79971 0.9955 25-1000 17α-ethynylestradiol* 12.578 y = 28047 × -107662 0.9989 25-1000 *estrogens detected by fluorescence detector (fld). according to the limits of detection (lod) and of quantification (loq), the estrogens under study could be detected and quantified at concentrations of as low as 200 and 300 μg l-1 for dad and 25 and 50 μg l-1 for fld. however, this methodology predicts sample preconcentration using spe (1000 ); therefore, the lod and loq of the method were 200 and 300 ng l-1 for dad and 25 and 50 ng l-1 for fld. the validated method using fld can be considered more sensitive than when using dad, since its values are lower. the accuracy of the method was evaluated by mean recovery (raverage) and coefficient of variation (cv) values. for estrogens detected using dad, raverage ranged from 62.1-101.2% with cv of less than 15%. when using fld, raverage ranged from 80.0-105.6% with cv of less than 7.0%. these values are considered satisfactory, since the acceptable recovery values for samples at concentrations of ng l-1 are between 40-120% with cv of less than 45%24. the criteria employed to evaluate the method precision was based on the comparison of experimental and tabulated values of the f test for two sets of samples (n = 6 each set). table 4 shows the mean recovery (raverage), coefficient of variation (cv), fcalculated and ftabulated values for the datasets prepared by analysts 1 and 2. the validated methodology proved to be accurate because, in all cases, fcal < ftab. there is no significant difference between the values of variance with 95% of credibility, since the in the values of ftabulated, for a degree of freedom of 5, both denominator and numerator are equal to 5.0522. the method showed to be robust against variations in mobile phase composition, injection volume, flow rate of the mobile phase and chromatographic column compartment temperature. the mean recovery (raverage) values for the analytes using dad were between 70.7118.7% with a coefficient of variation (cv) of less than 10.6%. on the other hand, when using fld the raverage were between 91.0-108.8% with cv of less than 4.8%. the values obtained are within acceptable ranges; therefore, none of the alterations done to the chromatographic parameters showed significant effect on the recovery of the estrogens. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 original article iq.unesp.br/ecletica 46 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 35-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p35-40 table 4. average recovery (raverage), coefficient of variation (cv), fcalculated, and ftabulated values for the data sets prepared by analysts 1 and 2. estrogen detected by dad estrogen detected by fld e3 e2 ee2 e1 e3 e2 ee2 analyst 1 raverage (%) ± standard deviation 101 ± 7 112 ± 7 101 ± 7 104 ± 8 105 ± 1 107 ± 2 100 ± 2 analyst 2 raverage (%) ± standard deviation 109 ± 8 111 ± 10 108 ± 5 105 ± 8 108 ± 2 102 ± 2 102 ± 3 cv (%) analyst 1 6.8 6.3 7.3 10.4 0.6 1.6 2.1 cv (%) analyst 2 7.3 8.8 4.7 7.3 4.3 5.2 5.4 fcalculated 1.3 1.9 2.2 1.0 3.2 1.6 2.1 ftabulated 5.05 5.05 5.05 5.05 5.05 5.05 5.05 3.2 optimization of solid phase extraction (spe) conditions after performing the 28 bbd experiments, extracts were analyzed in a hplc system and the average recovery of all detected analytes of each experiment was calculated. in some cases, the mean recovery exceeded the acceptable range for recovery of analytes at ng l-1 (40-120%), which may be related to coelution of impurities presented within the cartridge. the mean recovery data were used to obtain response surface graphs, corelating mean recovery values in the z axis and two other variables (coded as 1, 0 and +1) in x and y axes, using the software statistica 2010. the related response surface graph variables were cartridge versus ph of water, cartridge versus elution solvent, cartridge versus flow rate of the eluent during the extraction, ph of water versus elution solvent, ph of water versus flow rate of the eluent during the extraction and elution solvent versus flow rate of the eluent during the extraction. with regards to the flow rate of the eluent during the extraction versus cartridge type variable, it can be noticed that the lower the flow rate, the greater is the recovery, since the longer the sample stays in contact with the solid phase of the cartridge higher the chances of interactions between analytes and adsorbent phase. most bbd experiments presented recovery values within acceptable range for both detectors. however, according to the response surface graphs and the most satisfactory recovery values, it was opted to keep with the parameters used in the experiment number 5, which presents the following conditions: brand cartridge chromabond c18-ec; ph of water equal to 8; methanol: ethyl acetate (1:1) as elution solvents; and flow rate of the eluent during the extraction of 3 ml min-1. 3.3 estrogens determination in lake furnas, alfenas-mg 3.3.1 some physical-chemical characteristics of water within the sampling sites to test if lake furnas is in accordance with the environmental standards determined by resolution national council of the environment (conama) 357/200530, ph, conductivity, temperature, and dissolved oxygen within the vicinity of each sampling site were measured. maximum and minimum values for each sampling sites are shown in tab. 5. according to the conama resolution 357/2005, furnas lake is classified as a class ii river with ph values between 6.16 8.36. therefore, within the permitted values (6.0 to 9.0). the dissolved oxygen (od) in water, which is essential for survival of aerobic organisms, according to this same legislation, should be higher than 5 mg l-1 32. in this term, the samplings that occurred in 04/28/16 and 05/19/16 presented values below the permitted level. this may be related to an environmental incident occurred in 05/01/16, where tons of tilapia, within tanks-nets, were found dead. according to the environmental military police and professors from the university of alfenas, the lack of sun-light and extended drought period contributed to the od decrease, which may have caused the death of red algae and subsequent release of toxins to the surrounding water, aggravating fish mortality33. in a similar incident in 2013, also because of the drought, the level of the lake lowered. after this period, with the increase of rain and temperature, there was a critical algae proliferation, causing drastic od reduction, culminating in fish mortality again34. according to tab. 5, temperatures within lake furnas varied from 23.98 to 29.21 °c, possibly indicating normal seasonal variations. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p35-40 original article iq.unesp.br/ecletica 47 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 41-51 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 according to the cetesb specifications35, conductivity values higher than 100 μs cm-1 could indicate that environments were impacted. in lake furnas, the measurements were well below this limit, indicating the region may not present high pollution loads. in addition to these physical-chemical characteristics, turbidity of the water samples was also measured. according to the conama resolution 357/200532, turbidity values for a class 2 river should stay below 100 nephelometric turbidity unit (ntu). values above this limit may indicate a constant load of pollutants within the area. the measured values were lower than 6.0 ntu, indicating the sample sites have reduced turbidity. table 5. maximum and minimum values of ph, dissolved oxygen, temperature, and conductivity measured in the surroundings of collection sites. sampling date ph dissolved oxygen / mg l-1 temperature / °c conductivity / µs cm-1 09-03-2016 6.16 – 7.11 5.07 – 5.65 27.96 – 28.31 20 – 27 07-04-2016 7.61 – 8.36 6.99 – 8.14 28.23 – 29.21 30 – 33 28-04-2016 6.42 – 6.77 3.44 – 4.60 26.63 – 27.03 14 – 22 19-05-2016 6.29 – 6.44 2.77 – 3.75 23.98 – 24.25 28 – 39 3.3.2 spe and chromatographic analysis of samples collected at furnas lake the spe of water samples were carried out at a flow rate of 3 ml min-1, proceeding was as follows: adjusting the ph of the sample to 8, conditioning the cartridge with 5.00 ml of methanol and passing 1 l of the sample through the cartridge. after percolation of the sample, the cartridge was washed with 1.00 ml of wash solution (water: 5% methanol) and the analytes were eluted with 5.00 ml of methanol: ethyl acetate to the cartridge. subsequently, the eluates were dried in a water bath at 70 °c using a heating mantle, resuspended in 1.00 ml of acetonitrile, placed in an ultrasonic bath for 3 min, filtered with 0.45 μm poresize filters and injected into the hplc system. the fluorescence detector was more sensitive, had lower detection and quantification limits, and recovery values closer to 100% when compared to the validated methodology. therefore, it was decided to analyze all estrogens, except estrone, which was detected only by dad using the validated method. it can be observed that the analytes presented good separation and the retention times obtained are close to the values obtained in the validation of the analytical methodology employed. it is worth mentioning that estrone was not found in any of the samples collected, therefore, no chromatogram showing this estrogen was obtained. table 6. mean concentration and standard deviation found for estriol, 17β-estradiol and 17α-ethynylestradiol in the water samples collected in the study region. sampling / date estrogen sampling site average recovery / ng l-1 ± standard deviation 1 2 3 4 5 1 (12/07/2015) e3 nd nd nd 202 ± 9 237 ± 11 e2 76 ±1 75 ±1 101 ± 1 *1732 ± 9 *2089 ± 7 ee2 nd nd nd 322 ± 10 320 ± 11 2 (03/09/2016) e3 nd < loq 157 ± 5 366 ± 5 181 ± 14 e2 154 ± 4 116 ± 1 124 ± 1 *9998 ± 3 195 ± 3 ee2 nd nd 118 ± 1 209 ± 5 196 ± 4 3 (04/07/2016) e3 318 ± 3 208 ± 7 182 ± 1 120 ± 1 110 ± 3 e2 *2536 ± 1 *1993 ± 1 *1792 ± 1 *1415 ± 1 *1066 ± 1 ee2 422 ± 5 284 ± 3 256 ± 10 180 ± 2 141 ± 1 4 (04/28/2016) e3 153± 18 nd nd nd nd e2 *1101 ±0.0 411 ± 7 436 ± 2 236 ±1 231 ± 1 ee2 143 ± 4 67 ± 3 63 ± 2 < loq < loq 5 (05/19/2016) e3 nd nd nd nd nd e2 321 ± 2 183 ± 3 254 ± 1 194 ± 1 206 ± 1 ee2 76 ±0.0 < loq < loq < loq < loq *samples that were diluted 10 times to understand the concentration range of the analytical curve of the validated method; nd = not detected. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 original article iq.unesp.br/ecletica 48 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 35-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p35-40 the results presented in tab. 6 refer to the average concentrations for each estrogen found in the five collection points during the five sampling campaigns conducted between december 2015 and may 2016. in general, the results in tab. 6 show that each water sample analyzed was positive for at least one of the tested estrogens. 17β-estradiol (e2) was detected and quantified in all samples, while estriol (e3) and 17α-ethynylestradiol (ee2) were detected in 48 and 80% of the samples, respectively. the maximum concentrations determined were: e3 366 ± 5; e2 9998 ± 3; and ee2 422 ± 5 ng l-1. estrone (e1) was neither detected nor quantified by the employed optimized analytical methodology (fig. 3). however, since e2 is oxidized to e1 after excretion and because of the high e2 concentration found, e1 might also be present in furnas lake. on the other hand, due to the sorption coefficient value of estrone (4882), the highest among these four estrogens, a high sorption potential can be expected in soils and sediments, which would reduce their concentration within the water column36-38. figure 3. chromatogram of one of the water samples collected in lake furnas concerning the separation of estrogens with fld detection: 1) estriol; 2) 17β-estradiol; 3) 17α-ethynylestradiol. one possible explanation for the absence of estrogens in some of the analyzed water samples would be their presence in the conjugated form, basically in the form of sulfates and glucuronides. these polar conjugates are biologically inactive and more soluble in water when compared to their corresponding unconjugated counterparts. therefore, to monitor the presence of these estrogens in this form, a specific analytical method would be required. similar results to these presented in the current study were reported by montagner and jardim39. an analytical method was optimized for determination of 15 emerging contaminants within surface waters from the atibaia river, in the city of campinas (sp brazil), using solid phase extraction and high-performance liquid chromatography with ultraviolet detection with diode array and fluorescence. the method was applied for spatial and seasonal monitoring of these emerging contaminants, which included estrone (e1), 17βestradiol (e2) and 17α-ethynylestradiol (ee2). among these, e2 was the most frequently detected, present in 35% of the 26 samples and found in high concentrations, which ranged from 106-6806 ng l-1. on the other hand, ee2 was found in only three samples and e1 was not detected. many studies in the literature report the determination of these estrogens; however, they were detected in lower concentrations when compared to those in this study. monteiro and andrade40 developed and validated an analytical methodology for determination of the synthetic estrogens levonorgestrel (lng) and 17α-ethynylestradiol (ee2) in surface waters of the sapucaí river, in itajubá (mg brazil). samplings were carried out within the urban region of the river during the rainy season. ee2 was found in the 5 sampling sites at concentrations ranging from 67.499.1 ng l-1, whereas lng was not found in any sampling site. in belo horizonte (mg, brazil), moreira et al.41 analyzed water samples from the river called rio das velhas, morro redondo and vargem das flores lake, and determined concentrations between 1.5-36.8 ng l-1 for 17β-estradiol and 3.0-54 ng l-1 for 17α-ethynylestradiol within these samples. other authors reported lower concentrations of e2 (0.3 and 1.3 ng l-1) and ee2 (0.5 and 3, 0 ng l-1) form groundwater samples in rhône-alpes region (france)42. in austria, bursch and colleagues43 evaluated 27 surface water and 59 groundwater samples, totaling 261 and 112, respectively. in more than 50% of surface water samples, e2 and e1 were detected at low concentrations (average of 0.13 and 0.35 ng l-1, respectively). while in groundwater samples, e2 was detected in 50% of samples with a maximum value of 0.79 ng l-1. in contrast, some studies in brazil and in other countries found these estrogens in concentrations even higher than the reported here. in analysis of surface water samples from the city of campinas (sp brazil), the identified concentrations of e1, e2, and ee2 were in μg l-1 scales, ranging from 3.5-5.0, 1.9-6.0 and 1.23.5, respectively44. daniel and lima45 tested for the presence of estrogen, estriol, 17β-estradiol, and 17αethynylestradiol in water samples from the tubarão river, in the border of municipalities of santo andré and mauá (sp brazil). in this study, significant http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p35-40 original article iq.unesp.br/ecletica 49 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 41-51 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p41-51 concentrations of estriol (0.4 g l-1) and estrone (0.32 g l-1) were detected. chaves46 validated an analytical method and used spe and hplc-uv for determination of endocrine disruptors bfa, e2, ee2 and e1 in the paraíba do sul river, aparecida (sp brazil). in the work, surface water samples were taken at different depths, close to the water collection point for public supply, which is located 50 m downstream from the sewage disposal site of the national sanctuary of aparecida. high concentrations were found for all analytes, ranging from 0.032-0.088 μg l-1 for bfa, 0.009-0.40 μg l-1 for e2, 0.07-0.6 μg l-1 for ee2 and 0.107-0.91 μg l-1 for e1. the author inferred that the values obtained may be associated with the number of visitors in the city, the inefficiency of conventional sewage treatment system to remove such contaminants, rainfall index and temperature. since these endocrine disruptors may represent risks to biota at concentrations of as low as ng l-1, such exposures at μg l-1 and g l-1 scales, are even more alarming. the works described above confirm that the results found for furnas lake in alfenas is not a particular case and show that rivers from different parts of brazil are contaminated with endocrine disruptors. 4. conclusions the validated analytical methodology for monitoring estrone, estriol, 17β-estradiol and 17αethynylestradiol was adequate, according to the evaluated figures of merit. in view of the responses obtained with the fluorescence detector (fld), such as high sensitivity, optimal values of recovery and low loq and lod, it was decided to work with this detector for all estrogens, except estrone, which was only detected by dad. the use of chemometric methods for experimental design and data processing was efficient. considering this and the analysis of response surface plots, it was possible to determine the best performing experiment to extract the four studied estrogens. the five sampling campaigns were carried out from december 2015 to may 2016 in 5 different sites. in general, all estrogens were found in all samples of at least one of these collection points, only e1 was not. concentrations of e3, e2 and ee2 ranged from 11-366, 75-9998, and 63-422 ng l-1, respectively. in view of the results obtained, it would be interesting to deepen further studies on this topic and to develop and validate analytical methodologies for estrogen determination in their conjugated forms. additionally, other emerging contaminants could also be analyzed within this same studied region as in other parts of furnas lake, since this subject has been neglected by the scientific community until the present moment. acknowledgments the authors would like to acknowledge financial support from the following brazilian research agencies: capes cnpq and fapemig. references [1] united nations educational, scientific and cultural organization (unesco). water for a sustainable world. 2015. http://unesdoc.unesco.org/images/0023/002318/231823e.pdf . 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https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.08.002 https://doi.org/10.1590/s0103-50532011000800008 https://doi.org/10.1590/s0103-50532011000800008 https://doi.org/10.1590/s0103-50532011000800008 https://doi.org/10.1590/s0103-50532011000800008 https://doi.org/10.1590/s0103-50532011000800008 https://doi.org/10.5902/2179460x17320 https://doi.org/10.5902/2179460x17320 https://doi.org/10.5902/2179460x17320 https://doi.org/10.5902/2179460x17320 https://doi.org/10.5902/2179460x17320 https://doi.org/10.1080/09593330903052830 https://doi.org/10.1080/09593330903052830 https://doi.org/10.1080/09593330903052830 https://doi.org/10.1080/09593330903052830 https://doi.org/10.1080/09593330903052830 https://doi.org/10.1080/09593330903052830 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.09.034 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.09.034 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.09.034 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.09.034 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.09.034 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.09.034 https://doi.org/10.2166/wst.2004.0340 https://doi.org/10.2166/wst.2004.0340 https://doi.org/10.2166/wst.2004.0340 https://doi.org/10.2166/wst.2004.0340 https://doi.org/10.2166/wst.2004.0340 https://doi.org/10.2166/wst.2004.0340 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000300032 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000300032 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000300032 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1346 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1346 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1346 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1346 https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1346 https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24032016-090046/publico/bid15010_c.pdf https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24032016-090046/publico/bid15010_c.pdf https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24032016-090046/publico/bid15010_c.pdf https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24032016-090046/publico/bid15010_c.pdf https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24032016-090046/publico/bid15010_c.pdf https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24032016-090046/publico/bid15010_c.pdf https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24032016-090046/publico/bid15010_c.pdf editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 2 | 2018 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry, udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza lucas henrique de carvalho machado eclética química journal 2018 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 4 | 2018 | 25 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 physicochemical and biological activity studies on complexes of some transition elements with mixed ligands of glycine and urea maher ali al-maqtari1+, mohammed kassem al-qadasy1, yasmin mosa'd jamil1, fathi mohammed al-azab1, amani a. al-gaadbi1 1 sana'a university, faculty of science, chemistry department, sana'a, yemen + corresponding author: maher ali al-maqtari, e-mail address: al.maqtarimaher@yahoo.com article info article history: received: august 8, 2018 accepted: november 11, 2018 published: december 5, 2018 keywords: 1. urea 2. glycine 3. transition elements 4. complexes 1. introduction the synthesis and study of mixed ligand transition metal complexes have been of growing interest1, 2. new materials with useful properties such as electrical conductivity photoluminescence, magnetic exchange, nonlinear optical property and antimicrobial activity can be provided by using mixed ligand transition metal complexes3-5. urea (co(nh2)2) plays an important role in many biological processes such as decomposition of proteins and amino acids catabolism. in 1828, wöhler discovered urea, when organic materials were prepared from inorganic substances. all living things contain building blocks of amino acids6, which were first discovered as constituents of natural products and then observed to be the major components of proteins. all life forms on earth consist of the simplest proteinaceous amino acid, called glycine or amino acetic acid7. glycine is a neutral, aliphatic, optically inactive nonessential amino acid8 and it is the only protein amino acid that does not have optical isomers9. most of the metal ions form mono, bis and tris complexes with glycine that acts as a bidentate ligand forming stable 5membered chelating rings via the n atom of the amino group and o atom of carboxylate group10. the mixed ligand complexes of urea and glycine acid with co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions were synthesized, characterized and thermally studied for the first time in this work. 2. materials and methods 2.1 materials abstract: the reaction of urea (ur) and glycine (gly) with the metal ions co(ιι), ni(ιι) and cu(ιι) in ethanolic solution of 1m:1l1:1l2 molar ratio (where m= co(ii), ni(ii) and cu(ii), and l1 = urea l2 = glycine) led to the preparation of complexes of the general formula [m(ur)(gly)(h2o)2]cl. elemental microanalysis (chn), molar conductivity measurements, ir,1hnmr, mass and uv-vis spectroscopic, and magnetic susceptibility measurements were used for the characterization of the compounds. thermal analyses were used for the complexes degradation characterization. the complexes have an octahedral geometry and are of electrolytic nature in dmso solvent with the absence of inner-sphere coordination of the chloride anion. an inhibition zone was observed for ni-urea-glycine complex against escherichia coli when the biological activity was considered. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 mailto:al.maqtarimaher@yahoo.com original article 26 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 all chemical reagents used were purchased from bdh and used as provided. 2.2 synthesis of the complexes generally, the solid complexes were prepared by the same methodology previously described11. briefly, an ethanolic solution of hydrated metal chloride (0.01 mol) was dropwise added in an ethanolic solution of the first ligand (urea 0.01 mol) with stirring. the mixture was refluxed for 12 h with constant stirring. a hot solution of 0.01 mol glycine in 1:1 ethanol / water mixture ratio was dropwise added to the urea / metal mixture and drops of 1 mol l-1 naoh solution were used to adjust ph 7.0 7.5 to deprotonate nh3 + of the glycine to nh2. the mixture was refluxed for 2 h until resulting in the formation of a colored precipitate. the resulting product was filtered off and then washed with distilled water to remove nacl. the product was further washed with absolute ethanol/dimethylformamide (dmf) and left to dry. acceptable yield percentage was obtained (52-66%). 2.3 instrumentation glass capillary tubes were used to measure the melting points of the metal complexes in degrees celsius on a stuart scientific electrothermal melting point apparatus. silica gel gf254 plates (mn-kieselgel g., 0.2 mm thickness) was used for tlc. vario elfab instrument was used for elemental analysis (carbon, hydrogen and nitrogen) of complexes. chloride was volumetrically or gravimetrically determined by silver nitrate. the amount of water was determined gravimetrically using weight loss method and also from thermal analysis. perkin-elmer 2380 flame atomic absorption spectrophotometer was used to measure the metal content. jenway conductivity meter model 4510 was used to measure the molar conductance of 10-3 mol l-1 solutions of the metal complexes in dimethylsulfoxide (dmso) solvent. ir spectra of the metal complexes were measured by using ft/ir-140 (jasco, japan). a varian ft300 mhz spectrometer in d6-dmso solvent was used for obtaining proton 1hnmr spectra, using tms as internal standard. mass spectra were recorded on a jeol jms600 spectrometer. the electronic spectra of the complexes were measured in the range 400-800 nm using an uv–vis spectrophotometer specord 200, analytilk jena (germany). the mass susceptibility (g) of the solid complexes was measured at room temperature using gouy’s method on a magnetic susceptibility balance from johnson metthey and sherwood model. differential thermal analysis (dta) and thermogravimetric analysis (tga) were performed using the shimadzu dta-50 and shimadzu tga-50h thermal analyzers. the experiments were carried out in the temprature range from 25 to 800 oc under nitrogen atmosphere in a platinum pan, heating rate of 10 oc / min and flow rate of 30 ml min-1. the antibacterial activity against four species of bacteria (staphylococcus aureus, bacillus spp., escherichia coli and pseudomonas aeruginosa) was tested by agar diffusion method. 1000 µg ml-1 concentration for each of these compounds were individually prepared in dmso, then the filter paper disc (whatman no.1.5 mm diameter) was saturated with the solution of these compounds. the discs were placed on the surface of millar hinton agar dishes seeded with the strains of bacteria. the inhibition zones (mm) were measured after 24 h at 37 oc. dmso and gentamicin (120 μg ml-1) were used as control and reference, respectively. 3. results and discussion complexes of co(ii), ni(ii) and cu(ii) with urea (ur) and glycine (gly) ligands have been prepared and characterized. analytical data, physical properties, molar conductivity, and composition of the synthesized complexes are given in tables 1 and 2. the molar conductivity values (135-149 s cm2 mol 1) reflect the electrolytic properties of these complexes. the single spot appearance in the tlc proves the purity of these complexes. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 27 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 table 1. some physical properties of the complexes. table 2. elemental analysis of the complexes. 3.1 ir spectra of urea glycine complexes the coordination sites of urea and glycine ligands in their complexes were investigated. the infrared spectra show that urea acts as a neutral bidentate ligand through c=o and nh2 groups while glycine behaves as a bidentate anion ligand through cooand nh2 groups. ir spectra of ureaglycine complexes are represented in figures 1, 2 and 3. assignments of the characteristic bands are summarized in table 3. as it was postulated, the metal complexes were quite different when compared with the free ligands. figure 1. ir spectrum of [co(ur)(gly)(h2o)2]cl complex. complex proposed formula molar mass elemental analysis %c %h %n %m %cl calc. found calc. found calc. found calc. found calc. found calc. found [co(ur)(gly)(h2o)2]cl [co(c3h12n3o5)]cl 264.53 264.03 13.62 13.65 4.57 4.58 15.89 15.91 22.28 22.32 13.40 13.45 [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl [ni(c3h12n3o5)]cl 264.29 264.34 13.63 13.63 4.58 4.58 15.90 15.90 22.21 22.20 13.41 13.43 [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl [cu(c3h12n3o5)]cl 269.14 269.19 13.38 13.39 4.49 4.49 15.61 15.61 23.61 23.61 13.17 13.17 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 28 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 figure 2. ir spectrum of [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl complex. figure 3. ir spectrum of [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 29 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 table 3. main ir bands (cm-1) of the urea-glycine complexes the infrared spectral data of the complexes are as follows: (1) all the complexes spectra show a broad band at 3422-3432 cm-1 that corresponds to the stretching mode of water existing in the complexes as identified by thermal and elemental analysis. the coordinated water is identified by the appearance of ρr (rocking) and ρw (wagging) at 925 cm-1 and 511 cm-1, respectively12. (2) the amino groups of urea show lower-shift of 123-103 cm-1 and of 120-90 cm-1 for symmetrical and asymmetrical stretching υ(nh2) frequencies, respectively. this strongly suggests that the nitrogen atom of amino group must be involved in complexation, and the appearance of a new band in the range of 406-460 cm-1, assigned to υ(m-n) vibration, confirms this proposition13, 14. (3) a new band at 1680-1618 cm-1 is attributed to υ(co) from urea, assigned to υ(c=o–m). (4) the characteristic bands in complexes spectra occur in the ranges 3185-3160 cm-1 and 3376-3290 cm-1 for symmetrical and asymmetrical υ(nh2) group of glycine, respectively, which appears at lower wave number than the free υ(nh2). hence, coordination through nitrogen of the amino group is involved15. (5) the symmetrical υ(coo-) and asymmetrical υ(coo-) vibrations of glycine shift by 13-8 cm-1 and 89-20 cm-1, respectively. this confirms that carboxylate is acting as a monodentate group16. glycine acts as monobasic bidentate, through the nitrogen of amino and oxygen of carboxylate groups in these complexes17, 18. (6) the ir spectra in the range 483-451cm-1 and 460-421cm-1 show bands of low intensity due to stretching vibrations of υ(m-o) and υ(m-n), respectively13, 14. 3.2. 1hnmr spectra of urea-glycine complexes complexes were investigated by using 1hnmr spectra in d6-dmso and tms (tetramethyl silane) as standard and data are in table 4. [co(ur)(gly)(h2o)2]cl, [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl and [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl complexes show signals in the range 5.4-7.2 ppm attributed to the amide group of urea19, 20. the methylene group of glycine (ch2) in co(ιι), ni(ιι) and cu(ιι) complexes absorbs near 3.2, 3.2 and 3.1 ppm, respectively. nh2 group shows signals at 2.9, 2.5 and 2.6 ppm, respectively21, 22. in urea, one amine and the carbonyl groups are coordinated to the central metal ion without displacement of nh2 proton, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 30 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 while in glycine presents a new signal in the range 2.5-2.9 ppm because of the deprotonation of nh3+ to nh2. the appearance of a new signal around 3.53.8 ppm confirms the presence of water molecules in the complexes23. s.hemical shift (ppm) of free urea and glycine ligands and of complexehnmr c1table 4. 3.3 mass spectra of urea-glycine complexes the mass spectra of co(ιι), ni(ιι) and cu(ιι) complexes with urea and glycine reveal molecular ion peaks at m/z (calc. 264.53, found 264.03 (4%)), (calc. 264.29, found 264.34 (11%)) and (calc. 269.14, found 269.19 (9%)), respectively. the molecular ion of [co(ur)(gly)(h2o)2]cl complex loses glycinate (nh2ch2coo-) ion and 2h2 leaving an ion at m/z 185.67, which by its turn, loses h2o, cl, co, nh3 and h2 giving an ion at m/z 85.01. the mass spectrum of [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl complex exhibited a peak at m/z 244.90, indicating the loss of h2 and nh3, then this molecular ion loses h2o and ½cl2 leaving an ion at m/z 192.83, which further loses one more h2nch2coo affording an ion at m/z 118.87. the complex [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl loses [co, ½cl2] and h2o to give ions at m/z 205.68 and 251.19, respectively. 3.4 electronic and magnetic spectral analysis the magnetic moments of the co(ιι), ni(ιι) and cu(ιι) complexes as well as their electronic spectra data have provided good evidence for the structures of these complexes as shown in table 5. [co(ur)(gly)(h2o)2]cl hexa-coordination is suggested. this is based on the spectrum (figure 5) recorded in dmso solution which shows bands at 17985 cm-1 and 14482 cm-1, due to transition of 4t1g → 4t1g(p) (υ3) and 4t1g→ 4a2g (υ2), respectively23. the third band of the spectrum, assigned to υ1, could not be observed due to the limited range of the used instrument (2001100 nm). [co(ur)(gly)(h2o)2]cl has a magnetic moments of 4.76 b.m; this value is due to a highspin octahedral geometry around the co(ii) ion as reported previously24. moreover, the violet colour of octahedral co(ii) complexes is in good agreement with those previously reported25. o2h 2(ur)nh 2(gly)nh + 3nh αch)) alpha =α system 6-7.5 urea 7-8 3.5 glycine 3.8 (bonding)5.4 (nonbonding)6.4 2.9 3.2 ]cl2o)2[co(ur)(gly)(h 3.7 (bonding)4.7 (nonbonding)7.2 2.5 3.2 ]cl2o)2[ni(ur)(gly)(h 3.5 (bonding)5.5 (nonbonding)7 2.6 3.1 ]cl2o)2[cu(ur)(gly)(h https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 31 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 table 5. magnetic moment and electronic spectral data in dmso solution for the complexes. figure 4. uv-vis spectrum of [co(ur)(gly)(h2o2]cl complex in the mso solution. from the above discussion (figure 5) of [co(ur)(gly)(h2o2]cl can be suggested. furthermore, previous studies proved that the broad bands centred at 23697 cm-1 should be assigned to charge-transfer transitions in [co(ur)(gly)(h2o)2]cl26. figure 5. suggested structure for the complex. the magnetic moment data as well as the electronic spectrum data of the nickel complex are given in table 5. the complex [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl has a magnetic moment value of 3.2 b.m consistent with an octahedral geometry around the ni(ιι) ion with a 3a2g ground term, which lies in the range reported in the literature27. in addition, the complex has three bands in the uv-vis recorded in dmso solution (figure 6): 21459 cm-1 may be due to the 3a2g→ 3t1g (υ3); 14970 cm-1 due to 3a2g→ 3t1g (υ2); 13477 cm-1 in the transition range of an octahedral structure around the ni(ιι) ion (υ1) (figure 5)28. the green colour is also an additional evidence for the octahedral structure26. the band at 23419 cm-1 may be attributed to the charge transfer transition of [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl complex23. [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl (structure in figure 5) has an electronic spectrum (figure 7) that shows a strong band at 12987 cm-1 due to 2eg → 2t2g transition, suggesting a distorted octahedral geometry26. the broadness in the band may be due to jahn-teller effect29 and the proposed geometry is also supported by the blue colour of this complex27. the magnetic moment value of this complex 1.43 b.m agrees with the d9 system containing one unpaired electron26. the observed band at 24272 cm-1 in the spectrum of the complex may be due to lmct (l→m charge transfer transition) of [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl complex30. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 32 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 figure 6. uv-vis spectrum of [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl complex in dmso solution. figure 7. uv-vis spectrum of [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl complex in dmso solution. 3.5. thermal analysis of cu-urea-glycine complex the thermal and kinetic parameters for each step in the decomposition sequences of the cucomplex were determined by using the integral coast-redfern equation. the coats-redfern method is linearized for a correctly-chosen order of reaction (n) and the activation energy (ea) is obtained from the slope of the log [y] versus t-1 plot from equation: 𝑙𝑜𝑔 [ 1 − (1 − 𝛼)1−𝑛 𝑇2(1 − 𝑛) ] = 𝑙𝑜𝑔 [ 𝑍𝑅 𝑞𝐸𝑎 (1 − 2𝑅𝑇 𝐸𝑎 )] − 𝐸𝑎 2.303𝑅𝑇 𝑓𝑜𝑟 𝑛 ≠ 1 → 1 where: α = fraction of mass loss, t = temperature (k), z = pre-exponential factor, r = molar gas constant, q = heating rate and n = reaction order; estimated by horovitz-metzger method. the thermodynamic parameters of the thermal degradation step: enthalpy (δh*), entropy (δs*), and gibbs energy (δg*) of activation are calculated using the following standard equations: max ln kt zh rs =  maxrteh a −=   −= sthg max where z, k, and h are the pre-exponential factor, boltzmann and planck constant, respectively. the tg and dta thermograms of [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl complex (figures 8 and 9) are characterized by the three fast decomposition steps (25-318, 318-361 and 361-375 °c). the tdtg at 302 °c is consistent with the evolution of 100% of coordinated water, 100% of bonded chloride and 60% the urea ligand (calc. 39.95%, found 39.93%). the activation energy calculated is 89 kj mol-1 (table 6). the remaining urea molecule may be eliminated in the second step together with 52.72% of glycine molecule (calc. and found 23.43%). in this step (318-361 ºc), the activation energy is 123 kj mol-1 and the order of decomposition reaction is 3.6 with the apparent tdtg (334 ºc) and the exothermic (tdta) peak at 349 ºc (table 7). the third step, which corresponds to 17.57% loss of glycine molecule (calc. 4.86, found 4.84%) has an activation energy of 117 kj mol-1. the final residue is cuo and 0.5c as ash [(o=21.6%gly, c=8.11%gly) (calc. and found 31.78%)]. the ∆s*, ∆h* and ∆g* for these three steps are calculated (119.3, -100.1 and -183.8 j k-1 mol-1), (86.5, 120.2 and 114 kj mol-1) and (122.5, 153.6 and 180.7 kj mol-1), respectively. figure 8. tg and dtg curves of [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl. figure 9. dta curve of [cu(ur)(gly)(h2o)2] cl. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 33 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 table 6. characteristic parameters of thermal decomposition (10 °c min-1) for [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl. table 7. kinetic and thermodynamic parameters of the thermal decomposition of [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl. 3.6. antibacterial assay of synthesized complexes urea showed activity against the bacillus spp. and escherichia coli with inhibitory zones of 12 mm and 10 mm, respectively and glycine against the bacillus with inhibitory zone of 9 mm. but no inhibition zone was observed for all the complexes against the four studied strains (bacillus spp., escherichia coli, pseudomonas aeruginosa and staphylococcus aureus) excepting the complex [ni(ur)(gly)(h2o)2]cl which was active against escherichia coli with inhibitory zone 5 mm. this is probably because urea denatures protein when dissolved, and for the presence of amino and carbonyl groups. however, after complexes formation there would be no activity, due to the coordination of the amino and carbonyl groups31. 4. conclusions the formulae and the stoichiometry of the complexes of urea and glycine with co(ii), ni(ii) and cu(ii) metal ions are suggested based on the analytical data and tga results. neutral bidentate behavior of the urea coordination through the amine nitrogen and carbonyl oxygen is identified by ir spectra. glycine behaved as an anionic bidentate ligand through the carboxylate group and the neutral amino group. the electrolytic nature of the complexes was confirmed by the molar conductance values. all the complexes have an octahedral geometry, as revealed the spectral and magnetic results. the thermal decomposition studies of [cu(ur)(gly)(h2o)2]cl allowed to access the kinetic parameters for the successive steps of its decomposition. the complexes have no mass loss https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 original article 34 eclética química journal, vol. 43, n. 4, 2018, 25-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v43.4.2018.p25-36 antibacterial activities against the four strains of bacteria, except the ni-complex, which is active against escherichia coli, probably due to protein denaturation. 5. acknowledgments authors are grateful to professor hussein almaydama for his valuable assistance. 6. references [1] abdel-rahman, l. h., abu-dief, a. m., ismail, n. m., ismail, m., synthesis, characterization, and biological activity of new mixed ligand transition metal complexes of glutamine, glutaric, and glutamic acid with nitrogen-based ligands, inorganic and nano-metal chemistry 47 (3) (2017) 467-480. https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057. 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https://doi.org/10.1007/s10973-009-0404-x https://doi.org/10.1007/s10973-009-0404-x https://doi.org/10.1007/s10973-009-0404-x https://doi.org/10.1007/s10973-009-0404-x https://doi.org/10.1007/s10973-009-0404-x https://doi.org/10.1021/je100064h https://doi.org/10.1021/je100064h https://doi.org/10.1021/je100064h https://doi.org/10.1021/je100064h https://doi.org/10.1021/je100064h https://doi.org/10.1021/je100064h https://docslide.com.br/documents/tiiv-criii-mnii-and-niii-complexes-of-the-norfloxacin-antibiotic.html https://docslide.com.br/documents/tiiv-criii-mnii-and-niii-complexes-of-the-norfloxacin-antibiotic.html https://docslide.com.br/documents/tiiv-criii-mnii-and-niii-complexes-of-the-norfloxacin-antibiotic.html https://docslide.com.br/documents/tiiv-criii-mnii-and-niii-complexes-of-the-norfloxacin-antibiotic.html https://docslide.com.br/documents/tiiv-criii-mnii-and-niii-complexes-of-the-norfloxacin-antibiotic.html 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https://doi.org/10.1023/a:1021444328744 https://doi.org/10.1023/a:1021444328744 https://doi.org/10.1023/a:1021444328744 https://doi.org/10.1023/a:1021444328744 https://doi.org/10.1023/a:1021444328744 https://doi.org/10.1023/a:1021444328744 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 https://doi.org/10.1080/15533174.2015.1137057 editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | editorial the period of uncertainty is not over, but it demonstrates our enormous capacity of adapting to new situations and to overcome obstacles. these includes the intense contribution of authors and reviewers to the eclética química journal, allowing the publication of all issues predicted (thought) to 2020. opening this issue, two new hybrids paramagnetic compounds δfeooh(100).[gd(dtpa)(h2o)]2and δ-feooh (100).[gd(dtpa-bma)(h2o)] are described, which are proposed as contrast agents. it is well known that magnetic resonance imaging is an effective technique for detecting cancer (especially breast cancer), however, for a better visualization of the tissues it is necessary to use the contrast agents, which increase the longitudinal and transverse relaxation times (t1 and t2) of water molecules. subsequently, it is described a robust method of solid-phase extraction using the phenyl-bonded silica-based sorbent (si-ph sorbent) for pre-concentration of three booster antifouling biocides. zinc pyrithione, zineb and ziram biocides were evaluated in fortified ultrapure water and estuarine water samples for zinc determination. the metals removal procedure revealed efficient, eliminating the possibility of overestimation of the values during the determination of zinc and avoiding the (trans-) metallization of the biocides with other metals present in the si-ph sorbent. afterwards, the preparation and characterization of amidosulfonates of different transition metals are described. the analysis of the compounds by x-ray diffraction showed no evidence of isomorphism and their stoichiometry was established from thermal behavior investigation. stable anhydrous compounds were obtained by dehydration, sulfates constitute intermediates and metallic oxides are formed in the last step of thermal decomposition. following, an approximate solution of the schrödinger equation with the energy-dependent screened coulomb potential in higher dimensions is presented within the framework of the conventional nikiforov-uvarov method and a new form of greene-aldrich approximation scheme. the major finding of this research is the effect of the energy slope parameter on the energy spectra, which is seen in the existence of two simultaneous energy values for a particular quantum state. a technical note developing a methodology to treat electrochemical noise data and to obtain the spectral electrochemical noise resistance closes this issue. a routine was created to obtain the low frequency noise impedance values via fast fourier transform using microsoft excel and applied to the chalcopyrite dissolution under one specific condition. the results obtained after drift removal showed good agreement with those obtained with origin software for the same experimental condition. the editor and his team are grateful to all the authors for their relevant contributions, and the reviewers for their effort and dedication in evaluating the manuscripts, wishing everyone a better year in 2021. as optimism is a strategy for making a better future, we believe in the successful development of safe vaccines for covid-19 in the coming months. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 3 | 2020 | 28 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 hydrodeoxygenation and pyrolysis of free fatty acids obtained from waste rendering fat martyna murat, jaromír lederer, alena rodová, josé miguel hidalgo herrador+ unipetrol centre for research and education, a. s., research department, revoluční 1521/84, 400 01 ústí nad labem, czech republic +corresponding author: josé miguel hidalgo herrador, phone: +420-731534973, email address: jose.hidalgo@unicre.cz article info article history: received: october 1, 2019 accepted: february 19, 2020 published: july 1, 2020 keywords: 1. animal fat 2. pyrolysis 3. hydrodeoxygenation 4. hydrotreatment 5. free fatty acids 1. introduction the petroleum location in unstable territories, the fossil fuel restrictions by law and the greenhouse carbon dioxide production led to a high need in biofuels production. concretely, the revised renewable energy directive (eu) 2018/2001, adopted in december 2018 by the european parliament and by the council of ministers of the european union, promotes the use of energy from renewable sources in the european union. in addition, the european union is avoiding the use of croplands for the biofuels production. in 2015 new rules came into effect to reduce the risk of indirect land use change (renewable energy directive 2009/28/ec and the fuel quality directive 2009/30/ec). therefore, the use of wastes to produce biofuels can be considered as a necessary alternative for the biofuels production. three types of biofuels are considered worldwide: (i) first-generation biofuels (conventional ones such as fatty acids methyl esters – fame), (ii) second-generation biofuels are produced from non-edible raw materials and can be abstract: non-edible fats are a common renewable feedstock for the biofuels production to avoid partially the use of edible feeds and fossil fuels. the aim of this work was the use of waste rendering fat to produce pyrolyzed and hydrogenated oils. the feedstock was hydrolyzed producing free fatty acids and glycerol + residues. the free fatty acids were pyrolyzed (with and without metal sulfides metal supported catalyst) or hydrotreated separately. an autoclave closed hermetically in nitrogen (pyrolysis) or hydrogen (hydrotreatment) atmosphere was used. gaseous products were analyzed by gc-fid/tcd. liquid products were analyzed by simulated distillation (astm d2887) and ft-ir (attenuated total reflectance technique). for the pyrolysis, the main gaseous products were carbon dioxide, methane, ethane, and propane. for the hydrotreatment, the total amount of gases produced was much lower being the main product the carbon dioxide. for liquids, the hydrotreatment of the free fatty acids produced the respective hydrocarbons by decarboxylation reaction and the pyrolysis produced a mixture of compounds with lighter boiling ranges compared to the original free fatty acids. the use of a metal sulfide metal supported catalyst in the pyrolysis led to a higher amount of hydrogen production. but similar boiling range liquid products compared to the non-catalytic test. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 mailto:jose.hidalgo@unicre.cz http://orcid.org/0000-0002-5397-1578 original article 29 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 produced by catalytic hydrotreatment and (iii) third-generation biofuels products from algae feedstock1. in the case of cold weather countries, the using of first-generation biofuels (biodiesel) can be a problem because they present a high freezing point or low energy density (due to its oxygen content). second-generation biofuels are nowadays produced, in refineries, by catalytic hydro-processing to obtain hydrocarbons2-5. particularly, non-edible feedstocks are being using in refineries6. concretely, the use of waste animal fat1,7 is considered as a good option for the biofuels production. third-generation biofuels can be considered as a key technology. however, this technology needs to be still improved and implemented (not yet used on an industrial scale)8. rendering fat (rf) is a non-edible waste feedstock which can be produced from the waste of slaughterhouses and carcasses of livestock and it is considered as a cheap material for green diesel production9. however, rf contains usually high phosphorous and metal contents which could affect the catalytic activity9. rf is produced in czech republic in a relatively large amount so it can be considered as an available and cheap feedstock in this zone-area10. the amount registered of rendering fat, sludge, meat and bone meals residues produced in czech republic (2018) were 36780 tons all together11. the lipid wastes generated by commercial enterprises in czech republic (2017) classified by groups were the next: spent waxes and fats 1640 tons, waste fats and oils 21979 tons, edible fat, and oils 2971 tons and other greases and oil mixtures 374 tons12. biofuels of second generation can be obtained by hydrodeoxygenation (hdo) or by pyrolysis. the pyrolysis is an extensively studied pathway to convert triacylglycerols to hydrocarbons. however, the study of pyrolysis for free fatty acids has received lower attention13,14. the aim of this work was to evaluate the free fatty acids (from rendering fat) processing by catalytic and noncatalytic pyrolysis to fuels and chemicals using metal sulfide supported catalyst and compare these results with standard hydrodeoxygenation (hdo) process by using the same catalyst. niw sulfide supported on sio2-al2o3 is a commercial catalyst. this material was used instead standard nimo or como (used standardly for hdo reactions) supported catalysts with the added aim of cracking the free fatty acids to shorter molecules producing gases, gasoline and diesel fractions which could be then be evaluated for being used for fuels or petrochemistry. 2. experimental 2.1. materials waste rf (from dead animals, pig (80 wt.%) also including chicken (14 wt.%) and cow (6 wt.%) residues) used in a previous work7 was analysed (metal and elemental c, h, n, s analyses) as shown in tab. 1. table 1. metals and elemental c, h, n, s, o% (oxygen calculated by difference) and ash composition for the rf. metal composition amount units al <0.4 mg kg-1 ca 110 mg kg-1 cr 6.38 mg kg-1 fe 13.3 mg kg-1 k 218 mg kg-1 mg 16.6 mg kg-1 mn <0.2 mg kg-1 na 216 mg kg-1 ni <0.2 mg kg-1 p 50.1 mg kg-1 ti <0.2 mg kg-1 c 76.6 wt.% h 12.3 wt.% s -mg kg-1 n 800 mg kg-1 oxygen by difference 11.0 wt.% ash content1 0.3 wt.% acid value2 65.5 mg koh g-1 water content 2650.3 mg kg-1 1the ash content was calculated by tga in oxygen from 50 to 900 °c, 10 °c min-1. 2milligrams of koh added to 1 g of rf to obtain ph = 7. oleic acid lach-ner (oleic acid min. 70% pure/1000 ml; cas: 67701-08-0; einecs: 266932-7; assay fatty acids (as oleic acid) min. 97%; refractive index 1.460 1.463) was used as model molecule for pyrolysis. dimethyl disulfide (dmds) ≥ 99.0% sigma aldrich was used for the commercial catalyst sulfidation. niw/sio2–al2o3 reference material as https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 original article 30 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 catalyst with a 6.4 and 17.5 wt.% of ni and w contents respectively (200 m2 g-1 of bet surface) was tested. figure 1. scheme of the work-process using rf as feedstock for hydrolysis to ffa and then pyrolysis and hdo. oleic acid was used as model molecule. 2.2. tests experiments were performed in an autoclave 4575/76 with a “4848b” controller delivered by parr instruments company. the scheme of the overall work-process is exposed in fig. 1. the catalyst was activated using dmds. 20 g of dmds and 5 g of catalyst were used for each activation. dmds and catalysts were introduced into the reactor-autoclave. then, the reactor was flushed with nitrogen to remove air residues and finally flushed and pressurized to 5 mpa with hydrogen. temperature was then increased from ambient temperature (24 °c) to 340 °c with a rate of 8.3 °c min-1. at this temperature (340 °c), the pressure was increased to 15 mpa (by h2 flow) and the reactor was kept at these conditions for 1 h. the activation period was followed by the reactor external cooling by air flow (cooling rate approx. 4.5 °c min-1) to ambient temperature and stabilization for 1 h. for hydrolysis of rendering fat, hdo and pyrolysis tests similar procedures were performed. three types of tests were carried out: a) for hydrolysis, two tests were performed, 50 g of rendering fat, 50 g of distilled water and 2 g of sulfuric acid were used. the reactor was under nitrogen atmosphere with no added pressure. then, it was heated to 250 °c and maintained at this temperature during 1 h with 500 rpm of stirring rate. after reaction, the system was externally cooled by air flow (approx. 4.5 °c min−1) to room temperature and stabilized for 20 h. after that, the liquid was collected for analysis. after the hydrolysis the glycerol was considered as side product while free fatty acids were further processed in two ways: in a pyrolysis or in hdo reaction. b) for pyrolysis, 18.4 g of free fatty acids (ffa) and 3.7 g of activated-sulfide niw/sio2al2o3 catalyst were used. the autoclave was https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 original article 31 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 tested in nitrogen with no added pressure at room temperature and then heated to 420 °c with a heating rate of 8.3°c min−1. reaction was conducted stirring with a rate of 500 rpm. then, the system was externally cooled. afterwards, the gas was sampled at 30 °c and the autoclave depressurized. after that, the autoclave was opened, and the liquid collected for analysis. a blank probe, with 20 g of ffa and without the use of a catalyst and pyrolysis with oleic acid as a model molecule was also done, according to the above described procedure. c) for hdo reaction, 20 g of ffa and 5 g of sulfide niw/sio2-al2o3 commercial catalyst were placed in the autoclave. the reactor was then flushed with nitrogen and pressurized with hydrogen to 7 mpa. then, the reactor was heated up to 365 °c. the system was maintained at 365 °c for 1 h and stirred with 500 rpm. the, the system was cooled, and gas sampled at 30 °c. finally, the autoclave was depressurized and opened for collecting the liquid. 2.3. products analyses liquid products of the reaction were characterized by simulated distillation (simdist) using gas chromatography according to the astm d2887 and attenuated total reflectance ft-ir technique (atr). gaseous products were analysed by rga-gc (method refinery gas analysis, agilent). 3. results and discussion first, the hydrolysis of the rf was performed. the hydrolysis of triglycerides (triglyceride + 3 h2o ⇌ 3 fatty acids + glycerol), in the presence of water, produces free fatty acids and glycerol (the sulfuric acid addition led to the acid hydrolysis). in this case, the hydrolysis reaction was carried out not only to produce free fatty acids and separate them from the glycerol but also to remove other possible water-soluble compounds included previously in the original rendering fat (not triglycerides). two tests with similar results (tab. 2) were carried out. the simulated distillation of the ffa product presented about 90 wt.% of pure ffa (fig. 2). after hydrolysis tests no gaseous samples (c1c4 gases) were produced. glycerol and organic phases were separated by centrifugation. the organic phase simdis is shown in fig. 2. the main products in the organic phase were ffa as shown in fig. 2 (boiling range 340 – 420 °c). the simdis was calibrated and as shown in a previous work7, the boiling range of 50 – 220 °c is related to c5-c12 compounds, 220-340 °c to c12c19, 340-420 °c is mainly related to the free fatty acids but also to c20 + compounds and > 420 °c is related mainly to mono, di and triglycerides. then, these ffa were used as feedstock for pyrolysis. table 2. amount of liquid, gaseous and residue products obtained. reaction liquid (wt.%) gas (wt.%) hydrolysis of rendering fat 1. 71.72 28.28 (no gases, residue) hydrolysis of rendering fat 2. 71.67 28.33 (no gases, residue) ffa test in nitrogen without catalyst 64 36 ffa catalytic test in nitrogen 79.64 20.36 oleic acid test in nitrogen without catalyst 82.5 17.5 hydrodeoxygenation of ffa with catalyst 94.8 5.2 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 original article 32 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 figure 2. simulated distillation of rendering fat and hydrolysis products. next, after obtaining the ffa, two tests were carried out with ffa. one test using sulfide commercial catalyst and one test without catalyst. oleic acid was also used as model molecule to perform a pyrolysis test for comparing results with those obtained using ffa from rf. the pyrolysis led to an effective conversion to liquid and gaseous products different than feedstock as shown in fig. 3. the simdis and rga analyses together demonstrated that the pyrolysis was effective producing lighter products compared to the free fatty acids (ffa) due to a cracking process. as shown in tab. 2, the use of a sulfide catalyst increased the light liquid production and decreased the number of gaseous products c1-c6. the amount of gases and liquids compared between ffa and oleic acid tests are different due to the presence of other ffa in the animal fat (not only oleic acid). hdo test clearly led to hydrocarbons (fig. 3) especially to products c15c18 according to calibrated rga methodology peaks. this result is confirmed by atr (fig. 4) not showing signals for oxygenated compounds. the gaseous products composition is shown in fig. 5. the use of catalyst in nitrogen tests produced an increment in the hydrogen composition in gas products. thus, the use of a sulfide catalyst led to a higher amount% of hydrogen in the product but a total less amount of gases as consequence of the higher production of carbon dioxide in nitrogen tests. in the case of the oleic acid, the amount% composition is similar to the ffa test without catalyst in nitrogen. so, the gasification activity was similar in selectivity but different in the total production of gases. the total production of gases could be favored by the other compounds present in the animal fat. hdo test clearly showed four main increments of the amount distilled at 270, 286, 305 and 318 °c which are related to c15-c18 hydrocarbons, respectively. two significative increments of amount distilled were also shown for catalytic ffa pyrolysis tests (c15 and c17 hydrocarbons zone) indicating that the use of the metal sulfide catalyst led to a higher amount of c15, c17 hydrocarbons. however, in pyrolysis no hydrogen was used so these hydrocarbons could be produced by the hydrogen produced by the initial ffa hydrogen loss originated during the test. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 original article 33 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 figure 3. simdis of liquid products from tests using nitrogen and for hdo test. the reaction was conducted without catalyst in nitrogen (ffa and model oleic acid tests), with sulfide catalyst (ffa hdo catalytic test and ffa catalytic test). figure 4. atr spectrum of all feedstocks and reaction products in this experiment. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 original article 34 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 figure 5. rga gases analysis for pyrolysis and hdo tests. atr absorbance spectra of liquid products in the frequency range between 690 and 4000 cm-1 are shown in fig. 5. in general, for triglycerides and hydrogenated vegetable oils, the bands at 2925, 2965 cm−1 are related to the stretching vibrations of the ch3 and ch2 groups14. the absorption at 3100–3000 cm−1, 1603 cm−1, 1500 cm−1 and 900– 700 cm−1 is typical for aromatic compounds14. the band at 1709 cm−1 can be attributed to the presence of free fatty acids and the band at 1746 cm-1 to the ester carbonyl functional group of the triglycerides which was only present in the feedstock14. concretely, the band at 1746 cm-1 was only found for the feedstock confirming the hydrolysis of the animal fat to ffa. however, for the feedstock and hydrolysis products, the band at 1182 cm-1 can be attributed to the stretching vibration of the c-o ester groups indicating a non-complete hydrolysis being this result in agreement with simdis (amounts distilled at higher temperatures than 420 °c). at 727 cm-1 was found a band attributed to the overlapping of the ch2 rocking vibration and the out-of-plane vibration of cis-disubstituted olefins14. the shoulder at 2890-3009 cm−1 c-h (stretching vibration of the cis-double bond (=ch)) found for the feedstock was also present in the liquid products. although the pyrolysis and hdo reaction of oleic acid and rendering fat were already studied15-18, to the best of our knowledge, comparing with literature, a comparison between non-catalytic and catalytic pyrolysis of renderingfat using sulfide catalyst was not found. in addition, the use of oleic acid led to know the possible differences by using real feedstock and this model molecule. 4. conclusions several tests of hydrolysis, hdo and pyrolysis were performed obtaining good yields to free fatty acids (hydrolysis) and hydrocarbons (hdo). pyrolysis tests of ffa were carried out with and without catalyst to see its influence. the use of catalyst led to an increment in hydrogen production, decrease in total gas production and to higher amounts of c15 and c17 hydrocarbons compared to non-catalytic pyrolysis. lighter olefins, aromatics and hydrocarbons were produced after pyrolysis. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 original article 35 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 28-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p28-36 5. acknowledgment this publication is a result of the project cactu, reg. no. cz.02.1.01/0.0/0.0/17_049/0008397, which has been co-financed by european union from the european regional development fund through the operational programme research, development and education. this project has also been financially supported by the ministry of industry and trade of the czech republic which has been providing institutional support for long-term conceptual development of research organization. the project cactu has been integrated into the national sustainability programme i of the ministry of education, youth and sports of the czech republic (meys) through the project development of the unicre centre (lo1606). the result was achieved using the infrastructure of the project efficient use of energy resources using catalytic processes (lm2015039) which has been financially supported by meys within the targeted support of large infrastructures. 6. references [1] de paz carmona, h., de la torre alfaro, o., alayón, a. b., vázquez, m. a. r., hernández, j. j. m., coprocessing of straight run gas oil with used cooking oil and animal fats, fuel 254 (2019) 115583. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.05.166. 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https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2013.12.007 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043826676.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043841620.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043914524.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043933885.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043948916.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044026236.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044039532.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044110960.pdf original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | special issue | 2019 | 26 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 electrodeposition study of the cu-zn-mo system in citrate/sulfate medium hugo sousa santos1 , alessandra alves correa1 , murilo fernando gromboni2 , lucia helena mascaro1+ 1.federal university of são carlos (ufscar), department of chemistry, km 235 washington luís hw, são carlos, são paulo, brazil 2.university of são paulo (usp), institute of chemistry, 400 trabalhador são carlense ave, são carlos, são paulo, brazil +corresponding author: lucia helena mascaro, phone: +55 16 33519698, email address: lmascaro@ufscar.br article info article history: received: january 16, 2019 accepted: august 3, 2019 published: november 20, 2019 keywords: 1. electrodeposition 2. cu-zn-mo system 3. composite 4. alloy 5. intermetallic phases 6. molybdenum oxides 1. introduction alloys and composites of zinc (zn) and copper (cu) commonly called brass have excellent properties such as mechanical strength, malleability and resistance against corrosion; in addition, they are considered to be weakly harmful to the environment1,2. on the other hand, molybdenum (mo) compounds and oxides are also relevant in terms of their excellent resistance against corrosion and electrocatalytic activities3-10. therefore, an alloy/composite composed of cu, zn and mo may have applicability as corrosion resistant coating and electrocatalytic material. methods that use thermal energy, such as thermal spraying11 and melting metal in a vacuum or inert atmosphere12, are utilized to get these materials, but both methods are costly and expend a great deal of energy13. a reasonable option is electroplating because it is a generally simple technique, inexpensive and broadly utilized in the production of composites, metallic coatings, alloys and semiconductors on different substrates14,15. recent research shows the possibility of mo deposition with zn and cu14,16-18. in these studies, the zn-mo composite is proposed as a corrosion resistant coating with low danger and environmentally friendly, in contrast to other anticorrosive alloys containing cadmium and chromium. one of the announced methods for getting this material was by potentiostatic deposition at -1.4 v, where an amount of 70% m/m mo was incorporated on the surface of the coating14. kazimierczak et al., in another study, abstract: alloys and composites that contain molybdenum have been studied due to their excellent properties, such as corrosion resistance and catalytic activity. in this work, the parameters for cu-zn-mo system electrodeposition were studied, such as deposition potentials and concentration of electroactive species. the deposition potentials were examined using cyclic voltammetry and anodic linear stripping voltammetry (alsv), the deposit morphology was evaluated using scanning electron microscopy (sem) and crystallographic characterization was carried out for x-ray diffraction (xrd). the voltammetry studies indicated codeposition of the metals in potentials more negative than -1.2 v, and a potential deposition at -1.5 v was chosen. the coatings presented morphology compact with small agglomerated particles with cauliflower structures, and the content of molybdenum, copper, and zinc ranged from 5 to 8%, 30 to 40% and 20 to 28%, respectively. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 mailto:lmascaro@ufscar.br http://orcid.org/0000-0003-0187-6250 http://orcid.org/0000-0001-5308-8737 http://orcid.org/0000-0001-6203-3893 http://orcid.org/0000-0001-6908-1097 original article 27 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 obtained zn-mo coatings with up to 14% mo and showed that the deposits with more than 1% mo had amorphous or nanocrystalline characteristics16. in their turn, cu-mo compounds can be used as heat sinks or heat diffusers in electronic devices. gotou et al.17 studied this system and obtained coatings with up to 22% m/m mo with amorphous features, regardless of the amount of mo in the coatings. thus, a few studies have reported on cumo and zn-mo binary composites; however, there has been no report of cu-zn-mo ternary system obtained by electrodeposition. as previously mentioned, the combination of these three elements could be interesting as a corrosion resistant coating, as with the case of zn-cu19-21 and zn-mo14,16,18 alloys and composites. in addition, the introduction of mo in these coatings should significantly improve the electrocatalytic properties for water electrolysis because the presence of mo in the iron group’s alloys and composites has been described as responsible for the reduction of the overpotential of the hydrogen evolution reaction10,22-24. one of the issues in the electrodeposition of ternary systems is the stability and solubility of the salts used to formulate the deposition baths, which can be achieved by inserting specific complexing agents25. however, aggressive and toxic complexes such as cyanides and chlorides are commonly used in the deposition baths of zn and cu alloys26. in the perspective of environmental problems, it is proposed to utilize a complexing agent that stabilizes the electroactive species and is minimally aggressive and toxic. a complexing agent that fits this proposition is citrate; it is nontoxic and forms electroactive complexes with cu (ii) and mo (vi) over a wide ph range and with zn (ii) at acidic ph14,27,28. considering these facts, the objective of this study was to propose a bath for electrodeposition of the ternary system with cu (ii), zn (ii) and mo (vi) ions and to verify the conditions for the occurrence of the co-deposition of these three elements. for this, several molar ratios of the ions in the deposition bath were studied using sodium citrate as complexing agent, and morphological, compositional and crystallographic characterizations of the coatings were performed. 2. experimental the chemicals used were cuso4·5h2o (> 99%), znso4.7h2o (> 99%), na2moo4 (> 99%) and sodium citrate (na3c6h5o7 > 99%), all analytical grade and without any purification. the electrolytic baths were prepared by the dissolution of sodium citrate in ultrapure water treated in the milli-q system (18.2 mω cm-1), followed by the addition of the salts of the metal ions. according to the work of kazimierczak et al.16 and slupska and ozga29, which correlated the predominant cu (ii), mo (vi) and zn (ii) species with respect to citrate concentrations and ph in the baths. for that all species to be electroactive in the baths the ph of the electrolyte should be between 3 and 5.5. therefore, the ph of the electrolytic baths in this work was adjusted to 4 with sulfuric acid. the chemical composition of all baths is shown in table 1. table 1. chemical composition of the deposition baths used. baths [mo(vi)]/ mol l -1 [zn(ii)]/ mol l -1 [cu(ii)]/ mol l -1 [citrate]/ mol l -1 [mo(vi)]:[zn(ii)]: [cu(ii)] 1 0.04 0.02 0.1 0:2:1 2 0.04 0.02 0.1 2:0:1 3 0.04 0.04 0.02 0.1 2:2:1 4 0.06 0.04 0.02 0.1 3:2:1 5 0.08 0.04 0.02 0.1 4:2:1 a platinum disk of 0.1 cm2 was used as the working electrode in the voltammetric studies. it was sanded in 0.25 μm diamond paste and then remained in sonication for 5 min in isopropyl alcohol before being rinsed with deionized water. the coatings were also produced in 1010 carbon steel. for this, steel plates with exposed area of 2.6 cm2 were used as working electrodes. the plates were treated with 5% sulfuric acid solution to remove the iron oxides. then, they were rinsed with distilled water and sanded with sandpaper until the granulometry reached 600, and finally https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 original article 28 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 they underwent basic degreasing in naoh 3.0 mol l-1 for 2 min. an ag(s)|agcl(s)|cl (saturated kcl) electrode and a high surface area pt grid were used as reference and auxiliary electrodes, respectively. the voltammetric studies were performed in the potentials range of 1.5 to -1.5 v with a scan rate of 50 mv s-1, three cycles were performed in each measurement. the deposition potentials were evaluated through cyclic voltammetry at different cathodic inversion potentials in the range of -1.0 to -2.0 v with a scan velocity of 50 mv s-1. electrochemical stripping analyses in the range of -1.0 to 1.0 v were obtained for the coatings deposited in -1.6, 1.75 and -2.0 v in the binary baths of mo (vi) and cu (ii) (bath 4) and zn (ii) and cu (ii) (bath 5). the stripping analyses were carried out in 0.1 mol l-1 sodium citrate solution at ph 4. the depositions were performed at constant potential in the range of -1.2 to -2.0 v for 1800 s. all measurements were performed at 25° c. the morphologies of the coatings were evaluated using scanning electron microscopy (sem) with highresolution field emission using an fe-sem, zeiss supra 35, and the composition was analyzed through x-ray dispersive energy (edx) spectroscopy using a fei-xl30-feg with an oxford instruments-link isis 300 detector. the structural characterizations were performed using an x-ray diffractometer (rigaku-dmax2500pc) with cu kα = 1.5406å, 40 kv voltage, theta-2theta configuration and a scan angle of 20-80º with a scanning speed of 2°/min. 3. results and discussion 3.1. voltammetric studies the cathodic voltammograms for the baths with 2:2:1, 3:2:1 and 4:2:1 molar ratios of mo(vi): zn(ii): cu(ii) on pt are shown in fig. 1. the peak c1 at 0.15 v and c2 at -0.1 v could be attributed to underpotential deposition (upd) and bulk deposition of copper from the non-complexed cu2 + ions, respectively30. this is possible because the concentration of citrate (0.1 mol l-1) in these baths was less than the total metal-ion concentration, which is evidence of the occurrence of mo (vi), zn (ii) and cu (ii) noncomplexed species. it was also observed that peaks c1 and c2 presented higher cathodic currents when the concentration of molybdate was increased in the baths. since the molybdenum(vi) citrate complexes are more stable that copper (ii) citrate complexes in the ph used, the increase of the concentration of moo4 2+ ions led to a higher concentration of free cu2+ ions in the bath31,32. the increase of the mo (vi) concentration caused a considerable increase in the peak current c3 in the region of -0.8 v, which was attributed to the deposition of molybdenum oxides/hydroxides (fig. s1b). the peaks c4 and c5 were due to the reduction of cu (ii) and zn (ii) complexed with citrate, respectively (fig. s1). the curves in fig. 1 indicate that the cathodic current in potentials more negative than -1.25 v increased more significantly in the bath with a higher concentration of moo4 2(curve 3). this current is due to the evolution of h2, which is facilitated by the higher amount of mo oxides/hydroxides deposited that is a catalytic species for hydrogen evolution reaction (her)33. in conclusion, an increase of moo4 2concentration in the baths facilitates the deposition of molybdenum species; however, it leads to a higher evolution of hydrogen, which can lead to lower deposition efficiency and poor structure of the coatings. figure 1. cathodic voltammograms on pt for baths mo: zn: cu of molar ratios (1) 2: 2: 1 (bath 6), (2) 3: 2: 1 (bath 7) and 4: 2: 1 (bath 8) at t = 25 °c. to find the best cathodic deposition potentials, a study was performed on different inversion cathodic potentials in the 2:2:1 mo: zn: cu bath (bath 6), as shown in fig. 2a. from -1.3 v, the currents were very high due to the her (graph inserted in fig. 2a), which made it difficult to visualize the processes; therefore, the study focused on the more positive potential regions. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.p36-38 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.p36-38 original article 29 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 figure 2. (a) voltammograms on pt for bath 3 of 2:2:1 molar ratio of mo: zn: cu at inversion potentials -1.0v (line 1), 1.2 v (line 2), -1.6 (line 3), -1.75 v (line 4) and -2.0 v (line 5). (b) stripping voltammetry curves for the coatings obtained on pt in the bath 1 at -1.6, -1.75 and -2.0 v (b) stripping voltammetry curves for the coatings obtained on pt in the bath 2 at -1.6, -1.75 and -2.0 v at t = 25 °c. in the inversion potentials at -1.0 (line 1) and 1.2 v (line 2), only a cathodic and an anodic peak in the range of potentials of -0.25 to 0.25 v were identified as being attributed to deposition and dissolution of cu. from the potential of inversion of -1.6 v, a peak (a2) attributed to the dissolution of zinc or zinc-rich phase appeared, and for the more negative potentials (-1.75 and -2.0 v), larger anodic currents were presented, showing the favoring of the deposition of zinc at more negative potentials. the oxidation peaks in the range of 0 to 0.52 v potentials (a1, a2 and a3) that appeared for the inverse potentials -1.6 (line 3), -1.75 (line 4) and -2.0 v (line 5) are attributed to the dissolution of copper and copper-rich phases. it can be concluded from the voltammetric studies that zincrich cu-zn phases and cu-mo composites can be electrodeposited at highly negative potentials simultaneously with the her from the proposed baths. the phases related to the anode peaks in the region of potentials of 0.0 to 0.52 v (a1, a2 and a3) cannot be identified only by the voltammograms in fig. 2a. therefore, electrochemical stripping analyses were performed for deposits obtained in the zn(ii): cu(ii) (bath 4) and mo(vi): cu(ii) (bath 5) binary baths. the coatings were deposited in 1.6, -1.75 and -2.0 v for 5 min on pt; these curves are shown in fig. 2b and c, respectively. the stripping curves for the coatings obtained in the bath containing only zn (ii) and cu (ii) presented a shoulder followed by a peak with high anodic current, which was attributed to the dissolution of cu and cu-zn phases. this result enables affirmation that peaks a1 and a2 observed in the voltammograms of fig. 2a were due to the dissolution of cu-zn phases formed in potentials more negative than -1.2 v. the attribution of this anodic process to the dissolution of the cu-zn is coherent because this process occurs in more negative potentials in comparison to the potential dissolution of the cu, motivated by the presence of zn atoms. figure 2b shows the stripping curves for the coatings obtained in the bath containing only mo (vi) and cu (ii). in this voltammogram, one shoulder can be observed followed by the a1* peak attributed to the dissolution of cu and a2* peak https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 original article 30 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 shifted to more positive potentials attributed to the phase dissolution or intermetallic compound formed between cu and mo. the shift of the a2* peak to more positive potentials compared to the oxidation of cu is coherent because mo has passivating characteristics. in turn, this result indicates that the anodic process a3 in the voltammograms of fig. 2a is due to dissolution of cu-mo phases. the stripping curves confirm the assumption that cu, mo and zn containing intermetallic compounds can be formed from that bath at potentials more negative than the zn reduction potential, together with her. 3.2. physical characterization aiming for future applications, the coatings were also produced in 1010 carbon steel and characterized by their morphologies, chemical compositions and crystalline structure. the amount of the mo, cu and zn in the coatings obtained at 1.5 v on 1010 steel in the 2:2:1, 3:2:1 and 4:2:1 molar ratios of mo: zn: cu are shown in fig. 3. the amount of cu was the largest of the three metals in the system, varying between 30 and 40% at/at, showing that copper is deposited preferentially in this deposition conditions. however, the increased deposition of mo-oxidized species with increasing moo4 2concentration in the baths directly affected cu deposition by reducing its content in the coatings. large amounts of zn were also deposited, and all coatings that exhibited 20 to 28% of these metal coatings had less than 10% of mo; on the other hand, they had considerable amounts of oxygen (more than 30% at). from fig. 3, it is clear that an increase of the mo content in coatings leads to an increase in the oxygen content, which is independent of the cu or zn, indicating that the mo in the coatings is in the form of oxides. to understand the influence of the deposition potential on the coatings’ chemical composition, electrodepositions were performed in a potential range of -1.2 to -1.9 v in the 4:2:1 molar ratio (bath 5) on steel 1010. these data are presented in fig. 4a without the oxygen contents. it is noticed that the higher mo contents were deposited at potentials more positive than -1.4 v. however, in comparison to the cu and zn contents, the amount of mo remained almost constant in all deposition potentials, showing that the applied overpotential has little influence on its electrodeposition. on the other hand, both cu and zn deposition are strongly dependent on the overpotential applied. at the potentials more positive than -1.4 v the coatings consisted of approximately 70 to 75% of cu and between 13 and 15% of zn, but in more negative potentials, the zn deposition was favored, becoming the major component with approximately 54% in -1.9 v. based in fig. 1, it is possible to infer that copper deposition occurs via kinetically activated regime until the potential near -1.2 v, followed by a diffusion process at more negative potentials. it is agreement the fact that a smaller amount of copper was electrodeposited in more negative potentials. on the other hand, the electrodeposition of zinc was favored in potentials more negative than -1.2 v due this process is activated kinetically. this shows that, depending on the excess potential applied, it is possible to obtain coatings with different compositions. for more positive potentials, cu rich coatings and for more negative potentials, zn rich coatings are obtained. figure 3. composition for the coatings obtained in the baths of 2:2:1 (bath 3), 3:2:1 (bath 4) and 4:2:1 (bath 5) molar ratio of mo: zn: cu at -1.5 v on 1010 steel substrate. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 original article 31 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 figure 4. (a) composition for the coatings obtained in the bath 5 of molar ratio mo: zn: cu 4:2:1 in the range of deposition potentials of -1.2 to -1.9 v. (b) molar ratio between the metals in the coatings obtained in the bath 5 in the range of deposition potentials of -1.2 to -1.9 v on 1010 steel substrate. the profiles of the atomic ratios between the metals in the coatings are shown in fig. 4b. comparing the profiles of the zn/cu and zn/mo atomic ratios indicates that in the coatings obtained over the entire range of deposition potentials, the ratio values grew following the same pattern. the values of the zn/cu ratio in the most positive potentials were less than 1.0 (higher cu content) and remained thus until the potential of -1.6 v, where the cu and zn contents were similar. in the most negative potentials, zn electrodeposition was favored, and the zn/cu ratio values were greater than 1.0 (higher zn content). the profile observed for the zn/mo ratio was similar to that observed in zn/cu, indicating that the behavior of mo and cu deposition in relation to zn deposition is similar; that is, in more positive potentials, cu and mo deposition is favored, and a smaller amount of zn is deposited. according to the cu/mo ratio profile, there was a small dependence between cu and mo on their deposition, as evidenced by the smaller variation of these values in comparison with the zn/mo and zn/cu ratios. the coating surface morphologies obtained in the -1.5 v potential are shown in fig. 5a. they presented a relatively compact structure with small agglomerated particles forming larger cauliflowerlike structures; the small, smooth agglomerates on these structures are attributed to the oxides of mo. the coating obtained in the 3:2:1 bath (fig. 5b) showed structures similar to that of the 2:2:1 film but with a greater number of smooth structures between and on the grains. in contrast, the coating obtained in the 4:2:1 bath (fig. 5c) presented less compactness and uniformity in its structure. the variation of the coating obtained in the bath with the higher concentration of mo can be explained by taking into account the greater evolution of hydrogen that occurs with the electrodeposition of the coatings. this meant that the growth on the substrate was not uniform and compact. the greatest hydrogen evolution from bath 5 is proven by the cathodic voltammetry shown in fig. 1, in which the cathodic current at -1.5 v related to her for this bath was considerably higher compared to the currents obtained in the other baths at the same potential. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 original article 32 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 figure 5. surface morphologies obtained by sem for coatings obtained at -1.5 v in baths with mo: zn: cu molar ratio of (a) 2:2:1 (bath 3), (b) 3:2:1 (bath 4) and (c) 4:2:1 (bath 5) on 1010 steel substrate. the crystal structures were evaluated using xray diffraction (xrd) and are shown in fig. 6. the phases were identified with the aid of the crystallographic data patterns. figure 6. x-ray diffraction patterns for coatings obtained at -1.5 v in baths of mo: zn: cu molar ratios of 2:2:1 (bath 3, black line), 3:2:1 (bath 4, red line) and 4:2:1 (bath 5, blue line) on 1010 steel substrate. for all coatings, two phases of the cu-zn alloy were identified, β-cu-zn (pdf # 65-6066) and γcu-zn (pdf # 65-6566). the equilibrium phase diagram for cu-zn alloys shows that cu-rich phases, such as α-cu-zn (99-70% cu) and β-cuzn (with up to 48% zn), and zn-rich phases, such as γ-cu-zn (cu5zn8, with up to 66% zn) and ε-cuzn5, are possible to obtain through electrodeposition21. the identified β-cu-zn and γ-cu-zn phases are consistent with composition data shown in fig. 3, where all coatings contained 30 to 50% cu and 25 to 35% zn. however, no peaks of mo or oxidized species of this metal were observed, although these coatings had up to 8% of mo, indicating that the electrodeposited mo species are totally amorphous. on the other hand, diffraction patterns showed significant irregularity in background intensity, most evident in the range of 2θ from 50º to 53º. this irregularity was attributed to the diffraction of plane (200) of the cu with low crystallinity, which might have been caused by the introduction of amorphous mo into the lattice of this metal. according to gotou et al.17, molybdenum can be introduced into the crystal lattice of the copper, causing an enlarging of lattice space and leading to https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 original article 33 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 an amorphous structure. therefore, the cu-zn-mo coatings obtained in this work were a mixture of cu-zn intermetallic phases and coppermolybdenum amorphous composites, as well as mo oxides with fully amorphous characteristics. 4. conclusions in this work was studied the parameters for electrodeposition of the system cu-zn-mo in citrate baths. the voltammetric profiles indicate that binary phases of cu-zn and cu-mo can be formed in potentials more negative than -1.2 v together with hydrogen evolution. the morphologies of the coatings obtained in the potential of -1.5 v were compact and presented small agglomerated particles forming larger cauliflower structures, and mo, cu and zn in these coatings ranged from 5 to 8%, 30 to 40% and 20 to 28%, respectively. compositional analysis and xrd patterns showed that no ternary phases were formed, but rather a mixture of intermetallic zn-cu phases and mo-cu amorphous composite, as well as mo oxides with totally amorphous characteristics. 5. acknowledgments the authors thank the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp number 2018/16401-8), cepid (2013/07296-2) and capes (finance code 001) for financial support. see supplementary information. 6. references [1] morales, j., fernandez, g. t., esparza, p., gonzalez, s., salvarezza, r. c., arvia, a. j., a comparative study on the passivation and localized corrosion of α, β, and α+β brass in borate buffer solutions containing sodium chloride-i. electrochemical data, corrosion science 37 (2) (1995) 211-229. https://doi.org/10.1016/0010938x(94)00108-i. 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https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.04.205 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.04.205 https://doi.org/10.1149/2.0051412jes https://doi.org/10.1149/2.0051412jes https://doi.org/10.1149/2.0051412jes https://doi.org/10.1149/2.0051412jes https://doi.org/10.1149/2.0051412jes https://doi.org/10.1149/2.0051412jes https://doi.org/10.1149/2.0051412jes https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.02.165 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.02.165 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.02.165 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.02.165 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.02.165 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.079 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.079 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.079 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.079 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.079 https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.079 https://doi.org/10.1007/s11661-016-3715-0 https://doi.org/10.1007/s11661-016-3715-0 https://doi.org/10.1007/s11661-016-3715-0 https://doi.org/10.1007/s11661-016-3715-0 https://doi.org/10.1007/s11661-016-3715-0 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2007.01.004 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2007.01.004 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2007.01.004 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2007.01.004 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2007.01.004 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2007.01.004 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.007 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.007 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.007 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.007 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.007 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.007 https://doi.org/10.1016/0169-4332(92)90124-g https://doi.org/10.1016/0169-4332(92)90124-g https://doi.org/10.1016/0169-4332(92)90124-g https://doi.org/10.1016/0169-4332(92)90124-g https://doi.org/10.1016/0169-4332(92)90124-g https://doi.org/10.3923/ajaps.2012.314.326 https://doi.org/10.3923/ajaps.2012.314.326 https://doi.org/10.3923/ajaps.2012.314.326 https://doi.org/10.3923/ajaps.2012.314.326 https://doi.org/10.1016/s0257-8972(01)01613-9 https://doi.org/10.1016/s0257-8972(01)01613-9 https://doi.org/10.1016/s0257-8972(01)01613-9 https://doi.org/10.1016/s0257-8972(01)01613-9 https://doi.org/10.1016/s0257-8972(01)01613-9 https://doi.org/10.1007/s10800-010-0181-z https://doi.org/10.1007/s10800-010-0181-z https://doi.org/10.1007/s10800-010-0181-z https://doi.org/10.1007/s10800-010-0181-z https://doi.org/10.1007/s10800-010-0181-z https://doi.org/10.1007/s10800-010-0181-z https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.07.039 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.07.039 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.07.039 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.07.039 https://doi.org/10.1016/s0013-4686(96)00374-x https://doi.org/10.1016/s0013-4686(96)00374-x https://doi.org/10.1016/s0013-4686(96)00374-x https://doi.org/10.1016/s0013-4686(96)00374-x https://doi.org/10.1016/s0013-4686(96)00374-x https://doi.org/10.1016/0277-5387(95)00210-j https://doi.org/10.1016/0277-5387(95)00210-j https://doi.org/10.1016/0277-5387(95)00210-j https://doi.org/10.1016/0277-5387(95)00210-j https://doi.org/10.1016/0277-5387(95)00210-j https://doi.org/10.1139/v74-458 https://doi.org/10.1139/v74-458 https://doi.org/10.1139/v74-458 https://doi.org/10.1139/v74-458 https://doi.org/10.1139/v74-458 original article 35 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 [33] luo, z., miao, r., huan, t. d., mosa, i. m., poyraz, a. s., zhong, w., cloud, j. e., kriz, d. a., thanneeru, s., he, j., zhang, y., ramprasad, r., suib, s. l., mesoporous moo-x material as an efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reactions, advanced energy materials 6 (16) (2016) 1600528. https://doi.org/10.1002/aenm.201600528. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p26-35 https://doi.org/10.1002/aenm.201600528 https://doi.org/10.1002/aenm.201600528 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keywords 1. water-in-salt electrolytes 2. batteries 3. supercapacitors 4. electrochemical energy storage contents 1. introduction 2. brief fundamental aspects 3. water in single salt electrolyte (wisse) 4. water in bi-salt (wibse) 5. redox-active wises 6. is the performance of wise employed in ees devices competitive? 7. perspectives authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments references abstract: the utilization of aqueous electrolytes is an emerging field in batteries and supercapacitors to overcome the safety concerns about the flammability of the typical organic electrolytes employed in these devices. yet, aqueous diluted electrolytes limit the electrochemical stability window (esw) restricting the device cell voltage. surprisingly, the use of water-in-salt electrolytes (wises) has demonstrated the capability of suppressing the free water content of solution leading to an esw expansion. on the other hand, since the first report of wises, most of these electrolytes have employed expensive salts for their preparation, hindering the replacement of the current electrolytes, utilized in energy storage devices, by wises. on the other hand, in recent years, the employment of low-cost salts for wises has been investigated as a strategy to circumvent these economic issues revealing to be feasible for widening the cell voltage. herein, we summarize the recent progress and developments of wises produced with low-cost salts providing the challenges and perspectives toward their application in electrochemical energy storage. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 mailto:ampsakita@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6992-9334 https://orcid.org/0000-0002-2316-2323 short review revista.iq.unesp.br 19 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 1. introduction since the pioneering work of suo et al. (2015), water-in-salt electrolytes (wises) have attracted much attention in the field of electrochemical energy storage (ees) by allowing the use of aqueous electrolytes in li-ion batteries (libs). however, smith and dunn (2015) highlighted the cost of the salt used by suo’s group to prepare their wises, suggesting the investigation of less expensive salts to produce such electrolytes. the insights of this work were readily accepted by the scientific community that started to explore different strategies to overcome this cost issue. wises are simply formed by dissolving a large amount of salts, in general, more than 5 molal (mol kg–1) into water (gambou-bosca and bélanger, 2016; suo et al., 2015). at these high salt concentrations, the activity of water is suppressed, and the electrochemical stability window (esw) can be broadened up to 4.0 v, exceeding by far the thermodynamic limit of water decomposition of 1.23 v. this enhancement in esw leads to ees devices, such as batteries and supercapacitors, with wider cell voltage, an important parameter to improve their energy density. although the improvements in esw by using wises in comparison with typical diluted solutions, the main advantage of these solvents is their non-flammable nature, which makes them promising to replace the current organic electrolyte used in li-ion batteries and supercapacitors. yet, to promote the large-scale application of wises their costs need to be competitive enough to allow their applications mentioned above. in the early developments, wises were mainly composed of lithium salts with fluorinated organic anions, such as lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (litfsi) (gamboubosca and bélanger, 2016; suo et al., 2015; c. yang et al., 2017). the scarce content of lithium in earth’s crust and the technical issues in preparing such anions (tfsi-) make this salt costly compared with the traditional organic electrolytes. in a brief search for analytical grade components of both electrolytes, 10 g of litfsi has an average price about 90 usd, while 100 ml of 1.0 mol l–1 lipf6 in propylene costs approximately 150 usd. nevertheless, this amount of 10 g of litfsi only allows preparing a few milliliters of wise. therefore, the development of cost-effective wises has been a constant challenge for many scientists around the world to extend the utilization of these promising electrolytes. in this review, we discuss and explore the recent efforts on the development of lowcost wises for energy storage purposes and enumerate opportune strategies to circumvent their status. specifically, the fundamental aspects of wises are discussed in terms of their preparation and characteristics. the concepts of water-in-single-saltelectrolyte (wisse) and water in bi-salt electrolyte (wibse), as well as their state-of-the-art, are also provided. additionally, the current trend in redox-active wises are reviewed. regarding wises application, their utilization in ees devices is discussed besides some future directions and perspectives in order to boost their use in both academia and industry. 2. brief fundamental aspects the preparation of wises is simply done by two main components: water and salt. yet, the salt must meet the high solubility requirement to be an eligible candidate for preparing this kind of electrolyte. most of the highly soluble salts are composed of cations and anions with a large difference in their sizes. for instance, alkaline chlorides have the highest solubility for licl (~20 mol l–1) which has a ratio cation/anion size of 0.53, while nacl (~6 mol l–1) and kcl (~ 4.4 mol l–1) shown 0.69 and 0.91 of ratio, respectively. additionally, rscl and cscl show higher solubility than that of kcl. also, such a tendency is not observed for acetates that display the crescent solubility following the sequence kac>naac>liac. despite the solubility of several salts being easily found in handbooks, the lattice and hydration energy play important roles in the future development of novel wises since these energies are directly related to the salt solubility. as expected, these salts need to dissociate in water forming ions that work as charge carriers in the electrolyte. contrary to dilute solutions where those ions are surrounded by a high content of water molecules forming the solvation sheath, in wises the ions experience unusual ion solvation due to the low water content in the solution. figure 1a shows a schematic of the microscopic structure of ions in dilute (salt-in-water) and high concentrated (water-in-salt) solution for litfsi salt (suo et al., 2015). it is seen that water molecules are arranged around the li+ in salt-in-water, while in wise there is the formation of ions pair clusters solvated by a few water molecules. due to the low water content in wise, the free h2o molecules are scarce in solution leading to a high stability potential window of the resulting electrolyte. notwithstanding the suppression of the water-splitting reactions in wise, the formation of the ion pair decreases the ionic conductivity of the electrolyte (chava et al., 2020; lim et al., 2018), as shown in fig. 1b, which is a drawback to achiev high power density in energy storage devices. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 short review revista.iq.unesp.br 20 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 figure 1. (a) scheme of the li+ first solvation sheath in salt-in-water and water-in-salt solutions (suo et al., 2015); (b) ionic conductivity vs. temperature for litfsi electrolytes in various mole fractions (ding and xu, 2018). source: from suo et al. (2015) and ding and xu (2018) with permission from the american association for the advancement of science and journal of american chemical society, respectively. 3. water in single salt electrolyte (wisse) when wises are prepared with only one salt dissolved in water, they have designated water-insingle-salt electrolyte (wisse), which is the most common form observed in the current literature. wisses were the former concept of this class of electrolytes demonstrated by suo et al. (2015), however, one year later a variant containing two salts, called water-in-bisalt electrolyte (wibse), was developed by the same authors (suo et al., 2016). in this section is explored the low-cost wisses (lc-wisses), displaying their drawbacks and advantages. the same idea employed to litfsi was applied to different alkaline salts, e.g., acetates (chen et al., 2020a; b; j. han et al., 2018; 2020a; b; leonard et al., 2018; lukatskaya et al., 2018; stigliano et al., 2021; thareja and kumar, 2021), formats (t. liu et al., 2019; s. liu et al., 2022), perchlorates (bu et al., 2019a; b; dou et al., 2019; serva et al., 2021; thareja and kumar, 2021; y. zhang et al., 2022), and nitrates (adil et al., 2022; chen et al., 2021; guo et al., 2019; thareja and kumar, 2021), and most of them also allow the extension of the potential window, but with lower costs compared to those of li-based salts. even though lithium salts are the most studied due to their current application in libs, only its chlorides and perchlorates can be used to prepare solutions with >8 mol kg-1 concentrations. yet, licl wisses have only a few studies for supercapacitor applications (y. zhu et al., 2022). m. lee et al. (2019) evaluated some typical li and na salts, such as sulfates, nitrates, and perchlorates for preparing wisses. despite the high solubility of the nitrate, only the sodium perchlorate solutions, close to the saturation condition, displayed raman band characteristics of water-in-salt behavior (fig. 2a). also, the authors performed linear sweep voltammetry in electrolytes with different contents of naclo4 to evaluate the esw onto gold electrodes, showing that an increase of the concentration from 1 mol kg–1 up to 17 mol kg–1 of this salt permits to enlarge of the esw in 1.0 v, reaching 2.7 v in supersaturated conditions. this value of esw is consonant to that acquired by bu et al. (2019a) which found 2.8 v (fig. 2b) by using stainless steel electrodes in 17 mol kg–1 naclo4 electrolyte. yet, in these two studies, the raman spectra of sodium perchlorate wisse display a broader band at 3200-3500 cm–1, instead of only a sharp peak (~3550 cm–1) as observed for 21 mol kg–1 litfsi electrolyte, which suggests the presence of free water molecules. even if the molar ratio cation/water of litfsi and naclo4 wisses is similar, the presence of free water molecules in the latter is a drawback. for instance, litfsi wises were employed in libs with metallic lithium anode (c. yang et al., 2017) and demonstrated its low reactivity in this wise. to the best of our knowledge, sodium perchlorate wisses have not been evaluated as its reactivity to alkali metals and previous reports describe the infeasibility of its direct use in conventional wise (im et al., 2021). however, the naclo4 wisse was applied to na-ion batteries constructed with nati2(po4)3 anode and na4fe3(po4)2(p2o7) cathode, displaying a 2 v cell voltage with long-term stability over 200 cycles (m. lee et al., 2019). this electrolyte was also applied to carbonbased symmetric supercapacitors (bu et al., 2019a) and exhibits a working potential window of 2.3 v for the assembled device with specific capacitance http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 short review revista.iq.unesp.br 21 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 (csp) ca. 30 f g–1. moreover, ragone plot normalized by the electrolyte prices (fig. 2c) reveals a better costbenefit ratio for naclo4 than that of litfsi wisse, indicating that such perchlorate is a promising candidate for low-cost electrolytes. figure 2. (a) raman spectra of saturated solutions of na2so4, nano3, litfsi, nacf3so3 and naclo4 in water (m. lee et al., 2019). (b) esw of electrolytes containing different concentrations of naclo4 and (c) ragone plot normalized by the electrolyte prices (bu et al., 2019a). the “m” inside the figures means mol kg–1”. source: reproduced from m. lee et al. (2019) and bu et al. (2019a) with permission from elsevier and royal society of chemistry, respectively. besides perchlorates, acetates and formates allow producing wisses with expressive molal concentrations, much higher than that of 21 mol kg–1 achieved with litfsi, what at first glance looks like a good option for water-in-salt electrolytes. however, only the potassium acetate and formate are soluble enough to reach the wise condition, which restrains the application of these wisses, for example, in supercapacitors and k-ion batteries. potassium acetate is allowed to produce 27 mol l–1 solutions at room temperature according to the solubility table provided in handbooks, but concentrations up to 32 mol kg–1 is also reported in literature (j. han et al., 2018). the esw of this electrolyte can achieve values around 3.2 v (leonard et al., 2018) and raman spectrum reveals lowintensity bands between 3000-4000 cm–1, indicating the suppressed water activity (j. han et al., 2018). nevertheless, 1h nmr and dsc of 27 mol kg–1 ch3cook (thareja and kumar, 2021) suggest that acetate anions are less effective h-bond breakers than clo4 –, which readily affects the cell voltage. while perchlorate wisses allow cell voltages up to 2.7 v in symmetric supercapacitors constructed with n-rgo, acetate-based electrolytes show a depressed cell voltage of 2.0 v (thareja and kumar, 2021; tian et al., 2017) (fig. 3a), almost equal to diluted electrolytes (bu et al., 2019a). unfortunately, wisses with potassium formate have not been deeply investigated like acetate wisses, but in a single report, the authors claimed to reach 4.0 v of esw (t. liu et al., 2019). it is important to highlight that the anion nature has a strong influence on the cell voltage, which is totally related to how the water molecules are structured in solution. the recent work of reber et al. (2021) described the influence of kosmotropic and chaotropic anions, reporting the unviability of using acetate wisses for high voltage applications owing to its kosmotropic characteristic (fig. 3b). the kosmotropric effect of such anion leads to the water organization in huge clusters, which makes the electrolyte prone to http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 short review revista.iq.unesp.br 22 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 water splitting reactions. despite the use of chaotropic anions is more suitable to reach high voltage devices, they need to act as a solid‐electrolyte interphase (sei) former to prevent the water reduction process in metalion battery (an et al., 2016). yet even chaotropic salts that can form sei may not be totally adequate to attain high voltages. droguet et al. (2020) described that sei formation in litfsi wisses are not able to protect the electrode of the water reduction, which has several impacts on the capacity fading in libs. on the other hand, supercapacitors do not need the presence of this protective layer, making the development of wisses for this purpose more focused in strategies to enhance the cell voltage. figure 3. cyclic voltammograms of symmetric supercapacitors constructed with n-rgo in (a) 2 mol kg–1 naclo4; (b) 17 mol kg–1 naclo4; (c) 11 mol kg–1 nano3; (d) 27 mol kg–1 ch3cook (thareja and kumar, 2021); (e) and (f) raman spectra of several wises; (g) and (h) kosmotropic and chaotropic series of anions in water (reber et al., 2021). the “m” inside the figures means mol kg-1”. source: reproduced from thareja et al. (2021) and reber et al. (2021) with permission from american chemical society and wiley, respectively. in terms of transition metal salts, only few wisses have been reported in literature being alcl3 (pan et al., 2019), al(clo4)3 (zafar et al., 2022a), zncl2 (sun et al., 2022; b. yang et al., 2022), and zn(clo4) (zafar et al., 2022b) the only traced out so far. yet, alcl3 is not so soluble, and the evidence of low free water content is questionable (pan et al., 2019), as nano3 wisses (guo et al., 2019). on the other hand, zncl2 can be used to produce solutions up to 31 mol l–1 which makes its wisse interesting for zinc batteries. l. zhang et al. (2019) evaluated the effect of zncl2 content in the electrolyte, claiming lower capacity fade when 30 mol kg-1 is employed instead of 1 mol l–1, depicting capacity retention of 51.1% after 100 cycles at 50 ma g–1. in other work, wu et al. (2019) also employed zncl2 wisse in a dual-ion battery, where the high concentration of salt hinders the ferrocene anode dissolution and shifts the potential of the reactions, as expected by the nernst equation. therefore, zncl2 wisses have a higher concern about increasing the activity of the zn2+ ion in solution than achieving higher esw. evidently, the esw is an important issue for znion batteries, since the zinc plating in diluted aqueous solution has the inevitable hydrogen evolution reaction (ma et al., 2020). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 short review revista.iq.unesp.br 23 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 additionally, the aforementioned works do not describe any evidence about the wise behavior in their electrolytes, which are not so impressive for such applications but allows a better comprehension of waterin-salt electrolytes. 4. water in bi-salt (wibse) the use of mixed salts in wise has been proved as a smart approach to overcome the preclusion of low-cost lithium salts that are not soluble enough to reach low water content in the electrolyte. in fact, the addition of lithium might appear only as a strategy to allow the use of low-cost wise for libs, but its implications go further than expected. lukatskaya et al. (2018) were the first researchers to produce, characterize and apply wises with two acetate salts. although the idea of combining two high-soluble salts appeared earlier in the work of suo et al. (2016), who employed mixed litfsi+liotf salts, the combination of acetates goes further allowing higher capacities for both electrodes. to reach a better composition of the acetates mixture the authors evaluated several ratios of kac mixed with liac and found the formation of a eutectic-like mixture, where the water-to-cation ratio is smaller than that for pure kac. similarly, chen et al. (2020a) evaluated several wisses based on alkaline acetates, realizing that csac can reach higher esw than that of kac, due to the higher solubility of the former. conversely to the upkeep of esw observed by the lukatskaya et al. (2018), the csac+liac electrolyte displayed a slight decrease, which is unreasonable because the higher content of salts should produce higher esw. lithium-free mixed wisses were recently evaluated by j. han et al. (2020b) that also employed acetate salts to prepare the electrolytes. the wibse prepared with 32 mol kg–1 kac + 8 mol kg–1 naac, called 32k8n, attained an esw of 2.4 v onto stainless steel, which is slightly lower than the one obtained by lukatskaya and chen groups. apart from that, these authors employed differential electrochemical mass spectrometry (dems) to prove the stability of the produced wibse. according to their results, no o2, h2, and co2 evolutions were detected in the potential range of esw that is an important observation as gas evolution is one of the processes involved in capacity fading. a recent work by turgeman et al. (2022) also demonstrated the feasibility of using wibse for li-ion batteries. the authors developed an electrolyte by mixing licl and cscl salts under high concentrations, which can work stably in a tio2|lmo li-ion battery for up to 1500 cycles. the water-in-bisalts using low-cost salts are still a new field to be explored and lack of works in literature. to the best of our knowledge, only these three quoted works have been studied the mixed acetates wise. interestingly, the concept introduced by reber et al. (2021) of kosmotropism and chaotropism of the ions has a direct relationship on the wibse and may be applied for developing new mixed electrolytes. jenkins and marcus (1995) described that the nature of the ions can make the solution more viscous or more fluid in comparison with the pure water and designated such behavior as kosmotropic and chaotropic, respectively. for instance, liac is well reported as a chaotropic agent used for biological purposes and its behavior in the mixed wisses can be interpreted as follows. although the acetate anion displays a moderate kosmotropic effect, li+ is a bit more chaotropic than k+ (salis and ninham, 2014), which can increase the solubility of the species as observed in eutectic phase systems. similarly, the production of liclo4+naclo4 may be interesting to improve the solubility of both species, since the li+ displays a higher chaotropic effect compared with that of na+ (rossetto et al., 2008). despite the high cost of litfsi, the recent work of xu et al. (2022) described the development of a ternary wise containing litfsi-koh-co(nh2)2-h2o, with lower content of the li salt (4.5 mol kg-1), which was successfully employed in li-ion battery. although the use of eutectic mixtures is not so recent (lukatskaya et al., 2018), these authors added a non-electrolytic salt to produce its electrolyte that allowed expanding the esw up to 3.3 v. 5. redox-active wises recently, the employment of redox-active species on wises has demonstrated a suitable strategy to enhance the energy density of hybrid supercapacitors. j. park et al. (2022) developed a naclo4 wise containing bromine and cobaltocene species as positive and negative redox shuttling, respectively. the authors found high power and energy densities for a supercapacitor constructed with single-walled carbon nanotube (swnt) electrodes and the dual-redox active species. although the advantage in enhancing the energy storage parameters, the cross-diffusion of the redox species is the main drawback that can lead to a fast self-discharge of the device as proved by the authors. in such case, the use of ion-exchange membranes is suitable to prevent crossdiffusion, but its employment is quite difficult considering the current shape of commercial cells. the use of bromine and iodine salts as redox-active species were also evaluated for micro-supercapacitors (meng et al., 2022; wang et al., 2022) and displayed an expressive http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 short review revista.iq.unesp.br 24 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 enhancement of the electrode capacity due to the redox reactions. 6. is the performance of wise employed in ees devices competitive? the current scientific scenario of energy storage devices is a competition for finding the best process or materials that often only care about the final performance. although the recent developments of lowcost wises, much effort is still needed to understand these electrolytes. in terms of wises utilization in supercapacitors, which is a simple device, the main advantage is related to widening the cell voltage that allows for achieving high energy densities. in the work of bu et al. (2019a) the sodium perchlorate wisse allows the carbon-based device to work in a cell voltage of 2.3 v and a specific capacitance about 30 f g–1. pang et al. (2020) subjected a symmetric cell containing naclo4 wisse to 2.4 v cell voltage, but the nontriangular shape of the galvanostatic charge-discharge curves suggests a low energy efficiency for their devices. they obtained a specific capacitance of 59 f g–1 for such a device, slightly higher than bu’s device, which can be attributed to the faradaic process evidently present in that work. comparisons between the obtained specific capacitances with wisses are difficult to be done since most of the works employ different electrode materials for constructing their devices. for instance, devices with yp-50f electrodes with sodium perchlorate wisses reveal higher specific capacitances than those using litfsi (bu et al., 2019a). tian et al. (2017) attained 69 f g-1 for a symmetric device with activated carbon (ac) electrodes and potassium acetate wise. however, these authors prepared the electrolyte with 75 wt. % of kac, which is related to a 7.64 mol kg-1 concentration and might have a high content of free water. a comparative study of different wises reveals (guo et al., 2019) that capacitance increases in the order 12 mol kg-1 nano3 > 17 mol kg-1 naclo4> 21 mol kg-1 litfsi > 27 mol kg-1 kac. even if the 12 mol kg-1 nano3 does not display the raman band characteristic of wises, this expressive concentration was able to extend the cell voltage to 2 v. since the ions in wises have a bit different ionic size than that in dilute solutions, it is expected in the future the evaluation of carbon materials with distinct pore size distributions to improve the compatibility among the device components. until now, the wibses have not been evaluated for supercapacitor devices, but the difference in the ionic size of the components should be interesting to improve the specific capacitance. furthermore, much of the commercial devices operate with at least 2.7 v (yassine and fabris, 2017), which is slightly higher than the cell voltage commonly utilized for supercapacitors with lcwisses. also, none of the litfsi wisses can reach such voltage. another important issue that is questionable even in most lab-scale devices is the lifespan that commercial supercapacitors have strong retention after more than 500,000 cycles. the work of bu’s group evaluated the constructed supercapacitor at 1 a g–1, and the capacitance loses 20% of its initial value after 10,000 cycles. this retention value is much lower than the required for commercial supercapacitors and none of the works investigated the reason that leads to this fading process. additionally, the charge storage efficiency is another confusing parameter in supercapacitors that might be carefully evaluated for wise. the coulombic efficiency is also an important parameter, but to assign it as the energy efficiency the galvanostatic charge-discharge curves need to be a straight line, otherwise, it can overestimate both efficiency and cell voltage. commercial supercapacitors have high energy efficiencies (eftekhari, 2017) reaching values close to 100%, but most of the lab-scale devices are far from this value (laheäär et al., 2015) although some works display the near triangular shape of galvanostatic charge/discharge (gcd) curves, most of them show deviances from the linear behavior close to the limit of the cell voltage. for metal-ion batteries, the use of lc-wise often involves cathodes and anodes that have been previously evaluated in diluted electrolytes, but under this condition exhibit low cyclability. limn2o4/tio2 electrodes are known to display battery behavior in liso4 electrolytes (s. liu et al., 2011), but their capacity retention is poor due to water splitting process. yet, the use of wibse of liac+kac allowed the device to operate with a higher cell voltage, however, the cycling tests were performed up to 100 times for the cathode which does not permit ensure the lifetime expansion. in terms of specific capacity, both electrodes of the device depicted similar values to those obtained in an organic electrolyte containing lipf6, reaching specific capacities around 90 and 120 mah g–1 at 0.1 a g–1 for anode and cathode, respectively. similarly, m. lee et al. (2019) studied the application of naclo4 wisse for na-ion batteries constructed with na4fe3(po4)2(p2o7) cathode and nati2(po4)3 anode, which was also evaluated in diluted aqueous electrolytes (fernández-ropero et al., 2018; s. park et al., 2011). the authors displayed a notable cycle stability for the device when wisse was employed, improving the capacity retention and coulombic efficiency to 75% and 99%, respectively. leonard et al. (2018) performed a comparative study of potassium http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 short review revista.iq.unesp.br 25 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 acetate wisse and kpf6 in an organic electrolyte to evaluate kti2(po4) anodes, finding better kinetics for the wisse than that in non-aqueous electrolyte. they also described the formation of sei consisting of a carbon layer upon the anode material, which may come from the acetate reduction, nevertheless, further studies are still needed to improve the discussion of sei growth in such electrolytes. moreover, the electrode was cycled 11k times and displayed 69% capacity retention, a value that is expressive for battery materials. although lc-wises applied to batteries seem to be a good strategy to overcome economical and safety concerns, the energy density and self-discharge for these electrolytes are far from the metal-ion batteries using aprotic solvents (droguet et al., 2020). thus, extensive investigations dedicated to comparing electrode materials in typical non-aqueous electrolytes and wises are valuable for ensuring the viability of replacing the currently employed electrolytes. besides comparing the energy and power densities of devices constructed with wises, the self-discharge must be evaluated even more when working with redox-active wises that often display cross-over diffusion of active species. in terms of wisses for supercapacitors, only few works employing low-cost salts have investigated the self-discharge of such devices and most of them have studied quasi-solid-state electrolytes that exhibits tortuous path for electrical charges diffusion (deng et al., 2021; fan et al., 2020; shi et al., 2022). for conventional liquid electrolytes, zheng et al. (2022) displayed those high concentrated electrolytes based on licl and libr (14 mol l–1) show suppressed self-discharge when compared with their diluted solutions (1 m) for mxenebased electrodes. also, when working with metal ion batteries the self-discharge study can clarify the solid electrolyte interface dissolution (droguet et al., 2020). 7. perspectives the use of lc-wises is very recent and has a limited number of salts that fits the requirements for preparing them. however, this research field still has a variety of opportunities that can be used to improve the current state-of-art of such electrolytes. here, we highlight some promising approaches in developing wises, exploring from the basics to their final application in energy storage devices. initially, the structure of wises should be deeply investigated and the boundary conditions to achieve such kind of electrolyte needs to be well defined. suo et al. (2015) described wises as a solution where the number of water molecules capable to solvate the ions is far below the solvation number of conventional diluted electrolytes. they described concentrations >5 mol kg–1 behaving like a wise, which is expected for each litfsi that exhibits 11 molecules of water. while li+ first solvation shell can accommodate 4 water molecules the tfsisupports an average of 6 molecules at 5 mol kg–1 (s. han, 2018), which is in agreement with wise definition. other alkali cations, e.g., na+ and k+ are allowed to support 5-6 water molecules (luo et al., 2015), a bit more than for li+, suggesting that lower salt concentrations can be used to produce wises in this case. nevertheless, anion hydration and the formation of ion pairs should be also considered, but the last may have more importance in concentrated solutions. for instance, naclo4 diluted solutions may have 6 and 4 (bergstroem et al., 1991) water in the first hydration sheath of cation and anion, respectively. on average, by considering no ion pair formation the wise behavior of naclo4 solutions should be reached in similar concentrations of litfsi, around 5 mol kg–1. yet, raman spectra of lcwise even display a weak response assigned to water clustering that suggests the presence of small content of free water in the solution. therefore, elucidating the microscopic structure of the wise solution is needed to improve the comprehension of these electrolytes. although the algebraic estimate leads to assert about the formation of wise, even low contents of free water can reflect in high molar concentration of h2o, which limits the esw. chaotropic salts reveal to be more interesting than kosmotropic ones for wises preparations, but the latter has lower costs than the former. the combination of these two kinds of salts should be valuable to reach a better cost/benefit wise. differently from the mixture of acetates previously described, the utilization of salts with different anions should be interesting, as demonstrated for w. lee et al. (2018), sennu et al. (2020), suo et al. (2016) and j. zhu et al. (2020). the balance between highly soluble chaotropic and kosmotropic salts should be a strategy to suppress the free water content. sennu et al. (2020) studied mixtures of natfsi + naac as an approach that allows the extension of the esw. they claimed that the addition of naac to form a wibse can neutralize the acidic environment of the natfsi wisse, leading to an electrolyte with improved stability. moreover, the investigation of cosolvents acting as additives in wises are interesting and has been proved to be effective for enhancing the electrolyte properties. for example, dou et al. (2018) prepared acetonitrile/water-in-salt electrolyte (awise) which allowed to achieve the same cell voltage of wise, but using only 5 mol kg–1 litfsi. in fact, there are no reports describing the chaotropic effect of acetonitrile in water, but the use of cosolvents also decreases the content of http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 short review revista.iq.unesp.br 26 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p18-29 water that is useful because this approach should allow decreasing the amount of salt employed in preparing wisee. furthermore, the viscosity and conductivity of awise are more adequate for energy storage purposes than in wise. a similar behavior was observed when with awise prepared with naclo4 (dou et al., 2019), where the raman spectra suggest lower free water content compared with this perchlorate wisse (bu et al., 2019a) certainly, the use of acetonitrile displays implications about flammability concerns, but the authors describe that this awise is non-flammable under the proposed experimental conditions. therefore, there are many promising opportunities unexplored yet that can permit the utilization of these green, low-cost and safe wises. although the great importance in highlighting the performance and improving cell voltage of devices constructed with wises, the electrolyte needs to be well studied to allow further rational developments. viscosity and conductivity measurements of the electrolytes at different concentrations should be conducted since they are important to evaluate the formation of the ion pair. the characterization of the electrolyte by raman spectroscopy and nmr is needed to understand the chemical environment of the water molecules and also permits comprehending the ionic association. despite the rapid progress in the field, the necessity of performing such measurements is vital for the development and utilization of new wises. authors’ contribution conceptualization: sakita, a. m. p.; della noce, r. data curation: sakita, a. m. p. formal analysis: not applicable funding acquisition: not applicable investigation: not applicable methodology: not applicable project administration: not applicable resources: not applicable software: not applicable supervision: not applicable validation: not applicable visualization: not applicable writing – original draft: sakita, a. m. p.; della noce, r. writing – review & editing: sakita, a. m. p.; della noce, r. data availability statement data sharing is not applicable funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 21/14163-5. acknowledgments the authors would like to thank instituto de química unesp for all the contributions to their academic careers. in addition, we would like to express our gratitude to the editor prof. assis benedetti for the invitation to participate in this special 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https://doi.org/10.1016/j.joule.2017.08.009 https://doi.org/10.1039/d1cc06325a https://doi.org/10.1039/d1cc06325a https://doi.org/10.1039/d1cc06325a https://doi.org/10.1039/d1cc06325a https://doi.org/10.1039/d1cc06325a https://doi.org/10.3390/en10091340 https://doi.org/10.3390/en10091340 https://doi.org/10.3390/en10091340 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139754 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139754 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139754 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139754 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139754 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139754 https://doi.org/10.1039/d1ta10122f https://doi.org/10.1039/d1ta10122f https://doi.org/10.1039/d1ta10122f https://doi.org/10.1039/d1ta10122f https://doi.org/10.1039/d1ta10122f https://doi.org/10.1002/adfm.201902653 https://doi.org/10.1002/adfm.201902653 https://doi.org/10.1002/adfm.201902653 https://doi.org/10.1002/adfm.201902653 https://doi.org/10.1002/adfm.201902653 https://doi.org/10.1002/adfm.201902653 https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.08.010 https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.08.010 https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.08.010 https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.08.010 https://doi.org/10.1002/aesr.202100147 https://doi.org/10.1002/aesr.202100147 https://doi.org/10.1002/aesr.202100147 https://doi.org/10.1002/aesr.202100147 https://doi.org/10.1002/smll.201905838 https://doi.org/10.1002/smll.201905838 https://doi.org/10.1002/smll.201905838 https://doi.org/10.1002/smll.201905838 https://doi.org/10.1002/smll.201905838 https://doi.org/10.1093/nsr/nwac024 https://doi.org/10.1093/nsr/nwac024 https://doi.org/10.1093/nsr/nwac024 https://doi.org/10.1093/nsr/nwac024 author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online: http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and numbered sequentially; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind reviewer system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide and 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • references should be numbered sequentially in superscript throughout the text and compiled in brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s010046702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photos already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (2 lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (1page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (1page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. author guidelines • eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as authors only researchers who have really taken part in the work, and for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission for submitting and publishing. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a non-author who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin anti-plagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. author guidelines the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is 7 months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br author guidelines submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 1 | 2021 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • supplementary information: all the manuscripts accept supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • credit authors statement to be add to the cover letter. information about the individual author contribution to the article (ex.: author 1 conceptualization, writing – original draft, methodology, validation, writing review and editing; author 2: visualization; author 3: validation, writing -review and editing; author 4: supervision, visualization, writing review and editing; author 5: supervision, visualization, writing review and editing). for coming issues. • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind review system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • citations should be sequentially numbered and presented in superscript arabica numbers throughout the text, (“…third generation biofuels products from algae feedstock1.”), and references should be compiled in square brackets at the end of the manuscript as follows: for coming issues. journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines iq.unesp.br/ecletica transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100 46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (two lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. • special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. for coming issues. supplementary information: the text is constituted of the first page of the main manuscript (removed the abstract and keywords) and information not included in the main text but able to complement experimental data or favors the comprehension of the manuscript such as: other experimental data not added to the main text, figures, tables, deduction of equations, texts specifying parts of the article, files with raw data, videos, etc. supplementary information should be referred in the main text using sequential numbering preceded of s to tables and figures numbers, that will find in the supplementary information (si). videos and raw data file will be indicated with the name of the file. examples: indication in the main text: (fig. s1, si); (table s1, si), (video: self-healing, si); (raw data: electrochemical noise data.xls, si). supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. si material should be submitted as supplementary files (it can be uploaded the necessary number of files). at the end of the main text the authors should inform: this article has supplementary information (tables, figures, text, deduction of equations, videos, raw data, etc.). eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is seven months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact letícia amanda miguel (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. • in step 1, select the appropriate section for this submission. • be sure that authors’ names, affiliations and acknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. • in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (ex. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). • add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. • be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. • check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br http://orcid.org/0000-0002-1825-0097 summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 2 | 2019 | summary editorial board..............................................................................................................................................3 editorial.……………………………………………………...............................................................................................4 instructions for authors..........................................................................................................................5 original review chemometrics in analytical chemistry – an overview of applications from 2014 to 2018........................11 mônica cardoso santos, paloma andrade martins nascimento, wesley nascimento guedes, edenir rodrigues pereira-filho, érica regina filletti, fabíola manhas verbi pereira original articles study of the colloidal stability and optical properties of sunscreen creams...............................................26 gustavo pereira saito, mariana bizari, marco aurélio cebim, marcos antonio correa, miguel jafelicci junior, marian rosaly davolos direct determination of arsenobetaine and total as in robalo fish liver and tuna fish candidate reference material by slurry sampling graphite furnace atomic absorption spectrometry (sls-gf aas)...................37 carla maíra bossu, vivian montes de oca carioni, juliana naozuka, pedro vitoriano de oliveira, cassiana seimi nomura effects of garnet particles and chill casting conditions on properties of aluminum matrix hybrid composites.......................................................................................................................................................45 haider tawfiq naeem, firas fouad abdullah cobalt(ii) chloride complexes with some phosphine oxides: compatibility between structural data for the solid complexes and their stability constants in acetone medium..............................................................53 antonio carlos massabni, cristo bladimiros melios http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 2 | 2020 | summary editorial board ............................................................................................................................................. 3 editorial ......................................................................................................................................................... 4 database ......................................................................................................................................................... 5 instructions for authors ......................................................................................................................... 6 original review campomanesia genus a literature review of nonvolatile secondary metabolites, phytochemistry, popular use, biological activities and toxicology ............................................................................................... 12 aislan cristina rheder fagundes pascoal original articles estrogenic mycotoxins in surface waters of the rico stream micro-basin, são paulo, brazil: occurrence and potential estrogenic contribution ................................................................................................................ 23 elissandro soares emídio, claudia pereira da silva, mary rosa rodrigues de marchi effects on the development of spodoptera frugiperda feeding on diets spiked with solanum sisymbriifolium extracts ............................................................................................................................................................ 33 ignacio migues, neiva montero de barros, vânia rech, carmelo dutra, alejandro ruiz díaz, juaci vitória malaquias, alexandre specht, horacio heinzen, maria veronica cesio study of the properties of lubricating oils obtained from biodiesel ............................................................... 44 andreza de faria alves cruz, raquel moreira maduro de carvalho, fábio celso de oliveira chemically modified cellulose as a potential oil adsorbent of contaminated marine ecosystems ........... 54 aline amaral madeira, ana luiza coimbra silva, brenda martins dias, camila andrade pena, raphael victor costa oliveira http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index technical note iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 3 | 2021 | 49 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 49-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 artificial intelligence method developed for classifying raw sugarcane in the presence of the solid impurity lucas janoni dos santos1,2 , érica regina filletti1,2 , fabiola manhas verbi pereira1,2,3+ 1. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. 2. bioenergy research institute, group of alternative analytical approaches, araraquara, brazil. 3. national institute of alternative technologies for detection toxicological assessment and removal of micropollutants and radioactive substances, araraquara, brazil. +corresponding author: fabiola manhas verbi pereira, phone: +55 (16) 33019609, email address: fabiola.verbi@unesp.br article info article history: received: january 11, 2021 accepted: may 02, 2021 published: july 01, 2021 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. sugarcane 2. classification 3. ann 4. bioenergy 5. image abstract: an investigation dedicated to evaluating a big issue in biorefineries, solid impurity in raw sugarcane, is presented. this relevant industrial sector requests a high-frequency, low-cost, and noninvasive method. then, the developed method uses the averaged color values of ten color-scale descriptors: r (red), g (green), b (blue), their relative colors (r, g, and b), h (hue), s (saturation), v (value) and l (luminosity) from digital images acquired from 146 solid mixtures among sugarcane stalks and solid impurity — vegetal parts (green and dry leaves) and soil. the solid mixture of samples was prepared considering desirable and undesirable scenarios for the solid impurity amounts. the outstanding result was revealed by an artificial neural network (ann), achieving 100% of accurate classifications for two ranges of raw sugarcane in the samples: from 90 to 100 wt% and from 41 to 87 wt%. lowcomputational cost and a simple setup for image acquisition method could screen solid impurity in sugarcane shipments as a promising application. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 mailto:fabiola.verbi@unesp.br http://orcid.org/0000-0001-8040-0503 http://orcid.org/0000-0003-1060-9285 http://orcid.org/0000-0002-8117-2108 technical note iq.unesp.br/ecletica 50 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 49-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 1. introduction image and color information has played an important role in analytical chemistry and can help solve many issues, mainly because of its versatility and availability of many low-cost devices for in loco or laboratory analysis (capitán-vallvey et al., 2007; diniz, 2020; pereira and bueno, 2007; pereira et al., 2011). our research group has developed analytical methods to evaluate raw sugarcane to help the mills or biorefineries manufacturing process of this material routinely monitored as a consignment for payment purposes. the quality of raw sugarcane influences the manufacturing process, directly compromising two essential commodities — sugar and ethanol (andrade et al., 2018; guedes and pereira, 2018; 2019; guedes et al., 2020; romera et al., 2016). solid impurity in raw sugarcane is defined as the plant presence (tops, green, brown, and dry leaves) and the soil (eggleston et al., 2010). this issue is impacted by the type of harvesting process, as harvesting green or burnt cane. in specific, harvesting green increases the quantity of solid impurity in raw sugarcane, as reported in technical notes and scientific literature (lisboa et al., 2018; norris et al., 2015). for instance, classifying solid impurity in raw sugarcane can be performed with chemometric techniques, such as soft independent modeling of class analogy (simca), partial least squares discriminant analysis (pls-da), and k-nearest neighbors (knn) by using the conversion of digital images in color histograms (guedes and pereira, 2019). the content of raw sugarcane between 85 and 100 wt% was accurately classified. according to approximately 0.97 of receiver operating characteristic (roc) area curves for sensibility and specificity using pls-da and 1 for simca and knn. although these results were promising, the average color values were also tested with no successful results. in this sense, it is possible to develop a faster computational method using another strategy as the artificial neural network (ann) model and the averaged color values. the advantage of the averaged color values from images is that ten color-scale represent the average of the color interval with originally 256 intensities/variables, as follows: r (red), g (green), b (blue), their relative colors (r, g, and b), h (hue), s (saturation), v (value) and l (luminosity), which means less running time for computational tests. the solid impurity in raw sugarcane was successfully estimated using the ann model for color image data since the data showed no-linear nature. the parameters computed for the ann model were very promising, the relative errors were 3%, and the data were highly correlated, with the reference values achieving 0.98 for the training set (guedes et al., 2020). artificial neural network methods include accurate results, ease of implementation, low computational cost, speed in obtaining results, and the ability to learn through a set of examples and provide consistent responses to new data (braga et al., 2000; guedes et al., 2020; santos et al., 2019). therefore, the main goal was to classify raw sugarcane in the presence of solid impurity using the ann method, as the last part of series of investigations dedicated to this critical issue for sugar mills and biorefineries. 2. experimental 2.1 samples and image acquisition among sugarcane stalks, vegetal plant parts, and soil, one-hundred forty-six solid mixtures were prepared to acquire digital images, as shown in fig. 1. each one was placed in a paper tray (26.5 × 21.5 cm) into a laboratory-made setup (guedes and pereira, 2019) composed of a black box, a digital camera nikon (coolpix s3500, tokyo, japan) 20.1-megapixel resolution. the images with a 1600 × 1200-pixel size (width × height) and 300 × 300 dpi (dots per inch) resolution were recorded with the tray in a horizontal position. the camera’s focal distance was 10 mm, with a maximum aperture of 3.5, and the region of interest (roi) corresponded to 100% of the original image. during the acquisition of the images, the camera software automatic adjustments were intentionally disabled. five images were acquired per sample, and the samples were shaken after each image recording to mimic natural conditions at shipments. the same images were converted into colors using an ‘imread’ function in matlab r2020a (mathworks, natick, ma, usa). afterward, the images were converted into color histograms using another function, ‘imhist’ in matlab. the average color values, which were comprised of ten color-scale descriptors: r (red), g (green), b (blue), their relative colors (r, g, and b), h (hue), s (saturation), v (value) and l (luminosity), using a laboratory-made matlab code was available in the study of camargo et al. (2018). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 technical note iq.unesp.br/ecletica 51 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 49-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 figure 1. solid mixture sample of sugarcane stalks (85 wt%) denoted as number 1, among vegetal parts (10 wt%) as 2, and soil (5 wt%) as 3. 2.2 neural model the development of the neural models was performed using the scaled conjugate gradient backpropagation algorithm (traincsg). for this, the matlab r2018a software was used, with the ‘nnstart’ tool available in the software, choosing the pattern recognition app button in which the ann input layer (with ten neurons representing the ten inputs: r, g, b, h, s, v, r, g, b, and l, number of intermediate layers and an output layer with two neurons were set manually. the number of neurons in the intermediate layer was defined by trial and error to achieve the best classification of raw sugarcane content in solid mixtures. the classification was based on the content of raw sugarcane in wt% denoted as number 1, in the presence of different proportions among green and dry leaves, as number 2, and soil denoted as 3 in fig. 1. the following division was made: 90–100 wt% designated as class 1 — appropriate (given by binary code 1 0), representing 36 samples; while 41–87 wt% was class 2 — inappropriate (provided by binary code 0 1), representing 110 samples. the 146 samples were randomly divided using the ‘dividerand’ function, available in matlab, into three sets: 70% (102 samples) for training; 15% (22 samples) for validation, to verify that the network is generalizing the information and to interrupt the training before overfitting occurs; the remaining 15% (22 samples) were for the test, independent of the generalization of the neural model. 3. results and discussion figure 2a shows a treemap chart for the color descriptors magnitudes of the digital images. red, g, and b had interval values: 104-172, 92–159, and 79– 159. in the case of l, the counts were from 275 to 483. the relative colors of rgb, represented as r, g, and b, varied from 0.2 to 0.4, h 0.1–0.7, s 0.1–0.4, and v ranged from 0.4 to 0.7 (see the highlighted tiny area by the purple arrow). the representative images for the ideal scenario mean 100% content of sugarcane stalk, as shown in fig. 2b, and other different situations with more or less solid impurities, far away from biorefineries need, shown in fig. 2c, d, and e. figure 2. (a) treemap chart of ten color-scale descriptors: r (red), g (green), b (blue), their relative colors (r, g, and b), h (hue), s (saturation), v (value) and l (luminosity) and (b-e) solid mixture samples of sugarcane stalks among vegetal parts, and soil proportions, respectively. note in the treemap chart    http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 technical note iq.unesp.br/ecletica 52 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 49-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 that ‘hsv’ and ‘rgb’ are in a tiny area below the right side highlighted by the purple arrow, above b color. several architectures were tested to develop the model, varying the number of neurons in the intermediate layer. an artificial neural network with six neurons in the intermediate layer registered the best result with a cross-entropy error of 0.0062 for the validation set. the cross-entropy can measure a classification performance, for which inputs are probability values between 0 and 1. it was observed that ann could not generalize the problem and classify the samples correctly by increasing the number of neurons in the intermediate layer. for the training set, the correct classifications of 28 samples of class 1 and 74 samples of class 2 were practicable. for the validation set, no misclassifications for all samples were a remarkable result. finally, for the test set, all samples were classified as members of their classes. therefore, all 146 samples achieved a 100% accuracy rate, as shown by the confusion matrices for the training, validation, test sets, and an all-confusion matrix in fig. 3. table 1 shows the responses obtained and expected by the ann for the test set, with five samples of class 1 — appropriate (90–100 wt% of raw sugarcane) and 17 samples of class 2 — inappropriate (41–87 wt% of raw sugarcane). figure 3. confusion matrices for sets of training, validation, test, and all results of raw sugarcane content classification in the presence of impurity using an ann model. table 1. responses were obtained and expected using ann to classify the raw sugarcane content (wt%) for the test set. sample ann outputs class obtained by the ann targets expected class 2 0.0001 0.9999 2 0 1 2 3 0.0006 0.9994 2 0 1 2 16 0.1604 0.8396 2 0 1 2 21 0.0000 1.0000 2 0 1 2 25 0.0000 1.0000 2 0 1 2 28 0.0001 0.9999 2 0 1 2 29 0.0000 1.0000 2 0 1 2 37 0.0000 1.0000 2 0 1 2 51 0.0000 1.0000 2 0 1 2 54 0.0000 1.0000 2 0 1 2 65 0.0001 0.9999 2 0 1 2 68 0.0000 1.0000 2 0 1 2 73 0.0191 0.9809 2 0 1 2 82 0.0001 0.9999 2 0 1 2 86 0.0007 0.9993 2 0 1 2 92 0.0097 0.9903 2 0 1 2 110 0.3197 0.6803 2 0 1 2 111 0.9876 0.0124 1 1 0 1 113 0.9904 0.0096 1 1 0 1 115 0.9993 0.0007 1 1 0 1 133 0.9968 0.0032 1 1 0 1 135 0.9998 0.0002 1 1 0 1 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 technical note iq.unesp.br/ecletica 53 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 49-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p49-54 two other ann models were also investigated: (i) a model for classifying samples based on the maximum desirable content of vegetal impurity (8 wt%), the range from 0 to 8 wt% designated as class 1 (with binary code 1 0), representing 50 samples, and between 9 and 40 wt% as class 2 (with binary code 0 1), comprising 96 samples; (ii) a model for classification based on the maximum tolerate content of the soil as an impurity (3 wt%), ranging from 0 to 3 was class 1 (with binary code 1 0), with 40 samples and from 4 to 20 wt% as class 2 (with binary code 0 1), a total of 106 samples. in the ann model for classifying vegetal impurity content, the best result was 12 neurons in the intermediate layer. the training set was observed among 35 samples of class 1; the neural model misclassified two samples as class 2; among 67 samples of class 2, only one sample was misclassified; that is, the percentage of accurate classifications for the training set was 97.1%. for the validation set, it was observed that the nine samples of class 1 and the 13 samples of class 2 were 100% accurately classified. finally, for the test set, it was observed that among six samples of class 1, only one sample was misclassified as class 2, and among the 16 samples of class 2, there was one misclassification, that is, the percentage of accurate classifications for the test set was 90.9%. therefore, for all 146 samples, five were misclassified, representing an average rate of 96.6%. for classifying the soil content as a solid impurity, 18 neurons in the intermediate layer were the best result. for the training and test sets, eight and three misclassifications were verified, respectively. therefore, of the 146 samples, 11 were misclassified, representing a 92.5% average rate of accurate classifications. thus, the remarkable ann result is for raw sugarcane content, considering the lowest crossentropy error, was achieved in this model (0.0062). in contrast, the best models for vegetal parts and soil contents resulted in 0.0160 and 0.0482, respectively. 4. conclusion the outstanding result using the ann method and averaged color values from digital images achieved the lowest cross-entropy errors and 100% of accurate classifications for the content of raw sugarcane, considering the presence of two different types of solid impurity — vegetal plant parts of plants and soil. additionally, the ann running takes a few seconds, and the system of a digital image is an easy-to-use system that can be carried out in any location. thus, the method can be implemented in sugar cane mills as a screening method of raw sugarcane shipments in the presence of solid impurity as vegetal parts of the plant itself and soil. authors’ contribution conceptualization: pereira, f. m. v.; filletti, e. r. data curation: pereira, f. m. v.; santos, l. j. formal analysis: santos, l. j. funding acquisition: pereira, f. m. v.; filletti, e. r. investigation: pereira, f. m. v.; filletti, e. r., santos, l. j. methodology: pereira, f. m. v.; filletti, e. r. project administration: pereira, f. m. v. resources: pereira, f. m. v.; filletti, e. r. software: filletti, e. r. supervision: filletti, e. r. validation: filletti, e. r. visualization: pereira, f. m. v.; filletti, e. r., santos, l. j. writing – original draft: santos, l. j. writing – review & editing: filletti, e. r.; pereira, f. m. v. data availability statement the data will be available upon request. funding this study was supported by: são paulo research foundation (fapesp), grant no: 2018/03960-1; 2018/18212-8; 2019/01102-8; 2014/50945-4. national council for scientific and technological development (cnpq), grant no: 307328/2019-8; 465571/2014-0. coordination for the improvement of higher education personnel (capes), grant no: 88887136426/2017/00. acknowledgments not applicable. references andrade, d. f.; guedes, w. n.; 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institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2020 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index a07v32n2.pdf 41 www.scielo.br/eq adsorption of hidrogen peroxide on the surface of silica – titania mixed oxide obtained by the sol-gel processing method j. e. gonçalvesa*, u.p. r.filhob, d.w. francob and y. gushikemc acentro universitário de ensino superior, cesumar, av guedner 1610, 87050-390 , maringá, pr, brazil, ebinstituto de química de são carlos, usp, são carlos, sp, brazil cinstituto de química, unicamp, cp 6154, 13084-862 campinas, sp, brazil a*mail-jegoncal@cesumar.br abstract: this work describes the sol-gel mixed oxide sio 2 /tio 2 property, st, as prepared, and submitted to heat treatment a 773 k, stc. sem and eds images show, within magnification used, a uniform distribution of the tio 2 particles in sio 2 /tio 2 matrix. both, st and stc adsorb hydrogen peroxide on the surface and through epr and uv-vis diffuse reflectance spectra, it was possible to conclude that the species on the surface is the peroxide molecule attached to the lewis acid site of titanium particle surface, α ti(h 2 o 2 )+. as the material is very porous, presumably the hydrogen peroxide molecule is confined in the matrix pores on the surface, a reason why the adsorbed species presents an exceptional long lived stability. keywords: sol-gel; silica-titania; hydrogen peroxide adsorption; porous material. introduction the sol-gel process can be described as a very convenient method to prepare binary oxides such as sio 2 /m x o y , with high purity and homogeneity [1-6]. among these, sio 2 /tio 2 having high concentration of titanium (iv) homogeneously dispersed in the matrix can be obtained by this process [7]. the metal oxide incorporated in the matrix is coordinatively unsaturated and furthermore can react with other compounds, resulting in an immobilized solid system [8]. as an example, the reactive α tioh groups on the sio 2 / tio 2 surface can react with hydrogen peroxide, resulting in the solid sio 2 /tio 2 /h 2 o 2 where the hydrogen peroxide group is adsorbed. several works dealing with the interaction of h 2 o 2 with tio 2 have been reported, emphasizing the importance of the mechanism of this reaction in biochemical and chemical processes [9-10]. the structure of the adsorbed species has also been investigated, but the mechanism of the radical formation is still not well understood [11-14]. hydrogen peroxide chemisorbed on titanium dioxide, hereafter named peroxide-modified titanium dioxide, is investigated as a chemical analog to the putative soil oxidants responsible for the chemical reactivity [15]. supported oxide catalysts containing transition metal ions are known to be widely used in oxidation of organic substances with molecular oxygen. therefore at seems interesting to study the state of the oxygen absorbed on their surface [16-19]. the epr measurements [12, 19-20] have shown that the oxygen adsorption on n-semiconducting oxides and radiation chemisorptions on dielectrics results in formation of the o 2 adsorbed radicals. this technique has been widely used for the studies of supported oxide catalysts. it has also been shown that metallic titanium and hydrogen peroxide interacts strongly and that a titanium-peroxide gel with ph around 4 are formed, then has been showed that hydrogen peroxide decomposed [21-22]. the presence of such radicals may be of considerable importance in many research areas, such as photochemistry, solar energy conversion ecl. quím., são paulo, 32(2): 41-45, 2007 volume 32, número 2, 2007 42 [9, 23-25], and the biochemistry of respiration and inflammation [10-11]. this work reports the interaction of hydrogen peroxide (h 2 o 2 ) on the surface of silicatitania (sio 2 /tio2 ) mixed oxide obtained by the sol-gel processing method. studies have shown that h 2 -o 2 would form stable peroxide radicals adduct with sio 2 /tio2 . in this study, adsorption of h 2 o 2 by sio 2 /tio2 from aqueous solutions is investigated as well as the formation of peroxide radicals by electron paramagnetic resonance (epr) and visible-uv spectrometry using a diffuse reflectance technique. experimental details preparations sio 2 /tio 2 mixed oxide was prepared by the sol-gel processing method as described elsewhere [26], (1) 12.1 ml of 0.85 mol.l-1 hno 3 aqueous solution were added to 250 ml of 50% (v/ v) tetraethoxysilane (teos)/ethanol solution, and the mixture was stirred at 353 k for 2.5 h. (2) about 34 ml of titanium (iv) butoxyde (tbo) and 490 ml of ethanol were then added and the mixture was stirred for 2 h at room temperature. (3) 66 ml of 0.6 mol.l-1 hno 3 solution were slowly added and allowed to rest for gelation. the formed xerogels were ground, dried at 383 k for 24 h and sieved in order to obtain particles size between 75 and 250 mm. parts of sio 2 /tio 2 samples were calcined at 773 k under air flux. the untreated and heattreated silica-titania samples were designated as st and stc, respectively. the solid was analyzed by using the x-ray fluorescence technique on a tracor northern x-ray fluorimeter. adsorption of the hydrogen peroxide on sio 2 /tio 2 about 10 g sio 2 /tio 2 (calcined, stc and uncalcined, st) samples were shaken for 30 min with 100 ml of 0.5 mol.l-1 hydrogen peroxide solution. the solutions were decanted and the hydrogen peroxide determined by iodometric titration in the solution phase. the solid was submitted to high vacuum for 30 min at 298 k. uv-vis spectroscopy uv-vis electronic spectrum of the materials sio 2 /tio 2 and sio 2 /tio 2 /h 2 o 2 they were obtained by diffuse reflectance technique. the spectra were obtained in the region between 200 and 800 nm, at ambient temperature, using a uvvis-nir variam cary 5g spectrophotometer connected to a diffuse reflectance accessory using baso 4 as reference. electron paramagnetic resonance the spectra were been obtained in a xband frequencies on a bruker esp 300e spectrometer, operating in x band (9.77 ghz). room temperature measurements were obtained with frequency modulation of 100 khz and amplitude modulation of 15.7 g. the measures had been obtained in the temperature of liquid nitrogen with microwave frequency of 9.46ghz and microwave power of 2 x 10-1 mw. the field sweep width was 798 g with acquisition time of 671 s. the g value is referenced to the one of dpph. results and discussion table 1 shows the results of the titanium analyses in the binary oxide, st and stc, the results on specific surface areas and average pores volume. for the mixed oxide sio 2 /tio 2 , designated as st, the measurements were made as prepared and, for mixed oxide designated as stc, the measurements were made after heat treatment at 773 k. table 1: chemical titanium analysis in oxides binary, specific superficial area, s bet , and average volume of the pores, vp. the results of specific surface area s bet (table 1) show that for stc a reduction of the area after is observed under thermal treatment as consequence of pores collapse [26-28]. however, the observed area decrease is very small indicating that tio 2 particles inside the sio 2 matrix is thermally few mobile upon treatment at this temperature. as consequence, the average pore volume remains practically the same after the heat treatment. the materials submitted to the scanning electron microscopy st and stc have shown that the titanium is distributed uniformly on the material, ecl. quím., são paulo, 32(2): 41-45, 2007 43 as can be observed by figure 1. the thermal treatment of stc (calcination at 773 k under air flow) did not modify the uniform distribution of titanium oxide particles in the material. within the magnification used, this fact demonstrates that not formation of any islands in the mixed oxide [26]. analysis by x-ray diffraction have shown that the materials are amorphous and thermally very stable [26]. figure 1: (a) scanning electron micrographs of st and (b) the corresponding eds image for ti atoms. (a) electron paramagnetic resonance spectrum for stc/h 2 o 2 (figure 3), shows three values for g: 2.00, 2.01 and 2.03. these values are assigned to superoxide species on the matrix surface [34]. figure 3: epr spectrum of the material stc/h 2 o 2 . the data were obtained at 77 k. ecl. quím., são paulo, 32(2): 41-45, 2007 (b) in solutions of low ph surface ti(iv) reacts with h 2 o 2 with the formation of a complex of yellow coloration (reaction 1). this property has been used as procedure of analytical chemistry to determine this metallic ion [29-30]. in this case after the immersion of binary oxides st and stc in a h 2 o 2 solution, the solid became yellow due to the formation of the complex on the surface of the material. the reaction that occurs on the surface can be represented by the following equation: α τι(οη) + η+ + η2ο2 → α τι(η2ο2) + + η2ο (1) where α ti(oh) is the hydroxyl group attached to titanium on the surface of the matrix and α ti(h 2 o 2 )+ represents the complex titanium-peroxide formed on the surface of binary oxide. the uv-vis spectrophotometry was used to check the formation of the hydrogen peroxide complex on the matrix. figure 2 shows the electronic spectra st and st/h 2 o 2 . it shows the lm charge transfer oxygen to the metal, for st, at 352 nm. after treatment and adsorption of peroxide on the surface, lm is observed at 400 nm for st/h 2 o 2 , a clear indication that on the surface the titanol group (α ti(oh)), was replace by hydrogen peroxide moleculeα ti(h 2 o 2 )+[31-33]. figure 2: uv-vis electronic spectrum of diffuse reflectance of st and st(h 2 o 2 ). stability of adsorbed peroxide stability of adsorbed peroxide on st and stc, was tested for st/h 2 o 2 and stc/h 2 o 2 heated at 333 k. in this case, for both materials, an approximate 5 wt% reduction of peroxide adsorbed was detected. after longer time allowed to rest at room temperature, about nine months, a loss of 50 wt% of hydrogen peroxide was observed. a complete and fast decomposition of peroxide is observed when the samples, st(h 2 o 2 ) and stc(h 2 o 2 ), are heated at 373 k for 45 min. this experiment shows how the peroxide molecule adsorbed in the pores of st and stc matrices are stabilized. regeneration of the matrix as the st and stc is a matrix where the silica framework confers an exceptional mechanical and chemical stability to the tio 2 particles, linked to matrix by si-o-ti bond, after treatment with hydrogen peroxide it is not leached to the solution phase. a complete regeneration of the matrix is possible heating the sample at 373 k during 45 min for a complete regeneration of the matrices st(h 2 o 2 ) and stc(h 2 o 2 ) and prompt to be reused. conclusions the mixed oxide sio 2 /tio 2 , prepared by the sol-gel processing method, as prepared (st) and submitted to heat treatment (stc) showed that the matrix obtained is very resistant under ecl. quím., são paulo, 32(2): 41-45, 2007 the effectiveness in adsorbing h 2 o 2 by the material as prepared, st, and submitted to calcination, stc, for a fixed concentration of peroxide and using nearly the same mass of st or stc, was tested by determining the amount of h 2 o 2 adsorbed at various ph. figure 5 shows that for both matrices, at various solutions ph, the adsorption capacities determined are nearly the same. the maximum adsorption occurred at ph between 3 and 4. a supposition that lewis acid sites are the reactive centers and they are generate at lower ph by the reaction is clearly supported by this experiment [31]. the reaction which occurs can be represented by the reaction 2: ≡tioh + h+ → ≡ti+ + h 2 o (2) when ph is much lower, i.e. below 3, it is presumed that an increase of anionic counter ion of the acid, used to adjust the solution ph, compete with peroxide at the solid-solution interface or, peroxide molecules are protonated at this ph, decreasing the amount of this species on the surface. figure 5: isotherm of adsorption of hydrogen peroxide on st and stc at various solutions ph. [h 2 o 2 ] = 1 x 102 mol.l-1, mass of 0.1 g for st and stc used and temperature of 298 k. 44 isotherm of adsorption in order to determine the matrix adsorption capacity of hydrogen peroxide, the isotherm of adsorption at 298 k was determined. figure 4 shows the isotherms obtained for stc for solid immersed in a solution containing the solid at ph 3. saturation of the stc surface by h2 o 2 is achieved for surface concentration of peroxide of 0.9 mmol.g-1 at ph 4. this adsorption of hydrogen peroxide on the surface may occurs exclusively on the lewis acid sites. figure 4: isotherm of adsorption of hydrogen peroxide on stc matrix at 298 k and ph 3. 45 mechanically and chemically point of view. the low thermal mobility of tio 2 particles and the resistance of silica framework, resulted only in a small s bet decrease of stc in comparison with st. the scanning electronic microscopy showed that the titanium is uniformly distributed throughout the matrix. the exceptional stability of h 2 o 2 , presumably confined in the pores of the matrix surface, as a•ti(h 2 o 2 )+ species, under application point of view, represents as a new and attractive material useful as powerful oxidant in a chemical reaction under dynamical flow condition. acknowledgements authors acknowledge fapesp for financial support and jeg is indebted to cnpq for fellowship. received 16 march 2007 accepted 22 may 2007 references [1] r. j. p. corriu and d. leclercq, angew. chem. int. 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[34] r. konaka, e. kasahara, w. c. dunlap, y. yamamoto k. c. chien and m. inoue, free radical biology & medicine, 27 (1999) 294. ecl. quím., são paulo, 32(2): 41-45, 2007 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | special issue | 2019 | 12 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 electrochemical degradation of aqueous alachlor and atrazine: products identification, lipophilicity, and ecotoxicity rafaely ximenes de sousa furtado+ , eduardo bessa azevedo , artur de jesus motheo university of são paulo (usp), são carlos institute of chemistry, 400 trabalhador são carlense ave, são carlos, são paulo, brazil +corresponding author: rafaely ximenes de sousa furtado, phone: +55 16 3373 9932, email address: rafaelyximenes@hotmail.com article info article history: received: january 7, 2019 accepted: march 7, 2019 published: november 20, 2019 keywords: 1. alachlor 2. atrazine 3. electrochemical degradation 4. dsa 5. ecotoxicity 1. introduction alachlor (2-chloro-n-(2,6-diethylphenyl)-n(methoxymethyl)acetamide) is one of the most frequently used herbicides in weed control, early inhibiting their development. this compound belongs to the chloroacetamide class and it is widely used to protect corn, rice, soybean, peanut, and cotton crops1. alachlor can be degraded by microorganisms present in soils. therefore, both alachlor and its main metabolite, 2,6diethylaniline, are ubiquitous in the environment and cause serious ecological and physiological problems2,3. alachlor is a toxic, carcinogenic, persistent organic compound (with a half-life of 70 days in soil and 30 days in water), and an endocrine disruptor4-7. the contamination of water resources by alachlor occurs due to runoff and infiltration, causing it to be frequently detected in surface and groundwater samples8-10. atrazine (1-chloro-3-ethylamino-5isopropylamino-2,4,6-triazine), as well as alachlor, is widely used in weed control in maize, sugarcane, and soybean crops. this herbicide belongs to the triazines group, and it is the most important chemical of this family as well as one of the most used herbicides in the world due to its high phytotoxic activity11,12. among its main characteristics are: low vapor pressure, moderate solubility in water, slow hydrolysis, and the ability of leaching13,14. besides that, atrazine is also a carcinogenic compound and an endocrine abstract: this work studied the electrochemical degradation of alachlor and atrazine (alone and mixed with each other) using a filter-press cell, a dimensionally stable anode (dsa ti/ru0.3ti0.7o2), initial ph 3.0, and temperature at 25 °c. the best operational conditions for alachlor (0.33 mmol l-1) degradation were obtained by a 32 factorial design, in which the factors/levels were: nacl concentration (0.05, 0.1, and 0.15 mol l-1) and current density (10, 30, and 50 ma cm-2). thus, 93.1% alachlor removal and 71.2% mineralization were achieved using 0.15 mol l-1 nacl and 30 ma cm-2. in addition, the initial degradation products (dps) of alachlor and atrazine were identified by liquid chromatography coupled to mass spectrometry (lc-ms). acute and chronic ecotoxicities for three trophic levels (fishes, daphnids and green algae) and lipophilicity (log d, ph 7.4) of the dps were also estimated using the ecosar 1.11 and chemaxon calculator software, respectively. the present study showed that the electrochemical degradation is an efficient method for removing the herbicides alachlor and atrazine from water and that the dps formed have lower pollution potential than their original compounds. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 mailto:rafaelyximenes@hotmail.com http://orcid.org/0000-0002-8974-0691 http://orcid.org/0000-0003-3736-7829 http://orcid.org/0000-0001-5819-9516 original article 2 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 disruptor. for human consumption, atrazine concentration in water shall not exceed 3 µg l-1. however, higher concentrations are frequently detected in surface and groundwater15,16. alachlor and atrazine are the main active ingredients in many commercial herbicide formulations, which may, in some cases, consist of a mixture of atrazine and alachlor17. these formulations have their selective action due to the mixture of the two herbicides that complement each other. the intensive use of these compounds associated with their persistence in the environment and their low biodegradability has contributed to their frequent detection in water. therefore, it is necessary to develop new methodologies capable of removing those compounds from aqueous systems, since conventional water and sewage treatment plants are inefficient in doing so18-21. among the available methodologies for the treatment of wastewaters containing organic compounds such as alachlor and atrazine, the electrochemical method is very promising. it has been gaining prominence in scientific community due to its versatility, easy automation, high organic removal rate, immobilization of the catalyst in the electrode, and the formation of reactive species on the surface of the electrode13,22-26. in electrochemical oxidations, the choice of the material with which the anode is made is of fundamental importance, because the efficiency and selectivity of the process depends on it. among the most frequently used anodes for the removal of organic compounds is the dimensionally stable anode (dsa) with a nominal composition ti/ru0.3ti0.7o2 27. it has been used in the chloralkali industry for several years due to its mechanical stability and catalytic activity28,29. several studies report the successful use of the dsa anode28, 30-34. the feasibility of a treatment technology should not be assessed only by its potential for degrading a pollutant, but also by the generation of less ecotoxic and more hydrophilic compounds (less prone to bioaccumulation and biomagnification). partition coefficients (log p) and distribution coefficients (log d) are the ratios of the concentrations of a compound in a mixture of two immiscible solvents at equilibrium. log p generally refers to the non-ionized compound, whereas log d refers to the concentration ratio of all species of the compound (ionized and nonionized). therefore, the latter coefficient is phsensitive. typically, the most useful ph is 7.4, the physiological one35,36. when one of the solvents is water and the other is a nonpolar solvent (usually n-octanol), then those coefficients are a measure of lipophilicity (or hydrophobicity). finally, the objective of this work was to study the electrochemical degradation of the herbicides alachlor and atrazine, in a flow cell, using a dsa anode (ti/ru0.3ti0.7o2), assessing the influence of different concentrations of electrolyte and current densities on the removal and mineralization of the organic compounds, besides proposing their respective routes of degradation. the ecotoxicity and lipophilicity of the identified degradation products (dps) were also estimated. 2. materials and methods 2.1. cyclic voltammetry cyclic voltammetry (cv) was used to obtain qualitative information about the reaction on the electrode/solution interface. cyclic voltammograms were obtained using a potentiostat/galvanostat (autolab, pgstat128) and a conventional electrochemical cell composed of: (a) working electrode: circular, dimensionally stable anode plate (dsa) manufactured by de nora do brasil ltda. (nominal composition: ti/ru0.3ti0.7o2; exposed geometric area: 1 cm2); (b) counter electrode: titanium plate (2 cm2) parallel to the working electrode; and (c) reference electrode: normal hydrogen electrode (nhe). the assays were performed using 50 ml of 0.05, 0.1, and 0.15 mol l-1 nacl as the supporting electrolyte. cyclic voltammograms of atrazine and alachlor (both at 0.33 mmol l-1) in nacl 0.15 mol l-1 were also obtained. the potential window was 0.4-1.6 v versus nhe, with scanning speed of 50 mv s-1. 2.2. electrochemical degradation experiments the degradation experiments were performed in a filter-press flow-cell using: (a) a commercial dsa ti/ru0.3ti0.7o2 with surface area equal to 14 cm2 (working electrode); (b) a titanium plate with area equal to 14 cm2 (counter electrode); (c) a normal hydrogen electrode (nhe) (reference electrode), and (d) a commercial cationic membrane strip (ionac, mc-3470), immersed in 0.5 mol l-1 h2so4, providing the electric contact between the electrochemical cell and the reference electrode (fig. 1). besides that, a centrifugal pump https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 3 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 drove the electrolytic solution through the flowcell. this solution was magnetically stirred. initial ph 3, temperature 25 °c, flow rate 130 ml min-1 and solution volume 200 ml were held constant throughout the experiments. initially, only alachlor (0.33 mmol l-1) was degraded. the experiments followed a 32 full factorial design with the central point in triplicate (statistica 7 software). the studied factors and levels were supporting electrolyte sodium chloride concentration (0.05, 0.1, and 0.15 mol l-1) and current density (10, 30, and 50 ma cm-2). figure 1. scheme of the experimental apparatus: 1) thermostat bath; 2) reservoir; 3) magnetic bar; 4) magnetic stirrer; 5) centrifugal pump; 6) flow cell; 7) cationic membrane; 8) reference electrode; and 9) potentiostat/galvanostat. 2.3 analytical procedures total organic carbon analyses (toc, shimadzu toc-vcph total organic carbon analyzer) were performed to determine the amount of organic matter in solution, before and after the treatment. the concentrations of alachlor and atrazine were measured in a high-performance liquid chromatograph (hplc, shimadzu lc-10ad vp) equipped with a uv detector (shimadzu lc10avp) and a c18 reversed-phase column (zorbax sb-c18, 5 μm, 25 cm × 4.6 mm). 20 μl were isocratically eluted using a mobile phase composed of acetonitrile and water 70:30 (in volume), flow rate 1 ml min-1, temperature 40 °c and uv detection at 210 nm. the degradation products (dps) were identified in a high-performance liquid chromatograph (hplc, thermo scientific accela 1250 pump) coupled with a ltq-orbitrap velos spectrometer (hplc-ms, thermo fisher scientific), operating under the following conditions: positive ion mode electrospray ionization (esi), electrospray voltage 3.7 kv, nebulization gas pressure 75 psi, heater temperature 500 °c, capillary temperature 400 °c, and injection volume 10 μl. a c18 reversed phase column (zorbax sb-c18, 5 μm, 25 cm  4.6 mm) and a mobile phase composed of acetonitrile and formic acid 0.1% (70:30 in volume), isocratic mode, and flow rate 1 ml min-1 were used. 2.4 calculations ecotoxicities were estimated for three trophic levels (fishes, daphnids and green algae) using the ecosar 1.11 software (usepa, 2017). the acute indicators: lc50 (lethal concentration to 50% of the tested organisms) and ec50 (effect concentration to 50% of the tested organisms) were estimated. chronic ecotoxicities were estimated as the geometric mean of the loec (lowest-observedeffect concentration) and the noec (no-observedeffect concentration). lipophilicity (log d) values were calculated with the aid of the chemaxon calculator. 3. results and discussion 3.1 cyclic voltammetry of atrazine and alachlor figure 2a shows the cyclic voltammograms of the commercial dsa electrode using nacl as the supporting electrolyte in the following concentrations: 1) 0.05, 2) 0.1 and 3) 0.15 mol l-1. figure 2b shows the voltammetric behavior of the commercial dsa electrode with solutions 0.15 mol l-1 nacl in the presence of 4) alachlor (0.33 mmol l-1) and 5) atrazine (0.33 mmol l-1). one can observe that from 0.4 to 1.2 v vs. nhe, no significant increase of the density current occurs; however, for potentials above 1.2 v, there was a fast increase in density current, characterized by the oxygen evolution reaction (oer) and chlorine evolution (eqs. 1 and 2)27,29. 2 h2o → o2 + 4 h+ + 4 e− (1) 2 cl− → cl2 + 2 e− (2) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 4 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 figure 2. cyclic voltammograms of the commercial dsa electrode (ti/ru0.3ti0.7o2) recorded between 0.4 and 1.6 v vs. nhe at 50 mv s-1 in aqueous solutions containing: (a) 0.05, 0.1, and 0.15 mol l-1 nacl (lines 1, 2, and 3, respectively) and (b) alachlor 0.33 mmol l-1 (line 4) and atrazine 0.33 mmol l-1 (line 5). in figure 2a, it can be observed that oxygen and chlorine evolution reactions became more evident with increasing concentrations of nacl. however, when the herbicides were added to the 0.15 mol l 1 nacl solution (fig. 2b), a gradual decrease in current density was noticed for potentials over 1.2 v. that may happen because the adsorption of the herbicides and/or electrogenerated dps on the anode surface, blocks the electrode active sites19,30. 3.2 electrodegradation study 3.2.1 study of the alachlor electrochemical degradation by factorial design table 1 shows the obtained results for alachlor degradation after 120 min of electrolysis (as alachlor was harder to degrade than atrazine, the best operational conditions for the former were also used with the latter). table 1. alachlor removal and mineralization obtained after the electrochemical treatment (32 full factorial design with the central point in triplicate). experiment j/ma cm -2 cnacl/mol l−1 alachlor removal/% toc/% 1 10 0.05 85.0 19.4 2 10 0.10 88.0 20.4 3 10 0.15 89.5 21.7 4 30 0.05 86.5 45.2 5 30 0.10 87.4 70.1 6 30 0.15 93.1 71.2 7 50 0.05 88.0 67.5 8 50 0.10 91.7 70.4 9 50 0.15 93.5 71.6 10 30 0.10 88.0 67.7 11 30 0.10 87.0 68.7 experimental error/% 0.5 1.2 0.5 1.0 1.5 -1 0 1 2 3 4 1 3 33333 j/ m a c m -2 e/v vs. nhe 2 (a) 0.5 1.0 1.5 -1 0 1 2 3 4 5 j/m a cm -2 e/v vs. nhe 3 4 (b) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 5 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 it was possible to assess the effect of the investigated factors on the response-variables (removal evaluated by hplc and the respective mineralization expressed by toc values) to determine which of them were statistically significant with a 95% confidence interval (within tested levels). both factors were significant, and the best tested treatment condition was 0.15 mol l1 nacl and current density equal to 50 ma cm-2, since the higher the current density and the electrolyte concentration, the higher the removal (93.5%) and the mineralization (71.6%). however, 0.15 mol l-1 nacl and current density equal to 30 ma cm-2 were chosen as the actual treatment conditions due to lower electric energy requirements and to the fact that the removal (93.1%) and the mineralization (71.2%) obtained were quite close to the ones at the best tested conditions. 3.2.1.1 effect of electrolyte concentration and current density the nacl concentration affects the production of radicals (and therefore, the oxidation capacity) and current density. these are important parameters for the electrodegradation of any organic compound30,37. the obtained results (table 1) show that increasing current density with a fixed nacl concentration led to higher removal and mineralization. this same behavior was observed for a fixed current density while increasing the electrolyte concentration. under all studied conditions, alachlor removals were greater than 80%. however, in none of them the complete removal or mineralization were achieved. degradation may take place by two mechanisms: i) the organic compound is adsorbed on the anode surface and then oxidized by anodic electron transfer reaction – direct oxidation; and ii) it reacts with generated active chlorine species with high oxidizing power, according to eqs. 2, 3 and 4 – indirect oxidation38,39. cl2 + 2h2o  hclo + h3o + + cl(3) hclo + h2o  h3o + + clo(4) hypochlorous acid (eº = 1.49 v vs. nhe) act as the main oxidizing agent in the degradation reactions due to its greater oxidation power in comparison to the other electrochemically generated active chlorine species like clo(eº = 0.89 v vs. nhe) and cl2 (1.36 v vs. nhe)22,40,41. as the pka of hclo is 7.5, the protonated species predominates when ph < 7.5. for this reason, all experiments were performed in acidic medium in order to guarantee that the organic compounds were preferably oxidized by hclo, in order to achieve higher rates of removal and mineralization. scialdone et al.42 emphasize that intermediates of the oer can react with adsorbed chlorine on the electrode, favoring the oxidation of the organic compound (eqs. 5 and 6). mox (oh) + cl− → mox+1 (hclo) + e(5) organics + mox+1 (hclo) → intermediates → mox + co2 + cl− + h2o + h3o + (6) therefore, increasing sodium chloride concentration increases the formation of electrogenerated chlorine species (cl2/hclo/clo-) and the use of high current densities leads to an increase in the amount of these species, allowing alachlor degradation43-45. for this reason, the highest removal and mineralization of alachlor was achieved with 0.15 mol l-1 nacl and current density equal to 50 ma cm-2. however, regardless of the tested nacl concentrations and current densities, alachlor mineralization was not complete due to the formation of recalcitrant dps. 3.2.1.2 determination of the energy consumption the electric energy consumption may be estimated by the electric energy per order (eeo in kwh m-3 order-1). the eeo is defined as the electric energy in kilowatts per hour (kwh) required to degrade a contaminant (c) by one order of magnitude in 1 m3 (1,000 l) of water or air, as shown in eq. 746-49, where p = nominal cell power/kw, t = time/h, v = volume/l, c0 and ct = initial and final concentrations of the contaminant, respectively. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 6 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 it is important to notice that eq. 7 is multiplied by 1,000 to convert volume from l into m-3 and that it can only be used if the chemical reaction follows a pseudo-first order kinetics, as was the case of alachlor8. 𝐸𝐸𝑂(𝑘𝑊ℎ 𝑚−3 𝑜𝑟𝑑𝑒𝑟−1) = 𝑃×𝑡×1000 𝑉×log(𝐶0 𝐶𝑡⁄ ) (7) according to thiam et al.50, the energy consumption can also be expressed per unit of toc mass, as shown in eq. 8, where ecell = average cell voltage (v), i = applied current (a), t = electrolysis time (h), v = volume (l), and ∆(toc)exp is the observed toc decrease (mg l-1). 𝐸𝐶𝑇𝑂𝐶 (𝑘𝑊ℎ 𝑔𝑇𝑂𝐶 −1) = 𝐸𝑐𝑒𝑙𝑙×𝐼×𝑡 𝑉×∆(𝑇𝑂𝐶)𝑒𝑥𝑝 (8) figure 3 shows eeo and ectoc as a function of the applied current density, calculated for the alachlor degradation experiments. in fig. 3a, one can notice that, for a fixed current density, as the nacl concentration increases, energy consumption decreases. this is because the conductivity of the medium also increases, decreasing cell potential, which leads to lower values of energy consumption, as previously described28,44. in addition, for the same concentration of the supporting electrolyte, there is a concomitant increase in energy consumption, due to the cell operational potential increase and the competition between o2 and cl2 formation at higher potential values44. comparing fig. 3a and 3b, one can observe that the behavior of the energy consumption calculated by eq. 8 is very similar. figure 3. dependence of energy consumption (kwh m 3 order-1 and kwh gtoc -1) with applied current density in nacl solution: () 0.05, () 0.10 and () 0.15 mol l 1. electrolysis performed using a commercial ti/ru0.3ti0.7o2 dsa anode. 3.2.2 electrochemical degradation of atrazine and alachlor-atrazine mixture some of the major companies producing agrochemicals trade alachlor in mixture with atrazine as a way to enhance the action of both herbicides. one of the usual compositions is the ratio of 1:1 (in volume) and, for this reason, the mixture employed in the present work was composed of 0.33 mmol l-1 of each substance. one can observe that atrazine was removed after 45 min of electrolysis (fig. 4), while alachlor took more than 120 min of treatment to reach a similar degradation. 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 10 20 30 40 50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (b) e e o /k w h m -3 o rd e r-1 j/ma cm -2 (a) e c t o c /k w h g t o c -1 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 7 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 figure 4. variation of atrazine and alachlor concentrations with treatment time: () alone and () in the mixture. energy consumption, toc, and obtained removals are given in table 2. one can observe that alachlor alone required more energy to be degraded. in none of the applied conditions the complete mineralization of the compounds was achieved, which can be attributed to the formation of recalcitrant dps during electrolysis. another finding is that, apparently, there is some kind of synergism between alachlor and atrazine. when those two substances were degraded together, alachlor removal and, mainly its mineralization, were increased. also, energy consumption significantly decreased. the reasons for that behavior are not yet understood. however, that it is a true advantage, as alachlor and atrazine are usually employed together. table 2. results obtained for the removals of alachlor, atrazine and their mixture, mineralization, and energy consumption estimated after electrochemical degradation (120 min, 30 ma cm-2, and 0.15 mol l-1 nacl). compound removal/% toc/% eeo/ kwh m -3 order -1 ectoc/kwh gtoc -1 alachlor only 93.1 71.0 12.1 0.35 atrazine only 100 70.4 5.0 0.20 alachlor-atrazine (1:1) 99.6 82.8 7.1 0.22 100 3.3 alachlor electrochemical degradation mechanism proposition fig. 5 shows a proposition for the alachlor electrochemical degradation route. the m/z ratios here refer to the compounds in their protonated form, [m+h]+. initially, the molecular ion that characterizes alachlor was identified with m/z = 270. partial oxidative cleavage of the bond in the ̶ och3 group connected to n, followed by dehalogenation and subsequent hydroxylation leads to the formation of the dp with m/z = 222. this compound also was identified by pipi et al.8 and wang and zhang51. in addition, this dp was also detected in water samples in massachusetts3. according to pipi et al.8, the formation of the dp with m/z = 284 is characterized by a purely oxidative mechanism due to hydroxyl radicals. hydroxyl radicals can also convert lipophilic into 0 30 60 90 120 0.0 0.3 0.6 0.9 0 30 60 90 120 0.0 0.3 0.6 0.9 alachlor time/min atrazine (c t/c 0 )/ m m o l l -1 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 8 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 hydrophilic compounds. that is, from the structural point of view, the dp with m/z = 284 is more soluble in water than its parent compound due to an increased number of polar groups in its structure6. the subsequent demethylation followed by the addition of h+ leads to the formation of another dp with m/z = 2708,51. dps with m/z = 158, 176, and 224 were also identified in this work. these compounds are quinoline and indoline derivatives, obtained by the complex cleavage of certain bonds followed by cyclization8,52. figure 5. proposition of the initial mechanism for the electrochemical degradation of alachlor using a commercial ti/ru0.3ti0.7o2 dsa anode in aqueous medium containing 0.15 mol l−1 nacl. 3.4 atrazine electrochemical degradation mechanism proposition fig. 6 shows a proposition for the atrazine electrochemical degradation route. the m/z ratios of the structures also correspond to the protonated forms, [m+h]+. the molecular ion of atrazine has m/z = 216. dechlorination of atrazine followed by hydroxylation led to the formation of the dp with m/z = 198. this is the main degradation product of atrazine53. according to chen, yang et al54, the c–cl bond in atrazine is the lengthiest one, approximately 1.73 å, making it easier to undergo some sort of cleavage. the subsequent deamination with the total loss of the side chain (–nhch2ch3), followed by hydroxylation forms the dp with m/z = 17148,54. two other dps were identified. the first one, with m/z = 218, was formed by atrazine demethylation followed by hydroxylation. the dp with m/z = 232 was formed due to the abstraction of a hydrogen atom followed by hydroxylation. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 9 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 figure 6. proposition of the initial mechanism for the electrochemical degradation of atrazine using a commercial ti/ru0.3ti0.7o2 dsa anode in aqueous medium containing 0.15 mol l-1 nacl. 3.5 lipophilicity and ecotoxicity of alachlor, atrazine, and their degradation products the distribution coefficients (log d, ph 7.4) of alachlor, atrazine, and their degradation products (dps) are presented in fig. 7. figure 7. calculated lipophylicity (log d at ph 7.4) of alachlor, atrazine, and their degradation products. it is possible to observe that alachlor and its dps have log d > 0. this is an indication that those compounds preferentially dissolve in non-polar media, representing a risk factor for living beings due to their bioaccumulation potential. the log d of all alachlor dps are smaller than that of alachlor (3.59) due to the insertion of polar groups into their structures during electrolysis, which contribute to the increase in their aqueous solubility, and to smaller carbon chains compared to alachlor. among alachlor dps, those formed by hydroxylation produced, in average, dps with lower lipophilicity. dp3 is the compound with the lowest calculated lipophilicity (log d  1.55), due to the insertion of a carbonyl in one of the ethyl groups bonded to the aromatic ring and to the replacement of a methoxy group by a hydroxyl one, in one of the carbon chains bonded to the nitrogen atom. its log d is twice as lower as that of alachlor. in relation to the dps formed by cyclization, from dp4 (3.09) to dp5 (2.61), log d decreases by one order of magnitude, due to the loss of aromaticity in one of the rings. from dp5 (2.61) to dp6 (1.56), log d decreases another order of magnitude, due to the loss of the ethyl group bonded to the aromatic ring and dechlorination. dp3 and dp6 have similar lipophilicities. the lipophilicity of atrazine (2.20) is an order of magnitude lower than that of alachlor (3.59). atrazine and its dps have also log d > 0, indicating that their preferably dissolve in non-polar media. the log d of all atrazine dps are smaller than that https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 10 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 of atrazine, in average one order of magnitude lower. the chemical features that make those compounds more water-soluble compared to atrazine are the smaller carbon chains and the increased number of polar groups in their structures. figure 8 shows the estimated acute and chronic ecotoxicities for freshwater organisms at three trophic levels (fishes, daphnids and green algae) of alachlor, atrazine and their dps. it is important to observe that acute toxicity is usually observed within the first 24-48 h after exposure to the deleterious substance(s), whereas the chronic one is later observed (sometimes weeks or months after the exposure). in this context, the lower the concentration of those compounds that causes harmful effects, the greater their ecotoxicity. alachlor acute and chronic estimated ecotoxicities were high for all tested organisms (fishes, daphnids and green algae) (fig. 8). this could be attributed to: (i) alachlor is a compound with high log d value (3.59), which is an indication of its ability to dissolve in fat tissues of animals (fishes and daphnids) and (ii) as alachlor is a herbicide, whose main function is to prevent photosynthesis from happening, it is expected to be quite toxic to green algae. approximately, the dps formed from alachlor are equally toxic to fishes and daphnids. that is probably because all degradation products, as well as alachlor, have high lipophilicity. among the dps formed from alachlor, the least toxic is dp6, which is the compound that presented the lowest lipophilicity. therefore, increased concentrations of those compounds are necessary to harm fishes and daphnids, since they are easier to be eliminated by the organisms. alachlor is much more toxic than atrazine (16, 4 and 26 times more toxic to fishes, daphnids and green algae, respectively). (a) acute ecotoxicity (b) chronic ecotoxicity figure 8. estimated acute and chronic ecotoxicities of alachlor, atrazine, and their degradation products, using the ecosar 1.11 software (usepa), for three trophic levels: fishes, daphnids and green algae. chronic ecotoxicities are the geometric mean between the lowest-observed-effect concentration (loec) and the no-observed-effect concentration (noec). alachlor dp1 dp2 dp3 dp4 dp5 dp6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c o n c e n tr a ti o n /m g l – 1 fishes (lc 50 ) daphnids (lc 50 ) green algae (ec 50 ) atrazine dp7 dp8 dp9 dp10 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 c o n c e n tr a ti o n /m g l – 1 fishes (lc 50 ) daphnids (lc 50 ) green algae (ec 50 ) alachlor dp1 dp2 dp3 dp4 dp5 dp6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c o n c e n tr a ti o n /m g l – 1 fishes daphnids green algae atrazine dp7 dp8 dp9 dp10 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 c o n c e n tr a ti o n /m g l – 1 fishes daphnids green algae https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 original article 11 eclética química journal, vol. 44, special issue, 2019, 12-25 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1si.2019.p12-25 atrazine and its dps also have high acute ecotoxicities towards green algae due to their herbicidal action, preventing photosynthesis to happen. the atrazine dps are less toxic to daphnids and fishes compared to atrazine, in the order dp7 > dp8 > dp9 > dp10. this may be ascribed to the partition coefficients of these compounds, which are lower than that of atrazine, making it necessary to increase the dps concentration to cause fishes and daphnids mortality. in addition, all of atrazine dps are more toxic to daphnids than to fishes. over time, the difference between the ecotoxicities of alachlor and atrazine decreased, so that their chronic ecotoxicities are similar. in addition, it is possible to observe that alachlor (atrazine) concentrations that cause chronic ecotoxicity are on average 10 (40) times lower than those that cause acute ecotoxicity. it is important to emphasize that atrazine and corresponding dps ecotoxicity profile is quite similar, whether acute or chronic ecotoxicities are considered. 4. conclusions the dsa in the presence of chloride, led to high removals of alachlor and atrazine due to the formation of active chlorine species with high oxidant power (cl2/hocl/clo-) and the generation of chemically adsorbed hydroxyl radicals on the surface of the electrode. however, in none of the experiments, it was possible to achieve complete mineralization of the organic compounds, due to the formation of recalcitrant dps (some of which were identified in this work) and to the short electrolysis time (120 min). the identified dps of alachlor and atrazine in this work have already been reported in the literature; however, the electrolysis was performed under different conditions. based on the structures of the dps identified in this work, it was possible to estimate their acute and chronic ecotoxicities towards three different trophic levels (fishes, daphnids and green algae) and their distribution coefficients (log d). those parameters allow one to conclude that all formed dps have lower pollution potential than their original compounds, although they still pose threats to the environment. in this context, the present study showed that the electrochemical degradation is effective and can be used for the treatment of residues of pesticides in formulations containing alachlor and atrazine. references [1] słaba, m., różalska, s., bernat, p., szewczyk, r., piątek, m. a., długoński, j., efficient alachlor degradation by the filamentous fungus paecilomyces marquandii with simultaneous oxidative stress reduction, bioresource technology 197 (supplement c) (2015) 404-409. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.045. 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........................................................................................................................... 4 database ........................................................................................................................... 5 instructions for authors ........................................................................................... 6 review article a criticism of the reductionist and holistic vision in the planning of drugs in biological, chemical and physical level .................................................................................................................................................................... 17 daniel augusto barra de oliveira, edenilson dos santos niculau original articles ecofriendly and low-cost sample preparation methods for magnesium determination in beer ................. 33 thalles pedrosa lisboa, luiza conforte da silva lemos, fillipe caitano calzavara, beatriz silva barbosa, gabriela ezura baia, davi marques de farias, lucas vinicius de faria, maria auxiliadora costa matos, júlio césar josé da silva, marcone augusto leal de oliveira geographical chemical variability and processing oxidation of volatile compounds of casearia sylvestris leaves ................................................................................................................................................................. 42 flavio alexandre carvalho, fernando bombarda oda, antônio eduardo miller crotti, eduardo josé crevelin, andré gonzaga dos santos technical note artificial intelligence method developed for classifying raw sugarcane in the presence of the solid impurity ............................................................................................................................................................................ 49 lucas janoni dos santos, érica regina filletti, fabiola manhas verbi pereira http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitor de pós-graduação joão lima sant’anna neto pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | summary editorial board..............................................................................................................................................3 editorial.……………………………………………………...............................................................................................4 instructions for authors..........................................................................................................................5 original review radiopharmaceuticals for diagnosis in nuclear medicine: a short review..................................................11 filipe boccato payolla, antonio carlos massabni, chris orvig original articles characterization of nimesulide and development of immediate release tablets.......................................20 helvécio vinícius antunes rocha, rachel de sousa augusto, livia deris prado, erika martins de carvalho diketopiperazines and arylethylamides produced by schizophyllum commune, an endophytic fungus in alchornea glandulosa......................................................................................................................................36 carolina rabal biasetto, andressa somensi, fernanda sales figueiro, luiz alberto beraldo de moraes, geraldo humberto silva, maria claudia marx young, vanderlan da silva bolzani, angela regina araújo application of a ternary phase diagram to the liquid-liquid extraction of ethanoic acid using ethyl ethanoate.........................................................................................................................................................43 aline amaral madeira bound state solution of the schrödinger equation with inversely quadratic yukawa/attractive coulomb potential (iqyc) plus kratzer-fues (kfp) potential via the wkb quantum formalism................................50 benedict iserom ita, hitler louis, nelson nzeata-ibe http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 3 | 2019 | 50 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 50-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 solution of the schrödinger equation with inversely quadratic yukawa potential (iqyp) plus kratzer-fues (kfp) potential using the wkb quantum mechanical formalism benedict iserom ita , hitler louis+ , nelson nzeata-ibe university of calabar (unical), faculty of physical sciences, p.m.b 1115, calabar, cross river state, nigeria. +corresponding author: hitler louis, email address: louismuzong@gmail.com article info article history: received: december 18, 2018 accepted: february 25, 2019 published: july 4, 2019 keywords: 1. schrödinger equation 2. inversely quadratic yukawa potential 3. attractive coulomb potential 4. kratzer fues potential 5. wkb approximation 1. introduction one of the interesting problems in quantum mechanics is to get exact solutions of the schrӧdinger equation. to do this, a real potential is often selected to serve as the driving force of the energy eigenvalues and the eigenfunctions of the schrӧdinger equation1-3. these state solutions reveal the particle dynamics in nonrelativistic quantum mechanics2. numerous researchers have investigated the bound states of the schrӧdinger equation using variety of potentials and quantum formalism. some of these potentials play critical roles in many fields of physics such as molecular physics, solid state and chemical physics4. the manning-rosen potential has been studied in-depth and have also been utilized in quantum systems and yukawa potential, and its classes have been studied in schrӧdinger formalism5,6. in this work, using the wentzel, kramers and brillouin (wkb) quantum approximation, we shall investigate the bound state solutions of the schrӧdinger equation using a combination of potentials known as the inversely quadratic yukawa/attractive coulomb potential plus a modified kratzer potential (iqyckfp). 2. the wkb theoretical approximation in this section, we consider the quasiclassical solution of the schrӧdinger’s equation for the spherically symmetric potentials. given the schrӧdinger equation for a spherically symmetric potentials 𝑉(𝑟) of equation 3 as (−𝑖ђ)2 ( ∂2 ∂r2 + 1 𝑟2 ∂2 ∂θ2 + 1 𝑟2sin2θ ∂2 ∂ϕ2 ) 𝜓(𝑟, 𝜃, 𝜙) = [2𝑚(𝐸 − 𝑉(𝑟))] 𝜓(𝑟, 𝜃, 𝜙) (1) abstract: the main objective of this research work is theoretical investigate the bound state solutions of the nonrelativistic schrödinger equation with a mixed potential composed of the inversely quadratic yukawa/attractive coulomb potential plus a modified kratzer potential (iqyckfp) by utilizing the wentzel-kramers-brillouin (wkb) quantum theoretical formalism. the energy eigenvalues and its associated wave functions have successfully been obtained in sequel to certain diatomic molecules includes; hcl, hbr, lih. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 mailto:louismuzong@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-8170-0794 https://orcid.org/0000-0002-0286-2865 https://orcid.org/0000-0002-5277-3836 original article 51 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 50-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 the total wave function in equation 3 can be defined as 𝜓(𝑟, 𝜃, 𝜙) = [𝑟𝑅(𝑟)][√𝑠𝑖𝑛𝜃𝛩(𝜃)𝛷(𝜙)] (2) and by decomposing the spherical wave function in equation 1 using equation 2 we obtain the following equations: (−𝑖ђ d dr ) 2 𝑅(𝑟) = [2𝑚(𝐸 − 𝑉(𝑟)) − �⃗⃗� 2 𝑟2 ] 𝑅(𝑟), (3) (−𝑖ђ d d𝜃 ) 2 𝛩(𝜃) = [�⃗⃗� 2 − 𝑀𝑧 2 sin2θ ] 𝛩(𝜃), (4) (−𝑖ђ d d𝜙 ) 2 𝛷(𝜙) = 𝑀𝑧 2𝛷(𝜙) (5) where �⃗⃗� 2, 𝑀𝑧 2 are the constants of separation and, at the same time, integrals of motion. the squared angular momentum �⃗⃗� 2 = (𝑙 + 1 2 ) 2 ђ2. considering equation 6, the leading order wkb quantization condition appropriate to equation 3 is ∫ √𝑃2(𝑟) 𝑟2 𝑟1 𝑑𝑟 = 𝜋ђ(𝑛 + 1 2 ), n=0, 1, 2 (6) where 𝑟2 & 𝑟1 are the classical turning point known as the roots of the equation 𝑃2(𝑟) = 2𝑚(𝐸 − 𝑉(𝑟)) − (𝑙+ 1 2 ) 2 ђ2 𝑟2 = 0 (7) equation 9 is the wkb quantization condition which is subject for discussion in the preceding section. consider equations 5-7 in the framework of the quasi-classical method, the solution of each of these equations in the leading ђ approximation can be written in the form ψ𝑊𝐾𝐵(𝑟) = 𝐴 √𝑃(𝑟,𝜆) 𝑒𝑥𝑝 [± 𝑖 ђ ∫√𝑃2(𝑟) 𝑑𝑟] (8) 3. solutions of the schrödinger equation the wentzel, kramers and brillouin surmise has been of tremendous importance to physicist, chemist, mathematician as regards quantum mechanics in view of the fact that it gives approximate solutions to linear differential equations. the inversely quadratic yukawa/attractive coulomb plus kratzer fues potential can be expressed thus 2 0 0 02 1 1 ( ) ( ) (2 ) ( 2 )v r v v a v r r  = − + − + − and 2 ( ) e e r r v r d r −  =     (9) the sum of these potentials can be written as 2 20 0 02 2 2 2 ( ) 2 e e e e e v a v d r d r v r v d r r r r r  = − − − + − + (10) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 original article 52 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 50-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 2 2 2 0 0 ( ) 0 2 2 2 2 2 ( 1) 2 2 e e e e eff r e v a d r v d r v d v r r r r r mr   + = − + − − − + + (11) ( )( ) 2 ( )eff rq r m e v= − (12a) equation 12a stands for the classical formula for momentum. ( )1( ) ; 2 rb ra q r dr n = + n=0, 1,2,3… (12b) upon, substituting equations 11 and 12a into 12b i.e. the (wkb) we have ( ) 2 2 2 0 0 0 2 2 2 2 2 ( 1) 12 2 22 rb e e e e ne e ra v a d r v d r m e d v dr n r r r r r mr     + − + − + + + − − = +     factoring out 2m (13) ( ) 2 2 2 0 0 0 2 2 2 2 2 ( 1) 12 2 22 rb e e e e ne e ra v a d r v d r m e d v dr n r r r r r mr     + − + − + + + − − = +     (14) ( ) ( ) 2 2 2 2 0 0 02 1 ( 1) 2 2 2 2 2 1 2 rb ne e e e e e ra m e d v r v a d r r d r v dr r m n      + − + + − + + − − +      = +  (15) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 0 0 0 1 ( 1) 2 2 2 2 2 1 2 rb ne e e e e e ra m e v d r a d r v r d r v dr r m n      + + − + + − − − +      = +  (16) 2 0 0 2 2 0 2 2 2 where the negative sign on -(a) indicates a bound state. ( 1) 2 ne e e e e e a e v d m a d r v n d r v m    − = + −  = + −   + = − +  upon substituting the representations made into equation 16 we have ( ) ( )21 12 . 2 rb ra m ar mr n dr n r − + − = + (17) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 original article 53 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 50-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 factoring out a , we have ( )21 12 . 2 rb ra m n ma r r dr n r a a    − + − = +     (18) represent and as m n x y a a ( ) ( )21 12 . 2 rb ra ma r xr y dr n r − + − = + (19) ( )1 12 ( )( ) . 2 rb a b ra ma r r r r dr n r − − = + (20) where we obtain the classical turning points and a br r from the terms inside the square roots as; 2 4 2 a x x y r − − = , 2 4 2 b x x y r + − = n/n: a b a b r r x r r y + =    =  (21) recall 1 1 ( )( ) ( ) 2 b a r a b a b a b r r r r r dr r r r r r    − − = + −     (22) ( ) ( )12 2 22 ma x y n   − = + (23) ( ) 2 2 2 14 2 2 mm a n mn =  + +   (24) upon substituting the coefficients of m, n, a into equation 24 to obtain the energy eigenvalue. ( ) 2 2 0 0 2 2 0 2 2 ( 2 2 ) 2 2 214 ( 1) 2 e e ne e e e m a d r v e v d md r mv n   + − − − + =  − + + + +     (25a) initiating the langer correction term ( ) ( ) 2 11 2 + → + https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 original article 54 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 50-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 ( ) ( ) ( ) 2 0 2 2 0 2 2 2 02 ( 2 2 ) 22 21 1 2 2 e e ne e e e m a d r v e d v m n v d r   + − = − −   + + + − −    (25b) the above equation results in the bound state energy spectrum with respect to quantum numbers of a vibrating-rotating diatomic molecule subject to the (iqyckfp) potential. thus, its corresponding wave function is given as 2 2 2 2 02 02 1 21 ( ) ( 2 )2 2 2 ( ) e e e ne m md r v r d e v ne r ner n r e        − + + + −  − − −         = ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 1 0 02 2 21;1 ; 2 2 2 2 e e e ne m m f n d r v d e v r    − + + + − − −       (26) 4. discussion having obtained the energy eigen value and its corresponding ( ) using the wkb approach for the schrödinger equation with the (iqyckfp), we understood that if we set up parameters 2 00, 0 and ed v a ze=  = ( ) 2 0 2 2 0 2 2 02 ( 2 ) 22 21 1 2 2 ne m a v e v m n v   − = − −   + + + −    (27) 5. conclusions it is much easy to show that equation 19 has resulted to a bound state energy spectrum of a vibrating rotating diatomic molecule subject to the inversely quadratic yukawa plus attractive coulomb potential. similarly, if 2 00, 0 and 0ed v a ze =  = ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 (2 ) 2 21 1 2 2 e e ne e e e m d r e d m n d r = −   + + + +    (28) equation 28 results to a bound state energy spectrum subject to kratzer fues potential. 6. acknowledgement the authors are thankful to professor benedict i. ita for the scientific encouragement leading to the success of this manuscript. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 original article 55 eclética química journal, vol. 44, n. 3, 2019, 50-55 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 7. references [1] antia, a. d, essien, i. e., umoren, e. b., eze, c. c., approximate solution of the non-relativistic schrödinger equation with inversely quadratic yukawa plus mobius square potential via parametric nikiforovuvarov method, advances in physics theories and application, 44 (2015) 1-13. https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/ 23029/23549. 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[6] ita, b. i., louis, h., akakuru, o. u., magu, t. o., joseph, i., tchoua, p., amos, p. i., effiong, i., nzeata, n. a., bound state solutions of the schrödinger equation for the more general exponential screened coulomb potential plus yukawa (mgescy) potential using nikiforov-uvarov method, journal of quantum information science 8 (1) (2018) 24-45. https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.3.2019.p50-55 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://iiste.org/journals/index.php/apta/article/view/23029/23549 https://doi.org/10.4038/sljp.v19i1.8050 https://doi.org/10.4038/sljp.v19i1.8050 https://doi.org/10.4038/sljp.v19i1.8050 https://doi.org/10.4038/sljp.v19i1.8050 https://doi.org/10.4038/sljp.v19i1.8050 https://doi.org/10.4038/sljp.v19i1.8050 https://doi.org/10.4038/sljp.v19i1.8050 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00977 https://doi.org/10.4172/2090-0902.1000261 https://doi.org/10.4172/2090-0902.1000261 https://doi.org/10.4172/2090-0902.1000261 https://doi.org/10.4172/2090-0902.1000261 https://doi.org/10.4172/2090-0902.1000261 https://doi.org/10.4172/2090-0902.1000261 https://doi.org/10.1155/2013/910419 https://doi.org/10.1155/2013/910419 https://doi.org/10.1155/2013/910419 https://doi.org/10.1155/2013/910419 https://doi.org/10.1155/2013/910419 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 https://doi.org/10.4236/jqis.2018.81003 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044635944.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044640987.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044658436.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044716060.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044731116.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044747732.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044805451.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044827331.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044854851.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044910235.pdf universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva editorial revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 2 | 2023 | editorial the editor proudly announces the new issue of eclética química in which readers will find reviews and original articles covering different areas of chemistry and education in chemistry. this issue is opened with the exam of empirical articles about social media increasing the motivation to study chemistry for high school and undergraduate students. for that, the method of systematic literature review was used to identify, analyze, and interpret findings on the research topics. in these topics, the effect of using social media in chemistry learning was discussed. obviously, learners can interact and connect with each other in new manners by means of social media. afterwards, a review on the second-generation (2g) ethanol, which indicates to be the progress of science all over the world, using biological agents, the driving force for the large-scale production of important materials in the economy, such as biofuel. the discussion of concepts, production methodologies and challenges for the energy sector considering 2g ethanol are the focus of this review. it is noticed that the 2g ethanol production methodologies have been implemented as a potential low-cost alternative energy generation in accordance with the principles of green chemistry. in the sequence, the description of the green synthesis of silver nanoparticles (agnps) using the aqueous extract of monteverdia ilicifolia (mi) leaves as stabilizing and reducing agent, i.e., a new application for a wellknown medicinal plant used in brazil, is presented. the authors have characterized the agnps-mi obtained using an extensive number of techniques, demonstrating the effectiveness of mi to cover the agnps and stabilizing the suspension. once deposited on glassy carbon electrode, the agnps were effective as electrochemical sensor to determine dopamine, improving electrochemical properties and enhancing their electroanalytical performance. follow the description of several steps necessary to prepare some substituted imines from quinolinic acid. these substituted imines can make several reactions such as electrophilic, nucleophilic, dienophile, and aza-diene reaction. imine compounds exhibit a wide range of useful biological activity, such as inflammatory, antimalarial, analgesic, antioxidant, antimicrobial, anthelmintic, antitubercular and anticancer. they can be also used as starting material in many fields, including organometal compounds. complete this issue the description of the preparation of co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes with the ligands derived from 2-chlorobenzaldehyde, glycine and hydrazine hydrate and the characterization of these compounds by means of different techniques. antimicrobial and antioxidant activities were calculated and the antibacterial activity against two gram-positive and two gram-negative bacteria was evaluated, and the antifungal activity was assessed against two fungal strains. the results showed that the most metal complexes have much higher antibacterial and antifungal activity compared to the parent ligand. the editor and his team are grateful to all the authors for their valuable contributions, and the reviewers for their outstanding collaboration, and kindly invite you to submit your manuscript to eclética química. assis vicente benedetti editor-in-chief of eclética química https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica eclet. quim. 50 | e-1576, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 issn 1678-4618 page 1/7 1university of technology malaysia, faculty of educational sciences and technology, johor bahru, malaysia. +corresponding author: wimbi apriwanda nursiwan, phone: +601161781864, email address: wimbiiapriwanda@gmail.com original article, education in chemistry and correlated areas scientific creativity of secondary school students on colloid system wimbi apriwanda nursiwan1+ , chuzairy hanri1 , nor hasniza ibrahim1 abstract the significance of scientific creativity in science has been highlighted for nearly two decades. in chemistry education, this involves students’ ability to generate concepts related to chemical problems and phenomena, such as the colloid system found in daily life. understanding the colloid system requires students to produce scientific ideas for problem-solving. therefore, assessing students’ scientific creativity is crucial. this research aimed to determine students’ scientific creativity concerning the colloid system using a descriptive, quantitative approach. seventy-six students were selected through simple random sampling. data collection involved four open-ended questions, analyzed using a scoring rubric and percentage scores. the study revealed that students’ fluency, flexibility, and originality were low, leading to unsatisfactory results in questions requiring divergent thinking and scientific imagination. these findings highlight the need to enhance students’ ability to generate scientific ideas, emphasizing the importance of fostering scientific creativity in education. article history received may 21, 2024 accepted october 28, 2024 published march 13, 2025 keywords 1. scientific creativity; 2. chemistry; 3. colloid system; 4. 21st century learning. section editors habiddin habiddin natany dayani de souza assai highlights fluency, flexibility and originality low levels need to focus on creativity. focusing on the colloid system as a key topic in chemistry education. assessing students’ scientific creativity using a descriptive/quantitative approach. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 https://ror.org/026w31v75 mailto:wimbiiapriwanda@gmail.com mailto:wimbiiapriwanda@gmail.com mailto:chuzairy@utm.my mailto:p-norhaniza@utm.my http://orcid.org/0000-0002-3519-6352 http://orcid.org/0000-0003-2445-6945 http://orcid.org/0000-0003-2446-8153 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 issn 1678-4618 page 2/7 1. introduction the skills necessary in the 21st century encompass fundamental capabilities like creativity, problem-solving, effective communication, critical thinking, innovation, logical reasoning, adaptability, managing complexity, and self-direction (beers, 2011; soland et al., 2013). these skills are intended to equip individuals for the distinct challenges of the contemporary era, setting them apart from the previous century (tirri et al., 2017). within this skill set, creativity plays a prominent role, being recognized as a vital competency across various contexts within the 21st century (chan and yuen, 2014; nakano and wechsler, 2018; soland et al., 2013; tirri et al., 2017; zulkarnaen et al., 2018). the significance of creativity lies in its engagement with high order thinking skills. it proves invaluable in presenting solutions to diverse issues through the generation of creative ideas. in the educational context, creativity is defined as students’ ability to participate in learning activities aimed at discovering and implementing novel and unconventional ideas while maintaining a foundation of logical and rational thinking (gunawan et al., 2018). therefore, the educational field places substantial importance on the process of uncovering and nurturing creative potential (kanematsu and barry, 2016). additionally, liang (2002) determined that creative individuals cannot be generally creative across all fields, as someone might exhibit creativity in art but not necessarily in scientific subjects. in the domain of science, creativity is referred to as scientific creativity. this includes the ability to tackle problems through the formulation of ideas and hypotheses. the difference between scientific creativity and general creativity lies in the involvement of innovative experiments, discoveries, problemsolving activities, and the associated characteristics (obote, 2016). over the past six years within indonesia’s education system, student creativity concerning the colloid system has exhibited a low level in terms of creative thinking (sulastri et al., 2019; ulfah et al., 2020; wahyu et al., 2017; wahyuliani et al., 2022). the colloid system is a chemical concept that explains natural phenomena and has numerous applications in daily life (arini et al., 2021). however, many people are still unaware of the presence of colloids in daily life. for instance, soy milk (sumarni and kadarwati, 2020) and air fresheners (isbullah et al., 2019) are examples, and processes like bleaching, deodorizing, tanning, dyeing, and refining involve adsorption on the surface of colloidal particles, as do the production of fish oil, capsule medicine, and injectable penicillin. hence, it is essential to study this topic in depth (hayati et al., 2014). the low creative thinking is attributed to students’ inability to generate their original ideas or novel insights during learning, resulting in insufficient development of their creative thinking skills (wahyuliani et al., 2022). moreover, students lack practice in generating new ideas or multiple viewpoints (ulfah et al., 2020). in essence, there are lack of teachers who employ learning methods aimed at nurturing creative thinking skills and enhancing students’ grasp of colloids (sari and hidayat, 2017), even in sub-topics like various types of colloids. students often struggle to differentiate between different types of colloids, and their ability to provide diverse opinions and creative ideas is limited (wahyu et al., 2017). the capability of students to think and generate ideas to address forthcoming chemical problems associated with the colloid system is imperative. this ability to think and understand the value of studying colloidal materials is closely tied to students’ competence in chemistry (arma and supriadi, 2022; hairida, 2017; hasanah et al., 2020). however, the involvement of creative thinking in creativity exploration within the realm of chemistry education remains incomplete. it necessitates scientific creativity because, as per ikiao (2019), scientific creativity influences students’ sensitivity to chemical problems, scientific observations, and scientific concepts, thereby fostering flexible thinking in solving chemical problems. furthermore, hu and adey (2002) contend that creativity in science extends beyond creative thinking to encompass other dimensions such as creative products, processes, and traits. creative products encompass technical products, scientific knowledge, scientific phenomena, and problems. the creative process entails thinking & imagination, and creative traits encompass fluency, flexibility, and originality. moreover, scientific inquiry skills, scientific knowledge, creative experimentation, scientific investigation, creative problem-solving, and scientific creative activities constitute elements of scientific creativity (kirimi et al., 2017; park, 2004; suyidno et al., 2018; zulkarnaen et al., 2018). consequently, investigations into students’ creative thinking within the field of chemistry have yet to comprehensively portray the entire creativity in chemistry. hence, there is limited information regarding scientific creativity that specifically focuses on the colloid system. recognizing the importance of scientific creativity in chemistry, this study aims to discern students’ scientific creativity concerning the topic of the colloid system. 2. methodology this study employs a descriptive research design with a quantitative approach. a total of 76 secondary school students in grade xi (science class), aged 17-18 years, were selected randomly using a simple random sampling technique from the same school. the selected secondary school holds an ‘a’ accreditation, and its teachers have previously taught the colloid system, ensuring that the students possess the basic knowledge to generate their ideas. the scientific creativity test was conducted over the course of one hour to assess the overall scientific creativity of the students. the test took place in a classroom setting, with the teacher present and the researchers providing initial instructions. the research instrument utilized was a chemistry scientific creativity test, consisting of four open-ended questions developed by the researchers. the instrument was validated by professors in chemistry education. the validation process begins with sending instruments to professors, and then the feedback is the foundation for researching instrument improvement. the experts provided feedback in terms of quantitative (score) and qualitative (comments). once the experts agree to accept the research instrument, the validation score is analyzed and confirmed by referring to the validation criteria and the experts’ decision. the valid instrument was further tested on 30 students to test reliability and found cronbach’s alpha of 0.62 (reliable). the scientific creativity model used in this study is the scientific structure creativity model (sscm) by hu and adey (2002). the sscm encompasses three main components: trait, process, and product. in this study, the traits assessed include originality, fluency, and flexibility. the creative product evaluated is the students’ chemical knowledge when faced with scientific problems related to the colloid system. the process in this study involves divergent thinking and scientific imagination, both of which are integrated into the test items. for example, items 1 and 3 involve divergent thinking, while items 2 and 4 involve students’ scientific imagination. to determine the level of scientific creativity, the scores for traits and products are combined, then calculated using a specific formula and compared against the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 issn 1678-4618 page 3/7 levels of scientific creativity to identify the students’ overall creativity level. table 1 below details each dimension of scientific creativity assessed in this study, with each product representing four questions that include both process and trait dimensions. the result of the chemistry scientific creativity test was analyzed using a rubric of scoring. students’ score was calculated in the form of a percentage of the score and compared to the criteria level. table 2 shows the rubric of scoring for creative traits. table 3 shows the scoring criteria for chemical knowledge (creative product). table 1. detail of chemistry scientific creativity test. item product (chemical knowledge) process trait 1 type & properties of colloid divergent thinking fluency, originality 2 colloid manufacture scientific imagination flexibility, originality 3 principle of colloid divergent thinking fluency, originality 4 colloids in daily life and industry scientific imagination flexibility, originality source: elaborated by the authors. table 2. creative trait scoring criteria. creative trait indicator score fluency student cannot provide ideas 0 student can come up with one idea/answer 1 student can come up with two ideas/answers 2 student can come up with three ideas/answers 3 student can come up with more than three ideas/answers 4 flexibility students are not able to provide category of ideas/ideas are at same category 0 students can come up with one category of ideas 1 students can come up with two categories of ideas 2 students can come up with three categories of ideas 3 students can come up with more than three categories of ideas 4 originality student do not answer/ideas are wrong 0 if the ideas produced by students are general/common ideas/no originality (9 and above) 1 if the ideas produced are moderately unique (ideas produced by students are 5 to 10% off like each other) (4-8 students) 2 if the ideas produced are moderately unique (the ideas produced are smaller than 5% like each other) (2-3 students) 3 if the ideas produced are unique (the ideas produced are only one student) 4 source: elaborated by the authors. table 3. creative product scoring criteria. creative product indicator aspect score chemical knowledge unanswered / misunderstanding / misconception if students do not answer/ideas produced are wrong concept/ideas produced are misconception 0 partial understanding if the students’ ideas are correct and ideas cover one chemical representation 1 if the students’ ideas are correct and ideas cover two chemical representations 2 understanding if the students’ ideas are correct and ideas cover all chemical representations namely symbolic, macroscopic, and sub-microscopic 3 source: elaborated by the authors. the score obtained was further calculated in the percentage form of the score using (eq. 1) and compared to level criteria as shown in table 4. percentage score = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑆𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑆𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑥 100 (1) table 4. level criteria. percentage of score level criteria 68–100 high 34–67.9 moderate 0–33.9 low source: elaborated by the authors. 3. results and discussion scientific creativity holds significance as an important skill because of its connection with the ability of students to problemsolve from a scientific standpoint, and showcasing a mastery of scientific reasoning (demir, 2014; o’donoghue et al., 2014). moreover, it enhances students’ capacity to grasp scientific knowledge and engage in scientific issue resolution (wang and yu, 2011). furthermore, it provides insight into an individual’s cognitive ability to tackle challenges by generating unique concepts (antink-meyer and lederman, 2015). unfortunately, the result identifying scientific creativity shows that most students are at a low level. table 5 below shows the level of scientific creativity of most students. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 issn 1678-4618 page 4/7 table 5. level of scientific creativity of students. level of scientific creativity frequency percentage (%) high (68–100) 0 0 moderate (34–67.9) 17 22.4 low (0–33.9) 59 77.6 source: elaborated by the authors. based on table 5, 77.6% of students are at a low level of scientific creativity and only 22.4% of students are at a moderate level. the low level of scientific creativity shows that most students are not capable of generating large numbers of ideas with different categories in solving colloid system problems. also, the ideas produced are common / not unique. in addition, 22.4% of students with moderate levels of scientific creativity show students can produce ideas, however, the ideas are still limited either in terms of the total of ideas or various ideas. the finding in this study corresponds with ikiao (2019) and kamonjo (2019), that there is a low level of scientific creativity among students in kenya. moreover, similar findings also have emerged in malaysia, indicating a low level of scientific creativity among chemistry students (jamal et al., 2020; omar et al., 2017). in conclusion, the scientific creativity of students in chemistry still needs to improve. according to hu and adey (2002), there are three dimensions of scientific creativity: creative trait, creative product, and process. the level of scientific creativity is measured by calculating the score from creative trait and product. in this case, the creative process (scientific imagination and divergent thinking) is integrated into two creative traits and product. it is because to produce the ideas with scientific knowledge, the students involved their scientific imagination and divergent thinking in which the items specifically are developed based on those skills. table 6 below shows the level of creative traits found in students (fluency, flexibility and originality). table 6. level of creative trait. aspect percentage of score level criteria fluency 27 low flexibility 23 low originality 21 low source: elaborated by the authors. based on table 6, the level of creative traits (fluency, flexibility, originality) of students is low. the lowest score of creative traits is originality with a percentage of score is 21. it means that the ideas produced by students are common or the ability of students to produce unique/original ideas is still low. besides, the flexibility of students is also low (percentage of score = 23), meaning that students cannot generate a variety of ideas. besides originality and flexibility, the fluency of students is also at a low level. it indicates that students’ ability to produce a large of number ideas is low. to conclude, the student’s ability in this study to solve problems related to the colloid system is low. furthermore, the quality of ideas relates to the scientific knowledge of students. it is proved by hu and adey (2002) and park (2004) that scientific knowledge is a prerequisite of scientific creativity. consequently, to exhibit scientific creativity, students must possess a firm grasp of scientific knowledge through a deep comprehension of scientific concepts. in this case, students’ ideas need to contain the correct concept of the colloid system. table 7 shows the result of creative product (scientific knowledge) integrated with divergent thinking ability. table 7. the result of creative product in divergent thinking question. aspect score divergent thinking item 1 item 3 frequency percentage (%) frequency percentage (%) unanswered / misunderstanding / misconception 0 32 42.10 42 55.26 partial understanding 1 41 53.95 34 44.74 2 3 3.95 0 0 understanding 3 0 0 0 0 total 76 100 76 100 source: elaborated by the authors. table 7 shows students’ creative product ability (scientific knowledge related to the colloid system) in item 1 and item 3. item 1 and item 3 contain scientific knowledge related to the type and properties of colloids and the use of the principle of colloids in daily life. both items involve a creative process, namely divergent thinking. item 1 requires students’ ability to produce ideas related to air pollution as a chemical phenomenon in colloid systems. based on table 7, 42.10% of students obtained a score of 0. it means students cannot give the correct answer or the ideas produced are wrong concepts or misconceptions. furthermore, 53.95% of students obtained a score of 1, meaning that the students’ ideas are correct, however, it only covers one chemical representation. besides, only 3.95% of students can afford to obtain a score of 2 which means the ideas generated are correct and cover two chemical representations. in conclusion, most students’ ideas range from wrong conception to partial understanding. item 3 requires a question emphasizing colloid principle in solving water pollution. according to table 7, 55.26% of students obtained a score of 0, meaning that the ideas produced are wrong concepts or students cannot produce ideas for solving water pollution. besides, 44.74% of students obtained a score of 1 which means the ideas produced are correct, however, it only covers one chemical representation. to sum up, the students have a partial understanding of the colloid principle in solving water pollution. both items involve divergent thinking, according to runco and acar (2012), divergent thinking is the main contributor to creativity and a manifestation of creative potential. it includes individuals associating situations that occurred with the colloid system concept, describing the situation and the applicable colloid system principles, and combining components from situations, objects, and colloid system concepts into a new conclusion, it is adopted from divergent thinking (sun et al., 2020). according to the findings, 42.1% of students were unable to correctly relate and describe the issues in the questions regarding the colloid system and draw accurate conclusions about air pollution as a chemical phenomenon (item 1). similarly, 55.26% of students struggled to connect and explain the issues in the questions related to the colloid system, leading to incorrect conclusions about the colloid https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 issn 1678-4618 page 5/7 principle in addressing water pollution (item 3). this indicates that students’ divergent thinking skills still need improvement. furthermore, the creative product is also discussed related to colloid manufacture and the colloid principle in waste treatment which is integrated with the scientific imagination aspect as a creative process. table 8 discusses in detail. table 8. the result of creative product in scientific imagination question. aspect score scientific imagination item 2 item 4 frequency percentage (%) frequency percentage (%) unanswered / misunderstanding / misconception 0 35 46.05 42 55.26 partial understanding 1 41 53.95 34 44.74 2 0 0 0 0 understanding 3 0 0 0 0 total 76 100 76 100 source: elaborated by the authors. in terms of scientific imagination, items 2 and 4 are considered. item 2 requires students’ ability to answer questions regarding design experiments on colloid manufacturing. based on table 8, as many as 46.05% of students cannot give ideas to design experiments of colloid manufacture or the answers are not correct. in addition, a total of 53.95% of students could design experiments, however, it only covers chemical representation namely macroscopic. this means most students have a partial understanding of design experiments about colloid manufacturing. furthermore, the ability of students to use the colloid principle in waste treatment is still lacking. this is because 55.26% of students obtained a score of 0, meaning that the students cannot generate ideas to use the colloid system to solve waste treatment. besides, this is only 44.74% of students can produce ideas for good treatment of waste. however, all ideas only cover one chemical representation. therefore, it can be concluded that students’ abilities either in designing experiments of colloid manufacture or using the colloid principle in waste treatment are lacking. 4. study limitations this study was limited to identifying students’ scientific creativity regarding their scientific knowledge of the colloid system. in addition, students’ scientific creativity refers to the scientific structure creativity model by hu and adey (2002). thus, students’ scientific creativity would be different from other scientific knowledge and the use of another scientific creativity model could influence the result. in terms of traits, this study only involved fluency, flexibility and originality, so further research still needs to be conducted. 5. implication and future studies this study provides valuable insights into the scientific creativity of students specifically related to their understanding of the colloid system. however, given that the study focused on this particular area of scientific knowledge, the implications of these findings may not fully extend to other scientific domains. future research should explore students’ scientific creativity in other areas of science to determine if similar patterns emerge or if different knowledge areas elicit distinct creative responses. moreover, the study’s reliance on the scientific structure creativity model by hu and adey (2002) suggests that different models of scientific creativity could yield varying results. future studies should consider utilizing alternative models to provide a more comprehensive understanding of how different approaches might influence the assessment of scientific creativity. finally, this study focused on three traits of scientific creativity: fluency, flexibility, and originality. future research could expand on this by including additional traits or dimensions of creativity, such as elaboration or curiosity, to offer a more holistic view of students’ creative potential in science. this would help to identify a broader range of creative abilities and contribute to the development of more effective educational strategies that foster scientific creativity across various contexts. 6. conclusions the study revealed that students’ fluency, flexibility, and originality were at a low level, resulting in unsatisfactory outcomes when addressing questions that necessitated divergent thinking and scientific imagination. this result implies a need to enhance students’ ability to generate scientific ideas. hence, the result of this study could be an overview of students’ scientific creativity and the need for heightened attention to students’ scientific creativity. authors’ contribution conceptualization: wimbi apriwanda nursiwan; data curation: wimbi apriwanda nursiwan; formal analysis: nor hasniza ibrahim; funding acquisition: not applicable; investigation: wimbi apriwanda nursiwan; chuzairy hanri; methodology: wimbi apriwanda nursiwan; chuzairy hanri; project administration: wimbi apriwanda nursiwan; chuzairy hanri; resources: nor hasniza ibrahim; software: wimbi apriwanda nursiwan; nor hasniza ibrahim; supervision: chuzairy hanri; nor hasniza ibrahim; validation: wimbi apriwanda nursiwan; chuzairy hanri; visualization: wimbi apriwanda nursiwan; chuzairy hanri; writing – original draft: wimbi apriwanda nursiwan; nor hasniza ibrahim; writing – review & editing: wimbi apriwanda nursiwan; chuzairy hanri. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments the authors would like to acknowledge the malaysia international scholarship and university technology malaysia for supporting the author in conducting this research. we would also like to thank the school for its permission and support, as well as the students who participated in this https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 issn 1678-4618 page 6/7 study. additionally, we thank our colleagues and reviewers for their constructive feedback, which has helped improve the quality of this work. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references antink-meyer, a.; lederman, n. g. creative cognition in secondary science: an exploration of divergent thinking in science among adolescents. int. j. sci. educ. 2015, 37 (10), 1547–1563. https://doi.org/10.1080/09500693.2015.1034523. arini, n. r.; sabang, s. m.; diah, a. w. m. implementation of guided inquiry learning model on colloid systems to improve critical thinking ability of students. jurnal akademika kimia. 2021, 10(2), 87–92. https://doi.org/10.22487/j24775185.2021.v10.i2.pp87-92. arma, s.; supriadi, s. analysis of student’s creative thinking ability on colloid material. j. akad. kim. 2022, 11 (1), 1–5. https://doi.org/10.22487/j24775185.2022.v11.i1.pp1-5 beers, s. z. what are the skills students will need in the 21st century? 2011, pp. 1–6. chan, s.; yuen, m. creativity beliefs, creative personality and creativityfostering practices of gifted education teachers and regular class teachers in hong kong. think. skills creative. 2014, 14, 109–118. https://doi.org/10.1016/j.tsc.2014.10.004 demir, s. assessment of prospective science teachers’ metacognition and creativity 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correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 issn 1678-4618 page 7/7 wahyu, w.; rusmansyah, r.; sholahuddin, a. meningkatkan kemampuan berpikir kreatif dan self efficacy siswa menggunakan model creative problem-solving pada materi sistem koloid. vidya karya. 2017, 32 (1), 36–44. https://doi.org/10.20527/jvk.v32i1.4147 wahyuliani, d.; danial, m.; sanusi, w. pengembangan e-modul pada materi koloid untuk meningkatkan kemampuan berpikir kreatif peserta didik. chem. educ. rev. 2022, 5 (2), 207–215. https://doi.org/10.26858/cer.v5i2.32732 wang, j.; yu, j. scientific creativity research based on generalizability theory and bp-adaboost rt. procedia eng. 2011, 15, 4178–4182. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.08.784 zulkarnaen, z.; supardi, z. i.; jatmiko, b. the role of knowledge mastery and science process skills to increase the scientific creativity. unnes sci. educ. j. 2018, 7 (2), 178–185. https://doi.org/10.15294/usej.v7i2.23320 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1576 https://doi.org/10.20527/jvk.v32i1.4147 https://doi.org/10.26858/cer.v5i2.32732 https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.08.784 https://doi.org/10.15294/usej.v7i2.23320 summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 43 | n. 3 | 2018 | summary editorial board........................................................................................................................................3 editorial……………………………………………………..........................................................................................4 instructions for authors....................................................................................................................5 original articles the correlation between electronic structure and antitumor activity of a selective focal adhesion kinase inhibitors................………………………………………….........................................................................10 daniel augusto barra de oliveira antioxidant capacity of melissa officinalis l. on biological systems......................................................19 juliana metzner franco, silvana marina piccoli pugine , antônio márcio scatoline, mariza pires de melo validation of analytical methodology for determination of personal care products in environmental matrix by gc-msms....................................................................................................................................30 tais cristina filippe, franciane de almeida brehm goulart, alinne mizukawa, júlio césar rodrigues de azevedo determination of the concentration of ce, la, sm and eu in a phosphogypsum stack, in imbituba city, santa catarina, brazil.........................................................................................................................37 renata coura borges, letícia mombrini marques, cláudio fernando mahler, alfredo victor bellido bernedo biosorption of 5g blue reactive dye using waste rice husk....................................................................45 ismael laurindo costa junior, leandro finger, poliana paula quitaiski, samuel mathias neitzke, josue victor besen, maike krug correa, juliana bortoli rodrigues mees http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind review system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • citations should be sequentially numbered and presented in square brackets throughout the text, and references should be compiled in square brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s010046702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author author guidelines chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (two lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. author guidelines special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. • the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. • authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. • authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. • citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. • explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. • simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. • plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. • the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. • before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. • the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. • before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. • when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. author guidelines • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is seven months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. author guidelines • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | editorial aiming to offer the best for our readers, the editor is convinced of the high quality of this volume of eclética química journal, which contains a review and four original articles. the review focus on caffeine, an emergent contaminant of water that can cause harmful effects to nontarget organisms and affect the ecosystem balance. caffeine is present in medicines, beverages, foodstuff, several other products, and is worldwide used and recognized as an anthropogenic activity marker. the review discusses the samples preparation, analysis and removal technologies. in the first full paper, the influence of ceric ions to the hydrolysis solution on the corrosion protection afforded by organic-inorganic hybrid coating to a carbon steel substrate in 0.1 mol l-1 nacl solution is described and the possible mechanism discussed together with the strategies used to detect cerium (iv) and (iii) ions in the coating. the second article describes a new method for the determination of trace se(iv) in natural spring waters and commercial tea samples. the method is based on catalytic kinetic spectrophotometry, which is a low cost, robust and easy-to-operate analytical technique, comparable to most of the similar spectrophotometric and kinetic spectrophotometric methods reported in the literature in terms of linear working range, sensitivity, selectivity and reproducibility. the third full paper describes the synthesis of magnetic pb(ii) ionimprinted polymer using magnetic fe3o4@sio2 nanospheres as support, organic compounds as ligand, monomer and crosslinker. the properties of the sorbent were extensively analyzed by different techniques and its high selectivity and successful application to removal lead in real samples were demonstrated. this year’s volume closes with an article that describes the extraction and characterization of essential oil obtained from citrus limon peels and tested the larvicidal activity, molluscicide and toxicity of the oil, respectively against third stage larvae of aedes aegypti, snail biomphalaria glabrata, and artemia salina applying the method adopted by the brazilian ministry of health and the world health organization. a novelty that will be implemented in our next number is the insertion of supplementary material in a proper file with its exclusive doi number. when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. the editor and his team wish to express their sincere thanks to the authors and reviewers for their outstanding collaboration. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index vol32n3_v3.pmd www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 3, 2007 synthesis and magnetic properties of heteronuclear 3d-4f compound b. cristóvão and w. ferenc* faculty of chemistry, maria curie-sk³odowska university, pl 20-031, lublin, poland* *wetafer@hermes.umcs.lublin.pl abstract: a novel heteronuclear 3d-4f compound having formula ndcu3l3·13h2o (where h3l = schiff base derived from 5-bromosalicylaldehyde and glycylglycine and l3– = c11h8n2o4br) was obtained. it was characterized by elemental and thermal analyses and magnetic measurements. the cu(ii)–nd(iii) compound is stable up to 323 k. during dehydration process the water molecules are lost in two stages. the magnetic susceptibility data for this complex change with temperature according to the curie-weiss law with θ = -35 k. the magnetic moment values decrease from 5.00μb at 303 k to 4.38μb at 76 k. keywords: heteronuclear compound, 3d-4f compound, magnetic moment; magnetic susceptibility introduction in recent years interest in heteronuclear complexes containing two different metal ions is fundamental, not only for gaining insight in the structural and electronic factors governing magnetic exchange interaction between paramagnetic centers, but also for obtaining information about designing and synthesizing molecule-based magnets and investigating the spin-exchange between paramagnetic metal ions. these compounds have potential applications in production of high temperature superconductors and magnetic materials. compared with the studies dealing with heteronuclear system comprising dtransition metal ions, relatively few concern heterometal complexes containing dtransition metal and lanthanide(iii) ions ( so-called d–f heteronuclear complexes), due to the very weak interaction and the large anisotropic effect of lanthanide(iii) ions. literature survey shows also that heterometallic compounds ligated by carboxylate groups have not been well documented; some examples of heteronuclear cu-ln compounds have recently been received and described. this may be attributed to the fact that cu and ln have different coordination capabilities. threfore heteronuclear cu-ln compounds have commonly been synthesized with hetero-donor ligands, comprising two types of ligating atoms (such as n and o) coordinated each to cu and ln atoms, respectively [1-21]. taking into account presented above facts and the necessity for a better understanding of the magnetic properties of this kind of compounds the present investigation was undertaken in order to prepare the 3d-4f complex and to study its magnetic and thermal properties. experimental details the violet crystalline compound of ndcu3l3·13h2o (l3– = c11h8n2o4br) was synthesized from schiff base (5bromosalicyldeneglycylglycine), copper(ii) chloride and neodymium(iii) chloride by using the adjusted procedure described in ref. [1]. 19ecl. quím., são paulo, 32(3): 19-24, 2007 the schiff base was prepared by the reaction of the corresponding substituted salicylaldehyde with glycylglycine in the following way: 5-bromosalicylaldehyde (5 mmol) in hot aqueous-alcoholic medium with the volume ratio of 1 : 1 was adding to the same volume also aqueous-alcoholic solution of glycylglycine (5mmol), and naoh (10 mmol). the mixture was refluxed for several hours. cucl2·2h2o (5mmol) was then added to the solution whose ph was finally adjusted to ~ 9. next excess of ndcl3 (8 mmol) was added. the solution was filtered off and the filtrate was allowed to evaporate slowly at room temperature. after a few weeks violet crystalline compound was obtained. in spite of our several efforts, single crystals suitable for x-ray crystallography measurements have not been obtained yet. the contents of carbon, hydrogen and nitrogen in the analysed compound were determined by elemental analysis using a chn 2400 perkin elmer analyser. the contents of neodymium and copper were established using ed xrf spectrophotometer (canberra-packard). a n a l . c a l c d . f o r c33h50o25n6br3cu3nd: c, 26.6 %; h, 3.2 %; n, 5.7 %; cu , 12.8 %; nd, 9.7 %. found: c, 27.8 %; h, 2.7 %; n, 5.5 %; cu, 12.2 %; nd, 10.3 %. the dehydration process of cu(ii)– nd(iii) complex was studied in air using a setsys 16/18 tg, dta instrument. the experiment was carried out under air flow in the temperature range of 297–773 k. the sample (4.86 mg) of compound was heated in al2o3 crucibles with the heating rate of 10 k.min-1. the magnetic susceptibility values of the cu(ii)-nd(iii) complex were determined by gouy method in the temperature range of 76 – 303 k. the calibrant employed was hg[co(scn)2] for which the magnetic susceptibility of 1.644.10-5 cm3g-1 was taken. correction for diamagnetism of the constituent atoms was calculated by the use of pascal’s constants [22]. results and discussion the new heteronuclear compound of cu(ii)–nd(iii) with 5bromosalicyldeneglycylglycine was synthesized and its formula ndcu3(c11h8n2o4br)3·13h2o was established on the basis of elemental and thermal analyses and also with the use of literature data concerning these type compounds [1]. its thermal stability was studied in air in the temperature range of 297–773 k with the heating rate of 10 k⋅min-1. the tg, dtg and dta curves of decomposition process were registered and are presented in fig. 2. figure1. synthetic route to the cu(ii)-nd(iii) compound. 20 ecl. quím., são paulo, 32(3): 19-24, 2007 during heating the dehydration process of cu(ii)-nd(iii) compound occurs at first and it proceeds in two steps. in the first stage at 323–473 k, the loss of mass estimated from tg, being equal to 10.6%, corresponds to the loss of 8 water molecules (theoretical value is 9.7 % ). then dta curve shows the endothermic peak connected with the dehydration process that was taken place. in the second step of decomposition at 535 k–673 k the mass loss corresponds to the release of 5 water molecules and is connected simultaneously with the decomposition of organic ligand. therefore the dta curve presents mainly the exothermic peak due to the ligand decomposition. the anhydrous derivatives needed for identification could not be isolated. considering the temperature at which the dehydration process takes place and the way by which it proceeds it may be assumed that the molecules of water are differently bounded in the complex. according to nikolaev et al. [23] and singh et al. [24] water eliminated below 413 – 423 k can be considered as lattice water while that eliminated above 423 k may be coordinated to the central ion. in the present investigation 8 molecules of water being eliminated below 413 k and 5 lost above 423 k reveal them to be the lattice and coordination water, respectively. the absence of clear plateau below 673 k makes the tg curve difficult for interpretation. from the obtained results it appears that 8 water molecules being lost in one step in the range of 323–423 k are the lattice water bounded in the complex by hydrogen bonds while those of 5 molecules are coordinated to the metal ion through electron pairs on the oxygen atoms. their presence as coordination water was confirmed by the elemental analysis done for the compound dried at 423 k. therefore they are supposed to be lost with the ligand thermal decomposition. however its destruction was not studied in details. the presence of 13 water molecules in analysed complex was confirmed by the data of elemental analysis, thermal and spectral results. figure. 2. tg, dtg and dta curves for the cu(ii)nd(iii) compound. figure. 3. experimental magnetic data plotted as magnetic susceptibility χm ( ) and 1/χ ( ) versus temperature. in order to obtain further information on the properties of the heteronuclear complex, variable-temperature (76 ~ 303 k) magnetic susceptibility data were collected, and the results are presented in table 1 and fig. 3 as plots χm and 1/χ versus t, where χm, χ, and t denote magnetic 21ecl. quím., são paulo, 32(3): 19-24, 2007 susceptibility per molecule, magnetic susceptibility per gram, and absolute temperature, respectively. χ m × 1 0 6 ( c m 3 / m o l ) θ = 3 5 . 0 0 7 6 3 1 4 9 1 4 . 3 8 1 2 3 2 2 8 2 4 4 . 7 4 1 3 3 1 8 6 1 6 4 . 4 6 1 4 3 1 7 9 8 5 4 . 5 4 1 5 3 1 7 0 0 3 4 . 5 7 1 6 3 1 6 9 3 3 4 . 7 0 1 7 3 1 6 3 7 2 4 . 7 6 1 8 3 1 5 6 5 7 4 . 7 9 1 9 3 1 4 8 4 4 4 . 7 9 2 0 3 1 4 3 1 1 4 . 8 3 2 1 3 1 3 6 9 4 4 . 8 3 2 2 3 1 3 1 4 7 4 . 8 5 2 3 3 1 2 6 1 4 4 . 8 5 2 4 3 1 2 2 0 7 4 . 8 8 2 5 3 1 1 8 1 4 4 . 8 9 2 6 3 1 1 4 6 4 4 . 9 2 2 7 3 1 1 1 4 1 4 . 9 4 2 8 3 1 0 8 8 9 4 . 9 7 2 9 3 1 0 5 5 2 4 . 9 8 3 0 3 1 0 2 8 6 5 . 0 0 t e m p e r a t u r e ( k ) μ e ff ( μ b ) table 1. the magnetic data of ndcu3l3·13h2o the magnetic susceptibility changes with temperature according to the curieweiss law with θ = -35 k indicating the weak antiferromagnetic interaction in this complex (table 1, fig. 3). the effective magnetic moment values were calculated from the equations: μeff = 2.83 (χ m . t)1/2 (1) μeff = 2.83 [χ m (t –θ )]1/2 (2) they decrease from 5,00μb at 303 k to 4,38μb at 76 k (table 1, fig. 3). this decrease could be also caused by the crystal-field effects as well as a cooperative antiferromagnetic interaction of metal ions [1, 2, 8, 9]. in order to describe the mechanism of the exchange interaction, several models have been proposed [25-27]. according to them, strict orbital orthogonality results in ferromagnetism, otherwise an antiferromagnetic coupling should be expected. the superexchange depends on it that two or more paramagnetic atoms or ions through diamagnetic ligand may interact by coupling exchange electrons yielding the ferroor antiferromagntic character of substance. in principle these properties may directly result from metalmetal or ion-metal bond. however when the distance between magnetic centres is longer than 3 ú then metal or ion orbital overlapping is not possible. at that time the molecular antiferromagnetism may occur when two transition metal ions (cund) containing unpaired electrons interact through bridging ligand. free electron of one metal ion (for example cu2+) forms bond with that of the opposite spin on ligand orbital. this way on the ligand orbital may be one electron having spin parallel to that on the second metal ion orbital (for example nd3+). it may create the cu–nd ions arrangement to be antiferromagnetically coupled. the magnetic measurements of ndcu3l3·13h2o in the temperature range of 1.7 – 76 k and the mechanism of the d – f system interaction in this heteronuclear compound will be the subject of the future studies. conclusions the heteronuclear co(ii)-nd(iii) compound having formula ndcu3l3·13h2o was obtained by reacting na[cul] (where (l3– = c11h8n2o4br) with ndcl3. its thermal stability was studied in air in the temperature range of 297–773 k. from the obtained results it appears that analysed complex contains 8 molecules of lattice water and 5 molecules that are coordination water. the various character of the water molecules confirms their different localization in the complex coordination sphere which causes its two stage dehydration process. its magnetic moment and magnetic susceptibility values decrease with raising temperature which can be due 22 ecl. quím., são paulo, 32(3): 19-24, 2007 to crystal field effect and antiferromagnetic interactions of metal ion pairs. in the analysed cu(ii)–nd(iii) complex the free electron of cu ion probably forms bond with that of the opposite spin on ligand orbital references [1] y. zou, w.-l. liu, s. gao, c.-s. lu, d.-b. dang, q.-j. meng, polyhedron, 23 (2004) 2253. 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[27] g.-m. yang, j. shi, s.-p. yan, d.-z. liao, z.-h. jiang, g.-l. wang, polyhedron 17 (1998) 1587. received 11 may 2007 accepted 17 july 2007 23ecl. quím., são paulo, 32(3): 19-24, 2007 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 issn 1678-4618 page 1/17 1federal university lokoja, faculty of science, kogi state, nigeria. 2ladoke akintola university of technology, department of pure and applied chemistry, ogbomosho, nigeria. +corresponding author: banjo semire, phone: +234 8038269809, email address: bsemire@lautech.edu.ng original article phytochemical screening, antiproliferative evaluation, and molecular docking studies of acacia nilotica fruit from nigeria william ojoniko anthony1 , ejike onwudiegwu okpala1 , obiyenwa kehinde gabriel1 , godfrey okechukwu eneogwe1 , semire banjo1,2+ abstract acacia nilotica, (fabaceae), is valued for its medicinal properties. we examine the antiproliferative properties of the aqueous fruit extract of a. nilotica. aqueous extract from acacia has been associated with potential anticancer effects in fruits and vegetables through screening, antiproliferative, and molecular docking evaluation. phytochemical screening reveals the presence of alkaloids, saponins, tannins, flavonoids, steroids, and carbohydrates. the extracts showed significant antiproliferative effects at eight concentrations (8–50 mg ml–1) examined in comparison to the standard (methotrexate). when compared to sorghum bicolor seed radicles treated with methotrexate at 48, 72, and 96 h, 50 mg ml–1 extract significantly inhibited the generation of seed radicals, with potent inhibitions of 87.06, 83.48, and 81.45%. analysis of molecular docking results showed that [(2r,3s)-2-(3,4dihydroxyphenyl)-3,5-dihydroxy-3,4-dihydro-2h-chromen-7-yl]3,4,5trihydroxybenzoate (d21), (5r,9r,10r,13s,14s,17s)-17-[(2s,4r)-4-[(2s)-3,3dimethyloxiran-2-yl]-4-hydroxybutan-2-yl]-4,4,10,13,14-pentamethyl1,2,5,6,9,11,12,15,16,17-decahydrocyclopenta[a]phenanthren-3-one (d28) and [(2r,3s)-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,7-dihydroxy-3,4-dihydro-2h-chromen-5-yl] 3,4,5-trihydroxybenzoate (d29) have strong tendency to inhibit dihydrofolate reductase (1vdr), capase-9 (6j15) and mycobacterium tuberculosis (mtb) (6j17) better than methotrexate and azacitidine, known antiproliferative drugs. these findings support the use of a. nilotica in traditional medicine for the treatment of tuberculosis and cancer. article history received august 13, 2023 accepted november 07, 2023 published january 18, 2024 keywords 1. acacia nilotica; 2. fabaceae family; 3. sorghum bicolor seed radicles; 4. inhibitory effects; 5. in-silico studies. section editor assis vicente benedetti highlights aqueous extract of acacia nilotica fruit was obtained. phytochemical screening of aqueous fruit extract of a. nilotica. evaluation of antiproliferative properties of the aqueous fruit extract. molecular docking studies of phytochemicals identified in leaves and fruits. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://ror.org/018ced875 https://ror.org/043hyzt56 mailto:bsemire@lautech.edu.ng https://orcid.org/0000-0002-2898-6305 https://orcid.org/0000-0002-7518-724x https://orcid.org/0000-0003-0184-8807 https://orcid.org/0009-0000-6234-6793 https://orcid.org/0000-0002-4173-9165 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 2/17 1. introduction cancer stands as one of the most terrifying diseases of the twenty-first century, emerging as a leading cause of mortality. it is a challenging inherited disorder that poses a serious public health risk, with factors such as exposure to chemicals, poor dietary habits, genetic mutations, and environmental influences contributing to its onset. due to its high mortality rate, cancer has become a huge global public health concern (sung et al., 2021). however, recent predictions also suggested that the number of cancer-related deaths could rise to roughly 16 million by 2040 (gopal and sharpless, 2021), making it urgently necessary to develop the ideal anticancer treatments that would effectively treat this condition (mukherji et al., 2021). sixty per cent of the currently used anticancer drugs were reportedly developed from medicinal plants (enegide et al., 2014; li-weber, 2009). the natural diversity of medicinal plants and their diverse phytochemicals have greatly benefited the use of medicinal plants as biomodifiers. they have been successfully used as precursors in the discovery and development of novel drugs (butler, 2008; muschietti et al., 2013). one benefit of using medicinal plants is their synergistic nature, which is superior to using individual medications to treat diseases (yuan et al., 2016). some of the successful medications that were made from natural products include artemisinin and its analogues, which are frequently used as antimalarials, acetyldigoxin from digitalis lanata, which is used as a cardiotonic, aescin from aesculus hippocastanum, which is used as an anti-inflammatory, lapachol as an anticancer, and antitumor from tabebuia species (kumari et al., 2019; taylor, 2000). the leguminosae family includes the acacia nilotica tree, which may reach heights of 15 to 18 m and a diameter of 2 to 3 m. bagaruwa is a frequent name for it among hausa people from northern nigeria. in western and northern nigeria, the plant is known to be used medicinally. young delicate pods of the plant are consumed as vegetables; roasted seeds are used as a seasoning or fermented to produce alcoholic beverages; and boiling bark is used to produce a beverage that has a coffee-like flavor (tanko et al., 2014). for skin conditions, diarrhea, dysentery, cough, diabetes, eczema, wound healing, and burning feeling, as well as an astringent, demulcent, and antiasthmatic, the bark, root, gum, leaves, fruit, and flowers have all been used. teeth are washed with delicate twigs (roozbeh and darvish, 2016). in nigeria’s northern region, leaves are used to cure typhoid disease. although there are many methods to prepare it, boiling it in water and letting it cool before eating is a common method. before consuming the herbal mixture, the patient may breathe in the steam as an alternate form of treatment (sarkiyayi and abdul rasheed, 2013). therefore, the goal of our research is to evaluate and screen the phytochemicals in a. nilotica fruit’s aqueous extract for potential antiproliferative activity, which has historically been utilized in nigeria to treat cancer and other ailments. furthermore, the main bioactive chemicals of the a. nilotica that had been isolated and reported (eldeen et al., 2010; kumari et al., 2020; mohmmed and babiker, 2019; singh et al., 2010) were downloaded from the online library, pubchem (www.https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/) and screened using molecular docking method against dihydrofolate reductase (dhfr), x-linked inhibitor of apoptosis protein (xiap) and mycobacterium tuberculosis (mtb) type vii secretion system (t7ss). dihydrofolate reductase (dhfr, id: 1vdr) is a vital enzyme in the catalysis of the nadph-linked reduction of 7,8dihydrofolate and subsequent production of thymidylate. dhfr and thymidylate synthase are target enzymes in cancer chemotherapy (pieper et al.,1998). it has been reported that dhfr is inhibited by antineoplastic and immunosuppressive agents, such as methotrexate by the nonproliferation of malignant cells, it also serves as an antirheumatic agent (askari and krajinovic, 2010). another critical form of cancer is leukemia, which affects blood-forming tissues such as the bone marrow and the lymphatic system. the causes of leukemia are x-linked inhibitor of apoptosis protein (xiap, id: 6j15), an apoptotic regulator protein that binds to the effector caspases-3 and -7 through its bir2 domain, and initial caspase-9 through its bir2 and bir3 (cossu et al., 2009). azacitidine is one of the medicines that work well as xiap antagonists. the human tuberculosis pathogen mtb infects around 33% of the global population and causes at least one million deaths annually (who, 2018). for the treatment of tuberculosis, several medications are available that target the type vii secretion system (t7ss, id: 6j17). these medications, like isoniazid, must be used for an extended period (mi et al., 2022). due to the rise of multidrug-resistant mtb strains, these medications can be costly, have major side effects, and lose their effectiveness (salvatore and zhang, 2017; wang et al., 2020). 2. material and methods 2.1 plant 2.1.1. collection and identification biological science department of federal university lokoja, kogi state, nigeria. 2.1.2. plant preparation and extraction fifty grams (50 g) of the air-dried and pulverized fruits of a. nilotica were macerated in a 1 l round-bottom flask with 1,000 ml of water for 24 h. the resultant mixture was filtered. using a rotating evaporator under reduced pressure, the clear filter was concentrated to dryness at 60–80 °c to obtain a. nilotica fruit aqueous extract. 2.2. preliminary phytochemical screening a powder sample of a. nilotica fruit was subjected to phytochemical screening using the methods outlined by (yusuf et al., 2014) to detect chemical components. 2.2.1. identification of steroids and triterpenes a test tube containing 3 g of the powdered sample and 10 ml of 50% ethanol was filled with the mixture. the tube was then submerged in a water bath and heated for 3 min. after that, it was filtered and allowed to cool to ambient temperature. after the filtrate had been dried out in an evaporating dish, 5 ml of petroleum ether was added, and the mixture was swirled for 5 min before the petroleum ether portion was decanted and disposed of. after adding 10 ml of chloroform and stirring it for around 5 min, the mixture was put into a test tube. next, 0.5 mg of anhydrous sodium sulphate was added, gently agitated, and filtered. the filtrate was then separated into two test tubes and utilized for the subsequent experiments. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 3/17 lieberman–burchard’s reaction: an equivalent volume of acetic anhydride was added to test tube i and gently stirred. subsequently, 1 ml of concentrated h2so4 was poured into the tube’s side. sterols and triterpenes are indicated by the formation of a brownish-red ring at the point of contact between the two liquids and a greenish color in the separation layer. salwoski’s test: in test tube ii, a lower layer was created by adding two to three drops of concentrated sulfuric acid. a steroidal ring was present when the interphase was reddishbrown. 2.2.2. identification of alkaloids two grams of powdered leaves and 20 ml of 5% sulfuric acid in 50% ethanol were cooked together in a water bath. after cooling, the mixture was filtered. there was a reserved amount. a second part of the filtrate was added to a 100 ml separating funnel, and two drops of strong ammonia solution were added to the solution to turn it alkaline. to let the layer separate, an equal volume of chloroform was added and gently shaken. the lower layer of chloroform was drained into an additional separating funnel. the layer of ammonia was set aside. two volumes of diluted sulfuric acid, each containing 5 ml, were used to remove the chloroform layer. next, the different extracts were put to the following test: mayer’s test: 1 ml of mayer’s reagent was applied drop by drop to the filtrate in test tube i. alkaloids were presented when a cream-colored or greenish-colored precipitate formed. dragendorff’s test: 1 ml of dragendorff’s reagent was applied, drop by drop, to the filtrate in test tube ii. a reddishbrown precipitate’s formation suggests the presence of alkaloids. wagner’s test: 1 ml of wagner’s reagent was applied, drop by drop, to the filtrate in tube iii. a reddish-brown precipitate’s formation suggests the presence of alkaloids. 2.2.3. identification of tannins ten milliliters of 50% alcohol were used to extract 2 g of fruit sample. the mixture was then filtered, and the resulting filtrate was split into three sections for the subsequent tests. ferric chloride test: three drops of a diluted fecl3 solution were applied to test tube i; the presence of tannins is indicated by the formation of a blue or greenish-black color that turns olive green when more ferric chloride is added. bromine water test: the second part of the filtrate received three drops of bromine water added to it. condensed tannins are indicated by a buff-colored precipitate, whereas hydrolysable tannins produce none. lead subacetate test: in the third section, three drops of lead subacetate solution were added. the presence of tannins is shown by the formation of a colored precipitate. 2.2.4. identification of anthraquinones borntrager’s test (for free anthracene derivatives): 5 min were spent shaking the 0.5 g of the powdered fruit of a. nilotica in a test tube with 5 ml of chloroform added. after the mixture was filtered, an equivalent volume of 10% ammonia solution was shaken with the filtrate. when the aqueous layer is agitated, the presence of free anthraquinone is indicated by a pink, red, or violet color. modified borntrager’s test (for combined anthracene derivatives): 5 ml of 10% hydrochloric acid was heated with 1 g of the powdered fruit for 3 min. after cooling and filtering the heated solution in a test tube, 5 ml of benzene was carefully removed from it. after pipetting off the top layer of benzene, the test tube containing half of its volume of 10% ammonium hydroxide solution was gently shaken. the ammonia layer’s color changes from rose pink to cherry red when anthraquinone is present. 2.2.5. identification of saponins frothing test: a test tube containing 0.5 g of powdered fruit was filled with 10 ml of distilled water, and the mixture was forcefully shaken for 30 s. after that, it was left to stand for 30 min and examined. the presence of saponins is indicated by the formation of honeycomb foam. hemolysis test: 1 g of the fruit sample was extracted using distilled water, and 2 ml of an aqueous nacl solution was added to a test tube along with 2 ml of the filtrate. next, three drops of animal blood were added to the tube using a syringe, and the tube was gently mixed by inverting it (no shaking) and left to stand for 15 min. the red blood cells’ tendency to settle indicates the presence of saponins. 2.2.6. identification of flavonoids two grams of the fruit sample that had been powdered were fully detained using acetone. after letting the acetone evaporate in a water bath, the residue was removed using warm water. following a hot filtering of the combination, the filtrate was allowed to cool before being utilized in the subsequent test: shinoda’s test: 3 ml of the aqueous solution was mixed with a small amount of magnesium chips, and two drops of diluted hydrochloric acid and heated. a pink or red color indicates the presence of flavonoids. sodium hydroxide test: 2 ml of a 10% naoh solution was added to test tube ii; the yellow solution shows the presence of flavonoids, which turn colorless when diluted hydrochloric acid is added. fecl3 test: after adding three drops of fecl3 solution to test tube iii, a phenolic nucleus is indicated by the development of a greenish-black color. 2.2.7. the molisch’s test for carbohydrates the fruit sample was extracted with 10 ml of ethanol. to extract the fruit extract, the mixture was filtered via filter paper. a dry test tube containing approximately 2 ml of the fruit sample was filled with 2-3 drops of concentrated tetraoxosulphate (vi) acid and 3 drops of 1% α-naphthol in 80% ethanol. the combination was then stirred vigorously to create an upper phase. the presence of carbohydrates is indicated by the development of a purple or brown color. 2.3. experimental materials (sorghum bicolor) sorghum bicolor, the experimental plant, was purchased from lokoja’s new market in kogi state. it was put in a waterfilled container to undergo a viability screening. the submerged seeds were dried for use and cleaned with alcohol while the floating seeds were thrown away (ayinde and agbakwuru, 2010). commercial methotrexate was acquired from the lokoja, kogi state, nigeria pharmacy. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 4/17 2.3.1. determination of growth inhibitory effects of a. nilotica fruit aqueous extract on s. bicolor seed radical length acacia nilotica (4,000 mg) was dissolved in 40 ml of distilled water to obtain a 100 mg ml–1 stock solution. various concentrations (8, 14, 20, 26, 32, 38, 44, and 50 mg ml–1) of a. nilotica aqueous extract were prepared and methotrexate 0.167 mg ml–1 was used as the positive control. petri dishes were layered with cotton wool and filter paper (whatman no. 1). twenty seeds of s. bicolor were placed in each of the petri dishes. the negative control samples were seeds treated with 15 ml of distilled water containing no extracts. the tested seeds were treated with 15 ml of different prepared concentrations of a. nilotica and methotrexate in different petri dishes, incubated in a dark room, and observed for growth after 24 h. the mean lengths (mm) of radicles emerging from the seeds were measured after 48, 72 and 92 h respectively. the experiment was done in triplicates. the percentage inhibition was calculated as eq. 1: %inb= mean radicle length negative control− mean radicle length treated mean radicle length negative control × 100 (1) where percentage growth = 100 ‒ % inhibition (ayinde et al., 2011; chinedu et al.,2014). 2.3.2. statistical analysis the data obtained were expressed as mean ± standard error mean. a two-way analysis of variance was used to test for significance. p < 0.001 was considered significant. graph pad prism (version 6) was used for the analysis. 3. procedures for molecular docking study the biochemicals downloaded from pubchem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/) as shown in table 1 were optimized (using density functional theory (dft-b3lyp/631g(d,p)) method and docked with the receptors using autodock vina integrated in pyrx software (horaira et al., 2023; krishnan et al., 2022; kirubhanand et al., 2023; shil et al., 2023). the receptor proteins (dihydrofolate reductase, (dhfr, id: 1vdr); x-linked inhibitor of apoptosis protein (xiap, id: 6j15), and the type vii secretion system (t7ss, id: 6j17)) were downloaded from protein data bank website (https://www.rcsb.org/) and were cleaned up with edupymol version 1.7.4.4 and biovia discovery studio 2019 as reported (adegbola et al., 2021; adepoju et al., 2022; oyebamiji et al., 2023). the biovia discovery studio 2019 was used to view the 2-d structure of the receptor complexed with co-ligand to determine the active gorge of each receptor, and a grid box was set around the active site. the center and size of the grid box are (x = 16.3147, y = -0.4604, z = 27.9177) and (x = 28.1977, y = 25.0013, z = 25.0231) for 1vdr receptor; (x = 62.4438, y = 14.1519, z = 32.9565) and (x = 33.5779, y = 32.4740, z = 38.0195) for 6j15 receptor; and (x = 17.4933, y = 0.213, z = 14.43267) and x = 37.1836, y = 35.6242, z = 40.9731) for 6j17 receptor, respectively. table 1. bioactive phytochemicals from a. nilotica leaf and fruit plant. code 3d structure with iupac name code 3d structure with iupac name d1 3,4-dihydroxy-5-(3,4,5-trihydroxybenzoyl) oxybenzoic acid d2 3,4,5-trihydroxybenzoic acid d3 5,7-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-2,3-dihydrochromen-4one d4 2-(1h-indol-3-yl)ethanamine d5 2-(5-methoxy-1h-indol-3-yl)-n,n-dimethylethanamine d6 2-(1h-indol-3-yl)-n-ethylethanamine https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 5/17 d7 2-(1h-indol-3-yl)-n,n-dimethylethanamine d8 methyl 3,4,5-trihydroxybenzoate d9 (2r,3s)-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,4-dihydro-2h-chromene3,5,7-triol d10 2-phenylchromen-4-one d11 ethyl 3,4,5-trihydroxybenzoate d12 [(2r,3r)-5,7-dihydroxy-2-(3,4,5-trihydroxyphenyl)-3,4dihydro-2h-chromen-3-yl] 3,4,5-trihydroxybenzoate d13 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,4-dihydro-2h-chromene-3,4,5,7tetrol d14 (2r,3r)-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,4-dihydro-2hchromene-3,5,7-triol d15 (1r,3ar,5ar,5br,7ar,11ar,11br,13ar,13br)3a,5a,5b,8,8,11a-hexamethyl-1-prop-1-en-2-yl2,3,4,5,6,7,7a,10,11,11b,12,13,13a,13b-tetradecahydro-1hcyclopenta[a]chrysen-9-one d16 [(2s,3r,4s,5s,6r)-3,4,5-trihydroxy-6(hydroxymethyl)oxan-2-yl] 3,4,5-trihydroxybenzoate d17 d18 (2r,3r,4r)-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,4-dihydro-2hchromene-3,4,7,8-tetrol https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 6/17 2r,3s,4r)-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,4-dihydro-2hchromene-3,4,7-triol d19 (1r,3ar,5ar,5br,7ar,9s,11ar,11br,13ar,13br)3a,5a,5b,8,8,11a-hexamethyl-1-prop-1-en-2-yl1,2,3,4,5,6,7,7a,9,10,11,11b,12,13,13a,13bhexadecahydrocyclopenta[a]chrysen-9-ol d20 5,7-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-6,8bis[(2s,3r,4r,5s,6r)-3,4,5-trihydroxy-6(hydroxymethyl)oxan-2-yl]chromen-4-one d21 [(2r,3s)-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,5-dihydroxy-3,4-dihydro2h-chromen-7-yl] 3,4,5-trihydroxybenzoate d22 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,5,7-trihydroxychromen-4-one d23 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-[(2s,3r,4s,5s,6r)3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxychromen-4one d24 3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)chromen-4-one d25 6,7,13,14-tetrahydroxy-2,9dioxatetracyclo[6.6.2.04,16.011,15]hexadeca1(15),4,6,8(16),11,13-hexaene-3,10-dione d26 5,7-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-3-[(2s,3r,4s,5s,6r)3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2yl]oxychromen-4-one d27 3,5-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-7-[(2s,3r,4s,5s,6r)-3,4,5trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxychromen-4-one d28 (5r,9r,10r,13s,14s,17s)-17-[(2s,4r)-4-[(2s)-3,3dimethyloxiran-2-yl]-4-hydroxybutan-2-yl]-4,4,10,13,14pentamethyl-1,2,5,6,9,11,12,15,16,17decahydrocyclopenta[a]phenanthren-3-one https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 7/17 d29 [(2r,3s)-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,7-dihydroxy-3,4-dihydro2h-chromen-5-yl] 3,4,5-trihydroxybenzoate d30 5,7-dihydroxy-2-(4-methoxyphenyl)chromen-4-one 4. results and discussion 4.1. phytochemical screening five grams of the dried aqueous extract of a. nilotica fruit was obtained from a sample of 50 g of powdered a. nilotica fruits by water infusion. the yield is 10% (w/w%). table 2 displays the findings of the phytochemical analysis of the fruit aqueous extract of a. nilotica. table 2. preliminary phytochemical screening of aqueous fruit extract of a. nilotica. s/no. test water 1 carbohydrates + 2 flavonoids + 3 saponins +++ 4 tannins + 5 anthraquinones 6 alkaloids + 7 terpenoids + 8 steroids + note: + ve indicates presence, whereas; ve indicates the absence. according to the results of the phytochemical analysis, a. nilotica fruit contains tannins, alkaloids, saponins, flavonoids, terpenes, steroids, and carbohydrates. due to the compelling experimental data supporting their capacity to alter how the body responds to allergens, viruses, and cancer-causing substances, flavonoids have also been referred to as natural biological response modifiers. according to bello et al. (2011), most identified alkaloids and flavonoids exhibit antiallergic, anti-inflammatory, antibacterial, and anticancer properties. tannins have antibacterial, antiviral, and antitumor properties, while saponins have antioxidant, anticancer, and anti-inflammatory properties (kunle and egbarevba, 2009). 4.2 inhibitory effects of a. nilotica fruit on the growth of s. bicolor seed radicle table 3 and fig. 1 show the mean radicle length of s. bicolor seeds from treated and untreated a. nilotica fruit at 48, 72, and 92 h after incubation. as well as the negative control and the positive control, table 4 shows the percentage growth inhibition and percentage growth at 48, 72, and 92 h for seeds treated with various doses (8–50 mg ml–1) of aqueous fruit extract of a. nilotica fruit. this study reveals that a. nilotica fruit has good growthinhibitory effects on s. bicolor seed radicals as compared to the negative control seeds. in the lack of nutrients (the negative control), the s. bicolor seed sprouts quickly, mimicking the development of cancer cells in people. like seeds treated with methotrexate (the reference standard), the length of the radicles of seeds exposed to various concentrations of the extract dramatically shrank. acacia nilotica fruit antiproliferative actions are concentration-dependent because the maximum percentage of inhibitions was seen at 50 mg ml–1 after 48, 72, and 96 h of incubation, respectively (table 4). thiagarajan et al. (2020) revealed a. nilotica leaf extract’s antiproliferative properties against the human cancer cell line kb. a. nilotica fruit species have reportedly been shown to possess analgesic, antiplasmodial, antimicrobial, antihyperglycemic, and antimicrobial activities (abd-ulgadir and el-kamali, 2017; raji et al., 2002;). according to ogbadoyi et al. (2011), the methanol extract of a. nilotica pods has antihypertensive properties, while the aqueous extract of the seeds has spasmogenic and vasoconstrictor properties. table 3. antiproliferative effect of aqueous extract of a. nilotica fruit on seeds radicle length of s. bicolor. s no. concentration (mg ml–1) percentage inhibition percentage growth 48 h 72 h 96 h 48 h 72 h 96 h 1 h2o (negative control) 0 0 0 100 100 100 2 mtx (positive control) 83.92 82.19 78.76 16.08 17.80 21.24 3 8 52.99 42.05 41.03 47.01 57.95 58.97 4 14 69.74 59.86 50.86 30.26 40.14 49.14 5 20 73.45 68.59 64.09 26.55 31.41 35.90 6 26 78.02 71.16 65.68 21.98 28.84 34.32 7 32 84.20 78.17 75.51 15.79 21.83 24.49 8 38 84.77 80.91 76.94 15.23 19.09 23.06 9 44 85.14 82.98 80.05 14.86 17.02 19.95 10 50 87.06 83.48 81.45 12.94 16.52 18.55 note: mtx = methotrexate. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 8/17 table 4. mean radical length growth of s. bicolor seeds treated with aqueous extract of a. nilotica fruit and reference standards. s no. concentration (mg ml–1) mean radical length (mm) 48 h 72 h 96 h 1 water (-ve control) 26 ± 2 29 ± 2 31 ± 2 2 methotrexate (+ve control) 4.2 ± 0.2 5.2 ± 0.4 6.7 ± 0.8 3 8 12.4 ± 0. 9 17 ± 1 19 ± 1 4 14 8.0 ± 0.4 11.7 ± 0.7 16 ± 1 5 20 7.0 ± 0.6 9.2 ± 0.7 11.3 ± 0.8 6 26 5.8 ± 0.4 8.4 ± 0. 7 10.8 ± 0.6 7 32 4.2 ± 0.4 6.4 ± 0.8 8 ± 1 8 38 4.0 ± 0.5 5.6 ± 0.8 7 ± 1 9 44 3.8 ± 0.3 5.0 ± 0.5 6.3 ± 0.9 10 50 3.4 ± 0.5 4.8 ± 0.7 6 ± 1 note: values measured as mean ±standard deviation. figure 1. the growth inhibitory effects of the aqueous extract of a. nilotica fruit on s. bicolor seeds radical length and reference standards. 4.3 molecular docking analysis the binding affinities calculated from docking simulation of the bioactive compounds or phytochemicals in the leaf and fruit of the a. nilotica plant with the cell proliferating enzymes are presented in table 5. the phytochemicals are docked against dihydrofolate reductase (dhfr) for the proliferation of cancer cells (id: 1vdr), x-linked inhibitor of apoptosis protein (xiap) that initials another enzyme called capase-9 for accelerating spreading of cancer (id: 6j15) and enzyme type vii secretion system (t7ss) that aids the multiplications of mtb in human body (id: 6j17), and the interacting modes (hydrogen bonding, hydrophobic and van der waal interactions) of the phytochemicals with promising affinities are displayed in figs. 2–4. molecular docking results of dihydrofolate reductase (dhfr; 1vdr) docked with the phytochemicals from a. nilotica showed that most of the ligands have higher binding affinities than methotrexate, a chemotherapeutic drug for cancer patients. the calculated binding affinities for the most outstanding compounds are d12 (–36.0 kj mol–1), d15 (–39.7 kj mol–1), d21 (–38.5 kj mol–1), d19 (–38.9 kj mol–1), d27 (–35.6 kj mol–1), d28 (–37.7 kj mol–1) and d29 (39.7 kj mol–1) compare to methotrexate with binding affinity of –35.1 kj mol–1 (tables 1 and 5), indicating that these compounds can inhibit dihydrofolate reductase better than methotrexate. the drug-likeness of a compound increases with decreasing binding affinity, thus, increasing the ability of the compound to inhibit well (oyewole et al., 2020; omotayo et al., 2022). in 1vdr–ligand complex, d12 is hydrogen bonded with tyr 108, also interacted through π–π stacking and π–alkyl with tyr 33 and ile 15, respectively; d15 is interacted with ala 103 through hydrogen bond, whereas d19 formed hydrogen with gly 19; d21 is hydrogen bonded to gly 19, gly 20, thr 48, val 6 and ala 8; π–alkyl with leu 21, tyr 33 and ala 8; d27 formed two hydrogen bonds with gly 19 and ala 8; d28 interacted via hydrogen bond with asp 29 and lys 30 while d29 is hydrogen bonded to tyr 108 and ile 26 (fig. 2). similarly, results from docking of xiap (id: 6j15) with the ligands showed that six phytochemicals have higher inhibitory activities than azacitidine (table 5) vis-à-vis d12 (–31.8 kj mol–1), d15 (–31.4 kj mol–1), d21 (–33.9 kj mol–1), d27 (–32. 2 kj mol–1), d28 (31.8 kj mol–1) and https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 9/17 d29 (– 33.9 kj mol–1). thus, these phytochemicals can be better drug candidates than azacitidine (–23.8 kj mol–1) for the treatment of leukemia. the 6j15-ligand complex revealed that d15, d21, d27 and d28 were involved in nonbonding interactions with 6j15. however, d12 formed a hydrogen bond with trp 99 and val 48, while d29 interacted through a hydrogen bond with gly 97 (fig. 3). furthermore, for mtb (id: 6j17), the docking results presented in table 5 revealed that d9 (–32.6 kj mol–1), d21 (–33.1 kj mol–1), d22 (–32.6 kj mol–1), d26 (–32.2 kj mol–1), d27 (–33.5 kj mol–1) and d29 (–38.1 kj mol–1) displayed outstanding binding affinities against mtb than isoniazid (–22.2 kj mol–1), a chemotherapeutic drug for the treatment of tuberculosis. in 6j17–ligand complex showed that d9 has four hydrogen bonds, d21 and d29 have five hydrogen bonds, d22 has one hydrogen bond and d27 has six hydrogen bonds with amino acid residues in the active site of the 6j17. therefore, both experimental and in silico results supported the use of a. nilotica for the treatment of cancer and related diseases including tuberculosis, and that hydrogen bonding, hydrophobic and van der waal interactions (figs. 2–4) play crucial roles in inhibitory activities of these phytochemicals. table 5. binding affinities of active phytochemicals with dhfr (id: 1vdr), xiap (id: 6j15), and t7ss (id: 6j17). s/n ligand pdb id: 1vdr pdb id: 6j15 pdb id: 6j17 binding affinity (kj mol–1) inhibitory constant (ki, µmol/l) binding affinity (kj mol–1) inhibitory constant (ki, µmol/l) binding affinity (kj mol–1) inhibitory constant (ki, µmol/l) 1 d1 –32.6 1.90 –29.3 7.35 –30.1 5.24 2 d2 –23.4 78.14 –20.9 215.24 –23.8 66.00 3 d3 –33.9 1.15 –28.5 10.30 –32.2 2.25 4 d4 –23.8 66.00 –23.8 66.00 –23.4 78.14 5 d5 –26.4 23.96 –21.8 153.55 –22.6 109.54 6 d6 –25.5 33.59 –23.4 78.14 –24.3 55.74 7 d7 –24.3 55.74 –22.2 129.69 –22.2 129.69 8 d8 –22.6 109.54 –20.9 215.24 –25.1 39.77 9 d9 –32.6 1.90 –28.9 8.70 –32.6 1.90 10 d10 –33.9 1.15 –30.1 5.24 –31.0 3.74 11 d11 –23.0 92.52 –21.3 181.80 –23.8 60.00 12 d12 –36.0 0.49 –31.8 2.67 –32.2 2.25 13 d13 –33.1 1.61 –26.8 20.24 –30.1 5.24 14 d13 –32.6 1.90 –28.5 10.30 –31.4 3.16 15 d15 –39.7 0.11 –31.4 3.16 –31.8 2.67 16 d16 –30.1 5.24 –26.8 20.24 –29.3 7.35 17 d17 –32.2 2.25 –29.7 6.21 –31.4 3.16 18 d18 –33.1 1.61 –28.9 8.70 –31.4 3.16 19 d19 –38.9 0.15 –31.0 3.74 –31.0 3.74 20 d20 –33.5 1.34 –31.0 3.74 –31.0 3.74 21 d21 –38.5 0.18 –33.9 1.15 –33.1 1.61 22 d22 –33.1 1.61 –28.0 12.19 –32.6 1.90 23 d23 –33.9 1.15 –27.6 14.44 –30.5 4.43 24 d24 –32.6 1.90 –27.2 17.09 –31.4 3.16 25 d25 –33.5 1.36 –28.0 12.19 –31.8 2.67 26 d26 –34.3 0.97 –30.1 5.24 –32.2 2.25 27 d27 –35.6 0.58 –32.2 2.25 –33.5 1.36 28 d28 –37.7 0.25 –31.8 2.67 –30.5 4.43 29 d29 –39.7 0.11 –33.9 1.15 –38.1 0.21 30 d30 –31.0 3.74 –28.0 12.19 –31.0 3.74 methotrexate –35.1 0.69 azacitidine –23.8 47.08 isoniazid –22.2 129.69 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 10/17 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 11/17 figure 2. docking ligand-receptor complexes of selected ligands with the highest binding affinity (pdb id: 1vdr). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 12/17 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 13/17 figure 3. ligand-receptor complexes of the selected ligands with the highest binding affinity (pdb id: 6j15). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 14/17 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 15/17 figure 4. ligand-receptor complexes of selected ligands with the highest binding affinity (pdb id: 6j17). 4. conclusions the phytochemical screening on the a. nilotica fruit aqueous extract was carried out using standard procedures to identify chemical constituents and saponins are observed to be present in abundance in the aqueous extract. the aqueous extract showed maximum antiproliferative activity at 50 mg ml–1 on seed radicles of s. bicolor. molecular docking results revealed that d21, d28 and d29 displayed stronger binding affinities against 1vdr, 6j15 and 6j17 receptors than the standard drugs used in the work. although the compound d29 ([(2r,3s)-2-(3,4dihydroxyphenyl)-3,7-dihydroxy-3,4-dihydro-2h-chromen-5-yl] 3,4,5-trihydroxybenzoate) has highest binding affinity, these compounds might play essential roles in the antiproliferation activity of a. nilotica. thus, the docking results supported the antiproliferative activity of a. nilotica, which may rationalize the use of a. nilotica as a traditional medicine for the treatment of cancer and other related diseases. authors’ contributions conceptualization: william, o. a.; semire, b.; data curation: william, o. a.; semire, b.; ejike, o. o.; formal analysis: william, o. a.; semire, b.; godfrey, o. e.; funding acquisition: not applicable; investigation: william, o. a.; semire, b.; methodology: william, o. a.; semire, b.; project administration: semire, b.; obiyenwa, k. g.; resources: william, o. a.; semire, b.; ejike, o. o.; software: william, o. a.; semire, b.; ejike, o. o.; supervision: semire, b.; ejike, o. o.; obiyenwa, k. g.; validation: godfrey, o. e.; semire, b.; obiyenwa, k. g.; visualization: william, o. a.; semire, b.; writing – original draft: william, o. a.; semire, b.; writing – review & editing: william, o. a.; semire, b.; ejike, o. o.; obiyenwa, k. g.; godfrey, o. e. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1512 eclet. quim. 49 | e-1512, 2024 issn 1678-4618 page 16/17 acknowledgments the authors are grateful to the departments of chemistry, federal university lokoja nigeria for providing the laboratory space and facilities used in this research work. references abd-ulgadir, k.; el-kamali, h. antimicrobial activity of acacia nilotica ssp. nilotica against some causative agents of urogenital infections. annu res rev biol. 2017, 19 (5), 1–14. https://doi.org/10.9734/arrb/2017/36026 adegbola, a. e.; fadahunsi, o. s.; alausa, a.; abijo, a. z.; balogun, t. a.; aderibigbe, t. s.; semire, b.; adegbola, p. i. computational prediction of nimbanal as potential antagonist of respiratory syndrome coronavirus. informatics in medicine unlocked. 2021, 24, 100617. 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47 | special issue 1 | 2022 | ed itorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors section prof. dr. elson longo, são paulo state university, institute of biosciences, languages and exact sciences, são josé do rio preto, brazil prof. dr. juan manuel andrés bort, university jaume i, department of physical and analytical chemistry, castelló, spain. editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 4 | 2022 | 37 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 experimental, dft, molecular docking and in silico admet studies of cadmium-benzenetricarboxylates enyi inah bassey1 , terkumbur emmanuel gber2,3+ , edison esther ekpenyong1 , henry okon edet3 , innocent benjamin3 , imabasi tom ita2,3 1. university of calabar, inorganic materials research laboratory, calabar, nigeria. 2. university of calabar, department of pure and applied chemistry, calabar, nigeria. 3. university of calabar, computational and bio-simulation research group, calabar, nigeria. +corresponding author: terkumbur emmanuel gber, phone: +2348059742439, email address: gberterkumburemmanuel@gmail.com article info article history: received: february 27, 2022 accepted: july 11, 2022 published: october 28, 2022 keywords: 1. synthesis 2. characterizations 3. antimicrobial studies 4. metal-organic frameworks section editors: assis vicente benedetti abstract: the structure of the polymer [cd(btc)(h2o)2]n was identified by x-ray single-crystal crystallography. the complex’s stability and overall reactivity were examined at the b3lyp/6-311++g (d,p) level of theory whereas the lighter elements (h, c, and o) were studied using the lanl2dz basis set. the electron distribution in the complex’s highest occupied molecular orbital is solely concentrated in a small area, with no electrons distributed over the cadmium. consequently, the electrons in the complex’s lowest unoccupied molecular orbital (lumo) were dispersed equally. the cd atom is partially obscured by charge delocalization in the lumo. the natural bond orbital analysis supports the result for reactivity studies. the rate of absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity (admet) of the complex evaluated by molecular docking in a bid allowed comprehend the biological applicability. the [cd(btc)(h2o)2]n exhibited excellent binding affinity with proteins 1d7u and 2xcs, while by admet it is suggested that cytotoxicity and carcinogenicity were inactive. it is clearly shown that the complex has strong biological uses, notably for the treatment of microbial diseases. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 mailto:gberterkumburemmanuel@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-5274-4824 https://orcid.org/0000-0002-1901-3675 https://orcid.org/0000-0002-8981-7759 https://orcid.org/0000-0002-3642-7298 https://orcid.org/0000-0001-9007-4596 https://orcid.org/0000-0003-0821-6861 original article revista.iq.unesp.br 38 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 1. introduction microbes are living creatures such as bacteria, fungus, viruses, and parasites that evolve through time. their primary goals are to survive, reproduce and spread. they modify and adapt to their surroundings in order to survive (gupta et al., 2017; reygaert, 2018). genetic alterations may take place in the presence of an antimicrobial inhibitor to guarantee the bacteria’s ongoing existence (purssell, 2020). the mortality rate from infectious diseases brought on by resistant bacteria has increased as a result of antimicrobial drug resistance to certain antibiotics, such as quinolones (balaban et al., 2019; odonkor and addo, 2011). therefore, it is necessary to create efficient microbial agents that are aimed at these issues. due to their highly porous nature and adaptable hybrid composition, metal organic frameworks (mofs), which are porous coordination polymers, made of metal ions and organic ligands, have become new contenders in the search for novel dosage forms that may be used to enhance a patient’s treatment and quality of life in general. because of their superior encapsulation and physiochemical (releasing) capabilities, these solids, which were originally thought to be best suited for other uses including sensing (sun et al., 2013; vikrant et al., 2018), catalysis (li et al., 2019), gas storage (cai et al., 2020), and separation, have now been used in biological applications. a wide range of applications for mofs in medication delivery are being investigated. these solids, which were first employed to transport medications in the form of tiny molecules, are currently a subject of increased research for the delivery of treatments of all types, including macromolecular cargos such proteins (chuhadiya et al., 2021; lawson et al., 2021; pastore et al., 2018), nucleic acids, cells (kumar et al., 2015). to sufficiently explain how cadmium is employed in biological applications. here, we report recent articles that expressly assert that cadmium exhibits substantial biological activity. in this context, density functional theory (dft) has recently been applied to theoretically examine the bioactivity of cadmium complexes as promising antibacterial therapeutics. dft studies, hirschfeld surface analysis and antimicrobial activity were reported to be effective in biological application most significantly in the treatment of microbial diseases as reported by el-gammal et al. (2014). additionally, hamdani and amane (2019) carried out preparation, spectral, antibacterial, and anticancer molecular docking investigations of novel metal complexes [m(caffeine)4] (pf6)2, where m was the chosen metal including cadmium. this finding demonstrated the cadmium complex’s high calculated affinity for the protein p13k, demonstrating the complex’s potential as a therapeutic candidate to treat microbial infections. on the other hand, el-gammal et al. (2014) conducted research on the synthesis, characterization, dft, and biological investigations of isatinpicolinohydrazone interacted with zn(ii), cd(ii), and hg(ii), reporting that these metals demonstrated robust action in biological studies involving cd(ii). in a similar vein, konakanchi et al. (2018) investigated the synthesis, structural, biological evaluation, molecular docking, and dft properties of complexes containing heterocyclic thiosemicarbazones in co(ii), ni(ii), cu(ii), zn(ii), cd(ii), and hg(ii), and found that cu(ii) demonstrated excellent antibacterial and antifungal activities when compared to other studied metals. in this investigation, a cadmium mof was synthesized, described, and dft studies were undertaken to ascertain the molecule’s overall reactivity and stability. the atomic charges on the cadmium mof have been researched and plotted together with the intercharge transfer inside the mof by the natural bond orbital (nbo) analysis, and the molecular characteristics of the cadmium mof have been reported. in order to better understand the binding activity, molecular docking was also carried out using the antimicrobial proteins 1d7u and 2xcs in combination with the cadmium mof. however, in-silico absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity (admet) research has been presented here to support the docking findings and take into account the bioactive molecule’s position inside the mof structure. 2. materials and methods 2.1 materials cadmium nitrate tetrahydrate (bdh chemicals ltd, 98%) – cd(no3)2∙4h2o; ethanol (bdh chemicals ltd, 99%), benzene-1,3,5-tricarboxylic acid–h2btc, (alfa aesar, 99% purity) and deionized water (h2o). 2.2 experimental procedure 2.2.1 synthesis of [cd(btc)(h2o)2]n the compound was synthesized from a solution mixture of cadmium nitrate tetrahydrate cd(no3)2∙4h2o (1.2003 g, 1.0 mmol) and 1,3,5-benzene tricarboxylic acid c9h6o6 (0.8456 g, 1.0 mmol) using ethanol and deionized water as solvent in the ratio of 2:1 (5.2:2.6 cm3). the reaction mixture was stirred for 20 min to obtain a complete miscible solution before transferring into an ace pressure glass tube and heated in an oven at a temperature of 120 °c for 24 h. a crop of colourless https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 original article revista.iq.unesp.br 39 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 crystalline material was obtained on cooling by filtration and washed with distilled water and air dried. 2.3 crystal structure determination 2.3.1 crystal structure determination of [cd(btc)(h2o)2]n a suitable crystal was selected and mounted on a gva, pl13110002 diffractometer. the crystal was kept at 120 k during data collection using olex2 (mason et al., 2016), the structure was solved with the shelxt (sevvana et al., 2019) structure solution program using intrinsic phasing and refined with the shelxl (shemchuk et al., 2020) refinement package using least squares minimization. crystal data for [cd(btc)(h2o)2]n is shown in tab. 1. table 1. crystal data and structure refinement for [cd(btc)(h2o)2]n. identification code cdjooe empirical formula c9h8cdo8 formula weight 356.55 temperature (k) 120(2) crystal system monoclinic space group i2/a a (å) 13.1508(3) b (å) 9.1014(2) c (å) 17.8971(4) α (°) 90 β (°) 103.455(2) γ (°) 90 volume (å3) 2,083.32(8) z 8 ρcalcg (cm3) 2.274 μ (mm–1) 17.183 f(000) 1,392.0 crystal size (mm3) 0.521 × 0.159 × 0.149 radiation cu kα (λ = 1.54184) 2θ range for data collection (°) 10.164 to 144.642 index ranges –16 ≤ h ≤ 13, –7 ≤ k ≤ 11, –21 ≤ l ≤ 22 reflections collected 3,976 independent reflections 2005 [rint = 0.0264, rsigma = 0.0273] data/restraints/parameters 2005/0/166 goodness-of-fit on f2 1.123 final r indexes [i ≥ 2σ (i)] r1 = 0.0321, wr2 = 0.0894 final r indexes [all data] r1 = 0.0325, wr2 = 0.0899 largest diff. peak/hole (e å–3) 0.90/-1.33 2.4 computational method all the computational calculations in this work have been carried out using the gaussian09w and gaussview 6.0.16 softwares (dennington et al., 2001; frisch et al., 2016) within the framework of dft. the b3lyp functional which is a combination of becke’s three parameter exchange functional (b3) with the nonlocal correlation functional of lee, yang, and parr (lyp) assigning the 6-311++g (d,p) and the lanl2dz basis set was used for the lighter (h, c, o) and heavy elements respectively. the ground state optimization was carried out at singlet state with a positive charge +1. the nbo calculations were conducted using nbo 3.1 module embedded in gaussian09w (bassey et al., 2022). highest occupied and lowest unoccupied molecular orbital (homo and lumo) isosurface maps were plotted using multiwfn 3.7 dev software (isravel et al., 2021). origin 8.0 pro was used for charge analysis. for molecular docking simulation, 3d structures of the protein complex (pdb code: 1d7u and 2xcs) were gotten from the research collaboratory for structural bioinformatics (rcsb) website (deshpande et al., 2005). the proteins were prepared using the biovia discovery studio 4.5 software and docking was then performed using autodock vina (berman et al., 2002; trott and olson, 2010). the 3d and 2d metal-ligand interaction as well as the h-bond interaction was https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 original article revista.iq.unesp.br 40 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 visualized using the biovia discovery studio presented in supplementary information meanwhile the cadmium ligand and the standard drug levofloxacin docked with the receptor protein were visualized using pymol (seeliger and groot, 2010). swissadme and pkcsm was used for the in-silico admet studies (kiran et al., 2020; sharbidre et al., 2021). 3. results and discussion 3.1 structural parameters the molecular structure as revealed by single crystal x-ray diffraction (scxrd) technique shows that the cd(ii) ion is surrounded by seven oxygen atoms. two of the oxygen atoms (o1w and o2w) are from two coordinated water molecules. the ortep drawing of [cd(btc)(h2o)2]n showing the coordination environment of the cd(ii) ion can be seen in fig. 1. bond lengths of cd–o1w and cd–o2w are 2.305 and 2.380 å respectively, and are slightly similar to the bond lengths of cd–o1w (2.285 ẳ) and cd–o2w (2.555 å) reported by louis et al., (2022). the other five oxygen atoms are coordinated from three btc ligands. two of the btc molecules are bonded through (o3, o4, o5, and o6) oxygen atoms of the carboxylate group in a bidentate chelating fashion while the third btc ligand coordinates to the cd(ii) ion in a monodentate manner by the carboxylic carbonyl oxygen (o7) atom. the cd–o bond lengths vary in the range 2.291(3)–2.567(3) å (fig. 1 and tabs. 2 and 3). figure 1. the ortep drawing of [cd(btc)(h2o)2]n showing the coordination environment of the cd(ii) ion. the btc ligands with µ3 coordination mode bridged three adjacent cd (ii) ions to form a two-dimensional sheet structure which in turn as a result of the hydrogen bonding (o–h……o) interaction from the coordinated water molecules (o1w and o2w) and the protonated carboxyl group of one of the ligands branched into a three-dimensional network of supramolecular structure. 3.2 reactivity parameters the frontier molecular orbital which comprises of the highest occupied molecular orbital (homo) and the lowest unoccupied molecular orbital (lumo) are important parameters when considering the stability and chemical reactivity of a complex (agwupuye et al., 2021a; 2021b). the energy gap is the difference in energy between the homo and lumo orbitals. interestingly, the energy gap is a critical parameter in describing a molecule's reactivity and stability (izuchukwu et al., 2022). the homo and lumo values are also useful when calculating the global quantum descriptors, which further explain a molecule's stability. the energy gap, as well as quantum descriptors such as chemical potential, chemical hardness, chemical softness, and electrophilicity, are calculated and presented in tab. 4 (udoikono et al., 2022; wu et al., 2012). the low energy gap indicates higher chemical reactivity, polarizability, and low kinetic stability (unimuke et al., 2022). this explains the intramolecular charge transfer within the complex and describes the bioactivity of the compound. moreover, the chemical potential is the negative of electronegativity (eno et al., 2022; kavimani et al., 2018). from our result, the cd complex has a low chemical potential value of –6.23 ev. this is because the electrons in the fermi energy level regions are loosely bound. this is an indication that the complex has greater ability to accept electrons. the small energy gap (0.3322 ev) indicates possible excitation of electrons from homo to lumo hence low stability of the complex. the chemical hardness value of 0.16 ev indicates a soft molecule and this corresponds with the softness value of 6.02 ev as softness is inversely proportional to hardness (gber et al., 2022). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 original article revista.iq.unesp.br 41 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 table 2. selected bond lengths (å). atom set length (å) atom set length (å) cd1 o1 2.305(3) o7 c9 1.228(5) cd1 o2 2.380(3) o8 c9 1.312(5) cd1 o3 2.537(3) c1 c2 1.496(5) cd1 o4 2.239(3) c2 c3 1.397(5) cd1 o51 2.278(2) c2 c7 1.400(5) cd1 o61 2.567(3) c3 c4 1.393(5) table 3. selected bond angles (˚). atom set angle (˚) atom set angle (˚) o1 cd1 o2 175.92(9) c1 o4 cd1 98.4(2) o1 cd1 o3 88.31(10) c8 o5 cd13 99.0(2) o1 cd1 o61 84.45(9) c8 o6 cd13 86.1(2) o1 cd1 c1 88.37(10) c9 o7 cd14 136.6(2) o2 cd1 o3 93.34(10) o3 c1 cd1 67.5(2) o2 cd1 o61 92.14(9) o3 c1 o4 121.5(3) o2 cd1 c1 91.38(10) o3 c1 c2 121.0(3) o3 cd1 o61 146.55(9) o4 c1 cd1 54.03(18) o3 cd1 c1 27.18(10) o4 c1 c2 117.5(3) o4 cd1 o1 89.30(10) c2 c1 cd1 171.4(3) o4 cd1 o2 88.60(10) c3 c2 c1 119.8(3) o4 cd1 o3 54.71(10) c3 c2 c7 119.3(3) table 4. homo/lumo, energy gap and the quantum chemical reactivity parameters. chemical parameters charge (ev) chemical potential (µ) –6.23 hardness (ƞ) 0.16 homo – 2 –6.46 homo – 1 –6.42 homo –6.40 ionization potential (ip) 6.40 electron affinity (ea) 6.07 lumo –6.07 lumo + 1 –5.91 lumo + 2 –1.99 energy gap eg 0.33 energy gap eg 1 0.51 energy gap eg 2 4.47 electrophilicity index (ω) 121.29 electronegativity (χ) 6.23 chemical softness (ѕ) 6.02 source: elaborated by the authors using data from bisong et al. (2020). from fig. 2, it is evident that electron distribution in the homo is only centred on a relative part of the cd atom of the mof whereas in the lumo electrons are evenly distributed among the cd atom of the mof complex and clouded with some percentage of charge delocalization. 3.3 nbo analysis from the output of the nbo analysis, the total lewis structure has 97.330% (core: 99.996%; valence lewis: 95.997%) and the non-lewis structure has 2.670% and rydberg non-lewis 0%. the nbo result (tab. 5) showed that the σ (cd1-o3) bond was formed from the sp0.58 hybrid orbital on cadmium (36.51% p-character) interacting with sp34.85 hybrid orbital on oxygen (97.21% p-character). the sp2.84 hybrid on carbon atom (73.98% p-character) interacted with sp2.33 hybrid atom of carbon (70.01% p-character) in sigma bond (c6-c8). also, the transition between σ (c6-h63) with sp2.71 hybrid on carbon (73.02% p-character) and on hydrogen (100% scharacter). the sp1.90 hybrid on carbon atom (65.53% pcharacter) interacted with sp4.40 hybrid atom of carbon (81.49% p-character) in sigma bond (c6-c8). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 original article revista.iq.unesp.br 42 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 figure2. pictorial representation of the molecular properties. table 5. nbo analysis, occupancies, hybrid, and atomic orbitals of the studied complex parameters occupancies hybrid atomic orbitals σ cd1 – o3 1.696 sp0.58 s(63.28%)p(36.51%)d(0.22%) σ c6 – c8 1.947 sp2.33 s(29.99%)p(70.01%) σ c6 – h63 1.946 sp2.71 s(26.98%)p(73.02%) σ c7 – c17 1.947 sp2.91 s(25.60%)p(74.40%) σ c7 – h62 1.932 sp2.69 s(27.07%)p(72.93%) lp (2)cd1 1.999 spd1 s(0.00%)p0.00(0.01%)d 1.00(99.99%) lp*(6)cd1 0.505 sp1.83 s(35.29%)p(64.70%)d(0.01%) lp (2) o2 1.868 sp1.30 s(43.44%)p(56.56%) σ* cd1 – o3 0.420 sp0.58 s(63.28%)p(36.51%)d(0.22%) σ* c6 – c8 0.0705 sp2.84 s(26.02%)p(73.98%) σ*c6 – h63 0.047 sp2.71 s(26.98%)p(73.02%) σ*c7 – c17 0.070 sp2.35 s(29.83%)p(70.17%) σ*c7 – h62 0.047 sp2.69 s(27.07%)p(72.93%) source: elaborated by the authors using data from bisong et al. (2020). the second order perturbation theory analysis of fock matrix basis nbo analysis between donor and acceptor orbitals of the studied compound are represented in tab. 6. the nature of the interaction between the donor and acceptor are determined by the value of the stabilization energy (khan et al., 2020). the stability of the system increases with increased electron delocalization associated with hyper-conjugation, thus a high stabilization energy, the significant hyperconjugative interactions and the value of their stabilization energies observed from the nbo analysis are: π*(c 38 – o 39) → π* (c 9 – c 11), 106.15 kcal mol-1; π*(c 42 – o 43) → π* (c 13 – c 15), 87.31 kcal mol–1; π* (c 58 – o 59) → π* (c 22 – c 24), 82.21 kcal mol–1; lp* (cd 1) → σ* (cd 1 – o 3), 95.04 kcal mol–1; lp (o 66) → lp*(cd 1), 79.94 kcal mol–1. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 original article revista.iq.unesp.br 43 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 table 6. donor, acceptor, occupancy and the second order perturbation energies of cd complex calculated at dft/b3lyp. donor (i) (a.u.) occupancy (j) (a.u.) acceptor (j) occupancy (e) e2 (kcal mol–1) e(j) – e(i) (a.u.) π* c38 – o39 (0.233) π* c9 – c11 (0.346) 106.15 0.01 π* c42 – o43 (0.233) π* c22 – c24 (0.337) 82.21 0.02 lp*(6) cd 1 (0.505) σ* cd1 – o3 (0.420) 95.04 0.04 π* c42 – o43 (0.232) π* c13 – c15 (0.336) 87.31 0.01 lp(2) o4 (1.795) lp*(8) cd1 (0.358) 56.68 0.56 σ o2 – o37 (1.821) lp*(6) cd1 (0.505) 49.61 0.25 π c22 – c24 (1.628) π* c17 – c19 (0.341) 24.11 0.28 σ cd1 – o3 (1.821) π* c26 – o27 (0.350) 28.91 0.29 π c28 – c30 (0.233) π* c29 – c31 (0.337) 23.32 0.07 lp (2) o66 (1.824) lp*(6)cd1 (0.505) 79.94 0.56 lp(2) o 4 (1.829) σ*cd1 – o 3 (0.420) 43.95 0.51 lp (2) o66 (1.824) lp*(7)cd1 (0.394) 41.61 0.59 source: elaborated by the authors using data from bisong et al. (2020). 3.4 molecular docking the crystal structure of the targeted proteins was obtained from the protein data bank (pdb ids: 1d7u and 2xcs) for the evaluation of antimicrobial mechanism. the following properties are all part of the traditional drug design and development process: physical characteristic, substantiation, preclinical and clinical trials (izuchukwu et al., 2022; udoikono et al., 2022). thus, the goal of the in-silico drug discovery (molecular docking) approach is to find small molecules that can modulate the function of a target protein, which is a recessed portion or a slight compartment of a protein where a ligand molecule binds to yield the required output (i.e., activation, inhibition, or modulation), the binding site, the right orientation, and the targeted protein ligand binding (agwupuye et al., 2021b). furthermore, tiny compounds with useful pharmacokinetics and pharmacodynamics must be identified, as well as a series of sophisticated stages such as drug candidate discovery, candidate validation, pharmacokinetics, and preclinical toxicity evaluations (andrade et al., 2016; lavé et al., 2007). the title compound being an antimicrobial drug, the antimicrobial property of the drug is investigated further by docking the cd mof and the standard drug levofloxacin with some selected antimicrobial proteins 1d7u and 2xcs. the 3d crystallographic structures of the receptor molecules chosen for docking studies were prepared by removing water molecule, adding explicit hydrogens, charges, and correction of deformation in amino acid sequence (takaya et al., 2020). the active sites of the receptor protein were predicted and defined based on the interaction of the crystallographic ligand with the receptor molecules respectively as visualized with the biovia discovery studio visualizer and presented in fig. s1 and s2 of the supplementary information (kar and leszczynski, 2020). the binding score of the ligand docked with the proteins and the standard drug is presented in tab. 6 and the average binding affinity has been generated based on the binding poses generated. from the binding score obtained from the autodock vina tool, the inhibitory action and the binding strength was observed to be in the order 2xcs_cd_complex > 1d7u_levofloxacin and 1d7u_cd_complex > 1d7u_levofloxacin. the score and the average are presented in tab. 7. interestingly, hydrogen bond interaction, which determines the activeness of a potential drug candidate, was observed, and other interactions, such as steric and hydrophilic, were carefully studied. [cd(btc)(h2o)2]n showed its hydrogen interactions with the following amino residue when docked with 1d7u which were ala 112, ala 245, arg 406, asn 115, asp 243, gln 52, gln 246, glu 210, glu 244, gly 111, gly 140, his 139, lys 272, met 141, ser 214, ser 215, ser 271, and trp 138. the standard levofloxacin displayed the following inhibitors when docked with 1d7u; ala 112, ala 245, arg 406, asn 115, asp 243, gln 52, gln 246, glu 210, glu 244, gly 111, gly 140, his 139, lys 272, met 141, ser 214, ser 215, ser 271, trp 138, and tyr: 20. moreover, 11 interactions other than hydrogen occurred between the 1d7u protein binding site with the [cd(btc)(h2o)2]n, which were ala 152, asn 394, gln 397, ile 212, ile 395, leu 398, met 53, ser 54, ser 151, thr 110, and var 396. it is worthy to note that the only target molecule residue found in standard levofloxacin and not found in [cd(btc)(h2o)2]n is tyr 20. the standard levofloxacin inhibitor showed 4 hydrogen interactions for protein–ligand interactions: 2 donors from target protein gln 246, and 2 donors from ligand (from oxygen atom in ligand to residue trp 138), having https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 original article revista.iq.unesp.br 44 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 bond lengths ranging from 2.5–3.2 å. however, [cd(btc)(h2o)2]n showed 24 hydrogen interactions: 17 donors from target, 5 donors from ligand, and 2 donors from either target or ligand. the bond length ranges from 1.6–3.5 å. hydrogen bonds in protein-ligand interactions are vital determinants for ligand binding affinity. the [cd(btc)(h2o)2]n also showed some interactions with protein 2xcs which were 2xcs[b]: arg 1069, asp 1073, gln 1056, gly 1072, lys 1065, met 1058, 2xcs[d]: arg 1069, asp 1073, and gly 1072. the standard levofloxacin inhibitor involves complex interaction with 15 active interaction sites of protein 2xcs, which were arg 1069, asp 1073, gln 1056, gly 1072, lys 1065, met 1058, 2xcs[d] ala 1068, arg 1069, asp 1073, gln 1056, gly 1072, ile 1070, lys 1065, lys 1066, and met 1058. it is worthy to note that all interactions with the protein 2xcs[b] for levofloxacin and [cd(btc)(h2o)2]n have the same number of residues id. however, 11 more interactions occurred between the 2xcs protein binding site with the [cd(btc)(h2o)2]n, which were 2xcs[b]: gly 1052, ile 1070, leu 1053, lys 1066, ser 1063, tyr 1064, val 1074, 2xcs[d]: asn 1153, asp 1151, glu 1154, and lys 1077. the epair energy for levofloxacin and [cd(btc)(h2o)2]n is strongest for residue 2xcs[d] arg 1069 (–28.3235) and 2xcs[b] arg 1069 (–36.9925) respectively. table 7. the binding affinity values of different poses of the cd_ complex and levofloxacin with the receptor protein 1d7u and 2xcs predicted at auto-dock vina tool. modes 1d7u_[cd(btc)(h2o)2]n (kcal mol–1) 1d7u_levofloxacin (kcal mol–1) 2xcs_[cd(btc)(h2o)2]n (kcal mol–1) 1d7u_levofloxacin (kcal mol–1) 1 –7.0 –7.2 –11.5 –9.3 2 –6.7 –6.8 –11.2 –9.1 3 –6.6 –6.5 –11.2 –9.1 4 –6.6 –6.2 –11.2 –9.0 5 –6.6 –6.2 –11.1 –9.0 6 –6.6 –6.1 –11.1 –8.9 7 –6.6 –6.1 –11.1 –8.9 8 –6.5 –5.9 –11.1 –8.9 9 –6.4 –5.7 –11.0 –8.8 average binding affinity (kcal∙mol–1) –6.6 –6.3 –11.2 –9.0 the standard levofloxacin inhibitor showed 3 hydrogen bond interactions with target protein 2xcs and bond length between 2.62–2.69 å. while, [cd(btc)(h2o)2]n showed 11 hydrogen bond interactions: 5 donors from target, 5 donors from ligand and 1 donor from either target or ligand (fig. 3). the bond lengths ranges from 2.6–3.5 å. analysis of highresolution crystallographic structures for protein-ligand complexed revealed that the typical hydrogen bond distance between the donor and acceptor atom ranges from 2.5–3.4 å the graphical representation of intermolecular hydrogen bonds for protein-ligand complexes is of pivotal importance for the evaluation of the residues responsible for ligand binding affinity, as presented in fig. s1 and s2 of the supplementary information. table 7 shows the energy overall descriptors for the interaction of 1d7u and 2xcs with standard levofloxacin and [cd(btc)(h2o)2]n. the average binding score obtained and the number of hydrogen bond interactions found when [cd(btc)(h2o)2]n was docked against the receptor proteins 1d7u and 2xcs showed that the proposed structure fits perfectly at the active site of proteins 1d7u and 2xcs which results to the high binding affinities observe compared to the commercial drug levofloxacin. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 original article revista.iq.unesp.br 45 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 figure 3. (a) pymol visualization for the interaction between protein (2xcs) with studied complex and levofloxacin (b) pymol visualization for the interaction between protein (1d7u) with the studied complex and levofloxacin 3.5 admet studies to further support the result of docking studies, we also performed in-silico admet studies on the [cd(btc)(h2o)2]n and standard levofloxacin (reported in tab. 8) as the interactions of inhibitor with a protein cannot promise its suitability as a drug. swissadme and pkcsm are online platforms used to predict to a certain point the false-positive results commonly observed in the bioactive form of small compounds (emori et al., 2022). the bioavailability radar plots (fig. 4) gives a graphical picture of the drug-likeness parameters of the investigated compounds which describes the oral availability of the bioactive molecules. here, [cd(btc)(h2o)2]n presents only one off-shoot relative to unsaturation (insatu) vertex, leading to suboptimal physiochemical properties for their oral bioavailability (huxford et al., 2010) while standard levofloxacin has been predicted as orally bioavailable. in addition to the lipinski rule of five (jia et al., 2020), another four drug-likeness rules named ghose, egan, veber and muegee (daina et al., 2017) were satisfied by levofloxacin. while [cd(btc)(h2o)2]n passed four of five drug-likeness rules, it violated egan rule (tpsa < 131.6 å2) by having a topological surface area (tpsa)value of 133.52 å2. the brain or intestinal https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 original article revista.iq.unesp.br 46 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 estimated (boiled) permeation predictive model (boiled-egg) is an extended and renewed version of the edan-egg model used to visually represent bloodbrain barrier penetration (bbb) and human gastrointestinal absorption (hia) relative to the distribution and absorption parameters, respectively. the analysis of fig. 4 shows that both [cd(btc)(h2o)2]n and levofloxacin were passively absorbed by the gastrointestinal tract but were not bbb permeate. figure 4. radar plot of the six drug-likeness parameters used to predict the oral bioavailability of [cd(btc)(h2o)2]n and standard levofloxacin. table 8. pkcsm results of [cd(btc)(h2o)2]n and levofloxacin. molecule id [cd(btc)(h2o)2]n levofloxacin absorption caco-2 permeability 0.146 1.449 human intestinal absorption 23.874 96.053 skin permeability –2.735 –2.735 distribution vdss (human) –1.469 0.193 fraction unbound (human) 0.517 0.609 cns permeability –3.574 –3.05 excretion total clearance 1.187 0.317 renal oct2 substrate no no toxicity ames toxicity no no oral rat acute toxicity (ld50) 2.128 2.276 minnow toxicity (lc50) 3.972 1.788 semaphore flags: green = good, yellow = tolerable, and red = bad. the absorption parameters using pkcsm online tool shows that levofloxacin is a more promising oral availability due to the optimal caco-2-cell permeability (> 0.9) and hia (> 90%). finally, [cd(btc)(h2o)2]n and levofloxacin are good skin permeable compounds (logkp < –2.5). regarding the distributions parameters, the two most important pharmacokinetic drug parameters are volume of distribution of steady state (vdss) and unbound fraction. vdss describes the extent of distribution of the drug and the unbound fraction describes the portion of the free drug in plasma that may leak from the blood vessels or tube into the tissues around it (tice, 2001). values of vdss > 0.45 indicate that the drug will be distributed in tissue, whereas values < –0.15 indicate that the drug will be distributed in plasma. so, [cd(btc)(h2o)2]n has a vdss value of –1.469 and levofloxacin 0.193 and are within the unbound fraction of 0.5–0.6. both compounds do not penetrate the central nervous system. the predicted values of total clearance, that measures the effectiveness of drug elimination from the body, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 original article revista.iq.unesp.br 47 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 indicate that all compounds have a good renal elimination and are not substrates of the renal organic cation transporter 2 (oct2). [cd(btc)(h2o)2]n, unlike the standard levofloxacin, has high renal clearance. [cd(btc)(h2o)2]n did not pose any toxicity problems; levofloxacin, however, is hepatotoxic and may be associated with the interruption of normal functions of the liver. 4. conclusions experimental and theoretical investigation of cadmium complex of benzenetricarboxylates in monoclinic space group 12/a was observed to have lattice parameters a = 13.1508(3) å, b = 9.1014(2) å, c = 17.8971(4) å, α = 90°, β = 103.455(2)° and γ = 90°. the structural analysis revealed hydrogen bonding (o– h……o) interaction from the coordinated water molecules (o1w and o2w) and the protonated carboxyl group of one of the ligands branched into a threedimensional network of supramolecular structure. from the reactivity parameters, cd complex of benzenetricarboxylates was observed to have a low chemical potential value of –6.23 ev, which could be accounted on the fact of the loosely bonded electron in the fermi energy level and, hence, was observed to have a greater electron accepting power. the small energy gap (0.3322 ev) indicates possible excitation of electrons from homo to lumo, hence low stability of the complex. three major transitions: π* → π*, lp* → σ* and lp → lp* were observed to have the major contribution in this study. from molecular docking analysis, the proposed complex [cd(btc)(h2o)2]n was observed to have better average binding score and interesting number of hydrogen bond, which determines the activeness of the proposed antimicrobial drug candidate. the complex [cd(btc)(h2o)2]n was docked with the receptor proteins 1d7u and 2xcs and observation have it that the complex fits perfectly at the active site of proteins 1d7u and 2xcs hence shows the better binding affinity and efficacy of [cd(btc)(h2o)2]n as potent antimicrobial drug. authors’ contribution conceptualization: bassey, e. i. data curation: ekpenyong, e. e. formal analysis: ekpenyong, e. e. funding acquisition: not applicable investigation: ita, i. t. methodology: gber, t. e. project administration: gber, t. e. resources: benjamin, i.; bassey, e. i. software: not applicable supervision: bassey, e. i. validation: edet, h. o. visualization: benjamin, i. writing – original draft: ita, i. t. writing – review & editing: edet, h. o. data availability statement all data sets generated and analysed in the current study are presented in the manuscript. funding not applicable. acknowledgments the center for high performance computing (chpc), south africa is gratefully acknowledged for providing computational resources for this project. references agwupuye, j. a.; louis, h.; unimuke, t. o.; david, p.; ubana, e. i.; moshood, y. l. electronic structure investigation of the stability, reactivity, nbo analysis, thermodynamics, and the nature of the interactions in methylsubstituted imidazolium-based ionic liquids. j. mol. liq. 2021a, 337, 116458. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 agwupuye, j. a.; neji, p. a.; louis, h.; odey, j. o.; unimuke, t. o.; bisiong, e. a.; eno. e. a.; utsu, p. m.; ntui, t. n. investigation on electronic structure, vibrational spectra, nbo analysis, and molecular docking studies of aflatoxins and selected emerging mycotoxins against wild-type androgen receptor. heliyon. 2021b, 7 (7), e07544. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 andrade, e. l.; 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https://doi.org/10.1016/j.enchem.2019.100006 https://doi.org/10.1016/j.enchem.2019.100006 https://doi.org/10.1016/j.enchem.2019.100006 https://doi.org/10.1016/j.enchem.2019.100006 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125518 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125518 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125518 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125518 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125518 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125518 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125518 https://doi.org/10.1039/c5nj02359a https://doi.org/10.1039/c5nj02359a https://doi.org/10.1039/c5nj02359a https://doi.org/10.1039/c5nj02359a https://doi.org/10.1039/c5nj02359a https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03881 https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03881 https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03881 https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03881 https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03881 https://doi.org/10.1007/978-3-030-32004-1_6 https://doi.org/10.1007/978-3-030-32004-1_6 https://doi.org/10.1007/978-3-030-32004-1_6 https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.3.482 https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.3.482 https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.3.482 https://doi.org/10.1007/s10822-010-9352-6 https://doi.org/10.1007/s10822-010-9352-6 https://doi.org/10.1007/s10822-010-9352-6 https://doi.org/10.1007/s10822-010-9352-6 https://doi.org/10.1107/s2059798319010179 https://doi.org/10.1107/s2059798319010179 https://doi.org/10.1107/s2059798319010179 https://doi.org/10.1107/s2059798319010179 original article revista.iq.unesp.br 50 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 37-50 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p37-50 sharbidre, a.; dhage, p.; duggal, h.; meshram, r. in silico investigation of tridax procumbens phyto-constituents against sars-cov-2 infection. biointerface res. appl. chem. 2021, 11 (4), 12120–12148. https://doi.org/10.33263/briac114.1212012148 shemchuk, o.; song, l.; tumanov, n.; 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https://doi.org/10.1517/17425247.2013.741583 https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2020.107599 https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2020.107599 https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2020.107599 https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2020.107599 https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2020.107599 https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2020.107599 https://doi.org/10.1002/1526-4998(200101)57:1%3c3::aid-ps269%3e3.0.co;2-6 https://doi.org/10.1002/1526-4998(200101)57:1%3c3::aid-ps269%3e3.0.co;2-6 https://doi.org/10.1002/1526-4998(200101)57:1%3c3::aid-ps269%3e3.0.co;2-6 https://doi.org/10.1002/1526-4998(200101)57:1%3c3::aid-ps269%3e3.0.co;2-6 https://doi.org/10.1002/1526-4998(200101)57:1%3c3::aid-ps269%3e3.0.co;2-6 https://doi.org/10.1002/jcc.21334 https://doi.org/10.1002/jcc.21334 https://doi.org/10.1002/jcc.21334 https://doi.org/10.1002/jcc.21334 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2022.100116 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2022.100116 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2022.100116 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2022.100116 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2022.100116 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2022.100116 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2022.100116 https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07361 https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07361 https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07361 https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07361 https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07361 https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07361 https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.05.013 https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.05.013 https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.05.013 https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.05.013 https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.05.013 https://doi.org/10.1007/s00214-012-1138-6 https://doi.org/10.1007/s00214-012-1138-6 https://doi.org/10.1007/s00214-012-1138-6 https://doi.org/10.1007/s00214-012-1138-6 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitor de pós-graduação joão lima sant’anna neto pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva original review iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | 11 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 occurrence of caffeine in wastewater and sewage and applied techniques for analysis: a review césar augusto marasco júnior , natália da costa luchiari , paulo clairmont feitosa lima gomes+ 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil +corresponding author: paulo clairmont feitosa lima gomes, phone: +55 16 3301-9613 email address: paulo.clairmont@unesp.br article info article history: received: december 21, 2018 accepted: september 16, 2019 published: october 1, 2019 keywords: 1. emerging contaminants 2. caffeine 3. wastewaters contents 1. emerging contaminants 2. legislation of the emerging contaminants 3. caffeine as an emerging contaminant: concentrations and ecotoxicological effects 4. emerging contaminants: removal technologies 5. emerging contaminants: sample preparation and applied techniques for analysis 6. conclusion 7. acknowledgements 8. references 1. emerging contaminants emerging contaminants are chemicals that present a potential risk to human health or to the environment without any standard or legislation established related to the control of these compounds. these compounds are found in the environment at concentrations ranging from µg l to ng l-1 in effluents from wastewater treatment plants (wwtps), untreated sewage, often directly discharged into water bodies, and even in surface and groundwater, respectively1. pharmaceuticals and personal care products (ppcps), plasticizers, abstract: emerging contaminants are substances found in the environment whose concentrations vary from µg to ng l-1 and whose presence in wastewater has gained popularity in the scientific community due to the potential impacts these compounds can cause to the environment. this designation concerns the lack of legislation to regulate their discharge or even to monitor these compounds. moreover, emerging contaminants are capable of causing harmful effects to nontarget organisms and therefore affect the ecosystem balance. there are several compounds classified as emerging contaminants such as pharmaceuticals, illicit drugs, hormones, pesticides, among others. and among them, caffeine is considered an emerging contaminant and can be highlighted due its presence in medicines, beverages, foodstuff and several other products. in addition, it is a compound used worldwide recognized as a marker of anthropogenic activity. in this review, we present a discussion about emerging contaminants, focusing on caffeine, regulatory aspects that involve the theme, as well as effects on organisms, removal technologies and techniques for analyzing these compounds in environmental matrices. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 mailto:paulo.clairmont@unesp.br http://orcid.org/0000-0003-0454-3419 http://orcid.org/0000-0002-1615-1140 http://orcid.org/0000-0002-4837-6352 original review 12 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 illicit drugs, pesticides, hormones and other compounds can be classified as emerging contaminants and the entry routes of these contaminants into the environment are diverse, coming from numerous sources, as it can be seen in figure 1. legend: wwtp = wastewater treatment plant; wtp = water treatment plant. fig 1. adapted flowchart of entry routes of ppcps into the environment1. currently, these compounds are daily present in modern society, and their potential harmful effects to humans and to the environment have generated attention and alertness, in a way, norman network has already been identified at least 700 substances in the european aquatic environment2. even at these concentration levels, these compounds could cause undesirable effects and risks to human health, fauna and environmental flora3-6. after consumption, pharmaceutical compounds are metabolized, and a significant part is excreted by humans in domestic sewage or even disposed directly into the sewage network after reaching expiration date. we would like to highlight that the pharmaceuticals, when excreted by humans, reach the sewage network in unchanged form or by metabolites, since the pharmaceuticals are not fully metabolized. for example, caffeine (caf), after consumption, it is rapidly absorbed into the gastrointestinal system, but approximately 5% is not metabolized, being excreted in the urine, thus reaching the sewage system along with discarded products from food and beverages which contain caf in their composition7. the same process occurs to pharmaceutical compounds used in veterinary treatment, either for prophylactic purposes or as growth promoters. furthermore, during the production process by the pharmaceutical industry, residues of pharmaceutical compounds may be discharged directly in water resources after being used to wash industrial parts and having contaminated this resource. this impact could be harmful if there is no adequate treatment prior to disposal into the sewage system8. the us environmental protection agency (us epa) defines risk as the possibility of a physical, chemical or biological agent in inducing adverse effects on human health or biological systems9. linked to this information, the presence of contaminants in the environment can be considered a risk to fauna and flora, being able to cause irreversible damages to the organisms exposed to these substances. however, the concern about these contaminants is limited to the impact these can have on water quality and ecosystem balance, but not only affected humans also the fauna and flora exposed to water containing these substances should gain relevance in the proposed discussion. moreover, aquatic fauna and flora are non-targeted organisms and spend all or most of the lifecycle in this environment. inserted in the problematic of the emerging contaminants in the water bodies and the human exposure to these substances, in 2017, the united nations (un) and the united nations children’s https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 13 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 fund (unicef) presented a report related to the progress in drinking water, sanitation and hygiene stating that about 2.1 billion people do not have access to drinking water and 2.3 billion do not have basic sanitation10. in brazil, according to the national water agency (ana), 9.1 thousand tons of sewage are generated per day, resulting in a current scenario in which 43% of the country’s population has sewage collected and treated, 12% use a septic tank, 18% have their sewage collected and untreated and 27% have neither collection or treatment11. still, according to the 23rd diagnosis of water and sewage services (2017) published by the national sanitation information system (snis), about 60% of the urban population has a sewage network, and only 46% of the total sewage generated is treated12. table 1 shows the sewage collection and treatment data of each brazilian macro region according to the snis. table 1. sewage collection and treatment data in brazil. region sewage collection (%) sewage treatment (%) north 13.0 22.6 northeast 34.8 34.7 south 50.6 44.9 southeast 83.2 50.4 midwest 59.5 52.0 source: adapted from national sanitation information system12. these figures reveal the lack of effective public policies for the collection and treatment of sewage, demonstrating the precarious service of the population in the service of basic sanitation. in this way, much of the untreated sewage is dumped directly into the environment, causing environmental and sanitary problems. 2. legislation of the emerging contaminants the authors sauvé and desrosiers mentioned rachel carson’s silent spring book as a mark in the history of environmental management and sustainability, and also as the first alert to the emerging contaminants issue13. as previously mentioned, these contaminants do not have specific control legislation and the risk assessment of these pollutants should not be restricted only to their impact on ecosystems, but also to the health of the population, either directly or indirectly, that is constantly in contact with the water containing these pollutants2,14. the discussion becomes even more relevant, supported by the united nations world report on water resources development, which calls for research to understand the emerging contaminants dynamics and to improve technologies to remove these compounds from sewage and wastewater15. to accomplish this goal, based on research to study these pollutants, several countries have implemented legal regulations for some substances, which have been prioritized according to the adverse effects they cause in organisms such as fish from danio rerio species and mollusk mytilus galloprovincialis among others16. the united states and the european union have demonstrated some concern about this issue by creating directives to regulate or control the disposal of these substances. the environmental protection agency (epa) is the us agency responsible for the legal regulation of the substance’s disposal into the environment, through two federal laws: the clean water act (cwa) and the safe drinking water act (sdwa)17. one of the first steps by us agencies to attempt to establish limits and regulations on ppcps came under the food quality protection act (fqpa) and amendments to the sdwa. these amendments authorized the us epa to track chemicals and formulations that could show some type of endocrine activity if they reached any water supply line14. epa uses two main regulations to monitor emerging contaminants in water: the contaminant candidate list (ccl) and the unregulated pollutant monitoring rule (ucmr). the ccl lists water contaminants that are not subject to any regulations, setting priorities to assess the occurrence and toxicity of these contaminants. the sdwa regulates that the epa must publish the ccl every five years and regulate at least five contaminants, demonstrating the potential adverse effects a contaminant can exert on human health and the environment17. epa made available in 2016 the contaminant candidate list-4 (ccl-4), the fourth update presents contaminants candidates for future regulations. it includes, among the hundred chemical compounds such as estrogens, pharmaceutical compounds, personal care and https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 14 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 hygiene products, industrial products and pesticides16,18. moreover, the fifth update of this list (ccl-5) is already under development. the second mechanism is the ucmr, developed in coordination with the ccl. epa collects data about contaminants suspected of being present in drinking water and that do not have limits defined by sdwa. the results are compared with ecotoxicological research and risk assessment to determine if a contaminant should have an established threshold and thus be inserted into the ccl17. in the same way, the european environment agency (eea) assists member countries of the european union (eu) in making relevant decisions for environmental improvement and the impact of the adopted policies19. the eea works under the european water framework directive (eu wfd) with the aim of ensuring quality for all eu waters. given the large number of chemicals released into the environment, von der ohe et al. have presented a new approach for assessing the ecotoxicological risk used to prioritize 500 organic contaminants20. in the european union, actions to raise the priority compounds to be legislated began in 199916. by taking the european union’s regulations as an example, the reach (registration, evaluation, authorization and restriction of chemicals) regulates the use of almost all chemicals into the european union (ec regulation no. 1907/2006)2. to facilitate this study, in 2005, the european commission funded the norman project to promote a permanent network of reference laboratories and research centers to support eu member countries concerning the environmental impacts caused by the adoption of their economic policies21. the creation of laws and regulations presents itself as a viable way to aid in the control of these contaminants. currently, most of these compounds are not regulated in many parts of the world, including in brazil, but as discussed earlier there are some attempts in the european union and the us to try to reduce environmental contamination by these substances. it is therefore believed that effective regulations are the basis for efficient water resource management. 3. caffeine as an emerging contaminant: concentrations and ecotoxicological effects caffeine or 1,3,7-trimethylxanthine, with molecular formula corresponding to c8h10n4o2, as it can be seen in figure 2, is an alkaloid from the xanthine group naturally found in the environment. fig 2. planar structure of caffeine. caffeine is present in tea, chocolate, sodas and in a wide variety of food consumed worldwide, culminating in its occurrence in wastewater and eventually causing aquatic ecosystems impairment22,23. moreover, it can be considered as a marker of anthropogenic activity, since its consumption is thoroughly related to human habits16,23,24, and it is also persistent in environmental matrices, standing out as one of the most ubiquitous wastewater microcontaminants25. in order to evaluate the water quality and to observe possible contamination by effluents produced by the anthropogenic action, it is important to determine the presence of such contamination markers. the ideal marker should assertively indicate the contamination source, and moreover, establish a quantitative relationship with the contamination by other chemical compounds. according to gonçalves, rodrigues and silva-filho (2016), the average global consumption per day of caffeine is approximately 70.0 mg per person24. however, countries like switzerland, united kingdom and the united states of america have this average consumption per person estimated at 300 mg, 440 mg and 210 mg, respectively25. caffeine presents stability, high solubility and low partition coefficient octanol-water (kow). these characteristics permits caffeine detection in the environment which are essential to correlate the risk it may offer to humans and ecosystems16,22,26,27. recent studies confirm the presence of this substance in environmental matrices. edwards, kulikov and garner-o’neale (2015) analyzed wastewater from two wwtps in barbados, a city with about 300 thousand people, https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 15 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 and the concentrations of caffeine determined ranged from 0.100 – 6.90 μg l-1 25. senta et al. (2015) determined caffeine at concentrations of 17.6-67.6 μg l-1 in 13 wwtps located in northern, central and southern italy28. these wwtps are responsible for the collection and treatment of sewage of about 50 to 500 thousand inhabitants, according to the region in which each one is located. even in one of the most remote regions of the planet, antarctic peninsula, gonzález-alonso et al. (2017) determined caffeine in the concentration of 71.3 ng l-1 during the period from december 2012 to february 2013 in ten sites that were thought to have anthropogenic impact, whether due to tourism or proximity to human settlements29. williams et al. (2019) determined caffeine at concentrations up to 37.5 μg l-1 when analyzing surface water of the ahar river, which flows through the city of udaipur, india, a city with about 450 thousand people, which has no wastewater treatment30. in brazil, ferreira (2005) detected caffeine in the concentration of 134 to 147 ng l-1 in the guanabara bay, rio de janeiro (rj), brazil, while in the leopoldina basin the concentration of caffeine in the water samples collected from the rivers reached concentrations of 160 to 357 μg l-1 27. the sample area of the study is highly populated, with an estimated population of 1,135,000 inhabitants, distributed among 30 housing projects and 8 slums, accounting for the largest portion of untreated domestic and industrial sewage discharged in the guanabara bay. sposito et al. (2018) detected caffeine in all analyzed samples of the dourados and brilhante rivers31. the highest concentration of caffeine determined was 1040 ng l-1, measured at a point near the city of dourados, a city with 218,000 inhabitants. gonçalves, rodrigues and silva-filho (2016) analyzing water from the paquequer river determined caffeine from 0.150 47.5 μg l-1 24. the paquequer river flows through the urban area of the city of teresópolis, with a population of approximately 125,000 inhabitants. the city of teresópolis has no wastewater treatment plant and therefore paquequer is the main body of water that receives most of the urban drainage and sanitary effluents drained without any treatment. in the study of campanha et al. (2018), to investigate the occurrence and spatiotemporal distribution of some important pharmaceuticals, hormones, and triclosan in surface water of the monjolinho river determined caffeine at concentration of 129,585 ng l-1 32. the monjolinho river is located in são carlos city, central region of são paulo state. this city houses about 220,000 inhabitants and has an extensive industrial park, especially in the sectors of automotive, refrigeration, paper and cardboard, school supplies, cosmetics, and textiles. montagner and jardim (2011) determined caffeine in the atibaia river and the levels varied between 174 and 127 ng l-1 33. the atibaia river basin, located in são paulo state (brazil), covers an area of approximately 2,800 km2 and is the main source of public supply in the city of campinas, in são paulo state, brazil. all these studies show that caffeine besides to be an anthropogenic marker, is an emerging contaminant and thus assessing exposure to a given risk is important to ensure the integrity of human health and the diversity of aquatic ecosystems34-36. aguirre-martínez, delvalls and martín-diaz (2015) have studied the markers effects such as caffeine at concentrations of 0.1, 5.0, 15, 50 µg l-1 and carbamazepine at concentration levels of 0.1, 1.0, 10, 50 µg l-1 in mussels of the species corbicula fluminea37. after 21 days of experiment, it was observed breaks in the dna chain in the digestive gland tissues. cruz et al. (2016) demonstrated that long-term exposure to caffeine concentrations at µg l-1 level induced oxidative stress in mollusks of ruditapes philippinarum38. pires et al. (2016) studied the caffeine effects on annelids from species arenicola marina and diopatra neapolitana39. after 28 days of exposure, oxidative stress was induced in both species. d. neapolitana presented a 12.5 % mortality rate at concentrations of 3.00 and 18.0 μg l-1. a. marina mortality rate was recorded only at the highest concentration (18.0 μg l-1), where 22.2 % of the individuals did not survive. according to the mentioned characteristics and the intense consumption of pharmaceutical drugs and food containing caffeine, these habits affect several water compartments, such as surface or groundwater, or even sediments and soils. based on these previous published studies is clear the concern to monitor caffeine in wastewater, although, other emerging contaminants could be found increasing the risks of harmful effects. also associated with this concern the current wastewater treatment plants are https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 16 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 designed only to reduce the load of organic compounds such as, nitrogen, phosphorus and sulfur compounds, odor control, wastewater turbidity and reduce microbial pathogens. in order to achieve wwtp aims different treatment technologies using bioreactors such as up-flow anaerobic sludge blanket (uasb) reactors, aeration ponds, aerated lagoons, activated sludge and membrane bioreactors. all these technologies were not designed for the removal of emerging contaminants16,40. due to the growing need to reuse water improvements in sewage collection and treatment systems are essential. 4. emerging contaminants: removal technologies the conventional sewage treatments were designed to remove or to decrease the pathogens and the charge of organic/inorganic pollutants to avoid the eutrophication of lakes and rivers which the wastewater is dispensed. in general, wwtps have been not designed to remove residues of organic compounds such as pharmaceuticals compounds which are frequently detected in effluents and influents from wastewater treatment plants41. according to the pharmacodynamics and pharmacokinetics, pharmaceutical compounds could be discharged in the environment as a metabolite, unchanged or conjugated form. in the wwtp these compounds are either partially retained in the sludge or metabolized. their removal in wwtps is variable and depends the substance properties and process conditions (e.g. sludge retention time, hydraulic retention time, temperature and organic loading). activated sludge is the most used process present in sewage treatment plants, according to buttiglieri and knepper (2008, p. 3)41 “is the biomass produced in wastewater by the growth of organisms in aeration tanks in the presence of dissolved oxygen responsible for removal of organic and inorganic compounds”. in brazil, associated to activated sludge there may be other sewage treatment technologies such as: stabilization ponds or anaerobic sludge blanket bioreactors. many technologies have been studied and developed involving the emerging contaminants removal such as membrane bioreactor, ozonation, photocatalytic processes and anaerobic bioreactors. in the paragraphs below, we present a brief discussion about each one of these technologies. the membrane bioreactor technology (mbr) combines biological-activated sludge process and membrane filtration. this technology has emerged due to the increasing need for water reuse and together with a better understanding of the emerging contaminants dynamics in the wastewater. the mbr demonstrate suitable to become a technology capable to remove these contaminants. the most widely applied membrane separation processes are microfiltration (mf), ultrafiltration (uf), nanofiltration (nf), reverse osmosis (ro), electrodialysis (ed) and electro deionization (edi)42. the two main processes that use mbr technology are reverse osmosis and nanofiltration. both mechanisms remove efficiently various substances, being a technology of choice for emerging contaminants removal in developed countries43. anaerobic bioreactors are units containing a diverse microbiota which promotes different types of chemical and biochemical reactions applied in the wastewater treatment. these units are used in the southeast of brazil since it requires climate with average of temperature of 20 °c to avoid low microbial activity. the anaerobic reactors present advantages: demand low land area, present low energy consumption compared to aerobic processes, microbiota requires low nutrition substrate, low production of solids compared to aerobic processes, produces methane and hydrogen which could be used as power source and present tolerance to wastewater containing high organic load. although, the anaerobic bioreactors present as disadvantages: possible generation of bad odors such as h2s, not suitable to remove nitrogen, phosphorus and pathogen, requires post-treatment, the anaerobic microbiota present a complex biochemistry and it is susceptible to inhibition, bioreactor to reach steady-state regimen can be slow. the removal process involving anaerobic bioreactors are mainly adsorption in the biomass and chemical and biochemical reactions with the microbial community present in the biomass44. the uasb bioreactor expanded the application of anaerobic bioreactors in the sewage treatment system present in many different brazilian cities. there are many other anaerobic bioreactors configurations applied to remove emerging contaminants. for example, horizontal fixed-bed anaerobic bioreactor (haib) is a versatile and https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 17 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 simple to be maintained. haib is a fixed-bed bioreactor containing biomass immobilized in polyurethane foams. the polyurethane foams permit the biomass growth and attachment. the wastewater flow through as tubular ideal reactor. in the different sections along the bioreactor length, the anaerobic microbial community is diverse favoring different types of metabolism, therefore, the removal of organic compounds and wastewater with high organic load45,46. the haib bioreactor was successfully applied for removal of benzene, toluene, ethyl benzene and ethanol47, pentachlorophenol48, bioremediation of gasoline-contaminated groundwater46, linear alkylbenzene sulfonate49, sulfamethoxazole and ciprofloxacin50, sulfamethazine51,52, sulfamethoxazole and trimethoprim53. ozone has a strong oxidative action allowing to be used in the treatment of surface water, groundwater or wastewater. ozone-based technologies have the common objective to improve the disinfection and removal of organic compounds in the water. the search for this optimization is not only due to the fact that it is an expensive oxidant, but also because ozone induces the formation of toxic intermediate radicals. in addition, coupling ozonation with other processes, such as coagulation and filtration or even with the aid of uv, improves the biodegradability and organic compounds removal54. the advanced oxidative processes (aops) have high mineralization capacity of organic matter. however, the large-scale applications for these oxidative processes are still scarce and future applications are aimed with the use of solar energy and photocatalysis. therefore, two aops have concentrated most of the studies which are the homogeneous catalysis by the photo-fenton reaction and the heterogeneous catalysis assisted by uv/tio2 55. although there are many technologies for wastewater treatment, some mentioned in this article, adsorption has still been widely used and studied, albeit limited by the appearance of new materials. the most common sorbent materials used are activated carbon, zeolites, silica gel and activated alumina. however, advances in nanoscale technology have led to the development of new nanomaterials, mainly the carbon-based materials which are already applied in water treatment processes and carbon-based material obtained from solids residues (biochar) are environmentally friendly56. the development of new technologies and materials for wastewater treatment and water supply have grown significantly. however, there is a need for advancement in wastewater treatment technologies designed for emerging contaminants removal. as there is no single treatment capable to remove all compounds, moreover, there are different types of emerging contaminants, with distinct physicochemical properties which would require different treatments technologies. therefore, treatment technology suitable to be applied should be chosen according to the characteristics of the effluent (organic load, turbidity, conductivity, chemical and biochemical oxygen demand, emerging contaminants present). to evaluate the removal efficiency from a treatment technology is fundamental to apply analytical tests whether a target compounds or target class of compounds are evaluated in order to estimate the treatment efficiency. the development of new treatment technologies is mainly focus in the removal efficiency besides the transformation products formed during the treatment applied. there is a lack of studies in this area requiring toxicity research involving the compounds formed during the wastewater treatment. 5. emerging contaminants: sample preparation and applied techniques for analysis according to the arguments presented above, and, because there is no specific legislation that regulates the disposal of these contaminants in the environment, the scientific community raised the concern about the development of analytical methods able to determine emerging contaminants present in several environmental matrices. moreover, during 2000-2010 occurred a huge development in analytical instrumentation, specially, in equipment using mass spectrometry. the development of new configuration improving the sample ionization, new mass analyzer such as orbitrap or combining mass analyzers such as quadrupole (q) with linear ion-trap (qtrap) and q with time-of-flight (qtof) permitted to detect compounds in pg l-1 to µg l-1 concentration. this analytical advancement was essential to found emerging contaminants in wastewater and sewage. currently, most of the literature published on the issue of emerging contaminants is focused on https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 18 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 the monitoring of target compounds. this traditional approach may prove to be insufficient since it excludes the metabolites or possible transformation products generated which could presents the environmental relevance. and many of these transformation products or metabolites may be “ecotoxicologically” more harmful than the target compound itself. despite the efforts, it is still difficult to screen untargeted compounds due to a lack of analytical standards and databases that allow the search of a possible structure for a given elemental composition within the instrument software57. although the occurrence of pharmaceutical compounds in the environment has been reported for more than 20 years, in 2007 official methods have emerged using liquid and gas chromatography coupled to mass spectrometry for the determination of these compounds, respectively58,59. thus, the use of lc-ms/ms for the determination of these substances were systematized, mainly in europe and the united states of america60. the determination of pharmaceutical compounds in environmental samples can also be performed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (gc-ms). however, many compounds are not thermally stable, making gcms determinations difficult, and derivatization reactions would be essential. since most pharmaceuticals are soluble in the mobile phase, high performance liquid chromatography coupled to sequential mass spectrometry (lc-ms/ms) has been widely used as a method of analysis. according to silva and collins (2011), this fact can be explained by the versatility of the lcms/ms technique, which can be used for analytes with different polarities61. this method is able to reach limits of detection and quantification at ng l 1 concentration level. silva et al. (2011) determined simultaneously 43 drugs in surface waters of the ebro river basin, spain, of different therapeutic classes, such as anticonvulsants, anti-inflammatories, antidepressants, hormones and others in a concentration range of the order of ng l 1 by liquid chromatography coupled to a tandem mass spectrometry (lc-ms/ms)62. stewart et al. (2014) carried out a multi-residue analysis of 46 pharmaceutical drugs in estuaries also using lcms/ms, and it was possible to quantify 21 of the substances classified as emerging contaminants present located in auckland, new zealand63. despite the several advances in analytical instrumentation, the sample preparation step is still necessary and extremely important. environmental samples are complex, and it is essential to preconcentrate the analytes, eliminate or remove with high efficiency interferents and sample components. this process is essential to decrease the matrix effect and to avoid possible damages to the equipment. previous published papers as silva et al. (2011)62 and williams et al. (2019)30 presented solid phase extraction (spe) as the technique of choice for conducting their experiments and this technique of sample preparation proved to be satisfactory for the determination of emerging contaminants. introduced in the early 1970s, the spe is an extraction technique by sorption. this technique appeared to replace the traditional liquid-liquid extraction (lle), since the lle requires large volumes of samples and solvents, there is the formation of emulsion and still the solvents used in this kind of extraction are toxic like chloroform, toluene, hexane and others, and end up generating toxic and non-environmentally friendly waste64,65. spe is currently the most popular technique of sample preparation and the most common form uses solid phases called sorbents immobilized in a cartridge. the commercially available solid phases are based on organic groups such as c18, c8, cyclohexyl, phenyl and others chemically bonded to silica. these phases are the same used in the columns of liquid chromatography. besides these, other phases are characterized as polystyrene divinylbenzene, with high surface area, great stability in different ph ranges and high retention capacity, and the graphitized carbon, responsible for low resistance mechanical materials, homogeneous, crystalline structure and great retention power64. although there is an extensive variety of commercially available sorbents, the most commonly known and used commercial hydrophilic sorbent is oasis hlb from waters. this material is a macroporous poly(nvinylpyrrolidone-divinylbenzene) (pvp-dvb) copolymer with a high surface area. this stationary phase proved to be versatile, becoming popular for the sample preparation due to being suitable to extract compounds with different polarities, cleaning of complex matrices with effectiveness in terms of interference removal66. this stationary phase was chosen in many studies of emerging https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 19 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 contaminants in environmental samples for the extraction and determination of pharmaceuticals compounds29,62, illicit drugs67,68 among other compounds. the analytical method development using spe in environmental analysis allowed the use of large sample volumes, around 50 to 1000 ml66, and this way as indicated by jardim (2010, p. 15)64 “the concentration can be increased by a factor of 100 to 5000, making possible the qualitative and quantitative analysis at the trace levels.” other hydrophilic polymeric sorbents have been also developed, such as bond elut plexa (agilent technologies)66 or strata-x (phenomenex)66,69, which are the most commonly used chemically modified sorbents with polar functionalities. in the table 2, we show some studies and the results obtained, mainly for the extraction of pharmaceutical compounds in environmental samples, using the stationary phases for spe discussed in this article. table 2. application of some commercial polymeric sorbents for spe. sorbent target analytes matrix sample volume (ml) recovery (%) matrix effect (%) ld (ng l-1) reference oasis hlb (waters) pharmaceuticals surface and wastewater 50.0 21.0-116 6.00-123 1.00-500* [70] pharmaceuticals surface and wastewater 100-500 35.0-116 < 25.0 0.500-60.0 [71] illicit drugs surface water 250 71.0-104 80.0-100 0.0100-1.54 [68] strata-x (phenomenex) pharmaceuticals wastewater 100 26.0-117 70.0-130 0.100-5.00 [72] bond elut plexa (agilent technologies) pcps surface water 500 46.0-101 45.0-108 1.00-4.00 [73] legend: ld = limit of detection; *method quantification limits. source: withdrawn and adapted from gilart et al.66. the spe is a technique that requires at least four steps for the sample preparation: sorbent conditioning, sample loading, clean-up (remove the interferers and matrix concomitants) and elution of the analytes64,69,74. figure 3 shows these steps: legend: analytes interferers fig 3. adapted spe analytical steps: 1) conditioning; 2) loading sample; 3) wash; 4) elution74. this technique has extensive applications being a consolidated technique in sample preparation, mainly in environmental field. moreover, epa method establishes spe as sample preparation technique of choice for organic contaminants58,74. it is also worth mention the development of new spe sorbent materials produced several modifications in recent years, with most based on miniaturization and automation resulting in novel extraction techniques, such as solid phase dynamic extraction (spde), microextraction by packed sorbent (meps), matrix solid phase dispersion (mspd) stir-bar sorptive extraction (sbse), solid phase microextraction (spme) and other technologies also applied in the sample preparation of wastewaters66,74. however, in this review, we focus only on traditional spe (off-line) and on-line. although a conventional setup of spe (spe offline) is the most common choice and the most used method for the sample preparation it is a tedious and time-consuming procedure. in this mode the chromatography analysis is separated from sample preparation procedure and in order to avoid sample https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 20 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 cross-contamination, sample loss, decrease in the volume of solvents usage and increase the analytical frequency, it is fundamental to integrate sample preparation and chromatographic separation. on-line spe incorporates all the steps involved in conventional spe into an integrated system for chromatography. in order to effectively occur this integration between sample preparation and chromatography, a strategy called column switching mode enables integrated analysis in an efficient and productive way69,74. the coupling of this technique has become accessible, based on an instrumental arrangement that includes the coupling of a six-port valve with two positions to the system74,75. in this way, the system works using two pumps, in which a pump loads the sample into the sample preconcentration column, where the analytes are retained. the other pump then elutes the analytes using the gradient elution for the analytical column74,75. the used system can be seen in the figure 4. fig 4. column switching configuration in backflush mode: a) loading; b) elution. according to mentioned above and demonstrated by the figure 4, the on-line mode overcomes some limitations of off-line mode, in addition to avoid problems such as sample crosscontamination, minimizes the volume of waste generated and reduces the amount of solvent used, although it might require available dedicated devices or instrumental arrangement with valves and pumps75. table 3 shows some advantages and disadvantages among spe on-line and off-line. table 3. comparison between spe configurations. spe on-line spe off-line requires small sample volumes high sample volumes are necessary reusable cartridges disposable cartridges less flexibility, most systems do not allow coupling sequential extraction and possibility of using different combinations of cartridges connected in series direct and fast elution of the sample after preconcentration risk of degradation of compounds (longer overall analysis time) minimal consumption of organic solvents consumption of organic solvents for elution reduced analysis time and high throughput longer analysis time expensive equipment (requires auxiliary instruments such as pumps and valves assemblies) economical equipment source: withdrawn and adapted from rodriguez-mozaz et al.76. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p11-26 original review 21 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.11-26 the development of new stationary phases permitted to develop suitable methods in complex environmental matrices and provide an efficient and well-succeed analysis. in addition, the sample preparation procedure automation through column switching and coupling to the detection system (lc-ms/ms) permitted a great progress in analyzing environmental samples, especially emerging contaminants, proving to be fast, accurate and with reduced solvent consume. 6. conclusion emerging contaminants have attracted the scientific community attention due to the wide variety of compounds that fit into this class. those compounds can cause harmful effects to ecosystems balance and even to human health, besides the lack of research related to this topic. in this review, the focus was given to caffeine, a natural substance present in several consumed products such as medicines, personal care products and food in general. considered as a marker of anthropogenic activity, caffeine has been the subject of ecotoxicity studies at similar concentrations to those found in the environment and adverse effects on organisms of several species have been reported. the risks caused by caffeine and emerging contaminants to the biota and the lack of legislation capable of regulating or controlling the disposal of these contaminants into the environment are the main issue. moreover, we can notice the efforts on the development of new sorbent materials, as well as on the advancement of analytical instrumentation in order to reach ever lower concentrations. among the existing sample preparation techniques, spe is considered the most extensively used technique due to its advantages that include simplicity, flexibility, automation possibilities and many other factors. spe is a technique that allows enhancement to further increase the quality of analysis with better precision and accuracy. allied to this, seeking alternative solutions or technologies for emerging contaminants removal in association to the mass spectrometry and sample preparation advancement are an important role to evaluate the proposed removal technology. the development of these analytical techniques and methods advancement provide essential pieces of information to understand the emerging contaminants dynamics in the environment as well as permit monitoring them in the most diverse environmental matrices supporting ecotoxicological researches related to human, fauna and flora effects. therefore, government and environmental authorities’ decisions should be based on scientific data which permits to elaborate normative controlling the sewage and wastewater discharge, which would reduce the emerging contaminants present in the wastewater and others environmental matrices. 7. acknowledgements the authors are grateful to fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp no. 2016/03369-3, 2018/11700-7, 2018/22393-8 and inct-datrem no. 14/509454), conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes) and the institute of chemistry – são paulo state university (iq/unesp). 8. references [1] quesada, h. b., baptista, a. t. a., cusioli, l. f., seibert, d., bezerra, c. o., bergamasco, r., surface water pollution by pharmaceuticals and an alternative of removal by low-cost adsorbents: a review, chemosphere 222 (2019) 766-780. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.02.009. 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https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.03.039 https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.03.039 https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.03.039 https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.03.039 https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.03.039 https://doi.org/10.1007/s00216-010-3720-x https://doi.org/10.1007/s00216-010-3720-x https://doi.org/10.1007/s00216-010-3720-x https://doi.org/10.1007/s00216-010-3720-x https://doi.org/10.1007/s00216-010-3720-x https://doi.org/10.1007/s00216-010-3720-x https://doi.org/10.1080/07373937.2011.645413 https://doi.org/10.1080/07373937.2011.645413 https://doi.org/10.1080/07373937.2011.645413 https://doi.org/10.1080/07373937.2011.645413 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1007/s00216-010-4101-1 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2006.05.024 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2006.05.024 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2006.05.024 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2006.05.024 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2006.05.024 original review 26 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 11-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.11-26 wastewaters, talanta 70 (4) (2006) 678-690. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2006.05.024. 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https://doi.org/10.1016/j.chroma.2009.08.039 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2009.08.039 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2009.08.039 https://doi.org/10.1016/j.trac.2015.08.015 https://doi.org/10.1016/j.trac.2015.08.015 https://doi.org/10.1016/j.trac.2015.08.015 https://doi.org/10.1016/j.trac.2015.08.015 https://doi.org/10.1016/j.trac.2015.08.015 https://doi.org/10.1007/s00216-015-9038-y https://doi.org/10.1007/s00216-015-9038-y https://doi.org/10.1007/s00216-015-9038-y https://doi.org/10.1007/s00216-015-9038-y https://doi.org/10.1007/s00216-015-9038-y https://doi.org/10.1007/s00216-015-9038-y https://doi.org/10.1007/s00216-015-9038-y https://doi.org/10.1016/j.chroma.2007.01.046 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2007.01.046 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2007.01.046 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2007.01.046 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2007.01.046 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2007.01.046 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2007.01.046 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 issn 1678-4618 page 1/13 1sana’a university, faculty of science, sana’a, yemen. 2amran university, faculty of applied sciences and humanities, amran, yemen. +corresponding author: adlia ahmad abduljabbar, phone: +967736966503, email address: dr.adlia@amu.edu.ye original article study of the impact of irradiation and temperature on physical and chemical characteristics of paracetamol hussein manaa ali al-maydama1 , adlia ahmad mohammad abduljabbar2+ abstract pure paracetamol samples were subjected to temperature (40 °c) and light (sunlight, uv-lamp, and γ-ray) for time intervals. treatment impact on the extent of chemical and physical impairments in the treated samples was pursued by comparing the results obtained from thermogravimetric analysis and differential scanning calorimeter (tga/dsc), scanning electron microscopy (sem), x-ray diffraction (xrd), highperformance liquid chromatography (hplc), and photocatalytic decomposition process. thermal analysis behavior, lifetime prediction, thermal stability, kinetics (i.e., ea, z, n), and thermodynamic (∆g*, ∆h*, and ∆s*) parameters were investigated for samples before and after exposure to heat and light from curves of the nonisothermal gravimetric analysis (tga) at a heating rate of 10 °c min–1 and with an association of coats-redfern and the other standard equations. changes in crystallinity percentage were calculated relative to the untreated sample using measurements of dsc and xrd. in some treated samples, changes in morphology and purity were observed in sem images and hplc results. kinetic parameters were determined, and the photocatalytic degradation percentage was discussed. article history received august 22, 2023 accepted may 08, 2024 published july 22, 2024 keywords 1. paracetamol; 2. treatments; 3. tga/dsc; 4. xrd; 5. sem. section editor irlon maciel ferreira highlights thermal behavior of paracetamol allows for obtaining thermodynamic data. changes in crystallinity and purity were observed by different techniques. kinetic parameters and photocatalytic decomposition percentage were discussed. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 https://ror.org/04hcvaf32 https://ror.org/055y2t972 mailto:dr.adlia@amu.edu.ye https://orcid.org/0000-0002-0455-8074 https://orcid.org/0000-0002-8801-8509 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 2/13 1. introduction the chemical changes, physical state, or form, of active pharmaceutical ingredients (api), as well as other performance characteristics of pharmacological products (such as dissolution, particle changes, and surface modifications), all have a substantial impact on product efficacy and safety (huynh-ba, 2010). the efficacy, safety, and quality of pharmaceutical products may be affected by various environmental factors, particularly those distributed in harsh climates or entering commerce abroad. most environmental impact factors on stability are caused by insufficient storage (in heat, moisture, or sunlight), which can cause the medicine to degrade and lose its therapeutic properties (akyar, 2011). acetaminophen, often known as paracetamol, is a popular analgesic and antipyretic used to treat fever and acute pain. some studies (lusina et al., 2005) focused on how the characteristics of analgesics varied when exposed to normal and accelerated conditions (above 50 °c and 80% relative humidity). the studies that documented the decomposition of analgesics caused by radiation impacts were greatly improved, and each of these studies addresses the impact of long-term storage conditions (2 weeks 3 months) (suno et al., 2015; vermeire and remon, 1999). in our paper published elsewhere (al-maydama et al., 2018), such changes have been observed in the treated aspirin samples by sunlight, uv-lamp, and γ-ray when compared with the untreated one. when thermally evaluated utilizing single and multiple heating rates techniques with a change in its heat of fusion value, the thermal degradation of the paracetamol study was previously a topic of interest (oliveira et al., 2017; schnitzler et al., 2002; tomassetti et al., 2005). studies on the photocatalytic degradation of the analgesics (paracetamol) under investigation were conducted using uv and sunlight systems in the presence of tio2, and their efficacy was dependent on the intensity of the light (aguilar et al., 2011; méndez-arriaga et al., 2008; moctezuma et al., 2012; trujillano et al., 2022). the described photocatalytic decomposition studies utilized different methodologies and aspects than this work. in this work, the analgesic acetaminophen (paracetamol) has been exposed to temperature (40 c) and irradiation (sunlight, uv-lamp, and γ-ray) to observe their effects. the purpose of this study is to investigate how temperature and irradiation affect the chemical and physical properties of paracetamol. to determine the purity, crystal properties, and decomposition of both treated and untreated paracetamol samples, various techniques such as high-performance liquid chromatography (hplc), x-ray diffraction (xrd), scanning electron microscopy (sem), thermal analysis, and photocatalytic degradation were used. the thermal analysis behavior, lifetime prediction, decomposition kinetics, and thermodynamic parameters from a single heating rate (10 c min–1) using a technique of the nonisothermal thermogravimetric analysis (tg/dtg) and differential scanning calorimeter (dsc) were processed by the coats-redfern (cr) method (coats and redfern, 1964) with the assistance of relevant standard equations. the chemical or physical changes due to temperature and irradiation exposure were compared to the results of the standard sample (untreated) obtained from the relevant measurements of the study and hence discussed. 2. experimental 2.1. reagents and solutions the modern pharmaceutical company (yemen) provided the analytical standard grade (≥ 99%) paracetamol compound for use in pharmaceutical products (also known as acetaminophen). chemicals suitable for hplc such as methanol and water, are offered by sharlua. 99% purity of tio2 (anatase) is available from sigma-aldrich. according to the british pharmacopeia (2009), paracetamol has the following structure and physical characteristics. acetaminophen (paracetamol) acetamide, n-(4-hydroxyphenyl)-.4′-hydroxyacetanilide m.wt: 151.16 g mol–1 chemical formula: c8h9no2 m.p.: 168–172 c 2.2. preparing sample 2.2.1. exposure strategy a specific quantity of the standard paracetamol took place over 8 days in vials at a temperature of 40 c in a digital oven (memert gmbh co. kg, germany). a nearly identical amount of the pharmaceutical was exposed to a 300 w uv-a lamp (λ=365 nm) for 12 h at far from 18 cm. approximately the same amount of the drug was exposed to sunlight for 8 days. a total of 80 gy of γ-ray radiation (source co60) was administered to two petri plates, each of which contained an equal amount of solid and aqueous samples of paracetamol. 2.2.2. sampling for photocatalytic study the sunlight photocatalytic decomposition of the samples of standard and treated paracetamol was conducted by combining 20 ppm of the sample with 1 mg ml–1 aqueous solution of tio2 catalyst (anatasepurity 99%, sigma-aldrich) to make up a reacting mixture. a 300-minute direct sunlight exposure of 15 min time intervals per aliquot collection was considered. therefore, for each paracetamol sample, fifteen samples of 25 ml reacting mixture were prepared to correspond to the consecutive 15 min time intervals each individually. the samples were exposed to sunlight in open beakers on a sunny day from 10:00 am to 2:00 pm (winter). an aliquot of 10 ml of the reaction mixture was placed into a covered test tube at every consecutive 15 min interval of sunlight exposure and centrifuged to separate the catalyst residue for 30 min (4000 r.p.m.). the ph of the solution used in the photocatalytic experiment was measured at 6.5. at the same concentration of the interest of paracetamol samples, the photocatalytic decomposition processes were individually investigated. 2.3. methods and physical measurements 2.3.1. thermal analysis the tga and dsc curves of paracetamol-treated and untreated were analyzed using non-isothermal netzsch, sta 449 f3. all measurements employed highly sintered al2o3 as a reference material and sample masses ranging from 6.4 to 9.2 mg. the samples under investigation were subjected to thermal https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 3/13 analysis measures at a heating rate of 10 °c min–1, nitrogen flow rates of 25 ml min–1, and temperature ranges of 25–650 °c. the relevant tga curves were used to derive quantitative data. the kinetic parameters of the decomposition processes before and after treatments were calculated using the coatsredfern method (coats and redfern, 1964). 2.3.2. x-ray diffraction the instrumentation, shimadzu ed-720 xd-2 powder xray diffractometer at 20 ma current and a voltage of 35 kv with a cuk(u) radiation generator at 1 min–1 scanning rate in the range of 5 < 2θ < 65 and a wavelength of 1.54056 å was used to obtain the powder x-ray diffraction patterns of the paracetamol samples. 2.3.3. high-performance liquid chromatography (hplc) for separation and detection of paracetamol, the hplc system (hplc jasco, uv2075 uv/vis detector, and pump 2089 plus) was employed. the mobile phase was a 30:70 mixture of methanol and water. before and after treatments, 100 mg of paracetamol samples were dissolved in 100 ml of the mobile phase. 10 ml of this solution was diluted with the mobile phase to a concentration of 0.1 mg ml–1. at room temperature (25 oc), the analysis was performed at a flow rate of 2 ml min–1. the bds hypersil c18 column (200 mm  4.6 mm) was employed. a uv-visible detector was used to record chromatograms at 245 nm, and the retention time ranged from 5.27 to 5.33 min. 2.3.4. scanning electron microscope (sem) the surface morphology and form of the particles were examined using a scanning electron microscope. using an instrumental jeol jem-1200 ex ii electron microscope and goldcoated samples, sem pictures took place at a 20 kv acceleration voltage. 2.3.5. electronic spectra the absorbance of the treated and untreated paracetamol was measured at various time intervals for the photocatalytic decomposition using a uv-vis spectrophotometer (specord200, analytik jena). paracetamol has maximum absorbance (λmax) at 254 nm. the beer-lambert law was applied to compute the relevant data at λmax from the electronic spectra curves. 3. results and discussion 3.1. thermal analysis of paracetamol the tg and dtg curves recorded for the paracetamol before and after treatments are shown in fig. 1. these curves describe and evaluate the thermal decomposition behavior of paracetamol samples at a given experimental condition. the results of the thermal degradation behavior of these samples are summarized in table 1. it is noteworthy that the dsc curves in fig. 2 exhibit a prominent single endothermic peak for all paracetamol samples almost within the range of their single degradation steps. these endothermic peaks are attributed to the samples’ heat of fusion as shown in fig. 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 4/13 figure 1. tg and dtg curves of paracetamol before and after treatments (a) standard, (b) 40 c-8d, (c) uv-12 h, (d) γ-solid, (e) γ-aq, (f) sun-8d. table 1. thermodynamic and kinetic parameters of thermal decomposition of the paracetamol samples before and after exposure to irradiation and temperature. paracetamol samples step n ea kj mol–1 tga log z at tdtg ∆m % ∆g* kj mol–1 ∆h* kj mol–1 ∆s* kj mol–1 final residue ti c tf c tdtg c standard 1 3.6 126.2 211.1 398.2 354.1 11.16 95 144 121 -37.5 5% 40 °c-8d 1 0.7 118.4 227.8 360.2 338 9.74 86.2 152.7 113.3 -64.5 13.8% uv-12h 1 0.75 111.3 227.8 367.5 345.3 9.04 91.3 154.4 106.2 -78 8.7% γ-solid 1 0.7 104.7 232.7 372.5 342.9 8.39 92.3 155.2 99.54 -90.3 7.7% γ-aqueous 1 1.1 122.3 230.2 370.1 340.5 10.16 94.4 151.8 117.2 -56.4 5.6% sunlight-8d 1 0.6 116.8 221.1 344.1 326.8 9.82 94.5 149.4 111.8 -62.7 5.5% figure 2. dsc profiles of the paracetamol samples before and after exposure to irradiation and temperature. 3.1.1. assessment of thermal decomposition kinetics the activation energy (ea) and pre-exponential factor (z) are calculated using the cr method (coats and redfern, 1964) for the proper order of reaction (n) to assess the decomposition of the thermal kinetics parameters at (10 c min–1) single heating rate. the coats-redfern equation is linearized for a well-selected order of reaction, and the activation energy (ea) is determined from the slope of eqs. 1 and 2: 𝑙𝑜𝑔 1−(1−𝛼)1−𝑛 𝑇2 (1−𝑛) = 𝑙𝑜𝑔 [ 𝑍𝑅 𝑞 𝐸𝑎 (1 − 2𝑅𝑇 𝐸𝑎 )] − 𝐸𝑎 2.303𝑅𝑇 𝑓𝑜𝑟 𝑛 ≠ 1 (1) 𝑙𝑜𝑔 [ − 𝑙𝑜𝑔 (1−𝛼) 𝑇2 ] = 𝑙𝑜𝑔 [ 𝑍𝑅 𝑞 𝐸𝑎 (1 − 2𝑅𝑇 𝐸𝑎 )] − 𝐸𝑎 2.303𝑅𝑇 𝑓𝑜𝑟 𝑛 = 1 (2) where: t = temperature (k), α = fraction of weight loss, z = pre-exponential factor, q = heating rate, n = order of reaction, and r = molar gas constant. for a temperature of maximum mass loss rate (tdtg), the pre-exponential factor (z) is computed from the intercept. in general, one step of the decomposition process for the samples of standard and treated paracetamol can be seen by attentively examining the tg/dtg curves (fig. 1). 3.1.2. thermal decomposition behavior of paracetamol the thermal studies of paracetamol at single and multiple heating rates were mentioned elsewhere (schnitzler et al., 2002; tomassetti et al., 2005). it showed a single-step (214–357 c) degradation behavior at a tdtg peak at 326 c with various heat of fusion values (22.8–35.7 kj mol–1). this agrees fairly with the results obtained for the samples with interest. unlike the treated samples, although the tg curve of the untreated paracetamol sample shows one degradation step, its dtg curve appears with two immature peaks followed by one principal peak at 354.1 c. this may indicate rate variation due to competitive degradation reaction. the standard paracetamol (untreated sample) loses 95% in a single step at 211.1 – 398.2 c at a maximum temperature (tdtg) of 354.1 c and 5% residue. according to the order of reaction (n = 3.6), the activation energy is determined to be 126.2 kj mol–1. the parameters of thermodynamic ∆h*, ∆s*, and https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 5/13 ∆g* are 121 kj mol–1, –37.5 j k–1 mol–1, and 144.6 kj mol–1, respectively. for paracetamol exposed to 40 c temperature, the single step (227.8 – 360.2 c) at tdtg of 338 c is accompanied by a mass loss of 86.2% and 13.8% residue. the activation energy ea for the single step (n = 0.7) is 118.4 kj mol–1 and the thermodynamic parameters (∆h*, ∆s*, and ∆g*) calculated for this step are – 113.3 kj mol–1, –64.5 j k–1 mol–1, and 152.7 kj mol–1, respectively. the uv-lamp irradiated paracetamol shows a single step of degradation (227.8 – 367.5 c) at tdtg of 345.3 c with mass loss of 91.3% and residue of 9.7%. the value of activation energy of the single (n = 0.75) step is 111.3 kj mol–1 and the values of ∆h*, ∆s*, and ∆g* of this step are 106.2 kj mol–1, –78 j k–1 mol–1, and 154.4 kj mol–1, respectively. the single degradation steps of the treated paracetamol with γ-ray in solid and aqueous states are observed at (232.7 – 372.5 c) and (230.2 – 370.1 c) range at tdtg of 243.9 c and 340.5 c with mass losses of 92.3% and 94.4%, and residues of 7.7% and 5.6%, respectively. values of ea, ∆h*, ∆s*, and ∆g* for the single decomposition step of paracetamol irradiated with γ-ray in solid (n = 0.7) and aqueous (n = 1.1) states are (104.7 kj mol–1, 99.5 kj mol–1, –190.3 j k–1 mol–1, and 155.2 kj mol–1) and (122.3 kj mol–1, 117.2 kj mol–1, –56.4 j k–1 mol–1, and 151.8 kj mol–1), respectively. the degradation of paracetamol treated with sunlight shows single-step (221.1 – 344.1 c) at tdtg of 326.8 c with mass loss of 94.5% and residue of 5.5%. the activation energy for the single (n = 0.6) step is found to be 116.8 kj mol–1. the values of δh*, δs*, and δg* are 111.8 kj mol–1, –62.7 j k–1 mol–1, and 149.4 kj mol–1, respectively. typically, for all the samples, the positive values of δh* and δg* for the transition-state reaction indicate an extremely small equilibrium constant and the reactants are stable concerning the formation of the activated complex and there are insignificant variations in values of the samples before and after treatments. the changes in activation entropy values for the individual steps of the paracetamol samples’ decomposition are negative, reflecting the corresponding reduction in degrees of freedom for rotation in the reactants and generating the new degrees of freedom for vibration in the activated complex, which is more ordered than the reactants (al-maydama, 2004). 3.1.3. estimating the lifetime (tf) from the tga observed curves for the paracetamol samples before and after treatments, the lifetime was estimated for various temperatures (25, 40, 100, 150, and 200 c). the estimated lifetime of the paracetamol samples can be defined as the time when 5% of the degradation was reached (prime et al., 2009), and for n ≠1 be obtained from the eq. 3: 𝑡𝑓 = (1−0.951−𝑛) 𝑍(1−𝑛) 𝑒𝑥𝑝 𝐸𝑎 𝑅𝑇 (3) according to the data for kinetics collected by applying the cr method (tables 1 and 2) and eq. 3, the predicted lifetime for the decomposition of the paracetamol samples at a conversion of 5% and a variety of temperatures are summarized in table 2. values of the estimated lifetime for the decomposition vary consistently with the temperatures of (25, 40, 100, 150, and 200 c). a lifetime (t5%, 25°c) is typically estimated using the time for 5% conversion of the samples of treated and untreated paracetamol at 25 c (prime et al., 2009). all the samples show almost the same lifetime except for the value (4.7×108 s) of γ-ray in the solid state, as given in table 2. table 2. the standard and treated paracetamol samples’ dsc characteristics and calculated values of a lifetime at different temperatures of the decomposition based on weight loss (α = 5%). variable dsc tf (sec) at 5% conversion log z at 5% m.p. (c) ∆hf kj mol–1 xc (%) 25 c 40 c 100 c 150 c 200 c standard 171.5 18.9 100 5.1 × 109 4.4 × 108 1.8 × 105 1.5 × 103 33.3 11.15 40 °c-8d 154.5 15.3 81 5.2 × 109 5.3 × 108 3.5 × 105 3.9 × 103 110.1 9.74 uv-12h 174.5 19.5 103.1 1.6 × 109 1.8 × 108 1.9 × 105 2.7 × 103 93.6 9.03 γ-solid 174.7 19.8 104.7 4.7 × 108 6.1 × 107 9.5 × 104 1.8 × 103 75.8 8.39 γ-aqueous 174.5 19.1 100.9 9.9 × 109 9.3 × 108 4.8 × 105 4.6 × 103 115.4 10.16 sunlight-8d 169.2 17 90.02 2.3 × 109 2.4 × 108 1.8 × 105 2.1 × 103 61.4 9.82 3.1.4. thermal stability of paracetamol based on temperature fluctuation at the maximum degradation rate (tdtg), the thermal stability of decomposition is measured (al-maydama et al., 2009; donia et al., 1992). as the paracetamol samples before and after treatments show almost incomparable differences in their temperature of the maximum degradation rates (tdtg) the increase in thermal stability of the paracetamol samples can be listed in the following order: standard (354.1 c) > uv-sample (345.3 c) > γ-solid (342.9 c) > γ-ray-aqueous (340.5 c) > 40 c-sample (338 c) > sunlight (326.8 c). the decomposition rate consequently decreases as the slope of the cr method plot increases because the activation energy increases. it follows that the activation energies (kj mol–1) of the treated and untreated paracetamol samples rise in the following order: standard (126.2) > γ-ray-aqueous (124.1) > 40 c-sample (120.4) > sunlight (116.8) > uv-sample (111.3) > γ-solid (104.7). consequently, the decomposition rates are increasing in the following order: γ-solid > uv-sample > sunlight > 40 c-sample > γ-aqueous > standard 3.1.5. dsc technique the curves of dsc for the treated and untreated paracetamol samples are shown in fig. 2. according to the dsc curves, the melting point of the standard paracetamol is 171.5 °c https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 6/13 which agrees with the literature values of 168 – 172 c, indicating the extremely pure of the standard paracetamol (british pharmacopeia, 2009). the results indicate that when the melting points of the standard paracetamol and the treated samples are compared, the melting point of the paracetamol exposed to sunlight (169.2 c) is within the range of values reported in the literature, while that exposed to 40 c exhibits the lowest melting point value (154.5 c). however, the melting points of paracetamol treated with uv-lamp and γ-ray in solid and aqueous states (174.4 – 174.8 c) are noticeably higher than the literature values. various fusion heat values (22.8 – 35.7 kj mol–1) were reported for paracetamol (oliveira et al., 2017; schnitzler et al., 2002; tomassetti et al., 2005). some of these values are fairly comparable to the value obtained (18.9 kj mol–1) for the untreated sample. the ratio of the treated paracetamol sample’s enthalpy of fusion to that of the standard paracetamol was applied to determine the relative crystallinity of the treated paracetamol samples (i.e., 40 °c, uv, sunshine, and -ray) as given in the eq. 4: 𝑋𝑐(%) = ∆𝐻𝑓 ∆𝐻𝑓 ° × 100 (4) where xc is the relative crystallinity, ∆hf is the enthalpy of fusion for the treated sample and ∆hf ° is that of the 100 % crystalline standard, i.e., of the standard paracetamol sample. the relative crystallinity and fusion heat of the standard and treated paracetamol samples were evaluated using eq. 4, as given in table 2. when compared to the greatest crystallinity value (100%) estimated for the standard paracetamol, the treated paracetamol samples’ extent of crystallinity reduction is measured (varshny and patel, 1994). the lowest values of the relative crystallinity (81 and 90%) and consequently that of the enthalpy of fusion (15.3 and 17 kj mol–1) are reported for the paracetamol samples exposed to the temperature of 40 c and sunlight, respectively. 3.2. x-ray diffraction figure 3 displays the paracetamol xrd patterns before and after being exposed to radiation and temperature. these patterns demonstrate that paracetamol has a polycrystalline phase (five principal peaks at 15 ≤ 2θ ≥ 45.5). comparing the apparent sublattice peaks with the crystallographic data available in the crystallographic information file no: 2103465. cif, the crystal structures of all paracetamol samples except sunlight-treated samples belong to the orthorhombic symmetry, space group pbca. while the xrd pattern of the sunlight-treated paracetamol sample matches essentially with the monoclinic symmetry, space group p2/a (druzhbin et al., 2015; jendrzejewska et al., 2020), mixed with the original orthorhombic polymorph as a minor component. the occurrence of some crystal lattice inversion for the paracetamol samples treated with uv, γ-ray both solid and aqueous states, and at 40 c, can be evidenced by the interchange of relative intensities of the sublattice peaks observed at 2θ ~ 15 and ~20, as indicated by asterisks (*) in the relevant patterns. this crystallographic inversion represents one of some lattice disorders, as expected from dsc results, particularly those samples treated with sunlight and at 40 c, behind which both δhf and m.p. are greatly dropped. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 7/13 figure 3. xrd patterns for paracetamol before and after exposure to irradiation and temperature: (a) standard, (b) 40 c-8 d, (c) uv-12 h, (d) γ-solid, (e) γ-aq, (f) sun-8 d. source: elaborated by the authors using data from mdi jade 5. the debye-scherrer and williamson-hall (w-h) eqs. 5 and 6 can be used for calculating the average crystal size (yousaf et al., 2021): 𝐷 = 𝑘𝜆 𝛽ℎ𝑘𝑙 cos 𝜃 (5) 𝛽ℎ𝑘𝑙 cos 𝜃 = 𝑘𝜆 𝐷 + 4𝜀 sin 𝜃 (6) where β is full width at half maximum (fwhm in radians), λ is the wavelength (λ=1.54056 å), d is the particle size (nm), k is scherer constant (0.94), and θ is the diffraction angle, and ε is the micro strain. the slope of the fitted line indicating the strain can be used to calculate the effective particle size. table 3 shows a comparison of the particle size of paracetamol samples using scherrer and williamson-hall (w-h) equations. due to variation in averaging particle distribution, the values of the average crystalline size gained for the w-h equation showed significant fluctuation. the crystalline size (10.3457.93 nm) that was observed for the w-h equation is inconsistent with scherrer’s equation. table 3. the properties of lattice crystalline and relative purity of the standard and treated paracetamol samples using xrd and hplc techniques. paracetamol samples hplc xrd purity% 2θ β d (nm) microstrain xc% scherrer w-h standard 100 15.46 0.006178 23.54 28.39 0.0009 100 18.08 0.006754 23.32 0.005917 24.36 0.006423 26.38 0.006126 40 °c-8d 98.7 15.4 0.006388 22.61 24.54 0.0004 113.8 18.06 0.006999 23.42 0.006423 24.3 0.006301 26.42 0.006562 uv-12h 98.9 15.36 0.005864 23.78 26.33 0.0007 93.9 18.1 0.006754 23.4 0.006545 24.34 0.005969 26.34 0.005986 γ-solid 101.4 15.48 0.006353 20.32 57.93 0.0068 99.4 18 0.005655 23.4 0.011083 24.38 0.009809 26.44 0.006144 γ-aqueous 101.3 15.32 0.00473 23.75 42.59 0.0037 83.9 18.06 0.006632 23.54 0.010489 24.24 0.006597 26.4 0.005096 sunlight-8d 99.5 15.099 0.008255 24.08 10.34 -0.01 126.5 17.959 0.006266 23.279 0.003857 24.201 0.003665 26.48 0.003019 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 8/13 according to the integrated areas of the five principal peaks as a ratio to those of the standard samples, crystallinity calculation is given in table 3. according to the results reported in table 3, paracetamol treated with -ray in the aqueous state (83.9%) and with uv light (93.9%) significantly decreased crystallinity. the nanoparticle size in the literature ranges between 1-100 nm (boverhof et al., 2015). the particle size obtained from xrd (table 3) for the untreated sample is 23.54 nm. the particle size of treated paracetamol samples calculated by xrd exhibits no effects on their size of nanoparticles (20.3 – 24.08 nm) due to radiation and temperature treatments. this means that, as the particle size depends only on the crystallinity degree and phase transformations, it seems that the treatments of the samples were not able to affect the bulk of particles. 3.3. high-performance liquid chromatography (hplc) analysis typical chromatograms of hplc for the paracetamol samples’ purity analyses are shown in fig. 4, and all samples were analyzed using the british pharmacopoeia standard method. hplc profiles of the samples of standard and treated paracetamol have a ranging retention time (rt) of (5.27 – 5.33 min). the insignificant changes in the absolute purity values determined by hplc are due to the absence of chemical changes in the composition of the paracetamol samples. nevertheless, no unusual peaks in hplc chromatograms of the paracetamoltreated samples are seen under the studied conditions. in general, the results in table 3 show no significant changes in the purity of the paracetamol exposed to temperature and radiation. however, under the investigated circumstances there are no unexpected peaks in the hplc chromatograms of the treated samples of paracetamol. the results in table 3 generally demonstrate no appreciable variations in the purity of the paracetamol subjected to heat and radiation. figure 4. hplc profiles of the paracetamol samples before and after exposure to radiation and temperature: (a) standard, (b) 40 c-8 d, (c) uv-12 h, (d) γ-solid, (e) γ-aq, (f) sun-8 d. source: elaborated by the authors using data from hplc. 3.4. scanning electron microscopy (sem) figure 5 displays the images of sem of paracetamol microparticles before and after having undergone heating to 40 °c temperature and being subjected to uv, sunlight, and γ-ray in both solid and liquid states. the range of particle size for the untreated paracetamol sample is approximately (14.1 – 27.7 µm), and the particles have an irregular crystal form with sharp edges. the morphology of the treated paracetamol particles shows quite distinct alterations. the uv-treated particles exhibit an agglomeration of large rectangular-like particles (19.2 – 49.7 μm) with small ridges growth of the surface ridges. the particles of irradiated by γ–solid have an irregular shape with few small ridges on the surface. however, the γ–irradiated sample in the aqueous state shows an acicular shape due to the scatter of smaller shape particles. exposing the sample to 40 c for 8 days shows small cylindrical rod-like shape particles with smooth surfaces. the sunlight-irradiated sample has a flakey shape of a very large texture plate. although crystallinity from dsc and xrd show few significant changes, sem images show obvious changes in the morphology and shapes of the treated samples. some consistency is observed in the particle size from xrd and sem images. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 9/13 figure 5. images of sem of paracetamol before and after exposure to radiation and temperature: (a) standard, (b) 40 c-8 d, (c) uv12 h, (d) γ-solid, (e) γ-aq, (f) sun-8 d. source: elaborated by the authors using sem images. 3.5. photocatalytic decomposition it is well known that under solar and uv light irradiation, the photocatalytic decomposition of paracetamol (acetaminophen) using a photocatalyst of tio2 was conducted, and the efficiency of the process depended on the light intensity. the remaining samples of paracetamol can be removed in aquatic media using this technique (aguilar et al., 2011; méndez-arriaga et al., 2008; moctezuma et al., 2012; trujillano et al., 2022). the kinetic curves of photocatalytic decomposition of paracetamol before and after treatments were evaluated by plotting the concentration (derived from beer-lambert law) versus the subjected time. figure 6 exhibits the photocatalytic degradation profile of the standard paracetamol and those of the treated samples. the choice of the peaks at λmax = 254 nm is intentional because of the apparent generation of the transition that occurs in the benzene ring. the plots of ln (ct/co) versus t with a variety of initial concentrations of paracetamol samples give straight lines, as in fig. 7. the rate constants of the apparent pseudo-first-order k are investigated by the slopes of linear variations, i.e. (eq. 7). 𝑙𝑛 ( 𝐶𝑡 𝐶𝑜 ) = −𝑘𝑡 (7) the photocatalytic decomposition of the samples paracetamol before and after treatments is illustrated in fig. 6 as influenced significantly by the tio2 and sunlight system. the (d) (e) (a) (b) (c) (f) (d) (e) (a) (b) (c) (f) (d) (e) (a) (b) (c) (f) (d) (e) (a) (b) (c) (f) (d) (e) (a) (b) (c) (f) (d) (e) (a) (b) (c) (f) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 10/13 percentage of degradation is determined from the absorbance spectra by applying the eq. 8 (şayan, 2006): degradation % = 𝐶𝑜 − 𝐶𝑡 𝐶𝑜 × 100 (8) where c is the initial concentration, and ct is the concentration at a given exposure time. figure 6. effect of sunlight on paracetamol before and after exposure to irradiation and temperature: (a) standard, (b) 40 c-8 d, (c) uv-12 h, (d) γ-solid, (e) γ-aq, (f) sun-8 d. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 11/13 figure 7. kinetics of pseudo-first order reaction of the photocatalytic degradation of the paracetamol samples: (a) standard, (b) 40 c-8 d, (c) uv-12 h, (d) γ-solid, (e) γ-aq, (f) sun-8 d. for five hours of sunlight exposure, the decomposition percentage of the samples of paracetamol in table 4 has been calculated. the variations in the percentage of the decomposition for the paracetamol samples before and after treatments (table 4) are not vast. the highest degradation percentage (93.8%) appears for the sample exposed to the temperature of 40 °c, whereas the lowest one (98.1%) is for the sample of sunlight. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 eclet. quim. 49 | e-1514, 2024 issn 1678-4618 page 12/13 table 4. half-life, lifetime, rate constant, and percentage of degradation of photocatalytic decomposition of the treated paracetamol. paracetamol samples k (min–1) t1/2 (min) r2 degradation% t10% (min) standard 0.0102 67.9 0.9417 94.8 10.3 40 °c-8d 0.0097 71.4 0.9433 93.8 10.8 uv-12h 0.0109 63.6 0.9264 95.1 9.6 γ-solid 0.0102 67.9 0.9258 94 10.3 γ-aqueous 0.0109 63.6 0.9176 95.4 9.6 sunlight 0.0114 60.8 0.9296 98.1 9.2 the half-life of the decomposition of the paracetamol exposed to sunlight exhibits the lower value (60.8 min), whereas the sample treated at 40 °c exhibits the highest value (71.4 min). when a pharmaceutical product is stored under specific conditions, its shelf-life (t10%) is anticipated to be stable or preserve at least 90% of its initial concentration in most circumstances (carstensen, 1974). it is possible to calculate the photocatalytic decomposition’s shelf life from the rate constant by eq. 9 (fubara and notari, 1998): 𝑡10% = 0.105 𝑘 (9) where 𝑡10% is shelf-life which is the time 10% of the active ingredient of the pharmaceutical product is reduced and k is the rate constant of reaction. when this equation is applied to the rate constant of photocatalytic decomposition of the samples of standard and treated paracetamol, table 4 reveals that the shelf-life values dropped dramatically, from 10.8 to 9.2 min. this is because of the influence of tio2 catalyst on the decomposition of the samples of paracetamol. generally, it has been found that the decomposition percentage has an inverse association with the half-life and shelflife, indicating that the higher the decomposition percentage, the lower the half-life and shelf-life values. 4. conclusions in general, all treated and untreated paracetamol samples undergo a single degradation step. the untreated sample appears to be more thermally stable than the others. crystallinity from dsc and xrd show few significant changes, however, sem images exhibit obvious changes in the morphologies and shapes of the treated samples compared to the untreated ones. some consistency is observed in the particle size from the xrd and the sem images. hplc results show almost no purity changes due to chemical degradation associated with the temperature and irradiation treatments. from the outcomes of the photocatalytic degradation, the tio2 catalyst proves high efficiency in degrading all the paracetamol samples almost equally (93.8 – 98.1%). authors’ contributions conceptualization: al-maydama, h. m.; data curation: abduljabbar, a. a.; formal analysis: abduljabbar, a. a.; funding acquisition: not applicable; investigation: al-maydama, h. m.; methodology: abduljabbar, a. a.; project administration: al-maydama, h. m.; resources: abduljabbar, a. a.; software: not applicable; supervision: al-maydama, h. m.; validation: al-maydama, h. m.; visualization: abduljabbar, a. a.; writing – original draft: abduljabbar, a. a.; writing – review & editing: al-maydama, h. m. data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references aguilar, c. a.; montalvo, c.; ceron, j. g.; moctezuma, e. photocatalytic degradation of acetaminophen. int. j. environ. health res. 2011, 5 (4), 1071–1078. https://doi.org/10.22059/ijer.2011.465 akyar, i. wide spectra of quality control. în: tella, 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https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.006 universidade estadual paulista reitor pasqual barretti vice-reitora maysa furlan pró-reitora de graduação celia maria giacheti pró-reitora de pós-graduação maria valnice boldrin pró-reitor de pesquisa edson cocchieri botelho pró-reitor de extensão universitária e cultura raul borges guimarães pró-reitor de planejamento estratégico e gestão estevão tomomitsu kimpara instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 47 | n. 1 | 2022 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 1 | 2021 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. marcos carlos de mattos, center of sciences department of organic and inorganic chemistry, federal university of ceará, brazil. prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. patrícia hatsue suegama, faculty of exact and technological sciences, federal university of grande dourados, brazil. prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente, universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2021 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 2 | 2021 | editorial dear authors and readers, the editor of eclética química journal, editorial board and staff feel happy presenting this issue which contains valuable results of important investigations developed in a complicated scenery due to covid-19, but that keep alive the flame of hope for better times. it is well known that antibiotic resistance and the growth of new strains of bacteria are of great concern to the human health. it requires the development of new drugs with better efficiency to treat the infections caused by these human pathogens. particularly, the commonly used medicinal plants of brazilian communities may help to diminish this problem, which is the subject of the first article. the moringa oleifera seed extract showed antibacterial activity against both gram-positive and gram-negative bacteria and isolated compounds like kaempferol and quercetin were effective against infections caused by bacteria with the order of potency pseudomonas aeruginosa > klebsiella pneumonia > staphylococcus aureus > escherichia coli > streptococcus pneumonia. sequentially, a compound from succinic acid and ag+ ion was obtained and characterized as bidentate coordinated ag2c4h4o4 complex. density functional theoretical studies confirmed the coordination of each carboxylate group to one silver atom by the two oxygen and the bond lengths o···ag theoretically determined range from 2.325 to 2.338 å. this complex showed in vitro antibacterial activity against the bacterial strains of staphylococcus aureus, bacillus cereus, escherichia coli and pseudomonas aeruginosa complex and to be active over m. tuberculosis h37rv strain. following, microparticles (mp) containing nitrogen (n), phosphorus (p) and potassium (k) were synthesized with a mixture of polymers and a linear, precise and accurate methodology was developed to determine the npk content. the mp can be applied as controlled release alternative to traditional fertilizers. next, an emerging pollutant with endocrine disrupting properties, bisphenol a (bpa), present at trace levels in various aqueous medium, was removed by an advanced oxidation process, specifically heterogeneous photocatalysis using tio2. the methodology was efficient to completely remove the bpa even using solar radiation as uv source. ecotoxicological and chronic toxicity evaluations indicated that the post-treatment aqueous samples showed better performance compared to the initial ones. closes this issue a study that consists in developing a methodology for determining α-linolenic acid (ala, ω-3) and linoleic acid (la, ω-6) in vegetable oils with ultrasound-assisted extraction, which was validated by high-performance liquid chromatography (hplc) for the quantification of polyunsaturated fatty acids. the proposed method is simple, fast, linear, precise and accurate for the quantitative determination of ala and la in vegetable oil. lastly, the editor and members of editorial board of eclética química journal pay a tribute to the effort developed by authors and reviewers during this confusing time by helping us to go ahead with mutual and essential collaboration. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 105 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 performance and stability of femtosecond laser-irradiated fe2o3 materials as photocatalysts for methylene blue dye discoloration josiane carneiro souza1+ , tiago almeida martins1 , regiane cristina de oliveira2 , julio ricardo sambrano2 , cleber renato mendonça3 , leonardo de boni3 , edson roberto leite1 , elson longo1 1. federal university of são carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. 2. são paulo state university, faculty of science, bauru, brazil. 3. university of são paulo, institute of physics, são carlos, brazil. +corresponding author: josiane carneiro souza, phone: +551633066600, email address: josi3souza@gmail.com article info article history: received: july 04, 2021 accepted: november 23, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. defect density 2. polymorphism 3. dye 4. pollutant section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: the disposal of substances pollutant, such as methylene blue dye (mb), into wastewater, arouses the interest of technologies to remove these pollutants. the discoloration of mb by photocatalysis and using femtosecond laser-irradiated fe2o3 materials as photocatalysts proved to be a promising way to treat this pollutant. here, fe2o3 obtained by the conventional hydrothermal process and heattreatment, subsequently femtosecond laser-irradiated treatment. materials obtained with a mixture of irradiated α-fe2o3 and ε-fe2o3 phases revealed lower crystallinity than irradiated α-fe2o3 samples. the irradiation treatment and the increase in crystallinity were crucial to improve the performance of α-fe2o3 irradiated sample in the discoloration of mb, which reached 90% in 75 min of dye solution exposure under uv irradiation. the irradiation treatment proved to allow greater exposure of the particle surfaces, which coalesced and presented a greater distribution of medium size, indicating a more heterogeneous morphology in the irradiated samples. as a result, there was an increase in active sites due to the density of defects generated, which facilitated the dye degradation process. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 mailto:josi3souza@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-6144-6773 http://orcid.org/0000-0002-4935-9490 http://orcid.org/0000-0002-7332-8731 http://orcid.org/0000-0002-5217-7145 http://orcid.org/0000-0001-6672-2186 http://orcid.org/0000-0002-1875-1852 http://orcid.org/0000-0002-0513-9939 http://orcid.org/0000-0001-8062-7791 original article revista.iq.unesp.br 106 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 1. introduction hematite (α-fe2o3) and ε-fe2o3 are two of the five known iron oxide polymorphs which have different crystal structures under normal conditions of temperature and pressure (cntp) (machala et al., 2011; tuček et al., 2015). under the conditions of αfe2o3, the material is more thermodynamically stable and abundant within the polymorphs of fe2o3 (machala et al., 2011; sivula et al., 2011). during the period of expansion of the past inca α-fe2o3 was found on the surface of magmatic rocks due to years of aerobic weathering processes (gialanella et al., 2010; sepúlveda et al., 2019), among its first uses as pigments in primitive ruptured paints in prehistoric eras (marean et al., 2007) and more recently as dyes (carneiro et al., 2018). α-fe2o3 can be obtained by thermally induced structural transformations of other oxides (gialanella et al., 2010; gonçalves et al., 2011) and/or other fe2o3 polymorphs (darezereshki, 2011; ding et al., 2007; zboril et al., 2002), as well as from reactions between iron salts (ii) and (iii) (lassoued et al., 2017; papynov et al., 2018; sivula et al., 2010). ε-fe2o3 was discovered in 1934 by forestier and guiot-guillain (1934), but only received the name εfe2o3 29 years later by the researchers schrader and büttner (1963). its structural characterization was performed for the first time in 1998 by tronc et al. (1998) and in 2005 kelm and mader (2005), sakurai et al. (2005) developed a model called refinement to interpret the x-ray crystal structure of ε-fe2o3, obtained in coherence with some experimental data, such as lattice parameters and electron density maps (shabalina et al., 2018). the first thin films of ε-fe2o3 were prepared in 2010 (gich et al., 2010); however, their chemical stability was determined eight years later at pressures up to 27 gpa (sans et al., 2018). εfe2o3 is a metastable material between the polymorphs α-fe2o3 and/or γ-fe2o3 (tronc et al., 1998). although it is found as biogenic nanoparticles mixed with magnetite and is present in some clays, this material is not very abundant in nature. additionally, its particles have a low surface energy, which guarantees the formation and existence of ε-fe2o3 (gich et al., 2007; mcclean et al., 2001; petersen et al., 1987). since α-fe2o3 is an n-type semiconductor with a gap energy between 1.9 and 2.2 ev, it is considered as a potential sunlight converter, which uses solar energy to generate clean energy, such as electricity or green fuel (e.g., h2) (gratzel, 2001; tamirat et al., 2016). for such reason, it has been widely studied in photoelectrochemical processes (sivula et al., 2010; 2011; trindade et al., 2020). fe2o3 materials can also be applied as carrier of drugs to treat cancer cells (liong et al., 2008; mandriota et al., 2019), lithium batteries (gu et al., 2013), gas sensors (gou et al., 2008), pigments (carneiro et al., 2018) and dyes (ahmed et al., 2013). many studies have used fe2o3 materials as photocatalysts or adsorbents in the degradation of dyes present in industrial effluents (paper, textiles, leather) especially methylene blue (mb), which is resistant to chemical and biological treatment and can produce more toxic substances than the dye itself during its chemical decomposition (ahmed et al., 2013; crini, 2005; sharma et al., 2011). the versatility of fe2o3 materials is attributed to their distinct crystal structures, resulting in different physicochemical properties (machala et al., 2011; sakurai et al., 2009). what makes these materials versatile with interesting technological applications is the greater understanding of the association of their properties with their crystal structures, especially concerning the effects of structural order and disorder (pottker et al., 2018). it is known that the structural modification on the surface of particles irradiated using femtosecond laser technology improves the structural and ablation properties of the material (keller, 2003; sugioka and cheng, 2014). such modification can be assigned to the creation of cations and oxygen vacancies that modulate the electronic states in the valence band of the material (assis et al., 2020). this study evaluates the performance of thermally treated and femtosecond laser-irradiated fe2o3 samples for the discoloration of methylene blue (mb) dye under uv irradiation. 2. experimental the fe2o3 particles were obtained by the conventional hydrothermal process, according to a procedure similar to that reported by gou et al. (2008): 2 mmol of fe(no3)3∙9h2o, 4 mmol of trisodium citrate dihydrate and 5 mmol of urea were dissolved separately in 10 ml of deionized water and subsequently dissolved and placed in a hydrothermal reactor under constant stirring. the hydrothermal process was carried out at 160 °c for 10 h. after cooling, the precipitates were washed with deionized water and alcohol, and then dried at 90 °c for 6 h. lastly, they were heat-treated at 860 and 900 °c for 30 min. fe2o3 samples were irradiated by a ti:sapphire laser (cpa-2001 system from clark-mxr inc.), at 775 nm, 150 fs (fwhm) and a repetition rate of 1 hz. the samples were irradiated with an average power of 300 mw and positioned within the rayleigh range. the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 107 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 experiment was carried out following assis et al. (2020). the nonirradiated samples were named hematite+epsilon-fe2o3 (ephe) and hematite-fe2o3 (he). after irradiation, they were denominated ephei and hei, respectively. the thermal behavior of fe2o3 particles obtained by the hydrothermal process were evaluated by thermogravimetry (tga) and differential thermal analysis (dta), and then heated up to 1300 °c in an o2 atmosphere with a flow of 50 ml min–1 (netzsch cell 409). the structural characterization of fe2o3 samples was performed by x-ray diffraction (xrd), raman spectroscopy and scanning electron microscopy (sem). for the xrd measurements, a diffractometer (shimadzu) with cu kα radiation (λ = 1.5406 å) was used, and the xrd patterns were acquired with steps of 0.02° and an angular range of 10 to 110°. the data obtained were analyzed using the rietveld (1969) method with the aid of the general structure analysis system (gsas) software (von dreele and larson, 1994). raman spectra were obtained in the range of 100–1000 cm–1 using a senterra spectrometer (bruker) coupled to a 785 nm he–ne laser excitation source with a power of 1 mw and a microscope with a 20× objective. the morphology of the fe2o3 samples was analyzed through images obtained in a zeiss – supra 35 scanning electron microscope. the images were obtained by secondary electron detection (etd, everhart – thornley detector) with a 10 kv incident beam. transmission electron microscopy (tem) images were captured in high resolution (hrtem) using an fei – tecnai f20 microscope operating in the brightfield. one μm-scale scanning electron micrographs were used to construct the frequency histogram and the mean size modal distribution curve versus particle size. the count of 150 particles was inspected and the measurements were performed by the imagej software (schneider et al., 2012) using the linear method. the uv-vis spectra were obtained over a range of 800–300 nm in diffuse reflectance mode at room temperature using a varian cary 5g spectrometer. the photocatalytic activity of nonirradiated and irradiated fe2o3 samples was tested for the discoloration of the methylene blue dye (mb; [c16h18cln3s]; 99.5% purity, mallinckrodt) in relation to the exposure time under uv irradiation. the loss of mb coloration was observed by aliquots of fe2o3 materials dispersed in the dye solution under uv radiation at different collection times. the concentration of the aqueous solution of mb used in the photocatalysis experiments was provided by a calibration curve. the maximum absorbance (λ maximum) measurement of mb was performed using a uv-vis spectrometer (v-660 jasco). as the dye follows beer’s law (grasse et al., 2016), the calibration curve provided the aqueous concentration of the mb index in the photocatalytic study of nonirradiated and irradiated fe2o3 materials. the experiments were carried out by dispersing 50 mg of the sample in 50 ml of mb solution in an ultrasound bath inside an open reactor with a controlled temperature of 20 °c and water circulation. the sample-dye adsorption process was performed by stirring this dispersion in the dark for 30 min. the photocatalytic system was obtained by illuminating this dispersion with six uv lamps (tuv philips, 15 w with maximum intensity of 254 nm). aliquots were removed at time zero and other predetermined times (5, 10, 20, 30, 45, 60 and 75 min), the absorbance changes were measured by a spectrophotometer (v-660 jasco), while the photocatalytic stability of the sample with the best performance was obtained from the recycling test results. 3. results and discussion there are four thermal events according to the tga and differential thermal dta curves of the fe2o3 sample obtained by the conventional hydrothermal process, as showed in fig. 1. the tga curve demonstrates that the thermal stability of the sample occurred at 500 °c. the processes with energy absorption were identified at 110 °c, which corresponds to the sample dehydration, and at 650 °c, indicating that above this temperature hematite presents paramagnetic behavior (liu et al., 1997). at 243 and 860 °c, two exothermic events were observed, the first due to the release of gases and organic impurities from the process of particle obtention, and the second attributed to the ε-fe2o3 → α-fe2o3 phase transition (dézsi and coey, 1973). from this result, it was possible to perform the heat-treatment of the fe2o3 samples. the vibrational modes of raman showing ephe and ephei were identified as shown in fig. 2. the vibrational modes of single-phase ε-fe2o3 samples phase are not identified in the literature yet. the determination of the wavenumbers referring to the εfe2o3 phase was performed from a lorentzian fit of the raman scattering spectrum bands. thus, it was possible to distinguish the vibrational modes of the ε-fe2o3 and α-fe2o3 phases (lópez-sánchez et al., 2016). the vibrational modes agree with the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 108 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 vibrational modes reported by lópez-sánchez et al. (2016), the ε-fe2o3 phase has 117 active raman vibrational modes: 29a1 + 30a2 + 29b1 + 29b2, considering that the same has space group pna21. sample ephe (fig. 2a) showed nine active modes of the ε-fe2o3 phase in wavenumbers in the range 120 to 600 cm–1. according to the literature (faria et al., 1997), α-fe2o3 exhibits seven modes of active phonons (2a1g + 5eg) allowed in raman. sample ephe shows two modes in 226 and 496 cm–1, attributed to a1g, and others in 245, 293, 410 and 610 cm–1, assigned to eg. the changes observed in the raman vibrational modes of the irradiated samples (fig. 2b) are a consequence of the irradiation treatment, which provided an increase in the structural disorder within the crystal lattice of samples ephei and hei. compared to the nonirradiated samples, the high fullwidth at half-maximum (fwhm) values of the raman bands, and the absence of active vibrational modes of the irradiated samples (tab. 1) indicated that the irradiation treatment caused a distortion in the crystal lattice of the samples and an increase in the defect density, leading to the breaking of fe–o bonds. these results contribute to changes in the physicochemical properties of the irradiated samples. figure 1. differential thermal curve (olive line) and tga curve (magenta line) of fe2o3 sample obtained by the conventional hydrothermal process. figure 2. raman spectra for (a) nonirradiated samples and (b) irradiated samples. x-ray diffraction patterns of samples ephe and ephei (fig. 3) presented peaks indexed to the inorganic crystal structure database (icsd) number 415250 (kelm and mader, 2005; sakurai et al., 2005) and 15840 (blake et al., 1966), and corresponding to εfe2o3 to α-fe2o3 phases, respectively, characterizing these materials as multiphase. these phases have an orthorhombic (pna 21) and rhombohedral (r-3ch) structure with eight and six molecular formulas per unit cell (z = 8 and 6), respectively. on the other hand, samples he and hei are formed by α-fe2o3 and are considered monophasic. this preferential formation is due to the increase in temperature to 900 °c during the heat-treatment when compared to samples ephe and ephei. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 109 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 table 1. wavenumbers (cm –1) and full widths at half maximum (fwhm) for nonirradiated and irradiated samples. wavenumber (cm–1) ephe fwhm (cm–1) ephe wavenumber (cm–1) ephei fwhm (cm–1) ephei wavenumber (cm–1) he fwhm (cm–1) he wavenumber (cm–1) hei fwhm (cm–1) hei 123.4 ± 0.1 11.3 122.7 ± 0.3 13.8 147.9 ± 0.2 9.6 148.2 ± 0.2 13.3 172.1 ± 0.3 10.5 172.0 ± 0.3 11.1 226.1 ± 0.3 6.8 225.7 ± 0.3 2.8 225.8 ± 0.1 8.9 224.9 ± 0.1 8.7 244.9 ± 0.2 6.2 244.1 ± 0.2 11.5 245 ± 2 45.0 293.8 ± 0.2 13.8 293.9 ± 0.3 4.9 292.8 ± 0.1 14.7 292.1 ± 0.1 15.7 326.7 ± 0.3 7.1 325.4 ± 0.2 6.0 349.6 ± 0.2 6.2 350.6 ± 0.1 4.7 375.5 ± 0.2 12.2 373.9 ± 0.1 5.1 409.1 ± 0.3 16.6 409.3 ± 0.3 6.9 409.3 ± 0.1 15.6 408.9 ± 0.1 19.0 443.0 ± 0.3 8.4 560.9 ± 0.2 7.8 590.0 ± 0.2 6.7 495.3 ± 0.3 32.5 494.3 ± 0.2 10.4 494.0 ± 2.1 25.2 493.0 ± 0.3 22.3 610.1 ± 0.2 9.9 610.5 ± 0.2 12.2 608.7 ± 0.1 19.1 figure 3. x-ray diffraction patterns for the ε-fe2o3 and α-fe2o3 of the samples heat-treated at 860 and 900 °c for 30 min. in (a) nonirradiated samples and (b) irradiated samples. the results of structural refinement by the rietveld (1969) method are shown in tab. 2 and fig. 4. table 2 presents the lattice parameters and the percentage of phases of the samples before and after the irradiation treatment, whereas fig. 4 shows typical rietveld refinement graphs. it is possible to observe that the diffraction patterns calculated and obtained in fig. 3 are related to high structural order or long-range and well-defined peaks. the results of two lattice parameters presented in tab. 2 are consistent with the previous studies of αfe2o3 and ε-fe2o3 phases (blake et al., 1966; kelm and mader, 2005; sakurai et al., 2005). in this study, ephe and ephei showed 62% of the ε-fe2o3 phase, while he exhibited crystallized α-fe2o3 as the preferential phase, which is indicative of the increase in temperature without heat-treatment. these results refer to the nonlinearity of the adjustment parameter (rw %) for different processes of crystallization, solubilization and recrystallization. microstrain results from irradiated samples (ephei and hei) revealed higher values than those shown by nonirradiated samples (ephe and he), demonstrating that the irradiation treatment favored or increased the density of defects and stress in the crystalline lattice of the materials. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 110 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 table 2. parameters obtained from rietveld refinements of fe2o3 samples. sample ephe ephei he hei ε-fe2o3 * α-fe2o3 ** α -f e 2 o 3 lattice parameters (å) a = b 5.035 5.037 5.040 5.035 5.038 c 13.733 13.738 13.758 13.748 13.772 v (å3) 301.50 301.93 302.70 301.89 302.72 crystallite size (å) 0.45 0.40 0.84 0.73 microstrain 1282.7 2215.5 921.9 1390.9 % wt fraction 0.376 0.379 1.000 1.000 εf e 2 o 3 lattice parameters (å) a 5.091 5.091 5.071 b 8.781 8.789 8.736 c 9.465 9.470 9.418 v (å3) 423.09 423.74 417.25 crystallite size (å) 0.25 0.25 microstrain –599.4 –1741.8 % wt fraction 0.624 0.621 rw% 9.414 8.943 figure 4. rietveld refinement plot of nonirradiated in (a, c) and (b, d) irradiated samples. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 111 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 figure 5 illustrates the uv-vis spectra in diffuse reflectance mode in the 250–800 nm range for the nonirradiated and irradiated samples. the absorbance close to the 570 nm region shows that these samples have application as absorbers (sarma et al., 2020). the calculations performed to determine the energy of the samples in the forbidden band (egap) were obtained according to wood and tauc (1972) and chen et al. (2013). the indirect transitions of the samples resulted in egap values consistent with the literature (pandey et al., 2014). compared to the nonirradiated samples, ephei and hei showed a reduction in their egap value, indicating that the irradiation treatment caused the samples to present a more conductive behavior with greater structural disorder at mediumrange (pinatti et al., 2020). it can be attributed to the presence of electronic levels within the forbidden band, which are associated with crystalline lattice disturbances. these results corroborate those obtained in the raman and xrd analyses. figure 5. uv-vis spectra in (a, b) and energy gap. in (c, e) nonirradiated samples and (d, f) irradiated samples. the electron micrographs in fig. 6 reveal that sample ephe has a heterogeneous morphology with clusters in the shape of irregular plates and equiaxed structures on the plates. in turn, he showed that the αfe2o3 particles have a homogeneous morphology with clusters of irregular plaques. the same change was observed in ephei and hei, even though the irradiation treatment allowed the formation of equiaxed particles on the agglomerated structures, including, in some regions of the samples, the phenomenon of coalescence resulting from diffusion processes of matter during irradiation (anastasiou et al., 2016). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 112 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 figure 6. micrographs of the nonirradiated in (a, c) and (b, d) irradiated samples. the frequency histograms in fig. 7 reveal an average size of 41 and 40 nm for the particles of samples ephe and he, respectively, and 49 and 54 nm for the irradiated samples ephei and hei, respectively. it can be noted that the mean size distribution curve of the ephe and ephei particles was very similar to each other. on the other hand, the mean size distribution curve of hei became much broader than that of he, indicating that there was an increase in the morphological heterogeneity. images obtained from high-resolution micrographs (hrtem) of the nonirradiated and irradiated samples are displayed in fig. 8. the crystallinity of the samples made it possible to obtain the indexation of the fe2o3 phases. the insets show that the nonirradiated and irradiated samples crystallized in the ε-fe2o3 and α-fe2o3 phases, corroborating the results of the raman spectra and xdr patterns. the irradiation treatment increased the defect density and avoided the ε-fe2o3 to α-fe2o3 phase transition in sample ephei. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 113 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 figure 7. frequency histograms of the nonirradiated in (a, c) and (b, d) irradiated samples. figure 8. transmission electron microscopy imagens of the nonirradiated in (a, c) and (b, d) irradiated samples. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 114 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 the mb calibration curve (fig. 9) was constructed from the solutions of the standard mb at ph = 7. the concentration of aqueous solutions of mb was estimated by measuring the absorbance at maximum wavelengths of mb (λmaximum= 668 nm) (sheng and mat yunus, 2005). the adjustment of the experimental data was given by a straight line with a regression coefficient of r2 = 0.9990. the calibration curve allowed us to determine that the concentration of 52.33 mg l–1 of mb had a maximum absorbance value of 1.0067, which is in agreement with the value found by al-rubayee et al. (2016). this was the concentration used in the photocatalysis test. figure 9. calibration curve methylene blue at different concentrations 5–80 mg.l-1. the photocatalytic activity of nonirradiated and irradiated fe2o3 samples was compared when mb was subjected to uv irradiation, in the absence of photocatalysts and under the same experimental conditions. figure 10a shows the relationship among the equilibrium adsorption concentration, the concentration after irradiation (cn/c0) and the irradiation time. the mb sample without catalyst showed much lower discoloration than catalyzed samples. the discoloration of mb in 75 min photocatalyzed by hei was 90%. however, he showed a similar discoloration profile in the absence of a catalyst. in relation to the dye adsorption, samples ephe and ephei reached values of 60 and 35% in the dark, respectively. in contrast, he (α-fe2o3) adsorbed 20% of the dye within 30 min of exposure in the dark. allawi et al. (2020) studied the adsorption process of 100 mg of α-fe2o3 catalyst in a 20 mg l-1 mb solution at ph 7.6. they observed that in 6 min of exposure in the dark, the dye adsorption was ~10 %. considering the results achieved by samples ephe and ephei, it is possible to then infer that the presence of the ε-fe2o3 phase significantly influenced the mb adsorption process. during the photocatalysis of ephe and ephei, the discoloration was 8 and 15%, respectively, which is in accordance with the results obtained by ahmed et al. (2013). these findings show that samples ephe and ephei behave as mb adsorbent materials, being promising for mb photocatalysis. regarding the photocatalytic activity of hei, the recycling test was performed following the procedure described trench et al. (2018). the effect of photocatalytic activity of each cycle is shown in fig. 10c. it is possible to observe that the photocatalytic activity of this sample decreased over the cycles, which can be attributed to the loss of material due to washing processes for dye removal. on the other hand, such sample (hei) showed good stability as a photocatalyst. figure 10. photocatalytic discoloration of mb (52.33 mg l−1). in (a) without catalyst and fe2o3 nonirradiated and irradiated materials and (b) determination of the rate constant by log plot and (c) recycle test of hei sample. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 115 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 for the mb dye, the solution concentration was considered very low. in order to quantitatively compare the obtained results, a kinetic study was carried out using a pseudo first-order reaction from the langmuir– hinshelwood model, as showed eq. 1 (guettaï and amar, 2005): k′t = −ln ( 𝐶𝑁 𝐶0 ) (1) where k’ and t represent the constant reaction rate and the irradiation time, respectively. figure 10b shows the kinetic behavior of mb discoloration. the reaction constants found were 2.6710–2, 1.3910–3, 1.8010–3, 1.8710–3, 3.5210–4 min–1 for hei, ephei, he, ephe and the sample without catalyst, respectively. in comparison with the sample without catalyst, ephe, ephei and he showed an increase in the reaction speed in one order of magnitude, while hei exhibited a constant speed with two orders of magnitude. figures 6 and 8 illustrate the morphology of the nonirradiated samples (ephe and he) under thermal treatment. it could be observed that the femtosecond laser-irradiation treatment led to the formation of different morphologies in ephei and hei that interfere with the absorption and electron transfer processes, presenting different photocatalytic activities (vu et al., 2019). the lower photocatalytic activity was due to the reduction of active reaction sites in the studied samples (huang et al., 2015). the irradiation treatment directly affected the surface of the particles, causing an increase in the density of surface defects, thus improving the photocatalytic properties of these samples. this result is very significant compared to the development of α-fe2o3 materials as a photocatalyst for mb discoloration at room temperature, which reached a value of 78% in 6 h of uv irradiation (vu et al., 2019). in fact, the irradiation treatment proved to be very efficient to improve the photocatalytic activity of sample hei, composed solely of α-fe2o3. this improvement was also attributed to the defects generated on the surface of the particles (vu et al., 2019). the α-fe2o3 present in the studied samples has short diffusion length of the minority carriers (holes) (wheeler et al., 2012) and low conductivity of the majority carriers (electrons) (kennedy and frese junior, 1978), resulting in difficulty in separating the photogenerated electron-hole pairs, and consequently influencing the photocatalytic activity results of these materials. on the other hand, ε-fe2o3 is a material difficult to be obtained in isolation (danno et al., 2013; dézsi and coey, 1973; shanenkov et al., 2019; wang et al., 2019). for such reason, its attention is more focused on its interesting magnetic properties, as the anisotropic particles in this material can lead to the formation of a single magnetic domain, generating a large coercive field compared to other fe2o3 polymorphs, and thus having advanced magnetic applications (jin et al., 2004; machala et al., 2011). however, in this study it was very interesting to investigate the photocatalytic properties of this material against α-fe2o3. since the photocatalytic process of hei occurred by the transfer of surface charge, there was a consequent increase in defect density (huang et al., 2015). such sample absorbed energy of the photon generated by uv irradiation to form charge carriers (electron-hole pairs) that participate in the photooxidation on the sample surface. minority carriers form very reactive hydroxy radicals (∙oh), which are the main active species used to decolor mb (zhao et al., 2004). in contrast, majority carriers captured by dissolved oxygen in the mb solution form superoxide radicals anions (∙o2 –) and/or peroxide radicals, which have the ability to break down mb molecules until mineralizing them into co2 and h2o (vadivel et al., 2014). in turn, ∙o2 – reacts with minority carriers of the sample, forming peroxides and releasing oxygen and/or active oh radicals and peroxides, partially contributing to the degradation of mb (huang et al., 2015). 4. conclusions the optical properties of femtosecond laserirradiated α-fe2o3 materials showed a reduction in their band gap energy values and exhibited a more conductive behavior than nonirradiated samples due to the presence of electronic levels within the band gap range generated by the resulting defect density caused by irradiation. according to the xrd patterns, the structural characterization showed that the high crystallinity of samples he compared to ephe influenced the increase in their photocatalytic activity due to the presence of the ε-fe2o3 phase. on the other hand, the femtosecond laser irradiation treatment improved the photocatalytic properties of ephei compared to the nonirradiated sample (ephe). a significant reduction in the raman modes was observed for irradiated samples, indicating that their structural disorder at medium range was a result from the increase in the density of defects generated on the surface of their particles. therefore, it was proven that sample hei presented the best photocatalytic property, which was attributed to the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 original article revista.iq.unesp.br 116 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 synergistic effect of the high crystallinity of the αfe2o3 phase and the generation of defects caused by the irradiation treatment. the morphological aspect of the samples revealed agglomerated particles that impaired the improvement of the photocatalytic properties of the samples. therefore, samples ephe, he and ephei behaved as adsorbent materials for mb discoloration. these materials have the potential to be used together with photocatalysts to enhance mb degradation in a short period of dye exposure. the mean particle size distribution curve of hei was wider than that of he, indicating an increase in the morphological heterogeneity of the irradiated sample, which consequently favored the increase in its catalytic activity. the phase indexing in the hrtem images showed that the irradiation treatment was not energetically favorable to the transformation of ε-fe2o3 to α-fe2o3, but sufficiently effective for the generation of surface defects in the particles of the irradiated samples (hei and ephei). authors’ contribution conceptualization: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; sambrano, j. r.; boni, l.; mendonça, c. r.; leite, e. r.; longo, e. data curation: not applicable. formal analysis: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; boni, l. funding acquisition: mendonça, c. r.; leite, e. r.; longo, e. investigation: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; sambrano, j. r. methodology: souza, j. c.; martins, t. a.; boni, l. project administration: leite, e. r.; longo, e. resources: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; boni, l.; mendonça, c. r.; leite, e. r.; longo, e. software: not applicable supervision: longo, e. validation: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; sambrano, j. r mendonça, c. r.; boni, l. visualization: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; sambrano, j. r mendonça, c. r.; boni, l. writing – original draft: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; sambrano, j. r.; boni, l.; mendonça, c. r.; leite, e. r.; longo, e. writing – review & editing: souza, j. c.; martins, t. a.; oliveira, r. c.; sambrano, j. r.; boni, l.; mendonça, c. r.; leite, e. r.; longo, e. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study funding coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code: 001. fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2013/07296-2; 201908928-9; 2018/11283-7; 2021/01651-1. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 2019/88887.469176. acknowledgments not applicable. references ahmed, m. a.; el-katori, e. e.; gharni, z. h. photocatalytic degradation of methylene blue dye using fe2o3/tio2 nanoparticles prepared by sol–gel method. j. alloys compd. 2013, 553, 19–29. 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https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.104873 https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.104873 https://doi.org/10.1038/nmeth.2089 https://doi.org/10.1038/nmeth.2089 https://doi.org/10.1038/nmeth.2089 https://doi.org/10.1002/zaac.19633200503 https://doi.org/10.1002/zaac.19633200503 https://doi.org/10.1002/zaac.19633200503 https://doi.org/10.1016/j.jaa.2018.04.001 https://doi.org/10.1016/j.jaa.2018.04.001 https://doi.org/10.1016/j.jaa.2018.04.001 https://doi.org/10.1016/j.jaa.2018.04.001 https://doi.org/10.1016/j.jaa.2018.04.001 https://doi.org/10.1080/0889311x.2018.1521805 https://doi.org/10.1080/0889311x.2018.1521805 https://doi.org/10.1080/0889311x.2018.1521805 https://doi.org/10.1080/0889311x.2018.1521805 https://doi.org/10.1080/0889311x.2018.1521805 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.019 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.019 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.019 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.019 original article revista.iq.unesp.br 119 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 105-119 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p105-119 compd. 2019, 774, 637–645. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.019 sharma, p.; kaur, h.; sharma, m.; sahore, v. a review on applicability of naturally available adsorbents for the removal of hazardous dyes from aqueous waste. environ. monit. assess. 2011, 183, 151–195. https://doi.org/10.1007/s10661-011-1914-0 sheng, c.; mat yunus, w. study of photobleaching mechanism in methylene blue sensitized gelatin using a single beam uv-vis. fibre optics spectrophotometer. pertanika j. sci. technol. 2005, 13 (1), 23–30. sivula, k.; zboril, r.; le formal, f.; robert, r.; weidenkaff, a.; tucek, j.; frydrych, j.; grätzel, m. photoelectrochemical water splitting with mesoporous hematite prepared by a solution-based colloidal approach. j. am. chem. soc. 2010, 132 (21), 7436–7444. https://doi.org/10.1021/ja101564f sivula, k.; le formal, f.; grätzel, m. solar water splitting: progress using hematite (α-fe2o3) photoelectrodes. chemsuschem. 2011, 4 (4), 432–449. https://doi.org/10.1002/cssc.201000416 sugioka, k.; cheng, y. ultrafast lasers—reliable tools for advanced materials processing. light sci. appl. 2014, 3, e149. https://doi.org/10.1038/lsa.2014.30 tamirat, a. g.; rick, j.; dubale, a. a.; su, w.-n.; hwang, b.-j. using hematite for photoelectrochemical water splitting: a review of current progress and challenges. nanoscale horiz. 2016, 1 (4), 243–267. https://doi.org/10.1039/c5nh00098j trench, a. b.; machado, t. r.; gouveia, a. f.; assis, m.; trindade, l. g. da; santos, c.; perrin, a.; perrin, c.; oliva, m.; andrés, j.; longo, e. connecting structural, optical, and electronic properties and photocatalytic activity of ag3po4:mo complemented by dft calculations. appl. catal. b. 2018, 238, 198–211. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 trindade, l. g. da; hata, g. y.; souza, j. c.; soares, m. r. s.; leite, e. r.; pereira, e. c.; longo, e.; mazzo, t. m. preparation and characterization of hematite nanoparticlesdecorated zinc oxide particles (zno/fe2o3) as photoelectrodes for solar cell applications. j. mater. sci. 2020, 55, 2923–2936. https://doi.org/10.1007/s10853-01904135-x tronc, e.; chanéac, c.; jolivet, j. p. structural and magnetic characterization ofε-fe2o3. j. solid state chem. 1998, 139 (1), 93–104. https://doi.org/10.1006/jssc.1998.7817 tuček, j.; machala, l.; ono, s.; namai, a.; yoshikiyo, m.; imoto, k.; tokoro, h.; ohkoshi, s.; zbořil, r. zeta-fe2o3 – a new stable polymorph in iron(iii) oxide family. sci. rep. 2015, 5, 1–11. https://doi.org/10.1038/srep15091 vadivel, s.; vanitha, m.; muthukrishnaraj, a.; balasubramanian, n. graphene oxide–biobr composite material as highly efficient photocatalyst for degradation of methylene blue and rhodamine-b dyes. j. water process. eng. 2014, 1, 17–26. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.02.003 von dreele, r. b.; larson, a. c. general structure analysis system (gsas). los alamos national lab; 1994, p. 86–748. url. https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanlrepo/lareport/la-ur-86-0748_rev (accessed 2022-02-04). vu, x. h.; phuoc, l. h.; dien, n. d.; pham, t. t. h.; thanh, l. d. photocatalytic degradation of methylene blue (mb) over α-fe2o3 nanospindles prepared by a hydrothermal route. j. electron. mater. 2019, 48, 2978– 2985. https://doi.org/10.1007/s11664-019-07056-2 wang, t. h.; lin, c.-a.; xu, s.; wang, c.-f.; chen, c.-w.; dong, c.-d.; huang, c. p. toward concurrent organics removal and potential hydrogen production in wastewater treatment: photoelectrochemical decolorization of methylene blue over hematite electrode in the presence of mn(ii). appl. catal. b. 2019, 244, 140–149. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 wheeler, d. a.; wang, g.; ling, y.; li, y.; zhang, j. z. nanostructured hematite: synthesis, characterization, charge carrier dynamics, and photoelectrochemical properties. energy environ. sci. 2012, 5, 6682–6702. 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https://doi.org/10.1007/s10661-011-1914-0 https://doi.org/10.1007/s10661-011-1914-0 https://doi.org/10.1021/ja101564f https://doi.org/10.1021/ja101564f https://doi.org/10.1021/ja101564f https://doi.org/10.1021/ja101564f https://doi.org/10.1021/ja101564f https://doi.org/10.1021/ja101564f https://doi.org/10.1002/cssc.201000416 https://doi.org/10.1002/cssc.201000416 https://doi.org/10.1002/cssc.201000416 https://doi.org/10.1002/cssc.201000416 https://doi.org/10.1038/lsa.2014.30 https://doi.org/10.1038/lsa.2014.30 https://doi.org/10.1038/lsa.2014.30 https://doi.org/10.1039/c5nh00098j https://doi.org/10.1039/c5nh00098j https://doi.org/10.1039/c5nh00098j https://doi.org/10.1039/c5nh00098j https://doi.org/10.1039/c5nh00098j https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1007/s10853-019-04135-x https://doi.org/10.1007/s10853-019-04135-x https://doi.org/10.1007/s10853-019-04135-x https://doi.org/10.1007/s10853-019-04135-x https://doi.org/10.1007/s10853-019-04135-x https://doi.org/10.1007/s10853-019-04135-x https://doi.org/10.1007/s10853-019-04135-x https://doi.org/10.1006/jssc.1998.7817 https://doi.org/10.1006/jssc.1998.7817 https://doi.org/10.1006/jssc.1998.7817 https://doi.org/10.1038/srep15091 https://doi.org/10.1038/srep15091 https://doi.org/10.1038/srep15091 https://doi.org/10.1038/srep15091 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.02.003 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.02.003 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.02.003 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.02.003 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.02.003 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.02.003 https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/la-ur-86-0748_rev https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/la-ur-86-0748_rev https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/la-ur-86-0748_rev https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/la-ur-86-0748_rev https://doi.org/10.1007/s11664-019-07056-2 https://doi.org/10.1007/s11664-019-07056-2 https://doi.org/10.1007/s11664-019-07056-2 https://doi.org/10.1007/s11664-019-07056-2 https://doi.org/10.1007/s11664-019-07056-2 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.048 https://doi.org/10.1039/c2ee00001f https://doi.org/10.1039/c2ee00001f https://doi.org/10.1039/c2ee00001f https://doi.org/10.1039/c2ee00001f https://doi.org/10.1039/c2ee00001f https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/cm0111074 https://doi.org/10.1021/ja0396753 https://doi.org/10.1021/ja0396753 https://doi.org/10.1021/ja0396753 https://doi.org/10.1021/ja0396753 editorial revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 4 | 2022 | editorial it is a pleasure to announce the last issue of this 2022 year. opens this issue a brief review showing recent phytochemical studies involving t. orientalis and t. occidentalis, as well as 40 constituents isolated from these species. plants from thuja genus in traditional medicine are used to treat cough, skin allergies, and asthma, and in brazil are also used in the ornamentation of urban areas. different parts of these plants displayed insecticidal, antitumor, and antioxidant activities, e.g., the essential oil of the leaves are constituted by monoterpenes and sesquiterpenes, with the flavonoids being the main substances found that have relevant biological activities. computational chemistry is routinely used for the qualitative and quantitative evaluation of substances in almost every field of chemistry as in drug discovery/design activities. these tools were applied to study the effect of several substituents in the 1-(2-hydroxyethyl)-2-methyl-5-nitroimidazole, a powerful antibacterial and antiparasitic used alongside other drugs against helicobacter pylori infection and on the interactions with the target nitroreductase rdxa protein. in the sequence, x-ray single-crystal crystallography was used to solve the structure of a coordination polymer having the formula [cd(btc)(h2o)2]n. furthermore, the complex’s stability and overall reactivity were theoretically examined. the electron distribution in the complex’s homo is concentrated in a small area, with no electrons distributed over the metallic center. consequently, the electrons in the complex’s lumo were dispersed equally. the admet studies showed that the examined complex has important biological uses, notably for the treatment of microbial diseases. closes this issue a theoretical study about the effects of addition of thiophene, bridged phenyl-thiophene, thia-tetra-azacyclopenta-naphthalene, benzo-bis-thiadiazole and pyrido(3,4-b)pyrazine to 9-(4-octyloxyphenyl)-2,7-divinylcabazole on the internal reorganization energies, electronic affinity and ionization potential. these compounds were characterized by their charge exchange potentials, donor-acceptor, which can be applied in energy conversion devices such as photovoltaic cells. the editorial team of eclética química would like to gently tanks the enormous effort of all authors, reviewers and collaborators that made possible to conclude this year with highly promise results. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | 65 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 bound state solutions of the schrödinger equation with energydependent molecular kratzer potential via asymptotic iteration method akpan ndem ikot1 , uduakobong okorie1,2 , alalibo thompson ngiangia1, clement atachegbe onate3 , collins okon edet1+ , ita okon akpan4, precious ogbonda amadi1 1. university of port harcourt, department of physics, theoretical physics group, nigeria 2. akwa ibom state university, department of physics, ikot akpaden, nigeria 3. landmark university, department of physical sciences, omu-aran, nigeria 4. university of calabar, department of physics, nigeria +corresponding author: collins okon edet, email address: collinsokonedet@gmail.com article info article history: received: july 21, 2019 accepted: october 24, 2019 published: january 1, 2020 keywords: 1. kratzer potential 2. schrödinger equation 3. asymptotic iteration method 4. bound state 1. introduction the exact or approximate solutions of the schrödinger equations play a vital role in many branches of modern physics and chemistry1,2. the solution of this equation is used in the description of particle dynamics in the non-relativistic regime3,4. even though the schrödinger equation was developed many decades ago, it is still very challenging to solve it analytically5,6. the solution of the schrödinger equation contains all the necessary information needed for the full description of a quantum state such as the probability density and entropy of the system7,8. the schrödinger equation with many physical potentials model have been investigated in recent times with different advance mathematical technique such as nikiforov-uvarov (nu) method9-11, asymptotic iteration method (aim)12-16, functional analysis approach16, supersymmetric quantum mechanics (susyqm)17-20 among others21. one of such potential models is the kratzer potential22, 2 2 1 ( ) 2 2 a a v r d r r   = − −    (1) where d is the dissociation energy and a is the equilibrium internuclear length. the kratzer potential has been used as a potential model to describe internuclear vibration of diatomic molecules23,24. many authors have investigated the bound state solutions of the kratzer potential within relativistic and nonrelativistic quantum mechanics25,26. recently, budaca27 studied an energy-dependent coulombabstract: in this paper, we obtained the exact bound state energy spectrum of the schrödinger equation with energy dependent molecular kratzer potential using asymptotic iteration method (aim). the corresponding wave function expressed in terms of the confluent hypergeometric function was also obtained. as a special case, when the energy slope parameter in the energydependent molecular kratzer potential is set to zero, then the well-known molecular kratzer potential is recovered. numerical results for the energy eigenvlaues are also obtained for different quantum states, in the presence and absence of the energy slope parameter. these results are discussed extensively using graphical representation. our results are seen to agree with the results in literature. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 mailto:collinsokonedet@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-1078-262x https://orcid.org/0000-0002-5660-0289 https://orcid.org/0000-0003-0128-7800 http://orcid.org/0000-0003-1412-2829 original article 66 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 like potential within the framework of bohr hamiltonian. furthermore, budaca27 had reported that the energy dependence on the coupling constant of the potential drastically changes the analytical properties of wave function and the corresponding eigenvalues of the system. the energy-dependent potentials have been studied in nuclear physics with applications to quark confinement28,29. several researchers have also given great attention to investigate the energy dependent potentials30,31. boumali and labidi32 solved the klein-gordon equation with an energydependent potential, the shannon and fisher information theory was also considered. also, lombard et.al.33 studied the wave equation energydependent potential for confined systems. therefore, the energy dependent potential in the schrödinger equation or other wave equation in physics has many applications such as features in spectrum of confined systems and heavy quark systems in nuclear and molecular physics34. in this paper, we shall study the influence of the energy-dependent kratzer potential on some diatomic molecules defined as: ( ) ( )2 2 1 11 ( , ) 2 2 a e a e v r e d r r   + + = − −    (2) where the energy slope parameter  must be positive definite in order to describe a physical system27. the shape of the energy dependent kratzer molecular potential with different energy slope parameters, as it varies with equilibrium internuclear length are illustrated in fig. 1a-1c, for four selected diatomic molecules (co, no, o2 and i2). figure 1a. the shape of energy-dependent kratzer molecular potential for different diatomic molecules, with 0 = . figure 1b. the shape of energy-dependent kratzer molecular potential for different diatomic molecules, with 1 = . https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 67 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 figure 1c. the shape of energy-dependent kratzer molecular potential for different diatomic molecules, with 1 =− . 2 asymptotic iteration method the aim has been proposed and used to solve the homogenous linear second-order differential equation of the form12-16: 0 0( ) ( ) ( ) ( ) ( )y x x y x s x y x = + (3) where 0 0  and the prime denote the derivative with respect to x . the functions, 0 ( )s x and 0 ( )x must be sufficiently differentiable. differentiating eq. 3 with respect to x , we get 1 1( ) ( ) ( ) ( ) ( )y x x y x s x y x = + (4) where, 2 1 0 0 0 1 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x x x s x s x s x s x x     = + + = + (5) taking the second derivative of eq. 3 yields 2 2( ) ( ) ( ) ( ) ( )y x x y x s x y x = + (6) where, 2 1 0 1 1 2 1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x x x x s x s x s x s x x      = + + = + (7) again by taking the ( )1k th+ and ( )2k th+ order derivative of eq. 3 for 1,2,3....k = , we obtain the following differential equations: ( ) ( ) 1 1 1 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) k k k k k k y x x y x s x y x y x x y x s x y x   + − − + = + = + (8) where, 1 2 0 2 2 1 0 2 2 1 0 1 1 0 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) k k k k k k k k k k k k k k x x x x s x s x s x x s x x x x x s x s x s x x s x           − − − − − − − − − − − − = + + = + = + + = + (9) solving eq. 8, we obtain the following relation: ( ) ( ) 2 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) k kk k k k k k s x x y x y x xy x y x s x x y x y x x     + + − − −    +   =    +    (10) for sufficiently large values of k , the ( )x values are obtained as 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) k k k k s x s x x x x    − − = = (11) this method consists of converting the schrödinger-like equation into the form of eq. 3 for a given potential model. the corresponding energy eigenvalues are calculated by means of the quantization condition12-16. 1 1( ) ( ) ( ) ( ) ( ), 1,2,3....k k k k kx s x x x s x k  − −= − = (12) the general solutions of eq. 3 is obtain from eq. 10 as: ( )  ( )1 1 2 1 0 2 2 2 1( ) exp ( ) exp ( ) 2 ( ) x x x y x x dx c c x x dx dx   = − + +      (13) where 1c and 2c are integration constant. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 68 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 also, the eigenfunction can be obtained by transforming the schrödinger-like equation of the form: 1 2 2 1 ( ) 2 ( ) ( ) 1 1 n n n n ax t wx y x y x y x bx x bx + + +  +  = − −  − −  (14) the exact solutions for eq. 14 are given by ( ) ( ) ( ) 2 2 2 1( ) 1 ( 2) , ; ; n n y x c n f n n bx   += − + − + (15) where, ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 22 3 , , 2 2n n t b at n n n b       + + ++ + = = = + + (16) 3. bound state solution of the schrödinger equation with energy-dependent kratzer potential the radial part of the schrödinger equation with energy dependent potential ( , )nlv r e reads35: ( ) 22 2 2 2 12 ( , ) ( ) 0 2 nl nl nl nl l ld e v r e r dr r      + + − − =    (17) where  is the reduced mass of the molecules, nle is the energy of the system, denotes the reduced planck constant, n and represent the principal and orbital angular momentum quantum numbers respectively. substituting eq. 1 into eq. 17 yields, ( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 2 1 1 12 1 2 ( ) 0 2 2 nl nl nl a e a e l ld e d r dr r r r        + + + + + − − =       (18) now using a new variable transformation, y ar= , we obtain a second order differential equation of the form: ( )2 2 2 2 1 ( ) 0nl n nl d y dy y y      +  + − + − =    (19) with the following definitions for the used parameters: ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 4 12 , , 2 1 1 1 nl n d ee a da e l l         + = − = + + = + + (20) in order to transform eq. 19 into form suitable for the aim, we write the wave function in the form: 1( ) ( )n y nl y y e f y  −+= (21) substituting eq. 21 into eq. 19, we obtain: ( ) ( )2 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) n ny f y f y f y y y     − + + −     = +        (22) where, ( ) ( ) 0 0 2 2 1 ( ) , 2 1 ( ) n n y y y s y y       − + = + − = (23) by applying the aim quantization of eq. 12 by substituting eq. 23, we obtain the following iterations: ( ) ( ) ( ) 0 1 0 0 1 0 1 2 1 1 2 1 32 2 2 3 2 , 0, 2 1 , 1, 2 2 , 2 2 3 s s n s s n ss n                =  = = + =  = = + =  = = + (24) generally, for arbitrary n , we have ( )2 1 n n n    = + + (25) using eq. 20 with eq. 25, the energy eigenvalues of the schrödinger equation with energy-dependent kratzer potential is obtained as: https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 69 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 1 8 8 11 1 1 4 1 2 2 nl n a e da e n l l     = −  +  + + + + +    (26) this is a very complicated transcendental energy equation. as a special case, when the energy slope parameter 0, = eq. 26 reduces to the result of the standard kratzer potential given as: 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 nl d a e da n l   = −     + + + +       (27) this result is consistent with those reported by bayrak, boztosun and ciftci29. 4. results and discussion we compute the energy eigenvalues (in ev) of energy dependent kratzer molecular potential for co, no, o2 and i2 diatomic molecules. this was done using the spectroscopic parameters given in table 1, and the conversion 1973.29c ev a= 36. table 1. spectroscopic parameters of the various diatomic molecules29 molecule ( )d ev ( )a  ( )amu co 10.84514471 1.1282 6.860586000 no 8.043782568 1.1508 7.468441000 2o 5.156658828 1.2080 7.997457504 2i 1.581791863 2.6620 63.45223502 the energy eigenvalues of energy dependent molecular kratzer potential for the ground state diatomic molecules selected are shown in tables 2 and 3, in the absence of the energy slope parameter  . table 2. energy eigenvalues (in ev) of energy dependent kratzer molecular potential for different values of n and for ground states co and no diatomic molecules, with 0 = . n co co29 no no29 0 0 -10.79431511 -10.79431532 -8.002659248 -8.002659417 1 0 -10.69383928 -10.69383992 -7.921456326 -7.921456839 1 -10.69337058 -10.69337123 -7.921043312 -7.921043834 2 0 -10.59475984 -10.59476089 -7.841483114 -7.841483956 1 -10.59429764 -10.59429869 -7.841076336 -7.841077188 2 -10.59337335 -10.59337441 -7.840262914 -7.840263771 3 0 -10.49705101 -10.49705246 -7.762714900 -7.762716066 1 -10.49659519 -10.49659664 -7.762314236 -7.762315413 2 -10.49568366 -10.49568512 -7.761513040 -7.761514218 3 -10.49431667 -10.49431814 -7.760311552 -7.760312744 4 0 -10.40068763 -10.40068947 -7.685127602 -7.685129079 1 -10.40023807 -10.40023992 -7.684732928 -7.684734417 2 -10.39933907 -10.39934092 -7.683943714 -7.683945203 3 -10.39799086 -10.39799272 -7.682760192 -7.682761696 4 -10.39619379 -10.39619567 -7.681182728 -7.681184246 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 70 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 5 0 -10.30564512 -10.30564735 -7.608697730 -7.608699509 1 -10.30520171 -10.30520394 -7.608308928 -7.608310719 2 -10.30431500 -10.30431723 -7.607531456 -7.607533248 3 -10.30298523 -10.30298747 -7.606365544 -7.606367349 4 -10.30121273 -10.30121499 -7.604811550 -7.604813368 5 -10.29899796 -10.29900024 -7.602869968 -7.602871795 table 3. energy eigenvalues (in ev) of energy dependent kratzer molecular potential for different values of n and for ground states o2 and i2 diatomic molecules, with 0 = . n 2o o2 29 2i i2 29 0 0 -5.126358490 -5.126358625 -1.579082564 -1.579082577 1 0 -5.066640766 -5.066641151 -1.573687115 -1.573687151 1 -5.066291936 -5.066292323 -1.573677890 -1.573677925 2 0 -5.007960488 -5.007961116 -1.568319272 -1.568319330 1 -5.007617702 -5.007618329 -1.568310094 -1.568310152 2 -5.006932272 -5.006932904 -1.568291737 -1.568291796 3 0 -4.950293764 -4.950294624 -1.568291737 -1.562978927 1 -4.949956880 -4.949957740 -1.562969715 -1.562969796 2 -4.949283254 -4.949284119 -1.562951452 -1.562951533 3 -4.948273160 -4.948274034 -1.562924059 -1.562924140 4 0 -4.893617382 -4.893618469 -1.557665652 -1.557665755 1 -4.893286268 -4.893287355 -1.557656567 -1.557656670 2 -4.892624178 -4.892625268 -1.557638398 -1.557638501 3 -4.891631378 -4.891632476 -1.557611144 -1.557611248 4 -4.890308272 -4.890309388 -1.557574807 -1.557574911 5 0 -4.837908798 -4.837910103 -1.552379504 -1.552379630 1 -4.837583322 -4.837584627 -1.552370466 -1.552370591 2 -4.836932504 -4.836933812 -1.552352389 -1.552352514 3 -4.835956606 -4.835957923 -1.552325274 -1.552325399 4 -4.834656026 -4.834657357 -1.552289121 -1.552289247 5 -4.833031292 -4.833032637 -1.552243934 -1.552244060 our results are very consistent with the results obtained by bayrak, boztosun and ciftci29. also, it is observed that the energy eigenvalues become more bounded as the quantum states of these molecules increases. moreover, with the introduction of the energy slope parameter, the energy eigenvalues for the different diatomic molecules tends to increase drastically (see tables 4-6), as compared to the absence of energy slope parameter in tables 2 and 3. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 71 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 table 4. energy eigenvalues (in ev) of energy dependent kratzer molecular potential for different values of n and for ground states co, no, o2 and i2 diatomic molecules, with 0.5 = . n co no 2o 2i 0 0 -1.685470983 -1.598084322 -1.436597363 -0.8821098304 1 0 -1.679305517 -1.590871796 -1.427770406 -0.8798579292 1 -1.679233740 -1.590790708 -1.427673989 -0.8798527834 2 0 -1.673229781 -1.583767938 -1.419088479 -0.8776168647 1 -1.673159688 -1.583688734 -1.418994333 -0.8776117488 2 -1.673019611 -1.583530439 -1.418806171 -0.8776015171 3 0 -1.667239060 -1.576767407 -1.410544994 -0.8753865376 1 -1.667170554 -1.576689982 -1.410453001 -0.8753814511 2 -1.667033643 -1.576535242 -1.410269138 -0.8753712785 3 -1.666828530 -1.576303400 -1.409993648 -0.8753560203 4 0 -1.661329077 -1.569865334 -1.402133902 -0.8731668498 1 -1.661262070 -1.569789595 -1.402043954 -0.8731617926 2 -1.661128150 -1.569638220 -1.401864174 -0.8731516783 3 -1.660927510 -1.569411413 -1.401594794 -0.8731365078 4 -1.660660434 -1.569109476 -1.401236158 -0.8731162818 5 0 -1.655495943 -1.563057265 -1.393849636 -0.8709577054 1 -1.655430353 -1.562983126 -1.393761633 -0.8709526770 2 -1.655299265 -1.562834945 -1.393585738 -0.8709426205 3 -1.655102858 -1.562612914 -1.393322171 -0.8709275367 4 -1.654841404 -1.562317323 -1.392971259 -0.8709074262 5 -1.654515258 -1.561948551 -1.392533439 -0.8708822905 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 72 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 table 5. energy eigenvalues (in ev) of energy dependent kratzer molecular potential for different values of n and for ground states co, no, o2 and i2 diatomic molecules, with 1 = . n co no 2o 2i 0 0 -0.9143283175 -0.8879121698 -0.8355872569 -0.6120188036 1 0 -0.9118740953 -0.8849352196 -0.8316829851 -0.6107178506 1 -0.9118356154 -0.8848906520 -0.8316274353 -0.6107142849 2 0 -0.9094616292 -0.8820091632 -0.8278482118 -0.6094231767 1 -0.9094242910 -0.8819658826 -0.8277942378 -0.6094196340 2 -0.9093497161 -0.8818794293 -0.8276864125 -0.6094125490 3 0 -0.9070878461 -0.8791305048 -0.8240785907 -0.6081347096 1 -0.9070515614 -0.8790884168 -0.8240260842 -0.6081311896 2 -0.9069790858 -0.8790043406 -0.8239211853 -0.6081241500 3 -0.9068706055 -0.8788784754 -0.8237641210 -0.6081135914 4 0 -0.9047500576 -0.8762961642 -0.8203702568 -0.6068523785 1 -0.9047147491 -0.8762551852 -0.8203191212 -0.6068488809 2 -0.9046442191 -0.8761733203 -0.8202169568 -0.6068418862 3 -0.9045386403 -0.8760507547 -0.8200639757 -0.6068313948 4 -0.9043982696 -0.8758877638 -0.8198604937 -0.6068174077 5 0 -0.9024458954 -0.8735034094 -0.8167197533 -0.6055761139 1 -0.9024114949 -0.8734634655 -0.8166699025 -0.6055726385 2 -0.9023427747 -0.8733836647 -0.8165703009 -0.6055656880 3 -0.9022398959 -0.8732641797 -0.8164211473 -0.6055552630 4 -0.9021030976 -0.8731052679 -0.8162227378 -0.6055413644 5 -0.9019326946 -0.8729072681 -0.8159754631 -0.6055239934 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 73 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 table 6. energy eigenvalues (in ev) of energy dependent kratzer molecular potential for different values of n and for ground states co, no, o2 and i2 diatomic molecules, with 2 = . n co no 2o 2i 0 0 -0.4774929881 -0.4701556293 -0.4550063750 -0.3795921052 1 0 -0.4765718304 -0.4690143732 -0.4534445388 -0.3789570351 1 -0.4765520739 -0.4689911448 -0.4534147167 -0.3789548282 2 0 -0.4756699234 -0.4678965624 -0.4519148098 -0.3783251918 1 -0.4756509229 -0.4678741908 -0.4518860464 -0.3783230016 2 -0.4756130152 -0.4678295473 -0.4518286336 -0.3783186218 3 0 -0.4747853199 -0.4667999700 -0.4504144000 -0.3776965243 1 -0.4747669984 -0.4667783719 -0.4503865989 -0.3776943507 2 -0.4747304393 -0.4667352661 -0.4503311006 -0.3776900040 3 -0.4746758092 -0.4666708312 -0.4502481107 -0.3776834845 4 0 -0.4739163936 -0.4657227183 -0.4489409312 -0.3770709835 1 -0.4738986862 -0.4657018233 -0.4489140099 -0.3770688262 2 -0.4738633478 -0.4656601156 -0.4488602625 -0.3770645119 3 -0.4738105292 -0.4655977580 -0.4487798774 -0.3770580413 4 -0.4737404532 -0.4655149913 -0.4486731336 -0.3770494152 5 0 -0.4730617690 -0.4646632066 -0.4474923542 -0.3764485216 1 -0.4730446207 -0.4646429544 -0.4474662416 -0.3764463803 2 -0.4730103939 -0.4646025252 -0.4474141038 -0.3764420979 3 -0.4729592263 -0.4645420684 -0.4473361143 -0.3764356752 4 -0.4728913214 -0.4644618046 -0.4472325300 -0.3764271130 5 -0.4728069445 -0.4643620221 -0.4471036873 -0.3764164124 but, the variation of the quantum state with the energy eigenvalues in the presence of the energy slope parameter is in the reverse direction. as the quantum number increases, the energy eigenvalues of energy dependent molecular kratzer potential becomes more bounded. figures 2 and 3 shows the energy eigenvalues variation with the energy slope parameter for different quantum numbers. both graphs show a similar close trend of increase in energy eigenvalues as the energy slope parameter increases, for different quantum numbers. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 original article 74 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 figure 2. energy eigenvalues of energy-dependent kratzer molecular potential vs  for different values of n . figure 3. energy eigenvalues of energy-dependent kratzer molecular potential vs  for different values of . in fig. 4, there is a diverse behavior of the energy eigenvalues with the potential strength, for different values of the energy slope parameter. here, there is a direct decrease in energy eigenvalue as the potential strength increase in the absence of the energy slope parameter ( 0 = ). with the presence of the energy slope parameter ( 1 =− ), the energy eigenvalue becomes very bounded with a maximum potential strength of about 1 ev. similarly, there is a stunted decrease in energy eigenvalue (not more than 1 ev), as the potential strength increase ( 1 = ). figure 4. energy eigenvalues of energy-dependent kratzer molecular potential vs d for different values of  . 5. conclusions we applied the asymptotic iteration method (aim) to solve the schrödinger equation with energy dependent molecular kratzer potential. its energy eigenvalues and corresponding wave functions in terms of confluent hypergeometric function have been obtained. the numerical results of the energy eigenvalues have been presented in the presence and absence of the energy slope parameter, respectively, for four different diatomic molecules (co, no, o2 and i2). our results agree with the results in available literature, especially when the energy slope parameter is set to zero. we have also shown graphically the variation of the energy eigenvalues with some of the potential parameters like energy slope parameter and the potential strength. the behavior of the energy eigenvalues with these parameters is similar in all the diatomic molecules studied. the result obtained in this study finds application in quantum chemistry, molecular physics amongst others. 5. acknowledgment the authors thank the kind reviewers for the positive comments and suggestions that lead to an improvement of our manuscript 6. references [1] chun-feng, h., zhong-xiang, z., yan, l., bound states of the klein-gordon equation with vector and scalar wood-saxon potentials, acta physica sinica 8 (8) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.1.2020.p65-77 https://doi.org/10.1088/1004-423x/8/8/001 https://doi.org/10.1088/1004-423x/8/8/001 https://doi.org/10.1088/1004-423x/8/8/001 original article 75 eclética química journal, vol. 45, n. 1, 2020, 65-76 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pharmacognosy & natural products, 2124 general flores av, montevideo, uruguay. 2. university of caxias do sul, biotechnology institute, pest control laboratory, 1130 francisco getúlio vargas st, caxias do sul, rio grande do sul, brazil. 3. embrapa cerrados, br-020, km 18, planaltina, brasília df, brasil. +corresponding author: ignacio migues, phone: +598 2924-4068 email address: imigues@fq.edu.uy article info article history: received: july 25, 2019 accepted: march 05, 2020 published: april 1, 2020 keywords: 1. fall armyworm 2. pest management 3. solanum sisymbriifolium 4. biopesticides 5. sugar esters 1. introduction 1.1. solanum sisymbriifolium solanum sisymbriifolium l. is a spiky, perennial and invasive weed, native from the rio de la plata basin. by visual inspection, the shrub is almost free of herbivore insects. interactions between plants and insects within an ecosystem are essentially physicochemical1. the insect is either attracted or repelled towards a plant, following complex and specific physicochemical cues2. s. sisymbriifolium’s epicuticle shows a very complex structural morphology, dense arrays of different kinds of hairs cover the abaxial and adaxial sides of the leaf 3. glandular trichomes are another physical/chemical defense line that contain preconceived compounds that are released when abstract: aiming to evaluate the effects of solanum sisymbriifolium extracts on the development of spodoptera frugiperda, a leaf dichloromethane extract was obtained and subjected to further purification following a bioguided methodology. the structure of the two main compounds isolated from s. sisymbriifolium type iv glandular trichomes have been completely elucidated by a combination of chemical and spectroscopic methods. they are glycosides of 3-(r)-hydroxypalmitic acid and xylo (β-1-5) furanoarabinoside (compound 1) and its 3-o-palmitoyl derivative (compound 2). these compounds greatly influenced the survival and the development of s. frugiperda, when compared to an in vitro test control. the extracts delayed the development, decreased survival and promote abnormalities in the immatures (larvae and pupae). they also showed increasing toxicity towards s. frugiperda in the purification following a bioguided fractionation. the pure compounds had the most deleterious activity, increasing the larval and pupal toxicity (100% mortality for compound 2 at 2.50 mg ml-1 and 90% mortality for compound 1 at 1.00 mg ml-1). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 mailto:imigues@fq.edu.uy http://orcid.org/0000-0003-4259-7290 http://orcid.org/0000-0002-6748-3428 http://orcid.org/0000-0001-6720-9624 http://orcid.org/0000-0002-8921-0340 http://orcid.org/0000-0001-8985-478x http://orcid.org/0000-0003-4334-8317 original article 34 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 the trichome is broken by some external stimulus. because of this, the content of the trichomes is extracted with the epicuticular wax of the leaf 4. however, it is possible to differentiate the origin of these compounds analyzing only the content of the glandular trichomes5. epicuticular wax is removed from the surface of the leaves using non-polar solvents for a short period (normally 30 s) in order not to remove internal lipids6,7. trichome compounds can be separated from waxes by freezing out an acetone solution of the epicuticular extract. trichome chemistry is diverse and many bioactive metabolites have been isolated from these storage structures, such as terpenes, alkaloids, phenols, flavonoids and sugar esters. in most cases, the shape and morphology of trichomes is characteristic of the type of compounds they contain8,9. visual inspection of s. sisymbriifolium leaf under the microscope, allowed the identification of type iv trichomes, which are the predominating ones over the abaxial side of the leaf. these trichomes are known for producing many bioactive compounds especially acyl sugars, compounds which play a key role within some of the chemically mediated interactions of many solanaceae plants and their environment. among the different bioactivities reported such as antihypertensive, analgesic, anti-diarrheic, antioxidant and antibacterial10-14, some anti-insect properties of the compounds have been described in literature15. 1.2. spodoptera frugiperda spodoptera frugiperda is an endemic lepidoptera all over the american continent that in the last decade has reached africa, europe and india and probably in some years will invade all the countries around the world16. it is considered as a key-pest and its larvae attack more than 350 plants belonging to 76 plant families, mainly poaceae including cultivated plants as corn, rice, soybeans and cotton17,18. rapid development and fertility allow s. frugiperda to have a high number of offspring (2.086 × 1029 individuals/female/ year)19,20. only in brazil it is responsible for losses of over $ 40 million per year21. as these larvae attack a wide variety of plants is difficult to develop an effective control strategy22. caterpillars are usually controlled with chemicals that can be harmful to the applicators and the environment and in several cases, remain in soil and plants causing biological unbalance and generating the appearance of resistant populations23. moreover, these chemicals affect negatively the food safety. in larval phase, insects choose appropriate food to obtain nutrients that favor their growing and development into sexually competitive adults. in field conditions s. frugiperda complete development cycle has a 30-day duration, with six instars, a larval phase of 14 days and pupae size of 14-18 mm with a duration period of 8-9 days when growing at 25 °c but when reared on artificial diets, the larval phase is shorter as well as the pupal phase19. in the present communication the chemical composition of the exudates from s. sisymbriifolium type iv trichomes and the bioactivity of the extracts isolated compounds towards spodopera frugiperda is reported. 2. experimental 2.1. general gc was performed using an hp 6890 chromatograph – mass selective detector 5973, split mode, tinj: 290 °c, tinterphase: 280 °c, tsource: 230 °c, tquadrupole: 140 °c. constant flow, capillary hp-5 column, carrier: helium. temperature program: ti: 60 °c, 5 min, 5 °c min-1 until tf: 270 °c, 5 min. the compound identification was done by comparison with the nist-05 library. nmr experiments (1h and 13c, mono and bi dimensional) were performed using a bruker avance 400 and 100 mhz respectively, using cdcl3 as solvent and tms as internal reference, using the standard sequences for the bidimensional experiments. the maldi-tof/ms spectra were obtained using a voyager de-pro instrument (applied biosystems), with 4-cyanohydroxycinnamic acid as matrix. the absolute configuration of 3(r)hydroxypalmitic acid was performed using a krüss p8000 polarimeter (krüss optronic) equipped with software v3.0 using 5 cm cells. all reagents were sigma aldrich analytical grade. the thin layer plates were polygram sil/uv254 0.25 mm layer (macherey-nagel), and the mobile phase used was chcl3/meoh (9:1). all extracts were concentrated under reduced pressure with temperatures below 60 °c. the dyeing reagents used were: 1) 5% de cuso4 in 10% aqueous solution of h3po4. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 original article 35 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 2) sugar dyeing reagent: diphenylamine:aniline:phosphoric acid in acetone. 2.2. plant material s. sisymbriifolium samples were collected in montevideo, uruguay (-34.888761, -56.185015), they were identified and kept at the jose arechavaleta herbarium in the faculty of chemistry, udelar, uruguay (voucher number 3520). 2.3. extracts the extraction method was performed following rech-cainelli et al. 201524, where 300 g of fresh leaves were immersed portion wise in 1000 ml of dichloromethane for 30 s in order to extract only epicuticular waxes compounds. the dichloromethane solutions were evaporated under reduced pressure to dryness (dichloromethane extract). to yield the enriched fraction of sugar esters, 1 g of the previous extract was dissolved in acetone (100 ml) and the solution was cooled to -20 °c and kept overnight at this temperature. the resulting precipitate was discarded and the acetone extract was evaporated under reduced pressure to dryness (dichlormethane/acetone extract). 2.4. bioguided fractionation the phytochemical study was done following a bio-guided fractionation, using the enriched fraction of sugar esters and the composition of the different fractions was evaluated by tlc. open column chromatography was performed with the dichloromethane/acetone extract in order to isolate the two major sugar esters. 1 g of the extract was used into a 50 g of silica gel (baker 60-200 mesh) column, and a total of 250 (10 ml) fractions were collected using an increasing polarity solvent mixture until the isolation of compounds 1 and 2. the identification of compounds 1 and 2 fatty acids was done following the methodology proposed by heinzen et al. (1985)25. 2.5. absolute configuration of 3(r)hydroxypalmitic acid the methyl ester of the glycoside 2 (10 mg) was kept under stirring overnight at rt in 3 ml of 10% hcl in meoh. a mixture of dichloromethane: water 1:1 (10 ml) was added and the phases partitioned through centrifugation. the polarized light deviation of the dichloromethane solution was measured and the {α} d calculated. 2.6. evaluation of s. sisymbriifolium extracts bioactivity over s. frugiperda the larvae were reared following the methodology described by montezano et al. (2019)19. they were fed with artificial diet26 and maintained under controlled conditions (25 ± 2 °c, 70 ± 10% rh and photoperiod of 14 h) at the biotechnology institute, universidade de caxias do sul, brazil. the extracts were diluted in tween-80 (5%) and mixed with the diet until total homogenization. the bioassays were performed with 1 cm3 diet blocks spiked with the test solution at 0.25, 1.00 and 2.50 mg ml-1 levels and a control group, in 50 ml plastic glasses. neonate larvae were placed individually (each one was considered a repetition) in the plastic glasses for the assays. two bioassays were performed: the first one used 700 newborn larvae (100 replicates for each condition) to evaluate the effect of the three levels of extract 1 (e1 at 0.25, e1 at 1.00 and e1 at 2.50 mg ml-1) and the three levels of extract 2 (e2 at 0.25, e2 at 1.00 and e2 at 2.50 mg ml-1), besides the control group. the second bioassay used 210 newborn larvae (30 replicates for each condition) to evaluate the effect of the three levels of compound 1 (c1 0.25, c1 1.00 and c1 2.50 mg ml-1) and three levels of compound 2 (c2 0.25, c2 1.00 and c2 2.50 mg ml-1), besides the control group. all the replicates were observed individually until the moth emergence (adult), registering the daily survival and adult malformations. 2.7. statistical analysis the average survival time curves (larvae to adult) were elaborated using kaplan-meier estimator and comparisons between survival curves were made using log rank test with r https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 original article 36 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 version 3.5.127. the curves were compared between each extract and each compound. 3. results and discussion the addition of s. sisymbriifolium dichloromethane extract (e1) and dichloromethane/acetone extract (sugar esters enriched extract) e2 at 0.25, e2 at 1.00 and e2 at 2.50 mg ml-1 concentrations to the diet affected the development of s. frugiperda, effect that can be verified by the survival curves (fig. 1). (a) (b) figure 1. survival curves of immature spodoptera frugiperda (larvae, prepupae, and pupae) from larvae reared on artificial diet spiked with dichloromethane extract e1 (a) and e2 (b). continuous line control (without extract); dashed line (large dashes) extract at 0.25 mg ml-1; dashed line (short dashes) extract at 1.00 mg ml-1 and dotted line extract at 2.50 mg ml-1. note that the curves stopped at the percentage of adults emerged (log rank test, χ 2 = 110-118, df =3, p < 0.001) see table 2. the larvae fed on artificial diet with dichloromethane extract (e1) showed a survival percentage of 85% (0.25 mg ml-1), 48% (1.00 mg ml-1) and 38% (2.50 mg ml-1) (fig. 1a), in a dose dependent mortality effect (fig. 1). the larvae fed on artificial diet with dichloromethane / acetone extract (e2) showed greater effects on survival of s. frugiperda with ratios of 72% (0.25 mg ml-1), 45% (1.00 mg ml-1) and 29% (2.50 mg ml-1) (fig. 1b), also with a dose dependent mortality effect (fig. 1). because e2 showed a greater toxic overall effect and this extract was further fractionated. it was assumed that the decreased insect survival could be related to compounds from type iv glandular trichomes which were isolated with the leaf wax and subsequently purified in the dichloromethane/acetone extract. these types of compounds are acyl sugars, with known bioactivity against insects and fungi5,28-30. two major acyl sugar derivatives were isolated after silica gel column chromatography, visualized in tlc plates with the sugar dyeing reagent (rf = 0.3 and 0.25). the structure of both isolated compounds was totally elucidated by nmr and gc as described in experimental section. in previous works, cesio et al. (2006)7 reported a rough description of the structure of acyl sugar methyl esters, not the naturally occurring compound. the fatty acid composition was determined by gc/ms of the methyl esters derivatives. the whole structure was proposed using the gc alditol analysis combined with the hmbc nmr experiment. the structure of the occurring natural product, the non-esterified compounds, was deduced after a thoroughly study of the maldi–tof/ms spectrum, and additional bidimensional nmr experiments. basic hydrolysis of compound 2 yielded only palmitic acid. on the other hand, its exhaustive acid hydrolysis yielded two pentose residues, and a 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 5 10 15 20 25 30 35 40 su rv iv al ( % ) u n ti l a d u lt days after eclosion https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 original article 37 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 levorotatory β-hydroxy fatty acid, identified as 3(r) hydroxypalmitic acid after gc-ms analysis and the comparison to literature values of the optical properties of 3-hydroxy acids. the pentoses were identified through alditol analysis as arabinose and xylose in a 1:1 relationship. these findings suggested a compound having the structure of a glycoside of an arabinoxylan linked to the hydroxypalmitic acid and esterified with palmitic acid, further confirmation was obtained through maldi-tof/ms analysis of the methyl ester of the glycoside, which detected a neat m/z=797.5392 [m + na]+ peak, and smaller one at m/z=775.5574 [m + h]+. the final structure determination of compound 1 was achieved through nmr experiments. a complex pattern of 13c and 1h nmr signals of a disaccharide spectra was obtained for compound 2. a detailed analysis of 13c spectra of compound 1 yielded two carboxyl carbons at δ=177 ppm and a signal at δ=107.8 ppm, characteristic of an arabinofuranoside conformation. the other anomeric carbon was detected at δ=104.2 ppm, consistent with a carbohydrate in the pyranose conformation. the signals corresponding to 9 c-o resonances appeared between δ=60 and δ=80 ppm. finally, two signals at δ=14 and δ=17 ppm that correspond to the methyl groups of the fatty acid chains that substituted the arabinofuranose carbohydrate framework were also detected. the 1h nmr spectra of compound 1 showed a region of methylenic protons between δ=1 and δ=2 ppm, a multiplet at δ=2.8 ppm which are consistent with the alpha protons of a β-hydroxyacid and another multiplet centered at δ=2.2 ppm corresponding to the protons alfa to the acyl residue attached to the dissacharide. the sugar protons appeared between δ=3.2 and δ=5.2 ppm. bidimensional nmr experiments allowed the full characterization of the molecule. the hsqc-tocsy experiment showed four spin systems. the two carbohydrate residues were clearly differentiated. the two anomeric carbons were detected at δ=107.8 ppm and δ=104.2 ppm in the 13c nmr spectrum, the monosaccharide units with anomeric protons at δ=5.2 and 4.45 ppm (j=5.4) corresponded to two pentoses with their methylene carbons at δ=68.7 and δ=65.8 ppm, respectively, and were identified as α-l-furanoarabinose and β-d-xylose. the third spin system belonged to the fatty acid residue attached to the disaccharide. whereas the fourth spin system corresponded to a β-hydroxy carboxylic acid system δ=4.11, 2.8 ppm aligned through the 13c signal at (δ=74.1). cosy 1h-1h connectivity allowed the unambiguous assignment of all protons and therefore the identification of the structure of each monosaccharide (tab. 1). the hmbc experiment gave the intramolecular connectivity that allowed the final structure elucidation of compound 1. cross peaks between araf c-1 (δ=107.8) h-3 of hydroxypalmitic (δ=4.11) and c-3 (δ=74.1) of hydroxypalmitic and the anomeric signal of araf (5.15); between c-1 (δ=177) of palmitic acid and araf h-3 (δ=4.11) showed the substitution of the arabinose residue. a third group of cross peaks were detected between the c-5 of araf (δ=68.7), and h-1 xyl (δ=4.20); the geminal protons h-5 araf (δ=4.07; 3.80) and the c1 (δ=104.2) of the terminal xylose unit. they were indicative of a glycosidic linkage between the anomeric carbon of the xylose residue and the c-5 arafgeminal protons, showing the xylo-β-1-5arafstructure of compound 131. based on the above discussed data, we propose that the compound 2 structure is the 3-arafpalmitate of. [3-(r)-hydroxypalmitic acid] (araf-1)→xylo (β15) furanoarabinoside, (fig. 2). the structure of compound 2 was deduced comparing the spectral data and chemical properties of compound 1. the acid hydrolysis of compound 2 gave the same carbohydrate and hydroxy acid residues as for compound 1 but no palmitic acid was detected after basic hydrolysis. maldi-tof/ms spectrum showed a peak at m/z=559.3095 [m +na]+ which is consistent to a disaccharide of xylose and arabinofuranose with a 3-(r) hydroxypalmitic acid. 13c nmr spectrum showed only the signal at δ=14 ppm from one methyl group and only one signal at δ=176 ppm was detected. the signal at δ=4.2 ppm had shifted to δ=3.6 ppm, indicating that compound 2 is the unesterified glycoside of compound 1. bidimensional nmr experiments (hsqctocsy, 1h-1h cosy, hmbc) were consistent and confirmed compound 1 as [3-(r)hydroxypalmitic acid] (araf-1) and xylo (β1-5) arabinofuranoside (fig. 2). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 original article 38 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 table 1. 1h and 13c relevant assignments of the glycosidic template of compound 1 and 2 using 1d and 2d nmr experiments with a 100 mhz field in cdcl3. compound 1 carbon xylose arabinose (f) h c h c 1 4.45 (j = 2.7 hz) 104.2 5.06 (j = 5.4 hz) 107.8 2 3.45 (j = 3.5, 2.7 hz) 76.8 3.93 (j = 7.1, 5.4 hz) 76.2 3 3.35 (j = 3.5 hz) 73.7 3.99 (j = 7.1, 4.4 hz) 76.4 4 3.62 (j = 3.5, 2.9, 2.7 hz) 69.9 3.98 (j = 4.7, 4.4 hz) 83.2 5 3.23 (j = 13.3, 2.9 hz) 65.8 4.02 (j = 4.7 hz) 68.7 3.92 (j = 13.3, 2.7 hz) 3.75 (j = 4.7 hz) compound 2 carbon xylose arabinose (f) h c h c 1 4.45 (j = 2.7 hz) 104.2 5.15 (j = 5.4 hz) 107.8 2 3.45 (j = 3.5, 2.7 hz) 76.8 4.05 (j = 7.1, 5.4 hz) 80.4 3 3.35 (j = 3.5 hz) 73.7 4.90 (j = 7.1, 4.4 hz) 80.2 4 3.62 (j = 3.5, 2.9, 2.7 hz) 69.9 4.15 (j = 4.4, 4.3 hz) 83.1 5 3.23 (j = 13.3, 2.9 hz) 65.8 4.07 (j = 4.3 hz) 68.7 3.92 (j = 13.3, 2.7 hz) 3.80 (j = 4.3 hz) figure 2. molecular structures of compounds 1 and 2. summarizing we postulate that the structures of the acyl sugars from s. sisymbriifolium are: compound 1: xylo (β-1-5) furanoarabinoside (-1-3)3-(r)-hydroxypalmitic acid c26h48o11. maldi-tof/ms [m+na]+ = 559.3095. calculated 559.3094, and for compound 2: 3-o arafpalmitic acid ester of xylo (β-1-5) furanoarabinoside (-1-33-(r)-hydroxypalmitic acid c42h78o12 [m+na]+ = 797.5392 calculated 797.5391. furthermore, the biological activity of the two isolated compounds was studied in bioassays conducted on artificial diet spiked with them. the results are shown in fig. 3. tables 2, 3 and 4 show the results of the log rank test with the c2 values for the different situations at different confidence levels. this test is the preferred one to compare if https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 original article 39 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 the survival of populations when exposed to different stressors are independent events or not. all the compounds and extracts caused significantly higher mortality than the control during the bioassays. furthermore, the toxicity of the pure compounds was also significantly higher than that caused by the crude extracts (see tab. 4). (a) (b) figure 3. survival curves of immature spodoptera frugiperda (larvae, prepupae, and pupae) from larvae reared on artificial diet spiked with compounds 1 (a) and 2 (b). continuous line control (without extract); dashed line (large dashes) 0.25 mg ml-1; dashed line (short dashes) 1.00 mg ml-1 and dotted line 2.50 mg ml-1. note that the curves stopped at the percentage of adults emerged (log rank test, χ 2 =38-51, df =3, p < 0.001) see tab. 3. table 2. chi-square and p-values from log rank test for comparison between survival curves of spodoptera frugiperda (larvae, prepupae, and pupae) from larvae reared on artificial diet spiked with dichloromethane extract e1 and e2. df 2 p 2 p extract 1 extract 2 general comparison among all curves 3 110.1 <0.001 118.0 <0.001 control × 0.25 mg ml-1 1 5.5 =0.020 18.9 <0.001 control × 1.00 mg ml-1 1 54.2 <0.001 60.8 <0.001 control × 2.50 mg ml-1 1 75.9 <0.001 98.4 <0.001 df 2 p 2 p extract 1 extract 2 0.25 mg ml-1 × 1.00 mg ml-1 1 29.4 <0.001 16.1 <0.001 0.25 mg ml-1 × 2.50 mg ml-1 1 49.1 <0.001 43.3 <0.001 df 2 p 2 p extract 1 extract 2 1.00 mg ml-1 × 2.50 mg ml-1 1 3.8 =0.050 7.7 =0.006 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 original article 40 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 table 3. chi-square and p-values from log rank test for comparison between survival curves of spodoptera frugiperda (larvae, prepupae, and pupae) from larvae reared on artificial diet spiked with compounds 1 and 2. df 2 p 2 p compound 1 compound 2 general comparison among all curves 3 38.2 <0.001 58.9 <0.001 control × 0.25 mg ml-1 1 9.3 =0.002 12.7 <0.001 control × 1.00 mg ml-1 1 20.9 <0.001 26.1 <0.001 control × 2.50 mg ml-1 1 36.7 <0.001 48.4 <0.001 df 2 p 2 p compound 1 compound 2 0.25 mg ml-1 × 1.00 mg ml-1 1 2.7 =0.100 2.7 =0.100 0.25 mg ml-1 × 2.50 mg ml-1 1 10.6 =0.001 21.2 <0.001 df 2 p 2 p compound 1 compound 2 1.00 mg ml-1 × 2.50 mg ml-1 1 2.4 =0.100 9.1 =0.003 table 4. chi-square and p-values from log rank test for comparison between survival curves of spodoptera frugiperda (larvae, prepupae, and pupae) from larvae reared on artificial diet spiked with extracts 1 and 2 and compounds 1 and 2 at each concentration. it was observed that compounds 1 and 2 at concentrations of 0.25, 1.00 and 2.50 mg ml-1 affected the development of s. frugiperda. the observed mortality was concentration-dependent for compound 1 and 2 (fig. 3). after 40 days of evaluation, compound 1 did not reach 100% mortality with the higher evaluated concentration. but compound 2 achieved 100% mortality evaluated in the same condition after 15 days of experiment. moreover, the overall number of insects reaching the adult phase were 46.29% (0.25 mg ml-1), 15.27% (1.00 mg ml-1) and 3.46% (2.50 mg ml-1) for compound 1 (fig. 3). when compound 2 was evaluated, the survival observed percentages were 36.72% (0.25 mg ml-1), 11.11% (1.00 mg/ml) and zero (2.50 mg ml-1) (fig. 3). s. frugiperda feeding behavior as a polyphagous insect requires large amounts of food for their development to reach the adult stage. there is no evidence of sugar esters acute toxicity to insects, and the intake may be a prerequisite to detect the deleterious effects of these compounds32. as observed in other studies evaluating effects of plant extracts on s. frugiperda development33-35, in all treatments, beyond mortality, were observed abnormalities in immatures that which qualitatively demonstrate the effects of extracts and compounds on the development of s. frugiperda. the isolated compounds, evaluated at the same concentration levels, were more toxic than the crude extracts assayed and caused noticeable abnormalities in the metamorphosis phase. the abnormalities that resulted in the interruption of the metamorphosis process have similar characteristics as those already described for lefenuron, which acts as an insect’s growth regulator36. df 2 p extract 1 × extract 2 0.25 mg ml-1 1 4.7 =0.030 1.00 mg ml-1 1 0.8 <0.400 2.50 mg ml-1 1 2.1 <0.100 df 2 p compound 1 × compound 2 0.25 mg ml-1 1 0.4 =0.500 1.00 mg ml-1 1 0.5 =0.500 2.50 mg ml-1 1 4.7 =0.030 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 original article 41 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 33-43 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p33-43 4. conclusions the two evaluated extracts increase the immature mortality of s. frugiperda. this effect could be related to the individual acyl sugars tested. the dichloromethane / acetone extract (sugar ester enriched extract) e2, highly affected the larval survival rather than the pupal. the response was dose dependent and the major compounds (1 and 2) from this extract were isolated and their structures elucidated. when the pure compounds were added to the diet, a significant effect was observed in the metamorphosis phase, as many of the exposed caterpillars failed to accomplish the transformation to reach the pupal stage. see fig. 4a, 4b, 4c. with compound 1, the rates of mortality of the insects failing to survive the larval to pupal phase transition were 27% (1.00 mg ml-1) and 53% (2.50 mg ml-1). the mortality of the insects that could not complete their metamorphosis was 17% (0.25 mg ml-1) and 50% (mg ml-1), both compounds showed important effects over the larval stage. see fig. 4d and 4e. figure 4. abnormalities found in s. frugiperda larval stage when fed with artificial diet spiked with compound 2 (a, b & c) and with compound 1 (d & e). compounds 1 and 2 showed high toxicity levels over the s. frugiperda larval phase with almost 100% mortality for compound 1 at 2.50 mg ml-1 and 90% mortality for compound 2 at 1.00 mg ml-1. these results show that the acyl sugars isolated from s. sisymbriifolium trichomes are a new class of bioactive compounds that affect the development of the fall armyworm s. frugiperda. due to their simple chemical structures, they could be interesting lead compounds for the synthesis of new agents for pest control working as biopesticides contributing with the sustainability of different ecosystems. 5. acknowledgments the authors would like to acknowledge capes-udelar and pedeciba quimica for supporting this research and the academic exchanges between brazil and uruguay. 6. references [1] burkart, a., bacigalupo, n. m., flora ilustrada de entre rios (argentina): dicotiledóneas metaclamideas (gamopétalas), a: primulales a plantaginales, in: colección científica del instituto nacional de tecnología agropecuaria, buenos aires, 1978. 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university of new jersey, biotechnology center for agriculture and the environment, department of plant biology and pathology, new brunswick, new jersey, united states. +corresponding author: javier christian ramirez-perez, phone: +55 11 98291-6169, email address: jperez@if.usp.br article info article history: received: august 26, 2019 accepted: july 01, 2020 published: january 01, 2021 keywords 1. carbon dioxide biofixation 2. specific growth rate 3. microalgae kinetic models 4. spirulina platensis 5. photoinhibition 6. salinity stress abstract: in this research, the physiological response of the microalgae spirulina platensis to salinity stress (1 and 100 g l-1) was investigated. spirulina platensis and s. platensis (adapted to high salt concentration) were operated at laboratory scale in a semi-continuous photobioreactors. the responses examined were within 0.5 to 10% co2 concentration, temperatures from 10 to 40 °c, light intensities from 60 to 200 μmol m-2 s-1 and presented better results in terms of all kinetic parameters. the highest rate of co2 biofixation for s. platensis was 25.1 gco2 m-3 h-1, and the maximum specific growth (μmax) achieved was 0.44 d-1 0.67 d-1 at 2.5% co2, 150 µmol m-2 s-1 at 25 °c. corresponding determined values of s. platensis adapted were 18.2 gco2 m-3 h-1, 0.31 d-1 0.58 d-1 at 2.5% co2, 60 µmol s-1 m-2 and 28 °c. however, both microalgae exhibited experimental limiting growth factors, co2 10%, 40 °c and 200 µmol m-2 s-1, conditions under which photosynthetic co2 biofixation may be inhibited and photoinhibition of photosynthesis may be enhanced by salinity. the efficiency of 2.5% co2 removal by s. platensis achieved 99%, whereas s. platensis adapted to 96%, respectively. the kinetic parameters estimated for s. platensis can be used to improve photobioreactor design for reducing of atmospheric carbon dioxide. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 mailto:jperez@if.usp.br https://orcid.org/0000-0001-9596-8281 https://orcid.org/0000-0003-1812-0310 original article iq.unesp.br/ecletica 22 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 1. introduction global warming is generally attributed to greenhouse gases (ghg) increase in the atmosphere, particularly carbon dioxide (co2), for which atmospheric concentration has already achieved 387 ppm and needs to get down to 350 ppm or less in order to avoid global climate change consequences1,2. by 2100, 26 billion tons of co2 are estimated to be released into the atmosphere from anthropogenic sources3. photosynthetic organisms such as microalgae species are potent producers of value-added bioactive compounds such as pigments, vitamins and long-chain polyunsaturated fatty acids, when grown under stress conditions can accumulate significant quantities of total lipids4-6. recent studies indicated that improvements in culture conditions are needed to obtain adequate productivity of lipid, protein, carbohydrate content. it is well known that numerous parameters influence the growth of these compound content in microalgae: co2 addition, light, temperature, salinity, nutrient addition, inoculation size, stirring, ph, etc.4,7. the national aeronautics and space administration (nasa) was the first institution to become interested in microalgae spriulina for oxygen production, co2 reduction and proposed it as one of the primary foods to be cultivated in a future bioregenerative life support system for long-term manned space missions’ scenarios such as moon and mars bases4-6. the cyanobacterium spirulina platensis (s. platensis) is commercially produced as a nutrient source in health food, feed and pharmaceutical industries, especially in developing countries8. s. platensis has shown ability of adaptation to quite different habitats and colonizes harsh environments, where life is exceedingly difficult for other organisms. for example, in the lakes containing salt concentrations > 30 g l-1, the cyanobacterial population became practically monospecific and spirulina was the only organism present in significant quantities. indeed s. platensis was found in waters containing from 20 to 270 g l-1 of salt, but growth seemed to be optimal at salt concentrations ranging from 20 to 70 g l-1 and it is possible that the population of s. platensis found at the highest salt concentrations, such as in temporary ponds just before drying, was that of the cyanobacterial biomass established when the concentration of salts was much lower7. s. platensis are thermophilic algae with optimal growth temperature between 35 to 37 °c8. when s. platensis was cultivated outdoor under high natural sunlight and salinity-stress, its production was usually accompanied by photosynthesis photoinhibition. furthermore, it was suggested that salinity-stress enhances photosynthesis photoinhibition in green alga chlamydomobas reinhardtii9. thus, s. platensis incorporates into a suitable photo-bioreactor configuration that can enhance photosynthesis by increasing growth conditions and controlling exposure of s. platensis to environmental factors, as well as suitable for greenhouse gases attenuation, particularly converting co2 into biomass in which carbon is biofixed and incorporated into carbohydrates, lipids and proteins10,11. the microalgae biomass produced can also be used for various applications, such as biofertilizer, soil conditioner, and biofuels production8,12. however, more research and development are necessary on strain of microalgae selection, acclimation, and adaptation with regards to salt tolerance and the impact of other environmental parameters. in this paper, were studied the impacts of light intensity, temperature, and inlet co2 concentration on the specific growth rate of s. platensis and s. platensis adapted to salinity-stress during biofixation of co2 in photobioreactors at laboratory scale. 2. experimental 2.1 algal strain and cultivation conditions spirulina platensis from the american type culture collection (atcc) strain 53844 was cultivated in zarrouk’s culture10 fresh medium described in tab. 1, adjusted (autoclave medium) to a final ph 9.0 ± 0.2. the stock culture was maintained in a 250 ml erlenmeyer flask containing 50 ml of the medium at 20 °c under 60 µmol m-2 s-1 of light intensity, and 16/8 h day/night cycle. every week the culture was transferred to a 500 ml flask containing the respective fresh medium and acclimatized to 0.5% of co2 mixed with air. then, for further tests, the acclimated culture was transferred into each photobioreactor and the co2 concentration was increased gradually by bubbling co2 (2.5%, 5%, 7.5% and 10%) for 24 h before starting the test at a flowrate of 0.05 l m-1. adaptation of s. platensis to high salinity, an inoculum of microalgae s. platensis were cultivated in a modified zarrouk’s medium10 (tab. 2). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 23 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 table 1. composition of stock solutions used to prepare nutrient solution for s. platensis*. stock solution composition stock solution / g l-1 nutrient solution nahco3 16.8 k2hpo4 0.5 nano3 2.5 k2so4 1 nacl 1 mgso4.7h2o 0.2 cacl2∙2h2o 0.04 feso4.7h2o 0.01 edta 0.08 trace metals mix a5 h3bo3 2.86 mncl2∙4h2o 1.81 znso4∙7h2o 0.222 namoo4.2h2o 0.39 cuso4∙5h2o 0.079 co(no3)2∙6h2o 0.0494 trace metals mix b6 modified nh4no3 0.23 k2cr2(so4)4∙24h2o 0.096 niso4∙7h2o 0.0478 na2wo4∙2h2o 0.0179 ti(so4)3 0.040 *preparation: combine salt solution ingredients with 1 ml trace metals a5 mix and 1 ml trace metals b6 to prepare 1 l, adjust medium for final ph 9.0, and autoclave at 121 °c for 15 min. adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 67. table 2. composition of stock solutions used to prepare nutrient salt solution for s. platensis (adapted). stock solution composition stock solution / g l-1 salt nutrient solution nacl 100.0 seawater (aquarium salt) 16.0 nano3 0.51 na2so4 1.23 mgcl2 0.033 trace metal mixϯ vitamin solutionϯ edta.2h2o 4.36 cocl2.6h2o 0.010 fecl3.6h2o 3.15 mncl2.4h2o 0.018 cuso4.5h2o 0.010 na2moo4.2h2o 0.0063 znso4.7h2o 0.022 nah2po4.2h2o 4.0 thiamine-hcl 2.0 tv solution* biotin 0.005 vitamin b12 0.005 preparation: trace metal mix solutionϯ: dissolve edta first in hot water and then combine with the other ingredients to 1l. vitamin solutionϯ: after combining the ingredients adjust to ph 6 filter sterilized (do not autoclave). tv solution*, prepare the ingredients in 100 ml. filter sterilized (do not autoclave). adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 68. this adapted culture followed the same experimental procedure for s. platensis as explained above. experiments were designed in parallel photobioreactors and operated under the same experimental conditions to study the adaptation process of s. platensis to salinity. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 24 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 2.2 photobioreactors and experiments figure 1 shows the graphical abstract scheme of the experimental set up at laboratory scale. the input co2 gas concentration was controlled by mixing co2 and air directly to each photobioreactor of 2 l working volume (wv) glass (pyrex). the input gas mixture was connected by pvc tube (d=0.15 cm). the flowrate of co2 was measured by a flowmeter (colepalmer) and a sintered sparge (porous air diffuser) placed into the photobioreactor for bubbling the into the biomass. the exhaust gas from each photobioreactor was connected by a pvc tube of 0.15 cm diameter and the flowrate measured by a flowmeter. each photobioreactor was inoculated with 200 ml of precultured s. platensis and filled with 1800 ml nutrient solution prepared and mixed 24 h in advance to reach about 0.5 g l-1 concentration of suspension biomass. an experimental factorial design was proposed to study the three factors: co2 concentration, temperature and light intensity, ranging at five levels using the same experimental procedure, first for s. platensis culture followed by s. platensis adapted to high salt concentration. five parallel photobioreactors were set up in the same chamber, the initial concentration of the cell biomass was approximately 0.5 g l-1, the photobioreactors operated at the same temperature and light intensity, but the cell biomass in each photobioreactor received different co2 concentrations (0.5, 2.5, 5.0, 7.5 and 10%) under continuous bubbling of co2 at a rate of 0.5 l m-1, and all run lasted 12 days. the following experiments were examined at varied temperatures of 15, 20, 25, 30 and 40 °c and then light intensities of 60, 80, 100, 150 and 200 µmol m-2 s-1. the photobioreactors temperature was maintained constant by immersing the photobioreactors in acrylic open water baths (0.46 x 0.25 x 0.8 m) with immersion circulator analog controller (isotemp 2100). the light intensity was generated by cool white fluorescent tubes (general electric 40w to 80w) and measured using a quantum sensor (model li-190sa), connected to a quantum/radiometer/photometer light meter (model li250a, li cor inc. lincon, ne, usa). the quantum sensor was configured to make measurements of photon flux density (pdf) in the par (photosynthetic active radiation, 400-700 nm). the source of co2 was provided by airgas specialty gases new jersey, 200 and 300 cubic feet volume cylinders of co2 concentrations of 0.5, 2.5, 5.0, 7.5 and 10% balance with air, the concentrations certified by the vendor. figure 1. experimental setup of algal bioreactors at small scale. adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 67. 2.3 analytical determinations the concentration of microalgae was measured by the method of filtration, being 10 ml suspension of cell biomass filtered on membrane filter (gf/c filters 1.2 µm, d=47 mm). after dried filters at 80 °c for 24 h, cell biomass weights were determined until achieved constant weight over time. the ratio of carbon in the dry cell biomass [cc] was determined by ignition, dried cell biomass was ignited at 500 °c in a thermolyne furnace (model 62700, thermolyne corp. dubuque, ia) to estimate the dry weight biomass. the cell biomass concentration for both microalgae was also determined as the changes in optical density (od). the od of the suspension algal biomass was measured at 680 nm (s. platensis) as absorbance, using a spectrophotometer (uv-vis shimadzu1700). the cell dry weight of s. platensis and optical density (od680) were established by linear regression (dry cell biomass, g l-1 = 0.477 × od680 + 0.376; r2 = 0.957; p = 0.01). likewise, for s. platensis adapted and cell biomass g l-1=2.35 × od680 + 0.32; r2=0.94, p=0.01. triplicate samples of the cell biomass were collected every day until reached maximum microbial growth (45 g l-1), depending upon the experimental conditions some photobioreactors were shut down earlier than others. the ph of the suspension of cell biomass was measured with a ph meter (acumet abis plus) calibrated with standard ph solutions of 4, 7 and 11. analysis of co2 input/output of each bioreactor was measured with a gas chromatograph shimadzu 17a http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 25 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 with tdc detector, gas samples were taken in plastic bags. the co2 concentration was also monitored analyzing co2 directly in the gas stream off the bioreactor using colorimetric gas detection tubes rae systems. 2.4 determination of growth rate and kinetic parameters assuming that the microalgae growth can be modeled by a first order dynamic equation: dy/dt = x (1) integrating and re-arranging eq. 1, the growth coefficient also called specific growth rate (μ, d-1) can be calculated using the eq. 2: 12 12 )/ln( tt xx − = (2) where x1 and x2 were the microalgae concentration (g l-1) on days t1 and t2, respectively13. the biomass productivity rate, also called linear growth (p), is estimated according to eq. 3: 𝑝 = 𝑋2−𝑋1 𝑡2−𝑡1 (3) where p (g l-1 d-1). since no organic carbon source is available in culture medium, the co2 biofixation rate can be indirectly calculated by the carbon content and biomass productivity rate, according to eq. 413 rco2= cc × p × (mco2/mc) (4) therefore, the rate of co2 biofixation per initial inoculation mass of microalgae can be determined by eq. 5 rco2 = rco2 / xo (5) where rco2 [gco2 l-1 d-1] is the biofixation rate and rco2[gco2 g-1 dry cell]. the average cell carbon content cc [gc g-1 dry cell] ratio measured experimentally was 0.59 g carbon g-1 dry cell weight, according to the measurement using an elemental analyzer, and mco2 mc -1 represents the molecular weight of co2 and c4,14, respectively. the efficiency of co2 removal was calculated as follows: 100 × (co2)input.(co2)output/(co2)input , where co2input is the initial and (co2)output the stream gas off the bioreactor4. empirical microbial growth kinetic models were explored to describe the impact of environmental factors on specific microbial growth of s. platensis and s. platensis adapted. mönod model (eq. 6). sks s + = max (6) where ks is the mönod kinetic constant and s, co2 concentration or light intensity. when the substrate inhibits microbial growth at high concentrations, an optimum at which the highest specific growth rate occurs in this case, the mönod model can be modified by andrews model (eq. 7). ikssks s /2max ++ =  (7) where ks and s are the same meaning as mönod, and ki is the inhibition constant. the effect of the temperature on the maximum specific growth rate is based on arrhenius model (1889), which implies an exponential increase in growth rate of the cells with rising the temperature. however, it is well recognized that the arrhenius model fails once the temperature approaches the value of optimum activity, because it cannot represent the decline in rates at higher temperatures. due to this limitation, alternative models have been proposed, which can predict the decline in rate following the optimum. mayo model (eq. 8) modified the arrhenius equation based on the premise that the active fraction of the enzymes involved in the growth limiting reaction deceases when the temperature exceeds the optimum, this expression is also able to predict a decline in the maximum specific growth rate when the temperature exceeds the optimum15. )/2( )/( 1 ' 1 rte rte ek ea − − + = (8) where a’ and k are constants, e1 is the activation energy for cellular multiplication, and e2 is the activation energy for the thermal denaturalization process. 2.5 statistical analysis the experimental results were evaluated by comparing the specific growth rates of co2 biofixation by s. platensis and s. platensis adapted to salinity http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 26 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 under different environmental conditions in photobioreactors and analysis of variance (anova) of the kinetic parameters, significance was tested by tukey at p < 0.05, using r software16. 3. results and discussion 3.1 effect of salinity on the dry cell mass growth of s. platensis under different environmental conditions figure 2 gives the growth curve of dry cell mass of s. platensis cultivated in photobioreactors at normal salinity concentration for 12 days cultivation period at 2.5% co2 concentration, 25 °c and µmol m-2 s-1 dry cell mass achieves 4.3 g l-1, which slowly declines when cultivation conditions change by increasing co2 concentration (5%), temperature (30 °c) and light intensity (150 µmol m-2 s-1). the dry cell mass growth of s. platensis continued to decline even more and photosynthesis of s. platensis is inhibited at cultivation conditions of co2 concentration (10%), temperature (40 °c), and light intensity (200 µmol m-2 s-1). figure 3 shows the impact of salinity when s. platensis adapted to100 g l-1 nacl (1.71 mol l-1) is cultivated in the same way of s. platensis, for example, dry cell mass achieves 3.2 g l-1 for a 12 days cultivation period at 2.5% co2 concentration, 25 °c and 100 µmol m-2 s-1, salinity-stress is usually accompanied by photoinhibition of photosynthesis10. figure 4 illustrates the uv-visible spectrums of s. platensis and s. platensis adapted. an analysis of the spectrum from 600 to 800 nm shows the strongest band centered near 680 nm for s. platensis, which decreases and displaces the maximum to 675 nm for s. platensis adapted, due to the impact of salinity. 0 2 4 6 8 10 12 14 time, day 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 d ry c e ll m a s s , g /l spirulina platensis 2.5% co2, 100 umol s-1,m-2, 25oc 5% co2, 150 umol s-1m-2, 30oc 10% co2, 200 umol s-1m-2, 40oc 0 2 4 6 8 10 12 14 time, day 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 d ry c e ll m a s s , g /l s. platensis adapted 2.5% co2, 60 umol s-1m-2, 25oc 5% co2, 150 umol s-1 m-2, 30oc 10% co2, 200 umol s-1m-2, 40oc figure 3. salinity effect on dry cell mass of s. platensis (adapted) grown at 100 mg l-1 nacl and under different co2 concentrations, temperatures and light intensities. adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 69. figure 2. dry cell mass of s. platensis grown under different co2 concentrations, temperatures and light intensities. adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 69. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 27 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 figure 4. impact of salinity on the uv-vis absorption of s. platensis and s. platensis adapted.adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 69. 3.2 effect of salinity on the specific growth rate (μ) and co2 biofixation rate (rco2) table 3 shows that during the 12 days cultivation period, the highest µ and r values of s. platensis (0.278 d-1, 25.1 gco2 m-3 h-1) cultivated at 2.5% co2 was significantly higher (p < 0.0012) than 5% co2 or higher co2 concentration runs. in the same cultivation mode, the µ and r of s. platensis adapted decreases (0.15 d-1, 13.9 gco2 m-3 h-1) because of the effect of salinity, in addition to the high co2 concentration of 5 to 10% runs, according to the results of tab. 3. there was no significant difference between μ and r values of s. platensis between 20 and 25 °c runs, but there were significant differences (p < 0.0012) between μ and r values of s. platensis adapted in the same range of temperatures, these values were significantly lower when the cells were exposed to higher temperatures from 30 to 40 °c, respectively. when s. platensis were exhibited to 150 µmol s-1 m-2 μ and r values achieved higher values elevated light intensities e.g. 0.18 d-1, 16.2 gco2 m-3 h-1 than corresponding values at 100 and 60 µmol s-1 m-2. but there was no significant difference between μ and r of s. platensis for 100 and 150 µmol s-1 m-2 runs. table 3. specific growth rate (μ, d-1); co2 biofixation rate (r, gco2 m-3 h-1) for s. platensis and s. platensis adapted growing in photobioreactors under different co2 concentrations, temperatures and light intensities. treatment µ / d-1 r / gco2 m-3 h-1 anova s. platensis s. platensis adapted s. platensis s. platensis adapted carbon dioxide, %, pr(>f) 2.90e-11*** 4.45e-2* 3.00e-11*** 4.47e-2* 0.5 0.1149 c na 10.36 c,d na 2.5 0.2783 a 0.1540 b 25.08 a 13.88 b,c 5.0 0.1592 b,c 0.1105 b,c 14.34 b,c 10.38 c,d 7.5 0.0597 c,d 0.1045 b,c 5.38 d,e 9.42 d,e 10.0 0.0549 c,d 0.0501 d 4.94 e 4.53 e temperature, °c, pr(>f) 1.67e-5*** 8.68e-13*** 1.68e-5*** 8.64e-13*** 12 0.0260 e na 2.32 e na 15 0.0477 d 0.0297 e 4.28 d,e 2.70 e 600 640 680 720 760 800 wavelength, nm a b s o rb a n c e r e l. u n it s spirulina platensis spectrum 2.5% co2, 100 umol s-1m-2, 25oc 10% co2, 100 umol s-1 m-2, 25oc s. platensis adapted 5% co2, 100 umol s-1 m-2, 30oc http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 28 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 20 0.1283 a,b 0.1070 b,c 11.56 b,c 9.70 c 25 0.1471 a,b 0.2022 a 13.26 b 18.23 a continue… 30 0.1109 b 0.0978 c 9.99 b,c 8.83 c,d 40 0.0278 e 0.0493 d 2.51 e 4.45 d,e light, mol s-1 × m-2, pr (>f) 2.49e-2* 4.42e-3** 2.40e-2* 4.22e-3** 60 0.1129 b,c 0.1467 a,b 10.18 b,c 13.22 b 100 0.1413 a,b 0.1111 b,c 12.73 a,b 10.03 b,c 150 0.1800 a 0.1120 b,c 16.24 a 10.1 b,c 200 0.0734 d 0.0549 e 6.61 d 4.96 d,e na not available signif. codes: 0 `***' 0.001 `**' 0.01 `*' 0.05 `.' 0.1 ` ' 1 tukey multiple comparisons of means 95% family-wise confidence level conversely, the μ and r values of s. platensis adapted, increased as the cells were exposed to lower light intensity from 60 µmol s-1 m-2 (0.15 d-1, 13.2 gco2 m-3 h-1) to 200 µmol s-1 m-2 (0.05 d-1, 4. 96 gco2 m-3 h-1). but there were no significant differences between μ and r values of s. platensis adapted cultivated with 60 and 100 µmol s-1 m-2, respectively, indicating that s. platensis adapted to salinity stress is less tolerant to growth at elevated light intensity and temperature, suggesting a decrease in photosynthetic activity of s. platensis adapted (tab. 2). 3.3 effect of salinity on the kinetics of s. platensis and s. platensis adapted the relationship between the µ value and environmental cultivation parameters such as co2 concentration, temperature and light intensity in terms of experimental kinetic models (monöd, andrews and mayo) and the impact of salinity is illustrated for s. platensis (tab. 3) and s. platensis adapted (tab. 4), respectively. the impact of light intensity on μ of s. platensis, in principle is described by mönod well in the range of 60 to 150 µmol m-2 s-1 eqs. 9 and 10 (tab. 4). the maximum specific growth (µmax) estimated (0.44 d-1) is depleted as co2 concentration and temperature were increased. under these conditions, µmax decreased to 0.22 d-1 and andrew’s model described better the kinetics of s. platensis exposed to higher light intensity (eqs. 11, 12 in table 4 and fig. 5). in fact, a decline in the photosynthetic activity was observed after four days of experiment run under 10% co2, 200 µmol m-2 s-1, and 40 °c, suggesting these values as potential limiting factors of microalgae growth and photoinhibition10. the influence of light intensity on the kinetics of s. platensis adapted was stronger than the impact on the µ of pure culture s. platensis (see tab. 5: eqs. 19, 20 and fig. 5), andrew’s model described this impact, µmax dropped from 0.31 d-1 for 5% co2 and 25 °c to 0.22 d-1 for light intensities higher than 150 µmol m-2 s-1and photoinhibition occurred when co2 and temperature increase to 10% and 40 °c, suggesting that in addition to light intensity salt stress affect its photosynthetic activity and may inhibit completely at 10% co2 and 40 °c. these results agree with zeng et al.10, who reported that the effect of salinity stress was stronger when cells of s. platensis were grown under higher light intensity 200 µmol m-2 s-1 and showed lower capacity of recovery in the photosynthetic activity after photoinhibition than lower light intensity (100 µmol m-2 s-1) grown cells. this was attributed as a result of the fact that stressed cells have lower protein synthesis capacity and thus a slower repair mechanism. table 4. experimental kinetic models and kinetic parameters of s. platensis. effect of light intensity i i + = 3.72 0183.0 ; (25 °c, 2.5%,) (9) i i + = 2.80 0119.0 ; (25 °c, 5.0%) (10) 0.74/3.92 012.0 2ii i ++ = ; (30 °c, 7.5%) (11) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 29 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 3.62/3.98 009.0 2ii i ++ = ; (40 °c, 10%) (12) continue… effect of co2 concentration 43.3/76.1 028.0 2 22 2 coco co ++ = ; (25 °c, 150 μmol s-1 m-2) (13) 19.1/37.1 021.0 2 22 2 coco co ++ = ; (30 °c, 100 μmol s-1 m-2) (14) 16.3/77.1 017.0 2 22 2 coco co ++ = ; (40 °c, 200 μmol s-1 m-2) (15) effect of temperature )/55.1( )/19.0( 3.2881 029.0 rt rt e e − − + = ; (2.5%, 60 μmol s-1 m-2) (16) )/50.1( )/20.0( 2.3041 020.0 rt rt e e − − + = ; (5%, 100 μmol s-1 m-2) (17) )/60.1( )/20.0( 2.3101 014.0 rt rt e e − − + = ; (10%, 200 μmol s-1 m-2) (18) table 5. experimental kinetic models and kinetic parameters of s. platensis adapted. effect of light intensity 2.134/3.94 013.0 2ii i ++ = ; (25 °c, 5%) (19) 5.111/83.100 009.0 2ii i ++ = ; (40 °c, 10%) (20) effect of co2 concentration 55.2/05.2 024.0 2 22 2 coco co ++ = ; (25 °c, 60 μmol s-1 m-2) (21) 27.2/08.2 010.0 2 22 2 coco co ++ = ; (40 °c, 200 μmol s-1 m-2) (22) effect of temperature )/59.1( )/19.0( 3271 028.0 rt rt e e − − + = ; (2.5%, 60 μmol s-1 m-2) (23) the effect of co2 concentration on the kinetics of s. platensis, eqs. 13, 14 and 15 (tab. 4) and s. platensis adapted eqs. 21 and 22 (tab. 5), is depicted by andrew’s kinetic model and is illustrated in fig. 6. the µmax value estimated for 2.5% co2, 25 °c and 150 µmol m-2 s-1, declined from 0.67 d-1 to 0.41 d-1 when co2 concentration increased in the range of 5 to 10% and the temperature and light intensity rose to 40 °c and 200 µmol m-2 s-1, respectively, suggesting that co2 is a limiting factor that inhibited s. platensis growth particularly at 200 µmol m-2 s-1and 40 °c. an optimal µmax value for s. platensis adapted to salinity stress of 0.58 d-1 determined under the following environmental parameters 2.5 % co2 (25 °c and 60 µmol m-2 s-1) declined to 0.24 d-1 when co2 concentration rose more than 5% (40 °c and 200 µmol m-2 s-1), suggesting that co2 is a limiting factor of co2 biofixation in combination with high salt concentration. the effect of temperature on the kinetics of s. platensis (eqs. 16, 17 and 18 in tab. 4) and s. platensis adapted to salinity stress (eq. 23 in tab. 5) and depicted by mayo’s model (fig. 7), the optimum temperature for cultivation of s. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 30 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 platensis occurred around 25 °c, 150 µmol s-1 m-2 and 2.5% co2 but it declined slowly as temperature increased along with co2 concentration and light intensity to a minimum µ values 10% co2 and 200 µmol m-2 s-1. likewise, as temperature decreased less than 15 °c, µ values decreased, indicating that the temperature is a limited growth factor under the influence of high co2 concentration and light intensity in spite the fact that s. platensis was characterized as thermophilic microalgae. the optimum temperature of s. platensis adapted occurred at around 25 °c, for 60 µmol m-2 s-1 and 2.5% co2 but declined slowly as the temperature increased. despite the fact that s. platensis has been characterized as a thermophilic microalgae, the high salt concentration may have caused strong impact on the cells stress supported by high co2 concentration (10%) and light intensity (200 µmol m-2 s-1) minimize µ values. likewise, as temperature decreased less than 15 °c, µ values decreased, suggesting that the temperature is a limiting growth factor. in addition, other factors were shown, such as co2 concentration and light intensity in combination with high salt concentration affect co2 biofixation rate. figure 5. effect of light intensity on the kinetics of s. platensis and s. platensis adapted to salinity stress at different co2 concentrations and temperatures. mönod model fit (solid line), andrew’s model fit (dash line). adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 71. 0 40 80 120 160 200 240 280 light intensity (umol s-1 m-2) 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 0.022 0.024 s p e c if ic g ro w th r a te ( h ) spirulina plantensis light intensity monod model (1) andrew's model (2) sim (1) 5% co2, t=25oc sim (1) 2.5% co2, t=25oc sim (2) 7.5% co2, t=30oc sim (2) 10% co2, t=40oc -1 s. platensis adapted sim (2) 5% co2, 25oc sim (2) 10% co2, 40oc http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 31 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 figure 6. effect of co2 concentration on the kinetics of s. platensis and s. platensis adapted to salinity stress at different light intensities and temperatures. adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 71. figure 7. effect of temperature on the kinetics of s. platensis and s. platensis adapted to salinity stress at different light intensities and co2 concentrations. adapted from “carbon dioxide sequestration by spirulina plantensis in photo-bioreactors”, by j. c. ramirez-perez and h. w. janes, 2009, habitation, 12(1), p. 72. 0 2 4 6 8 10 12 co concentration (%) 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 s p e c if ic g ro w th r a t (h ) spirulina plantensis co2 concentration impact andrew's model sim i=150 umol s-1m-2, t=25oc sim i=100 umol s-1-m-2, t=30oc sim i=200 umol s-1m-2, t=40oc -1 2 s. platensis adapted sim 60 umol s-1 m-2, 25oc sim 200 umol s-1 m-2, 40oc 0 10 20 30 40 50 temperature ( c) 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 s p e c if ic g ro w th r a te ( h ) s. platensis temperature impact mayo model sim 150 (umol s-1 m2), 2.5% co2 sim 100 (umol s-1 m2), 5% co2 sim 200 (umol s-1m-2), 10% co2 -1 o s. platensis adapted sim 60 (umol s-1 m-2), 2.5% co2 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 32 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 waste stream flue gases emitted from stationary sources such as power plants, industrial boilers, refineries and others, using fossil fuels for combustion and energy production produce from 4 -14% co2 and air in a closed space such as a space station or a submarine < 1% co2 2. it has been reported that microalgae present one of the few technologies for the capture and utilization of co2 17. the results indicate that both s. platensis and s. platensis adapted to high salt concentration can be used for co2 biofixation of flue gas emitted from stationary sources. in fact, maximum daily evaluation of the efficiency co2 removal by s. platensis during experiments up to ten days, achieved 92% at 0.5% co2, 99% at 2.5% co2, 84% at 5% co2, 89% at 7.5% and 88% at 10% co2, respectively. corresponding values for s. platensis adapted being 96% at 2.5% co2, 90% at 5% co2, 78% at 7.5% co2 and 73% at 10% co2, respectively (see appendix). small ph changes of s. platensis cell suspension observed during experiments from an initial ph (8.9) in the presence of co2 ≤ 2.5% and temperatures ≤ 25 °c, after 24 h ph rose to 9.4 ± 0.1 and s. platensis adapted from an initial ph of 8.5 increased to 8.9 ± 0.1. however, in cultivation of s. platensis at co2 > 5% and temperatures > 25 °c the ph increased to o 9.1 ± 0.2 and s. platensis adapted to 9.2 ± 0.2, after 24 h. these results indicate that there was no formation of carbonic acid but no abrupt decline in ph due to s. platensis and s. platensis adapted were able to metabolize co2 because both microalgae were previously acclimatized to co2. s. platensis and s. platensis adapted were able to metabolize co2 because both microalgae were previously acclimatized to co2. therefore, neither was formation of carbonic acid nor decline in ph. in this study, the maximum mean co2 biofixation rate recorded for s. platensis was 25.1 gco2 m-3 h-1 cultivated at 2.5% co2, 150 µmol m-2 s-1 and 25 °c, corresponding values for s. platensis adapted being 18.2 gco2 m-3 h-1 for 2.5% co2, 60 µmol m-2 s-1 and 25 °c. in a three-stage serial tubular photobioreactor were cultivated scenedesmus obiquus and spirulina sp. at 30 °c. it was found that, for spirulina sp. the µmax was 0.44 d-1, 9.2 g m-3 h-1 with 6% co2, maximum daily co2 removal efficiency was 53.3% for 6% co2 and 45.6% for 12% co2, the corresponding values for s. obliquus being 28.1% for 6% co2 and 13.6% for 12% co2 runs14. yun et al.18 estimated 26.0 gco2 m-3 h-1 biofixation rate value when chlorella vulgaris was cultivated after adaptation in 5% co2 in wastewater supplemented with nutrients and without ph control at 15% co2, this value is comparable with the findings of this research and suggests that elevated co2 concentration may exert effects on the photoinhibitory behavior of the microalgae to different extents according to species19. the efficiency of co2 biofixation by these microalgae strains may have been due to its physiological conditions, such as potential of cell growth and ability of co2 metabolism. s. platensis was cultivated under different light intensities (100-200 µmol m-2 s-1) at 35 °c and adapted to salinity stress up to 0.75 mol l-1. it was reported that the cells grown in higher light intensity are less tolerant to salinity stress than those grown in lower light intensities, suggesting that salt stress enhances photoinhibition of photosynthesis through a direct effect on psii reaction center10. the results demonstrated that s. platensis adapted to high salinity media 1.71 mol l-1 cultivated at 200 µmol s-1 m-2, 40 °c and high co2 concentrations (7.5 and 10%) inhibit microalgae grow, show low photosynthetic activity and consequently photoinhibition20. photoinhibition occurs when the photon flux absorbed by chloroplasts is extremely high, so the concentration of high energy electrons in the cells is too elevated to be consumed in the calvin cycle. these electrons react with water to form hydrogen peroxide, which is highly harmful to subcellular structures and the cell itself, indicating that salinity enhances photoinhibition of photosynthesis through a direct effect on psii reaction center, the reason for declination of psii activity of cells under salinity stress remains open. moreover, they believed that salinity stress induced damage or inactivation of psii reaction center as it is in the case of photoinhibition of photosynthesis10. 4. conclusions this study shows the potential co2 biofixation by s. platensis and s. platensis adapted to high salinity, 1.71 mol l-1 nacl at laboratory scale in photobioreactors. in general, a better rate of co2 biofixation was achieved by s. platensis as indicated by its kinetic parameters and efficiency co2 removal, when compared to s. platensis adapted. the impacts of light intensity, co2 concentration and temperature on the specific growth rate followed the mönod, andrews and mayo kinetic models. for s. platensis the highest dry cell mass concentration was 4.1 g l-1, cultivated at 2.5% co2, 25 °c and 150 µmol m-2 s-1, the highest rate of biofixation 25.1 gco2 m-3 h-1 and the maximum specific growth (μmax) was 0.44 d-10.67 d-1. the corresponding values for s. platensis adapted were 3.2 g l-1 at 2.5% co2, 25 °c and 60 µmol s-1 m-2, 18.2 gco2 m-3 h-1, and μmax, 0.32 d-1 – 0.58 d-1. this suggests that the impact http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 original article iq.unesp.br/ecletica 33 eclética química journal, vol. 46, n. 1, 2021, 21-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 of salinity in combination with environmental grow factors such as elevated co2 concentration, light intensity and temperature may exert effects on the photoinhibitory behavior of s. platensis adapted, provoking a co2 biofixation rate depletion. therefore, the photosynthetic biofixation of co2 s. platensis and s. platensis adapted showed optimum values at 2.5% co2 and 25 °c, and more sensitivity to light intensity than s. platensis, suggesting that salinity enhanced photoinhibition of photosynthesis. the efficiency of co2 removal by s. platensis achieved 99%, whereas for s. platensis adapted 96%, both at 2.5% co2 concentration and small ph changes exhibited both microalgae cell suspension. 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0.837 5.0 0.60 88 0.897 5.0 1.50 70 0.6236** 5.0 0.10 98 0.977 5.0 0.15 97 0.912 5.0 0.95 81 0.970 5.0 1.00 80 0.805 5.0 0.10 98 * p-value = 0.001. ** p-value = 0.01. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1.2021.p21-34 https://doi.org/10.1023/a:1026021021774 https://doi.org/10.1023/a:1026021021774 https://doi.org/10.1023/a:1026021021774 https://doi.org/10.1023/a:1026021021774 https://doi.org/10.1023/a:1026021021774 https://doi.org/10.1016/s0196-8904(96)00313-5 https://doi.org/10.1016/s0196-8904(96)00313-5 https://doi.org/10.1016/s0196-8904(96)00313-5 https://doi.org/10.1016/s0196-8904(96)00313-5 original review iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 2 | 2020 | 12 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 12-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 abstract: the genus campomanesia belongs to the myrtaceae family and has about 30 species. it is characterized by citrus-flavored fruits. several articles describe the extensive use of its fruit, such as in the food industry, however, other parts of the plants are also used for food or pharmacological purposes such as the leaves, flowers, seeds, and roots. analyzing works published on the genus in the period 2005-2019, we observed that the classes of main flavonoid compounds present are anthocyanins, chalcones, coumarins, tannins, and saponins. species of this genus are also used as a medicine in the treatment of wounds, toothaches, fractures, and bruises. therapeutic activities have also been detected for campomanesia, such as antimicrobial, antiulcerogenic, antiprotozoal, anti-inflammatory, and antidiarrheal activity, antiproliferative and antioxidant potential, antiplatelet, antithrombotic, and fibrinolytic activities, as well as hypotensive effects. there are a small number of works demonstrating the low toxic potential of plant extracts. thus, the campomanesia genus presents pharmacological potential to be explored. campomanesia genus – a literature review of nonvolatile secondary metabolites, phytochemistry, popular use, biological activities, and toxicology luiza de souza duarte1 , mariana toledo martins pereira1,2 , vinicius d’ávila bitencourt pascoal1,2 aislan cristina rheder fagundes pascoal1,2+ 1. universidade federal fluminense, instituto de saúde de nova friburgo, rua dr. sílvio henrique braune, 22 nova friburgo, rio de janeiro, brazil 2. universidade federal fluminense, instituto de biologia, programa de pós-graduação em ciências e biotecnologia, alameda barros terra, niterói, rio de janeiro, brazil +corresponding author: aislan cristina rheder fagundes pascoal, phone: +55 22 2528-7663, email address: aislanfagundes@id.uff.br article info article history: received: september 2, 2019 accepted: march 18, 2020 published: april 1, 2020 keywords: 1. myrtaceae 2. natural products 3. biological activities 4. pharmacological potential 5. popular use contents 1. introduction 2. secondary metabolites and phytochemistry 3. popular use 4. biological activities 5. toxicology 6. conclusion and future perspectives 7. acknowledgments 8. references 1. introduction plants can be used as sources of alternative substances, including therapeutic resources for human medicines1. mesopotamian documents, dated 2600 bc, show the use of more than 1,000 production plants, including those that are now untreated, colds, parasitic, and inflammation2. when we analyze the medicines released between 1981 and 2014, 4% are produced from natural about:blank 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 about:blank https://orcid.org/0000-0002-3718-4355 https://orcid.org/0000-0002-9626-4128 https://orcid.org/0000-0002-9009-1190 https://orcid.org/0000-0002-4234-4843 original review 13 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 12-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 products, and 27% are synthetic compounds. however, considering the origin of the other products, 59.1% are semi-synthetic molecules, synthetic drugs with pharmacophoric groups, based on natural product structures, mimicking natural or botanical products3. the use of medicinal plants as an alternative or additional therapeutic resources has increased significantly4. although synthetic drugs are usually the first choice of treatment for many diseases, these chemical drugs sometimes have undesirable effects and, consequently, the acceptance of alternative medicines has increased substantially5. also, in some pathologies, resistance is developing to the drugs already used in treatment. these data demonstrate the importance of natural products in drug research, and the development of new medicines, justifying work in this area. the scielo and pubmed databases were searched, during the period 20052019, and the keywords used were: campomanesia, myrtaceae, “campomanesia and biological activities," “campomanesia and popular use,” “campomanesia and toxicology." the myrtaceae family comprises 175 genera and 5,970 species, native to all continents of the southern hemisphere6. they are divided into shrubs and trees with sebaceous glands in the leaves, lower or semi-inferior ovaries, flowers, usually, with numerous stamens, internal phloem, and traces of xylem vessels7,8. the genus campomanesia belongs to the myrtaceae family and has about 30 species9. this genus is characterized by its citrus-flavored fruits10. however, although several articles describe the extensive use of the fruit, such as in the food industry, other parts of the plants are also used for food or pharmacological purposes, such as leaves, flowers, seeds, and roots. the species include: c. xanthocarpa, c. adamantium, c. corimbosa, c. cambessedean, c. pubescens, c. guazumifolia, c. reitziana, and c. lineatifolia, among others. 2. secondary metabolites and phytochemistry a striking feature of the genus campomanesia is the presence of the high content of phenolic compounds, mainly in campomanesia adamantium. analyzing works published in the period 2005-2019 for the genus, we observed that the main classes of flavonoid compounds present are anthocyanins, chalcones, coumarins, tannins, and saponins. these compounds have in common the biosynthetic pathway derived from phenylpropanoids that contribute to all aspects of plant responses to biotic and abiotic stimuli11. however, changes occur in the formation, concentration, and type of secondary metabolites in the various species, which may be influenced by the environmental stress, climate, and soil of each region. for example, fruits of campomanesia xanthocarpa contain a high concentration of phenolic compounds, including chlorogenic acid and ascorbic acid12 and the leaves contain a large number of saponins, tannins, and terpenes, besides the consistent presence of flavonoids and phenolic compounds, such as gallic acid, quercetin, and chlorogenic acid13,14. campomanesia adamantium is one of the most commonly studied species. it has shown significant therapeutic potential, in addition to the presence of phenolic compounds such as gallic acid, catechins, ellagic acid, and flavonoids15,16. fruits of campomanesia pubescens, when ripe, have a high content of vitamin c and phenolic compounds17, among them, flavanones and chalcones18,19. few studies describe both the biological activities and compounds of campomanesia guazumifolia. however, a survey by catelan et al.20 identified the presence of glycosylated flavonoids: quercetin pentose, quercetin deoxyhexoside, myricetin deoxyhexoside, and quinic acid. the fruits of the c. reitziana species contain dimethyl cardamonine as their main active compound21. phytochemical studies with the c. lineatifolia species revealed the presence of flavonoids, tannins, catechin, quercitrin, and champanones a, b, and c22. a survey by osorio et al. showed that the beta-tricetones compound contributes to the fruity odor23. campomanesia leaves are rich in volatile oils, which were reviewed by stefanello et al. in 2011, who described geraniol, α-pinene, limonene, linalool, spathulenol, and caryophyllene24. the essential oil from c. guaviroba was analyzed, and sixteen compounds were identified, of which the largest constituent was myrtenal25. 3. popular use the myrtaceae family presents a wide variety of fruits, which are consumed throughout the 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 original review 14 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 12-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 brazilian territory and present characteristics of a considerable amount of acidity through ascorbic acid, minerals, fibers, and monoterpene hydrocarbons. fruits are used to make liqueurs, juices, and sweets. however, the population uses other parts such as the leaves, seeds, and roots in the form of powders, gums, teas, juices, oils, or different types associated with medicinal use10,26. native species from the midwest region, such as campomanesia, are used by indigenous peoples as food since they represent a source of vitamins and minerals27. however, species of this genus are also used as a medicine in the treatment of wounds, toothaches, fractures, and bruises28. from the advances in research directed to natural products, the use of medicinal plants has significantly increased, to provide alternative or additional forms of treatments used in the daily life of the population. c. xanthocarpa is an example of this species which is associated with popular and traditional use, as it demonstrates extensive medicinal use: fruit peel infusions for the treatment of productive cough and dysentery, leaf tea for reducing cholesterol and fighting urinary and uterine infections, and the peel can be used to treat cystitis, diarrhea, and hemorrhoids13,28. c. pubescens is used by the population of mato grosso (brazilian state) as food (jelly, juices, and liqueurs) and also as a medicinal plant due to its purifying, antidiarrheal, and cholesterol-lowering action29,30. infusions of c. velutina leaves and branches are popularly used to treat diarrhea and intestinal cramps31. 4. biological activities one of the most commonly studied activities is in vitro antioxidant activity. dpph is the most widely used method, probably because these are quick and cheap chemical tests32. this activity is related to the concentration of phenolic compounds present in samples. antimicrobial activities against anti-inf, fungi, and protozoa are also widely studied22,33,34. the biological activities described are listed in tab. 1, including anti-inflammatory, cytotoxic, antinociceptive, and protective activities of the gastric mucosa. these activities, in most cases, are related to flavonoid activities, which are effective in some cases35. c. xanthocarpa has been studied to confirm its popular use in treatment for hypercholesterolemic patients; this species was able to reduce blood levels of tc and ldl13. in addition to this effect, it has been shown that this species has important therapeutic activities such as antimicrobial36, antiulcerogenic37, antiprotozoal34, antiinflammatory38, and antidiarrheal39 as well as antioxidant potential40, antiplatelet, antithrombotic, and fibrinolytic activities41,42, and, more recently, hypotensive effects14. campomanesia adamantium has the characteristic of being a small tree that produces edible fruits with beneficial effects on health, presenting activities such as antimicrobial18,27,33,43, antidiarrheal44, and antiproliferative45,46. in addition, its leaves and roots have antiinflammatory and antinociceptive activities47. in the studies conducted with c. guazumifolia, the antioxidant activity, antimicrobial activity, and anti-inflammatory potential with low toxicity of leaf infusions of this species were evidenced20. few biological activities are described for c. reitziana and c. lineatifolia. c. reitziana showed antinociceptive and gastroprotective potential, and c. lineatifolia demonstrated anti-inflammatory and gastroprotective effects21,48,49. 5. toxicology currently, plants are used as food, nutraceuticals, phytonutrients, medicinal plants, and herbal medicines, thus representing alternative therapies to existing treatments for various pathologies28,50. despite the widespread use of plants as medicine and functional food, there is often no scientific evidence to support their pharmacological properties and toxic potential51,52. it is estimated that only threequarters of the currently marketed natural products of plant origin have the safety information that enables their proper use53. regarding campomanesia, this scenario is no different. although these species are widely used as food and medicine in folk medicine, studies on the toxicology of many species are still scarce54. a study on the acute and subacute toxicity of ethanolic extract of c. guazumifolia leaves, where adult and female rats received the extract orally at different concentrations for 14 and 28 days respectively, showed that the doses used did not produce significant physiological or pathological changes, or mortality, indicating that the ld50 is greater than 2000 mg kg-1 54. leaf infusion of the same species was shown to have low toxicity in in vivo models of acute and subacute toxicity, with 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 original review 15 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 12-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 no observed clinical signs or changes in hematological, biochemical, or histological parameters, suggesting that the ld50 is above 5000 mg kg-1 20. a similar study of acute and sub-chronic toxicity using the aqueous extract of c. velutina leaves and branches demonstrated different changes in male and female swiss mice. the extracts at doses of 600 and 1200 mg kg-1 showed signs of toxicity such as diarrhea, anemia, changes in the kidneys, brain, and heart, suggesting that the safest dose of the extracts is 300 mg kg-1 31. the ethanolic extract of c. pubescens leaves demonstrated cytotoxic and genotoxic effects through allium strain bioassay, toxic effects were observed in the dividing cell and increased chromosomal alterations20. in vivo studies with wistar and drosophila melanogaster rats showed that the ethanolic extract obtained from fruits of c. pubescens under the experimental conditions used did not demonstrate significant genotoxic or clastogenic effects, indicating that fruit consumption is safe54. the aqueous extract and essential oil of c. xanthocarpa leaves were also evaluated using the allium strain test, allowing the observation of a genotoxic effect of the samples: mitotic index reduction and chromosomal mutations55. the extract of the leaves of this same species, when submitted to acute toxicity test in vivo, showed no signs of toxicity38. hydroalcoholic extract from c. adamantium fruits, when subjected to acute and subacute toxicity tests in wistar rats, proved to be safe, as no clinical signs of toxicity were observed56. preclinical toxicity studies of herbal medicines are recommended by international regulatory agencies. in brazil, the national health surveillance agency (anvisa) is the body responsible for regulating these products and includes, among its various resolutions, a specific one for toxicity tests, aiming to ensure and evaluate the safety and quality of herbal medicines before they are used by the population57. however, toxicity tests with species of the genus campomanesia are still scarce, requiring further studies in this area. 6. conclusion and future perspectives several articles published in recent years demonstrate the importance of the genus campomanesia, not only as food but also, mainly, for its pharmacological potential. in this sense, studies claim that different parts of the plants of this genus present promising results for various biological activities, ranging from antioxidant activity to antiproliferative activity, for example. the secondary metabolism of plants is responsible for the production of compounds that have these biological activities. in the case of the campomanesia genus, phenolic acids and other groups of compounds such as flavonoids, anthocyanins, and tannins stand out. through these studies, the potential of these species to treat different diseases becomes evident. however, for this genus to be used commercially, a lot of work is needed to produce a finished product. for herbal medicine, studies of the major compounds present, markers, and quantifications of these compounds should be performed. besides, for the development of allopathic medications, active compounds must be isolated, and the structure identified, as well as analysis of the biological activities. toxicity tests and possible mechanisms of action are also required. given this, there is a vast territory to be explored, represented by the genus campomanesia. 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 original review 16 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 12-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 table 1. description of the studied species, parts, biological activity found, and identified compounds from the campomanesia genus. genus part of the plant and extract biological activities compounds reference c. adamantium the ethanolic crude extract of leaves and ethyl acetate and butanol fractions antioxidant activity isoquercitrin and quercetin [58] c. adamantium ethyl acetate and aqueous extracts of leaves antinociceptive and antiinflammatory activities myricitrin, myricetin, and quercetin [47] c. adamantium fruit and leaf extracts antiproliferative activity in the pc-3 cells cardamonin [45] c. adamantium hydroalcoholic extract of fruit peels anti-inflammatory, antihyperalgesic and antidepressant activities quercetin, myricetin, 5,7-dihydroxy-6 methylflavanone, 5,7 dihydroxy-8 methylflavanone and 2 '4′-dihydroxy6′methoxycalcon and in the ethyl acetate fraction of 7-hydroxy-5-methoxy-6 methylflavanone, 5,7-dihydroxy-6,8dimethylflavanone, and 2 ', 4'-dihydroxy 3',5'-dimethyl-6'-methoxyicalcone [56] c. adamantium hydroalcoholic fruit extract hepatoprotective activity in vitro presence of flavonoids [48] c. adamantium ethanolic extracts of leaves, bark, and seeds antifungal potential [59] c. adamantium aqueous root extract antioxidant and antihyperlipidemic gallic acid and ellagic acid [60] c. adamantium peel extract antidiarrheal, cytotoxic, and anti-inflammatory activities phenolic compounds [44] c. adamantium aqueous extract of leaves and roots antileukemic activity di-hexoside/quinic acid, ellagic acid opentoside, ellagic acid, o-methyl ellagic acid o-hexoside, ellagic acid odeoxyhexoside, and o-methyl ellagic acid sulfate, gallic acid, ellagic acid o-hexoside, o-methyl ellagic acid o-deoxyhexoside, and o-dimethyl ellagic acid sulfate [61] c. adamantium dichloromethane extracts from pulp and fruit peel antiproliferative activity 7-hydroxy-5-methoxy6-c-methylflavanone, 5,7-dihydroxy6-c-methylflavanone, 5,7dimethoxy6-c-methylflavanone, 5,7dihydroxy-6, 8-c-methylflavanone, 4’,6’dihydroxy-30-methyl20-methoxy-chalcone, champanone c, 4’,6’-dihydroxy-30, 5’dimethyl-2’ -methoxy -chalcone and champanone d [46] c. adamantium methanolic bark extract potential antiplatelet effect phenolic compounds, total flavonoids, condensed tannins [62] c. guazumifolia aqueous extract of the leaves anti-inflammatory potential with low toxicity quercetin pentose, quercetin deoxyhexoside, myricetin deoxyhexoside, and quinic acid. [20] c. lineatifolia methanolic seed extract antimicrobian activity champanone a, champanone b, and champanone c. [22] c. pubescens ethanolic fruit extract anxiolytic and antidepressant effects 1,2-hydroxy3′-methyl-4′, 6′dimethoxychalcon and 2, 7-hydroxy5methoxy-6-methylflavanone, 3, 5-hydroxy7-methoxy-8-methylflavanone; 4, 2′, 4′dihydroxy-3′, 5′-dimethyl6′methoxychalcone; and 5, 2′, 4′-dihydroxy 5′-methyl-6′-methoxychalcona [63] 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 original review 17 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 12-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 continuation of table 1. c. pubescens fresh fruit ethanolic extract low acute and subchronic toxicity 2-hydroxy3′-methyl-4′, 6′dimethoxychalcon; 7-hydroxy-5-methoxy-6methylflavanone; 5-hydroxy-7-ethoxy-8methylflavanone; 2′, 4′-dihydroxy3′, 5′dimethyl-6′-methoxychalcone and 2′, 4′dihydroxy-5′-methyl-6′-methoxychalcone. [54] c. pubescens ethanolic leaf extract antioxidant activity and suggested cytotoxic and genotoxic effects 7-hydroxy-6-methyl-5-methoxyflavanone, 5,7-dihydroxy-6-methylflavanone, 5,7dihydroxy-8-methylflavanone, 2´,4´dihydroxy-6´-methoxychalcone, 5,7dihydroxy-6,8dimethylflavanone, 2´,4´dihydroxy-5´-methyl-6´-methoxychalcone and 2´,4´-dihydroxy-3´,5´-dimethyl-6´ methoxychalcone [64] c. pubescens ethanol extract of fruit pulp low toxicity without genotoxic or clastogenic effects. high levels of flavonoids [65] c. velutina aqueous extract of leaves and branches acute and subchronic toxicity. presence of phenolic compounds including flavonoids and tannins [31] c. xanthocarpa aqueous extract of the leaves reduction in weight gain and blood glucose in animals [66] c. xanthocarpa hydroalcoholic extract of the leaves antiulcerogenic action and showed no acute toxic effects presence of flavonoids, saponins, and tannins [37] c. xanthocarpa aqueous extract of the leaves antiplatelet, antithrombotic, and fibrinolytic activity in mice and also in human blood and mice obtained antithrombotic activity. presence of saponins, tannins, and terpenes and a small presence of flavonoids [41] c. xanthocarpa fruits antioxidant activities phenolic compounds and ascorbic acid. [40] c. xanthocarpa aqueous extract anti-trichomonas vaginalis activity [34] c. xanthocarpa extract of the leaves protective effect on the endothelium [67] c. xanthocarpa aqueous extract of fresh plant inhibit biofilm formation and bacterial growth. [68] c. xanthocarpa hydroalcoholic leaf extract anti-inflammatory activity without toxicity 2 ', 6'-dihydroxy-3'-methyl-4'methoxychalcone and 2', 4'-dihydroxy-3 ', 5'-dimethyl-6'-methoxychalcone [38] c. xanthocarpa leaf extract antiplatelet activity [42] c. xanthocarpa aqueous extract of the leaves hypotensive effect presence of gallic acid, chlorogenic aci, and quercetin, theobromine [14] c. xanthocarpa fruits antioxidant activity lutein, zeaxanthin, β-cryptoxanthin, αcarotene, β-carotene, lycopene, thiamine, riboflavin, pantothenic acid, pyridoxine, biotin, vitamin c, vitamin a [69] c. xanthocarpa aqueous extract of the leaves antioxidant activity, protective effect against dna in blood cells and reduced lpo levels and increased sod activity in kidney presence of quercetin, rutin, and ellagic, rosmarinic, caffeic, gallic, and chlorogenic acids in the extract. [70] 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 original review 18 eclética química journal, vol. 45, n. 2, 2020, 12-22 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.2.2020.p12-22 7. acknowledgments this study was financed in part by the coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior brasil (capes) finance code 001. 8. references [1] brandão, h. n., david, j. p., couto, r. d., nascimento, j. a. p., david, j. m., química e farmacologia de quimioterápicos antineoplásicos derivados de plantas, química nova 33 (6) (2010) 1359-1369. https://doi.org/10.1590/s010040422010000600026. [2] borchardt, j. k., the beginnings of drug therapy: ancient mesopotamian medicine, drug news & perspectives 15 (3) (2002) 187-192. https://doi.org/10.1358/dnp.2002.15.3.840015. 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https://doi.org/10.1002/jsfa.9544 https://doi.org/10.1002/jsfa.9544 https://doi.org/10.1002/jsfa.9544 https://doi.org/10.1002/jsfa.9544 https://doi.org/10.1002/jsfa.9544 https://doi.org/10.1002/jsfa.9544 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 https://doi.org/10.1080/15287394.2018.1562392 database revista.iq.unesp.br digital databases supporters *click on the images to follow the links. ebsco and fsta has no link available. the address is for subscribers only. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doaj.org/toc/1678-4618 http://bit.do/eqj_cas https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica 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center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial advisory board prof. adalgisa rodrigues de andrade, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. marília oliveira fonseca goulart, federal university of alagoas, institute of chemistry and biotechnology, maceió, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica | vol. 45 | n. 2 | 2020 | editorial team editorial team iq.unesp.br/ecletica editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente,universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2020 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | author guidelines 2 eclética química journal, volume, year, pages.2 instructions for authors preparation of manuscripts • only manuscripts in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. • the corresponding author should submit the manuscript online at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author • manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 11. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4. • the manuscript should be organized in sections as follows: introduction, experimental, results and discussion, conclusions, and references. sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections should be written in normal and italic lowercase letters. for example: 1. introduction; 1.1 history; 2. experimental; 2.1 surface characterization; 2.1.1 morphological analysis. • the cover letter should include: the authors’ full names, e-mail addresses, orcid code and affiliations, and remarks about the novelty and relevance of the work. the cover letter should also contain a declaration of the corresponding author, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. finally, the cover letter should also contain the suggestion of 3 (three) suitable reviewers (please, provide full name, affiliation, and e-mail). • the first page of the manuscript should contain the title, abstract and keywords. please, do not give authors names and affiliation, and acknowledgements since a double-blind review system is used. acknowledgements should be added to the proof only. • all contributions should include an abstract (200 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 4 cm high) with an explicative text (2 lines maximum). • citations should be sequentially numbered and presented in square brackets throughout the text, and references should be compiled in square brackets at the end of the manuscript as follows: journal: [1] adorno, a. t. v., benedetti, a. v., silva, r. a. g. da, blanco, m., influence of the al content on the phase transformations in cu-al-ag alloys, eclet. quim. 28 (1) (2003) 33-38. https://doi.org/10.1590/s0100-46702003000100004. book: [2] wendlant, w. w., thermal analysis, wiley-interscience, new york, 3rd ed., 1986, ch1. chapter in a book: [3] ferreira, a. a. p., uliana, c. v., souza castilho, m. de, canaverolo pesquero, n., foguel, n. v., pilon dos santos, g., fugivara, c. s., benedetti, a. v., yamanaka, h., amperometric biosensor for diagnosis of disease, in: state of the art in biosensors environmental and medical applications, rinken, t., ed., intech: rijeka, croatia, 2013, ch. 12. material in process of publication: [4] valente jr., m. a. g., teixeira, d. a., lima azevedo, d., feliciano, g. t., benedetti, a. v., fugivara, c. s., caprylate salts based on amines as volatile corrosion inhibitors for metallic zinc: theoretical and experimental studies, frontiers in chemistry. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00032. • figures, schemes, and tables should be numbered sequentially and presented at the end of the manuscript. • nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. • figures, schemes, and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. • graphical abstract (ga) should be a high-resolution figure (900 dpi) summarizing the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers and accompanied by a short explicative text (two lines maximum). ga must be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif. • communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. • review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. • short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. • technical notes: descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, etc. • articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas: research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 15 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. eclet. quim. j. ethical guides and publication copyright: before beginning the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may prevent authors from submitting and/or publishing articles in eclet. quim. j. · the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. · authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. · authors are responsible for correctly citing and crediting all data used from works of researchers other than the ones who are authors of the manuscript that is being submitted to eclet. quim. j. · citations of master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, the publications resulting from them must be cited. · explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. · simultaneous submission of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. · plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. · the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. · before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. · the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. · before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. · when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. • manuscript submissions for the first evaluation: the manuscripts should be submitted in three files: the cover letter as mentioned above, the graphical abstract and the entire manuscript. the entire manuscript should be submitted as *.doc, *.docx or *.odt files. the graphical abstract (ga) 900 dpi resolution is mandatory for this journal and should be submitted as *.jpg, *.jpeg or *.tif files as supplementary file. the cover letter should contain the title of the manuscript, the authors’ names and affiliations, and the relevant aspects of the manuscript (no more than 5 lines), and the suggestion of 3 (three) names of experts in the subject: complete name, affiliation, and e-mail). when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary materials should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. the full title of the paper, authors’ names and affiliations, and corresponding author should be included in the header. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. • reviewing the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around 3 months. the average time elapsed between submission and publication is seven months. • resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”): a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. • editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclética química journal may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclética química journal. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclética química journal. • proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in 3 working days (72 h) via e-mail. • authors declaration the corresponding author declares, on behalf of the other authors, that the article being submitted is original and has been written by the stated authors who are all aware of its content and approve its submission. declaration should also state that the article has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere, that no conflict of interest exists and if accepted, the article will not be published elsewhere in the same form, in any language, without the written consent of the publisher. • appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. • contact gustavo marcelino de souza (ecletica@journal.iq.unesp.br) submission preparation checklist as part of the submission process, authors are required to check off their submission's compliance with all of the following items, and submissions may be returned to authors that do not adhere to these guidelines. in step 1, select the appropriate section for this submission. be sure that authors’ names, affiliations and aknowledgements were removed from the manuscript. the manuscript must be in *.doc, *.docx or *.odt format before uploading in step 2. in step 3, add the full name of each author including the orcid ids in its full url only with http, not https (eg. http://orcid.org/0000-0002-1825-0097). add the authors in the same order as they appear in the manuscript in step 3. be sure to have the cover letter and graphical abstract (according to the author guildelines) to upload them in step 4. check if you've followed all the previous steps before continuing the submission of your manuscript. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. self-archive to institutional, thematic repositories or personal web page is permitted just after publication. the articles published by eclética química journal are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. image1.png editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 1 | 2020 | editorial the editor is very happy to announce the first issue of eclética química journal of 2020, which contains varied and interesting subjects for the readers. the first article combines the color parameters of digital images with artificial neural networks (ann) to predict the bulk density in leguminous grains of different traits. the challenge of estimating physicochemical properties of dry grains includes variations in shape, texture, and size and similarity of grains colors to the naked eye. the study allowed to obtain a very good correlation between the reference values and values predicted by the ann. in the sequence, the synthesis, characterization using different physicochemical techniques, and theoretical calculations on the optimized structures of the ni(ii) mixed-ligand complexes are presented and discussed. the schiff bases are coordinated to the ni(ii) ion via the two deprotonated phenolic oxygen and azomethine nitrogen atoms. the presented complexes, according to biological studies, demonstrated to have antibacterial and antioxidant properties. following, a satisfactory method for identification and quantification of a widely used medicinal plant, species harpagophytum procumbens dc, is described using highperformance liquid chromatography allows the quality control of commercial products. the importance of this medicinal plant is promptly recognized due to the anti-inflammatory properties, which are attributed to an iridoid glycoside. afterwards, it is well known that the continuous research endeavors for the optimization of mineral resource utilization efforts, justified by the primacy of the mineral industry and the need to fulfill the demand of the global market. in this sense, mineral characterization may be the first step, which was here achieved by grain-size analysis of coarse and fine aggregates of verdete rock and the methodology used represents a contribution to the mineral characterization. this issue of eqj is closed with the description of how to obtain of exact bound state energy spectrum of the schrödinger equation with energy dependent molecular kratzer potential, using asymptotic iteration method. particularly, the influence of the energy-dependent kratzer potential on some diatomic molecules is described. the editor and his team thank all the authors for their effective contributions, and the reviewers for their excellent evaluation of the manuscripts, wishing everyone a prosperous year in 2020. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 120 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 influence of zr-metal-organic framework coupling on the morphology and photoelectrochemical properties of sno2 letícia guerreiro da trindade1+ , letícia zanchet2 , bianca lins zambon da silva3 , elson longo4 , tatiana martelli mazzo3 1. university of são paulo, são carlos institute of chemistry, são carlos, brazil. 2. federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil. 3. federal university of são paulo, institute of marine sciences, santos, brazil. 4. federal university of são carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. +corresponding author: letícia guerreiro da trindade, phone: +551633518214, email address: lgt.gtrindade@gmail.com article info article history: received: july 05, 2021 accepted: november 23, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. zr-mof 2. solar cells 3. photoelectrode 4. photoelectrochemical properties section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: in this work, we investigated the effect of the coupling of the zr-metal-organic framework (mof) and sno2 and its potential for application as photoelectrode in solar cells. coupling was performed by mechanical mixture followed by heat treatment. the effect of adding two amounts of zr-mof (25 and 50 wt%) on morphology and photoelectrochemical properties was investigated. the results of the j-v curves show that the coupling of 25 wt% zr-mof with sno2 improved the charge transfer characteristics under light irradiated in 1.6 times compared to the pure sno2. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 mailto:lgt.gtrindade@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6785-0761 https://orcid.org/0000-0003-1573-2223 https://orcid.org/0000-0002-6399-2305 https://orcid.org/0000-0001-8062-7791 https://orcid.org/0000-0002-7720-6002 original article revista.iq.unesp.br 121 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 1. introduction due to the scarcity of natural resources, the current technological society faces great challenges in relation to its own sustainability (zhang and sun, 2019). as a result, the demand for new clean and efficient technologies with lower environmental costs is growing. in this context, solar energy technology stands out, which can be easily found on almost the entire planet. research involving solar energy conversion into electricity has drawn a lot of attention, especially in photovoltaic devices such as solar cells (kojima et al., 2009). among them, dye-sensitized solar cells (dsscs) stand out for their low cost and simple fabrication method (bora et al., 2018; chen et al., 2018). however, such devices have low power conversion efficiency (pce), which represents a barrier to the use of these devices in the photovoltaic market (bashar et al., 2019; selvaraj et al., 2018). low pce is related to the electronic, morphological and optical properties of materials used as photoanodes. currently, the most used n-type metal oxide as photoanode in dssc is tio2 (agbo et al., 2016; bhogaita et al., 2016). nevertheless, its material displays some deficiencies, such as low electron mobility and photic instability (w. yang et al., 2017). in addition, to removing organic compounds of the tio2 synthesis of it, it is necessary to use high temperatures, which results in higher production costs (w. yang et al., 2017). a great candidate to replace the conventional tio2 layer is the sno2 (jiang et al., 2017; ke et al., 2015) due to its wide bandgap, high optical transmittance in the visible, high mobility (240 cm2 v−1 s−1), excellent optical and chemical stability, and low-cost preparation at low temperature (mathiazhagan et al., 2020). however, as the sno2 conduction band-edge is more positive than tio2 (∼ 400 mv), under 1 sun simulated light (am 1.5 g) using a solar simulator, the fermi quasi-equilibrium level will shift down to the redox potential of the liquid electrolyte, resulting in a lower open-circuit voltage compared to tio2 (suresh et al., 2018). these characteristics may make the dsscs that use sno2 as photoanode achieve pce of only 1.2% while dsscs working with tio2 have a pce of 5.9% (concina and vomiero, 2014). in order to overcome these limitations presented by sno2, an alternative found is the modification of its surface (qian et al., 2009). the unique characteristics of the metal-organic frameworks (mofs) such as high porosity, high surface area, accessible active internal energy migration pathways that can increase the electron transfer and reduce the charge recombination, have motivated research about their photocatalytic and photovoltaic applications (zhang et al., 2020). mofs are hybrid materials built by combining the organic ligands and metal nodes through coordinate bonds (bao et al., 2016; h. liu et al., 2016; li et al., 2016). recently, our group investigated the coupling of zno and zr-mof to develop a photoanode to be applied in dsscs. in this research, the results showed that the zno electrode with 25 wt% zr-mof has the ability to potentiate charge transport and inhibit charge recombination, making it a promising photoelectrode for solar cells (da trindade et al., 2021). based on our previous results, in this present work, we seek to report the investigation of the zrmof/sno2 coupling in the sno2 morphology and its photoelectrochemical properties for future application in photoanodes for dsscs. 2. experimental 2.1 sno2 synthesis the coprecipitation method in aqueous media was used to prepare the sno2 particles. in this method, sncl2∙2h2o (6.77 g, vetec) was mixed with deionized h2o (30 ml) under constant stirring at room temperature. after dissolution, h2o2 (35 ml, synth) and koh solution (35 ml/2 mol l–1, synth) were added. the precipitate was washed with deionized water until ph = 7. the obtained material was ovendried at 60 °c for 8 h. 2.2 zr-mof synthesis the metal-organic framework synthesis (zr-mof) was performed by a solvothermal method as related in our previous work (da trindade et al., 2019). the zrcl4 (1.4 mmol, aldrich) and terephthalic acid (1.4 mmol, aldrich) were previously dissolved in n, n-dimethylformamide (dmf, 99.8%, aldrich) and the solution was put in an autoclave. the reaction was kept in a greenhouse at 125 °c for 24 h. after this time the obtained precipitate was washed with methanol and dried at 60 °c. 2.3 electrode preparation the electrodes were prepared with sno2 and zrmof using two mass ratios of zr-mof, according to tab. 1. the electrode preparation procedure was performed according to the literature (da trindade et https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 original article revista.iq.unesp.br 122 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 al., 2018; 2020a). viscous pastes were prepared by mixing the desired particles with ethanol (200 μl) and sonicated for 30 min. after this, deionized water (60 μl) was added, and the mixture was sonicated again for 30 min. the obtained suspensions were applied onto fluorine-doped tin oxide (fto) substrates in an area of 1 cm2 using a micropipette. the films were allowed to dry at 25 °c for 1 h, and then calcined at 400 °c for 1 h, at heating and cooling rates of 0.1 °c min–1. table 1. samples designation and composition. sample designation sno2 (g) zr-mof (g) sno2 0.0125 zr-mof 0.0125 smof25 0.0094 0.0031 smof50 0.0062 0.0062 2.4 samples characterization all samples were characterized by x-ray diffraction (xrd, rigaku detector (cukα, λ= 0.15406 nm), fourier-transform infrared spectroscopy (ftir, bruker equinox 55 spectrometer), thermogravimetry (tg) analysis (ta instruments q-50 apparatus), field emission gun–scanning electron microscope (fegsem, zeiss model 105 dsm940a instrument, 10 kev), uv–vis spectra (cary 5 g [varian] apparatus) and brunauer–emmett–teller (bet) surface area measurements (micromeritics tristar ii 3020). the photoelectrochemical measurements were performed in a three-electrode cell where the prepared electrode, pt wire and ag/agcl electrode have been used as working, counter and reference electrodes, respectively. this cell had a quartz glass window, and the electrolyte was acetonitrile solution with lii (10 mmol l–1), i2 (1 mmol l–1), and liclo4 (0.1 mol l–1). the current density-voltage (j-v) curves of the samples have been analyzed for both illuminated and dark conditions using an autolab pgstat302 n potentiostat and a newport sol3a class aaa solar simulator with a 100 w xenon lamp. 3. results and discussion figure 1 shows the xrd patterns of all samples. the sno2 presents 2θ diffraction angles at 26.4, 33.7, 37.8, 51.6, 54.2, 62.1, 65.5 and 78.6 degrees and (110), (101), (200), (211), (220), (310), (301) and (321) diffraction planes, respectively, corresponding to rutile structure (jcpds nº: 41-1445) (debataraja et al., 2017). the zr-mof presents the xrd patterns that correspond with the zr-mof (uio-66) reported previously (luan et al., 2015; da trindade et al., 2020b). when the sno2 sample is modified with 25 or 50 wt% of zr-mof, it can be observed that the referring to sno2 and an absorption peak appears between 5 and 10°, which confirms the presence of zrmof in both samples. it is also possible to observe that in the 50 wt% sample the presence of other diffraction peaks referring to zr-mof. this result was expected since there was a significant increase in the zr-mof mass amount compared to the 25 wt% sample. figure 1. xrd patterns of sno2, zr-mof, smof25 and smof50 samples. figure 2 shows the ftir and tg analyzes of sno2, zr-mof and modified samples. at the sno2 ftir spectrum (fig. 2a) we observed bands in 3300 and 1640 cm–1 that can be attributed to the o–h stretching of adsorbed water molecules. in addition, the band at 640 cm–1 refers to framework vibrations of sno2 (zhan et al., 2013). the zr-mof spectrum presents broadband at 3300 cm–1 that is due to the o–h stretching from water molecules in the mofs (zango et al., 2020). the well-defined bands at 1570 and 1387 cm–1 refer to the c=o and c–n stretching modes, respectively. the car, δ-h stretching modes and the zr6(oh)4o4 cluster appears at 750 and 666 cm–1, respectively (butova et al., 2020; da trindade et al., 2020b). for the modified samples, smof25 and smof50, similar spectra can be noted. characteristic peaks of the sno2 and zr-mof were observed at both modified samples. however, the intensity of the bands increases with increasing the mof amount in the sample. these results affirm that the zr-mof was successfully coupling into the sno2 corroborating the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 original article revista.iq.unesp.br 123 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 data observed by xrd. tg measurements were carried out to verify the thermal stability of sno2, zr-mof and modified samples (fig. 2b). the pure sno2 sample presents only one stage of weight loss of 7% from 25 to 80 °c due to the removal of adsorbed water molecules. zr-mof has three stages of mass loss with first up to 125 °c which is attributed to desorption of physisorbed water, the second between 125−550 °c which may be due to the removal of the solvent (dmf) and the dehydroxylation of the zirconium oxo-clusters (x. liu et al., 2016) and the last stage (550-700 °c) is due to the zr-mof decomposition (q. yang et al., 2018). when 25 wt % zr-mof is coupled to sno2 (smof25), it can be observed that there is an increase in thermal stability in relation to the pure sno2 sample. in the smof25 sample, there is an initial weight loss of approximately 3% that can be attributed to the removal of adsorbed water molecules. the increase in the initial thermal stability also is observed for the smof50 sample with a mass loss of 6%. however, at 500 °c the beginning of the zr-mof decomposition is observed. these data show that adding 25 wt % zrmof to the sno2 sample works as a thermal stabilizer. figure 2. ftir spectra (a) and tg curves (b) of sno2, zr-mof, smof25 and smof50 samples. fe-sem images for all samples are shown in fig. 3. sno2 particles (fig. 3a) tend to form agglomerates with irregular shapes. the zr-mof sample has an octahedral shape with different sizes as reported in the literature (waitschat et al., 2018). when 25 wt% zrmof is coupled to the sno2 (fig. 3c), there is a tendency to form clustered structures which are potentiated by increasing the zr-mof mass ratio (fig. 3d). in the smof50 sample, the formation of agglomerates of smaller and fewer uniform particles is observed. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 original article revista.iq.unesp.br 124 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 figure 3. fe-sem images of sno2 (a), zr-mof (b), smof25 (c), and smof50 (d) samples. through the fe-sem images, the particle size was estimated, fig. 4a–d. the sno2 and the zr-mof samples present approximately 95.4 and 36 nm particle sizes, respectively. when these two samples are coupled, the particle sizes obtained are approximately 99.6 and 148.7 nm for smof25 and smof50 samples, respectively. these results reveal that the coupling of sno2 with zr-mof provokes an increase in particle size. the n2 adsorption-desorption isotherms of sno2, zr-mof, smof25 and smof50 particles are shown in fig. 4e. the sno2 and smof25 samples show typical type iv isotherms with a hysteresis loop and, the zr-mof and smof50 samples present typical type i isotherms. type iv isotherms are characteristic of mesoporous nature and the hysteresis loop commonly suggests improved pore size and pore connectivity of the synthesized samples (mallesham et al., 2020). while type i isotherms indicate the microporous nature of the synthesized samples (q. yang et al., 2018). it can be hypothesized that the reduction of the specific surface area with the addition of the zr-mof implies that the sno2/zr-mof coupling results in the reduction of the vacancies in the zr-mof (fu et al., 2019). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 original article revista.iq.unesp.br 125 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 figure 4. particle sizes of sno2 (a), zr-mof (b), smof25 (c), and smof50 (d), and typical n2 adsorption–desorption isotherm (e) of the samples. the bet surface area and pore diameter are presented in tab. 2. these results show that when sno2 is coupling with zr-mof the surface area increases from 68.44 m2 g–1 to 158 and 270.3 m2 g–1 with the addition of 25 and 50 wt% of zr-mof (smof25 and smof50), respectively. in contrast, the pore diameter decreases with coupling. these changes observed in the surface area and pore diameter can be caused by the increase of clusters formation as a result of the increase of the particles sizes. table 2. bet surface area and pore diameter, and fesem average particle size of the samples. sample bet fe-sem surface area (m2 g−1) pore diameter (nm) average particle size (nm) sno2 68.44 4.5 95.4 zr-mof 985.2 10.0 36.0 smof25 158.0 4.3 99.6 smof50 270.3 3.4 148.7 the tauc method was used to determining the bandgap (coulter et al., 2017), eq. 1: (𝛼һ𝜈) 1 𝑛⁄ = 𝐴(һ𝜈 − 𝐸𝑔) (1) where h is planck’s constant, ν is the photon’s frequency, α is the absorption coefficient, eg is the bandgap, and a is the slope of the tauc plot in the linear region. the sno2 and zr-mof are direct bandgap semiconductors with n equal to 1/2 (ganose and scanlon, 2016; hendrickx et al., 2018). the eg values for all samples are shown in fig. 5. the bandgap values are 2.89, 3.75, 2.27 and 2.12 ev for sno2, zrmof, smof25 and smof50 samples, respectively. it can be seen that the bandgap is reduced with increasing in zr-mof concentration coupled to sno2. this behavior can be explained by factors like particle size, optical properties and surface morphology, which influence the penetration of light photons (da trindade et al., 2021). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 original article revista.iq.unesp.br 126 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 figure 5. tauc plot from uv-vis analysis of sno2 (a), zr-mof (b), smof25 (c) and smof50 (d) samples. the j-v curves of sno2, smof25 and smof50 photoanodes were analyzed in the potential range of 0–1.3 v at 20 mv s–1 in an i3 –/i– solution, fig. 6. current densities at 1.0 v in the presence of light are 2.77, 4.5 and 2.23 ma cm–2 for sno2, smof25 and smof 50, respectively. the results show that the coupling of 25 wt% zr-mof with sno2 improved the charge transfer characteristics under light irradiated compared to the pure sno2 and smof50 samples. the smof50 sample presented a current density lower than the other samples, indicating that 50 wt% zr-mof can reduce the active sites and delay the diffusion process for the electrolyte. this result demonstrates that the coupling of 25 wt% zr-mof with sno2 is promising for the development of photoanodes for dsscs considering that the values of short-circuit density (jsc), found in the literature, for the pure tio2 can range from 2.51 to 12.9 ma cm–2 (concina and vomiero, 2014; khannam et al., 2016). in the present work, the dssc device was not assembled, we only tested the photoanode in i3 –/i– solution and without sensitized it by immersing in a dye solution. therefore, by the obtained results, it is expected that when tested in the dssc it will reach values similar or superior to cells with tio2. figure 6. j-v curves of the sno2, zr-mof, smof25 and smof50 samples at 20 mv s–1. the valence band (evb) and conduction band (ecb) potentials can be calculated by the mulliken method, eqs. 2 and 3, respectively (kandasamy et al., 2018): 𝐸𝑉𝐵 = χ − 𝐸𝑒 + 0.5𝐸𝑔 (2) 𝐸𝐶𝐵 = 𝐸𝑉𝐵 − 𝐸𝑔 (3) where χ is the electronegativity of the semiconductor and ee is the energy of the free electrons on the hydrogen scale (4.5 ev) and eg is the bandgap energy of the material. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 original article revista.iq.unesp.br 127 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 the sno2 electronegativity is 6.25 ev and the ecb of zr-mof is –0.09 ev (vs. nhe); so, we can propose an energy band diagram for zr-mof coupling with sno2, fig. 7 (abdelkader et al., 2015; wang et al., 2016). in the proposed energy band diagram when the sno2/zr-mof sample is exposed to visible light, the photogenerated electrons (e–) in the zr-mof conduction band (cb) migrated to sno2, while the holes (h+) remained in the zr-mof valence band (vb), resulting in the separation of the charge carriers. figure 7. proposed energy band diagram of the sno2/zr-mof composite. 4. conclusions the zr-mof coupling in the sno2 was prepared by mechanical mixture followed by heat treatment. the effect of the coupling has been investigated using structural, optical and photoelectrochemical analysis. the xrd and the ftir reveals the incorporation of zr-mof into the sno2 lattice. the fe-sem characterization shows an increase in the tendency to form clusters with an increase in the zr-mof concentration. the j-v data show that the coupling of 25 wt% zr-mof with sno2 improved 1.6 times the charge transfer characteristics under light irradiated compared to the pure sno2 and 2 times when compared to the smof50 sample. this result demonstrates that the coupling of 25 wt% zr-mof with sno2 is promising for the development of photoanodes for dsscs. authors’ contribution conceptualization: da trindade, l. g. data curation: silva, b. l. z.; da trindade, l. g. formal analysis: silva, b. l. z.; da trindade, l. g.; zanchet, l. funding acquisition: not applicable. investigation: da trindade, l. g. methodology: da trindade, l. g.; mazzo, t. m project administration: mazzo, t. m.; da trindade, l. g. resources: longo, e. software: not applicable. supervision: mazzo, t. m. validation: da trindade, l. g. visualization: da trindade, l. g. writing – original draft: da trindade, l. g.; zanchet, l. writing – review & editing: mazzo, t. m.; longo, e.; da trindade, l. g. data availability statement the data will be available upon request. funding conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 163342/2020-2. fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2013/07296-2. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code: 001. acknowledgments not applicable. references abdelkader, e.; nadjia, l.; ahmed, b. preparation and characterization of novel cubi2o4/sno2 p–n heterojunction with enhanced photocatalytic performance under uva light irradiation. j. king saud univ. sci. 2015, 27 (1), 76–91. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2014.06.002 agbo, s. n.; merdzhanova, t.; yu, s.; tempel, h.; kungl, h.; eichel, r.-a.; rau, u.; astakhov, o. photoelectrochemical application of thin-film silicon triplejunction solar cell in batteries. phys. status solidi a 2016, 213 (7), 1926–1931. https://doi.org/10.1002/pssa.201532918 bao, c.; zhou, l.; shao, y.; wu, q.; zhu, h.; li, k. a novel au-loaded magnetic metal organic framework/graphene multifunctional composite: green synthesis and catalytic https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2014.06.002 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2014.06.002 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2014.06.002 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2014.06.002 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2014.06.002 https://doi.org/10.1002/pssa.201532918 https://doi.org/10.1002/pssa.201532918 https://doi.org/10.1002/pssa.201532918 https://doi.org/10.1002/pssa.201532918 https://doi.org/10.1002/pssa.201532918 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.04.014 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.04.014 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.04.014 original article revista.iq.unesp.br 128 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 120-129 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p120-129 application. j. ind. eng. chem. 2016, 38, 132–140. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.04.014 bashar, h.; bhuiyan, m. m. h.; hossain, m. r.; kabir, f.; rahaman, m. s.; manir, m. s.; ikegami, t. study on combination of natural red and green dyes to improve the power conversion efficiency of dye sensitized solar cells. optik 2019, 185, 620–625. 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https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00157 https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00157 https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115608 https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115608 https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115608 https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115608 https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115608 https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115608 https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115608 https://doi.org/10.3390/s130404378 https://doi.org/10.3390/s130404378 https://doi.org/10.3390/s130404378 https://doi.org/10.3390/s130404378 https://doi.org/10.1039/c8cs00897c https://doi.org/10.1039/c8cs00897c https://doi.org/10.1039/c8cs00897c https://doi.org/10.1002/solr.201900438 https://doi.org/10.1002/solr.201900438 https://doi.org/10.1002/solr.201900438 https://doi.org/10.1002/solr.201900438 a08v32n2.pdf 47 www.scielo.br/eq a fluorescence probe study of gemini surfactants in aqueous solution: a comparison between n-2-n and n-6-n series of the alkanediyl-a,w-bis (dimethylalkylammonium bromides). p. b.s. junior2, v. a.o. tiera1,m. j.tiera1* 1departamento de química e ciências ambientais, 2departamento de física instituto de biociências letras e ciências exatas-são josé do rio preto universidade estadual paulistabrasil. abstract:two series of alkanediyl-a,w-bis (dimethylalkylammonium bromide (n-2-n and n-6-n; n=8, 10,12, and 16) have been synthesized and their micelles properties studied in aqueous solution using pyrene, pyrenecarboxaldehyde (pca) and 1,8 anilinonaphtalene sulfonic acid sodium salt (ans) as fluorescent probes. the micelles from these surfactants have been characterized on the basis of the information provided by micelle-solubilized fluorescent probes. the obtained results indicated that the surfactant concentration at which a marked decrease in l max parameter of pyrenecarboxaldehyde (pca) occurs corresponds to the cmc determined by conductimetric measurements. changes in the emission spectra of ans and pca observed in the submicellar range for both surfactants series (n-2-n and n-6-n) were interpreted as formation of pre-aggregates. it was found that the dimeric surfactants with long spacer (s= 6) form more hydrated aggregates when compared with those formed by the n-2-n and c n tab surfactants series. this was attributed to a more difficult packing of n-6-n surfactant molecules to form micelles. keywords: gemini surfactants; dimeric surfactants; pyrene; premicellar aggregation; introduction the expression gemini surfactant was first used by menger and litau to denote bis-surfactants made up of two amphiphilic moieties connected to the head groups by the rigid spacers benzene and stilbene [1]. however these kind of surfactants were first studied by bunton et al. investigating their catalytic effects on nucleophilic substitutions[2]. recently gemini surfactants have been subject of a extensive investigation because of their unique properties such as higher surface activity, improvements in the antibacterial activity and others potential applications which have been recently reviewed by svenson [3], zana [4] and menger [5]. the alkanediyl-a,w-bis (dimethylalkylammonium bromides) are dimeric surfactants referred to in general as n-s-n surfactants, where n and s are the carbon numbers of the surfactant alkyl chain and of the polymethylene spacer group respectively. they present remarkable properties diminishing more efficiently both the superficial tension and the critical micellization concentration (cmc) [4-12]. recent studies have also indicated that in aqueous solutions at concentrations below the cmc, ion pairing and pre-micelles may be formed [13,14]. although premicellar aggregates have been evidenced for a long time with common cationic surfactants [15] the first evidence of premicellization in gemini surfactant solutions was provided by menger et al. using anionic and cationic gemini surfactants [16]. the association in the submicellar range was reported for dimeric surfactants with rigid and flexible spacers [17] but this proposition has been refused for 12-s-12 surfactants with sd” 10 [14]. also, the effects of the spacer groups on the aggregate properties are not completely understood. an increase in the spacer length does not lead to a monotonic decrease in cmc [18]. for alkanediyl-a,w-bis (dimethylalkylammonium bromide) surfactants ecl. quím., são paulo, 32(2): 47-54, 2007 volume 32, número 2, 2007 48 shorter spacer groups may align the hydrocarbon chains leading to formation of “conventional” micelles, similar to those formed by monomeric alkyltrimethylammonium bromides (c n tabs). for longer spacers the hydrophobic character of the surfactant is increased but the expected trend observed for the common c n tabs, i.e., a decrease in cmc, is not observed. the purpose of the present work was to investigate the association of two series of alkanediyl-a,w-bis (dimethylalkylammonium bromide) surfactants (n-s-n; n=8-16 and s=2 and 6) using 1,8 anilinonaphtalene sulfonic acid sodium salt (ans), pyrenecarboxaldehyde (pca) and pyrene as fluorescent probes. these molecules were chosen because they have absorption, emission and lifetimes that depend on the microenvironment around them[19]. these properties can be correlated with the characteristics of the microenvironments and used to predict the existence and peculiarities of the micellar aggregates. despite an extensive research on this kind of surfactants their properties remain under study due to complexity of their amphiphilic structures and studies concerning the premicellar association and their aggregates properties are important to elucidate their association in aqueous solution. this has motivated us to compare the aggregation behavior and micelles properties of the n-2-n and n-6-n series with those of the conventional n-alkyltrimethylammonium bromides, focusing how their aggregation in aqueous solution is affected by both the spacer group and alkyl lengths of the surfactants. experimental details chemicals n,n,n’,n’–tetramethylethylenediamine(99,5%) and n, n, n’, n’ tetramethyl 1,6– hexanediamine(99%) were purchased from aldrich. bromoalkanes were purchased from merck and used without further purification. pyrene (aldrich) and pyrene-3-carboxaldehyde (pca, aldrich) were purified by two recrystallizations from ethanol. the solvents employed were fluorescence spectroscopy grade (merck,) and were used without further purification. synthesis and characterization of the surfactants. the n-s-n series of bis quaternary ammonium surfactants(8-6-8, 10-6-10, 12-6-12, 16-6-16, 8-2-8, 10-2-10,12-2-12 and 16-2-16) were synthesized by reacting the appropiated bromoalkane with alkanediyl-a,w-bis(dimethylamine) following a slightly modified method employed by zana et al [18]. the reactions were performed in dry methanol under reflux for 48h in the presence of 20% excess of bromoalkane. the products were recrystallized twice in different mixtures of ethanol-ethyl acetate depending of the length of the hydrocarbon chain and spacer group. the recrystallization was repeated three times to achieve a good purity for 8-s-8 and 10-s-10 surfactants. the obtained surfactants were checked by elemental analysis and nmr measurements. the nmr spectra were recorded on a brucker ac200 mhz spectrometer at 25 oc. the surfactants were examined in 5% (w/ v) solutions of deuterated water (d 2 o) and the chemical shifts were referenced to trimethylsilane. absorption and fluorescence spectroscopies measurements. the absorption spectra of the probes in the presence of surfactants were measured on a cary 100 spectrophotometer equipped with a peltier system 1×1 at 250c. surfactants from concentrated stock solutions were added to both the reference and the aqueous probe solutions (5x10-6 m) under magnetic stirring and the absorption spectra were recorded after each addition. all fluorescence measurements were performed at 25.0 ± 0.1 oc on a hitachi 4500 fluorescence spectrometer. cmc values were obtained by fluorescence measurements using pyrenecarboxaldehyde (pca) 5x10-6mol/dm3 (except for th n=16 surfactants where pca concentration was 5x10-7 mol/dm3) from a stock solution (1x10-2 mol/dm3 in methanol). pca was excited at 356 nm and the emission recorded from 370 to 650 nm. fluorescence spectra were recorded after each addition and all the solutions were prepared in deionized water (milli-q). the ratio between the fluorescence intensities of peaks i (372.4 nm) and iii (384 nm) of the emission spectrum of pyrene (1x10-6 mol/dm3), (i 1 /i 3 ), was used to evaluate the polarity of the local environment [19]. the probe 1,8 anilinonaphtalene sulfonic acid sodium salt (1,8-ans) 5.0 x 10-6 mol/ dm3, was used to monitor the aggregation process ecl. quím., são paulo, 32(2): 47-54, 2007 49 and excited at 377 nm. fluorescence spectra were recorded after each addition from 400 to 650 nm. conductimetric measurements conductivities were measured using an automated digimed (dm31) conductimeter at 250c (±0.5). the surfactant concentration in the cell was increased by addition of 10-100 ml aliquots of a concentrated surfactant solution to 10 ml of the water solution. values were recorded after each addition. cmc from conductimetric experiments were determined from the change in the slope of the plot of specific conductivity vs. surfactant concentration. the ionization degree a is fraction of charges of micellized surfactant ions not neutralized by bound counterions whose values were obtained from the variation of electrical conductivity, k, with surfactant concentration c, taking (dk/dc) c>cmc / (dk/dc) c< cmc . results and discussion synthesis and characterization. the elemental analyses and the nmr spectral data confirm the formation of the dimeric surfactants. figure 1a shows the 1h-nmr for surfactant 10-610, with a peak at 3.45 ppm corresponding to n+ch 2 protons from both the hydrocarbon chain and the spacer group. the peak at 3.23 corresponds to n+-ch 3 protons and the peak centered at 1.85 ppm corresponds to 8 methylene protons in the b position (b-ch 2 ) with respect to n+-(ch 3 ) 4 . peaks centered in 1.56 –1.4 ppm correspond to methylene protons from the hydrocarbon chain and protons figure 1 a) 1h-nmr spectrum of 10-6-10 surfactant in d 2 o; b) structure and attribution of peaks to spectrum. from the spacer group, which were denoted in figure 1b as qch 2 , g-ch 2 and (ch 2 ) n . the terminal –ch 3 protons (w-ch 3 ) from the hydrocarbon chain appear as a triplet at d 0.95-1.01 ppm. ans absorption spectra and fluorescence steadystate experiments. the addition of the dimeric surfactants to aqueous solution of ans leads to significant changes in the absorption spectrum of this probe. it can be seen from fig 2 that in the presence of 126-12 surfactant all the ans uv–vis. absorption spectra are red shifted. the increase of 12-6-12 concentration leads to a decrease in the original ans absorption band concomitantly with the appearance of a new band around 378 nm. for this probe the modifications observed in the electronic spectrum can be ascribed to association of the probe with premicellar aggregates. the same kind of red shift has been recently observed for pyrene in the presence of 12-s-12 surfactants [20]. the dimeric surfactants also lead to abrupt changes in the emission spectrum of ans. figure 3 shows the fluorescence intensity and l max of 1,8 ans in the presence of increasing concentration of the 86-8 and 8-2-8 surfactants. in water the l max for ans was observed at 518 nm and in the presence of a small amount of surfactant a large blue shift to 484 nm was observed in the fluorescence spectrum. the new maximum emission at 484 nm corresponds to the probe solubilized in a hydrophobic microenvironment. this tendency was followed for ecl. quím., são paulo, 32(2): 47-54, 2007 50 all n-6-n and n-2-n surfactants. besides the blue shift a strong increase in the fluorescence quantum yield was observed, which indicates that the probe experiences a more constrained environment due to solubilization in a relatively nonpolar microenvironment. due to the low range of surfactant concentration where these changes were observed, it may be suggested that electrostatic and hydrophobic interactions between ans and surfactant molecules may lead to formation of ion pairs containing the ans probe and a few surfactant molecules [21,22]. after the blue shift to 484 nm the fluorescence of ans increases continuously with the surfactant concentration, indicating that more probe molecules are solubilized in pre-micelles and/ or more hydrophobic cavities are formed to host the probes. as can be seen from figure 3 near the cmc the fluorescence quantum yield was moderately decreased due to the quenching provided by the bromide counterion condensation at the micelle surface. pca fluorescence steady-state experiments the results obtained with pyrenecarboxaldehyde (pca) in the presence of n-6-n surfactants were similar to those observed with ans, however for concentrations above cmc the absorption spectra of pca recover the spectral pattern observed in organic solvents such as methanol (data not shown). the presence of small amounts of n-6-n surfactants below the cmc shifts the maximum fluorescence from 475 to 470 nm and the fluorescence quantum yield increased continuously until the cmc is reached. on the other hand no significant shifts were observed for pca in the submicellar range of n-2-n surfactants. in the submicellar range the maximum fluorescence of pca in the presence of n-2-n surfactants remained almost constant and the fluorescence intensity decreased continuously (data not shown). these results also evidence the presence of premicellar aggregates containing a few molecules of surfactants and the fluorescent probe pca. the fluorescence increase observed for pca in the presence of the n-6-n surfactants may be attributed to better accommodation of this probe inside the premicellar aggregates, which in turn decreases the probe microenvironment polarity and also avoids the self-quenching commonly observed with pyrene and others hydrophobic probes [9]. in these premicellar aggregates the fluorescence emission of the probe is not efficiently quenched due to low concentration of bromide counterions in the surroundings of the premicelles. the shift from 470 nm to about 455 nm was observed only above cmc, except for the surfactants 16-s-16, which presented a smaller shift to 466 nm (fig. 4 ). this shift was also accompanied by an abrupt decrease in the fluorescence intensity (data not shown) resulting from the bromide counterions condensation at the micelle surface as that observed for the ans probe. the presence of preaggregates in submicellar concentrations of dimeric surfactants has been suggested by mathias et al. in a recent work using time resolved fluorescence spectroscopy[23], and thereafter their method was contested by zana [24,25]. however our results indicate that for these surfactants premicellar aggregates can be postulated even though at a low surfactant concentration some aggregates could be induced by the probe. the cmc values were determined from the intercept of the tangents to the curve before and after the point of inflection in the plots of l max of pca vs. surfactant concentration (fig. 4) and although slightly smaller than those obtained by conductimetric measurements (see table 1), they are in good agreement with those determined for 16-2-16 and 12-2-12 using pyrene [26] . ecl. quím., são paulo, 32(2): 47-54, 2007 figure 2 absorption spectra of ans in the presence of increasing concentration of 12-6-12. pyrene fluorescence steady-state experiments the figure 5 shows the i 1 /i 3 ratio of the pyrene fluorescence spectrum in the presence of increasing surfactant concentration (c). the i 1 /i 3 ratio decreases slightly with both the surfactant concentration and the alkyl length of the surfactant (n). it is well known that pyrene exhibits a certain affinity for quaternary ammonium head groups, therefore the decrease for the i 1 /i 3 ratios indicates that aggregation numbers increase and some water molecules are removed from the solvation shell of pyrene [32-34]. figure 4. fluorescence maximum of pca as a function of n-6-n concentration: (¢)-8-6-8; (˜)10-6-10; (d)-12-612; (£)16-6-16. the arrows indicate the cmc values. this behavior may be due to the increasing aggregation numbers (n ) with concentration and this has been observed for dimeric surfactants having short as well as longer spacer groups [32, 33]. the most noticeable is the higher i 1 /i 3 ratios obtained for the n-6-n micelles compared to those reported by the probe in the presence of the n-2-n surfactants (fig. 5). this can be attributed to the smaller micelles formed for the n-6-n surfactants than those by n-2-n series. for instance, aggregation numbers for 12-2-12 and 126-12 determined by time-resolved fluorescence quenching were respectively 114 [34] and 32 [35]. besides, the formation of more hydrated aggregates is expected for n-6-n surfactants since the areas per surfactant molecule at the liquid/air interface for n-6-n are higher than those for n-2-n series. for instance the areas per surfactant molecule for 122-12 and 12-6-12 were estimated as 0.39 nm2 and 1.85 nm2, respectively [36]. therefore for n-2-n series a tighter packing could take place due to intramolecular interactions between the hydrocabon chains. this could preclude the entrance of water molecules to the interior of micelles, which in turn would reflect in the smaller i 1 /i 3 ratios as observed in figure 5. the smaller i 1 / i 3 ratios observed for n-2-n series are similar to those obtained for ctab and dtab (see table 1) indicating that the packing for n-2-n and surroundings for this probe are similar to those of monomeric surfactants. figure 5. variation of i 1 /i 3 ratio for pyrene with surfactant concentration for n-2-n (open symbols) and n-6-n (filled symbols) at 250c. ecl. quím., são paulo, 32(2): 47-54, 2007 51 figure 3. fluorescence maximum (˜) and relative intensity (£) of ans as a function of (a) 8-2-8 and (b) 8-6-8 concentration. the arrows at the top indicate the cmc determined by conductimetric measurements. 52 conductimetric measurements. fig. 6 shows a representative plot of specific conductivity against concentration c, used to determine the cmc values and the respective ionization degrees (a) for all surfactants. figure 6. conductimetric determination of the cmc for the n-2-n surfactants. the table 1 shows that the cmc values for the n-2-n surfactants are smaller than those obtained for n-6-n series. although the n-6-n series have four additional methylene groups when compared with n-2-n series they do not contribute to decrease the cmc as expected taking in account the higher hydrophobic character of these surfactants. the spacer containing six methylene groups is not long enough to fold into the interior, which in turn could explain the higher cmc values obtained for surfactants of the n-6-n series. the ionization degrees of the n-6-n surfactants are on average twice as high as those obtained by the n2-n series (see table 1). these results agree with those reported in the literature, which showed a significant increase in the micelle ionization degree upon increasing spacer carbon number for dimerics with a hydrophobic spacer: 10-s-10 [2729], 12-s12 [18], 16-s-16 [30, 31]. in general the a values for ecl. quím., são paulo, 32(2): 47-54, 2007 53 both n-2-n and n-6-n series are higher than those reported for common alkyltrimethylammonium. the free energies of micellization ∆g° were calculated using the equation dg= (0.5+ b)rt ln(cmc)-(rt/2)ln 2 and dg= rt(1.0+ b) ln(cmc) for dimeric and monomeric surfactants respectively. ∆g° was calculated by using the cmc and the α values determined from the conductivity measurements. a comparison between the ∆g° values obtained for monomeric and dimeric surfactants (table 1) shows that the latter present nearly equal values to those obtained for the alkyltrimethylammonium bromides of same alkyl carbon number m . this equation yields as reported before [37], a free energy of transfer from water to the micellar pseudo-phase of 3.2± 0.3 kj_mol per ch 2 , a value close to that found for alkyltrimethylammonium bromides [37]. conclusions two series of dimeric alkanediyl-α,ω-bis (dimethylalkylammonium bromide) n-2-n and n-6n surfactants have been synthesized. for these dimeric surfactant micelles, the cmc values were determined using conductivity measurements and an extrinsic fluorescent probe, pyrenecarboxaldehyde. the ionization degrees for n-6-n and n-2-n micelles are in general higher than those reported for alkyltrimethylammonium bromides. from the measurements of pyrenecarboxaldehyde and ans, the results indicated that in the submicellar range preaggregates may coexist with free monomers for all studied surfactants. micropolarity studies using pyrene showed that the polarity inside the aggregates is influenced mainly by the spacer length and for n-6-n series the increase of alkyl carbon chain length decreases the amount of water contact in the aggregates. on the contrary, micropolarities reported for n-2-n surfactants series are similar to those obtained for dtab and ctab. although fluorescence studies do not show much dependence on the alkyl length chain for 2-n-2 series, it may be possible that the pyrene molecules may not be sensing the aspects of hydration due to the tighter packing of the surfactant molecules in these micelles, especially if the probe is located deeper in the aggregates. references [1] menger, f. m.; littau, c. a.; j. am. chem. soc. 1991, 113, 1451. 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references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines iq.unesp.br/ecletica before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. chem. j. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatecoverletter.docx https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines iq.unesp.br/ecletica investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatemanuscript.docx author guidelines iq.unesp.br/ecletica supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templategraphicalabstract.pptx author guidelines iq.unesp.br/ecletica supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of 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enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/aboutthispublishingsystem author guidelines iq.unesp.br/ecletica editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica@journal.iq.unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br supplementary information revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 4 | 2022 | 51 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 51-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 experimental, dft, molecular docking and in silico admet studies of cadmium-benzenetricarboxylates enya inah bassey1 , terkumbur emmanuel gber2,3+ , edison esther ekpenyong1 , henry okon edet3 , innocent benjamin3 , imabasi tom ita2,3 1. university of calabar, inorganic materials research laboratory, calabar, nigeria. 2. university of calabar, department of pure and applied chemistry, calabar, nigeria. 3. university of calabar, computational and bio-simulation research group, calabar, nigeria. +corresponding author: terkumbur emmanuel gber, phone: +2348059742439, email address: gberterkumburemmanuel@gmail.com article info article history: received: february 27, 2022 accepted: july 11, 2022 published: october 28, 2022 keywords: 1. synthesis 2. characterizations 3. antimicrobial studies 4. metal-organic frameworks section editors: assis vicente benedetti figure s1. interactions, h -bond of the cd complex and the standard drug with the receptor protein 2d7u. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 mailto:gberterkumburemmanuel@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-5274-4824 https://orcid.org/0000-0002-1901-3675 https://orcid.org/0000-0002-8981-7759 https://orcid.org/0000-0002-3642-7298 https://orcid.org/0000-0001-9007-4596 https://orcid.org/0000-0003-0821-6861 supplementary information revista.iq.unesp.br 52 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 51-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 figure s2. interactions, h-bond of the cd complex and the standard drug with the receptor protein 2xcs. table s1. selected bond length (å). atom atom length (å) atom atom length (å) cd1 o72 2.291(3) c4 c5 1.392(5) cd1 c1 2.737(4) c4 c8 1.494(4) o3 c1 1.254(5) c5 c6 1.383(5) o4 c1 1.279(5) c6 c7 1.392(5) o5 c8 1.270(4) c6 c9 1.481(5) o6 c8 1.249(4) table s2. selected bond angle (°). atom atom atom angle/˚ atom atom atom angle/˚ o4 cd1 o51 145.97(9) c7 c2 c1 120.8(3) o4 cd1 o61 92.51(9) c4 c3 c2 121.0(3) o4 cd1 o72 133.61(10) c3 c4 c8 121.6(3) o4 cd1 c1 27.53(10) c5 c4 c3 119.1(3) o51 cd1 o1 88.82(10) c5 c4 c8 119.4(3) o51 cd1 o2 90.96(10) c6 c5 c4 120.3(3) o51 cd1 o3 159.07(9) c5 c6 c7 120.8(3) o51 cd1 o61 53.50(9) c5 c6 c9 116.3(3) o51 cd1 o72 80.34(10) c7 c6 c9 122.8(3) o51 cd1 c1 172.95(10) c6 c7 c2 119.5(3) o61 cd1 c1 119.75(10) o5 c8 c4 118.1(3) o72 cd1 o1 96.08(11) o6 c8 o5 121.4(3) o72 cd1 o2 87.90(11) o6 c8 c4 120.5(3) o72 cd1 o3 79.36(10) o7 c9 o8 124.6(3) o72 cd1 o61 133.84(10) o7 c9 c6 120.8(3) o72 cd1 c1 106.38(10) o8 c9 c6 114.6(3) c1 o3 cd1 85.3(2) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 supplementary information revista.iq.unesp.br 53 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 51-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 table s3. atomic charges, mulliken population analysis and natural population analysis. atoms mpa npa cd 0.351858 0.19165 o –0.160251 –0.15589 o –0.197791 –0.21943 o –0.129836 –0.11583 o –0.169683 –0.16842 c 0.072627 0.15902 c 0.070250 0.15440 c –0.001230 –0.00425 c –0.067339 –0.03909 c –0.068446 –0.04121 c –0.006045 –0.02582 h 0.111999 0.07589 c –0.005066 –0.02456 h 0.107752 0.07160 c –0.064182 –0.03421 h 0.120903 0.08308 c 0.000951 0.00006 c –0.069141 –0.04293 c –0.070311 –0.04442 c –0.004620 –0.02298 h 0.110747 0.07463 c –0.005489 –0.02418 h 0.108542 0.07281 c –0.064749 –0.03539 h 0.121100 0.08319 c 0.226919 0.30560 o –0.122283 –0.13169 c –0.011409 –0.03383 c –0.065212 –0.03427 c –0.062989 –0.03127 c –0.005832 –0.02598 h 0.109237 0.07295 c –0.004342 –0.02433 h 0.117572 0.07973 c –0.060716 –0.02794 h 0.123710 0.08500 o –0.109731 –0.09382 c 0.217715 0.28909 o –0.185995 –0.20937 o –0.242756 –0.26935 h 0.247392 0.25327 c 0.217902 0.28887 o –0.183488 –0.20670 o –0.242876 –0.26952 h 0.247830 0.25371 c 0.214235 0.28488 o –0.193920 –0.21872 o –0.246729 –0.27379 h 0.244788 0.25105 c 0.213358 0.28444 o –0.196452 –0.22145 o –0.246422 –0.27346 h 0.245099 0.25135 c 0.216048 0.28681 o –0.187513 –0.21135 continue… https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 supplementary information revista.iq.unesp.br 54 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 51-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 o –0.245395 –0.27236 h 0.246389 0.25250 c 0.217195 0.28877 o –0.188226 –0.21202 o –0.242992 –0.26973 h 0.246737 0.25266 h 0.091839 0.05796 h 0.113569 0.07441 o –0.329324 –0.37112 h 0.258796 0.28798 o –0.324794 –0.36555 h 0.249810 0.28012 h 0.272082 0.30149 h 0.268622 0.29725 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p51-54 databases iq.unesp.br/ecletica citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click on the images to follow the links. ebsco has no link available. the address is for subscribers only. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://bit.do/eqj_cas https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://doaj.org/toc/1678-4618 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 https://scholar.google.com.br/citations?hl=pt-br&user=-j-ppugaaaaj&authuser=1 https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica http://portal.amelica.org/busquedarevistapornombre.oa?pal=ecl%c3%a9tica%20qu%c3%admica https://www.redalyc.org/revista.oa?id=429 https://www.latindex.org/latindex/ficha?folio=16477 https://biblat.unam.mx/pt/revista/ecletica-quimica https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 summary revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 4 | 2023 | summary editorial board .............................................................................................. 2 editorial ........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 5 instructions for authors .......................................................................... 6 review articles is the use of the problem-based learning model through instagram effective? a review ............................................................................................................................................. 17 hayuni retno widarti, allykha baharsyah, deni ainur rokhim, afis baghiz syafrudin original articles variation in the chemical composition of essential oils from mangifera indica l. leaves by comprehensive two-dimensional gas chromatography ....................................................... 27 claudia andrea lima cardoso, elina bastos caramão, thiago luis aguayo de castro, euclesio simionatto multivariate statistical analysis of physicochemical parameters of groundwater quality using pca and hca techniques ................................................................................................... 37 antonio josé ferreira gadelha, clarice oliveira da rocha, josé germano veras neto, mirelly alexandre gomes scientific recreations to favor the learning of the periodic table in high school students with incomplete schooling ........................................................................................................... 48 havdih castro valdiviezo, mario adelfo batista zaldívar https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | 12 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 relaxation parameters of water molecules coordinated with gd(iii) complexes and hybrid materials based on δ-feooh (100) nanoparticles: a theoretical study of hyperfine inter-actions for cas in mri mateus aquino gonçalves1+ , teodorico castro ramalho1 1. department of chemistry, federal university of lavras, lavras, minas gerais, brazil +corresponding author: mateus aquino gonçalves, phone: +55 35 992310551, email address: mateusufla@gmail.com article info article history: received: november 29, 2019 accepted: march 23, 2020 published: october 01, 2020 keywords: 1. gadolinium 2. dynamics 3. interactions hyperfine 4. contrast agents 5. mri 1. introduction the magnetic resonance imaging (mri) is considered to be an effective technique for diagnosing lesions and cancer. currently, this technique is widely used in radiology to obtain detailed tissue images1,2. currently, there are many techniques used in the diagnosis of cancer. among the most used diagnostic techniques for cancer, we can highlight tomography, ultrasonic endoscopy, and magnetic resonance imaging (rmi). rmi is one of the most successful techniques, it is a noninvasive technique based on the magnetic properties of 1h and 17o atoms, which are the most abundant elements in the human body. however, only with the natural relaxation (t1 and t2) of these atoms it is not possible to obtain clear images of the tissues, so the contrast agents (cas) are used3. cas are paramagnetic compounds and their use is of utmost importance for a better visualization of the images in the mri exams. currently, the most commonly used cas are gd3+ complexes with different ligands, such as dota, dtpa, edta, etc. the most commonly used cas are gd3+ complexes, gadolinium is an internal transition metal belonging to the lanthanide family. since the initial reports gd has become the most used metal center for the production of cas. the seven unpaired abstract: cancer is a serious disease that afflicts and worries much of the population, which significantly affects all ages and socio-economic groups and one reason is the great difficulty of the initial diagnostic phase. thus, magnetic resonance imaging (mri) is an effective technique for detecting cancer (especially breast cancer), however, for a better visualization of the tissues it is necessary to use the contrast agents (cas), which are paramagnetic compounds capable of increasing the longitudinal and transverse relaxation times (t1 and t2) of water molecules. the cas are important to increase the rate of relaxation of water protons, the most commonly used cas are gd3+ complexes. thus, in this work we propose two new hybridizing contrast agent, -feooh(100).[gd(dtpa)(h2o)]2and δ-feooh (100).[gd(dtpa-bma)(h2o)], both compounds are capable of increasing both relaxation times t1 and t2. theoretical results show that the hybrid compound considerably increases the hyperfine coupling constants 1h and 17o of water molecules. in this way, our results show that both hybrid compounds can be used as new contrast agents, thus replacing gd3+ complexes. 22 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 mailto:mateusufla@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-3736-648x http://orcid.org/0000-0002-7324-1353 original article 13 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 electrons of gd combined with a relatively long relaxation time, makes this lanthanide an effective cas. gd has been used as ca since the late 1980s, these cas alter both t1 and t2 relaxation times, however studies show that they are more effective in t1 3-5. the gd3+ complexes with poly (aminocarboxylate) ligands are the contrast agents most commonly used commercially, these compounds have nitrogen and oxygen atoms that are able to coordinate with the gd3+ ion. it is worth stressing that gd complexes increase both relaxation rates (r1=1/t1 and r2=1/t2), however, a higher longitudinal relaxation rate is observed6,7. in contrast, iron oxides have properties that significantly shorten the t2 and t2* values of tissue water molecules, this characteristic is due to the difference in susceptibility between the iron oxide nucleus and the surroundings water8,9. thus, the two compounds together can have very important properties, especially in the reduction of both relaxation times and these materials are known as hybrid compounds and have been widely studied10. studies show that such hybrid compounds applied in mri have been shown to be about 8 times larger in imaging effects than magnevist (widely used cas)11. with that in mind, the purpose of this paper is to investigate the water molecules coordinated with the complexes ([gd (dota)(h2o)]-, [gd(dtpa)(h2o)]2-, [gd(dtpa-bma)(h2o)]) and the hybrids δ-feooh(100).[gd(dtpa)(h2o)]2and δ-feooh(100).[gd(dtpa-bma)(h2o)]), where dota = 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10tetraacetic acid; dtpa= 2-[bis[2[bis(carboxymethyl)amino]ethyl]amino]acetic acid and bma = bis-methylamide, in order to assess the hyperfine interactions of the 1h and 17o, studying its applicability as potential contrast agents for tracking of cancer cells. fig. 1 show the hybrid compounds used in this work. figure 1. structure of the hybrid a) δ-feooh (100).[gd(dtpa)(h2o)]2and b) δ-feooh (100).[gd(dtpabma)(h2o)]. 2. computational methods 2.1 optimization of structures and molecular dynamics simulations calculations initially optimize the complexes ([gd(dota)(h2o)]-, [gd(dtpa)(h2o)]2and [gd(dtpa-bma)(h2o)])12,13 and the hybrids δfeooh(100).[gd(dtpa)(h2o)]2and δfeooh(100).[gd(dtpa-bma)(h2o)]), in the gaussian 09 program14, using the semi-empirical parameterization method 6 (pm6)15,16. after optimization, we made the molecular dynamics simulations (md) for the complexes of gd(iii) using the program developed by van duin and col. (reax-ff)17, which is part of adfband program package. for the simulations was used the force field nich. for the md simulation the box size was fixed at 8000 å3 and was held at a temperature 310.65 k (physiologic temperature) throughout the simulation. studies have shown that this temperature is adequate to simulate this type of model. for these simulations a 500 ps thermalization face (for system stabilization) and an additional 2.0 ns period are required, the box was built by the density of liquid water (ρ=0.996 g cm-3)18. 2.2 statistical inefficiency, surface, and hyperfine coupling constant (hfcc) calculations after the md simulation it is necessary to try to reduce the number of conformations for the later quantum calculations (decrease the computational cost). for this, we selected the uncorrelated configurations of the gd(iii) complexes, scilab https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 original article 14 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 2.719 program was used. the method was developed and applied for the first time by the canuto’s group20. this method uses the statistical interval obtained from the energy autocorrelation, the interval between uncorrelated configurations, or the correlation step s, is calculated by integration from zero to infinity of c(n), eq. 1. the interval between uncorrelated configurations, or the correlation step τ (the molecular rotational correlation time in eq. 2) is calculated by integration from zero to infinity of c(n). the theory shows that separate the settings by 2τ, or larger intervals, are considered uncorrelated. 𝐶(𝑛) = ∑ 𝐶𝑖𝑒−𝑛 𝜏𝑖⁄𝑁 𝑖=1 (1) 𝜏 = ∫ 𝐶(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 (2) with uncorrelated structures we did the constant calculations of hyperfine coupling (aiso) for the complexes with water molecules. the hyperfine coupling constant (aiso) calculations were carried out in the program gaussian 09, with uncorrelated structures from md simulation of gd3+ complexes and with the lowest energy structure of the hybrid. for the gd3+ complexes, the simulation was performed using the functional pbe1pbe21 and basis set epr-iii for the h and o atoms, 6-31g for the c and n atoms, mwb53 for the gd atom. for the hybrid compounds was also used the above-mentioned base function and we added the lanl2dz for the fe atom. 3. results 3.1 method validation the geometry of the complex was fully optimized using the method pm6, the geometry according mounted as shown in fig. 2 and the bond distances from the metal coordination environment are listed in tab. 17. from the results of tab. 1, it is possible to observe that our calculations were able to reproduce reasonably well the distances between the gdiii and the ligand, observed with the experimental results performed by x-ray. we observed for the complex that [gd(dota)(h2o)]-, the inner sphere water molecule has a bond distance around 2.45 å, what satisfies our theoretical value 2.56 å. for the complexes [gd(dpta)(h2o)]and [gd(dtpabma)(h2o)] water molecules in the inner sphere have a connection distance between 2.49 å, and 2.44 å, which satisfies the theoretical values 2.52 å and 2.46 å, respectively. this can be attributed, at least in part, to the fact that the implicit solvation model (which uses the dielectric constant of the medium) cannot explain some specific interactions between the complex and the solvent, for example, the hydrogen bonds. indeed, it has been shown that continuous dielectric solvent models are often inadequate to investigate solutes that concentrate on the charge density with strong local solutesolvent interactions7. thus, to try to overcome this deficiency, we performed calculations of geometry optimization using only one coordinated water molecule with gd. table 1 shows the distances of the complex bonds compared with the experimental values. a) [gd(dota)(h2o)]b) [gd(dtpa)(h2o)]2c) [gd(dtpa-bma)(h2o)] figure 2. structure of gd(iii) complexes. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 original article 15 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 table 1. distance values of experimental and theoretical bond for the complex. [gd(dota)(h2o)]12 [gd(dpta)(h2o)]2-15 [gd(dtpa-bma)(h2o)]16 bonds distances / å exp./ å distances / å exp. / å distances / å exp. / å gd-ow 2.56 2.45 2.52 2.49 2.46 2.44 gd-n 2.68 2.65 2.51 2.64 2.50 2.67 gd-oc 1 2.10 2.36 2.45 2.40 2.30 2.37 gd-oa 2 2.35 2.44 1coordinated oxygen atoms of acetate groups. 2oxygen atoms of amide groups. 3.2 time correlation md calculations provide thousands of conformations, so it is possible to perform quantum calculations of all these conformations. thus, methods to select the main structures of md have been studied. currently, one method that has been highly effective is statistical inefficiency18-21. with this in mind, in the present work we use statistically different structures for quantum mechanics calculations, the method uses the energy correlation function of md simulations22,23. it is important to mention that this method was developed and studied deeply by the coutinho and canuto group23. the canuto and coutinho group showed that the statistical interval, c(n), is particularly important for a marovian process, where c(n) follows an exponential deterioration22. in this way, uncorrelated configurations, τ, is calculated by integrating zero to infinity of c(n). configurations separated by 2τ, or larger intervals, are considered uncorrelated23-25. figure 3 shows exponential decay. from the simulation md, as can be seen in fig. 3, the correlation time of the complex coordinated with water molecules ([gd(dota)(h2o)]-, [gd(dtpa)(h2o)]2and [gd(dtpa-bma)(h2o)] were 4.09, 6.01 and 6.53 ps, respectively. according to the calculations of statistical inefficiency for the complex [gd(dota)(h2o)]244 structures were uncorrelated, for the [gd(dtpa)(h2o)]2164 structures were uncorrelated and for the complex [gd(dtpa-bma)(h2o)] 153 structures were uncorrelated. we observed that the complex [gd(dtpa-bma)(h2o)] has a larger correlation time relative to other complexes, thus has a smaller number of uncorrelated structures. figure 3. graphic of the auto-correlation function for the time in picoseconds. a) ([gd(dota)(h2o)]-, b) [gd(dtpa)(h2o)]2-, c) [gd(dtpa-bma)(h2o)]. the blue curve is the correction and the red curve the adjustment done. 3.3 electronic and geometric effects on the hyperfine coupling constant in recent decades, the mri has emerged as a powerful diagnostic tool that uses longitudinal relaxation times (t1) and transverse (t2) of the atoms 1h and 17o of water molecules to obtain tissue images. the value t1 is related to the return time magnetization to the longitudinal axis and it is influenced by the interaction of spins with the network (environment). the value of t2 refers to the reduction of magnetization in the transverse plane and it is influenced by the spin-spin (dipoledipole) interaction. the dipolar magnetic https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 original article 16 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 interactions between protons of water with other local interactions, are able to gradually restore the original orientation of the magnetization vector along the main magnetic field26, that way, to evaluate the influence of contrast agents on t1 and t2 times it is necessary that the compound be paramagnetic. thus, the eqs. 3 and 4 represent the relaxation time t1 and t2, respectively. r1 = 1 t1 ≅ 1 15 s(s+1)g𝑒²β²g²n β²n ħ²r6 + ( a ħ )2 s(s+1) 3 [ 2τe 1+(ωiτe)2 (3) 𝑅2 = 1 𝑇2 ≅ 1 15 𝑆(𝑆+1)𝑔𝑒 2 𝛽2𝑔𝑁 2 𝛽𝑁 2 ℎ2 𝑟6 + ( 𝐴 ħ )2 𝑆(𝑆+1) 3 [ 𝜏𝐶 + 𝜏𝐶 1+(𝜔𝑆 𝜏𝑒)2] (4) observing eqs. 1 and 2, we have that the longitudinal relaxation time (t1) depends on several parameters, such as: the electron spin (s), the electronic (ge) and proton g factors (gn), the bohr magneton (β), the nuclear magneton (βn), the hyperfine coupling constant (a), the ion-nucleus distance (r), and the larmor frequencies for the proton (𝜔𝐼) and electron spins (𝜔𝑆), 𝜏𝑒 is the correlation time that characterizes the time of internal rotational correlation of molecules. in the eq. 2, besides the constants already mentioned we also have 𝜏𝑐, which is the correlation time characterized by the rate of change of the ion interactions between metal and neighboring hydrogens. in these equations it is important to highlight the hyperfine coupling constant, which is the most sensitive parameter and what our calculations were performed21. we evaluate the constant values of hyperfine coupling to 1h e 17o, and was chosen the aiso parameters to evaluate the effects of structures, because the aiso values are more sensitive to geometric parameters of structures, thereby facilitating the observation of a variation of the parameters27. initially we will start to analyze the aiso coupling constant of the complex [gd(dota)(h2o)]water molecules coordinated with. according to tab. 2, we note that for the structure in equilibrium a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)) obtained aiso values equal to 0.53 mhz for the 1h and 0.87 mhz for the 17o. it was also made calculations with the implicit solvent and explicit a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe (h2o)/pcm//pbe1pbe(h2o)). the values were 0.33 mhz and 0.82 mhz for the 1h and 17o, respectively, the result indicate that the implicit solvent does not influence significantly our system and it shows that the amount of water molecules are allowed sufficient to realistically simulate our system. thus, analyzing the calculations now uncorrelated with the values of md a𝑖𝑠𝑜 300k (md(h2o)//md(h2o)) we have 0.92 mhz for the 1h and 0.72 mhz for the 17o. by analyzing these results, it is observed that the thermal effects influence the system, making the aiso values closer to the experimental. this increase in aiso values is to be expected since thermal effects are important in the system. table 2. values of aiso of the water in the presence of [gd(dota)(h2o)]-. water in the presence of [gd(dota)(h2o)] aiso 1h(mhz) 17o (mhz) a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)a) 0.53 0.87 a𝑖𝑠𝑜 eq ( pbe1pbe (h2o)/pcm// pbe1pbe (h2o)) 0.33 0.82 a𝑖𝑠𝑜 300k (md(h2o)//md(h2o)) 0.92 0.72 experimental 0.59 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 original article 17 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 analysing now the complex [gd(dtpa)(h2o)]2-, in tab. 3, the aiso values of equilibrium structure, a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)), was of 0.38 mhz for the 1h and 0.85 mhz for the 17o. the calculations with the implicit solvent and explicit a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe (h2o)/pcm// pbe1pbe (h2o)), the values obtained were of 0.47 mhz for the 1h and 0.80 mhz for the 17o, it was observed that the values of the explicit and implicit solvent next are the values only with explicit solvent, in other words, the water molecules placed as solvent were able to realistically represent our system. the calculations with uncorrelated structures of the md, a𝑖𝑠𝑜 300k (md(h2o)//md(h2o)), we have the values of 0.65 mhz for the 1h and 0.75 for the 17o. thus, the thermal effects were also shown to be important. in fact, the molecular dynamics calculations are important to simulate a more real system, thus, it is expected that the results are closer to the experimental ones. table 3. values of aiso of the water in the presence of [gd(dtpa)(h2o)]2-. water in the presence of [gd(dtpa)(h2o)]2 aiso 1h / mhz 17o / mhz a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)) 0.38 0.85 a𝑖𝑠𝑜 eq ( pbe1pbe (h2o)/pcm// pbe1pbe (h2o)) 0.47 0.80 a𝑖𝑠𝑜 300k (md(h2o)//md(h2o)) 0.65 0.75 experimental 0.61 analyzing the last complex of work (tab. 4), [gd(dtpa-bma)(h2o)], the equilibrium structure, a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)), the values obtained were 0.33 mhz for the 1h and 0.89 mhz for the 17o, and calculations with the implicit solvent and explicit a𝑖𝑠𝑜 eq ( pbe1pbe (h2o)/pcm// pbe1pbe (h2o)), the values obtained were of 0.55 mhz for the 1h and 0.75 mhz for the 17o. calculations with uncorrelated structures of the md, a𝑖𝑠𝑜 300k (md(h2o)//md(h2o)), the values obtained were 0.95 mhz for the 1h and 0.72 mhz for the 17o. the thermal effects were important, the aiso values were closer to the experimental. in fig. 2 are shown the structures of gd(iii) complexes with different ligands. as noted, in both cases ([gd(dota)(h2o)] and [gd(dtpa)(h2o)]2-) in both cases ([gd(dota)(h2o)] and [gd(dtpa)(h2o)]2-) the thermal effects were important. with the incessant movement of water molecules, more interactions can occur between the solvent and the solute and between solvent molecules (such as hydrogen bonds). these interactions are the main responsible for the considerable increase in aiso values. the fact, thermal effects are important because they consider the movement of all solvent molecules, thus, this model is considered more realistic. table 4. values of aiso of the water in the presence of [gd(dtpa-bma)(h2o)]. water in the presence of gd(dtpa-bma)(h2o)] aiso 1h / mhz 17o / mhz a𝑖𝑠𝑜 eq (pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)) 0.33 0.89 a𝑖𝑠𝑜 eq ( pbe1pbe (h2o)/pcm// pbe1pbe (h2o)) 0.55 0.75 a𝑖𝑠𝑜 300k (md(h2o)//md(h2o)) 0.95 0.72 experimental 0.61 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 original article 18 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 as already mentioned, thermal effects are important. however, for our proposal of a new contrast agent this effect was neglected, in fact despite the importance of this effect, our objective is to verify if the hybrid compound can be used as ca. in this way, to reduce the computational cost, we perform calculations only with the balance structure. thus, it was made aiso calculations only with the lowest energy conformer of hybrids (δfeooh(100).[gd(dtpa)(h2o)]2-, δfeooh(100).[gd(dtpa-bma)(h2o)]). the values of aiso for the hybrid compounds (tab. 5) show that both significantly increase. for the first hybrids δfeooh(100).[gd(dtpa)(h2o)]2values of 4.25 mhz and 5.30 mhz were obtained for the 1h e 17o atoms, respectively. for the hybrid δfeooh(100).[gd(dtpa-bma)(h2o)] the values of aiso were found to be 4.15 mhz and 5.15 mhz, respectively. thus, it is noted that the hybrid compounds can be promising contrast agents for mri since they showed a significant increase in the values of aiso. figure 4 shows the structures of hybrid compounds. table 5. values of aiso of the water in the presence of hybrids. water in the presence of δ-feooh (100).[gd(dtpa)(h2o)]-2 aiso 1h / mhz 17o / mhz 𝐴𝑖𝑠𝑜(pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)) 4.25 5.30 water in the presence of δ-feooh(100).[gd(dtpa-bma)(h2o)] 𝐴𝑖𝑠𝑜(pbe1pbe(h2o)//pbe1pbe(h2o)) 4.15 5.15 a) b) figure 4. structures of hybrid compounds. a) δ-feooh(100).[gd(dtpa)(h2o)]2b) δ-feooh(100).[gd(dtpabma)(h2o)]. 4. conclusions this work proposed a new hybridizing contrast agent, δ-feooh(100).[gd(dtpa-bma)(h2o)], capable of increasing both t1 and t2 relaxation times. the results allow to conclude that the hybrid compound may be an alternative to the classical contrast agents. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 original article 19 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 12-20 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p12-20 the interaction between solvent (water) and solute (complex) significantly influences the results, that way, this is a central concern in computational chemistry simulations. thus, the calculations suggest that the use of implicit solvent did not influence the results, showing that the solvation sphere was adequate. therefore, the proposed hybrid compound may be a promising contrast agent for mri. acknowledgments the authors wish to thank the financial support the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico—brazil (cnpq) and the fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais—brazil (fapemig). this work was also supported by long-term development plan uhk. references 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the dried leaf eo composition was determined by gc-ms. all the identified compounds were sesquiterpenes, and the major components were (e)-caryophyllene, bicyclogermacrene, β-elemene, spathulenol, and caryophyllene oxide. in both populations, the sesquiterpene hydrocarbon content and the oxygenated sesquiterpene content respectively decreased and increased on going from the in natura leaves to the dried leaf essential oil, indicating that drying and/or hydrodistillation modified the volatile chemical composition by generating oxidation artifacts. results suggested that (e)-caryophyllene and bicyclogermacrene may be oxidized during the process to yield caryophyllene oxide and spathulenol, respectively. the two c. sylvestris populations also differed in terms of volatile chemical composition. comparative study on volatile compounds of the in natura leaves (td-cgms) and dried leaf essential oil (gc-ms) from two casearia sylvestris populations. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 mailto:andre.gonzaga@unesp.br http://orcid.org/0000-0001-7179-909x http://orcid.org/0000-0001-7217-0840 http://orcid.org/0000-0002-1730-1729 http://orcid.org/0000-0001-8708-147x http://orcid.org/0000-0002-4920-2506 original article iq.unesp.br/ecletica 43 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 41-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 1. introduction casearia sylvestris swartz (salicaceae) is an important medicinal plant which is employed throughout latin america (xia et al., 2015). the essential oil (eo) from c. sylvestris leaves displays several biological and pharmacological activities, including antimicrobial, antileishmanial, antitumor, antiulcerogenic, and anti-inflammatory actions. typically, the sesquiterpenes are the only compounds that are detected in this eo, where (e)-caryophyllene, germacrene d, α-zingiberene, bicyclogermacrene, δcadinene, and spathulenol predominate (bou et al., 2013; carvalho et al., 2018; moreira et al., 2019; spósito et al., 2019). artifacts generated during leaf drying and hydrodistillation may modify the leaf volatile chemical composition through chemical reactions, such as oxidation, rearrangement, ring-opening, and cyclization. thus, leaves (in natura) and their respective eo have distinct volatile chemical profiles (touaibia et al., 2019). thermal desorption can be used to identify volatile components in plants without altering their original composition because this technique does not require leaf drying or hydrodistillation or the use of solvents (arbulu et al., 2013). the well-established application of c. sylvestris in brazilian folk medicine and the pharmacological actions of its eo highlight that it can potentially be employed as the basis of medicines (xia et al., 2015). however, the use of eos as pharmaceutical raw material demands chemical standardization because genetic, environmental, and processing factors and storage may affect the eo chemical composition (gobbo-neto and lopes, 2007; kiazolu et al., 2016). therefore, this study evaluates how drying and hydrodistillation (processing factors), as well as the geographical origin (environmental factor), impact the c. sylvestris var. sylvestris leaf volatile chemical composition by comparing the chemical composition of the volatile fraction of in natura leaves and dried leaf eo obtained from two c. sylvestris var. sylvestris populations collected from different brazilian biomes (atlantic forest and cerrado). 2. experimental 2.1 plant material casearia sylvestris swartz var. sylvestris leaves were collected from 10 specimens of each of the two populations, designated cb and sa, in december 2016. the cb population: carlos botelho state park, são miguel arcanjo, são paulo, brazil (24°3’42”8– 24°3’84”0 s, 47°59’45”4–47⁰59’80”5 w); atlantic rain forest biome. the sa population: school of agriculture, botucatu (22°50’22”5–22°50’94”8 s, 48°25’50”6–48°25’63”7 w); cerrado biome. the specimens were identified by dr. luis v. s. sacramento from the school of pharmaceutical sciences, unesp, and the voucher specimens were deposited at the herbarium “d. bento pickel” under the codes cb 51.816–51.826 and sa 301–310. this study was registered in the national system for the management of genetic heritage and associated traditional knowledge of brazil (sisgen) under no. aefb157. 2.2 essential oil extraction the leaves of each specimen were separately dried in an oven with air circulation at 40 °c for 3 days. the dried leaves (30 g) of each specimen were separately extracted by hydrodistillation in a clevenger-type apparatus for 4 h (anvisa, 2010). the eo yield of the cb and sa populations was 1.3 ± 0.2 and 0.9 ± 0.3% (v/w), respectively. 2.3 gas chromatography-mass spectrometry (gcms) gas chromatography mass spectrometry analyses were performed on a shimadzu qp2010 plus (shimadzu corporation, kyoto, japan) system equipped with an aoc-20i autosampler and fitted with a rtx-5ms capillary column (5% diphenyl and 95% polydimethylsiloxane, 30 m × 0.25 mm, 0.25-µm film thickness). helium (99.9999%) was used as the carrier gas (1.0 ml min–1). the samples were prepared by mixing the eo obtained from the 10 specimens of a given population, cb or sa. next, 1.0 µl of the sample (0.3 µl ml–1, hexane) was injected and analyzed in the split mode (1:10). the injector and the ion source temperature were 240 and 280 °c, respectively; the oven temperature was programmed to rise from 60 to 250 °c (3 °c min–1, 80 min). the electron ionization mass spectra were obtained at 70 ev and recorded with a scan interval of 0.5 s for masses ranging from 40 to 600 da. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 original article iq.unesp.br/ecletica 44 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 41-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 2.4 thermal desorption-gas chromatographymass spectrometry (td-gc-ms) the c. sylvestris leaves (0.5 mm2) were inserted into a glass tube (0.63 × 8.89 cm, supelco) with glass wool around it. the volatile components were concentrated (5 min) on a shimadzu td-20 (shimadzu corporation, kyoto, japan) thermal desorption system fitted to a shimadzu qp2010 plus (shimadzu corporation, kyoto, japan) system by using the chromatographic conditions described above. 2.5 essential oil chemical identification the eo components were identified on the basis of the linear retention indices relative to a homologous series of n-alkanes (c8-c40 sigma-aldrich) (adams, 2007; van den dool and kratz, 1963) and the retention times of authentic (e)-caryophyllene, αhumulene and caryophyllene oxide standards (sigmaaldrich). the acquired spectra were computer-matched with reference spectra of the mass spectral libraries (nist 08, wiley 7 and ffnsc 1.2), and the fragmentation were compared to the fragmentation patterns (kiazolu et al., 2016). 3. results and discussion sesquiterpenes were the only compounds in the in natura leaf volatile fraction (tab. 1, figs. 1 and 2). these results agreed with the results of most studies on c. sylvestris eo. on the other hand (sousa et al., 2007), monoterpenes and phenylpropanoids were identified as minor c. sylvestris eo components. according to literature data, sesquiterpene hydrocarbons predominate in c. sylvestris fresh leaf and dried leaf eo (bou et al., 2013; moreira et al., 2019; spósito et al., 2019). however, the dried leaf eo of the populations cb and sa showed higher content of oxygenated sesquiterpenes. table 1. volatile chemical composition of c. sylvestris var. sylvestris in natura leaves and dried leaf eo as determined by gc-ms analyses. the eo from the cb or sa population consisted of the eo that was extracted from10 specimens of each population. components population cb in natura leaves (%) cb dried leaf eo (%) sa in natura leaves (%) sa dried leaf eo (%) α-copaene 0.2 0.7 0.6 δ-elemene 3.6 5.9 0.2 β-elemene 1.6 12.2 2.8 1.7 β-boubornene 0.2 γ-gurjunene 0.9 (e)-caryophyllene1 32.5 0.9 1.9 β-copaene 0.7 γ-elemene 0.7 aromadendrene 5.6 1.2 3.1 0.9 α-humulene1 3.6 0.2 0.7 α-gurjunene 0.5 9-epi-(e)-caryophyllene 0.2 0.3 γ-muurolene 0.5 0.5 α-muurolene 0.2 0.3 germacrene d 7.0 5.5 β-selinene 4.3 5.2 2.2 γ-patchoulene 0.9 (z)-calamenene 4.6 bicyclogermacrene 22.1 32.8 γ-cadinene 0.4 0.6 δ-cadinene 0.8 germacrene b 1.7 sesquiterpene hydrocarbons 79.0 23.7 57.9 12.0 silphyperfol-5-en-3-ol a 2.3 globulol 10.5 ledol 0.9 2.7 palustrol 1.9 1.4 continue... http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 original article iq.unesp.br/ecletica 45 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 41-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 spathulenol 8.7 16.7 16.7 30.0 viridiflorol 1.5 3.1 3.3 caryophyllene oxidea 1.7 21.6 humulene epoxide ii 3.6 9.3 bulnesol 4.4 α-muurolol 0.5 cubenol 0.3 1.4 (z)-cadin-4-en-7-ol 0.6 2.7 (z)-α-santalol 2.5 oxygenated sesquiterpenes 10.4 58.4 16.7 61.3 identified compounds 89.4 82.1 74.6 73.3 acompounds identified by comparison with the retention times of authentic standards. figure 1. essential oil expanded chromatograms (31–46 min) of cb population (each sample represents the eo mixture of the leaves of 10 specimens): volatile components in the in natura leaves (a) and dried leaf eo (b). chromatographic conditions: capillary column rtx5-ms (30 m × 0.25 mm i.d., 0.25-µm film thickness), 60– 310 °c, 3 °c min–1, for 80 min; injector temperature = 250 °c; split mode 1:10. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 original article iq.unesp.br/ecletica 46 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 41-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 figure 2. essential oil expanded chromatograms (31–46 min) of sa population (each sample represents the eo mixture of the leaves of 10 specimens): volatile components in the in natura leaves (a) and dried leaf eo (b). chromatographic conditions: capillary column rtx5-ms (30 m × 0.25 mm i.d., 0.25-µm film thickness), 60– 310 °c, 3 °c min–1, for 80 min; injector temperature = 250 °c; split mode 1:10. the sesquiterpene hydrocarbon content in the cb population in natura leaves and dried leaf eo was 79.0 and 23.7%, respectively, while the oxygenated sesquiterpene content in the cb population in natura leaves and dried leaf eo was 10.4 and 58.4%, respectively. data for the sa population revealed the same trend: the sesquiterpene hydrocarbon content in the in natura leaves and dried leaf eo was 57.9 and 16.7%, respectively, whereas the oxygenated sesquiterpene content was 12.0 and 61.3%, respectively (tab. 1). the oxygenated sesquiterpene content increased after leaf drying and hydrodistillation, probably because oxidation reactions converted sesquiterpene hydrocarbons into oxygenated sesquiterpenes (gopalakrishnan, 1994; touaibia et al., 2019). the major volatile constituents in the cb population (fig. 3) in natura leaves were (e)caryophyllene (32.5%) and bicyclogermacrene (22.1%), whilst β-elemene (12.2%), spathulenol (16.7%) and caryophyllene oxide (21.6%) were the main components in the dried leaf eo. in the sa population, the main components (fig. 3) in the in natura leaves were bicyclogermacrene (32.8%) and spathulenol (16.7%), whereas spathulenol (30.0%) was predominant in the dried leaf eo. according to the literature, the main c. sylvestris leaf eo components are (e)-caryophyllene, α-zingiberene, germacrene d, bicyclogermacrene, δ-cadinene, and spathulenol (bou et al., 2013; carvalho et al., 2018; moreira et al., 2019; spósito et al., 2019), which partially match the major compounds that were identified in the cb and sa populations. here, the sesquiterpenes 9-epi-(e)-caryophyllene, silphyperfol-5-en-3-ol a, (z)-cadin-4-en-7-ol, and (z)α-santalol have been identified in the c. sylvestris leaves for the first time (tab. 1); silphyperfol-5-en-3-ol a and (z)-α-santalol were detected in the cb population only. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 original article iq.unesp.br/ecletica 47 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 41-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 figure 3. chemical structures of the major components in c. sylvestris leaf volatiles. in the cb population, the (e)-caryophyllene content decreased from 32.5% in the in natura leaves to 0.9% in the dried leaf eo, while the caryophyllene oxide content increased from 1.7 to 21.6%. according to data literature (sköld et al., 2006), during (e)-caryophyllene (standard) exposure to air, this compound underwent total degradation, to generate caryophyllene oxide through hydroperoxide reactions. however, the conversion into caryophyllene oxide was about 40%, which led to the conclusion that drying and hydrodistillation may produce chemical oxidation reactions that convert (e)-caryophyllene into caryophyllene oxide. the bicyclogermacrene content in the cb population decreased from 22.1% in the in natura leaves to not detected in the dried leaf eo, while the spathulenol and viridiflorol contents increased from 8.7 and 1.5% in the in natura leaves to 16.7 and 3.1% in the dried leaf eo, respectively. in the sa population, the bicyclogermacrene content decreased from 32.8% in the in natura leaves to not detected in the dried leaf eo, whilst the spathulenol, viridiflorol, and globulol contents increased from 16.7%, not detected, and not detected in the in natura leaves to 30.0, 3.3, and 10.5% in the dried leaf eo, respectively. these results indicated that bicyclogermacrene may have been oxidized and converted into spathulenol, viridiflorol, and globulol during drying and hydrodistillation (nascimento et al., 2018; njoroge et al., 1996; 2003; telascrea et al., 2008; toyota et al., 1996). 4. conclusion in summary, these results demonstrated qualitative and quantitative chemical variability between the c. sylvestris var. sylvestris populations from cerrado and atlantic forest and generation of oxygenated degradation products from sesquiterpene hydrocarbons during drying and/or hydrodistillation. this study also reinforced the potential of thermal desorption to determine the chemical composition of volatile compounds in natura. authors’ contribution conceptualization: carvalho, f. a.; crotti, a. e. m.; santos, a. g. data curation: carvalho, f. a.; oda, f. b.; crevelin, e. j. formal analysis: carvalho, f. a.; oda, f. b.; crevelin, e. j.; crotti, a. e. m.; santos, a. g. funding acquisition: santos, a. g. investigation: carvalho, f. a.; oda, f. b.; crevelin, e. j. methodology: carvalho, f. a.; santos, a. g. project administration: santos, a. g. resources: not applicable. software: not applicable. supervision: crotti, a. e. m.; santos, a. g. validation: not applicable. visualization: santos, a. g. writing – original draft: carvalho, f. a.; oda, f. b. writing – review & editing: crevelin, e. j.; crotti, a. e. m.; santos, a. g. data availability statement the data will be available upon request. funding this study was partially funded by coordination for the improvement of higher education personnel (capes), finance code 001. acknowledgments we thank dr. luiz alberto beraldo de moraes for his collaboration with td and gc-ms equipment analysis. references adams, r. p. identification of essential oil components by gas chromatography/mass spectrometry, allured publishing corporation, 2007. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 original article iq.unesp.br/ecletica 48 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 41-48 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p41-48 agência nacional de vigilância sanitária (anvisa). farmacopeia brasileira; 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https://doi.org/10.3390/molecules18089477 https://doi.org/10.3390/molecules18089477 https://doi.org/10.3390/molecules18089477 https://doi.org/10.3390/molecules18089477 https://doi.org/10.3390/molecules18089477 https://doi.org/10.3390/molecules18089477 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://doi.org/10.1021/jf00039a039 https://doi.org/10.1021/jf00039a039 https://doi.org/10.1021/jf00039a039 https://doi.org/10.1021/jf00039a039 https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 https://doi.org/10.1590/s1678-9946201961033 https://doi.org/10.1590/s1678-9946201961033 https://doi.org/10.1590/s1678-9946201961033 https://doi.org/10.1590/s1678-9946201961033 https://doi.org/10.1590/s1678-9946201961033 https://doi.org/10.1590/s1678-9946201961033 https://doi.org/10.1590/s1678-9946201961033 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.08.030 https://doi.org/10.1021/jf950284k https://doi.org/10.1021/jf950284k https://doi.org/10.1021/jf950284k https://doi.org/10.1021/jf950284k https://doi.org/10.1021/jf021215q https://doi.org/10.1021/jf021215q https://doi.org/10.1021/jf021215q https://doi.org/10.1021/jf021215q https://doi.org/10.1021/jf021215q https://doi.org/10.1016/j.fct.2005.08.028 https://doi.org/10.1016/j.fct.2005.08.028 https://doi.org/10.1016/j.fct.2005.08.028 https://doi.org/10.1016/j.fct.2005.08.028 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699309 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699309 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699309 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699309 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699309 https://doi.org/10.1080/10412905.2007.9699309 https://doi.org/10.1016/j.jep.2018.12.032 https://doi.org/10.1016/j.jep.2018.12.032 https://doi.org/10.1016/j.jep.2018.12.032 https://doi.org/10.1016/j.jep.2018.12.032 https://doi.org/10.1016/j.jep.2018.12.032 https://doi.org/10.1016/j.jep.2018.12.032 https://doi.org/10.1590/s0100-40422008000300007 https://doi.org/10.1590/s0100-40422008000300007 https://doi.org/10.1590/s0100-40422008000300007 https://doi.org/10.1590/s0100-40422008000300007 https://doi.org/10.1590/s0100-40422008000300007 https://doi.org/10.1007/978-981-13-3810-6_7 https://doi.org/10.1007/978-981-13-3810-6_7 https://doi.org/10.1007/978-981-13-3810-6_7 https://doi.org/10.1007/978-981-13-3810-6_7 https://doi.org/10.1007/978-981-13-3810-6_7 https://doi.org/10.1016/0031-9422(95)00798-9 https://doi.org/10.1016/0031-9422(95)00798-9 https://doi.org/10.1016/0031-9422(95)00798-9 https://doi.org/10.1016/0031-9422(95)00798-9 https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)80947-x https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)80947-x https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)80947-x https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)80947-x https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)80947-x https://doi.org/10.1007/s11101-014-9336-6 https://doi.org/10.1007/s11101-014-9336-6 https://doi.org/10.1007/s11101-014-9336-6 https://doi.org/10.1007/s11101-014-9336-6 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 4 | 2019 | 27 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 influence of ce(iv) ions amount on the electrochemical behavior of organic-inorganic hybrid coatings in 0.1 mol l-1 nacl solution fernando santos da silva1 , hercílio gomes de melo2 , assis vicente benedetti1 , patrícia hatsue suegama3+ 1 são paulo state university (unesp), institute of chemistry, 55 prof. francisco degni st, araraquara, são paulo, brazil 2 university of são paulo (usp), 2463 professor mello moraes av, butantã, são paulo, são paulo, brazil 3 faculty of exact sciences and technology (ufgd), dourados hw itahum, km 12, mato grosso, brazil +corresponding author: patrícia hatsue suegama, email address: patriciasuegama@ufgd.edu.br article info article history: received: january 9, 2019 accepted: may 14, 2019 published: october 1, 2019 keywords: 1. cerium 2. corrosion 3. organic-inorganic hybrid coating 4. eis 1. introduction organic-inorganic hybrid coating has been investigated as a new alternative for substitution of chromium-based coatings and paints for corrosion protection of several metallic substrates1-10. the organic-inorganic hybrid coatings are environmentally friendly, have low cost, good adhesion, high corrosion resistance and are easily and rapidly prepared. organic-inorganic hybrid coating can be obtained by sol-gel process in two steps: initially, in the hydrolysis step, hydrolysable groups of the precursors are converted to silanol groups (sioh)2. in the second step condensation reactions of silanol groups between themselves or with hydroxyl rich metallic surface lead to formation, respectively, of siloxane (si-o-si) and metalosiloxane (me-o-si) bonds. thus, a highly adherent and cross-linked structure is obtained forming a physical barrier on the metal surface, which abstract: in this work, the influence of ceric ions (ce(so4)2) addition to the hydrolysis solution on the corrosion protection afforded by organic-inorganic hybrid coating obtained from tetraethoxysilane (teos) and 3-methacryloxypropyl-trimethoxysilane (mpts) to a carbon steel substrate in 0.1 mol l-1 nacl solution was studied. open circuit potential (eoc) and electrochemical impedance spectroscopy (eis) experiments were carried out and showed that the protection afforded by the organic-inorganic hybrid coating was extremely dependent on the ce4+ ions amount. these results were in close agreement with optical microscopy observation of the degrading surfaces, both procedures showing that more protective coating was produced when 500 ppm of ce4+ ions were added to the organic-inorganic hybrid solution. the chemical state of the organic-inorganic hybrid coating investigated by x-ray photoelectron spectroscopy (xps) indicated that the addition of ce4+ ions enhances the polycondensation degree of the organic-inorganic hybrid coating leading to a denser siloxane (si-o-si) network. a strategy using laser-induced breakdown spectroscopy (libs) and uv-vis spectrometry was set up in order to verify, respectively, the presence of ce ions within the coating structure and its oxidation state. libs results confirmed the incorporation of ce ions in the coating, which, according to uv-vis measurements, are mainly in the (iv)-oxidation state. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 mailto:patriciasuegama@ufgd.edu.br https://orcid.org/0000-0003-0606-6126 https://orcid.org/0000-0002-9116-681x https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 https://orcid.org/0000-0001-9421-8454 original article 28 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 prevent electrolyte from reaching the substrate. however, the efficiency of this barrier protection effect is limited due to formation of small pores, microcracks, and water uptake of the coating4-7. in order to improve the protection provided by these coatings the modification of the organic-inorganic precursor solution using corrosion inhibitors like nanoparticles and cerium ions has been proposed1,2,6-10. the use of ceric sulfate, in the modification of polymers and organic-inorganic hybrid materials by redox polymerization reaction is a widely used method with industrial importance11-16. for organic-inorganic hybrid materials, it is proposed that silanol molecules (r1-si-(oh)3) and alcohol from the hydrolyzed precursors can complex with ce4+ ions to produce free radicals, thus increasing the polymerization and the polycondensation degree of the siloxane (si-o-si) network17-22. the effect of cerium ions in the performance of organic-inorganic hybrid coatings was previously described8-10,12,19-22. ferreira et al.8 have used rare earth (ce, la) salts and bis-sulfur silane (btespt) as chromate substitutes for galvanized steel, resulting in improvement of corrosion resistance and paint adherence. the effect of cerium in the corrosion protection of galvanized steel by doping with cerium (iii) nitrate silane solutions was discussed based in the self-healing effect due to the cerium oxide precipitation9. montemor et al.10 investigated the electrochemical behavior of galvanized steel substrates pre-treated with bis[triethoxysilylpropyl]tetrasulfide silane (btespt) solutions modified with sio2 or ceo2 nanoparticles. the presence of nanoparticles reinforced the barrier properties of the silane coating and suggested a synergism between the activated nanoparticles and cerium ions, that reduced the corrosion activity. suegama et al.19 have evaluated the effect of low amount of ce4+ ions (≈ 50 ppm) addition on the polymerization of bis-[triethoxysilyl]ethane (btse) coating applied on carbon steel. the coating characterization showed a better surface finishing and a higher thickness for the coatings doped with ce4+ ions enhancing the barrier properties provided by the coating alone. palomino et al.20 have studied the performance of bis-1, 2-(triethoxysilyl) ethane (btse) doped with a mixture of ce4+ ions and silica nanoparticles as a pre-treatment to protect the aa 2024-t3 against corrosion. the addition of ce4+ ions increased the degree of surface coverage and improved the anticorrosion properties of the doped coating. hammer et al.21 have investigated hybrid coatings prepared by tetraethoxysilane (teos), 3-methacryloxy propyltrimethoxysilane (mpts), doped with ce3+ and ce4+ ions deposited onto 316l stainless steel. the xps results indicate an increase in the network connectivity related to the active role of ce4+ ions in the polymerization of siloxane groups and the improvement of the corrosion resistance of ce4+ doped organic inorganic hybrid coating. the effect of the addition of ce4+ ions was also performed using structural analyzes of si rmn22. the results showed that the t3 (si(osi)3r’) and q4 (si(osi)4) resonance bands were more intense in the hybrids modified with ce4+ ions, indicating a structure with a denser si-o-si network, thus producing more resistive, thicker and less porous materials. according to the literature12,19-22, the improved protection characteristics of the hybrid is attributed to the effect of ce4+ ions in the polymerization rate of the organic phase and in the polycondensation of the siloxane structure, producing more condensed and crosslinked polymeric networks. authors also reported that hydroxyl groups from alcohol molecules can form complexes with ce4+ ions, which decomposes to form free radicals, contributing to the hybrid polymerization22. this work aims at studying the influence of different amounts of ce4+ ions added to tetraethoxysilane (teos) and 3-methacryloxypropyl-trimethoxysilane (mpts) organicinorganic hybrid coating deposited on carbon steel and evaluating its corrosion resistance during relative long immersion times in nacl 0.1 mol l-1 using electrochemical impedance spectroscopy (eis) and open circuit potential (eoc) measurements. as far as authors are aware, there is no work carried out to identify the presence of ce ions inside the organic-inorganic hybrid coating using laser-induced breakdown spectroscopy (libs) as well the use of uv-vis analysis to investigate the ce oxidation state inside this coating. 2. materials and methods 2.1. metallic substrate and solutions the metallic substrate used was a sae 1020 carbon steel (20 × 22 × 1.2 mm) with the composition c (0.40 wt.%), mn (0.30 wt.%), si (0.03 wt.%) and fe balance, determined using an edx-720/800hs energy dispersive x-ray https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 29 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 fluorescence spectrometer, shimadzu. initially the samples were ground with 320, 600 and 1200 grit silicon carbide emery paper, washed with distilled water and dried in purified air. afterwards, they were sonicated in ethyl alcohol for 10 min and dried in hot air stream. 2.2. coating preparation and coating thickness the synthesis of the teos and mpts organicinorganic hybrid coating modified with 0, 300, 500, 700 or 900 ppm ce4+ ions was performed via the sol-gel process in two steps. initially, 6.8 ml of an ethanol/water solution (62/38% v / v) at ph 1.0 was used to solubilize the desired amount of cerium salt (ce(so4)2) under stirring, until a colorless solution was obtained. in the second step 6 ml of teos (sigma aldrich 99.8%) and 3.2 ml of mpts (fluka 99.8%) were added together to the solution prepared in the first step, and the mixture was stirred for 1 h at 50 °c. the solution of the organicinorganic hybrid just before deposition on steel had a final ph 4. all coatings were applied by dip coating at a constant immersion / withdrawal rate of 14 cm min-1 with three dips, with intervals of 1 min between each one of them. the curing step consisted in heating at 50 °c for 24 h followed by 3 h at 160 °c. the coating thickness was measured by optical interference using a filmetrics f3cs with 2 nm resolution. the thicknesses of teos/mpts organic-inorganic hybrid coatings were measured at three different regions, and the average values were: 728±2 nm (0 ppm); 748±3 nm (300 ppm); 843±8 nm (500 ppm); 736±8 nm (700 ppm) and 789±5 nm (900 ppm). 2.3. electrochemical measurements the protection of the substrate provided by the coatings was investigated in 0.1 mol l-1 nacl solution using eis and eoc measurements. the measurements were performed during 120 h for the substrate and for different times for coatings containing the following cerium additions / ppm: 0 (144 h); 300 (192 h); 500 (688 h); 700 (144 h) and 900 (172 h). for these coatings, the testing time corresponds to an abrupt change of eoc values, suggesting that the electrolyte has reached the substrate. eis measurements were done in the frequency range from 100 khz to 10 mhz, by applying a sinusoidal potential perturbation of 10 mv (rms) vs. eoc, and were performed after 1 h, 8 h and every 24 h of immersion until visual failure of the samples. therefore, eis measurements were conducted until the resistance of the coating was very low, and no more protection of the substrate was afforded. equivalent electric circuit (eec) fitting using the z-view® software was employed for quantitative analysis of the eis responses. before the fitting procedure, the consistency of the experimental data was verified using the kramerskronig transform (kkt)23. the fittings were carried out only for the experimental points in the frequency region where there was concordance with the kkt treatment. 2.4. surface characterization and analytical techniques 2.4.1 sem-eds and afm analysis morphological characterization using optical micrograph images was performed for all samples during the electrochemical measurements. images of scanning electron microscopy and eds analysis were obtained using a jeol jsm-5310 coupled with energy dispersive x-ray spectroscopy analysis (sem / eds). the micrographs were acquired prior to and after 240 h immersion in the chloride medium for the sample protected with the nondoped organic-inorganic hybrid coating and after ≈ 400 h for the organic-inorganic hybrid coating with the ce4+ quantity that showed the best anticorrosion protection. the accelerating voltage used to perform the eds analysis was 15 kev. the morphologies of teos / mpts coatings prepared with 300 ppm of ce4+ or ce3+ ions were also analyzed by atomic force microscopy (afm) to compare the effects of the ce ions oxidation state on the coating morphology. an afm model agilent 5500 was used to acquire the images in the intermittent mode and using a pyramidal tip. all images were done in 5 μm2 area. 2.4.2 x-ray photoelectron spectroscopy (xps) analysis structural characterization of the coatings was performed using a uni-specs uhv instrument for organic-inorganic hybrid-coated samples without ce and with the doped condition with the best anticorrosion performance. the samples were fixed on small flat discs on a xyz manipulator and placed in the analysis chamber, which residual pressure was maintained below 10-8 torr while data were being obtained. the mg kα line was used https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 30 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 (hν = 1253.6 ev) and the analyzer pass energy was set to 10 ev. xps was used to investigate the core level of c 1s, o 1s, si 2p. the intensities were estimated by calculating the area under each peak after smoothing and subtraction of the shaped background and fitting the experimental curve to a combination of lorentzian and gaussian lines of variable proportions. 2.4.3 laser-induced breakdown spectroscopy (libs) analysis libs was also used to analyze the organicinorganic hybrid coatings without ce4+ ions and doped with 1500 ppm of ce4+ ions prepared in the same conditions of the other organic-inorganic hybrid coatings (subsection 2.2) and deposited onto copper substrate. this strategy was adopted, since iron from the substrate exhibits strong interference in the ce analysis24. the spectra of the samples were acquired with a libs 2500plus spectrometer (ocean optics, dunedin, fl, usa), which uses a q-switched nd:yag laser at 1064 nm (quantel, bozeman, mt, usa) operating at 75 mj maximum power energy, 8 ns pulse width, and 10 hz frame rate. the laser pulse was focused on the sample inside an ablation chamber. after the plasma was formed, the emission of excited species was carried out by an optical fiber bundle connected to seven spectrometers ranging from 188 to 980 nm, each one coupled with a 2048 nm element linear silicon ccd array, whose resolution was ~0.1 nm (fwhm). the distance from the sample to the collecting optical fiber bundle was approximately 7 mm. all measurements were performed in air, and the libs system was set to 50 mj per laser pulse with a 2.1 ms integration time and a fixed delay time of 2 μs. 10 measurements were carried out on each sample. 2.4.4 uv-vis measurements to perform the uv-vis measurements freestanding cerium nitrate (ce(no3)3) and ceric sulfate (ce(so4)2) doped organic-inorganic hybrid coatings (300, 500 and 900 ppm) were prepared by pouring the hydrolysis solution into a crucible and then curing as previously described (subsection 2.2). afterwards, 3 g of each coating were ground and placed in test tubes with 3 ml of distilled water for 15 days. then, the extract was filtered (pore size < 25 m) and the solution analyzed in the uv-vis region. water was used as reference and spectra were also obtained from solutions of 200 ppm of ce(so4)2 or ce(no3)3 in distilled water. two solutions were also prepared by extracting ce, in argon atmosphere, from the coating doped with ce4+ or ce3+ ions, and immediately analyzed. uvvis measurements of freestanding solid organic-inorganic hybrid coating were also carried out. organic-inorganic hybrid coating with 0 and 500 ppm of ce4+ ions were deposited onto glasses. for comparison uv-vis measurements of the glass and crystals of ce(so4)2 were also performed. the spectra were obtained with an uv/vis lambda 265 (perkin elmer) or an uv/vis/nir (perkin elmer) spectrophotometer from 190 to 1100 nm with spectral resolution of 2 nm and using a polished four-face quartz cuvette with a light path length of 10 mm for measuring in solution. special care was taken to obtain the spectra considering the complexity of the uv-vis response of ce4+ and ce3+ ions systems that show, respectively, charge transfer and f-d transitions, which are strongly influenced by the environment. therefore, only spectra obtained at the same conditions were compared. 3. results and discussion 3.1. electrochemical measurements eoc evolution after different immersion times for the uncoated and coated substrates are presented in fig. 1. all samples protected with the organic-inorganic hybrid coating showed eoc more positive than the bare substrate, indicating that the electrochemical response was modified. the sample doped with 500 ppm of ce4+ ions provided the noblest potential (0.4±0.1) v/(ag/agcl/kclsat) at initial immersion times, suggesting the formation of a denser cross linked coating, and the best protective character13,16,21. this eoc value also indicates that the barrier effect of the coating doped with 500 ppm of ce4+ ions induced a higher ohmic drop compared to the bare substrate and other coatings. after 432 h, the eoc abruptly decreases to -0.6 v/(ag/agcl/kclsat), very close to that eoc of the substrate, suggesting that the electrolyte may have reached the coating/substrate interface. other coatings showed at initial immersion times eoc values close to -0.4 v/(ag/agcl/kclsat), and at times less than 200 h the eoc values were almost the same of the substrate, indicating electrolyte uptake by the coating and coating degradation as verified by other studies25. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 31 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 0 100 200 300 400 500 600 700 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0 50 100 150 200 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 t / h e / v ( a g /a g c l/ k c l s a t) substrate 0 ppm 300 ppm 500 ppm 700 ppm 900 ppm figure 1. eoc variation in 0.1 mol l-1 nacl solution for bare carbon steel and for samples protected with teos / mpts organic-inorganic hybrid coatings modified with different amounts of ce4+ ions. fig. 2 shows the bode plots for all studied samples. the phase angle diagrams for the bare substrate showed basically one time constant centered at around 5 hz (fig. 2a) due to iron oxidation. for the sample protected with the nondoped coating, two time constants can be clearly identified (fig. 2b). the high frequency (hf) one is related to the organic-inorganic hybrid coating, and the other, in the low frequency (lf) domain, is attributed to the interfacial response (double layer charging in parallel with the charge transfer resistance)16,22,26. for the coatings doped with ce4+ ions (fig. 2c-2f) a third-time constant appeared in the medium frequency (mf) range. this feature was associated to the presence of ce species within the organic-inorganic hybrid coating, presenting a different relaxation behavior than that exhibited by the coating and the substrate. in the hf region, phase angles close to -90° were always obtained for short immersion times, indicating good barrier properties of the coating. afterwards a slow decay was observed for longer immersion periods that can be related to coating degradation due to electrolyte uptake27. the decaying rate is directly proportional to the coating protection capability: the more protective the coating the slower the hf phase angle reduction. concomitantly, a reduction of the lf impedance modulus occurs at variable rate depending on the sample, indicating the progress of corrosion processes at the interface. -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1 h 24 h 48 h log (f / hz) 0 20 40 60 lo g ( i z i /  c m 2 )  / d e g re e 2a https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 32 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 1 h 8 h 24 h 48 h 96 h 144 h lo g ( i z i /  c m 2 ) log ( f / hz) 0 ppm 0 10 20 30 40 50 60 70  / d e g re e 2b -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5  / d e g re e lo g ( i z i /  c m 2 ) log ( f / hz) 1 h 8 h 24 h 72 h 120 h 192 h 300 ppm 0 20 40 60 80 2c -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 lo g ( i z i /  c m 2 ) log ( f / hz) 1 h 96 h 216 h 408 h 432 h 528 h 688 h 500 ppm 0 20 40 60 80  / d e g re e 2d -2 -1 0 1 2 3 4 5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5  / d e g re e lo g ( i z i /  c m 2 ) log ( f / hz) 1 h 8 h 24 h 48 h 72 h 144 h 0 20 40 60 700 ppm 2e -2 -1 0 1 2 3 4 5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 1 h 8 h 24 h 48 h 96 h 172 h lo g ( i z i /  c m 2 ) log ( f / hz) 900 ppm 0 20 40 60  / d e g re e 2f figure 2. experimental (symbols) and fitted (solid line) bode plots for (a) bare carbon steel, and for carbon steel coated with teos / mpts organic-inorganic hybrid coating doped with different ce4+ ions concentration / ppm: (b) 0, (c) 300, (d) 500, (e) 700 and (f) 900, for different immersion times in 0.1 mol l-1 nacl. the addition of ce4+ ions seems to play a conflicting role in the anticorrosion properties of the organic-inorganic hybrid coatings (fig. 2 and fig. 1s, supplementary data). for some formulations (500 and 900 ppm) the doped coating presented higher impedance than the nondoped one, whereas for others (300 and 700 ppm) the doping procedure damaged the protective properties of the coating. in previous works10,21,22,28, it has been reported that the addition of ce4+ ions to the hydrolysis solution provides an increase of the silanol groups condensation rate to form a denser and cross-linked https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 33 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 coating. in addition, in organic chemistry, these ions are often used for the oxidation of alcohols 1518,29,30. the proposed general mechanism for such reaction shows that ce4+ ions form complexes with the ethanol molecules, which, when decomposed, form free radicals that react with each other leading to the polymerization of ethanol and / or silanol by a polymerization redox reaction16,19. this redox polymerization process is characteristic of ethanol in the presence of ce4+ ions. the complexes may react with each other via free radical reactions leading to polymerization, in a similar way as the generic mechanism previously presented16. the effect of ce4+ ions in the coating formation would be twofold, besides increasing the polymerization rate it would also promote the formation of silanol groups as it shifts to the right the equilibrium of the hydrolysis reaction (silanol formation). therefore, the effect of ce4+ ions is to increase the reaction rate among silanol groups leading to the formation of more densely cross linked coating19,29-31. the redox polymerization of ce4+ ions also leads to the formation of ce3+ ions19,29-31. however, the amount of this latter ion being formed is insignificant, and it would not be reasonable to consider an inhibiting contribution effect due to the presence of ce3+ ions in the organic-inorganic hybrid solution/coating in accordance with other authors2,22,28. in addition, the molecule of mpts can react with ce4+ ions by redox polymerization due to the radical polymerization process (see supplementary data). the mpts molecule reacts with ce4+ ions forming the radical species of mpts and reducing ce4+ to ce3+ ions (fig. 1s, supplementary data). after that occurs successive additions of monomer to radical, and the termination stage occurs with mutual reactions of two radicals to form an inactive polymer and can occur by combination. it has been reported that the thickness of the organic-inorganic hybrid coating increases in the presence of cerium ions, which may result in higher impedance values for modified coating10,19-21. therefore, it would be expected a steady increase of the impedance modulus for increasing ce4+ ions amounts added to the hydrolysis solution. however, this was not verified in the present work where a thicker coating was obtained for the hydrolysis solution modified with 500 ppm of ce4+ ions, which also presented the best anticorrosion behavior. it happens likely because the addition of ce4+ ions to the hydrolysis solution above a certain amount may lead to the decrease in the rate of redox polymerization and crosslink formation21,29. this results from the inactivation of the active initiator species due to excess ce4+ ions concentration bringing about premature termination21,29. as evidenced in fig. 2b and 2c the addition of 300 ppm of ce4+ ions to the hydrolysis solution produced an organic-inorganic hybrid coating with lower protection capabilities than the blank coating (organic-inorganic hybrid coating without ce4+ ions). in addition, a complex impedance response was verified, particularly for short immersion periods, where an inductive loop was observed in the lf domain (fig. 1sa and 1sb, supplementary data). the literature shows that an inductive lf response is obtained when iron dissolves in acidic electrolyte32-35. this has been ascribed to a dissolution path involving the formation of adsorbed species33,34. when dipping the substrate in the hydrolysis solution, bonding of the silanol functionality to the carbon steel surface must compete with its dissolution by the acidic electrolyte. hence, if the adsorption process is not very fast, acidic attack of the metal surface can take place during the coating deposition and remnants of the acidic hydrolysis solution may remain entrapped beneath the coating. this could lead to the attack of the substrate by the residual acid during the initial stages of immersion in the nacl solution, as suggested by the shape of the nyquist diagram after 1 h immersion (fig. 1s, supplementary data). when larger amounts of ce4+ ions (700 and 900 ppm) were used, a lesser protection of the substrate was also observed, as lower values of |z|(f = 10 mhz) were obtained after 1 h of immersion (about 25 and 32 kω cm2 – fig. 2e and 2f) when compared to the coating modified with 500 ppm (fig. 2d, |z|(f = 10 mhz) = 100 kω cm2). these results are in accordance with the thicknesses determination that showed that the thickest layer was obtained when 500 ppm of ce4+ ions was added to the hydrolysis solution. for higher concentrations (700 and 900 ppm) it is considered that a lower degree of polycondensation degree of the siloxane bonds might occur due to the large proportion of ce4+ ions added to the hydrolysis solution16,22,29,36. this means that the increase of cerium (iv) amount may provide more chances for premature termination of the growing chain radicals, and hence the polymerization degree is decreased14-16. the hydroxyalkyl free radicals, which are extremely reactive towards cerium (iv) species, can have an oxidative termination of their https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 34 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 primary free radicals generated in the initiation step16. the impedance data were fitted using eecs to have a better understanding about the protective behavior of the coatings and their degradation. in the eis diagrams of fig. 2, symbols and lines correspond, respectively, to the experimental and fitted diagrams. eecs combine the use of elements such as resistors, constant phase elements, capacitors, inductors, and others. to be meaningful each passive element must have a physicalchemical association with an interfacial process. in addition, the fitting procedure must provide low chi-squared (χ2) and low errors for each estimated value of the passive elements27,37. the eec of fig. 3a, composed of two time constants, was used to fit the eis data of the sample coated with nondoped teos / mpts. the values for each fitted parameter for different immersion times are presented in table 1s (supplementary data). the good fit to the experimental results (fig. 3b) suggests that it may physically represent the behavior of this sample. (figure 3a) (figure 3b) figure 3. electrical equivalent circuits used to fit the impedance data for carbon steel coated with teos / mpts with no doping (a) and doped with ce4+ ions (b). for the hf time constant, attributed to the organic-inorganic hybrid coating, cpe1 is a constant phase element associated with the coating admittance (cpe1-t) and a value of α1 ≠ 1 (cpe1 p) can be related to a nonuniform permittivity across the coating thickness due to electrolyte uptake33,38-40. the subcircuit associated with the organic-inorganic hybrid coating is completed with r1 that represents the pore resistance. in the lf region, the time constant represented by the subcircuit cpe3 in parallel with r3, is related to the double layer admittance and the charge transfer resistance. in this case, a value of α3 ≠ 1 suggests a heterogeneous charge distribution at the surface due to surface roughness, adsorption of species or defects on the sample surface40-42. for the nondoped coating a gradual increase in the value of cpe1-t (related to the coating capacitance) is observed for increasing immersion times (table 1s, supplementary data), indicating progressive electrolyte uptake by the coating41,42. concomitantly the pore resistance r1 decreases (fig. 4a) indicating the enlargement / multiplication of conductivity pathways through the coating. 0 100 200 300 400 500 600 700 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 lo g ( r 1 / k  c m 2 ) 0 ppm 300 ppm 500 ppm 700 ppm 900 ppm t / h (figure 4a) 0 100 200 300 400 500 600 700 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 lo g ( r 2 / k  c m 2 ) 300 ppm 500 ppm 700 ppm 900 ppm t / h (figure 4b) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 35 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 0 100 200 300 400 500 600 700 0 1 2 3 4 5 lo g ( r 3 / k  c m 2 ) 0 ppm 300 ppm 500 ppm 700 ppm 900 ppm t / h (figure 4c) figure 4. resistance values for the different time constants of the electrical equivalent circuits presented in fig. 3 for doped and nondoped coating: (a) r1, pore resistance; (b) r2, resistance of the cerium oxide/ions within the organic-inorganic hybrid coating and (c) r3, charge transfer resistance. accordingly, pit formation can be observed after 24 h, which must be a consequence of coating disruption (fig. 5a). this can be assisted by the hydrolysis of the siloxane bonds within the coating, further increasing its degradation. sakai et al.41 also attributed the decrease of the pore resistance with immersion time to the shift of the chemical equilibrium of the hydrolysis reactions occurring with water. from 48 h a great decrease of r3 was verified (fig. 5c), indicating enhanced corrosion activity at the interface, which was confirmed by the photos taken of the electrode surface showing large amount of corrosion products (fig. 5a). (figure 5a) (figure 5b) (figure 5c) (figure 5d) (figure 5e) figure 5. photos taken after the eis measurements of samples protected with teos / mpts organicinorganic hybrid coating with different ce4+ ions https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 36 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 concentrations / ppm: (a) 0, (b) 300, (c) 500, (d) 700 and (e) 900. in the next paragraphs the influence of ce4+ ions addition in the protective properties of the organicinorganic hybrid coating will be discussed on the light of the eec fitting procedures. for the samples protected with the coating doped with 300 to 900 ppm of ce4+ ions the eec of fig. 3b adequately fitted the eis experimental data (tables 2s-5s, supplementary data). for this eec, the time constants at hf (cpe1//r1) and lf (cpe3//r3) are ascribed to the same phenomena as for the nondoped coating. on the other hand, the time constant at the mf (fitted with the cpe2//r2 subcircuit) is attributed to the presence of ce incorporated into the organic-inorganic hybrid coating, which final oxidation state will be discussed in the second part of this manuscript. several studies indicated that ce species added to the hydrolysis solution may form oxides/hydroxides covering part of the metallic surface, and / or complexes located inside the coating, providing greater protection to the substrate43-45. paussa et al.43, using gdoes (glow discharge optical emission spectroscopy) measurements, reported the formation of a ce compound layer on the substrate surface and inside a zro2 sol-gel coating, improving the corrosion protection provided to the substrate, as verified by eis experiments. similar behavior was observed for epoxy coatings modified with pigments used to protect an al-zn alloy against corrosion27. in this latter case, the impedance data were also fitted using an eec with three time constants at which the mf one was assigned to the electrical / electrochemical behavior of the pigments present within the coating27. for all the coatings doped with ce4+ ions the values of cpe1-t increase (table 2s-5s, supplementary data) and r1 decrease (fig. 4a) with immersion time, indicating that the protective properties of the coating are being lost due to electrolyte uptake. these changes occur at different rates depending on the ce amount added to the hydrolysis solution. among the studied samples, the one doped with 500 ppm of ce4+ ions showed the slowest changes in these parameters (table 3s, supplementary data) when compared to the others. for this particular sample, the capacitive elements cpe1-t and cpe2-t slightly increase between 1 h and 408 h of test indicating slow electrolyte uptake by the coating, which seems to maintain its integrity (fig. 5c), thus avoiding excessive exposure of the substrate to the electrolyte. during this period, r1 and r2 values decrease by about one order of magnitude (fig. 4a and 4b) indicating, respectively, enhanced electrolyte penetration through conductive pathways in the coating and dissolution of ce ions. for this time span, cpe3-t decreases (table 3s, supplementary data) and r3 (corresponding to the charge transfer resistance) presents very high values and keeps increasing up to 400 h (fig. 4c), indicating, respectively, that the reaction rate at the interface is low and that it is progressively hindered. considering the physical model for the eec, it is hypothesized that dissolved ce ions could migrate to cathodic sites precipitating20,43-45. the blockage of the cathodic reactions would, consequently, avoid the metal oxidation and, apparently, impart some selfhealing properties to the protective coating, as proposed by different authors46,47. for longer immersion times (432 h) cpe1-t increases by approximately one order of magnitude whereas cpe2-t becomes fifty times higher than at the beginning of the exposure period (table 3s, supplementary data). this indicates, respectively, that the protective properties of the coating have been seriously damaged and that much of the ce ions entrapped within the coating has been dissolved. for this immersion time, visual corrosion of the substrate could be observed, which increased with immersion time (fig. 5c). for the other studied samples (doped with 300, 700 or 900 ppm) the same tendencies for the cpe and r were observed, but with higher degradation rates (see fig. 4a, 4b and 4c, fig. 5b, 5d and 5e and tables 2s, 4s and 5s, supplementary data), and with no clear sign of self-healing properties, which could be ascribed to very defective coatings (note the steep decrease of r1 (fig. 4a) and r2 (fig. 4b) for these samples). finally, it must be stressed that, for all investigated samples, α values were between 0.9 and 0.6, indicating heterogeneities in the coating properties and heterogeneous charge distribution on the metallic surface. fig. 5 shows photos of the samples surfaces after each eis measurement. pitting is observed after 24 h immersion for the samples protected with the organic-inorganic hybrid without and with 300 ppm and 700 ppm of ce4+ ions (fig. 5a, 5b and 5d). on the other hand, localized corrosion was initiated after 96 h for the coating doped with 900 ppm (fig. 5e) and after 432 h for the sample prepared with 500 ppm of ce4+ ions (fig. 5c). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 37 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 these results were highly coherent with the eis ones confirming that this latter formulation presents the best substrate protection against corrosion. they are also coherent with the thicknesses of the coatings presented in the experimental part. the sample protected with the modified coating with the best electrochemical response (500 ppm of ce4+ ions) and the unmodified one (reference) were observed by sem. fig. 6 presents sem images of these samples surfaces prior to (a and c) and after (b and d) 240 h immersion in the test electrolyte. before the corrosion test, the coatings were defectfree and completely covered the substrate surfaces (fig. 6a and 6c). before immersion, the maps of elements for these samples (fig. 2sa and 2sb) show uniform distribution of c, o and si all over the surface and fe was not detected. on the other hand, after the completion of the corrosion test, the sample protected by the organic-inorganic hybrid coating without ce showed cracks distributed throughout the surface (fig. 6b), indicating a high degree of degradation. this can be attributed both to a low degree of polycondensation and to the hydrolysis of the siloxane bonds due to electrolyte uptake, generating these preferential pathways for the onset of the corrosion process at the substrate surface25,37 as also detected in the eis experiments. the eds microanalysis of this sample after 240 h of test (fig. 2sc, supplementary data) showed the presence of iron, especially near the cracks, confirming the existence of preferential corrosion sites. for the sample protected by the coating modified with 500 ppm of ce4+ ions, cracks and surface defects were not observed, even after 240 h of immersion (fig. 6d), indicating that the integrity of the coating was maintained, corroborating the good eis results. eds analysis (fig. 2sd, supplementary data) did not identify iron on this sample surface, confirming that the coating acted as an effective barrier, preventing the electrolyte to reach the substrate. (figure 6a) (figure 6b) (figure 6c) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 38 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 (figure 6d) figure 6. sem images for the coatings teos / mpts doped with different ce4+ ions concentration / ppm: (a) 0 and (b) 500 before immersion; (c) 0 and (d) 500 after 400 h immersion in 0.1 mol l-1 nacl. 3.2. strategy to identify ce ions within the organicinorganic hybrid coating to make one step ahead in the interpretation of the role of ce4+ ions in the corrosion protection afforded by these organic-inorganic hybrid coatings, it is necessary to have some insight about their effective presence within the coating structure as well as about their oxidation state, which is a complex task considering the low amount of this modifier added to the hydrolysis solution. only few works21,45 have detected the presence of ce in organic-inorganic hybrid coating, but its amount needs to be, in general, higher than that used in the present investigation. paussa et al.43, using gdoes measurements, reported the presence of a thin ce layer on the substrate surface and inside the zro2 coating. cerium (iii) and cerium (iv) species were detected in polysiloxane hybrid by the deconvolution of the complex ce 3d spectrum of the xps analysis20,21. in general, the main problem for the xps analysis is the amount of ce ions in the sample, lower than the detection limit of the equipment. in addition, photooxidation of ce ions during xps measurements has also been reported21. therefore, attempting to assess/identify the presence of ce ions in the organic-inorganic hybrid coating, xps, libs and uv-vis techniques were used. figs. 7 and 8 show, respectively, the xps spectra for the c1s, o1s and si2p for samples coated with the organic-inorganic hybrid coating without and with 500 ppm of ce4+ ions. table 1 shows the binding energy values, peak areas and full width at half-maximum (fwhm) determinations. in the si2p (fig. 7c and 8c) and o1s (fig. 7b and 8b) spectra, it is important to highlight the presence of two peaks that characterize the siloxane (si-o-si) structure and the polycondensation degree of the organicinorganic hybrid coating48-51. the first peak in the o1s spectrum (≈ 533 ev) is assigned to the oxygensilicon (si-o-si) bond; the second peak in the si2p spectrum, at 103.7 ev, is related to the formation of connection strings (sio2) in the organicinorganic hybrid structure46-49. however, the distortion in the sio2 binding energy was not accessed, the difference between dopant-modified and unmodified coatings is within the experimental error (table 1), probably because the low ce4+ ions concentration. but the peak intensity at 103.7 ev for both coatings can be compared: for the doped coating (fig. 8), the intensity of this peak was 3.5%, a slightly higher value than that to the nondoped coating, suggesting an increase in the polycondensation degree of the organic-inorganic hybrid coating20,48,50. a comparison of the effect of ce obtained in this work with that of literature20,50 is impaired, since dopant concentration is ~15x smaller. this structure extends throughout the material, resulting in a denser and more effective barrier against corrosion, supporting the results of microscopic analyses and electrochemical measurements. for the c1s (fig. 7a and 8a) spectra different chemical environments were observed for both samples. the coating without the dopant shows two sharp peaks at 285 ev and 287 ev related, respectively, to alkyl cch and co structure connections, whereas for the doped sample only the peak at 285 ev is sharp, the other one is quite smooth and low. this different chemical environment for the nondoped sample can be attributed to a lower polycondensation degree of the organic-inorganic hybrid structure and/or to the presence of a larger amount of organic phase incorporated to the organic-inorganic hybrid structure. the presence of ce ions was not detected in the xps measurements, probably because its amount within the coating is lower than the detection limit of the equipment. in some studies, spectra resolved for ce were only possible with the use of quantities greater than 1000 ppm19,21. for the same reason libs measurements were unsuccessful in detecting ce in the coating composition when concentrations below 1000 pm were used. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 39 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 table 1. results of fitting xps spectra for samples protected with the organic-inorganic hybrid coating with 0 and 500 ppm of ce(iv). estimated error in areas is lower than 2.5%. 0 ppm 500 ppm be fhwm area be fhwm area c1s 284.9 1.67 59.36 284.9 1.57 62.72 286.2 2.00 14.02 286.6 1.56 32.34 288.8 1.70 14.21 288.2 1.29 3.21 289.0 1.73 12.42 289.3 1.30 1.73 o1s 530.7 1.42 3.18 530.7 1.41 2.32 532.5 1.71 83.07 532.7 1.71 92.83 533.7 1.94 13.76 534.1 1.87 4.84 si2p 102.6 1.68 27.68 102.4 1.56 25.17 103.3 1.81 72.32 103.4 1.90 74.83 284 288 292 4000 8000 12000 16000 20000 o-c=oc=o c-o in te n s it y / a .u . binding energy / ev c-c-h (figure 7a) 99 102 105 108 1600 3200 4800 6400 8000 sio2 in te n s it y / a .u . binding energy / ev siox-c (figure 7b) 528 532 536 20000 40000 60000 si-o-si o-c=o in te n s it y / a .u . binding energy / ev o=c (figure 7c) figure 7. x-ray photoelectron spectra for the c1s, o1s and si2p for the organic-inorganic hybrid coating without ce4+ ions: (a) c 1s, (b) o 1s and (c) si 2p. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 40 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 280 284 288 292 8000 12000 16000 20000 o-c=o c=oc-o c-c-h in te n s it y / a .u . binding energy / ev (figure 8a) 528 531 534 537 20000 40000 60000 80000 o=c o-c=o si-o-si in te n s it y / a .u . binding energy / ev (figure 8b) 100 102 104 106 0 2000 4000 6000 8000 10000 sio2 siox-c in te n s it y / a .u . binding energy / ev (figure 8c) figure 8. x-ray photoelectron spectra for the c1s, o1s and si2p for the organic-inorganic hybrid coating doped with 500 ppm of ce4+ ions (a) c 1s, (b) o 1s and (c) si 2p. fig. 9 shows libs spectra for the coatings without and with 1500 ppm of ce4+ ions prepared in the same conditions as those previously reported (subsection 2.2) and deposited onto copper substrate to avoid the strong interference of iron in ce analysis24. to improve the sensibility for ce detection, one spectrum was obtained with a shearing system that increases the atomization process. the main lines at 570 nm and 590 nm observed in spectra of fig. 9a and 9b can be attributed to si and the lines at 594 nm (fig. 9c) and 428 nm (fig. 9d) are attributed to ce24, confirming the presence of this specie within the coating structure. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 41 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 (9a) (9b) (9c) (9d) figure 9. libs spectra obtained for pellets of free-standing organic-inorganic hybrid coating nondoped (a) and (b). doped with 1500 ppm of ce4+ ions (c) and (d). fig. 10 shows the uv-vis spectra of cerium (iii) nitrate, cerium (iv) sulfate aqueous solutions, and of ce ions extraction from freestanding coating doped with 500 ppm of cerium (iii) or cerium (iv) salts in naturally aerated deionized water (ph 6.5). two main relatively wide bands were observed at around 280 nm and 250 nm attributed to the charge transfer transition from oxygen to the d-ce(iv) orbital and to f-d ce(iii) transition, respectively52,53. three main information are highlighted from these spectra: (a) ce is present inside the doped freestanding coating and can be at least partially extracted with water, indicating that a certain amount of ce is probably not strongly bonded to the organic molecules of the organic-inorganic hybrid coating; (b) ce is mainly in the cerium (iv) oxidation state regardless if the doped coating were prepared using cerium (iii) or cerium (iv) salts; (c) a small amount of cerium (iv) species is present in the cerium (iii) nitrate salt. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 42 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 240 270 300 330 360 390 420 0.0 0.2 0.4 0.6 a b s o rb a n c e wavelenght / nm water ce(no3)3 ce(so4)2 teos/mpts-500 ppm ce(iii) teos/mpts-500 ppm ce(iv) figure 10. uv-vis spectra of aqueous solution containing cerium (iii) nitrate, cerium (iv) sulfate and solutions of cerium ions extraction, in the presence of oxygen, from the coating doped with 500 ppm of cerium (iii) or cerium (iv) salts. uv-vis spectra were also obtained for aqueous solution resulting from ce ions extraction from the organic-inorganic hybrid coating doped with different amounts of cerium (iv) species (fig. 3s, supplementary data). from these spectra, the intensity of the peaks follows the order: 900 ppm > 500 ppm > 300 ppm, indicating that the quantity of ce ions extracted is proportional to its content in the doped coating. to have an idea about the amount of ce4+ ions extracted from the freestanding coating, an analytical curve was constructed for ce4+ ions (fig. 4s, supplementary data), the result was a straight line indicating that the amount of ce ions liberated from the doped coating is proportional to its amount in the doped coating. sequentially, 3 g of freestanding doped coating (teos / mpts with 500 ppm cerium (iv) ions) was immersed in 3 ml of purified water (ph 6.5) and after extracting for 15 days, the solution was filtered and analyzed by uv-vis spectrophotometry. the absorbance of the filtered solution was 0.27 corresponding to 35 ppm of ce4+ ions, which means 35 g cerium (iv) / g of freestanding doped coating. based on the nominal composition, the free-standing doped coating has 654 g cerium (iv) / g, which means that around only 5% of ce was extracted from the coating. these results also confirm that such amount of ce is almost impossible to be detected by xps or libs techniques. considering that the solution of ce ions extracted from the freestanding coating doped with cerium (iii) salt also showed the band at around 280 nm with similar shape to that acquired from the coating doped with ce4+ ions, extraction of ce ions from doped coating was performed in inert atmosphere by bubbling purified argon into the water before and during extraction (fig. 11). for these experiments, the solution obtained by extracting ce ions from the freestanding coating doped with cerium (iii) salt shows a band at around 254 nm (characteristic of ce3+ ions) and a stronger band at around of 276 nm characteristic of ce4+ ions. however, for the solution obtained from the coating doped with cerium (iv) salt, only the band attributed to cerium (iv) was observed. this result suggests that, in both doped coating, ce is mainly present as cerium (iv) species. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 43 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 240 270 300 330 360 390 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ce(iv) teos/mpts-500 ppm ce(iii) teos/mpts-500 ppm ce(iv) a b s o rb a n c e wavelenght / nm ce(iii) figure 11. uv-vis spectra of aqueous solutions of cerium ions extraction in the absence of oxygen from the coating doped with 500 ppm of cerium (iii) or cerium (iv) salts. for comparison with the experiments performed with the extraction from the freestanding coating doped with cerium, uv-vis measurements were performed with solid organicinorganic hybrid coating deposited onto glass (fig. 5s, supplementary data). for organicinorganic hybrid coating doped with cerium (iv) ions and with cerium (iii) ions one relatively wide band was observed in the range of 250 270 nm. in the similar wavelength range one band was observed and assigned to the uv-vis spectrum of the ce(so4)2 crystals. therefore, for the coating, ce is mainly in the cerium (iv) oxidation state regardless if the doped coating was prepared using cerium (iii) or cerium (iv) salts. the results reported above indicated that cerium (iv) species react with ethanol and accelerate the radical formation and the polymerization process to form the organic-inorganic hybrid coating. therefore, it would be expected a spectrum characteristic of cerium (iii) species when the cerium was extracted from the doped coatings. surprisingly, the main species observed in the extracted solution was cerium (iv) species independent on the oxidation state of the ce ions added to the hydrolysis solution. the presence of cerium (iv) species into the lixiviated solution can be explained admitting the oxidation of cerium (iii) to cerium (iv) species in the presence of oxygen, according to the equations52,53: ( ) ( ) 2 2 2 2 2 4 2 4ce oh o h o ce oh + + + + → (1) ( ) 23 2 2 2 4 6 4 4ce o h o ce oh h ++ ++ + → + (2) ( )3 2 2 4 4 14 4 12ce o h o ce oh h+ ++ + → + (3) 2 ( 3 2 2 )4 6 4 12precipce o h o ceo h+ ++ + → + (4) afm analysis (fig. 6s) reinforces the presence of cerium (iv) inside the teos/mpts organicinorganic hybrid coating as following: an uniform and homogeneous surface without the presence of precipitates is observed for the organic-inorganic hybrid coating modified with cerium (iv) ions (fig. 6sa, supplementary data), while a surface with small precipitates at metal surface, possibly cerium oxides / hydroxides, is observed for the organic-inorganic hybrid coating doped with ce3+ ions (fig. 6sb, supplementary data). trabelsi et al.9 have studied the effect of cerium (iii)-doping of silane solutions in the protection of galvanized steel and also observed cerium (iv) species formation. several possibilities can explain the presence of cerium (iv) species: (a) oxidation of ce(oh)3 to ceo2 as consequence of the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 44 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 corrosion reactions caused by anodic areas formation on the steel surface; (b) generation of hydrogen peroxide as consequence of the oxygen reduction during cathodic reaction; (c) in solution oxidation of ce3+ ions to ce(oh)2 2+ ions and further precipitation of ceo2; (d) dismutation solid state reaction of ce(oh)3 to form ceo2 and (e) a possible oxidation of ce3+ ions to ce4+ ions inside the film. according to a parallel study of the cerium ions effect on the precursor solutions, ce4+ ions would be reduced to ce3+ ions during the polymerization redox reaction to form organic-inorganic coating (fig. 1s, supplementary data), and a fraction of ce3+ ions could be re-oxidized to ce4+ ions via one or more reactions represented in eq. 1-4. the ce4+ and ce3+ ions may be trapped inside the coating and, as the coating may undergo some hydrolysis in contact with water / electrolyte, these ions are released / lixiviated from the coating and detected by the uv-vis analysis. this process is reinforced by the afm results described above. therefore, ce4+ ions may be present in the as-prepared organic-inorganic hybrid coating as trapped-like species. briefly, it is proposed that part of ce species present in the doped organic-inorganic hybrid coating is relatively free or trapped within the coating structure as soluble and can be partially removed by extraction with water or partial hydrolysis of the coating. 4. conclusions the influence of the addition of ce4+ ions to the hydrolysis solution on the protective properties of a teos / mpts organic-inorganic hybrid coating was investigated. the results demonstrated that when added at an appropriate amount (in the present case 500 ppm) the dopant can greatly improve the barrier and protective properties of the organic-inorganic hybrid coating, as demonstrated by eis results. xps measurements have shown that the improvement of the barrier properties of the coating can be ascribed to the formation of a denser siloxane (si-o-si) network in the presence of cerium (iv) ions. an experimental strategy designed using libs have evidenced the presence of ce ions within the coating structure, whereas uv-vis experiments evidenced that ce is mainly present in the (iv)oxidation state. a mechanism was proposed where cerium (iii) ions from the redox polymerization reaction may be oxidized back to cerium (iv) species mainly by the presence of oxygen. 6. acknowledgements the authors would like to thank cnpq (process 305890/2010-7) and capes (fernando santos da silva social demand scholarship). the authors thank prof. dr. fabíola m. verbi pereira for her collaboration in the libs analysis and results interpretation. 7. references [1] hammer, p., dos santos, f. c., cerrutti, b. m., pulcinelli, s. h., santilli, c. v., carbon nanotubereinforced siloxane-pmma hybrid coatings with high corrosion resistance, prog. org. coat. 76 (4) (2013) 601608. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2012.11.015. 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https://doi.org/10.1002/chin.200309018 https://doi.org/10.1002/chin.200309018 https://doi.org/10.1002/chin.200309018 https://doi.org/10.1002/chin.200309018 https://doi.org/10.1002/chin.200309018 https://doi.org/10.1002/chin.200309018 https://doi.org/10.1149/1.1516775 https://doi.org/10.1149/1.1516775 https://doi.org/10.1149/1.1516775 https://doi.org/10.1149/1.1516775 https://doi.org/10.1149/1.1516775 https://doi.org/10.1149/1.1516775 original article 48 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 supplementary data influence of ce(iv) ions amount on the electrochemical behavior of organic-inorganic hybrid coatings in 0.1 mol l-1 nacl solution figure 1s shows the nyquist plots for coated samples containing different amounts of ce(iv). 0 15 30 45 60 75 0 15 30 45 60 75 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 z real / k  cm 2 z im a g / k  c m 2 1 h eoc = 410 mv 8 h eoc = 490 mv 24 h eoc = 550 mv 48 h eoc = 500 mv 96 h eoc = 535 mv 144 h eoc = 675 mv substrate 1 h z real / k  cm 2 z im a g / k  c m 2 0 15 30 45 60 0 15 30 45 60 0 1 2 3 0 1 2 3 z real / k  cm 2 z im a g / k  c m 2 1 h eoc = 455 mv 8 h eoc = 530 mv 24 h eoc = 525 mv 72 h eoc = 560 mv 120 h eoc = 670 mv 192 h eoc = 677 mv substrate 1 h z real / k  cm 2 z im a g / k  c m 2 (a) (b) 0 150 300 450 600 750 900 0 150 300 450 600 750 900 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 z real / k  cm 2 z im a g / k  c m 2 1 h eoc = 395 mv 96 h eoc = 343 mv 216 h eoc = 315 mv 408 h eoc = 255 mv 432 h eoc = 362 mv 528 h eoc = 587 mv substrato 1 h z real / k  cm 2 z im a g / k  c m 2 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 1 h eoc = 440 mv 8 h eoc = 485 mv 24 h eoc = 490 mv 48 h eoc = 561 mv 72 h eoc = 570 mv 144 h eoc = 672 mv substrate 1 h z im a g / k  c m 2 z real / k  cm 2 (c) (d) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 49 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 0 10 20 30 0 10 20 30 1 h eoc = 435 mv 8 h eoc = 490 mv 24 h eoc = 535 mv 48 h eoc = 550 mv 96 h eoc = 570 mv 172 h eoc = 572 mv substrate 1 h z im a g / k  c m 2 z real / k  cm 2 (e) figure 1s. experimental (symbols) and fitted (solid line) complex plane plots for carbon steel coated with teos / mpts doped with ce(iv) ions: (a) 0 ppm, (b) 300 ppm, (c) 500 ppm, (d) 700 ppm and (e) 900 ppm with different immersion times in 0.1 mol l-1 nacl. comparing the different diagrams, it can be verified that the coating doped with 500 ppm provides the highest impedance response, confirming the best protection of the substrate. for a given frequency, f=10 mhz, the highest zreal value was obtained for this sample (about 450 kω cm2) while for the other samples the maximum value was near 50 kω cm2 (300 ppm). even after 408 h immersion this coating showed a zreal (f=10 mhz) around 200 kω cm2, which is much higher than for the remainder of the samples at the beginning of their exposure period. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 50 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 figure 2s shows the maps of elements distribution for the hybrid coating with 0 and 500 ppm ce4+ ions before immersion and eds spectra after 240 h of immersion in 0.1 mol l-1 nacl solution. (a) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 51 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 (b) (c) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 52 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 (d) fig. 2s. maps of elements distribution for the hybrid coating: (a) 0 ppm and (b) and 500 ppm ce4+ ions before immersion and eds spectra for samples with (c) 0 ppm and (d) 500 ppm ce4+ ions after 240 h of immersion in 0.1 mol l-1 nacl solution. as mentioned in the main part of the manuscript different techniques were used trying to get information about the presence of cerium in the hybrid film and its main oxidation state. in this way, xps, libs and uvvis analysis were performed. due to the low concentration of cerium species in the hybrid films both xps and libs techniques failed in detecting these ions in the hybrid film. however, insight on the presence and nature of cerium species in the doped film were obtained using uv-vis technique. figure 3s shows the spectra obtained for aqueous solution resultant of extraction of cerium species from doped hybrid coatings prepared with different concentrations of ce(iv) species. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 53 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 300 400 500 600 700 800 900 0.0 0.3 0.6 0.9 water teos+mpts 300 ppm teos+mpts 500 ppm teos+mpts 900 ppm a b s o rb a n c e wavelenght / nm figure 3s. spectra obtained for aqueous solution resultant of extraction of cerium species from doped hybrid coatings prepared with different concentrations of ce(iv) species. 0 20 40 60 80 100 120 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 a b s o rb a n c e ce(iv) / ppm equation y = a + b*x plot b weight no weighting intercept -0.00129 slope 0.00749 residual sum of squares 8.28571e-5 pearson's r 0.99992 r-square(cod) 0.99984 adj. r-square 0.9998 figure 4s. analytical curve for ce(iv) ions (ce(so4)2) in aqueous solution at ph 6.5. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 54 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 200 300 400 500 600 700 800 900 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 wavelenght / nm) a b s o rb a n c e glass ce(iv) teos+mpts teos+mpts+ce(iv) teos+mpts+ce(iii) figure 5s. spectra obtained for cerium salt, glass and solid hybrid films with 0 ppm and 500 ppm of cerium deposited onto the glass. (a) (b) figure 6s. afm images from teos / mpts hybrid films prepared with: (a) 300 ppm ce(iii) and (b) 300 ppm of ce(iv). https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 55 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 table 1s. results of the fitting procedure of the experimental eis data with the eec presented in fig. 4 for a carbon steel sample coated with teos / mpts and 0 ppm ce(iv) in 0.1 mol l-1 nacl solution. time / h 1 8 24 48 96 144 cpe1-t / µfcm−2 sα−1 0.13 (2)* 0.4 (4) 1.3 (12) 4.4 (2.4) 3.2 (6) 1.5 (11) α1 0.78 (0.2) 0.70 (0.5) 0.6 (1.7) 0.5 (3.6) 0.5 0.5 r1 / kω cm2 7.0 (0.4) 1.1 (0.3) 0.66 (1.0) 0.30 (1.4) 0.16 (0.8) 0.10 (0.5) cpe3-t / µfcm−2 sα−1 57 (0.5) 84 (0.4) 107 (1.0) 154 (1.6) 174 (1.8) 277 (1.2) α2 0.7 (0.6) 0.7 (0.3) 0.73 (0.5) 0.72 (0.8) 0.7 (0.7) 0.8 (0.5) r3 / kω cm2 103 (2.7) 59 (1.7) 107 (6.2) 27 (6.4) 5.1 (1.7) 2.7 (1.0) χ2 / 10−3 0.6 0.4 1.7 0.5 0.7 0.3 * the % errors associated with each estimative are given in parentheses. table 2s. results of the fitting procedure of the experimental eis data with the eec fig. 5 for carbon steel coated with teos / mpts doped with 300 ppm of ce(iv), in 0.1 mol l-1 nacl. time / h 1 8 24 72 120 192 cpe1-t / µfcm−2 sα−1 0.008 (2)* 0.03 (3.5) 0.86 (5.6) 1.1 (12) 1.8 (19) 2.0 (1.9) α1 0.9 (0.2) 0.80 (0.3) 0.58 (0.7) 0.56 (1.5) 0.53 (2.6) 0.5 r1 / kω cm2 16 (0.9) 8.2 (2) 0.44 (0.3) 0.24 (0.3) 0.17 (0.6) 0.13 (0.3) cpe2-t / µf cm−2 sα−1 0.05 (10) 1.3 (27) 508 (3) 649 (6) 288 (12) 184 (15) α2 1.0 0.7 0.50 (1.3) 0.73 (1.8) 0.68 (2.8) 0.65 (3) r2 / kω cm2 4.6 (16) 1.8 (9.6) 3.2 (11) 0.93 (18) 0.21 (8.4) 0.14 (11) cpe3-t / µfcm−2 sα−1 0.72 (3) 5.5 (9.5) 302 (7.7) 368 (12) 509 (6.8) 342 (8.7) α3 0.7 0.7 (3.2) 0.92 (4.3) 0.89 (4.5) 0.82 (2) 0.65 (1.5) r3 / kω cm2 34 (2.7) 6.6 (5.3) 13 (6.2) 11 (2.0) 3.2 (0.7) 3.0 (0.5) χ2 / 10−3 0.20 0.20 0.17 0.60 0.41 0.12 * the % errors associated with each estimative are given in parentheses. table 3s. results of the fitting procedure of the experimental eis data with the eec fig. 5 for carbon steel coated with teos / mpts doped with 500 ppm of ce(iv), in 0.1 mol l-1 nacl. time / h 1 96 216 408 432 528 688 cpe1-t / µfcm−2 sα−1 0.016 (3)* 0.04 (1.5) 0.05 (1.7) 0.07 (1.7) 0.1 (3.6) 0.45 (4.5) 2.0 (2.4) α1 0.88 (0.4) 0.81 (0.2) 0.81 (0.2) 0.79 (0.2) 0.7 (0.4) 0.67 (0.5) 0.5 r1 / kω cm2 60 (2) 8.5 (0.5) 8.5 (0.4) 5.5 (0.3) 2.1 (0.3) 0.62 (0.2) 0.11(0.2) cpe2-t / µfcm−2 sα−1 2 (15) 6.2 (16) 6.2 (16) 7.2 (14) 107 (9) 221 (6.8) 279 (15) α2 0.65 (6.4) 0.8 (3.6) 0.8 (3.6) 0.84 (2.9) 0.76 (3) 0.75 (1) 0.7 (2.8) r2 / kω cm2 106 (11) 16 (29) 16 (29) 13 (28) 5.1 (23) 1.0 (16) 0.20 (25) cpe3-t / µfcm−2 sα−1 7.64 (5) 4.7 (23) 4.7 (23) 4.5 (23) 96 (12) 136 (12) 200 (21) α3 0.83 (3) 0.79 (3.5) 0.79 (3.5) 0.81 (3.1) 0.8 (3.8) 0.85 (3.2) 0.7 (3.9) r3 / kω cm2 3510 (12) 27500 (11) 16000 (11) 47300 (27) 95 (3.2) 35 (1.8) 3.3 (1.3) χ2 / 10−3 1.69 0.13 0.13 0.11 0.39 0.26 0.18 * the % errors associated with each estimative are given in parentheses. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 original article 56 eclética química journal, vol. 44, n. 4, 2019, 27-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 table 4s. results of the fitting procedure of the experimental eis data with the eec fig. 5 for carbon steel coated with teos / mpts doped with 700 ppm of ce(iv), in 0.1 mol l-1 nacl. time / h 1 8 24 48 72 144 cpe1-t / µf cm−2 sα−1 0.15(5.4)* 0.47 (4.3) 1.0 (6.6) 4.9 (0.5) 5.0 (3) 2.2 (1.0) α1 0.74 (0.6) 0.68 (0.5) 0.62 (0.9) 0.5 0.5 0.5 r1 / kω cm2 2.5 (1.8) 1.0 (0.3) 0.46 (0.3) 0.35 (0.1) 0.28 (0.6) 0.15 (0.1) cpe2-t / µf cm−2 sα−1 3.7 (13) 170 (1.6) 203 (8.5) 242 (5.5) 237 (3.6) 355 (4.8) α2 0.68 (3.1) 0.7 0.78 (2.0) 0.78 (1.3) 0.7 0.7 (1) r2 / kω cm2 1.8 (4.5) 5.1 (11) 1.3 (24) 1.0 (15) 0.49 (9.6) 0.39 (11) cpe3-t / µf cm−2 sα−1 149 (0.4) 65 (4) 105 (16) 128 (10) 153 (5.7) 176 (10) α3 0.50 (1.0) 0.9 (3) 0.84 (4.5) 0.86 (3) 0.89 (1.8) 0.78 (2.4) r3 / kω cm2 43 (4) 17 (3.7) 14 (1.8) 12.8 (0.8) 10 (1.5) 5.2 (0.6) χ2 / 10−3 0.13 0.41 0.20 0.15 1.8 0.10 * the % errors associated with each estimative are given in parentheses. table 5s. results of the fitting procedure of the experimental eis data with the eec fig. 5 for carbon steel coated with teos / mpts doped with 900 ppm of ce(iv), in 0.1 mol l-1 nacl. time / h 1 8 24 48 96 172 cpe1-t / µf cm−2 sα−1 0.05 (3)* 0.18 (3) 0.25 (5) 0.32 (4.5) 1.4 (7.7) 2.7 (3) α1 0.81 (0.3) 0.73 (0.3) 0.72 (0.6) 0.70 (0.5) 0.58 (1.0) 0.5 r1 / kω cm2 6.4 (1.0) 2.2 (0.3) 1.0 (0.4) 0.8 (0.3) 0.50 (0.6) 0.19 (0.7) cpe2-t (µf cm−2 sα−1) 1.4 (8) 89 (4.2) 95 (23) 130 (17) 133 (17) 186 (16) α2 0.74 (2) 0.7 0.79 (5.4) 0.79 (4.2) 0.73 (4.2) 0.64 (3.6) r2 / kω cm2 3.7 (2.4) 1.4 (7.7) 0.6 (20) 0.78 (20) 0.5 (15) 0.45 (16) cpe3-t / µf cm−2 sα−1 207 (0.7) 123 (2.7) 166 (13) 165 (14) 217 (11) 214 (14) α3 0.64 (0.8) 0.73 (1) 0.77 (2.4) 0.79 (2.8) 0.81 (2.7) 0.79 (3.8) r3 / kω cm2 57 (3.2) 47 (2) 27 (1) 37 (1.0) 21 (2) 13 (4) χ2 / 10−3 0.10 0.36 0.24 0.19 0.41 1.2 * the % errors associated with each estimative are given in parentheses. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.4.2019.p27-56 database revista.iq.unesp.br citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click on the images to follow the links. ebsco has no link available. the address is for subscribers only. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://bit.do/eqj_cas https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://doaj.org/toc/1678-4618 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 https://scholar.google.com.br/citations?hl=pt-br&user=-j-ppugaaaaj&authuser=1 https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica https://www.redalyc.org/revista.oa?id=429 https://www.latindex.org/latindex/ficha?folio=16477 https://biblat.unam.mx/pt/revista/ecletica-quimica https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 1 | 2021 | editorial wishing all readers a prosperous new year, the editor of eclética química journal, editorial board and staff proudly present the first edition of 2021, with the certainty that eqj authors and readers will feel rewarded with the published findings. this first issue of 2021 begins with the description of a screening method for zinc levels in milk samples from raw cow, raw sheep, uht cow, uht goat and soybean-based milk to establish the zn levels’ differences in protein samples. the total zn levels in the extracts were determined by flame absorption atomic spectrometry. after protein fractionation and separation by urea polyacrylamide gel electrophoresis, zinc-protein analysis was performed by electrothermal atomic absorption spectrometry, indicating that the method provided a quantitative and accuracy determination of zn species present in the protein fractions of the milk samples. next article deals with the investigation of the physiological response of the microalgae spirulina platensis to salinity stress. spirulina platensis and spirulina platensis adapted to high salt concentration were operated at laboratory scale in a semi-continuous photobioreactors to analyze the rate of carbon dioxide biofixation. the authors concluded that the kinetic parameters estimated for spirulina platensis can be used to improve photobioreactor design for reducing of atmospheric carbon dioxide. in the sequence, results on the antimicrobial activity against several fungi and bacteria are presented for five medicinal plants popularly indicated for treating common infectious diseases in recife, brazil. this study was motivated because in brazil there are hundreds of street markets selling a wide variety of herbs for medicinal purposes without quality control or scientific evidence; instead, their purported efficacy is based exclusively on empirical ethnobotanical knowledge. the results confirmed that the five traditional medicinal plants are efficient low-cost alternative sources of extracts to treat infections, especially for people living in abject poverty. the following article describes the validation of an analytical methodology to determine and quantify four estrogen hormones present in water using high-performance liquid chromatography with detections by diode array detector and by fluorescence detector. five surface water sampling campaigns were carried out in five different sites of furnas reservoir over three months and the presence of estrogen hormones was detected. closing this issue, two polyethersulfone hollow fiber membranes were fabricated containing 16 and 20% of polyethersulfone with n-methyl-2pyrrolidone as solvent and tap water as nonsolvent. the effect of the polymer content on the properties of the membranes was evaluated analyzing their morphological properties, response to tensile tests and pure water permeability. the results showed that the only relevant statistical difference was pure water permeability, being ~25% better in the 16% polymer membrane, implying a minor energy consumption to produce the same volume of permeate. in this opportunity the editor and members of editorial board of eclética química journal present the sincerest recognition to the effort made by authors and reviewers during the last year and hope to continue with this essential collaboration in 2021. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | 62 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 chromium speciation in leather samples: an experiment using digital images, mobile phones and environmental concepts vinícius costa1, ariane neiva1, edenir pereira-filho1+ 1 federal university of são carlos ufscar, são paulo, brazil + corresponding author: edenir pereira-filho, e-mail address: erpf@ufscar.br article info article history: received: october 03, 2018 accepted: december 11, 2018 published: january 28, 2019 keywords: 1. photometrix 2. digital image 3. mobile phone 4. leather and cr(vi) 1. introduction quantitative instrumental methods based on atomic spectrometry are commonly used to determine cr(vi), however these techniques are expensive and are not available in several universities, especially those located in developing countries1-3. an image for analysis can be obtained from a mobile phone, scanner or webcam that are versatile instruments and easy to operate. undergraduate students enjoy interactive and attractive classes, and the use of these tools can be an interesting approach for the experimental part of a laboratory exercise. in recent years, several research groups have used mobile phones and scanners in laboratory classes for determination of metals in several samples4-6. digital images can provide a large amount of data from the extraction of picture elements called pixels, where each pixel is characterized by different channels. the color system most commonly used for color images is red (r), green (g) and blue (b). although rgb is the most frequently used color model, there are others that can be generated from it, such as hue, saturation and value (hsv); hue, saturation and lightness (hsl); cyan, magenta, yellow, key or black (cmyk) color space; and hue, saturation and intensity (hsi). in these models, hue (h) is associated with how most people recognize a color, for example, the differentiation between red and yellow. saturation (s) is the amount of the color that is present in an image, for example, the differentiation between red and pink. value (v), lightness (l), or intensity (i) are related to the amount of light, such as the distinction between dark and light red or between dark and light gray. value is defined as the highest amount among r, g abstract: this study proposes a new and simple method for cr speciation and cr(vi) determination in leather samples using digital images. the experiments were performed using a mobile phone and a free app called photometrix that was used to obtain and process data. the results obtained from photometrix were compared to reference methods using uv−vis. a statistical evaluation between both proposed and the reference methods using two-sample t-test did not show a significant difference at a 95% confidence level. bovine leather samples (4 samples) tanned with cr salts and ovine leather samples (3 samples) tanned with vegetable tannin were analyzed. the proposed method presented limits of detection (lod) and quantification (loq) of 0.6 and 2 mg/kg, respectively. in addition, the proposed method using photometrix and digital images can provide undergraduate students an opportunity to learn topics such as quantitative analyses, environmental chemistry, speciation chemistry, image processing and treatment of statistical data. the results demonstrated that the proposed method can be applied to routine analyses and in experimental analytical chemistry courses. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 mailto:erpf@ufscar.br http://orcid.org/0000-0003-0608-0278 original article 63 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 or b, intensity as the average of r, g or b colors, and lightness is defined as the average of the maximum and minimum amounts of r, g or b7. in 2016, a new free app called photometrix for image analysis was proposed by grasel and coauthors8. the authors used photometrix for the identification of tannins according the source type (chestnut, valonea, quebracho, black wattle, tara and myrobalan). photometrix was used in module multivariate analysis, and images were analyzed using rgb histograms and hsi channels. principal component analysis (pca) was employed to verify separation among sample groups. in other study using photometrix, helffer and collaborators9 proposed a simple method for determination of fe in supplements. the determination of fe in these samples was performed in univariate mode and differentiation among them was performed in multivariate mode using pca. in this sense, the present study proposed a new method for cr speciation and cr(vi) determination in leather samples by digital images using the photometrix app and a mobile phone to obtain, prepare, handle the data, and perform the calculations. this method is simple and obeys the principles of green chemistry as it requires minimum number and quantity of reagents and can be performed in a fast, non-destructive and inexpensive manner. in addition, the method can be applied in laboratory classes and several chemical concepts can be addressed with students. 2. materials and methods 2.1 experimental details the experiments related to image analysis, data processing and treatment were accomplished in an analytical chemistry laboratory course with 15 students. the students were divided into groups, and each one was responsible for part of the activities. group 1 was responsible for standard solutions preparation, group 2 was responsible for alkaline cr(vi) extraction in leather samples and group 3 was related to data acquisition, processing, and results compilation and organization. a total of 4 hours was needed to carry out the experiments. the results obtained by icp oes (inductively coupled optical emission spectrometry) for total cr determination were previously provided to the students. 2.2 instrumentation digital images were obtained using the photometrix app version 1.0.5 using a cell phone. the photometrix application in the “univariate analysis” mode captures images using the camera of the mobile device. the images can be analyzed using two modes, vector rgb and multi-channel. in vector rgb mode, r, g, b average values are used to calculate the euclidean norm of the values. in multi-channel mode, each color channels (r, g, b, h, s, v, l, i) is used individually. photometrix also allows the use of different spot sizes (32 x 32; 64 x 64; 96 x 96 pixels) to obtain images. the mobile phone was mounted on an apparatus made from a wooden box (16.5 × 29.5 and 9.5 cm in height), with a holder to attach the phone (similar to those found in cars to mount a mobile phone) and a hole for the phone camera, as shown in figure s1 (see supplementary material). reference concentrations of total cr were obtained with an icp oes (icap 6000, thermo scientific, waltham, ma, usa), after acid extraction of the samples (n=3). this instrument allows collection of sequential emission signals, using both axial and radial viewings. argon (99.996%, white martins-praxair, sertãozinho, sp, brazil) was used as a plasma gas for icp oes and additional instrumental parameters are shown in table s1 (see supplementary material). reference concentrations of cr(vi) were obtained using a spectrophotometer (thermo fisher, shanghai, china), in 540 nm wavelength and a quartz cuvette with 1 cm of optical path. 2.3 reagents, solutions and samples all solutions were prepared by students. ultrapure water (18.2 mω cm resistivity) produced by a milli-q plus total water system (millipore corp., bedford, ma, usa) was used to prepare all the aqueous solutions. nitric acid (hno3) was previously purified using a sub-boiling distillation system, distillacid bsb-939-ir (berghof, eningen, germany), and hydrogen peroxide, (h2o2) 30% w/w (synth, diadema, brazil), was used for the digestion of samples to determine total cr. the analytical curve for determination of total cr was prepared in the range 0.005 to 60 mg l-1. all glassware and polypropylene flasks were washed with soap, soaked in 10% v/v hno3 for 24 h, and rinsed with deionized water prior to use. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 64 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 a standard stock solution containing 1000 mg l-1 of cr(vi) was prepared by weighing an adequate mass of a primary standard, potassium dichromate (k2cr2o7) (synth, são paulo, brazil), previously dried at 160 °c for 2 h. the reagents sodium hydroxide (naoh), sulfuric acid (h2so4), 1,5-diphenylcarbazide (dpc) and acetone were purchased from merck (darmstadt, germany). the alkaline extraction of cr(vi) was performed using a 0.1 mol l-1 naoh solution. a 5.0 mol l-1 h2so4 solution was prepared to adjust the ph of the extracts. in addition, a dpc solution was prepared daily by dissolving 0.2 g of the reagent in 10 ml of acetone and diluting to 100 ml with deionized water. the dpc solution was then stored in an amber flask to avoid degradation by the environmental light. the calibration curve to determine cr(vi) concentration by digital images was prepared in the range from 0.05 to 0.75 mg l1 and a cr(iii) solution (qhemis, jundiaí, sp, brazil) containing 50 mg l-1was prepared and used in the addition and recovery tests. seven leather samples were acquired from embrapa pecuária sudeste (são carlos, sp, brazil) and analyzed in this study. the leathers were tanned with cr salts (bovine samples: 1 to 4) and vegetable tannin (ovine samples: 5 to 7). additional details about the process of leather tanned using cr salts are available in publication of dixit et al.10. 2.4 sample preparation to determine total cr and cr(vi) to determine total cr, a reference extraction procedure proposed by neiva and pereira-filho11 was used. the extraction procedure for determination of cr(vi) using the reference method by uv−vis and proposed procedure using digital images is described below. the general procedure is represented in figure 1. figure 1. pictorial for procedure of extraction to cr(vi), for determination by digital images acquisition and uv-vis determination. for cr(vi) extraction, 100 mg of leather samples were weighed in erlenmeyer flasks, and 10 ml of 0.1 mol l-1 naoh solution were added. this solution was placed on a hot plate (208-2 d, nova ética, são paulo, brazil) for 60 min at 9095 °c with sporadic shaking. when it reached room temperature, the solution was transferred to plastic tubes and centrifuged (3500 rpm for 3 min). a 50 µl aliquot of the supernatant solution was collected and diluted 200-fold. later, 700 μl of 0.2% (w/v) dpc solution was added and, after this, the ph was adjusted to 1.0 with 5 mol l-1 h2so4 solution until the solution changed to a pink color12. to verify the performance of the proposed method, addition and recovery experiments were employed. in the recovery tests, a known concentration of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 65 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 cr(iii) and cr(vi) was added to the samples before the alkaline extraction and the determinations were carried by uv−vis and digital images. 2.5 hazard the students were advised to use safety goggles, gloves and lab vests during the experimental procedure and to take extreme care in acid and solutions preparation and manipulations. the cr(vi) extraction was performed in a fume hood. in addition, all the cr (vi) waste were separated for proper treatment and disposal. 3. results and discussion 3.1 optimization of the photometrix parameters initially, some experiments were performed to verify the influence of spot size (number of pixels) in the recording of the digital images. to select the best spot size, the linear determination coefficient (r2) of the analytical curves was used. the spot size that presented the best r2 value of the analytical curves was 64 x 64 pixels. to select the best color parameter (vector rgb and multichannel), we used a standard solution of cr(vi) at 0.35 mg l-1, and from the analytical curve obtained, the standard concentration was predicted. the parameters obtained for vector rgb and multichannel histograms are presented in table 1. table 1. analytical parameters obtained for the different color channels. the color channel b (blue) showed the best trueness (109%) and so was selected for the further experiments. in addition, channel b presented an r2 of 0.993 and a linear analytical curve equation of y = 203.404x + 106.733. after images decomposition it was observed that channel b presented the highest values when compared with r and g, being the most sensitive channel among the 8 tested. figure 2a shows the analytical curve for color channel b, and figure 2b show the colors of the standard solutions used in the analytical curve. an attractive feature of photometrix is that the analytical curves are obtained on the app (figure 2a). in addition, the concentrations predicted by the colors can be also observed in the app. the pink/violet coloration, shown in figure 2b, is derived from the colorimetric reaction between cr(vi) and the chromogenic reagent dpc. the overall reaction between cr(vi) and dpc is presented in equation 1. 2 cro4 2+ 3h4l + 8h+ [cr(iii)(hl)2] + + cr3+ + h2l + 8h2o (1) the dpc (h4l) is oxidized to diphenylcarbazone (h2l), whereas cr(vi) is reduced to cr(iii) forming the pink/violet color complex cr(iii) diphenylcarbazone [cr(iii)(hl)2] +, the reaction occurs in acid medium and the complex has maximum absorbance at 540 nm. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 66 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 figure 2. a) analytical curve in the range of 0.05 0.75 mg l-1; b) colors related with standards used in analytical curve. 3.2 validation and application the limits of detection (lod) and quantification (loq) were calculated according international union of pure and applied chemistry (iupac) recommendations13. the lod and loq of method proposed were 0.6 and 2 mg kg-1, respectively. these values were obtained after multiplying the lod and loq values from the analytical curve by the dilution factor (20,000fold). the precision estimated as the relative standard deviation (%rsd, n=7) was determined from seven measurements for the extractions performed on a sample of leather with a concentration of 14 mg l-1 of cr(vi), and the rsd obtained was 7.5%. to evaluate the accuracy of the proposed method, addition and recovery experiments were employed. samples were spiked with standard solutions of 50 mg l-1 cr(iii) and 50 mg l-1 cr(vi) before alkaline extraction, and the obtained recoveries were in the range 98-124%. the results are shown in table 2. no species conversion (oxidation) from iii to vi was observed. in addition, the results obtained through the method developed in this research were compared to those obtained by a reference method using uvvis, and the results of the concentrations of total cr, cr(iii) and cr(vi) are presented in table 3. a statistical evaluation using two-sample t-test showed that there is no difference between the cr(vi) values obtained with the use of the proposed and the reference method at the 95% confidence level. the concentrations of cr(vi) determined in the bovine leather samples tanned with cr salts showed, as expected, the highest values, varying from 1420 – 2100 mg kg-1. on the other hand, the ovine leather samples tanned with vegetable tannins presented cr(vi) concentration lower than the loq of the proposed method. the samples analyzed show values of cr(vi) concentration above the limits set by the european union that established a maximum concentration of cr(vi) of 3 mg kg1 14. the use of vegetable tannins shows this treatment is in accordance with principles of green chemistry. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 67 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 table 2. samples spiked with standard solutions of cr(iii) and cr(vi) before alkaline extraction and % trueness of cr(vi) (mean ± standard deviation; n=3). table 3. determination of total cr by icp oes and cr(vi) in leather samples by uv-vis and proposed method. the cr(vi) values found are high and worrisome, since studies with sensitized individuals revealed that at a level of 5 mg kg-1 of cr, half of the people evaluated presented allergic skin reactions15. normally, leather tanning involves the use of cr(iii). however, there have been many reports that cr(vi) has been abnormally detected in some leather samples, but this has been widely debated16. in time, the chemicals used in production and other environmental factors, such as heat and light, may cause changes and deformations in leather products, e.g., oxidation of cr(iii) to cr(vi), a decrease in shrinkage temperature, fading or yellowing color, a loss of leather samples simultaneous addition (mg l-1) of cr(iii) and cr(vi) found (mg l-1) cr (vi) % recovery (crvi) sample 1 (bovine) 0 18 ± 1 50 76 ± 5 116 sample 2 (bovine) 0 21 ± 1 50 76 ± 4 110 sample 3 (bovine) 0 14 ± 1 50 67 ± 2 106 sample 4 (bovine) 0 19 ± 1 50 69 ± 3 100 sample 5 (ovine) 0 50 57 ± 3 114 sample 6 (ovine) 0 50 62 ± 4 124 sample 7 (ovine) 0 50 49 ± 3 98 leather samples concentration (mg kg -1 ) total cr cr(iii) cr(vi) reference method (icp oes) total cr cr vi proposed method (digital image) reference method (uv-vis) sample 1 (bovine) 16419 ± 435 14609 ± 545 1810 ± 113 1728 ± 105 sample 2 (bovine) 16917± 261 14817 ± 345 2100 ± 85 2006 ± 87 sample 3 (bovine) 15091± 471 13671 ± 528 1420 ± 57 1337 ± 112 sample 4 (bovine) 20445 ± 688 18535 ± 815 1910 ± 127 1795 ± 96 sample 5 (ovine) 19 ± 2 <loq <loq sample 6 (ovine) 25 ± 2 <loq <loq sample 7 (ovine) 10 ± 3 <loq <loq https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 68 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 physical resistance, and odor problems due to oxidation of fat liquors or formaldehyde release. these deformations generally occur due to oxidant groups – free radicals, which arise depending on these factors. 3.3 note to faculty in technological terms, our society has changed substantially in the last decades. not only did computers become ubiquitously part of school space or homes, but mobile phone also invaded the hands of students and teachers. it is well known in the literature that teacher can use tools accessible to students, aiming at a contextualized teaching. contextual teaching draws the attention of students, since the reality of their day can be lived in the classroom. nowadays every student has a mobile phone, and this may be an opportunity for the teacher to introduce chemical concepts from colorimetric experiments, in which students use their mobile phone as an instrument of analysis. this type of activity addresses the concept of contextualized teaching. in the experiments proposed in this study using a mobile phone, we highlight the importance of the used app (photometrix), which facilitates the development of the class and student learning. in this sense, the use of these tools can be a strategy used by teachers in experimental classes, with the purpose of contributing to the intellectual development and awakening the scientific interest of these students who could become future researchers. from this experiment, several chemical concepts can be approached in the classroom and are listed below: • quantitative analysis; • chemical speciation; • environmental chemistry; • solution preparation and construction of a calibration curve; • sample preparation; • planning and executing experiments through the use of appropriate chemical literature and electronic resources; • the use of statistical tools can also be approached from analyzing data statistically, assessing the reliability of experimental results, and discussing the sources of systematic and random error in experiments; • validation of the analytical procedure. 3.4 students opinion about the use of photometrix in experimental class currently, many students have a mobile phone and are willing to install a free app, such as the photometrix. this approach shows that it is possible to use materials in the daily lives of students in the classroom. the utility of this method lies not only in its efficacy for determining cr(vi) concentration via the measurement of a color change but also in its robustness in a range of factors, including lighting conditions and picture quality, which can vary dramatically from one classroom to another. in addition, the samples used in this experiment can be easily obtained and are present in the daily lives of the students. the students found the experiment interesting, mainly because they could compare the results obtained with photometrix with those obtained with an equipment, such as a uv-vis as was performed in this study. the students’ evaluation from the experimental procedure was very positive, mainly due to the fact they used their own mobile phones in data acquisition and treatment. this experiment was performed in a course named “qualitative and quantitative analysis in chemistry” and at the end of at least 4 experimental classes performed in different semesters, 20 students answered some questions about the use of photometrix in the experimental classes. figure 2s summarizes the students’ opinions. 4. conclusions the proposed method for cr(vi) speciation and determination in leather samples using digital images from mobile phones was shown to be very efficient. the results obtained with the proposed procedure demonstrated good accuracy with values obtained from a reference method by uv-vis. this method can be used in routine analyses for determination of cr(vi) in leather samples. in addition, the method can be used in experimental analytical chemistry courses. the students can be motivated by learning that their mobile phones can be used as effective analytical devices. another benefit of this approach is that students can see with their eyes what they are measuring and understand. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 69 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 5. acknowledgments this study was supported by the são paulo research foundation (fapesp, 2016/01513-0), the conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq, 401074/2014-5 and 305637/2015-0), and embrapa. this study was financed in part by the coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior brasil (capes) finance code 001. 6. references [1] sussulini, a., arruda, m. a. z., determinação de cromo (vi) por espectrometria de absorção atômica com chama após a extração e préconcentração no ponto, eclet. quím. j. 31 (2006) 73-80. https://doi.org/10.1590/s010046702006000100009. 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journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 supplementary material chromium speciation in leather samples: an experiment using digital images, mobile phones and environmental concepts figure 1s. a) wooden box with a holder to attach the phone and a hole for the phone camera; b) profile of the interior of the wooden box with the sample; c) wooden box with the phone in the holder. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 72 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 question summary 1 – what is your opinion about the operation and results interpretation obtained from photometrix? 2 – did you have an idea about this type of mobile phone application before this experimental class? 3 – could you use photometrix in your other classes? acceptable complicated easy very easy 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 porcentage (%) s tu d e n ts o p in io n no yes 0 30 60 90 percentage (%) s tu d e n ts o p in io n yes no i dont know 0 30 60 90 percentage (%) s tu d e n ts o p in io n https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 73 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 4 – would you like photometrix to be used in other experimental classes? 5 – what is your opinion about the use of photometrix and instrumental techniques? figure 2s. students’ opinions about the use of photometrix in the experimental class. yes no 0 25 50 75 100 percentage (%) s tu d e n ts o p in io n https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 74 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 table s1. operational parameters for icp oes determinations. instrument parameter operational conditions radio frequency applied power (kw) 1.15 integration time for low emission line (s) 15 integration time for high emission line (s) 5 sample introduction flow rate (ml min-1) 2.1 pump stabilization time (s) 5 argon auxiliary flow rate (l min-1) 0.5 argon plasma flow rate (l min-1) 12 argon nebulizer flow rate (l min-1) 0.7 replicates 3 element and wavelength (nm); view modes: axial and radial. cr i (283.5) https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 original article 75 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 62-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p62-74 summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | special issue | 2019 | summary editorial board ........................................................................................................................................ 3 editorial .......................................................................................................................................... 4 editor’s note............................................................................................................................................. 5 instructions for authors ..................................................................................................................... 6 original articles electrochemical degradation of aqueous alachlor and atrazine: products identification, lipophilicity, and ecotoxicity ................................................................................................................................................... 12 rafaely ximenes de sousa furtado, eduardo bessa azevedo, artur de jesus motheo electrodeposition study of the cu-zn-mo system in citrate/sulfate medium ............................................ 26 hugo sousa santos, alessandra alves correa, murilo fernando gromboni, lucia helena mascaro application of ultrafiltration and electrodialysis techniques in lactic acid removal from whey solutions . 39 renata oberherr, renata fioravante tassinary, letícia vognach, simone stülp membraneless ethanol,o2 enzymatic biofuel cell based on laccase and adh/nad+ bioelectrodes ........ 46 paula gonçalves fenga, franciane pinheiro cardoso, sofia nikolaou, adalgisa rodrigues de andrade http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 4 | 2021 | summary editorial board .............................................................................................................. 3 editorial ........................................................................................................................... 4 database ........................................................................................................................... 5 instructions for authors ........................................................................................... 6 review article green synthesis of iron oxide nanoparticles for biomedical application and environmental remediation: a review ................................................................................................................................................................ 17 sunday adewale akintelu, abel kolawole oyebamiji, seyifunmi charles olugbeko, aderonke similoluwa folorunso original articles bioadsorption of lead(ii) over the pulp of acrocomia aculeata ................................................................. 38 alexandra novak, fátima yubero, diana diez-pérez-núñez, fernando luis fertonani, brenda gisselle da silva britez, yenny gonzalez variability levels of selected amino acids among mandarins produced in uruguay .................................. 47 sofía rezende, sabrina banchero, ignacio migues, maría veronica cesio, carlos fernando rivas, horacio heinzen, maría natalia besil effect of the deformation parameter on the nonrelativistic energy spectra of the q-deformed hulthenquadratic exponential-type potential ........................................................................................................... 60 ushie patrick obogo, ofem egbe ubi, collins okon edet, akpan ndem ikot http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 4 | 2021 | 47 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 variability levels of selected amino acids among mandarins produced in uruguay sofía rezende1,2 , sabrina banchero2 , ignacio migues3 , maría veronica cesio3 , carlos fernando rivas4 , horacio heinzen3 , maría natalia besil1+ 1. university of the republic of uruguay, chemistry department of litoral, paysandú, uruguay. 2. technological university, southwest regional technological institute, paysandú, uruguay. 3. university of the republic of uruguay, faculty of chemistry, montevideo, uruguay. 4. national institute for agricultural research, salto, uruguay. +corresponding author: maría natalia besil, phone: +598-4722-7950, email address: nbesil@fq.edu.uy article info article history: received: july 27, 2020 accepted: july 16, 2021 published: october 01, 2021 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. mandarins 2. amino acids 3. nutraceuticals 4. high performance liquid chromatography-mass spectrometry abstract: nutraceutical properties of mandarins are of great interest to promote their consumption. the occurrence of free amino acids in foods is relevant to assess the nutritional value of it. to learn more about the amino acids’ occurrence and variability between species, a targeted metabolomics study in ‘ellendale’, ‘willowleaf’ and ‘page’ varieties was performed through ion exchange liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry. the studied amino acids were asparagine, glutamic acid, glutamine, histidine, methionine, phenylalanine, proline, threonine and tyrosine. the difference between two consecutive seasons was evaluated, as well as the influence of fruit maturity of ‘page’ collected in two periods of 2015. the analytical methodology was validated. the concentration of the compounds through principal component analysis, separated well apart the three cultivars in both harvests, showing a particular profile for each of them. when comparing mature and immature cultivar ‘page’, the amino acids with higher levels in mature samples were histidine, asparagine, glutamine and glutamic acid. the profiles were different due to genetic diversity, and the climatic conditions. these results add value to citric production. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 mailto:nbesil@fq.edu.uy http://orcid.org/0000-0002-7556-9731 http://orcid.org/0000-0002-0035-1076 http://orcid.org/0000-0003-4259-7290 http://orcid.org/0000-0003-4334-8317 http://orcid.org/0000-0003-3148-5146 http://orcid.org/0000-0001-8985-478x http://orcid.org/0000-0003-3687-0449 original article iq.unesp.br/ecletica 48 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 1. introduction in recent years, the consumption of healthy foods by the world population has been increasing. the knowledge on food composition seeking a healthier life boosts consumer demand for foods with low amounts of additives, fewer colorants, nontransgenic, with beneficial health properties beyond their own nutritional capacity (fernández, 2007). particularly, citrus fruits contain nutritious ingredients and their consumption is associated with a reduction in the risk of cardiovascular diseases, diabetes and cancer, linked to the presence of flavonoids among other compounds with antioxidant and anti-inflammatory activity (khan et al., 2014; xi et al., 2014). nevertheless, the presence and contribution of amino acids to the healthy properties of citrus fruits has not been acknowledged in recent reviews (lado et al., 2018). it is reported that the amino acids present in different foods are used as nutraceuticals for the treatment and prevention of diseases (sharma et al., 2016). it is also known that amino acids are essential nutrients in the diet and supplements containing them can be beneficial in strict vegetarian people. recent studies suggest that a supplementation of tryptophan could improve the therapeutic treatment of patients with anorexia nervosa (haleem, 2017). besides, the supplements containing essential amino acids together with keto acids is beneficial to ensure an adequate supply of essential amino acids in patients with chronic kidney disease (cupisti and bolasco, 2017). particularly, mandarins have eight of the nine essential amino acids (histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan and valine), which makes their consumption beneficial to human health, but the content of free amino acids is different depending on the variety. the total content of amino acids in satsuma mandarin has been reported as 15 μmol g–1, being the most abundant ones aspargine (3.5 μmol g–1), arginine (2.4 μmol g–1), aspartic acid (2.0 μmol g–1), proline (1.5 μmol g–1) and glutamine (1.0 μmol g–1). meanwhile, the remaining amino acids are in concentrations lower than 1 μmol g–1. besides, in mandarin juices the most abundant amino acids are proline (1 mg ml–1), arginine (0.85 mg ml–1), asparagine (0.18–0.86 mg ml–1), aspartic acid (0.24– 0.50 mg ml–1), glutamic acid (0.17–0.34 mg ml–1), serine (0.12–0.26 mg ml–1), alanine and phenylalanine (0.60–0.15 mg ml–1). the total content of free amino acids changes during the maturity of the fruit, being proline and arginine those that showed the most substantial changes (ladanyia, 2008). in citrus fruits, free amino acids play an important role as osmoprotectants, but also their connection to disease resistance had been highlighted (killiny and hijaz, 2016; sadka et al., 2019). although amino acids are compounds which belong to the primary metabolism, their contribution to specific adaptive properties to stress places them as contributors to the role of secondary metabolism. secondary metabolites are normally at concentration levels of one or two orders of magnitude lower than primary metabolites. given the reported amounts of amino acids in citrus fruits, it could be of interest to study the changes they go through between two different cropping years, with distinct water availability during fruit development. to study these changes, coupling analytical determinations with statistical analyses is the most appropriate strategy (dewick, 2009). within this frame, the study of changes in the amino acids profile, using the concepts of targeted metabolomics was faced using liquid chromatography-tandem mass spectrometry. up to date, there have not been studies using a targeted determination by ion exchange liquid chromatographymass spectrometry (lc-(esi)-ms/ms) of the occurrence of amino acids in mandarins produced in the region. these data allow the regional and national industries to characterize and differentiate their production from a nutraceutical point of view. with this idea in mind, the inter-cultivar composition variability of nine amino acids in cultivars willowleaf, page and ellendale, as well as the variations between two consecutive harvests, is presented in this work. 2. materials and methods 2.1 samples mandarin samples were bred at instituto nacional de investigación agropecuaria (inia) — salto grande (31°16’18” s 57°53’26” w) in two consecutive harvesting seasons during 2015 and 2016. fruits were harvested at their optimal fruit ripening and stored at – 20 °c until processed. a total of 59 samples of mandarins of three different genetically stable cultivars: willowleaf (citrus reticulata), page (tangelo minneola × clementina), ellendale (citrus sinensis × citrus reticulata) were selected for this study. in the sampling process, 10 mandarins were taken from each tree randomly. at the time of harvest, the quality parameters of the fruit (titratable acidity, soluble solids, texture, internal and external color) were evaluated to ensure that the maturity between the varieties was the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 49 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 same. in the case of ‘page’ (2015), the samplings were carried out in may and july in order to evaluate the amino acids profile for the same variety at different maturity stages. 2.2 reagents and materials high purity amino acid standards were provided by sigma-aldrich. individual standard solutions were prepared at a concentration of 1000 mg l–1, using a mixture of 50:50 ch3oh:h2o 0.1% formic acid (hcooh) as solvents. subsequently, a mix of 10 mg l–1 was prepared, containing all the purchased amino acids, making the corresponding dilutions from the different standard solutions. ultra-pure water was used as solvent for the mobile phase and acidified water with 1 mmol l–1 citric acid (analar-bdh chemical ltd poole england) and finally adjusted to ph 11 with dimethylamine (dma). methanol (pharmco-aaper) quality uv-hplc and chloroform (j.t. baker) quality hplc were used as extraction solvents. for the extraction procedure, 50 ml conical polypropylene tubes, 5 ml syringes and 0.45 μm hydrophobic ptfe filters were used. vials of 12 and 4 ml to store the samples, and vials for automatic sampling of 2 ml with screw cap and septum for injection in the chromatographic equipment were used. 2.3 apparatus and experimental conditions the lc-(esi)–ms/ms analysis was performed with an agilent 1200 lc system (agilent technologies, palo alto, ca, usa) coupled to a 4000 qtrap lcms/ms system from ab sciex™ (framingham, massachusetts, usa) run in the scheduled ms/msmode. the lc-separation was performed on a dionex as11 (250 × 2 mm, 4 µm) ion exchange column. the column temperature was 40 ºc and it was reconstituted after de analysis with a solution of naoh 30 mmol l–1. the operation of the lc gradient involved the elution program described in fig. 1, a: water; b: water 1 mmol l–1 citric acid and adjusted to ph 11. it was run at 300 µl min–1. the injection volume was 5 µl. the ms/ms detection was performed with a qqq analyzer in the multiple reaction monitoring (mrm) mode using an electrospray ionization (esi) interface in the negative ion mode (bringans et al., 2011). the ionization voltage was 5000 v, the nebulizer and the curtain gases were nitrogen at 50 psi each. the solvent evaporation in the source was assisted by a drying gas (heated nitrogen at 500 °c per 50 psi). the optimal mrm transitions, collision energies (ce), cell exit potential (cxp) and declustering potentials (dp) for each investigated compound were determined infusing with a syringe directly the amino acids individual standard solutions to the instrument at a constant flow of 10 µl min–1. figure 1. lc-ms/ms elution program. 2.4 instrumental identification the criteria used for identification of the targeted analytes using mrm acquisition mode, based in mass spectrometry pesticide residue analysis guidelines, were retention time of the analyte corresponding to that of the calibration standard (0.1 min of tolerance) and the precursor ion that yields product ions of specific m/z., called transitions. additional confirmation was achieved evaluating the reference ion ratio. the reference ion ratio (m/z ratio) is the average obtained in solvent of standards measured in the same sequence and under the same conditions as the samples [intensity(m/z)transition/(intensity(m/z)parent)]. the mrm transitions ratio from sample extracts should be within ± 30% (relative) of average of calibration standards tolerance deviation (eurl, 2017). 2.5 amino acids extraction the amino acids were extracted from mandarins pulp with a methodology adapted from verpoorte et al. (2007). for the extraction of the amino acids, 2.0 ± 0.1 g of frozen crushed pulp were placed in a 50 ml polypropylene centrifuge tube together with 8 ml of chcl3 (lichrosolv, merck, germany), 4 ml of meoh (lichrosolv, merck, germany), and 4 ml of ultrapure water (millipore milli-q ultrapure water solutions type 1). the resulting suspension was vortexed for 30 s and sonicated for 60 s. it was then centrifuged for 5 min at 1400 xg, the phases were separated, and 8 ml of chcl3 were added to the aqueous phase. the whole http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 50 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 process was repeated, and the organic phases were combined and stored for future analysis. the aqueous extract was filtered, distilled under reduced pressure to remove meoh, and then lyophilized to remove water (migues et al., 2021). finally, the freeze-dried extract was dissolved in water and citric acid adjusted to ph 11 with dma, filtered and placed in a 2 ml injection vial. 2.6 study of linearity and limit of quantification (loq) the loq and linearity were determined from the calibration curves performed in solvent for each analyte. to establish the linear range, curves that have a correlation coefficient greater than 0.99 and a good visual adjustment were considered acceptable. the loq was determined by the lowest level of concentration studied in which a signal-to-noise ratio greater than 10 was obtained and an adequate peak shape with correct superposition between transitions was observed. 2.7 statistical analysis for data treatment, the xlstat version 2015 software was used, as well as the principal component analysis (pca) and levene’s test for homogeneity of variances. a student’s t test was applied to the results obtained for two samples, assuming equal variances with 95% confidence. this test assumes normal distribution and homogeneity of variances between the samples. for the samples that did not present homogeneous variances, a student’s test was performed for two samples with unequal variances. for the classification of mandarin varieties, to evaluate their diversity, and to identify outliers within each class, pca was employed. for the identification of the most relevant amino acids between harvests, a discriminant analysis of partial least squares (pls-da) was performed using metaboanalyst software (version 4.0) (chong et al., 2018; chong and xia, 2018). pareto scaling was applied to minimize the weight of large values while maintaining data structure partially intact (van den berg et al., 2006). the models derived from pls-da were validated using permutation tests of 100 iterations where the classes were randomly reassigned, two thirds of the data were used as training data to build a classifier, and the remaining third of the data was used to test it. the vip scores study based on loadings from the pls analysis show the amino acid that contribute to the separation and differentiation of the two harvests. 3. results and discussion the production of mandarins in uruguay has a broad harvest calendar that covers from the end of february (mid-summer) to the end of october (midspring) according to the different varieties that are cultivated. these numerous varieties have been originated by spontaneous mutations of mandarins or by crossing with other citrus fruits, such as orange or grapefruit (otero et al., 2020). differences in their amino acids profiles are expected due to their wide genetic variety and harvesting times during the year (kefford and chandler, 1970; underwood and rockland, 1953). the amino acids selected for the study, listed in tab. 1, represent a combination of essential amino acids and those with relevant osmoprotective properties. table 1. mass of the ions generated operating in esi negative mode. amino acid, precursor ion and product (m z–1), fragmentation potential (dp), collision energy (ce), input potential (ep), cell output potential (cxp) is from the mass analyzer operating in esi mode negative. amino acid precursor ion (m z–1) product ion (m z–1) dp (v) ep (v) ce (v) cxp (v) asparagine 132.0 88.0 –10 –10 –16 –8 132.0 115.0 –10 –10 –16 –10 132.0 71.0 –10 –10 –18 –6 glutamine 145.0 128.0 –10 –10 –12 –6 methionine 148.0 47.0 –10 –10 –22 –6 phenylalanine 164.0 147.0 –70 –10 –18 –25 164.0 103.0 –70 –10 –24 –15 164.0 72.0 –70 –10 –20 –11 continue… http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 51 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 tyrosine 180.0 163.0 –80 –10 –20 –27 180.0 119.0 –80 –10 –26 –19 threonine 118.0 74.0 –55 –10 –16 –11 118.0 72.0 –55 –10 –14 –11 proline 114.0 68.0 –75 –10 –18 –9 114.0 66.0 –75 –10 –20 –11 histidine 154.0 109.0 –40 –10 –12 –17 154.0 93.0 –40 –10 –26 –13 154.0 137.0 –40 –10 –20 –21 glutamic acid 146.0 102.9 –50 –10 –18 –15 146.0 128.0 –50 –10 –18 –9 3.1 targeted analysis taking into account that the level of the concentrations of free amino acids reported in mandarins are in the order of μg/kg, as well as the polarity of the moieties, the most suitable analytical approach for their analysis is liquid chromatography coupled to mass spectrometry. due to the ionic behavior of these compounds, the use of the reverse phase in liquid chromatography (lc) is not the best selection for the analysis. the reported methods show that it is possible to analyze them directly, using an ion exchange column (piraud et al., 2003), polar columns (yao et al., 2013), or indirectly, using derivatization (alterman and hunziker, 2012). particularly, in this work the analysis was performed using an ion exchange column, as it is described in section 2.3, to avoid the standardization of the derivative reaction and make the analysis simpler. for the analysis it was necessary to optimize the chromatographic separation with an ion exchange column (fig. 2), as well as the tandem mass detector conditions described above (tab. 1). figure 2. multi reaction monitoring (mrm) chromatogram of the nine studied amino acids at a 1 mg l–1 level. the final instrumental method was based on the mrm operation mode, which is a highly specific and sensitive mass spectrometry operation mode that can selectively quantify compounds in a complex matrix http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 52 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 (bringans et al., 2011; wright et al., 2015). multiple reaction monitoring provides high selectivity to the determination, enhancing the signal to noise (s/n) ratio of the peaks, improving the overall sensitivity. in summary, the triple quadrupole configuration allows to work in tandem mass spectrometry configuration. the first quadrupole acts as a filter for the [m-h]– ions generated in the esi source, they are then guided to a second quadrupole which is a collision chamber. the [m-h]– ions (precursor ion) degrade to fragmented ions (product ions). the third quadrupole filters the product ions, eliminating the back noise that spoils the s/n relationship. the transitions from the precursor ion to the product ion are highly specific and are the basis for the high selectivity and sensibility of the mrm acquisition mode. in this work, precursor ions, declustering potential, product ions, cell exit potential and collision energies were determined by direct infusion of each analyte. it is important to notice that, for each precursor ion, different collision energies and cell exit potential are settled in order to enhance the production of each product ion and, as a consequence, a better s/n ratio will be obtained. for mrm compounds optimization and mrm quantitative analysis, amino acids standards are necessary. focused on the instrumental confirmation of the analytes, two transitions were monitored, and a time-scheduled acquisition method was developed. however, this criterion has not been accomplished for glutamine and methionine, it was only possible to optimize just one transition for each of these compounds. 3.2 linearity and loq the linearity was evaluated with calibration curves in solvent in a range between 5–1000 μg l–1. for all the amino acids in study a linear adjustment was obtained with a correlation coefficient higher than 0.99 in a range that varies with the analyzed compound. the linear ranges for each compound were set from the loq value to 1000 μg l–1. the loqs obtained were 10 μg l–1 for asparagine, methionine and threonine, 20 μg l–1 for phenylalanine and glutamic acid, 50 μg l–1 for histidine, 100 μg l–1 for glutamine, 250 μg l–1 for tyrosine and 500 μg l–1 for proline, respectively. 3.3 sample analysis a total of 59 mandarin samples were analyzed (33 belonging to the 2015 harvest and 26 to the 2016 harvest). the samples from 2015 were: 10 cultivar ellendale, 13 cultivar page and 10 cultivar willowleaf. while the ones from 2016 were: 10 cultivar ellendale, 9 cultivar page and 7 cultivar willowleaf. to study the variability of the amino acids content during maturation of cultivar page, a total of 23 samples collected in may and july of 2015 were tested. the content of each amino acid (expressed as μg g–1 of dried extract) present in the different varieties in two years of production are presented in tabs. 2 and 3. the amino acids were distributed in a wide range of concentration as it was reported by ladanyia (2008). the amino acid with higher concentration was a different one in the three studied varieties. ellendale presented proline, as the amino acid with higher concentration in both years of production studied, while ‘willowleaf'’ was characterized by the presence of asparagine and for cultivar page the prevalent ones were proline and asparagine in both harvests, being the concentration level of glutamic acid remarkably close to the levels of the other two. table 2. average, maximum and minimum concentrations of the nine amino acids for the three varieties year 2015. harvest 2015 ‘willowleaf’ ‘ellendale’ ‘page’ concentration (µg g–1) average minimum maximum average minimum maximum average minimum maximum glutamic acid 266.0 240.0 500.0 163.0 89.0 305.0 577.1 358.9 1360.6 asparagine 1215.7 40.0 4560.0 2021.4 811.0 3556.0 806.4 66.0 1369.0 phenylalanine 26.2 16.0 35.0 196.1 89.0 254.0 46.0 12,0 92.0 glutamine 665.8 18.0 2593.0 200.6 101.0 362.0 55.9 10.0 86.0 histidine < loq < loq < loq 33.8 26.0 61.0 < loq < loq < loq methionine < loq < loq < loq < loq < loq < loq < loq < loq < loq proline 6.7 1.0 11.0 7431.0 330.6 11615.5 996.9 641.2 1440.2 tyrosine < loq < loq < loq 77.9 37.0 111.0 11.3 6.0 20.0 threonine 15.8 7.0 35.0 84.8 45.0 114.0 16.2 9.0 38.0 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 53 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 table 3. average, maximum and minimum concentrations of the nine amino acids for the three varieties year 2016. harvest 2016 ‘willowleaf’ ‘ellendale’ ‘page’ concentration (µg g–1) average minimum maximum average minimum maximum average minimum maximum glutamic acid 348.1 51.0 963.0 280.0 195.0 346.0 1457.4 865.0 1969.3 asparagine 5629.2 3148.0 8044.0 1377.1 517.0 2769.0 2255.5 1128.3 2985.2 phenylalanine 60.1 39.0 76.0 130.0 81.0 264.0 83.6 69.4 99.4 glutamine 340.9 114.0 570.0 231.7 66.0 689.0 148.5 103.0 231.0 histidine < loq < loq < loq 68.2 40.0 127.0 19.8 10.0 33.0 methionine 2.0 1.0 3.0 < loq < loq < loq < loq < loq < loq proline 18.6 13.0 24.0 4293.6 3055.0 5627.0 1601.1 634.0 3429.0 tyrosine < loq < loq < loq < loq < loq < loq 43.0 24.0 96.0 threonine 3.1 2.0 5.0 97.4 67.0 146.0 26.3 19.0 45.0 in general, asparagine showed a wide range of concentrations among all the varieties. low concentration levels of threonine, methionine and tyrosine were observed in the three varieties. moreover, low concentrations ranges were observed for these amino acids in both evaluated years. for ‘willowleaf’ it was only possible to identify but not to quantify histidine and tyrosine because they concentration levels were below the loqs. same scenario was seen for asparagine, glutamine, threonine and methionine in ‘ellendale’; and for ‘page’, methionine was not detected in neither of the studied years of production. these results are in line with previous literature reports which assigned the variability in the mandarins amino acids composition to their wide genetic variety and their harvest time during the year (otero et al., 2020; underwood and rockland, 1953). 3.4 statistical analysis a student’s t-test was carried out to study if the amino acid profiles were the same in each variety in the harvest of 2015 and 2016. the results for ‘willowleaf’ variety showed that the concentrations of the amino acids asparagine, phenylalanine and proline have significant differences, while glutamine, methionine and glutamic acid have no significant differences. cultivar ellendale showed that glutamic acid, phenylalanine, histidine, tyrosine and proline presented significant differences between their concentrations. for cultivar page, it was observed that glutamic acid, asparagine, phenylalanine, glutamine, proline, tyrosine and threonine present significant differences, while histidine did not present significant differences. the student’s t-test was also carried out for ‘page’ harvested in may and july 2015 to study the differences in the amino acid profiles due to ripening. the results show that there are no significant differences between the concentration levels of the amino acids: glutamic acid, asparagine, phenylalanine, tyrosine and threonine. however, significant differences were observed for glutamine, histidine and proline. the difference between the amino acids’ profiles can be explained by the influence of several factors, such as genetic, maturity, the position of the fruit in the tree, management of the plant, climatic conditions and field factors (otero et al., 2020; underwood and rockland, 1953). the differences in appearance and taste that distinguish the different types and varieties of citrus are fundamentally differences in chemical composition because of genetic factors (underwood and rockland, 1953). after the evaluation of the amino acid profiles in each mandarin variety, a pca was carried out to study the differentiation of these varieties due to their amino acids composition. the pca was implemented separately for the 2015 and 2016 samples. 3.4.1 principal component analysis (pca) of 2015 samples in the pca carried out for the varieties harvested in 2015, a slight separation between samples was achieved. according to the concentration levels, cultivar ellendale is characterized by the presence of threonine, histidine, proline, phenylalanine and tyrosine; the cultivar page is distinguished by containing a high concentration of glutamic acid; while ‘willowleaf’ mandarin is differentiated by its content of methionine and glutamine (fig. 3). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 54 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 figure 3. principal component analysis of the three varieties of mandarin harvested in 2015 (1: ‘willowleaf’; 2: ‘ellendale’; 3: ‘page’). 3.4.2 principal component analysis of ‘page’ may-july 2015 samples page variety harvests were carried out in two periods of the same year, in may and july 2015, being able in this way to compare the amino acid profiles of the fruit depending on the ripening grade (tab. 4). lin et al., (2015) reported that the concentration of free amino acids may increase or decrease depending on the maturity of the fruit. in this study, it was observed that some amino acids content increased (glutamic acid, asparagine and phenylalanine) upon maturity. the level of proline slightly decreased and a possible explanation for this result is the well-known increment in sugars concentration upon maturation, which will also increase the osmotic pressure within the juice sacs and, therefore, the contribution of proline as osmoprotectant is no longer needed (torres et al., 2007). the results of the pca (fig. 4) showed a differentiation between mandarins at different harvest times, being those of july better represented by the amino acids histidine, asparagine, glutamine and glutamic acid. table 4. average, maximum and minimum concentrations of the nine amino acids for the variety ‘page’ may-july 2015. harvest 2015 ‘page’ may ‘page’ july concentration (µg g–1) average minimum maximum average minimum maximum glutamic acid 589.7 178.0 976.5 1457.4 865.0 1969.3 asparagine 2378.8 43.7 8378.3 2255.5 1128.3 2985.2 phenylalanine 45.8 30.6 74.0 83.6 69.4 99.4 glutamine 345.2 24.8 943.2 148.5 103.0 231.0 histidine 126.6 5.8 260.4 19.8 10.0 33.0 methionine < loq < loq < loq < loq < loq < loq proline 1803.6 947.8 2947.9 1601.1 634.0 3429.0 tyrosine 14.7 3.7 20.3 43.0 24.0 96.0 threonine 19.5 1.7 24.6 26.3 19.0 45.0 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 55 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 figure 4. principal component analysis of ‘page’ variety with different degree of maturity (3a: may harvest; 3b: july harvest). 3.4.3 principal component analysis of 2016 samples for the varieties harvested in 2016, there is a clear differentiation between the samples of the three cultivars ellendale, page and willowleaf. ‘ellendale’ was characterized for its high concentration levels of glutamine, phenylalanine, histidine and threonine; whereas cultivar page is represented by its high content of glutamic acid and tyrosine; and asparagine and methionine were the major amino acids for cultivar willowleaf samples (fig. 5). figure 5. principal component analysis of the three varieties of mandarin harvested in 2016 (1: ‘willowleaf’; 2: ‘ellendale’; 3: ‘page’). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 original article iq.unesp.br/ecletica 56 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, xx-xx issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.pxx-xx 3.4.4 discriminant analysis of partial least squares of the varieties harvested in 2015 and 2016 the comparison between ellendale variety harvested in 2015 and 2016 indicate that the amino acid that weighted the most in the differentiation between both years is proline followed by asparagine (fig. 6a). in page variety, the most important amino acid for this classification was asparagine followed by glutamic acid and proline (fig. 6b). figure 6. the vip score plots of the pls analysis performed on ‘ellendale’ (a) and ‘page’ (b) cultivated in 2015 and 2016. in the case of ‘willowleaf’ (fig. 7a), asparagine was the amino acid that showed greater changes between harvests followed by glutamic acid and proline, the same was as in cultivar page. when this analysis was performed with all the three samples together (fig. 7b), the results also indicate asparagine, glutamic acid and proline as the amino acids that suffered the most drastic change between one harvest and the other. figure 7. the vip score plots of the pls analysis performed on ‘willowleaf’ (a) and the three varieties together (b) cultivated in 2015 and 2016. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica 57 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 even though the most abundant amino acid for each variety was the same between harvests (see section 3.2), this type of analysis allows to identify the most important concentration changes between one harvest and the other. these changes could also be attributed to environmental conditions during maturation process as 2016 was characterized by a larger precipitation range than 2015 specially during the first months of each year (inia, 2017). 4. conclusions a sensitive methodology for the underivatized analysis of amino acids in mandarins was developed and applied to the extraction and determination of nine amino acids: asparagine, glutamic acid, glutamine, histidine, methionine, phenylalanine, proline, threonine and tyrosine. fifty-nine mandarin samples were analyzed, and the results showed the differences between the amino acid profiles which allow to differentiate the varieties. the most abundant amino acid of each variety was the same in both harvests, however, it was observed that there were significant differences in the concentrations of amino acids between the two years. these differences were also observed when comparing the evolution of the amino acid profiles of cultivar page upon maturation. the increase in sugar concentration dropped down the proline levels. the results could be explained by the genetic differences between the varieties, as well as due to the environmental conditions. osmoprotectants as proline showed lower levels in the rainy year 2016 (zulfiqar et al., 2020). the analysis of the main amino acids profile in different mandarin varieties using targeted mrm determination by lc-ms/ms proved to be a straightforward methodology to broaden marketing opportunities for the citrus industry, giving emphasis to the health-promoting effects of mandarins consumption due to their amino acids composition. authors’ contribution conceptualization: heinzen, h.; besil, n. data curation: not applicable formal analysis: rezende, s.; migues, i.; banchero, s. funding acquisition: not applicable investigation: not applicable methodology: rezende, s.; migues, i.; banchero, s. project administration: rivas, c. f.; heinzen, h. resources: rivas, c. f. software: not applicable supervision: cesio, m. v.; besil, n. validation: rezende, s.; migues, i.; banchero, s. visualization: not applicable writing – original draft: rezende, s.; migues, i. writing – review & editing: cesio, m. v.; heinzen, h.; besil, n. data availability statement the data will be available upon request. funding financial support from inia through the l4 funding program, the agencia nacional de investigación e innovación (award pos_nac_2017_1_140316) and the programa de desarrollo de las ciencias básicas (pedeciba). acknowledgments the authors want to thank joanna lado (inia) for her participation during mandarin cultivars sampling. rezende and banchero are grateful to departamento de química del litoral for the possibility of performing their undergraduate thesis. references alterman, m. a.; hunziker, p. amino acid analysis: methods and protocols; springer, 2012. https://doi.org/10.1007/978-1-61779-445-2 bringans, s.; stoll, t.; winfield, k.; casey, t.; davis, t.; albanese, j.; lipscombe, r. protein biomarker research pipeline for developing protein biomarkers for diabetic kidney disease. ab sciex, 2011, 1–5. http://www.proteomics.com.au/wpcontent/uploads/biomarker-pipeline-diabetes-425021101.pdf (accessed 2020-06-10). cupisti, a.; bolasco, p. keto-analogues and essential aminoacids and other supplements in the conservative management of chronic kidney disease. panminerva med. 2017, 59 (2), 149–156. https://doi.org/10.23736/s00310808.16.03288-2 chong, j.; soufan, o.; li, c.; caraus, i.; li, s.; bourque, g.; wishart, d. s.; xia, j. 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file:///c:/users/letícia/google%20drive%20(ctrlkeditorial@gmail.com)/ctrl%20k/clientes/2%20-%20eclética/3-%20volumes/volume%2046/n%204%20-%20outubro/final/wright,%20m.%20j.;%20thomas,%20r.%20l.;%20stanford,%20p.%20e.;%20horvath,%20a.%20r.%20multiple%20reaction%20monitoring%20with%20multistage%20fragmentation%20(mrm3)%20detection%20enhances%20selectivity%20for%20lc-ms/ms%20analysis%20of%20plasma%20free%20metanephrines.%20clin.%20chem.%202015,%2061%20(3),%20505–513.%20https:/doi.org/10.1373/clinchem.2014.233551 file:///c:/users/letícia/google%20drive%20(ctrlkeditorial@gmail.com)/ctrl%20k/clientes/2%20-%20eclética/3-%20volumes/volume%2046/n%204%20-%20outubro/final/wright,%20m.%20j.;%20thomas,%20r.%20l.;%20stanford,%20p.%20e.;%20horvath,%20a.%20r.%20multiple%20reaction%20monitoring%20with%20multistage%20fragmentation%20(mrm3)%20detection%20enhances%20selectivity%20for%20lc-ms/ms%20analysis%20of%20plasma%20free%20metanephrines.%20clin.%20chem.%202015,%2061%20(3),%20505–513.%20https:/doi.org/10.1373/clinchem.2014.233551 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.04.001 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.04.001 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.04.001 original article iq.unesp.br/ecletica 59 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 47-59 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 2014, 161, 230–238. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.04.001 yao, x.; zhou, g.; tang, y.; pang, h.; qian, y.; guo, s.; mo, x.; zhu, s.; su, s.; qian, d.; jin, c.; qin, y.; duan, j.a. direct determination of underivatized amino acids from ginkgo biloba leaves by using hydrophilic interaction ultrahigh performance liquid chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry. j. sep. sci. 2013, 36 (17), 2878–2887. https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 zulfiqar, f.; akram, n. a.; ashra, m. osmoprotection in plants under abiotic stresses: new insights into a classical phenomenon. planta 2020, 251, 3. https://doi.org/10.1007/s00425-019-03293-1 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p47-59 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.04.001 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.04.001 https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 https://doi.org/10.1002/jssc.201201045 https://doi.org/10.1007/s00425-019-03293-1 https://doi.org/10.1007/s00425-019-03293-1 https://doi.org/10.1007/s00425-019-03293-1 https://doi.org/10.1007/s00425-019-03293-1 editorial revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 2 | 2022 | editorial waldemar saffioti, the centennial birth of a distinguished professor (1922-2022) april 16th, 1999 marks the day the eminent chemistry professor waldemar saffioti passed away in araraquara at age 77. among saffioti’s numerous life accomplishments, there are three, in particular, that summarize his visionary and entrepreneurial spirit. firstly, he gave birth to the first chemistry course in sao paulo’s countryside, located in araraquara city, which became the embryo of the current araraquara chemistry institute – unesp (iqar). secondly, in 1976, saffioti started the eclética química journal still published nowadays by the iqar, which has adopted the peer review system since its origin. lastly, the renowned professor wrote some of the chemistry books that helped set the standard for chemistry education and were widely adopted for a long time throughout brazil. born on january 2nd, 1922, in bragança paulista (sp), saffioti became bachelor in chemistry from the university of são paulo (usp), in 1942. as a chemist, he worked at r.f. matarazzo and f. endoquímica s.a. industries for 6 months and as a technical assistant at the rubber laboratory of the instituto agronômico do norte (ministry of agriculture) in belém (pa), brazil, in association with north american scientists from april 1944 – december 1945. from january 1946 to october 1948, saffioti performed his doctoral degree at usp supervised by prof. heinrich reimboldt. on november 13th, 1948, he presented his thesis “on sulfoxide and sulenoxide addition compounds with aryl-carbinol”. during the same period, he taught chemistry at colégio estadual de mogi das cruzes (a high school from 7/1946 to 3/1949). from april 1949 to april 1956, he thought chemistry and physics at the public force officers’ course in sao paulo state. in 1950, he was appointed effective chemistry teacher at instituto de educação caetano de campos (a high school in sp). on this occasion, saffioti built a reputation in chemistry education when, in collaboration with prof. geraldo camargo de carvalho, he wrote a collection of three books to suit the three years of chemistry high school education. shortly after being released, saffioti and camargo’s chemistry collection became a bestseller in brazil being extensively adopted for nearly 20 years. saffioti became a bachelor in physics, in 1955, with a particular interest in nuclear energy. from april to july 1956, he worked as an associate researcher at rio de janeiro’s radiochemistry laboratory of the brazilian center for physical research. in august 1956, he received a scholarship from the national research council (cnpq) to sponsor his training in nuclear energy at pennsylvania state university and at argonne national laboratory. between july 1957 and may 1958, he helped install the nuclear reactor from the atomic energy institute of sp. in 1958, he was appointed assistant professor at the department of mineralogy and petrography (usp), taught physics and chemistry of minerals, and gave several lectures for research centers and universities in the fields of chemistry, nuclear energy, reactors, minerals, and brazilian rubber. those experiences led him to write a book on principles of nuclear energy, edited four times between 1978-1982. in 1962, saffioti was already residing in araraquara and dedicating great energy to overcoming the challenges involved in the foundation of the first chemistry course in sp’s countryside. such challenges involved the construction and installation of laboratories, finding qualified technical-administrative staff, financing and purchasing specialized equipment and chemicals, elaborating the course’s curriculum, installing a fully equipped library, and subscribing to scientific journals. in addition to that, due to the lack of qualified professors in the region, saffioti taught most of the classes until the newly formed chemistry course started to bear fruits. during start-up period, he was also elected several times head of the chemistry department at the current faculdade de filosofia, ciências e letras de araraquara (ffcla). in 1967, saffioti presented his lecturer thesis entitled “on some asymmetric intermolecular complexes created by protonic bonding” dealing mostly with hydrogen bonding. he supervised 61 scientific initiation projects and six phds, besides carrying out more than 100 scientific research. in 1968, he published a schoolbook on chemistry principles edited by companhia editora nacional. in 1970, he did an internship at the cnrs physical http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial revista.iq.unesp.br chemistry laboratory in vitry-thiais, france, studying hydrogen-bonded binary complexes involving triphenylcarbinol and diphenylsulfoxide, diphenylselenoxide and triphenylarsinoxide using raman and infrared spectroscopies. saffioti retired from academic life, in 1978, but remained politically active and was elected director of the unesp chemistry institute (iqar) for the period from november 1984 to november 1988. he also became involved in local and national politics. saffioti’s life accomplishments and utmost dedication to the student body were registered in significant tributes. when the department of chemistry (ffcla) was transformed into the araraquara’s chemistry institute (1977), the iqar’s student association was permanently baptized as “daws” (academic directory waldemar saffioti), and the regional araraquara/são carlos/ribeirão preto of the brazilian chemical society bears the name “regional interior paulista waldemar saffioti”. contributions to this issue a recent mini-review summarizes the latest developments on water-in-salt electrolytes produced with low-cost salts and with perspectives on their application in electrochemical energy storage. they represent an emerging field in batteries and supercapacitors that may overcome the safety concerns about the potential flammability of typical organic electrolytes. following is described the layered hexaniobate of k4nb6o17 composition and its derivatives comprise nanostructured materials with suitable properties for application in catalysis, electrochemistry, and energy. this work focuses on the proton exchange efficiency of the k4nb6o17 and the phase resulting from the exchange of k+ by h+ ion. another article describes the use of somatic embryos of ocotea catharinensis as a model to investigate the biosynthetic pathway of tetrahydrobenzofuran neolignan formation utilizing feeding 13c-labelled precursors. it was shown that using the protein fraction from the embryogenic cultures, the substrate coniferyl acetate was converted into isoeugenol, a putative precursor of neolignan formation. afterward, the phenylpropanoids involved in the lignification process and the formation of numerous secondary compounds in plants with a variety of biological activities are described. the enzyme phenylalanine ammonia-lyase extracted from piper and peperomia species mediates the key entry point to the general phenylpropanoid pathway. in peperomia species, the phenylpropanoid biosynthetic pathway seems to produce mainly tetrahydrofuran lignans of biological interest. in the sequence, the characterization of prepreg produced with two different commercial epoxy resins is described and the prepreg is used to investigate and optimize the curing cycle of structural components used in the aerospace industry. completes this issue the research about the synthesis of powder and thin films of pb0.30ca0.10sr0.60tio3 and pb0.30ca0.60sr0.10tio3 ternary systems by the polymeric precursor method and the deposition of thin films on the si/sio2/ti/pt substrate. the effects of sr2+ and ca2+ substitutions on the electrical and structural properties of the batio3 were theoretical and experimentally investigated. this author would like to express his gratitude to professor antonio carlos massabni and professor cristo bladimiros melios, authors of the first in memorian1 article for the collaboration in writing and revising this editorial. assis vicente benedetti editor-in-chief eclet. quim. j. 1 the eclética química journal thanks química nova for the permission of using the article “in memorian”, quim. nova. 1999, 22 (4), 630-631, by a. c. massabni, c. b. melios and d. w. franco. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 28 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 catalytic potential of titanium oxide and gold dopped titanium oxide nanoparticles in the selectivity benzyl alcohol oxidation arthur martins gabriel1 , karla da silva malaquias1 , fernando henrique cristovan1 , tatiane moraes arantes1+ 1. federal university of jatai, chemistry department, jataí, brazil. +corresponding author: tatiane moraes arantes, phone: +556436068214, email address: tmarantes@ufj.edu.br article info article history: received: july 21, 2021 accepted: october 11, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. organic catalysis 2. oxide nanoparticles 3. hydrothermal method section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: titanium oxide (tio2) nanoparticles have been widely used and researched in recent years due to their wide application in several areas such as solar cells, catalysis and their chemical, non-toxic and electrical properties. thus, this work aimed to study the catalytic potential of these nanomaterials through the oxidation of benzyl alcohol, for which tio2 nanoparticles synthesized by the hydrothermal method and decorated with gold nanoparticles obtained by the turkevich method (tio2/au) were used. the catalyst proved to be active for the catalysis of benzyl alcohol oxidation, with a yield of about 73% for the tio2/au catalyst and 1.4% for the tio2 catalyst. additionally, it was observed that the catalyst was selective, since the gc-ms and ftir spectra showed only benzaldehyde as the final reaction product. the selective oxidation of alcohols is one of the most significant transformations in organic chemistry, as it is essential for the production of industrial intermediates. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 mailto:tmarantes@ufj.edu.br http://orcid.org/0000-0002-8878-9928 http://orcid.org/0000-0002-6483-1888 http://orcid.org/0000-0001-9438-8226 http://orcid.org/0000-0003-3800-4616 original article revista.iq.unesp.br 29 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 1. introduction nanotechnology field has found great application in many areas, including medicine, pharmacology and industry, and is considered to be one of the most active areas in modern material research (chen and mao, 2007). the increase in surface area, changes in the size and morphology of nanoparticles give them different properties, which are considered improvements when compared to the raw material. new properties, increased reactivity and potential applications in many areas of research such as antibacterial, antiviral, diagnostics, anticancer and directed to the controlled release of drugs, have led to a wide exploration of metallic nanoparticles (bavanilatha et al., 2019). an important point regarding the synthesis of these nanostructures is the precise control of size and shape, since some properties are specifically linked to these structural characteristics (li et al., 2021). the control of these characteristics, in a hydrothermal processing, can be obtained in the nucleation and growth processes. controlling synthesis variables, such as temperature, concentration and time, ensures greater control over the characteristics of the product to be synthesized (arantes, 2009). titanium oxide is a white solid inorganic substance (abisharani et al., 2019). this semiconductor ceramic material has three main crystallographic structures: anatase, rutile and brookite, where the first two being most used because they are more thermodynamically stable (montalvo-quiros and luque-garcia, 2019). furthermore, tio2 has been applied in supercapacitors, replacing ruthenium oxide due to its thermal stability, potential oxidation strength and chemical stability. this material becomes even more attractive due to its high relative abundance, low cost and safety of use (ali et al., 2020; haider et al., 2017; kaneta et al., 2019; reddy et al., 2019; tayel et al., 2018). tio2 nanoparticles maintain the macroscopic material characteristics such as low cost, nontoxicity and resistance to chemical erosion, in addition to presenting catalytic and photocatalytic properties that do not exist in the macroscopic material (cao et al., 2015; s. gupta and tripathi, 2011; radetić, 2013; w. zhao et al., 2021). additionally, when associated with noble metals such as au, ag and pt, it is possible to obtain excellent magnetic, optical and electrical properties (li et al., 2021; srinivasan et al., 2019; sun et al., 2017; wang et al., 2021). tio2 nanoparticles have wide applications in cosmetics, pharmaceuticals, skin care products, toothpastes, primarily to protect the skin from uv rays, and as a food coloring and inks (abisharani et al., 2019; ali et al., 2020; bavanilatha et al., 2019; messaddeq et al., 2019). surface modification is used to provide a wide range of functionality to nanoparticles, in addition to improving their specific properties (ozdal et al., 2019; tomovska et al., 2011). thus, the photocatalytic and biological properties can be improved. one of the methodologies for functionalization of tio2 nanoparticles is the use of silane coupling agents. methoxy and ethoxysilanes are the most widely used because they are easy to handle and the by-products are alcohols are noncorrosive and volatile (dalod et al., 2017; tomovska et al., 2011). in addition, another technique that allows the modification of the properties of a nanomaterial is the synthesis of other metallic nanoparticles on top of other nanoparticles, such as the turkevich method, a technique used to produce spherical silver nanoparticles (gorup et al., 2011). the functionalization of nanoparticles allows the creation of hybrid nanostructures, which offer distinct advantages compared to the individual components and can also display new properties and functions for practical applications. these enhanced properties arise from the synergy between the different components due to increased interactions between them. the components of a hybrid nanostructure may be selected from a wide range of materials such as fibers, enzymes, quantum dots, conductive polymers, organometallic structures, magnetic nanomaterials. these hybrid nanostructures have enhanced active surface area, excellent adsorption capacity, easy biomolecular conjugation, improved conductivity and electrocatalytic activity. hybrid nanostructures have been used as nanocarriers, immunological probes for the detection of biomarkers, bioanalysis, catalytical, tissue growth and healing and energy management (borah et al., 2021; choi et al., 2021; diez-castellnou et al., 2021; y. gupta and ghrera, 2021; mitra et al., 2021; mourdikoudis et al., 2021; yang et al., 2021; zare and sarkati, 2021; zheng et al., 2021). the tio2 nanoparticles use of tio2 nanoparticles in several areas of science has grown a lot in recent years. it is noteworthy their use in the medical area solar cells and photocatalysis (ananthakumar et al., 2016; kafshgari and goldman, 2020; mcnamara and tofail, 2017; wu et al., 2020). in recent studies, x.-f. zhang et al. (2019) concluded that tio2 nanoparticles have their photocatalytic activity improved by modifying nanotio2 with noble metals, obtaining conversion rates higher than 60% in the conversion of benzyl alcohol into benzaldehyde. lin et al. (2018) also observed a high photocatalytic activity in lanthanide-doped tio2 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 original article revista.iq.unesp.br 30 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 nanoparticles in dye degradation. although tio2 nanoparticles and composite nanomaterials present high photocatalytic activity as explained, there is still a challenge regarding the use of tio2 nanoparticles in the field of catalysis, especially with regard to organic and/or specific catalysis. in the present work, tio2 nanoparticles were synthesized and had their surface modified with gold nanoparticles in order to obtain a nanomaterial with high catalytic activity, which was measured in benzyl alcohol oxidation tests, as described in this manuscript. 2. experimental 2.1 tio2 nanoparticles synthesis titanium oxide nanoparticles were synthesized by the hydrothermal method through the hydrolysis of titanium peroxocomplex gel. this gel was synthesized by the reaction between titanium isopropoxide iv (ti[och(ch3)2]4) and a solution of hydrogen peroxide (h2o2) 30% by volume, in a molar ration of 1:10 ti:h2o2, with the volume adjusted to 100 ml using deionized water and the solution refluxed at 80 °c for 15 minutes, obtaining a yellow gel. a 10 g aliquot of this gel was added to 45 ml of deionized water and placed in the aluminum hydrothermal reaction, containing an internal teflon beaker, placed in an oven at 140 °c for 24 hours. after this period, the solution was oven dried, obtaining a pale powder. 2.2 tio2 nanoparticle surface modification with au nanoparticles gold dopped tio2 nanoparticles were obtained from the surface modification of tio2 nanoparticles with gold nanoparticles. therefore, the reduction of gold in the presence of metal oxide nanoparticles was performed by the adapted turkevich method (gorup et al., 2011). in a beaker, 98 ml of deionized water and 0.1 g of tio2 nanoparticles were added, heated under magnetic stirring to a temperature of 90 °c. then, 1.0 ml of haucl4 solution (0.1 mol l–1) and 1.0 ml of sodium citrate solution (0.3 mol l–1) were added. the mixture was kept under stirring and at a controlled temperature of 90 °c for 10 minutes. the solution was cooled to room temperature and the product was centrifuged and washed with deionized water and then dried in an oven. 2.3 benzyl alcohol oxidation tests to test the catalytic potential of the nanomaterials, catalytic tests were carried out in the oxidation reaction of benzyl alcohol in its derivatives in the presence of nanoparticles. one ml of benzyl alcohol was added with 0.3 g of potassium carbonate in the aluminum reactor with 0.005 g of tio2/au nanoparticles which was closed and left for 24 h at 160 °c in the oven. for comparison, the same test was performed under the same conditions using tio2 nanoparticles and no catalyst. 2.4 characterizations titanium oxide nanoparticles and gold doped titanium oxide nanoparticles were characterized by xray diffraction (xrd), uv-visible spectroscopy and infrared spectroscopy (uv-vis). all nanoparticles’ catalytic activity was investigated in the benzyl alcohol oxidation reaction and followed by infrared spectroscopy and gas chromatography coupled to mass spectrometer (gc-ms). 3. results it was possible to perform the synthesis of tio2 nanoparticles by the proposed method. x-ray analysis is shown in fig. 1. the anatase peaks found at 2θ values of 25.28, 36.94, 48.04, 53.89, 55.06, 62.11, 68.76 and 70.30 correspond to the crystallographic planes (101), (103), (200), (105), (211), (213), (116) and (220), respectively. rutile peaks appear at 2θ values of 27.44, 36.08, 41.22, 44.05, 62.74, 74.40 and 76.50 correspond to the crystallographic planes (110), (101), (111), (210), (002), (320) and (202), respectively. it was determined that the nanostructures had 71% of the anatase crystallographic phase (pdf 00-021-1272) and 29% of the rutile crystallographic phase (pdf 00-021-1276). the crystallite size measured by scherrer equation was 15 and 27 nm for rutile phase (110 and 310) showing rod shape particles and 9 nm for anatase phase shown spherical shape (101 and 200). recently, tio2 nanomaterials have been prepared by different methodologies, where liquid phase processing stands out. the characteristics of the material are closely linked to the synthesis methodology (s. gupta and tripathi, 2011). it is verified in the literature the possibility of obtaining nanomaterials with different size, morphology and crystallographic phase, as it has been reported the obtention of 60 nm size tio2-anatase nanoparticles (j. zhang et al., 2017), 5.7 nm sized nanorods (dalod et al., 2017) and even tio2-rutile nanotubes sizing 20 nm in diameter (yan et al., 2010). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 original article revista.iq.unesp.br 31 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 figure 1. tio2 nanoparticles xrd patterns. figure 2. tem images (a) and size distribution histogram (b) for tio2 nanoparticles. transmission electron microscopy (tem) images were able to confirm the average size 32 nm at length and show rod shape morphology, as seen in the fig. 2. figure 3 shows a scanning electron microscopy (sem) image of the tio2 nanoparticles, which shows a uniform distribution of the nanomaterial. tio2 nanoparticles modified with gold (tio2/au) were also analyzed by xrd, whose diffractogram is shown in fig. 4. the presence of au nanoparticles on the surface of tio2 nanoparticles is confirmed by the presence of peaks found at 2θ values of 32.19 and 46.12, corresponding to the crystallographic planes (111) and (200) (beck et al., 2008; c. zhao et al., 2006). figure 3. sem image of tio2 nanoparticles. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 original article revista.iq.unesp.br 32 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 figure 4. tio2/au nanoparticles xrd patterns. figure 5. tio2/au, tio2 and au nanoparticles uv-vis spectra. the presence of gold nanoparticles coating the surface of titanium oxide nanoparticles was also verified by uv-vis spectroscopy showing the au nanoparticles the plasmon band at 550 nm. the presence of the plasmon band characteristic of gold in tio2/au nanoparticles contributes to the characterization of the material (verma et al., 2020). this band formation can be seen in fig. 5. figure 6 shows feg-sem images of tio2/au nanoparticles. although it is possible to observe the tio2 nanoparticles, the spherical gold nanoparticles are not visible. it is believed that this was due to image resolution or even the low concentration or size of the nanoparticles. however, it is noteworthy that the other characterization techniques proved their presence. tio2 nanoparticles were shown to be active for catalyzing the oxidation of benzyl alcohol, showing significant yield, even more so for titanium oxide nanoparticles coated with gold nanoparticles. uncoated tio2 nanoparticles showed a catalytic yield of 1.4% and gold dopped tio2 nanoparticles showed a catalytic yield of 73% and this catalyst showed to be selective (> 98%), https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 original article revista.iq.unesp.br 33 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 converting benzyl alcohol only to benzaldehyde. figure 7 shows the chromatogram of the tests’ product. an analysis of the precursor was also carried out under the same conditions to identify and determine the level of purity of the alcohol, since it is naturally oxidized by air over time. in addition, the mass spectrum of the species was also analyzed. figure 8a shows the mass spectra of benzyl alcohol, as well as its characteristic fragmentation, showing peaks in m/z 108, 107, 91, 79, 77 and 51, which, according to the literature and the equipment’s database, characterize the benzyl alcohol. figure 8b shows the mass spectrum and characteristic fragmentation of benzaldehyde, the peaks at m/z 106, 105, 77, 51 and 50 are also in accordance with the literature and characterize benzaldehyde. figure 8c shows the mass spectrum and characteristic fragmentation of benzyl benzoate, whose peaks at 212, 105, 91 and 77 characterize benzyl benzoate. figure 6. feg-sem image of tio2/au nanoparticles. figure 7. chromatogram of (a) benzyl alcohol, (b) tio2 nps catalyzed product and (c) tio2/au nps catalyzed product. a) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 original article revista.iq.unesp.br 34 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 figure 8. mass spectra and characteristic fragmentations: (a) benzyl alcohol; (b) benzaldehyde and (c) benzyl benzoate. figure 9 shows the fourier transform infrared spectroscopy (ftir) spectra of the tests’ products, where the appearance of a characteristic band by the c=o stretch can be noticed, which also shows the formation of benzaldehyde. figure 9. ftir spectra for tio2/au nps, tio2 nps oxidated product and pure benzyl alcohol. the gas chromatography–mass spectrometry (cgms) and ftir spectra showed that the nanoparticles showed selectivity, where only the presence of benzaldehyde was observed as a reaction product. selective oxidation of alcohols is one of the most significant transformations of organic chemistry since it is essential for industrial intermediates production, such as ketones, epoxides, aldehydes and acids. previous reports (conte et al., 2010; fristrup et al., 2008), that supported that au nanoparticles catalyze the oxidation of benzaldehyde by enhancing the formation of the intermediate acyl radicals, rule out the possibility that the supported gold–palladium catalyst used in our earlier work on benzyl alcohol oxidation is responsible for the inhibition of benzaldehyde oxidation. the only other component, which could prevent the further oxidation of benzaldehyde, is the remaining benzyl alcohol. in recent study, sankar et al. (2014) demonstrate by chromatographic analyses of reaction mixtures during the initial stages of oxidation of benzyl alcohol; the analysis revealed that no other products were formed and confirm partenheimer’s observations that in benzyl alcohol oxidation catalyzed by co (iii), benzoic acid production only begins to accelerate when the benzyl alcohol level in the reaction mixture falls below ~10%. that a very small amount of benzyl alcohol, present in benzaldehyde, is evidently involved in preventing the oxidation of benzaldehyde to benzoic b) c) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 original article revista.iq.unesp.br 35 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 acid forms the premise for the more detailed studies presented below. the authors showed that benzyl alcohol was probably acting to quench free radicals involved in autoxidation of benzaldehyde and that related molecules should act similarly. comparing with other authors giving in tab. 1, it is noted that tio2 nanoparticles are used for developing several nanostructured catalysts, mainly using them with noble metals. the nanomaterial synthesized in this work presented a conversion rate and selectivity superior to other works. table 1. catalytic performance of nanoparticles in benzyl alcohol oxidation. type catalyst conversion (%) selectivitya (%) reference catalysis pd/tio2 4.5 85.9 sun et al. (2017) au@pd/tio2 14.3 91.6 au/tio2 nanotube 23.2 > 99.0 verma et al. (2020) au/tio2 nanorod 32.5 > 99.0 au/tio2 microporous 9.6 > 99.0 pd/tio2 57.6 74.1 weerachawanasak et al. (2015) pt/tio2 (anatase) 76.7 > 99.0 liu et al. (2017) pt/tio2 (rutile) 34.3 > 99.0 tio2 1.6 79.3 du et al. (2020) pd/tio2 39.1 70.3 tio2 3.0 88.0 nowicka et al. (2019) pd/zn/tio2 52.0 67.0 photocatalysis tio2 3.4 > 98.0 x.-f. zhang et al. (2019) au/tio2 16.3 > 98.0 pt/tio2 32.2 > 98.0 a selectivity to benzaldehyde. 4. conclusions we presented herein the synthesis of a heterogeneous catalyst comprised of tio2 and tio2/au nps, with a controlled rod shape morphology and average size 32 nm. the catalyst exhibited remarkable and efficient activity for the benzyl alcohol oxidation. the cg-ms and ftir spectra showed that the nanoparticles showed selectivity, where only the presence of benzaldehyde was observed as a reaction product. this work provides great potential for the selective oxidation of alcohols with high activity. authors’ contribution conceptualization: gabriel, a. m.; malaquias, k. s.; cristovan, f. h.; arantes, t. m. data curation: gabriel, a. m.; malaquias, k. s. formal analysis: gabriel, a. m.; malaquias, k. s.; arantes, t. m. funding acquisition: arantes, t. m. investigation: gabriel, a. m.; malaquias, k. s.; cristovan, f. h.; arantes, t. m. methodology: gabriel, a. m.; malaquias, k. s.; cristovan, f. h.; arantes, t. m. project administration: cristovan, f. h.; arantes, t. m. resources: malaquias, k. s.; cristovan, f. h.; arantes, t. m. software: not applicable. supervision: arantes, t. m. validation: malaquias, k. s.; cristovan, f. h.; arantes, t. m. visualization: gabriel, a. m.; arantes, t. m. writing – original draft: gabriel, a. m. writing – review & editing: gabriel, a. m.; cristovan, f. h.; arantes, t. m. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 original article revista.iq.unesp.br 36 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 28-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p28-38 references abisharani, j. m.; devikala, s.; kumar, r. d.; arthanareeswari, m.; kamaraj, p. green synthesis of tio2 nanoparticles using cucurbita pepo seeds extract. 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https://doi.org/10.1016/j.cattod.2008.05.039 https://doi.org/10.1002/chem.202100029 https://doi.org/10.1002/chem.202100029 https://doi.org/10.1002/chem.202100029 https://doi.org/10.1002/chem.202100029 https://doi.org/10.1002/chem.202100029 https://doi.org/10.1002/chem.202100029 https://doi.org/10.1002/chem.202100029 https://doi.org/10.1007/s00396-014-3412-8 https://doi.org/10.1007/s00396-014-3412-8 https://doi.org/10.1007/s00396-014-3412-8 https://doi.org/10.1007/s00396-014-3412-8 https://doi.org/10.1007/s00396-014-3412-8 https://doi.org/10.1021/cr0500535 https://doi.org/10.1021/cr0500535 https://doi.org/10.1021/cr0500535 https://doi.org/10.1021/cr0500535 https://doi.org/10.1039/d1nr00628b https://doi.org/10.1039/d1nr00628b https://doi.org/10.1039/d1nr00628b https://doi.org/10.1039/d1nr00628b https://doi.org/10.1039/d1nr00628b https://doi.org/10.1039/d1nr00628b https://doi.org/10.1039/b918200d https://doi.org/10.1039/b918200d https://doi.org/10.1039/b918200d https://doi.org/10.1039/b918200d https://doi.org/10.3762/bjnano.8.33 https://doi.org/10.3762/bjnano.8.33 https://doi.org/10.3762/bjnano.8.33 https://doi.org/10.3762/bjnano.8.33 https://doi.org/10.3762/bjnano.8.33 https://doi.org/10.1002/chem.202101042 https://doi.org/10.1002/chem.202101042 https://doi.org/10.1002/chem.202101042 https://doi.org/10.1002/chem.202101042 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.110771 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.110771 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.110771 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.110771 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.110771 https://doi.org/10.1039/b803270j https://doi.org/10.1039/b803270j https://doi.org/10.1039/b803270j https://doi.org/10.1039/b803270j https://doi.org/10.1039/b803270j https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.04.099 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.04.099 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.04.099 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.04.099 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.04.099 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gestão estevão tomomitsu kimpara instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 3 | 2023 | 17 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 chemical variability of phenolic compounds in phyllanthus niruri ingrid albrecht1 , natália coelho da silva1 , flávio alexandre carvalho1 , fernando bombarda oda1 , andré gonzaga dos santos1+ 1. são paulo state university , school of pharmaceutical sciences, araraquara, brazil. +corresponding author: andré gonzaga dos santos, phone: +55 16 33016994, email address: andre.gonzaga@unesp.br article info article history: received: may 27, 2022 accepted: march 21, 2023 published: july 01, 2023 keywords: 1. chemical variability 2. corilagin 3. ellagic acid 4. euphorbiaceae 5. gallic acid section editors: marcos carlos de mattos abstract: phyllanthus niruri l. has been used in folk medicine to treat hepatitis, diabetes, urinary tract disorders, and renal calculi. here, the chemical differences among its organs and the seasonal chemical variability in the aerial parts were evaluated. the chromatographic profile and gallic acid, corilagin, and ellagic acid contents were determined by ultrahigh performance liquid chromatography with photodiode array ultraviolet (uhplc-pda/uv) method, which showed adequate resolution and a short analysis time. the contents of gallic acid, corilagin and ellagic acid in the leaf extract were 2.8, 6.7 and 7.9%, respectively, whilst their contents in the stem and root extracts were lower (< 0.2%). thus, using the whole plant or aerial parts for herbal medicines can produce different biological responses. the chemical profile of the aerial parts showed only quantitative variation over 12 months. the seasonal content of gallic acid showed no correlation with monthly rainfall, but the contents of corilagin and ellagic acid were positively correlated with rainfall. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 mailto:andre.gonzaga@unesp.br https://orcid.org/0000-0002-2354-3564 mailto:albrecht.ingrid@hotmail.com https://orcid.org/0009-0005-9253-8805 mailto:nataliasilva_farma@hotmail.com https://orcid.org/0000-0001-7179-909x mailto:oktoberflavio@hotmail.com https://orcid.org/0000-0001-7217-0840 mailto:fer_oda@msn.com https://orcid.org/0000-0002-4920-2506 https://ror.org/00987cb86 original article revista.iq.unesp.br 18 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 1. introduction phyllanthus niruri linn. (euphorbiaceae) is an herbaceous plant found in subtropical and tropical areas in latin america and asia and known as quebra-pedra in brazil or chanca-piedra in latin america (kleinjunior et al., 2017; moreira et al., 2013). in folk medicine, it is mainly used to treat hepatitis, diabetes, and urinary tract disorders (bladder and kidney), especially for removing kidney stones (bagalkotkar et al., 2006; santos et al., 1995; wang et al., 1995). the traditional use of its aerial parts in urolithiasis treatment and the results of preclinical and clinical trials using its aqueous extract have confirmed its action in preventing the formation of calcium oxalate renal stones. in addition, its extracts also presented antispasmodic, antihyperalgesic, anti-alzheimer’s disease, antioxidant, hepatoprotective, hypoglycemic, anti-inflammatory, antiviral, and antimicrobial activities (bagalkotkar et al., 2006; barros et al., 2006; moreira et al., 2013; pathania et al., 2022; rajamanickam and manju, 2022). thus, literature data support its therapeutic use as herbal medicine. the brazilian health surveillance agency (anvisa, 2021) included aqueous and ethanolic preparations of its dried aerial parts or the whole plant in the brazilian herbal medicines form (2nd edition), indicated for the treatment of urinary disorders. p. niruri secondary metabolites (fig. 1) include flavonoids as quercetin (1) and quercitrin (2), hydrolysable tannins as corilagin (3) and geraniin (4), phenolic acids as gallic acid (5) and ellagic acid (6), securinine-type alkaloids as nirurine (7) and securinine (8), lignans as phyllanthin (9) and phyltetralin (10), monoterpenes as p-cymene (11) and limonene (12), and triterpenes as lupeol (13) and phyllantheol (14) (kumar et al., 2017). seasonality is one of the essential factors in the variability of secondary plant metabolism since the amount and, sometimes, even the nature of the secondary metabolites are variable during the year, including their bioactivity. the chemical differences among plant organs are also well-established for many species (gobbo-neto and lopes, 2007; kiazolu et al., 2016). seasonality, the circadian cycle, organ type, location, environmental factors, temperature, rainfall, soil composition, relative humidity, and processing are essential factors that influence the secondary plant metabolites content, and consequently, their bioactivity (carvalho et al., 2021; gobbo-neto and lopes, 2007; kiazolu et al., 2016). this work aimed to contribute to the standardization of p. niruri herbal medicines, through the evaluation of the seasonal dynamics of its phenolic compounds and the comparison of the chemical composition of its different organs, including the quantification of the pharmacopeial chemical markers corilagin (main tannin) and gallic acid (anvisa, 2021). the chemical analyzes were performed by a developed ultrahigh performance liquid chromatography with photodiode array ultraviolet (uhplc-pda/uv) method. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 original article revista.iq.unesp.br 19 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 figure 1. chemical structure of main components identified in p. niruri aerial parts. 2. experimental 2.1 reagents and solutions ultrapure water (elga system, brazil) was used in this work. acetonitrile and methanol hplc-grade were purchased from merck (germany). chromatographic standards: gallic acid, corilagin (chromadex, usa), ellagic acid (sigma aldrich, brazil), and rutin (united states pharmacopoeia, usa). 2.2 plant material and extracts the aerial parts (leaf plus stems) from six specimens of p. niruri were harvested monthly between february 2012 and january 2013 at anidro extrações do brasil ltda, centroflora group (botucatu city, são paulo state, brazil, 22°87’33”6 s, 48°48’10”7 w). leaves, stems, and roots were collected in august 2012 from the same specimens for comparison between the organs. this study was registered in the national system for the management of genetic heritage and associated https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 original article revista.iq.unesp.br 20 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 traditional knowledge of brazil (sisgen) under the code aefb157. climatic data were acquired from the meteorological institute (inmet, 2013). the plant material was dried in an oven with air circulation at 60 °c for 5 days (fanem 320 se, brazil), and the dried material was powdered in a knife mill (tecnal te-650, brazil). the dried and powdered p. niruri aerial parts (10.0 g) were extracted with deionized water (100.0 ml) at 65 °c for 1 h, in a stainless-steel extractor shaking every 10 min. the extractive solutions were concentrated at 60 °c under reduced pressure (tecnal, brazil). 2.3 ultrahigh performance liquid chromatography with uhplc-pda/uv analysis the leaf, stems, and roots extracts pretreatment (10.0 mg ml–1, methanol: water 50:50) was performed by solid phase extraction using a c18 cartridge (500 mg; 6 ml; perkin elmer) and eluting with 4.0 ml of methanol: water 50:50 (high polar interfering compounds), and 5.0 ml of methanol: water 95:05 (sample concentrated in the phenolic compounds). after drying, 1.0 ml of the samples generated (2.0 mg ml–1, methanol: water 60:40) were filtered through 0.22 µm membrane filters (merck millipore, germany) for injection into the chromatographic system. the aerial part (leaf plus stems) extracts for seasonal evaluation (10.0 mg ml–1, methanol: water 60:40) were only filtered through 0.22 µm membrane filters (merck millipore, germany). chromatographic analyses were performed on a uplc h-class acquity system (waters, usa) equipped with a quaternary pump qsm, an ftn autosampler (20 µl-loop), column oven, and pda detector, controlled with empower 3 software. the analytical method was developed based on the transfer of hplc chromatographic parameters (colombo et al., 2009) to uhplc conditions according to the acquity uplc columns calculator software. the chromatographic resolution was improved through the experimental mobile and stationary phase modifications. chromatographic conditions: hss t3 column (100  2.1 mm i.d., 1.8 μm, waters, usa) at 30 ± 1 °c; segmented linear gradient with acetic acid 0.1% (v/v) (solvent a) and acetonitrile (solvent b), 0–4.80 min 13–37% b, 4.81–5.20 min 37–100% b, 5.21–6.00 min 100% b, 6.01–6.40 min 100–13% b; 6.41–8.00 min 13% b; flow rate of 0.150 ml min–1; samples were kept at 25 ± 1 °c, the pre injection volume was 346 µl and sample injection volume was 1.7 µl; monitoring detection at 267 nm. gallic acid, corilagin, and ellagic acid were quantified (triplicate) in the extract by the standard analytical curve using gallic acid (4.0–8.0 µg ml–1), corilagin (15.0– 150.0 µg ml–1), and ellagic acid (7.0–63.0µg ml–1) in a uhplc-pda/uv. theoretical limits of detection (lod) and quantification (loq) were determined through the analytical curve equations (anvisa, 2017). gallic acid, ellagic acid, and corilagin contents were expressed as percentages (%, w/w) on a dry weight basis. 2.4 data analysis the uhplc-pda/uv results were presented as average ± standard error. statistical analyses were performed through statistical software (graphpad prism, version 3, usa) using analysis of variance followed by tukey’s post-test being p-values less than 0.05 significant, and pearson correlation analysis being p-values less than 0.05 significant. 3. results and discussion despite the relevance of harvesting medicinal plants (gobbo-neto and lopes, 2007) and the extensive therapeutic use of p. niruri, there is only one report on seasonal variations of secondary metabolites in p. niruri described in the scientific literature (couto et al., 2013a). here, the qualitative and quantitative chemical profiles of aqueous extracts from p. niruri aerial parts (six specimens) harvested during 12 months were determined. as well as the differences among plant organs. the extract yield was higher in the aerial parts (15.8%), followed by the stems (6.2%) and roots (4.7%). higher extract yields (w/w) were observed in february (14.3%), april (13.9%), and june (12.9%), whilst the lowest ones were observed in october, december (6.5%), january (7.5%), and september (8.0%). the extract yield monthly (fig. 2) average was 10 ± 3%, and, according to the literature data, the aqueous extract yield of p. niruri ranged from 1.8 to 26.2% (asare et al., 2011; giribabu et al., 2014; markom et al., 2007). the monthly average temperature and rainfall did not correlate with the extract yield over the 12 months and thus did not influence the extract yield. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 original article revista.iq.unesp.br 21 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 figure 2. seasonal variability of the yields (w/w, %) of the aqueous extracts of the aerial parts of p. niruri (six specimens mixed). the phenolic compounds gallic acid, ellagic acid, and corilagin have demonstrated biological activities and may be related to the pharmacological activities of p. niruri extracts. according to the 6th edition of the brazilian pharmacopeia (anvisa, 2019), gallic acid (minimum content 0.15%) and tannins (minimum content 6.5%) are the analytical markers for quality control of p. niruri aerial parts. the developed uhplcpda/uv method showed suitable resolution (rs > 1.5) for these compounds and others in a short analysis time, 6 min (plus 2 min of conditioning time). linear regression analysis presented a good fit for gallic acid and corilagin according to r values greater than 0.99 (table 1). except for the r values of ellagic acid, the other values are in accordance with the minimum required for method validation by the national health surveillance agency (anvisa, 2017). table 1. data from analytical curves of gallic acid, ellagic acid, and corilagin. patterns regression equation r lod (µg/l) loq (µg/l) gallic acid y = 3.28  104x + 2.82 104 0.9990 0.459 1.530 corilagin y = 2.03  104x – 1.37 104 0.9996 0.946 3.153 ellagic acid y = 3.35  104x – 1.89 105 0.9813 1.460 4.867 lod: limit of detection, loq: limit of quantification, and r: coefficient of correlation. the uhplc-pda/uv analyzes determined the contents of gallic acid, corilagin, and ellagic acid in the leaf’s aqueous extract as 2.8 ± 0.1, 6.7 ± 0.3, and 7.9 ± 0.4%, w/w in dry basis (fig. 3a). the aqueous extract of the stems (fig. 3b) showed content for gallic acid < 0.10 ± 0.05% and for corilagin 0.1 ± 0.0%; however, ellagic acid was not detected. in the root aqueous extract (fig. 3c), only corilagin (0.2 ± 0.1%) was detected. the root’s chemical profile was previously described as different from other organs (couto et al., 2013b). the chemical variability between the organs may produce different pharmacological responses, which is a concern for herbal medicines (gobbo-neto and lopes, 2007; kiazolu et al., 2016). considering the contents of the analytical markers corilagin (tannin) and gallic acid, the leaves or aerial parts must be preferred instead of the whole plant to comply with the pharmacopeial specifications (anvisa, 2021). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 original article revista.iq.unesp.br 22 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 figure 3. chromatograms (uhplc-pda/uv) of p. niruri aqueous extracts: (a) leaf, (b) stems and (c) roots. gallic acid, corilagin, and ellagic acid contents in the extracts were expressed as w/w (%) in dry basis. chromatographic conditions: hss t3 column (100  2.1 mm i.d., 1.8 μm) at 30 °c; segmented linear gradient with acetic acid aqueous solution 0.1% (a) and acetonitrile (b), 0–4.80 min 13–37% b, 4.81–5.20 min 37–100% b, 5.21–6.00 min 100% b, 6.01–6.40 min 100–13% b; 6.41–8.00 min 13% b; flow rate 0.150 ml min–1; monitoring detection at 267 nm. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 original article revista.iq.unesp.br 23 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 the uhplc-pda/uv chromatograms of the leaves presented identical qualitative profiles (tr) in the seasonal chemical variability evaluation, except for minor peaks in some months (fig. 4). for the time course analyzed here, the identified compounds in the extracts were gallic acid, corilagin, rutin, and ellagic acid (tr: 2.1, 3.3, 4.0, and 4.7 min, respectively). the monthly extract contents of gallic acid, ellagic acid, and corilagin and the associated climatic factors data (monthly average rainfall) are shown in fig. 5. the lower contents of these three compounds were observed from august to october 2012. higher ellagic acid and corilagin contents were observed in december, january, and march to june, while the higher gallic acid content was noted in november and december. on the other hand, the gallic acid content was higher in p. niruri leaves in the dry season (winter), which was associated with pruning fluence (couto et al., 2013b). the gallic acid monthly content presented no correlation with the monthly average rainfall through the pearson correlation (r = –0.3366; p > 0.05). however, the contents of corilagin (r = 0.6077; p < 0.05), ellagic acid (r = 0.7550; p < 0.01), and the sum of these three compounds (sum; r = 0.7067; p < 0.05) presented a positive correlation with the monthly average rainfall. we verified that corilagin and ellagic acid contents as well as sum showed significative (p > 0.05) decrease from august to october (2.3–4.6%), which may be due to lower rainfall index (< 100 mm), supporting the pearson correlation and suggesting seasonal variability (gobbo-neto and lopes, 2007; kiazolu et al., 2016). these results were similar to literature data, which reported a positive correlation between tannins/phenolic compounds and the rainy season for the leaves of eugenia uniflora l. (santos et al., 2011). moreover, the lowest contents of total tannins (condensed tannins) and total phenols in the stryphnodendron adstringens (mart.) coville bark collected in goiânia city, goiás state (brazil), were observed for months with the lowest rainfall (< 100 mm), which corroborates this study (santos et al., 2006). the pearson correlation showed that the contents of gallic acid (r = –0.2871; p > 0.05), corilagin (r = 0.0510; p > 0.05), ellagic acid (r = 0.2212; p > 0.05), and sum (r = 0.1663; p > 0.05) did not demonstrate correlation with the monthly average temperature. figure 4. chromatograms (uhplc-pda/uv) of p. niruri aqueous extracts of the aerial parts (six specimens) overlaid from february 2012 to january 2013 (tr: gallic acid = 2.1 min, corilagin = 3.3 min, and ellagic acid = 4.7 min). gallic acid, corilagin, and ellagic acid contents in the extracts were expressed as w/w (%) in dry basis. chromatographic conditions: hss t3 column (100 × 2.1 mm i.d., 1.8 μm) at 30 °c; segmented linear gradient with acetic acid aqueous solution 0.1% (a) and acetonitrile (b), 0–4.80 min 13–37% b, 4.81–5.20 min 37–100% b, 5.21– 6.00 min 100% b, 6.01–6.40 min 100–13% b; 6.41–8.00 min 13% b; flow rate 0.150 ml min–1; monitoring detection at 267 nm. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 original article revista.iq.unesp.br 24 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 figure 5. seasonal variability of gallic acid (5), corilagin (3), ellagic acid (6) contents (w/w,%), and the sum of their contents of the aqueous extracts of the aerial parts of p. niruri (six specimens mixed) and climatic factors data monthly average rainfall (mm). samples were harvested from february 2012 to january 2013. *present statistical significance when compared with other months: p < 0.05, and #did not present statistical significance between themselves: p > 0.05. 4. conclusions the developed uhplc-pda/uv method showed adequate resolution and short analysis time, useful for research and quality control, following green chemistry principles. the qualitative and quantitative chemical profiles of the organs (leaves, stems, and roots) of p. niruri were different, showing that the use of the leaves, aerial parts (leaves plus stems), or whole plant (aerial parts plus roots) can produce different biological responses. according to the contents of the analytical markers in p. niruri leaves, stems, and roots, we suggest that the use of leaves or aerial parts is better than the whole plant, because only the leaves contents comply with the brazilian pharmacopeial specifications, and the stems and roots have low contents of these compounds, or they were not detected. the seasonal chemical profile of aerial parts showed only quantitative variation. the higher contents of ellagic acid and corilagin in november to january and march to june may be influenced by the rainy season, whilst gallic acid showed higher contents in november and december without correlation with the rainfall rate. authors’ contribution conceptualization: santos, a. g. data curation: albrecht, i.; silva, n. c.; carvalho, f. a.; oda, f. b.; santos, a. g. formal analysis: carvalho, f. a.; oda, f. b.; santos, a. g. funding acquisition: not applicable. investigation: albrecht, i.; silva, n. c. methodology: albrecht, i.; silva, n. c. project administration: santos, a. g. resources: albrecht, i.; silva, n. c.; santos, a. g. software: albrecht, i. supervision: santos, a. g. validation: albrecht, i.; oda, f. b. visualization: santos, a. g. writing – original draft: carvalho, f. a.; oda, f. b.; santos, a. g. writing – review & editing: carvalho, f. a.; oda, f. b.; santos, a. g. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 original article revista.iq.unesp.br 25 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 data availability statement data will be available upon request. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2012/17470-7. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code 001. acknowledgments not applicable. references agência nacional de vigilância brasileira (anvisa). resolução da diretoria colegiada rdc nº 166, de 24 de julho de 2017. dispõe sobre a validação de métodos analíticos e dá outras providências. ministério da saúde, 2017. http://antigo.anvisa.gov.br/documents/10181/2721567/ rdc_166_2017_comp.pdf/d5fb92b3-6c6b-41308670-4e3263763401 (accessed 2021-03-20). agência nacional de vigilância brasileira (anvisa). resolução da diretoria colegiada rdc nº 298, de 12 de agosto de 2019. dispõe sobre a aprovação da farmacopeia brasileira, 6ª edição. ministério da saúde, 2019. https://www.gov.br/anvisa/ptbr/assuntos/farmacopeia/farmacopeiabrasileira/arquivos/7984json-file-1 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http://antigo.anvisa.gov.br/documents/10181/2721567/rdc_166_2017_comp.pdf/d5fb92b3-6c6b-4130-8670-4e3263763401 http://antigo.anvisa.gov.br/documents/10181/2721567/rdc_166_2017_comp.pdf/d5fb92b3-6c6b-4130-8670-4e3263763401 http://antigo.anvisa.gov.br/documents/10181/2721567/rdc_166_2017_comp.pdf/d5fb92b3-6c6b-4130-8670-4e3263763401 https://www.gov.br/anvisa/pt-br/assuntos/farmacopeia/farmacopeia-brasileira/arquivos/7984json-file-1 https://www.gov.br/anvisa/pt-br/assuntos/farmacopeia/farmacopeia-brasileira/arquivos/7984json-file-1 https://www.gov.br/anvisa/pt-br/assuntos/farmacopeia/farmacopeia-brasileira/arquivos/7984json-file-1 https://www.gov.br/anvisa/pt-br/assuntos/farmacopeia/farmacopeia-brasileira/arquivos/7984json-file-1 https://www.gov.br/anvisa/pt-br/assuntos/farmacopeia/farmacopeia-brasileira/arquivos/7984json-file-1 https://www.gov.br/anvisa/pt-br/assuntos/farmacopeia/farmacopeia-brasileira/arquivos/7984json-file-1 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https://doi.org/10.2478/v10102-011-0031-9 https://doi.org/10.2478/v10102-011-0031-9 https://doi.org/10.2478/v10102-011-0031-9 https://doi.org/10.1211/jpp.58.12.0001 https://doi.org/10.1211/jpp.58.12.0001 https://doi.org/10.1211/jpp.58.12.0001 https://doi.org/10.1211/jpp.58.12.0001 https://doi.org/10.1211/jpp.58.12.0001 https://doi.org/10.1007/s00240-006-0065-1 https://doi.org/10.1007/s00240-006-0065-1 https://doi.org/10.1007/s00240-006-0065-1 https://doi.org/10.1007/s00240-006-0065-1 https://doi.org/10.1007/s00240-006-0065-1 https://doi.org/10.1002/cbdv.202000880 https://doi.org/10.1002/cbdv.202000880 https://doi.org/10.1002/cbdv.202000880 https://doi.org/10.1002/cbdv.202000880 https://doi.org/10.1002/cbdv.202000880 https://doi.org/10.1002/bmc.1155 https://doi.org/10.1002/bmc.1155 https://doi.org/10.1002/bmc.1155 https://doi.org/10.1002/bmc.1155 https://doi.org/10.1002/bmc.1155 https://doi.org/10.1002/bmc.1155 https://doi.org/10.1002/bmc.1155 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013005000002 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013005000002 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013005000002 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013005000002 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013005000002 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2013005000002 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2012005000133 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2012005000133 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2012005000133 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2012005000133 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2012005000133 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2012005000133 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2012005000133 https://doi.org/10.1155/2014/834815 https://doi.org/10.1155/2014/834815 https://doi.org/10.1155/2014/834815 https://doi.org/10.1155/2014/834815 https://doi.org/10.1155/2014/834815 https://doi.org/10.1155/2014/834815 https://doi.org/10.1155/2014/834815 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://doi.org/10.1590/s0100-40422007000200026 https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/inmet?r=bdmep/bdmep https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/inmet?r=bdmep/bdmep https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/inmet?r=bdmep/bdmep https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/inmet?r=bdmep/bdmep https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/inmet?r=bdmep/bdmep https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 original article revista.iq.unesp.br 26 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p17-26 morinda morindoides. nat. prod. res. 2016, 30 (19), 2249–2252. https://doi.org/10.1080/14786419.2016.1154058 klein-júnior, l. c.; silva, l. m.; boeing, t.; somensi, l. b.; beber, a. p.; rocha, j. a. r.; henriques, a. t.; andrade, s. f.; cechinel-filho, v. the protective potential of 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https://doi.org/10.1055/s-0042-107356 https://doi.org/10.1055/s-0042-107356 https://doi.org/10.1055/s-0042-107356 https://doi.org/10.1055/s-0042-107356 https://doi.org/10.1055/s-0042-107356 https://doi.org/10.1055/s-0042-107356 https://doi.org/10.1055/s-0042-107356 https://doi.org/10.1002/jssc.201601361 https://doi.org/10.1002/jssc.201601361 https://doi.org/10.1002/jssc.201601361 https://doi.org/10.1002/jssc.201601361 https://doi.org/10.1002/jssc.201601361 https://doi.org/10.1002/jssc.201601361 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2006.06.003 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2006.06.003 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2006.06.003 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2006.06.003 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2006.06.003 https://doi.org/10.1016/j.jep.2012.12.052 https://doi.org/10.1016/j.jep.2012.12.052 https://doi.org/10.1016/j.jep.2012.12.052 https://doi.org/10.1016/j.jep.2012.12.052 https://doi.org/10.1016/j.jep.2012.12.052 https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00711 https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00711 https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00711 https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00711 https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00711 https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00711 https://doi.org/10.1007/s00044-022-02944-5 https://doi.org/10.1007/s00044-022-02944-5 https://doi.org/10.1007/s00044-022-02944-5 https://doi.org/10.1007/s00044-022-02944-5 https://doi.org/10.1007/s00044-022-02944-5 https://doi.org/10.1007/s00044-022-02944-5 https://doi.org/10.1007/s00044-022-02944-5 https://doi.org/10.1016/0306-3623(95)00030-5 https://doi.org/10.1016/0306-3623(95)00030-5 https://doi.org/10.1016/0306-3623(95)00030-5 https://doi.org/10.1016/0306-3623(95)00030-5 https://doi.org/10.1016/0306-3623(95)00030-5 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2006000400019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2006000400019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2006000400019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2006000400019 https://doi.org/10.1590/s0102-695x2006000400019 https://doi.org/10.1590/s1516-05722011000100013 https://doi.org/10.1590/s1516-05722011000100013 https://doi.org/10.1590/s1516-05722011000100013 https://doi.org/10.1590/s1516-05722011000100013 https://doi.org/10.1590/s1516-05722011000100013 summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 1 | 2021 | summary editorial board ............................................................................................................................................. 3 editorial ......................................................................................................................................................... 4 database ......................................................................................................................................................... 5 instructions for authors ......................................................................................................................... 6 original articles zinc fractionation in cow, goat, sheep and soybean milk samples using gel-electrophoresis and determination by electrothermal atomic absorption spectrometry (etaas) ................................................. 12 carla maíra bossu, rodrigo giglioti, marcia cristina de sena oliveira, pedro vitoriano de oliveira, ana rita de araujo nogueira impact of salinity on the kinetics of co2 fixation by spirulina platensis cultivated in semi-continuous photobioreactors ............................................................................................................................................ 21 javier christian ramirez-perez, harry janes chemical profiles and antimicrobial activities of plants utilized in brazilian traditional medicine ............ 35 clécio souza ramos, rafaela souza silva, marcílio wagner fontes da silva, giselle barbosa bezerra analytical procedures for the determination of estrogen compounds in a surface water reservoir in southeast brazil .................................................................................................................................................... 41 thayná aparecida cais, alley michael da silva procópio, márcia matiko kondo, flávio soares silva, sandro josé de andrade comparison between two polyethersulfone concentrations in hollow fiber ultrafiltration membranes. is it worth to use more polymer? ............................................................................................................................... 52 karen gonzaga, jose carlos mierzwa http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | editorial the editor of eclética química journal proudly announces the second issue of 2022. in this issue the readers find a first article describing a chemoenzymatic approach for the synthesis of eight α-n-heterocyclic ethyland phenylacetamides and screening of twenty nitrile hydratases. the authors evaluated different proportions of ionic liquids and polyethylene glycol as potential green solvents to substitute aqueous buffered solutions to avoid a retrostrecker reaction of α-aminonitriles and the effect of temperature to optimize the process. the use of unconventional reaction media and low temperatures reduced the nitrile hydratases activity. the absolute configuration of the compounds was determined by electronic circular dichroism spectroscopy and the racemic levetiracetam derivatives showed non inhibitory effect on cholinesterase. follow, it is presented a quick and straightforward methodology to separate lactic acid and glycerol by high-performance liquid chromatography (hplc). glycerol is a by-product of biodiesel obtention and its conversion to lactic acid makes the glycerol industry more profitable, since lactic acid is applied in the textile, cosmetic and food industries, in the synthesis of polylactic acid and as precursor of solvents in green chemistry. a central composite design (ccd) was proposed to study the influence of experimental variables on glycerolysis reaction and hplc was used to separate and quantify lactic acid. the next article describes the adsorbent efficiency of sugarcane bagasse biochar for removal of caffeine, ciprofloxacin, and norfloxacin from wastewater. the biochar, without chemical and physical activation, was obtained from sugarcane by torrefaction at different temperatures from 260 to 290 oc and characterized by different spectroscopic, microscopic and thermal analysis techniques besides point of zero charge, ph, elemental composition, and surface area determination. the biochar prepared at 280 oc showed the best stability and higher performance in the adsorption of pharmaceutical compounds. complete this issue, considerations to elucidate some understanding about two metastable phases found in a rapid quenched alloy from ni-nb-zr system during the solidification process. metastable phases are formed when materials are produced out of the equilibrium conditions, and there is no universal knowledge related to the formation of these phases, but the understanding of metastable phases formation can produce and improve promising technological materials. the hypothesis discussed consider free energies of formation among phases which compete to nucleate, stability of crystalline phases at nanoscale and atomic pair preferences during the nucleation. the editor and his team wish to express their sincere thanks to the authors and reviewers for their outstanding collaboration and kindly invite you to submit your manuscript to eclética química journal. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica a10v32n3.pdf www.scielo.br/eq www.ecletica.iq.unesp.br volume 32, número 3, 2007 electrochemical study and dependence of ‘transition state’ in co(ii) and ni(ii) complexes with some antibiotics and cephalothin f. khan* electrochemical laboratory, department of chemistry, dr. h. s. gour university, sagar, india. * faridkhan58@yahoo.com; farid.fk@rediffmail.com abstract: electrode kinetics and study of ‘transition state’ with applied potential in case of [m – antibiotics – cephalothin] system were reported at ph = 7.30 ± 0.01 at suitable supporting electrolyte at 25.00c. the m = co or ni and antibiotics were doxycycline, chlortetracycline, oxytetracycline, tetracycline, minocycline, amoxicillin and chloramphenicol used as primary ligands and cephalothin as secondary ligand. kinetic parameters viz. transfer coefficient (a), degree of irreversibility (l), diffusion coefficient (d) and rate constant (k) were determined. the values of a and k varied from 0.41 to 0.59 and 2.60 x 10-3 cm s-1 to 9.67 x 10-3 cm s-1 in case of [co – antibiotics – cephalothin] system. in case of [ni – antibiotics – cephalothin], a and k varied from 0.41 to 0.58 and 2.34 x 10-3 cm s-1 to 9.19 x 10-3 cm s-1 respectively confirmed that transition state behaves between oxidant and reductant response to applied potential and it adjusts it self in such a way that the same is located midway between dropping mercury electrode and solution interface. the values of rate constant confirmed the quasireversible nature of electrode processes. the stability constants (logb) of complexes were also determined. keywords: electrode kinetics; antibiotics; cephalothin introduction electrode kinetics between dropping mercury electrode and electro active species in solution interface is important in polarography. delahay and his coworkers [1] have studied the formation of electrical double layer and its structures in the vicinity of electrodes. trachtenherg et al [2] studied the adsorption kinetics at electrodes. koryta [3] studied the kinetics of discharge of zn at the dropping mercury electrode. matsuda [4] has studied the kinetics between oxidants and reductants at d.m.e. gellings [5] has applied lagrange’s theorem in electrochemical kinetics. khan [6] has reported the kinetic parameters of [mn antibiotics – cephaloglycin] system and relates them with transition state and rate constant. on the other hand, ni and co are essential elements which play important role in human body. co as cynocobalamine contributes to the formation of red blood cells and is essential to the normal functioning of all cells, particularly those of bone marrow, nervous and gastro-intestinal systems [7]. ni is a potent activator of several enzymes and probably plays role as a bioligant in iron absorption, regulation of prolactin and in the structure and function of membranes [8]. but the excess amount of these metals is toxic. antibiotics and cephalothin are important drugs which are used against many diseases; therefore, the study of co and ni complexes with selected antibiotics and cephalothin has great importance. the present paper deals with the kinetic parameters and stability constants of ni and co complexes with doxycycline, chlortetracycline, oxytetracycline, tetracycline, 73ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 minocycline, amoxicillin and chloramphenicol as primary ligands and cephalothin as a secondary ligands polarographically for which no reference is traced out so far in the literature. experimental details apparatus and reagents all the chemicals used were of a. r. grade and their solutions were prepared in doubly distilled water. cobalt nitrate hexahydrate and nickel chloride hexahydrate (both fluka) were used for co and ni. the antibiotics were fluka, sigma and aldrich products. the concentration of metal in the analyte was 0.5 mmol l-1 while the concentration of antibiotics varied from 0.5 mmol l-1 to 30.0 mmol l-1 at 0.025 mol l-1 and 0.05 mol l-1 of cephalothin. the (0.1 mol l-1 pyridine + 0.1 mol l-1 pyridinium hydrochloride) was used as supporting electrolyte for co and in case of ni, 1.00 mol l-1 kscn was used. in both the cases, dilute solutions of naoh and hno 3 (bdh) were used to adjust the ph at 7.30 ± 0.01 at 250c. apparatus polarograms were recorded on a polarographic analyzer (elico, hyderabad) with capillary of length 5.0 cm and diameter 0.04 mm at m2/3t1/6 = 2.40 mg2/3 s-1/2. a m ph meter (systronics model – 361) was used to measure the ph of the analyte at 7.30 ± 0.01. potassium dihydrogen phosphate – sodium hydroxide buffer was added in the analyte to stabilize the ph of the analyte at 7.30. results and discussion the chelating ability of antibiotics and their uses in different diseases crate considerable interest in their metal complexes [9,10]. doxycycline, chlortetracycline, oxytetracycline, tetracycline, minocycline and amoxicillin can make bond with co and ni as mentioned in fig. 1. co(ii) and ni(ii) gave well defined quasireversible [11] waves in (0.1 mol l-1 pyridine and 0.1 mol l-1 pyridinium hydrochloride) and 1.0 mol l-1 kscn at ph 7.20 to 8.50 at 250c respectively. the natures of complexes were also quasireversible. the metal and ligands were taken in the ratio of 1:40 in case of binary complexes and 1:40:40 in case of ternary complexes and current – voltage curves were determined at different ph values from 7.10 to 8.80, it has been observed that the maximum shifts of e 1/2 were obtained at ph range 7.30 to 8.50 but ph 7.30 was selected on account of studying the complexes at human blood ph [12].de vries and kroon method [13] was used to determine the number of electrons involved in the reduction. the concentration of cephalothin varied from 5.0 mmol l-1 to 30.0 mmol l-1 at 0.5 mmol l-1 of metal i.e. co and ni in their analytes. the e 1/2 values became more negative on increasing the concentration of cephalothin to the metal showed complex formation. gellings method [14] was used to determine the e 1/2 reversible from e 1/2 quasireversible values of complexes by plotting – [e-rt/nf log(i d -i)/i] vs i{where e, r, t, n, f, i d and i are the potential on polarograms, solution constant, kelvin temperature, number of electrons involved in the reduction, faraday constant, diffusion current and current on the polarogram respectively}then lingane method [15] confirmed the formation of 1:1 and 1:2 complexes with cephalothin with co and ni. lingane method is used to determine the composition and stability constants of binary complexes when overall complex formation is taken place. the number of groups ( j ) attached to the metal ion can be calculated by the following equation d(e 1/2 )c / d logc x = -j 0.0591 / n at 250c (1) figure 1. [m – doxycycline – cephradine] system, m = co or ni 74 ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 then the values of stability constant of complex mx j is calculated by the equation (2) (e 1/2 )s – (e 1/2 )c = de 1/2 = 0.0591 /n log â mxj + (0.0591/n)log c x (2). where the symbols have the usual meanings [15]. the values of stability constants of co and ni complexes were given in table 1and 2 respectively. [m – antibiotics] system the concentration of antibiotics varied from 0.5 mmol l-1 to 30.0 mmol l-1 in each case at 0.50 mmol l-1 of co or ni it their respective analytes and polarograms were recorded. after determining the e 1/ 2 reversible values of complexes from e 1/ 2 quasireversible values by gellings method [14], deford and hume method [16] was used to determine the 1:1, 1:2 and 1:3 complexes of co and ni with selected antibiotics. the stability constant values of complexes were given in table 1 and table 2 respectively. table 1. stability constants values for [co – antibiotics – cephalothin system, [co (ii)] = 0.50 mmol l-1, ph = 7.30 ± 0.01, supporting electrolyte = (0.1 mol l-1 pyridine + 0.1 mol l-1 pyridinium hydrochloride), t = 25.0 0c ligands log 01 log 02 log 10 log 20 log 30 log 11 log 12 log 21 doxycycline 3.33 5.00 7.31 4.31 7.38 7.83 chlortetracycline 4.46 9.63 4.51 7.72 9.69 oxytetracycline 4.68 7.93 9.94 4.75 8.13 9.73 tetracycline 4.88 8.13 9.98 5.12 8.33 10.02 minocycline 4.90 8.20 10.02 5.23 8.46 10.14 amoxicillin 4.97 8.31 10.13 5.53 8.57 10.19 chloramphenicol 8.38 10.21 5.53 10.31 cephaloglycin 1.90 2.81 figure 2. plots between [e-rt/nf log (i d -i)/i ] for [co doxycycline – cephalothin] system. 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 -10 10 30 50 i, [cephalothin]=0.05 mol l-1 -[e -r t/ nf lo g( id -i/ i] 0.00 m 0.0005 m 0.001m 0.002 m 0.003 m 0.004 m 0.005 m 0.006 m 0.008 m 0.01 m 0.02 m 0.03 m 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 -10 10 30 50 i , [doxycycline]=0.025mol l-1 -[e -r t/ nf lo g (id i )/i ] 0.00 m 0.0005 m 0.001m 0.002 m 0.003 m 0.004 m 0.005 m 0.006 m 0.008 m 0.01 m 0.02 m 0.03 m 75ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 table 2. stability constants of [ni – antibiotics – cephalothin] system. [ni(ii)] = 0.50 mmol l-1, supporting electrolyte = 1.0 mol l-1 kscn, ph = 7.30 ± 0.01, t = 25.0 0c values by gellings method [14], deford and hume method [16] was used to determine the 1:1, 1:2 and 1:3 complexes of co and ni with selected antibiotics. the stability constant values of complexes were given in table 1 and table 2 respectively. [m-antibiotics – cephalothin] system liga nds log 01 log 02 log 10 log 20 log 30 log 11 log 12 log 21 do xyc yc line 3.42 5.10 7.46 4.41 7.46 7.90 chlor tetrac yc line 4.53 5.21 9.73 4.59 7.78 o xyte trac yc line 4.73 8.00 10.00 4.81 8.24 9.75 tetrac yc line 4.92 8.23 10.06 5.22 8.43 10.10 m inoc yc line 5.00 8.35 10.12 5.36 10.21 a mo xic illin 5.13 10.20 5.61 8.62 10.31 chlora mp he nico l 5.23 8.45 10.36 5.67 8.73 10.45 cepha lo thin 2.00 2.93 figure 3. [co doxycycline – cephalothin] system. in this system, the concentration of antibiotics varied from 0.5mmol l-1 to 30.0 mmol l-1 at 0.50 mmol l-1 of metal at 0.025 mol l-1and 0.050 mol l-1 of cephalothin and current – voltage curves were determined at ph 7.30 ± 0.01 at 25.0 0c. the e 1/2 values increased with the addition of [cephalothin] to [m – antibiotics] showed ternary complex formation. after determining the e 1/2 reversible values from e 1/2 quasireversible values of complexes by gellings method, schaap and mcmaster method [17] was used to deter0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 [doxycycline] x 103, [cephalothin]=0.025 mol l-1 fi j[x ,y ] f00[x,y] f10[x,y] x 103 f20[x,y] x 104 f30[x,y] x 105 0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 [doxycycline] x 103, [cephalothin]=0.05mol l-1 fi j[x ,y ] f00[x,y] x 10 f10[x,y] x 103 f20[x,y] x 105 f30[x,y] x 106 76 ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 table 3. polarographic characteristics and fij [x,y] values for [co – doxycycline cephalothin] system, supporting electrolyte = (0.1 mol l-1 pyridine + 0.1mol l-1 pyridinium hydrochloride), ph=7.30 ± 0.01 , t = 25.0 0c [cephalothin] = 0.025 mol l-1 [cephalothin] = 0.05 mol l-. [doxycy.] x 103 logim / ic e1/2 r -v vs sc e f00[x,y] f10[x,y] x 103 f20[x,y] x 104 f30[x,y] x 105 log im /ic e1/2 r -v vs sc e f00[x,y] x 10 f10[x,y] x 103 f20[x,y] x 105 f30[x,y] x 105 0.00 1.0550 1.0550 0.50 0.00694 1.0885 13.73 20.70 214.22 204.10 0.01401 1.1025 43.00 72.85 41.74 20.39 1.00 0.01401 1.0955 25.16 21.78 215.24 204.01 0.02118 1.1105 81.53 74.95 41.84 20.42 2.00 0.02118 1.1105 82.01 26.21 219.32 204.00 0.02840 1.1195 164.93 79.17 42.04 20.41 3.00 0.02118 1.1105 82.01 26.21 219.32 204.00 0.03590 1.1250 256.91 83.44 42.25 20.41 4.00 0.0284 1.1150 117.32 28.48 221.35 203.90 0.03590 1.1290 357.54 87.75 42.45 20.40 5.00 0.0284 1.1190 157.38 30.80 223.41 204.20 0.04340 1.1325 467.08 92.10 42.66 20.42 6.00 0.0359 1.1220 202.33 33.15 225.44 204.00 0.04340 1.1355 585.57 96.48 42.86 20.43 8.00 0.0359 1.1275 307.32 37.99 229.52 204.10 0.05110 1.1395 843.10 105.38 43.27 20.40 10.00 0.0434 1.1315 433.28 42.99 233.59 203.90 0.05890 1.1435 1151.09 114.45 43.68 20.41 20.00 0.0511 1.1465 1411.68 70.41 253.92 204.10 0.05890 1.1570 3250.94 162.21 48.72 20.42 30.00 0.0589 1.1560 3062.45 101.96 274.46 204.20 0.11055 1.1655 6428.35 214.05 47.76 20.41 log a = 0.53 , log b = 4.29, log c = 6.32 , log d = 7.31 log a = 0.81 , log b = 4.84 , log c = 6.61 , log d = 7.31 mine the 1:1:1, 1:1:2 and 1:2:1 complexes of co and ni with doxycycline, chlortetracycline, oxytetracycline, tetracycline, minocycline, amoxicillin and chloramphenicol with cephalothin. the formation of ternary complexes is given by the following equation m + ix + jy = mxiyj ——————(3) where i and j are the stoichiometric numbers and x and y are two different ligands species(x is primary ligands i.e. antibiotics and y is secondary ligand i.e. cephalothin). the deford and hume type f o [x] function [16] may be extended to give a new function f oo [x,y] expressed in the form f oo [x,y] = s b mxiyj [x]i[y]j ———(4) where activity coefficients have been ignored. as before the f oo [x,y] function is given by f oo [x,y] = antilog [0. 434nf de 1/2 /rt] + log i s /i c — ——(5) for the simple case where a maximum of the bound ligand of type x and y occurs, factorization of the f oo [x,y] function leads to f oo [x,y] = {b oo + b 01 [y] + b 02 [y]2}[x]o + {b 10 + b 11 [y] + b 12 [y]2}[x] + {b 20 + b 21 [y]}[x]2 + {b 30 }[x]3 —————————— -(6) here [y] is regarded as maintained constant while [x] is varied. from the equation (6), the values of b 11, b 12 and b 21 may be calculated. the values of stability constant of co and ni complexes were given in table 1 and table 2 respectively. the plots between -[e – rt/nf log(i d -i)/i] vs i for [co – doxycycline – cephalothin] system were given in fig. 2.the data and plots of f ij [x,y] vs 77ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 [x] for (co – doxycycline – cephalothin) system {where x and y are doxycycline and cephalothin and i & j are their stoichiometric numbers respectively}were given in table 3 and fig. 3 respectively. for the comparison of the values of stability constant of binary complexes to the ternary complexes, the mixing constant (log k m ) values of complexes were calculatedby the following equation [17] log k m = log b 11 – ½ [log b 20 + log b 02 ] the values of log k m were 0.40, 0.62, -0.35, -0.27, -0.03 and –0.06 for [codoxycycline – cephalothin], [co – oxytetracycline – cephalothin], [co – tetracycline – cephalothin], [co – minocycline – cephalothin], [co – amoxicillin – cephalothin] and [co – chloramphenicol – cephalothin] and 0.395, 0.520, -0.655, 0.360, -0.280, and -0.020 for [nidoxycycline-cephalothin], [nichlortetracycline-cephalothin], [nioxytetracycline-cephalothin], [nitetracycline-cephalothin], [ni-minocyclinecephalothin] and [ni-chloramphenicolcephalothin] respectively. the positive values of log k m showed that ternary complexes are more stable than their binary complexes while the negative values showed that binary complexes are more stable than ternary complexes. table 4. kinetic parameters of [co doxycycline – cephalothin] system, co(ii) = 0.5 mmol l-1, ph = 7.30 ± 0.01, supporting electrolyte.= (0.1 mol l-1 pyridine + 0.1 mol l-1pyridinium hydrochloride ), t = 25.0 0c[cephalothin] = 0.025 mol l[cephalothin] = 0.05 mol l-1 [doxycy. ] x 103 e1/2 qr. – v vs sce slo pe mv sec1/2 d x 103 cm2s1 k x 103 cm s-1 e1/2 qr. –v vs sce slope sec1/2 d x 103 cm2s-1 k x 103 cm s-1 0.00 1.0700 35 0.44 2.14 4.15 8.90 1.0700 35 0.44 2.14 8.90 5.08 0.50 1.1000 36 0.54 1.51 4.08 6.20 1.1200 37 0.54 1.51 4.08 6.20 1.00 1.1150 37 0.42 2.40 4.01 9.66 1.1250 36 0.43 1.70 3.95 6.73 2.00 1.1200 36 0.40 2.40 3.95 9.48 1.1350 36 0.42 1.51 3.88 5.90 3.00 1.1250 36 0.43 1.70 3.39 6.73 1.1400 36 0.51 1.07 3.82 4.10 4.00 1.1300 38 0.42 1.51 3.88 5.90 1.1450 36 0.46 1.35 3.82 5.17 5.00 1.1350 38 0.47 1.70 3.88 6.62 1.1500 37 0.48 1.35 3.75 5.08 6.00 1.1350 37 0.44 1.70 3.82 6.50 1.1550 37 0.57 1.07 3.75 4.03 8.00 1.1400 37 0.48 1.51 3.82 5.80 1.1700 37 0.52 1.07 3.69 3.96 10.00 1.1500 37 0.43 1.07 3.75 4.03 1.1750 37 0.43 1.20 3.62 4.36 20.00 1.1600 36 0.43 1.51 3.69 5.60 1.1750 36 0.42 1.20 3.62 4.37 30.00 1.1650 37 0.42 1.20 3.63 4.36 1.1800 36 0.55 0.87 3.55 3.10 73-83 [doxycycline]=0.00mol l-1 0 0.5 1 0.9 1 1.1 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m series1 [doxycycline]=0.0005mol l-1 0 0.5 1 1 1.1 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m series1 [doxycycline]=0.001mol l-1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.002mol l-1 0 0.5 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.003mol l-1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.004mol l-1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 78 ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 figure 4. polarograms of [co doxycycline cephalothin] system, [cephalothin] = 0.025m [doxycycline]=0.005mol l-1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.006mol l-1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.008mol l-1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.01mol l-1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.02mol l-1 0 0.5 1 1.1 1.15 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.03mol l-1 0 0.5 1 1.14 1.16 1.18 1.2 voltage(volts) c ur re nt (m a /m m ) series1 [doxycycline]=0.00 mol l-1 -4 -2 0 2 4 -0.05 0 0.05 0.1 (e1/2r e) lo g (z -1 ) [doxycycline]=0.0005 mol l-1 0 0.5 1 1.5 2 0 0.02 0.04 0.06 (e1/2r-e) lo g( z1) [doxycycline]=0.005 mol l-1 -0.5 0 0.5 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.006 mol l-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.001 mol l-1 -1 -0.5 0 0.5 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r e) lo g( z1) 79ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 figure 5(a). [co -doxycycline – cephalothin] system, [cephalothin] = 0.025 m [doxycycline]=0.00 mol l-1 -4 -2 0 2 4 -0.05 0 0.05 0.1 (e1/2r e) lo g (z -1 ) [doxycycline]=0.0005 mol l-1 -0.5 0 0.5 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.001 mol l-1 -1 -0.5 0 0.5 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r e) lo g( z1) [doxycycline]=0.002 mol l-1 -1 0 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.008 mol l-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.002 mol l-1 -1 0 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.003 mol l-1 -1 -0.5 0 0.5 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.004 mol l-1 -1 -0.5 0 0.5 1 -0.2 0 0.2 0.4 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.02 mol l-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.03 mol l-1 -4 -2 0 2 -0.05 0 0.05 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.008 mol l-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.01 mol l-1 -1 0 1 2 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 80 ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 the trend of stability constant of complexes was doxycycline < chlortetracycline < oxytetracycline < tetracycline < minocycline < amoxicillin < chloramphenicol. all the tetracycline including doxycycline and minocycline are having the same structures except in the difference in r 1 and r 2 positions [18]. they all made bond with oxygen of 1, c and oxygen of amide (conh 2 ) group at 2, c atom with co and ni. the doxycycline formed the complexes of minimum stability with metal ions. the lesser stability of chlortetracycline complexes figure 5(b). [co -doxycycline – cephalothin] system, [cephalothin] = 0.05 m 1:1:1 complex in [co chlortetracycline – cephalothin] and 1:2 complex in [ni-amoxicillin – cephalothin] systems were not formed; therefore, the log k m values were not calculated for these systems. than that of oxytetracycline complexes is due to the presence of more electrons withdrawing cl at r 1 in the former in place of h in the latter [19].in case of tetracycline, h is present both at r 1 and r 2 therefore; there is the least electronic disturbance in tetracycline in comparison to other tetracycline complexes. this order supported the order of their pk values also [20]. the stability of minocycline complexes is lesser than that of amoxicillin complexes is owing to the presence of 6 membered ring with two double bonds in former while the later made 5 membered [doxycycline]=0.003 mol l-1 -1 -0.5 0 0.5 1 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.004 mol l-1 -1 -0.5 0 0.5 1 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.005 mol l-1 -2 -1 0 1 2 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.006 mol l-1 -2 -1 0 1 2 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.008 mol l-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.01 mol l-1 -1 0 1 2 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.02 mol l-1 -1 0 1 2 0 0.02 0.04 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 [doxycycline]=0.03 mol l-1 -0.2 0 0.2 0.4 0 0.02 0.04 0.06 (e1/2r-e) lo g( z1) series1 81ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 saturated ring together with b lactam ring with metal ions. the complex with saturated 5 membered ring is more stable than complex with unsaturated 6 membered ring [21]. the chloramphenicol made complexes of the maximum stability is due to the fact that this complex system has maximum shift of e 1/2 that might be the result of the formation of one 4 and one 5 membered ring with co and ni [22].the polarograms of [co – doxycycline – cephalothin] system at [cephalothin] = 0.025 m were given in fig. 4. in the case of cephalothin, o of the cooh and n of the b-lactam ring may take part in bond formation with co or ni. electrode kinetics consider the electrochemical reaction at d.m.e k red o(s) + e(d.m.e.) = r(s) —————(i) k ox where o(s) is the metal complex species. the current flowing is given by the following equations i a = fak ox. [r] o ———(2) and i c = fak red. [o]o ———(3) where the terms have the usual meanings[22]. to establish how the rate constant k red and k ox are affected by applied potential, transition state theory is used in which we consider that the reaction is precede via an energy barrier. in electrochemical reactions, free energy is a function of the applied potential which derive electro active species from solution interface to the transition state and form reductants after gaining electrons from d.m.e. using these concepts, the corresponding rate constants are given by the following equations k red. = ze[(-dg red ./ rt)(-afv)/rt] (4). and k ox. = ze[(-dg ox ./ rt)(1a)fv/rt] (5). but at anode, the electrode reactions are almost negligible because the concentration of depolarizer is lesser than 1.0 mm [2324]. the parametera is called the transfer coefficient which has a value of 0.50. physically, it provides an inside into the way the ‘transition state’ is influenced by the applied potential. a value of 0.5 means that the ‘transition state’is a function of applied potential. it also defines the symmetric behaviour of energy barrier. a small variation in potential not only affects the rate of the electrochemical reaction but also rate constant greatly. the values of kinetic parameters were determined by tamamushi and tanaka methods [23, 24]by plotting(e 1/2 r-e) vs log (z-1) for metals complexes by equation (7). ln (i d – i / i ) = x + loge z (6) ln (z – 1) = loge 1.13 / l t 1/2 (1 a) x (7) where x = nf / rt (ee 1/2 r ). the values of z can be calculated by the following equation [23] z = antilog [nf / rt (e 1/2 r e)] + log (i d -i) / i (8) then the value of rate constant k can be calculated by k = l d 1/2 (9) the plots between (e 1/2 r – e) vs log (z-1) for [co– doxycycline – cephalothin] were given in fig. 5(a) and 5(b) respectively while the values of kinetic parameters were given in table 4. the values of a and k were varied from 0.41 to 0.59 and 2.60 x 10-3 cm s-1 to 9.67 x 10-3 cm s-1 in case of [co – antibiotics – cephalothin] system while in case of [ni – antibiotics – cephalothin], a and k were varied from 0.41 to 0.58 and 2.34 x 10-3 cm s-1 to 9.19 x 10-3 cm s-1 confirmed that transition state behaves between oxidant and reductant response to applied potential and energy barrier adjusts it self in such a way that it locates always midway between dropping mercury electrode and solution interface. the values of rate constant were of the order of 10-3 cms-1 confirmed the quasireversible nature of electrode processes. a small variation in rate constant (k) not only affects the rate of the electrochemical reaction but also the rate constant greatly. 82 ecl. quím., são paulo, 32(3): 73-83, 2007 conclusions the aim of the present study is to study the complex formation of co and ni with selected antibiotics and cephalothin and also to determine the stability constants and kinetic parameters of complexes. on the basis of these parameters, one can confirm the exact nature of electrode processes between dme and solution interface. on the basis of stability constants values of complexes, we can get an idea about the possibilities whether these drugs or their complexes could be used against metal toxicity or not [25]. the values of transfer coefficient (a) showed that transition state behaves between oxidant and reductant response to applied potential and energy barrier locates always midway between d.m.e. and solution interface. the values of rate constant (k) confirmed the quasireversible nature of electrode processes. the values of stability constant (logb) of complexes varied from 1.90 to 10.31 in case of co and 2.00 to 10.45 in case of ni showed that these drugs or their metal complexes could be used against these metals toxicity [25]. the aim of drug therapy is to excrete a toxic metal complex but we have also to consider the complex formation (if any) of other metals present in human body with our drugs. the drug should not be toxic can be excreted easily from body. acknowledgements the author is thankful to the head, department of chemistry, dr. h. s. gour university, sagar for providing the laboratory facilities. received 16 july 2007 accepted 03 september 2007 references [1] m. breiter, m. kleinerman, p. delahay, j. am. chem. soc.80 (1958) 5111. 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(x86)\scan\gpyimages\20221129032108708.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032129316.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032143500.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032228227.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032257939.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032315980.pdf editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 4 | 2021 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 3 | 2020 | 12 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) with ligand formed by condensation reaction of isatin with glutamic acid wiesława ferenc+ , dariusz osypiuk, jan sarzyński, halina głuchowska maria curie-skłodowska university, institute of chemical sciences, faculty of chemistry, department of general and coordination chemistry and crystallography, 20-031 lublin, poland +corresponding author: wiesława ferenc, phone: +48 81 537 57 65, email address: wetafer@poczta.umcs.lublin.pl article info article history: received: july 26, 2019 accepted: march 3, 2020 published: july 1, 2020 keywords: 1. isatin 2. glutamic acid 3. ferroand antiferromagnetic interactions 4. thermal properties 1. introduction a type of ligand such as isatin (1h-indole-2,3dione) creates an interesting basis of current research in inorganic and coordination chemistry due to its wide applications and diverse biological properties. it plays an important role such as: antibacterial, antifungal, anticonvulsant, anti-hiv and antiviral1-7. from literature survey, it appears that isatin heterocycles exhibit manifold abstract: the complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) with ligand (h2l=c13h12n2o5) formed by condensation reaction of isatin and glutamic acid were synthesized. their physico-chemical properties were characterized using elemental analysis, xrf, xrd, ftir, tg–dsc and tg–ftir methods and magnetic measurements (gouy’s and squid-vsm methods). the complexes were obtained in crystalline forms (monoclinic or triclinic) with the formulae: m(lh)2·nh2o for mn(ii), ni(ii) and zn(ii) and ml·nh2o for co(ii) and cu(ii), where lh=c13h11n2o5 –, l-=c13h10n2o5 2–, n = 1 for mn(ii), cu(ii) and zn(ii), n = 2 for co(ii) and n = 3 for ni(ii). in air at 293–1173 k they decompose in three steps forming finally the oxides of the appropriate metals. the gaseous decomposition products were identified as: h2o, co2, co, hydrocarbons and n2o. the magnetic moment values for complexes (except zn(ii) complex) show their paramagnetic properties with the ferroand antiferromagnetic interactions between central ions. the compounds of mn(ii) and co(ii) are high spin complexes with weak ligand field. in co(ii) and cu(ii) complexes two carboxylate groups take part in the metal ion coordination while in those of mn(ii), ni(ii) and zn(ii) only one carboxylate anion coordinates to central ion. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 mailto:wetafer@poczta.umcs.lublin.pl http://orcid.org/0000-0001-6302-1229 original article 13 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 importance in the field of medicinal chemistry. it is used for the design and development of anticancer drugs1,2. there are over ten thousand biologically active compounds containing indole core. more of them are approved as commercially available drugs or are undergoing clinical trials. antioxidant potential of the thiosemicarbazone derivatives was analysed by in vitro free radical scavenging assay8. therefore, derivatives of isatin based on the thiosemicarbazone are potential compounds with wide range of promising biological properties which may be explored further for the treatment of several diseases. likewise, isatin structural scaffold could act as dna inhibitors. the isatin compound hybrids have the potential to overcome the drug resistance9. isatin and its derivatives are one of the most important and broadly occurring structural units in several natural compounds. as a natural substance it occurs in plants while as metabolite in the human body10-16. isatin is sparingly soluble in ether. from water, alcohol and acetic acid it crystallizes in red needles form that melt at 200 – 201ºc17. its structure may cause the electrophilic substitution or nucleophilic addition on the carbonyl group carbon atom. the metal complexes of isatin were found to have pharmacological properties and some of them, especially co(ii) compounds, can form the interesting group of single–molecule magnets (smms) with special magnetic applications18-22. they show magnetization hysteresis at low temperature occurring the special property of macroscopic magnets and possess a finite magnetization that can be frozen in the absence of an applied magnetic field. at low temperatures, these systems can be considered as a magnet since the relaxation of the magnetization becomes significantly slow22. isatin metal compounds with amino acids are little known. only a few information about the synthesis of isatin and amino acid ligands are available in the literature23,24. therefore, their studies are important for understanding the relationship between chemical structure and biological macrocycle activities that may indicate their practical use as models in biochemistry systems. thus, the chemistry of metal complexes with multidentate ligands as isatin with amino acids can gain much interest. the toxicity towards various bacteria, the cytotoxic and inhibitory effects of the obtained compounds on some cells and examination of their impact on living organisms seem interesting. the aim of our investigations was to synthesize the complexes of new ligand synthesized in reaction of condensation of isatin and glutamic acid, 2-(2-oxoindolin-3ylideneamino)pentanedioic acid (c13h12n2o5) with mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) ions and to characterize them by various physicochemical measurements. 2. experimental 2.1. materials all chemicals and solvents used for the syntheses were of commercially available reagent grade and applied without further purification. 2.1.1. synthesis ligand (scheme 1) was synthesized by refluxing glutamic acid (0.01 mol l-1) (1.47 g) with isatin (0.01 mol l-1) (1.47 g) in 100 ml methanol aqueous solution (99% pure, aldrich chemical company). for the reaching of equilibrium state the solids in solutions were constant heating for 2– 3 h in the presence of three drops of glacial acetic acid. they were filtered off, washed with water and methanol and dried at 303 k to constant masses. the complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii), zn(ii) with ligand were prepared by adding the equivalent quantities of methanol solutions of metal chlorides (3.6 mmol): mncl2·4h2o (710 mg), cocl2·6h2o (860 mg), nicl2·6h2o (860 mg), cucl2·2h2o (610 mg) and zncl2 (490 mg) (analytically pure, polish chemical reagents in gliwice – poland) to a warm methanol solution of h2l (3.6 mmol, 1000 mg) in the round bottom flask. the ph of solution was adjusted by water ammonia solution dropwise to ph value about 6.5 – 7. then the reaction mixture was refluxed for 6 – 8 h. it was cooling at room temperature and after partial evaporation filtered off, washed with water and methanol and dried at 303 k to constant mass. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 14 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 scheme 1. a) ligand synthesis, b) ftir spectra of components used for the synthesis. 2.2. methods and apparatus applied the contents of carbon, hydrogen and nitrogen were determined by elemental analysis using a chn 2400 perkin-elmer analyser. the amounts of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) metals were established by x-ray fluorescence xrf method with the use of spectrophotometer of x-ray fluorescence with energy dispersion edxrf-1510 (canberra-packard). the ftir spectra of complexes and the products of the intermediate and final complex decompositions were recorded over the range of 4000 – 400 cm-1 using an m-80 perking-elmer spectrometer. the samples were prepared as kbr discs. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 15 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 the 1h-nmr spectrum for ligand and zn(ii) compound in dmso-d6 was recorded on a bruker avance 300 mhz nmr spectrometer at 298.1 k. the x-ray diffraction patterns of compounds and of their residues after final decomposition processes were taken on a hzg-4 (carl-zeiss. jena) diffractometer with ni filtered cukα radiation. the measurements were made within the range of 2θ = 4º – 80º by means of bragg-brentano method. the thermal stability and decomposition of the complexes were studied in air using a setsys 16/18 (setaram) tg, dtg and dsc instrument. the experiments were carried out under air flow rate of 20 ml min-1 in the range of 297 – 1173 k at a heating rate of 5 k min-1. the initial masses of samples used for measurements changed from 7.85 to 4.09 mg and were heated in al2o3 crucibles. the tg–ftir measurements of mn(ii), co(ii) and zn(ii) complexes were performed to identify their gaseous decomposition products on the q5000 ta apparatus coupled with the nicolet 6700 spectrophotometer. the experiments were carried out under a dynamic nitrogen atmosphere in flowing nitrogen of 20 ml min−1 in open platinum crucibles. the complexes were heated up to 1273 k at a heating rate of 20 k min−1. the gaseous decomposition products were analysed over the range of 4000 – 400 cm-1 using the nicolet 6700 spectrophotometer. magnetic susceptibility of polycrystalline samples of transition metal compounds was investigated at 76 – 303 k and for some of them at 2 – 300 k. the measurements in the range of 76 – 303 k were carried out using the gouy’s method. mass changes were obtained from cahn rm-2 electrobalance. the calibrate employed was hg[co(scn)4] for which the magnetic susceptibility was assumed to be 1.644·10-5 cm3 g1. the measurements were made at a magnetic field strength of 9.9 kθe. correction for diamagnetism of the constituent atoms was calculated by the use of pascal’s constants25. the effective magnetic moment values were calculated from the eq. 1: µeff = 2.83 (m  t)1/2 (1) where: µeff effective magnetic moment, m – magnetic susceptibility per molecule and t absolute temperature. the measurements in the range of 2 – 300 k were carried out with the use of quantum design squid – vsm magnetometer at magnetic field 0.1 t. the superconducting agent may generally operate at a field strength ranging from 0 to 7 t. the squid magnetometer was calibrated with the palladium rod sample. 3. results and discussion all synthesized compounds were obtained as powders with the different colours changing from brownish pink, via brown to brick-red ones. elemental analysis, xrf and thermogravimetric experimental data confirmed them to be hydrated. the molar conductance, magnetic and infrared spectroscopy measurements were made to estimate their structure. the compounds were obtained with general formulae m(lh)2·nh2o for mn(ii), ni(ii) and zn(ii) and ml·nh2o for co(ii) and cu(ii), where lh=c13h11n2o5 –, l=c13h10n2o5 2–, n = 1 for mn(ii), cu(ii) and zn(ii), n = 2 for co(ii) and n = 3 for ni(ii). some predictions about the compositions of compounds may be compatible with those in literature26-30. in the cited papers the ways of cu(ii) and pd(ii) ion coordination with ligand formed by the glutamic acid and various organic compound condensation reactions are presented. not having identical compositions to those used by us, these arrangements show that one deprotonated glutamic carboxylic acid group may coordinate to metal ions. as we did not determine the complex structures this fact let us also state the formulae of compounds, especially for cu(ii) and co(ii) ones. the results of elemental and xrf analyses are as follows: ligand c13h12n2o5, yield: 78.98% as a brown solid. anal. calc. for ligand (%): c, 56.52; h, 4.38; n, 10.14. found: c, 57.42; h, 4.60; n, 9.85. mn(lh)2·h2o, yield: 75.63% as a light brown solid. anal. calc. for mnl2·h2o (%): c, 50.09; h, 3.89; n, 8.99; mn, 8.81. found: c, 50.82; h, 4.08; n, 8.83; mn, 7.87. ir: 3384 (νoh), 3216 (νn–h), 1724 (νc=o)ket., 1712 (νcooh), 1690 (νascoo -), 1620 (νc=n), 1468 (νhc-n), 1408 (δc-h), 1296 (νscoo–), 1196 (νc-n), 1104 (νar), 752 (δch), 580 (νm–o) cm-1, 416 (νm–n) cm-1. col·2h2o, yield: 83% as a brownish pink solid. anal. calc. for col·2h2o (%): c, 42.41; h, 3.57; n, 7.61; co, 16.01. found: c, 41.82; h, 4.06; n, 7.07; co, 16.19. ir: 3340 (νoh), 3230 (νn–h), 1725 (νc=o)ket., 1692 (νascoo -), 1620 (νc=n), 1468 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 16 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 (νhc-n), 1400 (δc-h), 1336 (νscoo–), 1196 (νc-n), 1104 (νar), 752 (δch), 644 (νm–o) cm-1, 460 (νm–n) cm-1. ni(lh)2·3h2o, yield: 73.11% as a brown solid. anal. calc. for nil2·3h2o (%): c, 47.07; h, 4.26; n, 8.45; ni, 8.88. found: c, 47.30; h, 4.26; n, 7.96; ni, 9.20. ir: 3376 (νoh), 3200 (νn–h), 1704 (νc=o)ket., 1692 (νcooh),1680 (νascoo -), 1620 (νc=n), 1468 (νhc-n), 1404 (δc-h), 1328 (νscoo–), 1196 (νcn), 1104 (νar), 752 (δch), 580 (νm–o) cm-1, 456 (νm– n) cm-1. cul·h2o, yield: 84.87% as a brown solid. anal. calc. for cul·h2o (%): c, 43.89; h, 3.41; n, 7.87; cu, 17.86. found: c, 42.96; h, 3.80; n, 7.28; cu, 17.50. ir: 3440 (νoh), 3340 (νn–h), 1724 (νc=o)ket., 1696 (νascoo -), 1620 (νc=n), 1468 (νhc-n), 1408 (δc-h), 1328 (νscoo–), 1216 (νc-n), 1104 (νar), 756 (δch), 680 (νm–o) cm-1, 488 (νm–n) cm-1. zn(lh)2·h2o, yield: 60.50% as a brick-red solid. anal. calc. for znl2·h2o (%): c, 49.27; h, 3.82; n, 8.84; zn, 10.32. found: c, 49.43; h, 4.12; n, 9.35; zn, 10.03. ir: 3332 (νoh), 3248 (νn–h), 1724 (νc=o)ket., 1688 (νcooh), 1680 (νascoo -), 1620 (νc=n), 1468 (νhc-n), 1396 (δc-h), 1340 (νscoo–), 1220 (νc-n), 1088 (νar), 748 (δch), 640 (νm–o) cm-1, 460 (νm–n) cm-1. the complexes are insoluble in most of the organic solvents except methanol and acetonitrile. the 1h-nmr spectrum for h2l was recorded in dmso-d6. the experimental results were not suitable for fair interpretation due to their poor quality, high ratio of background noise to signals and d-electron nature so the results were not presented in this article. in order to estimate the electrolytic properties of these compounds dissolved in methanol their molar conductance were measured and they were found to be in the range of 8.23 – 33.67 s cm2 mol-1 indicating the analysed complex solutions not to be electrolytes since their molar conductance worths are less than 70 s cm2 mol-1 23,24. 3.1. thermal analysis the thermal stability of complexes was studied in air at 293 – 1173 k (tab. 1, fig. 1). when heated to 1173 k they decompose in three stages. first they dehydrate in one step and next being gradually decomposed form ultimately the oxides of appropriate metals with the intermediate formations of oxycarbonates, m2oco3 or their mixtures with the metal oxides. figure 1. tg, dtg and dsc curves for analysed complexes. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 17 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 table 1. temperature ranges of thermal stability for analysed complexes in air at 293 – 1173 k, their dehydration process and enthalpy values. complex ∆t1 / k mass loss / % nº ∆t2 / k mass loss / % residue mass / % tk/ k ∆h / ∆hº / calc. found calc. found calc. found kj mol-1 kj mol1 mn(lh)2·h2o 310-394 10.40 10.09 4 419-900 86.37 86.36 13.63 13.64 906 52.88 13.22 col·2h2o 310-390 11.70 12.00 2 423-873 88.85 88.27 11.15 11.73 893 51.40 25.70 ni(lh)2·3h2o 323-414 12.82 12.45 3 436-970 88.98 89.90 11.01 10.10 973 30.93 10.31 cul·h2o 323-404 5.07 5.02 1 413-1013 85.47 85.02 14.53 14.98 1023 37.78 37.78 zn(lh)2·h2o 323-388 4.45 4.46 1 423-903 87.44 88.25 12.56 11.75 923 17.74 17.74 hl-=c13h11n2o5 –, l=c13h10n2o5 2–, ∆t1 temperature range of dehydration process, n – number of water molecules lost in one step, ∆t2 temperature range of anhydrous complex decomposition, tk – final temperature of decomposition process, ∆hº enthalpy value for one molecule of water. the complexes are stable up to 310–323 k. in the range of 310 – 414 k they dehydrate with an endothermic effect losing all water molecules. the found enthalpy values for one water molecule of dehydration process change from 10.31 to 37.78 kj mol-1. on further heating of compounds at 413 – 1013 k the oxycarbonates, m2oco3 of the corresponding metals were formed31 but in the case of ni(ii) and zn(ii) complexes the mixtures of ni2oco3 and zn2oco3 with nio and zno were identified. the final products of complex decompositions were following oxides: mno2, coo, nio, cuo and zno. they were identified by x-ray analysis data. for example fig. 2 presents the diffractogram of the final product of ni(ii) compound decomposition. figure 2. the x-ray powder diffractogram of the final product of decomposition for ni(ii) compound. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 18 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 the residue masses calculated from tg curves are equal to 10.10–14.98%, while those theoretical were 11.01–14.53%. the coordination number values of central ion depend mainly on the kind of cation32,33. in order to determine them it is necessary to estimate the positions of water molecules in analysed compounds. not having monocrystal structure data of compounds we can only estimate them taking into account their initial dehydration process temperature values. if water molecules are lost in one step below 423 k they may form outer sphere water32. however, if they are coordinated weakly with central atom, they may be released also at low temperature indicating this way their outer sphere character. then in the presented complexes it is difficult to state if water molecules are in outer or inner coordination positions. 3.2. tg–ftir analysis the tg–ftir coupled technique was applied for analysed complexes of mn(ii), co(ii) and ni(ii) to identify their gaseous decomposition products. for example the ftir spectra of the volatile components of mixture evolved during destruction of co(ii) complex are presented in figs. 3 and 4. their interpretations reveal that h2o, co2, co and hydrocarbons are released during heating to 1173 k34,35. the heating of co(ii) complex leads to the release of water molecules up to about 393 k. the ftir spectra show characteristic bands in the regions: 4000–3600 and 1700–1400 cm−1 (fig. 3) due to stretching and deformation vibrations of water molecules34. next, the intensity of gases evolved during heating increases. it is connected with the great liberation of co2 molecules. the ftir spectra show bands at 3800 – 3500 cm−1, 2400 – 2300 cm−1 and at about 900 cm−1 coming from stretching and deformation vibrations of carbon dioxide. the maximum amounts of co2 are observed after 20 minutes of heating at about 580 k. the ftir spectra show as well the characteristic bands derived from n2o at 1250 – 1100 cm-1 and ammonia molecules at about 1000 – 800 cm-1. additionally, the bands at 1200 and 1000 cm-1 derived from the rocking vibrations of c–h resulting from the (ch3)2n moiety are observed34,35. another volatile products of co(ii) compound thermal decomposition in nitrogen are hydrocarbons. therefore ftir spectrum contains the bands at 3300 – 3100 cm−1, 1700 – 1650 cm−1 and 1500 – 1400 cm−1 coming from their molecule stretching vibrations34,35. above 700 k the bands at 2200 – 2100 and 800 cm−1 resulting from carbon monoxide vibrations occur. their highest intensities appear after 30 minutes of heating34. figure 3. the ftir spectrum of gaseous products evolved during the decomposition of co(ii) compound. 3.3. x-ray powder diffraction x–ray powder diffraction of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) complexes indicated them to be a crystalline compounds. a number of crystallization trials to obtain the single crystals of analysed complexes with several different solvents (such as h2o, alcohols, dmso, dmf and acetonitrile) have been carried out. the compounds were dissolved in pure solvent as well as in solvent mixture. crystallization test were performed both at room temperature and at 8 ºc. due to the lack of monocrystals of analysed compounds suitable for measurements, estimation of the unit cell parameters was carried out applying the dicvol06 programme36,37 (tab. 2) using the x– ray powder diffraction data. according to the obtained results all analysed complexes were found to form low symmetry compounds. the complexes of mn(ii), co(ii), cu(ii) and zn(ii) crystallized in monoclinic system while that of ni(ii) in triclinic one36,37. all experimental data (angular values and lattice constants of primitive cell) are showed in tab. 2. the x-ray diffraction patterns and dependences of i/i0 vs. 2θ of analysed complexes are presented in figs. 5 and 6. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 19 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 figure 4. the ftir spectra of gaseous products for co(ii) complex decomposition in n2 at 453 and 891 k. table 2. the data of unit cell parameters (α, β, γ, a, b, c and v) obtained for analysed complexes with mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) with the use of dicvol 06 programme, hl=c13h11n2o5 –, l=c13h10n2o5 2–. mn(lh)2·h2o col·2h2o ni(lh)2·3h2o cul·h2o zn(lh)2·h2o a / å 17.19 8.47 8.26 7.16 12.31 b / å 5.77 9.57 11.98 12.37 7.66 c / å 25.27 15.79 15.15 8.85 13.79 α / º 90.00 90.00 94.54 90.00 90.00 β / º 94.77 95.65 91.16 91.12 96.40 γ / º 90.00 90.00 90.19 90.00 90.00 v / å3 2499.42 1273.57 1494.81 793.53 1292.42 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 20 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 figure 5. x-ray diffractograms for analysed complexes. figure 6. dependence of i/i0 vs. 2θ for mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) compounds. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 21 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 3.4. infrared spectra the ir spectrum of ligand exhibits a broad band at 3260 cm-1 assigned to the n–h stretching vibration mode, ν(h–n)34,35. also in its spectrum the strong sharp ketonic band of indole group vibration, ν(c=o), appears at 1710 cm-1. a clear band of stretching vibration due to c=n, ν(c=n), appears at 1620 cm-1 and band at 1484 cm-1 comes from stretching vibration of hc–n group, ν(hc– n). the stretching vibration of c=o from cooh group yields the band at 1712 cm-1, ν(c=o). in the spectrum of ligand, the bands of c=c stretching vibrations, ν(c=c), and c–h scissoring vibrations, δ(c–h), are at 1104 and 752 cm-1, respectively. in the spectra of analysed complexes, the new wide bands at 3440 – 3332 cm-1 appear indicating the presence of water molecules in compounds. it is in good agreement with the results of the elemental analysis and thermogravimetric data. the stretching vibration bands of n–h group, ν(n– h), are present in the region of 3340 – 3200 cm-1. the ketonic bands of indole c=o group vibrations, ν(c=o), occur in their spectra from 1725 to 1704 cm-1. a strong band due to c=n stretching vibrations, ν(c=n), appears at 1620 cm-1. in complex spectra the hc–n vibration band is present at 1468 cm-1. in the spectra of co(ii) and cu(ii) complexes there is not characteristic band of carboxylic acid stretching vibration νcooh at 1712 cm-1 that is splitted into two band peaks of asymmetric and symmetric carboxylate stretching vibrations, νascooand νscoo, at 1692 and 1696 cm1 and 1336 and 1328 cm-1, respectively, (tab. 3). it indicates that two carboxylate anions take part in the metal ion coordination. table 3. the frequencies of maximum, cm-1, of absorption bands in ftir spectra of ligand and its compounds with mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii), zn(ii), hl=c13h11n2o5 –, l=c13h10n2o5 2–. ligand mn(lh)2·h2o col·2h2o ni(lh)2·3h2o cul·h2o zn(lh)2·h2o – 3384 3340 3376 3440 3332 νoh 3260 3216 3230 3200 3340 3248 νn-h 1712 1712 – 1692 – 1688 νcooh 1710 1724 1725 1704 1724 1724 νc=o ket – 1690 1692 1680 1696 1680 νascoo 1620 1620 1620 1620 1620 1620 νc=n 1484 1468 1468 1468 1468 1468 νhc–n 1400 1408 1400 1404 1408 1396 δc–h – 1296 1336 1328 1328 1340 νscoo 1220 1196 1196 1196 1216 1220 νc-n 1104 1104 1104 1104 1104 1088 νar 752 752 752 752 756 748 δc–h – 580 644 580 680 640 νm-o – 416 460 456 488 460 νm-n bands of ch in plane scissoring vibration, δc–h, bands of c-car asymmetric ring vibration, νar, bands of o-h stretching vibration, νoh, bands of c=o stretching vibration, νc=o. in the case of mn(ii), ni(ii) and zn(ii) complex spectra there are bands of carboxylic acid stretching vibrations, νcooh, at 1712, 1692 and 1688 cm-1 resulting from one carboxylic group that does not coordinate with metal ions. there are also seen the bands of asymmetric and symmetric carboxylate stretching group vibrations, νascooand νscoo-, at 1690, 1680 and 1680 cm-1 and at 1296, 1328 and 1340 cm-1, respectively (tab. 3). it suggests that only one carboxylate anion coordinates with central ion. in the spectra of complexes the c=c stretching vibration bands, ν(c=c), and c–h scissoring vibration bands, δ(c– h), are in the ranges of 1104 – 1088 cm-1 and 756 – 748 cm-1, respectively. there are some new bands present in the spectra of compounds not being seen in the ligand ir spectrum. the bands at 680 – 580 cm-1 confirmed the presence of the metal ion–oxygen bonds in complexes38,39. their various frequency values may suggest the different stability of m–o bonding. the m–n stretching vibration bands, ν(m–n), in the ir complex spectra appearing at 488 – 416 cm-1 indicate the ion metal coordination with nitrogen atom40,41. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 22 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 there are the differences between the spectrum of ligand and the spectra of its compounds. in the spectra of complexes are bands at 3440 – 3332 cm1, characteristic for ν(oh) stretching vibrations confirming the presence of water molecules in the compounds. these bands are not in the ligand spectrum. ketonic bands of indole c=o stretching vibrations, ν(c=o), in the spectra of compounds occur in the range of 1725 – 1704 cm-1, while in the h2l spectrum it appears at 1710 cm-1. the different values of those band frequencies may suggest the c=o group coordination with metal ions in the complex molecules34,35. a band due to azomethine nitrogen stretching vibration, ν(hc–n), occurs at 1484 cm-1 in the ligand spectrum whereas in all the complex spectra it is observed only at 1468 cm-1. therefore, azomethine nitrogen was found to coordinate with metal ions. in the spectrum of ligand and in the spectra of compounds the bands resulting from c=n and c=c, stretching vibrations, ν(c=n), ν(c=c), and c–h scissoring vibrations δ(c–h), occur at 1620, 1104 – 1088 and 756 – 748 cm-1, correspondingly. 3.5. magnetic measurements the magnetic susceptibility of mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) compounds was measured in the ranges of 77 – 303 k and 2 – 300 k. the effective magnetic moment values experimentally determined in the range of 77 – 303 k changed from: 4.24 to 4.34 µb for mn(ii), 3.05 – 3.25 µb for co(ii), 3.09 – 2.65 µb for ni(ii) and 1.21 to 1.47 µb for cu(ii) complexes while those at 2 – 300 k varied from: 3.09 to 5.02 µb for mn(ii), 2.22 to 3.12 µb for co(ii), 3.12 to 3.87 µb for ni(ii), 0.79 to 1.31 µb for cu(ii) complexes. the molar susceptibility measurements for helium temperatures were carried out in an applied magnetic field of 0.1 t. all analysed compounds demonstrate paramagnetic properties and obeyed the curie– weiss law. their magnetic susceptibility values decreased with increasing temperature42-48. the dependences of magnetic susceptibility, m corr, its reciprocal values and also m corr*t worths as a function of temperature for mn(ii) and cu(ii) complexes are presented in figs. 7 and 8. at a high temperature region, the magnetic moment values approached the theoretical values tab. 4. they seem close to spin only values which were calculated at room temperature from the equation µeff=[4s(s + 1)]1/2 for mn(ii), co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions and are equal to 5.92; 3.88; 2.83 and 1.73 µb, respectively. the obtained data indicated that there is no significant orbital contribution to the magnetic moments of the complex, or its contribution may be essential. values of µeff = 3.09 – 5.02 µb for mn(ii) compound may suggest that it is high-spin compound with weak ligand field42–43 and its sp3d2 hybridization44. the electronic configuration in this case for mn(ii) ion is t2g 3eg 2. the magnetic moment values changed from 3.09 µb (at 2 k) to 5.02 µb (at 300 k). at 300 k the χm·t value is equal to 3.1416 cm3 k mol-1 (fig. 7). with a lowering of a temperature its value decreases to 2.6774 cm3 k mol-1 (at 43.35 k) which perhaps results from the antiferromagnetic interaction between the magnetic centres of complex. at the temperature values lower than 43.35 k, the worths of χm·t drastically decrease to 1.1914 cm3 k mol-1 (at 2 k). it indicates the antiferromagnetic interaction around magnetic centres as well. the values of magnetic moments are lower than that theoretically calculated. probably the vectors l and s are aligned by the strong field of the heavy atom in opposite directions which diminishes the resultant magnetic moment. the analysed mn(ii) complex seems high – spin with octahedral symmetry of mn(ii) ion. in the coordination sphere of mn(ii) ion may be four oxygen atoms, two of them coming from monodentate carboxylate groups, two others from indole groups and there are also two nitrogen atoms of azomethine groups. however due to the lack of crystallographic data this interpretation seems rather speculative based only on magnetic moment values and ir spectra data interpretations. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 23 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 figure 7. dependence of (1) m corr-1 and (2) m corr·t values vs. t for mn(ii) complex. figure 8. dependence of (1) m corr-1 and (2) m corr·t values vs. t for cu(ii) compound. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 24 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 table 4. the comparison of spin only values of magnetic moments (μb) for ions of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) with those experimentally found for their complexes in literature42-46 and measured in our experiments central atom mn2+ co2+ ni2+ cu2+ number of d electrons 5 7 8 9 high–spin complex number of unpaired electrons 5 3 2 1 spin-only moment (μb) 5.92 3.88 2.83 1.73 magnetic moment (μb) literature data 5.32–6.10 4.30–5.20 2.80–3.50 1.70–2.20 low–spin complex number of unpaired electrons 1 1 0 magnetic moment (μb) literature data 1.80–2.10 1.80 gouy’s method experimental data (76-303 k) 4.24–4.34 3.05–3.25 3.09–2.65 1.21–1.47 squid–vsm experimental data (2-300 k) 3.09–5.02 2.22–3.12 3.12–3.87 0.79–1.31 for co(ii) complex the values of magnetic moment values changed from 2.22 (at 2 k) to 3.71 µb (at 7.88 k) showing magnetic saturation and then with the increasing temperature it changed to 3.12 µb (at 300 k). at 300 k the χm corr·t value was equal to 1.2117 cm3 k mol-1 (µeff = 3.12 µb). upon temperature lowering the χm corr·t and the magnetic moment values at first gradually increase and next evenly decrease to 0.9215 cm3 k mol-1 at 20.8982 k. next with the cooling of the sample the χm corr·t values increase rapidly, changing their values from 0.9215 to 1.7149 cm3 k mol-1 (at 7.8803 k) reaching the saturation paramagnetic state and gain the magnetic moment value 3.71 µb, (neel temperature). at 7.8803 k the complex shows the paramagnetic properties, while next changing temperature from 7.8803 to 2 k, the χm corr·t values again rapidly decrease to 0.6159 cm3·mol-1. it results from the antiferromagnetic order between co(ii) centres or from the possible intermolecular hydrogen bonds in the compound crystal lattice49. this drastic decrease of χm corr·t indicates a negative θ value which may confirm the antiferromagnetic intermolecular interaction. the magnetic moment values are lower compared to that theoretically calculated. the electronic configuration in co(ii) ion under ligand field influence is t2g 5eg 2. for ni(ii) ion complex the magnetic moments change from 3.12 µb (at 2 k) to 3.87 µb (at 300 k). at 300 k the mt value is equal to 1.8659 cm3 k mol-1. with a lowering of a temperature its value increases to 18.4818 cm3 k mol-1 at 8.9516 k and then drastically decrease to 1.7149 cm3 k mol-1 at 2 k. it is connected with antiferromagnetic interactions that occur in ni(ii) centre, (θ has negative sign). at 8.9516 k (neel temperature) the complex shows the paramagnetic properties. the magnetic moment values are higher than that calculated theoretically which may indicate the ferromagnetic interaction around the ni(ii) ion. these values may suggest the octahedral environment of ni(ii) ion49. the electronic distribution in ni2+ cation in the ligand field may be t2g 6eg 2. for cu(ii) compound the magnetic susceptibility values decrease with rising temperature. the magnetic moment values change from 0.79 µb (at 2 k) to 1.31 µb (at 300 k). at 300 k the χm corr·t value was equal to 0.2145 cm3 k mol1 (µeff = 1.31 µb). upon temperature lowering the χm corr·t and the magnetic moment values decrease very slowly to 0.1622 cm3 k mol-1 (µeff = 1.14 µb) at 45.15 k (fig. 8). next their values drastically decrease from 0.1622 cm3 k mol-1 at 45.15 k to 0.0773 cm3 k mol-1 (0.79 µb) at 2 k. this sudden decrease could be caused by crystal field effect, as well as the antiferromagnetic interactions between neighbouring 3d metal ions (interaction between magnetic centres of complex) or intermolecular hydrogen bonds in molecular crystal structure48. the study of magnetostructural data may indicate that ferromagnetic and antiferromagnetic coupling between adjacent orbitals (d orbitals of the metal ions and the symmetry adapted linear contribution of the ligand orbitals) on cu neighbouring ions48. the magnetic moment values experimentally determined for cu(ii) compound are lower than that theoretically calculated (µeff = 1.73 µb). this may suggest a bidentate character of carboxylate group. however, this formulation seems rather uncertain because of the lack of crystal data. the coordination sphere may have the shape of a trigonal pyramid with one nitrogen and three oxygen atoms in its corners. two oxygen atoms derived from carboxylate groups from glutamic acid part and third one from indole group of isatin https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 original article 25 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 ring. the apex of the pyramid forms a nitrogen atom from the azomethine group. the complex may have a tetragonal geometry around cu(ii) ion49. 4. conclusions the complexes of mn(ii), co(ii), ni(ii), cu(ii) and zn(ii) ions form hydrates with 2-(2oxoindolin-3-ylideneamino)pentanedioic acid anion containing from 1 to 3 water molecules. the compounds are crystalline. the compounds of mn(ii), co(ii), cu(ii) and zn(ii) crystallize in monoclinic while that of ni(ii) in triclinic systems. their thermal stability was studied in air at 293 – 1173 k. the complexes are decomposed in three steps. first, they dehydrate in one step releasing all water molecules and form anhydrous compounds to be next decomposed to the oxides of appropriate metals. the enthalpy values of dehydration processes were determined as well. with the rise of temperature, the hydrates release the water molecules the presence of which in the gaseous mixture was confirmed by the bands in the range of 4000–3600 and 1700–1400 cm−1. during heating the complexes being decomposed release the co2, co, hydrocarbons gaseous molecules, the presence of which in the gaseous mixture was identified by ftir spectra. the magnetic susceptibility of complexes was investigated in the ranges of 77 – 303 k and 2 – 300 k. all of them obey curie-weiss law showing the paramagnetic properties. in the molecular central ion, the ferromagnetic or antiferromagnetic interactions occur. from the obtained results it appears that in co(ii) and cu(ii) complexes two carboxylate groups take part in the metal ion coordination while in those of mn(ii), ni(ii) and zn(ii) only one carboxylate anion coordinates to central metal. the second carboxylic group does not coordinate with central ions. 5. references [1] medvedev, a., buneeva, o., glover. v., biological targets for isatin and its analogues: implications for therapy, biologics 1 (2) (2007) 151-162. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19707325/. 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https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2016.11.007 https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2016.11.007 https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2016.11.007 https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2016.11.007 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.05.056 original article 27 eclética química journal, vol. 45, n. 3, 2020, 12-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.3.2020.p12-27 [30] muche, s., levacheva, i., samsonova, o., biernasiuk, a., malm, a., lonsdale, r., popiołek, ł., bakowsky, u., hołynska, m., synthesis, structure and stability of a chiral imine-based schiff-based ligand derived from l-glutamic acid and its [cu4] complex, journal of molecular structure 1127 (2017) 231-236. 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culicidae) nedhal abdulmawla al–selwi1 , abbas mohamed al–azab1 , yasmin mosa’d saeed jamil1+ , fathi mohamed al– azab1 , anwar mohamed al–ryami1 abstract chloroquine phosphate with ibuprofen and sulphamethoxazole were used as mixed ligands with ni(ii), co(ii), cu(ii), and zn(ii) to prepare new transition metal complexes. metal analysis, ir, and x-ray diffraction (xrd) spectrum analyzes were used to describe them, with some modifications to the world health organization (who) standard susceptibility test under laboratory conditions. the biological effects of ligands and new complexes against aedes aegypti mosquito larvae were evaluated at various concentrations. to assess larvicidal efficacy, late third or early fourth instar larvae were exposed to multiple concentrations of the examined compounds, ranging from 50 to 1000 ppm. cu(ii) complexes revealed significant high activity (lc50 = 100 ppm against ae. aegypti was compared with the rest of the metal complexes. on the other hand, the co(ii) complex showed no activity against ae. aegypti. these mixed ligand complexes seemed to be an alternative method for manufactured insecticides to control larvae of this medically important mosquito vector ae. aegypti. further research on other metal complex compounds responsible for larvicidal efficacy will be required. article history received october 20, 2023 accepted may 10, 2024 published august 21, 2024 keywords 1. complex; 2. mixed ligands; 3. xrd; 4. aedes aegypti; 5. dengue fever. section editor rogéria rocha gonçalves highlights chloroquine phosphate was used with ibuprofen and sulphamethoxazole as mixed ligands. the mixed ligands were complexed with ni(ii), co(ii), cu(ii), and zn(ii). the biological effects against aedes aegypti mosquito larvae were evaluated. the cu(ii) complexes revealed higher activity against aedes aegypti than others. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://ror.org/04hcvaf32 mailto:y.jamil@su.edu.ye https://orcid.org/0000-0003-1575-3673 https://orcid.org/0000-0002-4203-7536 https://orcid.org/0000-0003-1585-3770 https://orcid.org/0000-0002-5578-2981 https://orcid.org/0009-0005-8232-5101 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 2/20 1. introduction mosquitoes belong to the order diptera presented worldwide in most ecosystems. they are widely distributed around the world and can transmit viral, protozoal, and helminth diseases to human beings, such as dengue fever, chikungunya, west nile virus, yellow fever, rift valley fever, malaria and elephantiasis in almost all tropical and subtropical countries, as well as many other parts of the world (chew et al., 2019; netoi et al., 2018). aedes aegypti linnaeus was described in 1762 (bar et al., 2013). in most of the world, it is the primary vector for dengue (who, 2009), yellow fever (al–azab et al., 2020), zika (fauci and morens, 2016; marcondes and ximenes, 2015; schrauf et al., 2020), chikungunya (charrel et al., 2014). due to its strong ties to people, aedes aegypti is significant. unlike other animals, females attack people. they lay their eggs near human habitations in manmade containers, typically breeding grounds that are not completely covered with many organic resources for larval nutrition. aedes aegypti has become more adapted to urban surroundings all over the world due to unchecked urbanization, rising temperatures, and a lack of long–term vector control measures (david et al., 2021; leandro et al., 2023; maciel-defreitas et al., 2007; scott et al., 1993). in some tropical and subtropical countries in the past 30 years, dengue fever outbreaks have grown ten times (simmons and farrar, 2009; who, 2009). the dengue virus has infected more than 3 billion people around the world and is responsible for more than 20,000 deaths annually. a total of 128 countries are in danger (bhatt et al., 2013; rajaganesh et al., 2016; suresh et al., 2015). dengue fever (df) is a common local endemic infectious disease that mainly affects underdeveloped areas of yemen and has high mortality and severity rates. this prevalence and geographic expansion of epidemic dengue have hurt yemen, and the number of reported cases has increased in lockstep with the nation’s social upheaval and civil war (alyousefi et al., 2016; gutu et al., 2021). since 2000, there have been regular outbreaks of df in yemen, where it was initially identified in the shabwah governorate in 1994. aden and taiz (2010; 2020), hadramout and mulalla (2005), and al-hudeidah governorate, yemen (1994, 2000, 2004, and 2005), outbreaks have been detected in shabwah governorate in 2001, 2002, 2005, 2018, 2019, and 2020 (unpublished reports) (bin ghouth et al., 2012; gutu et al., 2021). chloroquine (cq), an antimalarial drug, was first developed in the 1930s. it is produced by a convergent synthesis in which the aliphatic components (novaldiamine, 2–amino–5– dimethylaminopentane) and the quinoline parts (4,7– dichloroquinoline) are combined in the final stage of aromatic nucleophilic displacement. although affordable and widely available, chloroquine is no longer highly effective against p. falciparum, the most lethal strain of the malaria parasite, due to drug resistance (kucharski et al., 2022; v. singh, 2019). the bacteriostatic agent sulfamethoxazole (smx) is an antibiotic ften used for the treatment of many infections. due to its common use, humans and animals can develop active and unmetabolized metabolites that have a variety of biological effects (jasim et al., 2022). in both human and veterinary medicine, is a frequently prescribed antibiotic that is also used as a sulfonamide in aquatic and terrestrial environments. in a european assessment of medicine and personal hygiene items, it was also included in the top 10 lists of essential drugs (rauseo et al., 2019). one non–steroidal anti-inflammatory medicine (nsaid) that has therapeutic effects is ibuprofen, which inhibits both the cox1 and cox2 isoforms of the cyclooxygenase enzyme. the production of prostaglandins, which are endogenous mediators implicated in the start of pain, inflammation, and fever, is catalyzed by this enzyme (singh, 2019; kucharski et al., 2022). metals have always attracted researchers in modern medicine because of their significant involvement in physiological and pathological processes, and their antibacterial, antifungal, anti-inflammatory, and antimalarial capabilities. in many fields as molecular biology, photochemistry, bioinorganic chemistry, medicine, and chemistry, mixed ligand–metal complexes are essential (muthuppalani et al., 2022; a. singh et al., 2020). the biological features of these compounds and their inherent chemical value as multidentate ligands have been influenced by specific central metals, particularly cu(ii), zn(ii), fe(iii), ni(ii), co(ii), etc. this has led to a substantial improvement in the research on their coordination behavior (kumar et al., 2021). one of the main goals of modern inorganic coordination chemists and pharmaceutical research is to find and produce more effective pharmaceuticals to treat ailments. this has led to several investigations of drug–metal complexes (adediji et al., 2018), and researchers are exploring the therapeutic potential of metal-based antimalarial agents, especially since the discovery of ferroquine, once the most potent organometallic antimalarial drug (biot et al., 2011). in this work, the potential larvicidal activities of these compounds are evaluated together with the production and characterization of complexes from chloroquine phosphate, ibuprofen and sulphamethoxazole with transition–metal ions. 2. experimental 2.1. materials high–purity chemicals were used by many companies. chloroquine phosphate, ibuprofen (ibu), and sulphamethoxazole were obtained from shaphaco pharmaceutical company. other chemicals, solvents, indicators, and metal (ii) chlorides (nickel chloride hexahydrate, cobalt chloride hexahydrate, copper chloride dehydrate, and zinc chloride hexahydrate) from bdh were used without further purification. 2.2. preparation of metal complexes in general, aqueous solutions of hydrated metal chlorides, chloroquine phosphate, and (10% ammonia solution of ibuprofen or 10% potassium hydroxide solution of sulphamethoxazole) in 1:1:1 mole ratio are prepared. the combination of the corresponding three solutions was refluxed on a hot plate for 3 h at 60–80 °c with constant stirring to obtain colored precipitates. filters were used to obtain the solid precipitates, then carefully cleaned in hot water and dried by air (muthuppalani et al., 2022). 2.3. physical measurements the central laboratory of the faculty of science of cairo university, giza, egypt, used a vario el fab. chns nr to conduct the c, h, n, and s element analysis. at the global pharmaceutical company, the metal content was evaluated using an atomic absorption spectrophotometer with standard solutions of metal chlorides used for calibration. a definite weight of the solid complexes was digested with 10 ml of concentrated hno3. this was repeated several times until all the organic matter was completely decomposed. the reaction mixture was evaporated just to dryness. after being cooled, the residue complex was dissolved in distilled water (bader, 2011). at the global https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 3/20 pharmaceutical company, a sartorius conductivity meter model pp20 was used to measure the molar conductance of 10–3 mol l–1 solutions of metal complexes in 10% dmso (dimethylsulfoxide) solvent. for the freshly produced solutions, all measurements were made at room temperature. at sana’a university, the infrared spectra of the complexes were measured using an ft/ir– 140 spectrophotometer with a kbr disc (4000–400 cm–1) from jasco, japan. a magnetic susceptibility balance from the johnson– metthey and sherwood model was used to measure magnetic susceptibilities using gouy’s approach (szafran et al., 1991). the effective magnetic moment (μeff) values were obtained using the eqs. 1–3). xg= 𝑪𝑩𝒂𝒍𝑳 (𝑹−𝑹𝟎) 𝟏𝟎𝟗𝑴 (1) where ro=reading of empty tube, l=sample length (cm), m=sample mass (g), r=reading for the tube with sample, cbal=balance calibration constant=2.086 xm= xg. mwt (2) the values of xm as calculated from eq. 2 are corrected for the diamagnetism of the ligands using pascal’s constants, then used in curie’s eq. 3. μeff = 2.84√𝑋𝑀. 𝑇 (3) where t = t (°c) + 273 all melting points for the compounds are given in degrees celsius and are measured in glass capillary tubes. silver nitrate was used to determine chloride using a gravimetric method (jamil et al., 2022a). the weight loss approach allowed us to gravimetrically calculate the number of coordinated and uncoordinated water molecules (refat et al., 2014). tlc was carried out on silica gel gf254 plates (mn–kieselgel g., 0.2 mm thickness) with acetone solution as mobile eluent at room temperature (25 oc), plates were scanned using an ultraviolet 254 nm lamp. xrd patterns were obtained using an xd–2 powder xray diffractometer (shimadzu ed–720) at a voltage of 35 kv and a current of ma using cuk(α) radiation in the range of 5o ˂ 2θ ˂ 70o at 1o min–1 scanning rate and a wavelength 1.54056 å, in yemen geological survey and mineral resources board. 2.4. crystallinity and particle size from xrd the percentage of crystallinity, xc (%) was calculated based on the integrated peak areas of the principal peaks (jamil et al., 2023a). the crystallinity of the complexes is calculated relative to the crystallinity of the ligands as a ratio (eq. 4): 𝑋𝐶 (%) = [ (𝐴𝑙𝑖𝑔𝑎𝑛𝑑) (𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑥) ] × 100 (4) where acomplex and aligand are the areas under the principal peaks of the complex and ligand sample, respectively. xrd was also used to determine the average particle size (d), which was estimated by the scherrer equation (eq. 5) (patterson, 1939; saeed et al., 2015). 𝐷 = 𝐾𝜆 𝛽 𝑐𝑜𝑠𝜃 (5) where k is scherrer constant and equals 0.94, λ is the x-ray wavelength of cu–kα radiations (1.5405 å), β is the full width at half maximum (fwhm) and θ is the bragg diffraction angle in degrees. 2.5. source of mosquito strain and rearing 2.5.1. insects: mosquitoes aedes aegypti (diptera; culicidae) were obtained from untreated sites using insecticides from sana’a city. 2.5.2. mosquito strain rearing the larvae of ae. aegypti were reared under laboratory conditions of medical entomology, department of biological sciences, faculty of science – sana’a university for over several generations using fish food diet medium, larvae from culture. 2.5.3. bioassay of mixed ligand complexes against ae. aegypti (l.) the larvicidal bioassay followed the who (2008) standard protocols with some modifications. individual ligands and metal complexes were dissolved in 3% dmso and the results were recorded 24 h later. 3. results and discussion after being washed with hot water, the ni(ii), co(ii), cu(ii), and zn(ii) complexes produced with the ligands were collected. because of this, the complexes on their thin–layer chromatography displayed single spots with acceptable rf values, indicating their pure condition. insoluble in water, ethanol, methanol, acetone, chcl3, 0.1 mol/l naoh, and dimethylformamide (dmf), all complexes were pigmented and stable in the presence of air but were all soluble in dmso 10% and 0.1 mol/l hcl. the new complexes have melting points higher than those of the pure ligands. the melting points of ni(ii), co(ii) and cu(ii) complexes with the complex (cq)(ibu) and [zn(cq)(smx)cl3] were (> 350 °c). the melting temperatures of the other materials ranged from 204 to 254 °c. the complexes of ni(ii), co(ii), cu(ii) and zn(ii) exhibited molar conductivity values between 7 and 15 ω–1 mol–1 cm2, indicating the non– electrolytic nature of these complexes (jamil et al., 2022b). some physical properties and analytical data of these complexes are listed in tables 1 and 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 4/20 table 1. some physical properties of the complexes. compound color (yield%) m.p. (˚c) ʌm (ω–1 cm2 mol–1) µeff (b.m.) f.wt (g/mol) tlc no. of spots rf* [ni(cq)(ibu)(h2o)2cl] light yellow (21) >350 9 3.09 655.343 one 0.81 [co(cq)(ibu)(h2o)2cl] dark purple (26) >350 7 4.75 655.583 one 0.71 [cu(cq)(ibu)(h2o)2cl] light green (20) >350 8 1.68 660.199 one 0.54 [zn (cq)(ibu)(h2o)2cl] white (22) 240 7 – 662.033 one 0.67 [ni (cq)(smx )(h2o)cl2] light green (36) 204 15 3.01 720.791 one 0.85 [co (cq)(smx)(h2o)cl2] pink (22) 254 14 5.05 721.001 one 0.74 [cu (cq)(smx)cl3] sky blue (25) 220 12 1.73 743.055 one 0.49 [zn (cq)(smx)cl3] white (28) >350 14 – 744.889 one 0.61 note: *rf = retention factor in thin layer chromatography table 2. elemental analysis of the complexes. complex (molecular formula) element analysis, found (calculated)% c h n s m cl [ni(cq)(ibu)(h2o)2cl] 56.82 7.21 6.42 – 8.98 10.83 (c31h47cl2nin3o4) (56.81) (7.23) (6.41) – (8.96) (10.82) [co(cq)(ibu)(h2o)2cl] 56.79 7.25 6.44 – 8.94 10.85 (c31h47cl2con3o4) (56.75) (7.23) (6.41) – (8.99) (10.82) [cu(cq)(ibu)(h2o)2cl] 56.43 7.16 6.38 – 9.67 10.75 (c31h47cl2cun3o4) (56.40) (7.18) (6.36) – (9.63) (10.74) [zn(cq)(ibu)(h2o)3] 56.28 7.14 6.37 – 9.86 10.73 (c31h47cl2znn3o4) (56.24) (7.16) (6.35) – (9.88) (10.71) [ni(cq)(smx)(h2o)cl2] 46.61 5.40 11.58 4.47 8.10 14.72 (c28h37cl3cuo4n6s) (46.66) (5.45) (11.66) (4.45) (8.14) (14.76) [co(cq)(smx)(h2o)cl2] 46.61 5.43 11.67 4.42 8.19 14.79 (c28h39cl3con6so4) (46.64) (5.45) (11.66) (4.45) (8.17) (14.75) [cu(cq)(smx)cl3] 45.31 5.09 11.27 4.30 8.60 19.01 (c28h37cl4cuo3n6s) (45.25) (5.02) (11.31) (4.32) (8.55) (19.06) [zn(cq)(smx)cl3] 45.21 4.97 11.62 4.33 8.81 14.71 (c28h37cl4znn6o4s) (45.15) (5.01) (11.66) (4.30) (8.78) (14.76) 3.1. the infrared spectra the infrared spectrum of chloroquine was compared with that of the metal complex. it is reported (otuokere et al., 2019) that the vibration frequencies of nh and c=n of chloroquine occur at 3260 and 1580 cm–1. chloroquine in these complexes behaves as a neutral monodentate molecule, due to the nitrogen atom in the quinoline ring. 3.1.1. infrared spectra of nickel (ii), cobalt (ii), copper (ii) and zinc (ii) complexes with chloroquine and ibuprofen ibuprofen was bidentate through the oxygen atoms in the carboxyl group. as a result, in these complexes (figs. s1–s4), a metal ion is coordinated with each of the two ligands, ibuprofen and chloroquine (table s1) summarizes the bonding site assignments, which are based on the following pieces of evidence. a wide band that was present in all complexes within the 3467– 3195 cm–1 range has been assigned to ν(oh) and v(nh), with ν(oh) appearing at 3388–3467 cm–1 and ν(nh) appearing at 3195–3220 cm–1 (otuokere et al., 2019). at 3451 cm–1, ν(oh) in the ibuprofen–free ligand is visible. the coordination is confirmed by the absence of ν(oh) vibration (abbas et al., 2022). according to (bamigboye et al., 2020), coordinated water can be distinguished by the appearance of 880 and 522 cm–1, respectively. the peak at 1709 cm–1, previously ascribed to the free ibuprofen band of c=o stretching (abbas et al., 2022), has been shifted to 1722 cm–1, indicating that coordination occurred at this position. the stretch of c=n in free chloroquine is linked to the peak at 1580 cm–1 (mohammad and abdullah, et al., 1984). this peak moved to 1458 cm–1, indicating that the c=n functional group was involved in coordination. the c=n bond length grew because of the falling electron density, which in turn caused the vibration frequency to decrease. this change implies that the location of the quinoline ring in chloroquine caused coordination. for each of the m–o vibrations at 416–445 cm–1, the ni(ii), co(ii), cu(ii), and zn(ii) complexes displayed a single weak band. the current evidence of υ(m–n) could not be brought into the ir data due to instrumental limitations in the 219–297 cm–1 region (nakamoto, 1978). 3.1.2. infrared spectra of nickel(ii), cobalt(ii), copper(ii), and zinc(ii) complexes with chloroquine and sulfamethoxazole using kbr discs to examine the infrared bands of free sulfamethoxazole, three distinct and strong bands were found at 3466, 3377, and 3298 cm–1. these bands are the result of symmetric and asymmetric stretching vibrations of the aromatic amino group (nh2) and sulfonamide (nh), respectively (al–noor et al., 2014; alosaimi, 2022; chavda et al., 2021). according to torre et al. (2005) and jamil et al. (2017), stretching vibrations of the s=o group were found at 1365 cm–1 and 1091 cm–1, respectively. by stretching the phenyl ring (c=c) strong and sharp bands are generated at 1596 cm–1 and 1503 cm–1. as shown in figs. s5 and s6, the complexes have the same bands in the same location with the same wave number without shifting. however, the complex in fig. s7 shows only one band at 3443 cm–1, with the other bands disappearing. three bands overlap, resulting in the formation of a broadband and the elimination of the other bands. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 5/20 the complex in fig. s8 contains a single broadband at 3453cm–1 for the same reason. the s=o group stretching vibrations are asymmetric and symmetric at 1365 and 1091 cm–1, respectively. asymmetric and symmetric were found at 1383 cm–1 and 1076 cm–1, respectively, for the molecule shown in fig. s5. table s2 contains the remaining items. the m–o stretching vibrations in the 421–483 cm–1 region are responsible for the new bands in the complex spectra. current evidence of υ(m–n) was not included in ir data due to an experimental limitation in the 219–297 cm–1 range (nakamoto, 1978). 3.2. x–ray diffraction 3.2.1. x–ray diffraction of the chloroquine, ibuprofen ligands, and their complexes figure s9–s14 represent the xrd patterns for chloroquine, ibuprofen, and its complexes. from these figures, a notable shifting of the main peak toward higher diffraction angles (table s3) is observed for the complexes, suggesting the reduction of the unit cell dimensions and consequently contracting the crystal lattice (aroyo, 2016). in addition, significant changes in intensities of the main peaks of ligands and their complexes are observed in these figures, which are attributed to the reduction in crystallinity. the crystallinity calculations are based on the ratio of the principal peak area of the complex sample to that of the ligand sample, obtaining a relative crystallinity (shah et al., 2006). the results in table s3 show significant changes in crystallinity between chloroquine, ibuprofen, and its complexes that exhibit low relative crystallinity (3.201, 4.600, 23.017 and 24.366%). in the literature, the range between 1–100 nm is reported to be of nanoparticle size (boverhof et al., 2015). the particle size of the complexes obtained from xrd shows effects on their nanoparticle size (4.422, 2.99, 4.821 and 4.4054 nm). 3.2.2. x–ray diffraction of the chloroquine, sulphamethoxazol ligands, and their complexes the xrd patterns for chloroquine, sulfamethoxazole, and their compounds are shown in fig. s15– s19. according to these figures, a notable shift of the primary peak for the complexes towards higher diffraction angles (table s4) suggests that the dimensions of the unit cells have decreased, which has caused the crystal lattice to constrict (aroyo, 2016). calculations of relative crystallinity are also based on the ratio of the primary peak area of the complex sample to that of the ligand sample (shah et al., 2006). the findings shown in table s4 demonstrate considerable variations in the relative crystallinity of chloroquine, sulfamethoxazole and their complexes (61.386, 23.513, 92.978 and 32.538%). the literature reports that the sizes of nanoparticles fall within the range of 1 to 100 nm (boverhof et al., 2015). the complexes discovered by xrd had nanoparticle–sized particles (5.058, 4.789, 3.5754 and 4.9042 nm). the proposed structure of the complexes in figs. 1 and 2. 3.3 biological effect of metal complexes against aedes aegypti larvae the larvicidal bioassay adhered to the established guidelines by the who (abbott, 1925). concentrations of 50, 100, 150, 300, 500, and 1000 ppm were prepared in 3% dmso for each chemical. the late third or early fourth instar larvae were constantly exposed to different concentrations of chemicals for the duration of the treatments. following these tests, the larvae were given their regular diet. the fatality percentage was reported after a 24–hour exposure period. the compounds were carefully stored according to the recommended conditions by periodic measurements to assess their ph, solubility, and dissolution stability. dmso solvent was employed to ensure the integrity of the compounds, avoiding any solvent that could potentially affect their properties. the compounds’ physical appearance, including color and odor, were examined in addition to the physicochemical assessments. comprehensive biological tests took place to evaluate their properties during the storage period. these experiments involved a wide range of concentrations at the beginning of the evaluation, and to determine the stability and shelf–life of these compounds high (1000 ppm) and low (50 ppm) concentrations were utilized. these concentrations were chosen after four months of storage, reflecting real–life conditions. by employing this approach, the compounds’ long–term stability could be assessed and established their suitability for practical applications. figure 1. proposed structure of (cq)(ibu) complexes. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 6/20 figure 2. proposed structure of (cq)(smx)complexes. 3.3.1 statistical analysis a complete randomized design (crd) was used in a factorial experiment design. using the minitab application, the statistical analysis of the data was performed using analysis of variance (anova) tools, and the averages were compared by least significance difference lsd at p ≤ 0.05. according to the probit analysis program, lc50 (concentration that kills 50% of mosquito larvae) and lc95 (concentration that kills 95% of mosquito larvae) were determined (abbott, 1925; tisgratog et al., 2016). according to an automated log–probit analysis, the 95% confidence interval. 3.3.2. biological effect of the complexes nickel (ii), cobalt (ii), copper (ii) and zinc (ii) with chloroquine phosphate, and ibuprofen against larvae mosquito (aedes aegypti) as given in table s5 chloroquine, ibuprofen and their complexes with nickel (ii), cobalt (ii), copper (ii) and zinc (ii) were less effective in larvae mortality compared to the ibuprofen compound at concentrations of 1000 ppm and 300 ppm. for copper and zinc metal complexes, the percentage of mosquito larvae mortality was higher than that of the nickel (ii) complex, and the cobalt (ii) complex did not affect mosquito larvae. the acidic effect of the chloroquine diphosphate ligand resulting from the two phosphate groups is the main reason for the effectiveness, where the ph is (3.8 to 4.3). the effect of free ibuprofen may be due to the carboxylic acid group of the acidic effect. it was also assumed that complexes with endogenous metals (ni, co, cu, and zn) could be less toxic than those with nonessential metals (who, 1999). copper–containing coordination compounds were found to be promising therapeutic agents in a diverse range of diseases, including malaria, due to their ability to act by various mechanisms, such as inhibition of proteasome activity (who, 2003), telomerase activity (meshnick and dobson, 2001), and formation of reactive oxygen species (ros) (wells, 2011), dna degradation (stork et al., 2001), and dna intercalation (wongsrichanalai et al., 2002). all complexes are less acidic than their ligands due to chelation and changing of the –cooh group in ibuprofen into the –coo– group but, may have a high effect of some complexes against ae. aegypti. depend on the toxicity of the metal (rayms–keller et al., 1998). the effectiveness of cq,ibu–cu complexes increases with concentration (table 3). the high effect of this complex against ae. aegypti depends on the toxicity of the metal (rayms–keller et al., 1998). then, the toxicity line was drowned to calculate lc50 and lc95 (table 4 and fig. s20). table 3. toxicity effect of cq,ibu–cu complex against ae. aegypti larvae. compound conc. (ppm) larval mortality (%) cq,ibu–cu complex 50 10 100 17 150 26 300 70 500 88 1000 100 control 3% dmso 0 table 4. statistical parameters of cq,ibu –cu complex. statistical parameters cq, ibu–cu complex lc50 (ppm) 209.73 95% (*f. l) 198.48 – 221.09 lc95 (ppm) 609.12 95% (*f. l) 565.26 – 662.08 slope 1.37 r2 0.98 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 7/20 3.3.3. biological effect of nickel (ii), cobalt (ii), copper (ii) and zinc (ii) complexes with chloroquine phosphate and sulfamethoxazole against larvae mosquito (aedes aegypti) chloroquine, sulfamethoxazole and their complexes with nickel (ii), cobalt (ii), copper (ii) and zinc (ii) were less efficient in causing mortality in larvae than their complexes at concentrations of 1000 and 300 ppm, as shown in table s6. sulphamethoxazole ligand may have a basic effect in situations where it was not effective against larvae, and the effects of all subsequent ligands and complexes rely on acidity. the effectiveness of the cq,smx–cu complex increased with concentration (table 5). depending on the metal’s toxicity, this combination has a strong anti–aedes aegypti action (wongsrichanalai et al., 2002). then, the toxicity line was drowned to calculate lc50 and lc95 (jamil et al., 2023b) (table 6 and fig. s21). table 5. toxicity effect of cq,smx–cu complex against ae. aegypti larvae. compound concentration (ppm) larval mortality (%) cq smx–cu complex 50 30 100 50 150 68 300 80 500 85 1000 100 control 3% dmso 0 table 6. statistical parameters of cq,smx–cu complex. statistical parameters cq,smx–cu complex lc50 (ppm) 103.12 95% (*f. l) 92.56 – 113.51 lc95 (ppm) 699.39 95% (*f. l) 622.64 – 799.36 slope 0.76 r2 0.94 4. conclusions the novel compounds have been produced by mixing chloroquine phosphate with ibuprofen and sulfamethoxazole, individually with the metals ni(ii), co(ii), cu(ii) and zn(ii). this research has looked at how the ligands and their complexes affect ae. aegypti mosquito larvae biologically. based on these findings, it was determined that the mixed ligand complexes have beneficial effects against the larval stage of ae. aegypti. the most effective compounds were cu(ii) complexes, followed by ni(ii), co(ii), and zn(ii) complexes. the cu(ii) complexes may offer other strategies for limiting the ae. aegypti mosquito, the dengue vector, according to this study’s findings. these findings could motivate researchers to look for new active substances that could be effective substitutes for the present pesticides. authors’ contributions conceptualization: jamil, y. m.; al–azab, f. m.; al–ryami, a. m.; data curation: al–ryami, a. m.; formal analysis: jamil, y. m.; al– ryami, a. m.; al–selwi, n. a.; funding acquisition: not applicable; investigation: jamil, y. m.; al–azab, a. m.; al–ryami, a. m.; methodology: jamil, y. m.; al–azab, a. m.; al–ryami, a. m.; project administration: jamil, y. m.; resources: jamil, y. m.; al–azab, f. m.; al–azab, a. m.; software: jamil, y. m.; al–azab, a. m.; al–ryami, a. m.; supervision: jamil, y. m.; al–azab, f. m.; validation: jamil, y. m.; al–azab, f. m.; visualization: jamil, y. m.; al–azab, f. m.; al–selwi, n. a.; writing – original draft: al–ryami, a. m.; al–selwi, n. a.; writing – review & editing: jamil, y. m. data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references abbas, a. m.; aboelmagd, a.; kishk, s. m.; nasrallah, h. h.; boyd, w. c.; kalil, h. and orabi, a.s. a novel ibuprofen derivative and its complexes physicochemical characterization, dft modeling, docking, in vitro anti–inflammatory studies, and dna interaction. molecules. 2022, 27 (21), 7540. https://doi.org/10.3390/molecules27217540 abbott, w. s. a method of computing the effectiveness of an insecticide. journal 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https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 11/20 figure s3. infrared spectrum of [cu(cq)(ibu)(h2o)2cl]complex. figure s4. infrared spectrum of [zn(cq)(ibu)(h2o)2cl]complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 12/20 figure s5. infrared spectrum of [ni(cq)( smx)(h2o)cl2] complex. figure s6. infrared spectrum of [co(cq)(smx)(h2o)cl2] complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 13/20 figure s7. infrared spectrum of [cu(cq)(smx)cl3] complex. figure s8. infrared spectrum of [zn(cq)(smx)cl3] complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 14/20 figure s9. xrd pattern for chloroquine phosphate. figure s10. xrd pattern for ibuprofen. figure s11. xrd pattern for cq,ibu-ni complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 15/20 figure s12. xrd pattern for cq,ibu-co.complex. figure s13. xrd pattern for cq,ibu-cu.complex. figure s14. xrd pattern for cq,ibu-zn.complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 16/20 figure s15. xrd pattern for cq,smx-co complex. figure s16. xrd pattern for cq,smx-cu complex. figure s17. xrd pattern for cq,smx-zn complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 17/20 figure s18. xrd pattern for sulphamethoxazole. figure s19. xrd pattern for cq,smx-ni complex. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 18/20 figure s20. the relationship between concentration of cq,ibu-cu complex and mortality percentage of ae. aegypti larvae. figure s21. the relationship between concentration of cq,smx-cu complex and mortality percentage of ae. aegypti larvae. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 19/20 table s1. significant ir spectral bands (cm–1) of complexes with chloroquine and ibuprofen. [ni(cq)(ibu)(h2o)2cl] [co(cq)(ibu)(h2o)2cl] [cu(cq)(ibu)(h2o)2cl] [zn(cq)(ibu)(h2o)2cl] assignment 3215 br &w 3210 br & w 3195 br & w 3220 br & w ν(nh) 3388 br &s 3448 br & w 3467 br & w 3422 br & w ν(oh) of h2o 1626 sh&w 1633 sh & w 1637 sh & w 1638 sh & w benzene ring +pyridine ring stretch 2959 sh&w 3064 sh & w 2954 sh & m 2955 sh & w νch–arom 2859 sh&w 2859 sh & w 2867 br & w 2853 sh & w νch–aliph 1101 sh&m 1102sh & m 1053 sh & m 1115 sh & m ν(c–n) 1722 sh&m 1723 sh & m 1720 sh & w 1720 sh & m ν(c=o) 1467 sh&w 1459 sh & w 1462 sh & w 1458 sh & w ν(c=n) 416 sh&w 420 sh & w 445 sh & w 419 sh & w ν(m–o) note: w = weak; m = medium; s = strong; br = broad; sh= short. table s2. significant ir spectral bands (cm–1) of complexes with chloroquine and sulfamethoxazole. [ni(cq)(smx)(h2o)cl2] [co(cq)(smx)(h2o)cl2] [cu(cq)(smx)cl3] [zn(cq)(smx)cl3] assignment overlab with ν(oh) of h2o overlab with ν(oh) of h2o 3298 sh & s 3298 sh & s ν(nh) 3440 br & m 3453 br & m – – ν(oh) of h2o 1591 br & m 1578 sh & w 1596 sh & w 1502 sh & m benzene ring +pyridine ring stretch 3147 br & s 3187 br & s 3239 sh & s 3143 sh & m νch–arom 3030 br & w 3068 br & s 3066 sh & s 2958 sh & s νch–aliph 1076 sh & w 1068 sh & w 1091 sh & s 1091 br & w ν(c–n) 1383 sh & w 1383 sh & w 1382 sh & s 1366 sh & s ν(o=s=o) 1483 sh & w 1490 sh & w 1502 sh & w 1502 sh & w ν(c=n) 483sh & w 410sh & w 419 sh & w 421 sh & w ν(m–o) note: w = weak; m = medium; s = strong; br = broad; sh= short. table s3. xrd spectra data of the principal intensity values of the ligands chloroquine, ibuprofen, and their complexes with (ni,co,cu, and zn). compound 2θ β d (nm) mean d xc (%) cq. 19.581 0.223 6.5895 7.056 100 26.259 0.231 6.4369 21.321 0.181 8.1409 ibu 12.16 0.422 3.451 3.658 100 16.70 0.389 3.762 20.16 0.301 4.886 22.30 0.397 3.718 24.64 0.600 2.470 cq,ibu–ni complex 10.16 0.357 4.0725 4.422 3.201 32.26 0.316 4.7704 cq,ibu–co complex 7.121 0.622 2.3327 2.998 4.600 7.379 0.620 2.3405 7.62 0.620 2.3407 8.40 0.387 3.7519 13.101 0.345 4.2247 cq,ibu–cu complex 14.841 0.216 6.761 4.821 23.017 18.04 0.379 3.869 18.30 0.422 3.476 30.459 0.174 8.625 33.60 0.331 4.569 33.88 0.408 3.710 34.101 0.553 2.739 cq,ibu–zn complex 9.780 0.364 3.9929 4.4054 24.366 16.740 0.298 4.9119 19.539 0.314 4.6795 20.319 0.303 4.8553 22.440 0.408 3.6183 31.56 0.344 4.3744 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 eclet. quim. 49 | e-1526, 2024 issn 1678-4618 page 20/20 table s4. xrd spectra data of the principal intensity values of the ligand’s chloroquine, sulphamethoxazole and their complexes with (ni, co, cu, and zn). compound 2θ β d (nm) mean d xc (%) cq. 19.581 0.223 6.5895 7.056 100 26.259 0.231 6.4369 21.321 0.181 8.1409 smx. 13.98 0.247 5.9066 6.570 100 20.98 0.205 7.1839 24.22 0.253 5.8539 29.121 0.204 7.3339 cq, smx –ni complex 11.4 0.334 4.3571 5.058 61.386 13.46 0.332 4.3919 18.5 0.216 6.7924 22.259 0.261 5.6545 28.342 0.271 5.5111 30.682 0.248 6.0547 33.602 0.403 3.7534 36.22 0.351 4.3408 37.837 0.203 7.5409 39.699 0.28 5.4983 44.484 0.895 1.7480 cq, smx –co complex 13.1 0.244 5.9737 4.789 23.513 21.9 0.279 5.2864 26.34 1.111 1.3386 33.339 0.323 4.6798 55.24 0.245 6.6706 cq, smx –cu complex 9.3 0.696 2.0874 3.5754 92.978 20.88 0.237 6.2128 28.98 0.341 4.3860 29.52 0.927 1.6154 cq, smx –zn complex 14.279 0.308 4.7382 4.9042 32.538 20.4 0.505 2.9135 20.759 0.2 7.3608 24.00 0.274 5.4029 28.24 0.269 5.5509 28.901 0.325 4.6011 32.58 0.401 3.7621 table s5. date mortality of larvae after 24 h for chloroquine, ibuprofen, and their complex. compound percentage of mortality of aedes aegypti after 24 h water 0 dmso 3% 0 cq1000ppm 50 ibu 1000ppm 100 cq,ibu–ni 1000ppm 50 cq,ibu–co 1000ppm 0 cq,ibu–cu 1000ppm 100 cq,ibu–zn 1000ppm 80 cq300ppm 20 ibu 300 ppm 70 cq,ibu–ni 300ppm 40 cq,ibu–co 300ppm 0 cq,ibu–cu 300ppm 70 cq,ibu–zn 300ppm 20 table s6. date mortality of larvae after 24 h for chloroquine, sulphamethoxazole and their complex. compound percent mortality of larvae after 24 h dmso 3% 0 cq1000 ppm 50 cq300 ppm 20 smx 1000 ppm 0 smx 300 ppm 0 cq,smx–ni 1000ppm 0 cq,smx–co 1000ppm 0 cq,smx–cu 1000ppm 100 cq,smx–zn 1000ppm 40 cq,smx–ni 300ppm 0 cq,smx–co 300ppm 0 cq,smx–cu 300ppm 80 cq,smx–zn 300ppm 20 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 2 | 2021 | 36 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 nitrogen, phosphorous and potassium polymeric microparticles: application and validation of analytical methods for determination of a promising fertilizer júnior olair chagas1+ , josé messias gomes2 , júlia helena valadares rodrigues2 , isabela cristina de matos cunha1 , nathalie ferreira silva de melo3 , gilmare antônia da silva4 , fabiana aparecida lobo2 , 1. federal university of ouro preto, graduate program in chemistry, ouro preto, brazil. 2. federal university of ouro preto, department of chemistry, ouro preto, brazil. 3. são paulo state university, department of environmental engineering, sorocaba, brazil. 4. federal university of viçosa, department of chemistry, viçosa, brazil. +corresponding author: júnior olair chagas, phone: +55 (37) 9 9869-1532, email address: jocfunhouse@gmail.com article info article history: received: june 19, 2020 accepted: september 10, 2020 published: april 01, 2021 keywords 1. polymeric microparticles 2. encapsulated fertilizers 3. kjeldahl method 4. stannous chloride method 5. flame atomic absorption spectroscopy abstract: traditional analytical methods were applied to microparticles synthesized using a mixture of polymers. the microparticles containing nitrogen, phosphorus and potassium (npk) were developed for application as a controlled release alternative to traditional fertilizers. thus, analytical methods for the evaluation of nitrogen, phosphorus and potassium (essential nutrients for plants) in polymeric microparticles were applied and the results validated for this kind of sample. the linearity of the methods was established in the range of 10 to 20 mg l-1 for n, 0 to 2 mg l-1 for p and 0 to 2.4 mg l-1 for k. the relative standard deviation (rsd) of intermediate precision of the method was < 1% and recoveries from 99 to 108% for all nutrients were reached. the method proved to be selective, linear, precise and accurate for quantifying npk in polymeric microparticles. in this way, it was possible to evaluate the correct nutrient encapsulation capacity in the synthetized polymeric microparticles, which is of fundamental importance since this will directly interfere in the success of the intended fertilization process. methods that allow to evaluate the correct encapsulation capacity of nitrogen, phosphorus, and potassium in microparticles with fertilization purposes are of great importance, since these controlled release systems promise to be more efficient and minimize the environmental impacts compared to conventional fertilization. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 mailto:%20jocfunhouse@gmail.com mailto:%20jocfunhouse@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-0798-6143 http://orcid.org/0000-0003-3246-3301 http://orcid.org/0000-0001-6261-222x http://orcid.org/0000-0003-3162-2745 http://orcid.org/0000-0003-0765-4421 http://orcid.org/0000-0001-8825-5881 http://orcid.org/0000-0001-6808-9679 original article iq.unesp.br/ecletica 37 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 1. introduction controlled release polymeric microstructured systems can be defined as solid colloidal particles with a maximum size of 1000 µm, which carry an active substance for subsequent slow and controlled release in the medium for which they have been developed1. due to this property, these systems have some advantages, including reduction in the number of chemical substances needed in their applications, propensity to reduce the risk of contamination, ability to reduce the amount of energy spent since the number of necessary applications is reduced and to maintain the concentration of the substance for a greater period of time2–5. in this way, this technology allows a change in the physicochemical properties of the active principles, making it an interesting alternative for the controlled/proper release of nitrogen, phosphorus and potassium (npk), since traditional fertilizers may lose part of their nutrients when applied to the environment, leading to unwanted environmental contamination6–9. therefore, the controlled/modified release technology becomes an important alternative that minimizes the problems caused by traditional fertilizers. there are several determining factors in the choice of the preparation method, namely: the type of polymer(s) to be used, the application site of the particles and the desired size, among others10,11. in view of this, the emulsification solvent diffusion method is attractive, given that it is easy to apply and it is highly reproducible and compatible with biodegradable polymers. the emulsification solvent diffusion method was first described by fessi (1988)12. it consists of the interfacial polymer deposition after the displacement of a water-miscible semipolar solvent from a lipophilic solution13,14. this method has been extensively reported in the literature and applied to a wide range of active principles15–17. there are some studies in the literature that have used poly(ε-caprolactone) (pcl) for the synthesis of microparticles carrying several micro-active substances of interest, such as pharmaceuticals and herbicides, via the emulsification solvent diffusion method, among others18–23. poly(ε-caprolactone) is an aliphatic biodegradable polyester, insoluble in water, that has slow degradation in aqueous medium and poses no environmental harm. as a result, it is chosen for the synthesis of carrier systems. in addition to aliphatic polyesters, alginate polymers can be used for the synthesis of controlled release systems24,25. the properties of polyglycerol (pg) are like those of alginate polymers and is obtained by glycerine polymerisation, which is abundantly generated during biodiesel production. for this reason, the development of processes that fosterers the use of this residual glycerine is of great importance, because it exhibits an interesting environmental aspect. one of them26 is using this residual glycerine via pg to synthesise controlled release systems, providing an alternative use/reuse of this large-scale produced industrial waste with no relevant applications. in view of the characteristics, the microparticulate system synthesized with pcl and pg developed in the present study was used to encapsulate three essential nutrients for plants, nitrogen, phosphorus and potassium. these nutrients are classified as macronutrients because they are necessary at higher concentrations (mmol kg-1 – dry matter), compared with other essential nutrients used for plants27. nitrogen is essential because it promotes vigorous plant growth and is one of the responsible substances for protein development. phosphorus promotes cell division and the formation of the cell structures of the plants. it stimulates healthy root growth, is essential for seed germination and assists in the conversion of solar energy into chemical energy for the photosynthesis process. potassium promotes the formation of fruits and confers resistance to diseases and high temperatures. it is essential for photosynthesis and is responsible for maintaining water levels in the plants27–29. there are few reports in the literature30,31 concerning the quantification of npk in microstructured release polymeric systems. therefore, the application and validation of analytical methods for the quantification of these chemicals in such systems is important, since these particles can provide a new direction for fertilization procedures. consequently, the goal of the present study was to apply and validate analytical methods for determining npk in polymeric http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 38 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 microparticles obtained by the emulsification solvent diffusion method, with fertilization purposes. 2. experimental 2.1 reagents and solutions the following reagents were used for the synthesis of the microparticles: boric acid (sigma aldrich); nitric acid (sigma aldrich); sulphuric acid (synth); methyl orange (sigma aldrich); polyvinyl alcohol (pva) (sigma aldrich); methylene blue (sigma aldrich); sodium carbonate (synth); stannous chloride (sigma aldrich); chloroform (sigma aldrich); ethanol (sigma aldrich); phenolphthalein (synth); glycerol (synth); sodium hydroxide (sigma aldrich); ammonium molybdate (sigma aldrich); phosphorus, nitrogen, and potassium (999 ± 4 mg l-1) (sigma aldrich); poly (εcaprolactone) (sigma aldrich); polyglycerol (70wt.%) (verti ecotechnologies ufmg); copper sulphate (sigma aldrich) and methyl red (sigma aldrich). all solutions were prepared using analytical-grade reagents and the final volumes were adjusted with deionized water (milli-q system millipore corporation). the glassware was previously washed in baths containing 10%v/v nitric acid (hno3) (synth) for 24 h. all solutions used were stored and kept at 8 °c for preservation. 2.2 instrumentation the instruments used in this study were: magnetic stirrer (hot lab ii nalgon), hot plate (hidrosan; 50 to 320 °c), macro-kjeldahl distillation apparatus (quimis), oven (ethik technology, nova ética 404/d; 50 to 200 °c), atomic absorption spectrophotometer (spectraa 50 b varian) and spectrophotometer (uv-vis 220-2000uv biospectro). 2.3 preparation of microparticles the polymeric microparticles were prepared according to the emulsification solvent diffusion method described by chagas et al.30 and involves the interfacing deposition of the polymer after the displacement of a semipolar solvent, miscible in water, from a lipophilic solution. for this study, the organic phase was prepared with pcl and pg polymers. the aqueous phase was composed of pva, deionized water and an aliquot of npk standard solution. after the dissolution of the components of both phases, the organic phase was added to the aqueous one. 2.4 kjeldahl method for quantification of nitrogen in polymeric microparticles the quantification of nitrogen was carried out according to the kjeldahl method. it consisted of digesting 100 ml of the sample with 50 ml of digesting solution (134 g of potassium sulphate and 7.3 g of copper sulphate, weighted in an analytical balance, and 134 ml of sulfuric acid for 1 l of solution) in a hot plate at 320 °c. then, 300 ml of distilled water were added along with 50 ml of sodium hydroxide (50% w v-1)/sodium thiosulphate (2.5% m v-1) solution to the solution resulting from the digestion. this mixture was made in a kjeldahl flask using a measuring cup. subsequently, the sample was submitted to distillation in a traditional kjeldahl distiller. the product of this reaction was collected in 50 ml boric acid solution presented in an erlenmeyer flask. this acid solution was produced with 0.0200 g of methyl red, 10 mg of methylene blue and 20 g of boric acid, weighed in analytical balance, in ethanoic acid medium. then, the titration of the distilled solution with sulphuric acid (0.01 mol l-1) was performed32. the analytical curve was constructed with serial dilutions of a standard nitrogen solution (1000 mg l-1). 2.5 stannous chloride method for the quantification of phosphorus in polymeric microparticles the quantification of phosphorus was made according to the stannous chloride method32. it was performed a 100-times dilution of the particulate suspension, in which the diluted samples were digested with 1 ml of concentrated sulphuric acid and 5 ml of concentrated nitric acid in a hot plate at 250 °c. later, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 39 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 20 ml of distilled water and 0.05 ml of phenolphthalein were added to the filtrate solution. this solution was neutralised with sodium hydroxide solution (naoh) (6.00 mol l-1). subsequently, this solution was titrated with a solution obtained by mixing concentrated sulfuric and nitric acids. finally, 4 ml of ammonium molybdate solution (25 g of ammonium molybdate, weighted in analytical balance, and 280 ml of sulphuric acid for one liter of solution) and 0.50 ml of the stannous chloride solution (2.5 g of stannous chloride, weighted in analytical balance, for 100 ml of glycerol) were added. then, the solution was analyzed in a uv-vis spectrophotometer at 690 nm with a 10 ml glass cuvette. the analytical curve was constructed with serial dilutions of a standard phosphorus solution (1000 mg l-1). 2.6 development of the potassium quantification method in polymeric microparticles the quantification of potassium was carried out by flame atomic absorption spectrophotometry, in which the conditions were: 5 ma for the lamp current, air/acetylene flame and air support, flame stoichiometry adjusted to obtain an oxidizing environment, wavelength of 766.55 nm and slot width of 1.0 nm. for the preparation of the samples, a multivariate optimization study was conducted to adequate the ideal conditions, previously studied and reported by the research group involved in this work32. the most efficient digestion occurred with 5 ml of the filtrate solution and 10 ml of concentrated nitric acid at 60 °c under magnetic stirring for 90 min. the solutions resulting from the digestion were measured in a 100 ml volumetric flask and later analyzed for the quantification of potassium. the analytical curve was constructed with serial dilutions of a standard potassium solution (100 mg l-1). 2.7 methods validation the quantification methods were validated according to a guideline document (doq-cgcre008: 3 revision feb/2010) of the national institute of metrology, standardization and industrial quality (inmetro)33. 2.8 specificity to confirm the specificity of the methods, the absence of interference caused by substances that are part of the microparticles (pcl, pg and pva) was checked. in this way, the microparticles were prepared without the nutrients (npk) and analyzed under the same experimental conditions of samples with the presence of nutrients. 2.9 linearity, limit of quantification and limit of detection the linearity of the methods was determined using three analytical curves carried out in three different days, generating a total of nine curves with several concentrations diluted in water. three analyses of each solution were performed to check the repeatability of the methods responses in each concentration. the limit of detection (lod) and the limit of quantification (loq) were calculated using the slope and the standard deviation of the mean intercept in three calibration curves of each method. 2.10 accuracy the accuracy of the methods was assessed by the standard addition of solutions with known concentrations of each nutrient to the samples of microparticle suspensions (without nutrients). the recovery was determined as the percentage difference between the average experimental concentration and the theoretical concentration at each level. 2.11 precision the precision was determined by means of repeatability (intraday) and intermediate precision (interday). the repeatability was assessed analyzing samples of microparticles (without npk) with standard addition of each nutrient solution on the same day and under the same experimental conditions. for the intermediate precision, the analyses were performed on three different days. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 40 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 2.12 compatibility of the samples the matrix can have a considerable effect on the way the chemical analysis is conducted and in the quality of the results. such effects are called matrix effects. the most common approach for the compatibility of matrix effects is the construction of a calibration curve with standard samples of known analyte concentrations, which attempts to approximate the matrix of the sample as much as possible34. thus, samples of 5 ml aliquots of previously digested polymeric microparticles were transferred into 100 ml volumetric flasks. it was added n, p and k standard solutions into these flasks to obtain the analytical curves for every chemical element. the analyses were performed in triplicate for each used method. an acid solution previously prepared according to each method was used as a solution with no matrix effects. 2.13 tendency/recovery when applied to a series of test results, tendency implies a combination of random and systematic error components. the latter cannot be admitted. tendency can be expressed as analytical recovery defined by the eq. 133. recovery = observed value expected value × 100% (1) 2.14 determination of encapsulation efficiency the percentage rate of nutrients combination (npk) [encapsulation efficiency (ee)] in the microparticles is of great importance, because it is the condition that will indicate the concentration of the active principle that the polymeric particles are able to blend for the subsequent controlled release35,36. the percentage of npk blend with the microparticles was determined by specific methods for each chemical element. samples of 100 ml microparticles suspension containing npk were filtered in quantitative filter paper (slow filtration blue ribbon 3552, nalgon). then, the ee was determined by the difference between the quantification of nutrients concentrations in the filtrate solution and their total concentration (100%) present in the microparticles suspension (eq. 2)35,36. ee (%)= (𝑋𝑜 𝑋𝑓) 𝑋𝑜 × 100% (2) where 𝑋𝑜 is the nutrient concentration quantified in the solution of microparticles and 𝑋𝑓 is the nutrient concentration quantified in the filtered solution of microparticles. 2.15 morphological analysis of the particles the particle synthesis procedure reported in the chagas et al.30, was performed. in this way, the suspension obtained was filtered and the retained material was dried in a desiccator. after complete drying, 10 mg of the sample were placed on a carbon ribbon. the samples were taken to a vacuum metallizer for the deposition of gold (100 to 200 nm). then, the morphology of the samples of metallized particles using a scanning electron microscope (sem) were analyzed. size distributions were measured and expressed as means of three determinations. 3. results and discussion 3.1 morphological analysis of the particles the sem analysis of the particles indicated that the formulation used for the synthesis was efficient (fig. 1). spherical particles without aggregates were observed. the average size ranged from 5 to 60 µm and the particles were classified as microparticles. to be considered nanoparticles, the average diameter should be less than 1000 nm30,31, 34–36, as presented in a previous work30. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 41 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 figure 1. scanning electron microscope images of the polymeric microparticles containing the nutrients npk at 300 × magnification. sem hv = scanning electron microscope high vacuum; mag = magnification. 3.2 validation of the proposed analytical methods the linearity of the analytical methods was assessed using linear regressions of nine analytical curves for each nutrient and each point on the curve was analyzed three times (intraday-interday). the correlation coefficients (r) of the mean analytical curves (n = 9) and the respective parameters (a and b) are shown in tab. 1. the validity of the regression is observed when the slope of the curve is significantly different from zero, which is represented by values of fcal (calculated f) less than that of ftab (tabulated f). the calculated values for f of the three nutrients (npk) are shown in tab. 1, they are smaller than the ftab value, thus it is assumed that the slope of the line is not zero and the linear curve fit is accepted for both nutrients with p < 0.0001. in this way, it can be affirmed with 95% confidence that the model is linear and well-adjusted in the concentration range studied37. the correlation coefficient is a parameter that allows to estimate the quality of the obtained curve because the closer to 1, the smaller the dispersion of the experimental points. the national health surveillance agency (anvisa/brazil) and the national institute of metrology, standardization and industrial quality (inmetro/brazil) recommend a correlation coefficient greater than or equal to 0.9933. all linear correlation values shown in tab. 1 for r were above 0.99, therefore, each method was considered linear33,34. the results indicate that the sampling conditions proposed in this study are adequate for the analysis of npk in the investigated levels, 10.00 to 20.00 mg l-1 for n; 0 to 2.40 mg l-1 for p and 0 to 2.00 mg l-1 for k30. table 1. parameters obtained with the linear regressions of the analytical curves for npk nutrients. nutrient interval parameters results statistic α < 0.05 nitrogen 10.00 to 20.00 mg l-1 slope 0.3 ± 0.1 fcal = 3.9253 ftab = 4.62 intercept 0.2 ± 0.3 fcal = 1.0692 ftab = 4.62 r 0.999 ± 0.001 phosphorus 0.00 to 2.00 mg l-1 slope 1.859 ± 0.004 fcal = 1.4100 ftab = 4.62 intercept 0.015 ± 0.007 fcal = 1.3856 ftab = 4.62 r 0.9992 ± 0.0003 potassium 0.00 to 2.40 mg l-1 slope 0.072 ± 0.008 fcal = 8.4279 ftab = 39.45 intercept 0.0026 ± 0.0007 fcal = 1.3074 ftab = 4.62 r 0.9993 ± 0.0007 npk = nitrogen, phosphorus, and potassium; r = correlation coefficient; fcal = calculated f; ftab = tabulated f. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 42 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 repeatability, or intraday precision, was evaluated by the determination of the intraday rsd and the intermediate precision, or interday precision, was determined by the interday rsd. the rsd values are shown in tab. 2. table 2. values of the relative standard deviation (rsd) of npk concentrations (c) for assessing the methods precision. nutrient c / mg l-1 rsd day 1 / % rsd day 2 / % interday rsd / % n 5.00 0.72 0.81 0.72 10.00 2.02 2.14 2.52 15.00 2.95 4.30 1.73 p 0.45 2.18 3.45 2.67 0.75 0.78 1.32 3.52 1.15 1.77 2.28 1.77 k 0.04 1.50 1.50 1.44 0.60 4.03 1.61 1.53 1.20 1.74 3.85 4.94 c = concentration; rsd = relative standard deviation. the intra and interday rsd values determined in tab. 2 were all below the limit established by anvisa and the institute of human sciences (ihc), which is a maximum of 5%33,34. therefore, the methods could be considered accurate. the accuracy was determined by experimentally determined concentration values, compared with the theoretical concentrations, as shown in tab. 3. table 3. nitrogen, phosphorus, and potassium concentration values determined for assessing the methods accuracy. nutrient theoretical concentration / mg l-1 empirical concentrations / mg l-1 recovery / % n 5.00 5.39 107.80% 5.00 5.37 107.40% 5.00 5.45 109.00% 10.00 10.48 104.80% 10.00 10.34 103.40% 10.00 10.21 102.10% 15.00 15.20 101.30% 15.00 15.00 100.00% 15.00 14.80 98.60% p 0.25 0.24 96.00% 0.25 0.26 108.00% 0.25 0.24 96.00% 0.55 0.53 96.00% 0.55 0.53 96.00% 0.55 0.54 98.18% 1.15 1.20 104.34% 1.15 1.19 103.48% 1.15 1.14 99.14% k 0.06 0.06 101.67% 0.06 0.05 98.33% 0.06 0.05 98.33% 0.30 0.32 106.60% 0.30 0.32 108.00% 0.30 0.31 103.30% 1.20 1.16 97.25% 1.20 1.18 98.33% 1.20 1.14 95.50% n = nitrogen; p = phosphorus; k = potassium. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 43 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 accuracy is the relationship between experimentally determined mean concentrations and the corresponding theoretical ones. the recovery percentage varied from 95.50 to 108%. in this way, all results achieved the established acceptance criteria for concentrations (from 95 to 110%) and the methods were considered accurate33,34. the lod and loq using the data obtained with the linear regressions were also determined (tab. 4). table 4. limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) values for the developed methods to analyse npk in polymeric microparticles. nutrient lod / mg l-1 loq / mg l-1 n 5.04 5.32 p 0.046 0.110 k 0.042 0.051 the compatibility of the samples was assessed through the experimentally determined concentration values in solutions prepared with solvents, compared with solutions prepared without npk (figs. 2, 3 and 4). figure 2. curves for the assessment of compatibility of samples in the analyses of n from polymeric microparticles using the kjeldahl method (n = 3). triangle = curve prepared with solutions in solvent. x = curve prepared with polymeric microparticles. figure 3. curves for the assessment of compatibility of samples in the analyses of p from polymeric microparticles using the stannous chloride method (n = 3). triangle = curve prepared with solutions in solvent. x = curve prepared with polymeric microparticles. figure 4. curves for the assessment of compatibility of samples in the analyses of k from polymeric microparticles using flame atomic absorption spectrophotometry (n = 3). triangle = curve prepared with solutions in solvent. x = curve prepared with polymeric microparticles. the correlation coefficients of the analytical curves of solutions in solvent medium and microparticle medium (n = 3) with their respective parameters (a and b) of the regression equations presented in figs. 2, 3 and 4 are shown in tab. 5. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 44 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 table 5. parameters obtained with the linear regressions of the analytical curves of solutions in solvent medium and microparticle medium for the npk nutrients. nutrient solutions in solvent medium solutions in microparticle medium a b r a b r n 0.3906 0.2468 0.9987 0.4044 0.4262 0.9972 p 1.0261 0.0040 0.9987 1.0117 0.0025 0.9984 k 0.0586 0.0028 0.9990 0.0577 0.0018 0.9993 a = slope; b = intercept; r = correlation coefficient. the results obtained, showed in tab. 5, indicate that the correlation and the angular and linear coefficients of the curves had no significant difference. therefore, the methods used did not require compatibility of samples and the analytical curves prepared in solvents could be used. all validation parameters assessed for the analytical methods proposed were considered satisfactory since they met the specifications established by anvisa and inmetro33,37. therefore, the methods could be considered s pecific, linear, precise and accurate. as a result, they are applicable in analysis for determining npk in polymeric microparticles. 3.3 application of the proposed methods to determine the encapsulation efficiency and npk content the microparticles obtained were analyzed using each specific method previously validated in this work to determine the efficiency of npk encapsulation. the encapsulation values were then determined by the difference between the total concentration (100%) of the nutrients present in the microparticle suspension and the quantified ones in the filtered solution of microparticles30. the results are shown in tab. 6. the values of ee percentage shown in tab. 6 were satisfactory, since there are few studies in the literature assessing the ee percentage for the active substances proposed in the present study with the use of polyglycerol. in addition, these values were within the averages shown in the literature for other active principles18–23,38–41. the differences in the values for the encapsulation showed in tab. 6 are due to the results related to the multivariate experimental designs employed, in which each assay promotes different levels of the investigated parameters and, as a result, a different response can be generated. this study was previously discussed and published by this group30. table 6. results of encapsulation efficiency (ee) through the application of the developed analytical methods for the quantification of npk in polymeric microparticles. sample ee per nutrient / % nitrogen phosphorus potassium 01 96.27 96.58 59.62 02 83.80 77.80 48.60 03 93.68 77.60 27.80 04 87.64 99.20 43.00 05 70.08 80.60 29.40 06 47.58 91.60 45.20 07 61.85 81.00 34.60 08 78.31 95.60 33.00 09 78.31 96.20 36.20 the highest values of the nitrogen and phosphorus encapsulations in polymeric microparticles were because these nutrients feature high aqueous solubility, which promotes high interaction with pg4. the lowest rate of potassium encapsulation, in comparison with the other nutrients, can be explained by the interaction competition between n and p. the developed and validated analytical methods are applicable to samples of polymeric microparticles. although the analytical methods applied here are well established in the literature, from the best of the author’s knowledge, their application to the types of samples described in this research were not found, except to those previously published by our research group30. 4. conclusions the proposed analytical methods for detection and quantification of npk in microparticles, i.e., kjeldahl, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 original article iq.unesp.br/ecletica 45 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 36-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p36-47 stannous chloride and flame atomic absorption spectrophotometry, respectively, proved to be specific, linear, accurate and precise in the concentration ranges assessed. they are suitable for determining encapsulation efficiency and npk contents in poly(εcaprolactone) and polyglycerol microparticles. acknowledgments the authors are thankful to: chemical network of minas gerais [rede mineira de química (rq-mg) (fapemig cex red-00010-14)]; national council for scientific and technological development – cnpq [conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (project no. 479273/2013-8)]; foundation for research support of the state of minas gerais [fundação de amparo à pesquisa de minas gerais (fapemig)] and the research and postgraduate department [pró-reitoria de pesquisa e pós-graduação (propp)] of the federal university of ouro preto (ufop) for their financial support and scholarships granted. the authors are especially thankful to the laboratory of environmental sanitation under the coordination of professor aníbal santiago, phd, and professor hubert mathias roeser, phd; and to verti ecotecnologias ltd. references [1] tagliari, m. p., granada, a., kuminek, g., stulzer, h. k., silva, m. a. s., desenvolvimento e validação de métodos analíticos para determinação de ácido glicirrízico, ácido salicílico e cafeína em 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revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | 17 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 influence of structural disorder on the photocatalytic properties of zns nanocrystals prepared by the one-pot solvothermal approach victoria gabriela benatto1 , guilherme da silva lopes fabris2,3 , julio ricardo sambrano3 , carlton anthony taft4 , felipe de almeida la porta1,5+ 1. federal university of technology of paraná, laboratory of nanotechnology and computational chemistry, londrina, brazil. 2. federal university of rio grande do norte, department of materials engineering, natal, brazil. 3. são paulo state university, modeling and molecular simulation group, bauru, brazil. 4. brazilian center of physical research, rio de janeiro, brazil. 5. state university of londrina, post-graduation program in chemistry, londrina, brazil. +corresponding author: felipe de almeida la porta, phone: +55 43 33159437, email address: felipelaporta@utfpr.edu.br article info article history: received: october 04, 2021 accepted: april 10, 2022 published: july 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. zns 2. density functional theory 3. solvothermal processing 4. photocatalysis properties 5. electronic structure abstract: this study focuses on the impact of the sulfur vacancies on the photocatalytic response of the zns nanocrystals synthesized by solvothermal method varying the concentration of zinc acetate/thiourea precursors. xrd patterns show that these samples have a hexagonal structure with different degrees of crystallinity, varying the crystallite size from 2.48 to 2.85 nm. the uv-vis data reveals an absorption peak (at about 320 nm) characteristic of zns nanocrystals. as a result, a decrease in the bandgap value of these materials was observed from 3.78 to 3.62 ev. in principle, a comparison of these results and theoretical calculations reveals the formation of intermediate levels inside the bandgap due to structural polarization. these findings also corroborate the zeta potential measured for these samples, evidenced by an increase of positive charge of zns surfaces. also, the low miller-index surfaces, such as (101̅0), (112̅0) and (0001), were investigated by periodic density functional theory calculations, in nice agreement with the experimental data. a photocatalysis mechanism was investigated and confirmed the formation of reactive oxygen species. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 mailto:felipelaporta@utfpr.edu.br https://orcid.org/0000-0002-7673-0910 https://orcid.org/0000-0002-0830-5787 https://orcid.org/0000-0002-5217-7145 https://orcid.org/0000-0002-6247-029x https://orcid.org/0000-0002-3062-3992 original article revista.iq.unesp.br 18 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 1. introduction in recent years, the contamination of water by micropollutants, especially organic dyes, has become a matter of serious environmental concern (ayodhya and veerabhadram, 2018; bilal et al., 2019; byrne et al., 2018). additionally, recent studies have also shown a troubling detection of the novel coronavirus (denoted as sars-cov-2) in feces and sewage, raising the hypothesis of fecal-oral transmission (heller et al., 2020). to catalyze the decomposition reactions of these organic pollutants and pathogens, a wide variety of novel nanoscale semiconductor materials has attracted particular interest, because of their high photocatalytic efficiency in converting pollutants into environmentally friendly byproducts (amorin et al., 2019; ayala-durán et al., 2020). among the materials proposed for this purpose, the zinc sulfide (zns) semiconductor materials have a wide bandgap of about 3.6 ev and exhibit highly tunable chemical and physical properties as well as unique functionalities for a huge variety of emerging technologies (chen et al., 2010; hussain et al., 2017; ippen et al., 2014; jellison et al., 1986; la porta et al., 2014a; lee and wu, 2017; lin et al., 2019; sultana et al., 2018; xiao et al., 2016; zhang et al., 2013; ziegler et al., 2008). a notable example of zns-related applications includes light-emitting diodes (leds), lasers, sensors, solar cells, piezoelectric nanogenerator, (photo)catalysis, and biomedical applications (hussain et al., 2017; ippen et al., 2014; jellison et al., 1986; la porta et al., 2014a; lee and wu, 2017; lin et al., 2019; sultana et al., 2018; x. wang, et al., 2011; xiao et al., 2016; zhang et al., 2013; ziegler et al., 2008). furthermore, more recently, the zns-based heterostructure have been widely studied, mainly due to high quality of zns shell (in core/shell structures with a lower bandgap core) that contributes to an increase in the efficiency and stability of optoelectronic devices based on zns heterostructures (chen et al., 2021; mukherjee and selvaraj, 2021; talapin et al., 2004; p. wang et al., 2021). likely, due to their outstanding chemical and physical properties and incredible versatility, such nanocrystals have enormous importance in academic and industrial scenery. for this reason, several methodologies have been widely developed in the last decades for their simple and straightforward manufacture of zns-related materials with desired particle sizes, structures, compositions, and morphologies (hussain et al., 2017; jellison et al., 1986; lee and wu, 2017; sultana et al., 2018; x. wang et al., 2011; xiao et al., 2016; zhang et al., 2013). nonetheless, among solution-based synthetic routes, it is known that the solvothermal approach is a relatively low-cost method and is widely used to produces diverse crystalline materials of high purity (la porta et al., 2014a; li et al., 2015; santana et al., 2011). varela and coauthors have optimized the kinetics of solid-state reactions from hours to minutes, leading to obtaining spherical zns nanocrystals with controlled phase based on this strategy coupled with the use of microwave energy (la porta et al., 2013a; 2014a; b) their work enabled a deep understanding of these zns crystals from a modern perspective based on the combination of theory, computational simulations, and experimental results aiming to elucidate these new nanoscale materials' physical and chemical behavior. therefore, this study is focused on the effects of structural defects caused by decreased concentration of zinc acetate/thiourea precursors in the solvothermal growth of zns nanocrystals with hexagonal structures for enhanced photocatalysis applications. also, this study can significantly contribute to provide new chemical insights towards materials design with highly tailoring properties. 2. experimental 2.1 materials and synthesis the zns nanocrystals with the hexagonal structure used in this study were synthesized from a one-pot solvothermal strategy based on a modification of the protocol established by varela and collaborators (la porta et al., 2014a). briefly, different concentrations of 1:1 zinc acetate/thiourea precursors system (such as 7.34 mmol for sample a, 3.68 mmol for sample b, or 1.835 mmol for sample c) were dissolved in approximately 50 ml of ethylene glycol. then, 16 mmol of tetrabutylammonium hydroxide (40% wt/v) were added quickly and after 10 min the resulting reaction mixture was transferred into a teflon-lined stainless-steel autoclave, properly sealed and then placed inside a muffle furnace for one-pot solvothermal synthesis at 160 °c for 120 min. after this period, the solvothermal system was slowly cooled and samples were collected near room temperature. then, the precipitated powder was rinsed with deionized water/isopropanol several times in sequence and extracted by centrifugation, followed by room temperature drying for 24 h. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 19 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 2.2 characterization the zns nanoparticles obtained were structurally characterized by x-ray diffraction (xrd) using a bruker-d2 phaser with cu kα radiation (λ = 1.5406 å) in the 2θ range from 20 to 80° at 0.02° s–1. for better reading and identification, the zns samples at the three different concentrations were named as a (7.34 mmol of zinc acetate/thiourea), b (3.67 mmol of zinc acetate/thiourea), and c (1.835 mmol zinc acetate/thiourea). then, the uv-vis spectra were recorded using a s60 libra spectrophotometer (biochrom), with a range of 190–1100 nm, using a quartz cuvette with a 10-mm optical path and two polished windows. dynamic light scattering (dls) analysis was performed using a litesizer 500 particle size analyzer (anton paar), with 658 nm laser wavelength, using a 12.5 × 15.5 × 45 mm quartz cuvette. for these measurements, the powders (about 0.0005 g) were dispersed in 1 ml of water. 2.3 photocatalytic degradation the photocatalytic activity of spherical zns nanocrystals was evaluated in this study for the degraded methylene blue (mb) dye solution under ultraviolet c (uvc) lamps (15 w, g15t8/of, osram) at 254 nm irradiation. in a typical procedure, about 10 mg of the as-prepared catalyst was dispersed in 14 ml of 10 mg l−1 mb). in each test, the solution was continuously stirred for about of 20 min in the dark at room temperature (25 °c) in order to establish an adsorption-desorption equilibrium (amorin et al., 2019; suzuki et al., 2019a; 2021). during uvc irradiation, 1 ml of the solution was collected with an interval of 120 min. these mb dye solutions collected during degradation tests and then were analyzed at room temperature by a uv-vis spectrometer (biochrom). 2.4 scavenger test about 10 mg of catalyst in 14 ml of mb solution (10 mg l–1) in the presence or not of different radical scavengers (in about 1 mmol), such as isopropanol (iso), agno3 (ag), ammonium oxalate (ao), and pbenzoquinone (p-bq), were added to the mb solution containing the photocatalyst (pereira et al., 2018; suzuki et al., 2021; zhang et al., 2012) and were mixed at a stirring rate of 300 rpm in the dark for 20 min. later, the mixture was placed in the ultraviolet (uv) reactor at the same agitation rate. a 1 ml aliquot of the solution was collected after 120 min. the uv-vis absorption spectra of the supernatant liquid were recorded using the same equipment as the previous experiment. 2.5 computational simulation the computational density functional theory (dft) simulations were performed for the bulk zns and the (101̅0), (112̅0) and (0001) surfaces under periodic conditions as implemented in the crystal17 package (dovesi et al., 2017). here, both the zn and s atomic centers were described using the triple-zetta plus polarization (tzvp) basis set, together with the b3lyp-d3 functional (zhang et al., 2012). the convergence criteria were controlled by a set of five thresholds (10-8, 10-8, 10-8, 10-8, 10-16) and for both pack–monkhorst and gilat shrinking factor of 8. also, tolerances were set to 0.0001 hartree/bohr and 0.0004 bohr, respectively, to check on the gradient components as well as nuclear displacements (dovesi et al., 2017). the surfaces with lower miller index: (101̅0), (112̅0) and (0001) were simulated taking into account the stoichiometry/symmetry condition. here, the surface energy (esurf) was calculated as showed in eq. 1: 𝐸𝑠𝑢𝑟𝑓 = (𝐸𝑠𝑙𝑎𝑏 − 𝑛 × 𝐸𝑏𝑢𝑙𝑘) 2 (1) where eslab represent the total energy per unit cell of the slab in the (hkl) direction, ebulk is defined as the total energy of the bulk per molecular unit, n is the number of surface layers and a is defined as the surface unit cell area (dovesi et al., 2017). in this case, the surfaces presented convergence in slab models from 8, 10 and 12 molecular units for the (101̅0), (112̅0) and (0001), respectively. 3. results and discussion as is well-known, the single-crystalline zns nanocrystals are usually required for many of their technological applications. therefore, with that in mind, based on the solvothermal protocols developed by varela and coauthors (la porta et al., 2013b; 2014a), this study has modified them to obtain single-crystalline zns spheric nanoparticles from the alteration of (zinc acetate/thiourea) precursor concentrations. thus, the authors of this work have found that the variations in the (zinc acetate/thiourea) precursor concentrations lead to a different coloration for the prepared zns nanopowders, as shown in fig. 1e–g. this important visual aspect reveals that this approach may, in https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 20 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 principle, indicate a possible increase in defects in the material, usually seen as a white/yellow colored powder and its darkening is likely due to the formation of sulfur vacancies in the zns prepared samples, which it can usually occur in three different load states (i.e., vs x, vs • and vs ••), and these cannot be distinguished. hence, the darkening of the powder color indicates an increase in the density of sulfur vacancies, according to the decrease in the amount of precursor, which in turn can influence the photocatalytic properties of such materials significantly. in order to confirm these hypotheses, a structural analysis of these samples was performed. from the xrd pattern shown in fig. 1a, it can be observed that zns crystals has a hexagonal structure (belongs to space group p63mc) as well as a high degree of crystallinity at the long-range (jcpds #36–1450). no characteristic impurity peaks were observed in xrd data. hence, this suggests that the products obtained have high purity. these results are in nice agreement with the work of varela and coauthors (la porta et al., 2013b; 2014a). figure 1b–d shows the average grain size and dispersion of sizes for these zns polycrystals which were determined from the xrd patterns. in particular, it can be assumed that these samples have a spherical crystallite as a model to xrd calculation of the grain size distribution, which is therefore based on using of a lognormal function. as a general result, these analyses suggest that such obtained powders have nanometric sizes. figure 1. the xrd patterns, grain size distribution and digital photograph of powders. (a) xrd patterns of spheric zns nanoparticles; (b-d) grain size distribution of zns samples, with grain sizes of about 2.6 nm, 3.1 nm, and 3.3 nm, for a, b and c samples; (e-g) digital photograph of as-prepared zns nanopowders prepared using different (zinc acetate/thioureia) precursor concentrations in solvothermal conditions. moreover, another important aspect pertaining to the xrd peaks, as shown in fig. 1a, reveals a significant widening due to the very small crystallite size, as well as a certain degree of amorphization of the samples may a e f g b c d https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 21 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 indicate. thus, from this perspective, the degree of crystallinity was determined for these prepared samples in this study (tab. 1). table 1. lattice parameters (a, b and c, in å), crystallite size (nm), crystallinity (%), microstrain, theoretical band, gap energy (egap, in ev) and surface energy (esurf, in j m–2). for the (101̅0), (112̅0) and (0001) the c parameters are described by the thickness of the surface. zns a crystallite size (nm) crystallinity (%) microstrain () 2.85 90.1 0.030 lattice parameters plane dhkl a c unit cell volume (å) (100) 3.2786 3.7858 6.5571 93.9768 (002) 3.0686 3.5433 6.1371 77.0524 (101) 2.8832 3.3292 5.7663 63.9129 zns b crystallite size (nm) crystallinity (%) microstrain () 2.72 86.2 0.031 lattice parameters plane dhkl a c unit cell volume (å) (100) 3.2786 3.7858 6.5571 93.9768 (002) 3.0538 3.5263 6.1077 75.9460 (101) 2.8832 3.3292 5.7664 63.9129 zns c crystallite size (nm) crystallinity (%) microstrain () 2.48 83.2 0.034 lattice parameters plane dhkl a c unit cell volume (å) (100) 3.2786 3.7858 6.5571 93.9768 (002) 3.0408 3.5113 6.0817 74.9805 (101) 2.8588 3.3010 5.7176 62.3035 models dft a b c egap esurf bulk 3.77 3.77 6.14 4.01 (101̅0) 3.77 6.15 17.78 3.88 1.07 (112̅0) 6.14 6.53 21.04 4.13 1.10 (0001) 3.77 3.77 8.87 4.47 1.61 however, based on the xrd data for a more accurate structural analysis we performed the peak deconvolution according to jcpds #36–1450. therefore, nine peaks are evident in the xrd pattern and were then deconvolution using a voight function, as shown in fig. 2a–c. after deconvolution of the xrd peaks, these results were analyzed and used to calculate the crystallite size, microstrain, interplanar distance, and lattice parameters for all prepared samples are summarized in tab. 1. here, the crystallite size for these samples as prepared was estimated by two methods. first, using the deconvoluted xrd peaks, the average crystallite size (t) was calculated by the scherrer method (eq. 2). 𝑇 = 0.9𝜆 𝛽𝑐𝑜𝑠𝜃 (2) where λ is defined as cu kα radiation; θ is defined as bragg diffraction angle, and β is defined as peak width at half the maximum (fwhm) in radians (guinier et al., 1964). in this case, as the particles of zns have a spherical form the value of scherrer constant is 0.9. second, both the average strain and crystalline size of all prepared samples were then calculated using the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 22 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 williamson–hall method (eq. 3) (suryanarayana, 1998). that is: 𝛽 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜆 = 0.9 𝑇 + 4𝜀 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝜆 (3) here, fwhm can be expressed in terms of deformation (ε) which is determined by the slope of the straight line, and, in this case, t is determined by the intersection with the vertical axis, and the other parameters have the same meaning as in the eq. 2 (guinier et al., 1964; la porta et al., 2014a; suryanarayana, 1998). the williamson–hall plot for spheric zns nanocrystals as-prepared are here shown in fig. 2d-f. in general, this trend observed in these williamson–hall results (negative slope) is due to the small crystallite size of about 3 nm obtained for these samples. this behavior has been explained in detail in a previous work (suzuki et al., 2019b). moreover, the interplanar spacing (dhkl) is related to the zns lattice parameters a and c, from eqs. 4 and 5: 2𝑑ℎ𝑘𝑙𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝑛𝜆 (4) 1 𝑑2 = 4 3 ( ℎ2+ℎ𝑘+𝑘2 𝑎2 ) + 𝑙2 𝑐2 (5) using the estimated values of interplanar distance, according to the above expression, the lattice parameters a and c were calculated by the following relation (eq. 6): 𝑎 = 𝜆 √3𝑠𝑖𝑛𝜃 , 𝑐 = 𝜆 𝑠𝑖𝑛𝜃 (6) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 23 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 figure 2. deconvolution of xrd and williamson–hall analysis. (a-c) deconvoluted xrd pattern into nine bands (according to jcpds #36–1450); (d-f) williamson–hall analysis of the zns nanopowders. as is well-known, the zns hexagonal structure (space group p63mc) is formed by tetragonal [zns4] clusters as shown in fig. 3a. as is well-known, the lowmiller index (101̅0), (112̅0) and (0001) surface planes, in general, are the most stable faces of hexagonal zns structure and hence are usually predominant in the obtained crystals, it has been extensively characterized from the diverse theoretical and experimental methodologies (hamad et al., 2002; la porta et al., 2017; meng et al., 2013). however, a more detailed analysis of clusters formed by the (101̅0), (112̅0) and (0001) surfaces show different atom arrangements as seen in fig. 3. the surface modeling shows that for the (101̅0) and (112̅0), the outermost layers are mainly composed by [zns3] clusters, as its inner layers are composed by [zns4]; as well as the (0001) which is formed by [zns4] clusters (fig. 3). this leads to modulation of the catalytic activity in these crystal planes. in line with theoretical and experimental results, a decrease in cluster coordination of these exposed surfaces, particularly, contributes to an increase in surface energy, leading to a high chemical reactivity of these crystal planes (la porta et al., 2017; huang et al., 2012; su et al., 2014); however, as it can depend on the symmetry and between system planes, the results do not follow it perfectly. the surface energy of the (0001), (101̅0) and (112̅0) surfaces are shown in tab. 1, in which the following stability order (101̅0) > (112̅0) > (0001) is shown. even though the (0001) does not follow perfectly the rule, the (101̅0) is more favorable than the (112̅0) due to its lower concentration of [zns3] in the exposed surface (la porta et al., 2017). it is well-known that the uv-vis absorption spectrum of colloidal semiconductor nanocrystals is size-dependent, as a direct consequence of the quantum confinement effect (el-sayed, 2004; jesus et al., 2021; talapin et al., 2010). figure 4a shows the first derivative uv–vis absorption spectra of spheric zns nanocrystals, which were recorded after the powder sample being dispersed in water. for zns samples, it shows a redshifted of the uv-vis absorption peak at about 315, 317 and 323 nm, which is consistent with an increase in particle size and with the literature of zns (yoffe, 2001). according to calandra et al. (1999), the mathematical relation for the estimation of spherical diameter of the zns nanocrystals from the uv-vis absorption peak is expressed as: 𝜆𝑚𝑎𝑥 = 186.7𝑑𝑠 0.13 (7) as expected from the following power law (eq. 7), the spherical diameter values of samples a, b and c are, respectively, 55.9, 58.7 and 67.8 nm. optical energies of the bandgap for these zns samples have been determined in this study by the analysis of their first derivative uv-vis absorption curves according to a methodology discussed by suzuki et al., (2019a). as a result, the bandgap for the samples under study are shown in tab. 1 and are in the range of 3.78 to 3.62 ev. in principle, a comparison of these results and theoretical calculations are also shown in fig. 4c, reveals the formation of intermediate levels inside the bandgap due to structural polarization, as has been proposed by varela and co-authors (la porta et al., 2013b; 2014a). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 24 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 figure 3. illustration of the hexagonal zns unit cell and the cluster configurations for the (0001), (101̅0) and (112̅0) crystal planes. figure 4. (a) first-derivative curves of the uv-vis spectra. (b) dls particle size analysis of the zns nanoparticles in water. density of states of zns; (c) bulk; (d) (101̅0); (e) (112̅0); (f) (0001) surfaces. additionally, the projected density of states analysis for bulk zns model in fig. 4c shows that the valence bands are mainly composed of sulfur 3p orbitals with a minor contribution of the zinc 3p orbitals, along with 3p and 4s zinc orbitals in the conduction band. from the zns surface models, it can be observed that the valence bands are quite similar to what was observed for the bulk, but in the conduction band the (101̅0) and (0001) has a major contribution of the zinc 4s orbital and a minor of zinc 3p orbital, but the (112̅0) has an equal a b a b c d e f https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 25 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 contribution of the zinc 4s and 3p orbitals with a minor contribution from the 3p from the sulfur (fig. 4d and f). next, to complement the experimental results, the hydrodynamic diameter of the dispersed phase particles in solution was determined by dls, in which the method is based on the analysis of light intensity fluctuations of light scattered by particles in the chaotic brownian motion state (lorber et al., 2012; stetefeld et al., 2016). figure 4b shows the hydrodynamic diameter values for the zns nanoparticles, dispersed in water. an analysis of the particle distribution obtained by the dls suggests an increase in the size distribution with a decrease in the concentration of precursors, which is consistent with the uv-vis results. also, the zeta potential of zns nanoparticles with varying concentrations of precursors was also measured on the same instrument, as shown in fig. 5, which presents the stability characteristic of the system, for nanoparticles in solution by detecting the doppler frequency change in scattered light because of particle motion (kuznetsova et al., 2016). as expected, an increase in the positive charge of zns nanocrystals was seen, which consists of the formation of sulfur vacancies. in addition, these results have agreed with the theoretical calculations. h2o sample hd (nm) pdi (%) a 3565 29.6 b 3616 27.4 c 4035 20.0 figure 5. zeta potential, hydrodynamic diameter (hd) and polydisposition index (pdi) of the zns nanoparticles. the photocatalytic degradation of aqueous mb dye solution by zns samples was also investigated in this study (fig. 6a–d). it is well-known that the photodegradation efficiency of the catalysts can, in principle, be fully adjusted through pseudo-first order reaction kinetics (eq. 8): 𝐼𝑛 ( 𝐶 𝐶0 ) = 𝑘𝑡 (8) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 26 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 figure 6. (a-c) uv-vis absorption spectra of mb solutions at various irradiation times in the presence of the catalysts; (d) ln(c/c0) vs. degradation time. as a result, it was observed that sample c is a better photocatalyst (k = 0.0115) than b (k = 0.0111) and a (k = 0.0082). this is due to the greater number of structural defects and sulfur vacancies on the zns samples, considerably favoring the adsorption of water (h2o) and molecular oxygen (o2) dissolved in mb solution. thus, the following eqs. 9–13, based on the kröger–vink notation (chen et al., 2015; kröger and vink, 1956; la porta et al., 2017; sousa et al., 2020), are used to explain the formation of the reactive oxygen species (ros), which are usually responsible for degrading mb dye solution (chen et al., 2015; pereira et al., 2018; su et al., 2014). [𝑍𝑛𝑆4]𝑥 + [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 𝑥] → [𝑍𝑛𝑆4]′ + [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] (9) [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] + 𝐻2𝑂 → [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] … 𝑂𝐻2(𝑎𝑑𝑠) (10) [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] … 𝑂𝐻2(𝑎𝑑𝑠) → [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 𝑥] … 𝑂𝐻∗ + 𝐻• (11) [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] + 𝑂2 → [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] … 𝑂2(𝑎𝑑𝑠) (12) [𝑍𝑛𝑆4]′ + [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] … 𝑂2(𝑎𝑑𝑠) → [𝑍𝑛𝑆4]𝑥 + [𝑍𝑛𝑆3. 𝑉𝑠 •] … 𝑂2 ′ (13) it is well-known that photodegradation reactions are conducted by ros (chen et al., 2015; pereira et al., 2018; zhang et al., 2012), as shown in the proposed mechanism above (eqs. 9–13). thus, with the specific purpose of confirming the formation of ros, photodegradation tests were performed in the presence of different radical scavengers (suzuki et al., 2021). figure 7 showed that the addition of ao, as a holes (h●) scavenger, did not cause significant changes in the photocatalytic degradation of the mb dye solution. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 27 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 figure 7. (a-c) variation of degradation efficiency and (d-f) ln(c/c0) vs. degradation time for the zns samples in the presence of different scavengers. in comparison, as illustrated in fig. 7, it was found that the photodegradation of the mb dye solution is notably inhibited by the addition of iso, ag and p-bq, which are reactive species such as radical species (oh*), electron (e’) and superoxide radicals (●o’2), indicating a more significant role to the photocatalytic mechanism. photodegradation tests suggest that the high concentration of sulfur vacancies and structural defects significantly contribute to the adsorption of h2o and o2, improving the material's photocatalytic activity (chen et al., 2015; liqiang et al., 2006). therefore, from this perspective, it can be assumed that these ros are the active species responsible for leading to the complete degradation of the mb dye solution (amorin et al., 2019). 4. conclusions zns nanoparticles with different degrees of crystallinity were synthesized by the one-pot solvothermal method under different concentrations of zinc acetate/thiourea precursors. it was found from xrd patterns that the samples have a hexagonal structure, varying the crystallite size range from 2.48 to 2.85 nm. the dls and uv-vis measurements were also performed to analyze the particle size distribution and its optical properties. overall, the results show the decrease in the concentration of precursors favors the formation of sulfur vacancies. furthermore, bandgap engineering has a significant impact on the photocatalytic response of these samples. a https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 original article revista.iq.unesp.br 28 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 photocatalysis mechanism was investigated and confirmed the formation of ros. therefore, these complex defects are more effective sites for adsorption, leading to improved photocatalytic response. studies are ongoing to assess the interaction of zns nanocrystals with the main protease of sars-cov-2. authors’ contribution conceptualization: la porta, f. a. data curation: benatto, v. g.; fabris, g. s. l. formal analysis: benatto, v. g.; fabris, g. s. l.; la porta, f. a. funding acquisition: la porta, f. a.; taft, c. a.; sambrano, j. r. investigation: benatto, v. g.; fabris, g. s. l. methodology: benatto, v. g.; fabris, g. s. l. project administration: la porta, f. a.; taft, c. a.; sambrano, j. r. resources: la porta, f. a.; taft, c. a.; sambrano, j. r. software: sambrano, j. r.; fabris, g. s. l. supervision: la porta, f. a.; taft, c. a.; sambrano, j. r. validation: benatto, v. g.; fabris, g. s. l. visualization: benatto, v. g.; fabris, g. s. l. writing – original draft: benatto, v. g.; fabris, g. s. l. writing – review & editing: la porta, f. a.; taft, c. a.; sambrano, j. r. data availability statement the data will be available upon request. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2019/08928-9; 2013/07296-2. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 304604/2018-6; 307213/2021-8. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code 001; grant no: 88887.467334/2019-00. molecular simulations laboratory (são paulo state university, bauru, brazil). acknowledgments the deceased prof. dr. j. a. varela (são paulo state university, brazil) did the research for decades with advanced ceramics, in collaboration with other experimental/theoretical groups, leaving a very important legacy still used by many groups in their work today. this research paper is dedicated to his memory. references amorin, l. h.; suzuki, v. y.; paula, n. h.; duarte, j. l.; silva, m. a. t, taft, c. a.; la porta, f. a. electronic, structural, optical, and photocatalytic properties of graphitic carbon nitride. new j. chem. 2019, 43 (34), 13647–13653. https://doi.org/10.1039/c9nj02702e ayala-durán, s. c.; hammer, p.; nogueira, r. f. p. surface composition and catalytic activity of an iron mining residue for simultaneous degradation of sulfonamide antibiotics. environ. sci. pollut. res. 2020, 27, 1710-1720. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06662-1 ayodhya, d.; 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https://doi.org/10.1021/jp046481g https://doi.org/10.1021/jp046481g https://doi.org/10.1021/cr900137k https://doi.org/10.1021/cr900137k https://doi.org/10.1021/cr900137k https://doi.org/10.1021/cr900137k https://doi.org/10.1039/c0cp01620a https://doi.org/10.1039/c0cp01620a https://doi.org/10.1039/c0cp01620a https://doi.org/10.1039/c0cp01620a https://doi.org/10.1007/s10853-020-05527-0 https://doi.org/10.1007/s10853-020-05527-0 https://doi.org/10.1007/s10853-020-05527-0 https://doi.org/10.1007/s10853-020-05527-0 https://doi.org/10.1007/s10853-020-05527-0 https://doi.org/10.1166/jnn.2016.10765 https://doi.org/10.1166/jnn.2016.10765 https://doi.org/10.1166/jnn.2016.10765 https://doi.org/10.1166/jnn.2016.10765 https://doi.org/10.1080/00018730010006608 https://doi.org/10.1080/00018730010006608 original article revista.iq.unesp.br 31 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 17-31 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 properties of low dimensional systems. adv. phys. 2001, 50 (1), 1-208. https://doi.org/10.1080/00018730010006608 zhang, y.; zhang, n.; tang, z. r.; xu, y. j. graphene transforms wide band gap zns to a visible light photocatalyst. the new role of graphene as a macromolecular photosensitizer. acs nano 2012, 6 (11), 9777-9789. https://doi.org/10.1021/nn304154s zhang, z.; she, j.; chen, h.; deng, s.; xu, n. laser-induced doping and fine patterning of massively prepared luminescent zns nanospheres. j. mater. chem. c 2013, 1 (32), 4970-4978. https://doi.org/10.1039/c3tc30714j ziegler, b. j.; xu, s.; kucur, e.; meister, f.; batentschuk, m.; gindele, f.; nann, t. silica-coated inp/zns nanocrystals as converter material in white leds. adv. mater. 2008, 20 (21), 4068-4073. https://doi.org/10.1002/adma.200800724 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p17-31 https://doi.org/10.1080/00018730010006608 https://doi.org/10.1080/00018730010006608 https://doi.org/10.1021/nn304154s https://doi.org/10.1021/nn304154s https://doi.org/10.1021/nn304154s https://doi.org/10.1021/nn304154s https://doi.org/10.1021/nn304154s https://doi.org/10.1039/c3tc30714j https://doi.org/10.1039/c3tc30714j https://doi.org/10.1039/c3tc30714j https://doi.org/10.1039/c3tc30714j https://doi.org/10.1002/adma.200800724 https://doi.org/10.1002/adma.200800724 https://doi.org/10.1002/adma.200800724 https://doi.org/10.1002/adma.200800724 technical note iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | 57 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 abstract: electrochemical noise (en) measurements are based on the fluctuations of the electrochemical potential and the current that occur during, for example, a corrosion process without an external signal perturbation. en analysis (ena) allows assessment of the type of corrosion and rapid determination of the corrosion rate. microsoft excel®, an inexpensive and readily available software package, is an excellent tool for performing repetitive calculations, with automation that saves time for the users. it is a useful tool for the analysis of en data using fast fourier transform (fft), a process that is often made repeatedly and, if not automated, is quite laborious. this work presents a step-by-step procedure using excel to perform these calculations, automating the process of obtaining the spectral electrochemical noise resistance, 0 snr . this routine was used to analyze experimental potential and current noise data recorded for chalcopyrite. the results were comparable to those obtained for the same set of experimental data using origin® software. electrochemical noise analysis to obtain the rsn value via fft using excel sidineia barrozo1 , riberto nunes peres2 , marcus josé witzler3 , assis vicente benedetti2 , cecílio sadao fugivara2+ 1. são paulo state university (unesp), institute of chemistry, engineering, physics and mathematics department, araraquara, são paulo, brazil 2. são paulo state university (unesp), institute of chemistry, department of analytical chemistry, physical chemistry, and inorganic, araraquara, são paulo, brazil 3. embraer +correspondemibraerng author: cecilio sadao fugivara, phone: +55 16 33019654, email address: sadao.fugivara@unesp.br article info article history: received: june 02, 2020 accepted: august 06, 2020 published: october 01, 2020 keywords: 1. ena 2. excel 3. spectral electrochemical noise resistance 4. detrending 5. hann window 1. introduction electrochemical noise (en) measurements concern the fluctuations of the electrochemical potential and the current that occur during corrosion processes, without applying an external signal perturbation. en can be used to monitor the type of corrosion and to rapidly obtain the corrosion rate. the electrochemical potential and current noises are simultaneously measured either by coupling two nominally similar working electrodes connected by a zero-resistance ammeter (zra), so that the potential difference between the working electrodes is zero, or by measuring with respect to a reference electrode1-3. in en studies, the electrochemical noise resistance (rn), determined as the standard deviation of the potential noise divided by the standard deviation of the electrical current noise, is generally considered as an estimation of the corrosion rate1. time domain analysis does not lead directly to comparative values of corrosion rates between systems being studied, hence necessitating frequency domain analysis. in the frequency domain, the power spectral density (psd) is useful for predicting the corrosion mechanism http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 mailto:sadao.fugivara@unesp.br https://orcid.org/0000-0002-0043-084x https://orcid.org/0000-0002-8762-7740 https://orcid.org/0000-0002-9195-6504 https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 https://orcid.org/0000-0002-2288-2601 technical note 58 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 and, in some cases, has been used in calculating noise impedance. psd plots are computed using algorithms such as fast fourier transforms (fft)2, which are advantageous when repetitive signals are measured, and the data sets acquired have large numbers of sampling points. the square root of the ratio of the voltage psd to the current psd, as a function of frequency, enables calculation of the low frequency noise impedance, rsn. excel software is an excellent tool for performing repetitive calculations, with automation providing considerable saving of time for users. in order to automate a repetitive task, a macro is recorded using the macro recorder in excel4, applying the desired format, which can then be replayed whenever needed. an example of this is the possibility of its use, still little explored, for the treatment of electrochemical noise data using fft, a process that is usually performed repeatedly and is quite laborious, if not automated. therefore, this work presents a stepby-step procedure for performing these calculations using excel software, automating the process of obtaining the spectral electrochemical noise resistance, 𝑅𝑠𝑛 0 , using experimental potential and current noise data recorded for chalcopyrite in the laboratory. the 𝑅𝑠𝑛 0 value is calculated, as proposed by mansfeld and lee5, using eq. 1: 𝑅𝑠𝑛 0 = 𝑙𝑖𝑚 𝑓→0 𝑅𝑠𝑛(𝑓), (1) with 𝑅𝑠𝑛(𝑓) = | 𝑃𝑆𝐷𝐸(𝑓) 𝑃𝑆𝐷𝑖(𝑓) | 1 2 , (2) where 𝑃𝑆𝐷𝐸(𝑓) and 𝑃𝑆𝐷𝑖(𝑓) are the power spectral density of the potential, e(t), and the current density, i(t), respectively, in the frequency domain f. in the practical process, 𝑅𝑠𝑛 0 is determined by the linear regression of 𝑙𝑜𝑔( 𝑅𝑠𝑛(𝑓)) 𝑣𝑠. 𝑙𝑜𝑔( 𝑓) at the “plateau” in the low frequency region, as suggested in the literature3, covering a minimum of 10 frequency points. the straight-line equation fitted is evaluated using the lowest frequency of the recorded data, with the result being the 𝑅𝑠𝑛 0 value. in this work, the psd calculation employs eq. 3 6: 𝑃𝑆𝐷𝑥(𝑓) = 2 𝑇 |𝑋𝑇(𝑓)|2, (3) where 𝑋𝑇(𝑓) is the fourier transform of x(t), given by eq. 5, t is the experimental time (𝑇 = 𝑁𝛥𝑡, where n is the number of experimental data points and 𝛥𝑡 is the time interval between measurements), and the number 2 indicates that only positive frequencies are considered, since the fourier transform can also apply to negative frequencies. the fourier transform of a function x(t) is defined by eq. 4: 𝑋(𝑓) = ∫ 𝑥(𝑡)𝑒−2𝜋𝑗𝑓𝑡+∞ −∞ 𝑑𝑡, (4) where 𝑗2 = −1 is the imaginary unit and, among other properties, converts the time domain into a frequency domain. since the signals are considered in the time interval between 0 and t, the fourier transform calculations are made from the integral, according to eq. 5: 𝑋𝑇(𝑓) = ∫ 𝑥(𝑡)𝑒−2𝜋𝑗𝑓𝑡𝑇 0 𝑑𝑡, (5) with the integral being numerically calculated by eq. 6, called a discrete fourier transform6: 𝑋𝑇(𝑓𝑚) = ∑ 𝑥(𝑛𝛥𝑡)𝑁−1 𝑛=0 𝑒− 2𝜋𝑚𝑛𝑗 𝑁 𝛥𝑡, 𝑚 = 0,1,2, . . . , 𝑁 − 1, (6) where 𝑓𝑚 = 𝑚𝛥𝑓 is the frequency related to the m-th sampling point and x is the function to be transformed (in this case, the potential e and the current density i). the fft is an algorithm that optimizes the calculations by making them faster, compared to the discrete fourier transform, and for its use the data set should contain a number of points equal to a power of 2 (for example, 2048 = 211). in excel, this algorithm is implemented using the “fourier analysis” function. note that eq. 2, for calculation of 𝑅𝑠𝑛(𝑓), involves the ratio between psde and psdi, so the factor 2/t of eq. 3 will be canceled in the operation. hence, in this work, psde and psdi will be obtained using eq. 7: https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 59 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 𝑃𝑆𝐷𝑥(𝑓) = |𝑋𝑇(𝑓)|2 = [𝑅𝑒( 𝑋𝑇(𝑓))]2 + [𝐼𝑚( 𝑋𝑇(𝑓))]2, (7) since 𝑋𝑇(𝑓) is a complex number, and the modulus of a complex number z = a + bj is given by |𝑧| = √𝑎2 + 𝑏2, so |𝑧|2 = 𝑎2 + 𝑏2. as the goal of this work is to provide a routine to obtain 𝑅𝑠𝑛 0 using excel software, we indicate the criterion that will be used for delimiting the frequency region, without elaborating on any particular merits of this procedure, leaving it to the ena user to select the criterion most suitable for the study being undertaken. in addition to describing how the value of 𝑅𝑠𝑛 0 can be calculated using excel, the results are compared with those obtained for the same set of experimental data using origin® software. 2. methodology the excel commands presented in this guide follow the 2010/2013 versions of the software. if another version is used, it would be necessary to check the equivalent commands. it is recommended to use the configuration with a dot as the decimal separator, since the original data is generated in this format. to make the change from comma to dot, follow these commands: file → options → advanced → editing options → use system separators → make the change. this analysis considered 2048 points of an experimental data set obtained in the low frequency region, but the routine can be applied to any other number of points, as long as the number is a power of 2. the experimental data were arranged in three columns, considering time (t) in seconds (s), potential (e) in volts (v), and current (i) in amperes (a), in a worksheet named data. it is possible that the experimental data set could have more than 2048 points, so it is important to count the number of data points in the spreadsheet (formulas → insert function → count → ok → select a set of data (column) → ok), in order to leave only 2048 points, deleting the points in excess in the high frequency region. an example of an input spreadsheet is shown in fig. 1. figure 1. example of data presentation used in the analysis. considering that it is often necessary to remove the drift before analyzing the data7,8, this guide suggests a polynomial removal procedure. for this, graphs are constructed of potential or current against time, adding a trendline that provides the best fit to the data. this can be performed using the following commands: position the cursor on the graph and press the right button of the mouse → add trendline → polynomial → choose the order that provides the best fit → mark display equation on chart → close. note that the polynomial orders for potential and current may be different each other. format the graph and trendline, as desired. fig. 2 shows examples. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 60 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 figure 2. examples of potential and current graphs, with trendlines. in order to remove the drift, create new columns with the following parameters: time (t); potential value from the trendline (ye(t)), using the polynomial coefficients given by the potential fit; current value from the trendline (yi(t)), using the polynomial coefficients given by the current fit; and the differences between the experimental and fitted values for potential and current (e(t) ye(t) and i(t) yi(t), respectively), as shown in fig. 3. figure 3. example of columns for removal of the drift from the potential and current data. it is recommended to construct graphs of potential and current after removing the drift, in order to visualize the results and confirm that the values are near y = 0. figure 4 shows an example. figure 4. examples of potential and current graphs after removing the drift. in many cases, it is necessary to use appropriate windows to improve the quality of treatment by fft. this guide uses the hann window6,9, which is one of the most suitable. it is defined by the function: 𝐻𝑊(𝑛) = 1 2 [1 − 𝑐𝑜𝑠 ( 2𝜋𝑛 𝑁−1 )] , 𝑛 = 0,1,2,3, . . . , 𝑁 − 1, (8) where n is the total number of points used (in this case, 2048) and n is the position of each experimental point, initiating at zero. this function must be multiplied by the values of e(t) ye(t) and i(t) yi(t), which are calculated as described above. figure 5 shows the data spreadsheet updated so far, where a column with numbers n was created (column t) to apply the hann window (columns u and v) and the value of n (fixed, in this case given in cell d2). note that to fix a cell, just click on it, and press the f4 key on the keyboard. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 61 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 figure 5. spreadsheet example with the hann window applied to data of the r and s columns. therefore, if the hann window is not applied, the data of columns o, r, and s should be directly used in the analysis; if the hann window is applied, the data of columns o, u, and v should be used. once the input data are organized, insert a new worksheet in the spreadsheet, in this example named analysis, to perform the calculations. the step-by-step procedures for building the analysis worksheet are presented below. save the spreadsheet with extension .xlsm (excel macro enabled workbook). copy the input data (columns o, r, and s of the data worksheet, if the hann window is not used in the input data, or columns o, u, and v, if it is used) and paste from the 5th or 6th row of the first column (a) of the analysis worksheet, in order to leave the starting lines for captions, comments, and new data to be inserted. we suggest, for example, that the number of data points (n) is informed at the beginning of column a, the time interval between measurements ( t ) in column b, the electrode area (cm2) in column c, and a scale factor with magnitude of 102 or 103 in column d, as this information will be used in future calculations. we also suggest using excel facilities to count the number of data and the value of t , which will minimize errors. the electrode area and the scale factor must be entered manually, as they are values known by the user. it is important to note that excel works internally with 14 significant digits. therefore, since the input data values can be very small, especially for the current data, some values may be considered null and the fft calculation may fail. a way to overcome this issue is to introduce a scale factor at the beginning of the spreadsheet (in this example, in cell d2), which is used to multiply the current density values before calculating the fft, increasing the values to the required order of magnitude (102, 103, ...). after the calculations, the scale factor is removed by means of a division. however, it is not necessary to perform this calculation manually since it is included in the automation of the fft calculations. it is necessary to insert the scale factor according to the order of magnitude of i (which in this case is 14 1310 or 10− − , consequently requiring a correction with minimal order of 103). figure 6 shows this procedure. the calculations presented here are performed using hann window and current density (i, in a cm-2), so the experimental data related to current are divided by the electrode area, placing the result (=c6/$c$2) in column d. note that as the electrode area is constant, it must be fixed when dividing. in column e, list the input data (n = 0, 1, 2, 3, ...) used for calculating the frequency (in hz). the frequencies will be calculated in column f, using the formula: / ( * )f n n t=  . although there is no zero frequency, it is necessary to start at n = 0 for the fft calculation. to insert the formula, position the cursor in the desired cell (in the example, f6) and do: =e6/($a$2*$b$2). note that n and t are fixed, so it is necessary to fix these values, which in the example are in cells a2 and b2. remember to copy a formula for all cells in the column, just positioning the cursor at the lower right corner of the cell to be copied and, when a cross appears, double-click. an example of the spreadsheet up to this step is shown in fig. 6. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 62 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 figure 6. example of a spreadsheet constructed to calculate rsn. to calculate the ffte of the potential, place the cursor in column g, aligned to the data, and follow the commands: data → data analysis → fourier analysis → ok. a window similar to the one shown in fig. 7 appears and, in the input range option, select the data from the potential column (in the example, the data from column b). as an output option, choose “output range” and click on the cell where it is desired to place the ffte values (in the example, cell g6). click ok and all the ffte values are calculated. note: if the data analysis option is not enabled in the version of excel used, follow the commands: file → options → add-ins → manage: excel add-ins → go → analysis tools or analysis toolpak → ok). figure 7. fourier analysis function window in excel. repeat the same procedure to generate a column with ffti (to calculate the fft of the current density data), changing only the input data to column d, and the output location to cell h6. the result of the fft is a complex number, so in order to perform the following calculations, it is necessary to separate the real and the imaginary parts into different columns. to do this, place the cursor on the next free column, aligned to the data (in the example, i6), and follow the commands for the real part: formulas → insert function → imreal → click on the cell of the complex number (g6) and then on ok. the command window is shown in fig. 8. figure 8. function window of excel for discrimination of the real part of a complex number. then, drag the formula to all the data (doubleclick on the little cross in the lower right corner of the cell). do the same for the column of the imaginary part, using the function imaginary. after performing the procedure for the potential and current data, a spreadsheet similar to the one shown in fig. 9 is obtained. figure 9. spreadsheet with fft values and their real and imaginary parts discriminated. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 63 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 the psde of the potential is calculated using eq. 7, which must be introduced in the next free column (m). in this example, it is: =i6^2+j6^2. drag to all cells in the column and repeat the procedure to calculate the psdi of the current, which should be entered in column n. in the next free column (o), where snr is calculated using eq. 2, type: =sqrt(m6/n6) and drag to all cells in the column. to calculate the slope and linear coefficients of the line obtained by the linear regression of log ( ) . log ( )snr vs f , it is necessary to calculate the logarithms (base 10) for these two columns. to do this, in the next two free columns (p and q) do: =log10(f6) and =log10(o6), respectively, and drag to the entire columns. note that as the first frequency value is f = 0, its logarithm cannot be calculated, so the expression “#num!” appears in cell p6. this is not a problem, as this point can be excluded during graph construction. figure 10 shows the example in progress. figure 10. spreadsheet with the calculations required to obtain rsn. this work presents a way to build the graph in excel by adding a slider on the abscissa axis to define the region of linear regression. this selection is important for the final result of the analysis and can be performed by following the steps below. however, it is also desirable that the user should be able to see the entire graph in a background, together with the interval chosen for linear regression and using a logarithmic scale, in order to facilitate interpretation of the results, observing the results as frequency, rather than logarithm of frequency. therefore, the graph is constructed using a logarithmic scale. firstly, insert two slider bars in an empty region on the worksheet, using the following commands: developer → insert → scroll bar (in form controls box) → choose the place where you want to put the bars, click, and drag the mouse horizontally. the bars must be placed in a position where there is space to put a graph above them (fig. 11). note: if the “developer” option is not enabled in the ribbon, follow the commands: files → options → customize ribbon → developer (in main tabs box)→ ok. figure 11. illustration of commands for creating a slider bar in excel. position the cursor in a cell next to the bars (in the example, t16) and type a name for the cell in the identification space (upper left corner of the worksheet), for example, “start_point”, as shown in fig. 12. repeat the procedure in the cell below, naming it “end_point”. on the left side of these https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 64 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 cells, it is recommended to write the words “initial index” and “final index”, to indicate that the cells on the right show the positions (n) of the first and last points used in the linear fit. with this procedure, these cells have the function of variables for delimitation of the graph, using the slider. figure 12. cells declaring the variables. now position the cursor in cell p7 (the first valid value of the log (f) column) and give it a name (in the example, ref_x_plot), as shown in fig. 13. these names are now used as variables in the following formulas and commands. figure 13. referencing the start of the log (f) data for plotting. click with the right button of the mouse on each bar, select the option “format control” and configure each bar according to the information in fig. 14. figure 14. configuration for formatting the sliders in this example. it is then necessary to declare the variables not linked to cells, in order to store the data range to be plotted. for this, the offset function is used, so that they have a dynamic behavior, following the commands: formulas → name manager → new. a name is then typed for the first variable. in this example, range_x is suggested. then type the expression: =offset(ref_x_plot; start_point; -10; end_point-start_point; 1) in the option “refers to” in the box → ok. figure 15 shows this procedure. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 65 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 figure 15. declaring variables to store a range of data. repeat the procedure for the other variables, as shown below: name: range_x_lin → refers to: =offset(ref_x_plot; start_point; 0; end_point-start_point; 1) name: range_y → refers to: =offset(ref_x_plot; start_point; -1; end_point-start_point; 1) name: range_y_lin → refers to: =offset(ref_x_plot; start_point; 1; end_point-start_point: 1) now, clicking on “name manager”, a window similar to the one shown in fig. 16 opens. figure 16. window showing the variables declared in order to store a range of data. it is now possible to make the graph. place the cursor in an empty cell, click on “insert” (in the ribbon) and, in the charts group, choose preferentially the option “scatter with straight lines” (fig. 17). figure 17. steps to build the graph. this command generates a clean graph area. press the right mouse button on the area of that graph and select the option “select data”. in the dialog box that opens, select the option “add” (fig. 18) and a new dialog box (edit series) appears. in the “series x values” option, select the frequency data (except f = 0), and in the “series y values” option, select the data for snr , except the value corresponding to f = 0. click ok in both windows and the graph appears, with a linear scale. to change the scale of the graph to logarithmic, press the right mouse button on the scale of the axes → format axis → logarithmic scale (base 10). do this for both axes. figure 18. windows to finish building the graph. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 66 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 change the color of the data to a light color, as it is overlaid by the region that is chosen for analysis. to do this, click on the graph with the right mouse button, select format data series → line color → solid line, and choose a light color, as shown in fig. 19. also format the window type, line thickness, axis scale, font, etc., as desired by the user. figure 19. choosing the color of the data string. a new data string must be inserted in the graph to overlay the data selected by the scroll bars. to do this, click with the right mouse button on the graph area and select the options: select data → add. fill the fields “series x values” and “series y values”, as shown in fig. 20, and click on ok. a new box “select data source” appears; click on ok. figure 20. dialog box to insert the part of the graph where the linear regression is to occur. following the procedure shown above, choose a dark color for this second data stream. for the purposes of this work, it is necessary to add a trendline, which is used to perform the linear fit of the experimental data to a mathematical function (linear regression), using the least squares method. to do this linear regression, click with the right mouse button on the new data sequence (the darkest graph) and choose the option “add trendline”. click on “power”, as shown in fig. 21, since the graph axes are on a logarithmic scale and the logarithm properties transform powers into products, so the result is a line. change the properties “line color” and “line style”, as desired. figure 21. window to choose and format the trendline. position the graph above the slider bars. if highlighting is desired, select the cells behind the graph, color them, and describe the function of the control, in order to facilitate its use. figure 22 shows an example. note that the purpose of the slider bars (placed below the graph) is to delimit the region that will be fitted by the trendline, which can be done by clicking on the arrows (to move 1 point each click), or on the bar itself (to move 10 points for each click). it is also possible to click on the vertical mark and drag. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 67 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 figure 22. example image of the graph generated. the angular and linear coefficients of the fitted line must be inserted in a cell since they are used to calculate 0 snr . hence, the cursor is placed in the cell where the slope is to be located (in this example, t8), typing: =slope(range_y_lin; range_x_lin). in the cell where the intercept or linear coefficient is to be inserted (in this example, t9), type: =intercept(range_y_lin; range_x_lin). in the cell where it is desired to insert the calculation of y using the first value of x (lowest value of the experimental frequency), in this example named 0log( )snr , type: =(ref_x_plot)*t8+t9, since ref_x_plot is the cell that indicates the first x value used in the plot, and t8 and t9 are the cells in which the slope and y-intercept values of the trendline were calculated, respectively. if different cells are used, then the same logic should be followed. once 0log( )snr has been obtained, calculate 0 snr by doing 0log ( ) 10 snr (in this example: =10^t10). to facilitate visualization of the initial and final values of the fitted region, the following formulae can be inserted in cells next to the graph: =index(f7:f2053; start_point + 1), for the initial value of the frequency range, and =index(f7:f2053; end_point), for the end value of the frequency range. figure 23 illustrates the example being used in this work. figure 23. chart with calculated values of interest. once the spreadsheet is built, the goal is to use it to automate the work, performing the analysis of the quantity of data sets it is desired to study, simply by replacing the input data. however, the fft function does not update automatically with the replacement of the input data. hence, it is necessary to either manually delete and redo the values calculated by the fft, every time a new set of input data is used, or implement a macro, which is an excel feature for automatically performing programmed tasks. this can be done as follows: on the ribbon, click developer → visual basic. in the window that appears in the left part of the screen, right-click on microsoft excel objects → insert → module, as shown in fig. 24. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 68 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 figure 24. visual basic window for creating a macro in excel. this creates a workspace. place the cursor in it and enter the codes described below (note that the cells indicated in the codes refer to the current example). thus, g6 is the cell where the initial value of ffte is positioned, while cells b6 to b2053 contain the range of potential data, e. analogously, h6 is the cell where the ffti values start, while cells d6 to d2053 contain the current data, i. it should be noted that multiplication by the scale factor, mentioned previously, is already included in this macro. sub button1 () 'fft of potential range("g6"). select range(selection, selection.end(xldown)).select selection.clearcontents application.run "fourier", activesheet.range("$b$6:$b$2053"), activesheet.range("$g$6"), false, false 'copy of the current multiplied by the scale factor range("$d$6:$d$2053").copy range("$ah$6:$ah$2053").pastespecial xlpastevalues range("d2").copy range("$ah$6:$ah$2053").pastespecial xlpasteall, xlmultiply 'fft of the current range("h6").select range(selection, selection.end(xldown)).select selection.clearcontents application.run "fourier", activesheet.range("$ah$6:$ah$2053"), activesheet.range("$h$6"), false, false 'erases the current multiplied by the scale factor range("$ah$6:$ah$2053").select selection.clearcontents 'reposition the worksheet focus range("$a$1").select end sub return to the analysis spreadsheet and choose the location where it is desired to place a button that is to be clicked to update the fft calculations when a new data set is introduced. in the developer tab, click on insert and then click on the image of a button, as shown in fig. 25. figure 25. procedure for insertion of a button in an excel macro. next, click where it is desired to create the button, dragging the cursor to form a rectangle. release the mouse when the desired size is reached. at this point, a window called assign macro opens. click on button 1 and then ok (fig. 26). figure 26. procedure in excel for assigning a macro to a button. in order to change the text on the button, rightclick on it, and select edit text. to change the font, select the format option. the result looks like fig. 27. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 technical note 69 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 figure 27. image of a worksheet containing the fft update button. every time the input data is changed, click on the fft button to remake the ffte and ffti calculations. all other calculations are automatically updated. the procedure presented above was also performed without hann window. the results obtained with excel were compared with those obtained with origin® (see the supplementary information 1), a software package widely used by chemists, using the same experimental data and the same linear regression frequency region. the results are presented in tab. 1. table 1. values of 0 snr obtained with excel and origin® routines using the same experimental data for a carbon paste electrode (cpe) modified with chalcopyrite obtained in solution a (t&k) + 0.02 mol l-1 cu(ii). without hann window with hann window slope y-intercept 0 snr (ω) slope y-intercept 0 snr (ω) excel® 0.0716 3.8204 3,830 excel® -0.0128 3.8394 7,616 origin® 0.0716 3.8204 3,823 origin® -0.0129 3.8393 7,621 see supplementary material 1 and 2. 4. conclusions the routine developed in excel, an inexpensive program available to all students and professionals from different areas, was effective for calculation of the spectral electrochemical noise resistance value, 𝑅𝑠𝑛 0 , according to the fft method. it was possible to obtain the values rapidly, saving time when performing repetitive calculations for analysis of the results from a large number of experiments. acknowledgments the author riberto n. peres thanks the brazilian funding capes (proc. no. 88882.330063/2019) for a scholarship. the authors also thank fundunesp (2557/2016) vale s.a for financial support. references [1] cottis, r. a., interpretation of electrochemical noise data, corrosion 57 (3) (2001) 265-285. https://doi.org/10.5006/1.3290350. 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[7] bertocci, u., huet, f., nogueira, r. p., rousseau, p., drift removal procedures in the analysis of https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/article/view/1172/1040 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/article/view/1172/1040 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/article/view/1172/1040 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/article/view/1172/1039 https://doi.org/10.5006/1.3290350 https://doi.org/10.5006/1.3290350 https://doi.org/10.5006/1.3290350 https://doi.org/10.1149/1.1837362 https://doi.org/10.1149/1.1837362 https://doi.org/10.1149/1.1837362 https://doi.org/10.1149/1.1837362 https://doi.org/10.1149/1.1837362 https://doi.org/10.1016/s0013-4686(01)00643-0 https://doi.org/10.1016/s0013-4686(01)00643-0 https://doi.org/10.1016/s0013-4686(01)00643-0 https://doi.org/10.1016/s0013-4686(01)00643-0 https://doi.org/10.1016/s0013-4686(01)00643-0 https://doi.org/10.1149/1.1837743 https://doi.org/10.1149/1.1837743 https://doi.org/10.1149/1.1837743 https://doi.org/10.1149/1.1837743 https://doi.org/10.1002/maco.201005839 https://doi.org/10.1002/maco.201005839 https://doi.org/10.1002/maco.201005839 https://doi.org/10.1002/maco.201005839 https://doi.org/10.5006/1.3287684 https://doi.org/10.5006/1.3287684 technical note 70 eclética química journal, vol. 45, n. 4, 2020, 57-70 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v45.4.2020.p57-70 electrochemical noise, corrosion 58 (4) (2002) 337347. https://doi.org/10.5006/1.3287684. [8] homborg, a. m., tinga, t., zhang, x., van westing, e. p. m., oonincx, p. j., de wit, j. h. w., mol, j. m. c., time-frequency methods for trend removal in electrochemical noise data, electrochimica acta 70 (2012) 199-209. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.03.062. 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furlan pró-reitora de graduação celia maria giacheti pró-reitora de pós-graduação maria valnice boldrin pró-reitor de pesquisa edson cocchieri botelho pró-reitor de extensão universitária e cultura raul borges guimarães pró-reitor de planejamento estratégico e gestão estevão tomomitsu kimpara instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua short review revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 4 | 2022 | 17 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 secondary metabolites and pharmacological potential of thuja orientalis and t. occidentalis: a short review maria eduarda tech1 , cássia gonçalves magalhães1+ , sidney augusto vieira filho2 1. state university of ponta grossa, department of chemistry, ponta grossa, brazil. 2. federal university of ouro preto, department of pharmacy, ouro preto, brazil. +corresponding author: cássia gonçalves magalhães, phone: +55 4232203062, email address: cgmagalhaes@uepg.br article info article history: received: june 01, 2022 accepted: october 10, 2022 published: october 28, 2022 keywords: 1. cupressaceae 2. flavonoids 3. terpenes 4. antimicrobial potential 5. antioxidant activity section editors: marcos carlos de mattos contents 1. introduction 2. methodology 3. chemical composition 4. pharmacological potential of t. orientalis and t. occidentalis 5. concluding remarks authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments references abstract: species from thuja genus (cupressaceae) are found in brazil, north america and asia. in the traditional medicine, these plants are used in the treatment of cough, skin allergies, and asthma. in brazil, thuja species are also used in the ornamentation of urban areas. different parts of these plants displayed insecticidal, antitumor, and antioxidant activities. the essential oil of the leaves from thuja spp. are constituted by monoterpenes and sesquiterpenes. the main substances found in the extracts of these species are flavonoids, which display relevant biological activities. this brief review shows recent phytochemical studies involving t. orientalis and t. occidentalis, as well as 40 constituents isolated from these species. the existing pharmacological potential justifies the growing scientific interest in this genus. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 mailto:cgmagalhaes@uepg.br https://orcid.org/0000-0002-3429-3783 https://orcid.org/0000-0003-4168-3365 https://orcid.org/0000-0002-8171-8035 short review revista.iq.unesp.br 18 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 1. introduction scientific interest for plants is growing, mainly due to the accelerated loss of the biodiversity (singh et al., 2021). the world market of phytotherapeutics has attracted a growing number of people who seek cheaper medicines with fewer side effects, when compared to synthetic pharmaceuticals (silva et al., 2021). the diversified potential of natural products has been widely explored, and the resulting data are considered an important key for the development of new drugs (atanasov et al., 2021). additionally, the development of green semisynthesis of metal nanoparticles (gour and jain, 2019) and biosensors (kumar and arora, 2020) highlighting the variety of application of plants. within the plant biodiversity, species of the cupressaceae family stand out. cupressaceae trees comprise important classes of organic compounds, especially terpenes and terpenoids, both of which have intense and often pleasant odors. these compounds are mainly present in heartwood, bark and leaves of cupressaceae trees (bhardwaj et al., 2021). the most known terpenoids found in conifers are sesquiterpenoids, diterpenes, and tropolones. some sesquiterpenoids, e.g., bisabolanes, cubenanes, guaianes, ylanganes, himachalanes, longifolanes, longibornanes, longipinanes, cedranes, thujopsanes, are also present in the pinaceae, podocarpaceae (pereira et al., 2020) and taxodiaceae (jiang et al., 2018) families. however, tropolone derivatives, such as nootkatin, chanootin, and hinokitiol, are particularly characteristic in cupressaceae (park et al., 2021; yatoo et al., 2018). in this context, species from the thuja genus (cupressaceae family) represent a relevant object of study, considering its use in the traditional medicine for the treatment of scurvy and rheumatism. it is endemic in asia and is cultivated in northern europe and brazil as an ornamental shrub (pradhan et al., 2021; viezzer et al., 2018). species of the genus thuja, similar to various other conifers, are evergreen trees that grow from 3 to 60 meters tall, with stringy-textured reddish-brown bark. there are five species belonging to this genus of which t. orientalis and t. occidentalis l. are well characterized (gupta and sharma, 2021). these species are monoecious and large evergreen shrub or small to medium sized trees (jain and sharma, 2017). the main secondary metabolites associated to the therapeutic potential of thuja spp. are flavonoids, terpenes, and coumarins (bhardwaj et al., 2021; gupta and sharma, 2021). thuja orientalis is a synonym of platycladus orientalis (l.) franco, an accepted name in the genus platycladus (cupressaceae family). all parts of t. orientalis, popularly known as tuia, are used for several objectives. extracts from leaves have antipyretic, diuretic, and astringent properties, while the root bark extracts are used to treat skin burns. the leaves extract of t. orientalis also shows relevant antimicrobial activity (burange et al., 2021). extracts from stems are used against parasites of the skin, dysentery, and constipation. t. orientalis extracts can be also used for dermatological treatments, renal, and gastrointestinal disorders (gupta and sharma, 2021). also, the significant occurrence of phenolic compounds in the polar extracts from this species is related to its antioxidant activity (moawad and amin, 2019). thuja occidentalis l., commonly known as white cedar, is used in traditional medicine to treat bronchial catarrh, enuresis, psoriasis, uterine carcinomas, amenorrhea, and other diseases (gupta and sharma, 2021). the tincture from this species is used in the treatment of warts, papillomas, and condylomas related to human papilloma virus (aguilar-velázquez et al., 2018). t. occidentalis also present pharmacological properties, such as antioxidant, gastroprotective, antimicrobial, antitumor, antidiabetic, and antiatherosclerotic activities (gupta and sharma, 2021; stan et al., 2019). due to the scientific importance of this species, the aim of this work was to provide a short review related to chemical constitution and biotechnological potential of t. orientalis and t. occidentalis reported in the last five years. 2. methodology data relating to t. orientalis and t. occidentalis were obtained through pubmed and google scholar published in the last five years. the following exclusion criteria were adopted: (i) article whose full text was not accessible in the database; (ii) publications that did not include the search phrases in the abstract or title; (iii) articles in other languages; and (iv) articles in which the phytochemicals used in the biological activity assays were not isolated from these species, but were acquired from industries. the chemical structures of compounds from these species were drawn using chemdrawn 12.0 software. 3. chemical composition essential oils from t. orientalis and t. occidentalis leaves are mainly constituted by terpenes 1 to 21 (fig. 1). the major compounds found in the oil from t. orientalis collected in india are α-pinene (1, 29.2%), δ-3-carene https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 short review revista.iq.unesp.br 19 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 (2, 20.1%), and the sesquiterpene alcohol α-cedrol (3, 9.8%) (bhardwaj et al., 2021). a similar profile was reported for an oil sample of t. orientalis collected in iran (sanei-dehkordi et al., 2018). terpenes 1 to 3, and β-caryophyllene (4) are the major compounds found in essential oil from chinese populations of t. orientalis (bae et al., 2021). a comparison of the chemical composition of essential oils extracted from wild and planted t. orientalis leaves in korea was carried out (seo et al., 2019). the main compounds found in these essential oils were artemisiatriene (5, 17.7%), transisolimonene (6, 17.2%), terpinolene (7, 5.2%), and isopulegol (8, 4.8%). the main constituents of essential oil from t. orientalis cultivated in tokat, turkey, were d-limonene (9, 36.7%), β-phellandrene (10, 36.7%), and β-myrcene (11, 15.3%). the quantitative and qualitative characteristics of secondary metabolites variation observed in these essential oils occur due to the existence of different chemotypes of a same species (seo et al., 2019) and mainly by the influence of environmental conditions (li et al., 2022). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 short review revista.iq.unesp.br 20 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 figure 1. chemical structure of compounds 1 to 21 found in t. orientalis and t. occidentalis essential oils. gas chromatography coupled to mass spectrometry (gc-ms) analysis of the essential oil from leaves of t. orientalis cultivated in egypt and saudi arabian showed a similar profile considering the major compounds (α-cedrol and β-caryophyllene). in contrast, limonene was present in the saudi arabian t. orientalis essential oil, while caryophyllene oxide and vellerdiol were found in the egyptian sample (elsharkawy et al., 2017). in general, the chemical constitution of essential oils is determined by gc-ms. however, the use of highperformance counter current chromatography, allowed to the isolation of α-cedrol (3) from essential oil of t. orientalis leaves (rehman et al., 2022). the analysis of fruit oil from t. orientalis grown in egypt revealed the occurrence of sesquiterpenes αpinene (1, 11.3%), α-cedrol (3, 11.2%), β-myrcene (11, 9.6%), geranyl acetate (12, 9.0%) and βcaryophyllene (4, 8.9%) (moawad and amin, 2019). a comparison between the essential oil from egyptian t. orientalis leaves with the one cultivated in saudi arabia was performed, being 3 and 4 the main terpenes found in the two oil samples. however, the third major compound, d-limonene (9), found in the saudi sample, was absent in the egyptian oil, probably due to influence from the severe environmental conditions of this country (moawad and amin, 2019). the main compounds found in the essential oil from t. occidentalis l. leaves, known as cedar oil, are αthujone (13, 65%), isothujone (14, 8%), and fenchone (15, 8%) (caruntu et al., 2020). besides compound (13, 57%), the diterpenes hibaene (16, 7.3%) and rimuene (17, 5%) were detected in expressive amount in the essential oil from chinese cultivar for this species (bai et al., 2020). the constituents of the essential oil from leaves and cones of t. occidentalis collected in tunisia was described (bellili et al., 2018). interestingly, the chemical profile of the essential oil of t. occidentalis leaves was similar to that of t. orientalis essential oil collected in india. a bioassay-guided fractionation of t. occidentalis extract carried out by nakano et al. (2021) led to the isolation of the compounds (+)-7-oxo-13-epi-pimara14,15-dien-18-oic acid (18), (+)-isopimaric acid (19), isopicrodeoxypodophyllotoxin (20), and (−)deoxypodorhizone (21) (fig. 1). phytochemical methods applied to study extracts of t. orientalis showed that it is a source of flavonoids and diterpenes, which are considered the majority compounds found in this species. from methanolic extract of t. orientalis fruits, the metabolites cupressuflavone (22), amentoflavone (23), robustaflavone (24), (+)-catechin (25), kaempferol-3rhamnoside (afzelin) (26), quercitrin (27), 3glucosylquercetin (isoquercitrin) (28), and myricitrin (29), quercetin (30), rutin (31), luteolin (32), and naringenin (33), (fig. 2) were isolated (bai et al., 2019; chakraborty et al., 2018; darwish et al., 2021). quercitrin (27), isocupressic acid (34), transcommunic acid (35), isopimara-7,15-dien-3β-ol (36), abietatriene-3β-ol (36), and 15-isopimaren-3β,8β-diol (37) (fig. 2) were isolated from methanolic extract of leaves and stems of t. orientalis (bae et al., 2021). in this context, extracts from t. occidentalis also were considered a source of the flavonoids afzelin (26), quercitrin (27), isoquercitrin (28), and coumarins (caruntu et al., 2020). the above data demonstrate the significant variety of secondary metabolites in t. orientalis and t. occidentalis species, and their potential to be applied mainly in pharmacological areas. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 short review revista.iq.unesp.br 21 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 figure 2. chemical structure of compounds 22 to 40 found in t. orientalis and t. occidentalis essential oils or extracts. glu = d-glucosyl, rham = l-rhamnosyl. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 short review revista.iq.unesp.br 22 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 4. pharmacological potential of t. orientalis and t. occidentalis t. orientalis and t. occidentalis are used for the treatment of different diseases and symptoms, such as cough, asthma, cutaneous affections, bacterial dysentery, and premature blindness. its leaves also show astringent, diuretic, antipyretic, and emmenagogue properties (gupta and sharma, 2021). the seeds of these two species have sedative effects and their barks are used to treat skin burns (caruntu et al., 2020; srivastava et al., 2022). there are a large number of research papers that support the traditional use of these plants, as is described in the sequence. the essential oil from t. orientalis exhibits antimicrobial activity. for instance, the inhibition of the growth of salmonella mutans and s. typhimurium was attributed to three naturally occurring monocyclic tropolones: -thujaplicin (38), −thujaplicin (39) and −thujaplicin (40) (fig. 2), which act as chelating agents in the bacterial wall cell (jain and sharma, 2017). the antimicrobial potential of t. orientalis and t. occidentalis has been reported. the antimicrobial property of t. occidentalis leaves extract obtained with methanol inhibited the growth of bacillus cereus and candida albicans (caruntu et al., 2020). a synergism between psidium guajava and t. orientalis leaves extracts was observed when they were evaluated against methicillin-resistant staphylococcus aureus. this synergism was probably due to the combined inhibitory effect of phenolics present in the leaf extracts, i.e., quercetin and gallic acid and catechin (chakraborty et al., 2018). extracts from leaves and cones from t. orientalis grown in tunisia were assayed against foodborne microorganisms, such as listeria monocytogenes atcc 7644, s. aureus atcc 29213, escherichia coli atcc 8739, pseudomonas aeruginosa atcc 27853, s. typhimurium nctc 6017, aspergillus flavus (foodborne isolate), and aspergillus niger ctm 10099. the highest antimicrobial activities by disk diffusion assay were observed for t. orientalis essential oil from leaves. the most potent antimicrobial activity was recorded against e. coli and s. typhimurium, highlighting the potential of this essential oil as a natural preservative against foodborne pathogens (bellili et al., 2018). t. orientalis is appointed as a relevant alternative to improve the immunity, considering the infections caused by viruses, with emphasis on sars-cov-2 (srivastava et al., 2022). considering the cytotoxic activity of these two species of the cupressaceae family, t. occidentalis extracts also showed antiproliferative and proapoptotic activity against the a549 lung cancer cell line, and t. orientalis was active against breast cancer and leukemia cells (srivastava et al., 2022). based on teratogenic assays, the t. orientalis extract revealed low therapeutic index (ti = 0.808) with and median lethal concentration (lc50 = 0.703 mg ml–1) after a period of 24 h that is within the desirable value (below 1) for drug administration (breeta et al., 2018). the presence of phenolic compounds in thuja spp. evidence their antioxidant potential. the mother tincture of t. orientalis showed higher inhibitory activity against the generation of the 1,1-diphenyl-2 picryl-hydrazyl (dpph) radical, and effective oxygen radical absorbance capacity (stan et al., 2019). the antioxidant activity of t. orientalis extracts obtained using solvents of different polarities was tested in erythrocytes from a healthy donor. the ethyl acetate extract showed the higher reduction of reactive oxidant species (alamdari et al., 2018). the antidiabetic activity of hydroalcoholic extract from t. orientalis aerial parts, collected from three different regions of india, showed an expressive activity when compared to glibenclamide, used as positive control (pradhan and sarangdevot, 2020). this antidiabetic effect was attributed to the presence of flavonoids such as quercetin (27), rutin (31), luteolin (32), and naringenin (33), previously reported as potential antidiabetic drugs (bai et al., 2019). the administration of methanolic extracts of t. occidentalis twigs in alloxan-induced rats significantly increased glucose homeostasis and alleviate kidney and liver functions. the twigs of this species could be a potential source of the new oral antidiabetic drug (tyagi et al., 2019). to flavonoids 27, 31–33 was also attributed the potential phytotherapeutic of a mother tincture from a mixture of branches and leaves of t. occidentalis. this sample inhibited the inflammation of colitis induced by 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid (stan et al., 2019). the efficacy of the gastroprotective effect induced by the methanolic extract of t. occidentalis was similar to that produced by omeprazole, a proton pump inhibitor that decreases the amount of acid produced in the stomach (caruntu et al., 2020). the anti-inflammatory activity of the aqueous extract and of a polysaccharide rich fraction of t. occidentalis, both at 300 mg kg–1, did not induce gastric toxicity in experimental models of acute inflammation. the effect of these samples was attributed to mechanisms involving mediators such as histamine, serotonin, prostaglandin e2, and bradykinin, as well as reduction of the vascular permeability and neutrophil migration to the damaged site. in addition, both of the samples reduced https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 short review revista.iq.unesp.br 23 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 the production of proinflammatory cytokines (tnfand il-6), decreased immunostaining of cox-2 and inos, and inhibited oxidative stress (silva et al., 2017). the successful anti-inflammatory property of t. occidentalis was also proved considering the decreasing of the gene expression of the inflammation markers (interleukin-6 and tumor necrosis factor-α) induced by the administration of f 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid after the application of the mother tincture from this plant (stan et al., 2019). the antioxidant potential of the essential oil from cones and leaves of t. occidentalis grown in tunisia was assayed by dpph free-radical scavenging activity method. all essential oils tested showed better antioxidant activity than trolox against dpph radical scavenging. however, the essential oil from leaves exhibited the highest total antioxidant activity (bellili et al., 2018). the cytotoxic effect of α-thujone, the major compound of t. occidentalis essential oil, was evaluated against glioblastoma multiforme (gbm) cells, with special emphasis on the mechanisms of its effect on cell viability and invasiveness (nakano et al., 2021; pudełek et al., 2019). an attenuating effect on the viability and proliferation of gbm cells was observed when α-thujone was administered at doses varying from 660 to 3.2 mmol l–1. this effect was correlated with the induction of apoptosis in gbm cells and with considerable inhibition of gbm cells motility. mechanistic analyses demonstrated the induction of oxidative stress and autophagy in α-thujone-treated tumor cells. it was demonstrated that α-thujone exerts pro-apoptotic and anti-invasive effects on gbm cells, confirming the potential of this monoterpene for the treatment of glioblastoma multiforme. other reports demonstrate the potential of t. occidentalis for the treatment of polycystic ovary syndrome (ahmad and safuan, 2019; nakano et al., 2021; parveen and das, 2021) and inform that there is no contraindication in the administration of t. occidentalis mother tincture in the sycosis secondary to cancer treatments (bagot, 2020). besides the relevant biological potential of species from thuja genus, t. orientalis extract is a very important bioresource for synthesis of metal nanoparticles with silver (bandyopadhyay et al., 2017; burange et al., 2021), gold (dong et al., 2020) and copper (garcía-hernández et al., 2021). the aqueous leaves extract of t. orientalis was also efficient in the green synthesis of silica nanoparticles (sio2nps) through magnetic stirrer method and using cold plasma. the biofilm inhibition of sio2nps were evaluated against s. aureus and e. coli. the sio2nps synthesized by cold plasma method showed the highest antimicrobial effect (al-azawi et al., 2019). the dried leaves of t. orientalis was evaluated as an adsorbent and showed an effective result in the remotion of remazol brilliant blue r dye from aqueous solution (arya et al., 2020). other important application reported for t. orientalis seeds extract is related to its use as a green reductant of graphene oxide. the analysis through gc-ms confirmed that α-tocopherol present in t. orientalis seeds extract was most likely responsible for the reduction of graphene oxide to reduced graphene oxide (kumar et al., 2021). besides, the leaves extract of t. orientalis was capable of retard the oxidation of soybean biodiesel (devi et al., 2019). the above data showed the versatile application of thuja genus species and demonstrated the scientific potential of these plants. 5. concluding remarks forty constituents have been identified from t. orientalis or t. occidentalis. due to its diversified chemical structures, important pharmacological properties are attributed to these species, a part of their application in different areas within an industry context. the effective biotechnological potential of these species stimulates the research of new applications for these plants, which can improve the economic value of this natural resource and its sustainable management. authors’ contribution conceptualization: tech, m. e.; magalhães, c. g. data curation: tech, m. e. formal analysis: magalhães, c. g.; vieira filho, s. a. funding acquisition: not applicable. investigation: tech, m. e. methodology: tech, m. e. project administration: magalhães, c. g. resources: not applicable. software: not applicable. supervision: magalhães, c. g.; vieira filho, s. a. validation: not applicable. visualization: not applicable. writing – original draft: tech, m. e. writing – review & editing: magalhães, c. g.; vieira filho, s. a. data availability statement data sharing is not applicable. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 short review revista.iq.unesp.br 24 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 funding not applicable acknowledgments pibic-uepg. references aguilar-velázquez, g.; espinosa, d.; ordaz-pichardo, c. effects of homeopathic dilutions of echinacea angustifolia and thuja occidentalis on cervical cancer cells. homeopathy. 2018, 107 (s1), 55–78. https://doi.org/10.1055/s-0037-1608960 ahmad, f.; safuan, s. assessing the 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https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114297 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114297 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114297 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114297 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114297 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114297 https://doi.org/10.18502/jad.v12i2.35 https://doi.org/10.18502/jad.v12i2.35 short review revista.iq.unesp.br 26 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p17-26 platycladus orientalis against two mosquito vectors, anopheles stephensi and culex pipiens. j. arthropod borne dis. 2018, 12 (2), 101–107. https://doi.org/10.18502/jad.v12i2.35 seo, k.-s.; lee, b.; yun, k. w. chemical composition and antibacterial activity of essential oils extracted from wild and planted thuja orientalis leaves in korea. j. essent. oil-bear. plants. 2019, 22 (5), 1407–1415. https://doi.org/10.1080/0972060x.2019.1689177 silva, i. s.; nicolau, l. a. d.; sousa, f. b. m.; araújo, s.; oliveira, a. p.; araújo, t. s. l.; souza, l. k. m.; martins, c. s.; aquino, p. e. a.; carvalho, l. l.; silva, r. o.; rolimneto, p. j.; medeiros, j. v. r. evaluation of antiinflammatory potential of aqueous extract and polysaccharide fraction of thuja occidentalis linn. in mice. int. j. biol. macromol. 2017, 105 (part 1), 1105–1116. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.142 silva, p. e. s.; furtado, c. o.; damasceno, c. a. utilização de plantas medicinais e medicamentos fitoterápicos no sistema público de saúde brasileiro nos últimos 15 anos: uma revisão integrativa. braz. j. dev. 2021, 7 (12), 116235116255. https://doi.org/10.34117/bjdv7n12-402 singh, v.; shukla, s.; singh, a. the principal factors responsible for biodiversity loss. open j. plant sci. 2021, 6 (1), 11–14. https://doi.org/10.17352/ojps.000026 srivastava, a.; jit, b. p.; dash, r.; srivastava, r.; srivastava s. thuja occidentalis: an unexplored phytomedicine with therapeutic applications. comb. chem. high throughput screen. 2022, 25, 1537–1548. https://doi.org/10.2174/1386207325666220308153732 stan, m. s.; voicu, s. n.; caruntu, s.; nica, i. c.; olah, n.k.; burtescu, r.; balta, c.; rosu, m.; herman, h.; hermenean, a.; dinischiotu, a. antioxidant and antiinflammatory properties of a thuja occidentalis mother tincture for the treatment of ulcerative colitis. antioxidants. 2019, 8 (9), 416–435. https://doi.org/10.3390/antiox8090416 tyagi, c. k.; porwal, p.; mishra, n.; sharma, a.; chandekar, a.; punekar, r.; punniyakoyi, v. t.; kumar, a.; anghore, d. antidiabetic activity of the methanolic extracts of thuja occidentalis twings in alloxan-induced rats. curr. tradit. med. 2019, 5 (2), 138–143. https://doi.org/10.2174/2215083805666190312153743 viezzer, j.; biondi, d.; martini, a.; grise, m. m. a vegetação no paisagismo das praças de curitiba-pr. cienc. florest. 2018, 28 (1), 369–383. https://doi.org/10.5902/1980509831608 yatoo, m. i.; gopalakrishnan, a.; saxena, a.; parray, o. r.; tufani, n. 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https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.142 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.142 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.142 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.142 https://doi.org/10.34117/bjdv7n12-402 https://doi.org/10.34117/bjdv7n12-402 https://doi.org/10.34117/bjdv7n12-402 https://doi.org/10.34117/bjdv7n12-402 https://doi.org/10.34117/bjdv7n12-402 https://doi.org/10.17352/ojps.000026 https://doi.org/10.17352/ojps.000026 https://doi.org/10.17352/ojps.000026 https://doi.org/10.2174/1386207325666220308153732 https://doi.org/10.2174/1386207325666220308153732 https://doi.org/10.2174/1386207325666220308153732 https://doi.org/10.2174/1386207325666220308153732 https://doi.org/10.2174/1386207325666220308153732 https://doi.org/10.3390/antiox8090416 https://doi.org/10.3390/antiox8090416 https://doi.org/10.3390/antiox8090416 https://doi.org/10.3390/antiox8090416 https://doi.org/10.3390/antiox8090416 https://doi.org/10.3390/antiox8090416 https://doi.org/10.2174/2215083805666190312153743 https://doi.org/10.2174/2215083805666190312153743 https://doi.org/10.2174/2215083805666190312153743 https://doi.org/10.2174/2215083805666190312153743 https://doi.org/10.2174/2215083805666190312153743 https://doi.org/10.2174/2215083805666190312153743 https://doi.org/10.5902/1980509831608 https://doi.org/10.5902/1980509831608 https://doi.org/10.5902/1980509831608 https://doi.org/10.5902/1980509831608 https://doi.org/10.2174/1872213x12666180115153635 https://doi.org/10.2174/1872213x12666180115153635 https://doi.org/10.2174/1872213x12666180115153635 https://doi.org/10.2174/1872213x12666180115153635 https://doi.org/10.2174/1872213x12666180115153635 https://doi.org/10.2174/1872213x12666180115153635 https://doi.org/10.2174/1872213x12666180115153635 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055338512.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055347301.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055409285.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055416893.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055428535.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055437029.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055503376.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055521527.pdf editorial revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 4 | 2023 | editorial in the fourth issue of eclética química, in 2023, readers will find important articles on chemistry education, groundwater quality and the rich chemical composition of volatile compounds contained in leaves of a medicinal plant. opening this issue, a review presents how instagram media can assist students to expand their critical thinking skills, solve problems, making the process fun, innovative, easy to understand, and not boring. the lack of motivation and comprehension of students make chemistry be considered a difficult subject for them. according to this review, the application of the problem-based learning model in learning may help students to develop critical thinking skills and solve problems. besides, the contents offer perspectives and innovations for teachers to deal with problems experienced by students. in the sequence, the analysis of different varieties of the same species demonstrates the different distribution of the volatile compounds present in leaves of mangifera indica l. essential oils. the leaves of this plant have been used to treat diseases such as asthma, dysentery, cough, leucorrhea, jaundice, pain, and malaria. the use of comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry allowed to identify 125 compounds in the variety ‘espada’ and 95 in the variety ‘coração de boi’, a considerable higher number than that until known. following, it is presented a multivariate analysis of groundwater quality from different tubular wells by applying the techniques of principal component analysis (pca) and hierarchical cluster analysis (hca), which are powerful tools in the study of groundwater quality. eleven parameters were analyzed of groundwater collected in two different seasons and both tools indicated a change in patterns between the analyzed periods. the correlation matrix corroborates the pca data, and the hca confirmed the correlations between the samples. thus, it is feasible to assess the degree of similarity between the composition of the water from the different wells and between the parameters evaluated. closes this issue a study that implements a didactic guide with scientific recreations to favor the learning of the periodic table, using an experimental, field, and explanatory research. for data processing, analysis, and interpretation the main theoretical and empirical methods were applied and allowed to conclude that the didactic guide with scientific recreations significantly improved students’ learning of the periodic table. the editor and the eclética química editorial team would like to render a special acknowledgement to the authors and reviewers for their effort, dedication to successful conclude not only this issue but all issues of this year with interesting articles leading with different subjects. simultaneously, we kindly invite authors, readers, and reviewers to visit the eclética química page and contribute to the journal’s next issues. assis vicente benedetti editor-in-chief of eclética química https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | 68 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 68-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 antioxidative activity of gold and platinum nanoparticles assessed through electron spin resonance angela kinoshita1 , iara lima2 , éder josé guidelli2 , oswaldo baffa filho2+ 1. universidade do oeste paulista, pró-reitoria de pesquisa e pósgraduação, presidente prudente, brazil. 2. universidade de são paulo, faculdade de filosofia, ciências e letras de ribeirão preto, ribeirão preto, brazil. +corresponding author: oswaldo baffa filho, phone: +55 16 3315-3642, email address: baffa@usp.br article info article history: received: september 13, 2020 accepted: november 17, 2020 published: april xx, 2021 keywords 1. gold nanoparticle 2. platinum nanoparticle 3. antioxidative 4. dpph abstract: gold nanoparticle (aunp) is a well-known biocompatible structure with several biomedical applications for labeling, heating, and sensing, besides delivery of drugs to cells. similarly, platinum nanoparticles (ptnps) have important applications in medicine. traditional applications of these nanoparticles in medicine/biomedicine depend on their physical-chemical properties. in this work, a preliminary study of the antioxidative properties of aunp and ptnp was performed using electron spin resonance (esr) spectroscopy. antioxidant activity against dpph (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical was found for both nanoparticles, but the ptnp was more reactive than the aunp to reduce the dpph esr signal. the decay time for the signal intensity was t = 3.1 ± 0.1 min–1 for aunp and t = 1.80 ± 0.07 min–1 for ptnp. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 mailto:baffa@usp.br http://orcid.org/0000-0002-5057-1667 http://orcid.org/0000-0003-1451-3256 http://orcid.org/0000-0002-4657-5112 http://orcid.org/0000-0002-0622-2814 original article iq.unesp.br/ecletica 69 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 68-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 1. introduction metal nanoparticles have been known for a long time and have always called the attention due to their optical features. the photophysical properties of the particles or of nearby molecules (such as absorption, scattering, fluorescence, and raman scattering) are enhanced due to the interaction of light with the free electrons on the metal nanoparticle surface. the electromagnetic field of light causes a coherent collective oscillation of the conduction band electrons giving rise to the surface plasmon resonance1. these nanoparticles can be synthesized by several methods. for instance, the most traditional protocol for gold nanoparticles (aunps) synthesis was proposed by turkevich, consisting of the reduction of tetrachloroauric acid (haucl4) with sodium citrate at 90–100 °c. sodium citrate acts both as reducing and stabilizing agent, but other agents have been used, such as borohydrides, aminoboranes, hydrazine, formaldehyde, etc.2. deraedt et al.3 observed that the ratio between salt and borohydride during reaction alters the particle dimensions and, consequently, its optical and catalytic properties. for each proportion, a different color of colloidal suspension was obtained; the ratio 1au:10 nabh4 produced aunps with size of about 3 nm and high stability. polymers can stabilize aunps; they are versatile and enable to control the size, solubility, amphiphilicity, compatibility among other characteristics with the use of specific ones2. chitosan is a commonly used polymer employed to produce aunp, it is a natural product and can be used as stabilizing and reducing agent, making a green synthesis of nanoparticles possible. offering good biocompatibility and other features enabling applications in biomedicine and several others areas4. similarly, alanine is an amino acid that can be used to stabilize aunp. one of the important applications of alanine is as an ionizing radiation sensor and dosimeter5. when associated with aunps, this dosimeter becomes more sensitive, allowing the detection of smaller doses of radiation, which expands the field of applications in ionizing radiation dosimetry6. the fact that polymers and other molecules can bind to aunp greatly expands its application. in the field of biological applications, sperling7 explains in details several uses in which highlights labeling, delivering, heating, and sensing. for labeling, usually a molecule with a functional group that associates with specific sites in cells is linked to the nanoparticle. this bond can be directly on the surface of the nanoparticle or by partial replacement of the stabilizer. thus, this molecule will direct aunp to regions of interest in the material, concentrating aunp, providing contrast at these specific sites. subsequently, the visualization can be optical by the interaction of aunp with light or by transmission electron microscopy (tem), since au is a metal with a high atomic weight, causing high contrast. it is also possible to obtain contrasted images with xrays. gold nanoparticles are conjugated with specific antibodies or ligands, the solution is applied (in animals) and it is specifically uptake by the organ of interest. thus, in x-ray tomography it is possible to visualize the region of interest with high contrast and resolution by the presence of aunp. nie et al.8 functionalized aunp with trolox, an antioxidant substance. their results showed an improvement of chemical reactivity, enhancing the antioxidant activity, suggesting that the assembling of organic molecules on aunp can endow these molecules with reactivity higher than the sum of the monomers. other studies such as rajan et al.9 used phytochemicals present in areca catechu to synthesize aunp and obtained a compound with antioxidant, antibacterial, and anticancer potential. gold nanoparticles are also used as delivery vehicles for substances. these are attached to the nanoparticle surface, that are introduced into the cells. inside the cells, the substances detach themselves. similarly, in hyperthermia, nanoparticles are introduced in cells. they can be targeted, for example, to cancer cells through ligands that are specific to the receptors of these cells. through absorption of light, aunps are heated, raising the temperature of the neighborhood, which can lead to the death of cancer cells. the heating triggered by light also allows aunp to control the delivery of substances. in this case, aunps are associated with polymers that form small capsules, containing the substance. thus, through interaction with the light, this capsule heats up, breaks, and then the substance is released. the use of aunp as sensors in the colorimetric method is based on altering the wavelength peak of plasmonic absorption in the presence of the substance to be detected. gold nanoparticles can be functionalized by molecules that specifically bind to a particular substance. in this case, the substance leads to the agglomeration of aunp, shifting the plasmonic peak and consequently changing its color, from red to white or blue. in other techniques, fluorescent substances are used. when in close contact with aunp, the fluorescence is annihilated and, when the fluorophores are far away, with the presence/absence http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 original article iq.unesp.br/ecletica 70 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 68-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 of analyte, the light emitted is detected and related to the concentration. in the last decades, platinum nanoparticles (ptnps) have also been employed extensively in the field of chemistry and medicine, as glucose and gas sensors10, catalysts in fuel cells11,12 and in cancer treatment13. also, ptnps are a promising alternative as an agent that enhance the dose of ionizing radiation in cancer treatment13. in radiotherapy, the insertion of ptnps could increase the probability of interaction with ionizing radiation due to its high atomic number and consequently increasing the local dose and the radiosensitization of the tumor tissue14–16. the anticancer drugs known as cisplatin and oxaliplatin have been employed in chemotherapy for quite some time with good results17,18. platinum nanoparticles present low toxicity in human cells and are therefore used commercially in chemotherapy19. studies about the toxicity of 5–8 nm ptnps in human cells concluded that the toxicity can be passivated by coating their surfaces with polyvinyl alcohol (pva). it is also shown, in cell culture, that the toxicity depends on the concentration of ptnps (higher concentration, higher toxicity); and are independent of time and cell lineages. in addition, the functionalization of the ptnps surface can reduce the damage in renal tissues caused by cisplatin; as demonstrated in the literature, the combination of an antihypertensive and antioxidant carvedilol (cv) with chemotherapy drug was able to reduce kidney damage without interfering in the biodistribution or genotoxicity of cisplatin20. the properties of ptnps depend strongly on the size, shape and structure that can be controlled in the synthesis process. the most common routes for synthesis of ptnps in colloidal suspension is through chemical reduction21, microemulsions22, green synthesis23 and gamma irradiation24 by the reduction of precursors, such as pt4 + or pt2 + ions in the presence of coating agent. in order to control size and morphology, polyacrylate and polyvinylpyrrolidone were used25; however, the use of nabh4 is related as a faster reducing agent employed for the synthesis and control of size26. moreover, ptnps have been shown to a have potential antioxidant activity27. platinum nanoparticles reduced the effect of reactive oxygen species (ros)28,29. due to this strong antioxidant activity, ptnps have been effectively used in the pharmaceutical area, as antiaging formulations in the cosmetic sector. this antioxidant potential was used to prevent the effects of ros lung diseases attributed to oxidative stress30. electron spin resonance (esr) is a powerful spectroscopic technique to detect and quantify free radicals in different mediums. in solid state free radicals created by ionizing radiation can be used for dosimetry5,31–33 and archeological dating34,35 for instance. in solutions, the nature of radicals created by different processes can also be studied36. the antioxidant effect of different substances can also be studied in a straightforward way37,38. because it is not a colorimetric method, it can be useful for substances that are not colorless. thus, antioxidant extracts of plants were studied allowing a fast selection of those with potential for pharmaceutical use39. in this work, aunp and ptnp were prepared by reducing gold salt haucl4 and platinum salt (h2ptcl6.6h2o) by sodium borohydride nabh4. the antioxidant activity of aunp was studied by esr, through the observation of dpph (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical annihilation. these properties are important in the biomedical area, since free radicals are associated with several pathologies, including delay of the healing processes. 2. experimental 2.1 synthesis aunp all chemicals and solvents used for the syntheses were of commercially available reagent grade and applied without further purification. gold nanoparticles were obtained by chemical reduction of the gold salt, haucl4 (4 mmol l–1) by sodium borohydride nabh4 (8 mmol l–1), under vigorous stirring. the system is kept under agitation of 400 rpm, for 12 h in order to guarantee the total reduction of gold. the formation of aunp can be confirmed by changing the color of the solution from yellow to red, indicating the formation of colloidal gold and the presence of the plasmonic peak in the uvvis spectrum around 515 nm6. 2.2 synthesis ptnp platinum nanoparticles were synthetized by the chemical reduction of the platinum salt h2ptcl6.6h2o (2 mmol l–1) in the presence of sodium borohydride nabh4 (4 mmol l–1) using polyvinyl alcohol (pva) as capping agent. the system was kept under vigorous stirring for 18 h for all reduction. the color of the system became immediately bright yellow, indicating the formation of a colloidal dispersion. the characteristic absorption peak of the ptnps in the uvvis spectrum is 260 nm40. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 original article iq.unesp.br/ecletica 71 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 68-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 2.3 anti-oxidative activity against dpph the anti-free radical activity of the synthesized aunp and ptnp was studied by esr spectroscopy. for these tests, 200 µl of the nanoparticle solution and 200 µl of the ethanol solution 200 mol l–1 dpph free radical (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical) were used. after the reaction, the resulting solution was transferred to a glass capillary tube (hematocrit tube), inserted in a quartz tube, and placed in the esr resonant cavity to take the spectra. the esr spectra were acquired sequentially every 1 min on the esr jeol fa-200-band x spectrometer, at room temperature, to study the kinetics of the reaction between the nanoparticles and the dpph radical. the parameters of the spectrometer for spectra acquisition were: central field 345 mt, scan 10 mt, scan time 1 min, modulation amplitude 0.1 mt, power 1 mw, modulation frequency 100 khz and microwave frequency 9.5 ghz. 3. results and discussion 3.1 anti-oxidative activity against dpph in this work, esr and dpph were employed to determine the antioxidant activity of aunp. the dpph is widely used as a radical molecule to evaluate the antioxidative properties of various compounds, using esr. the dpph radical is able to accept an electron or hydrogen atom (proton) to become a stable diamagnetic molecule41. nie et al.8 studied aunp functionalized with antioxidant molecules through esr dpph radical scavenging tests. they observed an enhancement of antioxidative ability after functionalization. esumi et al.4 showed the antioxidative ability of aunp prepared in the presence of chitosan. the authors used the spin trapping method with dmpo (5,5-dimethyl-1-pyrroline-n-oxide) to monitor the elimination of hydroxyl radicals generated by fenton reaction. they observed a decrease of esr dmpo-oh signal when increasing the concentration of gold-chitosan. in this sense, by monitoring the signal intensity of the esr spectrum, the radical scavenging activity of substances can be studied. the antioxidant activity of substances can also be assessed with dpph and the optical method, since the dpph solution has its color changed from violet to yellowish as the reaction occurs. so, the natural coloring of the substances can interfere in the procedure, which does not occur when using the esr, since the radical is detected directly without color interference. figure 1a shows dpph esr spectrum reacted with methanol and the app, amplitude considered to monitor the reaction. after reaction with aunp, the amplitude app decays, showing the free radical scavenging capacity (fig. 1b). experimental data points were adjusted with a single exponential curve decay (eq. 1): 𝐼 = 𝐼0. 𝑒 −𝑡/𝑇 + 𝑐 (1) resulting in i0 = 3791 ± 65, t = 3.1 ± 0.1 min–1, c = 552 ± 14, and adjusted r-square 0.993 for aunp; and i0 = 3701 ± 51, t = 1.80 ± 0.07 min–1, c = 604 ± 10, and r-square 0.995 for ptnp, revealing superior antioxidative properties of ptnps compared to aunps. figure 1. (a) electron spin resonance spectrum of dpph 200 µmol l–1 and (b) decay of dpph esr signal amplitude after reaction with aunp (circle) and with ptnp (square). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 original article iq.unesp.br/ecletica 72 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 68-74 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p68-74 4. conclusions gold and platinum nanoparticles can be easily produced by reducing the salt with sodium borohydride. both nanoparticles presented antioxidative properties, but the results suggest that superior antioxidative properties of ptnps. these results can be of great importance for biological environments, evidencing that their antioxidative effect should be considered in biomedical applications. acknowledgments this research was partially funded by the brazilian agencies fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp cepid-neuromat 13/076990), coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes, finance code 001) and conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq grant 304107/2019-0). the technical support of eldereis de paula, lourenço rocha and carlos r. da silva is also appreciated. references [1] huang, x., jain, p. k., el-sayed, i. h., el-sayed, m. a., gold nanoparticles: interesting optical properties and recent applications in cancer diagnostics and therapy, nanomedicine 2 (5) (2007) 681-693. https://doi.org/10.2217/17435889.2.5.681. 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2. higher education; 3. quantum chemistry. section editor assis vicente benedetti highlights unconventional concepts challenge students. lack of math background hinders learning. light-nature misconceptions exist. students prioritize grades over understanding. curriculum needs revision for clarity. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 https://ror.org/00kwnx126 https://ror.org/00kwnx126 mailto:alesouza@ufpi.edu.br https://orcid.org/0000-0001-7335-4764 https://orcid.org/0000-0003-1975-880x https://orcid.org/0000-0003-3505-9523 https://orcid.org/0000-0002-7896-6521 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 2/14 1. introduction quantum mechanics is one of the most important fundamental theories and one of the pillars of modern and contemporary physics. it emerged and consolidated during the great revolution that took place in physics in the first three decades of the 20th century, based on the need to explain the behavior of submicroscopic systems such as electrons, atoms, and molecules. classical physics, which includes newtonian mechanics and maxwell’s classical electromagnetism, proved inadequate to describe such systems. the foundations of quantum mechanics lie in the ideas of energy quantization by max planck (1858-1947), the quantum of electromagnetic radiation (photon) by albert einstein (1879-1955), the bohr model of the atom by niels bohr (1855-1962), the wave-particle duality by louis de broglie (18921987), the uncertainty principle by werner heisenberg (19011976), the statistical interpretation of the wave function by max born (1882-1970), the spin-statistics theorem and the pauli exclusion principle by wolfgang pauli (1900-1958), and many others. currently, quantum mechanics is considered the fundamental physical theory that explains chemical phenomena at the atomic and molecular levels and is essential for discussing the behavior of matter. the application of quantum mechanics in chemistry is called quantum chemistry and is based on erwin schrödinger’s (1887-1961) equation to determine the wave functions and energies of atoms and molecules. in this way, it becomes possible to predict atomic and molecular structures and spectra, molecular dipole moments, transition states of chemical reactions, thermodynamic properties, etc. quantum chemistry is practiced with the help of computers using special computational programs and is called computational chemistry. people who have contributed significantly to the development of quantum and computational chemistry includes douglas hartree (1897-1958), erich hückel (1896-1980), friedrich hund (1896-1997), john pople (1925-2004), linus pauling (1901-1994), robert mulliken (1896-1986), vladimir fock (1898-1974), and walter kohn (19232016) (levine, 2014). quantum chemistry is a fundamental part of the content covered in an undergraduate or graduate chemistry course. however, most chemistry students have great difficulty understanding the concepts covered in undergraduate courses. this difficulty can be partly attributed to the technical teaching model, characterized by repetition procedures in which the teacher is the owner of the knowledge, and the student does not participate in the teaching-learning process (libâneo and pimenta, 1999; saviani, 2011), and which, although it was overtaken decades ago by other pedagogical theories, is still widely used in teacher education today (alberto et al., 2020). these difficulties may also be related to deficits in the process of science education resulting from initial conceptions about the structure and understanding of scientific thinking that run throughout the educational process of students and often accompany them until postgraduate studies (chassot, 2014). looking specifically at the panorama of undergraduate chemistry courses, the need for a solid mathematical foundation, combined with the elevated level of abstraction of the subject and other factors such as the lack of more efficient teaching methods, leads to a high failure rate in this course, according to belo et al. (2019). as noted by gregório et al. (2019), these claims occur more frequently in undergraduates such as general chemistry, inorganic chemistry, and physical chemistry, leading to a discrepancy between the number of firstyear students and the number of students who drop out in the first semesters. all these cumulative factors imply a large obstacle to the understanding of topics related to quantum chemistry compared to the first theories of chemical thinking, which do not allow the construction of knowledge using the previously mentioned methods (costa and souza, 2017). to overcome these deficiencies, different methods can be applied to improve the relationship between teaching and learning in quantum chemistry, but it is necessary to perform a deeper analysis of the causes of this problem. in the present work, we have tried to identify learning problems related to the content of the subject quantum chemistry, based on the perceptions of students in undergraduate chemistry courses in three public universities in a state in northeastern brazil. 2. experimental this work is conceived as a quantitative study, since it attempts to quantify the modalities of information gathering, and as qualitative research, which allows us to adequately interpret the nature of a social phenomenon (beuren, 2006). to achieve the above objectives, a literature search on this topic was first conducted to obtain a solid theoretical foundation. the search initially focused on listing the topics considered fundamental to the understanding of quantum chemistry and looked for specific books in the field intended for higher education and cited in the paper. then, the curricula for the subject of quantum chemistry from two of the three universities that participated in the study were analyzed, considering that the specific subject of quantum chemistry is not part of the compulsory curriculum at one of the universities. a sample for the interview was then conducted, consisting of students in the final phase of their undergraduate studies in chemistry at universities in a state in northeastern brazil. the following procedure was used to select the students: the coordinators of every institution were requested to compile a roster of students currently enrolled in the 7th semester or beyond of their respective courses. from this pool, a random selection of 10 students was made. following this selection process, each chosen student was contacted via telephone and provided with a concise overview of the research aims and methodology, subsequently extending an invitation to participate in the study. only 9 students were eligible to participate in the study in two of the three institutions, for a total of 28 students. concerning the study’s qualitative aspect, interviews were conducted with the participants. both recruitment and interviews took place remotely, via the online platform google meet, due to the social isolation caused by the covid-19 pandemic. in the interviews (all of which were recorded), after an appropriate introduction to the project, a likert-scale questionnaire was used, based on a series of statements about the topic discussed, in which the respondent indicates the extent to which he or she agrees on a 5-point scale: disagree; partially disagree; undecided; partially agree; agree (silva júnior and costa, 2014). at this point, the interviewer read the questions on a shared screen during an online session, and the respondent answered according to his or her point of view. after the participant indicated the extent to which he or she agreed with each statement, a brief discussion took place on the topic addressed, during which respondents were free to express themselves without interference from the interviewer. the discussions began with two questions designed to stimulate the respondents’ thinking: “do you have anything to say about this topic?” and “how would you justify your choice?” the interview was used as a data collection method because it can more clearly capture issues of subjectivity due to the greater freedom and expressiveness of the participant (batista et al., 2017) and also because it is qualitative research. regarding ethical procedures, the standards established by the comitê de ética em pesquisa (cep) of the universidade federal do piauí (ufpi) were https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 3/14 followed, through the brazillian government website plataforma brasil (https://plataformabrasil.saude.gov.br/), whose opinion was approved for the conduct of the study. considering the protocols established by the agency, all interviews were also approved by the respective heads of the institutions. finally, the data were analyzed considering the division between the statements in the questionnaire, which are presented below: • specific thematic topics: the answers to the specific statements were compared with the concepts of quantum chemistry contained in the literature, which will be presented later in the paper. the questions where the answers differed the most from those expected were selected for discussion because the concepts related to quantum chemistry are predetermined and provide less room for subjectivity in the answers. • pedagogically oriented topics: the responses to the statements related to student learning were all discussed because they had a higher degree of subjectivity. they were analyzed in light of ideas from previous work that were raised in the discussion. in both cases, the percentage of responses from each higher education institution was presented in a grouped bar graph, with each grouping represented by an alternative indicating the level of agreement and each column representing a higher education institution. 3. results and discussion this work is the result of interviews conducted with fourthyear chemistry students at three public higher education institutions (hei) in the state of piauí, northeastern brazil. the hei were labelled a, b, and c to avoid revealing their identities. only b does not offer quantum chemistry as a compulsory subject in the chemistry curriculum. the analysis of the results had two foci: (1) the analysis of the items related to the specific topics of the subject and (2) the analysis of the items related to learning. to find out how hei addresses the subject of quantum chemistry, they were characterized based on the following criteria: (i) subjectspecific offering; (ii) module in which it is offered; (iii) workload; (iv) methodology; and (v) resources. sources for this information are available the institutional website and the subject plan (ufpi, 2022). when analyzing the two topic plans for quantum chemistry provided by the universities, it was found that both have the following contents in common: (a) basic concepts of quantum mechanics; (b) free/confined particles; (c) harmonic oscillator; (d) rigid rotor; (e) schrödinger equation; (f) concepts of spectroscopy. all these topics appear in books on quantum chemistry and are also mentioned in the topic plans as bibliographies and supplementary materials (the data will be available upon request). when analyzing the interviews, it is interesting to mention that the questionnaire consisted of 16 statements. generic names are used to preserve the identity of the students surveyed and their respective institutions. as for the presentation of the results, the selected items were presented in the form of grouped bar graphs, considering the individual responses of each institution, in addition to a calculation of the general percentage of respondents. the questionnaire was organized as follows: a total of 10 questions related to the specific topics of quantum chemistry, with correct and incorrect statements based on concepts of quantum mechanics, such as the nature of light, molecular orbitals and their applications; and a total of 6 questions related to the teaching and learning process of quantum chemistry, based on the main learning problems in chemistry, such as the difficulty of understanding mathematical formalisms, the high degree of abstraction, and others. 3.1. items related to the specific topics considering the structure of the questionnaire based on the likert scale (silva júnior and costa, 2014), where the first ten items were related to the specific contents of quantum chemistry, the first step was to compare the participants’ answers with those expected in the literature. the questionnaire was structured so that the first questions covered basic topics such as the dualistic nature of light and the photoelectric effect, while the complexity of the topics gradually increased. five questions (3, 5, 8, 9, and 10) were selected for discussion, considering discrepancies and conflicts between respondents’ answers and those expected based on the literature. the first highlight of the respondents’ answers relates to statement 3 (fig. 1): “when a beam of light of a certain frequency strikes a metal, electrons are ejected from the surface with a kinetic energy proportional to the intensity of the light”. this statement refers to the photoelectric effect and is false since electrons are ejected with kinetic energy regardless of the intensity of the incident light. according to the photon model presented by albert einstein in 1905, light consists of particles called photons whose energy 𝐸 is proportional to the frequency, 𝜈 of light, according to the equation 𝐸 = ℎ𝜈, where ℎ is planck’s constant. each incident photon exchanges energy with an electron, which overcomes the potential energy (work function, ω of the metal) that binds it to the surface and detaches from the surface with kinetic energy, 𝐾, following the conservation of energy, k = e ω. (halliday and resnick, 2014) this mechanism is fundamental to understanding the quantization of energy, which is paramount in today’s discussion of chemistry. therefore, students must be expected to understand it in quantum chemistry. however, as can be seen in fig. 1, only 8% of respondents disagreed to some extent with statement 3 of the questionnaire, leaving a total of 92% (among those who agree to some extent or declare themselves undecided, like the majority) with no real idea that it is one of the most elementary principles of quantum mechanics, although it is covered at school and in undergraduate subjects such as general chemistry, quantum chemistry, and others. it is also interesting that the few students who disagree with the statement in some aspects belong to institution c and do so with vehemence. this difficulty in understanding the nature of light is confirmed by coelho and borges (2010) when they conducted a specific analysis of this topic at the beginning of high school. even after the presentation of current concepts regarding the dualistic nature of light (wave-particle duality) and its interaction with matter, a considerable proportion of students remain with misconceptions that contain elements of errors derived from already disproven concepts or adaptations of quantum theory. this suggests that attempts are made to integrate new concepts that conflict with those already present through a process known as balancing (piaget, 1977 cited in mortimer, 2000), but this does not necessarily apply to the specific case. this is because on certain occasions it is necessary to abandon old ideas and make a radical paradigm shift (mortimer, 2000). other problems related to the difficulty of understanding the dualistic nature of light, according to henriksen et al. (2018), are the abstract nature of the concept, the lack of practical experience, and cognitive limitations. about these aspects, the author highlights that it is precisely the lack of a deterministic perspective of quantum knowledge, which is associated with https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 4/14 uncertainty and probability, which tends to hinder the construction of new knowledge. this encounters a cognitive limitation on the part of the students, cemented by the previous study of classical physics, which much more often offers some aspects to which the students are more accustomed, such as exact values, macroscopic experimental demonstrations, and simpler mathematical applications. one can better understand these difficulties by taking the perspective of the student who learns in elementary and high school to relate subatomic particles to spheres (which have a predictable and predictable trajectory in a macroscopic universe), and the principles of wave motion based on wavelength, frequency, intensity, amplitude, and other concepts. the difficulties become clear when one understands that quantum physics combines all these aspects and creates a new body of knowledge without necessarily invalidating earlier ideas. another remarkable result relates to statement 5 of the questionnaire (fig. 2): “molecular orbitals can be found using newton’s laws of mechanics”. this is another deliberately false statement about the possibility of finding molecular orbitals using newton’s laws of classical mechanics. orbitals are wavefunctions, abstract quantum entities that cannot be determined with the formalism of newtonian mechanics, but only with the schrödinger equation. however, as shown in fig. 2, only 25% of the respondents disagreed with this statement and about 40% declared themselves undecided. this result shows that most students do not understand the quantum nature of atomic and molecular orbitals. this is one of the most important topics in chemistry, essential for understanding bonding and chemical reactions. however, it is important to highlight the fact that more than half of the institution c students disagree with the concept in some way, indicating a greater knowledge of the topic addressed. although it is a subject that contains mathematical formalisms, as does much of quantum mechanics, it is well known that classical mechanics reaches its limits when trying to explain quantum phenomena, and some students show that they are not aware of this fact: “i agree, i think newton’s laws (sic) have a big impact on explaining orbitals” (student 1, institution a). several aspects can be seen in student 1’s statement that indicate that the student finds it difficult to comment on what was being discussed at the time of the interview. the first point to discuss in this context is the apparent difficulty in expressing oneself on the topic, as the speech is disjointed and not fluent, and also superficial explanations of the topic are used (pereira et al. 2006). when newton’s laws are cited to justify the choice of answer, an attempt is made to support the explanation with an argumentative strategy known as the argument from authority (from the latin argumentum ad verecundiam), in which a person of notable authority on a particular topic is used to lend validity to an argument (woods and walton, 1974). the problem is that isaac newton, despite his immense contribution to science, especially physics, did not publish a single paper on the subject of quantum mechanics, as he died in 1727 and the first ideas of this new branch of physics did not appear until the beginning of the 20th century. in connection with the previous statement, we can now discuss statement 9 (fig. 3): “the molecular orbitals (mo’s) are obtained by linear combinations of atomic orbitals (ao’s). the number of mo’s is equal to half the total number of ao’s.” this statement has a specific error in the number of molecular orbitals formed, which must be equal to the number of atomic orbitals. nevertheless, slightly more than 46% of the students reported being undecided and 25% agreed with the statement, as you can see in fig. 3. it can be highlighted that institution b performs slightly better, as most respondents disagree with this statement to some extent and also have the lowest number of undecided respondents. however, the indecision of a considerable proportion of respondents on statements 5 and 9, which involve in-depth knowledge of covalent bonds, suggests a relationship with respondents’ preference for more elementary concepts taught in undergraduate and introductory courses such as general chemistry (fernandes, 2019). this directly affects the understanding of more complex concepts because, according to bouayad et al. (2014), concepts such as atomic orbitals, valence bond and molecular orbital theories, and hybridization are not fully mastered by students because a mathematical formalism and a high level of abstraction are required to understand topics that have no obvious connection to the empirical knowledge used as reference. we continue the analysis and now focus on statement 8 (fig. 4): “the harmonic oscillator model can, after appropriate adjustments, be used to explain infrared spectra”. this is a true statement about the theoretical model used to explain the absorption of infrared light energy by molecular vibrational modes (bendings, stretchings, etc.). this is the process that occurs in infrared spectroscopy, a technique used (in conjunction with other techniques such as nmr spectroscopy) to elucidate molecular structure (pavia et al. 2013). the harmonic oscillator, based on hooke’s law, is one of the most widely used physical models in the exact sciences and has applications in various fields such as engineering, physics, geology, and chemistry. any oscillatory phenomenon with low amplitude can be explained with this model (nussenzveig, 2014). in quantum mechanics, the harmonic oscillator model is obtained by solving the schrödinger equation exactly, which gives its energy levels and the corresponding quantum states (levine, 2014). however, as can be seen in fig. 4, about 89% of the respondents answered “undecided”, revealing their ignorance of one of the most fundamental topics in undergraduate studies. the fact that institution b does not offer quantum chemistry as a compulsory subject could serve as a justification for this statement. however, the high number of undecided students at the three universities prompts us to reflect on the influence of the subject on students’ actual knowledge. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 5/14 figure 1. answering the profile of participants in statement 3. figure 2. answering the profile of participants in statement 5. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 6/14 figure 3. answering the profile of participants in statement 9. figure 4. answering the profile of participants in statement 8. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 7/14 however, as parnafes (2010) notes, there are several obstacles to understanding this model. these obstacles include the challenge of correlating physical behavior with mathematical idealizations, which include differential equations, differential and integral calculus, fourier series, and other mathematical formalisms. furthermore, there is a lack of macroscopic applicability due to an insufficient understanding of the fundamental processes of spectroscopy. it is not easy to think about harmonic motion at the level of the microscope, and without an understanding of the basic concepts of spectroscopy such as stretching, bending, oscillation and others, students have difficulty relating their knowledge to the appropriate meaning. this difficulty regarding the relationship between mathematics and physical phenomena can be explained by the lack of meanings of mathematical symbols. mathematics is a universal language because it has several applications in science. one of them is essential for quantum mechanics, i.e., modelling of complex systems. differential equations, for example, are used in situations involving rates of change. they describe how physical variables change over time. as for the second problem, there is a failure in the processes of knowledge construction and the resulting lack of meaning in the new body of knowledge that is taught to students. according to ausubel (2003), for the assimilation of new concepts by the subject, they must be linked to the structures based on prior knowledge and experiences that serve as the foundation for the new knowledge. this means that solid knowledge of classical physics and its principles is necessary for learning concepts related to quantum mechanics to be meaningful. the last prominent statement to analyze is number 10 (fig. 5): “the consideration of the atomic nuclei at rest in relation to the electrons simplifies the solution of the electronic problem of the schrödinger equation”. this excerpt contains a true statement. the born-oppenheimer approximation is based on the experimental fact that atomic nuclei are much more massive than electrons and therefore must move at much slower speeds than electrons. therefore, one can approximate that the electrons in the molecule move in an electric field generated by the set of atomic nuclei at rest. in this way, the two movements, the nuclear and the electronic, can be separated mathematically, which simplifies the problem considerably. this is a good approximation when considering the molecular electronic ground state, i.e. the one with the lower energy (levine, 2014). this approximation is fundamental and essential to the methods used in quantum chemistry and leads to the concept of molecular geometry, which otherwise, if the approximation were not valid, would have no physical meaning (cramer, 2004). however, about 57% of the respondents say they have no opinion on this issue and declare themselves undecided, as shown in fig. 5. figure 5. answering the profile of participants in statement 10. the last two statements (8 and 10) require a deeper understanding of the elements of quantum mechanics and are usually discussed only in the specialized discipline of quantum chemistry. according to stefani and tsaparlis (2009), the understanding of what really constitutes quantum chemistry is very superficial, considering that the construction of specific knowledge in this field has numerous errors, such as calling bohr’s “atomic model” the “first quantum model” even though it ignores the dualistic behavior of the electron. according to stefani and tsaparlis (2009), this excess of misconceptions about quantum chemistry is also due to students’ insistence on basing their ideas on elementary ideas about the atom, as these are more intuitive and more plausible than what is discussed in mechanics. an objective analysis of the data shows that most responses are inconsistent, e.g., students agree with statement 5 and then disagree with statement 6. another example of the inconsistency of responses is the fact that only one (statement 8) of the ten questions has a higher percentage (approximately 68%) of respondents agreeing, while the remaining percentages are well distributed among the responses. considering that the statements deal with ideas that are uniformly established in quantum mechanics and consequently in quantum chemistry, there should https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 8/14 not be such divergences between the answers. this panorama reveals a certain weakness in the construction of knowledge about the topic under discussion, thus confirming previous works. (bouayad et al., 2014; coelho and borges, 2010; cunha, 2022; fernandes, 2019; stefani and tsaparlis, 2009). at the end of the analysis of responses to specific assertions, it was also noted that many responses were partial, such as “partially agree” or “partially disagree.” although many chose these answers and claimed to partially agree or disagree with the assertions, many justified their choice as an opinion. this shows not only a certain lack of knowledge about the content under discussion but also that at least those participants who justified their answers with opinions do not appear to know the basic procedures of the scientific method, which were introduced over 400 years ago. according to silva and videira (2020), discourses based on opinions and assumptions are extremely harmful, and the importance of the method and scientific knowledge should be made clear, especially for future professionals who are seen as a reference by society. and this view should not be confused with the expectation that respondents will agree or disagree with every assertion, because even if they were unfamiliar with the content, they would be expected to declare themselves undecided. no pedagogical assertions were used in this analysis as these allow for a higher degree of subjectivity. 3.2. items related to learning in this section, all six items (11 to 16) were selected for discussion, considering the subjective nature of the answers and the direct connection with the origin of the learning problems in the field of quantum chemistry. the first statement that we would like to highlight in terms of the respondents’ views on the teaching problems of the subject is statement 11 (fig. 6): “the large number of mathematical expressions and symbols makes learning the content of quantum chemistry difficult”. despite the percentage of respondents agreeing with the statement (about 61%), as we can see in fig. 6, there is an unexpected divergence between the answers, considering that historically the disciplines that have more mathematical formalisms are the “bad guys”. of undergraduate courses. this can be partly explained by the opinion of the participants themselves, who stated in the interviews that the problem is not the calculations themselves, but rather the mathematical foundations of most students, which are not solid enough to understand the topics worked on. which the students themselves confirm in statement 14 (fig. 7): “i have a solid foundation in mathematics and am proficient in topics such as linear algebra and differential and integral calculus”. for this topic, about 68% disagreed with the statement, as fig. 7 shows. the fundamentals of mathematical concepts are extremely important for understanding the content of quantum chemistry. if this part of the respondents states that they do not know this area, this question brings to light one of the main learning problems of the subject. below are some comments from research participants on the two topics previously addressed, which we will discuss later: “mathematics does not make things difficult; its task is to promote understanding. the obstacle is in the teacher’s explanations, forgetting that most students don’t even know math from high school, let alone college” (student 3, institution a, re: item 11); “i totally disagree, that was one of the most horrible subjects of the course, i haven’t learned anything to this day, and not that it’s the teacher’s fault, but i am not able to learn these things, i don’t even know how i passed calculus 2” (student 4, institution b, at 14). it is important to point out that when looking at the data presented in the previous two graphs, it is noticeable that the students of institution c have greater difficulties in the mathematical part. we can observe that there is no unanimity among the students of this institution on the last graph (fig. 7); on the contrary, there is a balance between those who agree and those who disagree with this statement. this fact must be considered considering that hei also has in its curriculum a compulsory course in linear algebra and analytic geometry, offered in the first semester of the program and focused on developing the basic mathematical skills necessary for understanding the disciplines of differential and integral calculus. according to ribeiro et al. (2019), the subjects in which students have the greatest difficulties are related to mathematics and lead to many failures, including quantum chemistry. most of the students’ responses agree with macêdo and gregor (2020), who state that one of the main obstacles to understanding and learning differential and integral calculus (essential subjects for learning quantum chemistry) is the weak mathematical foundation, much of which is taught in public education. the student’s conception of the role of mathematics in quantum chemistry is a critical factor in preventing it from being an obstacle to understanding the subject’s topics, because only when individuals become aware of their position in the learning process can they move through the stages of assimilation and accommodation of the new knowledge. (mortimer, 2000). this weakness in mathematical concepts can first be explained from the student’s point of view. often the individual does not know which concept or technique he or she should know. in addition, practicing advanced mathematics is not a general behavior, because although the use of simple operations is quite common in everyday life, other important tools such as differential calculus or linear algebra are usually not part of everyday life, i.e., to master this content, intentional and constant practice is required (lithner, 2011). an example of this is the application of integrals, which are usually associated with polar coordinates. to understand the application of integrals through polar coordinates, one must know the difference between cartesian coordinates and trigonometric functions. but before you learn polar coordinates, you need to learn how integrals work, and to do that you first need to know how to use derivatives. before derivatives, you need to know how to use limits, and before limits, you need to master the concept and use of different types of functions, such as affine, quadratic, exponential, and others. after this analysis, we come to the basic mathematical topics where students also have difficulties, such as operations with fractions, exponentiation properties, scientific notation, and others. this is related to what was said earlier about how students relate mathematics and physical phenomena. if they have not mastered the basics, they have greater difficulty understanding more advanced topics in mathematics, and consequently, they have difficulty relating mathematical expressions to physical phenomena. next, we can mention statement 12 (fig. 8): “examples of the application of quantum chemistry in daily life are not uncommon”. what we can highlight in this topic is the apparent inconsistency between the answers and the actual thinking of the respondents who agreed with the statement (about 67%), as can be seen in fig. 8, because there was significant uncertainty in the answers and the lack of real examples. when the interviewer asked for examples. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 9/14 figure 6. answering the profile of participants in statement 11. figure 7. answering the profile of participants in statement 14. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 10/14 figure 8. answering the profile of participants in statement 12. the difficulty that respondents have in presenting examples of applications is the high degree of abstraction that quantum mechanics, and consequently quantum chemistry, requires for their understanding. for example, automatic doors could be used as an example of a practical application if the photoelectric effect were understood in its essence, but the first statement discussed proves otherwise. in this context, mortimer (2000) points out that common sense and science use tools such as generalization, induction, and deduction, but science tends to go beyond the limits of common sense and also produce counterintuitive findings. this new perspective acts as a rupture between science and common sense, and only the interference of culture promotes the overcoming of this barrier. therefore, according to sagan (1990), it is necessary for scientific knowledge to break through the boundaries of academia and reach people’s daily lives, because science is more than a body of knowledge with cold formulas, but a way of thinking. this is evident in the report of one respondent who, while acknowledging the importance of quantum chemistry, makes a remark that is far removed from what is being discussed in the discipline: “quantum energy is energy packages that we can’t live without, from our breathing to the food we eat. i believe that energy exists because otherwise we wouldn’t be living here in the environment” (student 5, institution a). another respondent who showed that she knew a little more about the subject made a meaningful statement about her experience in the subject that she related to other teaching suggestions: i think what makes quantum chemistry difficult is the abstraction, because chemistry in itself is already abstract, and the content often needs to be connected to images or representations from everyday life in order for people to understand the phenomena. when we think of quantum chemistry, we immediately associate it with calculations, and the lack of a solid foundation in mathematics gets in the way, and there are teachers who focus only on that part. my teacher, for example, always talked about theoretical aspects, about how things work, and that helped me a lot. computer programs make visible what you can’t see with the naked eye. so, i think the association of these applications makes students’ lives much easier, especially for those who have difficulty abstracting and understanding the phenomena in question (student 7, institution c). regarding statement 13, which says: “i can well understand the explanations of the teacher of the subject dealing with the contents of quantum chemistry”, a look at fig. 9 shows a balanced result, as half of the respondents answered positively to this statement. the conclusion from this statement is that many indicated that despite the understanding, it was not a deeper knowledge that remained after the course, but rather something preliminary that served only the purpose of assessment and recognition in the course. from this point of view, it is important that the teacher reflects on his teaching practice and tries to match the attention he pays to the technical part of his subject with the learning process of the students, which does not always happen automatically, especially in the case of quantum chemistry content. according to quadros and mortimer (2014), constant reflection on the teaching practice allows the development of a practice in which the strategies are diversified, and participation is favored, creating a more effective environment. we can highlight the thought of ausubel (2003) to connect the two previous points. for students to actually learn, the added information must be linked to their prior knowledge to make sense of it. using conceptual maps, text, pictures, and other tools, such as applying content to daily life, helps make these connections and make science instruction more meaningful, according to tavares (2008). another factor that contributes to meaningful learning is reflection on the assessment process. when traditional assessments consider only a numerical value of what is learned, the assessment becomes only an expression of the emotional state at the time of the assessment and ignores all the subjectivity and complexity of the assessment process (luckesi, 2012). thus, the student’s main goal is to achieve the score required to pass the subject, not the learning itself. analyzing statement 15 (fig. 10), which says: “it is possible to understand chemistry today without knowing the basics https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 11/14 of quantum chemistry”, we can see another problem related to learning the content of this subject, because as shown in fig. 10, about 39% of the respondents agree with a statement that can be considered false. one does not have to go much further than the topics covered in school, such as bohr’s atomic model, to conclude that quantum chemistry was not essential for understanding chemistry at the beginning of the 20th century. figure 9. answering the profile of participants in statement 13. figure 10. answering the profile of participants in statement 15. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 12/14 this perspective explains a gap in the training process of future teachers and the need to re-evaluate the curricular matrices and political-pedagogical projects of institutions, as well as a paradigm shift for higher education institution to recognize their responsibilities in the training process of these professionals (schnetzler and corrêa, 2017) since students do not seem to have a comprehensive idea of the scope of chemistry content, especially quantum chemistry, nor of the context in which it is embedded, as well as of its social application (santos and schnetzler, 1996). this problem also runs through the training of college teachers. it is important to also focus on the teacher of the teacher who needs training during his or her postgraduate studies that focuses on teaching in a different area of instruction. the teacher must view his or her educational process as a maturation of his or her previous education, rather than as a sum of specific and pedagogical disciplines. also, there needs to be more dialogue between supervisors and students about teaching practice in addition to reflection on teaching practice (arroio et al. 2006). in this way, according to arroio (2009), something that traditionally does not appear in discussions would be discussed, namely methodological practices in higher education. finally, we see in statement 16: “i know many people who have mastered the basics of quantum chemistry”, it is not a problem, but a reflection of learning problems related to the content of quantum chemistry when about impressive 93% of the respondents disagree with the statement, as shown in fig. 11. figure 11. answering the profile of participants in statement 16. during their training, prospective chemistry teachers face several problems, such as the weak pedagogical base offered in chemistry curricula (fernandez, 2018), the excessive focus on the epistemological training of the subject to the detriment of critical sense and reflection on chemistry and teaching practices (mesquita et al., 2012), and the aforementioned difficulties related to the mathematical base which is essential for the development of chemical knowledge. the answers to statement 16 reflect the result of the synthesis of the problems mentioned above and show the enormous difficulties in teaching and learning quantum chemistry, leading to a series of chain effects, such as a false understanding of the nature of matter, which is one of the most important effects observed. furthermore, in teaching practice, the teacher must seek the connection between mathematical theories and formalisms with observed phenomena, or at least with those that can be proven (in the case of submicroscopic phenomena), to minimize the level of abstraction of this content. this facilitates the learning of quantum chemistry as it is, and the student understands that this branch of science is more than just traces, numbers and disconnected forms. 4. conclusions basic knowledge of quantum chemistry is more than necessary for a better understanding of modern chemistry, especially for chemistry students who will be responsible for teaching this field of knowledge in the future. if we look at the specific part of the questionnaire, we first realize that the students have a misconception of the nature and interactions of matter at the atomic level, linked to the most elementary notions that could be overcome by considering the most appropriate and up-to-date theories. and with increasing difficulty of the tasks, it was found that students do not have a comprehensive idea of the application and performance of quantum chemistry. these problems can be understood from the answers to the last 6 questions, which relate to learning the subject content. the first point refers to the mathematical basis of the students, which is not solid enough to understand the mathematical formalisms of quantum chemistry, which are essential for the interpretation of the experimentally observed physical phenomena. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 eclet. quim. 49 | e-1524, 2024 issn 1678-4618 page 13/14 the second point is related to the high degree of abstraction of the content, which is mostly counterintuitive. the fact that the observed phenomena are often in apparent contradiction with the ideas of classical physics, such as the lack of an idea of the trajectory of the electron due to its dualistic behavior, promotes a certain resistance and even cognitive blockages caused by the confrontation with these confusing situations, making it difficult for the student to become aware of the new concepts that he/she must assimilate and process. another aspect that can be gleaned from the students’ responses is their concentration during subject lessons. given the current assessment model, which is too quantitative, students tend to strive only to pass the subject, regardless of whether they have learned the content. the fourth impasse is related to the design and implementation of the curricula proposed by universities, which do not make room for discussions such as these in specific disciplines within the matrix, which would be necessary to break down the barriers to learning quantum chemistry. discussing this scenario can help to mitigate the problems mentioned above, as universities and their faculties have the autonomy to develop projects and strategies. as moraes and teixeira júnior (2014) point out, it is evident that the difficulties in the use of mathematics in undergraduate studies are inextricably linked to deficiencies in the construction of knowledge, especially in the fundamentals taught in primary and secondary education. therefore, it is interesting to introduce specialized undergraduate courses in calculus to fill these gaps and provide a solid and reliable foundation for the study of quantum chemistry. another important aspect, as raupp et al. (2008) argue, is that the use of information and communication technologies (ict) plays a crucial role in the teaching of quantum chemistry. molecular modeling and computational chemistry software offer a tangible approach to overcoming the challenges posed by the inherent abstraction of the subject and compensate for the lack of macroscopically observable practical experiments. back to the teachers and their practice. given the constant technological development of the last decades, we must recognize that teachers are not always able to keep up with these changes, as pretto and riccio (2010) and trebien et al. (2020) point out. therefore, it is important to establish professional development programs for teachers. this will ensure that they are adequately prepared to apply the aforementioned methods and adapt their pedagogical practices to today’s demands. finally, as oliveira (2010) points out, the introduction of alternative forms of assessment such as research and group work is crucial for the development of understanding of quantum chemistry. these approaches encourage social interaction and collaboration between students, allowing for the sharing of experiences, the transmission of knowledge and the exploration of different perspectives on the topics covered, thus enriching the learning experience. the discussion of this scenario can help to mitigate the problems mentioned above since universities have the autonomy to develop projects that improve the mathematical foundations of students; methods that deal with different ways of presenting the content of the subject; in addition to seeking reformulations of the assessment processes aimed at the meaningful learning proposed by ausubel (2003), and thus it will be possible to envisage a more effective training of chemistry teachers, with professionals who are better prepared and aware of their social role. authors’ contributions conceptualization: ferreira, l. n. a.; souza, a. a.; data curation: not applicable; formal analysis: sousa, l. m. p.; cunha, k. m. a.; funding acquisition: not applicable; investigation: sousa, l. m. p.; methodology: sousa, l. m. p.; project administration: not applicable; resources: not applicable; software: not applicable; supervision: souza, a. a.; validation: not applicable; visualization: not applicable; writing – original draft: sousa, l. m. p.; writing – review & editing: cunha, k. m. a.; ferreira, l. n. a.; souza, a. a. data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments the authors acknowledge the federal university of piauí (ufpi). references alberto, s.; placido, r. l.; placido, i. t. m. a formação docente e o tecnicismo pedagógico: um desafio para a educação contemporânea. rev. ibe. est. ed. 2020, 15 (2), 1652–1668. https://doi.org/10.21723/riaee.v15iesp2.13837 arroio, a. formação docente para o ensino superior em química. vii enpec, florianópolis, santa catarina, brasil, 2009. arroio, a.; 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bevilaqua original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 1 | 2023 | 72 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 development and validation of a new spectrophotometric method for simultaneous determination of sitagliptin and metformin hydrochloride in tablet pharmaceutical dosage forms using chemometrics technique in comparison with hplc maher ali almaqtari1+ , najat ahmed al-odaini1 , fares abdullah alarbagi1 , hussein al-maydama1 1. sana’a university, faculty of science, sana’a, yemen. +corresponding author: maher ali almaqtari, phone: +967 773262252, email address: m.almaqtari@su.edu.ye article info article history: received: august 21, 2022 accepted: november 16, 2022 published: january 11, 2023 keywords: 1. sitagliptin 2. metformin hydrochloride 3. spectrophotometric method 4. chemometrics technique 5. validation section editors: assis vicente benedetti abstract: a new, quick, easy, affordable and eco-friendly simultaneous spectrophotometric method for determining a combined sitagliptin and metformin hydrochloride in pharmaceutical formulations was developed and validated using two chemometrics technique. these two methods are the partial least square (pls) and principal component regression (pcr). they do not need to do a sample preparation or separation before analysis. various drug concentrations and instrumental spectra of 25 mixed solutions of a combination of sitagliptin and metformin hydrochloride were used for model construction in the range of 200–270 nm. the r2 values of 0.9994 and 0.9996 assigned for the pls of the sitagliptin and metformin hydrochloride and that of 0.9987 and 0.9996 for the pcr of the sitagliptin and metformin hydrochloride, respectively. it is noteworthy that these two models were successfully and effectively used with the commercial pharmaceutical formulations. finally, the statistical comparison revealed no significant differences with the results of the hplc reference method. the proposed method is dependable to be adopted as an alternative analytical method in the pharmaceutical industry’s quality control. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 mailto:m.almaqtari@su.edu.ye https://orcid.org/0000-0002-2512-2325 https://orcid.org/0000-0002-7123-503x https://orcid.org/0000-0003-1282-8174 https://orcid.org/0000-0002-0455-8074 original article revista.iq.unesp.br 73 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 1. introduction chemically, sitagliptin is (3r)-3-purcino-l-[3(trifiuoromethyl)-5,6-dihydro[1,2,4] triazolo [4,3a]pyrazin-7 (8h)-yl] -4-(2,4,s-trifiuorophenyl) butan-lone phosphate monohydrate (fig. 1a). it is used as dipeptidylpeptidase-4 inhibitor; treatment of diabetes mellitus (british pharmacopoeia commission, 2020; swamy et al., 2020). metformin hcl is 1,1-dimethylbiguanide hydrochloride and its chemical structure is presented in (fig. 1b). it is used to treat diabetes mellitus. it is also used to treat polycystic ovarian syndrome. it is taken by mouth and is not linked to weight gain. it is sometimes used as an off-label supplement to help persons who are taking antipsychotics avoid gaining weight (british pharmacopoeia commission, 2020). figure 1. chemical structure of sitagliptin (a) and metformin hydrochloride (b). uddin et al. (2019) reported that high-performance liquid chromatography (hplc) is a technique that collects data from simultaneous separation and determination and is more frequently employed in analytical processes for the analysis of pharmaceutical products. however, it has several disadvantages, including the possibility of being bad for the environment and people’s health. the hplc assay also needed a lot of costly chemicals and supplies. furthermore, it takes a lot of time, which delays the marketing and production operations. the expense of hplc maintenance is likewise substantial. spectrophotometry, which is simple, dependable, rapid, economical, and most significantly, environmentally benign, may be a useful option for determining a complicated combination in pharmaceutical quality control laboratories. additionally, the data show that spectrophotometry and chemometrics in conjugation have a promising future and can be used in place of hplc in both quantitative and qualitative analysis. the study of chemometrics has significantly influenced analytical chemistry, notably in the field of spectrum analysis, which is crucial for the quality assurance of pharmaceutical formulations including two or more pharmaceuticals with overlapping spectra (k. patel et al., 2013a; glavanović et al., 2016). chemometrics approaches rely on multivariate analysis, which necessitates that ultraviolet (uv) spectrophotometry methods consider multiple variables at once. the absorbance at each wavelength is taken into account, with many wavelengths being taken into consideration (gandhi et al., 2017; r. patel and mashru, 2019). the principal component regression (pcr) and partial least squares (pls) are the two most significant chemometrics techniques utilized in multivariate analysis. for the purpose of determining the combination of medications in pharmaceutical formulations, these multivariate calibration methods employ spectrophotometric data coupled with statistical tools, mathematical models, and software (r. patel and mashru, 2019). these techniques additionally rely on the mathematical model’s calibration using the absorbance data of calibration standards with known concentrations, which is followed by the prediction of the concentration of unknown samples using those samples’ absorbance data (gandhi et al., 2017; r. patel and mashru, 2019). there are many applications for chemometrics in analytical spectroscopy, including uv-visible spectrophotometry (uv-vis) (ashour et al., 2015; attia et al., 2018; belal et al., 2018; darbandi et al., 2020; elfatatry et al., 2016; gholse et al., 2021; manouchehri et al., 2016; moussa et al., 2021; m. patel et al., 2013b; phechkrajang et al., 2015; putri et al., 2021; sebaiy et al., 2020; 2022; v. d. singh and v. k. singh, 2021; vichare et al., 2010), fluorescence spectroscopy (manouchehri et al., 2016; salem et al., 2019; shinde and divva, 2015; walash et al., 2011; zhu et al., 2016), nir spectroscopy (manouchehri et al., 2016; moroni et al., 2022; muntean et al., 2017; 2021; rahman et al., 2020; sun et al., 2021) and ftir spectroscopic method (rahman et al., 2020). furthermore, chromatography methods like liquid chromatography (aminu et al., 2019; https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 74 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 mohammed et al., 2021; tsvetkova et al., 2012; vu dang et al., 2020) along with a number of other analytical chemistry methods, such as flow-injection analysis are used for the pharmaceutical formulations (ortega-barrales et al., 2002; silva et al., 2011). uddin et al. (2019) reported that the majority of the analytes of interest are accompanied in their dosage forms by other compounds that absorb in the same spectral region, making it impossible to distinguish them using the traditional uv spectral studies. it is challenging to use traditional techniques like extraction because they demand a large amount of solvent, which carries risks of analyte loss or contamination as well as the potential for incomplete separation, which is expensive and timeconsuming. however, spectrophotometry, as a quick, accurate, low-cost, and easy technology, may be a wonderful choice when used with chemometric techniques for determining a combined mixture in pharmaceutical quality control. when pharmaceutical product quality monitoring calls for dependable, precise, and quick analytical techniques, they are beneficial. this method, which is quick, accurate, and simple to use, avoids the usage of earlier separation procedures. many methods for quantifying sitagliptin and metformin hydrochloride have been published, including chromatographic (adsul et al., 2018; krishnan and mishra, 2020; kumar et al., 2017) and spectrophotometric approaches (himabindu et al., 2016; lotfy et al., 2015). at the time of writing, we had the following information to our knowledge, there is no reference in the analytical literature reviews for the development and validation of simultaneous spectrophotometric method assisted chemometrics methods for the determination of sitagliptin with metformin hcl in pharmaceutical dosage form. this study aims to develop and validate an adequate and reproducible simultaneous spectrophotometric assay method for the determination of sitagliptin and metformin hcl in tablet pharmaceutical dosage forms using chemometrics technique. 2. materials and methods 2.1 materials and reagents the reference standard of sitagliptin (as phosphate monohydrate) and metformin hcl were obtained from global pharma company, sana’a, yemen. all reagents and chemicals used for the spectrophotometric methods were of analytical grade and hplc grade were used for the hplc method. deionized water (with specific conductance of 0.05 µs cm–1) was produced in-house and used for the preparation of all samples solutions. 2.2 instrumentation double beam uv-vis (analytik jena) model (specord 200) at sana’a university-faculty of science was used for the absorbance measurements. the hplc system was from jasco with detector (uv-2070 plus), pump (pu-2089), an auto sampler (as-2055 plus) and a column oven (co-2067 plus). electronic balance (aa-160), denver instrument. electronic balance (gh252), and. electronic balance (gr-120), and. ph meter (3520), jenway. centrifuge (z326 k), hermle were also used. 2.3 development and validations procedures for the aim of developing an accurate, precise and dependable simultaneous spectrophotometric methods assisted with the chemometrics technique, the analytical methods were established and developed to get the intended results for quantifying the targeted components. 2.3.1 selection of solvent literature reviews were conducted to identify the proper solvents that aid in dissolving the desired active pharmaceutical ingredients without excipients. through a series of trial-and-error attempts, a suitable solvent was chosen. other advantages for selecting the appropriate solvent such as available, easy to use, a cheap, environmentally friendly and for the spectrophotometric method implementation were given a full consideration. 2.3.2 selection of spectral zones analysis after the phase of choosing the solvent and before the data is preprocessed, the range of 200–400 nm with a 0.2 nm interval was used to record the individual pure and mixed absorbance spectra of the targeted medicinal components. uv spectra of the mixtures analysis were selected among a suitable wavelength range against a solvent blank providing the greatest amount of information about the two components (shah and jasani, 2017). 2.3.3 construction of the training set as the training set (calibration set), twenty-five different concentrations of the binary mixture of sitagliptin and metformin hcl were prepared to construct https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 75 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 the model. these mixtures’ absorbencies were measured against a blank at intervals of 0.2 nm between 200 and 400 nm. 2.3.4 construction of chemometric models the two multivariate calibration models; the pls and the pcr analysis were established as follows: • to begin with, binary mixture absorbencies were measured against a blank, and the spectra were saved and extracted into microsoft excel in order to develop models; • secondly, using absorption data at chosen spectral zones for analysis at intervals of 0.2 nm, the pcr and pls models were built using the minitab 17 program; • then, the required number of latent variables was obtained using the leave-one-out cross validation method; • after that, the calibration samples, constants, and coefficients for each wavelength were calculated in order to calculate the predicted concentrations; • in the end, the predicted concentrations were compared to the actual concentrations in each sample to compute the assay of binary mixture in each sample; • the root mean square error of cross-validation (rmsecv), which must be as small as possible for a given model, was determined for each method to assess the precision and accuracy of predictions for the models using the following eq. 1 (shah and jasani, 2017): rmsecv = √ ∑(𝑪act−𝑪pre)𝟐 𝑰c (1) where rmsecv = root mean square error of cross validation; cact = actual concentration of calibration set; cpre = predicted concentration of calibration set; and ic = total number of samples in calibration set. 2.3.5 validation and construction of the validation set in order to validate and assess the performance of the suggested and developed spectrophotometric methods assisted chemometric models, these methods were subjected to validation set. also, the performance criteria of the developed methods including linearity, accuracy, precision (repeatability) and specificity were validated in accordance with the recommendations of international conference harmonization and after that determined. 2.4 developed analytical method procedures for sitagliptin with metformin hcl determination and comparing with reference methods the performance of the proposed and developed method was determined in accordance with the method validation results. this method was studied and tested for determination of sitagliptin and metformin hcl in marketed pharmaceutical formulations. and they were compared with analysis results of reference method. 2.4.1 preparation of standard stock solution stock solutions of 1670 μg ml–1 of sitagliptin and 1000 μg ml–1 of metformin hydrochloride were individually prepared in a 100 ml volumetric flask by dissolving 167 mg sitagliptin and 100 mg metformin hydrochloride separately in water. 2.4.2 preparation of working standard solution 2.4.2.1 construction of the calibration (training) set twenty-five binary mixtures of sitagliptin and metformin hydrochloride were prepared by transferring different aliquots of their standard stock solutions into a series of 50 ml volumetric flasks. the absorbencies of these mixtures were measured between 200 and 400 nm at 0.2 nm intervals against water as a blank. 2.4.2.2 construction of the validation set a set of twelve binary mixtures of sitagliptin and metformin hydrochloride was prepared by transferring different volumes into 50 ml volumetric flasks and the procedure under the construction of the training set was repeated. 2.4.2.3 preparation of spiked samples powdered tablets of 25 mg of sitagliptin and 250 mg of metformin hydrochloride were accurately weighed, transferred to a 250 ml volumetric flask and then 200 ml of water was added, the mixture was shaken for 5 min and with frequent shaking the volume completion to 250 ml with the selected solvent was carried out. the solution was then filtered. a 0.5 ml of the filtrate was transferred into 50 ml volumetric flask and calculated amount of sitagliptin and metformin hydrochloride from standard solutions were spiked into sample solution and then diluted with water up to 50 ml. the absorbance was then measured. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 76 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 2.4.2.4 analysis of marketed formulations the developed method was applied to the measurement of a commercially available samples. it was carried out using the marketed formulation with concentration of 50 mg sitagliptin and 500 mg metformin hydrochloride. the tablets solution prepared in the sample preparation section was diluted with water to prepare solutions with concentration of 10.68 μg ml–1 sitagliptin and of 14 μg ml–1 metformin hydrochloride. the spectra of the prepared solutions were recorded and then the developed multivariate models pcr and pls were applied to determine the concentrations of the sitagliptin and metformin hcl. 2.4.2.5 comparing the suggested method with reference method comparison was carried out with the recovery results of the newly developed methods and that of reference method for each of sitagliptin with metformin hydrochloride according to the united states pharmacopeia (usp, 43). 80 μg ml–1 sitagliptin was prepared by dissolving 80 mg sitagliptin in acetonitrile: dilute phosphoric acid (5:95) in a 100 ml volumetric flask as standard stock solution; 5 ml of sitagliptin of the standard stock solution was transferred in acetonitrile: dilute phosphoric acid (5:95) in 50 ml volumetric flask. a test sample was prepared by placing 10 tablets containing 500 mg of sitagliptin to 500 ml volumetric flask; 500 ml of acetonitrile: dilute phosphoric acid (5:95) as solvent was added and the solution was shaken for 1 h then a portion of the solution was centrifuged for 10 min; 2 ml of the supernatant solution was transferred into 25 ml volumetric flask and diluted with solvent. the standard and the test sample of sitagliptin were injected through an hplc system with a mixture of acetonitrile: monobasic potassium phosphate buffer (ph adjusted to 2 with phosphoric acid) (15:85) as the mobile phase at flow rate of 1 ml min–1 through a c8 column (15 cm × 4.6 mm, 5 μm) and column temperature was 30 °c. the uv detection of the sitagliptin was then carried out at 205 nm (united states pharmacopeia and the national formulary, 2020). metformin hydrochloride was also determined, according to the usp (34), 200 μg ml–1 metformin hydrochloride was prepared by dissolving 40 mg metformin hydrochloride in acetonitrile: dilute phosphoric acid (5:95) in a 200 ml volumetric flask as standard stock solution. a test sample was prepared by placing 10 tablets containing 5,000 mg of metformin hydrochloride to 500 ml volumetric flask; 500 ml of acetonitrile: dilute phosphoric acid (5:95) as solvent was added and the solution was shaken for 1 h then a portion of the solution was centrifuged for 10 min; 2 ml of the supernatant solution was transferred into 100 ml volumetric flask and diluted with solvent. the standard and the test sample of metformin hydrochloride were injected through an hplc system with a mixture of acetonitrile: monobasic potassium phosphate buffer (ph adjusted to 2 with phosphoric acid) (15:85) as the mobile phase at flow rate of 1 ml min–1 through a c8 column (15 cm × 4.6 mm, 5 μm) and column temperature was 30 °c. the uv detection of the sitagliptin was then carried out at 205 nm. 3. results and discussion 3.1 method development for sitagliptin and metformin hcl determination 3.1.1 selection of solvent in order to choose a suitable solvent, solubility was checked in water, methanol, 0.1 mol l–1 naoh and 0.1 mol l–1 hcl. the drug was found to be soluble in methanol, water, 0.1 mol l–1 naoh and 0.1 mol l–1 hcl. therefore, water was selected as diluent that has striking advantages such as easily available, easy to handle, a cheap and environmentally friendly for implementing the spectrophotometric method and fig. 2 showed the spectra of the sitagliptin and metformin hydrochloride in water. 3.1.2 selection of spectral zones for analysis to determine the overlap spectral zones, the absorbance spectra of the pure sitagliptin and metformin hydrochloride samples, and that sample of the mixed sitagliptin with metformin hydrochloride in water were recorded in the range of 200-400 nm with 0.2 nm interval. for the analysis, the uv spectra of the mixtures were selected for a suitable wavelength range (200–270 nm) against water blank. this range provided a great amount of information about the two components as shown in the sitagliptin with metformin hydrochloride spectra (fig. 2). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 77 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 figure 2. uv absorbance spectra of the pure and mixed samples of sitagliptin and metformin hydrochloride in water solvent. 3.1.3 construction of the training set to determine the linear, range from measuring the absorbance at different concentrations for sitagliptin with metformin hydrochloride, the response was found to be linear in the range of 13.36–26.72 μg ml–1 for sitagliptin and 8–16 μg ml–1 for metformin hydrochloride using 25 different concentrations of sitagliptin and metformin hydrochloride mixtures were prepared to construct the models as shown in table 1. table 1. composition of calibration set. mixture no. sitagliptin (μg ml–1) metformin hydrochloride (μg ml–1) mixture no. sitagliptin (μg ml–1) metformin hydrochloride (μg ml–1) 1 13.36 8 14 20.04 14 2 13.36 10 15 20.04 16 3 13.36 12 16 23.38 8 4 13.36 14 17 23.38 10 5 13.36 16 18 23.38 12 6 16.7 8 19 23.38 14 7 16.7 10 20 23.38 16 8 16.7 12 21 26.72 8 9 16.7 14 22 26.72 10 10 16.7 16 23 26.72 12 11 20.04 8 24 26.72 14 12 20.04 10 25 26.72 16 13 20.04 12 3.1.4 construction of chemometrics models the spectra were saved and extracted into microsoft excel for model generation. the pcr and pls models were developed utilizing the absorption data for the selected spectral zones using minitab 17 software program. after the pcr and pls models have been constructed, the optimum number of principal components of sitagliptin and metformin hydrochloride were obtained and given in tables a1–4 of the appendix. 3.1.5 determination of the optimum number of the principal components of sitagliptin and metformin hydrochloride for pls selecting the proper number of principal components for the development of model was necessary to obtain good prediction. leave-one-out cross validation method was used to obtain the necessary optimum number of the principal factors for the pls model. it was found that the optimum number of the principal components were eight for sitagliptin and eight for metformin hydrochloride as mentioned above and as given in table a1 and a2 of the appendix. 3.1.6 determination of the constant and coefficients obtained at each wavelength of sitagliptin and metformin hydrochloride for pls models the constant and coefficients at each wavelength were calculated using minitab 17 program as illustrated in table a1 of the appendix. 3.1.7 determination of the predicted concentrations and the recovery of sitagliptin and metformin hydrochloride for pls models the predicted or calculated concentrations in μg ml–1 of the sitagliptin and metformin hydrochloride were worked out from the multiple regression eq. 2: 0 1 2 3 4 5 6 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 a b so rb an ce wavelength (λ) sita+ metf https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 78 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 predicted (calculated) = constant + ∑ (coefficient × absorbance) (2) the predicted or calculated concentrations of the components were compared with the actual concentrations and the assay of binary mixture were calculated. rmsecv was calculated and found to be low. the low values of rmsecv in table 2 indicate both the precision and accuracy of pls model for sitagliptin and metformin hydrochloride were very high and the r2 values in fig. 3 were also of very high linearity. table 2. results of the predicted concentrations with the recovery of sitagliptin and metformin hydrochloride in the binary mixture in each sample for pls model. name sitagliptin metformin hydrochloride constant –1.1712 0.4045 mixture no. actual conc. predicted conc. %recovery actual conc. predicted conc. %recovery 1 13.36 13.36 100.00 8.00 7.99 99.88 2 13.36 13.35 99.93 10.00 10.02 100.20 3 13.36 13.36 100.00 12.00 11.98 99.83 4 13.36 13.34 99.85 14.00 14.00 100.00 5 13.36 13.37 100.07 16.00 15.99 99.94 6 16.70 16.73 100.18 8.00 7.99 99.88 7 16.70 16.68 99.88 10.00 10.00 100.00 8 16.70 16.71 100.06 12.00 12.00 100.00 9 16.70 16.67 99.82 14.00 14.01 100.07 10 16.70 16.71 100.06 16.00 16.01 100.06 11 20.04 20.04 100.00 8.00 8.00 100.00 12 20.04 20.04 100.00 10.00 10.02 100.20 13 20.04 20.05 100.05 12.00 12.00 100.00 14 20.04 20.04 100.00 14.00 14.00 100.00 15 20.04 20.08 100.20 16.00 16.00 100.00 16 23.38 23.37 99.96 8.00 8.00 100.00 17 23.38 23.38 100.00 10.00 10.00 100.00 18 23.38 23.37 99.96 12.00 11.99 99.92 19 23.38 23.39 100.04 14.00 14.00 100.00 20 23.38 23.36 99.91 16.00 15.99 99.94 21 26.72 26.71 99.96 8.00 7.99 99.88 22 26.72 26.74 100.07 10.00 10.01 100.10 23 26.72 26.73 100.04 12.00 12.00 100.00 24 26.72 26.71 99.96 14.00 13.99 99.93 25 26.72 26.71 99.96 16.00 16.00 100.00 mean% 100 mean% 99.99 rsd% 0.09 rsd% 0.089 rmsecv 0.016 rmsecv 0.01 the linearity of the developed method was tested by constructing a cross-validation of the data in table 2. the results obtained in fig. 3 indicated that the developed method possessed high linearity with r2 = 1 within the method linear range (13.36–26.72 μg ml–1) for sitagliptin and r2 = 1 within the method linear range (8–16 μg ml–1) for metformin hydrochloride. the linearity of the developed method was very high and most importantly, environmentally friendly with respect to the solvent (water) used. in comparison, adsul et al. (2018) revealed that the linearity of the hplc methods which carried out in non-eco-friendly solvents and mobile phases was almost similar to our eco-friendly (water) developed method and better than another hplc method (kumar et al., 2017). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 79 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 figure 3. the pls cross validation for the calibration set of the actual vs. predicted concentration. (a) sitagliptin; (b) metformin hcl. 3.1.8 determination of the optimum number of the principal components and their coefficients of sitagliptin and metformin hcl for pcr the pcr was computed by using a few principal components and performed regression analysis of these components with concentration in order to determine the principal components coefficients of sitagliptin and metformin hydrochloride for pcr model as illustrated in table a4 of the appendix. from the treatment of the principal component’s coefficients in (table a4 of the appendix) using minitab 17 program. regression equations (eqs. 3 and 4) of sitagliptin and metformin hydrochloride were obtained and used to calculate the predicted concentration as shown below. regression equation of sitagliptin –2.182 + 0.5991 z1 + 3.9880 z2 + 3.65 z3 – 0.92 z4 + 1.75 z5 – 5.97 z6 (3) regression equation of metformin hydrochloride 0.066 + 0.94302 z1 – 0.9038 z2 – 0.353 z3 – 1.524 z4 + 1.993 z5 + 1.703 z6 (4) where z is the principal components coefficients. 3.1.9 determination of the predicted concentrations and recovery of sitagliptin and metformin hydrochloride for pcr models the predicted or calculated concentrations in μg ml–1 of the sitagliptin and metformin hydrochloride were calculated from multiple regression eq. 5: predicted (calculated) = constant + ∑ (coefficient × absorbance) (5) the predicted or calculated concentrations of the sitagliptin and metformin hydrochloride were compared with the actual concentrations and the assay for binary mixture were calculated in each sample. rmsecv was calculated and found to be low. the rmsecv low values in table 3 indicate that both the precision and accuracy of pcr model for sitagliptin and metformin hydrochloride were very high, with the r2 values in fig. 4 of very high linearity. y = 1.0001x 0.0012 r² = 1 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 a) predicte d conc. (μg ml-1) actual concentration (μg ml-1) y = 0.9999x + 0.0004 r² = 1 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 b) predicte d conc. (μg ml-1) actual concentration (μg ml-1) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 80 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 table 3. results of the predicted concentrations with recovery of sitagliptin and metformin hydrochloride in binary mixture in each sample for pcr models. name sitagliptin metformin hydrochloride constant -2.182 0.066 mixture no. actual conc. predicted conc. %recovery actual conc. predicted conc. %recovery 1 13.36 13.40 100.30 8.00 8.04 100.50 2 13.36 13.15 98.43 10.00 10.07 100.70 3 13.36 13.23 99.03 12.00 11.91 99.25 4 13.36 13.14 98.35 14.00 14.07 100.50 5 13.36 13.39 100.22 16.00 15.98 99.88 6 16.70 16.95 101.50 8.00 7.96 99.50 7 16.70 16.75 100.30 10.00 10.02 100.20 8 16.70 16.61 99.46 12.00 12.02 100.17 9 16.70 16.98 101.68 14.00 13.95 99.64 10 16.70 16.89 101.14 16.00 15.98 99.88 11 20.04 20.05 100.05 8.00 7.96 99.50 12 20.04 20.08 100.20 10.00 9.90 99.00 13 20.04 19.70 98.30 12.00 11.94 99.50 14 20.04 20.01 99.85 14.00 13.96 99.71 15 20.04 20.26 101.10 16.00 16.08 100.50 16 23.38 23.63 101.07 8.00 8.04 100.50 17 23.38 23.45 100.30 10.00 10.10 101.00 18 23.38 23.14 98.97 12.00 12.03 100.25 19 23.38 23.49 100.47 14.00 14.08 100.57 20 23.38 23.50 100.51 16.00 15.96 99.75 21 26.72 26.68 99.85 8.00 8.01 100.13 22 26.72 26.77 100.19 10.00 9.99 99.90 23 26.72 26.55 99.36 12.00 11.95 99.58 24 26.72 26.47 99.06 14.00 13.97 99.79 25 26.72 26.73 100.04 16.00 16.01 100.06 mean% 99.99 mean% 100.00 rsd% 0.94 rsd % 0.49 rmsecv 0.169 rmsecv 0.054 figure 4. the pcr cross validation for calibration set of the actual vs. predicted concentration. (a) sitagliptin; (b) metformin hcl. y = 0.9987x + 0.0266 r² = 0.9987 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 a) predicte d conc. (μg ml-1) actual concentration (μg ml-1) y = 0,9995x + 0,0052 r² = 0,9996 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 b) predicted conc. (μg.ml-1) actual concentration (μg ml-1) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 81 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 3.2 validation method for sitagliptin and metformin hydrochloride 3.2.1 construction of validation set the results of prediction and the percentage recoveries are represented in table 4. the predictive abilities of the models were evaluated by plotting the actual known concentrations against the predicted concentrations that shown in fig. 5 and 6. a tremendous agreement between the predicted (calculated) and actual concentration of sitagliptin and metformin hydrochloride for pls and pcr models can be observed in fig. 5 and 6. table 4. results of validation set of sitagliptin and metformin hcl for pls and pcr model. no. method pls pcr sita. metf. sita. metf. sita. metf. actual (μg ml-1) predicted (μg ml-1) %r predicted (μg ml-1) %r predicted (μg ml-1) %r predicted (μg ml-1) %r 1 16.02 8 15.76 98.38 7.71 96.38 16.35 102.06 7.93 99.13 2 16.02 9.6 16.17 100.94 9.36 97.50 16.63 103.81 9.58 99.79 3 13.35 8 13.41 100.45 8.02 100.25 13.55 101.50 8.09 101.13 4 13.35 10 12.96 97.08 9.75 97.50 13.02 97.53 9.85 98.50 5 20.03 10 19.95 99.60 9.80 98.00 20.40 101.85 9.97 99.70 6 20.03 12 20.03 100.00 11.71 97.58 20.56 102.65 11.92 99.33 7 26.7 8 26.66 99.85 7.78 97.25 27.43 102.73 7.98 99.75 8 26.7 10 26.83 100.49 9.58 95.80 27.12 101.57 9.79 97.90 9 16 9.6 16.28 101.75 9.76 101.67 16.33 102.06 9.77 101.77 10 16 12 15.91 99.44 12.03 100.25 15.96 99.75 12.00 100.00 11 24 12 23.91 99.63 11.75 97.92 24.17 100.71 11.92 99.33 12 24 14.4 24.32 101.33 14.09 97.85 24.55 102.29 14.16 98.33 mean% 99.91 98.16 mean% 101.54 99.56 rsd% 1.22 1.74 rsd% 1.53 1.06 figure 5. the pls cross-validation for validation set of the actual vs. predicted concentration. (a) sitagliptin; (b) metformin hcl. y = 1.0342x 0.7586 r² = 0.9987 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 a) predicted conc. (μg ml-1) actual concentration (μg ml-1) y = 0.9996x 0.3058 r² = 0.9989 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 5 10 15 20 b) predicted conc. (μg ml-1) actual concentration (μg ml-1) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 82 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 figure 6. the pcr cross-validation for validation set of the actual vs. predicted concentration. (a) sitagliptin; (b) metformin hcl. 3.2.2 precision (repeatability) the repeatability (intraday precision) of the developed method was carried out by determining the binary mixture at three different concentrations for sitagliptin and metformin hydrochloride in bulk using three different concentrations (i.e., 13.36/10, 20.04/12 and 26.72/16 μg ml–1 of sitagliptin/metformin hydrochloride, respectively) in triplicates sequentially. the results were reported as %rsd. the low values of %rsd were indicative of the high precision of the method. the %rsd values of the developed method were within the acceptable limit as suggested by the usp and the results are presented in table 5. table 5. results of repeatability and intraday precision using the developed pls and pcr models. amount taken (actual conc.) (mg ml–1) predicted conc. (mg ml–1) % recovery acceptable % rsd nmt 2% sita. metf. pls pcr pls pcr pls pcr sita. metf. sita. metf. sita. metf. sita. metf. sita. metf. sita. metf. 13.36 10 13.31 9.56 13.54 9.76 99.63 95.60 101.35 97.60 0.62 0.58 1.17 0.27 13.36 10 13.33 9.60 13.43 9.80 99.78 96.00 100.52 98.00 13.36 10 13.18 9.67 13.23 9.81 98.65 96.70 99.03 98.10 20.04 12 19.90 11.55 20.19 11.70 99.30 96.25 100.75 97.50 0.60 0.38 0.33 0.13 20.04 12 20.08 11.62 20.31 11.73 100.20 96.83 101.35 97.75 20.04 12 20.13 11.63 20.30 11.72 100.45 96.92 101.30 97.67 26.72 16 26.22 15.51 25.91 15.65 98.13 96.94 96.97 97.81 1.03 0.40 1.15 0.16 26.72 16 26.65 15.63 26.44 15.70 99.74 97.69 98.95 98.13 26.72 16 26.15 15.54 25.93 15.67 97.87 97.13 97.04 97.94 % recovery = (predicted conc. in μg ml–1 /actual conc. in μg ml–1) ×100. 3.2.3 accuracy accuracy of the method was investigated using standard addition method for three different percentage levels (i.e., 80, 100, and 120%) by recovery experiments. known amounts of standard solutions containing sitagliptin and metformin hydrochloride were added to sample solutions under investigation to make up solutions of 80, 100, and 120% levels in triplicates and scanned at the range 200–400 nm. the amount of the drugs recovered at each percentage level were determined by using the developed pcr and pls models. the mean percentage recovery for each percentage level was showed low values of %rsd and the percentage recovery was within the acceptable limit (90–110%) as suggested by the usp. this indicates a high accuracy method at all the three levels and the accuracy data are given in tables 6 and 7. y = 1.0077x + 0.3181 r² = 0.999 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 a) predicte d conc. (μg ml-1) actual concentration (μg ml-1) y = 0.9871x + 0.0069 r² = 0.9988 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 5 10 15 20 b) predicted conc. (μg ml-1) actual concentration (μg ml-1) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 83 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 table 6. accuracy data of sitagliptin by pcr and pls models. %level sample conc. (μg ml–1) amount of standard sitagliptin (μg ml–1) total conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery %rsd pls pcr pls pcr pls pcr 80% 1 9.68 10.68 11.10 10.97 103.91 102.70 0.86 1.08 10.91 10.89 102.16 101.94 10.98 10.74 102.83 100.54 100% 1 12.10 13.10 13.37 13.36 102.09 101.99 0.87 0.96 13.28 13.32 101.37 101.69 13.14 13.12 100.34 100.18 120% 1 14.52 15.52 15.45 15.16 99.55 97.66 0.95 0.20 15.16 15.10 97.67 97.30 15.32 15.15 98.69 97.59 table 7. accuracy data of metformin hydrochloride by pcr and pls models. %level sample conc. (μg ml–1) amount of standard metformin hcl (μg ml–1) total conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery %rsd pls pcr pls pcr pls pcr 80% 10 4 14 13.70 13.87 97.86 99.04 0.54 0.35 13.79 13.93 98.51 99.50 13.85 13.96 98.91 99.73 100% 10 5 15 15.27 15.17 101.79 101.14 0.49 0.23 15.37 15.22 102.47 101.48 15.42 15.24 102.77 101.59 120% 10 6 16 16.49 16.14 103.04 100.84 0.09 0.09 16.50 16.11 103.14 100.69 16.52 16.11 103.23 100.68 3.2.4 specificity (spiking method) the specificity of the method was checked by adding a certain amount of sitagliptin and metformin hydrochloride standard into known amount of marketed sample solution as described in the methodology section. specificity data are shown in tables 8 and 9. table 8. results of specificity for sitagliptin using the developed pcr and pls models. name of marketed sample sample conc. (μg ml–1) amount added (μg ml–1) total conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery %rsd pls pcr pls pcr pls pcr jauntab 1 12.1 13.1 13.37 13.36 102.09 101.99 0.50 0.21 13.28 13.32 101.37 101.69 jaunmet 1 12.1 13.1 13.14 13.12 100.34 100.18 0.20 0.33 13.18 13.06 100.63 99.71 jauncare 1 12.1 13.1 13.13 12.93 100.22 98.69 0.23 0.70 13.17 13.06 100.54 99.67 table 9. results of specificity for metformin hcl using the developed pcr and pls models. name of marketed sample sample conc. (μg ml–1) amount added (μg ml–1) total conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery %rsd pls pcr pls pcr pls pcr jauntab 10 5 15 15.27 15.17 101.79 101.14 0.47 0.24 15.37 15.22 102.47 101.48 jaunmet 10 5 15 15.42 15.24 102.77 101.59 0.06 0.00 15.40 15.24 102.69 101.59 jauncare 10 5 15 15.45 15.25 103.03 101.66 0.42 0.22 15.55 15.30 103.65 101.97 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 84 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 as it can be appeared from these data, recovery for sitagliptin and metformin hydrochloride using the developed pcr and pls models are within the acceptable limit (90–110%) this suggests that the methods are free from interference due to the excipients used in the commercial formulation. the above validation results indicate that method is simple, rapid, economical, precise and accurate beside being eco-friendly. therefor it can be used for a routine analysis in quality control of mixtures and commercial products containing sitagliptin and metformin hydrochloride. 3.2.5 analysis of marketed formulations the applicability of the developed methods for the quantification of sitagliptin and metformin hydrochloride in marketed formulations was carried out using the marketed formulation of 50 mg sitagliptin with 500 mg metformin hydrochloride concentration collected from the local pharmacies in the capital sana’a. tables 10 and 11 summarized the data obtained for the sitagliptin and metformin hydrochloride in the analyzed marketed formulations. table 10. assay result for sitagliptin and metformin hydrochloride in tablet (marketed sample) by pls proposed method. name of marketed sample method pls sita. metf. sita. metf. measured conc. (μg ml–1) obtained conc. (μg ml–1) %recovery %rsd obtained conc. (μg ml–1) %recovery %rsd jauntab 10.68 14 11.10 103.91 1.20 13.70 97.86 0.47 10.68 14 10.91 102.16 13.79 98.51 jaunmet 10.68 14 10.98 102.83 0.50 13.85 98.91 0.24 10.68 14 10.91 102.11 13.90 99.25 jauncare 10.68 14 11.15 104.40 0.26 13.79 98.52 0.44 10.68 14 11.19 104.79 13.88 99.14 table 11. assay result for sitagliptin and metformin hydrochloride in tablet (marketed sample) by pcr proposed method. name of marketed sample method pcr sita. metf. sita. metf. measured conc. (μg ml–1) obtained conc. (μg ml–1) %recovery %rsd obtained conc. (μg ml–1) %recovery %rsd jauntab 10.68 14 10.97 102.70 0.53 13.87 99.04 0.33 10.68 14 10.89 101.94 13.93 99.50 jaunmet 10.68 14 10.74 100.54 0.64 13.96 99.73 0.06 10.68 14 10.64 99.63 13.98 99.82 jauncare 10.68 14 11.17 104.55 0.43 13.75 98.21 0.27 10.68 14 11.10 103.91 13.80 98.59 as it can be seen from these data, the sitagliptin and metformin hydrochloride concentrations were within the acceptable limit (90–110%) according to the usp. 3.2.6 comparing with reference method comparison was carried out, with the aid of spss program using f-test to assure non-significant difference between the recovery results of the newly developed methods and that of reference method for both the sitagliptin and metformin hydrochloride. significance level indicated that null hypothesis was acceptable since the p-value was greater than significance level (table 12). as for reference methods, sitagliptin and metformin hydrochloride were determined according to the usp as described in the methodology section. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 85 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 table 12. results of statistical comparison between newly developed method and reference method. name of marketed sample component sitagliptin metformin hcl methods reference method (hplc) pls pcr reference method (hplc) pls pcr jauntab 101.62 103.91 102.70 96.87 97.86 99.03 100.86 102.17 101.94 96.94 98.52 99.50 mean% 101.24 103.04 102.32 96.91 96.91 98.19 rsd% 0.53 1.19 0.53 0.05 0.48 0.33 f-value 0.20 0.18 0.06 0.01 jaunmet 98.11 102.82 100.54 97.08 98.91 99.73 98.32 102.00 99.64 98.60 99.25 99.82 mean% 98.22 102.47 100.09 97.84 99.08 99.78 rsd% 0.15 0.49 0.64 1.10 0.24 0.06 f-value 0.01 0.06 0.25 0.13 f-value at p = 0.01. also, the chromatograms in fig. 7 have showed the results of the analysis for reference method for the determination of sitagliptin and metformin hydrochloride. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 86 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 figure 7. chromatogram of sitagliptin and metformin hcl standard and commercial samples. (a) standard sitagliptin; (b) standard metformin hcl; (c) sitagliptin in jauntab sample (commercial); (d) metformin hcl in jauntab sample (commercial); (e) sitagliptin in jaunmet sample (commercial); (f) metformin hcl in jaunmet sample (commercial) 4. conclusions the proposed chemometrics models (pls and pcr) has proven to determine simultaneously sitagliptin and metformin hcl in combined mixtures of pharmaceutical dosage forms without excipients interference or each other, and without prior physical separation of the two drugs. multivariate calibration models were generated using matrices of spectral and concentration data. the validation of the two models and their application to a commercial pharmaceutical dosage form gave excellent results. as a result, the suggested techniques can be applied to regular quality control of the specified medications in their combination dosage form in standard laboratories. authors’ contribution conceptualization: almaqtari, m. a. data curation: almaqtari, m. a.; al-odaini, n. a. formal analysis: alarbagi, f. a. funding acquisition: not applicable. investigation: alarbagi, f. a.; al-maydama, h. methodology: alarbagi, f. a. project administration: almaqtari, m. a.; al-odaini, n. a. resources: not applicable. software: alarbagi, f. a. supervision: almaqtari, m. a.; al-odaini, n. a. validation: alarbagi, f. a. visualization: al-odaini, n. a. writing – original draft: alarbagi, f. a. writing – review & editing: al-maydama, h. data availability statement data will be available upon request. funding not applicable acknowledgments the authors would like to thank the chemistry department-factuality of science, sana’a university, global pharma and shiba’a pharma companies, sana'a, yemen for providing the laboratory facilities and the reference standards of the samples drugs as a gift. references adsul, s.; bidkar, j. s.; harer, s.; dama, g. y. rphplc method development and validation for simultaneous estimation for metformin and 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https://doi.org/10.1016/j.jscs.2012.02.004 https://doi.org/10.1016/j.jscs.2012.02.004 https://doi.org/10.1016/j.jscs.2012.02.004 https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002 https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002 https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002 https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002 https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002 https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002 https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002 original article revista.iq.unesp.br 87 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 belal, f.; ibrahim, f.; sheribah, z.; alaa, h. new spectrophotometric/chemometric assisted methods for the simultaneous determination of imatinib, gemifloxacin, nalbuphine and naproxen in pharmaceutical formulations and human urine. spectrochim. acta a mol. biomol. spectrosc. 2018, 198, 51–60. https://doi.org/10.1016/j.saa.2018.02.048 british pharmacopoeia commission. medicines and healthcare products regulatory agency 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https://doi.org/10.1186/1752-153x-5-70 https://doi.org/10.1186/1752-153x-5-70 https://doi.org/10.1039/c6ay00821f https://doi.org/10.1039/c6ay00821f https://doi.org/10.1039/c6ay00821f https://doi.org/10.1039/c6ay00821f https://doi.org/10.1039/c6ay00821f https://doi.org/10.1039/c6ay00821f https://doi.org/10.1039/c6ay00821f original article revista.iq.unesp.br 90 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 appendix table a1. results of optimum number of principal factors of sitagliptin for pls models. method components to evaluate number of components evaluated number of components selected cross-validation (leave-one-out) set 10 8 model selection and validation for sitagliptin components (pred.) x variance error r-sq press r-sq (pred) 1 0.577399 139.559 0.74980 188.677 0.661736 2 0.999466 1.892 0.99661 2.565 0.995402 3 0.999858 1.036 0.99814 1.568 0.997189 4 0.999888 0.534 0.99904 1.577 0.997172 5 0.999929 0.370 0.99934 1.304 0.997663 6 0.999937 0.116 0.99979 1.390 0.997508 7 0.999946 0.048 0.99991 1.404 0.997482 8 0.999950 0.006 0.99999 1.291 0.997686 9 0.002 1.00000 1.332 0.997612 10 0.001 1.00000 1.335 0.997607 table a2. results of optimum number of principal factors of metformin hydrochloride for pls models. method components to evaluate number of components evaluated number of components selected cross-validation (leave-one-out) set 10 8 model selection and validation for metformin hydrochloride components (pred.) x variance error r-sq press r-sq (pred) 1 0.743512 14.9504 0.92525 18.7639 0.906180 2 0.999466 0.1424 0.99929 0.1877 0.999062 3 0.999855 0.1157 0.99942 0.1763 0.999119 4 0.999901 0.0742 0.99963 0.1759 0.999120 5 0.999927 0.0394 0.99980 0.1527 0.999237 6 0.999937 0.0143 0.99993 0.1613 0.999194 7 0.999946 0.0059 0.99997 0.1565 0.999217 8 0.999952 0.0023 0.99999 0.1469 0.999265 9 0.0006 1.00000 0.1502 0.999249 10 0.0002 1.00000 0.1523 0.999239 table a3. the constant and coefficients at each wavelength of sitagliptin and metformin hydrochloride for pls models. sitagliptin metformin hydrochloride constant –1.1712 constant 0.4045 wavelength (nm) coefficients wavelength (nm) coefficients wavelength (nm) coefficients wavelength (nm) coefficients 270 –8.554 234.8 0.6532 270 –5.2653 234.8 0.0527 269.8 36.5022 234.6 0.2441 269.8 –3.4147 234.6 0.0577 269.6 –31.8693 234.4 1.2605 269.6 –10.9734 234.4 0.0604 269.4 –25.5432 234.2 0.49 269.4 10.849 234.2 –0.0832 269.2 –65.3233 234 0.1544 269.2 –1.7155 234 0.1432 269 –23.0727 233.8 –0.2522 269 9.9911 233.8 –0.0113 268.8 –11.3679 233.6 –0.5453 268.8 –13.4665 233.6 0.2214 268.6 –5.5928 233.4 –0.344 268.6 4.7408 233.4 0.2054 268.4 –4.1696 233.2 0.8311 268.4 1.394 233.2 0.1359 268.2 –14.1503 233 0.1554 268.2 –4.088 233 0.0633 268 –19.1888 232.8 –0.059 268 –11.7374 232.8 0.1427 267.8 –40.9486 232.6 –0.7372 267.8 –7.8427 232.6 0.0949 267.6 –22.6885 232.4 –0.6594 267.6 –10.4613 232.4 0.1963 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 91 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 267.4 5.516 232.2 0.6939 267.4 2.0351 232.2 –0.0132 267.2 –50.7754 232 0.6551 267.2 13.406 232 0.0935 267 –9.302 231.8 –0.995 267 1.6967 231.8 0.1395 266.8 –10.1594 231.6 –0.2627 266.8 –2.8888 231.6 0.1843 266.6 18.2208 231.4 –0.5025 266.6 –13.25 231.4 0.1687 266.4 6.7485 231.2 0.0497 266.4 2.8032 231.2 0.1305 266.2 23.5144 231 –0.7094 266.2 0.6477 231 0.1136 266 –9.3416 230.8 0.205 266 –8.4888 230.8 0.0976 265.8 21.6262 230.6 0.152 265.8 2.8843 230.6 –0.2017 265.6 15.7812 230.4 –0.069 265.6 –0.3461 230.4 –0.1925 265.4 36.272 230.2 –0.5146 265.4 4.9661 230.2 0.1252 265.2 23.198 230 –0.9981 265.2 –10.2205 230 0.1216 265 22.0233 229.8 –0.7537 265 –8.7358 229.8 0.0951 264.8 4.3131 229.6 0.0623 264.8 3.7949 229.6 0.4342 264.6 –2.4513 229.4 0.3702 264.6 –1.1286 229.4 –0.077 264.4 16.4876 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2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 243 0.6146 207.8 2.1778 243 –0.2858 207.8 0.1352 242.8 0.0615 207.6 2.404 242.8 –0.4416 207.6 –0.0218 242.6 1.3358 207.4 0.0886 242.6 –0.1321 207.4 0.2638 242.4 2.3687 207.2 –0.2496 242.4 –0.2817 207.2 –0.4744 242.2 0.2692 207 1.8095 242.2 –0.2462 207 0.4651 242 0.515 206.8 2.6284 242 –0.0534 206.8 0.4709 241.8 1.2582 206.6 1.8385 241.8 –0.1296 206.6 –1.4419 241.6 0.5053 206.4 0.7265 241.6 0.1142 206.4 –0.7179 241.4 1.09 206.2 0.1278 241.4 –0.3483 206.2 1.3186 241.2 0.908 206 –2.309 241.2 –0.237 206 –1.4024 241 0.9199 205.8 1.0478 241 0.0217 205.8 0.7645 240.8 –1.2642 205.6 1.0052 240.8 –0.1368 205.6 –0.1055 240.6 0.7109 205.4 –2.4657 240.6 –0.0489 205.4 0.062 240.4 0.3987 205.2 –0.5511 240.4 0.0043 205.2 –0.0275 240.2 1.0164 205 1.2526 240.2 0.0713 205 –0.7603 240 0.5111 204.8 –0.4337 240 –0.0566 204.8 0.0593 239.8 0.5838 204.6 0.3184 239.8 –0.1276 204.6 1.1632 239.6 0.2768 204.4 –1.8168 239.6 –0.2804 204.4 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–0.0758528 0.0893094 0.0015372 –0.1023928 10 16.70 16.00 18.95773 1.866853 –0.0944023 0.0769914 0.0023791 –0.1136455 11 20.04 8.00 12.17808 3.663929 –0.0583895 0.0667501 –0.0093447 –0.102952 12 20.04 10.00 14.02957 3.384557 –0.0636098 0.0895632 –0.0125965 –0.1159239 13 20.04 12.00 15.83709 3.006622 –0.0476592 0.1091312 –0.000479 –0.1135108 14 20.04 14.00 17.75696 2.836101 –0.1076307 0.0624804 –0.013428 –0.119916 15 20.04 16.00 19.77072 2.589099 –0.0620704 0.0841685 –0.0075716 –0.0988977 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 original article revista.iq.unesp.br 94 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 72-94 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 16 23.38 8.00 13.05221 4.431188 –0.0777075 0.0878319 –0.009271 –0.118186 17 23.38 10.00 14.89838 4.123749 –0.0764096 0.0853351 –0.0015347 –0.104407 18 23.38 12.00 16.63802 3.798361 –0.0655255 0.1114206 0.0043972 –0.0903928 19 23.38 14.00 18.63537 3.59354 –0.0955316 0.0659751 –0.0306461 –0.106344 20 23.38 16.00 20.41229 3.306786 –0.0370991 0.1190475 –0.0191721 –0.0912103 21 26.72 8.00 13.74611 5.092887 –0.0891428 0.105328 –0.0314232 –0.1326535 22 26.72 10.00 15.43337 4.782102 –0.072408 0.0838503 0.0301399 –0.1550265 23 26.72 12.00 17.35671 4.551464 –0.0895119 0.0670222 –0.0563766 –0.1125212 24 26.72 14.00 18.98121 4.28249 –0.0897928 0.0394045 0.0239509 –0.0873848 25 26.72 16.00 21.00168 3.901466 0.010285 0.0441581 –0.017422 –0.1344944 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p72-94 universidade estadual paulista reitor pasqual barretti vice-reitora maysa furlan pró-reitora de graduação celia maria giacheti pró-reitora de pós-graduação maria valnice boldrin pró-reitor de pesquisa edson cocchieri botelho pró-reitor de extensão universitária e cultura raul borges guimarães pró-reitor de planejamento estratégico e gestão estevão tomomitsu kimpara instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 4 | 2023 | 37 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 multivariate statistical analysis of physicochemical parameters of groundwater quality using pca and hca techniques antonio josé ferreira gadelha1+ , clarice oliveira da rocha1 , josé germano veras neto2 , mirelly alexandre gomes2 1. federal institute of paraíba , campina grande campus, campina grande, brazil. 2. state university of paraíba , campina grande campus, campina grande, brazil. +corresponding author: antonio josé ferreira gadelha, phone: +55 (83) 2102-6200, email address: antonio.gadelha@ifpb.edu.br article info article history: received: january 10, 2023 accepted: august 13, 2023 published: october 03, 2023 keywords: 1. chemometrics 2. hydric resources 3. brazilian semiarid 4. exploratory analysis section editors: boutros sarrouh abstract: multivariate analysis techniques are powerful tools in the study of groundwater quality, providing an expanded view of quality parameters. this work presents a multivariate analysis of groundwater quality in the city of sousa, paraíba state, through the techniques of principal component analysis (pca) and hierarchical cluster analysis (hca). samples from 13 tubular wells were collected in different districts of the city of sousa, during the rainy and dry seasons. for these samples, 11 parameters were analyzed: hydrogenic potential (ph), total dissolved solids, total alkalinity, carbonates, bicarbonates, total hardness, magnesium, calcium, sodium, potassium, and chlorides. pc1, pc2, pc3 and pc4 explain 87.48% of the total variance of the data. the pca shows that there was a change in patterns between the analyzed periods. the correlation matrix corroborates the pca data, showing the relationships between the physical-chemical variables evaluated. the hca confirmed the correlations between the samples, making it possible to assess the degree of similarity between the composition of the wells and between the parameters evaluated. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 https://orcid.org/0000-0002-1930-427x https://orcid.org/0000-0002-8582-8717 mailto:clarice.rocha@ifpb.edu.br https://orcid.org/0000-0003-0173-3778 mailto:germano@servidor.uepb.edu.br https://orcid.org/0000-0001-6912-6443 mailto:gomesmirelly24@gmail.com https://ror.org/01xc5jm57 https://ror.org/02cm65z11 original article revista.iq.unesp.br 38 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 1. introduction water scarcity and poor distribution are the greatest obstacles for the socioeconomic development of the brazilian semiarid region. according to rossiter et al. (2020), in the northeastern semiarid, water does not have a uniform distribution, neither in time nor in space, and depends on climate vulnerability. the relationship between precipitation and evaporation presents a negative balance, resulting in long periods of drought throughout the year. in regions with a semiarid climate, well drilling is the main activity to access water, an indispensable resource for life, industry, and agriculture. deterioration in both quantity and quality of underground water poses a potential threat to urban and rural communities that depend on this resource. underground water quality largely depends on hydrochemical processes carried out through regional hydrogeological and anthropogenic activities under saturated and unsaturated soil conditions. some human activities that cause inadequate disposal of domestic sewage can significantly compromise the quality of underground water in shallow aquifers, which are quite vulnerable to contamination. underground waters in urban areas are more susceptible to quality deterioration due to inappropriate use and occupation of the soil, the flow of various effluents discarded in the soil, and seasonality, which affects the recharge of these springs. the analysis, monitoring and assessment of underground water quality parameters can be used to detect possible contamination events and as an indication of significant changes in physical and chemical properties of water, thereby avoiding financial and social losses. however, the assessment of a single parameter in isolation is not enough to describe the water quality, requiring a larger set of parameters and a multivariate analysis. in this sense, multivariate statistical analysis techniques can be valuable tools to understand the characteristics and behavior of the aquifer that affect the quality control of underground water. according to taşan et al. (2022), the use of multivariate statistical methods together with geographic information systems contributes to the efficient management of water resources, planning and decisionmaking. carvalho et al. (2015) reported that, in recent years, the use of multivariate statistical methods, such as the principal component analysis (pca) and hierarchical cluster analysis (hca), have been frequently applied in numerous studies as a useful chemometric tool to extract a greater number of information obtained through the analysis of physicochemical and microbiological parameters, and metallic elements in samples of surface water, underground water, rain and minerals. according to gomes and cavalcante (2017), by using the pca technique, it is possible to select the characteristics with the highest participation in each component and define which physical-chemical parameters of the water should be monitored, thus reducing costs with analyses of factors of lesser importance in water quality. in short, “pca is an unsupervised pattern recognition method capable of transforming a set of experimental data into informative graphs about the similarity between samples and their respective variables” (valderrama et al., 2016, p. 245). according to lyra et al. (2010), in this technique, a data matrix called matrix x is decomposed into a product of two other matrices, one called matrix of scores (t) and the other called matrix of loadings (p), such as eq. 1: 𝑋 = 𝑇𝑃𝑇 + 𝐸 (1) where pt represents the transposed loadings matrix and e a residue matrix. the matrix of scores (t) presents information about the samples (rows of x, while the matrix of loadings (p) provides information about the variables (columns of x). importantly, several works have been developed in recent years with the purpose of applying exploratory data analysis tools to evaluate the hydrogeochemical characteristics of different water sources, including: carvalho et al. (2015), pan et al. (2019), nnorom et al. (2019), chaves et al. (2020) and lopes et al. (2022). carvalho et al. (2015) investigated underground water samples from 17 locations distributed in the urban area of belém, pará state, brazil. for all samples, seven physicochemical parameters and nine trace elements were evaluated. the pca revealed the separation of two distinct groups of samples (a and b), due to the differences presented by the variables total dissolved solids (tds), electrical conductivity and turbidity among the studied neighborhoods. the combination of principal components (pc) explained 85.7% of the total variance of the data, and pc1 (30.3%) and pc2 (22.4%) were the ones that most contributed to the discrimination of the samples. nnorom et al. (2019) examined the physicochemical and trace element contents of ground and surface water sources in the shale bedrock terrain of southeastern nigeria. a total of 124 water samples were collected from rural areas and analyzed for 21 elements. different multivariate statistical approaches applied to assess the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 39 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 origins of elements in water bodies identified six source types that accounted for 70.88% of the total variance. anthropogenic activities were considered to contribute much of cu, pb, cd, cr, li and p, while al, as, co, fe, se, ni, y and v were likely from crustal materials, minerals and ores, and natural environments. cluster analysis was adopted to classify 124 sample points into two water pollution groups, reflecting influences from soil materials and anthropogenic sources. pan et al. (2019) conducted a study on the groundwater quality of the condie aquifer in saskatchewan, canada, where the regina landfill was constructed without an engineered liner. an integrated statistical approach using pca, correlation analysis, ion plots and multiple linear regression was used to evaluate groundwater contamination at the regina landfill. correlation analysis and ion plots pointed to gypsum and halite dissolution as the major factors affecting groundwater chemistry. pca yielded three principal components, responsible for 80.7% of the total variance. a group analysis of the wells suggested possible groundwater contamination from the landfill operation. a two-step multiple linear regression was used to develop a model for predicting total hardness. chaves et al. (2020) studied the groundwater of 20 locations in parauapebas, pará state, brazil, investigating nine physicochemical parameters in each sample. pca and hca revealed significant differences between the samples, being possible to observe the formation of two distinct groups (a and b). the most significant physicochemical parameters for separating the two groups were temperature, ph, electrical conductivity, color, chloride content, and tds. lopes et al. (2022) studied the effects of the transfer of the são francisco river on the performance of the water treatment plant of gravatá, paraíba state, brazil. using factor analysis combined with pca (fa/pca), the authors identified changes in the apparent color and turbidity of raw water, thus requiring interventions in the coagulation/flocculation/decantation processes. moreover, by monitoring the volume of the epitácio pessoa reservoir, from january 2016 to december 2017, pca and hca exhibited the distinction of different phases in the water quality of the reservoir. in this context, the present study aims to perform a multivariate analysis of the physicochemical quality parameters of underground water from tubular wells in the municipality of sousa, paraíba state, brazil, to maximize the amount of information extracted and consequently, better interpret the correlations and similarities between samples and variables. 2. experimental the study was conducted in the urban area of the municipality of sousa, paraíba state, located in the semiarid zone of brazilian northeastern region. samples from 13 tubular wells were collected from different districts of sousa, as illustrated in fig. 1 and described in table 1, at the end of the rainy season (july) and the dry season (november). samples were collected at the same time, starting at 7:00 am, and were packed in 500 ml plastic bottles, properly cleaned and sterilized, kept in thermal boxes during transport, cooled to 10 °c. the analyzes were carried out at the chemistry laboratory of the campus sousa, of the instituto federal de educação, ciência e tecnologia da paraíba. some wells drilled by the municipal government, over time, were out of operation, either because their water reserves were empty, or because of problems with the pumping system. as a result, the number of wells in operation during the execution of the study was reduced, limiting the number of wells sampled to 13. the points chosen by the municipal water department for drilling the wells included public areas such as squares, sidewalks, parks, etc. as the city is located on a crystalline subsoil, heterogeneity in both flow and depth in drilled wells is common. for these samples, 11 physicochemical quality parameters were investigated: hydrogen potential (ph), tds, total alkalinity (ta), carbonates (co3 2–), bicarbonates (hco3 –), total hardness (th), magnesium (mg), calcium (ca), sodium (na), potassium (k) and chlorides (cl). theses parameters are associated to the geochemical characteristics of the region’s subsoil. the methodology used to determine the physicochemical parameters was conducted in accordance with the standard methods for the examination of water and wastewater, 23 ed. (baird et al., 2017). the parameters ta, th, carbonates (co3 2–), bicarbonates (hco3 –), magnesium (mg2+), calcium (ca2+), sodium (na+), potassium (k+) and chlorides (cl–) were determined by titration, in triplicate. the ph was measured using a ph meter (model phb-500, ion), and the tds content was obtained using a multiparameter equipment (model logen, ls). for the multivariate statistical analysis, pca, correlation matrix and hca techniques were used, with the aid of the unscrambler software, version 9.7, camo. initially, a data matrix was constructed with 26 lines (referring to the 13 wells sampled at two different times) and 11 columns (referring to the 11 parameters https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 40 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 evaluated). the first 13 lines refer to the data of the quality parameters at the end of the rainy season (july), and the last 13 lines refer to parameter data in the dry season (november). as a resource for preprocessing of the original data matrices, autoscaling was used. the autoscaling technique was chosen because the values of the evaluated parameters show distributed values in different ranges, and it is necessary that the same weight be assigned to each variable under study. pca was used to explore the association between parameters that influence groundwater quality, reducing the number of variables and verifying which variables or sets of variables explain most of the total variability, showing the relationships between them. as a result, two-dimensional plots of scores and loadings are obtained, allowing a better visualization of the distribution of experimental data and the relationships between variables and between samples (souza and poppi 2012). regarding hca, its use consists of analyzing a set of data through hierarchically defined groups, verifying the similarity between variables or samples, as a complementary strategy to pca (mingoti, 2007). in this study, hca was applied to the autoscaled data, and the measure of similarity chosen was the squared-euclidean distance and as a hierarchical clustering criterion, the single-linkage method was used, which considers the total sum of deviations of each object in relation to the group mean. from the hca calculations, the dendrograms of the samples and variables were generated, allowing to identify the degree of similarity between the groups. figure 1. geolocation of the sampled wells. source: adapted from google earth, 2021. table 1. technical information of the sampled wells. well drilling date depth (m) flow (l/h) location localization 01 06/09/2015 51 1,500 alto do cruzeiro –6.74605, –38.24398 02 05/28/2015 50 600 várzea da cruz (psf) –6.75668, –38.23644 03 05/24/2015 51 2,000 guanabara (psf) –6.75585, –38.2295 04 05/25/2015 51 1,800 estádio marizão –6.75594, –38.22425 05 07/20/2015 41 5,538 alto capanema –6.7632, –38.23455 06 08/08/2015 49 10,000 jardim santana –6.76883, –38.23607 07 05/27/2015 50 600 estação (psf) –6.77187, –38.23461 08 07/24/2015 40 3,130 jardim bela vista (varejão) –6.77547, –38.23821 09 06/23/2015 51 1,142 jardim sorrilândia ii –6.77631, –38.23246 10 08/18/2015 50 2,300 casas populares (csu) –6.77116, –38.22865 11 07/20/2015 51 1,400 condomínio doca gadelha –6.76434, –38.22344 12 06/19/2015 51 700 conjunto dr. zezé –6.76718, –38.22581 13 06/06/2015 51 5,200 alto do dnocs –6.7711, –38.21999 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 41 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 3. results and discussion the average values of the results corresponding to the 11 physicochemical parameters determined in the 13 examined wells, at the end of the rainy season, are described in table 2, while data for the dry season are shown in table 3. table 2. results of physicochemical analysis at the end of the rainy season (july). parameters (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) ta co3 2hco3 th mg2+ ca2+ clna+ k+ ph tds well 01 129.60 0.52 157.05 171.00 15.75 47.29 493.44 494.70 1.81 7.83 1027.0 well 02 355.20 1.68 429.92 124.20 21.00 16.83 172.58 212.10 1.77 7.90 490.0 well 03 276.00 1.80 333.06 144.00 12.68 40.88 397.69 489.60 1.08 8.04 987.0 well 04 412.80 2.69 498.14 230.40 23.18 60.12 480.23 1781.80 4.10 8.04 2713.0 well 05 590.40 1.31 717.62 156.60 15.75 40.88 459.22 504.90 2.20 7.57 993.0 well 06 396.00 1.01 481.06 163.80 15.75 44.09 166.58 159.60 2.60 7.63 453.0 well 07 508.80 1.42 617.84 136.80 10.94 40.88 282.13 316.20 2.00 7.67 688.0 well 08 616.80 4.41 743.54 39.60 5.25 8.02 315.15 453.90 1.19 8.08 788.0 well 09 511.20 4.58 614.34 34.20 2.62 10.42 472.73 1080.70 1.49 8.18 1723.0 well 10 528.00 1.23 641.66 77.40 7.44 20.84 184.59 337.90 1.96 7.59 613.0 well 11 626.40 1.92 760.30 73.80 9.19 16.03 342.16 515.10 1.70 7.71 921.0 well 12 494.40 6.08 590.80 34.20 3.50 8.82 316.65 617.10 1.07 8.32 1038.0 well 13 376.80 0.86 457.95 243.00 20.12 71.34 997.98 766.80 2.50 7.58 1497.0 minimum 129.60 0.52 157.05 34.20 2.62 8.02 166.58 159.60 1.07 7.57 453.0 maximum 626.40 6.08 760.30 243.00 23.18 71.34 997.98 1781.80 4.10 8.32 2713.0 average 447.88 2.27 541.79 125.31 12.55 32.80 390.86 594.65 1.96 7.86 1071.6 standard deviation 143.01 1.70 173.09 70.01 6.75 20.69 216.88 429.15 0.81 0.25 612.2 units: ta and th (mg caco3 l–1); co3 2–, hco3 –, mg2+, ca2+, cl–, na+ and k+ (mg l–1); ph (unit); tds (ppm). table 3. results of physicochemical analysis during the dry season (november). parameters (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) ta co3 2hco3 th mg2+ ca2+ clna+ k+ ph tds well 01 355.20 2.54 428.18 392.40 50.74 81.76 580.78 749.70 1.03 8.08 1073.0 well 02 388.80 3.18 467.86 212.40 29.74 40.08 220.61 327.60 2.20 8.14 578.2 well 03 259.20 2.43 311.28 165.60 10.50 54.51 556.02 392.70 1.03 8.20 1000.0 well 04 259.20 2.27 311.60 273.60 17.50 89.78 675.32 1615.70 3.20 8.17 3162.0 well 05 648.00 2.87 784.73 181.80 9.19 64.13 589.78 423.30 2.00 7.87 1035.0 well 06 460.80 0.94 560.27 208.80 3.06 87.37 240.87 136.50 2.50 7.53 461.7 well 07 494.40 2.09 598.92 322.20 33.68 81.76 366.93 270.30 2.00 7.85 763.6 well 08 717.60 7.89 859.43 327.60 55.55 44.09 378.18 408.00 0.99 8.27 878.1 well 09 516.00 6.50 616.31 117.00 7.44 38.48 578.53 949.40 1.50 8.33 1847.0 well 10 561.60 2.79 679.49 135.00 5.69 49.70 312.90 365.80 1.92 7.92 718.9 well 11 679.20 3.69 821.12 126.00 0.87 54.51 429.96 515.10 1.57 7.96 1025.0 well 12 636.00 10.25 755.07 75.60 1.75 30.46 357.92 576.30 0.91 8.44 1070.0 well 13 566.40 2.87 685.16 255.60 24.06 69.74 1040.00 674.50 1.79 7.93 1367.0 minimum 259.20 0.94 311.28 75.60 0.87 30.46 220.61 136.50 0.91 7.53 461.7 maximum 717.60 10.25 859.43 392.40 55.55 89.78 1040.00 1615.70 3.20 8.44 3162.0 average 503.26 3.87 606.11 214.89 19.21 60.49 486.75 569.61 1.74 8.05 1152.3 standard deviation 152.49 2.67 183.22 94.72 18.40 20.09 220.19 380.91 0.67 0.24 698.4 units: ta and th (mg caco3 l–1); co3 2–, hco3 –, mg2+, ca2+, cl–, na+ and k+ (mg l–1); ph (unit); tds (ppm). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 42 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 notably, similar values in magnitude were obtained for the physicochemical parameters of groundwater quality by jiang et al. (2015), in mongolia, taşan et al. (2022), in turkey, and chaves et al. (2020), in pará state, brazil. the results of the multivariate analysis are hereafter presented. as pca causes a change in the vector space of the data set, each object (each of the 13 sampled wells) that was represented in a space with 11 variables (11 physicochemical parameters) is represented by 11 principal components. figure 2 illustrates the variances explained by the first 7 accumulated principal components referring to the data collected in the months of july and november. since the first principal components are responsible for most of the data variance, it is possible to concentrate the analysis focusing on a smaller number of variables, without a significant loss of information being observed. in this case, the first four principal components explain 87.48% of the total variance, which were chosen because they have eigenvalues greater than 1.0. figure 2. cumulative variance explained by the principal components. figures 3 and 4 show the score and loading plots, respectively, for pc1 and pc3, for the months of july and november. according to lyra et al. (2010), the scores are projections of the original objects in the space of the principal components, that is, they are the new coordinates of the objects in the new variables. in this case, the score plot indicates the relationships between the sampled wells. furthermore, the authors state that the loadings, or weights, geometrically represent the cosines of the angles that the principal components make with the original variables. in this case, in the loading plot, we can observe the relationships between the variables, that is, between the physicochemical parameters evaluated. some important patterns can be noticed in the score plot in fig. 3. for example, the wells 1, 4 and 13 are located on the negative side of pc1, isolated from the other wells, hence indicating that they differ significantly from the others in terms of their chemical composition. this can be verified in tables 2 and 3, which reveal the high concentration of salts in these three samples. another arrangement of scores that draws considerable attention refers to the wells 2, 3, 5, 6 and 7, which are concentrated in the same region, indicating that these samples have some similarity in their composition. this fact can be associated with the proximity of these wells to the bed of the rio do peixe that passes through the urban area of the municipality. this proximity may be promoting a more uniform recharge in these wells in comparison to the others. it is also visible the pattern changes between the sampled wells in relation to the period of the year in which the analysis was conducted. figure 3 clearly illustrates that the data from the wells sampled in july, at the end of the rainy season, are concentrated on the negative side of pc3. the data from the wells sampled in november (drought period) are on the positive side of pc3. this finding indicates a substantial change in the composition of groundwater in the studied area in relation to the time of collection in the year. comparing with the loadings plot in fig. 4, it can be inferred that the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 43 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 data from the analysis for the month of july are concentrated on the negative side of pc3, as well as the variables na+, k+ and tds. this can be explained because, during the rainy season, there is a greater percolation of water in the soil, causing a greater dissolution of sodium and potassium salts, increasing the concentration of these ions in the water. with respect to the data for the month of november, the scores are concentrated on the positive side of pc3, as well as the parameters related to alkalinity and hardness of the water, which are parameters more related to the rock in which the groundwater is deposited. with the lack of recharge during the dry season, the ions responsible for alkalinity and hardness tend to be concentrated during this period. figure 3. plot of pca scores of the wells sampled in july and november. in the pca loadings plot (fig. 4), correlations between variables are easily detected. it is the case of ta, concentrations of carbonate ions (co3 2–), bicarbonates (hco3 –) and ph, indicating that the hydrogenic potential of the water of the wells throughout the year is mainly determined by the content of carbonate and bicarbonate ions, which, due to the basic character, are responsible for the alkalinity, maintaining the ph above 7.0, as recorded in tables 2 and 3. it is worthwhile noting the close relationship between total alkalinity and bicarbonate ion concentration (hco3 –), confirming that most of the alkalinity of these wells is owing to the presence of the hco3 – ion. another pattern observed is the relationship of similitude between sodium ion and tds content, indicating that this ion is the main responsible for the high tds values. additionally, the group of variables total hardness, calcium and magnesium are also very close in the loadings plot, thus implying that they are correlated. indeed, the definition of total hardness is intrinsically associated with the concentrations of divalent metal cations (harris, 2017). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 44 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 figure 4. plot of pca loadings of physicochemical parameters in the months of july and november. the correlation coefficient matrix between the physicochemical parameters evaluated is depicted in table 4. the data from the correlation matrix evidence the similarities between variables presented in the pca loading plot. there is a very significant correlation between the concentration of bicarbonate ions (hco3 –) and ta, reinforcing that this ion is the leading cause of the alkaline character of the samples. there are also strong positive correlations (r > 0.7) for the pairs co3 2– and ph, na+ and tds, corroborating the pca data. a strong correlation between the concentrations of calcium (ca2+) and magnesium (mg2+) ions with the total hardness was also observed, which agrees with the pca loading plot, emphasizing that the hardness is caused by the presence of multivalent metallic cations. this correlation also suggests the dissolution of calcite (caco3) and dolomite [camg(co3)2] in these aquifers, the main components of sedimentary rocks (celestino et al., 2018). similar findings were reported by charfi et al. (2013). table 4. correlation matrix for the physicochemical parameters evaluated. ta co3 2– hco3 – th mg2+ ca2+ cl– na+ k+ ph tds ta 1 co3 2– 0.5057 1 hco3 – 0.9997 0.4856 1 th –0.2287 –0.1955 –0.2265 1 mg2+ –0.1171 –0.0066 –0.1185 0.8397 1 ca2+ –0.2665 –0.3260 –0.2613 0.8222 0.3813 1 cl– –0.1126 –0.0369 –0.1131 0.3906 0.1721 0.4846 1 na+ –0.1816 0.1502 –0.1880 0.1407 0.0463 0.1910 0.4746 1 k+ –0.2342 –0.4922 –0.2242 0.2553 0.0124 0.4216 0.0960 0.4623 1 ph 0.0383 0.8060 0.0172 –0.0621 0.0927 –0.2030 0.0738 0.3757 –0.4316 1 tds –0.2125 0.1243 –0.2187 0.1858 0.0214 0.2939 0.5521 0.9709 0.4720 0.3589 1 the observed results can be explained from the geological aspects of the sedimentary basin of the rio do peixe, described by galvão et al. (2005), where the studied area is located, which is constituted by rocks of the precambrian crystalline complex. this group is predominantly made up of clayey rocks (claystones and shales), which resulted in the formation of thin layers of salts in the form of films (mainly ca2+, na+, k+ associated with hco3 – and co3 2–). figure 5 illustrates the dendrogram of the hca of the data from the wells collected during the dry season. according to ferreira (2015), the main purpose of hca is to gather samples in such a way that those belonging to the same group are more similar to each other than to samples from other groups. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 45 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 figure 5. hca dendrogram of the dry season for the sampled wells. figure 5 demonstrates some patterns of similarity between the samples. the wells 05, 11 and 10 present a high degree of similarity, as can be seen from the small relative distance between them in the dendrogram. this result implies that these samples have a uniform composition among themselves, which is corroborated by the pca scores plot (fig. 3), in which these wells are very close to each other. it is also noteworthy the high relative distance of the wells 08 and 04 in relation to the others, suggesting that the waters of these points have a very different composition from the other wells. this result can be confirmed through fig. 3. in relation to the other samples, from the analysis of the hca dendrogram, it is verified that they present a certain degree of similarity to each other. 4. conclusions the findings of this study revealed that the waters of the tubular wells in the urban area of the municipality of sousa have high levels of bicarbonate, chloride, and sodium ions, which also increases the values of total alkalinity and tds, thereby making the consumption of some samples unfeasible, and limiting the use of these waters only for domestic cleaning activities. pca showed that there was a change in the patterns between the analyzed periods, july, and november, which proves the influence of the rainy season on the recharge and water composition of these wells. the first four principal components explain 87.48% of the total variance of the data. pca also demonstrated that some parameters are well correlated, such as alkalinity, ph, hco3 – and co3 2–; total hardness, ca2+ and mg2+; tds, na+ and k+. the correlation matrix corroborates the pca data, showing the relationships between the physicochemical variables evaluated. hca confirmed the correlations between the samples, thus allowing to assess the degree of similarity between the composition of the wells and between the parameters evaluated. from the hca, it can be verified that the wells 04 and 08 have very different compositions from the others. a possible limitation of this work was the time interval used for data gathering, which was performed in a single year. collecting data over several years would provide a broader view of water quality and possibly provide other relationships between variables and wells in the multivariate analysis. in this context, it would also be possible to use supervised statistical analysis techniques, which use group discrimination criteria. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 original article revista.iq.unesp.br 46 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 37-47 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p37-47 authors’ contribution conceptualization: gadelha, a. j. f.; veras, g.; data curation: gadelha, a. j. f.; veras, g.; rocha, c. o.; formal analysis: gadelha, a. j. f.; veras, g.; rocha, c. o.; funding acquisition: not applicable; investigation: gomes, m. a.; gadelha, a. j. f.; methodology: gadelha, a. j. f.; veras, g.; gomes, m. a.; project administration: gadelha, a j. f.; resources: gadelha, a. j. f.; rocha, c. o.; software: not applicable; supervision: gadelha, a. j. f.; veras, g.; validation: gadelha, a. j. f.; veras, g.; visualization: gadelha, a. j. f.; veras, g. rocha, c. o.; writing – original draft: gadelha, a. j. f.; veras, g.; rocha, c. o.; gomes, m. a.; writing – review & editing: gadelha, a. j. f.; veras, g.; rocha, c. o. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 313579/2021-0 instituto nacional de ciência e tecnologia em ciências moleculares (inct-cimol). grant no: 406804/2022-2. acknowledgments not applicable. references baird, r. b.; eaton, a. d. & rice, e. w. 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2. electrochemical sensor; 3. uric acid; 4. fruit juice samples. section editors paulo clairmont feitosa lima gomes patricia hatsue suegama highlights novel gce/bi–ag nanosensor constructed for the individual detection of uric acid. sensor successfully applied for electroanalysis of fruit juices. nanomaterials of bi–agnps have highly dispersed active sites with high surface area. the nanosensor obtained a detection limit of 0.6 µmol/l (s/n = 3). gce/bi–ag nanosensor illustrates good repeatability and reproducibility. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 https://ror.org/056e9h402 https://ror.org/0039d5757 mailto:vsomerset@gmail.com mailto:cvanderhorst01@gmail.com mailto:ericsgil@gmail.com mailto:vsomerset@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9229-1957 https://orcid.org/0000-0001-9161-0127 https://orcid.org/0000-0001-8643-1853 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 eclet. quim. 49 | e-1497, 2024 issn 1678-4618 page 2/9 1. introduction uric acid (ua) or (2,6,8–trihydroxypurine) is in the human body the vital end product for the metabolism of purine and is present in blood serum and urine (erden and kilic, 2013; lakshmi et al., 2011). the correct levels of ua in blood samples are between 0.13 to 0.46 mm and in urine between 2.49 to 4.46 mm (huang et al., 2004; raj and ohsaka, 2001). an excess of ua in blood serum causes hypertension, gout, renal disease, and cardiovascular disease (choi et al., 2005; kanbay et al., 2016; papavasileiou et al., 2016; riches et al., 2009; wan et al., 2015), whereas low levels can cause parkinson's disease, optic disease, and alzheimer's disease (lakshmi et al., 2011; misra et al., 2013). so, the rapid determination of uric acid (ua) with high accuracy and sensitivity using low–cost sensors in serum, urine, fruit juices, and other food products with abnormal levels of ua. it will alert concerned persons to the abnormal levels of ua and take immediate action (therapy). medical check-ups always involve laboratory setup, bulky instrumentation, trained technicians, pre–treatment, and time do not meet this requirement. many analytical methods detect ua in different samples, such as chromatography (li et al., 2015; luo et al., 2013) and spectroscopy (boroumand et al., 2017). however, those methods require bulky instrumentation, harmful solvent, sample pre– treatment, skilled technicians, time, and cost. to overcome these drawbacks of conventional analytical methods, biosensors and electrochemical sensors have received much attention due to the advantages of high selectivity, sensitivity, and rapid response (raj and ohsaka, 2001). many reports have applied various types of modified electrodes in to analyse ua samples. these various types of modified electrodes include graphene nanocomposites (bai et al., 2017; yue et al., 2015; zhang et al., 2016), modified carbon paste electrodes (beitollahi and sheikhshoaie, 2011; ganesh et al., 2015), multi–walled carbon nanotubes (wayu et al., 2016), quantum dots (abbas et al., 2019), polymers (sadikoglu et al., 2012), and gold nanoparticles (ali et al., 2017). bai et al. (2017) described the fabrication of a biosensor for ua detection in urine samples that includes cationic poly(diallyldimethylammonium chloride) functionalized reduced graphene oxide and polyoxometalates clusters combined with anionic au nanoparticles. this biosensor has provided acceptable analytical features such as excellent linearity with a low detection limit. mahmoudian et al. (2019) synthesized α–fe2o3/polyaniline nanotube (pannts) composite to construct an electrochemical nanosensor for the determination of ua in urine samples. this sensor also showed good linearity with a low detection limit. the anti–interference of the nanosensor was good by adding interfering acids such as citric acid and ascorbic acid (aa). recently, fukuda et al. (2020) have exploited a thin film biosensor that consists of carboxymethylcellulose/ uricase dispersed gold/carbon nanotube for ua detection in blood and urine samples. the constructed biosensor exhibited a low limit of detection, wide linear range, and excellent sensitivity. this report is the first individual determination of ua with other biomolecules as interferences in commercial fruit juice samples by the electrochemical measurement with gce/bi–ag nanosensor. in literature, a research group synthesized novel bismuth– silver bimetallic nanoparticles and successfully applied them in the construction of an electrochemical nanosensor and a biosensor for the detection of platinum group metals (pgms) (van der horst, 2015; van der horst et al., 2015a; 2015b; 2016a; 2017a; 2018), aa (van der horst et al., 2016b; van der horst and somerset, 2022), and hydrogen peroxide (van der horst et al., 2017b), respectively. recently, they also used the gce/bi–agnps nanosensor in the individual and simultaneous detection of caffeine, aa, and paracetamol in pharmaceutical formulae (van der horst et al., 2020). these studies make the gce/bi–agnps nanosensor attractive for the individual determination of ua in commercial fruit juice samples. to date, there's no investigation reported for detecting ua in commercial fruit juice samples by the electrochemical method using bi–agnps drop coated onto a glassy carbon electrode. only aa detection in commercial fruit juice samples was reported in the literature (brainina et al., 2020; das and sharma, 2020). this investigation showcases that the gce/bi–agnps nanosensor exhibited good electrocatalytic activity towards ua detection in model solutions. this gce/bi–agnps nanosensor obtained a low detection limit, excellent selectivity, wide linearity range, and high sensitivity for the detection of ua. further, this fabricated nanosensor was utilized for ua determination with satisfactory results using commercial fruit juice samples. 2. experimental 2.1. materials this investigation used analytical–grade chemicals, and we didn't purify them further. bismuth–silver nanoparticles were prepared by adding (bi(no3)3) and agno3 to hno3 solution. citric acid was added to reduce the two salts to bi–agnps. we prepared phosphate buffer (pb) solutions by adding nah2po4 to na2hpo4, and we adjusted the ph with naoh and h3po4. ua's stock solutions were prepared by weakly dissolving ua in a freshly pb solution. throughout this investigation, the diluting of stock solutions in freshly pb (ph = 5.0) to prepare diluted standard solutions. 2.2. instrumentation we performed voltammetric measurements with an epsilon electrochemical analyzer (basi instruments, usa). the instrument was equipped with a conventional system of three electrodes, including a gce/bi–agnps fabricated by drop coating the bi–agnps on a 1.6 mm diameter basi disc gce, a platinum wire that acts as the auxiliary electrode, and an ag/agcl/kclsat. reference electrode, respectively. all experiments were performed at conditioned room temperature and in an electrochemical cell (20 ml). 2.3. working electrode preparation the bimetallic nanoparticles of bi–ag were synthesized based on the experimental procedure of our previous work (van der horst et al., 2015a). we fabricated the gce/bi–agnps nanosensor by polishing a bare gce in a water surrey consisting of alumina (al2o3) (1.0, 0.3, and 0.05 μm) using a polishing pad. we used deionized water to rinse the clean gce and ethanol with double distilled water for sonication. the bare gce was further cleaned using deoxygenated aqueous h2so4 (0.5 mol/l) in an electrochemical cell by applying cyclic voltammetry (cv) for 11 cycles at 100 mv/s scan rates to obtain a stable cv profile (silwana et al., 2016). ultrasonic vibrations were used to form a suspension by dispersed bimetallic bismuth–silver nanoparticles (bi–agnps) in deionized water. a small amount of bi–agnps was dropped onto a clean gce, resulting in an even bi–agnps film by drying it at ambient temperature. the dried modified gce/bi– agnps sensor was slightly rinsed with deionized water, and submerged in pb (ph = 5.0), and its reproducibility was increased by scanning it for 13 cycles (van der horst et al., 2016b). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 eclet. quim. 49 | e-1497, 2024 issn 1678-4618 page 3/9 2.4. preparation of commercial samples two commercial fruit juice samples (apple and orange) were obtained at a local supermarket and the preparation was done by filtering 100 ml of the fruit juice samples in a 250 ml erlenmeyer flask. the filtered fruit juice samples were diluted by taking 1 ml of filtered fruit juice samples in 9 ml 0.1 mol/l pb solution (ph = 5.0) in a 20 ml electrochemical cell. the diluted fruit juice samples were used for ua analysis using dpvs as the analysis mode (benjamin et al., 2015). 2.5. determination procedure of uric acid phosphate buffer solution aliquots (0.1 mol/l, ph 5.0) were transferred into an electrochemical cell. different differential pulse voltammograms were recorded by increasing concentrations from 5 to 80 µmol/l of ua in the aliquots. the cyclic voltammograms were obtained using a scan rate of 100 mv/s from −0.4 to +1.0 v (vs. ag/agcl) ranges. the parameters for the dpv analysis were 4 s pulse width and 50 mv pulse amplitude (benjamin et al., 2015; van der horst et al., 2016b). 3. results and discussion 3.1. electrochemical characterization of constructed sensor the electrochemical property studies of the gce/bi– agnps nanosensor were performed by using cyclic voltammetry (cv) and scan rates studies with [fe(cn)6]3–/4– solution as the electrochemistry probe. a transmission electron microscope was employed to determine the particle size of the bi–agnps with diameters between 10 and 25 nanometers in fig. 1a. the particle size distribution indicates that most nanoparticles were 10 and 15 nanometers (van der horst et al., 2015a). figure 1b illustrates that the modification with bi–agnps increases the peak currents of the clean gce. these phenomena may result from a large surface area and thus increase the electronic conductivity. these results illustrate that bi–agnps were deposited onto the clean gce surface by drop coating (fukuda et al., 2020; mahmoudian et al., 2019). curve (a) (in fig. 1b) of the clean gce demonstrates a pair of redox peaks with a 142 mv peak separation. figure 1. (a) tem image for bi–agnps; (b) curve a: cv curves of clean gce; curve b: gce/bi–agnps. furthermore, curve (b) (in fig. 1b) of the gce/bi–agnps showcases a very intense redox peak with an approximately 207 mv δep (∆ep = epa – epc; where epc and epa stands for cathodic and anodic peak potentials) value greater than the clean gce. these cathodic, anodic and separation peak potentials are illustrated in table 1. the more excellent δep value with more significant redox peak currents at the gce/bi–agnps nanosensor showcases the superior electron transfer kinetics and sizeable active area of the bi–agnps nanosensor surface. table 1. illustration of the epa, epc and ∆ep for clean gce and gce/bi–agnps. electrode epa (mv) epc (mv) ∆ep clean gce 368 226 142 gce/bi–agnps 318 111 207 the scan rate studies (fig. 2a) were employed to study the electron transfer kinetics of the modified gce/bi–agnps electrode and the clean gce (makombe et al., 2016). it is observed that with an increase in scan rate, the peak currents also increase along with the shifting of peak potential to greater values which is a result of the transfer of electrons between [fe(cn)6]3–/4– and the gce/bi–agnps nanosensor surface. this phenomenon results in better sensing behavior for the gce/bi–agnps nanosensor. in the calculation of the active surface area of the fabricated nanosensor, we used the randles–sevcik equation (eq. 1), 𝐼𝑝𝑎 = (2.69 𝑥 105)𝑛3/2𝐷1/2𝐶𝐴𝑣1/2 (1) where n stands for the number of electrons (n = 1), a represents the surface area of the gce/bi–agnps nanosensor, and c is the concentration of the redox probe (1 mmol/l), d stands for the diffusion coefficient, ipa stands for oxidation peak current, and ν is the scan rate (v s–1). we construct a profile of ipa versus the square root of the scan rate (ν1/2) in fig. 2b, the determined active surface area of the fabricated nanosensor was 0.150 cm2. this active surface area of the fabricated nanosensor is much greater than the surface area of the clean gce (0.070 cm2). the calculated result showcase that the nanoparticles of bi–ag result in a vast surface area of the working electrode. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 eclet. quim. 49 | e-1497, 2024 issn 1678-4618 page 4/9 figure 2. the study of scan rates of gce/bi–agnps in 0.1 m kcl containing 5.0 mmol/l [fe(cn)6]3–/4– in (a) the profile of ipa vs. square root of scan rates in (b). 3.2. effect of various phs on ua detection the ph value is significant in detecting ua and was optimized by measuring the dpv responses of the constructed nanosensor in 80 μmol/l ua concentration. this study exploited different ph ranges of pbs to investigate the influences of the oxidation of ua peak currents. we studied the effect of ph (0.1 mol/l pb) on the dpv determination of ua in the range of ph 4.0 to ph 8.0 (n = 3). figure 3a illustrates that the ph increases linearly between ph 4.0 and 5.0 and sharply declines from 5.0 to 8.0. the ph 5.0 has the highest anodic peak current responses, according to fig. 3a. in this study, ph 5.0 was chosen as the optimum ph and was exploited as the supporting electrolyte in all dpv measurements. figure 4 illustrates the solution dependence on ua electrooxidation on the bi–ag/gce nanosensor. the electrons and protons in this mechanism equally play their part in the oxidation of ua. figure 3. (a) ph optimization of 0.1 mol/l pbs; (b) curve a: cv curves for 80 µmol/l ua at clean gce; curve b: constructed nanosensor; (c) cyclic voltammograms for 80 µmol/l ua at gce/bi–agnps nanosensor in a 0.1 mol/l pbs (ph = 5.0) at scan rates of 20 to 160 mv s–1; (d) profile for peak current versus square root of scan rates. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 eclet. quim. 49 | e-1497, 2024 issn 1678-4618 page 5/9 figure 4. a mechanism for the electrochemical oxidation of ua. figure 3b, we compared the cv of the constructed nanosensor with the cv of clean gce using an 80 µmol/l ua solution. the constructed gce/bi–agnps nanosensor had a higher current response, showing that the electrochemical performance is excellent for ua sensing. the values of the anodic peak potential of ua at the gce/bi–agnps nanosensor are at about 440 mv. the chemically modified electrodes used to determine ua concentration also showed similar oxidation peak values (liu et al., 2019; makombe et al., 2016). 3.3 effect of scan rates on ua detection cyclic voltammetry was used for scan rate studies of 80 µmol/l ua at the fabricated nanosensor in a 0.1 mol/l pbs (ph = 5.0) using increasing scan rates. as showcased in fig. 3c, the anodic peak currents increase and shift to positive peak potentials with increasing scans of 20 to 160 mv s–1. the oxidation and reduction peak currents for ua at gce/bi–agnps nanosensor generated linear profiles with linear equations are shown in fig. 3d. we found that the oxidation peak currents versus the square root of the scan rate (√𝑣) obey linearity. the profile equation was expressed as ipa = 2.01 × 10–8 v1/2 (mv s–1) – 7.0 × 10–7 (r2 = 0.994) and ipc = 7.1 × 10–9 v1/2 (mv s–1) –3.62 × 10– 8 (r2 = 0.998). these equations suggest a diffusion–controlled process at the surface of the gce/bi–agnps sensor (sangamithirai et al., 2018). the profile of epa and epc versus ln v also showcase linearity with profile equations as epa = –5.09 × 10– 5 ln v +1.14 × 10–4 (r2 = 0.993) and epc = 4.63 × 10–5 ln v –4.13 × 10–5 (r2 = 0.996). we used laviron’s equations to calculate the electrochemical parameters such as n, α, and ks, which refer to the number of electrons transferred, the electron transfer coefficient, and the standard electron transfer rate constant (laviron, 1979). 𝐸𝑝𝑎 = 𝐸0′+2.3𝑅𝑇 (1−𝛼)𝑛𝐹 𝑙𝑜𝑔𝑣 (2) 𝐸𝑝𝑐 = 𝐸0′−2.3𝑅𝑇 𝛼𝑛𝐹 𝑙𝑜𝑔𝑣 (3) 𝑙𝑜𝑔𝑘𝑠 = 𝛼 log(1 − 𝛼) + (1 − 𝛼) log 𝛼 − 𝑙𝑜𝑔( 𝑅𝑇 𝑛𝐹𝑣 ) − (1−𝛼)𝛼𝑛𝐹∆𝐸𝑝 2.3𝑅𝑇 (4) we were applying eqs. 2 and 3, and the calculated values of n and α were reported as 2.1 and 0.87. then, from eq. 4, we calculated the value for ks to be 0.61 s–1. 3.4. dpv analysis of ua electrochemical measurements were recorded for ua in 80 µmol/l of ua model solutions at a gce/bi–agnps nanosensor, and clean gce using dpv are demonstrated in fig. 5a. oxidation peak currents that are well–defined were recorded for ua in both cases. for the gce/bi–agnps electrode higher peak current value was produced and observed in the voltammogram. as followed at the clean gce, the anodic peak potential of ua is recorded at +0.35 v (vs. ag/agcl), and at the fabricated nanosensor, the oxidation peak potential shifted to +0.39 v (vs. ag/agcl). the individual determination of ua at the fabricated nanosensor surface was investigated in a 0.1 mol/l pbs (ph 5.0) using dpv as the analytical mode. the ua oxidation peak currents in fig. 5b increase linearly with increasing concentrations of ua under optimal experimental conditions. the constructed profile showcases that ua's linear detection range is 5 to 80 µmol/l. the profile equation is illustrated by ipa (µa) = –2.63 × 10–8 cua (µmol/l) –1.59 × 10–6 with r2 of 0.9964 and showcases the linear relationship. the detection limit measured for ua using the gce/bi–agnps nanosensor is down to 0.6 µmol/l at s/n = 3 (lod = 3sb/q; where sb refers to the standard deviation of the blank and q is the slope of the linear plot). additionally, table 1 compares the linear range and the detection limit for the gce/bi–agnps nanosensor with other similar electrode materials. in table 2, we concluded that the gce/bi– agnps nanosensor performance is comparable to sensors modified by other electrode materials, including linear ranges and the detection limits (lods). 3.5 interference studies possible substances in samples of natural juices that might interfere in the determination of ua at the fabricated nanosensor surface were studied by adding different ions to a 0.1 mol/l pbs (ph = 5.0). for this study, ions that might interfere, such as aa, k+, na+, so4 2–, and caf, were added to an equal amount of 40 µmol/l ua, and the sensor was immersed in the mixed solution. according to the results in fig. 6a, aa and caf did not show interference in the determination of ua in the presence of these interfering ions. in contrast, k+ and na+ showed interference in the determination of ua in the presence of these two positive interfering ions. the anodic peak current for k+ and na+ was significantly lower than that of aa and caf. the same trend was observed for so4 2– anodic peak currents, showing that these ions interfere in ua's determination, indicating that this electrochemical sensor has reasonable specificity towards ua. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 eclet. quim. 49 | e-1497, 2024 issn 1678-4618 page 6/9 figure 5. (a) curve a: dpv results of the clean gce; curve b: versus the fabricated nanosensor, both in 80 µmol/l ua solution were illustrated; (b) the dpv results of 0.1 mol/l pbs (ph = 5.0) containing increasing concentrations of ua and (inset) the corresponding profile for ua analysis. figure 6. (a) interference test of ua in the presence of aa, caf, k+, na+, and so4 2– that might interfere at a gce/bi–agnps nanosensor surface; (b) stability tests of gce/bi–agnps nanosensor. 3.6. effect of repeatability and stability the repeatability, storage stability, and reproducibility of the gce/bi–agnps nanosensor were studied using the dpv measurements in 0.1 mol/l pb (ph = 5.0) containing 40 µmol/l of ua. for the storage stability study (fig. 6b), the sensitivity of the fabricated sensor was measured over eight days under ambient temperature. after eight days, the nanosensor produced an anodic peak current with a slight decrease in the current response. a response current of 80% was observed after eight days. therefore, the stability results in fig. 6b of the fabricated nanosensor were good enough and resulted in continual operation. in the case of repeatability in fig. 7a, ten repetitive measurements were recorded using the same electrode with a relative standard deviation (rsd) of 3.22%. the reproducibility was also studied using six independent measurements with six different sensors constructed under similar conditions. the results obtained for the reproducibility test display a good rsd of 3.80% and are shown in fig. 7b. the results (fig. 6b and 7) indicate that the fabricated nanosensor has excellent reproducibility, repeatability, and storage stability for ua detection. figure 7. (a) illustrates the repeatability analysis of gce/bi– agnps nanosensor for ten repeated measurements; (b) the reproducibility analysis of gce/bi–agnps nanosensor for six separate electrodes. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 eclet. quim. 49 | e-1497, 2024 issn 1678-4618 page 7/9 table 2. illustration of the various sensors used that contain different nanomaterials in the determination of ua. materials linear ranges (µmol/l) lod (µmol/l) references pedot/au nps 1.5–150 0.08 ali et al., 2017 cnco 2.0–110 0.83 liu et al., 2019 ptni@mos2 0.5–600 0.1 ma et al., 2019 ta/ni 1.0–1400 0.1 zhao et al., 2019 a–fe2o3/pan (nts) 0.01–5.0 0.038 mahmoudian et al., 2019 au1pt2nps/s–ns–gr 1–1000 0.038 zhang et al., 2018 hnp–auag 5–425 1.0 hou et al., 2016 ergo/pedot:pss 10–100 1.08 wang et al., 2022 2d g–c3n4/wo3 0.01–900 0.0022 rajesh et al., 2022 bi–agnps 5–80 µm 0.6 this study 3.7. actual samples analysis the developed gce/bi–ag nanosensor was practically exploited for the electrochemical analysis of ua in some natural fruit juice samples by using a standard addition method. firstly, the actual samples of fruit juices were diluted ten times with 0.1 mol/l pbs (ph 5.0). this procedure was applied before the detection of ua to decrease the matrix effect without any other treatment. after diluting, we added known quantities of standard ua to the natural fruit juice samples, and recoveries were determined. we also used eq. 5 for the estimated recovery values of the spiked ua samples. % recoveries = ci × co/cx × 100 (5) where ci refers to the ua concentration experimentally obtained, co stands for the unspoked fruit juice samples, and cx refers to the spiked concentration of ua in the fruit juice samples. in table 3, the dpv results are illustrated, showing good recoveries ranging from 98.9% to 105.1% (n = 3) and the rsds ranging from 2.1% to 3.2% for apple juice. in the case of orange juice, the spiked ua sample recoveries ranged from 102% to 109%, with rsds of 1.89% to 2.76%. the good recoveries for ua indicated the potential usefulness of the gce/bi–ag nanosensor for the practical determination of ua in actual samples. these recovery results suggest that the electrochemical procedure has great potential for accurate, sensitive, easy, and fast detection of ua in natural fruit juice samples. table 3. analysis of ua in actual fruit juice samples (n = 3) using gce/bi–ag nanosensor. sample added (µmol/l) found (µmol/l) recovery (%) rsd (%) apple juice 10 10.4 104 2.1 20 19.78 98.9 2.5 30 31.53 105.1 3.2 orange juice 10 10.9 109 1.89 20 20.7 103.5 2.76 30 30.6 102 2.03 4. conclusions in summary, we have constructed an electrochemical procedure using for the first time a gce/bi–ag nanosensor for the individual detection of ua in actual samples of fruit juices. the results obtained in this investigation conclude that the bi–agnps have highly dispersed active sites with high surface area. these properties displayed higher peak currents for the fabricated nanosensor in contrast with the clean gce. this phenomenon is due to enhanced electrocatalytic activity toward the oxidation of ua in model standard solutions. at the surface of the fabricated nanosensor well, distinct peaks for ua analysis were recorded with good linear regression responses of the currents for the oxidation peak. the nanosensor obtained a detection limit of 0.6 µmol/l with an r² = 0.999 for ua detection. moreover, the gce/bi–ag nanosensor brought good reproducibility, repeatability and stability, excellent anti–interference ability, and satisfied recoveries for the ua detection in actual samples. authors’ contributions conceptualization: charlton van der horst; vernon somerset; data curation: charlton van der horst; vernon somerset; formal analysis: charlton van der horst; vernon somerset; funding acquisition: vernon somerset; investigation: charlton van der horst; vernon somerset; methodology: charlton van der horst; vernon somerset; eric de souza gil; project administration: vernon somerset; resources: vernon somerset; software: not applicable; supervision: vernon somerset; validation: eric de souza gil; visualization: charlton van der horst; vernon somerset; eric de souza gil; writing – original draft: charlton van der horst; vernon somerset; writing – review & editing: charlton van der horst; vernon somerset; eric de souza gil. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments the authors acknowledge the laboratory infrastructure and administrative support provided by the cape peninsula university of technology (cput). the collaboration with the universidade federal de goiás, brazil research laboratories is greatly acknowledged. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 eclet. quim. 49 | e-1497, 2024 issn 1678-4618 page 8/9 references abbas, m. w.; soomro, r. a.; kalwar, n. h.; zahoor, m.; avci, a.; pehlivan, e.; hallam, k. r.; willander, m. carbon quantum dot coated fe3o4 hybrid composites for sensitive electrochemical detection of uric acid. microchem. j. 2019, 146, 517. https://doi.org/10.1016/j.microc.2019.01.034 ali, a.; jamal, r.; abdiryim, t.; huang, x. synthesis of monodispersed pedot/au hollow nanospheres and its application for electrochemical determination of dopamine and uric acid. j. electroanal. chem. 2017, 787, 110. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.01.051 bai, z.; zhou, c.; xu, h.; wang, g.; pang, h.; ma, h. polyoxometalatesdoped au nanoparticles and reduced grapheneoxide: a new material for the detection of uric acid in urine. sens. actuators b. 2017, 243, 361. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.11.159 beitollahi, h.; sheikhshoaie, i. electrocatalytic and simultaneous 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sadikoglu, m.; taskin, g.; demirtas, f. g.; selvi, b.; barut, m. voltammetric determination of uric acid on poly(p-aminobenzene sulfonic acid)-modified glassy carbon electrode. int. j. electrochem. sci. 2012, 7 (11), 11550–11557. sangamithirai, d.; munusamy, s.; narayanan, v.; stephen, a. a voltammetric biosensor based on poly(o-methoxyaniline)-gold nanocomposite modified electrode for the simultaneous determination of dopamine and folic acid. mater sci. eng. c. 2018, 91, 512–523. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.05.070 silwana, b.; van der horst, c.; iwuoha, e.; somerset, v. reduced graphene oxide impregnated antimony nanoparticle sensor for electroanalysis of platinum group metals. electroanalysis. 2016, 28 (7), 1597–1607. https://doi.org/10.1002/elan.201501071 tadesse, y.; tadese, a.; saini, r. c.; pal, r. cyclic voltammetric investigation of caffeine at anthraquinone modified carbon paste electrode. int j. electrochem. 2013, 2013, 1–7. https://doi.org/10.1155/2013/849327 van der horst, c. development of a bismuth-silver nanofilm sensor for the determination of platinum group metals in environmental samples. phd’s thesis, university of the western cape: bellville, south africa, 2015. van der horst, c.; silwana, b.; iwuoha, e.; somerset, v. synthesis and characterisation of bismuth-silver bimetallic nanoparticles for electrochemical sensor applications. anal. lett. 2015a, 48, 1311–1332. https://doi.org/10.1080/00032719.2014.979357 van der horst, c.; silwana, b.; iwuoha, e.; somerset, v. bismuth-silver bimetallic nanosensor application for the voltammetric analysis of dust and soil samples. j. electroanal. chem. 2015b, 752, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2015.06.001 van der horst, c.; silwana, b.; iwuoha, e.; somerset, v. application of a bismuth-silver nanosensor for the simultaneous determination of pt-rh and pd-rh complexes. j. nano res. 2016a, 44, 126–133. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/jnanor.44.126 van der horst, c.; silwana, b.; 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enhanced sensitivity for simultaneous electrochemical detection of ascorbic acid, dopamine and uric acid. sens. actuators b. 2016, 227, 488–496. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.12.073 zhao, m.; zhao, j.; qin, l.; jia, h.; liu, s. synthesis of ta/ni microcavity array film for highly sensitive uric acid detection. j. electroanal. chem. 2019, 834, 86–93. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2018.12.053 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 https://doi.org/10.1093/hmg/ddp369 https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.05.070 https://doi.org/10.1002/elan.201501071 https://doi.org/10.1155/2013/849327 https://doi.org/10.1080/00032719.2014.979357 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2015.06.001 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/jnanor.44.126 https://doi.org/10.1007/s12161-016-0444-3 https://doi.org/10.5772/68132 https://doi.org/10.1016/j.protcy.2017.04.077 https://doi.org/10.3390/environments5110120 https://doi.org/10.1002/elan.202060389 https://doi.org/10.1134/s102319352205010x 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........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 5 instructions for authors .......................................................................... 6 short review secondary metabolites and pharmacological potential of thuja orientalis and t. occidentalis: a short review ..................................................................................................................... 17 maria eduarda tech, cássia gonçalves magalhães, sidney augusto vieira filho original articles biological evaluation of selected metronidazole derivatives as anti-nitroreductase via in silico approach............................................................................................................................... 27 moriam dasola adeoye, abel kolawole oyebamiji, mojeed ayoola ashiru, rasheed adewale adigun, olabisi hadijat olalere, banjo semire experimental, dft, molecular docking and in silico admet studies of cadmiumbenzenetricarboxylates ........................................................................................................ 37 enyi inah bassey, terkumbur emmanuel gber, edison esther ekpenyong, henry okon edet, innocent benjamin, imabasi tom ita structural effect on the charge transfer and on the internal reorganization energy: computational study ............................................................................................................ 55 mohamed jabha, abdelah el alaoui, abdellah jarid, el houssine mabrouk https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica eclet. quim. 50 | e-1507, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 issn 1678-4618 page 1/7 1university of technology malaysia, school of education, johor, malaysia. 2state university of malang, faculty of mathematics and science, malang, indonesia. +corresponding author: nur candra eka setiawan, phone: +6287859770226, email address: nur.setiawan.fmipa@um.ac.id original article, education in chemistry and correlated areas the creativity of chemistry education students in the digital age nur candra eka setiawan1,2+ , herunata herunata2 , mohd shafie rosli1 abstract the creativity of chemistry education students in the digital era is an exciting topic for discussion, given the critical role of creativity in developing innovations for prospective chemistry teachers. this study explores the creativity of chemistry education students in the digital era. the research method used is descriptive qualitative with data collection techniques through learning with hypothetical deductive learning cycle models, interviews, and observations. the research participants consisted of twenty-nine fifth-semester chemistry education students. the results showed that 70% of chemistry education students were in the creative category, and 30% were in the moderately creative category. this study provides essential information about the creativity of chemistry education students in facing the digital era, as well as challenges and opportunities that must be considered in the development of chemical education innovations in the digital era. article history received july 17, 2024 accepted september 03, 2024 published march 29, 2025 keywords 1. creativity; 2. digital technology; 3. digital era. section editors natany dayani de souza assai highlights hdlc model with digital integration enhances chemistry students’ creativity. ⁠ 70% of students exhibit high creativity through project-based digital learning. student-created digital products are registered for intellectual property rights. ar, virtual labs, and multimedia tools improve understanding of chemical concepts. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 https://ror.org/026w31v75 https://ror.org/00ypgyy34 mailto:nur.setiawan.fmipa@um.ac.id mailto:nur.setiawan.fmipa@um.ac.id mailto:herunata.fmipa@um.ac.id mailto:shafierosli@utm.my https://orcid.org/0000-0002-7870-090x https://orcid.org/0000-0003-0146-1784 https://orcid.org/0000-0002-4569-6369 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 issn 1678-4618 page 2/7 1. introduction in an ever-evolving educational landscape, the digital era’s emergence has significantly changed how students learn and educators teach (wilcox et al., 2017). with the rapid integration of technology into the classroom, the dynamics of knowledge acquisition have been reshaped, leading to new challenges and opportunities for creativity across multiple disciplines (afrianto, 2018). among these disciplines, chemistry education is an essential field of study, as it is essential in nurturing the next generation of scientific minds and problem solvers (pagliaro, 2019). as the world becomes increasingly interconnected and dependent on digital tools, students’ demand for creative problemsolving skills is increasing (astuti et al., 2019; setiawan et al., 2023). as we study creatives, we must recognize that creativity is not limited to artistic expression. creativity refers to generating new ideas, solutions, and perspectives in the educational context, fostering critical thinking and innovation (oppert et al., 2023). today, these creative ideas are increasingly intertwined with digital tools and technologies, influencing the way chemistry is taught and understood (pont-niclòs et al., 2023). the tendency of students who studied from home for two years due to the covid19 pandemic changed their learning chemistry (setiawan and rosli, 2022). students are used to learning from home with a learning management system provided by education providers (setiawan and rosli, 2023). however, the measurement of student creativity is rarely carried out due to the limited instruments and measurement methods used (haviz et al., 2020). the study of measuring students’ creative abilities in the digital era is essential because digital transformation affects how students create and learn (oppert et al., 2023). this measure helps understand the role of technology in the creative process, identify students’ creative potential, and improve their creative skills. in addition, the results of this measurement help refine the curriculum and encourage educators to create innovative learning environments (akib and muhsin, 2019). this is important to prepare students to face future challenges that are increasingly complex in technological developments (yang et al., 2021). thus, measuring creativity in the digital era is essential for creating a generation of creative students ready to face changing times (redhana, 2019). relevant learning models can optimize creativity (weng et al., 2022). one such model is the hypothetical deductive learning cycle (hdlc), which can be adopted with abstract, concrete, and algorithmic chemical concepts (lawson, 1995). the hdlc learning model is very flexible and can be applied according to technological developments and coupled with existing digital platforms (setiawan, 2017). the digital age has ushered in an era of limitless possibilities for teaching and learning. modern educational institutions integrate multiple digital platforms, software applications, and interactive learning environments to engage students innovatively (afrianto, 2018; turiman et al., 2012). chemistry education has also undergone a paradigm shift, with instructors utilizing digital simulations, augmented reality, online labs, and collaborative platforms to deliver engaging and interactive lessons (khery et al., 2020; setiawan et al., 2020). consequently, students are encouraged to adopt a creative approach to their learning, connecting abstract concepts and realworld applications (lópez, 2022). this study aims to determine the digital era’s impact on chemistry education students’ creativity. by examining the creative abilities of chemistry education students, we seek to identify ways in which these resources influence students’ creative thinking processes, problem-solving abilities, and overall academic performance. in addition, we will explore the challenges and barriers that may arise when integrating technology into the teaching of chemistry education and potential strategies to overcome these obstacles. the findings of this study have significant implications for educators and policymakers. by understanding how the digital age influences the creativity of chemistry education students, educators can adapt their teaching methodologies to nurture students’ creative potential better. policymakers can also use this insight to develop practical guidelines for integrating digital technologies into curricula, ensuring that technology is a catalyst for creativity rather than a distraction. 2. experimental this research is descriptive and uses qualitative methods. learning occurs face-to-face and online using a learning management system (lms). the lms has arranged learning videos, modules, virtual discussion forums, virtual meeting links, and quizzes. all student activities are fully documented in the lms. the learning method applied is a hypothetical deductive learning cycle of five phases (lawson, 1995; setiawan, 2017). the research was conducted for five months at the end of 2022 at a public university in indonesia. twenty-nine undergraduate chemistry education students who took the school chemistry laboratory management program in their fifth semester participated in this study. the data collected includes questionnaires, interviews, and learning achievement. at the end of the semester, students voluntarily filled out a questionnaire about their opinion of the course, and all students answered the questionnaire. the questionnaire consists of 9 items with a likert scale of five, from strongly agree to disagree strongly. the question focuses on the participants’ views of their interests during lectures. the interviews were deliberately structured to complement the findings in the questionnaire. interview participants were selected to represent variations in responses from the questionnaire (nida et al., 2020). the interview was conducted for 15-20 minutes. it was recorded, transcribed, and qualitatively analyzed (nida et al., 2021). all interview excerpts are translated from indonesian. data is provided by participants voluntarily and handled anonymously. collecting and handling data complies with legal requirements for empirical research ethics with humans in relevant departments. the dean of the faculty granted permission to use the data. 3. results and discussion several factors should be considered in designing the right teaching approach for information and communication technology (ict) based learning design courses. one way is to evaluate the appropriate pedagogical model. among the various learning theories, the hdlc is considered the most appropriate approach to apply in learning in this class. hdlc illustrates that students actively manage the information they acquire and rearrange it to acquire and retain new knowledge. in addition, this approach emphasizes the idea that students can further develop knowledge by building on previous information and experience through a series of different activities and assessments (barnard et al., 2009; shetu et al., 2021). in the hdlc learning model, new information is presented in a way that connects and builds on previous concepts. discussions on technical topics, practical applications, or problems related to ict-based learning designs are held interactively. assessments are given to test students’ https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 issn 1678-4618 page 3/7 understanding and problem-solving skills. these strategies provide effective learning because this method emphasizes the most relevant and applicable learning concepts in the digital era. creativity is an essential aspect of the 21st-century learning approach. in this context, negovan et al. (2015) found that students in face-to-face and distance learning highly perceive learning as understanding, which includes increasing memory and knowledge and applying what is already known. the hdlc learning model applied in the ict-based learning design course supports the development of students’ creative abilities because it allows them to connect new information with previous experiences and face challenges in designing innovative learning according to the demands of the times. thus, the hdlc strategy applied in this lecture aims to maximize students’ role in the learning process and equip them with critical, creative abilities in dealing with the complexity of problems in the 21st century. the ict-based learning design course was held face-toface for the first time after the covid-19 pandemic, which hit the world for about two years. based on fig. 1, twenty-nine students taking this course are fifth-semester chemistry students, dominated by female students. lectures are held for 16 weeks, and lessons use the hdlc learning model. in addition to face-to-face lectures, learning also uses a learning management system provided by the university. utilizing this lms provides an advantage for educators to monitor the learning process of students in real-time (setiawan and rosli, 2023). figure 1. gender of participants. source: elaborated by the authors. based on fig. 2, student learning achievement for one semester following an ict-based learning design course is good. as many as 14% of students got b+, 41% of students got a-, and 45% of students got a. learning achievement is obtained from discussion scores, presentation scores, and project exams, with a weighting of 30% for discussion scores, 30% for presentation scores, and 40% for project exams. figure 2. learning achievement. source: elaborated by the authors. most students (72%) agree and strongly agree with groupings in class. grouping is done randomly, hoping that students can exchange opinions and help each other in this lecture. only 10% of students disagree with this grouping. the results of the interviews revealed that there needed to be a better match in working together in groups. typical examples were: “i have invited group mates to discuss problems in making digital products, but group mates gave a slow response, so i did it myself.”; “my group mates are too busy with activities outside the campus, so it is difficult for us to discuss.” based on fig. 3, most students (69%) like learning with the hdlc model, and only 7% of students do not like it. almost all participants (90%) stated that their creativity had increased in this lecture, and 86% of students stated that they were satisfied with the results of the products that had been made. this is supported by interview data collected at the end of the course. the analysis results show that most students stated that the part they liked the most was the project of making digital media and product presentations. a typical example is: “i learned a lot about making digital media... in completing the project, i learned how to make moving image animations about abstract chemical concepts and create a website that looks attractive and can be integrated with smartphones. this is a new thing for me, who incidentally is a chemistry education student.”; “i like the product presentation session where each group presents their best work and shows the creativity of each group... this gives me ideas to develop the products i have made.” (setiawan, 2017) states that hdlc learning allows students to explore the potential within them. the hdlc phase allow teachers to direct students in learning concepts (lawson, 1995). this positively impacts student learning outcomes in the ict-based learning design course. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 issn 1678-4618 page 4/7 figure 3. students’ experiences (n=29). source: elaborated by the authors. during the lecture, students explained the learning objectives and class activities using the hdlc learning model. the lesson plan proposed by (setiawan, 2017) is similar in several ways. the new feature implemented in this unit is an integrated lms recorded on a university server. students carry out learning activities in sixteen meetings, eight of which are asynchronous and eight synchronous, with an asynchronous time of 100 minutes each. the process of these activities can be seen in fig. 4. figure 4. students’ experiences. source: elaborated by the authors. students are asked to pay attention to the videos prepared in the lms at the engagement stage. students are asked to work in groups and discuss videos about problems in chemistry education in indonesia. from the video, they were asked to identify the advantages and disadvantages of learning chemistry in indonesia. groups that have obtained the advantages and disadvantages of learning chemistry are asked to determine the parts that must be by the regulations and solutions that apply to these problems. in the exploration phase, the results of group discussions were responded to by other groups in online discussion forums (chat). each group will argue with each other about the concepts they understand. the group will test the hypothesis and try to solve the problem by making digital learning media. in this phase, student creativity will be optimized because they must be able to create digital learning media that are in line with current developments. at the explanation stage, each group tested digital learning media on a respondent, so they knew the advantages and disadvantages of digital media products. this data will be used to revise digital media products. at this stage, the lecturer provides reinforcement and synchronization of the concept of chemistry learning media. each group presents digital learning media products in class in the elaboration phase. this is where creativity between groups will be pitted. the digital media products offered will be discussed in class, and suggestions for further development will be obtained. the last phase is the evaluation phase, where the lecturer will assess the product through presentations and interviews (table 1). the evaluation criteria are product authenticity, accuracy of chemical concepts, suitability of digital media, and fluency and flexibility in discussions. from the learning results presented in fig. 5, it is known that students’ presentation abilities show promising results. the digital media products are of good quality, and all digital media products are registered to obtain intellectual property rights (ipr). figure 6 shows that 70% of students have creativity criteria, and only 30% have creative enough criteria. the interviews showed that the students enjoyed the lectures and felt facilitated by them so that their creativity could develop optimally. one example: “i feel happy with this lecture because i can create a digital application that can be useful for learning. besides that, this application can be widely marketed and gain profit for the developer. my creativity is maximized in designing the application so that readers do not get bored looking at the application; there are many challenges in developing the digital media that i make, so my creativity is tested to give maximum results”. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 issn 1678-4618 page 5/7 table 1. hdlc in ict-based learning design courses. phase description activities creativity engagement arouse students’ initial understanding and study problems in the world of chemistry education • the lecturer pointed out the problems faced in education, namely the problem of students’ difficulties in learning chemistry. • students make temporary guesses or hypotheses on existing problems. • students look for solutions to problems set in their groups. • be creative in solving the problems presented in the video exploration problem-solving exploration • students design a problem-solving design according to the problems set by the group. • the study of making digital media suitable for each group. • make digital media according to the design that has been made. • creative in designing problem solving explanation apply the product that has been made • digital media was tested on one respondent, and feedback was received for further improvement and development. • digital media is improved according to the suggestions of the respondents. • creative in digital media application elaboration got a question? get connected and participate in classes. • presentations made in class. • discussion of the advantages and disadvantages of digital media. • making videos for digital media products. • manufacture of manuals for digital media products. • creative in making digital media product videos evaluation assess your understanding of the problems uploaded through the exam • the assessment was conducted by interviewing the results of making digital learning media products. • creative in making digital media source: elaborated by the authors. figure 5. scores of presentation, product and creativity assessment results. source: elaborated by the authors. figure 6. percentage of creativity. source: elaborated by the authors. in the explain phase, there are limited trial activities for respondents. this is a new activity for chemistry education students because the product is directly tested on respondents. this experience makes students develop quality products. the results of the interviews show that with this provision in place, they prepare digital media seriously for fear of disappointing the respondents. an example of an interview result: “i prepared this extra better because i was worried that the respondent would reproach me if the product were bad.” the elaboration phase requires groups to present digital media products in front of the class. this stage is the stage that students look forward to the most because they can present their product results in front of the class by showing videos of digital media products. students’ creativity in making videos of digital media products is dominant in this phase. the final phase is evaluation; in this stage, students present the final product to the lecturer. the presentation includes product videos, digital media products, manuals, and a statement letter for filing intellectual property rights regarding digital media products. research has demonstrated that learning in this manner can be remarkably advantageous for students, as it has been shown to amplify their creativity (williamson et al., 2015). students can foster their creative aptitude by furnishing a properly conditioned learning environment (ojha, 2016; tubb et al., 2020). notably, digital learning media products have been found to impact student creativity significantly, as evidenced in fig. 7. embracing this form of learning can unlock each student’s creative potential to its fullest extent (thompson, 2017). figure 7. digital learning media products. source: elaborated by the authors. 4. conclusions this research provides insight into the intersection between technology and creativity in the context of chemistry education that is developing in the 21st century. the results showed that 70% of chemistry education students had creative criteria, while 30% https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1507 issn 1678-4618 page 6/7 had creative enough criteria. through the integration of technology and the development of creativity, students are expected to be able to develop competencies that are relevant to the times, support scientific progress, and contribute to solving complex problems faced by global society. authors’ contribution conceptualization: nur candra eka setiawan; data curation: nur candra eka setiawan; formal analysis: nur candra eka setiawan; funding acquisition: nur candra eka setiawan; investigation: nur candra eka setiawan; methodology: nur candra eka setiawan; project administration: nur candra eka setiawan; resources: nur candra eka setiawan; software: herunata herunata; supervision: mohd shafie rosli; validation: herunata herunata; visualization: nur candra eka setiawan; writing – original draft: nur candra eka setiawan; writing – review & editing: nur candra eka setiawan data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references 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prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4291-5199 prof. mário antônio alves da cunha, federal technological university of paraná, department of chemistry, pato branco, brazil. https://orcid.org/0000-0002-1589-7311 prof. michelle jakeline cunha rezende, federal university of rio de janeiro, institute of chemistry, rio de janeiro, brazil. https://orcid.org/0000-0002-8282-6636 prof. natany dayani de souza assai, fluminense federal university, institute of exact sciences, volta redonda, brazil. https://orcid.org/0000-0002-0851-9187 prof. natanael de carvalho costa, federal university of rio de janeiro, institute of physics, rio de janeiro, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4285-4672 prof. nuria cinca, polytechnic university of catalunya, hyperion materials & technologies, martorelles, barcelona, spain. https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 prof. omayra beatriz ferreiro balbuena, national university of asunción, faculty of chemical sciences, asunción, paraguay. https://orcid.org/0000-0001-8449-1297 prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil. http://orcid.org/0000-0001-9421-8454 prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. http://orcid.org/0000-0002-4837-6352 prof. rogéria rocha gonçalves, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil. https://orcid.org/0000-0001-5540-7690 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 https://orcid.org/0000-0002-2896-4392 https://orcid.org/0000-0003-4476-2309 https://orcid.org/0000-0001-6489-9201 https://orcid.org/0000-0001-8985-478x https://orcid.org/0000-0002-4517-0105 https://orcid.org/0000-0002-3698-4772 https://orcid.org/0000-0003-4291-5199 https://orcid.org/0000-0002-1589-7311 https://orcid.org/0000-0002-8282-6636 https://orcid.org/0000-0002-0851-9187 https://orcid.org/0000-0003-4285-4672 https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 https://orcid.org/0000-0001-8449-1297 http://orcid.org/0000-0001-9421-8454 http://orcid.org/0000-0002-4837-6352 https://orcid.org/0000-0001-5540-7690 editorial team revista.iq.unesp.br editorial advisory board prof. adalgisa rodrigues de andrade, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil. https://orcid.org/0000-0002-4121-0384 prof. angela cabezas da rosa, technological university, south center regional technological institute, durazno, uruguay. https://orcid.org/0000-0001-5460-019x prof. camila silveira da silva, federal university of paraná, department of chemistry, curitiba, brazil. https://orcid.org/0000-0002-6261-1662 prof. josé antónio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal. https://orcid.org/0000-0002-3950-528x prof. juan carlos moreno-piraján, university of los andes, faculty of sciences, bogotá, colombia. https://orcid.org/0000-0001-9880-4696 prof. lauro tatsuo kubota, university of campinas, institute of chemistry, campinas, brazil. https://orcid.org/0000-0001-8189-2618 prof. luis frederico pinheiro dick, federal university of rio grande do sul, porto alegre, brazil. ttps://orcid.org/0000-0002-9896-6318 prof. maría isabel pividori gugo, university autòma of barcelona, barcelona, spain. https://orcid.org/0000-00025266-7873 prof. maría fátima yubero de servián, national university of asunción, faculty of chemical sciences, asunción, paraguay. https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 prof. marília oliveira fonseca goulart, federal university of alagoas, institute of chemistry and biotechnology, maceió, brazil. https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil. https://orcid.org/00000002-3315-2129 prof. shelley dawn minteer, university of utah, department of chemistry, salt lake city, usa. http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://orcid.org/0000-0002-4121-0384 https://orcid.org/0000-0001-5460-019x https://orcid.org/0000-0002-6261-1662 https://orcid.org/0000-0002-3950-528x https://orcid.org/0000-0001-8189-2618 https://orcid.org/0000-0002-9896-6318 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 mailto:digite@ctrlk.com.br summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 2 | 2021 | summary editorial board ...................................................................................................... 3 editorial ................................................................................................................... 4 database ................................................................................................................... 5 instructions for authors ................................................................................... 6 original articles phytochemical and antibacterial investigation of moringa oleifera seed: experimental and computational approaches ...................................................................................................................... 17 sunday adewale akintelu, aderonke similoluwa folorunso, abel kolawole oyebamiji chemical, spectroscopic characterization, molecular modeling and antibacterial activity assays of a silver (i) complex with succinic acid ................................................................................................ 26 josé alberto paris junior, ana júlia salvador rocchi, bruno torquato biagioni, maurício cavicchioli, rachel temperani amaral machado, fernando rogério pavan, pedro paulo corbi, wilton rogério lustri, douglas henrique pereira, antonio carlos massabni nitrogen, phosphorous and potassium polymeric microparticles: application and validation of analytical methods for determination of a promising fertilizer ............................................................ 36 júnior olair chagas, josé messias gomes, júlia helena valadares rodrigues, isabela cristina de matos cunha, nathalie ferreira silva de melo, gilmare antônia da silva, fabiana aparecida lobo heterogeneous photodegradation of bisphenol a and ecotoxicological evaluation post treatment .. 48 bianca veloso goulart, patrícia maralyne lopes lisboa fagundes, amanda rosa peres, alessandra carolina da costa, ana lúcia fonseca, márcia matiko kondo, sandro josé de andrade ultrasound-assisted extraction for the determination of α-linolenic and linoleic acid in vegetable oils by high performance liquid chromatography ......................................................................................... 57 elvis gilmar gonzales-condori, rosa alvarez-gonzales, stamber alvaro ramírez-revilla http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 4 | 2023 | instructions for authors before you submit 1. check eclet. quim.’s focus and scope eclética química is a peer-reviewed quarterly publication supported by institute of chemistry of são paulo state university (unesp). it publishes original researches as articles, reviews and short reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. manuscript originating from scientific initiation, course completion monographs, dissertations or phd thesis already deposited in universities’ repositories is accepted without considering it a violation of the journal's rules. eclética química also accepts preprints. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quim. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. two corresponding authors for an article may be accepted provided both have equivalent contribution to the article, being one of them permanent in the institution. b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quim. must be obtained before being cited. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. quim. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions: of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. is also published in another journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author and your contact phone number. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx, phone: +xx xxxxxxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx, phone: +xx xxxxxxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/8 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 3. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 4. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 5. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 6. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associate with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english are accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). appendix should be included at the end of the main text of the manuscript. supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/7 author guidelines revista.iq.unesp.br title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. 3 to 5 keywords should be added. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associate with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/9 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the journal will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. within the cited information: one author: finnegan (2004) states that the primary structure of this enzyme has also been determined. two authors: finnegan and roman (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. three or more authors: finnegan et al. (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. preprint reference: finnegan et al. (2004, preprint) state that the structure of this enzyme has also been determined. at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). preprint reference: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004, preprint). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015. book chapter hammond, c. crystal symmetry. in the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015; pp 99−134. book with editors mom the chemistry professor: personal accounts and advice from chemistry professors who are mothers, 2nd ed.; woznack, k., charlebois, a., cole, r. s., marzabadi, c. h., webster, g., eds.; springer, 2018. website acs publications home page. https://pubs.acs.org/ (accessed 2019-02-21). document from a website american chemical society, committee on chemical safety, task force for safety education guidelines. guidelines for chemical laboratory safety in academic institutions. american chemical society, 2016. https://www.acs.org/content/dam/acsorg/about/governance/committees/chemicalsafety/publications/acs-safetyguidelines-academic.pdf (accessed 2019-02-21). conference proceedings nilsson, a.; petersson, f.; persson, h. w.; jönsson, h. manipulation of suspended particles in a laminar flow. in micro total analysis systems 2002, proceedings of the μtas 2002 symposium, nara, japan, november 3−7, 2002; the netherlands, 2002; pp 751−753. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0504-3_50 governmental and legislation information department of commerce, united states patent and trademark office. section 706.02 rejection of prior art [r07.2015]. manual of patent examining procedure (mpep), 9th ed., rev. 08.2017, last revised january 2018. https://www.uspto.gov/web/offices/pac/mpep/s706.html#d0e58220 (accessed 2019-03-20). preprint fugivara, c. s.; guilherme, l. h.; benedetti, a. v. microstructure of a passive film galvanostatically grown on stainless steel. chemrxiv. 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save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica/about/submissions https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica/login https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief assis.v.benedetti@unesp.br letícia amanda miguel technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:assis.v.benedetti@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br eclet. quim. 49 | e-1504, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 issn 1678-4618 page 1/8 1hacettepe university, faculty of education, ankara, turkey. +corresponding author: fatma alkan, phone: +903122976787, email address: alkanf@hacettepe.edu.tr original article, education in chemistry and correlated areas the concept of chemistry laboratory in high school fatma alkan1+ abstract this research aims to determine the cognitive structures of high school students in the “chemistry laboratory” and to reveal their alternative concepts using the independent word association test and the drawing-writing technique. the sample of the study consists of 60 high school students. content analysis was used to evaluate the data obtained from the sample group. the codes from the data were brought together and categories were created. in the analysis of the data, sentences and drawings obtained from the writing and drawing techniques were also evaluated separately. when students’ answer words are analyzed, it is seen that the concepts related to chemistry laboratory are laboratory equipment (f:99), chemical agent (f:41), protective materials (f:29), jobs (f:15), operations in the laboratory (f:49) and chemistry concepts (f:53). it was determined that the cognitive structures of high school students towards the concept of chemistry laboratory were related to laboratory equipment, chemical agent, protective materials, jobs, operations in the laboratory, chemistry concepts named six categories. article history received july 17, 2023 accepted september 03, 2024 published december 29, 2024 keywords 1. chemistry laboratory; 2. high school students; 3. word association test; 4. cognitive structures; 5. chemistry. section editors natany dayani de souza assai highlights definition of the chemistry laboratory as an area of discovery. the laboratory is important for chemistry. chemistry laboratories foster safety awareness. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 https://ror.org/04kwvgz42 mailto:alkanf@hacettepe.edu.tr mailto:alkanf@hacettepe.edu.tr https://orcid.org/0000-0003-2784-875x original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 issn 1678-4618 page 2/8 1. introduction experimental applications in science are closely related to practical studies, namely laboratories (gray, 2014). it is known by everyone that laboratories are a natural feature of school science (wei and liu 2018; wellington and ireson 2012). it would be more effective to describe the relationship of laboratories with science at school as follows, just as cooking belongs to the kitchen or gardening belongs to the garden, science learning manifests itself with metaphors that it belongs to the science laboratory (hofstein et al., 2013). it is also accepted by many authors in the literature that laboratory teaching, in which students experiment in the laboratory, is the most basic and essential component of science courses (hofstein and lunetta, 1982; hofstein and lunetta, 2004; johnstone and al-shuaili, 2001; reid and shah, 2007; white, 1996). improving students’ understanding of science, understanding the nature of science, creating scientific events in the mind, practical skills, problem solving, interest and motivation are reported as the goals of laboratory teaching (hofstein and lunetta, 2004). in the studies aimed at the objectives of the chemistry laboratory, for example, the objectives of the general chemistry laboratory such as being interested in science, having laboratory techniques and skills, developing critical thinking skills, establishing a connection between the course content and the laboratory, and creating collaborative group work skills are revealed (bruck et al., 2010). the goals of the chemistry laboratory are seen as the realization of meaningful learning by focusing on cognitive, affective and psychomotor areas. bretz et al. (2013) examined cognitive, affective and psychomotor goals in detail in their study. cognitive goals are thought to be establishing a connection between the course and laboratory work, establishing a connection between the laboratory and daily life, emphasizing the laboratory and providing conceptual understanding, linking the laboratory content between mathematics and other sciences, and adapting critical analysis. affective goals included establishing relationships between the real world and the laboratory, developing the ability to work independently and collaborating. among the psychomotor goals are learning to use laboratory equipment and laboratory techniques. experimenting in the laboratory is related to the goals set in the affective field. for example, finishing the experiment quickly and late, or getting good grades from the test result or making a mistake and sharing it with the lecturer (dekorver and towns, 2015). it has been determined that students follow some steps without thinking or understanding while doing experiments in the laboratory. it has been revealed that students have difficulties in self-control in laboratory lessons. as a result, it is not possible to establish a connection between the operations performed in the experiment and theoretical knowledge. students only focus on experimental procedures and aim to finish the experiment without understanding it (galloway and bretz, 2016). in developing students’ reasoning and argumentation levels, it is very important to think deeply about the evidence obtained from experiments and to realize how to use the experimental results. for this reason, it is of great importance to conduct experiments in chemistry lessons at all levels of education (uzuntiryaki-kondakci et al., 2021). laboratory applications and task-based activities enable students to develop different skills such as self-assessment (wu et al., 2023). starting from teacher candidates, teachers should focus on the importance of chemistry and teaching intellectual processes to ensure sustainability. teachers trained in this subject can ensure that their students in their classes go through the same process (delaney et al., 2021). focusing on student-centered practices in chemistry teaching not only increases students’ academic success, but also increases their belief that they can manage their own learning process and improves their motivation (cascolan, 2023). the knowledge that students have about the laboratory also sheds light on how laboratory teaching should be planned. the selection of materials used in daily life is very important in experiments to be carried out in the laboratory (hakim et al., 2022). reconciling chemistry with daily life positively affects students’ participation and motivation in class (mustafaoğlu and yücel, 2022a). determining students’ concepts about the laboratory actually reveals what they know and do not know about chemistry subjects. in this way, it is clarified what to do when planning the lecture, what difficulties to choose when choosing experiments on the subject, and what to pay attention to regarding safety when conducting experiments (triayuni et al., 2023). the knowledge level of high school students about chemistry and chemicals is revealed very effectively with the word association test. students have a lot of fun while using this application, and it also enables them to write realistic expressions (alkan et al., 2021). based on these laboratory data, it is necessary to determine the cognitive structures of the students for the chemistry laboratory. this research was carried out to determine the cognitive structures of high school students about “chemistry laboratory” and to reveal their alternative concepts by using the independent word association test and the drawing-writing technique. in this way, the cognitive structures of the students for the chemistry laboratory will be determined and the points to be considered in laboratory teaching will be emphasized. 2. experimental 2.1. research design phenomenological methods explain the phenomena that are known but do not have a detailed understanding. in this study, the phenomenography method, one of the qualitative research methods, was used. we cannot think that we fully comprehend the phenomena such as events, experiences, perceptions and concepts that we encounter in various forms in our lives. the phenomenology method is used to investigate the phenomena whose meaning we cannot fully comprehend (yıldırım and şimşek, 2006). in this study, the cognitive structures of high school students regarding the concept of chemistry laboratory was examined with the independent word association test. 2.2. participants the sample of the study consists of 60 high school students studying in turkey. the sample of the study was determined by a purposive sampling method. purposive sampling is a widely used technique in qualitative research. this technique is preferred in identifying and selecting rich situations to use limited resources effectively (patton, 2002). purposeful sampling is a sample selection method used to select samples depending on the purposes of the research to be conducted (fraenkel et al., 2012). high school students who took chemistry courses in high school were included in the sample group. students were informed about the study. participant consent was obtained from the students who wanted to participate in the study. initially, the study started with 72 high school students. twelve students (n=12) were excluded from the study because they did not continue later. high school students filled out a voluntary participation form before participating in the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 issn 1678-4618 page 3/8 research. table 1 shows the demographic information of the research sample group. table 1. demographic details and characteristics of sampling. categories f % gender female 26 43.3 male 34 56.7 grade 9th class 5 8.33 10th class 6 10 11th class 6 10 12th class 43 71.7 total 60 100 the sample of the study consists of 60 high school students. 26 females (43.3%), 34 males (56.7%). the distribution of students by grades is 5 students in 9th grade, 6 students in 10th grade, 6 students in 11th grade and 43 students in 12th grade. 2.3. instrumentation the word association test (wat) was used as a data collection tool in the research. it was aimed to collect detailed data in order to reveal the cognitive structure of the sample group regarding the concept of “chemistry laboratory”. while applying for the word association test, the points that the students would probably have difficulty were explained. in addition, sufficient time was given to the students. the word association test was administered to 72 high school students. of these, 60 were evaluated. while evaluating the obtained data; first the concepts that come to mind of the students about the concept of “chemistry laboratory” were categorized and the counting method was used. figure 1 shows the word association test. figure 1. word association test for chemistry laboratory keyword. 2.4. data analysis as a result of the word association test, the evaluation of the data obtained from the sample group for the key concept of “chemistry laboratory” was carried out with the content analysis method. categories were created by establishing a relationship between the answer words for the chemistry laboratory, which is the key concept. words that are repeated only once and that are not relevant were not taken into consideration. the answer words of the students were first examined by the researchers within the framework of relevance to the subject, and some of them were excluded. in the content analysis, the frequencies of the words in the categories were also calculated. sentences and drawings obtained from the writing and drawing techniques of the word association test were also analyzed. answer words, writing and drawing technique data analysis and students’ views on the key concept were examined in depth (rennie and jarvis, 1995). the results were analyzed by considering the categories created according to the key concept. content analysis is done to reach the concepts that will explain the data and to reveal the relationships between these concepts (yıldırım and şimşek, 2006). first of all, the data should be divided into categories, upper and lower classifications should be made and supported with numerical data (sönmez and alacapınar, 2011). then, the codes emerging from the data are brought together and categories are created (cresswell, 2018). in the analysis of the data obtained from wat, the number of repeated words is examined in the first place, then the connection between the words is created. for this, the semantic relationship technique is used (atasoy, 2004). 3. results and discussion 3.1. findings obtained from the word association test in the study, high school students’ perceptions of the chemistry laboratory were examined with the word association test. according to wat, 302 answer words were collected from 60 students. in the data analysis, 16 words (5.30%) were excluded due to reasons such as not being relevant or being repeated once (kostova and radoynovska, 2010; kurt, 2013). 286 answer words were examined, it was determined that they consisted of 55 repetitive words and were grouped under 6 categories. table 2 provides details. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 issn 1678-4618 page 4/8 table 2. distribution of cognitive structure obtained by the word association test related to the concept of “chemistry laboratory” by categories. categories concepts and frequencies f laboratory equipment beaker (22) burette (4) 99 test tube (16) spirit burner (3) erlenmayer (11) pipette (3) balloon joje (9) thermometer (2) funnel (6) glass bottle (2) microscope (6) drumstick (2) graduated cylinder (5) precision balance (2) balloon (4) watch glasses (2) chemical agent acid (10) pure water (3) 41 base (7) litmus paper (2) chemical (6) ch4 (2) hazardous substance (4) carbontetrachloride (2) colored liquid (3) flammable substance (2) protective materials mask (7) safety signs (5) 29 glasses (5) gloves (4) apron (5) rules (3) jobs chemist (4) scientist (4) 15 chemistry teacher (4) chemical engineer (3) operations in the laboratory experiment (33) synthesis (4) 49 observation (5) evaporation (3) neutralization (4) chemistry concepts chemistry (7) gas (3) 53 mixture (7) atom (3) reaction (7) solution (2) element (5) ph (2) molecule (4) electrochemistry (2) article (4) polymer (2) compound (3) organic (2) total 55 words 286 the first category is the “laboratory equipment” category. the frequency of this category, which consists of 16 answer words, is 99. in the category of laboratory equipment, students are beaker (22), test tube (16), erlenmayer (11), balloon joje (9), funnel (6), microscope (6), graduated cylinder (5), glass balloon (4), burette (4), spirit cooker (3), pipette (3), thermometer (2), glass bottle (2), baguette (2), precision balance (2), and watch glass (2). the second category is “chemical agent” and the frequency of 10 answer words is 41. in the chemical agent category, acid (10), base (7), chemical (6), hazardous substance (4), colored liquid (3), pure water (3), litmus paper (2), ch4 (2), carbon tetrachloride (2), flammable substance (2). the third category “protective materials” is represented by 6 answer words and its frequency is 29. answer words; mask (7), goggles (5), apron (5), safety signs (5), gloves (4), rules (3). the fourth category “jobs” is 15 in frequency with 4 answer words. in this category chemist (4), chemistry teacher (4), scientist (4), chemical engineer (3) the fifth category, “operations in the laboratory”, consists of 5 answer words, while the frequency is 49. in this category, experiment (33), observation (5), neutralization (4), synthesis (4), evaporation (3) are seen as the answer words. the sixth and final category is “chemistry concepts” the frequency of 14 response words is 53. sixth category chemistry (7), mixture (7), reaction (7), element (5), molecule (4), substance (4), compound (3), gas (3), atom (3), solution (2), ph (2), electrochemistry (2), polymer (2), organic (2). in order to better understand the cognitive structure model that emerged based on the findings obtained as a result of the word correlation test related to the chemistry laboratory concept of the students, the categories and the words representing the category were created by creating a figure. cognitive structure model was shown in fig. 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 issn 1678-4618 page 5/8 figure 2. cognitive structure for the concept of chemistry laboratory. 3.2. findings from the writing-drawing technique students were asked to form sentences at the end of the word association test for the concept of chemistry laboratory. in wat, students’ writing technique sentences were also evaluated. the frequencies of the sentences written by the students were analyzed in the determined categories. in table 3, the frequencies of the sentences written by the students for the concept of chemistry laboratory are given. table 3. wat writing technique distribution of sentences by categories and frequencies. categories f laboratory equipment 16 chemical agent 2 protective materials 10 jobs 3 operations in the laboratory 19 chemistry concepts 10 total 60 when the table is examined, it is seen that the highest frequency value is in the category of “operations performed in the laboratory” (f: 19). examples of sentences belonging to this category are given below. next to the sentence examples, the numbers represent the codes given to the students. s29: acid, the amounts of which we determined with the help of graduated cylinder, and with the help of some of our chemistry teachers, we reacted in a glass container so that salt and water were released. this reaction is called the neutralization process. s23: new substances are synthesized as a result of the reaction that takes place in the beaker with acid and base. s24: acids and bases react chemically to form salt and water. s17: in the neutralization reaction, acid and base react to form water and salt water, which is an ionic compound. the second-high frequency value is in the category of “laboratory materials” (f: 16). examples of sentences for this category are as follows. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 issn 1678-4618 page 6/8 s5: materials such as beaker, flask, test tube, separating funnel, graduated cylinder are indispensable materials for experimentation in the chemistry laboratory. s9: these instruments, which are sensitive glasses, are used for experimentation. for example, a straw is used to transfer a substance from one container to another container. s25: we used a separating funnel to separate the liquids that we mixed accidentally. s56: beaker is used in some evaporation reactions. it is seen that the frequency value of the “protective materials” category is (f: 10). below are examples of sentences that describe this category. s47: we conducted experiments on acids and bases in the chemistry laboratory and learned information about flammable and combustible materials. s45: we should be careful while doing experiments. s28: when we are going to do an experiment in the laboratory; we must obey the laboratory rules by wearing glasses, gloves and aprons. s7: protective materials such as goggles, masks, etc. while the frequency value of the category “chemistry concepts” is (f: 6), examples of sentences explaining this category are below. s34: chemistry from alchemy; examines the structure and properties of atoms, elements or compounds. s46: organic is a difficult subject. s57: i wrote the first words that came to my mind and these words explain chemistry to me. in chemistry, if there is no matter or element, there can be no combination, and without it, experiments cannot be done, and new information cannot be reached. while the frequency value of the “occupations” category is (f: 3), examples of sentences explaining this category are below. s55: when i say a science laboratory, i think of it as being free. people working in the laboratory need to be passionate and passionate about their work. after all, you may fail because of an experiment you’ve been working on for years, and you have to be excited for science to continue. s33: the chemist did an experiment using gloves, beakers and microscope. while the frequency value of the “chemicals” category is (f: 2), examples of sentences explaining this category are below. s13: there may be abrasive substances in homogeneous mixtures placed in capsules in chemistry experiments. s41: the list of words that come to mind when i think of the laboratory are chemicals. 3.3. findings obtained by drawing-writing technique students made 57 drawings in the word association test. eight of them were not included in the study due to reasons such as not being related to the subject, and the drawings made by 49 students were examined according to categories. the findings obtained are summarized in table 4. table 4. distribution of results obtained by drawing technique related to the concept of chemistry laboratory according to categories frequencies and drawing examples. categories drawing (f) drawing examples equipment and materials 22 the experimental setup 27 when table 4 is examined, it is noted that the category with the highest frequency in student drawings is the experimental setup category (f:27), while the second place is the category of tools-equipment and materials (f:22). categories and drawing examples are also included in the table. this research was conducted to reveal the cognitive structures of high school students regarding the concept of “chemistry laboratory” through the independent word association test. when wat answer words are examined, it is noticed that the variety of concepts is high (f:286). when the answer words of the students were analyzed, it was determined that the concepts related to the chemistry laboratory were gathered in 6 categories: laboratory equipment, chemical agent, protective materials, jobs, operations in the laboratory, and chemistry concepts. it is the category of “laboratory equipment” with the highest frequency (f: 99). the frequency of the chemical agent category is 41. the protective materials category is 29, the jobs category is 15, the operations in the laboratory category is 49, and the chemistry concepts category is 53. chemistry is an experimental science. experimentation is the most important requirement to become an expert in this field. it is unacceptable that traditional laboratory programs have too little content to provide training for the development of this skill (pickering, 1984). in chemistry, experiments carried out in the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 issn 1678-4618 page 7/8 laboratory and the results obtained should be an important component of course evaluation, otherwise failure will occur (wilson, 1987). traditional teaching produces learning characterized by superficial and superficial memorization. students do not forget very little of what they have learned, and they have difficulty in applying this information they have not forgotten (saint-jean, 1994). chemistry, which is described as a difficult science among young people, is also seen as challenging, difficult and boring. the reason for this belief, which is accepted by the students, may be abstract topics such as the structure of the atom or chemical bonds in chemistry. it is difficult to visualize how these issues came to be. elimination of this prejudice of students about chemistry will be possible with laboratory practices and activities (mujtaba et al., 2020; rüschenpöhler and markic, 2020). chemistry laboratory practices should be used to emphasize the experimental nature of chemistry (wilson, 1987). for this reason, the concept of chemistry laboratory has great importance at every level of education. teaching multiple representations can be used to develop the cognitive structure of chemistry (derman and ebenezer, 2020). molecular geometry, chemical calculation and reaction balancing are seen as the most difficult topics (fitriyana et al., 2023). revealing the relationship between chemistry and daily life in the high school chemistry curriculum will make it easier for teachers to teach the lesson (mustafaoğlu and yücel, 2022b) and will support students in reducing their prejudices and concerns about chemistry (altundağ and yücel, 2022). before starting a chemistry course in high school, students’ perceptions of chemistry should be determined and course contents should be arranged according to these perceptions (altundağ et al., 2022). with appropriate teaching methods, it was determined that there was an increase in the number of response words and the connections between them in the word association test on a specific subject such as saponification (baptista, 2019). in terms of chemistry laboratory concepts, the most repeated category by students is the materials used in the laboratory. next come the concepts of chemistry and operations in the laboratory. from this point of view, it is revealed that laboratory-related applications should be given more space while planning the chemistry curriculum. 4. conclusions the research shows that 286 meaningful words obtained from sixty students are interested in the chemistry laboratory of high school students. by benefiting from this interest, chemistry laboratory applications should be given more place for students to love and understand chemistry. especially high school level is an education level where prejudices can be eliminated before starting university education. in high school, students should do more experiments in the lessons and enter the chemistry laboratory. in this way, meaningful learning will be realized by realizing the concrete applications of the abstract concepts of chemistry. data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments i would like to thank all the students who volunteered to contribute to the data collection process for the research. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references alkan, f.; dinçdemir, d.; yücel, a. s. examining high school students’ cognitive structures on the concept of cleaning agent through word association test. j. penelitian dan pembelajaran ipa. 2021, 7 (2), 134–151. https://doi.org/10.30870/jppi.v7i2.12058 altundağ, c. k.; mustafaoğlu, f. t.; yücel, a. s. developing a scale: perceptions of high school students about the relationship between chemistry and daily life. j. ilmiah peuradeun. 2022, 10 (3), 721–746. https://doi.org/10.26811/peuradeun.v10i3.718 altundağ, c.; yücel, a. s. development of an anxiety scale for chemistry. j. educ. teach. train. 2022, 13 (1), 1–8. https://doi.org/10.47750/jett.2022.13.01.001 atasoy, b. science learning and teaching. ankara: asil publishing, 2004. baptista, m.; martins, i.; conceição, t.; reis, p. multiple representations in the development of students’ cognitive structures about the saponification reaction. chem. educ. res. pract. 2019, 20, 760–771. 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revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 1 | 2023 | 55 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 quantitative structure-activity relationship, molecular docking and admet screening of tetrahydroquinoline derivatives as antismall cell lung cancer agents ehimen annastasia erazua1 , abel kolawole oyebamiji2+ , sunday adewale akintelu3 , pelumi daniel adewole4 , adedayo adelakun5 , babatunde benjamin adeleke1 1. university of ibadan, department of chemistry, ibadan, nigeria. 2. bowen university, department of chemistry and industrial chemistry, iwo, nigeria. 3. beijing institute of technology, school of chemistry and chemical engineering, beijing, china. 4. elizade university, department of medical laboratory science, ilara-mokin, nigeria. 5. southeast iowa regional medical center, iowa, united states. +corresponding author: abel kolawole oyebamiji, phone: +2348032493676, email address: abeloyebamiji@gmail.com article info article history: received: april 19, 2022 accepted: november 7, 2022 published: january 01, 2023 keywords: 1. tetrahydroquinoline 2. lung cancer 3. qsar 4. molecular docking 5. admet section editors: assis vicente benedetti abstract: lung carcinoma (lc) is responsible for almost onethird of all cancer fatalities worldwide. tetrahydroquinoline is an organic molecule that is the semi-hydrogenated derivative of quinoline and could be found in several naturally occurring compounds such as flindersine, oricine etc. some tetrahydroquinoline derivatives with pyrazole and hydrazide moieties were evaluated in silico against a549 (human lung cancer cell lines). the quantitative structural-activity relationship (qsar) model created was statistically significant with validation metrics of r2 (0.9525), r2adj (0.9314), and cv.r (0.9719). the molecular docking analysis revealed that compound c14 demonstrated the best binding affinity towards the studied protein with binding affinity value of –10.1 kcal mol–-1 (4lrm). this is in accordance with the experimental result (ic50 = 0.69). the factors observed for adme&t correlated well with the factors observed for the referenced drug. this study indicates that compounds c1 and c9 can be further developed as anti-epidermal growth factor receptor (egfr) compounds. thus, our findings may open door for the design and development of library of efficient tetrahydroquinolinebased drug-like compounds as potential anti-lc agents. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 mailto:abeloyebamiji@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6887-6381 https://orcid.org/0000-0002-8932-6327 https://orcid.org/0000-0001-8919-3029 https://orcid.org/0000-0002-0229-2540 https://orcid.org/0000-0001-7951-9275 https://orcid.org/0000-0003-4000-9803 original article revista.iq.unesp.br 56 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 1. introduction lung carcinoma (lc) leads to the greatest number of cancer-associated morbidity and death across the globe (siegel et al., 2016). it accounted for around one-third of all cancer deaths worldwide (ibrahim et al., 2020) and is now the fourth most common reason for respiratory disease patients to be admitted to the hospitals (salim et al., 2011). this disease begins as a primary metastatic tumor in the lungs and escalate to other region of the body. weight loss, difficulty in breathing, cough (sometimes with blood), and chest pain (wang et al., 2016) are all known signs of lc. genetic factors, tobacco use, nutrition, air pollution, and obesity are some of the factors that have been linked to lungs cancer (cassidy et al., 2008). small cell lung cancer (sclc) and non-small cell lung carcinoma (nsclc) are the two main types of lung cancer (collins et al., 2007). nsclc constitutes 85% of total cases and 40% of nsclcs are adenocarcinoma (devesa et al., 2005; morgensztern et al., 2010). the most effective strategy to treat nsclc adenocarcinoma is to target the adenosine triphosphate (atp) binding cleft of the tyrosine kinase binding domain of epidermal growth factor receptor (egfr) using possible inhibitors (such as gefitinib and erlotinib) (zhang et al., 2012). however, the establishment of acquired drug resistance in patients restricts its usage in therapeutic settings (stella et al., 2012). the underlying molecular reason of medication resistance is thought to be steric interferences in the egfr and inhibitor binding properties caused by mutations. although irreversible inhibitors such as afatinib and osimertinib were created to combat egfr molecule acquired resistance, they were discovered to change the covalent connections in the egfr protein structure, restricting their practical application (sato et al., 2012). as a result, there is a pressing need to find and develop novel, safe treatment regimens that can quickly overcome medication resistance caused by egfr mutations. quinolines and their derivatives are a class of chemical compounds that have been shown to have a variety of biological actions, including anticancer activity (hayat et al., 2010; mekheimer et al., 2020). tetrahydroquinolines are significant building blocks in the chemical structure of a variety of physiologically active derivatives, such as pyrazolo[3,4-b]quinolines, and have strong anticancer properties (faidallah and rostomb, 2013). the quinoline and pyrazole moieties in the pyrazoloquinolines framework are excellent anticancer medicines with a wide range of pharmacological efficacies (opoku-temeng et al., 2018). in the creation of anticancer medicines, the quinoline hydrazide scaffold plays a significant role (mandewale et al., 2017). currently, there is a lot of interest in pyrazoloquinolines framework physiologically active molecules. computational studies based on ligand and structurebased techniques are regarded useful tools in medicinal chemistry for speeding up the drug design process. molecular docking is a computer-aided drug design process that uses in silico virtual screening to determine how ligands and receptors interact utilizing their specific 3d architectures (lapa et al., 2013). a drug’s druglikeness, lipophilicity, pharmacokinetic, and toxicity qualities provide information about how the body reacts to its administration. as a result, before this medicine reaches the final (clinical) stage, it must be studied for drug-likeness and pharmacokinetic features. therefore, this research was aimed at identifying the descriptors that are responsible for anti-egfr activities thereby downregulating human lung cancer and developing valid quantitative structural relationship activity (qsar) model using the obtained descriptors as well as observing the nonbonding interactions between the selected phytochemicals (synthesized by fathy et al., 2020) and egfr (pdb id: 4lrm) (yasuda et al., 2013). 2. methodology 2.1 quantum chemical study for this study, a set of 14 tetrahydroquinoline derivatives obtained from fathy et al. (2020) as potential anti-egfr agents with inhibitory activities (ic50) in μmol l–1 (table 1) was investigated. all the studied compounds were optimized using spartan 14 software (waziri et al., 2023) to achieve a stable conformation with the least amount of energy. molecular mechanics force field (vanommeslaeghe et al., 2014) was used to remove the strain energy from the molecules, and density functional theory was used to execute the optimization using the standard 6-31+g* (d, p) basis set, which includes becke’s (1993) gradient, exchange correlation and the yang et al. (2005), parr et al. (1999) correlation functional (i.e., b3lyp). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 57 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 table 1. chemical structure, iupac name and ic50 of studied compounds. code chemical structure iupac name ic50 (μmol l–1) c1 2-chloro-4-(3,4-dimethoxyphenyl)5,6,7,8tetrahydroquinoline-3-car-bonitrile 85.50 c2 4-(3,4-dimethoxyphenyl)-5,6,7,8-tetra-hydro-2hpyrazolo[3,4-b]quinolin-3-amine 58.60 c3 (e)-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-n-(4(dimethylamino)benzylidene)-5,6,7,8-tetra-hydro1h-pyrazolo[3,4-b]quinolin-3-amine 17.90 c4 (e)-n-(2,4-dichlorobenzylidene)-4-(3,4dimethoxyphenyl)-5,6,7,8-tetra hydro-1hpyrazolo[3,4-b]quinolin-3-amine 35.40 c5 (e)-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-n-(3methylbenzylidene)-5,6,7,8-tetrahydro-1hpyrazolo[3,4-b]quinolin-3-amine 15.40 continue… https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 58 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 c6 (z)-3-((4-(3,4-dimethoxyphenyl)-5,6,7,8tetrahydro-1h-pyrazolo[3,4-b]quinoline-3yl)imino)indolin-2-one 1.37 c7 (z)-5-chloro-3-((4-(3,4-dimethoxyphen yl)5,6,7,8-tetrahydro-1h-pyrazolo[3,4-b] quinolin-3yl)imino)indo lin-2-one 1.20 c8 (z)-5-bromo-3-((4-(3,4-dimethoxyphenyl)5,6,7,8-tetrahydro-1h-pyrazolo [3,4-b]quinolin-3yl)imino)indolin-2-one 1.10 c9 ethyl-2-((3-cyano-4-(3,4-dimethoxy phenyl)5,6,7,8-tetrahydroquinolin-2-yl)oxy)acetate 39.60 continue… https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 59 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 c10 2-((3-cyano-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-5,6,7,8tetrahydroquinolin-2-yl)oxy)acetohydrazide 4.24 c11 (e)-2-((3-cyano-4-(3,4-dimethoxyphenyl)5,6,7,8-tetrahydroquinolin-2-yl)oxy)-n'-(3methylbenzylidene)acetohydrazide 3.10 c12 (e)-2-((3-cyano-4-(3,4-dimethoxyphenyl)5,6,7,8-tetrahydroquinolin-2-yl)oxy)-n'-(2oxoindolin-3-yliden e)acetohydrazide 2.00 c13 (e)-n'-(5-chloro-2-oxoindolin-3-ylidene)-2-((3cyano-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-5,6,7,8tetrahydroquinolin-2-yl)oxy)acetohydrazide 1.06 c14 (e)-n'-(5-bromo-2-oxoindolin-3-ylidene)-2-((3cyano-4-(3,4-dimethoxylphenyl)-5,6,7,8tetrahydroquinolin-2-yl)ox y)acetohydrazide 0.69 5-fu 5-flurouracil 0.60 5-fu: 5-flurouracil. source: fathy et al. (2020) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 60 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 2.3 qsar modelling the obtained descriptors were extracted from the optimized compounds together and were used in developing valid and reliable qsar model. the extracted descriptors were used as independent variable and the experimental inhibition concentration (ic50) was used as dependent variable. the qsar model development was achieved using genetic function approximation (gfa) via material studio software (puzyn et al., 2010) and the mlr-gfa equation for the model is shown in eq. 1 below: predicted ic50 = α + β1x1 + β2x2 + .......... + βnxn (1) where α is the regression constant, x1, x2.... xn are the descriptors and β1, β2…βn are the coefficient of the corresponding descriptors. the developed qsar model was validated by considering series of statistic factors such cross validation r2 (𝐶𝑉. 𝑅2) and adjusted r2 (𝑅𝑎 2 ) (eqs. 2 and 3) and the developed model will be considered valid when the calculated value for 𝑅𝑎 2 and 𝐶𝑉. 𝑅2 were ≥ 0.6 and ≥ 0.5 respectively. 𝐶𝑉. 𝑅2 = 1 − ∑(𝑌𝑜𝑏𝑠−𝑌𝑐𝑎𝑙)2 ∑(𝑌𝑜𝑏𝑠−�̅�𝑜𝑏𝑠2) (2) where 𝑌𝑜𝑏𝑠 = experimentally observed ic50, 𝑌𝑐𝑎𝑙 = calculated ic50 and �̅�𝑜𝑏𝑠 = average of the experimentally observed ic50 𝑅𝑎 2 = (𝑁−1)×𝑅2−𝑃 𝑁−1−𝑃 (3) where n = no of compounds observed, p = no of molecular descriptors used in the qsar model and r2 = rsquared value obtained from the qsar model. 2.4 molecular docking crystal structure of the egfr (pdb id: 4lrm) (yasuda et al., 2013) was retrieved from the protein data bank (https://www.rcsb.org/) (yasuda et al., 2013) and employed as target receptors in this study. also, the tetrahydroquinoline derivatives (table 1) synthesized by fathy et al. (2020) were used as ligands. the 2d structures of the ligands were drawn with the help of chem professional 15.0 and saved as structure-data files (sdfs). chimera 1.14 was employed to prepare the protein by eliminating water molecules, numerous ligands, nonprotein component, and other extraneous substances downloaded together with the proteins (pettersen et al., 2004). the ligands were saved as sdf files and treated protein was converted to pdbqt format using autodock tool 4.2. grid box size x = 18.49 å, y = 22.59 å, size z = 17.09 å and grid center dimensions x = 41.77, y = 361.60 and z = 17.09 were set for 4lrm. the prepared ligands were docked into the binding site of the receptor which was determined by using castp online server) and the docking calculation was performed using autodock vina from pyrx workspace (trott and olson, 2010). the inhibitors were treated as flexible throughout the docking simulations. a forcefield-based energy scoring function was used to score the ligand orientations, and the highest-scoring binding structure was chosen. finally, 3d views of the proteinligand complex were analyzed by using ucsf chimera 1.14 and discovery studio 2020 was used to create the 2d images of the molecular interactions (capra et al., 2009; oyeneyin et al., 2022). 2.5 admet screening the biological action of medications and their metabolic fate in an organism are intimately related to their absorption, distribution, metabolism, and excretion (adme) and toxicity (admet) qualities. in silico predictive models were used to determine the admet properties of the test substances. the adme properties of the substances were determined using the swissadme online server (http://www.swissadme.ch/index.php/) (daina et al., 2017). the acute toxicity class, ld50, hepatotoxicity, carcinogenicity, mutagenicity, cytotoxicity, and immunotoxicity of the substances were all predicted using the protox-ii web server (banerjee et al., 2018). the swiss adme and protox-ii online servers take one or more query molecules in canonical smiles format as input and use a large database to accurately predict the physicochemical properties, pharmacokinetics, solubility, lipophilicity, druglikeness, bioavailability score, therapeutic properties, and toxicity of compounds. 3. results and discussion 3.1 calculated descriptors the calculated descriptors from optimized compounds were screened and for further processing. the calculated descriptors were the energy of the highest occupied molecular orbital (ehomo), lowest unoccupied https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 61 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 molecular orbital energy (elumo), dipole moment (dm), volume, area, lipophilicity (log p), polar surface area (psa), number of hydrogen bond donor (hbd), hydrogen bond acceptor (hba). the calculated descriptors also helped in qsar study. as shown in table 2, c3 possess higher ehomo value and according to report by semire et al. (2017), compound with high ehomo value possess greater tendency to donate electron to the neighboring compounds and it is expected to interact with the target; therefore, c3 with –4.29 ev is expected to interact well with neighboring compounds. as reported by oyebamiji et al. (2018), the lower the elumo value the better the tendency of the compound to interact with the target; therefore, c8 proved to have a tendency to interact than other studied compounds (table 2). table 2. selected descriptors for the qsar model. ehomo ev elumo ev dm debye mw area vol psa log p pol hbd hba c1 –5.27 –2.24 7.73 328.8 339.08 322.96 36.526 1.24 66.86 0 4 c2 –5.03 –1.31 11.48 324.38 340.27 325.26 67.428 –0.16 66.88 2 6 c3 –4.29 –1.99 6.56 455.56 492.87 474.59 54.06 0.66 79.33 1 7 c4 –6.05 –1.99 3.39 481.38 471.57 452.07 52.682 1.12 77.09 1 6 c5 –5.93 –1.78 3.43 426.5 461.31 43.34 52.55 1.66 76.36 1 6 c6 –5.94 –2.54 8.35 453.5 453.91 445.24 79.11 0.56 76.69 2 8 c7 –5.86 –2.91 9.09 487.94 467.07 459.43 79.3 0.42 77.95 2 8 c8 –6.12 –3.78 5.63 532.4 475.79 465.79 80.499 0.69 78.61 2 8 c9 –6.35 –1.67 8.61 396.44 430.16 404.16 62.633 0.64 73.05 0 6 c10 –6.35 –1.66 9.72 382.42 407.97 380.79 98.07 –0.86 71.15 2 8 c11 –6.09 –1.68 8.6 484.56 524.08 498.26 77.218 2.3 80.75 1 8 c12 –5.93 –2.25 13.74 511.54 523.44 501.31 98.47 –0.37 81.17 2 10 c13 –5.92 –2.38 11.48 545.98 533.57 514.42 95.51 –0.51 82.27 2 10 c14 –5.91 –2.39 11.62 590.43 536.62 518.51 94.66 –0.24 82.6 2 10 dm: dipole moment; mw: molecular weight; vol: volume; psa: polar surface area; pol: polarizability; hbd: hydrogen bond donor and hba: hydrogen bond acceptor. 3.2 qsar study five distinct models were developed and the best model was chosen and reported among them, since it met the minimum conditions for the evaluation of a valid qsar model, as reported by veerasamy et al. (2011). tables 2–5 as well as figs. 1 and 2 present the findings of the qsar study and the developed qsar model was presented in eq. 4. the selected and reported model is given by the eq. 4 with the following validation terms: r2 = 0.9525, adj.r2 = 0.9314 and cv.r2 = 0.9719. predicted ic50=179.0741+6.54433 (dm) -5.73413 (log p) -28.2133 (hba) + 0.215819 (mw) (4) figure 1. scatter plot of predicted ic50 versus the experimental ic50 for the reported model. figure 2. scatter plot of residual versus the experimental ic50 for the reported model. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 62 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 the negative coefficients of the log p and hba descriptors clearly suggested that they have a negative contribution to the compounds inhibitory actions. this suggests that reduction in the amount of these independent descriptors improves the inhibition concentration of the studied compounds, and vice versa. the positive coefficients of dipole moment and molecular weight in the model, on the other hand, indicated that these independent descriptors contributed positively to the inhibitory effects of the ligands under study. it suggests that by increasing the amount of these descriptors in the structures with potential anti-egfr therapeutic agents, the inhibition concentration these drug-like compounds increases and vice versa (ibrahim et al., 2020; oke et al., 2022). also, as reported by oyebamiji et al. (2021), inhibition concentration of any developed qsar model is not enough to judge the potency of such model and this therefore called for validation of the developed qsar model. the calculated factors considered for validation were cross validation (cv.r2) and adjusted squared correlation coefficient (adj.r2). table 3. statistical parameters and limit needed for the qsar model assessment. statistical parameters details accepted value selected model r2 correlation coefficient ≥ 0.6 0.9525 r2 adj squared correlation coefficient ≥ 0.6 0.9314 cv.r cross-validation coefficient ≥ 0.5 0.9719 cv.r – r2 adj difference between cv.r and r2 ≥ 0.3 0.0405 the validation factors revealed in this study matched the validation parameters in table 3, indicating that the model created is both predictive and resilient. for the compounds under examination, table 4 displays the experimental ic50, predicted ic50, and residual values. the minimal residual values observed between the experimental and predicted ic50 in the table validated the model’s high anticipated power (meaning that the reported model was reliable with high predicted power). figure 1 also shows a plot of the predicted ic50 versus experimental ic50 for the compounds, and the distribution of the predicted ic50 and experimental ic50 of the compounds along the line reaffirmed the model’s dependability. the r2 values of the internal validation (0.9525) and the plot (0.9944) agreed with one another, confirming the reported model’s stability and reliability (grisoni et al., 2018). furthermore, fig. 2 shows a scatter plot of residuals against the experimental ic50 which the remarkable appearance of both sets of residuals on the plot's top and lower sides confirms that the reported model was free of methodological mistake (systematic deviations). table 4. the experimental ic50, predicted ic50 and the residual values for the studied compounds. experimental ic50 predicted ic50 residual c1 85.5 80.66 4.84 c2 58.6 55.85 2.75 c3 17.9 19.05 –1.15 c4 35.14 29.45 5.69 c5 15.4 14.77 0.63 c6 1.37 2.68 –1.31 c7 1.2 1.75 0.55 c8 1.1 1.16 –0.06 c9 39.6 42.03 –2.43 c10 4.2 4.44 –0.24 c11 3.1 1.04 2.06 c12 2.0 1.62 0.38 c13 1.06 1.01 0.05 c14 0.69 1.79 –1.10 table 6 shows the correlation statistical analysis of the independent descriptors in the presented model, which revealed that there is no relationship between the descriptors in the model. this demonstrated the good performance of the descriptors utilized in creating the reported model. the variation inflation factor (vif) data were also examined to see if the descriptors employed in the model had any multicollinearity issues. in general, a vif value of 1 or a value between 1 and 5 indicates that there is no intercorrelation between the descriptors. nevertheless, if the vif value is larger than 10, the produced model is https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 63 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 unstable, and the model should be rechecked if desired (beheshti et al., 2016). table 5 shows that the vif values for each descriptor were less than 5, indicating that the descriptors were highly orthogonal to each other and that there was no intercorrelation between them. this demonstrates that the descriptors used to construct the provided model do not have a multicollinearity problem. a one-way analysis of variance was used to determine the association between the descriptors and each compound’s biological activity (anova). table 5 shows the probability value of each descriptor at the 95% confidence level (p = 0.05). as a result, the alternative hypothesis stating that there is a direct relationship between the biological activity of each compound and the descriptor swaying the built model is accepted; however, the null hypothesis stating that there is no direct relationship between the biological activity of each compound and the descriptor swaying the created model is rejected. table 5. statistical parameters that affect the model. descriptors regression coefficient p–value (confidence interval) vif standard error dm –4.43867 0.2580 3.297 3.47832 mw –0.31745 0.5345 3.541 0.476184 hba –8.97918 0.4406 4.349 10.7244 log p –1.51775 0.8604 2.202 8.19602 table 6. coefficient of pearson’s correlation for descriptor in qsar model. intercorrelation constant dm mw hba log p constant 225.902 dm –10.9752 1.29913 mw –0.607345 0.0415951 0.00386242 hba 20.7074 –2.59999 –0.197066 11.9110 log p –12.6244 0.728923 –0.0698522 4.41221 10.2917 3.2 molecular docking studies molecular docking technique was used to recognize the compounds which bind well to the egfr pocket. all tested compounds had strong binding affinity with the receptor. they perfectly fit into the active site of the receptor by interacting with the amino acid residue in the active site of the receptor. the protein residues involved in the interaction, types of interaction involved, distance and binding affinity obtained for each complex formed by the studied compounds and standard were displayed in tables 7 and 8. the protein residues involved in the interaction and type of interactions observed for c14efgr complex was also displayed in fig. 3. the complexes formed by 4lrm receptor showed good interactions (fig. 3). the tested compounds showed binding affinity ranging from –4.6 to –10.1 kcal mol–1. according to adepoju et al. (2022), the lower the binding affinity value of any compound, the better the inhibiting ability of such compound; thus, compound c14 with –10.1 kcal mol–1 was observed to have highest tendency to inhibit the studied receptor than other studied compounds. pi-anion interaction was observed in all the complexes except in compounds c5, c7, c8, and c9. a salt bridge was formed between asp858, and the nitro group of the ligand in complex formed by compound c12. complexes formed by compound c4, c6, c8, c11, and c14 showed a pi-sulfur interaction between cys800 and the respective ligands. pi-sigma bond was observed for all complexes except for complexes formed by c2, c5, c9, c12 and c13. only the complex formed by c14 had unfavorable acceptor-acceptor interaction. complexes formed by compound c2, c5, c9, c10, c11, c12, and c14 showed a conventional hydrogen bond while others do not. other interactions observed in the complexes are carbon hydrogen bond, pi-pi stacked, alkyl and pi-alkyl (table 7). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 64 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 table 7. binding interactions and binding affinity between ligands and receptor 4lrm. hydrogen interaction hydrophobic interaction ∆g (kcal mol–1) c1 thr793, ala743, cys800, ser720, gly724, gly719, arg844, asn845, asp858, lys745, glu762, leu718, thr857, met766, leu847, val726 –8.4 c2 glu762, asp858 leu847, thr793, thr857, met766, leu791, lys745, phe859, ser720, gly719, gly724, arg844, phe723, asn845, ala743, val726, leu718, –8.1 c3 ala743, val726, leu847, leu718, gly799, cys800, gly719, arg844, ser720, gly721, phe723, gly724, asp858, asn854, lys745, met766, thr857, thr793, –8.2 c4 thr857, thr793, val726, leu718, gly799, leu847, gly719, cys800, ser720, arg844, leu802, gly724, asp803, phe723, asp840, asp858, asn845, lys745 –8.7 c5 asp858, lys745 lys878, phe723, val879, pro880, asp840, leu861, gly860, glu762, ala755, ile759, leu747, glu758, lys754, ala722, –8.0 c6 arg844, asp803, cys800, gly719, asn845, leu847, val726, ala743, leu718, thr857, lys745, asp840, phe723, gly724, asp858, ser720, gly721 –7.8 c7 asp803, arg844, leu802, cys800, glu762, thr857, leu847, val726, leu718, asp858, lys745, gly719, thr725, gly724, ser720, phe723, gly721 7.6 c8 arg844, asp803, leu802, cys800, gly762, lys 745, thr857, val726, leu847, leu718, asp856, gly719, gly724, phe723, asp840, asn845, ser720, gly721 –8.4 c9 thr793, lys745 met766, thr793, asp858, gly724, asn845, arg844, phe723, asp840, gly721, ser720, gly719, val726, cys800, leu718, leu847, aa743, thr857 –8.4 c10 gln794, met796 leu795, leu718, leu847, cys800, gly719, ser720, gly724, arg844, phe723, asp858, asn845, glu762, lys745, met766, thr857, val726, al743, thr793 –6.9 c11 glu762, lys745, val726, met766, thr793, ala743, thr857, arg 844, cys800, ser720, gly724, asp840, leu861, phe723, asn845, asp858, gly719, leu847 –8.4 c12 lys745 cys800, asn845, asp858, gly724, glu758, leu747, leu861, gly860, lys878, pro880, val879, phe723, asp840, arg844, val726, thr857, leu847 –9.5 c13 arg844 thr793, thr857, lys745, glu762, cys800, gly724, asp840, leu861, asp858, phe723, asn845, gly721, ser720, gy719, gly799, ala743, leu718, leu847, leu795, val726 –9.4 c14 lys745, arg844 thr857, thr793, asp858, asn845, gly724, gly860, ile759, glu758, lys878, leu861, val879, pro880, asp840, phe723, gly719, cys800, val726, ala743, leu847 thr857 –10.1 figure 3. (a) 3d and (b) 2d views of the molecular interactions of amino acid residues of receptor 4lrm with compound 14. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 65 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 3.3 admet profiling regardless of the compounds inhibitory capability against target proteins, the admet properties of the compounds are a critical element in determining their pharmacological activities such as drug-likeness, lipophilicity, pharmacokinetics, and toxicity profile when used as drug. in silico admet prediction is a quick and low-cost method of determining whether a molecule will be well distributed to its intended site of action, metabolized efficiently, and quickly removed from the body without causing hazardous side effects (ntie-kang, 2013). the prediction output for drug likeness, lipophilicity pharmacokinetics, and toxicity profiles of test molecules are displayed on tables 9–11 respectively. drug-likeness analysis is a qualitative evaluation of oral bioavailability based on structural or physicochemical examination of molecules. in this study the rule base filters which include lipinski’s et al. (2013), veber et al. (2002), and muegge and ghose (2001) rules were employed to determine if a molecule is impermeable or badly absorbed. if a molecule does not break more than two rules, it is deemed orally bioavailable. as indicated on table 8, the molecular weights of the compounds range from 130 (5-fu) to 590 g mol–1 (c14). the hba ranged from 3 to 8 and hbds ranged from 0 to 2; number of rotatable bonds are between 0 (5-fu) to 9 (c11). the tpsa are between 55.14 (5-fu) and 134.93 (c13 and c14). mr ranged from 27.64 (5-fu) to 150.11 (c14). the less the drug candidate can infiltrate, the higher the tpsa and molecular weight values are, and vice versa. a target molecule’s synthetic accessibility (sa) score is used to evaluate it before it is synthesized. it is a parameter used to rate the ease or difficulty of synthesizing a compound. the sa score runs from 1 (very easy) to 10 (very tough) (swierczewska et al., 2015). the studied compounds possess good sa, with sa scores ranging from 1.52 to 4.13 as shown in table 8. table 8. drug-likeness prediction output of test compounds. sample code chemical formula mw (g mol–1) rotatable bond hba hbd tpsa mr sa c1 c18h17cln2o2 328.79 3 4 0 55.14 89.81 2.93 c2 c18h20n4o2 324.38 3 4 2 86.05 94.15 3.11 c3 c27h29n5o2 455.55 6 5 1 75.63 137.64 4.04 c4 c25h22cl2n4o2 481.37 5 5 1 72.39 133.46 3.82 c5 c26h26n4o2 426.51 5 5 1 72.39 128.4 3.89 c6 c26h23n5o3 453.49 4 6 2 101.49 133.76 3.91 c7 c26h22cln5o3 487.94 4 6 2 101.49 138.77 3.92 c8 c26h22brn5o3 532.39 4 6 2 101.49 141.46 3.97 c9 c22h24n2o5 396.44 8 7 0 90.67 107.00 3.55 c10 c20h22n4o4 382.41 7 7 2 119.49 101.81 3.36 c11 c28h28n4o4 484.55 9 7 1 105.83 137.05 4.02 c12 c28h25n5o5 511.53 8 8 2 134.93 142.41 4.06 c13 c28h24cln5o5 545.97 8 8 2 134.93 147.42 4.06 c14 c28h24brn5o5 590.42 8 8 2 134.93 150.11 4.13 5-flu c4h3fn2o2 130.08 0 3 2 65.72 27.64 1.52 5-flu: 5-flurouracil; mw: molecular weight; mr: molar refractivity; hba: hydrogen bond acceptor; hbd: hydrogen bond donor; tpsa: topology polar surface area; mr: molar refractivity; sa: synthetic accessibility. the partition coefficient between n-octanol and water (log po/w) is the fundamental descriptor for lipophilicity (log p). the tested compounds’ log p values, water solubility, and bioavailability are reported in table 9. lipophilicity and water solubility are two important physicochemical qualities that influence a drug’s behavior. an orally delivered medicine should be lipophilic enough to pass through the intestinal lining, permeate target cell membranes, and be hydrophilic enough to move through the aqueous blood. the higher a compound’s log p value, the more lipophilic it is and the less water soluble it is (johnson et al., 2021). the log p values for the studied compounds ranged from –0.13 (5-fu) to 5.77 (c4), which revealed that c4 is not as soluble as the referenced drug (table 9). the silicos-it prediction model was used to calculate water solubility as the logarithm of molar solubility in water (log s). the log s value of a drug affects its capacity to dissolve, and the lower the value, the better (darvas et al., 2002). the compounds had log s values ranging from –0.76 (poorly soluble, c4) to –3.5 (soluble, c10) indicating. this trend is in accordance with the values of log p earlier discussed. the bioavailability score employs the total charge, the tpsa, and the lipinski filter to provide a semiquantitative indication of the compounds’ https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 66 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 likelihood of being effective oral medicines (testa and krämer, 2009). the less the drug candidate can penetrate, the higher the tpsa and molecular weight values are, and vice versa. the bioavailability score of the test compounds is 0.55, which means that these compounds have a 55% chance of a minimum of 10% oral absorption in rat or human colon carcinoma (caco-2) permeability (testa and krämer, 2009) indicating that they could be useful as oral drug. table 9. predicted lipophilicity (log p) values, water solubility and bioavailability of the studied compounds. sample code ilogp xlogp3 wlogp mlogp silicos-it log p consensus log p esol log s solubility class bs c1 3.13 4.33 4.17 2.23 5.03 3.78 –4.79 moderately soluble 0.55 c2 2.08 3.27 3.11 2.17 3.64 2.85 –4.18 moderately soluble 0.55 c3 3.45 5.37 5.34 3.96 6 4.82 –6.11 poorly soluble 0.55 c4 3.15 6.5 6.58 5.03 7.58 5.77 –7.06 poorly soluble 0.55 c5 3.25 5.61 5.58 4.29 6.83 5.11 –6.17 poorly soluble 0.55 c6 2.18 4.58 4.02 3.31 5.62 3.94 –5.73 moderately soluble 0.55 c7 2.46 5.21 4.68 3.78 6.26 4.48 –6.33 poorly soluble 0.55 c8 2.35 5.27 4.78 3.88 6.3 4.52 –6.64 poorly soluble 0.55 c9 3.44 3.96 3.46 1.6 4.72 3.44 –4.57 moderately soluble 0.55 c10 2.46 2.27 1.88 0.78 2.77 2.03 –3.5 soluble 0.55 c11 3.44 5.02 4.35 2.16 6.04 4.2 –5.78 moderately soluble 0.55 c12 2.51 4.53 2.8 1.22 4.83 3.18 –5.69 moderately soluble 0.55 c13 2.91 5.16 3.45 1.68 5.48 3.74 –6.29 poorly soluble 0.55 c14 2.74 5.23 3.56 1.78 5.52 3.77 –6.61 poorly soluble 0.55 5-fu 0.44 -0.89 -0.38 -0.32 1.78 0.13 –0.58 very soluble 0.55 5-flu: 5-flurouracil; bs: bioavailability score. table 10 showed the result of pharmacokinetics prediction of the test molecules. p-glycoprotein (p-gp), a well-studied plasma membrane atp-binding cassette transporter, is responsible for the active efflux of xenobiotics through biological membranes to protect the body against foreign substances. this efflux pump contributes to drug resistance by preventing some medications from entering sensitive regions. except for c13 and c14, all the chemicals had a high likelihood of being absorbed in the gastrointestinal tract. this shows that when these chemicals are taken orally, they have the potential to be absorbed in the gastrointestinal tract (lynch and price, 2007). the enzyme cytochrome p450 monooxygenase plays an important role in the metabolism and removal of drugs. it is a group of isoenzymes that catalyzes several processes in the first phase of drug metabolism (hollenberg, 2002). the suppression of five main isoforms (cyp1a2, cyp2c19, cyp2c9, cyp2d6, and cyp3a4), which are substrates of 50–90% of medications and primary sources of pharmacokineticsrelated drug-drug interactions. because these enzymes are not inhibited, the chemicals have a high chance of being converted and, as a result, of becoming bioavailable when taken orally. inhibition of the cyp isomers by the substances, on the other hand, can result in poor bioavailability due to failure to be metabolized and severe side effects due to their retention (sahin and benet, 2008). compounds c1, c2, and c9 are potential inhibitor of cyp1a2 among the tested compounds. all the compounds are potential inhibitor of cyp2c19 except compound c2, c10, and standard 5-fu. as shown in table 10, only compound c2 and 5-fu (referenced drug) were non-inhibitors of cyp2c9 while other studied compounds proved to possess the ability to inhibit cyp2c19. compounds c1, c2, c3, c6, c9, and c12 are potential inhibitor of cyp2d6 while others are not. all compounds are potential inhibitors of cyp3a4, except compounds c4, c7, c8, 5-fu. it was observed that the standard 5-fu was is not an inhibitor of any cytochrome p450, which suggests that the standard is more likely to be converted and bioavailable after oral delivery than the compounds investigated. the skin is a selective barrier that allows diverse compounds to permeate through at different rates based on their physicochemical properties (dixon et al., 2006). hence, the skin permeability (logkp) is a key parameter for the evaluation of molecules that might require transdermal administration (dixon et al., 2006). the more negative the log kp (with kp in cm s–1), the less skin permeant is the molecule. as highlighted in table 10 log kp (cm s–1) of the test compounds ranged from –7.73 (least permeant) to –4.62 (most permeant). the skin acts as a selective barrier, allowing various molecules to infiltrate at varied rates depending on their physicochemical qualities (cheng and dixon, 2003). as a result, skin permeability (logkp) is an important characteristic to consider when evaluating compounds https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 67 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 that may need to be administered transdermally. the lower the log kp (in cm s–1), the less permeant the molecule is to the skin. the test compounds’ log kp (cm s–1) ranged from –7.73 (least permeant) to –4.62 (most permeant), as shown in table 9. the values indicate that the compounds show low skin permeability. table 10. pharmacokinetics prediction output of test compounds. sample code gi absorption p–gp cyp 1a2 inhibitor cyp2c19 inhibitor cyp2c9 inhibitor cyp2d6 inhibitor cyp3a4 inhibitor log kp (cm s–1) c1 high no yes yes yes no yes –5.23 c2 high yes yes no no yes yes –5.96 c3 high yes no yes yes yes yes –5.27 c4 high yes no yes yes no no –4.62 c5 high yes no yes yes no yes –4.92 c6 high yes no yes yes yes yes –5.81 c7 high yes no yes yes no no –5.58 c8 high yes no yes yes no no –5.81 c9 high no yes yes yes yes yes –5.91 c10 high yes no no yes no yes –7.02 c11 high yes no yes yes yes yes –5.69 c12 high yes no yes yes yes yes –6.2 c13 low yes no yes yes no yes –5.97 c14 low yes no yes yes no yes –6.19 5–fu high no no no no no no –7.73 5-flu: 5-flurouracil; gi: gastrointestinal; and p-gp: p-glycoprotein. the toxicity prediction output of the compounds is shown in table 11. compounds c8, c12, c13, and c14 fall under the oral toxicity class 5, while other tested compounds fall under oral toxicity class 4. human hepatotoxicity (h-ht) is a term that describes and illustrates numerous types of liver damage that can lead to the organ failing or death (cheng and dixon, 2003). compounds c10, c11, c12, c13, and c14 were hepatotoxic. carcinogenicity compounds can damage the genome, the disrupt cellular metabolic processes and cause cancer. compounds c2, c3, c4, c5, c6, c11, c12 and the standard are carcinogenic. immunotoxicity is defined as the negative impact of toxic compounds on the functioning of both the local and systemic immune systems. only compounds c1, c9, c10 and the standard are nonimmunotoxic. the mutagenicity test is used to identify substances that can cause mutations or malignant growth in humans (loving et al., 2009). compounds c2, c3, c4, c5, c6, and c12 are mutagenic, and only compound c2 is cytotoxic among the test compounds. the study clearly revealed that most of the compounds possess one form of toxicity except for compounds c1 and c9, which did not show any tendency for hepatotoxicity, carcinogenicity, immunotoxicity, mutagenicity and cytotoxicity, indicating that they are safe as possible therapeutic agents. these two compounds did not violate any of the base rule filter, they are moderately soluble and not p-gp substate. table 11. toxicity profiles of test compounds. code c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c11 c12 c13 c14 5–fu ld50 (mg kg–1) 753 1000 1000 1000 1000 1000 1000 4000 750 750 750 3000 2001 3009 1923 toxicity class 4 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 5 5 5 4 hepatotoxicity – – – – – – – – – + + + + + – carcinogenicity – + + + + + – – – – + + – – + immunotoxicity – + + + + + + + – – + + + + – mutagenicity – + + + + + – – – – – + – – – cytotoxicity – – – – – – – – – – – – – + – 5-flu: 5-flurouracil. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 original article revista.iq.unesp.br 68 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 4. conclusions fourteen selected tetrahydroquinoline derivatives having pyrazole and hydrazide moieties were evaluated in silico against human lung cancer cell lines a549. qsar technique was used to build a model found to be statistically fit with a very high predictive power and the predicted bioactivity represented the experimental results well. molecular docking analysis showed that compound c14 demonstrated the best binding affinity, but the drug-likeness, pharmacokinetic properties and toxicity profile of the test compounds revealed that compound c1 and c9 are better nsclc therapeutic agents because they possess better drug-likeness, pharmacokinetic, and toxicity properties. hence, they are best fit for development into nsclc therapeutic agents. in addition, experimental validation of in vivo and in vitro assays for adme traits is required. authors’ contribution conceptualization: erazua, e. a. data curation: erazua, e. a.; oyebamiji, a. k. formal analysis: oyebamiji, a. k. funding acquisition: not applicable. investigation: erazua, e. a.; oyebamiji, a. k. methodology: akintelu, s. a.; adewole, d. p.; adelakun a. o. project administration: adeleke, b. b. resources: erazua, e. a.; oyebamiji, a. k. software: oyebamiji, a. k.; adelakun a. o. supervision: adeleke, b. b. validation: oyebamiji, a. k.; akintelu, s. a. visualization: erazua, e. a.; adewole, d. p. writing – original draft: erazua, e. a. writing – review & editing: erazua, e. a.; oyebamiji, a. k. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study funding not applicable acknowledgments we are grateful to computational chemistry research laboratory, department of chemistry, university of ibadan and mrs. e. t. oyebamiji as well as miss priscilla f. oyebamiji for the assistance in the course of this study. references adepoju, a. j.; latona, d. f.; olafare, o. g.; oyebamiji, a. k.; abdul-hammed, m.; semire, b. molecular docking and pharmacokinetics studies of curcuma longa (curcumin) potency against ebola virus. ovidius university annals of 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https://doi.org/10.2174/13816128113199990600 https://doi.org/10.2174/13816128113199990600 https://doi.org/10.2174/13816128113199990600 https://doi.org/10.1021/jm020017n https://doi.org/10.1021/jm020017n https://doi.org/10.1021/jm020017n https://doi.org/10.1021/jm020017n https://doi.org/10.1021/jm020017n https://doi.org/10.1016/j.pmrj.2016.03.010 https://doi.org/10.1016/j.pmrj.2016.03.010 https://doi.org/10.1016/j.pmrj.2016.03.010 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134756 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134756 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134756 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134756 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134756 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134756 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134756 https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.09.050 https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.09.050 https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.09.050 https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.09.050 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 original article revista.iq.unesp.br 71 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 55-71 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 oxnard, g. r.; lathan, c. s.; moran, t.; sequist, l. v.; chaft, j. e.; riely, g. j.; arcila, m. e.; soo, r. a.; meyerson, m.; eck, m. j.; kobayashi, s. s.; costa, d. b. structural, biochemical, and clinical characterization of epidermal growth factor receptor (egfr) exon 20 insertion mutations in lung cancer. sci. transl. med. 2013, 5 (216), 216ra177. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 zhang, z.; lee, j. c.; lin, l.; olivas, v.; au, v.; laframboise, t.; abdel-rahman, m.; wang, x.; levine, a. d.; rho, j. k.; choi, y. j.; choi, c. m.; kim, s. w.; jang, s. j.; park, y. s.; kim, w. s.; lee, d. h.; lee, j. s.; miller, v. a.; arcila, m.; ladanyi, m.; moonsamy, p.; sawyers, c.; boggon, t. j.; ma, p. c.; costa, c.; taron, m.; rosell, r.; halmos, b.; bivona, t. g. activation of the axl kinase causes resistance to egfr-targeted therapy in lung cancer. nat. genet. 2012, 44 (8), 852–860. https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p55-71 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3007205 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 https://doi.org/10.1038/ng.2330 author guidelines revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 3 | 2023 | instructions for authors before you submit 1. check eclet. quim.’s focus and scope eclética química is a peer-reviewed quarterly publication supported by institute of chemistry of são paulo state university (unesp). it publishes original researches as articles, reviews and short reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. manuscript originating from scientific initiation, course completion monographs, dissertations or phd thesis already deposited in universities’ repositories is accepted without considering it a violation of the journal's rules. eclética química also accepts preprints. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quim. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. two corresponding authors for an article may be accepted provided both have equivalent contribution to the article, being one of them permanent in the institution. b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quim. must be obtained before being cited. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. quim. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions: of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. is also published in another journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author and your contact phone number. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx, phone: +xx xxxxxxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx, phone: +xx xxxxxxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/8 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 3. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 4. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 5. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 6. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associate with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english are accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). appendix should be included at the end of the main text of the manuscript. supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/7 author guidelines revista.iq.unesp.br title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associate with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/9 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the journal will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. within the cited information: one author: finnegan (2004) states that the primary structure of this enzyme has also been determined. two authors: finnegan and roman (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. three or more authors: finnegan et al. (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. preprint reference: finnegan et al. (2004, preprint) state that the structure of this enzyme has also been determined. at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). preprint reference: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004, preprint). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015. book chapter hammond, c. crystal symmetry. in the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015; pp 99−134. book with editors mom the chemistry professor: personal accounts and advice from chemistry professors who are mothers, 2nd ed.; woznack, k., charlebois, a., cole, r. s., marzabadi, c. h., webster, g., eds.; springer, 2018. website acs publications home page. https://pubs.acs.org/ (accessed 2019-02-21). document from a website american chemical society, committee on chemical safety, task force for safety education guidelines. guidelines for chemical laboratory safety in academic institutions. american chemical society, 2016. https://www.acs.org/content/dam/acsorg/about/governance/committees/chemicalsafety/publications/acs-safetyguidelines-academic.pdf (accessed 2019-02-21). conference proceedings nilsson, a.; petersson, f.; persson, h. w.; jönsson, h. manipulation of suspended particles in a laminar flow. in micro total analysis systems 2002, proceedings of the μtas 2002 symposium, nara, japan, november 3−7, 2002; the netherlands, 2002; pp 751−753. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0504-3_50 governmental and legislation information department of commerce, united states patent and trademark office. section 706.02 rejection of prior art [r07.2015]. manual of patent examining procedure (mpep), 9th ed., rev. 08.2017, last revised january 2018. https://www.uspto.gov/web/offices/pac/mpep/s706.html#d0e58220 (accessed 2019-03-20). preprint fugivara, c. s.; guilherme, l. h.; benedetti, a. v. microstructure of a passive film galvanostatically grown on stainless steel. chemrxiv. 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save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica/about/submissions https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica/login https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief assis.v.benedetti@unesp.br letícia amanda miguel technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:assis.v.benedetti@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 2 | 2021 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index review article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 3 | 2021 | 17 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 a criticism of the reductionist and holistic vision in the planning of drugs in biological, chemical and physical level daniel augusto barra de oliveira1+ , edenilson dos santos niculau1 1. federal university of tocantins, integrated sciences center, araguaína, brazil. +corresponding author: daniel augusto barra de oliveira, phone: +55 (63) 99200-7791, email address: danielchem@uft.edu.br article info article history: received: june 12, 2020 accepted: may 19, 2021 published: july 01, 2021 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. drug design 2. reductionism 3. holism 4. organicism 5. systems biology contents 1. introduction 2. methodology 3. drug design 4. the origin of biological reductionism 5. chemical reductionism 6. physical reductionism 7. the problem in design of new drugs 8. organicism as a counterproposal in cancer treatment 8.1 systems biology 8.2 predicting drug-target interactions (dti) 9. concluding remarks abstract: in this work, two philosophical premises of science applied in the understanding of diseases and in the planning of drugs were studied. the first premise is reductionism. this idea is present in modern science when a problem can be reduced to the sum of its individual parts. diseases can be understood as the metabolic action of few enzymes. drugs can be planned through the mimicry of a specific enzymatic substrate. biological molecules can be explained by the quantum theory applied to atoms and molecules. this idea has been the predominant way in modern science. on the other hand, there is a holistic view of the phenomenon. in this holistic view, the phenomenon must be understood as the whole. drug design should be thought from a network of proteins, not just from a single enzymatic target. there is in fact a slight advantage in the reductionist method, because this philosophical view simplifies the problem. today, a holistic view combined with methodological reductionism is used to develop new potential drugs. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 mailto:danielchem@uft.edu.br https://orcid.org/0000-0002-7300-9052 https://orcid.org/0000-0003-0326-5795 review article iq.unesp.br/ecletica 18 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 1. introduction discussion between reductionist and holistic methods have been used to understand the nature of matter. democritus and leucippus, the “creators” of the atom idea, were the first to establish a reductionist explanation of matter assuming the existence of atoms. on the other hand, aristotle admitted holistic explanations. there are three types of reductionism. ontological reductionism is justified on the assumption that behavior of the whole can be explained by the sum of the individual properties of the components. methodological reductionism is based on the idea that scientific explanation must be reduced to the smallest elements. the explanation of a particular phenomenon can be made in terms of the most fundamental constituents of this phenomenon. the methodological reductionism is very clear in some scientific discussion above molecular drug planning, because several biochemical processes are described by molecular and atom association. researchers have employed quantum mechanics to describe biochemical phenomena. the fundamental constituents of matter are used to develop new drugs. lastly, there is the epistemological reductionism, which a theory takes the form of a deductive argument where the premises are the primary theory and the conclusion is the secondary theory. the theories of biology can be derived as special cases of the laws and theories of the physical sciences (zalta et al., 2017). holistic view contrasts with the reductionist premise by assuming that the explanation of the phenomenon must necessarily describe the whole. in this case, the interactive aspects of the individual components are considered. in this paper, the reductionist and holistic assumptions are discussed to comprehend diseases and drug design. this discussion is interesting because it can be used to trace the scientific pathways to be used in the study of a particular scientific phenomenon. nowadays, the properties of atoms can be obtained from the quantum mechanics equations. the fundamental particles, that are explained by quantum mechanics, can be used to describe the chemical properties of atoms and molecules. the biomolecules that are the components of life can be explained through physical and chemical phenomena. finally, biology becomes nothing more than a cluster of atoms that explain the phenomenon of life as a whole. this idea was advocated by schrödinger (1946). the reductionism gains a new perspective by quantum theory. individual molecules can be used to explain diseases as a whole. defective genes may be the cause of cancer. a drug can be designed due to the idea that a specific enzyme interacts with a biological receptor. this molecular interaction controls a complex biological response. currently, reductionism is the theory most employed to understand the existence of diseases and design new drugs for treating illness. in opposition to reductionism, the holistic vision assumes that diseases must be comprehended by individual components interactions. in order to develop new drugs, the researcher must study the biological system as a whole. a molecule does not interact with a single enzyme because it can have a different effect from what was planned. biochemical mechanisms should be understood based on the interactions between the biomolecules as a whole and not as a summation of individual properties. thus, it is important that the researcher gives special attention to these visions in order to find a way to understand the biological mechanisms and rules that govern life. in this manuscript, the discussion of reductionism is performed at the biological, chemical, and physical levels to understand the development of drugs and diseases. after the previous discussion about reductionism paradigms applied to drug discovery, the holistic idea is discussed in order to understand the same problems using the biology of systems. methodological reductionism and holism are not entirely opposite to each other. each approach has limitations. 2. methodology the purpose of this manuscript is to show how ontological reductionism brings difficulties to understand diseases and design new drugs. holistic approach derived from the biology of the system is presented in the manuscript. this discussion extends at a biological, chemical, and physical level. the old and current literature were also evaluated to show the two premises adopted in the study and development of drugs. finally, methodological reductionism is used to build holistic approaches, showing the complementarity of both approaches. 3. drug design the discussion on the use of proteins in drug design began more than 35 years ago with the emergence of information on the three-dimensional (3d) structure of globin and polypeptide hormones (schechter, 2008). the protein structures are used as biological targets, virtual screening and fragment screening. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 19 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 the development of structural genomics provided more 3d structures that can be determined by gene sequences. these methodologies were particularly important for the development of computational methods, which can help to identify the sites involved in the intermolecular interaction with the inhibitors. first, it is possible to use silicon approaches (virtual screening and redesign) to select a subset of samples from a large compound file. a new drug can also be designed from previously identified ligands. secondly, molecular modeling can be used to study the interaction between a possible biological target and the protein receptor. the evaluation of the activity of a possible drug can be made by the similarity to the original substrate, through the interactions performed by the possible drug, or using a multilinear regression to perform a study of structure and activity relationship. molecular modeling uses molecular structure and electronic calculations to study conformational changes and molecular interactions between an enzyme and a potential drug candidate. the electronic structure calculations are based on methodologies derivative from quantum mechanics approximations. now, there is prior information (docking, quantum chemistry simulations, quantitative structure–activity relationship [qsar]) for a rational organic synthesis of the new drug. the synthesized drug will be tested in vitro and in vivo. the success of these tests may or may not lead to a new drug. briefly, rational drug design is preceded by the choice of a biological target. this biological target can be known or created by sequencing the amino acids. the elucidation of molecular structure will allow the comprehension of the interaction between the biological target with the substrates. subsequently, the electronic structure and molecular mechanical calculations will be used to understand the enzymatic active site. molecular docking is used to generate a set of conformations inside the catalytic site. the comprehension about the catalytic site will identify which amino acids interact with the possible drug. in this stage, the theoretical approaches will help to establish the most important hydrogen bonds, pi stacking interactions, ion interaction and induced dipole interactions. the bind energy can be calculated using classical force fields or quantum mechanics/molecular mechanics (qm/mm) approaches. next step is to start the synthesis of the drug candidate. then, this molecule may be assayed on in vitro enzymes, for example. this is a brief summary of the well-known “rational” design of new drugs. in the manuscript, it will be shown that the idea behind the rational design of drugs starts from ontological reductionism, which does not cover the whole problem to be solved. 4. the origin of biological reductionism the discussion about reductionism in different meanings can be observed in the declarations below. crick (1966) claims that “the ultimate aim of the modern movement in biology is to explain all biology in terms of physics and chemistry”. this approach epitomizes the reductionist mindset that has permeated molecular biology for half a century. the most extreme manifestation of the reductionist view is the belief that is held by some neuroscientists that consciousness and mental states can be reduced to chemical reactions that occur in the brain. the epistemological reductionism can be observed in the words of crick (1966). the domain of biology is reduced to chemical reactions. it could be possible to predict biological phenomena due to specific chemical reactions. on the other hand, paul nurse criticized the reductionism defended by crick and other scientists. nurse (1997) begins his writing in nature with a reductionist question: “if we had knowledge of all the molecular reactions that take place within the cell, would we know the cell?” the article comes up with the following answer: “explanations in science must always have some elements of reductionism, but descriptions of increasing detail may only provide a delusion of understanding; overenthusiastic pursuit of reductionism can limit discovery and also has ideological implications in defining what is considered to be the best science in terms of publication and financial support...” however, there is a real problem to define what is an enough explanation. there are many philosophers who believe that there is a reduction from causality at the macro level to causality at the micro level. menzies (1988) calls this idea causal reductionism. reducing causal relationships from macro to micro levels presupposes some way to correlate the events that have causation effect at different levels. ontological reductionism analyzes the whole in parts and decides the associations between the parts. this approach accepts that only the molecules supply a comprehension of the entire system. currently, it is evident that the specificity of a complex biological activity does not emerge from the properties of the individual molecules. this molecular http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 20 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 structure constantly works in numerous distinctive forms (nicholson, 2019; pierce junior et al., 1960). there are yet studies that lead to a holistic view for the treatment of certain types of disease (birkbak and mcgranahan, 2020; nicholson, 2019; pierce junior et al., 1960). the cancer treatment is a particularly interesting case. cancer is a disease of multifactorial origin that is treated in the context of that the problem originated from somatic mutations in cells. barry pierce and his colleagues showed the differentiation of malignant neoplastic cells into benign cell types (lok, 2006; pierce junior et al., 1960). these researchers refuted the initial dogma “once a cancer cell, always a cancer cell”. the microenvironment and normal tissue architectures may restrict tumor development, but otherwise may also promote and induce cancer (hagios et al., 1998; nci, 2018). a brief survey on the page of the national cancer institute in the united states (manley et al., 2002) shows that many of the drugs employed for cancer treatment assume that the problem is restricted to cellular communication. a methodological reductionism will be applied to develop drugs against cancer. many of the drugs are inhibitors of the enzyme tyrosine kinase (jemal et al., 2010; shah et al., 2020). the treatment of a disease begins with the initial idea that the interaction of a molecule with an enzyme will give responses for a multifactorial disease. there is a clear limitation of the complexity of the problem. this limitation has an approach based on ontological reductionism (when the disease is based on the idea that the constituents can explain the whole) at the same time will apply methodological reductionism to understand the disease (due to technological limitations, a simple model is chosen to start the study about the disease). until 1990, mortality rates had expanded a lot. after the 90s, a gradual decrease in the number of cases was observed, mainly due to cancer prevention through tobacco control and other healthy behaviors (chabner and roberts junior, 2005). however, patients with strong tumors do not react to any drugs (chabner and roberts junior, 2005; ecker, 2015). in any case, the persistence of cancer stem cells and unfavorable medicate impacts still restrain their capacity to stabilize or cure malignant invasion in the long run (cardoso, 2020; chabner and roberts junior, 2005; ecker, 2015). the mortality rates had a modest decrease in recent years, but the cancer remains a major cause of death within the industrialized world. the reasons are complex: insufficient tumor models used within the different cancer screening programs; critical long-term harmfulness of anticancer drugs; reaction rates in patients due to sedate affectability; rapid evolution of aggressive drug resistant cells due to high mutation rates and selective pressure, resulting in transient treatment responses (johnson, 2013; lok, 2006; ponting and russell, 2002; zhong and virshup, 2020). methodological reductionism approaches to biomedical experiments have provided significant insight into the predominant regions associated with specific functions. such discoveries, in turn, led to significant applications. for example, antibody fragments such as antigen binding fragment (fab), single chain variable fragment (scfv) or fragment chain (fc) are widely used as screening reagents and as therapeutic potentials (ahn et al., 2006; van regenmortel, 2004). structural refinement protein domain classifications and functional predictions are additionally used for therapeutic purposes (krakauer et al., 2017). however, the reductionist approach, while accessible and incredibly useful, ignores the broader framework of interregional communications and their possible cooperative effects (krakauer et al., 2017) that would be useful for further analysis. given the advances in technology that have led to advanced experimental and computational techniques in recent years, the subsequent level of scientific advances may require proteins to be analyzed in the most holistic way. these approaches are already present in various specialties with these efforts to jointly generate ideas derived from reductionist investigation (albergante et al., 2016; bieber, 2015; fardet, 2014; phua et al., 2019). according to van regenmortel (2004), it is important to revisit biological systems completely as a whole (o’sullivan et al., 2018; soto and sonnenschein, 2005). in this line of thinking, while limitations on looking at whole systems are always present, it is possible, however, to already be reaching a saturation point for scientific advances within the reductionist approach. recent literature has suggested an analysis of proteins in their entirety (when possible) (van ommen et al., 2008). the reductionist nutritional approach thrived using the tools of analytical chemistry and experimental biology in nutrition. recent advances in high-yield organic molecules complex structure (omic) technology, computational and statistical tools have led scientists to explore current challenges. these tools provide global measurements reporting the diversity of individuals and complex interactions between vitamins and human bodies (davis and hord, 2005; omenn et al., 1996; weinstock, 2012). high-performance omics technology includes genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics and metagenomics. nutrigenomics, or genomics in nutrition, refer to the study of how genes and dietary components interact to http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 21 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 change the phenotype (blumberg, 1994; chiritaemandi and niculescu, 2020). the three genomic categories in which knowledge is critically necessary are human genomics, plant and animal genomics, and microbial genomics (davis and hord, 2005). nutrigenomics explain how the response to food components depends on an individual’s genetic background (nutrigenetics), nutrient-induced changes in dna methylation, chromatin changes (nutritional epigenetics), nutrient-induced changes in gene expression (nutritional transcriptomics) and proteins (nutritional proteomics) (blumberg, 1994). metabolomics is one of the newest omics and has been defined as a comprehensive analysis of changes in many low molecular weight compounds and their fluxes through human metabolism in response to dietary treatments (davis and hord, 2005). metagenomics studies the combined genome of microbial communities using next generation of dna sequencing, which explains differences in community structure between sampling sites, individuals, and between healthy versus disease states (rietjens et al., 2002). a good example of limitation related to the application of reductionism in nutritional research can be found in prospective studies that investigate the effects of the intake of isolated antioxidant vitamin intake and cancer development (fardet and rock, 2014; peterson, 2008). the results showed controversies. although antioxidants become prooxidants after exerting their antioxidant effect in in vitro systems, pro-oxidant formation is rapidly attenuated by recyclable chain reactions involving glutathione in the human body (fojo, 2008). however, at a very high dose, antioxidant vitamins can lead to toxic pro-oxidant actions, indicating the absence of linear cause and effect association. the vitamins may not have the same activity in crude and characteristic foods (fardet and rock, 2014). there is a demand that the potential for nourishment depends on both supplement composition and nourishment structure properties, frequently driving to conflicting discoveries. subsequently, it was expected that a more comprehensive vision of antioxidant potential would approach a few different angles of cancer prevention agents with approaches based on synergistic, adversarial, or multi-component and multitarget additives. examples of reductionism at the biological level and its implications are common. here, diseases and health problems are reduced to biological molecules, such as dna, rna, and specific enzymes. it is necessary to know biological targets for the synthesis of new drugs. there is yet a technological obstacle that prevents the study of the system as a whole. in this way, methodological reductionism must be comprehended as a step to reach ontological holism. however, a new type of reductionism is noted when scientists reduce the problem to simple molecules. 5. chemical reductionism modern chemistry was born with lavoisier’s quantitative studies. on the other hand, biology has been developed since classical antiquity. aristotle had manuscripts classifying the living beings. nowadays there is a particular branch or knowledge shared by chemistry and biology. these sciences use methodologies derivative from biochemistry. the studies in both disciplines start by creating rigorous tests to study molecules, genes or proteins. however, the targets are remarkably diverse in both disciplines. biological systems use the comparison between two systems to understand connections, uncovering tall arrangements in organized structures and modeling complexity. on the other hand, biochemistry is ruled by the attitude of matching pairing individual compounds and molecular targets. as a result, efficient biochemistry ponders are frequently centered on query databases to recognize interactions between particular molecules and a single target. in general, the salicylic acid is described as a cyclooxygenase (cox) (fig. 1) inhibitor, atorvastatin as a 3-hydroxy-3-methylglutaryl (hmg) coenzyme a reductase inhibitor and lithium as a glycogen synthase kinase 3β (gsk3β) inhibitor. figure 1. salicylic acid interacting with cyclooxygenase site. structure obtained from 5f1a (the crystal structure of salicylate bound to human cyclooxygenase-2/protein data bank). these descriptors are useful and carry some information, but, in reality, these small molecules do much more than inhibit a single enzyme. the benefits and negative effects on humans are not fully explained http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 22 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 by their actions on a single enzyme. it is important to invoke a holism view of the system. selective kinase inhibitors in clinical oncology were the main goal of research a decade ago. however, many experts now believe that kinase inhibitors may be advantageous in treating cancer due to the multi target reached by these kinds of molecules. however, the rational drug design continues to follow the idea that “cell life is closely linked to a large number of specific and selective interactions between bio macromolecules” (cheng et al., 2012; cavasotto et al., 2018). macromolecular modeling by docking studies provides drug-receptor interaction. in this approach, the drug structure is designed based on its 3d adjustment to the receptor site structure (aucar and cavasotto, 2020). a clear example is the inhibitors of enzyme kinase. kinases are enzymes associated with the biochemical process known as signal transduction. in this process, the enzyme kinase catalyzes phosphorylation reactions of other enzymes. this biochemical process triggers a cascade of chemical signals that are converted into physical responses by the cell. in this case, the target protein is chosen for the first step of rational drug design. at this stage, the drug is designed in order to mimic the structure of the adenosine triphosphate (atp) molecule. the premise is that the drug must have atp-common pharmacophoric groups in order to inhibit enzyme activity through the induced docking model proposed by koshland (1958). in this model, the substrate is able to adapt to changes in enzyme conformation. this idea permeates the construction of new drugs aimed at cancer treatment (akhtar et al., 2019; müller et al., 2019). however, these molecules act in different enzyme targets. dasatinib is an example of a drug that interacts with several kinases. dasatinib is a targeted therapy medication used to treat certain cases of chronic myeloid leukemia and philadelphia chromosome-positive acute lymphoblastic leukemia. dasatinib is a potent bioavailable oral inhibitor of several kinases, including breakpoint cluster region protein in abl genes (bcr-abl) (fig. 2), protooncogene tyrosine-protein kinase src, c-kit and platelet-derived growth factor receptor beta (pdgfrβ) (lombardo et al., 2004). it has been discovered by synthesizing and testing a series of thiazole-based compounds with activity against src and abl kinases (lombardo et al., 2004). however, the dasatinib interaction is not limited to kinases. the in vivo pharmacokinetic study shows that pretreatment with dasatinib monohydrate decreased the blood level of csa (cyclosporine) in rats, perhaps due to induction of cytochrome p450 3a4 (cyp3a2) isoenzymes (abdelgalil et al., 2019). the cycleoxygenase inhibitor aspirin also acts on different enzyme targets. aspirin blocks the formation of metastatic intravascular niches by inhibition of plateletderived cox-1/thromboxane a2 (ramasarma, 1994). the intrinsic properties of a protein allow catalysis of many reactions. figure 2. dasatinib interacting with abl2/arg kinase. crystal structure of abl2/arg kinase in complex with dasatinib obtained from protein data bank code 4xli. ramasarma (1994) describes a list of more than fifty proteins with the capacity to know several kinds of molecules. these elective capacities incorporate a set of activities. these biomolecules act as enzymes, particle carriers and inhibit different cellular processes. it was discovered that intensive information of the physical and chemical properties of a protein will not give data about what it does. the question about what chemistry can contribute to the whole biological process is not so clear. reductionism would explain which proteins produce effects on the biological system. this idea was created by pigliucci and kaplan (2010). it is exceptionally common to say that a protein is an esterase, kinase, etc., which appears as its primary function. the protein glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (gapdh) plays an important role in glyceraldehyde 3-phosphate catalysis. glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase is a bio molecule with a specific function. this enzyme does not require a specific molecular structure, but an environment in which glyceraldehyde-3-phosphate is changed. chemistry alone cannot tell that a specific protein is gapdh. this bio molecule will only perform the specific activity if it has an environment that http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 23 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 incorporates other components that together make its work particular. while chemistry concerns molecular structures, biochemistry will work with these particles inside a system. the exclusive study about the molecule will not offer a complete comprehension about the function of biomolecules (alm and arkin, 2003). genes that influence natural product fly memory arrangement encode cyclic adenosine monophosphate (camp) proteins within the signaling pathway are not a particular memory. it is the cell compartment and the environment in which a camp is discharged that permits a hereditary item to have an impact. natural specificity comes from the way that these components gather and work together. 6. physical reductionism the early twentieth century had a significant transformation in the context of atomic structure. the old greeks tried to explain the existence of atoms from philosophical central conjectures. dalton later differentiated atoms with the help of the balance. however, the atoms remained nondivisible, as that of the greeks (democritus and leucippus). thomson used the cathode ray tube to discover electrons. rutherford bombardments a gold plate to discover the existence of the nucleus. planck begins quantum mechanics studying the heat from materials at high temperatures. einstein theorizes the corpuscular nature using the photoelectric effect. schrödinger (1926) developed a wave equation whose solutions are the quantum numbers. at this point, the reductionism of chemistry to physics began, as dirac (1929) points out: “the general theory of quantum mechanics is now almost complete, the imperfections that still remain being in connection with the exact fitting in of the theory with relativity ideas. these give rise to difficulties only when high-speed particles are involved, and are therefore of no importance in the consideration of atomic and molecular structure and ordinary chemical reactions, in which it is, indeed, usually sufficiently accurate if one neglects relativity variation of mass with velocity and assumes only coulomb forces between the various electrons and atomic nuclei. the underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these laws leads to equations much too complicated to be soluble.” this is a clear epistemological reductionism defended by dirac. it is not only a methodological approach, but a complete explanation of chemistry using the quantum mechanics equations. however, it will be shown that the presumptions made by dirac are not entirely correct. although a methodological reductionism can be used to simulate the atoms and molecules. physical-level reductionism is visible in biomolecule modeling for new drug planning purposes. the behavior of biological molecules is studied from quantum approaches, semi-empirical and classical models. in this case, the molecules and their properties are explained by quantum mechanics and their approximations. in general, the coordinates of atoms are given. from these coordinates, atomic number, mass, among other properties, are extracted chemical and biological properties of interest. the heart of quantum theory for atoms and molecules is the resolution of the schrodinger equation. however, this equation has no analytical solution for atoms with more than one electron. approaches are required to solve this problem. one of the first approximations to facilitate the resolution of the schrödinger equation is the born–oppenheimer approximation. in this approach, it is assumed that the motion of the atomic nucleus and electrons can be separated (born and oppenheimer, 1927). chemical structure cannot be found in pure quantum mechanics applied to a chemical system. it is imposed by the born– oppenheimer approach (woolley, 1978). new approaches were developed to explain the chemical bond originating quantum chemistry methodologies the introduction of the electron spin and the pauli exclusion principle were used to explain the formation of a chemical bond. the linear combination of atomic orbitals (lcao) and valency theory were used to describe the chemical bond. however, there is the problem associated with the schrodinger equation solution to many electrons. several approaches were used to solve this limitation. the first, already presented, is that of born–oppenheimer. the other approximations are dependent on the method used. it is important to note that neither approach solves the schrödinger equation analytically. hartree’s (1928a, b) approach, for example, considers the interaction of an electron with the average field generated by the other electrons. jordan and fock (1930) introduced the antisymmetric fermion product in hartree’s method. finally, roothaan (1951) added the linear combination of atomic orbitals to the method. hartree’s initial approximation contains a limit in the system energy, which will always be greater than that obtained by the exact solution of the schrödinger equation. for woolley (1978), the concept of molecular structure is http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 24 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 absent at the actual quantum level. electronic structure calculations are based on approximations. löwdin (1955) denominated the difference between exact energy for that calculated from the ab-initio approach as correlation energy. the lowest and most accurate energy would be found by overcoming the born–oppenheimer approximation and by inclusion of relativistic corrections. post hartree–fock approaches named coupled cluster use iterative single, double and triple perturbative excitations (ccsd(t)) that are able to perform calculations with a precision of ± 5 kj mol–1 for small and medium molecules (kümmel, 2002; shavitt and bartlett, 2009). there is still the problem with computational time. robust calculations, such as those derived from møller–plesset perturbation theory (mp2 and mp3 methods) and those approaches that use double and triple excitations are computationally unviable for the treatment of biomolecules. the classic force fields are employed to study biological molecules. in this method, quantum mechanics is replaced by classical mechanics. electrons are forgotten and chemical bonds are treated as springmass systems. interactions are described by electrostatic and van der waals equations. this method is the molecular mechanics (kümmel, 2002; leach, 2001) that allows the study of optimization and dynamics of proteins and other biological molecules. systematic validations based on quantum mechanics have been performed in order to standardize the molecular force fields (van der spoel, 2021). rational drug design at the molecular level is generally based on x-ray diffraction. in this technique, the position of atoms in the crystal is determined to obtain the three-dimensional structure of the biomolecule. this structure can be studied as a whole with classical mechanics. there is also the possibility of temporal evolution of the system using classical force fields associated with the integration of newton’s equations step by step in time. this technique is known as molecular dynamics. the longest molecular dynamic ever performed was on the order of 10–6 s. the problem is that some biochemical mechanisms, such as protein folding, are in the temporal interstice of 10–3 s. in the study of structure and activity relationship (sar), the activity of a set of known drugs can be correlated with a series of their physicochemical properties. the idea behind this technique is to construct a multilinear regression curve that relates known drug activity to a particular universe of physicochemical properties. the graph allows the inferences of the activity of a new drug before the synthesis. fundamental presumption for qsar is that comparable molecules have comparable activities. this rule is called the structure-activity relationship. the fundamental issue is how to characterize a little distinction at the molecule level, since each sort of movement and response capacity, biotransformation capacity, solvency, target movement, and so on, may depend on another distinction. great examples have been given in the literature (brown, 2012; patani and lavoie, 1996). the speculations depend on a limited amount of chemical information. the rule of acceptance must be regarded to maintain a strategic distance from over adjusted theories and to determine over adjusted elucidations in basic molecular information. the reality is that not all comparative molecules have comparative activities. it was shown several reductionism kinds. dirac (1929) defends a complete epistemological reductionism, which quantum mechanics premises is the primary theory and the conclusion is chemistry. on the other hand, crick (1966) argues that biology can be reduced to chemical reactions. both these propositions were criticized, showing arguments against this kind of reductionism. it is important to declare that biology developed itself without the knowledge of chemistry. there is not a causal dependence between chemistry, biology and physics. however, methodological reductionism is applied nowadays to begin the studies in drug design. it will show the problems associated with methodological reductionism. the holistic approaches that can be used to work with drug design will be described as an alternative to approaches merely reductionist. 7. the problem in design of new drugs the number of modern drugs approved by food and drug administration (fda) diminished over the last years. the number of approved drugs reduced from 10 to 20 during the year of 2002. this decline has been held in spite of proceeded industry mergers, acquisitions and yearly investing over us$ 30 billion. some commentators qualify this declination due to organization causes, such as wasteful venture administration, expanded prerequisites, a decrease in clinical science that bargains with entirety living beings, an overemphasis on technology-driven inquire about, and a need of eagerness to do so, center on items that are not anticipated to create deals of at slightest us$ 0.5 to 1.0 billion per year (drews, 2003; fojo, 2008; gershell and atkins, 2003; kubinyi, 2003; miska, 2003). furthermore, these results show that http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 25 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 methodologies based on tall throughput screening, combinatorial chemistry, genomics, proteomics, and bioinformatics are not bringing the modern conquests that were predicted (glassman and sun, 2004; kubinyi, 2003; miska, 2003). information about human genome arrangements and different pathogens led to a set number of modern drug targets (drews, 2003). in addition, a few biotechnology enterprises fizzled to correspond to the perspectives in order to establish quality treatment, investigating antisense innovation and cancer immunizations. a common issue with numerous of these advancements is that the potential for dangers and undesirable side impacts tend to be ignored, as was the case with gene therapy (glassman and sun, 2004). however, there is a probable reason for these disappointments: most of these approaches have been guided by supreme reductionism. as a result, the complexity of organic frameworks, whole life forms and patients tends to be underestimated (horrobin, 2001). illnesses results from the interaction of numerous genes and sometimes it is conceivable to know all the genes and hereditary included in a specific biological function. another field of biomedical science strongly influenced by reductionist theory is the so-called vaccine design, which is based on the premise that the concepts of drug design based on molecular structure can be applied to vaccines (van regenmortel, 2001; 2021). however, this approach neglects that the relationship between a drug and its receptor or molecular target is exceptionally particular, whereas the relationship between an antigen and a counter acting agent is much less limited. the binding site of an immunoglobulin molecule comprises approximately 50 hypervariable residues that together constitute the complementarity determining regions (cdrs). hypervariable residues together make the cdrs. in general, around 10–15 of these residues have an interest in interaction with a specific epitope, but the total complement of all 50 hypervariable residues does not constitute a real binding site for any epitope. this implies that approximately 35 of the cdrs residues can possibly bind to other epitopes that are small or no likeness to the previous. this complexity clarifies the broad multi-specificity of immunoglobulins and the numerous distinctive paratopes or bind sites on each molecule. the capacity of an immunoglobulin molecule to bind to different antigenic structures is improved by the impressive adaptability of cdrs. the molecule of immunoglobulin has different conformations with several binding sites (bosshard, 2001; goh et al., 2004; james et al., 2003). in in the 2000s, rational drug design has become a necessity in the advancement of antibody research contradicting observational data (van regenmortel, 2000). the term rational drug design suggests that this investigation uses molecular information and structural knowledge, whereas the term design shows that the developed products are predictable. rational drug design is considered the more logical approach than experimental “trial-and-error” screening and molecular selection. the conviction that a molecular design plan will be effective for the improvement of unused antibodies is ordinary of the reductionist approach. ontological reductionism expects that a biological phenomenon can be decreased to the chemistry level. however, there are numerous reasons that show that reductionist approaches to antibody advancement are impossible to succeed. first, the antigenic determinants or epitopes of an infectious agent are rising substances that are characterized by their particular antibody partners and exist as it were within the setting of the immune system. epitopes and paratopes are not intrinsic characteristics of an antigen. immunoglobulin individually cannot be recognized autonomously by a binding reaction. second, the idea behind the antibodies that essentially bind to the pathogen have small consideration in immunization advancement. antibodies that have a functional activity are required; specifically, the capacity to neutralize the infectious agents in vivo. human capacity to anticipate protein function is constrained. the ability to predict neutralizing action of an antibody by chemical structure is for all intents and purposes inexistent (van regenmortel, 2000; 2002). immunization and protective resistance have meaning at the level of the entire living being: particles, tissues and organs cannot be vaccinated. immunization takes place in the organic domain and cannot be decreased to the level of chemistry. third, in spite of an exceptional worldwide request for investigation efforts using reductionist approaches, no immunodeficiency infection antibody is in sight (burton and moore, 1998). reductionist approach on hiv immunization advancement continues to be advocated (burton et al., 2004), although there is no evidence that it will be efficient. this approach includes deciding the atomic structure of monoclonal antibodies to hiv antigens using x-ray crystallography to illustrate the structure of hiv epitopes. the basis for these studies is the suspicion that information of the structure of epitopes that are recognized by neutralizing antibodies will offer assistance to plan a viable antibody against hiv. crystallographic x-ray investigation of hivhttp://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 26 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 neutralizing antibodies may describe the structure of epitopes inside the molecular pockets, but it does not tell how to utilize immunization and initiate antibodies with the same specificity (van regenmortel, 2002; burton and moore, 1998). the structures of epitopes and paratopes that are displayed in a complex describe the last conformation of an energetic handle by the alteration in the somatic change. it is not conceivable that the conformation of the epitope on the immunogen is eventually responsible for the appearance of neutralizing antibodies. 8. organicism as a counterproposal in cancer treatment the progress in molecular science over the past three decades has cleared the way for a hereditary cancer hypothesis, the somatic mutation theory (smt) (boveri, 1929; weinberg, 1998). this hypothesis qualifies as a “standard hypothesis” because it has collected most of the financing for cancer investigation. this hypothesis assumes that cancer was generated from genetic breakdown at the cellular level. this model of cancer can be followed back to the work of boveri (1929). nowadays, it is ordinarily defended by weinberg (1998). this reductionist approach was explicitly exposed in weinberg’s book one renegade cell, that emphasizes that the basic part of a single mutated cell will originate from cancer (weinberg, 1998). one alternative comes from traditional biology and emphasizes that the living being must be studied as a whole. the central point of this research is the work of waddington (1935). according to the tissue organizational field theory (toft), the causes of cancer should be investigated not at the hereditary level, but at the tissue level. the toft claims that cancer starts from a disturbance of tissue organization. this theory has been examined by dolberg and bissell (1984) and characterizes the conceptual system with an organicist point of view. the smt approach, whereby the cause of cancer must be inquired about at the hereditary level, has regularly been qualified as an illustration of reductionism, and more accurately as hereditary reductionism. the ideas behind smt inside hereditary qualities based on reductionist paradigm really rose within the 1970s. at the time, an impressive number of carcinogenic chemicals could cause hereditary changes. afterward, it was found that a few of the so-called tumor infections (also called quality transformers or oncogenes) could lead to the advancement of tumors that carry hereditary transformations in tainted cells. at this point, the hereditary cause of cancer changed from exogenous to endogenous and a few endogenous oncogenes were distinguished as transformed shapes of ordinary cell qualities. later researches showed the true complexity of cancer. it was found that a few cases of carcinogenesis could be understood as a multistep to prepare numerous oncogenes, as well as possibly one or more anti-oncogenes or tumor silencers. around 100 oncogenes and 15 anti-oncogenes have been recognized (hanahan and weinberg, 2000). the cell cycle clock was considered critical, as were the characteristics of the cell life. the explanation described by weinberg has been amplified beyond intracellular hereditary causes. nowadays, there are numerous biomolecular pathways, including signals of communication between cells. in carcinogenesis, the cells acquire six particular capacities: specification, “self-sufficiency” in development signals, coldheartedness inhibitory development signals (antigrowth), avoidance of modified cell passing (apoptosis), replicative potential boundless, maintained angiogenesis in tissue (hanahan and weinberg, 2000). each of these capabilities may be obtained by distinctive molecular pathways: self-sufficiency in development signals coming about in independent cell development and multiplication that may be searched by the modification of extracellular development signals, transcellular transducers of such signals or circuits, which decipher these signals into activity. these six capabilities would indeed be empowered by a seventh characteristic, the genomic precariousness, in some cases it is known as “more prominent variability”. the definition of the smt has been reformulated in terms of “heterotypic intuitive” between early tumor cells and their ordinary neighbors. (hanahan and weinberg, 2000). hereditary reductionism, which describes the origin of cancer by a cell mutation, has been adjusted to cover the complexity of carcinogenesis and the variety of atomic pathways that lead to tumor cell multiplication. although smt presents a clear limitation to explain the cancer origin, the paradigm centered on molecular substances remains the most fundamental explanation. cancer approach proposed by sonnenschein and soto (2020) and their group is based on tissue investigation. the toft finds an explanation of cancer in terms of disturbance of tissue organization as opposition to the expression of a defective gene. the toft is based on two fundamental presumptions: (i) expansion is the default state of all cells, and (ii) carcinogens act initially due to distribution of the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 27 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 interaction that happens between cells within the stroma and parenchyma of an organ. for toft researchers, the smt program works with a reductionist problem, because it looks for carcinogenesis caused at the genes and molecular components level of cells instead of the total level of tissues: cancer is seen as an intracellular problem caused by mutations within the dna of the cancer cell. the basic level that carcinogenesis causes ought to be explored is the tissue level, because this level is used in biopsy that can give an authoritative conclusion of cancer (soto and sonnenschein, 2005). sonnenschein and soto (2020) characterize hereditary reductionism as: a great number of biologists demand that cancer clarifications should be analyzed in gene or gene product level. this reductionist-genetic predicts that everything in biology can be diminished to genes since the genome is the store of transmissible information. the approach taken by smt is exceptionally prohibitive because it limits the issue in terms of genes and molecular expressions. it has indeed condemned the cancer investigation. for this reason, this theory should be eliminated or supplanted. in other words, the smt approach is criticized to reduce the cancer to genes and particles inside cells. this approach will inhibit the exam of other potential causes, such as tissue organization. as a substitute for hereditary reductionism, toft proposes an approach based on organicism: cancer is seen as an issue comparable to histogenesis or organogenesis and is hence a developmental science. organicists “select to work” at the level of organization at which the phenomenon is observed. the toft cautiously wanders into lower levels of organization, slowly moving through the different various levels in which the phenomenon is observed. 8.1 systems biology the objective of systems biology is to consider the physiological and conditions of administrative arrangement levels, signaling pathways, cells, tissue, organs, and inevitably the whole life form (berg, 2014). it is a holistic view based in some methodological reductionism to compute the properties that will integrate the whole. the structure of science comprises a number of approaches and models that help within the consideration of the organic complexity of different illnesses. system biology combines an expansive sum of reductionist genomic information, proteomic and metabolomic tests to produce an organized data set for considering a disease. system biology points to the complex behavior of organic frameworks that develop from personal framework components and intelligence between them (sobie et al., 2011). hence, a fundamental highlight of system biology is that the interaction between all framework components is examined instead of the characteristics of each individual component. it gives a few approaches to creating forecasts that can be tested experimentally. system biology depends on the combination of test ponders, that creates information concerning cellular components of a framework as well as approaches that help within the examination of different information sets. two major computational approaches are utilized in system biology, specifically, data oriented (top-down approach) and hypothesis driven (bottom-up approach) (faratian et al., 20093) to create new treatments. 8.2 predicting drug-target interactions (dti) drugs often bind to more than one biomolecular target. it is fundamental to get the polypharmacology of a medicament. exploratory approaches to identify dti are costly, difficult, and time expending. hence, computational approaches are broadly used for dti expectation. computational approaches characterize each target by a set of known connection covers, searching for chemically organized drugs anticipating modern dtis (keiser et al. 2009). associations between drugs and targets can be anticipated based on the chemical structure of the drug and protein sequence (li et al., 2015; 2017). drug-target interactions can moreover be distinguished based on similitudes of side impacts, i.e., drugs with comparable side impacts tend to be associated with the same biological targets (berg, 2014; campillos et al., 2008). the combination of pharmacogenomic likenesses and side impacts are used in dti (li et al., 2017). in addition, a comparison of three administered induction strategies to anticipate dti is the induction likeness, target-based likeness deduction, and network-b. complex diseases are controlled by the interconnected systems of numerous pathways related to cell expansion, attack and medicate resistance (ryall and tan, 2015). in this way, it is troublesome to create modern treatments against complex infections. drugtarget interactions approach uses a combination of medicating treatments that at the same time balance numerous targets and may have more advantages than employing a single drug (jia et al., 2009). this approach gives strong evidence for anticipating treatments of an infection. a few network-based approaches have been employed to anticipate drug http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 review article iq.unesp.br/ecletica 28 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-32 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p17-32 combinations for cancer treatment. in this calculation the kinase inhibition profile and the region with tumor are used to develop a set of drugs as well as to anticipate tumor sensitivities for new drugs or drug combinations (pal and berlow, 2012). vital kinases for mesenchymal and epithelial cell migration were anticipated, employing a joint approach to strong cancer drug combinations. this pooled approach uses flexible net regularization with mrna expression profiling and a huge set of kinase inhibition. 9. concluding remarks today, there is a clear application of methodological reductionism to develop new drugs although there is a grasp that holism must be reached to understand the full biological process. on the other hand, holistic approaches like system biology use some reductionist methodologies to build a whole vision of the organism. nowadays, a balancing of methodological reductionist approach and the holistic view is combined to produce new drugs and understand new diseases. authors’ contribution conceptualization: augusto, d. a. b. data curation: not applicable. formal analysis: not applicable. funding acquisition: not applicable. investigation: augusto, d. a. b.; niculau, e. s. methodology: not applicable. project administration: not applicable. resources: not applicable. software: not applicable. supervision: not applicable. validation: not applicable. visualization: not applicable. writing – original draft: not applicable. writing – review & editing: augusto, d. a. b.; niculau, e. s. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references abdelgalil, a. a.; alam, m. a.; raish, m.; mohammed, i. e.; mohammed, a.-e. h.; ansari, m. a.; al jenoobi, f. i. dasatinib significantly reduced in vivo exposure to cyclosporine in a rat model: the possible involvement of cyp3a induction. pharmacol. rep. 2019, 71 (2), 201–205. https://doi.org/10.1016/j.pharep.2018.10.018. ahn, a. c.; tewari, m.; poon, c.-s.; phillips, r. s. the limits of reductionism in medicine: could systems biology offer an alternative? plos med. 2006, 3 (6), e208. https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030208. akhtar, n.; jabeen, i.; jalal, n.; antilla, j. structure-based pharmacophore models to probe anticancer activity of inhibitors of protein kinase b-beta (pkb β). chem. biol. drug. des. 2019, 93 (3), 325–336. https://doi.org/10.1111/cbdd.13418. albergante, l.; liu, d.; palmer, s.; newman, t. j. insights into biological complexity from simple foundations. in biophysics 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communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about author guidelines revista.iq.unesp.br before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers 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between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/2 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/1 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/3 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br within the cited information: one author: finnegan (2004) states that the primary structure of this enzyme has also been determined. two authors: finnegan and roman (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. three or more authors: finnegan et al. (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. 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within a cell. us 7 732 193 b2, 2010. streaming data american chemical society. game of thrones science: sword making and valyrian steel. reactions. youtube, april 15, 2015. https://www.youtube.com/watch?v=chrcgoje4j4 (accessed 2019-02-28). for more information, you can access the acs style quick guide and the williams college libguides. submitting your manuscript the corresponding author should submit the manuscript online by clicking here. if you are a user, register by clicking here. at the user home page, click in new submission. in step 1, select a section for your manuscript, verify one more time if you followed all these rules in submission checklist, add comments for the editor if you want to, and click save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/index/user/register https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica.iq@unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:ecletica.iq@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 47 | n. 1 | 2022 | 64 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 screening of coformers for quercetin cocrystals through mechanochemical methods fayene zeferino ribeiro de souza1 , amanda cosmo de almeida1 , patrícia osorio ferreira1 , richard perosa fernandes2 , flávio junior caires1+ 1. são paulo state university, school of science, bauru, brazil. 2. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. +corresponding author: flávio junior caires, phone: +55 14 3103-9830, email address: flavio.caires@unesp.br article info article history: received: february10, 2021 accepted: october 04, 2021 published: january 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. cocrystallization 2. flavonoid 3. nutraceutical 4. mechanochemistry 5. thermal analysis abstract: quercetin (que) is a nutraceutical compound that exhibits pharmacological properties such as antioxidant, cardioprotective, anti-ulcer, and anti-inflammatory effects. although que is well-known for its benefits, its efficacy is limited due to low solubility. thus, cocrystallization acts as an interesting approach to improve the solubility—among other properties—of this compound. in this work, cocrystallization screening was applied through neat grinding (ng) and liquidassisted grinding (lag), in which que and four cocrystal formers (benzamide, picolinamide, isonicotinamide, and pyrazinoic acid) were tested. the precursors and que-coformer systems were characterized using thermoanalytical techniques (tg-dta), x-ray powder diffraction (xrpd), and fourier transform infrared (ftir) spectroscopy. the results showed the formation of que cocrystals with picolinamide and isonicotinamide coformers in a 1:1 stoichiometric ratio. furthermore, although coformers are isomers, spectroscopic and thermal data suggest that the supramolecular synthons involved in cocrystallization are different. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 mailto:flavio.caires@unesp.br https://orcid.org/0000-0002-3053-1828 https://orcid.org/0000-0002-0957-943x https://orcid.org/0000-0002-1299-2946 https://orcid.org/0000-0002-4446-3037 https://orcid.org/0000-0003-3187-2111 original article iq.unesp.br/ecletica 65 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 1. introduction nutraceuticals are chemical compounds present in functional foods with medicinal benefits, which aid in the prevention and treatment of diseases. among them are vast natural products such as phenolic acids, coumarins, vitamins, and compounds from the flavonoid class, including quercetin (que) (madaan et al., 2016; sinha et al., 2015; thakuria and sarma, 2018). quercetin is a polyphenol flavonoid commonly found in many types of fruits, vegetables, and teas, being more abundant in onions (tang et al., 2016). this important flavonol shows biological properties, including antioxidant, cardioprotective, anti-ulcer, and anti-inflammatory effects (madaan et al., 2016; varzakas et al., 2016; vasisht et al., 2016). although que is well-known for its therapeutic bioactivity, this substance is classified as class ii in biopharmaceutical classification system (bcs), with low aqueous solubility and high permeability, which limits its efficacy (sinha et al., 2015). given this context, approaches such as cocrystallization have been employed aiming at the improvement of physicalchemical properties, like solubility, stability, bioavailability, and others, without changing therapeutic properties (aakeröy et al., 2009; madaan et al., 2016; su et al., 2015). cocrystal is a crystalline material formed through non-covalent intermolecular interactions, as van der waals forces, hydrogen bonding, π-π interactions, halogen bonding, and others without proton transfer. in terms of applicability in the pharmaceutical field, the cocrystal could be designed by an active pharmaceutical ingredient (api) and a nontoxic and safe substance for consumption, known as coformer (panzade et al., 2017; yadav et al., 2009). the que molecule can form intermolecular interactions through its five hydroxyl groups that provide several different conformations, making it possible to establish supramolecular synthons (dubey and desiraju, 2015). thus, the coformers of benzamide (ba), picolinamide (pa), isonicotinamide (ina), and pyrazinoic acid (pzca) were selected based on safety and the possibility of their functional groups interacting with quercetin. although the ina coformer has been reported to form a que–ina cocrystal synthesized via the slurry method (smith et al., 2011), here the preparation of this cocrystal was investigated through grinding methods. the structural formulas of quercetin and coformers are shown in fig. 1. figure 1.structural formula of quercetin (a) and the coformers benzamide (b), pyrazinoic acid (c), picolinamide (d), isonicotinamide (e). many apis that have problems related to their physicochemical properties highlight the importance of the cocrystals approach by the pharmaceutical industry. moreover, the new crystal form resulting from the interaction between an api and another molecule could be patented, as in the already marketed entresto, steglatro, depakote, lexapro, and others (karagianni et al., 2018; karimi-jafari et al., 2018; kavanagh et al., 2019; patel et al., 2019; qiao et al., 2011; rajput et al., 2013; sathisaran and dalvi, 2018; yousef and vangala, 2019). given the context, this work describes cocrystal screening for que employing four coformers by two different mechanochemical methods, neat grinding (ng) and liquid-assisted grinding (lag), performing spectroscopic and diffractometric characterization, and thermoanalytical studies. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 66 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 2. experimental part 2.1 materials benzamide, pa, ina, and pzca (all with >99% purity) were purchased from sigma aldrich, que (95.0% dry extract) was purchased from a local drugstore. the liquid used during the lag method was ethanol (99.5% purity), purchased from dinâmica. all reactants were used without further purification. 2.2 methods the mechanochemical synthesis was performed using two solid-state based methods, lag and ng grindings were performed in a ball mill (retsch, mm 400 model) using 10 ml stainless steel jars and 7 mm stainless steel balls, under a grinding frequency of 30 hz for 30 min. the total mass of the milled sample was 500 mg in the molar ratio of 1:1 between the drug and each coformer. the amount of liquid (ethanol) added in the lag synthesis was 0.25 μl mg−1 ratio (volume/total sample mass), based on studies by friščić et al. (2009). simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (tg-dta) curves were obtained on a thermogravimetric analyzer (netzch, sta449 f3). the tg-dta analyses, in the range of 30 to 800 °c, were performed with a heating rate of 10 °c min–1, using an α-al2o3 (70 μl) crucible under dynamic air atmosphere with a flow rate of 50 ml min–1. the sample mass was approximately 5.0 mg. x-ray powder diffraction (xrpd) analyzes were performed on the rigaku miniflex 600 diffractometer, employing cu kα radiation (λ=1.54056 å) in a 2θ range of 5° up to 50°, under continuous scan mode, with a rate of 4° min–1 and operating settings of 40 kv voltage and 15 ma current. infrared (ftir) spectra were obtained using nicolet is10 ftir spectrophotometer, thermo scientific, through an attenuated total reflectance method equipped with a germanium crystal, within a range of 675 to 4000 cm–1, 32 scans per spectrum, 4 cm–1 of resolution. to determine the solubility of the drug, the critical step is the quantification of the drug dissolved in the medium, since it is necessary to use a validated analytical method. it was already tried to quantify the drug using uv-visible spectrophotometric method, but the developed method did not show selectivity, the coformer interfered in the drug quantification. furthermore, as reported by ramešová et al. (2012), que is unstable in aqueous solution, which would make its quantification difficult. 3. results and discussion 3.1 quercetin–isonicotinamide (1:1) system 3.1.1 x-ray powder diffraction and ftir the first system prepared in this work was an alternative approach to that reported by smith et al.(2011). their work showed the synthesis of a que–ina cocrystal prepared through slurry crystallization, a solution-based method dissolving the starting materials in 5–6 ml of methanol. given the context, the cocrystal was prepared using mechanochemical synthesis as it is a greener, less solvent, faster and reproducible approach. therefore, the xrpd diffractograms and ftir spectra of que, ina, and the que–ina systems are shown in fig. 2. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 67 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 figure 2. x-ray powder diffraction diffractograms (a) and ftir spectra (b) of que, ina, and the que– ina (1:1) systems. (xrpd diffractogram calculated from the que–ina cocrystal was obtained using the mercury program from the cif file (ccdc deposition number: 1428198 of the crystalline structure reported by smith et al. [2011]) the que–ina/ng and que–ina/lag systems have the same diffraction pattern, with new diffraction peaks at 2θ equal to 7.9, 11.8, 15.5 and 28.0° and absence of diffraction peaks associated with the ina (17.9, 20.9 and 23.5°) and the que (5.5, 10.7, 17.9, 25.3 and 27.4°), confirming the formation of cocrystal. the diffractograms of these systems show the same diffraction pattern of the que–ina cocrystal reported in the literature that was obtained by the slurry method (smith et al., 2011), confirming that the synthesis method does not influence the crystalline phase formed and that the mechanochemical method is efficient in obtaining this cocrystal. regarding the ftir data, the que spectrum shows the presence of strong broad bands with peaks at 3373 and 3281 cm–1 attributed to the o–h stretching vibrations (νo–hphenol) of the phenol groups, a band at 1670 cm−1 attributed to the c=o stretching vibrations (c=oketone) of the ketone carbonyl group, the bands at 1612 and 1212 cm–1 are attributed to the stretching vibrations of the aromatic ring (c=cring) and the ether group (c–o–c), respectively. the bands at 1355, 1316, and 1245 cm–1 are attributed to the c–oh bending vibrations of the phenol groups (c–ohphenol), and the bands at 1168 and 1097 cm–1 are attributed to the c–oh stretching vibrations of the phenol groups (c–ohphenol) (nguyen and jeong, 2018; refat et al., 2021). the ftir spectrum of ina shows bands at 3370 and 3185 cm–1 attributed to the asymmetric and symmetrical n–h stretching vibrations (νasymn–hamide and νsymn– hamide), a band at 1661 cm−1 attributed to c=o stretching vibrations (νc=oamide), a band at 1625 cm–1 attributed to n–h bending vibrations (n–hamide) and a band at 1403 cm–1 attributed to c–n stretching vibrations (c–namide) (yurdakul and ataç, 2004). the ftir spectra of the que–ina/lag and que– ina/ng systems are similar to each other and present significant changes in relation to the spectra of isolated precursors, suggesting the establishment of new supramolecular synthons in the solid-state. the νasymn– hand νsymn–h bands are shifted to higher absorption frequency values, and the intensity of νsymn–h band decreased significantly. another significant change is associated with the νo–hphenol band, its intensity decreases, it became wider and shifted to a region of frequencies between 2316 and 3115 cm–1 , indicating the presence of hydrogen bonds of oh(phenol)⋯n(aromatic) between the molecules (rautenberg et al., 2020; ravikumar et al., 2013), in accordance with the data of crystal structure reported by smith et al. (2011). the bands associated with the vibrations of the carbonyl groups also undergo small displacements, the c=oketone of que was shifted to 1690 cm–1, and that of theνc=oamide of ina was shifted to 1651 cm–1. finally, the bands associated with c–namide, c–ohphenol, and c–ohphenol shifted to higher absorption frequency values. 3.1.2 simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis the thermoanalytical curves of the que, ina and the que–ina/ng and que–ina/lag systems are shown in fig. 3. the tg curve of que shows that it is http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 68 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 thermally stable up to 290 °c and undergoes mass loss in at least three steps. the first step of mass loss between 30–120 °c (mque = 4.96%), without a thermal event in the dta curve, is associated with dehydration of the compound since que is marketed in its hydrated form (ravikumar et al., 2013). the second and third steps, corresponding to exothermic events in the dta curve, are attributed to thermal degradation and oxidation of que, respectively (borghetti et al., 2012; costa et al., 2002). the endothermic event at 310 °c in the dta curve is associated with the melting followed by decomposition (m= 3.08%), as already reported in the literature (borghetti et al., 2012; costa et al., 2002). figure 3. simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis curves of que, ina, and the que– ina (1:1) systems (arrow: melting endothermic event). the tg curve of ina shows a loss of mass in a single step between 175 and 285 °c, attributed to the evaporation of the compound. the two endothermic peaks at 123 and 153 °c in the dta curve, without loss of mass on the tg curve, are associated with a phase transition (form ii to form i) and the melting of the compound, respectively (holanda et al., 2019). the thermoanalytical curves of the que–ina/ng and que–ina/lag systems are similar, suggesting that the synthesis condition used does not significantly influence the formation of the multicomponent system, as already evidenced in the ftir and xrpd data. these thermoanalytical curves show that the systems are thermally stable up to approximately 220 °c and undergo thermal decomposition in at least three overlapping mass loss steps, corresponding to endothermic and exothermic events in the dta curve. the first step of mass loss, corresponding to an endotherm in the dta curve, is attributed to the thermal decomposition of the que–ina system with the release of the ina coformer. the last two steps, corresponding to exothermic events in the dta curve, are attributed to the thermal degradation of the remaining drug. the small endothermic peak at 252 °c in the dta curve, already with a small mass loss in the tg curve, is attributed to the melting of the que–ina cocrystal, which has not yet undergone thermal degradation. the thermal behavior presented by que–ina systems is quite different from that observed for isolated precursor compounds, which confirms the formation of the multicomponent solid form, according to the ftir and xrpd results. 3.2 quercetin–picolinamide (1:1) system 3.2.1 x-ray powder diffraction and ftir the xrpd diffractograms and ftir spectra of the que, pa, and que–pa systems are shown in fig. 4a and b, respectively. the diffractograms of the que–pa/ng and que– pa/lag systems present new diffraction peaks in 2 equal to 5.1, 15.1, 20.1, 22.9, 25.7 and 36.7° and absence of peaks in 2 equal to 5.5, 10.7, 14.1 and 17.9° (que) and 20.7 and 25.4° (pa), not being the combination of the diffractograms of its isolated precursors, which confirms the formation of the cocrystal. furthermore, these results suggest that the addition of liquid in the mechanochemical synthesis does not significantly influence the formation of the new crystalline phase. the ftir spectrum of pa shows the spectral pattern reported for polymorph ii of this compound (akalin and akyuz, 2006), which is the commonly marketed crystalline form. the main bands are observed at http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 69 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 3416 cm–1 attributed to asymmetric nh2 stretching vibrations (asymnh2), two bands at 3275 and 3170 cm–1 attributed to symmetric nh2 stretching vibrations (symnh2), a band at 1660 cm−1 attributed to c=o stretching vibrations (νc=oamide), a band at 1603 cm–1 attributed to nh2 bending (scissoring) vibrations (nh2 scissoring) and a band at 1391 cm–1 attributed to c–n stretching vibrations of the amide group (c–namide) (akalin and akyuz, 2006; évora et al., 2012). figure 4. x-ray powder diffraction diffractograms (a) and ftir spectra (b) of que, pa, and the que–pa (1:1) systems. for the ftir spectrum of the que–pa cocrystal, only small shifts in the bands associated with the functional groups of the precursors are observed, quite differently from the pronounced changes observed in the ftir spectrum of the que–ina cocrystal. these results suggest that the supramolecular synthons established in the que–pa cocrystal are different from those present in the que–ina cocrystal, mainly due to the absence of changes in the spectra associated with the formation of the oh(phenol)⋯n(aromatic) synthon, probably the ortho position of the aromatic nitrogen in the pa molecule prevents the formation of this intermolecular interaction. this is also supported by the appearance of a weak band at 3599 cm–1 attributed to o–h stretching vibrations of the free hydroxyl group (o–h). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 70 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 3.2.2 simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis the tg–dta curves of que, pa, and que–pa systems are shown in fig. 5. the tg curve of pa shows loss of mass in a single step between 130 and 235 °c, associated with a significant change in the baseline in the dta curve, attributed to the vaporization of the compound. the endothermic peak at 105 °c in the dta curve, without loss of mass in the tg curve, is attributed to the melting of the compound. figure 5. simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis curves of que, pa, and the que–pa (1:1) systems (arrow: melting endothermic event). the tg-dta curves of the que–pa/ng and que– pa/lag systems are very similar, suggesting that the condition of synthesis employed does not significantly influence the formation of the cocrystal, as already evidenced in the ftir and xrpd data. these thermoanalytical curves show four steps of mass loss, corresponding to endothermic and exothermic events in the dta curve. the first step, between 104 and 125 °c (mque-pa/ ng = 4.02%; mque-pa/ lag = 3.16%), corresponding to a small endothermic event around 117 °c in the dta curves, is attributed to the loss of a hydroxyl group (mcalc. = 4.01%), probably free hydroxyl group, as indicated by the ftir data. the xrpd diffractogram obtained from the sample heated to 130 °c, temperature above the first mass loss step, shows a new diffraction pattern, with a significant reduction in the number of diffraction peaks associated with cocrystal formation, decreased intensity, and displacement of other peaks and the appearance of two new peaks (2 = 8.6 and 14.8°), suggesting that mass loss is associated with thermal degradation of the systems, as indicated by the calculated mass loss value. after this first step, the remaining material is thermally stable up to 155 °c and undergoes thermal decomposition in three steps, between 155 and 525 °c. the second step, between 155 and 217 °c, is attributed to the thermal decomposition of the intermediate formed in the previous step with the release of pa (mtg = 28.12%; mcalc. = 28.77%). the last two steps, between 281 and 525 °c, are associated with thermal degradation of the remaining degraded que. the endothermic peak at 185 °c in the dta curve, with a slight loss of mass in the tg curve, is attributed to the melting of the material. the thermal behavior presented by que–pa systems is quite different from that observed for isolated compounds, which confirms the formation of a cocrystal, according to the ftir and xrpd results. 3.3 quercetin–pyrazinoic acid (1:1) system 3.3.1 x-ray powder diffraction and ftir the xrpd diffractograms and ftir spectra of the que–pzca systems (fig. 6) are just a combination of the diffractograms and spectra of the precursors, since no new diffraction peaks and band shifts are observed, suggesting that these systems are simple physical mixtures or eutectic mixtures. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 71 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 figure 6. x-ray powder diffraction diffractograms (a) and ftir spectra (b) of que, pzca, and the que–pzca (1:1) systems. 3.3.2 simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis the tg–dta curves of the que, pzca and the systems que–pzca are shown in fig. 7. the tg–dta curves of the pzca show loss of mass in a single step between 160 and 229 °c, corresponding to partial sublimation and vaporization of the compound. the endothermic peak at 223 °c in the dta curve is attributed to the melting of the compound (almeida et al., 2020). the tg-dta curves of the que–pzca/lag and que–pzca/ng systems have similar thermal stability and the same three steps of mass loss. the first step, corresponding to a small endothermic peak at 207 °c in the dta curve, is attributed to the sublimation and vaporization of pzca. the second and third steps, associated with endothermic and exothermic events in the dta curve, respectively, are associated with the thermal degradation of que. in addition, the thermal profile and mass loss temperatures observed in the tgdta curves of the que–pzca systems are similar to those observed in the tg-dta curves of the isolated precursors, being the combination of the thermoanalytical curves of the isolated precursors. on the other hand, the thermal melting events of the precursors are not observed in the dta curves of the systems, which may be related to the sensitivity of the dta measurement and the lower amount of compound present in the que–pzca systems. the observed thermal behavior, together with the ftir and xrpd data, confirm that que–pzca systems are just simple physical mixtures. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 72 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 figure 7. simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis curves of que, pzca, and the que– pzca (1:1) systems. 3.4 quercetin–benzamide (1:1) system 3.4.1 x-ray powder diffraction and ftir the xrpd diffractograms and ftir spectra of the que–ba systems and their precursors are shown in fig. 8. as can be seen, both systems have similar diffraction and spectral patterns, corresponding to the combination of diffractograms and spectra of the starting materials, since no new diffraction peaks and band shifts are observed. this suggests that no new crystalline phases were formed, nor supramolecular synthons were established, which indicates that these systems are simple physical mixtures or eutectic mixtures. figure 8. x-ray powder diffraction diffractograms (a) and ftir spectra (b) of que, ba, and the que–ba (1:1) systems. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 73 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 3.4.2 simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis the tg-dta curves of the que, ba and the systems que–ba are shown in fig. 9. the tg-dta curves of benzamide show mass loss in a single step between 155 and 255 °c, corresponding to a subtle endothermic event at 196 °c in the dta curve, associated with the vaporization of the compound. the dta curve shows an endothermic peak at 128 °c associated with the melting of the compound (perpétuo et al., 2014). the tg curves of the que–ba systems show three stages of mass loss, corresponding to endothermic and exothermic events in the dta curve. the first stage, between 150 and 230 °c, is attributed to the vaporization of ba. the last two steps, corresponding to endo and exothermic events in the dta curve, are attributed to the thermal degradation of que. furthermore, the dta curves of both systems present two endothermic peaks at 115 and 305 °c, attributed to the melting of the precursors. the thermal behavior of this system is similar to that observed in the tg-dta curves of the isolated compounds, suggesting that it is only the combination of the thermoanalytical curves. these thermoanalytical results, along with xrpd and ftir data, suggest that the systems are just physical mixtures. 4. conclusions although all coformers studied in this work have functional groups capable of forming supramolecular synthons with que, it was only possible to obtain cocrystals through the mechanochemical method with ina and pa isomers. the ftir data suggest that the supramolecular synthons formed in the que–ina and que–pa cocrystals are different, mainly regarding the presence of the oh(phenol)⋯n(aromatic ring) synthon present in the que–ina cocrystal, as already determined by data of crystalline structure and absent in the que-pa cocrystal. this is also suggested by the thermoanalytical data, since the thermal stability of the que–pa cocrystal is lower than that of the que–ina cocrystal, being associated with the loss of free hydroxyl groups (not participating in hydrogen bonds) present in the que–pa system. in addition, the que–ina cocrystal, previously reported by the slurry method, could be obtained through a greener method. figure 9. simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis curves of que, ba, and the que–ba (1:1) systems (arrow: melting endothermic event). authors’ contribution conceptualization: souza, f. z. r.; almeida, a. c.; caires, f. j. data curation: souza, f. z. r.; almeida, a. c. formal analysis: souza, f. z. r. funding acquisition: caires, f. j. investigation: souza, f. z. r.; almeida, a. c.; ferreira, p. o.; fernandes, r. p. methodology: not applicable project administration: caires, f. j. resources: caires, f. j. software: not applicable supervision: caires, f. j. validation: almeida, a. c.; ferreira, p. o. visualization: souza, f. z. r.; almeida, a. c.; ferreira, p. o.; caires, f. j. writing – original draft: souza, f. z. r.; almeida, a. c. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 original article iq.unesp.br/ecletica 74 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 64-75 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p64-75 writing – review & editing: souza, f. z. r.; almeida, a. c.; ferreira, p. o.; fernandes, r. p.; caires, f. j. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding cepid/cdmf – fundação de apoio à pesquisa do estado de são paulo (fapesp); conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq); coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). acknowledgments the authors gratefully acknowledge fenelon martinho lima pontes for the support in the use of x-ray powder diffraction and cepid/cdmf – fapesp (grant nos. 2013/09022-7, 2017/14936-9, 2018/12463-9 and 2018/24378-6), cnpq (grant nos. 421469/2016-1, 159936/2018-7 and 305601/2019-9) and capes (grant nos. 001) foundations (brazil) for financial support. references aakeröy, c.b.; forbes, s.; desper, j. using cocrystals to systematically modulate aqueous solubility and melting behavior of an anticancer drug. j. am. chem. soc. 2009, 131 (47), 17048–17049. https://doi.org/10.1021/ja907674c akalin, e.; akyuz, s. vibrational analysis of free and hydrogen bonded complexes of nicotinamide and picolinamide. vib. spectrosc. 2006, 42 (2), 333–340. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2006.05.015 almeida, a. c. de; ferreira, p. o.; torquetti, c.; ekawa, b.; carvalho, a. c. s.; santos, e. c. dos; caires, f. j. mechanochemical synthesis, characterization 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https://doi.org/10.1021/cg4007058 https://doi.org/10.1021/cg4007058 https://doi.org/10.1021/cg4007058 https://doi.org/10.1021/cg4007058 https://doi.org/10.1007/s00216-011-5504-3 https://doi.org/10.1007/s00216-011-5504-3 https://doi.org/10.1007/s00216-011-5504-3 https://doi.org/10.1007/s00216-011-5504-3 https://doi.org/10.1007/s00216-011-5504-3 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128303 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128303 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128303 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128303 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128303 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128303 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2012.10.029 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2012.10.029 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2012.10.029 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2012.10.029 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2012.10.029 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246265 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246265 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246265 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246265 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246265 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246265 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246265 https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10030108 https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10030108 https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10030108 https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10030108 https://doi.org/10.1021/cg501009c https://doi.org/10.1021/cg501009c https://doi.org/10.1021/cg501009c https://doi.org/10.1021/mp200209j https://doi.org/10.1021/mp200209j https://doi.org/10.1021/mp200209j https://doi.org/10.1021/mp200209j https://doi.org/10.1016/j.inoche.2015.03.027 https://doi.org/10.1016/j.inoche.2015.03.027 https://doi.org/10.1016/j.inoche.2015.03.027 https://doi.org/10.1016/j.inoche.2015.03.027 https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.09.034 https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.09.034 https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.09.034 https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.09.034 https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.09.034 https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.09.034 https://doi.org/10.3390/cryst8020101 https://doi.org/10.3390/cryst8020101 https://doi.org/10.3390/cryst8020101 https://doi.org/10.3390/cryst8020101 https://doi.org/10.3390/foods5040088 https://doi.org/10.3390/foods5040088 https://doi.org/10.3390/foods5040088 https://doi.org/10.3390/foods5040088 https://doi.org/10.1039/c5ce01899d https://doi.org/10.1039/c5ce01899d https://doi.org/10.1039/c5ce01899d https://doi.org/10.1039/c5ce01899d https://doi.org/10.1039/c5ce01899d https://doi.org/10.4103/0250-474x.57283 https://doi.org/10.4103/0250-474x.57283 https://doi.org/10.4103/0250-474x.57283 https://doi.org/10.4103/0250-474x.57283 https://doi.org/10.4103/0250-474x.57283 https://doi.org/10.1021/acs.cgd.8b01898 https://doi.org/10.1021/acs.cgd.8b01898 https://doi.org/10.1021/acs.cgd.8b01898 https://doi.org/10.1021/acs.cgd.8b01898 https://doi.org/10.1081/sl-120028421 https://doi.org/10.1081/sl-120028421 https://doi.org/10.1081/sl-120028421 https://doi.org/10.1081/sl-120028421 https://doi.org/10.1081/sl-120028421 eclet. quim. 50 | e-1573, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 1/8 1state university of malang, faculty of mathematics and natural sciences, malang, indonesia. +corresponding author: herunata herunata, phone: +6281333905333, email address: herunata.fmipa@um.ac.id original article, education in chemistry and correlated areas the effectiveness of guided inquiry learning based on anderson’s sketch analysis on students’ higher order thinking skills in reaction rate herunata herunata1+ , ibnatullatiefah ibnatullatiefah1 , habiddin habiddin1 , hayuni retno widarti1 , munzil munzil1 , putri nanda fauziah1 abstract the 21st century learning process focuses on enhancing higher-order thinking skills (hots). in indonesian schools, students’ hots in the reaction rate topic need improvement. this study investigates the effectiveness of guided inquiry learning based on anderson’s learning sketch analysis in enhancing hots. involving 60 of 11th grade science students from a public high school in malang, the study used a quasi-experimental design with an experimental class (anderson’s learning sketch) and a control class (conventional learning). the research instrument was a hots assessment with 10 essay questions. data analysis using an independent sample t-test showed a significant difference (p = 0.002), with the experimental class scoring higher (69.3) than the control class (49.9). the findings indicate that anderson’s learning sketch analysis is effective in improving students’ hots, with the experimental class outperforming the control class in skills such as analysis (63% vs. 39%), evaluation (71% vs. 55%), and creation (78% vs. 70%). these results highlight the importance of guided inquiry in enhancing hots. article history received june 12, 2024 accepted october 17, 2024 published february 17, 2025 keywords 1. high level of thinking; 2. cognitive dimension; 3. metacognitive skills. section editors natany dayani de souza assai highlights guided inquiry learning for promoting higher order thinking skills. anderson’s sketch analysis platform for measuring higher order thinking skills. employing reaction rate teaching, a tool for higher order thinking skills. this manuscript was partly presented at the meeting of the international conference on mathematics and science education (icomse) 2023. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 https://ror.org/00ypgyy34 mailto:herunata.fmipa@um.ac.id mailto:herunata.fmipa@um.ac.id mailto:ibnaibna2024.um@gmail.com mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id mailto:munzil.fmipa@um.ac.id mailto:putri.nanda.2003316@students.um.ac.id https://orcid.org/0000-0003-0146-1784 https://orcid.org/0009-0005-3957-1526 https://orcid.org/0000–0002-3947–2844 https://orcid.org/0000-0001-5574-8209 https://orcid.org/0000-0001-7017-3175 https://orcid.org/0009-0009-2662-7163 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 2/8 1. introduction the indonesian curriculum is designed to equip students with the competencies necessary for the demands of the 21st century, focusing on the development of 4c skills: (a) critical thinking and problem-solving, (b) communication, (c) creativity and innovation, and (d) collaboration. these skills are essential for preparing students to navigate complex, rapidly changing global environments. to achieve this, the curriculum emphasizes cultivating higher-order thinking skills (hots) throughout the learning process, enabling students to engage in deeper, more analytical thinking and become effective problem solvers (kemdikbud, 2018). previous research has extensively explored strategies and teaching models aimed at enhancing students’ higher-order thinking skills (hots) in chemistry education. one effective strategy for fostering hots is the use of guided inquiry-based learning. for instance, mawardi et al. (2020) demonstrated that guided inquiry-based student worksheets significantly promote the development of hots. similarly, research by prahani et al. (2016) showed that the guided inquiry model is particularly effective in improving students’ problem-solving abilities. this approach enables students to actively engage in the learning process through independent investigation and problem-solving, while still receiving guidance from the teacher. as a result, students are better able to grasp complex concepts and develop critical thinking skills more efficiently. anderson et al. (2001) developed a taxonomy-based learning outline consisting of knowledge and cognitive dimensions to serve as a foundational framework in the teaching process. the learning components, such as learning objectives, learning activities, and assessment, are categorized in the taxonomy table based on their knowledge and cognitive dimensions. the management of these learning components within the outline developed by anderson is referred to as anderson’s sketch learning. anderson’s learning sketch analysis can be an effective tool for developing students’ hots by focusing on the cognitive processes of analyzing (c4), evaluating (c5), and creating (c6), as outlined in the revised bloom’s taxonomy. this approach is designed to help teachers promote hots during instruction by organizing learning components within the higher-order thinking categories. this structured classification enhances the learning process, ensuring that it is both targeted and effective in fostering critical thinking. as a teaching method, anderson’s learning sketch analysis can be seamlessly integrated into various instructional models, including the guided inquiry model, to achieve more optimal learning outcomes (anderson et al., 2001). for example, net et al. (2024) developed science worksheets oriented toward hots through inquiry-based learning, demonstrating the value of this approach. additionally, nzomo et al. (2023) used inquiry-based learning to build students’ self-efficacy in chemistry, further improving their hots. these studies highlight the potential of combining anderson’s learning sketch analysis with inquirybased methods to support and enhance hots development. the core competencies outlined in minister of education and culture regulation no. 37 of 2018 highlight that the topic of reaction rates in chemistry is one that demands hots. according to habiddin and page (2019), indonesian students’ hots in chemical kinetics, including reaction rates, remain underdeveloped and require improvement. however, the nature of the reaction rate topic—characterized by reasoning, laboratory work, and problem-solving—presents a significant opportunity to effectively cultivate hots within this area of learning. the study titled “development of teaching materials for the reaction rate subject oriented to hots based on anderson’s sketch analysis” by herunata et al. (2021) categorizes the reaction rate topic into four subtopics: 1) the concept of reaction rate, 2) reaction order, 3) theories of reaction rate, and 4) factors affecting reaction rate. these components of reaction rate learning are then systematically organized within anderson’s learning sketch analysis framework, as detailed in table 1. table 1. anderson’s sketch analysis for the reaction rate topic. knowledge dimension cognitive dimension remember understand apply analyze evaluate create factual knowledge conceptual knowledge objective 1 assessment 1 objective 3 activity 3 assessment 3 objective 2 assessment 2 procedural knowledge activity 1 activity 2 objective 4 activity 4 assessment 4 metacognitive knowledge given the background outlined above, it is essential to investigate the effectiveness of guided inquiry learning based on anderson’s learning sketch analysis in enhancing students’ hots, specifically in the context of reaction rates. this research builds upon previous studies that assessed students’ abilities after learning about reaction rates without any specific interventions. the findings from those studies identified the key aspects of hots that need further strengthening in the learning process. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 3/8 2. method this research was conducted at a public senior high school in malang city during the first semester of the 2022/2023 academic year. the study population comprised of 11th grade science students from the school. a cluster random sampling technique was employed to select the study sample. the sample consisted of two classes: 11th grade science 3, designated as the experimental group, and 11th grade science 2, designated as the control group. this study utilized a quasi-experimental design. the experiment aimed to compare the hots of students in the experimental group, who received guided-inquiry learning based on anderson’s sketch learning analysis on the topic of reaction rates, with the control group, who underwent convenient teaching of reaction rates topic. the purpose was to assess the impact of these different teaching approaches on students’ hots abilities. the design is: o1 (first observation) x o2 (last observation) o1 (first observation) o2 (last observation) x: treatment: guided inquiry learning based on anderson’s sketch analysis in reaction rate topic. before experimenting, we performed a statistical analysis to confirm the equivalence of abilities between the students in the experimental and control groups, allowing for a direct comparison of their final capabilities. the data for this analysis were drawn from the students’ report card grades from the previous semester. to assess normality, we employed the mann-whitney u test. in the experimental class, we implemented a guided inquiry model integrated with anderson’s learning sketch analysis approach to enhance the learning experience. in contrast, the control class utilized more conventional teaching methods. in the experimental group, learning activities focused on providing illustrations and teacher-guided questions to deepen students’ understanding and foster higher-order thinking skills (hots), in alignment with the framework outlined in anderson’s learning sketch analysis. meanwhile, the control class was taught without any specific interventions, relying primarily on lectures and discussions. the conventional teaching methods employed in the control group aimed to develop hots through a scientific approach, which is a form of guided inquiry-based learning. the impact of the treatment in this study was evaluated using statistical tests on the assessment results of students’ higherorder thinking skills (hots) in both classes after they completed their learning on reaction rates. the independent sample t-test was employed for this analysis, following prerequisite tests for normality and homogeneity. additionally, the data on students’ hots assessment results were examined both quantitatively and descriptively to provide a comprehensive overview of their abilities across each hots category. for this study, we utilized an assessment instrument specifically designed to measure students’ hots, which comprised 10 open-ended questions focused on the hots relevant to reaction rates. the validity of this instrument was established through evaluation by two expert validators: a chemistry lecturer and a high school chemistry teacher. the average validity percentage, as shown in table 2, was an impressive 89% from both validators, confirming the instrument’s appropriateness for the study following minor revisions based on their feedback. furthermore, the hots assessment instrument underwent empirical testing with grade xi science students at a senior high school in batu city to further assess its validity and reliability. statistical analysis of the pilot test data revealed that all items in the hots assessment instrument were valid, with calculated r values ranging from 0.466 to 0.804, all exceeding the critical value of 0.433. the reliability analysis produced a cronbach’s alpha value of 0.830, indicating strong reliability for the instrument. according to established standards by george and mallery (2016), an alpha above 0.70 is considered acceptable for social science research. thus, the instrument exhibits a robust level of internal consistency, making it suitable for assessing hots in this context. table 2. category of validity levels. percentage validity levels 81–100% very high 61–80% high 41–60% moderate 21–40% low 0–20% very low the implementation of anderson’s learning sketch analysis in this study utilized a set of teaching materials that were validated by the same experts who assessed the hots assessment instrument. the materials included lesson plans, student worksheets, and learning media (such as powerpoint presentations), with four distinct sets created for each type of resource. the validation results for these teaching materials are presented in table 3. these validation results indicated a very high level of validity for the prepared teaching materials, allowing them to be used in the teaching process for this study after incorporating revisions based on the validators’ feedback. table 3. results of teaching materials validation. teaching material validator 1 score validator 2 score average score validity levels lesson plans 95% 90% 92% very high student worksheets 100% 95% 98% very high learning media 92% 90% 91% very high https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 4/8 3. results and discussion 3.1. analysis of students’ initial abilities the students’ initial abilities were assessed using data from their previous semester’s reports. this data was subjected to statistical analysis to evaluate whether there were significant differences between the initial abilities of the control and experimental groups, with a significance level set at 0.05. a homogeneity test was conducted to confirm that both groups had the same variance, and the results are presented in table 4. following this, a normality test was performed as a prerequisite for the parametric comparison test, with the findings detailed in table 5. the normality test of the students’ initial abilities indicated a significance value of less than 0.05, suggesting that the data is not normally distributed. consequently, the hypothesis test to assess the significant difference in initial abilities between the two classes was conducted using a non-parametric statistical test, specifically the mann-whitney test. the null hypothesis for this comparison posits that there is no significant difference in the initial abilities of the experimental and control classes, while the alternative hypothesis proposes that a substantial difference exists. the results of the mann-whitney test are summarized in table 6. the mann-whitney test yielded a significance value greater than 0.05, leading to the acceptance of the null hypothesis and the rejection of the alternative hypothesis. this indicates that there is no significant difference between the initial abilities of the experimental and control classes. consequently, the two classes can be directly compared in this study, as their initial skills are considered equivalent. 3.2. analysis of students’ higher-order thinking skills the higher-order thinking skills (hots) of students were assessed based on the results from the hots assessments conducted after the completion of the reaction rate learning module in both classes. this data underwent statistical analysis to determine if there was a significant difference in hots abilities between the control and experimental groups, with a significance level set at 0.05. the homogeneity test for the hots ability data is presented in table 7, confirming that both sample groups exhibit the same variance. following this, a normality test was performed as a prerequisite for the parametric comparison, and the results are detailed in table 8. a normality test on the students’ hots ability data yielded a significance value greater than 0.05, indicating that the data is normally distributed. as a result, a parametric statistical test, specifically the independent samples t-test, can be used to assess whether there is a significant difference in hots abilities between the two classes. the null hypothesis (h0) for this test posits that there is no significant difference in hots abilities between the experimental and control groups. conversely, the alternative hypothesis (h1) suggests that a significant difference exists between these two groups. the outcomes of the independent samples t-test are displayed in table 9. the independent samples t-test produced a significance value below 0.05, leading to the rejection of the null hypothesis and acceptance of the alternative hypothesis. this result indicates a significant difference in hots abilities between the experimental and control classes, with the experimental class achieving higher average hots scores. therefore, it can be concluded that anderson’s learning sketch analysis effectively enhances students’ higher-order thinking skills in the context of reaction rates. additionally, students’ hots assessment data were analyzed both quantitatively and descriptively to provide insights into their performance in each higher-order thinking category. the average percentage of correct answers for the experimental and control classes in each hots category is presented in table 10. table 4. homogeneity test results of student’s initial abilities data (levene test). class average score sig. value homogeneity experimental 84 0.566 homogeneous control 83 table 5. normality test results of student’s initial abilities data (mann-whitney u test). class average score sig. value normality experimental 84 0.015 not normal control 83 0.000 not normal table 6. mann-whitney test results of student’s initial abilities data. class average score sig. value conclusion experimental 84 0.634 h0 is accepted control 83 table 7. homogeneity test results of students’ hots abilities data. class average score sig. value homogeneity experimental 68.3 0.730 homogeneous control 49.9 table 8. normality test results of students’ hots abilities data. class average score sig. value normality experimental 68.3 0.126 normal control 49.9 0.117 normal table 9. independent sample t-test results of students’ hots abilities data. class average score sig. value conclusion experimental 68.3 0.002 h0 is rejected control 49.9 table 10. the average percentage of correct student responses in each hots skill. class hots category analyzing (c4) evaluating (c5) creating (c6) experimental 63% 71% 78% control 39% 55% 70% 3.3. students’ higher-order thinking skills in the analyzing skill in the students’ hots assessment instrument, five questions were categorized as involving the ability to analyze. the percentage of correct answers from the control class students and the experimental class students for the questions tagged as studying (c4) are presented in table 11. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 5/8 table 11. percentage of correct answers in the analyzing skill (c4). question number main topic question indicator %correct answers control class experimental class 1 concept of reaction rate given data on time and moles of reactants in a chemical reaction, students can calculate the time needed to obtain a certain amount of reaction products by analyzing the rate comparison between substances in the given response. 17 45 2 theories of reaction rate given illustrations of two different experiments based on submicroscopic representation, students can analyze the factors affecting the occurrence of a reaction. 52 75 5 factors affecting reaction rate given experimental data for the reaction between na2s2o3 and hcl under various conditions, students can predict the reaction rate order of several provided responses. 62 78 9 reaction order and rate equation given various information about the effect of changing reactant concentrations on reaction rate and the rate constant value at a specific reactant concentration, students can determine the rate constant by analyzing the provided information. 31 47 10 reaction order and rate equation given submicroscopic illustrations of several experiments with different numbers of reactant molecules along with their rate equations, students can identify correct statements about the reaction rate. 34 68 average 39 63 the results of the hots assessment show that students in the experimental class, who learned the reaction rate material through anderson’s learning sketch analysis, demonstrated stronger analytical skills than those in the control class, who were taught using traditional methods. this is evident from the higher percentage of correct answers in the experimental class compared to the control class across the five questions in the “analyzing” category. specifically, the experimental class achieved an average of 63% correct answers, while the control class averaged 39%. an example question used to assess students’ analytical hots abilities is provided below. question 9. the reaction experiment a b c produces the following data: • when the concentration of b remains constant, and the concentration of a has increased two times the original rate, the reaction rate becomes four times faster • when the concentration of a remains the same, and the concentration of ba is increased two times the original rate, the reaction rate becomes two times faster • when [a]=2m and [b]=3m the reaction rate is 0.24 ms–1 based on these data, the reaction rate constant is... question 9 serves as an example of an “analyzing” category question, specifically under the subcategory of attributing. in this question, students are asked to analyze the purpose and meaning of given data or statements and apply their analysis to solve a problem. statements 1 and 2 provide clues about the order values of each reactant, requiring students to understand how changes in reactant order values affect the reaction rate. by attributing the information in these statements, students can determine the reactant order values and use them to infer the reaction’s rate equation. statement 3 then guides students to calculate the rate constant using the provided data and the derived rate equation. sample student responses to question 9 from both the experimental and control classes are shown in figs. 1 and 2. the student response from the experimental class demonstrates strong analytical skills. the student effectively interpreted the meaning of each provided data point and statement to solve the problem accurately. in analyzing statements 1 and 2, the student correctly identified the order values of each reactant and supported their conclusions with logical reasoning. for statement 3, the student skillfully applied mathematical calculations to determine the rate constant, using the given concentration and rate data, along with the reactant order values derived from the earlier analysis. figure 1. an example answer from the experimental class student for analyzing category questions. figure 2. an example answer from a control class student for analyzing category questions. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 6/8 the student from the control class demonstrates a need for stronger analytical skills. he struggled to accurately analyze statements 1 and 2, which discussed the importance of order values concerning reaction rates, preventing him from determining the correct order of each reactant. when addressing statement 3, he attempted to calculate the rate constant using the provided concentration and rate data. however, his calculations were inaccurate due to insufficient information about the order values of the reactants, which should have been derived from the previous statements. 3.4. student’s higher-order thinking skills in the evaluating category three questions involve evaluating abilities in the instrument used to measure students’ hots. the percentage of correct answers from the control class students and the experimental class students for the questions in the evaluating category (c5) is presented in table 12. table 12. percentage of correct answers in the evaluating category (c5). question number main topic question indicator %correct answers control class experimental class 4 factors affecting reaction rate given an illustration of a reaction experiment between caco3 and hcl, students can examine the correctness of the steps taken to increase the reaction rate. 63 81 6 factors affecting reaction rate given an illustration of a reaction with a catalyst, students can examine the correctness of several statements regarding the influence of adding a catalyst on reaction products. 46 70 8 reaction order and rate equation given various data on reactant concentrations and reaction rates of a chemical reaction, along with statements about the effect of changing reactant concentrations on the reaction rate, students can examine the correctness of the given words. 55 63 average 39 55 the results of the hots assessment indicate that students in the experimental class, taught reaction rate material using anderson’s learning sketch analysis, demonstrated stronger evaluation skills than those in the control class, who were taught using traditional methods. this is evident from the higher percentage of correct answers in the experimental class across all three evaluation-focused questions. the experimental class achieved an average of 71% correct answers in this category, compared to 55% in the control class. below is an example question used to assess students’ evaluation abilities within hots: question 8. the reaction of nitrogen monoxide and hydrogen gas at 1280 °c which produces products in the form of nitrogen gas and water can be written as the reaction: 2no(g) + 2h2(g) → n(2)g) + 2h2o(g) the experimental data obtained is as follows “changing the concentration of nitrogen monoxide gas to 2 times the original with a constant concentration of hydrogen gas causes the reaction rate to increase 4 times the original”. is this statement true? explain your reasons and prove it with calculations! question 8 is an example of an evaluation question under the subcategory of “checking.” this question asks students to assess the accuracy of a conclusion or statement based on the given data. students have two approaches to evaluate the validity of the information. the first approach requires calculating the order of no gas from the data and determining its impact on the reaction rate to assess the accuracy of the statement. the second approach involves analyzing how changes in no gas concentration, while keeping h2 concentration constant, affect the reaction rate, then concluding the accuracy of the statement. sample student responses for question 8 from both classes are shown in figs. 3 and 4. based on the answer provided (figs. 3), a student from the experimental class demonstrated strong evaluation skills. the student accurately assessed the given statement by first calculating the order of the no reactant through careful data analysis. by comparing two data points with the same h₂ concentration, the student was able to deduce the effect of varying no concentrations on the reaction rate. finally, the student evaluated the accuracy of the statement and provided a well-reasoned explanation for their conclusion based on the provided answer (fig. 4), a student from the control class still needs to develop strong evaluation skills. while the students correctly calculated the order of no from the data, they struggled to interpret its significance about the effect of concentration changes on the reaction rate. as a result, their evaluation of the given statement was inaccurate. additionally, the student unnecessarily calculated the order of h₂, which was not required to answer the question. figure 3. an example answer from the experimental class student for evaluating category questions. figure 4. an example answer from a control class student for evaluating category questions. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 7/8 3.5. students’ higher-order thinking skills in the creating category in the instrument used to measure students’ higher-order thinking skills (hots), two questions involve the ability to create. the percentage of correct answers from the control class students and the experimental class students for questions in the creating category (c6) is presented in table 13. the results of the hots assessment show that students in the experimental class taught reaction rate concepts using anderson’s learning sketch analysis, demonstrated stronger creative abilities compared to those in the control class, who were taught using traditional methods. this is evident from the higher percentage of correct answers in the experimental class on the two questions in the “creating” category. the experimental class achieved an average of 78% correct answers, while the control class scored 70%. below is an example of a question used to assess students’ hots in the creating category. question 7. according to alodokter.com, in general, food can become rotten due to the activity of putrefactive bacteria, which can release chemicals and damage the structure of the food, resulting in changes in the aroma, appearance, and taste of the food. if it is related to factors that can influence the reaction rate, provide suggestions on how to store food so that it does not spoil quickly and the reasons. question 7 is an example of a task within the “creating” category, specifically under the subcategory of “planning.” this question asks students to devise a strategy or method for solving a problem using the information provided. the informational text explains that a chemical change occurs as food decays. therefore, to address the problem of food decay, the proposed strategy should focus on ways to reduce reaction rates. students can apply their understanding of factors that influence reaction rates to suggest methods for slowing food decay. examples of student responses to question 7 from different classes are shown in figs. 5 and 6. table 13. percentage of correct answers in the creating category (c6). question number main topic question indicator %correct answers control class experimental class 3 factors affecting reaction rate given illustrations of various experiments with information on the form of substances, solution concentrations, and temperatures, students can determine experimental procedures that yield conclusions about the influence of temperature on reaction rate. 55 63 7 factors affecting reaction rate given information about food spoilage causes, students can suggest ideas for quickly preserving certain foods from spoiling by utilizing factors affecting reaction rate. 85 93 average 56.5 76 figure 5. example answers from the experimental class student for creating category questions. figure 6. example answer from control class student for creating category questions. based on the provided answer (fig. 5), a student from the experimental class has demonstrated good creative abilities. this student suggested a solution focused on the temperature factor’s influence on reaction rates. the student proposed a strategy to prevent food decay, which involves storing food in the refrigerator. additionally, the student provided reasons for the proposed method by explaining the effect of temperature changes on reaction rates. based on the response provided (fig. 6), a student from the control class demonstrates a need for further development of creative problem-solving skills. the student proposed storing food in a covered container and acidifying it before refrigeration as a way to prevent decay. while this strategy is not entirely incorrect, it does not directly address the core of the question, which asked students to focus on factors affecting reaction rates. the student’s answer lacks alignment with these factors and does not provide sufficient reasoning or explanation for the proposed method. 4. conclusions this study concludes that there is a significant difference in higher-order thinking skills (hots) between experimental and control groups. the experimental group consistently outperformed the control group, with average scores of 69.3 compared to 49.9. across various categories of hots, students in the experimental group gave more accurate responses than those in the control group. the findings suggest that anderson’s learning sketch analysis is effective in enhancing students’ higher-order thinking abilities in the context of reaction rates. specifically, the experimental group demonstrated 63% proficiency in analysis skills compared to 39% in the control group, 71% proficiency in evaluation skills compared to 55%, and 78% proficiency in creation skills compared to 70%. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1573 issn 1678-4618 page 8/8 authors’ contribution conceptualization: herunata herunata; data curation: hayuni retno widarti; formal analysis: herunata herunata; funding acquisition: not applicable; investigation: ibnatullatiefah ibnatullatiefah; putri nanda fauziah; methodology: habiddin habiddin; project administration: ibnatullatiefah ibnatullatiefah; putri nanda fauziah; resources: not applicable; software: ibnatullatiefah ibnatullatiefah; supervision: habiddin habiddin; munzil munzil; validation: hayuni retno widarti; visualization: not applicable; writing – original draft: herunata herunata; ibnatullatiefah ibnatullatiefah; writing – review & editing: habiddin habiddin; munzil munzil. data availability statement all data were acquired and analyzed in the present investigation. funding not applicable. acknowledgments we express our gratitude to the educational office district in malang for permitting us to do data collection. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references anderson, l. w.; krathwohl, d. r.; aaiasian, p. w.; cruicksank, k. a.; mayer, r. e.; pinrich, p.r.; raths, j.; wittrock, m. c. a revision of bloom’s taxonomyof educational objectives. longman, 2001. george, d.; mallery, p. ibm spss statistics 23 step by step. routledge, 2016. habiddin, h.; page, e. m. measuring indonesian chemistry students' higher order thinking skills (hots) in solving chemical kinetics questions measuring indonesian chemistry students' higher order thinking skills (hots in solving chemical kinetics questions. in: empowering science and mathematics for global competitiveness. taylor & francis group, 2019, 215–225. https://doi.org/10.1201/978042946190332 herunata, h.; ratnasari, n. e.; widarti, h. r.; sulistina, o. 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cerqueira rezende2 , edson cocchieri botelho1 , michelle leali costa1,3+ 1. são paulo state university, department of materials and technology, guaratinguetá, brazil. 2. federal university of são paulo, institute of science and technology, são josé dos campos, brazil. 3. lightweight structures laboratory, lel/ipt, são josé dos campos, brazil. 4. federal center for technological education celso suckow da fonseca, angra dos reis, brazil. +corresponding author: michelle leali costa, phone: +5511983266474, email address: michelle.leali@unesp.br article info article history: received: august 23, 2021 accepted: march 10, 2022 published: august 17, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. cure kinetic 2. dsc 3. dma 4. rheology 5. ftir abstract: thermal and rheological characterizations were performed on prepreg produced with two different commercial epoxy resins m21® and 8552® – aiming to study and optimize the curing cycle of structural components used in aerospace industry. characterizations were performed by differential scanning calorimetry (dsc), rheology and dynamic mechanical analysis techniques were assessed and the results were correlated and supported by fourier transform infrared spectroscopy. additionally, to heating rates suggested by the material supplier, dsc analysis allowed to evaluate further heating rates: 2, 5, 10, 15 and 20 °c/min. materials presented the n fractional order kinetic of cure and have in its formulation the presence of thermoplastics, in addition to epoxy and amine. results confirmed that the best heating rates for processing both materials are the lower ones, as they result in a better control of the reactions between chemical compounds involved and the physical changes that are part of curing process stages. results have analytically confirmed the suggested proposal for curing cycle from supplier is the best choice for materials involved. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 mailto:michelle.leali@unesp.br https://orcid.org/0000-0001-8674-7698 https://orcid.org/0000-0002-2869-2411 https://orcid.org/0000-0002-3695-8515 https://orcid.org/0000-0002-3735-8765 https://orcid.org/0000-0001-8338-4879 https://orcid.org/0000-0001-9492-8544 original article revista.iq.unesp.br 84 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 1. introduction polymeric composites have been widely used to produce lighter structures that have high specific strength, stiffness and good fatigue resistance (mphahlele et al., 2019). this class of materials has been used in an over an extensive range of applications such as aerospace, military, automotive, sporting and construction industries (liu et al., 2018). polymeric composites manufacture can be processed by using thermoset resins, as epoxy, pre-impregnated in carbon fiber reinforcement. this pre-impregnated material, named also as prepreg, to be composed of a reinforcing fiber (carbon, glass, aramid, and others) that has been impregnated with a thermoset resin (epoxy, phenolic, for example) prior to the molding process. this way, parts and pieces can be produced into the desired shape and then be cured by the application of heat with the use of the prepreg. thermoset polymers, such as epoxy resins, are the most commonly used in composites for aerospace, adhesives, hardware components, coatings and due to their good adhesion properties and thermal stability coupled with sufficient chemical resistance. however, the performance in each application is dependent on the cure process, i.e., the transformation of the resin into insoluble and infusible three-dimensional structures, by means of crosslinking reactions with curing agents and/or catalyst (hatter et al., 2020). the polymeric matrix is an important component in a composite structure, which protects fibers or fillers against abrasion and harsh environmental conditions, and also transfer stress from the matrix to the reinforcement. in this way, the final performance of polymeric composite is strongly influenced by the interface between the matrix and the reinforcement (gonzález-benito, 2003; hatter et al., 2020; liu et al., 2018; mphahlele et al., 2019). polymeric composites with similar chemical compositions may exhibit different properties, like transparency, elasticity, toughness and permeability depend on important factors such as physical dimensions and the curing cycles used (gonzález-benito, 2003; hexcel corporation, 2021a; b; hubert et al., 2019; mesogitis et al., 2019; newcomb, 2019; nixon-pearson et al., 2017; ribeiro et al., 2013; wang et al., 2020). in actual use, many thermosets are cured using complex cure cycles to optimize the tradeoff between the processing time and final product’s properties. this way, the low-molecular weight viscoelastic constituents of the thermoset must undergo a transformation to an amorphous high-molecular weight solid, through chemical reactions of the thermoset system, typically driven by temperature. thus, knowing and understanding the viscoelastic properties of the thermoset resin is essential for establishing an adequate curing cycle. among these properties that must be monitored are minimum viscosity temperature; gel temperature; onset and peak curing temperature; minimum viscosity time; vitrification, degree of cure and glass transition temperature (newcomb, 2019). cure cycles used in the aircraft industry generally consist of alternating stages of heating ramps at slow rates followed by isotherms and pressure to ensure the slow, controlled, and complete cure of the thermoset resin systems used in prepregs. heating rates must be slow to ensure that parts cured within autoclaves (which are not conventional ovens but complex pressure and temperature vessel systems) do not undergo exotherm (uncontrolled release of heat caused by the exothermic reaction of the epoxy resin cure) which could cause accidents inside the autoclaves (explosion) and generate parts with defects such as air bubbles caused by the uncontrolled release of volatiles (agius et al., 2013; botelho et al., 2001; costa et al., 2005; hexcel corporation, 2021a; b; mphahlele et al., 2019; oishi et al., 2013). the quality of composites is controlled to a great extent by the cure cycle parameters such as time, temperature, pressure and their sequence of combination. traditionally a composite manufacturer just follows the cure schedule suggested by the supplier. this cycle is usually determined in an ideal situation where the resin is still “fresh” and may not be representative to the actual curing state of the resin in a composite manufacturing facility (liu et al., 2018). the purpose of this study is to characterize thermally and rheologically the carbon fiber prepreg with commercial epoxy resins, known in the aerospace industry as m21® and 8552® systems, both produced by the hexcel composite, aiming to optimize de curing cycle of prepregs used in aerospace area. for this, analysis was made using differential scanning calorimetry (dsc), rheology characterization, dynamic mechanical analysis (dma) and fourier transform infrared (ftir) spectroscopy techniques. 2. experimental 2.1 materials in the present study, two different prepregs were analyzed: the first with epoxy resin type 8552® and the second with type m21®, both reinforced with carbon fiber and supplied to embraer by hexcel composites. these two systems are interesting because they are examples of two different toughening strategies. resin 8552® is toughened through the introduction of a http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 85 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 submicron phase of a thermoplastic material that is dissolved in the uncured thermosetting epoxy resin. while the resin m21® is characteristic of the interlayer class of toughened thermosetting epoxy system that presents thermoplastic particles in the order of tens of microns, which are responsible for the creation of a resinrich region between the layers (wang et al., 2020). the thermoplastic phase is introduced to address the common problem of composite brittleness as it enhances the fracture toughness and impacts laminate performance. at the same time thermoplastics affect prepreg processing characteristics. the toughening elevates the prepreg viscosity, changes inter-ply friction and morphology (nixon-pearson et al., 2017). 2.2 samples prepregs the prepregs were previously conditioned in sealed plastic films, they were removed from the freezer to a controlled environment and left at room temperature for approximately 1 h. this duration time was experimentally identified for this specific sample size. after this period, the prepregs were removed from the plastic bags and cut with scissors to the appropriate sizes to be used in this study. 2.3 differential scanning calorimetry (dsc) the dsc is a thermal analysis technique that measures the difference in energy provided to a sample and a reference material in function of a controlled temperature programming. the dsc technique monitors the endothermic, exothermic and specific heat variations experienced by a sample (braga et al., 2011). in this study, the dsc technique was used to determine the temperature and cure enthalpy of the prepregs and the results obtained were used to determine the curing kinetics. the equipment used in this study is a perkinelmer model pyris 1 linked to a cooling system model intracooler 2p. this arrangement is a dsc power compensated coupled with a low mass furnace (~1 g) that minimize the effect of thermal gradient. first of all, calibration was performed using indium standard as per equipment supplier instructions, astm e967-18 (2018) and astm e968-02 (2014b), which suggest calibrating temperature and enthalpy using metallic standard. the dsc equipment was calibrated for each heating rate studied in the present work (vyazovkin et al., 2011). samples (~5 mg) were placed into hermetic aluminum pans and heated from room temperature (22 °c) to 300 °c, using different heating rates (2, 5, 10, 15, and 20 °c min–1) under a constant flow of n2 at a rate of 20 ml min–1. after curing, the same sample was subjected to further heating from room temperature to 250 °c, at a heating rate of 20 °c min–1 to determine the glass transition temperature (tg) (astm e1356-08, 2014a; vyazovkin et al., 2011). 2.4 rheological characterization classically, a thermoset resin undergoes two main phase transitions during cure, gelation and vitrification. rheological tests were assessed aiming to determine resin changes during the cure cycle (temperature conditions only) recommended by hexcel composites co. (for autoclave processing of laminates <15 mm) (hexcel corporation, 2021a; b). the correlation between viscosity and temperature or viscosity and time of the thermoset resin cure or the prepreg systems is very useful information for composite processing. the viscosity control during the autoclave processing allows the optimization of the resin infiltration inside the reinforcement, and, consequently, a larger densification of the composite materials in a shorter time (astm d4473-08, 2021; costa et al., 2006; das and chaudhary, 2019; paiva et al., 2006). rheological analyses were performed on the equipment rheometric scientific, model sr-5 with parallel plates, a constant frequency of 0.16 hz (ω = 1 rad s–1), 500 pa of stress, h (gap) of 0.3 mm for m21 and 0.4 mm for the sample 8552, using different heating rates (2.5; 5.0, and 10 °c min–1), heating from room temperature (22 °c) to gel temperature. the method was based on the astm d4473-08 (2021) standard test method for plastics: dynamic mechanical properties: cure behavior. this way, during the cure, viscoelastic properties of the sample can be measured such as shear storage modulus (g’), shear loss modulus (g’’), loss tangent or loss factor, tan δ = g’’/g’ and the complex dynamic viscosity (η*). 2.5 dynamic mechanical analysis (dma) dma is currently used to study viscoelastic behavior of polymer composites and its basic principle are the same of the rheology (das and chaudhary, 2019; ștefanov et al., 2020). in this way, depending on the testing mode, three quantities are usually monitored, i.e., the storage modulus, e’, which is a measure of the stored energy (the elastic part), the loss modulus, e’’, which is a measure of the energy lost as heat (the viscous part), and the loss tangent or loss factor, tan δ = e’’/e’, which indicates how efficiently the material loses energy due to internal friction and molecular rearrangement. one of the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 86 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 most important transitions in polymers is the tg. this is the temperature region where the material changes from a glassy to a rubbery state. while materials can be used above, below, and within this region, thermosets tend to be used below tg, because approaching tg, stiffness decreases significantly resulting in a corresponding decrease in strength (ștefanov et al., 2020). the dma characterization of the studied epoxy systems was assessed using the equipment ta2980 supplied by ta instruments, with single cantilever, frequency of 1 hz, 10 µm of amplitude, heating rates (2, 5, 10, 15, and 20 °c min–1), heating from 30-300 °c. after curing, the same prepreg sample inside the equipment was again subjected to dma analysis, at a heating rate of 2.0 °c min–1, frequency of 1 hz, heating from 30-300 °c for the determination of tg. 2.6 fourier transform infrared spectroscopy (ftir) the ftir is a technique that allows following the curing reactions, studying and quantifying the conversion of different representative functional groups (sánchez-soto et al., 2007). in this study, the equipment used was a spectrum one supplied by perkinelmer with the universal attenuated total reflectance (uatr) accessory. this equipment works in the regions from 4000 to 400 cm–1, resolution of 0.5 cm–1 and 20 scan were performed. the analyses of the two prepreg samples used the samples as received and also after a carefully preparation, to emphasize the main bands of the modifiers present in the epoxy resin samples. in order to separate the polymeric matrix from the fibers, a treatment with cold acetone was carried out. during the treatment with cold acetone, the sample showed a cloudy color coming from a fine light gray solid and the sample was centrifuged, treated with acetone and again centrifuged for a better elimination of interferers. afterwards, a fraction of the sample was treated with pyridine and the soluble part evaporated. this procedure resulted in a film that was analyzed. pyridine was used because it is a good solvent for polyethersulfones (pes), according to the literature (silverstein et al., 2000). a fraction of the sample was also pretreated with formic acid and the soluble part evaporated, as this acid is a good diluent for polyamides in general. 3. results and discussions 3.1 dsc the first step to calculate exothermic heat flow on dsc measurements is to determinate the appropriate heat flow ‘baseline’ for the instrument. heat flow at any time can then be calculated from the difference between the established baseline and the actual measured heat flow. for dynamic scans, the baseline is calculated by measuring the heat flow at reaction start and at its completion, assuming a linear variation between the extremes. for an isothermal experiment, this baseline is constant and it can be determined from the measured flow at the completion of the reaction (hubert et al., 2019). 3.1.1 prepreg 8552 figure 1 shows dsc and conversion degree curves for the 8552-epoxy system. a typical dynamic dsc curve can be seen in fig. 1a and shows the results obtained for the 8552-epoxy system in different heating rates. by assuming that the heat evolved during cure is directly related to the disappearance of the epoxy groups during the reaction, the area above the peak at the exothermic region was used to determine the epoxy resin fractional conversion. the kinetic parameters in this work were obtained by dynamic dsc scans using the mathematical model described by eq. 1 (agius et al., 2013; costa et al., 2005; friedman, 1964; paiva et al., 2006; paris et al., 2010; vyazovkin et al., 2014): 𝑑𝛼 𝑑𝑡 = 𝑘(1 − 𝛼)𝑛 (1) where α is the degree of chemical conversion, n is the order of the reaction, k is the reaction rate constant and dα/dt is the derivative α with respect to time or temperature or reaction rate (costa et al., 2005; friedman, 1964). the reaction rate is generally assumed to have a temperature dependence characterized by the arrhenius relationship (eq. 2): 𝑘 = 𝐴𝑒 −𝐸𝑎 𝑅𝑇 (2) where a is the pre-exponential constant, ea is the activation energy for the reaction, r is the universal gas constant, and t is the absolute temperature in degrees kelvin. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 87 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 figure 1. dsc and conversion degree curves for the carbon/8552 epoxy prepreg. (a) dynamic dsc curve. (b) degree of conversion, α, at 2 °c min–1, (c) 10 °c min–1, and (d) 15 °c min–1 considering isotherms of 120 and 210 min (b). when eqs. 1 and 2 are combined, they produce eq. 3: 𝑑𝛼 𝑑𝑡 = 𝐴𝑒𝑥𝑝( −𝐸𝑎 𝑅𝑇 )(1 − 𝛼)𝑛 (3) which yields one independent variable (t), two dependent variables (a and t), three unknown constants (a, ea, and n), and the universal gas constant (r). equation 4 has three degrees of freedom, or three variables. in order to have a definite solution, one variable may either be held as a constant during the reaction process or it may be related to another variable; therefore, the reaction process can be defined. in the dsc, the temperature varies linearly with the time, following the relation (eq. 4): 𝑇 − 𝑇(0) = 𝛽𝑡 (4) and 𝛽 = 𝑑𝑇 𝑑𝑡 (5) where t is the current temperature, t(0) is the initial temperature, t the is time, and β is the heating rate. furthermore, the 𝑑𝛼 𝑑𝑡 can be described by the following equation: 𝑑𝛼 𝑑𝑡 = 𝑑𝑇 𝑑𝑡 𝑑𝛼 𝑑𝑇 = 𝐴𝑒𝑥𝑝( −𝐸𝑎 𝑅𝑇 )(1 − 𝛼)𝑛 (6) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 88 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 combining eqs. 5 and 6 with eq. 3, which will give: 𝛽 𝑑𝛼 𝑑𝑇 = 𝐴𝑒𝑥𝑝( −𝐸𝑎 𝑅𝑇 )(1 − 𝛼)𝑛 (7) the eq. 7 represents the theoretical shape of dsc curve that is determined in this work. the value of degree of chemical conversion, α, is obtained by dividing the δhpartial by total the heat δh generated during the whole reaction, as shown in eq. 8. 𝛼 = ∆𝐻𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑎𝑙 ∆𝐻 (8) in the present work, the values for δhpartial and δh are evaluated from the area above the dsc curve. equation 9 can be obtained to a linear form by taking the natural logarithm of both sides of eq. 7 and can be solved by a multilinear regression 𝐼𝑛( 𝛽𝑑𝛼 𝑑𝑇 ) with − 1 𝑅𝑇 and 𝐼𝑛(1 − 𝛼) as variables, which have been evaluated from dsc data and solving for a, ea and n. 𝐼𝑛 (𝛽 𝑑𝛼 𝑑𝑇 ) = 𝐼𝑛𝐴 − 𝐸𝑎 𝑅𝑇 + 𝑛𝐼𝑛(1 − 𝛼) (9) so, it was possible to determine the kinetic parameters of both systems and compare the results using the equations described above and with the results of the dynamic scanning of the m21 and 8552 epoxy prepreg systems at different heating rates. table 1 shows all kinetic parameters obtained by dynamic method for the five heating rates: 2, 5, 10, 15, and 20 °c min–1 for carbon/8552 epoxy resin prepreg. tinitial and tfinal describe the temperature rate in that the prepreg cure kinetic was studied. the tpeak and tfinal of the cure shows an increase with the increment of the heating rate used, showing a displacement of the beginning and final of the cure. this fact shows that despite the reduction in the curing time of the material, it does not represent an advantage for the selection of curing cycle. higher temperature in the autoclave would be required to reduce the curing cycle leading to a much higher cost of the process than curing at lower rates. the tg values reduce with increasing heating rate, due to the decrease in the formation of cross-links. it is known that greater density of crosslinks system contributes to increase the tg (agius et al., 2013; costa et al., 2005; paris et al., 2010). table 1. dsc results and kinetic parameters obtained for the 8552 prepreg at different heating rates. heating rate (°c min–1) tinitial (°c) tonset (°c) tpeak (°c) tfinal (°c) -δh (j g–1) n lna (s–1) ea (kj mol–1) tg (°c) 2 145 171 181 220 106 1.5±0.1 39.4 170 ± 4 215 5 158 176 204 256 142 1.4±0.1 18.9 98 ± 9 211 10 161 185 224 273 171 1.2±0.1 18.0 96 ± 7 210 15 172 190 236 281 201 1.1±0.1 17.5 94 ± 6 205 20 172 197 248 291 203 1.0±0.1 16.6 91 ± 5 197 as the dsc equipment was calibrated for each heating rate studied, it can be stated that tonset, tpeak, tfinal and the enthalpy value increase with increasing the heating rate. this indicates that slower heating rates, such as 2 °c min–1, favor higher collision between the molecules, allowing a greater interaction between the components (epoxy and curing agent) even promoting a more controlled curing of the material with less exotherm (high energy release during the cure) and at lower temperatures. therefore, a recommended heating rate to be used for curing this prepreg in an autoclave is 2 °c min–1. the heats of reaction, ∆h, are over the range 106203 j g–1 and the order of reaction found is between 1.5 and 1.0. this evidence demonstrates that there is a consistent dependence among the kinetic parameters and the heating rate using in the curing process. the fractional cure reaction order (n ~ 1.5 to 1.0) found implies in complex reaction mechanisms. the appearance of the fractional reaction order suggests the existence of a reaction mechanism via formation of free radicals. the beginning of the curing reaction of the epoxy resin requires the opening of the epoxy groups through the amine catalyzed by the temperature. the curing reaction of epoxy resin with amine hardeners leads to formation of two main reactions: secondary amine and tertiary amine formation. the groups hydroxyls generated during the reaction or from the addition of solvents or others catalysts, or by the presence of impurities and even moisture, accelerate significantly the reaction between the glycidyl ether and the amine. however, in all cases, the hydroxyl groups behave only as reaction catalysts and not as consumers of epoxy groups in competition with the amine group (agius et al., 2013; costa et al., 2005; 2006; paiva et al., 2006; paris et al., 2010; sánchez-soto et al., 2007). thus, complex reaction mechanisms characterize the cure of epoxy resin with amine hardeners. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 89 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 the activation energy, ea, was determined using the variation of the maximum temperature of the exothermic peak with the heating rate based on the ozawa and arrhenius method (costa et al., 2006; paiva et al., 2006). the ea and reaction order (n) decrease with increasing heating rate, showing that the higher the temperature, lower the dependence on reaction with the formation of products and less is the amount of energy needed to overcome the activation barrier. increased heating rate increase the speed of transfer of thermal energy, which consequently decrease the curing reaction time. on the other hand, enthalpy increases with the increment in the heating rate, suggesting that higher heating rates favor the release of energy by the system. this fact must be studied carefully, if high heating rates used in the autoclave to cure large parts, there is a risk of high energy release (phenomenon called exotherm), which may compromise the quality of the part or even damage the autoclave. the use of two-stage cure cycles is known to develop stronger laminates in the aerospace industry and the cycle suggest by the 8552 prepreg supplier is: heating from 30 to 180 °c at 0.6-2.8 °c min–1 and holding at 180 °c for 120 to 210 min. based on this information, mathematical simulations of the degree of conversion of 8552 epoxy resin was carried out. figure 1b presents the simulation of the prepreg system conversion degree as function of temperature for 195 and 285 min. this is the time necessary to elevate the temperature from 30 to 180 °c, using the heating rates of 2 °c min–1 and holding at 180 °c by 120 min (total cycle of 195 min) and 210 min (total cycle of 285 min). this curve was obtained based on eq. 10 (costa et al., 2006), using a predetermined time and temperature range. 𝛼 = 1 − [1 − (1 − 𝑛). 𝐴. 𝑡. exp (− 𝐸𝑎 𝑅𝑇 )]( 1 1−𝑛 ) (10) for the heating rate of 2 °c min–1 in fig. 1b, the conversion degree of a temperature below 120 °c is less than 5% and that after 120 °c the cure actually begins. when the temperature of 180 °c is reached, practically 100% of the conversion has been completed, for both the 120and 210-min isotherms. however, the degree of conversion at the other heating rates (fig. 1c and d) is observed that at a temperature of 120 °c the degree of conversion is high (> 5%), showing that the rise in temperature stimulates the start of curing in a disordered way. but the temperature of 180 °c is not sufficient to ensure a complete cure of the prepregs at these higher rates (considering the isotherm of 120 min). 3.1.2 prepreg m21 figure 2 shows dsc and conversion degree curves for the carbon/m21 epoxy. figure 2a shows the dynamic dsc curve with the presence of an endothermic peak in the region of 190-200 °c more accentuated at the rates of 2 and 5 °c min–1. this behavior can be directly related to the formulation of prepreg m21, because, according to the literature, it has polyamide and poly(ether sulfone) thermoplastics in its composition (mesogitis et al., 2018; paris et al., 2012). figure 2. dsc and conversion degree curves for the carbon/m21 epoxy prepreg. (a) dynamic dsc curve at different heating rates. (b) degree of conversion, α, at 2 °c min–1, considering an isotherm of 120 min. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 90 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 according to paris et al. (2012), prepreg m21 is a thermoset resin loaded with thermoplastic particles, which limit the propagation of cracks. thermoplastics, which represent around 30% by weight of the resin, consist of polyamide 6; polyamide 6/12 copolymers introduced as nodules after mixture of the reagent system and the melted poly(ether sulfone) (pes). although the composition of the epoxy/amine system is a classic composition, the presence of polyamides suggests that after the melting of the particles (the melting of the polyamide occurs at temperatures greater than 190 °c-pa 6/12), they can react with the epoxy resin, modifying the curing kinetics of the conventional epoxy/amine system. this reaction can either improve the functional characteristics of the system, but it can also cause a rupture in the property of resistance to crack propagation. due to the possible complex chemical formulation of m21 (paris et al., 2010; 2012), it can be understood that the physical-chemical study itself is not trivial, both for the characterization of its chemical components and for the kinetic study, since, as previously noted, kinetics involves so much the available reagents as to the stoichiometric proportion present in the resin. thus, identifying trends in tab. 2 becomes a difficult task. the initial temperature of cure was identified as occurring immediately after the endothermic peak. it can be observed that the cure of m21 in the dsc starts at practically all heating rates studied around 202 °c and finished around 303 °c. according to tab. 2, the reaction order (n), the activation energy (ea) and the pre-exponential factor (lna) increase with the reduction of the heating rate. the order of reaction and the enthalpy are related to the area of the curve obtained in the dsc graph, which is straightly involved with the disappearance of epoxy groups during curing. as also found for prepreg 8552, the cure reaction order is fractional (n ~1.8 to 0.6), implying complex reaction mechanisms. the enthalpy value decreases with increasing heating rate. it was expected that the greater the enthalpy, the greater the formation of cross-links, that is, the greater the crosslinking and, consequently, the greater the value of the tg found. however, the highest tg value found was for the heating rate of 5 °c min–1, suggesting that for this system the enthalpy value, that is, the heat of reaction generated during curing should not be considered as an indication of the tg reached. for all these reasons, it is observed that an interpretation of the data in tab. 2 is very difficult, a fact that can be attributed to the formulation of m21, as shown in the literature (costa et al., 2005; paris et al., 2010; 2012). table 2. dsc results and kinetic parameters obtained for the m21 prepreg at different heating rates. heating flow (°c/min) tinitial (°c) tonset (°c) tpeak (°c) tfinal (°c) -δh (j g–1) n lna (s–1) ea (kj mol–1) tg (°c) 2 206 213 242 310 194 1.8 ±0.1 20.3 112 ± 9 178 5 200 206 239 303 158 1.2 ±0.1 18.3 101 ± 3 183 10 201 207 258 304 153 0.8 ±0.1 11.9 75 ± 2 176 15 204 206 268 304 125 0.7 ±0.1 10.1 67 ± 1 168 20 203 207 270 306 137 0.7 ±0.1 11.3 71.6 ± 0.4 170 an important factor to remember is that the cure cycle suggested by the manufacturer (hexcel corporation, 2021a), shows that m21 must be cured at a maximum temperature of 180 °c. this may be an indication of confirmation of the presence of polyamide 6/12 in the formulation, as this curing temperature prevents the polyamide from melting (melting of polyamide 6/12 occurs at 190°c (paris et al., 2010; 2012) and begins to react with the epoxy resin during its cure with the amine (paris et al., 2012). ersoy and tugutlu (2010) state that there are thermal events occurring in the m21 formulation below 150 °c, however, such events are of low intensity and therefore are not registered by the dsc equipment. this explains why although the dsc does not record cure before 200 °c, it is occurring at 180 °c, as suggested by the prepreg supplier's cure cycle (hexcel corporation, 2021b). to try to confirm this information, rheological studies were carried out in order to find the system's gelling temperature, thus indicating the actual beginning of m21 cure. this subject is covered in the topic rheological characterization. the cure cycle suggested by the prepreg supplier is constituted by two steps: heating from 30 °c to 180 °c at 2.0 °c min–1 and holding at 180 °c for 120 min. thus, fig. 2b represents the mathematical simulations of the degree of conversion of the m21-epoxy resin obtained from the time and temperature values suggested by the cure cycle provided by the supplier. in fig. 2b, it is possible to identify an important data for the heating rate of 2 °c min–1 (heating rate suggested http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 91 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 by the prepreg supplier), with the gradual increase in temperature at this rate, a degree of conversion close to 10% of the total cure at 100 °c. another important point is that when the temperature of 180 °c is reached, the degree of conversion is already greater than 90% for this heating rate. 3.2 dma 3.2.1 prepreg 8552 pre-impregnated epoxy resin 8552 was cured at the different heating rates studied (2, 5, 10, 15, and 20 °c min–1) inside the dma equipment. then, after dynamic curing of the material, the same sample was heated again at a rate of 2 °c min–1, according to the astm d7028-07 (2015) standard, to obtain the tg. this study was carried out with the objective of evaluating the influence of the heating rate used on the curing of the material and on the tg. figure 3 shows the dma, storage modulus (e’), loss modulus (e”) and tan delta curves as a function of the temperature of the 8552-epoxy resin prepreg samples cured at 2 °c min–1 and tab. 3 summarizes the values found for tg. at the start of heating at 2° c min–1 the storage modulus (e’) is 5.1 gpa, after the temperature of 160 °c the (e’) begins to increase again until reaching its maximum value of 12.9 gpa at around 240 °c. this probably occurs due to the reduction of the viscosity of the resin with the increase of the temperature, consequently reducing the rigidity of the material (e’) and, after reaching the gelation point, the curing process of the prepreg begins, until its consolidation, where the (e’) presents its maximum value. the same behavior is observed for all heating rates studied (although the e’ values are lower) with the exception of the rate of 20 °c min–1, which does not appear to allow an adequate cure of the prepreg. the heat transfer carried out inside the dma furnace occurs through radiation and convection, therefore, heat transfer processes are not as efficient as in a dsc, where the heat transfer occurs by conduction (thermal contact). therefore, high heating rates in dma are not widely used due to the inefficiency in controlling the sample temperature, which is much higher than that used in a dsc. thus, these factors can damage the cure of the prepreg inside the dma. another interesting fact observed in fig. 3a is that the tan delta presents several peaks during the heating of the material, suggesting that different thermal events are happening during/final cure. this event illustrates that the formulation of epoxy resin 8552 does not consist only of epoxy resin and amine, but of other components such as thermoplastics. this fact is investigated with ftir technique. figure 3. dma curve of curing of prepreg systems at a heating rate of 2 °c min–1. (a) carbon/8552 prepreg and (b) carbon/m21 prepreg. for amorphous polymers, as in the case of epoxy resin prepregs, the dynamic-mechanical behavior in the glass transition region can change from a typical behavior of rigid materials to that of an elastomeric material and its modulus, on average, from 103 at 104 pa. therefore, it is possible to observe in this region a reduction in the storage module (e’) and increments in both the loss module (e”) and the mechanical damping or internal friction in a viscoelastic system tan delta (wetton et al., 1991). the value obtained from tg by e’ onset (215 °c) for the prepreg cured at 2 °c min–1 is greater than the value reported by the prepreg supplier (195 °c) (hexcel corporation, 2021a). although the tg measurement technique is the same in both cases (e’ onset), the curing cycle, the size of the specimen and the apparatus used in http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 92 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 the prepreg processing were different. in the case of the prepreg supplier, it was used an autoclave to cure a laminate with defined thickness and with a curing cycle with dynamic temperature variations and isotherms. in the present study, only a dynamic cure of one preimpregnated ply at a constant heating rate. thus, different types of processing generate materials with different thermal and mechanical properties. table 3. glass transition temperature obtained dma by different methods: onset e’; peak e”, and tan delta for the 8552-prepreg cured at different heating rates. heating rate (°c min–1) tg (onset of e’) (°c) tg (peak of e”) (°c) tg (peak tan delta) (°c) 2 215 232 236 5 211 229 231 10 210 227 230 15 205 224 227 20 197 223 230 3.2.2 prepreg m21 m21 prepreg was also cured at the different heating rates studied (2, 5, 10, 15, and 20 °c min–1) inside dma equipment. then, after dynamic curing of the material, the same sample was also heated again at a rate of 2 °c min–1, according to the astm d7028-07 (2015) standard, to obtain the glass transition temperature. figure 4 shows the dma for m21 prepreg samples cured at 2°c min–1. it is observed that e’ starts on heating with a value of approximately 40 gpa at 30 °c (2 °c min–1) and decreases with the temperature increasing. from the heating temperature of 120 °c, the e’ starts to rise again until it reaches its maximum value of 73 gpa around 250 °c. this probably occurs due to the reduction of the resin viscosity with increasing temperature, consequently reducing e’ and, after reaching the gelation point, the prepreg curing process begins, until its solidification, where e’ presents its maximum. the same behavior is observed for all rates studied (not showed in the presented work) with the exception of the rate 20 °c min–1, similar to the process in prepreg 8552. the existence of more than one thermal event is also confirmed by the loss modulus and tan delta curves in the m21 prepreg sample, with increasing temperature, since more than two peaks are generated in (e”) and tan delta. these events, as shown by dsc, must be related to the complex cure of m21, associated with its formulation, which has other constituents besides epoxy resin and amine. figure 4 and tab. 4 shows that the m21 glass transition temperature measured by e’ onset was between 168 to 184 °c. it is not possible to establish a relationship between the heating rate used in curing the material and the tg obtained. the e” and tan delta curves (fig. 4) show graphs with more than one peak, suggesting that the material may not have homogeneously cured. for this reason, different types of cures obtain different values of tg, a fact that suggests a material consisting of several components or some other thermal event, such as melting. figure 4. rheological curves obtained for prepreg systems at 2.5 °c min–1. (a) 8552 and (b) m21. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 93 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 table 4. glass transition temperature obtained by dma by different methods: onset e’; peak e” and tan delta for prepregs m21 cured at different heating rates. heating rate (°c min-1) tg onset of e’ (°c) tg peak1 of e” (°c) tg peak2 of e” (°c) tg peak1 tan delta (°c) tg peak2 tan delta (°c) 2 178 207 248 205 253 5 184 214 257 10 177 218 222 15 168 221 223 20 170 221 223 the variation of tg that occurs in the material can be studied through the tan delta (relation between the values of elasticity moduli (e”/ e’)) that has influence of the internal and/or external characteristics of the phase. the presence of a more rigid phase in the material can move the tg to higher values. this increase can be caused by the polymeric chain (inclusion of rigid groups, bulky side groups, low symmetry of the molecule, increased molar mass or through secondary forces). on the other hand, the plasticization of a phase by external agents or low molar mass fractions increases the mobility of polymer chains within this phase, reducing the tg measured by tan delta (menard, 1999; urban et al., 2007). the m21 epoxy resin system showed an endothermic event in the dsc experiments, recognized by paris et al. (2010; 2012) as the melting of polyamide 6/12, and it is important to note that the tg of the material is very close to the temperature of melting, which can cause interference when assessing m21 by dma and dsc techniques. for more detailed studies of the factors, which can influence the curing kinetics and the tg of the material, it is important to use techniques that can identify and also quantify the components present in the m21 resin system. 3.3 rheological characterization as previously described, a parallel plate rheometer was used to measure the gelation temperature of the prepreg studied. the gel temperature (tg) of a thermoset system is specific to each system, depending on the purity, shelf life, chemical nature, and degree of cure of resin. in tg, there is an infinite three-dimensional network coexisting with countless free chains. when the system reaches the gel time, the polymer network becomes denser, with the consequent branching and increase of the molecular chains and, due to this behavior, the flexibility and mobility of the material decreases (costa et al., 2006). 3.3.1 prepreg 8552 figure 4a and tab. 5 show the rheological parameters for epoxy resin type 8552 analyzed at various heating rates. it was found that the region of minimum viscosity occurred at higher temperatures with the increase in the heating rate, probably due to slower curing kinetics, caused by the faster heating of the analyzed sample. however, the minimum viscosity value decreased significantly with the increase in the heating rate, due to the higher temperatures favoring the breaking of secondary bonds existing in the polymer matrix structure and also the increase in free volume (menard, 1999). during the rheological analysis, a significant evolution of the complex viscosity was verified after passing through the region of minimum viscosity, characterizing a continuous increase of the elastic component, due to a network formed by particles or aggregates interconnected by elastic interactions, characterizing the phase from a newtonian system to a viscoelastic system. during polymerization, as the reaction occurs, the polymer chains grow, and then branch and, depending on the density of cross-links, their flexibility and mobility decrease (menard, 1999). the gradual increase in viscosity after the minimum point is due to a slow restructuring of the system. thus, simply by observing the evolution of the complex viscosity allowed determining the gel time or temperature. the gel temperature increased with increasing heating rate ranging between 130 and 177 °c. rheological curves obtained in this work (not showed in this article) showed initially g” > g’ (i.e., viscous behavior dominates elastic behavior: liquid behavior). this behavior was followed by the gel state with g’ > g” (gel or solid-like behavior). when the curves of g’ and g” intersect (g’ = g” or tan δ = g”/g’ = 1) the sol-gel transition point or the gelation point was achieved. at this point the epoxy resin is in the liquid state and the curves of g’, g”, and η* show minimum values. this decrease in the η* value is attributed to the gradual destruction of existing interaction forces, i.e., gradual destruction of van der waals forces. the observed viscosity behavior shows that the heating rate increasing http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 94 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 shifts the minimum viscosity temperature to higher value (tη minimum) (tab. 5). subsequently, over time, the curves of g’, g”, and η* increase due to the curing reaction and the formation of a three-dimensional network of crosslinked molecules. after the gel time, the network of polymeric chains densifies and the molecular chains growth, with a decrease in the flexibility and mobility of the polymer (costa et al., 2006; mphahlele et al., 2019). table 5. prepreg rheological parameters for m21 and 8552 epoxy systems at different heating rates. heating rate (°c min–1) η*minimum (pa.s) t η*minimum (°c) tgel (°c) tgel (°c) g’=g’’ prepreg m21 2.5 60406 64 67 5.0 419 64 96 106 10.0 2014 75 96 108 prepreg 8552 2.5 5133 125 130 137 5.0 340 156 163 169 10.0 6.77 158 177 189 table 5 shows for prepreg 8552 that the increase of the heating hate reflected in the reduction complex viscosity (η*) associate with the increase of the temperature of minimum viscosity. this decrease in viscosity occurs due to the increase in free volume and the gradual destruction of interaction forces (van der waals interactions). after this point the curing process of the prepreg begins, with the formation of a threedimensional network. 3.3.2 prepreg m21 figure 4b and tab. 5 present the rheological parameters determined for the resin m21 analyzed at different heating rates. it was found, again, that the region of minimum viscosity occurred at higher temperatures, with the increase in the heating rate. however, the value of the minimum viscosity decreased significantly with the heating rate increase, mainly for the rate of 5 °c min–1, not showing a linear behavior when compared to the heating rate of 10 °c min–1, also observed by paris et al. (2010; 2012). they have used on their research with m21 resin, six heating rates (1, 3, 5 10, 20, and 50 °c min–1) and observed that the complex viscosity decreases with the increase of heating rate, however when comparing the heating rate of 5 °c min–1 and 10 °c min–1, the rate of 5 °c min–1 has a lower viscosity than 10 °c min–1. in viscoelastic monitoring, the gel time/temperature can still be obtained by two other methods: by crossing g’ (storage module) with g” (loss module) or by varying the tan δ (damping), in which the curing temperature starts to occur for values of tan δ equal to 1 (tan δ = g”/g’). the gel temperature (tgel) observed from * curves vary between 67 and 96 °c, depending on the heating rate used. the gel point obtained from the crossing of g’ with g” is not observed for 2.5 °c min–1, but it is verified in the other heating rates studied, and varied between 106 and 108 °c. the difference between the tgel values obtained by method of in * analysis and by the crossing of g’ with g” was 10% on average. 3.4 ftir 3.4.1 prepreg 8552 the uatr accessory was used to evaluate the studied samples. figure 5 line a (spectrum a) shows the spectrum obtained for the prepreg 8552 without any treatment and shows the presence of epoxy resin, and some absorption of an amino component, probably due to the curing agent. the presence of absorption in the carbonyl region was observed and it can come from a modified epoxy resin or reaction product with the curing agent used. table 6 presents the main bands of the components that are probably part of the composition of the 8552 and m21 epoxy resin systems studied. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 95 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 figure 5. infrared spectra obtained for the carbon/8552 prepreg system. spectrum (a) surface of the prepreg sample 8552 using the uatr technique, (b) part soluble in hot pyridine, (c) pure pes obtained using the uatr technique. table 6. main ftir bands of prepreg 8552 and m21 (silverstein, et al., 2006). component technical features 8552 m21 amines average ~3400 average ~3400 strong ~1510 strong ~1510 epoxy average ~2990 – 3050 average ~2990 – 3050 average ~815 – 950 average ~815 – 950 sulfones strong ~1290 – 1340 strong ~1290 – 1340 strong ~1120 – 1165 strong ~1120 – 1165 amides strong ~3300 strong ~1550 figure 5 shows the spectrum of 8552 sample using the uatr (a), and also from the film obtained after treatment with acetone and dilution with pyridine (b), and the spectrum of pure pes (c). the similarity between the spectra showed that the pes polymer is part of the composition of this epoxy resin system. although the infrared spectroscopy technique is not a separation technique, the treatments with solvents allowed identify, even at low levels, the presence of thermoplastics. so, based on the analysis performed by infrared spectroscopy of the prepreg sample 8552, it is possible to observe the presence of epoxy resin, probably bisphenol-a diglycidyl ether (dgeba), amine curing agent and pes. 3.4.2 prepreg m21 the uatr was also used to evaluate the prepreg m21. figure 6a shows the spectrum obtained from the surface of m21 prepreg (a) and the spectrum of pure pes (b). the spectrum a shows the presence of typical contributions of epoxy resin, and some absorptions of amine component. it is also observed the presence of absorption in the carbonyl region and its presence may come from a modified epoxy resin or reaction product. this spectrum when analyzed by means of polymer libraries for commercial use (hr hummel polymer and additives) brought a good correlation to the product called poly(1,4-phenyleneethersulfone), commercially known as pes. table 6 presents the main contributions present in the m21 epoxy system. the similarity between http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 96 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 the spectra a and b in fig. 6a and the correlation provided by the commercial polymer library shows that the pes polymer is part of the composition of the m21 epoxy resin system. figure 6. infrared spectra obtained for the carbon/m21 prepreg system. (a) spectrum (a) surface of the prepreg sample m21 and (b) pure pes, both obtained using the uatr technique. (b) spectrum (a) part soluble in hot formic acid of the m21 sample using the cast film technique and (b) pure polyamide. in addition, there is a small band in the region of 3295 cm–1, region of the nh groups and also in the regions of 1634 and 1543 cm–1 (fig. 6b) which, as described by silverstein et al. (2000), are regions of the polyamides. this sample was treated with hot formic acid in order to dissolve the pes and/or the separation of a possible polyamide present in m21 prepreg. figure 6b shows the spectrum generated in line a and also the spectrum of a pure polyamide line b. in the spectrum obtained, it is not possible to classify polyamide 6, 6/6 or even 6/12, it is possible to conclude only the presence of polyamide in the composition of prepreg m21. this result was also found by paris et al. (2010; 2012) and ueda et al. (1994), which suggest a peak melting of the polyamide during curing of the material in the dsc. based on the analysis carried out by infrared spectroscopy of the prepreg sample m21, it is possible to observe the presence of epoxy resin, probably dgeba, based on bisphenol a, amine curing agent of the type diaminodimethylsulfone (dds), polyethersulfone (pes), and polyamide, probably 6/12. 4. conclusions in the present study, the cure kinetics for m21 and 8552 prepregs, used in the aeronautical industry, was evaluated by dsc, dma, rheometry, and ftir spectroscopy. dsc results demonstrated that the heating rate of 2.0 °c min–1 prepregs is more adequate to manufacture the polymeric composite and that the kinetic of cure occurs according to order n. m21 prepreg showed that thermoplastic components are present in its formulation due to an endothermic peak. dma analysis confirmed that the more adequate heating rate is 2.0 °c min–1 for both prepregs. the 8552 and m21 resins prepregs showed in their dma curves, other thermal transitions, which show other components in their formulations, not only epoxy resin and amine. the glass transition temperature obtained for the 8552-resin cured at a dynamic rate of 2 °c min–1 is 215 °c and for the m21 is 178 °c. the rheological results are consistent with dma and with the results predicted in the literature for epoxy resins toughened with unknown agents, having contributed to confirm the presence of thermoplastic in the formulation of the studied resins. in addition, the rheological analysis confirms the use of rates lower than 2 °c min–1 for curing these materials, as well as the need for curing ramps. the results obtained by ftir show that in prepreg 8552 the resin contains epoxy, probably dgeba based on bisphenol a, amine curing agent and polyethersulfone (pes). for m21 resin, it includes epoxy resin type dgeba, curing agent type dds, polyamide and pes. dsc, dma and rheological analyses have proven to be adequate techniques to establish proper curing cycles for m21 and 8552. this study contributes to the processing of structural composite materials for aerospace use, supporting to establish adequate curing cycles that prevent material losses. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 original article revista.iq.unesp.br 97 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 83-99 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p83-99 authors’ contribution conceptualization: rezende, m. c.; botelho, e. c.; costa, m. l. data curation: silva, s. m.; silva, c. p. n.; silva, t. c. formal analysis: rezende, m. c.; botelho, e. c.; costa, m. l. funding acquisition: not applicable. investigation: silva, s. m. methodology: silva, s. m.; rezende, m. c.; costa, m. l. project administration: not applicable resources: not applicable. software: not applicable. supervision: rezende, m. c.; costa, m. l. validation: rezende, m. c.; botelho, e. c.; costa, m. l. visualization: silva, c. p. n.; silva, t. c. writing – original draft: silva, s. m.; silva, c. p. n.; silva, t. c. writing – review & editing: rezende, m. c.; botelho, e. c.; costa, m. l. data availability statement all dataset were generated or analyzed in the current study. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2017/16970-0. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 306576/2020-1; 304876/2020-8. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code 001. acknowledgments the authors would like to thank milton faria diniz from the chemistry division/iae/dcta for his assistance in the ftir analysis. references agius, s. l.; 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2. alternative binders; 3. consolidation routes; 4. micro mechanical; 5. tribological properties. section editor mário antônio alves da cunha highlights more demanding wear and corrosion resistant applications incentive new developments in tooling industry. novel binders, mainly those based on high entropy alloys, are promising for cobalt substitution. new powder metallurgy routes overcome limitations of conventional production methodologies. micro and nano-scale testing characterization increases the understanding of failure mechanisms. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 https://ror.org/039fsvq67 mailto:nuria.cinca@hyperionmt.com https://orcid.org/0000-0002-4743-475x https://orcid.org/0009-0004-2145-747x https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 2/14 1. introduction cemented carbides (also referred to as hardmetals) are a group of composite materials that show outstanding mechanical properties such as hardness and fracture toughness and excellent wear resistance. such combination of properties makes them suitable to produce component and tool materials capable of working under stringent requirements for high demanding applications. the microstructure of cemented carbides is heterogeneous. it is constituted by hard, brittle carbides bonded by a soft and tough metallic binder. the first ones are refractory carbides of transition metals (wc, tic, tac, cr3c2 or mo2c), and the last one is a metal from the iron group, more often cobalt (co) or nickel (ni) and their alloys (exner, 1979). refractory carbides of transition metals from the groups iv, v and vi show an interstitial structure that combines metallic, covalent, and ionic bonds, providing them with a high melting point. they also exhibit high hardness and strength with high thermal and chemical stability. the metallic binder phase is a ductile and softer phase that contributes to improve the toughness of cemented carbides (upadhyaya, 1996). the unique combination of hardness and toughness given by its constitutive phases (in comparison with other hard materials), positions cemented carbides as the most versatile materials used mainly in the tooling, mining, and oil and gas industries (hyperion materials & technologies, 2019). figure 1 presents the different application sectors in which cemented carbides are used, according to their co content and wc grain size, as well as hardness; it can be observed that by tailoring these parameters, cemented carbides can be applied in a broad range of applications. the development of cemented carbides started during world war i in germany due to the need to replace diamond drawing dies with a less expensive material in the production of tungsten (w) filaments (exner, 1979; ortner et al., 2014). several attempts were made without success, until 1923, when tungsten carbide (wc) with added ni was sintered. with time, ni was replaced by co, obtaining a good ceramic-metal combination, suitable to produce fine w wires of good quality (ettmayer et al., 2014; ortner et al., 2014). the new material was commercialized in 1926 under the name “widia” (from german terminology “wie diamant” – meaning like diamond). with the 100th anniversary of its invention (konyashin, 2023), it became evident that there are many opportunities to improve cemented carbides by tailoring their composition and microstructure through substitution and/or alloying of both carbide and binder phases, as well as by using novel processing and characterization methods. in the following review, we present current industrial knowledge around cemented carbides before focusing on the main developments evidenced during the last decade. figure 1. range of applications in which cemented carbides are used, defined by wc grain size, cobalt content and hardness. source: adapted from sandvik (s.d.) and hyperion materials & technologies (2019). 2. general insights on conventional knowledge of cemented carbides 2.1. common constituents in cemented carbides, the most used ceramic phase is tungsten carbide (wc) (upadhyaya, 2001), while the metallic binder is often cobalt (co), followed by nickel (ni) and iron (fe) in order of importance (prakash, 2008). these are still the most successful composite materials produced by powder metallurgy technologies. the binder is selected for its wettability on the carbide and interfacial adhesion characteristics. in this regard, co shows outstanding wetting of wc, resulting in full densification during conventional liquid phase sintering methods, leading to higher values of toughness when comparing with other metallic binders (garcía et al., 2019; lay and missiaen, 2014). the formation of other undesirable phases, such as graphite or eta phase, occurs when the wc-co system is exceeding or depleting in carbon content, respectively (garcía et al., 2019; lay and missiaen, 2014). wc particles exhibit a hexagonal close packed (hcp) crystal structure; wc crystals grown from liquid-metal solutions exhibit the shape shown in fig. 2a, which is also the shape of wc grains in cemented carbides as seen in fig. 2b and 2c. the shape adopted by wc in cemented carbides owes to the high polarity of the prismatic crystal planes of (1010) type due to the different spacing of the w and c planes of [1010] directions; therefore, there are two sets of equivalents (1010) planes, instead of six ones. because of its non-centrosymmetric structure of wc, the microhardness is strongly anisotropic, i.e., the hardness of the basal plane (0001), the prismatic plane (1010) and intermediate orientations are different (exner, 1979). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 3/14 a) b) c) figure 2. (a) schematic representation of truncated wc grains shape in wc-co composites; (b) a typical microstructure of wc-co cemented carbides with microstructural parameters commonly determined for cemented carbides; (c) microstructure of cemented carbide with gamma phase. the light and dark phases correspond to the carbide and to the metallic binder, respectively. source: adapted from lay and missiaen (2014), roa et al. (2015) and sandoval ravotti et al. (2019). tic, zrc, hfc, vc, nbc and tac carbides are also used to produce cemented carbides. these carbides are face-centred cubic (fcc), melt congruently, and exhibit higher hardness than wc. when their content is higher than the solubility limit within the metallic binder, these elemental carbides precipitate, combining to form a mixed solid solution along with wc in the final part, which is commonly known as the cubic carbide phase or gamma (γ) phase (fig. 2c); this phase is more brittle than wc. however, when their nominal content falls below the solubility limit, they behave as wc grain growth inhibitors (exner, 1979). cobalt is the most used material as a metallic binder in cemented carbides. pure co shows an allotropic transformation from an hcp structure up to around 415 °c to a cubic structure (fcc) at higher temperatures (davis, 1995). the prevalence of one form or another may affect the mechanical properties of the composite material. in sintered wc-co alloys, co shows a cubic lattice because the stabilization of it by dissolved w and c cannot be transformed by annealing (exner, 1979; upadhyaya, 2001). both the mechanical and tribological performance of cemented carbides are related to the chemical nature, amount, and size of carbide and binder phases (chychko et al., 2022; davis, 1995; gurland, 1988). the common parameters used to characterize the microstructure of cemented carbides are the mean grain size of the carbide particles (dcarbide) and the binder content (wt.%). the proportion of the carbide phase is generally between 3-30 wt.% of the total weight of the composite and its grain size averages between 0.4 and 10 μm. other important microstructural parameters are the contiguity of the carbide phase (ccarbide) and the binder’s mean free path (λbinder) (exner, 1979; roebuck and almond, 1988; upadhyaya, 1998), which refer to the interface area fraction of wc carbides that is shared between them and to the mean size of the metallic phase, respectively (fig. 2c). 2.2. industrial processing steps ammonium-para-tungstate (apt) is the usual starting raw material for standard wc powder production. after a hot reduction of the apt in hydrogen, pure tungsten powder is obtained, with controlled grain size. tungsten and carbon are mixed in the right proportions, and this mixture is heated at high temperatures in hydrogen, forming tungsten carbide powder (furberg et al., 2019). different wc powder types and binders (co, ni) are the raw materials for the conventional manufacturing of cemented carbide, usually through a weigh-in, milling and then spray drying process. once the powder is ready, the production of parts follows the traditional powder metallurgy routes, either compaction plus sintering or hot compaction. finally, the parts are finished in one or several grinding/turning/polishing steps if needed (raihanuzzaman et al., 2014). figure 3 shows the workflow of the entire traditional manufacturing process, starting from the apt, passing through the production of the agglomerated powder, and then compacting the part and densifying it (typically with a liquid phase sintering process). finally, the part can be finished to provide the required surface roughness. figure 3. traditional powder metallurgy process steps to produce parts. source: adapted from hyperion materials & technologies (2019). 2.3. properties characterization cemented carbide products must accomplish some industrial quality checks to satisfy their demands in the application. these are related to the carbon content (through magnetic saturation measurements), carbide grain size (through coercivity values), metallographic examination, density, and hardness. due to the heterogeneity of cemented carbides and the cost and complexity of field testing, the development of laboratoryscale testing becomes vital for characterization of microstructure, measurement of properties and response to service-like conditions. a wide variety of test methods according to specific standards for cemented carbides are available today (table 1). among them, hardness and fracture toughness prevail. vickers hardness hv30 (load corresponding to 30 kg of weight), is the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 4/14 most used measurement. typical values for wc–co cemented carbides range from about 700 up to 2200 hv30. higher values are obtained for binderless and nano–grained grades of wc–co (shatov et al., 2014a). finer carbide grain sizes and lower binder contents result in increased hardness, but decreased fracture toughness. the higher the hardness, the more resistance to plastic deformation, penetration and thus abrasion wear, whereas high fracture toughness implies better absorption of impact energy by deformation, therefore, delaying crack propagation. hardness of cemented carbides was modelled as the sum of the in-situ hardness of the hard phase times the volume fraction of the contiguous carbide skeleton (vwcc) and the hardness of the remaining binder times the rest of the volume (eq. 1) (shatov et al., 2014a): hcc = hwcvwcc + hco(1 − vwcc) (1) where cc denotes cemented carbides. on the other hand, the measurement of fracture toughness in cemented carbide can be performed by several methods, with the palmqvist test being the most accepted one. this method gives a good approximation of toughness for brittle-like cemented carbides, with a good correlation with the chevron-notched threepoint bending method from 10 to 14 mpa m1/2. however, palmqvist method becomes invalid when chevron-notched threepoint bending gives higher than 14 mpa m1/2 (sheikh et al., 2015). a compilation of hardness-toughness relationship data has been recently carried out by chychko et al. (2022). these authors have examined being plotted according to the microstructure, chemical composition, and processing. wc-co data is very much dependent on particle size of wc and binder phase volume fraction, where the different grain growth inhibitors affect at a different extent the limitation of wc coarsening during conventional liquid phase sintering. the addition of cubic carbides, being present as complex solid solutions, increases the hardness but reduces the fracture toughness; high percentages of those result in cermet-like compositions. the substitution of cobalt by nickel or iron results in tendencies to high toughness/low hardness ratios and high hardness/low toughness ratios respectively. finally, promising hardness-toughness ratios have been found by new sintering processes, but their industrialization is not yet ready. table 1. standards for testing properties in cemented carbides. hardness astm b294-22 standard test method for hardness testing of cemented carbides iso 3878 hardmetals – vickers hardness test iso 3738 hardmetals – rockwell hardness test iso 22394 hardmetals – knoop hardness test strength astm b406 standard test method for transverse rupture strength of cemented carbides iso 3327 hardmetals – determination of transverse rupture strength fracture toughness iso 28079 hardmetals – palmqvist toughness test astm b 771 standard test method for short rod fracture toughness of cemented carbides stiffness iso 3312 sintered metal materials and hardmetals – determination of young modulus wear resistance astm b611 standard test method for abrasive wear resistance of cemented carbides note: metallographic standards are not included here. 3. recent advances in cemented carbides 3.1. alternative binders since their discovery in 1922 by schröter, materials with a predominant phase of wc are known preferably as cemented carbide. however, there is a variety of compositions, including binder-free and those containing tin, that fall into the ‘hardmetal’ classification. another way to refer to cemented carbides is as ‘cermet,’ understood as a particulate composite consisting of ceramic particles bonded with metallic matrix (german, 2005). co is the preferred metallic binder in cemented carbides, but provided that co is considered carcinogenic, and both co and w were classified by the european union as critical raw materials (grilli et al., 2017; grohol and veeh, 2023) (materials that are economically and strategically important for the european economy and have high risk associated with their supply), efforts have been made in the past decade to substitute it either partially or fully as a metallic binder in cemented carbides. although alternative binder systems have been explored since the 1980s, it is only recently that efforts have led to new materials, even more with the advances of computational systems that help tailor the properties for specific applications (long et al., 2017; nicolás et al., 2020). the most explored elements for substitution of co are nickel (ni) and iron (fe) and their alloys, because they are the closest transition metals in the periodic table, and it is expected for them to have a similar affinity with carbon and tungsten as cobalt. for applications demanding acidic corrosion resistance, ni binder is preferred (prakash, 2014). however, the substitution of co is not straightforward, and an understanding of the mechanisms for microstructure formation should be well understood. in this sense, roulon et al. (2020) found that for crich alloys, wc-ni cemented carbides show significant grain growth with a major increase of mean intercept length and a widening of distribution, with increasing the sintering time. in contrast, wc-fe does not show any significant grain growth with a negligible change in the distribution of intercept length. consequently, after 8 hours of isothermal sintering, the coarser microstructure was obtained for wc-ni material followed by wc-co and finally wc-fe. in addition, in wc-ni c-rich alloys, wc grains were more rounded, due to a more uniform precipitation of the solid on the rounded edges of the wc. the use of alternative binders was first compiled in the review by garcía et al. (2019). apart from exposing ni-based and fe-based binders as they are the closest elements to co in the periodic table for its potential substitution, they exposed the use of: (i) precipitated reinforce binders for increasing hardness, wear resistance, bending strength, (ii) aluminide intermetallics for their high oxidation and corrosion resistance, (iii) high entropy alloys (hea) for additionally improving hot hardness and fracture toughness, and (iv) ruthenium for the increase of hardness of the cemented carbide without losing the corresponding amount of toughness. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 5/14 to better assess their feasibility, thermodynamic interfacial energy models between wc and liquid binder phase were proposed by warren (1980), because this parameter is responsible for the resulting microstructure (lay and missiaen, 2014). the solid-liquid interfacial energy is composed by two contributing factors: the chemical contribution and the structure contribution. the last one is constant (0.31 j/m2), as it considers only the melting point of wc grains. on the other hand, the chemical contribution is given by the binder metal, which changes as the composition of metallic alloys changes. long et al. (2017) evaluated the chemical contribution of wc-50 (co-ni-al) interfacial energy at various ni3al contents. the simulation showed that the chemical contribution increases from a minimum value of 0.215 j/m2 at the composition of wc50co, up to 1.003 j/m2 at the composition of wc-25co-25ni3al. based on this information, phase diagrams can be calculated to determine the two-phase region in which a cemented carbide composed by wc and a metallic binder are the stable phases, the carbon (c) content, and the sintering temperature. feand ni-based binders have been explored using thermodynamic simulations made with thermo-calc software. fe-cr-al and fe-ni-cr binders showed good densification and homogeneity in agreement with simulations (nicolás-morillas et al., 2020; 2023). comparable or even improved combination of hardness, toughness and corrosion resistance to acidic media compared to co binders was obtained (nicolás-morillas et al., 2024). thermodynamic calculations can also help to explain variations in the grain size of the binder, which is known to be very large in comparison to the carbide phase (mingard et al., 2011). in the case of wc-50(co-ni-al), alloys containing 0, 11.4 and 15.2 wt.% ni3al, the grain size of the binder phase decreases as the amount of ni3al increases due to the elevated driving forces for nucleation that contribute to the nuclei formation during solidification, resulting in a larger number of grains with smaller sizes (long et al., 2017). in addition, the interfacial energy between wc particles and liquid co-ni-al binder becomes higher with addition of ni3al, becoming an important obstacle for grain growth of the binder phase. another reported feature was the precipitation of the cuboidal γ’ phase within the co-ni-al binder, also observed in coal-w superalloys (suzuki et al., 2015), which can contribute to the superior mechanical properties of the cemented carbide at elevated temperatures. correspondingly, konyashin et al. (2014; 2015) have shown that reinforced metallic binder with nanoprecipitates dramatically improves wear resistance by avoiding the detachment of the wc grains during wearing. besides mechanical properties, corrosion resistance and behaviour can be tailored by modifying the metallic binder. a methodical study of the corrosion behaviour of three groups of cemented carbides (wc-20 wt.% ni, wc-20 wt.% ni15cr and wc-20 wt.% ni11cr6mo), showed that solubility of w in ni alloys is higher than in co, greatly affected by the gross carbon content in the material (solubility decreases by increasing the carbon content) (steinlechner et al., 2022). for cemented carbides with low carbon i.e., high degree of alloying, wc-ni(cr,w) and wc-ni(cr, mo, w) showed superior corrosion resistance in ph ranging from 1.5 to 7, as compared to wc-ni(w), wc-co(cr, w) and wc-conicr(w). more recently, high entropy alloys (hea) are the focus of study as substitutes for co binder alloys. hea are complex metallic alloys with at least five components in which any of them is principal in the composition. the advantage of using hea is that they increase the hardness (also at elevated temperatures), fracture toughness, wear, oxidation, and corrosion resistance of cemented carbides (straumal and konyashin, 2023). heas allow the decrease of the sintering temperature and suppress the wc grain growth during sintering (zhou et al., 2016). refinement of wc grains is especially expected in cr-containing compositions due to its known inhibition effect (straumal and konyashin, 2023). however, a two-phase material is difficult to obtain because of segregation and reaction during sintering, allowing the formation of numerous carbide phases (muellergrunz et al., 2019). despite difficulties in production of cemented carbides with hea as binder, the improvement of properties has been demonstrated. zhou et al. (2016) found an improved corrosion resistance of cemented carbides with 10 and 20 wt.% of hea in a 0.1 m sulphuric acid solution, compared to a 10 wt.% co material. additionally, they found that the corrosion resistance depends only on the chemical nature of the binder and not on the binder content. luo et al. (2021) found a decrease in the oxidation rate by increasing the aluminium content in the hea binder. hardness and toughness have been studied more extensively. for several compositions, zhou et al. (2018) found the optimal sintering temperature of 1,400°c, to obtain the highest hardness for 10 and 20 wt.% hea cemented carbides. moreover, when the hea content increased to 20 wt.%, the fracture toughness increased. dong et al. (2020) found that both vickers hardness and fracture toughness increased with increasing hea content in wc-co materials. on the other hand, hot hardness was improved in wc-hea, as studied by hering et al. (2023). in the work of r. chen et al. (2022) they obtained increased density of wc-coxfenicrcu (x= 1, 1.5, 2, 2.5) by increasing the sintering temperature from 1,300°c up to 1450°c, with the corresponding improvement of hardness. increasing the temperature from 1,400°c to 1,450°c promoted wc grain growth, which translated into an increase in toughness. comparison of hardness and fracture toughness ranges obtained for different cemented carbides with hea as binders, with wc-10 wt.% co, is shown in fig. 4. figure 4. vickers hardness vs. fracture toughness maps for cemented carbides with 10 wt.% co, compared to cemented carbides with hea as binders. source: elaborated by the authors using the data from (garcía et al., 2019; r. cheng et al., 2022; dong et al., 2020; hering et al., 2023; zhou et al., 2016; 2018). 3.2. new consolidation methods traditional powder metallurgy considers two main groups of forming technologies: cold compaction and sintering (or twostep consolidation routes) and hot compaction (or single-step consolidation routes). figure 5 presents the main ones for each subdivision. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 6/14 figure 5. main consolidation routes used for cemented carbides. as many of these technologies have been well known for decades, the research conducted in past years has been mainly focused on two topics: additive manufacturing (am) technologies, as opposed to conventional subtractive technologies; alternative sintering technologies, as opposed to conventional, time-consuming, sintering technologies, or alternative applications for well-known sintering technologies, mainly spark plasma sintering (sps). this section will cover these two subjects. however, additionally to those, some research groups have made attempts to bring novelties on traditional technologies: micro-powder injection moulding for micro components (heng et al., 2014; fayyaz et al., 2014; 2018), casting processes using complex moulds (kim et al., 2022), or different film deposition technologies (hu et al., 2020; xu and huang, 2022a; 2022b; zhao et al., 2020) are examples of it. 3.2.1. additive manufacturing technologies the european powder metallurgy association (epma) defines additive manufacturing as “the process of joining materials to make objects from 3d model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing methodologies” (booklet, 2019). conventional methodologies usually go through forming a blank that will be either green-machined, turned or ground to obtain the desired dimensions. however, these conventional approaches generate important waste and successive manufacturing operations, increasing the production cost of complex geometries. due to these limitations of conventional technologies, additive manufacturing provides several advantages: the agility, or capability of acting quickly without manufacturing extra tooling, the flexibility to print single parts or short series without time loss (changeover time), the creation of new complex and optimized geometries, and an important contribution to sustainability avoiding unnecessary waste (javaid et al., 2021). there are many different additive manufacturing technologies and several ways to group them (carreño-morelli et al., 2020; yang et al., 2020). a division that works well for cemented carbides is between one-step technologies (also called melting processes) and two-step technologies (or shapingdebinding-sintering processes) (fig. 6) (c. chen et al., 2023). figure 6. metal additive manufacturing technologies. selective melting processes include technologies such as selective laser melting (slm) or electron beam melting (ebm) that build parts by directly melting the powder (padmakumar, 2020). in these processes, the melting of the metallic binder is achieved in a very short time, and successive heating-cooling cycles are performed. this usually leads to many defects appearing within the structure: porosity, thermal cracks, grain growth and undesired phases, among others. some research groups have tried alternative approaches such as higher amounts of co, optimization of the process parameters or modification of the starting powder, but generally, these studies have not led to mechanical properties comparable to traditional powder metallurgy routes (padmakumar, 2020; yang et al., 2020). shaping-debinding-sintering (sds) processes are usually more suitable to process hardmetals, as the shaping/forming process is done at low temperatures and does not induce modifications within the material. the following sintering process also contributes to homogenize, remove potential defects, and fully densify the structures (miyanaji et al., 2018). among the different sds processes, two have proven to give positive results for cemented carbides (wc-co): binder jetting and extrusion-based additive manufacturing (see fig. 7). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 7/14 figure 7. (a) schematics for binder jetting technology (fff process, schematic of the binder-jet 3d printing machine with the printing, 2023); (b) extrusion-based am (pellets extrusion process, 2023). source: adapted from gupta and taulik (2021) and mostafaei et al. (2018). binder jetting is based on selectively bonding powder particles and layers together with a binder. after that, the printed parts are cured to improve the green strength and are further subjected to thermal debinding and sintering (elliott, 2020). studies with co contents equal to or higher than 12wt% showed microstructures fully densified after conventional sintering processes, with medium hardnesses and acceptable wear resistances (cramer et al., 2020; enneti and prough, 2019; wolfe et al., 2023a; 2023b). the feedstock powder characteristics play a crucial role in the process. the possibility of using available commercial powders other than the typical ones used for additive manufacturing has been explored by berger et al. (2023), finding that they can be appropriate for use in binder jetting as well. on the other hand, extrusion-based am technologies use as feedstock either pellets or filament manufactured with high polymer content (altiparmak et al., 2022). the principle of the technology is like commercial home printers: extruding the material (pellets or filament) through a screw and a nozzle to build the part layer-upon-layer. after the printing, the parts need to go through a debinding step (usually solvent for hardmetals) to remove one of the polymers used, then through a thermal debinding plus sintering step to eliminate the backbone binder and fully densify the parts. these technologies have proven to obtain very good microstructures for 10% co, although they exhibit some macroporosities due to printing limitations (lengauer et al., 2018; yang et al., 2020). an alternative to this extrusion-based am has been developed by the fraunhofer ikts: thermoplastic 3d printing (t3dp) builds the part using a precise deposition of small droplets of molten thermoplastic hard-metal-containing suspensions. after debinding and sintering, full densities were achieved, no defects were found and homogeneous microstructures were obtained (scheithauer et al., 2017; pötschke et al., 2017). 3.2.2. alternative sintering technologies conventional sintering cycles are very well suited to cemented carbides and can be designed to optimize the densification of different grades. however, they also present several drawbacks: time, as they tend to be long cycles, and that makes the process inefficient for short series; high energy consumption, leading to an important carbon footprint of these processes; difficulty in sintering some alternative binders using long conventional cycles, as they might react with each other. all those reasons lead to alternative sintering technologies being evaluated (guillon et al., 2023). the commercial alternative technology mostly used in the past years for hardmetals is field-assisted sintering technique/spark plasma sintering (fast/sps). this technology, which has been in the market for decades, is a low-voltage, current-activated, pressure-assisted sintering process (fig. 8). this combination of heating and pressure gives high heating rates and short cycle times (5–20 min), making this process very suitable for materials with low sintering activity or high reactivity (eriksson et al., 2013; guillon et al., 2014). figure 8. schematics of the sps process. source: adapted from bram et al. (2022). due to these characteristics, many studies have been conducted using fast/sps to sinter binderless powders (tang et al., 2017), nanopowders (chuvil’deev et al., 2017) or composites of tungsten carbide with other ceramics (w. chen et al., 2014; sribalaji et al., 2017; wang et al., 2018), leading to interesting results. in recent years, some research has been dedicated to exploring additional sintering mechanisms that are not present in conventional sintering. although the physics behind those sintering mechanisms has been shown, it is too soon to implement these processes in the industry (guillon et al., 2014; 2023). an example of these technologies is flash sintering (applying an electric field to a green body while it is heated in a conventional furnace) (wachowicz et al., 2023). 3.3. advanced testing cemented carbides face such a wide array of stresstemperature-environment combinations that only a few standard parameters, as exposed in previous section 2.3, cannot describe the performance in all different applications. in terms of macroscale testing of mechanical properties, mechanical strength and abrasion wear resistance are standardized. strength, typically https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 8/14 measured by bending as transverse rupture (trs), is limited by size, shape, and distribution of flaws (pore, crack, or inclusion), and by the stress distribution in the structure, i.e., the larger the body or test piece, the weaker it is since a large part has a greater chance of having a large flaw (zak fang et al., 2014). the abrasion resistance measured through astm b611 is known to be correlated with hardness following an expression of the form v = a exp(−bh), where v is the wear volume, h is the sample hardness and a and b are constants (gee et al., 2007). although the abrasion resistance is the only wear mode standardized for cemented carbides, it is not the only one that can be found. other wear modes experienced by these materials are adhesive wear, fatigue, erosion, and cavitation coming from sliding, rolling, impact, fretting or slurry contacts (table 2) (beste et al., 2001; bonny et al., 2010; gee et al., 2007; lavigne et al., 2022; perez delgado et al., 2011). typical features that result from these wear mechanisms can be binder extrusion and removal, accumulation of plastic strain in wc grains, cracking of individual wc grains and between them, and even wc grain pullout. a compilated literature about the influence of microstructure and composition around these topics is very scarce given the many different testing parameters that can be considered in each wear test method. figure 9 (left side) illustrates some of the morphologic features that can be observed during those tests. the situation becomes more complex when these mechanical requirements need to accommodate different ranges of temperatures and surrounding media. therefore, hot hardness, oxidation, creep, and corrosion, as well as wear-corrosion synergy effects have been tested (boukantar et al., 2021; fathipour et al. 2024; gant et al., 2004; guo et al. 2018; lebedev et al. 2023; maier et al. 2021; tang et al., 2023). all these properties are generally evaluated according to the microstructural parameters and binder nature. table 2. general standards used to test wear in cemented carbides. standard ref test astm g65 standard test method for measuring abrasion using the dry sand/rubber wheel apparatus astm g133 standard test method for linearly reciprocating ball-on-flat sliding wear astm g99 standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatus astm g32 standard test method for cavitation erosion using vibratory apparatus astm-g76 standard test method for conducting erosion tests by solid particle impingement using gas jets figure 9. some morphological features from cemented carbides tested in different conditions; left (standard) and right (advanced) characterization techniques. source: elaborated by the authors using data from cinca et al. (2019), ortiz-membrado et al. (2021), sandoval ravotti (2019), hyperion materials & technologies (2019). due to the cost and time-consuming efforts to provide complete characterization, and to facilitate new materials development, machine learning strategies have also been introduced in this sector (guan et al., 2022). however, their use is not yet of widespread knowledge. interestingly, many of the material developments have been linked and helped by emerging advanced testing and characterization methods that appear due to the necessity in materials science to further explore connections between microstructure and bonding with final properties. hence, in recent years, the use of conventional techniques has been complemented with the use of more sophisticated ones working at the micro and nanoscale. the understanding of the material performance at small scales is important because the mechanical failure of any bulk material is triggered by the formation, extension, or local accumulation of initial small defects (naughton-duszová et al., 2019). specifically for cemented carbides, classical works focused on the intergranular and intragranular fracture of wc grains, the formation and rupture of co ligaments and the decohesion of the co-wc interface, even on crack propagation and plastic deformation of the binder. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 9/14 in recent years, 3d visualization techniques, such as serial sectioning, focused ion beam /field emission scanning electron microscopy (fib/fesem) tomography, x-ray tomography, transmission electron microscopy (tem) based tomography and atom probe tomography are becoming helpful in providing images of the internal structures, specifically on the spatial distribution of phases, real feature shapes and sizes, and feature connectivity. the fib/fesem tomography has been used by some scientists to reveal the complexity of the wc carbide skeleton and binder ligaments in cemented carbides to study crack propagation (jiménez-piqué et al., 2017; tarragó et al., 2015). nanoindentation is the most appropriate technique to determine mechanical properties such as hardness and elastic modulus for the constitutive phases. however, intrinsic response of constitutive phases is usually not considered in the overall behavior of the composite material. for example, it has been established that hardness of wc is anisotropic (naughtonduszová et al., 2013; roebuck et al., 2012), with hardness values for wc basal planes significantly higher than for the prismatic orientation. focused ion-beam (fib) has also been used to investigate the morphological features below local phase nanoindentations (walbrühl et al., 2018). electron backscattered diffraction (ebsd), scanning electron microscopy (sem) and atomic force microscopy (afm) have been used to evaluate the dependence of hardness and deformation mechanisms on orientation for wc grains in coarse wc-co materials (csanádi et al., 2015). furthermore, binder is a co-w-c alloy in which the amount of the alloying elements plays an important role on the intrinsic hardness and deformation mechanisms. on the other hand, disposition of the surrounding carbide particles, i.e., constraint degree, affects its flow stress in the composite (roa et al., 2016). all these measurements have been lately complemented by the statistical analysis provided in massive nanoindentation studies on the small scale, reporting hardness values for co-based binder of around 8 gpa constrained by the wc grains. around 30 gpa and 22 gpa were measured for the basal and prismatic wc planes, respectively (roa et al., 2015). walbrühl et al. (2018) studied thoroughly the hardness of an alternative ni-based binder in cemented carbides (85ni15fe alloy). in their study, they assessed the effect of the wc particles surrounding the indentation made in the metallic binder. according to their results, the measured hardness of the metallic binder first should be corrected to neglect the pile-up effect found in ni alloys. moreover, the measured hardness increases with the proximity of wc particles to the indentation, obtaining the maximum value when the indentation touches a carbide particle. after correction, intrinsic hardness of the metallic binder approximates its value, to that of a bulk alloy with similar composition. such finding is critical as input for fem simulations. regarding small scale, many studies have found estimated data in agreement with experimental data by assuming an effect of the length scale, such as a hall-petch relationship in intrinsic hardness of constitutive phases, regardless the constrain factors (shatov et al., 2014b; xu and ågren, 2004). besides nanoindentation, uniaxial compression of micropillars gives further insights on the local response of cemented carbides. samples for uniaxial compression of micropillars are micron-sized pillars prepared by fib milling. micropillars are afterwards deformed with a nanoindenter equipped with a flat punch. the failure initiation at wc/co and wc/wc has been investigated according to the specimen size through in-situ uniaxial compression and fesem microscopy. different mechanical responses depend on the ratio of the wc grain size and micropillar diameter (csanádi et al., 2014; sandoval ravotti et al., 2018; 2019). material deformation and fracture have also been examined by micro-beam bending through free-standing microcantilevers, where also the specimen size is of importance (csanádi et al., 2020; elizalde et al., 2018; klünsner et al., 2011; ortiz-membrado et al., 2021; trueba et al., 2014). load vs. displacement curves have been reported with the analysis of fractographic behaviours. the technique has contributed to evaluating the role of individual microstructural features in cemented carbides (single wc crystals and single co ligaments as well as wc/wc and wc/co boundaries) (csanádi et al., 2020; trueba et al., 2014). an average mechanical strength of 6.32 gpa for ultrafine specimens with 8.2 wt.% co content and 5.46 gpa for those with 12 wt.% co content were found (klünsner et al., 2011). fracture strength values as high as 20-25 gpa for wc/wc boundaries in a 6.5 wt.% co coarse cemented carbide were found (elizalde et al., 2018). also, in a coarse specimen but with 16.7 vol.% co, most of the wc/wc boundaries exhibited brittle failure with an average fracture strength of 4.1 ± 2.5 gpa (csanádi et al., 2020). fracture toughness of single wc grains has been also assessed as 5.6 ± 0.8 mpa⋅m1/2 by means of the micro-beam bending technique (ortiz-membrado et al., 2021). additionally, the use of spherical indenters for monotonic and cyclic hertzian indentation loading has attracted attention with the aim to evaluate plastic deformation features beneath the indenter as well as residual strength. in the last years, monotonic loading has been used to evaluate the damage tolerance of cemented carbides, i.e., deformation prevailing over fracture as damage mode. this allows the optimization of the microstructural design to improve reliability by mapping the transition from brittle to quasi-plastic damage (góez et al., 2012; mahani et al., 2024). on the other hand, the use of cyclic loading is useful to evaluate fatigue sensitivity. the use of macro, micro and nano-scale impact tests have been useful to test wc-co specimens with thin coatings where the ratio of coating thickness t to the indenter radius r (t/r), has been explored. deformation and failure mechanisms depend on applied load and indenter sharpness (beake, 2022). in nano-impact test for coated specimens, due to force limitations, very sharp probes are used, which can break eventually if testing tough materials. microimpact tests (repetitive loads at 1-3n) have been used to avoid probe damage. this test is severe/accelerated even at low forces, and it is an “in situ” test where the impact damage is followed cycle by cycle. deformation and cracking of uncoated cemented carbides has been found to be dependent on the h/e and h3/e2 ratios (h being the hardness and e the elastic modulus), known as the elastic strain to break and the resistance to plastic deformation, respectively (cinca et al., 2019). wear at the micro and nanoscale also has been examined in the last decade by means of scratch testing. diamond indenters with different radii have been used while applying different loads and sliding speeds. the friction coefficient is systematically recorded, and the damage mechanisms examined. intergranular and intragranular wc cracking as well as at wc-co interfaces have been found (gee et al., 2017; gee and nimishakavi, 2011). as it can be defined as an abrasion wear mode, it has been also found that smaller wc grain sizes lead to better wear resistance. the same methodology as in a scratch test but with different stylus material has been used to evaluate adhesive wear, concluding that submicrometric surface irregularities have more influence than carbide composition on metal transfer (olsson and cinca, 2024). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 eclet. quim. 49 | e-1529, 2024 issn 1678-4618 page 10/14 finally, nanoindentation, scratch and contact damage tests in aggressive media show evidence of corrosion effects (by removal of the metallic binder) in the mechanical integrity of cemented carbides (gant et al., 2013; zheng et al., 2019; 2022a; 2022b). figure 9 (right side) illustrates features of tested cemented carbides by means of those micromechanical characterization methods above described. 4. concluding remarks within these 100 years of existence for cemented carbides, progress on new formulations and processing methods has been made. however, the last decade has witnessed an increased challenge given the necessity of substituting co, not only due to its carcinogenic effects, but to its consideration as a critical raw material by the european union. with the necessity to assist more demanding applications, academic and industrial experts have extensively worked to overcome these potential challenges. this has resulted in increased publications where high entropy alloys (heas) have been explored due to their high hardness at elevated temperatures in addition to high wear and corrosion resistance. moreover, the boom in additive manufacturing technologies and the application of spark plasma sintering or field-assisted sintering technique (fast/sps) to sinter binderless powders, nanopowders or composites of tungsten carbide with other ceramics has opened new possibilities. finally, new, and advanced characterization techniques such as nanoindentation, compression of micropillars and microbeam bending through free-standing micro-cantilevers, are helping to provide insights into the mechanical properties of cemented carbides and their constitutive phases. authors’ contributions conceptualization: sandoval ravotti, d. s.; melero, h.; cinca, n.; data collection: not applicable; formal analysis: not applicable; funding acquisition: not applicable; investigation: not applicable; methodology: not applicable; project administration: not applicable; resources: not applicable; software: not applicable; supervision: cinca, n.; validation: not applicable; visualization: not applicable; writing – original draft: sandoval ravotti, d. s.; melero, h.; cinca, n.; writing – review & editing: sandoval ravotti, d. s.; melero, h.; cinca, n. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments the authors want to acknowledge the marketing team at hyperion materials and technologies for providing editing help of internal pictures. references altıparmak, s. c.; yardley, v. a.; shi, z.; lin, j. extrusion-based additive manufacturing technologies: state of the art and future perspectives. j. manufact. proc. 2022, 83, 607–636. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.09.032 beake, b. d. nanoand micro-scale impact testing of hard coatings: a review. coatings. 2022, 12 (6), 793. https://doi.org/10.3390/coatings12060793 berger, c.; 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sampaolesi et al., 2019). historical reports date back to their production by sumerians and assyrians around 8,000 years ago (rosa and afonso, 2015), while the egyptians were responsible for spreading their production among the eastern people in the mediterranean basin and from there to the rest of europe (ferreira et al., 2011). beer is traditionally produced with malted barley because of its high enzymatic content, which allows for the rapid conversion of starch into fermentable sugars that give rise to alcohol, carbon dioxide and flavor compounds during yeast fermentation (saccharomyces cerevisiae) (omari et al., 2020). in addition, hops are used in the fermentation process to add a characteristic bitterness and distinct aroma to the beer (kishimoto et al., 2020). the composition of beer varies according to style, however, the presence of minerals, such as ca, k, mg, p and zn (rosa and afonso, 2015; sleiman et al., 2010), has already been reported, which can correspond to up to 10% of the recommended daily intake values. moderate beer consumption is associated with several benefits, ranging from diuretic properties and antioxidant action to positive effects against several cardiovascular risk factors, including an increase in high density lipoprotein (hdl) cholesterol and a lower risk of ischemic stroke (arranz et al., 2012; gaetano et al., 2016; lordan et al., 2019). these factors may be related to the presence of moderate levels of magnesium in beer, influencing the quality of the drink. magnesium is an essential micronutrient associated with more than 300 enzymatic processes in the body (rosanoff, 2013). in beer, when associated with calcium it helps in the kinetics of the isomerization reaction of α-acids in cis and trans-iso-αacids, constituents responsible for the bitterness of beer (wietstock et al., 2015). different methods of analysis have been used to determine magnesium in several types of samples, including colorimetry (shishov et al., 2019), liquid chromatography (paull et al., 1997), electrochemistry (akhter et al., 2020), capillary electrophoresis (sako et al., 2018), flame atomic absorption spectrometry (f aas) and graphite furnace atomic absorption spectrometry (gf aas) (santos et al., 2019; seeger et al., 2019), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (icp oes) (souza et al., 2019) and inductively coupled plasma mass spectrometry (icpms) (moreda-piñeiro et al., 2018). the methods recommended by the american society of brewing chemists for determining magnesium in beer samples are based on the spectrophotometry, f aas, gf aas and icp oes techniques (asbc). among these, the one with the lowest cost and most adequate is the f aas, as it presents good selectivity, precision, robustness, high analytical frequency associated with the low cost of acquisition and maintenance of equipment and analysis (khajeh and sanchooli, 2010; pohl and sergiel, 2010). the optimization of sample preparation conditions, which is a critical step that involves from simple dilution to partial or total solubilization, are essential for the development of analysis methods (santos et al., 2019). currently, the main objective is focused on obtaining the best results in the shortest time, with minimum error, low consumption of reagents and minimum generation of residues, the latter two topics being associated with green chemistry. however, the methods commonly used for this purpose are digestion using concentrated acids under heating (heating plate and microwave oven) and alkaline solubilization, both methods require massive volume of reagent, high energy consumption and generate toxic waste (mketo et al., 2016). excellent alternatives to this problem are the use of ultrasound-assisted extraction (uae) and direct analysis, as demonstrated by the scientific literature (adolfo et al., 2020; ferreira et al., 2014; oliveira et al., 2017; santos et al., 2018; szymczychamadeja et al., 2013; welna et al., 2014). thus, the present work aims to develop and compare different methods of preparing samples by digestion in heating plate, uae and simple dilution to evaluation of magnesium levels in beer samples by f aas. 2. experimental 2.1 materials, reagents and samples all measurements were performed on a flame atomic absorption spectrometer (thermo scientific, model solaar serie m5; usa). a magnesium hollow cathode lamp (photron lamps; usa) was used, operating with a maximum current of 4 ma and a wavelength of 285.2 nm. the acid digestion was performed on a heating plate (warmnest, model dbiva). the extraction was performed in an ultrasonic bath with power 220 w and frequency of 40 khz, temperature control (30 to 60 °c) and volume 9.5 l (unique, model usc-2800a). all reagents used were of analytical grade. the solutions were prepared using deionized water with resistivity of at least 18.2 mω cm http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 original article iq.unesp.br/ecletica 35 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 33-41 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 (elga purelab option-q, model la611; uk). nitric acid (sciavicco comércio e indústria ltda, 65% v/v) was used to prepare samples and solutions. the analytical curve was prepared from a stock solution of mg 1000 mg l–1 (vetec química fina ltda). all glassware used was cleaned in at 10% (v/v) nitric acid bath for at least 24 h, then washed with deionized water at least three times and dried at room temperature. the 13 samples of beer of different brands were purchased on the local market, named a01 to a13. 2.2 sample preparation initially, the samples were subjected to a degassing process through sonication in an ultrasonic bath for 15 min to remove co2 (blanco et al., 2010). the acid digestion of the samples was performed on a heating plate using beakers and watch glasses as a reflux system. the procedure was carried out in the exhaust hood. initially, about 500 mg of degassed sample was weighed, then 10.0 ml of concentrated hno3 was added. after this stage, the mixture was taken to a heating plate at 90 °c until the release of nitrous vapors ceases. for the extraction procedure in ultrasonic bath, 500 mg of the sample and 5.0 ml of diluted hno3 solution (1:1) were added in a polypropylene tube. the tubes were positioned under the support and sonicated for 55 min at a controlled temperature of 60 °c. all samples were transferred to volumetric flasks of 25.0 ml and completed volume with deionized water. for direct analysis, 125 mg of sample was weighed and diluted to 25.00 ml in a volumetric flask with hno3 solution (2% v/v). 2.3 instrumental conditions optimization of f aas instrumental optimization was performed according to the recommendation of the equipment manual. the gas flow was evaluated from 1.0 to 1.3 l min–1, the spectral bandpass from 0.1 to 1.0 nm and the burner height from 6.8 to 7.2 mm. the optimization studies were performed in a univariate manner and all measurements were performed in triplicate. 2.4 figures of merit all analytical parameters were validated according to the resolution rdc no. 166 of july 24, 2017, of the national health surveillance agency (anvisa), which provides for the validation of methods analytical and other measures (anvisa, 2017). the linearity of the analytical curve, homoscedasticity and normality of the data were verified using the analysis of variance tests (anova), cochran and shapiro–wilk, respectively, at a 95% confidence level. the limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) of the method were calculated by multiplying the value of the standard deviation (10 measurements of absorbance signal of the blank digestions on a heating plate) by 3.3 (lod) or 10 (loq), then the result was divided by the slope of the analytical curve. the limits obtained by the previous calculation were corrected by a factor where they were multiplied by the final volume of the analysis solutions (0.025 l) and divided by the mass of samples (approximately 0.5 g), obtaining lod and loq in µg g–1, as already demonstrated by mimura et al. (2016). regarding the method detectability, sensitivity was evaluated by calculating the characteristic concentration (c0) (welz and sperling, 1999). the precision of the method was verified using the relative standard deviation (rsd). spike tests were also performed in order to evaluate the accuracy. these were performed at three levels of concentration. the analytes were added, as solutions, to the samples immediately after weighing. for the first level, the concentrations of mg in the samples were 10 mg l–1. for the second level, the concentrations of mg in the samples were 20 mg l–1. for the third level, the concentrations were 30 mg l–1. blank samples were also evaluated at a concentration level of 10 mg l–1. after sample preparation, dilution processes were necessary for magnesium quantification in the concentration range of the analytical curve. 3. results and discussion 3.1 instrumental conditions optimization the development of methods for determining mineral elements by f aas requires a step of optimizing instrumental conditions. generally, it is recommended to evaluate parameters such as gas flow, burner height and spectral bandpass. magnesium, as well as other alkaline-earth metals, is more sensitive to slightly reducing flames, where maximum temperatures are obtained from 2100 to 2200 °c (welz and sperling, 1999). with the increase in the flow of acetylene gas, the flame increases its reducing power, which directly influences to obtain flames with milder temperatures and lower gradients. thus, it is expected http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 original article iq.unesp.br/ecletica 36 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 33-41 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 to reduce the absorbance signal, as shown in fig. 1a. the adjustment of the burner height (observation height), associated with analytical sensitivity, is important for the residence time of the metal in the fundamental state in the gas phase. in this sense, as evidenced by fig. 1b, the positioning of the burner influenced the absorption conditions of the radiation beam that passes through the flame. there was an increase in analytical signal up to 7.0 mm, from this value less analytical sensitivity and considerable loss of precision was observed, showing a significant fluctuation of the atomic absorption signals. in atomic absorption spectrometry (aas), the monochromator has the exclusive task of separating the analytical line from other emission lines from the source. the saturation of the detector can often be observed from certain values of the spectral bandpass, as shown in fig. 1c, where from 0.2 nm the measured absorbance remains practically constant. however, in very narrow bandpass, the small amount of radiation reaching the detector also compromises sensitivity. table 1 shows the experimental conditions optimized for the analyses. figure 1. optimization curves for instrumental conditions related to the magnesium determination in beer samples by flame atomic absorption spectrometry. a) gas flow; b) observation height; and c) spectral bandpass. conditions: the optimizations were performed using a standard solution with a concentration of 0.3 mg l–1, according to instructions in the equipment manual. optimal gas flow 1.1 l min–1; burner height 7.0 mm; spectral bandpass 0.2 nm. table 1. instrumental conditions for magnesium determination in beer samples by f aas. parameters conditions gas flow (l min–1) 1.1 spectral bandpass (nm) 0.2 burner height (mm) 7.0 wavelength (nm) 285.2 gas mixture air/acetylene 3.2 figures of merit linearity was evaluated through anova for an external analytical calibration curve with the concentration ranging from 0.06 to 0.5 mg l–1, constructed under previously optimized conditions. the analytical curve showed good linearity, with a linear correlation coefficient (r) greater than 0.99, as shown in fig. 2. the regression showed no lack of fit for α = 0.05 (fcalc = 0.617 < ftab = 3.26), and it was highly significant and useful for prediction purposes. the homoscedasticity and normality of the data were verified using the cochran (ccalc = 0.606 < ctab = 0.616) and shapiro–wilk (wcalc = 0.938 > wtab = 0.897) tests, respectively, at a 95% confidence level. the test results indicated that the data were distributed homogeneously and according to a normal function. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 original article iq.unesp.br/ecletica 37 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 33-41 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 figure 2. external calibration curve (●) (y = 0.650x + 0.011, r2 = 0.99) and standard addition curve (■) (y = 0.649x + 0.127, r2 = 0.99) for determining mg in beer samples. the matrix effect in determinations using f aas can be evaluated by comparing the external calibration with the standard addition curves. figure 2 shows the calibration curves for beer samples with concentration ranging from 0.06 to 0.50 mg l–1 for external calibration curve and from 0.08 to 0.32 mg l–1 for standard addition curve. the concentration variances determined by both methods, tab. 2, were compared using the f test (fisher–snedecor). the calculated f value (6.45) was greater than the critical f value (3.44), which indicates that the calculation for comparing the means must be performed using the t-test with ungrouped variances. the t-test was calculated at a 95% confidence level and, since the calculated t-value (0.93) was less than the critical t-value (2.23), it can be said that there is no significant evidence of differences between the different calibration methods, indicating that the established method presents satisfactory selectivity, with no matrix effect on the determinations. table 2. magnesium concentrations in beer samples obtained by f aas using an external calibration curve and standard addition curve. concentration ± standard deviation (sd), n = 3. samples magnesium concentration (µg l–1) external calibration curve standard addition curve 1 172 ± 1 193 ± 3 2 156 ± 1 143 ± 2 3 178 ± 6 195 ± 9 the spike tests, carried out at three concentration levels, allowed to evaluate the accuracy of the method. it should be noted that the standard solution was added to the samples prior to the digestion process and the blank sample was also prepared at a concentration level for control. the recovery percentages were 98.0 ± 0.1, 99.0 ± 2.0 and 99.0 ± 3.0% for levels 1, 2 and 3, respectively; while for the blank sample, the percentage of recovery was 91.5 ± 0.5 %. these recovery values close to 100% indicate that the method, digestion in heating plate, presented good accuracy for magnesium determination in beer samples. the precision of the measurements was also evaluated using repeatability tests (n = 10). for beer samples, this value was 3.4%. considering the concentration level in the reading solution (approximately 0.24 mg l–1), it can be inferred that the measurements were highly precise. the lod and loq calculated for the method were 0.04 and 0.12 µg g–1, respectively. the analytical sensitivity expressed as the characteristic concentration (c0) was 9 µg l–1. the value found is close to values in the literature, such as that obtained by ieggli et al. (2010; 2011). for chocolate samples (19 µg l–1) and emulsified egg samples (14 µg l–1). 3.3 application and comparison of methods after validation of the method involving total digestion, the uae method and dilutions for direct analysis were performed. the results, shown in tab. 3, were compared using the ibm spss statistics 21 software. the first assumption evaluated was normality through the shapiro–wilk test and the results obtained indicate that the residues showed normal distribution, since the significance presented a value higher than the p-value (0.05). the homoscedasticity was evaluated by levene test and similarly it was found that showed significant p-value greater than the value (0.05). the independence was evaluated using the durbin–watson (dw) test, to test for the presence of autocorrelation in the errors of a regression model and since the calculated dw value is within the critical range (du < dw < 4 du, that is, 1.38 < dw < 2.62), it can be said that, at a 95% confidence level, the residues are independent. thus, regression analysis of the methods (anova, single factor) was performed and it was found that at a 95% confidence level the calculated f value (0.050) is less than the critical f value (3.259) and, therefore, it can be said that the results are statistically equivalent. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 original article iq.unesp.br/ecletica 38 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 33-41 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 table 3. results for magnesium determination in mg g–1 by f aas in beer samples using different sample preparation techniques. concentration ± sd, n = 3. samples heating plate digestion (µg g-1) ultrasound-assisted extraction (µg g–1) direct analysis (µg g–1) a01 113 ± 3 101 ± 8 114 ± 3 a02 82 ± 4 93 ± 5 89 ± 3 a03 71 ± 4 74 ± 5 70 ± 5 a04 74 ± 1 77 ± 2 86 ± 5 a05 72 ± 7 69 ± 1 88 ± 6 a06 70 ± 7 72 ± 3 65 ± 8 a07 46 ± 3 44 ± 2 49 ± 7 a08 62 ± 4 55 ± 1 54 ± 3 a09 60 ± 2 58 ± 5 67 ± 1 a10 68 ± 5 69 ± 4 65 ± 5 a11 85 ± 4 85 ± 2 85 ± 2 a12 81 ± 4 78 ± 6 71 ± 2 a13 92 ± 6 93 ± 7 90 ± 1 anova: p-value = 0.952, f = 0.050 residual normality test (shapiro–wilk test): p-value = 0.517 residual homoscedasticity test (levene test): p-value = 0.780 residual independence test (durbin–watson test): p-value = 1.747 both methods of sample preparation proved to be adequate for the evaluation of magnesium levels in beer samples. highlighting in relation to the procedures recommended by the american society of brewing chemists, demand for lower consumption of concentrated acid reagents, time and analytical cost, providing even less operational risk to the analyst (asbc). thus, among the methods evaluated, direct analysis is shown to be the best cost-effective alternative for monitoring magnesium in beers. the magnesium levels in beer samples ranged from 44 to 114 µg g–1 and their source may be related to the malt used in the production process, as reported by omari et al. (2020) and styburski et al. (2018). similar results are described in the scientific literature involving different sample preparation methods and instrumental techniques. leão et al. (2018) used a mixture of nitric acid and hydrogen peroxide for digestion in digesting block with determination by microwave-induced plasma optical emission spectrometry (mip-oes), with magnesium levels ranging from 46 to 97 µg g–1 (leão et al., 2018). on the other hand, marcano et al. (2010) used direct analysis associated with icp oes, with magnesium levels ranging from 29 to 85 µg g–1. in general, the method developed in the present work has more attractive characteristics, either due to the simplicity of sample preparation or the instrumental and operational cost of the analysis technique. 4. conclusion the sample preparation methods developed proved to be adequate for the magnesium determination in beer samples by flame atomic absorption spectrometry. the detection and quantification limits were 0.04 and 0.12 µg g–1, respectively, making it possible to determine the levels of this micronutrient in 13 samples, with adequate precision and accuracy. it is noteworthy that the observed levels are in accordance with other works reported. the method involving direct analysis proved to be promising, since it requires minimal handling, reducing the risk of analyte losses and/or contamination, with low demand for samples, reagents and expensive instrumentation. thus, it is shown as a viable alternative for implementation in routine analyzes for the quality control of beers in the industry. authors’ contribution conceptualization: lisboa, t. p.; matos, m. a. c. data curation: lisboa, t. p.; lemos, l. c. s.; calzavara, f. c.; barbosa, b. s.; baia, g. e. formal analysis: lisboa, t. p.; lemos, l. c. s.; calzavara, f. c.; barbosa, b. s.; baia, g. e. funding acquisition: matos, m. a. c.; silva, j. c. j.; oliveira, m. a. l. investigation: lisboa, t. p.; lemos, l. c. s.; calzavara, f. c.; barbosa, b. s.; baia, g. e.; farias, d. m. methodology: lisboa, t. p. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 original article iq.unesp.br/ecletica 39 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 33-41 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 project administration: lisboa, t. p.; farias, d. m.; matos, m. a. c.; silva, j. c. j.; oliveira, m. a. l. resources: matos, m. a. c.; silva, j. c. j.; oliveira, m. a. l. software: not applicable. supervision: lisboa, t. p.; faria, l. v.; matos, m. a. c.; silva, j. c. j.; oliveira, m. a. validation: lisboa, t. p.; faria, l. v. visualization: lisboa, t. p.; faria, l. v. writing – original draft: lisboa, t. p.; faria, l. v. writing – review & editing: lisboa, t. p.; faria, l. v.; matos, m. a. c.; silva, j. c. j.; oliveira, m. a. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments the authors would like to thank professors dr. renato camargo matos and dr. rafael arromba de sousa for making the laboratory and equipments availables. references adolfo, f. r.; do nascimento, p. c.; leal, g. c.; bohrer, d.; viana, c.; de carvalho, l. m. simultaneous determination of fe and ni in guarana (paullinia cupana kunth) by hr-cs gf aas: comparison of direct solid analysis and wet acid digestion procedures. j. food compos. anal. 2020, 88, 103459. 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szymczycha-madeja, a.; welna, m.; pohl, p. determination of elements in energy drinks by icp oes with minimal sample preparation. j. braz. chem. soc. 2013, 24 (10), 1606–1612. https://doi.org/10.5935/0103-5053.20130202. welna, m.; szymczycha-madeja, a.; pohl, p. improvement of determination of trace amounts of arsenic and selenium in slim coffee products by hg-icp-oes. food anal. methods 2014, 7, 1016–1023. https://doi.org/10.1007/s12161-013-9707-4. welz, b.; sperling, m. atomic absorption spectrometry; wiley-vch, weinheim, 1999. https://doi.org/10.1002/9783527611690. wietstock, p. c.; kunz, t.; waterkamp, h.; methner, f. j. uptake and release of ca, cu, fe, mg, and zn during beer production. j. am. soc. brew. chem. 2015, 73 (2), 179–184. https://doi.org/10.1094/asbcj-2015-0402-01. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 https://doi.org/10.1590/s1413-70542010000100021 https://doi.org/10.1590/s1413-70542010000100021 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.03.060 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.03.060 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.03.060 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.03.060 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.03.060 https://doi.org/10.1007/s00217-018-3098-0 https://doi.org/10.1007/s00217-018-3098-0 https://doi.org/10.1007/s00217-018-3098-0 https://doi.org/10.1007/s00217-018-3098-0 https://doi.org/10.1007/s00217-018-3098-0 https://doi.org/10.1007/s00217-018-3098-0 https://doi.org/10.1007/s00217-018-3098-0 https://doi.org/10.5935/0103-5053.20130202 https://doi.org/10.5935/0103-5053.20130202 https://doi.org/10.5935/0103-5053.20130202 https://doi.org/10.5935/0103-5053.20130202 https://doi.org/10.1007/s12161-013-9707-4 https://doi.org/10.1007/s12161-013-9707-4 https://doi.org/10.1007/s12161-013-9707-4 https://doi.org/10.1007/s12161-013-9707-4 https://doi.org/10.1007/s12161-013-9707-4 https://doi.org/10.1002/9783527611690 https://doi.org/10.1002/9783527611690 https://doi.org/10.1002/9783527611690 https://doi.org/10.1094/asbcj-2015-0402-01 https://doi.org/10.1094/asbcj-2015-0402-01 https://doi.org/10.1094/asbcj-2015-0402-01 https://doi.org/10.1094/asbcj-2015-0402-01 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua eclet. quim. 49 | 2024 issn 1678-4618 page 1/3 summary letter in memoriam of cecilia laluce (1940 2023) .................................................................................. e-1535 antonio carlos massabni, maria célia bertolini review last decade insights on cemented carbides: a review on alternative binders, new consolidation techniques and advanced characterization ...................................................................................... e-1529 daniela andreina sandoval ravotti, hortensia melero correas, núria cinca luis identification of learning difficulties and misconceptions of chemical bonding material: a review ... e-1508 hayuni retno widarti, dian nuriyanti, meyga evi ferama sari, antuni wiyarsi, sri yamtinah, deni ainur rokhim technology-enhanced learning influence on chemical literacy: a systematic review ....................... e-1534 ananta ardyansyah, sri rahayu original articles predicting the biological activity of selected phytochemicals in alsophila spinulosa leaves against 4aminobutyrate-aminotransferase: a potential antiepilepsy agents .................................................. e-1492 oyebamiji abel kolawole, olujinmi faith eniola, akintelu sunday adewale, adetuyi babatunde, ogunlana olubanke, semire banjo, akintayo emmanuel temitope, akintayo cecilia olufunke, babalola jonathan oyebamiji, olawoye bolanle mary, aworinde juliana oluwasayo phytochemical screening, antiproliferative evaluation, and molecular docking studies of acacia nilotica fruit from nigeria ............................................................................................................................ e-1512 william ojoniko anthony, ejike onwudiegwu okpala, kehinde gabriel obiyenwa, godfrey okechukwu eneogwe, banjo semire complex compound of trinitrotriamminecobalt(iii): in theoretical studies ........................................ e-1491 deni ainur rokhim, muhammad roy asrori, husni wahyu wijaya determination of amoxicillin: a penicillin antibiotic in pharmaceutical dosage samples by spectrophotometric method ............................................................................................................ e-1484 chand pasha influence of chitosan’s purification methodology on the formation of layer-by-layer films ............... e-1485 ana cristina facundo de brito pontes, luciana araújo nascimento, daniel de lima pontes, ótom anselmo de oliveira, francisco ordelei da silva nascimento, francimar lopes da silva júnior foundations and applications of the orbital theory in chemistry: a philosophical perspective .......... e-1498 ricardo vivas-reyes, daniela navarro, luis eduardo cortes estimation of nitrogen dioxide levels on streets from fortaleza brazil using passive sampling and multivariate analysis ....................................................................................................................... e-1505 francisco wagner de sousa, maxwell lima maia, wendy fernandes lavigne quintanilha, demostenis ramos cassiano, bruno vieira bertoncini, ronaldo ferreira nascimento, cleidiane silva oliveira, jefferson pereira ribeiro optimizing sewage water of perum pesona permata gading with the assistance of cu/mg electrodes as public street lighting based on green technology electricity ............................................................. e-1496 deni ainur rokhim, diana novel smith, alfredo radinal mukhtar, azzahra zafira putri koto https://doi.org/10.26850/1678-4618eq.v49.2024.e1535 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1529 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618eq.v49.2024.e1512 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 https://doi.org/10.26850/1678-4618eq.v49.2024.e1484 https://doi.org/10.26850/1678-4618eq.v49.2024.e1484 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 eclet. quim. 49 | 2024 issn 1678-4618 page 2/3 summary original articles determination of parameters and kinetic evaluation for chromium (vi) removal using four resins ... e-1402 stamber alvaro ramírez-revilla, daniela camacho-valencia, derly ortiz-romero study of the impact of irradiation and temperature on physical and chemical characteristics of paracetamol .................................................................................................................................... e-1514 hussein manaa ali al-maydama, adlia ahmad mohammad abduljabbar evaluation of the effectiveness of new mixed ligand complexes against the vector of dengue fever aedes aegypti (diptera; culicidae) .............................................................................................................. e-1526 nedhal abdulmawla al–selwi, abbas mohamed al–azab, yasmin mosa’d saeed jamil, fathi mohamed al–azab, anwar mohamed al–ryami development and validation of a green spectrophotometric method for simultaneous determination of combined pharmaceutical dosage form (paracetamol and caffeine) using chemometrics technique in comparison with hplc .................................................................................................................... e-1515 bushra alattab, fares abdullah alarbagi, maher ali almaqtari , entesar alhuraishi, hussein al-maydama analyzing essential oils: extraction and characterization from fresh and dry leaves of pinus elliottii ........... ....................................................................................................................................................... e-1531 leonardo pratavieira deo, gabriela aguiar campolina, cassia duarte oliveira, kassy jhones garcia, maria das graças cardoso in vitro and in silico evaluation of the antimicrobial potential of celtis zenkeri roots volatile metabolites ..... ....................................................................................................................................................... e-1528 ejike onwudiegwu okpala, william ojoniko anthony, godfrey okechukwu eneogwe, oluwakayode olubunmi odeja, michael gabriel ibok, joel ojogbane onoja, samuel akinniyi odewo, shedrach ndubuisi ike, olusimbo adesegun onanuga, banjo semire electrochemical sensing of uric acid using bismuth–silver bimetallic nanoparticles modified sensor ......... ....................................................................................................................................................... e-1497 charlton van der horst, eric de souza gil, vernon somerset identification and theoretical study of the regioselectivity of the synthesis reaction of an α-heterocyclic αamino ester ..................................................................................................................................... e-1479 mohammed el mesky, hicham zgueni, nabil amri, mohamed jabha, youssef youssefi, m’barek azdouz, ahmad oubair, driss chebabe, mohamed azrour, el houssine mabrouk original articles and education in chemistry quantum chemistry in public higher education institutions in the brazilian state of piauí: an analysis of the perceptions of undergraduate chemistry students ..................................................................... e-1524 luís miguel pinheiro de sousa, kariny mery araujo cunha, luciana nobre de abreu ferreira, alexandre araujo de souza effects of small-scale chemistry stem integrated with local contexts for enhancing grade 11 students’ learning achievement and learning and innovation skills ................................................................. e-1561 ratanaphun utmeemang, khajornsak buaraphan the concept of chemistry laboratory in high school ......................................................................... e-1504 fatma alkan https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1514 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1526 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1497 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1524 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1504 eclet. quim. 49 | 2024 issn 1678-4618 page 3/3 summary reviewers of articles published in 2024 adam wiryawan adelino vieira de godoy netto ahmet kilic alejandro junior aranda aguirre alejandro lopez castillho alexandre araujo de souza andré henrique baraldi dourado canan koçak carlos arterio sorgi carlos cezar da silva claudia alejandra aguilar ucan cristiane regina budziak parabocz daniella rodrigues darlisson de alexandria santos david e. q. jimenez deiver alessandro teixeira edilson ferreira elaine da silva ramos euclesio simionatto habiddin habiddin hayuni retno widarti hernán josé tiago claudino barragan karen tauceda leandro zatta leticia machado luis llanes pitarch luiz alberta beraldo de moraes luiz antonio sodre costa manuel ignacio azocar guzman mariete barbosa moreira masrid pikoli mauro carlos costa ribeiro michael ibok miriam de resende mohamed el fadili muntholib muntholib ojah emmanuel pedro henrique reis pedro miranda junior r. ahmad zaky el islami rafael mafra ratna dewi rivelino martins cavalcante rodrigo della noce salma al-kindi sofía rezende tiago andré denck colman vanderlei aparecido de lima vinicius rangel campos zakariya yahya algamal the total number of reviewers of the articles published in 2024 was 50, of which only 3 were from unesp. original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | 41 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 purification and characterization of embryo-specific soy urease (glycine max) and its antifungal potential against paracoccidioides brasiliensis elisângela andrade ângelo1 , tainá michelle da cruz2 , josé renato pattaro júnior2 , daniele maria zanzarin3 , franciele abigail vilugron rodrigues4 , eduardo jorge pilau3 , érika seki kioshima4 , maria aparecida fernandez5 , flavio augusto vicente seixas2+ 1. federal institute of paraná, biology laboratory, umuarama, brazil. 2. state university of maringá, departament of technology, umuarama, brazil. 3. state university of maringá, department of chemistry, maringá, brazil. 4. state university of maringá, department of clinical analysis and biotechnology, maringá, brazil. 5. state university of maringá, department of biotechnology, genetics and cell biology, maringá, brazil. +corresponding author: flavio augusto vicente seixas, phone: +55 44 3621-9300, email address: favseixas@uem.br article info article history: received: june 01, 2020 accepted: october 26, 2020 published: april xx, 2021 keywords 1. urease 2. glycine max 3. fungitoxic 4. paracoccidioides brasiliensis abstract: ureases are amidohydrolases that catalyze the hydrolysis of urea to ammonia and carbamate. in addition to the enzymatic function, ureases have fungitoxic and insecticidal function, which are independent of their catalytic activity. soy (glycine max) has two main urease isoforms: ubiquitous and embryo-specific, the latter is present in beans. in view of the potential applications of ureases, this work aimed to extract, purify, characterize the structure, activity and fungitoxic activity of soy urease against paracoccidioides brasiliensis. the biochemical characterization was performed, in terms of optimal ph and temperature, as well as the determination of the michaelis–menten constant (km) and maximum velocity (vmax). the protein sequence was identified by mass spectrometry and used in computational modeling of the biological structure. the optimum ph and temperature of the enzyme were 6.5 and 65 °c, respectively, km 526 mmol l-1 and vmax 7.4 mmol l-1 nh3µgurease −1s−1 and biological unity as a trimer. the antifungal activity assays (in vitro) were promising, showing a fungicidal profile of the urease, with a minimum inhibitory concentration of 10 µgml−1. this work demonstrated, for the first time, the fungitoxic activity of embryo-specific soy urease against the pb18 strain of p. brasiliensis. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 mailto:favseixas@uem.br https://orcid.org/0000-0001-8876-4790 http://orcid.org/0000-0003-2688-3844 http://orcid.org/0000-0002-3904-3919 http://orcid.org/0000-0002-0762-6917 http://orcid.org/0000-0002-1850-8975 http://orcid.org/0000-0002-9175-3520 http://orcid.org/0000-0003-3290-8577 http://orcid.org/0000-0002-7696-5680 http://orcid.org/0000-0002-0117-6919 original article iq.unesp.br/ecletica 42 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 1. introduction ureases are nickel-dependent amidohydrolases (ec.3.5.1.5) that catalyze the breakdown of the urea amide group into ammonia and carbamate, which decomposes spontaneously in a neutral environment to ammonia and carbon dioxide1,2. ureases are present in bacteria, fungi and vegetables, but are absent in animals3. vegetable ureases play an important role in using urea as a source of nitrogen for the plant. this substrate can originate both from the internal plant metabolism and from an external source, when used as a fertilizer. this substrate can originate either from the internal plant metabolism or from external source when used as fertilizer. in the latter situation, urea is used as nitrogen source, and it can be directly absorbed by the plant or may be used in the form of ammonia or nitrate. when absorbed in the form of ammonia, urea is hydrolyzed outside the plant by ureases present in the soil, which can be of either from vegetable or microbial origin. when absorbed as nitrate, the ammonia hydrolyzed from urea is converted into nitrate by microorganisms present in the soil4–6. the discovery of ureases in vegetables occurred in 1909 by takeuchi, when studying soybeans, since then, it was discovered that these enzymes are present in all vegetables, in their most diverse tissues6. however, such enzymes are especially abundant in vegetables of the families fabaceae (vegetables), cucurbitaceae, asteraceae and pinaceae7,8. the soy (glycine max) has three urease isoforms: ubiquitous, embryo-specific and sbu-3. ubiquitous urease is found in the various tissues of soy, while embryo-specific urease is found only in the seed and sbu-3 is found in small amounts, at specific moments of plant development7. more recent studies indicate a new property of plant ureases, related to its toxic role against fungi and insects. it is noteworthy that these toxic activities do not depend on the catalytic activity of this enzyme3,9. due to this property, plant ureases have come to be considered multi proteins2, and studies have been carried out in order to explore their fungitoxic10,11 and entomotoxic potential12. regarding the fungitoxic potential, studies are mainly focused on phytopathogenic filamentous fungi, such as species from the genera fusarium and penicillium2,3. there are also some studies with pathogenic mammalian yeasts, such as those of the genus candida10,13. however, there are no studies with dimorphic fungi pathogenic to humans, such as paracoccidioides brasiliensis. paracoccidioides brasiliensis is one of those responsible for causing paracoccidioidomycosis (pcm), an endemic systemic mycosis in latin america, frequent in brazil, argentina, colombia and venezuela. this dimorphic fungus is common at filamentous form in the environment, especially in the soil. hyphae may contain propagating-infective structures (microconidia) that become yeast-like when inhaled. this form multiplies in the body, causing pathogenesis, which can compromise the functions of several systems, especially the respiratory system14,15. in the chronic form, lesions on the oral mucosa, lymph node involvement and, rarely, dermatological lesions may be observed16. it is estimated that 10 million people in latin america are infected by paracoccidioides spp., with 1–2% presenting clinical manifestations17. brazil has a high incidence of pcm and annual estimates of its occurrence vary from 0.71 to 3.7 cases for every 100,000 inhabitants. however, there are brazilian regions where the incidence of pcm is even higher, as in two municipalities in rondônia, where the incidence rate is 40 cases for every 100,000 inhabitants18. paracoccidioidomycosis is the main responsible for death due to systemic mycoses in brazil, corresponding to 51.2% of deaths in this category, between the years 1996 to 200619. even so, it is considered by the world health organization (who) as a neglected disease17. regarding the treatments available for human fungal diseases, many antifungals promote adverse effects on the patient, which makes the treatment difficult to continue20. in the case of pcm, this situation is aggravated, as the treatments tend to be long, reaching up to 24 months15,18. thus, in view of the antifungal potential of ureases, as well as the need to develop new drugs against pcm, this work aims to extract and characterize embryospecific soy urease (gmaxurease), as well as to evaluate its activity (in vitro) against p. brasiliensis. thus, this work can contribute to the development of future technologies based on urease (natural product), aimed at the treatment of topical manifestations of pcm. 2. experimental 2.1 extraction of embryo-specific soy urease the protocol for enzyme extraction was guided by the method proposed by bracco et al.21 with modifications. the soy flour was obtained from the soybean seed bayer 26b42 ground. then, 25 g of the flour was defatted by double washing with chloroform in an ice bath under stirring for 30 min, followed by filtration on whatman paper. the defatted extract was http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 43 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 used for protein extraction by means of constant agitation with 20% (w/v) of 20 mmol l-1 phosphate buffer with 1 mmol l-1 β-mercaptoethanol, ph 7.5 at 4 °c for 12 h. the soluble protein fraction (supernatant) was separated by centrifugation at 30,000 g for 30 min. this fraction was considered the crude extract and 10 µl of the cocktail of a plant protease inhibitor was added to it (sigma p9599, usa). 2.2 purification of embryo-specific soy urease purification of gmaxurease was done using chromatography and centrifugation techniques. initially, a gel filtration chromatography column containing sephadex g-25 resin (25.0  1.5 cm) and phosphate buffer (20 mmol l–1) with 100 mmol l–1 nacl and ph 7.5 as mobile phase and elution flow of 1.0 mlmin−1 monitored by spectrophotometer at 280 nm. the fraction that showed ureolytic activity was concentrated by means of ultrafiltration using amicon filter 30 kda cutoff, at 1,000 g for 20 min. this fraction was called g25 and 10% glycerol (q.s.) was added to it. the g-25 fraction was subjected to a new size exclusion chromatography in a column with sephacryl hs-200 resin (60.0  1.5 cm), in a fast protein liquid chromatography (fplc) system model äkta prime (ge lifesciences, usa). the protein fractions were eluted using the phosphate buffer described in the previous step, with a flow rate of 0.5 mlmin−1. the fraction that showed ureolytic activity was collected and concentrated by means of ultracentrifugation. at the end, 10% glycerol was added to the concentrate (q.s.), which was identified as the sephacryl fraction. finally, the sephacryl fraction was subjected to a third size exclusion chromatography, using a superdex-200 10/300 column (ge lifesciences, usa), using other fplc filtration system model äkta pure m (ge lifesciences, usa). the elution and concentration conditions were the same as in the previous steps. at the end, the concentrate received 10% glycerol (q.s.) again and was called superdex fraction. 2.3 verification of purity and molecular weight the purity of the eluted fractions was verified using 12% sds-page electrophoresis, stained with coomassie blue22. electrophoresis was also used to estimate the molecular weight of the bands, using the marker sigma-marker colorburst (sigma, c1992, usa) by means of imagequant-tl 8.1 program (gelifescience, usa). this program was also used to estimate the percentage of urease in the sample. the molecular weight (mw) of the biological unity of soybean urease, under nondenaturing conditions, was calculated using the gel filtration method by a superdex-200 10/300 column (ge lifesciences). the calibration curve was constructed with the low and high mw gel filtration calibration kit standards (ge lifesciences), following the manufacturer’s recommendations. the proteins were eluted in isocratic mode using 50 mmol l–1 phosphate buffer + 150 mmol l–1 nacl, ph 7.2 at room temperature, in a flow rate of 0.5 mlmin−1. the absorbances were monitored at 214 and 280 nm and elution volumes for each protein were measured and converted to kav (eq. 1) and plotted against the logarithm of the respective molecular weights (log mw). oc oe av vv vv k − − = (1) where ve = elution volume, vo = column void volume and vc = geometric column volume. 2.4 determination of protein concentration and ureolytic activity the protein concentration of the crude extract, as well as of the g-25, sephacryl and superdex fractions, was determined according to bradford23, using bovine serum albumin as a standard. the assays were done in duplicate and triplicate if necessary. the measurement of ureolytic activity was performed by quantifying the ammonia (product) using nessler’s reagent24. an enzyme unit (u) was considered to be the amount of enzyme needed to produce 1 µmol l-1 of ammonia per minute25. 2.5 protein identification by liquid chromatography-mass spectrometry (lc-mse) to determine whether the protein obtained was embryo-specific soy urease (gmaxurease), peptide sequence identification was performed by liquid chromatography-mass spectrometry (lc-mse) analysis. the protein band extracted from the sdspage, which had molecular mass corresponding to the estimated theoretical value for urease, was digested in the cropped gel band with trypsin, according to the shevchenko protocols26,27. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 44 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 the analysis was performed using acquity uplc m-class system ultra-high performance liquid chromatography (waters, milford, ma) coupled a time-of-flight high resolution mass spectrometry (xevo g2, waters) equipped with an electrospray ionization source. chromatographic separation was performed on an acquity uplc m-class hss t3 column, with particle size 1.8 µm, 300 µm  150 mm (waters, uk), and flux of 6 µlmin−1. the solvent gradient mixture: a (h2o/0.1% formic acid; v:v) and b (acetonitrile/0.1% formic acid; v/v) was: 3% b 0–1 min, 40% b 1–80 min, 97% b 80–90 min, holding 97% b for 90–97 min, 3% b for 97–100 min, and holding 3% b for 100–103 min at 40 °c. the capillary voltage was operated in the positive mode at 3.0 kv. in the cone, the voltage was adjusted to 40 v and the gas to 600 lh−1 at 400 °c. data were collected in the range between 50 to 2000 m/z using mse acquisition mode, scan time 0.5 sec and collision energy ramp 15–45 v. after analysis, the data (.raw) were processed/analyzed using the proteinlynx global servertm 3.0.3 software, and the revised soy database (glycine max, uniprot). the parameters used for searching the database were: cleavage specificity, trypsin with 1 missed cleavage allowed, min fragment ion matches per peptide = 2, min fragment ion matches per protein = 5, min peptide matches per protein = 1, fixed modifier reagent: carbamidomethyl c, variable modifier reagents: oxidation m. 2.6 structural modeling of embryo-specific soy urease the amino acid sequence of soy urease identified by lc-mse deposited in uniprot (id: i1k3k3) was used to search for template structures in the protein data bank (pdb), by blastp program. the urease structure of canavalia ensiformis (pdb id: 3la4)28 was chosen and used as a template. the modeling was performed using the modeller v9.24 software package29, where 2,100 models of urease were generated in the presence of the nickel cofactor and four residues with posttranscriptional modifications. only one chain was modeled, and the homotrimer and homohexamer structures generated by symmetry operations. the final model was chosen based on the modeller dope score and also by stereochemical quality using the procheck program30. 2.7 effect of ph and temperature on enzyme activity the effect of ph on ureolytic activity was estimated using the britton–robinson 0.04 mol l–1 buffer31, in the range of 5.0 to 9.0. firstly, a single buffer was made in the presence of 3% urea and the ph adjusted according to the test. subsequently, incubation was performed with 2.7 µgml−1 of urease at 55 °c for 15 min. the effect of temperature on the rate of urea production was determined at constant enzyme concentrations. an amount of 2.7 µgml−1 urease was incubated in 0.2 mol l-1 phosphate buffer, 3% urea, ph 6.5, for 15 min. the incubation temperatures ranged between 25 to 85 °c, the experiments were carried out in duplicate, discounting the urea degradation due to temperature, using a negative control. the ammonia generated was quantified using the nessler methodology, in a nanodrop system (thermo scientific) in all activity assays. 2.8 effect of different substrate concentrations the assays were performed at urea concentrations ranging from 0 to 235 mmol l-1, ph 6.5, temperature of 65 °c and incubation time of 5 min, followed by the determination of ureolytic activity. the enzyme concentration used in these assays was 2.7 µgml−1. the results were plotted as function of substrate concentration (michaelis–menten plot) and doublereciprocal (lineweaver–burk plot), through which was possible to calculate the michaelis–menten apparent constant (km) and vmax. 2.9 antifungal activity against p. brasiliensis the fungitoxic activity of urease was evaluated against p. brasiliensis, pb18 strain, by means of serial broth microdilution assay, according to the methodology of clinical and laboratory standards institute32,33, with modifications as described by rodrigues–vendramini34. the urease concentration ranged between 0.02 to 10 µgml−1. the antifungal agent itraconazole was used as a negative control at a concentration of 1 µgml−1. an assay containing only the microorganism and the culture medium was used as positive control, in order to verify the viability of the strain. in addition, bovine serum albumin (bsa) was evaluated at concentrations between 0.2 to 104.4 µgml−1, to assess whether any inhibitory activity could be due to osmotic origin. the inoculum http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 45 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 for the assays were grown in rpmi 1640 medium, prepared with a concentration of 105 ufcml−1, standardized by counting in a neubauer chamber and diluted 1:2 in the wells of a 96-well microplate. after inoculation, the microplates were incubated at 37 °c for 7 days, and on the sixth day 20 µl of 0.02% resazurin was added to each well, as an indicator of metabolic activity. then, the plates were again incubated for 24 h. to identify the minimum inhibitory concentration (mic), a visual reading of the color change of the wells was performed. to identify the minimum fungicidal concentration (mfc), growth was evaluated in solid medium. for this purpose, 20 µl aliquots of the wells were transferred to plates containing brain heart infusion agar, followed by superficial inoculation (spread plate). the plates were kept at 35 °c for 48 h and, after this period, the possible formation of colonies was observed. the mfc was considered the lowest concentration in which there was no growth in the plate35. 3. results and discussion 3.1 protein purification the extraction of proteins from defatted soy flour resulted in a sample containing 18.79 mgml−1 of total proteins. the purification carried out using centrifugation and chromatographic methods of gel filtration resulted in a yield of 18.23% and a purification factor of 5.92, for which steps are summarized in tab. 1. although the yield was lower than reported by other authors25, the specific activity was about 5 times higher. this is because the soy used probably had a high initial urease content. enzyme unit values are compatible with other study with embryospecific soy urease, which showed values between 24,630 and 141,350 of enzyme units36. it is interesting to note that even in studies with heterologous expression of urease, the concentration in the culture medium is around 2 µgml–1 and 5 µgml–1 after purification and concentration respectively13. thus, the results presented here are promising. table 1. summary of gmaxurease purification steps from soybean seeds. step proteins / mgml− enzyme unity / u specific activity /umg−1 yield / % purification factor crude extract 18.79 96,764.72 5,149.80 100.00 1.00 g25 3.96 36,130.19 9,123.79 37.34 1.77 sephacryl 1.69 25,150.22 14,881.78 25.99 2.89 superdex 0.58 17,638.42 30,411.07 18.23 5.90 the urease purification chromatograms in the sephadex g25, sephacryl hs-200 and superdex s-200 columns, pointing the peaks that showed ureolytic activity, are shown in fig. 1a–c. it is noteworthy that, in the step performed using superdex s-200 column, which has analytical grade, only the maximum point of the eluted peak was collected in the process, in order to ensure better purification. however, this fact may have contributed to the lower yield, when compared to another urease purification studies25. the sds-page showed a band with approximately 90 kda. according to data in the literature, ureases correspond to 0.2 to 0.3% of soluble proteins that can be extracted37. additional attempts to purify urease in a q-sepharose anion exchange column (ge lifesciences) resulted in almost total loss of ureolytic activity, even after supplementation of the eluted fraction with nickel. thus, the purification process was all carried out using different gel filtration columns. the calculated mw for the protein in solution using the elution volume of the superdex s-200 column was 272.2 kda, compatible as a trimer in solution (fig. 1d). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 46 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 figure 1. chromatograms of the gmaxurease purification steps. the red lines indicate the peaks that showed ureolytic activity and were collected. (a) sephadex g25, (b) sephacryl hs-200, (c) superdex s-200. the volume referring to the peak of the superdex s-200 column was used to estimate the molecular weight of gmaxurease in figure (d). in this assay, 500 µl of the protein mix with known molecular weights (black dots) was applied: ferritin (440 kda), aldolase (158 kda), canalbumin (75 kda), carbonic anhydrase (29 kda) and ribonuclease (13.7 kda), in the superdex-200 10/300 column. to estimate the mw of gmaxurease, 500 µl of protein was applied at a concentration of 1 mgmin−1, and its elution volume converted to kav (blue dot). the elution flow was 0.5 mgmin−1 at room temperature of ~23 °c. the estimated mw was ~272.2 kda, compatible with a trimer in solution. the linear regretion (y = a + bx) parameters are: a = 2.00381, b = −0.33196 and r= −0.99912. the kav for gmaxurease is (y = 0.19961). 3.2 protein identification using data‐independent analysis (mse) mass spectrometry was performed using an electrospray ionization source and time of flight (tof) analyzer, which allow proteomic analysis, since it is possible to form fragments with various charges and there is no molecular weight limitation for the analyzer. thus, the protein on the electrophoresis gel band was digested by trypsin to obtain peptides for injection into the mass spectrometer, followed by comparative analysis using uniprot database. the processing results data showed different levels of coverage of urease sequences (several uniprot ids) without occurrence of false positives. in view of the high molecular weight of this protein, the percentage found is suitable for its identification, considering that in other study the percentage of 20% was sufficient for this identification13. table 2 summarizes the results of the mass spectrometry analysis and shows that all ranked proteins resulting from processing refer to soy urease. the alignment of the resulting sequences, let to the identification of the protein with uniprot id: i1k3k3 with theoretical molecular mass of 90,338 da being the most conserved, therefore, being used for modeling the protein structure. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 47 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 table 2. results from mass spectrometry analysis of the band considered as gmaxurease extracted from sdspage. protein description (uniprot) uniprot id score aligned peptides / % theoretical molecular weight / da urease os=glycine soja a0a0b2rjr9 1211 28.11 90,046 urease os=glycine max i1k3k3 1209 26.22 90,338 urease os=glycine soja a0a445kny1 1209 26.22 90,360 urease os=glycine max q7xac5 1026 18.62 90,157 urease (fragment) os=glycine max q41214 726 21.37 14,091 protein urease os=glycine soja; uniprot id i1k3k3 species glycine max (soybean) (glycine hispida) peptide numbers 17 peptide sequences lgdtdlfak lniaagtavr gplqpgesdndnfr ggvvawadmgdpnasiptpepvk nyflf gssskpdelhdiik dglivsigk egtiaaedilhdigaisiissdsqamgr ggngiadgqvnetnlr navilk ygpttgdk adigik attctpapsqmk veavgnvr eeedasegitgdpdspfttiipreeyank ednripgeiiygdgslvlnpgk rveavgnvr protein mass (mw) 90,338 sequence coverage* 26.22% mklspreveklglhnagylaqkrlarglrlnyteavaliatqimefardgektvaqlmcigkhllgrrqvlpevqhllnavqv eatfpdgtklvtvhdpiscehgdlgqalfgsflpvpsldkfaenkednripgeiiygdgslvlnpgknavilkvvsngdrpiq vgshyhfievnpyltfdrrkaygmrlniaagtavrfepgdsksvklvriggnkvirggngiadgqvnetnlreameavckrgf ghkeeedasegitgdpdspfttiipreeyankygpttgdkirlgdtdlfakiekdfalygdecvfgggkvlrdgmgqscghpp aisldtvitnaviidysgiikadigikdglivsigkagnpdimddvffnmiiganteviageglivtagaidchvhyicpqlv deaissgittlvgggtgptagtrattctpapsqmklmlqstddlplnfgftgkgssskpdelhdiikagamglklhedwgstp aaidscltvadqydiqinihtdtlneagfvehsiaafkgrtihtyhsegaggghapdiikvcgmknvlpsstnptrpltlnti dehldmlmvchhlnreipedlafacsriregtiaaedilhdigaisiissdsqamgrvgevisrtwqtankmkvqrgplqpge sdndnfrikryiakytinpaiangfsqyvgsvevgkladlvmwkpsffgakpemvikggvvawadmgdpnasiptpepvkmrp mfgtlgkaggalsiafaavdqrvhalyglnkrveavgnvrkltkldmklndslpqitvdpdnytvtadgevltsfattfvpls rnyflf *functional protein without n-terminal signal peptide. 3.3 analysis of enzyme activity different enzyme batches were extracted from different soy samples, which guaranteed biological reproducibility. then, in order to characterize the functional parameters of the protein, activity assays were carried out under different ph and temperature conditions (fig. 2). the enzyme showed better activity at ph 6.5 and temperature close to 65 °c. literature reports that the optimal ph for ureases, in general, ranges between 5.0 and 8.0, depending on the species and even the isoform4. however, for ubiquitous soy urease, there are two peaks of activity, one around 5.5 and the other at 9.021,38; however, there is a study that reports optimal activity for embryo-specific soy urease at ph 6.139. regarding the temperature, literature also reports variation, however, it is usually around 0 °c38. the substrate concentration at maximum urease activity was close to 190 mmol l–1 (fig. 3a). beyond this concentration, activity begins to decrease http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 48 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 gradually, a fact that can be explained by a mechanism of substrate inhibition40. thus, the michaelis–menten equation was adjusted to the experimental points and provided km of 109 ± 23 mmol l–1 and vmax of 2.5 ± 0.4 mmol l–1 nh3µgurease −1s−1 (fig. 3a). values quite different from those obtained by the double-reciprocal plot (fig. 3b), which presented km of ~526 mmol l–1 and vmax of 7.4 mm nh3µgurease −1s−1. however, pisum sativum urease showed the same substrate inhibitory effect, and its km found by adjusting the michaelis– menten equation to data points was close to 100 mmol l–1 but was 500 mmol l–1 when calculated by the double-reciprocal plot at ph 7.525. these values are very similar to those found in this work. figure 2. effects of changes in the experimental conditions on the catalytic activity of gmaxurease. (a) effect of ph using 0.04 mol l–1 britton–robinson buffer, with 3% urea and a temperature of 55 °c. (b) effect of temperature using 0.2 mol l–1 phosphate buffer, 3% urea, ph 6.5. in both assays, the enzyme concentration was 2.7 µgml−1. each point on the graph represents the average of two repetitions. figure 3. effect of the substrate (urea) concentration on the catalytic activity of gmaxurease, using 0.2 mol l-1 phosphate buffer, ph of 6.5 at 65 °c temperature. (a) michaelis–menten plot showing a tendency of decrease in velocity at urea concentrations higher than 195 mmol l–1. the red line represents the best fit of michaelis–menten equation to the experimental data points. (b) double-reciprocal plot for estimating km and vmax values. each point on the graphs represents the average of two repetitions. 3.4 evaluation of antifungal activity we carried out microbiological assays aiming to evaluate the antifungal property of gmaxurease against the human pathogenic fungus p. brasiliensis. until then, this property of urease was never evaluated against this fungal. the mic and mfc values obtained were ~10 µgml–1 of urease. bovine serum albumin was used as negative control in order to verify a possible inhibitory osmotic effect due to protein concentration; however, such influence did not occur http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 49 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 (fig. 4). the mic/mfc values found are promising, because, although this is the first study that demonstrates the urease antifungal activity against p. brasiliensis, when comparing this result to similar ones that used other fungi, such as the yeast candida albicans, the mic values ranged between 240 to 150 µgml-1 of urease11,13. figure 4. the experimental values of mic and mfc of gmaxurease against pb18 strain of p. brasiliensis. the inoculum concentration was 105 cfu and gmaxurease concentration ranged between 0.02 µgml−1 to 10 µgml−1. the concentration of bsa ranged between 0.2 to 104.4 µgml−1. minimal inhibitory concentration is displayed in color and mfc in black/white. negative control (c-) and positive control (c+). 3.5 modeled structure the final model of gmaxurease shares 92.3% identity with template from canavalia ensiformis and presents excellent stereochemical quality with 91.9% of the residues in the most favored, 7.8% in the additional allowed and only 0.3% of the residues in the generously allowed regions of ramachandran plot, a much better quality than template (88.3%, 11.1% and 0.6% respectively). the fig. 5a and b shows the embryo-specific soy urease modeled in this study. the pdb file is provided as supplementary material. ureases have high homology between different organisms, which indicates common genetic ancestry and similar catalytic action3,6. this may justify all residues of catalytic site conserved in gmaxurease regarding canavalia ensiformis. however, the three-dimensional structure of ureases varies between organisms and many still need to be clarified10. plants have ureases formed by a single kind of chain with ~90 kda, which form complex trimers (α3), hexamers (α6) and, more rarely, dodecamers (α12), located in the cytosol of plant and fungal cells2,6,10. there are studies indicating that fungitoxic activity of ureases is independent of the catalytic activity1,11, being related to the release of peptides with antimicrobial activity when hydrolyzed. it is noteworthy that p. brasiliensis has close to 30 to 35 extracellular proteases41, which could act on urease, resulting in polypeptides that could be toxic to the fungus. the fig. 5c shows the alignment of part of the amino acid sequences of plant and microorganisms ureases, plus the recombinant jaburetox peptide identified in the urease of canavalia ensiformis, considered responsible for the antifungal effect12. in gmaxurease, the homologous sequence corresponds to residues 229 to 269. it is noteworthy that microorganisms do not have this sequence in their ureases. there are several hypotheses to explain the antifungal mechanism of these peptides, the most likely being due to the reorganization of membrane lipids12; however, for gmaxurease, this mechanism still needs validation assays. regardless of the action mechanism, the antifungal property of gmaxurease against pb18, the most virulent strain of p. brasiliensis, was clearly demonstrated in this work. due to the low yield of the protein obtained, it was not possible to perform additional tests in this work. however, the results presented here demonstrate the feasibility for carrying out future studies, aiming at the expression of recombinant gmaxurease. the soybean is a feedstock widely used in human and animal nutrition and there are no reports of toxic effects in humans regarding the ingestion of urease present in soy. the possibilities for biotechnological use of ureases are wide and can be explored in topical creams formulations for antifungal medicines, especially for oral manifestations of pcm, dermatophytes, as well as a natural preservative in industrialized foods, replacing possible antimicrobial products. this work allows to envision a wide range of research possibilities for the biotechnological applications of soy urease. in addition, despite being an organism of economic and agricultural interest, the notation of soy proteins in the proteomic databases is still very incipient. many proteins do not have status (sequence of amino acids) confirmed by means of sequencing studies, which include urease. this work helps to improve this notation. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 original article iq.unesp.br/ecletica 50 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 41-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p41-52 figure 5. gmaxurease as structure models and homologs alignment. (a) ribbon model (blue) of the modeled structure of gmaxurease. the red segment represents the peptide homolog to jaburetox. (b) ribbon representation of the biological unity (trimer). (c) alignment of plant urease sequences: jaburetox, canavalia ensiformis (p07374), canavalia ensiformis jbure-ii (q8h6v8), glycine max, this work (i1k3k3), arabidopsis thaliana (q9sr52), solanum tuberosum (q93wi8). microorganisms ureases: sporosarcina pasteurii (p41021), klebsiella aerogenes, alpha subunit (p18314), helicobacter pylori, beta subunit (p69996) and sporosarcina pasteurii, alpha subunit (p41020). the jaburetox peptide present in plant ureases, but absent in bacterial ureases, is highlighted by a red rectangle. 4. conclusions the embryo-specific soybean urease was extracted and kept its functional properties after centrifugation, gel filtration chromatography and ultrafiltration membrane separation techniques. the results obtained from structural analysis by lc-mse, as well as the characterization of the functional catalytic activity, were compatible with those of embryo-specific soy urease. the enzyme has homotrimer as biological unit and, therefore, the structure was modeled by homology in this assembly. in terms of kinetic parameters, the enzyme presented km of ~526 mmol l-1 and vmax of 7.4 mmol l-1 nh3 µgurease -1 s-1, similar to those from pisum sativum urease. the extracted protein fraction showed, for the first time, an activity compatible with fungicidal profile (in vitro) against p. brasiliensis. we hope to contribute to better understanding the antifungal property of this enzyme, in order to glimpse other possible biotechnological applications. acknowledgments this work was funded by fundação araucária (grant numbers: 40/16 and 53/19), capes cod 001, national council for scientific and technological development (cnpq), federal foundation for the brazilian research and development (0673/13-ct-infra-finep) and complex of research support centers of state university of maringá (comcap-uem). in particular, we thank professor márcio francisco colombo and joão ruggiero neto, for their contribution in guiding and training part of the authors of this work, which allowed us to create a research group in biochemistry and molecular biophysics at uem. references [1] balasubramanian, a., durairajpandian, v., elumalai, s., mathivanan, n., munirajan, a. k., ponnuraj, k., structural and functional studies on urease from pigeon pea (cajanus cajan), international journal of biological macromolecules 58 (2013) 301-309. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2013.04.055. 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| 2021 | 57 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 57-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 ultrasound-assisted extraction for the determination of αlinolenic and linoleic acid in vegetable oils by high performance liquid chromatography elvis gilmar gonzales-condori1 , rosa alvarez-gonzales2 , stamber alvaro ramírez-revilla3+ 1. catholic university of santa maría, faculty of pharmaceutical sciences, arequipa, peru. 2. autonomous private university of the south, faculty of health science, arequipa, peru. 3. technological university of peru, arequipa, peru. +corresponding author: stamber alvaro ramírez-revilla, phone: +51 974 434 314, email address: sramirezr@utp.edu.pe article info article history: received: march 26, 2020 accepted: december 03, 2020 published: april 01, 2021 keywords 1. α-linolenic acid 2. linoleic acid 3. vegetal oils 4. hplc abstract: the present research consisted in determining α-linolenic acid (ala, ω-3) and linoleic acid (la, ω-6) in vegetable oils with ultrasound-assisted extraction. the analytical method was validated by high performance liquid chromatography (hplc) for the quantification of both polyunsaturated fatty acids (pufa). the determination was made at a wavelength of 205 nm, mobile phase composed of acetonitrile: methanol: acetic acid 1% (85:5:10), with a flow of 1 ml min-1 and during 5 min. the calibration graph data (50 to 300 mg l-1) adjusted to the linear regression model with a coefficient of determination (r2) of 0.99914 and 0.99986 for ala and la, respectively. the repeatability, reproducibility, accuracy and percentage of recovery complied with international guidelines for analytical methods. the proposed method is simple, fast, linear, precise and accurate for the quantitative determination of ala and la in vegetable oils. the previous ultrasound application during 10 min achieves significantly higher concentrations (p < 0.05) when ultrasound is not applied. in conclusion, the present method can serve as a useful alternative for routine determinations of ala and la in vegetable oils, as it proved to be an easy, fast and reliable method. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 mailto:sramirezr@utp.edu.pe http://orcid.org/0000-0001-6804-5895 http://orcid.org/0000-0003-4021-8787 http://orcid.org/0000-0003-3133-3353 original article iq.unesp.br/ecletica 58 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 57-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 1. introduction fatty acids (fa) are carboxylic acids with a hydrocarbon chain that can vary from c6 to c24 and can be present in nature as pure free fatty acids (ffa), fa salts or as part of more complex molecules known as lipids. fatty acids can be unsaturated and sub-classified as monounsaturated fatty acids (mufa) and polyunsaturated fatty acids (pufa)1. in general, mufa and long-chain pufa are involved in neuronal processes: their deficiency and other nutrients between the last trimester of pregnancy and the first two years of childhood could damage brain function2. on the other hand, they are important for the treatment of eye, skin, central nervous system and viral diseases3, prevention and management of violence in schizophrenia4. in addition, mitochondrial fa (β oxidation) are crucial for the maintenance of thermogenesis5. cis, cis-9, 12-octadecadienoic acid or linoleic acid (la) and cis, cis, cis-cis, 9, 12, 15-octadecatrienoic acid or α-linolenic acid (ala) are among the bestknown pufas present in plants, nuts, seeds and vegetable oils6,7. these pufas are considered essential fas: they are not synthesized by humans, hence it is necessary to include them in the diet2,8,9. other fa present in vegetable oils are palmitic acid, stearic acid, palmitoleic acid, oleic acid, arachidic acid, behenic acid, lignoceric acid, etc10. on the other hand, a group of pufa is known as omega 3, which includes ala, stearidonic acid, eicosapentaenoic acid, docosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid present in various sources, such as plants, fish, fish oils, seaweed11 and as omega 6 to la12. also, vegetable oils can be composed of phenolic acids, flavonoids, vitamins a and e13. concerning la (omega 6, ω-6) benefits, it was found to effectively reversed the inflammatory responses induced by palmitic acid treatment in microglial cells14. likewise, it has been reported that this acid constitutes a safe, easy to apply, well tolerated and effective anti-inflammatory prophylactic treatment of chronic migraine15. furthermore, the intake of la is associated with a lower risk of suffering from diabetes mellitus type 2 (dm2), as well as a better glycemic control and/or insulin sensitivity16. on the other hand, ala (omega 3, ω-3), a known precursor of eicosapentaenoic acid (epa) and docosahexaenoic acid (dha), is considered as a nutraceutical/pharmaceutical candidate due to its safe use as a food ingredient. regarding the benefits of ala, cardioprotective, anticancer, neuroprotective, anti-osteoporotic, anti-inflammatory and antioxidant effects have been reported17, as well as bone protector18 and coronary heart disease prevention capacities19. alfa-linolenic acid could be involved in the preventive effect on cognitive impairment and dementia20 and other researches consider it as a nutraceutical to prevent devastating damages caused by cerebral ischemia21,22. hence, fatty acids such as ala and la are plantorigin dietary components of great nutritional interest, which justifies the necessity of research concerning their concentration in vegetable oils. developing faster techniques for ala and la quantification is of crucial importance. currently, emerging (non-thermal) technologies, such as high-pressure processing (hpp), ultrasound treatment (us), ionizing radiation (ir), pulsed electric field (pef) and cold plasma, are applied for the preservation of food components23. moreover, studies report that ultrasound-assisted oil extraction increases yield and reduces extraction time without affecting the quality of oil, compared to other extraction methods24,25. in addition, it was shown that the sample exposure time to ultrasound gives more optimal results when analyzing short-chain fatty acids (scaf) compared to shaking the sample in a solvent26, this is because ultrasound in the immiscible liquidliquid-solid system produces high-speed impacts between solid particles and liquid phases and therefore promotes mass transfer between phases27,28. to date there are various methods for determining ffa, such as thin layer chromatography (tlc)29, volumetric methods, gas chromatography (gc)30 and particularly high performance liquid chromatography (hplc)31, which would provide various advantages over the official gc method, especially in terms of simplicity, separation times, sensitivity, speed32 and its importance in many different fields33,34. therefore, the present research proposes an easy methodology for the determination of ala and la in vegetable oils by hplc with diode array detector http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 original article iq.unesp.br/ecletica 59 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 57-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 (hplc-dad) with ultrasound-assisted determination (uad). the use of ultrasound as a method for the preparation of samples for solid-liquid extraction is widespread among laboratories and can be considered fast and effective. this opens a gateway to new perspectives, mainly in relation to analytes that are strongly bound to the matrix35. therefore, the goal of this research was to compare concentrations of ala and la with and without uad in soybean, sacha inchi, linseed oils that are highly commercialized and loche pumpkin and macre pumpkin oils that present scarce studies in relation to the composition of ala and la. 2. materials and methods 2.1 chemical reagents and samples analytical standards of ala and la were obtained from sigma-aldrich. likewise, acetonitrile (acn) and methanol (meoh) hplc grade and acetic acid (aa) 99.8%, were obtained from merck. ultrapure water (18.2 mω cm) was produced by a thermo scientific barnstead easypure ii rf purifier. the samples of vegetable oils (soybean, sacha inchi, linseed, loche pumpkin and macre pumpkin) were provided by the quality control laboratory of the universidad católica de santa maría. 2.2 chromatographic conditions a hplc hitachi lachrom elite with diode array detector (dad), merck lichrocart 250-4 rp-18e column (5 µm), acn mobile phase:meoh:aa 1% v/v/v (85:5:10) was used. the system was kept in isocratic conditions exposed to a 205 nm wavelength and with a flow of 1 ml min-1 during a period of 5 min. 2.2.1 evaluation of the linearity of the ala and la quantification method by hplc to prepare the calibration graph, a standard stock solution was prepared weighing 10.0 mg of the ala and la standards in a 10.0 ml flask, achieving a concentration of 1000 mg l-1 in acn. six calibration solutions were prepared from the stock solution: 50, 100, 150, 200, 250 and 300 mg l-1. finally, 20 µl were injected into the hplc column under the established chromatographic conditions. this procedure was performed three times. linear regression was performed using the method of the least squares in order to find the equation of the straight line. 𝑦 = 𝑎 + 𝑏𝑥 (1) where, y is the absorbance, x is the concentration, a is the intercept and b is the slope. then, the coefficient of determination r2, which should be greater than 0.99, was calculated36. 2.2.2 determination of the detection and quantification limits the limit of detection (lod) that corresponds to the minimum amount of analyte that the method can determine, but not quantify, was calculated using eq. 236. 𝐿𝑂𝐷 = 𝑌𝑏𝑙+3(𝑆𝑏𝑙) 𝑏 1 √𝑛 (2) on the other hand, the limit of quantification (loq) that corresponds to the minimum amount of analyte that the method can quantify with precision and accuracy was calculated with eq. 336: 𝐿𝑂𝑄 = 𝑌𝑏𝑙+10(𝑆𝑏𝑙) 𝑏 1 √𝑛 (3) where, ybl (blank response) corresponds to the intercept that relates the concentration and the average response (area) and sbl (standard deviation of the blank) to the intercept corresponding to the calculated line of the concentration versus the standard deviation36. 2.2.3 precision six samples of vegetable oil were prepared and quantified (ala and la) through hplc. to evaluate repeatability, the six analysis were performed by the same analyst; for reproducibility, another six analysis were performed by two analysts. accuracy was http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 original article iq.unesp.br/ecletica 60 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 57-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 expressed as the relative standard deviation (rsd) using eq. 436: 𝑅𝑆𝐷 = 𝑠 𝑥 × 100 (4) where �̅� is the average of the six measurements and s corresponds to the standard deviation of those measurements. 2.2.4 evaluation of accuracy accuracy was calculated using the percentage recovery method (%r). to do this, the concentration of ala and la in a sample of vegetable oil was quantified and then, the sample was enriched with 100 mg l-1 of ala and 150 mg l-1 of la. once analyzed by hplc, the %r was calculated using eq. 5: %𝑅 = 𝐶𝑒−𝐶 𝐶𝑠𝑡 × 100 (5) where, c is the concentration of ala and la in the vegetable oil, ce is the concentration after enrichment with ala and la standards in vegetable oil and cst is the concentration of ala and la standards with which the vegetable oils were enriched. 2.3 samples preparation for the analysis of the vegetable oils, 200 µl of each of soy, sacha inchi and linseed oils and 500 µl of each pumpkin oil, loche and macre, were poured in 10 ml volumetric flasks. then, 5 ml of acn were added to the samples, which were covered with aluminum foil and exposed to ultrasound during 10 min in the branson 2510 ultrasound. finally, the flasks were made up to with acn, filtered using 0.45 µm nylon membranes and 20 µl of the solution was injected to hplc. also, analyses of the same oils were performed without the application of ultrasound. the volume of oil analysis was higher for pumpkin oils because it gave results below the loq. 2.3.1 concentration alfa-linolenic acid and la concentrations were expressed in g l-1 using eq. 6: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛(𝑔 𝐿⁄ ) = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛(𝑚𝑔 𝐿⁄ ) 1000 × 10 𝑣 (6) where, concentration (mg l-1) is obtained by replacing the area in the equation of the line, which is divided by 1000 to transform mg to g, (10) corresponds to the volume of the flask where the vegetable oil is dissolved, and (v) corresponds to the volume of vegetable oil in milliliters. 2.4 statistics the data obtained were evaluated using descriptive statistics [mean, standard deviation (sd) and relative standard deviation (rsd)]. on the other hand, the calibration equation was established by applying a linear regression model that relates the analyte concentrations to the signals (area)37. the concentrations of ala and la were expressed in g l-1 ± sd. for the comparison of the results, a twoway analysis of variance (anova) with a significance of 95% was used and then tukey’s test post-hoc method was used. all results were obtained using graphpad prism 6.0 and orginpro 9.0 software. 3. results 3.1 the ala and la determination method by hplc the chromatogram (fig. 1) shows the retention times for ala and la, which are 3.2 and 4.3 min, respectively, at the established chromatographic conditions. to evaluate the linearity of the method, the areas of the ala and la calibration solutions were measured from 50 to 300 mg l-1. concerning ala, it resulted with a coefficient of determination r2 of 0.99914, a slope “b” of 228877 and an intercept “a” of 1850196. knowing that the y axis corresponds to the area in mau and the x axis to the concentration of ala in mg l-1, the eq. 7 is obtained. 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 228877[𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛] + 1850196 (7) likewise, concerning la, it resulted with coefficient of determination r2 of 0.99986, a slope “b” of 111061 and an intercept “a” of 430963. knowing http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 original article iq.unesp.br/ecletica 61 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 57-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 that the y axis is the area in mau (milli-absorbance units) and the x axis is the concentration of la in mg l-1, eq. 8 is obtained: 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 111061[𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛] + 430963 (8) concerning the results of the precision evaluation, the repeatability tests resulted in an rsd of 0.77 and 0.72% for ala and la, respectively. for reproducibility, the rsd was 1.27 and 1.34% for ala and la, respectively. regarding the sensitivity of the method, the lod for ala and la were 6.14 and 3.16 mg l-1, respectively, and the loq for ala and la were 12.77 and 6.84 mg l-1, respectively. the accuracy assessed by the percent recovery method (%r) resulted in values of 100.50 and 100.19% for ala and la, respectively. figure 1. the ala and la chromatogram at 205 nm. 3.2 quantification of ala and la in vegetable oils with ultrasound-assisted determination in the present investigation, ultrasound was used to accelerate the preparation and the determination of fatty acids from samples of vegetable oils. the areas determined in the quantification of ala and la in the studied vegetable oils are shown in tabs. 1 and 2, which also show the concentration in mg l-1 calculated with eqs. 7 and 8, the average concentrations ± sd and the concentrations in g l-1 ± sd of both acids under study, which was calculated with eq. 6. likewise, the same table shows the results with and without uad. table 1. concentration (g l-1) of free α-linolenic acid (ala) in vegetable oils. vegetable oil with uad without uad average concentration mg l-1 ± sd concentration g l-1 ± sd average concentration mg l-1 ± sd concentration g l-1 ± sd soybean oil 16.2 ± 0.2 0.81 ± 0.01a 13.2 ± 0.4 0.66 ± 0.02a sacha inchi oil 44.5 ± 0.1 2.23 ± 0.01b 38.1 ± 0.5 1.91 ± 0.03b linseed oil 54.8 ± 0.7 2.74 ± 0.03c 50.1 ± 0.7 2.51 ± 0.03c loche pumpkin oil 17.9 ± 0.4 0.36 ± 0.01d 15.7 ± 0.6 0.31 ± 0.01d macre pumpkin oil 15.1 ± 0.5 0.30 ± 0.01e 13.5 ± 0.4 0.27 ± 0.01e *uad: ultrasound-assisted determination, different letters: significant difference. ____ 1: 205 nm, 1 nm name l in o le ic a c id     -l in o le n ic a c id t/min http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 original article iq.unesp.br/ecletica 62 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 57-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 table 2. concentration (g l-1) of free linoleic acid (la) in vegetable oils. vegetable oil with uad without uad average concentration mg l-1 ± sd concentration g l-1 ± sd average concentration mg l-1 ± sd concentration g l-1 ± sd soybean oil 47.1 ± 0.5 2.36 ± 0.02a 40.0 ± 0.6 2.00 ± 0.03a sacha inchi oil 16.0 ± 0.4 0.80 ± 0.02b 13.0 ± 0.6 0.65 ± 0.03b linseed oil 16.8 ± 0.1 0.84 ± 0.01b 13.2 ± 0.2 0.66 ± 0.01b loche pumpkin oil 45.9 ± 1.0 0.92 ± 0.02c 41.7 ± 1.0 0.83 ± 0.02c macre pumpkin oil 55.0 ± 1.0 1.10 ± 0.02d 50.7 ± 0.6 1.01 ± 0.01d *uad: ultrasound-assisted determination, different letters: significant difference. the anova performed on the data in tabs. 1 and 2 showed that the concentration of ala and la differ in at least one sample of vegetable oil (p < 0.05). on the other hand, statistical analysis also indicates that the application of ultrasound reports significantly higher results (p < 0.05) than when no ultrasound was applied. in relation to the results obtained by uad, the tukey’s test showed that the concentration of ala in all the studied oils was different from 95% confidence. the concentration of ala in oils in descending order is: linseed (2.74 ± 0.03 g l-1) > sacha inchi (2.23 ± 0.01 g l-1) > soybean (0.81 ± 0.01 g l-1) > loche pumpkin (0.36 ± 0.01 g l-1) > macre pumpkin (0.30 ± 0.01 g l-1). on the other hand, tukey’s test showed that there is no significant difference between the concentration of la in linseed oil and sacha inchi oil at 95% confidence. these concentrations differ from the ones of the other oils studied. the order of concentration of la in the studied oils is the following: soybean (2.36 ± 0.02 g l-1) > macre pumpkin (1.10 ± 0.02 g l-1) > loche pumpkin (0.92 ± 0.02 g l-1) > linseed (0.84 ± 0.01 g l-1) = sacha inchi (0.80 ± 0.02 g l-1). 4. discussion the international conference on harmonization (ich) standards establish that, for the validation of the method, linearity, precision, accuracy, loq and lod must be determined38,39. a method is considered linear if the coefficient of determination r2 is greater than 0.99, precise when the rsd is less than 2% and accurate as long as the recovery percentage (%r) is close to 100% (90–110%)36. the method turned out to be linear with an r2 = 0.99914 for ala and 0.99986 for la; precise with an rsd of 1.27% for ala and 1.34% for la; and in reproducibility and repeatability tests, the rsds for ala and la were 0.77 and 0.72%, respectively. the lods were 6.14 for ala and 3.16 mg l-1 for la, and loqs were 12.77 and 6.84 for ala and la, respectively. nowadays, ultrasound is used for the isolation of organic compounds present in solid samples, such as soils, animal tissues, plants, etc., since they are comparable to methods that involve more intensive treatments and with various solvents35,40,41. in addition, the application of ultrasound showed that in terms of yield and extraction time, it does not affect the quality of the oil25. several investigations were developed with different methods of extraction and determination of fatty acids. the ala was found in linseed oil17,42, in linseeds18 and perilla, canola and soybean oil20. it is also reported that la was not found in soybeans oil43, however sacha inchi did show the presence of ala and la44,45. in the present investigation, ala (± sd) and la (± sd) were found in sacha inchi oils (2.74 ± 0.03 g l-1; 0.80 ± 0.02 g l-1), linseed oil (2.74 ± 0.03 g l-1; 0.84 ± 0.01 g l-1), loche pumpkin oil (0.36 ± 0.01 g l-1; 0.92 ± 0.02 g l-1), macre pumpkin oil (0.30 ± 0.01 g l-1; 1.10 ± 0.02 g l-1) and soybean oil (0.81 ± 0.01 g l-1; 2.36 ± 0.02 g l-1). in relation to hplc methods, some use direct derivatization for the determination of both ffa with and without saponification of the samples, showing recoveries in the range 98.30 – 103.40% and the coefficients of variation were in the range 0.70 – 3.10%31. in the present investigation, it also turns out to be a simple, fast and accurate method that resulted in recoveries of 100.19 and 100.50% for la and ala, respectively, with a determination coefficient of less http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 original article iq.unesp.br/ecletica 63 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 57-66 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p57-66 than 1.50 % as opposed to the derivation method that gave a maximum result of 3.10%. in another study, a method was developed and validated by hplc-dad for the determination of short chain fatty acids such as: acetic, propionic, butyric, valeric and isovaleric acids in newborn meconium. the method presented a high precision (rsd ≤ 2.5%), high coefficients of determination of the calibration curves (r2 > 0.997). assay recovery ranged from 90 ± 2 and 106 ± 2%. the validation parameters obtained in said study showed that the hplc-dad method is a reliable and useful tool for the determination of short chain fatty acids in meconium samples, where the samples were exposed to ultrasound energy at 40 °c for 80 min and subsequent shaking for 60 min46. this study showed that the application of ultrasound for only 10 min optimizes the determination process of ffa from vegetable oils giving results significantly higher than when no ultrasound is applied, in addition, the method by hplc-dad developed also presents high accuracy, with coefficients greater than 0.997. another method by hplc with conductivity detector for the separation and simultaneous determination of myristic, palmitic, stearic, oleic and linoleic acids presented calibration curves of the five well correlated fa (r2 > 0.999)32. in addition, 2(7hdibenzo [a, g] carbazol-7-il) ethyl 4methylbenzenesulfonate (dbcets) was proposed as a new fluorescent labeling reagent to detect ffa by hplc in serum sample analysis resulting in low detection limits of 0.28–0.57 ng ml-1 and guaranteed high accuracy and reliability of results47. unlike the present investigation where the detection limits for ala and la were 6.14 and 3.16 mg l-1, respectively. clearly the method developed by hplc-dad offers high detection limits compared to the method by hplc with fluorescence detector; however, both analyses are oriented to different matrices and the concentration of fa in oils is relatively higher than in serum, demonstrating that the methodology developed provides reliable results in the analysis of ala and la in vegetable oils. 5. conclusions a method for the determination of ala and la by hplc at 205 nm in vegetable oils has been developed. for this method, the sample preparation uses between 200 to 500 µl of oil, a 10-min ultrasound application during a short run time (5 min), at a flow of 1 ml min1, obtaining retention times of 3.2 and 4.3 min for ala and la, respectively. the method for determining ala and la was found to be linear (r2 > 0.99), precise (rsd < 2.0%) and accurate (90% < %r <110%). the validated method allowed the determination of ala and la concentrations in samples of vegetable oils (sacha inchi, linseed, loche pumpkin, macre pumpkin and soybean). therefore, the present method can serve as a useful tool for the routine determinations of ala and la in vegetable oils since it turned out to be an easy, fast and reliable method. references [1] ratnayake, w. m. n., galli, c., fat and fatty acid terminology, methods of analysis and fat digestion and metabolism: a background review paper, annals of nutrition and metabolism 55 (1–3) (2009) 8-43. https://doi.org/10.1159/000228994. 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they could have significant implications for its utilization in various industries. article history received october 22, 2023 accepted january 14, 2025 published june 28, 2025 keywords 1. moringa peregrina seeds oil; 2. extraction oil; 3. triacylglycerols composition; 4. fatty acid composition. section editors michelle jakeline cunha rezende highlights to extract oil from hadhramaut moringa peregrina seeds using a soxhlet method. to analyze the physicochemical properties of moringa peregrina seed oil. to assess the oil's stability and nutritional value for potential applications. to compare moringa oil with other edible oils in terms of quality and benefits. to explore the oil's potential as a biodiesel feedstock and its viability. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 https://ror.org/04hcvaf32 https://ror.org/02kv0px94 mailto:muradbahadi@hu.edu.ye mailto:m.almaqtari@su.edu.ye mailto:halmaydama@su.edu.ye mailto:muradbahadi@hu.edu.ye mailto:hani.barfed@su.edu.ye https://orcid.org/0000-0002-2512-2325 https://orcid.org/0000-0002-0455-8074 https://orcid.org/0000-0003-0612-7291 https://orcid.org/0009-0008-0161-588x original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 issn 1678-4618 page 2/8 1. introduction moringa peregrina is a fast-growing and highly valuable tree with many beneficial applications in food, medicine, and industry. moringa peregrina is a small genus comprising more than 13 species of trees (elsorady et al., 2023; padayacheea and baijnath, 2012). moringa peregrina is spread in many areas in yemen; however, in hadhramaut, it is rarely scattered (bataher, 2009). moringa peregrina is a species of flowering plant in the family moringaceae that is native to the horn of africa, sudan, egypt, the arabian peninsula, and as far north as syria (hegazy and doust, 2016). it grows on rocky wadis and cliffs in drier areas (shahin et al., 2021). moringa peregrina can attain heights between 3 to 10 meters within 10 months of planting. it has a grayish–green bark and long leaves; it is also distinguished by bisexual yellowish-white to pink showy, fragrant flowers. its fruits are elongated and capsule-like, with a glabrous beak slightly narrowed amongst the seeds. the seeds have an orbicular to ovoid or trigonous shape (al khateeb et al., 2013; zaghloul et al., 2010). in addition, moringa peregrina seed oil is bright yellow with high nutritional value, comparable to olive oil, and it is a significant source of vitamins, minerals, proteins, and carbohydrates. this versatile oil can be used in many applications, including cosmetics, pharmacology, lubricants, biodiesel, and many industries (al-owaisi et al., 2014). the seeds of the moringa plant contain a wide spectrum of fatty acids, esters, amides, and vitamins. the proportion of fatty acids was the highest, reaching 29.52%, followed by alcohol, which reached 3.57%. then the hydrocarbon compounds 1.84% as well as the ketones and stearate, adenines, and amides, reached successive levels: 1.71, 0.13, 0.04, and 0.15%, respectively, plus vitamin e, which amounted to 0.27% (senthilkumar et al., 2020). so, the oil extracted from moringa peregrina is recognized as ben oil; it is confirmed to comprise 70% oleic acid, a long-chain monounsaturated fatty acid with 18 carbons. compared to polyunsaturated fatty acids, oleic acid exhibits better oxidative stability, which enables it to be used for extended storage and hightemperature frying in the food industry (mariod and salaheldeen, 2017). in a study in saudi arabia, the chemical composition, antioxidant activity, tannic acid content, mineral, fatty acid, and amino acid profiles of oil-extracted m. peregrina seed meal (oempsm) were determined where the neutral detergent fiber, acid detergent fiber, and hemicellulose were 40.2, 29.7, and 10.5%, respectively. about 15.41% of total ffas were saturated and 84.57% unsaturated (al-harthi et al., 2022). in a study conducted in egypt, the extraction of moringa peregrina oil was investigated using a soxhlet apparatus with a 1:1 (v/v) mixture of dichloromethane and methanol. the result showed that the yield of moringa peregrina oil was 42.23% (hanaa and gamal, 2013). in another study conducted in the united arab emirates, researchers employed response surface methodology to optimize the extraction of oil from moringa peregrina seeds. the study aimed to identify the optimal conditions for maximizing oil yield by examining several variables. the optimal ranges determined for these variables were as follows: a liquid-to-solid ratio of 5–20 ml/g, an extraction time of 5–30 minutes, an ultrasound power of 348 w, and an extraction temperature of 30 °c. the findings indicated that response surface methodology is a robust approach for optimizing oil extraction processes from m. peregrina seeds, demonstrating that these optimal conditions can yield high-quality oil efficiently (mohammadpour et al., 2019). a study was conducted in iran to analyze the physicochemical properties of moringa peregrina seeds. the oil was extracted from the ground kernel using cold pressing after subjecting it to steam exposure and pressing with a screw pressing machine. the extracted oil was collected and stored at 4 °c. the physicochemical properties of the extracted oil showed that the acid value (0.06%), iodine value (91.7±1 gi2/100 g oil), peroxide value (0.66 meq o2/kg oil), saponification value (179.3±0.3 mg koh/g oil) and unsaponifiable matter (0.32±0.01 g/kg), the oil refractive index, viscosity, and density were 1.4621, 52.05 mpa∙s, and 0.9092 g/cm3, respectively (gharibzahedi et al., 2013). in a study conducted by mariod et al. (2022), the cold-pressing extraction of moringa peregrina oil led to the following physicochemical characteristics: acid value 0.481, saponification value 206.4, free fatty acid 0.242, and peroxide value 0.394. therefore, this study aims to extract oil from hadhramaut moringa peregrina seeds using the n-hexane solvent (soxhlet) method and study the physicochemical characteristics of hadhramaut moringa peregrina oil. 2. materials and methods 2.1. sample collection hadhramaut moringa peregrina seeds were selected from the agricultural research station in wadi hadhramout-al-suwairi (yemen). the sample was manually collected at room temperature. figure 1 illustrates the m. peregrina tree, its seeds, and the extracted oil. (a) (b) (c) figure 1. photos illustrate the moringa peregrina tree (a), seeds (b), and seeds extracted oil (c). source: elaborated by the authors. 2.2. chemicals and reagents all chemicals, as well as the solvents, were used as received, and they included ethanol (99.8%), isopropanol (99.7%), hydrochloric acid (36.5%), potassium hydroxide (99%), potassium iodide (99.5%) and sodium sulfate (99%). the wij's solutions, including cyclohexane (99.7%), sodium thiosulfate (99%), hexane (99%), and phenolphthalein, were purchased from sigma-aldrich. 2.3. oil extraction the hmpso was extracted using the soxhlet extraction method with hexane as a solvent, and a mild extraction temperature was chosen to avoid thermal degradation. the crushed seeds were placed in the drying oven at 100 °c for 30 min before extraction. 10 g of moringa peregrina seeds were placed in an extraction thimble, which was placed in a soxhlet extractor. the seeds were extracted with 200 ml of hexane for 4 h at 60 °c. the solvent was evaporated using a rotary evaporator, and the residual material was dried in an open-air, dark area. the oil yield was calculated, stored in hermetically closed dark bottles, and kept in a refrigerator for further physicochemical study (azhari, 2020). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 issn 1678-4618 page 3/8 2.4. physicochemical characteristics 2.4.1. determination of free fatty acids and acid value (av) the free fatty acid content (ffa) was estimated by titrimetry as described in the aocs ca 5a-40 standard (bahadi et al., 2016a; özcan et al., 2019). first, 50 ml of isopropanol and 0.5 ml of the indicator phenolphthalein solution were put into a flask and neutralized with sodium hydroxide (naoh, 0.1 mol/l) until a permanent pink color. the neutralized isopropanol was added to 5 g of moringa peregrina oil in an erlenmeyer flask. until being dissolved at 40 °c, the mixture was first heated and then titrated with (naoh, 0.1 mol/l) solution, forming a light pink color through 1 ml of phenolphthalein solution as the indicator. the ffas percentage was calculated using eq. 1. % ffa as oleic acid = 28.2×n×v w (1) where v is the volume of naoh solution used in (ml); n is normality of naoh solution in equivalent per liter (eq/l); w is the weight of the sample in grams. acid value = % ffa as oleic acid × 1.99 (2) where 1.99 is the conversion factor for oleic acid. 2.4.2. determination of iodine value (iv) the iodine value of hmpso was determined using two methods, namely, the aocs (1989) method cd 1-25 and the method recommended by al-maqtari et al., (2024) and balaji (2022). in the first method, approximately 0.5 g of hmpso was poured into a 500 ml flask. after that, 15 ml of cyclohexane was added to the flask. next, 25 ml of wijs solution was added; the flask was corked with a stopper. later, the flask containing the mixture was gently shaken and left in the dark for 60 minutes. after incubating, 20 ml of 10% potassium iodide (ki) solution and 150 ml of distilled water were added to the mixture. then the mixture was titrated with sodium thiosulfate (0.05 eq/l na2s2o3 solution or 0.025mol/l) until a yellow color was observed, indicating that the iodine almost disappeared. subsequently, starch solution (1%) was added to the flask, and the titration continued until the blue color disappeared after shaking the flask. the blank was treated under the same conditions. the iodine value was determined using eq. 3. i. v = 12.69×n(vb−vs) w (3) where n is the normality of 0.05 n na2s2o3 solution (0.025 mol/l); vb is the volume in ml of na2s2o3 solution used for the blank test; vs is the volume in ml of na2s2o3 solution used to determine the sample; w is the weight in grams of the sample test portion. 2.4.3. determination of saponification value the hmpso saponification value was calculated based on the methods suggested by garba et al. (2023) and derawi et al. (2014). initially, 2 g of hmpso were placed in a flask containing 25 ml of ethanolic potassium hydroxide solution (0.5 mol/l koh solution) and some boiling stones. the boiling flask was connected to a condenser, and the mixture was gently boiled for one hour. later, 1 ml of phenolphthalein solution (1%) was added to the mixture. then, the mixture was titrated with 0.5 mol/l hcl solution until it became colorless, which indicated the endpoint. the saponification value was measured through eq. 4. s. v = 56.1×n(vb−vs) w (4) where vb = ml of blank; vs = ml of titrant; w = weight (g) of the sample; n = normality of the koh (eq/l). 2.4.4. refractive index the refractive index was determined as reported by abdelwanis et al. (2023) and salimon and ahmed (2012). the hmpso refractive index was determined in conjunction with the aocs official methods (cc7-25) using a refractometer (tago co. ltd. series no.1211) linked to a digital thermometer (dtm1t) at 25 °c. 2.4.5. moisture content the moisture content of hmpso was identified using a moisture analyzer model and mx-50. about 5 g of the sample was weighed and put into a moisture dish. then, it was dried in the moisture analyzer for 30 min at 101 °c, as wiltshire et al. (2022) and bahadi et al. (2016a) reported. 2.4.6. viscosity the viscosity of hmpso was determined using a brookfield viscometer model rv dv-i+ with a spindle size of 5. according to tunit et al. (2022) and bahadi et al. (2016a), after the sample was kept at 100 rpm/l/min at 25 °c, the viscosity was directly measured in centipoises (cp) using the viscometer. 2.4.7. density the density of hmpso was measured using a balance. the weight of one milliliter of hmpso placed on a balance was recorded at room temperature (bahadi et al., 2019; lema, 2022). 2.4.8. analysis of fatty acid composition in moringa peregrina oil the fatty acid composition of hmpso was determined using a gas chromatography (shimadzu gc-17a) equipped with a capillary column bpx 70 (30 m × 0.25 mm × 0.25 µm) and a flame ionization detector. the column temperature was programmed to 120 °c and was gradually raised as much as 3 °c every 1 min for 57 min. the injector and detector temperatures were set at 260 and 280 °c, respectively. the carrier gas was helium, with a flow rate of 0.3 ml min–1. the parameters of gc were carried out according to bahadi et al. (2016 b). fatty acids methyl esters (fame) were prepared with base-catalyzed transesterification using the method of japir et al. (2018). one ml of hexane was added to 0.1 ml of hmpso. one ml of sodium methoxide (1.55 g of naoh in 50 ml methanol) solution was added to the oil mixture. the solution was stirred vigorously for 10 s using a vortex stirrer and then left for 10 min for phase separation of the clear fame solution and the cloudy aqueous layer. the upper fame layer was carefully decanted and dried with anhydrous sodium sulfate. the fatty acid content of hmpso composition was determined using their respective fame and then injected into gas chromatography for analysis. the peak identifications were through the retention time, i.e., by comparing them with genuine standards analyzed under the same conditions. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 issn 1678-4618 page 4/8 2.4.9. triacylglycerols (tags) profile triacylglycerols of hmpso were determined using highperformance liquid chromatography (hplc ultimate 3000 dionex) equipped with an evaporative light scattering (els) detector and an auto-injection. the separation of tags of hmpso was carried out using a commercially packed c18 column 5 µm × 120 å (4.6 × 250 mm) at room temperature. the parameters of hplc were evaluated in line with japir et al. (2017). the mobile phase consists of a mixture of acetone and acetonitrile (63.5%:36.5%, respectively), with a flow rate of 1 ml min–1. the sample preparation entailed diluting 0.1 ml of the sample with 1.5 ml of an acetone-to-acetonitrile (63.5:36.5) mixture. the hplc system was then auto-injected with this mixture, and the analysis was conducted over a total run time of 40 min. the tag peaks were identified using the retention times of commercially obtainable tag standards. the relative percentages of tag peaks were evaluated from all peaks that emerged after 10 min. 2.4.10. fourier transform infrared spectroscopy analysis of hmpso fourier transform infrared spectroscopy (ftir) was performed according to the methods described by noor et al. (2022) and mariod et al. (2022). the hmpso ftir spectrum was recorded using a perkin elmer spectrum gx spectrophotometer from 4000 to 500 cm–1. the functional groups of hmpso were measured, and a very thin film sample was covered on nacl cells (25 mm id × 4 mm thickness) and was used for analysis. 2.4.11. nmr analysis of hmpso nuclear magnetic resonance (nmr) spectroscopy was employed to determine the molecular structure of triacylglycerols, using the methods adopted by awang et al. (2007) and aigbodion and bakare (2005). 1h and 13c nmr analyses were conducted using a joel fcp model at 400 mhz, with the solvent cdcl3 from sigma-aldrich, which had a purity of 99.8%. after that, 13c and 1h nmr spectra of the products were recorded on a bruker 400 nmr spectrophotometer, where 10 mg of hmpso was dissolved in 560 µl of cdcl3. the sample was inserted into a glass tube before being introduced into the nmr tube. 3. results and discussion 3.1. oil extraction and physicochemical characteristics of moringa peregrina seeds oil table 1 shows the physicochemical properties of the hmpso studied. the yield of oil extracted was 34%, obtained from hadhramaut moringa peregrina seeds using the soxhlet method with hexane as the solvent. the results of the extracted oil were like those of other studies (lema et al., 2022). the color is an important factor that indicates product composition, purity, and degree of deterioration. thus, it can be used to verify oil degradation, stability and suitability for a specific use (rossi et al., 2001). the color test of hmpso was light yellow and had a favorable fragrance. the percentage of ffas in oil indicates their level of degeneration and quality. also, the seeds' duration and storage conditions may affect the value of free fatty acids (ibrahim, 2013). accordingly, the result shows that the average value of ffa for hmpso is 3.2±0.5%. based on ngozi et al. (2013) and bale et al. (2015), ffa is one of the most significant quality parameters in the hmpso as it specifies the level of oil deterioration. as shown in table 1, the acid value of hmpso was determined to be 6.3±0.5 mg naoh/g. the acid value of the extracted oil (hmpso) is higher, indicating lower quality, possibly due to an active lipase present in the seed oil, which is responsible for the hydrolysis of triacylglycerols to free fatty acids, diacylglycerol and monoacylglycerol (albert et al., 2011). the iodine value of the hmpso measured in this study was 69.4±0.2 g i2/100g, as shown in table 1. chemical attributes like iodine value indicate the presence of unsaturated fatty acids, and a lower value marks the lower quantity of unsaturated fats and vice versa. similarly, the saponification value of hmpso was 185.1±0.1 mg koh/g. the saponification value indicates the proportion of lower fatty acids in the oil. therefore, the saponification value controlled the oil quality. the refractive index of hmpso was determined to be 1.47±0.01, signifying a high concentration of carbon atoms in the fatty acid composition. the hmpso moisture content was identified to be 0.48±0.03 at 101 °c, as illustrated in table 1. the sample density highlighted a slight variation, with hmpso falling within the range of 0.92±0.03 g/ml. this result is identical to the study performed in saudi arabia and egypt. in saudi arabia and egypt, the results for moringa peregrina seed oil were, respectively, 0.30 and 0.01 equivalent to mg koh/g for acid value, 69.6 and 67.9 g of i2/100 g of oil for iodine value, 185 and 179 mg of koh/g of oil for saponification value, 1.46 and 1.43 for refractive index, and 0.91 and 0.82 g/cm3 for density (hanaa and gamal, 2013; tsaknis, 1998). thus, ibrahim (2013) and bahadi et al. (2019) emphasized that the data for viscosity indicated that hmpso showed the highest resistance to flow with a viscosity of 48.0±0.1 cp. table 1. physicochemical properties of hmpso. components units values oil content % 34.0±0.2 ffa (as oleic acid) % 3.2±0.5 acid value (av) mg naoh/g 6.3±0.5 iodine value (iv) g i2/100 g 69.4±0.2 saponification value (sv) mg koh/g 185.1±0.1 refractive index 1.47±0.01 moisture content % 0.48±0.03 density g/ml 0.92±0.03 viscosity cp 48±0.1 source: elaborated by the authors. 3.2. fatty acid composition of hmpso moringa peregrina seeds have a novel fatty acid composition compared to other plant oils. in lipid science, fatty acid composition analysis is a widely used and common analytical technique. nevertheless, the fatty acid composition is important for studying the characteristics of m. peregrina seed oil. methylation is a method for preparing fatty acid methyl esters (fames) from glycerolipids. conventionally, fames are prepared from basecatalyzed transesterification (carvalho and malcata, 2005). basecatalyzed methanolysis proceeds much more rapidly under room temperature in 2 min. in this study, the fatty acid composition of moringa peregrina seed oil is listed in table 2 as a percentage of total fame. fatty acid methyl ester peaks were classified and quantified by comparing their peak area and retention times with standard methyl esters. there are three main types of fatty acid in moringa peregrina seeds oil, which comprises saturated (cn:0), monounsaturated with one double bond (cn:1), and polyunsaturated with two double bonds (cn:2). moringa peregrina seeds oil consists of 82.25% unsaturated fatty acids and https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 issn 1678-4618 page 5/8 17.75% saturated fatty acids as shown in table 2. the results were like studies in egypt, saudi arabia, and elsewhere (robiansyah et al., 2014; tsaknis, 1998). table 2. fatty acid composition of hmpso using gc-fid analysis. no fatty acids molecular formula percentage (%) 1 palmitic acid c16h32o2 9.80±0.05 2 palmetoleic acid c16h30o2 1.8±0.1 3 stearic acid c18h36o2 3.6±0.1 4 oleic acid c18h34o2 78.2±0.1 5 linoleic acid c18h32o2 0.43±0.02 6 arachidic acid c20h32o2 1.83±0.05 7 eicosenoic acid c20h38o2 1.4±0.1 8 behenic acid c22h44o2 2.52±0.07 9 erucic acid c22h42o2 0.42±0.09 total unsaturated fatty acids 82.25 total saturated fatty acids 17.75 source: elaborated by the authors. 3.3. triacylglycerols composition of hmpso the triacylglycerol (tag) profile of hmpso was identified using high-performance liquid chromatography (hplc). the result from the reversed-phase hplc shows that hmpso was composed of at least nineteen important tags. table 3 shows the tag composition of hmpso. the main tag of hmpso contained a wide range of tag species such as 1, 2,3trioleoyl-glycerol, 1-stearoyl-2,3-dioleoyl-glycerol, 1-arachidoyl2,3-dioleoyl-glycerol, 1,3-dioleoyl-2-linoleoyl-glycerol. the primary tag composition of hmpso was tri-unsaturated (45.31%), followed by di-unsaturated (42.73%), mono-unsaturated (6.87%) and tri-saturated (1.26%), as shown in table 3. these results reflect the high unsaturation of hmpso content and show good agreement with the fatty acids found in this study. it was expected that hmpso would exhibit a notable content of ffas, monoacylglycerols (mag), and diacylglycerols (dag), as shown in table 3. 3.4. ftir analysis of hmpso ftir spectroscopy enables the deduction of molecular structures of substances by analyzing absorption bands associated with distinct functional groups, which are manifested as peak spectra (lema et al., 2022). in the case of hmpso, the ftir spectrum commonly exhibits prominent bands corresponding to triacylglycerol as shown in fig. 2. table 4 displays the distinctive bands of the principal functional groups found in hmpso. figure 3 represents an infrared spectrum of hmpso spanning the range of 500 to 4000 cm–1. the strong absorption band of hmpso at 1750 cm–1 is probably due to the esterified carbonyl function, which is also accountable for the band at 1168 cm–1. the band at 3012 cm–1 indicates =c-h stretch for sp2 (aliphatic), while the bands at 2925 cm–1 and 2863 cm–1 indicate c-h stretching vibration for sp3 (aliphatic) in hmpso. the band at 1469 cm–1 is assigned to -ch deformation. the 1243-1168 cm–1 band denote -c-o-c stretching vibration (ester). the absorption band at 725 cm–1 indicates the presence of -(ch2)-n, where n is greater than 3, representing an open-chain structure. most of the remaining bands are absorption frequencies of the hydrocarbon chain. table 3. triacylglycerol composition of hmpso. triacylglycerol species composition (%) tri-unsaturated 1,2,3-trioleoyl-glycerol (ooo) 39.43 1,3-dioleoyl-2-linoleoyl-glycerol (olo) 4.94 1-oleoyl-2,3 dilinoleoylglycerol (oll) 0.37 1,2,3-trilinoleoyl-glycerol (lll) 0.34 1-eicosenoyl-2,3-dioleoyl-glycerol (eioo) 0.23 ʃ tri-unsaturated 45.31 di-unsaturated 1-palmitoyl-2,3-dioleoyl-glycerol (poo) 24.54 1-stearoyl-2,3-dioleoyl-glycerol (soo) 8.18 1-arachedoyl-2,3-dioleoyl-glycerol (aoo) 6.74 1-palmitoyl-2-oleoyl-3-linoleoyl-glycerol (pol) 1.28 1-palmitoyl-2,3 dilinoleoyl-glycerol (pll) 0.58 1-palmitoyl-2-palmetoleoyl-3-linoleoyl-glycerol (ppl) 1.08 1-oleoyl-2-linoleoyl-3-arachedoyl-glycerol (ola) 0.33 ʃ di-unsaturated 42.73 mono-unsaturated 1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl-glycerol (pop) 4.12 1-palmitoyl-2-oleoyl-3-behenoyl-glycerol (pob) 1.89 1-palmitoyl-2-linoleoyl-3-stearoyl-glycerol (pls) 0.42 1,2-dipalmitoyl-3-linoleoyl-glycerol (ppl) 0.23 1-palmitoyl-2-oleoyl-3-stearoyl-glycerol (pos) 0.21 ʃ mono-unsaturated 6.87 tri-saturated 2,3-tripalmitoyl-glycerol (ppp) 1.26 ʃ tri-saturated 1.26 total triacylglycerol (tag %) 96.19 total diacylglycerol (dag %) 1.62 mono diacylglycerol (mag %) 1.16 free fatty acid (ffa%) 1.08 source: elaborated by the authors. figure 2. structure of triacylglycerol. source: elaborated by the authors. table 4. the functional groups of hmpso in terms of the main wavenumber in the ftir. functional group wavenumber (cm–1) c=c bending vibration (aliphatic) 3012 c-h stretching vibration (aliphatic) 2925, 2863 c=o stretching vibration (ester) 1750 c-h scissoring and bending for methylene 1469 =c–h (cis) unsaturated 1415 -ch3 sym deformation 1374 -c-ostretching vibration (ester) 1243–1168 c-h group vibration (aliphatic) 725 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 issn 1678-4618 page 6/8 figure 3. ftir spectrum of hmpso. source: elaborated by the authors. 3.5. nmr analysis of hmpso nuclear magnetic resonance (nmr) spectroscopy is useful in determining the chemical structure of hmpso. in this study, the analysis of hmpso was conducted through 1h nmr and 13c nmr. the findings were discussed in detail. 3.5.1. 1h nmr spectrum the 1h nmr results for hmpso can be shown in table 5 and fig. 4. the spectrum of 1h nmr indicates the existence of proton peaks at a chemical shift of 5.32 ppm demonstrating protons attached to a double bond (vinyl protons) (-ch=ch), and the peaks at chemical shifts of 1.99-2.03 ppm signifying the presence of allylic protons attached to a carbon adjacent to a double bond (-ch2-c=c-), where both represent the top of the double bond in the hmpso. the chemical shift displacement of these two double bond peaks was close to the range of chemical shift displacement reported by pavia et al. (2015); the chemical shift range of group -ch=ch is 4.5-6.5 ppm, and the chemical shift range of group -ch2-c=cis 1.6-2.6 ppm. for the molecular structure of an ester, two distinct types of protons exist. those on the carbon atom attached to the oxygen atom in the alcohol part of the ester (-ch2-o) have a chemical shift range of 3.5-4.8 ppm. the protons from the alpha carbon in the acid part of the ester (-ch2-c=o) have a chemical shift of 2.1-2.5 ppm. figure 4 illustrates alcohol proton (glyceryl-ch2-o-co(α–esterified glycerol)) identified at a chemical shift of 4.27-4.31 ppm and acid proton (-ch2c=o) detected at chemical shift 2.28-2.32 ppm for hmpso. the β-esterified glycerol (-ch–ocor) is indicated by a chemical shift at 4.27-4.31 ppm for hmpso. the chemical shift at 0.88-0.87 ppm corresponded to -ch3 (terminal methyl in the alkyl chain) next to the terminal methyl -ch2 at 1.25-1.29 ppm. the chemical shift at 7.28 ppm represented the solvent cdcl3. 3.5.2. 13c nmr spectrum the primary signal assignments in the 13c nmr spectrum of the hmpso are shown in table 6 and shown in fig. 5. this spectrum was a feature of triacylglycerols and contains resonances arising from the methyl, methylene, glycerol backbone, and olefinic carbons of polyunsaturated fatty acids and monounsaturated fatty acids as well as carbonyl carbons. the 13c nmr spectrum was divided into four groups of signals according to their chemical shifts. these four groups contain carbonyl carbons that resonate between 172 and 174 ppm, unsaturated carbons that resonate from 124 to 134 ppm, glycerol backbone carbons that resonate from 60 to 72 ppm, and aliphatic carbons that resonate between 10 and 35 ppm. the 13c nmr of the triacylglycerols’ acyl chains was assigned according to the extensive chemical shift data tabulated by gunstone (2009). the peak at 14.07 ppm corresponds to the carbon atoms of the methyl groups attached to the end of the acyl chains. the peaks ranged between 22.67 and 34.18 ppm, symbolizing the methylene carbon atoms in fatty acid moieties of hmpso. glycerol carbons in triacylglycerols ranged from 60 to 70 ppm. the glycerol carbons (β) were found at 68.87 ppm, and glycerol carbons (α) and (ά) were at 62.06 ppm. the olefinic carbons of unsaturated fatty acids of hmpso triacylglycerols resonated between 127.86 and 130.14 ppm. the signals at 172.79 ppm and 173.21 ppm were observed in the carbon atom of the carbonyl group. table 5. the main signals present in the 1h nmr spectrum of hmpso. assignment hmpso δ(ppm) –ch3 (terminal methyl) 0.88–0.87 –(ch2)n–(saturated alkyl chain) 1.25–1.29 –ch2–ch=ch–ch21.99–2.03 –ch=ch– 5.32 -ch2-coor, acyl methylene 2.28–2.32 -ch2-o-co-r (α–esterified glycerol) 4.11–4.16 ch–ocor (β-esterified glycerol) 4.27–4.31 -c=c-ch2-c=c5.24–5.36 cdcl3 7.28 source: elaborated by the authors. figure 4. 1h nmr spectrum of hmpso. source: elaborated by the authors. table 6. the main signals present in the 13c nmr spectrum of hmpso. assignment hmpso δ(ppm) –ch3 14.07 –(ch2) n22.67–34.18 –ch2-o-co-r glycerol carbons (α) & (ά) 62.06 ch–ocor glycerol carbons (β) 68.87 –hc=ch(olefinic carbone) 127.86–130.14 ch2–ocor (carboxylic ester) 172.79–173.21 –ch3 14.07 –(ch2) n22.67–34.18 –ch2-o-co-r glycerol carbons (α) & (ά) 62.06 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1527 issn 1678-4618 page 7/8 figure 5. 13c nmr spectrum of hmpso. source: elaborated by the authors. 4. conclusions this study demonstrated that the physicochemical characteristics of hmpso were comparable to those of moringa peregrina seeds oil from other countries. the gc-fid analysis revealed that the dominant fatty acids present in hmpso were oleic acid, palmitic acid, stearic acid, behenic acid, and arachidic acid. the triacylglycerol composition of hmpso contained a high concentration of unsaturated tag and a low concentration of saturated tag. the 1h nmr, 13c nmr and ftir analyses performed on hmpso confirmed the molecular structure of its components. understanding the pattern of interactions in tag can also have implications in numerous industries and medical treatments. authors’ contribution conceptualization: hani mahfoodh barfed; murad awadh bahadi; data curation: maher ail al-maqtari; hussen manaa al-maydama; formal analysis: hani mahfoodh barfed; murad awadh bahadi; funding acquisition: not applicable; investigation: maher ail al-maqtari; hussen manaa al-maydama; methodology: murad awadh bahadi; project administration: hani mahfoodh barfed; murad awadh bahadi; resources: not applicable; software: murad awadh bahadi; supervision: maher ail al-maqtari; hussen manaa al-maydama; murad awadh bahadi; validation: maher ail al-maqtari; hussen manaa almaydama; visualization: hani mahfoodh barfed; murad awadh bahadi; maher ail al-maqtari; writing – original draft: hani mahfoodh barfed; murad awadh bahadi; writing – review & editing: maher ail almaqtari; hussen manaa al-maydama. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abdelwanis, f. m.; hosni, a. m.; abdelhamid, a. n.; sulman, a. a.; ezo, m.; saleh, s. a. chemical characteristics of moringa oleifera oil as affected by harvest-dates and extraction methods. egypt. j. chem. 2023, 66 (11), 245–254. https://doi.org/10.21608/ejchem.2023.214655.8106 aigbodion, a. i.; bakare, i. o. rubber seed oil quality assessment and authentication. j. am. oil chem. soc. 2005, 82 (7), 465–469. https://doi.org/10.1007/s11746-005-1095-0 al khateeb, w.; bahar, e.; lahham, j.; schroeder, d.; hussein, e. regeneration and assessment of genetic fidelity of the endangered tree moringa peregrina (forsk.) fiori using inter simple sequence repeat (issr). physiol. mol. biol. plants. 2013, 19, 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reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quim. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. quim. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions: of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. is also published in another journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/2 author guidelines revista.iq.unesp.br 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br 3. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 4. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 5. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 6. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associate with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english are accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). appendix should be included at the end of the main text of the manuscript. supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/1 author guidelines revista.iq.unesp.br should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associate with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/3 author guidelines revista.iq.unesp.br citation style guide from 2021 on, the journal will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br book hammond, c. the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015. book chapter hammond, c. crystal symmetry. in the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015; pp 99−134. book with editors mom the chemistry professor: personal accounts and advice from chemistry professors who are mothers, 2nd ed.; woznack, k., charlebois, a., cole, r. s., marzabadi, c. h., webster, g., eds.; springer, 2018. website acs publications home page. https://pubs.acs.org/ (accessed 2019-02-21). document from a website american chemical society, committee on chemical safety, task force for safety education guidelines. guidelines for chemical laboratory safety in academic institutions. american chemical society, 2016. https://www.acs.org/content/dam/acsorg/about/governance/committees/chemicalsafety/publications/acs-safetyguidelines-academic.pdf (accessed 2019-02-21). conference proceedings nilsson, a.; petersson, f.; persson, h. w.; jönsson, h. manipulation of suspended particles in a laminar flow. in micro total analysis systems 2002, proceedings of the μtas 2002 symposium, nara, japan, november 3−7, 2002; the netherlands, 2002; pp 751−753. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0504-3_50 governmental and legislation information department of commerce, united states patent and trademark office. section 706.02 rejection of prior art [r07.2015]. manual of patent examining procedure (mpep), 9th ed., rev. 08.2017, last revised january 2018. https://www.uspto.gov/web/offices/pac/mpep/s706.html#d0e58220 (accessed 2019-03-20). patent lois-caballe, c.; baltimore, d.; qin, x.-f. method for expression of small rna molecules within a cell. us 7 732 193 b2, 2010. streaming data american chemical society. game of thrones science: sword making and valyrian steel. reactions. youtube, april 15, 2015. https://www.youtube.com/watch?v=chrcgoje4j4 (accessed 2019-02-28). for more information, you can access the acs style quick guide and the williams college libguides. submitting your manuscript the corresponding author should submit the manuscript online by clicking here. if you are a user, register by clicking here. at the user home page, click in new submission. in step 1, select a section for your manuscript, verify one more time if you followed all these rules in submission checklist, add comments for the editor if you want to, and click save and continue. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register author guidelines revista.iq.unesp.br in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica.iq@unesp.br letícia amanda miguel technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions mailto:ecletica.iq@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br eclet. quim. 50 | e-1530, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 issn 1678-4618 page 1/6 1state university of malang, faculty of mathematics and natural sciences, malang, indonesia. 2yogyakarta state university, faculty of mathematics and natural sciences, sleman, indonesia. 3sebelas maret university, faculty of teacher training and education, surakarta, indonesia. 4sman 3 sidoarjo, sidoarjo, indonesia. +corresponding author: hayuni retno widarti, phone: +6281232458494, email address: hayuni.retno.fmipa@um.ac.id original article, education in chemistry and correlated areas overview of difficulties and material identification of chemical bonds based on multiple representations: teacher’s view hayuni retno widarti1+ , antuni wiyarsi2 , sri yamtinah3 , ari syahidul shidiq3 , meyga evi ferama sari1 , putri nanda fauziah1 , shella natasya1 , cahya aulia khandi1 , deni ainur rokhim1,4 abstract chemical bonding involves three levels of representation, namely macroscopic, submicroscopic, and symbolic, which are often difficult for students to understand due to their abstract and complex concepts. in this case, teachers play an important role as facilitators. however, teachers still experience various challenges in applying a multiple representation approach. this study aims to identify and analyze the difficulties in multi-representation-based chemical bonds based on the views of several chemistry teachers. a total of 14 open and closed question items via google forms were distributed online. based on a survey of several chemistry teachers, the most difficult sub-material in chemical bonds is molecular geometry, while the easiest is ionic bonds. chemistry teachers participating in this study tend to focus more on symbolic, macroscopic, and submicroscopic representations in teaching chemical bonds. article history received may 17, 2024 accepted december 30, 2024 published august 06, 2025 keywords 1. chemical bonding representations; 2. molecular geometry; 3. teacher difficulties. section editors habiddin habiddin natany dayani de souza assai highlights the method used was a survey method with 30 open and closed-question items. the molecular geometry sub-material is considered quite difficult for respondents. explanations linking chemical bonding material with multiple representations are few. the findings are an identification of multirepresentation-based chemical bonding. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://ror.org/00ypgyy34 https://ror.org/05fryw881 https://ror.org/021hq5q33 mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id mailto:antuni_w@uny.ac.id mailto:jengtina@staff.uns.ac.id mailto:asyahidul@gmail.com mailto:meyga.evi.fmipa@um.ac.id mailto:putri.nanda.2003316@students.um.ac.id mailto:shella.natasya.2003316@students.um.ac.id mailto:cahya.aulia.2003316@students.um.ac.id mailto:deniainurrokhim@gmail.com mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:natanyassai@id.uff.br mailto:natanyassai@id.uff.br original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 issn 1678-4618 page 2/6 1. introduction chemistry is a scientific discipline that focuses on studying the characteristics, structure, and changes in matter and energy (widarti, 2021; widarti et al., 2025). several concepts in chemistry create difficulties and different perceptions for students because abstract concepts dominate chemistry (widarti et al., 2018). in addition, there are several difficulties in learning chemistry based on its characteristics, namely: a) chemistry simplifies the truth, resulting in a gap between understanding and applying concepts, b) chemistry has a dynamic and rapidly evolving nature, making the materials studied in chemistry very complex, c) chemistry can be applied in everyday life (ahmar et al., 2020). chemical bonds are one of the chemical materials studied in high school. generally, chemical bonding is grouped into several sub-materials, including ionic bonds, covalent bonds, metal bonds, molecular geometry, and intermolecular forces (dawati et al., 2019). the concept of chemical bonding material is abstract and complex, so students have relative difficulty understanding the sub-subjects in chemical bonds (widarti et al., 2018). the research results of sari et al. (2020). it shows that students have difficulty understanding the concept of chemical bonding. the percentages of each subconcept are as follows: stable electron configuration at 35.8%; valence electrons at 35.1%; ionic bonds at 55.4%; covalent bonds at 58.7%; and metal bonds at 54.3%. yakina et al. (2017) also, show other research results on student learning difficulties in chemical bonding. the study shows that students had trouble in the term category of 48.99%, the 41.32% concept category, and the 70.97% calculation category. based on this description, it can be concluded that students have not fully understood chemical bonding. students’ difficulties can stem from the threshold concept that students do not understand. if the concepts in chemistry are not well understood, students will experience learning difficulties, one of the impacts of which is the occurrence of conceptual errors or commonly called misconceptions (meltafina et al., 2019). misconceptions are one of the barriers to mastering concepts that need to be minimized (hasanah et al., 2024). misconceptions are still a problem in the learning process because they can reduce the effectiveness of student learning and hinder students from mastering further concepts. if misconceptions are not addressed immediately, it will result in students' difficulties in understanding more complex concepts (meltafina et al., 2019). based on the results of the research conducted by setiawan and ilahi (2022) that chemical bonding causes quite many misconceptions, namely the subconcepts of stability of electrons, the lewis structure, duplet rules, octets and their exceptions, metallic bonds and metallic properties, vsepr theory, van der walls, ionic and covalent compounds. a deep understanding of chemical bonding is needed to minimize the percentage of misconceptions among students (widarti et al., 2018). using appropriate chemical representations in the learning process can reduce students’ misconceptions and help students understand chemical concepts as a whole (hasanah et al., 2024). chemistry deals with three levels of representation, namely the macroscopic level, which refers to what can be observed, the submicroscopic level, which relates to events at the molecular level, and the symbolic level, which refers to how the phenomenon is symbolized (danin and kamaludin, 2023; widarti, 2021). therefore, chemistry will be easier to understand if students can represent it in three levels of representation hasanah et al., 2024; meltafina et al., 2019; siregar and wiyarsi, 2023). in this case, teachers play an important role as facilitators to help students integrate the three levels of representation (head et al., 2017). the role of the teacher is vital in helping students see the relationship between these three levels so that students can form a deeper and more comprehensive understanding. however, teachers still experience various challenges in applying a multiple representation approach. limited time and resources in the classroom, which often do not allow for an optimal variety of representations, are also a challenge for teachers (li and arshad, 2014). based on the background described the ability to use multiple representations must be developed in chemistry learning, especially chemical bonds. this study aims to analyze the difficulties and identify multiple representations of chemical bonds from the teacher's point of view. it is expected to provide insight into research needs and opportunities to assist chemistry teachers in overcoming difficulties and identifying chemical materials. 2. experimental this research uses a survey method. the research instrument contains 14 items of open and closed questions about learning chemical bonding material in schools conducted by chemistry teachers. the instrument that has been developed is then disseminated online through google forms. the survey instrument grid used is presented in table 1. table 1. survey instrument grid. main component indicator number and type of questions chemical bonding material easy and difficult chapters − 3 closed questions with a scaled answer − 2 closed questions with more than 1 answer choice multiple representation approach the use of representation in learning − 4 closed questions with a scaled answer − 1 closed question with more than 1 answer choice media and learning resources that support the multiple representation approach − 3 closed questions with a scaled answer − 1 closed question with more than 1 answer choice total 14 questions source: elaborated by the authors. respondents who filled out the survey were 30 chemistry teachers. the data obtained were analyzed using quantitative data analysis techniques. quantitative data was obtained from the results of questionnaires distributed to respondents. the data that has been collected is then analyzed in several stages. first, the data collected from respondents was downloaded in spreadsheet format to facilitate further processing and analysis. next, the data was analyzed using descriptive statistics to get an overview, such as the percentage and average of each answer. for quantitative questions, percentages were used to understand respondents' tendency patterns. the results of each analysis are displayed in graphs and tables to facilitate interpretation and draw conclusions relevant to the research objectives. the teacher demographic data is shown in table 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 issn 1678-4618 page 3/6 table 2. teacher demographic data. demographics amount % gender male 10 33.3 female 20 66.7 school location java 29 96.7 outside java 1 3.3 source: elaborated by the authors. 3. results and discussion 3.1. difficulty in chemical bonding material students' difficulties in learning chemistry are in line with the characteristics of chemistry itself, including that most of chemistry is abstract, sequential and rapidly developing, chemistry is a simplification of the actual material, and the material studied is very complex (halim et al., 2013; mindayula and sutrisno, 2021; siregar and wiyarsi, 2023; widarti, 2021). in studying chemistry, students need to have several abilities, including the ability to think formally, memorize, perform mathematical operations, and have spatial intelligence (rahmawati et al., 2021). several students expressed their difficulties in learning chemistry, including the influence of the teacher, materials, media, and learning methods applied by the teacher. in addition, students’ challenges in chemistry learning are due to the abstract nature of chemical concepts, which teachers also recognize (halim et al., 2013; hasanah et al., 2024; widarti et al., 2018). this is in line with the results of a survey conducted by researchers, which found that 56.7% of chemistry teachers stated that chemical bonding material was tricky. the researcher also surveyed the level of difficulties experienced by chemistry teachers in several sub-materials of chemical bonds, namely ionic bonds, covalent bonds, metal bonds, physical properties of chemical bonds, molecular geometry, and intermolecular forces. the survey data on the chemistry teacher's difficulty level with the sub-materials of the chemical bonds is shown in fig. 1 and 2. figure 1. the most difficult sub-material of chemical bonds according to chemistry teachers. source: elaborated by the authors. figure 2. the easiest sub-material of chemical bonds, according to chemistry teachers. source: elaborated by the authors. based on fig. 1, as many as 73.3% of chemistry teachers consider molecular geometry the most difficult sub-material concerning chemical bonds. molecular geometry is an essential sub-material in chemical bonds because it has a role in determining the physical and chemical properties of the molecule (nugraha et al., 2019). molecular geometry is a challenging topic in terms of conceptual understanding and teaching. the relevance of this data can also reflect the challenges chemistry teachers face in delivering this material to students. in the molecular geometry sub-material, if students only understand through lewis structure, they will have difficulty distinguishing the shapes of molecules in a compound. for example, the compounds co₂, so₂, and h₂o have identical bond pairs but have different molecular shapes. if students are only shown the lewis structure, they may assume that the three compounds have the same shape. this is in line with the research of siregar and wiyarsi (2023), which states that teaching abstract concepts such as molecular geometry requires representational skills, including the ability to visualize things that cannot be seen directly and to create 3d visualizations of molecular geometry. molecular geometry is considered difficult by chemistry teachers because the material is more complex in linking other subsubjects (nugraha et al., 2019; siregar and wiyarsi, 2023). in addition, chemistry teachers often experience difficulties when teaching molecular geometry due to the limitations of media to explain the shape of molecules in 3d versions, so students will have trouble imagining the shape of molecules if they are only depicted in 2d form on a whiteboard or image in powerpoint. this will have an impact on students' understanding to understand the sub-material of molecular geometry. some students do not understand the lewis structure and valence electrons, so it is https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 issn 1678-4618 page 4/6 difficult to imagine the shape of a molecule. then, the molecular geometry material requires imagination, which must be expressed visually, but the learning media used by the teacher are inadequate. the difficulty of the molecular geometry sub-material can be observed, for example, when determining the molecular geometry of pf5. the first thing to do is identify the number of valence electrons of each atom involved. in pf5, there are 5 valence electrons from the p atom and 7 valence electrons from each f atom, so the total number of valence electrons is 40. then, the central atom is determined by looking at the more electropositive atom than the f atom; the p atom becomes the central atom. figure 3 shows the lewis structure of pf5. figure 3. lewis structure of pf5. source: elaborated by the authors. from the lewis structure of pf5 above, it can be observed that all the valence electrons of the p atom are paired in the f atom so that there are no lone pairs of electrons in the p atom. three fluorine atoms are in the equatorial position, while the other two are in the axial position (effendy, 2017). this arrangement of atoms forms the trigonal bipyramidal geometry of the pf5 molecule. thus, in determining the molecular geometry of pf5, it is necessary to understand interrelated concepts such as valence electrons and lewis structure, so molecular geometry becomes a difficult sub-subject matter. meanwhile, when reviewed based on fig. 2, which is the result of a survey of the level of ease of chemistry teachers in teaching sub-material on the topic of chemical bonds, it is known that the most significant percentage, namely 63.3% of chemistry teachers stated that the ionic bonding sub-material is easier to teach to students than other sub-materials. this can be based on the concept of ionic bonds, which is quite simple compared to other sub-matter. ionic bonds can be easily explained to students by looking at and distinguishing the constituent elements that are bonded to each other, and students can also easily determine which ion is charged. ionic bonds, if taught to students, will be easier to understand because examples of compounds and material cores of ionic sub-bonds can be reviewed directly by students in daily life, such as table salt (nacl). in the nacl compound, the na atom has 1 valence electron, so it tends to give up electrons while the cl atom has 7 valence electrons so it tends to accept 1 electron to fulfill the octet rule (effendy, 2020). figure 4 shows the lewis structure of nacl. figure 4. lewis structure nacl. source: elaborated by the authors. 3.2. identification of chemical bonds based on multiple representations the multiple representation approach in chemistry learning utilizes various forms of representation to help students understand abstract chemical concepts (danin and kamaludin, 2023; hasanah et al., 2024; widarti, 2023). a comprehensive understanding of chemistry is directly linked to the comprehension of macroscopic, submicroscopic, and symbolic representations, as well as the relationships between these three forms (widarti, 2021). multiple representations are needed in every chemical material, especially in chemical bonds. 3.2.1. macroscopic level macroscopic is a chemical representation that looks real using the sense of sight (widarti, 2021). figure 5 shows the frequency of chemistry teachers' explanations at the macroscopic level, where the order of the likert scale answers is: (1) never, (2) occasionally, (3) sometimes, (4) often, and (5) always. based on fig. 5, the data shows that most chemistry teachers are neutral with a slightly more positive response (46.7% choosing scales 4 and 5), and only a small proportion (3.3% on scale 2). this shows that most chemistry teachers have used macroscopic representations in teaching chemical bonding material. for example, is the change in table salt (nacl) when heated or cooled? this is because table salt (nacl) is a standard material that is easily found daily. in addition, nacl has physical properties that are easily observed at the macroscopic level, such as solubility in water and a high melting point. teachers can easily demonstrate these properties through simple experiments, such as dissolving salt in water. this is in line with the research of hasanah et al. (2024), which states that chemistry teachers usually use nacl as an example for macroscopic representation. this is because general chemistry books often use experimental images of reactions forming nacl ionic compounds to illustrate phenomena that occur at the macroscopic level. figure 5. frequency of chemistry teachers' explanations at the macroscopic level. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 issn 1678-4618 page 5/6 3.2.2. submicroscopic level submicroscopic are descriptions of phenomena that can’t be seen with the naked eye or even with a microscope, such as atoms, ions, and molecules. the submicroscopic level is a level that describes the structure of chemical substances and their phenomena, reaction mechanisms that occur, atomic or molecular interactions, and chemical changes that underlie a phenomenon (widarti, 2021). figure 6 shows the frequency of chemistry teachers' explanations at the submicroscopic level, where the order of the likert scale answers is: (1) never, (2) occasionally, (3) sometimes, (4) often, and (5) always. based on fig. 6, the data shows that most chemistry teachers are neutral, with a slightly more positive response (26.7% choosing scales 4 and 5), and only a small proportion never (10% on scale 2). this is due to the submicroscopic level, which involves understanding particles such as atoms, ions, and electrons that cannot be seen directly, making it an abstract concept for students. for example, chemistry teachers stated that students have difficulty understanding the concept of molecular geometry without in-depth visualization, so students will find it difficult when learning the theory more realistically. the limitations of learning media, such as animations or 3d models, are also a factor. some general chemistry books often do not provide submicroscopic representations for molecular geometry concepts (hasanah et al., 2024). chemistry teachers often focus more on macroscopic and symbolic representations because they are easier to explain and more relevant in the context of laboratory experiments or everyday learning (mindayula and sutrisno, 2021; siregar and wiyarsi, 2023). submicroscopic processes are considered an extension of this basic understanding. widarti (2021) stated that chemistry teachers rarely use learning media that can help students understand concepts through submicroscopic representations. however, submicroscopic representations play a crucial role in illustrating the nature of material particles such as atoms, ions, and molecules, which cannot be observed directly and are the basis for interpreting chemical concepts or phenomena. figure 6. frequency of chemistry teachers' explanations at the submicroscopic level. source: elaborated by the authors. 3.2.3. symbolic level symbols in chemistry can be pictures, reaction equations, chemical formulas, diagrams, stoichiometry, and mathematical calculations. in addition, symbols in chemistry also show the form of a substance and the number of atoms in an ion or molecule (widarti, 2021). figure 7 shows the frequency of chemistry teachers' explanations at the symbolic level, where the order of the likert scale answers is: (1) never, (2) occasionally, (3) sometimes, (4) often, and (5) always. based on fig. 7, most chemistry teachers gave neutral to positive responses (66.6% choosing scales 4 and 5). this shows that most chemistry teachers have used symbolic representations in teaching chemical bonding material. for example, there are the concepts of writing the electron configuration of an element and the concept of describing the lewis structure of a compound. both concepts use symbols to present complex and abstract information in a more straightforward and easily understandable form. this is in line with the research of hasanah et al. (2024), which states that concept of describing lewis structures using symbolic representation. figure 7. frequency of chemistry teachers’ explanations at the symbolic level. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 issn 1678-4618 page 6/6 4. conclusions based on the results of the discussion above, it was found that chemistry teachers find molecular geometry the most difficult sub-material of chemical bonds and ionic bonds the easiest. chemistry teachers participating in this study tend to focus more on symbolic, macroscopic, and submicroscopic representations in teaching chemical bonds. this study recommends developing learning media for chemical bonds that integrate the three types of representations to facilitate understanding of abstract concepts. authors’ contribution conceptualization: hayuni retno widarti; antuni wiyarsi; sri yamtinah; ari syahidul shidiq; data curation: meyga evi ferama sari; putri nanda fauziah; shella natasya; cahya aulia khandi; deni ainur rokhim; formal analysis: ari syahidul shidiq; cahya aulia khandi; deni ainur rokhim; funding acquisition: hayuni retno widarti; investigation: meyga evi ferama sari; putri nanda fauziah; shella natasya; cahya aulia khandi; deni ainur rokhim; methodology: hayuni retno widarti; antuni wiyarsi; sri yamtinah; project administration: hayuni retno widarti; resources: not applicable; software: deni ainur rokhim; supervision: antuni wiyarsi; sri yamtinah; validation: hayuni retno widarti; ari syahidul shidiq; visualization: shella natasya; putri nanda fauziah; writing – original draft: putri nanda fauziah; shella natasya; writing – review & editing: hayuni retno widarti; antuni wiyarsi; sri yamtinah. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding direktorat riset, teknologi, dan pengabdian kepada masyarakat – kementerian pendidikan, kebudayaan, riset, dan teknologi (kemendikbudristek). acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references ahmar, d. s.; azzajjad, m. f.; syahrir, muh. students’ representation ability in chemistry. journal of applied science, engineering, technology, and education. 2020, 2 (2), 181–187. https://doi.org/10.35877/454ri.asci22124 danin, v. j.; kamaludin, a. development of google sites based learning media on chemical bonds with multilevel chemical representation. jurnal penelitian pendidikan ipa. 2023, 9 (9), 6727–6733. https://doi.org/10.29303/jppipa.v9i9.1552 dawati, f. m.; yamtinah, s.; rahardjo, s. b.; ashadi, a.; indriyanti, n. y. analysis of students’ difficulties in chemical bonding based on computerized two-tier multiple choice (cttmc) test. j. phys. conf. ser. 2019, 1157, 042017. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1157/4/042017 effendy. molekul, struktur, dan sifat-sifatnya; indonesian academic publishing: malang, 2017. effendy. perspektif baru ikatan ionik edisi 4; indonesian academic publishing: malang, 2020. halim, n. d. a.; ali, m. b.; yahaya, n.; said, m. n. h. m. mental model in learning chemical bonding: a preliminary study. procedia soc behav sci. 2013, 97, 224–228. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2013.10.226 hasanah, d.; w.; mulyani, s.; widhiyanti, t. multiple representations analysis of chemical bonding concepts in general chemistry books. kne social sciences. 2024, 248–257. https://doi.org/10.18502/kss.v9i8.15554 head, m. l.; yoder, k.; genton, e.; sumperl, j. a quantitative method to determine preservice chemistry teachers’ perceptions of chemical representations. chemistry education research and practice. 2017, 18 (4), 825–840. https://doi.org/10.1039/c7rp00109f li, w. s. s.; arshad, m. y. application of multiple representation levels in redox reactions among tenth grade chemistry teachers. journal of turkish science education. 2014, 11 (3), 35–52. meltafina, m.; wiji, w.; mulyani, s. misconceptions and threshold concepts in chemical bonding. j. phys. conf. ser. 2019, 1157, 0420301– 0420305. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1157/4/042030 mindayula, e.; sutrisno, h. multiple representation: the teacher’s perception in chemistry learning. j. phys. conf. ser. 2021, 1806 (1), 0121941. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1806/1/012194 nugraha, m.; supriatna, a.; fatimah, s. s. analysis of student difficulties based on respondents ability test on the topic of geometry molecules. j. phys. conf. ser. 2019, 1280 (3), 032012. https://doi.org/10.1088/17426596/1280/3/032012 rahmawati, y.; dianhar, h.; arifin, f. analysing students’ spatial abilities in chemistry learning using 3d virtual representation. educ. sci. (basel). 2021, 11 (4), 185. https://doi.org/10.3390/educsci11040185 sari, n.; sidauruk, s.; meiliawati, r.; sari, a. r. p. the difficulties of x grade high school students in palangka raya city academic year of 2018/2019 in understanding chemical bond concept using two-tier multiple choice. gamaproionukleus. 2020, 1 (2), 135–148. https://doi.org/10.37304/jpmipa.v1i2.3686 setiawan, n. c. e.; ilahi, p. r. identification of misconceptions in chemical bonding materials using three tier diagnostic test. journal of natural science and integration. 2022, 5 (1), 77. https://doi.org/10.24014/jnsi.v5i1.16860 siregar, e. a.; wiyarsi, a. students’ mental models for molecule shapes concepts: a multiple-repesentation perspective. jurnal kependidikan penelitian inovasi pembelajaran. 2023, 7 (1), 58–67. https://doi.org/10.21831/jk.v7i1.59992 widarti, h. r. multiple representations in chemistry learning: a study on teachers’ literacy; 2021; 0200421–0200429. https://doi.org/10.1063/5.0043360 widarti, h. 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https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.35877/454ri.asci22124 https://doi.org/10.29303/jppipa.v9i9.1552 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1157/4/042017 https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2013.10.226 https://doi.org/10.18502/kss.v9i8.15554 https://doi.org/10.1039/c7rp00109f https://doi.org/10.1088/1742-6596/1157/4/042030 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1806/1/012194 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1280/3/032012 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1280/3/032012 https://doi.org/10.3390/educsci11040185 https://doi.org/10.37304/jpmipa.v1i2.3686 https://doi.org/10.24014/jnsi.v5i1.16860 https://doi.org/10.21831/jk.v7i1.59992 https://doi.org/10.1063/5.0043360 https://doi.org/10.1063/5.0112157 https://doi.org/10.11591/edulearn.v19i1.21210 https://doi.org/10.17977/um026v3i12018p041 https://doi.org/10.29406/arz.v5i2.641 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025111695.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025126158.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025141480.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025157600.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025210575.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025239601.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025336558.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025355520.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025408558.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025423766.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025437881.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025501434.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025521046.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025533697.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025553831.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129025609910.pdf editorial revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | editorial the eclética química journal’s team proudly announces the third issue of vol. 47 of 2022nd year desiring to all a continue and fruitful scientific research. the first article focuses on the impact of the sulfur vacancies on the photocatalytic response of the zns nanocrystals synthesized by solvothermal method varying the concentration of the precursors zinc acetate and thiourea. the obtained products have hexagonal structure with different degrees of crystallinity and a comparison of experimental results and theoretical calculations revealed the formation of intermediate levels inside the bandgap due to structural polarization. the bandgap engineering has a significant impact on the photocatalytic response of these samples and the mechanism investigation confirmed the formation of the reactive oxygen species, usually responsible for methylene blue dye degradation. sequentially, an electroanalytical method based on differential pulse voltammetry with glassy carbon electrode is described for analysis of doxorubicin (dox), an anthracycline antibiotics widely used in the clinical treatment of cancer patients. it was performed the dox stability after reconstitution and determined the correct time for safe administration to patients in hospitals, allowing application in the drug quality control with low-cost methodology and with similar results to those obtained using high-performance liquid chromatography analysis of pharmaceutical samples containing dox. follows an experimental and theoretical study of a pure commercial sample of dichlorodiphenyltrichloroethane (ddt) and its application for molecular docking against human estrogen receptor alpha is presented. the ddt molecule was experimentally characterized by means of ft-ir and gc-ms and the results compared to those obtained from theoretical molecular calculations. according to molecular docking investigation, the only interaction found in the complex after docking was steric interaction and the most reactive sites in the compound and its overall reactivity were identified. closes this issue a case study of 2101 duplex stainless steel tank applying a portable electrochemical microcell system for on-site weld inspection and corrosion monitoring from the manufacturing until 12 months of operation. the double loop electrochemical potentiokinetic reactivation technique was used to evaluate the sensitization degree on the welded regions during the tank manufacturing and a passivation treatment was applied to improve the passivation level, confirmed by on-site cyclic polarization tests. after 12 months of operation the passivation level decreased, new passivation treatment was applied and evaluated. final, an acceptance criterion to passivation level was proposed. the editor and members of editorial board of eclética química journal want to thank the great effort developed by the authors and reviewers making possible this publication. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 3 | 2021 | editorial wishing all readers better times, the editor together with the eclet. quim. j. team, proudly present the third edition of this year, with the certainty that the authors and readers of this issue will be satisfied with the scientific findings here reported. opening this issue, a review article presents an interesting discussion about two philosophical premises of science applied in the understanding of diseases and in the planning of drugs. the first premise is the reductionism which is the predominant way in modern science and considers that a problem can be reduced to the sum of its individual parts. thus, diseases can be understood as the metabolic action of few enzymes, drugs can be planned through the mimicry of a specific enzymatic substrate. the second premise is the holistic view of the phenomenon which must be understood as the whole. then, drug design would be seen from a viewpoint of a network of proteins and not from a single enzymatic target. nowadays, a holistic view combined with methodological reductionism is used to develop new potential drugs. in the sequence, it is presented an interesting methodology to determine magnesium in beer based on ultrasound-assisted extraction and direct analysis by flame atomic absorption spectrometry. according to the authors, this methodology was demonstrated to be suitable for quality control routines of beer samples in the industry. follow, it is described unknown volatile chemicals present in the in natura leaves of two casearia sylvestris populations from atlantic forest and cerrado compared to the composition of dried leaf essential oil. all compounds identified were sesquiterpenes with the main components being (e)-caryophyllene, bicyclogermacrene, β-elemene, spathulenol, and caryophyllene oxide. the sesquiterpene hydrocarbon content increased and the oxygenated sesquiterpene content decreased going from the in natura leaves to the dried leaf essential oil and the volatile chemical composition was different between the two studied populations. completes this issue, the description of an important methodology based on artificial intelligence that can be used to evaluate a big issue in biorefineries, that is solid impurity in raw sugarcane, which requires a high-frequency, low-cost, and noninvasive method. the methodology has low-computational cost and a simple setup for image acquisition method could screen solid impurity in sugarcane shipments, standing out as a promising application. the editor and the team of eclet. chem. j. are immensely grateful to the authors and reviewers’ dedication, who spared no effort for the successful completion of this issue. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | 17 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 levetiracetam analogs: chemoenzymatic synthesis, absolute configuration assignment and evaluation of cholinesterase inhibitory activities cintia duarte de freitas milagre1+ , bruno sergio do amaral1 , joão marcos batista junior2,3 , adriana ferreira lopes vilela4 , carmen lúcia cardoso4 , humberto marcio santos milagre1 1. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. 2. federal university of são carlos, department of chemistry, são carlos, brazil. 3. federal university of são paulo, institute of science and technology, são josé dos campos, brazil. 4. university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and letters, ribeirão preto, brazil. +corresponding author: cintia duarte de freitas milagre, phone: +55 16 33019668, email address: cintia.milagre@unesp.br article info article history: received: july 19, 2021 accepted: september 14, 2021 published: april 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. n-heterocycles 2. n-alkylation 3. biocatalysis 4. electronic circular dichroism (ecd) abstract: a chemoenzymatic approach for the synthesis of α-n-heterocyclic ethyland phenylacetamides, levetiracetam analogs, is described. eight nitrile substrates were prepared through the n-alkylation of heterocycles (2pyrrolidinone, 2-piperidinone, 2-oxopiperazine and 1methylpiperazine) directly from hydroxyl group of ethyl and phenyl α-hydroxynitriles with yield of 35−71% after 12 h. twenty nitrile hydratases (nhases) were screened and showed that the n-derivatives lactam substrates led to their correspondent amides by co-type nhase with conversion and enantiomeric excess of up to 47.5 and 52.3% for (s)enantiomer, while the piperazine substrates underwent spontaneous decomposition by retro-strecker reaction. in order to avoid a retro-strecker reaction of α-aminonitriles, ionic liquids and polyethylene glycol (peg400) were evaluated as alternative green solvents to aqueous buffered solutions in different proportions. temperature was another parameter investigated during reaction-medium engineering for process optimization. however, unconventional reaction media and low temperature significantly reduced the nhase activity. the absolute configuration of α-n-heterocyclic ethyland phenylacetamides, some of which were new compounds, was determined using electronic circular dichroism (ecd) spectroscopy. additionally, their potential as cholinesterase’s inhibitors was evaluated. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 mailto:cintia.milagre@unesp.br https://orcid.org/0000-0001-5627-8616 https://orcid.org/0000-0001-6194-2390 https://orcid.org/0000-0002-0267-2631 https://orcid.org/0000-0001-9860-9866 https://orcid.org/0000-0001-6239-6651 https://orcid.org/0000-0001-9468-1166 original article revista.iq.unesp.br 18 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 1. introduction n-heterocycles are a key structural unit, which are vastly distributed among natural products and biomolecules, such as dna and rna, and correspond to more than 70% of all pharmaceuticals and agrochemicals (liu et al., 2019; saini et al., 2013). in addition, they play an important role in materials science, photonics, supramolecular and polymer chemistry (chen et al., 2019; hong et al., 2016). therefore, given their importance, there is an increasing interest in synthesizing compounds bearing an nheterocyclic scaffold. an interesting example in pharmaceuticals is levetiracetam (((2s)-2oxopyrrolidin-1-yl)butanamide, keppra) (fig. 1), an antiepileptic drug that contains a pyrrolidinone unit and is commercialized by ucb pharma, with sales over € 790 million in 2018, where € 221 million corresponded to the us market, € 216 million to the european market and € 352 million to international markets. its patent in japan expired in 2020, which impacted the us sales net by generic competition (ucb, 2019). in 2020, the continued generic erosion in the us has been compensated by recovery from a local, one-time rebate adjustment in europe and continued growth in international markets, where in japan the ucb team took over distribution of e keppra from their former partner, reporting net sales of € 788 million. the incorporation of levetiracetam in the brazilian public health care system (sistema único de saúde, sus) was approved in december of 2017 (brazil, 2017). during levetiracetam discovery and development, a structure-activity-based study by kenda et al. (2004) showed that the amide moiety, as well as the c4aliphatic chain, is essential for its pharmacological activity. moreover, the asymmetric center should have (s) absolute configuration and pyrrolidinone is preferable over piperazine or n-aliphatic derivatives. to this end, several synthetic routes to levetiracetam have been described in the literature (anuradha and preeti, 2013; chaudhry et al., 2014; krasowski and mcmillin, 2014; lyseng-williamson, 2011a; 2011b; narczyk et al., 2019; tucker et al., 2009; uges and vecht, 2010). however, many of these are long, require an excess of chemicals and solvents that commonly results in the loss of material and use hazardous reagents. it may also involve extreme temperatures (from –78 to 200 °c), protection/deprotection steps and the need of either chromatographic separation or chemical resolution leading to low-efficiency processes from economic and environmental perspectives. nowadays, complementary catalytic alternatives to stoichiometric reagents for chemical transformations, such as chemoenzymatic synthetic strategies, are mature and widely adopted in the industrial manufacturing of fine chemicals and active pharmaceutical ingredients, with the aim of making organic synthesis greener (bisogno et al., 2017; hönig et al., 2017; sheldon and pereira, 2017; souza et al., 2017). commercially, levetiracetam is currently produced via a chemoenzymatic process, where the biocatalytic step corresponds to the kinetic resolution of a racemic 2-pyrrolidinonylnitrile catalyzed by an engineered nitrile hydratase (94% enantiomeric excess [ee], 43% yield), followed by enantiomeric enrichment (> 99% ee) through recrystallization and recycling of the undesired (r)-enantiomer by base-mediated racemization (fig. 1) (tucker et al., 2009). nitrile hydratases (nhase, ec 4.2.1.84) are metalloproteins that contain either non-heme iron(iii) or non-corrin cobalt(iii) centers in their active site—or zinc in the case of nhases from myrothecium verrucaria—and catalyze the hydration of nitrile into the corresponding amide, without formation of carboxylic acid as a coproduct. the enzyme consists of αand β-subunits, with the active site being located at the interface of the two subunits (d’antona and morrone, 2010). the metal cofactor is bound to the αsubunit, and although the substrate is linked to this subunit, the individual subunit has no catalytic activity (nelp et al., 2014). the fe-type nhase exhibits photoreactivity regulated by nitric oxide (no), while the co-type nhase does not. empirical observations relate preferential substrate affinity of fe-type nhase for small aliphatic nitriles, while co-type nhase displays preferential affinity for aromatic nitriles due to the differences in their substrate binding pockets (miyanaga et al., 2004; van pelt et al., 2011). initial studies indicated a low stereoselectivity for nhases, where the stereoselective conversion of a nitrile to the corresponding carboxylic acid was conducted by amidases (ec 3.2.1.4) or nitrilases (ec 3.5.5.1), which are other important enzymes in the pathways of nitrile metabolism in nature (shen et al., 2012). however, even if a poor stereoselectivity is detected for an nhase, it can be engineered through directed evolution, rational design, or combined approaches to generate enzymes with higher stereoselectivity. in addition, the enantioselectivity can be further improved by medium engineering (tao et al., 2010). the opportunities, as well as many of the challenges, come together in the hydration of bulky nitriles. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 19 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 figure 1. chemoenzymatic route to levetiracetam using nitrile hydratase (nhase). source: elaborated by the authors using data from tucker et al. (2009). in this work, a set of 20 commercially available nhases had their substrate scope and enantioselectivity evaluated towards an ethyl and phenylacetonitrile series of α-n-substituted heterocycles to assess potential biological activities. initially, the synthetic route used inexpensive aldehydes (propionaldehyde and benzaldehyde) to build α-hydroxynitriles, which had their hydroxyl group substituted by a better leaving group, such as chlorine, with subsequent substitution of chlorine by n-heterocycles (2-pyrrolidinone, 2piperidinone, 2-oxopiperazine and 1-methylpiperazine). however, it was found that the direct n-alkylation of these heterocycles could be achieved in high yields directly from the α-hydroxynitriles, thus shortening the route in one step. in addition to the co-type and fe-type nhases screening, medium engineering focusing on evaluation of solvent systems to avoid a retro-strecker reaction in aqueous buffered media, as well as the temperature influence, was investigated. the absolute configuration of α-n-heterocyclic ethyland phenylacetamides, some of which were new compounds, was determined using electronic circular dichroism (ecd) spectroscopy. finally, an inhibition assay for acetylcholinesterase was carried out using the freshly prepared α-n-heterocyclic ethyland phenylacetamides. 2. experimental unless otherwise noted, all reagents and solvents obtained from commercial suppliers were used without further purification. the 20 nitrile hydratases were obtained from prozomix limited (prozomix, 2020). macherey-nagel gel 60 f254 plates were used for analytical thin layer chromatography (tlc) and visualization under uv light (254 nm) for aromatic compounds or spray reagents (phosphomolybdic acid ethanol solution or p-anisaldehyde–sulfuric acid solution) for aliphatic compounds. dry-column flash chromatography was performed on silica gel (230–400 mesh) (casey et al., 1990). 1h and 13c nuclear magnetic resonance (nmr) spectra were recorded on a bruker– fourier 300 operating in 300.19 and 75.48 hz, respectively, in deuterated chloroform (cdcl3) or deuterated dimethylsulfoxide (dmso-d6) 19f nmr spectra were recorded on a bruker avance 400 operating in 376.48 hz in dmso-d6. all nmr chemical shifts were expressed in ppm and coupling constants (j) in hertz (hz), using the solvent signal as internal standard. fourier transform infrared (ft-ir) were recorded in thermo scientific nicolet is5 and the scan range was from 4000 to 500 cm–1 in kbr pellet. melting points (mps) were measured on a digital device microquímica mqapf-302, with a resolution of 0.1 °c in coverslips. enzymatic reactions conversions were determined by shimadzu gc-2010 plus gas chromatography (gc) equipped with an auto-injector aoc-20i, fitted with a flame ionization detector (fid) and a fused silica capillary column rtx-5 restek 30 m × 0.25 mm × 0.25 µm. temperature program: 80 °c (3 min), gradient 30 °c min–1 to 280 °c (5 min). tinjector = 260 °c, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 20 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 tdetector= 300 °c. h2 was used as carrier gas at a column flow rate of 1.22 ml min–1. gas chromatography-mass spectrometry analysis (gc-ms) was performed on a shimadzu gc-2010 plus gc coupled to a shimadzu msqp 2010 plus mass-selective detector in electron ionization (ei, 70 ev) mode. the gc-ms oven was fitted with a fused silica capillary column db-5 j&w scientific 30 m × 0.25 mm × 0.25 µm. the same gas chromatography-flame ionization detector (gc-fid) analysis conditions were employed for gc-ms analysis, but with helium as carrier gas. enantiomeric excesses (ees) were determined by high-performance liquid chromatography (hplc). jasco analytical instruments modular hplc system contained jasco pu-2089 pump, a jasco as-2055 injector, a jasco md-2010 diode array detector and a jasco cd-2095 circular dichroism. enantiomeric separation of 5a, 5b and 9b were performed using the chiralcel od-h column (250 × 4.6 mm, 5 µm, daicel) in isocratic elution mode with a mixture of nhexane/propan-2-ol 90:10 (v/v) as mobile phase. the enantiomeric separation of 9a was performed using the chiralcel ic column (250 × 4.6 mm, 5 µm, daicel) in isocratic elution with a mixture of hexane/propan-2-ol 70:30 (v/v) as mobile phase. flow rate was 1.0 ml min– 1 and circular dichroism operating in 220 nm. retention times were: (+)-(r)-5a 18.0 min; (−)-(s)-5a 24.3 min, (r)-5b 18.7 min; (s)-5b 30.0 min, (r)-9a 31.9 min; (s)9a 42.2 min, (s)-9b 19.8 min; (r)-9b 24.7 min. the compound (−)-(s)-5a was confirmed with authentical standard levetiracetam ≥ 98% (sigma-aldrich, saint, louis, mo, usa) by high-performance liquid chromatography/diode array detector coupled with circular dichroism detection (hplc-dad-cd) analysis. the ecd spectra of each enantiomer of 5b, 9a and 9b eluting from the chiral hplc were measured in the jasco cd-2095 detector by trapping in a 3.0 cm quartz cell through a switching valve. the spectra were average computed over three instrumental scans, and the intensities are presented in terms of ellipticity values (mdeg). the ecd spectra were baseline corrected by subtraction from a measurement obtained for the same solvent used, as described above. 2.1 general procedure for the synthesis of 2hydroxybutanenitrile (2) the aliphatic α-hydroxynitrile 2 was synthetized from propionaldehyde 1 (1 mmol), sodium cyanide (1 mmol) and nahso3 (1 mmol) according to the young et al. (2003) procedure. the crude product was purified by dry-column flash chromatography (heptane/etoac gradient), furnishing 2 as a colorless liquid (70% yield). infrared (kbr) ν/cm–1 3431, 2976, 2941, 2883, 2248, 1463, 1123, 1104, 1059, 1025, 982; ms (ei 70 ev) m/z (%): 59 (30), 58 (30), 57 (100), 56 (30); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 4.44 (t, 1h, j 6.6 hz, ch), 1.96–1.80 (m, 2h, ch2), 1.10 (t, 3h, j 7.4 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 119.93 (c0), 62.48 (ch), 28.49 (ch2), 8.91 (ch3). caution: all procedures involving sodium cyanide were performed in a well-ventilated lab-hood equipped with a calibrated hcn detector. neutralimass spectrometryzation of hcn-containing waste was performed with commercial bleach (14% sodium hypochlorite solution). the wastes were then stored over a large excess of bleach for disposal. 2.2 procedure for the synthesis of α-halonitriles (3 and 7) based on choi et al. (2016), 0.335 mg of phosphoryl bromide (1.17 mmol) was weighed in a round bottom flask and closed with a rubber septum. with a glass syringe, 450 µl of anhydrous benzene, 195 µl of pyridine (2.4 mmol) and 85 mg of 2 (1 mmol) were added. the reaction mixture was stirred at room temperature for 24 h and the solvent was evaporated under reduced pressure. the residue was diluted in 10 ml of etoac and the crude mixture was washed with water (3 × 10 ml). the organic phase was dried over anhydrous mgso4 and the solvent was evaporated, furnishing 3 as a purple liquid (15% yield). mass spectrometry analysis (ei 70 ev) m/z (%): 121 (12), 119 (12), 81 (13), 79 (13), 68 (83), 52 (16), 41 (100), 39 (57). the 2-chloro-2-phenylacetonitrile 7 was synthetized from mandelonitrile 6 (1 mmol), pyridine (1.1 mmol) and socl2 (1.1 mmol) in chloroform, according to the zhang et al. (2013) procedure. the crude product was purified by dry-column flash chromatography (hexane/etoac gradient), furnishing 7 as a yellow oil (63% yield). mass spectrometry analysis (ei 70 ev) m/z (%): 59 (30), 58 (30), 57 (100), 56 (30); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 7.58–7.53 (m, 2h, ar-h), 7.48–7.45 (m, 3h, ar-h), 5.56 (s, 1h, ch). 2.3 general procedure for the synthesis of αsubstituted n-heterocyclic nitriles (4a–b and 8a– b) the reactions were carried out using teflon-lined stainless-steel autoclave and equipped with a magnetic stirrer, based on the method described by jenner (1989). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 21 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 in a typical experiment, rucl3.xh2o (3.5 mol%) dissolved in 1 mmol of α-hydroxynitrile (2hydroxybutanenitrile 2 or mandelonitrile 6) and 5 mmol of nucleophile 2-pyrrolidinone a or 2-piperidinone b were introduced into the polytetrafluoroethylene (ptfe)-lined stainless steel synthesis autoclave. the autoclave was closed and heated up to 150 °c for 12 h with magnetic stirring and endogenous pressure. the reaction mixture was cooled down to room temperature followed by addition of 5 ml of etoac, filtration through filter paper and washing with water basified with naoh at ph 10 (2 × 3 ml). the organic phase was dried over anhydrous mgso4 and the solvent was evaporated under reduced pressure to give a crude mixture (brown oil), which was purified by dry-column flash chromatography (heptane/etoac gradient). 2-(2-oxopyrrolidin-1-yl)butanenitrile (4a): orange oil, 38% yield. purification by dry silica chromatography, 100% etoac, ir (kbr) ν/cm–1 3515, 2976, 2938, 2881, 2243, 1690, 1417, 1281, 1216, 933, 814, 642, 567; ms (ei 70 ev) m/z (%): 152 (m ), 124 (21), 123(100), 112 (37), 84 (17), 69 (66), 68 (35), 41 (50); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 5.01 (t, 1h, j 8.1 hz, ch), 3.58–3.36 (m, 2h, ch2 *), 2.43 (t, 2h, j 8.0 hz, ch2*), 2.23–2.00 (m, 2h, ch2*), 2.00–1.84 (m, 1h, ch2), 1.84–1.67 (m, 1h, ch2), 1.03 (t, 3h, j 7.4 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 174.88 (c0*), 117.12 (c0), 44.32 (ch), 43.56 (ch2*), 30.47 (ch2*), 24.97 (ch2*), 17.92 (ch2), 10.23 (ch3); *2oxopyrrolidin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(2-oxopiperidin-1-yl)butanenitrile (4b): orange oil, 39% yield. purification by dry silica chromatography, heptane/etoac 1:9, ir (kbr) ν/cm–1 3527, 2936, 2878, 2240, 1651, 1487, 1348, 1289, 1178, 1069, 980, 930, 554; ms (ei 70 ev) m/z (%): 166 (m ), 151 (35), 138 (32), 137 (36), 109 (100), 99 (72), 98 (79), 82 (34), 67 (32), 55 (75), 41 (39); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 5.67 (t, 1h, j 8.2 hz, ch), 3.54–3.52 (m, 1h, ch2*), 3.35–3.25 (m, 1h, ch2*), 2.46 (t, 2h, j 6.5 hz, ch2*), 1.93–1.70 (m, 6h, 2ch2* and ch2), 1.03 (t, 3h, j 7.4 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 169.87 (c0*), 117.77 (c0), 46.04 (ch), 43.98 (ch2*), 32.31 (ch2*), 24.25 (ch2*), 23.04 (ch2), 21.05 (ch2*), 10.20 (ch3); *2-oxopiperidin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(2-oxopyrrolidin-1-yl)-2-phenylacetonitrile (8a): brown oil, 42% yield. purification by dry silica chromatography, heptane/etoac 2:8, ir (kbr) ν/cm–1 3426, 2923, 2243, 1687, 1493, 1455, 1411 1263, 947, 743, 701; ms (ei 70 ev) m/z (%): 200 (m ), 145 (51), 144 (57), 117 (74), 116 (64), 104 (25), 89 (34), 77 (11); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 7.46–7.38 (m, 5h, ar-h), 6.47 (s, 1h, ch), 3.56–3.44 (m, 1h, ch2*), 3.14–3.04 (m, 1h, ch2*), 2.58–2.36 (m, 2h, ch2*), 2.20–1.91 (m, 2h, ch2*); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 174.69 (c0*), 131.67 (c0, ar-c), 129.54 (arch, 3c), 127.27 (ar-ch, 2c), 115.75 (c0, cn), 46.66 (ch), 43.23 (ch2*), 30.40 (ch2*), 17.65 (ch2*); *2oxopyrrolidin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(2-oxopiperidin-1-yl)-2-phenylacetonitrile (8b): brown oil, 45% yield. purification by dry silica chromatography, heptane/etoac 3:7, ir (kbr) ν/cm–1 3520, 2939, 2244, 1641, 1485, 1273, 1171, 1076, 981, 921, 821, 725, 695, 651, 544; ms (ei 70 ev) m/z (%): 214 (m ), 170 (47), 158 (46), 116 (61), 104 (29), 89 (33), 55 (43); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 7.50– 7.32 (m, 5h, ar-h), 7.21 (s, 1h, ch), 3.48–3.36 (m, 1h, ch2*), 3.03–2.90 (m, 1h, ch2*), 2.64–2.42 (m, 2h, ch2*), 1.92–1.72 (m, 4h, ch2*); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 169.93 (c0*), 132.04 (c0, ar-c), 129.36 (ar-ch, 3c), 127.38 (ar-ch, 2c), 116.30 (c0, cn), 47.99 (ch), 43.81 (ch2*), 32.46 (ch2*), 22.99 (ch2*), 21.12 (ch2*); *2-oxopiperidin-1-yl hydrogens and carbons. 2.4 general procedure for the synthesis of αsubstituted n-heterocyclic nitriles (4c–d and 8c– d) based on altenkämper et al. (2009), 1 mmol of 2hydroxybutanenitrile 2 or mandelonitrile 6 was dissolved in 0.5 ml acetonitrile (hplc grade) and 3 mmol of 2-oxopiperazine c or 1-methylpiperazine d were added. the mixture was heated under reflux for 5– 8 h (for reactions with 2-hydroxybutanenitrile) and 20– 24 h (for reactions with mandelonitrile). after removing the acetonitrile under reduced pressure, 5 ml etoac was added, and the crude mixture was washed with a saturated solution of k2co3 (3 × 3 ml). the organic phase was dried over anhydrous mgso4, and the solvent was evaporated to yield the expected product. 2-(3-oxopiperazin-1-yl)butanenitrile (4c): white solid, 20% yield. melting point 114–115 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3266, 2975, 2940, 2883, 2798, 2227, 1664, 1347, 1170, 1077, 855, 753, 622; ms (ei 70 ev) m/z (%): 167 (m ), 138 (98), 110 (100), 99 (31), 97 (27), 42 (82), 41 (35); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 6.37 (bs, 1h, nh), 3.56–3.12 (m, 5h, ch and 2ch2*), 2.96– 2.84 (m, 1h, ch2*), 2.75–2.58 (m, 1h, ch2*), 1.94– 1.75 (m, 2h, ch2), 1.08 (t, 3h, j 7.4 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 168.31 (c0*), 116.21(c0, cn), 58.76 (ch), 53.28 (ch2*), 46.39 (ch2*), 41.18 (ch2*), 24.43 (ch2), 10.64 (ch3); *3-oxopiperazin-1yl hydrogens and carbons. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 22 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 2-(4-methylpiperazin-1-yl)butanenitrile (4d): yellow oil, 38% yield. infrared (kbr) ν/cm–1 2937, 2878, 2797, 2222, 1456, 1377, 1285, 1167, 1010, 859, 809; ms (ei 70 ev) m/z (%): 167 (m ), 141 (3), 140 (4), 111 (13), 99 (100), 70 (31), 56 (66); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 3.39 (dd, 1h, j 8.6, 7.1 hz, ch), 2.82–2.67 (m, 2h, ch2*), 2.64–2.40 (m, 6h, ch2*), 2.32 (s, 3h, ch3*), 1.91–1.66 (m, 2h, ch2), 1.06 (t, 3h, j 7.4 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 117.02 (c0), 59.55 (ch), 54.82 (ch2*, 4c), 45.85 (ch3*), 24.47 (ch2), 10.76 (ch3); *4-methylpiperazin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(3-oxopiperazin-1-yl)-2-phenylacetonitrile (8c): white solid, 22% yield. melting point 173–175 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3439, 3208, 2972, 2893, 2849, 2231, 1666, 1497, 1334, 1156, 1069, 758, 710, 521; ms (ei 70 ev) m/z (%): 215 (m ), 186 (7), 171 (9), 145 (16), 116 (73), 99 (100), 89 (25), 43 (29), 42 (64); 1h nmr (300.19 mhz, dmso-d6) δ 7.91 (s, 1h, nh), 7.51–7.39 (m, 5h, ar-h), 5.52 (s, 1h, ch), 3.26–3.05 (m, 3h, ch2*), 2.85 (d, 1h, j 15.9 hz, ch2*), 2.74–2.62 (m, 1h, ch2*), 2.62–2.53 (m, 1h, ch2*); 13c nmr (75.48 mhz, dmso-d6) δ 166.42 (c0*), 132.54 (c0, ar-c), 128.96 (ar-ch, 3c), 127.75 (ar-ch, 2c), 115.48 (c0, cn), 59.57 (ch), 53.16 (ch2*), 45.42 (ch2*), 40.02 (ch2*); *3-oxopiperazin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(4-methylpiperazin-1-yl)-2-phenylacetonitrile (8d): yellow solid, 71% yield. melting point 63–64 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3442, 3064, 2946, 2827, 2792, 2223, 1450, 1285, 1144, 1010, 914, 812, 736, 700; ms (ei 70 ev) m/z (%): 215 (m ), 116 (10), 99 (100), 70 (19), 56 (60), 44 (37), 42 (26); hrms (esi) m/z, observed: 216.1489; c13h17n3 [m+h]+ requires: 216.1495; 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 7.56–7.47 (m, 2h, arh), 7.45–7.33 (m, 3h, ar-h), 4.82 (s, 1h, ch), 2.63 (m, 4h, ch2*), 2.47 (m, 4h, ch2*), 2.31 (s, 3h, ch3*); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 133.10 (c0, ar-c), 129.01 (ar-ch, 3c), 128.09 (ar-ch, 2c), 115.45 (c0, cn), 62.14 (ch), 54.87 (ch2*, 4c), 45.89 (ch3*); *4methylpiperazin-1-yl hydrogens and carbons. 2.5 general procedure for the synthesis of racemic amides (5a–b, 5d, 9a–b and 9d) based on gonzález-vera et al. (2005), 1 mmol of the corresponding α-substituted n-heterocyclic nitriles (4a–b, 4d and 8a–b and 8d) were dissolved in 4 ml ch2cl2 and followed by addition of 1.7 ml concentrated h2so4. the mixture was stirred at room temperature (at different reaction times according to each compound, as shown below). after that, the reaction mixture was taken to an ice bath, neutralized with naoh and extracted with etoac (3 × 10 ml). the organic phases were combined, dried over anhydrous mgso4 and the solvent was evaporated under vacuum. further purification was not necessary. 2-(2-oxopyrrolidin-1-yl)butanamide (5a): reaction time 4 h, white solid, 80% yield. melting point 116–117 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3392, 3320, 3255, 3204, 2966, 2922, 2871, 1677, 1271, 1442, 694, 629; ms (ei 70 ev) m/z (%): 170 (m ), 126 (100), 98 (12), 69 (28), 58 (13), 41 (26); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 6.33 (bs, 1h, conh2), 5.46 (bs, 1h, conh2), 4.45 (dd, 1h, j 8.8, 6.9 hz, ch), 3.49–3.35 (m, 2h, ch2*), 2.54–2.35 (m, 2h, ch2*), 2.12–1.89 (m, 3h, ch2* and ch2), 1.78–1.61 (m, 1h, ch2), 0.91 (t, 3h, j 7.4 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 176.26 (c0*), 172.41 (c0), 56.30 (ch), 44.07 (ch2*), 31.20 (ch2*), 21.15 (ch2*), 18.28 (ch2), 10.62 (ch3); *2-oxopyrrolidin-1yl hydrogens and carbons. 2-(2-oxopiperidin-1-yl)butanamide (5b): reaction time 60 h, brown solid, 21% yield. melting point 106– 108 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3351, 3204, 2947, 2872, 1675, 1626, 1465, 1419, 1288, 1181, 976, 668; ms (ei 70 ev) m/z (%): 184 (m ), 167 (7), 141 (10), 140 (100), 112 (25), 70 (12), 55 (24), 41 (13); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 6.33 (bs, 1h, conh2), 5.33 (bs, 1h, conh2), 5.00 (dd, 1h, j 8.5, 7.3 hz, ch), 3.32–3.17 (m, 2h, ch2*), 2.59–2.30 (m, 2h, ch2*), 2.00–1.65 (m, 6h, 2ch2* and ch2), 0.91 (t, 3h, j 7.4 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 172.74 (c0*), 171.48 (c0), 57.37 (ch), 43.40 (ch2*), 32.64 (ch2*), 23.25 (ch2*), 20.94 (ch2*), 20.13 (ch2), 10.58 (ch3); *2oxopiperidin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(4-methylpiperazin-1-yl)butanamide (5d): reaction time 22 h, orange oil, 28% yield. infrared (kbr) ν/cm–1 3357, 2962, 2798, 1671, 1459, 1284, 1172, 1010, 866, 640; ms (ei 70 ev) m/z (%): 185 (m ), 142 (10), 141 (100), 98 (50), 70 (65), 56 (21), 42 (29); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 6.77 (bs, 1h, conh2), 5.57 (bs, 1h, conh2), 2.82 (dd, 1h, j 7.4, 5.2, ch), 2.76–2.48 (m, 8h, 4ch2*), 2.36 (s, 3h, ch3*), 1.83–1.65 (m, 2h, ch2), 0.99 (t, j 7.5, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 175.86 (c0), 70.62 (ch), 55.48 (4ch2*), 45.88 (ch3*), 21.56 (ch2), 11.03 (ch3); *4-methylpiperazin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(2-oxopyrrolidin-1-yl)-2-phenylacetamide (9a): reaction time 20 h, white solid, 96% yield. melting point 156–157 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3383, 3314, 3257, 3201, 2964, 2924, 2872, 1674, 1423, 1270, 702, 619, 549; ms (ei 70 ev) m/z (%): 174 (100), 131 (36), 106 (18), 91 (19), 77 (9), 70 (1); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 7.41–7.35 (m, 5h, ar-h), 5.94 (bs, 1h, conh2), 5.89 (s, 1h, ch), 5.75 (bs, 1h, conh2), 3.78–3.65 (m, 1h, h-12), 3.10–2.98 (m, 1h, ch2*), https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 23 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 2.56–2.30 (m, 2h, ch2*), 2.09–1.99 (m, 1h, ch2*), 1.971.82 (m, 1h, ch2*); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 175.82 (c0*), 171.44 (c0), 134.33 (c0, ar-c), 129.30 (ar-ch, 2c), 129.12 (ar-ch, 2c), 128.88 (arch, 1c), 58.74 (ch), 45.02 (ch2*), 31.08 (ch2*), 18.19 (ch2*); *2-oxopyrrolidin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(2-oxopiperidin-1-yl)-2-phenylacetamide (9b): reaction time 60 h, brown solid, 58% yield. melting point 154–155 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3313, 3161, 2960, 2869, 1697, 1613, 1484, 1412, 1296, 1178, 740, 701, 516; ms (ei 70 ev) m/z (%): 232 (m ), 215 (12), 189 (17), 188 (100), 91 (45), 82 (20), 55 (18); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 7.47–7.30 (m, 5h, ar-h), 6.34 (s, 1h, ch), 5.92 (bs, 1h, conh2), 5.64 (bs, 1h, conh2), 3.52–3.38 (m, 1h, ch2*), 2.96–2.84 (m, 1h, ch2*), 2.60–2.39 (m, 2h, ch2*), 1.90–1.60 (m, 4h, 2ch2*); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 171.70 (c0*), 171.10 (c0), 134.52 (c0, ar-c), 129.70 (ar-ch, 2c), 128.96 (ar-ch, 2c), 128.65 (ar-ch, 1c), 60.34 (ch), 45.27 (ch2*), 32.57 (ch2*), 23.30 (ch2*), 21.04 (ch2*); *2-oxopiperidin-1-yl hydrogens and carbons. 2-(4-methylpiperazin-1-yl)-2-phenylacetamide (9d): reaction time 23 h, brown solid, 85% yield. melting point 163–165 °c; ir (kbr) ν/cm–1 3405, 3176, 2949, 2795, 1655, 1449, 1291, 1157, 1011, 854, 692, 663; ms (ei 70 ev) m/z (%): 233 (m ), 190 (14), 189 (100), 146 (13), 91 (37), 70 (35), 56 (16), 42 (22); 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) δ 7.39–7.28 (m, 5h, ar-h), 6.85 (bs, 1h, conh2), 5.62 (bs, 1h, conh2), 3.86 (s, 1h, ch), 2.57 (m, 8h, 4ch2*), 2.35 (s, 3h, ch3*); 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) δ 174.02 (c0), 135.55 (c0, ar-c), 128.94 (ar-ch, 2c), 128.85 (ar-ch, 2c), 128.59 (ar-ch, 1c), 75.75 (ch), 55.10 (4ch2*), 45.54 (ch3*); *4-methylpiperazin-1-yl hydrogens and carbons. 2.6 enzymatic activity assay five microliters of nhases were suspended in 1 ml of na-phosphate buffer (0.1 mol l–1, ph 7.00) in an eppendorf tube followed by addition of n-butanenitrile (1 mg, 14.5 mol). the reaction was allowed to proceed for 1 min at 25 °c and 1000 rpm. after this period, the reaction was interrupted by the addition of 500 µl of etoac and the organic phase was analyzed by gc-fid. the enzymatic activity was measured by monitoring the n-butanenitrile consumption through the analytical curve (y = 20972x + 7121.9, r2 = 0.990). all enzymatic assays were performed in na-phosphate buffer enriched with 0.8 µg l–1 of cocl3.6h2o and 0.8 µg l–1 fecl3.6h2o. before performing the enzymatic assays with fe-type nhases, the enzymes were light reactivated by incubating them in na-phosphate buffer (0.1 mol l–1, ph 7.0) on ice bath under sunlight for 1.5 h. 2.7 general procedure for nhase-catalyzed synthesis of amides in buffered aqueous medium in an eppendorf tube, 1 ml of na-phosphate buffer (0.1 mol l–1, ph 7.00), 10 µl of nhases, and 5 mol of substrate (4a–d and 8a–d) were added. the reactions were allowed to proceed for 48 h at 25 °c and 1000 rpm. after that, 500 µl etoac was added and the mixture vortexed and centrifuged at 5000 rpm for 1 min. the organic phase was analyzed by gc-fid to determine the conversion rates. enantiomeric excesses were determined by hplc-dad-cd (etoac was eliminated under mild heating, 35 °c, and samples were dissolved in propan-2-ol). control assays were carried out under the same experimental conditions; however, in the absence of the nhases. 2.8 general procedure for ionic liquids synthesis ionic liquids have been synthesized in two steps. firstly 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (bmim.cl) was prepared. then, a metathesis reaction between the salt containing the corresponding anion and an alkali metal cation gave the ionic liquid (il) of interest. 2.8.1 synthesis of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride n-methylimidazole and 1-chlorobutane were refluxed in acetonitrile following the same procedure described by dupont et al. (2002) furnishing bmim.cl. the white solid highly hygroscopic was obtained in 88% yield and stored under n2. 1h nmr (300.19 mhz, dmso-d6) δ 9.14 (s, 1h, ch*), 7.73 (dt, 2h, j 20.3, 1.7 hz, ch*), 4.15 (t, 2h, j 7.2 hz, ch2), 3.84 (s, 3h, ch3*), 1.84–1.67 (m, 2h, ch2), 1.33–1.13 (m, 2h, ch2), 0.90 (t, 3h, j 7.3 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, dmso-d6) δ 136.70 (ch*), 123.60 (ch*), 122.28 (ch*), 48.42 (ch2), 35.73 (ch3*), 31.39 (ch2), 18.78 (ch2), 13.30 (ch3); *3-methylimidazolium hydrogens and carbons. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 24 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 2.8.2 general procedure for the synthesis of the ionic liquids of interest an equimolar mixture of salt (nabf4, kpf6 or lintf2) and bmim.cl was vigorously stirred at room temperature for 24 h in excess of acetone. the reaction mixture was filtered in celite column and concentrated under reduced pressure and mild heating (30 °c). the obtained viscous liquid was dissolved in ch2cl2 and washed with water (3×). the organic phase was dried over anhydrous mgso4 under stirring for 1 h, followed by solvent evaporation under reduced pressure giving the il. 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (bmim.bf4): 1h nmr (300.19 mhz, dmso-d6) δ 9.06 (s, 1h, ch*), 7.74 (t, 1h, j 1.8 hz, ch*), 7.67 (t, 1h, j 1.7 hz, ch*), 4.13 (t, 2h, j 7.2 hz, ch2), 3.82 (s, 3h, ch3*), 1.82–1.67 (m, 2h, ch2), 1.23 (dq, 2h, j 14.5, 7.3 hz, ch2), 0.88 (t, 3h, j 7.3 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, dmso-d6) δ 136.51 (ch*), 123.65 (ch*), 122.30 (ch*), 48.54 (ch2), 35.76 (ch3*), 31.38 (ch2), 18.81 (ch2), 13.30 (ch3). 19f nmr (376.48 mhz, dmso-d6) δ –148.29, –148.34; dsc –67 °c (tg, crystallization temperature) and –74 °c (tm, melting temperature); *3-methylimidazolium hydrogens and carbons. 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (bmim.pf6): 1h nmr (300.19 mhz, dmso-d6) δ 9.07 (s, 1h, ch*), 7.74 (t, 1h, j 1.8 hz, ch*), 7.67 (t, 1h, j 1.7 hz, ch*), 4.13 (t, 2h, j 7.2 hz, ch2), 3.82 (s, 3h, ch3*), 1.84–1.63 (m, 2h, ch2), 1.23 (m, 2h, ch2), 0.88 (t, 3h, j 7.3 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, dmso-d6) δ 136.52 (ch*), 123.65 (ch*), 122.29 (ch*), 48.54 (ch2), 35.76 (ch3*), 31.37 (ch2), 18.80 (ch2), 13.29 (ch3). 19f nmr (376.48 mhz, dmso-d6) δ –70.20 (d, j 711.4 hz); dsc –64 °c (tg) and 6 °c (tm); *3-methylimidazolium hydrogens and carbons. 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (bmim.ntf2): 1h nmr (300.19 mhz, dmso-d6) δ 9.07 (s, 1h, ch*), 7.74 (t, 1h, j 1.8 hz, ch*), 7.67 (t, 1h, j 1.7 hz, ch*), 4.13 (t, 2h, j 7.2 hz, ch2), 3.82 (s, 3h, ch3*), 1.81–1.66 (m, 2h, ch2), 1.32–1.15 (m, 2h, ch2), 0.88 (t, 3h, j 7.3 hz, ch3); 13c nmr (75.48 mhz, dmsod6) δ 136.53 (ch*), 123.65 (ch*), 122.30 (cf3), 121.65 (ch*), 117.36 (cf3), 48.54 (ch2), 35.77 (ch3*), 31.38 (ch2), 18.80 (ch2), 13.29 (ch3); 19f nmr (376.48 mhz, dmso-d6) δ –78.73 (s); dsc –85 °c (tg) and –2.5 °c (tm); *3-methylimidazolium hydrogens and carbons. 2.9 general procedure for nhase-catalyzed synthesis of amides in nonconventional media the reactions were carried out under monophasic system (buffer: peg400 and bmim.bf4) or biphasic system (buffer: bmim.pf6 and bmim.ntf2). the final volume of all reactions was 1 ml. the ratios of buffer: ionic liquids were 10, 20, 40 and 80% (v/v) and buffer peg400 were 10, 25, 50, 95 and 100% (v/v). in an eppendorf tube 1 ml of buffer: nonconventional media solution was added, followed by 10 µl of pro-nhase(001) or pro-nhase(015) and 5 mol of substrate (4a–d and 8a–d). the reactions were allowed to proceed for 48 h at 25 °c and 1500 rpm. after that 500 µl of et2o was added to bmim.bf4, bmim.pf6 and peg400 reactions, and 500 µl etoac to bmim.ntf2 reactions. the mixture was vortexed and centrifuged at 5000 rpm for 1 min. the organic phase was analyzed by gc-fid for conversion measurements. 2.10 electronic circular dichroism calculations all density functional theory (dft) and timedependent-dft (tddft) calculations were carried out at 298 k in the gas phase with the gaussian 09 (2016) software. calculations were performed for the arbitrarily chosen s-configuration for 5b and 9a–9b. the conformational searches were carried out at the molecular mechanics level of theory with the monte carlo algorithm employing the mm+ force field, incorporated in hyperchem 8.0.10 software. initially, for compound (s)-5b, ten conformers with a relative energy (rel e.) within 6 kcal mol–1 were selected and geometry optimized at the b3lyp/6-31g(d) level. the six conformers with rel e. < 1.8 kcal mol–1 were selected for uv and ecd spectral calculations. regarding (s)-9a and (s)-9b, the conformational searches resulted in six conformers for both compounds, with rel e. within 6 kcal mol–1, which were geometry optimized at the b3lyp/6-31g(d) level. the four and two conformers, respectively, with rel e. < 2.0 kcal mol–1 were selected for uv and ecd spectral calculations. vibrational analysis at the b3lyp/631g(d) level resulted in no imaginary frequencies for all conformers, confirming them as real minima. the tddft was employed to calculate the excitation energy (in nm) and rotatory strength r in the dipole velocity (rvel in cgs units: 10−40 esu2 cm2) form, at the cam-b3lyp/tzvp level. the calculated rotatory strengths from the first 30 singlet → singlet electronic transitions were simulated into an ecd curve using https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 25 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 gaussian bands with a bandwidth of σ 0.25 ev. the predicted wavelength transitions were multiplied with a scaling factor of 0.99, determined by the best agreement between experimental and calculated uv spectra. the boltzmann factor for each conformer was calculated based on gibbs free energies. 2.11 cholinesterase inhibition screening assays the n-heterocycles compounds (5a, 5b, 9a and 9b) were submitted to cholinesterases inhibition screening assay using the simultaneous on-flow dual parallel enzyme assay system (seidl et al., 2019). acetylcholinesterase from electrophorus electricus (eeache) and butyrylcholinesterase from human serum (bche) were immobilized independently onto fused silica capillary (0.1 mm i.d × 0.375 mm × 30 cm), as previously described elsewhere (vilela et al., 2018), formed the capillary bioreactors ache-icer) and bche-icer, where icer means immobilized capillary enzyme reactor. the on-flow dual parallel enzyme assay was carried out on a lc system (nexera shimadzu) consisting of three lc 20ad pumps, a sil-20a auto-sampler, a dgu-20a degasser, a cto-20a oven, and a cbm-20a system controller. the lc system was coupled with an amazon speed ion trap (it) mass spectrometry (ms) instrument (bruker daltonics) equipped with an electrospray ionization (esi) interface source, operating in a positive mode (scan m/z 50–250). the two icer and the ms instrument were interfaced through two 10-port two-position highpressure switching valves (valco instruments co. inc.) (seidl et al., 2019). the dual system assay consisted of three steps. briefly, after sample injection, valves (a and b) in position 1, the reactive content of each icer was transferred to the storage (step 1). in step 2, with both valves (a and b) in position 2, pump b directed the enzymatic reaction of eeache-icer for analysis in the ms. meanwhile, the reactive content of hubche-icer was held in storage. in step 3, while valve a was switched to position 1 again, valve b was kept in position 2. in this position, the hubche-icer enzymatic reaction content held in storage was flushed by pump b and finally analyzed in the ms. detailed system configuration description, ms parameters, assay inhibition are described in seidl et al. (2019). data acquisition was carried out using the bruker data analysis software (version 4.3). all analyses were performed at room temperature (21 °c). the enzymatic reaction was monitored by direct quantification of acetylcholine hydrolysis product, choline (ch) [m + h]+ m/z 104 (seidl et al., 2019; vilela et al., 2018). n-heterocycles samples were solubilized in methanol to a stock solution of 1.00 mmol l–1 for each compound. tacrine was used as standard cholinesterase inhibitor. the assay inhibition was prepared with 10 µl of each stock solution (100 µmol l–1 final concentration), 20 µl of acetylcholine (ach) solution (70 µmol l–1 final concentration) and 70 µl of ammonium acetate solution (15.0 mmol l–1, ph 8.0). solutions were prepared in duplicate and 20 µl aliquots were used for injection. negative (absence of ach) and positive (presence of ach and absence of ligand) controls were analyzed between each sample. percentage inhibition displayed by each sample was calculated by comparison between the area of enzymatic activity in the presence of the inhibitor (pi) and absence (p0), according to the following eq. 1: % 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 = [1 − ( 𝑃𝑖−𝑆𝑏 𝑃0−𝑆𝑏 )] 𝑥 100 (1) where p is the attained peak area of ch produced: (pi) in the presence of the tested compound; (p0) in the absence of the tested compound, and sb is ch quantified during spontaneous ach hydrolysis. sb was determined by injecting the reaction mixture into an empty open tubular silica capillary (blank analysis to quantify spontaneous ach hydrolysis). 3. results and discussion 3.1 synthesis of α-substituted n-heterocyclic nitriles the first proposed retrosynthetic analysis of the target α-substituted n-heterocyclic nitriles (4a–d and 8a–d) is outlined in fig. 2. however, it was found that 4a–d and 8a–d could be obtained directly from the corresponding α-hydroxynitriles (2 and 6) via nalkylation. whereas α-hydroxynitrile 6 is inexpensive and commercially available, the α-hydroxynitrile 2 was readily prepared from propanaldehyde 1 and a cyanide donor. aiming at a safer and greener cyanide donor for the synthesis of 2, the reaction proposed by wen et al. (2012) was evaluated, which uses trimethylsilyl cyanide (tmscn) and a quaternary ammonium as a phase transfer catalyst. however, the obtained yield of 49% was not sufficient for the first synthetic step (data not shown). thus, the classical approach by addition of https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jm301732a https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jm301732a original article revista.iq.unesp.br 26 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 sodium cyanide in the presence of sodium bisulfite was used, with yield of 70% for 2 (young et al., 2003). it is well known that hydroxyl group is a poor leaving group (lg) and is usually replaced by a better one, such as tosyl, mesyl, or halogens. however, in order to avoid a functional group manipulation step, a direct alkylation of the following n-heterocycles was attempted: a, 2-pyrrolidinone; b, 2-piperidinone; c, 2oxopiperazine; and d, 1-methylpiperazine with αhydroxynitriles (altenkämper et al., 2009; jenner, 1989). the results are shown in tab. 1. the main advantages of the direct n-alkylation strategy are the reduction in the number of reaction steps and the generation of fewer residues. figure 2. retrosynthetic route to α-substituted n-heterocyclic amides. table 1. n-heterocyclic alkylation with α-hydroxynitrile and α-halonitrile. entry α-substituted nitrile n-heterocycle product reaction time (h) yield (%)c 1 2 a, 2-pyrrolidinonea 4a 12 50 2 2 b, 2-piperidinonea 4b 12 52 3 2 c, 2-oxopiperazineb 4c 12 40 4 2 d, 1-methylpiperazineb 4d 12 60 5 6 a, 2-pyrrolidinonea 8a 12 42 6 6 b, 2-piperidinonea 8b 12 48 7 6 c, 2-oxopiperazineb 8c 12 35 8 6 d, 1-methylpiperazineb 8d 12 71 9 3 d, 1-methylpiperazineb 4d 10 59 10 7 c, 2-oxopiperazineb 8c 24 27 11 7 d, 1-methylpiperazineb 8d 20 75 ageneral conditions: α-hydroxynitrile (1 mmol), n-heterocycle (5 mmol) and rucl3.xh2o (3.5 mol%) at 150 °c (autoclave); bgeneral conditions: α-hydroxynitriles (1 mmol, 0.5 ml acn solution), n-heterocycle (3 mmol) and heating under reflux; cisolated yields. the n-alkylation of both piperazine derivatives, 2oxopiperazine and 1-methylpiperazine, with αhydroxynitriles 2 and 6, proceeded smoothly in the presence of acetonitrile (acn) under reflux, with yields of 35–71%, after 12 h (tab. 1, entries 3, 4, 7, and 8). however, under the same conditions no alkylation was observed for 2-pyrrolidinone and 2-piperidinone, and the starting materials were quantitatively recovered after 24 h. these results could be rationalized by the fact that lactams are less basic than amines, as it can be https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 27 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 seen for the heterocycle c in which the n-alkylation occurred through the amine moiety and not in the amide moiety. also, reactions with d showed better yields than c, since the first one is more basic. to circumvent the lack of n-alkylation with the lactam heterocycles a and b, a reaction using rucl3 as catalyst in an autoclave was studied. by carrying out the reaction under 3.5 mol% of catalyst load and 150 °c, moderate yields (42–52%, tab. 1, entries 1, 2, 5, and 6) of the desired products were obtained after 12 h. to compare the efficiency of n-alkylation of αhydroxynitriles and α-halonitriles, the chlorination of mandelonitrile 6 was performed using thionyl chloride and pyridine as catalyst (zhang et al., 2013) under reflux and obtained the 2-chloro-2-phenylacetonitrile 7 in 63% yield. the n-alkylation of 7 was carried out under the same reaction conditions previously described for the α-hydroxynitriles. again, in the absence of ruthenium catalyst, the reaction proceeded only for the piperazine derivatives c and d, with yields in the same range of the ones obtained with the directly nalkylation of 6 (tab. 1, entries 10 and 11). even with a better lg, the lactams a and b nucleophilicity were not sufficient and the ruthenium catalyst was necessary to afford the correspondent pyrrolidinone and piperidinone derivatives, 8a and 8b, in moderate yields. the chlorination of aliphatic α-hydroxynitrile 2 failed after many attempts using thionyl chloride under different reaction conditions. then, the bromination of 2 was performed with phosphoryl bromide and pyridine as catalyst (choi et al., 2016) at room temperature and the 2-bromobutanenitrile 3 in 15% yield was obtained. the n-alkylation of 3 was carried out only with piperazine d due to the low yield in the halogenation step (tab. 1, entry 9). the comparison between the n-alkylation of α-hydroxynitriles and α-halonitriles stress the better performance of the shorter route leading to a better overall yield and generating fewer residues. with the α-substituted n-heterocyclic nitriles successfully synthesized by directly replacement of αhydroxynitriles, the scope of enzymatic nitrile hydration was then investigated with a series of fe-type and cotype nitrile hydratases. 3.2 synthesis of α-substituted n-heterocyclic amides the racemic amides were synthesized via classical acid catalysis (h2so4) in dichloromethane (gonzálezvera et al., 2005) and used as standards for the development of chiral chromatographic methods. the results are shown in tab. 2. table 2. hydration of α-substituted n-heterocyclic nitriles to corresponding amidesa. entry α-substituted nitrile product reaction time (h) yield (%)b 1 4a 5a 4 80 2 4b 5b 60 21 3 4c 5c 60 n.r. 4 4d 5d 22 28 5 8a 9a 20 96 6 8b 9b 60 58 7 8c 9c 60 n.r. 8 8d 9d 23 85 ageneral conditions: α-substituted n-heterocyclic nitriles (1 mmol), dichloromethane (4 ml) and concentrated sulfuric acid (30 equivalents, 1.7 ml) at room temperature and over magnetic agitation; bisolated yields; n.r. = no reaction. in all cases, no further purification step was necessary after extraction of the products. the nitriles 4c and 8c did not lead to the formation of the desired products 5c and 9c, respectively. both compounds are insoluble in the reaction medium and, even when the reactions were carried out in the presence of dmso as a cosolvent, there was no product formation. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 28 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 except for levetiracetam 5a, to the best of authors knowledge this is the first time that the α-substituted-nheterocyclic amides 5b, 5d, 9a, 9b, and 9d have been synthesized and characterized, as well as their respective α-substituted-n-heterocyclic nitriles 4b–d, 8a–d. 3.3 enzymatic reactions with nhases 3.3.1 nitrile hydratase activity twenty nhases commercially available from prozomix ltd (prozomix, 2020) were purchased. for characterization, their activities were monitored by gcfid using n-butanenitrile as a substrate. one unit of enzymatic activity was defined as the amount (mol) of n-butanamide formed from n-butanenitrile, per minute, per milliliter of enzyme solution in 0.1 mol l–1 phosphate buffer containing 0.8 µg l–1 of co(iii) or fe(iii), ph 7.0, at 25 °c. the results are shown in tab. 3. all enzymes were active for n-butanenitrile as a substrate (scaffold of aliphatic substrates 4a–d) which revealed that all commercial nhases show catalytic activity under the reaction conditions (ph, temperature, agitation, buffer and cofactors). table 3. units of enzyme activity of nhasesa from n-butanenitrileb. entry nitrile hydratase type u ml–1c 1 pro-e256 fe 881 2 pro-e257 co 530 3 pro-e258 co 554 4 pro-e259 co 687 5 pro-nhase(001) fe 1878 6 pro-nhase(002) co 450 7 pro-nhase(003) co 701 8 pro-nhase(004) co 1 9 pro-nhase(007) co 111 10 pro-nhase(008) co 2052 11 pro-nhase(009) fe 1338 12 pro-nhase(010) co 14 13 pro-nhase(011) co 302 14 pro-nhase(012) fe 3 15 pro-nhase(013) co 534 16 pro-nhase(014) co 1 17 pro-nhase(015) co 348 18 pro-nhase(016) co 443 19 pro-nhase(017) co 284 20 pro-nhase(018) co >2895 aprozomix (prozomix, 2020); bgeneral conditions: n-butanenitrile (14.5 mol) and 5 µl of nhase in a final volume of 1 ml with na-phosphate buffer (0.1 mol l–1, ph 7.00, containing 0.8 µg l–1 of co(iii) or fe(iii)) at 25 °c, 1 min and 1000 rpm; cone unit (u) was defined as the amount of the enzyme that catalyzes the conversion of 1 µmol of substrate per minute. 3.3.2 screening of commercial nhase all enzymatic experiments were carried out in phosphate buffered aqueous solution, using 10 l of commercial enzyme preparation and 0.25 mmol of substrate and analyzed by gc-fid. it was observed that for n-derivatives of 2-oxopiperazine (substrates 4c and 8c) and 1-methylpiperazine (substrates 4d and 8d), the expected products were not formed. moreover, the substrate control experiment (reaction in absence of the enzyme) revealed that these substrates undergo a rapid and spontaneous decomposition by retro-strecker reaction, leading to the formation of aldehyde and cyanide, which is an inhibitor of nhases (yasukawa et al., 2011). the results for n-derivatives of 2pyrrolidinone (substrates 4a and 8a) and 2-piperidinone (substrates 4b and 8b) are shown in tab. 4. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 29 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 table 4. substrate conversion (4a–b and 8a–b) and enantioselectivity of the commercial nhases in the hydration to 5a–b and 9a–ba. entry nitrile hydratase 4a 4b 8a 8b identification type conversiona (%) eeb (%) conversiona (%) eeb (%) conversiona (%) eeb (%) conversiona (%) eeb (%) 1 pro-e256 fe n.r. n.r. n.r. n.r. 2 pro-e257 co 1.0 n.d. 1.0 n.d. 5.2 1.0 (r) 2.2 5.2 (r) 3 pro-e258 co 1.2 n.d. 1.1 n.d. 10.4 2.4 (r) 5.4 7.0 (r) 4 pro-e259 co 4.8 17.5 (s) 1.2 n.d. 4.7 1.2 (r) 1.0 n.d. 5 pronhase(001) fe n.r. n.r. n.r. n.r. 6 pronhase(002) co 1.9 n.d. 2.4 n.d. 28.0 3.9 (r) 8.6 14.7 (r) 7 pronhase(003) co 1.1 n.d. 1.0 n.d. 5.2 4.3 (r) 3.0 14.5 (r) 8 pronhase(004) co 1.1 n.d. 1.0 n.d. 2.4 n.d. 2.3 n.d. 9 pronhase(007) co n.r. n.r. 1.4 n.d. n.r. 10 pronhase(008) co n.r. n.r. 1.2 n.d. n.r. 11 pronhase(009) fe n.r. n.r. n.r. n.r. 12 pronhase(010) co 32.0 1.8 (s) n.r. n.r. n.r. 13 pronhase(011) co 14.2 20.6 (s) 7.1 7.9 (s) 13.5 4.9 (r) 13.4 0 14 pronhase(012) fe n.r. n.r. n.r. n.r. 15 pronhase(013) co 5.0 38.9 (s) 1.4 n.d. 3.3 2.4 (r) 4.1 n.d. 16 pronhase(014) co 2.4 n.d. 1.1 n.d. 14.9 8.0 (r) 18.0 3.7 (s) 17 pronhase(015) co 37.4 52.3 (s) 8.4 13.7 (s) 35.9 9.6 (r) 47.5 51.2 (r) 18 pronhase(016) co n.r. n.r. 3.8 n.d. 2.1 n.d. 19 pronhase(017) co n.r. n.r. 6.4 4.5 (r) 2.4 17.3 (r) 20 pronhase(018) co 5.6 0 2.0 n.d. n.r. 1.9 n.d. general conditions: substrate (5 mol) and 10 µl of nhase (prozomix, 2020) in a final volume of 1 ml with na-phosphate buffer (0.1 mol l–1, ph 7.00, containing 0.8 µg l–1 of co(iii) or fe(iii)) at 25 °c, 48 h and 1000 rpm; n.r. = no reaction was observed; n.d. = not determined; aconversion of substrate analyzed by gc-fid; benantiomeric excess of product analyzed by lc-uv-cd. the ee and conversion are relative measurements and only chromatographic bands with a signal-to-noise ratio higher than 5:1 were considered. the co-type enzyme pro-nhase(015) showed the best performance for the conversion of all 2pyrrolidinone and 2-piperidinone nitrile derivatives to the corresponding amides, with highest conversion and ee observed for 5a. despite the low conversions observed, pro-nhase(011) and pro-nhase(013) accepted both aliphatic and aromatic substrates, while https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 30 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 pro-nhase(010) was selective to 4a. on the other hand, no conversion was observed for substrates 4a, 4b, 8a, and 8b, with all four evaluated fe-type nhases (tab. 4, entries 1, 5, 11 and 14). these results are in accordance with the literature in which co-type nhase has a broader substrate scope and greater activity than fe-type nhase (prasad and bhalla, 2010). these differences occur because a tryptophan residue in cotype is substituted by a tyrosine residue in fe-type, near the active site (kumar and grapperhaus, 2014; mitra and holz, 2007). still, fe-type preferentially hydrate aliphatic nitriles and co-type shows preference to aromatic nitriles (prasad and bhalla, 2010) and the four fe-type used in this work indeed hydrated nbutanenitrile (tab. 3). these results from the enzymatic reactions using nhases are weak from a synthetic point of view. although nhase is largely employed for the industrial production of acrylamide and nicotinamide (jiao et al., 2020; wang, 2015), the application of the wild-type enzyme can be limited by its narrow substrate specificity, low enantioselectivity, unsatisfactory catalytic activity, inhibition at a high concentration of substrate and low thermostability (bhalla et al., 2018; gong et al., 2017; prasad and bhalla, 2010; supreetha et al., 2019; wang, 2009). to address these issues, protein engineering is the major tool to improve nitrile hydratases features for application in organic synthesis (wang, 2015). the biocatalytic process to produce levetiracetam 5a is a good example. a screening was performed with approximately 30 nhases that showed low enantioselectivity and moderate conversions. the best result was obtained with the nhase from bradyrhizobium japonicum, in which 20% conversion and 60% ee were observed. this enzyme was engineered to improve its enantioselectivity. then, the reaction medium engineering was carried out, leading to 43% yield and 94% ee which was increased to > 99% ee upon recrystallization (tao et al., 2010). regarding non-engineered nhases, a recent work has studied the substrates scope of co-type nhase from rhodococcus rhodochrous atcc baa 870. the authors evaluated 67 substrates that differ in size from small (90 da) to large (325 da), in which 32 showed 50 to 100% conversion, 9 showed 16 to 50%, 5 showed 5 to 15% and 21 showed 0 to 5%. the nitrile conversion was influenced by overall size of the substrate and steric hindrance around the cyano group (mashweu et al., 2020). other report prepared three sugar nitriles derivatives from 2-acetamido-2-deoxy-β-dglucopyranosides and none of them was hydrated to the corresponding amide by nhase from rhododoccus equi a4 (carmona et al., 2006). although the observed ee values obtained herein are still not satisfactory, all evaluated nhase showed a clear preference for (s) aliphatic substrates and (r) aromatic ones. this is a good starting point for further biocatalyst engineering (van pelt et al., 2011). the stereoselectivity of the enzymatic conversions of compounds 4a–4b and 8a–8b was determined using chiral chromatography coupled with an ecd detector. the absolute configurations of the eluting enantiomers of 5b and 9a–9b were determined by comparing the ecd spectra obtained after trapping them in the detector with tddft calculations at the camb3lyp/tzvp level. the calculations were carried out in order to investigate the influence of both ethyl and phenyl sidechains, as well as that of the n-heterocyclic substituents, on their chiroptical properties. all calculations performed for the (s)-configuration of 5b and 9a–9b resulted in a negative cotton effect at around 240 nm, which is in accordance with the literature data for levetiracetam (5a) (fig. s73–s75) (li and si, 2011). regarding compound 5a, no ecd spectra were recorded, and the elution order was determined by comparing the retention times of each enantiomer with that of a commercial standard. the pro-nhase(015) was selected for further investigation of medium engineering based on its best results of conversion and enantioselectivity. 3.3.3 effect of temperature it is well known that some nhase catalyzed reactions operate at low temperatures. the balance between reactivity and enantioselectivity for engineering the nhase from bradyrhizobium japonicum conducted the final process at 4 °c, for example, in levetiracetam bioanalytical production (tao et al., 2010). table 5. influence of temperature in the conversion of 4a–b and 8a–b into the respective amides catalyzed by pro-nhase(015) nhase. substrate conversion (%) 15 °c 25 °c 4a 5.5 37.4 4b 1.5 8.4 8a 8.0 35.9 8b 4.5 47.5 in order to explore the effect of temperature, reactions at both 15 and 25 °c were carried out in parallel and in the same experimental conditions for 4a– b and 8a–b. the decrease of 10 °c in the reaction temperature drastically reduced the conversion rates, as https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 31 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 shown in tab. 5. therefore, for the additional evaluated parameter, solvent effect, reactions were performed at 25 °c. 3.3.4 effect of solvent the control reactions experiments revealed that 4c– d and 8c–d undergo spontaneous decomposition by retro-strecker reaction (section 3.3.2). as an attempt to prevent this undesired and competitive reaction, two solvent systems, which are also environmentally friendly systems, were explored—ionic liquids (il) and polyethylene glycol (peg). the 1-butyl-3-methylimidazolium (bmim) ionic liquids are the most widely used for biocatalysis and, therefore, the ils bmim.bf4 (water-miscible), bmim.pf6 (water-immiscible) and bmim.ntf2 (waterimmiscible) were chosen for these experiments (cantone et al., 2007). the il system was composed of a combination of phosphate buffered solutions and increasing concentrations of the ils bmim.bf4, bmim.pf6, and bmim.ntf2 in a range of 10–80% for each one. in a control experiment using substrates 4a–b and 8a–b and pro-nhase(015), no amide formation was observed and suggests that the ils could be inhibiting the nhase activity. interestingly, the substrates 4c–d and 8c–d were not decomposed in any reaction media containing ionic liquids. the second solvent system evaluated was aqueous buffered solution with increasing concentrations of peg400 10–100%. the reactions performed with substrate 4a showed that, unlike the il systems, the pro-nhase(015) was active in all proportions of peg, even at 100%. however, the peg significantly reduced the activity of this enzyme, with conversion decreasing from 38 to 20% in peg400 concentrations of 0–10%, and declining to 2% with peg400 concentrations higher than 50% (data not shown). in contrast to the ionic liquid system, the substrates 4c–d and 8c–d were decomposed in all proportions of buffer: peg400 and the retro-strecker products were observed. no amide formation was detected for 4c–d and 8c–d. 3.4 cholinesterases inhibition screening assays the enzymes acetylcholinesterase (ache) and butyrylcholinesterase (bche) are omnipresent cholinesterases (che) among animals and have gained attention due to its important role in central and peripheral cholinergic neurotransmission, reducing cholinergic neuron activity, one of the event features of alzheimer’s disease (ad) (kuca et al., 2016). epilepsy and ad are frequently associated with neurological disorders, and both can appear simultaneously in the patient. in addition, a study reported the ameliorating of epileptic patients with nootropic effect by ache inhibitors (ahmad et al., 2019). similarly, brivaracetam (an analogue of levetiracetam) epilepsy drug is effective in treatment of memory impairment in ad mice (ahmad et al., 2019). also, was demonstrated that carbamazepine, a classical antiepileptic drug, inhibited 39% ache of brain from zebrafish (siebel et al., 2010). the use of levetiracetam 5a has been studied to control seizures in people with ad (giorgi et al., 2017; u.s department of health and human services, 2014). sola et al. (2015) evaluated the ache and bche inhibitory activity of (s)-5a and it was found to be potent human acetylcholinesterase (hache) and human butyrylcholinesterase (hbche) inhibitor, exhibiting ic50 values of 76 and 241 nmol l–1 for hache and hbche, respectively, which were indirectly determined based on colorimetric assay using ellman’s reagent and thiocholine-derivatives as substrate. in the light of this interesting dual ache/bche inhibitory activity, the anticholinesterase potential of the synthetized compounds 5b and 9a–9b were verified using the simultaneous on-flow dual parallel enzyme assay system (seidl et al., 2019). a label-free assay based on immobilized capillary enzyme reactor (icer) allowed the direct monitoring of substrate consumption and product formation in real-time by lc-ms, employing the natural substrate of ache, acetylcholine. table 6 presents the inhibition percentage of all compounds tested at a concentration of 100 µmol l–1, using tacrine as a positive control. table 6. inhibition of eeache-icer and hubcheicer activities by tacrine (positive control; 100 mol l–1) and n-heterocycles samples (100 mol l–1). samples % inhibition eeache-icer ± semb hbche-icer ± semb tacrinea 100 100 5a 10 ± 2 32 ± 2 5b 0 0 9a 5 ± 1 0 9b 10 ± 1 0 areference for ache and bche inhibition; bmean ± standard error of the mean (sem, n = 2). the racemic amides indicated low inhibitory effect when compared to tacrine, with emphasis only on 5a that presented in increasing selectivity and potency to bche, with 31.9% inhibition and 9.5 % for ache. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 original article revista.iq.unesp.br 32 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 4. conclusions the attempt of stereoselective synthesis of αsubstituted-n-heterocyclic amides was demonstrated and their absolute configurations were assigned using ecd. the n-alkylation of 2-pyrrolidinone, 2piperidinone, 2-oxopiperazine and 1-methylpiperazine was achieved directly from α-hydroxynitriles, which are usually either commercially available or easily prepared, thus reducing the number of synthetic steps, and minimizing the product waste. as expected, the substrate specificity varied greatly among the nitrile hydratases, highlighting the importance of the initial screening assays. the importance of amides as end products and chiral building blocks instigates the development and optimization of better biocatalysts through protein engineering to satisfactory applications in greener organic synthesis. although the stereoselectivity was low, the products of enzymatic reactions showed a clear preference of nhases for (s)aliphatic substrates and (r)-aromatic ones. the use of unconventional reaction media (ils and peg400) that have been used successfully for many enzymes proved to be impractical for the commercial nhases used in this work. none of the racemic levetiracetam derivatives exhibit inhibitory effect on acetylcholinesterase, exemplifying the role of stereochemistry in biological activities. supplementary information spectra (1h nmr, 13c nmr, ms and ir) of all characterized compounds 2, 3, 4a–d, 5a–b, 5d, 7, 8a–d, 9a–b, and 9d, spectra (1h, 13c, 19f nmr) of the synthesized ionic liquids and the ecd figures and the lower energy conformers are available in supplementary information. authors’ contribution conceptualization: milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s.; cardoso, c. l.; batista junior, j. m. data curation: not applicable formal analysis: do amaral, b. s.; milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s.; batista junior, j. m.; vilela, a. f. l.; cardoso, c. l. funding acquisition: milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s.; cardoso, c. l.; batista junior, j. m. investigation: do amaral, b. s.; vilela, a. f. l. methodology: not applicable project administration: milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s.; cardoso, c. l.; batista junior, j. m. resources: milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s.; cardoso, c. l.; batista junior, j. m. software: not applicable supervision: milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s.; cardoso, c. l.; batista junior, j. m. validation: not applicable visualization: not applicable writing – original draft: do amaral, b. s.; milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s.; cardoso, c. l.; batista junior, j. m. writing – review & editing: do amaral, b. s.; milagre, c. d. f.; milagre, h. m. s. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2014/50249-8; 2010/02305-5; 2013/16636-1; 2014/50926-0; 2014/25222-9; 2019/22319-5; 2019/15230-8. instituto nacional de ciência e tecnologia inct bionat: conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 465637/2014-0. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code 001. núcleo de computação científica (ncc/gridunesp). glaxosmithkline (gsk). acknowledgments not applicable. references ahmad, g.; rasool, n.; rizwan, k.; imran, i.; zahoor, a. f.; zubair, m.; sadiq, a.; rashid, u. synthesis, in-vitro cholinesterase inhibition, in-vivo anticonvulsant activity and in-silico exploration of n-(4-methylpyridin-2yl)thiophene-2-carboxamide analogs. bioorg. chem. 2019, 92, 103216. https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.103216 altenkämper, m.; bechem, b.; perruchon, j.; heinrich, s.; mädel, a.; ortmann, r.; dahse, h.-m.; freunscht, e.; wang, y.; rath, j.; stich, a.; hitzler, m.; chiba, p.; lanzer, m.; https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.103216 https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.103216 https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.103216 https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.103216 https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.103216 https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.103216 https://doi.org/10.1016/j.bmc.2009.09.043 https://doi.org/10.1016/j.bmc.2009.09.043 https://doi.org/10.1016/j.bmc.2009.09.043 original article revista.iq.unesp.br 33 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 17-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p17-35 schlitzer, m. antimalarial and antitrypanosomal activity of a series of amide and sulfonamide derivatives of a 2,5diaminobenzophenone. bioorg. med. chem. 2009, 17 (22), 7690–7697. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2009.09.043 anuradha, s.; preeti, k. levetiracetam with its therapeutic potentials. int. j. univers. pharm. bio sci. 2013, 2 (5), 45– 58. bhalla, t. c.; kumar, v.; kumar, v.; thakur, n.; savitri. nitrile metabolizing enzymes in biocatalysis and biotransformation. appl. biochem. biotechnol. 2018, 185 (4), 925–946. https://doi.org/10.1007/s12010-018-2705-7 bisogno, f. r.; lópez-vidal, m. g.; de gonzalo, g. organocatalysis and biocatalysis hand in hand: combining catalysts in one-pot procedures. adv. synth. 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https://doi.org/10.3109/07388551.2015.1120704 https://doi.org/10.3109/07388551.2015.1120704 https://doi.org/10.3109/07388551.2015.1120704 https://doi.org/10.3109/07388551.2015.1120704 https://doi.org/10.1021/jo050146m https://doi.org/10.1021/jo050146m https://doi.org/10.1021/jo050146m https://doi.org/10.1021/jo050146m https://doi.org/10.1021/jo050146m https://doi.org/10.1016/j.tet.2015.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tet.2015.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tet.2015.11.013 https://doi.org/10.1016/j.tet.2015.11.013 https://doi.org/10.1002/anie.201612462 https://doi.org/10.1002/anie.201612462 https://doi.org/10.1002/anie.201612462 https://doi.org/10.1002/anie.201612462 https://doi.org/10.1016/0304-5102(89)80257-3 https://doi.org/10.1016/0304-5102(89)80257-3 https://doi.org/10.1016/0304-5102(89)80257-3 https://doi.org/10.1007/s00253-019-10284-5 https://doi.org/10.1007/s00253-019-10284-5 https://doi.org/10.1007/s00253-019-10284-5 https://doi.org/10.1007/s00253-019-10284-5 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juan manuel andrés bort s1. script to generate cartesian coordinates for bnnt and cnt models. #!/bin/bash #ueg unucet nanotubos das formas [(xy)n]m, com n e m pares e impares #forma zig-zag ou barco v.08 #dr. josé divino dos santos e msc.jeziel rodrigues #como execultar: ./shell-nano-otim-xy-par-impar.sh $1 $2 $3 $4 $5 $6 $7 $8 $9 $10 $11 $12 $13 $14 pi=` echo "scale=10;4*a(1)"|bc -l ` n0=$1 #numero de atomos na base gaas, zno, c, bn ... m=$2 #numero de niveis do nanotubo d=$3 #distancia x-x tipo=$4 #tipo de crescimento zig ou bar atomo1=$5 #simbolo atomico 1 atomo2=$6 #simbolo atomico 2 metodo=$7 #metodo semiempirico mndo, am1, pm3 multi=$8 #multiplicidades singlet, doublet, triplet, quartet ... carga=$9 #cargas +2, +1, 0, -1, -2 ... shift;shift;shift;shift;shift;shift;shift;shift;shift; metodoab=$1 #metodo ab-initio: hf, rhf, uhf, dft, ... baseab=$2 #base ab-initio: 3-21g, 6-31g, lanl2dz, gen, ... multiab=$3 #multiplicidades abinitio: 1, 2, 3, 4 ... cargaab=$4 #cargas +2, +1, 0, -1, -2 ... grad=$5 #gradiente procurado fatd1=1.0 #fator de d1=fatd1*d1 fatd2=1.0 #fator de d2=fatd2*d2 fatd3=1.0 #fator de d3=fatd3*d3 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 mailto:prof.jeziel@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-3147-4757 http://orcid.org/0000-0001-9463-2567 http://orcid.org/0000-0002-6102-3375 http://orcid.org/0000-0002-9272-414x http://orcid.org/0000-0001-8062-7791 supplementary information revista.iq.unesp.br 58 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 57-62 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 otimd=1.0 #otimizador de distancia otima=1.0 #otimizador de angulo otimt=1.0 #otimizador de torsao #exemplos: if [ "${tipo}" = "zig" ] then #crescimento zig-zag n=` echo "${n0}"|bc -l ` #numero de atomos x na base nome=nano${tipo}-${atomo1}${atomo2}-n${n}-m${m}-${metodo}-${multi}c${carga} te=` echo "scale=10;(0.0000*2*${pi}/${n})"|bc -l ` #angulo inicial; zero grau dte=` echo "scale=10;(2*${pi}/${n})"|bc -l ` #incremento do angulo d1=`echo "scale=10;${fatd1}*(2*${d}*c(${pi}/6))"|bc -l ` # distancia basica x-x ra=`echo "scale=10;(${d1})/(sqrt(2 2*c(2*${pi}/${n})))"|bc -l ` #raio zig-zag #curv=`echo "scale=10;1/${ra}"|bc -l ` # distancia basica do zig-zag inc1=0.00000 inc2=` echo "scale=10;1.0000*(${pi}/${n})"|bc -l ` #angulo inicial de y incte=` echo "scale=10;1.0000*(${pi}/${n})"|bc -l ` #incremento do angulo no nivel d2=`echo "scale=10;${fatd2}*(${d}*s(${pi}/6))"|bc -l ` # incr d2*fat2 d3=`echo "scale=10;${fatd3}*(${d} + ${d}*s(${pi}/6))"|bc -l ` # incr d3*fat3 tx=`echo "scale=10;-${ra}*c(${te} + ${inc1})"|bc -l ` #translacao em x ty=`echo "scale=10;-${ra}*s(${te} + ${inc1})"|bc -l ` #translacao em y z2=`echo "scale=10;0.0000*s(${pi}/6)"|bc -l ` #coord z2 # echo " ${metodo} prec shift1000 debug let t=1999999 + " > ${nome}.dat # echo " dump=250000 xyz pl geo-ok ${multi} charge=${carga} " >> ${nome}.dat echo " ${metodo} uhf cycles=30000 prec shift1000 debug let t=19999999 + " > ${nome}.dat echo " dump=250000 aux gnorm=0.01 pl geo-ok ${multi} charge=${carga} " >> ${nome}.dat echo " ${nome}" >> ${nome}.dat echo " " >> ${nome}.dat j=1 while [ ${j} -le ${m} ] do i=1 while [ ${i} -le ${n} ] do x1=`echo "scale=10;${tx} + ${ra}*c(${te} + ${inc1})"|bc -l ` #coord x1 y1=`echo "scale=10;${ty} + ${ra}*s(${te} + ${inc1})"|bc -l ` #coord y1 x2=`echo "scale=10;${tx} + ${ra}*c(${te} + ${inc2})"|bc -l ` #coord x2 y2=`echo "scale=10;${ty} + ${ra}*s(${te} + ${inc2})"|bc -l ` #coord y2 echo "${atomo1} ${x1} 1 ${y1} 1 ${z2} 1 " >> ${nome}.dat echo "${atomo2} ${x2} 1 ${y2} 1 ${d2} 1 " >> ${nome}.dat te=` echo "scale=10;${te} + ${dte}"|bc -l ` https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 supplementary information revista.iq.unesp.br 59 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 57-62 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 i=` expr ${i} + 1 ` done z2=` echo "scale=10;${z2} + ${d3}"|bc -l ` d2=` echo "scale=10;${d2} + ${d3}"|bc -l ` inc1=` echo "scale=10;${inc1} + ((-1)^(${j}-1))*${incte}"|bc -l ` inc2=` echo "scale=10;${inc2} + ((-1)^(${j}-1))*${incte}"|bc -l ` j=` expr ${j} + 1 ` done #rodar-mopac2016.sh ${nome}.dat #/opt/mopac/mopac2016.exe ${nome}.dat conv-xyz-dat-gjf-supercomputador.sh ${nome} ${metodoab} ${baseab} ${cargaab} ${multiab} 14 24 # conv-arc-dat-gjf.sh ${nome} ${metodoab} ${baseab} ${cargaab} ${multiab} # echo "batg03-vulc ${nome} " >> fila-abinitio-varredor.sh # batg03-vulc ${nome} # grep -h "scf done" ${nome}.log >> energias-abi-varredor.sh else #crescimento barco n=` echo "${n0}"|bc -l ` #numero de carbono vezes quatro nome=nano${tipo}-${atomo1}${atomo2}-n${n}-m${m}-${metodo}-${multi}c${carga} te=` echo "scale=10;0.0000*(2*${pi}/${n})"|bc -l ` # angulo te0=` echo "scale=10;2*${pi}/${n}"|bc -l ` # angulo incte=` echo "scale=10;${pi}/${n}"|bc -l ` #incremento do angulo de nivel dte=` echo "scale=10;(2*${pi}/${n})"|bc -l ` #incremento do angulo maior zn-zn d1=`echo "scale=10;${fatd1}*(2*(${d} + ${d}*c(2*${pi}/${n})))"|bc -l ` # distancia basica do barco ra=`echo "scale=10;(${d1})/(sqrt(2 2*c(2*${pi}/${n})))"|bc -l ` #raio barco #curv=`echo "scale=10;1/${ra}"|bc -l ` # curvatura barco #echo "curv=${curv}" inc=0.00000 dte1=` echo "scale=10;${fatd2}*(${te0}/3)"|bc -l ` #incremento do angulo menor zn-o d3=`echo "scale=10;${fatd3}*(${d}*s(${pi}/3))"|bc -l ` # incr em z2*fatdz2 dz1=`echo "scale=10;${d}*s(${pi}/3)"|bc -l ` # incremento em z1 #dz2=`echo "scale=10;${fatdz2}*(2*${d}*s(${pi}/3))"|bc -l ` # incr em z2*fatdz2 tx=`echo "scale=10;-${ra}*c(${te} + ${inc})"|bc -l ` #translacao em x ty=`echo "scale=10;-${ra}*s(${te} + ${inc})"|bc -l ` #translacao em y z1=`echo "scale=10;0.0000*s(${pi}/6)"|bc -l ` #coord z1 # echo " ${metodo} prec shift1000 debug let t=1999999 + " > ${nome}.dat # echo " dump=250000 xyz pl geo-ok ${multi} charge=${carga} " >> ${nome}.dat echo " ${metodo} uhf cycles=30000 prec shift1000 debug let t=19999999 + " > ${nome}.dat echo " dump=250000 aux gnorm=0.01 pl geo-ok ${multi} charge=${carga} " >> ${nome}.dat echo " ${nome}" >> ${nome}.dat echo " " >> ${nome}.dat https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 supplementary information revista.iq.unesp.br 60 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 57-62 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 j=1 while [ ${j} -le ${m} ] do i=1 while [ ${i} -le ${n} ] do x1=`echo "scale=10;${tx} + ${ra}*c(${te} + ${inc})"|bc -l ` #coord x1 y1=`echo "scale=10;${ty} + ${ra}*s(${te} + ${inc})"|bc -l ` #coord y1 x2=`echo "scale=10;${tx} + ${ra}*c(${te} + ${dte1} + ${inc})"|bc -l ` #coord x2 y2=`echo "scale=10;${ty} + ${ra}*s(${te} + ${dte1} + ${inc})"|bc -l ` #coord y2 echo "${atomo1} ${x1} 1 ${y1} 1 ${z1} 1 " >> ${nome}.dat echo "${atomo2} ${x2} 1 ${y2} 1 ${z1} 1 " >> ${nome}.dat te=` echo "scale=10;${te} + ${dte}"|bc -l ` #z1=` echo "scale=10;${z1} + ((-1)^${i})*${dz1}"|bc -l ` i=` expr ${i} + 1 ` done z1=` echo "scale=10;${z1} + ${d3}"|bc -l ` inc=` echo "scale=10;${inc} + ((-1)^(${j}))*${incte}"|bc -l ` j=` expr ${j} + 1 ` done #!/bin/bash #adiçao de hidrogenio nas pontas de nanobar #msc.jeziel e dr.josé divino dos santos v.01 23/08/2018 nome=$1 #nomes dos arquivos bar.mol (sem .mol) tipo=$2 #tipo de nanotubos: 1-armchair 2-zigzag if [ ${tipo} -eq 1 ] then ###armchair echo > temp1; rm temp1; echo > temp2; rm temp2; n=` echo ${nome}.mol|cut d-f3|cut -dn -f2 `; m=` echo ${nome}.mol|cut -d-f4|cut -dm -f2 `; nat=` echo "2*${n}*${m}"|bc `; nf=` echo "2*${n}*(${m} 1) + 2"|bc ` ;nu=` echo "2*${n} + 2"|bc `;nl=` expr ${nat} + 2 `; i=3; while [ ${i} -le ${nl} ];do v=(` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", $1, $2, $3, $4 )}'`); if [ ${i} -le ${nu} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; awk -v vx="${v[1]}" -v vy="${v[2]}" -v vz="${v[3]}" 'begin{printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", "h", vx, vy, vz 1.0)}' >> temp2 ; fi ; if [ ${i} -gt ${nu} ] && [ ${i} -le ${nf} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; fi; if [ ${i} -gt ${nf} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; awk -v vx="${v[1]}" -v vy="${v[2]}" -v vz="${v[3]}" 'begin{printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", "h", vx, vy, vz + 1.0)}' >> temp2 ; fi ; i=` expr ${i} + 1 ` ; done ; nath=` echo "4*${n}"|bc ` ; natotal=` echo "2*${n}*${m} + ${nath}"|bc `; echo " ${natotal} " > ${nome}-${nath}h.mol ; echo " https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 supplementary information revista.iq.unesp.br 61 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 57-62 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 ">> ${nome}-${nath}h.mol; cat temp1 temp2 >> ${nome}-${nath}h.mol; molden ${nome}-${nath}h.mol else ###zigzag #rm temp1; echo > temp2; rm temp2; n=` echo ${nome}.mol|cut -d-f3|cut dn -f2 `; m=` echo ${nome}.mol|cut -d-f4|cut -dm -f2 `; nat=` echo "2*${n}*${m}"|bc `; nf=` echo "2*${n}*(${m} 1) + 2"|bc ` ;nu=` echo "2*${n} + 2"|bc `;nl=` expr ${nat} + 2 `; i=3; while [ ${i} -le ${nl} ];do v=(` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", $1, $2, $3, $4 )}'`); if [ ${i} -le ${nu} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; awk -v vx="${v[1]}" -v vy="${v[2]}" -v vz="${v[3]}" -v i0="${i}" 'begin{ip=(-1)^(i0); if(ip==-1){ printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", "h", vx, vy, vz 1.0); }; }' >> temp2 ; fi ; if [ ${i} -gt ${nu} ] && [ ${i} -le ${nf} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; fi; if [ ${i} -gt ${nf} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; awk -v vx="${v[1]}" -v vy="${v[2]}" -v vz="${v[3]}" -v i0="${i}" 'begin{ ip=(-1)^(i0); if(ip==1){ printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", "h", vx, vy, vz + 1.0); }; }' >> temp2 ; fi ; i=` expr ${i} + 1 ` ; done ; nath=` echo "2*${n}"|bc ` ; natotal=` echo "2*${n}*${m} + ${nath}"|bc `; echo " ${natotal} " > ${nome}-${nath}h.mol ; echo " ">> ${nome}-${nath}h.mol; cat temp1 temp2 >> ${nome}-${nath}h.mol; molden ${nome}-${nath}h.mol echo > temp1; rm temp1; echo > temp2; rm temp2; echo > temp3; rm temp3; n=` echo ${nome}.mol|cut -d-f3|cut -dn -f2 `; m=` echo ${nome}.mol|cut -d -f4|cut -dm -f2 `; nat=` echo "2*${n}*${m}"|bc `; meio=` echo "${n}*${m}"|bc `; nf=` echo "2*${n}*(${m} 1) + 2"|bc ` ;nu=` echo "2*${n} + 2"|bc `;nl=` expr ${nat} + 2 `; i=3; while [ ${i} -le ${nl} ];do v=(` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", $1, $2, $3, $4 )}'`); if [ ${i} -le ${nu} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; awk -v vx="${v[1]}" -v vy="${v[2]}" -v vz="${v[3]}" -v i0="${i}" 'begin{ip=(-1)^(i0); if(ip==-1){ printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", "h", vx, vy, vz 1.0); }; }' >> temp2 ; fi ; if [ ${i} -gt ${nu} ] && [ ${i} -le ${nf} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; fi; if [ ${i} -gt ${nf} ]; then echo "${v[0]} ${v[1]} ${v[2]} ${v[3]}" >> temp1 ; awk -v vx="${v[1]}" -v vy="${v[2]}" -v vz="${v[3]}" -v i0="${i}" 'begin{ ip=(-1)^(i0); if(ip==1){ printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", "h", vx, vy, vz + 1.0); }; }' >> temp2 ; fi ; if [ ${i} -eq ${meio} ]; then awk -v vx="${v[1]}" -v vy="${v[2]}" -v vz="${v[3]}" 'begin{ printf("%s %6.6f %6.6f %6.6f \n", "c", vx + 1.70 , vy , vz ); }' >> temp3 ; fi ; i=` expr ${i} + 1 ` ; done ; nath=` echo "2*${n}"|bc ` ; natotal=` echo "2*${n}*${m} + ${nath} + 1"|bc `; echo " ${natotal} " > ${nome}-${nath}h.mol ; echo " ">> ${nome}-${nath}h.mol; cat temp1 temp2 temp3 >> ${nome}-${nath}h.mol; molden ${nome}-${nath}h.mol fi https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 supplementary information revista.iq.unesp.br 62 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 57-62 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 s2. script to encapsulate the bnz in the geometric center of the bnnt and cnt models. #!/bin/bash #ponto geométrico #msc. jeziel rodrigues dos santos 28/03/2019 v.01 nome=$1 #nome do arquivo.mol (sem .mol) nl=` wc -l ${nome}.mol|awk '{print $1}' ` nat=` wc -l ${nome}.mol|awk '{print $1 2}' ` #######ponto médio coordenada x i=3; sx=0.000000; while [ ${i} -le ${nat} ] do at=` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{print $1}' ` x=` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{print $2}' ` sx=` echo "scale=6;${sx} + ${x}"|bc -l ` #echo "${at} ${x} ${sx}" i=` expr ${i} + 1 ` done mx=` echo "scale=6;${sx}/${nat}"|bc -l ` #echo [ mediax=${mx} ] #######ponto médio coordenada y i=3; sy=0.000000; while [ ${i} -le ${nat} ] do at=` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{print $1}' ` y=` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{print $3}' ` sy=` echo "scale=6;${sy} + ${y}"|bc -l ` #echo "${at} ${y} ${sy}" i=` expr ${i} + 1 ` done my=` echo "scale=6;${sy}/${nat}"|bc -l ` #echo [ mediax=${my} ] #######ponto médio coordenada z i=3; sz=0.000000; while [ ${i} -le ${nat} ] do at=` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{print $1}' ` z=` head -${i} ${nome}.mol|tail -1|awk '{print $3}' ` sz=` echo "scale=6;${sz} + ${z}"|bc -l ` #echo "${at} ${z} ${sz}" i=` expr ${i} + 1 ` done mz=` echo "scale=6;${sz}/${nat}"|bc -l ` echo [${mx} ${my} ${mz} ] > ponto-medio-${nome}.mol https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034440449.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034459041.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034524564.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034541329.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034557986.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034611570.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034625309.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034637353.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034713024.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034732042.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034746002.pdf convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033335234.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033405468.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033426958.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033450402.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033502747.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033518755.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033531756.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033552395.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033614739.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033644809.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033703257.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033721890.pdf original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 4 | 2021 | 38 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 bioadsorption of lead(ii) over the pulp of acrocomia aculeata alexandra novak1+ , fátima yubero1 , diana diez-pérez-núñez1 , fernando luis fertonani2 , brenda gisselle da silva britez1 , yenny gonzalez1 1. national university of asunción, faculty of chemical sciences, san lorenzo, paraguay. 2. são paulo state university, institute of biosciences, languages and exact sciences, são josé do rio preto, brazil. +corresponding author: alexandra novak, phone: +1 585-281-0077, email address: at.novak23@gmail.com article info article history: received: july 21, 2020 accepted: august 19, 2021 published: october 01, 2021 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. adsorption 2. biomaterials 3. lead abstract: the adsorption of lead in aqueous solution onto acrocomia aculeata pulp was examined. the pulp was characterized in the presence and absence of lead using fourier transform infrared spectroscopy (ftir), thermogravimetric analysis (tg-dta), and scanning electron microscopy (sem). sulfur and oxygen bonds were responsible for adsorbing lead onto the pulp surface. the tg-dta profile proved that adding sodium azide increases the pulp’s thermal stability until 200 °c. adsorption data in batch and column systems were analyzed to understand the pulp adsorption compared to other biomaterials. in the batch experiments, the removal efficiency reached a maximum of 91.9% when a solution of 50 ppm of lead was placed in contact with the pulp for 30 min and fit freundlich isotherm behavior. in the column experiments, the theoretical maximum adsorption capacity was found to be 11.97 mg g–1; more column data is needed to compare column results to other studies. further studies to improve the pulp adsorption capacity are needed for it to be a competitive biomaterial for water treatment. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 mailto:at.novak23@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-0312-7413 http://orcid.org/0000-0001-7668-1381 http://orcid.org/0000-0002-3245-6585 http://orcid.org/0000-0003-2893-8028 http://orcid.org/0000-0002-6315-5785 http://orcid.org/0000-0002-1649-0572 original article iq.unesp.br/ecletica 39 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 1. introduction lead is one of the five most harmful elements to human health (tchounwou et al., 2012). due to its high bioavailability, lack of biological function, and persistence in the environment, it is extremely toxic to ecosystems and living organisms (jaishankar et al., 2014; tchounwou et al., 2012). some toxic effects of lead include damage to the central and peripheral nervous system, birth defects, inhibition of plant growth, and ecosystem bioaccumulation (cardwell et al., 2013; flora et al., 2012; goyer, 1993; jaishankar et al., 2014). though lead is naturally occurring, the majority of lead contamination results from anthropogenic sources (tchounwou et al., 2012). industrial sources of lead include fossil fuels, production of metals, mining, soldering, battery production, and pipping. domestic sources of lead include decorative paint, children’s toys, and cosmetics (flora et al., 2012; jaishankar et al., 2014; tchounwou et al., 2012). humans are exposed to lead from these products via respiration of dust containing lead or the ingestion of contaminated water. cases of lead contamination are found on every continent, excluding antarctica, and 49% of children and 52% of adults in the world have blood levels of lead higher than 5 ug dl–1 (kessler, 2014). thus, it can be concluded that lead contamination is a global public health crisis (tong et al., 2000). the world health organization standard for lead in potable water is below 0.01 ppm, recommending that contaminated water be treated so that lead levels are below the standard (who, 2006). the most common methods of water treatment for lead are chemical precipitation and ionic exchange. chemical precipitation uses hydroxides and sulfides to produce a solid precipitate containing lead. this process is fast and easy to control, however, the chemicals used and the disposal of toxic solids generate high operation costs. ionic exchange uses a synthetic organic resin to attract soluble ions from a liquid phase to a solid phase. although this method has low operation costs, it is very sensitive to ph changes and only works with low concentrations of lead (gunatilake, 2015). bioadsorption is an alternative method for treating water contaminated with heavy metals such as lead. in this study, bioadsorption is defined as the mass transfer of a substance to the surface of a biomass-derived solid via physical and chemical interactions. bioadsorption is efficient in purification and separation, low cost, and easy to control. furthermore, it is a process that is environmentally friendly. common materials for bioadsorption include agricultural wastes, biopolymers, and industrial byproducts (gunatilake, 2015). in paraguay, a biomaterial of interest is the coconut palm acrocomia aculeata, known by its common name as “mbokayá” (yubero et al., 2015). acrocomia aculeata is a species native to south america with a high cultivation potential in paraguay, home to over 4,546,000 hectares of the species (plath et al., 2016). unlike the african palm and soy, a. aculeata can be grown in a mixed culture and in infertile, sandy soils (poetsch et al., 2012; roman, 1996). this means that its cultivation does not compete with the nutrient-rich rainforest soil nor causes the loss of biodiversity associated with land clearing for monocultures (plath et al., 2016). as this palm survives in extremely low temperatures, fire, and drought, it is resistant to extreme weather events brought on by climate change (poetsch et al., 2012). the kernel oil from the coconut is already used in a variety of local products and industries in paraguay, such as food, biofuel, cosmetics, and medicinal soap, and thus is an important economic resource for the country (poetsch et al., 2012; roman, 1996). in addition to the environmental, social, and economic benefits of a. aculeata, the pulp of the coconut, a byproduct of kernel oil extraction, has proven capabilities in the bioadsorption of heavy metals from water. according to yubero et. al (2015), the pulp of a. aculeata can adsorb up to 66% of chromium (vi), another heavy metal toxic to human health. thus, it is probable that this material could effectively remove other heavy metals such as lead. this study aims to explore a. aculeata as a sustainable material for lead bioadsorption through the characterization of the pulp composition and structure and the analysis of lead adsorption in both column and batch systems. 2. experimental 2.1 pulp preparation the coconuts were collected in february of 2016, in semi-open field at the jack norment camp in caacupé, paraguay. the pulp was processed by the botany and physical chemistry departments at universidad nacional de asunción. first, the epicarp was removed and mesocarp cuts were made. the slightly insoluble fibers were then dried at 40 °c for two days (gonzález et al., 2018; yubero et al., 2016a; b). the size of the dry fiber was sieved for size selection, to be between 297 and 350 µm. to conserve the fiber, 0.5 g of http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 original article iq.unesp.br/ecletica 40 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 sodium azide was added and homogenized in about 4 g of the size-selected fiber. 2.2 characterization methods fourier transform infrared spectroscopy (ftir) analysis from 500–4000 cm–1 was conducted on the native pulp and the pulp in contact with a 25 ppm pb(ii) solution for 5 min, 30 min, and 5 h, using the shimadzu europa gmbh ir prestige-21. thermogravimetric analysis (tg-dta) was carried out using ta instruments st 2960 simultaneous dtadtg on a sample of m = 5.6 mg of native pulp/sodium azide mix. the sample was heated at β = 20 °c min–1 under air atmosphere (100 ml min–1) in an open aluminum crucible (70 l) during thermogravimetric analysis (tg-dat analysis. scanning electron microscopy (sem) images of the pulp azide mix after contact with pb(ii) were taken using feg-sem jeol model 7500f. 2.3 solution preparation the distilled water was tested with a phs-38w microprocessor from bante instruments. the ph was found to have a ph of 5.84 at 25.4 °c. as lead has a solubility between a ph of 2 to 7, distilled water was used in the following solutions (wang et al., 2017). lead nitrate, pb(no3)2, were used in the preparation of all solutions. a 1 l solution of 50 ppm pb(no3)2 was prepared using 50 mg of anhydrous pb(no3)2. solutions of 30, 40, and 50 ppm pb(no3)2 were prepared by adding 30, 40, and 50 ml of the 50 ppm pb(no3)2 solution to 50 ml volumetric flasks and filling them with distilled water. 2.4 batch study to prepare the pulp for batch experiments, 200 mg samples of the pulp were washed three times with 25 ml of distilled water. the batch experiment was carried out by adding a sample of 200 mg of pulp to a 13 ml solution with an initial concentration of either 30, 40, or 50 ppm pb(ii) to conical centrifuge tubes. each sample was rotated for a required time of either 5 min, 30 min, and 5 h at 8 rpm. next, the pulp and solution were centrifuged for 5 min at 6000 rpm. the supernatant was extracted and the final concentration of pb(ii) was tested using aa-6300 shimadzu atomic absorption spectrometer. it must be noted that this experiment was performed in duplicate (i.e. two samples of pulp in contact with 30 ppm pb(ii) for 5 min, two samples in contact with 30 ppm pb (ii) for 30 min). the langmuir (eq. 1) and freundlich (eq. 2) adsorption isotherms were applied to the batch data using the following equations. 1 𝑞𝑒 = 1 𝐾𝐿𝑞𝑚 1 𝑐𝑖 + 1 𝑄𝑚 (1) 𝑙𝑜𝑔𝑞𝑒 = 𝑙𝑜𝑔𝐾𝐹 + 1 𝑛 𝑙𝑜𝑔𝑐𝑖 (2) where kl is the langmuir constant (l mg–1), qm is the maximum adsorbed capacity (when the adsorbate monolayer has formed, mg g–1), kf is the freundlich constant for adsorption capacity (l mg–1), n is freundlich constant for adsorption intensity, and ci is the initial concentration adsorbate in solution (mg l–1). qe is the adsorption capacity at equilibrium (mg g–1), solved for using eq. 3. 𝑞𝑒 = 𝑐𝑖−𝑐𝑓 𝑚 × 𝑉 (3) where cf is the final solution (mg l–1), m is the mass of adsorbent (g), and v is the volume of solution (l). removal efficiency (eq. 4) was also calculated for batch data using the following equation. 𝑅𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙𝐸𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑦 = 𝑐𝑖−𝑐𝑓 𝑐𝑖 𝑥100 (4) 2.5 column study a 5 ml syringe with needle was used as the column. a sheet of packing plastic was placed at the bottom of the syringe and 200 mg of pulp were loaded into the column. the syringe needle was connected to a tube that fed through a peristaltic pump that regulated a flow rate of 4 ml min–1, as seen in fig. 1. twenty-five ml of distilled water were passed through the column to stabilize the column bed. after the pulp was stabilized, a 35 ppm pb(ii) solution was continuously passed through the column. over a 3-time period, 15 ml samples of effluent solution were collected every 15 min in conical centrifuge tubes. in between sampling times, the effluent was collected in a waste beaker. the levels of pb(ii) in the conical centrifuge tube samples were tested using atomic absorption spectroscopy. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 original article iq.unesp.br/ecletica 41 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 figure 1. column experiment configuration. the thomas (eq. 5) and yoon-nelson (eq. 6) models were applied to column data using the following equations. 𝑙𝑛⁡ [( 𝐶𝑜 𝐶𝑡 ) − 1] = 𝐾𝑇𝐻𝑞𝑇𝐻𝑚 𝑄 + 𝐾𝑇𝐻𝐶𝑜𝑡 (5) where co is the original concentration of the solution (mg l–1), ct is the concentration of the effluent solution (mg l–1), q is the flow rate (ml min–1), kth is the thomas model constant (ml mg–1 min–1), qth is the theoretical adsorption capacity, and t is the time (min). 𝑙𝑛 ( 𝐶𝑡 𝐶𝑜−𝐶𝑡 ) = 𝑡𝐾𝑌𝑁 − 𝜏𝐾𝑌𝑁 (6) where co is the original concentration of the solution (mg l–1), ct is the concentration of the effluent solution (mg l–1), flow rate of the influent solution (ml min–1), t is the time (min), kyn is the yoon-nelson constant (min–1), and τ is the time to reach 50% saturation of the column. 3. results and discussion 3.1 materials characterization the data for the infrared (ir) spectrum of the native pulp is found in tab. 1. the native pulp had a characteristic fingerprint region, defined by bands 1–8 in tab. 1, with representative bands at 1735, 1374, and 1064 cm–1 (yubero et al., 2015). these bands correspond with c=n/c=o, c-o-c, and c=s/s=o bonds (chang, 1981). table 1. fourier transform infrared (ftir) spectrum bands of a. aculeata pulp. band/cm–1 intensity area/a.u. cm–1 1 996 1.260 27.17 2 1034 1.404 64.96 3 1068 1.426 4.12 4 1160 1.272 46.69 5 1249 1.331 72.19 6 1330 1.219 9.39 7 1378 1.291 12.37 8 1735 1.366 7.72 9 2348 1.209 10.41 10 2374 1.204 19.64 11 2866 1.281 8.64 12 2922 1.320 20.30 13 3005 1.271 8.58 when the pulp was in contact with a 25 ppm pb(ii) solution, the bands in the fingerprint region shrink in intensity as the contact time with the lead solution increased, as seen in fig. 2. this change in intensity, an indicator of change in dipole movement, indicates that the oxygen and sulfur bonds are most likely involved in capturing the pb(ii). additionally, a band appears at around 2300 cm–1 in the pb(ii) contact spectra, highlighted in fig. 2, at a stronger intensity than in the raw pulp ir spectrum. this band could indicate the presence of pb(ii) nitrate. figure 2. fourier transform infrared spectrum (ftir) of a. aculeata pulp in contact with 25 ppm pb(ii) solution for 5 min, 30 min, and 5 h; insert: expanded region of 2340–2380 cm–1. the results of the scanning electron microscopy (sem) imaging are found in fig. 3. these images reveal the pulp to have a rough, fibrous surface texture. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 original article iq.unesp.br/ecletica 42 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 the thermogravimetric analysis (tga) profile of the pulp azide mixture (fig. 4) was compared to the tga of a. aculeata pulp in absence of sodium azide, from fig. 4. it must be noted that in corrêa et al. (2019) the pulp was heated at 10 °c min–1 under synthetic air while the conditions for this experiment was 20 °c min–1. the raw pulp had four decomposition steps, while the thermogravimetric/derivative thermogravimetric (tg/dtg) curves of the pulp sodium azide mixture reveals that there are three distinct decomposition steps (fig. 4). in the raw pulp tg/dtg curve, the first step occurred between room temperature and 160 °c and was endothermic due to the presence of water in the fibers (corrêa et al., 2019). similarly, the first step in the pulp azide mechanical mixture is endothermic between 25 and 100 °c and can be associated with water molecule evolution. figure 3. field emission gun scanning electron microscope (feg-sem) mixed (secondary electron and backscatter electron) image of a. aculeata pulp with pb(ii) in (a) batch and (b) column. figure 4. thermogravemetric analysis (tga) profile of a. aculeata pulp, % weight with (a) tg and dtg and (b) tg-dta; mass sample of 5.6 mg; β = 20 °c min–1; air (100 ml min–1); open aluminum crucible (70 l). the next decomposition step in the raw pulp tga was exothermic and the largest; it occurred between approximately 190 and 300 °c and can be attributed to the decomposition of hemicellulose and cellulose. this step was followed by two small exothermic mass losses between approximately 390 and 425 °c that can be attributed to the decomposition of lignin (corrêa et al., 2019). on the other hand, the pulp azide mixture demonstrated thermal stability until about 200 °c, proving that the sodium azide causes a slight stabilization in the material. the following step for the sodium azide mixture is strongly exothermic and can be associated with the kinetically fast decomposition of http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 original article iq.unesp.br/ecletica 43 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 cellulose and the formation of the metallic na species from sodium azide, which both simultaneously occur between 200 and 340 °c. the largest percentage weight loss occurs during this step at tdta peak = 336 °c, which is right around the temperature that sodium azide decomposes according to literature. it can be concluded that the presence of sodium azide accelerates the decomposition of the material in this step. the residues from the decomposition reaction of cellulose and sodium azide to metallic na then decomposes in the step between 350 and 510 °c. the dtg and dta curves are in agreement with each other and the literature, revealing two small peaks that are associated with the slow kinetics steps of consecutive reactions (fujimoto et al., 1990). a total of 94.3% of the pulp sodium azide mixture decomposed. 3.2 batch study in the batch study, the removal efficiency (see eq. 4), or performance in terms of amount of lead removed was found to reach a maximum of 91.9% when a 13 ml solution of 50 ppm of pb(ii) was placed in contact with 200 mg of pulp for 30 min. the langmuir and freundlich adsorption isotherms for 5 min of contact with the lead solution are found in figs. 5 and 6, respectively. it is important to note that most results from the 5 h and 30 min contact time were found to be under the limit of quantification of the instrument (6.30 ppm pb(ii)), so these isotherms were not included in this paper (silva, 2016). the results from the application of the langmuir and freundlich isotherm models applied to the batch results are summarized in tab. 2. figure 5. langmuir isotherm of pb(ii) adsorption for 5 min contact time with a. aculeata. figure 6. freundlich isotherm of pb(ii) adsorption for 5 min contact time with a. aculeata. table 2. langmuir and freundlich isotherms of pb(ii) adsorption in batch for 5 min contact time. langmuir isotherm freundlich isotherm qm kl r2 kl n r2 11.71 0.0037 0.9747 0.0548 1.108 0.9761 the r2 value suggest that the freundlich model fits the adsorption behavior slightly more than the langmuir model. this indicates that the distribution of surface energy is heterogenous. the freundlich model also is in accordance with the sem images, as freundlich adsorption commonly occurs on rough surfaces (fig. 3) (chang, 1981). the n value, the freundlich constant for adsorption intensity is greater than 1, which indicates that the adsorption reaction is kinetically favorable. the freundlich constant for adsorption capacity, kf, however, is low compared to other biomaterials in batch, as seen in tab. 3. the pulp was found to have a low adsorption capacity, qe (eq. 3), of 2.3 mg g–1 in comparison to other biomaterials (tab. 3). since the adsorption capacity defines the amount of adsorbate taken up by the adsorbent, the low value indicates that it is not a promising biomaterial for filtration (tab. 3). future optimization studies regarding ideal conditions for adsorption or chemical treatment of the material are needed to improve the adsorption capacity. y = 22.757x + 0.0854 r² = 0.9747 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 1 /q e (g /m g) 1/ce (l/ml) y = 0.9022x 1.2614 r² = 0.9761 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 lo g( q e) log(ce) 5 min http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 original article iq.unesp.br/ecletica 44 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 table 3. comparison of freundlich adsorption parameters for various biomaterials. material source kf n r2 qe (mg g–1) corn cobs stefan et al., 2010 0.40 1.5 0.8794 n/a hazelnut shell pehlivan et al., 2009 4.28 1.6 0.9360 28.18 almond shell pehlivan et al., 2009 0.18 1.9 0.9260 8.08 activated carbon singanan, 2011 1.25 3.5 0.9626 n/a rice husk zulkali et al., 2006 0.81 1.9 0.9851 5.69 modified peanut husk li et al., 2007 0.34 0.5 0.9773 4.66 a. aculeata pulp this study 0.05 1.1 0.9761 2.30 3.3 column study the experimental breakthrough curve from the column experiment is found in fig. 7 and the breakthrough parameters, along with the thomas and yoon-nelson results, are summarized in tab. 4. the breakthrough curve resembles the typical shape for column adsorption. the breakthrough time, which is defined as the time at which the concentration of the effluent solution is equal to 5% of the influent concentration, occurs in the first 15 min. this signifies an efficient mass transfer rate. the exhaustion time, the time at which the concentration of the effluent solution reaches 95% of the influent concentration, was found to occur between 2.50 and 2.75 h. the long exhaustion time indicates that the pulp-column system would have a long operating life. figure 7. experimental breakthrough curve for pb(ii) adsorbed on a. aculeata pulp. table 4. the parameters in fixed-bed experiments for adsorption of pb(ii) on a. aculeata. thomas model yoon-nelson model breakthrough parameters kth (ml mg–1 min–1) qth (mg g–1) r2 kyn (1/min) t (min) r 2 tb (min) t e (min) rq 0.5714 11.97 0.5782 0.020 17.15 0.5782 0–15 150–165 1.022 the thomas (eq. 5) and yoon-nelson (eq. 6) are mathematical models for langmuir adsorption used to describe the performance of the column. the thomas model is typically used to calculate qth, the theoretical adsorption capacity of the pulp, which describes the maximum solid phase concentration of pb(ii) on the pulp. this was found to be 11.97 mg g–1. the yoonnelson model is a model for fixed bed, single component adsorption that assumes the decrease in probability of adsorption for each pb(ii) molecule is proportionate to the probability of breakthrough on the pulp by the pb(ii). when applied to the data from the column study, the thomas and yoon-nelson models had low r2 and, therefore, did not fit the adsorption behavior of pb(ii) (tab. 2). the rq, which is the ratio of the theoretical adsorption maximum in column compared to batch, was calculated using the results from the thomas model in column and langmuir model. the ratio of 1.022 shows that the column and batch systems have almost equal efficiency in adsorption of pb(ii), however, as the adsorption does not follow langmuir behavior and the thomas and yoon-nelson models have poor r2 coefficients, the column results cannot truly compare the efficacies of both systems. it is necessary that more column data be collected so that an accurate performance assessment can be made. 4. conclusions the ir characterization revealed that bonds containing oxygen and sulfur were involved in the adsorption of pb(ii) ions from water. the tga analysis demonstrated that sodium azide increases the pulp stability. in accordance with the rough surface revealed from the sem images, the pulp adsorption of pb(ii) specie follows the freundlich model preferentially, indicating that the binding sites have a 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 50 100 150 200 c /c 0 time (min) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 original article iq.unesp.br/ecletica 45 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 heterogenous distribution of energy and do not form a single layer. the adsorption parameters in batch, however, indicate lower performance when compared to other biomaterials. while the breakthrough curve from the column experiments demonstrated efficiency and operation durability, more column experiments need to be conducted in order to determine which model best describes the adsorption behavior and performance. future studies on improving the adsorption capacity of a. aculeata are needed to understand this biomaterial full capabilities as a sustainable water treatment for pb(ii). authors’ contribution conceptualization: novak, a.; yubero, f. data curation: novak, a. formal analysis: novak, a. funding acquisition: novak, a. investigation: novak, a.; yubero, f.; diez-péreznúñez, d.; fertonani, f. l.; da silva britez, b. g.; gonzález, y. methodology: novak, a.; yubero, f.; diez-péreznúñez, d.; fertonani, f. l. project administration: novak, a.; yubero, f. resources: yubero, f.; diez-pérez-núñez, d.; fertonani, f. l.; gonzález, y. software: not applicable supervision: yubero, f.; fertonani, f. l. validation: yubero, f.; diez-pérez-núñez, d.; fertonani, f. l.; gonzález, y. visualization: novak, a. writing – original draft: novak, a. writing – review & editing: novak, a.; yubero, f.; fertonani, f. l. data availability statement all data in this report is licensed under creative commons. funding fulbright u.s. student study/research grant 2019, the fulbright program, https://us.fulbrightonline.org/countries/westernhemisphere/paraguay/110 acknowledgments we thank the physical chemistry department for all the support, resources, and mentorship they provided as well as the fulbright program for funding this project. we also would like to thank redox química, the medical control laboratory of the national university of asunción, school of chemical sciences, and the department of chemistry and environmental sciences at são paolo state university in são josé do rio preto for providing us with the instruments and chemical characterization necessary for this study. finally, we thank the botany department of the national university of asunción, school of chemical sciences for collecting the coconuts used in the experiment. references cardwell, r. d.; deforest, d. k.; brix, k. v.; adams, w. j. do cd, cu, ni, pb, and zn biomagnify in aquatic ecosystems. in reviews of environmental contamination and toxicology; springer, 2013; pp 101–122. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6898-1_4 chang, r. physical chemistry with applications to biological systems; collier macmillan, 1981. corrêa, a. c.; carmona, v. b.; simão, j. a.; galvani, f.; marconcini, j. m.; 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https://doi.org/10.3390/polym11111785 https://doi.org/10.3390/polym11111785 https://doi.org/10.3390/polym11111785 https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2 https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2 https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2 https://doi.org/10.1289/ehp.93100177 https://doi.org/10.1289/ehp.93100177 https://doi.org/10.1289/ehp.93100177 https://doi.org/10.2478/intox-2014-0009 https://doi.org/10.2478/intox-2014-0009 https://doi.org/10.2478/intox-2014-0009 https://doi.org/10.2478/intox-2014-0009 original article iq.unesp.br/ecletica 46 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 38-46 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p38-46 kessler, r. lead-based decorative paints: where are they still sold—and why? environ. health perspect. 2014, 122 (4), a97–a103. https://doi.org/10.1289/ehp.122-a96 li, q.; zhai, j.; zhang, w.; wang, m.; zhou, j. kinetic studies of adsorption of pb (ii), cr (iii) and cu (ii) from aqueous solution by sawdust and modified peanut husk. 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https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4_6 https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4_6 https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4_6 https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4_6 https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4_6 https://doi.org/10.3390/cryst7090270 https://doi.org/10.3390/cryst7090270 https://doi.org/10.3390/cryst7090270 https://doi.org/10.3390/cryst7090270 https://doi.org/10.3390/cryst7090270 https://doi.org/10.1002/jctb.1429 https://doi.org/10.1002/jctb.1429 https://doi.org/10.1002/jctb.1429 https://doi.org/10.1002/jctb.1429 https://doi.org/10.1002/jctb.1429 editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 45 | n. 4 | 2020 | editorial team editors prof. assis vicente benedetti, institute of chemistry unesp araraquara, brazil (editor-in-chief) prof. arnaldo alves cardoso, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. antonio eduardo mauro, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. horacio heinzen, faculty of chemistry udelar, montevideo, uruguay prof. maysa furlan, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. maria célia bertolini, institute of chemistry unesp araraquara, brazil prof. paulo clairmont feitosa de lima gomes, institute of chemistry, unesp araraquara, brazil editorial board prof. jairton dupont, instituto de química, universidade federal do rio grande do sul, ufrgs, rs, brazil prof. enric brillas, facultat de química, universitat de barcelona, spain prof. verónica cortés de zea bermudez, escola de ciências da vida e do ambiente, universidade de trásos-montes e alto douro, vila real, portugal prof. lauro kubota, instituto de química, universidade estadual de campinas, unicamp, sp, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. massuo jorge kato, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil prof. francisco de assis leone, faculdade de filosofia, ciências e letras, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. roberto santana da silva, faculdade de ciências farmacêuticas, universidade de são paulo, ribeirão preto, usp-rp, sp, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, faculdade de ciências, universidade do porto, portugal prof. bayardo baptista torres, instituto de química, universidade de são paulo, usp, sp, brazil technical staff gustavo marcelino de souza letícia amanda miguel eclética química journal 2020 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043053685.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043109796.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043131773.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043149140.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043159508.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043210527.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043233685.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043258462.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043312069.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129043326628.pdf original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 39 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 yvo4:re (re = eu, tm, and yb/er) nanoparticles synthesized by the microwave-assisted hydrothermal method for photoluminescence application ivo mateus pinatti1+ , camila cristina de foggi2 , marcio daldin teodoro3 , elson longo4 , alexandre zirpoli simões1 , ieda lúcia viana rosa4 1. são paulo state university, faculty of engineering, guaratinguetá, brazil. 2. federal university of rio grande do sul, school of dentistry, porto alegre, brazil. 3. federal university of são carlos, department of physics, são carlos, brazil. 4. federal university of são carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. +corresponding author: ivo mateus pinatti, phone: +55 16 33518214, email address: ivopinatti@hotmail.com article info article history: received: july 29, 2021 accepted: october 11, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. yttrium vanadate 2. rare earth 3. photoluminescence 4. semiconductor section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: here, an experimental study is presented on the yvo4:re (re = eu, tm, and yb/er) nanoparticles synthesized by means of the microwave-assisted hydrothermal method. different characterization techniques (x-ray diffraction, raman and ultraviolet-visible spectroscopy, field emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and photoluminescence emissions) have been employed to examine the structural, optical, as well as its morphology and photoluminescent properties. the as-synthetized samples present different emission colors due to re3+ ions, as well as nanosized spherical morphology because of synthesis method. these materials can be considered efficient materials for optical devices. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 mailto:ivopinatti@hotmail.com https://orcid.org/0000-0002-0964-3075 https://orcid.org/0000-0002-1210-1234 https://orcid.org/0000-0002-3557-5555 https://orcid.org/0000-0001-8062-7791 https://orcid.org/0000-0003-2535-2187 https://orcid.org/0000-0002-2621-8548 original article revista.iq.unesp.br 40 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 1. introduction photoluminescent (pl) materials with high quantum efficiency present practical applications in many research areas, such as optoelectronics, medicine, biolabels, physics, among others (ferreira et al., 2018; panayiotakis et al., 1996; shen et al., 2010). consequently, several inorganic matrices are studied, in which its pl property was deeply explored due to its host lattice composition, structure, morphology as well as doping and others crystal modifications (li et al., 2021). ideally, these materials may present well-defined characteristics such as size, optical properties, and a wide range of emission colors (liu et al., 2016). moreover, visible-emitting phosphors can be achieved by doping different kinds of rare earth (re) ions into lanthanide orthovanadates. the orthovanadate matrix absorbs in the ultraviolet region of electromagnetic spectrum due to ligand-metal charge transfer (lmct) from the 2p orbital in o2– to the 3d orbital in vanadate. the yvo4 nanoparticles, as an example, are an ideal transparent host lattice for pl activators and present low toxicity in biological medium (rivera-enríquez and fernández-osorio, 2021). yvo4 also presents relative low phonon energy, excellent thermal, mechanical, and chemical stability and high optical performance. furthermore, the d2d local point symmetry of the eight-coordinated y3+ ion in the tetragonal crystal structure (space group d4h) is an ideal doping site for re3+ ions (liu et al., 2015). for instance, controlled fabrication of yvo4:eu3+ nanoparticles and nanowires were achieved by microwave assisted chemical synthesis (huong et al., 2016). several works related the doping of re3+ ions into different types of inorganic matrices (pinatti et al., 2015; 2016; 2019a; 2019b; yang et al., 2018). the re emissions arise from the 4f–4f or 5d–4f transitions from the uv to near-ir range of electromagnetic spectrum. also, upconverting (uc) materials are an unprecedented technology which consists of absorption of two or more lower-energy photons and subsequently emission of one higher-energy photon. this strategy is specially used for solar energy materials, bioimaging, among other applications. materials composed of yb3+/er3+ as activator ions can be efficiently excited using nir (nearinfrared) laser radiation to generate visible emission. for example, photostable and small yvo4:yb/er upconversion nanoparticles in water were obtained and presented intense upconversion emission (alkahtani et al., 2021). however, many of these materials present poor luminescence efficiency and/or complicated synthesis procedure, which results in no defined or irregular sizes particles (ji et al., 2021; kshetri et al., 2018; sousa filho et al., 2019; woźny et al., 2019). accordingly, in this work, we report the synthesis of yvo4:re (re = eu, tm, and yb/er) nanoparticles by the microwave-assisted hydrothermal (mah) method. these nanoparticles were structurally characterized and potentially studied in terms of its pl properties. in addition, the structure, vibrational frequency and morphology are compared to rationalize the structure, morphology, and pl emissions. 2. experimental 2.1 synthesis one mmol of nh4vo3 (99%, sigma-aldrich) was dissolved in 40 ml of distilled water at room temperature under magnetic stirring until the reagent was completely dissolved. additionally, 2 mmol of y(no3)3∙4h2o (99.999%, sigma-aldrich) was dissolved in 40 ml of distilled water at room temperature. re(no3)3 (re = eu, tm, yb, and er) solutions were prepared by dissolving re2o3 in aqueous hot solution of hno3 and evaporating the excess of acid. stoichiometric volume of re solutions were mixed together with the y solution. the amount of 5 mol% of eu3+, and tm3+; and 5 mol%yb3+/2 mol%er3+ were chosen due to previous works related to maximum pl emission intensity achieved. after complete dissolution of the reactants, the v solution was mixed with the y solution to obtain yvo4 and with the y/re solution to obtain yvo4:re nanoparticles. subsequently, the mixture was stirred for 10 min, and, thereafter, it was transferred to the mah system at 160 °c for 32 min, as it was the ideal conditions for many materials obtained by this methodology. the precipitates formed were collected at room temperature, washed with distilled water until the ph was neutralized, and dried in a conventional furnace at 60 °c for 12 h. figure 1 shows a representation of the synthesis procedure herein described. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 41 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 figure 1. schematic representation of synthesis procedure of the nanoparticles. 2.2 characterizations the nanoparticles were structurally characterized by x-ray diffraction (xrd) patterns using a d/max2000pc diffractometer rigaku (japan) with cu kα radiation (λ = 1.5406 å) in the 2θ range from 10° to 80° in the normal routine, with a scanning velocity of 2° min–1. this unit cell was modelled using the visualization for electronic and structural analysis (vesta) program (momma and izumi, 2008; 2011), version 3. micro-raman spectroscopy was conducted on a horiba jobin-yvon (japan) spectrometer chargecoupled device detector and argon-ion laser (melles griot, united states) operating at 532 nm with a maximum power of 200 mw. the ultraviolet-visible spectrophotometry (uv-vis) spectra were taken using a spectrophotometer (model cary 5g) (varian, usa) in diffuse-reflectance mode. morphological analysis of the particles was recorded via field-emission scanning electron microscopy (fe-sem) using a carl zeiss microscope (model supra 35) operated at an accelerating voltage of 30 kv and a working distance of 3.7 mm. transmission electron microscopy (tem) and high-resolution transmission electron microscopy (hrtem) analysis was performed using a jeol jem2100f with a field-emission gun (feg) operating at 200 kv. for the micrographs, the samples (approximately 1 mg) were dispersed in 3 ml of distilled water and kept 15 min in the ultrasound bath. then, one drop of the suspension was deposited on a silicon wafer, dried at room temperature and finally attached to a sample stub using carbon tape for fe-sem analysis; and one drop of the suspension was deposited on the cupper grid and dried at room temperature for tem analysis. photoluminescence (pl) measurements were performed by two distinct equipment. in the first one, the samples were excited by a 355 nm laser (cobolt/zouk) focused on a 20 µm spot, 50 µw of power. the backscattered luminescence was dispersed by a 20 cm spectrometer with the signal detected by a charged coupled device detector (andor technologies). in the second one, the pl spectra were carried out with 325 nm excitation source of a krypton ion laser (coherent innova) and 200 mw laser output, at monochromator thermal jarrel-ash monospec and a hamamatsu r446 photomultiplier. all measurements were performed at room temperature. 3. results and discussion 3.1 x-ray diffraction patterns figure 2 shows the xrd patterns of yvo4:re, and all the diffraction peaks can be readily indexed to the pure tetragonal yvo4 phase (pdf no. 17-0341) (rivera-enríquez and fernández-osorio, 2021; yu et al., 2002). the intense and sharp peaks confirm the samples are pure and present high crystallinity, as well as structural long-range order. also, y3+ site is an ideal environment with a d2d point symmetry for re emitter. so, effectively y-by-re substitution occurs in the host lattice because re3+ and y3+ have similar ionic radius, as widely reported by many works (matos et al., 2016; rivera-enríquez and fernández-osorio, 2021). this substitution was not perceived on the xrd patterns due to the limitation of detection of the xrd instrument. a representation of the unit cell for the orthorhombic yvo4:re nanoparticles are presented in fig. 3. this unit cell was modelled using the lattice parameters and atomic positions, as well as the possible re-by-y substitution. the y/re coordination environment is a distorted dodecahedral [yo8]/[reo8] clusters, while v is a distorted tetrahedral [vo4] cluster. y(no3)3.4h2onh4vo3 160 °c 32 min 60 °c 12h 3x h2o 3x ethanol 80% volume 10 min stirring re(no3)3 re = eu, tm, yb, and er https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 42 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 figure 2. x-ray diffraction patterns of the yvo4:re nanoparticles. figure 3. unit cell representation of yvo4:re nanoparticles. gray, blue, and yellow balls are y/re, v and o atoms, respectively. 3.2 raman spectroscopy figure 4 shows the room temperature raman spectra of yvo4:re nanoparticles excited by a green laser. experimentally, seven active raman modes were observed at 155, 260, 367, 482, 796, 820, and 874 cm–1 for the yvo4, yvo4:5eu, and yvo4:5tm samples. for the yvo4:5yb/2er, six active raman modes were observed at 328, 402, 638, 796, 818, and 871 cm–1. also, the yvo4:5yb/2er nanoparticle present a broad pl emission, as observed in the raman spectra, due to the yb/er ions. these results confirm the structural shortrange order of all samples (jayaraman et al., 1987). figure 4. raman spectra of the (a) yvo4:re (re = eu and tm), and (b) yvo4:5yb/2er nanoparticles. 3.3 uv-vis spectroscopy figure 5 illustrates the uv-vis diffuse reflectance spectra of the yvo4:re nanoparticles in the range of 275–750 nm. the samples showed absorption in the ultraviolet region at approximately 450 nm. the absorption is a result of electronic transition between the valence band (vb) formed predominantly by o 2p state, and the conduction band (cb) composed mainly by v 3d states (yang et al., 2018). also, the yvo4:5tm sample present the 3h6→3f3 transition, and the yvo4:5yb/2er present the 4i15/2→2hj (j = 11/2 and 9/2) transitions. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 (5 1 2 ) (2 2 4 ) (4 3 1 ) (3 1 2 ) (3 2 1 ) (1 0 3 ) (2 0 4 ) (3 3 2 ) (4 2 0 ) (4 0 0 ) (3 0 1 ) (2 0 2 ) (2 2 0 ) (1 1 2 ) (2 1 1 ) (2 0 0 ) 2 (°) pdf17-0341 in te n s it y ( a . u .) (1 0 1 ) yvo 4 yvo 4 :5eu yvo 4 :5tm yvo 4 :5yb/2er https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 43 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 figure 5. the uv-vis diffuse reflectance spectra of the yvo4:re nanoparticles. the band gap energy (egap) values were calculated using the relation of the kubelka–munk and wood tauc function, as previously reported (pinatti et al., 2019a), and it was obtained by linear extrapolation of the uvvis curve in the [f(r∞)hʋ]n versus hʋ graph. f(r∞) is the kubelka–munk function, hʋ is the photon energy, and n is a constant related to the type of electronic transition of a semiconductor (n = 0.5 for direct allowed, n = 2 for indirect allowed, n = 1.5 for direct forbidden, and n = 3 for indirect forbidden). the theoretical calculation predicts a direct allowed transition for yvo4. thus, the egap values obtained were 3.54, 3.41, 3.46, and 3.39 ev for the yvo4, yvo4:5eu, yvo4:5tm, and yvo4:5yb/2er samples, respectively (fig. 6). these results show that the egap values decrease due to insertion of the re ions, indicating that the degree of order-disorder at electronic level were affected due to yby-re substitution. this behavior was previously observed in other re doped materials and is attributed mainly by the contribution of 4fn electrons of re3+ ions either to the vb or cb, which can increase the covalent bonding of v−o and reduce the egap. this happens because the energy level of re3+ ions matches the energy level of vo4 3-, contributing to an effective energy transfer from the vo4 3– to the excited states of re3+ ions (yang et al., 2018). 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 3 h 6 3 f 3 4 i 1 5 /2 4 f 9 /2 in te n s it y ( a . u .) wavelength (nm) yvo 4 yvo 4 :5eu yvo 4 :5tm yvo 4 :5yb/2er 4 i 1 5 /2 2 h 1 1 /2 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 44 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 figure 6. band gap energy (egap) for the yvo4:re nanoparticles. 3.4 field-emission scanning electron microscopy and tem the detailed morphology and particle size of yvo4 nanoparticles were assessed by fe-sem, and the nanostructures were further characterized by tem and hrtem. field emission scanning electron microscopy micrographs of the yvo4 nanoparticles are shown in fig. 7a and b. it is clearly seen spherical nanoparticles which exhibit a high degree of homogeneity in the shape and size. as shown in fig. 7a and b, the particles present smooth surface, well-defined shape, and are mainly aggregated with a monodisperse size distribution. figure 7c shows the tem image of yvo4 nanoparticles. it was mainly observed spherical-like particles of sizes ranging from 20 to 50 nm. most of them have perfect circular morphology, while other present small deformations. figure 7d shows the hrtem image of yvo4 nanoparticles. the yvo4 nanoparticles presented a single crystalline nature and the lattice spacing was calculated to be 0.363 nm between two adjacent lattice fringes, which could be indexed to 200 planes of zircon-type yvo4. this is in agreement with the xrd results (shen et al., 2010). moreover, the other yvo4:re samples also showed similar morphology and as single-crystalline and this can be attributed to the similar preparative conditions and the low dopant concentration of re3+ ions (data not shown). these results confirm that nanosized yvo4 of spherical morphology can be obtained by the mah method at short reactional time and low temperature. moreover, this morphology, as well as the size, are effectively acquired without the use of surfactants, templates, organic solvents, or adjustment of ph value of the medium, which is usually required to obtain homogeneous and nanosized particles. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 45 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 figure 7. (a, b) fe-sem images, (c) tem image, and (d) hrtem image of yvo4 nanoparticles. 3.5 photoluminescence spectroscopy figure 8 shows the pl emission spectra at room temperature of yvo4:re nanoparticles under the excitation wavelength of 355 nm. figure 8a shows the pl emission spectra of yvo4:re (re = tm, and yb/er) nanoparticles, presenting an intense band at 540 nm due to vo4 3– clusters (jin et al., 2011), and the yvo4:5tm nanoparticles also present the 3h4→3h6 transition at 806 nm. particularly, the yvo4:eu nanoparticles present intense 5d1→7fj (j = 1 and 2) and 5d0→7fj (j = 1–4) transitions, which arises due to the efficient energy transfer from vo4 3– clusters to the eu3+ ions (see fig. 8b) (matos et al., 2016; pinatti et al., 2019a; saltarelli et al., 2014). figure 8. photoluminescent emission spectra of (a) yvo4:re (re = tm and yb/er), and (b) yvo4:5eu nanoparticles. figure 9 shows the pl emission spectra at room temperature of yvo4:re nanoparticles under the excitation wavelength of 325 nm, as well as the cie chromatic diagram. figure 9a shows the pl emission spectra of the yvo4:5eu nanoparticles, which presents characteristic eu3+ peaks at 543, 564, 595, 622, 655, and 705 nm ascribed to the 5d1→7fj (j = 1 and 2), and 5d0→7fj (j = 1–4) transitions, respectively (almeida et al., 2021; pinatti et al., 2015). figure 9b shows the pl emission spectra of the yvo4:5tm nanoparticles, which present characteristic tm3+ peaks at 480, 548, 650, and 795 nm related to the 1d2→3fj (j = 4 and 5), 1g4→3f4, and 3h4→3h6 transitions, respectively (pinatti et al., 2019a). figure 9c shows the pl emission spectra of the yvo4:5yb/2er nanoparticles, which present characteristic er3+ peaks at 530, 555, and 671 nm attributed to the 2h11/2→4i15/2, 4s3/2→4i15/2, and 4f9/2→4i15/2 transitions, respectively (alkahtani et al., 2021; mahata et al., 2015; sun et al., 2006; woźny et al., 2018; zhang et al., 2010). figure 9d shows the cie chromatic diagram and the respective positions of x, and y coordinates of the yvo4:re (re = eu, tm, and yb/er) nanoparticles obtained through the pl emission spectra. the (x;y) chromatic coordinates positions are listed in tab. 1. the yvo4:5eu, yvo4:5tm, and yvo4:5yb/2er nanoparticles present intense emitting color in the red, blue, and green region of the diagram, respectively. these results confirm the pureness and brightness of the samples and can be considered as optimum materials for optical devices. (200) 0.363 nm https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 46 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 figure 9. photoluminescent emission spectra of (a) yvo4:5eu, (b) yvo4:5tm, (c) yvo4:5yb/2er nanoparticles, and (d) cie chromatic diagram. table 1. chromatic coordinates values obtained by the pl emission spectra of the yvo4:re nanoparticles. samples chromatic coordinates x y yvo4:5eu 0.65 0.34 yvo4:5tm 0.36 0.29 yvo4:5yb/2er 0.33 0.53 figure 10 shows a schematic energy level diagram and a proposed energy transfer mechanism for the yvo4:re nanoparticles. for the yvo4:5eu nanoparticles, it is observed that, under excitation at 325 nm, electrons are excited from vb into the charge transfer state (cts) of the vo4 3− clusters. then, the excitation energy is transferred from the vo4 3− group to the 5d4 level of eu3+ cations. afterwards, eu3+ cations in the populated 5d4 level undergo multiphonon relaxation to the 5d1 level that radiatively decay to the 7fj (j = 1 and 2) levels; and to the 5d0 level that radiatively decay to the 7fj (j = 1–4) levels. for the yvo4:5tm nanoparticles, the excitation energy is transferred from the vo4 3− group to the 3p2 level of tm3+ cations. then, tm3+ cations in the populated 3p2 level undergo multiphonon relaxation to the 1d2 level that radiatively decay to the 7f4 and 3h4 levels; and to the 1g4 level that radiatively decay to the 7f4 and 3h6 levels. finally, for the yvo4:5yb/2er nanoparticles, the excitation energy is transferred from the vo4 3− group to the 4f7/2 level of er3+ cations. then, er3+ cations in the populated 4f7/2 level undergo multiphonon relaxation to the 2h11/2 and 4s3/2 levels that radiatively decay to the 4i15/2 level; and to the 4f9/2 level that radiatively decay to the 4i15/2 level. alternatively, according to the energy conservation law, a two-photon process can occur and populate the green and red uc emissions of er3+ ions. the successive energy transfers are: 4i15/2 (er3+) + 2f5/2 (yb3+) → 4i11/2 (er3+) + 2f7/2 (yb3+) and 4i11/2 (er3+) + 2f5/2 (yb3+) → 4f7/2 (er3+) + 2f7/2 (yb3+) excite er3+ ions to the 4f7/2 state. er3+ (d) 500 550 600 650 700 750 5 d 1 7 f 2 5 d 0 7 f 4 5 d 0 7 f 3 5 d 0 7 f 2 5 d 0 7 f 1 5 d 1 7 f 1 in te n s it y ( a . u .) wavelength (nm) yvo 4 :5eu (a) 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 (b) 1 g 4 3 f 4 3 h 4 3 h 6 1 d 2 3 h 4 ,5 1 d 2 3 f 4 in te n s it y ( a . u .) wavelength (nm) yvo 4 :5tm 400 450 500 550 600 650 700 (c) 4 f 9 /2 4 i 1 5 /2 4 s 3 /2 4 i 1 5 /2 2 h 1 1 /2 4 i 1 5 /2 in te n s it y ( a . u .) wavelength (nm) yvo 4 :5yb/2er https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 47 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 ions at the 2h11/2/4s3/2 states, arising from the nonradiative relaxation (nr) process of the 4f7/2 state, radiatively decay to the 4i15/2 state, resulting the green uc emissions. the 4f9/2 red emitting state is populated by the process: 4i13/2 (er3+) + 2f5/2 (yb3+) → 4f9/2 (er3+) + 2f7/2 (yb3+), where the 4i13/2 state is populated by nr process of the 4i11/2 state (ji et al., 2021). figure 10. schematic energy level diagram and a proposed energy transfer mechanism for the yvo4:re nanoparticles. solid arrows = radiative transition, dashed arrows = energy transfer, and dotted arrows = nonradiative transition. 4. conclusions in summary, we reported the efficient synthesis of yvo4:re nanoparticles by the microwave-assisted hydrothermal method. long-range order was confirmed by xrd patterns, which showed sharp and well-defined peaks with no segregated materials. vibrational raman modes observed represent a signature of the structural organization in the short-range. the uv-vis spectra indicate that the band gap value decreases due to re doping attesting structural order-disorder of the materials. the fe-sem, tem, and hrtem images prove that the materials are spherical and in the nanoscale size. photoluminescent emission spectra present transitions in the red, blue, and green regions, attesting these materials as good phosphors in the visible region. also, the yvo4:5yb/2er is a good candidate as promising material for uc phosphor. authors’ contribution conceptualization: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. data curation: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. formal analysis: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. funding acquisition: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. investigation: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. methodology: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. project administration: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. resources: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. software: not applicable. supervision: longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. validation: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. visualization: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. vo4 3e n e rg y ( 1 0 3 c m -1 ) 25 20 15 10 5 0 35 energy transfer eu3+ 5d4 valence band 5d0 7f4 7f0 tm3+ 3p2-0 1d2 7f4 3h6 er3+ yb3+ 4f7/2 2h11/2 4f9/2 4i9/2 4i11/2 4i13/2 4i15/2 3h5 3h4 7f2 1g4 1i6 7f3 charge transfer state 2f5/2 2f7/2 4s3/2 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 original article revista.iq.unesp.br 48 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 39-49 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p39-49 writing – original draft: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. writing – review & editing: pinatti, i. m.; foggi, c. c.; teodoro, m. d.; longo, e.; simões, a. z.; rosa, i. l. v. data availability statement the data will be available upon request. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no.: 13/07296-2; 17/12594-3; 19/03722-3; 19/25944-8. acknowledgments the authors would like to acknowledge maximo siu li (ifsc-usp), rorivaldo camargo (cdmf-ufscar), and sandra maria terenzi bellini (cdmf-ufscar) for technical and scientific contributions. this manuscript is dedicated to the memory of professor dr. josé arana varela, pioneer with notable achievements in the fields of materials science, physics and chemistry. he was one of the founders of the interdisciplinary laboratory of electrochemistry and ceramics (liec), brazil. dr. varela contributed significantly to the development of brazilian science, and had an outstanding international reputation as an educator and researcher. references alkahtani, m.; alfahd, a.; alsofyani, n.; almuqhim, a. a.; qassem, h.; alshehri, a. a.; almughen, f. a.; hemmer, p. photostable and small yvo4:yb,er upconversion nanoparticles in water. nanomaterials 2021, 11 (6), 1535. https://doi.org/10.3390/nano11061535 almeida, p. b.; pinatti, i. m.; oliveira, r. c.; teixeira, m. m.; santos, c. c.; machado, t. r.;longo, e.; rosa, i. l. v. structural, morphological and photoluminescence properties of β-ag2moo4 doped with eu3+. chem. pap. 2021, 75, 1869– 1882. https://doi.org/10.1007/s11696-020-01489-4 ferreira, n. h.; furtado, r. a.; ribeiro, a. b.; oliveira, p. f.; ozelin, s. d.; souza, l. d. r.; rinaldi neto, f.; miura, b. a.; magalhães, g. m.; nassar, e. j.; tavares, d. c. europium(iii)-doped yttrium 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https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118110 https://doi.org/10.1007/s10971-014-3525-z https://doi.org/10.1007/s10971-014-3525-z https://doi.org/10.1007/s10971-014-3525-z https://doi.org/10.1007/s10971-014-3525-z https://doi.org/10.1007/s10971-014-3525-z https://doi.org/10.1002/adfm.201001264 https://doi.org/10.1002/adfm.201001264 https://doi.org/10.1002/adfm.201001264 https://doi.org/10.1002/adfm.201001264 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b12251 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b12251 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b12251 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b12251 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b12251 https://doi.org/10.1021/cm051971m https://doi.org/10.1021/cm051971m https://doi.org/10.1021/cm051971m https://doi.org/10.1021/cm051971m https://doi.org/10.1021/cm051971m https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.01.009 https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.01.009 https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.01.009 https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.01.009 https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.01.009 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.02.008 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.02.008 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.02.008 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.02.008 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.02.008 https://doi.org/10.1364/ome.8.003805 https://doi.org/10.1364/ome.8.003805 https://doi.org/10.1364/ome.8.003805 https://doi.org/10.1364/ome.8.003805 https://doi.org/10.1364/ome.8.003805 https://doi.org/10.1021/cm011663y https://doi.org/10.1021/cm011663y https://doi.org/10.1021/cm011663y https://doi.org/10.1021/cm011663y https://doi.org/10.1021/cm011663y https://doi.org/10.1007/s12613-010-0218-7 https://doi.org/10.1007/s12613-010-0218-7 https://doi.org/10.1007/s12613-010-0218-7 https://doi.org/10.1007/s12613-010-0218-7 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055824677.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055832124.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055852333.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055903500.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055918094.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055930156.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055950857.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060007613.pdf original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 2 | 2022 | 37 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 biosynthesis of tetrahydrobenzofuran neolignans in somatic embryos of ocotea catharinensis érica luiz dos santos1 , eny iochevet segal floh2 , massuo jorge kato1+ 1. university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil. 2. university of são paulo, institute of biosciences, são paulo, brazil. +corresponding author: massuo jorge kato, phone: +55 11 30911886, email address: massuojorge@gmail.com article info article history: received: september 20, 2021 accepted: february 11, 2022 published: august 17, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. lauraceae 2. ocotea catharinensis 3. somatic embryos 4. 13c labelling 5. phenylpropanoids abstract: somatic embryos of ocotea catharinensis were used as a model to investigate the biosynthetic pathway of tetrahydrobenzofuran neolignan formation by means of feeding 13c-labelled precursors followed by analysis using ms and 13c nmr. isotopomers of l-[13c]-phenylalanine administered to embryos were incorporated into tetrahydrobenzofuran neolignans and the analysis of 13c nmr clearly revealed the enriched position of precursors. while feeding a series of putative intermediate including [8–13c]-ferulic acid, [8–13c]-glycoferulic acid, and [8–13c]-coniferyl alcohol were not successful in incorporation to the neolignans, the [8–13c]-coniferyl acetate was detected as an intermediate in the biosynthesis of the neolignan 5’-methoxy-porosin. in the bioconversion assay using the protein fraction from the embryogenic cultures, only the substrate coniferyl acetate was converted into isoeugenol, which together with eugenol, is one of the putative precursors of neolignan formation. these findings support that the tetrahydrobenzofuran neolignans are derived from the oxidative coupling between units of eisoeugenol and 5’-methoxy-eugenol leading to a regioand stereospecific products. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 mailto:massuojorge@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9266-1786 https://orcid.org/0000-0001-6529-2065 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 original article revista.iq.unesp.br 38 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 1. introduction lauraceae is a large family of higher plants, comprising about 50 genera with approximately 3000 species. fossil records show that the first lauraceae species appeared during the middle of the cretaceous period and for this reason this plant family is considered one of the most primitive families of angiosperms belonging to the magnoliidae clade (doyle and endress, 2000; endress and doyle, 2009). some species of this family are widely commercialized and appreciated for their culinary uses, such as cinnamon (cinnamomum zeylanicum and c. cassia) (anand et al., 2016) and avocado (persea americana) (cervantes–paz and yahia, 2021; jimenez et al., 2021). the genus ocotea, one of the brazilian genera with wide occurrence in the tropics, provide high quality wood with species like ocotea catharinensis and o. acutifolia often been used in construction and carpentry (montagna et al., 2018). furthermore, species from the lauraceae family like cinnamomun camphora in asia, popularly known as camphor and aniba rosiodora, source of rosewood in south america, are rich in essential oils and are used worldwide in perfumery (amaral et al., 2017; amazonas et al., 2020). the secondary metabolites most frequently found in lauraceae are phenylpropanoids and their dimeric compounds neolignans (aiba et al., 1975; 1977; funasaki et al., 2009; rozo–lugo et al., 2018), in addition to flavonoids (david et al., 1994; rossi et al., 1997), pyrones (nehme et al., 2008; rossi et al., 1997), and alkaloids (gottlieb, 1972; teles et al., 2019). ocotea catharinensis is a native species to the atlantic forest of brazil, found in the states of paraná, santa catarina, rio grande do sul and são paulo. due to the high quality of its wood and difficulty in propagation, however, its natural population has decreased significantly, resulting in its inclusion in the list of endangered species (montagna et al., 2018). therefore, a somatic embryogenesis system has been developed with the aim of increasing cultivation and propagation. phytochemical studies of o. catharinensis somatic embryos, stems and leaves have shown that neolignans, especially those of a tetrahydrobenzofuranoid and bicyclooctanoid type, constitute the main secondary metabolites produced by this species (funasaki et al., 2009). from a biosynthetic point of view, lignans, neolignans and related compounds are interconnected through the general phenylpropanoid pathway that has the amino acid l–phenylalanine as a primary precursor. then, by a series of enzymatic steps the formation of cinnamyl alcohols is achieved deriving propenylbenzenes and allylbenzenes, which are supposedly the direct precursors of neolignans in ocotea and other plant species (anterola and lewis, 2002; ferrer et al., 2008; sartorelli et al., 2001; suzuki and umezawa, 2007). the key step involved in the formation of neolignans is the oxidative coupling reaction in which the phenoxide radicals produced by an oxidase may undergo the dimerization reaction followed by further intramolecular polar or by pericyclic reactions determining the main neolignan sub–classes to be formed (gottlieb, 1972). examples of these neolignans are the tetrahydrobenzofuran and bicyclooctane [3.2.1] neolignans frequently found in lauraceous species (alvarenga et al., 1977; coy–barrera et al., 2009; salleh and ahmad, 2017). specifically, tetrahydrobenzofuran– 6(2h)– and dihydrobenzofuran–6(2h)–neolignans such as porosin (aiba et al., 1976), and mirandin (aiba et al., 1977) were characterized from lauraceae species. nevertheless, to date, the biosynthetic pathways leading to neolignan formation are restricted to the steps required for the formation of allyl and propenylphenols and only one case was addressed to investigate the neolignan formation in piper species (sartorelli et al., 2001). interestingly, the acetylation of p–coumaric alcohol to form an intermediate prone to be reduced by a reductase, suggest that the leaving group is required for the elimination of the alcohol. this step was demonstrated using enzymatic conversion from cell cultures of basil (ocimun basilicum), for which the specific enzyme eugenol synthase (egs) requires coniferyl acetate and nadph to form eugenol (vassão et al., 2006). in the case of petunia flower cultures, an enzyme homologous to that found in basil, isoeugenol synthase (igs), also uses coniferyl acetate and nadph as substrates to catalyse the formation of e–isoeugenol. two mechanisms proposed for the elimination of the acetate group for the formation of allyl and propenylphenols involves a direct attack of the hydride from nadph at the c–9 carbon of the side chain, leading to the formation of isoeugenol or the attack of the hydride to the c–7 carbon leading to the conjugated elimination of acetyl group giving rise to the eugenol (koeduka et al., 2006; vassão et al., 2006). for this reason, herein, we used the somatic embryos and a series of potential 13c–labeled substrates to investigate what the biosynthetic precursors and intermediates of tetrahydrobenzofuran neolignans are in ocotea catharinensis. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 39 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 2. experimental 2.1 reagents pyridine and piperidine were, respectively, distilled under reduced pressure in the presence of koh (25 g l–1) and, stored with a 4 å molecular sieve, in a vacuum desiccator protected from light. ethyl ether (et2o) and tetrahydrofuran (thf), separately, were dried using metallic sodium and distilled over benzofuran for synthetic preparations. the dichloromethane, spectroscopic degree, was left under anhydrous calcium chloride (cacl2) for 12 h after which it was filtered and distilled under reduced pressure in the presence of calcium hydride (cah2). it was stored on a 4 å molecular sieve, protected from light in a dry n2 (g) atmosphere. hplc grade toluene was used without prior treatment. chromatographic and spectroscopic analysis used analytical grade solvents (merck®, tedia® and j.t. baker®) and purified water in the milli–q system (millipore®). the reagents were obtained commercially with a high degree of purity, were used without previous purification. 2.2 high performance liquid chromatography (hplc) chromatographic analyses were carried out using a shimadzu chromatograph model scl–10avp, equipped with two analytical pumps model lc–10ad, connected to a diode array detector model spd–m10avp with an automatic injector model sil–9a, controlled by a communication module scl–10avp. the samples were solubilized in meoh: h2o (8:1 v/v), filtered through a 0.45 µm millex® membranes and injected on a phenomenex® reverse phase c–18 column (luna c–18 150 x 4.6 mm, 5 µm). the data was analysed using the program class–vp version 6.10 program. the solvent system used in the hplc analysis consisted of a mixture of ch3cn:h2o (2:3) for 18 min; ch3cn:h2o (4:1) for 2 min; ch3cn:h2o (2:3) for 6 min and the detector was set at λ 280 nm. 2.3 analytical and preparative thin layer chromatography tlc analyses were performed on merck® plates, silica gel 60, with fluorescence indicator f254, with aluminum support thickness 0.2 mm. prep–tlc purification were performed on 20 x 20 cm glass plates with 1.0 mm thick silica gel 60 from merck® and fluorescence indicator f254. the plates were developed under uv 254 and 366 nm or after being sprayed with a solution of sulfuric vanillin, followed by heating. for preparative thin layer radial chromatography, round glass plates were used, covered with a 2.0 mm thick layer of kieselgel 60 f254 were used. the samples (about 100 mg) were solubilized in hexane:etoac (1:1) and recovered according to the uv visible bands. 2.4 column chromatography the purification of compounds using column chromatography was performed on glass chromatographic column, with length and diameter of the column determined according to the sample masses to be fractionated. merck® 0.063 – 0.200 mm (70–230 mesh astm) silica gel 60 and c18 reverse phase silica were used as the stationary phases. the proportion of silica used for the column was approximately 20 times the mass of the sample to be purified. 2.5 high performance liquid chromatography coupled to the mass spectrometer (hplc–esi) the extracts from the somatic embryos fed with precursors were analysed by high performance liquid chromatography coupled to a mass spectrometry detector (hplc–esims). mass spectrometry analysis was performed on a bruker, esquire 2000 plus in a positive electrospray mode, capillary voltage 4.5 kv and skimmer 70 v. 2.6 electronic ionization mass spectrometry the mass spectra with electron impact ionization, were recorded on a shimadzu mass spectrometer model gcms–qp2010, equipped with a capillary column db– 5 (30 m x 0.25 mm, i.d. 0.25 m). 2.7 nuclear magnetic resonance the nuclear magnetic resonance analyses were performed at the analytical center of the institute of chemistry of the university of são paulo (iq – usp). the spectra were recorded on bruker ac200 (200 mhz), varian gemini 200 (200 mhz), varian inova 300 (300 mhz) and bruker drx 500 (500 mhz) spectrometers. the samples were solubilized in cdcl3 (isotec® inc. and aldrich®). the chemical shifts (d) of the obtained spectra are described as ppm in relation to the tms signal, used as an internal reference standard in all samples (0.05%). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 40 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 2.8 embryos of ocotea catharinensis fruits of ocotea catharinensis mez. (lauraceae) were collected in the serra da cantareira state park of the forest institute of são paulo, são paulo–sp. to obtain the somatic embryos, the seeds were treated and inoculated according to the methodology described (moura–costa et al., 1993). the embryos were kept in wpm culture medium (wood plant medium) (lloyd and mccown, 1980), supplemented with sucrose (20 g/l), sorbitol (22 g l–1), glutamine (0.4 g l–1) and phytagel (phytagel, sigma co., usa) (2 g l–1). the ph of the medium was adjusted to 5.8 with naoh before adding the phytagel. then, the media were distributed in test tubes (8 ml/tube), closed, and autoclaved at 120 ºc for 15 min, at 1.1 kgf cm–2. after 21 weeks of cultivation, the somatic embryos in the globular stage were inoculated in a new culture medium, for the maintenance of embryogenic cultures in vitro. 2.9 extraction and purification of neolignans from somatic embryos of ocotea catharinensis the analysis of the content of embryos of o. catharinensis was investigated using fresh embryos (130 g) crushed in n2 (l) and extracted with meoh:h2o (9:1) using an ultraturrax apparatus (t25 basic, ika labortechnik®) at 11,000 rpm. the solution was extracted twice with chloroform solutions, which were combined and dried yielding 480 mg of a cdcl3 fraction. the chcl3 fraction was then submitted to a chromatographic column, with flash silica, eluted with ch2cl2:etoac (1:2), followed by ch2cl2:acetone (1:1) (funasaki et al., 2009). the fractions were pooled after tlc analysis and samples containing the major neolignans 5’–methoxyporosin and armenin b were subjected to further separation by prep–tlc. standard neolignans were used as control samples to monitor the purification of 13c–labelled compounds after incorporations of substrates. 2.10 hplc profile of somatic embryo extracts the chromatographic profile of the extracts from the embryos was analyzed by hplc using the standards compounds isolated from o. catharinensis embryos. the extracts were filtered through a 0.45 μm millipore filter and a sep–pack c–18 filter eluted in meoh: h2o (9:1) to eliminate the lipophilic matrix. the chromatographic analysis was carried out as described (see item 2.2). 2.11 feeding of l–[1–13c]–, l–[2–13c]– and l–[3– 13c]–phenylalanine in embryos of o. catharinensis in vitro culture of 21 days–old somatic embryos with were transferred to petri dishes containing two sheets of filter paper. the embryos were left on the plates for 30 min, at room temperature, in a laminar flow hood in order to dehydrate. solutions containing 0.5 and 1.0 mg of l–[1–13c]–phenylalanine in 100 μl of milli–q water were administered to 1.0 g of embryos in petri dishes. solutions of each concentration were fed in triplicate for 12, 24, 48, 72 and 96 h, in a culture room, in the presence of incandescent light, at 25 °c, with replacement of the precursor solution when required. as a control, 1.0 g of embryos was used without the addition of the labeled precursor. after each incubation time, the samples were crushed in liquid nitrogen, extracted with meoh:h2o (9:1) and the solutions were partitioned with chloroform. the chloroform was evaporated under an n2 stream, the fractions were resuspended in meoh:h2o (9:1), filtered through a 0.45 μm millipore filter and analyzed using hplc–esi, in order to quantify the incorporation of the 13c–labelled precursor into the neolignans. then, the optimum incubation time was defined as 72 h and a concentration of 1.0 mg/100 µl solutions of l–[2–13c]– phenylalanine and l–[3–13c]–phenylalanine were fed under the same condition, with the experiments being carried out in triplicate and analyzed by hplc–esi. in the case of the incubation of the embryos with the respective l–phenylalanine isotopomers, 8.0 g of embryos divided into petri dishes with 4.0 g each were incubated and 800 µl of the solution (1 mg ml–1) were administered to the embryos of each plate for 72 h, with replenishment of the solution (800 µl) every 24 h. the neolignans isolated were subjected to 1h and 13c nmr analysis. 2.12 administration of [8–13c]–ferulic acid for the preparation of [8–13c]–ferulic acid and all 13c–labelled compounds, see supplementary material. the incubation of somatic embryos with [8–13c]– ferulic acid was carried out under the same conditions as the l–phenylalanine isotopomers. in the first assay for the incorporation, [8–13c]–ferulic acid was solubilized in 0.5 µl of dmso, 0.5 µl of 0.5% naoh solution with the remaining volume filled with milli–q water. each of the concentrations, 0.25, 0.5 and 1.0 mg of the acid in 100 µl of the solution were tested for 12, 24, 48, 72 and 96 h. the quantification of the incorporation was determined by hplc–esi analysis. in the second assay, [8–13c]–ferulic acid was solubilized in h2o:acetone http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p54-66 original article revista.iq.unesp.br 41 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 (4:1) and was tested under the same conditions as the first incubation with the experiments being carried out in triplicate. the embryos were incubated in larger quantities by solubilizing [8–13c]–ferulic acid in h2o:acetone (4:1) at 0.5 mg in 100 µl, for 48 h, with replacement of the precursor solution every 24 h. the obtained extracts were subjected to purification and the neolignans were analyzed by 1h and 13c nmr analysis. 2.13 administration of [8–13c]–glycoferulic acid due to the low solubility of [8–13c]–ferulic acid in aqueous medium, the alternative approach was to prepare the [8–13c]–glycoferulic acid. the embryos were incubated under the same conditions as the previous precursors, with the tested concentrations being 0.25, 0.5 and 1.0 mg of [8–13c]–glycoferulic acid solubilized in 100 µl of milli–q water. each concentration was tested for the same timeframe of 12–96 h. the experiments were carried out in triplicate. the crude extracts of the incubated embryos and the control samples were analyzed using cg–ms (ei) analysis. 2.14 administration of [8–13c]–coniferyl alcohol the [8–13c]–coniferyl alcohol was administered to embryos under the same conditions as [8–13c]–ferulic acid, with concentrations at 0.25, 0.5 and 1.0 mg in 100 µl of h2o:acetone (4:1). each solution at various concentrations was incubated with the embryos for the timeframe of 12–96 h. the obtained extracts were subjected to the hplc–esi analysis as described. embryos were also incubated with [8–13c]– coniferyl alcohol at large scale, under the same conditions as [8–13c]–ferulic acid, to obtain the neolignans for nmr analysis. 2.15 administration of [8–13c]–coniferyl acetate the embryos were incubated with the respective test concentrations of 0.25; 0.5 and 1.0 mg in 100 µl of milli–q water solution containing 0.5 µl of methanol. the solutions were tested separately for the timeframe of 12–96 h. the extracts were prepared as before, and the fractions were subjected to gc–ms analysis. an amount of approximately 4.0 g of embryos were incubated with 800 µl of the solution containing [8–13c]–coniferyl acetate solubilized in water (1 mg.100 µl–1) for 72 h, with replacement of the precursor solution every 24 h. the neolignans were isolated and subjected to 1h and 13c nmr analysis. 2.16 preparation of extracts from embryos incubated with 13c–precursors after optimization conditions for incorporation, larger quantities (8.0 g) of the embryos were incubated with 13c–precursors. the extracts incubated with the labelled precursors were prepared accordingly, and the chloroform fractions (100 mg) were subjected to prep– tlc fractionation using hexane:etoac (7:3), 3 elutions, yielding about 6.0 mg of the pure neolignans. 2.17 extraction of soluble proteins from somatic embryos of o. catharinensis approximately 8.0 g of 21–day old embryos grown in vitro were ground in liquid nitrogen using a mortar and pestle with 100 ml of 0.1 g l–1 sodium phosphate buffer, ph 7.0 and 10% (w/w) (800 mg) of pvpp. the extract was centrifuged for 30 min at 9,000 rpm (4 °c). the supernatant was filtered through a miracloth and the residue was stored at (4 °c) for later extraction of cell wall proteins. the obtained supernatant contains soluble proteins, which were precipitated by the addition of 80% (nh4)2so4 solution. the supernatant was discarded, and the residue was resuspended in 3.0 ml of phosphate buffer and stored at –80 °c for further assays. 2.18 extraction of proteins contained in cellular microsomes the residue obtained after the second centrifugation was resuspended in 10 ml of 0.1 mol l–1 tris–hcl buffer, ph 7.5 and homogenized with a mortar and pestle after which the solution was centrifuged for 90 min at 48,000 rpm (4 °c). the obtained supernatant was precipitated by the addition of 80% (nh4)2so4 solution and was then centrifuged for 90 min at 48,000 rpm (4 °c). the supernatant was discarded, and the residue was resuspended in 3.0 ml of 0.1 mol l–1. tris–hcl buffer, ph 7.5. the solution corresponds to the proteins contained in cellular microsomes and was stored at – 80 °c, before use. the amount of protein present in the enzymatic extract of the embryos was determined by classical method (bradford, 1976). for each assay, a standard curve of bovine serum albumin (bsa) was determined, as bsa was used as the standard protein. the content of soluble proteins obtained in the enzymatic extract was 8.32 mg ml–1 whereas for the fraction corresponding to the proteins contained in cellular microsomes it was 4.21 mg ml–1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 42 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 2.19 incubation assays of coniferyl acetate with enzyme extracts the enzymatic conversion assays were developed according to published procedures (lu et al., 2004; vassão et al., 2006). the coniferyl acetate was tested with several enzymatic fractions, obtained from the somatic embryos of o. catharinensis. the solution for the enzymatic conversion had 100 µl of enzymatic extract, a solution of 20 µl of 25 mmol l–1 coniferyl acetate in methanol, 76 µl of 40 mmol l–1 mes buffer (ph 5.0) and 4 µl of 50 mmol l–1 nadph yielding a final volume of 200 µl. after 30 min of incubation at 28 °c, the reaction was terminated by extraction with etoac (2 x 500 µl). as a control, only the precursor and the enzymatic preparation were incubated in 40 mmol l–1 mes buffer (ph 5.0). in the enzymatic conversion assay, the standards were incubated under the same conditions as the reactions, without adding the enzymatic fractions. the enzymatic fractions, the precursor coniferyl acetate and the possible products of the reaction (eugenol and e–isoeugenol) were analyzed by hplc in a phenomenex® reverse phase c–18 column (luna c–18 150 x 4.6 mm, 5 µm), with a flow of 1 ml min–1, a detector at λ 280 nm and, using the eluent h2o (a) and ch3cn (b) as follow: initial time 0 min (a:b, 4:1), 27 min (a:b, 1:1), 28.5 min (a:b, 0:1), 31.5 min (a:b, 0:1), 33–55 min (a:b, 4:1). 2.20 incubation assays of e–isoeugenol and 5’– methoxy–eugenol with enzymatic extracts the unlabeled phenylpropanoids e–isoeugenol and 5’–methoxy–eugenol were incubated together with the enzymatic fractions from embryos under different conditions to determine optimal conversion to the corresponding neolignans 5’–methoxy–porosin and armenin b. the enzymatic conversion reaction was carried out with 100 µl of enzymatic extract, 10 µl of 25 mmol l–1 e–isoeugenol and 10 µl of 25 mmol l–1 5’–methoxy–eugenol in methanol, 5 µl of 1 mg ml–1 of horseradish peroxidase, 5 µl of 10 mmol.l–1 h2o2, 5 µl of 50 mmol l–1 nadph, 110 µl of 40 mmol l–1 mes buffer (ph 5.0) and 5 µl of 50 mmol l–1 nadph, for a final volume of 250 µl. after 1.0 h of incubation at 28 °c, the reaction was terminated by extraction with etoac (2x 500 µl). the precursors, the possible products of the reaction, the control and the enzymatic fractions were analyzed by hplc as previously described. 3. results and discussion 3.1 analysis of somatic embryo extracts from o. catharinensis the content of the embryos of o. catharinensis had been previously described to contain the neolignans 5’– methoxy–porosin (1) and armenin b (2) (fig. 1) (funasaki et al., 2009). for this study, the hplc analysis of the embryos and the identification of these neolignans was consistent with previous data allowing the incorporations of 13c–labeled precursors using ei–ms, esi and 13c nmr analysis. the neolignans 5’–methoxy–porosin (1) and armenin–b (2) (fig. 1) were purified and used as chromatographic standards in the 13c–precursor incorporation experiments. these two neolignans were confirmed by analysis of 1h nmr, 13c nmr and analysis of ei–ms data and matched with those described by ishige et al. (1991). the mass spectra obtained by ei–ms of the 5’– methoxy–porosin neolignan, showed peaks according to the fragmentation proposal described and comparison with the published data (ishige et al., 1991). armenin b was identified by comparing the 1h and 13c nmr data with the data described (aiba et al., 1978; felicio et al., 1986; ishige et al., 1991). figure 1. chemical structures of neolignans 5’– methoxy–porosin (a) and armenin b (b) from somatic embryos of ocotea catharinensis. source: adapted from funasaki et al. (2009). 3.2 analysis of the incorporations of l–[1–13c]–, l–[2–13c]– and l–[3–13c]–phenylalanine the experiments with 13c–isotopomers of l– phenylalanine were performed to determine the optimal incubation time to reach the maximum incorporation of 13c–precursors into the neolignans 5’–methoxy–porosin (mm= 388 da) and armenin b (mm= 372 da) (fig. 2). the percentage of 13c incorporations in the neolignans was determined by means of hplc–esi analysis of the crude extracts from embryos fed with the substrates and compared with the isotopic contribution to m+1 and m+2 in natural abundance neolignans (tab. 1). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 43 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 figure 2. time course of incorporation of isotopomers of l–phenylalanine into 5’–methoxy–porosin (1). table 1. esi data showing incorporation of isotopomers of l–phenylalanine into 5’–methoxy–porosin (1) and armenin b (2) in embryos of ocotea catharinensis. l–[1–13c]–phenylalanine 5’–methoxy–porosin (1) armenin b (2) ions [m+h]+ [m+h+1]+ [m+h+2]+ [m+h]+ [m+h+1]+ [m+h+2]+ 389 390 391 373 374 375 % of incorporation 100 9.0 2.2 100 7.2 1.2 l–[1–13c]–phenylalanine 5’–methoxy–porosin (1) armenin b (2) ions [m+h]+ [m+h+1]+ [m+h+2]+ [m+h]+ [m+h+1]+ [m+h+2]+ 389 390 391 373 374 375 % of incorporation 100 8.6 1.98 100 6.6 1.1 l–[1–13c]–phenylalanine 5’–methoxy–porosin (1) armenin b (2) ions [m+h]+ [m+h+1]+ [m+h+2]+ [m+h]+ [m+h+1]+ [m+h+2]+ 389 390 391 373 374 375 % of incorporation 100 8.8 2.0 100 6.8 1.4 in the mass spectrum of unlabeled 5’–methoxy– porosin the peaks at m/z 389 [m+h]+, 390 [m+h+1]+ and 391 [m+h+2]+ indicated the expected molecular ions and the ions resulting from incorporation of one or two 13c atoms. in the case of unlabeled armenin b, the peaks of molecular ions were observed at m/z 373 [m+h]+, 374 [m+h+1]+ and 375 [m+h+2]+. considering the natural abundance of 13c in the neolignans, the calculations to obtain the percentage of 13c incorporated were performed by comparing the relative intensity of the molecular mass ([m+h]+), ([m+h+1]+), and ([m+h+2]+) of the unlabeled neolignans with that of the enriched neolignans. the highest incorporation of l–phenylalanine isotopomers in both neolignans was observed at 72 h. the neolignans isolated from the extracts obtained after the incubation period of 72 h were subjected to 13c nmr analysis to characterize the enrichment position after incorporation of l–phenylalanine isotopomers into the structures of the 5’–methoxy–porosin (1) and armenin b (2). the comparison of the 13c nmr spectrum of the unlabeled 5’–methoxy–porosin (6.0 mg) (control), with the spectrum of the labelled (6.0 mg) with l–[1–13c]– phenylalanine, showed an increase in the intensity of the peaks corresponding to the c–9 ( 11.7 ppm) and c–9’ http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 44 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 ( 119.9 ppm) carbons (fig. 3). likewise, administration of l–[2–13c]–phenylalanine resulted in a product with 13c nmr signals enriched at positions c–8 ( 42.7 ppm) and c–8’ ( 132.7 ppm). the spectrum of the neolignan incubated with l–[3–13c]–phenylalanine had the positions c7 ( 87.5 ppm) and c7’ ( 39.8 ppm) enriched (fig. 3). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 45 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 figure 3. 13c nmr spectra of: (a) natural abundance 5’–methoxy–porosin; (b) incorporation with l–[1–13c]– phenylalanine; (c) incorporation with l–[2–13c]–phenylalanine and (d) incorporation with l–[3–13c]–phenylalanine. s: cdcl3. the 13c nmr analysis for armenin b (5.0 mg) showed a similar profile of increased signals as that of 5’–methoxy–porosin. the incubation with l–[1–13c]– phenylalanine led to an increase in the intensity of the c9 ( 17.5 ppm) and c9’ ( 120.0 ppm) carbons (fig. 4). while the one enriched with l–[2–13c]–phenylalanine showed an increase in signal intensity in c8 ( 44.6 ppm) and c8’ ( 132.5 ppm) carbons. the administration of l– [3–13c]–phenylalanine, meanwhile, showed signals enriched at positions c–7 ( 93.8 ppm) and c–7’ ( 40.8 ppm) (fig. 4). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 46 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 figure 4. 13c nmr of natural abundance armenin b (a); incorporation with l–[1–13c]–phenylalanine (b); incorporation with l–[2–13c]–phenylalanine (c) and incorporation with l–[3–13c]–phenylalanine (d). s: cdcl3. the first isotopic labelling studies involving the biosynthetic study of the phenylpropanoid anethole using pimpinella anisum with 14c–labeled l– phenylalanine resulted in the incorporation of the intact side chain of the amino acid into anethole (manitto et al., 1974). while the hplc–esi analysis showed the incorporation of l–phenylalanine isotopomers in the structure of neolignans in o. catharinensis, the 13c nmr spectra confirmed that the carbon incorporation pattern of 13c with l–[1–13c], l–[2–13c]– and l–[3–13c]– phenylalanine. the data is consistent with the proposed formation of neolignans by the phenylpropanoid pathway, with the intact incorporation of the two l– phenylalanine molecules into the structure of neolignans, without rearrangement of the amino acid side chain. the first isotopic labelling studies involving the biosynthetic study of the phenylpropanoid anethole using pimpinella anisum with 14c–labeled l–phenylalanine resulted in the incorporation of the intact side chain of the amino acid into anethole (manitto et al., 1974). while the hplc– esi analysis showed the incorporation of l– phenylalanine isotopomers in the structure of neolignans in o. catharinensis, the 13c nmr spectra confirmed that the carbon incorporation pattern of 13c with l–[1–13c], l–[2–13c]– and l–[3–13c]–phenylalanine. the data is consistent with the proposed formation of neolignans by the phenylpropanoid pathway, with the intact incorporation of the two l–phenylalanine molecules into the structure of neolignans, without rearrangement of the amino acid side chain. 3.3 analysis of [8–13c]–ferulic acid incorporation the hplc–esi analysis of the crude extracts of the somatic embryos of o. catharinensis incubated with [8–13c]–ferulic acid together with the control, did not show incorporation of the precursor to the neolignans. extracts of the embryos were prepared after 12, 24, 48, 72 and 96 h of incubation. the embryos were incubated in large scale with [8–13c]–ferulic acid for 48 h, as during this time the embryos were less oxidized. the purified 5’–methoxy–porosin (5.0 mg) and armenin b (5.0 mg) neolignans were subjected to 1h and 13c nmr analysis. in the case of incorporation with [8–13c]–ferulic acid, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 47 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 supposedly the enrichment with carbon thirteen would be in the positions of c8 and c8’ of the corresponding neolignans. the 13c nmr spectra of the control samples, 5’–methoxy–porosin and armenin b (fig. 4) were compared with those resulting from the incubations and no detectable changes were observed in the peaks intensity corresponding to c8 and c8’ of the neolignans (data not shown). previous biosynthetic studies have demonstrated the incorporation of 0.053% of [8–14c]–ferulic acid in the podophyllotoxin lignan, isolated from young plants of podophyllum hexandrum (jackson and dewick, 1984). however, methylchavicol, isolated from ocimum basilicum leaves after incubation with p–[8–14c]– coumaric acid, similarly to the incorporation of ferulic acid, did not show any incorporation in its structure (vassão et al., 2006). supposedly, these results may be a consequence of the toxic nature of the precursor to the plant in this case, to the embryos of o. catharinensis because, after 48 h the embryos were completely oxidized. the low solubility of ferulic acid in aqueous solution may also have caused difficulties in transporting it to the biosynthesis site (davin et al., 2003; vassão et al., 2006). 3.4 analysis of [8–13c]–glycoferulic acid incorporation the biosynthetic studies looking at the origin of the lignans arctin and phillyrin lignans in forsythia shoots were carried out using ferulic acid, coniferyl alcohol and glycosylated coniferaldehyde, labelled with 3h and 14c (stöckigt and klischies, 1977). therefore, the glycosylation of the phenolic hydroxyl would contribute to minimize the oxidation of the acid, due to the higher solubility of the substrate in water and, consequently, improve its absorption in the plant. based on this principle, [8–13c]–glycoferulic acid was administered to somatic embryos of o. catharinensis, at different time intervals and different concentrations to determine optimal conditions for its incorporation into the neolignans. therefore, extracts with natural abundance and those incubated with [8–13c]–glycoferulic acid were analyzed by mass spectrometry (ei). from the proposed fragmentation of 5’–methoxy–porosin, it was observed that the peaks at m/z 178, 319 and 358 da of the control sample, should show the peaks enriched with carbon thirteen at m/z in 179, 320 and 360 da, respectively. the embryos showed better appearance and longer incubation time at 72 h and, therefore, from these experiments, extracts were obtained and subjected to the separation of the neolignans by prep–tlc. according to the hypothesis suggested for the pathway of formation of neolignans (fig. 5), there should be incorporation in the positions of c8 and c8’, originating from [8–13c]–ferulic acid. however, the comparison of the relative intensities of 13c nmr peaks of naturally abundant neolignans with those incubated with [8–13c]–glycoferulic acid did not show any increase in intensity at the c8 and c8’ positions (data not shown). 3.5 analysis of the incorporation of [8–13c]– coniferyl alcohol in vitro administrations of [8–13c]–coniferyl alcohol in o. catharinensis embryos were performed at different concentrations, time intervals (12, 24, 48, 72 and 96 h) and, in the absence and presence of light, to identify optimal conditions for absorption and metabolism in neolignans 1 and 2. the comparison of the hplc–esi spectra of the crude extracts of the somatic embryos of o. catharinensis incubated with [8–13c]–coniferyl alcohol with the control samples, showed that this substrate was not incorporated into the 5’–methoxy– neolignans porosin and armenin b. according to the biosynthetic proposal for the formation of neolignans, we expected to observe the incorporation of one alcohol molecule at the position of c–8 and the other at c–8 ‘in the structure of neolignans 1 and 2. nevertheless, similarly to the case of ferulic acid and its glycosylated version embryos incubated with [8–13c]–coniferyl alcohol for 48 h, time interval with embryos were not fully oxidized and submitted to esi, ei or 1h and 13c nmr analysis did not show any increase in carbon intensity at positions c–8 and c–8’ when compared to the control (data not shown). it is assumed that the rapid degradation of coniferyl alcohol prior to its entry into the biosynthetic path, coupled with its low solubility in an aqueous medium did not result in the enrichment with carbon thirteen of the corresponding neolignans 1 and 2, as expected. in a contrasting experiment using enzymatic conversion, the biosynthesis of the lignan (–)– secoisolariciresinol was investigated in forsythia intermedia. the precursor [9–2h2]–coniferyl alcohol in that study served as a precursor to the coupling reactions in the presence of nadph and h2o2 (katayama et al., 1992). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 48 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 figure 5. biosynthetic pathway of tetrahydrobenzofuran neolignans in embryogenic cultures of o. catharinensis. 3.6 analysis of the incorporation of [8–13c]– coniferyl acetate the [8–13c]–coniferyl acetate was next chosen because it presents a good leaving group, whose exit is carried out by reductive elimination. this phenylpropanoid precursor would have the additional stage of activation by acetylation and was recently described as an important biosynthetic intermediate for lignans (ferrer et al., 2008; koeduka et al., 2013; vassão et al., 2006). therefore, similarly to the previous precursors, the incubation of [8–13c]–coniferyl acetate in embryos of o. catharinensis in the time frame of 12–96 h was tested. mass spectrometry (ei) was used to analyze the crude extract of the fractions resulting from incorporation and control, to determine the percentage of 13c incorporation into the neolignans. the incorporation of the substrate occurred for 72 h of incubation. the mass spectrum of 5’–methoxy–porosin revealed fragment ions in m/z 179 and m/z 320 da with an increased intensity when compared with the spectra of the control samples. the level of incorporations were 5.48% and 5.77%, respectively, while in the fragment ion at m/z 358 da, 13c incorporations of 3.20% were observed in the [m+1]+ 359 da and of 2.12% in the [m+2]+ 360 da (figure s14). therefore, incorporation of the two [8–13c]–coniferyl acetate molecules could be observed in 5’–methoxy–porosin. curiously, similar incorporation to armenin b was not observed in the mass spectra of the enriched crude extract. according to the biosynthetic proposal for the formation of neolignans, in the case of incorporation with [8–13c]–coniferyl acetate, supposedly enrichment http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p54-66 original article revista.iq.unesp.br 49 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 with carbon thirteen would also be in the positions of the c8 and c8’ of the neolignans between the 13c nmr spectra of the 5’–methoxy–porosin control sample as compared to the incubated one. the spectra showed an increase in the intensity of c8’ ( 132.7 ppm) and in c8 ( 42.8 ppm) (fig. 6). armenin b was obtained in a very small amounts and did not allow a good quality 13c nmr spectrum. figure 6. 13c nmr of 5’–methoxy porosin at natural abundance (a) and of 5’–methoxy porosin after incubation with [8–13c]–coniferyl acetate (b). the positions of the hydrogens directly linked to the 13c–enriched carbon atom were confirmed through the hsqc spectrum, in which it was possible to observe the correlations of hydrogen at δ 2.56 (h–8), with δ 42.8 (c–8), as well as of hydrogens at δ 5.95 (h–8 ‘), with δ 132.8 (c–8’). the hmbc contour map showed correlations of δ 2.56 (h–8) with δ 11.7 (c–9), δ 39.8 (c–7 ‘) and with δ 169.9 (c–6 ‘). the hydrogens at δ 5.95 (h–8’) directly linked to c–8’ correlate with δ 39.8 (c–7’) as well as with δ 48.8 (c1’). the results obtained from mass spectra (ei), 13c nmr, hsqc and hmbc contour maps, confirmed that the entire 5’–methoxy–porosin skeleton was formed by the condensation of two molecules of [8–13c]–coniferyl acetate, which was transformed by a sequence of enzymatic steps. 3.7 enzymatic conversion with intermediate phenylpropanoid substrates the conversion of precursors using enzymatic fractions obtained from embryos of o. catharinensis were analyzed by hplc. the crude extracts obtained from various incubation times allowed us to determine the ability to convert coniferyl acetate into eugenol or e– isoeugenol. the comparison of the analysis by hplc of the control (enzymatic extract and mes buffer) (fig. 7a), with the enzyme fractions and the respective standards, allowed us to identify the conversion of coniferyl acetate into e–isoeugenol as an enzyme conversion product (fig. 7b). for the elimination of the acetate group and the formation of e–isoeugenol it was demonstrated that if the nucleophilic attack of the hydride, originating from http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 50 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 nadph, occurs at the c–9 carbon of the side chain of the coniferyl acetate, it would lead to the formation of propenylphenol. if the hydride attack occurs at c–8, it would lead to the formation of eugenol (koeduka et al., 2006; 2013; vassão et al., 2006). these results, combined with the incorporation of two molecules of [8–13c]–coniferyl acetate to 5’–methoxy– porosin, corroborate the pathway in which e–isoeugenol is required for the formation of the 5’–neolignans methoxy–porosin and armenin b. similarly, the conversion of e–isoeugenol and 5– methoxy–eugenol in 5’–methoxy–porosin or in armenin b was attempted. according to the proposed biosynthesis scheme, the substrate would undergo oxidative coupling by the action of enzymes (dirigent protein) leading to the production of tetrahydrobenzofuran neolignans. the analysis of the enzymatic conversion of the precursors e–isoeugenol and 5–methoxy–eugenol to neolignan 5’–methoxy– porosin was done by hplc and no coupling reaction between of e–isoeugenol and 5–methoxy–eugenol in tetrahydrobenzofuran neolignans was observed. only the signals referring to the compounds of the enzymatic fraction and the precursors were observed. figure 7. hplc analysis of the conversion of substrates by enzymatic fraction of o. catharinensis embryos. (a) control indicating the presence of endogenous compounds in the enzyme fraction; (b) conversion of coniferyl acetate to e–isoeugenol. (p) e–isoeugenol formed by the reaction; (s): substrate coniferyl acetate. 4. conclusions the embryos of o. catharinensis was shown to contain revealed to be a unique source of tetrahydrobenzofuran neolignans as indicated by the hplc–pda analysis. therefore, it was used as a model for the biosynthetic studies because of the easy protocol to feed labelled precursors and chemical composition without many interferences. the analysis of enriched crude extracts using 13c l–phenylalanine isotopomers as substrates and mass spectrometric analysis of the products indicated 13c enrichment in the tetrahydrobenzofuran neolignans 5’–methoxy–porosin and armenin b. the 13c nmr analysis confirmed http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 original article revista.iq.unesp.br 51 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 unequivocally the labelling of the 13c position in the structures of the neolignans. the use of various isotopomers of l–phenylalanine showed an intact incorporation of the side chain of two phenylalanine molecules in the respective neolignans without any rearrangement. biosynthetic investigation involving a more specific precursor in the pathway showed the incorporation of two molecules of [8–13c]–coniferyl acetate in 5’– methoxy–porosin. this conversion was confirmed using enzymatic conversion assays, with conversion of coniferyl acetate into e–isoeugenol which is considered an intermediate precursor for the formation of tetrahydrobenzofuran neolignans. these results support the hypothesis that tetrahydrobenzofuran neolignans would result from the oxidative coupling between radical units produced from e–isoeugenol and 5–methoxy–eugenol. since the neolignans are optically active, the key enzymatic dimerization reaction would be responsible for the regio– and stereospecificity of the coupling reaction. authors’ contribution conceptualization: kato, m. k. data curation: santos, e. l.; kato, m. k.; floh, e. i. s. formal analysis: santos, e. l.; kato, m. k.; floh, e. i. s. funding acquisition: kato, m. k.; floh, e. i. s. investigation: santos, e. l. methodology: santos, e. l. project administration: kato, m. k.; floh, e. i. s. resources: kato, m. k.; floh, e. i. s. software: not applicable. supervision: kato, m. k.; floh, e. i. s. validation: kato, m. k.; floh, e. i. s. visualization: santos, e. l. writing – original draft: santos, e. l.; kato, m. k.; floh, e. i. s. writing – review & editing: santos, e. l.; kato, m. k.; floh, e. i. s. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2014–50316–7. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 304607/2019–3. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). acknowledgments not applicable. references aiba, c. j.; fernandes, j. b.; gottlieb, o. r.; 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https://doi.org/10.1016/s0031–9422(02)00540–x https://doi.org/10.1016/s0031–9422(02)00540–x https://doi.org/10.1016/s0031–9422(02)00540–x https://doi.org/10.1086/317578 https://doi.org/10.1086/317578 https://doi.org/10.1086/317578 https://doi.org/10.1086/317578 https://doi.org/10.3732/ajb.0800047 https://doi.org/10.3732/ajb.0800047 https://doi.org/10.3732/ajb.0800047 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)81240–6 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)81240–6 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)81240–6 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)81240–6 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.12.009 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.12.009 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.12.009 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.12.009 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.12.009 https://doi.org/10.1590/s0103–50532009000500008 https://doi.org/10.1590/s0103–50532009000500008 https://doi.org/10.1590/s0103–50532009000500008 https://doi.org/10.1590/s0103–50532009000500008 https://doi.org/10.1590/s0103–50532009000500008 https://doi.org/10.1590/s0103–50532009000500008 https://doi.org/10.1016/0031–9422(72)85001–5 https://doi.org/10.1016/0031–9422(72)85001–5 https://doi.org/10.1016/0031–9422(72)85001–5 https://doi.org/10.1016/0031–9422(91)83479–5 https://doi.org/10.1016/0031–9422(91)83479–5 https://doi.org/10.1016/0031–9422(91)83479–5 https://doi.org/10.1016/0031–9422(91)83479–5 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)82603–5 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)82603–5 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)82603–5 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)82603–5 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)82603–5 https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1717520 https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1717520 https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1717520 https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1717520 https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1717520 https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1717520 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)97545–9 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)97545–9 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)97545–9 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)97545–9 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(00)97545–9 https://doi.org/10.1073/pnas.0603732103 https://doi.org/10.1073/pnas.0603732103 https://doi.org/10.1073/pnas.0603732103 https://doi.org/10.1073/pnas.0603732103 https://doi.org/10.1073/pnas.0603732103 https://doi.org/10.1073/pnas.0603732103 https://doi.org/10.1073/pnas.0603732103 https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.05.060 https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.05.060 https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.05.060 https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.05.060 https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.05.060 https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.05.060 https://doi.org/10.1039/b411428k https://doi.org/10.1039/b411428k https://doi.org/10.1039/b411428k https://doi.org/10.1039/b411428k https://doi.org/10.1039/b411428k https://doi.org/10.1016/s0040–4039(01)82521–1 https://doi.org/10.1016/s0040–4039(01)82521–1 https://doi.org/10.1016/s0040–4039(01)82521–1 https://doi.org/10.1016/s0040–4039(01)82521–1 original article revista.iq.unesp.br 53 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 37-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 montagna, t.; silva, j. z.; pikart, t. g.; reis, m. s. reproductive ecology of ocotea catharinensis, an endangered tree species. plant biol. 2018, 20 (5), 926–935. https://doi.org/10.1111/plb.12847 moura–costa, p. h.; viana, a. m.; mantell, s. h. in vitro plantlet regeneration of ocotea catharinensis, an endangered brazilian hardwood forest tree. plant cell, tissue and organ cult. 1993, 35 (3), 279–286. https://doi.org/10.1007/bf00037282 nehme, c. j.; moraes, p. l. r.; tininis, a. g.; cavalheiro, a. j. intraspecific variability of flavonoid glycosides and styrylpyrones from leaves of cryptocarya mandioccana meisner (lauraceae). biochem. syst. ecol. 2008, 36 (8), 602– 611. https://doi.org/10.1016/j.bse.2008.05.001 rossi, m. h.; yoshida, m.; maia, j. g. s. neolignans, styrylpyrones and flavonoids from an aniba species. phytochemistry, 1997, 45 (6), 1263–1269. https://doi.org/10.1016/s0031–9422(97)00075–7 rozo–lugo, c.; cuca–suárez, l. e.; schmidt, t. j.; coy– barrera, e. tetrahydrobenzofuran–6(2h)–one neolignans from ocotea heterochroma: their platelet activating factor (paf) antagonistic activity and in silico insights into the paf receptor binding mode. j. nat. prod. 2018, 81 (9), 1968–1975. https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.8b00189 salleh, w. m. n. h. w.; ahmad, f. phytochemistry and biological activities of the genus ocotea (lauraceae): a review on recent research results (2000–2016). j. applied pharm. sci. 2017, 7 (5), 204–218. https://doi.org/10.7324/japs.2017.70534 sartorelli, p.; benevides, p. j. c.; ellensohn, r. m.; rocha, m. v. a. f.; moreno, p. r. h.; kato, m. j. enantioselective conversion of p–hydroxypropenylbenzene to (+)–conocarpan in piper regnellii. plant sci. 2001, 161 (6), 1083–1088. https://doi.org/10.1016/s0168–9452(01)00512–x stöckigt, j.; klischies, m. biosynthesis of lignans: part i. biosynthesis of arctiin (3) and phillyrin (5). holzforschung 1977, 31 (2), 41–44. https://doi.org/10.1515/hfsg.1977.31.2.41 suzuki, s.; umezawa, t. biosynthesis of lignans and norlignans. j. wood sci. 2007, 53 (4), 273–284. https://doi.org/10.1007/s10086–007–0892–x teles, m. m. r. s.; pinheiro, a. a. v.; dias, c. s.; tavares, j. f.; barbosa filho, j. m.; cunha, e. v. l. alkaloids of the lauraceae. alkaloids: chem. biol. 2019, 82, 147–304. https://doi.org/10.1016/bs.alkal.2018.11.002 vassão, d. g.; gang, d. r.; koeduka, t.; jackson, b.; pichersky, e.; davin, l. b.; lewis, n. g. chavicol formation in sweet basil (ocimum basilicum): cleavage of an esterified c9 hydroxyl group with nad(p)h–dependent reduction. org. biomol. chem. 2006, 4 (14), 2733–2744. https://doi.org/10.1039/b605407b http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p37-53 https://doi.org/10.1111/plb.12847 https://doi.org/10.1111/plb.12847 https://doi.org/10.1111/plb.12847 https://doi.org/10.1111/plb.12847 https://doi.org/10.1007/bf00037282 https://doi.org/10.1007/bf00037282 https://doi.org/10.1007/bf00037282 https://doi.org/10.1007/bf00037282 https://doi.org/10.1007/bf00037282 https://doi.org/10.1016/j.bse.2008.05.001 https://doi.org/10.1016/j.bse.2008.05.001 https://doi.org/10.1016/j.bse.2008.05.001 https://doi.org/10.1016/j.bse.2008.05.001 https://doi.org/10.1016/j.bse.2008.05.001 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(97)00075–7 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(97)00075–7 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(97)00075–7 https://doi.org/10.1016/s0031–9422(97)00075–7 https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.8b00189 https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.8b00189 https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.8b00189 https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.8b00189 https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.8b00189 https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.8b00189 https://doi.org/10.7324/japs.2017.70534 https://doi.org/10.7324/japs.2017.70534 https://doi.org/10.7324/japs.2017.70534 https://doi.org/10.7324/japs.2017.70534 https://doi.org/10.7324/japs.2017.70534 https://doi.org/10.1016/s0168–9452(01)00512–x https://doi.org/10.1016/s0168–9452(01)00512–x https://doi.org/10.1016/s0168–9452(01)00512–x https://doi.org/10.1016/s0168–9452(01)00512–x https://doi.org/10.1016/s0168–9452(01)00512–x https://doi.org/10.1515/hfsg.1977.31.2.41 https://doi.org/10.1515/hfsg.1977.31.2.41 https://doi.org/10.1515/hfsg.1977.31.2.41 https://doi.org/10.1515/hfsg.1977.31.2.41 https://doi.org/10.1007/s10086–007–0892–x https://doi.org/10.1007/s10086–007–0892–x https://doi.org/10.1007/s10086–007–0892–x https://doi.org/10.1016/bs.alkal.2018.11.002 https://doi.org/10.1016/bs.alkal.2018.11.002 https://doi.org/10.1016/bs.alkal.2018.11.002 https://doi.org/10.1016/bs.alkal.2018.11.002 https://doi.org/10.1039/b605407b https://doi.org/10.1039/b605407b https://doi.org/10.1039/b605407b https://doi.org/10.1039/b605407b https://doi.org/10.1039/b605407b https://doi.org/10.1039/b605407b convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060114886.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060121381.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060152173.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060201908.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060216565.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060235429.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060248000.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060256948.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060616004.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060632237.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129060649292.pdf summary iq.unesp.br/ecletica | vol. 47 | n. 1 | 2022 | summary editorial board .............................................................................................. 3 editorial ........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 5 instructions for authors .......................................................................... 6 original articles biofuel from hydrocracking of cerbera manghas oil over ni-zn/hzsm-5 catalyst ......... 17 lenny marlinda, danawati hari prajitno, achmad roesyadi, ignatius gunardi, yustia wulandari mirzayanti, muhammad al muttaqii, agus budianto theoretically studying the optoelectronic properties of oligomers based on 2.7-divinylcabazole ............................................................................................................................... 40 mohamed jabha, abdellah el alaoui, abdellah jarid, el houssine mabrouk photoperoxidation of ciprofloxacin antibiotic in aqueous medium using fe3-xo4-y-tio2 particles as catalyst .............................................................................................................. 55 ismael laurindo costa junior, kevin augusto ferreira, cesar augusto kappes, renata mello giona screening of coformers for quercetin cocrystals through mechanochemical methods....... 64 fayene zeferino ribeiro de souza, amanda cosmo de almeida, patrícia osorio ferreira, richard perosa fernandes, flávio junior caires http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082359328.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082434737.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082610401.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082633578.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082745152.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082823512.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082852185.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201082916972.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083020723.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083038742.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083117075.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083140306.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083216160.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083239090.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083257122.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083312763.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083342746.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083400483.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083417535.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083456954.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201083529906.pdf original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 47 | n. 1 | 2022 | 55 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 photoperoxidation of ciprofloxacin antibiotic in aqueous medium using fe3-xo4-y-tio2 particles as catalyst ismael laurindo costa junior1+ , kevin augusto ferreira1 , cesar augusto kappes1 , renata mello giona1 1. federal technological university of paraná, chemistry department, medianeira, brazil. +corresponding author: ismael laurindo costa junior, phone: +55 45999355163, email address: isma_jr@hotmail.com article info article history: received: february 04, 2021 accepted: september 01, 2021 published: january 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. photocatalyst 2. emerging pollutants 3. oxidative processes abstract: conventional treatment processes are not effective in removing micropollutants such as antibiotics and other drugs present in wastewater, and degradation methods based on advanced oxidative processes become attractive. herein, it was synthesized fe3-xo4-y-tio2 particles by coprecipitation method and they were heattreated at 100, 400, and 800 °c. the obtained solids were characterized by x-ray diffraction and thermogravimetric analysis and analytical determinations were performed using ultravioletvisible (uv-vis) spectrophotometry. the particles were evaluated in photoperoxidation processes on the degradation of the ciprofloxacin antimicrobial in an aqueous solution. the studies took place at ph 9; with an h2o2 concentration of 31 mg l–1 and particle mass 0.22 g l–1 previously defined and, in these conditions, degradation percentages between 40 and 85% were observed, with the removal in the photo/h2o2/fe3-xo4-y-tio2 800 °c. the kinetic study performed for this process revealed the process adjusts to the first-order kinetics during the 120 min of reaction. the use of the catalyst can be attractive with the potential for degradation of the studied antimicrobial. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 mailto:isma_jr@hotmail.com http://orcid.org/0000-0001-6295-1619 http://orcid.org/0000-0003-2420-7666 http://orcid.org/0000-0003-1105-5341 http://orcid.org/0000-0002-1759-0671 original article iq.unesp.br/ecletica 56 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 1. introduction studies on residual drugs in the environment are topics of great relevance today (costa junior et al., 2014). with the growth of the world population, the consumption of medicines has increased significantly in the last decades; as a result, these compounds are found in sewage treatment plant effluents, in water supplies, and various environmental compartments (bound et al., 2006; luo et al., 2014; rogowska et al., 2020). one of the groups of residual drugs that attracts attention is antibiotics due to their potential effect on the development of resistant bacteria in the environment (barancheshme and munir, 2019; karkman et al., 2018). an example of an antimicrobial is ciprofloxacin (cip), which belongs to the fluoroquinolone class and is widely used in human and veterinary medicine. its excretion rate can reach 65% in urine and 25% in feces (frade et al., 2014; hallingsørensen et al., 2000). the discharge of domestic and industrial sewage in surface waters is one of the main routes of dispersion of emerging contaminants, especially drugs. thus, the effective concentration of emerging pollutants, such as antibiotics, in the various environmental matrices directly depends on the efficiency of the treatment processes applied to wastewater in treatment plants (leung et al., 2012; wu et al., 2016). the treatment methods used in sewage treatment plants are based mainly on conventional processes (physical and biochemical operations), aimed at stabilizing organic matter, removing nutrients, and disinfecting. thus, effective degradation of these new contaminants is practically nonexistent (oliveira et al., 2020; rajasulochana and preethy, 2016). some studies have suggested the removal of residual drugs in the treated sewage through the evaluation of input and output parameters in biological treatment systems (sim et al., 2010; verlicchi et al., 2012). however, other studies resulted only in the transfer of pollutants to sludge and sediments by sorption mechanisms, with no degradation or effective treatment (barret et al., 2010; liu et al., 2019; piai et al., 2020). considering the bioactive and persistent nature of organic micropollutants, the need for advanced treatments for their removal in wastewater is urgent. some advanced oxidative processes (aops), such as ozonation, homogeneous and heterogeneous photocatalysis, are promising for pollutants degradation (ciccotti et al., 2015; hörsing et al., 2012; hyland et al., 2012; souza et al., 2018). in heterogeneous photocatalysis, titanium dioxide (tio2) based catalysts have great viability and applicability to degrade a wide variety of pollutants. its main advantages are its electronic properties, chemical stability, nontoxicity, and low cost (rasalingam et al., 2014; yang et al., 2005). catalysts can be applied immobilized on supports or in suspension. when suspended, the separation step is a limitation of the process that involves time and costs. magnetic particles have been extensively studied as a support for many hybrid materials, like tio2 (borges et al., 2015; fabbri et al., 2019; pang et al., 2012). the association of tio2 photocatalytic and fe3o4 magnetic properties has been explored in the proposition of core@shell particles (ciccotti et al., 2015; noval et al., 2019; wei et al., 2009). one of the advantages of using a magnetic material is that the catalyst could be easily removed from the reaction system through the application of an external magnetic field, also facilitating its recovery during the process steps (dorigon et al., 2017; wu et al., 2008). in this work, heat-treated fe3-xo4-y-tio2 magnetic particles were prepared and applied as catalysts in the degradation of the cip antibiotic by heterogeneous photoperoxidation processes. 2. materials and methods 2.1 reagents: standards and solutions ciprofloxacin (cip) was purchased as an analytical standard for chromatography (c17h19clfn3o3, sigmaaldrich) with 99.98% purity. stock solutions of this drug were prepared at 1000 mg l–1, swollen in ultrapure water and kept at 4 °c under refrigeration, protected from light. in the photocatalysis reactions, hydrogen peroxide (h2o2, alphatec) was used. buffer solutions based on potassium phosphate (k3po4, exodus), anhydrous monobasic potassium phosphate (kh2po4, exodus), dibasic potassium phosphate (k2hpo4, alphatec) and phosphoric acid were used for the reaction media 85% (h3po4, moderna). according to the ph ranges of the expeiments, adjustments were done using hydrochloric acid (hcl, dinâmica) and sodium hydroxide (naoh, moderna) 0.01 mol l–1. in the synthesis of particles, iron chloride iii hexahydrate (fecl3.6h2o, dinâmica); iron chloride ii (fecl2, exodus), ammonium hydroxide (nh4oh, anhydrol); absolute ethyl alcohol (c2h6o, dinâmica) and 97% iv titanium isopropoxide (ti[och(ch3)2]4, sigma-aldrich) were used. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 original article iq.unesp.br/ecletica 57 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 2.2 synthesis and characterization of fe3-xo4-ytio2 particles the synthesis of fe3o4 particles was performed using the modified coprecipitation method (dorigon et al., 2017; wu et al., 2008). briefly, 10.8 g of fecl3.6h2o were added to a reaction flask containing 25 ml of 1.0 mol l–1 hcl aqueous solution and 50 ml of ultrapure water. in another flask, a solution of fecl2 was prepared to maintain the proportion of 2:1 in mol (fe3+/fe2+). this solution was transferred drop by drop, with the aid of a syringe, to the reaction flask containing the fecl3.6h2o in acidic solution, resulting in a ratio of 0.04 mol of fe3+ to 0.02 mol of fe2+. then, 250 ml of a 1.5 mol l–1 naoh solution was added to the fe3+/fe2+ mixture, followed by constant heating at 60 °c and stirring for 40 min under n2 atmosphere. the black and magnetic solid obtained composed of fe3o4 was thoroughly washed with ultrapure water until neutral ph, and then it was kept in suspension. for the tio2 coating step, in a round-bottom flask with 250 ml capacity, 20 ml of the fe3o4 suspension obtained in the previous step and 80 ml of absolute ethyl alcohol were added, followed by homogenization in an ultrasonic bath for 5 min. the ph suspension was adjusted to 9 by the addition of concentrated nh4oh. in another flask, 24 ml of titanium isopropoxide iv 97% were added and diluted in 136 ml of ethyl alcohol, and 20 ml aliquots were added to the fe3o4 suspension under homogenization for 15 min in an ultrasonic bath after each insertion. the system remained at rest for 24 h and then it was dried in an oven at 100 °c. the solid was broken up into a mortar and divided into three parts, one set aside and the other two portions subjected to heat treatment at 400 and 800 °c, respectively, in a muffle furnace. after cooling, 1 ml of each solid was measured in a 5 ml beaker previously weighted on an analytical balance and the corresponding mass was obtained. density was calculated by the ratio between mass and volume. x-ray diffraction (xrd) patterns were measured using an empyrean diffractometer operating from 2 to 50° with a residence time of 2° min–1. thermogravimetric analyzes (tga) were performed on a perkin elmer sta 6000 tga analyzer, with approximately 8 mg of the sample, which was placed on open platinum and preheated to 100 °c for 5 min. the measurements were carried out in a nitrogen atmosphere at a flow rate of 20 ml min–1 and a heating rate of 10 °c min–1, using a heating range of up to 600 °c. 2.3 analytical measures and photoperoxidation tests for quantification of cip, solutions with concentrations ranging from 1 to 25 mg l–1 at ph 9 were prepared for the calibration curve and were used to identify the maximum absorption band of cip. the measurements were made by using a single beam scanning ultraviolet-visible (uv/vis) molecular absorption spectrophotometer (perkinelmer ™ lambda xls), in the range of 200 to 400 nm with a resolution of 2 nm. quartz cuvettes with an optical path of 1 cm were used. in the photoperoxidation tests, a reactor was used, consisting of a 57 × 47 × 47 cm3 metal box equipped with four low-pressure mercury lamps (15 w) (osram ™ germicidal), used as a source of uv radiation and fixed at the top about 20 cm away from the solutions. the internal temperature remained around 45 °c after 20 min of stabilization. inside, four 250 ml glass containers were placed on four magnetic stirrers (fisatom). the initial cip concentration was 10 mg l–1, and aliquots of the solution were taken at regular intervals over the 120 min time. a kinetic study was performed for the best treatment observed. the determination of the rate of degradation of target molecules and their respective concentrations (order of reaction) is an important step in the study of the kinetics of chemical reactions. the order of the reaction is understood as the dependence of the speed of the reaction with the concentration, where c0 is the initial reagent concentration, and c is the reagent concentration after a reaction time (t) (sarkar et al., 2015). if dc/dt satisfies eq. 1, n is the order of the reaction. 𝑑𝐶 𝑑𝑡 = −𝑘. 𝐶𝑛 (1) when n = 0 (zero order reaction), n = 1 (first order reaction) and n = 2 (second order reaction), eq. 1 will lead to eqs. 2–4, respectively. 𝐶 = 𝐶0 − 𝑘0 ∙ 𝑡 (2) 𝐶 = 𝐶0 ∙ 𝑒−𝑘1∙𝑡 (3) 𝐶 = 𝐶0 1+𝐶0∙𝑘2∙𝑡 (4) in the photodegradation studies involving organic micropollutants, employed to assess persistence and susceptibility to ultraviolet radiation, the models http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 original article iq.unesp.br/ecletica 58 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 represented in eqs. 2–4 are commonly applied for kinetic evaluation (carlson et al., 2015). the experimental data obtained in the photoperoxidation tests catalyzed by the synthesized particles were evaluated in terms of the adjustments of the kinetic models (eqs. 2–4) using the originpro 8.0 software. the decay of the cip concentration was verified during the test and the half-life times were determined. 3. results and discussion 3.1 catalyst characterization from the synthesis, it was obtained 7.9 g of fe3-xo4y-tio2 particles and they presented densities of 0.35 g ml-1 for the particles treated at 100 °c, 0.5 g ml–1 for 400 °c, and 0.6 g ml–1 for 800 °c (fig. 1). this increase in density possibly resulted from the modification of the particle structure and the elimination of residual inputs from the synthesis. the magnetism of the particles was qualitatively evaluated in the presence of a neodymium magnet and, as shown in fig. 1, fe3-xo4-y-tio2 with heat treatments of 100 and 400 °c is magnetic, while the solid treated at 800 °c has lost its magnetic property upon heat treatment. figure 1. fe3-xo4-y-tio2 being attract by a neodymium magnet. treatments at (a) 100 °c (b) 400 °c and (c) 800 °c. the crystallographic structures of the products were analyzed by powder xrd. the particles treated at 100 °c do not show peaks of a crystalline structure, suggesting an amorphous structure (fig. 2a). interestingly, the increase in temperature directly influenced the crystallinity of the system, with a predominance of α-fe2o3 particles derived from the amorphous magnetite of the system, which is also reflected in the reduction of magnetism when heated to 800 °c (fig. 1c). figure 2. fe3-xo4-y-tio2 xrd patterns in treatments at (a) 100 °c (b) 400 °c and (c) 800 °c. in the particles treated at 400 °c (fig. 2b), two main peaks were identified, the first referring to the tio2 anatase phase (25°) and the second to α-fe2o3 phase (48°) (khashan et al., 2017). for the treatment at 800 °c, several peaks were observed, with the occurrence of tio2 anatase (25 and 39°), and rutile tio2 (27°), α-fe2o3 (33 and 35°), feo (42°) and fe3o4 (44°) (noval et al., 2019). the results of xrd indicate that the thermal treatments performed caused a structural modification in the synthesized particle, and the decrease in the magnetic property is due to the conversion of magnetite (fe3o4) in oxides, such as α-fe2o3 and feo. thus, it was assumed that the particles have a complex mixed composition of these compounds and, therefore, were denoted as fe3-xo4-y/tio2. these hypotheses are reinforced by the tga curves (fig. 3). from the tga curves, it was determined a mass loss of approximately 25% of fe3-xo4-y-tio2 particles synthesized at 100 °c. the first loss occurred between 50–150 °c and is related to the evaporation of alcohol and water residues adsorbed in the system. in the range of 150 to 350 °c, there is a loss that resulted from the decomposition of organic substances, and from 350 °c, total decomposition occurred, with crystallization beginning at high temperatures, generating a stable coating for the particles (khashan et al., 2017). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 original article iq.unesp.br/ecletica 59 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 the particles treated at 400 and 800 °c did not show significant mass loss since they were previously subjected to a higher temperature. from tga curves and xrd, it is possible to infer that the mass losses in the particles treated at 400 and 800 °c are lower than particles treated at 100 °c because the heating in the thermal treatment promoted structural changes. in addition, the tga curves corroborate the predominance of the stable iron oxides identified in the xrd for the treatment of 800 °c. figure 3. thermogravimetric analyzes curves obtained for fe3-xo4-y-tio2 synthesized in treatments (a) 100 °c (b) 400 °c and (c) 800 °c. 3.2 application of synthesized particles in the photoperoxidation of ciprofloxacin the absorption spectrum of the cip drug with a concentration of 5 mg l–1 and ph 9 has a maximum absorption band at 278 nm, which is covered in the medium ultraviolet (fig. 4). figure 4. ultraviolet-visible absorption spectrum in aqueous solution with a concentration of 5 mg l–1 of cip and ph = 9. because of the molecular structure of cip, its ionic forms depend on the ph. a cationic form is predominant in solution ph below 5.9 (up to pka = 5.9), zwitterionic form is present in a neutral medium (5.9 < pka < 8.9), and the anionic form is dominant at alkaline ph (pka > 8.9) (carabineiro et al., 2012). given that the photoperoxidation experiment was conducted at ph 9, the predominance of the anionic form of cip is expected. as for the surface of the photocatalyst, the phpcz of the tio2 was 7.5 (borges et al., 2016). under the conditions studied, the surface charge will also be negative, indicating that the possible removal of cip by adsorption is unlikely, thus possibly not contributing to the results obtained through the photoperoxidation catalyzed by fe3-xo4-y-tio2 particles. it is possible that, if adsorption phenomena still occur, the cip molecules might be oxidized by reacting directly with the positive gap of the semiconductor valence layer, although this reaction is less likely (mourão et al., 2009; nogueira and jardim, 1998). to evaluation the particles, the processes of direct photolysis, homogeneous photocatalysis (photo/h2o2), and heterogeneous photocatalysis (photo/fe3-xo4-y-tio2 and photo/h2o2/fe3-xo4-y-tio2) were compared (fig. 5). it was observed that the removal of the cip antibiotic occurred in all tested processes. no differences were observed between the process of direct photolysis and photocatalysis in the presence of particles without peroxidation. thus, in these processes, the removals ranged from 36 to 56%. this behavior is possibly related to the mass of particles used (0.22 g l–1) that may have impaired irradiation or also due to the need for more than 120 min for degradation. the systems (photo/h2o2/fe3-xo4-y-tio2) with the heat treatments of 400 and 800 °c were the photocatalysts that presented the best performance, showing a percentage of degradation greater than 80%. this system was 30% more efficient than the direct photolysis process, indicating that the materials improved the photoperoxidation process (68%). also, results showed that the particles with heat treatment of 100 °c presented low degradation efficiency, indicating that the absence of crystalline structures of the particles in the photo/h2o2/fe3-xo4-y-tio2 particle impairs the degradation of the cip in the medium tested. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 original article iq.unesp.br/ecletica 60 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 figure 5. ciprofloxacin removal during the tested degradation processes. experimental condition: t = 120 min, [cip]0 = 10 mg l–1, ph = 9, h2o2 = 31 mg l–1 and [particles] = 0.22 g l–1. hence, direct photolysis alone could not be used as an important procedure for the removal of cip from aqueous solutions. as can be seen in fig. 5, the removal of cip via adsorption onto fe3-xo4-y-tio2 (6 to 14 %) was lower in comparison to the photocatalysis process. fe3o4@sio2@tio2 particles with heat treatment of 500 and 600 °c were evaluated as a heterogeneous photocatalysis with h2o2 in a reactor composed of six lamps of 8 w, ph of 5.5, and cip degradations of 83 and 95%, respectively, were reported over a test time of 90 min (teixeira et al., 2017). these results were similar to those obtained in this study. considering the photocatalyzed peroxidation process by the particles synthesized in the 800 °c heat treatment exhibited the best performance (fig. 4), this system was evaluated through the kinetic study (fig. 6). it was observed that the most intense degradation of the cip occurs in the first 60 min; this time interval corresponds to the dynamic range and might be related to factors such as the maximum amount of h2o2 favorable to the mechanism or the competition with byproducts that were formed (fioreze et al., 2014). after 60 min, low degradation rates were observed, indicating that the system tends to stabilize, keeping the concentration of residual cip constant. figure 6. kinetic study of the photo/h2o2/fe3-xo4-ytio2 process applied to cip degradation. t = 120 min, [cip]0 = 12 mg l–1, ph = 9, h2o2 = 31 mg l–1 and [particles] = 0.22 g l–1. from the r² coefficients (tab. 1), it was possible to determine that the model that presented the best fitting of experimental data was the first order with r² of 99.7%; such a model assumes that, in a speed reaction, it is directly dependent on the concentration of the reagents. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 original article iq.unesp.br/ecletica 61 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 table 1. kinetic data for photo/h2o2/fe3-xo4-y-tio2 process. t = 120 min, [cip]0 = 12 mg l–1, ph = 9, h2o2 = 31 mg l–1 and [particles] = 0.22 g l–1. zero order first order second order k0 (mg l–1 min–1) t1/2 (min) r² k1 (min–1) t1/2 (min) r² k2 (l mg–1 min–1) t1/2 (min) r² 0.12 (± 0.02) 44.5 80.9 0.05 (± 0.002) 16.9 99.7 0.03 (± 0.003) 23.1 97.9 based on the first-order model, it was observed that, in 16.9 min, the cip concentration was reduced to half of its initial value. the rate constant (k) was 0.05 min–1. similarly, a study using fe3o4@sio2@tio2 in cip photodegradation presented the first-order constant of 0.017 min–1 (teixeira et al., 2017). also, the degradation of cip with an initial concentration of 20 mg l-1 was studied by the photocatalysis process using a fe3o4@tio2@c-dot particle exposed to a mercury vapor lamp. the kinetic model followed firstorder with a k = 0.0154 min-1 during 150 min of testing (das et al., 2016). a heterogeneous photocatalysis study using tio2 obtained 57% efficiency in cip removal over 120 min of testing in a reactor equipped with 16 w uv lamps. the reported model was also first-order with a rate constant of 0.0063 min–1 (hassani et al., 2015). comparing the data obtained here for the photodegradation of cip with studies reported in the literature, it is clear that fe3-xo4-y-tio2 heat-treated at 800 °c is a promising catalyst for cip degradation. 4. conclusions here, the facile and reproducible preparation of fe3xo4-y-tio2 particles was reported, combining the use of the tio2 catalyst with the magnetic properties of iron oxide. in the conditions explored, the photocatalysts showed degradation percentages between 40 and 85%, in which the photo/h2o2/fe3-xo4-y-tio2 process with the particles synthesized in the 800 °c heat treatment exhibited the best performance. the kinetic study revealed that fe3-xo4-y-tio2 catalyst followed first-order kinetics during the 120 min reaction. the use of a large amount of catalyst has some limitations, such as low degradation, for example, possibly because the dispersed particles interfere with the incident radiation. despite this, the process is attractive, since it eliminates the need for a robust wastewater post-treatment step to remove the suspended catalyst. thus, although other factors must be evaluated for real scale usage, such as the analysis and removal of byproducts formed, using, for example, chromatography liquid techniques coupled to mass spectrometry, the heterogeneous photocatalysis process using the synthesized particles is a promising treatment in the cip degradation. authors’ contribution conceptualization: costa junior, i. l.; giona, r. m.; ferreira, k. a.; kappes, c. a. data curation: costa junior, i. l.; giona, r. m. formal analysis: costa junior, i. l.; ferreira, k. a.; kappes, c. a. funding acquisition: not applicable investigation: costa junior, i. l.; giona, r. m.; ferreira, k. a.; kappes, c. a. methodology: costa junior, i. l.; giona, r. m. project administration: costa junior, i. l. resources: not applicable software: not applicable supervision: costa junior, i. l. validation: costa junior, i. l.; ferreira, k. a.; kappes, c. a. visualization: giona, r. m. writing – original draft: costa junior, i. l.; giona, r. m.; ferreira, k. a.; kappes, c. a. writing – review & editing: costa junior, i. l.; giona, r. m. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments we are grateful to the federal technological university of paraná for their assistance in the course of this study. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 original article iq.unesp.br/ecletica 62 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 55-63 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p55-63 references barancheshme, f.; munir, m. development of antibiotic resistance in wastewater treatment plants. in antimicrobial resistance: a global threat; intechopen, 2019; pp 75–91. https://doi.org/10.5772/intechopen.81538 barret, m.; carrère, h.; latrille, e.; wisniewski, c.; patureau, d. micropollutant and sludge characterization for 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https://doi.org/10.1007/s13280-019-01219-5 https://doi.org/10.1007/s13280-019-01219-5 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.02.035 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.02.035 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.02.035 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.02.035 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.02.035 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.10.036 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.10.036 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.10.036 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.10.036 https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1306116 https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1306116 https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1306116 https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1306116 https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1306116 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.05.024 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.05.024 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.05.024 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.05.024 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.05.024 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.05.024 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.04.028 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.04.028 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.04.028 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.04.028 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.04.028 https://doi.org/10.1088/1742-6596/149/1/012083 https://doi.org/10.1088/1742-6596/149/1/012083 https://doi.org/10.1088/1742-6596/149/1/012083 https://doi.org/10.1088/1742-6596/149/1/012083 https://doi.org/10.1007/s11671-008-9174-9 https://doi.org/10.1007/s11671-008-9174-9 https://doi.org/10.1007/s11671-008-9174-9 https://doi.org/10.1007/s11671-008-9174-9 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.06.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.06.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.06.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.06.006 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.06.006 https://doi.org/10.1021/jp0540914 https://doi.org/10.1021/jp0540914 https://doi.org/10.1021/jp0540914 https://doi.org/10.1021/jp0540914 https://doi.org/10.1021/jp0540914 author guidelines revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | instructions for authors before you submit 1. check eclet. quim. j.’s focus and scope eclética química journal is a peer-reviewed quarterly publication of the institute of chemistry of são paulo state university (unesp). it publishes original researches as articles, reviews and short reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. chem. j. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/2 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/1 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/3 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. 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links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica.iq@unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:ecletica.iq@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 50 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 50-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 comparative study of benznidazole encapsulation in boron nitride and carbon nanotubes: a quantum chemistry study jeziel rodrigues dos santos1+ , osmair vital de oliveira2 , rafael giordano viegas2 , josé divino dos santos3 , elson longo1 1. federal university of sao carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. 2. federal institute of education science and technology of são paulo, catanduva, brazil. 3. goiás state university, department of chemistry, anápolis, brazil. +corresponding author: jeziel rodrigues dos santos, phone: +5562981791374, email address: prof.jeziel@gmail.com article info article history: received: july 19, 2021 accepted: october 19, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. bnnt 2. cnt 3. benznidazole 4. encapsulation 5. chagas disease 6. dft section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: quantum chemistry methods were used to study boron nitride and carbon nanotubes as possible carriers of antichagasic benznidazole to improve their water solubility and bioavailability. structurally, no significant changes were observed in both nanotubes throughout the encapsulation process. for the bnz@bnnt complex, it was possible to notice short interactions, at 0.215 nm, between the hydrogen atoms of the bnz and the nitrogen atoms of the bnnt. the binding energy reveals that both nanotubes are capable of encapsulating bnz in an aqueous medium, with values of –71.79 and –62.68 kcal/mol for the bnz@bnnt and bnz@cnt complexes. the enthalpy of solvation indicates that the complexes are soluble in water with values of –32.35 and –28.76 kcal mol–1 for the bnz@bnnt and bnz@cnt complexes. regarding chemical stability, eg and η show that bnz@bnnt has greater stability (eg/η of 3.35/1.68 ev) than bnz@cnt (0.16/0.08 ev). overall, our results demonstrate that bnnt is a better candidate to be used as a carrier of bnz than cnt due to its greater structural and chemical stability. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 mailto:prof.jeziel@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-3147-4757 http://orcid.org/0000-0001-9463-2567 http://orcid.org/0000-0002-6102-3375 http://orcid.org/0000-0002-9272-414x http://orcid.org/0000-0001-8062-7791 original article revista.iq.unesp.br 51 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 50-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 1. introduction chagas disease is caused by the protozoan trypanosoma cruzi, which is transmitted mainly by the hematophagous vector insect popularly known as kissing bug. this insect belongs to the order hemiptera and family reduviidae and it is usually found around rock and wood piles and in cracks and gaps of walls and roofs, for instance. this disease is mainly transmitted by the bite of the kissing bug, but it can also be transmitted by blood transfusion and congenital transmission. some of the efficient ways that have been widely used to control chagas disease are environmental control and application of insecticides. although this disease was discovered in 1909 by the sanitary physician carlos chagas, until nowadays there are only two drugs that can treat it: benznidazole and nifurtimox. however, both drugs have low efficiency and strong side effects (coura and castro, 2002) presenting an inhibitory activity only in the acute phase of the disease. additionally, in brazil, the commercialization of the drug nifurtimox is prohibited (fairlamb, 1999). it must be emphasized that, according to data obtained from the world health organization (who), chagas disease still causes approximately 10,000 deaths per year. although benznidazole is still in use, it has some limitations such as low water solubility and low permeability. therefore, high doses of this drug are required to achieve therapeutic efficacy, which consequently increases its toxicity and side effects. a strategy commonly adopted in the literature to overcome these limitations is the use of encapsulating agents, which has been used as drug carriers of antichagasic drugs, such as nanoemulsions (e. oliveira et al., 2017; streck et al., 2019; vermelho et al., 2018), polymeric nanoparticles (seremeta et al., 2019; silva et al., 2019), liposomes (morilla et al., 2002; vinuesa et al., 2017) and cyclodextrins (lyra et al., 2012; melo et al., 2013; soares sobrinho et al., 2011) among others. even though carrier agents are efficient, the elaboration and development of new nanocarriers have a high experimental cost. computational chemistry then emerges as a relatively low-cost tool to assist researchers in the optimization of experiments, reducing operating costs. in this sense, o. oliveira and viegas (2020), recently used computational chemistry methods to show that cucurbit[7]uryl is a possible new carrier agent of benznidazole. carbon nanotube (cnt) is another class of nanocarriers that have been extensively studied over the past two decades. in addition to their electrical and optical properties (rathod et al., 2019), cnts are also inert and chemically stable (anzar et al., 2020), which increases their potential application in drug delivery. for such reasons, cnts have been used as drug carriers in the treatment of different diseases (wang and moriyam, 2011). another nanotube of great interest is the boron nitride nanotube (bnnt). despite having similar properties, cnts are metallic or semiconductor, while bnnts are electrically insulating (kim et al., 2018). like cnts, bnnts have also been widely used in drug delivery (ciofani, 2010). regarding the toxicity, the bnnts are nontoxic and biocompatible, while possible cytotoxicity of cnts have been observed (dehaghani et al., 2020). from a theoretical point of view, quantum chemistry methods have been adopted to study the encapsulation of different drugs in these nanotubes. for example, both cnt and bnnt have been used to encapsulate anticancer (azarakhshi et al., 2021; mahdavifar and moridzadeh, 2014; shayan and nowroozi, 2018; zaboli et al., 2020) and anti-hiv (xu et al., 2018) drugs, among others. recently, cnt (10,10) was used to encapsulate 1,4-dihydropyridine derivatives (dutra et al., 2017) using the density functional theory. in another study, pure and silicon-doped bnnt (12,0) were employed to adsorb sarin (santos et al., 2020). in the present work, we propose the use of quantum chemistry methods to study the encapsulation of benznidazole in cnt and bnnt nanotubes in zigzag form (14,0) aiming to improve its bioavailability in the body. it should be noted that until the present moment the use of these nanotubes for the encapsulation of such antichagasic agent has not been reported in the literature. 2. materials and methods the bnnt and cnt zigzag models (14.0) with diameters of 11.78 and 11.06 å, respectively, were used as a model vehicle to study the bnz@bnnt and bnz@cnt complexes. the bnnt and cnt structures were generated using a script (see supplementary material s1) with chiral vectors m (18) and n (0) and length of 18.06 and 17.83 å, respectively. to avoid the effects caused by the ends of the nanotubes, both ends of each nanotube were hydrogenated (fig. 1). in order to construct the molecular geometry of the bnz@bnnt and bnz@cnt complexes, a translational script was used to center the bnz inside the nanotubes (supplementary material s2). the molecular geometry of the bnz was built through its internal coordinates, considering bond length, bond angle and twist angle. this information was later converted into cartesian coordinates with the aid of the molden (schaftenaar and noordik, 2000), which is a free code package for structural visualization. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p57-62 original article revista.iq.unesp.br 52 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 50-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 figure 1. optimized structures with the dftgd3//b3lyp/6-31g(d) method. oxygen in red, carbon in grey, hydrogen in white, nitrogen in blue, and boron in salmon. the models (bnnt, cnt and bnz) and the complexes (bnz@bnnt and bnz@cnt) were initially optimized with the pm7 hamiltonian using the mopac2016 program (stewart, 2016). subsequently, the structures with minimum energies were reoptimized through dft, with b3lyp hybrid functional and 631g(d) basis function (rassolov et al., 2001). this theory level was chosen to balance the computational cost and quality of results. the dispersion interaction correction was taken into account by employing the grimme method (gd3) (grimme et al., 2010). the stationary points were characterized as a minimum point of energy through harmonic vibrational states, whose imaginary frequencies were not observed. dft calculations were performed in vacuum and in solvent medium (h2o) using the pcm method (scalmani and frisch, 2010) for the dielectric constant of h2o and the gaussian 09 computational package. the natural orbital bonding (nbo) method (reed et al., 1985) was used to calculate atomic charges. the binding energy (ebind) and the enthalpy of solvation (hsolv) of the complexes in vacuum and in solvent medium were calculated using eqs. 1 and 2, respectively. 𝐸𝑏𝑖𝑛𝑑 = 𝐸𝑁𝑇−𝐵𝑁𝑍 − (𝐸𝑁𝑇 + 𝐸𝐵𝑁𝑍) (1) 𝐻𝑠𝑜𝑙𝑣 = 𝐸𝑁𝑇−𝐵𝑁𝑍−𝑠𝑜𝑙𝑣 − 𝐸𝑁𝑇−𝐵𝑁𝑍−𝑣𝑎𝑐𝑐𝑢𝑚 (2) where ent-bnz is the total energy of the complexes (bnz@bnnt and bnz@cnt), considering the calculations for the vacuum and the solvent medium, ent is the total energy of the studied nanotubes (bnnt and cnt), ebnz is the total energy of the bnz molecule and ent-bnz-solv are the total energies of the complexes obtained in the solvent and gas phases, respectively. 3. results and discussion the encapsulation of bnz in the bnnt (14.0) and cnt (14.0) was investigated herein using theoretical methods to obtain a new drug delivery system to be used in chagas disease. figure 1 presents the most stable geometries obtained for the studied models in aqueous media, using the dielectric constant of water for taking into account the solvent medium. as it can be seen in fig. 1, no significant structural change was observed in the bnnt and cnt after the encapsulation process. the main structural differences found in the bnz molecule are in agreement with the lower root mean square deviation values (rsmd) (< 0.765 nm), which were calculated from the superposition between the unencapsulated and encapsulated bnz molecule. for the formed complexes, it was possible to observe hydrogen interactions of the order of 0.215 nm between the hydrogen atoms present in the bnz molecule and the nitrogen atoms from the bnnt nanotube. these interactions provided great stability to the bnz@bnnt complex when compared to the bnz@cnt, which is in accordance with the results in tab. 1, that were calculated from eq. 1. to better understand the energetic processes involved in the encapsulation process, the electronic structures for the model vehicles, as well as for the formed complexes, are presented and discussed. the electronic properties were used to clarify the interaction between the bnz molecule and the inner surface of the bnnt and the cnt model vehicles. the reactivity parameters were based on the energies of molecular orbitals occupied with the highest energy (homo, ehomo) and those unoccupied with the lowest energy (lumo, elumo). according to the koopmans’ theorem (koopmans, 1934), the ionization potential (ip) is the negative of the homo energy (-ehomo), while the electron affinity (ea) can be approximated by the negative of the lumo energy (–elumo). the energy gap is another property obtained from the energies of ehomo and elumo, being defined as the absolute difference (|ehomo – elumo |). table 1 summarizes the electronic properties obtained in our calculations. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 original article revista.iq.unesp.br 53 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 50-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 table 1. electronic properties obtained from dft-gd3//b3lyp/6-31g(d) calculations. compounds ebind kcal/mol hsolv kcal/mol ehomo ev elumo ev eg ev ip ev ea ev dipole debye bnz/(vacuum) –12.72 –7.04 –2.52 4.52 7.04 2.52 7.81 bnz/(solvent) –6.72 –2.71 4.01 6.72 2.71 9.98 bnnt/(vacuum) –28.19 –6.37 –0.29 6.08 6.37 0.29 23.81 bnnt/(solvent) –6.28 –0.37 5.91 6.28 0.37 31.99 cnt/(vacuum) –10.41 –3.80 –3.64 0.16 3.80 3.64 0.09 cnt/(solvent) –3.82 –3.66 0.16 3.82 3.66 0.10 bnz@bnnt/(vacuum) –80.36 –32.35 –6.29 –2.96 3.33 6.29 2.96 19.38 bnz@bnnt/(solvent) –71.79 –6.26 –2.91 3.35 6.26 2.91 23.44 bnz@cnt/(vacuum) –69.05 –28.76 –3.80 –3.64 0.16 3.80 3.64 0.16 bnz@cnt/(solvent) –62,68 –3.83 –3.67 0.16 3.83 3.67 7.10 table 2. quantum molecular descriptors were obtained through the reactivity parameters ehomo and elumo using dft-gd3//b3lyp/6-31g(d) calculations. compounds μ ev χ ev η ev ω ev s ev bnz (vacuum) –7.48 7.48 2.26 4.84 0.22 bnz (solvent) –4.72 4.72 2.01 1.82 0.25 bnnt (vacuum) –3.33 3.33 3.04 0.89 0.16 bnnt (solvent) –3.33 3.33 2.96 0.91 0.17 cnt (vacuum) –3.72 3.72 0.08 3.49 6.25 cnt (solvent) –3.74 3.74 0.08 3.51 6.25 bnz@bnnt (vacuum) –4.63 4.63 1.67 2.23 0.25 bnz@bnnt (solvent) –4.59 4.59 1.68 2.19 0.30 bnz@cnt (vacuum) –3.72 3.72 0.08 3.49 6.25 bnz@cnt (solvent) –3.75 3.75 0.08 3.52 6.25 in addition, quantum molecular descriptors can be used to better understand the interactions between bnz and the model vehicles. for this, the global hardness (η), electronegativity (χ), electronic chemical potential (μ), electrophilicity index (ω) and softness chemistry (s) were calculated from eqs. 3–7, respectively (koopmans, 1934; lobo et al., 2020; serhan et al., 2020; sheikhi et al., 2018). for instance, μ measures the evasion affinity of a molecule from chemical equilibrium, η measures the charge transfer and the chemical reactivity of a molecule, χ is the capacity of a molecule to attract electrons, and ω is the electrophilic power of a molecule. furthermore, the stability of molecular systems is related to hardness (η), which is a tool to understand chemical reactivity (khaleghian and azarakhshi, 2019). all these quantum descriptors are displayed in tab. 2. 𝜂 = 𝐼−𝐸𝐴 2 (3) 𝜒 = 𝐼+𝐸𝐴 2 (4) 𝜇 = −𝐼+𝐸𝐴 2 (5) 𝜔 = 𝜇2 2 (6) 𝑆 = 1 2𝜂 (7) as shown in tab. 2, the global hardness value (η) for the bnnt is 3.04 ev in vacuum and 2.96 ev in solvent medium. however, after the formation of the bnz@bnnt complex, these values change to 1.67 ev in vacuum and 1.68 ev in solvent medium, i.e., the η value of the bnnt decreases as it interacts with the bnz molecule. these values are greater than those for the bnz@cnt system, where the η value is practically unchanged (tab. 2). this is in agreement with the energy of formation of the complexes, as shown in tab. 1. the electrophilicity index (ω) calculation reveals that the bnz@bnnt has higher values than the bnz and isolated bnnt in the solvent phase, thus implying that this complex has a better electrophilic characteristic. nevertheless, when comparing both complexes, it is possible to observe that, in aqueous media, the bnz@cnt (3.52 ev) acts as an electrophile due to its high ω value in comparison with the bnz@bnnt (2.19 ev). in contrast, the lower value of electronegativity (χ) of the bnz@cnt (3.75 ev) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 original article revista.iq.unesp.br 54 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 50-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 compared to the bnz@bnnt (4.59 ev) shows that it acts as a nucleophile in solvent phase. the same conclusion can be reached using the μ and η descriptors, being the electrophile characterized by a high value of μ and a low value of η, whereas the opposite is true for the nucleophile. the dipole moment values of the model vehicles are altered according to the interaction between the bnz molecule and their internal surfaces (tab. 1). the change in dipole moment after interaction indicates a charge transference between the bnz molecule and the bnnt and cnt model vehicles. for better visualization of this process, fig. 2 illustrates the molecular electrostatic potential (mep) for the studied compounds. figure 2. representation of the molecular electrostatic potential (mep, in ev) of the bnnt and cnt model vehicles, and the bnz molecule. for mpe, the negative and positive charges range from red to blue, respectively (for interpretation of the color references in this legend, please refer to the web version of this article). as it can be seen in fig. 2, charge transfers can be evidenced by the modification in the mep after the formation of the bnz@bnnt and bnz@cnt complexes. therefore, according to tabs. 1 and 2, this transfer process is very important to improve the electronic properties of the studied nanotubes. 4. conclusions chags disease, caused by the protozoan trypanosoma cruzi, was discovered in 1909 by carlos chagas. although this disease is responsible for nearly 10.000 deaths per year worldwide, there is only one effective drug against it: benznidazole (bnz). however, it has low water solubility and low bioavailability in the organism. therefore, herein we used quantum chemistry methods to characterize two nanotubes (bnnt and cnt) to be used as carrier agents for the bnz. the optimized structures of the complexes showed that the presence of bnz inside the nanotubes did not alter their structural form, which is desired in drug delivery. the binding energy (ebind) revealed that the bnnt and cnt are able to encapsulate bnz with ebind values of –71.79 and –62.68 kcal mol–1 for the bnz@bnnt and bnz@cnt complexes, respectively, in aqueous media. the solvation enthalpy of –32.35 and –28.76 kcal mol–1 for the bnz@bnnt and bnz@cnt complexes, respectively, indicated that they are soluble in water. additionally, the energy gap (eg) and global hardness (η) showed that the bnz@bnnt presents higher stability, with (eg/η) value of 3.35/1.68 ev against 0.16/0.08 ev for the bnz@cnt. the electrophilicity index (ω) and electronegativity (χ) values indicated that the bnz@bnnt and bnz@cnt act as nucleophile and electrophile, respectively, in aqueous media. finally, the present results demonstrate that the bnnt is a better candidate to be used as a carrier agent for bnz than the cnt due to its higher chemical stability, lower binding energy and lower solvation enthalpy. authors’ contribution conceptualization: santos, j. r.; oliveira, o. v.; viegas, r. g. data curation: santos, j. r.; santos, j. d. formal analysis: santos, j. r.; santos, j. d.; oliveira, o. v.; viegas, r. g.; longo, e. funding acquisition: not applicable. investigation: santos, j. r.; santos, j. d.; oliveira, o. v.; viegas, r. g.; longo, e. methodology: santos, j. r.; santos, j. d. project administration: oliveira, o. v.; longo, e.; santos, j. d. resources: longo, e.; santos, j. d. software: santos, j. r.; santos, j. d. supervision: longo, e. validation: santos, j. r.; santos, j. d.; oliveira, o. v.; viegas, r. g.; longo, e. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 about:blank original article revista.iq.unesp.br 55 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 50-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p50-56 visualization: santos, j. r.; santos, j. d.; oliveira, o. v.; viegas, r. g.; longo, e. writing – original draft: santos, j. r.; oliveira, o. v.; viegas, r. g. writing – review & editing: santos, j. r.; oliveira, o. v.; viegas, r. g. data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments this research was carried out with the support of the center for high performance computing at the state university of goiás. jeziel rodrigues dos santos thanks capes for providing a research grant. references anzar, n.; hasan, r.; tyagi, m.; yadav, n.; narang, j. carbon nanotube: a review on synthesis, properties and plethora of applications in the field of biomedical science. sensors int. 2020, 1, 100003. 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https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.04.005 https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.04.005 https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.04.005 https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.04.005 https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.04.005 https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.04.005 https://doi.org/10.1590/s0100-40422011000900010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422011000900010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422011000900010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422011000900010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422011000900010 https://doi.org/10.1590/s0100-40422011000900010 http://openmopac.net/ http://openmopac.net/ https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.11.041 https://doi.org/10.1080/14756366.2017.1405264. https://doi.org/10.1080/14756366.2017.1405264. https://doi.org/10.1080/14756366.2017.1405264. https://doi.org/10.1080/14756366.2017.1405264. https://doi.org/10.1080/14756366.2017.1405264. https://doi.org/10.1080/14756366.2017.1405264. https://doi.org/10.4269/ajtmh.17-0044 https://doi.org/10.4269/ajtmh.17-0044 https://doi.org/10.4269/ajtmh.17-0044 https://doi.org/10.4269/ajtmh.17-0044 https://doi.org/10.4269/ajtmh.17-0044 https://doi.org/10.4269/ajtmh.17-0044 https://doi.org/10.5772/22021 https://doi.org/10.5772/22021 https://doi.org/10.5772/22021 https://doi.org/10.5772/22021 https://doi.org/10.1016/j.comptc.2018.03.032 https://doi.org/10.1016/j.comptc.2018.03.032 https://doi.org/10.1016/j.comptc.2018.03.032 https://doi.org/10.1016/j.comptc.2018.03.032 https://doi.org/10.1080/07391102.2020.1860823 https://doi.org/10.1080/07391102.2020.1860823 https://doi.org/10.1080/07391102.2020.1860823 https://doi.org/10.1080/07391102.2020.1860823 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015357250.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015411085.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015505141.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015651432.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015700509.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015717603.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015740892.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015912715.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015930611.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129015951180.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020001443.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020018284.pdf experimental, dft study, and in silico molecular docking investigations of dichlorodiphenyltrichloroethane against human estrogen receptor alpha tabe ntui ntui1, vincent ndem osabor2, peter amba neji1, michael akomaye akpe2, john akwagiobe agwupuye2+, stephen adie adalikwu3, terkumbur emmanuel gber2, bitrus hyelavalada andrew2, uduak ugbaja2 1. cross river university of technology, faculty of physical sciences, calabar, nigeria. 2. university of calabar-nigeria, department of pure and applied chemistry, calabar, nigeria. 3. cross river state college of education, akamkpa. +corresponding author: john akwagiobe agwupuye, phone: +2348100056340, email address: agwupuye.john@yahoo.com supplementary information revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | supplementary information revista.iq.unesp.br 39 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 53-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p53-54 14 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p53-54 article info article history: received: november 09, 2021 accepted: may 07, 2022 published: july 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. dft 2. molecular docking 3. ddt 4. estrogen receptor figure s1. the esi-mass spectrum of dichlorodiphenyltrichloroethane (ddt). table s1. adch, hpa, bpa and mpa result of ddt. atoms adch hpa bpa mpa c 0.0957 0.1321 0.6365 -0.2842 c 0.1777 -0.0175 -1.1844 -0.2833 h 0.0929 0.0392 0.0717 0.1909 c -0.4344 -0.0101 1.8669 0.1801 c -0.2849 -0.0315 0.4992 -0.1513 c 0.1021 -0.0369 -0.9841 -0.1694 c -0.0902 -0.0414 0.3357 -0.1334 h 0.3078 0.0409 -0.7734 0.1491 c -0.1675 -0.0429 -0.1831 -0.1292 h 0.1019 0.0435 0.1667 0.1465 c 0.1569 0.0293 0.2059 -0.0629 h 0.1153 0.0531 -0.1346 0.1607 h 0.1457 0.0531 0.0220 0.1602 c -0.2301 -0.0048 1.1507 0.1756 c -0.1779 -0.0341 0.2824 -0.1718 c 0.5055 0.0408 -3.6223 -0.1747 c -0.0821 0.0409 -0.1093 -0.1254 h 0.1251 0.0479 0.0671 0.1417 c -0.2409 -0.0407 0.3509 -0.1330 h -0.1773 0.0332 1.9935 0.1603 c 0.0014 0.0278 0.3894 -0.0635 h 0.1409 0.0536 0.0787 0.1607 h 0.1367 0.0532 0.1088 0.1611 cl -0.0631 -0.0517 -0.2071 0.0373 cl -0.0569 -0.0520 -0.2055 0.0475 cl -0.0343 -0.0332 -0.2737 0.0418 cl -0.0664 -0.0619 -0.2387 -0.0157 cl -0.0971 -0.0616 -0.3100 -0.0157 image4.png image1.gif image2.png image3.png original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | 74 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 separation of lactic acid and by-products obtained by catalytic conversion of glycerol using high-performance liquid chromatography andreza de faria alves cruz1+ , gabriella pinho dias1 , flávia de rezende bittencourt1 , donato alexandre gomes aranda1 1. federal university of rio de janeiro, chemical and biochemical process engineering program/school of chemistry, rio de janeiro, brazil. +corresponding author: andreza de faria alves cruz, phone: +31 995581602, email address: andrezafalvesc@gmail.com article info article history: received: august 14, 2021 accepted: december 09, 2021 published: april 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords: 1. analytical 2. hplc 3. lactic acid abstract: lactic acid is an attractive raw material in synthesizing many products. a new method for quantifying glycerol, lactic acid, and the by-products (pyruvaldehyde) obtained in this reaction was developed using high-performance liquid chromatography (hplc) with a refractive index detector (hplc-ri) in a column (300 × 7.7 mm, 8 µm) using h2so4 0.001 m + 10% acn (organic modifier) as mobile phase (0.6 ml min–1). this method indicated outstanding linearity for glycerol and lactic acid concentration from 0.6 to 6.6 g l–1 (coefficient of determination (r²) = 0.9912 and 0.9961, respectively) and accuracy between 98.33 and 100.00%. from this, it was possible to conclude that the method is applicable and concise for separating the primordial products in this reaction. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 mailto:andrezafalvesc@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-1321-3024 https://orcid.org/0000-0002-7170-6743 https://orcid.org/0000-0001-5096-7111 https://orcid.org/0000-0002-5736-4118 original article revista.iq.unesp.br 75 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 1. introduction biodiesel has significant potential as an alternative diesel due to its biodegradability, renewable energy source, better lubricity, combustion efficiency, and low toxicity compared to other fuels (tan et al., 2015). glycerol is produced as a by-product, representing around 10% of the total volume of biodiesel produced (bilck et al., 2015; chi et al., 2007). studies show that the conversion of glycerol to other chemicals with high added value, such as lactic acid, makes the glycerol industry more profitable (arcanjo et al., 2017; manfro and souza, 2014), making biodiesel production a more suitable option to replace fossil fuels (huang et al., 2012). glycerol can be dehydrogenated to form dihydroxyacetone (santos et al., 2018). this intermediate went through dehydration to pyruvaldehyde on solid acid catalysts and rearranged via cannizzaro reaction to lactic acid. therefore, from the literature, pyruvaldehyde is a crucial intermediate on glycerol valorization in lactic acid (lari et al., 2016; santos et al., 2018). lactic acid is a raw material to benefit from synthesizing several products, applying in the textile industry and cosmetic industry (drumright et al., 2000). in the food industry, its main applications are as a ph regulator and food additive (bruno et al., 2020; drumright et al., 2000). it has been used as a precursor of solvents in green chemistry, such as ethyl lactate, and used in the synthesis of polylactic acid (pla), applied in the production of biodegradable packaging (bruno et al., 2020; drumright et al., 2000). lactic acid is commonly sold as an 88% solution, varying its price according to its application in the market. in general, lactic acid price follows the cost of starch and sugar raw materials used for fermentation (biddy et al., 2016). with a market growth of 16.2% per year, it is expected that this demand will reach 960.1 kt in 2025, which should represent u$ 9.8 billion in the global market. as with lactic acid, pla demand is also expected to grow, reaching $ 6.5 billion worldwide in 2025. one reason for this would be the asia-pacific pla market growth rate of 22.4% per year due to various beverages and foods and the cosmetics manufacturing units (oliveira et al., 2018). the hydrothermal conversion of glycerol to lactic acid has been widely studied recently as an alternative to the fermentation route, with the advantage of using a low-cost raw material. furthermore, for environmental reasons, there is an increase in demand for lactic acid, as it is the raw material for producing a biodegradable polymer (pla) (bruno et al., 2018; shen et al., 2009). some methods described in the literature involve the determination of different organic acids by highperformance liquid chromatography (hplc). however, these methods cannot efficiently separate glycerol and lactic acid, observing the overlap of peaks. in this context, the present work describes a methodology for separating the lactic acid produced by hydrothermal conversion of glycerol using hplc. 2. materials and methods 2.1 standard samples of glycerol and lactic acid glycerol and lactic acid hplc grade were obtained from sigma-aldrich (st. louis, u.s.a.) and proquímios (rio de janeiro, brazil). two calibration curves were obtained using the following concentrations 0.6, 1.8, 3.0, 4.2, 5.4 and 6.6 g l–1 for the composition of the curve points. standards were diluted in milli-q water to 10.0% vol. (millipore, bedford, usa) for method analysis. diluted solutions acted as standards for linearity assessment. 2.2 design of experiments a central composite design (ccd) was proposed to study the influence of experimental variables on glycerolysis reaction. the effect of two variable parameters, time and temperature, requiring nine experiments using face-centered stair points was investigated. the low and high values of the variables were chosen based on preliminary investigations. for this purpose, sodium hydroxide and glycerol concentrations, catalyst content, time, and temperature were used as independent variables, and lactic acid concentration was used as the dependent variable, as presented in tab. 1. the experimental design and optimization were conducted with statistica 12.0 software. table 1. experimental conditions of central composite design. experiment [naoh] (g l–1) [glycerol] (g l–1) catalyst (%) t (h) t (°c) 1 0.6 0.6 5 3 220 2 0.6 0.6 5 3 250 3 0.6 0.6 5 3 280 4 0.6 0.6 5 4.5 220 5 0.6 0.6 5 4.5 250 6 0.6 0.6 5 4.5 280 7 0.6 0.6 5 6 220 8 0.6 0.6 5 6 250 9 0.6 0.6 5 6 280 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 original article revista.iq.unesp.br 76 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 2.3 reaction procedure a 100 ml 4590 series reactor (parr instrument company, moline, u.s.a.) was used for hydrothermal conversion of glycerol. the operating conditions were modulated by a 4848 reactor controller (parr instrument company), and the reagents were fed into the reactor in the desired mass ratio of glycerol: naoh (1:1) and desired temperatures (220, 250 and 280 °c), with the use of 5% of a copper catalyst supported on silica. then, the reactor contents were stirred at 1000 rpm at a vacuum pressure of 800 psi. the total reaction time was 3, 4.5 and 6 h. 2.4 high-performance liquid chromatography method analyses were performed employing the nexera series uhplc system (shimadzu, japan) equipped with an lc-40 xr binary pump, a rid-20a detector, and a sil-40xr autosampler. a hi-plex h column (agilent technologies, santa clara, u.s.a.), 300 mm long by 7.7 mm internal diameter and 8 µm particle size was used to separate the products. the mobile phase used was h2so4 0.001 mol l–1 + 10% acn (organic modifier), using ultrasound previously to remove bubbles. the conditions used for this method were the temperature of detector and oven at 60 °c, 20 min of running time, and flow rate of 0.6 ml min–1. the flow rate of 0.6 ml min–1, column oven and detector temperature at 60 °c and 20 min for the total execution time. samples were diluted to 10% vol in ultrapure water (milli-q) as a diluent and injected in triplicate. the results were analyzed using the labsolutions software (shimadzu). 2.5 method validation the developed method was validated according to ich (2005) guidelines in terms of the following analytical parameters: linearity, limit of detection (lod), limit of quantification (loq), precision, and accuracy (dias et al., 2020). 2.6 linearity linearity was given by injection in triplicate of the standards of each point used to build the calibration curve (novaes et al., 2018). two distinct curves (glycerol and lactic acid) were drawn in the interval of 0.6–6.6 g l–1 (0.6; 1.8; 3.0; 4.2; 5.4 and 6.6 g l–1). homogeneity was assessed by the cochran test (shen et al., 2009), through eq. 1. 𝐶 = 𝑠𝑚𝑎𝑥 2 ∑ 𝑠𝑖 2𝑖=1 𝑘 (1) where 𝑠𝑚𝑎𝑥 2 is the highest value variance and ∑ 𝑠𝑖 2𝑖=1 𝑘 is the total of all samples variances. 2.7 limit of detection and limit of quantification the lod and loq were calculated using eqs. 2 and 3, respectively. 𝐿𝑂𝐷 = 3.3𝜎𝐿𝐶 𝑆 (2) 𝐿𝑂𝑄 = 10𝜎𝐿𝐶 𝑆 (3) where 𝜎𝐿𝐶 is the standard deviation of the minor number concentration (lc) tested and 𝑆 is the slope of the curve obtained. 2.8 precision precision was calculated by repeatability, using three different concentrations (lowest, average, and highest) in triplicate (rocha and bacelar júnior, 2018). concentrations were 0.6, 3.0 and 6.6 g l–1 for both curves, and the result was expressed as relative standard deviation (rsd, in %), as in eq. 4. 𝑅𝑆𝐷 (%) = 𝜎 �̅� × 100 (4) where 𝜎 represents the deviation from the lowest standard concentration and 𝐶̅ is the mean concentration. 2.9 accuracy this parameter was represented by the recovery (r, in %) by calculating different concentrations (lowest, average, and highest) in triplicate for the different curves. concentrations used were 0.6, 3.0 and 6.6 g l–1 for both curves. accuracy was calculated with eq. 5. 𝑅 (%) = 𝐶𝑚 𝐶𝑒 × 100 (5) where cm and ce are the obtained and theoretical concentrations, respectively. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 original article revista.iq.unesp.br 77 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 3. results and discussion 3.1 reactions table 2 shows the results of conversion and selectivity for lactic acid under the reaction conditions of the experimental design. table 2. selectivity and conversion to lactic acid under the reaction conditions of the experimental design. reaction conversion (%) selectivity for lactic acid (%) 1 33.90 2.42 2 31.40 9.90 3 38.04 35.73 4 32.26 1.80 5 34.60 8.29 6 42.82 34.63 7 29.96 2.04 8 33.81 13.22 9 53.72 58.84 according to tab. 2, it can be observed that the method proposed by hplc was efficient in separating the two compounds, glycerol and lactic acid, allowing the quantification of each one of these compounds and enabling the calculation of the conversion and the selectivity for lactic acid. it is essential to mention that pyruvaldehyde was obtained as a by-product, in smaller amounts, in all reactions, which is expected for catalysis reactions in the primary medium due to the greater predisposition of formation of this intermediate by the cannizzaro reaction (lari et al., 2016; santos et al., 2018). it can also be noticed that, according to fig. 1, when comparing the temperatures, increasing this parameter favors the formation of secondary compounds, such as pyruvaldehyde. when the reaction time increases, the appearance of lactic acid is preferred, consequently increasing its selectivity. therefore, temperature increase combined with the increase in reaction time is favorable to the rise of the conversion and the rise in the selectivity of the lactic acid, which corroborates the results expected in the literature (evans et al., 2020). figure 1. (a) response surface selectivity for lactic acid vs. t and t; (b) response surface conversion vs. t and t. 3.2 analysis by hplc all standards and reaction products were examined by hplc and showed similar chromatographic appearance, which can be seen in fig. 2. the overlapping peaks indicate coelution of interference that shares the same transition, with consequences such as inadequate quantification of the compound of interest or even the absence of identification of the combination of interest (welch et al., 2009). diluted sulfuric acid as a mobile phase showed this coelution of desired compounds, generating an incorrect quantification. beltrán-pietro et al. (2013) validated a chromatographic method using an ionic column at a temperature of 70 °c with a refractive index detector (rid) detector connected to a uv detector, with a phase composed of 3 mmol l–1 of sulfuric acid (h2so4, ph 2.00). with a flow rate of 0.5 ml min–1 in an analysis time of 30 min. with this method, it is possible to identify compounds such as glyceraldehyde, oxalic acid, dihydroxyacetone, among others; however, it presents coelution of other compounds such as glycerol and lactic acid. although some methods in the literature report the separation of glycerol and lactic acid in the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 original article revista.iq.unesp.br 78 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 chromatographic profile, it is observed that, in fact, there is a co-elution of these compounds, not allowing an efficient quantification of these products, requiring the development of a new method. as an alternative, using the mobile phase with the organic modifier was essential for separating glycerol and lactic acid compounds, allowing a better chromatographic profile to visualize both peaks. the choice of acetonitrile as an organic modifier was due to its low viscosity (0.4 cp at 25 °c), which generates less pressure and allows a better retention time response (leite, 2008; sadek, 1996). some tests were performed with 5, 10 and 20% vol of acetonitrile to decide the best proportion of acetonitrile in the mobile phase. the best chromatographic separation occurred with the 10% vol of acetonitrile. figure 2. high-performance liquid chromatography chromatogram of the sample obtained through the reaction, using chromatographic conditions. conditions: dilution of 10% vol, the flow rate at 0.6 ml min–1, and injection volume of 20.0 µl. 1: lactic acid; 2: glycerol. 3.3. method validation 3.3.1 linearity six standard samples of glycerol and lactic acid were analyzed in triplicate by hplc for each curve constructed, as seen in fig. 3. this parameter was evaluated in the interval of 0.6–6.6 g l–1. the determination coefficient (r²) was above the acceptance rule values (0.990) (leite, 2008; ribani et al., 2004; sadek, 1996), indicating excellent linearity. figure 3. fitted curves in hplc analysis for (a) glycerol and (b) lactic acid. range: 0.6 – 6.6 gl-1. the cochran test was used with a 95% confidence level using the number of samples (n = 6) in triplicate. the calculated values of c were 0.661 for the glycerol curve and 0.130 for the lactic acid curve, being lower values when compared to the tabulated (0.616), indicating homoscedastic variances (novaes et al., 2018). 3.3.2 limit of detection and limit of quantitation for the glycerol analytical curve, lod and loq values were 0.076 and 0.385 g l-1, respectively, while for lactic acid, the lod and loq values were 0.221 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 original article revista.iq.unesp.br 79 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 and 1.166 g l–1. the results showed the possibility of differentiation and quantification of the different samples of each curve. the responsible standards require values below 0.5 g l–1, and the present method is applicable (cassini et al., 2013; souza and junqueira, 2005), except only for lactic acid that showed a value above that specified by the standard. 3.3.3 precision through tab. 3, it is possible to conclude that the values are accurate about repeatability since they are lower than the 5% determined by the standards (novaes et al., 2018; ribani et al., 2004; sadek, 1996). table 3. validation parameters for the hplc method. parameter glycerol lactic acid linearity range (n = 6) (g.l-1) 0.6–6.6 0.6–6.6 regression equation y = 20.14x – 6.5677 y = 9.63566x + 0.38533 determination coefficient (r²) 0.9949 0.9979 lod (g l–1) 0.076 0.385 loq (g l–1) 0.231 1.166 repeatability (rsd, %) lower 1.500 0.751 middle 0.683 0.568 higher 0.158 0.889 recovery (%) lower 100.00 ± 0.01 100.00 ± 0.01 middle 98.33 ± 0.08 100.00 ± 0.01 higher 100.00 ± 0.01 100.00 ± 0.05 3.3.4 accuracy the values obtained for this parameter are between 98.33 and 100%. regarding the glycerol curve, the mean recovery was 99.44 ± 0.03%, while for lactic acid, it was 100.00 ± 0.02%, indicating an amicable agreement between experimental and theoretical data. furthermore, these results are within what is expected by regulatory standards (70–120%) (goutal et al., 2016; lanças, 2004). 4. conclusions the methodology described in this article allowed the separation of lactic acid and glycerol by hplc in a quick and straightforward run of 20 min. in addition, it was possible to quantify each one, allowing the calculation of conversion and selectivity for lactic acid for the reactions mentioned in the experimental design. authors’ contribution conceptualization: cruz, a. f. a. data curation: cruz, a. f. a. formal analysis: cruz, a. f. a.; dias, g. p.; bittencourt, f. r. funding acquisition: not applicable investigation: cruz, a. f. a. methodology: cruz, a. f. a.; dias, g. p.; bittencourt, f. r. project administration: aranda, d. a. g. resources: aranda, d. a. g. software: cruz, a. f. a.; dias, g. p.; bittencourt, f. r. supervision: aranda, d. a. g. validation: cruz, a. f. a. visualization: cruz, a. f. a.; aranda, d. a. g. writing – original draft: cruz, a. f. a.; aranda, d. a. g. writing – review & editing: cruz, a. f. a.; aranda, d. a. g. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 167934/2019-8. acknowledgments lipcat – laboratório de intensificação de processos e catálise https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 original article revista.iq.unesp.br 80 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 references arcanjo, m. r. a.; silva júnior, i. j.; rodríguez-castellón, e.; infantes-molina, a.; vieira, r. s. conversion of glycerol into lactic acid using pd or pt supported on carbon as catalyst. catal. today. 2017, 279 (part 2). https://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.02.015 beltrán-prieto, j. c.; pecha, j.; kašpárková, v.; kolomazník, k. development of an hplc method for the determination of glycerol oxidation products. j. liq. chromatogr. relat. technol. 2013, 36 (19), 2758–2773. https://doi.org/10.1080/10826076.2012.725695 biddy, m. j.; scarlata, c.; kinchin, c. chemicals from biomass: a market assessment of bioproducts with nearterm potential. nrel/tp-5100-65509; national renewable energy laboratory: golden, co, 2016. 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https://doi.org/10.1002/1521-4095(200012)12:23%3c1841::aid-adma1841%3e3.0.co;2-e https://doi.org/10.1002/1521-4095(200012)12:23%3c1841::aid-adma1841%3e3.0.co;2-e https://doi.org/10.1063/1.5128595 https://doi.org/10.1063/1.5128595 https://doi.org/10.1063/1.5128595 https://doi.org/10.1063/1.5128595 https://doi.org/10.1063/1.5128595 https://doi.org/10.1063/1.5128595 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2016.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2016.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2016.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2016.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2016.02.013 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2016.02.013 https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.287 https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.287 https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.287 https://www.ema.europa.eu/en/documents/scientific-guideline/ich-q-2-r1-validation-analytical-procedures-text-methodology-step-5_en.pdf 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https://doi.org/10.1007/s10562-014-1196-6 https://doi.org/10.1007/s10562-014-1196-6 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20170070 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20170070 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20170070 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20170070 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20170070 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20170070 https://doi.org/10.1016/j.bej.2018.03.003 https://doi.org/10.1016/j.bej.2018.03.003 https://doi.org/10.1016/j.bej.2018.03.003 https://doi.org/10.1016/j.bej.2018.03.003 https://doi.org/10.1016/j.bej.2018.03.003 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000500017 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000500017 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000500017 https://doi.org/10.1590/s0100-40422004000500017 https://doi.org/10.22407/1984-5693.2018.v10.p.29-51 https://doi.org/10.22407/1984-5693.2018.v10.p.29-51 original article revista.iq.unesp.br 81 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 74-81 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 experimento. perspect. cienc. tec. 2018, 10, 29–51. https://doi.org/10.22407/1984-5693.2018.v10.p.29-51 sadek, p. c. the hplc solvent guide; wiley, 1996. santos, k. m. a.; albuquerque, e. m.; borges, l. e. p.; fraga, m. a. discussing lewis and brønsted acidity on continuous pyruvaldehyde cannizzaro reaction to lactic acid over solid catalysts. mol. catal. 2018, 458 (part b), 198– 205. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2017.12.010 shen, z.; jin, f.; zhang, y.; wu, b.; kishita, a.; tohjj, k.; kishida, h. effect of alkaline catalysts on the hydrothermal conversion of glycerin into lactic acid. ind. eng. chem. res. 2009, 48 (19), 8920–8925. https://doi.org/10.1021/ie900937d souza, s. v. c.; junqueira, r. g. a procedure to assess linearity by ordinary least squares method. anal. chim. acta. 2005, 552 (1–2), 25–35. https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.07.043 tan, y. h.; abdullah, m.o.; nolasco-hipolito, c. the potential of waste cooking oil-based biodiesel using heterogeneous catalyst derived from various calcined eggshells coupled with an emulsification technique: a review on the emission reduction and engine performance. renew. sust. energ. rev. 2015, 47, 589–603. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 welch, c. j.; brkovic, t.; schafer, w.; gong, x. performance to burn? re-evaluating the choice of acetonitrile as the platform solvent for analytical hplc. green chem. 2009, 11 (8), 1232–1238. https://doi.org/10.1039/b906215g https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p74-81 https://doi.org/10.22407/1984-5693.2018.v10.p.29-51 https://doi.org/10.22407/1984-5693.2018.v10.p.29-51 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2017.12.010 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2017.12.010 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2017.12.010 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2017.12.010 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2017.12.010 https://doi.org/10.1021/ie900937d https://doi.org/10.1021/ie900937d https://doi.org/10.1021/ie900937d https://doi.org/10.1021/ie900937d https://doi.org/10.1021/ie900937d https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.07.043 https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.07.043 https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.07.043 https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.07.043 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.048 https://doi.org/10.1039/b906215g https://doi.org/10.1039/b906215g https://doi.org/10.1039/b906215g https://doi.org/10.1039/b906215g https://doi.org/10.1039/b906215g convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040618632.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040632097.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040700616.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040711767.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040739184.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040747243.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040805296.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040813447.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040831791.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040843807.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040922527.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040941575.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129040955254.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041015064.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041029175.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129041046830.pdf eclet. quim. 50 | e-1598, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 1/15 1universitas negeri malang, faculty of mathematics and natural sciences, malang indonesia. 2universitas negeri padang, faculty of mathematics and natural sciences, padang, indonesia. 3universitas brawijaya, faculty of economics and business, malang, indonesia. +corresponding author: sri rahayu, phone: +628123394825, email address: sri.rahayu.fmipa@um.ac.id review article, education in chemistry and correlated areas systematic literature review on the application of problem-based learning model in chemistry education fauzana gazali1,2 , sri rahayu1+ , munzil munzil1 , surjani wonorahardjo1 , muhammad dimar alam3 abstract contents 1. introduction 1.1. research aim 1.2 research question 2. experimental 2.1. identification 2.2. screening 2.3. eligibility 2.4. quality assessment 2.5. data extraction and analysis 2.6. information on artificial intelligence (ai) tools 3. results and discussion 3.1. research trend of pbl application in chemistry education 3.1.1. distribution year 3.1.2. geographical distribution 3.1.3. distribution by educational level 3.1.4. research methods used in previous pbl implementation 3.2. variables studied by pbl researchers 3.3. problems in pbl discussed by previous researchers 3.4. common instructional steps employed in applying pbl in chemistry learning 3.5. challenges in using pbl in learning science/chemistry 4. conclusions authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments conflict of interest references problem-based learning (pbl) has seen significant growth in recent years, but its effective implementation remains a challenge. therefore, this study undertakes a systematic literature review to synthesise the research patterns, challenges, and approaches employed in chemistry education. prisma (preferred reporting items for systematic review and meta-analysis) methodology was employed in analysing publications within journals indexed in scopus and web of science. a total of 523 papers have been found using some keywords. following a thorough assessment, 35 publications were selected for in-depth analysis. the study found that pbl implementation varies depending on four primary variables: thinking skills, problem-solving abilities, conceptual comprehension, and argumentation skills. pbl concerns include issues like malnutrition, obesity, waste management, climate change, pollution, and green chemistry. common instructional steps of pbl include problem orientation, student organisation, independent study, group investigation, reporting, and evaluation. several challenges were found in applying pbl, including time limitation, instructor proficiency, student characteristics, and technical implementation of pbl. these findings are expected to complement the references for future research on pbl. article history received september 16, 2023 accepted december 03, 2024 published may 18, 2025 keywords 1. common instructional step; 2. problem-based learning; 3. chemistry learning; 4. trends in pbl research; 5. systematic review. section editors habiddin habiddin highlights describe the trends of pbl research in the period 2013-2023. analysing the common steps of pbl used by researchers in the period 2013-2023. exposing the problems that were addressed by previous researchers applying pbl. explain the challenges in using pbl in learning chemistry. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e15 https://ror.org/00ypgyy34 https://ror.org/04jrfgq66 https://ror.org/01wk3d929 mailto:sri.rahayu.fmipa@um.ac.id mailto:fauzana_gazali@fmipa.unp.ac.id mailto:sri.rahayu.fmipa@um.ac.id mailto:munzil.fmipa@um.ac.id mailto:surjani.wonorahardjo@um.ac.id mailto:dimar.alam@ub.ac.id https://orcid.org/0000-0002-7335-8201 https://orcid.org/0000-0002-5204-4756 https://orcid.org/0000-0001-7017-3175 https://orcid.org/0000-0001-6208-8990 https://orcid.org/0009-0004-7341-7891 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 2/15 1. introduction chemistry is one of the branches of natural science that studies the structure, composition, properties, and changes of matter and the reactions accompanying the changes (chang, 2010; jespersen et al., 2012). everyday items such as foods, medicines, and cosmetics are practical manifestations of the applications derived from chemistry principles (rusmansyah et al., 2019). it is believed that through the study of chemistry, people can be trained to solve complex real-life problems. while learning chemistry poses challenges for students (yerimadesi et al., 2023), teaching chemistry at the school level fosters meaningful learning experiences that empower students to apply their knowledge in addressing everyday problems. the learning approach to fostering such meaningful learning is student-centred learning (scl). scl has garnered significant attention from educators in indonesia and globally (kaput, 2018). recognising its pivotal role, educators across diverse nations acknowledge the significance of scl in actively engaging students throughout the learning process (estes, 2004). this approach not only fosters problem-solving, collaboration, and the development of critical thinking skills (brush, 2000) but also brings enjoyment and sparks interest among students in their studies (chairam et al., 2015; murni et al., 2022). the approach is also considered effective in enhancing students’ learning outcomes. problem-based learning (pbl) is one of the learning models encompassed within the framework of student-centred learning (scl) (ediansyah et al., 2019; ernawati et al., 2022; naji et al., 2020). pbl uses complex real-world problems to encourage students to identify essential ideas in planning the problem solution (flynn and biggs, 2012), to train students in solving the problems given by the teacher and to find the optimal solution (silverhmelo, 2004; simamora et al., 2017). rooted in the constructivist learning theory, pbl facilitates the development of students’ thinking skills through analysing real-life problems during the learning process (abdullah and panai, 2022). the students are provided with an ill-structured problem that they must solve, which becomes the starting point for them to obtain and integrate new knowledge. previous studies have revealed the positive impact of pbl on various educational facets, including enhanced learning outcomes, improved thinking ability, elevated problem-solving skills, strengthened argumentation skills and increased conceptual understanding. however, some studies on pbl reported that the learning model still cannot be applied optimally in the classroom, especially in learning chemistry. teachers faced challenges in implementing pbl, with key problems revolving around constraints such as limited time for pbl implementation (ayyildiz and tarhan, 2018; ernawati, 2021; ernawati et al., 2022; hugerat et al., 2021; kartamiharja et al., 2020; seçgin and sungur, 2021). additionally, other challenges were identified, including teachers lacking proficiency in using pbl, student characteristics affected the learning process (ayyildiz and tarhan, 2018; seçgin and sungur, 2021; tosun and taskesenligil, 2013), and teachers challenges in supporting pbl implementation (batdi, 2014). consequently, these obstacles hinder the attainment of learning objectives. therefore, a systematic literature review (slr) on pbl is necessary to provide an overview of how the previous researchers have implemented pbl and the obstacles encountered in the process. previous researchers have conducted slr on pbl within various fields. noteworthy examples of these slrs include the study of the effectiveness of pbl in developing critical thinking skills of nursing students (kong and qin, 2014), pbl’s role in mathematics learning (merritt et al., 2017), trends in pbl models within university science courses (azhar et al., 2023), pbl assessment in medical schools (nendaz and tekian, 1999), the effect of pbl during medical school on physician competence (koh et al., 2008), and bibliometric analyses on the implementation of pbl models in science education (nurhayati et al., 2023). however, our search did not find any slrs specifically addressing the implementation of pbl in chemistry education. consequently, a systematic, step-by-step review is needed to explore the trend and applications of pbl in chemistry education over the past decade. this review aims to provide readers and prospective researchers with insights into pbl research trends in chemistry education, highlighting variables that have received much attention, issues raised by pbl, common pbl procedures employed by previous researchers, and challenges encountered during pbl implementation. this slr intends to provide necessary information for future researchers interested in implementing pbl in science or chemistry classrooms, enabling them to consider the weaknesses and obstacles identified by prior researchers in their future endeavours. 1.1. research aim the primary objective of this slr is to review, examine, and draw comparisons among prior studies that have used pbl models in science education, with particular emphasis on chemistry education. this review encompasses studies published in reputable journals indexed by scopus and web of science during the period from 2013 to 2023. serving as an initial point of reference, this slr is intended to be a valuable resource for future researchers keen on exploring and applying pbl to their work. the result of our study aims to provide insights into the historical implementation of pbl and the challenges encountered. by doing so, we hope to assist future researchers in anticipating these challenges, thereby optimising the outcomes of their research endeavours. 1.2. research question this review is oriented towards addressing the following research questions: rq 1. what characterizes the research trends of pbl application in chemistry education from 2013–2023? rq 2. which variables have been studied by researchers in the exploration of pbl within the past studies? rq 3. how is the context of the problem discussed in pbl learning described in previous studies? rq 4. what are the common steps of pbl implemented in chemistry learning within the past studies? rq 5. what challenges have previous researchers encountered when applying pbl in chemistry education? 2. experimental this research is characterized as a systematic literature review (slr), which is an investigative approach that systematically, clearly, and comprehensively synthesizes prior research findings, allowing for replicability (snyder, 2019; xiao and watson, 2019). employing a method that is both systematic and transparent in addressing research questions, slr can provide a brief overview of the scientific topics under consideration (kurniati et al., 2022; van dinter et al., 2021). this study aims to identify and analyse various articles on pbl engaging in an indepth examination of 35 articles that align with predefined criteria. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 3/15 the review and analysis of articles in this study used the prisma model (preferred reporting items for systematic review and meta-analysis). prisma is a tool and guide for evaluating systematic reviews and meta-analyses (zarate et al., 2022). in this study, the authors chose to use the prisma model because prisma has a clear and structured framework at each research stage. adopting the prisma model is advantageous as it facilitates the effective synthesis of articles meeting the criteria while mitigating potential biases that may arise during the study (moher et al., 2009; 2010). in addition, prisma also encourages authors to report every step of their research in detail. this allows other researchers to replicate our research and verify the results obtained, thus increasing the credibility and quality of the research results. the prisma model consists of several processes, including identification, screening, eligibility, and quality assessment of articles. 2.1. identification identification is finding, considering, and diversifying appropriate keywords for article searches. this keyword assignment was done before the literature search so that the resulting articles would be more accurate and aligned with the desired topic. the phrases “problem-based learning, science learning, pbl effectiveness, and pbl implementation” were used as keywords to search articles in the scopus, eric, and publish or perish 8 databases to obtain reputable articles indexed by scopus and web of science. the identification of keywords for this research is described in table 1. table 1. keywords search of articles in the database. database keyword scopus by eric “problem-based learning*” or “pbl*” and “science learning” and “pbl effectiveness*” or “implementation of pbl” and “pbl in chemistry” scopus by publish or perish 8 title-abs-key ((“problem-based learning*” or “pbl*”) and pubyear > 2013 and pubyear < 2023 and limit-to (subjarea, “soci”) and limit-to (doctype, “ar”) and (limit-to (exactkeyword, “chemistry learning”) or limit-to (exactkeyword, “implementation of pbl”) or limit-to (exactkeyword, “pbl effectiveness*”) or limit-to (exactkeyword, “science learning”)) and limit-to (language, “english”) web of science ts = ((“problem based learning*” or “pbl*”) and “science learning” and (“pbl effectiveness*” or “implementation of pbl” or “pbl in chemistry”)) source: elaborated by the authors. notes: and / or are boolean operators used to combine keywords logically; *represents a wildcard, including different word endings (e.g., “learning*” covers “learning”, “learned”, “learners” etc.); title-abs-key searches within the title, abstract, and keywords fields in scopus; the scopus (via pop 8) search uses advanced filters: publication year, subject area, document type, language, and specific keywords. the search terms outlined in table 1 resulted in the identification of 523 articles. among these, 369 articles were in the eric database, 130 in the scopus database using publish or perish 8, and 24 in web of science. the search parameters were limited to articles published within the last ten years. the literature search in this study was conducted in march 2023, meaning that the articles included in the criteria of this study were scopus and web of science-indexed articles published from january 2013 to march 2023. scopus and web of science were chosen as the primary databases for determining the inclusion criteria in this study due to their several advantages. firstly, scopus and web of science offer search results that are more stable, functional, and comprehensive compared to others (gusenbauer and haddaway, 2021). in addition, the articles indexed by scopus and web of science demonstrate higher quality due to their emphasis on quality control and a systematic indexing system (martín-martín et al., 2018). the better the quality of a paper, the more it will be cited by other researchers (nugroho, 2022). therefore, papers published in scopus-indexed journals and web of science are more likely to be cited (schafmeister, 2021), thereby enhancing the author’s prestige. 2.2. screening the process of determining the inclusion and exclusion criteria of the articles studied to form a systematic literature review is carried out in this screening stage (mohamed shaffril et al., 2020). before the screening, the researchers excluded five duplicate articles from the initial 523 articles gathered in the previous stage. the screening process was applied to the remaining 518 articles obtained during the identification stage, employing various inclusion criteria. the first criterion was the year of publication, with inclusion limited to articles published in the last ten years, from 2013 to 2023. the study will likely include the most recent articles within this period to describe the trend of pbl research in science education, especially chemistry. the second criterion considered when selecting articles is publication type. in this study, only articles from reputable journals were considered. such articles are deemed of higher quality, having undergone a rigorous review process before publication. furthermore, the study exclusively includes research articles based on empirical data. this criterion was pivotal in selecting articles, with proceedings, book chapters, and review articles excluded from the collected data as they did not meet these specified criteria. the next criterion considered in the data selection is the language employed in the article. the analysis was restricted to articles written in english. this measure is implemented to mitigate potential errors in transcription and comprehension of the article’s content, ensuring clarity in delivering reviews associated with the studied articles. the final criterion is focused on thematic relevance, specifically examining articles related to pbl in science or chemistry education, implementation of pbl, effectiveness of pbl, and description of pbl steps taken. for a more detailed overview, the inclusion criteria for the articles selected are outlined in table 2. following the screening process according to the inclusion criteria outlined in table 2, 419 articles were deemed ineligible and excluded. subsequently, the remaining 99 articles underwent the eligibility assessment for inclusion in this study. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 4/15 table 2. inclusion criteria of the articles. category inclusion criteria publication year januari 2013-march 2023 publication type journal articles only language english type of finding research based on empirical data focus of finding data related to pbl in science or chemistry education, implementation of pbl, effectiveness of pbl, instructional steps of pbl in previous research source: elaborated by the authors. 2.3. eligibility the eligibility stage aims to identify articles that align closely with the study objectives, ensuring that the selected articles make substantive contributions to the study. the second stage of the screening (the eligibility stage) is carried out by analysing the abstract, title, methodology, research outcomes, and discussion of the remaining 99 articles. an evaluation was then conducted to determine whether the articles were consistent with the subject matter of the ongoing study. during this process, 64 articles were excluded for various reasons, including the research type being qualitative or classified as research & development (r&d). this is because both types of research (qualitative and r&d) are often conducted on a small scale and in a particular context. they also provide in-depth qualitative data about a process. in contrast, slr requires research with larger and diverse samples with quantitative data that can be generalised from multiple studies to infer broadly applicable trends or patterns. this study exclusively analysed articles falling within experimental, mixed-methods, and action research categories. the primary aim is to identify how pbl is implemented in chemistry education based on previous studies and to investigate challenges encountered during the implementation of pbl. articles that are not based on empirical data were excluded from consideration. articles discussing pbl in medical, social, language, and art fields were excluded from the study. the review focused solely on articles addressing pbl in science and chemistry, given that science falls within the same scientific cluster as chemistry, the main subject of this study. consequently, the instructional steps related to pbl identified in these articles can be inferred and applied to the context of chemistry education. furthermore, articles lacking discussion on implementing pbl in their research were excluded, as they were considered to require more detailed information. following the eligibility process, 35 articles remained for further analysis in the subsequent quality assessment stage. the systematic literature review process is illustrated in fig. 1. figure 1. systematic literature review flowchart using the prisma model. source: elaborated by the authors. 2.4. quality assessment to ensure the quality of the articles selected for study and to mitigate potential biases in the research outcomes, the remaining 35 articles were evaluated by two raters who were phd students in chemistry education. in this context, the two raters were tasked with categorising the articles based on the methodology into three quality tiers: high, medium, and low (petticrew, 2008). the parameters used in this assessment included research design, research sample, research instruments, research procedures and data analysis. only articles categorized as high and medium quality were considered for inclusion in the research. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 5/15 furthermore, consensus between the two raters was crucial, demanding an agreement that the selected articles must possess at least medium quality. in the event of discordance between the raters, any differences were resolved through in-depth discussion before deciding to include or exclude the article from the study. the evaluations conducted by the two raters were subsequently subjected to analysis using spss 27 to compute the kappa agreement value (k). based on the spss 27 calculation, as illustrated in fig. 2, the resulting kappa value is 0.723. this value signifies that the strength of agreement between raters in this study falls within the “good” category. through this assessment process, 18 articles were rated as high quality, while 17 articles were rated as medium quality by both raters. thus, all the remaining articles were deemed eligible for further analysis in this study. figure 2. kappa agreement value between two raters using spss 27. source: elaborated by the authors. 2.5. data extraction and analysis articles that successfully passed the quality evaluation stage were then further analysed to identify patterns that address the predetermined research question. this data analysis process involved carefully examining the 35 articles selected as research objects, wherein data were extracted and organized into a table to facilitate the following analysis process. this slr focuses on identifying research trends related to pbl, reviewing prior research findings on pbl in science/chemistry education to obtain common pbl steps, analysing the contextual aspects of pbl problems employed, and analysing the challenges encountered by previous researchers during the pbl implementation. to address these objectives, the data extraction process focused on the three main components of each article: the abstract, results, and discussion. several data analysis tools were utilized by the authors, including mendeley reference manager, vos viewer, and ms excel. the complete article that became the object of research was downloaded and uploaded to mendeley. subsequently, mendeley files are exported in “.ris” format, so they can be exported to the vos viewer application to illustrate pbl research trends in terms of publication year data, authors, keywords, and variables used in previous studies. simultaneously, ms excel was utilized to present the data through graphs and tables, enhancing comprehension and interpretation. 2.6. information on artificial intelligence (ai) tools this article was written using artificial intelligence tools like quilbot for paraphrasing, grammarly for improving sentence structure, and turnitin for detecting plagiarism. 3. results and discussion 3.1. research trend of pbl application in chemistry education concerning the categorization of journals, the 35 articles under examination in this study exhibit a distribution across various tiers: 11 articles published in scopus q1 journals, 12 articles published in scopus q2 journals, five articles published in scopus q3 journals, two articles published in scopus q4, and the remaining five articles published in a journal indexed by web of science (wos). this distribution implies that most of the studies reported in these journals are considered reputable. furthermore, the articles were analyzed and classified based on the following categories to distinguish the research trend related to the implementation of pbl in chemistry education. 3.1.1. distribution year figure 3 illustrates the annual publication trends of articles on problem-based learning (pbl) in chemistry education from 2013 to 2023. figure 3. research distribution by publication year. source: elaborated by the authors. based on fig. 3, the number of publications on implementing problem-based learning in chemistry education has fluctuated over the past decade. this aligns with findings from earlier studies that indicate an increasing trend in the number of pbl research articles in chemistry education between 2013 to 2018 (nurhayati et al., 2023). the average number of articles addressing the theme of pbl in science learning published per year was 2 from 2013 to 2018. the results of our study reveal that the peak of pbl publications occurred in 2020 and 2021, with both years showcasing the publication of 8 pbl articles in the field of education, featured in reputable journals. in 2022 and 2023, there was a decrease in the number of publications with pbl topics published in similar journals, although additional data for 2023 may be imminent. it is noteworthy that, at the time of data collection in march 2023, there remains a nine-month window until the end of 2023, allowing for the potential emergence of more publications on the topic of pbl implementation in science and chemistry education within other reputable journals. 2 1 2 2 3 2 8 8 5 2 0 2 4 6 8 10 2013 2014 2015 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 n u m b er o f a rt ic le s year distribution year https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 6/15 moreover, several studies underline the potential for future research on pbl, highlighting its relevance and capacity for promoting 21st-century skills (azhar et al., 2023; rahayu, 2017). these skills are fundamental in preparing students to face the challenges of the ever-changing modern world (ayyildiz and tarhan, 2018; roza et al., 2023; sudarmin et al., 2019). the ongoing global changes across various domains aim to enhance the quality of life in modern societies. consequently, there is a growing focus among educators, educational institutions, and stakeholders on incorporating efforts to infuse 21st-century skills into the learning process. universities recognize the importance of producing graduates who are academically intelligent and ready to navigate real-world challenges. by providing inclusive education centred on 21st-century skills, students stand a greater chance of success in the future and can contribute to the diversity and complexity of the global society (zubaidah, 2020). 3.1.2. geographical distribution concerning the geographical distribution of research on pbl in chemistry education, investigations have taken place in various countries worldwide, including indonesia, turkey, the usa, australia, spain, the philippines, india, and south korea, as illustrated in fig. 4. notably, indonesia and turkey are prominent contributors to pbl research, constituting 37.14 and 31.4% of the 35 articles examined in this study. additionally, 14.29% of the research was conducted in the usa, while the remaining 17.17% was distributed across india, the philippines, south korea, israel, and spain. this distribution differs from the findings of samosir et al. (2023), who focused on pbl research at the junior high school level and identified the united states as the leading country in applying pbl in that educational context. figure 4. distribution of studies across countries. source: elaborated by the authors. further analysis reveals the distribution of pbl research implementation in terms of continents, as depicted in fig. 5. within this categorization, the asian continent takes the lead, contributing more than half (65.71%) of the articles reviewed in this study. europe follows with the second-highest representation at 17.14%, followed by the americas, accounting for 14.29% of the total articles examined. notably, there is an absence of pbl articles or research in science and chemistry education on the african continent and oceanic countries, marking an interesting aspect of this data. figure 5. distribution of research across the continent. source: elaborated by the authors. 3.1.3. distribution by educational level figure 6 illustrates that most of the research on implementing pbl in science and chemistry education was conducted at the university and senior high school levels. based on the analysis of the article, most of the studies, encompassing 16 articles (45.71%) out of 35 papers, were conducted at the university level. meanwhile, pbl research at the senior high school level ranked second with 37.14%. the pbl model suits senior high school and college students (yin peen and yusof arshad, 2014). notably, pbl implementation requires students to be independent in solving problems through individual and group learning. figure 6. distribution of research across educational levels. source: elaborated by the authors. figure 7. distribution of research by educational level annually. source: elaborated by the authors. 65,71% 14,29% 2,86% 17, 14% asian american australian europe 46% 37% 11% 5.72% university high school secondary school primary school 22 1 11 2 1 2 5 1 2 1 1 2 1 1 2 2 4 1 0 1 2 3 4 5 6 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 distribution by educational level primary school secondary school high school university https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 7/15 on the other hand, pbl at the junior high school level was discussed in only four articles (11.43%). an intriguing finding from this review is that researchers have explored the application of pbl learning to elementary school students. even though elementary school students may not possess complete independence in learning, requiring guidance from the teacher as a facilitator, there are limited studies on pbl at the primary school level (wandira et al., 2023). therefore, implementing pbl models in primary schools may present an opportunity for future pbl research. the distribution of pbl research based on the educational level of the participants per year is depicted in fig. 7. the figure illustrates that, over the years, pbl research on senior high school and university students has been dominant. this result is consistent with the study by azhar et al. (2023), which concluded that pbl application in higher education is more prevalent and successful in enhancing students’ 21st-century skills. in concurrence, roza et al. (2023) revealed that the pbl approach was effectively implemented in teaching biology, chemistry, and other science subjects at the college level. the peak of pbl research occurred in 2020 and 2021 when researchers were able to publish eight pbl-related articles per year. however, there was a decline in 2023 as our data collection only extended until march 2023. 3.1.4. research methods used in previous pbl implementation patterns in the research methodologies on pbl application in science, especially chemistry education, as published in reputable international journals, are outlined in table 3. table 3. distribution of research-by-research methods. research methods n p (%) references quantitative 20 57.14 akhdinirwanto et al. (2020) ayyildiz and tarhan (2018) batlolona and souisa (2020) cahyono et al. (2021) ernawati (2021) günter et al. (2017) hugerat et al. (2021) jumadi et al. (2021) kuvac and koc (2019) marthaliakirana et al. (2022) palupi et al. (2020) rehmat and hartley (2020) seçgin and sungur (2021) simanjuntak et al. (2021) tosun and senocak (2013) tosun and taskesenligil (2013) ulger (2018) valdez and bungihan (2019) yoon et al. (2014) qualitative 2 5.72 kim et al. (2019) varadarajan and ladage (2022) mix-methods 10 28.57 aslan and duruhan (2021) baran and sozbilir (2018) costa et al. (2023) kartamiharja et al. (2020) kim et al. (2022) liu et al. (2018) ramlo et al. (2021) action research 3 8.57 laksmi et.al. (2021) overton and randles (2015) pritasari et al. (2015) source: elaborated by the authors. table 3 shows that the quantitative method is the most used research methodology across the 35 articles under study. quantitative research methods constitute 57.14% of the total object study. almost 90% of the total quantitative research identified was experimental research. this indicates that over half of the investigations in the examined papers used experimental methods for data collection. this outcome is consistent with the findings of azhar et al. (2023), who asserted that the experimental method is the most popular in the pbl application at the university level. experimental research holds broader usage than other methodologies in educational and learning research. typically, experimental research aims to assess the impact of implementing the pbl model in science education on variables related to 21stcentury skills, including critical thinking (cahyono et al., 2021; marthaliakirana et al., 2022), creative thinking (nuswowati et al., 2017; simanjuntak et al., 2021; yoon et al., 2014), problem-solving (tosun and taskesenligil, 2013), scientific argumentation (akhdinirwanto et al., 2020; cahyono et al., 2021), metacognitive awareness (tosun and senocak, 2013) and others. meanwhile, mixed methods constitute the second-highest percentage at 28.57%. this approach combines qualitative and quantitative methodologies within a study (creswell and clark, 2018), enabling the collection and analysis of both data types to provide an understanding of a phenomenon (halcomb and hickman, 2015). researchers employing mixed-method studies are not restricted to a singular research approach or data type; rather, they must integrate quantitative and qualitative methods to explore diverse aspects comprehensively. the research examined the impact of pbl supported by augmented reality (ar) on improving reflective thinking for problem-solving skills (arici and yilmaz, 2023), the influence of the pbl model with scaffolding on students’ creative thinking skills and their response to scaffolding in pbl (ernawati, 2021), and the effectiveness of pbl in chemistry education concerning tofu wastewater treatment (kartamiharja et al., 2020). in 2021, a study was conducted to investigate the influence of problem contexts on students’ creative thinking skills (ernawati, 2021), while another study investigated the pbl influence on context on student achievement, knowledge retention, motivation (hugerat et al., 2021), and attitudes towards chemistry, as reported by baran and sozbilir (2018). moreover, hugerat et al. (2021) explored the impact of pbl combined with jigsaw discussion (pbl-jd) on student motivation in learning science. ramlo et al. (2021) examined students’ perspectives on pbl-based chemistry laboratories in science courses. liu et al. (2018) investigated the effects of pbl learning environments enriched with multimedia on students’ science knowledge by administering pretests and post-tests before and after learning. the outcomes of the mixed-method research in this review suggest a favourable inclination towards utilizing pbl for chemistry education to enhance learning achievement and life skills among students, following the requirements of modern education. qualitative research methods were the least popular in this review, each accounting for 5.72% of the total. the lack of qualitative studies is attributed to the eligibility stage, where qualitative methods were considered ineligible for the study’s objectives. the focus was on assessing pbl implementation, the process of learning chemistry with pbl, and its impact on the observed variables. thus, most of the pbl qualitative studies in the sample were excluded based on the criteria set for this study. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 8/15 3.2. variables studied by pbl researchers the identification of frequently occurring keywords in the articles examined in this study was conducted utilising the mendeley reference manager and vos viewer tools. article data that has been downloaded is stored in mendeley and then exported in ris* format. afterwards, the file is imported into the vos viewer, and keyword analysis is carried out. vos viewers display for the analysis type “co-occurrence--> keywords” analysis type (fig. 8) reveal four primary keywords that previous researchers commonly used in articles addressing “the implementation of pbl in learning science”. the four themes are indicated by large circles in the vos viewer visualization. the identified keywords are problem-based learning, problem-solving skills, argumentation skills, and cooperative learning. when the keyword problem-based learning is designated as the main keyword, the vos viewer visualisation transforms, as shown in fig. 9. the keyword problem-based learning frequently appears and demonstrates a connection to other keywords such as motivation, creative thinking, argumentation, and problem-solving skills. figure 8. vos viewer presentation for the type of analysis “co-occurrence--> keywords”. source: elaborated by the authors. figure 9. vos viewer presentation for the type of analysis “co-occurrence-->keywords: problem-based learning”. source: elaborated by the authors. apart from utilising the vos viewer tool, we also conducted an in-depth analysis of the articles by inputting data from the articles into analysis tables tailored to the study’s requirements. the outcomes of the analysis of variables commonly employed by previous researchers are shown in table 4. thinking ability emerges as a frequently used variable, with a prevalence of 20.48%. subsequently, problem-solving skills (9.64%), argumentation skills (8.43%), conceptual understanding (8.43%), and various other variables are also frequently employed by researchers in pbl studies. 3.3. problems in pbl discussed by previous researchers the problems used in pbl learning are usually related to students’ daily lives. the article analysis results showed that not all articles studied explained the kinds of problems raised by educators when implementing problem-based learning (pbl) models in science learning, especially chemistry. table 5 presents some issues that can be recorded from analysing the articles on the research object. table 4. distribution of variables used in pbl. variable frequency % thinking skills 17 20.48 problem-solving skill 8 9.64 argumentation skill 7 8.43 conceptual understanding 7 8.43 learning achievement 6 7.23 scaffolding 6 7.23 motivation 6 7.23 scientific behaviours 6 7.23 metacognitive awareness 4 4.83 students’ knowledge 3 3.61 self-regulated learning 3 3.61 academic background 3 3.61 decision making 3 3.61 age, gender 2 2.41 scientific process skill 1 1.21 information literacy 1 1.21 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 9/15 according to table 5, pbl has been applied in science education in various fields, including general science, biology, physics, chemistry, and its subfields, such as organic chemistry, analytical chemistry, environmental chemistry, and biochemistry. pbl learning is mainly concerned with problems students commonly face daily. incorporating authentic, real-world problems into chemistry learning is crucial in fostering students’ skill development and affective growth (rahayu, 2019). based on the reviews, examples of problem scenarios employed for pblbased chemistry instruction are health issues like malnutrition and obesity (marthaliakirana et al., 2022); waste management (yoon et al., 2014), (varadarajan and ladage, 2022); environmental pollution (air, water, dan soil) (kartamiharja et al., 2020; kuvac and koc, 2019); climate change (pritasari et al., 2015); and green chemistry and sustainability (günter et al., 2017). this finding aligns with the study (qamariyah et al., 2021), which states that chemistry is closely related to social problems such as global warming, pollution, nuclear power plants, additives in food and health problems. therefore, for students to understand chemistry well, teachers must be able to design contextual and actual problems for students and connect them with the chemistry material being studied so that students are actively involved in each pbl step implemented. table 5. the problems context employed by previous researcher in pbl. level academic subject problems context elementary school science respiratory system and its disturbances (palupi et al., 2020) natural disaster, living things and their habitats (rehmat and hartley, 2020) junior high school science temperature and heat (akhdinirwanto et al., 2020) force and energy (aslan and duruhan, 2021) senior high school chemistry atomic structure, chemical bonding, carbonic compound, organic compound, mol concept (valdez and bungihan, 2019) enthalpy change in the system (ayyildiz and tarhan, 2018) science environmental pollution, the environmental change/climate and waste recycling (pritasari et al., 2015) biology environment (laksmi et al., 2021) blood circulation system (hugerat et al., 2021) university biochemistry amino acid and protein (ernawati, 2021; ernawati et al., 2022; hugerat et al., 2021) mendel’s law and genetics (seçgin and sungur, 2021) environmental chemistry waste treatment (varadarajan and ladage, 2022) tofu liquid waste treatment, river water pollution due to settlement waste (kartamiharja et al., 2020) environmental problem, green chemistry (nuswowati et al., 2017) ‘ecosystems and biodiversity’; environment and water’; ‘environment and air’; ‘environment and soil’ and ‘environment and energy’ (kuvac and koc, 2019) fundamental chemistry thermodynamic, high quality water resources, analysis of heavy metal content in water and soil samples; identification of organic compounds in petroleum samples; analysis of nutrient content in sports food; case studies of carbon monoxide gas poisoning (baran and sozbilir, 2018) solution and its physical properties (tosun and senocak, 2013; tosun and taskesenligil, 2013) air quality, air pollution (kim et al., 2022) analytical chemistry lab green chemistry and sustainability (günter et al., 2017) treatment of wastewater contaminated with acids and bases, identification of metal and non-metal ions (yoon et al., 2014) physics temperature and heat (batlolona and souisa, 2020) biology healthy diet, the benefits of food for health, cases of obesity, and malnutrition (marthaliakirana et al., 2022) organic chemistry nmr spectroscopy data analysis, programming, and processing (costa et al., 2023) source: elaborated by the authors. 3.4. common instructional steps employed in applying pbl in chemistry learning the article review was conducted to identify the steps of pbl implementation in chemistry learning in previous studies. based on the results of this identification, we found several pbl steps carried out by past researchers, as presented in appendix 1. based on the pbl steps that previous researchers have done, we found some common steps that must be present in the pbl model presented in table 6. however, from the results of the analysis, it turns out that 28.57% of the articles that are the object of study do not explain explicitly or implicitly the pbl learning steps applied in their studies. based on these steps, the author concluded that the common steps of pbl performed by previous researchers consisted of six steps: problem orientation, student organizing, independent study, group investigation and group discussion, reporting and presenting the results, and evaluation and reflection. in pbl, students are involved in the problem-solving process by conducting investigations through the stages of the scientific method (asmi et al., 2019). applying the pbl model, lecturers are no longer the only source of information; they also help students direct problems to learning by providing learning materials and resources (munzil and mentari, 2021). so, the stages of pbl provide opportunities for students to question existing phenomena and actively build an understanding of the concepts being studied. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 10/15 table 6. common step pbl conducted by previous researchers. no common step pbl activity 1 problem orientation a. presenting ill ill-structured problem b. generating ideas for questions c. develop a problem scenario. d. collect information needed for problem-solving. e. consider potential solutions to solve the problem. 2 students organizing a. forming heterogeneous small groups b. determine the roles of group members. 3 independent study a. out-of-class learning b. assessing information from various learning sources, ex, mass media, social media, internet, articles, books, etc. 4 group investigation and group discussion a. sharing information with group members b. critically evaluate the resources and knowledge they have collected. c. investigate to solve the problem. d. data analysis 5 reporting and presenting the results. a. making a group report b. presenting the results of the discussion in front of the class c. class discussion 6 evaluation and reflection a. improve the group report according to teacher and audience suggestions b. strengthening the concept source: elaborated by the authors. 3.5. challenges in using pbl in learning science/chemistry through analysing 35 articles that became the focus of our study, we found several challenges in implementing the pbl in the classroom. these challenges are related to time, teacher ability, student characteristics and technical implementation of pbl. some of the obstacles include: first, the implementation of pbl in chemistry learning requires much time for lecturers or educators because they have to make careful preparations such as preparing issues/problem contexts related to the material being studied, preparing scaffolding to direct students before working and discussing in groups, and briefing students about the implementation of pbl learning that will be carried out (ayyildiz and tarhan, 2018; ernawati, 2021; ernawati et al., 2022; hugerat et al., 2021; kartamiharja et al., 2020; seçgin and sungur, 2021). time constraints like this can be reduced using media in pbl (pertiwi et al., 2021). the second challenge that occurred during the implementation of pbl in previous studies was the class interruption caused by students who were still unfamiliar with the pbl model, so what the teacher and instructor planned did not run correctly (ayyildiz and tarhan, 2018; seçgin and sungur, 2021; tosun and taskesenligil, 2013). students also do not understand their role and the role of the lecturer in pbl (ayyildiz and tarhan, 2018). therefore, teachers should socialize the pbl model and explain students’ tasks and roles in pbl before implementing this model. the third challenge is the limited skills of teachers in implementing pbl in learning, so the expected improvement in students’ skills is not very significant (ayyildiz and tarhan, 2018; kim et al., 2019; marthaliakirana et al., 2022). the unequal distribution of tasks among group members is the fourth challenge in implementing pbl. this causes one group member to dominate the activity while the other members become only followers, while the assessment given is the same for both passive and active group members (baran and sozbilir, 2018). fifth, the emergence of alternative conceptions is caused by students’ failure to connect or integrate their prior knowledge with the new concepts they are learning (ayyildiz and tarhan, 2018). therefore, teachers must create situations that can activate their students’ prior knowledge to change their mindset from remembering information to a meaningful learning process (gazali and yusmaita, 2018). students lacking scientific argumentation skills during the pbl process is a noteworthy challenge (batdi, 2014). this arises because students are not explicitly guided in formulating accurate scientific arguments; instead, students are encouraged to solve problems without clear direction toward the criteria for developing proficient scientific argumentation skills (akhdinirwanto et al., 2020; jumadi et al., 2021). another challenge is related to the existence of varying levels of problem understanding among students, accompanied by negative reflection on aspects such as problem formulation, data collection, group work, and all the possibilities that may arise throughout the learning process when implementing the pbl model (palupi et al., 2020). 4. conclusions this slr examines prior research concerning the implementation of pbl models in science or chemistry education. the study focuses on 35 reputable articles, indexed by scopus and web of science, and published between 2013–2023. the analysis reveals the following findings: a) the research trend in pbl implementation for science learning, particularly in chemistry, exhibits variations across different years. predominantly, pbl research is conducted at the high school and university levels, with only a limited amount of research being done on pbl implementation at the elementary school level. the results of the study indicate that the majority of pbl research is concentrated in asia (67.71%) and europe (17.14%); b) the four dominant variables that emerged from previous research, namely thinking skills (20.48%), problem-solving skills (9.64%), conceptual understanding (8.43%), and argumentation skills (8.43%); c) issues raised in pbl predominantly revolve around everyday problems faced by students, encompassing themes such as malnutrition and obesity, waste management, climate change, water, air, and soil pollution, green chemistry, and sustainability; d) common steps identified in pbl application by previous researchers encompass 6 stages: problem orientation, student organisation, independent study, group investigation and discussion, reporting and presenting the results, and evaluation and reflection; e) several challenges encountered by previous researchers in the implementation of pbl in chemistry education. these challenges https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 11/15 are related to time constraints, teacher proficiency, student characteristics, and the technical implementation of pbl. this slr contributes to providing insights into the application of the pbl model in chemistry education and clarifying the challenges encountered by researchers in earlier studies. in addition, we have identified common steps crucial to pbl through the investigation of the study’s objects. these findings serve as valuable references for future researchers aiming to conduct studies on pbl in chemistry education and devise new strategies to address the shortcomings identified in prior studies. authors’ contribution conceptualization: fauzana gazali; sri rahayu; data curation: munzil; fauzana gazali; formal analysis: fauzana gazali; funding acquisition: not applicable; investigation: not applicable; methodology: surdjani wonorahardjo; project administration: fauzana gazali; resources: munzil; software: fauzana gazali; supervision: sri rahayu; validation: sri rahayu; surdjani wonorahardjo; visualization: fauzana gazali; writing – original draft: fauzana gazali; writing – review & editing: muhammad dimar alam; sri rahayu. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abdullah, g.; panai, a. h. problem-based learning model integrated with metacognitive approach through flipped learning in science learning lectures. edcomtech: jurnal kajian teknologi pendidikan. 2022, 7 (2), 154-165. https://doi.org/10.17977/um039v7i22022p154 akhdinirwanto, r. w.; agustini, r.; jatmiko, b. problem-based learning with argumentation as a hypothetical model to increase the critical thinking skills for junior high school students. jurnal pendidikan ipa indonesia. 2020, 9 (3), 340–350. 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(2020) laksmi et al. (2021) pritasari et al. (2015) 1. problem orientation c. presenting ill structure problem d. generating ideas for questions e. develop a problem scenario f. collect information needed for problemsolving. g. consider potential solutions to solve the problem 2. students organizing c. forming heterogeneous small groups d. determine the roles of group members 3. independent study c. out-ofclass learning d. assessing information from various learning source ex: mass media, social media, internet, articles, book, etc. 4. group investigation and group discussion e. sharing information with group member f. critically evaluate the resources and knowledge they have collected g. investigate to solve the problem h. data analyzing 5. reporting and presenting the results 6. evaluation and reflection 1. problem orientation (problem orientation) 2. developing a problem scenario (problem orientation) 3. out-of-class learning (independent study) 4. expert group formation (students organizing) 5. compile a problem-solving report and present it (reporting and presenting the result) tosun and senocak (2013) tosun and taskesenligil (2013) 1. group formation and problem presentation (problem orientation) 2. brainstorming (clarify the nature of the problem and identify their learning needs) 3. students delegate roles within the groups and share existing knowledge (students organizing) 4. independent study (independent study) 5. students gather in groups to share and critically evaluate the resources and knowledge they have gathered (group investigation and group discussion) 6. students work to solve a problem (group investigation and group discussion) overton and randles (2015) costa et al. (2023) 1. problem identification (problem orientation) 2. students grouping (students organizing) 3. developing the hypothesis 4. finding the information (problem orientation) 5. data analysis 6. evaluate the solution (evaluation) 7. presenting the results (reporting) günter et al. (2017) batlolona and souisa (2020) 1. orientation (problem orientation) 2. discuss problem in the worksheet (group discussion) 3. help students by asking probing questions and fostering collaboration 4. design a study plan and use online and library resources outside of class (independent study) 5. sharing their knowledge in group (group investigation and group discussion) 6. lab work and subject presentations (reporting and presenting the results) 7. to introduce the next subject, the tutor offers the pupils another worksheet, briefly explains it, and presents the issue ayyildiz and tarhan (2018) 1. minilecture 2. group formation (students organizing) 3. introduction of problem scenarios related to the topic studied 8. group discussion (group investigation and group discussion) 4. presenting group discussion results to another group (reporting and presenting the results) 5. assessment according to the rubric (evaluation) valdez and bungihan (2019) baran and sozbilir (2018) 1.problem identification and motivation (problem orientation) 2.organization and investigation (students organizing) 3.argumentation building 4.argumentation session 5. evaluation-reflection (evaluation) akhdinirwanto et al. (2020) continue… https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.1186/s12888-022-04013-y review article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 issn 1678-4618 page 15/15 step of problem-based learning article reviewed common steps pbl 1. problem orientation (problem orientation) 2. group investigation (group investigation and group discussion) 3. develop and present results (reporting and presenting the results) 4. analyzing and reviewing each step that has been done in overcoming the problem (evaluation) cahyono et al. (2021) 1. illstructure problem identification (problem orientation) 2. design a problem solution 3. group structured inquiry (group investigation and group discussion) 4. develop and present artifacts and exhibit (reporting and presenting the results) 5. evaluation and reflection (evaluation) marthaliakirana et al. (2022) 1. the teacher designs a problem scenario about amino acid and present it to the students in the form of case study (problem orientation) 2. students were required to analyze the problem, identify the central issues, and propose solutions in groups (problem orientation) 3. teachers guided, advised, and supported students to build core concepts and creative thinking skills 4. students were encouraged to ask questions, clarify, and work together to solve the problem (group investigation and group discussion) 5. teachers assess students' creative thinking using preand post-tests, interviews, and observations (evaluation) ernawati (2021) ernawati et al. (2022) 1. understanding the problem 2. explore the problem 3. generate possible solution 4. determine the best fit solution 5. solve the problem by performing experiment 6. evaluation yoon et al. (2014) 1. directing students to authentic problems 2. facilitate student learning by forming collaborative groups that share ideas 3. individual and group investigation 4. presenting the results 5. evaluate the results of the problem-solving process simanjuntak et al. (2021) 1. problem presentation (problem orientation) 2. problem identification (problem orientation) 3. self-investigation (independent study) 4. data organization 5. sharing finding rehmat and hartley (2020) 1. defining problem (problem orientation) 2. determining information for addressing the problems (problem orientation) 3. finding, evaluating, and utilizing information as evidence for their solutions 4. generating an argument in support of the solution kim et al. (2019; 2022) source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1598 editorial team revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 4 | 2023 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 editors prof. angélica maría baena moncada, national university of engineering, faculty of sciences, lima, peru. https://orcid.org/0000-0002-2896-4392 prof. boutros sarrouh, federal university of são joão del-rei, department of chemistry, biotechnology and bioprocess engineering, são joão del-rei, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4476-2309 prof. celly mieko shinohara izumi, federal university of juiz de fora, exact science institute, juiz de fora, brazil. https://orcid.org/0000-0001-6489-9201 prof. irlon maciel ferreira, federal university of amapá, course of chemistry, macapá, brazil. https://orcid.org/0000-0002-4517-0105 prof. manuel ignacio azocar guzmán, university of santiago de chile, facultad of chemistry and biology areas, santiago, chile. https://orcid.org/0000-0002-3698-4772 prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4291-5199 prof. maría natalia besil arismendi, university of the republic, northern coast regional university centre, departament of coast chemistry, paysandú, uruguay. https://orcid.org/0000-0003-3687-0449 prof. mário antônio alves da cunha, federal technological university of paraná, department of chemistry, pato branco, brazil. https://orcid.org/0000-0002-1589-7311 prof. michelle jakeline cunha rezende, federal university of rio de janeiro, institute of chemistry, rio de janeiro, brazil. https://orcid.org/0000-0002-8282-6636 prof. natany dayani de souza assai, fluminense federal university, institute of exact sciences, volta redonda, brazil. https://orcid.org/0000-0002-0851-9187 prof. natanael de carvalho costa, federal university of rio de janeiro, institute of physics, rio de janeiro, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4285-4672 prof. nuria cinca, polytechnic university of catalunya, hyperion materials & technologies, martorelles, barcelona, spain. https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 prof. omayra beatriz ferreiro balbuena, national university of asunción, faculty of chemical sciences, asunción, paraguay. https://orcid.org/0000-0001-8449-1297 prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil. http://orcid.org/0000-0001-9421-8454 prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. http://orcid.org/0000-0002-4837-6352 prof. rogéria rocha gonçalves, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil. https://orcid.org/0000-0001-5540-7690 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 https://orcid.org/0000-0002-2896-4392 https://orcid.org/0000-0003-4476-2309 https://orcid.org/0000-0001-6489-9201 https://orcid.org/0000-0002-4517-0105 https://orcid.org/0000-0002-3698-4772 https://orcid.org/0000-0003-4291-5199 https://orcid.org/0000-0003-3687-0449 https://orcid.org/0000-0002-1589-7311 https://orcid.org/0000-0002-8282-6636 https://orcid.org/0000-0002-0851-9187 https://orcid.org/0000-0003-4285-4672 https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 https://orcid.org/0000-0001-8449-1297 http://orcid.org/0000-0001-9421-8454 http://orcid.org/0000-0002-4837-6352 https://orcid.org/0000-0001-5540-7690 editorial team revista.iq.unesp.br editorial advisory board prof. adalgisa rodrigues de andrade, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil. https://orcid.org/0000-0002-4121-0384 prof. angela cabezas da rosa, technological university, south center regional technological institute, durazno, uruguay. https://orcid.org/0000-0001-5460-019x prof. camila silveira da silva, federal university of paraná, department of chemistry, curitiba, brazil. https://orcid.org/0000-0002-6261-1662 prof. josé antónio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal. https://orcid.org/0000-0002-3950-528x prof. juan carlos moreno-piraján, university of los andes, faculty of sciences, bogotá, colombia. https://orcid.org/0000-0001-9880-4696 prof. lauro tatsuo kubota, university of campinas, institute of chemistry, campinas, brazil. https://orcid.org/0000-0001-8189-2618 prof. luis frederico pinheiro dick, federal university of rio grande do sul, porto alegre, brazil. ttps://orcid.org/0000-0002-9896-6318 prof. maría isabel pividori gugo, university autòma of barcelona, barcelona, spain. https://orcid.org/0000-00025266-7873 prof. maría fátima yubero de servián, national university of asunción, faculty of chemical sciences, asunción, paraguay. https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 prof. marília oliveira fonseca goulart, federal university of alagoas, institute of chemistry and biotechnology, maceió, brazil. https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil. https://orcid.org/00000002-3315-2129 prof. shelley dawn minteer, university of utah, department of chemistry, salt lake city, usa. http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://orcid.org/0000-0002-4121-0384 https://orcid.org/0000-0001-5460-019x https://orcid.org/0000-0002-6261-1662 https://orcid.org/0000-0002-3950-528x https://orcid.org/0000-0001-8189-2618 https://orcid.org/0000-0002-9896-6318 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 mailto:digite@ctrlk.com.br eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 issn 1678-4618 page 1/13 1federal university lokoja, faculty of science, lakoja, nigeria. 2federal university of petroleum resources, department of chemistry, effurun, nigeria. 3university of ibadan, department of chemistry, ibadan, nigeria. 4university of nigeria, faculty of pharmaceutical sciences, nsukka, nigeria. 5forestry research institute of nigeria, ibadan, nigeria. 6federal polytechnic oko, department of science laboratory technology, aguata, nigeria. 7ladoke akintola university of technology, department of pure and applied chemistry, ogbomoso, nigeria. +corresponding author: ejike onwudiegwu okpala, phone: +2347031835599, email address: ejike.okpala@fulokoja.edu.ng original article in vitro and in silico evaluation of the antimicrobial potential of celtis zenkeri roots volatile metabolites ejike onwudiegwu okpala1+ , william ojoniko anthony1 , godfrey okechukwu eneogwe1 , oluwakayode olubunmi odeja2 , michael gabriel ibok3 , joel ojogbane onoja4 , samuel akinniyi odewo5 , shedrach ndubuisi ike6 , olusimbo adesegun onanuga3 , banjo semire1,7 abstract this study is aimed at investigating the volatile constituents of the air-dried roots of celtis zenkeri. the volatile oil was extracted using hydro-distillation method and characterised using gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms). the volatile oil was screened against six selected bacteria and four fungi strains using the agar diffusion method. the molecular docking study of the identified compounds was conducted to investigate their binding pattern with the substrate and nucleotide complexes of enterococcus faecium aminoglycoside-2’’phosphotransferase-iia [aph(2’’)-iia] (pdb id: 3ham) and full-length lanosterol 14 alphademethylases of prominent fungal pathogens candida albicans (pdb id: 5v5z). the yield of the volatile oil (% w/w) root of c. zenkeri was 0.79%. six compounds were identified in the root essential oil representing 80.07% of the volatile oil. 2-methyl-1-pentene (40.01%) was the most abundant compound in the root essential oil. the volatile oil from roots of the c. zenkeri exhibited good activity against all the screened bacteria and fungi strains at a concentration of 12.5-100 mg/ml when compared with gentamicin for bacteria and tioconazole for fungi. article history received october 30, 2023 accepted august 14, 2024 published november 04, 2024 keywords 1. celtis zenkeri; 2. volatile oil; 3. gas chromatography-mass spectrometry; 4. antimicrobial activity. section editor rogéria rocha gonçalves highlights the chemical components of celtis zenkeri roots’ volatile oil are first reported. the antimicrobial potential of the identified chemical constituents was evaluated. molecular docking studies were made on the oil volatile identified compounds-stem is a new model. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 https://ror.org/018ced875 https://ror.org/03wx2rr30 https://ror.org/01sn1yx84 https://ror.org/00zagyr65 https://ror.org/00m1bsz76 https://ror.org/043hyzt56 mailto:ejike.okpala@fulokoja.edu.ng mailto:ejike.okpala@fulokoja.edu.ng mailto:william.anthony@fulokoja.edu.ng mailto:godfrey.eneogwe@fulokoja.edu.ng mailto:odeja.oluwakayode@fupre.edu.ng mailto:michaelibok08@gmail.com mailto:joel.onoja@unn.edu.ng mailto:akinodewo@gmail.com mailto:ikens@federalpolyoko.edu.ng mailto:adesegunonas@gmail.com mailto:bsemire@lautech.edu.ng https://orcid.org/0000-0002-7518-724x https://orcid.org/0000-0002-2898-6305 https://orcid.org/0009-0000-6234-6793 https://orcid.org/0009-0007-9727-0080 https://orcid.org/0000-0001-8298-8283 https://orcid.org/0000-0001-6137-4784 https://orcid.org/0000-0003-1185-4207 https://orcid.org/0009-0005-1413-8371 https://orcid.org/0000-0001-8603-9931 https://orcid.org/0000-0002-4173-9165 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 2/13 1. introduction about 80% of the world’s population, according to the world health organisation (who, 2008), primarily receives their primary healthcare from traditional medicine. plant-based products are also a major component of the healthcare systems of the remaining 20% of the world’s population, which is mostly found in wealthy nations. the 44th world health assembly adopted a resolution in 1991 that promoted the use of “traditional, safe, effective, and scientifically approved medicines” (pamplona-roger, 2014). the who encourages the study of medicinal plants throughout all its geographic zones. who funds and organizes seminars on the development of drugs from medicinal plants to accomplish this. the african union has independently established centres in cairo, dakar, ile-ife, kampala, and tananarive for the coordination of research on african medicinal plants. furthermore, several african nations have contributed to the development of traditional medicine in distinctive ways (who, 2008). the universal education, social, and cultural organisation (unesco) stated that one of the safest ways to guarantee complete health care for the world’s rapidly growing population is through conventional treatments (unesco, 1994). in essence, chemicals derived from plant extracts have remained the focus of natural products. as per the findings of hamburger and hostettmann (1991), the crude extract is a diverse mixture comprising various compounds that are by-products of metabolism. they are metabolites, either primary or secondary. it has been proposed that secondary metabolites in plants are what give them their therapeutic properties because they comprise most biologically active compounds (fabeku, 2006; neumann and hirsch, 2000). organic compounds play a major role in the drug research initiatives of the pharmaceutical industry (ata et al., 2007; hanazki et al., 2000). there are hundreds of plant species that have not yet been investigated for their phytochemicals and, consequently, their biological potential. for this reason, the importance of continued research into plant phytochemicals cannot be overemphasized (fadipe, 2014; rates, 2001). likewise, the development of resistance to most known antimicrobial drugs and the resulting high cost of treatment have led to the search for novel, safe, efficient, and effective ways to manage infectious diseases (el-mahmood and doughari, 2008). fragrant liquids with an oily uniformity, essential oils are extracted from a wide variety of plant parts, such as flowers, roots, leaves, seeds, fruits, and bark (ibok et al., 2023; odeja et al., 2023). they are also referred to as volatile odoriferous oils. they can be extracted from plant materials in a variety of ways, such as steam distillation, expression, and hydro-distillation. among all the techniques, for example, steam distillation has been used a lot, especially for large-scale production (cassel and vargas 2006; di leo lira et al., 2009). according to masango (2005), plant essential oils are frequently a complex mixture of polar and non-polar natural compounds. the main ingredients of various essential oils are terpenes (monoterpenes and sesquiterpenes), aromatic compounds (aldehydes, alcohols, phenols), and terpenoids (bakkali et al., 2008; mohamed et al., 2010). according to ethnobotanical reports, celtis zenkeri, a member of the ulmaceae family, has a variety of medicinal uses, including the treatment of skin infections, cancer, arthritis, and coughs. it is acknowledged that ligandand structure-based computational studies are useful tools for hastening the drug design process (lapa et al., 2012). this study reports the volatile secondary metabolites from the roots of celtis zenkeri, its antimicrobial activity, and molecular docking analysis of the identified compounds in the roots of the volatile oil of c. zenkeri as part of our continuous investigation of this medicinal plant (okpala et al., 2021; 2022). 2. material and methods 2.1. plant collection and preparation in august 2016, celtis zenkeri was collected at an elevation of 305 metres in ikire, osun state, nigeria (7o22’20’’n; 4o11’14’’e), identified, and authenticated at the ibadan, nigeria. forestry research institute herbarium, where a voucher specimen was placed under the accession number fhi-110554. the fresh plant materials were air-dried for a while to shield them from the sun’s direct rays. the plant materials were first ground up to increase surface area, and then, to keep any volatile components from evaporating before use, they were sealed in airtight bags. 2.2. extraction of volatile oils hydro-distillation methods were employed using the clevenger apparatus for the extraction of essential oil from the roots of the celtis zenkeri. the pulverised sample was weighed and carefully loaded into a 10 l round-bottomed flask, and water was added until the sample was fully immersed. the flask was placed on a heating mantle and fitted with the all-glass clevenger distillation unit designed according to the british pharmacopoeia specification (paterson, 1982). the extraction process was carried out for a minimum of 3 h at a temperature of 50 oc. the volatile oils trapped in 2.0 ml of hexane were carefully collected using a syringe and put in a pre-weighed sample vial. the weight of the volatile oil was recorded, and the yield was calculated for each of the samples. the sample vial containing the oil was carefully corked and stored in the refrigerator for further analysis. the percentage yield for the oil sample was calculated using the eq. 1: % yield = 𝑀𝑎𝑠𝑠 𝑜𝑓 𝑜𝑖𝑙 𝑀𝑎𝑠𝑠 𝑜𝑓 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 x 100 (1) 2.3. gas chromatography-mass spectrometry (gcms) analysis the volatile oil was analysed using a gc-ms agilent technologies, model-7890a gas chromatograph, coupled with a 5975c mass spectrometer. the gas chromatograph capillary column type was an hp-5ms, with a column length of 30m, an internal diameter of 0.320 mm, and a film thickness of 0.25 µm. the volume of the sample injected was 1 µl, the split ratio was 50:1, and the split flow was 70.615 ml/min. the carrier gas, helium, had a flow rate of 1 ml/min. the pressure, linear velocity, and injection volume were set at 56.2 kpa, 362 cm/s, and 1.0 μl, respectively. the oven temperature was adjusted to 60 ºc, held for 1 minute, increased to 180 ºc for 3 min at 10 ºc/min, and finally reached 280 ºc for 2 min at 10 ºc/min. the temperatures of the injector and detector were set at 250 ºc. the constituents were identified by comparing the published mass spectral database (nist 11.l) and literature data with the total chromatogram that had been auto integrated. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 3/13 2.4. antimicrobial assay 2.4.1. preparation of graded concentration of the samples a solution of volatile oil was prepared by dissolving 200 µg of the oil in 2.0 ml of dimethylsulfoxide (dmso) to give 100 µg/ml. from the 100 mg/ml solution, 1 ml was taken into another sample bottle and 1 ml of solvent (dmso) was added to give 50 µg/ml. this was serially diluted until a 6.25 µg/ml concentration was obtained. two other sample bottles contained the negative control (dmso solvent) and the positive control (gentamicin 10 μg/ml for bacteria and tioconazole 0.07 µg/ml for fungi). 2.4.2. agar diffusion: pour plate method for bacteria the volatile oil was screened against two gram-positive bacteria: staphylococcus aureus and bacillus subtilis; four gramnegative bacteria: pseudomonas aeruginosa, escherichia coli, klebsiella pneumonia, and salmonella typhi; obtained from the department of pharmaceutical microbiology, university of ibadan. an overnight culture of each microorganism was prepared by taking a loop full of the microorganisms from stock (slope) and inoculating each into a sterile nutrient broth of 5 ml each, incubated for 18-24 h at 37 oc. from overnight culture, 0.1 ml of each microorganism was taken and put into 9.9 ml of sterile distilled water to get 1:100 (10–2) dilution of the microorganisms. from the molten diluent (10–2), 0.2 ml was taken into the 20 ml of freshly prepared sterile nutrient agar, then shaken gently for uniformity and aseptically poured into sterile petri dishes, allowed to solidify for about 30-50 minutes. using a sterile cork borer of 6 mm diameter, the wells were made in the set nutrient agar plate according to the number of graded concentrations of the samples. in each well, 0.02 ml of the different graded concentrations of the sample were introduced using a pasteur pipette. this was done in triplicate. the plates were allowed to stay on the bench for 1 h for pre-diffusion. the plates were incubated uprightly in the incubator for 18-24 h at 37 oc. then the observed zones of inhibition were measured. 2.4.3. agar diffusion: surface plate method for fungi the antifungal potential of the volatile oil was determined against four fungi strains: candida albicans, aspergillus niger, rhizopus stolonifer, and penicillum notatum; obtained from the department of pharmaceutical microbiology. a sterile sabouraud dextrose agar (62 g/l) was prepared accordingly and aseptically poured into the sterile plate in triplicates and allowed to set properly, 0.2 ml of the 10–2 of the agar was then spread using a sterile spreader to cover the surface of the agar. the wells were made using a sterile cork borer 8 mm in diameter. in each well, the graded concentrations of the oil were introduced, including the controls. the plates were left on the bench for 120 min to allow the oil to diffuse properly into the agar, i.e., pre-diffusion. the plates were incubated uprightly in the incubator for 48 h at 26-28 oc. 2.5. molecular docking of the identified compounds in the volatile oil the autodocktools (adt), a free graphic user interface (gui) for the autodockvina program, was used to conduct molecular docking investigations (tanchuk et al., 2015). the compounds were docked against the protein’s active site (pdb id: 3ham and 5v5z) using autodockvina using the usual methodology (bottomley et al., 2007; narramore et al., 2019; tanchuk et al., 2015). with suitable 2d orientation assigned, the chemoffice program (chemdraw 16.0) was used to build the chemical structures of the compounds. spartan 14’s graphical user interface was used to reduce the energy of each molecule (table 1). the docking simulation was then performed using the input provided by the energy-minimized ligand molecules to autodock vina (zeleke et al., 2020). the crystal structures of substrate and nucleotide complexes of enterococcus faecium aminoglycoside-2’’-phosphotransferase-iia [aph(2’’)-iia] (pdb id: 3ham) and the crystal structures of full-length lanosterol 14 alpha-demethylases of the prominent fungal pathogen, candida albicans (pdb id: 5v5z) were downloaded from the protein data bank. the target protein file was prepared by leaving the associated residue with the protein using auto preparation of the target protein file autodock 4.2 (mgltools 1.5.6), and the protein preparation was carried out using the reported standard protocol (narramore et al., 2019). the grid box for the docking simulations was set using the graphical user interface application. the macromolecule’s region of interest was put up in the grid so that it is encircled by it. the best-docked configuration between the ligand and protein was sought using the docking algorithm offered by autodock vina (narramore et al., 2019; seeliger and de groot, 2010; zeleke et al., 2020). for each ligand, a maximum of 9 conformers were considered throughout the docking procedure. the post-docking evaluations were conducted using pymol and discovery studio. table 1. the chemical compounds identified in the volatile oil of c. zenkeri. s/n pubchem no. name 3d structure 1 28021 2,2,3-trimethylhexane 2 12986 2-methyl-1-pentene https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 4/13 3 6432308 γ-murolene 4 638072 squalene 5 91699505 velerenol 6 74764030 gremacrene d 3. results and discussion 3.1. yield of the oil the weight of roots of c. zenkeri used during hydrodistillation extraction, and the weight of the essential oils obtained, and the corresponding percentage yield are presented in table 2. figure 1 is the gc-ms chromatogram of the root volatile oil of c. zenkeri. plant material (200 g) was used in the extraction process, resulting in 1.58 g of colourless oil, which equates to a yield of 0.79%. 3.2. identification of the chemical constituents of the volatile oil the gc-ms result of the chemical constituents of the volatile oil is given in table 3 and fig. 2. the 6 identified compounds are responsible for 80.07% of the root’s volatile oil. the major compounds in root volatile oil include 2-methyl-1pentene (40.01%), gremacrene d (19.68%) and squalene (10.95%). the root volatile oil of c. zenkeri was of different classes of compounds: alkene (40.01%), sesquiterpenes (20.35%) and triterpene (10.95%), oxygenated sesquiterpenes (2.71%) and alkane (6.05%). terpenoids are known for their antimicrobial activity (ogunnusi et al., 2010). in the gc-ms analysis of the n-hexane extract of bambusa nrundinaceae leaves and trigonell tehranica essential oils, 2, 2, 3trimethylhexane and 2-methyl-1-pentene were identified as one of the main chemical constituents in the extract and essential oils of both plants. the b. nrundinaceae leaf extract and t. tehranica oil exhibited strong antimicrobial properties (kiashi et al., 2017; zubair et al., 2013). in the hypericum perforatum plant, volatile oils rich in germacrene d and other sesquiterpenes have been found to have anti-radical and anti-proliferative effects on tumour cell lines (mockute, et al., 2008; casigilia et al., 2017). similarly, the germacrene d dominant essential oils of siparuna aspera, siparuna macrotepala, piper leticianum, piper augustum possess significant antimicrobial activity (noriege et al., 2019), ocotea silvestris and ocotea indecora leaves exhibit good antifungal activity against candida parapsilosis (rambo et al., 2022). studies have shown that the squalene-rich acetone fraction of stichopus hermanni extract is a potent antibacterial and antifungal agent. squalene is a wellknown dietary supplement that has been shown to be effective in the treatment of cancer (nazemi et al., 2022). table 2. yields and properties of the volatile oil. s/n plants name & parts weight of plant material (g) weight of oil (g) percentage (%) yield of oil colour of oil 1 c. zenkeri, root 200 1.58 0.79 colourless https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 5/13 figure 1. gc-ms chromatogram of components of celtis zenkeri roots volatile oil. table 3. chemical composition of the roots volatile oil of c. zenkeri. s/n ri compounds % composition 1 91 2,2,3-trimethylhexane 6.05 2 321 2-methyl-1-pentene 40.01 3 447 germacrene d 19.68 4 1302 γmuurolene 0.67 5 1725 velerenol 2.71 6 1825 squalene 10.95 total % composition 80.07 note: ri = calculated retention index; compounds = compounds listed in order of elution from a hp-5ms column; % composition = percentage composition. figure 2. structures of the compounds identified in roots volatile oil of c. zenkeri. 3.3. antimicrobial activity of the volatile oil the antimicrobial activity of the volatile oil from the roots of c. zenkeri is presented in table 4. comparing the volatile oil to the positive control (gentamicin 10 μg/ml for bacteria and tioconazole 0.07 μg/ml for fungi), the volatile oil showed a broad spectrum of activity against all microorganisms at 1251000 µg/ml concentrations. both gentamicin and ticonazole are well-known antibiotics that are frequently prescribed in healthcare facilities to treat infections (ngoupayo et al., 2015; okpala et al., 2019). in every tested concentration, they demonstrated better growth inhibition than the volatile oil. this investigation revealed that, despite significant variations in the recorded zone of inhibition when compared to the controls, which are well-known antibacterial and antifungal medications, the volatile oil exhibits moderate to good activity at higher concentrations (lima-filho et al., 2002; obame et al., 2008; sohail et al., 2018). the oil’s zone of inhibition against gram-positive and gram-negative bacteria ranged from 24-10 mm, while gentamicin’s ranged from 40-38 mm at concentrations of 1251000 μg/ml. the most susceptible bacteria strains to volatile oil were pseudomonas aeruginosa and staphylococcus aureus. at concentrations ranging from 125 to 1000 μg/ml, the oil https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 6/13 demonstrated growth inhibition against the fungi with a zone of inhibition between 18 and 10 mm whereas, the zone of inhibition of tioconazole was between 28 and 26 mm. at lower concentrations, there is either no activity or no significant inhibition. according to kaur et al. (2011), a combination of compounds in essential oils is responsible for the antifungal activity of essential oils. the volatile oil was generally found to be more effective against fungi than bacteria. this finding supports the traditional use of c. zenkeri for treating skin infections, including scabies and eczema, particularly those caused by rhizopus stolonifer, penicillum notatum, and candida albicans (burkill, 1995; olaoluwa and olapeju, 2015). essential oils containing aldehydes or phenols as major constituents have been reported to exhibit the highest level of antimicrobial activity, with terpene alcoholcontaining essential oils following closely behind. other essential oils with ketones or ester had far less activity than volatile oils with terpene-hydrocarbons, which are usually inactive. however, the interaction of the different components may result in negative, positive, or advantageous effects (janssen et al., 1987). 3.4. molecular docking analysis the binding affinities calculated from the docking simulation of compounds found in the volatile oil of c. zenkeri are presented in table 5. the identified compounds in the volatile oil were docked against the substrate and nucleotide complexes of enterococcus faecium aminoglycoside-2’’-phosphotransferase-iia [aph(2’’)-iia] (pdb id: 3ham) and full-length lanosterol 14 alpha-demethylases of the prominent fungal pathogen, candida albicans (pdb id: 5v5z), and the interacting modes (hydrogen bonding, hydrophobic and van der waal interactions) of the compounds with promising affinities are displayed in tables 6 and 7. molecular docking results of the substrate and nucleotide complexes of enterococcus faecium aminoglycoside-2’’phosphotransferase-iia [aph(2’’)-iia] (pdb id: 3ham) compared with the clinical drugs (gentamicin) docked with compounds identified in the roots oil of celtis zenkeri. the compounds were found to have minimum binding energies ranging from –17.6 to –29.7 kj/mol (table 5), with the best results achieved using compounds gremacrene d and γmuurolene (–29.7 kj/mol). according to adepoju et al. (2022), the lower the binding affinity value of any compound, the better the inhibiting ability of such compound; thus, compounds: gremacrene d and γ-muurolene were observed to have the highest tendency to inhibit the studied receptor than other identified compounds. similarly, results from docking lanosterol 14 alphademethylases of the prominent fungal pathogen, candida albicans (pdb id: 5v5z) with the ligands showed that two of the identified compounds in the oil have higher inhibitory activities than tioconazole (table 5) vis-à-vis γ-muurolene (–32.2 kj/mol) and squalene (–38.1 kj/mol). thus, these identified compounds can be better drug candidates than tioconazole (–31.4 kj/mol) for the treatment of fungi infections. when a compound’s binding affinity decreases, its drug-likeness increases, and its inhibitory potency increases (omotayo et al., 2022; oyewole et al., 2020). table 4. antimicrobial activity of the volatile root oil of c. zenkeri. test microorganisms / zones of inhibition (mm) conc. (µg/ml) s. auerus b. subtilis e. coli p. aeruginosa s. typhil k. pneumona c. albican a. niger p. notatum r. stolonifer 1000 24 18 20 24 22 20 18 16 16 18 500 20 16 18 20 18 18 16 14 14 14 250 18 14 16 18 16 16 14 12 12 12 125 14 12 12 14 14 14 12 10 10 10 62.5 10 10 10 12 12 12 10 31.25 10 10 10 dmso gen. (+ve) 38 38 38 40 38 38 tio. (+v) 28 28 26 28 note: dmso: negative control (dimethylsulphoxide); gen. (+ve): positive control (gentamicin at 10µg/ml for bacteria); tio. (+ve): positive control (tioconazole 70% for fungi); s. aureus: staphylococcus aureus; e. coli: escherichia coli; b. subtilis= bacillus subtilis; p. aeruginosa: pseudomonas aeruginosa; s. typhil: salmonella typhi; k. pneumonae: klebsiellae pneumona; c. albicans: candida albicans; a. niger: aspergillus niger; p. notatum= penicillum notatum; r. stolonifer: rhizopus stolonifer; -: no inhibition. table 5. binding affinities of the receptors pdb id: 3ham and pdb id: 5v5z with the identified compounds (ligands) in the volatile oil. s/n ligand number pdb id: 3ham pdb id: 5v5z binding affinity (kj/mol) inhibitory constant (ki, µm) binding affinity (kj/mol) inhibitory constant (ki, µm) 1 3467 –30.5 4.43 2 5482 – – –31.4 3.16 3 28021 –19.7 357.40 –20.9 215.24 4 12986 –17.6 831.46 –17.2 984.41 5 6432308 –29.7 6.21 –32.2 2.25 6 638072 –23.8 66.00 –38.1 0.21 7 91699505 –27.6 14.44 –28.9 8.70 8 74764030 –29.7 6.21 –31.4 3.16 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 7/13 table 6. docking ligand-receptor complexes of selected ligands with the binding affinity (pdb id: 3ham). 3d representation 2d representation 3467 28021 12986 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 8/13 6432308 638072 91699505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 9/13 74764030 table 7. docking ligand-receptor complexes of selected ligands with the binding affinity (pdb id: 5v5z). 3d representation 2d representation 5482 28021 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 10/13 12986 6432308 638072 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 11/13 91699505 74764030 4. conclusions for the first time, chemical components, antibacterial and antifungal properties of the volatile oil from the roots are reported. this study is the first attempt to accurately characterize the volatile oil from the roots of c. zenkeri and conduct antibacterial and antifungal tests on it. the volatile oil is a potential candidate for the development of antibiotic drugs due to its antimicrobial activity against various tested strains of bacteria and fungi. our study is the first report on the antimicrobial properties of the essential oil from c. zenkeri. the in silico molecular docking analysis of the volatile oil-identified compounds revealed good agreement with the outcomes of the in vitro antibacterial assay, when a compound’s binding affinity decreases, its drug-likeness increases, and its inhibitory potency increases. the components of the volatile oil from c. zenkeri roots were also shown by the molecular docking analysis to be potential good sources for protein targeted antimicrobial compounds. this supports the use of c. zenkeri in folklore remedies for infections caused by microorganisms. authors’ contributions conceptualization: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; godfrey okechukwu eneogwe; data curation: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; godfrey okechukwu eneogwe; formal analysis: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; godfrey okechukwu eneogwe; funding acquisition: not applicable; investigation: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; godfrey okechukwu eneogwe; methodology: ejike onwudiegwu okpala; oluwakayode olubunmi odeja; michael gabriel ibok; project administration: joel ojogbane onoja; samuel akinniyi odewo; shedrach ndubuisi ike; resources: olusimbo adesegun onanuga; samuel akinniyi odewo; shedrach ndubuisi ike; software: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; godfrey okechukwu eneogwe; supervision: banjo semire; validation: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; godfrey okechukwu eneogwe; visualization: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; godfrey okechukwu eneogwe; writing – original draft: ejike onwudiegwu okpala; william ojoniko anthony; writing – review & editing: oluwakayode olubunmi odeja; michael gabriel ibok. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments the authors acknowledge the department of chemistry and central research laboratory, university of ibadan, nigeria for facilities utilized in conducting the research. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1528 eclet. quim. 49 | e-1528, 2024 issn 1678-4618 page 12/13 references adepoju, a. j.; latona, d. f.; olafare, o. g.; oyebamiji, a. k.; abdulhammed, m.; semire, b. molecular docking and pharmacokinetics studies of curcuma longa (curcumin) potency against ebola virus. ovidius univ. ann. chem. 2022, 33 (1), 22–35. https://doi.org/10.2478/auoc-2022-0004 ata, a.; van den bosch, s. a.; harwannik, d. j.; pidsinski, g. e. gluthathione-s transferase and acetylcholinesterase inhibiting natural products from medicinally important plants. pure appl. chem. 2007, 70, 2269–2279. https://doi.org/10.1351/pac200779122269 bakkali, f.; 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acid josé alberto paris junior1 , ana júlia salvador rocchi2 , bruno torquato biagioni1 , maurício cavicchioli3+ , rachel temperani amaral machado4 , fernando rogério pavan4 , pedro paulo corbi5 , wilton rogério lustri1 , douglas henrique pereira6 , antonio carlos massabni1,3 1. university of araraquara, graduate program in biotechnology in regenerative medicine and medicinal chemistry, araraquara, brazil. 2. university of araraquara, medicine course, araraquara, brazil. 3. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. 4. são paulo state university, school of pharmaceutical sciences, araraquara, brazil. 5. university of campinas, institute of chemistry, campinas, brazil. 6. federal university of tocantins, chemistry collegiate, gurupi, brazil. +corresponding author: maurício cavicchioli, phone: +55 (16) 3301-9768, email address: mauriciocavicchioli@gmail.com article info article history: received: august 05, 2020 accepted: december 24, 2020 published: april 01, 2021 keywords 1. silver complex 2. succinic acid 3. dft 4. antibacterial activity 5. mycobacterium tuberculosis abstract: a silver(i) complex with succinic acid in the form of succinate is presented. chemical characterization confirms the molecular composition ag2c4h4o4 for the complex. infrared spectra suggest a bidentate coordination of both carboxylate groups of succinates to the two ag(i) ions. density functional theory (dft) studies were used in the structures of succinic acid and ag(i) succinate complex with coordination formula [ag2(c4h4o4)] in order to optimize them to their minimum energy. the studies confirmed that each carboxylate group of the succinate anion is coordinated to one silver atom by the two oxygen in a bidentate mode and the bond lengths o···ag theoretically determined range from 2.325 to 2.338 å. the complex [ag2(c4h4o4)] showed in vitro antibacterial activity against the bacterial strains of staphylococcus aureus, bacillus cereus, escherichia coli and pseudomonas aeruginosa complex. anti-mycobacterium tuberculosis analyses were also performed and the [ag2(c4h4o4)] complex was shown to be active over m. tuberculosis h37rv strain with mic90 of 23.94 μg ml-1 while succinic acid itself showed a value higher than 25.00 μg ml-1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 mailto:mauriciocavicchioli@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-2312-3866 https://orcid.org/0000-0003-2091-2042 https://orcid.org/0000-0002-9970-802x https://orcid.org/0000-0002-6557-7391 https://orcid.org/0000-0002-2766-3360 https://orcid.org/0000-0002-6969-3963 https://orcid.org/0000-0002-7478-0877 https://orcid.org/0000-0001-6627-4758 https://orcid.org/0000-0002-7700-4769 https://orcid.org/0000-0002-4190-1505 original article iq.unesp.br/ecletica 27 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 1. introduction according to recent reviews1,2, the bacterial antibiotic resistance is increasing at an alarming rate. the indiscriminate use of antibiotics is largely responsible for the occurrence of resistant bacteria. one of the most common bacterial strains is escherichia coli, which is usually found in intestines of warm-blooded organisms. most strains of e. coli are harmless, but some can cause severe food poisoning. it is transmitted to humans mostly by the ingestion of contaminated foods, such as raw meat, milk and vegetables. escherichia coli can cause neurological complications (seizures, stroke and coma) in about 25% of patients with hemolytic uremic syndrome and chronic kidney sequelae in about 50% of survivors. the e. coli resistance to the standard antibiotic treatment with fluoroquinolones is now widespread. in some countries, this treatment has shown to be ineffective in more than 50% of patients3. there has been a great increase in resistance to firstline drugs to treat infections caused by staphylococcus aureus. people infected with s. aureus resistant to methicillin are estimated to be 64% more likely to die than people infected with a nonresistant strain of the same bacteria3. tuberculosis (tb) is a disease responsible for more than 1.6 million deaths annually and remains a remarkable public health case of concern worldwide. the number of infections is growing up in developed countries, especially for immunosuppressed patients (such as people with diabetes and hiv/aids), individuals receiving antitumor therapy and diabetic individuals4. despite the improvement of tb treatment, it is greatly affected by growth of resistant strains of mycobacterium tuberculosis5. in 2017, a range of 483,000–639,000 people worldwide developed tb resistant to rifampicin, the most effective first-line drug, according to the world health organization tuberculosis report4. more alarming is that, within this group, 82% developed multidrug-resistant tb6. therefore, the challenge is the search for new substances with antimicrobial activities with a remarkable effectiveness when tested against bacteria (mainly the resistant strains), compared to those drugs used nowadays. a well-known strategy to obtain active compounds against bacteria includes preparation and uses of silver(i) complexes and ag nanoparticles. silver(i) is known for its antimicrobial activities for a long time in medicine and materials sciences7–12. the ag(i) sulfadiazine complex, for example, has been clinically used as antibacterial and antifungal drug for more than 50 years. this complex is an insoluble compound which slowly liberates ag(i) ions when used as a cream to treat bacterial infections in severe burns8. silver(i) ions interact with dna13 or with s-donor ligands in vital enzymes and inactivate them14,15. consequently, there is an increase of pyrimidine dimerization by a photodynamic process and interruption of dna replication. so, ag(i) complexes with nand o-donor ligands have increased ability to replace such molecules by the s-donor ligands of target bacterial proteins10,16,17. succinic acid (fig. 1) is a nonhygroscopic acidulant of relatively low acid strength largely used in food and beverage industries. it is also a precursor to produce some polyesters and a component of alkyd resins heavily used in automotive and electronics industries18. the ligand is very well studied and has no toxicity or mutagenicity. so, if the complex is to be applied in vivo in the future, safety on the ligand is ensured. furthermore, succinic acid has a chemical structure with two carboxylate groups, which are particularly good coordination points to prepare metal complexes. succinic acid is an intermediate metabolic of the krebs cycle. so, it could be expected that this characteristic promotes a higher intracellular absorption of the complex when compared to agno3 and ag(i) complexed to other ligands reported in the literature. figure 1. chemical structure of succinic acid. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 original article iq.unesp.br/ecletica 28 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 succinic acid complexes have already been described in the literature, such as the interaction of neodymium(iii) and iron(iii) with it and some of its derivatives19. sladkov et al.20 studied complexation of uranyl (uo2) and plutonyl (puo2) with succinic acid in aqueous acid solutions. in the present work, synthesis and characterization combining experimental and density functional theory (dft) studies of an ag(i) complex with succinic acid in the form of succinate are described. antibacterial assays of the complex against the gram-positive bacteria staphylococcus aureus atcc 25923 and bacillus cereus atcc 14579 and the gram-negative escherichia coli atcc 25922 and pseudomonas aeruginosa atcc 27853 were also performed and are described in this manuscript. 2. experimental 2.1 materials succinic acid and silver nitrate were analytical grade chemical products from sigma/aldrich laboratories. all other chemicals were purchased from different sources. the reagents were used as received. 2.2 synthesis an aqueous solution (20 ml) with 3.0 mmol of succinic acid was adjusted to ph 7.0 with koh; 20 ml of another aqueous solution containing 6.0 mmol of ag(i) nitrate was added under stirring to the succinic solution in a dark room. a white precipitate was immediately formed. the solid was collected by filtration and left to dry in a desiccator with p4o10 protected from light. anal. calc. for [ag2(c4h4o4)] (%) c 14.5, h 1.2. found (%) c 14.6, h 1.0. yield: 75%. 2.3 instrumental methods carbon, hydrogen and nitrogen (chn) elemental analyses were performed using a chns-o 2400 series ii (perkin elmer) analyzer. infrared (ir) spectra were obtained on a ftir cary 630 agilent spectrophotometer, equipped with attenuated total reflectance (atr) sampling apparatus. the resolution was set at 4 cm-1. thermal analyses were performed on a thermoanalyzer tg/dta simultaneous sdt q-600 (ta instruments) under the following conditions: aluminum crucible, synthetic air (100 ml min-1), heating rate of 10 °c per min and temperature range from 30 to 1000 °c. 2.4 computational simulations all the methods described in this section were based in previous work21. the chemical structures of succinic acid and the ag(i) succinate complex [ag2(c4h4o4)] were optimized to the minimum of energy by the application of dft with b3lyp22–24. the basis sets 631+g(d,p)25–27 were applied for carbon (c), hydrogen (h) and oxygen (o) atoms. the lanl2dz28 effective core potential basis set was used for ag atoms. frequency calculations were employed to confirm that the optimized structures were at their minimum energy and no imaginary frequencies were found. gaussian program 09 was used to perform all the calculations29. gauss view 5.09 program was used to generate some structures30. 2.5 determination of the minimal inhibitory concentration (mic) determination of the minimum inhibitory concentration (mic) of the free ligand and [ag2(c4h4o4)] was performed using different reference bacterial strains, s. aureus atcc 25923, b. cereus atcc 14579, e. coli atcc 25922 and p. aeruginosa atcc 27853, as described in clsi 201631,32. the bacterial strains were inoculated in tubes containing 10.0 ml of brain heart infusion (bhi kasvi) and incubated for 18 h at 35–37 °c. sufficient inoculums of each bacterial suspension were added in new tubes of sterile bhi medium until reaching 1.0 turbidity of the mcfarland nephelometric scale (~ 3.0 × 108 cfu ml-1). a volume of 50 l of the stock solution (20 mg ml-1) of the free ligand and [ag2(c4h4o4)] suspended in 20% dimethyl sulfoxide (dmso) aqueous solution were added from the second well (b) of the 96-well microplate plus 50 µl of sterile http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 original article iq.unesp.br/ecletica 29 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 bhi medium, followed by serial dilutions (5.0 to 0.078 mg ml-1) and 100 µl of the microorganism suspensions, on the mcfarland 1.0 scale, were added to each well, reaching turbidity 0.5 mcfarland (~ 1.5 × 108 cfu ml-1) in a final volume of 200 µl well-1. in the first well of the microplate, used as a growth control, 50 µl of sterile bhi medium, 50 µl of 20% aqueous dmso solution and 100 µl of bacterial suspensions were added, on scale 1.0 mcfarland. the microplates were incubated for 18 h at 35–37 °c in a humid chamber under agitation at 150 rpm. after the incubation period, 15 μl of 0.02% resazurin in sterile aqueous solution was added to each hole in the plates. after 3 h of reincubation, the reading was performed. when active (or able to replicate), the bacterial cells convert the “blue” resazurin to “pink” resorufin. the lower concentration that resulted in the inhibition of bacterial growth (or blocked the conversion of resazurin to resorufin) was considered the mic value. the tests were performed in triplicate. 2.6 anti-mycobacterium tuberculosis analyses the mic90 of compounds against the standard m. tuberculosis h37rv strain was determined with resazurin microtiter assay (rema). briefly, the compounds were dissolved in middlebrook 7h9 broth, oleic albumin dextrose catalase (oadc) and glycerol 0.5%. the solutions of the compounds, in a range concentration of 0.09 to 25 mg ml-1, were placed in a microplate (96-well) containing the bacterial inoculum, adjusted to 105 cfu ml-1. the plates were incubated for seven days at 37 °c, 5.0% co2 atmosphere. an aqueous solution of resazurin (0.01%) was added and the fluorescence was read at 530/590 nm after incubation of 24 h. the mic90 is the lowest concentration of the compound, which inhibits 90% of bacterial growth33. three replicates were performed. 3. results and discussion 3.1 ir spectra some bands of the ir spectrum of the complex change significantly when compared to the succinic acid and its potassium salt indicating coordination of succinate to the metal by the carboxylate group. figure 2 shows the ir spectra of succinic acid, k+-succinate (the anionic form of succinic acid) and the [ag2(c4h4o4)] complex. the spectrum of succinic acid shows a very large stretching o–h band in the range 3300–2500 cm-1. it also shows a combined absorption pattern in the range 3300–2500 cm-1, with a broad o–h band superimposed on the sharp stretching bands of c–h. the reason for a so broad o–h stretching band of succinic acid is certainly because carboxylic acids usually exist as hydrogen-bonded dimers. this band disappears in the spectra of both potassium salt and complex. the second change is in the stretching and bending vibrations c=o, c–o and o–h in the region 1300–1700 cm-1. the c=o stretching mode of succinic acid occurs at 1675 cm-1, the o–h bend at 1408 and 890 cm-1 and the c–o stretch at 1304 cm-1. for k+-succinate, the coo− ions generate a strong asymmetric stretching vibration (coo− as) at 1559 cm-l and a weak symmetric stretching vibration (coo− sym) at 1392 cm-l. these bands are located at 1507 cm-l (coo− as) and at 1385 cm-l (coo− sym) in the silver-succinate complex. the difference between coo− as and coo− sym () depends on the type of coordination between the metal and the carboxylate. the carboxylate group keeps the c2 symmetry when coordinating as a bridging or a bidentate group. the metal atom is equally associated with the two oxygen atoms in the succinate salt. the difference  between the coo– asymmetric and symmetric stretching frequencies in the carboxylate salt and in the complex is 167 and 122 cm-1, respectively, suggesting a bidentate coordination of each carboxylate group to the two ag(i) ions34,35. the structure of succinate molecule is highly symmetric. so, the ir bands of the two carboxylate groups would have the same frequencies and such bands are superimposed. consequently,  should be the same for both carboxylate groups. in summary, each carboxylate group is coordinated to one ag(i) ion in a bidentate mode. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 original article iq.unesp.br/ecletica 30 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 figure 2. infrared spectra of succinic acid (a), potassium succinate (b) and [ag2(c4h4o4)] (c). 3.2 thermogravimetric measurements figure 3 shows the thermogravimetric curve for the [ag2(c4h4o4)] complex, with only one well-defined mass loss. the loss of about 34% occurred in the range 260–310 °c and corresponds to the net mass loss. the final residue percentage is in accordance with the formation of metallic silver. differential scanning calorimetry (dsc) analysis of [ag2(c4h4o4)] (fig. 4) shows the occurrence of only one exothermic event at 304 °c, which corresponds to oxidation of the ligand leading to the formation of the residue of ag0. figure 3. thermogravimetric curves (tg and dtg) for [ag2(c4h4o4)]. figure 4. differential scanning calorimetry (dsc) for [ag2(c4h4o4)]. 3.3 electronic and structural properties by density functional theory (dft) succinic acid and [ag2(c4h4o4)] were theoretically studied and their structural parameters after complexation and their frontier molecular orbitals (fmo) were determined. the structural parameters calculated were the bond lengths for the metal and oxygen (o···ag) (fig. 5). a) b) c) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 original article iq.unesp.br/ecletica 31 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 figure 5. structural formula for [ag2(c4h4o4)] and the bond length values for the o···ag bonds. by analyzing the results, it is possible to observe that each carboxylate group of the succinate coordinates to one ag atom by the two o atoms in a bidentate mode and the theoretically determined bond lengths o···ag were in the range from 2.325 to 2.338 å. it is important to note that, for optimization, the ag atom was placed close to the o atom and no imaginary frequencies were identified after optimization, showing that the structure determined in fig. 6 was at minimum energy. the theoretically determined values for the o···ag bond are similar to the crystal data found in the literature for a silver complex with mixed ligands 2-aminobenzonitrile and 4-methylbenzoic acid, where the carboxylate group is coordinated to silver in a bidentate chelate mode36. the frontier molecular orbitals highest occupied molecular orbital (homo), lowest unoccupied molecular orbital (lumo) and the energy gap for succinic acid and the [ag2(c4h4o4)] complex were evaluated and are also shown in fig. 6. the results indicate that the homo and lumo orbitals of succinic acid, as well as the homo of [ag2(c4h4o4)], are located over all molecular structures. the exception was the lumo of the complex which is most located over the ag atoms. the results for the determined energy gap were δe = 7.21 ev for the ligand and δe =3.32 ev for the complex. the values of gap show that there is a significant decrease in the energy gap (≅ 3.89 ev) after complexation, which indicates that the complex is more reactive than the ligand. figure 6. frontier molecular orbitals and energy gap for: a) succinic acid and b) [ag2(c4h4o4)] complex. 3.4 minimum inhibitory concentration (mic) the [ag2(succ)] shows its inhibitory activity against gram-positive and gram-negative bacteria used in the assay. the free ligand succ and dmso aqueous solution did not show antibacterial activities. the results are summarized in table 1. the results suggest that antibacterial activity of [ag2(c4h4o4)] is due to the release of ag+ ions in the same way it was described for ag-sulfadiazine and for other ag complexes. inhibition (in mmoll-1) provided by [ag2(c4h4o4)] was higher than that observed by the starting salt agno3. it is already described in the literature that ag+ can link to the cell membrane and consequently inhibits cell divisions. silver ions also binds to bacterial dna and rna and inhibits bacterial replication37. table 1. minimum inhibitory concentration (mic) values of agno3, succinic acid and [ag2(succ)]. s. aureus atcc 25923 b. cereus atcc 14579 e. coli atcc 25922 p. aeruginosa atcc 27853 mic μgml-1 mic mmoll-1 mic μgml-1 mic mmoll-1 mic μgml-1 mic mmoll-1 mic μgml-1 mic mmoll-1 [ag2(succ)] ≤ 78.12 ≤ 0.23 ≤ 78.12 ≤ 0.23 ≤ 78.12 ≤ 0.23 ≤ 78.12 ≤ 0.23 succinic acid r r r r agno3 ≤ 78.12 ≤ 0.45 ≤ 78.12 ≤ 0.45 ≤ 78.12 ≤ 0.45 ≤ 78.12 ≤ 0.45 r = resistant. student t-test was used to determine the statistical significance for s. aureus, b. cereus, e. coli and p. aeruginosa replicates. results were expressed as the mean (***p < 0.005). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 original article iq.unesp.br/ecletica 32 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 so, the use of silver complex promotes a slower release of the silver ions when compared to silver nitrate. this characteristic increases the antibacterial effect of the compound. for example, the role of silver and sulfadiazine in the mechanism of action of silver sulfadiazine on burn wound infections was investigated38. the efficacy of silver sulfadiazine is thought to result from its slow and steady reactions with serum and other sodium chloride-containing body fluids, which permits the slow and sustained delivery of silver ions into the wound environment. in this circumstance, a relatively minimum amount of sulfadiazine appears to be active. furthermore, the ligand succinic acid is an intermediate metabolic of the krebs cycle. so, it is suggested that this characteristic promotes a higher intracellular absorption of the complex when compared to agno3 and ag(i) complexed to other ligands reported in the literature. the results obtained in this work demonstrated that the [ag2(c4h4o4)] complex showed significant growth inhibition activity of the tested bacterial species, when compared with other studies that report the inhibitory activity of bacterial growth by ag(i) complexes with several ligands, as ag(i) with furosemide (mic = 0.39 mmol l-1 for gram-positive bacteria strains)32, sulfathiazole (mic 3.45 mmol l-1 for gram-negative bacteria and 6.90 mmol l-1 for gram-positive bacteria strains) and sulfamethoxazole (mic = 1.74 mmol l-1 for gram-negative bacteria and 13.9 mmol l-1 for gram-positive bacteria)39. the results demonstrate the potential for using the [ag2(c4h4o4)] complex as an antibacterial drug in the future. 3.5 anti-mycobacterium tuberculosis activity the mic90 values for [ag2(c4h4o4)], succinic acid and rifampicin were obtained through rema. rifampicin, the most effective first-line drug, was used as a control and showed a mic90 of 0.08 μg ml-1. the silver complex with succinate was shown to be active with a mic90 of 23.94 μg ml-1 while succinic acid itself presented a value higher than 25.00 μg ml-1. in spite of being active, the [ag2(c4h4o4)] complex has a mic value lower than that of other antimycobacterial agents used in tb clinical treatments as ethambutol (mic90 = 5.62 μg ml-1) and p-aminosalicylic (mic90 = 1.25μg ml-1). 4. conclusions a new silver complex with succinic acid was obtained and characterized. on the basis of elemental and thermogravimetric analyses, the complex was formulated as [ag2(c4h4o4)]. infrared spectra showed that the value for δν decreases for both carboxylate groups because of the high symmetry of succinate anion compared to the free succinic acid molecule. the reduction of the δν value indicates coordination of each carboxylate group to each ag(i) in a bidentate mode. the theoretical structures for succinic acid and the [ag2(c4h4o4)] complex were optimized to the minimum of energy using dft. the studies confirm that each carboxylate group of the succinate coordinates to one ag atom by the two o atoms in a bidentate mode as suggested by the ir data and the bond lengths o···ag theoretically range from 2.325 to 2.338 å. the complex shows inhibitory activity against the considered strains used in the assay with mic values ≤ 0.23 mmol l-1. succinic acid, k+-succinate and dmso aqueous solution were inactive. anti-mycobacterium tuberculosis analyses were also performed with [ag2(c4h4o4)] and succinic acid. the [ag2(c4h4o4)] complex was shown to be active presenting a mic90 of 23.94 μg ml-1 while succinic acid itself presented a value higher than 25.00 μg ml-1. the results obtained indicate the significant activity in vitro of the silver complex with succinic acid and warrants for additional studies in the search of safer silver-based antimicrobial drugs. acknowledgments this study was supported by grants from the brazilian agencies fapesp (são paulo state research council, grants #2018/12590-0, #2017/11570-3 and 2018/12062-4), cnpq (national council of scientific and technological development, grant #300968/20167) and funadesp (national foundation for the development of private higher education, grant #2700375). douglas h. pereira also acknowledges the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 original article iq.unesp.br/ecletica 33 eclética química journal, vol. 46, n. 2, 2021, 26-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.2.2021.p26-35 center for computational engineering and sciences (financial support from fapesp, grants #2013/08293-7 and #2017/11485-6) and the national center for high performance processing (cenapad) in são paulo for the computational resources. this study was partially financed by the coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior brasil (capes) – finance code 001. references [1] zaman, s. b., hussain, m. a., nye, r., mehta, v., mamun, k. t., hossain, n., a review on antibiotic resistance: alarm bells are ringing, cureus 9 (6) (2017) e1403-e1403. https://doi.org/10.7759/cureus.1403. 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https://doi.org/10.1128/aac.46.8.2720-2722.2002 https://doi.org/10.1128/aac.46.8.2720-2722.2002 https://doi.org/10.1080/00945718408055903 https://doi.org/10.1080/00945718408055903 https://doi.org/10.1080/00945718408055903 https://doi.org/10.1080/00945718408055903 https://doi.org/10.1080/00945718408055903 https://doi.org/10.1016/b978-0-08-091740-5.50012-0 https://doi.org/10.1016/b978-0-08-091740-5.50012-0 https://doi.org/10.1016/b978-0-08-091740-5.50012-0 https://doi.org/10.1016/b978-0-08-091740-5.50012-0 https://doi.org/10.1016/b978-0-08-091740-5.50012-0 https://doi.org/10.1016/b978-0-08-091740-5.50012-0 https://doi.org/10.1016/j.ica.2012.01.027 https://doi.org/10.1016/j.ica.2012.01.027 https://doi.org/10.1016/j.ica.2012.01.027 https://doi.org/10.1016/j.ica.2012.01.027 https://doi.org/10.1016/j.ica.2012.01.027 https://doi.org/10.1111/j.1742-481x.2007.00316.x https://doi.org/10.1111/j.1742-481x.2007.00316.x https://doi.org/10.1111/j.1742-481x.2007.00316.x https://doi.org/10.1111/j.1742-481x.2007.00316.x https://doi.org/10.1111/j.1742-481x.2007.00316.x https://doi.org/10.1111/j.1742-481x.2007.00316.x https://doi.org/10.1128/aac.5.6.582 https://doi.org/10.1128/aac.5.6.582 https://doi.org/10.1128/aac.5.6.582 https://doi.org/10.1128/aac.5.6.582 https://doi.org/10.1016/j.poly.2014.09.010 https://doi.org/10.1016/j.poly.2014.09.010 https://doi.org/10.1016/j.poly.2014.09.010 https://doi.org/10.1016/j.poly.2014.09.010 https://doi.org/10.1016/j.poly.2014.09.010 short review revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 1 | 2023 | 41 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 antioxidant property of secondary metabolites from garcinia genus: a short review elton kazmierczak1+ , cássia gonçalves magalhães1 , romaiana picada pereira1 1. state university of ponta grossa, department of chemistry, ponta grossa, brazil. +corresponding author: elton kazmierczak, phone: +55 42 999945754, email address: kazmierczak.elton@gmail.com article info article history: received: july 27, 2022 accepted: december 5, 2022 published: january 01, 2023 keywords: 1. benzophenones 2. mangosteen 3. free radicals 4. oxidative stress 5. xanthones section editors: assis vicente benedetti contents 1. introduction 2. methodology 3. an overview about oxidative stress and free radicals 4. chemical constituents of garcinia genus 5. antioxidant activity of extracts and metabolites of garcinia genus 6. concluding remarks authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments references abstract: species from the garcinia genus (clusiaceae family) are used in the treatment of many diseases and metabolic disorders frequently associated with the oxidative stress. the characteristic metabolites found in this genus are xanthones and benzophenones, which have antioxidant properties, among relevant biological potentials. this review provides a specific vision about antioxidant activity of garcinia species, reporting in vitro and in vivo assays, described from the last five years. the research about antioxidant properties of garcinia species and their constituents can be directed in the development of new medicines and drugs. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 mailto:kazmierczak.elton@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9654-2485 https://orcid.org/0000-0003-4168-3365 https://orcid.org/0000-0002-2358-2264 short review revista.iq.unesp.br 42 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 1. introduction the increase in consumption of ultra-processed foods and other modern habits harmful to health contribute to the growth in the number of people with chronic diseases such as diabetes, hypertension and obesity (almarshad et al., 2022). this situation leads to the requirement of research for alternatives in the treatment of these problems. due to low cost and low side effects, natural products that have health benefits are the target of studies in order to develop remedies that act in this type of disease (a. onaolapo and o. onaolapo, 2020). species of the garcinia genus (clusiaceae family) are a relevant source of bioactive compounds. they are used in traditional medicine against problems frequently associated to oxidative stress, such as chronic ulcers, dysentery, diarrhea, gonorrhea, and diabetes (aizat et al., 2019a; mello et al., 2021). approximately 450 species belong to this genus, and they are commonly found as trees, shrubs or subshrubs, occurring in asia and some countries in africa and south america (mohamed and ibrahim, 2020). a common feature among species of this genus is the production of yellow sap, occasionally white, in the endocarp of the fruit, bark and wood (aizat et al., 2019b; inoue et al., 2017; machado et al., 2017). several biological activities have been described for garcinia species, including anticancer, antiinflammatory, antimicrobial, antiviral, antidepressant, antioxidant, and neuroprotective activity against alzheimer’s disease. in addition, the antiobesity activity and appetite suppressant activity has been commercially explored through many supplements based on extracts of garcinia spp. (pandey et al., 2017). this relevant and diversified biological potential is attributed to the xanthones and benzophenones, the most abundant classes of metabolites found in these plants (do and cho, 2020; inoue et al., 2017; kurniawan et al., 2021; mello et al., 2021; wairata et al., 2022; wang et al., 2017; zafar et al., 2019). garcinia mangostana, the most studied species, is popularly known as mangosteen. it is cultivated for its peculiar bittersweet taste and it is also known as the queen of fruits due to its sweet-sour taste and the wide range of medicinal benefits (aizat et al., 2019a). in traditional medicine, the pericarp of this species has been used to treat inflammation, ulcer, skin infection, amoebic dysentery, wound healing, and diarrhea (wang et al., 2017). g. cochinchinensis is similar in phenotype to g. mangostana and is called yellow mangosteen or false mangosteen, depending on the region of occurrence. in the young fruit stage, the g. cochinchinensis is confused with g. mangostana; the latter being typical of southeast asian countries such as malaysia, indonesia, thailand and china. the tropical tree of g. mangostana can reach up to 25 m in height. the fruit in its mature stage is purple. in popular medicine, the pericarp has been used to treat inflammation, ulcer, and skin infection. in addition, several parts of g. mangostana are prepared by dissolving in water and after the fruit extract is commercialized as functional food and drink (aizat et al., 2019b; wang et al., 2017). g. xanthochymus is a perennial medium-size tree that can reach up to 20 m height and it is distributed in china, south east asia and western gates of india. the g. xanthochymus fruit has a sub globose form, turns yellow when it is mature, and the seeds are embedded in yellow pulp. the fruits are eaten fresh or processed to make jams, vinegar, beverages and other food products. as well as other species of this genus, various subparts of the plant are used in the research like barks, leaves, seeds, stem bark and others (hassan et al., 2018; prakash et al., 2022). in american countries there are some garcinia species such as g. brasiliensis and g. gardneriana, which are used to treat inflammation, pain and urinary infections. these species are native to the amazonian region; g. brasiliensis, for example is known as bacuri, bacupari or bacuripari. the fruit of g. brasiliensis is yellow and has a sour-sweet pulp. it has also antiinflammatory, antinociceptive, antitumoral and antioxidant properties (demenciano et al., 2020; espirito santo et al., 2020). species like g. atroviridis, g. cola, g. cambogia and g. indica are used to treat degenerative diseases, such as obesity, diabetes mellitus, and arthritis, as well as other metabolic syndromes (kuswandi et al., 2022). g. cambogia is used as an antiobesity supplement and can be effective in terms of weight loss (andueza et al., 2021; han et al., 2021). andueza et al., (2021) warn about the negative effect of garcinia supplements for weight loss because it can be associated with liver damage and to lesser extent with serotonin toxicity. the responsible compounds by antioxidant property in garcinia species are phenolic compounds, flavonoids, phenolic acids, anthocyanins, xanthones and benzophenones, because there is relationship between free radical scavenging and total phenolic content and total flavonoids content (espirito santo et al., 2020; kainama et al., 2020). another important compound present in the genus garcinia is hydroxycitric acid, which, together with hydroxylated xanthones and benzophenones, has a significant antioxidant activity. it controls the oxidative stress with hydroxycitric acid and others bioactive compounds from garcinia regulating the concentration of reactive oxygen species, being one important therapeutic strategy (han et al., 2021). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 43 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 bioactive compounds, such as phenolics compounds, flavonoids and biflavonoids, xanthones and benzophenones, found in this genus are strong antioxidants that complement and enhance the functions of vitamins and enzymes, protecting against oxidative stress (mello et al., 2021). these compounds may be used in the food industry, mainly in meat products, in which oxidation is one of the main problems related to their deterioration (beya et al., 2021). another strong trend in the study of natural antioxidants is their use to preserve the quality of raw food, suggesting another possible application for plant extracts and isolated metabolites that show this property. based on the relevant potential of plants as a source of antioxidant compounds, the present review aims to describe the antioxidant property of species of the garcinia genus, reported between 2017 and 2022. 2. methodology data relating to garcinia spp. and their antioxidant potential were obtained through pubmed and google scholar published in the last 5 years. the species of garcinia shown here were chosen due to the number of publications such as g. mangostana, g. kola, g. xanthochymus and others. another reason was the relation with metabolic disorders. the following exclusion criteria were adopted: 1article whose full text was not accessible in the database; 2publications that did not include the terms “garcinia” and “antioxidant activity” search phrases in the abstract or title; 3articles which are not written in english; and 4articles in which the phytochemicals used in the biological activity assays were not isolated from these species but were acquired from industries. the chemical structures of compounds mentioned in this text were drawn using chemdrawn 12.0 software. 3. an overview about oxidative stress and free radicals the terms oxidants or pro-oxidants are related to the reactive oxygen species (ros) and reactive nitrogen species (rns). both of them can be described as free radicals, although ros can be found as non-free radical species. free radicals are atoms or molecules containing one or more unpaired electrons in the valence shell (elmund and hartrianti, 2020). because of its odd and unpaired electron, the radical becomes unstable, shortlived, and reactive. due to their high reactivity, radicals interacts with other substances to remove their electrons and achieve stability. the substance that has suffered the electron remotion can turn into a radical and reacts with a subsequent one and, thus, start a chain reaction, which ultimately causes cellular damage (kumar et al., 2021; omidifar et al., 2021). these free radicals can be generated in normal mitochondrial processes. this phenomenon, oxidative stress, occurs when pro-oxidant substances are in higher concentration than antioxidant substances. then, they may cause oxidative damage due to the absence of antioxidant defense. the examples for the radicals include superoxide (o2 •-), oxygen radical (o2 ••), hydroxyl (oh•), alkoxy radical (ro•), peroxyl radical (roo•), nitric oxide (no•) and nitrogen dioxide (no2 •) (abubakar et al., 2020; kumar et al., 2021). when the number of oxidizing substances, whether free radicals or nonradical reactive species, are at a higher level, the body is able to neutralize by the action of antioxidant substances and, by the enzymatic antioxidant system, the phenomenon oxidative stress occurs. this phenomenon describes the level and state of oxidative damage to tissues and cells caused by ros and other radicals. oxidative stress can be defined as an imbalance between concentration of free radical and other oxidative compounds and the decrease of concentration of antioxidants, which lead to a disruption of redox signaling, control and molecular damage (cassidy et al., 2020; kumar et al., 2021; mohamed and ibrahim, 2020). in mental illness, for example, the concentration of antioxidants and their markers can indicate the level of oxidative damage and suggest the presence of a particular disease or disorder. in this context, the reduction in the level of antioxidants such as glutathione, glutathione transferase and catalase, as well as the increase in ros and rns and the variability of their concentrations, may indicate differences in the initial and final stages of healthy problems related to this balance (ashton et al., 2019). in order to control the undesired action of radicals, the search for compounds that perform this function is increasing. in this case, these substances are called antioxidants. they can be present in the body and convert radicals and other reactive species into stable species. antioxidants act by different mechanisms of action, including radical scavengers, singlet oxygen inhibitors, peroxide inactivators and metal chelators (gulcin, 2020). redox markers are also used as evaluation parameters for oxidative stress, there is an increase in malondialdehyde and thiobarbituric acid reactive substances markers. the antioxidant enzymes themselves can be used as markers that are altered in the context of serious diseases, such as superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase, as they indicate the active level of the body’s antioxidant defense. high levels of oxidative stress may originate in the mitochondria and are associated with https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 44 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 their dysfunction or, in part, when the oxidative damage to the mitochondria happens (ashton et al., 2019). a variety of assays are used to evaluate antioxidant property of secondary metabolites from plants, by different mechanisms. among them, it is possible to cite assays of radical capture activity or reactive species, reducing power and metal chelation. the most common methods for evaluating antioxidant activity to be used is the radical scavenging activity assay of 2,2-diphenyl-1picrylhydrazyl (dpph), radical 2,2’-azino-bis (3ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (abts), ferric reducing antioxidant power (frap) and metal chelation capacity (wairata et al., 2022). depending on the reagents involved, the type of antioxidant and oxidant reactions can occur in two distinct mechanisms in order to convert the radical into a stable species. both mechanisms lead to the same results (gulcin, 2020). so, the basis of the chemical reactions involved is categorized into hydrogen atoms transfer (hat) and single electron transfer (set). hat (eqs. 1 and 2) is defined as one h atom is transferred to a radical target resulting in a stable product and set (eqs. 3–6) as one or more electrons are transferred to reduce target free radicals. roo• + ah/pheoh → rooh + a•/phe-o• (1) roo• + a• → rooa (2) roo• + ah/pheoh → roo+ ah+/pheoh+ (3) roo+ ah+/pheoh+ + h2o → a•/phe-o• + h3o+ (4) roo+ h3o+ → rooh + h2o (5) m(iii) + ah/aroh → ah+/aroh+ + m(ii) (6) reactions hat and set, where ah = any antioxidant with donatable h or electron, pheoh = phenol or polyphenol antioxidants, m = redox metal. reactions based in set involve one redox reaction with the antioxidant compound. antioxidant assays like dpph, abts and frap occur by set mechanisms. the dpph radical capture assay is among the most used assays in the evaluation of antioxidant activity (benzie and devaki, 2017; sethi et al., 2020). dpph is a stable radical of purple color and soluble in ethanol. after reacting with antioxidants, electrons or hydrogen atoms, it loses its purple color, becoming colorless or slightly yellowish. the colorless compound formed is also called 2,2-diphenylpicrylhydrazyl or reduced dpph (gulcin, 2020). the abts•+ radical is prepared from nonradical abts by reacting with a strong oxidizing agent, such as persulfate ion (sethi et al., 2020). abts•+ is a bluish green cation radical with maximum absorption at 734 nm, which gradually loses its color intensity when it reacts with antioxidant species (ah, ar-oh) (gulcin, 2020). the frap of extracts from plant samples occurs through single electron transfer reactions. this is a method that measures the ability of the potential antioxidant to transfer an electron to reduce any compound, in this case the transition metal iron, as well as carbonyls and other oxidizing radicals (benzie and devaki, 2017; sethi et al., 2020). the need to investigate the ability to reduce iron ions in their involvement in the oxidative process, increasing the concentration of ros, consequently, aggravating the oxidative stress. iron participates in the fenton reaction, present in the body (benzie and devaki, 2017). some ros are moderately reactive such as superoxide (o2 •-) like most biological molecules. however, through the haber–weiss reaction catalyzed by the fenton reaction, other extremely reactive ros are generated (gulcin, 2020). fe3+ reacts with the superoxide to form fe2+ (eq. 7). this cation reacts rapidly with hydrogen peroxide (h2o2) producing ion of iron iii, radical hydroxyl and the hydroxyl ion (eq. 8), ros that are extremely harmful to the body (benzie and devaki, 2017; lakey-beitia et al., 2021). the combination of eqs. 7 and 8 results in the ironcatalyzed haber–weiss reaction (eq. 9), which turns out to be possible in vivo (engwa, 2018). fe3+ + o2 •→ fe2+ + o2 (7) fe2+ + h2o2 → fe3+ + oh+ ho• fenton reaction (8) o2 •+ h2o2 → o2 + ho• + ohhaber–weiss reaction (9) the importance of evaluating frap is in reducing of the fe3+ in eq. 7, as this prevents the formation of ros, whereas in chelation of iron, the antioxidant compounds present in the extracts chelate the ion fe2+ in eq. 8, also preventing the formation of ros. in general, the chelation capacity of metals is determined by measuring the chelating effect of antioxidants for iron ions, fe2+ (gulcin and alwasel, 2022). the chelating capacity of antioxidant compounds can be measured to chelate both fe and cu, and in turn, phenolic and flavonoid species are both able to chelate these transition metals (lakeybeitia et al., 2021). the chelation of transition metals prevents them from participating in reactions that generate oxidant species, for example, in fenton and haber–weiss reactions generating ros (garcía-diez et al., 2021). 4. chemical constituents of garcinia genus the major classes of secondary metabolites found in species from garcinia genus are phenolics compounds, flavonoids, biflavonoids, xanthones, benzophenones and https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 45 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 terpenes (hassan et al., 2018). these phytochemicals can be isolated by different parts of the plant, using different techniques, such as conventional fractionated extraction, ultrasound assisted extraction and microwave assisted extraction (carrillo-hormaza et al., 2020; chang et al., 2020; ramirez et al., 2019). the two main classes of bioactive compounds found in species of the genus garcinia are xanthones and benzophenones, associated with isoprenyl groups and glycosides. the base skeleton of xanthone is composed of two benzene rings linked by a γ-pyran ring, and its tricycle structure can be associated with its biological activities (ashton et al., 2019; zafar et al., 2019). the name xanthone comes from greek language, where xanthos means yellow color, because xanthones are commonly obtained as yellow solids (kurniawan et al., 2021). xanthones can be found in various parts of plants from the garcinia genus, such as the fruit, peel of the fruit, bark, and seeds (mohamed and ibrahim, 2020). the biosynthesis of xanthones is given based on the numbering of ring a and b from xanthones. the biosynthesis pathway of ring a (carbon 1-4) comes from the acetate pathway, while the ring b (carbon 5-8) is given by the shikimic acid pathway (pinto et al., 2021). several xanthones analogs and their glycosides are obtained by adding substituents to the side chain of the aromatic rings of the skeleton base, but in different positions. thus, there are reported hydroxylated xanthones, from mono to polyhydroxylated, prenylated, alkylated, linked to charged groups, linked to glycoside groups, linked to alkoxide groups and xanthones found in the form of dimers and trimers (zafar et al., 2019). the xanthones found in garcinia species exhibit important diverse biological properties, such as antioxidant, antitumor, antiviral, anti-hiv, antiglycemic, antimicrobial and neuroprotective activities such as in alzheimer’s disease, parkinson’s disease and depression, anticancer (do and cho, 2020; inoue et al., 2017; kurniawan et al., 2021; wairata et al., 2022; wang et al., 2017; zafar et al., 2019). the xanthones isolated from garcinia species exhibit important diverse biological properties, such as antioxidant, antitumor, antiviral, anti-hiv, antiglycemic, antimicrobial and neuroprotective activities (kurniawan et al., 2021; wairata et al., 2022; wang et al., 2017). examples of these metabolites include α-mangostin, βmangostin, γ-mangostin, gartanin, 8-desoxygartanin, garcinexanthone a, cabalaxanthone, garcixanthone a, garcinone c, lichexanthone, subelliptenone h, 12bhydroxy-des-d-garcigerrin a, garciniaxanthone b, garcigerin a, garcinone-e, smeathxanthone a, and 1,3,5tridroxyxanthone (fig. 1) (kusmayadi et al., 2019; wairata et al., 2022; zafar et al., 2019). benzophenones are a class of compounds similar to xanthones. however, there is no oxygen present between the two aromatic rings. the base form for benzophenones is characterized by phenol-carbonylphenol (inoue et al., 2017; murthy et al., 2020). they can also be in the form of polyisoprenylated, linked to glycosides and other substituents, as well as xanthones. examples of known benzophenones are isogarcinol, garcinol and 7-epiclusianone, xanthochymol, 2,4,6,3’,4’,6’hexahydroxybenzophenone. morelloflavone and volkensiflavone are biflavonoid found in g. brasiliensis (fig. 2) (moreira et al., 2017; pasaribu et al., 2021b). the a ring of benzophenones usually have one or two substituents present. on the other hand, the b ring can undergo prenylation and cyclization, producing a variety of different compounds. the benzophenones can be unique with bi-, triand tetracyclic ring systems and show different biological activities, such as antioxidant, antimicrobial, anti-hiv, cytotoxic, hepatoprotective, antiparasitic, and antidiabetic. benzophenones are the main intermediates in the biosynthetic pathway of xanthones (inoue et al., 2017). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 46 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 figure 1. examples of xanthones found in the garcinia species. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 47 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 figure 2. examples of benzophenones and flavonoids presents in garcinia species. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 48 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 5. antioxidant activity of extracts and metabolites of garcinia genus xanthones and benzophenones can be classified as primary antioxidants because they are capable of donating hydrogen or electrons to ros. in consequence, they delay, inhibit or prevent the initiation step or interrupt reaction in the chain. xanthones react with free radicals through electron transfer or hydrogen atom transfer. the antioxidant activity of phenolics compounds may vary according to the amount of hydroxyl substituents and the position of other substituents in the skeleton (gulumian et al., 2018). this happens because hydroxyl groups attached to aromatic rings, forming phenolic groups, act effectively to capture free radicals. the number of hydroxyl groups present in xanthones, flavonoids and other classes of compounds also affects their antioxidant potential. although dihydroxy and trihydroxy xanthones or flavonoids have significant antioxidant activity, tetrahydroxy xanthones or flavonoids have higher values than diand trisubstituted. however, it is necessary to take into account the presence of other substituents that alter the interaction between the xanthone and the oxidizing compound. among these substituents it can be listed alkoxide, prenyl groups. in addition, several natural xanthones that have antioxidant property also exhibit other activities and the scientific community has developed studies to evaluate the structure-activity relationship to better investigate the biological potential of these molecules (gulcin, 2020; gulumian et al., 2018; zafar et al., 2019) virgolin et al. (2017) investigated the antioxidant activity by frap assay of extracts of the fruits of g. humilis and g. xanthochymus using 70% acetone. it was observed a good potential for these samples, 2995.88 ± 3.23 and 489.39 ± 0.48 µmol trolox 100 g–1 pulp, respectively. considering the evaluation of isolated compounds from the garcinia genus, wairata et al. (2021) investigated the antioxidant, antidiabetic and antiplasmodial properties of xanthones from g. forbesii. from the stem bark of g. forbesii, it was isolated five xanthones: lichexanthone, subelliptenone h, 12bhydroxy-des-d-garcigerrin a, garciniaxanthone b and garcigerin a (fig. 2). these authors evaluated the antioxidant property of the compounds described by scavenging dpph, abts, and frap methods, and verified that those metabolites showed strong antioxidant activity by those methods. the most effective compounds were garciniaxanthone b for dpph assay and 12b-hydroxy-des-d-garcigerrin a for abts assay. the antioxidant activity of these compounds can be explained by the presence of hydroxyl groups linked in aromatic rings, which react with radical dpph through the set mechanism. from g. brasiliensis, fukugetin, 7epiclusianone and guttiferone-a were found in its fruits and seeds. these compounds performed relevant antioxidant activity (melo et al., 2021). considering the chelation of metals, chew and lim (2018) evaluated the frap of g. mangostana, g. atroviridis and g. hombroniana extracts from leaves, pulps and pericarps of these species. considering leaves and pulp extracts, g. hombroniana was more effective in chelating power (60% and 30%, respectively). the pericarp extract of g. mangostana showed more activity (78%) than g. hombroniana and g. atroviridis (45% and 11%, respectively). the parts of the same garcinia species were compared in terms of antioxidant activity and total phenolic content and total flavonoids content. nguyen et al. (2021) evaluated the antioxidant activity of g. fusca, g. hopii, g. planchonii, g. nigrolineata, g. gaudichaudii, and g. tinctoria. the extracts were obtained with hexane, ethyl acetate and methanol in solid-liquid extraction. the antioxidant activity methods used were dpph assay, hydroxyl radical scavenging and total antioxidant capacity. the higher values of ic50 for the dpph assay were found in ethyl acetate extract and methanolic extract in all garcinia species. for hydroxyl radical scavenging capacity, the strongest antioxidant activity is shown in ethyl acetate extract of g. tinctoria with 83.5% at ic50 of 1.5 μg ml–1. about the total antioxidant capacity assay, the extracts obtained from g. tinctoria have the highest values 265. ramirez et al. (2019) evaluated the antioxidant activity by dpph, abts and frap assays of seeds, epicarp and leaves of g. madruno. a sequential extraction of these parts with hexane, dichloromethane, ethyl acetate and methanol were done. the ethyl acetate fraction from leaves was more effective in the three assays. research like this makes possible discussions and analysis between fractions of the same plant part and between all parts studied. the different polarity of solvent used influences directly the yield of antioxidant compounds and the ic50 value of antioxidant activity, solvents such as ethyl acetate, dichloromethane and others with medium polarity are good to extract phenolics compounds. other articles are shown in table 1. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 49 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 table 1. antioxidant property of garcinia species. species (part of plant) compounds or extracts assayed assay for determination of antioxidant activity references g. cochinchinensis (pulp and leaves) acetone extract dpph machado et al. (2017) g. morella (tree’s latex) acetone extract dpph, tac, hydrogen peroxide scavenging activity (h2o2) and frap murthy et al. (2017) g. morella (fruit) methanol extract dpph and frap choudhury et al. (2018) g. mangostana (fruit peels) extraction with ethanol, acetone, ethyl acetate, methanol, hexane, acetic acid and distilled water dpph kusmayadi et al. (2019) g. mangostana (pericarps) α-mangosteen and γ-mangosteen determination of intracellular ros, dpph, lipid peroxidation lee et al. (2019) g. brasiliensis (leaves, barks and seeds) ethanolic and aqueous extract dpph naves et al. (2019) g. mangostana (pectin from rind) aqueous extract acidified at ph 2 dpph wathoni et al. (2019) g. gardneriana (fruits and leaves) extracts of sequential extraction (ethanol, hexane, chloroform, ethyl acetate and hydromethanol fraction) dpph demenciano et al. (2020) g. kola (leaves, roots and stem bark) hydro-ethanolic and methanol extract dpph, abts and frap djague et al. (2020) g. mangostana (fruit) methanol extract dpph and frap abeysuriya et al. (2020) g. mangostana (pericarp) isolated compounds: 2,4,6,3`,4`,6`-hexa hydroxybenzophenone; 6-o-β-dglucopyranosyl-2,4,6,3`,4`,6`-hexa hydroxybenzophenone and 2r,3r-5,7dihydroxy-8-c-β-d-glucopyranosyl-4`methoxy-2,3-dihydroflavon-3-ol dpph mohamed and ibrahim (2020) g. lasoar (stem bark) extracts obtained by ethanol, ethyl acetate, dichloromethane and n-hexane; petroleum ether; extract obtained by aqueous infusion and other with methanol by maceration; dpph and abts kainama et al. (2020) g. mangostana (pericarp) ultrasonic assisted extraction dpph sungpud et al. (2020) g. latifolia (dried fruits) methanol fruit extract dpph reddy et al. (2021) g. macrophylla (stem bark) macrophylloflavone isolated from ethyl acetate fraction dpph cane et al. (2020) g. pedunculata (fruit) dry extract dpph hossain et al. (2021) g. celebica (root bark) extracts (n-hexane, dichloromethane, ethyl acetate and methanol); (-)cycloxanthochymol, isoxanthochymol and xanthochymol. dpph, abts and frap pasaribu et al. (2021b) g. mangostana (pericarp) methanol extract dpph pasaribu et al. (2021a) g. kola and g. afzelii (stem and bark) methanol extract (70%) dpph, abts and frap essuman et al. (2021) g. xanthochymus (peel, pulp, rind and seeds) methanol extract of lyophilized peel; methanol extract of lyophilized pulp; ethanol extract of sun-dried rind; methanol extract of sun-dried seed dpph, abts and frap prakash et al. (2022) frap = ferric reducing antioxidant power; tac = total antioxidant activity; dpph = 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl scavenging assay; abts = 2,2’-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonate) radical scavenging assay. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 50 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 it is important to highlight that many researchers report the relationship between antioxidant activity with other biological activities or alternative methods of extraction. between them, the research of chang et al. (2020) was based on the effect of a concentrated mangosteen (g. mangostana) drink, mcd, in rats after long-term running exercise in order to investigate changes in the antioxidant system and lactate clearance. since aerobic exercise can lead to significant fatigue, oxidative stress and muscle damage, the authors investigated the level of lactate clearance and the levels of endogenous antioxidants such as superoxide dismutase, glutathione peroxidase and catalase, in addition to blood glucose, cholesterol, triglycerides and muscle malondialdehyde levels. the levels of glutathione peroxidase and catalase increased with the ingestion of concentrated mangosteen drink and the supplementation of this drink also increased lactate clearance, contributing to a better physical recovery of rats after exhaustion from running exercise. mda concentration also decreased with mangosteen drink supplementation compared to the control group; however, there was no decrease of malondialdehyde in muscle. araújo et al. (2019) performed in vivo tests in mice that were ingesting ethanolic extract of g. brasiliensis leaves daily to evaluate its antioxidant activity, modulation of the intestinal microbiota and antiinflammatory activity. the ethanolic extract of the leaf contained the biflavonoid morelloflavone and the benzophenone 7-epiclusianone. they concluded that the extract was able to reduce oxidative stress, demonstrated by the increase in the amount of antioxidant enzymes. it inhibited the inflammatory process, modulated the intestinal microbiota, favoring beneficial bacteria and regulating lipid metabolism, which reduces obesity (araújo et al., 2019). the ethyl acetate extract of the seeds e from g. kola was evaluated by idris et al. (2020) for in vivo antioxidant, anti-inflammatory and antidiabetic activities. biochemical markers related to these processes such as glutathione peroxidase levels, lipid peroxidation revealed by malondialdehyde levels and biochemical markers for antidiabetic activity were evaluated. the levels of glutathione found in the group administered with g. kola were near to the healthy group, but the highest value was found in the treated group with insulin. the malondialdehyde levels increased in the group treated with insulin and the g. kola extract group compared to diabetic control group. these results emphasize that g. kola extract is a candidate for therapeutic uses in diabetes and oxidative stress treatment (idris et al., 2020). tjahjani, et al. (2019) demonstrated antioxidant and antimalarial activity of g. mangostana’s ethyl acetate fraction for in vivo models. all these reports highlight the relevant scientific potential of species from the garcinia genus and stimulate the search for new sources of antioxidant compounds. 6. concluding remarks garcinia genus shows significant free radical scavenging and antioxidant potential by the presence of xanthones and benzophenones. the isolated compounds and extracts from these species have potential to be applied in pharmaceutical and food industries. this emphasizes the continuation of studies involving these plants, because they can lead to the discovering new possibilities of application of these natural resources, increasing their scientific value. authors’ contribution conceptualization: kazmierczak, e.; pereira, r. p.; magalhães, c. g. data curation: kazmierczak, e. formal analysis: kazmierczak, e. funding acquisition: not applicable. investigation: kazmierczak, e. methodology: kazmierczak, e.; pereira, r. p.; magalhães, c. g. project administration: kazmierczak, e.; pereira, r. p.; magalhães, c. g. resources: kazmierczak, e. software: not applicable. supervision: pereira, r. p.; magalhães, c. g. validation: pereira, r. p.; magalhães, c. g. visualization: kazmierczak, e.; pereira, r. p.; magalhães, c. g. writing – original draft: kazmierczak, e. writing – review & editing: pereira, r. p.; magalhães, c. g. data availability statement the data will be available upon request. funding coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code 2013/2998/2014. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 307546/2014. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 short review revista.iq.unesp.br 51 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 41-54 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p41-54 acknowledgments not applicable. references abeysuriya, h. i.; bulugahapitiya, v. p.; pulukkuttige, j. l. total vitamin c, ascorbic acid, dehydroascorbic acid, antioxidant properties, and iron content of underutilized and commonly consumed fruits in sri lanka. int. j. food sci. 2020, 2020, 4783029. https://doi.org/10.1155/2020/4783029 abubakar, a.; olorunkemi, m. r.; musa, b.; hamzah, r. u.; abdulrasheed-adeleke, t. comparative in vitro antioxidant activities of aqueous extracts of garcinia kola and buchholzia coriacea seeds. tanz. j. sci. 2020, 46 (2), 498– 507. aizat, w. m.; ahmad-hashim, f. h.; jaafar, s. n. s. valorization of mangosteen, “the queen of fruits,” and new advances in postharvest and in food and engineering applications: a review. j. adv. res. 2019a, 20, 61–70. https://doi.org/10.1016/j.jare.2019.05.005 aizat, w. m.; jamil, i. n.; ahmad-hashim, f. h.; noor, n. m. recent updates on metabolite composition and medicinal benefits of mangosteen plant. peerj. 2019b, 7. https://doi.org/10.7717/peerj.6324 almarshad, m. i.; algonaiman, r.; alharbi, h. f.; almujaydil, m. s.; barakat, h. relationship between ultraprocessed food consumption and risk of diabetes mellitus: a mini-review. nutrients. 2022, 14 (12), 2366. https://doi.org/10.3390/nu14122366 andueza, n.; giner, r. m.; portillo, m. p. risks associated with the use of garcinia as a nutritional complement to lose weight. nutrients. 2021, 13 (2), 450. https://doi.org/10.3390/nu13020450 araújo, f. o.; moreira, m. e. c.; lima, c. f.; toledo, r. c. l.; sousa, a. r.; veloso, m. r.; freitas, p. g.; santos, m. h.; souza, e. c. g.; mantovani, h. c.; martino, h. s. d. bacupari (garcinia brasiliensis) extract modulates intestinal microbiota and reduces oxidative stress and inflammation in obese rats. food res. int. 2019, 122, 199–208. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2019.04.012 ashton, m. m.; dean, o. m.; walker, a. j.; bortolasci, c. c.; ng, c. h.; hopwood, m.; harvey, b. h.; möller, m.; mcgrath, j. j.; marx, w.; turner, a.; dodd, s.; scott, j. g.; khoo, j.-p.; walder, k.; sarris, j.; berk, m. the therapeutic potential of mangosteen pericarp as an adjunctive therapy for bipolar disorder and schizophrenia. front. psychiatry. 2019, 10, 115. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2019.00115 benzie, i. f. f.; devaki, m. the ferric reducing/antioxidant power (frap) assay for non-enzymatic antioxidant capacity: concepts, procedures, limitations and applications. in measurement of antioxidant activity & capacity: recent trends and applications, apak, r., capanolu, e., shahidi, f. eds.; wiley & sons, 2018; chap5, 77–106. https://doi.org/10.1002/9781119135388.ch5 beya, m. m.; netzel, m. e.; sultanbawa, y.; smyth, h.; hoffman, l. c. plant-based phenolic molecules as natural preservatives in comminuted meats: a review. antioxidants. 2021, 10 (2), 263. https://doi.org/10.3390/antiox10020263 cane, h. p. c. a.; saidi, n.; yahya, m.; darusman, d.; erlidawati, e.; safrida, s.; musman, m. macrophylloflavone: a new biflavonoid from garcinia macrophylla mart. 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https://doi.org/10.1016/j.jksus.2018.07.017 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2018.07.017 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2018.07.017 https://doi.org/10.1016/j.jksus.2018.07.017 https://doi.org/10.3390/plants10030545 https://doi.org/10.3390/plants10030545 https://doi.org/10.3390/plants10030545 https://doi.org/10.3390/plants10030545 https://doi.org/10.3390/plants10030545 https://doi.org/10.3390/plants10030545 https://doi.org/10.1007/s00217-020-03432-z https://doi.org/10.1007/s00217-020-03432-z https://doi.org/10.1007/s00217-020-03432-z https://doi.org/10.1007/s00217-020-03432-z https://doi.org/10.1007/s00217-020-03432-z https://doi.org/10.1007/s13197-020-04436-z https://doi.org/10.1007/s13197-020-04436-z https://doi.org/10.1007/s13197-020-04436-z https://doi.org/10.1007/s13197-020-04436-z https://doi.org/10.1007/s13197-020-04436-z https://doi.org/10.1590/s0100-204x2017001000013 https://doi.org/10.1590/s0100-204x2017001000013 https://doi.org/10.1590/s0100-204x2017001000013 https://doi.org/10.1590/s0100-204x2017001000013 https://doi.org/10.1590/s0100-204x2017001000013 https://doi.org/10.3390/biomedicines9101380 https://doi.org/10.3390/biomedicines9101380 https://doi.org/10.3390/biomedicines9101380 https://doi.org/10.3390/biomedicines9101380 https://doi.org/10.3390/biomedicines9101380 https://doi.org/10.3390/biomedicines9101380 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103541 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103541 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103541 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103541 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103541 https://doi.org/10.1016/s1875-5364(17)30024-9 https://doi.org/10.1016/s1875-5364(17)30024-9 https://doi.org/10.1016/s1875-5364(17)30024-9 https://doi.org/10.1016/s1875-5364(17)30024-9 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02299 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02299 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02299 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02299 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02299 https://doi.org/10.1016/j.dcmed.2019.12.005 https://doi.org/10.1016/j.dcmed.2019.12.005 https://doi.org/10.1016/j.dcmed.2019.12.005 https://doi.org/10.1016/j.dcmed.2019.12.005 https://doi.org/10.1016/j.dcmed.2019.12.005 original review iq.unesp.br/ecletica | vol. 44 | n. 1 | 2019 | 11 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 a review on the state-of-the-art advances for co2 electro-chemical reduction using metal complex molecular catalysts hitler louis1, 2+ , ozioma udochukwu akakuru2, 3 , philip monday1, oyebanji oluwatomisin funmilayo4 1 university of chinese academy of sciences, national centre for nanoscience and technology, cas centre for excellence in nanoscience, cas key laboratory for nanosystem and hierarchical fabrication, beijing, china. 2 university of calabar, faculty of physical sciences, department of pure and applied chemistry, calabar, cross river state, nigeria 3 university of chinese academy of sciences, ningbo institute of materials technology and engineering, zhejiang, p.r. china 4 university of ibadan, faculty of physical sciences, department of chemistry, ibadan, nigeria + corresponding author: hitler louis, phone: +86 15 001075832, e-mail address: louismuzong@gmail.com; louis@nanoctr.cn article info article history: received: october 18, 2018 accepted: december 25, 2018 published: january 28, 2019 keywords: 1. metal complex 2. molecular catalyst 3. photocatalysis 4. mechanism 5. co2 electrochemical 1. introduction the increasing level of atmospheric co2 concentration and fossil resources diminishing are sources of global environmental problems, hence, restoring environmental paradigm requires: atmospheric co2 level monitoring and renewable energy sources exploration for alternative uses co2 to value-added products1-3. for instance, co2 conversion for other uses (e.g., fuel or chemical feedstock compounds) could fundamentally reduce co2 emissions and fossil fuel consumption causing climate change and other related environmental problems1. moreover, the reliability of electrocatalytic reduction of co2 method has been reported, because: (i) operates under ambient conditions and (ii) could exert electricity produced from renewable energy sources2. selective photocatalytic co2 reduction to co is one promising process because co is an essential feedstock chemical for liquid hydrocarbons and methanol production4. several materials (e.g. abstract: significantly, global warming which is caused by co2 emission and energy shortage are global problems resulting from artificial photosynthesis because it required many functions (light harvesting, z water, and oxidation scheme). therefore, photocatalytic systems development for co2 reduction is germane in this field. metal complexes molecular catalyst have become prevalent homogeneous catalysts for carbon dioxide (co2) photocatalytic reduction since it was initially known as co2 reduction catalysts in the 70s and the 80s, while utmost part involved macrocyclic cobalt(ii) and nickel(ii) complexes. this review article presents a broad understanding on some active catalysts recently reported as a metal complex molecular catalytic schemes for co2 reduction, alongside catalytic activity, stability, selectivity under electroreduction, and photoreduction circumstances. the progress of in situ spectroelectrochemical methods, typically supported via theoretical calculations, helped to access this know-how by providing information which enabled researchers to acquire more in-depth perception into unveiling the catalytic reaction and mechanisms intermediates. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 mailto:louismuzong@gmail.com mailto:louis@nanoctr.cn https://orcid.org/0000-0002-0286-2865 https://orcid.org/0000-0001-5773-1806 original review 12 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 metals cu, au, ag, and zn)5-8, metal oxide semiconductors – zno, sno2 9, 10, metal dichalcogenides – mos2 and wse2 11, 12, and transition-metal-based molecular complexes: mn-, fe-, co-, ni-, cu-, ru-, and re-based complexes1315, have been utilized for catalyzing electroreduction of co2 to liquid fuel hydrocarbons. it has been widely known and generally accepted that there are three significant steps in photocatalysis: solar light harvesting, charge separation and transportation, and surface reactions. by using the co2 reduction catalysts, significant progress has been made in optimizing the first two steps as they involve the same issues in solar-driven water splitting and co2 reduction reaction systems16-22. the primary difference between these two photoconversion systems is the surface reaction of charge carriers (electrons for reduction and holes for oxidation). scientists have devoted an enormous effort in order to improve the efficiency of the third step in solar water splitting, much more than in co2 photoreduction23, 24. generally, two types of materials (homogeneous metal complexes [coordination and organometallic complexes] and solid materials) are revealed in recent co2 reduction catalyst studies. at the same time, while acknowledging the significance of former approach, our interest in this review would address the mechanisms and benefits of metal complex molecular catalysts; a common model for fine-tuning reactivity by ligands synthetic modifications. molecular catalysts attributes must include the ability to store multiple reducing equals over-mediated multielectron/multi-proton transformations essential for catalytic co2 reduction. this can be achieved either by reducing the metal center, which then obliges a proficient ligand field to stabilize the reduced metal ions or by lessening the ligand scaffold, with the metal operating as a mediator for electron relay25-28. nonetheless, it is challenging to transform a “conventional” catalyst into an electrochemical type owing to preconditions and design rules/set26, 27. notably, the catalyst conduction band edge requires a suitable range, while the catalyst reduced form is adequately stable, and the chemical step is obtainable under the desired electrolysis conditions. expectedly, the operating state of homogeneous electrocatalyst should adjoin the thermodynamic reaction potential of the proposed catalysis, while fast chemical step kinetics is mandatory for rapid turnover frequency. for metal-organic compounds, these factors are adjustable consequent to anticipated electrolysis conditions of an appropriate metal choice and ligand tuning optimization. in the last few decades, remarkable advancement has been achieved both in the electrocatalytic performance optimization as well on mechanistic aspects. 2. background of molecular catalyst 2.1 principles most electrochemical reactions are conducted in a pair, indicating that reaction at the anode (anodic reaction) is paired with a reaction occurring at the cathode (cathodic reaction) in the photoelectrochemical cell (pec). the co-reaction of two electrochemical, separately provides valuable, important product or intermediate for chemical synthesis, and constitutes a universal sustainable production plan for chemicals29. past studies have recorded weighty examples for paired electro-organic syntheses29-31. however, the most prevalent paired process is chloro alkali electrolysis. such a method can be practical to recover the energy efficiency and the atom economy in comparison to distinctly conducted processes. achieving a maximum faradaic efficiency (200%) is realizable since the passed electric charge is primarily used twice. however, in co2 reduction, the conventional approach for up-scaled reactors is the coupling to water oxidation (oxygen evolution reaction, oer)32-36. electrocatalysts sensu lato are perfect electron transfer agents that function near the thermodynamic potential of the intended driven (products/substrates). because, the overpotential is the difference between the applied potential (vapplied) necessary to produce certain current density at a time t, and the thermodynamic potential (eo) of the studied system, direct electrochemical co2 reduction on virtually all electrode surfaces requires a tremendous overpotential, which consequently decreases the conversion efficiency because the amount of voltage applied is greater as compared to the thermodynamic required voltage. interestingly, at this state, both thermodynamic and kinetic considerations are essential. apparently, the function of catalysts is to minimize overpotentials and for that, their development is based on the following requirements: (a) to possess formal potentials (eo (catn+/0), well matched to reactions https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 13 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 [eo] (products/substrates), and (c) appreciable constants rate, for substrates chemical reduction to products at the present state. in addition, the heterogeneous rate constant for electrocatalyst reduction at the electrode surface must be high37. a general method for an electrocatalytic system is presented in figure 1. figure 1. diagrammatic illustration of a paired electrolysis relating cathodic co2-to-co conversion catalyzed with a re complex and anodic synthesis of a 2-substituted benzimidazole mediated by ceric ammonium nitrate38. modified by the authors. 2.2 carbon dioxide coordination chemistry 2.2.1 electronic structure of co2 the electrocatalytic co2 reduction is activated by the interactions of the active form of the catalyst and the substrate molecule through a process of activation. carbon dioxide (16emolecule), belongs to d∞h symmetry group with linear geometry at the ground state or gaseous phase. regardless the molecular nature (nonpolar molecule and chemical stability), it encompasses two polar bonds, with two orthogonal orbital (π) sets. previously co2 is assumed to be a poor ligand, however topical scientific studies on co2 has improved this understanding which are the display of various coordination mode and several coordination sites in its complexes. the carbon atom (lumo orbital), has a lewis acid character and can be described as an electrophilic center, while the oxygen atoms (homo orbitals) are weak lewis bases and defined as nucleophiles39. noteworthy, most co2 catalytic reactions involve a concurrent acid-base activation, with the carbon atom and one of the oxygen atoms tangled in the interface with the metal40. the two double bonds include π electrons that can interrelate per transition metals electrons in a dewar – chatt – duncanson bonding scheme figure 241. when the co2 lumo orbitals are engaged (through electron transfer), the least energy state and a bent geometry are equivalent, reflected in the bond length increase, bond angle decrease, and a negative charge determined by the degree of co2 adsorption and activation. figure 2. schematic representation of (a) the dewar– chatt–duncanson model and (b) the reversed dewar– chatt–duncanson model41. reprinted with permission from goedecke, et al., the dewar–chatt–duncanson model reversed—bonding analysis of group-10 complexes [(pme3)2m–ex3] (m = ni, pd, pt; e = b, al, ga, in, tl; x = h, f, cl, br, i), can. j. chem. 87 (10) (2009) 1470-1479, © canadian science publishing. 2.2.2 carbon monoxide binding modes there are four basic co2 coordination approaches [(c, o), and binding modes [figure 3, ref. 39]. the coordination mode involves a significant charge transfer between a metal orbital https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 14 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 and the antibonding co2 orbital. this bonding mode is made easier via additional weak interaction between one or two co2 oxygen atoms with a lewis acid center positioned in the metal coordination domain and more partial with nucleophilic (electron-rich) metals. the ɳ1-co2 complexes are not strong; mostly, their isolation entails glove box or schlenk techniques, exclusion of oxygen and water 40-42. following past records of herskovitz43, 44 on ɳ1 complexes, it becomes requisite to pressurize the system with co2 in order to attain complexes (iridium and rhodium). nevertheless, ligand displacement does not occur in the forming process of these compounds. in the (c, o) bonding mode, there is a double bonding structure involving bond from the co2 orbital to an empty metal orbital, alongside a “back-bonding” from a filled dxy metal orbital to the empty co2 orbital. aresta and nobile45 reported the ɳ2 complex [ni(co2)(pcy3)2] made by reaction of ni(pcy3)3 or [ni(pcy3)3]n2, in toluene, with co2 at atmospheric pressure and obtained as toluene solvate. the ɳ1 (o) end-on coordination mode is ideal with electron poor metals, and the co2 molecule may persist as linear or bent weakly. the (o, o) coordination mode can be defined as a metal carboxylate with an ionic bond and regularly encountered with alkali or alkaline-earth metals or, with metal surfaces in the co2 adsorption, for instance. also, ɳ2-co2 complex synthesis was conveyed by karsch46 from the reaction of fe(pme3)4 with co2 in pentane; a second product, fe(pme3)3(co)(co3) was likewise attained. recently, features of the complex fe(co2)(depe)2, fully characterized by komiya et al.47, buttressed the formulation of the first compound (karsch46). figure 3. co2 coordination modes to a single metal center39-42. 2.3 recent advances of co2 reduction using molecular catalyst 2.3.1 iron-based molecular catalyst as previously explained, electrochemical co2 reduction to hydrocarbon fuel plays a significant part in climate change and energy cycle48. for instance, in the fischer-tropsch process carbon monoxide and hydrogen can be converted to liquid fuels. molecular catalysts (homogenous or heterogeneous) in electrochemical or photochemical conditions are typically useful in the field49. in past years, iron porphyrins and metalorganic structures have received vast attention for electrocatalytic and photo electro-catalytic co2 reduction50. applications of various modern methods and modification through synthesis to enhance the reactivity and product selectivity afforded homogeneous electro-catalysts to be one of the preferred approaches. past results of taheri et al.51 on “an iron electrocatalyst for selective reduction of co2 to formate in the water” stated that with low applied overpotential, formate is produced with a high current density and faradaic efficiency (96%). besides, those studies explicated catalysis mechanism by means of cyclic voltammetry, and structurally categorized a key reaction intermediate, that is the reduced hydride. combination of investigational data in mecn/h2o (95:5) and aqueous solution point to a mechanism for co2 reduction where the electrocatalyst (fig. 4) is reduced from 1− to 12− and then protonated to produce (h−1)−. a further selective reaction of (h−1)− with co2 to yield a c−h bond resulted in formate. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 15 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 figure 4. projected mechanism for reduction of co2 to formate by 1in the existence of protons51. reprinted with permission from taheri et al., an iron electrocatalyst for selective reduction of co2 to formate in water: including thermochemical insights, acs catalysis 5 (12) (2015) 7140-7151. acs catal. 2015, 5, 7140−7151. copyright (2015) american chemical society. ambre et al.52 explored the “molecular engineering for effectual and discriminating iron porphyrin catalysts for the electrochemical reduction of co2 to co”. here, ester groups (para, meta, and ortho positions) of fe-porphyrin were introduced and set iron porphyrins fe-pe, fe-me, and fe-oe. the electrochemical reduction of co2 to co by these catalysts was studied. the faradaic efficiency [(fe) exclusive 65% and quasiexclusive 98%] for co was accomplished by feme and fe-oe in co2 saturated electrolyte with addition of 2 mol l-1 h2o, after 2 h bulk electrolysis. also, the meta-substituted derived (fe-me) is extremely selective for co production giving fe (65%) lacking competitive h2 production while the para substituted (fe-pe) generated only h2 (fe, 84%) as a key product of bulk electrolysis. the cyclic voltammograms (cvs) results of these fe porphyrins specify that fe-pe, fe-me, and fe-oe in dmf exhibited distinctive iron porphyrins redox behaviors. notably, the e(fei/0) of fe-oe is apparently more negative than those of fe-pe and fe-me, perhaps consequence of its dipole. therefore, the fe0 species of fe-oe is the most robust reducing catalyst between these four fe porphyrins. congruently, savéant and coworkers also discussed that the reduction of co2 is simplified by fe(0) species at fe(i)/fe(0) redox wave under co2 atmosphere53-55. further, rao et al.56 studied the “visible-lightdriven methane formation from co2 with a molecular iron catalyst”. they observed functionalization of iron tetraphenylporphyrin complex with trimethylammonio groups, which is the most common, competent and selective molecular electrocatalyst for co2 conversion to co57-59. this catalyst is also able to catalyze the eight-electron co2 reduction to methane upon distinguishable light radioactivity at ambient temperature and pressure. in addition, the catalytic system functioned in an acetonitrile solution covering a photosensitizer and sacrificial electron donor and works stably over several days. direct co2 photoreduction reaction produces co as the principal product, nonetheless, a two-pot method that first reduces co2 to co and then reduces co to methane with a selectivity (ca. 82%) and quantum yield (0.18%). figure 5 presents conceivable mechanism illustration based on obtained results and experimental considerations, including the assumption of formyl intermediate60, 61, which could be steadied through space interactions between the trimethylammonium group's positive charges and fractional negative charge on the cho species bounded to the metal. figure 5. illustration of the mechanism for co2 reduction to ch4 56. reprinted with permission from rao et al., visible-light-driven methane formation from co2 with a molecular iron catalyst, nature 548 (2017) 7477. spinger nature and copyright (2017) clearance center. the description of the suggested mechanism includes; the reduction of proceeding fe3+ porphyrin (top left) with three electrons to the catalytically active fe0 species. the co2 is reduced with fe0 species, regenerating fei due to electron https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 16 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 transfer from the excited photosensitizer (righthand side cycle). the resulting co binds to fe2+ and further lessened with six electrons (transferred from the excited sensitizer) and protons to make methane, from a guessed fei-formyl (feicho) intermediate (left-hand side cycle). lately, pan and co-workers62 experimented the “active sites of co2 reduction on nitrogencoordinated and atomically isolated iron and cobalt catalysts." they observed that fe−n4 sites are inherently extra efficient than co−n4 sites in m−n−c catalysts for co2 reduction to co with high fe, more positive onset potential, and ample. likewise, they computationally acknowledged (figure 6) that the edge-hosted (m−n2+2−c8) sites bridging two armchair-like graphitic layers were dynamic moiety for the co2rr. unambiguously, the m centers and c atoms, floppy bonds and following n are the vigorous *co and *oh adsorb sites in the c−o bond cleavage throughout the co2rr, correspondingly. figure 6. atomic structure of m−n4−c10 and m−n2+2−c8 (m=fe or co) active sites. (b) calculated free energy evolution of co2 reduction to co on m−n2+2−c8 sites under useful electrode potential (u) of 0 v and −0.6 v. (c) the initial and final state for the cooh dissociation reaction on m−n4−c10 and m−n2+2−c8 sites. in the figure, the gray, blue, yellow, red, and white balls represent c, n, m, o, and h atoms, respectively62. reprinted with permission from pan et al., unveiling active sites of co2 reduction on nitrogen-coordinated and atomically dispersed iron and cobalt catalysts, acs catal. 8 (4) (2018) 3116-3122. copyright (2018) american chemical society. the positional secondary organization dependence sphere groups on the reactivity of a conserved chief iron porphyrin core for electrochemical co2 reduction were investigated by nichols et al.63. thereby, four positional isomers (figure 7) were synthesized, changing the position of the second-sphere amide group ortho and para-, likewise proximal and distal, to the porphyrin plane. in an atmosphere of co2 and in existence of phenol (acid source), co2 reduction catalytic responses suggestive is examined using cyclic voltammetry for all catalysts. comparatively, when phenol (100 mmol l-1) was used, fe–ortho-1amide display a catalytic onset that is somewhat more positive than fe–ortho-2-amide, while both evinces meaningfully higher catalytic responses than the equivalent para-functionalized positional un-functionalized fe-tpp. for a better understanding of co2 reduction catalyzed by this series of amide-functionalized porphyrins, the pragmatic constants rate determined by fowa were reviewed as a function of phenol and co2 concentration. all four functionalized catalysts reveal first-order dependence on phenol concentration under pseudofirst order circumstances. fe–ortho-2-amide has the most momentous experimental constants rate of all catalysts studied. nonetheless, displays nonlinearity at higher phenol concentrations, probably as a result of catalyst inhibition or local depletion of co2. the fe–ortho-1-amide has the next highest values (kobs), trailed by fe–para-2-amide while https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 17 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 fe–para-1-amide is the least. to appraise the catalytic efficacy, it is mandatory to examine the overpotential (ɳ) vs. log (tof) relationships exhibited by the catalytic tafel plot64. operative catalysts function with higher tofs at lower overpotentials (upper left portion of such plots. fe– ortho-2-amide demonstrate higher tofs above all over potential values than fe–ortho-1-amide that exhibits higher tofs compared to fe-tpp and both para-substituted porphyrins. the values at the peak of the curves depict the maximum turnover frequency realizable at large over potential. it crucial to emphasize the difference in e0cat values amongst catalysts when aiming to resolute optimal second-sphere pendant location queries. previously65, 66, the electrochemical co2 reduction driving force is habitually pretentious by electron retreating or bequeathing substituents on the porphyrin aryl rings (e0cat). in such event, a linear scaling relationship among log(tofmax) and its observations (e0cat), moreover, larger tofs is achieved wherever there are catalysts with high negative values (e0cat). nonconformity arises when second-sphere interactions either inhibit or promote catalysis, as previously recorded for electrostatic effects67. figure 7. positional isomers of amide-functionalized iron tetraphenylporphyrins63 2.3.2 zn-based metal complex molecular catalyst in terms of price, abundance, and toxicity of the metal center, the use of zinc-based systems is of significant interest. hence, it is amazing that only a handful examples of zinc catalyzed hydrosilylation of co2 have been reported in literature: two cationic, n-heterocyclic carbene (nhc) zinc complexes, a dicationic nhcstabilized zinc hydride cluster, including the tris(thiopyridyl) methane based [tptm] znh and the tris[(1-isopropylbenzimidazol-2yl)dimethylsilyl] methane-based [tismpribenz] znh complexes catalytically reacted with co2 68-72. the synthesis and evaluation of two new zn(ii) complexes for their ability to stimulate and reduce co2 have been stated by donovan et al.73. the electrochemical characteristics of dichloro[phenyldi(2-pyridyl)phosphine-κ2-n,n’] zinc(ii) and dichloro[diphenyl-(2pyridyl)phosphine-κ1-n]zinc(ii) complexes are contrasted with cyclic voltammetry. to explore the reactivity of these complexes (dichloro[phenyldi(2-pyridyl)phosphine-κ2-n,n’] zinc(ii) and dichloro[diphenyl-(2pyridyl)phosphine-κ1-n]zinc(ii)) with co2, samples of each complex were exposed to bubbling co2 as 0.20 mol l-1 solutions in thf. afterward, the solid materials isolated from these solutions were placed on kbr windows via solvent evaporation at co2 room temperature. comparatively, the results showed that dichloro[phenyldi(2-pyridyl)phosphine-κ2-n,n’] zinc(ii) complex lacks a continuous co2 adduct form since no changes were observed in the ir spectrum while dichloro[diphenyl-(2pyridyl)phosphine-κ1-n]zinc(ii) complex showed a novel stretching band (1726 cm-1) after 30 min at room temperature reaction time. this implies the formation of a novel compound species, 2-co2. cyclic voltammetry was used to confirm if dichloro[diphenyl-(2-pyridyl)phosphine-κ1n]zinc(ii) complex could reduce the overpotential required to reduce co2 74. in the ambient co2 atmosphere, the reduction peak onset shifted anodically (approximately 0.6 v) when a potential negative bias was utilized to dichloro[diphenyl-(2pyridyl)phosphine-κ1-n]zinc(ii) complex. there is concordance between the voltammogram and the ir data as it advocates the existence of ce mechanism. intriguingly, carbon monoxide https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 18 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 evolution was ascertained in the mass spectra acquired before and after bulk electrolysis. the electrolysis cell headspace was determined for gas composition in an airtight syringe and injected into a gc/ms instrument. the attained spectrum prior to controlled potential electrolysis (cpe), showed the superseding peak (44 m/z) assigned to co2 with the other negligible peaks in the spectrum result. besides, the co2 obtained was an insignificant product in the mass spectrum and topmost (28 m/z is leading) after 4 hours of cpe. summarily, it is evident that dichloro[diphenyl-(2pyridyl)phosphine-κ1-n]zinc(ii) complex is the first organometallic zn complex that improves the co2 electrochemical conversion to co and sinking the required overpotential (approximately 0.6 v). moreover, this transformation is earned at a glassy carbon electrode; more desirable compared to expensive pt or pd alternatives often used for electrocatalysis of this kind. wu et al.75 reported heterogeneous zinc−porphyrin complex (zinc (ii) 5,10,15,20tetramesitylporphyrin) as an electrocatalyst that consigns a relatively high turnover frequency (14.4 sites−1s−1) and a faradaic efficiency (95%) for co2 electro-reduction to co at −1.7 v vs. usual hydrogen electrode in an organic/water mixed electrolyte. the porzn electrodes were studied for electrochemical co2 reduction at different potentials in a co2-saturated solvent system including 0.1 mol l-1 tetrabutylammonium hexafluorophosphate hexafluorophosphate (tbapf6) in dmf/h2o. the fractional current co production densities and matching faradaic efficiencies at various potentials are represented (figure 8a, left). positive potentials above −1.4 v vs. she, resulted in h2 as the only product. co2 conversion to co observation begins at −1.4 v, with a co 22% faradaic efficiency. notably, applications of more negative potentials are corresponded to increase in both the current density and co faradaic efficiency. the supreme co faradaic efficiency (95%, −1.7 v vs. she) with a current density (ca. 2.1 ma/cm2). equally, the co faradaic efficiency and total current density can be reserved (at least 4 hours at −1.7 v, figure 8b, left). certain that zn metal is an active recognized catalytic for electrochemical co2 reduction to co76-78, it is important to ignore the metallic zn formation, and its catalyzing reaction. to observe oxidation state vagaries and zn center electronic structure in electrochemical co2 reaction situations, in situ and operando xas extents was conducted with the reaction cell previously reported79. this method has been magnificently used to scrutinize the co oxidation state in a solid-state (cobalt−porphyrin-based catalyst material) in electrocatalysis80. no obvious variations in the zn k-edge x-ray absorption close to edge structure (xanes) spectra are detected as the active electrode potential is tuned from open circuit voltage (ocv, −1.7 v vs. she) (figure 8a, right) and thereafter to +0.2 v vs. she, depicting no changes of zn center oxidation state in the porzn catalyst at the tested potential range. the high-quality data afforded us a clearer understanding of the porzn local structures. as presented in figure 8b (right), slight variations in the zn coordination number and bond distances are recorded at the examined potentials and during electrolysis. the inconsequential alterations in the zn local structure could be attributed to the reduction of the porphyrin ligand or binding of molecules on the zn site. this shows that the zn center is influential to the porzn catalytic activity, despite that it is still redox-innocent during electrocatalysis. the porzn porphyrin ligand is therefore likely to be the impetus for the two-electron reduction of co2 to co. the porzn cv in saturated electrolyte shows a reduction wave that begins near −1.4 v vs. she, corresponding with the co2 reduction to co observation at the potential. the cyclic voltammograms in ar-saturated electrolyte exhibit a comparable wave linked with porzn reduction, perhaps joined with protonation81-84. the utmost surprising alteration among the two cvs is the reversing wave pattern. the cv in co2-saturated electrolyte presents anodic wave that is weak (about −1.45 v) equivalent to the reduction wave (about −1.6 v). in contrast, the cv in ar-saturated electrolyte presents three anodic waves (about −1.53 v, −1.17 v, and −0.43 v vs. she). similar event (three anodic waves) was recorded in an investigation of zinc(ii) 5,10,15,20tetraphenylporphyrin studied at the same scan rate83. following precedent literature83, these anodic waves are presumed to conform with subsequent oxidation and deprotonation of the reduced porphyrin ring. for deeper understanding in porzn-catalyzed co2 reduction, wu and coworkers conducted porzn chemical reduction using solution under inert situations and adopt one or two equals of sodium naphthalene in tetrahydrofuran (nanap, ca. −2.4 v vs. she in thf85) as the reducing agent. the reduced porzn https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 19 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 species display absorption bands at 710, 820, and 920 nm in the uv−vis spectra, which are features of transiently generated zinc−porphyrin compounds with reduced ligands81, 86. upon exposure of the reduced porzn species to air, the rapid porzn renaissance was reported in the uv−vis spectroscopy. thus far, the wavering of these reduced species has precluded full characterization. this experiment discloses the first molecularly structured zn-based catalyst for electrochemical co2 reduction to co with significant product selectivity. the zn(ii) center, implies redox-inactive though intrinsic to the catalysis, which separates the studied catalyst from transition metal-based molecular catalysts previously reported. figure 8: (left) electrochemical co2 reduction catalyzed by the porzn electrode in 0.1 mol l-1 tbapf6 dmf/h2o solution. (a) co faradaic efficiencies and co partial current densities at different potentials averaged from three measurements. (b) co faradaic efficiencies and total current densities after 5, 60, 120, 180, and 240 min of electrolysis at −1.7 v vs. she. (right) (a) zn k-edge xanes spectra and (b) fourier transforms of zn k-edge exafs spectra of the porzn catalyst electrode at different potentials (v vs. she)75. reprinted with permission from wu et al., electroreduction of co2 catalyzed by a heterogenized znporphyrin complex with a redox-innocent metal center, acs central science 3 (8) (2017) 847-852. copyright (2017) american chemical society. wang et al.87 studied aqueous electrocatalytic reduction of co2 of several synthesized zif–8 nanomaterials, having uncommon properties e.g., large surface area, uniform pore size, well-defined morphology, and strong coordination. upon co2 electrochemical reduction, zif–8 nanocomposites are substantiated to be effective and proposed (zif–8 metal nodes) as active catalysis sites. the synthesis of co2 reduction electrochemical employing the nanomaterials (zif–8) braced on glassy carbon (gc) electrodes was assessed using cv in 0.5 mol l-1 nacl aqueous solution. cv traces of different zif–8 materials in ar and co2 exhibit magnified current and positively shifted beginning potential of catalysis in co2 for both nanomaterials (zif– 8so4 and zif–8no3) for zif–8so4, the positive potential shift is ca. 400 mv and zif–8ac presents slightly less current in co2 compared to ar. notwithstanding, the current of zif–8ac decreases a bit, yet distinguishable from other two materials (zif–8so4 and zif–8no3) at the surface loading uniformity. further, when combined with electrolysis results, zif–8ac demonstrated high current for hydrogen evolution, and not co2 reduction. the controlled-potential electrolysis (cpe) were observed under co2 to understand the https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 20 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 distribution of product and the fe. the potential utilized current between –1.4 v and –1.9 v vs. sce using similar electrode. for gaseous analysis and liquid phase products, gas chromatography (gc) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (nmr) was applied. three discoveries were reported: (i) all zif-8 materials, (ii) important products (h2 and co) and (iii) only a small amount of formate in the liquid phase was discovered. the used potential increase the fe for co primarily increases till maximum attainment, and then lessening with further utilized potentials various co faradaic efficiency were obtained (highest = zif–8so4[65.5%], zif–8no3[69.8%] & zif–8ac [57.7%] at –1.8 v vs. sce, however, zif–8so4 displays the most extensive potential range appropriate for co production (–1.5 to –1.9 v vs. sce. the current densities of h2 and co products for zif-8 materials at –1.8 v vs. sce has been also investigated87. the heightened partial co current density justified that zif–8so4 is a highly efficient catalyst for co2 reduction compared to zif–8no3 and zif–8ac.many synthesized zif–8 nanocomposites were proven to be impressive co2 reduction catalysts. through zinc sources regulation, zif–8 chemical reactivity can be modulated, and zif–8so4 generates excellent co selectivity. likewise, the electrolyte performs a vital role for high co selectivity. the cl– anion improves and yields the best co2 reduction reactivity, probably due to superficial anion exchange and small hydrated range. these observances propound zif-8s as effective electrocatalysts for co2 reduction. 2.3.3 mn-based metal complex molecular catalyst the most persistent manganese oxidation state occurs in +2, +4, and +7 of the compounds complete range formed by manganese. the mn+7 oxidation state is sturdy, frequently lessened to mn+2. the oxidation state of mn+1 is less common, but normally ensues within manganese-based organometallic complexes; d6 mni tricarbonyl complexes have become important in the catalysis field88, 89. typically, complexes like the archetypal fac-[mn(bpy) (co)3br] uncover a homo controlled by a mn 3d-orbital and a diimine-based lumo. the electronic and photophysical character state of analogous mni complexes can be better adjusted through diimine ligand chemical structure modification hence adapting the lumo energy. application of manganese as a catalyst is due to chemical similarities with rhenium (same group, oxidation states, and geometries). nonetheless, manganese is 1.3 million times more abundant in the earth’s crust than rhenium90. there are several reviews on transition metals and manganese-based systems for co2 91-94 until recent review (sinopoli et al.90) which unveiled the efficiency, feature and strategy of mn carbonyl schemes for co2 electroand photoreduction. in the same way, stanbury and colleagues95 reported in a comprehensive survey of all the mn carbonyl systems reported as being active catalysts for co2 reduction, based on activity, stability, and selectivity under electro-reduction and photoreduction circumstances. in their review, they uncovered that mn-based carbonyl complexes display an elevated capacity for co2 catalysis through electro-, photoor photo electro-reduction, with activities (ton, tof) that can contend with the re analogs. fei et al.96 reported the post-synthetic metallation of a robust zr(iv)-based metal-organic framework (mof) with open bpy metal-chelating linkers to obtain isolated mn(bpy)-(co)3br moieties in the mof. most significantly, in conjunction with [ru(dmb)3] 2+ as a redox photosensitizer and 1-benzyl-1,4dihydronicotinamide (bnah) as a propitiatory reducing agent, the resultant [uio-67 mn(bpy)(co)3br] was realized to be immensely active and selective for the photocatalytic reduction of co2 to formate with a turnover number (ton) of 110 through 18 h of catalysis. the suggested mechanism for the photocatalytic reaction is presented in this review (figure 9). in these reactions, bnah assists as the conciliatory reducing agent, reducing the excited ru(ii) photosensitizer and starting the photocatalytic reaction. there is an electron transmission from the reduced photosensitizer to the mn catalyst, forming an absorbable mn(0) during catalysis. the uio-6797-99 large pores, are copious to allow electron transfer amongst the ru(ii) photosensitizer and the mn complex within the mof, as the ru(ii) photosensitizer have the strength to allow the interior of uio-67. teoa plausibly improves the reaction by contributing a yielded proton and electron (i.e., a hydrogen atom) for the time of catalysis through a hofmann-type degradation process (figure 9)100. it is unaffirmed whether or not teoa harmonizes the mn center in the course of this process; nevertheless, co-joining https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 21 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 of co2 with the metal center is aided by teoa, constituting an o-bound re−oc(o)och2ch2nr2 complex, this was made known in past studies with re bipyridine catalysts101. fei and co-workers propose teoa giving one proton and one electron to the catalytic reaction, devising a mn(i)−h complex. co2 can insert into the mn−h bond, making a mn(i)−oc(o)h complex. formate (or formic acid after further protonation) can then be liberated from the mn center renewing the starting mn(i) complex. these conclusions are from the bulk of previously published work on photosensitized catalysis impelled by sacrificial reducing agents102-107. figure 9. suggested mechanism for the formation of formate from the photocatalytic reaction with uio-67-mn(bpy)(co)3br96. reprinted with permission from fei et al., photocatalytic co2 reduction to formate using a mn(i) molecular catalyst in a robust metal–organic framework, inorg. chem. 54 (14) (2015) 6821-6828. copyright (2015) american chemical society. according to franco et al.108, the first pure organometallic fac-[mni(co)3(bis-menhc)br] complex with the revolutionary operation for selective electrocatalytic co2-to-co reduction, overreaching 100 turnovers co with outstanding fe yields (ηco~95%) in anhydrous ch3cn. during similar state, cv was used determined maximum turnover frequency (tofmax) of 2100 s1, thus, evidently greater than the values described for other mn-based catalysts. experimental results account for the direct transformation of the [mni(co)3(bis-menhc)br] species (figure 10), into five-coordinate [mn(co)3(bis-menhc)] – , the core product formed upon reduction. importantly, the energy of the experimental co stretching of [mn(co)3(bismenhc)] – show a powerfully localized negative charge over the mn atom persistent with the bismenhc ligand redox innocence. in fact, kohnsham orbitals of [mn(co)3(bis-menhc)]+ to [mn(co)3(bis-menhc)]• and [mn(co)3(bismenhc)] – indicate that the reduction occurs particularly over the metal center. the homo orbital geometry ([mn(co)3(bis-menhc)] – ) is openly accessible to undertake a nucleophilic attack in contrast with [mn(co)3(py-menhc)] – . to summarize, the first family of organometallic nhc-based tricarbonyl mni complexes active for electrocatalytic co2 reduction to co was reported by franco and co-workers108. here, bis-menhc = methylene bis(n-methylimidazolium) ligand and py-menhc = n-methyl-n’-2-pyridilimidazolium ligand. pyridine ring replacement with a nhc unit exceptionally influences the catalytic operation, to improve the tofmax and selectivity for co production of well-established c^n ligand-based mn systems significantly. additionally, the unique bis-nhc catalyst successfully and selectively adapts co2 to co in an anhydrous aprotic organic solvent; differentially, the traditional bpy-based systems mainstream are unveiled to be inert without regard to definite proton source109-114. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 22 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 figure 10. proposed mechanism of co2 reduction to co by fac-[mni(co)3(bis-menhc)br] complex 108. reuillard et al.115 stated the assemblage of the complex [mnbr(2,2'-bipyridine)(co)3] attached to a carbon nanotube electrode over a pyrene unit. molecular catalyst check allows electrocatalytic co2 reduction during entire aqueous conditions with a catalytic onset overpotential of η = 360 mv, and restrained potential electrolysis produced turnovers at η = 550 mv greater than 1000. the product selectivity is adjustable by catalyst amendment loading on the nanotube surface. figure 11. proposed mechanism of fac-[mnbr(bpypyr)(co)3] immobilized on a cnt sidewall, concentration-dependent dimerization or mn−h formation, and intermediate-dependent reduction of co2 to co or hcooh115. the complex [mnbr(bpy)(co)3] (bpy = 2,2'bipyridine) is a noble metal-free model catalyst for co2 reduction consequent to the all-around and direct structure of the bpy ligand30. this catalyst displayed high activity (turnover frequency up = 480 s−1) in mecn, and its catalytic mechanism has been studied greatly by wavering the nature of the substituents on the bpy ligand116-122. the mn catalyst was presently integrated onto cnts utilizing nafion123, onto p-si through polymerization124, and onto tio2 via a phosphonate anchoring group125. the former system showed a https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 23 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 record turnover number (ton) for the mn catalyst of 112 in mecn125. the grafted mn catalyst form a dimer on the electrode surface125, as indicated by the uv−vis spectra electrochemistry (sec). it has also been enumerated in solution upon electrochemical reduction for this class of catalyst126. despite the observations of these studies, yet, the reported activity is limited to organic solvents and low tons (maximum of 101) in aqueous conditions123. the pyrene unit allowed stable immobilization onto cnts. the compound, electrocatalytic activity, was the first study approaching the co2 reduction in the homogeneous organic solution (mecn + 5% h2o) and then in completely aqueous solutions after being heterogenized on the cnt surface. using cpe and cv, the mn catalyst modified electrodes were explored. the mn complex surface loading was disclosed to have a unique effect on the selectivity toward co or hcoo− production (fig. 11). the different catalytic intermediates involved were investigated in situ through the application of transmission uv-vis and surface-sensitive ir sec in the impaired total reflection (atr) mode. selectivity toward either co or hcoo− at various surface loadings, accurate formation assignment of one or the other catalytic intermediate is important116, 122, 124. 2.3.4 ni-based molecular catalyst nickel, a non-precious metal (group viiib), is considered the best possible alternative instead of palladium or platinum for molecular catalysts127, 128 owing to its simply achievable oxidation states (e.g., ni0, nii, niii, niiii, and niiv). the co2 reduction performed by nickel catalysts repeatedly required the niii reduction to nii, which is linked with the distortion of geometrical from a tetradentate, square planar coordination mode fitting for niii to a tetrahedral one model for nii 129-131. similarly, oer, the niii oxidation to niiii typically allows the structural shift from a square planar to a tetragonal or octahedral geometry132, 133. therefore, the rich redox properties connected with many coordination geometries concede the ligand logical form scaffolds to harmonize with nickel (ii) centers, contributing to the nickel complexes with precise catalyst operations133-138. moreover, nickel is an active center in natural enzymes, the wellknown {nife} hydrogenases for the reversible conversion hydrogen, proton139, 140, and the {nife} co dehydrogenases (codhs) for the reversible transformation between co2 and co141, 142. these findings further compelled the scientist (mostly energy conversion catalysis), to develop molecular catalysts based on nickel complexes. in spite many insightful reviews on spotlighted earth-abundant metal complexes as catalysts for the her143-151, oer152-154 and co2 reduction155-162, however, details on the ni-based molecular catalyst is yet to be available in the literature. more recently, wang, jia-wei et al.163 reported a systematical review on the recent developments in the utilization of nickel complexes as molecular catalysts for water splitting and co2 reduction. in summary, nickel cyclam complexes display high efficiency and selectivity. nonetheless, other nickel-based catalysts display moderate activity, and selectivity, while the solvent used, is restricted to non-aqueous solvents. niu et al.164 has designed and synthesized a spongy nickel-organic heterogeneous catalyst through the photochemical pathway. the catalyst possesses crystalline network architecture with a high imperfections concentration and active in co2 conversion to co, with ~1.6 × 104 mol h−1 g−1 production rate. during the reaction, no measurable h2 is generated, resulting to approx. 100% selective co production over the evolution of h2 and the evolution of co from these five ni-organic catalysts in a photocatalytic 6 h response. the spongy ni(tpa/teg) (l) composite results to be the highest activity, and the co amount is 95.2 mmol after a 2 h reaction, yielding to a co production rate (15,866 mol h−1 g−1), that is many times greater than other samples. the total co volume produced on the spongy ni(tpa/teg) catalyst in 6 h attains 136.9 mol, giving a turnover of 11.5 for the 6 h reaction. by investigating the co yield in 2 h on different amounts of ni(tpa/teg) catalyst, a roughly linear relationship was obtained between the number of co evolved and the catalyst amount. however, kinetically, it was found that the co production rate decrease is proportional to increase in the catalyst amount, where 1.0 mg of the ni(tpa/teg) catalyst results to co production rate of ~26,620 mol h−1 g−1 in a similar solution. thus, implies that more electrons generated from the photosensitizer molecules may perhaps have been transferred to the active catalytic sites. also, the reusability of the spongy ni(tpa/teg) catalyst upon each 2 h of photocatalysis have been tested, where the catalyst retained its activity and https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 24 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 selectivity after recycling. in addition, it also displays outstanding architectural stability with no apparent detectable structural change after 24 h of photocatalysis. for further confirmation of the origin of as-produced co, isotopic 13co2 was used as feedstock gas for the photocatalytic reduction and the products were examined by gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms). the study confirms that the detected co originates from the co2 gas source; with the important signal at a mass/charge ratio (29) on the mass spectrum corresponding to 13co. consequence of the previous result, niu and coworkers proposed the mechanism for the photocatalytic co2 reduction reactions on the spongy ni(tpa/teg) catalyst (fig. 12). based on visible light irradiation, the [ru(bpy)3] 2+ (photosensitizer) is excited and then reductively snuffed out by the sacrificial electron donor [teoa, 65-167], resulting to the reduced species of [ru(bpy)3] 2+ (fig. 12). afterward, the [ru(bpy)3] 2+ reduced species could maybe transfer an electron to the spongy ni(tpa/teg) catalyst, which later engages in co2 molecules reducing fixed on the catalyst (fig. 12). the yield tests of co production in the solution with different ni(tpa/teg) amounts for 2 h, revealed that the co production rate decreases with increase in the catalyst amount, indicating that the electron transfer from [ru(bpy)3] 2+ to the catalyst may be a rate-determining step for the co2 reduction reaction, however, limited diffusion scenario may have occurred in this heterogeneous catalytic system168. thereafter, the derivative co can be reduced to liquid fuels by means of proton-coupled multi-electron reaction processes (fig. 12). in the electrolyte with a ph value of ~8, it was also suggested conversion pathways resulting to the hcooh, ch3cooh, and ch3ch2oh formation through proton-coupled one-, four-, and eightelectron steps, respectively. in the mechanistic ch3cooh formation route, co is perpetually hydrated to cho→choh→ch2oh→ch3oh, which bonds with the adsorbed co to form ch3cooh. with a focus on the ch3ch2oh formation, the dehydroxylation of the as-formed cho may possibly be a crucial rate-limiting step to produce additional c that can be protonated ch→ch2→ch3 169, and the c–c coupling in the space separating ch3 and multi protonated co could result in the ch3ch2oh formation170. frequently, the hydroxyl ions (oh−) are obtained for the cho hydroxylation at ph 13, which select the hcooh formation. whereas, the facilitated cho hydroxylation may suppress the kinetics of the co multi protonation and cho dihydroxylation, yielding a lower amount of ch3cooh and ch3ch2oh at ph 13. the ch3oh appearance may present a weak c–c coupling in the space separating ch3oh and co at ph 13 (resulting to ch3cooh at ph 8), hence, may be considered for the next co2/co reduction catalyst design171. figure 12. proposed mechanisms for the photocatalytic reduction of co2 to co and of co to other liquid products. visible light reduction of the photosensitizer [ru(bpy)3]2+, which transfers an electron to the ni(tpa/teg) catalyst to convert co2 to co and to ni(tpa/teg)-(ag/rh) catalysts for the generation of hcooh, ch3cooh, and ch3ch2oh from further reduction of co164. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 25 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 kuehnel et al.172 investigated a series of selfassembled nickel terpyridine complexes as catalysts for the co2 reduction to co in organic media. immobilization on cds quantum dots allows these catalysts to be functional in purely aqueous solution, and photo catalytically reduces co2 with > 90% selectivity in uv-filtered simulated solar light irradiation (am 1.5g, 100 mw cm–2, λ > 400 nm, ph 6.7). the qd-bf4 adjustments were performed in situ through an additional stock solution of a self-assembled ni complex to a suspension of qds in teoa aqueous solution (0.1 mol l-1). this finally results into h2o:ch3cn solution composition including 99:1 for [ni(terpy)2] 2+and [ni(terpys)2] 2+, and 99.5:1 for [ni(terpyc)2] 2+ and [ni(terpyp)2] 2+. catalyst attachment was affirmed by uv-vis spectroscopy with the anchoring group that involves dependent catalyst loading (figure 13a). considerably, the highest loading was accomplished with the thiol derivative, [ni(terpys)2] 2+, while other anchors were measured with lower affinity (figure 13b). the determination of main catalyst peaks in the uv-vis and atr-ir spectra of [ni(terpys)2] 2+– adjusted cds qds immobilized on a mesoporous sno2 electrode show that the catalyst maintained its intact chemical structure on the qd surface (figures 13c). cyclic voltammetry showed that the anchored catalyst retained its electrochemical response, additional supporting functional integrity on the qd surface (figure 13d). therefore, transmission electron microscopy unveiled that anchoring of the catalyst does not affect the particle morphology. figure 13. hybrid photocatalyst assembly from cds qds and [ni(terpyx)2]2+. a) difference in uv-vis absorption of a [ni(terpys)2]2+ solution before and after stirring with cds qds; b) adsorption efficiency of different [ni(terpyx)2]2+ complexes; c) uv-vis spectra of cds-[ni(terpys)2]2+ hybrid photocatalyst immobilized on a mesoporous sno2 electrode and comparison with cds-bf4 and [ni(terpys)2]2+ in solution (spectra scaled and stacked for clarity); d) cyclic voltammetry of cds-[ni(terpys)2]2+ photocatalyst immobilized on a sno2 electrode172. reprinted with permission from kuehnel et al., selective photocatalytic co2 reduction in water through anchoring of a molecular ni catalyst on cds nanocrystals, j. am. chem. soc. 139 (21) (2017) 7217-7223. copyright (2017) american chemical society. the photocatalytic activity of the congregated cds-[ni(terpyx)2] 2+ hybrids were investigated in co2-saturated water under simulated solar light irradiation in the presence of teoa (sacrificial electron donor). while the parent cds[ni(terpy)2] 2+ catalyst void of an anchoring group mainly yielded h2 and only traces of co, the functionalized derivatives displayed higher activities towards co2 reduction. [ni(terpys)2] 2+ revealed both the highest co2 reduction activity, product selectivity series (92.2% after 4 h https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 original review 26 eclética química journal, vol. 44, n. 1, 2019, 11-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v44.1.2019.p11-39 compared to 10.2% and 3.9% for [ni(terpyp)2] 2+ and [ni(terpyc)2] 2+, respectively). surprisingly, the selectivity observed does not exhibit the electrocatalytic activity in the homogeneous phase, however, correlates with the adsorption efficiency of each complex to cds. this behavior affirms that molecular catalyst interfacing with the nanoparticle is important to all-inclusive photocatalytic activity in aqueous solution. at the optimized state, about 20 ni-based turnovers were obtained with cds-[ni(terpys)2] 2+ in 24 h visible light illumination. the co selectivity continues to exist (> 90%) for the first 8 h prior to slowly decrease that mostly produce h2 after 24 h. ioncoupled plasma optical emission spectroscopy (icp-oes) of qds isolated from the reaction medium iterates the reducing selectivity co-occurs with a gradual [ni(terpys)2] 2+ loss of the qd surface, differentially, the cdsbf4 particles remain unchanged. uv-vis spectra display a slight redshift of the first absorption, presenting limited particle aggregation with no significant photocorrosion. in addition, fresh catalyst after 20 h recovers the co generation activity and subdue h2 evolution, while the ni(bf4)2 addition only promotes h2 evolution. conversely, lessening the initial catalyst:qd ratio reduced the co selectivity, moreover, it did not significantly affect the maximum tonco (with respect to [ni(terpys)2] 2+), where it can be inferred that a tonco of ~20 represents the catalyst stability limit. 3. conclusions and future perspectives this general overview of the recent research on metal complex molecular catalysts for co2 reduction shows their contributions to the growing and dynamic field that gaining new insights into science at an ever-increasing rate. in order to increase metal complexes molecular catalysts application, it is imperative to overcome their poor stability which is a significant challenge. we suggest that one of the possible means to achieve this stability could be to ensure complexes heterogeneous, through their substrate’s immobilization. notwithstanding, the limited examples we have presented in this review, (e.g., porous structures, or covalent grafting on electrodes through ligand functionalization), suggest that the concept is realizable. succinctly, the advancing knowledge acquired in several reduction mechanisms might give-way for more efficient selective and prolong metal complex molecular catalysts development. additionally, most metal complexes molecular catalysts are light sensitive and suffer from photostability issues in any of these two ways; (i) by ligand photodissociation reactions and (ii) photoisomerization. this particular problem is an important obstacle towards the efficient metal complex photocatalysts for co2 reduction advancement. unarguably, more improvements are still required, and other pathways for co2 catalytic reduction may perhaps offer ample fruitful opportunities. 5. acknowledgments this research did not receive any specific grant from funding agencies in the public, commercial, or not-for-profit organization. however, the authors are grateful to mr. abebe reda of the university of chinese academy of sciences, national centre for nanoscience and technology, beijing, china for his support and assistance. 6. references [1] qiao, j., liu, y., hong, f., zhang, j., a review of catalysts for the electroreduction of carbon dioxide to produce low-carbon fuels, chem. soc. rev. 43 (2) (2014) 631-675. https://doi.org/10.1039/c3cs60323g. 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https://doi.org/10.1126/sciadv.1700921 https://doi.org/10.1126/sciadv.1700921 https://doi.org/10.1126/sciadv.1700921 https://doi.org/10.1126/sciadv.1700921 https://doi.org/10.1126/sciadv.1700921 https://doi.org/10.1126/sciadv.1700921 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/adma.201601387 https://doi.org/10.1002/hlca.19790620449 https://doi.org/10.1002/hlca.19790620449 https://doi.org/10.1002/hlca.19790620449 https://doi.org/10.1002/hlca.19790620449 https://doi.org/10.1002/hlca.19790620449 https://doi.org/10.1002/hlca.19790620449 https://doi.org/10.1002/hlca.19790620449 https://doi.org/10.1002/anie.200905115 https://doi.org/10.1002/anie.200905115 https://doi.org/10.1002/anie.200905115 https://doi.org/10.1002/anie.200905115 https://doi.org/10.1002/anie.200905115 https://doi.org/10.1002/anie.200905115 https://doi.org/10.1002/anie.200903921 https://doi.org/10.1002/anie.200903921 https://doi.org/10.1002/anie.200903921 https://doi.org/10.1002/anie.200903921 https://doi.org/10.1002/anie.200903921 https://doi.org/10.1002/anie.200903921 https://doi.org/10.1073/pnas.1612106114 https://doi.org/10.1073/pnas.1612106114 https://doi.org/10.1073/pnas.1612106114 https://doi.org/10.1073/pnas.1612106114 https://doi.org/10.1073/pnas.1612106114 https://doi.org/10.1073/pnas.1612106114 https://doi.org/10.1038/nature13249 https://doi.org/10.1038/nature13249 https://doi.org/10.1038/nature13249 https://doi.org/10.1038/nature13249 https://doi.org/10.1038/nature13249 https://doi.org/10.1021/ja00480a012 https://doi.org/10.1021/ja00480a012 https://doi.org/10.1021/ja00480a012 https://doi.org/10.1021/ja00480a012 https://doi.org/10.1021/ja00480a012 https://doi.org/10.1021/ja00480a012 https://doi.org/10.1021/jacs.7b00369 https://doi.org/10.1021/jacs.7b00369 https://doi.org/10.1021/jacs.7b00369 https://doi.org/10.1021/jacs.7b00369 https://doi.org/10.1021/jacs.7b00369 https://doi.org/10.1021/jacs.7b00369 eclet. quim. 50 | e-1555, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 1/13 1helix biogen institute, division of vaccine design and development, ogbomosho, nigeria. 2ladoke akintola university of technology, department of medical microbiology and parasitology, ogbomosho, nigeria. 3adeleke university, laboratory of molecular biology, immunology and bioinformatics, ede, nigeria. 4babcock university teaching hospital, molecular and tissue culture laboratory, ilishan-remo, nigeria. 5ambrose alli university, department of biochemistry, ekpoma, nigeria. 6precious cornerstone university, department of natural science, ibadan, nigeria. 7department of animal science, niger delta university, wilberforce island, bayelsa. 8clemson university, department of microbiology, clemson, united states. 9university of colombo, institute of biochemistry, molecular biology and biotechnology, colombo, sri lanka. 10university of ilorin, department of forest resources management, ilorin, nigeria. 11ladoke akintola university of technology, department of community/public health nursing, ogbomosho, nigeria. +corresponding author: james akinwumi ogunniran, phone: +2348031315189, email address: ogunniranjames2017@gmail.com original article immunoinformatics designing of peptide-based vaccine for malaria infection james akinwumi ogunniran1,2+ , elijah kolawole oladipo1,3 , kemiki olalekan ademola4 , anthony godswill imolele5 , olaoluwa kehinde alao6 , kehinde oluyemi ajayi6 , michael asebake ockiya7 , oluseyi rotimi taiwo8 , caleb enejoh omede9 , samuel nzube nwosu10 , adeola christianah ogunwole11 abstract malaria, a life-threatening disease prevalent in tropical regions, primarily affects infants, children under five, pregnant women, travelers, and individuals with hiv/aids. this study utilized an immunoinformatics approach to design a peptide-based malaria vaccine targeting antigenic proteins, including apical membrane antigen 1, knob-associated histidine-rich protein, merozoite surface protein 1, and sporozoite surface protein 2. antigenic protein sequences were screened for antigenicity, allergenicity, toxicity, and immune responses involving ctls, b-cells, and htls. selected epitopes were linked with appropriate linkers and an adjuvant to enhance immunogenicity, forming a vaccine construct. the construction, comprising 1473 amino acids, exhibited a molecular weight of 15.21 kda, a theoretical pi of 8.94, an aliphatic index of 60.01, and an instability index of 31.66, indicating stability. it was hydrophilic (gravy: –0.385) with favorable half-lives in mammalian, yeast, and e. coli systems. docking studies showed strong binding affinity to human tlr2 and tlr4. in silico cloning indicated a cai value of 0.92 and a gc content of 59.31%. further studies are needed to validate its efficacy and safety. article history received april 22, 2024 accepted december 05, 2024 published may 25, 2025 keywords 1. malaria vaccine; 2.immunoinformatics; 3.antigenic proteins; 4.epitope prediction; 5.molecular docking. section editors marcos carlos de mattos highlights malaria is caused by plasmodium parasites, transmitted by anopheles mosquitoes. it is lethal and affects vulnerable populations like children and pregnant women. current vaccines, like rts, s, offer limited protection. new vaccine approaches focus on multi-epitope designs to enhance immune responses. vaccines incorporate ctl, htl, b-cell epitopes, enhancing protection against malaria. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://ror.org/043hyzt56 https://ror.org/03gnb6c23 https://ror.org/006pw7k84 https://ror.org/04fzaxn66 https://ror.org/04fzaxn66 https://ror.org/037s24f05 https://ror.org/02phn5242 https://ror.org/032kdwk38 https://ror.org/032kdwk38 https://ror.org/043hyzt56 mailto:ogunniranjames2017@gmail.com mailto:ogunniranjames2017@gmail.com mailto:koladipo2k3@yahoo.co.uk mailto:kemiki.olalekan@gmail.com mailto:anthonyimolele@gmail.com mailto:alaoolaoluwa@outlook.com mailto:ajayikehinde@pcu.edu.ng mailto:mikeockiya@gmail.com mailto:oluseyitaiwo7@gmail.com mailto:omedecaleb.e@gmail.com mailto:nwosunzube71@gmail.com mailto:ogunwole31@gmail.com https://orcid.org/0009-0001-6931-5946 https://orcid.org/0000-0002-9646-5122 https://orcid.org/0000-0001-6837-9326 https://orcid.org/0000-0002-3093-3309 https://orcid.org/0000-0003-1647-879x https://orcid.org/0000-0002-2562-8748 https://orcid.org/0000-0002-6799-2679 https://orcid.org/0000-0002-9475-9987 https://orcid.org/0009-0003-5520-9573 https://orcid.org/0009-0009-1877-848x https://orcid.org/0009-0006-1085-8280 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 2/13 1. introduction malaria is regarded as one of the most lethal and incapacitating infectious diseases, marked by intermittent bouts of high fever. its cerebral form is particularly concerning, as it can lead to severe neurological complications such as brain damage and coma (pandey et al., 2017). the global incidence of malaria cases has been alarmingly high, reaching 247 million in 2021, 245 million in 2020, and 232 million in 2019 (who, 2022). specific populations are particularly vulnerable to malaria infection, including children under the age of 5, hiv-positive individuals, pregnant women (schumacher et al., 2012), and travelers (chaves et al., 2017). the protozoan parasite plasmodium is the causative agent of malaria, transmitted to humans through the bite of previously infected female anopheles mosquitoes (biamonte et al., 2013). among humans, malaria infection is caused by several species of the plasmodium genus, including p. falciparum, p. ovale, p. malariae, and p. vivax (amir et al., 2022). a newly identified species, p. knowlesi, has been recognized in southeast asian countries, particularly malaysia, as the sixth species causing malaria infection (singh et al., 2004). p. vivax is commonly associated with the sub-saharan region of africa and contributes significantly to morbidity, while p. falciparum, the most severe type of parasite, is prevalent in africa and is responsible for most malaria-related deaths (amir et al., 2022). the malaria parasite's life cycle consists of four phases: the liver stage, blood stage, human transmission stage, and mosquito stage. each stage must be considered for effective therapy to achieve complete eradication of the disease (crompton et al., 2010). after being released from the mosquito bite, sporozoites migrate into the bloodstream from the bite site and invade hepatocytes in the liver (lindner et al., 2012). in the liver stage, the parasites undergo proliferation for approximately seven days (a week) before releasing exo-erythrocytic merozoites into the bloodstream to initiate the blood stage of infection (sinnis et al., 2008). recurrent cycles of replication during the blood stage of infection lead to an exponential increase in the number of malaria parasites and the manifestation of all clinical symptoms associated with malaria (kristian et al., 2016). before the initiation of the symptomatic stage of the disease, the parasite can be eliminated by targeting the asymptomatic sporozoite and liver stage parasites when parasite populations are low (kristian et al., 2016). additionally, peptides or antibodies that block the ama1-ron2 connection reduced the plasmodium merozoites' capacity to colonize the host cells (srinivasan et al., 2011). the protein known as ahrp, or knob-associated histidine-rich protein (kahrp) is usually produced when plasmodium falciparum initiates infection in the erythrocytes (maier et al., 2009). a glycosylphosphatidylinositol-anchored protein known as merozoite surface protein 1 (msp1), which constitutes the larger part of the merozoite surface protein, has been identified by researchers as a potential vaccination candidate (holder et al., 2009). this 190–200 kda protein is attached to the surface of the merozoite by a glycosylphosphatidylinositol at its c-terminus (holder et al., 2009). although it is yet unknown how the msp1 merozoite surface complex affects erythrocyte invasion, recombinant fragments and variants of msp1 produced from parasites have been associated with the binding of erythrocyte receptors (kadekoppala et al., 2008). a key challenge in developing an effective malaria vaccine is the parasite’s multistage life cycle complexity. this complexity indeed imposed a significant obstacle to vaccine development, as targeting each life cycle stage requires a deep understanding of the parasite’s biology and host immune responses at various stages (amlabu et al., 2018). the initial malaria vaccine, rts, s (also known as mosquirix), which is based on recombinant proteins, has demonstrated only modest effectiveness in protecting young children against the disease. (amir et al., 2022). despite considerable endeavors, this vaccination approach has drawbacks, as it only averts 39% of malaria infections and 30% of severe malaria cases (amir et al., 2022). after several months, its effectiveness diminishes, requiring four doses for optimal protection (laurens et al., 2020). this research recommends creating a peptide-based vaccine containing immune-stimulating epitopes capable of eliciting both humoral and cell-mediated immune responses to prevent malaria infection. 2. experimental 2.1. systematic workflow this study adhered to a systematic workflow, as depicted in fig. 1. the diagram outlines each step involved in formulating this multi-epitope vaccine. 2.2. protein sequence retrieval the protein sequences of plasmodium falciparum were retrieved from the national center for biotechnology information (ncbi) (oladipo et al., 2024a) and the universal protein resource (uniprot) server. apical membrane antigen 1(a0a0x8ii02), apical membrane antigen 1(a0a193pbv5), knob associated histidine-rich protein (a0a0l7kkr3), knob associated histidinerich protein (w7fdy3), merozoite surface protein 1(q25971), sporozoite surface protein 2(a0a0l0cv98), sporozoite surface protein 2(a0a0l7kj49). 2.3. prediction of protein sequence antigenicity the antigenicity of the plasmodium falciparum protein was predicted using antigenpro (magnan et al., 2010) and vaxijen (pandey et al., 2016). the threshold of ≥0.8 (antigenpro) (magnan et al., 2010), and ≥ 0.5 vaxijen (doytchinova et al., 2007) were considered for the selection of the protein sequence. 2.4. cytotoxic t lymphocytes (ctl) epitopes prediction netctl 1.2 tool was utilized in the prediction of ctl epitopes of the proteins (oladipo et al., 2020). the tool was set at a threshold value of 0.75, while the weights on c-terminal cleavage and tap transport efficiency were set at 0.15 and 0.05, respectively (zhao et al., 2017). 2.5. helper t-cell (htl) epitope prediction the htl epitopes of the protein sequence were predicted using the immune epitope database (iedb) (oladipo et al., 2022). three mouse alleles, which are h2-iab, h2-ied and h2-iad, were selected for the major histocompatibility class ii (mhc ii). mhc-ii affinity and percentile rank of ≤ 0.2 were used as criteria for selecting the htl epitopes (zhang et al., 2008). the best six epitopes were chosen for each allele. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 3/13 figure 1. study workflow for malaria vaccine construct design. source: elaborated by the authors. 2.6. b-cell epitopes prediction b-cells are an important component of the immune system for long-term protection against pathogens and antigens (oladipo et al., 2022). the linear b-cell epitopes of plasmodium falciparum protein were predicted using abcpred server (saha and raghava, 2006). eight epitopes with a score > 0.9 were selected and subjected to further analysis. 2.7. construction of multi-epitope vaccine sequence a multi-epitope vaccine was developed by combining cytotoxic t lymphocyte (ctl), helper t lymphocyte (htl), and b-cell epitopes, joined with an adjuvant using appropriate linkers. the adjuvant apphals was incorporated to enhance the vaccine's immunogenicity. aay linkers were utilized to connect the ctl epitopes, whereas gpgpg linkers were employed to connect the htl and b-cell epitopes (kalita et al., 2019). 2.8. antigenicity, allergenicity and toxicity prediction of the vaccine construct the antigenicity, allergenicity, and toxicity of the vaccine construct were assessed using the vaxijen (doytchinova et al., 2007), allertop (dimitrov et al., 2014), and toxinpred2 (sharma et al., 2022) servers, respectively. antigenicity testing confirmed the vaccine's ability to stimulate antibody production. allergenicity assessment was conducted to verify the absence of allergic reactions triggered by the vaccine. toxicity testing was performed to ensure the vaccine's safety by confirming the absence of adverse effects on humans. 2.9. physiochemical properties and domain identification the physicochemical properties of the vaccine construct, including molecular weight, theoretical protrusion index (pi), hydropathicity (gravy), aliphatic index, instability index, extinction coefficients, atomic composition, charged residues, and in vitro and in vivo half-life, were analyzed using protparam (garg et al., 2016). 2.10. prediction of secondary structure the self-optimized prediction method (sopma) was utilized to predict the secondary structure of the vaccine construct. sopma analyzes the amino acid composition and predicts the relationships within the construct's secondary structure (lee et al., 2013). 2.11. prediction of tertiary structure of the vaccine the tertiary structure of the multi-epitope vaccine construct was predicted using i-tasser (zhou et al., 2022). the i-tasser tertiary structure prediction server is designed to generate protein tertiary structures and employs a quantitative scoring system to produce models. additionally, the server predicts estimated tmscore, confidence score, standard deviation, and root mean square deviation (rmsd) values for the generated models. 2.12. prediction of 3d configuration and discontinuous b-cell epitopes the tertiary composition of the vaccine construct was utilized to predict the 3d conformational structure of b-cell epitopes using ellipro. subsequently, ellipro was employed to determine the conformational 3d structure of the predicted linear b-cell epitopes. the ellipro results include the number of residues in each epitope, with higher residue numbers indicating greater solvent availability. the jmol viewer was utilized for visualizing the predicted antibody epitopes (ponomarenko et al., 2008). 2.13. refinement of the tertiary structure to enhance the quality of the local structure in the multiepitope vaccine construct, the galaxy refine web tool, based on https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 4/13 the casp 10 version, was employed (heo et al., 2013). galaxy refine is a validated algorithm known for refining protein structures and improving the quality of local structural elements (oladipo et al., 2023a). 2.14. validation of tertiary structure the prosa-web server was utilized to validate both the projected and refined 3d configuration of proteins, an essential step in sequence modeling. additionally, a ramachandran plot was obtained by submitting the pdb file of the vaccine structure to the procheck server. this process serves to validate the vaccine and authenticate its potential functionality (laskowski et al., 2006). 2.15. molecular docking of the vaccine with toll-like receptors (tlrs) stimulating an immune response is the primary objective in vaccine design. therefore, it is crucial to evaluate the interactions between an antigen and toll-like receptors (tlrs). the hdock server was employed to predict the binding sites between tlr-2 (pdb id: 3a7c) and tlr-4 (pdb id: 4g8a) in their most stable complex forms. docking analysis facilitated the examination of binding affinity between the complexes, specifically the vaccine and tlrs (yan et al., 2020). 2.16. molecular dynamics simulation of the receptorligand complex the imod server was utilized to conduct dynamics simulations, which focused on studying the physical basis, structure, and function of biological molecules to determine the stability of the complex. results obtained from this approach, such as deformability, eigenvalues, and covariance, provide insights into the stability of the complex (lópez-blanco et al., 2014). 2.17. the in silico cloning and optimization of the vaccine protein the vaccine construct underwent codon optimization using the jcat java tool. this tool translates protein sequences into the expression system of another biological host to adapt the codon usage for the new host. jcat provides the gc content and codon adaptation index (cai) values of the adapted codons. additionally, the tool back-translates protein sequences into dna sequences, which are then used for silicon cloning. in this study, jcat was employed to adjust the final vaccine sequences to fit the e. coli k12 strain expression system. the construct of the final vaccine was input into jcat for adaptation processing (grote et al., 2005). the dna sequences obtained from back-translation were cloned into the e. coli k12 pet-28a (+) vector expression system at specific restriction enzyme sites, with the assistance of snap gene software (li et al., 2016). 3. result and discussion 3.1. antigenicity prediction of plasmodium falciparum proteins the ncbi and uniprot servers were used to obtain the plasmodium falciparum protein sequence for this work. a critical component of vaccinology was achieved when the chosen sequences underwent antigenic screening and were proven to be both antigenic. the antigenicity of the plasmodium falciparum proteins retrieved was predicted, and the sequences passed the antigenpro server and vaxijen server at a threshold of 0.5 and 0.8, respectively (table 1). this shows that the sequence can elicit antibodies (oladipo et al., 2022). the sequences that passed were then subjected to further analysis. table 1. selected proteins of plasodium falciparum and their accession number. s/n protein accession no vaxijen antigenic pro 1 apical membrane antigen 1 a0a0x8ii02 0.6195 0.940153 apical membrane antigen 1 a0a193pbv5 0.5807 0.936320 2 knob associated histidine-rich protein a0a0l7kkr3 0.7862 0.940365 knob associated histidine-rich protein w7fdy3 0.7880 0.922167 3 merozoite surface protein 1 q25971 0.5735 0.810633 4 sporozoite surface protein 2 a0a0l0cv98 0.6279 0.902585 sporozoite surface protein 2 a0a0l7kj49 0.6223 0.905200 source: elaborated by the authors. 3.2. prediction of novel cytotoxic t lymphocytes (ctl), helper t lymphocytes (htl) and b-cells epitopes different servers were employed to project ctl, htl, and b-cell epitopes using the selected plasmodium falciparum protein sequences that successfully passed antigenicity screening. ctl epitopes were identified based on their high scores, which fell within the threshold of 0.75 (table 2a). helper t lymphocytes (htl) epitopes were also predicted, and those with low percentile ranks were chosen for further analysis (table 2b). b-cell epitopes falling within the threshold of 0.90 were selected (table 2c) and incorporated into the vaccine construction alongside the htl and ctl epitopes. the prediction of ctl, htl, and b-cell epitopes was conducted because a multi-epitope vaccine necessitates the inclusion of ctl, htl, and b-cell epitopes (chauhan et al., 2019). this is significant because t-cells recognize surface antigens presented by mhc molecules. mhc class ii molecules present surface antigens to t-helper cells, while b-cell epitopes aid in eliciting antibody and memory cell responses (oladipo et al., 2022). the results obtained from these analyses were employed in building the vaccine candidate using appropriate linkers. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 5/13 table 2a. selected epitopes of ctl. protein ctl epitopes score ctl epitopes score ctl epitopes score apical membrane antigen 1 tldqmrhfy 32.272 aqenngpry 0.9554 llsafefty 17.715 atilmvyly 22.792 qyeqhltdy 0.8786 daevagtqy 14.733 vlatilmvy 15.535 mvsnstcrf 0.8368 akdksfqny 11.252 disfqnyty 15.338 vkeeykdey 0.8326 tlngmrdfy 10.820 akdisfqny 11.520 ntethkcei 0.7820 mldpeasfw 0.8858 isddkdslk 11.379 iiensnttf 0.7664 gqnywehpy 0.7521 sasdqpkqy 10.603 ymgnpwtey 17.963 knob associated with histidine-rich protein ldeyqnqly 11.135 yafseecpy 0.8247 yvpphgagy 10.598 merozoite surface protein 1 hleakvlny 28.435 ylkplagvy 12.527 qlennvmtf 0.8661 nlekkklsy 19.055 llilmlily 10.159 krdkflssy 0.8435 giadlstdy 15.242 qtednyasl 0.8765 esiqtedny 0.7781 sporozoite surface protein 2 llacaglay 24.876 lnenaihly 14.074 ltdgipdsi 0.9307 table 2b. selected epitopes of htl. protein alleles htl epitope score alleles htl epitope score apical membrane antigen 1 h2-iab kdggfafpptkplms 0.26 h2-iad iiiassaavavlati 0.73 h2-iab dggfafpptkplmsp 0.37 h2-iab dlkdggfafpptkpl 0.84 h2-iab ggfafpptkplmspm 0.39 h2-iad dnmkiiiassaavav 0.85 h2-iab smiksaflptgafka 0.39 h2-iab gfafpptkplmspmt 0.87 h2-iab miksaflptgafkad 0.40 h2-iad iiassaavavlatil 0.90 h2-iad mkiiiassaavavla 0.46 h2-iad ptydnmkiiiassaa 0.91 h2-iab iksaflptgafkadr 0.48 h2-iad ydnmkiiiassaava 0.93 h2-iad kiiiassaavavlat 0.58 h2-iad kptydkmkiiiassa 0.37 h2-iab lkdggfafpptkplm 0.58 h2-iab ksaflptgafkadry 0.60 h2-iab ksaflptgafkadry 0.60 knob associated histidine-rich protein h2-ied engpnifalrkrfpl 0.65 h2-ied qengpnifalrkrfp 1.75 h2-ied gpnifalrkrfplgm 0.79 h2-iab gsttgattganavqs 1.65 h2-ied pnifalrkrfplgmn 0.84 h2-iab sttgattganavqsk 1.70 h2-ied sfknkntlrrkkafp 1.65 h2-iab agsttgattganavq 1.95 h2-ied fknkntlrrkkafpv 1.75 h2-iab ttgattganavqskd 1.95 merozoite surface protein 1 h2-iab knknytgnspsvnnt 1.00 h2-iab knytgnspsvnntdv 1.51 h2-iab iknknytgnspsvnn 1.10 h2-ied kdpykflnkekrdkf 1.90 h2-iab viknknytgnspsvn 1.10 h2-ied dpykflnkekrdkfl 2.00 h2-iab nknytgnspsvnntd 1.26 sporozoite surface protein 2 h2-iab laykfvvpgaatpya 0.10 h2-iab dryipysplppkvld 0.23 h2-iab aglaykfvvpgaatp 0.12 h2-iab ryipysplppkvldn 0.30 h2-iad knkekaliiikslls 1.90 h2-iab ykfvvpgaatpfage 0.46 h2-iad nkekaliiiksllst 2.00 h2-iab kfvvpgaatpfagep 1.95 h2-iab laykfvvpgaatpfa 0.10 table 2c. selected epitopes of b-cell. protein b-cell epitope position score apical membrane antigen 1 rffvckcverraevts 355 0.92 mkiiiassaavavlat 397 0.90 afkadrykshgkgynw 236 0.90 mdepqhygksnsrnde 579 0.93 adipehkptydkmkii 533 0.91 knob-associated histidine-rich protein dnkgsegygyeapynp 290 0.90 merozoite surface protein 1 sesgsdtleqsqpkkp 100 0.90 sporozoite surface protein 2 dryipysplppkvldn 410 0.94 erkqsdpqsqdnngnr 426 0.92 pedsekevpsdvpknp 365 0.91 hgrnnenrsynrkynd 454 0.90 aglaykfvvpgaatpf 511 0.90 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 6/13 3.3. construction of novel multiple epitope subunit vaccine a multi-epitope vaccine was assembled using the predicted ctl, htl, and b-cell binding epitopes. linkers were utilized to connect these epitopes (oladipo et al., 2022), and an adjuvant was linked to the construction to enhance its potency and elicit a robust immune response (oladipo et al., 2022). specifically, aay linkers were employed to connect ctl epitopes, gpgpg linkers were used to link htl and b-cell epitopes, and eaaak linkers were utilized to attach the adjuvant to the vaccine construct (ito et al., 2017) as shown in fig. 2. figure 2. the schematic representation of the malaria vaccine construct. source: elaborated by the authors. 3.4. physicochemical properties of the vaccine construct the physicochemical properties of the vaccine construct predicted by protparam indicate that the vaccine has a molecular weight of 15.21 kda, falling within the range for an accepted vaccine candidate (garg et al., 2016). our findings suggest that the vaccine construct is antigenic, non-toxic, and non-allergenic, indicating its safety. the theoretical pi value of 8.94 suggests a structurally favorable vaccine. the aliphatic index score of 60.01 indicates the presence of aliphatic side chains in the vaccine. in contrast, the instability index score of 31.66 predicts the vaccine to be stable (oladipo et al., 2023b). the gravy result of -0.385 indicates the hydrophobicity of immunization (oladipo et al., 2024b). furthermore, the predicted half-life is 4.4 hours in mammalian reticulocytes in vitro, >20 hours in yeast, and 10 hours in e. coli in vivo. 3.5. projection of secondary structure sopma was employed to predict the secondary structure of the constructed vaccine. the server provided additional information on the vaccine construct, revealing an alpha helix content of 25.87%, an extended strand content of 15.55%, a random coil content of 54.04%, and a beta turn structure content of 4.55% (fig. 3 and table 3). the high percentage of the random coil suggests a concentrated presence of epitopes at that point (tahmoorespur et al., 2017). the prediction of the secondary structure of our vaccine indicates stability, good flexibility, and a globular conformation, which aligns with the findings of oluwagbemi et al. (2022). table 3. parameter of the secondary structure prediction. parameters no of residues percentage alpha helix 381 25.87% 310 helix 0 0 pi helix 0 0 beta bridge 0 0 extended strand 229 15.55% beta turn 0 0 bend region 0 0 random coil 796 54.04% ambiguous states 0 0 other state 0 0 source: elaborated by the authors. figure 3. prediction of the secondary structure of the constructed vaccine. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 7/13 3.6. prediction of the tertiary structure of the constructed vaccine the i-tasser server was employed to predict the 3d configuration of the multi-epitope vaccine construct. five models were expected, but model 1 was chosen based on the confidence score of 0.19, the estimated tm-score of 0.74 ± 0.11, and the root mean square deviation (rmsd) of 9.4 ± 4.6 å (fig. 4). the b-cell conformational epitope for the vaccine construct was identified using the ellipro server (fig. 5). figure 5. the 3d model of the 5 predicted conformational b-cell epitopes of the final vaccine construct. the yellow region are the conformational b-cell epitopes, while the grey areas are the residue remnant (a) 205 residue has a score of 0.852 (b) 165 residue has a score of 0.811 (c) 125 residue has a score of 0.742 (d) 24 residue has a score of 0.667 (e) 25 residue has a score of 0.645. source: elaborated by the authors. 3.7. refinement of the tertiary structure refinement of the 3d configuration entails reconstructing protein side chains, molecular dynamics simulation, and repacking to enhance the vaccine's tertiary structure. the galaxy refine web server was utilized for refining the vaccine's configuration, resulting in the prediction of five refined models. model 1 was selected based on specific criteria, including a gdt-ha score of 0.8880, rmsd of 0.597, molprobity score of 2.712, clash score of 27.0, poor rotamers of 0.7, and rama favored of 75.1. 3.8. validation of tertiary structure refinement provides a refined 3d vaccine model having a higher number of residues in the favored region (67.1.0%), 21.5% in the allowed area and 6.1% found in the disallowed region of ramachandran plot (fig. 6 and 7). validation is often carried out to recognize errors within the structure of the final vaccine model. prosa and procheck servers provided a z-score value of −4.07 (fig. 8), which indicates the stability of the model. structural validation scores obtained from errat and prosa tools proved that the overall quality of the vaccine construct meets the requirement (oladipo et al., 2022). figure 6. ramachandran plot showing favored region of the vaccine. source: elaborated by the authors. figure 4. tertiary structure of vaccine construct. figure 7. showing the favored region and number of residues. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 8/13 figure 8. graph showing model quality of the vaccine. source: elaborated by the authors. 3.9. molecular docking of the tertiary structure the tertiary structure was subjected to molecular docking using hdock server. the binding energy and molecular relationship of the multi-epitope subunit vaccine with tlr-2 (3a7c) and tlr-4 (4g8a) were probed by molecular docking (fig. 9). one model was selected from each of the docked complexes based on their proper receptor interactions, low binding energy and center energy scores (pandey et al., 2016). the tlr 2 and tlr 4 have binding energies of -305.14 and -303.77, respectively (table 4), which shows that the receptors have a high binding energy with the vaccine construct. this low binding energy score indicates strong affinities between the molecules (oladipo et al., 2023c). figure 9. molecular docking of vaccine with tlrs (a) tlr-2 and vaccine construct (b) tlr-4 and vaccine construct. source: elaborated by the authors. table 4. molecular docking against tlr-2 and tlr-4. dock result (rank) tlr-4 tlr-2 docking score -303.77 -305.14 confidence score 0.9559 0.9578 source: elaborated by the authors. 3.10. molecular dynamic simulation standard mode analysis (nma) was performed on the selected docked vaccine-receptor complex to investigate stability and mobility using the imods server. the vaccine protein and its receptor were predicted to rotate towards each other, as depicted in fig. 10 and 11 for tlr2 and tlr4, respectively. hinges in regions of high deformability indicate the deformability of the vaccine-receptor complex, as shown in fig. 10c and 11c for tlr2 and tlr4, respectively. the b-factor is directly proportional to the rms value inferred through nma (fig. 10d and 11d). eigenvalues for the vaccine-receptor complexes obtained from the imods server were 6.01e-09 and 4.75e-09 for tlr2 and tlr4, respectively (fig. 10e and 11e). variance is inversely proportional to the eigenvalue. residual index graphs indicate correlated, anticorrelated, and uncorrelated pairs of residues in the variance matrix, represented by red, blue, and white colors, respectively (fig. 10b and 11b). the elastic network model generated by imods (fig. 10f and 11f) illustrates pairs of atoms connected by springs, with stiffer springs represented by dark grey areas. dynamics results showed positive eigenvalues (2.27e05; 2.06e-06; 2.03e-05; 1.53e-05), which are significant for vaccine stability and rotation, consistent with previous studies (chauhan et al., 2019). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 9/13 (a) (b) (c) (d) (e) (f) figure 10. molecular dynamics simulation for tlr2: (a) spin prediction of the ligand-receptor interaction; (b) covariance map of the ligand-receptor interaction (c) deformability b-factor region of the ligand-protein interaction (d) mobility b-factor of the ligand-protein interaction (e) eigenvalues of the ligand-receptor interaction (f) elastic network of the ligand-protein interaction. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 10/13 (a) (b) (c) (d) (e) (f) figure 11. molecular dynamics simulation for tlr2: (a) spin prediction of the ligand-receptor interaction (b) covariance map of the ligand-receptor interaction (c) deformability b-factor region of the ligand-protein interaction (d) mobility b-factor of the ligand-protein interaction (e) eigenvalues of the ligand-receptor interaction (f) elastic network of the ligand-protein interaction. source: elaborated by the authors. 3.11. codon adaptation and in silico cloning integrating the malaria vaccine construct into the e. coli expression system necessitates using jcat and snapgene servers. adapting the vaccine to the e. coli k12 strain predicted a gc content of 59.31%, a codon adaptation index (cai) of 0.91. it translated the protein sequence back to nucleotides compatible with e. coli codons. the back-translated nucleotide sequence was incorporated into the e. coli expression system using the restriction enzymes ecori (192) and bamhi (4106) as cloning sites (fig. 12). the solubility of the overexpressed recombinant protein in the e. coli host is crucial for biochemical and functional investigations. therefore, adapting the vaccine model into an e. coli expression system is an essential step in vaccine design, and codon adaptation is a preferred method for achieving efficient expression of foreign genes in a host. this is because when the codons used by the host differ from those of the organism's genes, lower expression rates may occur if the genes are not adapted. hence, we adapted the final vaccine protein sequences to the e. coli strain k12 using the jcat server and obtained satisfactory results. jcat also back translated the protein sequences to nucleotides, which were then cloned into the e. coli pet28a (+) vector using the ecori (192) and bamhi (4106) restriction sites, resulting in a total clone length of 9.2 kbp. the target sequence was encoded between 6-histidine residues, which would facilitate purification purposes. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 11/13 figure 12. in silico cloning for adapted vaccine into pet28a (+) vector. source: elaborated by the authors. 4. conclusions tropical regions characterized by high temperatures and humidity, particularly in south asia and africa, are highly susceptible to malaria. achieving malaria eradication requires the implementation of innovative control techniques. this study utilized protein sequences eliciting various t-cell (htl and ctl) and b-cell epitopes in an immunoinformatics approach to develop a potential vaccine. the results of this investigation demonstrate that the final construct has successfully fulfilled the designed criteria for malaria vaccine development. however, this computational work necessitates experimental validation. in vitro and in vivo tests are essential to assess the immunogenicity and safety of the potential vaccine. authors’ contribution conceptualization: elijah kolawole oladipo; data curation: james akinwumi ogunniran; formal analysis: samuel nzube nwosu; funding acquisition: not applicable; investigation: james akinwumi ogunniran; methodology: james akinwumi ogunniran; project administration: not applicable; resources: not applicable; software: kehinde oluyemi ajayi; oluseyi rotimi taiwo; supervision: elijah kolawole oladipo; validation: olaoluwa kehinde alao; adeola christianah ogunwole; visualization: kemiki olalekan ademola; michael asebake ockiya; writing – original draft: james akinwumi ogunniran; caleb enejoh omede; writing – review & editing: james akinwumi ogunniran; anthony godswill imolele. data availability statement all datasets analyzed in this research are all publicly available at the national centre of biotechnology information (ncbi) and the universal protein resource (uniprot) server. it could be made available upon request. funding not applicable. acknowledgments we appreciate helix biogen institute, ogbomoso, oyo state, nigeria for their technical support during this research work. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references amir, a.; parisa, v.; somayeh, j.; gholamreza, a. s. a multi-epitope vaccine designed against blood-stage of malaria: an immunoinformatic and structural approach. sci. rep. 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olayinka, a. t.; abiala, g. a.; idowu, a. f.; ogunniran, j. a.; ikuomola, m. o.; adegoke, h. m.; idowu, u. a.; akindiya, o. e.; adelusi t. i. bioinformatics analysis of structural protein to approach a vaccine candidate against vibrio cholerae infection. immunogenetics. 2023a, 75 (2). 99–114. https://doi.org/10.1007/s00251-022-01282-5 oladipo, e. k.; jimah, e. m.; irewolede, b. a.; folakanmi, e. o.; olubodun, o. a.; adediran, d. a.; akintibubo, s. a.; odunlami, f. d.; olufemi, s. e.; ojo, t. o.; akinro, o. p.; hezekiah, o. s.; olayinka, a. t.; abiala, g. a.; idowu, a. f.; ogunniran, j. a.; ikuomola, m. o.; adegoke, h. m.; idowu, u. a.; akindiya, o. e.; oluwasanya, g. j.; akanbi, g. m.; bamigboye, f. o.; aremu, r. o.; awobiyi, h. o.; kolapo, k. t.; oluwasegun, j. a.; olatunde, s. k.; adelusi, t. i. immunoinformatics design of multi-epitope peptide for the diagnosis of schistosoma haematobium infection. j biomol struct dyn. 2023b, 41 (14), 6676–6683. 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https://doi.org/10.1007/s00705-015-2647-0 https://doi.org/10.1111/j.1462-5822.2011.01734.x https://doi.org/10.1093/nar/gku339 https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btq551 https://doi.org/10.1038/nrmicro2110 https://doi.org/10.3390/vaccines10122107 https://doi.org/10.1016/j.imu.2020.100438 https://doi.org/10.1007/s00251-022-01282-5 https://doi.org/10.1080/07391102.2022.2111358 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1555 issn 1678-4618 page 13/13 oladipo, e. k.; ojo, t. o.; olufemi, s. e.; irewolede, b. a.; adediran, d. a.; abiala, a. g.; hezekiah, o. s.; idowu, a. f.; oladeji, y. g.; ikuomola, m. o.; olayinka, a. t.; akanbi, g. o.; idowu, u. a.; olubodun, o. a.; odunlami, f. d.; ogunniran, j. a.; akinro, o. p.; adegoke, h. m.; folakanmi, e. o.; usman, t. a, oladokun, e. f.; oluwasanya, g. j.; awobiyi, h. o.; oluwasegun, j. a.; akintibubo, s. a.; jimah, e. m. proteome based analysis of circulating sars-cov-2 variants: approach to a universal vaccine candidate. 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o. o.; oladipo, e. k.; kolawole, o. m.; oloke, j. k.; adelusi, t. i.; irewolede, b. a.; dairo, e. o.; ayeni, a. e.; kolapo, k. t.; akindiya, o. e.; oluwasegun, j. a.; oluwadara, b. f.; fatumo, s. bioinformatics, computational informatics, and modeling approaches to the design of mrna covid-19 candidates. computation. 2022, 10 (7), 117. https://doi.org/10.3390/computation10070117 pandey, k.; sharma, m.; saarav, i.; singh, s.; dutta, p.; bhardwaj, a.; sharma, s. analysis of the dosrregulon genes to select cytotoxic t lymphocyte epitope, specific vaccine candidates, using a reverse vaccinology approach. int. j. mycobacteriol. 2016, 5 (1), 34–43. https://doi.org/10.1016/j.ijmyco.2015.10.005 pandey, r. k.; bhatt, t. k.; prajapati, v. k. novel immunoinformatics approaches to design multi-epitope subunit vaccine for malaria by investigating anopheles salivary protein. sci rep. 2018, 8 (1), 1125. https://doi.org/10.1038/s41598-018-19456-1 pandey, r. k.; ojha, r.; aathmanathan, v. s.; krishnan, 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https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2008.05.002 https://doi.org/10.3855/jidc.7207 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050256859.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050301659.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050320178.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050345890.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050405682.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050416702.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050441875.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050502194.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050515335.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050524713.pdf eclet. quim. 49 | e-1508, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 issn 1678-4618 page 1/7 1state university of malang, faculty of science and mathematics, malang, indonesia. 2yogyakarta state university, faculty of science and mathematics, yogyakarta, indonesia. 3sebelas maret university, faculty of science and mathematics, surakarta, indonesia. 4sman 3 sidoarjo, chemistry and pkwu, sidoarjo, indonesia. +corresponding author: hayuni retno widarti, phone: +081232458494, email address: hayuni.retno.fmipa@um.ac.id review article identification of learning difficulties and misconceptions of chemical bonding material: a review hayuni retno widarti1+ , dian nuriyanti1 , meyga evi ferama sari1 , antuni wiyarsi2 , sri yatimah3 , deni ainur rokhim1,4 abstract contents 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 3.1. difficulty learning chemical bonds 3.2. development of chemical bonding misconception diagnostic methods 3.3. identification of chemical bonding misconceptions 3.4. future perspectives 4. conclusions author’s contribution data availability statement funding acknowledgments references chemical bonds are one of the materials in chemistry that are abstract in nature so that many students have difficulty learning chemical bonding material. this study aims to identify the learning difficulties frequently faced by students in understanding chemical bonding materials and various misconceptions that commonly occur in their understanding. data collection was carried out using a systematic literature review method with several predetermined criteria. the result is that the learning difficulties experienced by students are caused by many factors, one of which is conceptual error or misconception. at present, many methods have been developed to identify students’ misconceptions about chemical bonding material such as diagnostic tests such as two-tier, three-tier and four-tier diagnostics. article history received august 10, 2023 accepted june 14, 2024 published october 11, 2024 keywords 1. chemical bonding; 2. difficulty learning; 3. misconception. section editor natany dayani de souza assai highlights misconceptions about chemical bonding include mastery of concepts and introduction media. the difficulty in chemical bonds lies in the abstract complexity of the material. identify misconceptions in chemical bonding using two-, three-, and four-level diagnostics. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 https://ror.org/05fryw881 https://ror.org/021hq5q33 mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id mailto:dian.nuriyanti@gmail.com mailto:meyga.evi.fmipa@um.ac.id mailto:antuni_w@uny.ac.id mailto:jengtina_sp@yahoo.com mailto:deniainurrokhim@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-5574-8209 https://orcid.org/0000-0002-8914-0514 https://orcid.org/0009-0005-0609-6482 https://orcid.org/0000-0001-5573-9345 https://orcid.org/0000-0001-5616-4897 https://orcid.org/0000-0003-0777-4570 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 eclet. quim. 49 | e-1508, 2024 issn 1678-4618 page 2/7 1. introduction chemistry is a science focused on matter, structure, properties, changes and reactions accompanying it. the scope of scientific studies tends to be invisible and abstract, making it difficult to understand a concept. chemistry learning has an important role in forming students’ understanding and competence in complex concepts. however, along the way, many students face difficulties in understanding and applying basic concepts such as chemical bonds. if the concepts in chemistry are not well understood, students will experience learning difficulties, one of the impacts of which is the occurrence of conceptual errors commonly called misconceptions (margaretha et al., 2022). the initial knowledge or concept that students have based on an individual’s understanding is called conception. concepts that do not follow scientific concepts are referred to as misconceptions (rokhim et al., 2023b). the misconception is one of the obstacles to concept mastery that needs to be minimalized (widarti et al., 2016). misconceptions are still a problem in the learning process because they can reduce the effectiveness of student learning and hinder students from understanding new knowledge. if misconceptions continue to develop and are not immediately resolved, it will result in students’ difficulties in understanding subsequent concepts (muchtar and harizal, 2012). this article aims to provide an in-depth review of the learning difficulties that are often faced by students in understanding chemical bonding material, as well as to analyze various misconceptions that are common in their understanding. through a comprehensive review, it is hoped that this article can provide better insight into the sources of learning difficulties and conceptual errors that may arise at the learning stage of chemical bonding. by understanding the root causes that often arise, a more effective and appropriate learning approach can be designed to help students overcome obstacles in understanding chemical bonds. 2. experimental this study uses the method of systematic literature review (slr). a systematic literature review aims to identify and understand relevant research with implications for the topics studied (synder, 2019). this method is carried out by searching for academic publications in national and international journals using online academic publications databases on eric and google scholar. the search uses the keywords “difficulty learning of chemical bonding” and “misconception of chemical bonding”. the academic publications obtained are then reduced based on the abstract and title by considering the suitability of the content. the academic publications were selected based on predetermined criteria including (1) academic publications on the analysis of misconceptions and learning difficulties in chemical bonding material; (2) publication between 2018 and 2023; (3) full text and accessible. from the selection process, 11 academic publications met all the criteria. 3. results and discussion from the findings of the academic publications, the topic of discussion in this review article is divided into 3 parts, including difficulty learning chemical bonds, development of chemical bonding misconception diagnostic methods, and identification of chemical bonding misconceptions. 3.1. difficulty learning chemical bonds difficulty is a difficult situation, difficulty or distress (big indonesian dictionary). difficulty is a condition that shows the characteristics of obstacles in activities to achieve goals so that a greater effort is needed to overcome them. learning difficulties are obstacles or challenges faced by students in mastering learning material or concepts. according to subini (2012), learning difficulties are synonymous with students’ difficulties in receiving or absorbing lessons at school. this can cover various aspects, both in terms of understanding the concept, applying it, and developing skills. learning difficulties can be temporary or more chronic, depending on certain factors such as the complexity of the material, student learning styles, learning environment, and so on. some academic publications related to learning difficulties in chemical bonding material are presented in table 1. based on the results of the research above, the learning difficulties experienced by students in chemical bonding material were caused by several factors. lack of student interest in learning because of the assumption that chemical bonding material is complicated, the learning process is less interesting and not suitable for students, students’ weak ability to remember concepts due to lack of practice questions, lack of student understanding regarding prior knowledge that supports understanding of chemical bonding material, and there are still many concept errors or misconceptions that students experience in chemical bonding material. the learning difficulties experienced by these students certainly hurt student learning outcomes if an effective solution is not immediately given. low student learning outcomes can be caused by learning problems, for example, lack of understanding of a concept and misconceptions experienced by most students (warsito et al., 2020). 3.2. development of chemical bonding misconception diagnostic methods misconception is a term used when students’ ideas are not relevant to a scientific perspective. misconceptions should be identified and corrected immediately, so as not to interfere with the further learning process (margaretha et al., 2022). misconceptions can be an obstacle for students to acquire complete knowledge, therefore this problem must be addressed (arslan et al., 2012). misconception analysis requires instruments that can reveal the causes of misconceptions in depth (rokhim et al., 2023a). according to firman, misconceptions can be diagnosed using standardized tests that use valid and reliable instruments (utami et al., 2019). various studies have used multiple-choice diagnostic tests to analyze students’ misconceptions (sen and yilmaz, 2017). diagnostic tests can help teachers to identify students’ misconceptions (uyulgan et al., 2014). the high level of students’ learning difficulties in chemical bonding material is caused by one of the misconceptions experienced by students. chemical bonds are one of the subject matter with abstract concepts. chemical bonding is a difficult concept for students that can lead to misconceptions (meltafina et al., 2019). to find out the level of students’ misconceptions about chemical bonding material, a diagnostic test to analyze and identify misconceptions about https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 eclet. quim. 49 | e-1508, 2024 issn 1678-4618 page 3/7 chemical bonding is a must (utami et al., 2019). several multiplechoice-based diagnostic tests currently being developed include: four-tier multiple-choice, three-tier multiple-choice, and two-tier multiple-choice. the instrument is considered effective because students can give students freedom to describe the representations that exist in their minds (rokhim et al., 2023b). some academic publications regarding the diagnostic methods for chemical bond misconceptions are presented in table 2. from the several studies showed in table 2, it is known that the multiple-choice diagnostic tests currently being developed are in the form of four-tier multiple-choice, three-tier multiple-choice, and two-tier multiple-choice. the difference between the three lies in the division of categories to analyze student misconceptions. diagnostic test results using four-tier multiple choice have a higher level of sensitivity than diagnostic tests using three-tier multiple choice and two-tier multiple choice so they will be more thorough in identifying misconceptions in students (qodriyah et al., 2020). the two-tier diagnostic test was unable to distinguish between students who lacked knowledge and those who had misconceptions, however, the three-tier diagnostic test had an unequal score ratio between students who had misconceptions and students who lacked knowledge (kaltakci-gurel et al., 2017). 3.3. identification of chemical bonding misconceptions misconceptions or conceptual errors are defined as an erroneous understanding of a concept so that it does not follow scientific concepts or those that are understood and approved by experts in a particular field (suparno, 2013). misconception is a condition where students’ understanding deviates from the correct concept, but students tend to maintain the wrong understanding (margaretha et al., 2022). misconceptions can prevent students from obtaining correct concepts and have the potential to hinder progress in further learning (horton, 2007). misconceptions experienced by students have been identified in most of the concepts studied in chemistry, especially at the atomic and molecular level concepts which are indeed abstract (taber, 2009), such as one of the chemical concepts that often causes misconceptions in students, namely the concept of chemical bonds. the concept of chemical bonds underlies most of the concepts in advanced sciences in chemistry such as inorganic chemistry, organic chemistry, and physical chemistry (gudyanga and madambi, 2014). more than 50% of students experience misconceptions about chemical bonding materials (fadillah and salirawati, 2018). misconceptions have been recognized as the main factor influencing understanding of the material, and teachers also have misconceptions about certain concepts (utomo et al., 2018). misconception can affect learning effectiveness and significantly impact learning achievement (chen et al., 2020). from the studies in table 3, misconceptions about chemical bonding identified by researchers are presented in table 4. based on the data described in table 4, many misconceptions about chemical bonds among students occur in all material sub-chapters, especially in ionic and covalent bonds. this is in line with several research results which show a high percentage of misconceptions about ionic bonds and covalent bonds (rohmah et al., 2022; setiawan et al., 2017). most higher education students still have difficulty distinguishing the two types of bonds due to misunderstanding the concept of the formation of the two bonds. 3.4. future perspectives misconceptions can become difficulties for students in the future. misconceptions allow students to instil wrong concepts and be unable to accept correct concepts. chemical bonding is one of the basic materials in chemistry. when students experience misconceptions about chemical bonding material, it will cause mistakes and difficulties in understanding further chemical material. after identifying and finding several misconceptions that are still often experienced by students, it is hoped that there will be a solution to reduce the risk of misconceptions or even solve the problem. a complete understanding of chemical bonding is very important to reduce the percentage of misconceptions among students (safitri et al., 2018). the solutions offered can be in the form of developing models, media, or other learning tools. the innovations carried out are expected to be able to direct students to build the correct concept so that students will not experience learning difficulties and obstacles to obtaining learning outcomes that follow expectations. 4. conclusions chemical bonds are one of the materials that form the basis of advanced chemical materials. as with chemistry, chemical bonding material is also abstract so many students experience learning difficulties in this material. learning difficulties experienced are caused by many factors such as a lack of interest in student learning, an inappropriate learning process, a lack of practice questions, a lack of student understanding regarding prior knowledge that supports understanding of chemical bonding material, and there are still many conceptual errors or misconceptions. based on the results of the last 5 years of studies, many students still find learning difficulties due to misconceptions about chemical bonding material. there have been many developments in methods for identifying students’ misconceptions about chemical bonding material such as diagnostic tests such as two-tier, three-tier, and four-tier diagnostics. as a result, it is known that there are many students’ misconceptions that spread to all chemical bonding submaterials, especially in ionic bonding and covalent bonding materials. after identifying and finding several misconceptions that are still often experienced by students, it is hoped that there will be a solution to reduce the risk of misconceptions or even solve the problem. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 eclet. quim. 49 | e-1508, 2024 issn 1678-4618 page 4/7 table 1. difficulty learning chemical bonds. no author, title, journal research purposes research methods research result 1. sahriani (2019) analysis of learning difficulties of class x mipa students of sma negeri 3 tanjungpinang on chemical bonding material. raja ali haji maritime university thesis the purpose of this study was to see the learning difficulties of class x students on chemical bonds. student learning difficulties are measured from the results of student test questions and are supported by interviews, while the questionnaire aims to look at the factors that cause student learning difficulties. the study showed that students had difficulty understanding highcategory terms with a percentage of 70%, students had difficulty understanding high-category calculations with percentage of 68%, and students had difficulty understanding high-category concepts with a percentage of 71%. the factors that influence student learning difficulties are (1) internal factors in the sufficient category with a percentage of 57.5% including aspects of interest (57%) and aspects of motivation (58%), (2) external factors in the sufficient category with a percentage of 59, 5% includes aspects of teacher teaching methods/methods (5.9%), facilities and infrastructure (60%). 2. haris and wahidah (2018) analysis of difficulties in learning chemical bonds in view of misconceptions of grade x students of sma negeri 3 mataran. mipa incandescent journal this study aims to identify and explain the conceptual errors of class x sma negeri 3 mataram in studying chemical bonding. data collection uses a test that contains 12 concepts of chemical bonding. this research showed that very few students (1-20%) had conceptual errors of electron configuration, ion formation, metals / non-metals, ionic bonds / covalent bonds covalent compounds, and chemical formulas for chloride compounds. few students (21-40%) experienced misconceptions about the compounds formed and the chloride ion formula. quite students (41-60%) experienced misconceptions about lewis structures and ionic compounds. many students (61-80%) experienced misconceptions about covalent compounds and the atomic numbers of the elements. in general, 62.5% of students experienced difficulty in studying chemical bonds, 20% experienced quite difficulty and 17,5% experienced less difficulty. 3. sabrina (2018) identification of student learning difficulties in chemical bonding material at smas muslimat samalanga bireuen. uin ar-raniry banda aceh to analyze students’ learning difficulties in chemical bonding material at smas muslimat samalanga biruen. data was collected through tests and interviews, then the data was analyzed through student mastery and student difficulties. the results showed that class x students of smas muslimat samalanga bireuen still experienced mistakes and difficulties in solving chemical bond problems, namely 80% of students had difficulty distinguishing between covalent and metallic physical properties, 76% of students had difficulty estimating the polarity of a molecule, and 37% of students had difficulty distinguishing between ionic bonds, covalent bonds, coordinate covalent bonds, and metallic bonds. this is caused by material that is difficult for students to understand, low student abilities, and a lack of practice working on questions. as well as students have a weak ability to remember the concept of the material being taught. 4. yani (2018) diagnostics of the relationship of prior knowledge with learning difficulties in class x high school chemical bonds, solok city. padang state university aims to reveal the relationship between learning difficulties and students’ prior knowledge of chemical bonding material at sman kota solok. the research was conducted through two two-tier diagnostic tests for initial knowledge of chemical bonding and chemical bonding. the results showed that students at sman kota solok had learning difficulties in understanding the concept of chemical bonding material with very high learning difficulty criteria in (1) bond formation, (2) ionic bonds, (3) covalent bonds, single bonds, double bonds, double bonds triple, (4) coordinate covalent bonds, (5) polar and non-polar bonds, (6) ionic and covalent bonds. initial knowledge that most influences students’ learning difficulties in chemical bonding material is (1) electron configuration, (2) group and period, (3) periodic properties of an element based on radius, ionization energy, electron affinity and electronegativity. students’ initial knowledge that does not follow scientific understanding causes students’ learning difficulties in understanding the concept of chemical bonds. table 2. diagnostic methods of misconception. no author, title, journal research purposes research methods research result 1. mahmudah et al. (2020) identification of students’ misconceptions in chemical bonding topic using the four-tier diagnostic test. journal of physics: conference series identifying misconceptions by measuring students’ level of understanding in the topic of chemical bonds using a four-tier multiple choice diagnostic test. the research method is descriptive and involves 77 students from sma tangerang selatan. the results of the study stated that the overall level of students’ misconceptions about chemical bonds was in the low category (15.14%). misconceptions on the concept of determining ionic and covalent bonds microscopically results in the moderate category (41.56%), and metallic bonds in the moderate category (37.66%). 2. setiawan and ilahi (2022) identification of misconceptions in chemical bonding materials using three tier diagnostic tests. journal of natural science of integration knowing whether there is, and the percentage of misconceptions about chemical bonding materials using three tier diagnostic test. qualitative research with a descriptive approach using purposive sampling technique research on students of sma negeri 1 teluk kuantan class x on chemical bonding material showed that 72.53% of students experienced misconceptions, 14.98% of students did not understand the concept, and the remaining 12.48% of students understood the concept of chemical bonds. 3. ebiati et al. (2020) sensitivity of two-tier and three-tier tests in detecting student’s misconceptions of chemical bonding. journal of chemistry education knowing how the two-tier and three-tier test sensitivity is on detect students’ misconceptions about chemical bonding material. this research is a quantitative study with a total sampling technique measured using three-tier multiplechoice with modified certainty of response index (cri). this study concluded that the three-tier multiple-choice was more sensitive than the two-tier multiple-choice in detecting students’ misconceptions about chemical bonds. 4. utami et al. (2019) development of a computer based two-tier multiple choice diagnostic test to identify misconceptions on chemical bonding. journal of physics: conference serie this study aims to find a computer-based two-tier multiple-choice diagnostic test for students’ misconceptions about chemical bonding material. the development process is carried out by analyzing literature, identifying targets, analyzing misconceptions through essays, and analyzing misconceptions through two-tier multiple choice. a computer-based two-tier multiple-choice diagnostic test was produced on chemical bonding materials which include ionic bonds, covalent bonds, metallic bonds, and coordination bonds. the effectiveness of the developed diagnostic tests will then be tested by conducting trials, identifying misconceptions about feedback and being retested again. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 eclet. quim. 49 | e-1508, 2024 issn 1678-4618 page 5/7 table 3. identification of chemical bonding misconceptions. no author, title, journal research purposes research methods research result 1. warsito et al. (2020) identification of students’ misconceptions on the topic of chemical bonds and their improvements with the ecirr learning model (elicit, confront, identify, resolve, reinforce). journal of education: theory, research, and development the purpose of this study was to (1) identify and analyze students ‘misconceptions on the topic of chemical bonding with the threetier diagnostic test (2) to determine the effectiveness of the ecirr model in improving student misconceptions (3) to determine the retention of students’ conceptual understanding 3 weeks after remedies. this research is a descriptive and quasi-experimental study with the design of one group pre test post test design. the research subjects were 33 students of class x ipa in a high school outside java. the results showed that (1) found 41 types of misconceptions on the topic of chemical bonding (2) remedial learning with the ecirr model was able to reduce student misconceptions from 61.5% to 22.4%, and (3) retention of students’ understanding of remedial results by 82.5 % with very good criteria. 2. islami et al. (2019) identification of students’ misconceptions on the concept of chemical bonds using the four-tier multiplechoice test (4tmc). jrpk: research journal of chemistry education this study aims to identify student misconception on the concept of chemical bonding. the method used in this research is quantitative descriptive. the misconception identification was performed using a four-tier multiplechoice (4tmc) test instrument. the results showed the existence of a misconception of 30.31% (low category). significant misconceptions are identified as 8 out of 13 sub-concepts of chemical bonding they are lewis structure and the octet rule (33.33%), metal bond and metal properties (20.83%), ionic compounds and covalent compounds (27.08%), theory of vsepr (20.83%), electron domain-theory (18.75%), polarity of molecul (27.08%), van der waals forces (14.58%), and hydrogen bond (29.17%). 3. rohmah et al. (2022) analysis of student’s chemical bonding misconception with a fourtier diagnostic test. journal tadris chemistry this study aimed to investigate basic chemistry students’ misconceptions of chemical bonding. this study used a descriptive research design with a fourtier diagnostic test. the research subjects were basic chemistry students. the results showed that students who had misconceptions about ionic, covalent, and coordinate covalent bonding were 48.9%, 53.0%, and 37.5%, respectively. the misconception in this course is that students need to learn about ionic bonds formed by electrostatic forces between cations and anions. as a result, students cannot determine the difference in electronegativity values in ionic and covalent bonds and the number of valence electrons of each atom in a chemical bonding. therefore, the misconception is in the moderate category. table 4. misconceptions of chemical bonding. sub matter of chemical bonds misconception analysis references lewis structure and the octet rule the lewis structure of the molecule before electron transfer is written by adding the charge of the ion. warsito et al. (2020) in the lewis structure of the hcl molecule, lone pair of electrons is balanced between the h and cl atoms. islami et al. (2019) ionic bonds determining the type of bond that is formed is due to referring to the type of bonding elements, namely metals and non-metals. warsito et al. (2020) ionic bonds are formed from metal and non-metal elements. rohmah et al. (2022) the formation of ionic bonds involves the transfer of electrons between atoms. rohmah et al. (2022) the calcium atom donates its valence electrons to the oxygen atom, then bonds. rohmah et al. (2022) covalent bonds coordinate covalent bonding is the same as the process by which ionic bonds occur, namely the handover of electrons. warsito et al. (2020) nacl has covalent bonds because the sodium atom donates valence electrons to the chlorine atom. rohmah et al. (2022) alcl3 compounds are derived from cations and anions. rohmah et al. (2022) metal bond the larger the metal atomic radius, the stronger the metallic bond so that the melting point is low. warsito et al. (2020) molecular polarity the bonds between atoms in water are polar covalent bonds but the molecules are non-polar. warsito et al. (2020) the cf bond is nonpolar so that the cf4 molecule is nonpolar. islami et al. (2019) molecular shape the molecular shape of xef4 is tetrahedral due to the presence of four bonding pairs of electrons. warsito et al. (2020) intermolecular forces h2o and hf have hydrogen bonds because there is a bond between the positive dipole of the h atom and the negative dipole of the very electronegative atom, namely o and group 17. warsito et al. (2020) hydrogen bonds are formed when the n atoms of one molecule interact with the h atoms of another molecule. islami et al. (2019) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 eclet. quim. 49 | e-1508, 2024 issn 1678-4618 page 6/7 authors’ contributions conceptualization: dian nuriyanti; data curation: dian nuriyanti; formal analysis: antuni wiyarsi; funding acquisition: hayuni retno widarti; investigation: dian nuriyanti; meyga evi ferama sari; methodology: deni ainur rokhim; project administration: hayuni retno widarti; resources: hayuni retno widarti; software: deni ainur rokhim; supervision: hayuni retno widarti; validation: sri yatimah; visualization: dian nuriyanti; writing – original draft: dian nuriyanti; writing – review & editing: deni ainur rokhim. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references arslan, h. o.; cigdemoglu, c.; moseley, c. a three-tier diagnostic test to assess pre-service teachers’ misconceptions 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https://doi.org/10.1088/1742-6596/1521/4/042059 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1521/4/042059 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1157/4/042030 https://doi.org/10.36987/jpbn.v8i3.2919 https://doi.org/10.15575/jtk.v7i2.20343 https://doi.org/10.15294/jipk.v17i1.34245 https://doi.org/10.17807/orbital.v15i4.17709 https://doi.org/10.17977/um026v3i12018p041 https://doi.org/10.12973/tused.10193a https://doi.org/10.15294/jise.v6i2.15580 https://doi.org/10.24014/jnsi.v5i1.16860 https://doi.org/10.1016/j.jbusres.2019.07.039 https://doi.org/10.2436/20.2003.02.27 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1157/4/042033 https://doi.org/10.15294/jpii.v7i1.11352 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 eclet. quim. 49 | e-1508, 2024 issn 1678-4618 page 7/7 test. j. balt. sci. educ. 2014, 13 (1), 839–841. https://doi.org/10.33225/jbse/14.13.839 warsito, j. subandi, s.; parlan, p. identification of students’ misconceptions on the topic of chemical bonds and their improvements with the ecirr learning model (elicit, confront, identify, resolve, reinforce). journal of education: theory, research, and development. 2020, 5 (11), 1563–1572. https://doi.org/10.17977/jptpp.v5i11.14158 widarti, h. r.; permanasari, a.; mulyani, s. student misconception on redox titration (a challenge on the course implementation through cognitive dissonance based on the multiple representations). indonesian science education journal. 2016, 5 (1), 54–62. https://doi.org/10.15294/jpii.v5i1.5790 sabrina, r. identification of student learning difficulties in the material of chemical bonds at smas muslimat samalanga bireuen. thesis, uin ar-raniry banda aceh. 2018. https://repository.arraniry.ac.id/id/eprint/4610 sahriani, c. analysis of learning difficulties of class x mathematics and natural sciences students of sma negeri 3 tanjungpinang on chemical bonding material. thesis, raja ali haji maritime university. 2019. http://repositori.umrah.ac.id/id/eprint/1863 yani, s.n.w. diagnostics of the relationship of prior knowledge with learning difficulties in class x high school chemistry materials in solok city. thesis, padang state university; 2018. http://repository.unp.ac.id/id/eprint/24849 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1508 https://doi.org/10.33225/jbse/14.13.839 https://doi.org/10.17977/jptpp.v5i11.14158 https://doi.org/10.15294/jpii.v5i1.5790 https://repository.ar-raniry.ac.id/id/eprint/4610 https://repository.ar-raniry.ac.id/id/eprint/4610 http://repositori.umrah.ac.id/id/eprint/1863 http://repository.unp.ac.id/id/eprint/24849 editorial revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 3 | 2023 | editorial the current issue of eclética química, the third of 2023, contains original articles focusing on natural products, metal complexes and one dealing with the efficiency of two approaches on scientific literacy and students’ regulated learning. the first article is dedicated to the evaluation of the chemical differences among organs and seasonal chemical variability of the aerial parts of phyllanthus niruri l. it was used ultra-high performance liquid chromatography with photodiode array ultraviolet to determine the chromatographic profile and gallic acid, corilagin, and ellagic acid contents. the components contents in different parts of the plant and the seasonal effect are discussed. p. niruri l. is largely used in folk medicine for several diseases as hepatitis, diabetes, urinary tract disorders, and kidney stone treatment. follows an article discussing the effect of the cooperative integrated reading and composition (circ) approach on scientific literacy and students’ regulated learning in colligative properties of solution whose efficiency was compared with direct instructional teaching method (ditm). increased scientific literacy and self-regulated learning was found for students with circ and that the circ approach can be applied to other chemistry topics. in the third article, the synthesis of six complexes of copper, nickel, and cobalt with a new bidentate n2 donor schiff base was described. depending on the ligand l, ml2 and ml1 complexes were formed which were characterized by metal analysis, xrd, ir, uv-vis, nmr spectra, magnetic susceptibility and molar conductance. the antioxidant, antibacterial and antifungal activity of the ligands and compounds were investigated. afterwards, the readers find a theoretical study via in silico approach of phytochemicals from scilla natalensis used for treating schistosomiasis. countries with low sanitation awareness have a strong social and economic impact due to this neglected tropical disease, caused by blood fluke with such rate that the death is alarming. the results may open a door for the design of novel better efficient drug-like molecules. closes this issue the study of extracted seed oil from carica papaya l. that has chemical and physical properties comparable to other commercially available vegetable oils. the lipid profile was obtained, and thermal characterization performed allowed to conclude that in natura oil oleic and palmitic fatty acids are predominant. the dependence on the sample mass and purge gases resulted in several kinetic patterns and the isoconversional methods were used to determine the activation energy. the editor and the editorial team would like to recognize the dedication and effort of authors and reviewers to successful conclude this issue with very interesting articles. concomitantly, we invite authors, readers, and reviewers to visit the page of the journal and contribute to the next issue and to the two special issues in honor to the centenary of debye–hückel theory and the centenary of the famous studies developed by johannes nicolaus brönsted, thomas martins lowry and gilbert newton lewis on the acid-base concepts, continuing the svante arrhenius’ work. assis vicente benedetti editor-in-chief of eclética química https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica editorial board revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 2 | 2022 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024600119.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024622319.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024642926.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024709008.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024719814.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024741599.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024750772.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024828136.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024841391.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024851270.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024901319.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024917001.pdf eclet. quim. 50 | e-1597, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 1/7 1state university of makassar, faculty of mathematics and natural sciences, south sulawesi, indonesia. 2state university of makassar, faculty of engineering, south sulawesi, indonesia. +corresponding author: jusniar jusniar, phone: +62 85340090114, email address: jusniar@unm.ac.id original article, education in chemistry and correlated areas improving students’ critical thinking abilities and environmental sensitivity through project-based learning integrated with green chemistry principles jusniar jusniar1+ , army auliah1 , syamsidah syamsidah2 , dewiyanti fadly1 abstract this quasi-experimental research seeks to examine the impact of the project-based learning (pbl) model integrated with green chemistry (gc) on students’ critical thinking abilities (cta) and environmental sensitivity (es) at chemical equilibrium. a randomized post-testonly control group design was used in four classes of class xi f students at sman 1 gowa, south sulawesi as the population. the samples were classes xi f1 and xi f4, each consisting of 36 students, taken randomly. cta data was obtained with seven essay questions which have been tested with quite high reliability (0.68). the es questionnaire consists of 25 statements. testing with the independent sample t-test shows that the integrated pbl gc model influences increasing student cta. the wilcoxon test results also show that the application of the gcintegrated pbl model affects increasing students’ es. this research implies that it is hoped that teachers will continue to integrate green chemistry in learning continuously to support sustainability programs. article history received september 13, 2024 accepted february 26, 2025 published november 10, 2025 keywords 1. project-based learning 2. critical thinking 3. environmental sensitivity 4. green chemistry. section editors habiddin habiddin highlights developing critical thinking abilities through complex problem-solving. developing cta through critical analysis of environmental impacts. environmental sensitivity: green chemistry principles in the learning process. project-based learning (pbl) integrated with green chemistry (gc) enhances es. pbl with gc encourages active involvement in understanding concepts. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://ror.org/05fzw1z08 https://ror.org/05fzw1z08 mailto:jusniar@unm.ac.id mailto:jusniar@unm.ac.id mailto:army.auliah@unm.ac.id mailto:syamsidah@unm.ac.id mailto:dewiyanti.fadly@unm.ac.id https://orcid.org/0000-0003-3403-5538 https://orcid.org/0000-0002-2756-6093 https://orcid.org/0000-0003-3245-7024 https://orcid.org/0000-0003-1806-8751 mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:habiddin_wuni@um.ac.id https://orcid.org/0000-0002-3947-2844 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 2/10 1. introduction one of the competencies students need to face 21st-century challenges is critical thinking skills (mitarlis et al., 2023). this ability prepares students to compete in the world of work (thornhill-miller et al., 2023). critical thinking skills help students evaluate and reflect on facts and data; they are not limited to solving academic problems (huber and kuncel, 2016; tabanelli et al., 2021). the same thing was also expressed by van brederode et al. (2020), where students’ critical thinking skills in chemistry are related to understanding information in depth and making decisions based on careful consideration. critical thinking skills help students become independent and responsible learners to help prepare students for changes that occur in society (rimienė, 2002). students’ critical thinking skills can foster environmental sensitivity to support sustainability programs. students’ environmental sensitivity can be fostered by providing understanding and familiarization related to the principles of green chemistry (gc) (pluess, 2015). green chemistry practices in everyday life can be instilled through a habituation process, for example reducing the use of plastic packaging, choosing safer materials, reducing waste, and using energy efficiently in chemistry learning/experiments (aubrecht et al., 2019). this contributes to environmental sustainability and the achievement of sdgs (koulougliotis et al., 2021). several studies have explored the link between learning materials and environmental issues, especially the need to apply green chemistry principles, thereby increasing environmental sensitivity (santosa, 2023). green chemistry principles integrated into education can increase students’ sensitivity to environmental issues and encourage environmentally conscious behavior (koulougliotis et al., 2021). green chemistry is integrated into the school curriculum, primarily through practical activities to increase students’ awareness and involvement in improving environmental sustainability (chen et al., 2020). integrating green chemistry into education not only enhances students’ environmental awareness but also fosters their critical thinking skills. through this approach, students learn about the importance of sustainable practices in chemistry and develop critical evaluation, reflection, and decision-making skills. education that combines green chemistry and critical thinking skills can help create a more environmentally conscious generation that can face future challenges and contribute to sustainable development. the development of students’ critical thinking skills is considered an important step in achieving educational goals holistically, including learning goals with the independent curriculum in indonesia (pahrudin et al., 2021). however, in reality, the development of students’ critical thinking skills in indonesia is still not optimal in terms of the role of teachers and supporting infrastructure (khalid et al., 2021). the learning paradigm does not emphasize students’ ability to find out, formulate problems, think analytically, work together, and collaborate in solving problems. critical thinking skills are very important for students because they enable them to solve problems (basri et al., 2019); and explain the reasons for solving problems (shanta and wells, 2020). critical thinking will make students open-minded (abrami et al., 2015) and reflective thinking (ennis, 2015). factors contributing to low critical thinking skills include the use of learning methods that do not actively involve students and emphasize memorization rather than investigation (solihati and hikmat, 2018). direct teaching strategies, place the teacher as the focus (sarwanto et al., 2021). students’ self-efficacy in expressing ideas and low interest in learning (hyytinen et al., 2018). the low critical thinking skills of students in chemistry material were also reported by purwanto et al. (2022). furthermore, research indicates that indonesian students’ environmental sensitivity also requires significant improvement (situmorang et al., 2020). environmental sensitivity is an important aspect that needs to be studied because it plays a significant role in determining an individual’s response to changes in environmental conditions. research shows that environmental sensitivity affects how individuals process and respond to information from the environment (pluess, 2015). in addition, it plays a vital role in shaping pro-environmental attitudes and behaviors. individuals with high environmental sensitivity tend to be more aware of the impact of their actions on the environment and are more motivated to take responsible actions, such as recycling, saving energy, or reducing plastic use. research shows that environmental sensitivity mediates the relationship between environmental knowledge and intention to behave pro-environmentally (bala et al., 2023). environmental sensitivity can provide insights into developing more effective educational policies and intervention programs. by understanding the factors that influence environmental sensitivity, policymakers can design more focused and impactful educational programs, which will encourage future generations to be more actively involved in environmental protection (kyriakopoulos et al., 2020). efforts to overcome the low critical thinking skills and environmental sensitivity in students have been made, including by using a student-centered learning model that can provide meaningful learning experiences (minan et al., 2021). chemistry learning is very possible by contextualizing the concepts being learned (abdurrahman et al., 2019). the pbl model was chosen as one of the learning models because it can improve student understanding and contribute to increasing environmental sensitivity (hanifha et al., 2023). the pbl model is a student-centered learning model that provides meaningful learning experiences and produces products (suradika et al., 2023). pbl allows students to plan learning activities, carry out collaborative projects, and ultimately produce work products that can be presented. experiences and concepts are built based on products produced in the project-based learning process. pbl is an innovative learning model that emphasizes creativity and problem-solving and provides students with opportunities to improve critical thinking and collaborative skills (grossman et al., 2019). pbl has been shown to increase student motivation and engagement if learning is integrated with the principles of gc (mitarlis et al., 2023). pbl, compared to conventional methods, is effective in increasing class participation and providing a real-world learning context (almulla, 2020). implementing pbl can improve students’ abilities in terms of critical thinking, collaboration, environmental awareness, critical and creative thinking, social, emotional, collaborative, and problem-solving abilities (mora et al., 2020). critical thinking skills are not only applied in the learning process but can be reflected in students’ environmental care attitudes. in the context of everyday life, critical thinking skills are needed to maintain environmental sustainability. the contextual meaning of critical thinking is how to maintain the environment so that it is useful for the present and the future (amin, et al., 2020). this study analyzes the effect of implementing the gcintegrated pbl model on the critical thinking skills and environmental sensitivity of high school students. the main material of the study is the concept of chemical equilibrium by considering its characteristics related to everyday concepts. for https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 3/10 example, the concept of dynamic equilibrium; factors that affect the chemical equilibrium system; the human blood equilibrium system related to blood ph regulation. this study has a novelty, namely integrating the principles of green chemistry into chemistry learning through teaching modules. this makes a significant contribution because it is very relevant to global issues, namely the issue of environmental quality which is currently a concern. to deal with this issue, of course, a positive attitude is needed from students including environmental sensitivity and critical thinking. both are closely related because it is hoped that students who have high critical thinking skills will implement them in dealing with environmental problems. in indonesia, several studies on pbl integrated with green chemistry in the learning process. however, there are still few that link it to students’ environmental sensitivity (amin et al., 2020). thus, it is very urgent to explore. on the other hand, the curriculum related to the application of green chemistry in schools is inadequate. through this pbl, by inserting the habituation of attitudes related to the principles of gc, this is urgently built-in for students considering the phenomenon of shifting student characters including student insensitivity to the environment. this supports global efforts to promote sustainability (sustainable development goals (sdgs) through the education or learning process. 2. experimental methods 2.1. method the research design used was a comparative study of two independent groups. the design used was a randomized post-test control group. the population of the study was four classes of students in grade xi f. the sample was taken randomly using the lottery technique, and two classes, xi f1 and xi f4 were selected, each with 36 students. the experimental class implemented the pbl model, while the control class implemented the discovery learning (dl) learning model. the instrument used was a structured essay test with seven items on the concept of chemical equilibrium. this instrument reveals critical thinking skills in the aspects of interpreting, analyzing, deducting, inferring, and evaluating. content validation of the instrument device was carried out by two chemical education experts. gregory (2007) stated that a content validity examination was carried out to test the accuracy of critical thinking ability indicators for the items that had been created. the data were analyzed using the independent sample t-test because the two samples were independent of each other. this test was chosen because based on the prerequisite test results, the normality test with kolmogorov smirnov showed that both experimental groups had normal distribution (the value of 0.2 is greater than the significance value of 0.05). the homogeneity test with levene statistic obtained a significance value of 0.054, meaning that the variance of both groups was homogeneous. the environmental sensitivity questionnaire (esq) employed in this study is based on the instrument developed by jusniar et al. (2023). the questionnaire comprises four indicators, totaling 25 items, and demonstrates a reliability coefficient of 0.792, indicating a high level of internal consistency. the four aspects assessed by the esq are: 1. harmony of life and diversity 2. environmental balance 3. interdependence 4. sustainability three of the twelve green chemistry principles (gcp) are associated with these aspects: • preventing waste (gcp 1) • increasing energy efficiency (gcp 6) • minimizing the potential for accidents (gcp 12) responses to the esq were measured using a four-point likert scale: • strongly agree (sa) • agree (a) • disagree (da) • strongly disagree (sda) 2.2. research procedure pre-test: a pre-test was conducted to determine students’ initial abilities before being given treatment. treatment: the experimental class was given project-based learning (pbl) integrated with green chemistry, while the control class received learning with the dl model. implementation of control and experimental class learning as in table 1 and table 2. table 1. control and experimental class learning syntax. integrated pbl stages gc principles dl stages basic questions (integrating gc principles) stimulation design a plan for the project (integrating gc principles) formulating problems develop a schedule collecting data monitor progress processing and analyzing data present and test the design results (integrating gc principles) verifying evaluate the learning experience generalizing source: elaborated by the authors. table 2. synthesis of critical thinking skills from several theories. ennis (2015) krulik et al. (1995) facione (1990) synthesis result providing simple explanations identifying and interpreting information interpretation: clarifying meaning through categorization and translation interpretation building basic skills summarizing analyzing information analysis: identifying and examining analysis providing advanced explanations evaluating evidence and arguments ideas, arguments, or procedures inferences organizing strategies and technique self-regulation: self-assessment and reflection deduction/evaluation source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 4/10 the instruments used in this study to assess critical thinking ability (cta) comprise five core components (ennis, 2015): interpretation: involves the selection of relevant information or knowledge and the clarification of meanings within specific provisions, facts, and informational content. analysis: refers to the identification of the constituent elements of a situation and the examination of their interrelationships. inference: encompasses the synthesis of available evidence, the formulation of alternatives, and the drawing of logical conclusions. evaluation: pertains to the assessment of the credibility of information sources, the validity of claims, and the critical appraisal of arguments and assumptions. deduction: involves the formulation of reasoned judgments based on logical processes in which conclusions depend on sound deductive reasoning skills. in the experimental class, the project designed in the form of posters is embedded with slogans that can accustom students to care and be sensitive to the environment. for example, the words “save energy”; “save our earth” and others. in the learning process, teachers instill habits that can have an impact on environmental sustainability. for example, in the initial motivation section, the teacher appeals to use drinking water tumblers to minimize plastic waste. post-test: after treatment, a cta test is given to measure critical thinking abilities. apart from that, students’ environmental sensitivity questionnaires were also given after four learning meetings were completed. 2.3. data analysis the critical thinking ability data obtained were analyzed using parametric statistical tests, namely the independent sample t-test to compare the average between the experimental group using the green chemistry integrated pbl model and the control group with the dl model. the normality test was carried out using the kolmogorov-smirnov method, and the homogeneity test was carried out using levene statistic to ensure that the data was normally distributed and the variance between groups was homogeneous. 3. results and discussion the instrument is tested for validity and reliability before use. testing of content validity and construct validity is carried out and assessed by experts (validators). content validity refers to the extent to which an instrument or test covers representatively all aspects of the domain to be measured. meanwhile, construct validity involves the extent to which the instrument measures the intended construct or concept following the underlying theory or conceptualization. the results of the validity test by experts (two chemistry education experts and 2 practitioners) concluded that the critical thinking skills test instrument used met the criteria for being very valid, with an average inter-rater consistency of 97.6%. thus, it can be used to measure students’ critical thinking skills. apart from the validity test, a reliability test was also carried out using internal consistency via cronbach’s alpha. this test aims to assess the extent to which a test can provide consistent and reliable results. reliability measures how well a measurement instrument can produce stable or consistent scores if measurements are taken repeatedly. the reliability testing technique on this cta instrument test obtained was 0.68, which indicates that the reliability of the cta instrument is quite good. this reliability value is considered sufficient with a moderate and quite reliable level (creswell, 2000). the results of the study are presented sequentially, namely the cta test prerequisite test, the hypothesis test to determine the effect of the pbl model on students’ cta, and the hypothesis test to determine the effect of implementing the pbl model on environmental sensitivity. 3.1. cta prerequisite test results the results of the analysis requirement test consist of a normality test and a homogeneity test. the results of the normality test are shown in table 3. table 3. results of normality test. class sig mean sd control 0.200 67.89 8.23 experiment (pbl) 0.200 75.39 5.95 source: elaborated by the authors. based on the data in the table above, the sig value (2-tailed) is 0.200, because sig > 0.05, we do not have enough evidence to reject the null hypothesis. therefore, we can assume that the data from the student’s critical thinking ability test results are normally distributed. with the results of this normality test, data analysis can be continued using parametric statistical tests, in this case, the independent t-test to compare the averages between different groups. homogeneity testing as a prerequisite test is then carried out using levene statistics. the test results obtained a significance value of 0.054, meaning that the variance of the two groups is homogeneous. 3.2. hypothesis test results the calculation results for the hypothesis test can be seen in table 4. table 4. independent sample t-test. cta pbl-dl f sig t df sig. mean difference se equal variance assume 3.833 0.054 4.430 70 0.000 7.50 1.69 equal variance not assume 4.430 63.71 0.000 7.50 1.69 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 5/10 based on the table of t-test results above, it can be concluded that there is an influence of the pbl model on students’ critical thinking skills in chemistry subjects. this is proven by the probability value that gets a score below 0.05 and the average value of the critical thinking test score in the class using the pbl model is significantly different compared to the control class using the dl model. figure 1. documentation of student answers to question no. 1. (a) correct answer (b) wrong answer. source: elaborated by the authors. data interpretation is an important process that involves analyzing, organizing, and understanding data to draw meaningful conclusions and make informed decisions. the answer shown in fig. 1a shows that the student was able to interpret the graph that the initial species n2o4 and no2 are equilibrium products. equilibrium conditions can be determined at 20 minutes with the characteristic that the graph is flat, meaning that there is no more change over time. the interpretation for the answer to point c is that the equilibrium reaction occurs because macroscopically, there is no more change, but microscopically, the reaction is still ongoing; only the rate towards the formation of no2 gas is the same as the rate of decomposition back into n2o4 gas. this includes extracting important information, identifying patterns and understanding the implications of the data. through this process, individuals and organizations can gain valuable insights, identify opportunities, detect potential risks, and evaluate the effectiveness of strategies or interventions. data interpretation is not only a technical process but also a social process because it requires access to experiences that enable the use of all meaning-making features (zagallo et al., 2016). in the picture above on the right, you can see the students’ ability to interpret and analyze data in the form of a graph of the equilibrium reaction given. this thinking ability is a key aspect of critical thinking. from the answers given, not only can we see the students’ ability to understand the concept of chemical equilibrium but also their ability to analyze information, solve problems, interpret information carefully, and make logical conclusions. in contrast to the student’s answer shown in the picture on the left, it can be seen that the student was unable to write the reaction correctly and was unable to describe and interpret the graph related to the conditions for equilibrium to occur. several studies have shown that students who do not have a good level of scientific reasoning may have difficulty with tasks such as data interpretation and presentation (coll et al., 2006; hartmann et al., 2015). the interpretation of the answer on the right is not entirely correct for point (c) when students are asked to conclude why the reaction at time (b) is categorized as an equilibrium reaction. the correct answer should be that in the sixth minute of the reaction, the reaction rate towards the product (so3) is the same as the reaction rate of the formation of the reactants (so2 and o2). the ability to draw conclusions is an important component of critical thinking. in the context of critical thinking, inference refers to the ability to draw logical conclusions based on available information and evidence. this skill is essential for evaluating arguments, making decisions, and solving problems. several studies have highlighted the importance of inference as one of the main indicators of critical thinking skills. for example, a study that emphasizes the importance of inference as one of the five indicators of critical thinking skills, alongside interpretation, analysis, explanation, and evaluation (sutama et al., 2022). likewise, this study identifies inference as one of the six indicators of critical thinking skills, along with interpretation, analysis, evaluation, explanation, and self-regulation. furthermore, it underlines the inclusion of inference as part of the indicators of critical thinking skills, along with the ability to analyze, evaluate, and make decisions (hall and barnes, 2016). these findings collectively highlight the consensus on the importance of inference as a fundamental aspect of critical thinking skills. from fig. 2a, the evaluation and inference skills of students can be seen. from the answers given, it can be seen that students can understand concepts well and connect various concepts and ideas to create strong arguments. it is also seen that students have good analytical and interpretation skills, indicating that students’ critical thinking skills are well-honed. this is different from fig. 2b, where students’ evaluation and inference skills are lacking. several studies have shown that students’ poor evaluation and inference skills can be caused by various factors, including cognitive aspects, lack of problem-solving skills related to scientific reasoning skills, poor memory, integration failure, and inability to integrate mathematical constructions into scientific content (coleman et al., 2023). a) b) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 6/10 figure 2. documentation of student answers to question no. 5. (a) correct answer and (b) wrong answer. source: elaborated by the authors. in fig. 3a, students’ ability to interpret and analyze data in the form of a given equilibrium reaction graph can be seen. this thinking ability is a key aspect of critical thinking. from the answers given, not only can students’ ability to understand the concept of chemical equilibrium be seen, but also their ability to analyze information, solve problems, interpret information carefully, and make logical conclusions. in addition to interpretation skills, students’ inference skills can also be seen in the students’ answers above. it is proven that students can make logical conclusions based on existing information and understanding related to the concept of chemical equilibrium. connecting various information and evidence that then underlies decision-making is an integral part of critical thinking skills. figure 3b shows students’ lacking abilities in terms of interpretation, inference, and customary analysis. several source figure 3. documentation of student answers to question no. 2. (a) correct answer and (b) wrong answer. source: elaborated by the authors. indicate that poor data interpretation and analysis by students can be caused by various factors, including lack of strategic knowledge, differences in text or information processing, test anxiety, and the impact of internal and external factors on students’ academic performance. as well as scientific research skills (pols et al., 2021; wu et al., 2022). the effectiveness of the implementation of the pbl model can also be proven through documentation of student work results after completing the critical thinking ability test. from the documentation results above, we can see the answer patterns that show their ability to analyze information, link different relevant concepts, and formulate argumentative thinking or problemsolving. the image above also shows students’ ability to organize and communicate their ideas clearly and structure. a) b) a) b) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 7/10 in fig. 3a, students’ ability to interpret and analyze data in the form of a given equilibrium reaction graph can be seen. this thinking ability is a key aspect of critical thinking. from the answers given, not only can students’ ability to understand the concept of chemical equilibrium be seen, but also their ability to analyze information, solve problems, interpret information carefully, and make logical conclusions. in addition to interpretation skills, students’ inference skills can also be seen in the students’ answers above. it is proven that students can make logical conclusions based on existing information and understanding related to the concept of chemical equilibrium. connecting various information and evidence that then underlies decision-making is an integral part of critical thinking skills. figure 3b shows students’ lacking abilities in terms of interpretation, inference, and customary analysis. several sources indicate that poor data interpretation and analysis by students can be caused by various factors, including lack of strategic knowledge, differences in text or information processing, test anxiety, and the impact of internal and external factors on students’ academic performance. as well as scientific research skills (pols et al., 2021; wu et al., 2022). the effectiveness of the implementation of the pbl model can also be proven through documentation of student work results after completing the critical thinking ability test. from the documentation results above, we can see the answer patterns that show their ability to analyze information, link different relevant concepts, and formulate argumentative thinking or problemsolving. the image above also shows students’ ability to organize and communicate their ideas clearly and structure. through this documentation, teachers can use it as a very useful evaluation tool to detail and describe students’ achievements in developing their critical thinking skills during a certain learning period. the results above prove the effectiveness of the pbl model in improving students’ critical thinking skills. students who receive learning using the pbl model, their learning patterns tend to make students think more broadly. this is inseparable from the advantages of the pbl model, which hones creative thinking skills, self-regulated learning skills, and self-evaluation (jansson et al., 2015). project learning involves investigation and problemsolving. by assigning projects, students are trained to analyze, synthesize, and critically evaluate a problem so that the peak of the activity is that students can create work (sutama et al., 2022). project-based learning makes learning more independent, improves critical thinking and analytical skills, and increases learning interest (cortázar et al., 2021). the pbl model also fosters collaboration, engages and motivates students, enhances content knowledge, and meets the needs of students with different skills and learning styles, thereby improving student engagement and chemistry learning outcomes (mebert et al., 2020; domenici, 2022). in addition, pbl has been shown to have a positive influence on the development of soft skills and environmental awareness in students, indicating its holistic impact on students’ professional and personal growth (lópez and palacios, 2024). furthermore, integrating micro-project-based learning in chemistry has been shown to improve conceptual understanding and essential learning skills across disciplines, highlighting the interdisciplinary benefits of pbl (tian et al., 2023). the green chemistry integrated pbl model not only provides students with a better understanding of chemical concepts but also broadens their horizons about green chemistry and its principles. this model supports sustainable development goals through education (mitarlis et al., 2023). this article makes a major contribution to improving critical thinking skills and forming environmental sensitivity characters for students who certainly take part in the goals of sustainable development. 3.3. environmental sensitivity the wilcoxon test for overall and each of the four aspects of environmental sensitivity are presented in table 5. table 5. environmental sensitivity test results. test results environmental sensitivity aspect 1 (harmony of life and diversity) aspect 2 (environmental balance) aspect 3 (interdependence) aspect 4 (sustainability) z –4.800 –4.128 –4.234 –2.762 –3.976 sig. (2-tailed) 0.000 0.000 0.000 0.006 0.000 source: elaborated by the authors. the diagram in fig. 4 shows the results of a survey or study comparing two groups of students, the control group and the experimental group, using project based learning integrated with green chemistry. some aspects measured in this environmental sensitivity survey include harmony of life, diversity, environmental balance, interdependence, and sustainability measured using a likert scale, namely strongly agree (sa), agree (a), disagree (da), and strongly disagree (sda). in the aspect of harmony of life and diversity in the experimental class, there was a significant increase in the categories of ‘strongly agree’ (sa) and ‘agree’ (a) for this aspect, with values reaching 38% and 54% respectively for “harmony of life,” and 50% and 44% for “diversity.” this shows that students involved in pbl integrated with green chemistry have a better understanding of the importance of harmony in life and environmental diversity. this finding is in line with research conducted by amin et al. (2022) where the pbl model integrated with the green chemistry vision not only improves their conceptual understanding of chemistry but also strengthens their awareness of the need for harmony between human activities and environmental sustainability. learning activities such as observing and taking real actions, especially in the surrounding environment, can increase environmental sensitivity and student involvement in environmental problems that occur (amin et al., 2022; hanifha et al., 2023). in contrast, in the control group, the percentage of ‘strongly agree’ (ss) only reached 27% for “harmony of life” and 38% for “diversity,” indicating a lower understanding of these concepts compared to the experimental group. the increase in understanding in the experimental group was due to students gaining direct experience in environmental-based projects that were relevant to real contexts, which is a characteristic of the pbl model. in the aspect of environmental balance and interdependence, the ‘agree’ (s) response in the experimental group for “environmental balance” reached 55%, higher than the control group, which was only 51%. this increase reflects that https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 8/10 project-based learning allows students to better understand the interdependence between humans and the environment and the importance of maintaining ecological balance. the increase in the percentage of ‘strongly agree’ and ‘agree’ in the experimental group also shows that students are becoming more aware of the importance of sustainable behavior and how individual actions can affect the balance of the ecosystem as a whole. in the aspect of “sustainability,” there was an increase in environmental awareness in the experimental group, with 42% of students answering, ‘strongly agree’ and 51% answering ‘agree’. in contrast, the control group only had 28% who answered, ‘strongly agree’ and 55% who answered ‘agree’. this indicates that the integration of green chemistry in pbl can improve students’ understanding of sustainable development goals (sdgs) and the importance of protecting the environment for future generations. this finding is in line with mitarlis et al. (2023), which shows that the integration of green chemistry principles in basic chemistry learning can support the achievement of sdgs. this approach has been shown to contribute to students’ understanding of the concept of sustainability and has a positive impact on students’ behavior in protecting the environment (amin et al., 2020). the results of the study showed that the experimental group involved in pbl integrated with green chemistry was better able to understand and apply critical concepts related to the environment, such as harmony of life, diversity, environmental balance, and sustainability. this is because pbl requires students to think critically, analyze problems, evaluate various options, and find innovative, data-based solutions to real environmental challenges. in line with these findings, issa and khataibeh (2021) stated that pbl could not only improve conceptual understanding and critical thinking but can also make students creative and communicative, dare to make decisions and have learning independence. the integration of green chemistry in pbl allows students to learn through direct experience, which increases their sensitivity to the environmental impacts of various human activities. the data in the diagram shows that students who learn through pbl have more positive responses to aspects of sustainability, indicating increased sensitivity to environmental issues. figure 4. description of environmental sensitivity in the control and experimental classes. source: elaborated by the authors. 3.4. research limitations this research was conducted limitedly in one school so that other researchers could continue it on a larger scale. the projectbased learning model applies the habituation method to integrate gc principles into learning. further researchers can apply other learning that integrates green chemistry to socialize and support sustainability through education. further researchers can explore the same thing at various levels of education or integrate technology to support the gc-integrated pbl learning model. 4. conclusions in this research, it was found that there was an influence of implementing the pbl model integrated with gc principles on critical thinking skills and environmental sensitivity. these two aspects of ability and character of environmental sensitivity are very important in dealing with global problems related to the environment in the world. environmental conditions that are not good certainly need to receive serious attention in various fields, especially the education sector, to support sustainability. thus, it is recommended for teachers and policymakers to always integrate green chemistry into learning and the curriculum to support sustainability. authors’ contribution conceptualization: jusniar jusniar; dewiyanti fadly; data curation: army auliah; jusniar jusniar; formal analysis: jusniar jusniar; army auliah; funding acquisition: jusniar jusniar; syamsidah syamsidah; investigation: jusniar jusniar; dewiyanty fadly; methodology: syamsidah syamsidah; jusniar jusniar; project administration: jusniar jusniar; dewiyanti fadly; resources: jusniar jusniar; army auliah; software: not applicable. supervision: jusniar jusniar; syamsidah syamsidah; validation: jusniar jusniar; army auliah; visualization: dewiyanti fadly; writing – original draft: jusniar jusniar; dewiyanti fadly; writing – review & editing: jusniar jusniar; dewiyanti fadly. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1597 issn 1678-4618 page 9/10 data availability statement the data will be available upon request. funding funding research grants under the regular fundamental research scheme of 2024 directorate general of higher education, research and technology (drtpm) indonesia. acknowledgments we would like to thank the directorate of research, technology and society, directorate general of higher education, research and technology (drtpm) indonesia for funding research grants under the regular fundamental research scheme of 2024. we also thank the chancellor and chair of the universitas negeri makassar for providing the opportunity and facilities in this study. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abdurrahman, a.; 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2. cobalt complex; 3. trinitrotriamminecobalt(iii). section editor manuel ignacio azocar guzmán highlights trinitroamminecobalt(iii) with its isomerization and magnetization theoretically. the stability of the complex compound is discussed theoretically. the complex compound has beneficial properties. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 https://ror.org/00ypgyy34 mailto:deniainurrokhim@gmail.com https://orcid.org/%200000-0003-0777-4570 https://orcid.org/0000-0002-6963-4154 https://orcid.org/0000-0001-8917-1524 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 eclet. quim. 49 | e-1491, 2024 issn 1678-4618 page 2/5 1. introduction the recent development of complex compounds is increasingly changing along with its usefulness in everyday life. the applications of complex compounds, especially as catalysts (alhafez et al., 2022), continue to be developed. complex compounds of d-block elements have an advantage over other compounds because they have empty d orbitals. this d orbital generally plays a role in the catalytic process (feng et al., 2022). in addition, potential applications in many areas include metal purification, photography, medicine, and colouring agents (habiddin and hartanto, 2023). complex compounds in the laboratory are synthesized by reacting a base ligand with a metal by donor-acceptor of the electron pair. based on the number of electrons donated by the ligand, the ligands can be classified into monodentate, bidentate, and polydentate ligands (effendy, 2013; verma et al., 2022). a monodentate ligand donates only one pair of electrons to the metal. a bidentate ligand donates its two pairs of electrons to a metal, and many electrons can be donated to a metal by a polydentate ligand. these polydentate ligands can also form chelate structures (eivazihollagh et al., 2019). these metals are inert and stable in forming complex compounds with various ligands. one metal that has these properties is cobalt. these metals were used by werner (ernst et al., 2011), the father of coordination chemistry who studied complex compounds (deblitz et al., 2014), the first to produce werner’s coordination theory, which lasted long enough and is still being introduced in the early days of studying coordination chemistry (constable and housecroft, 2013; nguyen et al., 2014). one of the complex compounds with a cobalt central atom is trinitrotriamminecobalt(iii) compound which has the chemical formula of [co(nh3)3(no2)3] as shown in fig. 1 (ba ̧k et al., 2013; laing et al., 1971). the trinitrotriamminecobalt(iii) compound has a central atomic number 6 with an octahedral compound structure (fig. 1). the objective of this work is to introduce [co(nh3)3(no2)3] in theoretical studies and relate the potential application. figure 1. molecular structure of [co(nh3)3(no2)3]. 2. experimental 2.1. reagents and solutions the reagents and solutions used included cobalt carbonate (coco3), glacial acetic acid, distilled water, cold solution mixture (10.6 g of sodium nitrate in 50 ml of ammonia), ice, and activated charcoal. 2.2. synthesis of trinitrotriamminecobalt(iii) compound the trinitrotriamminecobalt(iii) compound can be synthesized on a laboratory scale. the compound was synthesized by dissolving 5 g of coco3 in 7 ml of a hot solution of glacial acetic acid and 14 ml of h2o. after that, the solution was put in a cold solution mixture (10.6 g of sodium nitrate in 50 ml of ammonia) in an erlenmeyer flask. the resulting mixture was cooled on ice and dripped with 28 ml of 30% water slowly for 5 – 20 min. activated charcoal (0.5 g) was then added. in the next step, the mixture was heated for 30 min in a bath. in the last stage, the mixture was filtered, and the product compounds formed were on filter paper. 3. results and discussion 3.1. isomerization of trinitrotriamminecobalt(iii) compound the trinitrotriamminecobalt(iii) compound has several different atomic arrangements known as isomerization (ba ̧k et al., 2013). the compound shows structural isomerism and spatial isomerism. the structural isomerism of the compound is linkage isomerism. the linkage isomerism occurs in the compound containing ambidentate ligands such as no2 –. the no2 – ligand can bind to the central atom via an n or o atom. in [co(nh3)3(no2)3], the nitrite ion, no2 –, binds to the central atom via an n atom and a nitro complex is formed, whereas in [co(nh3)3(ono)3], nitrite ion binds to the central atom via the o atom and a nitrite complex is formed. the different types of donor atoms attached to the central atom in the two complex compounds produce different colours. the two-coloured compounds are because the central atom, co3+, has 3d orbitals that are not completely filled with electrons. the two compounds are linked isomer pairs (effendy, 2013). the following is the structure of a linked isomer compound pair (fig. 2). figure 2. (a) trinitrotriamminecobalt(iii) and (b) trinitritotriamminecobalt(iii). spatial isomerization of the trinitrotriamminecobalt(iii) compound is facial-meridional isomerism (fac-mer isomerism) (bernal et al., 1996; nuber et al., 1979; palmer and hill, 1993; tanito et al., 1952). this isomerism only occurs in octahedral complex molecules that have the same 3 ligands and the same 3 other ligands. the structures of the facial (fac-) and meridional (mer-) isomers of the trinitrotriamminecobalt(iii) compound are given in figs. 3 and 4. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 eclet. quim. 49 | e-1491, 2024 issn 1678-4618 page 3/5 figure 3. (a) fac-trinitrotriamminecobalt(iii) and (b) mertrinitrotriamminecobalt(iii). figure 4. (a) fac-triaminetrinitrito-o-cobalt(iii) and (b) mertriaminetrinitrito-o-cobalt(iii). in the same facisomer the three ligands are located on an equilateral triangle which is one of the octahedral faces, whereas in the merisomer the three ligands are in an isosceles triangle. 3.2. magnetism of trinitrotriamminecobalt(iii) compounds based on the energetic principle, the energy level of [co(nh3)3(no2)3] is lowest when the repulsion between the three nh3 ligands and three no2 – ligands is minimal. this happens when the position is as far as possible, namely at the octahedral corners (kilic et al., 2015), so that the complex has an octahedral structure (alhafez et al., 2022; kilic et al., 2017). besides that, [co(nh3)3(no2)3] is diamagnetic in that its magnetism is equivalent to the pairing of all the electrons present. this property indicates that the formation of the compound occurs electron excitation. therefore, the formation of this compound involves d2sp3 hybridization. the following is an explanation with the electron configuration shown in fig. 5. figure 5. electron configuration of co3+ ion in [co(nh3)3(no2)3]. meanwhile, based on the crystal field theory, the complex compound of [co(nh3)3(no2)3] is also diamagnetic. the compound is octahedral in shape and has a central atom (kılıç et al., 2017), namely co3+ with an electron configuration in the ground state of co3+ = [ar] 3d6. the ligand attached to the central co3+ atom is a strong field, so it is energetically more advantageous if the six electrons occupy the t2g orbital, paired with the electrons already in the orbital so that a configuration is obtained as shown in fig. 6. figure 6. electron configuration of strong field octahedral complex compound of [co(nh3)3(no2)3] with d6 central atom. according to molecular orbital theory, the complex compound of [co(nh3)3(no2)3] is also diamagnetic. the compound is octahedral in shape and has a central atom (kılıç et al., 2017), namely co3+ with an electron configuration in the ground state of co3+ = [ar] 3d6. the number of electrons in the 3d orbital of the central atom and the electrons donated by three nh3 ligands and three no2 – ligands is 18 electrons. the 18 electrons are filled in the molecular orbitals of the octahedral complex compound as shown in fig. 7. figure 7. molecular orbital diagram of [co(nh3)3(no2)3]. the way of filling the 18 electrons in the molecular orbitals of the complex is as follows. first, fill the six pairs of electrons in the a1g, t1u, and e.g. orbitals. second, filling the remaining six electrons in the t2g orbital in pairs because [co(nh3)3(no2)3] is a complex with a strong field, the value is 10 dq > p. its diamagnetic properties are indicated by the pairing of all the electrons present in the molecular orbitals of the compound. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1491 eclet. quim. 49 | e-1491, 2024 issn 1678-4618 page 4/5 3.3. stability and colour of [co(nh3)3(no2)3] the stability of [co(nh3)3(no2)3] is based on the central atom with a certain oxidation number. the oxidation number of the central atom of [co(nh3)3(no2)3] is +3, where in the co3+ complex with d6 configuration, the e.g. orbitals are not filled with electrons so that the complex formed will be stable. this could happen due to the influence of strong ligands. the colour that appears in a complex depends on the strength of the crystal field. the greater the strength of the crystal field of a complex, the transition will require radiation with smaller wavelengths, and the absorbed colour shifts from red to purple with the complementary results seen by the eye shifting from dark colours (green-blue) to more vibrant colours, namely pale (lemon yellow). because the strength of the crystal field depends on the strength of the existing ligands, for complex compounds with the same central atom the colour of the complex tends to get paler with increasing ligand strength. if we compare the colour of [co(nh3)3(no2)3] which is pale yellow and the colour of [co(h2o)6]3+ which is blue. this colour change is due to the influence of the ligand where the nh3 and no2 – ligands are stronger than the h2o ligands so that [co(nh3)3(no2)3] has a paler colour. 3.4. benefits of [co(nh3)3(no2)3] [co(nh3)3(no2)3] has several benefits, including as a reagent in the synthesis of bioinorganic complex compounds and as an oxidant compound ferredoxin in parsley extract (adzamli et al., 1982) or therapeutic potential as reduction-activated complexes, or can be applied in imaging by mri (renfrew et al., 2018). in addition, [co(nh3)3(no2)3] can also react as base hydrolysis (singh and shanker, 1989). 4. conclusions [co(nh3)3(no2)3] can be explored in the future about the potency as medicinal agent such as therapy and imaging instruments. the chemical characteristics of the complex show the unique compound as diamagnetic compound, and stable. deep understanding of the complex may encourage us to apply it in many fields. authors’ contributions conceptualization: rokhim, d. a.; data curation: rokhim, d. a.; formal analysis: rokhim, d. a.; funding acquisition: not applicable; investigation: rokhim, d. a.; methodology: rokhim, d. a.; project administration: rokhim, d. a.; resources: rokhim, d. a.; software: not applicable; supervision: wijaya, h. w.; validation: wijaya, h. w.; visualization: asrori, m. r.; writing – original draft: rokhim, d. a.; writing – review & editing: asrori, m. r. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments thanks to department of chemistry, faculty of mathematics and natural sciences, universitas negeri malang for supporting this study. references abd-ulgadir, k.; el-kamali, h. antimicrobial activity of acacia nilotica ssp. nilotica against some causative agents of 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of eclet. quim. j., with the following subjects: recent advances in using langmuir monolayers as cell membrane models; dengue fusion peptides interacting with model membranes; production and biochemical characterization of xylanases; antioxidative activity of gold and platinum nanoparticles; purification and characterization of glycine max, a potential antifungal; metallo-stannosilicates as support to immobilize lipase for biodiesel production. prof. dr. assis vicente benedetti editor-in-chief http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index editorial team revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica eclet. quim. 49 | e-1531, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 issn 1678-4618 page 1/7 1federal university of lavras, engineering department, lavras, brazil. 2federal university of lavras, food sciences department, lavras, brazil. 3federal university of lavras, environmental engineering department, lavras, brazil. 4federal university of lavras, chemistry department, lavras, brazil. +corresponding author: leonardo pratavieira deo, phone: +553538291860, email address: leonardo.deo@ufla.br original article analyzing essential oils: extraction and characterization from fresh and dry leaves of pinus elliottii leonardo pratavieira deo1+ , gabriela aguiar campolina2 , cassia duarte oliveira2 , kassy jhones garcia3 , maria das graças cardoso4 abstract exploration of secondary metabolites, particularly essential oils, reveals diverse properties in antimicrobial, biological, and pharmaceutical contexts, including antibacterial, antifungal, and antiviral attributes, and applications in pest control and insect repellents. in the present work, essential oils were extracted from both fresh and dry leaves of pinus elliottii, using hydrodistillation, followed by meticulous chemical characterization via gas chromatography coupled with a mass spectrometer. the plant leaves, sourced from a reforested area in the southern part of minas gerais, brazil, formed the study's foundation. the main constituents identified in both essential oils were germacrene d and β-pinene. germacrene d dominated in the essential oil from fresh foliage (47.71%), while β-pinene prevailed in the essential oil from dry foliage (30.06%). literature indicates that heightened germacrene d levels may confer antibacterial and repellent properties, while elevated β-pinene content aligns with various biological, medicinal, and pharmacological activities. integrating our findings with existing literature, this work highlights potential applications for essential oils derived from both fresh and dry leaves of pinus elliottii. article history received november 20, 2023 accepted july 12, 2024 published octobre 03, 2024 keywords 1. pines; 2. natural compounds; 3. chemical composition; 4. germacrene d; 5. β-pinene. section editor irlon maciel ferreira highlights germacrene d and β-pinene are key compounds in pinus elliottii essential oils. fresh leaves of pinus elliottii show high germacrene d with antibacterial potential. dry leaves of pinus elliottii are rich in β-pinene, linked to diverse bioactivities. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 https://ror.org/0122bmm03 https://ror.org/0122bmm03 https://ror.org/0122bmm03 https://ror.org/0122bmm03 mailto:leonardo.deo@ufla.br mailto:leonardo.deo@ufla.br mailto:gabrielaaguiar25@hotmail.com mailto:cassiaduartemg2@hotmail.com mailto:kassy.jhones.kjg@gmail.com mailto:mcardoso@ufla.br https://orcid.org/0000-0002-2579-7680 https://orcid.org/0000-0002-2592-2904 https://orcid.org/0000-0002-2748-2930 https://orcid.org/0000-0001-8317-9007 https://orcid.org/0000-0001-8075-1725 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 eclet. quim. 49 | e-1531, 2024 issn 1678-4618 page 2/7 1. introduction essential oils have gained renewed significance across various domains. as natural products, they proudly exhibit attractive physicochemical characteristics coupled with environmentally friendly characteristics (el asbahani et al., 2015). these oils exhibit evident biological activities, finding application in the medical field for their fungicidal, virucidal, and bactericidal properties. multiple studies underscore their antimicrobial efficacy, even against multi-resistant bacteria (burt, 2004; mayaud et al., 2008). furthermore, essential oils have been deployed in combating nosocomial infections. they are used as aerosols in operating blocks and waiting rooms to purify the air and minimize contamination (el asbahani et al., 2015). additionally, these oils serve as cleaning agents for disinfecting medical equipment and surfaces (warnke et al., 2009). beyond their medicinal applications, essential oils contribute to a sense of mental comfort for patients, thanks to their pleasant aroma. notably, these oils have been explored for their potential as food preservatives as well (burt, 2004; tiwari et al., 2009). due to their intricate chemical composition, which frequently comprises over 100 distinct terpenic compounds, essential oils exhibit an extensive spectrum of antimicrobial and biological activities. in the pharmaceutical field, the use of products with essential oils is constantly growing and usually is addressed mainly by local applications and inhalation. they are incorporated into the formulation of numerous pharmaceutical products, including capsules, ointments, creams, syrups, suppositories, aerosols, and sprays (el asbahani et al., 2015). in nature, essential oils are synthesized by over 17,500 aromatic plant species and are stored in various plant organs. these include flowers (e.g., citrus bergamia, bergamot orange), leaves (e.g., cymbopogon citratus, lemon grass), wood (e.g., santalum acuminatum, sandalwood), roots (e.g., chrysopogon zizanioides, vetiver), rhizomes (e.g., zingiber officinale, ginger; curcuma longa, turmeric), fruits (e.g., pimpinella anisum, anise), and seeds (e.g., myristica fragrans, nutmeg) (baptista-silva et al., 2020). in special, the essential chemical composition of oil leaves (also called needles) for more than 40 pine species (genus pinus) is known (ioannou et al., 2014). pinus and eucalyptus species are the most common trees used for reforestation. in contemporary society, deforestation has become prevalent to meet the demand for various structural components in civil engineering, furniture, charcoal production, and other applications. to equilibrate this trend, plantation forestry is widely employed to expedite reforestation, mitigate greenhouse gas emissions, and alleviate the pressure on timber resources from native forests. exotic tree species, particularly fast-growing and high-yielding ones like pinus and eucalyptus, are extensively cultivated in monocultures, often beyond their native habitats (ning et al., 2019). pine, the largest genus in the pinaceae family, encompasses over 110 species globally (richardson et al., 2007). although primarily found in the northern hemisphere, this species adapts to various forest types, including temperate, subtropical, tropical, and boreal regions (imanuddin et al., 2020). in the early 20th century, brazil initiated its first economic reforestation efforts, primarily involving the introduction of eucalyptus species. by the late 1940s and early 1950s, coniferous species, particularly those of the genus pinus, were introduced. the introduction of conifers was largely driven by the substantial decline in the natural population of araucaria angustifolia (parana pine). reforestation operations gained significant momentum in the 1960s, reaching full operational levels during that decade. starting in 1966, government-led fiscal incentives led to a substantial increase in reforestation activities in brazil. reforestation projects covered approximately 6.2 million hectares, with 52 percent dedicated to eucalyptus, 30 percent to pinus, and 18 percent to other species (jesus, 1990). in 2021, the reforestation area reached around 9.5 million hectares, with 7.3 million hectares of eucalyptus and 1.8 million hectares of pinus. 45.4% percent of eucalyptus area is located in the brazilian southeast region, while 83.9 percent of pinus forest is established in the brazilian south region (ibge, 2021). given the abundant presence of pinus elliottii in our region, this study aims to extract essential oils from both fresh and dried leaves of the mentioned pinus species and analyze their chemical compositions. this characterization together with literature data give some support in order to clear up potential applications to the analyzed essential oils. 2. experimental 2.1. plant material gathering fresh and dried leaves of pinus elliottii took place in a public area situated in bueno brandão, a city in the southern region of minas gerais, brazil, at an elevation of 1,184 meters above sea level. the precise coordinates for the collection site were latitude 22°25'56.91"s and longitude 46°21'15.03"w. the collection occurred in the morning on september 6th, 2021, under mild temperature conditions with no precipitation. fresh leaves were directly collected from the trees, while dry leaves were gathered from the ground. post-collection, both fresh and dry leaves underwent careful selection based on imperfections, dirt, and foreign bodies. subsequently, they were cut into smaller portions in preparation for the subsequent extraction of essential oils. 2.2. extraction and yield of essential oils the organic chemistry-essential oils laboratory at the chemistry department of the federal university of lavras conducted the extraction of essential oils from both fresh and dry leaves of pinus elliottii. the extraction process employed hydrodistillation and utilized a modified clevenger apparatus connected to a 5 l flask, following the method outlined by teixeira et al. (2014). each batch of approximately 200 g of plant material underwent hydrodistillation for a duration of two hours. post-extraction, the essential oils were separated from the hydrolytic solution through centrifugation, employing a benchtop centrifuge with a horizontal crosspiece (fanem babyri model 206 bl) at 965 g and room temperature for 15 minutes. subsequently, the essential oils were carefully transferred to amber bottles using a pasteur pipette and stored at a temperature of 5 °c. the yields of the essential oils were 0.82 ± 0.06% and 1.60 ± 0.08% on a fresh and on a dryweight basis respectively for the species pinus elliottii. the extractions were performed in triplicate. 2.3. chemical characterization of the essential oils the identification of the compounds in the essential oil was performed according to those described in the literature (adams, 2007; nist, 2010) by gas chromatography coupled to a mass spectrometer, employing a shimadzu qp model 5050a gc/ms equipped with a j&w scientific fusedsilica capillary column (5% phenyl 95% dimethylpolysiloxane; https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 eclet. quim. 49 | e-1531, 2024 issn 1678-4618 page 3/7 30 m × 0.25 mm id, 0.25 μm film). helium served as the carrier gas with a flow rate of 1.0 ml min−1. the sample injection volume was 0.5 μl, diluted in hexane (1%). the split ratio was 1:20. the column temperature program initiated at 60 °c for 1 minute, followed by a gradual increase to 246 °c at a rate of 3 °c min−1. subsequently, there was a further increase of 10 °c min−1 to 300 °c, where the temperature was maintained for 7 minutes. the injector and detector temperatures were set at 220 and 240 °c, respectively. quantitative analysis was conducted through gas chromatography with a flame ionization detector (gc-fid), utilizing a shimadzu model gc–2010 chromatograph (shimadzu corporation, kyoto, japan). the experimental conditions mirrored those employed in qualitative analysis, except for the detector temperature set at 300 °c. relative percentages of each constituent were determined using the normalization of area method. to establish the retention indices of the constituents, a comparison was made with those reported in the literature (lunguinho et al., 2021). these retention indices were calculated using the van den dool and dec kratz (1963) relative to a homologous series of n-alkanes (c9-c18). for comparison of mass spectra, two libraries, nist107 and nist21, were employed. the chemical characterization was performed in triplicate. 3. results and discussion table 1 presents the chemical composition average related to the triplicate chemical characterization and the standard deviation of essential oils derived from fresh and dry leaves of pinus elliottii, highlighting the key components in each kind of essential oil. the chromatograms of the essential oils from fresh and dry leaves of pinus elliottii, along with their indexed substances, are illustrated in figs. 1 and 2, respectively. only one chromatogram of each kind of essential oil is shown due to their similarity in the triplicate analyses. table 1. the essential oil constituents are derived from the fresh and dry leaves of pinus elliottii. n°. in the chromatogram from fig. 1 n°. in the chromatogram from fig. 2 ricalc 1 rilit 2 constituents percent of constituent in the fresh leaves percent of constituent in the dry leaves 1 1 933 932 α-pinene 6 ± 1 10 ± 2 2 950 964 camphene 0.63 ± 0.09 2 3 979 974 β-pinene 22 ± 2 30 ± 2 3 988 988 myrcene 1.8 ± 0.9 4 4 1196 1186 α-terpineol 0.22 ± 0.09 2.8 ± 0.2 5 1280 1284 bornyl acetate 2.0 ± 0.7 5 6 1420 1417 β-caryophyllene 7 ± 2 5 ± 2 6 7 1491 1484 germacrene d 48 ± 3 27 ± 3 7 8 1496 1500 bicyclogermacrene 2.2 ± 0.8 2.4 ± 0.8 8 9 1493 1500 α-muurolene 0.47 ± 0.07 0.7 ± 0.1 9 10 1503 1513 γ-cadinene 2.0 ± 0.7 3.2 ± 0.9 10 11 1518 1522 δ-cadinene 8 ± 1 9 ± 1 12 1577 1577 spathulenol 3 ± 1 11 13 1638 1640 epi-α-muurolol 2.8 ± 0.7 4 ± 1 total 100.49 99.73 figure 1. chromatogram of the essential oil of the fresh leaves of pinus elliottii. figure 2. chromatogram of the essential oil of the dry leaves of pinus elliottii. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 eclet. quim. 49 | e-1531, 2024 issn 1678-4618 page 4/7 the data presented in table 1 and fig. 1 reveal that germacrene d (47.71%) predominated as the primary component in the essential oil extracted from fresh pinus elliottii foliage, followed by β-pinene (21.80%), δ-cadinene (8.09%), (e)caryophyllene (6.86%), and α-pinene (6.01%). conversely, in the essential oil derived from dry foliage, the key constituents were β-pinene (30.06%), germacrene d (26.77%), α-pinene (10.26%), δ-cadinene (9.32%), and (e)-caryophyllene (5.03%) (fig. 3). limited literature data exists on the chemical composition of pinus elliottii leaf oil. ioannou et al. (2014) provided the initial report on this type of essential oil. according to their findings, the essential oil from fresh pinus elliottii foliage contained four compounds, with germacrene d (24.5%), β-pinene (12.9%), α-pinene (10.6%), and β-caryophyllene (6.6%) identified as the main constituents. notably, there is currently no available literature data on the chemical composition of the essential oil from dry foliage of the analyzed plant. figure 3. the majority of constituents of essential oils are from fresh and dry leaves of pinus elliottii. some discrepancies were evidenced between ioannou et al. (2014) results and those found in the present work, mainly related to the compound amounts in the analyzed fresh foliage essential oil. the variations in the chemical compositions of essential oils derived from plants of identical species can be elucidated through various factors such as geographical location and time of harvest, the nature of the soil and its nutrients. this is because the secondary metabolites are prone to alterations depending on the season during which the collection takes place. furthermore, factors such as the plant’s age, seasonal patterns, temperature, and others exert an influence on virtually all categories of secondary metabolites, including essential oils. monoterpenes (whether oxygenated or not) and sesquiterpenes (whether oxygenated or not) were found to exhibit a higher concentration in the essential oils (gobbo-neto and lopes, 2007). the discussion below is concerned to the majority of substances found in each analyzed essential oil. the primary component discovered in the essential oil derived from the fresh leaves of pinus elliottii is germacrene d, constituting 47.71% of the composition. in the essential oil extracted from dry leaves, germacrene d is the second most prevalent substance, constituting 26.77% of the composition. the germacrene d percentage decrease in the essential oil from dry leaves may be explained by the following reasons: germacrene d, like many other compounds in essential oils, is volatile. during the extraction process, especially if heat is involved, some of the volatile compounds can evaporate or degrade, leading to a decrease in their concentration. some compounds may undergo chemical reactions during the extraction process, leading to the formation of different compounds or degradation products. this could result in a decrease in the percentage of germacrene d in the extracted oil derived from the dry leaves compared to the essential oil extracted from fresh leaves. in addition, different compounds have different solubilities in the extraction solvent. the extraction process may selectively extract certain compounds more efficiently than others, leading to a change in the relative concentrations of compounds in the extracted oil compared to the fresh plant material (chakravarty et al., 2023; kurti et al., 2019). germacrene d falls under the category of sesquiterpenoids or sesquiterpenes, characterized by a group of 15-carbon compounds formed from three isoprene units. these sesquiterpenoids are predominantly found in higher plants and manifest in various acyclic, mono-, bi-, tri-, and tetracyclic systems (modzelewska et al., 2005). they exist in nature as hydrocarbons or in oxygenated forms like lactones, alcohols, acids, aldehydes, and ketones. sesquiterpenes present in essential oils and aromatic elements of plants exhibit diverse fundamental structures with distinct nomenclatures (awouafack et al., 2013). many of these sesquiterpenes showcase biological activities, including antimicrobial, antitumor, and cytotoxic properties. within plants, they play crucial ecological roles in interactions with insects and microbes, functioning as attractants, deterrents, antifeedants, and phytoalexins (modzelewska et al., 2005). numerous investigations have delved into the antibacterial and repellent potentials of plant essential oils abundant in germacrene d, aiming to combat microbial resistance to antibiotics and traditional drugs. the objective is to circumvent the use of expensive synthetic crop protection chemicals by promoting the commercialization of insecticides based on these essential oils (el mokni et al., 2019). the essential oil, enriched with a significant amount of the aforementioned sesquiterpene, demonstrates moderate antimicrobial activity, particularly against gram‐positive bacteria such as s. aureus, b. subtilis, and c. albicans. in contrast, gram‐negative bacteria like e. coli, p. aeruginosa, and s. enterica inherently exhibit resistance to the antimicrobial effects of essential oils. the efficacy of this type of essential oil is more pronounced against gram‐positive bacteria, attributed to the inherent characteristics of the bacterial cell membrane (kilani et al., 2005). the limited antibacterial effectiveness against gram‐negative bacteria is associated with the presence of a hydrophilic outer membrane, hindering the penetration of hydrophobic compounds into the target cell membrane (inouye et al., 2001). in contrast, gram‐positive bacteria boast proteins, mucopolysaccharides, and a lower quantity of phospholipids in their cell membrane. this composition facilitates the permeability, entry, and reaction of most antibiotics and/or antimicrobial agents through the cell envelope (al-saimary et al., 2006). in addition, the insecticidal potential of some essential oils is also related to the presence of high amounts of terpenes, such as germacrene d and its volatility acts as chemical messengers for insects (al-ghanim et al., 2023; chaieb et al., 2018). earlier research has also suggested that germacrene d exhibits impact on herbivores and insecticidal properties, notably against mosquitoes. additionally, it demonstrates repellent activity against aphids, as highlighted in prior studies by noge et al. (2009). the biological effects of numerous essential oils are linked to their primary biologically active components, thus from our results, the fresh foliage oil from pinus elliottii is a natural source of germacrene d, a sesquiterpene with high application potential due to its biological activities as aforementioned, such https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 eclet. quim. 49 | e-1531, 2024 issn 1678-4618 page 5/7 as antimicrobial and insecticidal potentials. additional biological effects of essential oils abundant in sesquiterpenes are also delineated, encompassing activities like an anti-arthritic, antiinflammatory, antiviral, antimutagenic, local anesthetic, and anticarcinogenic properties (oliveira-tintino et al., 2018). it is crucial to acknowledge that essential oils constitute phytocomplexes, emphasizing the significance of interactions between both minor and major constituents. each individual compound operates synergistically with others, a fact that shouldn’t be overlooked (el mokni et al., 2019). β-pinene stands out as the predominant component identified in the essential oil extracted from dry leaves, constituting 30.06% as depicted in table 1 and fig. 2. it also holds the position of the second most abundant substance in the essential oil derived from fresh leaves, accounting for 21.80%, as illustrated in table 1 and fig. 1, of pinus elliottii. pinene (c10h16) is characterized as a bicyclic, double-bonded terpenoid hydrocarbon, as outlined by winnacker (2018). αand β-pinene represent a pair of isomers present in the coniferous trees (pines) essential oils and they belong to the vast family of monoterpenes (salehi et al., 2019). α-pinene can be detected in more than 40 different essential oils (vespermann et al., 2017) and β-pinene is commercially acquired through distillation or the conversion of α-pinene (salehi et al., 2019). both αand β-pinene showcase a range of biological activities, some like the biological effects of germacrene d. these shared activities include fungicidal, antiviral, and antimicrobial properties. moreover, pinenes find applications in the production of components contributing to aroma, flavor, and fragrance, as discussed in studies by silva et al. (2012), salehi et al. (2019), van der werf et al. (1997) and arya et al. (2022). αand β-pinenes are integral elements in renal and hepatic medications. their utilization as antibacterials stems from their detrimental impact on membranes (alma et al., 2004). additionally, research has uncovered their inhibitory effects on breast cancer and leukemia (zhou et al., 2004). some polymers can be synthesized from pinenes (thomsett et al., 2019) and these materials can present better quality than other conventional polymers (satoh et al., 2014). still related to pinenes, numerous pharmacological effects have been documented, spanning antibiotic resistance modulation, anticoagulant properties, antitumor activity, antimicrobial action, antimalarial effects, antioxidant capabilities, anti-inflammatory responses, anti-leishmania effects, and analgesic effects. other prominent effects are also reported, such as cytogenetic, gastroprotective, anxiolytic, cytoprotective, anticonvulsant, and neuroprotective properties have been observed. additionally, these substances exhibit efficacy against oxidative stress induced by h2o2, pancreatitis, hyperthermia triggered by stress, and pulpal pain. although pinenes showcase various biological activities, their swift metabolism and elimination from the body, attributed to their volatile nature, result in their brief presence at low concentrations within organisms. despite the acknowledged positive properties of α-pinene and β-pinene, the bioavailability of these terpenes in the human body remains understudied in most investigations. while some in vivo and clinical studies have linked the biological effects of pinenes, additional endeavors are essential to deepening our understanding in this domain, as emphasized by salehi et al. (2019). therefore, from our results, the essential oils from fresh and dry foliage from pinus elliottii are natural sources of germacrene d and β-pinene. according to the literature data, as mentioned before, germacrene d has more potential in applications such as antimicrobial and insecticidal activities, while β-pinene has more potential in applications related to pharmacological activities, although some biological activities are coincident for both substances, such as antimicrobial and antitumor properties. our results also point that essential oil from fresh leaves of pinus elliottii may be applied mainly as antimicrobial and insecticide, due its majority component germacrene d, while the essential oil from dry leaves may be applied mainly in a wide range of pharmacological activities due to its majority component β-pinene. however further studies are needed to support these hypotheses. in addition, many other pinus elliottii essential oils' possibilities of application can be investigated, due to the chemical composition complexity of each essential oil, once there are chemical interactions between minor and major constituents, as well as, each compound works together synergistically with the others, creating a combined effect that enhances their overall impact. 4. conclusions the findings show that the majority of compounds from fresh foliage essential oil are germacrene d (47.71%), followed by β-pinene (21.80%), in addition to minor compounds, such as δ-cadinene (8.09%), (e)-caryophyllene (6.86%) and α-pinene (6.01%). the results also show that the majority of compounds from dry foliage essential oil are β-pinene (30.06%), followed by germacrene d (26.77%), in addition to minor compounds, such as α-pinene (10.26%), δ-cadinene (9.32%) and (e)caryophyllene (5.03%). due to the essential oils' chemical compositions found, the present investigation opens the possibility of finding potential applications to essential oils extracted from the fresh and dry leaves of pinus elliottii. the literature points to germacrene d with excellent antimicrobial and insecticidal properties and βpinene with several pharmacological activities. many other possibilities of application also can be explored because the characterized compounds can interact with each other. authors’ contributions conceptualization: leonardo pratavieira deo; kassy jhones garcia; maria das graças cardoso; data curation: kassy jhones garcia; maria das graças cardoso; gabriela aguiar campolina; cassia duarte oliveira; formal analysis: maria das graças cardoso; gabriela aguiar campolina; cassia duarte oliveira; funding acquisition: maria das graças cardoso; investigation: kassy jhones garcia; maria das graças cardoso; gabriela aguiar campolina; cassia duarte oliveira; methodology: kassy jhones garcia; maria das graças cardoso; gabriela aguiar campolina; cassia duarte oliveira; project administration: leonardo pratavieira deo; maria das graças cardoso; resources: maria das graças cardoso; software: maria das graças cardoso; supervision: leonardo pratavieira deo; maria das graças cardoso; validation: maria das graças cardoso; gabriela aguiar campolina; cassia duarte oliveira; visualization: leonardo pratavieira deo; maria das graças cardoso; writing – original draft: leonardo pratavieira deo; writing – review & editing: maria das graças cardoso; gabriela aguiar campolina; cassia duarte oliveira; data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1531 eclet. quim. 49 | e-1531, 2024 issn 1678-4618 page 6/7 funding fundação de amparo à pesquisa do estado de minas gerais (fapemig). grant no: 02390/2018. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 311183/2022. acknowledgments not applicable. references adams, r. p. identification of essential oils components by gas chromatography/mass spectroscopy. allured publishing corporation, 2007. al-ghanim, k. a.; krishnappa, k.; pandiyan, j.; nicoletti, m.; gurunathan, b.; govindarajan, m. insecticidal potential of matricaria chamomilla’s essential oil and its components (e)-β-farnesene, germacrene d, and α-bisabolol oxide a against agricultural pests, malaria, and zika virus vectors. agric. 2023, 13, 779. https://doi.org/10.3390/agriculture13040779 alma, m. h.; nitz, s.; kolmannsberger, h.; digrak, m.; efe, f. t.; yilmaz, n. chemical composition and antimicrobial activity of the essential oils from the gum of turkish pistachio (pistacia vera l.). j. agric. food chem. 2004, 52 (12), 3911–3914. https://doi.org/10.1021/jf040014e al-saimary, i.; bakr, s.; khudaier, b.; abass, y. efficiency of antibacterial agents extracted from thymus vulgaris l. 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issn 1678-4618 page 7/7 richardson, d. m.; rundel, p. w.; jackson, s. t.; teskey, r. o.; aronson, j.; bytnerowicz, a.; proches, s. human impacts in pine forests: past, present, and future. annual review of ecology evolution and systematics. 2007, 38, 275–297. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.38.091206.095650 salehi, b.; upadhyay, s.; erdogan orhan, i.; kumar jugran, a.; sharifirad, j. therapeutic potential of αand β-pinene: a miracle gift of nature. biomol. 2019, 9 (11), 738. https://doi.org/10.3390/biom9110738 satoh, k.; nakahara, a.; mukunoki, k.; sugiyama, h.; saito, h.; kamigaito, m. sustainable cycloolefin polymer from pine tree oil for optoelectronics material: living cationic polymerization of beta-pinene and catalytic hydrogenation of high-molecular-weight hydrogenated poly(betapinene). polym chem-uk. 2014, 5 (9), 3222–3230. https://doi.org/10.1039/c3py01320k silva, a. c. r.; lopes, p. m.; de azevedo, m. m. b.; costa, d. c. m.; alviano, c. s.; alviano, d. s. biological 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2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1535 issn 1678-4618 page 1/1 1university of araraquara, araraquara, brazil. 2são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. +corresponding author: antonio carlos massabni, phone: +55 16 3301-9630, email address: amassabni@uol.com.br original article in memoriam of cecilia laluce (1940 2023) antonio carlos massabni1,2+ , maria célia bertolini2 in 2019 professor cecilia laluce, then serving as an emeritus professor since 2010, joined the institute of chemistry of araraquara (iqar) for the last time. the covid-19 pandemic prevented face-to-face encounters at the university until 2021. we met again sometime later, when cecilia was already diagnosed with colon cancer followed by a stroke, both of which left her with numerous sequels. native from birigui (sp), cecilia passed away on may 23 at the age of 83 in araçatuba (sp), to where was transferred at the end of 2022 and remained for a few months until her passing, closely accompanied by a few relatives. laluce was part of the first iqar's graduating chemistry class with both bachelor and teacher degrees from the former chemistry department in the faculty of science and letters of araraquara (fclar), in 1964 and 1965 respectively, standing out as one of the top students. as a third-year undergraduate student, cecilia was already collaborating in the biochemistry laboratory, assisting the practical classes under the supervision of the biochemistry professor rubens molinari. in 1965, laluce started her teaching career, as an assistant professor, and in 1973, she completed her phd in the same institution. in 1976, the creation of unesp led to an academic and administrative reorganization of the university, resulting in the establishment of iqar in 1977, where cecilia became a professor in the biochemistry department. she was a pioneer in the research area of applied microbiology. laluce dedicated almost her entire life to the institute of chemistry both as a teacher and researcher; the institute of chemistry was her second home. as a result of her outstanding work capacity and ease in establishing scientific interactions, she established many collaborations throughout her academic career, in brazil and other countries. she was the first woman from iqar to carry out a postdoctoral internship abroad, first at the faculty of medicine in buenos aires, argentina, in 1980, and later at the university of colorado, usa, from 1981 to 1982. always in pursuit of knowledge and scientific improvement, she participated in numerous national and international conferences, presented lectures, and received several awards and honorable mentions. she was the first woman to become a full professor at iqar. at a time when research in the field of technology was still embrionary at unesp, cecilia coordinated, in the 1980s, a project sponsored by the banco do brasil foundation, in collaboration with some department colleagues, aimed at developing improved yeast strains for the alcoholic fermentation process. at that time, the national ethanol program (proálcool) was created, and the project under her coordination significantly impacted the academic community. from then on, her research activities were concentrated on projects related to applied microbiology including a partnership with the biotechnology center of fleischmann & royal. she became a reference researcher in alcoholic fermentation, and the results of her work were recognized by the scientific community. the entire institute of chemistry body in araraquara immensely appreciates her scientific legacy and dedication to the development of science and technology in brazil. article history received december 31, 2023 accepted january 15, 2024 published february 02, 2024 section editor assis vicente benedetti https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1535 https://ror.org/04qxpma28 https://ror.org/00987cb86 mailto:amassabni@uol.com.br https://orcid.org/0000-0002-4190-1505 https://orcid.org/0000-0001-5319-2710 original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 80 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 surfactant effects in the morphology and the photocatalytic activity of the bamoo4 crystals amanda fernandes gouveia1,2+ , gustavo venancio bellucci3 , lara kelly ribeiro3 , marcelo assis3 , ieda lúcia viana rosa3 , elson longo3 , juan andrés1 , miguel angel san-miguel2 1. university jaume i, department of physical and analytical chemistry, castelló, spain. 2. state university of campinas, institute of chemistry, campinas, brazil. 3. federal university of sao carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. +corresponding author: amanda fernandes gouveia, phone: +34 964728071, email address: gouveiad@uji.es article info article history: received: july 27, 2021 accepted: november 09, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. dft calculations 2. rational design of materials 3. barium molybdate 4. surfactant-mediated morphology 5. photocatalytic activity section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: this paper discloses the effect of the surfactant sodium dodecyl sulfate (sds) in the morphology and the photocatalytic activity of bamoo4 crystals. experimental techniques were applied to study the orderdisorder degree of the samples. first-principles calculations were performed at density functional theory level with the b3lyp hybrid functional. the morphologies were investigated by field emission scanning electron microscopy, and the theoretical crystal shapes were obtained through the wulff construction. the photocatalytic activity efficiency of the bamoo4 crystals was tested against the rhodamine b (rhb) dye. in this paper, bamoo4 synthesized with sds by the coprecipitation method presented a monophasic crystal with a disordered structure. in addition, the presence of this surfactant generated pores on the surfaces of the material, and those pores were responsible for the appearance of the adsorptive ability enhancing the adsorption process of the rhb dye in the dark, in absence of ultraviolet light. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 mailto:gouveiad@uji.es https://orcid.org/0000-0003-3441-3674 https://orcid.org/0000-0001-6298-2837 https://orcid.org/0000-0002-3206-7774 https://orcid.org/0000-0003-0355-5565 https://orcid.org/0000-0002-2621-8548 https://orcid.org/0000-0001-8062-7791 https://orcid.org/0000-0003-0232-3957 https://orcid.org/0000-0003-0232-3957 original article revista.iq.unesp.br 81 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 1. introduction in past years, the ceramic’s powders and crystals of molybdates were prepared by different methods, such as solid-state reaction (kumar et al., 2020), precipitation with calcination in high temperatures (silva et al., 2020), and the crystal growth by the “czochralski” process (khan et al., 2020). however, these synthesis methods require high temperatures, long processing times, sophisticated equipment with high maintenance costs and can even lead to the formation of undesirable phases. therefore, some synthesis methods have been developed and used in the preparation of molybdate crystals (lakhlifi et al., 2020; skutina et al., 2021; tang et al., 2021), such as coprecipitation (chankhanittha et al., 2021; f. oliveira et al., 2021), conventional hydrothermal (farahpour and arvand, 2021), microwave assisted hydrothermal (keshari and dubey, 2021), and sonochemical (silva junior et al., 2021). these methods make possible to allay the problems present in older methods and obtain crystals of different sizes and shapes. in particular, the coprecipitation method, which, according to the literature, is defined as a process for obtaining crystalline materials from the dissolution of reagents or soluble precursors in aqueous solution with or without the presence of a mineralizer (chemical bases) at relatively low temperature, has been used recently in the preparation of different molybdates of different shapes and sizes (theiss et al., 2016). however, to obtain homogeneous and monophasic molybdate crystals by this method, higher temperatures (> 100 °c) are necessary due to the low reaction kinetics (kianpour et al., 2013). studies have been carried out using the coprecipitation method, employing surfactants as stabilizing agents to aid in the kinetics and, thus, reduce the reaction temperature (kianpour et al., 2016). these surfactants act as reactants during the reaction and stabilize the colloids. the literature also shows the effect of different surfactant ratios in controlling the size of microstructures and improving photocatalytic, photoluminescent, and antibacterial properties (ji et al., 2020; keerthana et al., 2021; ray et al., 2018). among the used surfactants, the anionic sodium dodecyl sulphate (sds) acts as a stabilizer protecting the newly formed cation or anion nuclei, which has an intrinsic preference for the growth of their crystals (kianpour et al., 2013; luo et al., 2010). among molybdates, barium molybdate (bamoo4) is relevant material in electro-optics due to its green luminosity production and electro-optic applications, including solid-state lasers and optical fibers. the bamoo4 presents a scheelite structure with 𝐼41/𝑎 space group formed by distorted [bao8] and [moo4] clusters. this material has a high band gap energy (egap) ~4.2 ev (pereira et al., 2021; sczancoski et al., 2010; xia and chen, 2010). due to its poor use of light (ultravisible [uv] light) from the solar spectrum, the photocatalytic efficiency becomes very low. various techniques have been applied to photogenerate electronhole pairs in semiconductors to improve photocatalytic performance, such as modeling new crystals through bamoo4 synthesis to form new morphologies efficient in enhancing the photocatalytic performance of bamoo4 (hu et al., 2021; luo et al., 2008; xia and chen, 2010). it is possible to correlate the size of materials with different or even new properties; thus, semiconductors designed with different sizes and exposed facets proved to be excellent models to promote, for example, photocatalytic and biocide studies (macedo et al., 2018). this paper presents a simple method for the synthesis of uniform and pure bamoo4 crystals through the coprecipitation method using the sds to evaluate the effects on the crystal morphology in the application of rhodamine b (rhb) degradation. thus, to endorse the experimental results, first-principles calculations were used to assess the effects of morphology on the degrading processes of the rhb. 2. experimental sections 2.1 synthesis the bamoo4 crystals were synthetized by a simple coprecipitation method by using barium nitrate (ba(no3)2, sigma-aldrich, 99.0%), sodium molybdite dihydrate (namoo4･2h2o, sigma-aldrich, 99.0%) as precursors, and the sodium dodecyl sulfate (sds, synth, 90.0%) as a surfactant. the first step of the synthesis involves the dissolution of 1 × 10−3 mol of the precursor’s salts, separately, in 100 ml of deionized water at 70 °c. then, 1 g of the surfactant sds was added to the moo2− ions solution. after these steps, the two solutions were mixed under constant stirring. approximately ten washes with deionized water were carried out at the end, using a centrifugation process (centrifuge 5804, eppendorf) to remove the residual na+ and organic ions. the synthetized solid was collected and dried in an oven at 65 °c for 24 h. the same procedure described above was repeated to obtain the pure bamoo4 crystal by removing the sds in the precursor solution. the samples were named by bamoo4 and bamoo4-sds for the synthesis without and with sds, respectively. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 82 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 2.2 structural and morphological characterization the structure of bamoo4 crystals was characterized by x-ray diffraction (xrd) with rietveld and microraman. the morphological change was analyzed through field emission-scanning electron microscopy (fe-sem), and the electronic modifications were analyzed by uv-visible (uv-vis) spectroscopy. 2.3 photocatalysis evaluation to analyze the surfactant’s effect in the photocatalytic activity of the bamoo4 and bamoo4sds crystals, it was performed the photodegradation of the rhb (95%, mallinckrodt) under uv light. the experiment was conducted as follows: 50.0 ml of rhb solution (1 × 10−5 mol l−1) were added to the glass reactor with 50 mg of the sample. the reactor was taken to ultrasound (42 khz, model 1510) for 5 min in the dark to disperse the bamoo4 crystals in the solution and then transferred to the photocatalytic system with 6 uv lamps (tuv phillips, 15 w, and intensity of 254 nm), in 10 cm from the reactor. then, to reach the adsorption equilibrium, the system remained in the dark for 40 min (collecting aliquots at −40, −30, −20, −10 and 0 min) at 25 °c and in the next step, the lamps were turned on, and the aliquots were removed at 20, 40, 60, 80, 110 and 140 min. after the reaction, the photocatalytic system was placed in a plastic tube where they were centrifuged at 10,000 rpm for 5 min to remove the catalyst particles from the solution completely. the remaining solution was analyzed by uv-vis absorption spectroscopy in a v-660 spectrophotometer (jasco). the monitoring of the variation in the rhb absorption band with maximum λ = 554 nm for photocatalytic tests was investigated. 2.4 theoretical models first-principles calculations were performed using the crystal program (dovesi et al., 2017; 2018) at the dft level associated with the b3lyp hybrid functional (becke, 1988; 1993). to study the electronic properties of the bamoo4 structure, a unit cell model was created from the refinement data. in the optimization process to obtain the perfect crystal data, without defects, the lattice parameters (a, b, c, and α, β, γ) and the internal coordinates (x, y, z) of each atom were optimized. the electronic band gap energy (egap) value and the raman frequencies were computed and compared with the experimental values. from the calculated surface energy (esurf) values published in the literature (m. oliveira et al., 2016), associated with the wulff’s construction, it was possible to obtain the ideal theoretical morphology (in vacuum) for the material studied. in addition to this ideal morphology and using the methodology developed by us (andrés et al., 2015), it was also possible to obtain the experimental morphology in order to compare it with the theoretical one. 3. results and discussion the xrd and rietveld refinement was performed to verify the crystallinity of the material and its phase and structural parameters, as illustrated in fig. 1. the xrd data allowed an analysis of the material structure at long-distance. it was possible to index and prove that both materials were obtained in their pure phase. as can be seen in fig. 1a, it was not observed the presence of secondary phases, since the diffraction peaks are in good agreement with those reported for bamoo4 in icsd nº 250487 (inorganic crystal structure database, icsd) and the strong and acute peaks indicate that the synthesized crystals have good crystallinity. structural refinement was performed using the rietveld method for bamoo4 and bamoo4-sds crystals to confirm that the structures belong to the tetragonal structure and obtain the lattice parameters, cell volume, and atomic coordinates (fig. 1b). the structural refinement’s quality was analyzed using the rwp, rbragg, rp e 𝜒2 statics parameters. minor deviations of these parameters indicate the excellent quality of the structural refinement. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 original article revista.iq.unesp.br 83 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 figure 1. (a) x-ray diffraction patterns and (b) rietveld refinement for bamoo4 crystals in the presence and absence of sds. the bamoo4 crystals, synthesized by the coprecipitation method with and without sds, were obtained in their pure tetragonal phase (space group 𝐼41/𝑎). fig. 2 illustrates the tetragonal bamoo4 structure obtained from the refinement data. the crystal lattice of this semiconductor is formed by deltahedral [bao8] and tetrahedral [moo4] clusters and contains four formula units per unit cell (z = 4). the analysis of the structural order/disorder degree of the bamoo4 crystals at a short distance was analyzed using the micro-raman spectra. the results can be found in fig. 3 and in tab. 1, compared with the theoretical modes. figure 2. tetragonal structure of bamoo4 and its constituent [bao8] and [moo4] clusters. figure 3. micro-raman spectroscopy for bamoo4 crystals in the presence and absence of sds. table 1. vibrational modes and raman peaks of bamoo4 and theoretical values. vibrational modes and symmetry raman peaks (cm−1) td lattice mode 𝑪𝟔 𝟒𝒉 bamoo4 bamoo4-sds bamoo4-theo υ1 (2a1) ag 893 893 907.95 υ3 (2f2) bg 838 838 853.78 υ3 (2f2) eg 789 789 818.28 υ4 (2f2) eg 360 367.90 υ4 (2f2) bg 345 366.19 υ2 (2e) bg, ag 323 323 332.70 υf.r* (2f1) eg 238 212.10 υext** bg 191 137.02 υext** eg 142 122.86 υext** bg, eg 112 80.49 *free rotation; **external modes. as can be seen, the raman bands related to the four active modes were observed. the vibrational modes observed in the raman spectra are divided into two groups: the internal and external modes. the external vibrational modes are composed of tetrahedral [moo4] clusters with strong covalent bonds between mo−o and octahedral [bao8] clusters (christofilos et al., 2004; sczancoski et al., 2010). the internal modes are https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 original article revista.iq.unesp.br 84 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 composed of tetrahedral [moo4] clusters with a rigid center of mass. the external modes can be considered as reticulated phonons because they result from the movement of [bao8] and [moo4] clusters, in symmetry td, in the free space generated (panchal et al., 2006). the bamoo4 samples exhibited all the internal and external modes, corresponding to the material’s phase, well defined, indicating that the material is highly crystalline at close range. on the other hand, the raman spectrum of bamoo4-sds showed peaks at 893, 838, 789, and 323 cm−1, showing only the internal modes, demonstrating that this material is partially disordered. in addition, the bamoo4-sds has peaks corresponding to the internal modes, with less intensity, which is a characteristic for disordered crystals: the appearance of wide raman bands reflecting on the density of the phonon states. these raman results prove that the use of sds in bamoo4 synthesis causes changes in the crystal structure at a short distance and that even with the pure bamoo4 phase confirmed by xrd results, these crystals are disordered. the uv-vis spectra for the bamoo4 and bamoo4sds samples made it possible to determine each egap value, applying the kubelka–munk function. this function is generally applied to convert diffuse reflectance into equivalent absorption coefficient and is mainly used to analyze powder samples and is described as (eq. 1) (wood and tauc, 1972): 𝛼 = 𝐹(𝑅) = (1−𝑅)2 2𝑅 (1) where f(r) is kubelka-munk function; 𝛼 is the abortion coefficient, and r is the reflectance. therefore, the tauc relation becomes (eq. 2): 𝐹(𝑅) = ℎ𝑣 = 𝛼(ℎ𝑣 − 𝐸gap)𝑛 (2) where n = 0.5 and 2 for direct and indirect transitions, respectively, resulting in direct and indirect band intervals (spassky et al., 2005). the graphs of (f(r)hν2) versus hν for all samples are shown in fig. 4. the extrapolation of linear regions from these graphs to f(r)hν2 = 0 gives the direct band gap values. the egap values show a slight variation between the samples. the decrease in the egap value for the bamoo4-sds crystals can be attributed to a reduction in the local order degree, which may have been caused by the creation of new intermediate levels between the valence (vb) and conduction bands (cb). this fact can be attributed to the presence of the sds surfactant during the synthesis of the material that causes distortions in the crystal structure, which endorse the experimental raman spectra. figura 4. uv-vis spectra for the bamoo4 crystals in the presence and absence of sds. the theoretical study of the electronic properties corroborates with the uv-vis results. the theoretical model of the bamoo4 is seen as a defect-free structure with ideal parameters. this model presented a higher egap value (fig. 5a) of 5.60 ev. the observed electronic transition is direct between the γ-points of the brillouin zone. the atomic composition of the vb and cb was investigated by analyzing the density of states (dos) from all atoms in the structure. as shown in fig. 5b, the vb for bamoo4 is mainly formed by the contribution of the orbitals from the o atoms, and these orbitals are mostly antibonding types. on the other hand, the cb is composed primarily by the hybridization of the orbitals from the mo and o atoms. this region also has a contribution from the ba atoms. there is the presence of bonding and antibonding orbitals. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 original article revista.iq.unesp.br 85 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 figure 5. (a) band structure and (b) total and projected dos for the bamoo4 structure. the morphologies of the bamoo4 and bamoo4-sds crystals were investigated by microscopy, and the fesem images are illustrated in fig. 6. the bamoo4 crystals synthesized without the surfactant present an octahedron-shaped morphology with a predominance of the (101) surface, with a small contribution of the (112) and (110) surfaces (fig. 6a). better visualization of these surfaces can be seen in the theoretical morphology known as wulff’s crystal. to achieve this theoretical morphology, it was employed the methodology developed by andrés et al. (2015), in which used the calculated surface energy (esurf) values associated with the wulff construction (wulff, 1901). the esurf of the bamoo4 crystals were reported by m. oliveira et al. (2016). the morphology observed for the crystals obtained in the presence of sds (fig. 6b) presents the same crystal shape as the sample without sds (fig. 6a). however, morphological differences are observed, such as the (112) surface no longer contributes to the morphology of the crystal, and the (110) starts to have a minor contribution. the major difference between the morphologies of bamoo4 and bamoo4-sds is in the shape texture. bamoo4-sds crystals have a rugged surface with the presence of pores. figure 6. fe-sem imagens for the (a) bamoo4 e (b) bamoo4-sds crystals. for the comparison, wulff’s crystals are also represented for each sample. m. oliveira et al. (2016) reported the synthesized of the bamoo4 crystals also by the coprecipitation method; however, they used a temperature of 80 °c, at ph 7. they modeled the bamoo4 surfaces and calculated the surface energies. the morphology reported by the authors is different from that obtained in this study, with a significant presence of the (100), (112), (110), and (101) surfaces. through these results, it is possible to observe that the surfaces of this bamoo4 structure present, mainly, different types of clusters for the ba atom, with several oxygen vacancies. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 original article revista.iq.unesp.br 86 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 figure 7. (a) photocatalysis degradation profile of the rhb dye in 140 min and (b) first-order kinetics for the bamoo4 crystals in the presence and absence of sds. the photocatalytic activity of the bamoo4 crystals was tested against the rhb dye. the analysis started in the dark (light off) to test the influence of this environment in the photocatalysis process and obtain the adsorptive equilibrium. the equilibrium adsorptiondesorption rate of rhb in the dark versus time in the presence of bamoo4 and bamoo4-sds was shown in fig. 7a and fig. 8a. the bamoo4-sds degradation profiles in the dark showed that this material has one more property that has not yet been reported in the literature, the adsorptive capacity. the bamoo4-sds crystals adsorbed about 18% of rhb while bamoo4 adsorbed about 1% of rhb. this property is acquired by the presence of pores in the crystal surfaces (see fesem images in fig. 6a), as illustrated in fig. 8b. the high roughness of this material confers such properties, and the adsorptive process added to the photocatalytic process certainly makes the material promising in the studies of adsorptive and photocatalysis processes. these two properties were illustrated in fig. 8b–c. in addition, the bamoo4-sds also has a photocatalytic performance enhancement, as seen in fig. 7b. therefore, by analyzing the degradation profile shown in fig. 7a, it can be seen that the presence of sds in the synthesis improved the photocatalytic activity. bamoo4 crystals degraded about 23% in 140 min, while the degradation of the bamoo4-sds crystals was 45%. the process analysis showed that both degradations occur in first-order kinetics. the calculated velocity constants were k = 1.75 × 10−3 min−1 and k = 2.50 × 10−3 min−1 for the bamoo4 and bamoo4-sds crystals, respectively, as shown in fig. 7b. so, the increase in reaction kinetics indicates that bamoo4 synthesis in the presence of sds is favorable for materials with photocatalytic properties. hence, the control of morphology is of fundamental importance because the properties of the materials depend on the kind of surfaces that constitute their morphology. in the case of the bamoo4 crystal, the use of the sds favored the increase of the (101) surface and caused deformations on the crystal surfaces, considerably altering the morphology. this change is mainly responsible for creating and improving the main properties of the bamoo4 crystals studied in this work. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 original article revista.iq.unesp.br 87 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 figure 8. (a) photocatalysis and adsorptive degradation of the rhb dye. (b) the mechanism proposed for the adsorptive process and (c) degradation process at the bamoo4 surfaces on the morphology obtained in the presence and absence of sds. 4. conclusions in this study, it was possible to understand how the presence of a surfactant, in this case, the sds, can generate changes in the morphology of the bamoo4 crystals and how this fact shifts the photocatalytic activity. in the case of bamoo4 synthesized with sds, the presence of this surfactant generated pores on the surface of the material’s morphology, and the presence of these pores facilitated the adsorption process of the rhb dye in the dark, without the presence of uv light, and, consequently, a new property for that semiconductor was created, the adsorptive capacity. in addition to the acquired adsorptive ability, bamoo4 synthesized with sds showed a photocatalytic improvement. these results demonstrate that morphology control can influence the creation of new properties, opening a range of opportunities for further studies. authors’ contribution conceptualization: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r.; assis, m. data curation: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r. formal analysis: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r.; assis, m. funding acquisition: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r.; assis, m.; rosa, i. l. v.; longo, e.; andrés, j.; san-miguel, m. a. investigation: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r.; assis, m.; rosa, i. l. v.; longo, e.; andrés, j.; san-miguel, m. a. methodology: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r.; assis, m. project administration: gouveia, a. f.; ribeiro, l. r.; longo, e.; andrés, j.; san-miguel, m. a. resources: gouveia, a. f.; longo, e.; andrés, j.; sanmiguel, m. a. software: gouveia, a. f.; andrés, j.; san-miguel, m. a. supervision: i. l. v.; longo, e.; andrés, j.; sanmiguel, m. a. validation: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r.; assis, m.; rosa, i. l. v.; longo, e.; andrés, j.; sanmiguel, m. a. visualization: gouveia, a. f.; bellucci, g. v.; ribeiro, l. r.; assis, m.; rosa, i. l. v.; longo, e.; andrés, j.; san-miguel, m. a. writing – original draft: gouveia, a. f.; ribeiro, l. r. writing – review & editing: gouveia, a. f.; ribeiro, l. r.; longo, e.; andrés, j.; san-miguel, m. a. data availability statement the data will be available upon request. all data sets were generated or analyzed in the current study. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp), https://doi.org/10.13039/501100001807. grant no: 2013/07296-2; 2016/23891-6; 2017/26105-4; 2019/01732-1. financiadora de estudos e projetos, https://doi.org/10.13039/501100004809. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq), https://doi.org/10.13039/501100003593. grant no: 166281/2017-4; 305792/2020-2. generalitat valenciana, https://doi.org/10.13039/501100003359. grant no: best/2021/048. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 original article revista.iq.unesp.br 88 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 acknowledgments this work used computational resources of the “centro nacional de processamento de alto desempenho em são paulo” (cenapad-sp), “centro de computação john david rogers” (ccjdr-unicamp), and the cenapad-rj (sdumont) and used experimental resources from centro de desenvolvimento de materiais funcionais (cdmf). a.f.g acknowledges the universitat jaume i for the postdoctoral contract (posdoc/2019/30), fapesp for the postdoctoral fellowship and generalitat valenciana for the exterior research grant. j.a. acknowledges universitat jaume i (project uji-b2019-30), and the ministerio de ciencia, innovación y universidades (spain) (project pgc2018094417-b-i00) for financially supporting this research. references andrés, j.; gracia, l.; gouveia, a. f.; ferrer, 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https://doi.org/10.3390/catal10101161 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.029 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.029 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.029 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.029 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.029 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.029 https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102629 https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102629 https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102629 https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102629 https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102629 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153466 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153466 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153466 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153466 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153466 https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.01.014 https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.01.014 https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.01.014 https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.01.014 https://doi.org/10.1007/s10854-016-5103-3 https://doi.org/10.1007/s10854-016-5103-3 https://doi.org/10.1007/s10854-016-5103-3 https://doi.org/10.1007/s10854-016-5103-3 https://doi.org/10.1007/s10854-016-5103-3 https://doi.org/10.1007/s10854-016-5103-3 https://doi.org/10.1039/d0ta03678a https://doi.org/10.1039/d0ta03678a https://doi.org/10.1039/d0ta03678a https://doi.org/10.1039/d0ta03678a https://doi.org/10.1039/d0ta03678a https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105054 https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105054 original article revista.iq.unesp.br 89 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 80-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p80-89 zn1-xcoxmoo4 (0 ≤ x ≤ 1), by decomposition of the precursors developed by the glycine-nitrate process (gnp), and their characterization. mater. sci. semicon. proc. 2020, 114, 105054. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105054 luo, z.; li, h.; shu, h.; wang, k.; xia, j.; yan, y. synthesis of bamoo4 nestlike nanostructures under a new growth mechanism. cryst. 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https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b01898 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b01898 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b01898 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b01898 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b01898 https://doi.org/10.1002/crat.201600227 https://doi.org/10.1002/crat.201600227 https://doi.org/10.1002/crat.201600227 https://doi.org/10.1002/crat.201600227 https://doi.org/10.1002/crat.201600227 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157562 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157562 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157562 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157562 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157562 https://doi.org/10.1088/0953-8984/18/16/002 https://doi.org/10.1088/0953-8984/18/16/002 https://doi.org/10.1088/0953-8984/18/16/002 https://doi.org/10.1088/0953-8984/18/16/002 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129681 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129681 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129681 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129681 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129681 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.09.042 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.09.042 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.09.042 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.09.042 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.09.042 https://doi.org/10.1016/j.cap.2009.08.006 https://doi.org/10.1016/j.cap.2009.08.006 https://doi.org/10.1016/j.cap.2009.08.006 https://doi.org/10.1016/j.cap.2009.08.006 https://doi.org/10.1016/j.cap.2009.08.006 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105541 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105541 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105541 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105541 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105541 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105541 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105541 https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110665 https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110665 https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110665 https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110665 https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110665 https://doi.org/10.3390/ma14071715 https://doi.org/10.3390/ma14071715 https://doi.org/10.3390/ma14071715 https://doi.org/10.3390/ma14071715 https://doi.org/10.3390/ma14071715 https://doi.org/10.1002/pssc.200460112 https://doi.org/10.1002/pssc.200460112 https://doi.org/10.1002/pssc.200460112 https://doi.org/10.1002/pssc.200460112 https://doi.org/10.1002/pssc.200460112 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130260 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130260 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130260 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130260 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130260 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.150 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.150 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.150 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.150 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.150 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1524/zkri.1901.34.1.449 https://doi.org/10.1524/zkri.1901.34.1.449 https://doi.org/10.1524/zkri.1901.34.1.449 https://doi.org/10.1524/zkri.1901.34.1.449 https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03574.x https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03574.x https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03574.x https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03574.x summary revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | summary editorial board .............................................................................................. 3 editorial ........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 5 instructions for authors .......................................................................... 6 original articles influence of structural disorder on the photocatalytic properties of zns nanocrystals prepared by the one-pot solvothermal approach ................................................................................ 17 victoria gabriela benatto, guilherme da silva lopes fabris, julio ricardo sambrano, carlton anthony taft, felipe de almeida la porta voltammetric glassy carbon sensor approach for the extended stability studies of doxorubicin in lyophilized dosage form .................................................................................................. 32 carlos eduardo peixoto cunha, edson silvio batista rodrigues, jerônimo raimundo de oliveira neto, vernon somerset, stephânia taveira, lívia flório sgobbi, eric de souza gil experimental, dft study, and in silico molecular docking investigations of dichlorodiphenyltrichloroethane against human estrogen receptor alpha........................... 39 tabe ntui ntui, vincent ndem osabor, peter amba neji, michael akomaye akpe, john akwagiobe agwupuye, stephen adie adalikwu, terkumbur emmanuel gber, bitrus hyelavalada andrew, uduak ugbaja technical note on-site weld quality assessment and qualification for stainless steels tanks ...................... 55 luis henrique guilherme, cecilio sadao fugivara, assis vicente benedetti https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica eclet. quim. 50 | e-1562, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 issn 1678-4618 page 1/7 1yogyakarta state university, faculty of mathematics and natural sciences, yogyakarta, indonesia. 2antasari state islamic university banjarmasin, faculty of tarbiyah and teacher training, banjarmasin, indonesia. +corresponding author: resty utami, phone: +62822-1926-1482, email address: restyutami.2023@student.uny.ac.id short review bibliometric analysis: most discussed topics ethnochemistry in chemistry learning resty utami1+ , trining puji astutik2 abstract ethnochemistry, integrating local culture with chemistry education, enhances students’ comprehension by relating lessons to everyday life. this study utilizes bibliometric analysis to identify prevalent topics in ethnochemistry research within chemistry learning from february 2018 to january 2023. using publish or perish (pop) software, google scholar, and the vosviewer application, 31 journal articles were analyzed to reveal key themes and trends. the findings indicate a strong association of ethnochemistry with terms like “guidelines,” “development,” “implementation,” “local wisdom,” “ability achieved,” and “learning process”. ethnochemistry has shown significant potential to make chemistry learning more engaging and relevant by linking abstract concepts to cultural and everyday contexts. however, the integration of ethnochemistry into curricula is still limited, and practical applications in modern education remain underexplored. this study highlights the importance of developing strategies to incorporate ethnochemistry into teaching and research, fostering critical thinking, scientific literacy, and cultural appreciation among students. the findings offer a framework for future studies, encouraging innovative approaches that bridge science education with cultural heritage to create more meaningful learning experiences. contents 1. introduction 2. research methodology 3. results and discussion 3.1. general information and growth trends 3.2. keywords and terms analysis 4. conclusions authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments conflict of interest references article history received may 05, 2024 accepted february 26, 2025 published october 31, 2025 keywords 1. bibliometric analysis; 2. chemistry learning; 3. ethnochemistry; 4. meaningful learning; 5. local wisdom. section editors habiddin habiddin highlights bibliometric analysis is to map and identify research trends in ethnochemistry. ethnochemistry integrates local culture with chemistry education. this enhances students’ understanding and makes learning contextual and meaningful. vosviewer visualizes data relationships, revealing key points in ethnochemistry. these are important in chemistry learning and their evolution between 2018-2023. this manuscript was partly presented in the meeting of international conference on mathematics and science education (icomse) 2023 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 https://ror.org/05fryw881 https://ror.org/02jnjb343 mailto:restyutami.2023@student.uny.ac.id mailto:restyutami.2023@student.uny.ac.id mailto:trining@uin-antasari.ac.id https://orcid.org/0009-0007-9886-987x https://orcid.org/0009-0008-4558-8705 mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:habiddin_wuni@um.ac.id https://orcid.org/0000-0002-3947-2844 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 issn 1678-4618 page 2/9 1. introduction ethnoscience is an interdisciplinary field that connects cultural anthropology with scientific study. it focuses on understanding scientific knowledge by exploring the local knowledge embedded in the culture of a society or ethnic group (dewi et al., 2019; 2021). according to sutrisno et al. (2020, p. 7833) “ethno refers to group members in cultural environments identified by cultural traditions, codes, symbols, and myths to consider and conclude concepts”. authentic scientific knowledge encompasses the facts and understandings within a society. this knowledge is passed down through generations, often in an informal, unstructured, and non-systematic manner, reflecting people’s perceptions of natural phenomena (dewi et al., 2019). ethnochemistry is part of ethnoscience and views a culture based on a chemistry perspective involving cross-disciplines of social sciences and humanities. ethnochemistry studies chemical materials from a local cultural perspective (rahmawati et al., 2018a), both chemistry shapes culture and culture contribute to chemistry and its changes (gani et al., 2022) and ethnochemistry can be applied to the learning process (seprianto and hasibuan, 2021). implementation of ethnochemistry in the learning process either from strategies, models, learning resources or scientific investigations can develop critical thinking skills, scientific attitudes, and scientific processes and improve students’ cognitive, affective and psychomotor abilities (wahyudiati and qurniati, 2023). students would prefer learning if the topics studied were related to everyday life (zidny and eilks, 2020; abumchukwu et al., 2021), have conducted research in the onitsha education zone, anambra state university in nigeria, and received the data showing implementation of ethnochemical learning methodologies can considerably boost students’ understanding of concepts and learning outcomes. irawati and sofianto (2019) explained that the application of ethnochemistry in learning is carried out through the utilization of local cultural or traditional products through the learning process or included in learning resources. the application of ethnochemistry in learning is carried out through the integration stage, and students’ understanding of chemical concepts becomes more meaningful. wahyudiati (2022a) explained that the application of ethnochemistry in learning can help students formulate research problems and prove hypotheses so that chemistry learning objectives can be achieved optimally. azizah and premono (2021) stated that the integration in question is a reciprocal relationship between culture and chemistry so that learning becomes more contextual. heliawati et al. (2022) and wahyudiati (2022a; 2022b) show that the implementation of ethnochemistry in the learning process can improve students’ understanding of chemical concepts. despite its potential, there are still significant gaps in this field. ehnochemistry has not been widely integrated into the learning process, and there is a lack of comprehensive studies that analyze research trends, popular topics, and their practical relevance to modern education. additionally, few studies have explored effective ways to incorporate ethnochemistry into chemistry curricula to make learning more meaningful and connected to real-life contexts. addressing these gaps is essential to fully realizing ethnochemistry’s potential to improve chemistry education. attempts at the relevance of ethnochemistry in the chemistry learning process are still not widely carried out to increase the relevance it is necessary to analyze the development of literature related to ethnochemistry in chemistry learning. increasing relevance will result in new ways of overcoming the problem of conveying chemistry concepts in future learning (fadli, 2019; sutrisno et al., 2020). literature analysis can help researchers in the field of ethnochemistry find research topics that have been widely researched in the last 5 years as an effort to improve the quality of learning. bibliometric analysis research is a measurement using a mathematical and statistical approach to analyze certain literature to help vosviewer application (nandiyanto and husaeni, 2021). the vosviewer application was chosen because it can display network data mapping visualizations, interesting analysis and investigations (widiawati et al., 2022). article data searches can be carried out with the help of publish or perish (pop) software because pop can reach various metadata such as google scholar, scopus, web of science, and others. ethnochemistry and etnokimia are the main keywords in the literature search (journal article data). journal articles with ethnochemical topics in chemistry learning used in the analysis were selected based on several criteria, namely: (1) literature in the form of journal articles where the contents include title, author, year, journal, keywords, abstract, and bibliography; (2) the publication deadline is at least the last 5 years with a timeframe from february 2018 – january 2023; (3) the literature discusses ethnochemistry/etnokimia in chemistry learning; (4) literature is presented in easy-to-understand indonesian and/or english grammar. journal article data is relevant to the research topic and can be used if it meets all the specified criteria. researchers can identify research mapping based on keywords (co-occurrence) to find out topics that are often discussed in research. previous research on bibliometric analysis was carried out by kamdem et al., (2019) and wati et al. (2021) to find out the trend of a study on the scopus and google scholar databases. based on the description above, the importance of learning chemistry with local culture makes it easier for students to understand the concept of the material being taught. efforts to make ethnochemistry relevant in the learning process have not been widely carried out, and analysis of literature development is needed to determine research opportunities and topics. bibliometric analysis is a measurement with a mathematical and statistical approach to analyzing literature carried out with the help of the vosviewer application, because it can display data mapping visualizations, interesting analysis and investigations. the purpose of this study is to analyze scientific articles that examine ethnochemistry that have been published from february 2018 – january 2023 on reputable scientific platforms. 2. research methodology this research uses descriptive qualitative research with a bibliometric approach to convey the results of review of journal articles. the data search method was carried out using pop software with the main google scholar database and analyzed using the vosviewer application (rahayu et al., 2022). this research was adapted from (hudha et al., 2020) through 5 stages (fig. 1): https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 issn 1678-4618 page 3/9 figure 1. research stages. source: adapted by the author using data from hudha et al. (2020). a systematic literature review on ethnochemistry was conducted in january 2023 using the keywords “ethnochemistry” and “etnokimia”. the process involved five key stages. first, keyword determination was carried out using google scholar, supported by pop software, to search for journal articles published between february 2018 and january 2023, yielding 43 articles stored in ris format, containing essential bibliographic information. second, the initial search results were refined by filtering data based on study topics and ensuring only journal articles were included, which were then transferred to mendeley for enhancement. third, a thorough validation process was conducted to check the completeness and quality of the articles, ensuring the inclusion of relevant and high-quality literature, resulting in a final dataset of 31 articles. fourth, statistical data compilation was performed in mendeley to ensure all bibliographic details, such as publication year, volume, and page numbers, were complete and accurate. finally, bibliometric network analysis and visualization were conducted using vosviewer software, enabling the creation of network maps that revealed literature clusters, historical connections, and potential research opportunities within the field. this structured approach ensured a focused and reliable analysis of the topic. data collection used a purposive method; the data were selected based on the special characteristics determined by the researcher faizah et al. (2021) so that data relevant to the research topic was obtained. research object data can be seen in fig. 2. the process of data analysis for bibliometric analysis in research uses co-occurrence analysis as a description of the conceptual structure or knowledge from the literature and analysis based on keywords to see the development of research and the development of visualized data. briefly, bibliometric data analysis techniques can be seen in the following flowchart in fig. 3. figure 2. journal article publication data february 2018 – january 2023. source: elaborated by the authors. figure 3. data analysis technique. source: elaborated by the authors. keyword determination initial search result refine search result compile statistical data data analysis https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 issn 1678-4618 page 4/9 3. results and discussion 3.1. general information and growth trends using publish or perish to search for journal articles from the google scholar database, 43 relevant articles were initially identified. these articles were then processed using the mendeley application to complete missing information and undergo quality validation, resulting in 31 articles deemed useful and relevant to the research topic (table 1). validity was ensured by applying predefined inclusion and exclusion criteria, with articles classified by two chemistry educators. overlay visualization was used to show the frequency of topics mentioned in research over a specific period, represented by color gradients. so, it is known that the development of ethnochemistry research trends from 2018 to 2023 is developing well, where publications increased quite significantly in 2021 by 11 articles. there was a decrease in 2022 to 10 articles. as for the publication in 2023 of at least 1 article, this is due to limited data collection in january. based on these data, it shows that research on ethnochemistry has become a popular topic among chemistry education researchers despite fluctuations in interest over the past 5 years and must be further developed through continuous research and publication. table 1. an article relevant to the research topic. no reference source citations 1 asmaningrum et al. (2018) jurnal tadris kimiya 17 2 rahmawati et al. (2019) journal of physics: conference series 1 3 rahmawati et al. (2018b) international conference of chemistry 9 4 jofrishal and seprianto (2020) jurnal ipa dan pembelajaran ipa 4 5 hidayatussani et al. (2020) chemistry education practice 5 6 ugwu (2018) journal of the nigerian academy of education 2 7 zidny and eilks (2020) sustainable chemistry and pharmacy 28 8 sutrisno et al. (2020) universal journal of educational research 26 9 riza et al. (2020) jurnal pendidikan ipa veteran 6 10 zidny and eilks (2021) international joint conference on science and engineering 0 11 seprianto et al. (2021) antlantis press 0 12 azizah and premono (2021) journal of tropical chemistry research and education 7 13 robo et al. (2021) jurnal ilmiah wahana pendidikan 1 14 arif et al. (2021) jurnal ilmiah wahana pendidikan 1 15 wahyudiati (2021a) jurnal pendidikan kimia indonesia 10 16 wahyudiati (2021b) spin jurnal kimia & pendidikan kimia 4 17 abumchukwu et al. (2021) african journal of science, technology & mathematics 1 18 seprianto and hasibuan (2021) budapest international research and critics institute 1 19 asmaningrum et al. (2021) atlantis press 2 20 konyefa and okigbo (2021) international journal of education and evaluation 2 21 zahro et al. (2022) international conference on science, education and technology 0 22 wahyudiati (2022a) journal of xi’an shiyou university, natural science edition 2 23 heliawati et al. (2022) jurnal pendidikan ipa indonesia 2 24 wahyudiati (2022b) jurnal pendididkan kimia indonesia 0 25 wahyudiati (2022c) jurnal tarbiyatuna 6 26 irfandi (2022) proceeding of international conference on science and technology 0 27 wahyudiati (2022d) journal of xi’an shiyou university, natural science edition 0 28 mudau and tawanda (2022) international e-journal of education studies 0 source: elaborated by the authors. 3.2. keywords and terms analysis journal article data was then analyzed using the vosviewer application to be able to visualize and map bibliometric network data. the results of data analysis are in the form of a network visualization map display (fig. 4a), an overlay visualization map display (fig. 4b) and a density visualization map display (fig. 4c). the data analyzed using vosviewer generated an overlay visualization map (fig. 4b) with 12 clusters, 111 links and 45 items (topics/terms). ethnochemistry is the topic with the most links, namely 39. overlay visualization can represent the level of frequency of a topic mentioned in research throughout a specific period based on color levels. ethnochemistry as the main topic has as many as 39 related links with the highest total link strength of 52 with an occurrence of 21. the brighter the color of the map area (yellow) the fewer items/topics are studied. ethnochemistry is related to other keywords (fig. 4d). according to afandi et al. (2022) research in mapping research trends, “the brighter the color of the node, the more recent the topic is studied in research”. figure 4b shows that old topics that are often discussed in a study are based on bibliometric analysis using vosviewer. for example, in fig. 5a, you can see the relationship between the topics of ‘ethnochemistry’ and ‘guide’ with purple nodes, which is one of the most discussed topic combinations in 2018. figure 5b ‘ethnochemistry’ and ‘development’ with dark blue nodes because it is one of the most discussed topic combinations around 2019. figure 5c ‘ethnochemistry’ and ‘chemistry’ with blue to dark green nodes because it is one of the most discussed topic combinations around 2020. figure 5d ‘ethnochemistry’ with ‘local wisdom’ with nodes green because it is one of the most discussed topic combinations around 2021. figure 5e ‘ethnochemistry’ with ‘gender’ with the node color light green because it is one of the most discussed topic combinations around 2022. figure 5f ‘ethnochemistry’ with ‘chemistry learning’ with node yellow color because it is one of the most discussed topic combinations in around 2023. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 issn 1678-4618 page 5/9 figure 4. vosviewer data result. (a) network visualization; (b) overlay visualization; (c) density visualization and (d) topic related to ethnochemistry. source: elaborated by the author using data from vosviewer application (2023). the latest topics that are often discussed in a study based on bibliometric analysis using vosviewer are contained in color items light green and yellow: student scientific attitudes, learning experience, gender, critical thinking skills, pre-service science teachers, chemistry metacognition, culture, training, teacher, implementation, islamic education concept, problem-solving, electronic module, colloid system, scientific literacy, teaching material and chemistry learning which are widely researched in 2022 to 2023. ethnochemistry is intrinsically linked to local wisdom and indigenous knowledge because it fundamentally involves studying chemical materials from a local cultural perspective. local wisdom is built upon the traditional knowledge of communities within specific regions. contextual chemistry content is easier to learn when an ethnochemistry approach is applied. students are better able to construct knowledge when they have prior knowledge or experiences to build upon. ethnochemistry helps students understand chemical concepts by integrating local cultural knowledge with chemical principles. for example, traditional remedies like jamu brotowali, jamu kunyit asam, and bunga bougainville can be used as acid-base indicators (riza et al., 2020). by connecting science with cultural contexts, ethnochemistry fosters a deeper understanding of chemistry and enhances students’ critical thinking and problem-solving skills. ethnochemistry exploration in the community environment is carried out first to identify which cultures are related to the chemical material to be taught (azizah and premono, 2021; irfandi, 2022). through the exploration carried out, it can provide convenience for researchers and teachers who will include ethnochemical topics in the learning process. for instance, in creating batik, the dye dissolution process demonstrates the application of chemical bonding principles. the batik dye itself can serve as a natural acid-base indicator, while other related chemical concepts such as moles, redox reactions, and compound nomenclature are also involved (azizah and premono, 2021). several studies have shown that ethnochemically integrated learning can develop 21st-century skills in students (arif et al., 2021; robo et al., 2021). the implementation of ethnochemistry in the chemistry learning process can improve critical thinking skills, learning experience, chemistry metacognition, problem-solving and scientific literacy of students (heliawati et al., 2022; wahyudiati, 2024; 2022d). efforts to improve students’ abilities are carried out with the help of learning media, some media developed are integrated with ethnochemistry in the form of adobe flash learning media (heliawati et al., 2022), modules (jofrishal and seprianto, 2020; riza et al., 2020; sanova et al., 2022; seprianto et al., 2021; zahroh asna et al., 2024) or other media such as creating vlog designs as chemistry learning media (asmaningrum et al., 2021). in its implementation, ethnochemistry is often combined with learning models such as pjbl, inquiry and others (asmaningrum et al., 2021; hidayatussani et al., 2020) and combined with a learning approach such as culturally responsive teaching (crt) (arif et al., 2021; robo et al., 2021; wardani et al., 2023; 2024) and culturally responsive transformative teaching (crtt) (najid et al., 2021; rahmawati et al., 2018, 2023) according to the learning topic. the application of ethnochemistry-based chemistry education can be influenced by gender, as seen in the research conducted by wahyudiati (2023; 2022a) which indicates that female students tend to have higher critical thinking skills and a) b) c) d) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 issn 1678-4618 page 6/9 more positive scientific attitudes compared to male students. this difference can be attributed to female students exhibiting greater motivation, perseverance, and self-confidence in their academic tasks, which directly enhances their critical thinking abilities. furthermore, female students in the study were found to have a more positive attitude toward learning, especially in chemistry, when it is linked to real-life cultural contexts, such as the integration of ethnochemistry. these factors collectively contribute to their superior performance in critical thinking tasks compared to their male counterparts (the relationship between gender and ethnochemistry can be seen in fig. 5e). despite its potential, ethnochemistry is not widely integrated into current curricula, and there is a lack of comprehensive studies exploring its practical application in modern education. addressing these gaps is crucial for leveraging ethnochemistry to improve chemistry learning outcomes. this study provides a new perspective on the development of ethnochemistry research, offering a foundation for future studies to explore effective methods for incorporating cultural contexts into chemistry education. figure 5. vosviewer data result. (a) the relationship between topic “ethnochemistry” and “guide”; (b) the relationship between topic “ethnochemistry” and “development”; (c) the relationship between topic “ethnochemistry” and “chemistry”; (d) the relationship between topic “ethnochemistry” and “gender”; (e) the relationship between topic “ethnochemistry” and “gender”; (f) the relationship between topic “ethnochemistry” and “chemistry learning”. source: elaborated by the author using data from vosviewer application (2023). a) b) d) c) e) f) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1562 issn 1678-4618 page 7/9 5. conclusions the bibliometric analysis of 31 journal articles reveals that ethnochemistry is a frequently discussed topic within chemistry education. the research indicates that the integration of local culture into chemistry lessons significantly enhances students’ understanding and engagement. key terms associated with ethnochemistry in the article published from january 2018 to february 2023 include “guidelines”, “development”, “implementation”, “local wisdom”, “ability achieved,” and “learning process”. despite its potential, ethnochemistry is not widely integrated into current curricula, and there is a lack of comprehensive studies exploring its practical application in modern education. addressing these gaps is crucial for leveraging ethnochemistry to improve chemistry learning outcomes. by integrating local cultural contexts into chemistry learning, this approach enhances students’ understanding of abstract concepts through relatable, everyday experiences. the bibliometric analysis highlights key research trends and identifies gaps, such as practical strategies for incorporating ethnochemistry into curricula. these findings contribute to teaching and research by offering innovative methods to make chemistry education more engaging and meaningful while promoting cultural preservation. this integration has the potential to improve critical thinking, scientific literacy, and 21st-century skills among students, fostering a more inclusive and contextually relevant approach to science education. supplementary material please visit https://app.vosviewer.com/ and add the file from the link https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfile s/downloadpublic/57 for visualization data from vosviewer application authors’ contribution conceptualization: resty utami; trining puji astutik; data curation: trining puji astutik; resty utami; formal analysis: resty utami; trining puji astutik; funding acquisition: not applicable; investigation: resty utami; methodology: resty utami; project administration: resty utami; trining puji astutik; resources: not applicable; software: resty utami; supervision: trining puji astutik; validation: resty utami; trining puji astutik; visualization: resty utami; writing – original draft: resty utami; trining puji astutik; writing – review & editing: resty utami. data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments the authors thank the fakultas tarbiyah, uin antasari banjarmasin for the financial support provided for the publication of this article. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abumchukwu, a. a.; eke, j.; chinwe, a. effects of ethnochemistry instructional strategy on secondary school students’ achievement in chemistry in onitsha education zone. afr. j. sci. technol. math. educ. 2021, 6 (1), 121–128. afandi, a.; 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2. philosophy of chemistry; 3. orbitals; 4. ontology; 5. ontic. section editor natanael de carvalho costa celly mieko shinohara izumi highlights concepts of atomic and molecular orbitals are foundational in modern chemistry. the orbital theory evolution and significance are crucial to understanding chemistry. the intricate mathematical abstraction and tangible reality balance are explored. the orbitals’ multifaceted nature and significance in quantum mechanics are discussed. the existence of orbitals in physics and chemists’ perspectives is addressed. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 https://ror.org/0409zd934 mailto:rvivasr@unicartagena.edu.co mailto:rvivasr@unicartagena.edu.co https://orcid.org/0000-0002-7462-1948 https://orcid.org/0000-0001-7861-1352 https://orcid.org/0009-0003-8858-8397 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 eclet. quim. 49 | e-1498, 2024 issn 1678-4618 page 2/6 1. introduction indisputably, the introduction of a theory aimed at elucidating atomic and molecular orbitals has sparked a profound revolution in modern chemistry. this groundbreaking concept has granted us a deeper understanding of the intricate structures and reactivity patterns inherent to atoms and chemical compounds (levine, 2017; pauling, 1931; smith and march, 2006). in the current chemistry landscape, the distribution of electrons within these orbitals governs the physical and chemical attributes of compounds, including their geometric arrangements, polarity, and bond energies. scientific inquiry, particularly in the disciplines of quantum chemistry and physics, regards orbitals as a subject of perpetual discourse, offering varied perspectives that fuel ongoing debates (bader, 1990; ogilvie, 1990; mcweeny, 2002; shaik and hiberty, 2008). these mathematical representations play a fundamental role in facilitating our understanding of the microcosmic architecture and dynamic behavior of matter. for example, pauling (1931) introduced the valence bond theory, which brought forth the innovative concept of orbital hybridization to elucidate the geometries of molecules and the intricacies of chemical bonding. subsequently, in the 1950s, the crystal field theory provided insights into the phenomena of coloration and magnetic properties within transition compounds (levine, 2017; smith and march, 2006). it becomes unmistakable that the theory of atomic and molecular orbitals is a cornerstone of modern chemistry, bestowing upon us the ability to unravel the structural intricacies and reactivity patterns of chemical compounds at the microscopic scale. orbitals may be succinctly defined as localized regions surrounding an atom or molecule, within which the likelihood of containing one or more electrons is notably high (bader, 1990; ogilvie, 1990; pauling, 1931; levine, 2017; mcweeny, 2002; shaik and hiberty, 2008; smith and march, 2006). within the realm of quantum chemistry, an orbital is a mathematical and spatial representation of the likelihood of encountering one or more electrons in the vicinity of an atomic nucleus or an assembly of nuclei within a molecule. these structures are derived from the equations of quantum mechanics and delineate not only the electrons’ location but also their energy and angular momentum. in simpler terms, an orbital takes the form of a threedimensional nebula enveloping an atomic nucleus or a cluster of nuclei, demarcating the realm where the presence of an electron is astoundingly probable. each orbital possesses a unique configuration and orientation, orchestrating the symphony of electron distribution in the spatial expanse around the nucleus. orbitals are categorized into types such as s and p orbitals, each with distinctive shapes and used to describe the spatial distribution of electrons across varying energy levels and sublevels of an atom. it is imperative to understand that orbitals do not represent precise trajectories or orbital pathways for electrons, as envisioned in the older bohr atomic model. instead, they depict territories where the likelihood of encountering an electron is elevated, and pinpointing the exact location of an electron within an orbital is a conundrum due to the probabilistic nature of quantum mechanics. orbitals form the bedrock of comprehending the electronic architecture of atoms and molecules in contemporary chemistry. in recent years, chemistry has witnessed significant progress, thanks to the emergence of electron density theory, known as density functional theory (dft) (parr and yang, 1989; sordo, 2014). dft has become an indispensable tool for chemists, enabling the simulation and analysis of intricate molecular systems at the subatomic level. this theory pivots on the distribution of electron density within a molecular environment, granting the power to predict reactivity patterns and the architectural traits of chemical compounds. dft harmoniously complements the concept of orbitals, which chronicles the spatial likelihood of finding electrons within atoms and molecules. in essence, dft elevates the foundational concepts of orbitals and electron distribution to new heights. through dft, scientists gain a profound understanding of electron density, enabling predictions of not only the electrons’ locations but also their behavior within molecular landscapes. this revelation bears significant weight in unraveling the intricacies of chemical reactions, molecular bonds, and the electronic characteristics of diverse substances. together, orbitals and dft have revolutionized the way chemists apprehend and manipulate matter at the atomic and molecular level. their alliance empowers us to forge groundbreaking materials, forecast reaction mechanisms, and optimize chemical processes with unparalleled precision. this marriage of theoretical and computational instruments has opened new vistas in the exploration of the microscopic world of chemistry, infusing excitement into this dynamic and promising field, rich with potential for further discoveries and innovations. on a broader scale, the prevailing definition of orbital posits that these entities fundamentally arise from solutions to schrödinger’s equation for the hydrogen atom, resulting in a set of wave functions. this definition enjoys a unanimous consensus within the scientific community and stands as a testament to its remarkable precision. notably, schrödinger referred to these functions, particularly when they exist independently of time, as amplitude rather than wave functions (schrödinger, 1926). at its core, it is imperative to understand that orbitals are fundamentally mathematical abstractions closely intertwined with the realm of quantum chemistry. these abstract constructs lack direct, observable attributes, establishing a foundational concept that every chemist must firmly grasp. however, this concept delves deep into philosophical realms, prompting a fundamental question: do orbitals represent genuine, objective entities, existing independently of our powers of observation and mathematical modeling, or are they purely abstract tools utilized to simplify and fathom quantum phenomena? this inquiry navigates the intricate intersection of metaphysics and quantum theory, emphasizing the enduring philosophical enigma woven into the fabric of orbitals. furthermore, the significance of orbitals transcends mere philosophical contemplation. in the domain of chemistry, the theory of molecular orbitals assumes a vital role, elucidating the stability and reactivity of organic and inorganic compounds. it also provides insights into the intricacies of regioselectivity and stereoselectivity in chemical reactions (atkins, 2010; kaskel, 2016; smith and march, 2006). this holistic comprehension, rooted in the theory of orbitals, empowers chemists to unlock the mysteries of chemical compound structures and reactivity. it serves as the foundation for the design and synthesis of innovative materials, enriched with enhanced properties. notably, it underpins the creation of molecular catalysts, enabling selective and efficient chemical reactions, all based on a profound understanding of electronic structure and its intricate interaction with chemical reactivity. this narrative underscores how orbitals move beyond philosophical musings to become indispensable tools shaping the world of chemistry (armarego, 2003; fujiwara, 2009; vivas-reyes, 2008). since the introduction of orbital theory, it has evolved and refined, giving rise to various tools and concepts that have transformed chemistry as a discipline. this evolution is evident in the textbooks in the field of chemistry, emphasizing the utilization of orbitals and the theories that underpin them (atkins, 2010; https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 eclet. quim. 49 | e-1498, 2024 issn 1678-4618 page 3/6 levine, 2017; kaskel, 2016; smith and march, 2006). undoubtedly, these recent advances in electron density theory and the simulation of complex molecular systems have opened new possibilities for the design and synthesis of materials with specific properties and for understanding fundamental chemical processes (burke, 2012; frisch et sl., 2016; popelier, 2000). however, despite the apparent usefulness of the orbital concept in chemistry, it remains a subject of controversy. its applications sometimes vary, leading to differing interpretations. some view orbitals as purely mathematical constructs arising from the solution of the schrödinger equation. from this standpoint, orbitals are not seen as tangible entities in the physical world; instead, they serve as abstract tools for explaining the properties of atoms and molecules in different contexts. this contrast will be thoroughly examined in this text (boys, 1950; scerri, 2000a; scerri, 2006). 2. fundamentals of orbital theory this section explores the foundational principles of atomic and molecular orbitals, elucidating their origins and intricate relationship with the electronic structure of atoms and molecules. orbital theory constitutes a cornerstone in the realm of chemistry, facilitating a precise comprehension of the structures and properties of atoms and molecules (bader, 1990; mcquarrie, 2008). each orbital is defined by a set of quantum numbers that convey information about its energy, shape, and spatial orientation. orbitals are categorized into sublevels s, p, d, and f based on their energy levels and shapes, and each sublevel corresponds to different values of quantum numbers, determining the maximum number of electrons that a particular orbital can accommodate (levine, 2017; shaik and hiberty, 2008). molecular orbitals emerge through the amalgamation of atomic orbitals stemming from the constituent atoms of a molecule. electrons within molecular orbitals interact with one another, giving rise to molecular properties like structure, polarity, and chemical reactivity (szabo, 1996). the theory of orbitals originated from quantum mechanics, a fundamental theory of physics that describes the behavior of subatomic particles such as electrons. quantum mechanics allows for the calculation of electron properties in orbitals, such as their energy and position, and predicts how these properties affect the structure and properties of atoms and molecules. the electronic structure of atoms and molecules is closely related to orbitals. atoms with a complete electron configuration in their outermost orbitals are more stable and less reactive than atoms with unpaired electrons in their outermost orbitals. similarly, the electronic structure of molecules determines their physical and chemical properties. quantum mechanics is the fundamental theory that enables the calculation of electron properties in orbitals and predicts how these properties affect the structure and properties of atoms and molecules. furthermore, orbital theory is essential in fields such as organic chemistry, inorganic chemistry, biochemistry, and materials chemistry, as it allows us to understand the properties and reactivities of molecules in these fields (bader, 1990; ogilvie, 1990; mcquarrie, 2008; szabo, 1996). orbital theory has played an essential role in our understanding of the electronic structure of atoms and molecules. however, a contentious debate lingers regarding the existence and significance of orbitals in the domains of physics and chemistry, sparking ongoing discussions within the scientific community (bensaude-vincent, 2008; labarca, 2010; scerri, 2000a; scerri, 2004). from some scientific perspectives, orbitals are seen as purely mathematical constructs, emerging as solutions to the schrödinger equation, and not possessing a concrete presence in the physical world. they are abstract tools used to describe the properties of atoms and molecules. in the eyes of physicists, orbitals serve as valuable mathematical abstractions for unravelling electronic structures but should not be considered as actual physical entities (perdew, 2001). in stark contrast, chemists argue that orbitals are more than mere mathematical constructs. to them, orbitals are tangible entities with a real presence, and they view orbitals as indispensable tools for comprehending chemistry from a quantum perspective. chemists see orbitals as actual components that enable the understanding of molecular structure and chemical properties (m. morrison, 2006; lombardi, 2005). the divergence of opinion among some scientists has sparked extensive debates within the scientific community. philosophers of chemistry, such as scerri, suggest that the dispute regarding orbitals highlights a deeper contention between the realms of physics and chemistry regarding the role of mathematics in representing physical reality. according to scerri, chemistry maintains its distinct identity, separate from physics, and this distinctiveness becomes evident in its approach to comprehending chemical phenomena in the context of molecular structure, reactivity, and physical characteristics (scerri, 2004; scerri, 2006; van brakel, 1999). in the pursuit of a deeper understanding of modern chemistry, orbital theory has been recognized as an essential tool. by elucidating the electronic structure of atoms and molecules, this theory allows us to discern the chemical properties inherent to them. quantum chemistry and the orbital approximation are being examined for their alignment with either a realistic or antirealistic viewpoint concerning theoretical terms (scerri, 2000a). this ongoing debate underscores the intricacy of the relationship between the abstract realm of mathematics and the tangible world of chemical reality (bruice, 2017; klein, 2017; r. morrison, 1987; vivas-reyes, 2009). the evolution of the pauli principle provides a concrete example of the ongoing debate regarding orbitals. initially, this principle dictated that no two electrons within an atom or molecule could possess identical sets of four quantum numbers. however, this principle transformed when it was generalized to assert that the wave function for a system of fermions becomes anti-symmetric upon the interchange of any two electrons. consequently, the traditional interpretation of the pauli principle, which assigned four quantum numbers to individual electrons, became obsolete. as scerri affirms, this transformation led to the emergence of the concept known as the ‘orbital fallacy.’ in essence, it is no longer valid to claim the physical existence of atomic orbitals in systems with multiple electrons, except for oneelectron systems. many-electron orbitals are now regarded as ontologically redundant (scerri, 2000b). despite the philosophical questions surrounding the existence of orbitals, their use remains fundamental in the practice of chemistry at all levels. the tension between the foundational status of orbitals and their continued utility in chemistry poses a philosophical dilemma that recent studies have begun to address. quantum chemistry and the orbital approximation are being examined for their alignment with either a realistic or anti-realistic viewpoint concerning theoretical terms (scerri, 2000b). this ongoing debate underscores the intricacy of the relationship between the abstract realm of mathematics and the tangible world of chemical reality. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 eclet. quim. 49 | e-1498, 2024 issn 1678-4618 page 4/6 3. ontology of orbitals the debate surrounding the existence of atomic and molecular orbitals within the realm of the philosophy of chemistry is an intellectually captivating topic that delves deep into fundamental questions about the very nature of reality. philosophers find themselves divided on whether orbitals represent actual ontological entities or are simply valuable mathematical tools employed to describe the behavior of electrons (mulder, 2011, perdew, 2001; scerri, 2001). to grasp the depth of this issue, it is crucial to differentiate between ontology, which concerns itself with the nature of reality in its essence, and ontics, which deals with the specific objects and entities within that reality. in the context of atomic orbitals, the debate primarily revolves around ontics, aiming to ascertain whether orbitals possess a genuine existence. some proponents argue fervently that they do indeed exist as integral components of atomic structure, while others view them as mathematical constructs, akin to numbers or equations, contingent on our human representation (van brakel,1999, van brakel, 2000; esfeld, 2013; ladyman et al., 2007). this ongoing philosophical discourse primarily centers on the challenge of directly observing orbitals through empirical experiments. while they may lack a tangible physical existence, their utility lies in elucidating the intricate behavior of electrons. what can be empirically observed is the electron density distribution, a tangible representation of the likelihood of encountering electrons in specific regions of space. this empirical observation forms the foundational basis for the descriptions and explanations of orbitals (esfeld, 2013; van brakel, 2000). this philosophical discourse underscores the intricate and multifaceted nature of the topic, carrying profound implications not only for theoretical physics but also for practical applications in the field of chemistry. the question of whether orbitals exist as tangible physical entities or remain as valuable abstractions persists as a dynamic and ongoing philosophical debate that has yet to find a definitive resolution. however, irrespective of this debate, orbitals continue to play an irreplaceable and pivotal role in chemistry, serving as indispensable tools in both theoretical and practical contexts. this expanded version further explores the philosophical aspects of the debate regarding the existence of atomic and molecular orbitals. 4. development and challenges in the interpretation of orbitals in chemistry unifying the profound role of orbitals in understanding complex systems is essential. additionally, it is crucial to emphasize the concept of “perspective” when rationalizing these systems through phenomenological models, as chemistry and physics converge in adopting first-principles-based approaches, as evident in the prominence of orbital theory in modern textbooks on organic and inorganic chemistry. throughout this text, we have consistently emphasized that orbitals are foundational concepts, serving as essential instruments for describing and manipulating the structures, properties, and processes of actual molecules, crystals, and a variety of other systems. the characterization of orbitals is influenced by the intrinsic nature of molecules and the specific aspects that researchers aim to highlight through experimental investigations and theoretical analyses. (schwarz, 2006) moreover, it is worth noting that many interpretations related to the concept of orbitals often arise due to a “lack of familiarity with the concept” rather than implying philosophical problems or adherence to a specific philosophy of thought. many scientists may employ this concept without delving into its meaning in detail. linus pauling, a pioneer in these matters, provides a notable example by interpreting linear combinations of atomic orbitals (lcao) while considering the most significant coefficients of the wave function. this approach led to the development of a coherent, understandable, and applicable model for the common chemist of the time, which constituted a significant success. the widespread use of hybridization persists and is successfully applied today, as evidenced in the case of the tetra valence of carbon, which was successfully explained using concepts from valence bond theory (chen, 2023; lamoureux and ogilvie, 2021). in general terms, chemistry has approached the concept of orbitals qualitatively. through this perspective, models have been developed to facilitate the understanding and modelling of chemical reactions and other concepts. some concepts such as electronegativity and their correlated properties have been successfully integrated into a quantum framework. similarly, nonlinear reactions, which often pose challenges for mathematical interpretation outside the linear region, allow for a reasonable appreciation from a qualitative point of view. in the context of discussions about orbitals, the chemical perspective is associated qualitatively with the most significant lcao coefficient, as evident in resonance studies described by the straightforward hückel theory (pauling, 1931). paradoxically, obtaining quantum results with extremely precise chemical resolution poses an intriguing challenge in interpreting the individual terms used in the linear combination of atomic orbitals (lcao) approach. this approach involves a comprehensive qualitative description combined with a rigorous mathematical solution obtained through a specific methodology. however, one of the most notable challenges is the generation of multiple dissociated descriptions, particularly in complex chemical systems. when applying this approach, several different models or explanations that seem valid for specific aspects of these systems can be obtained. each of these descriptions sheds light on certain specific aspects, but collectively, they fail to consolidate into a coherent and comprehensive theory. this fragmentation is evident in the procedures applied in organic chemistry, where rules are established for specific homologous molecules based on the highest lcao coefficients, although these rules accumulate numerous exceptions. the central issue lies in determining the point of reasonableness in these fragmented descriptions (chen, 2023; lamoureux and ogilvie, 2021; schwarz, 2006). undoubtedly, chemistry is a highly complex discipline, and chemical thinking has proven capable of anticipating results described by equally complex theories. therefore, the chemical perspective must remain in constant evolution. these points represent areas that the author could consider developing in greater depth. 5. conclusions the theory of atomic and molecular orbitals holds a central place in modern chemistry, bearing paramount significance. these electron distributions, essential in shaping the physical and chemical characteristics of compounds, including geometry, polarity, and bond energy, are pivotal from chemists’ perspectives. the introduction of density functional theory (dft) has significantly advanced the simulation and in-depth analysis of complex molecular systems at the atomic level. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 eclet. quim. 49 | e-1498, 2024 issn 1678-4618 page 5/6 moreover, the indispensable role of orbitals in chemistry is beyond dispute. molecular orbital theory elucidates the stability and reactivity of organic compounds, as well as the regioselectivity and stereoselectivity of chemical reactions. the profound contributions of orbital theory have not only revolutionized the field of chemistry but have also played a key role in innovating and synthesizing novel materials with enhanced properties. the ongoing debate surrounding the existence of orbitals underscores a profound schism in the perspectives of physicists and chemists concerning the role of mathematics in elucidating the physical world. physicists regard orbitals as valuable mathematical abstractions, whereas chemists deem them as fundamental instruments for comprehending molecular structure and properties. despite this enduring disparity, orbital theory remains an indispensable cornerstone of modern chemistry, exerting its influence across diverse domains within the field. in the eloquent words of hückel, “today, we possess a map, and that map is quantum mechanics.” from a more quantitative and mathematical perspective, some scientists argue that orbitals offer a valuable representation of a quantum system’s wave function. from this perspective, orbitals provide a precise mathematical exposition of the probability distribution for electron localization across diverse spatial regions. in this framework, orbitals emerge as an indispensable mathematical reality, essential for accurately predicting subatomic particle behavior. the discourse on the ontological existence of atomic and molecular orbitals remains a complex and captivating issue within the philosophy of chemistry. some argue for their real ontological existence, while others view them as valuable mathematical constructs. this debate ultimately depends on our broader understanding of the nature of reality. it stands as a compelling and ongoing matter that touches upon fundamental aspects of our comprehension of reality. despite the lack of a definitive resolution, it is imperative to persist in exploration and discourse to advance our understanding of the fundamental nature of reality. the exploration of orbitals has revealed a profound aspect of quantum mechanics in the realm of atomic and molecular structure. through various coordinate transformations within the schrödinger equation, orbitals of varying shapes can be derived, each characterized by distinct quantum numbers. practical applications have been instrumental in enhancing our comprehension of these orbitals, with the primary aim of obtaining “good quantum numbers” for predictive accuracy. furthermore, the duality of obtaining orbitals through both position and momentum descriptions exemplifies the multifaceted nature of these fundamental entities. the position description, intimately linked to spatial location, represents a wellestablished approach. nevertheless, the potential for a more profound grasp of the momentum description, connected to concepts of velocity and change, holds promise for enriching our understanding of quantum systems. the quest for a comprehensive understanding of orbitals, encompassing their existence and mathematical foundations, remains a dynamic and intellectually stimulating field of study that transcends the boundaries of both physics and chemistry. this enduring debate surrounding the ontological status of orbitals highlights the profound nature of our inquiries into the fundamental essence of reality. while a definitive resolution is lacking, the ongoing discourse underscores the significance of unwavering exploration and dialogue in advancing our grasp of the fundamental constituents of the quantum realm. the examination of the ontological existence of atomic and molecular orbitals presents a complex issue within the realm of philosophical chemistry. diverse perspectives emerge, with some advocating for their genuine existence, while others regard them as valuable mathematical constructs. this continuous debate is firmly rooted in our broader comprehension of reality and remains a compelling and vital subject in our pursuit of understanding. the exploration of orbitals remains a dynamic and intellectually stimulating area of research that transcends the boundaries of physics and chemistry. the ongoing debate regarding their ontological status serves as a testament to the depth of our inquiries into the fundamental nature of reality. while a definitive resolution remains elusive, ongoing exploration and discourse are indispensable in advancing our comprehension of the foundational components of the quantum world. authors’ contributions conceptualization: vivas-reyes, r.; cortes, l. e.; data curation: navarro, d.; formal analysis: vivas-reyes, r.; navarro, d.; cortes, l. e.; funding acquisition: not applicable; investigation: not applicable; methodology: vivas-reyes, r.; navarro, d.; cortes, l. e.; project administration: not applicable; resources: not applicable; software: not applicable; supervision: vivas-reyes, r.; validation: vivas-reyes, r.; navarro, d.; cortes, l. e.; visualization: not applicable; writing – original draft: vivas-reyes, r.; writing – review & editing: vivas-reyes, r.; navarro, d.; cortes, l. e.b. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments to the university of cartagena, thank you for your constant support. the authors also thank a referee for interesting and useful comments. references armarego, w. l. f.; chai, c. l. l. purification of laboratory chemicals; butterworth-heinemann, 2003. atkins, p. w.; paula, j. química física; oxford university press, 2010. bader, r. f. w. atoms in molecules: a quantum theory; oxford university press, 1990. bensaude-vincent, b.; simon, j. chemistry: the impure science; imperial college press, 2008. boys, s. f. electronic wave functions. i. a general method of calculation for the stationary states of any 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millam, j. m.; klene, m.; adamo, c.; cammi, r.; ochterski, j. w.; martin, r. l.; morokuma, k.; farkas, o.; foresman, j. b.; fox, d. j. gaussian, inc., wallingford ct, 2016. fujiwara, t. catalysis in asymmetric synthesis; wiley, 2009. kaskel, s. the chemistry of metal-organic frameworks; john wiley & sons, 2016. klein, d. r. organic chemistry; wiley, 2017. labarca, m.; lombardi, o. ‘why orbitals do not exist?’ found. chem. 2010, 12, 149–157. https://doi.org/10.1007/s10698-010-9086-5 ladyman, j.; ross, d. the world in the wave function: a metaphysics for quantum chemistry. in: ladyman, j.; ross, d.; spurrett, d.; collier, j. 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leuven university press, 2000. vivas-reyes, r. filosofía de la química: un área ampliamente olvidada. rev. acad. colomb. cienc. 2009, 33 (126), 165–174. https://doi.org/10.18257/raccefyn.33(126).2009.1817 vivas-reyes, r.; aria, a. evaluation of group electronegativities and hardness (softness) of group 14 elements and containing functional groups through density functional theory and correlation with nmr spectra data. eclét. quím. 2008, 33 (3), 69–76. https://doi.org/10.1590/s010046702008000300010 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1498 https://doi.org/10.1038/s41467-023-37023-9 https://doi.org/10.1093/bjps/axt019 https://doi.org/10.1007/s10698-010-9086-5 https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170664 https://doi.org/10.1007/s10698-005-9004-4 https://doi.org/10.1086/518746 https://doi.org/10.1021/ed067p280 https://doi.org/10.1021/ja01355a027 https://doi.org/10.1063/1.1390175 https://doi.org/10.1023/a:1008719726538 https://doi.org/10.1021/ed077p1492 https://doi.org/10.1023/b:foch.0000020998.31689.16 https://doi.org/10.1086/392899 https://doi.org/10.1002/andp.19263840404 https://doi.org/10.1002/anie.200501333 https://doi.org/10.1002/0470084960 https://doi.org/10.1023/a:1009936404830 https://doi.org/10.18257/raccefyn.33(126).2009.1817 summary revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 3 | 2023 | summary editorial board .............................................................................................. 2 editorial ........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 5 instructions for authors .......................................................................... 6 articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas the potency of cooperative integrated reading and composition in building chemistry students’ scientific literacy and self-regulated learning ...................................................... 27 habiddin habiddin, cyndi yanis saputri, aman santoso original articles chemical variability of phenolic compounds in phyllanthus niruri ................................... 17 ingrid albrecht, natália coelho da silva, flávio alexandre carvalho, fernando bombarda oda, andré gonzaga dos santos novel organophosphorus schiff base ligands: synthesis, characterization, ligational aspects, xrd and biological activity studies .................................................................................... 36 yasmin mos’ad jamil, fathi mohammed al-azab, nedhal abdulmawla al-selwi potential inhibiting activities of phytochemicals in scilla natalensis bulbs against schistosomiasis .................................................................................................................... 54 abel kolawole oyebamiji, jonathan oyebamiji babalola, kehinde abraham odelade, sunday adewale akintelu, olubunmi ayoola nubi, halleluyah oluwatobi aworinde, esther faboro, emmanuel temitope akintayo, banjo semire oil extraction from seeds of carica papaya l.: obtaining the lipid profile and thermal evaluation............................................................................................................................. 81 mariana fonseca, marcelo kobelnik, gustavo guadagnucci fontanari, marisa spirandeli crespi, clóvis augusto ribeiro https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica eclet. quim. 50 | e-1574, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 issn 1678-4618 page 1/8 1university of technology malaysia, faculty of social sciences and humanities, johor bahru, malaysia. +corresponding author: norliyana binti md. aris, phone: +60133881723, email address: liyanaaris23@gmail.com original article, education in chemistry and correlated areas exploring the interplay of innovation competence and chemistry mastery: insights from educational practices and factors of influence norliyana binti md. aris1+ , nor hasniza binti ibrahim1 , noor dayana binti abd halim1 , johari bin surif1 abstract innovation competence is a critical skill today, enabling individuals to generate and apply innovative ideas. its influence on students’ mastery of chemical concepts and the factors shaping this relationship remain underexplored. this scoping review analyzes 31 studies to address three research questions: (1) how does innovation competence influence students' mastery of chemical concepts? (2) what factors shape this relationship? (3) what strategies can educators implement to foster innovation competence and chemical mastery? findings reveal a positive correlation between innovation competence and chemical mastery, influenced by motivation, teaching strategies, and curriculum design. practical strategies include problem-based learning, collaborative projects, and hands-on activities. while these insights provide valuable guidance, further research is needed to fully understand the interplay between innovation competence and chemical learning. this study offers actionable recommendations for enhancing teaching practices and advancing future research in chemistry education. article history received may 21, 2024 accepted january 15, 2025 published september 02, 2025 keywords 1. educational innovation; 2. chemical concepts; 3. chemistry learning; 4. teaching strategies; 5. curriculum design. section editors habiddin habiddin natany dayani de souza assai highlights fluency, innovation skills link strongly with chemical concept mastery. motivation and teaching design shape students learning outcomes. review of 31 studies shows chemistry–innovation connections. innovative methods improve skills and concept understanding. educational practices significantly impact chemistry learning. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 https://ror.org/026w31v75 mailto:liyanaaris23@gmail.com mailto:liyanaaris23@gmail.com mailto:p-norhaniza@utm.my mailto:noordayana@utm.my mailto:johari_surif@utm.my https://orcid.org/0000-0001-6231-4708 https://orcid.org/0000-0003-2446-8153 https://orcid.org/0000-0003-3707-767x https://orcid.org/0000-0001-8383-6601 mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:natanyassai@id.uff.br mailto:natanyassai@id.uff.br https://orcid.org/0000-0002-3947-2844 https://orcid.org/0000-0002-0851-9187 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 issn 1678-4618 page 2/8 1. introduction education is essential in fostering the development of a generation of innovators and problem solvers. the national science, technology, and innovation (dstin) policy 2021–2030 (mystie) and the malaysian science, technology, innovation, and economic framework 10–10 provide an overview that summarises the significance of science, technology, and innovation's (sti) role in making malaysia a high-tech nation. by 2030 (dstin (2013-2030), the country needs to increase its gross domestic product (gdp) to rm 3.4 trillion and reduce its dependence on foreign labor. transforming malaysia into a country that benefits from an ecosystem that fosters innovation is only possible if highly qualified stem experts who can meet this demand are available. as a result, students must be prepared for professions in stem fields with the innovative skills needed to compete globally (the united states department of education, 2016). innovation efficiency is needed to solve many global problems, especially in chemistry. the field of chemistry is also a focus area. it is linked to achieving some of the sustainable development goals (sdg) of the united nations to achieve a better and more sustainable future by 2030, such as in the field of nanotechnology, sustainable energy transition, smart cities, innovative industries, and other social and environmental issues (droescher, 2018; gomollón-bel, 2020; luo, 2018). the global world recognizes the efficiency of innovation, especially when it is considered that this factor can help prepare students to solve complex problems and positively affect individual personality quality (atamanyuk et al., 2021; oecd, 2019). therefore, whether it is the view of scholars or educational policymakers, developing students' innovation competence is necessary to remain relevant in society (krstikj et al., 2022; ojeda et al., 2021). cultivating innovation competence enables students to foster creativity, generate new ideas, solve problems, and identify new opportunities for problem-solving (fredagsvik, 2023). chemistry students need to construct knowledge actively, work together in groups, and solve problems related to the real world (anim-eduful and adu-gyamfi, 2023). through this method, students can be encouraged to connect the content of chemical concepts with real situations experienced by students. innovative learning resources will be able to influence students' active learning (clark et al., 2018; dunnigan et al., 2020). in addition, carrying out a research project related to students' daily lives can enhance the mastery of analytical skills and a higher level of critical thinking skills (jaleniauskiene and kasperiuniene, 2022; muna, 2021). simultaneously, effective teaching practices can make learning chemistry more enjoyable, improve performance, and help students meet the required skills, especially in chemistry (kalkbrenner and horton-parker, 2016). one of the biggest obstacles to solving problems in a realworld context in chemistry is students' need to understand the basic concepts of chemistry (mahaffy et al., 2018). if students do not have a solid knowledge base, they may be unable to think creatively about how to apply that knowledge to solve problems (ellah et al., 2019). the study highlights chemistry students' challenges, revealing their difficulties in explaining natural phenomena based on acquired knowledge (kanapathy et al., 2019). moreover, students encounter obstacles in problem-solving within the context of the natural world, struggling to generate diverse ideas—whether original concepts from their learned material or elaborations on existing ideas (handayani et al., 2021). high school chemistry students, despite exposure to relevant concepts, occasionally struggle with analyzing and interpreting chemical data (lewis, 2020; salleh et al., 2023). therefore, it highlights the need to develop innovation competence among chemistry students, which must be implemented immediately and optimally across disciplines, particularly at the secondary school level. recognizing the importance of meeting students' innovation competencies in equipping them to solve problems, especially the importance of chemistry in addressing real-life challenges and preparing students for the future, requires changes in the teaching and learning process. however, educational change requires dedication and transformation in the learning process. hence, this study aims to review the synergistic relationship between innovation competence and chemical concept mastery and how their integration can enhance student learning in chemistry. exploring this relationship aims to uncover how innovation competence and chemical concept mastery can mutually reinforce and amplify each other, resulting in more comprehensive and effective learning outcomes for students and answer the research questions: • how does innovation competence influence the mastery of chemical concepts in students? • what factors influence the relationship between innovation competence and mastering chemical concepts? • what practical strategies can educators implement to foster innovation competence and mastery of chemical concepts in the classroom? 2. method the methodology for this study followed a scoping review framework, a structured approach well-suited for exploring emerging evidence where specific research questions or systematic review criteria are not yet clearly defined. scoping reviews aim to examine the breadth and depth of available evidence, offering a comprehensive understanding of how research has been conducted in a field and the types of evidence available to inform practice. this approach systematically identifies, categorizes, and maps existing studies to provide an overview of the current knowledge state while highlighting literature gaps. framework by arksey and o’malley (2005) outlines four key objectives of scoping reviews: clarifying definitions and conceptual boundaries, summarizing research findings, identifying research gaps, and informing future investigations. for this review, a thorough search of relevant databases was conducted using predetermined inclusion criteria. studies were selected, analyzed, and categorized into themes, which included definitions and measures of innovation competence, its relationship with chemical concepts, influencing factors, gaps in the literature, and implications for practice. by mapping the findings, the review delineated the existing evidence and pinpointed areas lacking rigorous investigation. 2.1. preliminary identification during the identification stage, research materials related to the developed research question on the relationship between innovation competence and mastery of chemical concepts were searched for. the identification process was initiated by keyword identification, where “classification of cervical cell” was one of the key phrases. synonymous phrases were identified from dictionaries, thesauri, encyclopaedias, and previous research. with the help of these phrases, the search strings were constructed for the web of science and scopus databases. using these, an advanced search retrieved 1,942 from these databases. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 issn 1678-4618 page 3/8 scopus: the following string was used: title-abs-key (innovation and competence and education) and (limit-to (subjarea,"chem") or limit-to (subjarea,"soci")) and (limit-to (doctype,"ar")) and (limit-to (pubstage,"final")) and (limit-to (language,"english")) access date: july 2023 web of science: the search was done by the following search parameters: innovation competence (all fields) and article or review article (document types) and ((2020 or 2021 or 2022 or 2023) publication years) and education educational research (web of science categories) access date: july 2023 2.2. screening in the screening phase, the retrieved research items were screened for their content to align with the research questions. the content-related criteria were directed towards the selection of studies that addressed innovation competence in education. initial screening excluded 1,891 publications, leaving 51 papers for further review based on inclusion and exclusion criteria. the first criterion emphasized literature type, prioritizing journal articles as primary sources of practical recommendations. reviews, metaanalyses, books, book series, chapters, and conference proceedings were excluded. additionally, publications were restricted to english and covered a 5-year timeline (2019–2023). inclusion criteria: english language, journal articles, final publication stage, and topics related to chemistry education and social sciences. exclusion: non-english, conference papers, reviews, and subjects not from the domain of either chemistry education or social sciences. 2.3. eligibility following the inclusion and exclusion criteria, the sample to be reviewed was filtered further to ensure clarity and transparency. at this stage, 51 articles were screened, and their titles and content were reviewed in detail for confirmation of relevance to the study objectives. this resulted in 12 publications being excluded because they did not fit within the empirical, datadriven scope of the study. this resulted in 31 articles being considered for in-depth evaluation. the strict process of eligibility determination underlines rigorous methodology and therefore assures the integrity and validity of the review findings. on that basis, such a systematic approach achieved appropriate alignment with the research objectives upheld to high-quality standards for selecting the articles. 2.4. data analysis and abstraction a detailed data analysis was performed of data from the 31 selected publications to identify the themes of related topics and subtopics, as described by fig. 1. from this analysis, three themes emerged: (1) the relationship between innovation competence and mastery of chemical concepts; (2) factors influencing that relationship; and (3) implications for practice. each theme was explored for more sub-themes or ideas emerging from the evidence in the context of the research. the data were discussed in collaboration with co-authors to ensure definitive interpretations and alignment with the research objectives. the results were reviewed to address any inconsistencies in the thematic analysis, ensuring the clarity, relevance, and appropriateness of the subthemes. to avoid redundancy or confusion, the review focused exclusively on studies that directly aligned with the core research themes. this included only studies that explored the relationship between innovation competence and mastery of chemistry, as these were central to the research topic. by narrowing the scope in this way, the review provided a more focused and meaningful exploration of the factors influencing innovation competence and chemistry mastery within educational practices. figure 1. flowchart of study selection adapted from prisma statement. source: guidance for conducting systematic scoping reviews (peters et al., 2015). 3. result and discussion 3.1. how does innovation competence influence the mastery of chemical concepts in students? innovation competence contributes much to the students' mastering of chemical concepts, deepens their theoretical knowledge and practical skills, and develops their innovative thinking and active learning (laliyo et al., 2023; rusmansyah et al., 2019). it gives students the power to effectively present their ideas and solve problems that deepen their knowledge of chemical concepts (margallo et al., 2019). in these innovative activities of hands-on experiments, design challenges, and problem-based learning, the connection of theory with real situations is made (a. solodikhina and m. solodikhina, 2023); chemistry becomes more relevant and meaningful. these approaches not only enhance their mastery of chemical concepts but also encourage creativity in applying the same knowledge in new contexts. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 issn 1678-4618 page 4/8 besides, innovation competence is a basis for acquiring essential critical skills: concentration planning, project management, social collaboration, and networking (keinänen and kairisto-mertanen, 2019; ong et al., 2023). it has been revealed that a profound understanding of chemistry principles and their practical applications is an important prerequisite for developing innovative problem-solving skills. active problem solvers build a holistic view to approach chemical phenomena, allowing them to explore, experiment, and apply chemical concepts innovatively (margallo et al., 2019). such an interactive relationship of innovation competence to mastery in chemistry provides students with academic knowledge and practical skills. figure 2. innovation competence and its influence on students’ mastery of chemical concepts. source: elaborated by the authors. such research identified a strong positive association between innovation competence and chemistry concept mastery. hence, an emphasis on skills in problem-solving, collaboration, critical thinking, and hands-on learning is underscored to facilitate a more profound understanding and application of chemistry (fig. 2). innovation competence will enable students to approach problems more creatively, solve complex problems, and work effectively in teams. these competencies are not only essential for solving real-world problems but also critical to improving both the theoretical and practical aspects of chemistry education. critical examination shows that while innovation competence supports creativity and problem-solving, it is not a panacea that assures deep conceptual understanding in chemistry. it may simply be that incorporating innovative capacity in learning automatically gives rise to improved understanding of chemistry concepts, disregarding challenges such as the differing degrees of learner engagement with innovative methodologies and the requirement for tailored interventions in keeping with individual learning styles. for instance, if students lack a solid foundation in chemistry, innovation-oriented activities will be challenging. however, while collaboration and hands-on learning are essential for developing innovation competence, their effectiveness strongly depends on the quality of the collaborative processes and the nature of the learning activities. if not guided in an organized way, students might not be able to benefit fully from these strategies and might end up with a superficial understanding instead of deep conceptual mastery. for the latter, even though innovation competence pushes towards diversification of approaches, students will not apply their creative solutions if they do not have the critical thinking skills and scaffolding that connect abstract chemical principles to real-life scenarios. 3.2. what factors influence the relationship between innovation competence and mastering chemical concepts? the relationship between innovation competence and understanding of chemical concepts is complex and influenced by various factors that interact across the educational, environmental, and individual levels (hero et al., 2021). innovation competencies, such as creativity, problem-solving, critical thinking, and collaboration, would provide the necessary competencies to let students grasp chemistry concepts thoroughly and apply them in authentic real-life situations (rampersad, 2020). however, the development of this competency does not solely depend on the learner; rather, it depends upon the educational methods used, the contextual variables surrounding the learner, and the inherent attributes that the students bring to the learning process. understanding the way these determinants influence the chemical concept proficiency is vital for developing appropriate pedagogical strategies that foster innovation and prepare students with skills suitable for excelling in chemistry as a discipline (ramírezmontoya, 2021). in this context, a comprehensive exploration of these influencing factors is necessary to fully appreciate the dynamics in achieving innovation competence and chemical concept mastery. the data provided in table 1 outlines that the relationship between innovation competence and mastering chemical concepts is influenced by several factors, which can be categorized into educational strategies, environmental conditions, and individual attributes. furthermore, individual factors such as personality traits, flexibility, motivation, and personal characteristics play an essential role in students' competence and skills in mastering chemical concepts (keinänen and kairisto-mertanen, 2019). empirical evidence supporting the effect of these factors emphasizes their importance in shaping students’ ability to build innovation competencies in their learning (krstikj et al., 2022). by understanding the factors listed in the table 1, educators and academic institutions can create a learning environment to foster innovation competence and an integrated holistic understanding of chemical principles. each identified factor innovative models, blended learning, active learning, ecological environment, organizational support, learning strategies, personal characteristics, and motivation is synergistic in augmenting students' capabilities in thinking critically, solving problems creatively, and collaborating effectively. taken together, these components create a dynamic learning environment that can significantly boost creativity and understanding of chemical principles, provided they are appropriately absorbed and adapted to the needs of the student (charosky et al., 2022; ovbiagbonhia, 2021). these skills will be very important for the student to learn, not just the abstract concepts of chemistry, but also to apply these creatively to arrive at a deeper and more practical understanding of the subject (states et al., 2023). moreover, by integrating these factors into chemistry education, educators can foster students' innovation competencies, empowering them to drive meaningful progress and contributions in chemistry while embracing lifelong learning and professional development opportunities. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 issn 1678-4618 page 5/8 table 1. summary of findings: influence factors between innovation competence and the mastery of the concept. category factor influenced impact on innovation competence and chemical concepts educational strategies active learning enhances fundamental understanding, collaboration, and problem-solving skills (liliasari et al., 2021; zubair et al., 2023) innovative models improves creative and critical thinking, practical application of knowledge (krab-hüsken et al., 2023) blended learning makes abstract concepts tangible, improves subject-specific knowledge (krab-hüsken et al., 2023; obada et al., 2023) environmental conditions ecological environment enhances innovation intention and effectiveness (jenniffer et al., 2022) organizational support provides resources and expertise for innovation (sinaga et al., 2019) individual attributes learning strategies enhances idea generation and promotion (kirchhoff et al., 2023) personal characteristics influences idea generation, networking, and decision-making (brändle et al., 2023; kirchhoff et al., 2023) motivation and attitudes affects competence development, requires diverse teaching methods (anwar et al., 2022; brändle et al., 2023) source: elaborated by the authors using data from scopus ai. 3.3. what practical strategies can educators implement to foster innovation competence and mastery of chemical concepts in the classroom? to effectively foster innovation, competence, and mastery of chemical concepts, educators must implement practical strategies that engage students in both critical thinking and handson learning. innovation competence includes skills relevant to mastering both the theoretical and practical aspects of chemistry: the ability to think creatively, solve complex problems and work collaboratively. combining active learning, technology integration, real-world applications, and collaborative exercises in the learning environment fosters an environment where students not only gain a deeper understanding of chemistry concepts but also develop the skills necessary for innovation. these types of strategies help learners connect abstract chemical concepts to realworld problems, promoting deeper learning and development of critical innovation competencies. table 2 shows studies emphasizing the importance of implementing various practical strategies to produce innovation and creativity in different contexts. techniques and methods are crucial factors in moulding creativity and fostering innovation (hernández-torrano and ibrayeva, 2020), underscoring the significance of adaptability in thinking and comprehension of thinking processes. in education, universities are urged to prioritize teaching and evaluating innovation efficiency. they should deliberately design the learning environment to foster innovative competence among students (ovbiagbonhia et al., 2019). there is a call for developing and implementing an innovation competency framework in the national curriculum that aims to integrate education to build innovation competency systematically. design learning approaches stimulate practical higher-order thinking skills, providing students with opportunities to develop the innovative mindset and skills needed to succeed in various domains (cai and tang, 2022). the practical implications of this study offer educators valuable rewards and collaborative educational practices that empower students to face future challenges and opportunities. table 2. summary of findings: practical strategies for enhancing innovation competence and mastery of chemical concepts. practical strategies impact on understanding chemical principles design thinking empowers innovation competencies and problem-solving skills (nasir et al., 2023; obolewicz et al., 2023) hands-on pedagogy increases curiosity, engagement, peer learning, and collaboration (spaan et al., 2023) gamification and experiential learning enhances retention of key concepts and deep understanding of chemical processes (czok et al., 2023; peeters et al., 2023) innovative learning materials facilitates independent learning and better performance (nagpal et al., 2023) project-based learning (pbl) improves conceptual understanding and crucial learning skills (chiu, 2021; he et al., 2023) stem integration enhances critical thinking and student engagement (brunnert and tausch, 2023) active learning strategies promotes higher-order cognitive skills and practical application of knowledge (shidiq et al., 2022) student-centred instruction improves understanding of concepts and increases interest in subject (lenihan et al., 2020) source: elaborated by the authors using data from scopus ai. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1574 issn 1678-4618 page 6/8 each strategy is designed to encourage active and creative participation by students, with the goal of not merely increasing their understanding of the chemical concepts but inspiring them to apply these ideas in practical and imaginative ways. the table 2 provides a comprehensive set of strategies for educators looking to integrate these useful strategies to enhance student learning outcomes in chemistry. 4. conclusions in conclusion, the comprehensive literature review of 31 articles shows a conclusive and consistent association between innovation competence and students’ understanding of chemical concepts. the results underline the critical role of developing innovation competencies, especially creativity, problem-solving, and collaboration, in the domain of chemistry education. there is a strong positive relationship in that when students have these competencies, their ability to learn and apply complex chemical concepts is significantly enhanced. figure 3 illustrates the interplay between innovation competence and the mastery of chemistry concepts among students. the insights presented here show that fostering innovation competence can lead to better academic performance and a deeper understanding of complex chemical principles. figure 3. interplay between innovation competence and the mastery of chemical concepts. source: elaborated by the authors. the main factors influencing this relationship include active learning, innovative models, blended learning environments, and organizational support, which together create an ecosystem that supports conceptual understanding and innovation skills development. instructional methods such as design thinking, hands-on pedagogy, and project-based learning (pbl) are particularly effective in driving this integration because they engage students in hands-on problem-solving and real-world application of chemistry concepts. the review suggests that future research should examine the enduring effects of these instructional strategies, especially within varied educational contexts, and their implications for students' creativity and critical thinking abilities over time. additionally, it is advisable to conduct further research into the impact of personalized learning methods and the significance of technology in fostering innovative capabilities. however, the review also highlights several limitations, such as the small scope of some of the studies regarding sample size and geographical context. in addition, the lack of standardized metrics for assessing innovation competence in chemistry education makes cross-study comparisons difficult. this should be addressed in future research by using much larger samples that are diverse in terms of backgrounds and by developing strong measures of innovation competencies applicable to all. this will yield more generalizable insights and help to hone in on the strategies necessary for creating more profound and meaningful learning experiences within chemistry education. authors’ contribution conceptualization: norliyana binti md. aris; nor hasniza binti ibrahim; data curation: norliyana binti md. aris; formal analysis: norliyana binti md. aris; noor dayana binti abd halim; funding acquisition: not applicable; investigation: norliyana binti md. aris; noor dayana binti abd halim; methodology: norliyana binti md. aris; nor hasniza binti ibrahim; project administration: norliyana binti md. aris; resources: not applicable; software: not applicable; supervision: nor hasniza binti ibrahim; johari surif; validation: noor dayana binti abd halim; johari surif; visualization: norliyana binti md. aris; writing – original draft: norliyana binti md. aris; writing – review & editing: nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim; johari surif. data availability statement data from scopus and scopus ai were analyzed by the authors and are included in the article. funding not applicable. acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references anim-eduful, b.; adu-gyamfi, k. nature of senior high school chemistry students’ alternative conceptions in organic qualitative analysis. aquademia. 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https://doi.org/10.11591/ijere.v12i2.23042 https://doi.org/10.1007/s10984-019-09280-3 https://doi.org/10.3390/mti7020009 https://doi.org/10.1097/xeb.0000000000000050 https://doi.org/10.3390/fi13040091 https://doi.org/10.1016/j.jbusres.2020.05.019 https://doi.org/10.3926/jotse.555 https://doi.org/10.30935/scimath/12789 https://doi.org/10.21315/apjee2022.37.2.6 https://doi.org/10.5530/ijper.53.1.5 https://doi.org/10.15507/1991-9468.111.027.202302.289-308 https://doi.org/10.15507/1991-9468.111.027.202302.289-308 https://doi.org/10.1080/02635143.2023.2268005 https://doi.org/10.3390/educsci13020192 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00739 universidade estadual paulista reitor sandro roberto valentini vice-reitor sergio roberto nobre pró-reitor de planejamento estratégico e gestão leonardo theodoro büll pró-reitora de graduação gladis massini-cagliari pró-reitora de pós-graduação telma teresinha berchielli pró-reitora de extensão universitária cleopatra da silva planeta pró-reitor de pesquisa carlos frederico de oliveira graeff instituto de química diretor eduardo maffud cilli vice-diretora dulce helena siqueira silva eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 issn 1678-4618 page 1/11 1bowen university, industrial chemistry programme, iwo, osun state, nigeria. 2beijing institute of technology, school of chemistry and chemical engineering, beijing, china. 3precious cornerstone university, faculty of pure and applied sciences, ibadan, nigeria. 4covenant university, department of biochemistry, ota, ogun state, nigeria. 5ladoke akintola university of technology, department of pure and applied chemistry, ogbomoso, oyo state, nigeria. 6ekiti state university, department of chemistry, ado-ekiti, nigeria. 7federal university oye-ekiti, department of chemistry, oye-ekiti, ekiti state, nigeria. 8university of ibadan, department of chemistry, ibadan, oyo state, nigeria. 9adeleke university, department of basic sciences, ede, osun state, nigeria. 10university of jos, department of medical laboratory science, jos, nigeria. +corresponding author: oyebamiji abel kolawole, phone: +234 08032493676, email address: abeloyebamiji@gmail.com original article predicting the biological activity of selected phytochemicals in alsophila spinulosa leaves against 4-aminobutyrate-aminotransferase: a potential antiepilepsy agents oyebamiji abel kolawole1+ , olujinmi faith eniola1 , akintelu sunday adewale2 , adetuyi babatunde3 , ogunlana olubanke4 , semire banjo5 , akintayo emmanuel temitope1,6 , akintayo cecilia olufunke1,7 , babalola jonathan oyebamiji8 , olawoye bolanle mary9 , aworinde juliana oluwasayo10 abstract the use of medicinal plants as an alternative mean of treating various diseases has drawn the attention of several researchers. the desire to find lasting solutions to epilepsy among humans increases every day. thus, this work was aimed at investigating the potential capacity of the studied phytochemicals in alsophila spinulosa against human 4-aminobutyrate-aminotransferase as well as to predict the nonbonding interactions involved in the studied complexes. in this work, ten compounds with biological activities were selected and studied using molecular docking method. the molecules selected obtained from a. spinulosa leaves were optimized and various descriptors that described the anti-4-aminobutyrateaminotransferase features were obtained. more so, 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5-trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2yl)oxy)-4h-chromen-4-one (compound 9) with highest binding affinity proved to have greater strength to inhibit 4-aminobutyrate-aminotransferase thereby downregulating epilepsy than other studied compounds and the reference drug (clobazam). the admet features of both compound 9 and clobazam were explored and reported. article history received may 06, 2023 accepted october 23, 2023 published january 03, 2024 keywords 1. heterocycles; 2. binding sites; 3. ligands; 4. admet; 5. herbs. section editor irlon maciel ferreira highlights the descriptors that enhance the inhibiting activity of the studied ligands were observed. the amino acid residues involved in the interaction were investigated. pharmacokinetic analysis on the ligand with highest binding affinity was examined. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://ror.org/02avtbn34 https://ror.org/01skt4w74 https://ror.org/04fzaxn66 https://ror.org/00frr1n84 https://ror.org/043hyzt56 https://ror.org/043hyzt56 https://ror.org/02c4zkr79 https://ror.org/02q5h6807 https://ror.org/03wx2rr30 https://ror.org/03gnb6c23 https://ror.org/009kx9832 mailto:abeloyebamiji@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-8932-6327 https://orcid.org/0000-0002-0655-4018 https://orcid.org/0000-0001-8919-3029 https://orcid.org/0000-0003-0294-3435 https://orcid.org/0000-0001-5781-592x https://orcid.org/0000-0002-4173-9165 https://orcid.org/0000-0001-8543-9554 https://orcid.org/0000-0002-6023-5405 https://orcid.org/0000-0002-1407-6677 https://orcid.org/0009-0008-2981-133x https://orcid.org/0009-0008-5623-0514 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 2/11 1. introduction traditional medicine has played a crucial role in boosting human health for years (kebede et al., 2021). many groundbreaking successes in recent therapeutic science depend greatly on natural/local resources (shriram et al., 2018; poulakou et al., 2018). over the years, many medicinal agents of synthetic and natural products have been used to combat diseases and infections (pitout 2008). the world health organization reports that more than 60% of developing countries still use herbal drugs originating from medicinal plants as alternative medicine (duraipandiyan et al., 2006; mishra et al., 2013; vaou et al., 2021). one of the most common neurological syndromes in the world is epilepsy, which remains in third position among the diseases that affect people with old age (hirtz et al., 2007; werhahn 2009; queeny et al., 2018; dunkel et al., 2023). its rate of increase has been observed to be high in infants and aged people (hesdorffer et al., 2011; jeżowska-jurczyk et al., 2023). as stated by gagliano et al. (2018), more than 45 million people have been reported to have epilepsy. antiepileptic agents are one way of combating epilepsy; nevertheless, the activities of epilepsy in 80% of patients remain unrestrained. the tactics behind the treatment failure of epilepsy still seem to be unclear; however, the fight against epilepsy by scientists all over the world has been observed to be increasing (kwan and brodie, 2000; bartolini et al., 2023). according to mukhopadhyay et al. (2012), epilepsy is a combination of many syndromes, each of which has various warning signs such as intermittent irregular electrical activity in the brain. gamma-aminobutyrate-aminotransferase played a significant role in the degradation of the inhibitory neurotransmitter. it has been the target of several antiepileptic drug-like compounds (choi and churchich, 1986). 4aminobutyrate-aminotransferase was observed to have the ability to transfer nitrogenous groups and catalyze the combination of 4-aminobutanoate and 2-oxoglutarate, resulting in succinate semialdehyde and l-glutamate (shen et al., 2023; kim and yoon, 2023; zhang et al., 2022; gao et al., 2022; yasuhide et al., 1999). alsophila spinulosa is a plant with much biological importance. according to morton (1971), it is a fern that looks like a tree. it grows in humus soil and can be found in countries such as china, japan, and india. in china, it is used to treat various ailments, including rheumatism, helminthic infections, cough, and gout (abbas et al., 2016). more so, in american continents, it is used in teas and as poultices for treating some ailments (irene et al., 2023). it belongs to the cyatheaceae family and is commonly called the flying spider-monkey tree fern (chiang et al., 1994; lanza et al., 2022). the trunk of a. spinulosa can grow taller than 5 m (chinese dmgdictionay, 1985; yan et al., 2022). it is a fern and it possesses the potential ability to inhibit tumors (kan, 1986). therefore, this work aims to evaluate the potential inhibitory properties of selected phytochemicals present in a. spinulosa against human 4-aminobutyrate-aminotransferase and investigate the potential nonbonding interaction involved in the studied complexes and their efficiency. 2. methodology 2.1 software and hardware the optimization of the studied compounds was accomplished using density functional theory via spartan ’14 software (semire et al., 2017). the binding affinity and nonbonding interactions between selected phytochemicals in a. spinulosa leaves and 4-aminobutyrate-aminotransferase were investigated via docking study using pymol for treating enzyme, discovery studio software for viewing the interaction between the docked complexes, autodock tool for locating a binding site in the studied protein and autodock vina software for docking calculation. the names and the two-dimensional structures of the selected phytochemicals are shown in table 1. table 1. studied phytochemicals obtained from a. spinulosa. structures iupac names 1 5,7-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4h-chromen-4-one 2 7-(((2s,3r,4s,5s,6r)-3-(((2s,3r,4r)-3,4-dihydroxy-4(hydroxymethyl)tetrahydrofuran-2-yl)oxy)-4,5-dihydroxy-6(hydroxymethyl)tetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-5-hydroxy-2-(4hydroxyphenyl)-4h-chromen-4-one https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 3/11 3 (3s,8s,9s,10r,13r,14s,17r)-17-((2r,5r)-5-ethyl-6-methylheptan-2-yl)10,13-dimethyl-2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-tetradecahydro-1hcyclopenta[a]phenanthren-3-ol 4 (1s,3r,4r,5r)-3-(((e)-3-(3,4-dihydroxyphenyl)acryloyl)oxy)-1,4,5trihydroxycyclohexanecarboxylic acid 5 (2r,3r,4s,5s,6r)-2-(((3s,8s,9s,10r,13r,14s,17r)-17-((2r,5r)-5-ethyl-6methylheptan-2-yl)-10,13-dimethyl-2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17tetradecahydro-1h-cyclopenta[a]phenanthren-3-yl)oxy)-6(hydroxymethyl)tetrahydro-2h-pyran-3,4,5-triol 6 2-((3s,3as,5ar,5br,7as,11as,11br,13ar,13bs)-5a,5b,8,8,11a,13bhexamethylicosahydro-1h-cyclopenta[a]chrysen-3-yl)propan-2-ol 7 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-6-((2s,3r,4r,5s,6r)-3,4,5trihydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2h-pyran-2-yl)-4h-chromen-4one 8 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-4h-chromen-4-one https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 4/11 9 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4h-chromen-4-one 10 5,7-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-8-((2s,3r,4r,5s,6r)-3,4,5-trihydroxy6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2h-pyran-2-yl)-4h-chromen-4-one source: retrieved from storici et al., (2004). 2.2. receptor (target) the studied receptor (4-aminobutyrate-aminotransferase with protein data bank code: 1ohv) used in this work was repossessed from the recognized database (protein data bank) (storici et al., 2004). 2.3. studied pharmacophore ten pharmacophores from a. spinulosa leaves were selected and prepared for a molecular docking study (chen et al., 2008). the selected compounds were chosen based on descriptions from literature (vijayakumar et al., 2018) and the compounds were obtained from a recognized database (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/). 2.4. studied protein preparation the studied receptor was retrieved from a protein data bank and a series of small molecules such as acetate ion (act), pyridoxal-5'-phosphate (plp) and fe2/s2 (inorganic) cluster (fes) as well as water molecules were downloaded with it. the necessary factors for the downloaded receptor (resolution, rvalue free, and r-value work) were observed to be 2.30, 0.221 and 0.118 å, respectively. the studied receptor was treated using pymol v 1.7.4 software and both small molecules such as act, plp and fes as well as water molecules were removed and saved the clean 4-aminobutyrate-aminotransferase in .pdb format (el fadili et al., 2022a; erazua et al., 2023). the binding site in clean/treated 4-aminobutyrate-aminotransferase (pdb id:1ohv) was predicted using autodocktools-1.5.6 (waziri et al., 2023; el fadili et al., 2022b). the calculation and analysis of site map of the studied receptor revealed the likely binding site and the figure for center (center_x = 5.638; center_y = 3.578 and center_z = 21.309) as well as the size of the site area (size_x = 62; size_y = 62 and size_z = 84) were reported accordingly. the docking calculation was executed using autodock vina software to calculate binding affinity between the studied complexes. 2.5. admet investigation this study was executed using admetsar 2.0 online software (oyebamiji et al., 2022). the ligands with higher binding affinity were investigated and absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity (admet) factors such as physicochemical property, medicinal chemistry, absorption, distribution, metabolism, excretion, toxicity, environmental toxicity, tox21 pathway, and toxicophoric rule were considered. 3. results and discussion 3.1. calculated descriptors the descriptors obtained from optimization of the phytochemicals of a. spinulosa leaves revealed the activities of the studied medicinal plants. the descriptors obtained are reported in table 2. according to adeoye et al. (2022), the higher the highest occupied molecular orbital energy (ehomo), the better the tendency of the compound to release electrons to the nearby molecules. the unit for highest occupied molecular orbital energy was electron volt (ev) and as shown in table 2, (1s,3r,4r,5r)-3-(((e)-3-(3,4dihydroxyphenyl)acryloyl)oxy)-1,4,5trihydroxycyclohexanecarboxylic acid (compound 4) possess the potential strength to react better than other studied compounds. also, the lower the lowest unoccupied molecular orbital energy (elumo), the greater the strength of molecules to receive electrons from the compound that can give it out; thus, 2-(3,4dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4h-chromen4-one (compound 9) showed potential strength to receive electron from nearby compounds thereby brings about better interactions. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 5/11 other calculated descriptors (band gap, dipole moment, molecular weight (≤ 500 amu) ovality, log p (≤5), polarizability, hydrogen bond donor (hbd) (≤5) and hydrogen bond acceptor (hba) (≤10)) are reported in table 2. table 2. the selected descriptors obtained from a. spinulosa leaves. ehomo (ev) elumo (ev) eg (ev) dm (debye) mw (amu) area (å2) ova log p pol (å3) hbd hba 1 –6.06 –1.60 4.46 4.39 270.24 266.07 1.38 –2.38 60.79 3 5 2 –6.06 –1.64 4.42 12.60 564.49 517.78 1.69 –5.68 81.15 8 14 3 –6.16 0.71 6.87 2.11 414.71 493.59 1.63 8.14 79.85 1 1 4 –5.74 –1.60 4.14 2.03 354.31 350.48 1.54 –2.42 66.53 6 7 5 –6.21 0.69 6.90 5.94 576.85 628.71 1.77 6.40 90.98 4 6 6 –6.79 1.77 8.56 1.76 428.74 460.39 1.51 8.49 79.90 1 1 7 –5.87 –1.68 4.19 4.35 448.38 400.84 1.55 –6.39 72.21 8 11 8 –5.85 –1.64 4.21 7.55 286.23 273.50 1.39 –3.46 61.40 3 6 9 –5.86 –1.74 4.12 11.36 448.38 404.80 1.55 –5.68 72.50 7 11 10 –6.10 –1.67 4.43 5.06 432.38 384.94 1.50 –5.31 71.61 7 10 eg: energy gap; dm: dipole moment; mw: molecular weight; ova: ovality; log p: lipophilicity; pol: polarozability; hbd: hydrogen bond donor; hba: hydrogen bond acceptor. 3.2. molecular docking investigation the docking of selected phytochemicals in a. spinulosa leaves was executed in 4-aminobutyrate-aminotransferase. ten phytochemicals were docked into the active site of the 4aminobutyrate-aminotransferase with pdb id 1ohv and binding affinity, residue involved in the interactions as well as types of nonbonding interaction involved in the docked complexes were observed. the report obtained for studied docked complexes were: compound 1 (–33.472 kj mol–1; lys442, asp441, asp415, arg404, met186, arg222; conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, pi-cation, pi-anion, pi-alkyl); compound 2 (–35.564 kj mol– 1; cys169, phe161, arg156, pro178, arg152, arg349, tyr180; conventional hydrogen bond, pi-cation, pi-sulfur, pi-pi stacked, pialkyl); compound 3 (–34.7272 kj mol–1; lys145, pro178, trp215, met149, phe144, phe148, phe213, cys177, gly176; carbon hydrogen bond, alkyl, pi-alkyl); compound 4 (–32.6352 kj mol–1; phe148, arg349, tyr180, pro178, arg156, arg152, gly176; conventional hydrogen bond, unfavorable donor-donor, pi-pi stacked, pi-alkyl); compound 5 (–33.472 kj mol–1; val231, leu223, leu227, gly409, ala381; conventional hydrogen bond, unfavorable acceptor-acceptor, alkyl) (figs. 1–9). moreover, compound 6 (–35.1456 kj mol–1; val88, leu363, tyr79, gln71, ile75, val85, leu84, tyr49; conventional hydrogen bond, pi-alkyl, alkyl); compound 7 (–33.0536 kj mol–1; glu270, ile426, gly440, asn423, arg430; conventional hydrogen bond, unfavorable donor-donor, alkyl); compound 8 (–33.0536 kj mol–1; lys442, ser443, cys439, asp415, asp441, arg404, pro221, phe220, met186, arg222; conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, pi-cation, pi-anion, pi-alkyl); compound 9 (-35.9824 kj mol–1; arg152, pro178, phe148, tyr180, gly176, arg349; conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, pication, pi-pi stacked, pi-stacked); compound 10 (–33.0536 kj mol– 1; leu355, ile131, pro344, gln129, leu130, arg343; conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, unfavorable donor-donor, unfavorable acceptor-acceptor, pi-sigma, alkyl). according to the report shown in table 3, 2-(3,4dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4h-chromen4-one (compound 9) proved to be superior based on the docking score of –35.9824 kj mol–1 when compared to other studied compounds as well as the reference drug (clobazam). oyeneyin et al. (2022) reported that lower binding affinity value of any molecule is an indication that such compound has a higher potential ability to inhibit than other studied compounds; thus, the selection of compound 9 as superior to other studied compound was considered appropriate. as shown in fig. 9, series of nonbonding interactions were observed in the interaction between 2-(3,4dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4h-chromen4-one (compound 9) and 4-aminobutyrate-aminotransferase; the nonbonding interaction involved wee conventional hydrogen bond, carbon hydrogen, pi-pi stacked and pi-alkyl. the conventional hydrogen bond was observed between tyr180 and hydrogen (h14), gly176 and hydrogen (h11) as well as arg349 and oxygen (o7), which showed the specificity of compound 9 in the active site of 4-aminobutyrate-aminotransferase. also, the hydrogen bond formed by compound 9 with the studied receptor was observed to enhance the exactness of calculated binding affinity (fig. 10). also, carbon hydrogen bond was observed between pro178 and oxygen (o1); pi-cation interaction was observed between arg349 and the aromatic ring attached to the parent compound; its presence between arg349 and pi-electron cloud in the aromatic compound was observed to enhance the lowest calculated binding affinity value when compared to the binding for other studied compounds as well as the binding score for the reference drug. the result also revealed the level of bioavailability, selectivity, steadiness, and lipophilicity of 2-(3,4dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4h-chromen4-one (compound 9) to be more desirable when compares to that of the other studied compounds and clobazam (referenced drug). the presence of pi-pi stacked (phe148 and the electron cloud of the aromatic ring of the parent compound) and pi-alkyl (pro178 and arg152 attracted to the electron cloud of the aromatic ring of the studied compound) interactions also augmented the accomplishment of lowest binding score by compound 9 when compared to other studied compounds (fig. 11). yan et al. (2022) investigated the activity of a. spinulosa leaves as potential anti-alzheimer disease agents. it was observed that the polyphenols isolated from a. spinulosa leaves were excellent antioxidant agents and a potential ingredient for the alleviation of alzheimer disease. therefore, their report agreed well with the work carried out in this study as antiepilepsy agents. also, the activity of alsophila spp. against gram positive and negative bacteria using the kirby–bauer disc diffusion method was investigated by longtine and tejedor (2017). it was observed that ethanolic extract of alsophila spp. proved to be more active again gram positive than gram negative bacteria. the activity of these plants as anti-gram positive bacteria goes in line with the a. spinulosa as antiepilepsy. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 6/11 table 3. calculated binding score. binding affinity (kj mol–1) residues involved in the interactions types of nonbonding interaction involved 1 –33.472 lys442, asp441, asp415, arg404, met186, arg222 conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, pication, pi-anion, pi-alkyl 2 –35.564 cys169, phe161, arg156, pro178, arg152, arg349, tyr180, conventional hydrogen bond, pi-cation, pi-sulfur, pi-pi stacked, pi-alkyl 3 –34.7272 lys145, pro178, trp215, met149, phe144, phe148, phe213, cys177, gly176 carbon hydrogen bond, alkyl, pi-alkyl 4 –32.6352 phe148, arg349, tyr180, pro178, arg156, arg152, gly176 conventional hydrogen bond, unfavorable donor-donor, pi-pi stacked, pi-alkyl 5 –33.472 val231, leu223, leu227, gly409, ala381 conventional hydrogen bond, unfavorable acceptoracceptor, alkyl 6 –35.1456 val88, leu363, tyr79, gln71, ile75, val85, leu84, tyr49 conventional hydrogen bond, pi-alkyl, alkyl 7 –33.0536 glu270, ile426, gly440, asn423, arg430 conventional hydrogen bond, unfavorable donor-donor, alkyl 8 –33.0536 lys442, ser443, cys439, asp415, asp441, arg404, pro221, phe220, met186, arg222 conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, pication, pi-anion, pi-alkyl 9 –35.9824 arg152, pro178, phe148, tyr180, gly176, arg349 conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, pication, pi-pi stacked, pi-stacked 10 –33.0536 leu355, ile131, pro344, gln129, leu130, arg343 conventional hydrogen bond, carbon hydrogen bond, unfavorable donor-donor, unfavorable acceptor-acceptor, pisigma, alkyl clobazam –31.7984 figure 1. 2d structures of interaction between compound 1 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 3. 2d structures of interaction between compound 3 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 2. 2d structures of interaction between compound 2 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 4. 2d structures of interaction between compound 4 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 7/11 figure 5. 2d structures of interaction between compound 5 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 6. 2d structures of interaction between compound 6 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 7. 2d structures of interaction between compound 7 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 8. 2d structures of interaction between compound 8 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 9. 2d structures of interaction between compound 9 and 4aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 8/11 figure 10. 2d structures of interaction between compound 10 and 4-aminobutyrate-aminotransferase (pdb id: 1ohv). figure 11. 3d structure of 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5-trihydroxy-6-methyltetrahydro-2hpyran-2-yl)oxy)-4h-chromen-4-one (compound 9). 3.3. pharmacokinetic analysis the calculated admet features were obtained using admetsar (cheng et al., 2012). the admet properties compound with the lowest binding score (compound 9) and the reference drug (clobazam) were investigated and the result for each compound are shown in tables 4 and 5. the admet properties obtained for compound 9 were in a close range to the properties obtained for the reference drug. this indicates that 2-(3,4dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4h-chromen4-one (compound 9) possess a greater attribute of a drug to inhibit 4-aminobutyrate-aminotransferase thereby downregulate epilepsy. table 4. pharmacokinetic prediction for compound 9. admet predicted profile --classification model result probability absorption blood-brain barrier bbb0.7568 human intestinal absorption hia+ 0.9051 caco-2 permeability caco20.7493 p-glycoprotein substrate substrate 0.6415 p-glycoprotein inhibitor noninhibitor 0.8740 noninhibitor 0.7784 renal organic cation transporter noninhibitor 0.9396 distribution subcellular localization mitochondria 0.7163 metabolism cyp450 2c9 substrate nonsubstrate 0.7557 cyp450 2d6 substrate nonsubstrate 0.9171 cyp450 3a4 substrate nonsubstrate 0.6312 cyp450 1a2 inhibitor noninhibitor 0.5306 cyp450 2c9 inhibitor noninhibitor 0.8538 cyp450 2d6 inhibitor noninhibitor 0.9547 cyp450 2c19 inhibitor noninhibitor 0.8339 cyp450 3a4 inhibitor noninhibitor 0.7109 cyp inhibitory promiscuity low cyp inhibitory promiscuity 0.5648 human ether-a-go-go-related gene inhibition weak inhibitor 0.9846 noninhibitor 0.8181 ames toxicity non-ames toxic 0.9319 carcinogens noncarcinogens 0.9461 fish toxicity high fhmt 0.9657 tetrahymena pyriformis toxicity high tpt 0.9945 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 9/11 honey bee toxicity high hbt 0.6560 biodegradation not biodegradable 0.9073 acute oral toxicity iii 0.5184 carcinogenicity (three-class) nonrequired 0.6170 admet predicted profile --regression model value unit absorption aqueous solubility –3.4974 logs caco-2 permeability –0.3114 logpapp, cm s–1 rat acute toxicity 2.5458 ld50, mol kg–1 fish toxicity 0.6766 plc50, mg l–1 tetrahymena pyriformis toxicity 0.8401 pigc50, ug l–1 table 5. pharmacokinetic prediction for clobazam. admet predicted profile --classification model result probability absorption blood-brain barrier bbb+ 0.9904 human intestinal absorption hia+ 0.9900 caco-2 permeability caco2+ 0.7487 p-glycoprotein substrate nonsubstrate 0.5733 p-glycoprotein inhibitor noninhibitor 0.5462 noninhibitor 0.9204 renal organic cation transporter noninhibitor 0.7373 distribution subcellular localization mitochondria 0.4586 metabolism cyp450 2c9 substrate nonsubstrate 0.7058 cyp450 2d6 substrate nonsubstrate 0.8607 cyp450 3a4 substrate substrate 0.6871 cyp450 1a2 inhibitor noninhibitor 0.6829 cyp450 2c9 inhibitor noninhibitor 0.5296 cyp450 2d6 inhibitor noninhibitor 0.8908 cyp450 2c19 inhibitor noninhibitor 0.5791 cyp450 3a4 inhibitor inhibitor 0.7008 cyp inhibitory promiscuity low cyp inhibitory promiscuity 0.5308 excretion toxicity human ether-a-go-go-related gene inhibition weak inhibitor 0.9896 noninhibitor 0.8651 ames toxicity non-ames toxic 0.9132 carcinogens noncarcinogens 0.7846 fish toxicity high fhmt 0.9713 tetrahymena pyriformis toxicity high tpt 0.9399 honey bee toxicity low hbt 0.9163 biodegradation not biodegradable 1.0000 acute oral toxicity iv 0.6201 carcinogenicity (three-class) nonrequired 0.5725 admet predicted profile --regression absorption aqueous solubility –4.5627 logs caco-2 permeability 1.8526 logpapp, cm s–1 rat acute toxicity 1.7313 ld50, mol kg–1 fish toxicity 1.0749 plc50, mg l–1 tetrahymena pyriformis toxicity 0.8911 pigc50, ug l–1 4. conclusions ten molecular compounds obtained from a. spinulosa leaves were investigated using in silico approach. the assessment of the potential inhibitory properties of selected phytochemicals present in a. spinulosa against human 4-aminobutyrateaminotransferase and exploration of the potential nonbonding interaction involved in the studied complexes and their efficiency were accomplished in this work. the descriptors obtained from the optimized phytochemicals revealed that the studied medicinal plant have potential antiepileptic capacity. moreover, the selected phytochemicals and the studied 4-aminobutyrateaminotransferase (pdb id: 1ohv), which were subjected to docking study, resulted into series of binding scores to expose the inhibiting capability of each compound. compound 9 (2-(3,4dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1492 eclet. quim. 49 | e-1492, 2024 issn 1678-4618 page 10/11 trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4hchromen-4-one) proved to possess highest binding strength to inhibit 4-aminobutyrate-aminotransferase than other selected phytochemicals in a. spinulosa leaves and the reference drug thereby down-regulating epilepsy. the pharmacokinetic features calculated for compound 9 and clobazam (reference drug) revealed that compound 9 (2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5-trihydroxy-6methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4h-chromen-4-one) have superior characteristic to inhibit 4-aminobutyrateaminotransferase than other selected studied phytochemicals obtained from a. spinulosa leaves, thereby hindering the operation of epilepsy in human. these findings may open door for the design and development of library of efficient 2-(3,4dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-(((2s,3r,4r,5r,6s)-3,4,5trihydroxy-6-methyltetrahydro-2h-pyran-2-yl)oxy)-4hchromen-4-one-based drug-like compounds as potential antiepileptic agent. authors’ contributions conceptualization: oyebamiji, a. k.; data curation: olujinmi, f. e.; formal analysis: akintelu, s. a.; funding acquisition: not applicable; investigation: adetuyi, b. o.; ogunlana, o. o.; methodology: semire, b.; project administration: oyebamiji, a. k.; resources: babalola, j. o.; software: semire, b.; supervision: o’reilly, r. k.; validation: olawoye, b. m.; aworinde, j. o.; visualization: oyebamiji, a. k.; writing – original draft: oyebamiji, a. k.; semire, b.; writing – review & editing: oyebamiji, a. k. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments we are grateful to the computational chemistry research laboratory, industrial chemistry programme, bowen university, nigeria for the computational resources and mrs e.t. oyebamiji and miss priscilla f. oyebamiji for their assistance in the course of this work. references abbas, m.; saeed, f.; anjum, f. m.; afzaal, m.; tufail, t.; bashir, m. s.; ishtiaq, a.; hussain, s.; suleria, h. a. r. natural polyphenols: an overview. int j food prop. 2016, 20, 1689–1699. https://doi.org/10.1080/10942912.2016.1220393 adeoye, m. d.; oyebamiji, a. k.; ashiru, m. a.; adigun, r. a.; olalere, o. h.; semire, b. biological evaluation of selected metronidazole derivatives as anti-nitroreductase via in silico approach. eclét quím. 2022, 47 (4), 27–36. https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 bartolini, e.; ferrari, a. r.; fiori, s.; della vecchia, s. glycaemic imbalances in seizures and epilepsy of paediatric age: a literature review. j clin med. 2023, 12, 2580. 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iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | 18 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 recent advances in the use of langmuir monolayers as cell membrane models andressa ribeiro pereira1+ , osvaldo novais de oliveira junior1 1. university of são paulo, são carlos institute of physics, são carlos, brazil. +corresponding author: andressa ribeiro pereira, phone: +55 11 98229-0202, email address: andressa.arp@gmail.com article info article history: received: july 10, 2020 accepted: september 07, 2020 published: april xx, 2021 keywords 1. langmuir monolayers 2. cell membrane models 3. chitosans 4. pharmaceutical drugs abstract: understanding the role of biomolecules in cells at the molecular level has been the trade of prof. marcio francisco colombo and prof. joão ruggiero neto in their carriers, which is why it was found appropriate to address the use of langmuir monolayers as cell membrane models in this special issue. in the review paper, we elaborate upon the reasons why langmuir monolayers are good models with the possible control of membrane composition and molecular packing. after describing several experimental methods to characterize the langmuir monolayers, we discuss selected results from the last five years where monolayers were made to interact with pharmaceutical drugs, emerging pollutants and other biologically-relevant molecules. the challenges to take the field forward are also commented upon. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 mailto:andressa.arp@gmail.com http://orcid.org/0000-0002-8337-5793 http://orcid.org/0000-0002-5399-5860 original article iq.unesp.br/ecletica 19 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 1. introduction langmuir monolayers1–3 have long been used as simplified membrane models as they mimic half of the cell membranes that are formed by a fluid lipid bilayer containing proteins and polysaccharides4,5. the reason why membrane models are employed is the difficulty to characterize the cells directly, particularly if molecular-level information is required. since the seminal works by rayleigh6, langmuir7 and nandi and vollhardt8, monolayers have been utilized for in situ characterization of surfactant molecules at the airliquid interface and in the formation of langmuirblodgett (lb) films9,10. because lateral organization is important and there are specific lipid functions in biomembranes, the langmuir monolayer model is advantageous, as the area per molecule and lipid composition are controlled precisely. furthermore, with monolayers, one may investigate biomoleculemembrane interactions by modifying and controlling the lipid charge and structure, and subphase conditions, such as ph and concentration of the biologicallyrelevant molecules11,12. since the 1990s, novel in situ methods have been made available to study liquid interfaces with microscopic and molecular resolution, as described in recent reviews1–3,13. in section 2 in this review paper, we describe several methods to characterize langmuir monolayers, while selected results from the last five years with monolayers used as membrane models are discussed in section 3. these results refer to a few topics that have gained prominence, viz. interaction with pharmaceutical drugs and emerging pollutants, enzyme activity, use of lipid mixtures to better mimic a real membrane and interaction with chitosans. 2. methodology langmuir monolayers are obtained with instruments referred to as langmuir troughs, with which a solution of an amphiphilic material is spread at the air-water interface. these langmuir troughs are made of inert materials, usually teflon, and contain movable barriers, one pressure sensor and one dipper. for monolayer formation, a small volume of a diluted solution of the selected compound in a volatile organic solvent (usually chloroform) is spread over the water surface. the barriers allow the area occupied to be varied and the dipper permits immersion of substrates for lb film deposition. the pressure sensor measures the surface pressure (π), normally with the wilhelmy method14. after solvent evaporation, the barriers compress the molecules at a constant rate, which makes them oriented in relation to the water surface, with the hydrophobic portions facing air and hydrophilic portions in contact with the water. when the film is closely packed and continues to be compressed, collapse occurs with disordered layers being formed15. there are several methods to study the properties of a langmuir monolayer. for various spectroscopic and microscopy methods and other in situ characterization techniques, the langmuir trough is installed to give access to the measuring systems. in this review paper, we shall introduce methods which have been employed in brazil or by brazilian researchers in collaboration with international partners. 2.1 surface pressure measurements the most popular way to characterize langmuir monolayers is to obtain the surface pressure-area (π-a) isotherm3. from the isotherms, one may determine the molecular area, monolayer phases, collapse behavior, compressibility and interaction with species in the subphase. the measurement is usually done in a pseudo-equilibrium condition, with a continuous compression of the monolayer while the surface pressure is monitored. surface pressure is measured by either of two main methods: the langmuir balance, which is a differential measurement, and the wilhelmy plate, an absolute method that involves the forces acting on the plate (made of platinum or filter paper) partially immersed in the subphase3. the surface pressure (π) is defined as the difference between the surface tension of one subphase in absence of the compound (γo) and in the monolayer presence (γ), as in eq. 1: 𝜋 = 𝛾𝑜 − 𝛾 (1) the minimum pressure is zero and the maximum is around 73 mn m-1 (at 25 °c), which corresponds to the surface tension of pure water if the monolayer is stable14. the factors that affect the shape of surfacepressure isotherms include experimental conditions and chemical modification of the molecule’s structures, such as their polarity, size and shape16. the analysis of surface pressure isotherms yields information on the collapse pressure and the compressibility modulus (cs -1)17. the latter allows one to characterize the state of the monolayers and the phase transitions, and may be calculated using eq. 2: 𝐶𝑆 −1 = −𝐴 𝑑𝜋 𝑑𝐴 (2) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 original article iq.unesp.br/ecletica 20 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 where a corresponds to the mean molecular area and π is the surface pressure. 2.2 surface potential measurements the surface potential (δv) technique has been utilized over decades with langmuir monolayers. it is defined as the potential difference between an aqueous surface in the presence of a langmuir monolayer and a surface without the monolayer. this measurement provides information about the dipole moments of the film-forming materials, in addition to changes in orientation of water molecules in the subphase and of the double-layer formed in ionized monolayers between the electrolytic subphase and the headgroups3. the measurement of surface potential is usually made with a kelvin probe in a vibrating capacitor scheme. the surface potential changes when the film is compressed, owing to reorientation of the head or tail groups. theoretical models have been used to relate the measured potentials with the dipole moments of the molecules. in one of these models18, the monolayer was considered as a three-layer capacitor, each layer with its “effective” dipole moment and local dielectric constant. as the interactions between the molecules are weak for large areas per molecule, the surface potential of the monolayer is zero. during monolayer compression, there is a critical area in which the potential is no longer null and increases rapidly with the decrease in area per molecule. it is worth mentioning that the surface potential is more sensitive to the organization of the langmuir monolayers than the surface pressure14. 2.3 fluorescence microscopy fluorescence microscopy is used to obtain structural information and study the dynamics of possible chemical and structural changes in langmuir monolayers. the technique requires that molecules in the monolayer contain dyes or chromophores14, with an incident light (from the air or from the water) exciting the monolayer material or incorporated dyes. as the solubility of the fluorescent probe depends on the monolayer state, a contrast is originated upon changing these states3. therefore, with fluorescence microscopy one may inspect the molecular aggregates and domains at different film compression stages. the analysis of fluorescence microscopy data may be difficult due to the possible segregation of probe molecules, which can form separate monolayer phases19. this occurs because a fluorescent amphiphilic molecule can be added to the monolayer. since this probe could act as an impurity in the monolayer, its solubility can vary in the coexisting phases. also, significant are the possible photochemical transformations in the fluorescent probes, which should be accounted for20,21. 2.4 brewster angle microscopy brewster angle microscopy (bam) was reported in 1991, independently, by two groups: hénon and meunier from france and hönig and möbius from germany21,22. similarly to fluorescence microscopy, bam allows the observation of the mesoscopic morphology and ordering of condensed phase domains23. one of the main advantages of bam compared to fluorescence microscopy is that it does not require external probes, which means that the monolayers may be visualized on a mesoscopic scale without external interference24. brewster angle microscopy also provides information about monolayer phases, packing of the molecules, phase transitions and chemical modifications25. the principle of bam is based on reflection spectroscopy. the plane interface reflectivity between two media of refractive index (n1 and n2) depends on the polarization (α) of the incident light and on the angle of this incidence (θ). for p polarization (electric field in the plane of incidence) and considering a fresnel interface, the reflectivity vanishes at the brewster angle (θb), as indicated in eq. 3: tan[𝜃𝐵] = 𝑛2 𝑛1 ⁄ (3) condensed monolayer phases affect the refractive index with measurable changes in reflectivity24. three origins may be identified for the reflectivity: the thickness and roughness of the interface and the anisotropy of the monolayer21. for the air-water interface, the brewster angle is 53° for p polarization light. when a monolayer is introduced, a new interface is formed and α is changed. thus, the light is reflected and can be observed with a microscope, which allows for monolayer visualization26,27. 2.5 polarization modulation infrared reflection absorption spectroscopy (pm-irras) spectroscopy in the infrared region allows one to investigate vibration modes of the chemical bonds. for langmuir monolayers, it has become frequent to employ polarization-modulated infrared reflection absorption spectroscopy (pm-irras). this method is http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 original article iq.unesp.br/ecletica 21 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 sensitive to the component of the perpendicular dipole moment in relation to the substrate14, thus yielding information on the orientation of film-forming molecules28,29. the importance of polarization modulation is related to the minimization of the absorption of the water vapor and making pm-irras surface specific30. polarization modulated infrared reflection absorption spectroscopy was developed around 1990 and has been utilized with metallic substrates as well as in langmuir monolayers. it combines fourier transform and mid-infrared reflection spectroscopy with polarization modulation of the incident beam with two-channel electronic and mathematical processing of the detected signal31. by alternating sand p-polarizations in the impinging light at a high frequency using a photoelastic modulator, the reflectivity of both polarizations are detected. the difference between them yields surface specific information while their sum serves as reference. the ratio between the difference and sum is the pm-irras signal, in which the gas phase absorbance is compensated32. with pm-irras one may distinguish between in-plane and out-of-plane vibrations. for instance, positive bands correspond to the vibrations parallel to the water surface, while negative bands are due to vibration modes normal to the water surface3. 2.6 sum-frequency generation sum-frequency generation spectroscopy (sfg) has been developed as a surface-specific technique for interfaces and surfaces33,34. as a second-order nonlinear optical process, sfg is forbidden under the electric-dipole approximation in media with centrosymmetry, and a signal is only measured when the inversion symmetry is broken35,36. sum-frequency generation spectroscopy utilizes different input/output polarization combinations, which provide a great deal of structural information37, including for different langmuir monolayer phases. a unique feature of sfg is the possibility to investigate the interfacial water layers, which can be affected by changes in ion concentration and ph38,39. in sfg, two input laser beams overlap to generate an output at a frequency which is the sum of the incoming frequencies. one frequency is visible while the infrared beam is tunable. when this infrared frequency approaches a surface resonance, the sfg output is enhanced and a spectrum of the surface or the interface is obtained40, in some cases identifying the chemical groups41. the vibrational spectrum is thus obtained with the detection of the light with summed frequencies42. in general, infrared spectroscopy has enough sensitivity to detect a surface monolayer. however, the spectrum is usually complicated and the information about the conformation of the monolayer chain is indirect. in sfg, on the other hand, the spectra of the hydrocarbon chains are simplified by the intrinsic selection rules and they are sensitive to chain conformation, which means that they can be used to provide qualitative information about chain conformation40. the selection rules for sum frequency involve the asymmetric environment, and the asymmetry must be satisfied in molecular and macroscopic levels. on a macroscopic scale, the sum frequency is inactive, because isotropic distribution of molecules in the bulk phase is centrosymmetric. for interfacial molecules to be active, a net polar orientation is necessary, since no sfg signal is observed when the surface structure is completely disordered42,43. 2.7 x-ray techniques the structure of langmuir monolayers started to be investigated in detail in the 1980s when synchrotron light sources became available. with grazing incidence x-ray diffraction (gixd) measurements, it was possible to determine the in-plane structures for the first time, including tilt directions and tilt angles with angstrom resolution44. this technique is based on the total reflection phenomenon, in which the electromagnetic wave propagates at a critical angle along the boundary between two media and is totally reflected from the medium with the lower refractive index. the gixd is highly surface sensitive because a monochromatic x-ray beam with a well-defined wavelength is used to focus the water surface at an angle αi (a value below the critical angle αc of total external reflection). the evanescent wave propagates along a top layer of only 8 nm. for a crystalline monolayer, the evanescent wave may be scattered from the lattice planes as in a bragg scattering45. the types of information that may be obtained with gixd include molecular organization in terms of unit cell dimensions and orientation of the molecules in relation to the interface. in addition to gixd, two other techniques have been important for the study of langmuir monolayers: specular x-ray reflectivity (xr) and total reflection xray fluorescence (trxf). with xr, one may probe non-structured liquid monolayers, which is not possible with gixd. from xr experiments, the vertical structure of the monolayer may be determined, regardless of the phase state. the incident angle αi can http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 original article iq.unesp.br/ecletica 22 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 vary from 0.01 to 0.8 å–1 of the vertical scattering vector component (eq. 4). 𝑄𝑧 = (4𝜋 𝜆⁄ ) sin(𝛼𝑓) (4) the background scattering from the subphase is measured at 2θ = 0.7° and subtracted from the specular signal measured at 2θ = 045. total reflection x-ray fluorescence is a simple method to characterize quantitatively the monolayers46. for the coupling between electron and x-ray to be efficient, the gap between the energy of the x-ray beam and the edge energy should not be too large, which means that the x-ray energy depends on the type of element to be detected. however, in some cases, the fluorescence process is inefficient and the radiation is much weaker than the primary beam. hence, light elements cannot be detected because of instrumental limitations and low x-ray fluorescence yields. in trxf, the measurement does not depend on the structure and monolayer composition, it depends on the experimental conditions, the fluorescence yield for a line and the x-ray absorbance of an element. the fluorescence intensity (ii f) of an element i with a concentration profile ci(z) (in the directional normal to the interface) is given in eq. 5: 𝐼𝑖 𝑓 = 𝑏𝑖 ∫ 𝐼𝑒𝑥(𝑧) 𝑐𝑖(𝑧)𝑑𝑧 (5) where 𝐼𝑒𝑥(𝑧) corresponds to the exciting x-ray intensity at a distance z from the surface and 𝑏𝑖 is a constant45. 3. summary of recent results the use of langmuir monolayers as cell membrane models has continued as a popular topic, with more than 500 papers in indexed journals (in the web of science in july, 2020) over the last five years. for this review paper, we have chosen a few topics associated with drugs and biopolymers, which interactions with cell membranes are essential for their physiological action47. the first topic is associated with pharmaceutical drugs which physiological action may be correlated with the ways they interact with cell membranes. rodrigues et al.48 investigated bacitracin, a drug used for treating minor wounds. bacitracin is able to disrupt membrane models representing gram-positive and gram-negative bacteria. they observed that bacitracin is incorporated in 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3phospho-l-choline (dppc), 1,2-dipalmitoyl-snglycero-3-phospho-(1'-rac-glycerol) (dppg) and 1,2dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho-l-serine (dpps) monolayers, and affects the monolayer morphology, as they showed in bam images. the effects from bacitracin depended on the nature and microenvironment of the monolayer, as well as on the lipid polar head. for dppc and dppg, bacitracin expands the lipid monolayer, while for dpps the drug condenses it. the observation that bacitracin interacted with the phospholipid monolayers at a surface pressure typical of a real membrane model (i.e. 30 – 35 mn/m) was of biological relevance48. węder et al.49 studied 2-hydroxyoleic acid (2ohoa or minerval) and its interaction with different membrane components, such as cholesterol, sphingomyelin and phosphatidylcholine50. they observed that the interactions between the lipids and the 2ohoa in the monolayer are more favorable when the monolayer is more fluid. the effects of 2ohoa depended on the condensation of monolayers mimicking lipid rafts; the ability of 2ohoa to destabilize and modify the morphology of the monolayers was suggested to be linked to its activity. some classes of peptides are promising for killing bacteria, especially as they can disrupt bacteria membrane. this has motivated a number of studies with langmuir monolayers51, including those from prof. joão ruggiero52. in the latter study, the interaction of peptides was studied with langmuir monolayers of dppc, which was used to verify the influence of a peptide on lipid packing during the lelc coexistence plateau. their results permitted to confirm that the subphase ph is an important parameter which modulates the peptide surface activity. also relevant was the conclusion that the mutual lateral interaction could stabilize the peptides in the hydrophobic region of the membrane. the importance of immobilizing enzymes in langmuir and langmuir–blodgett films arises from the possible monitoring of catalytic activity at the molecular level13,53. also significant is the finding that the environment provided by the lipid-enzyme architecture could conserve the catalytic activity for a long time54,55, which is interesting for biosensors. rocha junior and caseli56 studied the surface activity of the enzyme asparaginase at the air-water interface. asparaginase is responsible for catalyzing the hydrolysis of asparagine to aspartic acid and ammonia and serves as an antitumorigenic agent57. they detected the formation of mixed asparaginase-dppc monolayers using surface pressure and surface potential measurements and vibrational spectroscopy. asparaginase decreased the lipid surface elasticity, increased the surface potential and condensed the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 original article iq.unesp.br/ecletica 23 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 monolayer. when asparaginase was immobilized in phospholipid lb films, its activity was better preserved than in a homogeneous medium56. an increased use of emerging pollutants with langmuir monolayers has been noted for two main reasons. these pollutants have attracted considerable attention and their study in in vivo systems is difficult58. alessio et al. investigated the interactions of the pollutants amoxicillin (amx) and methylene blue (mb) with a simple membrane model consisting of dppc monolayers59. amoxicillin is an antibiotic of the penicillin family used to treat bacteria-related infections, and mb is a phenothiazine derivative used as a medicine60, among other applications61. amoxicillin and mb shifted the surface pressure of dppc monolayers to larger areas and made these monolayers more compressible, as observed in fig. 1. even more important was the observation that a stronger effect occurred when the two pollutants were mixed, which was corroborated with pm-irras data. this synergistic effect is in line with the problems reported about cooperative action of pollutants effects59. figure 1. (a) surface pressure isotherms of dppc for 10−4 mol/l subphases with amx, mb and the mixture at 23 °c. (b) modifications of the area induced by the subphases of amx, mb and the mixture. (c) compressional modulus versus surface pressure for dppc monolayers obtained from the π-a isotherms. reproduced from maximino et al.59 with elsevier permission. another work related to pollutants by węder et al.62 involved the persistent organic pollutants polycyclic aromatic hydrocarbons (pahs)63 that can easily migrate in the environment. one way to eliminate pahs is through bioremediation by using soil decomposer consortia in bacterial species capable of pahs degradation64,65. however, the surface of the soil bacteria is hydrophilic, while pahs are hydrophobic, so the direct contact between them is very limited. with this problem in mind, the authors proposed to study langmuir monolayers from bacterial phospholipids as model membranes, as the studies in the literature are predominantly based on phosphatidylcholines (pc)66, which do not occur in this type of membrane. the lipid mixtures they used contained cardiolipin, phosphatidylglycerol and phosphatidyl ethanolamine. six pah molecules were employed, which showed different behaviors in contact with the monolayers. the results do not depend on the kind of the polar headgroup of the lipids. polycyclic aromatic hydrocarbon molecules do not have any polar groups and, therefore, they are incorporated between the hydrophobic chains of the phospholipid and interact with them, avoiding the hydrated regions of the monolayers. based on the results for the various monolayers, węder et al.62 suggested that the toxicity of pah molecules is directly related to their interactions with the membrane phospholipids. one of the major challenges in the use of langmuir monolayers as cell membrane models is to mimic the rich variety of membrane composition. for decades, most studies employed only neat phospholipids in the monolayers in order to make it simple. in recent years, attempts have been made to better mimic the membrane composition by using mixtures of lipids. herein, we mention some contributions from the last four years in this topic. sun et al.67 used the mixtures of popc/dppc and popc/dppc/chol (popc is 1palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine and chol is cholesterol) to investigate interactions with lycium barbarum polysaccharides (lbp), natural biopolymers used in medicine and in the food industry68. a fewer number of lbp molecules http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 original article iq.unesp.br/ecletica 24 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 interacted with popc/dppc/chol monolayers in comparison to popc/dppc monolayers, and cs -1 max was higher for the ternary mixture. these results indicated that the presence of cholesterol led to a more rigid, more stable membrane at the air-water interface. they were interpreted as considering that cholesterol protected the cell membrane from the effects of lbp. another example of lipid mixtures in langmuir monolayers included different proportions of chol and sphingomyelin (sm) in a study of effects from the antimalarial drug cyclosporine a69. cholesterol is known to affect membrane fluidity70,71 and forms the so-called lipid rafts along with sm72,73. wnętrzak et al.69 observed that cyclosporine a was distributed on the monolayers in different ways, depending on the cholsm proportion. cyclosporine a induces modifications in sm-chol model membranes, especially in their mechanical properties. these modifications could affect the antimalarial activity of cyclosporine a, since this drug may disorganize sm-rich domains, which destabilizes the vacuolar membrane, preventing the development of parasites. as already mentioned, chol affects the conformational order and membrane permeability, thus regulating the lateral organization of membrane components13,70,72,74. this has been studied in detail on aminophospholipid membranes75. the isotherms and compressibility modulus depend on the chol concentration, and the same applies to the molecular organization inferred from x-ray reflectivity measurements (xrr). the third type of representative study of cell membrane models involves chitosans, which applications in medicine depend on their interactions with biomembranes. owing to their biocompatibility and biodegradability, chitosans have been used in drug delivery76 and as bactericidal agents77. pavinatto et al.78 investigated the interaction between two samples of chitosan with different molecular weights and zwitterionic (dppc) and negatively charged (dppg) phospholipids. the action of chitosan depends on three factors: degree of acetylation79,80, molecular weight81 and functionalization82. the goal of this study was to show that smaller chitosan chains are more capable of penetrating into the membranes83. both chitosans expanded the dppc and dppg monolayers and reduced their compressibility modulus, but the effects were more pronounced for the low molecular weight sample, as shown in fig. 2. furthermore, interaction was stronger with dppg, owing to its negative charge. the reason why chitosans with lower molecular weight had more access to the monolayer was identified by dynamic light scattering measurements with the chitosan solutions. larger aggregates were observed for the high molecular weight chitosan, which hampered the access to the phospholipid hydrophobic tails78. figure 2. surface pressure-area isotherms for (a) dppc and (b) dppg monolayers. subphase: ts buffer ph 3.0 and 0.2 mg ml–1 commercial chitosan (chi) and lower molecular weight chitosan (lmwchi). reproduced from pavinatto et al.78 with elsevier permission. until recently, all the experiments with langmuir monolayers were made with chitosans that were only soluble at acidic subphases. this has changed with the development of a novel strategy to produce chitosans soluble at a wide ph range with controllable degree of acetylation84. a chitosan with 35% acetylation degree (ch35%) was made to interact with langmuir monolayers of equimolar mixtures of (sm/dppc/chol) to mimic lipid rafts in cell membranes85. the most important observation was that interaction with such lipid rafts occurred at chitosan concentrations much http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 original article iq.unesp.br/ecletica 25 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 18-29 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p18-29 lower than reported in the literature, as shown in fig. 3 for a subphase of phosphate buffer saline (pbs) solution. in fact, interaction with the sm/dppc/chol was always stronger than for the pure dppc, and this applied not only to the high molecular weight ch35%, but also for other types of chitosan. it is also worth noting that the interactions with sm/dppc/chol monolayers are even more pronounced for acidic subphases. figure 3. surface pressure-area isotherms for monolayers of sm-dppc-chol (1:1:1). subphase: pbs (ph 7.4) containing ch35% at different concentrations. reproduced from pereira et al.85 with elsevier permission. 4. final remarks the mimicking of cell membranes is, today, one of the most noble uses for langmuir monolayers. in spite of the simplifications in the modeling, these monolayers are useful to obtain molecular-level information, which is virtually impossible with any other method. one may, for instance, identify the reasons why a peptide is effective against grampositive bacteria, but not for gram-negative bacteria by simply verifying that the peptide cannot disrupt a langmuir monolayer of lipopolysaccharide51. with the in situ vibrational spectroscopy techniques, on the other hand, it is possible to determine the chemical groups involved in the interactions between biologically-relevant molecules and the model membranes. while recent achievements in modeling are promising, some of which were discussed in this review paper, there are important challenges to move the field forward. in our view, the two most relevant hurdles are the need to use more complex mixtures of lipids and other compounds to better mimic a real cell membrane and the need to understand the molecularlevel interactions based on theoretical models. the latter has been addressed with molecular dynamics simulations86, but the results are still limited, owing to computational resources and to phenomena involving charge transfer that is difficult to simulate with classical methods. acknowledgments the authors gratefully acknowledge the financial support from cnpq and fapesp (project number 2018/22214-6) and the post-doctoral fellowship of a. r. pereira (2018/00878-0). references [1] giner-casares, j. j., brezesinski, g., möhwald, h., langmuir monolayers as unique physical models, current opinion in colloid & interface science 19 (3) (2014) 176182. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2013.07.006. 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(x86)\scan\gpyimages\20221129024246903.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024257766.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129024333847.pdf eclet. quim. 49 | e-1402, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 issn 1678-4618 page 1/6 1universidad tecnológica del perú, laboratorio de calidad de aguas y medio ambiente, arequipa, perú. +corresponding author: stamber alvaro ramírez-revilla, phone: +51974434314, email address: sramirezr@utp.edu.pe original article determination of parameters and kinetic evaluation for chromium (vi) removal using four resins stamber alvaro ramírez-revilla1+ , daniela camacho-valencia1 , derly ortiz-romero1 abstract this research aimed to identify optimal studied variables for chromium (vi) removal using four resins (ira 96, ira 400, dowex 1x8, and lewatit). a 1,5diphenylcarbazide method was used for the quantification of chromium (vi). a factorial design with triple replication at the center point was used to evaluate ph, resin dose (g/100 ml), and initial chromium (vi) concentration. the optimal values for the four resins were a ph of 3, a resin concentration of 0.15 g/100 ml of solution, and an initial concentration of 10 mg/l of chromium. then, an anova study was done to compare the resins results using a p-value <0.05. the dowex resin presented the highest removal percentage (98.39%) for a reaction period of 45 minutes, with an exponential model that fits a pseudo-first-order kinetics with a coefficient of determination equal to 0.967. article history received november 11, 2022 accepted april 24, 2024 published june 07, 2024 keywords 1. resins; 2. dowex; 3. chromium (vi); 4. pseudo first order; 5. kinetics. section editor assis vicente benedetti highlights dowex resin presented the highest percentage of removal. a factorial design with triple replication at the centre point was used. the exponential model adjusts to pseudo-firstorder kinetics. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 https://ror.org/0406pmf58 mailto:sramirezr@utp.edu.pe https://orcid.org/0000-0003-3133-3353 https://orcid.org/0000-0003-3672-6420 https://orcid.org/0000-0003-1886-8206 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 eclet. quim. 49 | e-1402, 2024 issn 1678-4618 page 2/6 1. introduction industries such as leather tanning, dyeing and galvanizing release a large amount of untreated chromium-charged water, which constitutes a danger to living beings (bhatti et al., 2017). industrial wastewater containing cr(vi) is a complex threat to the environment (liu et al., 2015), (tümer and edebali, 2019). in these industrial effluents, chromium is present in trivalent and hexavalent forms. the toxicity of each depends on its state of oxidation: it can be carcinogenic, mutagenic and genotoxic (bhatti et al., 2017; li et al., 2018). cr(vi) concentrations in wastewater can range from tenths to hundreds of milligrams per liter (kahraman and pehlivan, 2019). there are several methods to reduce chromium concentration in wastewater, such as chemical precipitation (xie et al., 2017), adsorption (coşkun et al., 2018), biosorption (costa, 2017), reverse osmosis (gaikwad and balomajumder, 2017), electrocoagulation (hu et al., 2017), ion exchange (korak et al., 2017), electrodialysis (sadyrbaeva, 2016), and photocatalysis (wang et al., 2016). ion exchange is an effective treatment for cr(vi) removal (gorman et al., 2016). it has been shown that resins with styrenedivinylbenzene matrix and quaternary ammonium functional groups (kusku et al., 2014), n-methylglucamine tertiary amine polyamine, and sorption capacity can be used for the efficient removal of hexavalent chromium of wastewater due to their good thermal stability. to optimize the process, several authors use freundlich and langmuir isotherms to determine the relationship between the amount of chromium adsorbed by the resin and the concentration of chromium in the solution, together with adsorption kinetics to investigate the mechanism of chromium adsorption (bajpai et al., 2012; polowczyk et al., 2016). this study aims to evaluate different types of ion exchange resins for the adsorption of cr(vi) in industrial effluents and to determine the efficiency of each. the effect of using each resin, ph and chromium concentration have been studied, as well as the removal kinetics, through direct modelling of the obtained data. 2. experimental 2.1. analytical curve preparation for the quantification of chromium (vi), the standard colorimetric method of 1,5-diphenylcarbazide was used (pflaum and howick, 1956) cr-3500 apha-awwa-wef, using a uvvis genesys 150 spectrophotometer. analysis grade potassium dichromate obtained from sigma aldrich was used as a standard (500 mg/l). the tested concentrations ranged from 0.2 to 1.2 mg/l of chromium (vi), using distilled water for the determinations. measurements were taken at 540 nm wavelength. diphenylcarbazide reacts with cr(vi) in acidic medium producing the colored complex cr(iii)-diphenylcarbazone eq. 1: 2𝐶𝑟𝑂4 2− + 3𝐻4𝐿 + 8𝐻+ → 𝐶𝑟(𝐻𝐿)2 + + 𝐶𝑟⬚ 3++𝐻2𝐿 + 8𝐻2𝑂 (1) where, 𝐻4𝐿 is 1,5-diphenylcarbazide and 𝐻2𝐿 is diphenylcarbazone. 2.2. experimental design a factorial design of type 22 with triple replication in the central point was configured for each resin in the study. the factors studied were ph, resin concentration (g/100 ml) and initial chromium (vi) concentration. for ph adjustment, concentrated h2so4 and 10% naoh were used, measuring the entire operation with hanna hi2211 ph/mv equipment, while all the weighing measurements were performed on a mettler toledo me 204 analytical balance. the factor levels studied are presented in table 1. the experiments were carried out in a ph range of 3 to 5 due to the precipitation of cr(vi) ions at higher ph. the levels used for resin dosing were set in a range of 0.05 to 0.15 g to optimally evaluate the contact time (patel et al., 2022), while the cr(vi) solution concentrations were set in a range where no deviation from beer's law is observed. table 1. studied factor levels. factor low level central point high level ph 3.00 4.00 5.00 dose (g/100 ml) 0.05 0.10 0.15 concentration (mg/l) 10.00 30.00 50.00 2.3. adsorption experiments amberlite ira 96, amberlite ira 400, dowex 1x8 and lewatit mp-62, resins were purchased from sigma aldrich. for each resin, 7 experiments were configured (4 for the high and low levels, 3 for the central points) following what is indicated in table 1. the experiments were performed in triplicate. for the determination of the removal percentage, eq. 2 was used, where 𝐶0 is the initial concentration and 𝐶𝑓 is the final concentration. remotion (%) = c0−cf c0 × 100 (2) 2.4. optimization process after executing the experimental runs for each resin and identifying the optimal test conditions, five replications were performed for each optimized experiment and an anova was performed to evaluate the existence of significant differences between the resins used in the different experiments. 2.5. kinetic study a kinetic study was carried out with the resin that resulted in the highest rate of removal of chromium (vi) in solution. the sampling was carried out by taking 5 ml of solution every 5 minutes until completing 45 min reaction time (total volume 100 ml). the modelling process was carried out using the originpro 9.0 software fitting tool. 3. results and discussion 3.1. analytical curve to quantify chromium (vi), a linear regression eq. 3 was obtained with a coefficient of determination equal to 0.9997. absorbance = 0.7729 ∗ concentration (3) 3.2. adsorption experiments the results of the different combinations of the factorial design levels are shown in tables 2 and 3. all the experiments were carried out under the same conditions. from table 3 it can be inferred that the highest percentage of removal was for the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 eclet. quim. 49 | e-1402, 2024 issn 1678-4618 page 3/6 dowex 1x8 resin. to enhance the interaction of resins with cr(vi), a ph of 3 was chosen to facilitate the contact of h+ ions with the surface, thus preventing them from becoming negatively charged and consequently reducing their adsorption capacity. on the other hand, low ph prevents the precipitation of cr(vi), since at high ph, the interaction with oh– ions favors the negative charge of the resin. likewise, by increasing the dose of resin and decreasing the concentration of the cr(vi) solution, an increase in the removal percentage is favored. figure 1 presents the pareto plot for chromium removal. it can be seen that resin concentration, chromium concentration and ph have a significant effect (p<0.05) on the removal percentage. in the same way, the double interactions present a significant effect (p<0.05). table 2. results obtained from the experimental design for ira 96 and ira 400 resins under study. ira 96 ira 400 ph cc resin (g) cc cr(vi) (mg/l) absorbance cr final (mg/l) cr(vi)% removal absorbance cr final (mg/l) cr(vi)% removal 3 0.05 10 0.2677 6.93 30.72 0.2656 6.87 31.27 50 0.7275 37.65 24.70 0.6219 32.18 35.63 0.15 10 0.1001 2.59 74.09 0.1099 2.84 71.57 50 0.4175 21.61 56.79 0.2924 15.13 69.74 4 0.10 30 0.3256 16.85 43.83 0.2759 14.28 52.41 0.3393 17.56 41.47 0.2723 14.09 53.02 0.3395 17.57 41.42 0.2719 14.07 53.09 5 0.05 10 0.2859 7.40 26.00 0.2654 6.87 31.33 50 0.8219 42.54 14.93 0.6691 34.63 30.74 0.15 10 0.1439 3.73 62.75 0.1147 2.97 70.33 50 0.6316 32.69 34.62 0.3215 16.64 66.72 table 3. results obtained from the experimental design for dowex and lewatit resins under study. ira 96 ira 400 ph cc resin (g) cc cr(vi) (mg/l) absorbance cr final (mg/l) cr(vi)% removal absorbance cr final (mg/l) cr(vi)% removal 3 0.05 10 0.1641 4.25 57.54 0.2607 6.75 32.55 50 0.6527 33.78 32.44 0.6990 36.17 27.65 0.15 10 0.0336 0.87 91.31 0.1008 2.61 73.93 50 0.0774 4.00 91.99 0.4300 22.25 55.49 4 0.10 30 0.1304 6.75 77.51 0.4809 24.89 17.04 0.1352 7.00 76.67 0.4375 22.64 24.52 0.1251 6.47 78.42 0.4763 24.65 17.84 5 0.05 10 0.1670 4.32 56.80 0.3047 7.88 21.16 50 0.4278 22.14 55.72 0.8811 45.60 8.80 0.15 10 0.0355 0.92 90.82 0.1870 4.84 51.61 50 0.0893 4.62 90.76 0.6581 34.06 31.88 figure 1. pareto plot for chromium removal using dowex resin. figure 2 presents the graph of the main effects where it is observed that as the concentration of the chromium solution increases, the percentage of removal begins to decrease (negative slope). likewise, as the ph and resin dosage increase, the percentage of removal increases (patel et al., 2022). 0 20 40 60 80 a:ph ac ab bc c:concentration cr (vi) b:concentration resin + https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 eclet. quim. 49 | e-1402, 2024 issn 1678-4618 page 4/6 figure 2. main effects plot for chromium removal. 3.3. adsorption studies table 4 shows the percentage of chromium removal for each resin in its optimized form. the analysis of variance reports a 𝑝 < 0.05, which indicates a significant statistical difference between the resins under study. figure 3 illustrates the box-and-whisker plot for the experiment. the variation of the results for the conditions of each resin is minimal. however, dowex resin has the highest chromium (vi) removal percentage (98.40%) from the solution, which is why it could be considered the resin with the most effective chromium decontamination process in different effluent types. table 4. percentage of removal for different resins. replicate ira 96 ira 400 dowex lewatit 1 84.96 87.28 98.20 76.56 2 84.97 86.83 98.36 75.96 3 84.58 87.17 98.24 75.95 4 84.77 86.75 98.49 76.21 5 84.90 86.72 98.40 75.90 figure 3. box-and-whisker plot for chromium removal (%). to perform the kinetic study, the optimal conditions for working with the dowex resin were taken, starting with an aqueous chromium solution of 10 mg/l, taking a sample of 5 ml every 5 min for a period of 45 min. the results are presented in table 5. table 5. removal kinetics data for the dowex resin. time (min) concentration cr (mg/l) 0 9.92 5 3.33 10 2.31 15 1.76 20 1.12 25 0.75 30 0.60 35 0.43 40 0.34 45 0.16 3 concentration resin 0.15 10 50 53 63 73 83 93 103 r e m o v a l ph 5 0.05 concentration cr (vi) dowex ira 400 ira 96 lewatit gráfico caja y bigotes 75 79 83 87 91 95 99 removal r e s in s https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1402 eclet. quim. 49 | e-1402, 2024 issn 1678-4618 page 5/6 3.4. kinetic study the mathematical model that determines the chromium (vi) adsorption kinetics for dowex resin is a pseudofirst-order model (ok et al., 2014) with an adjusted coefficient of determination of 0.967, a value that explains the variability that the model can estimate. equation 4 and fig. 4 present the model obtained: concentration = 6.1894e−0.079∗time (4) where 6.1894 corresponds to the initial concentration (in mg/l) y 0.079 to the rate constant (in min–1). in the fig. 4 it is observed that around the first 5 min there is a rapid removal of chromium (vi), which is usually found under the forms of hcr𝑂4 − and 𝐶𝑟2𝑂7 2−, them it slows down after 10 min as pointed out by xing et al. (2022) and ok et al. (2014). figure 4. adsorption kinetics for dowex resin. research has shown that ph, temperature, resin dose, contact time and initial chromium (vi) concentration are all significant factors in the chromium (vi) adsorption process, using freundlich, langmuir and scatchard adsorption isotherms (kahraman and pehlivan, 2019). in this research study, the influence of ph, resin dose and initial chromium (vi) concentration were studied by direct modelling of the data, identifying an exponential model. the direct adaptation of data to mathematical models has been developing increasingly since it allows a clear appreciation of the adsorption behavior (gaikwad and balomajumder, 2017). on the other hand, (hashem et al., 2018) have reported bioremediation processes for chromium (vi) removal using syzygium cumini bark as an adsorbent, achieving removal rates of 99.9% in 15 min using 3 g of adsorbent. in this study, using dowex resin, a removal of 98.39% was obtained in 45 min of reaction time using only 0.15 g of resin with an initial chromium concentration of 10 mg/l. 4. conclusions an analytical technique using visible ultraviolet spectroscopy was used to quantify chromium, identifying dowex resin as the most appropriate to remove chromium in solution, achieving 98.39% effectiveness when working at a ph of 3 with a dose of 0.15 g/100 ml and an initial chromium (vi) concentration of 10 mg/l in solution. the equation found corresponds to an exponential model that fits a pseudo-first-order kinetics with a coefficient of determination of 0.967 registering a velocity constant equal to 0.079 min–1. authors’ contributions conceptualization: ramirez-revilla, s. a.; ortiz-romero, d.; data curation: ramirez-revilla, s. a.; ortiz-romero, d.; formal analysis: ramirez-revilla, s. a.; camacho-valencia, d.; ortiz-romero, d.; funding acquisition: not applicable; investigation: ramirez-revilla, s. a.; camacho-valencia, d.; ortiz-romero, d.; methodology: ramirezrevilla, s. a.; ortiz-romero, d.; project administration: ramirezrevilla, s. a.; ortiz-romero, d.; resources: ramirez-revilla, s. a.; ortiz-romero, d.; software: not applicable; supervision: ramirezrevilla, s. a.; ortiz-romero, d.; validation: ramirez-revilla, s. a.; ortiz-romero, d.; visualization: ramirez-revilla, s. a.; ortiz-romero, d.; writing – original draft: ramirez-revilla, s. a.; camacho-valencia, d.; ortiz-romero, d.; writing – review & editing: ramirez-revilla, s. a.; camacho-valencia, d.; ortiz-romero, d.; data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references bajpai, s.; dey, a.; jha, m. k.; gupta, s. k.; gupta, a. removal of hazardous hexavalent chromium from aqueous solution using divinylbenzene copolymer resin. int. j. environ. sci. technol. 2012, 9 (4), 683–690. https://doi.org/10.1007/s13762-012-0099-6 bhatti, a. a.; memon, s.; memon, n.; bhatti, a. a.; solangi, i. b. evaluation of chromium(vi) 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https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.04.030 https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.09.123 https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107325 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023419160.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023454497.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023529283.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023541022.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023644176.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023704208.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023742127.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023802071.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129023828416.pdf summary revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 1 | 2023 | summary editorial board .............................................................................................. 2 editorial ........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 5 instructions for authors .......................................................................... 6 review article uv-protective compound-containing smart textiles: a brief overview.............................. 16 joão henrique barcha lupino, gustavo pereira saito, marco aurélio cebim, marian rosaly davolos short review antioxidant property of secondary metabolites from garcinia genus: a short review ..... 41 elton kazmierczak, cássia gonçalves magalhães, romaiana picada pereira original articles quantitative structure-activity relationship, molecular docking and admet screening of tetrahydroquinoline derivatives as anti-small cell lung cancer agents ....................... 55 ehimen annastasia erazua, abel kolawole oyebamiji, sunday adewale akintelu, pelumi daniel adewole, adedayo adelakun, babatunde benjamin adeleke development and validation of a new spectrophotometric method for simultaneous determination of sitagliptin and metformin hydrochloride in tablet pharmaceutical dosage forms using chemometrics technique in comparison with hplc ....................................... 72 maher ali almaqtari, najat ahmed al-odaini, fares abdullah alarbagi, hussein al-maydama https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica review article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 4 | 2021 | 17 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 green synthesis of iron oxide nanoparticles for biomedical application and environmental remediation: a review sunday adewale akintelu1,2 , abel kolawole oyebamiji2,3 , seyifunmi charles olugbeko4 , aderonke similoluwa folorunso5+ 1. beijing institute of technology, school of chemistry and chemical engineering, beijing, china. 2. ladoke akintola university of technology, department of pure and applied chemistry, ogbomoso, nigeria. 3. adeleke university, department of basic sciences, ede, nigeria. 4. ladoke akintola university of technology, department of agricultural economics, ogbomoso, nigeria. 5. louisiana state university, department of chemistry, louisiana, united states of america. +corresponding author: aderonke similoluwa folorunso, phone: +2348136872649, email address: folorunsoaderonkesimi@gmail.com article info article history: received: july 20, 2020 accepted: march 17, 2021 published: october 01, 2021 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. biosynthesis 2. characterization techniques 3. optimization 4. plant abstract: ferrous oxide nanoparticles (ionps) formed from plant materials have been considered as chemically friendly materials and have offered extensive applications. the distinctive features of ionps, such as biocompatibility, low toxicity, catalytic behavior and multi reaction mechanism, have embodied them as good candidate for several biomedical applications. however, the synthesis of ionps using plant extracts is gaining high popularity and recommendations because plant extracts could act as reducing and stabilizing agents during the process of synthesis. furthermore, the biological method of synthesizing ionps using plant extract offer some benefits, such as being simple, economic, environmentally friendly and require less energy when compared with both physical and chemical methods of synthesis. hence, this review significantly summarized the synthesis, optimum conditions and characterization techniques involved in the synthesis of ionps using several plant extracts. consequently, comprehensive information about the applications of green synthesized ionps as antimicrobial and anticancer therapeutic agents were well presented. the effectiveness of ionps in environmental treatment of effluent containing dyes and other toxic agents were also properly discussed. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 mailto:folorunsoaderonkesimi@gmail.com http://orcid.org/0000-0001-8919-3029 http://orcid.org/0000-0002-8932-6327 http://orcid.org/0000-0001-7809-0382 http://orcid.org/0000-0002-6720-5516 review article iq.unesp.br/ecletica 18 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 contents 1. introduction 2. synthesis of ionps 2.1 physical methods 2.2 chemical methods 2.3 biological method 2.3.1 microorganism based ionps synthesis 2.3.2 plant based ionps synthesis 2.4 possible mechanism for the synthesis of ionps 3. optimization 3.1 effect of precursor 3.2 effect of concentration of precursor 3.3 effect of ph 3.4 effect of temperature 3.5 time or reaction and incubation 3.6 effect of type of plant extracts and concentrations of on ionps synthesis 4. characterization techniques 4.1 nanoparticle formation analysis 4.2 functional group identification 4.3 morphological assessment of ionps 4.3.1 transmission electron microscope (tem) 4.3.2 scanning electron microscopy (sem) 4.3.3 atomic force microscopy (afm) 4.3.4 elemental composition 4.3.4.1 energy dispersive x-ray spectra (edx) 4.3.4.2 crystallinity evaluation 5. applications of ionps synthesized from plant extract 5.1 antimicrobial applications 5.2 anticancer applications 5.3 environmental application 6. conclusion 1. introduction nanoscience and nanotechnology have emerged as an innovative field of research with numerous applications in technological and scientific aspects including medical sciences, applied sciences, material science, catalysis, electronics, biofilm and biotechnology (assa et al., 2016). the smaller sizes of nanoparticles (nps) compared with large biomolecules have been reported to enhance their interactions with several biological molecules, which may revolutionize microbial treatment and cancer diagnosis (alharbi and al-sheikh, 2014). among the various kinds of metals and metal oxides nps, iron oxide nps are one of the most prominent metal oxide nps. the exceptional attribute of ferrous oxide nanoparticles (ionps) has widened its horizon and applications in medical sciences and many other industries, such as gas sensor, electrochemical, magnetic and energy storage (vallabani and singh, 2018). the superparamagnetic behavior of iron oxide nps has promoted its extensive applications in several areas, such as imaging, drug delivery, targeting and biosensors. furthermore, their unique properties, such as biocompatibility, potent magnetic, low toxicity and catalytic behavior, have contributed massively to its biomedical applications (vallabani and singh, 2018). various types of ionps, such as maghemite (γ-fe2o3) hematite (α-fe2o3) and magnetite (fe3o3) nps, have been reported as efficient therapeutic agents against several infections due to their morphological properties (yadav and fulekar, 2018). physical and chemical methods like chemical precipitation, mineralization, sol-gel, flow injection, microemulsion, hydrothermal technique, biomimetic precipitation, forced hydrolysis technique, sonochemical technique and electrochemical technique have been chosen for the synthesis of ionps (gebre and sendeku, 2019). the biological methods of synthesizing metal and metal oxides have been regarded as the most preferred method due to its costeffectiveness, safety and easy protocol of synthesis (el shafey, 2020). however, the biological method of synthesizing ionps is classified into two main parts; the first category involves the use of microorganisms such as algae, bacteria and fungi as reducing agent while the other form entails the use of plant extracts as reducing and stabilizing agents (salem et al., 2019; yew et al., 2020). the capability of plant extracts to function as good reducing and stabilizing agents by reducing particle size and improve reactivity was contributed to the general acceptance of biological synthesis of metal and metal oxides from plant sources (akintelu and folorunso, 2019a; akintelu et al., 2019a; bashir et al., 2019; folorunso et al., 2019). plant extracts used for the synthesis of metal and metal oxides have been reported to show better stability and more acquiescent to large scale production of nps when compared with the biological approach of synthesis that uses microorganisms (akintelu and folorunso, 2019b; akintelu et al., 2019b; kamran et al., 2019). the effectiveness of plants extracts as good reducing and stabilizing agents are linked with the presence of biomolecules such as flavonoids, alkaloids, terpenoids, and other hydroxyl containing functional groups which coat the surface of the nps, prevent agglomeration and aid the production of nps with uniform particle size (gunarani et al., 2019). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 19 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 therefore, this review primarily focuses on the recent developments in the biosynthesis of ionps using plant extracts. the various methods used for the synthesis of ionps were briefly discussed. the mechanism of formation of ionps using plant extract, the techniques used for the characterization of ionps were highlighted. then, the application of biosynthesized ionps in the biomedicine and environmental waste management is summarized. 2. synthesis of ionps many reports have shown that the application of ionps depend largely on the method of synthesis used (arsalani et al., 2019). the preparation method determines the size distribution, particle sizes, shape and surface morphology which further influenced their applications. moreover, the preparation method has been reported as the determinant factor for the degree of structural defects and impurity level of ionps (roca et al., 2019). several methods and protocols such as physical, chemical and biological have been designed for the synthesis of ionps with desired morphological features and magnetic properties (palma et al., 2018). 2.1 physical methods physical methods are based on the use of electrical fields and some other physical phenomena as the reducing agent during the synthesis of ionps. the most reoccurring one is particle growth, which is based on physical processes and top-down approach. examples of such techniques are sonochemical, lithography, sputtering, microwaves irradiation and laser ablation. the sonochemical technique encompasses the sonication of an aqueous ferric solution at ambient conditions and in the presence of air (nisticò, 2021). ultrasounds generate irregular compression and expansion acoustic waves which cause the oscillation of the microbubbles (wu et al., 2015). when the bubbles collapse a localized hot spot is formed at high temperature around 4500 °c and pressure of about 1000 bar which enhanced the conversion of iron precursors into ionps (pinkas et al., 2008). the ionps produced via this technique have high stability and remarkable magnetic properties. despite the aforementioned advantages it is difficult to control the shape of ionps produced from this technique (ali et al., 2016). microwaves irradiation approach uses an electromagnetic source with wavelength in the range of 1–103 mm as reducing agent (nisticò, 2017). the radiation during this process causes molecules to align with the external field to generate motion that produces internal heating. this process has the advantages of reduction in treatment time and energy consumption. also purified ionps are mostly obtained. notwithstanding, a report has revealed that this technique is limited because ionps produced have poor morphological features and low surface reactivity (pascu et al., 2012). the electrochemical technique encompasses the immersion of galvanic cell with two electrodes (usually made up of iron) into a saline solution (nisticò, 2021). this process involves iron electro-oxidation and electrolysis of water at the anode, alongside water reduction at the cathode. the electrochemical technique is affected by parameters such as working distance between electrodes, ph, reaction time and temperature. these techniques allow easy control of particle size and ionps with hydrophilic surfaces are usually obtained (cabrera et al., 2008). 2.2 chemical methods the chemical approach of synthesizing ionps depends on the growth of iron oxides from the liquid phase via the use of some chemical reagents. among the several protocols and techniques used for the chemical method of synthesis such as co-precipitation, micro-emulsion, sol-gel and polyol-mediated technique, co-precipitation technique is the most common and simplest (lenders et al., 2016; pang et al., 2016). co-precipitation entails the stoichiometric mixture of iron precursor in presence of a basic conditions, following the given reaction pathway (eq. 1). 2fe3+ + fe2+ + 8oh− → fe3o4 + 4h2o (1) acidic iron ions (fe3+ or fe2+) when introduced into basic solution precipitates to form ionps because magnetite is poorly soluble in basic condition. the formation of magnetite or maghemite nps using the co-precipitation route depends on the ratio of fe3+ or fe2+ used (nisticò et al., 2017a). the temperature requirement for the co-precipitation route is in the range of (20–250 °c) (franzoso et al., 2017; nisticò, 2017b). the following parameters iron precursor and ratio used, ionic strength, temperature, stirring rate and ph influences the size and shape of ionps synthesized via the co-precipitation technique (yazdani and seddigh, 2016). co-precipitation technique has been reported as the famous chemical methods for http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 20 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 synthesizing ionps with control size distribution and high yields. however, this process suffers from some disadvantages such as the use of hazardous chemical reagents and difficulties in controlling the shape ionps (nisticò et al., 2017a). the micro-emulsion process is another form of chemical method. in this process iron precursor either in water or oil biphasic system is exploited in the presence of amphiphilic molecules in form of block copolymers or sometimes surfactants such as cetyl trimethyl ammonium bromide or polyvinyl pyrrolidone at the interface (nisticò, 2017). as a result of the dual nature (i.e., occurrence of both hydrophilic head and hydrophobic tail) of the amphiphiles macro molecules, the species moved at the interface of the two immiscible phases form covalent bonds and also assemble themselves into supramolecular aggregates of various shapes (nisticò, 2018). the micro-emulsion process has advantages of narrow size ionps production and easy shape regulation. however, the process has some disadvantages, such as low yield, impure products and formation of agglomeration (wu et al., 2015). sol–gel technique involves acid/based-catalyzed hydrolysis and condensation of precursors from colloidal solutions to produce condensed network of iron oxides (nisticò et al., 2017b). iron alkoxides or iron salts are the main precursor for this technique because they can easily react through hydrolysis or condensation to yield oxides (lemine et al., 2012). polyol-mediated technique entail the use of polyols as the reducing and stabilizing agents to aid the shape and size control during the synthesis of ionps (nisticò, 2021). this process is based on spreading iron containing precursors such as alkoxides in liquid polyols and heat to its boiling point. a report has shown that ionps synthesized by polyol-mediated techniques are highly crystalline and can be easily dispersed into polar media due to their hydrophilic surfaces. conversely, this technique has the limitation of generating toxic byproducts (wu et al., 2015). 2.3 biological method the biological method of synthesizing ionps is classified into two major routes, namely microorganism and plant based ionps synthesis. 2.3.1 microorganism based ionps synthesis synthesis of ionps using microorganism has gained huge attention over the past few decades due to some advantages over conventional chemical and physical methods of synthesis. the advantages of microorganism based ionps synthesis include relative abundance of microorganism, production of less toxic byproducts, consumption of less power and energy because synthesis is carried out at room temperature and it tolerates large scale production (park et al., 2016). microorganisms such as bacteria, algae, fungi and yeast have been used for the synthesis of ionps via intracellular or extracellular mechanism. the intracellular mechanism involves the enzymatic reduction of metal ions or metal oxide ion via electrostatic bounding to the cell wall of microorganism, the ions diffused into the cell and cause some interaction with enzymes to form ionps (mukherjee, 2017). the extracellular mechanism entails the enzymatic reduction of iron ions, producing small size distribution and well dispersed nps with genes, peptides or protein that function as reducing agents, which in turn stabilizes and prevent agglomeration of ionps (singh et al., 2016). 2.3.2 plant based ionps synthesis this is the process of synthesizing ionps using extracts obtained from parts of plants, such as back, leaves, root, shoot, stems or the whole plant. in general, the desired plant part is obtained, sorted and washed to remove any impurities (solid or particles), air dried, chopped/mercerized to provide good surface area for extraction (bolade et al., 2018). the extraction of their chemical constituents is accomplished by soaking the air-dried plant part at room temperature or boiled at elevated temperature to obtain the desired amount of extract (bolade et al., 2020). this depends on the successful extraction of bioactive constituents in plant extracts. these bioactive constituents (phenols, tannins, saponins, alkaloids, organic acids, flavonoids and vitamins) function as reducing agents during the ionps synthesis by reacting with the iron precursor (iron chloride, iron nitrate or iron sulphate) to produce ionps, which are further stabilized by the chemical constituent present in the extract (sorbiun et al., 2018). several studies have reported the use of water as extracting solvent in the extraction of bioactive components of plants during the synthesis of ionps (prabhakar et al., 2017). leaves, peel, bark and fruits of green plants have been studied for the eco-friendly synthesis of ionps, as showed in tabs. 1 and 2. the methods of synthesizing iron oxide nps are illustrated in fig. 1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 21 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 table 1. characterization techniques of biosynthesized ionps from some plant materials. s/n plants name plants parts spr peak/nm band/nm functional group prediction techniques for morphological assessment shape size references 1 punica granatum seeds 372 uv, xrd, edx, sem, afm spherical 25–55 bibi et al., 2019 2 magnifera indica peel 250–280 3334 o-h xrd, uv, ftir, xps, edx desalegn et al., 2019 2973 c-h 1654 c=o 3 cynara cardunculus leaf 3306 o-h uv–vis, xrd, ftir, sem semi-spherical 13.5 ruíz-baltazar et al., 2019 1585 c=c 4 tamarix aphylla stem 390 xrd, uv, sem-edx, tem spherical ahmad et al., 2020 5 k. alvarezii whole plant 457 1480 o-h xrd, uv, ftir, hrsem, hrtem, edx hexagonal 10–30 arularasu et al., 2018 6 moringa oleifera leaf 448 3325 o-h xrd, ftir, sem irregular spherical 18–20 aisida et al., 2021 1618 c=o 1401 c-n 7 amaranthus dubius leaf 214 3250 o-h sem, xrduv, ftir oval 58–530 harshiny et al., 2015 1634 c=o 8 rhamnella gilgitica leaf 341 2979 c-h sem, tem, xrd, dls, ftir, edx, uv spherical 21–25 iqbal et al., 2020 1064 c-n 9 terminalia bellirica fruit 300 3300–340 o-h sem, tem, xrd, ftir, uv spherical 21.32 jagadeesan et al., 2019 1600 c=o 10 stevia rebaudiana leaf xrd, hrtem, fe-sem, xps, edx, spherical 20 khatami et al., 2019 11 centella asiatica whole plant 3416 o-h tem, sem, ftir, edx, spherical 20–40 poka et al., 2019 1621 c=o 1387 c-n 12 avecinnia marina flower 298-301 3422 o-h uv, ftir, xrd 45.09 karpagavinayagam and vedhi, 2019 2923 c-h 1630 c=o 13 green tea leaf 3440 o-h sem, eds, xps, ft-ir spherical 117 lin et al., 2017 1629 c=o 14 green tea leaf 550 uv, sem, tem spherical 4.96 liu et al., 2019 15 psidium guavaja leaf 315 3034–3366 o-h ftir, uv, sem, xrd spherical madubuonu et al., 2019 1669 c=o 16 calliandra haematocephala leaf 3645 0-h uv–vis, xrd, ftir, tem, eds spherical 85 sirdeshpande et al., 2018 2935 c-h 1662 c=c 17 trigonella foenumgraecum seed 387 3428 o-h ftir, uv, sem, edx 7–14 radini et al., 2018 2940 c-h 1756 c=o 1544 n-h continue… http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 22 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 18 luffa acutangula peel 3446 o-h ftir, xrd, sem, edx spherical 20–35 cheera et al., 2016 18 19 luffa acutangula p. guajava peel leaf 2829 c-h ftir, xrd, sem, edx xrd, sem, tem, hrtem, edx, ftir spherical irregular 20–35 20–30 cheera et al., 2016 rufus et al., 2019 1605 c=c 1410 o-h 19 20 p. guajava rheum emodi leaf root 320 1640 c=o xrd, sem, tem, hrtem, edx, ftir xrd, uv, fesem, tem, edx, ftir, afm, tga, vsm irregular pyramidal 20–30 10–30 rufus et al., 2019 sharma et al., 2020 3381 o-h 20 21 rheum emodi citrus maxima root peel 320 2927 c-h xrd, uv, fesem, tem, edx, ftir, afm, tga, vsm tem, eds, xps, ftir, dls pyramidal irregular 10–30 10–100 sharma et al., 2020 wei et al., 2016 1614 c=o 3292 o-h 21 22 citrus maxima ruellia tuberosa peel leaf 405 2927 c-h tem, eds, xps, ftir, dls dls, uv, sem-edx, tem, ftir irregular rod 10–100 20–80 wei et al., 2016 vasantharaj et al., 2019 1638 c=o 3397 o-h 22 23 ruellia tuberosa lawsonia inermis leaf whole plant 405 224 1629 n-h dls, uv, sem-edx, tem, ftir uv, sem-edx, ftir rod spherical 20–80 150–200 vasantharaj et al., 2019 chauhan and upadhyay, 2019 1114 c=o 3444 o-h 23 lawsonia inermis whole plant 224 2962 c-h uv, sem-edx, ftir spherical 150–200 chauhan and upadhyay, 2019 1606 n-h note. thermogravimetric analysis (tga), vibrating sample magnetometer (vsm), and atomic force microscopy (afm). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 23 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 table 2. applications of ionps synthesized from plants extracts. s/n plants name plants part iron precursor applications activities references 1 parkia speciosa hassk pod feso4 photocatalytic activity the results imply that the nanoparticles have potential use as photocatalysts, with applications in dye-containing wastewater degradation fatimah et al., 2020 2 eucalyptus robusta leaf feso4 antibacterial activity the result potential antibacterial activity against tested organism, but more effectiveness was observed against gram positive bacteria (b. subtilis) vitta et al., 2020 3 skimma laureola leaf fecl3 antibacterial activity the result revealed the importance of biosynthesized fe2o3−nps against phytopathogen ralstonia solanacearum in vitro and in plant alam et al., 2019 4 green and black tea leaf fecl3 antimicrobial activity these results showed that the synthesized nps could be effective against infections caused by multiple drug resistant pathogens asghar et al., 2018 5 eucalyptus leaf fecl3 phosphate removal the study demonstrated that the formation of ionps improved the efficiency of phosphate removal gan et al., 2018 6 amaranthus dubius leaf fecl3 antibacterial activity the study showed that ionps enhanced the performance of microbial fuel cell harshiny et al., 2017 7 plantain peel fecl3 catalytic activity the study demonstrates an eco-friendly approach to synthesizing ionps as a good bio-catalyst for the treatment of effluent waste of industries buiyan et al., 2020 8 green tea leaf fecl3 organic pollutant remediation the particles showed effective catalytic activity for removal of organic contaminants kheshtzar et al., 2019 9 eucalyptus leaf fecl3 catalytic activity it displayed good efficiency in removing cr (vi) liu et al., 2018 10 papaver somniferum pod feso4 anti-cancer activity fe2o3 nps displayed superior biocompatibility with human rbcs muhammad et al., 2019 11 chinese cabbage leaf fecl2 antioxidant the ionps showed good synergistic antibacterial, anticandidal and antioxidant activity patra and baek, 2017 12 aloe vera leaf fecl2 anti-cancer activity the study reported important in vitro cytotoxicity assessments on mcf-7 breast cancer cell line rahmani et al., 2020 13 amaranthus spinosus leaf fecl3 environmental remediation activities the ionps displayed a strong catalytic activity for decolorization of methylene blue and methyl orange muthukumar and matheswaran, 2015 14 pisidium guajava leaf fecl3 antibacterial it is noteworthy that the biosynthesized ionps are more efficient antibacterial agent madubuonu et al., 2020 15 murraya koenigii leaf feso4 hydrogen production the photosynthesized ionps enhanced the production of hydrogen when compared with feso4 mohanraj et al., 2014 16 salvadora persica bark feso4 cytotoxic activity the ionps showed cytotoxicity against colon (ht-29) cancer cell lines at concentrations above 125 μg ml–1 miri et al., 2020 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 24 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 figure 1. green synthesis of iron oxide nanoparticles. 2.4 possible mechanism for the synthesis of ionps three stages, namely activation, growth and termination stage, are involved in the synthesis of ionps from plant sources. plant extracts serve as reducing agents for the bio-reduction of iron ion due to the chemical constituents found in plant extract. during synthesis, iron ions react with chemical constituents such as flavonoids, polyphenols and tannins via reduction and oxidation reactions. the electron rich biomolecules with (-oh) functional groups has the efficiency of reducing the iron ions (fe2+ or fe3+) from divalent or trivalent oxidation state depending on the iron precursor used to metallic form fe0. this zerovalent iron will then be converted to ionps due to some chemical reactivity. evidently, some reporters have deduced from the functional group identification via fourier transform infrared spectroscopy (ftir) analysis that oh functional group in the extract are responsible for bio-reduction (mohamed et al., 2020). the growth phase occurs during the annealing and segregation of iron atoms which progressively combined to yield ionps. finally, the termination step encompasses the stabilization of synthesized ionps, which occurs when the equivalent amount of function groups found in the extract bind with the surface of the ionps. another study has reported the three stages involved in the formation mechanism of ionps as; complexing of iron cation with hydroxyl functional group, simultaneous bio-reduction of iron cation with hydroxyl functional group to form ionps and capping of formed ionps with hydroxyl containing functional group (thilagavathi et al., 2016). the flow chart illustrating the synthesis of ionps from plant material is presented in fig. 1. 3. optimization during the synthesis of ionps some conditions have to be attained to obtain maximum yield and desired morphological features. such conditions and parameters are ratios of volume of extracting solvent to plant material, temperature, concentration of precursor solution, ph of solution, reaction and incubation time. 3.1 effect of precursor result from previous study had shown different precursors adopted for the green synthesis of ionps using plant extract. examples of such precursors are ferric nitrate, ferric chloride, iron acetate, ferrous sulphate, ferric citrate, ammonium ferric citrate. some mixture of precursors such as mixture of ferrous sulphate and ferric chloride, mixture of potassium ferricyanide and potassium ferrocyanide. the study conducted by rajendran and sen (2016) on the effect of precursors on the synthesis of ionps showed that there was a huge variation in number of days taken for the synthesis of ionps using different precursors. they stated that the solubility of precursors in water has influence on the reaction kinetics. furthermore, they concluded that all the precursors showed different morphological features when the ionps synthesized were compared. another study had revealed that the nature of the precursor used for the green synthesis of ionps determine its reaction time, shape and size (sayed and polshettiwar, 2015). 3.2 effect of concentration of precursor studies have shown that concentration of precursor influence the time taken for the synthesis of ionps. increase in concentration of precursor causes an increase in the rate of synthesis while decrease in concentration of precursor has been linked with delay in bio-reduction process during ionps. this phenomenon was attributed to inadequate proportion of biomolecules present in the extract to the precursor for growth and nucleation of nanocrystals in the solution (zhu et al., 2012). the influence of concentration of precursor on particle size has been reported, decrease in concentration of precursor have been found to yield ionps with decrease particle size and vice versa (verma and mehata, 2016). nucleation and growth models of nps have been adopted in the explanation of the effect of concentration of precursor on particle size claiming that the number of nps formed in the solution http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 25 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 increased with increase in precursor concentration. aside nucleation rate, delay in particle growth was also noted as the concentration of precursor increases resulting to increase in the availability of elemental concentrations of precursor which cause increase in the size of particle (cho et al., 2016). 3.3 effect of ph the ph which determines the level of acidity and basicity of reaction medium has been detected to be an important factor that influences the synthesis of ionps and other metal oxide nps from plants materials. the influences of ph of solution medium on size and texture of nps synthesized from plant extract has been documented (jacob et al., 2019). therefore, variation of the ph of solution has been adopted in regulation and control of shape and size of the synthesized nps (huang et al., 2015). the ph of basic medium (7 to 9) has been reported as the optimum condition for the synthesis of ionps aeromonas hydrophila (lenders et al., 2016). the biosynthesis that occurs at ph 12 and 4 has been reported to completely retard the synthesis of ionps. this indicated that extreme acidic and basic conditions do not favor the synthesis of ionps using plant extract (woźnica et al., 2003). 3.4 effect of temperature temperature is one of the crucial parameters that influences the physical, chemical and biological method of synthesizing ionps. the temperature requirement for the green synthesis of ionps using plant extract is in the range of 25 to 100 °c (patra et al., 2014). however, most researchers prefer the synthesis of ionps at room temperature due to the volatility of some secondary metabolites of plants extract that are needed for bio-reduction of iron ions. findings have shown that temperature of the reaction solution influences the morphological identity of nps (patra et al., 2014). findings from the uv-visible analysis of ionps synthesis from plant part at temperatures interval of 40 and 30 °c shown complete synthesis at 48 and 72 h, respectively. this indicated that rapid synthesis occurs at higher temperatures. this report also indicated that an increase in temperature beyond 40 °c led to poor synthesis of ionps, which was attributed to the inactivation of biomolecules liable for the reduction of the iron precursor (rajendran and sen, 2016). however, a report has shown the successful synthesis of ionps using punica granatum seed extract at temperature of 70 °c (bibi et al., 2019). 3.5 time or reaction and incubation the influence of incubation time on nps synthesized using plant extract have been examined to influence the morphological properties and qualities of nps (harlekar et al., 2014). other factors, such as storage conditions, device used for storage and exposure to light also affect the reaction time of ionps. long time incubation period has been documented to cause aggregation and shrinkage of particles (saif et al., 2016). 3.6 effect of type of plant extracts and concentrations of on ionps synthesis the synthesis of ionps using plants extract is dependent on types of phytochemical found in the extract and the volume used (devatha et al., 2018). the volume of plant extract used for the synthesis of nps influence its duration of complete synthesis. when large volume of extract is being used, the rate of synthesis occurs rapidly because more chemical constituents are available in the solution which bind with the iron precursor to effect rapid bio-reduction and stabilization of ionps while limited volume of extracts are being used the rate of ionps formation decreases because there are insufficient biomolecules to bind with the metal precursor, which finally result into instability of nps formed because the iron precursor would not be completely reduced to zerovalent form (fazlzadeh et al., 2017). to attain an optimum condition for the green synthesis of ionps, the ratio of the volume of plant extract must correspond to the concentration of iron precursor used because complete bio-reduction occur when there is equivalent amount of iron precursor and functional groups capable of causing reduction (toledo et al., 2018). also, the nature and kind of phytochemical available in plant extract influences the yield of ionps produced (gholami et al., 2018). the yield of ionps depend largely on the volume of extract used for synthesis. high volume of extract has been reported induced to increased yield of synthesized ionps when various volumes of plant extract were used, this was linked to the present of more functional groups, which react with the iron salt to produce improved absorption (sumera et al., 2018). findings have proved that volume and kind of extract used for nps synthesis also affected their morphological properties and biological activities (shen et al., 2017). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 26 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 4. characterization techniques several techniques have been used for the evaluation of the properties of synthesized ionps. the confirmation of ionps formation is examined with uv spectroscopy (ramesh et al., 2018). fourier transform infrared spectroscopy (ftir) is used for the functional group identification (devi et al., 2018). the morphological properties are determined by microscopy techniques such as transmission electron microscope (tem), scanning electron microscopy (sem), and atomic force microscopy (afm) (lassoued et al., 2017). the crystallinity of synthesized ionps is determined with x-ray diffraction (akintelu et al., 2020a) while the purity and composition of element are measured with edx (rufus et al., 2017) and total reflection x-ray fluorescence (txrf) (kulesh et al., 2016). 4.1 nanoparticle formation analysis ultraviolet visible spectroscopy is a technique used for the confirmation of the formation of metal nps and metal oxide nps, such as ionps (madubuonu et al., 2020). this is carried out by the measurement of its surface plasmon resonance and estimation of the oscillations of conduction band electrons obtained in the electromagnetic radiation (madubuonu et al., 2020). ultraviolet analysis has been used to study the stability, size, aggregation and structure of the nps (aisida et al., 2020a). each metal oxide and metal nps have specific absorbance wavelength and this is obtained from the uv spectrum when incident rays of light encounter the conduction band electrons on the surface of the metal nps (akintelu et al., 2020b). the specific absorbance band for ionps is in the range of 280 to 450 nm on the uv spectrum (aisida et al., 2020b). findings obtained from recent studies on the use of uv analysis for the confirmation of ionps formation are summarized in tab. 1. 4.2 functional group identification fourier transform infrared spectroscopy is useful for the identification of the functional groups present in the plant extract and ionps (kumar et al., 2016). it is equally used in the determination of the functional groups that participated in the bio-reduction of the iron precursors (mirza et al., 2018). fourier transform infrared spectroscopy analysis can produce the absorption and infrared emission spectrum of solid, liquid and gas. the uniqueness in the combination of atoms of biomolecules enhance the identification of functional groups present in synthesized ionps using the spectra obtained from ftir analysis (vasantharaj et al., 2019). the spectrum obtained from ftir spectroscopic analysis presents fingerprint containing the absorption peaks that correspond to the wavelength of vibrations within the bounds of atoms of the nps (ibraheem et al., 2019; sneha and karthikeyan, 2019). fourier transform infrared spectroscopy analysis have been used by numerous researchers to confirm the presence of some biomolecules, such as flavonoids, tannins, alkaloids, saponins in the extract of plants used for the bio-reduction of iron precursors during the formation of ionps (rahmani et al., 2019). the prominent functional groups that are responsible for the reduction process during the synthesis of ionps obtained from previous studies are presented in tab. 1. 4.3 morphological assessment of ionps 4.3.1 transmission electron microscope (tem) transmission electron microscope is one of the frequently used characterization tools for shape, size, and morphology determination of ionps (ebrahiminezhad et al., 2017a). conversely, the ionps preparatory procedure for tem analysis is very complicated because the sample (ionps) must be very thin for electron transmittance. the ionps are enclosed in thin films prepared on copper grids coated with carbon by releasing small quantity of ionps in solution onto the grid and extra solution on the grid are removed with blotting papers (rizwan et al., 2018). to aid easy penetration of monochromatic beam of electrons through the sample which produce an image on the viewing screen, the prepared samples are dried under a mercury lamp (liu et al., 2015). the used of tem in the morphological assessment of ionps synthesized from several plant materials have been reported by many researches and summary of their results are documented in tab. 1. 4.3.2 scanning electron microscopy (sem) scanning electron microscopy is an electron microscopy-based technique that have been used for the morphological evaluation of numerous nps via direct visualization (akintelu et al., 2021). these techniques have some unique benefits for morphological and size analysis when compared with other available techniques. for the preparatory procedures of ionps for sem analysis. the ionps http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 27 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 solution will be evaporated to dryness, the powder obtained are then mounted on a sample holder of the sem machine and will be coated with a conductive metal using a sputter coater (ebrahiminezhad et al., 2017b). subsequently, a beam of high energy electrons will be focused to the ionps to produce several signals on its surface (ranmadugala et al., 2017). then the signals on the ionps surface are captured by electron beams and are recorded by the detector where information about the crystalline structure, external morphology, orientation and chemical composition of ionps are determined (sulaiman et al., 2018). the deficiency of sem is in its inability to provide only accurate and sufficient information about the average size distribution of ionps (rajiv et al., 2017). findings on the morphological determination of synthesized ionps using several plant extracts via tem analysis are summarized in tab. 1. 4.3.3 atomic force microscopy (afm) several findings have shown the use of afm in morphological evaluation of nps (adio et al., 2017). this technique is based on scanning of samples (ionps) using a probe tip at the submicron level and with the aid of installed software-based image processing crucial information about morphology, surface texture, length, width, and height of nps can be deduced (jubb and allen, 2010). for sample preparation for afm analysis, a small amount of ionps solution is placed on a glass slipcover attached to the afm stub and dried over nitrogen gas at ambient temperature. several images are recorded for better interpretation (jagathesan and rajiv, 2018). this instrument makes the use of the forces between the surface and the tip of the sample in generating topographical map which is scanned in contact mode (bishnoi et al., 2018). the advantages of afm in morphological evaluation of nps does not require sample pretreatment before producing their images, it can be used to evaluate the morphological features of nonconducting samples and it also produce information about the volume and height of nps (katata-seru et al., 2018). 4.3.4 elemental composition 4.3.4.1 energy dispersive x-ray spectra (edx) in order to evaluate the purity and elemental composition of nps synthesized using plant extracts, some researchers have used edx technique (yadav and fulekar, 2018). the elemental composition of ionps is determined from the x-rays emission obtained from ionps after they have been bombarded with an electron beam (khalil et al., 2017). also, the use of an attached eds detector to sem have been used to determine the composition of elements in ionps by estimating the number of x-rays emitted to balance the difference in energy of the two electrons (badni et al., 2016). this is attainable because the emitted x-ray energy is a characteristic identity of the element when quantitatively and qualitatively analyzed (akintelu et al., 2020c). 4.3.4.2 crystallinity evaluation xrd have been reported as a good technique for the crystallinity assessment of synthesized nps (demirezen et al., 2018). the crystallinity assessment is accomplished by analyzing the lattice and structure parameters of the diffracted ionps powder by measuring the diffraction angle when x-ray beam incident on them. with the aid of scherrer formula represented with eq. 2 the crystal size can be determined based on the x-ray peaks width (truskewycz et al., 2016). crystal size = kλ βcosθ (2) where k = shape factor (0.94), λ = wavelength of incident x-ray, β = full width half maximum and θ = bragg’s angle. 5. applications of ionps synthesized from plant extract 5.1 antimicrobial applications various investigations have been carried out to enhance the antimicrobial activities of available antibiotic drugs and also to develop novel antimicrobial agents to reduce/eliminate the microbial resistance towards readily available antibiotics and antiseptic (ansari et al., 2017). reports from the in vitro antimicrobial studies of metal and metal oxide nps on numerous microbial species showed that metal oxide and metal nps demonstrated remarkable inhibition against the growth of tested microbial species when compared with commercially available antibiotics and antiseptic (rana et al., 2019). however, the antimicrobial activities of ionps and other nps depends upon majorly on particle size and material used for synthesis. over the past decades, ionps functionalized with therapeutic agents, such as http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 28 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 antimicrobials, have gained scientific and industrial attention because of their impressive results of antimicrobial and antibiofilm activities (holban, 2015). when ionps agglomerate, their surfaces are modified with important biological molecules and other polymer, ionps have been coated with several antimicrobial agents to prevent ionps agglomeration in attempt to extend the utility of engineered ionps in biomedical applications (seabra et al., 2017). the utilization of metal nps have been recommended as the most promising approach for eradicating microbial drug resistance because of their multiple reaction mechanisms with microbial cells (seabra et al., 2017). some of the reaction mechanisms are generation of pits in the bacterial cell, which causes fragmentation of the cell wall, denaturation of the outermost membrane of microbes especially bacterial, and reaction with the disulfide groups of enzymes to obstruct metabolic processes, which causes cell death (rai et al., 2013). like other metal and metal oxide nps such as silver, gold, zinc oxide and copper oxide. the ionps also possess potential antimicrobial activities (taghizadeh et al., 2019). patra et al. (2017) reported that ionps synthesized using corn plant extract exerted synergistic antibacterial activities against tested bacterial species. previous study on the bactericidal action of ionps synthesized using the fruit extract of couroupita guianensis revealed that particles exhibited effective bactericidal potency on tested human pathogens (gao et al., 2017). findings have equally shown that the growth of proteus mirabilis and escherichia coli can be limited by ionps obtained using leaf extract of argemone mexicana l. (arokiyaraj et al., 2013). the potential of ionps in combating both gram positive and gram-negative bacteria have been reported effective and further strategies to develop synergistic ionps platform which could function as carrier system for the treatment of microbial infection in future have been devised (nehra et al., 2018). some results obtained from recent studies on the antimicrobial potency of ionps synthesized using plant extracts against the growth of some deadly human pathogens are shown in tab. 2. 5.2 anticancer applications lack of selective targets and multidrug resistance have made the effective treatment of tumor and cancer an abortive and worrisome issue (el-boubbou, 2018). the advancement in nanotechnology and nanoscience over the years have shown some effective contribution of nps in cancer treatment due to their exceptional features and mechanism of reaction with cancerous cells (sathishkumar et al., 2018). among the existing metal oxide nps, ionps have been recommended as good anticancer therapy due to their large surface area to graft targeting substrates and moieties, great resistance to in vivo degradation and potential synergistic activity in influencing the sensitivity of drugs towards the treatment of cancer (bahrami et al., 2017). the cytotoxicity effect of biosynthesized ionps against human hepg2 liver cell lines reveal that ionps is capable of inhibiting the growth of cancer cell as the concentrations of ionps increases (rajendran et al., 2015). it was deduced from an investigation conducted to determine the cytotoxicity efficiency of lead oxide nps and ionps against hepg2 cells that ionps exhibited higher cytotoxicity efficiency of 38.49% against hepg2 cells while the cytotoxicity efficiency of lead oxide nps was 20.88%. the difference in the efficiency of the metal oxides in inhibiting the growth of hepg2 cells was linked with the smaller particle size of ionps (muhammad et al., 2019). the result obtained from the in vitro cytotoxicity evaluation of various concentrations of ionps synthesized using flaxseed against mcf-7 cells revealed high toxicity efficacy at concentrations of 4.7 μg ml–1 and above (rahmani et al., 2020). the high cytotoxicity efficiency of ionps against the mcf-7 cell line was attributed to the ability of ionps in causing breakdown of mcf-7 cells membrane by interacting with the phospholipid molecules in the cell layer (berry et al., 2004). an outstanding cytotoxicity effect has been documented from the action of psoralea corylifolia mediated ionps against significant anticancer activity against renal tumor cells (nagajyothi et al., 2017). 5.3 environmental application the wide use of anionic and cationic dyes in textiles, plastic, pharmaceuticals, leather, printing, and paper milling industries had led to their gigantic demand and supply across the globe (fowsiya et al., 2016). findings have shown that after manufacturing processes in the aforementioned industries over 20% of the total dyes used are wasted and are discharged into the environment where they resulted into various forms of environmental pollution (ratna and padhi, 2012). the discharge of dye and other toxic waste into the ecosystem have result to the death of many aquatic animals, water turbidity and several human health menace (jin et al., 2018). however, the management and effective control of effluents containing dyes have been a daunting challenge. the implication of the environmental challenges associated with industrial effluents have led to the investigation of the catalytic http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 review article iq.unesp.br/ecletica 29 eclética química journal, vol. 46, n. 4, 2021, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.4.2021.p17-37 degradation and oxidation of dyes by metal and metal oxide nps (thandapani et al., 2018). interestingly, metal oxides, such as zinc, copper, titanium and iron oxides, have showed good dye degradation efficiency (gonawala and mehta, 2014; stan et al., 2015). the photodegradation of dyes by ionps have been attributed to the easy adsorption of dyes linked with the high surface area to mass ratio and large number of surface reactive sites of metal oxide nps (dutta et al., 2014). catalyst loading, ph, temperature, and time have reported as the major factors affecting the photocatalytic activities of ionps (ahmed et al., 2020). several results obtained from the applications of ionps on environmental control of toxic effluent containing dyes and inorganic substance are documented in tab. 2. 6. conclusion this review discussed elaborately the various methods and techniques involved in the synthesis and characterization of ionps. in general, the bioactive constituents of plant extract used for the synthesis of ionps offer other benefits, such as improved biological activities and prevention of agglomeration aside been a reducing and stabilizing agent during the process of synthesis. the optimum conditions for the proper synthesis and improved yield of ionps with desirable properties are well discussed. review from the literature shows that plant-based synthesis is environmentally friendly, scalable to industrial production, nontoxic, very fast and consume less energy. despite the numerous applications of biosynthesized ionps in effluent treatment, catalysis and biomedicine, there is need for advance study to puffer solution to the challenges in comprehending the subsurface mechanistic pathways and transport of ionps in the environments and their toxicological consequences. authors’ contribution conceptualization: akintelu, s. a. data curation: oyebamiji, a. k. formal analysis: oyebamiji, a. k.; folorunso, a. s. funding acquisition: not applicable. investigation: akintelu, s. a.; folorunso, a. s.; oyebamiji, a. k. methodology: folorunso, a. s. project administration: oyebamiji, a. k. resources: not applicable software: not applicable. supervision: oyebamiji, a. k. validation: olugbeko, s. c. visualization: akintelu, s. a. writing – original draft: akintelu, s. a. writing – review & editing: olugbeko, s. c. data availability statement the data will be available upon request funding not applicable acknowledgments we are grateful to chinese government council, school of chemistry and chemical engineering, beijing institute of technology, beijing, china and department of pure and applied chemistry, ladoke akintola university of technology for their assistance in the course of this study. references adio, s. o.; omar, m. h.; asif, m.; saleh, t. a. arsenic and selenium removal from water using biosynthesized nanoscale zero-valent iron: a factorial design analysis. process saf. environ. prot. 2017, 107, 518–527. https://doi.org/10.1016/j.psep.2017.03.004 ahmad, w.; khan, a. u.; shams, s.; qin, l.; yuan, q.; ahmad, a.; wei, y.; khan, z. u. h.; ullah, s.; rahman, a. u. eco-benign approach to synthesize spherical 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https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.013 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.013 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.013 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.013 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.013 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.013 https://doi.org/10.1021/jp304041m https://doi.org/10.1021/jp304041m https://doi.org/10.1021/jp304041m https://doi.org/10.1021/jp304041m eclet. quim. 50 | e-1600, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 1/23 1tribhuvan university, department of chemistry, kathmandu, nepal. 2ministry of health and population, nepal health research council, kathmandu, nepal. 3bioinformatics and cheminformatics division, scientific research and training nepal p. ltd., bhaktapur, nepal. 4institute of natural resources innovation, kathmandu, nepal. +corresponding author: ram lal swagat shrestha, phone: +9851038789, email address: swagatstha@gmail.com original article phytochemical, antioxidant, and enzyme inhibition potential exploration of nyctanthes arbor-tristis via in vitro and in silico methods nirmal parajuli1 , prabhat neupane1 , sujan dhital1 , samjhana bharati1 , timila shrestha1 , binita maharjan1 , bishnu prasad marasini2 , jhashanath adhikari subin3 , ram lal swagat shrestha1,4+ abstract secondary metabolites in medicinal plants have been found to possess a broad spectrum of therapeutic properties. this study investigates the sequential extraction, quantitative phytochemicals, and bioactivity evaluations of nyctanthes arbor-tristis leaf growing in nepal. methanolic extract contains the highest phenolics and resulted in the lowest ic50 values of 56±3 µg/ml and 157±3 µg/ml, in antioxidant and α-amylase inhibition assays, respectively. hexane extract was found to contain abundant flavonoids and to be the most lethal to brine shrimp napuili with lc50 of 87±5 µg/ml. phytochemicals arborside-c (asc) and arborside-d (asd) were found to be the most potent ligands to bind with α-amylase (pdb id: 4gqr), resulting from docking and molecular dynamics simulation outcomes. the free energy changes calculated by the mmpbsa method and admet profiling of hit candidates supported by the spontaneity of complex formation reactions and their pharmacokinetic efficacy, respectively. this study proposes two compounds as hit candidates for the α-amylase target. biological characterization using an in vivo approach is further recommended to assess their precise pharmacological validation. article history received september 19, 2024 accepted january 15, 2025 published september 22, 2025 keywords 1. nyctanthes arbor-tristis; 2. antioxidant; 3. α-amylase inhibition; 4. arborside-c; 5. arborside-d. section editors assis vicente benedetti rogéria rocha gonçalves highlights ultrasonic sequential extraction of phytochemicals from n. arbor-tristis leaf. quantitative phytochemical study (tpc and tfc). assessment of in vitro antioxidant, toxicity, and αamylase inhibition bioactivities. molecular docking and molecular dynamics simulations (mds) of phytocompounds. identification of hit compounds against pancreatic amylase through in silico methods. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://ror.org/02rg1r889 https://ror.org/01kk81m15 mailto:swagatstha@gmail.com mailto:parajulinirmal1999@gmail.com mailto:neupaneprabhat1998@gmail.com mailto:sujandhital07@gmail.com mailto:bharati.samjhana@gmail.com mailto:timilastha@gmail.com mailto:binitamhrjan@gmail.com mailto:bishnu.marasini@gmail.com mailto:subinadhikari2018@gmail.com mailto:swagatstha@gmail.com https://orcid.org/0009-0008-7068-6374 https://orcid.org/0009-0001-8256-7072 https://orcid.org/0009-0000-2384-1687 https://orcid.org/0009-0002-4301-7251 https://orcid.org/0009-0008-2686-6378 https://orcid.org/0009-0002-5606-3257 https://orcid.org/0000-0001-6153-5234 https://orcid.org/0000-0001-8515-9843 https://orcid.org/0000-0002-7939-2830 mailto:assis.v.benedetti@unesp.br mailto:assis.v.benedetti@unesp.br mailto:rrgoncalves@ffclrp.usp.br mailto:rrgoncalves@ffclrp.usp.br https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 https://orcid.org/0000-0001-5540-7690 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 2/23 1. introduction nepal is home to a wide array of plants, with an estimated 9,000 different species of flowering plants (khakurel et al., 2022; kunwar et al., 2016). plants have medicinal values due to secondary metabolites and are a good source of therapeutics (kumar et al., 2022). biosynthesis, extraction, identification, structural elucidation, quantification, and physical and chemical properties of phytochemicals are the key to the drug discovery process (butler, 2004; choo and chai, 2023). nyctanthes arbor-tristis l., a plant of the oleaceae family, commonly called night jasmine, is a typical shrub with bright, highly scented blooms that bloom at night and fall off before daybreak (dewi et al., 2022). the plant is 10 to 30 m in height, and its leaves are 2–6 cm broad, 6–12 cm long, simple, petiolate, exstipulate, and reticulate venation (solanki et al., 2021). n. arbortristis is distributed worldwide and found in tropical and subtropical regions, ranging in height up to 1500 m geographically in the himalayan region of india, nepal, and pakistan (jain and pandey, 2016). n. arbor-tristis leaves have a variety of chemical components, including alkaloids, glycosides, flavonoids, terpenoids, and tannins (bb et al., 2015; meshram et al., 2012). the therapeutic benefit is related to the presence of possible phytochemicals such as nyctantic acid, β-sitosterol, oleanolic acid, friedelin, arborside-a, arborside-b, arborside-c, arborside-d, arbortristoside-a, arbortristoside-c, benzoic esters of loganin, 6-βhydroxyloganin, mannitol, astragalin, ascorbic acid, and methyl salicylate found in the leaves (agrawal and pal, 2013; sah and verma, 2012; meshram et al., 2012). the pharmacological studies showed their potential as antibacterial, anti-inflammatory, analgesic, antidiabetic, cough-suppressant, antioxidant, antimalarial, anti-arthritic, antispasmodic, antipyretic, immunostimulant, anthelminthic, antileishmanial, hepatoprotective, anti-allergic, antiviral, and cns depressive (sah and verma, 2012; laware and shirole, 2023; rawat et al., 2021). each component of this plant has been used to treat various ailments in ayurveda, including arthritis, digestive issues, tonics, laxatives, diuretics, asthma, cough, discomfort, hemorrhoids, and irregular menstrual periods (dewi et al., 2022; kushwah et al., 2023). diabetes mellitus (dm), type i and ii are chronic hyperglycemia disorders. type i diabetes is caused mainly by βcell death of the pancreas that results in a reduction in insulin secretion, in contrast, type ii diabetes (t2d) is characterized by insulin resistance in the cells (mohamed et al., 2023). the ingestion and absorption of dietary carbohydrates substantially increase postprandial blood glucose levels (sugandh et al., 2023). the enzyme α-amylase breaks down starch into glucose fragments by breaking down the glycosidic linkages (proença et al., 2019). human pancreatic α-amylase enzyme (hpae) inhibition is a conventional method utilized to treat t2d (ogunyemi et al., 2022). an in silico methodology has effectively decreased the expenditure associated with experimental procedures and the temporal requirements for determining complicated structures (stănciuc et al., 2020). it aims to ascertain the potential method of binding orientation, binding affinity, and stability of the molecules to enzymes (vasanthkumar et al., 2021). molecular docking calculations and molecular dynamics simulations are used to test millions of possible binding orientations at receptor binding sites based on protein structures to propose the pharmacological significance of various chemicals in plant metabolites (hollingsworth and dror, 2018; zhao et al., 2021). the structurebased drug design (sbdd) utilizes docking and simulation programs for virtual estimation of drug-likeness, and further admet prediction anchors to drug-like molecules through its pharmacokinetic evaluation that binds with a particular receptor protein to manipulate its function (lolok et al., 2022). in this study, an assessment of the in vitro antioxidant, αamylase inhibition, brine shrimp lethality assay (bsla), and estimation of tpc and tfc of the different extract fractions of n. arbor-tristis leaf were carried out. molecular docking virtual screening, molecular dynamics simulations, and admet predictions of the compounds found in the plant leaf were further used to understand their mechanism and pharmaceutical aptitude towards hpae. the result of this study can be used to justify and validate the potential of the n. arbor-tristis in antioxidation, cytotoxicity, and, importantly, α-amylase inhibition. 2. experimental 2.1. chemicals solvents hexane, chloroform, ethyl acetate, acetone, methanol (qualigens fine chemicals), sulfuric acid, hydrochloric acid, aluminum chloride, sodium carbonate, dimethyl sulphoxide (dmso), and sodium dihydrogen phosphate (thermo-fisher scientific india) were used. gallic acid (hi-media laboratories), 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (dpph), quercetin (wako pure chemicals, osaka, japan), folin–ciocalteu’s phenol reagent (fcr), ascorbic acid, acarbose, and α-amylase (hi-media laboratories) were used, which were imported from india. 2.2. plant collection and identification the n. arbor-tristis leaves were collected in sindhupalchok district, nepal (altitude: 1350 m, latitude: 27°46'14" n, longitude: 85°48'59" e). the plant (voucher code 01kath160201) was identified and verified at the national herbarium & plant laboratories (kath) in lalitpur, nepal. 2.3. preparation of plant extracts the collected and dried 1 kg leaves of n. arbor-tristis were powdered using an electric grinder. through an ultrasonic extraction process, different leaf extracts, hexane extract (he), chloroform extract (ce), ethyl acetate extract (eae), acetone extract (ae), methanol extract (me), and distilled water extract (dwe), were prepared in six different solvents, hexane, chloroform, ethyl acetate, acetone, methanol, and distilled water, respectively through a sequential extraction (solid-liquid fractionation) in increasing polarity order of the solvents. 2.4. preliminary phytochemical profiling a phytochemical study of n. arbor-tristis leaf was conducted to profile the various natural constituents in the extracts using a standard protocol (banu and cathrine, 2015). 2.5. phenolic content (tpc) determination folin-ciocalteu colorimetric analysis based on an oxidation-reduction reaction was used to tpc with minor modifications (gautam et al., 2022). from the serially diluted concentration of standard gallic acid stock (500 to 25 µg/ml), 20 µl of each was dispensed in a 96-well plate containing 100 µl of folin-ciocalteu reagent and incubated for 5 min at room temperature in the dark. 80 µl of 7% na2co3 was added to the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 3/23 reaction mixture and further incubated for another 2 h at 23 °c. the resulting blue-colored mixture was subjected to measuring absorbance using a spectrophotometer at 765 nm in triplicate, and a calibration curve was plotted. the exact process was repeated for all plant extract fractions, and the tpc of each extract was calculated as gallic acid equivalent per gram (gae/g) using a calibration curve. 2.6. flavonoid content (tfc) determination the aluminum chloride colorimetric assay was used to measure the tfc of the extracts described in previous work (chandra et al., 2014). briefly, the stock solution of standard quercetin in methanol was serially diluted (250 μg/ml to 25 μg/ml) and added to the microplate well. 2% aluminum chloride in methanol (100μl) was added to it and incubated for 10 min in the dark. the absorbance of the reaction mixture was measured at 425nm through a spectrophotometer. the calibration curve was plotted, the exact process was repeated for all plant extract fractions, and tfc was calculated as quercetin equivalent per gram (qe/g). 2.7. antioxidant activity assay using 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl-hydrate (dpph) (blois, 1958), an antioxidant activity assay was done on the protocol described in previous literature, with some modifications (sabudak et al., 2013). the stock solution of standard ascorbic acid was resolved into concentrations of 30 μg/ml to 2.5 μg/ml through serial dilution. 2 ml of each concentration of ascorbic acid was mixed with 2 ml 0.2 mmol/l dpph solution in triplicate and kept in the dark for 30 min. the absorbance was measured at 517 nm against methanol and dpph as a blank. the exact process was repeated for each extract fraction (triplicate) at different concentrations, and absorbance was measured. using a graph plot between the percentage scavenging activity of extracts vs concentrations in graphpad prism, the half-maximum inhibitory concentration (ic50) of each extract was calculated. equation 1 was applied to evaluate the %dpph radical scavenging. % dpph scavenging = (ablank−asample) (ablank) × 100% (1) 2.8. α-amylase inhibition assay the α-amylase inhibition activity was performed using the 3,5-dinitrosalicylic acid (dnsa) method, with some modifications (mustafa et al., 2021). 10% dimethyl sulfoxide (dmso) was used to dilute the n. arbor-tristis leaf extracts and generate various concentrations. the diluted solutions in different test tubes were mixed with dmso, buffer, and nacl at a ph of 6.9. this mixture was added with α-amylase (1,4-α-d-glucano-glucanohydrolase) solution (200 μl) and incubated for 10 min at a temperature of 30 °c. the starch solution (0.1%) was added to each tube in a volume of 200 μl, and the tubes were incubated for 3 min. the process was stopped by adding dnsa reagent (200 μl) and warmed in a water bath for 10 min at 85-90 °c. after reaching room temperature, the reaction mixture was diluted by adding distilled water (5 ml), and the absorbance of the reaction mixture was measured at 540 nm. the blank with 100% enzyme activity was prepared by replacing the plant extract with 200 μl of buffer. the standard acarbose solution was taken as a positive control. the percentage of amylase inhibition was estimated using eq. 2. % inhibition = 𝐴𝑏𝑠.𝑏𝑙𝑎𝑛𝑘−𝐴𝑏𝑠. 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 𝐴𝑏𝑠.𝑏𝑙𝑎𝑛𝑘 × 100% (2) by plotting the extract concentrations against the percentage of α-amylase inhibition in the dose-inhibition curve using graphpad prism, the ic50 value was estimated for each extract. 2.9. brine shrimp toxicity assay the brine shrimp toxicity assay is a valuable introductory screening tool to determine the potential toxicity of various compounds (niksic et al., 2021). it involves assessing their potential to induce mortality in laboratory-cultured brine shrimp (artemia salina) nauplii, and the protocol is based on previous work (majumder et al., 2019). artificial seawater was prepared, and brine shrimp eggs were hatched for 48 h. a stock solution of each extract was successfully diluted (1000 μg/ml to 62.5 μg/ml) using the serial dilution method. varying amounts of plant extract were applied to ten nauplii and left for 24 h. dmso was used as a blank, and potassium dichromate as a positive control. the mortality endpoint was observed for each extract fraction after application to the prepared solution in a triplicate format. the lethality percentage for each concentration was determined by counting the number of dead and live nauplii. equation 3 was used to calculate the percentage mortality of the nauplii. % mortality = no. of dead shrimps total no. of shrimps × 100% (3) the lc50 represents the concentration at which the tested extract kills 50% of the brine shrimp nauplii. it was calculated using graphpad prism. 2.10. computational tools 2.10.1. ligand selection the previously isolated compounds (iridoids, flavonoids, and phenolic compounds) from different extracts of the leaves of n. arbor-tristis were taken as candidate ligands as hpae inhibitors (table 1). molecular structures of some of the selected ligands are presented in fig. 1. the supplementary information (table 1s and fig. 1s) lists other detailed information and structures of all selected ligands. table 1. some of the top candidate ligands selected from n. arbor-tristis leaf. ligands ligand id molecular weight (g/mol) pubchem cid reference arborside-a asa 614.6 182902 dewi et al. (2022) arborside-b asb 494.5 182903 dewi et al. (2022) arborside-c asc 510.5 182904 agrawal and pal (2013) arborside-d asd 556.5 101685135 agrawal and pal (2013) arbortristoside-a atsa 566.5 6442162 vishwakarma et al. (2022); rathore et al. (1989) arbortristoside-c atsc 552.5 23955893 dewi et al. (2022) astragalin ag 448.4 5282102 sah and verma (2012) source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 4/23 figure 1. molecular structures of some of the top selected ligands, asa (arborside-a), asb (arborside-b), asc (arborside-c), and asd (arborside-d). source: elaborated by the authors. 2.10.2. ligand preparation the 3d structures and coordinates of ligands were retrieved from the pubchem database in sdf format with the respective pubchem cid mentioned in table 1. the bond order and molecular formula of compounds were verified and converted into pdb format using the pymol software (version 2.5.5) (yuan et al., 2017). using the conjugate gradient algorithm, the universal force field (uff) for 5000 cycles at 10–8 units of energy convergence was chosen after adding the hydrogen atoms in the avogadro program (version 1.2.0) for molecular structure optimization (hanwell et al., 2012). autodock tools converted pdb into pdbqt, which is required for molecular docking (trott and olson, 2009). root mean square deviation (rmsd) between the docked ligand (myricetin) and native ligand (myricetin) in the crystal structure of the protein (pdb id: 4gqr) was calculated to be less than 2 å for docking protocol validation (shrestha et al., 2024) (presented in fig. 2s in supplementary information). 2.10.3. target selection and preparation hpae (pdb id: 4gqr) with a resolution of 1.20 å, with an x-ray crystallographic structure, was restored from the rcsb database (https://www.rcsb.org/) (berman et al., 2000). the protein structure visualization and processing were done using the pymol program. the active sites (catalytic triad, asp197, glu233, and asp300) of the enzyme were determined using a cocrystallized receptor-ligand complex structure (liu et al., 2017a). the protein was cleaned in pymol software by removing water molecules, ions, and non-standard residues, and the apo structure was stored as a pdb file. the protein was processed by adding polar hydrogen atoms and kollman charges in autodock tools and converted into pdbqt format, which was required for molecular docking. the grid box was set to cover all the active site residues. the grid box center (16.731, 17.235, and 42.467) and the grid box size (x = 44, y = 46, z = 44 in å with spacing of 0.375 å) in the receptor protein were selected. 2.10.4. molecular docking calculations the binding mechanism (pose, orientation, and location) between the ligand and the receptor was investigated using molecular docking studies. the autodock vina software (version 1.5.7) was used to conduct rigid molecular docking calculations (trott and olson, 2009). the chosen molecules were docked and examined based on the possible protein-ligand interactions and the lowest binding affinity (docking score). during molecular docking, the ligand remained flexible in the active site pocket of the protein despite the protein’s rigidity. control parameters such as the number of modes, energy range, and exhaustiveness were 20, 4, and 64, respectively, for all docking computations. the stable protein-ligand complex with the highest binding affinity was ultimately determined using a scoring function. biovia discovery studio visualizer (version 21.1.0.20298) was used for the visualization of protein-ligand interactions (shaweta et al., 2021). for the stability assessment in terms of geometrical and thermodynamic parameters, a molecular dynamics simulation of the complex with the pose with the best binding energies was selected. 2.10.5. molecular dynamics simulation (mds) the mds of the ligand-protein adducts were performed using the gromacs software (version 2021.2) (abraham et al., 2015). the charmm27 force field from the swissparam server (https://www.swissparam.ch/) (assessed on january 10, 2024) was used for both the ligand and the receptor (zoete et al., 2011). utilizing the tip3p water model, a triclinic box system was solvated. 12 å spacing was chosen to minimize erroneous interactions between the periodic images. the system was https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://www.rcsb.org/ https://www.swissparam.ch/ original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 5/23 neutralized, and an isotonic solution of nacl was employed. at a physiological temperature (310 k), the system was equilibrated in four stages, each lasting 200 ps. for nvt equilibrium, the initial two stages were completed, and for npt equilibrium, the final two phases were chained. the final production run was conducted for 100 ns without any constraints, and several parameters, including rmsf, sasa, rmsd, and rg, were retrieved from the mds trajectory using the built-in modules of the gromacs program. 2.10.6. binding free energy changes (δgbfe) estimation the mmpbsa method was used to calculate the change in the binding free energy (δgbfe) of the adduct (onufriev and case, 2019). the viability and spontaneity of the forward reaction were evaluated based on the assessment of free energy changes. the binding free energies of the complex, protein, and ligand were determined using the gmx-mmpbsa module on an equilibrated trajectory segment of 200 frames for 20 ns. equations 4 and 5 were used to calculate the binding free energy change during complex formation (wang et al., 2019). δgbfe = gcomplex − greceptor − gligand (4) δgbfe= δh − tδs = δemm + δgsolv –tδs (5) where, δemm = δein + δevdw + δeele δgsolv = δgpb + δgsa δgbfe = binding free energy changes δemm =energy change in gas phase molecular mechanics δein = internal energy of the system δevdw = van der waals energy δgsolv = electrostatic solvation energy δgpb = polar contributions in solute-solvent system δeele = electrostatic energy δs = entropy changes of the system δgsa = nonpolar contributions in the system the entropy term (tδs) was not considered in the binding free energy calculation because of significant technical costs and errors raised during computational calculations (wang et al., 2019). 2.11. admet profiling swiss adme (http://www.swissadme.ch/), protox-ii (https://tox-new.charite.de/protox_ii/), and pkcsm (https://biosig.lab.uq.edu.au/pkcsm/) servers (accessed on january 19, 2024) were used for calculating absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity parameters of hit compounds and reference drugs (acarbose and miglitol) (banerjee et al., 2018; pires et al., 2015). 2.12. statistical evaluation all the in vitro experimental results were taken in triplicate (n = 3). tpc, tfc, and binding free energy results were presented as mean ± sd (standard deviation), and quantitative biological activity tests (dpph assay, amylase inhibition, and bsla) were calculated in terms of mean ± sem (standard error of mean) for a more reliable ic50 calculation. graphpad prism (version 9.4.1) was used to calculate ic50 values of bioactivities. tpc and tfc were calculated using microsoft excel 2021. 2.13. computational resources molecular docking calculations, data interpretation, and visualization were done using windows 11 (8 gb ram, 8-core cpu processor). molecular dynamics simulation and binding free energy calculations were performed in ubuntu 20.04.06, an lts operating system, a 24-core processor machine with a 24 gb gpu accelerator. 3. results and discussion 3.1. qualitative estimation of phytochemicals qualitative analysis of the phytochemicals gives a preliminary idea of constituents present in the extracts and helps to quantify and further characterize (olayinka et al., 2010). the ft-ir analysis of the extract is presented in the supplementary information in fig. 3s. different extracts showed distinct results in screening following polarity and phytoconstituents present in the leaf of n. arbor-tristis. alkaloids, flavonoids, terpenoids, glycosides, phenolic compounds, steroids, carbohydrates, and quinones were identified (table 2) as the primary ingredients. table 2. phytochemical screening of the various extracts. class of phytochemicals he ce eae ae me dwe alkaloids – + + + + + phenolic compounds – + + + + + flavonoids – + + + + + terpenoids + + + + + – cardiac glycosides – – + + + + carbohydrates – + + + + + proteins – – + + + + triterpenoids + + + + – – tannins – + + + + + resins – – – + + + steroids – + + + + – quinones + + + + + – saponins – – – – – – note: + refers presence; – refers absence. he (hexane extract); ce (chloroform extract); eae (ethyl acetate extract); ae (acetone extract); me (methanol extract); dwe (distilled water extract). source: elaborated by the authors. 3.2. quantitative estimation of phytochemicals the yield percentage was found to be the highest for the extract ce (7.3%) among all extract fractions. phenolic compounds and flavonoids are natural products that have the potential for pharmacological activity, like antioxidant, antidiabetic, anti-inflammatory, and anticarcinogen (zain and omar, 2018). tpc of different fractions was determined using folin-ciocalteu reagent with slight modification with the help of a standard gallic acid calibration curve (y = 0.0039x + 0.0568, and r2 = 0.9957), likewise, tfc was calculated through spectrophotometry of the colored solution of aluminum chloride reagent with extract with the help of a standard quercetin calibration curve (y = 0.0068x + 0.00704, and r2 = 0.9997). the standard calibration curves are included in the supplementary information (fig. 4s). the % yield, tpc, and tfc of all fractions are listed in table 3. extracts of ae and me fractions of n. arbortristis were found to have a high content of the phenolic compound of 137±4 mg gae/g and 139±4 mg gae/g, respectively. tfc was found high in extract ce (369 ± 4 mg gae/g) and he (286 ± 10 mg gae/g) fractions. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 http://www.swissadme.ch/ https://tox-new.charite.de/protox_ii/ https://biosig.lab.uq.edu.au/pkcsm/ original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 6/23 table 3. the yield, tpc, and tfc of different extract fractions. extracts chemical contents yield% tpc (mg gae/g) tfc (mg qe/g) he 0.45 18 ± 4 286 ± 10 ce 7.3 46 ± 4 369 ± 4 eae 1.55 78 ± 5 92 ± 4 ae 2.3 137 ± 4 62 ± 3 me 3.15 139 ± 4 68 ± 4 dwe 2.97 56 ± 4 17 ± 2 note: tpc and tfc = triplicate average ± sd. he (hexane extract); ce (chloroform extract); eae (ethyl acetate extract); ae (acetone extract); me (methanol extract); dwe (distilled water extract). source: elaborated by the authors. 3.3. dpph scavenging assay the dpph radical scavenging assay gives the in vitro quantitative figure of the antioxidant potential of metabolites found in phytochemicals (sethi et al., 2020). n. arbor-tristis extract fractions displayed active antioxidant potentials towards dpph free radicals. extracts me and ae were found to be the most potent antioxidants with ic50 values of 56 ± 3 g/ml and 79 ± 3 µg/ml, respectively, which were found to be marginally higher ic50 values than standard ascorbic acid (table 4). other extracts (ic50 > 100 µg/ml) showed mild antioxidizing phenomena. the order of the dpph scavenging capacity of the extracts can be illustrated as me>ae>dwe>eae>he>ce. table 4. comparative antioxidant, amylase inhibition, and toxicity results containing values of various extracts with respective positive control. extracts and positive controls evaluated bioactivity dpph scavenging (ic50 in µg/ml) α-amylase inhibition (ic50 in µg/ml) brine shrimp lethality assay (lc50 in µg/ml) he 120 ± 5 547 ± 9 97 ± 2 ce 410 ± 6 386 ± 15 295 ± 7 eae 126 ± 2 1656 ± 8 161 ± 5 ae 79 ± 3 919 ± 9 240 ± 5 me 56 ± 3 157 ± 3 175 ± 3 dwe 104 ± 6 1799 ± 7 998 ± 10 *ascorbic acid 17 ± 3 – – *acarbose – 52 ± 1 – *k2cr2o7 – – 152 ± 2 source: elaborated by the authors. 3.4. alpha-amylase inhibition assay the α-amylase inhibition activity of different extracts is listed in table 4. among the fractions, me of ic50 157 ± 3 µg/ml was found to be a significant α-amylase inhibitor compared to other fractions. extracts he and ce exhibited moderate inhibition, whereas eae, ae, and dwe showed weak inhibitory activity to the amylase enzyme. the extract me showed a good amylase inhibition activity compared with standard acarbose (52 ± 1 µg/ml), signifying the antidiabetic potential of n. arbortristis. the amylase enzyme inhibition potential of the extracts was found to be in the following order: me > ce > he > ae > eae > dwe. 3.5. brine shrimp toxicity evaluation brine shrimp cytotoxicity assay portrayed a moderate toxicity in all extracts. lc50 of he (97 ± 2 µg/ml) was found to be the least toxic to brine shrimp larvae. lc50 values of extracts ce, eae, ae, and me were found to be moderate, and comparable to each other and the positive control potassium dichromate (lc50 < 300 µg/ml). the comparative illustration of all the extracts with lethal concentration is mentioned in table 4. the trending fitting curve of the observed data of different bioactivity is presented in figures 5s, 6s, and 7s in supplementary information. 3.6. computational virtual screening 3.6.1. binding affinities from molecular docking calculation the most conventional method to inhibit hpae is to bind it with a suitable ligand/drug at its orthosteric site (cele et al., 2022). molecular docking is an easy, preliminary, virtual, and rapid computational method to compute and analyze the compatibility of any molecule (guest) and its possible therapeutic activity with the active macromolecular protein (host) through host-guest interaction (das et al., 2024). further viability and stability of the docked complex were assessed using mds. the compounds found in the leaves of n. arbor-tristis were examined to determine their hpae binding capacity through computation. most of the candidate ligands scored better in molecular docking than the native ligand myricetin (–33.1 kj/mol) with the amylase receptor (pdb id: 4gqr) (bitew et al., 2021), and the calculations are shown in table 5. conventional hydrogen bonds, pi-alkyl, pipi stacked, other hydrophobic interactions, and van der waals interactions were the noticeable non-covalent interactions in the protein-ligand complexes. among all ligands, asc and asd scored the same affinity of –33.5 kj/mol, and it was found that these ligands exhibited a stable trajectory in mds, which might be a consequence of the strong interactions in the adduct with a larger hydrogen bond count and proper orientation of the ligand with the receptor. by conventional hydrogen bond, ligand asc interacted with amino acid residues, his305, glu233, asp197, and asp300 (<3 å). on the other hand, ligand asd interacted with trp59, tyr151, thr163, and his 201 through hydrogen bonding (<2.6 å) along with other possible interactions. such strong interactions (between ligands and active site triad) might provide stability to the complexes, which were further supported by the mds results of both ligands, which are discussed later. although asb showed the highest docking score (–34.7 kj/mol), it was found to be unstable in the amylase binding pocket (in mds). the docking score and its validity through mds signified the stability of the adduct at physiological temperature, which could result in the inhibition of the target enzyme (omar et al., 2022). most of the ligands were found to interact with the catalytic triad of amylase (aps197, glu233, and asp300), along with asp356, his305, ile235, his201, trp59, ala106, and ala198 (chothani et al., 2024; renganathan et al., 2021; zahra et al., 2024). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 7/23 table 5. interactions between the compounds (top ligands, drug, native ligand) and the amino acid residues in ligand-protein complexes from molecular docking calculations. candidate ligands docking score (kj/mol) interactions active site residues (distance å) asb –34.7 conventional hydrogen bond glu233 (2.47, 2.66), asp300 (2.12) pi-alkyl trp59 (4.38, 5.10), his305 (4.60) carbon hydrogen bond his305 (3.77) alkyl leu165 (4.74) van der waals trp58, asp197, tyr62, his201, gln63, val107, leu162, thr163, arg195, ile235, asc –33.5 conventional hydrogen bond asp197 (2.45), glu233 (2.07), his305 (2.79), asp300 (2.73) alkyl leu162 (3.90), leu165 (4.94) pi-alkyl trp59 (4.20), his305 (2.79) pi-pi stacked trp59 (4.06) van der waals try62, tyr151, thr163, arg195, gln63, ala198, trp58, lys200, ile235 asd –33.5 conventional hydrogen bond trp59 (2.14), tyr151 (2.57), thr163 (2.21), his201 (2.13, 2.58) pi-alkyl his299 (4.38) carbon hydrogen bond glu233 (3.34), asp300 (3.38) pi-pi stacked tyr151(3.93) van der waals trp58, gln63, leu162, arg195, asp197, ala198, glu60, lys200, tyr62, ile235 asta –33.5 conventional hydrogen bond glu233 (1.84), asp300 (2.23) pi-alkyl his201 (5.16) carbon hydrogen bond trp59 (3.80), his299 (3.60) pi-pi stacked trp59 (4.98) pi-sigma trp59 (3.86) alkyl leu162 (5.44), leu165 (4.42), glu233 (5.80) van der waals trp58, tyr62, gln63, tyr151, thr163, arg195, asp197, ala198, his305, gly306 ag –33.1 conventional h-bond gln63 (2.82), asp197 (4.43) pi-pi stacked tyr62 (5.08), trp59 (4.03, 4.66) van der waals trp58, gln63, his101, leu162, leu165, ala198, glu233, ile235, gly306 pi-alkyl ala307 (5.05) carbon hydrogen bond trp59 (3.24) pi-pi stacked trp59 (5.16) pi-sigma ile235 (3.93) pi-donor hydrogen bond his299 (3.28) van der waals trp58, tyr62, gln63, tyr151, leu162, arg195, asp197, ala198, lys200, his305, gly306, gly308 #myricetin –33.1 conventional h-bond gln63 (2.13), arg195 (2.33), glu233 (2.31) pi-pi staked trp59 (4.36, 5.39), tyr62 (4.83) van der waals his101, leu162, leu162, asp197, ala198, his299, asp300 *acarbose yi et al. (2022) –32.2 conventional h-bond gln63 (2.33, 2.36, 2.62), arg195 (3.04), glu233 (1.98, 2.33), asp300 (2.35) pi-donor hydrogen bond trp59 (3.78, 3.88) van der waals val49, ile51, trp58, tyr62, leu162, thr163, asp197, ala198, his299, phe256, gly306, gly306, arg303, his305, trp357 note: #native ligand; *antidiabetic reference drug. asb (arborside-b); asc (arborside-c); asd (arborside-d); atsa (arbortristoside-a); atsc (arbortristoside-c); bold residues (catalytic triad residues in the orthosteric side of human pancreatic α-amylase). source: elaborated by the authors. the observations indicated that the conventional hydrogen bond between electronegative acceptor and hydrogen, pi-pi stacked link between two aromatic rings, pi-alkyl interaction between the alkyl group and aromatic ring or unsaturation, van der waals’ interaction, and other noncovalent interactions were found to be present between ligand and protein complexes. ligand asc formed h-bonds with active site residues glu233 (h-acceptor), asp197 (h-acceptor), and asp300 (h-acceptor) by accepting the hydrogen from the h-donor (–oh) site of the ligand, and residues his201 (h-donor) and his305 (h-donor) donated the hydrogen to the acceptor oxygen site of the ligand. leu162, leu165, tyr59, and his305 interacted with asc to bind by hydrophobic interactions containing pi-pi stacking, pi-alkyl, and alkyl-alkyl interactions. similarly, in ligand asd, residues trp59 and thr163 acted as hydrogen acceptors. his201 and tyr153 played a role as hydrogen donors in forming hydrogen bonds, and residues his299 and tyr153 showed hydrophobic interaction with the ligand. docking scores and interactions of the ligands displayed the potential binding capability of the ligands towards hpae, which could eventually be the subsequent inhibitory action of compounds in physiological reactions. the comparison (docking score and interactions) of selected compounds with native ligand (myricetin) and the drug acarbose (–32.2 kj/mol) further supported the effective interactions and stability of the complexes formed with amylase enzyme. figurative (3d interaction with the hydrophobicity of protein and solvent accessibility surface (sas) in 2d) illustrations of molecular docking calculations of major active compounds are presented in fig. 2. other calculated data and figures are included in the supplementary information (tables 1s, 2s, and fig. 8s). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 8/23 figure 2. interactive presentations of the protein-ligand complex of {(asc (a, a’), asd (b, b’) and myricetin (c, c’)} 3d with the hydrophobicity of protein and 2d with solvent accessibility surface from molecular docking including bond length (å), the color of atoms in the ligand 2d structure, red, black, and grey are for o, h, and c atoms, respectively. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 9/23 3.6.2. molecular dynamics simulations (mds) 3.6.2.1. root mean square deviation (rmsd) mds trajectory was used to extract the rmsd of ligand and protein for a duration of 100 ns, and it was considered to compute the dynamics and stability of the simulated complex (adcock and mccammon, 2006). the stability of the simulated complex is assessed by the ligand and protein backbone rmsd and the smoothness of curves (aier et al., 2016). among the selected compounds, asc and asd displayed better simulation results as they showed a stable trajectory (fig. 3a) with a value below 6 å. the protein backbone curves were lower than those of the ligand, indicating that the receptor's geometry remained stable throughout the mds. the ligand binding to the receptor did not change the 3d structure of the adduct throughout 100 ns of the simulation time. the compound asc depicted a smooth trajectory with an rmsd lower than 6 å, but the rmsd for asd was stable below 4 å. the stability of the trajectory of the protein backbone in complexes (rmsd 1.8 nm) and apo structure (rmsd 1.5 nm) was found to support posture conservation, and the stability of the ligands during simulation at the binding site of the protein suggests their good inhibition potential towards the hpae. a comparative and figurative presentation of the rmsd of ligand and protein backbone relative to the protein backbone in the protein-ligand complexes is given in fig. 3. 3.6.2.2. root mean square fluctuation (rmsf) rmsf measures the fluctuation of alpha carbon atoms and conformational changes of the protein backbone during the mds (martínez, 2015). fig. 3c presents the rmsf of alpha carbon atoms of the protein backbone in the asc and asd complexes. a larger rmsf may account for the rms deviation (martínez, 2015). small rmsf peaks and fluctuations (helix and sheet structure of protein) on most of the catalytic sites and binding catalytic triad (asp197, glu233, and asp300) signified the binding of the ligands asc and asd to the protein, which indicated the effective interaction of ligands at the active site and provided rigidity to the fluctuation of the protein backbone. the unusual rise of the curve at residue numbers up to 0.6 nm around 56, 310, 350, and 460 might be caused due to the presence of fluctuating loops at a larger distance. 3.6.2.3. radius of gyration (rg) the radius of gyration (rg) focuses on the conformational change in the simulated protein-ligand complex from md simulation, as shown in fig. 3d. rg provides the average separation between all dispersed elements from the molecule’s central axis (liu et al., 2017b). the correlation between rmsd, rmsf, and rg provides insight into the relationship between complex compressibility, delocalization of the ligand, and residual fluctuations. low rmsd, the rigidity of protein residues at binding sites, and the unchanging rg support the stability of the complex formed. the rg was nearly constant at about 2.34 nm for both complexes and the apo structure (fig. 9s), roughly equal to the rg before complexes formed (2.35 nm). the minimal variation in rg suggested no appreciable deformation of the receptor’s geometry and compactness upon the binding of ligands (ahmed et al., 2022). therefore, the adducts of asc and asd with hpae remained stable in terms of compactness during the mds. figure 3. (a) comparative mds trajectory with rmsd of asc (red) with protein backbone (maroon) and for asd (blue) with protein backbone (orange), (b) sasa of protein in complex with asc (maroon) and asd (orange), (c) rmsf plot of protein backbones (maroon-colored curve for asc and orange-colored curve for asd complex) and (d) radius of gyration of protein complexes with ligand asc (maroon) and for asd (orange). source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 10/23 3.6.2.4. solvent accessible surface area (sasa) the sasa measures the accessible surface of the protein to the solvents quantitatively and the change in compactness of the protein surface on adduct formation with a ligand. the trajectory observed in the sasa plot for each protein complex was regular up to 100 ns with minor fluctuations, as shown in fig. 3b. the value of sasa, the steady areas about 197 and 204 nm2, was observed for protein-ligand complexes with compounds asd and asc, respectively, suggesting some exposure in protein morphology after adduct formation. the comparison of the sasa of the apo structure (about 200 nm2) with the complexes of compounds, asd and asd, signified no appreciable change in the sasa, and the value was found even lower for asd complex after adduct formation which was strongly supporting result to interpret the negligible change in the surface area of the enzyme on complex formation and geometrical change in enzyme. the result implied that the change in accessibility of the solvent to the hydrophobic surface of the receptor after binding with the ligand was minimal (zhang and lazim, 2017). the apo protein structure md simulation results are included in the supplementary information (fig. 9s). 3.6.2.5. hydrogen bond count the hydrogen bond is a non-covalent interaction that has a significant role in providing stability to the protein-ligand complex in various biological processes (chikalov et al., 2011). a higher hydrogen bond count would enhance the stability of the complex. figure 4 illustrates the variation in hydrogen bond count on the course of mds between the ligand and protein for 100 ns. both the ligands (asc and asd) interacted with a high number of hydrogen bonds; asc and asd possess up to 4 or 5 hydrogen bonds most of the time and reach up to 8 hydrogen bonds in some transitions (fig. 4). the result might suggest slightly more stability of the asd complex due to the interaction with protein than the asc complex in different time frames based on hydrogen bond counts. 3.6.2.6. thermodynamic stability calculations the binding free energy change (δgbfe) from the mmpbsa calculation (eqs. 4 and 5) showed the spontaneity of the complex formation reaction. the total change in binding free energy (δgbfe) of the protein-ligand complexes was –138 ± 15 kj/mol and –91 ± 15 kj/mol for asc and asd complexes, respectively, as shown in table 6. the equilibrated part of the trajectory of the last 10 ns was taken to calculate the δgbfe in complexes. the van der waals interaction, polar solvation energy, electrostatic energy, and energy contributions of phases were calculated as energy components using the mmpbsa module. δgbfe<0 suggested the spontaneous nature of the complex formation reaction, which could eventually support the active amylase inhibition potential of the ligands (olsson et al., 2008). the δgbfe for the asc complex was found to be quite lower than the δgbfe of the asd complex, which signified the more stable complex formation of the former than the latter. so, the binding affinities, relatively lower rmsd, minimal rmsf, relatively higher hydrogen bond count, and negative δgbfe (< –91 kj/mol) of the protein-ligand complexes could strongly support the hpae inhibition capability of ligands asc and asd. a figurative presentation of the moving average value of the mmpbsa calculation of free energy change is included in supplementary information (fig. 10s). figure 4. h-bond counts in (a) red for the asc-protein complex and (b) blue for the asd-protein complex. source: elaborated by the authors. table 6. thermodynamic parameters and their contributions to the total free energy change of complexes. binding free energy components energy change (kj/mol) of the receptor with asc asd δvdwaals –172 ± 14 –161 ± 14 δepb 252 ± 20 258 ± 23 δeel –199 ± 22 –170 ± 19 δempolar –18.7 ± 0.6 –18.5 ± 0.6 δggas –371 ± 25 –331 ± 15 δgsolv 234 ± 19 241 ± 11 δgbfe –137 ± 15 –91 ± 15 note: asc (arborside c); asd (arborside d); value = energy change ± sd; δgbfe = binding free energy; δegas = energy change in gas phase molecular mechanics; δeele = electrostatic energy; δvdwaals = van der waals energy; δgsolv = electrostatic solvation energy summation; δgpb = polar contributions in solute-solvent system. source: elaborated by the authors. 3.7. pharmacokinetics and pharmacodynamics of hit candidates admet prediction helps to recognize the significance of ligands towards pharmaceutical efficacy, therapeutic aptitude, pharmacokinetics, and pharmacodynamics (pires et al., 2015). table 7 summarizes the possible results of the admet predictions of compounds and drugs. the ligands (asc and asd) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 11/23 were found in toxicity class 4, indicating a slightly toxic nature (banerjee et al., 2018). the lethal dose of 50% (ld50) for asc and asd was predicted at 2000 mg/kg, which was lower than that of acarbose, which predicted the toxic nature of the ligand compared to the drug acarbose and less harmful than the drug miglitol (1190 mg/kg). consensus logp (<0.6) showed the lipophilicity of both compounds as reference drugs and was comparatively smaller than that of the drugs. none of them followed the ro5 for drug-likeness except miglitol. ligand asc was found to be immunotoxic like acarbose, which might indicate the cause of interruption to the immune system (zerdan et al., 2021). all ligands were inactive regarding hepatotoxicity, carcinogenicity, mutagenicity, cytotoxicity, and phosphoprotein p53. the ld50 for asc (2.544 mol/kg) and asd (2.819 mol/kg) were found to be comparable to that of acarbose on oral rat acute toxicity. the logbb value of compounds (< –1) signified poor permeability to the blood-brain barrier (bbb), and the logsp value (< –4) indicated the impermeability of compounds to the central nervous system (banerjee et al., 2018; carpenter et al., 2014). metabolic properties of both ligands were found, as shown by the drugs. the gastrointestinal absorption factor for the compounds was predicted to be as low as that for drugs, which might depend on the molecular structure and solubility of the candidate. the total clearance measures mainly the hepatic, biliary, and renal clearance, which determines the steady-state dose concentration in the body, and was found to be higher for the compounds than for acarbose and miglitol, which signified that the body could easily release the compound residues through excretion than drugs. table 7. admet profile of best candidate ligands compared with standard drugs. admet parameters compounds (units) asc asd *acarbose *miglitol toxicity class 4 4 6 4 ld50 (mg/kg) 2000 2000 24000 1190 lipinski rule (ro5) no no no yes consensus logp –0.31 –1.12 –6.22 –3.26 immunotoxicity active inactive active active hepatotoxicity inactive inactive inactive active carcinogenicity inactive inactive inactive inactive mutagenicity inactive inactive inactive inactive cytotoxicity inactive inactive inactive inactive phosphoprotein p53 inactive inactive inactive inactive cyp2d6 substrate no no no no cyp3a4 substrate no no no no cyp2c9 inhibitor no no no no cyp2c19 inhibitor no no no no cyp2d6 inhibitor no no no no cyp3a4 inhibitor no no no no oral rat acute toxicity (mol/kg) 2.544 2.819 2.447 2.257 bbb permeability (logbb) –1.456 –1.496 –1.717 –1.501 cns permeability (logps) –4.27 –4.517 –6.438 –4.842 gi absorption low low low low total clearance log (ml/min/kg) 1.009 1.031 0.428 0.815 note: asc (arborside c), asd (arborside d), and *reference drugs. source: elaborated by the authors. the comparison of top candidates with the standard drugs acarbose and miglitol (basnet et al., 2023) implied the positive therapeutic behavior of compounds. hence, the admet analysis of the compounds asc and asd revealed comparative therapeutic significance to the standard drugs. plant n. arbor-tristis has been reported on various biological activities like antioxidant, antidiabetic, and cytotoxicity in different methodologies to expose its medicinal significance. however, six different solvent extracts of leaves of n. arbor-tristis through sequential extraction in ascending polarity and their ethnomedicinal studies through in vitro and computational antidiabetic analysis using hpae in detail have not been carried out yet. this study showed the presence of different phytochemicals containing alkaloids, flavonoids, phenolic compounds, glycosides, and reducing sugars in the leaves of the selected plant. quantitative phytochemical analysis revealed the presence of high phenolic contents in the acetone extract (ae) and methanolic extract (me) of 137 ± 4 mg gae/g and 139 ± 4 mg gae/g, respectively (table 3). chloroform extract (ce) and hexane extract (he) were found to have high tfc compared to other extract fractions. the result portrayed the significant antioxidant nature of the leaf extract of n. arbor-tristis, as extract me showed the best antioxidant activity with an ic50 of 56 ± 3 µg/ml among all leaf extracts, which was comparable to the antioxidant activity of the control ascorbic acid. other extracts showed moderate antioxidizing potential toward dpph free radicals. akki et al. (2009) studied the dpph scavenging assay of plant leaves in different solvents (pet ether, butanol, ethyl acetate, and butylated hydroxytoluene), and butanol extract showed the best scavenging against dpph radical. formerly, the medicinal properties of this plant have been explored in the flowers and seeds of the plant and found to have significant antioxidant properties of different extracts (mishra et al., 2016; mishra et al., 2022). the therapeutic potential of natural products is due to the presence of phytoconstituents containing iridoids, flavonoids, alkaloids, and others (chauhan and banerjee, 2024; naseem et al., 2024). the quantitative phytochemical assessment showed the presence of high phenolic content in extracts ae and me, and similarly high flavonoid content in all extracts except dwe. a better antioxidant nature of me might be due to the presence of functional components than in other extracts. these could act upon harmful reactive oxygen, reactive nitrogen, and free radical species in the human body to minimize alternation in cellular functioning, https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 12/23 metabolism, and could prevent the formation of diseases (yang et al., 2016). a high content of metabolites containing flavonoids, phenolics, and iridoids in extracts is the backbone of their pharmaceutical significance, which has supported the observations of this study (phuyal et al., 2020). in this study, extract he was found to be most lethal to artemia salina nauplii, and the lethal concentration of 97 ± 2 µg/ml in bsla. the toxicity of the extracts, me and ce, was found to be comparable to that of he, and other extracts were found to be less toxic than the control potassium dichromate (table 4). the results showed that he, me, and eae were found (lc50 < 200 µg/ml) moderately toxic, other extracts (lc50 < 500 µg/ml) were found weakly toxic, and dwe (lc50 > 500 µg/ml) was found nontoxic (niksic et al., 2021). the bsla assay helps to evaluate the potential of herbal plants towards anticancer activity through cytotoxicity screening (meyer et al., 1982). the α-amylase inhibition assay helped estimate the potential antidiabetic activity of the different leaf extract fractions. a computational approach using human pancreatic amylase enzyme was carried out to analyze the possible effective interactions, the molecular mechanism of complex formation, and to support the in vitro antidiabetic activity. methanolic extract fraction (me) was the most potent amylase inhibitor with ic50, 157 ± 3 µg/ml compared to other fractions and standard acarbose (table 4). extract he and ce showed mild inhibition activity, and the rest of the fractions showed weak inhibition activity against αamylase. a computational examination of compounds found in leaves of n. arbor-tristis (table 1) was carried out. the in vitro experimental outcome and computational results helped to better understand the molecular mechanism and possible effective interaction of the ligand with the target protein. to predict the possible compound responsible for amylase inhibition, previously isolated and reported compounds of n. arbor-tristis characterized by gc-ms, lc-ms, 1h nmr, and 13c nmr were selected. such structures were optimized, energy minimized, and screened through molecular docking and mds. among all the selected compounds, asc and asd were found to be bound most effectively to the amylase enzyme, which could be proposed as potential hpae inhibitors, as interpreted by molecular docking calculation with a high binding affinity (–33.5 kj/mol for both), reasonable geometric configuration, and thermodynamic parameters. negative binding free energy (δgbfe < 0), comparative pharmacokinetic and pharmacodynamic properties of the compounds compared with the drugs acarbose and miglitol (table 7), shown by admet profiling, provided strong evidence of spontaneity of the complexes along with binding efficacy to hpae and drug likeness through computer-based assessments. the amylase inhibition potential of the extracts and stability of the enzyme-ligand complexes on computational screening portrayed the extracts’ hpae inhibition capability and the plant’s antidiabetic potential. overall, the results of this study illustrated and supported the ethnomedicinal importance of the leaf extract of n. arbor-tristis. the high content of potential bioactive metabolites, in vitro experiments, and computational virtual screening outputs supported the good antioxidant and hpae inhibition potential of the plant. 4. conclusions the study showed that the methanolic extract (me) was found to be the most significant extract in all in vitro antioxidants, α-amylase inhibition, and brine shrimp lethality assays; however, other fractions showed moderate responses to the bioactivity evaluations. among the selected ligands, arborside-c (asc) and arborside-d (asd) showed significant affinity to the human pancreatic α-amylase enzyme, as determined through molecular docking, molecular dynamics simulation, and admet profiling. polar regions of the ligands (mainly the hydroxyl group) were found to be effective binding sites to the target protein amylase in molecular docking analysis. the integration of in vitro and in silico analysis in this study demonstrated the potential amylase inhibitory capability of plant phytoconstituents. as in silico analysis gives the possible therapeutic estimation through virtual screening at a molecular level, the phytochemicals isolated from this plant (hit candidates arborside-c, and arborside-d) were proposed to be used for in vivo bio-characterization, validation, and optimization to estimate their medicinal significance to treat hyperglycemia through the amylase enzyme inhibition mechanism. authors’ contribution conceptualization: ram lal swagat shrestha; jhashanath adhikari subin; bishnu prasad marasini; data curation: jhashanath adhikari subin; nirmal parajuli; prabhat neupane; formal analysis: jhashanath adhikari subin; bishnu prasad marasini; nirmal parajuli; funding acquisition: ram lal swagat shrestha; nirmal parajuli; timila shrestha; investigation: jhashanath adhikari subin; bishnu prasad marasini; methodology: ram lal swagat shrestha; jhashanath adhikari subin; bishnu prasad marasini; project administration: ram lal swagat shrestha; timila shrestha; resources: ram lal swagat shrestha; binita maharjan; samjhana bharati; software: ram lal swagat shrestha; jhashanath adhikari subin; supervision: ram lal swagat shrestha; jhashanath adhikari subin; bishnu prasad marasini; validation: jhashanath adhikari subin; bishnu prasad marasini; nirmal parajuli; visualization: nirmal parajuli; prabhat neupane; sujan dhital; samjhana bharati; writing – original draft: nirmal parajuli; writing – review & editing: jhashanath adhikari subin; bishnu prasad marasini; binita maharjan; nirmal parajuli. data availability statement the data will be available upon request from the main and corresponding authors. funding not applicable. acknowledgments the authors express gratitude to the amrit science campus, tribhuvan university, and kathmandu valley college for laboratory facilities for extraction and computation. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abraham, m. j.; murtola, t.; schulz, r.; páll, s.; smith, j. c.; hess, b.; lindah, e. gromacs: high performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers. softwarex. 2015, 1 (2), 19–25. https://doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001 adcock, s. a.; mccammon, j. a. molecular dynamics: survey of methods for simulating the activity of proteins. chem. rev. 2006, 106, 1589–1615. https://doi.org/10.1021/cr040426m https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001 https://doi.org/10.1021/cr040426m original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 13/23 agrawal, j.; 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version 10.6.2) analysis of all the extracts was conducted at the amrit campus in kathmandu. the spectroscopic analysis of ftir enables the identification of functional groups found in the extracts (grasel et al., 2016). the comparative spectral peaks of extracts are presented (fig. 3s). alcohols, alkyl groups, and carbonyl groups were found most abundant in the extract fractions. ligand structures figure 1s. molecular structures of selected ligands for molecular docking and standard drugs (acarbose and miglitol) drawn in chemdraw 16. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 17/23 figure 2s. (rmsd <2 å), superimposition of the native ligand myricetin (green) with docked ligand (yellow) myricetin, visualized in pymol software. source: elaborated by the authors. figure 3s. ftir analysis of extract fractions. source: elaborated by the authors. standard calibration curves for tpc and tfc figure 4s. standard calibration curve of (a) gallic acid and (b) quercetin solution. source: elaborated by the authors. comparative and figurative presentation of antioxidant potential of extract fractions (a) (b) figure 5s. the comparative trending curve of dpph assay of extracts in dose-inhibition response with (a) log(concentration) vs % scavenging of dpph and (b) concentration vs % scavenging with positive control ascorbic acid. source: elaborated by the authors. y = 0.0039x + 0.0568 r² = 0.9957 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 100 200 300 400 500 600 a b so rb a n ce ( 7 6 5 n m ) concentration (µg/ml) gallic acid calibration curve(a) y = 0.0068x + 0.0704 r² = 0.9997 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 50 100 150 200 250 300 a b so rb a n ce ( 4 2 0 n m ) concentration (µg/ml ) quercetin standard curve(b) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 18/23 alpha amylase inhibition assay (a) (b) figure 6s. nonlinear regression graphic presentation of (a) log(concentration) vs percentage inhibition of enzyme (b) concentration vs percentage inhibition of enzyme with positive control acarbose. source: elaborated by the authors. brine shrimp lethality assay (a) (b) figure 7s. nonlinear regression comparative curves of (a) log (concentration) vs % mortality and (b) concentration vs % mortality of triplicate with control, the plot is drawn from graphpad prism in dose-inhibition response plot. note: he (hexane extract); ce (chloroform extract); eae (ethyl acetate extract); ae (acetone extract); me (methanol extract); dwe (distilled water extract). source: elaborated by the authors. protein-ligand interactions https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 19/23 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 20/23 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 21/23 figure 8s. 3d and 2d interactive presentations of {asa (a, a’), asb (b, b’), asta (c, c’), astc (d, d’), bhl (e, e’), clsa (f, f’), ag (g, g’), and acarbose (h, h’)} with hydrophobicity in receptor protein in molecular docking. source: elaborated by the authors. apo structure dynamics and characterization figure 9s. presentation of mds of the apo structure of amylase protein (4gqr) of (a) rmsd (b) rmsf (c) rg (d) sasa. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 22/23 figure 10s. binding free energy change with respect to the time frame of the complex with ligand (a) asc (b) asd. source: elaborated by the authors. table 1s. ligands with their docking scores. ligands ligand id molecular weight (g/mol) pubchem id docking score (kj/mol) references 6-β-hydroxyloganin bhl 406.4 341846 –29.7 rathore et al., (1989) calceolarioside-a clsa 478.4 5273566 –32.6 agrawal and pal (2013); dewi et al. (2022) ascorbic acid aba 176.12 54670067 –22.6 agrawal and pal (2013); sah and verma (2012) methyl salicylate msc 152.15 4133 –23.0 arbortristoside d atsd 584.5 14632886 –32.6 agrawal and pal (2013) vanillic acid va 168.15 8468 –33.0 agrawal and pal (2013); sah and verma (2012) syringic acid sa 198.17 10742 –24.3 source: elaborated by the authors. table 2s. detailed information about some ligands containing docking scores, type of interactions and active site residues involved. candidates docking score (kj/mol) interactions active site residues (distance å) asa –32.6 conventional h-bond asp356 (3.04) pi-pi stacked tyr62 (4.41) pi-alkyl trp59 (4.57) carbon-hydrogen bond his305 (3.54) van der waals pro54, trp58, gln63, leu162, thr163, leu165, asp197, glu233, ile235, his299 clsa –32.6 conventional hydrogen bond his201 (1.98), glu233 (2.88), asp300 (2.83) pi-alkyl ala307 (5.05) carbon hydrogen bond trp59 (3.24) pi-pi stacked trp59 (5.16) pi-sigma ile235 (3.93) pi-donor hydrogen bond his299 (3.28) van der waals trp58, tyr62, gln63, tyr151, leu162, arg195, asp197, ala198, lys200, his305, gly306, gly308 atsc –31.4 conventional hydrogen bond ala106 (2.42), val107 (2.88) pi-alkyl trp59 (5.23) pi-anion asp197 (4.04), asp300 (4.66) pi-pi stacked tyr62 (4.55) pi-sigma trp59 (3.65) alkyl leu165 (3.90) van der waals ile51, pro54, trp58, gln63, leu162, thr163, leu165, arg195, glu233, his299, asn298, his305 continue… https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 issn 1678-4618 page 23/23 note: asa (arborside-a); clsa (calceolarioside-a); atsc (arbortristoside-c); bhl (6-β-hydroxyloganin). source: elaborated by the authors. references agrawal, j.; pal, a. nyctanthes arbor-tristis linn a critical ethnopharmacological review. j. ethnopharmacol. 2013, 19, 645–658. https://doi.org/10.1016/j.jep.2013.01.024 dewi, n. k. s. m.; fakhrudin, n.; wahyuono, s. a 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asp300 (3.79) van der waals tyr62, his101, leu162, thr163, leu165, arg195, his201, glu233 ile235, asp300, trp356, trp357 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1600 https://doi.org/10.1016/j.jep.2013.01.024 https://doi.org/10.7324/japs.2022.120802 https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.08.020 https://doi.org/10.1016/s0031-9422(00)97886-5 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051623233.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051634992.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051651101.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051700392.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051713529.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051723657.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051738385.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051813520.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051824864.pdf editorial team revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 1 | 2023 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 editors prof. angélica maría baena moncada, national university of engineering, faculty of sciences, lima, peru. https://orcid.org/0000-0002-2896-4392 prof. boutros sarrouh, federal university of são joão del-rei, department of chemistry, biotechnology and bioprocess engineering, são joão del-rei, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4476-2309 prof. celly mieko shinohara izumi, federal university of juiz de fora, exact science institute, juiz de fora, brazil. https://orcid.org/0000-0001-6489-9201 prof. horacio heinzen, university of the republic of uruguay, faculty of chemistry, montevideo, uruguay. https://orcid.org/0000-0001-8985-478x prof. irlon maciel ferreira, federal university of amapá, course of chemistry, macapá, brazil. https://orcid.org/0000-0002-4517-0105 prof. manuel ignacio azocar guzmán, university of santiago de chile, facultad of chemistry and biology areas, santiago, chile. https://orcid.org/0000-0002-3698-4772 prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4291-5199 prof. mário antônio alves da cunha, federal technological university of paraná, department of chemistry, pato branco, brazil. https://orcid.org/0000-0002-1589-7311 prof. michelle jakeline cunha rezende, federal university of rio de janeiro, institute of chemistry, rio de janeiro, brazil. https://orcid.org/0000-0002-8282-6636 prof. natany dayani de souza assai, fluminense federal university, institute of exact sciences, volta redonda, brazil. https://orcid.org/0000-0002-0851-9187 prof. natanael de carvalho costa, federal university of rio de janeiro, institute of physics, rio de janeiro, brazil. https://orcid.org/0000-0003-4285-4672 prof. nuria cinca, polytechnic university of catalunya, hyperion materials & technologies, martorelles, barcelona, spain. https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 prof. omayra beatriz ferreiro balbuena, national university of asunción, faculty of chemical sciences, asunción, paraguay. https://orcid.org/0000-0001-8449-1297 prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil. http://orcid.org/0000-0001-9421-8454 prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. http://orcid.org/0000-0002-4837-6352 prof. rogéria rocha gonçalves, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil. https://orcid.org/0000-0001-5540-7690 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 https://orcid.org/0000-0002-2896-4392 https://orcid.org/0000-0003-4476-2309 https://orcid.org/0000-0001-6489-9201 https://orcid.org/0000-0001-8985-478x https://orcid.org/0000-0002-4517-0105 https://orcid.org/0000-0002-3698-4772 https://orcid.org/0000-0003-4291-5199 https://orcid.org/0000-0002-1589-7311 https://orcid.org/0000-0002-8282-6636 https://orcid.org/0000-0002-0851-9187 https://orcid.org/0000-0003-4285-4672 https://orcid.org/0000-0002-1622-8734 https://orcid.org/0000-0001-8449-1297 http://orcid.org/0000-0001-9421-8454 http://orcid.org/0000-0002-4837-6352 https://orcid.org/0000-0001-5540-7690 editorial team revista.iq.unesp.br editorial advisory board prof. adalgisa rodrigues de andrade, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil. https://orcid.org/0000-0002-4121-0384 prof. angela cabezas da rosa, technological university, south center regional technological institute, durazno, uruguay. https://orcid.org/0000-0001-5460-019x prof. camila silveira da silva, federal university of paraná, department of chemistry, curitiba, brazil. https://orcid.org/0000-0002-6261-1662 prof. josé antónio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal. https://orcid.org/0000-0002-3950-528x prof. lauro tatsuo kubota, university of campinas, institute of chemistry, campinas, brazil. https://orcid.org/0000-0001-8189-2618 prof. luis frederico pinheiro dick, federal university of rio grande do sul, porto alegre, brazil. ttps://orcid.org/0000-0002-9896-6318 prof. maría isabel pividori gugo, university autòma of barcelona, barcelona, spain. https://orcid.org/0000-00025266-7873 prof. maría fátima yubero de servián, national university of asunción, faculty of chemical sciences, asunción, paraguay. https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 prof. marília oliveira fonseca goulart, federal university of alagoas, institute of chemistry and biotechnology, maceió, brazil. https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil. https://orcid.org/00000002-3315-2129 prof. shelley dawn minteer, university of utah, department of chemistry, salt lake city, usa. http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal. https://orcid.org/0000-0002-7577-4938 editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://orcid.org/0000-0002-4121-0384 https://orcid.org/0000-0001-5460-019x https://orcid.org/0000-0002-6261-1662 https://orcid.org/0000-0002-3950-528x https://orcid.org/0000-0001-8189-2618 https://orcid.org/0000-0002-9896-6318 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 https://orcid.org/0000-0002-7577-4938 mailto:digite@ctrlk.com.br author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 47 | n. 1 | 2022 | instructions for authors before you submit 1. check eclet. quim. j.’s focus and scope eclética química journal is a peer-reviewed quarterly publication of the institute of chemistry of são paulo state university (unesp). it publishes original researches as articles, reviews and short reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines iq.unesp.br/ecletica before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. chem. j. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatecoverletter.docx https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines iq.unesp.br/ecletica investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatemanuscript.docx author guidelines iq.unesp.br/ecletica supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templategraphicalabstract.pptx author guidelines iq.unesp.br/ecletica supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015. book chapter hammond, c. crystal symmetry. in the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015; pp 99−134. book with editors mom the chemistry professor: personal accounts and advice from chemistry professors who are mothers, 2nd ed.; woznack, k., charlebois, a., cole, r. s., marzabadi, c. h., webster, g., eds.; springer, 2018. website acs publications home page. https://pubs.acs.org/ (accessed 2019-02-21). document from a website american chemical society, committee on chemical safety, task force for safety education guidelines. guidelines for chemical laboratory safety in academic institutions. american chemical society, 2016. https://www.acs.org/content/dam/acsorg/about/governance/committees/chemicalsafety/publications/acs-safetyguidelines-academic.pdf (accessed 2019-02-21). conference proceedings nilsson, a.; petersson, f.; persson, h. w.; jönsson, h. manipulation of suspended particles in a laminar flow. in micro total analysis systems 2002, proceedings of the μtas 2002 symposium, nara, japan, november 3−7, 2002; the netherlands, 2002; pp 751−753. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0504-3_50 governmental and legislation information department of commerce, united states patent and trademark office. section 706.02 rejection of prior art [rhttp://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica 07.2015]. manual of patent examining procedure (mpep), 9th ed., rev. 08.2017, last revised january 2018. https://www.uspto.gov/web/offices/pac/mpep/s706.html#d0e58220 (accessed 2019-03-20). patent lois-caballe, c.; baltimore, d.; qin, x.-f. method for expression of small rna molecules within a cell. us 7 732 193 b2, 2010. streaming data american chemical society. game of thrones science: sword making and valyrian steel. reactions. youtube, april 15, 2015. https://www.youtube.com/watch?v=chrcgoje4j4 (accessed 2019-02-28). for more information, you can access the acs style quick guide and the williams college libguides. submitting your manuscript the corresponding author should submit the manuscript online by clicking here. if you are a user, register by clicking here. at the user home page, click in new submission. in step 1, select a section for your manuscript, verify one more time if you followed all these rules in submission checklist, add comments for the editor if you want to, and click save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/aboutthispublishingsystem author guidelines iq.unesp.br/ecletica editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica@journal.iq.unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 20 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 20-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 high photocatalytic activity of ag/ag3po4:w heterostructure formed by femtosecond laser irradiation aline barrios trench1 , vinícius teodoro1 , letícia guerreiro da trindade2 , thales rafael machado1 , gladys minguez-vega3 , eloisa cordoncillo4 , carlos doñate-buendía3,5 , juan andrés6 , elson longo1+ 1. federal university of sao carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. 2. university of são paulo, são carlos institute of chemistry, são carlos, brazil. 3. university jaume i, institut de noves tecnologies de la imatge, castelló, spain. 4. university jaume i, department of inorganic and organic chemistry, castelló, spain. 5. university of wuppertal, materials science and additive manufacturing, wuppertal, germany. 6. university jaume i, department of analytical and physical chemistry, castelló, spain. +corresponding author: elson longo, phone: +55 16 33519588, email address: elson.liec@gmail.com article info article history: received: july 22, 2021 accepted: september 01, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. ag3po4 2. doping 3. heterostructure 4. photocatalytic property section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: in this work, the w-doped ag3po4 was prepared by the chemical coprecipitation method and irradiated with a femtosecond laser (fl). the successful formation of the ag/ag3po4:w heterostructure was confirmed by xrd analysis. a higher structural disorder in the [po4] clusters was observed for the fl irradiated sample (ag3po4:w-fl), indicating the formation of ag metallic from the ag3po4 structure. the photocatalytic activity of the samples was studied by photodegradation of rhodamine b under visible light irradiation. the formation of ag nanoparticles on the surface of ag3po4:w led to a degradation rate constant 3.54 times higher than the nonirradiated sample. this higher photocatalytic activity was related to the surface plasmon resonance effect of the ag metallic, which acts by capturing photoexcited electrons from the ag3po4:w, avoiding the recombination of electron-hole pairs, and thus improving the photocatalytic activity. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 mailto:elson.liec@gmail.com http://orcid.org/0000-0001-5794-203x http://orcid.org/0000-0002-6612-1978 http://orcid.org/0000-0001-6785-0761 http://orcid.org/0000-0002-3246-6329 http://orcid.org/0000-0003-4994-1859 http://orcid.org/0000-0002-9368-1815 http://orcid.org/0000-0002-7022-0960 http://orcid.org/0000-0003-0232-3957 http://orcid.org/0000-0001-8062-7791 original article revista.iq.unesp.br 21 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 20-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 1. introduction water sources contain various types of contaminants (sousa et al., 2018), with industrial waste being the contaminants that draw the major attention in environmental pollution, thus requiring a suitable treatment (karimi-maleh et al., 2020). among industrial wastes, organic dyes are the main concern due to their high generated content and toxicity, being of fundamental importance the proper treatment. rhodamine b (rhb) is an organic dye that can cause damage to humans, leading to skin and eye irritations and respiratory problems (aljerf, 2018; dong et al., 2010). several treatment methods have been studied, such as heterogeneous photocatalysis, which has been considered promising for the treatment of organic dyes because of its green and clean aspects, simplicity and low cost (zangeneh et al., 2015). silver phosphate (ag3po4) has been receiving attention from researchers since its discovery for presenting photocatalytic properties such as the extremely high photooxidative capacity for the evolution of o2 from water and the decomposition of efficient organic dyes using sunlight (chen et al., 2015; he et al., 2019; trench et al., 2018; zwara et al., 2018). furthermore, ag3po4 presents advantages in relation to other well-known photocatalysts, such as tio2, due to its ability to absorb light in the visible region (fujishima and honda, 1972). however, ag3po4 has the disadvantage of photocorrosion and fast recombination of electron-hole pairs, decreasing its stability as a photocatalyst, making its use unfeasible (chen et al., 2015). therefore, studies that aim to modify to improve the ag3po4 photocatalytic activity are of great interest (r. santos et al., 2020; shaveisi and sharafnia, 2020; shi et al., 2019). among the modification methods, the doping process was applied to overcome these disadvantages of ag3po4. our research group has showed a significant improvement of the photocatalytic performance of mo and w-doped ag3po4 (trench et al., 2018; 2020), while very recently ultra-active ag3po4 with different w doping rates were successfully synthesized by trench et al., 2020. moreover, the deposition of noble nanoparticles, such as ag, au, pt and pd, onto the surface of ag3po4 is an important approach to produce a metal semiconductor composite with enhanced photocatalytic performance (y. liu et al., 2012; yan et al., 2014; z. liu et al., 2017). this behavior mainly stems from the surface plasmon resonance (spr) effect of metal nanoparticles, which are related to the collective oscillations of free electrons that can lead to improved visible light absorption, the superior separation of electron-hole pairs in the composite material, and by the inhibition of photocorrosion mechanisms due to the accumulation of electrons in the ag nanoparticles instead of ag3po4 surface (li et al., 2019). the decoration of semiconductors with metal nanoparticles is mainly conducted by the adsorption of metal precursors on their surface followed by the chemical reduction in solution (kochuveedu et al., 2013). alternatively, the femtosecond laser (fl) irradiation is attracting attention as a cost-effective, fast and clean method for the fabrication of metalsemiconductor heterostructure in which the requirement of organic solvents or chemical reducing agents are minimized (tan et al., 2013; vorobyev and guo, 2013). the short pulses of the laser can induce the nanoparticles formation from distinct bulk targets, as the migration of ag atoms to the surface of complex oxides followed by their reduction into metallic species (machado et al., 2018). our research group reported the formation of ag nanoparticles on α-ag2wo4 with superior bactericidal activity (assis et al., 2018), the laser-induced formation of ag/cr particles on agcro4 (lemos et al., 2019), and the synthesis of ag−bi nanoalloys from ag2wo4 and nabio3 targets (machado et al., 2018). in special, we reported the nucleation and growth of ag nanoparticles on ag3po4 surface mediated by fl irradiation (c. santos et al., 2019). as a step forward, in the present study we demonstrate the formation of ag/ag3po4:w heterostructure by fl irradiation and its superior photocatalytic activity in compare to ag3po4:w, as evidenced by rhb visible light-driven photodegradation process. 2. materials and methods 2.1 synthesis of ag3po4:w and preparation of ag3po4:w-fl samples the ag3po4:w sample was synthesized using the coprecipitation method and doped with 1% mol na2wo4·2h2o, as previously reported by trench et al. (2020). ag3po4:w was irradiated with a ti:sapphire laser (femtopower compact pro, femto lasers) using 30 fs full width at half maximum (fwhm) pulses at the central wavelength of 800 nm, and a repetition rate of 1 khz. a laser beam of 6 mm diameter and mean power of 185 mw was focused onto the surface of ag3po4:w with a 75 mm lens. to obtain the ag3po4:w-fl heterostructure, the ag3po4:w was placed at the bottom of a quartz cuvette attached to a two-dimensional https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 original article revista.iq.unesp.br 22 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 20-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 motion-controlled stage moving in a raster scanning at a constant speed of 0.5 mm s–1 in the focus plane perpendicular to the laser beam. 2.2 characterization techniques the structural features at long-range of the samples were investigated by x-ray diffraction (xrd) performed in a d/max-2500pc diffractometer (rigaku, japan) using cu kα radiation (λ = 1.54056 å), at a scan rate of 0.5° min–1. the structural features at short-range of the samples were investigated by micro-raman scattering spectroscopy measurements performed in a labram ihr550 horiba jobin yvon spectrometer coupled with a charge-coupled device (ccd, synapse) as a signal detector, and an ion argon laser with 514.5 nm of wavelength (melles griot). the optical absorption spectroscopy measurements in the ultraviolet and visible region were performed in the diffuse reflectance mode in a varian spectrophotometer model cary 5g (usa) in the range of 250–800 nm. field emission scanning electron microscopy (fe-sem) was performed using a fei microscope (model inspect f50) operating at 5 kv. 2.3 photocatalytic experiments the photocatalytic activity of ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples were tested for degradation of rhb (95%, aldrich) under visible light irradiation. for this experiment, 50 mg of each sample and 50 ml of rhb (10 mg l–1) were used, which were submitted to an ultrasonic bath (branson, model 1510; frequency 42 khz) for 5 min and 30 min of constant agitation, in order to reach the adsorption-desorption balance and later exposed to irradiation of six lamps (philips tl-d, 15 w). aliquots were taken at 1 min intervals, centrifuged and their degradation monitored by measuring the peak of maximum rhb absorption (λmax = 554 nm) using an ultraviolet-visible (uv-vis) spectrophotometer (v-660, jasco). a test under the same conditions without the presence of catalysts was also carried out. 3. results and discussion figure 1a shows the xrd patterns of ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples. the diffraction peaks for both samples indicated the cubic phase of ag3po4 with p-43n space group, according to the inorganic crystal structure database (icsd) code 14000 (masse et al., 1976). no secondary or any dopant related phases were observed for ag3po4:w sample, indicating the successfully of insertion of w as dopant into the ag3po4 structure. however, for the sample irradiated with the fl, it was observed the emergence of a peak at approximately 37.8° (2θ), as can be seen in fig. 1b. the as-mentioned peak is assigned to the (111) diffraction plane of cubic phase of ag with fm-3m space group, which is the most intense diffraction peak for this structure, according to the icsd code 604630 (jette and foote, 1935). it is well-known that the fl irradiation in ag-containing materials, such as ag3po4, induces the reduction of ag+ cations in the structure for the formation of ag nanoparticles on the semiconductor surface (assis et al., 2018; 2019; c. santos et al., 2019). herewith, the fl irradiation effectively allowed the formation of ag/ag3po4:w heterostructure in the ag3po4:w-fl samples. figure 1. xrd patterns of ag3po4:w and ag3po4:wfl samples in the range of 10–100° (a) and in the range of 33–50° (b). figure 2 shows the raman spectra of ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples. according to the group theory analysis, the cubic phase of ag3po4 structure presents 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (4 3 1 ) ag 3 po 4 :w ag 3 po 4 :w-fl (a) in te n s it y ( a .u .) 2 (degree) (1 1 0 ) (2 0 0 ) (2 1 0 ) (2 1 1 ) (2 2 0 ) (3 1 0 ) (2 2 2 ) (3 2 0 ) (3 2 1 ) (4 0 0 ) (4 1 1 ) (4 2 0 ) (4 2 1 ) (3 3 2 ) (4 2 2 ) (4 3 2 ) (5 2 1 ) (4 4 0 ) 34 36 38 40 42 44 46 48 50 ag 3 po 4 :w ag 3 po 4 :w-fl in te n s it y ( a .u .) 2 (degree) (b) (1 1 1 ) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 original article revista.iq.unesp.br 23 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 20-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 18 raman active modes (γ = 2 a1 + 4 e + 12 t2) (trench et al., 2018; botelho et al., 2015). the observed raman bands for the prepared samples are located at approximately 100, 237, 539, 700, 904, and 997 cm–1. all these modes are related to the cubic phase of ag3po4 and no raman bands related to any secondary or w dopant phases were observed. the bands located at 100 and 237 cm–1 have been assigned to the translational and/or rotational modes with t2 symmetry of [po4] clusters. the band located at 539 cm–1 is assigned to the bending mode with t2 symmetry of [po4] clusters. the band located at 700 cm–1 is attributed to the symmetric stretching mode of the [po4] clusters. the most intense band located at 904 cm–1 is related to the symmetric stretching (a1) mode, whereas the band located at 997 cm–1 is related to the asymmetric stretching mode (t2) mode of [po4] clusters. figure 2. raman spectra of ag3po4:w and ag3po4:wfl samples. it can be observed that the ag3po4:w-fl sample presented a remarkable decrease of the relative intensity of the band at 904 cm–1 compared to the ag3po4:w sample. as observed in xrd results, the fl irradiation in ag3po4:w sample induced the formation of metallic ag that arises from the reduction of ag+ cations in the ag3po4 structure. this process generates ag vacancies in the structure, which induce a local structural rearrangement of the adjacent [po4] clusters. this rearrangement causes variations in the coordination parameters of the clusters, i.e., bond angles and lengths, thus increasing the structural disorder in the [po4] clusters. the structural disorder in the clusters leads to a break of local symmetry that decreases the freedom degree of vibrational modes the [po4] clusters, hence decreasing the intensity of raman scattering. uv-vis diffuse reflectance measurements were employed to determine the optical band gap energies of the prepared samples. considering that the absorption spectrum of the ag3po4 is governed by indirect electronic transitions (botelho et al., 2016), fig. 3a and b show the tauc plot (wood and tauc, 1972) for the ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples, respectively. it can be observed a slight decrease in the band gap energy for the ag3po4:w-fl compared to the ag3po4:w sample, being the values of 2.53 and 2.43 ev, respectively. as previous mentioned in raman analysis, the fl irradiation in the ag3po4:w sample induced structural disorder in the [po4] clusters due to the formation of ag vacancies in the ag3po4 structure. these structural distortions induce the formation of intermediate energy levels within the band gap, which can act as electron traps, thus decreasing the band gap energy of the fl irradiated sample. figure 3. tauc plot for the ag3po4:w (a) and ag3po4:w-fl (b) samples. 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 700 237 997 904 539 ag 3 po 4 :w ag 3 po 4 :w-fl n o rm a li z e d i n te n s it y ( a .u .) raman shift (cm -1 ) 100 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 e gap = 2.53 ev photon energy (ev) f (r  )h v )1 /2 ag 3 po 4 :w extrapolation of linear fit 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 ag 3 po 4 :w-fl extrapolation of linear fit f (r  )h v )1 /2 photon energy (ev) e gap = 2.43 ev (a) (b) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 original article revista.iq.unesp.br 24 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 20-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 the morphological aspects of the ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples were investigated by fe-sem analysis. figure 4a and b shows the fe-sem images of the ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples, respectively, with their corresponding insets with magnified regions of the images. for the ag3po4:w sample, it can be observed nanoand microparticles with quasi-spherical shape. these morphologies are similar to those previously reported (trench et al., 2018; 2020). however, the fe-sem image of the ag3po4:wfl sample presents smaller and agglomerated particles compared to the ag3po4:w sample. these aspects arise from the high local energy of the pulsed fl in the sample, thus inducing the fragmentation and coalescence of the particles. moreover, according to reported works (assis et al., 2018; c. santos et al., 2019) and the xrd results, the presence of nanoparticles on the surface of larger particles can be assigned to the ag metallic nanoparticles. figure 4. fe-sem images of ag3po4:w (a) and ag3po4:w-fl (b) samples. the photocatalytic activity of the ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples were investigated by the degradation of rhb under visible light irradiation. figure 5a shows the degradation efficiency of both prepared samples and the control experiment without photocatalyst. as can be seen, no significant degradation was observed in the absence of photocatalyst. as previously reported, the ag3po4:w sample presents a highly photocatalytic activity for rhb degradation under visible light irradiation, allowing approximately 82.5% of rhb degradation in only 3 min of reaction (trench et al., 2020). however, it was observed a remarkable improvement of the photocatalytic activity of the fl irradiated sample, allowing 100% of rhb degradation in 3 min of reaction. to further compare, the ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples promoted 60.5% and 97.2% of rhb in only 2 min of reaction. figure 5b shows the langmuirhinshelwood plot for the pseudo first-order kinetics model (b. liu et al., 2014) for both prepared samples and the control experiment. it was observed that the ag3po4:w-fl sample presented a rate constant (k) 3.54 times higher than the ag3po4:w sample. figure 5. relative concentration of rhb against reaction time in photocatalytic experiments (a) and pseudo first-order kinetics plot (b) of ag3po4:w and ag3po4:w-fl samples. it has been demonstrated that the fl irradiation in ag-containing materials induces the formation of ag nanoparticles, as observed by xrd results and inferred by fe-sem analysis. the formation of ag nanoparticles on the surface of ag3po4 particles results in a semiconductor/metal interface. this interface has an important role in the photocatalytic performance of the ag3po4:w-fl sample due to the charge carrier transport (koyappayil et al., 2020; nubla and sandhyarani, 2020; silva et al., 2019; sofi and majid, 2019). the visible light irradiation photoexcites electrons from the valence band to the conduction band. the photoexcited electrons 0 1 2 3 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 c / c 0 time (min) ag 3 po 4 :w ag 3 po 4 :w-fl without catalyst (a) 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7(b) k = 0.01 min -1 k = 0.56 min -1 ag 3 po 4 :w ag 3 po 4 :w-fl without catalyst -l n (c / c 0 ) time (min) k = 1.98 min -1 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 original article revista.iq.unesp.br 25 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 20-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 can participate in reduction reactions with the reaction media, but also recombine with the holes in the valence band. the presence of the ag nanoparticles on the ag3po4 surface under visible light irradiation can act as electron traps due to the spr effect. thus, the photoexcited electrons in the conduction band of agpo4 can be transferred to the ag nanoparticles. these electrons in the ag nanoparticles can perform the reduction reactions with the reaction media, whereas the holes in the valence band of ag3po4 can perform the oxidation reactions. herewith, the electron transfer from the conduction band of ag3po4 to ag nanoparticles decreases the recombination rate of the electron-hole pairs, hence increasing their availability to perform the redox reactions. these reactions can be performed directly with the rhb adsorbed on the particle surface and also indirectly by the formation of radical species. moreover, as observed by raman and uv-vis results, the fl irradiation in ag3po4:w induced structural disorder in the [po4] clusters, which generated intermediate energy levels within the band gap. these energy levels can also act as traps for photoexcited electrons in the recombination process, thus decreasing the recombination rate of the electron-hole pairs. therefore, the fl irradiation in ag3po4:w sample induced the formation of ag nanoparticles and intermediate energy levels that can act as electron traps, promoting a significant improvement of the photocatalytic performance of the ag3po4:w. 4. conclusions the fl irradiation in ag3po4:w sample induced the formation of metallic ag and also structural disorder in [po4] clusters, as observed by xrd and raman results. the fe-sem indicated the fragmentation and agglomeration of ag3po4 particles due to the high local energy of the pulsed laser. further, it was observed the emergence of nanoparticles in the ag3po4 surface, which can be assigned to the ag nanoparticles. the structural disorder in the [po4] clusters induced the formation of intermediate energy levels within band gap, as observed by the decrease in its energy. the fl irradiation promoted a significant improvement of the photocatalytic activity of the ag3po4:w sample, being 3.54 times higher than the non-irradiated sample. this improvement can be attributed to the spr effect by the formation of ag nanoparticles and the intermediate energy levels. both can act as traps for the photoexcited electrons, which increase the availability of the electronhole pairs to perform the redox reactions with the reaction medium. therefore, the fl irradiation has proved to be an effective method for the development of metal-semiconductor heterostructure and for the enhancement of photocatalytic properties. authors’ contribution conceptualization: trench, a. b.; longo, e. data curation: trench, a. b.; teodoro, v.; trindade, l. g.; machado, t. r. formal analysis: trench, a. b.; teodoro, v.; trindade, l. g.; machado, t. r. funding acquisition: not applicable. investigation: trench, a. b. methodology: trench, a. b.; longo, e.; minguezveja, g.; cordoncillo, e.; doñate-buendía, c.; andrés, j. project administration: trench, a. b.; longo, e. resources: longo, e. software: not applicable. supervision: longo, e. validation: trench, a. b. visualization: trench, a. b. writing – original draft: trench, a. b.; teodoro, v.; trindade, l. g.; machado, t. r.; longo, e. writing – review & editing: trench, a. b.; longo, e.; minguez-veja, g.; cordoncillo, e.; doñate-buendía, c.; andrés, j. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2013/07296-2. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior brasil (capes). finance code: 001. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 142035/2017-3. universitat jaume i. project: uji-b2019-30; ujib2019-37; uji-b2019-41. ministerio de ciencia, innovación y universidades (spain). project: pgc2018094417-b-i00. ministerio de ciencia e innovación. pid2019110927rb-i00. generalitat valenciana. prometeo/2020/029. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 original article revista.iq.unesp.br 26 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 20-27 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p20-27 acknowledgments the authors are very grateful to the “serveis centrals d’instrumentación científica” (scic) of the university jaume i for the use of the femtosecond laser. references aljerf, l. high-efficiency extraction of bromocresol purple dye and heavy metals as chromium from industrial effluent by adsorption onto a modified surface of zeolite: kinetics and equilibrium study. j. environ. manage. 2018, 225, 120–132. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.07.048 assis, m.; cordoncillo, e.; torres-mendieta, r.; beltran-mir, h.; minguez-vega, g.; oliveira, r.; leite, e. r.; foggi, c. c.; vergani, c. e.; longo, e.; andres, j. towards the scale-up of the formation of nanoparticles on alpha-ag2wo4 with bactericidal properties by femtosecond laser irradiation. sci. 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https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.135942 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.135942 https://doi.org/10.1002/ppsc.201800533 https://doi.org/10.1002/ppsc.201800533 https://doi.org/10.1002/ppsc.201800533 https://doi.org/10.1002/ppsc.201800533 https://doi.org/10.1002/ppsc.201800533 https://doi.org/10.1002/ppsc.201800533 https://doi.org/10.1002/ppsc.201800533 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02456 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02456 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02456 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02456 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02456 https://doi.org/10.1016/j.jechem.2017.06.012 https://doi.org/10.1016/j.jechem.2017.06.012 https://doi.org/10.1016/j.jechem.2017.06.012 https://doi.org/10.1016/j.jechem.2017.06.012 https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.105967 https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.105967 https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.105967 https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.105967 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https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2013.08.002 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.019 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03019 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03019 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03019 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03019 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03019 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03019 https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03019 https://doi.org/10.1002/lpor.201200017 https://doi.org/10.1002/lpor.201200017 https://doi.org/10.1002/lpor.201200017 https://doi.org/10.1002/lpor.201200017 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1103/physrevb.5.3144 https://doi.org/10.1039/c4ra06254j https://doi.org/10.1039/c4ra06254j https://doi.org/10.1039/c4ra06254j https://doi.org/10.1039/c4ra06254j https://doi.org/10.1039/c4ra06254j https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.10.043 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.10.043 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.10.043 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.10.043 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.10.043 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.08.006 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.08.006 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.08.006 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.08.006 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.08.006 editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | editorial this volume honors prof. joão ruggiero neto and prof. márcio francisco colombo, two experimental physicists who made relevant contributions to biophysics’ development in the worldwide scientific community. they were also foundering of the physics department of the institute of biosciences, humanities and exact sciences, universidade estadual paulista (unesp), campus of são josé do rio preto, sp, brazil. both are full professors from this institution. the scientific contributions of the honorees in the field of molecular biophysics are remarkable. prof. colombo centered his work on the role of hydration on the mechanism of allosteric regulation, having published a seminal paper on the role of water in the structure of hemoglobin1. on his part, prof. ruggiero neto had worked along with drug intercalation and condensation of dna molecules, with phase transition on lipidic mono and bilayers and on the membrane lytic activity of peptides. an important paper is on the anticancer properties of a peptide extracted from the venom of a são paulo wasp, polybia paulista2. beyond their scientific production, including some mutual collaborations, another essential feature of the two honorees for academic life is their kindness, friendship, collaboration, and disposition to work for the greater good. regarding this, it is better to mention a colleague who has known and nurtured their friendship for decades, prof. oswaldo baffa filho (full professor-university of são paulo, usp). he reports, “joão and i did our doctorate in the same period and defended our theses on the same day. we had an intense and fruitful interaction; i learned a lot from him. his academic rigor, supported on deep basic knowledge, critical vision, and camaraderie, resulted in a strong friendship that remains despite time and distance. with márcio i also had an intense relationship. i met him while he was still an undergraduate, we participated in the student movement, and i think our friendship brought him to the laboratory where he developed his master and doctoral programs. we lived in a student community in são carlos with many research activities and healthy social life. márcio’s restless and questioning spirit was always noticeable”. this volume focuses on biochemistry and molecular biophysics. the first article written by pereira and oliveira jr shows the recent advances in cell membrane models. olivier, cespedes, pazin, cilli and ito present results involving membrane models and their interaction with dengue peptides. the authors ângelo, cruz, pattaro jr, zanzarin, rodrigues, pilau, kioshima, fernandez and seixas show results on glycine max and its possible application as an antifungal agent. zanoni, oliveira, perrone, ortega, boscolo, gomes and rodriguez sign a paper on the characterization of xylanases produced by a thermophilic fungus. kinoshita, lima, guidelli and baffa filho show results on the study of gold and platinum nanoparticles using electron spin resonance (esr). the text of da silva, vasconcellos and nery rationalize aspects of biodiesel production. prof. colombo recently retired, while prof. ruggiero neto is yet active on academic tasks. this special edition is to honor these two academics, recognizing and thanking their trajectory of more than three decades dedicated to higher education and scientific research in brazil. prof. dr. elso drigo filho (guest editor) prof. dr. fernando luis fertonani (guest editor) references 1. colombo, m. f., rau, d. c., parsegian, v. a., protein solvation in allosteric regulation: a water effect on hemoglobin, science 256 (5057) (1992) 655-659. https://doi.org/10.1126/science.1585178 2. leite, n. b., aufderhorst-roberts, a., palma, m. s., connell, s. d., ruggiero neto, j., beales, p. a. pe and ps lipids synergistically enhance membrane poration by a peptide with anticancer properties, biophysical journal 109 (5) (2015) 936947. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2015.07.033 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020216483.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020336379.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020356331.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020410013.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020422675.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020434579.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020532316.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020546306.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020554500.pdf eclet. quim. 50 | e-1566, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 1/10 1university of technology malaysia, faculty of educational sciences and technology, johor bahru, malaysia. 2darulaman campus teacher education institute, jitra, malaysia. +corresponding author: norliyana binti aris, phone: +6013-3881723, email address: liyanaaris23@gmail.com original article, education in chemistry and correlated areas determining design thinking elements in chemistry education: a fuzzy delphi method norliyana binti md. aris1+ , nor hasniza binti ibrahim1 , noor dayana binti abd halim1 , nurul hanani binti rusli1 , muhammad nidzam bin yaakob2 abstract creating a high-quality learning environment where students can solve real-world problems and be receptive is essential for fostering students’ innovation competencies. using appropriate pedagogical strategies and classroom activities is a crucial aspect of malaysian education. this article uses the fuzzy delphi method (fdm) to design chemistry classroom teaching strategies based on the design thinking paradigm. this research involves 12 experts in purposive sampling to form a diverse panel encompassing expertise in chemistry education, curriculum, module development, research, and innovation. using the fuzzy delphi method (fdm), the data were analyzed. four elements for exploratory constructs, two elements for construct interpretation, four elements for ideation, two elements for execution, and three elements for construct evolution met the fdm requirements, according to the findings. its threshold value is less than 0.2, the expert consensus is less than 75%, and the average score of the fuzzy number is over 0.5. encouraging design thinking in chemistry classes and thereby enhancing students’ innovation skills, this research unquestionably induces a paradigm shift in teaching practice. article history received may 19, 2024 accepted september 19, 2024 published february 23, 2025 keywords 1. design thinking; 2. design & development; 3. innovation competencies; 4. teachers’ pedagogy; 5. chemistry education. section editors habiddin habiddin natany dayani de souza assai highlights designed innovative chemistry teaching strategies using the fuzzy delphi method. promoted design thinking to boost students’ innovation competencies in chemistry. emphasizes real-world problem-solving and inquisitive learning in chemistry. integration of design thinking to foster student innovation skills. verified expert consensus on the design thinking framework in chemistry education. this manuscript was partly presented at the meeting of the international conference on mathematics and science education (icomse) 2023. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 https://ror.org/026w31v75 mailto:liyanaaris23@gmail.com mailto:liyanaaris23@gmail.com mailto:p-norhaniza@utm.my mailto:noordayana@utm.my mailto:nurul.hanani.utm@gmail.com mailto:dr_nidzam@ipgkda.edu.my https://orcid.org/0000-0001-6231-4708 https://orcid.org/0000-0003-2446-8153 https://orcid.org/0000-0003-3707-767x https://orcid.org/0000-0002-4424-490x https://orcid.org/0009-0005-1422-4966 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 2/10 1. introduction innovation competency emphasizes the need for an educational strategy promoting active learning and real-world problem-solving (hero et al., 2017) and highlights the seamless technological integration of teaching and learning transitions (falloon, 2020). academic scholars propose the inclusion of innovation competence and its various dimensions in the curriculum to cultivate innovation competence through educational practices (bascopé et al., 2019; durall et al., 2022). there is consensus in the research that education positively impacts students’ creativity and innovation (hu et al., 2016; ovbiagbonhia et al., 2020). in contemporary days, it is imperative for academics and educational authorities to actively promote the development of students’ inventive competency (ojeda et al., 2021). to foster the development of students’ innovation competence, educators require clear principles for designing instructional approaches and curricula that effectively enhance expected competence (franco et al., 2019; herodotou et al., 2019). nevertheless, there is a massive gap between the curricular aspirations in facing real-world needs and the actual learning outcomes and competencies of students in chemistry education (hero, pitkäjärvi, and matinheikki-kokko 2021; ocde 2018). additionally, the current educational setting may not offer a conducive environment for fostering students’ competency in innovation (keinänen and kairisto-mertanen, 2019). studies have shown that chemistry students struggle to explain phenomena based on knowledge (kanapathy et al. 2019) and solve problems in real-world contexts or generate original ideas from learned concepts (broman et al., 2018). the importance of innovation skills in addressing global challenges, particularly in chemistry, has been well recognized (garcia‐martinez, 2021). chemistry significantly advances many sustainable development goals (sdgs) outlined by the united nations to foster a more sustainable future by 2030. these goals include nanotechnology, sustainable energy transition, smart cities, innovative industries, and addressing social and environmental concerns (anastas and zimmerman, 2018). the emphasis on innovation within the national stem action plan for 2017–2025 underscores the importance of cultivating expertise in innovation. the collaboration between the federal ministry of science, technology, and innovation (mosti) and the malaysian ministries of education (kpm) and higher education (kpt) encompasses various areas such as innovation, cultural research, and the enhancement of teaching and learning quality. the discipline of chemistry education equips students with the necessary skills and knowledge to foster innovation in several domains as the demand for creativity grows across multiple industries (droescher, 2018; garcía-pérez et al., 2021; gomollónbel, 2020). previous research shows that chemistry educators’ instructional techniques and classroom practices have still to cultivate innovation and problem-solving skills (keinänen and kairisto-mertanen, 2019) effectively. additionally, restricted resources and teachers’ heavy workloads pose obstacles to enhancing innovation competence in the classroom (lo et al., 2019). given the critical role that chemistry educators must play, this study uses a fuzzy delphi approach, which gathers views from a diverse panel of experts, synthesizes their knowledge, and coordinates different perspectives to create a strategic framework. this framework aims to integrate elements of design thinking into the chemistry curriculum, thereby increasing students’ innovation efficiency in a dynamic educational environment. 2. the potential of design thinking in stimulating innovation competencies the key to developing this innovation competency is creating a quality learning environment that allows students to solve real-world problems and be curious and open-minded (keinänen et al., 2018). the question here is how the development of innovation competence and maximizing digital technology through one method can impact the development of students’ innovation competence. scholars, among them, have proposed several solutions to apply the design thinking approach as a modern learning paradigm in the classroom (hsiao et al., 2017; koh et al., 2015; zupan et al., 2018) support this viewpoint, states that when teachers use a design thinking approach to create learning materials and lectures for students, they improve student learning. the quality of the classroom improves. design thinking should be one of the solution methods to provide students with the ability to solve problems innovatively (pruneau et al., 2021; scott et al., 2021). the development of innovation competence can be encouraged by creating a learning environment that promotes student engagement with real-world challenges and encourages curiosity and creativity (ideo, 2012; keinänen et al., 2018). ultimately, design thinking effectively develops students’ innovation competencies (androutsos and brinia, 2019; raber et al., 2018). design thinking gives students a structured framework for developing innovation skills (garciavaquero, 2021; lynch et al., 2021). by embracing design thinking, students are equipped with a structured yet inventive problemsolving methodology, enabling them to approach challenges creatively and systematically. within this structured guidance, educators play a crucial role, instilling in students the art of methodical problem-solving that fosters innovation (jan et al., 2017). however, in the context of malaysia, elements of the design thinking approach are still not disclosed to science and mathematics teachers (adam and halim, 2019) and teachers are still unclear about the design thinking approach and how it can be applied in the classroom (noh and karim, 2021; noh, 2020) to encourage the development of students’ innovation competencies. therefore, this study aimed to provide concrete solutions to stimulate and enhance student innovation competencies and employ the fuzzy delphi method to determine the elements of design thinking in chemistry classroom teaching strategies. the research questions that need to be answered are: 1. what are the elements of design thinking implementation in chemistry classroom education through expert consensus? 2. what are this item’s values and rankings for each element based on an expert consensus? 3. research design this research adopts the fuzzy delphi technique to gain expert approval. the fuzzy delphi technique, or the fuzzy delphi method (fdm), is a measurement and tool developed or modified from the delphi method. as a result, fdm is not a new method because it is based on the classic delphi method, which has been widely used and accepted in many studies (cone and unni, 2020; jamil and noh, 2020). the selection of experts is significant in meeting the consensus of experts in this fdm as it involves a process of agreement from a group of experts to verify, evaluate, reject, or add elements to the framework. thus, selecting experts is https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 3/10 critical to meet the context of expert consensus in this fdm method. the fdm can be a more effective measurement tool in placing the strength of element selection for design thinking elements in chemistry classroom teaching strategies based on expert consensus. studies also prove that this method can solve problems with inaccuracy and uncertainty for a study (bui et al., 2020; lim et al., 2021; zhu et al., 2023). berliner (2004) emphasizes the significance of selecting experts with a minimum of five years of consistent expertise to guarantee a comprehensive understanding of the issues under study. this study recruited a purposeful sample of 12 diverse experts (table 1) consistent with the recommendation of adler and ziglio (1996), who suggest involving 10 to 15 experts in the delphi method to obtain a high consensus. the criteria for the experts were as follows: 1. experts in chemistry or stem education; 2. expert in curriculum and instruction development; 3. experts in module development; 4. experts in development, research, and innovation. table 1. fuzzy delphi method expert demography. expert institution position experience field expertise 1 public university senior lecturer more than 21 years chemistry education chemistry curriculum development 2 public university associates professor more than 21 years stem education stem culture study center 3 public university associates professor more than 21 years stem education 4 public university senior lecturer 6–10 years chemistry education module development 5 public university senior lecturer 11–15 years curriculum and instruction development module development 6 public university senior lecturer more than 20 years module development development, research, and innovation 7 public university senior lecturer/ professional chemists 15–20 years chemistry education 8 public university senior lecturer 11–15 years chemistry education module development 9 institute of teacher education senior lecturer more than 21 years curriculum and instruction development development, research, and innovation 10 institute of teacher education lecturer 6–10 years development, research, and innovation module development 11 institute of teacher education senior lecturer 15–20 years development, research, and innovation 12 education resources and technology division of the malaysian ministry of education assistant director more than 21 years chemistry education 4. data collection and analysis to ensure the empirical nature of this study, the researcher implemented the fuzzy delphi method following fig. 1. figure 1. fuzzy delphi method (fdm) approach. source: retrieved from jamil et al. (2015). step 1: determination and selection of experts the researcher sought out specialists who met specific criteria. a letter of appointment and approval as an expert panel was sent to experts willing to participate in the research. step 2: the construction of the experts’ questionnaire this study created a questionnaire using a standards-based literature review and expert consultations (sekaran and bougi, 2016). the fuzzy questionnaire presented is used to obtain expert agreement on the elements in the required activity design components, as shown in table 2. the questionnaire employed the seven-point likert scale to reduce ambiguity and increase expert consensus. noh, halili and siraj (2020) and jamil et al. (2015), revealed that 7-point likert scales are more accurate than 5-point ones. this scale is transformed into a fuzzy set with unit intervals between 0 and 1. the triangular fuzzy number represents the lowest, reasonable, and maximum m1, m2, and m3 (fig. 2). table 2. number of items for each element in the questionnaire. implementation of the ideo design thinking model in chemistry learning design thinking phase number of item exploration 4 interpretation 4 ideation 4 execution 3 reflection 4 source: elaborated by the authors using the literature review: ideo (2012); kalkbrenner and horton-parker (2016); ovbiagbonhia et al., (2023); auernhammer and roth (2021); pande and bharathi (2020); abidin (2020). figure 2. triangular fuzzy number. source: retrieved from (siraj et al., 2021). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 4/10 the field experts rated their agreement with the assertions, facilitating content validation through this process. this fuzzy approach allows for a more refined analysis, accommodating the uncertainty inherent in human judgment. for example, when an expert rates “students cooperate effectively during group assignments” with a score of 5 on a 7-point likert scale, indicating agreement, the triangular fuzzy number (tfn) translates it into a fuzzy scale range (0.50, 0.70, 0.90) representing a 50% agreement value for m1, 70% for m2 and 90% for m3. this range captures the potential variation in expert opinion, reflecting a single point of agreement and a spectrum that can be slightly skewed toward a percentage of agreement. ambiguity at this scale improves data accuracy, makes analysis more robust, and reflects the real-world complexity inherent in expert judgment. step 3: dissemination and data collection this phase involved distributing surveys to recognized experts using one of two methods: there are two main ways to engage experts: meeting with each expert in person or using email for conversation and information sharing. step 4: conversion of likert scale to fuzzy scale the linguistic variables are converted into fuzzy triangular numbers, and each criterion is allocated a fuzzy rij number to indicate the expert’s competence. data average value was determined using a delphi fuzzy analysis template intended for microsoft excel (eq. 1). 𝐼 = 1 … 𝑚, 𝑗 = 1, … 𝑛, 𝐾 = 1 … . , 𝑘 𝑎𝑛𝑑 (1) 𝑟𝑖𝑗 = 1/𝐾 (𝑟¹𝑖𝑗 ± 𝑟²𝑖𝑗 ± 𝑟ᴷ𝑖𝑗) step 5: data analysis to obtain the agreement and consensus of the expert panel, three main conditions must be met, which rely on the triangular fuzzy number and the defuzzification process. the condition for triangular fuzzy numbers is to involve the threshold value (d) and the percentage of expert agreement. for the defuzzification process, there is only one condition: the fuzzy score value (a). these three conditions will be analyzed using microsoft excel. table 3 shows the interpretation of the triangular score values of the fuzzy number and defuzzification process to measure the consensus of the expert group. table 3. interpretation of score values for acceptance conditions based on expert agreement fuzzy delphi method data analysis (fdm). condition process criterion value interpretation 1 triangular fuzzy number threshold value (d) threshold (d) ≤ 0.2 (equal or less than 0.2) accepted (chen, 2000; cheng and lin, 2002) 2 triangular fuzzy number the percentage of expert agreement percentage of expert agreement ≥ 75% (equal to or greater than 75%) accepted (chu and hwang, 2008; murry and hammons, 1995) 3 defuzzification process the fuzzy score value (a) the fuzzy score value (a) ≥ 0.5 (α– cut value equal to or greater than 0.5) accepted (ranking) (bodjanova, 2006; tang and wu, 2010) a: determining threshold value (d) each item’s threshold value (d) must be less than or equal to 0.2 to reflect experts’ consensus (cheng and lin, 2002). the eq. 2 calculated the distances between two fuzzy numbers, m = (m1, m2, m3) and n = (n1, n2, n3). 𝑑(�̃�, �̃�) = √ 1 3 [(𝑚1 − 𝑛1)2 + (𝑚2 − 𝑛2)2 + (𝑚3 − 𝑛3)2] (2) b: expert consensus percentage expert consensus must exceed 75% to indicate agreement. non-agreement items were eliminated (garriga et al., 2016). c: defuzzification process the defuzzification method determined item scores and rankings. the symbol for defuzzification is amax. the fuzzy score (a) must be greater than the median value (α-cut value) of 0.5 (tang and wu, 2010) to indicate expert agreement and item acceptance. if (a) exceeds 0.5, it signifies expert consensus to accept the item in the question (bodjanova, 2006). this α-cutbased decision-making process is a critical determinant in accepting or rejecting items within the study (eq. 3). 𝐴𝑚𝑎𝑥 = 1 3 × (𝑚1 + 𝑚2 + 𝑚3) 𝐴𝑚𝑎𝑥 = 1 4 × (𝑚1 + 2𝑚2 + 𝑚3) (3) 𝐴𝑚𝑎𝑥 = 1 6 × (𝑚1 + 4𝑚2 + 𝑚3) 5. findings and results 5.1. what are the elements of design thinking implementation in chemistry classroom education? dewey’s experiential learning theory (roberts, 2003) and ideo’s design thinking model (ideo, 2012) have been implemented in developing activities based on design thinking in chemistry classes. the activity design is guided by the curriculum standard document and chemistry assessment in the secondary school standard curriculum (bpk 2018). area 6.0 on the topic of acids, bases, and salts is mapped to content standards (sk) with design steps that students will undertake. for activity 1: design of environmentally friendly washing soap, there are three content standards involved, namely sk 6.1, sk 6.2, and sk 6.3. for activity 2, the smoke filter, eco involves sk 6.4 and sk 6.7. based on the findings, there are five elements of design thinking implementation in chemistry classroom teaching strategies based on the experts’ consensus. the elements are exploration, interpretation, ideation, execution, and reflection. these five phases are used as a structured phase framework to improve the quality of the teaching and learning process through the integration of design thinking. students learn to approach problems structured and systematically and develop the problem-solving approach required to enhance innovation competencies. teaching and learning activities are systematically mapped to the design components https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 5/10 corresponding with a phase of the ideo design thinking model (ideo, 2012): exploration, interpretation, ideation, execution, and reflection. the parameters of each phase from the ideo model are integrated into elements of our activity design, which results in a holistic learning experience. practice examples in table 4 adapt the activity design types proposed and refined via expert consensus to show how these phases of design thinking can be applied. table 4. design thinking elements in chemistry classroom teaching strategies. item elements exploration phase e1.1 project plan: students build structured plans, assign distributions in groups, and outline plans to follow during their design thinking project assignment. students make strategies, plan action plans to overcome environmental issues and distribute tasks. e1.2 induction: the teacher raises the issue of the problem and introduces students to the project ’s objectives, methods, and expectations. students answer knowledge practice questions, and students explore “acids and alkalies: how do they affect the environment”. e1.3 definition: students actively define problem issues, clearly outlining the problem statements and objectives to be addressed. students define related issues and list pollutants that affect the quality of the environment (like sulfur dioxide (so2) and nitrogen oxides (nox), which lead to acid rain, alter the ph of water bodies, and harm aquatic life). e1.4 find information: students search for information from various sources and research and collect relevant data on the problem. students explore and find information on the concept of ph for acid, base, and salt in (laboratory station activity), test the ph levels of different substances, and analyze how acidic or basic solutions can neutralize to mitigate environmental damage. interpretation phase e2.1 interpretation: students evaluate and interpret information to draw meaningful conclusions. students connect the concept of ph value and concentration of a solution and suggest possible solutions. e2.2 synthesis: students synthesize the information obtained, integrate information, and generate creative solutions to address assigned problems. combine their understanding of chemical reactions, such as neutralization, with real-world applications to propose methods to reduce the acidity of affected water bodies. e2.3 analysis: students analyze the exploration results, breaking down complex information to identify key patterns, trends, or relationships related to a defined problem. students present ideas, analyze, and make connections about how the ph value of a cleaning solution affects the effectiveness of washing. e2.4 concept mapping: students visually organize and connect key concepts and ideas from the information gathered. map the relationship between different types of acids and bases, their reactions with salts, and their effects on the environment. ideation phase e3.1 concept: students associate the solution idea and the chemical concepts involved. students link the chemical concepts of acids, bases, and salts with the solution concept. students state how the properties of acids, bases, and salts allow solutions that are suggested. e3.2 post-it voting: a collaborative decision-making process in which students use post-it notes to vote for the most appropriate ideas. evaluate ideas based on feasibility, functionality, and alignment with problems foster collaboration. e3.3 brainstorm: collaborative and open sessions where students generate ideas for solving defined problems. students consider the properties and characteristics of acids, bases, and salts during brainstorming. e3.4 solution model: students suggest a solution model for implementing the selected solution. visualize and sketch a model of their solution for a smoke filter – eco. label the main components and processes involved in their solution. execution phase e4.1 solution model development: students develop prototypes and detail the selected solution model. e4.2 do & test: students test a prototype to solve a pre-defined problem. students test the functionality and ability of prototypes to solve air or air pollution problems (acid, base, and agar concepts). list the apparatus and materials needed in the testing experiment. students must propose their investigative activity procedures. list the apparatus and materials needed for the testing experiment. students are required to propose their investigative activity procedures. e4.3 re-test: revising and re-evaluating the solution model implemented based on feedback and results. reflection phase e5.1 documentation: students make project documentation systematically recording and presenting learning outcomes and modifications made throughout the design process carried out. e5.2 feedback loops: continuous feedback, allowing for repeated improvements based on input from peers, teachers, or self-reflection. e5.3 sustainability: students consider developed solutions’ long-term viability and impact on environmental, social, and economic effects. e5.4 reflection: students reflect on the entire design process, including challenges, successes, and areas for improvement. reflect on how design projects in creating environmentally friendly cleaning solutions challenge an understanding of chemical concepts such as ph, chemical reactions, and the properties of acids and bases. source: elaborated by the authors from expert views. some elements did not meet the requirements of the acceptance of elements in the fdm analysis, such as elements in the design of the activities of the interpretation phases. these elements meet the first requirement but do not meet the second requirement; the percentage requirement of the expert agreement should be more than or equal to 75%. the synthesis elements (67%) and concept mapping (50%) in the interpretation phase, as well as re-test elements (67%) in the implementation phase, meet the first requirement of the threshold value (d) less than 0.2 but have less than 75% of expert agreement. meanwhile, the sustainability element (d = 0.204) in the reflection phase meets the second requirement but does not meet the first requirement of the threshold value (d) less than 0.2. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 6/10 therefore, as formulated in table 5, these four elements have been rejected. the results also show the expert’s consensus on the elements in the design thinking component of the activity with the threshold value (d) of the exploration phase between (0.098 to 0.126) and the ideation phase (0.057 to 0.092) and has met the first fdm requirement in the triangular fuzzy number which is (d) smaller than 0.2. the testing of the percentage of agreement for the second fdm conditions also showed that the design thinking element of the activity for these two phases received a high rate of agreement of 96% and 94% for the percentage of the entire component. table 5 also presents the consensus reached among experts regarding 15 out of 19 elements in design thinking elements. in total, all four elements in the exploration phase and the ideation phase, two of the four elements in the interpretation phase, two of the three elements in the experimental phase as well as three of the four proposed elements were accepted by consensus for the design component of the activity in the design thinking implementation in chemistry classroom education. table 5. expert consensus on design thinking elements. triangular fuzzy numbers defuzzification process item threshold value (d) percentage expert consensus (%) m1 m2 m3 fuzzy score (a) ranking results exploration phase e1.1 0.098 92% 0.800 0.942 0.992 0.911 3 accepted e1.2 0.023 100% 0.883 0.992 1.000 0.958 1 accepted e1.3 0.042 100% 0.867 0.983 1.000 0.950 2 accepted e1.4 0.126 92% 0.767 0.917 0.975 0.886 4 accepted interpretation phase e2.1 0.097 92% 0.783 0.933 0.992 0.903 2 accepted e2.2 0.201 67% 0.617 0.800 0.925 0.781 rejected e2.3 0.068 100% 0.833 0.967 1.000 0.933 1 accepted e2.4 0.147 50% 0.533 0.733 0.900 0.722 rejected ideation phase e3.1 0.082 83% 0.700 0.883 0.983 0.856 4 accepted e3.2 0.076 100% 0.800 0.950 1.000 0.917 2 accepted e3.3 0.057 100% 0.850 0.975 1.000 0.942 1 accepted e3.4 0.092 92% 0.767 0.925 0.992 0.894 3 accepted execution phase e4.1 0.068 100% 0.833 0.967 1.000 0.933 1 accepted e4.2 0.068 100% 0.767 0.933 1.000 0.900 2 accepted e4.3 0.187 67% 0.633 0.808 0.933 0.792 rejected reflection phase e5.1 0.091 83% 0.717 0.892 0.983 0.864 3 accepted e5.2 0.095 92% 0.817 0.950 0.992 0.919 1 accepted e5.3 0.204 83% 0.400 0.600 0.800 0.600 rejected e5.4 0.102 83% 0.733 0.900 0.983 0.872 2 accepted requirement: triangular fuzzy numbers (1) threshold value (d) ≤ 0.2, (2) percentage of expert consensus ≥ 75.0%; defuzzification process (3) fuzzy score (a) ≥ α – cut = 0.5. 5.2. what are this item’s values and rankings for each element based on an expert consensus? after successfully addressing the initial two requirements, the analysis proceeds to ascertain the fulfillment of the third fdm requirement through defuzzification analysis. notably, the highest fuzzy score value secures the top rank within each design thinking element. in the defuzzification analysis, a higher fuzzy score means to be the most likely or agreed upon sub-element within each phase of design thinking. presenting these higher scores first highlights the most critical items, making the key findings more prominent and impactful. the final resulting value (a) is compared against α-cut values; any score below 0.5 reflects expert consensus to reject the item, while scores exceeding 0.5 indicate sufficient literature support to adopt it (bodjanova, 2006). the high fuzzy scores (ranging from 0.958 to 0.856) in table 6 confirm broad consensus (roldan lopez et al., 2021), which is crucial for applying the design thinking framework to the chemistry education model. overall, the analysis results indicate a logical structure within the design thinking process, with specific priorities for each phase. in the exploration phase, the induction element, which introduces the process, holds the highest importance (a=0.958), followed closely by definition (problem definition) at 0.950. however, finding information (gathering information) ranks the lowest at 0.886, suggesting that a clear understanding of the problem is paramount before collecting data. in the interpretation phase, the analysis element (a=0.933) is considered more critical than interpretation (a=0.903), emphasizing the necessity of thorough data analysis prior to drawing conclusions. moving to the ideation phase, brainstorming (creative idea generation) is the highest-ranked element (a=0.942), followed by post-it voting (selection of the best ideas) at 0.917, and solution model development (a=0.894). the concept (basic concept) element ranks the lowest at 0.856, implying that generating and selecting ideas should precede the development of a solution model. in the execution phase, solution model development (a=0.933) is prioritized over do & test (a=0.900), underlining the importance of having a well-defined solution model before testing. lastly, in the reflection phase, feedback loops (continuous feedback) are deemed the most crucial (a=0.919), followed by reflection (self-reflection) at 0.872, with documentation being the least important (a=0.864). this suggests that feedback exchanges should take precedence over mere documentation of reflections. in conclusion, this ranking https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 7/10 emphasizes the sequential and structured approach in design thinking, where each phase—understanding the problem, conducting analysis, generating and selecting ideas, modeling solutions, implementing them, and reflecting—must follow a clear order of priority to effectively foster innovative and systematic solutions. figure 3 displays a visual picture of the ranking formulation of each element of the design of the activity in all phases of design thinking according to the priority position. table 6. ranking of elements in the design thinking phase activity to the value of fuzzy evaluation. item design thinking activity components fuzzy score (a) ranking design thinking (exploration) elements e1.1 project plan 0.911 3 e1.2 induction 0.958 1 e1.3 definition 0.950 2 e1.4 find information 0.886 4 design thinking (interpretation) elements e2.1 interpretation 0.903 2 e2.3 analysis 0.933 1 design thinking (ideation) elements e3.1 concept 0.856 4 e3.2 post-it voting 0.917 2 e3.3 brainstorm 0.942 1 e3.4 solution model 0.894 3 design thinking (execution) elements e4.1 solution model development 0.933 1 e4.2 do & test 0.900 2 design thinking (reflection) elements e5.1 documentation 0.864 3 e5.2 feedback loops 0.919 1 e5.4 reflection 0.872 2 figure 3. activity design thinking component through fuzzy delphi method approach. 6. discussion the results of this study demonstrate the effective utilization of the fdm in developing teaching techniques for chemistry classrooms that align with the design thinking paradigm. the consensus levels among the expert panel, which ranged from 83 to 100%, validate the appropriateness and comprehensiveness of the proposed design thinking principles in the context of chemistry education. the elements classified as exploration, interpretation, ideation, execution, and reflection jointly play a significant role in nurturing students’ innovation competencies. the consensus reached, as indicated by the low threshold values (d ≤ 0.2), demonstrates that experts have agreed on the fundamental elements required for a learning environment to be effective. the value of supporting inquiry-driven learning and problem-solving in the malaysian school setting is highlighted by this consensus, which is consistent with earlier research that emphasizes the importance of active learning approaches (halim et al., 2022; maneeratana et al., 2019). in addition, the examination of defuzzification provides valuable insights into the relative importance of each part of design thinking. the fuzzy score values, which regularly range from 0.856 to 0.958, emphasize the importance of each element in effectively implementing design thinking ideas in chemistry teaching. the prominence of the exploration element in the exploration portion is particularly noteworthy, as it emphasizes the importance of enabling students to engage with real-world situations to frame challenges appropriately. likewise, prioritizing analysis and interpretation components highlights the significance of employing critical thinking during the ideation process. the above findings align with prior research that underscores the crucial significance of design thinking in cultivating innovation skills and aptitude for resolving problems (buhl et al., 2019; ellah, et al., 2019) 7. conclusions in conclusion, this research makes a valuable contribution to the advancement of pedagogical approaches in the field of chemistry education in malaysia. it achieves this by offering empirically supported design thinking components that align with the requirements for fostering students’ innovation competencies. the efficacy of employing the fuzzy delphi method to establish consensus among experts serves to enhance the validity of the offered plans. the results emphasize the necessity for educational establishments to integrate design thinking principles, thereby fostering an environment that motivates students to engage in exploration, ideation, and implementation to address authentic challenges. by emphasizing these components, educators can cultivate a dynamic educational setting that encourages creativity, critical thinking, and innovation within the student body. the findings derived from this research can provide a basis for educators, curriculum creators, and policymakers to formulate and execute efficacious approaches for fostering student innovation competencies. authors’ contribution conceptualization: norliyana binti md. aris; nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim; data curation: norliyana binti md. aris; muhammad nidzam bin yaakob; formal analysis: norliyana binti md. aris; nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim; funding acquisition: norliyana binti md. aris; investigation: norliyana binti md. aris; methodology: norliyana binti md. aris; muhammad nidzam bin yaakob; project administration: norliyana binti md. aris; nurul hanani binti rusli; resources: norliyana binti md. aris; nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim; software: not applicable. supervision: nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim; validation: nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim; visualization: norliyana binti md. aris; nurul hanani binti rusli; writing – original draft: norliyana binti md. aris; nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim; nurul hanani binti rusli; writing – review & editing: norliyana binti md. aris; nor hasniza binti ibrahim; noor dayana binti abd halim. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1566 issn 1678-4618 page 8/10 data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments we would like to express our sincere gratitude to the editors of eclética química for their valuable feedback and insightful suggestions, which significantly improved the quality of this manuscript. our thanks also go to the technical team for their support in manuscript formatting, and technical assistance throughout the research process conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abidin, m. d. s. z. panduan asas pemikiran reka bentuk produk (uitm press). uitm press. 2020. adam, n. a.; halim, l. cabaran pengintegrasian pendidikan stem dalam kurikulum malaysia. in: seminar wacana pendidikan (swapen 2.0). 2019. adler, m.; ziglio, e. gazing into the oracle: the delphi method and its application to social policy and public health. jessica kingsley publishers. 1996. anastas, p. t.; zimmerman, j. b. the united nations sustainability goals: how can sustainable chemistry contribute? current opinion in green and sustainable chemistry. 2018, 13, 150–153. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2018.04.017 androutsos, a.; brinia, v. developing and piloting a pedagogy for teaching innovation, collaboration, and co-creation in secondary education based on design thinking, digital transformation, and entrepreneurship. education sciences. 2019, 9 (2), 113. https://doi.org/10.3390/educsci9020113 auernhammer, 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https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85055438651&partnerid=40&md5=68285fb50f9fc67e00854b052df6c8be summary revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 2 | 2023 | summary editorial board .............................................................................................. 2 editorial ........................................................................................................... 4 database ........................................................................................................... 5 instructions for authors .......................................................................... 6 review article social media-based learning in chemistry learning: a review ........................................... 17 hayuni retno widarti, titin sriwahyuni, deni ainur rokhim, afis baghiz syafrudin second-generation ethanol: concept, production and challenges ....................................... 22 pedro vinícius costa medeiros, paulo henrique medeiros theophilo, gisele simone lopes, lívia paulia dias ribeiro original articles detection of dopamine using glassy carbon electrodes modified with agnps synthetized with monteverdia ilicifolia extract .............................................................................................. 35 francielle schremeta humacayo, joel toribio espinoza, josiane de fátima padilha de paula, luma clarindo lopes, christiana andrade pessoa, cássia gonçalves magalhães synthesis of some new substituted imines from aldehydes and ketones derived from quinolinic acid ..................................................................................................................... 49 anwar abdulghani fathi, yassir shakeeb al jawaheri, shaimaa samir ismaee synthesis, structural and spectroscopic properties of co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes with 2-((2-chlorobenzylidene)amino) acetohydrazide hydrate and their antimicrobial and antioxidant activities ............................................................................................................ 66 fathi mohammed al-azab, yasmin mosa’d jamil, amani ahmed al-gaadbi https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 130 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 influence of cu-doped tio2 on its structural and photocatalytic properties vinícius teodoro1 , elson longo1 , maria aparecida zaghete2 , leinig antonio perazolli2+ 1. federal university of sao carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. 2. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. +corresponding author: leinig antonio perazolli, phone: +551633019711, email address: leinig.perazolli@unesp.br article info article history: received: july 26, 2021 accepted: december 09, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. photocatalysis 2. titanium dioxide 3. doping 4. uv light section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: due to the potential of heterogeneous photocatalysis for wastewater treatment, the researches concerning the improvement materials modifications for its photocatalytic activity have been widely increased. one of the most employed methods is the metal doping into semiconductors. herewith, we demonstrated the influence of cu doping into tio2 in its photocatalytic properties. the powder samples with 0.0 to 0.7% mol were obtained by the pechini method and characterized by xrd, micro-raman spectroscopy, fesem, and photoluminescence spectroscopy. the cu insertion into tio2 structure induced the stabilization of anatase phase, increasing its content in the samples in relation to the bare tio2. the pl results indicated that a decrease in the pl emission intensity and a shift of the emission band to the blue region. the photocatalytic activity for rhodamine b degradation under uv light irradiation indicated that the cu-doping into tio2 led to an enhancement of the photocatalytic activity compared to the bare one. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 mailto:leinig.perazolli@unesp.br https://orcid.org/0000-0003-1153-2742 https://orcid.org/0000-0001-8062-7791 https://orcid.org/0000-0002-5867-1443 https://orcid.org/0000-0003-1153-2742 original article revista.iq.unesp.br 131 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 1. introduction due to increasing of industrial disposal and domestic effluents on recent years, such as wastewater, it has become necessary an effective treatment alternative to improve the environment quality. among several methods, heterogeneous photocatalysis has been studied as an alternative to such problem due to its potential degradation of organic compounds, allowing water and air purification (fujishima et al., 2000; galindo et al., 2000; gaya and abdullah, 2008; qourzal et al., 2005; silva et al., 2020). therefore, the search for materials with high photocatalytic activity and potential to solar applications has been the main target of researches. the titanium dioxide (tio2) is odorless, has high acid resistance and act as a uv absorbent. the most important functions are as a widely used pigment, solar protection and photocatalyst for organic compounds. titanium dioxide also has been used as a bleaching and opacifying agent in porcelain enamels, giving them brightness, hardness, and acid resistance. tio2 is one of the most widely investigated for photocatalytic applications due to its high oxidizing ability for organic pollutants, low cost, photostability, nontoxicity and chemical stability (dashora et al., 2014; nakata and fujishima, 2012; s. wang et al., 2014). numerous studies were published on the photocatalytic tio2 applications for the decomposition of organic compounds due to the ability of tio2 to oxidize organic and inorganic substances in water and air through redox processes (s. wang et al., 2014), tio2 only absorbs ultraviolet (uv) light of broad solar spectrum due to its large bandgap energy (λ < 388 nm), which was comprised of only 4% of the entire solar spectrum (dashora et al., 2014; h. wang et al., 2015). furthermore, the high recombination rate of electron/hole pair (e–/h+) within the semiconductor is the main problem for the photocatalytic performance of the semiconductor, since it disables the photoexcited electron and the hole for redox reactions (rashad et al., 2014; li zhang et al., 2014). in order to improve the photocatalytic performance of tio2, modifications in its structure have been investigated, such as doping with metals ions (li et al., 2016; sanchez-dominguez et al., 2015; q. wang et al., 2017; xiao et al., 2016). the substitution of a ti4+ by another transition metal ion promotes changes in the coordination parameters, thus altering the electronic and optical properties, resulting in attractive characteristics for photocatalytic applications (chen et al., 2018a; vargas hernández et al., 2017). several advantages concerning doping on tio2 have been reported, such as increase of specific surface area, light absorption capacity, and charge transfer rate on particle surface, and band gap energy reduction (carp et al., 2004; g. liu et al., 2010). the cu doping on tio2 has shown improvement and desirable results for antibacterial applications (lan zhang et al., 2016) and for high-rate capability for lithium-ion batteries (y. zhang et al., 2016), possibly making it an attractive dopant metal for photocatalytic applications. in this work, we report the influence of cu-doped on tio2 powders prepared by the pechini method and its effects on structural and photocatalytic properties for degradation of rhodamine b dye (rhb) under uv light irradiation. these obtained powders were characterized using xrd, mr spectroscopy, fe-sem, and pl spectroscopy. 2. experimental 2.1 synthesis all chemical reagents were of analytical grade and used without further treatment. the powders were obtained by the pechini method, which were used titanium isopropoxide (purity 95%, alfa aesar), citric acid (purity 99.5%, synth) and ethylene glycol (purity 99%, synth) in a ratio of 1:4:16 moles, respectively. ethylene glycol was heated to 70 °c and then, titanium isopropoxide was added and stirred for 20 min. citric acid was added to the mixture and this was stirred for 2 h at 90 °c. the polymeric solution was standardized by gravimetry method in order to define content of tio2 generated per gram of solution. for the cu-doped tio2 samples, cu(no3)2.3h2o was added to the polymeric solution in stoichiometric contents to obtain 0.3, 0.5 and 0.7 at.% of cu related to ti, which the samples were denominated as cto-0, cto-0.3, cto-0.5, and cto0.7, respectively. the polymeric solutions were annealed at 380 °c for 4 h to form the root solid, and then 400 °c for 10 h to eliminate organic compounds. all concentrations of cu-doped and bare tio2 samples were annealed 600 °c for 4 h. 2.2 characterizations the morphological, structural and optical properties of samples were characterized by field-emission scanning electron microscopy (fe-sem, jeol 7500f), x-ray diffraction (xrd, rigaku-rotalex dmax/2500 pc) with cu kα radiation, micro-raman spectroscopy (mr, horiba jobin yvon labram ihr550) with a laser wavelength of 514 nm. the optical spectroscopy in uvvis on diffuse reflectance mode was performed in a https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 original article revista.iq.unesp.br 132 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 perkin elmer spectrophotometer (lambda 1050 uv/vis/nir). the photoluminescence spectroscopy (pl) was performed at room temperature under air atmosphere using a monospec 27 monochromator (thermal jarrel ash, usa) coupled to an r955 photomultiplier (hamamatsu photonics, japan). a krypton ion laser (coherent, innova 200) with wavelength of 350 nm, with maximum output power maintained at 500 mw and maximum power of 14 mw on the sample due to the passage through an optical chopper. the surface area was measured using brunauer-emmett-teller (bet) methods and micromeritics asap 2010 equipment. 2.3 photocatalytic experiments the photocatalytic performance of all samples was carried out in a philips ouro reactor, which was fitted with a quartz tube and an inner uv germicide lamp (λ = 254 nm, 11 w, osram, puritec hns 2g7). the reactor was 9.4 cm of inside diameter and 17.2 cm of height, the quartz tube was 4.1 cm of the inside diameter and 22 cm of height which was sustained by a support. the uv germicide lamp was inside the quartz tube and has dimensions of 1.2 × 2.6 × 19 cm. the experiments were conducted with 700 ml of rhodamine b dye (rhb) solutions (10–5 mol l–1), 70 mg of catalyst and under constant agitation and pumping air to saturation of o2 dissolved. at certain times, aliquots were withdrawal and centrifuged for absorbance measurements in a perkin elmer spectrophotometer (lambda 1050 uv/vis/nir). 3. results and discussion figure 1a shows the xrd patterns of cu-doped and bare tio2 samples obtained by the pechini method. for all samples, the anatase and rutile phases of tio2 were observed, according to the inorganic crystal structure database (icsd) code 9852 and code 9161, respectively. the presence of rutile phase is due to its thermodynamic stability in synthesis temperature from 600 °c (hu et al., 2003; zhu et al., 2015). no peaks related to any cu-related phase were observed, indicating the incorporation of cu2+ into the tio2 lattice as dopant. figure 1. xrd patterns (a) and phase content (b) of cto-0, cto-0.3, cto-0.5, and cto-0.7 samples. in order to quantify the proportions of anatase and rutile phases in the prepared samples, the spurr and myers (1957) method was employed, according to the eq. 1, in which, fa is the anatase percentage in sample, ir and ia are the integrated intensity of rutile (110) and anatase (101) peaks. fa = 1 (1 + 1.265 ir ia ) (1) the anatase and rutile crystallite sizes of all prepared samples were calculated according to the scherrer’s eq. 2 (alexander and klug, 1950). d = k λ β cos θ (2) the k is a constant related to shape factor (about 0.9), λ is the x-ray wavelength of cu kα radiation https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 original article revista.iq.unesp.br 133 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 (0.15406 nm), β is the full width at half maximum (fwhm) of the diffraction peak, and θ is the diffraction angle. the values of β and θ used were related to the predominant phase on sample, being the (101) and (110) crystal planes for anatase and rutile phases, respectively. the calculated anatase crystallite sizes were 37.0, 28.8, 23.7, and 27.6 nm for cto-0, cto-0.3, cto-0.5, and cto-0.7 samples, respectively. for rutile crystallite sizes, the obtained values were 42.3, 35.2, 25.3, and 33.7 nm for cto-0, cto-0.3, cto-0.5, and cto-0.7 samples, respectively. it can be observed that the cu insertion on the tio2 lattice promoted an anatase phase stabilization compared to the bare one, as can be seen by the higher weight fractions (fig. 1b). the anatase to rutile phase transformation in tio2 is strongly dependent on the synthesis temperature and also on the intrinsic physicochemical properties and concentration of impurities on lattice (choi et al., 2010; shannon and pask, 1965). as already reported, cu2+ ions are most probably located in interstitial positions into tio2 lattice on anatase phase and primarily on grain surface due to its relatively large difference in ionic radius related to ti4+ ions, i.e., 73 and 60.5 pm for cu2+ and ti4+ in octahedral sites. besides that, the lower density and higher volume of unit cell of anatase compared to rutile phase also contribute for the cu2+ interstitial occupation (choi et al., 2010; gupta and tripathi, 2011). the interstitial cu2+ into tio2 lattice generates ti–o–cu bonds that led to an increase in strain energy necessary to anatase to rutile phase transformation, resulting in an inhibition of the grain growth (choi et al., 2010; hanaor and sorrell, 2011; qi et al., 2011; shannon and pask, 1965), as can be observed in the reduction of average crystallite size of anatase with increasing doping concentration. this strain energy needs to be overcome to the rearrangement of [tio6] clusters, which have different spatial organizations in both phases. once cu2+ ions are located at interstitials positions, the energy required for rearrangement has increased due to its interactions with [tio6] clusters. figure 2a shows the micro-raman spectra for the cudoped and bare tio2 samples. both anatase and rutile phase of tio2 exhibits characteristics raman shift bands, being six vibrational modes raman active for anatase and four for rutile phase. the characteristics raman bands of anatase phase are approximately located at 144 cm–1 (eg), 197 cm–1 (eg), 399 cm–1 (b1g), 513–519 cm–1 (overlap in raman shifts values by two vibrational modes with symmetries a1g e b1g), and 639 cm–1 (eg). for rutile phase, the raman shifts bands are located at approximately 143 cm–1 (b1g), 447 cm–1 (eg), 612 cm–1 (a1g), and 826 cm–1 (b2g) (naumenko et al., 2012; ohsaka et al., 1978; ricci et al., 2013; sahoo et al., 2009). another band nearly 238 cm–1 for rutile phase is characteristic of a second order scattering due to coupling of two optical phonons (ohsaka et al., 1978; ricci et al., 2013; swamy and muddle, 2006). figure 2. raman spectra (a) and eg raman bands (b) of cto-0, cto-0.3, cto-0.5, and cto-0.7 samples. it can be observed that the increase in cu concentrations into tio2 induced a decrease in the intensities of raman bands compared to the bare one. the structural ti–o–cu linkage formed by the interstitial cu results in a hindrance of the [tio6] clusters, reducing its freedom degree for the vibrational modes, hence decreasing the intensity of the raman bands. figure 1b shows the eg raman band position for the anatase phase for all prepared samples. it can be seen that the insertion of cu into tio2 lattice induced a shift to higher frequencies, thus corroborating with the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 original article revista.iq.unesp.br 134 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 presence of ti–o–cu linkage that results in an increase in the strain energy. figure 2 shows the fe-sem images of the cu-doped and bare tio2 samples. it can be observed that all samples are composed of agglomerates of nanoparticles, which is characteristic of the pechini method (chen et al., 2018b; neris et al., 2018). furthermore, the agglomeration of these nanoparticles also arises from the annealing procedure, thus inducing their coalescence. photoluminescence spectroscopy emission measurements were performed to understand the effect of cu insertion into tio2 structure in its optical behavior. figure 3a shows the pl spectra of bare and cu-doped tio2 samples. as can be seen, all spectra indicated the presence of two major emission bands, one located at 400–700 nm and the other centered at approximately 800 nm. the first one is characteristic of anatase phase emission and the second is characteristic of rutile phase emission, corroborating the xrd and raman results (jin et al., 2015; nasr et al., 2015). the pl spectra for all prepared samples indicate a broadband profile, which is assigned to multiphonon processes. these processes arise from the presence of a high density of energy levels within the band gap, in which the electron momentum relaxation and hence photon emission occur in several pathways (cruz et al., 2020; tello et al., 2020). it can be seen that all cu-doped samples presented a lower emission intensity compared to the bare one. this indicates a higher density of intermediate energy levels within the band gap for cudoped samples, which results in a lower recombination rate of the electron-hole pairs. figure 3. fe-sem images of cto-0 (a), cto-0.3 (b), cto-0.5 (c), and cto-0.7 (d) samples. in order to investigate the contribution of defects for pl emissions in bare and cu-doped tio2 samples, deconvolution of emission bands was performed using the peakfit v.4 software. it is known that emissions in different color regions are due to different type of defects in the structure that contribute to the electronic https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 original article revista.iq.unesp.br 135 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 transitions. the blue emissions have been associated with the structural distortions in the composing clusters of the lattice, whereas the green and yellow emissions have been associated with the oxygen vacancies (longo et al., 2008; silva junior et al., 2015). as can be seen, the insertion of cu into the tio2 lattice promoted a shift of the band emission for the blue region, as observed by the maximum emission wavelength and its percentage contribution in the fig. 3b–e. for clearer evidence, the contribution percentages of blue emission in function of the cu-doping content are shown in fig. 4f. it can be seen that the blue emission percentage directly increases with increasing cu-doping content. once the cu2+ ions are occupying interstitial positions in the anatase phase of tio2, resulting in a ti–o–cu linkage, it is expected higher structural distortions in the [tio6] clusters compared to the bare one due to the atomic rearrangement. these structural distortions were confirmed by a higher contribution percentage of blue emission and corroborate the xrd and raman results. furthermore, the structural distortions in the [tio6] clusters caused by the cu insertion into the tio2 lattice generate intermediate energy levels within the band gap, which decrease the recombination rate of electron-hole pairs and hence the pl emission intensity, as observed in fig. 4a. the photocatalytic activity of bare and cu-doped tio2 samples was tested for rhb dye degradation under uv light irradiation. figure 5a shows the rhb degradation percentage against the irradiation time for all prepared samples and the controlling test (photolysis). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 original article revista.iq.unesp.br 136 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 figure 4. photoluminescence spectroscopy spectra of all prepared samples (a), deconvolution of emission band of cto-0 (b), cto-0.3 (c), cto-0.5 (d), and cto-0.7 (e) samples, and blue emission percentage of all prepared samples (f). it was observed that all cu-doped samples present a higher photocatalytic activity compared to the bare one. further, the increase in the cu-doping content led to an increase in the rhb degradation percentage in 90 min of reaction. however, the cto-0.5 and cto-0.7 samples presented similar photocatalytic activity, indicating a saturation of the cu-content for the improvement of photocatalytic activity of the tio2. according to the langmuir-hinshelwood plot (fig. 4b), the photocatalytic activity of all prepared samples presents a pseudo-first order kinetics (b. liu et al., 2014). the rate constants for those samples are depicted inset the fig. 4b. as previously mentioned, the cu insertion into the tio2 lattice leads to the structural distortions in the [tio6] clusters, which generate a higher density of intermediate energy levels within the band gap. these energy levels act as traps for the electronic transitions, thus decreasing the recombination rate of electron-hole pairs, as observed by pl analysis. herewith, the decrease in the recombination rate leads to an increase in the lifetime of electron-hole pairs. once these pairs have a higher lifetime, their availability to perform the redox reactions with the reaction medium are also increased. therefore, the cu insertion into the tio2 lattice caused structural distortions in the [tio6] clusters that act as trap for electronic transitions, thus increasing the availability of electrons to promote the reduction reactions and holes to promote the oxidation reactions. these redox reactions rule the rhb degradation mechanism either by the generation of radical species that can degrade the rhb molecules as also by the direct degradation of rhb molecules adsorbed on the tio2 particle surface. figure 5. relative absorbance of rhb dye solution against photocatalytic reaction time (a) and pseudo firstorder kinetics plot (b) for cto-0, cto-0.3, cto-0.5, and cto-0.7 samples. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 original article revista.iq.unesp.br 137 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 the prepared cto-0 sample has a composition very close to degussa p25 (85% wt rutile and 15% wt anatase), one of the world’s most used photocatalysts, but the photocatalytic active of this and of the all the ctos obtained are small from the p25 activity. this was attributed to surface area difference since the p25 surface are 83 m2 g–1 and the obtained is a maximum of 15 m2 g–1) for cto 0.5. 4. conclusions the cu-doping into tio2 as powders samples were successfully obtained by the pechini method. the insertion on cu2+ into the tio2 structure promoted the anatase phase stabilization, increasing its content on the samples in relation to the pure tio2. this stabilization has been assigned to the interstitial occupation of cu2+ in the anatase phase of tio2, thus increasing the strain energy required to the structural rearrangement for the transformation in rutile phase. the shift to higher vibrational frequencies in raman analysis corroborated the occupation of cu2+ in interstitial positions into tio2 structure. pl results indicated that the cu-doping in tio2 induced structural distortions in [tio6] clusters, which resulted in shift of pl emission band to blue region and a decrease in the pl emission intensity. the photocatalytic performance of tio2 samples under uv light irradiation were enhanced by the cu-doping, which has been related to the formation of intermediate energy levels within band gap. these levels can act as electron trap, thus decreasing the recombination rate of electronhole pairs and hence increasing their availability to perform the redox reactions with the reaction medium. therefore, the cu-doping into tio2 allowed structural and photocatalytic advantages in relation to the pure sample. authors’ contribution conceptualization: teodoro, v.; perazolli, l. a. data curation: teodoro, v. formal analysis: teodoro, v. funding acquisition: longo, e.; zaghete, m. a.; perazolli, l. a. investigation: teodoro, v. perazolli, l. a. methodology: teodoro, v. project administration: perazolli, l. a. resources: longo, e.; zaghete, m. a.; perazolli, l. a. software: not applicable. supervision: longo, e.; zaghete, m. a.; perazolli, l. a. validation: teodoro, v. visualization: teodoro, v.; longo, e.; zaghete, m. a.; perazolli, l. a. writing – original draft: teodoro, v. writing – review & editing: teodoro, v.; longo, e.; perazolli, l. a. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2013/07296-2. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 142035/2017-3. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code: 001. acknowledgments not applicable. references alexander, l.; klug, h. p. determination of crystallite size with the x-ray spectrometer. j. appl. phys. 1950, 21 (2), 137–142. https://doi.org/10.1063/1.1699612 carp, o.; huisman, c. l.; reller, a. photoinduced reactivity of titanium dioxide. prog. solid state chem. 2004, 32 (1–2), 33–177. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001 chen, w. f.; chen, h.; koshy, p.; nakaruk, a.; sorrell, c. c. effect of doping on the properties and photocatalytic performance of titania thin films on glass 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https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.01.046 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.01.046 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.01.046 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.08.016 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.08.016 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.08.016 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.08.016 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.08.016 https://doi.org/10.1021/jp312325h https://doi.org/10.1021/jp312325h https://doi.org/10.1021/jp312325h https://doi.org/10.1021/jp312325h https://doi.org/10.1021/jp312325h https://doi.org/10.1021/jp9046193 https://doi.org/10.1021/jp9046193 https://doi.org/10.1021/jp9046193 https://doi.org/10.1021/jp9046193 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.03.010 https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1965.tb14774.x https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1965.tb14774.x https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1965.tb14774.x https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1965.tb14774.x https://doi.org/10.1039/c4dt03254c https://doi.org/10.1039/c4dt03254c https://doi.org/10.1039/c4dt03254c https://doi.org/10.1039/c4dt03254c https://doi.org/10.1039/c4dt03254c https://doi.org/10.1039/c4dt03254c https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123294 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123294 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123294 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123294 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123294 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123294 https://doi.org/10.1021/ac60125a006 https://doi.org/10.1021/ac60125a006 https://doi.org/10.1021/ac60125a006 https://doi.org/10.1021/ac60125a006 https://doi.org/10.1063/1.2364123 https://doi.org/10.1063/1.2364123 https://doi.org/10.1063/1.2364123 https://doi.org/10.1063/1.2364123 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00181 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.275 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.275 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.275 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.275 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.275 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.03.106 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.03.106 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.03.106 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.03.106 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.03.106 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.281 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.281 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.281 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.281 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.281 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.281 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.028 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.028 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.028 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.028 original article revista.iq.unesp.br 140 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 130-140 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p130-140 xiao, j.; xie, y.; cao, h.; nawaz, f.; zhang, s.; wang, y. disparate roles of doped metal ions in promoting surface oxidation of tio2 photocatalysis. j. photochem. photobiol. a chem. 2016, 315, 59–66. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2015.09.013 zhang, l.; guo, j.; huang, x.; zhang, y.; han, y. the dual function of cu-doped tio2 coatings on titanium for application in percutaneous implants. j. mater. 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(x86)\scan\gpyimages\20221129021136578.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020808907.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020822707.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020847474.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020915705.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020928523.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129020941634.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021026002.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021254843.pdf database iq.unesp.br/ecletica citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click on the images to follow the links. ebsco has no link available. the address is for subscribers only. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://bit.do/eqj_cas https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://doaj.org/toc/1678-4618 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 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nigeria. 2. university of calabar-nigeria, department of pure and applied chemistry, calabar, nigeria. 3. cross river state college of education, akamkpa. +corresponding author: john akwagiobe agwupuye, phone: +2348100056340, email address: agwupuye.john@yahoo.com article info article history: received: november 09, 2021 accepted: may 07, 2022 published: july 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. dft 2. molecular docking 3. ddt 4. estrogen receptor abstract: advanced computational tools allowed to study a pure commercial sample of dichlorodiphenyltrichloroethane (ddt) prepared in liquid phase in kbr pellets and characterized using ftir and gc-ms followed by the application of ddt for molecular docking against human estrogen receptor alpha. the compound was modelled using gaussview software. using veda 04 program, the theoretical vibrational energy distributions and experimental vibrational frequencies were compared. interestingly, c1 and c2 possess the highest atomic charge density distribution (acdd) of -0.284e and -0.283e while c21 and c11 have lowest acdd of -0.064e and -0.063e in a relative manner, since the deactivating power of chlorine atoms decreases charge densities of the bonded carbon. the highest intramolecular interacting perturbation energy is 1121.92 kj mol–1 occurs between π*c19–c21 donor orbital and π*c14–c16 acceptor orbital while the least intramolecular interaction occurs in the lone pair of lpc26 and the sigma nonbonding (𝜎c1–cl24) nbo orbitals with e(2) of 32.21 kj mol–1. steric interaction was the only interaction found within the complex after the docking. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 mailto:agwupuye.john@yahoo.com https://orcid.org/0000-0001-8413-9373 https://orcid.org/0000-0002-4249-8578 https://orcid.org/0000-0003-4034-5057 https://orcid.org/0000-0001-7258-7427 https://orcid.org/0000-0002-1798-1058 https://orcid.org/0000-0003-1320-9260 https://orcid.org/0000-0002-1901-3675 https://orcid.org/0000-0001-9778-796x https://orcid.org/0000-0003-3822-2795 original article revista.iq.unesp.br 40 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 1. introduction experimental and density functional theory (dft) studies of the powerful insecticide dichlorodiphenyltrichloroethane (ddt), often referred to as 41, 41 – ddt have been carried out by several researchers, and studies showed that it has great impact on human health and environment in general. the ddt is one of the organochlorine pesticides (ocps) with the potential to contaminate or pollute water and other environmental matrices due to its toxic effect on human and aquatic organisms (buah-kwofie et al., 2018; miao et al., 2020). notwithstanding, the persistent nature of ddt in water is due to its feeble solubility and excess half-life and the flimsy soluble nature of ddt in water results in their deposition on soil, which may either spread to the surface water or affect the groundwater. besides, when aquatic invertebrates are subjected to ddt, it has the potential to disturb the function of the endocrine system of fishes and birds that consume them (kowenje et al., 2013; sruthi et al., 2017). r. zhang et al. (2021) studied the detoxifying mechanism of 1-chloro-4-[2, 2, 2-trichloro-1-(4 chlorophenyl) ethyl] benzene metabolized by human p450 enzymes using a combination of molecular dynamic, quantum mechanics/molecular mechanics and dft. their fact-findings reveals that ddt can be broken-down by p450 enzymes through the hydrogen abstraction and electrophilic addition mechanism, and the primary derivatives are epoxides (2, 3-oxide-ddt and 3, 4-oxide-ddt), dde and dicofol. similarly, iramain et al. (2020) carried out a combine experimental (fourier transform infrared (ft-ir) and fourier transform raman (ft-raman) and different dft methodologies (b3lyp/6-31g+(d) and b3lyp/6-311++g(d, p)) studies to structurally characterized the potent insecticide dichlorodiphenyltrichloroethane (4′, 4′-ddt). furthermore, dft technique at the becke-86 exchange functional and leeyang–parr correlation functional under generalized gradient approximation methods was used in inspecting the chemiresistive detecting potential of a buckled configuration of antimonene nanotube (sbnt) towards the water pollutants–ddt and toxaphene (bhuvaneswari et al., 2020). the dft calculations were carried out using b3lyp/6-31g (d) basic sets. the experimental and theoretical results for the vibrational frequency analysis were reported. the energies of the frontier molecular orbitals (fmos) involving the highest occupied molecular orbital (homo) and the lowest unoccupied molecular orbital (lumo) were analyzed with tabular and graphical representation. fukui functions, chemical reactivity descriptors, natural bond orbital (nbo), electrostatic potential, and a comparison between three population analysis; mpa, npa and atomic dipole moment corrected hirshfeld (adch) were calculated and reported to reveal the most reactive sites in the compound and its overall reactivity. 2. methodology 2.1 experimental method a pure commercial sample of liquid ddt was prepared in potassium bromide (kbr) pellets and used to study experimental ft-ir spectrum using kbr disc at wavenumber region 4000-650 cm–1 with a cary 630 ftir–agilent technology spectrophotometer and with a spectral resolution at 8 cm–1. similarly, electrospray ionization mass spectroscopy (esi-ms) was employed for further structural determination of ddt. 2.2 computational method the initial structure of l,l,l,2-tetrachloro-2,2-bis(pchlorophenyl)ethane (ddt) was modeled using gaussview software (fig. 1) according to the single xray crystal structure obtained by hovmöller et al. (1978). geometry optimization of ddt were performed using b3lyp which includes becke’s (b3) parameter exchange functional along with lee–yang parr’s (lyp) gradient corrected correlation functional (lee et al., 1988) using gaussian 09 and gaussview 6.0.16 softwares (dennington et al., 2016; frisch et al., 2009). pregeometry optimization using the molecular mechanic optimization with molecular mechanics in combination with forcefield implemented in the hyperchem program (hyperchem, 2001) has been performed on model structures and outputs used for further geometry optimization at the b3lyp/631+g(d,p) level of theory. natural bond orbital analyses were calculated by the nbo 3.1 module embedded in gaussian. in the calculation, a 631+g(d,p) basis set was used for the investigation, using water solvation model as an implicit approach. the qtaim investigations and all other wavefunction analyses were conducted by multiwfn 3.7 dev, which is a multifunctional wavefunction analysis program developed by lu and chen (2012). unless otherwise specified, the default settings were used throughout these calculations. all molecular electrostatic isosurface maps were rendered by visual molecular dynamic (vmd) 1.9.3 program (humphrey et al., 1996) based on the outputs of multiwfn analyzer. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 41 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 figure 1. homo-lumo of the tile molecule. source: elaborated by the authors, obtained using visual molecular dynamic (vmd) 1.9.3 program based on the outputs of multiwfn analyzer. 3. results and discussion 3.1 structural analysis 3.1.1 fourier transform infrared vibrational analysis the vibrational modes associated with relevant and specific molecular structures of the calculated compound in question have been the main goal of the vibrational analysis. from the vibrational analysis carried out, the maximum number of possibly active noticeable fundamentals of a nonlinear molecule that contains n atoms is equal to (3n-6) usual modes of vibration (agwupuye et al., 2021a). the studied compound has 36 atoms and 102 modes of vibrations. out of the 102 modes of vibration, 35 are stretching modes, 34 are bending modes, and 33 are torsional. the dft computed vibration wavenumber are often of much magnitude as compared to the experimentally determined wave number owing to the dft basic set deficiencies and the combination of electron correlation effects. hence, factors called scale factors are used to fit the dft computed wave numbers compared to the observed ones for accurate results fitting. the scale factor used is less than one (0.96) to reduce the overall deviation. the fundamental modes in terms of vibrational assignments associated with theoretical ir and potential energy distributions computed with the dftb3lyp/6-311++g(d,p) method along with investigational ft-ir spectrum presented in tab. s1 and fig. s1 of the supporting information respectively. few bands with weak intensity were not present in the spectra which can be confirmed by theoretically computed ft-ir intensity values. 𝑪−𝑪𝒍 vibrations: the characteristic r-nh2 vibrations for primary amines have been assigned in the region 3500–3200 cm–1 (pretsch et al., 2013). bend in primary amines results in a broadband in the range 1640–1560 cm–1 (pretsch et al., 2013). the present calculations place the r-nh2 stretching modes at 3451 and 3358 cm–1 in experimental ft-ir. the h– n–h band was also observed experimentally to occur at 1640 cm–1. the bands at 3516 and 3417 cm–1 for rnh2 stretch and 1628 cm–1 for n-h bond b3lyp/631++g(d,p) set are in good agreement with observed spectral data. these are intense stretching modes and identified from the ped in tab. 1. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p53-54 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p53-54 original article revista.iq.unesp.br 42 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 table 1. detailed assignments of fundamental experimental and theoretical vibrations of aatco by normal mode analysis. theoretical value mode no. experimental ir (cm–1) unscaled frequency scaled frequency 𝑰𝑰𝑹 𝒃 assignments with 𝑃𝐸𝐷𝑑(%) 1 3239 3235 3106 2.10 𝑣ch(98) 2 800 869 801 100.22 𝑣 clc(42)+ 𝑣 clc(49) 6 3229 3100 4.10 𝑣ch(84) 7 3220 3091 6.28 𝑣ch(95) 8 3216 3087 27.29 𝑣ch(84) 9 3206 3078 37.66 𝑣𝑎𝑠𝑦ch(88) 10 3193 3065 14.70 𝑣ch(89) 11 3183 3056 23.77 𝑣ch(88) 12 3183 3056 5.87 𝑣ch(88) 13 3180 3053 17.90 𝑣ch(97) 14 2214 2316 2223 124.98 𝑣𝑎𝑠𝑦(90)+𝑣cc(10) 18 1655 1589 2.85 𝑣cc(51)+𝛽hcc(20) 19 1636 1571 1.61 𝑣cc(53)+𝛽hcc(13) 20 1607 1620 1555 16.61 𝑣cc(53)+𝛽hcc(10) 21 1574 1511 35.87 𝑣cc(14)+𝑣𝑎𝑠𝑦 cc(12)+𝛽′ hcc(29) 22 1559 1497 283.54 𝑣𝑎𝑠𝑦cc(38)+𝛽′ hcc(29) 23 1533 1472 15.54 𝛽hcc(52)+𝛽ccc(11) 31 1366 1311 1311 𝑣𝑎𝑠𝑦(52)+𝛽hcc(18) 32 1349 1295 3.83 𝛽hcc(56) 33 1340 1286 6.88 𝑣cc(39)+𝛽hcc(25) 37 1226 1177 49.48 𝑣𝑎𝑠𝑦cc(20)+𝛽hcc(71) 38 1190 1142 0.79 𝛽hcc(79) 39 1186 1139 0.35 𝛽′ hcc(84) 45 1049 1007 3.47 𝑣cc(46)+𝛽hcc(24)+𝛽ccc(17) 46 1032 991 0.15 𝛽hcc(11)+𝛽ccc(70) 47 1015 974 0.13 𝑣cc(27)+𝛽ccc(57) 49 979 940 0.06 𝜏hccc(81) 53 940 902 3.85 𝜏hccc(83) 64 703 675 25.25 𝜏hccc(27)+𝜏hccc(13)+𝜏rcccc(40) 65 694 666 2.87 𝛿cccc(25)+𝜏rcccc(25)+𝜏rcccc(13)+𝛿ccc(15) 66 690 654 628 1.41 𝛽ccc(63)+𝛽ccc(12) 67 630 605 0.12 𝛽ccc(84) 73 534 513 21.23 𝛽ccc(28) 81 421 404 1.41 𝜏hccc(13)+𝜏rcccc(67) 82 419 402 6.33 𝜏rcccc(69) 89 274 263 7.34 𝑣cc(19)+𝛽ccc(16) 96 115 110 0.83 𝛿cccc(18) 97 83 80 2.98 𝛽ccc(10)+𝛽ccs(10)+𝛽ccc(14)+𝜏cccc(10) 98 64 61 4.58 𝜏rcccc(63) 99 61 59 3.30 𝜏rcccc(55)+𝛿cccc(65) v = symmetrical stretching; vasy = asymmetrical stretching; β = in plane bending; δ = out of plane bending; τ = torsional; τr = torsional ring. source: elaborated by the authors using data obtained from a cary 630 ftir–agilent technology spectrophotometer and gaussian 09/ gaussview 6.0 software. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 43 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 =𝑪−𝑯 vibrations: the c–h stretching vibration modes in the aromatic ring was observed at range 3300–3000 cm–1 region (bassey et al., 2022). the title compound observes =c–h stretching vibrational mode at 3239 cm–1 for experimental ft-ir while the computational frequency of the title compound was observed at 3106 cm–1. these are intense stretching modes and identified from the ped. 𝑪−𝑪 and 𝑪=𝑪 vibrations: the aromatic 𝐶=𝐶 and 𝐶−𝐶 stretching vibrations (aromatic ring stretching vibrations) arises in the region 1625–1400 cm–1 (tadesse, 2017). in the present study, the observed c=c stretching vibrational modes of the title compound are 1607 and 1506 cm–1 in experimental ftir and also c–c stretching vibrational modes are assigned at 1297 and 1181 cm–1 respectively in experimental ftir. the c–c–c the range 999– 665 cm–1 was reported for planar vibration wave number by saminathan et al. (2021). the experimental aromatic ring c–c–c bending vibrations of the title compound has appeared at 731 and 690 cm–1 in experimental ft-ir. the computationally calculated ft-ir for c=c stretching vibrations, c–c stretching vibrations, and aromatic ring c–c–c bending vibrations are 1602 and 1411, 1286 and 1190, 763 and 688 cm–1 respectively. 3.1.2 electron spray ionization-mass spectrometry analysis the esi-ms is a high-speed and accurate spectroscopic technique used in the qualitative and quantitative identification of small organic molecules and the determination of their component molecular weights. the esi-mass spectrum of ddt is presented in fig. s1 of the supporting information, the peaks with higher intensity at m/z are 42.0, 125.0, 81.0, 152.0 and 170.0 and they correspond to the species c2h4n, c5h5n2s, c4hs, c7h8n2s and c11h10n2. the peaks with low intensity at m/z are 53.0, 68.0, 97.0, 108.0 and 137.0. their corresponding species are [c2s]+, c5h8, c5h5s, n2c4s and c6h5n2s. 3.2 frontier molecular orbital (fmo) the can be linked on two important parameters in quantum chemistry—homo and lumo. these parameters are very important in the analysis of the reactivity and the kinetic stability of a molecule (agwupuye et al., 2021b). within the molecule, the electron donating capability can be seeing in the homo, while the ability of an atom or molecule to accept electrons is indicated by the lumo. the difference between these two parameters, which are homo and lumo energies (ehomo – elumo) match to the energy gap of the molecule. the bond gap depicts information which indicate the structure’s stability and intramolecular interaction as a result of charge transfer from the donor and acceptor atom (khalid et al., 2020). using gauss view 6.0.16 software, the values of the ehomo, elumo and energy gap were obtained maximizing the used with the output log file gotten from the free optimized structure. the computed fmo and global reactivity descriptors are reported in tab. 2. using the multiwfn analyzer for calculating the homo-lumo orbital compositions, the results revealed that the homo orbitals are majorly distributed within c4, c11, c14, and c21 ring atoms with compositions of 13.10, 10.84, 12.75, and 11.43% respectively. however, the lumo molecular orbital compositions are primarily situated on c1, cl25, cl24, and cl26 atoms respectively. the homo-lumo molecular orbital distributions are reported in fig. 1. table 2. homo-lumo energy. s/no b3lyp/6-31+g(d) values 1 etotal –2839.87 a.u. 2 dipole moment 1.04 debye 3 ehomo –6.71 ev 4 elumo –1.48 ev 5 egap 5.23 ev 6 ehomo−1 –7.12 ev 7 elumo+1 –0.89 ev 8 e(homo−1) − e(lumo+1) 6.23 ev 9 μ 4.09 10 η 2.62 11 ω 3.20 12 s 0.19 13 𝜒 –4.09 source: elaborated by the authors, calculated using b3lp/631g(d) in gaussian 09 software. 3.3 natural bond orbital analysis the nbo provides a profitable technique in understanding the computational solutions of the schrödinger equation, it also provided the convenient basis for studying the charge transfer or conjugate interaction in the molecules especially the nature of hydrogen bonding and also interaction among bonds (agwupuye et al., 2021b). this parameter is very significant in studying the interactions of donor and acceptor orbitals of molecules that enables the understanding of intraand intermolecular bonding and https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p53-54 original article revista.iq.unesp.br 44 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 interactions. donor occupied orbitals can interact strongly (suresh et al., 2014). second-order perturbation fock matrix was carried out to study the lewis valence orbital (donor) i, non-lewis valence orbital (acceptor) j, interactions in the nbo basis. the stabilization energy associated with the electron delocalization between lewis (filled) and non-lewis (unfilled) is estimated in eq. 1 (armaković et al., 2012; enudi et al., 2021). 𝐸(2) = ∆𝐸𝑖,𝑗 = 𝑞𝑖 𝐹2(𝑖,𝑗) 𝜀𝑖−𝜀𝑗 (1) from the equation above, the donor orbital occupancy was represented by qi the donor orbital occupancy, 휀𝑖 and 휀𝑗 represent the diagonal elements, and the fock matrix elements were represented by f(i,j). the larger perturbation energy value also called the stabilization energy value e(2) depicts a stronger interaction between electron donors and electron acceptors, i.e., the greater extent of conjugation of the whole system and the more donating tendency from the electron donors to electron acceptor was vividly understood by this analysis. nbo analysis of the studied structure has been performed by using the dft/b3lyp/6311+g(d) level of theory (agwupuye et al., 2021c) to understand clearly the charge transfer or conjugative interaction, delocalization of electron density in the molecule and energy of interaction as reported in tab. 3. from the results, the highest intramolecular interacting perturbation energy is 1122 kj mol–1 occurring between π*c19 – c21 donor orbital and π*c14 – c16 acceptor orbital while the least intramolecular interaction is observed to occur in the lone pair of πpc26 and the sigma nonbonding (𝜎c1 – cl24) nbo orbitals having e(2) energy of 32 kj mol–1. table 3. nbo second order perturbation energies for the studied compound. s/no donor acceptor 𝑬(𝟐)(kcal mol–1) 𝑬(𝒊) − 𝑬(𝒋) 𝑭(𝒊, 𝒋) 1 π*c19 – c21 π*c14 – c16 268.21 0.01 0.094 2 π*c9 – c11 π*c4 – c6 255.27 0.01 0.084 3 π*c19 – c21 π*c15 – c17 218.48 0.01 0.800 4 π*c9 – c11 π*c5 – c7 184.74 0.01 0.079 5 π*c14 – c16 π*c19 – c21 21.57 0.27 0.069 6 π*c15 – c17 π*c19 – c21 20.49 0.27 0.067 7 π*c19 – c21 π*c15 – c17 19.58 0.30 0.068 8 π*c19 – c21 π*c14 – c16 18.99 0.30 0.067 9 πpcl28 π*c9 – c11 12.28 0.33 0.062 10 πpc26 𝜎c1 – cl24 7.70 0.39 0.043 source: elaborated by the authors, calculated using nbo 3.1 module embedded in gaussian 09 software. 3.4 population analysis dft study of atomic charge is very important analysis in describing the distribution and location of ionic charges within the molecule thereby predicting the individual atomic reactivity. this is very relevant in many areas of studies as it stretches across the field of quantum chemistry and molecular modeling, details of electrostatic interaction with molecular force fields can also be provided by this analysis (agwupuye et al., 2021a) using mulliken population analysis (mpa), the atomic charges of the studied ddt in this present study are obtained, hirshfeld (hpa), atomic dipole moment corrected hirshfeld (adch), and becke (bpa) methods. the computational population result for the charge distributions for the different methods is presented in fig. 2. it is observed that c1 and c2 possess the highest atomic charge density distribution of -0.284 and -0.283e while c21 and c11 are less with atomic charge distribution of -0.064 and -0.063e respectively. this is caused by the electron withdrawing power of the chlorine atoms resulting in decreasing in charge densities of the bonded carbon. figure 2. population analysis plot. source: elaborated by the authors, plotted using multiwfn analyzer software. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 45 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 3.5 absorption study the excitation type, energy, wavelength, oscillator strength, and major orbital contributions in both gas and solvents are presented in tabs. 4 and 5 respectively. the studied compound has vertical excitation energies of 5.34 and 5.37 ev with associated wavelengths of 232 and 230 nm in gas and solvents respectively. in the gas phase, the prominent intense absorption (of 21.39% orbital contributions) arises as a result of electronic transitions from homo (89) → lumo+2 (91) molecular orbital. it can also be deduced that the electron density is uniformly distributed throughout within the lumo in the molecule, as the result of the electron withdrawing moiety it is shifted towards the lumo and lumo+2 transition accordingly. table 4. excitation energies and oscillator strength in solvation. excitation type e/ev λ(nm) f major contributions assignment so→s1 5.3436 232.02 0.0104 89 →91 (21.39%) π → π* 86 →92 (11.49%) 89 →92 (10.05%) s0→s2 5.3601 231.31 0.0107 89 →93 (20.00%) π → π* 89 →90 (17.02%) 89 →92 (10.88%) s0→s3 5.6127 220.90 0.3030 89 →90 (71.58%) π → π* 89 →93 (5.40%) 88 →92 (3.15%) s0→s4 6.0123 206.22 0.1097 88 →90 (45.09%) π → π* 89 →94 (11.36%) 89 →92 (11.03%) s0→s5 6.1582 201.33 0.0537 89 →91 (26.72%) π → π* 85 →90 (14.31%) 89 →92 (10.08%) source: elaborated by the authors, calculated using dft/b3lyp/6311+g(d). in the solvents, a similar transition is involved between homo → lumo+2 molecular orbitals with an oscillator strength of 0.0207. other lumo orbitals having different vertical excitations in solvents are lumo+3 and lumo+5 having orbital contributions of 12.66 and 12.93% respectively. for all the ground state (s0) to the fifth singlet states (s1), s0 → s1 first vertical singlet states transition has the highest orbital contributions in solvents involving homo-2 to lumo orbitals. table 5. excitation energies and oscillator strength in solvation. excitation type e/ev λ(nm) f major contributions assignment s0→s1 5.3730 230.75 0.0207 89 →91 (13.18%) π → π* 89 →92 (12.66%) 89 →94 (12.93%) s0→s2 5.3794 230.48 0.0150 87 →90 (100.46%) π → π* 89 →93 (16.56%) 88 →92 (9.31%) s0→s3 5.5677 222.69 0.3205 89 →90 (70.20%) π → π* 88 →92 (4.00%) 89 →94 (3.71%) s0→s4 5.9995 206.66 0.1320 88 →90 (47.5859) π → π* 89 →92 (10.30%) 88 →91 (6.76%) s0→s5 6.1053 203.07 0.1008 89 →92 (44.37%) π → π* 89 →90 (10.82%) 89 →92 (5.35%) source: elaborated by the authors, calculated using multiwfn software. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 46 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 3.6 molecular electrostatic potential molecular electrostatic potential diagrams are primarily used to show the electron density distribution difference in a compound. in the title molecule, electron density is evident around the ddt ring without any significant distortion. the distance of these electrons apart is also indicated as can be seen in fig. 3. 3.7 density of states density-of-state (dos) is essentially the number of different states at a particular energy level that electrons are allowed to occupy, and it is very vital in this kind of study to appropriately characterized orbital composition by visualizing them. in the underlying curves, the plots show the different energy levels in unit energy interval at the number of molecular orbitals. multiwfn analyzer was used in plotting the total dos (tdos) map for the title molecule with contribution from different sets of molecular orbitals (fig. 4) (liu et al., 2020) and the prominent curves are denoted by the colored peaks. figure 3. molecular electrostatic potential map of the title molecule. source: elaborated by the authors. isosurface maps were rendered by visual molecular dynamic (vmd) 1.9.3 program based on the outputs of multiwfn analyzer. figure 4. density of states plot for ddt. source: elaborated by the authors, plotted using multiwfn analyzer software. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 47 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 3.8 nonlinear optics nonlinear response of properties like amplitude, phase, frequency and other propagation features of incident fields were clearly explained by nonlinear optics. the interaction of applied electromagnetic radiation to produce new fields form incidents one coins the term nonlinear optical effects (ray, 2010). the growth of nonlinear optical materials has attracted important attention in fundamental and applied research. nonlinear optical materials have vast applications in technologies such as in the design of information storage, processing of signal, switching of optical and design of optoelectronic devices in modern communication technology (y. zhang and wang, 2017). highly delocalized 𝜋 − electron parts in a molecule and also high electron donors and acceptors containing organic materials are very good sources of nonlinear optical materials (prasad and ulrich, 2012). taylor’s series expansion of the total dipole moment, 𝜇𝑡𝑜𝑡 induced by the field is used to present the nlo response of an isolated molecule in an electric field (𝜔) eq. 2. 𝜇𝑖(𝐸𝑖) = 𝜇𝑖 + 𝑎𝑖𝑗𝐸𝑗 + 1 2! 𝛽𝑖𝑗𝑘𝐸𝑗𝐸𝑘 + 1 3! 𝛾𝑖𝑗𝑘𝑙𝐸𝑗𝐸𝑘𝐸𝑙 + ⋯ (2) where, 𝐸𝑖 is the homogenous electric field, 𝜇𝑖(𝐸) is known as the dipole moment in an electric field, 𝜇𝑖 is refers to dipole moments at zero field, 𝛼𝑖𝑗, 𝛽𝑖𝑗𝑘, 𝛾𝑖𝑗𝑘𝑙 are the polarizability tensor component, first-order hyperpolarizability component, and second-order hyperpolarizability component respectively. using the x, y, and z components, electric dipole moment (𝜇) (eq. 3) and the average polarizability (𝛼𝑡𝑜𝑡) (eq. 4) can be obtained as: 𝜇 = √(𝜇𝑥 2 + 𝜇𝑦 2 + 𝜇𝑧 2 (3) 𝛼𝑡𝑜𝑡 = 𝛼𝑥𝑥+𝛼𝑦𝑦+𝛼𝑧𝑧 3 (4) anisotropy of polarizability, eq. 5. ∆𝛼 = 2 – 1 2⁄ [(𝛼𝑥𝑥 − 𝛼𝑦𝑦) 2 + (𝛼𝑦𝑦 − 𝛼𝑧𝑧) 2 + (𝛼𝑧𝑧 − 𝛼𝑥𝑥)2] 1 2⁄ (5) the first order polarizability (𝛽𝑖𝑗𝑘) is a 3rd rank tensor (3 × 3 × 3 matrix). the magnitude of the first order hyperpolarizability i is calculated using the eq. 6. 𝛽𝑡𝑜𝑡 = √𝛽1 2 + 𝛽2 2 + 𝛽3 2 (6) where, beta is given by eq. 7: 𝛽𝑖 = 1 3 ∑ (𝛽𝑖𝑗𝑗 + 𝛽𝑗𝑖𝑗 + 𝛽𝑗𝑗𝑖)3 𝑗=1 (7) = ∑ 𝛽𝑖𝑗𝑗 3 𝑗=1 here i, j = x, y, and z. and the final form resulting from kleinman symmetry (isborn et al, 2007). the calculations were carried out by incorporating polar keyword and b3lyp functional and 6 – 311 + g(d) basis set and the output was loaded lunching multiwave function analyzer where the results obtained and presented in tab. 6. table 6. the electric dipole moment (𝜇), polarizability (∆𝛼), and first order hyper polarizability (𝛽) of reduced compound by b3lyp/6-311+g(d,p) approach and multi wave function analyzer. parameter value μx 0.355 μy –0.204 μz –0.002 μtotal 0.410 parameter value αxx 171.175 αxy 11.897 αyy 159.84 αxz 0.811 αyz 2.334 αzz 255.023 αtotal 88.786 ∆μtotal 537.319 parameter value βxxx –26.884 βxxy –11.862 βxyy –65.056 βyyy –165.703 βxxz 2.624 βxyz 17.599 βyyz 52.314 βxzz –1355.432 βyzz –355.432 βzzz 87.982 βtotal 597.706 source: elaborated by the authors, calculated using b3lyp/6-311+g(d,p) and multiwfn analyzer. 3.9 molecular docking studies molecular docking studies were carried out using human estrogen receptor alpha for human x-ray https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 48 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 structures (1r5k, 1err, 2bj4 and 3ert) cocrystallized with ddt. the structure of the compound was drawn using gassian 09 (glendening et al., 2018). the optimize structure of the compound was use in multiwfn (lu, 2017) to invoke the different atomic number in order to know the specific atoms that interacted with the deferent amino acid. the main purpose of molecular docking is to obtain an optimized conformation for each of the drug and protein with relative orientation between them such that the free energy of the overall system is minimized (mascarenhas and ghoshal, 2008). it is a computational tools and techniques employed in predicting and evaluating the suitability of the studied compounds as drug candidate. it is a method that analysis the orientation and conformation of molecules into the binding site of a macromolecular targe. toward this objective, comparative molecular docking was employed to study the drug delivery of human estrogen receptor alpha for human x-ray against ddt. the receptor proteins were prepared by removing water molecule, adding explicit hydrogens, charges and correction of deformation in amino acid sequence. the active sites of the receptor protein were predicted and defined based on the interaction of the crystallographic ligand and the complexes with the receptor molecules respectively as visualized with the discovery studio visualizer. this aims at predicting the type of interactions and the docking procedure also aims to identify and recognize the correct and most favorable binding poses within the binding site of the studied protein (pagadala et al., 2017). from these docking results hydrogen bonding was not the only bonding type that exists in the studied compounds, other interaction like unfavorable donor–donor bond, pi cation, pi sigma, pi alkyl, salt bridge and other as can be seen in 2d and 3d plots. however, for each receptor interaction with ddt the highest pose was recorded as –34, –26, –25 and –32 kj mol–1 for 1err-ddt, 1r5kddt, 2bj4-ddt and 3ert respectively. these interactions are shown in fig. 5a and 5b from this docking result, it can be seen that ddt interaction with 1err have the highest binding affinity compared to other receptors. the 3d structure of the herα within the receptor backbone is presented in fig. 5b. this steric effect that was observed in the docking result is due to the constituent atoms that make up the molecule occupy some degree of space, and when atoms come too close together there’s a rise in the energy of the molecule due to the atoms being forced to occupy the same physical space. this explains why steric effect can have a dramatic effect on the observed or preferred shape of a molecule and in some cases even its chemical reactivity (barnes, 2019; yang et al., 2010). the docking results of the ddt 1err, 1r5k, 2bj4 and 3ert as well as the root means square distance in reference to the first mode are presented in tab. 7. table 7. binding affinities and root mean square distance of the docking score. receptors binding affinity (kj mol-1) rmsd (i.b) rmsd (u.b) 1err –33.9 2.448 5.061 1r5k –25.9 2.122 3.872 2bj4 –25.1 1.169 5.252 3ert –32.2 1.297 4.858 source: elaborated by the authors, calculated using autodoc vina tools. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 49 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 figure 5. showing 3d, steric interactions and other forms of interaction of the human estrogen receptor alpha xray structures as cocrystallized with ddt. source: elaborated by the authors, generated using autodoc vina tools. 4. conclusions high level quantum computational tools were used to study a pure commercial sample of ddt prepared in liquid phase in kbr pellets and characterized using ftir and gc-ms followed by the application of the title molecule for molecular docking against human estrogen receptor alpha (herα). using water model as an implicit approach, the high calculations were computed using a 6 – 31 + g(d,p) basic set. the fundamental modes in terms of vibrational assignments associated with theoretical ir and potential energy distributions were computed by the use the dftb3lyp/6-311++g(d,p) basic sets along with experimental ft-ir spectrum. it was observed that bands with weak intensity were not existing in the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 original article revista.iq.unesp.br 50 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 spectra, and this was confirmed with theoretically calculated ft-ir intensity values. using multiwfn analyzer for calculating the homo-lumo orbital compositions, the results revealed that the homo orbitals are majorly distributed within c4, c11, c14, and c21 ring atoms with compositions of 13.10, 10.84, 12.75, and 11.43% respectively. however, the lumo molecular orbital compositions are primarily situated on c1, cl25, cl24, and cl26 atoms respectively. from the nbo result, the highest intramolecular interacting perturbation energy is 1122 kj/mol occurring between π*c19 – c21 donor orbital and π*c14 – c16 acceptor orbital while the least intramolecular interaction is observed to occur in the lone pair of electron from πpc26 and the sigma nonbonding (𝜎c1 – cl24) nbo orbitals having 𝐸(2) energy of 32 kj/mol. adch analysis shows that c1 and c2 possess the highest atomic charge density distribution of –0.284 and – 0.283e while c21 and c11 are less with atomic charge distribution of –0.064 and –0.063e accordingly. the electron withdrawing power of chlorine atoms in the molecules was observed to be the cause of this changes resulting in decreasing in charge densities of the bonded carbon. and in the adsorption studies, all the ground state (s0) to the fifth singlet states (s1), s0→s1 first vertical singlet states transition has the highest orbital contributions in solvents involving homo-2 to lumo orbitals. while in the molecular docking studies, steric interaction was the only observable interaction that was found within the complex after the docking however, there were no observable hydrogen interactions between the drug (ddt) and any of the herα, which would have been the bases for determining the drug activeness with the receptors. authors’ contribution conceptualization: tabe n. ntui, john a. agwupuye, terkumbur e. gber data curation: stephen a. adalikwu, michael a. akpe formal analysis: john a. agwupuye funding acquisition: uduak ugbaja, tabe n. ntui, michael a. akpe investigation: bitrus h andrew, terkumbur e. gber, john a. agwupuye methodology: john a. agwupuye, tabe n. ntui project administration: vincent n. osabor, peter a. neji, john a. agwupuye resources: michael a. akpe, stephen a. adalikwu. software: terkumbur e. gber, john a. agwupuye supervision: tabe n. ntui, vincent n. osabor, peter a. neji validation: john a. agwupuye, terkumbur e. gber visualization: john a. agwupuye writing – original draft: terkumbur e. gber writing – review & editing: john a. agwupuye data availability statement gc-ms, ft-ir analysis was carried at central laboratory at usman dan fodio university, sokoto – nigeria and the dft analysis was coducted using gaussian 09, gaussview 6.0.16, and multiwfn 3.7 softwares. funding not applicable. acknowledgments tabe ntui is very thankful to his supervisor, dr. peter neji and hitler louis for his immense support and contributions. references agwupuye, j. a.; louis, h.; enudi, o. c.; unimuke, t. o.; edim, m. m. theoretical insight into electronic and molecular properties of halogenated (f, cl, br) and heteroatom (n, o, s) doped cyclooctane. mater. chem. phys. 2021a, 275, 125239. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125239 agwupuye, j. a.; louis, h.; unimuke, t. 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https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125239 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125239 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125239 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125239 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116458 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07544 https://doi.org/10.1007/s00894-012-1457-5 https://doi.org/10.1007/s00894-012-1457-5 original article revista.iq.unesp.br 51 eclética química journal, vol. 47, n. 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https://study.com/academy/lesson/what-is-the-steric-effect-in-organic-chemistry-definition-examples.html%23:~:text=the%20steric%20effect%20is%20when,occupy%20the%20same%20physical%20space https://study.com/academy/lesson/what-is-the-steric-effect-in-organic-chemistry-definition-examples.html%23:~:text=the%20steric%20effect%20is%20when,occupy%20the%20same%20physical%20space https://doi.org/10.1007/s10895-022-02903-8 https://doi.org/10.1007/s10895-022-02903-8 https://doi.org/10.1007/s10895-022-02903-8 https://doi.org/10.1007/s10895-022-02903-8 https://doi.org/10.1007/s10895-022-02903-8 https://doi.org/10.1007/s10895-022-02903-8 https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137895 https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137895 https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137895 https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137895 https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137895 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.212 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.212 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.212 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.212 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.212 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.212 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07531 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07531 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07531 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07531 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07531 https://nbo7.chem.wisc.edu/biblio_css.htm https://nbo7.chem.wisc.edu/biblio_css.htm https://nbo7.chem.wisc.edu/biblio_css.htm https://nbo7.chem.wisc.edu/biblio_css.htm https://nbo7.chem.wisc.edu/biblio_css.htm https://nbo7.chem.wisc.edu/biblio_css.htm https://doi.org/10.1107/s0567740878009942 https://doi.org/10.1107/s0567740878009942 https://doi.org/10.1107/s0567740878009942 https://doi.org/10.1107/s0567740878009942 https://doi.org/10.1107/s0567740878009942 https://doi.org/10.1107/s0567740878009942 https://doi.org/10.1016/0263-7855(96)00018-5 https://doi.org/10.1016/0263-7855(96)00018-5 https://doi.org/10.1016/0263-7855(96)00018-5 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.126964 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.126964 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.126964 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.126964 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.126964 https://doi.org/10.1021/jp064096g https://doi.org/10.1021/jp064096g https://doi.org/10.1021/jp064096g https://doi.org/10.1021/jp064096g https://doi.org/10.1021/jp064096g https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.127755 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.127755 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.127755 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.127755 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.127755 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.127755 https://doi.org/10.11648/j.ijepp.20130101.12 https://doi.org/10.11648/j.ijepp.20130101.12 https://doi.org/10.11648/j.ijepp.20130101.12 https://doi.org/10.11648/j.ijepp.20130101.12 https://doi.org/10.11648/j.ijepp.20130101.12 https://doi.org/10.1103/physrevb.37.785 https://doi.org/10.1103/physrevb.37.785 https://doi.org/10.1103/physrevb.37.785 https://doi.org/10.1103/physrevb.37.785 https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.05.023 https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.05.023 https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.05.023 https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.05.023 https://doi.org/10.1002/jcc.22885 https://doi.org/10.1002/jcc.22885 https://doi.org/10.1002/jcc.22885 https://web.mit.edu/multiwfn_v3.4/manual_3.4.pdf https://web.mit.edu/multiwfn_v3.4/manual_3.4.pdf https://web.mit.edu/multiwfn_v3.4/manual_3.4.pdf https://web.mit.edu/multiwfn_v3.4/manual_3.4.pdf https://web.mit.edu/multiwfn_v3.4/manual_3.4.pdf original article revista.iq.unesp.br 52 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 39-52 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p39-52 mascarenhas, n. m.; ghoshal, n. an efficient tool for identifying inhibitors based on 3d-qsar and docking using feature-shape pharmacophore of biologically active conformation–a case study with cdk2/cyclina. eur. j. med. chem. 2008, 43 (12), 2807–2818. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2007.10.016 miao, j.; liu, a.; wu, l.; yu, m.; wei, w.; liu, s. magnetic ferroferric oxide and polydopamine molecularly imprinted polymer nanocomposites based electrochemical impedance sensor for the selective separation and sensitive determination of dichlorodiphenyltrichloroethane (ddt). anal. chim. acta. 2020, 1095, 82–92. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.10.027 pagadala, n. s.; syed, k.; tuszynski, j. software for molecular docking: a review. biophys. rev. 2017, 9 (2), 91– 102. https://doi.org/10.1007/s12551-016-0247-1 prasad, p. n.; ulrich, d. r. nonlinear optical and electroactive polymers. springer science & business media, 2012. pretsch, e.; clerc, t.; seibl, j.; simon, w. tables of spectral data for structure determination of organic compounds. springer science & business media, 2013. ray, p. c. size and 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studies of molecular geometry, frontier molecular orbital, nlonbo and thermodynamic properties of salicylic acid. spectrochim. acta a mol. biomol. spectrosc. 2014, 132, 130–141. https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.04.174 tadesse, t. quantum mechanical study on the effect of solvent in the properties of benzophenone. j. phys. chem. biophys. 2017, 7 (4) 1000259. https://doi.org/10.4172/21610398.1000259 yang, w. h.; wang, z. y.; liu, h. l.; yu, h. x. exploring the binding features of polybrominated diphenyl ethers as estrogen receptor antagonists: docking studies. sar qsar environ. res. 2010, 21 (3–4), 351–367. https://doi.org/10.1080/10629361003773971 zhang, y.-x.; wang, y.-h. nonlinear optical properties of metal nanoparticles: a review. rsc adv. 2017, 7 (71), 45129–45144. https://doi.org/10.1039/c7ra07551k zhang, r.; li, p.; zhang, r.; shi, x.; li, y.; zhang, q.; wang, w. computational study on the detoxifying mechanism of ddt metabolized by cytochrome p450 enzymes. j. hazard. mater. 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https://doi.org/10.1002/jhet.4219 https://doi.org/10.1002/jhet.4219 https://doi.org/10.1002/jhet.4219 https://doi.org/10.1002/jhet.4219 https://doi.org/10.1002/jhet.4219 https://doi.org/10.1002/jhet.4219 https://doi.org/10.1002/jhet.4219 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7834-3 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7834-3 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7834-3 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7834-3 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7834-3 https://doi.org/10.1007/s11356-016-7834-3 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.04.174 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.04.174 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.04.174 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.04.174 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.04.174 https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.04.174 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000259 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000259 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000259 https://doi.org/10.4172/2161-0398.1000259 https://doi.org/10.1080/10629361003773971 https://doi.org/10.1080/10629361003773971 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chemistry and industrial chemistry, iwo, nigeria. 2. university of ibadan , department of chemistry, ibadan, nigeria. 3. federal polytechnic , department of science laboratory technology, ayede, nigeria. 4. beijing institute of technology , school of chemistry and chemical engineering, beijing, china. 5. nigerian institute for oceanography & marine research , victoria island, nigeria. 6. bowen university , college of computing and communication studies, iwo, nigeria. 7. ladoke akintola university of technology , department of pure and applied chemistry, ogbomoso, nigeria. +corresponding author: abel kolawole oyebamiji, phone: +2348032493676, email address: abeloyebamiji@gmail.com article info article history: received: december 06, 2022 accepted: may 17, 2023 published: july 01, 2023 keywords: 1. bulbs 2. quantum 3. descriptors 4. disease 5. scilla natalensis section editors: natanael de carvalho costa abstract: schistosomiasis remains one of the severe ailments that affect both man and woman in south africa. it is caused by blood fluke, and the rate at which it causes death is alarming in some areas of america, asia as well as in african countries. it is a neglected tropical disease (ntd) with grave impact on social and economic situation of countries with low sanitation awareness. thus, the search for lasting solution to this menace, has drawn the attention of many global researchers using phytochemicals from scilla natalensis via in silico approach. the studied compounds were optimized using spartan 14. docking study was executed via pymol, autodock tool, auto dock vina and discovery studio. compound 9 with –34.3 kj mol–1 and –39.3 kj mol–1 as binding affinity proved to possess highest ability to inhibit glutathione stransferase and thioredoxin-glutathione reductase than other compounds. also, admet properties for compound 9 and praziquantel were explored and reported. our findings may open the door for the design of novel drug-like molecules with better efficiency. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 mailto:abeloyebamiji@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-8932-6327 https://orcid.org/0000-0002-1407-6677 mailto:bamijibabalola@yahoo.co.uk https://orcid.org/0000-0003-3380-7997 mailto:kennybramm@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-8919-3029 mailto:akintelusundayadewale@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-1091-5362 mailto:nubiao@niomr.gov.ng https://orcid.org/0000-0002-2833-0007 mailto:aworinde.halleluyah@bowen.edu.ng https://orcid.org/0000-0001-5943-6368 mailto:esther.faboro@bowen.edu.ng https://orcid.org/0000-0002-1472-7708 mailto:emmanuel.akintayo@bowen.edu.ng https://orcid.org/0000-0002-4173-9165 mailto:bsemire@lautech.edu.ng https://ror.org/02avtbn34 https://ror.org/03wx2rr30 https://ror.org/0250bhj44 https://ror.org/01skt4w74 https://ror.org/01exgks31 https://ror.org/02avtbn34 https://ror.org/043hyzt56 original article revista.iq.unesp.br 55 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 1. introduction neglected tropical diseases (ntds) are a class of syndromes that occur in tropical and subtropical regions most especially in developing countries (engels and zhou, 2020). the continuous spreading and the lingering effects of these types of diseases have been acknowledged to be a function of poverty. according to ugbe et al. (2022), improper treatment of sickness and frequent lack of access to pure water are some of the variables that increase the prevalence of ntds in local settlements. series of reports about greater effort to curb diseases, like malaria, tuberculosis, etc., from national and international agencies show that ntds are completely neglected diseases (allotey et al., 2010; molyneux, 2008; 2009). some of the ntds are schistosomiasis, buruli ulcer, trachoma, dengue virus, guinea worm disease and onchocerciasis (who, 2022). the cost of treating ntds is relatively small in some instances; however, due to poverty or low income, some areas in africa, america and asia are still experiencing greatly the effects of ntds (reddy et al., 2007). however, grave operation of schistosomiasis in human has drawn the attention of the world health organization (who), and it has been categorized as part of the 20 considered ntds (colley et al., 2014; who, 2020). the name of this disease originated from schistosoma, to which the worm (trematode) that causes it belongs. the taxonomic order of schistosoma is kingdom: animalia; phylum: platyhelminthes; order: diplostomida; subfamilly: schistosomatinae; genus: schitosoma and species: haematobium, mansoni, japonicum, guineensis, intercalatum, and mekongi (kayuni et al., 2019). some of these species are the most common disease-causing species, while the remaining ones have lower universal pervasiveness. according to klohe et al. (2021), the effects of schistosomiasis have been recorded in over 70 countries of which over 80% possess moderate to high spread, which requires serious mediation via precautionary chemotherapy. as reported by porto et al. (2021), more than 2 million people have been affected while 800 million people were reported to be at risk of this deadly disease. despite various efforts to contain this menace, its deadly operation in tropical and subtropical regions requires urgent and rapid intervention by means of potent chemotherapeutic agents. scilla natalensis is a bulbous herb with many medicinal features. it is a plant with blue flowers, and it is regarded as one of the well-known plant species with high demand in the south african market (sparg et al., 2002). as reported by several scientists, s. natalensis has been used to treat a series of diseases and infections, such as worms, stomach aches, fractures, boils, veld sores, skin rashes, diarrhea, constipation, dysentery, nausea, and indigestion (cunningham, 1988; eloff, 1998; mander, 1997). its bulb has the ability to act as laxative for tumors within the body and lumps, male potency enhancer and woman fertility booster. it subdues pain that originated from menstruation, and it eases child delivery for pregnant women (hutchings, 1989; hutchings et al., 1996). the extract from s. natalensis was screened for anti-inflammatory and anthelmintic activity, and the results showed that the hexane extracts of s. natalensis displayed good inhibition against both cox-1 and cox-2 (sparg et al., 2002). therefore, the main purpose of this work is to (i) explore theoretical biological features of the selected phytochemicals obtained from s. natalensis, (ii) investigate the calculated binding affinity between the selected phytochemicals and the targets, and (iii) theoretically explore the pharmacokinetics of the selected phytochemicals. 2. materials and methods 2.1 structural optimization the selected compounds from s. natalensis bulb were carefully modeled using chemdraw ultra 12.0.2 software and saved as mdl sdfile (*.sdf) format (table 1). the modeled structures were subjected to spartan’14 software to view a 3d version of the modeled structures and then optimized via energy minimization. the minimization of the studied molecular compounds was executed using molecular mechanics force field, while the optimization of the compounds was accomplished using density functional theory (dft) and 6-31g* was used as basis set. the optimized compounds were saved and the calculated descriptors for each molecule were reported (oyeneyin et al., 2022; wang et al., 2020). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 56 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table 1. two-dimensional (2d) structure of the studied compound. chemical structure iupac names 1 5,7-dihydroxy-6-methoxy-3-(4hydroxybenzyl)chroman-4-one 2 5,7-dihydroxy-6-methoxy-3-(3-hydroxy-4methoxybenzyl)chroman-4-one 3 (3r)-5,7-dihydroxyspiro[2h-chromene-3,4'-9,11dioxatricyclo[6.3.0.03,6]undeca-1(8),2,6-triene]-4one 4 (22r,23s)-17α,23-epoxy-22,29-dihydroxy-27norlanost-8-en-3,24-dione 5 (22r,23s)-17α,23-epoxy-3β,22,24ξ-trihydroxy27,28-bisnor-lanost-8-ene continue… https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 57 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 6 (23s)-17α,23-epoxy-3β,24ξ-dihydroxy-27,28,29trisnorlanost-8-ene 7 5,7 -dihydroxy-3-(3hydroxy-4-methoxybenzyl) chroman-4-one 8 5-[(3s,8r,9s,10r,13r,14s,17r)-3[(2r,3r,4s,5r,6s)-3,4-dihydroxy-6-methyl-5[(2s,3r,4s,5s,6r)-3,4,5-trihydroxy-6(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxyoxan-2-yl]oxy-14hydroxy-10,13-dimethyl1,2,3,6,7,8,9,11,12,15,16,17dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17yl]pyran-2-one 9 5-[(3s,8r,9s,10r,13r,14s,17r)-14-hydroxy10,13-dimethyl-3-(3,4,5-trihydroxy-6methyloxan-2-yl)oxy1,2,3,6,7,8,9,11,12,15,16,17dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17yl]pyran-2-one 10 5-[(3s,8r,9s,10r,13r,14s,17r)-3,14-dihydroxy10,13-dimethyl-1,2,3,6,7,8,9,11,12,15,16,17dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17yl]pyran-2-one source: elaborated by the authors using data from sparg et al., (2002). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 58 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 2.2 target identification, selection and preparation two targets (glutathione s-transferase [pdb id: 1gtb]) (mctigue et al., 1995) and thioredoxinglutathione reductase (pdb id: 3h4k) (angelucci et al., 2009) were retrieved from protein data bank (fig. 1a and b). the two receptors were subjected to pymol software where suitable implements were deployed to treat and prepare glutathione s-transferase (pdb id: 1gtb) and thioredoxin-glutathione reductase (pdb id: 3h4k) for docking. the amino acids present in each of the downloaded receptor were carefully checked and any other materials (i.e., crystallographic water and small molecules rooted in each of the receptor) different from amino acids were deleted and saved in *.pdb format. also, all the possible missing amino acids in each clean receptor were replaced using swiss pdbviewer 4.1.0 version and saved in *.pdb format before identification of the binding site in each receptor using autodock tool software. the center and size in x, y and z directions which show the located binding site for glutathione stransferase (pdb id: 1gtb) were 11.97, 45.043 and 32.999 for the center and 50, 52 and 60 for size; and for thioredoxin-glutathione reductase (pdb id: 3h4k) were 45.78, –0.593 and 16.04 for the center and 80, 90 and 78 for size. the calculation of binding affinity for the studied complex was executed via autodock vina software and the discovery studio was used to view the interaction between the ligands and the receptors. figure 1. tree-dimensional (3d) structures of transferase and reductase enzymes: (a) 3d structure of glutathione stransferase and (b) 3d structure of thioredoxin-glutathione reductase. 2.3 computational analysis of pharmacokinetic properties the study of pharmacokinetics plays a crucial role in drug design and discovery since only chemical compounds with worthy drug-likeness features, as well as outstanding absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity (admet) profiles move into the advance stage of drug production (lawal et al., 2021). therefore, 5-[(3s,8r,9s,10r,13r,14s,17r)-14-hydroxy10,13-dimethyl-3-(3,4,5-trihydroxy-6-methyloxan-2yl)oxy-1,2,3,6,7,8,9,11,12,15,16,17dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl]pyran-2one (9) with lower binding affinity value, which indicate better inhibitory activities, was reconnoitered for admet study via admetlab (https://admetmesh.scbdd.com/), an online admet software. 3. results and discussion 3.1 calculated descriptors one of the crucial descriptors calculated from optimized molecular compounds as described by many researchers are the highest occupied molecular orbital energy (ehomo), and lowest unoccupied molecular orbital energy (elumo) (homo-lumo energies). the part taken in overriding vast array of chemical and biological interactions by homo-lumo energies cannot be easily neglected (saranya et al., 2018). the ehomo indicates molecule with greater strength to donate electron while elumo indicate molecules with greater strength to accept electron from neighboring compounds. in this work, we observed that (3r)-5,7dihydroxyspiro[2h-chromene-3,4’-9,11dioxatricyclo[6.3.0.03,6]undeca-1(8),2,6-triene]-4-one (3) has highest strength to donate and receive electrons a) b) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 https://admetmesh.scbdd.com/ original article revista.iq.unesp.br 59 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 from nearby compounds. also, lower band gap indicates spontaneous interactions between two molecules (latona et al. 2022a); thus, (3r)-5,7-dihydroxyspiro[2hchromene-3,4’9,11-dioxatricyclo[6.3.0.03,6]undeca1(8),2,6-triene]-4-one (3) showed a greater strength to interact with neighboring compounds than other studied compounds (supplementary material 1). as we observed in this work, lower number of atoms highly contributed to high level of interacting ability of compound 3; this revealed the effectiveness of the combination of the atom as well as the bonds present in (3r)-5,7dihydroxyspiro[2h-chromene-3,4'-9,11dioxatricyclo[6.3.0.03,6]undeca-1(8),2,6-triene]-4-one (3). other descriptors obtained from compounds from s. natalensis bulb were also reported in table 2. table 2. the selected descriptors obtained from compounds from s. natalensis bulb. ehomo elumo bg mw logp hbd hba 1 –5.76 –1.48 4.28 316.30 –2.66 3.00 6.00 2 –5.59 –1.49 4.10 346.33 –3.64 3.00 7.00 3 –5.58 –1.61 3.97 312.27 –2.97 2.00 6.00 4 –5.77 –0.97 4.80 472.66 4.62 2.00 5.00 5 –5.79 0.82 6.61 446.67 4.34 3.00 4.00 6 –5.80 0.80 6.60 416.64 4.76 2.00 3.00 7 –5.59 –1.44 4.15 316.30 –2.66 3.00 6.00 8 –6.25 –1.36 4.89 692.79 0.73 7.00 12.00 9 –6.28 –1.44 4.84 530.65 2.47 4.00 7.00 10 –6.28 –1.44 4.84 384.51 3.36 2.00 3.00 3.2 molecular docking analysis the assessment of the orientation of the selected compounds from s. natalensis bulb in the active site of the targets glutathione s-transferase (pdb id: 1gtb) and thioredoxin-glutathione reductase (pdb id: 3h4k) were carefully studied using docking method. the biochemical and biological connections between the studied complexes were exposed as well as the calculated binding affinity for the studied complexes were thoroughly investigated and reported. adeoye et al. (2022) reported that biochemical and biological capability of any compound may and may not reveal its inhibition capacity. the inhibition capacity of any compound against the target is a function of the type of nonbonding interactions that occur between such complexes (latona et al., 2022b). therefore, 5[(3s,8r,9s,10r,13r,14s,17r)-14-hydroxy-10,13dimethyl-3-(3,4,5-trihydroxy-6-methyloxan-2-yl)oxy1,2,3,6,7,8,9,11,12,15,16,17dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl]pyran-2one (compound 9) with –34.3 kj mol–1 (pdb id: 1gtb) and –39.3 kj mol–1 (pdb id: 3h4k) possessed greater tendency to inhibit glutathione s-transferase and thioredoxin-glutathione reductase than other studied compounds (figs. 2 and 3). the calculated binding affinities for compound 1–10 against glutathione stransferase (pdb id: 1gtb) were –29.7, –29.3, –31.0, – 31.4, –31.8, –33.5, –30.5, –34.3, –34.3, and –31.4 kj mol–1, respectively. this showed that all the compounds, except compounds 1, 2 and 7, could be good inhibitors for glutathione s-transferase as compared to praziquantel. also, docking results of optimized compounds 1–10 against thioredoxin-glutathione reductase (pdb id: 3h4k) were –31.8, –32.2, –34.3, – 33.9, –34.3, –33.5, –32.6, –34.7, –39.3, and –36.8 kj mol–1, respectively, indicating that all the phytochemicals could serve as inhibitors for thioredoxinglutathione reductase (table 3). according to olasupo et al. (2021), the lower the binding affinity value of a compound, the better the ability of the compound to inhibit the target; hence, compound 9 has outstanding binding affinity and a greater tendency to inhibit glutathione s-transferase and thioredoxin-glutathione reductase, thereby hindering the activities of schistosomiasis. also, this work agreed well with the work carried out by el-seedi et al. (2012), which authenticated the biological activity of asparagaceae as antischistosomiasis. similar results were reported by akachukwu et al., (2017) when 27 bioactive compounds of some medicinal plants were screened against schistosoma cell lines (pdb id: 1m9a and 2x99). the docking results revealed that quercetin-(3`-o 4```)-3``o-methyl kaempferol and quercetin presented binding energies of –39.41 and –38.99 kj mol–1 against 1m9a cell lines of schistosoma, respectively. also, the binding affinities calculated for β-solamarine, solamargine and quercetin-(3`-o 4```)-3``-o-methyl kaempferol against 2x99 cell lines of schistosoma were –38.99, –38.58 and –39.41 kj mol–1, respectively (akachukwu et al., 2017). this was similar to binding energy calculated for 5[(3s,8r,9s,10r,13r,14s,17r)-14-hydroxy-10,13https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 60 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 dimethyl-3-(3,4,5-trihydroxy-6-methyloxan-2-yl)oxy1,2,3,6,7,8,9,11,12,15,16,17dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl]pyran-2one (9) against thioredoxin-glutathione reductase (pdb id: 3h4k). this was higher than binding affinities reported by mtemeli et al. (2022) from docking cucurbita maxima against schistosoma mansoni purine nucleoside phosphorylase (smpnp) and schistosoma haematobium 28-kda glutathione s-transferase (sh28kdagst). the results showed that binding affinities of the most promising compounds, momordicoside i aglycone and balsaminoside b were –33.1 and –32.2 kj mol–1 with smpnp and sh28kdagst, respectively. figure 2. biochemical interaction between compound 9 and glutathione s-transferase. figure 3. biochemical interaction between compound 9 and thioredoxin-glutathione reductase. table 3. calculated binding affinity and residues involved in the interactions. binding affinity (kj mol–1) glutathione s-transferase thioredoxin-glutathione reductase 1 –29.7 –31.8 2 –29.3 –32.2 3 –31.0 –34.3 4 –31.4 –33.9 5 –31.8 –34.3 6 –33.5 –34.7 7 –30.5 –32.6 8 –31.8 –34.7 9 –34.3 –39.3 10 –31.4 –36.8 praziquantel –30.1 –33.1 moreover, the work carried out by el-seedi et al. (2012) on asparagus stipularis forssk., which was commonly known in egypt as agool gabal, revealed the efficacy of medicinal plant as antischistosomiasis. the extracted asparagalin a was observed to be effective against schistosomiasis. this was confirmed through the efficiency of the studied compound (asparagalin a) against worm egg-laying capacity of s. mansoni thereby down-regulating the activity of schistosomiasis (elseedi et al., 2012) and this correlated with the inhibiting activity of the studied s. natalensis bulbs. more so, the inhibiting capacity of three medicinal plants (artemisia annua, nigella sativa, and allium sativum) explored by fadladdin et al. (2022) against s. mansoni adult worms was experimentally studied. the concentration of 500 m/dm3, 250 m/dm3, and 125 m/dm3 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 61 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 of a. annua proved to be more effective against adult worms when compared to similar concentration of n. sativa, and a. sativum against the adult worms. greater morphological changes were observed in the activity of a. annua on s. mansoni adult worms; however, lesser morphological changes were shown in the activities of n. sativa, and a. sativum on the s. mansoni adult worms. this inhibiting activity of a. annua on s. mansoni agreed with efficiency of s. natalensis bulbs as antischistosomiasis due to greater ability to hinder the activity of s. mansoni than praziquantel (reference drug) (fadladdin et al., 2022). 3.3 pharmacokinetic study the admet properties for compounds 9 and praziquantel (referenced drug) were accomplished using admetlab software and series of factors were considered such as physicochemical property, medicinal chemistry, absorption, distribution, metabolism, excretion, toxicity, environmental toxicity, tox21 pathway, toxicophore rules. the calculated molecular weight for compound 9 fell within the acceptable range of 100–600 amu and this was confirmed to help it physicochemical property. also, number of hydrogen bond acceptors (0–12), number of hydrogen bond donors (0–7), number of rotatable bonds (0–11), number of rings (0–6), number of atoms in the biggest ring (0–18), number of heteroatoms (1–15), formal charge (–4 to 4), topological polar surface area (0–140) for compound 9 were within the acceptable range and its ability to act as potential drug proved to be valid (supplementary material 2 and 3). as shown in supplementary material 2 and 3, synthetic accessibility score (sascore) for compound 9 (5.052) was within the acceptable range for ease of synthesis of drug-like molecules (< 6) and this showed that compound 9 can easily be synthesized. also, compound 9 obeyed lipinski rule of five and other factors considered were reported in supplementary material 2 and 3. more so, the admet properties for compound 9 were in line with the admet properties obtained for the referenced drug (praziquantel). 4. conclusions the biochemical and biological activities of selected compounds from s. natalensis bulb were thoroughly investigated via in silico approach. we observed that s. natalensis bulb have the potential anti-schistosomiasis activities which was described via the calculated descriptors. also, 5-[(3s,8r,9s,10r,13r,14s,17r)-14hydroxy-10,13-dimethyl-3-(3,4,5-trihydroxy-6methyloxan-2-yl)oxy-1,2,3,6,7,8,9,11,12,15,16,17dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl]pyran-2one (9) was reported with highest tendency to inhibit glutathione s-transferase and thioredoxin-glutathione reductase, better than other studied compounds. it was observed that compound 9 have ability to inhibit more than one target as proved in this work. the admet properties were investigated and reported in this work. authors’ contribution conceptualization: oyebamiji, a. k.; babalola, j. o.; foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: odelade, k. a.; akintelu, s. a. formal analysis: oyebamiji, a. k.; nubi, o. a. funding acquisition: not applicable. investigation: oyebamiji, a. k.; akintayo, e. t.; faboro, e. methodology: oyebamiji, a. k.; semire, b. project administration: oyebamiji, a. k. resources: oyebamiji, a. k. software: aworinde, h. o. supervision: semire, b. validation: nubi, o. a. visualization: oyebamiji, a. k.; babalola, j. o.; semire, b. writing – original draft: oyebamiji, a. k.; babalola, j. o.; odelade, k. a.; akintelu, s. a.; nubi, o. a.; aworinde, h. o.; faboro, e.; akintayo, e. t.; semire, b. writing – review & editing: oyebamiji, a. k.; babalola, j. o.; semire, b. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments we are grateful to the industrial chemistry programme, bowen university, for the computational resources and mrs. e.t. oyebamiji, as well as miss priscilla f. oyebamiji, for the assistance during this study. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 62 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 references adeoye, m. d.; 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química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 figure s5. predicted orbital energy for compound 5. figure s6. predicted orbital energy for compound 6, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 67 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 figure s7. predicted orbital energy for compound 7. figure s8. predicted orbital energy for compound 8. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 68 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 figure s9. predicted orbital energy for compound 9. figure s10. predicted orbital energy for compound 10. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 69 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 supplementary material 2 compound 9 table s1. physicochemical property. property value comment molecular weight 530.29 contain hydrogen atoms. optimal:100~600 volume 535.873 van der waals volume density 0.99 density = mw / volume nha 8 number of hydrogen bond acceptors. optimal:0~12 nhd 4 number of hydrogen bond donors. optimal:0~7 nrot 3 number of rotatable bonds. optimal:0~11 nring 6 number of rings. optimal:0~6 maxring 17 number of atoms in the biggest ring. optimal:0~18 nhet 8 number of heteroatoms. optimal:1~15 fchar 0 formal charge. optimal: –4 ~4 nrig 33 number of rigid bonds. optimal:0~30 flexibility 0.091 flexibility = nrot /nrig stereo centers 12 optimal: ≤ 2 tpsa 129.59 topological polar surface area. optimal:0~140 logs –4.093 log of the aqueous solubility. optimal: –4~0.5 log mol l–1 logp 2.698 log of the octanol/water partition coefficient. optimal: 0~3 logd 2.071 logp at physiological ph 7.4. optimal: 1~3 table 2. medicinal chemistry. property value decision comment qed 0.439 ● a measure of drug-likeness based on the concept of desirability. attractive: > 0.67; unattractive: 0.49~0.67; too complex: < 0.34. sascore 5.052 ● synthetic accessibility score is designed to estimate ease of synthesis of drug-like molecules. sascore ≥ 6, difficult to synthesize; sascore < 6, easy to synthesize. fsp3 0.767 ● the number of sp3 hybridized carbons / total carbon count, correlating with melting point and solubility. fsp3 ≥ 0.42 is considered a suitable value. mce-18 146.434 ● mce-18 stands for medicinal chemistry evolution. mce-18 ≥ 45 is considered a suitable value. npscore 2.731 natural product-likeness score. this score is typically in the range from –5 to 5. the higher the score is, the higher the probability is that the molecule is a np. lipinski rule accepted ● mw ≤ 500; logp ≤ 5; hacc ≤ 10; hdon ≤ 5 if two properties are out of range, a poor absorption or permeability is possible, one is acceptable. pfizer rule accepted ● logp > 3; tpsa < 75 compounds with a high log p (>3) and low tpsa (<75) are likely to be toxic. gsk rule rejected ● mw ≤ 400; logp ≤ 4 compounds satisfying the gsk rule may have a more favorable admet profile golden triangle rejected ● 200 ≤ mw ≤ 50; -2 ≤ logd ≤ 5 compounds satisfying the golden triangle rule may have a more favorable admet profile. pains 0 alert pan assay interference compounds, frequent hitters, alpha-screen artifacts and reactive compound. alarm nmr 1 alert thiol reactive compounds. bms 0 alert undesirable, reactive compounds. chelator rule 0 alert chelating compounds. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 70 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s3. absorption. property value decision comment caco-2 permeability –5.037 ● optimal: higher than –5.15 log unit. mdck permeability 2.3x1005 ● low permeability: < 2 × 10–6 cm s–1 medium permeability: 2–20 ×10–6 cm s–1 high passive permeability: > 20 ×10–6 cm s–1 pgp-inhibitor 0.395 ● category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being pgp-inhibitor. pgp-substrate 0.998 ● category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being pgp-substrate. hia 0.88 ● human intestinal absorption category 1: hia+(hia < 30%); category 0: hia–(hia < 30%); the output value is the probability of being hia+ f 20% 0.985 ● 20% bioavailability category 1: f + (bioavailability < 20%). 20% category 0: f – (bioavailability ≥ 20%); the output 20% value is the probability of being f+ 20% f 30% 0.99 ● 30% bioavailability category 1: f + (bioavailability < 30%). 30% category 0: f – (bioavailability ≥ 30%); the output 30% value is the probability of being f+ 30% table s4. distribution. property value decision comment ppb 86.87% ● plasma protein binding optimal: < 90%. drugs with high protein-bound may have a low therapeutic index. vd 1.468 ● volume distribution optimal: 0.04–20 l kg–1 bbb penetration 0.085 ● blood-brain barrier penetration category 1: bbb+; category 0: bbb-; the output value is the probability of being bbb+ fu 6.943% ● the fraction unbound in plasms low: < 5%; middle: 5~20%; high: > 20% https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 71 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s5. metabolism. property value comment cyp1a2 inhibitor 0.019 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp1a2 substrate 0.883 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp2c19 inhibitor 0.044 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp2c19 substrate 0.615 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp2c9 inhibitor 0.123 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp2c9 substrate 0.072 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp2d6 inhibitor 0.024 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp2d6 substrate 0.37 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp3a4 inhibitor 0.429 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor; the output value is the probability of being inhibitor. cyp3a4 substrate 0.284 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. table s6. excretion. property value decision comment cl 3.333 ● clearance high: > 15 ml min–1 kg–1; moderate: 5–15 ml min–1 kg–1. low: < 5 ml min–1 kg–1. t 1/2 0.306 category 1: long half-life; category 0: short half-life. long half-life: > 3 h; short half-life: < 3 h. the output value is the probability of having long half-life. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 72 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s7. toxicity. property value decision comment herg blockers 0.436 ● category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. h-ht 0.236 ● human hepatotoxicity category 1: h-ht positive(+); category 0: h-ht negative(–). the output value is the probability of being toxic. dili 0.153 ● drug induced liver injury. category 1: drugs with a high risk of dili; category 0: drugs with no risk of dili. the output value is the probability of being toxic. ames toxicity 0.066 ● category 1: ames positive(+); category 0: ames negative(–). the output value is the probability of being toxic. rat oral acute toxicity 0.846 ● category 0: low toxicity; category 1: high toxicity. the output value is the probability of being highly toxic. fdamdd 0.93 ● maximum recommended daily dose. category 1: fdamdd (+); category 0: fdamdd (–). the output value is the probability of being positive. skin sensitization 0.131 ● category 1: sensitizer; category 0: nonsensitizer. the output value is the probability of being sensitizer. carcinogen city 0.768 ● category 1: carcinogens; category 0: noncarcinogens. the output value is the probability of being toxic. eye corrosion 0.003 ● category 1: corrosives; category 0: noncorrosives. the output value is the probability of being corrosives. eye irritation 0.011 ● category 1: irritants; category 0: nonirritants. the output value is the probability of being irritants. respiratory toxicity 0.957 ● category 1: respiratory toxicants; category 0: respiratory nontoxicants. the output value is the probability of being toxic. table s8. environmental toxicity. property value comment bioconcentration factors 1.055 bioconcentration factors are used for considering secondary poisoning potential and assessing risks to human health via the food chain. the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] igc 50 3.631 tetrahymena pyriformis 50% growth inhibition concentration the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] lc fm 50 6.124 96-h fathead minnow 50% lethal concentration the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] lc dm 50 6.207 48-h daphnia magna 50% lethal concentration the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 73 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s9. tox21 pathway. property value decision comment nr-ar 0.886 ● androgen receptor category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-ar-lbd 0.975 ● androgen receptor ligand-binding domain. category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-ahr 0.003 ● aryl hydrocarbon receptor category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-aromatase 0.852 ● category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-er 0.932 ● estrogen receptor category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-er-lbd 0.131 ● estrogen receptor ligand-binding domain category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-ppargamma 0.916 ● peroxisome proliferator-activated receptor gamma category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. sr-are 0.725 ● antioxidant response element category 1: active; category 0: inactives; the output value is the probability of being active. sr-atad5 0.701 ● atpase family aaa domain-containing protein 5 category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. sr-hse 0.095 ● heat shock factor response element category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. sr-mmp 0.927 ● mitochondrial membrane potential category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. sr-p53 0.942 ● category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 74 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s10. toxicophore rules. property value comment acute toxicity rule 0 alerts 20 substructures acute toxicity during oral administration genotoxic carcinogenicity rule 0 alerts 117 substructures carcinogenicity or mutagenicity nongenotoxic carcinogenicity rule 0 alerts 23 substructures carcinogenicity through nongenotoxic mechanisms skin sensitization rule 1 alert 155 substructures skin irritation aquatic toxicity rule 3 alerts 99 substructures toxicity to liquid(water) nonbiodegradable rule 1 alert 19 substructures non-biodegradable surechembl rule 0 alerts 164 substructures medchem unfriendly status https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 75 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 supplementary material 3 praziquantel table 1. physicochemical property. property value comment molecular weight 312.18 contain hydrogen atoms. optimal:100~600 volume 329.346 van der waals volume density 0.948 density = mw / volume nha 4 number of hydrogen bond acceptors. optimal:0~12 nhd 0 number of hydrogen bond donors. optimal:0~7 nrot 2 number of rotatable bonds. optimal:0~11 nring 4 number of rings. optimal:0~6 maxring 14 number of atoms in the biggest ring. optimal:0~18 nhet 4 number of heteroatoms. optimal:1~15 fchar 0 formal charge. optimal: -4 ~4 nrig 24 number of rigid bonds. optimal:0~30 flexibility 0.083 flexibility = nrot /nrig stereo centers 1 optimal: ≤ 2 tpsa 40.62 topological polar surface area. optimal:0~140 logs -2.484 log of the aqueous solubility. optimal: -4~0.5 log mol/l logp 2.758 log of the octanol/water partition coefficient. optimal: 0~3 logd 2.492 logp at physiological ph 7.4. optimal: 1~3 table 2. medicinal chemistry. property value decision comment qed 0.799 ● a measure of drug-likeness based on the concept of desirability. attractive: > 0.67; unattractive: 0.49~0.67; too complex: < 0.34. sascore 2.709 ● synthetic accessibility score is designed to estimate ease of synthesis of drug-like molecules. sascore ≥ 6, difficult to synthesize; sascore < 6, easy to synthesize. fsp3 0.579 ● the number of sp3 hybridized carbons / total carbon count, correlating with melting point and solubility. fsp3 ≥ 0.42 is considered a suitable value. mce-18 74.667 ● mce-18 stands for medicinal chemistry evolution. mce-18 ≥ 45 is considered a suitable value. npscore -0.813 natural product-likeness score. this score is typically in the range from –5 to 5. the higher the score is, the higher the probability is that the molecule is a np. lipinski rule accepted ● mw ≤ 500; logp ≤ 5; hacc ≤ 10; hdon ≤ 5. if two properties are out of range, a poor absorption or permeability is possible, one is acceptable. pfizer rule accepted ● logp > 3; tpsa < 75. compounds with a high log p (>3) and low tpsa (<75) are likely to be toxic. gsk rule accepted ● mw ≤ 400; logp ≤ 4 compounds satisfying the gsk rule may have a more favorable admet profile. golden triangle accepted ● 200 ≤ mw ≤ 50; –2 ≤ logd ≤ 5. compounds satisfying the golden triangle rule may have a more favorable admet profile. pains 0 alerts pan assay interference compounds, frequent hitters, alpha-screen artifacts and reactive compound. alarm nmr 0 alerts thiol reactive compounds. bms 0 alerts undesirable, reactive compounds. chelator rule 0 alerts chelating compounds. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 76 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s3. absorption. property value decision comment caco-2 permeability –4.923 ● optimal: higher than –5.15 log unit mdck permeability 2.6x10-05 ● low permeability: < 2 × 10–6 cm s–1 medium permeability: 2–20 ×10–6 cm s–1 high passive permeability: > 20 ×10–6 cm s–1 pgp-inhibitor 0.226 ● category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being pgp-inhibitor. pgp-substrate 0.105 ● category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being pgp-substrate. hia 0.006 ● human intestinal absorption category 1: hia+( hia < 30%); category 0: hia-( hia < 30%); the output value is the probability of being hia+. f 20% 0.991 ● 20% bioavailability category 1: f + (bioavailability < 20%); 20% category 0: f – (bioavailability ≥ 20%); the output 20% value is the probability of being f + 20% f 30% 0.995 ● 30% bioavailability category 1: f + (bioavailability < 30%). 30% category 0: f – (bioavailability ≥ 30%); the output 30% value is the probability of being f + 30% table s4. distribution. property value decision comment ppb 93.68% ● plasma protein binding optimal: < 90%. drugs with high protein-bound may have a low therapeutic index. vd 0.662 ● volume distribution optimal: 0.04–20 l kg-1. bbb penetration 0.997 ● blood-brain barrier penetration category 1: bbb+; category 0: bbb–; the output value is the probability of being bbb+ fu 7.573% ● the fraction unbound in plasms low: < 5%; middle: 5~20%; high: > 20% https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 77 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s5. metabolism. property value comment cyp1a2 inhibitor 0.051 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp1a2 substrate 0.447 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp2c19 inhibitor 0.887 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp2c19 substrate 0.801 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp2c9 inhibitor 0.796 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp2c9 substrate 0.923 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp2d6 inhibitor 0.031 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp2d6 substrate 0.64 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. cyp3a4 inhibitor 0.771 category 1: inhibitor; category 0: noninhibitor. the output value is the probability of being inhibitor. cyp3a4 substrate 0.678 category 1: substrate; category 0: nonsubstrate. the output value is the probability of being substrate. table s6. excretion. property value decision comment cl 2.683 ● clearance high: >15 ml min–1 kg–1; moderate: 5–15 ml min–1 kg–1; low: < 5 ml min–1 kg–1 t 1/2 0.43 category 1: long half-life; category 0: short half-life. long half-life: > 3 h; short half-life: < 3 h. the output value is the probability of having long half-life. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 78 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s7. toxicity. property value decision comment herg blockers 0.106 ● category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. h-ht 0.922 ● human hepatotoxicity category 1: h-ht positive(+); category 0: h-ht negative (–). the output value is the probability of being toxic. dili 0.166 ● drug induced liver injury. category 1: drugs with a high risk of dili; category 0: drugs with no risk of dili. the output value is the probability of being toxic. ames toxicity 0.007 ● category 1: ames positive(+); category 0: ames negative(-). the output value is the probability of being toxic. rat oral acute toxicity 0.515 ● category 0: low toxicity; category 1: high toxicity. the output value is the probability of being highly toxic. fdamdd 0.929 ● maximum recommended daily dose category 1: fdamdd (+); category 0: fdamdd (–). the output value is the probability of being positive. skin sensitization 0.713 ● category 1: sensitizer; category 0: nonsensitizer. the output value is the probability of being sensitizer. carcinogen city 0.187 ● category 1: carcinogens; category 0: noncarcinogens. the output value is the probability of being toxic. eye corrosion 0.003 ● category 1: corrosive; category 0: noncorrosive. the output value is the probability of being corrosives. eye irritation 0.013 ● category 1: irritant; category 0: nonirritant. the output value is the probability of being irritants. respiratory toxicity 0.056 ● category 1: respiratory toxicants; category 0: respiratory nontoxicant. the output value is the probability of being toxic. table s8. environmental toxicity. property value comment bioconcentration factors 0.523 bioconcentration factors are used for considering secondary poisoning potential and assessing risks to human health via the food chain. the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] igc 50 3.145 tetrahymena pyriformis 50% growth inhibition concentration the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] lc fm 50 3.915 96-hour fathead minnow 50% lethal concentration the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] lc dm 50 4.834 48-hour daphnia magna 50% lethal concentration the unit is –log10[(mg l–1)/(1000×mw)] https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 79 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s9. tox21 pathway. property value decision comment nr-ar 0.773 ● androgen receptor category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-ar-lbd 0.047 ● androgen receptor ligand-binding domain category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-ahr 0.237 ● aryl hydrocarbon receptor category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-aromatase 0.055 ● category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-er 0.348 ● estrogen receptor category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-er-lbd 0.004 ● estrogen receptor ligand-binding domain category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. nr-ppar-gamma 0.145 ● peroxisome proliferator-activated receptor gamma category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. sr-are 0.462 ● antioxidant response element category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. sr-atad5 0.006 ● atpase family aaa domain-containing protein 5. category 1: active; category 0: inactive. the output value is the probability of being active. sr-hse 0.034 ● heat shock factor response element category 1: actives; category 0: inactives; the output value is the probability of being active. sr-mmp 0.124 ● mitochondrial membrane potential category 1: actives; category 0: inactives; the output value is the probability of being active. sr-p53 0.028 ● category 1: actives; category 0: inactives; the output value is the probability of being active. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 original article revista.iq.unesp.br 80 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 54-80 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 table s10. toxicophore rules. property value comment acute toxicity rule 0 alerts 20 substructures acute toxicity during oral administration genotoxic carcinogenicity rule 0 alerts 117 substructures carcinogenicity or mutagenicity nongenotoxic carcinogenicity rule 0 alerts 23 substructures carcinogenicity through nongenotoxic mechanisms skin sensitization rule 1 alert 155 substructures skin irritation aquatic toxicity rule 0 alerts 99 substructures toxicity to liquid (water) nonbiodegradable rule 0 alerts 19 substructures nonbiodegradable surechembl rule 0 alerts 164 substructures medchem unfriendly status https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p54-80 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033908499.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033931754.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033953458.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034006890.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034027596.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034041782.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034107489.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034118075.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034133314.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034211289.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034225737.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034234131.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034253169.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034301298.pdf summary revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | summary editorial board .................................................................................................................................... 3 editorial ................................................................................................................................................. 4 editor’s note ........................................................................................................................................ 7 database................................................................................................................................................. 8 instructions for authors ................................................................................................................ 9 original articles high photocatalytic activity of ag/ag3po4:w heterostructure formed by femtosecond laser irradiation .......... 20 aline barrios trench, vinícius teodoro, letícia guerreiro da trindade, thales rafael machado, gladys minguezvega, eloisa cordoncillo, carlos doñate-buendía, juan andrés, elson longo catalytic potential of titanium oxide and gold dopped titanium oxide nanoparticles in the selectivity benzyl alcohol oxidation..................................................................................................................................... 28 arthur martins gabriel, karla da silva malaquias, fernando henrique cristovan, tatiane moraes arantes yvo4:re (re = eu, tm, and yb/er) nanoparticles synthesized by the microwave-assisted hydrothermal method for photoluminescence application ................................................................................................... 39 ivo mateus pinatti, camila cristina de foggi, marcio daldin teodoro, elson longo, alexandre zirpoli simões, ieda lúcia viana rosa comparative study of benznidazole encapsulation in boron nitride and carbon nanotubes: a quantum chemistry study ................................................................................................................................................. 50 jeziel rodrigues dos santos, osmair vital de oliveira, rafael giordano viegas, josé divino dos santos, elson longo activated carbon from pumpkin seeds: production by simultaneous carbonization activation for occupational respiratory protection ........................................................................................................ 63 walquíria joseane da silva, nivaldo freire de andrade neto, carlos alberto paskocimas, juan alberto chaves ruiz, fabíola correa carvalho, elson longo, fabiana villela da motta, maurício roberto bomio delmonte surfactant effects in the morphology and the photocatalytic activity of the bamoo4 crystals ............... 80 amanda fernandes gouveia, gustavo venancio bellucci, lara kelly ribeiro, marcelo assis, ieda lúcia viana rosa, elson longo, juan andrés, miguel angel san-miguel luminescence and structural properties of ca1-xzro3:eux: an experimental and theoretical approach ............... 90 marcelo assis, marisa carvalho de oliveira, amanda fernandes gouveia, lara kelly ribeiro, ieda lucia viana rosa, renan augusto pontes ribeiro, juan manuel andrés bort, elson longo performance and stability of femtosecond laser-irradiated fe2o3 materials as photocatalysts for methylene blue dye discoloration .................................................................................................................................... 105 josiane carneiro souza, tiago almeida martins, regiane cristina de oliveira, julio ricardo sambrano, cleber renato mendonça, leonardo de boni, edson roberto leite, elson longo influence of zr-metal-organic framework coupling on the morphology and photoelectrochemical properties of sno2 ............................................................................................................................................................. 120 letícia guerreiro da trindade, letícia zanchet, bianca lins zambon da silva, elson longo, tatiana martelli mazzo influence of cu-doped tio2 on its structural and photocatalytic properties ............................................ 130 vinícius teodoro, elson longo, maria aparecida zaghete, leinig antonio perazolli https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021420058.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021448243.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021511058.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021542403.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021551618.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021602466.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021740961.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021803817.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021832450.pdf eclet. quim. 50 | e-1575, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 1/19 1state university of malang, chemistry education study program, malang, indonesia. 2uin satu tulungagung, chemistry education study program, tulungagung, indonesia. 3state university of semarang, chemistry education study program, semarang, indonesia. +corresponding author: sri rahayu, phone: +628123394825, email address: sri.rahayu.fmipa@um.ac.id original article, education in chemistry and correlated areas critical thinking skills of prospective chemistry teachers in chemistry learning with ethno-socio-scientific issues integrated inquiry ratna kumala dewi1,2 , sri rahayu1+ , muntholib muntholib1 , woro sumarni3 abstract this study aims to develop a valid and practical ethno-ssi integrated inquiry strategy to improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers. the research method used is plomp’s research and development model, with a convenience sampling technique obtained from a sample of 52 prospective chemistry education teachers at one of the universities in indonesia. data was collected through observation, a critical thinking test, and a questionnaire. data analysis was carried out qualitatively and quantitatively. the results of strategy development obtained a new syntax called oetaca (orientation, exploration, transformation, argumentation, conclusion, and application) with a content validity score of 0.83 and construct 0.93. the results of improving critical thinking skills on a small scale get an n-gain score of 0.7 in the high category supported by the perceptions of prospective chemistry teachers who strongly agree (43%) and agree (41%) to implement the ethno-ssi integrated inquiry strategy in chemistry learning in the classroom. article history received june 12, 2024 accepted august 31, 2024 published february 12, 2025 keywords 1. critical thinking skills; 2. prospective chemistry teachers; 3. ethno-ssi; 4. inquiry. section editors habiddin habiddin natany dayani de souza assai highlights ethno-ssi is a combination of ethnoscience and socioscientific issues. religion, environment, culture, health, and society. orientation, exploration, transformation, argumentation, conclusion, application. thermochemical material in the context of burning snail satay. controversial, dilemmatic, and complex issues. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://ror.org/00ypgyy34 https://ror.org/04xeap310 https://ror.org/02fsk7e17 mailto:sri.rahayu.fmipa@um.ac.id mailto:ratna.kumala.2203319@students.um.ac.id mailto:sri.rahayu.fmipa@um.ac.id mailto:muntholib.fmipa@um.ac.id mailto:worosumarni@mail.unnes.ac.id https://orcid.org/0000-0003-0086-1882 https://orcid.org/0000-0002-5204-4756 https://orcid.org/0000-0002-3335-5380 https://orcid.org/0000-0002-5865-087x original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 2/19 1. introduction the development of education in the 21st century requires students to have a strong understanding of content areas such as math, language, and science (boholano, 2017; council, 2012), and also to various skills such as critical thinking, problem-solving, communication, collaboration, and curiosity (tan et al., 2017; wahono et al., 2021). these skills are needed to face future global challenges (lee et al., 2012). innovation in education is required so that the educational process is in line with the circumstances and needs of prospective chemistry teachers in the 21st century. therefore, educational practices that were initially only in the form of transferring knowledge from lecturers to students are no longer effectively used to prepare young people who will be competent in the 21st century: student-centered learning that will provide opportunities for students to develop their interests and talents (boholano, 2017); learning that develops the ability to gather information from all sources so that there is a long-life learning process (lee et al., 2012); the use of information and communication technology (ict) and various virtual devices provides flexibility to find quality learning resources (dewi et al., 2019); emphasizing hands-on learning (fuad et al., 2017); developing soft skills of critical thinking, creativity, problemsolving, collaboration, and social interaction (rahayu, 2017); and providing flexibility in the learning process (hussin, 2018). critical thinking skills are part of high order thinking skills (hots), one of the skills needed and needs to be continuously trained so prospective chemistry teachers can survive in the 21st century (barak and dori, 2009; tajudin and chinnappan, 2016). choi et al., (2011) research results show that one of the aspects developed in the dimensions of science literacy in the habitual thinking domain is critical thinking skills. this skill is the basis for solving challenging problems in the 21st century that occur in a global society (boholano, 2017). ennis (1990) mentions that critical thinking aims to decide what to believe or do reasonably, using reasoning and logic in thinking and learning the truth based on specific thinking patterns (ennis, 2011a). a different definition is given by facione (2011), who states that critical thinking is a mind that aims to prove a point/opinion, interpret something meaningful, and solve problems (facione, 2011). although several theories and educators have developed definitions and conceptualizations of critical thinking, studies on factors influencing critical thinking skills still need to be completed (kwan and wong, 2015), especially in chemistry learning. prospective chemistry teachers must be able to understand the characteristics of chemistry, namely being able to explain phenomena macroscopically, submicroscopically, and symbolically; investigate the dynamics of processes and energy changes during chemical reactions by conducting investigations; and explain chemical processes in life (suwahyu and rahayu, 2023). prospective chemistry teachers instil in themselves that chemistry is essential, that chemistry exists in life, and that all life processes have chemistry so that when they graduate, they can provide understanding directly to the community (putri et al., 2022). in addition, chemistry is full of sometimes confusing language terminology, so it is necessary to introduce scientific language to prospective chemistry teachers so that they can use chemical languages correctly (bechtel, 2016). chemistry learning has rarely been given issues that prospective teachers can debate, such as socioscientific issues (rahayu et al., 2020). the case of socioscientific problems is characterized by controversial contemporary issues; ethical, moral, and dilemmatic elements raise debate and the need to make decisions in solving ssi problems (sadler and zeidler, 2005; zeidler et al., 2019). ssi cases can be used to dialogue, discuss, and debate, among the characteristics of science-literate people (barrue and albe, 2013; herman et al., 2019; leung, 2022). these ssi cases are essential in chemistry education because they can be used as more relevant science learning in life, improving learning outcomes, argumentation skills, scientific information, critical thinking, and other essential aspects supporting science literacy (borgerding and dagistan, 2018; chen and xiao, 2021; fadly et al., 2022; presley et al., 2013; rahayu, 2019). ssi can train critical thinking skills because it involves social-scientific, moral, and ethical issues, and considers various different perspectives in decision-making (genel and topçu, 2016; herman et al., 2021; sadler and donnelly, 2006; zeidler et al., 2009). in the context of ssi, prospective chemistry teachers are trained to think critically by being confronted with global and contextual problems that require them to analyze data, evaluate, and draw logical conclusions based on scientific evidence (eastwood et al., 2012; herman et al., 2019; rahayu, 2021). several research results show that the critical thinking skills of prospective chemistry teachers are still low (hunnicutt et al., 2015; mitarlis et al., 2020). based on observations of early semester students in one of the universities in indonesia, many problems need to be solved to enhance students’ critical thinking and chemical literacy. this can be seen from the low understanding of student concepts; students need help based on existing evidence, facts, and theories when being given questions on chemical topics. then, students need to be able to design scientific inquiry activities by using correct procedures before carrying out practicum activities. furthermore, interest in chemistry and students’ level of awareness in responding to current chemistry-related issues still need to be improved (sulistina et al., 2021). communication skills such as dialogue, discussion, and debate are rarely implemented in class so students become passive in learning chemistry and their critical thinking skills become low (winarti et al., 2024). students currently acquire knowledge only based on what is given by the lecturer, not looking for themselves from various other sources relevant to the material being taught, so their concept knowledge and their perception toward meaningful topic in daily life is still low (wiyarsi et al., 2021). several studies have been done to improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers using various models and approaches but some of the results are not optimal (abdurrahman et al., 2020; aiman et al., 2020; cahyarini et al., 2016; sutiani et al., 2021; zidny et al., 2020). there was no significant difference between the critical thinking skills of prospective chemistry teachers in the control class and the experimental class with the inquiry model (qing et al., 2010). furthermore, the scientific critical thinking (sct) of prospective chemistry teachers can be improved with the inquiry-pbl model, but the results are not optimal (yuanita et al., 2019). irwanto et al., (2019) used pogil, but the results were still insignificant in improving prospective chemistry teachers’ critical thinking and problem-solving skills. prospective chemistry teachers’ science process and critical thinking skills were still low due to a lack of experience in inquiry-based laboratories (irwanto et al., 2019). abi (argument-based inquiry) affected the critical thinking skills of prospective chemistry teachers but had limitations, namely the need to conduct a more detailed analysis of indicators and trends in critical thinking skills (sönmez et al., 2019). the three-level inquiry-based chemistry learning given to prospective teachers did not significantly improve critical thinking skills (muskita et al., 2020). the critical thinking skills of students taught with the inquiry learning model were not strong enough, generally at the medium and low levels. based on the results of various studies https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 3/19 above, it can be concluded that many studies use inquiry to improve critical thinking skills, although the results are less than optimal (arsal, 2017). this is because this inquiry model focuses on active student participation, the ability to ask scientific questions, and student involvement in investigations to find answers to scientific questions to improve their critical thinking skills (council, 2018; goldkuhl, 2008). theoretically, the weaknesses of the various inquiry models above can be overcome by improvements or innovations in strategies, approaches, and steps so that the results of these improvements will be able to improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers by using the context of local wisdom and ssi. currently, the complexity of ssi in the context of local wisdom has been studied by several researchers worldwide in the fields of environment, health, socio-politics, and socio-culture. ssi problems in the environmental field include biofuels (dauer et al., 2021; nida et al., 2021a), nuclear power plants (jho et al., 2014; wang et al., 2018; yuenyong, 2013), water pollution (ladachart and ladachart, 2021; owens et al., 2022), air pollution (herman et al., 2021), and global warming (nida et al., 2021b). in the health sector, they include genetically modified food (gmo) (lederman et al., 2014), unslaughtered animals, synthetic food, artificial meat (adal and cakiroglu, 2022), uterine borrowing (raveendran, 2021), malnutrition, toxicity (waard et al., 2020), cloning, abortion, and hiv-positive children (bencze et al., 2020). local wisdom-based ssi in the socio-political field includes cases of discrimination, racism, colonialism, social justice power in south africa (diwu and ogunniyi, 2013), waste-to-energy plants (dawson and carson, 2020), animal welfare issues, and whale killing methods (grace et al., 2015). meanwhile, local wisdombased ssi in the socio-cultural field includes traditional rituals (mavuru and ramnarain, 2020), myths (canel-çınarbaş and yohani, 2019), gender differences, social norms, religion, and beliefs (raveendran, 2021; wahono et al., 2021). some of these research problems have not taken the context of controversial regional culinary specialities and traditional herbs, so researchers are interested in developing this research. ethno-ssi is a combination of ethnoscience and socioscientific issues. the ssi approach in the context of local wisdom has developed many research variables on critical thinking skills (nida et al., 2021b; raveendran, 2021; yacoubian, 2020; zidny and eilks, 2022). critical thinking skills are one of the higher-order thinking skills (hots) whose activities include analyzing, evaluating, and reasoning (ennis, 2011b; 2013). this ability is essential to develop the potential possessed by prospective chemistry teachers to analyze and solve ssi problems within the context of local wisdom. prospective chemistry teachers with critical thinking have opened their minds to formulate problems correctly, collect information appropriately and relevantly, interpret ideas, make conclusions accompanied by reasons, communicate effectively, and find solutions to complex problems (ennis, 2011b; kölbel and jentges, 2018; masni et al., 2020). research questions: 1. how to develop a valid and practical ethno-ssi integrated inquiry strategy? 2. what are the results of critical thinking skills of prospective chemistry teachers using the ethno-ssi integrated inquiry strategy? 3. what is the perception of prospective chemistry teachers using the ethno-ssi integrated inquiry strategy? 2. method 2.1. research design the method used in this research is research and development. this research produces a product in the form of an ethno-ssi integrated inquiry strategy to improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers using plomp’s model. plomp’s development model in this study consists of three stages shown in fig. 1, namely (1) preliminary research (initial investigation with needs analysis and problem identification); (2) development or prototyping phase initially (development and implementation of prototypes/products); (3) assessment phase (assessment and evaluation) (plomp et al., 2013). figure 1. flow of research and development learning strategy according to plomp et al. (2013) model. 2.1.1. preliminary research activities at this stage aim to explore initial data or information in developing learning strategies. activities carried out in preliminary research include: (1) identifying various problems related to the context of ethno-socioscientific issues in essential chemistry learning. the problems studied must contain elements of local wisdom that are controversial and dilemmatic in society https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 4/19 regarding health, religion, culture, society, and the environment. this supports orientation activities consisting of problem identification and problem formulation used in learning strategies; (2) reviewing learning theories that become the foundation in developing inquiry learning strategies based on ethnosocioscientific issues; (3) analyze the requirements for developing learning strategies, such as suitability to the curriculum, student conditions, number of lesson hours, learning environment, and field conditions for direct exploration activities; and (4) formulate a rationale for the importance of developing an inquiry strategy integrated with ethno-socioscientific issues to improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers. 2.1.2. prototyping phase or prototype development at this stage, activities are advanced from problem identification in preliminary research to designing problemsolving. in solving the problem, the teacher must divide the activities into coherent stages so that they become a unified whole. the solution to the problem developed in this study resulted in a prototype design that was implemented in the form of: (1) an academic manuscript or book of inquiry strategy based on ethnosocioscientific issues; and (2) learning tools or instruments consisting of rps (semester lecture plan), ethno-ssi context basic chemistry students worksheet, ppt, teaching materials and learning videos, and assessment instruments (critical thinking skills test questions). the developed product or prototype is then reexamined for the completeness of each component and then tested for validity by expert validators. 2.1.3. assessment phase activities at this stage aim to assess the draft strategy that has been developed. the results of this assessment and consideration will lead to a decision on the next step. the activities at this stage are as follows: (1) conduct validation related to the prototype designed and developed by expert validators; (2) the assessment results from the validator are then continued by making improvements based on suggestions, criticisms, and input from expert validators; and (3) collecting, processing, and analyzing data from assessing critical thinking skills by applying the developed ethno-socioscientific issues-based inquiry strategy. phases of research and development according to plomp et al. (2013) model shown in fig. 2. figure 2. phases of research and development according to plomp et al. (2013) model. 2.2. sample this research involved one of the state universities in east java, indonesia, and took place from august to october 2023. the activity began with exploring ethno-ssi in central java and east java to be used as a context in chemistry learning. sampling was conducted during the small-scale trial using the convenience method. the research sample consisted of prospective chemistry teachers (n=52) who taking basic chemistry courses in their first semester. the basic chemistry course in this study uses the 2023 department curriculum, learning using guided inquiry, which includes theory and practice in the laboratory. learning was https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 5/19 conducted for five meetings on thermochemistry (three meetings in class learning material, one exploration activity in the community, and one practicum activity in the chemistry laboratory). 2.3. data collection qualitative data collection (rq1) was obtained from validation and observation sheets of classroom learning implementation activities and expert validation. expert validation data in the form of criticisms, suggestions, and opinions about the developed strategy. quantitative data collection (rq2) was conducted with a critical thinking test. meanwhile, qualitative data collection (rq3) was conducted through questionnaires. 2.4. test instrument development (rq2) test instrument development uses the stages (define, design, develop) developed by thiagarajan and ennis’ critical thinking skills framework, which consists of elementary clarification, basic support, interference, advanced clarification, and strategy and tactics. define: first, analyse the characteristics of prospective chemistry teachers in accordance with the design of developing basic chemistry question instruments integrated with ethno-ssi to achieve critical thinking skills. second, develop question instruments based on a concept analysis literature review to identify material that can be integrated with ethno-ssi. third, indicators of critical thinking skills on the questions should be identified. design: the second stage was designed by constructing items based on critical thinking skills indicators (elementary clarification, basic support, interference, advanced clarification, and strategy and tactics). furthermore, we describe each indicator of essential skills of thinking, design questions, and assessment rubrics (question and answer grids), followed by writing items using indonesian. develop: the third stage was to develop test instruments that experts validated. experts were asked to review each question item based on the following criteria: (a) substance and indicators of critical thinking skills to be achieved; (b) clarity of question items in words/phrases/pictures/tables; (c) use of correct indonesian grammar; and (d) completeness of the question instrument. the test instrument’s validation results received comments/feedback and were then revised to improve the items. three people carried out material expert validation to evaluate the validity of the product of the ethno-ssi context critical thinking question instrument. the validation findings produce constructive criticism and suggestions to improve the developed question instrument, which will be evaluated in small groups and field trials. during the validation process, qualitative and quantitative data will be collected. qualitative data consists of suggestions, criticisms, responses, and input derived from validator comments. quantitative data consists of assessment data collected through a questionnaire developed by the researcher. the completed questionnaire uses a scoring system adjusted to the criteria given on the form, using a 4-level likert scale shown in table 1. table 1. criteria for validator answer levels. score description 4 good / worthy / interesting / clear / appropriate 3 quite good / quite feasible / enough 2 interesting / clear enough / precise enough / appropriate 1 less good / less feasible / less interesting / unclear / less precise / less appropriate the assessment results from the validators were then analysed using the cvi statistical technique. cvi is divided into two types of validation, namely (i-cvi) or the validity of the content of individual items, and (s-cvi) or the validity of the content of the items as a whole lynn, (1986). the cvi calculation method starts with the scores obtained from each validator, which are converted into dichotomous values of 0 and 1 to be analysed with cvi. the way to convert the scale is that scores 1 and 2 are included in dichotomy 0, which means they are not feasible, while scores 3 and 4 are included in dichotomy 1 with the feasible category. furthermore, from the three validators, the average of each item is determined or called i-cvi, and the average of i-cvi is the s-cvi value. the criteria for determining the validation results in this study refer to guilford and fruchter (1978) which consists of: 0.80 < mean-cvi < 1.00 = excellent (very high validity) 0.60 < mean-cvi < 0.80 = good (high validity) 0.40 < mean-cvi < 0.60 = fair (medium validity) 0.20 < mean-cvi < 0.40 = poor (very low validity) mean i-cvi < 0.00 = invalid the practicality test categories of the ethno-ssi integrated inquiry strategy in this study consist of: 81–100% = very practical 61–80% = practical 41–60% = moderate 21–40% = less practical 0–20% = not practical feedback, suggestions, and input from validators are used to assess the quality, relevance, and effectiveness of questions made questions that experts from chemistry education have validated. it can also increase the acceptability or acceptance of instruments because it has undergone a rigorous evaluation process. the results of the validity of the critical thinking test and questionnaire instruments assessed by three experts with the content validity index (cvi) score are shown in table 2. the data in table 2 shows that the results of material expert validation on critical thinking skills instruments and questionnaires get high scores. the sci-ave score on basic chemistry questions in the ethno-ssi context is 0.904, and scvi/ua receives a score of 0.714, which means the question is acceptable, relevant, and valid. validator input and evaluation are expected to improve the instrument made. according to dwianto et al. (2017), test instruments are considered feasible and suitable if there is a match between the questions and the topic, and the abilities being assessed. the test instrument is considered adequate if it fulfills all the criteria for evaluating the instrument and it can improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers. this study shows that the questions made have successfully fulfilled all critical thinking skills test criteria so that they can be used for small-scale trials. the results of suggestions for improvement from the material validator are shown in table 3. after being validated, the next step was to test critical thinking skills questions conducted on prospective chemistry https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 6/19 teachers at one of the universities in indonesia (n = 57) with a total of 30 multiple-choice questions. the trial of questions was carried out to check the level of difficulty of the items, construct validity, and reliability. the results of the reliability of chemical literacy items scored 0.93, indicating high reliability. an example of a critical thinking skills test instrument for the topic of thermochemistry is shown in fig. 3. table 2. content validity index of research instruments. instrument s-cvi/ave category s-cvi/ua category critical thinking test 0.904 high 0.714 accept/relevant/valid questionnaire 0.890 high 0.875 accept/relevant/valid table 3. suggestions for improvement critical thinking skills test. category suggestions for improvement relevance of material ensure the questions are directly related to thermochemical concepts, such as enthalpy, phase change, and the laws of thermodynamics. the questions made are relevant, but the relationship between the chemical concept and the local culture discussed needs to be strengthened. critical thinking skills questions should encourage prospective chemistry teachers to analyze and evaluate information, not just remember the material. the chemical concept used in the questions is correct, but it is necessary to review it again for critical thinking questions, it would be better in the form of analysis rather than calculation. ethno-ssi context include indicators of critical thinking skills in each question. the ethno-ssi discourse discussed in the questions is quite complex, but questions can be added to compare traditional and scientific methods. clarity and readability integrate the ethno-ssi context in the questions to increase their relevance and connection to prospective chemistry teachers’ daily lives. language, images, tables ensure the language in the questions is easy to understand, avoid unfamiliar technical terms, and use eyd and appropriate chemical formulas. the images and tables are already there, but it is necessary to clarify the illustrations in the images/tables containing the information asked in the questions. figure 3. critical thinking test question example based ethno-ssi. 2.5. data analysis the data analysis in this study is shown in table 4. the field trial results in the first stage (small scale) conducted in this study were used to improve the basic chemistry strategy and instruments with the ethno-ssi context, which aims to improve critical thinking skills. these results were then analysed and revised to improve and will be used on a wide scale or effectiveness test. to answer rq 1, the data were analysed descriptively and qualitatively, explaining the development of the ethno-ssi integrated inquiry strategy and input from validators. data analysis used to answer rq 2 is quantitative n-gain supported by descriptive study to describe the critical thinking skills of prospective chemistry teachers. students’ answers were grouped based on the rubric for assessing critical thinking skills indicators developed by ennis (1993) and then processed as a percentage. critical thinking skills score = 𝑁𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 𝑜𝑓 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡 𝑎𝑛𝑠𝑤𝑒𝑟𝑠 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒 x 100 according to table 5, the percentage value is then interpreted as being in the very high, high, medium, low, and very low categories and ethno-ssi critical thinking skills indicators is shown in table 6. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 7/19 table 4. research questions and tools of the research. research questions tools data analysis rq1: how is the development of the ethno-ssi integrated inquiry strategy? literature review validation sheet observation sheet descritive qualitative rq2: how the results of the critical thinking skills of prospective chemistry teachers using the ethno-ssi integrated inquiry strategy in small scale? chemical literacy test quantitative, n-gain rq3: how the perception of prospective chemistry teachers using the ethno-ssi integrated inquiry strategy? open-ended questionnaire descritive qualitative table 5. category and criteria critical thinking skills. category score criteria very low 0-20 prospective chemistry teachers are only able to understand basic information without being able to make analysis and evaluation, and their arguments are very limited. low 21-40 prospective chemistry teachers can make simple arguments but still have thinking errors and are less capable of deeper analysis and evaluation. medium 41-60 prospective chemistry teachers can analyze and make evaluations at a sufficient level. in addition, the arguments made are also more complex, although they still show weaknesses in several aspects. high 61-80 prospective chemistry teachers have good critical thinking skills by recognizing, analyzing, and evaluating arguments more effectively, structured, and logically. very high 81-100 prospective chemistry teachers have high critical thinking skills by being able to solve complex problems, analyze in depth, and evaluate arguments logically and cohesively. source: elaborated by the author using data from ennis (1993). table 6. ethno-ssi critical thinking skills indicators. no indicators critical thinking skills integrated ethno-ssi 1 elementary clarification focusing on questions, analyzing questions, and asking and answering questions about a local wisdom ethno-ssi phenomenon. 2 basic support establish the credibility of a source, scrutinize and assess the results of ethno-ssi explorations and investigations. 3 interference reduce and assess deduction, induce and assess induction, and determine the results of moral, ethical, and religious considerations in the context of ethno-ssi. 4 advanced clarification define terms, assess definitions, and identify problematic assumptions of ethno-ssi cases. 5 strategy and tactics decide on a course of action and interact with others to resolve ethno-ssi cases using inquiry strategies. as for rq 3, students’ perceptions were analysed descriptively qualitatively based on the results of a questionnaire that focused on (1) the relevance of ethno-ssi in chemistry learning, (2) interest in the ethno-ssi integrated inquiry strategy, and (3) improving critical thinking skills. the questionnaire in this study consisted of 10 items with scoring using a five-point likert scale. the answers were strongly agree (score=5), agree (score=4), neutral (score=3), disagree (score=2) and strongly disagree (score=1). 2.6. ethical clearance of research this research obtained a research permit from the dean of the faculty of mathematics and natural sciences, universitas negeri malang no. 22.9.69/un32.3.1/tu/2023 so that it can be ascertained that the data collection in this study has complied with the law and was carried out legally. this research also fulfils ethical feasibility based on the ethical feasibility certificate no. 14.6.7/un32.14/pb/2024. 3. results and discussion 3.1. development of valid and practical ethno-ssi integrated inquiry strategies the results of content validity show the suitability of the strategy with supporting theories and learning outcomes, while the results of construct validity show the suitability of the syntax and complementary strategies developed with learning theory and empirical evidence, as shown in table 7. table 7. content validity and construct validity of ethno-ssi integrated inquiry strategy. aspect s-cvi/ave category s-cvi/ua category content validity 0.83 medium 0.50 accept/relevant/valid construct validity 0.90 high 0.71 accept/relevant/valid the results of content validation and construct validation conducted by experts on the academic manuscript of the ethnossi integrated inquiry learning strategy resulted in an average score of 3.50 out of 4.00, which indicates that the prototype of the ethno-ssi integrated inquiry learning strategy is declared appropriate, valid, and feasible to use with revision. based on the results of the cvi (content validity index) analysis in table 7. content validity obtained a cvi score of 0.83 and construct validity of 0.90 with a high category so that the ethno-ssi integrated inquiry strategy can be accepted and continued for research in improving the critical thinking skills of prospective chemistry teachers but with some improvements/revisions from the validator. suggestions from validators include: 1) the concept of chemistry material with the ethno-ssi context needs to be explained in more detail and contextually; 2) the rationality of the strategy needs to be considered from the novelty, supporting theory, and weaknesses of previous research; 3) improvements in content preparation starting from rationality, strategy https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 8/19 development, and its application in chemistry learning need to be improved. the validity results are supported by the practicality of the ethno-ssi integrated inquiry strategy obtained from the observation sheet. the results of observations on implementing the ethno-ssi integrated inquiry strategy were carried out through observations by two observers, as shown in table 8. table 8. learning observation. meeting (material) average applicability average applicability (%) category observer 1 observer 2 1-5 thermochemistry 3.50 3.40 3.45 86.25 very practical table 8 shows that the average implementation of learning activities is 86.25%, which means that the implementation of the inquiry integrated ethno-ssi syntax oetaca is categorized as very practical. obstacles during learning become notes for improvement in the development of ethno-ssi integrated inquiry strategy with oetaca syntax. the data from observing and obstacles found during the learning process using the oetaca syntax are processed and analyzed, and conclusions are drawn to complement a small-scale trial and improvements for large-scale effectiveness testing. based on the results of various learning models, an inquiry was one of the effective models for improving prospective chemistry teachers’ critical thinking skills. findings from the literature review results and data analysis show that the inquiry learning model can solve ssi cases (chadwick et al., 2023; genel and topçu, 2016; saija et al., 2022), and it is considered appropriate to apply the ethnoscience approach (alim et al., 2020; okechukwu et al., 2014; zidny et al., 2020). the inquiry developed in this study is a modification of the 5e inquiry model (engage, explore, explain, elaborate, evaluate) according to bybee (2015). this model was chosen because it does not only focus on mastering material content but can also develop skills such as critical thinking, creativity, communication, and collaboration, which are the demands of 21st-century skills (boholano, 2017; masni et al, 2020; syahrial et al., 2021), so that prospective chemistry teachers are ready to face global challenges. in addition, the ethnoscience approach and socioscientific issues provide a relevant context in everyday life (hofstein et al., 2011; ke et al., 2021; yazidi and rijal, 2024), so that students can connect their knowledge through scientific, social, and cultural contexts according to bybee (2015) stages. through the exploration stage, prospective chemistry teachers can find and develop solutions to social scientific issues by analysing situations, considering various perspectives, and formulating sustainable solutions (duschl and bybee, 2014; puig and evagorou, 2020). bybee (2015) inquiry has weaknesses when applied to the context of ethno-socioscientific issues, including ethnoscience and ssi approaches involve many perspectives and complex research variables, so prospective chemistry teachers can have difficulty in understanding chemistry concepts in the ethno-ssi context. this inquiry also has not placed the aspect of reconstruction or transformation, which is an important aspect of the ethnoscientific approach. modifying the 5e inquiry steps (engage, explore, explain, elaborate, evaluate) bybee, (2015) the theoretical review and needs analysis results formed a new syntax with the term oetaca (orientation, exploration, transformation, argumentation, conclution, applications). the learning process with oetaca syntax, as shown in table 9, aims to improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers. the conceptual framework of inquiry integrated ethnossi syntax oetaca with critical thinking skills is shown in fig. 4. table 9. the learning process of ethno-ssi integrated inquiry syntax oetaca with critical thinking skills indicators. phase (modification) learning objectives learning process critical thinking skills indicators orientation (engage phase) chemistry teacher candidates actively engage in the process of discovery and scientific inquiry by analyzing ethno-ssi cases involving health, religious, cultural, environmental, and social aspects. listen to the lecturer’s explanation regarding the topic and learning objectives of thermochemistry, which will be discussed in the context of ethno-ssi burning snail satay. listen to the apperception of ethno-ssi integrated chemistry material, both from the discourse in the student worksheets and also the video of the ethno-ssi problem of burning snail satay in the news. divide the discussion group. identify ethno-ssi problems with burning snail satay from the perspectives of health, religion, culture, environment, and society. formulate problems appropriately on the thermochemical material discussed according to ethno-ssi of burning snail satay. basic clarification exploration (exploration phase) solve problems by interacting with their environment so prospective chemistry teachers can gain experience and find new knowledge from ethno-ssi exploration activities. explore the ethno-ssi case of burning snail skewers on producers. make data collection instruments by making interview guidelines and observation sheets. collect data by conducting observations, interviews, and documentation related to the making and burning of snail satay. record the results of the exploration on the student worksheets provided. provide a checklist () for interview data that can be transformed into scientific knowledge. search for references that support the ethno-ssi of burning snail satay from several sources, including books, scientific journal articles, news in mass media/online, or other sources relevant to the topic as a reference in scientific transformation activities. basic support transformation (reconstruction) can connect indigenous knowledge to scientific knowledge. reconstruct the original knowledge of the community into scientific understanding from the references obtained. design ethno-ssi practicum/project activities for charcoal making and thermochemical tests from exploratory studies. advanced clarification https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 9/19 record the ethno-ssi practicum/project data results on the student worksheets provided. paste evidence of exploration/observation/interview results on the student worksheets provided. transfer the transformable interview data into the transformation table. argumentation (explain and elaborate) knowledge does not only exist in an individual’s mind but also through a reconstruction process by considering relevant sources, laboratory activities, and the surrounding physical, cultural, and social environment. discuss in groups to solve/answer questions about the ethno-ssi context of burning snail skewers in scientific arguments. answer scientific arguments about burning snail skewers with claims, evidence, and explanations. direct students in arguing through dialogue, discussion, and debate, and then making the right decision. determine whether the issue is true/false, good/no, agree/disagree. provide supporting evidence for claims in the form of data obtained during experiments/practicums and data obtained from the results of scientific transformations. make explanations in statements to support evidence, namely the reasons for claims based on applicable theories, laws, or principles. advanced clarification conclusion (evaluate) train opinion, dialogue, discussion, debate, and make decisions by finding data and facts to solve problems based on claims, evidence, and explanations. make conclusions based on the results of exploration, transformation/experimentation, data analysis, and scientific argumentation. make decisions about chemical problems in the ethno-ssi context of burning snail satay. listen to the lecturer clarify the correct answers and conclusions based on the chemical material of the ethno-ssi context of burning snail satay discussed. inference application (evaluate) understand chemistry concepts in the context of ethno-ssi herbs, solve problems, and find solutions by drawing conclusions based on moral reasoning, data interpretation, and scientific evidence so that chemistry learning becomes more contextualized. apply the ethno-ssi context of burning snail satay in everyday life on exercise/evaluation questions. work on questions in the application stage using the correct method. relate the questions to health, culture, environment, religion, social, and chemical processes in the ethno-ssi context of burning snail satay. communicate the results of working on thermochemical ethno-ssi application questions. listen to the lecturer clarify the correct answer. reconstruct students’ knowledge after the learning process by mentioning what knowledge they have gained, difficulties experienced in the learning process, and alternative solutions to overcome problems. make a bibliography and attach evidence of the results of the ethno-ssi practicum/project activities. strategy and tactics figure 4. the conceptual framework of inquiry integrated ethno-ssi syntax oetaca with critical thinking skills. source: elaborated by the author using data from ennis (1998), bybee (2015), sadler (2011) and sudarmin (2014). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 10/19 3.1.1. orientation the first phase is orientation, which is a modification of engage in bybee (2015) inquiry. it aims to increase the elementary clarification indicator in critical thinking skills. orientation is a step to foster a responsive atmosphere or climate at the beginning of learning (cavagnetto, 2010; chang and park, 2020; duschl and bybee, 2014). in phase 1, “orientation”, students in groups read discourse, watch videos, analyze existing problems related to thermochemical material in the context of burning snail satay, and then formulate the problem. on the student worksheet, video links, article links, and material links that students can access have been provided so that group activities carried out by students are watching videos, reading articles, and then recording interesting findings and problems from videos and articles that have been accessed. students are asked to identify the concept of ethno-ssi problems of burning snail satay in terms of scientific, environmental, health, religious, cultural, and social aspects and then formulate problems related to the context of thermochemistry. the following identifies the ethno-ssi context of burning snail satay, shown in table 10. table 10. orientation phase of the process of burning snail satay context. ethno-ssi aspects explanation health snail slime is considered to have antibacterial and anticancer properties. snail mucus can treat tuberculosis, asthma, and toothache. it is also believed to have cosmetic properties that improve the appearance and smoothness of the skin. charcoal-grilled meat can be a carcinogen. snails are animals that can host various microorganisms, including pathogens, germs, bacteria, and parasites. religion there is a debate among scholars and religious experts regarding the halal or haram of eating snails. certain foods may be considered haram if they are deemed unclean or impure. however, if they are found to have beneficial properties for human health, they may be considered halal or permissible for consumption. culture snail satay is a local wisdom regional specialty food maintained today because it is believed to benefit the community. environment snail processing waste, such as shells and dung, can be used as fertilizer. some people consider snails pests because of their rapidly growing population, which lays eggs and damages crops. the smoke from burning snail satay contains co and co2 gas, can cause shortness of breath/asthma. social the processing of snail satay can be a livelihood for the community and increase income. 3.1.2. exploration the second phase is exploration, which is the same as bybee (2015) exploration phase, which aims to improve the basic support indicators in critical thinking skills. in phase 2 “exploration,” activities are designed by making observation sheets, interviews, and documentation at the place where the snail satay ethno-ssi product is produced. students are asked to explore where the ethno-ssi context is made, then write down the interview results in a student worksheet and attach evidence of the observations and interviews. this interview and documentation activities are conducted to obtain data on the community’s original knowledge regarding manufacturing procedures, the benefits of the products, and controversial issues. in addition to direct observation and interviews with ethno-ssi producers of snail satay, students are asked to find supporting references from several sources, including books, scientific journal articles, news in the mass media/online, or other sources relevant to thermochemistry. these references will later become references in scientific science transformation activities. 3.1.3. transformation the third phase is transformation, an additional modification of the bybee (2015) phase that aims to improve the advanced clarification indicators in critical thinking skills. in phase 3 “transformation”, after data collection activities related to the original science knowledge of the community are fulfilled, the next step is to provide a scientific explanation for the findings. scientific explanation in the ethnoscience approach is included in the transformation stage (diliarosta et al., 2021). at this stage, scientific explanations of evidence and claims from indigenous knowledge form scientific or ethnoscientific knowledge as a product of the synergy of culture and science (sumarni et al., 2022; zidny et al., 2020). students are asked to provide a checklist and then fill in the table provided to transform indigenous knowledge into scientific knowledge. in the transformation phase, the student worksheet also contains ethno-ssi practicum activities to prove the ethno-ssi context scientifically, and students are asked to write independently the practicum procedures to be carried out. examples of discussions from the indigenous knowledge interview results that can be transformed into scientific knowledge are shown in table 11. table 11. ethno-ssi transformation of snail satay burning. no. indigenous knowledge scientific knowledge 1 the fuel for burning snail satay uses woodtype charcoal because wood is relatively cheaper and easier to obtain. wood burning requires a specific activation energy to start a chemical reaction. after burning, an exothermic reaction that releases energy occurs, but this process is not instant and occurs gradually. wood charcoal is good for cooking because it contains high carbon produced from carbonizing wood with a high cellulose content. 2 cooking oil/kerosene added to charcoal can accelerate the flame in the combustion process. the heat decomposes the hydrocarbon chain from the cooking oil/kerosene into a gas from its generation, creating a fire to burn charcoal faster. this is because as the hydrocarbon bonds in the combustion reaction release the energy stored in the bonds, a hotter flame will be created. 3 burning using charcoal takes longer. for charcoal to burn, oxygen in the air must enter the solid structure, meet up with the surface of the carbon, and undergo a chemical reaction with the carbon to produce heat and, after some seconds, fire. this process is slower because of the restricted access to air and the chemical reactions that must take place within the solid structure of the charcoal. 4 when burning a snail satay, the heat from the burning will be felt around it. the system and environment are related to the context of burning snail satay and charcoal. when burning snails stay, heat is transferred from the system to the environment, causing people around it to feel warm. 5 burning snail satay meat is not suitable for health. if it contains lots of carbon, high consumption of burnt satay can be carcinogenic because it forms carcinogenic compounds like polycyclic aromatic hydrocarbons (pah) and heterocyclic amines (hca), which can enhance cancer risk. if the snail satay is too burned, the ingredients are burned, and the nutrients in the satay will also be destroyed. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 11/19 in addition to scientific transformation, the activities in this phase are also carried out by investigating directly through practicum activities to make charcoal from organic waste. charcoal is a black residue containing impure carbon substances produced by removing the existing water content and derived from volatile components in animals or plants. charcoal is generally made by heating or burning other organic or inorganic objects. this black-colored, easily crushed, lightweight, coal-like charcoal has a substance consisting of 85% to 98% carbon, and the rest is ash or other chemicals. several types of charcoal are distinguished based on the origin of the raw materials, such as wood charcoal, rice husks, coconut husks, coconut shells, corn stalks, litter/leaves, bamboo, and fruit skins such as durian, mahogany, cocoa, and cotton/and skins. using charcoal to utilize household waste can save fuel and be more environmentally friendly. table 12 below briefly investigates charcoal’s calorific value and moisture content. table 12. determination of calorific value and moisture content of charcoal. no. charcoal type temperature after charcoal (0c) mass before heating (gr) mass after heating moisture content (%) 1 wood charcoal 56.8 81.206 80.505 4.1 2 wood dust charcoal 62.8 69.240 64.629 48.8 3 rice husk charcoal 43 95.200 95.15 54 4 coconut fiber charcoal 80.5 9.425 6.809 27.75 5 coconut shell charcoal 89.3 95.492 94.800 10.28 6 corncob charcoal 39.5 19.837 10.240 48.4 the results of making charcoal from organic waste by a prospective chemistry teacher are shown in fig. 5. figure 5. practicum for making charcoal from organic waste in thermochemical concept. based on investigations conducted by prospective chemistry teachers and data from practicum results, the better organic waste used as charcoal is the type of coconut shell. this is because coconut shell charcoal has a higher density than charcoal from other materials, so it is more durable and provides more efficient combustion results because the water content is less. 3.1.4. argumentation the fourth phase is argumentation, which modifies the explanation and elaboration in bybee (2015) inquiry and aims to increase the advanced clarification indicator in critical thinking skills. in phase 4 “argumentation”, students focus on sharing content/material in the interaction between lecturers and students. in this process, students can discuss responding to the ethno-ssi case of burning snail satay in groups through dialogue, discussion, and debate activities. students conduct group discussions to analyze the data collected to be able to answer questions at the argumentation stage. lecturers guide students in conveying the results of activities that have been carried out using their ideas or words so the process of constructing knowledge will be well developed. this argumentation activity aims for students to argue to solve ethno-ssi problems and to determine the right decision. this argumentation stage is expected to help students clarify their conceptual understanding and communicate their knowledge in various aspects such as health, religion, environment, culture, and society. in this activity, students record their discussion activities to see the achievement of their ability to argue and decide on problem-solving. debating activities are used in class discussions to train students’ critical thinking about the relationship between science, technology, and society, and to make decisions based on the questions asked (albe, 2008). students develop quality scientific arguments from their investigations using the components of claims, evidence, and explanations (berland and mcneill, 2010). claim: the answer or conclusion when encountering a problem/question. evidence: support for claims in the form of data obtained during experiments/practicum or from scientific transformation results. explanation: a statement to support the evidence, which is why (rationale) of the evidence you use to support the claim is based on the theory, law, and theories. 3.1.5. conclusion the fifth phase is the conclusion, which modifies the evaluation in bybee (2015) inquiry to improve the inference indicator in critical thinking skills. the conclusions are formulated by describing the results of findings obtained based on discussions and scientific transformation in the context of ethno-ssi of burning snail satay. to arrive at the correct conclusion, the lecturers must show students what information they need to describe in the right way to get important information from the ethno-ssi problem of burning snail satay. at this stage, the lecturer guides students in formulating conclusions based on the data collected from the results of experiments/practicums and exploratory studies. based on the practicum results, it can be concluded that the higher the water content in charcoal, the smaller the calorific value; on the contrary, if the water content is low, the calorific value is more significant. 3.1.6. application the sixth phase is the conclusion, a modification of the evaluation in bybee (2015) inquiry, which aims to improve the strategy and tactics indicator in critical thinking skills. application is the final stage of this phase. the aim is to evaluate students’ critical thinking skills by applying thermochemical problems. after that, students can communicate the results of group discussions in front of the class. this application provides meaningful and contextualized learning for students. lecturers can reflect on all the activities that have been carried out to see the success of each phase. giving ethno-ssi-based practice questions to students https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 12/19 positively impacts students in finding more information about the subject matter so that it can improve critical thinking skills. in addition, practice questions allow students to deepen their understanding of learning concepts by applying theory in the context of basic chemistry questions. 3.2. critical thinkings results using ethno-ssi integrated inquiry strategy the results of critical thinking skills obtained through the application of the ethno-ssi integrated inquiry strategy reflect the ability of prospective chemistry teachers to analyze, evaluate, and apply local wisdom-based chemical knowledge. prospective chemistry teachers show a deep understanding of thermochemical concepts, such as enthalpy, phase change, and the laws of thermodynamics. they can relate theory to daily practice, especially in local culture, such as how the burning process in snail satay affects energy and temperature changes and tell it to the principles of thermochemistry. significant improvement in students’ critical thinking skills can be seen using the normalized gain (n-gain) test shown in table 13. table 13. improvement of students’ critical thinking skills. class pretest average posttest average n-gain <g> category offering a and b 43.6538 83.7179 0.70132 high the increase in critical thinking skills is expressed by the normalized gain test based on the pretest and posttest scores on offering a and b to as many as 52 students. the normalized gain test results show that improving critical thinking skills in offering a and b is included in the high category (n-gain = 0.7). the results of the statistical calculations are shown in table 14. table 14. statistical calculation results analysis. category pretest posttest ∑x 2270 4353.333 χ 43.6538 83.7179 max 80 96.6667 min 20 66.6667 s² 97375,7 357492 s 312.05 597.905 range 60 30 the data in table 14 show that the average posttest (83.71) increased from the pretest (43.65). these results indicate that the ethno-ssi integrated inquiry strategy teaches prospective chemistry teachers to produce scientific knowledge and skills to address ethno-ssi issues related to chemistry learning. this strategy also helps prospective chemistry teachers build relationships and correlations between culture, science, and the environment and encourages critical and systematic thinking in addressing various problems. the critical thinking skills test score data was also analyzed per indicator to obtain an overview of each indicator of critical thinking skills, according to ennis, as shown in table 15. table 15. student critical thinking skills test results per indicator. no. critical thinking skills indicator average score per indicator category 1 elementary clarification 85 very high 2 basic support 75 medium 3 interference 80 high 4 advanced clarification 78 medium 5 strategy and tactics 75 medium 3.2.1. elementary clarification critical thinking skills on the indicator of providing simple explanations in this study, including obtaining the highest skill level among other indicators with an average score of 85. this finding shows prospective chemistry teachers can formulate and answer questions by reading and understanding the content. prospective chemistry teachers can also correctly write chemical symbols or formulas in question questions and their equations. this is because, during the learning process, prospective chemistry teachers are continuously trained to work on chemistry questions on thermochemistry that are integrated with the ethno-ssi context. in this indicator, prospective chemistry teachers are expected to be able to identify images, diagrams, and symbols based on the information contained in the problem. according to ennis, (1990), students can think critically by making habits that are continuously carried out, such as formulating questions and answering questions that require explanation. indicators of critical thinking skills in the elementary clarification aspect include questions that focus on research activities, assessing a statement, and answering questions relevant to the explanation according to the ethno-ssi context. this indicator can evaluate the possibility of prospective chemistry teachers in formulating appropriate problem specifications by recognizing important components and using images, diagrams, and symbols to describe scenarios based on data and facts (masni et al., 2020). the findings in the study showed that prospective chemistry teachers made few mistakes when solving problems, such as a lack of reading and understanding of ethno-ssi content. students who answered incorrectly on this indicator indicated that they could not understand the significance of the ethno-ssi problem due to failure to remember or understand the content of the material discussed. students can also not transcribe known facts from the problem in pictures, tables, or diagrams, so prospective chemistry teachers need to be trained in formulating problems and answering based on data and their knowledge related to material content (fijar et al., 2019). 3.2.2. basic support students’ critical thinking skills on the basic support indicator obtained an average score of 75 in the medium category. the results of this indicator show that prospective chemistry teachers can determine the proper steps to analyze problems based on concepts and phenomena that exist in ethno-ssi questions, even though the results are not optimal, and not all answers are correct. this shows that many prospective chemistry teachers still have not been able to analyze the phenomena and symptoms that https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 13/19 arise from the statements in the problem, which are essential information related to the ethno-ssi context, so it is not easy to analyze. in ethno-ssi questions, some prospective chemistry teachers experience errors when identifying the relationship between concepts and statements or phenomena. this can happen because so far, prospective chemistry teachers tend to memorize material and less at the time of application with the local context or ssi, so even though students know the concept but do not know how to apply it in everyday life (kasi and widodo, 2022). in this indicator, students are asked to establish the credibility of a source and research and assess the results of research on the topic of explaining enthalpy changes and types of enthalpy and explaining energy and energy changes in chemical reactions. this study’s basic support indicator measures prospective chemistry teachers’ skills in analyzing assumptions, using procedures, and existing investigations to solve problems (maknun, 2020). this indicator considers whether the source of information presented in the issue is reliable or not (nurdin et al., 2018). 3.2.3. interference students’ critical thinking skills on the interference indicator obtained an average score of 80 in the high category. this indicator was identified by the element needed to conclude report data, principles, judgments, beliefs or opinions, concepts, and descriptions with the ethno-ssi context. the question on this indicator discusses drawing findings related to thermochemistry in burning snail satay. shows the attitude and ability to understand and analyze ethno-ssi problems from various factors so prospective chemistry teachers can draw the correct conclusions. by developing skills in this indicator, prospective chemistry teachers will become more competent in understanding scientific concepts and more sensitive to the social and environmental context in which they are located. this indicator can also prepare prospective chemistry teachers to become individuals who think critically and responsibly when facing the challenges of a complex society. 3.2.4. advanced clarification critical thinking ability on the indicator of providing a further explanation has the lowest value compared to other indicators. based on the analysis of student answers, a score of 78 was obtained in the moderate category; this was due to the low initial knowledge of prospective chemistry teachers about the concept of thermochemistry, making it difficult to relate to the ethno-ssi context. the indicator of providing a further explanation in this study was carried out by constructing arguments by analyzing and providing explanations in the form of defining terms, considering definitions using appropriate criteria, and identifying assumptions in the ethno-ssi context. in this indicator, many prospective chemistry teachers still have not been able to identify assumptions. answering these questions requires a sufficient understanding of the material; if students do not master the material, it will affect them in identifying assumptions and solving problems, especially in describing equations from several related equations or finding relationships from several thermochemical equations. 3.2.5. strategy and tactics critical thinking skills on indicators of organizing strategies and tactics score 75 with a low category. based on the analysis results, most prospective chemistry teachers have not been able to decide the proper action to solve problems in the problem, especially when using thermochemical formulas or equations. indicators organising strategies and tactics is done by considering possible solutions to solve ethno-ssi context problems. prospective chemistry teachers can think with their knowledge to formulate an alternative solution by solving problems that occur, especially using formulas by the thermochemistry concept. if prospective chemistry teachers are not trained to think critically and analytically, they will have difficulty designing effective strategies and tactics to address real-world ethno-ssi problems. 3.3. perception of prospective chemistry teachers using the ethno-ssi integrated inquiry strategy implementation of the inquiry-integrated ethno-ssi syntax oetaca has positively responded to almost all components. this indicates that the implementation of the inquiry-integrated ethnossi syntax oetaca prototype is very good, where students are very interested when being given a case/problem so that they are motivated to analyze ethno-ssi problems and can explore independently and in groups. furthermore, students are motivated to determine the steps of problem-solving and design ethno-ssi experimental procedures. experimental procedures designed by students can make it easier to identify chemical concepts and principles so that students can solve ethno-ssi cases given by lecturers. learning activities through the ethno-ssi integrated inquiry strategy directly impact students, especially in getting a pleasant learning experience, having the courage to argue, being helped in formulating problems, more easily understanding and comprehending the material studied, and having a high willingness to attend lectures. furthermore, the graph of student responses to the ethno-ssi integrated inquiry strategy is shown in fig. 6. based on the responses to the ethno-ssi integrated inquiry strategy, as shown in fig. 2, most (92%) agreed and strongly agreed to implement this strategy in chemistry learning in the classroom. this strategy proved to be practical and effective in facilitating understanding of chemical concepts, primarily related to ethno-ssi problems encountered, such as in the context of thermochemistry, namely burning snail satay. chemistry teacher candidates (78%) agreed and strongly agreed that the ethno-ssi inquiry steps (orientation, exploration, transformation, argumentation, conclusion, and application) improve critical thinking skills. these results align with research by zidny and eilks (2022) that ethnoscience and ssi will be actively involved through scientific inquiry activities such as exploration, practical activities in the laboratory, data analysis, and scientific argumentation that require logical reasoning. another finding is that the % of chemistry teacher candidates 75% agreed that this strategy teaches how to reconstruct indigenous knowledge into scientific knowledge in the context of ethno-ssi. ethnoscience is a learning approach that contains activities to reconstruct indigenous knowledge into scientific knowledge that can be accounted for related to local wisdom (dewi et al., 2022; diliarosta et al., 2021; sudarmin et al., 2020). this strategy can improve critical thinking skills in solving the ethno-ssi context 84% of prospective chemistry teachers agreed. the results of many previous studies mention that ethnosciencebased learning approaches (prayogi et al., 2023; sudarmin et al., 2019; zidny et al., 2020) and ssi (barrue and albe, 2013; borgerding and dagistan, 2018; yacoubian and khishfe, 2018) can improve critical thinking skills. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 14/19 figure 6. responses of prospective chemistry teachers (n=52) to the ethno-ssi integrated inquiry strategy. this strategy trains in solving problems from various perspectives such as health, religion, culture, environment, social, and scientific 78% of prospective chemistry teachers answered in the affirmative. learning with the ssi strategy trains problemsolving from various perspectives, including social, environmental, economic, and political, based on applicable morals and ethics (herman et al., 2021; 2019; holbrook et al., 2020; raveendran, 2021; songer and ibarrola recalde, 2021). this strategy trains in making decisions and conducting investigations related to solution chemistry materials in the ethno-ssi context, and 92% agree. this is by the results of research by gupta et al. (2015) which states that learning chemistry with guided inquiry instruction can improve critical thinking skills through investigation and decision-making activities. another study mentioned that the inquiry learning model with the 5e cycle (engagement, exploration, explanation, elaboration, evaluation) using the ssi context effectively improves critical thinking skills (cahyarini et al., 2016). the statement that this strategy trains me to think critically, logically, and systematically with the inquiry model to discuss ethno-ssi questions received a response of 82% agree. the inquiry learning model can help prospective chemistry teachers think critically, logically, and systematically by searching, finding, and analyzing information independently to make learning more active (capps and crawford, 2013; wenning, 2011). this inquirylearning model can improve critical thinking skills by creating an engaging and interactive learning environment through experimentation and proof based on relevant evidence (adnan et al., 2021; cheung et al., 2020). this strategy trains in expressing reasons based on facts and supporting evidence 75% of prospective chemistry teachers agreed. this finding shows prospective chemistry teachers need alternative learning strategies to help them understand, analyze data, and make decisions based on facts and evidence. in thermochemistry, prospective chemistry teachers are involved in experimental activities such as thermochemical practicum, energy calculation, and basic theory of thermochemical concepts. activities linking scientific facts with socioscientific issues can improve students’ critical thinking skills. this strategy encourages prospective chemistry teachers to do scientific work such as orientation, exploration, transformation, and argumentation, and 85% agree. ethno-ssi integrated inquiry learning strategy is an innovative learning strategy constructed to train the critical thinking skills of prospective chemistry teachers. this strategy combines inquiry learning models with ethnoscience approaches and socioscientific issues related to local wisdom. thus, prospective chemistry teachers not only learn about chemistry concepts but also understand how these concepts can relate to everyday life and the challenges faced by controversial, dilemmatic, and complex issues (rahayu, 2019; saija et al., 2022). this strategy increases the interest and motivation of prospective chemistry teachers in addressing local wisdom issues with critical thinking 91% agree. chemistry learning associated with the context of ethnoscience and socioscientific issues can increase awareness of the importance of social and environmental impacts so that the interest of prospective chemistry teachers can increase to contribute to addressing these issues (zidny and eilks, 2022). 4. conclusions the successfully developed ethno-ssi integrated inquiry strategy is a learning strategy that incorporates local wisdom to improve the critical thinking skills of prospective chemistry teachers. the syntax of this learning strategy includes six phases, namely: (1) orientation, (2) exploration, (3) transformation, (4) argumentation, (5) conclusion, and (6) application. the ethno-ssi integrated inquiry learning strategy has fulfilled the valid and practical requirements. the validation results with cvi of the ethno-ssi integrated inquiry strategy in the content aspect received a score of 0.83 and a construct aspect of 0.93 in the high category. the results of the critical thinking skills test instrument validation received a cvi score of 0.90, while the questionnaire received a score of 0.89, both of which were in the high category. the practicality of the ethno-ssi integrated inquiry strategy is based on the assessment of learning implementation, which obtained an average learning implementation of 86.25% with a convenient category. the results of the critical thinking skills test on a small scale show an n-gain of 0.7 in the high category, but the criteria for each indicator are in the moderate category. the results of prospective chemistry teachers’ responses to the ethno0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 10. this strategy increases my interest and motivation in addressing local wisdom issues by thinking critically. 9. this strategy encourages me to do scientific work such as orientation, exploration, transformation, argumentation, inference and application. 8. this strategy trains me in reasoning based on facts and supporting evidence. 7. this strategy trains me to think critically, logically, and systematically with an inquiry model to discuss ethno-ssi questions. 6. this strategy trains me to make decisions and conduct investigations related to solution chemistry in the context of ethno-ssi. 5. this strategy trains me to solve problems from various perspectives such as health, religion, culture, environment, social, and scientific. 4. this strategy can improve my critical thinking skills in solving the ethno-ssi context. 3. this strategy taught me to reconstruct indigenous knowledge into scientific knowledge in the ethno-ssi context. 2. the steps of ethno-ssi inquiry (orientation, exploration, transformation, argumentation, conclusion, and application) improve critical thinking skills 1. this ethno-ssi integrated inquiry strategy is relevant if applied in chemistry learning https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1575 issn 1678-4618 page 15/19 ssi integrated inquiry strategy, on average, gave a positive response to each component with the categories strongly agree (43%), agree (41%), undecided (12%), disagree (3%), strongly disagree (1%). 5. recommendation further research is recommended to implement the inquiry-ethno-ssi strategy with oetaka syntax on a large scale by conducting an effectiveness test on the strategy developed. the context of local wisdom studied is more relevant to chemistry learning. this research can also be conducted at several universities to obtain many data sources. the instruments and teaching materials developed can be adjusted to the ethno-ssi context to make chemistry learning more exciting and relevant. 6. limitation this research only focuses on the topic of thermochemistry. the local wisdom raised is only related to the burning snail staying in an area prospective chemistry teachers may not know. the data collected in this study is only limited to small-scale trials, so it is less specific and quantitatively in-depth. this research requires a long time in field exploration activities because students must still be trained in observation and interview activities. authors’ contribution conceptualization: ratna kumala dewi; sri rahayu; data curation: muntholib muntholib; ratna kumala dewi; formal analysis: woro sumarni; funding acquisition: not applicable; investigation: ratna kumala dewi; methodology: ratna kumala dewi; sri rahayu; project administration: ratna kumala dewi; resources: muntholib muntholib; software: not applicable; supervision: sri rahayu; validation: woro sumarni; visualization: ratna kumala dewi; writing – original draft: ratna kumala dewi; sri rahayu; muntholib muntholib; woro sumarni; writing – review & editing: ratna kumala dewi; sri rahayu; muntholib muntholib; woro sumarni. data availability statement the data will be available upon request. funding the research conducted in this study received financial support from the directorate general of higher education, ministry of education and culture of the republic of indonesia through the dissertation research scheme (decree number: 040/e5/pg.02.00.pl/2023 on june 19, 2023). acknowledgments we thank to directorate general of higher education, ministry of education and culture of the republic of indonesia for financial support this research. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abdurrahman, h.; wildan, w.; loka, i. n. the effect of guided inquiry learning model on chemistry learning towards critical thinking skills students at class xi mia sman 7 mataram 2019. chemistry education practice. 2020, 3 (2), 99–103. https://doi.org/10.29303/cep.v3i2.1817 adal, e. e.; cakiroglu, j. investigation of preservice science teachers’ nature of science understanding and decision making on socioscientific issue through the fractal model. science and education. 2022, 32, 529–565. https://doi.org/10.1007/s11191-022-00319-1 adnan, g.; zulfikar, t.; armia, m. s.; gade, s.; walidin, w. impacts of inquiry learning model on students’ cognitive and critical thinking ability. cypriot journal of educational sciences. 2021, 16 (3), 1290–1299. https://doi.org/10.18844/cjes.v16i3.5851 aiman, u.; hasyda, s.; uslan the influence of process oriented guided inquiry learning (pogil) model assisted by realia media to improve 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(x86)\scan\gpyimages\20221129054634751.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054647375.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054659943.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054717455.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054754286.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054816061.pdf original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | 82 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 sugarcane bagasse biochar pellets for removal of caffeine, norfloxacin, and ciprofloxacin in aqueous samples mateus cottorello fonsêca1 , césar augusto marasco júnior1 , diógenes dos santos dias2 , joão pedro da silva1 , rafaela silva lamarca1 , clóvis augusto ribeiro2 , lorena oliveira pires2 , paulo clairmont feitosa de lima gomes1+ 1. são paulo state university, national institute for alternative technologies of detection, toxicological evaluation and removal of micropollutants and radioactives, araraquara, brazil. 2. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. +corresponding author: paulo clairmont f. de lima gomes, phone: +55 16 33019613 email address: paulo.clairmont@unesp.br article info article history: received: september 17, 2021 accepted: march 04, 2022 published: april 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords: 1. torrefaction 2. adsorbent 3. emerging contaminants 4. wastewater 5. removal abstract: this work investigates the physicochemical properties of a biochar obtained from sugarcane bagasse by torrefaction at four different temperatures (260, 270, 280, and 290 °c), without chemical or physical activation. the biochar was characterized by thermogravimetric and proximate analysis, fourier transform infrared spectroscopy (ftir), scanning electron microscopy, together with measurements of point of zero charge, ph, elemental composition, and surface area. evaluation regarding the efficiency of the biochar employed as an adsorbent for the removal of caffeine, ciprofloxacin, and norfloxacin in wastewater samples. the assays were performed in batch vessels filled with lab-made sewage spiked with caffeine at 5.00 µg l–1 and with ciprofloxacin and norfloxacin at 10.0 µg l–1. these compounds were studied separately. the thermogravimetry data demonstrated that increasing the torrefaction temperature led to generation of a greater amount of fixed carbon, as well as loss of volatile materials and removal of noncondensable compounds. this was corroborated by the ftir analyses, where a higher temperature led to higher intensity of bands corresponding to methyl, methylene, and c=c bonds. the biochar produced at 280 °c presented the best stability, with adsorption efficiencies for removal from the lab-made sewage of 91% (norfloxacin), 81% (ciprofloxacin), and 58% (caffeine). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 mailto:paulo.clairmont@unesp.br https://orcid.org/0000-0002-8075-0092 https://orcid.org/0000-0003-0454-3419 https://orcid.org/0000-0002-7497-7282 https://orcid.org/0000-0003-1817-0019 https://orcid.org/0000-0002-8605-8013 https://orcid.org/0000-0002-7984-5908 https://orcid.org/0000-0002-1447-259x https://orcid.org/0000-0002-4837-6352 original article revista.iq.unesp.br 83 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 1. introduction biochar is a solid material obtained by the thermochemical conversion of biomass in an oxygenrestricted environment (international biochar initiative, 2015). the characteristics of biochar include porous structure, large specific surface area, mechanical resistance, acid and alkaline corrosion resistance, ion exchange capacity, and diverse chemical functionalities. these properties provide biochar with many different possible uses, including environmental applications such as the removal of organic and inorganic contaminants, water purification, and soil remediation and fertilization (l. li et al., 2019; oliveira et al., 2017; wang et al., 2017). inyang and dickenson (2015) reported higher adsorption efficiency of organic contaminants on biochar, compared to activated carbon. the presence of biochar in soil provides benefits such as reduced nutrient leaching, promotion of crop growth, and reduced methane (ch4) emissions. biochar can incorporate fertilizers and nutrients for controlled release, reducing nutrient shortages in the soil (liu et al., 2019). another important point to be highlighted is that compared to biochar, the cost of activated carbon is estimated to be 20 times higher, due to high energy consumption and low productivity (mohanty et al., 2018). caffeine (caf), norfloxacin (nor), and ciprofloxacin (cip) are in the class of emerging contaminants. caf is highlighted because it is a marker of anthropogenic activity and is present in wastewater at concentration levels from µg l–1 to ng l–1 (marasco júnior et al., 2019). cip and nor, which are frequently found in wastewater samples at µg l–1 concentration level, are broad-spectrum antibiotics of the fluoroquinolone class, widely applied in human and veterinary medicine. in 2019, quinolones were present in more of the 21 million prescriptions in the usa (buehrle et al., 2021). table 1 presents the physicochemical characteristics of the caf, cip and nor. table 1. physicochemical properties of the studied compounds. compound caf cip nor chemical structure formula c8h10n4o2 c17h18fn3o3 c16h18fn3o3 molecular mass (g mol–1) 194.19 331.34 319.33 pka 0.520 6.43; 8.68 0.160; 8.68 mass solubility (g l)* 58.0 0.460 1.60 0.350 1.40 log p 0.628 1.625 1.744 * solubility at the ph range from 7 to 9, at 25 °c; pka = -logka; log p = octanol-water partition coefficient. source: adapted from scifinder (2021). even at µg l–1 concentration level, these compounds inhibit nitrite reductase and polyphosphate kinase, reducing the removal of nitrogen and phosphorus in biological processes applied in wastewater treatment plants (wwtps) (yi et al., 2017). furthermore, the presence of these antibiotics and other pharmaceutical compounds in wastewater samples increases the risk of development of antibiotic resistant genes (arg) and their transfer through the aquatic environment. wastewaters containing pharmaceutical compounds, microbiota, plasmids, transposons, and integrons act as arg reservoirs that can facilitate the spread of antimicrobial resistance (osińska et al., 2016). biochar, as an adsorbent, can be used for the removal of antibiotics and metals from aqueous solutions, with the advantages of low production costs and environmental sustainability (liang et al., 2021; z. li et al., 2020; tan et al., 2015). wang et al. (2017) used activated magnetic biochar to remove norfloxacin at concentrations in the range from 1.00 to 10.0 mg l–1 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 84 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 in water solutions, achieving a removal efficiency of 97.62%. huang et al. (2020) prepared biochar from rabbit feces by pyrolysis at four temperatures (400, 500, 600, and 700 °c). the biochar was then used to remove cip at a concentration of 10 mg l–1 in water solutions, achieving removal efficiencies of 76.41, 96.80, 92.50, and 96.79% after 400 min. anastopoulos et al. (2020) produced oxidized biochar from pine needles at 650 °c, using boiling nitric acid. the biochar was used for to remove caf at concentrations from 5 to 50 mg l–1 in water and sewage samples, reaching an adsorption capacity of 1.41 mg g–1 after 150 min, at ph 4.0. pyrolysis, torrefaction, and hydrothermal carbonization are the main processes applied for the conversion of biomass to biochar. pyrolysis is characterized by a high heating rate to temperatures above 300 °c, which produces biochar with high surface area and pore volume. torrefaction is performed in the temperature range between 200 and 300 °c, so the energy costs are lower and it is possible to use renewable sources, such as solar energy. the reactions during torrefaction involve carbonization, volatilization, and depolymerization of hemicellulose, cellulose, and lignin. in addition, water and lipids are converted to condensable and non-condensable gases that then generate co2, co, and ch4. around 70% of the mass is retained as solid material and 30% is lost as condensable and non-condensable compounds (tumuluru et al., 2011). the hydrothermal carbonization is a thermochemical conversion technique, whose main characteristic is the direct application to biomass with high humidity, for the production of water-soluble organic matter and carbonrich products at temperatures 150 350 °c (liang et al., 2021). lignocellulosic biomasses in the form of natural resources and solid residues generated by anthropic activities worldwide can be used for the production of biochar (rangabhashiyam and balasubramanian, 2019), being economically attractive since these raw materials are inexpensive and available in abundance. the main sources of biochar are lignocellulosic biomasses obtained from solid residues produced in agriculture (such as sugarcane bagasse and straw), forest residues (including branches, foliage, and sawdust), and sludge from wastewater treatment plants. among the agricultural lignocellulosic residues, sugarcane bagasse can be highlighted as a raw material for biochar production. brazil is the world’s largest sugarcane producer, with an estimated production of more 654.5 million tons in the 2020/2021 season. são paulo state was responsible for 354 million tons of sugarcane, accounting for 54.12% of the sugarcane processed in the country (brazil, 2021). during sugarcane processing, bagasse is generated as a waste, corresponding to approximately 30% of the planted sugarcane (jayaraman et al., 2018). currently, most of this material is burned to produce energy in the boilers in the sugar and ethanol plants. sugarcane bagasse is composed, on average, of 4045% cellulose, 25 30% hemicellulose, and 20 25% lignin. it has a heterogeneous surface that presents phenolic groups, carboxylic acids, and hydroxyls (ramos et al., 2016). the use of sugarcane bagasse as raw material for biochar is attractive because it is abundant and inexpensive, with an estimated price of around us$ 20.00 per ton. the aim of this work was to evaluate the physicochemical properties of sugarcane bagasse biochars obtained using a torrefaction process at four different temperatures (260, 270, 280, and 290 °c). the biochars were tested as adsorbents for the removal of caf, cip, and nor present in lab-made sewage samples. this study purpose to use this inexpensive and abundant adsorbent material, without need for chemical or physical activation, for the specific removal of these emerging contaminants found at µg l–1 concentration level. 2. materials and methods 2.1 chemicals and reagents the pharmaceutical compounds caf, cip, and nor were acquired from sigma-aldrich (saint louis, mo, usa). the solvents (hplc grade) methanol, acetonitrile, and 88% formic acid were purchased from j.t. baker (phillipsburg, nj, usa). the lab-made sewage composition was as follows: cellulose (47.0 mg l–1), sucrose (98.0 mg l–1), starch (149 mg l–1), nahco3 (370 mg l–1), meat extract (262 mg l–1), nacl (250 mg l–1), cacl2 (7.00 mg l–1), mgcl2 (4.50 mg l–1), las (surfactant, 1.00 mg l–1), k2hpo4, and soybean oil (79 mg l–1). these compounds were dissolved in tap water and resulted in a chemical oxygen demand (cod) of 550 mg o2 l–1 and a ph value of 8.0. 2.2 biochar preparation the santa cruz sugar and ethanol plant (são martinho group) located in américo brasiliense (são paulo state, brazil; 21°45'09.5"s, 48°04'51.3"w) donated the sugarcane bagasse (from sugarcane variety https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 85 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 rb855156). the bagasse was triturated in an industrial blender, sieved through a 2 mm mesh, and transformed into pellets using a hydraulic press machine at 7 atm. as a way to standardize the size of the pellets produced, a stainless-steel mold was used, in order to obtain pellets with a diameter of 12 mm each. the samples were torrefied in atmospheric conditions (altitude of 664 meters, atmospheric pressure 1012 hpa). four different torrefaction temperatures were tested, with evaluation of the resulting biochars in terms of their physicochemical characteristics and mechanical resistance in an aqueous medium. the temperatures used were 260, 270, 280, and 290 °c, producing biochars denoted bg260c, bg270c, bg280c, and bg290c, respectively. the pelleted bagasse samples were placed in porcelain crucibles and torrefied in a muffle furnace (model 7000, edg solutions, são carlos, sp, brazil). the oven program started at 40 °c, with a ramp rate of 10 °c min–1 and a residence time of 1 h after reaching the desired temperature (this time was necessary for the pellets not to break easily). after the process, the crucibles were removed and placed in a desiccator. the biochar pellets were washed in water for 2 h, under stirring at 125 rpm, in a shaker-incubator (model ma830, marconi, piracicaba, sp, brazil) for the removal of ash and impurities derived from the torrefaction process, followed by drying for 24 h at 120 °c. figure 1 shows the workflow for production of the biochar pellets by torrefaction. figure 1. sugarcane bagasse biochar torrefaction and pellet production processes. 2.3 characterization of the materials 2.3.1 thermogravimetry and proximate analysis thermogravimetric analysis (tga) was performed using an sdt-2960 simultaneous tga/dta (differential thermal analysis) thermal analyzer (ta instruments, new castle, de, usa). for the characterization by tga/dtg (derivative thermogravimetry), the thermal analyzer software was programmed for two evaluation methods: thermal stability and proximate analysis. for the thermal stability analysis, the biochar sample was macerated and approximately 8 mg were placed in an alumina crucible for weighing using the thermobalance. the sample was heated under an atmosphere of synthetic air at a flow rate of 100 ml min–1, with the temperature increased from 25 to 600 °c at a rate of 10 °c min–1. for the proximate analysis, about 9 mg of the macerated biochar were weighed out and placed in an alumina crucible, according to the method described previously (torquato et al., 2017). 2.3.2 scanning electron microscope topographic contrast micrographs were obtained using a scanning electron microscope (sem) (model jsm7500f, jeol, kyoto, japan). the sem images were acquired at magnifications of 100x and 7000x. 2.3.3 fourier transform infrared absorption spectroscopy fourier transform infrared absorption spectroscopy (ftir) spectra were acquired in the range from 4000 to 400 cm–1, using a spectrophotometer (vertex 70, bruker, billerica, ma, usa) equipped with an attenuated total reflectance (atr) accessory. 2.3.4 elemental analysis elemental analysis was performed using a cnhs/o 2400 series ii elemental analyzer (perkin elmer, waltham, ma, usa) to determine the sample composition in terms of carbon (c), hydrogen (h), nitrogen (n), sulfur (s), and oxygen (o). 2.3.5 surface area analysis the biochar surface area and porosity were measured using the nitrogen adsorption and desorption method. the isotherms were recorded using an asap 2000 instrument (micromeritics, narcross, ga, usa) operated with asap 2010 v. 3.01 software. 2.3.6 point of zero charge and ph the ph was measured using a ph meter (model pg1800, gehaka, são paulo, sp, brazil). the point of zero charge (phpzc) determination was performed using https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 86 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 the method proposed by regalbuto and robles (2004), employing 30 ml of deionized water with 30 mg of crushed biochar. the ph was adjusted with solutions of hydrochloric acid (hcl) and sodium hydroxide (naoh), both at 0.100 mol l–1, in order to obtain ph values of 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, and 12. after 24 h, the ph was measured again. the ph analysis was conducted according to the method proposed by ahmedna et al. (1997). the experiments were performed for each biochar sample, which was crushed and added to deionized water (1% w/w). the solution was heated to 90 °c and kept under stirring for 20 min. after this period, the samples were cooled to room temperature and the ph was measured again. 2.4 adsorption experiments 2.4.1 selection of torrefaction temperature the bg260c, bg270c, bg280c, and bg290c biochar pellets were evaluated for the adsorption of caf at a concentration of 5.00 μg l–1 in ultrapure water. the assays were performed during 24 h, at a controlled temperature of 25 °c, with stirring at 100 rpm, using a shaker-incubator (model ma830, marconi, piracicaba, sp, brazil). these tests were carried out together with a control experiment using 5.00 μg l–1 caf solution without the adsorbent material. aliquots of 500 µl were withdrawn from the solution at different times (0, 0.25, 0.5, 1, 2.5, 5, 10, and 24 h), in order to evaluate the adsorption kinetics. 2.4.2 kinetics of adsorption of the pharmaceutical compounds onto the biochar in lab-made sewage lab-made sewage produced in the laboratory was used, since it enabled simulation of the composition of domestic sewage, in the absence of any preexisting pharmaceutical compounds. the adsorption of caf, cip, and nor was evaluated using the biochar obtained using the best torrefaction temperature. the batch adsorption tests were performed individually for each pharmaceutical compound, in order to avoid possible synergistic interactions and interference in this experiment. for this adsorption kinetics, in 100 ml polypropylene flasks, approximately 6.0 g (equivalent 30 ml) of biochar and 60 ml of lab-made sewage were added. the lab-made sewage was spiked with each compound, using concentrations of 5.00 μg l–1 for caf and 10.0 μg l–1 for cip and nor. the test was carried out during 24 h, at a controlled temperature of 25 °c and with stirring at 100 rpm. a control experiment with each individual pharmaceutical compound was performed using only the lab-made sewage, without the adsorbent material. aliquots of 500 µl were withdrawn from the solution at 10 different times (0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, and 24 h), for determination of the adsorption kinetics. the samples were filtered through 0.22 µm nylon membranes and analyzed by lc-ms/ms, according to the method developed by marasco júnior et al. (2021). in this developed method the limits of detection and quantification were, respectively, for caf 0.001 and 0.5 μg l–1; cip 0.5 and 3 μg l–1 and for nor 1 and 3 μg l–1. 3. results and discussion 3.1 thermogravimetric analysis 3.1.1 thermogravimetry / derivative thermogravimetry figure 2 shows the tga/dtg curves for the in natura bagasse (bg) and the biochars bg260c, bg270c, bg280c, and bg290c, indicating three welldefined thermal events. the first event did not involve decomposition, but was due to the elimination of moisture present in the samples. the curves showed that with increase of the torrefaction temperature, the biochar presented a lower content of hydrophilic components and consequently absorbed a smaller amount of moisture. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 87 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 figure 2. tga (a) and dtg (b) curves obtained for the in natura bagasse (1), bg260c (2), bg270c (3), bg280c (4), and bg290c (5). the second thermal event was associated with the decomposition of hemicellulose and cellulose. the tga/dtg curves indicated that the in natura bagasse was less stable, with the thermal decomposition temperature being shifted to the left and the presence of two superimposed peaks attributed to hemicellulose and cellulose. the bg290c sample showed greater stability, with the temperature for initiation of decomposition shifted to the right, due to previous elimination of volatile material during the torrefaction. the third decomposition step could be attributed to lignin, with thermal decomposition between 350 and 530 °c. the tga curves showed that higher thermal stability was correlated with higher biochar torrefaction temperature. this increase of stability was related to the amount of residues and metal oxides present in the sugarcane bagasse pellets. table 2 shows the mass losses in each temperature range, the mass loss variation in the stages, the residue produced, and the total mass loss for each sample. the moisture losses ranged from 1 to 4% (fig. 2, tab. 3), with these low values suggesting that partial degradation of hemicellulose, cellulose, and lignin occurred during pellet torrefaction. table 2. mass loss event temperature ranges (δt), mass losses (δm), sample ash contents, and total mass losses for the in natura bagasse and the biochars. sample δt (°c) δm (%) ash (%, at 591.6 °c) total mass loss (%) raw bg 1st) 30.3 – 105 3.68 25.6 74.4 2nd) 195 – 376 54.7 3rd) 376 – 518 15.5 bg260c 1st) 21.6 – 113 4.06 26.6 73.4 2nd) 186 – 360 39.4 3rd) 360 – 517 29.6 bg270c 1st) 22.4 – 90.0 1.80 32.2 67.8 2nd) 204 – 356 37.2 3rd) 356 – 516 28.6 bg280c 1st) 26.6 – 94.4 3.24 37.5 62.5 2nd) 208 – 362 27.0 3rd) 362 – 541 31.8 bg290c 1st) 41.0 – 106 1.24 54.9 45.1 2nd) 163 – 347 12.9 3rd) 361 – 529 27.9 table 3. average compositions of the raw bagasse and the biochars, in terms of moisture, volatile materials, fixed carbon, and ash. sample composition (%) moisture volatile materials fixed carbon ash raw bg 3.96 51.2 7.67 36.9 bg260c 3.25 48.7 20.3 27.6 bg270c 3.82 31.5 27.8 36.9 bg280c 2.57 27.0 24.5 45.8 bg290c 2.58 40.1 28.2 29.1 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 88 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 in the second step, it could be seen that increase of the torrefaction temperature led to a decrease of the peak related to the mass loss attributed to hemicellulose and volatile compounds, which was greatest for the biochars produced at 280 and 290 °c, since these higher temperatures caused substantial losses of these components. in the third step, the cellulose and lignin degradation peaks were less intense, compared to the peaks of the second stage. for bg260c and bg270c, the mass loss was higher in the second stage than in the third stage, while the opposite was observed for samples bg280c and bg290c. this suggested that lignin and cellulose were the main components present in bg280c and bg290c. in addition, increase of the torrefaction temperature led to an increase of the ash content, relative to the other fractions (tab. 2). increase of the torrefaction temperature was directly related greater decomposition of the organic content. at high temperatures, the losses affect the mechanical properties, porosity, density, and thermal stability of the material. 3.1.2 proximate analysis in the torrefaction temperature range (200-300 °c), increase of the mass loss was directly related to the temperature increase, mainly due to the decomposition of hemicellulose, as shown in fig. 2 and tab. 2. when pyrolysis is performed at temperatures above 300 °c, the main mass loss and consequent generation of volatile materials are associated with the decomposition of cellulose and lignin (dias et al., 2018). the amounts of water found in the biochars and the in natura bagasse corresponded to the combination of surface humidity and the moisture present within the composition of the material. the moisture contents presented by the biochars and the bagasse did not exceed 4% (tab. 3). as expected, the in natura bagasse presented the highest mass loss due to volatile materials (51.2%), since the previously torrefied samples had already partially lost these compounds. 3.2 scanning electron microscopic analyses the micrographs of the biochars (fig. 3) obtained at magnifications of 100x and 7000x showed that increase of the torrefaction temperature caused an increase of the amount of carbonized biomass, with small fragments evident. it could also be seen that the biochar surface was not regular, due to partial removal of the lignocellulosic biomass during the torrefaction process, leaving the biochar with a porous and rough surface. this indicated the suitability of the material for use as an adsorbent, since a high surface area enables efficient interaction with different types of chemical compounds. the porous structure demonstrated that the thermal conversion process removed the outer fibers, consequently increasing the surface area, which made the cellulose accessible for thermal degradation (morais et al., 2017). the formation of irregular particles could have been related to the fusion and solidification of oxides formed between silicon, metal elements, and oxygen during combustion. the silicon content in biochar is a favorable aspect for its use as an adsorbent material, since a high silicon content promotes the ionic exchange of metallic species (rodríguez-díaz et al., 2015). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 89 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 figure 3. scanning electron microscopic micrographs of the biochars at magnification of 7000x: bg260c (a), bg270c (b), bg280c (c), and bg290c (d). 3.3 fourier transform infrared analysis of the biochars figure 4 shows the ftir spectra obtained in the range from 4000 to 400 cm–1. bands in the region between 3700 and 3100 cm–1 could be attributed to o–h bond stretching, due to the presence of alcoholic, phenolic, and hydroxyl groups in the lignocellulosic biomass. bands in the range 3000– 2700 cm–1 corresponded to asymmetric and symmetric stretching of methyl and methylene groups, respectively (becker et al., 2013; granados et al., 2017). bands in the region between 1800 and 1650cm–1 were due to carbonyl group stretching, indicating the presence of conjugated and unconjugated c=o of carboxylic acids from hemicellulose and from cellulose after oxidation. figure 4. infrared spectra of the in natura bagasse (1), bg260c (2), bg270c (3), bg280c (4), and bg290c (5) in the 4000–400 cm–1 region. the torrefaction process led to decreased intensity of this peak, reflecting a decrease of carboxylic acid groups, leading to the formation of new products, as shown by signals at around 1700 cm–1. signals in the range 1600–1500 cm–1 could be attributed to vibrations of c=c in the lignin aromatic skeleton, which increased as the torrefaction temperature increased. bands between 1500 and 1350 cm–1 corresponded to deflections and deformations of c–h bonds of amorphous lignin and cellulose polysaccharides. bands in the range 1300–1150 cm–1 were due to stretching vibrations of c–o of the lignin guaiacyl aromatic rings and antisymmetric stretching of the c–oh and c–o–c bonds of cellulose and hemicellulose. the intensity of the bands in this region tended to decrease with increase of the torrefaction temperature. bands in the range 1050–1000 cm–1 corresponded to c–o, c=c, and c–c vibrations of cellulose, hemicellulose, and lignin. a small band at around 900 cm–1 could be attributed to the betaglycosidic bonds in cellulose and hemicellulose, while bands in the range 800–600 cm–1 were due to the vibrations of o–h connections (granados et al., 2017; ibrahim et al., 2013; mubarik et al., 2015; rodríguezdíaz et al., 2015). the ftir data is presented in tab. 4. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 90 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 table 4. possible functional groups and compounds found in the samples by ftir. wavenumber (cm-1) type of vibration chemical functionalities and/or possible components references 3700-3100 o–h alcoholic, phenolic, and hydroxyl groups granados et al. (2017); mubarik et al. (2015); rodríguez-díaz et al. (2015) 3000-2700 c–h methyl and methylene granados et al. (2017) 1800-1650 c=o carboxylic acid granados et al. (2017); mubarik et al. (2015); rodríguez-díaz et al. (2015) 1600-1500 c=c aromatics mubarik et al. (2015) 1500-1350 c–h amorphous polysaccharides granados et al. (2017) 1300-1150 c–o, c–oh, c–o–c aromatics, lignin, cellulose, and hemicellulose granados et al. (2017); mubarik et al. (2015) 1050-1000 c–o, c=c, c–c–o cellulose, hemicellulose, and lignin granados et al. (2017) 900 β-glycoside hemicellulose and cellulose granados et al. (2017) 800-600 o–h alcoholic, phenolic, and hydroxyl groups granados et al. (2017) 3.4 biochar elemental composition the elemental compositions of the biochars are shown in tab. 5. as expected, there was an increase of the carbon content as the temperature increased, while the hydrogen, oxygen, and sulfur contents decreased. higher nitrogen contents were found for the biochars produced at 280 and 290 °c, compared to those produced at 260 and 270 °c. in general, as the torrefaction temperature and residence time increase, there are increases of the amount of carbon and decreases of the amounts of hydrogen and oxygen. therefore, the values of the h/c and o/c atomic ratios tend to decrease with increase of the torrefaction temperature (tumuluru et al., 2011). slight decreases of the h/c and o/c ratios values were observed as the torrefaction temperature increased, which could be explained by the loss of hydroxyl and carboxylic functional groups, respectively (rangabhashiyam and balasubramanian, 2019). lower o/c values were observed according to increase of the temperature, indicating a more aromatic biochar and a less hydrophilic structure, due to dehydration reactions and the higher degree of carbonization. table 5. elemental compositions and atomic ratios of the biochars. elements and ratios composition (%) bg260c bg270c bg280c bg290c carbon (c) 49.5 50.7 52.2 54.1 hydrogen (h) 4.19 3.91 2.54 2.33 nitrogen (n) 0.15 0.14 0.35 0.27 sulfur (s) 1.02 0.96 0.64 0.66 oxygen (o) 30.9 30.0 29.3 20.4 ratio h/c 0.08 0.08 0.05 0.04 ratio o/c 0.62 0.59 0.56 0.38 ratio (o+n)/c 0.63 0.60 0.57 0.38 the low h/c values indicated that the biomass was carbonized, suggesting an increase of aromaticity as the torrefaction temperature increased. however, the biochar produced was not totally hydrophobic and aromatic, since the ftir spectra showed the presence of bands corresponding to hydrophilic groups. this was also observed by al-wabel et al. (2013), who found that the h/c ratio decreased using temperatures in the range from 200 to 800 °c. hafshejani et al. (2016) compared a sample of in natura sugarcane bagasse with bagasse pyrolyzed at 300 °c and observed an increase from 0.3 to 4.1%. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 91 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 3.5 surface area the results obtained for the bet surface area, pore total volume, and pore size of the biochars are presented in tab. 6. the use of torrefaction temperatures from 260 to 290 °c, with heating rates of 10 °c min–1 and short residence times (1 h), resulted in bet surface areas ranging from 1.83 to 3.24 m² g–1. the small variation in the torrefaction temperature did not significantly alter the surface areas. the bg280c sample presented the highest values for the surface area and the pore volume. this biochar also showed the highest release of volatile materials, as shown by the proximate analysis. sun et al. (2018) pyrolyzed sugarcane bagasse at temperatures ranging from 300 to 600 °c, with a residence time of 2 h and heating rate of 5 °c min–1, obtaining a surface area and total pore volume of 1.05 m² g–1 and 0.68 cm³ g–1, respectively, for the sample produced at 300 °c. in other work, peanut shells were used for biochar production, with specific surface areas of 1.83 and 7.11 m² g–1 obtained at temperatures of 200 and 300 °c, respectively (j. chen et al., 2017; w.-h. chen et al., 2017). table 6. bet surface areas, pore total volumes, and pore sizes of the biochars. sample bet surface area (m² g–1) pore total volume (cm³ g–1) pore size (å) bg260c 1.83 5.1 x 10-3 112 bg270c 2.08 5.5 x 10-3 126 bg280c 3.24 6.2 x 10-3 108 bg290c 2.04 6.1 x 10-3 121 3.6 determination of ph and phpzc the values obtained for the point of zero charge and ph are provided in tab. 7. table 7. phpzc and ph values of the biochars. sample phpzc ph bg260c 4.61 ± 0.52 4.38 ± 0.08 bg270c 5.01 ± 0.73 4.43 ± 0.08 bg280c 5.64 ± 0.06 4.60 ± 0.03 bg290c 5.53 ± 0.56 4.58 ± 0.09 the phpzc ranged from 4.61 to 5.53, while the ph ranged from 4.38 to 4.60. the solution ph was lower than the phpzc, indicating that the sugarcane bagasse biochar presented a positive surface charge, related to an excess of h+ ions capable of adsorbing anionic species (binh and nguyen, 2020). these results were in agreement with the findings of hafshejani et al. (2016), which obtained a phpzc of 5.35 for torrefied biochar produced from modified sugarcane bagasse. as the torrefaction temperature increased, there was a small increase of the ph, which could be explained by the separation of alkaline salts from organic materials (al-wabel et al., 2013; tag et al., 2016). the alkalinity and carbonate content of biochars tend to increase as the temperature increases, while the contribution of organic anions to biochar alkalinity decreases (yuan et al., 2011). 3.7 adsorption kinetics 3.7.1 selection of torrefaction temperature the choice to prepare pellets by torrefaction was based on lower energy costs, in addition to the possibility of using renewable sources, such as solar energy (quéno et al., 2019). in order to identify the best biochar torrefaction temperature, preliminary experiments were performed using 5.00 µg l–1 caf in aqueous solution. the caf removal efficiencies are shown in tab. 8. caf was selected since it is an important emerging contaminant, considered as a biomarker of anthropogenic contamination of wastewater and surface waters (buerge et al., 2003). the biochar samples showed similar behaviors, with removal efficiencies higher than 88% and attainment of equilibrium in approximately 10 h, with the exception of bg270c, for which equilibrium was reached after 24 h. after 24 h of the experiment, the bg260c pellets underwent disintegration, with the solution presenting a yellow color (data not shown). the bg270c and bg290c samples showed partial disintegration of some biochar pellets, but no color change of the solution. the bg280c sample presented the best stability in the aqueous medium, without disintegration or solution color change. therefore, the bg280c sample was selected for use as an adsorbent, since it presented the best stability in solution and showed a caf adsorption efficiency of 92.8% after 10 h, in comparison to the control. table 8. removal efficiencies obtained for caf at 5.00 µg l–1 in aqueous solution, using the bg260c, bg270c, bg280c, and bg290c biochars. caf removal efficiency (%) t (h) biochar sample bg260c bg270c bg280c bg290c 10 89.61 92.50 92.84 90.29 24 88.25 93.53 91.82 89.95 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 92 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 3.7.2 adsorption of the pharmaceutical compounds on biochar pellets in lab-made sewage the bg280c biochar was chosen as the adsorbent material. contact time experiments were carried out for caf, cip, and nor in three separate assays employing the lab-made sewage ph 8.0 (cod of 550 mg o2 l–1) simulating the composition of domestic sewage. figure 5 presents the removal efficiencies obtained for these three compounds. in this study the main objective was to remove the caf, cip and nor using the biochar in complex samples, such as lab-made sewage which mimics the soluble components of domestic sewage and present ph equal to 8. therefore, the ph tests were not carried out to investigate possible effects of this parameter in the removal process. all batch studies were performed at ph equal to 8. figure 5. removal efficiencies obtained for caf at 5.00 μg l–1, cip at 10.0 μg l–1, and nor at 10.0 μg l–1, using the bg280c biochar in lab-made sewage. nor and cip presented similar adsorption behaviors, with removal efficiencies of 91.0 and 81.0%, respectively and attainment of equilibrium after around 4 and 8 h, respectively. this removal could be attributed to the positive charges present on the surface of the biochar pellets, which attracted the negative parts of the cip and nor molecules in the lab-made sewage with ph 8.0. these molecules exist in zwitterionic forms in solutions with ph from 6.0 to 8.8 (osonwa et al., 2017; sun et al., 2002). in the case of caf, there was a decrease of the adsorption between 3 and 4 h, with equilibrium being reached after 6 h. a total of 58.0% of caf was removed from the lab-made sewage, which was lower than the value of 92.8% obtained in the earlier experiment using the compound in ultrapure water. the observed difference in the caf removal efficiency could be explained by the compositional complexity of the lab-made sewage, compared to ultrapure water. in particular, the presence of chloride ions and soybean oil can interfere in the adsorption efficiency. as mentioned previously, the π-π interactions of the biochar with the aromatic rings of the compounds could have contributed to the adsorption. as indicated by the results of the ftir and elemental composition analyses, the presence on bg280c of groups containing electronegative elements such as oxygen and nitrogen provided abundant sites for adsorption (tran et al., 2017). the keyhole pore filling mechanism could have contributed to the adsorption of the compounds. cip presents dimensions of 13.5 × 3 × 7.4 å, so it (as well as caf) could be adsorbed by this mechanism, since the dimensions of the molecules were smaller than those of the biochar pores (ma et al., 2017). figure 6 shows the removal efficiencies obtained using the bg280c biochar in the lab-made sewage. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 93 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 figure 6. removal efficiencies obtained for caf at 5.00 µg l–1 (a), cip at 10.0 µg l–1 (b), and nor at 10.0 µg l–1 (c), using the bg280c biochar in lab-made sewage. the compounds nor, caf, and cip reached equilibrium after periods of 4, 6, and 8 h, respectively. as shown from the ph/phpcz results, the sugarcane bagasse biochar samples had positive charges on their surfaces, due to the excess of h+ ions. therefore, the adsorption of a cationic species such as caf occurred due to other interaction mechanisms. the presence of functional groups rich in oxygen on the adsorbent surface can contribute to the adsorption of contaminants. in addition, π–π interactions of electron donors and acceptors are important in removal by adsorption. the ftir and elemental analyses of the biochars demonstrated the presence of carboxylic acids and nitrogenous groups. therefore, π–π interactions could have contributed to the adsorption of caf on the torrefied sugarcane bagasse. as reported previously, carboxylic acids and carbonyls tend to be electron acceptors in the formation of π–π interactions with aromatic molecules, contributing to caf adsorption (ahmed et al., 2018; keiluweit and kleber, 2009). the adsorption of caf could also have been favored by the biochar pore size, which varied from 108 to 126 å, since the caffeine molecule has dimensions of 7.8 × 6.1 × 2.1 å, enabling its penetration into the biochar pores (pendolino, 2014). correa-navarro et al. (2020) produced a biochar from fique bagasse, using pyrolysis at 850 °c and a residence time of 3 h, which was used for the removal of caffeine and diclofenac. 4. conclusions in this paper, torrefaction was used as a carbonization strategy, as a way to prepare sugarcane bagasse biochar which presented a high performance in the adsorption of pharmaceutical compounds. characterization of sugarcane bagasse biochar samples using thermogravimetric and proximate analyses demonstrated the presence of lignin and cellulose as the main constituents after the thermochemical conversion. the biochars could be considered mesoporous adsorbents, with irregular and positively charged surfaces. the ftir spectra showed the presence of hydrophilic and hydrophobic groups. samples of the bg260c, bg270c, bg280c, and bg290c biochars were evaluated for the adsorption of caf in aqueous media. the bg280c material presented the best adsorption efficiency (up to 93%) and stability in the aqueous media. high adsorption efficiency was achieved even at low concentrations of contaminants (at the µg l–1 concentration level) in a complex matrix such as lab-made sewage, where adsorptions of 91, 81, and 58% were achieved for nor, cip, and caf, respectively. in addition, the low cost per ton (around us$ 20.00) of the raw material provides to sugarcane bagasse biochar a promising adsorbent and economic alternative to be used as technology to mitigate the presence of emerging contaminants in wastewater treatment plants and water supply units. authors’ contribution conceptualization: fonsêca, m. c.; lima gomes, p. c. f.; pires, l. o.; ribeiro, c. a. data curation: fonsêca, m. c.; lima gomes, p. c. f. formal analysis: fonsêca, m. c.; marasco júnior, c. a.; lima gomes, p. c. f. funding acquisition: lima gomes, p. c. f. investigation: fonsêca, m. c.; lima gomes, p. c. f.; dias, d. s. methodology: lima gomes, p. c. f.; pires, l. o.; ribeiro, c. a. project administration: lima gomes, p. c. f. resources: lima gomes, p. c. f. software: fonsêca, m. c.; lima gomes, p. c. f.; pires, l. o. supervision: lima gomes, p. c. f.; pires, l. o. validation: da silva, j. p.; marasco júnior, c. a. visualization: lima gomes, p. c. f.; pires, l. o.; lamarca, r. s. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 original article revista.iq.unesp.br 94 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 82-96 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p82-96 writing – original draft: fonsêca, m. c.; lima gomes, p. c. f.; pires, l. o; lamarca, r. s. writing – review & editing: fonsêca, m. c.; lima gomes, p. c. f.; pires, l. o; lamarca, r. s.; ribeiro, c. a. data availability statement the data are available in the unesp repository. the data that support the findings of this study are available from the corresponding author, paulo c. f. lima gomes, upon reasonable request. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2016/03369-3; 2018/22393-8; 2018/11700-7. inct-datrem. grant no: 2014/50945-4. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 465571/2014-0. coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). grant no: 88887136426/2017/00. acknowledgments the authors are grateful for the support provided by institute of chemistry (araraquara, são paulo state university). references ahmed, m. b.; zhou, j. l.; ngo, h. h.; johir, md. a. h.; sun, l.; asadullah, m., belhaj, d. sorption of hydrophobic organic contaminants on functionalized biochar: protagonist role of π-π electron-donor-acceptor interactions and hydrogen bonds. j. hazard. mater. 2018, 360, 270–278. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.08.005 ahmedna, m.; johns, m. m.; clarke, s. j.; marshall, w. e.; rao, r. m. potential of agricultural by-product-based activated carbons for use in raw sugar decolourisation. j. sci. food agric. 1997, 75 (1), 117–124. 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https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.10.035 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.10.035 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.11.041 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.11.041 https://amrel.bioe.uic.edu/nsfreu2004/reports2004/jaime%20robles_final%20report.pdf https://amrel.bioe.uic.edu/nsfreu2004/reports2004/jaime%20robles_final%20report.pdf https://amrel.bioe.uic.edu/nsfreu2004/reports2004/jaime%20robles_final%20report.pdf https://amrel.bioe.uic.edu/nsfreu2004/reports2004/jaime%20robles_final%20report.pdf https://amrel.bioe.uic.edu/nsfreu2004/reports2004/jaime%20robles_final%20report.pdf https://amrel.bioe.uic.edu/nsfreu2004/reports2004/jaime%20robles_final%20report.pdf https://doi.org/10.1007/s12155-015-9646-6 https://doi.org/10.1007/s12155-015-9646-6 https://doi.org/10.1007/s12155-015-9646-6 https://doi.org/10.1007/s12155-015-9646-6 https://doi.org/10.1007/s12155-015-9646-6 https://scifinder.cas.org/ https://scifinder.cas.org/ https://doi.org/10.1016/s0939-6411(02)00018-8 https://doi.org/10.1016/s0939-6411(02)00018-8 https://doi.org/10.1016/s0939-6411(02)00018-8 https://doi.org/10.1016/s0939-6411(02)00018-8 https://doi.org/10.1016/s0939-6411(02)00018-8 https://doi.org/10.1016/s0939-6411(02)00018-8 https://doi.org/10.1007/s10924-017-0986-5 https://doi.org/10.1007/s10924-017-0986-5 https://doi.org/10.1007/s10924-017-0986-5 https://doi.org/10.1007/s10924-017-0986-5 https://doi.org/10.1007/s10924-017-0986-5 https://doi.org/10.1016/j.jaap.2016.05.006 https://doi.org/10.1016/j.jaap.2016.05.006 https://doi.org/10.1016/j.jaap.2016.05.006 https://doi.org/10.1016/j.jaap.2016.05.006 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.12.058 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.12.058 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.12.058 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.12.058 https://doi.org/10.1007/s10973-016-5882-z https://doi.org/10.1007/s10973-016-5882-z https://doi.org/10.1007/s10973-016-5882-z https://doi.org/10.1007/s10973-016-5882-z https://doi.org/10.1007/s10973-016-5882-z https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.04.014 https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.04.014 https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.04.014 https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.04.014 https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.04.014 https://doi.org/10.1089/ind.2011.7.384 https://doi.org/10.1089/ind.2011.7.384 https://doi.org/10.1089/ind.2011.7.384 https://doi.org/10.1089/ind.2011.7.384 https://doi.org/10.1089/ind.2011.7.384 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.02.103 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.02.103 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.02.103 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.02.103 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.215 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.215 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.215 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.215 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.215 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.11.018 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.11.018 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.11.018 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.11.018 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080104541.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080144941.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080222900.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080323030.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080350784.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080411435.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080427776.pdf eclet. quim. 49 | e-1496, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 issn 1678-4618 page 1/5 1state university of malang, chemistry, malang, indonesia. 2sma negeri 3 sidoarjo, sidoarjo, indonesia. 3universitas airlangga, pharmacy, surabaya, indonesia. 4universitas brawijaya, computer science, malang, indonesia. 5indonesia defense university, medical, bogor, indonesia. +corresponding author: deni ainur rokhim, phone: +6283857257301, email address: deniainurrokhim@gmail.com original article optimizing sewage water of perum pesona permata gading with the assistance of cu/mg electrodes as public street lighting based on green technology electricity deni ainur rokhim1,2+ , diana novel smith3 , alfredo radinal mukhtar4 , azzahra zafira putri koto5 abstract electricity in indonesia uses fossil fuels as an energy source. if fossil fuels run out, we will lose our largest source of electrical energy. therefore, we need a way to reduce dependence on fossil fuels by making good use of renewable energy as a source of electrical energy. one of them is green technology electricity with the utilization of sewage water to convert chemical energy into electrical energy. this study aims to determine the potential of sewage water assisted by cu/mg electrodes as a source of street lighting, manufacturing, and testing methods, and the effect of optimizing sewage water on electrical performance as street lighting. lack of lighting in residential areas is also a supporting factor in this research. the stages used are preparation, incubation, construction assembly, research, and strength testing. based on research, the sewage water from perum pesona permata gading can be used as street lighting with the highest potential difference and current strength being 4.4 v and 0.55 a for each 50 ml of the sewage water. article history received may 31, 2023 accepted february 27, 2024 published may 20, 2024 keywords 1. green technology electricity; 2. alternative energy; 3. sewage water optimization. section editor patricia hatsue suegama highlights green technology applied to sewage water converts chemical energy into electricity. potential of sewage water assisted by cu/mg electrodes as a source of street lighting. the stages are preparation, incubation, construction, research, and strength testing. the highest δv and i were 4.4 v and 0.55 a for each 50 ml of sewage water. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://ror.org/00ypgyy34 https://ror.org/04ctejd88 https://ror.org/01wk3d929 https://ror.org/01wk3d929 https://ror.org/02v4mmk55 mailto:deniainurrokhim@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-0777-4570 https://orcid.org/0000-0002-4602-9058 https://orcid.org/0000-0002-8754-2480 https://orcid.org/0000-0002-6139-6876 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 eclet. quim. 49 | e-1496, 2024 issn 1678-4618 page 2/5 1. introduction the need for electrical energy in this globalization and modernization era is critical (hutabarat et al., 2022). energy is produced by burning non-renewable natural resources. thus, the amount of natural resource reserves globally is becoming thinner and has an impact on the environment. this is shown by the energy production process that produces gas emissions such as carbon dioxide, methane, and others. the gas then envelops the earth, preventing the sun’s heat from evaporating at night. in other words, the energy crisis makes the earth warmer, thus triggering global warming. in addition to having an impact on the environmental sector, the use of non-renewable natural resources has an impact on the economic sector. the higher the energy use, the cost of energy production also increases. meanwhile, the available natural resources are very limited, so it is very possible that prices will increase many times and can trigger damage to economic stability. one of the logical solutions in dealing with the current energy crisis is to use renewable alternative energy. therefore, technological innovation and sustainable alternative energy research are urgently needed. in this era, human beings all around the world are in dire need of renewable alternative energy that will be the new electrical energy source. this is because the availability of electrical energy is not capable of meeting the increasing demand for electricity in indonesia, there is a division of electrical energy in rotation is the impact of limited electrical energy distributed by pln (sintiya and nurmasyitah, 2019). alternative energy is an energy source that comes from nature and can be regenerated freely. electrical energy is a vital need for people worldwide, and electrical energy is the most economical resource that can be used for our daily needs, jobs, and various activities (wahid et al., 2014). almost every aspect of human life cannot be separated from electrical energy (hamamni et al., 2020). the use of electrical energy is based on cheap supply energy and can be easily used compared to other energy (priyarsono et al., 2010). electrical energy generally depends on the availability of natural resources such as fossilbased, solar, wind, and others (hikmawan and suprayitno, 2018). in indonesia, there are a lot of alternative energy sources that have the potential to be solar power plants, water, and a lot more. utilization of this natural resource must be developed so that it can become one of the solutions that can be offered to overcome the country’s problems, especially in the energy sector. one alternative energy that can be used is sewage water. sewage water can easily be found across the nation. sewage is a channel to distribute wastewater and rainwater to be taken to a destination so that it does not bring environmental and health problems. this wastewater can come from households, industrial industries, or other public places that contain materials that can endanger human life and living that can interfere with environmental sustainability (chandra and jaya, 2021). imagine if all the streetlights in the environment are using wastewater as a power for the streetlights. this can result in more available natural resources to store and a lot of wastewaters to be used for something useful. “public street lighting” (psl) is a lamp used for street lighting at night, making it easier for drivers to see the road in the middle of the night to improve traffic safety. one of the causes of traffic accidents is the lack of lighting in the area. based on police data, an average of 3 people die every hour from traffic accidents in indonesia (sugiyanto et al., 2017). the data also says that several causes caused many accidents, 61% of accidents were caused by human factors related to the ability and character of the driver, 9% were due to vehicle factors, and 30% were caused by infrastructure and environmental factors (zulkarnaen et al., 2018). dark lighting conditions lead to lousy eye-sighting and bad road sense. when doubled with the condition of a sleepy driver, it will be even more dangerous. this condition is threatening for motorists and pedestrians. furthermore, a dark location can also provoke someone to commit a crime. the reason why the writer chooses to do this research is that the writer wants to examine how the increasing demand for electrical energy in indonesia is currently not balanced with the availability of electrical energy supply or the electrical energy crisis is something that cannot be avoided. the control blackouts in jawa-bali and planned control blackouts in certain places in sumatra are sign that the electrical supply within the interconnection routine is able to fulfill the expanding power needs of individuals and industry. the circumstance compounds with the expanding toll of fuel which rises to the moon indeed the larger part of control plants exterior java which are utilizing diesel as fuel experienced swelling operational costs (agung, 2013). after examining these conditions, at least two things have to be considered and assessed. to begin with, how distant is the viability and productivity of the interconnection framework for supplying electrical vitality that includes numerous powerplants accessible to date? it is presently the time to explore an elective, more reasonable electrical vitality supply framework. both dependences on fuel oil ought to continuously be diminished by utilizing elective vitality based on nearby potential from each locale in indonesia. since of this reason, an expansion to the utilization of preliminary vitality sources whose saves are bigger such as gas and coal, too calculated application of naturally inviting renewable vitality, such as geothermal, sun powered vitality, wind, and water (agung, 2013). this research was conducted based on the green technology electricity method. green technology electricity is a development of the electrical energy concept that starts from the theories of designing or developing an operating system that integrates modern technology and electrical energy with environmental science, to reduce the negative impacts of human activities. also, with the help of cu/mg electrodes, which will have an impact on the electricity to be used and the lights on public street lighting. the writer wants to use perum pesona permata gading’s sewage water because there are dozens of paths in the area as well as the lack of public street lighting in the area. this is done by testing the strength of the current and voltage, which is intended to analyze the effectiveness of ditch water on the three paths contained in the ditch namely the main line, entrance and exit as a source of electrical energy. the voltage and electric current generated in this study can be explained by adopting the working principle of a voltaic cell. if two different electrodes are placed in an electrolyte solution, they will produce electrical energy from a chemical reaction that takes place spontaneously (atina, 2015). 2. experimental 2.1. tools and materials the tools and materials used in this experiment are: avo meter commonly called a multimeter which serves to measure more than one electric quantity, 9 pieces of 50 ml beaker as a place to react ingredients, crocodile clip cable as a connecting circuit, miniatur led lights as a measure of the ability of the power to turn on the lights, cu plate and mg band 5 cm x 1 cm x 0.1 cm as conductor, sandpaper which serves to smooth the surface of the cu plate and mg band 5 cm x 1 cm x 0.1 cm, sewage water from 3 different paths as a source of electrical energy. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 eclet. quim. 49 | e-1496, 2024 issn 1678-4618 page 3/5 2.2. step-step first, pour the sewage water into the beaker with the provision of sewage water on each line using 3 beakers. sand the cu plate and mg band until you can see the difference in color from the original color. after that, insert the cu plate and mg tape that has been sanded into each beaker that has been filled with sewage water. attach the alligator clip cable to the cu plate and mg band. then, connect it with an avo meter or multimeter analogue and see how much voltage and electrical wear is contained in each sewage line. repeat the experiment up to 5 times every 30 min with an estimated standard deviation not exceeding the mean. 3. results and discussion an electrode is a conductor that can give an electric current from one media to another. electrodes are generally made from metal—namely copper, silver, tin, and zinc. but there are also electrodes made from non-metal electrical conductor materials, a kind of graphite. electrodes can be used in welding, batteries, medicines, as well as manufacturing for processes involving electrolysis (tanjung, 2021). in the case of unidirectional electric current, electrodes came hand in hand and were named as anode and cathode. in a battery, or other dc, anode is interpreted as when the electrons emerge from the electrochemical cell, oxidation occurs. on the opposite, a cathode is interpreted as when electrodes at an electron pass through electrochemistry thus resulting in electrodes when electrons pass through an electrochemical cell resulting in reduction. each electrode can make an anode or cathode depending on the potential differences given to the electrochemical cell. bipolar electrodes are electrodes that act as anode of an electrochemical cell and cathode for other electrochemical cells (sumanzaya et al., 2019). as a result of electrons flowing from the negative electrodes to the positive electrodes, it impacted the electric current in the voltaic cells. this thing was caused by the differences between the potential ratio and the two electrodes. for example, measuring the potential difference between two electrodes using the potentiometer when the electric charge is flowing until it runs out. as a result, this causes potential differences when the electric current reaches zero, named potential cell. the potential differences are obsessed with various electrode materials and concentrations as well as electrolyte temperatures. for example, if daniel cells were measured with a voltage potentiometer at 25°c of temperature when the concentration of zn2+ and cu2+ ions is the same the voltage is 1.10 volt. if the electrodes of cu2+ inside daniell cells were exchanged with ag/ag+ electrodes, and the cell potential will be 1.56 volt. this research method will utilize one pair of cu/mg electrodes to measure the current and voltage of 3 path’s sewage water, the 3 path’s are at inlet, outlet, and main way. utilizing a series of devices such as led lights and multimeters to measure the current strength and electrical potential differences. the result of this research is that cu-mg electrodes can produce a large current value and electric voltage so that the lights using the cumg electrode become brighter. the data obtained in this research conducted 5 repetitions in measurement every 30 minutes with an estimated standard deviation not exceeding the mean. if the standard deviation is greater than the mean, it means the data is more diverse. if the standard deviation is smaller than the mean, it means that the data is less diverse. the standard deviation of the electric voltage is 0.00–0.20 and the standard deviation of the current strength is 0.08–0.16. this is in line with expectations, namely, it does not exceed the mean, which means the data is less diverse, so the data is stable. the voltage and current values vary because of different sewage water paths, there may be differences in each sewage water’s content. the voltage and current generated at every 5 cm x 1 cm x 0.1 cm cu/mg electrode in sewage water can be explained by the working principle of a galvanic cell. two different electrodes inserted into the electrolyte will produce electrical energy because of chemical reactions, namely the reductionoxidation reaction. on the anode, namely the mg band, the oxidation process occurs, meanwhile, on the cathode, the cu plate occurs a reduction reaction (eq. 1). 𝑀𝑔(𝑆) → 𝑀𝑔(𝑎𝑞) 2+ + 2 𝑒− 𝐶𝑢(𝑎𝑞) 2+ + 2 𝑒− → 𝐶𝑢(𝑆) (1) _____________________________ 𝑀𝑔(𝑆) + 𝐶𝑢(𝑎𝑞) 2+ → 𝐶𝑢(𝑆) + 𝑀𝑔(𝑎𝑞) 2+ the electron moves from the anode to the cathode; this reaction keeps repeating until it produces electrical energy. table 1 shows the result of sewage water at the inlet with a cu plate and mg band. table 1. the experiment of sewage water at the inlet with cu plate and mg band. time voltage (v) strong current (a) first 30 min 3.80 0.29 second 30 min 3.80 0.35 third 30 min 3.80 0.50 fourth 30 min 3.80 0.35 fifth 30 min 3.80 0.30 based on table 1, the voltage of the experiment tends to be constant at 3.80 v. meanwhile, the highest current occurred at the third 30 min which was 0.50 a. the second highest current occurs at the second 30 min and the fourth 30 min, which is 0.35 a. the third highest current occurs at the fifth 30 minutes, which is 0.30 a. the lowest current occurs at the first 30 minutes, i.e., 0.29 a. in conclusion, the average current of sewage water electricity in the entrance path is 0.36 a. the formula for calculating power is p = v x i so the inlet power is 1.37 watts by multiplying the average voltage by the average current strength. table 2 presents results obtained from a second path’s sewage water. table 2. the experiment of sewage water at the outlet with cu plate and mg band. time voltage (v) strong current (a) first 30 min 4.00 0.45 second 30 min 4.40 0.55 third 30 min 4.40 0.75 fourth 30 min 4.40 0.55 fifth 30 min 4.00 0.45 based on table 2, the voltage of the experiments tends to be constant at 4.00 v and 4.40 v, the average from the first to fifth 30 min is 4.24 v. meanwhile, the highest current occurred at the third 30 min which was 0.75 a. the second highest current occurs at the second 30 min and the fourth 30 min that was 0.55 a. the lowest current occurs at the first 30 min and the fifth 30 min, which is 0.45 a. in conclusion, the average current of sewage water electricity in the entrance path is 0.55 a. the formula for https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 eclet. quim. 49 | e-1496, 2024 issn 1678-4618 page 4/5 calculating power is p = v x i so the outlet power is 2.33 watts by multiplying the average voltage by the average current strength. table 3 presents results obtained from a third path’s sewage water. table 3. the experiment of sewage water at the main way with cu plate and mg band. time voltage (v) strong current (a) first 30 min 4.00 0.20 second 30 min 4.00 0.45 third 30 min 4.00 0.55 fourth 30 min 4.00 0.45 fifth 30 min 4.00 0.20 based on table 3, the voltage of the experiments tends to be constant at 4.00 v. while the highest current occurs at the third 30 min which was 0.55 a. the second highest current occurs at the second 30 min and the fourth 30 min, which was 0.45 a. and the lowest current occurs at the first 30 min and the fifth 30 min, which is 0.20 a. in conclusion, the average current of sewage water electricity in the entrance path is 0.37 a. the formula for calculating power is p = v x i so the outlet power is 1.48 watts by multiplying the average voltage by the average current strength. figures 1 and 2 show the graphic of the electrical voltage for the three parts. figure 1. electrical voltage on the three paths. figure 2. the strong electric current in the three paths. from the tables and figures, it is evident that every wastewater channel in perum pesona permata gading has the potential to be a lighting power plant, considering that in indonesia the average public street lighting lamp has a power of 30 to 60 watts. meanwhile, in the research above, for every 5 ml of wastewater, 1.36, 2.33 and 1.48 watts of power were obtained from the inlet, outlet, and main lines respectively. if the sewer water volume and cu/mg area increases the power of the wastewater will also increase and can meet the minimum standards for public street lighting in indonesia. with the entrance and main path of perum pesona permata gading is less effective to be the source of electricity in public street lighting. meanwhile, based on the table above, the exit path of perum pesona permata gading has high, constant voltage and current strength. so, we can conclude that the sewage water in this path is very effective in water optimization to be used as a source of electrical energy with cu/mg electrodes inserted into the wastewater which will later help the ions in the water interact and turn into electrical energy. this is also supported by the conductivity found in wastewater of 10,000. conductivity is related to the amount of electron flow that is excited due to the content in the wastewater. the exit route of perum pesona permata gading leads to a river that contains many kinds of household waste so the content in the wastewater is not pure h2o which causes the voltage and strength of the water flow to be higher and more constant. based on the research above, the optimization of sewage water is certainly very influential for electrical performance as an energy source for public street lighting lamps as well as in people’s lives. because the use of this sewage water produces a high, constant voltage and strong electric current so that the lamp can light up brightly. the use of this sewage water as energy source is also included in the use of renewable alternative energy where this energy can be continuously used and will not run out so that it can guarantee the fulfillment of increasing human needs. furthermore, the increasing demand for electrical energy in indonesia is currently not balanced with the availability of electrical energy supply. this can also help the government in supplying electrical energy by utilizing wastewater so that it can be more useful, and the use of alternative energy can help the government to store natural resources that are currently in limited availability. this experiment requires further research to realize it in the field with more complex internal and external factors such as the need for greater funds and materials as well as the need for support from residents and local government for the realization of this power plant. 4. conclusions based on the research’s data, the experiment proves that the light is better lit on the water exit path of the perum pesona permata gading sewage than on the other two paths. with the difference of potential of 4.4 v and the current strength of 0.55 a for every 50 ml sewage water of the perum pesona permata gading. after all that, we can conclude that all 3 paths of perum pesona permata gading can be used as a source of electricity with the assistance of cu/mg electrodes, being able to produce voltage and high current electricity, thus has the potential to be used in public street lighting with brightly lit lights. authors’ contributions conceptualization: rokhim, d. a.; data curation: smith, d. n.; formal analysis: koto, a. z. p.; smith, d. n.; funding acquisition: rokhim, d. a.; investigation: smith, d. n.; methodology: mukhtar, a. r.; project administration: koto, a. z. p.; resources: koto, a. z. p.; software: mukhtar, a. r.; supervision: rokhim, d. a.; validation: rokhim, d. a.; 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 first 30 min second 30 min third 30 min fourth 30 min fifth 30 min voltage (v) inlet outlet main way 0 0,2 0,4 0,6 0,8 first 30 min second 30 min third 30 min fourth 30 min fifth 30 min strong current (a) inlet outlet main way https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1496 eclet. quim. 49 | e-1496, 2024 issn 1678-4618 page 5/5 visualization: mukhtar, a. r.; writing – original draft: smith, d. n.; writing – review & editing: rokhim, d. a. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references agung, a. i. potensi sumber energi alternatif dalam mendukung kelistrikan nasional. j. pendidik. tek. elektro. 2013, 2 (2), 892–897. https://doi.org/10.26740/jpte.v2n2.p%25p atina, a. tegangan dan kuat arus listrik dari sifat asam buah. sainmatika 2015, 12, (2) 28–42. https://doi.org/10.31851/sainmatika.v12i2.989 chandra, a. t. g.; jaya, a. m. aplikasi metoda arsitektur inklusif pada ruang ekspresi seni bagi penyandang disabilitas. j. sains dan seni its. 2021, 10 (2) 2337–3520. https://doi.org/10.12962/j23373520.v10i2.74554 hamamni, k.; mukhsim, m.; siswanto, d. prototipe sistem monitoring biaya penggunaan listrik pada rumah kos berbasis iot. journal of application and science on electrical engineering. 2020, 1 (2) 100–110. https://doi.org/10.31328/jasee.v1i02.12 hikmawan, s. r.; suprayitno, e. a. rancang bangun lampu 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https://doi.org/10.31851/sainmatika.v12i2.989 https://doi.org/10.12962/j23373520.v10i2.74554 https://doi.org/10.31328/jasee.v1i02.12 https://doi.org/10.21831/elinvo.v3i1.15343 https://doi.org/10.31289/jesce.v5i2.5757 https://doi.org/10.23960/jtaf.v7i2.1982 https://doi.org/10.14710/jkm.v6i5.22112 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129092619253.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129092646453.pdf original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 90 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 luminescence and structural properties of ca1-xzro3:eux: an experimental and theoretical approach marcelo assis1,2+ , marisa carvalho de oliveira1 , amanda fernandes gouveia2,3 , lara kelly ribeiro1,2 , ieda lucia viana rosa1 , renan augusto pontes ribeiro4 , juan manuel andrés bort2 , elson longo1 1. federal university of são carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. 2. university jaume i, department of physical and analytical chemistry, castelló, spain. 3. state university of campinas, institute of chemistry, campinas, brazil. 4. state university of minas gerais, departament of chemistry, divinópolis, brazil. +corresponding author: marcelo assis, phone: +55 19997347439 email address: marcelostassis@gmail.com article info article history: received: july 29, 2021 accepted: november 10, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. perovskites 2. europium 3. phosphors 4. dft section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: the influence of eu3+ cations in the host matrix of cazro3 was investigated by analyzing its luminescence and structural properties. the ca1-xzro3:eux crystals (x = 0.01, 0.02, 0.04, and 0.08 mol%) were obtained by a simple sol-gel method followed by a soft thermal treatment without any surfactant. the structural characterization was performed at short-, mediumand longdistance to verify the effect of the dopant in the host matrix. to endorse the experimental results, first-principles calculations were performed by using the crystal program associated with the density functional theory. the luminescence profile of the sample was investigated by analyzing the excitation and emission spectrum monitoring the emission at 614 nm and excited at 394 nm, noting that the sample eu-doped with 0.08 mol% has greater emission intensity. the color variations of the characteristic emissions of ca1-xzro3:eux crystals were evaluated according to the commission internationale de l’éclairage, observing a red shift for all eu-doped samples. a general luminescence scheme was proposed combining the density of state and the band structure calculations. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 mailto:marcelostassis@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-0355-5565 https://orcid.org/%200000-0003-3392-7489 https://orcid.org/0000-0003-3441-3674 https://orcid.org/0000-0002-3206-7774 https://orcid.org/0000-0002-2621-8548 https://orcid.org/%200000-0002-4128-8296 https://orcid.org/0000-0003-0232-3957 https://orcid.org/0000-0001-8062-7791 original article revista.iq.unesp.br 91 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 1. introduction the chemical and thermal stability of materials with perovskites structure (abo3), such as cazro3 (cz), have attracted a lot of attention to be used as a host matrix for rare earth cations, thus obtaining efficient phosphors with superior luminescent activity (t. almeida et al., 2021; holzapfel et al., 2020; khan et al., 2020; kunti et al., 2021; tian et al., 2020). their properties were associated to their structural arrangement, electronic structure and the possibility to control the doping sites (a or b) (fukushima et al., 2020; navami et al., 2020). the crystalline lattice of the cz is composed by distorted [zro6] and [cao8] clusters, in which the zr atoms are coordinated by six o atoms in an octahedral symmetry, while the ca atoms are surrounded by eight o atoms (eglitis et al., 2020; zeba et al., 2020). rare earth cations can create new defects in the forbidden region of the band gap, modifying the electronic properties that reflect in the charge transfers process and, consequently, in the optical properties (al boukhari et al., 2020; chu et al., 2020). in this way, eu3+ cations have a special role for obtaining efficient red phosphors, luminescent devices and lasers, for example, from the doping of several distinct semiconductor host matrices (p. kumar et al., 2021; mazzo et al., 2010; 2014; ortega et al., 2019; pinatti et al., 2015). the applications of eu3+ cations are mainly related to its nondegenerate 7f0 ground state and nonoverlapping 2s+1lj multiplets (targonska et al., 2019). these cations are sensitive to the symmetry of the local doping site and, as a consequence, can be used to identify changes in the chemical environment (song et al., 2010; j. zhang et al., 2020). these advantages come from its electronic configuration which also results in a pure and strong luminescence in the red region when excited in the ultraviolet (uv) region of the electromagnetic spectrum (saif and abdel-mottaleb, 2007; smith et al., 2019; tymiński et al., 2020). these materials have too several advantages like high stoke displacement, defined spectrum, long lifetime and high stability (bai et al., 2013; lahtinen et al., 2016; van der ziel and van uiert, 1969; zhou et al., 2021). the ca1-xzro3:eux (cze) samples were studies in some previously published papers (fukushima et al., 2020; katyayan et al., 2017; s. kumar et al., 2018; shimokawa et al., 2015; tiwari et al., 2015; h. zhang et al., 2008). the method of obtaining these materials typically employ high-temperature strategies, such as sol-gel combustion method and solid-state reaction, that use temperatures above 1200 °c to not obtain secondary phases with zro2 and nonstoichiometric oxides of ca and zr (dubey and tiwari, 2016; khan et al., 2021; kunti et al., 2021). these high temperatures also help to form a symmetrical chemical environment for the eu3+ cations, increasing their luminescent emission and their lifetime decay (fukushima et al., 2020; shimokawa et al., 2015). our research group is engaged in the investigation of the doping process with eu3+ cations in different semiconductors (fernandes et al., 2018; lovisa et al., 2016; pinatti et al., 2019), in particular, cz and cze samples were previously obtained in another experimental works (andré et al., 2014; oliveira et al., 2017; 2018; rosa et al., 2015). as a continuation of this research line, in this joint experimental and theoretical work, we reported the excitation-induced tunable photoluminescence (pl) properties of cze, at different eu3+ cations concentration (0.01, 0.02, 0.04, and 0.08 mol% named as cze1, cze2, cwz4, and cze8, respectively). the samples were prepared by a simple sol-gel method followed by a soft thermal treatment (600 °c) without any surfactant. this methodology enabled them to be promising materials in inorganic single-emitting component regions for optical applications. in addition, first-principles quantum-mechanical calculations, at the density functional theory (dft) level, have been used to study and predict the structure and the pl, which would promote the development of cze based phosphors. 2. experimental procedures and computational details synthesis: cz and cze samples were prepared by the sol-gel method. the starting reagents used were calcium chloride dihydrate (cacl2·2h2o, 99%, synth), zirconium oxychloride (iv) octahydrate (zrocl2·8h2o, 99.5%, sigma-aldrich), europium oxide (eu2o3, 99%, sigma-aldrich), ethylene glycol (c2h6o2, 99.9%, j. t. baker), and citric acid monohydrate (c6h8o7·h2o, 99.5%, j. t. baker). the first step of the cz synthesis consists in the zirconium citrate’s preparation. for this, 1 × 10−3 mol of zrocl2·8h2o was added to 25 ml (2.5 × 10−5 mol l–1) of distilled water and add 12 × 10−3 mol of citric acid was added to the solution at 60 °c under stirring. after this process, 1 × 10−3 mol of cacl2·2h2o was add to this zirconium citrate. during the previous processes, the solution was kept under n2 bubbling to avoid the formation of unwanted phases, such as zro2 and nonstoichiometric oxides of ca and zr. then, ethylene glycol (in the proportion 60:40 in relation to the mass of citric acid) was added to the solution and the n2 bubbling was removed. the temperature of the solution was changed to 80 °c to evaporate the resulting water https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 92 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 and to form a resin. this resin was sent to the oven, undergoing three subsequent thermal processes, 110 °c/1 h, 250 °c/1 h and 400 °c/1 h. the resulting powder was taken to calcination at 600 °c for 1 h, obtaining a final white powder. for cze samples, an identical process was performed, changing only that an acid solution of eu3+ cations was added to the zirconium citrate before the cacl2·2h2o. the amount of mass of eu3+ cations to obtain the replacement of ca2+ by eu3+ cations were carried out respecting the purity of the reagents as well as the charge balance. characterizations: the cz and cze samples were characterized by x-ray diffraction (xrd) with a rigaku dmax 2500pc (cu kα λ = 1.5406 å). element analysis of the samples was performed with a xrf 720 shimadzu (4 kv and 80 ma). micro-raman spectroscopy were performed by the ihr550 spectrometer (horiba jobin-yvon) coupled to a silicon ccd detector and an argon-ion laser (melles griot, 514.5 nm, 200 mw). diffuse reflectance spectroscopy (drs) measurements were performed using a varian cary spectrometer model 5g in the diffuse reflectance mode, with a wavelength range of 300 to 800 nm and a scan speed of 600 nm min−1. photoluminescence measurements at room temperature were performed using a 500mspex spectrometer coupled to a gaas photomultiplier tube (gaas pmt). a kimmon he-cd laser (325 nm laser; 40mw maximum power) was used as the excitation source for pl measurements. the fluorolog jobin–yvon fluorolog iii spectrofluorometer, under excitation of a xenon lamp was used to obtain the emission (394 nm) and excitation (614 nm) spectra as well the decay lifetime. computational details: computational methods and theoretical procedures were utilized to study the bulk properties of cz and cze structures. calculations were carried out using the periodic ab initio crystal17 package, (dovesi et al., 2018) based on dft using the b3lyp hybrid functional (becke, 1993; lee et al., 1988). in all calculations, the atomic centers were described by the standard all-electron basis set for the zr, ca and o atoms, consisting of (9s)-(7631sp)-(621d), (8s)-(6511sp)-(21d), (8s)-(411sp)-(1d), respectively. basis sets for zr, ca and o were taken from references (de la pierre et al., 2014; valenzano et al., 2011), whereas an effective core potential (ecp) pseudopotential, with 11 valence electrons described by (5s5p4d)/[3s3p3d] (vtz quality) basis sets, was used for the trivalent eu atom. according to the f-in-core approximation, the electrons of the 4f shell of eu3+ are incorporated in the pseudopotential (oliveira et al., 2018). atomic positions and unit cell parameters were fully relaxed with respect to the total energy of the system for both cz and cze models. the convergence criteria for monoand bielectronic integrals were set to 10−8 hartree, while the rms gradient, rms displacement, maximum gradient, and maximum displacement were set to 3.0 × 10−4, 1.2 × 10−3, 4.5 × 10−4, and 1.8 × 10−3 a.u., respectively. regarding density matrix diagonalization, the reciprocal space net was described by a dense mesh consisting of a shrinking factor set to 4×4×4 in the monkhorst–pack method (monkhorst and pack, 1976). the accuracy of the evaluation of the coulomb and exchange series was controlled by five thresholds, whose adopted values were 10−8, 10−8, 10−8, 10−8 (itol1 to itol4), and 10−14 (itol5). herein, the cz model was calculated considering the conventional unit cell with orthorhombic symmetry (pcmn) containing 20 atoms. a supercell (2×1×2) expansion simulated the crystalline structure of the cze model, containing 79-atoms, where two eu3+ cations replaced two ca2+ cations leading to the creation of one ca2+ vacancy to neutralize the charges corresponding to a doping concentration of 12.5%. the neutrality in cze model can be described as cazro3 + eu(iii) → ca0.8125eu0.125zro3(vca), where vca represents a calcium vacancy. it is worth to mention that such charge compensation mechanism is commonly used to investigate rare-earth doping in perovskites (kunti et al., 2021). a schematic representation in terms of component clusters, the cation replacement and vacancy formation mechanisms associated with the doping process, and the crystalline structure of cz and cze models are illustrated in fig. 1. here, it is important to point out that eu-doping configurational tests were carried out to select the most favorable sites for eu-doping. figure 1. schematic representation of unit cell expansion and eu doping in cz matrix models constructed for dft calculations. [zro6], [cao8] and https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 93 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 [euo8] clusters in brown, green, and purple colors, respectively. 3. results and discussion in order to understand the modifications generated at long-range in the cz and cze samples, xrd diffractograms were performed. xrd shows that all materials have similar profiles linked to the orthorhombic cz structure (fig. 2a), according to card no. 97463 in the inorganic crystal structure database (icsd) (levin et al., 2003). the orthorhombic cazro3 structure belongs to the space group pcmn, being formed by distorted [cao8] and [zro6] clusters. there was no secondary phase formation, indicating that the eu3+ cations substitution process takes places successfully. for comparison, the theoretical lattice parameters and the unit cell volume calculated at the b3lyp level of theory were listed in tab. 1. figure 2. (a) x-ray diffraction and (b) micro-raman spectra for cz and cze samples. table 1. lattice parameters and unit cell volume of cz and cze obtained by theoretical simulations and icsd values. sample cell volume lattice parameters α = β = γ = 90° (pcmn) å3 a (å) b (å) c (å) cz 258.52 5.594 8.021 5.7611 cze (12.5%)* 1063.72 11.322 8.069 11.641 icsd 97463 257.45 5.583 8.007 5.759 *corresponds to 2×1×2 conventional cells. an analysis of the results shows that the substitution of ca2+ by eu3+ cations induce variations in the atomic coordinates of the o atoms, indicating the existence of structural and electronic distortions in the [cao8], [zro6], and [euo8] clusters, as well as changes in the lattice parameters and an expansion of cell parameters of ~2.86% is found in the unit cell volume. complementing the xrd analysis, micro-raman measurements were performed to analyze the shortrange modifications caused by the substitution of eu3+ cations in the cz structure (fig. 2b). there are 13 active modes in the raman spectrum, which are related to specific vibrations of the [zro6] clusters (andré et al., 2014; evangeline et al., 2017; rosa et al., 2015; zheng et al., 2004). for the cze samples, it was observed with the increase in the concentration of eu3+ cations, there is a loss of definition in the modes located at 177, 184, 205, 221, and 229 cm−1. this is due to the increase in local disorder caused by the propagation of distortions of [euo8] clusters in the cz structure. the average crystallite size (d) obtained through the scherrer’s equation (eqs. 1 and 2) and the lattice strain (ε) (eq. 3) value are shown in tab. 2. 𝐷 = 0.89𝜆 (𝛽𝑐𝑜𝑠𝜃) (1) 𝛽 = √𝛽𝑜𝑏𝑠 2 − 𝛽𝑠𝑡 2 (2) 𝜀 = 𝛽 (4𝑡𝑎𝑛𝜃) (3) where d is the average crystallite size, λ is the x-ray wavelength (0.15406 nm), θ is the bragg angle, βobs is the experimental full width at half maximum (fwhm) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 94 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 of the sample, and βst is the fwhm of lab6 standard (muniz et al., 2016). these parameters, d and 𝜀, were also obtained by the williamson-hall (wh) plot obtained through eq. 4: 𝛽𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜆 = 𝐾 𝐷 + 4𝜀 𝜆 𝑠𝑒𝑛𝜃 (4) where β is the fwhm of the peak, d is the crystallite size, λ is the 0.154056 nm, k is 0.89, and ε is the lattice strain (manohar et al., 2021; mesquita et al., 2021). for the cze samples, a tendency to decrease the d value is observed in reference to the cz sample. this behavior is due to the low concentrations of the rare earth that can inhibit the growth of cz crystallite (elbahy et al., 2009; jayachandraiah et al., 2015). in general, the doping process induces a structural and electronic strain in the crystalline lattice, evidenced by the increase in the ε value (w. liu et al., 2017). to confirm the amount of eu3+ cations in the cze samples (spectral line lα, energy 5.849 kev), x-ray fluorescence (xrf) measurements (s4 pioneer, bruker) were performed (tab. 2). it is observed that the real concentration eu3+ cation is very close to the nominal one, confirming the replacement of ca2+ by eu3+ cations. table 2. crystallite size (d) and lattice strain (ε) obtained by scherrer’s equation and williamson-hall model, and eu concentration obtained by xrf analysis. sample scherrer williamson-hall [eu] (%) d (nm) 𝜀 (10–3) d (nm) 𝜀 (10–3) nominal real cz 31.72 16.98 24.30 18.82 0.0000 0.0000 cze1 31.58 13.81 20.91 32.53 0.0010 0.0008 cze2 31.64 30.76 23.76 30.09 0.0020 0.0018 cze4 31.68 34.93 31.48 16.44 0.0040 0.0041 cze8 31.42 56.64 17.98 34.07 0.0080 0.0077 the band gap energy (egap) value was obtained through the kulbelka-munk (yang and kruse, 2004) calculation for cz and cze samples. the egap values of the samples were 5.75, 5.66, 5.62, 5.60, and 5.35 ev for the samples cz, cze1, cze2, cze4, and cze8, respectively. the egap value obtained for the cz sample is close to the value obtained in previous works (maurya et al., 2016; yamaguchi et al., 2000; zeba et al., 2020). this decrease occurs because the incorporation of eu3+ cations in the cz structure causes new defects and intermediate levels close to the valence (vb) and conduction (cb) bands, which leads to a decrease in egap (cyriac et al., 2018; gupta et al., 2015a). figure 3. band structure and dos profiles for (a) cz, and (b) cze materials. the calculated band structure and density of states (dos) projected for the atoms and orbitals of cz and cze models are displayed in fig. 3. an analysis of the band structure and projected dos presented here reveals that the direct transition is produced along the kpoints γ-γ (000 to 000) and u-γ (101 to 000) from the top of the vb to the bottom of the cb of pure and doped models, respectively. the egap values is 6.23 ev to cz and 5.09 ev to cze 12.5% model. as regard the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 95 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 obtained egap values, experimental and theoretical values were compared evidencing a good agreement. an analysis of the dos, the main contribution to the valence band maximum (vbm) region is due to the 2p (px, py, and pz), orbitals from the o atoms and a predominance of the 4d (dz 2, dx 2 -y 2, dxy, dxz, dyz) and 4f (f3, fxz 2, fyz 2, fz(x 2 -y 2 ), fxyz, fx(x 2 -3y 2 ), fy(3x 2 -y 2 )) states formed by zr and eu atoms is found in the conduction band minimum (cbm) region, situated from 6.23 to 9 ev (cz) and from 5.09 to 6.5 ev (cze 12.5%) and with a small contribution from ca orbitals. additionally, the fig. 4 summarizes the electronic density maps of the cz and cze (12.5%) models obtained from the optimized wavefunction, where the electronic density matrix was resolved as isolines that describe the density in an area. these electronic density maps were described along the ca−o, zr−o, and eu−o bonds direction of the models, which corresponds more specifically to the diagonal (110) plane (fig. 4). figure 4. electron density maps in the diagonal plane (110) for (a) cz, and (b) cze materials. to observe the possible application of cze samples as a red emitter, the samples were first excited with a laser at 325 nm (fig. 5). the cz sample has a broadband emission profile, characteristic of a multiphonic process, involving several intermediate energy states (gupta et al., 2015b). the maximum emission of the cz sample is found in approximately 447 nm, in the blue region, which is the result of internal charge transfers of o 2p to zr 4d orbitals (oliveira et al., 2017). for cze samples, the broadband emission characteristic of the cz sample is no longer observed, giving space to the specific emission of eu3+ cations. the characteristic emission bands of the eu3+ cations are located at 584, 596, 615, 659, and 705 nm can be assigned to the transitions 5d0→7fj, j = 0, 1, 2, 3, and 4, respectively (d’achille et al., 2021; gnanam et al., 2021; m. liu et al., 2021; riul et al. 2021). the intensity of the cze samples is proportional to the concentration of eu3+ cations, being the cze1 sample the least intense and cze8 sample the most intense. the maximum emission of cze samples was attributed to the 5d0→7f2 transitions (615 nm). the appearance of these transitions confirms the cz structure as a good host matrix for sensitizing the red emission of eu3+ cations. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 96 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 figure 5. emission spectra of cz, and cze materials excited at 325 nm. figure 6a shows the excitation spectra of cze samples under 614 nm emission band. at 280 nm a broad band related to the cz matrix is observed. according to dorenbos (2003), this emission related to the charge transfer band (ctb) of o2− to eu3+. it is also observed the emissions referring to the transitions of the eu3+ cations for cze samples. these transitions are 7d0→5dj (j = 2, 3 and 4), 7f0→5lj (j = 6, 7 and 8) and 7f0→5gj (j = 4, 5 and 6) (vieira et al., 2019). the most intense is located at 394 nm referring to the 7f0→5l6 transition. this transition in specific is useful for applications in near-uv and leds (hou et al., 2012; singh et al., 2021). the emission spectra of cze samples excited at 394 nm was shown in fig. 6b. it is observed that the transitions 5d0→7fj, j = 0, 1, 2, 3, and 4, become more defined, locating at 565, 592, 616, 655, and 703 nm (chen et al., 2000; x. liu et al., 2007; song et al., 2010). the red emission at 616 nm is due to the 5d0→7f2 electric-dipole transition that is parity forbidden and hypersensitive by the crystalline field (baig et al., 2021; bharathi et al., 2021; wu et al., 2021). the 5d0→7f1 magnetic-dipole transition is located at 592 nm it is not affected by the environment (kalu et al., 2021; lakde et al., 2021; peipei et al., 2021). so, the integrated area ratio of the peaks corresponding to 5d0→7f2 and 5d0→7f1 transitions provides information on the changes in the environment around the eu3+ cations (parchur and ningthoujam, 2012). the values obtained for the samples are 4.92, 4.91, 4.81, and 4.66 for the samples cze1, cze2, cze4, and cze8. these values are very close and indicate that the eu3+ environment changes to a higher symmetry site with the increase in the concentration of eu3+ cations, since the ratio of the relative areas decreases with the increase of the eu-doping. (p. almeida et al., 2021; mazzo et al., 2010; pinatti et al., 2015). figure 6. (a) excitation and (b) emission spectrum of cze samples monitoring the emission at 614 nm and excited at 394 nm, respectively. figure 7a depicts the decay behavior of the 5d0→7f2 transition for eu3+ cations in the cze samples, using the emission and excitation wavelengths fixed at 614 and 394 nm, respectively (he et al., 2018; parchur et al., 2011). these life times were fitted using a monoexponential function (eq. 5): 𝑦 = 𝑦0 + 𝐴1𝑒𝑥𝑝⁡ ( 𝑡 𝜏 ) (5) where 𝑦 is the intensity; 𝑦0 is the intensity at the 0 ms; 𝐴1 is the amplitude and 𝜏 is the lifetime of the 5d0→7f2 transition (nyein et al., 2003). 400 500 600 700 800 in te n si ty ( co u n ts ) wavelength (nm) cz cz1 cz2 cz4 cz8 c z e m is si o n 5 d 0 → 7 f 0 5 d 0 → 7 f 1 5 d 0 → 7 f 2 5 d 0 → 7 f 3 5 d 0 → 7 f 4 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 97 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 figure 7. (a) decay curves and (b) log of the decay curves 5d0→7f2 transition of cze samples. excited state τ values determined were 1.16, 1.14, 1.12, and 1.06 ms to cze1, cze2, cze4, and cze8, respectively. the excited state τ values of eu3+ cations decreased with increasing doping concentration due the exchange interactions between activated ions pairs and the higher concentration of the activated ions density around quenching center. figure 7b shows the monoexponential decay of the samples fitted with an exponential function as the eq. 5. the energy transfer rate between eu3+–eu3+ (𝜂𝐸𝑢−𝐸𝑢) was calculated by the eq. 6: 𝜂𝐸𝑢−𝐸𝑢 = 1 − 𝜏𝐶𝑍𝐸 𝜏𝐶𝑍𝐸𝐻 (6) where τcze is the lifetime of cze samples and τczeh is the lifetime of the sample with higher τ (in this case, 1.16 ms to cze1) (kunti et al., 2021). the obtained 𝜂𝐸𝑢−𝐸𝑢 values were 1.72, 3.44 and 8.62, for cze2, cze4 and cze8, respectively. the distance between eu3+ cations decrease with increasing concentration of these cations in the cz host matrix, causing an energy transfer more efficient and allowing new decay channels (kunti et al., 2021). these extra channels provide new radiative and nonradiative transition probabilities decreasing the lifetime (i̇lhan and keskin, 2018). the efficiency of energy transfer (𝜂𝐸𝑇) (eq. 7): 𝜂𝐸𝑇 = 1 − 𝜏𝐶𝑍𝐸 𝜏𝐶𝑍 (7) where τcze is the lifetime of cze samples and τcz is the lifetime of the cz sample (2.57 in this case) (li et al., 2007). the obtained 𝜂𝐸𝑇 values were 0.5486, 0.5564, 0.5642, and 0.5875 for the cze1, cze2, cze4, and cze8, respectively. as expected, the energy transfer efficiency (𝜂𝐸𝑇) goes hand in hand with the increase in the concentration of eu3+ cations. figure 8 shows the color variations of the characteristic emissions of the samples according to the commission internationale de l’éclairage (cie) (du et al., 2013). as a characteristic emission, for the cz sample its emission in blue region is observed at 325 and yellow at 394 nm. however, for the cze samples, with the increase in the amount of eu3+ cations in the cz host matrix, a displacement towards the red region is observed, reaching almost pure red emission in both excitations. in addition, theoretical methodology can contribute to an explanation for the optical properties, since a reduction in the band gap value and the pl emissions of cz and cze models. in order to clarify the effect of eu3+ cations on the pl emissions of cz, it was proposed a general scheme combining the dos and band structure calculations for cz and cze models, as shown in fig. 9. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 98 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 figure 8. cie coordinates of cz and cze samples excited at 325 and 394 nm. figure 9. scheme representing (a) the electronic structure for pure cz and cze materials; (b) photoinduced electron transfer mechanism from the vb to the cb to light emission. doping with eu3+ cations generate a new electron density distribution, being located on the oxygenmediated [euo8]–[zro6] interaction, to which is trapped in empty zr (4d) and eu (4f) orbitals. initially, the eu3+ cations doping process induces the formation of vca sites that perturb the vb energy levels and promotes the insertion of 4f orbitals in the cbm; in other words, intermediate energy levels are introduced in the egap region, reducing the energy required for electron transfer (fig. 9a). the next step is the photoinduced electron transfer from the vb to the cb, generating an electron–hole pair within the cze electronic structure (fig. 9b). this step is crucial because it offers a new interpretation of the optical properties of a material. in addition, a deeper insight into the pl emission of pure and eu-doped structures, based on the effective mass of electrons (me*) and holes (mh*), following the procedure reported in a previous study is presented in tab. 3 (silva et al., 2020). such an approach is effective in discussing the photoinduced properties of solid-state materials once the effective mass allows one to ascertain the mobility of the charge carriers. table 3. calculated effective mass of electrons (me*) and holes (mh*) of cz and cze 12.5%. effective mass of electrons and holes cz me* mh* me*/ mh* 0.31 2.46 0.126 effective mass of electrons and holes cze me* mh* me*/ mh* 0.49 0.94 0.516 the calculated values reported in tab. 3 for cz and cze indicates that excited electrons are lighter than generated holes. also, it was observed that eu-doping induces a heavier (lighter) electron (hole) effective mass in comparison to cz, increasing the hole mobility that contributes to increase the electron–hole recombination rate, explaining the superior pl properties of cze. this fact can be associated with the bonding character of eu−o interactions in comparison to ca−o summed to the presence of vca in the doped crystalline structure due to the electron density redistribution that governs the band gap narrowing for doped samples, as confirmed in fig. 9. once the eu−o bonds are more covalent than ca−o, the band curvature is affected, and the effective mass of electrons and holes is controlled from doping. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 original article revista.iq.unesp.br 99 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 90-104 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 4. conclusions in this paper, a simple sol-gel method followed by a soft thermal treatment without any surfactant was applied to investigate the influence of eu3+ cations in the host matrix of cz. the ca1-xzro3:eux crystals (x = 0.01, 0.02, 0.04, and 0.08 mol%) were characterized by xrd and the patterns confirms that the eu-doped samples present an orthorhombic structure as the cz pure. however, the results shows that the replacement of ca2+ by eu3+ cations induce local defects in the lattice causing distortions in the [cao8], [zro6], and [euo8] clusters, as well as changes in the lattice parameters and an expansion of cell parameters. the micro-raman results disclosure that the presence of eu3+ cations in the host matrix of cz caused a loss of definition in the modes located at 177, 184, 205, 221, and 229 cm−1 due to the increase in local disorder. the real amount of eu3+ cations in the cze samples was verified by xrf and the results confirms the presence of eu3+ cations in the host matrix. the substitution of ca2+ by eu3+ cations also affected the egap value in which a decrease with the increase of eu3+ cations amount in the host matrix was observed, and this result was endorsed by the firstprinciples calculations. according to the dos analysis, the electronic density in the vbm is due to the o 2p orbitals and a predominance of the zr 4d and eu 4f orbitals is observed in the cbm. the luminescence profile of the sample was investigated, and the results show that the intensity of the cze samples is proportional to the concentration of eu3+ cations, being the cze1 sample the least intense and cze8 the most intense. the appearance of the 5d0→7f2 transitions (615 nm) confirms that the cazro3 structure is a good host matrix for sensitizing the red emission of eu3+ cations. from the experimental and theoretical results, it was proposed a general luminescence scheme for the cze samples. authors’ contribution conceptualization: assis, m.; oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, r. a. p. data curation: assis, m.; ribeiro, r. a. p.; bort, j. m. a.; longo, e. formal analysis: assis, m.; oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; ribeiro, r. a. p. funding acquisition: rosa, i. l. v.; ribeiro, r. a. p.; bort, j. m. a.; longo, e. investigation: assis, m.; oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; ribeiro, r. a. p. methodology: assis, m.; oliveira, m. c. project administration: bort, j. m. a.; longo, e. resources: rosa, i. l. v.; ribeiro, r. a. p.; bort, j. m. a.; longo, e. software: oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, r. a. p.; bort, j. m. a. supervision: rosa, i. l. v.; ribeiro, r. a. p.; bort, j. m. a.; longo, e. validation: assis, m.; oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, r. a. p. visualization: assis, m.; oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, r. a. p. writing – original draft: assis, m.; oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; ribeiro, r. a. p. writing – review & editing: assis, m.; oliveira, m. c.; gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; ribeiro, r. a. p. data availability statement the data will be available upon request. funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2013/07296-2; 2019/01732-1. universitat jaume i. project: uji-b2019-30. acknowledgments the authors acknowledge the support of institutes: cdmf (centro de desenvolvimento de materiais funcionais), universidade federal de são carlos/fapesp and universitat jaume i. m.a. was supported by the margarita salas postdoctoral contract mgs/2021/21(up2021-021) financed by the european union-nextgenerationeu. j.a. acknowledges universitat jaume i (project uji-b2019-30), the generalitat valenciana (project aico/2020/329), and the ministerio de ciencia, innovación y universidades (spain) (project pgc2018094417-b-i00) for financially supporting this research. a.f.g acknowledges the universitat jaume i for the postdoctoral contract (posdoc/2019/30). references al boukhari, j.; khalaf, a.; hassan, r. s.; awad, r. structural, optical and magnetic properties of pure and rare earth-doped nio nanoparticles. appl. phys. a 2020, 126, 323. https://doi.org/10.1007/s00339-020-03508-3 almeida, p. b.; pinatti, i. m.; de oliveira, r. c.; teixeira, m. m.; santos, c. c.; machado, t. r.; longo, e.; rosa, i. l. v. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 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https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p90-104 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113907 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113907 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113907 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113907 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113907 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113907 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113907 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.04.259 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.04.259 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.04.259 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.04.259 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02949 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02949 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02949 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02949 https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02949 https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.2.488 https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.2.488 https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.2.488 https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.2.488 https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.2.488 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121548 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121548 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121548 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121548 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121548 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121548 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 issn 1678-4618 page 1/10 1federal university of rio grande do norte, institute of chemistry, natal, brazil. +corresponding author: ana cristina facundo de brito pontes, phone: +5584987166346, email address: ana.cristina.pontes@ufrn.br original article influence of chitosan’s purification methodology on the formation of layer-by-layer films ana cristina facundo de brito pontes1+ , luciana araújo nascimento1 , daniel de lima pontes1 , ótom anselmo de oliveira1 , francisco ordelei da silva nascimento1 , francimar lopes da silva júnior1 abstract concern for the environment for the development of new biodegradable materials has been constant in scientific circles. with this in mind, this work proposes a study on the formation of self-assembled thin films using chitosan (qt), a biodegradable material. this polyelectrolyte has several purification methodologies, but we did not identify any studies on the effect of these methodologies on film formation. thus, after the purification process and characterization of the three forms of chitosan purification, films were produced using the layer-by-layer (lbl) technique. the growth of the films was monitored using the uv-vis technique. spectroscopy in the infrared region showed positions in the main bands present in chitosan and sodium nitroprusside (np) in the formed films. two semi-reversible processes were found for the qtn/np and qtac/np films, related to the reduction of iron oxide present in the np. the effect of ph (4.0, 7.0 and 10) on the electrochemical processes indicated that the charge transfer occurs more efficiently at ph 7.0. article history received march 23, 2023 accepted november 24, 2023 published april 22, 2024 keywords 1. biodegradable; 2. self-assembled; 3. sodium nitroprusside. section editor patricia hatsue suegama marcos carlos de mattos highlights the effect of chitosan purification methodology. monitoring the formation of self-assembled films by uv-vis. electrochemical tests indicate different interaction mechanisms between species. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://ror.org/04wn09761 mailto:ana.cristina.pontes@ufrn.br https://orcid.org/0000-0003-3895-1808 https://orcid.org/0000-0002-4125-5945 https://orcid.org/0000-0001-7770-0492 https://orcid.org/0000-0003-0409-4000 https://orcid.org/0000-0002-0841-2080 https://orcid.org/0000-0001-9300-8623 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 2/10 1. introduction the layer-by-layer (lbl) deposition represents an interesting alternative for the development of films for several applications such as medicine and bio-applications (ariga et al., 2012; nesic et al., 2016; xia et al., 2019) to improve corrosion resistance (gao et al., 2019) and electrochemical sensing and biosensing (pannell et al., 2018; si et al., 2019). lbl method (crespilho et al., 2006a), has been the main choice for the manufacture of nanostructured films, as they have several advantages, such as low cost, various materials can be used, the film is made under mild conditions and thus, multilayer structures can be constructed to obtain the desired number of bilayers, since apparently there are no limitations on the amount of layers that can be deposited (cheung et al., 1992; oliveira junior et al., 2001). the most common interaction is provided by the electrostatic attraction, the alternative adsorption of opposites charged. due to their low toxicity, biodegradability, and natural availability (umoren and eduok, 2016) polysaccharides can be rather good candidates. chitosan in an acidic environment presents positive charges due to the protonation of the amino groups (nh3 +), a substrate with a high density of negative sites immersed in this solution will behave as a suitable support for the attraction and subsequent formation of a homogeneous film. layer-by-layer films with chitosan have been studied as active surfaces with antimicrobial and antioxidant potential (li and peng, 2015; luo et al., 2012). chitosan is the most well-known natural biopolymer and has a wide range of applications, such as in the health area (delolo et al., 2014; lins et al., 2014; silva et al., 2006; ungureanu et al., 2015), environment (marques neto et al., 2013) and technology (souza et al., 2015; vinhola et al., 2012). the properties of chitosan, such as degree of purity, solubility, viscosity, degree of deacetylation (gd), molecular weight and others, are influenced by the methodology used to obtain it, as well as by the purification techniques to which they are subjected (arrascue et al., 2003; battisti and campana-filho, 2008; crini and badot, 2008; santos et al., 2003; gonsalves et al., 2011; kumar, 2000; laranjeira and fávere, 2009; roberts, 1992; silva et al., 2006). there are several methodologies used for the purification of chitosan, however, these procedures involve the steps of dissolving in an aqueous medium of controlled ionic strength, filtration, precipitation by the addition of non-solvent, washing and drying. this type of purification defines in advance the type of counter ion that will be present in the purified sample. steps such as dialysis and lyophilization can be added to the procedures (signini and campana filho, 2001). as in the layer-by-layer technique, the production of films is based on the electrostatic interaction between molecules containing ionic groups and having chitosan as the amino group (nh3 +), it is necessary to use another compound with opposite charge. thinking about the production of films that may have applications as biosensors, np was used, with molecular formula na2[fe(cn)5(no)]. it has been used for more than 50 years as a vasodilator in cases of emergency in hypertension attacks, blood pressure control in surgeries and the treatment of chronic hypertension as it provides a quick response without the need for overuse (césar et al., 2001; freitas et al., 2012; sass et al., 2007; stocche et al., 2003). there are also reports of the use of np in the determination of sulfur compounds in fresh and saline waters (sonne and dasgupta, 1991), as well as in the determination of phenols in aqueous two-phase systems (rodrigues et al., 2010). the literature reports several types of film formation studies with chitosan, however, they all use it with modifications, whether in the form of schiff bases or through crosslinking reactions (amanulla et al., 2017; lu et al., 2022; suginta et al., 2013). therefore, this article makes a study on the effect of chitosan purification on the formation of self-assembled films obtained through electrostatic interaction. 2. experimental 2.1. chitosan purification chitosan of commercial origin (polymar) was purified in three different ways, to obtain a pure and homogeneous material. the methodologies used in the purifications were proposed by signini and campana filho (2001) with modifications and are described below: a. neutral chitosan (qtneutral): it is solubilized in acetic acid, precipitated in ammonium hydroxide, filtration, dried, and stored in a dry environment. b. chitosan acetate (qtacetate): it is solubilized in acetic acid, precipitated in ethanol, dried, and stored in a dry environment. c. chitosan hydrochloride (qthydrochloride): solubilized in hydrochloric acid, sodium chloride added, precipitated in ethanol, filtered, dried, and stored in a dry environment. 2.2. chitosan characterization the infrared spectra of chitosan purified in different forms were obtained in the form of a kbr tablet, using a shimadzu spectrophotometer, model ftir-8400s, series iraffinity-1, software irsolution, version 1.60, with scan number equal to 30 and resolution 4. the determination of the degree of deacetylation of the purified chitosan (% gd) was made by conductivity measurement (raymond et al., 1993), and the viscometrical molar mass was obtained through capillary viscosimetry (signini and campana filho, 1998; 2001). the values of the huggins constant (k) and α used were 76.0 x 10–5 and 0.76 (canella and garcia, 2001). the moisture percentage of chitosan samples was determined by thermogravimetric analysis using a thermogravimetric analyzer unit and simultaneously calorimeter, ta instruments model sdtq600 manufacturer. the samples were analyzed in an alumina crucible at a rate of 2.5 °c min–1, heated from 25 °c to 900 °c under a nitrogen atmosphere, with a flow rate of 50 ml min–1. 2.3. sodium nitroprusside (np) the na2[fe(cn)5(no)] used was obtained from proquímios and no purification was necessary. for the preparation of the films, a solution of 23 g l–1 in methanol was prepared. 2.4. layer-by-layer (lbl) fabrication the lbl films were deposited on quartz and ito glass substrates by alternating immersion into cationic chitosan and anionic np solutions for 5 min. chitosan solution (qt) 5 g l–1 in 1% acetic acid and a solution of sodium https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 3/10 nitroprusside (np) 23 g l–1 in methanol. after each dive, the slide was washed with distilled water and dried under nitrogen flow. the films were prepared with (qt/np)n, with “n” being the number of layers with n = 2, 4, 18 and 20 layers. 2.5. characterization of lbl films the growth monitoring of the films was performed using the uv-vis absorbance spectroscopy technique (agilent, model 8453) on a quartz plate, the same material used in the ir technique for lbl films using the shimadzu spectrophotometer, model ftir-8400s, series iraffinity-1, software irsolution, version 1.60, with scan number equal to 30 and resolution 4. the electrochemical experiments were performed using an autolab aut 85282 system. the film (qt/np)20 was deposited on ito (glass covered with a thin indium-doped tin oxide layer) glass substrates used as a working electrode. the reference electrode was an ag|agcl/kcl saturated electrode and the counter electrode was a pt plate the electrochemical cell used in the cyclic voltammetry measurements had a total volume of 50 ml with a cap with a plug for 3 electrodes and before the measurement, argon gas was bubbled into the solution. the experiments were conducted in a 0.1 mol l–1 kcl at 25 oc. 3. results and discussion the purification process of chitosan in neutral, acetate and hydrochloride forms yielded 82.5%, 64.1% and 85.6%, respectively. these yield values are due to loss due to handling and, mainly, to the presence of insoluble materials and aggregates present in chitosan that were eliminated during the filtration steps. the presence of insoluble materials in commercial products is reported in the literature (ottøy et al., 1996). the purification process makes more polar groups available, which increases the ability to interact with other compounds (signini and campana filho, 2001). the differences in purification methodologies resulted in different chitosan molecules in terms of visual aspect and solubility. all the purified samples were soluble in diluted acetic acid solution, the samples purified in the form of acetate and hydrochloride were partially soluble in water. the number of amino groups present in the chitosan polymer chain is an important parameter and is related to electrostatic interactions for the formation of self-assembled films. its order of magnitude can be determined through the degree of deacetylation (% gd). one of the simplest and most used techniques for this determination is conductometric titration. the data obtained for the different chitosan samples are shown in table 1. the lower % gd of the qthydrochloride sample can be explained by the change in interand intra-chain relationships, caused by using a strong acid in its purification. the moisture content for the purified chitosan samples in the different forms obtained values lower than that observed in the literature (signini and campana filho, 2001) (23.8 ±0.4) % for the same purification methodology. the difference may be related to the drying step, in the case of literature it was carried out at 25 oc, which does not remove the water present, whereas, in our work, the drying process was used with slight heating. viscosimetry is one of the most used processes for determining the molar mass of polymers, as it is a simple technique without requiring equipment with high costs. for the three purified chitosan holders, a good correlation index was obtained between the experimental measures with r > 0.99. as can be seen in table 1, the application used in the purification of chitosan directly affects the viscosity of the polysaccharide and its molar mass, indicating differences in its properties. table 1. chitosan properties in its different forms of purification. sample % gd ƞ (ml g–1) mv(g mol–1) mv (g mol–1)* moisture content (%) qtneutral 68 ± 2 273.72 4.79 x 104 16.7 x 104 12.16 qtneutral 69 ± 5 136.18 1.14 x 104 17.2 x 104 13.49 qthydrochloride 61 ± 4 44.72 4.54 x 103 16.1 x 104 16.84 source: elaborated by the authors using data from signini and campana filho (2001). the main characteristic bands of the infrared absorption spectrum of samples of chitosan in their different purified forms are shown in table 2. the oh axial stretch band, between 3467 to 3502 cm–1, appears to overlap the band n-h stretch. all bands identified are very similar to those described in the literature (battisti and campana-filho, 2008; vinhola et al., 2012) and show that the same functional groups are present in all analyzed samples. the band in the 2926 to 2030 cm–1 region is attributed to the c-h stretching of the ch2 groups of pyranoses. it is also possible to observe a peak from 1321 cm–1 to 1381 cm–1 characteristic of the angular deformation of ch2 and ch3. table 2. main assignments of the infrared bands for the purified chitosan samples. sample infrared band assignments (cm-1) c=o (amide i) n-h (amide ii) c-n (amide iii) ch coc β-(1-4) co oh c-h qtneutral 1664 1556 1381 1423 1156 1078 3467 2878 qtacetate 1658 1566 1321 1415 1157 1074 3471 2879 qthydrochloride 1643 1525 1381 1323 1155 1082 3502 2885 signini and campana filho (2001) 1655 1600 1423 1153 1031 3450 2904 note: δ = deformation; ν = stretch. source: elaborated by the authors using data from signini and campana filho (2001). the thermal analysis study for the chitosan samples in their different forms of purification showed two mass losses. the first event is related to the loss of moisture in the material, while the second event is related to the breaking of the polymer bonds, these occurred at 273.8, 260.3 °c and 185.6 °c for qtneural, qtacetate and qt hydrochloride, respectively. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 4/10 3.2. characterization of sodium nitroprusside (np) the infrared spectrum for sodium nitroprusside showed bands at 2161, 2158 e 2144 cm–1 related to the stretching vibrations of the cyanide ligand, another characteristic band of this complex is the no stretch identified at 1942 cm–1. in the region of the infrared spectrum below 700 cm–1, it is possible to identify the signals attributed to the metal, so in 495 and 423 cm–1 bands related to the fe-cn bond and fe-c in 466 cm–1. the very intense band at 661cm–1 is attributed to linear deformation fe-n→o, all these bands follow what has been reported in the literature for complex (palliani et al., 1971). the electronic spectrum of np at 23 g l–1 (0.106 mol l–1) in methanol is shown in fig. 1, where initially only two bands are observed, the first at 208 nm related to the dxy→π*cn transition and the second at 270 nm attributed to dxz, dyz → dz 2. it was necessary to prepare higher concentrations to identify the band related to the dxy→π*no, transition, identified at 540 nm as can be seen in fig. 1a. the 270 nm band was used to monitor the growth of the films since it is possible to monitor them at low concentrations (palliani et al., 1971; swinehart, 1967). figure 1. uv-vis absorption spectra for np 0.03 mg l–1 and (1a) for np 0.2 mg l–1 in methanol. 3.3. characterization of lbl films the deposition of materials in the lbl film formation process was investigated by monitoring its increase in absorbance after the preparation of each bilayer. this procedure makes it possible to assess whether the materials are deposited in quantities like each formed bilayer. for all qt/np films, prepared with the three purification methodologies, have uv-vis absorption around 270 nm, this band is related to the electronic transition of np (dxz, dyz → dz 2). the deposition of materials in the process of forming self-assembled films was investigated using its absorbance technique after the preparation of each bilayer, as shown in fig. 2 for qtneutral/np. the thickness of the films can be controlled by the number of bilayers deposited and the polymer used. if linear growth is observed, it indicates that the same amount of material is adsorbed in each deposition step (eiras et al., 2007). figure 3 shows the relationship between absorbance and the number of layers formed for the three qt purification methodologies. there is a linear growth for the three formed films, however with different slopes. the films obtained with qt in neutral form and acetate obtained better correlation and slope indexes, according to eiras et al. (2007), greater slopes in these graphs are related to greater affinities between the compounds that form a layer. thus, we can conclude that among the three methodologies used in the purification, qtacetate showed a greater affinity with np for the formation of self-assembled films and qthydrochloride is the one with less affinity. figure 2. the electronic absorption spectrum in the uv-vis region of the films self-assembled with an increasing number of layers (qtneutral/np) prepared from a solution of qt 5 g l–1 and np 23 g l–1. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 5/10 figure 3. increase in absorbance at 270 nm as a function of the number of bilayers of self-assembled films to qtneutral/np ( ), qtacetate/np ( ) and (3a) qthydrochloride/np ( ) prepared from a solution of qt 5 g l–1 and np 23 g l–1. the more similar the amounts adsorbed in each adsorption step, the higher the value of the correlation index (r) (table 3) because the closer the points are to the line. thus, it can be observed that the film formed from qtacetate has a linear behavior of deposition of materials on the solid substrate with the number of layers, that is, the same amount of material is deposited in each step (eiras et al., 2007), for films containing qtneutral it presented an exponential behavior. picart et al. (2002) demonstrated that growth can occur linearly or exponentially due to the ability of at least one of the polyelectrolytes to diffuse in and out of the film. this author monitored the growth of films using poly-l-lysine and identified that it was present in the outermost layer of the film. regarding the film obtained with qthydrochloride, an irregular behavior of deposition of the material in the film is noticed. the observed data clearly indicate that the methodology used in the purification of chitosan directly influences the formation of films with the complex. according to signini and campana filho (2001), the chitosan purified in the form of hydrochloride has charges that will alter the inter and intricate interactions, modifying its arrangement, these changes seem to disadvantage the formation of the chitosan film, as it presents a random growth probably caused by the inadequate electrostatic interactions between chitosan and the complex. table 3. slope data and correlation indexes of the films of neutral chitosan, acetate, and hydrochloride with np. purified form of qt inclination correlation index qtneutral 0.01280 0944.06 qtacetate 0.04034 0.99737 qthydrochloride 0.00293 0.85615 the spectroscopy technique in the infrared region was also used to evidence the species present in the films, table 4 shows the main attributions for the qt/np film with 20 bilayers. in general, the spectra showed displacements, probably caused by the interaction between qt and np. the n-h (1566 cm–1) stretch characteristic of chitosan suffered displacements in the films of qtneutral (1556 cm–1) and qtacetate (1556 cm–1), respectively. the stretch attributed to no present in the film was displaced to 1931 cm–1, the fe-cn deformation also showed a small displacement (table 4). the characteristic band of the c-h stretching undergoes small shifts compared to the spectrum of purified chitosan, which was expected as it is an indication of a modification in its neighborhood. the results of spectroscopy and uv-vis suggest that both chitosan and np are being deposited in layers for the formation of the films and that this interleaving is directly related to the type of purification that the chitosan has undergone. table 4. band assignments observed in the ir spectrum for chitosan films with np. assignment film qtneutral/np film qtacetate/np film qthydrochloride/np oh 3394 3398 3480 c-h 2924 2928 2840 -c≡n 2141 2140 2152 coc β-(1-4) or δco 1122 1070 1156 δfe-c≡n 482 482 500 no + 1931 1931 1940 δfe-n→o 471 488 490 the study on the thermal stability of chitosan in different forms of purification and qt/np films was carried out, except for the qthydrochloride/np film, considering that the results obtained by uv-vis spectroscopy, since it did not show good interaction between chitosan and np. figure 4 shows thermogravimetry (tg) and derivative thermogravimetry (dtg)for films qt/np, the moisture content in the films was 13.94% for qtneutral and 16.92% for qtacetate. a second event is observed in the films at 174 and 182 °c for qtneutral and qtacetate, respectively. osiri et al. (2015) report that there is a loss of mass in coordination compounds containing cyanide and nitrosyl https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 6/10 as a binder at temperatures close to 190 °c, thus we can infer that the mass losses previously mentioned are related to the decomposition of np present in the films, coupled with the fact of these losses of mass are not seen in the purified chitosan. figure 4. tg (solid) and dtg (dot) curves of (a) qtneutral/np e (b) qtacetate/np analyzed in an alumina crucible at a rate of 2.5 °c min–1, heated from 25 to 900 °c under a nitrogen atmosphere, with a flow rate of 50 ml min–1. a third event is observed at temperatures above 250 °c which is related to the breakdown of glycosidic bonds, followed by the decomposition of the acetylated and deacetylated units (martínez-camacho et al., 2010; martins et al., 2012; nesic et al., 2016). it was observed that in general the addition of the complex for the formation of self-assembled films decreased the thermal stability of chitosan. it is also possible to identify an event occurring at a temperature of 866 and 820 °c for qtneutral and qtacetate, respectively, this event is related to np degradation. a comparison of the decomposition temperatures for the different samples is shown in table 5. table 5. results of thermogravimetric analysis. 1st mass loss (°c) 2nd mass loss (°c) 3rd mass loss (°c) 4th mass loss (°c) qtneutral 35.0 273.8 qtneutral/np 37.6 174 259.0 886.0 qtacetate 35.4 260.3 qtacetate/np 32.0 181 267.0 821.0 thus, it is possible to identify that the methodology used in the purification of chitosan plays an important role in the formation of lbl films with np. 3.4. cyclic voltammetry of lbl films the cyclic voltammetry study in lbl films (20 layers) of chitosan purified in the form of acetate and neutral with the complete ones deposited on the ito surface was analyzed in saline medium (kcl 0.1 mol l–1). to evaluate the influence of the chitosan form of purification on the electrochemical response, a study was made of the current variation as a function of the applied potential. the qthydrochloride sample was not characterized by the cyclic voltammetry technique, since it did not present good results in the deposition for forming the films. the analysis of voltammograms showed that as the scanning speed increases, there is an increase in the value of the anodic and cathodic peak currents. it was observed that at 50 mv s–1 the electrochemical spectrum had higher resolution and the potentials could be determined with greater accuracy, that is, it presented a fast response, without loss of precision in detecting the anodic peak potentials (epa) and cathodic (epc), as well as anodic (ipa) and cathodic (ipc) peak currents. figure 5 shows the voltammetric profiles for the films of qtneutral/np and qtacetate/np, presenting 2 peaks, one of oxidation and one of reduction related to the redox process (fe(iii)/fe(ii) of the metal present in the complex. for the qtneutral/np film the anodic and cathodic peak values were 0.59 and 0.44 v, respectively, whereas for qtacetate/np we obtained the values of 0.62 and 0.45 v. generally, small displacements are observed, for the film formed with the neutral chitosan, a displacement of 0.04 v was observed for the anodic peak when compared to the values obtained for the np film (oxidation at 0.63 v and reduction at 0.50 v). it is possible to observe a small shift in the anodic peak towards more positive potentials and a shift in the cathodic peak towards more negative potentials; this behavior is characteristic of quasi-reversible processes. another important aspect is the stability of these electrodes after carrying out several measurements. after electrochemical measurements, the electrolyte solution was analyzed using the uv-vis technique and no band was observed, confirming that there is no migration of the components to the electrolyte and indicating that the films are stable. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 7/10 (a) (b) figure 5. cyclic voltammograms for 20-bilayer (a) qtneutral/np and (b) qtacetate/np on ito with multiple scans rates: (––) 5 mv s–1; (––) 10 mv s–1; (––) 25 mv s–1; (––) 50 mv s–1; (––) 75 mv s–1; (––) 100 mv s–1. electrolyte: kcl 0.1 mol l–1. (a) (b) figure 6. monitoring the oxidation peak potential with the scan rate for 20-bilayer (a) qtneutral/np and (b) qtacetate/np on ito in kcl 0.1 mol l–1 at 50 mv s–1. the anodic peak potential increases linearly with the scan rate for the qtacetate/np film, as can be seen in fig. 6b, with a correlation index of 0.98807 and for qtneutral/np (fig. 6a) different behavior is observed. study of chitosan/fetspc and chitosan/nitspc films (crespilho et al., 2006b) an increase in anodic potential was observed with the scan rate, even according to the author, this behavior is evidence of a load transport mechanism, like the results obtained for the qtacetate/np film. for the films formed by qtneutral/np, the diffusion process occurs, since there is no linear behavior with the scan rate. also, according to crespilho et al. (2006b), for lbl films formed by chitosan/fetspc and chitosan/nitspc molecules, the type of mechanism that occurs is electron hopping, since the interaction between species is the ionic interaction between the groups amino of chitosan and the phthalocyanic sulfonic groups present in the complexes. this same type of interaction is proposed for films containing qtacetate/np, between the chitosan amino group and the [fe(cn)₅no]–2 of the complex. the value of ep as a function of the scan rate is shown in fig. 7, in which it is possible to observe that only the qtneutral/np film can be considered as a semi-reversible process since the potential values increased with the increase of scan rate. the graphic (fig. 7) makes clear that the methodology used in the purification of chitosan directly influences the interaction and formation of thin films. figure 7. relationship of potential variation (ep) versus scan rate for qtneutral/np (▀) e qtacetate/np (•). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 8/10 the study of the effect of ph (4.0; 7.0 and 10) on the electrochemical behavior of the qtneutral/np and qtacetate/np films was carried out and the results are shown in fig. 8. it is possible to observe that at ph 4, the obtained films did not present a good electrochemical response, making it difficult to identify the anodic process. at ph 10 divergence is observed in the electrochemical behavior for the films purified in different ways, for the qtneutral/np film it is not possible to identify the anodic process, different behavior for the qtacetate/np film, in which a displacement of the cathodic peaks is observed and anodic for 0.73 v and 0.19 v, respectively. these results indicate that the charge transfer process occurs more efficiently at ph equal to 7.0 for the different forms of purification. (a) (b) figure 8. cyclic voltammograms obtained for (a) qtneutral/np (b) qtacetate/np in ph (––) 4.0; (––) 7.0 e (––) 10 with scan rate de 50 mv s–1. to identify if there was any change in the self-assembled films' thermal stability after the electrochemical study, thermal analysis tests were performed. it was possible to observe that the thermal stability (table 6) of the films did not undergo any significant change, which may indicate the films are stable after being polarized i.e., after using in the form of electrodes. table 6. data thermal analysis after voltammetry. 1st mass loss (°c) 2nd mass loss (°c) 3rd mass loss (°c) 4rd mass loss (°c) qtneutral/np 40.0 179 257.8 887.9 qtacetate/np 31.7 183.1 263.1 820.0 4. conclusions the methodology used in the purification of chitosan produced materials with different characteristics such as molar mass, viscosity, humidity, and degree of deacetylation. these characteristics seem to directly interfere with the deposition of layers for the formation of lbl films, as evidenced by uv-vis techniques, in which the chitosan purification methodology in the form of hydrochloride was the one that showed deposition of the material in the film completely random and, therefore, it was not used for the characterization of the electrochemical profile. the qttneutra/np film, presented an exponential growth, indicating that one of the polyelectrolytes can diffuse between the layers of the film, as far as the growth of the qtacetate/np film was linear. differences regarding the thermal stability of the films were also identified, in which the film formed by qttneutra/np was the one that presented a greater reduction in the decomposition temperature, of approximately 15 °c when compared to purified chitosan. through this technique it was also possible to identify the loss of mass related to the np, confirming once again its presence in the film, as also observed by the spectroscopy technique in the infrared region. the electrochemistry tests showed that the qtneutral/np and qtacetate/np films when used as working electrodes are stable and that there is no migration of their components to the electrolyte. studies of thermal analysis of the films after electrochemical tests showed changes in relation to its decomposition temperatures. there was a shift towards more positive potentials of the anodic peak when compared to np under the same conditions for qtneutral/np, whereas with respect to the cathodic peak the difference of 0.05 v was the same observed for the two films. there are distinct interactions and behaviors between the two films corroborating the uv-vis results. the qtneutral/np film presents a semi-reversible process while the other is reversible, indicating differences in the charge transfer process between the two films. for the qtacetate/np film the charge transport occurs, while for the qtneutral/np film the diffusion process occurs. in addition, ph equal to 7 proved to be ideal for electrochemical measurements. authors’ contributions conceptualization: pontes, a. c. f. b.; data curation: nascimento, l. a.; silva júnior, f. l.; formal analysis: nascimento, l. a.; silva júnior, f. l.; pontes, a. c. f. b.; funding acquisition: pontes, a. c. f. b.; pontes, d. l.; oliveira, o. a.; nascimento, f. o. s.; investigation: nascimento, l. a.; silva júnior, f. l.; pontes, a. c. f. b.; methodology: nascimento, l. a.; pontes, a. c. f. b.; project administration: nascimento, l. a.; silva júnior, f. l.; pontes, a. c. f. b.; pontes, d. l.; oliveira, o. a.; resources: pontes, a. c. f. b.; pontes, d. l.; oliveira, o. a.; nascimento, f. o. s.; software: not applicable; supervision: pontes, a. c. f. b.; validation: not applicable; visualization: pontes, a. c. f. b.; writing – original draft: pontes, a. c. f. b.; silva júnior, f. l.; pontes, d. l.; oliveira, o. a.; nascimento, f. o. s.; writing – review & editing: pontes, a. c. f. b. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1485 eclet. quim. 49 | e-1485, 2024 issn 1678-4618 page 9/10 funding not applicable. acknowledgments the analytical center of the chemistry institute of ufrn for the use of the equipment used in this work. references amanulla, b.; palanisamy, s.; chen, s.-m.; chiu, t.-w.; velusamy, v.; hall, j. m.; chen, t.-w.; ramaraj, s. k. selective colorimetric detection of nitrite in water using chitosan stabilized gold nanoparticles decorated reduced graphene oxide. sci. rep. 2017, 7 (9) 1–9. https://doi.org/10.1038/s41598-017-14584-6 ariga, k.; ji, q.; mcshane, m. j.; lvov, y. m.; vinu, a.; hill, j. p. inorganic nanoarchitectonics for biological applications. chem. mater. 2012, 24 (5), 728–737. https://doi.org/10.1021/cm202281m arrascue, m. l.; garcia, h. m.; horna, o.; guibal, e. gold sorption on chitosan 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manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting 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previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript 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manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/2 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/1 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/3 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015. book chapter hammond, c. crystal symmetry. in the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015; pp 99−134. book with editors mom the chemistry professor: personal accounts and advice from chemistry professors who are mothers, 2nd ed.; woznack, k., charlebois, a., cole, r. s., marzabadi, c. h., webster, g., eds.; springer, 2018. website acs publications home page. https://pubs.acs.org/ (accessed 2019-02-21). document from a website american chemical society, committee on chemical safety, task force for safety education guidelines. guidelines 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lois-caballe, c.; baltimore, d.; qin, x.-f. method for expression of small rna molecules within a cell. us 7 732 193 b2, 2010. streaming data american chemical society. game of thrones science: sword making and valyrian steel. reactions. youtube, april 15, 2015. https://www.youtube.com/watch?v=chrcgoje4j4 (accessed 2019-02-28). for more information, you can access the acs style quick guide and the williams college libguides. submitting your manuscript the corresponding author should submit the manuscript online by clicking here. if you are a user, register by clicking here. at the user home page, click in new submission. in step 1, select a section for your manuscript, verify one more time if you followed all these rules in submission checklist, add comments for the editor if you want to, and click save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica.iq@unesp.br letícia amanda miguel technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:ecletica.iq@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | 32 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 32-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 voltammetric glassy carbon sensor approach for the extended stability studies of doxorubicin in lyophilized dosage form carlos eduardo peixoto cunha1+ , edson silvio batista rodrigues1 , jerônimo raimundo de oliveira neto1 , vernon somerset2 , stephânia taveira1 , lívia sgobbi3 eric de souza gil1 1. federal university of goiás, pharmacy, goiânia, brazil. 2. cape peninsula university of technology, faculty of applied sciences, cape town, south africa. 3. federal university of goiás, chemistry, goiânia, brazil. +corresponding author: carlos eduardo peixoto cunha, phone: +55 62 981120522 email address: cedcunhap35@hotmail.com article info article history: received: november 03, 2021 accepted: may 05, 2022 published: july 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. electrochemistry 2. quality control of medicines 3. analytical validation 4. voltammetry 5. anticancer drugs abstract: doxorubicin (dox) is an anthracycline antibiotic that is widely used in the clinical treatment of cancer patients. dox has a high market value. electroanalytical methods for dox analysis are an alternative and promising approach compared to chromatographic techniques. in this context, electroanalysis provides a low-cost method for determining drugs such as dox lyophilized powder for the injection. differential pulse voltammetry with a glassy carbon electrode was used. dox stability after reconstitution was performed, and the correct time for safe administration to patients in hospitals was determined. the electroanalytical method showed a limit of detection of 0.54 µmol l-1 and limit of quantification of 1.83 µmol l–1, which is enough for the application in quality control of dox. the highperformance liquid chromatography analysis was also applied in pharmaceutical samples containing dox to compare with the proposed method, showing that the obtained results are relatively similar for both methods. therefore, the electroanalytical approach shows the viability of an attractive alternative technique for applying this sensor for drug quality control. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 mailto:cedcunhap35@hotmail.com https://orcid.org/0000-0002-6740-7185 https://orcid.org/0000-0003-2965-0421 https://orcid.org/0000-0002-0261-4554 https://orcid.org/0000-0001-8643-1853 https://orcid.org/0000-0003-3844-6334 https://orcid.org/0000-0002-0372-9396 https://orcid.org/0000-0001-9161-0127 original article revista.iq.unesp.br 33 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 32-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 1. introduction doxorubicin hydrochloride (dox) (fig. 1) is an anthracycline antibiotic which starting material is streptomyces percetius var. cesium, which is widely used in the clinical treatment of patients with leukemias and tumors in the lung or breast. doxorubicin hydrochloride is composed of an amino sugar linked to anthraquinone aglycone, as shown in in its chemical structure (fig. 1). its mechanism of action is elucidated in four different ways, i.e., a) inhibition of deoxyribonucleic acid (dna) synthesis in tumor cells; b) creation of free radicals, which can damage dna; c) induction of dna damage due to dox interference with topoisomerase ii; and d) induction of apoptosis (alhareth et al., 2012; li et al., 2020; skalová et al., 2020). figure 1. doxorubicin chemical structure. doxorubicin hydrochloride is highly prescribed for therapeutic use in the form of a lyophilized powder for injection, so it is necessary to ensure the quality of the drug. doxorubicin hydrochloride has a high market value, so it is a drug with less accessibility to patients with less purchasing power however, hospitals allow the use of the dox injection form to grant access to more patients. nonetheless, it is necessary to carry out stability control after reconstitution of the lyophilized powder for dox injection to ensure the drug’s efficacy and safety (navas et al., 2013; radi, 2003; rodrigues et al., 2018). quality control tests involve checking the content and possible impurities and stability of the drug. techniques with good sensitivity are needed to perform the quality control tests for dox, with the official methods used to determine the content consisting of high-performance liquid chromatography (hplc) tests with uv detection and uv-vis spectrometry (felix and angnes, 2018; navas et al., 2013). these techniques require expensive instrumentation, centralized laboratory and wellqualified personnel, time-consuming sample pretreatment steps in addition to making use of many organic reagents, also not environment-friendly (acs, 2019; hahn and lee, 2004; shellaiah and sun, 2020). as an alternative to those above conventional analytical methods, electrochemical sensors offer several remarkable attributes, such as low-cost instrumentation, elimination or reduction of sample pretreatment steps, fast response, and the possibility of online and in situ detection. furthermore, electroanalytical methods provide good sensitivity, versatility, and cleaner and more sustainable analysis. the glassy carbon electrode (gce) and the carbon paste electrode (cpe) have been used frequently among many electrodes employed in electroanalysis. modifications of these electrodes, mostly with catalysts and/or nanoparticles, have displayed a significant increase in sensitivity for electrochemical detection (hajian et al., 2017; shah et al., 2018; skalová et al., 2020). this work aims to perform the electroanalytical determination of dox in lyophilized powder form, by differential pulse voltammetry (dpv) with a gce sensor. we also aimed to verify the stability of dox after reconstitution, establishing the correct time for safe administration to patients in hospitals. for comparison, dox determination was also performed by hplc-uv. 2. materials and methods electrolyte solutions were prepared using high analytical grade salts, which were solved in milli-q water (conductivity ≤ 0.1 µs cm–1) (millipore s. a., molsheim, france). analytical grade dox was obtained from the united states pharmacopeia (usp) (≥ 99%). pharmaceutical formulations of dox (10 mg ml–1) were kindly provided by a private oncology health unit (rio de janeiro/rj – brazil). the stock standard solution was prepared from a test dose of 27.18 mg in a 50 ml volumetric flask, then 25 ml of milli-q water was added and taken to ultrasound until complete solubilization, then the volume of the flask obtaining a concentration of 1.0 mmol l–1 dox, the solution was prepared immediately before the experiments. the samples of the reconstituted drug destined for the evaluation of the stability against the ambient temperatures and at 2 to 8 °c by voltammetric tests were prepared from an initial solution of dox reconstituted in water for injection in its original packaging and divided into four 10-ml amber glass volumetric flasks. in contrast, those for monitoring by https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 original article revista.iq.unesp.br 34 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 32-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 chromatographic tests were packaged in four 100-ml amber glass volumetric flasks. the tests were performed at zero time and repeated in 2, 4, 6, 12, 24, 48, and 96 h in the samples exposed to the environmental conditions proposed by the study. 2.1. electroanalytical tests voltammetric measurements were performed using a potentiostat/galvanostat pgstat model 204 with a fra32m module (metrohm autolab, eco chemie, netherlands) integrated with nova 2.1 software. all measurements were carried out in a 1-ml onecompartment electrochemical cell coupled to a threeelectrode system consisting of a gce, a pt wire counter electrode and an ag/agcl/kclsat reference electrode (both purchased from lab solutions, são paulo, brazil). the experimental conditions used for the dpv were pulse amplitude of 50 mv, pulse width of 0.5 s, and scan rate of 10 mv s−1. all voltammetric assays were performed in 0.1 mol l−1 phosphate buffer solution (pbs), ph 7.0. the dp voltammograms were background-subtracted and baseline-corrected. all experiments were conducted in triplicate, and data were analyzed using origin pro 9 software (northampton, ma, usa). between each voltammogram reading, the gce was sanded with 0.3 m alumina suspension and subsequently rinsed with milli-q water, in order to renew the electrode surface, thus ensuring the reproducibility of the tests. 2.2 chromatography tests for the chromatographic assay, a stainless-steel column (250 × 4.6 mm) was used, packed with octadecylsilyl silica gel for chromatography (5 µm) (hypersil c18). the elution was isocratic with the mobile comprised of acetonitrile and acid surfactant solution (containing 0.288% w/v dodecyl sulfate and 0.225% w/v orthophosphoric acid) in a 50:50 (v/v) proportion. the analyses were performed at room temperature (25 °c). the flow was 1 ml min–1, the wavelength was 254 nm, and the injection volume was10 µl. the samples were prepared with 0.01% w/v of the reconstituted solution for injection diluted in the mobile phase, compared to the usp standard’s declared value (usp, 2020; zhao and dash, 1999). 2.3 method validation the method was developed and validated for linearity, accuracy, precision, quantification limit, detection limit, and selectivity in accordance with ich q2 (r1). the linearity of the method was performed through three analytical curves using dox standard solutions. the results were statistically analyzed by linear regression analysis using the least squares method (ich, 2014). 3. results and discussion 3.1 electroanalytical tests the dp voltammogram obtained with gce showed one main oxidation peak for dox at epa = 0.33 v corresponding to oxidation in the quinonic portion of the anthracyclines drug class, followed by a second and third oxidation peaks, at epa = 0.60 v and epa = 0.75 v that are explained by the adsorption of dox, attributed to the formation of a hydrogen bond between the hydroxyl groups of the phenolic compound and the carbonyl group (piovesan and spinelli, 2014). figure 2. calibration curve of dox with dpv with gce in pbs ph 7.0. a calibration curve (fig. 2) was constructed to determine the ideal concentration for dox recovery in the stability study. linearity was found on the calibration curve for the anodic peak epa1 a.a. 0.33 v. as epa1 presented a good linearity coefficient (r² = 0.9993), it was used to calculate the regression equation: y = (2.81± 0.09) + (0.48 ± 0.01 × [dox] (mol l–1). as the p-value (0) found in the anova f test is less than 0.05, it was rejected the null hypothesis (zero slope) at the significance level of 5%, whereas the p-value of 2755.7954 of the t-test is greater than 0.05, therefore, it was not rejected the null hypothesis (intercept equal to zero) at the significance level of 5%. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 original article revista.iq.unesp.br 35 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 32-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 the correlation coefficient found of 0.9993 is greater than 0.9900, so it was concluded that there is an adequate linear relationship, showing residual sum of squares of 3.94 × 10–9. a comparison of the analytical parameters obtained by the proposed method and hplc for the determination of dox in pharmaceutical samples is described in tab. 1. table 1. precision and repeatability assays values for voltammetric and chromatographic assays. samples sample amount (%) methods dpv – gce (% ± sd) (n = 6) hplc (% ± sd) (n = 6) dox lyophilized powder for injection repeatability (intraday) 100.0 101.4 ± 0.8 100.9 ± 0.2 dox lyophilized powder for injection tablets intermediary precision (interday) 100.0 101.0 ± 0.5 100.6 ± 0.1 sd: standard deviation. for comparison reasons, hplc recovery assays were performed. repeatability assays were performed within a single day with intervals of 2 h. intermediary precision assays were performed on three different days with three different analysts with intervals of 4 h for each day. it can be seen from tab. 1 that both methods displayed acceptable precision. the voltammetric method displayed slightly higher deviations of precision in both assays in comparison with hplc, as expected. however, due to the great difference between equipment and preprocessing of both approaches, the precision difference shows that the method developed in this work is within an appropriate range of precision in comparison with pharmacopoeia methods. the results are further in agreement with the study conducted by macêdo et al. (2020) and cunha et al. (2019). accuracy assays were also performed for both methods and the results are shown in tab. 2. table 2. accuracy assays validation data for voltammetric and chromatographic assays for dox lyophilized powder for injection. samples sample amount (%) methods dpv – gce (% ± rsd) hplc (% ± rsd) dox lyophilized powder for injection 80.0 81.4 ± 0.7 80.7 ± 0.2 100.0 101.1 ± 0.5 101.5 ± 0.2 120.0 120.7 ± 0.8 120.1 ± 0.4 rsd: relative standard deviation. as observed in tab. 2, the accuracy of both methods was satisfactory, with results within 5% deviation range. the chromatography approach showed only slightly lesser deviation than the voltammetric method with the gce, corroborating the considerations made previously. table 3 presents the limit of detection (lod) and limit of quantification (loq) values of this study compared to the results obtained from the literature data used to determine dox. table 3. comparisons of the limits of detection and the limits of quantification in the determination of dox with other methods. method lod loq reference dpv 0.54 µmol l–1 1.83 µmol l–1 this work hplc 0.5 ng ml–1 5.0 ng ml–1 skalová et al., 2020 dpv-pge 9.9 µmol l–1 33.31 µmol l–1 cunha et al., 2019 dpcsv 0.44 µmol l–1 0.6 µmol l–1 deepa et al., 2020 hplc 0.2 ng ml–1 0.6 ng ml–1 thomaz et al., 2018 next, a summary and a comparison of our method depicted in tab. 3 were provided, which shows the current analytical approaches for the detection of dox, from which it is possible to infer that an adequate sensitivity was obtained for the simplified electroanalytical approach used. the results further demonstrate the availability of a faster analytical method and at a lower cost compared to other methods. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 original article revista.iq.unesp.br 36 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 32-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 the electroanalytical method proposed in this work showed a lod of 0.54 µmol l–1 and loq of 1.83 µmol l–1, which is sensitive enough for the application in quality control of dox in lyophilized powder for injection. 3.2 extended stability study test on a dox pharmaceutical sample the gce sensor was also used to monitor the stability of dox lyophilized powder for injection applications. in this context, injectable dox solutions were evaluated after reconstitution at room temperature and at temperatures from 2 to 8 °c. analytical assays were performed at different times monitoring the decay of the dox content after reconstitution, where the recovery in percentage after each period was evaluated, determining the stability after its reconstitution through the assay found (tab. 4). as expected, the recovery values for voltammetric and chromatographic determinations showed dox degradation after reconstitution. however, at room temperature, it shows dox degradation after 48 h, while from 2 to 8 °c it remained stable until 96 h. (tab. 4). all concentrations found were less than 5% of the relative standard deviation. both methods showed effective approaches to assess the stability of dox lyophilized powder for injection after reconstitution. table 4. results obtained for the recovery of dox in the evaluation of the extended stability study at different times. time (h) % dox (at room temperature) % dox (2–8 °c) dpv hplc dpv hplc 0 92.74 92.33 92.74 92.33 2 92.18 93.36 92.22 93.34 4 91.13 92.92 93.62 93.84 6 92.04 92.61 91.61 91.50 12 91.38 90.20 92.55 92.33 24 92.07 88.47 91.12 90.74 48 83.36 84.23 91.78 90.89 96 79.51 81.52 91.06 91.41 4. conclusions the gce sensor, when compared to other sensors and evaluation methods, offers efficiency in its analytical performance for the determination of lyophilized powder for injection. this characteristic, when associated with low cost, easy access, quick and efficient cleaning of the electrode surface area, indicates that the gce sensor can be a useful tool for dox analysis. also, the gce sensor exhibited satisfactory detection and recovery, although the standard deviation values were slightly higher than most of the sensors and methods applied. however, the results are following the specifications for such an analysis. the general analytical performance and the low cost of the material associated with the immediate analysis provided by both electrodes, consistently justify the choice of these analytical devices as alternative approaches to quality control and extended drug stability studies. authors’ contribution conceptualization: cunha, c. e. p.; gil, e. s.; rodrigues, e. s. b; sgobbi, l. f.; taveira, s. f data curation: cunha, c. e. p.; rodrigues, e. s. b.; oliveira neto, j. r; sgobbi, l. f.; taveira, s. f formal analysis: cunha, c. e. p.; rodrigues, e. s. b.; oliveira neto, j. r; sgobbi, l. f.; taveira, s. f funding acquisition: not applicable. investigation: cunha, c. e. p.; rodrigues, e. s. b.; oliveira neto, j. r; sgobbi, l. f.; taveira, s. f methodology: cunha, c. e. p.; rodrigues, e. s. b.; oliveira neto, j. r; sgobbi, l. f.; taveira, s. f project administration: gil, e. s. resources: gil, e. s. software: not applicable. supervision: gil, e. s. validation: somerset, v. visualization: cunha, c. e. p.; rodrigues, e. s. b.; oliveira neto, j. r; sgobbi, l. f.; taveira, s. f writing – original draft: cunha, c. e. p.; rodrigues, e. s. b.; oliveira neto, j. r writing – review & editing: gil, e. s.; somerset, v. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 original article revista.iq.unesp.br 37 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 32-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 data availability statement all dataset were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments we thank to av farma for their support and to the federal university of goiás (ufg) for supporting this work. references acs 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https://doi.org/10.1016/j.sintl.2020.100033 https://doi.org/10.1016/j.sintl.2020.100033 https://doi.org/10.1016/j.bios.2017.11.029 https://doi.org/10.1016/j.bios.2017.11.029 https://doi.org/10.1016/j.bios.2017.11.029 https://doi.org/10.1016/j.bios.2017.11.029 https://doi.org/10.1007/bf02980041 https://doi.org/10.1007/bf02980041 https://doi.org/10.1007/bf02980041 https://doi.org/10.1007/bf02980041 https://doi.org/10.1016/j.jpha.2016.07.005 https://doi.org/10.1016/j.jpha.2016.07.005 https://doi.org/10.1016/j.jpha.2016.07.005 https://doi.org/10.1016/j.jpha.2016.07.005 https://doi.org/10.1016/j.jpha.2016.07.005 https://database.ich.org/sites/default/files/q2%28r1%29%20guideline.pdf https://database.ich.org/sites/default/files/q2%28r1%29%20guideline.pdf https://database.ich.org/sites/default/files/q2%28r1%29%20guideline.pdf https://database.ich.org/sites/default/files/q2%28r1%29%20guideline.pdf https://database.ich.org/sites/default/files/q2%28r1%29%20guideline.pdf 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https://doi.org/10.5935/0103-5053.20140019 https://doi.org/10.5935/0103-5053.20140019 https://doi.org/10.5935/0103-5053.20140019 https://doi.org/10.1016/s0731-7085(02)00707-0 https://doi.org/10.1016/s0731-7085(02)00707-0 https://doi.org/10.1016/s0731-7085(02)00707-0 https://doi.org/10.1016/s0731-7085(02)00707-0 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/ph12030116 https://doi.org/10.3390/separations5010009 https://doi.org/10.3390/separations5010009 https://doi.org/10.3390/separations5010009 https://doi.org/10.3390/separations5010009 https://doi.org/10.3390/separations5010009 https://doi.org/10.3390/chemosensors8030055 https://doi.org/10.3390/chemosensors8030055 https://doi.org/10.3390/chemosensors8030055 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135180 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135180 original article revista.iq.unesp.br 38 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 32-38 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p32-38 approaches: a comparative study. electrochim. acta. 2020, 330, 135180. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135180 thomaz, d. v.; leite, k. c. de s.; moreno, e. k. g.; garcia, l. f.; alecrim, m. f.; macêdo, i. y. l.; caetano, m. p.; carvalho, m. f.; machado, f. b.; gil, e. de s. electrochemical study of commercial black tea samples. int. j. electrochem. sci. 2018, 13 (6), 5433–5439. https://doi.org/10.20964/2018.06.55 us pharmacopeia (usp). doxorubicin lyophilized powde. 2020. https://online.uspnf.com/uspnf/document/1_guid41785247-da22-407f-b060-7182fda4fd3a_3_en-us (accessed 2021-02-28). zhao, p.; dash, a. k. a simple hplc method using a microbore column for the analysis of doxorubicin. j. pharm. biomed. anal. 1999, 20 (3), 543–548. 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https://doi.org/10.1016/s0731-7085(99)00070-9 author guidelines revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | instructions for authors before you submit 1. check eclet. quim. j.’s focus and scope eclética química journal is a peer-reviewed quarterly publication of the institute of chemistry of são paulo state university (unesp). it publishes original researches as articles, reviews and short reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. chem. j. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. j. is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. j. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/2 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/1 author guidelines revista.iq.unesp.br the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. j. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/3 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. the basics of 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within a cell. us 7 732 193 b2, 2010. streaming data american chemical society. game of thrones science: sword making and valyrian steel. reactions. youtube, april 15, 2015. https://www.youtube.com/watch?v=chrcgoje4j4 (accessed 2019-02-28). for more information, you can access the acs style quick guide and the williams college libguides. submitting your manuscript the corresponding author should submit the manuscript online by clicking here. if you are a user, register by clicking here. at the user home page, click in new submission. in step 1, select a section for your manuscript, verify one more time if you followed all these rules in submission checklist, add comments for the editor if you want to, and click save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica.iq@unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:ecletica.iq@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045524427.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045532011.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045601058.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045611332.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045621715.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045630930.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045646331.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045700938.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045710378.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045718362.pdf database revista.iq.unesp.br digital databases supporters *click on the images to follow the links. ebsco and fsta has no link available. the address is for subscribers only. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doaj.org/toc/1678-4618 http://bit.do/eqj_cas https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica https://www.latindex.org/latindex/ficha?folio=16477 https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://scholar.google.com.br/citations?hl=pt-br&user=-j-ppugaaaaj&authuser=1 https://www.redalyc.org/revista.oa?id=429 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 https://biblat.unam.mx/pt/revista/ecletica-quimica https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 https://www.iq.unesp.br/ https://www2.unesp.br/ https://www.abecbrasil.org.br/novo/ https://www.gov.br/cnpq/pt-br database revista.iq.unesp.br citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click on the images to follow the links. ebsco has no link available. the address is for subscribers only. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://bit.do/eqj_cas https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://doaj.org/toc/1678-4618 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 https://scholar.google.com.br/citations?hl=pt-br&user=-j-ppugaaaaj&authuser=1 https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica https://www.redalyc.org/revista.oa?id=429 https://www.latindex.org/latindex/ficha?folio=16477 https://biblat.unam.mx/pt/revista/ecletica-quimica https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129021958395.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129022031065.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129022045753.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129022113737.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129022124841.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129022233657.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129022310170.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129022350098.pdf technical note revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | 55 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 on-site weld quality assessment and qualification for stainless steels tanks luis henrique guilherme1,2+ , cecilio sadao fugivara3 , assis vicente benedetti3 1. soudap soldas sanitárias, engineering department, araraquara, brazil. 2. acw engineering, research & development department, araraquara, brazil. 3. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. +corresponding author: luis henrique guilherme, phone: +55 16 997650040, email address: lh.guilherme@soudap.com.br article info article history: received: november 09, 2021 accepted: may 07, 2022 published: july 01, 2022 section editor: paulo clairmont feitosa lima gomes keywords 1. 2101 lean duplex stainless steel 2. on-site corrosion tests 3. cyclic polarization 4. chemical passivation treatment 5. sensitized weld abstract: stainless steel tanks are frequently degraded by localized corrosion in bioprocess industries. a case study of 2101 duplex stainless steel tank allowed to apply a portable electrochemical microcell system (passivityscan) for on-site weld inspection and corrosion monitoring from the manufacturing until 12 months of operation. during the tank manufacturing, the double loop electrochemical potentiokinetic reactivation technique was applied to measure the sensitization degree on the welded regions. the manufactured tank was submitted to the passivation treatment to improve the passivation properties and corrosion resistance. on-site cyclic polarization tests were performed and confirmed the increase of passivation level of treated surface. the passivation level was measured again after 12 months of operation and detected a lower passivation level compared to the initial passivated surface, indicating that the passivation treatment lost its effect after that period. therefore, an acceptance criterion to passivation level was empirically determined. passivityscan is an advanced device to qualify the welds and the passivated surfaces, and useful for corrosion monitoring and the reliability maintenance. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 mailto:lh.guilherme@soudap.com.br https://orcid.org/0000-0002-9333-2877 https://orcid.org/0000-0002-2288-2601 https://orcid.org/0000-0002-0243-6639 technical note revista.iq.unesp.br 56 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 1. introduction stainless steel is widely used to build the bioprocessing equipment and facilities due to its natural capacity to generate and recovered a passive film on the surface, characterized as a thin layer of chromium oxide (cr2o3) that becomes the steel surface with high electrical resistance, almost inert and then, adequate to aseptic and anticorrosive applications. the electrical resistance of the passive film is dependent on the steel chemical composition and particularly on the content of chromium (cr), molybdenum (mo) and nickel (ni). besides the chemical composition, the stainless steel grade to be selected must consider the characteristic of the particular industrial process. the most used stainless steels in bioprocessing applications are from austenitic (304l and 316l) and duplex (2205, 2101 and 2304) groups, because they have showed adequate performance in processes in which hygienic characteristic and anticorrosive properties are required (guilherme et al., 2022). the american society of mechanical engineers: bioprocessing equipment (asme bpe, 2019) standard aims to define requirements to the project and construction of the equipment and facilities to the bioprocessing industry, such as pharma and life science, food grade products, as well as any industrial sector where high level of hygienic and asepsis requirements are established. the welding process, the surface finishing and the chemical passivation treatment are considered by asme bpe as special processes to obtain a hygienic surface and, therefore, the standard has specific requirements to each process. in the field of welding, the asme bpe defines physical and metallurgical requirements to achieve an aseptic and corrosion resistant welded joint. the equipment design needs to specify the average roughness (ra) of the surface finishing, which can be obtained by mechanically polishing or electropolishing processes. the surface in contact with the aseptic product also needs to be submitted to the chemical passivation treatment because this procedure removes the impurities and contaminants from the surface, providing a passive film with high corrosion resistance. the asme bpe recommends the use of electrochemical techniques to field services as an in situ advanced inspection, being specifically suggested the application of the electrochemical impedance spectroscopy (eis) to assess the rouge contamination and the cyclic potentiodynamic polarization (cpp) to assess the level of surface passivation. however, the asme bpe mentions that the development of an electrochemical tool to in situ services is still ongoing. on the other hand, recent works (guilherme et al., 2019a; 2021a; b; c; d) have showed a portable electrochemical microcell, named passivityscan, that can apply electrochemical techniques in on-site surface inspection of the tanks and pipelines. this work aims at showing the results obtained by passivityscan in advanced on-site inspection and how it is useful to the reliability maintenance. for this purpose, results from on-site metallurgical integrity and passivation properties inspections are presented and discussed. it is important to highlight that the onsite surface inspections were performed in three steps of the tank life cycle: as built, after chemical passivation treatment and after 12 uninterrupted months of operation. 2. study of case the study of case shows the results of the on-site inspection of an aseptic stainless steel tank where advanced electrochemical techniques were applied. the inspections were made in the following steps of the tank life cycle as built, after surface chemical passivation and after 12 uninterrupted months of operation. the ldx 2101 lean duplex was used as base metal to construct the tank that was designed to storage nfc orange juice in an industrial cold chamber that works at around 1–3 c. figure 1 shows a general view of the tanks during its manufacturing and the tank inside view regarding the bottom plate and inner wall that were the objective of the surface inspections. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 57 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 figure 1. construction site of the industrial cold chamber where it is showed the tanks. (a) in building process; (b) internal face of tank showing the bottom plate and shell. the welding of the tank parts was made using a semiautomatic tungsten inert gas (tig) process (tip tig) by applying a double side synchronous welding technique, which means that two welders attack the joint simultaneously on opposite sides, and the maximum heat input was regulated as 2.5 kj mm–1 to generate an appropriate weld metallurgy (guilherme et al., 2021c; huang, 2015; reccagni et al., 2019; wang et al., 2021). the surface finishing was obtained by mechanically grinding with an average surface roughness, ra < 0.76 m, and this parameter was controlled by a digital profilometer. after the surface finishing was concluded, a chemical treatment according to astm a-380 using a based nitric acid aqueous solution (12 v/v%) was performed to improve the passivation property of the inner surface of the tank. the passivityscan is a portable system capable of making electrochemical tests directly on the industrial site to evaluate equipment and facilities. it works as a typical three-electrodes microcell that was designed to be used in on-site inspection services (guilherme et al., 2019a). passivityscan is robust and versatile to be used in all positions because its o-ring with diameter of 1.0 mm (scanned surface area is 0.008 cm2) inserted on the bottom of the cell gets a well coupling with the surface, avoiding crevice corrosion, noise, or any external influence. the coupling of the microcell o-ring with the tank bottom surface can be seen in fig. 2. the construction site inspection management considered on-site electrochemical techniques in the quality control inspection & test plan, and the aim was to assess the metallurgical integrity of welds by double loop electrochemical potentiokinetic reactivation technique (dl-epr tests) and to certify the passivation level after chemical passivation treatment (by cpp tests), as described in tab. 1. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 58 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 figure 2. passivityscan being used to measure the passivation level of the tank’s internal surface. (a) passivityscan’s overview; (b) view of support and mini-cell; (c) cyclic potentiodynamic polarization measurement on going. table 1. goals of using passivityscan in the integrity inspection and passivation. tank conditions objective technique performance parameters criteria as built metallurgical integrity of welds on-site dl-epr ia, ir, qa, qr dos < 1 after chemical passivation (astm a-380) passivation level on-site cyclic polarization ecorr, epit, eprot passivation level eprot – ecorr > 350 mv the degree of sensitization criteria is based on the literature (deng et al., 2010). the passivation criterion is an empirical criterion. the dl-epr technique was applied to measure the degree of sensitization (dos) on the weld regions, and, for that, the electrochemical potential was scanned first in the anodic direction, from −500 mv to +300 mv vs. ag/agcl/kcl 3 mol l–1, where the polarization scan was reversed, and scanned back to −500 mv vs. ag/agcl/kcl 3 mol l–1. a sweep rate of 1.67 mv s–1 was used for the tests. the criteria for the degree of sensitization consider the limit value to the dos ratio of 1%, according to previous study (deng et al., 2010). cyclic potentiodynamic polarization tests were carried out to measure the passivation level integrity in view of ensure the passive film resistance at all over the surface (guilherme et al., 2019b), and the procedure was performed in 3.5% wt. nacl solution to evaluate the pitting corrosion resistance. after stabilization of the open circuit potential (ocp) (~5 min), an anodic polarization scan was performed at a sweep rate of 1.67 mv s–1. the anodic scan was reversed after it reaches one of the criteria: (i) current density of 1 ma cm–2 or (ii) potential of 1 v. finally, the samples were scanned in the cathodic direction to a potential of – 200 mv vs. ocp. the passive region (or passivation level) takes into consideration the electrochemical parameters from the cpp curves in order to evaluate the resistance of the material to localized corrosion: ecorr, epit, eprot. if eprot is nobler than ecorr there is a potential range where the passive film is stable and no localized corrosion such as pits, crevice or crack initiation, will initiate or grow. the literature called this region as perfect passivity and the asme bpe named it as passivation level, and the difference between eprot–ecorr indicates the amount of passivation level (asme bpe, 2019; esmailzadeh et al., 2018). an empirical criterion for passivation level of 350 mv was determined. the dl-epr technique was tested at 90 surface points throughout 270 linear m of weld regions and the cpp technique was tested at 125 surface points on bottom plate and shell related to a total superficial area of 375 m2. table 1 describes the electrochemical techniques applied to assess the tank welds and surface and the respective performance parameters and criterion of acceptance. it is important to emphasize that dl-epr technique was applied to assess the metallurgical features of welds and figure out if the weld region has https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 59 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 cr-depleted zones, whereas cpp technique assessed the resistance of passive film. bear this in mind, the criterion of acceptance to the dl-epr was based on the literature (deng et al., 2010); nevertheless, there was not a stablished criterion of acceptance to the cpp technique and/or passivation level (eprot–ecorr). considering that it is important to have a minimum range of passive region in order to obtain a reliable material for engineering applications, it was empirically defined the criterion of acceptance of 350 mv. 3. results and discussion figure 3 presents typical dl-epr curves of the nonsensitized base metal and sensitized weld heat affected zone (haz) and their dos values that were calculated using two different data: (i) activation and reactivation current densities (ia and ir) (ebrahimi et al., 2011; hong et al., 2013), and (ii) activation and reactivation charge densities (qa and qr) (astm g108, 2004). figure 3. on-site dl-epr curves calculating dos based on current density [(ir/ia) × 100%] and charge density [(qr/qa) × 100%] to not sensitized base metal (a) dosi = 0.14%; (b) dosq = 0.08%; and to heat affected zone of sensitized weld surface; (c) dosi = 25.64%; (d) dosq = 21.87%. first, the current of the reactivation peak (ir) and the peak activation current density (ia) were graphically determined using origin v.9 software and the dos was figured out as the ratio (ir/ia) × 100%. second, the typical dos curve (potential vs. current density) was converted into current density vs. time, following the charge determination by calculating the integrate of the gray area observed in fig. 3b and d. it was done using integrate tool in origin v.9 software and then the dos was measured as the ratio (qr/qa) × 100%. the degree of sensitization is a powerful criterion of acceptance to approve stainless steel tanks in manufacturing phase or maintenance projects, taking into account that it is extremely important to avoid operation fails caused by improper welding processes. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 60 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 all the same, the dos might be determined from the current density or the charge density, as shown in fig. 3, and it was noted a soft difference between the dos results. for practical applications, it is considered the higher value in view of reducing the risk to failure. table 2 illustrates how the results are shown in the metallurgical integrity report. table 2. on-site dl-epr tests results. welded joint number surface site dos based in activation and reactivation current density dos based in activation and reactivation charge densities ir (a cm–2) ia (a cm–2) dos ir/ia (%) qr (mc cm–2) qa (mc cm–2) dos qr/qa (%) base metal base metal 0.08 56.23 0.14 3.21 3890.21 0.08 weld-01 weld 0.002 1.50 0.10 0.09 124.45 0.07 fusion line 0.004 3.00 0.12 0.44 401.56 0.11 haz 0.003 2.10 0.13 0.27 345.47 0.08 weld-18 weld 4.79 45.20 10.60# 233.20 2486.15 9.38# fusion line 15.23 59.40 25.64# 874.40 3998.60 21.87# haz 10.27 55.80 18.40# 507.76 3254.87 15.60# #inspected surface with dos > 1 has submitted to the repair protocol. it is to note that these on-site dl-epr measurements were useful to optimize the parameters of the welding procedure specification (wps) to produce high-performance welds due to the welding energy control and consequently to obtain a microstructure free of sensitization (dos < 1) (hong et al., 2013). after that, while the tanks were assembled, on-site dl-epr tests were made to assess and control the compliance of the metallurgical integrity of the welded joints. eight inspected areas in a total of 90 were reproved based on the criteria of dos  1, which represent a failed level of 8.9%. each reproved area was double-checked by field metallography performed after electrolytic etching using a 10% (w/v) oxalic acid aqueous solution to attack the microstructure. it was also observed the preferential corrosion attack of crdepleted regions around cr-carbides and cr-nitrides, which promote increased dl-epr values, corroborating the on-site dl-epr measurements (guilherme et al., 2019b). figure 4 shows photomicrographs from sensitized surfaces obtained by field metallography, where the morphology of the crdepleted zones was noticed. all reproved welds in the on-site dl-epr inspection were submitted to the repair protocol. figure 4. field metallography of the sensitized surface with (a) dos = 10.50% and (b) dos = 22.59%. the cr2n regions were responsible for the high level of the degree of sensitization and these regions are highlighted in the figures. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 61 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 cyclic potentiodynamic polarization curves in 3.5 wt% nacl solution are presented in fig. 5. all cpp curves showed a passive behavior and the electrochemical parameters used to quantify the passivation level were corrosion potential (ecorr), pitting potential (epit), protection potential (eprot), and the passivation level was calculated as eprot–ecorr, which represents the perfect passive range (kelly et al., 2002). figure 5a shows the cpp curves of the finished surface of as-built conditions (black curve), where a passive level of around 180 mv was obtained, and it is highlighted that the weld metal (blue curve) always had a higher performance due to the chemical composition of filler metal er2209. in contrast, weld haz (red curve) showed the lowest performance due to the metallurgical features of this region. figure 5b compares the passive film resistance between as-built condition (just mechanically polished) and chemical passivated surface (mechanically polished plus chemical treatment), with the latter achieving 4× superior performance (from 185 to 750 mv). it is important to highlight the passivation level obtained from as-built surfaces registered a pitting potential and presented a positive hysteresis after it, which means that the nucleated pits continued to grow until reaching the protection potential. on the other hand, the cpp measurements after chemical passivation treatment did not register a pitting or breakdown potential and demonstrated a negative hysteresis when the scan current density was reversed, which means that the passive film was not degraded by pitting corrosion in this test condition (kelly et al., 2002). figure 5. on-site cyclic polarization curves of (a) inspected regions such as base metal, weld metal, and heat affected zone and (b) comparison of performance between chemically passivated and not passivated surfaces. the electrochemical parameters to assess the surface performance regarding passivation property are shown in tab. 3 for the three life cycles of the tank: asbuilt, after chemical passivation treatment and after 12 uninterrupted months of operation. first, it is worth emphasizing that the as-built surfaces did not obtain satisfactory corrosion electrochemical parameters regarding the passivation properties. when compared to the passivated surface, the as-built surfaces demonstrated the lower corrosion potential and a premature pitting potential, which result in a low level of passivation based on the criteria eprot–ecorr. the passivated surfaces shown the best performance in electrochemical corrosion tests with emphasis about the pitting potential: pit was not generated. it means that the passivated surfaces are more resistance than asbuilt surfaces against localized and pitting corrosion. the hypothesis is related to the complete removal of free iron on the surface after mechanical polishing, and the chemical passivation promotes the richer passive film in chromium (asme bpe, 2019). all the same, it is important to point out that in the most cases the manufactured tanks are included in the industrial process without chemical passivation treatment and it is a fault considering that the corrosion resistance and aseptic properties are significant increased by this treatment. in addition, the cost to apply the passivation treatment is inconsiderable when compared to the total investment in a new tank or the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 62 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 cost to repair corrosion degradation. finally, it was noted that after 12 months of operation the passivation properties were reduced when compared to the passivated surface, and it may be concerned to the industrial environment that the tank works in term of cleaning solutions used to sterilize it, corrosive elements present in bioprocessing and biofilm formation. table 3. passivation level assessment in different periods of the tank life cycle as built, after chemical passivation, and after 12 uninterrupted months of operation. construction phase inspection site ecorr (mv) eprot (mv) epit (mv) passivation level (mv) as-built base metal –270 –85 +230 185 weld metal –170 –80 +300 90 haz –180 –30 +198 150 passivated surface (astm a-380) base metal –115 +635 +10001 750 weld metal +70 +680 +10001 610 haz +140 +660 +10001 520 after 12 months of operation base metal –185 91 +345 311 weld metal –130 204 +389 334 haz –169 128 +255 297 1epit=1000 mv indicates that stable pit nucleation and grow did not occur. looking at fig. 5a, one may have the impression that different values of current density were used for the reversal of the scanning direction of potentials in the different regions of the weld. to clarify this, the readers are invited to see the appendix. 4. conclusions the results from cpp measurements demonstrated that the surface finishing with ra = 0.76 m had a passive behavior, and a low passivation level was obtained after polishing process. the surface chemical passivation treatment significantly increased the passivation level. the surface passivation level was reduced after 12 uninterrupted months of tank operation. the surface chemical passivation, applied according to astm a-380 restores the passivation level. the on-site surface advanced inspection can be useful to reliability maintenance of managing the assets and facilities that operate in corrosive or aseptic processes. the application of the welding procedure specification permitted the obtention of a proper weld microstructure to be corrosive resistant and perform the weld quality control during tank manufacture. the cpp measurements gave the surface passivation level of the tank critical parts and qualify the compliance of the surface after chemical passivation treatment. these measurements also supported the assessment of the tank inner surface in contact with food grade product and allow demonstrating the passivation level decreased as a function of time. bear it in mind, an acceptance criterion to passivation level was determined for practical application, and this is an important data manage to the reliability maintenance. based on passivation level parameter is defined the correct moment to restore the tank by chemical passivation treatment. authors’ contribution conceptualization: guilherme, l. h.; benedetti, a. v. data curation: guilherme, l. h. formal analysis: guilherme, l. h. funding acquisition: guilherme, l. h.; benedetti, a. v. investigation: guilherme, l. h. methodology: guilherme, l. h.; fugivara, c. s. project administration: guilherme, l. h.; benedetti, a. v. resources: guilherme, l. h.; fugivara, c. s. software: not applicable. supervision: benedetti, a. v. validation: guilherme, l. h.; fugivara, c. s.; benedetti, a. v. visualization: guilherme, l. h.; benedetti, a. v. writing – original draft: guilherme, l. h. writing – review & editing: guilherme, l. h.; fugivara, c. s.; benedetti, a. v. data availability statement the data will be available upon request. funding https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 63 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2019/23063-4. acknowledgments not applicable. references asme bpe. bioprocessing equipment; 2019. 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https://doi.org/10.1134/s207020511805026x https://doi.org/10.1134/s207020511805026x https://doi.org/10.1134/s207020511805026x https://doi.org/10.1134/s207020511805026x https://doi.org/10.1134/s207020511805026x https://doi.org/10.5006/3004 https://doi.org/10.5006/3004 https://doi.org/10.5006/3004 https://doi.org/10.5006/3004 https://doi.org/10.5006/3257 https://doi.org/10.5006/3257 https://doi.org/10.5006/3257 https://doi.org/10.5006/3257 https://doi.org/10.5006/3257 https://www.proceedings.com/content/062/062828webtoc.pdf https://www.proceedings.com/content/062/062828webtoc.pdf https://www.proceedings.com/content/062/062828webtoc.pdf https://www.proceedings.com/content/062/062828webtoc.pdf https://www.proceedings.com/content/062/062828webtoc.pdf https://www.proceedings.com/content/062/062828webtoc.pdf https://www.proceedings.com/content/062/062828webtoc.pdf 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https://www.acwengenharia.com.br/onsite-dl-epr-measurements-and-field-metallography-to-investigate-the-localized-corrosion-of-2101-lean-duplex-stainless-steel-applied-in-storage-tanks/ https://www.acwengenharia.com.br/onsite-dl-epr-measurements-and-field-metallography-to-investigate-the-localized-corrosion-of-2101-lean-duplex-stainless-steel-applied-in-storage-tanks/ https://www.acwengenharia.com.br/onsite-dl-epr-measurements-and-field-metallography-to-investigate-the-localized-corrosion-of-2101-lean-duplex-stainless-steel-applied-in-storage-tanks/ https://www.acwengenharia.com.br/onsite-dl-epr-measurements-and-field-metallography-to-investigate-the-localized-corrosion-of-2101-lean-duplex-stainless-steel-applied-in-storage-tanks/ https://www.acwengenharia.com.br/onsite-dl-epr-measurements-and-field-metallography-to-investigate-the-localized-corrosion-of-2101-lean-duplex-stainless-steel-applied-in-storage-tanks/ 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https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.256 https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.256 https://doi.org/10.1201/9780203909133 https://doi.org/10.1201/9780203909133 https://doi.org/10.1201/9780203909133 https://doi.org/10.1201/9780203909133 https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108198 https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108198 https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108198 https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108198 https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108198 https://doi.org/10.1007/s00170-020-06375-7 https://doi.org/10.1007/s00170-020-06375-7 https://doi.org/10.1007/s00170-020-06375-7 https://doi.org/10.1007/s00170-020-06375-7 https://doi.org/10.1007/s00170-020-06375-7 technical note revista.iq.unesp.br 64 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 appendix to clarify the current limit of 1 ma cm-2, the curves were plotted as line+symbol and each symbol refers to individual measurements during the tests (fig. a1). it is important to emphasize that the current limit was 1,000 ma cm-2 (it corresponds to limit the current to 8 a in the data set of the palmsens pstrace software), however, when the sample reached and exceeded this value normally the material performance increased the current density a little bit more before beginning the decrease of current density. the green line represents the limit of the current density, and the circles show the last measurements before exceeding the limit. figure a1. cpp curves showing the limit criterion to reverse the potential scan in current density of 1 ma cm-2 (attained before achieving 1 v) or potential of 1 v versus reference electrode (attained before achieving 1 ma cm-2). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 technical note revista.iq.unesp.br 65 eclética química journal, vol. 47, n. 3, 2022, 55-65 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 in fig. a2 it is possible to observe the palmsens pstrace software screen where it is showed the cpp curve in axis of current vs. potential and in the left it is possible to see the current limit criterion (8 ua). figure a2. cyclic polarization curve of fusion line showing a graphic of current (a) vs. potential (v) where the scan is reversed at the first point exceeding 8 a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.3.2022.p55-65 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 issn 1678-4618 page 1/11 1federal institute of ceará, caucaia, brazil. 2federal university of ceará, department of analytical chemistry and physical chemistry, fortaleza, brazil. 3federal university of ceará, department of transportation engineering, fortaleza, brazil. +corresponding author: francisco wagner de sousa, phone: +5585999025637, email address: fr.wagner@ifce.edu.br original article estimation of nitrogen dioxide levels on streets from fortaleza brazil using passive sampling and multivariate analysis francisco wagner de sousa1+ , maxwell lima maia2 , wendy fernandes lavigne quintanilha3 , demostenis ramos cassiano3 , bruno vieira bertoncini3 , ronaldo ferreira nascimento2 , cleidiane silva oliveira1 , jefferson pereira ribeiro2 abstract the increase in the fleet of motor vehicles circulating in urban centers is one of the main generators of gaseous pollutants harmful to human health and the environment. pollutants can be economically and effectively monitored through passive sampling. this study aims to estimate no2 levels on roads of fortaleza city /ce using the passive sampling method. 12 campaigns covered the rainy (march-june) and the dry (july-november) seasons in 2019. the seasonal averages of no2 in the rainy season were higher than the dry one, and almirante rubim street showed the greatest difference in the averages: 26.6 µg m-3 in the rainy and 19.3 µg m-3 in the dry season. the principal component analysis applied to the averages of no2 concentration in the rainy and dry seasons, vehicle traffic and height of the road/width ratio indicated that components 1, 2 and 3 explain 94.4% of the studied cases. passive sampling proved to be efficient, contributing to the production of unpublished data about no2 levels in streets of fortaleza/ceará/brazil from mobile sources. the pca was used to group the sampling points that present similar behavior about the average no2 variables in the rainy and dry seasons, h/w ratio and vehicle traffic, through a two-dimensional graph. article history received august 02, 2023 accepted january 15, 2024 published may 19, 2024 keywords 1. passive sampling; 2. nitrogen dioxide; 3. seasonality; 4. principal component analysis. section editor natanael de carvalho costa paulo clairmont feitosa lima gomes highlights passive sampling was efficient in indicating no2 levels from mobile sources. meteorological data and the h/w ratio of roads influence the no2 levels. the pca is a powerful and suitable statistical tool for interpreting no2 levels. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://ror.org/02225fd27 https://ror.org/03srtnf24 https://ror.org/03srtnf24 https://ror.org/03srtnf24 mailto:fr.wagner@ifce.edu.br https://orcid.org/0000-0002-5588-2501 https://orcid.org/0000-0001-6998-6013 https://orcid.org/0000-0001-8770-5334 https://orcid.org/0000-0002-4354-3836 https://orcid.org/0000-0002-1434-1960 https://orcid.org/0000-0002-6393-6944 https://orcid.org/0009-0001-5053-4903 https://orcid.org/0000-0002-0225-3226 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 2/11 1. introduction economic development in a region favors, among other factors, population growth, urbanization of green areas and the installation of diverse industries. this situation also contributes to the considerable increase in the emission of harmful compounds that in significant quantities reduce the air quality of the region and thus significantly affect the dynamics of the ecosystem and the health of the population (baird and cann, 2011; ding et al., 2022; guo et al., 2019; lenzi and favero, 2014; zanetti and melli, 1992). nitrogen dioxide (no2) is one of these compounds and its main sources in urban areas are largely from industry and vehicle emissions from the burning of fossil fuels (aránguez et al., 1999; biswal et al., 2020; januševičius and grubliauskas, 2019; lenzi and favero, 2014; richmond-bryant et al., 2017). at low altitude atmospheres, no2 is part of the photochemical smog that causes oxidation of any material it meets and at high altitudes, it causes the depletion of the ozone layer (lenzi and favero, 2014). plants, by absorbing no2 through their leaf stomata, can oxidize this pollutant to nitrate through photochemical reactions, favoring the internal spaces of the leaf to become acidic, thus damaging them (freedman, 1995; rao et al., 2014). in the human population, no2 can cause eye irritation and when inhaled it favors inflammation of lung tissue, emphysema, and installation of respiratory infections, caused by changes in local immunity (ghozilaki et al., 2016; negrisoli and nascimento, 2013; russo et al., 2014), in addition to increase the susceptibility to bronchoconstrictor agents and respiratory infections caused by bacteria, especially in children (shiraiwa et al., 2012; ugucione et al., 2002) and positively increase the number of hospitalizations and mortality (arbex et al., 2012; duan et al., 2019; hatzopoulou et al., 2013; martins et al., 2002; nascimento et al., 2006; pestana et al., 2017). between 2009 and 2018, about 115 thousand hospital admissions of people residing in fortaleza were carried out because of asthma, bronchitis, influenza, and pneumonia. of this total, more than 50% of cases are due to pneumonia. the number of deaths due to these diseases in the period from 2009 to 2017 was 29,292, with 89.5% being people aged 50 years or older (datasus, 2019). emissions of atmospheric pollutants produced by vehicular sources are difficult to control, thus leading much research to studies that verify the reduction of car emissions using catalytic converters (halim et al., 2018; mehta and dey, 2020). in fortaleza, until december 2018, about 1.1 million vehicles were registered, with more than 50% of this fleet being private cars and more than 13% being diesel vehicles (ibge, 2019). to evaluate the number of atmospheric pollutants, as well as no2, several types of sampling were developed that can be classified according to the analysis methodology, among which passive sampling equipment stands out (harner et al., 2013; miranda et al., 2017) due to its low cost, easy handling and understanding, without any automatic systems, it does not require electricity, has easy labor logistics and can absorb pollutants of a gaseous nature or polluted vapors from the atmosphere through the process of diffusion and permeation by concentration difference (cruz and campos, 2008; hauser et al., 2015; lacava et al., 2002; lisboa and kawano, 2010; masey et al., 2017; piceli and lisboa, 2018; souza et al., 2017). considering these facts, in the city of fortaleza there is no annual monitoring of the levels of all legislated inorganic compounds (so2, total suspended particulates, co, o3, pm 2.5, pm 10 and even no2) on high-traffic roads. the absence of monitoring work on no2 and other parameters is due to the lack of financial incentives, the lack of qualified and trained human resources and the high costs of materials and equipment needed. this lack of information emerges as a very serious problem, which makes it difficult for health inspection and surveillance agencies to establish a mechanism for preventing and controlling atmospheric pollution. faced with this problem, the present study aims to estimate no2 levels using the passive sampling method in commercial streets in fortaleza/ce. 2. experimental 2.1. study area the city of fortaleza has 2,473,614 inhabitants and a total area of 313.8 km2 (fig. 1). the city has an aw’ climate on the koppen-geiger scale, with an average annual temperature of 26.5 °c, an average wind speed of 12.7 km h–1 and an average annual rainfall of 1600 mm, with the highest occurrences between february and may featuring the city’s rainy season (ibge, 2019; m. moura et al., 2008; m. moura, 2015). figure 1. map of the city of fortaleza with the location of montese and centro. almirante rubim (street r) and antônio fiúza (street f) streets, both in the montese neighborhood and general sampaio (street s) and 24 de maio (street m) streets, both in the centro neighborhood, were selected because they have two lanes and oneway traffic. each road was divided into sectors and each sector has two sampling points, one on each side of the road. the chosen nomenclature and the georeferenced location of the sampling points were given as shown in table 1. points f3 and f4 are close to the corner of street antônio fiúza and street 15 de novembro, the access road to fortaleza airport. points m7, and m8, from 24 de maio and points s7 and s8, from general sampaio, then fixed on the corner with street castro e silva. in this block is located the bus terminal of praça da estação. on all 4 lanes, the odd-numbered points are located on the posts on the right side of the street and the even points are on the posts on the left side, as illustrated in fig. 2. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 3/11 table 1. nomenclature and georeferenced location of sampling points. street point latitude longitude street point latitude longitude street f f1 3°46’07.7”s 38°33’06.3”w street m m3 3°43’44.1”s 38°31’57.7”w f2 3°46’07.7”s 38°33’06.0”w m4 3°43’44.1”s 38°31’57.4”w f3 3°46’12.3”s 38°33’08.2”w m5 3°43’26.8”s 38°31’52.2”w f4 3°46’12.7”s 38°33’07.8”w m6 3°43’26.3”s 38°31’51.6”w f5 3°46’17.8”s 38°33’10.0”w m7 3°43’22.3”s 38°31’50.6”w f6 3°46’17.8”s 38°33’09.8”w m8 3°43’22.3”s 38°31’50.3”w street r r1 3°46’22.5”s 38°33’26.3”w street s s1 3°43’57.5”s 38°31’56.7”w r2 3°46’22.5”s 38°33’26.8”w s2 3°43’57.2”s 38°31’57.1”w r3 3°46’19.1”s 38°33’25.1”w s3 3°43’47.1”s 38°31’53.6”w r4 3°46’18.4”s 38°33’25.4”w s4 3°43’46.3”s 38°31’53.9”w r5 3°46’13.0”s 38°33’22.9”w s5 3°43’29.4”s 38°31’48.6”w r6 3°46’12.7”s 38°33’23.3”w s6 3°43’29.4”s 38°31’48.8”w street m m1 3°43’56.4”s 38°32’01.7”w s7 3°43’23.6”s 38°31’46.6”w m2 3°43’56.4”s 38°32’01.4”w s8 3°43’23.4”s 38°31’47.1”w figure 2. schematic of the location of sampling points – (from left to right) – str. f, str. r, str. m and str. s. 2.2. sampling period the sampling period was carried out from march 10, 2019, to december 10, 2019, with a total of 12 campaigns (table 2) comprising the rainy season, from march to may and the dry season, from june to november. table 2. rainy and dry period of passive sampling of no2 filters. campaign period season 1º 10/03 – 31/03 rainy 2º 31/03 – 21/04 rainy 3° 21/04 – 05/05 rainy 4° 05/05 – 26/05 rainy 5° 26/05 – 16/06 rainy 6° 16/06 – 07/07 dry 7° 07/07 – 28/07 dry 8° 28/07 – 18/08 dry 9° 18/08 – 08/09 dry 10° 08/09 – 29/09 dry 11° 29/09 – 20/10 dry 12º 20/10 – 10/11 dry each campaign has a period of 21 days, except for the 3rd campaign which took place in 14 days due to strategic reasons. the change of samplers from one campaign to another took place on sundays, due to the low flow of vehicles on the roads and consequently little emission of pollutants and for the safety of the sampling team. overall, 360 filters were produced, with 30 filters per campaign (28 for sampling points and 2 for blanks). 2.3. nitrogen dioxide methodology among the various methodologies for sampling no2, the methodology used in this work was based on the works of saltzman (1954) where an absorber solution (0.5 m ki (campinas, brazil, dinâmica) + 0.2 m koh (campinas, brazil, dinâmica) in methanol (suzano, brazil, neon)) was prepared, used to be added directly (impregnated) in cellulose filters to capture and adsorb no2 molecules present in the environment. then, a reagent solution (0.5% w/v sulfanilamide (suzano, brazil, neon), 0.005% w/v n–1-naphthyl-ethylenediamine (st. louis, usa, sigmaaldrich) and 1% v/v phosphoric acid (st. louis, usa, sigmaaldrich)) was used on the filters after the sampling period to the extraction of no2 present in the filters and converting it into nitrite ion [no2]–. a stock solution (0.0203 g of sodium nitrite p.a in 1 l of water) was prepared to construct the uv-vis (barueri, brazil, shimadzu) calibration curve, where the levels of no2 present in the filters were determined (dita and dias, 2016; lodge, 1988; saltzman, 1954; shaw, 1967). 2.4. street morphology and traffic urban morphology can be considered one of the factors that contribute to the dispersion of a pollutant, along with the wind direction and speed on a road. the calculation of the morphology of a road is obtained through the ratio between the height of the road (h) and width (w) distance between buildings (aguiar et al., 2017; bender and dziedzic, 2014; muniz-gäal et al., 2018; https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 4/11 nakata-osaki et al., 2016). the values of h and w were manually measured from the distance between the buildings and for the height of the road, consider that each building floor is 3 m high. to quantify the number of vehicles that travel on the streets where the sampling took place, a count of vehicles that passthrough a given reference point in the first 15 min of each hour was performed. 2.5. principal component analysis (pca) the pca was used to group the sampling points that present similar behavior about the average no2 variables in the rainy and dry seasons, h/w ratio and vehicle traffic, through a two-dimensional graph (azevedo and anzanello, 2015; ghosh and dubey, 2013; honda et al., 2010; moori et al., 2002; stricker et al., 2013; xu et al., 2015). to perform the calculation of these algorithms, pca, the free software past (hammer et al., 2001), version 3.26b for windows was used, in which it is possible to analyze scientific data, with functions for data manipulation, plotting, univariate and multivariate statistics. before applying the data obtained in the software, they were pre-treated by self-scaling to minimize the influence of the dominant variable (ferreira, 2015; hongyu et al., 2016; karamizadeh et al., 2013; lyra et al., 2010; maia et al., 2019). 3. results and discussion the results of the 360 no2 samples analyzed in this study over 12 collection campaigns on the studied streets are shown in table 3. the street with the lowest overall mean concentration was on 24 de maio (street m) with 19.2 µg m–3 with a variation between 1.6 and 33.6 µg m–3. antônio fiúza (street f) presented the highest average concentration with 25.3 µg m–3 with a variation between 1.5 and 55.7 µg m–3. the other streets showed average concentrations of 22.4 µg m–3 in almirante rubim (street r), 24.3 µg m–3 and general sampaio (street s). table 3. average concentration of no2 during the 12 campaigns. campaign street street f street r 𝒙 conc. min-max sd 𝒙 conc. min-max sd 1º 23.8 6.5–38.9 13.0 23.5 15.4–31.5 5.9 2º 32.7 21.3–44.3 9.2 24.7 18.8–31.5 5.2 3° 22.9 13.4–29.4 7.0 34.0 20.3–45.2 11.1 4° 26.5 17.0–35.7 8.5 27.9 23.1–34.3 4.3 5° 26.5 17.6–35.1 6.7 22.5 15.6–30.2 5.5 6° 25.0 19.2–32.0 5.3 23.4 17.4–32.7 6.1 7° 29.5 16.2–47.7 13.4 20.1 15.6–24.4 3.6 8° 24.4 18.6–27.5 4.3 23.2 17.8–30.7 5.3 9° 23.3 20.1–26.6 2.8 20.2 13.8–25.9 5.8 10° 30.0 19.4–55.7 17.2 16.1 10.7–21.9 4.8 11° 24.6 21.4–28.6 3.3 16.6 10.9–22.7 4.6 12º 21.3 6.5–38.9 13.0 16.1 13.5–20.6 2.8 note: 𝒙 is average; sd is standard derivation; conc. min-max is the minimum and maximum concentration. the low average concentrations of no2 presented by m street, as well as the higher average concentrations of no2 presented by f street, may be related to the flow of vehicles, since m street presented an average daily traffic of 5,402 vehicles, the lowest among the routes, while street f had 12,406 daily vehicles, indicating that the levels of no2 present in the streets may come from vehicular sources and secondary chemical reactions from the reaction of no with o3 (carslaw et al., 2016; lenzi and favero, 2014). none of the analyzed samples showed values above the current standards established by national council for the environment no. 491/2018 (conama, 2018) which is 260 µg m–3 h–1 and by international bodies such as the world health organization (who, 2005) and the environmental european agency (eea, 2018) that set a maximum limit of 200 µg m–3 per hour and the environmental protection agency (epa, 2018) that established a maximum limit of 188 µg m–3 per hour. the concentration of no2 levels using passive sampling varies from one street to another according to the studied sites’ local characteristics. hien et al., 2014, found a maximum concentration of 84 µg m–3 in the city of hanoi, vietnam, using passive sampling with an estimated annual variation between 45.2 and 79.7 µg m–3 for high-flow lanes and between 18, 7 to 41.2 µg m–3 for streets with access to industries. grundström and pleijel, 2014, analyzed no2 with passive samplers arranged inside and outside treetops located in regions close to the highway in the city of gothenburg, sweden, obtaining results ranging from 12.9 to 47.1 µg m–3. bari et al., 2015, monitored no2 in alberta province of canada, between 2006 and 2010, obtaining data ranging from 0.4 to 34.0 µg m–3, with a total average of 3.9 µg m–3. bozkurt et al., 2018, obtained mean concentrations of no2 between 18.3 and 33.8 µg m–3, in the city of düzce, turkey. in brazil, campos et al. (2010) found mean values ranging from 3.6 to 12 µg m–3 in salvador city, ba and from 6.7 to 11.0 µg m–3 in residential areas of the city of curitiba/pr. 3.1. analysis by sampling point figure 3a shows no2 concentrations in µg m–3 at all sampling points located on antônio fiúza (street f) during the 12 campaigns. in it, we observed that f5 and f6 were the points that presented the lowest concentrations both in the rainy and dry seasons and this may be related to the low circulation of vehicles, especially heavy vehicles such as buses and trucks, in addition to factors that may have corroborated a deviation that occurred during a city hall work on this road on the sampling days (nakata-osaki et al., 2013)..the averages for f5 and f6 in the rainy season were, respectively, 18.4 and 17.9 µg m–3 and in the dry season, the averages were 20.0 and 19.6 µg m–3, respectively, according to presented in table 1. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 5/11 figure 3. (a) no2 levels obtained at the points located at antônio fiúza; (b) at almirante rubim; (c) at 24 de maio; (d) at general sampaio. figure 3b shows the no2 concentrations in µg m–3 at all sampling points at almirante rubim (street r) during the 12 campaigns. we can observe that r1 and r5 are the points that present the highest concentrations of this road, in most of the samples, except in campaign 3. this fact can be explained by the location of these points being close to the crossing of streets. although r1 and r5 presented values above the others, they did not register levels above 40 µg m–3. on the other hand, r3 and r6, in the 3rd campaign, when they reached the highest levels recorded in this street, being 45.2 and 44.8 µg m–3, respectively. during this campaign, the sampling lasted 14 days, different from the rest of the campaigns, and presented an average temperature of 22.9 °c, the lowest recorded during the study, and the highest average daily amount of rain recorded, reaching 17.9 mm. such factors may have contributed to the reduction in the flow of vehicles and, consequently, there was a higher concentration of no2 at these points of the road. it also shows the absence of samples r3 in the 8th and 10th campaigns; r4 in the 4th campaign; and r5 in the 10th campaign. such samples were lost during the sampling period. figure 3c shows the no2 concentrations in µg m–3 at all sampling points on the 24th of may (via m) during the 12 campaigns. in this one, we observed that all points had concentrations below 28.0 µg m–3, except m7 in campaigns 4, 8 and 12. we also observed that all, except the 4th campaign of m4, had concentrations above 7.0 µg m–3. point m7 stands out among the other points for presenting the highest concentration in most campaigns and this can be explained by the fact that this point is located close to the bus terminal and a crossroads, contributing to the higher concentration of no2 in this region of the street (carslaw et al., 2016). figure 3d shows no2 concentrations in µg m–3, at all sampling points, in general sampaio street (street s) during the 12 campaigns. in it, we observed that the points, except for s1, s5 and s8 in the rainy season, do not reach concentrations above 30 µg m–3, with s1 and s5 being located near bus stops and s8 being located at road crossings and close to a bus terminal. from the 7th campaign onwards, there was a drop in no2 levels in s8, as works began at that moment in the station square, reducing vehicle traffic on the road. 3.2. influence of meteorological data and h/w ratio of roads according to the data obtained from instituto nacional de meteorologia (inmet, 2019) meteorological stations, the average temperature of the 12 campaigns was 26.72 °c, except in excess, a single campaign had an average of 22.9°c with winds blowing mostly from the southeast and east directions. such meteorological parameters did not suffer sudden variations during the sampling campaigns (22.9–27.8 °c). however, humidity (%), wind speed (km h–1) and precipitation (mm) in each campaign had notable variations and these values are shown in table 4, together with the general average of no2 in µg m–3, per campaign, in each studied route. as can be seen, the average humidity and precipitation gradually decreased over the sampling period, while the average wind speed increased, characterizing the rainy and dry periods in fortaleza city. it is important to emphasize that the individual assessment of these parameters should not be related to the concentration since it can lead to misinterpretations. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 6/11 table 4. mean values of humidity in (%), wind speed in (km h–1), temperature (°c), precipitation (mm) and average at streets during the 12 campaigns. variable rainy season dry season 1° 2° 3° 4° 5° 𝒙 6° 7° 8° 9° 10° 11° 12° 𝒙 moisture (%) 90.0 86.9 85.8 82.3 76.3 84.3 74.1 71.8 68.2 66.0 66.7 66.6 65.8 68.5 wind speed (km h–1) 4.4 4.6 5.9 6.5 7.4 5.8 8.0 9.2 10.7 11.8 12.2 12.0 11.1 10.6 temperature (°c) 26.4 26.8 22.9 27.1 26.9 26.0 26.6 26.6 26.7 27.1 27.3 27.4 27.8 27.1 precipitation (mm) 13.8 10.7 17.9 10.1 9.6 12.4 6.2 2.7 0.9 0.5 0.5 0.4 0.0 1.9 𝑥 of no2 st. f (µg m–3) 23.8 32.7 22.9 26.5 26.5 26.6 25.0 29.5 24.4 23.3 30.0 24.6 21.3 25.5 𝑥 of no2 st. r (µg m–3) 23.5 24.7 34.0 27.9 22.5 26.5 23.4 20.1 23.2 20.2 16.1 16.6 16.1 19.3 𝑥 of no2 st. m (µg m–3) 21.2 20,6 20.8 18.8 19.4 20.0 18.9 16.8 19.5 20.8 15.5 19.7 18.1 18.5 𝑥 of no2 st. s (µg m–3) 25.2 24.7 25.3 30.9 21.5 25.3 26.2 24.0 27.5 23.7 18.9 24.2 20.2 23.6 note: 𝒙 of no2 st. f is no2 average on antônio fiúza street; 𝒙 of no2 st. r is no2 average on almirante rubim street; 𝒙 of no2 st. m is no2 average on 24 de maio street; 𝒙 of no2 st. s is no2 average on general sampaio street. the results showed that, for the rainy season, the no2 levels are slightly higher than in the dry season. however, the r street showed a greater difference from 26.5 µg m–3 to 19.3 µg m–3. this small reduction of no2 for the dry season to the levels obtained in the rainy season may be consistent with a reduction in the speed of cars, high traffic jams and a decrease in secondary reactions (arbex et al., 2012; moura et al., 2015). other parameters that may have influenced this reduction were meteorological conditions. for this, a pearson correlation matrix was elaborated to verify the influence of relative humidity (rh), wind speed (ws), precipitation (pp) and temperature (t) with the levels of no2 obtained in each route (table 5). in it, we found that the correlation of rh and pp with no2 concentration was positive in all streets, especially the r street. however, ws showed negative correlation with no2 levels, especially for the r street. concerning t, the correlation was negative in the streets, except for the f street. from what was shown by the matrix, except for the f street, the increase in the values of ur and pp together with the reduction of ws and t, favors a slight increase in no2 concentrations, especially in the r street. table 5. pearson’s correlation matrix between relative humidity (rh), wind speed (ws), precipitation (pp) and temperature (t) with the average concentrations of no2 of the studied streets. rh ws pp t no2 str f no2 str r no2 str m no2 str s rh 1 ws –0.976 1 pp 0.941 –0.917 1 t –0.519 0.461 –0.707 1 no2 st. f 0.193 –0.206 0.030 0.169 1 no2 st. r 0.753 –0.741 0.855 –0.807 –0.063 1 no2 st. m 0.526 –0.504 0.533 –0.372 –0.370 0.522 1 no2 st. s 0.437 –0.445 0.371 –0.228 –0.077 0.635 0.418 1 note: no2 st. f is average concentrations of no2 on antônio fiúza street; no2 st. r is average concentrations of no2 on almirante rubim street; no2 st. m is average concentrations of no2 on 24 de maio street; 𝒙 of no2 st. s is average concentrations of no2 on general sampaio street. the literature reports that low relative humidity and wind speed favor the increase of no2 levels while the occurrence of precipitation and the increase of wind speed can favor the reduction of no2 levels (drumm et al., 2013; kamińska, 2019; monte et al., 2016). the increase in temperature near the surface, especially during the summer, can increase the kinetics of gases and consequently improve vertical mixing, contributing to the reduction of no2 concentrations in the lower atmosphere (gasmi et al., 2017). in addition to meteorological conditions, the secondary chemical reactions of no2 with photochemical oxidants that occur in the atmospheric lower layers and the morphology of the pathway normally influence no2 concentrations (gasmi et al., 2017; han et al., 2011). compared with the results obtained in the literature, a study performed in dhahran city, saudi arabia showed that no2 concentration is strongly affected by traffic emission and photochemistry. ambient air temperature and wind speed had negative correlation coefficients with no2 concentrations while relative air humidity had a positive correlation coefficient (gasmi et al., 2017). in mato grosso do sul, brazil, a study found negative correlations between relative humidity and wind speed with no2 concentration and a positive correlation between temperature and no2 concentration (souza and santos, 2018). regarding the morphology of the street, the mean values of the h/w ratio for the f, r, m and s streets were 0.45, 0.23, 0.50 and 0.55, respectively. according to the simplified classification of different urban forms, the h/w ratio with values between 0.2 and 0.6 and with an area occupied by buildings of 70 to 90% are highly developed streets, with low or medium urban density, with large low-rise buildings (oke et al., 2004). this description confirms the studied streets, as there are shopping centers, restaurants, and parking lots. the results also show that even with the winds blowing perpendicularly to the direction of the street, there were no discrepancies in concentration on one side of the street that was contrary to what was cited in the literature. it is important to report that the influence of meteorological parameters and morphology on no2 levels requires a more detailed study, using meteorological stations at the sampling site. 3.3. principal component analysis the principal component analysis of the 4-way sampling points related the average no2 concentration with the average estimate of vehicle traffic and the h/w ratio according to fig. 4. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 7/11 the variance of the 4 principal components (cp) analyzed cp1, cp2, cp3 and cp4 are 52.1, 25.6, 16.7 and 5.6%, respectively. these results show that two main components (cp1 and cp2) explain 77.7% of the cases studied. the cp1, represented by the x axis, indicates that the points in the positive direction of this axis have great influence on the variables average of no2 in the rainy (1°p) and dry (2°p) periods, since both have loading (weight) of 0.63 and 0.61, respectively, while the loadings for altimetry and traffic are –0.04 and 0.48, respectively. cp2, represented by the y axis, indicates that its positive axis has a great influence of the altimetry variable, with a loading of 0.98. in fig. 4, the blue points belong to m street, the red points belong to s street, the grey are points of f street and the green are those of r street. note that all points of the m street, except m7, were on the negative axis of the principal component 1, indicating that they presented values of no2 below the general average in both periods, which were 24.3 µg m–3, 21.5 µg m–3, for 1°p and 2°p, respectively. it is also worth noting that all points on the r street are on the negative axis of the principal component 2, indicating that the h/w ratio was below the general average that was 0.4. most of the points on f street, except for points f5 and f6, were on the positive axis of the main component 2, indicating that these points presented no2 levels in both periods and vehicle traffic above the general average. the s street points did not show clusters in a specific region of the graph. applying pca with pc1 and pc3, we obtain fig. 5. in this graph, the percentage of the total variance (%) of the data of the two principal components (pc) is explained by 68.8% of the cases, pc1 being represented on the x axis and pc3 on the y axis. due to the high loading presented by the traffic variable in pc3, which was 0.87, the points were grouped according to the average number of vehicles that travel on the street per day, with a general average of 8,535 vehicles. as a result, we can observe that, although the total variance of this graph is smaller than the previous one, all samples were separated by streets, with the f street having the highest values and the m street having the lowest traffic values. we also observed in this graph that the points f1, f2, f3, f4, r1, r5, s5, s8 and m7 are in the positive region of the average no2 variables in the rainy and dry periods, that is, they presented the highest values for these variables. applying pca with pc2 and pc3, we obtain fig. 6, in which the percentage of total variance of the data is explained by 42.3% of the cases, pc2 being represented by the y axis and pc3 by the x axis. the highest loading in cp2 was the h/w ratio and in cp3 was the vehicle traffic variable. from this graph, we can see that the points of lane f are all located on the positive axis of cp3, indicating that they presented a greater flow of vehicles among the studied streets, confirming what was described in fig. 6, about cp2, f3 and f4 are on the negative axis, indicating the low h/w ratio. however, the other points of this street are on the positive axis of cp2. the points of the r street are grouped on the negative axis of cp2, indicating the low h/w ratio, as mentioned in fig. 4. the points of the m street are all located on the negative axis of cp3, indicating the lowest flow of vehicles among the lanes studied, as also shown by fig. 6. both in fig. 5 and 6, the points belonging to the s street are more dispersed among the streets, indicating that the points of this street do not present a similarity between the samples. figure 4. pca with principal components 1 and 2 of the sampling points using the variables’ general average of no2 in the rainy and dry seasons, altimetry (h/w) and vehicle traffic. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 8/11 figure 5. pca with principal components 1 and 3 of the sampling points using the variables’ general average of no2 in the rainy and dry seasons, altimetry (h/w) and vehicle traffic. figure 6. pca with principal components 1 and 2 of the sampling points using the variables general average of no2 in the rainy and dry seasons, altimetry (h/w) and vehicle traffic. 4. conclusions although difficult to compare, the results obtained showed that this pollutant did not exceed the limits established by current brazilian legislation (conama, 2018 – resolution 491) and by international legislation (eea, 2018; epa, 2018; who, 2005) with levels like those previously mentioned in the literature using a methodology equivalent. this dataset also provided this work with a specific analysis of the pollutant behavior studied along a road using principal component analysis, in which it is possible to observe that no2 levels are dependent on the street profile, such as terrain and vehicle traffic. in front of the pca graph, it was easy to visualize points that, although located in different ways, presented similar behavior of the analyzed variables. it is important to emphasize that the results observed throughout this research should be seen as indicative and not conclusive since a broader follow-up is necessary for the care to be elaborated. authors’ contributions conceptualization: sousa, f. w.; bertoncini, b. v.; nascimento, r. f.; ribeiro, j. p.; data curation: maia, m. l.; oliveira, c. s.; r. f.; ribeiro, j. p.; formal analysis: maia, m. l.; oliveira, c. s.; quintanilha, w. f. l.; cassiano, d. r.; funding acquisition: not applicable; investigation: maia, m. l.; sousa, f. w.; quintanilha, w. f. l.; cassiano, d. r.; ribeiro, j. p.; bertoncini, b. v.; oliveira, c. s.; methodology: maia, m. l.; sousa, f. w.; quintanilha, w. f. l.; nascimento, r. f.; ribeiro, j. p.; bertoncini, b. v.; oliveira, c. s.; cassiano, d. r.; project administration: sousa, f. w.; resources: sousa, f. w.; maia, m. l.; software: quintanilha, w. f. l.; cassiano, d. r.; supervision: sousa, f. w.; bertoncini, b. v.; validation: maia, m. l.; sousa, f. w.; quintanilha, w. f. l.; visualization: sousa, f. w.; maia, m. l.; writing – original draft: maia, m. l.; sousa, f. w.; bertoncini, b. v.; nascimento, r. f.; ribeiro, j. p.; writing – review & editing: maia, m. l.; sousa, f. w.; bertoncini, b. v.; nascimento, r. f.; ribeiro, j. p. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1505 eclet. quim. 49 | e-1505, 2024 issn 1678-4618 page 9/11 data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references aguiar, l. f. m. c.; 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evaluation of cholinesterase inhibitory activities cintia duarte de freitas milagre1+ , bruno sergio do amaral1 , joão marcos batista junior2,3 , adriana ferreira lopes vilela4 , carmen lúcia cardoso4 , humberto marcio santos milagre1 1. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. 2. federal university of são carlos, department of chemistry, são carlos, brazil. 3. federal university of são paulo, institute of science and technology, são josé dos campos, brazil. 4. university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and letters, ribeirão preto, brazil. +corresponding author: cintia duarte de freitas milagre, phone: +55 16 33019668, email address: cintia.milagre@unesp.br article info article history: received: july 19, 2021 accepted: september 14, 2021 published: april 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. n-heterocycles 2. n-alkylation 3. biocatalysis 4. electronic circular dichroism (ecd) spectra (1h nmr, 13c nmr, ms and ir) of all characterized compounds 2, 3, 4a–d, 5a–b, 5d, 7, 8a–d, 9a–b and 9d, spectra (1h, 13c, 19f nmr) of the synthesized ionic liquids and the ecd figures and the lower energy conformers. figure s1. ir spectrum of compound 2. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 mailto:cintia.milagre@unesp.br https://orcid.org/0000-0001-5627-8616 https://orcid.org/0000-0001-6194-2390 https://orcid.org/0000-0002-0267-2631 https://orcid.org/0000-0001-9860-9866 https://orcid.org/0000-0001-6239-6651 https://orcid.org/0000-0001-9468-1166 supplementary information revista.iq.unesp.br 37 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s2. ms (ei, 70 ev) spectrum of compound 2. figure s3. 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) spectrum of compound 2. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 38 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s4. 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) spectrum and dept-135 experiment of compound 2. figure s5. ir spectrum of compound 4a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 39 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s6. ms (ei, 70 ev) spectrum of compound 4a. figure s7. 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) spectrum of compound 4a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 40 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s8. 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) spectrum and dept-135 experiment of compound 4a. figure s9. ir spectrum of compound 4b. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 41 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s10. ms (ei, 70 ev) spectrum of compound 4b. figure s11. 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) spectrum of compound 4b. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 42 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s12. 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) spectrum and dept-135 experiment of compound 4b. figure s13. ir spectrum of compound 4c. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 43 eclética química journal, vol. 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figure s34. ms (ei, 70 ev) spectrum of compound 8d. figure s35. 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) spectrum of compound 8d. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 54 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s36. 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) spectrum and dept-135 experiment of compound 8d. figure s37. ir spectrum of compound 5a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 55 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s38. ms (ei, 70 ev) spectrum of compound 5a. figure s39. 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) spectrum of compound 5a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 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experiment of compound 5b. figure s45. ir spectrum of compound 5d. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 59 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s46. ms (ei, 70 ev) spectrum of compound 5d. figure s47. 1h nmr (300.19 mhz, cdcl3) spectrum of compound 5d. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 60 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s48. 13c nmr (75.48 mhz, cdcl3) spectrum and dept-135 experiment of compound 5d. figure s49. ir spectrum of compound 9a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 61 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bmim.bf4. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 69 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s66. 19f nmr (376.48 mhz, dmso-d6) spectrum of compound bmim.bf4. figure s67. 1h nmr (300.19 mhz, dmso-d6) spectrum of compound bmim.pf6. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 70 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s68. 13c nmr (75.48 mhz, dmso-d6) spectrum and dept-135 experiment of compound bmim.pf6. figure s69. 19f nmr (376.48 mhz, dmso-d6) spectrum of compound bmim.pf6. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 71 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s70. 1h nmr (300.19 mhz, dmso-d6) spectrum of compound bmim.ntf2. figure s71. 13c nmr (75.48 mhz, dmso-d6) spectrum and dept-135 experiment of compound bmim.ntf2. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 72 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s72. 19f nmr (376.48 mhz, dmso-d6) spectrum of compound bmim.ntf2. figure s73. (a) experimental (black) and calculated (cam-b3lyp/tzvp, red) ecd spectra of (s)-5b. (b) optimized structures, relative energies and boltzmann populations of the lowest-energy conformers identified for (s)-5b at the b3lyp/6-31g(d)l level. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 supplementary information revista.iq.unesp.br 73 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 36-73 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 figure s74. (a) experimental (black) and calculated (cam-b3lyp/tzvp, red) ecd spectra of (s)-9a. (b) optimized structures, relative energies and boltzmann populations of the lowest-energy conformers identified for (s)-9a at the b3lyp/6-31g(d)l level. figure s75. (a) experimental (black) and calculated (cam-b3lyp/tzvp, red) ecd spectra of (s)-9b. (b) optimized structures, relative energies and boltzmann populations of the lowest-energy conformers identified for (s)-9b at the b3lyp/6-31g(d)l level. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p36-73 review article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 2 | 2023 | 22 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 second-generation ethanol: concept, production and challenges pedro vinícius costa medeiros1 , paulo henrique medeiros theophilo2 , gisele simone lopes2+ , lívia paulia dias ribeiro1 1. university for international integration of the afro-brazilian lusophony , advanced center for analytical technologies, redenção, brazil. 2. federal university of ceará , laboratory for applied chemical studies, fortaleza, brazil. +corresponding author: gisele simone lopes, phone: +55 85 988346399, email address: gslopes@ufc.br article info article history: received: march 07, 2022 accepted: march 03, 2023 published: april 01, 2023 keywords: 1. 2g ethanol 2. biomass 3. alternative energy section editors: marcos carlos de mattos contents 1. introduction 2. second-generation (2g) ethanol 2.1 pretreatment 2.1.1 acid-based methods 2.1.2 chemical pulping processes 2.1.3 alkaline methods 2.1.4 oxidative methods 2.1.5 chemical pulping processes 2.1.6 hydrothermal processing 2.1.7 ionic liquid 2.2 hydrolysis 2.2.1 enzymatic hydrolysis 2.2.2 acid hydrolysis 2.3 fermentation 3. cellulose sources for ethanol production 4. final considerations authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments references abstract: the use of biological agents for the large-scale production of biofuels has stood out as successful processes for the advancement of science in the world. the growing exploitation of biomass in the agricultural sector and the emergence of new energy sources generated from food industry waste have become attractive and viable due to the potential and variety of possibilities for using different sources of biomass. the present review was carried out through careful bibliographical research in the literature and in scientific journals for the current discussion of concepts, production methodologies and challenges for the energy sector considering second-generation ethanol (2g ethanol). several 2g ethanol production methodologies have been implemented as a potential low-cost alternative energy production that follows the principles of green chemistry. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 mailto:gslopes@ufc.br mailto:gslopes@ufc.br https://orcid.org/0000-0002-3223-0818 mailto:pedrovmedeiro@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-0900-5989 mailto:pauloh@ufc.br https://orcid.org/0000-0002-9495-1207 https://orcid.org/0000-0003-3067-1908 mailto:liviapaulia@unilab.edu.br https://ror.org/02p928v94 https://ror.org/03srtnf24 review article revista.iq.unesp.br 23 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 1. introduction sugarcane originated in the southeast asian region, near india. this desired product that passed through lands such as genoa, venice and sicily had contact with brazilian lands through portuguese colonization, being brought by settlers from madeira island, famous for being the largest producer of sugarcane in the 15th century. during the portuguese colonization, the province of pernambuco, in a short period of time, became one of the most important and profitable lands in portuguese possession. in addition to its coastal location, pernambuco was ideal for planting sugarcane, with geographical (intense solar radiation) and natural (soil and climate) conditions favoring its exploitation and use in mills throughout the region. the mills produced not only sugar, but also one of the biggest by-products of sugarcane, ethanol, which was essential for the portuguese rise in the world. nowadays, six centuries later, occupying the second largest producer and consumer of ethanol in the world, only behind the usa (unem, 2021), brazil is responsible for producing about 31.6 billion liters of ethanol in 2019, according to the website of agency of brazil and conab (national supply company of brazil) (agência brasil, 2019). hydrated ethanol sold at gas stations reaches 18.9 billion liters and anhydrous ethanol, used in the mixture with gasoline sold at gas stations, reaches 10.5 billion liters. in addition, the midwest region is the one that most uses cereals for the production of ethanol in the national territory, about 1.27 billion liters in 2019. the production of ethanol in abundance has an equivalent generation of residues that presents difficult decomposition, causing damage to the environment due to the accumulation of these materials (herrera-ruales and arias-zabala, 2014); therefore, techniques have been developed that use residues that are usually discarded from the main processes in the production of ethanol, but which are rich in cellulose, hemicellulose and lignin that, after undergoing pretreatments, steps and chemical processes, are converted into biofuels. 2. second-generation (2g) ethanol the usa occupies the position of one of the largest emitters of carbon dioxide on the planet; 2019 data record about 6,558 million tons of emission (us epa, 2021). on the other hand, we celebrate the encouraging return of the usa, in 2020, to the paris climate agreement proposed by cop21-2015 (21st conference of parties to the united nations framework convention on climate change), which aimed to bring positive climate change, in order to reduce the environmental impacts resulting from the drastic increase in the temperature of the planet. the matter is urgent for our planet, as it triggers other problems for all of us, such as the low yield of food production, the constant threat to biodiversity, compromised water quality in rivers and seas, and the possibility of extreme natural events as well. solutions that can minimize the effects mentioned above are frequently studied and developed around the world. the idea that has drawn the attention of many researchers is the use of discarded matter in agriculture, known as biomass or lignocellulosic biomass and confirmed as the most abundant renewable resource in nature (yu et al., 2018). one of the ideas that has been gaining strength is the use of biomass from sugarcane bagasse to produce 2g ethanol. raízen, a joint venture between cosan and shell, announced in 2022 the construction of four industrial plants to produce 2g ethanol using biomass from sugar cane, becoming the only one in the world to operate with a greater number of cellulosic ethanol plants on an industrial scale (boechat et al., 2022). most of the raw biomass, after pretreatment, are composed of hemicellulose (~28%), cellulose (~40%), lignin (~33%), extracts (~2%) and ash (< 1%), as shown in fig. 1. the extracts are low molar mass chemical compounds. they consist mainly of terpenes, fats, waxes, and phenolics, and their content and composition vary among species, location and season (jönsson and martín, 2016). these components are associated with different types of cellular organization and biochemical processes of biomass, which makes their composition relative from one species to another. the use of lignocellulosic biomass discarded in biorefineries has been surprisingly positive. recent study showed the possibility of obtaining monomers for polymers, highvalue fuels and pharmaceutical intermediates that have a wide variety of structural complexity (bender et al., 2018). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 24 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 figure 1. representation of lignin, hemicellulose, cellulose, extractives and ash sources from plant biomass. source: adapted from jönsson and martín (2016). regarding the issue mentioned above, the alternative of using 2g ethanol fits as a sustainable option for reducing greenhouse gases, in addition to increasing ethanol production per area of land. this alternative envisages being able to reduce the exploitation of other resources that are sources of high emission of gases, such as fossil fuels. however, the production of 2g ethanol is not consolidated as it presents economic and technological obstacles (elias et al., 2021). the process of obtaining 2g ethanol needs to be detailed, because every type of raw material needs a pretreatment to successfully release the sugars contained in cellulose fibers that are incorporated into the bases of plant cell walls (agbor et al., 2011). the main steps listed for the manufacture of 2g ethanol consist of pretreatment, hydrolysis and fermentation, those of which require greater care for each type of biomass exploited. the general model for representing the transformation of biomass is shown in fig. 2. figure 2. representation of 2g ethanol production from lignocellulosic material. source: adapted from santos et al. (2012). 2.1 pretreatment jönsson and martín (2016) stated that pretreatment is an important step in the process that aims to eliminate the physical and chemical barriers that make native biomass recalcitrant and cellulose accessible for enzymatic hydrolysis, which is a fundamental step in the biochemical processing of lignocellulose based on the sugar platform concept. the efficiency of the process comes from increasing the surface of accessible cellulose through the solubilization of lignocellulosic residues such as lignin or/and hemicelluloses that cover the biomass. usually, pretreatment is carried out with the objective of reducing the degree of crystallinity of the cellulose, increasing the contact surface of the material leaving them porous, thus facilitating the conversion of sugars, eliminating hemicelluloses and lignins, which in contact with the hydrolysis step form monomeric sugars not fermentable by yeast (beig et al., 2021). the breakage of the lignocellulosic wall is schematized in fig. 3. figure 3. biomass submitted to pretreatment, with the elimination of hemicellulose and lignins. source: adapted from santos et al. (2012). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 25 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 the concept of lignin-carbohydrate complex is well accepted in biomass chemistry, which is a cross-linked structure formed by the interconnection of polysaccharides (cellulose and hemicellulose) (cui et al., 2022). lignin is a highly branched aromatic macromolecule composed of guaiacyl propane (methoxy-3-hydroxy-4-phenylpropane), syringylpropane (dimethoxy-3-5-hydroxy-4-phenyl-propane) and hydroxyphenyl propane units that bind cellulose and hemicellulose together (yu et al., 2018). due to the complex matrix of lignocellulosic biomass and the peculiarity of recalcitrance of the material, we are faced with the obstacle of water-insoluble matter and the impossibility of being directly hydrolyzed to produce sugars. therefore, the pretreatment step is mandatory. often, the reactions involved in pretreatment result in products derived from lignocellulosic materials that are inhibitors to the biochemical process, mainly because the lignin dissolved in the solution can be attached to the biomass surface, leading to decreased access of enzymes to cellulose and lignin, which can also cause inhibition of cellulase activity due to nonproductive adsorption through hydrophobic, electrostatic and hydrogen bonding interactions (huang et al., 2022), which become significant in large quantities of products. hitherto, pretreatment records cannot be quantified, as we have numerous different sources of biomass, each with its own particularities and cellular organizations. however, some techniques show good results with different types of biomass and are therefore more commonly used and are routine procedures. some studies are investigating the interaction between lignin and cellulase, which is aimed to understand how lignin inhibits the enzymatic hydrolysis efficiency of cellulose (cui et al., 2022; lu et al., 2016; zhao et al., 2022). they also provide new evidence for the structural information between cellulose and lignin in poplar using 13c nmr, 1h nmr and 2d nmr analyses. pretreatment methods can be divided into categories including, physical (milling, microwave, ultrasound, and pyrolysis), chemical (acid, alkali, ozonolysis, and organic solvent, ionic liquids), physicochemical (hot water, steam explosion, ammonia based, wet oxidation, and carbon dioxide, co2) and biological (microbial and enzymatic). for each material, there may be more than one pretreatment considering that the most efficient methods may not be according to availability, there are adaptations of pretreatments or substitutions to arrive at the desired material (meenakshisundaram et al., 2021; silva et al., 2022; zanivan et al., 2022). 2.1.1 acid-based methods acid hydrolysis is one of the most promising pretreatment methods regarding industrial implementation, due to the low methodological complexity. acid-based methods are divided into weak acid and strong hydrolysis (karatzos et al., 2012). the dilute acid treatment (e.g., maleic and fumaric acids) is one of the most effective pretreatment methods for lignocellulosic biomass. in general, there are two types of weak acid hydrolysis: high temperature (t > 160 °c) and continuous flow process for low-solids loading (5–10 wt% substrate concentration) and low temperature (t < 160 °c) and batch process for highsolids loading (10–40% substrate concentration) (harmsen et al., 2010). concentrated strong acids, such as h2so4 and hcl, have been widely used for treating lignocellulosic materials because they are powerful agents for cellulose hydrolysis, but organic acids and sulfur dioxide are also used to a lesser extent (assumpção et al., 2016; harmsen et al., 2010). this type of pretreatment results in high recovery of hemicellulosic sugars in the pretreatment liquid and a solid cellulose fraction with enzymatic convertibility. acid pretreatment also has some disadvantages, such as high cost of materials used for reactor construction, gypsum formation during neutralization after sulfuric acid treatment, and formation of inhibitory by products (jönsson and martín, 2016). in addition, acid pretreatment can also lead to increased toxicity of the waste generated during the process. 2.1.2 chemical pulping processes sulfite pretreatments are well-known and use acids, alkalis or neutral sulfite that show high recovery of hemicellulose sugars and enhance the susceptibility of the cellulose to enzymatic hydrolysis efficiency (huang et al., 2022). despite being a technique that delivers satisfactory results, its execution is expensive due to the materials used in the construction of the reactors and can result in the production of inhibitory by-products after their neutralization (jönsson and martín, 2016). 2.1.3 alkaline methods alkali pretreatment is based on saponification of intermolecular ester bonds crosslinking xylan hemicelluloses and other components such as lignin. this method removes acetyl and the various uronic acid substitutions on hemicellulose that lower the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 26 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 accessibility of the enzyme to the hemicellulose and cellulose surface (harmsen et al., 2010). alkaline pretreatment with heating results in lignin dehydration processes, promoting the formation of reactive compounds such as furfural and hydroxymethyl-furfural, which are inhibitors of the metabolism of ethanol producing microorganisms. for this reason, it is important to control the temperature so that these reactions are not promoted. on the other hand, cleavage of acetyl groups may contribute to the formation of more reactive compounds such as furfural. thus, alkaline pretreatments are highly efficient for the degradation of lignin and hemicellulose, which can increase bioethanol. however, it is important to control the temperature to avoid the formation of undesirable compounds (carrillo et al., 2005). 2.1.4 oxidative methods the crystallinity index can be reduced in pretreatment by adding oxidants to the biomass using alkali metal peroxide, wet oxidation and ozonolysis (jönsson and martín, 2016). the feasibility of the method is due to hemicelluloses solubilized and recovered as oligosaccharides in wet oxidation, which are of great interest to the pharmaceutical industry and the food sector since they have prebiotic agent and body agent properties (maugeri filho et al., 2019). the combination of wet oxidation with alkaline compounds reduces the formation of phenolic aldehydes and furans. 2.1.5 chemical pulping processes chemical pulping pretreatment is a method that targets lignin and to some extent hemicelluloses. this method can be applied to both soft and hard biomass. the major technologies used are kraft (based on naoh and na2s) and sulfite pulping. in sulfite pulping, which is based on an aqueous mixture of bisulfite (hso3 − ) and sulfite (so3 2−), the hemicelluloses are hydrolyzed and removed to the spent sulfite liquor, while the cellulose is maintained almost intact (mboowa, 2021). sulfite pretreatments are well-known and use acids, alkalis or neutral sulfite that show high recovery of hemicellulose sugars and enhance the susceptibility of the cellulose to enzymatic hydrolysis efficiency (huang et al., 2022). despite being a technique that delivers satisfactory results, its execution is expensive due to the materials used in the construction of the reactors and can result in the production of inhibitory by products after their neutralization (jönsson and martín, 2016). 2.1.6 hydrothermal processing one alternative procedure is the hydrothermal processing, which consists of water in the vapor phase or liquid phase used in the biomass, being positive because it does not require the use of a catalyst and does not present significant corrosion problems. the key to the method is to control the ph around neutral values, which minimizes the formation of fermentation inhibitors, since in the process the water penetrates the biomass, hydrating the cellulose and removing part of the hemicelluloses and a small portion of the lignin (jönsson and martín, 2016). hydrothermal pretreatment was developed for cellulose recovery processes for conversion into ethanol. it is an energy-efficient, economical and eco-friendly technique because it employs water as a solvent in high temperature and pressure ranges. the conditions of the reaction medium can be divided based on the specific critical point of water (374 °c and 22.1 mpa), which separates into subcritical or supercritical hydrothermal pretreatment (htp) (ilanidis et al., 2021; saritpongteeraka et al., 2020). in addition, the systemic organization of the hemicellulosic matrix and the strong association of hemicellulose with the other components of the lignocellulosic complex confer resilience to the biomass cell wall. htp stimulates the direct dissolution of hemicellulose into its sugars (arabinose, xylose, galactose, glucose, mannose), resulting in the synthesis of industrially attractive by-products, such as xylooligosaccharides, furfural and 5hydroxymethylfurfural, and levulinic, acetic and formic acids (ilanidis et al., 2021). the expansion and strengthening of multiproduct biorefineries have highlighted htp, and it has been adapted for biomass fractionation through hemicellulose solubilization and lignin redistribution. the significant diffusion of htp is a result of numerous advantages, such as competitive cost, limited use of catalysts, and sustainable and environmentally friendly properties (scapini et al., 2021). despite all the benefits of hydrothermal pretreatment, there are still some disadvantages of the process, such as high costs, the need for equipment that can withstand high pressures and temperatures, and the degradation of some compounds. in addition, the complexity of the reaction and the need for strict monitoring of the operating parameters also represent challenges for the commercial application of the process. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 27 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 2.1.7 ionic liquid a variety of ionic liquids (ils), such as ammonium, pyridinium, imidazolium, and phosphonium-based cations, attached to alkyl or allyl side chains coupled to various anions, such as chloride, acetate, and phosphonate, has been used in the pretreatment of lignocellulosic biomass and presents an attractive method for presenting promising results; however, the final product presents potentially toxic by-products for fermentation microorganisms (karatzos et al., 2012). ils present high thermal stabilities and negligible vapor pressures; they do not release toxic or explosive gas when used, giving environmentally friendly characteristics (karatzos et al., 2012). there are reports lignin removal from biomass, 29% total lignin removal from triticale straw using 1-ethyl-3methylimidazolium acetate ([emim]ac) as a pretreated solvent at 150 °c for 1.5 h (fu and mazza, 2011). 1butyl-3-methylimidazolium chloride ([bmim]cl) was investigated as an il solvent for pretreatment of legume straw at 150 °c for 2 h and observed 30% lignin removal (wei et al., 2012). currently, studies (asakawa et al., 2015; li et al., 2007) have been conducted regarding lignin yield, as lignin is a potential renewable source for valuable products. pretreatment of corn stalks with [emim]ac at 125 °c for 1 h resulted in a lignin yield of 44% (li et al., 2007). bagasse fractionation was performed at 110 °c for 16 h with choline acetate, and 20% of the lignin was fractionated as lignin-rich material (asakawa et al., 2015). ils such as [emim]cl, [bmim]cl and [emim]ac have been widely advertised for the pretreatment of lignocelluloses; however, high pretreatment temperatures and long processing times are always required (wang et al., 2017). although the pretreatments appear separate, there is a way to use them in collaboration with other methods to obtain and investigate better results, as done by yu et al. (2018), who used ultrasound pretreatment with ionic liquid at frequencies of 20, 28, 35, 40 and 50 khz with 100 w power. 2.2 hydrolysis hydrolysis is the step in which the cellulose and hemicellulose present in the biomass matrix, partially free from the lignin envelope, can be converted into pentoses and hexoses to be fermented, as schematically shown in fig. 4 (harmsen et al., 2010; grasel et al., 2017). despite expressing the acid hydrolysis process, the idea can be extended to the general concept of cellulose hydrolysis, since there are two varieties of possibilities widely used for this step: enzymatic hydrolysis or acid hydrolysis. figure 4. cleavage of the β-1,4 glycosidic bonds of cellulose in an acidic medium and obtaining glucose. source: adapted from grasel et al. (2017). 2.2.1 enzymatic hydrolysis enzymatic hydrolysis is carried out mainly by using the enzyme cellulase and hemicellulose, which breaks down cellulose and some other polysaccharides while keeping the lignin intact. several factors can affect the yield and rate of enzymatic hydrolysis as well as limit the duration of the process depending on the substrate and enzyme. substrate-related factors are cellulose crystallinity, degree of polymerization, available surface area, porosity, lignin barrier, hemicellulose content, particle size, cell wall thickness and capacity access to glucan, while enzyme-related factors are cellulase activity, reducing the cost and composition of the cocktail (martins et al., 2015). hemicellulose can also be attacked at intermediate positions along its skeleton, releasing oligomers made of many sugar molecules; these oligomers can be successively broken down into even smaller oligomers before a single sugar molecule can be formed. however, the breakdown of the released sugars can be moderate https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 28 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 enough to recover about 80–90% of the maximum possible sugars (ogeda and petri, 2010). the enzymatic hydrolysis of cellulose to produce 2g ethanol is a good alternative as it has temperature conditions of 40–59 °c at atmospheric pressure. however, as it is a process that takes 48 to 72 h, including catalytic deactivation by inhibiting enzymatic activity, as well as the use of enzymes such as cellulase, which have less environmental impact compared to acid hydrolysis (cunha et al., 2012), the process has a high cost to be accomplished. the residual lignin has an affinity for enzymatic adsorption, making it difficult for the enzymes to hydrolyze lignocellulosic matter, drastically increasing the amount of enzymes necessary for the glucose conversion to cellulose, increasing the cost of procedure (florencio et al., 2016). the costs can be solved with methodologies that aim not only to reduce the number of enzymes used in the process, but also to improve the yield of saccharification and fermentation reactions, which consequently have a greater number of sugars to be fermented. a method that can reduce the total cost of enzymatic hydrolysis is the addition of lignin blocking agents at this stage, these blockers indicate increases in the alcoholic conversion rate, as the study by kristensen et al. (2007) in the evaluation of the use of tween 80 (polysorbate 80) in abies, which showed a 58% increase in the rate of conversion of biomass into available glucose. it is worth noting that the effect of the increase varies according to the type of biomass and pretreatment used. 2.2.2 acid hydrolysis acid hydrolysis has inorganic acids, mostly sulfuric acid under high pressure conditions, for the cleavage or separation of the cellulose glycosidic bonds to obtain glucose (harmsen et al., 2010). although the two options are the most widespread in the sphere of the study on biomass, there are procedures used together that can meet the demand for breaking down cellulose, such as the one used by tsubaki et al. (2017), who investigated the use of polyoxometalates with activated carbon support to the acceleration of hydrolysis under microwave irradiation. following these fundamental steps, sugars produced in the hydrolysis will be the direct source to produce ethanol; monosaccharides, which are simple carbohydrates with 4 to 6 carbons in their structure (allinger et al., 1976). these sugars are found in different proportions after hydrolysis of cellulose and hemicellulose; although it is not possible to predict the exact amounts of the sugars obtained, it is possible to have a projection of what they will be based on the type of material chosen. some examples: pentoses (xylose and arabinose) are major monosaccharides in the hydrolysis of biomass from hardwoods (cane sugar, ipê tree and andiroba) and annual plants (corn and soybean). hexose (glucose, mannose, galactose rhamnose) are major monosaccharides in the hydrolysis of softwood biomass (cane sugar and paraná pine) (agbor et al., 2011; jönsson and martín, 2016; rabemanolontsoa and saka, 2013). it is important to point out that these statements are of major monosaccharides in these species, it does not mean that a species is devoid of one or another sugar. such sugars will serve as an energy source for fermentation. 2.3 fermentation fermentation is the step in which a microorganism (fungus or bacteria) transforms carbohydrates and produces ethanol. the options depend on what is worked on, considering that in many cases different rates of yield are obtained for different raw materials. this fact is given by the different types of sugars obtained, and the limitations of microorganisms (tse et al., 2021). due to their ease of acquisition and handling, the fungus saccharomyces cerevisiae and the bacterium zymomonas mobilis are the most used microorganisms in biomass fermentations, as they have high yields of ethanol rates. values around 70–80% and higher at converting hexoses can be reached, despite their inactivity with xylose—the main pentose of hemicellulose (hasner et al., 2015). there are other types of microorganisms popular for being able to ferment hexoses and pentoses, such as scheffersomyces stipitis and candida shehatae; however, with limitations such as low consumption of sugars (mengesha et al., 2022). the knowledge of species that ferment pentoses is still limited. among the main species that ferment xylose, it can be mentioned pachysolen tannophilus, s. stipitis, scheffersomyces shehatae, kluyveromyces marxianus, candida guilliermondii, candida tenuis, brettanomyces naardenensis, scheffersomyces segobiensis have been studied in the fermentation processes of pentoses. there are still challenges to controlling the fermentation of pentoses to ethanol, such as the low tolerance to ethanol by pentose fermenting yeasts. also, the presence of glucose in hemicellulosic hydrolysates may act as a repressor of genes responsible for xylose utilization (tse et al., 2021). fermentations can occur using only one type of yeast (monoculture) or the combination of two or more yeasts (coculture). regarding this topic, cocultures with https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 29 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 genetically modified microorganisms have drawn attention in more recent studies, as their exception can supply the needs that isolated cultures have. fermentation is a delicate step, as it requires the stability of factors such as temperature, reaction time, ph, bacterial contamination and organic and inorganic nutrients, which vary in quantity and type according to the material and microorganism chosen (mengesha et al., 2022). 3. cellulose sources for ethanol production the agricultural environment faces adversities due to demands that are not expected and supported by cycles of nature. in view of this, the negative impacts on the environment are almost inevitable, and if they are not minimized, they may be irreversible, as reinforced by marques et al. (2007). these researchers stated that, given the great demand required by a socioeconomic system of society, the self-cleaning capacity of the aquatic cycle is compromised. therefore, the importance of methodologies that have the ability to decelerate or reduce environmental degradation is no longer a small attraction to become a major priority. it is important to mention that brazil, as one of the largest holders of biological diversity, whether fauna or flora, has a variety of resources from unexplored sources for the conversion of sources of lignocellulosic materials. moreover, we are faced with the use of various parts of a plant. as mentioned below, the cases range from studies involving parts of the same musa cavendishii plant to the use of waste, such as the fiber present in the green coconut husk. the summarized list of the cases presented below are shown in table 1. table 1. different methodologies used in recent studies of 2g ethanol production through the purchase of biomass source, pretreatment, microorganism and yield results of pulp fermentation. cellulosic source pretreatment microorganism yield results cavendish banana (musa cavendishii) acid hydrolysis saccharomyces cerevisiae 34% orange albedo acid hydrolysis n.f* 49.7% elephant grass (pennisetum purpureum) acid hydrolysis saccharomyces cerevisiae 79% citrus pulp bran and orange pomace enzymatic hydrolysis e.c* (xanthomonas axonopodis, saccharomyces cerevisiae) monoculture: 5099% candida parapsilosis (ifm 48375 and nrrl y-12969) coculture: 74-100% avocado seed (persea americana mill.) enzymatic hydrolysis yeast 33.8% banana pseudostem acid hydrolysis saccharomyces and zymomonas mobilis 60% scheffersomyces stipitis and pachysolen tannophilus green coconut husk fibers alkaline pretreatment and enzymatic hydrolysis saccharomyces cerevisiae 30.5% *n.f. (not fermented), e.c (enzyme cocktail). source: elaborated by the authors using data from souza et al. (2012), montagnoli et al. (2018), antunes et al. (2015), grasel et al. (2017), cypriano et al. (2017), cabral et al. (2016), kowalski et al. (2017). the growing agricultural production contributes to the increase of agricultural waste. thus, this provides a diverse and encouraging variety of unexplored lignocellulosic materials to be selected and used. having this potential in mind, souza et al. (2012) conducted a study that used banana pulp to produce 2g ethanol. thus, the authors analyzed the potential of using the bark and pulp of musa cavendishii, known in brazil as banana in nature, previously hydrolyzed by enzymes and acid as a substrate for alcoholic fermentation. two series of tests were carried out containing 18 pretreatments for each case of residue evaluated, using the isolated yeast s. cerevisiae for fermentation. the values of total ethanol yield (qp) obtained using banana pulp and peel were, respectively, 3.04 and 1.32 g l–1 h–1. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 30 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 the results showed superior yield when compared to sources such as wheat bran, corn flour and wood chips. proving again to be an excellent source of biomass, the banana and its plant was also approached by montagnoli et al. (2018). they used the banana pseudostem to produce 2g ethanol, using different types of microorganisms for the fermentation of pentoses and hexoses: s. cerevisiae and z. mobilis, s. stipitis and p. tannophilus. despite the routine used in the steps, there was an application of the use of active charcoal for the detoxification of the banana pseudostem juice, which showed an increase of up to 60% in yield. considering that potential, brazil is a country with high worldwide production and consumption of citrus fruits, with oranges being the one with the highest expressive numbers for the ranking. accordingly, antunes et al. (2015) dedicated to studies of better results from fruit byproducts. then, they aimed to study the pretreatment of orange albedo with sulfuric, nitric, hydrochloric and phosphoric acids, with concentrations of 0.5% and 1%, for the determination of reducing sugars and total reducing sugars (trs). the acid that generated the highest values of sugars was sulfuric acid, even at a concentration of 1%. however, the quantity of sugars obtained in the form of trs were higher only when 0.5% acid was used, regardless of the acid chosen, indicating that higher concentrations of acid can degrade the sugars generated in secondary products. consequently, an inhibitory effect on other steps in the production of 2g ethanol, such as fermentation and hydrolysis, may occur. another study developed by grasel et al. (2017) used the biomass from elephant grass (pennisetum purpureum). unlike other biomasses, such as runny banana, corn and sugarcane, which are seasonal crops, elephant grass can yield up to four crops in a 1-year period. in addition to the advantage of being a crop that has a short production period, elephant grass does not need specific climates or soils for cultivation. for production, the material was previously treated to separate the cellulose from other components of the plant biomass, then acid hydrolysis was used to produce glucose and, finally, the alcoholic fermentation was carried out with the unisolated s. cerevisiae yeast. the result of sugarcane was 96 g of ethanol 100 g–1 of dry biomass compared to 79 g of ethanol 100 g–1 of dry biomass of elephant grass. using a cocktail of enzymes isolated from gramnegative, xanthomonas axonopodis and s. cerevisiae yeasts, and two strains of the candida genus (candida parapsilosis ifm 48375 and nrrl y-12969), the conversion of biomass from citrus pulp bran was evaluated: 74.8 to 100% of 1 g of industrial orange pomace was converted into 2g ethanol in fermentations, while in monocultures the conversion was from 50 to 99.0%. the production of 2g ethanol corresponded to 51.1% of fermentable sugars. based on the data, the study developed by cypriano et al. (2017) stated that 6.69 to 130.7 thousand tons of 2g ethanol could be obtained annually. in addition to the production of 2g ethanol, the author was successful in the extraction of nanocellulose—managing the combination of chemical, enzymatic, defibrillation or partial hydrolysis processes, from the orange biomass. nanocellulose has advantages over synthetic nanofibers such as improved thermal, biodegradability and mechanical properties in addition to its renewable character (machado et al., 2014). another fact that has caused concern is the inadequate disposal of green coconut husk. this situation presents a set of problems to the environment, such as the difficult degradation of coconut husk, which can take from 8 to 12 years and the production of methane gas, when it is inadequately disposed of in sanitary landfills. taking this into account, cabral et al. (2016) investigated the use of green coconut husk fiber to produce reducing sugars and conversion into ethanol. despite a significant 17.9% loss in cellulose content, enzymatic hydrolysis was successful in converting about 87% of the sugars and the fermentation consumed 81% of the hydrolyzed matter, resulting in 22.34 g trs per 100 g of coconut fiber. kowalski et al. (2017) studied enzymatic hydrolysis processes in avocado seeds to produce second generation ethanol. the ethanol obtained was characterized and the results showed that the raw material used is excellent for biofuel production, with 1.0579 g/l of starch producing 44 l of ethanol per ton of seed, 33.8% of yield ethanol. the constant investigation of agricultural residues has proved to be extremely advantageous and ecological, due to the global concerns as a result of population growth, global warming and the rising of oil prices (rosa and garcia, 2009). the number of supplies to satisfy the energy needs of the society considering the constant exponential population growth will require an increase outside the natural capacity of cropland used as sources of raw material for consumable goods, increases that compromise food production, as they require significant growth in arable land. 4. final considerations evidencing the potential of different sources of biomass to produce 2g ethanol, the exploitation of these resources showed multiple possibilities of use such as obtaining biogas and the value of cellulosic nanofibers for being biodegradable, expressing properties of higher performance and superiors to synthetic nanofibers. in addition, the exploitation of 2g ethanol not only https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 review article revista.iq.unesp.br 31 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 combines with the current appeal of green chemistry, but also brings low-cost materials available in abundance in the nature of photosynthesis (cypriano et al., 2017). even in some cases of biomass, pretreatments require more expensive methodologies, the use of biomass becomes not only an excellent alternative for a cleaner future, but also a set of affordable solutions. although the brazilian company raízen is one of the few that includes 2g ethanol in its production sphere, the 50% increase in production after the implementation of the use of biomass may encourage others to join the method. these reservations and initiatives show the positive impact that can be caused by the global implementation of 2g ethanol. the 2g ethanol production methodologies are diverse and have difficulties in implementing projects that are sufficiently attractive for large corporations, however, there are expansion projects for asia, india and thailand as they are sugarcane producers. even with the possibility of expanding to new 2g ethanol producing countries, brazil will still be the largest producer of this alternative energy due to its enormous agricultural potential and available biomass. authors’ contribution conceptualization: medeiros, p. v. c.; theophilo, p. h. m.; ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. data curation: medeiros, p. v. c.; theophilo, p. h. m. formal analysis: medeiros, p. v. c.; theophilo, p. h. m. funding acquisition: ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. investigation: medeiros, p. v. c.; theophilo, p. h. m. methodology: medeiros, p. v. c.; theophilo, p. h. m. project administration: ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. resources: ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. software: not applicable. supervision: ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. validation: ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. visualization: ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. writing – original draft: medeiros, p. v. c.; theophilo, p. h. m.; ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. writing – review & editing: ribeiro, l. p. d.; lopes, g. s. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding instituto nacional de ciências e tecnologias analíticas avançadas (inctaa) – conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). process no: 465768/2014-8. acknowledgments not applicable. references agbor, v. b.; cicek, n.; sparling, r.; berlin, a.; levin, d. b. biomass pretreatment: fundamentals toward application. biotechnol. adv. 2011, 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https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0206-26537-171359 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0206-26537-171359 https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0206-26537-171359 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.03.073 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.03.073 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.03.073 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.03.073 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.03.073 https://doi.org/10.5935/1984-6835.20160059 https://doi.org/10.5935/1984-6835.20160059 https://doi.org/10.5935/1984-6835.20160059 https://doi.org/10.5935/1984-6835.20160059 https://doi.org/10.5935/1984-6835.20160059 https://doi.org/10.5935/1984-6835.20160059 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119670 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119670 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119670 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119670 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119670 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119670 https://doi.org/10.1038/s41570-018-0005-y https://doi.org/10.1038/s41570-018-0005-y review article revista.iq.unesp.br 32 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 chemicals from biomass. nat. rev. chem. 2018, 2 (5), 35–46. https://doi.org/10.1038/s41570-018-0005-y boechat, c. a.; pitta, f. t.; toledo, c. a. national state territoriality pattern and capital autonomization in brazilian sugar-energy agribusiness: from the ometto family’s heritage to professionalization and financialization of cosan. revista nera. 2022, 25 (63), 67–95. cabral, m. m. s.; abud, a. k. s.; silva, c. e. f.; almeida, r. m. r. g. bioethanol production from coconut husk fiber. cienc. rural. 2016, 46 (10), 1872–1877. https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20151331 carrillo, f.; lis, m. j.; colom, x.; lópez-mesas, m.; valldeperas, j. effect of alkali pretreatment on cellulase hydrolysis of wheat straw: kinetic study. process biochem. 2005, 40 (10), 3360–3364. 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https://doi.org/10.1590/s0100-40422010000700023 https://doi.org/10.1590/s0100-40422010000700023 https://doi.org/10.1039/c3ra22958k https://doi.org/10.1039/c3ra22958k https://doi.org/10.1039/c3ra22958k https://doi.org/10.1039/c3ra22958k https://doi.org/10.1590/s0100-40422012000500025 https://doi.org/10.1590/s0100-40422012000500025 https://doi.org/10.1590/s0100-40422012000500025 https://doi.org/10.1590/s0100-40422012000500025 https://doi.org/10.1590/s0100-40422012000500025 https://doi.org/10.3390/pr8101221 https://doi.org/10.3390/pr8101221 https://doi.org/10.3390/pr8101221 https://doi.org/10.3390/pr8101221 https://doi.org/10.3390/pr8101221 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126033 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126033 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126033 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126033 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126033 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126033 https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.940712 https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.940712 https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.940712 https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.940712 https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.940712 https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.940712 https://doi.org/10.1590/s1415-43662012000800015 https://doi.org/10.1590/s1415-43662012000800015 https://doi.org/10.1590/s1415-43662012000800015 https://doi.org/10.1590/s1415-43662012000800015 https://doi.org/10.1590/s1415-43662012000800015 https://doi.org/10.3390/fermentation7040268 https://doi.org/10.3390/fermentation7040268 https://doi.org/10.3390/fermentation7040268 https://doi.org/10.3390/fermentation7040268 https://doi.org/10.1039/c6ra28778f https://doi.org/10.1039/c6ra28778f https://doi.org/10.1039/c6ra28778f https://doi.org/10.1039/c6ra28778f http://etanoldemilho.com.br/2020/02/03/a-hegemonia-do-etanol/ http://etanoldemilho.com.br/2020/02/03/a-hegemonia-do-etanol/ http://etanoldemilho.com.br/2020/02/03/a-hegemonia-do-etanol/ https://www.epa.gov/ghgemissions/inventory-us-greenhouse-gas-emissions-and-sinks https://www.epa.gov/ghgemissions/inventory-us-greenhouse-gas-emissions-and-sinks https://www.epa.gov/ghgemissions/inventory-us-greenhouse-gas-emissions-and-sinks https://www.epa.gov/ghgemissions/inventory-us-greenhouse-gas-emissions-and-sinks https://doi.org/10.1039/c7ra08110c https://doi.org/10.1039/c7ra08110c https://doi.org/10.1039/c7ra08110c https://doi.org/10.1039/c7ra08110c https://doi.org/10.1039/c7ra08110c https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.12.012 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.12.012 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.12.012 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.12.012 review article revista.iq.unesp.br 34 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 22-34 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 yu, x.; bao, x.; zhou, c.; zhang, l.; yagoub, a. e.-g. a.; yang, h.; ma, h. ultrasound-ionic liquid enhanced enzymatic and acid hydrolysis of biomass cellulose. ultrason. sonochem. 2018, 41, 410–418. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.09.003 zanivan, j.; bonatto, c.; scapini, t.; dalastra, c.; bazoti, s. f.; alves júnior, s. l.; fongaro, g.; treichel, h. avaliação da produção de bioetanol a partir de resíduos mistos de frutas por wickerhamomyces sp. uffs-ce-3.1.2. bioenergia. res. 2022, 15 (1), 175–182. https://doi.org/10.1007/s12155-021-10273-5 zhao, x.; huang, c.; lin, w.; bian, b.; lai, c.; ling, z.; yong, q. a structure–activity understanding of the interaction between lignin and various cellulase domains. bioresource technology. 2022, 351, 127042, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127042 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p22-34 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.09.003 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.09.003 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.09.003 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.09.003 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.09.003 https://doi.org/10.1007/s12155-021-10273-5 https://doi.org/10.1007/s12155-021-10273-5 https://doi.org/10.1007/s12155-021-10273-5 https://doi.org/10.1007/s12155-021-10273-5 https://doi.org/10.1007/s12155-021-10273-5 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127042 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127042 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127042 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127042 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127042 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044212172.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044224020.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044255213.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044307324.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044323834.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044346485.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044433572.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044457884.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044511740.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129044526867.pdf database revista.iq.unesp.br citation databases: ecletica quim. j. is indexed *click on the images to follow the links. ebsco has no link available. the address is for subscribers only. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://bit.do/eqj_cas https://www.scopus.com/sourceid/23521 https://doaj.org/toc/1678-4618 http://www.speciation.net/database/journals/ecletica-quimica-journal-;i1882 https://scholar.google.com.br/citations?hl=pt-br&user=-j-ppugaaaaj&authuser=1 https://www.redib.org/recursos/record/oai_revista5161-ecl%c3%a9tica-qu%c3%admica https://www.redalyc.org/revista.oa?id=429 https://www.latindex.org/latindex/ficha?folio=16477 https://biblat.unam.mx/pt/revista/ecletica-quimica https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=journal:%22issn%200100-4670%22 editorial iq.unesp.br/ecletica | vol. 47 | n. 1 | 2022 | editorial the editor of eclética química journal, editorial board and staff proudly announce the first issue of vol. 47 of 2022 in the hope that we can all live a milder year in terms of pandemic which should allow us to dedicate even more intensely to scientific research. opens the issue a study describing the effect of temperature on the relative hydrocarbon concentrations in the biofuel obtained from hydrocracking of cerbera manghas oil using ni-zn/hzsm5 as catalyst. the main properties of the catalysts were investigated, and the hydrocracking process was conducted in a pressure batch reactor. the predominant products in the biofuel were pentadecane and heptadecane with different proportions depending on the reaction temperature. thus, the gasoil produced from cerbera manghas oil could be an alternative promising transportation fuel. follows, a theoretical study of the electronic and optical properties of pcrv oligomers, since the best compound can be chosen among different ones objecting to increase the efficiency of the organic photovoltaic cell. different r radicals were added to derivatives of 2.7-divynil-carbazole to reduce the homo-lumo gap energy and the calculations allowed to suggest the pcrv-bittp, pcrv-ttp, pcrv-ttn molecules as good candidates for applications in organic solar cells. it is well known that conventional treatments are generally not effective for removing micropollutants as antibiotics and other classes of drugs present in wastewater. in the next paper, the degradation of the ciprofloxacin antimicrobial in aqueous solution is described applying degradation advanced processes such as direct photocatalysis and photoperoxidation using fe3-xo4-y-tio2 particles as catalyst. the readers can find details about catalyst preparation and characterization, and kinetics of the micropollutant degradation process with greater degradation percentages. some nutraceutical compound may exhibit many pharmacological properties, but its efficacy is limited due to low solubility, for instance, quercetin. so, a possible way to improve the solubility is the cocrystallization screening using different cocrystal formers as described in the last article of this issue. mechanochemical method afforded cocrystals of quercetin with picolinamide and isonicotinamide while benzamide and pyrazinoic acid gave physical mixtures with quercetin. the editor and members of editorial board of eclética química journal want to pay a tribute to the effort developed by authors and reviewers during the last year and we hope and trust that in the 2022nd year the mutual collaboration will lead to everyone's progress. assis vicente benedetti editor-in-chief of eqj http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index eclet. quim. 49 | e-1484, 2024 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 issn 1678-4618 page 1/8 1royal commission yanbu colleges and institutes, yanbu industrial college, yanbu, kingdom of saudi arabia. +corresponding author: chand pasha, phone: +966531810596, email address: drcpasha@gmail.com original article determination of amoxicillin: a penicillin antibiotic in pharmaceutical dosage samples by spectrophotometric method chand pasha1+ abstract new coupling agents such as 2,4-toluene diamine or sulphanilamide for the determination of amoxicillin spectrophotometrically are described. these methods are straightforward based on the reaction of amoxicillin with diazotized products of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide to produce coloured azo dyes with maximum absorption at 462 or 468 nm. amoxicillin responds linearly from 1.2–24.8 or 1.8–32.0 g ml–1 when coupled with diazotized 2,4-toluene diamine or sulphanilamide. the molar absorptivity and sandell’s sensitivity of amoxicillin with 2,4-toluene diamine or amoxicillin with sulphanilamide azo dyes were 3.307 × 104 or 2.632 × 104 l mol–1 cm–1 and 1.105×10-2 or 1.388×10-2 g cm-2, respectively. the regression equation, correlation coefficient (r2), detection limit and quantitation limit of amoxicillin with 2,4-toluene diamine or amoxicillin with sulphanilamide were evaluated. the percentage recoveries ranged from 97.00 to 100.50 with a relative standard deviation value was ± 0.98 to ± 1.85%. the method does not need temperature control or solvent extraction and has been applied successfully to determine amoxicillin in pharmaceutical preparation (tablets). article history received march 07, 2023 accepted november 20, 2023 published march 29, 2024 keywords 1. spectrophotometry; 2. diazotization; 3. amoxicillin; 4. 2,4-toluene diamine; 5. sulphanilamide. section editor paulo clairmont feitosa lima gomes highlights the 2,4-toluene diamine and sulphanilamide were used for amoxicillin determination. the coupling agents with amoxicillin showed high molar absorptivity and sensitivity. the method is very simple, sensitive, accurate, and has a high dye stability. the method applied to the analysis of amoxicillin in pharmaceutical samples. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 https://ror.org/00km4z122 mailto:drcpasha@gmail.com https://orcid.org/%200000-0003-0777-4570 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 eclet. quim. 49 | e-1484, 2024 issn 1678-4618 page 2/8 1. introduction amoxicillin is a β-lactam penicillin antibiotic with the chemical formula c6h19n3o5s, that is active against both grampositive and gram-negative bacteria (wilson et al., 2004). it is used to treat a variety of bacterial infections caused by susceptible microorganisms, including skin, yeast, urinary tract and middle ear infections, strep throat, and pneumonia. some of the side effects include nausea and rash, and those who are allergic to penicillin should avoid using it. however, those with kidney issues can use it without risk, and it is safe to use during pregnancy and breastfeeding (amoxicillin, 2015). according to the most recent report from the european centre for disease prevention and control (ecdc, 2020), the average consumption of antimicrobial drugs for systemic use in the european union in 2019 was 18.0 defined as daily doses per 1,000 inhabitants per day. after consumption, antibiotics are excreted as metabolites and unaltered compounds (boix et al., 2016) together with the high consumption of these compounds, it is not surprising that they reach the aquatic environment through wastewater discharges (dinh et al., 2011). thus, the investigation of antibiotic residues in water has become an important topic in environmental science, including the analytical determination at trace levels (ng l−1 or µg l−1) (fonseca et al., 2020; hernández et al., 2015; rossmann et al., 2014). the chemical structure of amoxicillin is shown in fig. 1. figure 1. chemical structure of amoxicillin. amoxicillin works by preventing the synthesis of bacterial cell walls (wilson et al., 2004), and it belongs to the penicillin class of antibiotics, which are broad-spectrum, semisynthetic, acidstable, orally absorbed antibiotics that inhibit bacterial cell wall synthesis (blumberg and strominger, 1974). according to a review of the literature, there are several methods for determining amoxicillin in pharmaceutical samples, including voltammetry (fouladgar et al., 2011; uslu and biryol, 1999; santos et al., 2008), fluorimetry (muñoz de la peña et al., 2002), colourimetry (elshafie et al., 1996; rao and mohan, 1982), liquid chromatography (aliev and babazade, 2011; fabregatsafont et al., 2021; foroutan et al., 2007; hailekiros et al., 2022; wen et al., 2008), chemiluminescence (li et al., 2003; sun et al., 2005), capillary electrophoresis (oliva et al., 2011), atomic absorption spectrometry (mahmoud et al., 2008), uv spectroscopy (ergin and yasa, 2022) and spectrophotometry (ahmed et al., 2004; al-abachi et al., 2005; asan and seddiq, 2022; al-uzri, 2012; jalal et al., 2023; othman and al-saffar, 2015; quanmin and zhanjun, 2006; singh and maheshwari, 2010; ünal et al., 2008). however, some of the methods (ahmed et al., 2004; al-abachi et al., 2005; foroutan et al., 2007; fouladgar et al., 2011; li et al., 2003; mahmoud et al., 2008; muñoz de la peña et al., 2002; oliva et al., 2011; quanmin and zhanjun, 2006; sun et al., 2005) presented for determining amoxicillin in pharmaceutical dosage were associated with major flaws such as tedious extraction methods, time consumption, lack of sensitivity, heating issues, and cooling effects. the diazotization reaction of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide with sodium nitrite in an acid medium yields diazonium compounds, which are then coupled with amoxicillin in an alkaline medium to yield yellow water-soluble azo dyes. the proposed methods are free of the drawbacks mentioned above and they are risk-free, simple, selective, and precise used for the determination of amoxicillin—a penicillin antibiotic—in pharmaceutical dosage samples by spectrophotometric method. 2. experimental 2.1. equipment a jasco v-730 spectrophotometer (serial no. a 023561798) and ph meter (eutech instruments ph 510 serial o. 1398504) were used for spectrometric analysis. 2.2. chemicals and reagents amoxicillin stock solution (1,000 µg ml–1), (gift sample from karnataka antibiotics and pharmaceuticals limited, bangalore, india): a 0.104 g of amoxicillin was weighed accurately and dissolved in 5–10 ml of ethanol, shaken thoroughly then the solution is transferred to a 100 ml calibrated flask and filled to the proper level with double-distilled water. by dilution, the working solution was prepared as needed. a 0.1 mol l–1 sodium nitrite solution, 0.5 mol l–1 hydrochloric acid solution, 1% of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide solutions each and 0.5 mol l–1 sodium hydroxide solution were used. amoxicillin tablets of different trademarks used: vemox 50 (500 mg): vega pharma, panoptic exim private limited, nagpur, maharashtra. amoxicillin trihydrate (500 mg): sandmartin pharmaceuticals private limited, new delhi, india. emox 250 (250 mg): emkam pharma private limited, meerut, india. cipmox-250 (250 mg): cipla limited, mumbai, india. amoxirum forte injection (300 mg): 200 mg amoxicillin present with sodium (molecular weight 340.4 mg): karnataka antibiotics and pharmaceuticals limited, bangalore, india. amoxicillin tablets solution (1,000 μg ml–1) amoxicillin tablets/capsules of various brands were obtained from a homegrown dispensary and finely powdered. a precisely weighed quantity of powder (~ 0.25 g) was dissolved in 5–10 ml ethanol, then 80–100 ml distilled water was added, shaken well, filtered into a 250 ml calibrated flask, then the volume was completed to the mark with distilled water and the preparation of amoxicillin solution was continued as described above. 2.3. procedure for the determination of amoxicillin in a sequence of 10 ml calibrated flasks, an aliquot of the sample solution containing a known quantity of amoxicillin (µg ml–1) was added. it was then mixed well for 2 min with the addition of 1 ml of a 0.1 mol l–1 solution of sodium nitrite and 0.5 ml of a 0.5 mol l–1 solution of hydrochloric acid before being https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 eclet. quim. 49 | e-1484, 2024 issn 1678-4618 page 3/8 set aside to allow the diazotization reaction to finish. after that, the mixture was thoroughly mixed after being diluted to 10 ml with double-distilled water and added volumes of 1 ml of 1% 2,4toluene diamine or sulphanilamide and 1.0 ml of 0.5 mol l–1 sodium hydroxide solutions. after 5 min the formed coloured azo dyes absorbance was measured at 462 or 468 nm in comparison to the blank reagent. 3. results and discussion in the presence of a base, amoxicillin is coupled with the diazonium salt of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide to produce a coloured azo dye. the absorption spectra of the azo dye produced by reacting amoxicillin with diazotized 2,4-toluene diamine or sulphanilamide (fig. 2) had an absorption maximum at 462 nm or 468 nm, respectively. the plot of absorbance versus concentration of amoxicillin coupled with diazotized 2,4-toluene diamine or sulphanilamide (fig. 3) demonstrates that the dyes obey beer’s law in the range of 1.2–24.8 g ml–1 of amoxicillin with 2,4-toluene diamine or 1.8–32.0 g ml–1 of amoxicillin with sulphanilamide. absorption spectra of the azo dye resulted from the reaction of amoxicillin with diazotized sulphanilamide against a reagent blank (2) and a blank reagent against distilled water (3). figure 2. absorption spectra of the azo dye produced by the reaction of amoxicillin with diazotized 2,4-toluene diamine (1) and sulphanilamide (2) against a blank reagent. the blank reagent spectrum is number (3). figure 3. adherence to beer’s law using amoxicillin coupled with diazotized 2,4-toluene diamine or sulphanilamide. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 eclet. quim. 49 | e-1484, 2024 issn 1678-4618 page 4/8 the reactions for steps 1 and 2 are shown in fig. 4. figure 4. diazonium salt of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide is coupled with amoxicillin to produce coloured azo dyes. 3.1. effect of temperature, acid and base concentration the effect of temperature on diazotization reactions, room temperature (25 ± 5 °c) is advised because the loss in colour stability and intensity was seen at low and high temperatures. the effect of acid on the diazotization reaction of amoxicillin (2 µg ml–1) was examined by adding different acid solutions (0.5 mol l–1), such as hcl, h2so4, ch3cooh and hno3. it was discovered that when amoxicillin was coupled with a diazotized 2,4-toluene diamine or sulphanilamide, ch3cooh produced low absorbance with low colour stability while hcl produced high absorbance with highest colour stability. therefore, for the amoxicillin diazotization reaction, 0.5 ml of 0.5 mol l–1 hcl was preferred (table 1). table 1. effect of acid concentration. 0.5 mol l–1 acid concentration absorbance (a) / ml of acid used 2,4-toluene diamine sulphanilamide 0.25 ml 0.5 ml 0.75 ml 0.25 ml 0.5 ml 0.75 ml hydrochloric acid 0.280 0.362 0.348 0.302 0.344 0.340 sulfuric acid 0.256 0.292 0.306 0.288 0.276 0.287 acetic acid 0.222 0.246 0.212 0.228 0.244 0.286 nitric acid 0.248 0.284 0.293 0.232 0.248 0.262 nh2ch3 nh2 no2 n + n cl nh2 ch3 diazonium compound sulphanilamide nh2s nh2 o o n + n cl s nh2 o o diazonium compound oh oh r n n o r s nh2 o o amoxicillin coloured azo dye n n o r nh2 ch3 coloured azo dye ch nh2 o n h n s o ch3 ch3 o oh r = + h + h + diazonium compound diazonium compound + oh step 1 step 2 n + n cl nh2 ch3 n + n cl s nh2 o o 2,4-toluene diamine https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 eclet. quim. 49 | e-1484, 2024 issn 1678-4618 page 5/8 the effect of the base on the diazotization reaction of amoxicillin (2 µg ml–1) was examined by adding different base (0.5 mol l–1) solutions such as naoh, koh, nh4oh and na2co3. it was discovered that when amoxicillin was coupled with diazotized 2,4-toluene diamine or sulphanilamide, na2co3 produced low absorbance and naoh produced high absorbance with highest colour stability. therefore, for the amoxicillin diazotization reaction 1.0 ml of 0.5 mol l–1 naoh solutions was preferred (table 2). 3.2. effect of coupling reagents and nitrite concentration in the current method, 2,4-toluene diamine or sulphanilamide is used as a coupling agent by adding 0.50 to 2.0 ml of 1% 2,4-toluene diamine or sulphanilamide to a series of nitrite solutions. in an ultimate volume of 10 ml, it was discovered that 1 ml of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide (1%) solution produced the brightest and firmest colour (table 3). using the current method with 2 µg ml–1 of amoxicillin and adding 1 ml of 0.025-0.150 mol l–1 solutions of the nitrite in hydrochloric acid (0.5 mol l–1) to a series of nitrite solutions, the colour reaches its peak intensity when using 1 ml of 0.1 mol l–1 sodium nitrite solution. higher concentrations failed to further increase the absorbance while lower concentrations gave poor results (table 4). 3.3. effect of interference the determination of amoxicillin in the presence of various excipients such as lactose (800 µg ml–1), fructose (1,000 µg ml–1), glucose (1,200 µg ml–1), urea (300 µg ml–1) and starch (600 µg ml–1) did not interfere with the determination of the excipients. table 2. effect of base concentration. 0.5 mol l–1 acid concentration used absorbance (a) / ml of base used 2,4-toluene diamine sulphanilamide 0.5 ml 1.0 ml 1.5 ml 0.5 ml 1.0 ml 1.5 ml sodium hydroxide 0.260 0.282 0.266 0.284 0.244 0.264 potassium hydroxide 0.236 0.262 0.242 0.264 0.224 0.257 ammonium hydroxide 0.214 0.254 0.204 0.242 0.208 0.246 sodium carbonate 0.138 0.222 0.188 0.202 0.196 0.220 table 3. effect of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide solution on absorbance. 1% 2,4-toluene diamine or sulphanilamide solution used (ml) absorbance (a) for 2,4-toluene diamine absorbance (a) for sulphanilamide 0.50 0.284 0.264 1.00 0.316 0.328 1.50 0.302 0.312 2.00 0.296 0.294 table 4. effect of sodium nitrite. 1 ml of nano2 solution (mol l–1) absorbance (a) 2,4-toluene diamine sulphanilamide 0.025 0.164 0.182 0.050 0.188 0.194 0.075 0.192 0.226 0.100 0.288 0.264 0.125 0.248 0.246 0.150 0.240 0.232 3.4. analytical data plotting absorbance versus concentration of amoxicillin resulted in a straight line on the graph. beer’s law is obeyed between the concentrations of 1.2–24.8 g ml–1 of amoxicillin with 2,4-toluene diamine or between the concentrations of 1.8–32.0 g ml–1 with sulphanilamide. the molar absorptivity of the coloured azo dye of amoxicillin coupled with the diazonium salt of 2,4-toluene diamine or sulphanilamide was found to be 3.307 × 104 l mol–1 cm–1 or 2.632 × 104 l mol–1 cm–1, and the sandell’s sensitivity of coloured system with a nitrite-2,4-toluene diamine or nitrite-sulphanilamide were found to be 1.105 × 10–2 g cm–2 or 1.388 × 10–2 g cm–2 with maximum absorption at 462 or 468 nm (fig. 2 and 3). the regression equation and correlation coefficient (r2) of amoxicillin with 2,4-toluene diamine or amoxicillin with sulphanilamide were y = 0.092x – 0.004, or y = 0.079x – 0.026 and r2 of 0.998 or 0.999 and have high dye stability (more than 10 h). the detection limit (dl = 3.3/s) and quantitation limit (ql = 10/s) of amoxicillin coupled with diazotized 2,4-toluene diamine or sulphanilamide were found to be 0.351 g ml–1 or 0.420 g ml–1 and 1.065 g ml–1 or 1.274 g ml–1 (where  = standard deviation, [n = 5] and s = slope of the curve). the better optical characteristics and statistical data were obtained under optimum conditions (table 5). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1484 eclet. quim. 49 | e-1484, 2024 issn 1678-4618 page 6/8 table 5. determination of amoxicillin in various pharmaceutical samples. pharmaceutical samples sample taken (μg ml–1) using 2,4-toluene diamine using sulphanilamide sample founda (μg ml–1) ± %rsd rec. (%) sample founda 1 (μg ml–1) ± %rsd rec. (%) vemox 500 (500 mg/tab) 04.00 3.92 ± 1.43 98.00 3.96 ± 1.62 99.00 08.00 7.91 ± 1.24 98.87 7.92 ± 1.46 99.00 12.00 11.94 ± 1.32 99.50 11.90 ± 1.46 99.16 16.00 15.90 ± 1.20 99.34 15.84 ± 1.28 99.00 20.00 19.92 ± 1.26 99.60 19.90 ± 1.42 99.50 amoxicillin trihydrate (500 mg/tab) 04.00 3.94 ± 1.48 98.50 4.02 ± 1.22 100.5 08.00 7.90 ± 1.24 98.70 7.98 ± 1.46 99.75 12.00 11.88 ± 1.44 99.00 11.92 ± 1.32 99.33 16.00 15.86 ± 1.26 99.12 15.90 ± 1.36 99.37 20.00 19.92 ± 1.35 99.6 19.82 ± 1.45 99.10 emox 250 (250 mg/tab) 04.00 3.90 ± 1.23 97.50 3.94 ± 1.28 98.50 08.00 7.92 ± 1.44 99.00 7.88 ± 1.32 98.50 12.00 11.88 ± 1.66 99.00 11.90 ± 1.45 99.17 16.00 15.92 ± 0.98 99.50 15.88 ± 1.42 99.25 20.00 19.86 ± 1.46 99.30 19.80 ± 1.26 99.00 cipmox-250 (250 mg/tab) 04.00 4.00 ± 1.54 100.0 3.94 ± 1.44 98.50 08.00 7.90 ± 1.22 98.75 7.96 ± 1.28 99.50 12.00 11.94 ± 1.49 99.50 11.88 ± 1.54 99.00 16.00 15.94 ± 1.27 99.62 15.86 ± 1.64 99.12 20.00 19.90 ± 1.33 99.50 19.82 ± 1.24 99.10 amoxirum forte injection (300 mg/tab) 04.00 3.92 ± 1.42 98.00 3.88 ± 1.26 97.00 08.00 7.91 ± 1.22 98.87 7.92 ± 1.34 99.00 12.00 11.94 ± 1.26 99.50 11.84 ± 1.52 98.67 16.00 15.86 ± 1.34 99.12 15.84 ± 1.26 99.00 20.00 19.80 ± 1.65 99.00 19.78 ± 1.85 98.90 a. mean (n=5)  %rsd {relative standard deviation}. 3.5. applications amoxicillin can be found in a variety of pharmaceutical samples using the provided method, which is straightforward and easy to use. the findings of the recommended methodology closely correspond to the acknowledged content. for all five samples, the percentage recoveries ranged, with a 95% level of confidence, from 97.00 to 100.50 and the relative standard deviation value was 0.98–1.85%. the appearance of pharmaceutical samples containing additional ingredients had no negative effects. the outcomes are contrasted with the endorsed spectrophotometric method (al-uzri, 2012; othman and alsaffar, 2015). these attest to the fact that the proposed method and the recommended method are not significantly different. to evaluate precision and accuracy, replicate analyses were performed on five different samples that contained amoxicillin at various concentrations (table 5). 4. conclusions new coupling agents such as 2,4-toluene diamine or sulphanilamide, used for the spectrophotometric determination of amoxicillin, are reasonably priced and selective. compared to some of the reported methods, the procedure is very simple, fast, sensitive, accurate, and has a high dye stability (more than 10 h). the method need not involve time-consuming separation or solvent extraction procedures and the high accuracy and precision of the proposed methods are highlighted by their low percentage relative standard deviation and percentage recovery values. the proposed methods produce precise, repeatable results that are free from excipient interference and was applied to the analysis of amoxicillin in pharmaceutical samples. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments the author would like to thank yeli management and hod, general studies for their moral guidance. references ahmed, a. s.; rahman, n.; islam, f. spectrophotometric determination of ampicillin, amoxicillin, carbenicillin using folin ciocalteu phenol reagent. anal. chem. 2004, 59, 119–123. https://doi.org/10.1023/b:janc.0000014736.59554.5c al-abachi, m. q.; haddi, h.; al-abachi, a. m. spectrophotometric determination of amoxicillin by reaction with n,n-dimethyl-pphenylenediamine and potassium hexacyanoferrate(iii). anal. chim. acta. 2005, 554 (1–2), 184–189. https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.08.030 aliev, a. m.; babazade, g. m. comparative study of quantitative determination of amoxicillin in capsules by mercurimetry and liquid chromatography. pharm. chem. j., 2011, 45, 257–260. https://doi.org/10.1007/s11094-011-0610-2 al-uzri, w. a. spectrophotometric determination of amoxicillin in pharmaceutical preparations through 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article history: received: november 01, 2022 accepted: january 02, 2023 published: april 01, 2023 keywords: 1. chemistry learning 2. literature review 3. social media 4. social media-based learning 5. student motivation section editors: assis vicente benedetti contents 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments references abstract: social media-based learning can involve students in open, competitive, and running learning according to the speed of each understanding. this study aims to examine empirical articles about social media increasing the motivation to study chemistry for high school and undergraduate students using the systematic literature review method, namely, to identify, analyze, and interpret findings on research topics published from 2018 to 2022. five articles were identified through the publish or perish search engine using scopus databases. the articles studied reviewed the effect of using social media in learning. the results of the study focused on the use of social media in chemistry learning which can increase student motivation for both high school and undergraduate students. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p17-21 mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id https://orcid.org/0000-0001-5574-8209 https://orcid.org/0000-0003-4584-3290 mailto:titinmlt03@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-0777-4570 mailto:deniainurrokhim@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9079-4235 mailto:afisbaghiz123@gmail.com https://ror.org/00ypgyy34 review article revista.iq.unesp.br 18 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 17-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p17-21 1. introduction today, the internet has become a lifestyle for most people in the world, with the current world population of over 7.7 billion and internet users being 4.4 billion. the field of education has gained many new approaches to improve learning, one of which is social media-based learning. social media-based learning can involve students in intense, open, competitive learning, and can do problem-solving with enthusiasm where students can discover new things in a relaxed and informal atmosphere but at the same time stay focused and motivated (zdravkova, 2016). this is highly expected in a learning process where students can be more motivated and enthusiastic in participating in learning. social media-based learning can also change students from passive learners to active learners so that learning can be student-centered (ziegler, 2007). the above benefits can of course be achieved with the help of social interactions fostered by students, students’ technological knowledge, and the role of the teacher to manage and control class activities (rinda et al., 2018). the active role of students in the learning process has direct involvement with the learning model applied by educators. this is often found because students often experience an atmosphere and enthusiasm for learning that does not absorb and accept the material presented by the teacher. high school chemistry teaching materials have many concepts that are quite difficult for students to grasp, making many students less confident in understanding the material because it is abstract, simplified from the actual situation, sequential, and tiered (lutfi and hidayah, 2021). learning science, especially chemistry in schools using social media-based learning models, is an effective method to improve explanation and understanding of basic chemistry topics (fosu et al., 2019). the use of appropriate learning methods and strategies by educators will determine a good and effective chemistry learning process (sari et al., 2017). previous research has shown that the use of social media in learning has a positive effect on student-learning and can increase self-efficacy so that many researchers continue to develop social media-based learning media by using various features in it (hayes et al., 2020). based on research conducted by danjou (2020), social media-based learning can allow each student to progress at their own space because the material can be accessed anytime, anywhere, and can be watched/viewed many times. research conducted by smith (2014) on chemistry learning showed that involving students in creating chemistry video content keeps them enthusiastic and helps to develop their creativity and communication skills. a literature review conducted by beemt et al. (2020) with the topic of increasing students’ understanding of the use of social media in the learning process states that the role of social media in learning is to motivate students and to increase transparency in communication (internal and external), assessment and evaluation. however, this can be achieved if the teacher as educator also has good technology skills. various kinds of content designs and social media features are designed in chemistry learning, such as dingtalk and wechat, which are proven to make learning activities interesting and can be used to attract students’ attention in the classroom (xiao et al., 2020). in another study that mentions the use of technologybased learning tools, the content presented aims to help students interact in the management experience by learning skills and knowledge to improve literacy (hight et al., 2021). literacy in reading is very important so that students can explore a lot of reading sources that support the subject matter provided by the teacher (putri et al., 2022). this research has been conducted so that it may become the latest research trend regarding social mediabased learning that can be applied to chemistry material for both high school and undergraduate students. therefore, the research objectives and appropriate learning methods will provide an overview of the interest in this social media-based research. the learning outcomes that social media-based learning researchers will emphasize are the focus of the current review. thus, the main research question that the study seeks to answer is: can social media increase motivation to study chemistry for high school and undergraduate students? 2. experimental the method of writing a journal review in searching for literature data using a systematic literature review, which is a method that has stages of identifying, evaluating, and interpreting findings and is used to answer predetermined research questions (shay and lafata, 2015). in this review, the scopus database was used to obtain social media-based learning research articles, using the publish or perish software. in this study, the data used with the keyword “social media-based learning in chemistry” with a journal publication time span of 2018–2022 (last 5 years). after the application was run, the researcher read the title and abstract of the article to select articles that met the following inclusion criteria: 1) articles about social media-based learning in chemistry learning; 2) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica review article revista.iq.unesp.br 19 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 17-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p17-21 publication of reputable, accredited, and full-text articles. this study has exclusion criteria, namely articles not related to social media-based learning in chemistry learning as well as articles published before 2018. the search results found 226 articles related to the related topics studied. then, reselection was carried out based on inclusion criteria so that 7 articles were obtained. furthermore, the data were sorted by assessing and considering the suitability of the research topic, abstract, and research content in order to obtain 5 articles that met all the requirements. the article search process described above can be seen in fig. 1. figure 1. search flowchart. 3. results and discussion the analyzed results of the review research focused on the influence of social media use in learning in senior high schools and undergraduate colleges. literature study information in terms of abstracts, background, research questions, objectives, methods, and research results are presented in table 1. of the 5 articles reviewed, 1 article was published in 2018, 1 article was published in 2019, 2 articles were published in 2020, and 1 article was published in 2021. the following chemistry learning materials that can be applied to social media-based learning can also be seen in table 1. based on table 1, the results of research in social media-based chemistry learning can be said to be effective and able to increase the motivation to study chemistry. the participation of students in making videos can in fact increase the enthusiasm for learning so that it can have a positive effect on student learning outcomes, which is in line with the research results of hight et al. (2021). however, this literature review found a gap between the possible learning experiences of students on social media and the learning outcomes or learning focus they assessed. two important aspects that have not been discussed in this research are: how social media content is designed and implemented; and that diversity and innovation in compiling social media content that is easy for students to understand is very important and should play a very important role in making learning effective and more interactive. table 1. social media-based learning. author use of social media results hurst (2018) learning chemistry using the snapchat platform, especially the story feature to share things related to chemistry in everyday life. snapchat can be used to engage students in chemistry by contextualizing the subject matter in the real world together by giving students insight into the research and living environment, especially in chemistry. based on the data obtained from the research, it is known that 83% of the 59 respondents said they felt more engaged with chemistry because of snapchat. fosu et al. (2019) students are asked to publish their study results using the twitter application from the survey, it appears that students have a positive perception of the use of social media for studying chemistry. about 83 (61.48%) students strongly agreed that social media can be a good platform to support the learning of chemistry. based on their posts, it is evident that students found the social media platform to be a convenient medium for learning, and even wished that the platform was frequently used for teaching. students reported that using twitter helped in their understanding of the material. danjou (2020) chemistry learning is carried out asynchronously and synchronously. synchronous sessions were carried out with the teacher sharing learning videos via facebook so that students can access them anytime and anywhere. learning becomes more efficient because teachers do many alternative technologies in learning. based on data, 95% of respondents think that the use of videos visible on facebook is more suitable for exercise solutions explanation without requiring more effort than for live explanation. from the activities that have been carried out, students feel enthusiastic about learning chemistry. continue… https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica review article revista.iq.unesp.br 20 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 17-21 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p17-21 hayes et al. (2020) innovative video creation and posted on the tiktok app with the aim of introducing the audience that chemistry is fun. the video that was made was successfully watched 8,500 times and managed to attract visitors by 82.7% of the initial number. hight et al. (2021) making creative chemistry learning videos using tiktok. from the research conducted, it is proven that the involvement of students in making learning videos can increase students’ understanding of the material that will be made later. 4. conclusions the results of research in social media-based chemistry learning can be said to be effective and able to increase the motivation to study chemistry. the effectiveness of a social media platform in increasing the motivation to study chemistry for high school and undergraduate students has its own advantages and disadvantages, so the decision regarding the use of learning media lies in the mastery skills of the teacher to apply media, especially social media in learning. there are many types of platforms that can be applied in learning chemistry such as twitter, instagram, facebook, youtube, discord, and many more. the characteristics of the right platform are that the platform can support learning outcomes both in the short and long term. social media has the potential to connect a broad knowledge into small parts that can be separated. how students perceive and what can be utilized from this different social media-based learning experience needs further exploration. authors’ contribution conceptualization: widarti, h. r.; rokhim, d. a. data curation: sriwahyuni, t.; syafrudin, a. b. formal analysis: sriwahyuni, t. funding acquisition: not applicable. investigation: not applicable. methodology: sriwahyuni, t. project administration: widarti, h. r resources: rokhim, d. a. software: not applicable. supervision: not applicable. validation: not applicable. visualization: sriwahyuni, t. writing – original draft: widarti, h. r.; sriwahyuni, t.; rokhim, d. a.; syafrudin, a. b. writing – review & editing: widarti, h. r.; sriwahyuni, t.; rokhim, d. a.; syafrudin, a. b. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study funding not applicable. acknowledgments not applicable. references beemt, a.; thurlings, m.; willems, m. towards an understanding of social media use in the classroom: a literature review. technol. pedagogy educ. 2020, 29 (1), 35–55. https://doi.org/10.1080/1475939x.2019.1695657 danjou, p.-e. distance teaching of organic chemistry tutorials during the covid-19 pandemic: focus on the use of videos and social media. j. chem. educ. 2020, 97 (9), 3168–3171 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00485 fosu, m. a.; 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1982). the distorted octahedrons [nbo6] units are bounded by the edges and the vertices, generating layers with structure called reo3-type deficient double strand (bizeto et al., 2006; rao and raveau, 1998), as shown in fig. 1. the three-dimensional structure is formed by the layers stacking in a face-to-face arrangement. due to the high amount of oxygen atoms coordinated to niobium atoms, hexaniobate presents high layer charge density, which can make the intercalation process by ion exchange reaction (a topotactic reaction) a challenging process. the electroneutrality of the negatively charged layers is maintained by alkali metal cations present in the interlayer region. figure 1. schematic representation of the layered hexaniobate structure. one of the most prominent characteristics of a4nb6o17‧nh2o material is the interlayer differentiation, which can be explored to tune its chemical and physical properties. reported for the first time by gasperin and le bihan (1980), the so-called interlayer i and ii regions of the hexaniobate matrix (fig. 1) present different cations array and behaviors in relation to the hydration process. ions in the interlayer i can be hydrated, which can made it more accessible than interlayer ii. consequently, it is supposed that region ii is not involved in ion exchange reactions (kimura et al., 2014; shiguihara et al., 2010). however, for the k4nb6o17 hexaniobate, it is reported that k+ can be exchanged by multivalent cations in region i but cations exchange in region ii is limited to monovalent cations (müllerwarmuth and schöllhorn, 1994). the exchange of cations to obtain the acidic or protonic niobate form aims to produce precursors able to encapsulate bulky species, such as tetrabutylammonium ion, and support the osmotic swelling facilitating the exfoliation process (shiguihara et al., 2007). dispersed exfoliated nanosheets can curl themselves resulting in nanoscrolls with variable diameters, formed according to adjusted experimental conditions. hence, the reactivity of hexaniobate regarding the layer’s separation is affected by the protonation level. exfoliated nanosheets are investigated for the preparation of thin films targeting coatings or hybrid self-assembled multifunctional systems with a great interest for sensors, among several other applications (bizeto et al., 2009). considering the most studied hexaniobate composition, k4nb6o17, the phase resulting from the exchange of k+ ion by h+ (or hydronium ion, h3o+) is frequently represented by the h2k2nb6o17 formula (liu et al., 2017; shiguihara et al., 2010; silva et al., 2018). however, other works (guo et al., 2020; li et al., 2016) have considered proton-exchange values greater than 50%, although chemical elemental quantifications are not provided. in another case, the isolated acid phase was generically expressed as hxk(4-x)nb6o17 (hu et al., 2014). there is no agreement regarding the extension of h+ intercalation and the quantification of the exchange extension is rarely reported. thus, the investigation concerning the proton exchange reaction involving the k4nb6o17 phase is of interest and required to tune hexaniobate properties. in this work, the k4nb6o17 proton exchange reaction is revisited. thermogravimetric analysis coupled to mass spectrometry (tga-ms) was used to assess the proton exchange efficiency of k4nb6o17, and the result was compared to the deintercalated amount of k+ obtained by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (icp-aes). additionally, x-ray diffraction (xrd) and raman spectroscopy were employed to characterize the acidic hexaniobate treated at defined temperature values to better assign the thermal events and, consequently, the extension of the proton exchange. 2. experimental 2.1 reagents niobium(v) oxide (cbmm – 99,98%, optic degree), potassium carbonate (merck – p.a.), and nitric acid (synth – p.a.) were used as received. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 original article revista.iq.unesp.br 32 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 2.2 synthesis of k4nb6o17 phase the potassium layered hexaniobate was synthetized by the ceramic method. nb2o5 and k2co3 solids (with k2co3 in 10 mol% excess related to stoichiometric proportions) were manually ground together, added to a platinum crucible, and heated at 1000 °c in two steps of 5 h. the rate of heating was maintained in 15 ºc min–1. the solid was washed with deionized water by centrifugation cycles for the removal of residual k2o and then dried at 80 ºc for 24 h. 2.3 preparation of hxk(4-x)nb6o17 phase by ion exchange reaction the hxk(4-x)nb6o17 phase was obtained under mild conditions suspending 1 g of k4nb6o17‧nh2o in 40 ml of 6 mol l–1 hno3 solution under stirring at 60 °c. after 24 h, the supernatant and the deionized water portions used to wash the solid were transferred to a filter from millipore express® plus with 0.22 μm pore diameter. all liquid collected as a filtrate was added to a 250 ml flask and the volume was completed with deionized water; later, the amount of k+ cation was quantified by chemical analysis. 2.4 thermal treatment of hxk(4-x)nb6o17 sample four portions of the hxk(4-x)nb6o17 sample were separately added to crucibles and thermal treated at 250, 300, 350, or 400 °c for 30 min. 2.5 instruments xrd patterns of k4nb6o17 and hxk(1-x)nb6o17 powdered samples were recorded in a rigaku miniflex equipment, using cu anode (1.518 å), scan range 1.570°(2θ), and scan step of 0.015° (2θ)/2s. thermogravimetric analysis coupled to mass spectrometry (tga-ms) was performed in a netzsch thermalanalyzer model tga/dsc 490 pc luxx coupled to an aëolos 403 c mass spectrometer, using platinum crucible, from room temperature to 600 °c, and heating rate of 10 °c min–1 under synthetic air flow of 50 ml min–1. raman spectra were recorded in a bruker ft-raman (laser wavelength = 1064 nm), at 50 mw and 512 scans, resolution of 4 cm–1, and gain of 32. icp-aes analysis of potassium element from the supernatant of the ion exchange reaction was performed in an spectro analytical instruments equipment at the central analítica of instituto de química (universidade de são paulo – usp). the synthesis of the k2nb6o17 phase and the thermal treatment of hxk(4-x)nb6o17 sample were proceeded in a carbolite rhf 1500 furnace. 3. results and discussion figures 2a and 2b show the xrd patterns of k4nb6o17 and hxk(4-x)nb6o17 samples, respectively, displaying narrow and intense peaks related to the basal spacing, which profiles agree with the literature (bizeto and constantino, 2004; madaro et al., 2011; nassau et al., 1969). for the k4nb6o17 precursor, no reflections concerning the nb2o5 nor k2o reagents were identified. the positions of the (02n0) peaks are in agreement with the tri-hydrated potassium layered hexaniobate. (bizeto and constantino, 2004; nassau et al., 1969; shiguihara et al., 2007). basal spacing (d(040)) is equal to 9.36 å. after the exchange of k+ ions by h+ cations, the (040) peak is displaced towards higher angles region in agreement with the intercalation of hydrated h+/h3o+ cations, conducting to the decrease in the basal spacing to 7.97 å, as shown in fig. 2b. figure 2. xrd patterns of hydrated (a) k4nb6o17 and (b) hxk(4-x)nb6o17 samples. the dehydroxylation process of the hxk(4-x)nb6o17 phase was investigated by heating the sample at different temperature values. figure 3 shows the xrd patterns of the hxk(4-x)nb6o17 sample and the thermal treated material at 250, 300, 350, and 400 °c. the increase in the temperature promotes a progressive reduction in the intensity of the (040) peak, already evident for the sample heated at 250 °c, as well as the decrease in the d(040) basal spacing, indicating the partial collapse of the layered structure because de dehydroxylation process. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 original article revista.iq.unesp.br 33 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 figure 3. xrd patterns of hxk(4-x)nb6o17 sample and the products isolated after the thermal treatment at 250, 300, 350, and 400 °c. figure 4 shows the raman spectra of hxk(4-x)nb6o17 and the thermal treated samples. for the nonthermal treated sample, the bands in the 200 – 300 cm–1 region are attributed to the bending of the nb–o–nb bond. slightly-distorted octahedra originate the bands in the 500 – 700 cm–1 range, while the bands between 850 and 1000 cm–1 are assigned to highly-distorted [nbo6] units, in which the terminal nb–o groups present double bond character (bizeto et al., 2010). increasing the temperature value, the band around 940 cm–1 progressively decreases in intensity because of the condensation of the terminal nb-o groups. bands at around 545 and 666 cm–1 are shift towards lower energy region with heat intensification, what can be related to difications in the [nbo6] octahedra and with the formation of new nb–o–nb bonds. shifts observed for the sample treated at 250 °c in comparison to the original material indicate that dehydroxylation already started at about this temperature value, in agreement with xrd results. figure 5 presents tga-dtg (a) and dsc-ms (b) curves of the hxk(4-x)nb6o17 sample in which four main mass loss events are observed (fig. 5a). the first and second endothermic events occurring from room temperature up to 130 °c and in the 130 – 230 °c range are related to the release of superficially adsorbed and intercalated water molecules (fig. 5b, ms curve of the fragment m/z = 18). the third (at about 230 – 310 °c) and fourth (in 310 – 600 °c range) mass loss events can be related to the dehydroxylation of the dehydrated matrix by the condensation of -oh terminal groups originated from the bond established between the interlayer h+ and the niobyl (nb=o) group, promoting the formation of new chemical bonds. the thermal decomposition of the hxk(4-x)nb6o17 material can be expressed by eq. 1 (bizeto and constantino, 2004). table 1 presents the detailed mass loss percentages from tga results (fig. 5) related to the hxk(4-x)nb6o17 sample, as well as the number of mols of released water molecules in the four mass loss events. for all samples, the third mass loss event is the less pronounced and initiates at around 230 °c. figure 4. raman spectra of hxk(4-x)nb6o17 sample and the products isolated after the thermal treatment at 250, 300, 350, and 400 °c. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 original article revista.iq.unesp.br 34 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 figure 5. tga (solid line) and dtg (dashed line) (a) and dsc (solid line) and ms (dashed line) (b) curves of hxk(4-x)nb6o17 sample. table 1. dtg peaks, mass loss percentages for the respective temperature ranges of tga mass loss events for the hxk(4-x)nb6o17 material and the amount of released water molecules. temperature range (°c) dtg peak (°c) δ% mass amount of released water (mol) 25-130 88 1.37 0.71 130-230 166 1.52 0.78 230-310 256 0.84 0.44 310-600 347 1.80 0.92 table 2 shows the proton exchange percentages calculated from tga (tab. 1), considering only the fourth or both third and fourth mass loss events, and the exchange percentages obtained from icpaes analyses of potassium, considering the eq. 1. 𝐻𝑥𝐾4−𝑥𝑁𝑏6𝑂17 ∆ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ 𝑥 2 𝐻2𝑂 + (𝑥 − 1)𝑁𝑏2𝑂5 + (2 − 𝑥 2 )𝐾2𝑁𝑏4𝑂11 (1) table 2. proton exchange percentages calculated from tga and icp-aes data 4° tga mass loss event (%) 3° and 4° tga mass loss event (%) icp – aes (%) 45.8 68.0 64.0 from results displayed in tab. 2, considering only the fourth mass loss event for the calculation of the proton exchange percentage, the value is close to 50% (45.8%). bizeto and constantino (2004) calculated the exchange percentage for the hxk(4-x)nb6o17 sample prepared by suspending the k4nb6o17 phase in 6 mol l–1 hno3 solution at 60 °c for three days. in that work, it was considered that the dehydroxylation occurs from 315 °c. thus, the last tga mass loss event was considered for the calculation of ion exchange percentage, resulting in about 50%. however, when considered here both the third and the fourth events corresponding to the dehydroxylation, proton exchange percentage was much higher (68.0%) and closer to that one observed from icpaes quantification (64.0%). thus, regions i and ii were hydrated and could undergo the exchange of k+ by h+ ion. in this work, the hexaniobate dehydroxylation process was studied for a more precise determination of its starting temperature, shown to be below 300 °c. accordingly, the quantification of k+ cations by icpaes endorsed the necessity to consider both third and fourth mass loss events for the determination of the extension of the proton exchange reaction from tga analysis. moreover, results presented here indicate that region ii can also be hydrated in a meaningful amount and experience the intercalation of h+ cations. acid phase obtained under mild experimental conditions reported in this study can be expressed as h2.7k1.3nb6o17 or h2.6k1.3nb6o17, calculated from tga and icp-aes, respectively. 4. conclusions the xdr patterns confirmed the formation of the k4nb6o17‧3h2o and hxk(4-x)nb6o17 phases. from icpaes results, proton exchange was equal to 64.0%. comparatively, results from tga indicated 45.8% and 68.0% of proton exchange when considered hydroxylation event above 230 or 310 °c, respectively. these analytical data, combined to the xrd and raman spectroscopic analyses of the acid hexaniobate heated from 250 to 400 °c, indicate that dehydroxylation process starts around 230 °c. region ii can also be hydrated and have k+ cations exchanged by h+. tgams is a suitable tool to determine the level of protonation of hexaniobate, assisting the investigation of experimental approaches to improve the niobate exfoliation, such as ultrasonication, because exfoliation depends on the reactivity of the acidic intermediate phase. authors’ contribution conceptualization: constantino, v. r. l. data curation: figueiredo, m. p.; constantino, v. r. l. formal analysis: figueiredo, m. p. funding acquisition: constantino, v. r. l. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 original article revista.iq.unesp.br 35 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 30-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 investigation: figueiredo, m. p. methodology: figueiredo, m. p.; constantino, v. r. l. project administration: constantino, v. r. l. resources: constantino, v. r. l. software: not applicable. supervision: constantino, v. r. l. validation: figueiredo, m. p. visualization: figueiredo, m. p. writing – original draft: figueiredo, m. p. writing – review & editing: figueiredo, m. p.; constantino, v. r. l. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 305446/2017-7. acknowledgments the authors are grateful to the laboratório de espectroscopia molecular hans stammreich (institute of chemistry – usp) for the raman spectra recording. references bizeto, m. a; 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nakato, t. preparation of a layered hexaniobate– titania nanocomposite and its photocatalytic activity on removal of phenol in water. j. porous. mater. 2009, 16 (2), 151–156. https://doi.org/10.1007/s10934-007-9179-2 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p30-36 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.08.040 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.08.040 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.08.040 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.08.040 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.08.040 https://doi.org/10.1590/s0103-50532010000700024 https://doi.org/10.1590/s0103-50532010000700024 https://doi.org/10.1590/s0103-50532010000700024 https://doi.org/10.1590/s0103-50532010000700024 https://doi.org/10.1590/s0103-50532010000700024 https://doi.org/10.3762/bjnano.9.272 https://doi.org/10.3762/bjnano.9.272 https://doi.org/10.3762/bjnano.9.272 https://doi.org/10.3762/bjnano.9.272 https://doi.org/10.3762/bjnano.9.272 https://doi.org/10.3762/bjnano.9.272 https://doi.org/10.1007/s10934-007-9179-2 https://doi.org/10.1007/s10934-007-9179-2 https://doi.org/10.1007/s10934-007-9179-2 https://doi.org/10.1007/s10934-007-9179-2 editorial team iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors section prof. elso drigo filho, são paulo state university, institute of biosciences, languages and exact sciences, são josé do rio preto, brazil prof. fernando luis fertonani, são paulo state university, institute of biosciences, languages and exact sciences, são josé do rio preto, brazil editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 2 | 2022 | 97 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 97-102 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 ni-nb-zr metastable phases formation, a thermodynamic and chemical approach leonardo pratavieira deo1+ 1. federal university of lavras, engineering department, lavras, brazil. +corresponding author: leonardo pratavieira deo, phone: +55 (35) 3829-1860, email address: leonardo.deo@ufla.br article info article history: received: october 22, 2021 accepted: february 10, 2022 published: april 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords: 1. ni-nb-zr alloy 2. no equilibrium phases 3. remnant stability abstract: gibbs’ free energy of formation is considered a good guidance in order to describe or predict the phases formation within the standard state; however, many materials are produced out of their equilibrium conditions, and consequently, metastable phases are formed. there is no universal knowledge related to metastable phases formation; therefore, this paper presents considerations in order to elucidate some understanding about two metastable phases found in a rapid quenched alloy from ni-nb-zr system during the solidification process. the analyzed alloy, namely ni61.6nb33.1zr5.3 (at.%) was previously synthesized and characterized in two previous works. the hypotheses presented here consider free energies of formation among phases which compete to nucleate, stability of crystalline phases at nanoscale and atomic pair preferences during the nucleation. the understanding related to metastable phases formation may produce and improve promising technological materials. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 mailto:leonardo.deo@ufla.br https://orcid.org/0000-0002-2579-7680 original article revista.iq.unesp.br 98 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 97-102 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 1. introduction since the formulation of materials thermodynamics by josiah willard gibbs in 1878 (gibbs, 1878), one of the biggest paradigms in materials science and engineering has been the understanding about metastable materials and their phases (sun et al., 2016). according to gibbs’ theory, the constituent phases of materials have gibbs free energy of formation (∆fg°) values, which describes the quantity of energy necessary when a phase is formed from its constituent elements in their standard state. with changes in chemical composition, temperature and pressure, the δfg° of a phase varies and the most stable position is that one with the lowest value. the gibbs free energy of formation also depends on other thermodynamics parameters, such as enthalpy and entropy of formation (olivotos and economoueliopoulos, 2016). in contrast with stable phases, which are well described by gibbs free energy of formation, in some especial manufacturing cases, metastable phases can be formed and they do not present the lowest free energy values. in other words, the metastable phases kinetically trap the stable phases with lower free energy values within the equilibrium state (sun et al., 2016). for numerous alloys, metastable phases can exhibit superior properties than their corresponding stable phases; examples can be found for metallic glasses, high entropy alloys and quenched steels (hidalgo et al., 2019; kube and schroers, 2020; li et al., 2016). some mechanical properties of these alloys are their superior strength and hardness, excellent corrosion and wear resistance, as well as their general inability to undergo homogeneous plastic deformation (trexler and thadhani, 2010). in this context, the present work presents a thermodynamics explanation about the crystallization of two metastable phases that developed in a rapid quenched alloy, namely ni61.6nb33.1zr5.3 (at.%), produced and characterized in previous works (deo and oliveira, 2014; 2017). according to the liquidus projection diagram of the nb–ni–zr system calculated by tokunaga et al. (2007), the expected equilibrium solidification crystalline phases for the analyzed alloy are the nbni3 and nb7ni6, both with some minor zirconium solubility; however, the previous characterization indicated a different crystallization behavior with non-equilibrium crystalline structures. the found structures were the same of the equilibrium ni10zr7 and ni21zr8 phases, in addition, with a large solubility of niobium in both structures, around 40 and 25 at.%, respectively (deo and oliveira, 2017)⁠. in order to obtain some understanding about the non-equilibrium behavior of the analyzed alloy, some approach of the gibbs energy of formation for each above-mentioned phase were calculated. the thermodynamic functions of formation expressed by eqs. 1 and 2 for the ni–zr system were determined through reduction reactions examined with a knudsencell mass spectrometer (zaitsev et al., 2002). equations 3 and 4 were performed on the basis of the calculation of phase diagrams (calphad) method for the nb–ni system (tokunaga et al., 2007). the gibbs energy of formation of each phase per mole of formula unit are expressed by: ∆𝑓𝐺(𝑁𝑖21𝑍𝑟8) = −47028 + 5.99𝑇, 1201 ≤ 𝑇 ≤ 1438𝐾 (1) ∆𝑓𝐺(𝑁𝑖10𝑍𝑟7) = −50075 + 5.16𝑇, 1058 ≤ 𝑇 ≤ 1339𝐾 (2) ∆𝑓𝐺(𝑁𝑏𝑁𝑖3) = −35300.6 + 4.83322𝑇, 298 ≤ 𝑇 ≤ 6000𝐾 (3) ∆𝑓𝐺(𝑁𝑏6𝑁𝑖7) = −22770 + 0.305𝑇, 298 ≤ 𝑇 ≤ 6000𝐾 (4) gibbs free energies of formation are relative values, not absolute, therefore this thermodynamic parameter allows to compare energies of different phases and only the individual values do not have physical significance. in addition, with the free energies of formation values, considerations were done about the stability of crystalline phases at nanoscale, as well as the atomic pair preferences during the nucleation. therefore, the present paper presents some understanding about two metastable phases, which can be formed in the ni–nb–zr system under a rapid solidification condition. the literature presents a lack of fundamental understanding related to metastable phases formation, even that metastable phases may yield promising new technological materials (sun et al., 2016). 2. alloy confection and characterization and gibbs energies of formation calculation a rapid quenched wedge shape sample with maximum amorphous thickness of 3 mm was produced https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 original article revista.iq.unesp.br 99 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 97-102 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 by injection casting according to a procedure described in the previous work (deo and oliveira, 2014). the estimated cooling rate during the solidification process was around 250 k s–1, therefore out of the equilibrium condition. in addition to the amorphous phase and metastable crystalline phases previously mentioned, the analyzed alloy shown the presence of unknown crystalline compounds not indexed by x-ray diffraction technique. from transmission electron microscopy (tem), the metastable phases present in the alloy microstructure were characterized by selected area electron diffraction (saed), bright field (bf) images and energy dispersive x-ray (eds) analysis. a transmission electron microscope with a tungsten source and an acceleration voltage of 120 kv coupled with an eds detector was used to operate the tem analysis. in addition, the x-ray diffraction (xrd) analysis was used as a complementary technique in order to confirm the phases previously identified by tem. the diffraction analysis was carried out in a diffractometer with cu kα (1.5418 å) radiation and the 2-theta varying from 20 to 70°. in order to calculate the gibbs energies of formation relative to each phase as presented by eqs. 1–4, from another previous work (deo and oliveira, 2014)⁠, a differential scanning calorimetry (dsc) curve data was used to estimate the solidification temperature (1393 k) of the analyzed alloy. this dsc data is relative to an alloy chemical composition close to that analyzed in this paper. during the dsc experiment, the sample with weight around 40 mg was heated at a rate of 20 k min–1 from room temperature up to 1400 °c. dsc experiments are typically used to determine the characteristic temperatures of phase transformations, such as the solidification temperature. all detailed steps of sample characterization are described in previous works (deo and oliveira, 2014; 2017). 3. thermodynamic hypothesis for metastable formation the gibbs energies of formation were calculated according to eqs. 1–4 for the ni21zr8, ni10zr7, nbni3 and nb7ni6 phases, respectively, in the solidification temperature, 1393 k. structural formulas, crystal systems and gibbs energies values associated to each phase are shown in tab. 1. table 1. chemical, crystallographic and calculated thermodynamic parameters of phases. phase structural formula crystal system gibbs energy of formation calculated from solidification temperature (kj mol-1) ni21zr8 (okamoto, 2007)⁠ triclinic (joubert et al., 1998)⁠ –38.683 ni10zr7 (okamoto, 2007)⁠ orthorhombic (joubert et al., 1997)⁠ –42.887 nbni3 (tokunaga et al., 2007)⁠⁠ orthorhombic (fang et al., 1992)⁠ –28.567 nb7ni6 (tokunaga et al., 2007)⁠ trigonal (p. nash and a. nash, 1986)⁠ –22.345 the gibbs energy of formation values presented in tab. 1 clearly show that ni21zr8 and ni10zr7 crystalline phases are thermodynamically preferred to be formed in the analyzed alloy when compared to nbni3 and nb7ni6 crystalline phases, once the first phases present lower values of gibbs energy of formation. however, in contrast with this expectation, as reported by matsumoto et al. (2005) in their calculated liquidus projection diagram of the nb–ni–zr system, the nbni3 and nb7ni6 phases should be expected in the analyzed alloy, under equilibrium conditions during the solidification process. the solidification always starts from a high-energy precursor, i.e., liquid phase, and there has not been a clear and detailed understanding of the effects causing the formation of the metastable structures from the viewpoint of thermodynamics, neither clear insight related to chemical and physical origins in order to lead to a tendency of metastable phases formation (c. wang and yang, 2005). here, how surface energies and chemical composition may be related to the stabilization of metastable phases with ni21zr8 and ni10zr7 crystalline structures in the analyzed alloy is discussed. first, the discussion is grouped around the influence of surface energies in order to form metastable phases. before becoming a bulk crystalline material, all crystals first nucleate and grow in the nanoscale, where the contribution of surface energy is very significant. small spherical crystalline particles with sizes larger or equal than 1/r (where r is the radius) can stabilize metastable crystalline polymorphic phases with low surface energies. indeed, calorimetry experiments have demonstrated that metastable polymorphs can be stabilized at the nanoscale if they have lower surface energy than the stable phase (navrotsky, 2004; 2011). these metastable phases can have the preferential nucleation instead of the equilibrium phases, once they https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 original article revista.iq.unesp.br 100 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 97-102 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 are thermodynamically stable at nanoscale because their lower surface energy can surpass the steady-state nucleation rate of the stable phase and consequently they have a lower nucleation barrier. this steady-state nucleation rate depends exponentially on this nucleation barrier, so minor differences in surface energy between polymorphs can correspond to orders of magnitude differences in nucleation rates, which can potentially result in bulk metastability (sun et al., 2015). thus, under the announced solidification experimental conditions in the analyzed alloy, the hypothesis is that, at nanoscale, the structures ni10zr7 and ni21zr8 from crystal systems orthorhombic and triclinic, respectively, must present lower nucleation barriers or surface energies than nbni3 and nb7ni6 structures from crystal systems orthorhombic and trigonal, respectively. in addition, with nucleation barrier concept, the stabilization of metastable phases also is intimately related to structure selection during nucleation (sun et al., 2015); however, the absolute values of these intermetallic compounds surface energies is not reported in literature yet. in a complementary way, the lower nucleation barrier concept associated to the metastable phases with structures ni10zr7 and ni21zr8 found in the analyzed alloy can be considered a remnant thermodynamic stability as evidenced by the gibbs energy of formation values presented in tab. 1. the solidification always starts from the liquid, i.e., a supersaturated solution and metastable phases may nucleate with the lowest free energy at small sizes and low surface energies. after nucleation, the metastable nuclei may reduce their free energy by crystal growth, consuming the solute elements from liquid by atomic diffusion, in this case the niobium atoms, in order to form metastable solid solutions in ni10zr7 and ni21zr8 crystalline structures. as reported in a previous work (deo and oliveira, 2017), the niobium atomic radius is around 7% smaller than zirconium atomic radius, as well as, the mixing enthalpy for the nb–zr atomic pair has a positive value (4 kj mol–1). in this way, the hume-rothery rules provide some support for the solid solution formation. when the component atomic-size differences are less than 15%, in addition to positive or small negative values of enthalpy of mixing between elements, the formation of a substitutional solid solution is more feasible (zhang et al., 2008)⁠. this previous work also shows other experimental evidences about solid solution formations, such as eds chemical compositions, peak shift in the xrd patterns and decrease in unit cell volumes and lattice parameters calculated from tem data (deo and oliveira, 2017). once the barrier to crystal growth is smaller than the barrier to nucleation of a new phase, the metastable phases may grow to a stabilized size. at this point, there is a thermodynamic driving force for a phase transformation from metastable to stable phases; however, the rapid quenching during the solidification process suppressed this transformation (chen et al., 2018). thus, under thermodynamic equilibrium, it should be expected the formation of nbni3 and nb7ni6 crystalline phases with minor solid solubility of zirconium; however, due to the solidification condition, the metastable phases with ni10zr7 and ni21zr8 crystalline structures and large solubility of niobium were found. 4. chemical hypothesis for metastable formation another complementary point of view about metastable phases formation is concerned to alloy chemical composition. the analyzed alloy has a higher amount of niobium than zirconium; however, the crystallized phases presented the crystalline structures like ni10zr7 and ni21zr8. this hypothesis about these unexpected crystalline structures is related to the larger negative value of mixing enthalpy between ni-zr and ni-nb atomic pairs than it is between nb-zr atomic pair. the mixing enthalpies for these atomic pairs are −49 (ni–zr),−30 (ni–nb) and 4 (nb–zr) kj mol–1 (yamaura et al., 2005). when nucleation starts from the liquid, despite the large amount of niobium, the atomic pair ni–zr is preferred, conducting to ni10zr7 and ni21zr8 formation instead of nbni3 and nb7ni6. according to j. wang et al. (2021), the mixing enthalpy can be approximately the cohesive energy when the samples are exposed to an oscillation of external pressure during the solidification process. in addition, sun et al. (2016) affirm that when the average cohesive energy for a given chemistry is stronger, greater is the possibility for crystalline metastability. in other words, when cohesive energy and consequently chemical bonds are stronger, it is possible to stabilize higher-energy atomic arrangements, allowing thermodynamically that metastable compounds resist the transformations to equilibrium states. in addition, a liquid below solidus temperature is considered to be in a metastable/unstable equilibrium, and the strongest attractive interactions between specific atomic pairs are preferred in order to make up short-rang order domains (as quenched-in embryos) (fan et al., 2000). if nucleation is suppressed, the amorphous phase may be formed; however, if cooling https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 original article revista.iq.unesp.br 101 eclética química journal, vol. 47, n. 2, 2022, 97-102 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2.2022.p97-102 rate during the solidification process is not high enough to lead to the glassy phase, metastable crystalline phases with the strongest attractive interactions between specific atomic pairs can be nucleated and after growing up in the material, as evidenced in the analyzed alloy in a previous work (deo and oliveira, 2017). 4. conclusions the discussion above presents two complementary hypotheses in order to understand the reasons why two metastable phases were formed in an alloy from ni– nb–zr system during a rapid quenching solidification process instead of the thermodynamic equilibrium phases. the first hypothesis is concerned about the stability of ni10zr7 and ni21zr8 crystalline phases at nanoscale, once they must present lower surface energies than other polymorphs, so these crystalline phases have a lower nucleation barrier. metastable phases may present the nucleation rates with orders of magnitude higher then stable phases due their lower surface energies, conducting to bulk metastability, as observed in the analyzed alloy. in addition, the barrier to crystal growth is smaller than the barrier to nucleation, so the metastable solid solutions with large amount of niobium in ni10zr7 and ni21zr8 crystalline structures might grow to a stabilized size. the presence of these reported phases is in good agreement with gibbs energy of formation values, once these phases presented lower values compared to that presented to the expected phases according to the liquidus projection diagram. the second hypothesis is related to stabilization of atomic arrangements due the highest bonding energy between their constituent elements, i.e., during crystalline phases nucleation, the atomic pair ni–zr was preferred, despite the large amount of niobium in the alloy composition, leading to ni10zr7 and ni21zr8 structures formation. from the viewpoint of thermodynamics, there is no universal understanding why some metastable phases can be nucleated and grown; however, in this present analysis, the metastable nucleation happens under instantaneous local thermodynamic conditions (nuclei with low surface energies and low gibbs energy of formation) and the growth happens through the reduction of free energy related to the phase transformation in the solidification process. therefore, it is possible to suppose that metastability can be considered as a “kind of remnant stability”, so if the remnant stability can be understood, the metastability also can be better understood as well. in addition, the metastable nucleation can also be associated with atomic chemical preferences in order to make preferential bonds in a system with several elements. authors’ contribution conceptualization: deo, l. p. data curation: deo, l. p. formal analysis: deo, l. p. funding acquisition: not applicable. investigation: deo, l. p. methodology: deo, l. p. project administration: deo, l. p. resources: deo, l. p. software: not applicable. supervision: deo, l. p. validation: deo, l. p. visualization: deo, l. p. writing – original draft: deo, l. p. writing – review & editing: deo, l. p. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references chen, b.-r.; sun, w.; kitchaev, d. a.; mangum, j. s.; thampy, v.; garten, l. m.; ginley, d. s.; gorman, b. p.; stone, k. h.; ceder, g.; toney, m. f.; schelhas, l. t. understanding crystallization pathways leading to manganese oxide polymorph formation. nat. commun. 2018, 9, 2553. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04917-y deo, l. p.; oliveira, m. f. accuracy of a selection criterion for glass forming ability in the ni–nb–zr system. j. alloys. compd. 2014, 615 (suppl. 1), s23–s28. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.11.194 deo, l. p.; oliveira, m. f. metastable phases found in the ni-nb-zr system. mater. charact. 2017, 127, 60–63. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.03.001 fan, c.; li, c.; inoue, a. 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https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.05.049 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.05.049 https://doi.org/10.1038/nature17981 https://doi.org/10.1038/nature17981 https://doi.org/10.1038/nature17981 https://doi.org/10.1038/nature17981 https://doi.org/10.2320/matertrans.46.2920 https://doi.org/10.2320/matertrans.46.2920 https://doi.org/10.2320/matertrans.46.2920 https://doi.org/10.2320/matertrans.46.2920 https://doi.org/10.1007/bf02881547 https://doi.org/10.1007/bf02881547 https://doi.org/10.1007/bf02881547 https://doi.org/10.1073/pnas.0404778101 https://doi.org/10.1073/pnas.0404778101 https://doi.org/10.1073/pnas.0404778101 https://doi.org/10.1073/pnas.0404778101 https://doi.org/10.1002/cphc.201100129 https://doi.org/10.1002/cphc.201100129 https://doi.org/10.1002/cphc.201100129 https://doi.org/10.1002/cphc.201100129 https://doi.org/10.1007/s11669-007-9120-z https://doi.org/10.1007/s11669-007-9120-z https://doi.org/10.1007/s11669-007-9120-z https://doi.org/10.3390/geosciences6010002 https://doi.org/10.3390/geosciences6010002 https://doi.org/10.3390/geosciences6010002 https://doi.org/10.3390/geosciences6010002 https://doi.org/10.1073/pnas.1423898112 https://doi.org/10.1073/pnas.1423898112 https://doi.org/10.1073/pnas.1423898112 https://doi.org/10.1073/pnas.1423898112 https://doi.org/10.1126/sciadv.1600225 https://doi.org/10.1126/sciadv.1600225 https://doi.org/10.1126/sciadv.1600225 https://doi.org/10.1126/sciadv.1600225 https://doi.org/10.1126/sciadv.1600225 https://doi.org/10.2320/matertrans.mb200713 https://doi.org/10.2320/matertrans.mb200713 https://doi.org/10.2320/matertrans.mb200713 https://doi.org/10.2320/matertrans.mb200713 https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2010.04.002 https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2010.04.002 https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2010.04.002 https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.06.002 https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.06.002 https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.06.002 https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.06.002 https://doi.org/10.1016/s1003-6326(21)65544-9 https://doi.org/10.1016/s1003-6326(21)65544-9 https://doi.org/10.1016/s1003-6326(21)65544-9 https://doi.org/10.1016/s1003-6326(21)65544-9 https://doi.org/10.1016/s1003-6326(21)65544-9 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.04.023 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.04.023 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.04.023 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.04.023 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.04.023 https://doi.org/10.1039/b201036b https://doi.org/10.1039/b201036b https://doi.org/10.1039/b201036b https://doi.org/10.1039/b201036b https://doi.org/10.1039/b201036b https://doi.org/10.1002/adem.200700240 https://doi.org/10.1002/adem.200700240 https://doi.org/10.1002/adem.200700240 https://doi.org/10.1002/adem.200700240 universidade estadual paulista reitor pasqual barretti vice-reitora maysa furlan pró-reitora de graduação celia maria giacheti pró-reitora de pós-graduação maria valnice boldrin pró-reitor de pesquisa edson cocchieri botelho pró-reitor de extensão universitária e cultura raul borges guimarães pró-reitor de planejamento estratégico e gestão estevão tomomitsu kimpara instituto de química diretor sidney josé lima ribeiro vice-diretora denise bevilaqua eclet. quim. 50 | e-1564, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 issn 1678-4618 page 1/5 1university of technology malaysia, faculty of social sciences and humanities, johor bahru, malaysia. +corresponding author: nurul hanani rusli, phone: +60166659304, email address: nurul.hanani.utm@gmail.com original article, education in chemistry and correlated areas enhancing higher-order thinking skills in chemical equilibrium through a game-based learning module nurul hanani rusli1+ , nor hasniza ibrahim1 , norliyana md aris1 abstract in 21st-century learning, higher-order thinking skills (hots) are essential for matriculation students. however, lacking hots materials gives students less opportunity to practice hots in chemistry. this research paper developed a game-based learning module based on the revised bloom's taxonomy and a game-based learning model. pre-experimental design with a one-group pre-test and post-test was employed to measure the effects of the module on students' hots namely analyzing, evaluating, and creating thinking skills, involving 30 students at matriculation college. the result shows an increase in mean scores in post-test compared to pretest scores and paired sample t-test shows a significant difference between pre-test and post-test scores with p<0.05. the findings contributed to the potential of game-based learning for promoting hots at the matriculation level and providing learners with a quality education. article history received june 27, 2024 accepted january 13, 2025 published august 18, 2025 keywords 1. chemistry learning; 2. matriculation; 3. hots module; 4. chemistry education; 5. thinking skills. section editors habiddin habiddin highlights lacking hots materials limits students’ opportunities to practice hots in chemistry. game-based learning has potential for promoting hots at the matriculation level. game-based learning module applying hots for quality 21st-century learning. matriculation needs more hots materials that are aligned with the syllabus. a game-based model with revised bloom’s taxonomy offers hots module for learning. this manuscript was in part presented at the meeting of the international conference on mathematics and science education (icomse) 2023. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 https://ror.org/026w31v75 mailto:nurul.hanani.utm@gmail.com mailto:nurul.hanani.utm@gmail.com mailto:p-norhaniza@utm.my mailto:liyanaaris23@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-4424-490x https://orcid.org/0000-0003-2446-8153 https://orcid.org/0000-0001-6231-4708 mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:habiddin_wuni@um.ac.id https://orcid.org/0000-0002-3947-2844 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 issn 1678-4618 page 2/5 1. introduction along with the effort to make effective 21st-century learning, the sustainable development goal (sdg) is primarily focused on assuring wellness, economic prosperity, environmental laws, and academic advancement to promote sustainable growth. the education system has played a role in the fourth goal of sdg, which is to ensure inclusive and equitable quality education and promote lifelong learning opportunities for all. since 2013, the malaysian government, through the ministry of education (moe) has introduced a strategic plan called malaysian education blueprint (meb) that has a specialized focus on improving lifelong learning in 21st-century learning within the years 2013-2025. one of the focuses is to strengthen the skills of higher-order thinking, and malaysia aims to be among the top one-third of countries in the programme for international student assessment (pisa) and trends in international mathematics and science study (timss). the efforts to strengthen higher-order thinking skills (hots) are gaining continuous attention among teachers and educators (saban, 2021). much research also proved that hots helps students articulate their ideas clearly and effectively (ichsan et al., 2019) and is essential for global sustainable growth and future industry. previous research has reported that one of the challenges in implementing hots in chemistry subjects is that students’ mastery of hots in chemistry is very weak (azid and md-ali, 2020; misrom et al., 2020). generally, hots involves the skills of analyzing, evaluating, and creating according to the revised bloom taxonomy by anderson and krathwohl (2001). in chemistry, analyzing needs skills of separating chemical concepts into their parts and relating to one another; evaluating acquired students to make a judgment about the value of information in chemistry-related phenomena; and creating allows students to generate new ideas by applying chemistry concepts in problem solutions. mastery in analyzing, evaluating, and creating in the chemistry subject will make chemistry learning more meaningful and lifelong benefited students. however, students are weak mastering these skills due to insufficient opportunities to develop hots at the matriculation level (jamal et al., 2020; khamhaengpol et al., 2021; sasson et al., 2022; wan et al., 2022). therefore, educators should create more opportunities for students to practice hots skills throughout their education. this could include activities such as group projects, problem-solving, and critical-thinking exercises. additionally, educators should provide students with feedback on their work to help them refine their skills and improve their understanding of chemistry. these types of activities help students to better understand the concepts they are learning and to develop the skills they need to apply their knowledge in real-world scenarios. additionally, providing feedback helps to ensure that students are engaging with the material in a meaningful way and that they are making progress toward mastering the content. in learning chemical equilibrium, students need hots to construct the concept by making the relation between one topic and another (aini et al., 2019). hots is needed to learn various factors and effects on chemical equilibrium (rokhim and septiani, 2021). for example, analyzing skills are needed to distinguish information using appropriate formulas. evaluating skills helps students to examine the provided conditions to relate to the dynamic equilibrium. creating thinking skills enables students to innovate and optimize conditions or products of chemical reactions. additionally, learning activities can help students build ideas and gain a more in-depth understanding of the material. game-based learning strategies can be used to engage students and help to develop problem-solving and critical thinking skills, as well as allow them to practice and apply what they are learning. game-based learning can provide an interactive learning environment to upskill their 21st-century skills with hots (noh and karim, 2021; patiño et al., 2023). an effective engagement can provide a comprehensive understanding beyond chemistry by using the game setting (chen et al., 2021). game-based learning requires active learning so that students learn chemistry directly, and not put chemistry as an isolated subject (tangkui and keong, 2020; tong et al., 2022). through game-based learning, students can apply the knowledge they have acquired in the game setting, which allows them to gain a more holistic and in-depth understanding of the subject. based on plass et al. (2020), gamebased learning promotes active learning, as students are encouraged to think critically and interact with the game environment. this helps them to view chemistry as an interconnected subject, rather than an isolated one. by engaging in game-based learning, students develop higher-order thinking skills such as problem-solving, critical thinking, and creative thinking. bello et al. (2016) also reported that there was a significant difference in students’ achievement after the game-based learning was applied as the learning approach, as students had improved their critical and evaluative thinking. previous research studies have proven that game-based learning module helps to create an enjoyable learning experience that connects the learning content with the real world (farihah et al., 2021), and this research focused on the effects of hots after the implementation of the game-based learning module among the matriculation students in chemical equilibrium concepts. this study aimed: 1. to develop a game-based learning module on the chemical equilibrium topic at the matriculation level. 2. to evaluate the effects of the game-based learning module on students' higher-order thinking skills, namely analyzing, evaluating, and creating. the research questions are: 1. what are the key features of an effective game-based learning module for chemical equilibrium that can promote higher-order thinking skills? 2. what are the changes in the higher-order thinking skills of students after using the equi-brilliant module? 2. research method 2.1. research design this study uses an experimental research design with a onegroup pre-test and post-test. the one-group pre-test and post-test were chosen to obtain a carefully controlled situation (johnson and christensen, 2019) while performing the intervention using the module that had been developed. it is also widely accepted that the one-group pre-test and post-test were measured while testing the effectiveness of new teaching and learning approaches or curricular innovations (cohen et al., 2017). in this research, the game-based learning module is a new approach to be implemented to improve a conventional method at the matriculation institution. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 issn 1678-4618 page 3/5 2.2. research sample two types of samples were used in this study. a random sample was used to answer rq1, which involved thirty-seven chemistry lecturers from a population of 371 chemistry lecturers at matriculation colleges in malaysia. purposive sampling was used to answer rq2, which involved thirty students of a one-year science program from a matriculation college located in south malaysia. 2.3. research instrument the instruments involved are achievement tests in the form of pre-test and post-test questions, the game-based learning module during the intervention, and survey forms for the need analysis on key features of the game-based learning module, as well as module reflection to see the effect of the game-based learning module on students’ hots. the achievement tests were built by the researcher and the questions prepared were ten hots items, involving analyzing (c4), evaluating (c5), and creating (c6) thinking skills in the form of multiple-choice questions for c4 and c5 questions and open-ended questions for c6 questions. for the survey purpose, twenty-one 5-likert scale questions were constructed, to obtain the key features of the game-based learning module. for the module reflection, open-ended questions were prepared to get feedback from the users regarding this module. the instruments were validated by the chemistry content experts and were tested for reliability. 2.4. module development this study used the addie model for module development, which involves the analysis, design, development, implementation, and evaluation of the module. 2.4.1. need analysis phase this phase is to find the key features of a game-based learning module to enhance students’ hots in the chemical equilibrium topic. the analysis involves 37 chemistry lecturers, who were selected randomly from 370 chemistry lecturers from matriculation colleges in malaysia. survey forms on key features of the game-based learning module on the chemical equilibrium topic were distributed through google forms to reach the chemistry lecturers from all matriculation colleges in malaysia. 2.4.2. design and development phase the game-based learning module was designed based on the combination of the revised bloom taxonomy (anderson and krathwohl, 2001) and the game-based learning model (plass et al., 2015). the analyzing, evaluating, and creating items are implemented in a game setting adapted from plass et al. (2015) model that includes the elements of challenge, response, and feedback. the combination of both hots and plass et al. (2015) model integrates a learning process with learning objectives that prepare students with hots tasks, game design, an incentive system, and game mechanics in a continuous game loop as an interactive learning environment. the game-based learning design used a game board as a platform for the learning process to occur. during the development phase, this module was validated by chemistry experts to ensure that it is relevant and valid for implementation among matriculation students. 2.4.3. implementation and evaluation phase the implementation of this game-based learning module is run for 30 science students at matriculation college. the onegroup pre-test and post-test were used during the implementation. students sit for the pre-test before the intervention and sit for the post-test after the intervention to see the effect of this module on students' hots in the chemical equilibrium topic. the reflection form is assigned for each sample to see the evaluation from the students after using the game-based learning module. 3. results to answer rq1, the descriptive analysis using percentage and mode determines the suitable key features of the game-based learning module to be developed in the topic. table 1 shows the survey results. the key features chosen by the chemistry lecturers at the matriculation college include the 11 items listed in table 1. items 1, 4, 5, 8, and 11 got 100% scores, showing that all agreed to include these features in the game-based learning module. items 2,3,6,7,9, and 10 obtained the highest per cent of “totally agree” and “agree,” showing that the items were also preferred as the key features for the module. to answer rq2, the pre-test and post-test results were compared. the significant difference in the scores toward hots among students in their pre-test and post-test performances was determined using a paired-sample t-test. the hypothesis was formulated as: ho: there is no significant difference between the pre-test and the post-test h1: there is a substantial difference between the pre-test and the post-test table 1. findings of key features of the game-based learning module survey based on 5-likert scale form. no key features mode percentage (%) description 1 clear teaching objectives 5 100 totally agree 2 questions like a real exam 5 51.4 totally agree 3 integrate with technology 4 54.1 agree 4 cater to students' response 5 100 totally agree 5 quick feedback 5 100 totally agree 6 incentive system (points, scores, drawbacks) 5 56.8 totally agree 7 hots elements are integrated into each activity 5 40.5 totally agree 8 real-life problems on the chemical equilibrium topic 5 100 totally agree 9 a clear guide to running the activities 5 51.4 totally agree 10 align with the matriculation syllabus 4 54.1 agree 11 consider the timeline of the matriculation system 5 100 totally agree source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 issn 1678-4618 page 4/5 the analysis's result is shown in table 2;. the pre-test mean score was 49.61, while the post-test mean score was 73.06. from the average point of view, the value between the pre-test and post-test increased after the intervention using the gbl model. table 2. pre-test and post-test statistics. test mean n std. deviation std. error mean pre-test 49.61 30 8.273 1.486 post-test 73.06 30 9.740 1.749 source: elaborated by the authors. based on table 3, the result of the paired sample t-test was significantly different in that the significance level (p) was 0.000 < 0.05. the result of the statistical analysis rejects the null hypothesis (ho) and confirms the alternative hypothesis (h1). therefore, there was a significant difference between hots test (pre) scores and hots test (post) scores. table 3. paired samples test. test mean df sig. (2-tailed) pre-test post-test -23.452 30 0.000 source: elaborated by the authors. 4. conclusions in conclusion, the game-based learning module has proven to be an effective strategy to enhance students’ higher-order thinking skills. the new generation needs new ways of learning while enhancing their 21st-century skills like analyzing, evaluating, and creating thinking skills to be applied in solving realworld problems. for this study that focuses on the matriculation level, this module helps to develop students’ thinking and prepares students for a higher level of education after completing the preuniversity level. suggestions for the next researchers to conduct the gamebased learning module in a wide range of samples and can study deeper effects of game-based learning for each hots category like analyzing, evaluating, and creating so that more significant findings according to each hots category can be measured. the empowerment of hots among matriculation students can produce quality graduates for 21st–century labor demands and contribute to the sustainable development growth goals by 2030. authors’ contribution conceptualization: nurul hanani rusli; nor hasniza ibrahim; data curation: norliyana md aris; formal analysis: nurul hanani rusli; funding acquisition: not applicable; investigation: nurul hanani rusli; nor hasniza ibrahim; methodology: nurul hanani rusli; project administration: nurul hanani rusli; resources: norliyana md aris; software: not applicable; supervision: nor hasniza ibrahim; validation: nurul hanani rusli; norliyana md aris; visualization: nurul hanani rusli; writing – original draft: nurul hanani rusli; writing – review & editing: nor hasniza ibrahim. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding this work was supported by the research university grant (q.j130000.2453.09g35) initiated by universiti teknologi malaysia. acknowledgments the authors would like to thank universiti teknologi malaysia (utm) for their support in making this project possible. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references aini, f. q.; fitriza, z.; gazali, f.; mawardi, m. first-year university students’ understanding of chemical equilibrium. journal of physics: conference series. 2019, 1280, 032018. https://doi.org/10.1088/17426596/1280/3/032018 anderson, l. w.; krathwohl, d. r. a taxonomy for learning teaching and assessing. a revision of bloom’s taxonomy of educational objectives. longman, 2001. azid, n.; md-ali, r. the effect of the successful intelligence interactive module on universiti utara malaysia students’ analytical, creative and practical thinking skills. south african journal of education. 2020, 40 (3), 1– 11. https://doi.org/10.15700/saje.v40n3a1743 bello, s.; ibi, m. b.; bukar, i. b. effect of simulation techniques and lecture method on students' academic performance in mafoni day secondary school maiduguri, borno state, nigeria. 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https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1280/3/032018 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1280/3/032018 https://doi.org/10.15700/saje.v40n3a1743 https://doi.org/10.1016/j.tsc.2021.100921 https://doi.org/10.4324/9781315456539 https://doi.org/10.36681/tused.2021.63 https://doi.org/10.12973/eu-jer.8.4.935 https://doi.org/10.31838/jcr.07.16.88 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c00874 https://doi.org/10.3991/ijet.v15i03.9839 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1564 issn 1678-4618 page 5/5 noh, s. c.; karim, a. m. a. design thinking mindset to enhance education 4.0 competitiveness in malaysia. international journal of evaluation and research in education. 2021, 10 (2), 494–501. https://doi.org/10.11591/ijere.v10i2.20988 patiño, a.; ramírez-montoya, m. s.; buenestado-fernández, m. active learning and education 4.0 for complex thinking training: analysis of two case studies 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demonstrated, given the involvement of these compounds in various fields, both as basic elements of peptide and protein structures and as independent entities. we report the regioselective synthesis of an n-protected α,α-diamino carboxylic ester derived from glycine. our synthetic strategy is based first on the preparation of methyl 2-azido-2-benzamidoacetate and then on the n-alkylation reaction between the latter and the 1h-1,2,4-triazole-3-amine with three methods. the theoretical study by the dft method and marvinsketch software explains well the reaction's regioselectivity and good compatibility between the experimental and computational results. the products synthesized during this strategy are identified and characterized by spectral analysis: mass spectrometry, 1h nmr and 13c nmr. article history received february 28, 2023 accepted august 27, 2024 published december 26, 2024 keywords 1. 1h-1,2,4-triazole-3-amine; 2. heterocyclic compounds; 3. carboxylic amino esters. section editors michelle jakeline cunha rezende highlights α-heterocyclic α-amino esters were synthesized by three methods and characterized. the synthesis of n-protected α,α-diamino carboxylic ester derived was reported. the regioselective synthesized compound was obtained from glycine. the theoretical study was done by the dft method and marvinsketch software. this method and the software were explored to explain the reaction regioselectivity. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 https://ror.org/04cnscd67 https://ror.org/04efg9a07 mailto:mabrouk.elhoussine@gmail.com mailto:elmeskymohammed4@gmail.com mailto:hicham.zgueni@edu.umi.ac.ma mailto:m.jabha@edu.umi.ac.ma mailto:y.youssefi@edu.umi.ac.ma mailto:nabil.amri@usmba.ac.ma mailto:m_azdouz@hotmail.com mailto:oubair_hmad@yahoo.fr mailto:d_chebabe@hotmail.com mailto:mohamedazrour@yahoo.fr mailto:mabrouk.elhoussine@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-3089-3693 https://orcid.org/0009-0004-5349-2130 https://orcid.org/0000-0002-8070-8521 https://orcid.org/0000-0003-3385-7636 https://orcid.org/0009-0003-8130-1541 https://orcid.org/0009-0007-5510-1844 https://orcid.org/0000-0002-3459-8501 https://orcid.org/0000-0002-1788-7942 https://orcid.org/0000-0002-7566-136x https://orcid.org/0000-0003-1235-479x original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 eclet. quim. 49 | e-1479, 2024 issn 1678-4618 page 2/7 1. introduction heterocyclic compounds represent most molecules used in industry and are the subject of very active research worldwide. they have an important role in biological, pharmacological, and agrochemical industrial processes (vitamins, hormones, antibiotics, dyes, etc.) (azimi et al., 2021; rhazi et al., 2022), and they also constitute the basic structures of many alkaloids, at the origin of a large variety of drugs. from a chemical point of view, most heterocyclic compounds' stability is due to a conjugated or aromatic system. nitrogenous heterocyclic compounds are important because they often constitute the active principle of various substances used in the pharmacological, biological, and industrial fields (faisal et al., 2019). five-membered heterocyclic systems are very active, triazoles constitute a class among them that have found, since their discovery, diversified applications in the fields of medicine, agrochemical, industrial and catalysis (khilkovets et al., 2022; ramesh et al., 2011). triazole molecules do not exist in nature; various methods synthesize them. triazoles have a pseudoaromatic structure, which results in an interaction between π bonds, a large dipole moment, and a great capacity to form hydrogen bonds (abboud et al., 2001). they are very stable compounds concerning other chemical reagents, oxidation, and reduction. triazole derivatives have been reported to have various biological activities such as antidiabetic (ouyang et al., 2008), antitubercular (cetin et al., 2018; radi et al., 2017), antiinflammatory, antifungal (kumar et al., 2013; ramirez-prada et al., 2017), and antibacterial (diculescu et al., 2016; graillot et al., 2012) properties. today, various triazole drugs have been widely used in medicine, such as antifungals (fluconazole, voriconazole, and itraconazole) (el-sabbagh et al., 2009), anticancer drugs (letrozole and anastrozole) (perez-fernandez et al., 2014) as well as antivirals (ribavirin) (bandgar et al., 2009). recently, 1,2,4-triazole derivatives have benefited from several agricultural and medical studies due to their interesting structural features and biological activities. these derivatives have various biological properties, in particular antimicrobial activity, antimalarial activity, anticonvulsive activity, anti-leishmanial activity, antialzheimer activity, and antidiabetic activity (abdu et al., 2017; abu-hashem et al., 2016; ansari et al., 2017; insuasty et al., 2010; karrouchi et al., 2018; knorr et al., 1883; ozdemir et al., 2015; shilpy et al., 2018; zarrouk et al., 2012). non-proteinogenic amino acids are becoming of greater industrial importance with the development of new methods of synthesis leading to a wide range of substances present, including alkaloids, antibiotics, and proteins (ngo et al., 2011). most heterocyclic amino acids (banno et al., 2017; christian et al., 2005) of plant origin exhibiting various biological properties (schenk et al., 1991) are fundamental in biological processes (costantino et al., 2004; jorgensen et al., 2007). triazolic amino acids are bioactive heterocycles (boibessot et al., 2016; stanley et al., 2010; thirumurugan et al., 2013) representing an interesting class of amino acids that have few physiological activities (albada et al., 2017; cativiela et al., 2007; dondoni et al., 2006; hughes et al., 2007a; b; nájera and sansano 2007; risseeuw et al., 2013; vogt et al., 2007). the work presented in this article first aims to identify a triazole α-aminoester synthesized by three methods and then to study the regioselectivity of this reaction. the valorization of this product by the evaluation of its activities and its applications will be the subject of subsequent work. 2. experimental 2.1. general all the chemicals used are commercial and analytical grade, and do not require further purification. the tlc is used to monitor the progress of the reactions (merck, silica gel 60 f254), while uv light is utilized to see the spots (vilber lourmat, vl-215.lc). nuclear magnetic resonance (nmr) spectra (1h, 13c) were recorded employing a bruker am 300 spectrometer operating at frequencies of 300.13 mhz (for 1h) and 75.47 mhz (for 13c). nmr data is reported in parts per million (ppm) and is referenced to tetramethylsilane (for 13c). mass spectra were recorded using a polarisq ion trap gc/msn mass spectrometer. 2.2. typical procedure for nucleophilic substitution 2.2.1. method 1 2.73 mmol of methyl 2-azido-2-benzamidoacetate were added to a mixture of 3.0 mmol of 1h-1,2,4-triazole-3-amine, 3.3 mmol of triethylamine, and 8 ml of dry acetonitrile stirred for 45 min. the reaction was carried out at room temperature for five hours. after removal of the solvent under reduced pressure, the residue was quenched with a saturated aqueous solution of ammonium chloride or sodium hydrogenocarbonate (15 ml) and extracted with dichloromethane (15 mlx 3). the organic phase was dried in sodium sulfate (na2so4) and the solvent was evaporated under reduced pressure. the product was purified by column chromatography on silica gel using hexane/ether (2:1) as eluent. yield: 82%. 2.2.2. method 2 to 10 mmol of 1h-1,2,4-triazole-3-amine in 30 ml of dimethyl-formamide or acetone, 15 mmol (2.10 g) of potassium carbonate are added in small portions and a catalytic amount of tetra-n-butylammonium bromide (1 mmol, 0.34 g btba). the mixture was stirred for 15 min and then 9.09 mmol of the methyl 2-azido-2-benzamidoacetate were added. the reaction was left for four hours at room temperature. at the end of the reaction and after evaporation of the solvent, the residue obtained was washed with hexane. the organic phase was then dried and purified by column chromatography on silica gel using an ether/hexane mixture (1:2) as eluent. yield: 90%. 2.2.3. method 3 a mixture of 1h-1,2,4-triazol-3-amine (5.0 mmol), methyl 2-azido-2-benzamidoacetate (4.55 mmol), tetrabutylammonium bromide (0.17 g, 0.50 mmol, and potassium carbonate (2.8 g, 20 mmol) on silica (or clay) as support was heated in a domestic microwave oven in an employing meyer flask with a power of 500 w for 10 min. after cooling down, the reaction mixture was extracted with dichloromethane (3 x 15 ml). then the organic layer was dried with na2so4, filtered, and the solvent was evaporated to dryness. the solid material was purified by using flash chromatography or recrystallization from hexane or ethanol to afford the desired product:2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol1-yl)-2-benzamidoacetate. yield: 92%. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 eclet. quim. 49 | e-1479, 2024 issn 1678-4618 page 3/7 2.3. product characterization data 2.3.1. methyl 2-azido-2-benzamidoacetate 2 white solid; m.p.: 81 °c; yield 92%; m.s-e.i: m/z (c10h10n4o3)=234 [m]; 13c nmr (cdcl3, δ(ppm)): 167.73, 167.21 (co, 2c); 132.90, 132.84, 129.02, 128.03 (carom, 6c); 65.64 (cα, 1c); 53.41 (ch3). 1h nmr (cdcl3, δ(ppm)): 9.8(1h, d, nh, j=7.8 hz); 7.5-7.9 (5h, 3m, 5harom); 5.8 (1h, d, hα, j=7.8 hz); 3.7 (3h, s, ch3). 2.3.2. methyl 2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2benzamidoacetate 3 white solid;m.p.: 215 °c; m.s-e.i: m/z (c12h13n5o3)= 275.1013 [m]; 13c nmr (cdcl3, δ(ppm)):168.15, 165.62, (co, 2c); 155.73, 149.86, 133.00, 128.92, 127.36, 106.40 (c6h5 aromatic carbons); 60.72 (cα, 1c); 54.01 (ch3). 1h nmr (cdcl3, δ(ppm)): 7.5–8.1 (7h, 3 m, 1nhamid +1htriazol+5harom); 6.5 (1h, d, hα, j=7.2 hz); 5.6 (2h, br s, nh2); 3.9 (3h, s, ch3). 2.3.3. methyl 2-((1h-1,2,4-triazol-3-yl)amino)-2benzamidoacetate 4 white solid;m.p.: 208 °c; 13c nmr (cdcl3, δ(ppm)): 171.21, 168.91, (co, 2c); 149.79, 146.00, 134.79, 131.90, 128.94, 127.63 (c6h5 aromatic carbons); 71.92 (cα, 1c); 50.90 (ch3). 1h nmr (cdcl3, δ(ppm)): 7.5–8.1 (7h, 3 m, 1nhamid +1htriazol+5harom); 5.8 (1h, d, hα, j=7.2 hz); 4.7 (1h, s, nh); 3.9 (3h, s, ch3). the signal from the nh proton of the triazole ring is not observed on the spectrum, its value is greater than the 8.3 maximum value on our spectrum. 3. results and discussion by continuing our research work on the synthesis of heterocycles (mabrouk et al., 2010; 2013; 2020); we present in this manuscript our strategy for the preparation of a heterocyclic α-aminoester with three methods. after the preparation and protection of the methyl ester of glycine according to the reaction (fig. 1), the brominationof the latter is carried out following a radical reaction by n-bromosuccinimide or by dibromine in the presence of α,α'azo-bis-isobutyronitrile (aibn) in catalytic quantity, under the irradiating action of a 300 w lamp. the methyl 2-azido-2benzamidoacetate 2 is obtained by substitution of the bromide nucleofuge by the azide group (fig. 1). methyl 2-azido-2benzamidoacetate 2 contains a nucleofuge (azido) which is a good leaving group. the use of 1h-1,2,4-triazole-3-amine which contains two active sites leads to nucleophilic substitution (achamlal et al., 1997; steglich et al., 1983). the last step in this synthetic strategy is the nucleophilic substitution of methyl 2azido-2-benzamidoacetate 2 by 1h-1,2,4-triazole-3-amine according to three modes of activation (fig. 1). our estimate was to have two products with the predominance of one over another, but the spectroscopic data (ms, 13c nmr, and 1h nmr) obtained showed the existence of only a single product: 2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2benzamidoacetate 3 (fig. 2). in what follows, we will discuss the modes of activation of the synthesis of this product and present our point of view on the regioselectivity of this reaction. figure 1. different steps in the synthesis strategy of 2-(3-amino1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2-benzamidoacetate 3. figure 2. regioselectivity of the synthesis reaction. the substitution reaction of methyl 2-azido-2benzamidoacetate 2 by 1h-1,2,4-triazole-3-amine using the mode of activation in the presence of triethylamine as a base in acetonitrile, leads to 2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2benzamidoacetate 3 after five hours at room temperature, with 82% yield (fig. 3). phase transfer catalysis is another method of activating the synthesis of 2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2benzamidoacetate 3 which consists of carrying out the reaction in the dmf, potassium carbonate, and btba catalyst for four hours at room temperature. the n-alkylated product 3 is obtained in this case with a yield of 90% (fig. 3). the procedure by microwave irradiation is selected to compare its effectiveness as the best mode of activation of this reaction to optimize the result of synthesis and the experimental conditions. indeed, the n-alkylation product 3 is prepared by irradiating a mixture of 1h-1,2,4-triazole-3-amine, methyl 2-azido2-benzamidoacetate 2, k2co3, and btba on silica as support under a power of 500 w for 10 min with 92% (fig. 3). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 eclet. quim. 49 | e-1479, 2024 issn 1678-4618 page 4/7 figure 3. different methods for activating the 2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2-benzamidoacetate 3 synthesis reaction. based on the different mesomeric forms (fig. 4) and under the mild conditions of this reaction, we see that the nh2 group is not active and therefore, there will be no n-alkylation through this site. this result is proven experimentally. under the reaction conditions (use of a base, room temperature), isomer (e) is more stable than isomer (a) (fig. 4). figure 4. different mesomeric forms of isomers (a) and (e). from these observations, it can be concluded that the basicity and nucleophilicity of isomer (e) are greater than that of isomer (a). these results are confirmed by the theoretical study (table 1) and by the marvinsketch software (table 2). therefore, the results obtained experimentally coincide well with those obtained theoretically. we gather the variations of free reaction enthalpy δgr characterizing the reactions taking place between methyl 2-azido2-benzamidoacetate 2 and the isomers (a) and (e) (table 1). the free enthalpy variations δgr of reactions (1) and (2) are negative, therefore these two reactions are possible and favored thermodynamically. the free enthalpy value δgr corresponding to reaction (1) is lower than that corresponding to reaction (2). but the reaction with isomer (e) is preferentially favored over the reaction with isomer (a). according to the optimized structure of the amine used (fig. 5), it can be seen that the proton bound to the n(1) atom is more acidic than that bound to nh2, which justifies the formation of the anionic form (e) instead of obtaining the form (a). table 1. thermodynamic quantities characterizing the possible reactions between methyl 2-azido-2-benzamidoacetate 2 and isomers (a) and (e) calculated by dft/b3lyp 6-31g (d, p). reactions δgr (kcal/mol) (1) from isomer (a) –30.66 (2) from isomer (e) –9.72 table 2. percentage of the basic form (e) in the range of ph 1113.5. atoms 11 12 12.5 13 13.5 55.93% 88.53% 95.10% 99.72% 99.99% figure 5. structure of 1h-1,2,4-triazole-3-amine optimized by dft/b3lyp/6-31g (d, p). the marvinsketch software gives the distribution (%) and the domain of predominance of the acid/base forms of a molecule or an ion according to the ph. the simulation made by the marvinsketch software shows the existence of a single basic form of 1h-1,2,4-triazole-3-amine in the range of ph 11-13.5 (table 2), which explains the unexpected regioselectivity of the reactivity of the secondary amine relative to the primary amine. the product formed is the result of nucleophilic substitution of the secondary amine. the selective addition of 1h-1,2,4-triazole-3-amine to azide 2 was difficult due to the presence of several competing nucleophilic centers on 1h-1,2,4-triazole-3-amine. regioselective addition was found to occur only at the endocyclic n-1 atom of https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 eclet. quim. 49 | e-1479, 2024 issn 1678-4618 page 5/7 1h-1,2,4-triazole-3-amine when the reaction was carried out under kinetic control at room temperature. the increase in temperature can lead to the formation of a thermodynamically more stable compound (junaid et al., 2019). indeed, the reaction was carried out at reflux by methods 1 and 2 under the same experimental conditions (fig. 6) led to the desired product 4 which is thermodynamically more stable and whose spectroscopic and physicochemical characteristics (melting point, frontal ratio) are different from those of product 3. the yields of these reactions are successively 84.5% and 91.5%. figure 6. synthesis of methyl 2-((1h-1,2,4-triazol-3-yl)amino)-2-benzamidoacetate 4 by thermodynamic control. 4. conclusions the synthesis of heterocyclic systems is currently an important research axis, not only from the point of view of the fundamental research of heterocycles but also because of the broadening of the practical applications of these compounds. it is necessary to develop new methods and procedures to easily and quickly construct complex heterocyclic molecules from simple precursors. triazole and its derivatives represent an important class in the family of heterocycles since these molecules of particular structures are found in important biological building blocks. the three modes of activation of the synthesis reaction of 2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2-benzamidoacetate 3 are effective. microwave irradiation has increasingly become a preferable, economical, and environmental method. the use of computational studies is a new approach to fully understanding the regioselectivity of the reaction and its reaction mechanism. methyl 2-(3-amino-1h-1,2,4-triazol-1-yl)-2-benzamidoacetate 3 is the product obtained regioselectively by kinetic control. on the other hand, methyl 2-((1h-1,2, 4-triazol-3-yl)amino)-2benzamidoacetate 4 is the product synthesized by thermodynamic control. authors’ contributions conceptualization: el houssine mabrouk; data curation: mohammed el mesky; hicham zgueni; formal analysis: el houssine mabrouk; nabil amri; funding acquisition: not applicable; investigation: el houssine mabrouk; nabil amri; driss chebabe; methodology: el houssine mabrouk; mohamed jabha; project administration: el houssine mabrouk; mohamed azrour; resources: el houssine mabrouk; mohammed el mesky; youssef youssefi; software: not applicable; supervision: el houssine mabrouk; mohamed jabha; validation: el houssine mabrouk; nabil amri; visualization: el houssine mabrouk; m’barek azdouz; ahmad oubair; writing – original draft: el houssine mabrouk; m’barek azdouz; writing – review & editing: el houssine mabrouk. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments the authors are grateful to the “moroccan association of theoretical chemists” (amct) for its pertinent help concerning the programs. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abboud, j.-l. m.; foces-foces, c.; notario, r.; trifonov, r. e.; volovodenko, a. p.; ostrovskii, v. a.; alkorta, i.; elguero, j. basicity of n-hand n-methyl-1,2,3-triazoles in the gas phase, in solution, and in the solid state − an experimental and theoretical study. eur. j. org. chem. 2001, 2001 (16), 3013–3024. https://doi.org/10.1002/10990690(200108)2001:16<3013::aid-ejoc3013>3.0.co;2-y abdu, t.; adnan, a. b.; 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https://doi.org/10.1021/acs.accounts.7b00282 https://doi.org/10.1039/c6nj03181a https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2021.105127 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1479 eclet. quim. 49 | e-1479, 2024 issn 1678-4618 page 6/7 agents. bioorg. med. chem. 2009, 17 (24), 8168–8173. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2009.10.035 banno, y.; sasaki, s.; kamata, m.; kunitomo, j.; miyamoto, y.; abe, h.; taya, n.; oi, s.; watanabe, m.; urushibara, t.; hazama, m.; niwa, s.; miyamoto, s.; horinouchi, a.; kuroshima, k.; amano, n.; matsumoto, s.; s.; matsunaga, s. design and synthesis of a novel series of orally active, selective somatostatin receptor 2 agonists for the treatment of type 2 diabetes. bioorg. med. chem. 2017, 25, 5995–6006. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.09.031 boibessot, t.; bnimlis, d.; jean, m.; benfodda, z.; meffre, p. synthesis of a novel rhizobitoxine-like triazole-containing amino acid. synlett. 2016, 27, 2685–2688. https://doi.org/10.1055/s-0036-1588300 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but admet profile revealed that compounds naf, nai, nak nan and 5ac present attractive pharmacokinetic properties. in this study, compounds nah, nal, nai and naj exhibited stronger affinities than the standard (penicillin) against blai repressor in complex with dna (pdb id: 1xsd) suggesting better inhibitory potential than the standard drug. article history received september 02, 2024 accepted december 19, 2024 published june 26, 2025 keywords 1. phytochemicals; 2. bacteria; 3. interactions; 4. admet. section editors assis vicente benedetti highlights the antibacterial activity of sulfamidophosphonate derivatives was evaluated. descriptors found from optimized sulfamidophosphonate derivatives were identified. nonbonding interactions between drugs and the studied targets were observed. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://ror.org/03wx2rr30 https://ror.org/018ced875 https://ror.org/043hyzt56 https://ror.org/043hyzt56 https://ror.org/00e16h982 https://ror.org/0019ead15 https://ror.org/0019ead15 https://ror.org/0019ead15 mailto:abimbolatunde1@gmail.com mailto:obiyenwagab@gmail.com mailto:oladutoem@gmail.com mailto:dayo.felix@uniosun.edu.ng mailto:abeloyebamiji@gmail.com mailto:olatuj@gmail.com mailto:bsemire@lauctech.edu.ng https://orcid.org/0000-0002-2545-7723 https://orcid.org/0000-0003-0184-8807 https://orcid.org/0009-0008-9189-4607 https://orcid.org/0000-0002-2722-6734 https://orcid.org/0000-0002-8932-6327 https://orcid.org/0009-0006-4026-3384 https://orcid.org/0000-0002-4173-9165 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 2/14 1. introduction bacterial diseases such as tuberculosis, anthrax, pneumonia and osteomyelitis, among others, are deadly and have a significant impact on public health. staphylococcus aureus is both a commensal bacterium and a human pathogen. about 30% of the human population is colonized with s. aureus (wertheim et al., 2005). in the early 1930s, doctors began to employ a more efficient test to determine the presence of an s. aureus infection by means of coagulase testing, which helped to detect the enzyme produced by the bacterium. before the 1940s, s. aureus infections were deadly in most patients until the discovery of penicillin. however, the meca gene carried by methicillin-resistant staphylococcus aureus (mrsa) encodes the protein pbp-2a (penicillin-binding protein 2a) marked the outbreaks of the resistant strain of this bacterium family (orent, 2006). the pbp-2a is a penicillin-binding protein (pbp), or an essential bacterial cell wall enzyme that catalyzes the production of the peptidoglycan in the bacterial cell wall. pbp-2a has a lower affinity to bind to beta-lactams (and other penicillinderived antibiotics) when compared to other pbps. the pbp-2a continues to catalyze the synthesis of the bacterial cell wall even in the presence of many antibiotics (rasigade, 2014). the chemistry of heterocyclic molecules plays a huge role in the development of effective drugs for bacterial, fungal and viral diseases. heterocyclic compounds are the most important organic compounds that present great interest in medicinal chemistry (arora et al., 2012; winum et al., 2006). sulfonamide derivatives, a class of heterocyclic compounds in which many this class compounds have been reported to show biological activities such as anti-mycobacterial, anticonvulsant, anti-hypoglycemic, anticancer, and enzyme inhibition (farhan et al., 2018; hu et al., 2008; supuran, 2017; zhao et al., 2019). sulfonamide derivatives are attractive due to their diverse biological targets and practical therapeutic ability with minimal side effects (hu et al., 2008; ratchanok, 2021). presently, there have been a remarkable advance in the development of new potent antibiotics for combating antimicrobial resistance (bazine et al., 2020a; masters et al., 2003); however, the microorganisms are getting resistant to the existing antibiotic classes by mutation of membrane permeability and spore formation to the drugs (forgacs et al., 2009) thereby adapting themselves to withstand the potency of the drug. this has led to continuous research on drug development and discovery to produce new drugs that can fight the resistance caused by staphylococcus aureus. in recent times, sulfamidophosphonate, a sulfonamide and cyclosulfamide derivative, have been a focus of chemical and biological researchers for the development of new drugs, due to its wide range of biological and physical properties (krátký et al., 2012; waring et al., 2015). in this study, computational methods, including molecular docking and admet profiling to evaluate antibacterial activities of some selected sulfamidophosphonate derivatives based on the work of bazine et al. (2020b). these compounds are 1-(1,1-dioxo-1λ6,2,5thiadiazolidin-2-yl)(2-oxo-1,2,3,4-tetrahydroquinolin-3-yl)(1,1diethoxyphosphonate (5ad), 1,1-(3-methylphenylsulfonamidyl)(6-methyl-3,4-dihydroquinolin-2(1h)onyl)methyl)(1,1-diethoxy)phosphonate (nai), 1,1-(3methylphenyl-sulfonamidyl)(3,4-dihydroquinolin-2(1h)onyl)methyl)(1,1-diethoxy)phosphonate (nah), 1,1-(phenylsulfonamidyl)(6-methyl-3,4-dihydroquinolin-2(1h)onyl)methyl)(1,1-diethoxy)phosphonate (naj), 1,1-(2methylphenyl-sulfonamidyl)(3,4-dihydroquinolin-2(1h)onyl)methyl)(1,1-diethoxy)phosphonate (nak), 1,1-(3methylphenyl)-sulfonamidyl)(2-methyl-3,4-dihydroquinolin2(1h)-onyl)methyl)(1,1-diethoxy)phosphonate (nal), 1,1-(3chlorophenyl)-sulfonamidyl)(2-methyl-3,4-dihydroquinolin2(1h)-onyl)methyl)(1,1-diethoxy)phosphonate (nam), and 1,1(2-hydroxylphenyl)-sulfonamidyl)(2-methyl-3,4-dihydroquinolin2(1h)-onyl)methyl)(1,1-diethoxy)phosphonate (nan). 2. details of research methods 2.1. geometry optimization of the ligands the conformer search was carried out on each sulfamidophosphonate using the dft method to find the conformer with the lowest energy for each compound, which was then taken as the equilibrium geometry structure of the compound. the equilibrium optimization was performed on the ligands (fig. 1) with dft in correlation with becke’s three-parameter hybrid functional with a correlation of lee, yang and parr (b3lyp) (becke, 1993; hehre et al., 1988; parr et al., 1999; yang et al., 2005; lee et al., 1988) with 6-31g(d,p) basis set. quantum chemical reactivity descriptors of the sulfamidophosphonates such as frontier orbital energies, which are the highest occupied molecular orbital energy (ehomo), the lowest unoccupied molecular orbital energy (elumo) and band energy gap (e(homo– lumo); chemical hardness (η = ehomo−elumo 2 ); chemical softness (σ = 1 2𝜂 ); chemical potential (μ = ( 𝐸𝐻𝑂𝑀𝑂+ 𝐸𝐿𝑈𝑀𝑂 2 ); global electrophilicity (ω = μ2 2η = (ip+ea)2 4(ip−ea) ); electron donating power (ω– = ( 3𝐼𝑃+𝐸𝐴 )2 16(𝐼𝑃−𝐸𝐴) ) and electron accepting power (ω+ = ( 𝐼𝑃+3𝐸𝐴 )2 16(𝐼𝑃−𝐸𝐴) ) were estimated form the optimized structures (flores-holguín et al., 2019; manzanilla and robles, 2020; ramírez-martínez et at., 2023). 2.2. molecular docking procedures the optimized ligands were docked into the receptors by using autodock tool 1.5.6., autodock vina 1.1.2, edupymol version 1.7.4.4 and discovery studio. the receptors/proteins were cleaned up and repaired with discovery studio software, and edupymol was used to visualize the docking results as described (adegbola et al., 2021a; adepoju et al., 2022; oyebamiji et al., 2021). the binding pocket of the protein, as determined in the 3d structure using discovery studio and the autodock tool, was used to prepare the protein. polar hydrogens were added to the protein, followed by kolleman charges, before setting the grid box. using auto grid, the grid box center (x = –5.252, y = 9.613, z = 36.518) and size (x = 58, y = 52, z = 66) for blai repressor in complex with dna (pdb id: 1xsd), and (center: x = 0.043, y = 2.734, z = 85.68) and (size: x = 48, y = 40, z = 40) for 4wk3 receptor were set. the receptor and ligand were then saved as pdbqt files. the docking simulations were then performed using autodock vina (trott et al., 2010) for the calculations of binding affinity, as well as studying non-bonding interactions (hydrophobic interactions) and hydrogen bonding between the ligand and proteins, which were visualized using discovery studio 2019. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 3/14 nah nai naj nam nak nal nan 5ad figure 1. optimized structures of studied sulfamidophosphonates. source: elaborated by the authors. 2.3. adme/pharmacokinetic predictions the smiles of optimized structures of the studied ligands were used for physicochemical and admet profiles to assess the qualitative pharmacokinetics properties via; absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicity by using admet predictor (http://biosig.unimelb.edu.au/pkcsm/prediction). these early assessments of pharmacokinetic and toxic properties are essential step in drug discovery, although the process of drug discovery and development is a very complex, lengthy and costintensive; drug development failures have been attributed to poor pharmacokinetics and bioavailability (adegbola et al., 2021b; daina and zoete, 2016). therefore, admet properties play a crucial role in every stage of drug discovery and development, aiming to reduce likely challenges associated with clinical trial treatments (darvas et al., 2002). 3. results and discussion 3.1. molecular quantum reactivity descriptors the frontier orbital (the homo and lumo) energies are very essential to the molecular stability and responses to the surrounding molecules, where homo and lumo represent the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital, respectively. the high homo energy (or low ionization energy, ip) typifies the enhancement of a ligand to donate electrons to the neighboring molecule. lower lumo energy, on the other hand (or high electron affinity, ea), represents a ligand's ability to accept electrons from the neighboring compounds (oyebamiji and semire, 2016). the lower ip values revealed that nah (4.05 ev), 5ad (5.47 ev), and nan (5.75 ev) should be able to donate electrons readily to the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 http://biosig.unimelb.edu.au/pkcsm/prediction original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 4/14 surrounding molecule than penicillin (9.61 ev) and sulfamethoxazole (5.93 ev) (oyeneyin, 2023). also, all the compounds, especially nal, nah, 5ad, nam, and nan, should have enhanced electron-accepting tendency from the neighboring molecule (table 1). low polarizability, low reactivity, stronger stabilization and interactions between a molecule and its receptor favor molecules with a larger energy gap (eg), whereas a smaller energy gap favors high reactivity, high polarizability, weaker stabilization and interactions of a molecule with neighboring compound. therefore, higher values, eg, η and σ, showed that penicillin and sulfamethoxazole are more stable, which may support strong interactions, although naj, nai, nak and nam may also display strong interactions (thanikaivelan et al., 2020). the chemical potential (μ) showed that all the sulfamidophosphonate compounds are more likely to interact strongly through electrostatic interactions with the receptor than the standard drugs (penicillin and sulfamethoxazole). the difference between electron-donating ability (ω–) and electronaccepting ability (ω+) is ∣∆ω∣, which measures the total responsiveness of a molecule to its surroundings. higher values typify a strong response leading to strong interactions between the molecule and its surroundings (asibor et al., 2024). therefore, nal, nam, nak, naj, and 5ad are likely disposed of stronger interactions with the receptor than penicillin and sulfamethoxazole. table 1. quantum chemical descriptors of sulfamidophosphonates using b3lyp/6-31g**. ip ea eg η σ μ ω ωω+ |∆𝝎 | = (𝝎+ − 𝝎−) nah 4.05 2.68 1.37 0.685 0.730 –3.365 8.265 10.033 6.668 3.365 nai 6.26 1.81 4.45 2.225 0.225 –4.035 3.659 5.954 1.919 4.035 naj 6.11 1.55 4.56 2.280 0.219 –3.830 3.217 5.417 1.587 3.830 nak 6.33 1.80 4.53 2.265 0.221 –4.065 3.648 5.963 1.898 4.065 nal 6.47 4.01 2.46 1.230 0.407 –5.240 11.162 13.935 8.695 5.240 nam 6.22 2.03 4.19 2.095 0.239 –4.125 4.061 6.385 2.260 4.125 nan 5.75 2.03 3.72 1.860 0.269 –3.890 4.068 6.245 2.355 3.890 5ad 5.47 2.54 2.93 1.465 0.341 –4.005 5.474 7.660 3.655 4.005 penicillin 9.61 –3.34 12.95 6.475 0.077 –3.135 0.759 3.136 0.001 3.135 sulfamethoxazole 5.93 0.51 5.42 2.710 0.185 –3.220 1.913 3.862 0.642 3.220 source: elaborated by the authors. 3.2. docking orientation and binding affinity blai is a repressor, as well as a beta-lactamase that is responsible for penicillin resistance in staphylococcus aureus and essential for staphylococcus aureus reproduction. the blai repressor in complex with dna (pdb id: 1xsd) was docked with sulfamidophosphonate derivatives. results were presented in table 2 and fig. 2. the binding affinities for all the studied ligands with 1xsd ranged from –17.2 (nam) to –29.7 (nal) kj/mol, these inferred that inhibitory constants (ki) of the drugs fall between 6.21 μmol/l to 984.0 μmol/l as compared to –25.1 kj/mol for penicillin, used as standard (table 2). the h-bond distances between amino acid residues in the binding purse and ligands ranged from 1.9 to 3.50 å. they exhibited other non-bonding interactions with 1xsd receptor (fig. 2). compound/ligand nal with the highest binding affinity (–29.7 kj/mol) is hydrogen bonded with arg'60, tyr'69, arg'46, arg' 46 and thr'50 and showed interactions with ala'27, tyr'67, tyr'69, arg'46, thr'50 and arg'60. nan with the binding affinity of –23.8 kj/mol displayed h-bond interactions with arg'60 and tyr 69, and hydrophobic interactions with arg 46, tyr'69, lys'54, ala'27, arg'60 and thr'50. also, nai and nak with binding affinities of –28.5 and –25.1 kj/mol, respectively, showed only hydrophobic interactions with phe'86, leu'98, phe'102, trp'13 and ala'83 for nai, and lys'69, ala'83, phe'86 for nak. ligand naj with a binding affinity of –28.0 kj/mol hydrophobically interacted with lys'54 arg'60 arg'46 tyr'69, and thr'50, as well as h-bonding with arg’26 and arg’60. also, nah presented h-bonding with arg’26 and arg’60’ and hydrophobic interactions with arg'60, tyr'67, ile'66, and lys'43. furthermore, 5ad with a binding affinity of -26.4 kj/mol is hydrogen-bonded with tyr'59 arg'46 and tyr'69 and shows hydrophobic interactions with arg'60 tyr'69 and arg'46, while nam with a binding affinity of –17.2 kj/mol displayed hydrophobic interactions with lys'43 arg'46 and tyr'67. penicillin, which was used as the standard drug, has a binding energy of –25.1 kj/mol, interacting hydrophobically with ala'83 asn'17 and phe'86. the ionization energy (ip = –ehomo) and electron affinity (ea = –elumo) estimated from the dft calculations showed that nal has highest values for both ip (6.47 ev) and ea (4.01 ev) which led to lower energy gap; thus, supported quick electrons transition and donation to the receptor than other compounds. therefore, nal, nah, nai and naj exhibited the most significant inhibitory potential against 1xsd when compared with the standard drug (penicillin). table 2. binding affinity and non-bonding interactions of 1xsd and 4wk3 receptors with ligands. ligand 1xsd 4wk3 binding affinity δg (kj/mol) binding affinity δg (kj/mol) nah –26.4 –24.3 nai –27.6 –24.7 naj –28.5 –25.1 nak –26.8 –25.5 nal –27.2 –24.3 nam –25.9 –28.0 nan –23.8 –28.0 5ad –24.3 –23.0 penicillin –26.4 –22.6 sulfamethoxazole –23.4 –22.6 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 5/14 2d structure 3d structure 1xsd + nah 1xsd + nai 1xsd + naj https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 6/14 1xsd + nak 1xsd + nal 1xsd +nam https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 7/14 1xsd +nan 1xsd+ 5ad 1xsd + penicillin https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 8/14 1xsd + sulfonamide figure 2. 2d and 3d of 1xsd with the sulfamidophosphonates showing hydrogen interactions. source: elaborated by the authors. the calculated binding affinities for the ligands with 4wk3 receptor showed that the drugs interacted with 4wk3, the bacterial secondary messenger involved in sensing integrity, cell wall metabolism and potassium transport. the binding affinities from the docking results showed that nak, nan, 5ad, and nah presented binding affinities of –23.0, –24.3, –25.1, and –25.5 kj/mol, respectively. additionally, nal, naj, nai, and nam bind to 4wk3 receptors with affinities of –25.5, –25.9, –27.6, and –28.0 kj/mol, respectively (table 2). the h-bond formed between 4wk3 receptor amino acid residues and the drugs is within 3.5 å. other hydrophobic interactions of the medications with 4wk3 are displayed in fig. 3. compound nak is h-bonded with lys'29 and also has hydrophobic interactions with ala'17, val'21, lys'29 and thr'42; naj is hydrogen bonded with asn'24, gly'47, gln'108, arg'26, and formed hydrophobic interactions with arg'26, gln'108, gly'47, val'48, arg'26 and arg'52; nan showed h-bond interactions with asp'10 thr'42 and lys'29, hydrophobic interactions with ser'13 lys'29 and thr'42; 5ad is h-bonded with arg'26 gly'47 arg'26 asn'24 arg'26 and arg'52 and also has hydrophobic interactions with cys'46 arg'26 arg'52, gln'47 and arg'26; nah showed hydrophobic interactions with gln'14 lys'29 ser'13 and thr'42; nal arg'26 met'1 phe'106 gln'108 gly'47 asn'49 and val'48; nai showed hydrophobic interactions with thr'42 gln'14 ser'13 and lys'29; nam showed hydrophobic interactions with val'103 phe'106 thr'28 gly'47 and arg'26; whereas penicillin is hbonded to asn'61 asn'66 and ala'96, and hydrophobically interacted with asn'61 asn'66 and ala'96 residues (fig. 4). although no direct relationship is observed between the frontier energies of the ligands and the binding affinities, those ligands with higher ip presented good binding affinities. the results revealed that compounds nah, nal, nan, nai, naj, 5ad and nam exhibited significant inhibitions against 4wk3 when compared with the standard drug (penicillin). complex 2d 3d 4wk3 +nah https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 9/14 4wk3 +nai 4wk3 +naj 4wk3 +nak 4wk3 +nal https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 10/14 4wk3 +nam 4wk3 +nan 4wk3 +5ad https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 11/14 4wk3 + pencillin 4wk3 + sulfameth oxazole figure 3. 2d and 3d of 4wk3 with sulfamidophosphonates showing hydrogen interactions. source: elaborated by the authors. 3.3. molecular dynamics simulation in this study, the root mean square deviation (rmsd), root mean square fluctuation (rmsf), and actual binding energies for naj, nan, and nam, as well as the studied drug (penicillin), were investigated and reported. as shown in table 3, it was observed that naj proved to have the highest strength in inhibiting blai repressor (1xsd) than the studied reference compound. additionally, the report in table 3 revealed that nam has the lowest inhibitory activity compared to nan and the reference compounds. more so, nan with 2.3 kj/mol as binding energy is expected to have the highest capacity to inhibit staphyloccus aureus psta (pdb id: 4wk3) than nam and the reference compound. in this work, the rmsd for naj-1xsd and nan-4wk3 is presented in figs. 4 and 5. as shown in the exact figures, the extent of deviation of the studied complex from its initial configuration bound to the studied receptor was examined in the calculated rmsd. the simulated system proved stable in the last five ps for the two selected compounds in table 3. table 3. calculated binding energies for naj-1xsd, nam-4wk3 and nan-4wk3 with penicillin-receptor complexes. complexes binding energy components (kj/mol) δevdw δeele δggas δgsol δgbind naj-1xsd –2.6±0.4 8±1 5±1 1.00±0.04 6.0 ± 1 penicillin-1xsd –29±2 –32±8 –61±6 79±9 18±3 nam-4wk3 –2.2±0.5 –0.38±0.08 –0.38±0.08 3.5±0.3 3.1±0.4 nan-4wk3 –2.1±0.4 0.1±0.1 1. 0 ± 0.1 0.9±0.3 2.3±0.3 penicillin-4wk3 –2.0±0.4 –0.3±0.2 –0.3±0.2 3±5 2.3±0.3 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 12/14 figure 4. rmsd for naj-1xsd and penicillin-1xsd complexes. source: elaborated by the authors. figure 5. rmsd for nan-4wk3 and penicillin-4wk3 complexes. source: elaborated by the authors. 3.3. adme/pharmacokinetic predictions safety is paramount in drug usage; in this research, the physicochemical and admet properties of the ligands were assessed. however, there are lots of drug candidates that are not drug-like. lipinski’s rule of five (ro5) was used to access the physicochemical properties of the ligands, which include molecular weight (150 ≤ mw ≤ 500), lipophilicity (log p ≤ 5), number of rotatable bonds (rotbs ≤ 10), hydrogen bond donor (hbd ≤ 5) and hydrogen bond acceptor (hba ≤ 10) (daina et al., 2017; lipinski et al., 2004). all the compounds and the standard drugs obeyed lipinski‘s rule for hydrogen bond donors, hydrogen bond acceptors and molecular weight and wlogp. they are moderately soluble in water, whereas standard medicines are highly soluble. however, all the ligands have tpsa values between 132.75 and 165.01 å, which are higher than 131.6 å as the upper limit (table 4). lack of efficacy and safety are the two major causes leading to drug failure (sun et al., 2022), which means the absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity (admet) properties of chemicals play vital roles in every stage of drug discovery and development. hence, using admet profiling is considered one way to reduce likely challenges associated with clinical trial treatments (daina and zoete, 2016; darvas et al., 2002). compounds nah, nai, naj, nak, nal, nam, nan and 5ad were inhibitors to cyp3a4; therefore, they may cause an elevation in the concentration of the corresponding compounds, leading to drug overdose (conrad et al., 2024). additionally, all the compounds except compound nan exhibit high gi absorption, and none of the compounds possess blood–brain barrier bbb penetration. nac, nad, nae, nag, nan, naf, nak, nai, and nam were identified as pgp substrates (i.e. they can be transported out of the cell. additionally, compounds nad, nae, and naf could be inhibitors of cyp2c19, while compounds nac, nag, nan, nak, 5ac and nam could be substrates for cyp2c19. none of the compounds could be inhibitor of cyp2c9, and nac was an inhibitor of cyp2d6 (table 5). the admet results revealed that naf, nai, nak nan and 5ac have attractive pharmacokinetic properties (table 5). table 4. physicochemical properties of sulfamidophosphonates. drugs mw g/mol heavy atoms aromatic heavy atoms fraction csp3 rotatable bonds hba hbd molar ref tpsa lipinski violation log p (o/w) bio score h2o solubility nah 478.50 32 16 0.32 10 7 2 124.79 132.75 0 3.03 0.55 mod soluble nai 478.50 32 16 0.32 9 7 2 124.94 132.75 0 3.29 0.55 mod soluble naj 464.47 31 16 0.29 9 7 2 119.98 132.75 0 2.94 0.55 mod soluble nak 478.5 32 16 0.32 9 7 2 124.94 132.75 0 3.33 0.55 mod soluble nal 478.48 32 16 0.24 9 6 3 126.71 146.72 0 2.84 0.55 mod soluble nam 497.48 33 16 0.29 10 8 3 125.11 144.78 0 3.23 0.55 mod soluble nan 495.49 33 16 0.29 10 8 4 127.18 165.01 0 0.55 mod soluble 5ad 429.43 28 10 0.47 7 8 2 114.55 135.96 0 1.49 0.55 soluble penicillin 334.39 23 6 0.44 5 4 2 90.54 121.13 0 1.39 0.55 soluble sulfamethoxazole 253.28 17 11 0.1 3 4 2 62.99 106.6 0 -0.15 0.55 soluble source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1594 issn 1678-4618 page 13/14 table 5. pharmacokinetics properties of sulfamidophosphonates. drugs gi absorption bbb permeant p-gp substrate cyp1a2 inhibitor cyp2c19 inhibitor cyp2c9 inhibitor cyp2d6 inhibitor cyp3a4 inhibitor log kp (skin permeation) cm/s nah low no yes no yes yes no yes –7.28 nai low no no no yes yes no yes –6.95 naj low no no no yes yes no yes –7.12 nak low no no no yes yes no yes –6.95 nal low no yes no no no no yes –7.25 nam low no yes yes no no no yes –7.45 nan low no yes no no no no yes –7.76 5ad high no yes no no no no no –8.63 penicillin high no no no no no no no –6.75 sulfameth oxazole high no no no no no no no –6.93 source: elaborated by the authors. 4. conclusions this study emphasized an in-silico assessment of antibacterial activities of sulfamidophosponate derivatives as compared with standard drugs (penicillin and sulfamethoxazole) against target proteins of staphylococcus aureus via molecular docking and admet prediction. in this study, compounds nah, nal, nai and naj exhibited stronger affinities than the standard (penicillin) against blai repressor in complex with dna (pdb id: 1xsd), suggesting a better inhibitory potential than the standard drug. furthermore, compounds nah, nai, naj, nal, nam, nan and 5ad potentially inhibit 4wk3 than the standard drug (penicillin). these compounds could be inhibitors with potential for treating bacterial infection. additionally, the admet results revealed that compounds nag, nae, nah, and nak have attractive pharmacokinetic properties. in general, this study demonstrated that compounds naf, nai, nak and nan could be potential inhibitors against staphylococcus aureus, and they possess good pharmacokinetic properties, which are probable for drug discovery. authors’ contribution conceptualization: abimbola modupe olatunde, kehinde gabriel obiyenwa; data curation: nathaniel oladoye olatunji; kehinde gabriel obiyenwa; formal analysis: nathaniel oladoye olatunji; kehinde gabriel obiyenwa; funding acquisition: abimbola modupe olatunde, kehinde gabriel obiyenwa; investigation: tofunmi emmanuel oladuji, dayo felix latona; methodology: abimbola modupe olatunde, kehinde gabriel obiyenwa; project administration: abel kolawole oyebamiji; banjo semire; resources: tofunmi emmanuel oladuji, dayo felix latona; software: abel kolawole oyebamiji; banjo semire; supervision: abel kolawole oyebamiji; banjo semire; validation: tofunmi emmanuel oladuji, dayo felix latona; visualization: abel kolawole oyebamiji; banjo semire; writing – original draft: abel kolawole oyebamiji; banjo semire; writing – review & editing: abel kolawole oyebamiji; banjo semire. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references adegbola, a. e.; fadahunsi, o. s.; alausa, a.; abijo, a. z.; balogun, t. a.; aderibigbe, t. s.; semire, b.; adegbola, p. i. computational prediction of nimbanal as potential antagonist of respiratory syndrome coronavirus. inform. med. unlocked. 2021a, 24, 100617. https://doi.org/10.1016/j.imu.2021.100617 adegbola, p. i.; semire, b.; fadahunsi, o. s.; adegoke, a. e. molecular docking and admet studies of allium cepa, azadirachta indica and xylopia aethiopica isolates as potential anti-viral drugs for covid-19. virus dis. 2021b, 32, 85-97. https://doi.org/10.1007/s13337-021-00682-7 adepoju a. j.; latona d. f.; oluwafemi gbenga olafare o. g.; oyebamiji a. k.; misbaudeen abdul-hammed m.; semire b. molecular docking and pharmacokinetics studies of curcuma longa (curcumin) potency against ebola virus. 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faculty of teacher training and education, mataram, indonesia. 2mandalika university of education, faculty of science and technology for teaching, mataram, indonesia. +corresponding author: aliefman hakim, phone: +6281339471943, email address: aliefman@unram.ac.id original article, education in chemistry and correlated areas improving student chemistry laboratory performance through nyamplung ethnoscience-oriented learning of the sasak tribe yusran khery1,2 , aliefman hakim1+ , joni rokhmat1 , aa sukarso1 abstract evaluating student performance in open-ended laboratory settings presents challenges compared to the structured format of typical lab exercises, which often resemble recipes. this study aims to enhance student performance by integrating local ethnoscience into chemistry education, using the nyamplung tree (calophyllum inophyllum l.), part of the sasak tribe’s knowledge, as teaching material. the study employed a pre-experimental pretest-posttest design with 17 chemistry students participating in three lab sessions. all course participants were selected as research subjects using purposive sampling. performance was assessed through portfolios, and the n-gain method was used to analyze improvement. results showed consistent performance increases, with scores rising from 75.52 to 87.76 over three sessions and n-gain values indicating positive but low-category improvement (0.015, 0.070, 0.181). these findings suggest that integrating ethnoscience-based materials can improve student performance while offering a culturally relevant learning experience. article history received may 19, 2024 accepted october 28, 2024 published april 19, 2025 keywords 1. ethnoscience integration; 2. chemistry education; 3. student performance; 4. nyamplung tree (calophyllum inophyllum l.); 5. sasak indigenous knowledge. section editors habiddin habiddin natany dayani de souza assai highlights innovation skills and chemical concept mastery are linked to student learning. positive correlation between motivation, teaching strategies, and curriculum design. to uncover how innovation/chemistry education intertwines, 31 studies were revised. innovative teaching methods enhance innovation skills and concept mastery. comprehensive insights into the impact of innovative educational practices. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 https://ror.org/00fq07k50 mailto:aliefman@unram.ac.id mailto:yusrankhery@undikma.ac.id mailto:aliefman@unram.ac.id mailto:jonifkip@unram.ac.id mailto:asukarso@unram.ac.id https://orcid.org/0000-0002-2027-5891 https://orcid.org/0000-0002-5982-8983 https://orcid.org/0000-0003-1883-1286 https://orcid.org/0000-0001-5398-5251 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 issn 1678-4618 page 2/10 1. introduction as an archipelagic country rich in multicultural diversity, indonesia must preserve these values by maintaining the nation's noble heritage. national education aims to develop students’ potential by transferring cultural values and excellence, helping them become stewards and innovators of the nation’s culture (ministry of education and culture, 2012). through education, students learn, study, and develop cultural values and practices from the past, adapting them to modern society and the world the student live in (fasasi, 2017a; kusniati, 2012; okechukwu et al., 2014; rist and dahdouh-guebas, 2006). students can inherit and develop culture effectively if their knowledge, intellectual abilities, attitudes, habits, and social skills provide a strong foundation for their growth as individuals and members of society (lee et al., 2012; tauro et al., 2021). schools teach various subjects based on the applicable curriculum, including chemistry. chemistry education helps students understand facts, solve problems, use laboratory skills, and behave scientifically. however, chemistry education often focuses too much on pure science, leaving students unable to see science as part of a broader system that integrates with the environment, technology, and society (fitria and widi, 2015). integrating ethnoscience into chemistry lessons can give students a holistic understanding of how scientific principles connect to their cultural and environmental context (hastuti et al., 2019; pieter and risamasu, 2024). this approach not only enhances students’ appreciation of the relevance of science in everyday life but also fosters critical thinking by linking indigenous knowledge to scientific concepts (yazidi and rijal, 2024; zidny and eilks, 2018). culturally oriented learning is crucial, particularly in connecting students to their local environment and heritage. one approach to culturally oriented learning is ethnoscience, which studies knowledge systems derived from cultural practices and natural phenomena. ethnoscience provides valuable insights into how communities understand the world around them. for example, the sasak tribe of lombok has developed unique ethnoscientific knowledge that can be integrated into science education (dewi et al., 2019). traditions such as the sasak house of sade village, mopping with cow dung, the bau nyale festival, “sesek weaving, gendang belek, poteng reket, and dilah jojor” offer rich learning opportunities (hikmawati et al., 2020; mashami et al., 2023). among these, one particularly unexplored yet promising ethnoscientific resource for science education is the sasak community’s use of the nyamplung plant. nyamplung in sasak society is utilized in three main aspects. first, as raw material for making dile jojor. dile jojor nyamplung is a type of torch whose raw material is made from nyamplung fruit and is part of the maleman tradition of the sasak community (hayadi, 2021; khery et al., 2022; mashami et al., 2023). traditional bamboo torch lighting equipment generally uses kerosene (fossil fuel) which is not renewable, while nyamplung oil can be renewed. this shows that nyamplung seed oil holds potential as a renewable fuel. many studies have studied the potential of nyamplung seed oil into biodiesel and biofuel (ansori et al., 2019; chasani et al., 2015; dewajani et al., 2016; fadhlullah et al., 2015; handayani et al., 2017; kurniati et al., 2018). making biodiesel from nyamplung oil generally applies a transesterification reaction (musta et al., 2017; muhammad et al., 2017; sudrajat et al., 2007). the possibility of chemical and natural catalyst modifications is also studied to optimize the transesterification reaction of nyamplung oil (dewajani et al., 2016; enggarwati and ediati, 2013; juwono et al., 2013; muhammad et al., 2017; qadariyah et al., 2017). second, sasak people use nyamplung seed oil to heal and remove scars (khery et al., 2022). the oil in its seeds can treat skin pain and grow hair and other diseases. in central kalimantan, people are accustomed to using the yellow sap of anchor dragon rods (c. inophyllum) when they are attacked by scabs or itch. meanwhile, the dayak suru community uses it as a dye (emilda, 2019). in chinese society, this plant is commonly used to treat eye pain, rheumatism, inflammation, and wounds (kainuma et al., 2016; safrina and murtini, 2021). third, nyamplung is planted or allowed to grow by sasak communities on the banks of rivers and beaches. this is because they realize that with the nyamplung plant, riverside erosion and coastal aberration can be prevented (khery et al., 2022). nyamplung can be a soil-fattening agent to make the soil around it grow more fertile (khamidah and darmawan, 2018). nyamplung plants can live in areas with high salinity and become a composition of mangrove ecosystem plants (danu et al., 2011). the nyamplung plant (calohyllum inophyllum l.) includes members of the family clusiaceae. the family consists of 20 genders with 1200 species. calohyllum comes from the greek words ‘kalos’ –beautiful and ‘phullon’– leaf. it means beautiful leaves (hegde and warrier, 2015). in indonesia calohyllum inophyllum l is known as camplung, nyamplung, bintanguru, benaga, bintangur laut, menaga, naga, and penaga anchorkar. nyamplung is a medium to large tree species. this plant has a wide distribution, ranging from africa, india, southeast asia, northern australia, and others. it is found in almost all regions in indonesia, especially coastal areas. its habitat is 0 to 200 meters above sea level, with rainfall between 1,000-3,000 mm/year. nyamplung grows in non-swampy habitats and sandy beaches. the tree is dark, leafy, between 10-30 m high. it generally grows rather bent or even parallel to the ground. has a white or yellow sticky sap (danu et al., 2011; emilda, 2019). nyamplung plant characteristics are shown in fig. 1. the ethnoscience of nyamplung has the potential to be developed into a science learning topic to improve student performance. performance in science learning is the skill in observing, recording data and information, understanding the instructions, taking measurements, implementing procedures and using equipment, making predictions and inferences, selecting procedures, designing investigations, conducting investigations, and reporting on the results of investigations (asy et al., 2017; khery et al., 2013; nufida et al., 2020). science learning includes learning science competencies, namely identifying scientific issues, explaining scientific phenomena, and using scientific evidence; learning science knowledge competencies, namely learning using content knowledge, using compiling knowledge, and using epistemological knowledge; learning the context of science, namely the application of science in everyday life; and learning the attitude of science, which is learning to show an attitude towards science which plays an important role in decision making (rubini et al., 2016). topics exploring natural materials are perfect for project learning (hakim and jufri, 2018). through investigating and exploring natural materials, project learning can improve process skills (wildan et al., 2019) and critical thinking (hakim et al., 2016). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 issn 1678-4618 page 3/10 figure 1. characteristics of nyamplung (a) trees, (b) flowers, (c) leaves, fruits, (d) seed flesh and (e) nyamplung seed oil (calophyllum inophyllum l.). source: elaborated by the authors. integrating science with local knowledge is crucial for preparing prospective science teachers, as it allows them to engage in authentic and open investigations of local knowledge. hsu et al. (2009) suggest that when implemented authentically, scientific inquiry involves students in ways that closely mirror the practices of professional scientists. bruck et al. (2008) support the practical application of open inquiry at both school and university levels. in open inquiry, learning occurs through investigation, with the instructor posing a question or problem and providing relevant background information. this approach is particularly suited for preparing future science teachers, emphasizing research skills essential for developing teaching materials and strategies. employing open inquiry can enhance prospective science teachers’ abilities to conduct independent investigations and scientifically validate local knowledge (parmin et al., 2022, 2016). however, many aspects of local knowledge in indonesian society remain scientifically unverified, posing challenges to their integration into science education. engaging in open investigations to explore local knowledge can enhance creative thinking skills among prospective science teachers, enabling them to effectively design and implement such methods in their teaching activities (hikmawati et al., 2020; sudarmin et al., 2019). chinn and malhotra (2002) emphasize that open investigations are crucial for fostering the creative thinking employed by scientists. lee et al. (2012) further support this, noting that student involvement and motivation in science learning are significantly improved through the application of open inquiry. zion (2008) asserts that university-level learning activities should equip students with skills in sourcing scientific information, developing experimental techniques, and conducting independent scientific investigations. instructors should guide students in formulating preliminary conclusions and structuring learning activities to closely resemble expert research practices. sadeh and zion (2012) identify the investigative component of open inquiry as the most complex, as it requires students to design their investigative processes. however, development research that utilizes and explores the ethnoscience of nyamplung plants in learning to improve students’ scientific performance still needs to be carried out. validation and design of teaching materials, as well as evaluation of the effectiveness and reliability of the application of learning to the performance of science, need to be evaluated. this article will describe aspects of science learning that can be obtained from nyamplung ethnoscience. this article can be a recommendation for preparing teaching materials or worksheets for students towards nyamplung ethnoscience-oriented learning, which aims to improve students' performance. the lack of student engagement and declining performance in chemistry laboratories is a growing concern, particularly when traditional learning methods are used. many students struggle to see the relevance of scientific concepts to their everyday lives, leading to disengagement and poor performance. furthermore, conventional approaches often fail to incorporate cultural contexts that could enhance students’ connection to the material. this study addresses these issues by integrating culturally relevant materials into chemistry education. specifically, it explores the use of the nyamplung plant, an element of the sasak tribe’s indigenous knowledge, in laboratory sessions. ethnoscience offers an authentic way to engage students by linking scientific inquiry with local cultural practices, fostering deeper learning and motivation. this research aims to determine whether incorporating nyamplung ethnoscience into laboratory activities can improve student engagement and performance. this research suggests that incorporating nyamplung ethnoscience may enhance student performance and provide a meaningful connection between scientific theory and the cultural environment. this study contributes 1to science education and preserving indigenous knowledge, offering a practical model for improving student outcomes in culturally diverse contexts. 2. methodology this research employed a pre-experimental design with a pretest-posttest non-control group, as shown in fig. 2 (cohen et al., 2007; sugiyono, 2010). this design was chosen because this study is a limited trial involving a small but sufficient subject to answer the research problem. figure 2. scheme of pretest-posttest non-control group design. note: o1: students initial laboratory performance; x: nyamplung ethnoscience-oriented learning; o2: students’ laboratory performance after treatment. source: adapted from sugiyono (2010). the study involved 17 students participating in the chemistry of natural product laboratory session, the study program of chemistry education, mandalika university of education, mataram, lombok island, indonesia. the research sample was taken in a saturated manner in purposive sampling by involving all https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 issn 1678-4618 page 4/10 the students participating in the natural products chemistry course as the subject of the study. the subject is divided into six groups of two or three students to facilitate observation during learning activities. the learning takes place from april to may 2023. the activities carried out consist of three themes as presented in table 1. table 1. laboratory activity’s theme. laboratory session code theme initial session p student performance in previous laboratory activities laboratory session 1 p1 nyamplung seed extraction laboratory session 2 p2 secondary metabolite screening of nyamplung seed extract laboratory session 3 p3 sunscreen activities evaluation of nyamplung seed extract source: elaborated by the authors. participants in an open laboratory inquiry environment are afforded considerable autonomy. students can select and experiment with various extraction methods, phytochemical screening techniques, secondary metabolite analyses, and methods for evaluating sunlight-blocking activities. student laboratory performance during p1, p2, and p3 was assessed through performance observation and portfolio evaluations. observation methods and portfolio assessments evaluate student performance. the things assessed are presented in table 2. performance assessment items are observed according to the science process skills subali (2009) suggested. each item was scored as 1 (achieved) or 0 (not achieved). learning activities during p1, p2, and p3 process consist of three major activities attempt direction (a), students exploring information (a1), defining problems (a2), and constructing hypothesis (a3); designing and executing projects (b), students create an observation plan (b1), collect observational data (b2), and drawing up conclusions (b3); discussion (c), students presenting products (c1); product excellence argumentation (c2); argue the environmental and social impact of products (c3). initial laboratory performance (p) obtained from the assessment of previous laboratory session activities. the student used similar standards of reciprocal assessment to those of researchers on p1, p2, and p3. the data was collected by employing six observers who monitored each group of students during the laboratory sessions. student performance was analyzed using percentage (eq. 1), average (eq. 2), and n-gain (eq. 3) formulas as presented below (cohen et al., 2007). 𝑃% = 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑚𝑎𝑥 (1) 𝐴𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒 = 𝑆𝑢𝑚 𝑜𝑓 𝑎𝑙𝑙 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 𝑜𝑓 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (2) 𝑁 − 𝑔𝑎𝑖𝑛 = 𝑝𝑜𝑠𝑡𝑒𝑠𝑡 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒−𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑠𝑡 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒−𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑠𝑡 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒 (3) the score and n-gain are interpreted consecutively by category as presented in tables 3 and 4. table 2. students’ performance assessment items. item observed activities assessed observation portfolio students gather information from a variety of sources a1 students make a summary a1 students set investigative / research variables b1 students raise the background of the importance of conducting investigation/research a2 students formulate investigation/research objectives a2 students make hypotheses a3 students select appropriate variables, collect relevant data, and select a form of presentation of results appropriate for a chosen investigative procedure a3, b2 students document pictures of observation objects b2 students present observations in a chart, graph, or histogram c1 b2 students compile and complete an investigative procedure b1, b2 students prepare units/measuring devices to take measurements b2 students take measurements according to the measurement scale b2 b2 students use the appropriate measuring instruments correctly b2 students make observations and collect data with measuring instruments b2 students choose laboratory equipment that is following the task at hand b2 students adopt laboratory procedures by minimizing risk b1 students move materials/materials/equipment using the right way/container b2 students separate substances based on their form b2 students do sample preparation b1 students make/mix materials according to certain standards/concentrations b2 students maintain work safety using glassware and hazardous chemicals b2 students make observations and collect data using the five senses b2 b2 students convert units from a legible measure into another quantity b2 students recognize objects based on their characteristics b2, b3 b2, b3 students identify objects to match specific references/reading sources b2, b3 b2, b3 students identify similarities/differences between objects b2, b3 b2, b3 students match an object with a variety of visible characteristics b2, b3 b2, b3 students make reasonable generalizations/conclusions based on observations b3 students use observations to confirm or prove errors/refute existing hypotheses b3 students distinguish between observations and references/literature sources b3, c1 students generating ideas and conduct investigations related to everyday life c3 students formulate the benefits of investigation for the environment and society and promote innovation a2, c2, c3 students present observations in group discussions c1, c2 c1, c2 students demonstrate the excellence of their product/investigation results and pursue ideas to conduct new product c1, c2, c3 c1, c2, c3 source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 issn 1678-4618 page 5/10 table 3. students’ performance category. score category 80─100 excellence 60─79.99 good 40─59.99 poor 20─39.99 fail source: adapted from arikunto (2016). table 4. n-gain category. n-gain category g>0.7 high 0.3≤g≤0.7 medium g<0.3 low source: adapted from selis et al. (2023). 3. results and discussion 3.1. student performance in ethnoscience-oriented laboratory session learning nyamplung in the first session of learning implementation, students are invited to make direct observations about local knowledge in the village of gunungsari, west lombok district, west nusa tenggara province, indonesia. the students observed and met directly with the local community to learn more about using nyamplung. the student learned that the local community used the nyamplung plant as a barrier to the erosion of rice paddy land around the river. in contrast, the flesh of the nyamplung seeds was used to make dilah jojor (a kind of fire lamp) and used the seed oil as a disguise for scars on the skin. the student also got information about the local community who roasted the meat of the nyamplung seeds and then pounded and squeezed mechanically to get the oil. this information is consistent with what has been presented by (khery et al., 2022). the results of the photos captured by students while exploring the activities of the nyamplung cultivation community in gunungsari village are presented in fig. 3. figure 3. (a) nyamplung cultivation community; (b) collect old nyamplung seeds in gunungsari. source: elaborated by the authors. laboratory activities carried out by all class participants departed from the fact that nyamplung oil was used as a scar treatment. many research results in the field of chemistry support this idea. nyamplung (calophyllum inophyllum l.) contains a lot of secondary metabolite compounds, mainly the group of santon, coumarin, triterpenoid and flavonoid compounds. based on several studies, the bioactivity exhibited by nyamplung is quite diverse. the chemical compounds present in nyamplung are varied, resulting in a wide range of bioactivities. studies exploring this bioactivity have generally been conducted in vitro (emilda, 2019). these include antioxidant, anticancer (raju and victoria, 2015), antiviral, anti-hiv, anti-inflammatory, antibacterial, antidiuretic, antidiabetic activities, and more (artanti et al., 2020; hasibuan et al., 2013; kainuma et al., 2016; oo, 2021; ragasa et al., 2015). the results of the image capture by students related to the process they carried out in their laboratory activities are presented in fig. 4. figure 4. students use the extraction method. (a) sample preparation (b) alcohol maceration; (c) soxhletization of n-hexane; (d) mechanical press. source: elaborated by the authors. in implementing the first laboratory session, the extraction of nyamplung oil, six groups of students were divided into 3 groups based on the methods used to adjust the state of laboratory facilities. the extraction methods are maceration techniques using alcohol, soxhlet extraction using n-hexane solvents, and mechanical press methods. samples of the flesh of the nyamplung seeds are prepared by drying to reduce moisture content and ground to improve the contact surface. the image students captured during the nyamplung extract phytochemical test is presented in fig. 5. figure 5. phytochemical test observation of nyamplung oil sample (a) alcohol maceration extract; (b) soxhletization of nhexane extract; (c) mechanical press extract. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 issn 1678-4618 page 6/10 in the next laboratory session, students conducted a semiqualitative phytochemical analysis to detect the presence of secondary metabolites in the alkaloids, flavonoids, terpenoids and steroids, tannins, and saponin tests. the student's methods are presented in khery et al. (2023). the tests were carried out uniformly due to the limitations of laboratory facilities. nevertheless, the students get different observation experiences. in the last laboratory session, students conducted spf, erythema, and pigmentation tests in the sun protection activity test. the students were divided into three groups to test their respective samples. the first and second groups use sayre et al. (1979; 2013). the first group executed the method by varying the type of solvent used when testing the sample. the second group executed the method by varying the sample concentration when testing it in an alcoholchloroform solvent (1:1). the third group used the recommended method by rejeki and wahyuningsih (2015). figure 6 shows student performance in attempting direction activities, designing and executing projects, and discussing learning during the first, second, and third laboratory sessions. figure 6. student laboratory performance during (a) attempt direction, (b) designing and executing projects, and (c) discussion. source: elaborated by the authors. the results showed that, in general, students experienced improved performance in both attempt direction, designing and executing projects, and discussion activities. this can be caused by students getting used to the learning methods applied. the student also showed better attitudes during laboratory sessions. ethnoscience-oriented learning does allow for increasing student interest, motivation, and learning outcomes in science learning (fasasi, 2017b; muliadi et al., 2022; munandar et al., 2022). increased interest and motivation will likely cause this increased performance (lizzio et al., 2002; shakir, 2014). a very sharp increase occurred in discussion activities. there are 64.71, 80.00, and 92.18 respectively. it enhances from good into the excellence category of performance. in this section, students present products, discuss product excellence, and argue about the environmental and social impact of products. student performance has improved sharply, indicating that from the first laboratory session to the last, students are increasingly confident in presenting the results of their experiments. their orientation towards the resulting innovative product is getting better. an overview of product development ideas and how students affect the economic and social environment for the better can be presented in a better way. discussion activities can positively influence students’ motivation and critical thinking skills (cholisoh et al., 2015). discussion activities motivated by investment and inquiry experiences result in better student motivation and perception of science learning (gouvea et al., 2022; rahayu et al., 2020). the next interesting result of this study is the occurrence of a very small decrease in designing and executing projects during the first and second laboratory sessions. the average score in the good category is 78.68 and 78.24, respectively. this is due to the student’s lack of ability to develop an investigation plan that allows for maximizing laboratory equipment or measuring instruments. the second laboratory session job is easier than the first. previous research has shown that the more students engage in practical activities in the laboratory, the higher their motivation and learning performance in science learning (ateş and eryilmaz, 2011; corter et al., 2011; sesen and tarhan, 2013; shana and abulibdeh, 2020). 3.2. improving student performance in ethnoscienceoriented laboratory session learning nyamplung student performance in nyamplung ethnoscience-oriented laboratory session learning is shown in fig. 7. figure 7. student laboratory performance on the chemistry of natural product laboratory session with nyamplung ethnoscienceoriented learning in p1, p2, and p3. source: elaborated by the authors. the results of this study show a gradual improvement in student performance throughout the nyamplung ethnoscienceoriented laboratory sessions, with average scores increasing from 75.52 to 87.76. this demonstrates that implementing nyamplung ethnoscience-oriented laboratory methods positively impacts student performance. the ethnoscience approach has enhanced students’ attitudes toward science learning (fitria and widi, 2015; muliadi et al., 2022; munandar et al., 2022). these findings align with research by zidny et al. (2020), which demonstrated that integrating indigenous knowledge into science education can increase student engagement and understanding of scientific processes. pieter and risamasu (2024) also reported that ethnoscientific learning materials enhance students’ science process skills. figure 8. student laboratory performance on the chemistry of natural product laboratory session with nyamplung ethnoscienceoriented learning in p1, p2, p3. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 issn 1678-4618 page 7/10 despite the overall improvement, the n-gain values remained in the low category, as shown in fig. 8 (0.015; 0.070; 0.181), indicating a moderate level of progress compared to studies like hastuti et al. (2019), where medium n-gain scores were achieved. this suggests that while ethnoscience-based learning has positive effects, certain contextual or instructional factors may have limited the extent of improvement. these differences indicate that the ethnoscience approach offers clear benefits. still, adjustments, such as extending the learning period or providing additional support, might be needed to enhance students’ science process skills fully. previous research conducted by ibe and nwosu (2017) and mudana (2023) emphasized the importance of active student involvement in ethnoscientific learning environments, which leads to significant gains in reasoning and inquiry skills. the findings of this study, particularly the improvement in discussion activities, support these conclusions, as students demonstrated a greater ability to articulate the scientific and societal relevance of their work. however, the lower gains in investigative skills, such as designing and executing projects, suggest challenges that may not have been as evident in previous research. these challenges could be due to the relatively short duration of the laboratory sessions or the novelty of the nyamplung ethnoscience approach for students. the application of nyamplung ethnoscience-oriented learning improved student performance and supported the preservation of local knowledge and sustainable practices. integrating indigenous knowledge into the curriculum helps preserve cultural heritage while promoting sustainability. for instance, students explored the potential of nyamplung seed oil, traditionally used in the sasak community, as a renewable energy source during the laboratory sessions. this connection between local knowledge and modern scientific inquiry enriches the curriculum and prepares students to address real-world problems. zidny et al. (2020) argue that science education should aim to offer a balanced perspective by introducing students to diverse ways of understanding science. incorporating indigenous knowledge broadens students’ perspectives, enabling them to understand scientific concepts more holistically and recognize the influence of social and cultural contexts in shaping scientific knowledge (zidny and eilks, 2018; zidny et al., 2021). this study provides insights into the potential for broader applications in science education. while it focused on the nyamplung plant, the ethnoscience-based learning model can be adapted to other culturally significant plants or natural resources from various regions. emphasizing the integration of local knowledge into science education allows this approach to be applied in different educational contexts, fostering a deeper understanding of science concerning students’ cultural and environmental backgrounds. elias et al. (2009) and yazidi and rijal (2024) advocate for educational reforms that integrate indigenous knowledge as a key element in science education, emphasizing its role in achieving sustainability goals by equipping students to tackle complex environmental and societal challenges. the proposed teaching practice, which integrates nyamplung ethnoscience into chemistry education, is believed to offer several benefits for student learning and the broader educational context. integrating ethnoscience into learning can enhance student engagement and motivation. using culturally relevant materials, such as the nyamplung plant, allows students to connect their learning to their local environment and traditions. this relevance increases student interest and motivation, as demonstrated by the significant improvement in discussion activities, where students confidently presented their work and connected their findings to environmental and social impacts. ethnoscience-oriented learning has been shown to improve motivation (hariyono et al., 2023; munandar et al., 2023), cognitive achievement (fasasi, 2017a), and attitude toward science (fasasi, 2017b). according to research by hastuti et al. (2019) and saija and tahya (2023), ethnoscience-oriented learning effectively improves students’ science process skills. pieter and risamasu (2024) also found that this approach enhances students’ scientific skill development. additionally, ibe and nwosu (2017) and mudana (2023) recommend that education stakeholders, particularly teachers, actively engage students in the learning process by incorporating ethnoscientific strategies, as these methods have proven more effective for developing science process skills. 4. conclusions the main findings demonstrate a consistent improvement in student performance across three laboratory sessions, with average scores increasing from 75.52 in the first laboratory session to 87.76 in the third. although the n-gain values indicated a low level of improvement (0.015, 0.070, and 0.181), the upward trend suggests that ethnoscience-based learning positively impacts student engagement, motivation, and skill development in the laboratory environment. the most significant gains were observed in discussion activities, where students exhibited increased confidence and ability to articulate their experiments’ environmental and social relevance. this study contributes to the growing body of literature on ethnoscience and its application in science education, particularly in the context of chemistry learning. by incorporating local knowledge, such as using nyamplung seed oil, the study demonstrates how culturally relevant materials can enhance the learning experience and improve student outcomes in scientific disciplines. the study emphasizes the potential of indigenous science to enrich science education and recommends further research in broader educational settings. recommendations: teachers should consider integrating ethnoscience-based teaching materials into their curricula to foster deeper student engagement and enhance practical laboratory skills. specifically, utilizing local knowledge not only makes science more relevant and accessible to students but also promotes the preservation of cultural heritage. to maximize the effectiveness of this approach, teachers should provide opportunities for open inquiry, allowing students to explore and apply local knowledge in scientific contexts. future studies should consider implementing this model in larger student populations and across various cultural settings to further validate its effectiveness and broaden its application. limitations: several limitations of this study should be acknowledged. small sample size: the study involved only 17 students, which limits the generalizability of the results to a broader student population. while the findings are promising, a larger sample would provide more robust evidence of the effectiveness of ethnoscience-oriented learning. lack of control group: as mentioned, the study did not include a control group that followed a traditional laboratory approach without ethnoscience content. this limits the ability to determine whether the observed improvements in performance were directly due to the ethnoscience-based methods or other factors, such as increased familiarity with laboratory work overtime. short duration: the study was conducted over a relatively short period, with three consecutive laboratory sessions. while the results show improvement, a longer-term study would provide more insight into the sustainability of these gains and whether the student persists https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1567 issn 1678-4618 page 8/10 beyond the initial learning phase. cultural specificity: the ethnoscience approach is closely tied to the cultural knowledge of the sasak tribe. while this is a strength in promoting local knowledge, it also limits the transferability of the approach to other regions with different ethnoscience traditions. a more diverse exploration of ethnoscience from multiple cultures could provide a broader application of this teaching method. authors’ contribution conceptualization: aliefman hakim; yusran khery; data curation: yusran khery; formal analysis: yusran khery; aliefman hakim; aa sukarso; funding acquisition: alieman hakim; investigation: yusran khery; methodology: yusran khery; joni rokhmat; project administration: yusran khery; resources: not applicable; software: not applicable; supervision: aliefman hakim; validation: joni rokhmat; aa sukarso; visualization: yusran khery; writing – original draft: yusran khery; writing – review & editing: yusran khery; aliefman hakim. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding the directorate of research, technology, and development (drtpm) under the ministry of education, culture, research and technology of the republic of indonesia for providing funding support for this research project. we are grateful for the financial assistance received under contract number 134/e5/pg.02.00.pl/2023. acknowledgments the authors would like to express their sincere gratitude to chemistry laboratory staff of universitas pendidikan mandalika who assist this study on treatment on learning and data collection. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references ansori, a.; 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2. critical thinking; 3. fake news; 4. media literacy; 5. science. section editors glaucia maria da silva degrève natany dayani de souza assai rogéria rocha gonçalves highlights disinformation on ph and diets calls for new approaches in acid-base teaching. a systematic review and thematic analysis guide the study's methodology. the review exposes limits of disciplinary acid-base teaching. media, and communication studies enrich acidbase teaching in this paper. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://ror.org/036rp1748 mailto:erasmo.silva@usp.br mailto:erasmo.silva@usp.br mailto:agnaldoarroio@usp.br mailto:glauciams@ffclrp.usp.br mailto:glauciams@ffclrp.usp.br mailto:natanyassai@id.uff.br mailto:natanyassai@id.uff.br mailto:rrgoncalves@ffclrp.usp.br mailto:rrgoncalves@ffclrp.usp.br review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 celebrating the centenary of the 20th century acid-base theory issn 1678-4618 page 2/9 1. introduction the 100th anniversary of acid-base theories offers an opportunity to reflect on how that knowledge is represented beyond textbooks and chemistry classes, and how educators might enhance their effectiveness in teaching those theories in more coherent, relevant and transformative manners. over a century of academic knowledge production on acids and bases, alongside the “scholarization” of acid-base theories, has revealed numerous challenges in teaching this topic. these challenges include a lack of conceptual and classificatory accuracy in textbooks (e.g. campos and silva, 1999; lima and moradillo, 2019), an insufficient or deficient approach regarding the phenomenological and particle levels during instructional processes (e.g. drechsler and van direl, 2007; furió-más et al., 2005), and a limited alignment of epistemological and historical approaches with core concepts (e.g. souza and silva, 2018). indeed, teaching acids and bases highlights a central issue in chemistry education: establishing effective and meaningful connections between the macroscopic, microscopic, and symbolic levels and other domains, such as science, technology, and society (sts), history of science, and epistemology. this paper addresses some of those challenges, especially regarding the portrayal of acids and bases in the media. paying attention to this specific context is deemed relevant in current times marked by social media and an influential load of inaccurate scientific information. to provide a glance at the inaccuracies, a message highly shared on whatsapp during the pandemic offered a misleading treatment for covid-19 based on an alkaline diet, alleging that sars-cov-2 possesses an acidic nature (locatelli, 2021). the message recommended consuming lemon (with a supposed ph of 9.9) and avocado (with an alleged ph of 15.6). in another case of whatsapp’s content, a post falsely attributed to specialists from the clinical hospital of são paulo, brazil, erroneously compared the alkaline property of herbal teas to the efficiency of antiviral drugs as an alternative way to treat the flu (ghinea et al., 2020). claims like the previous ones concerning health have particularly severe consequences regarding people’s quality of life (swire-thompson and lazer, 2022). considering messages that contest core scientific principles, it is crucial to confront them through the lens of misinformation and disinformation, terms that are part of the wider concept of information disorders (unesco, 2019). according to swirethompson and lazer (2022), misinformation is information contrary to the current scientific consensus; disinformation has the added attribute of being spread deliberately to gain money, power, or reputation. both are problems for society, but disinformation is particularly dangerous because it is frequently organized, wellresourced, and reinforced by automated technology (unesco, 2019). in the new scenario of social media, where the production and spread of scientific disinformation have reached unprecedented levels, it is reasonable to redouble efforts at teaching critical thinking, integrating critical discussion about media and science, aiming for civic and critical thinking training for everyone (arroio, 2017). it would not be different for chemistry teaching, mainly when socioscientific problems (such as the covid-19 pandemic) are intertwined with media, information, power, along with knowledge about science practices and contents (siqueira and arroio, 2022). 1.1. teaching science in times of digital media and disinformation in today’s global communication ecosystem, scientific knowledge, reliable information, and even facts often wield less influence than emotional appeals and personal opinions in shaping individual and collective decisions (arroio, 2017). this is particularly evident in matters such as vaccination, elections, and climate crisis policymaking (feinstein and waddington, 2020). some even name this historical moment the post-truth era, denoting “circumstances in which objective facts are less influential in shaping public opinion than appeals to emotion and personal belief” (oxford languages, 2016). valladares (2022) points out two factors that might explain post-truth: (1) socio-technical advancements of digital societies, which enable the rapid spread of vast amounts of information on social media; (2) and individuals with political agendas and corporate economic interests who further distort information to serve partisan goals or profit-driven projects. notably, digital media plays a pivotal role in both factors. in this scenario, a compelling argument for science educators is that they should go beyond teaching traditional scientific knowledge in the form of concepts and theories. osborne and pimentel (2023) argue that nowadays it is essential to prepare students as “competent outsiders” –individuals who can critically evaluate scientific claims and determine the credibility of sources– rather than “competent insiders”, who possess a broad but surfacelevel understanding of scientific concepts gained through formal education. to interact critically with scientific information, höttecke and allchin (2020) argue that students need a holistic understanding of the epistemic structure and provenance of scientific claims encountered in everyday life. this involves understanding the nature of science communication, including the full trajectory of these claims – the mechanisms, mediations, and potential distortions – as they move from experts to the public sphere through digital media (allchin, 2021; miller et al., 2021; reid and norris, 2015). in summary, this approach highlights the urgency of examining the pathways through which knowledge is mediated –from “test tubes to youtube” and from “lab book to facebook” (höttecke and allchin, 2020, p. 644)– to assess how knowledge maintains its integrity and reliability and to explore the social architecture that sustains and justifies trust in science. in the context of disinformation and the digital media landscape, science educators must recognize the enduring importance of teaching scientific concepts and theories. valladares (2021) highlights that a crucial yet often-overlooked dimension of contemporary science literacy is the ability to read and write using the specific codes, norms, and language of science. science educators bear a historical and cultural responsibility to equip students with the skills needed to effectively engage in scientific language. because scientific practices are inherently textual, proficiency in reading, writing, and communicating scientific information is essential for a deeper understanding of science itself (santos, 2007; silva and sasseron, 2021; valladares, 2021). furthermore, it is well understood that this fundamental aspect of scientific literacy, when integrated with suitable educational goals, approaches, and other knowledge, offers essential and transformative potential in an era dominated by digital media and disinformation (siqueira and arroio, 2022). after all, concepts like ph and acid-base theories are key to unveiling disinformation, such as that surrounding so-called alkaline diets. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 celebrating the centenary of the 20th century acid-base theory issn 1678-4618 page 3/9 in summary, a prominent approach to teaching science in the current era is to foster the ability to read and write in the language of science, promote an understanding of the nature of science communication –including its norms, social actors, and epistemological practices– and integrate critical, technical knowledge of media and digital communication, such as its languages, values, interests, and ideologies (belova and eilks, 2015; cardoso and gurgel, 2019; silva and arroio, 2025; siqueira and arroio, 2022). this paper examines how peer-reviewed publications for chemistry teaching approach the representation of acid-base theories in the context of informational disorders, and expands, when appropriate, their contributions by proposing additional content that could be integrated into chemistry classes alongside the analyzed cases. ultimately, it is expected to provide more elements for critical and broader readings of acid-base theories in traditional and modern media, particularly in the context of disinformation and misinformation. 2. experimental the experimental approach begins with a systematic review (aromataris and pearson, 2014; shaheen et al., 2023) to select peerreviewed papers in both english and portuguese that examine the representation of acid and base content within information disorders across various media genres. furthermore, this analysis specifically focuses on publications of chemistry teaching. as a following step, the experimental procedure also included reanalyzing, when necessary, some of the media and messages conveyed in the papers through a critical lens, suggesting other contents that could be addressed in chemistry classes. in this sense, the experimental procedure consists of four procedures as follows. 2.1. procedure 1 through a systematic review, the first step included consulting six academic databases (eric, scielo, latina, scopus, web of science, and capes journals) whose indexed papers contained in the title, summary, or keywords the following terms: fake news and chemistry; disinformation and chemistry; misinformation and chemistry; conspiracy theory and chemistry; post-truth and chemistry1. the keywords were systematically selected to capture meanings related to informational disorders, aligning with shaheen et al. (2023)'s recommendations on identifying key concepts, search terms, and establishing appropriate inclusion and exclusion criteria. considering the narrow context of the search, no time constraints were applied. with the search results, this first procedure entailed reading all the resulting papers’ titles and summaries to select those related to chemistry teaching. this first curation process resulted in ten peer-reviewed publications. 2.2. procedure 2 the second step involved reading all ten papers from procedure one, with the aim of selecting those that partially or integrally address acid-base theories. this second curation procedure resulted in four peer-reviewed papers (table 1). table 1. papers that address information disorders related to acid-base theories in media for chemistry teaching. papers authors title how acid-base-related contents are explored i cunha (2021) [chemistry in fake science] a química “mal dita” em fake science the paper analyzes fake science messages (according to the authors, fake news with scientific content) in written and video formats spread on whatsapp during the first two years of the covid-19 pandemic. the publication aims to provide teachers with classroom material to problematize and discuss chemistry and the nature of science knowledge present in fake science messages. the paper presents and discusses chemistry-related content from seven messages. in five of them, acid and base theories are conveyed. ii ribeiro et al., (2022) [discussing fake news related to chemistry during the covid-19 pandemic: what was its influence on students?] discutindo fake news sobre química durante a pandemia da covid-19: como elas têm influenciado os alunos? the paper analyzes and discusses students’ responses to twelve affirmations related to cases of disinformation broadly spread online during the first two years of the covid-19 pandemic. one hundred twenty-two high school students participated in the research. the twelve affirmations are further contextualized and corrected from the perspective of the related chemical concepts. among the affirmations, three convey acid-base theories: 1) vinegar is a more efficient alternative to protect against the virus than alcohol gel; 2) lemon is an alkaline and efficient fruit to protect against the sars-cov-2 virus; 3) gargling with water and baking soda helps to protect against the virus. iii toby (1997) chemistry in the public domain: a plethora of misinformation—or don’t believe everything you read in the newspapers! the paper presents examples of various kinds of chemical information disorders culled from newspapers and magazines. the media’s statements are debated, considering the (in)accuracy of the associated chemical concepts. the paper shows and discusses twelve excerpts, some with conceptual errors and others with quantitative mistakes. two of them are related to acid-base theories. iv algarra et al. (2008) magnetized water: science or fraud? the paper presents the results of a laboratory experiment measuring drinking water's total hardness, surface tension, and ph after filtration through a commercial device. it also problematizes how chemistry concepts are portrayed in the device’s advertisement. source: elaborated by the authors. 1for each database, a second round of searches was conducted using the equivalent terms in portuguese: fake news and química; desinformação and química; informação incorreta and química; teoria da conspiração and química; pós-verdade and química. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 celebrating the centenary of the 20th century acid-base theory issn 1678-4618 page 4/9 2.3. procedure 3 the third step included identifying patterns and trends, resorting to the principles of thematic analyses, a method of qualitative data analysis to identify, analyze, interpret, and report patterns (themes) from qualitative data, such as textual documents (souza, 2019). thematic analyses were crucial for identifying trends in how acid-base contents are conveyed in the publications and for highlighting gaps to recommend contents that could be addressed from the media and contexts under study (following procedure). 2.4. procedure 4 stemming from the patterns and gaps identified in the previous step, the final phase involved selecting and adapting additional content that could be incorporated into chemistry classes. this selection considered the media and contexts analyzed in the reviewed publications and was grounded in contemporary science education literature, particularly debates surrounding science, media, and informational disorders. 3. results and discussion first, it is essential to highlight that systematic reviews do not require a minimum number of resulting studies, as they can vary significantly depending on the research topic, investigative focus, and available evidence (aromataris and pearson, 2014). this paper argues that in the context under study, four papers are insufficient to establish patterns among data, primarily due to the narrow scope of investigation: academic peer review focused on acid-base content within information disorders across various media genres. however, there is value in this limited dataset. as shaheen et al. (2023) point out, in cases where available or reliable data is lacking, it is imperative to explicitly state limitations and provide a sound rationale for the absence or unreliability of data. shaheen et al. (2023) further note that while statistical tests typically require larger sample sizes to ensure representative distributions and enable generalizations, the relevance of sample size in qualitative research is generally reduced. therefore, despite the limited results, this paper focuses on reinforcing or proposing perspectives for teaching acid-base theories in the context of information disorders, relying on the current review findings without applying quantitative treatments. the four publications explore acid-base contents through socio-scientific contexts: the covid-19 pandemic (papers i and ii), chemistry-related information disorders in newspapers and magazines (paper iii), and water-filtering health claims (paper iv). through these studies, the authors underscore the crucial role of natural science and chemistry teaching in understanding chemical content in various media (social media, tv, magazines, and newspapers). more importantly, all of them stress the significance of contextual learning in enhancing the relevance of chemistry teaching. besides, it is highlighted that knowing chemical contents (papers i, ii, iii) and processes (paper iv) – in other words, having conceptual and procedural understanding – is a legitimate way to not fall for information disorders in traditional and digital media. as paper iv’s authors state, “chemistry applied to magnetic treatments of water provides a good opportunity to help university and secondary students develop educated skepticism against claims made about some products” (algarra et al., 2008, p. 1416). paper iv is the only article that goes beyond a conceptual approach, demonstrating how advertisement claims can be verified by experimentation and conceptual discussion, such as ph scale. the acid-base contents are addressed in various forms and include ph scale (papers i, ii, and iii), acid-base reactions (paper i and iii), and buffer solutions (paper i). the authors use contents to debunk the information disorder, as seen in paper i, which discredits a message claiming that tea with lemon and sodium bicarbonate can alkalize the immune system and cure covid-19: sodium bicarbonate (nahco3), is classified as an acidic salt [....] if it is mixed with any acid, it releases carbon dioxide and water. its most well-known use is as a stomach antacid, neutralizing the excess hcl present in gastric juice. the mixture of sodium bicarbonate and lemon acts as a buffer in the body, and there is no evidence that it works in viral conditions (cunha, 2021, p. 9). it is worth highlighting that the paper i stands out as the only publication concerned with preliminary aspects of media literacy and the nature of science. it suggests that discussions should include: how scientific authority is used to legitimize disinformation; how scientific knowledge is produced; and how social media platforms influence the circulation and reach of false scientific claims. however, in paper i, these elements are only briefly suggested, focusing predominantly on a conceptual analysis aimed at debunking acid-base-related information disorders. acknowledging the significance of these conceptual approaches, this paper advocates for expanded discussions on media and messages, considering contemporary challenges and what science education can be in service for nowadays. for example, papers ii, iii, and iv do not go further and discuss elements both fundamental for media literacy and science literacy, such as: how the messages were created and distributed; how nature of science is portrayed; what values and ideologies are present or absent; how and why the platforms that distribute the messages affect them; etc. in the next section, this paper amplifies the debate, suggesting contents that go beyond the text (or the acidbase contents) and bringing up contents that compose the messages’ broader context. those contents are usually absent in traditional chemistry classes but are recognized as fundamentals to make them more contextual and meaningful in contemporary times. 3.1. nature of science one disinformation analyzed by paper i refers to a video message through which an unidentified person defends a highly efficient covid-19 treatment assigned by professor chen durrine, an alleged medical researcher in the military hospital of pequin, china. the narrator claims that hot lemon can inhibit the proliferation of the sars-cov-2 virus. for this, the lemon must be cut into three parts and mixed with hot water, which would transform the blend into alkaline water. moreover, the person claims that the carboxylic acids from the lemon tea could yet regulate hypertension, blood circulation, and reduce blood clotting. paper i’s author debunks the claim of “alkaline water” made of lemon tea, using the chemical concepts of acids and bases, ph scale, and buffer solution. they also briefly commented that there was not enough evidence about the claimed efficiency of vitamin c (ascorbic acid) against covid-19. departing from the cited disinformation, those elements are suggested to be addressed in the chemistry classroom, but with more emphasis on the conceptual domain. taking into consideration the paper’s findings about the disinformation mentioned, it is argued that the nature of science is one aspect that can be covered with similar emphasis. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 celebrating the centenary of the 20th century acid-base theory issn 1678-4618 page 5/9 to better understand how science-related information is conveyed in media, specialists advocate fostering in science classes a deeper understanding of how scientific knowledge is created and communicated (allchin, 2021; osborne and pimentel, 2023; reid and norris, 2015). for example, it is not desirable to solely question the existence or non-existence of the cited military hospital of pequin and its researcher, professor chen durrine, but also debate whether one researcher or one research center is enough to represent scientific knowledge. science is a social enterprise based on the consensus of specialists (allchin, 2012; höttecke and allchin, 2020; oreskes, 2019). moreover, understanding scientific knowledge as the result of rigorous consensus among experts from diverse backgrounds and experiences is a crucial factor that makes science more reliable than other forms of knowledge (valladares, 2022). it is also necessary to recognize that science requires the contribution of those with relevant background knowledge (oreskes, 2019). thus, a statement made in the name of science by someone without expertise in the relevant scientific disciplines— such as a physician promoting an alkaline diet—is practically meaningless if it does not align with and reinforce the consensus established by scientific specialists. under this approach, the focus is to investigate the author, not the (dis)information content, since science is a social endeavor, and epistemic trust emerges as a critical aspect (oreskes, 2019). this is evident in the reliance on the work and findings of other specialists, their critiques, and so forth. however, trust is not assumed, but earned based on a track record of credentials, such as quality of educational background, mentors, coauthors, and home institutions (höttecke and allchin, 2020; reid and norris, 2015; valladares, 2022). in this sense, paper ii’s authors discuss a disinformation video through which a worker of the chemistry industry in brazil, proclaiming himself as a self-educated chemist, criticizes the use of alcohol 70% (w/v) to combat sars-cov-2. according to him, the hygiene protocols with alcohol 70% were recommended solely and exclusively for the financial gain of the pharmaceutical industry, suggesting the use of vinegar for hand sanitation instead. conceptual and procedural mistakes can be easily pointed out in the self-educated chemist’s statement. the attempt to speak on behalf of science, by self-assigning credentials as a chemist, presents an intriguing case for discussing consensus, expertise, and epistemological trust. this is particularly relevant since, despite lacking a formal degree in chemistry, not all chemists may be considered experts in the specific matter addressed. in summary, consensus, expertise, and epistemological trust are key attributes underpinning science's reliability. as valladares (2022, p. 1326) states, they “[...] guarantee that personal judgments and opinions [...] do not dominate over the rest and be controlled intersubjectively, to a significant degree, by trained collectives, who have credentials that [...] identify them as experts in a field”. another essential aspect emerged from the analyzes made by the four papers, but not fully addressed in any of them, is uncertainty. paper iv’s authors, for example, state that the results obtained in the experiment do not support the claims that the water filter’s magnetizer acts on water properties as it is amply advertised. however, they acknowledge that only a limited number of experimental measurements for each parameter were made and students should draw their conclusions based on the experimental setting adopted and the resulting outcomes. in the same venue, paper i’s author analyzes a disinformation spread on whatsapp in which it is promised that a mixture of lemon, baking soda, and hot water would eliminate sars-cov-2. to debunk this disinformation, the author starts by declaring that the mixture serves as a buffer solution in the body, and there is no evidence that it acts on viral conditions. here, stemming from the recognition that additional experiments could strengthen paper iv's conclusions and the observation that there is no evidence supporting the claim analyzed in paper i, it is crucial to acknowledge that these nuances of uncertainty –an inherent part of scientific practices– are often met with skepticism or outright denial by those unfamiliar with nature of science (rosenberg et al., 2022). people usually do not deal with uncertainty without anguish; the assurance offered by some health-related disinformation is appealing and comforting (lu et al., 2021). therefore, when dealing with scientific disinformation, it is crucial to address uncertainty as a content to better comprehend science limitations, not ceasing to be a uniquely important tool for addressing socioscientific problems (covitt and anderson, 2022). it is plausible to address elements of uncertainty in both quantitative forms (e.g., error bars, ranges of predictions, statistical tests, etc.) and qualitative forms (e.g., alternative hypotheses, limitations of studies, questions for future research, etc.) (covitt and anderson, 2022). yet, teaching about uncertainty in the mentioned context also means complexifying the usual science class exercise of labeling information as fact (scientifically correct) or fake (scientifically incorrect). care should be taken not to reduce the problem of disinformation to a simple true-or-false dichotomy; instead, students must understand that truth can sometimes be inaccessible, and that knowledge may be uncertain, biased, or ambiguous (hauge, 2022). incorporating subjects and practices related to the nature of science can foster a deeper understanding of how science is conducted and functions as a social institution. teaching the nature of science in these terms emphasizes epistemological performance as a core competence across the curriculum (valladares, 2021). without this focus, science education risks falling short of its transformative potential. 3.2. traditional and modern media functioning one crucial dimension to better understand how scientific (dis)information circulates into society is to comprehend how scientific claims reach the lay public. this is a fundamental aspect of the nature of science, precisely regarding how science communication happens in and outside of scientific communities (belova and eilks, 2015; cardoso and gurgel, 2019; siqueira and arroio, 2022). teaching and learning about science also include a broader epistemological understanding of scientific knowledge flow (allchin, 2015). taking this approach, it is highlighted following the role of traditional and modern media in providing access to and transforming scientific information. beginning with traditional media, paper iii’s author highlights imprecisions about chemical concepts in newspapers, as exemplified by a u.s. newspaper's statement about ammonia's contribution to acid rain (potentially a case of scientific misinformation). this serves as an opportunity to delve into two key contents: mediation and the role of media as gatekeepers. first, this mediation process –or conveying knowledge to lay public– is not a neutral enterprise (funk et al., 2019). therefore, students need to understand that media outlets have, in general, commercial or governmental purposes (cardoso and gurgel, 2019; höttecke and allchin, 2020; kellner and share, 2019). this implies that even reputable media may occasionally prioritize sensationalism over scientific accuracy to attract new audiences (reid and norris, 2015). through this mediation process, specialized journalists serve as curators of scientific information, meaning they select https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 celebrating the centenary of the 20th century acid-base theory issn 1678-4618 page 6/9 what readers deem worthy of access (höttecke and allchin, 2020). consequently, scientific information is adapted or reconstructed to reach non-specialist audiences. this transposition (or reconstruction) effort inevitably “alters” scientific knowledge and, in some cases, can make it inaccurate, especially when professionals involved do not have sufficient expertise on the subject in question (cardoso and gurgel, 2019). besides, mediation efforts and the quality of scientific information published are impacted by the quantity of information sources and the time allocated for editing and publication (typically short due to the pressure to “publish first”) (reid and norris, 2015). therefore, the role of journalists is crucial in communicating science to the public, yet this mediation may lead to undesirable outcomes. for instance, in 1983, the brazilian magazine veja reported on a hybrid fruit supposedly made of tomato and cow fibers. however, the original story was an april fools’ joke published by the british magazine new scientist, which veja mistakenly presented as accurate and only retracted days later (stroppa, 2018). on the other hand, some sectors of journalism have positively contributed to science communication by, over the last 70 years, highlighting the importance of scientific knowledge on the climate crisis and indirectly mobilizing political action (höttecke and allchin, 2020). the merchandizing context analyzed by paper iv’s author also extends the debate over the mentioned mediation process of scientific knowledge. advertising primarily serves commercial interests, often at the expense of information quality. they typically offer minimal, if any, evidence, and the evidence for claims is frequently abbreviated or falsified (belova and eilks, 2015; belova et al., 2015; kellner and share, 2019). the enduring historical and cultural trust between the public and science remains a consistent element in advertising. this trust explains why scientific language and references to scientists are often emphasized to convey persuasive marketing messages—such as in the case of the filtering device analyzed in paper iv, which falsely claims to reduce water acidity, while offering little rigor regarding the accuracy of the underlying concepts and procedures. being well-informed about scientific knowledge and practices may be enough to avoid falling for misleading claims in advertisements (dodds et al., 2008). however, learning both with and about advertising, focusing on its rhetoric and convincing strategies, can increase even more chemistry’s contribution to the development of science and media literacy (belova and eilks, 2015). when it comes to social media such as facebook, whatsapp, and instagram (platforms where all the messages analyzed by papers i and ii broadly circulated through), their impact in the mediation of scientific knowledge increases and complexifies exponentially. this statement is supported by the evidence that false news is 70% more likely to be retweeted than fact-checked information (vosoughi et al., 2018). this tendency to overlook systematic and well-founded knowledge is explained by social media architecture (kellner and share, 2019). some social media platforms were made for people to react and interact, via commenting, liking, reposting, sharing, upvoting, and so on, prioritizing popularity and summarized communication over information accuracy (bimber and zúñiga, 2020). the consistent impact of social media architecture on the quality of scientific information justifies its incorporation as a content into chemistry curricula, particularly when addressing issues of disinformation. social media architecture provides other important contents to address regarding how scientific information reaches out to the public. from the contexts analyzed by papers i and ii, it is worth highlighting three important aspects: filter bubble, economy of attention, and eco chambers. while the internet offers unparalleled access to diverse information, it can also have the opposite effect by reinforcing existing beliefs and marginalizing opposing viewpoints (pivaro and girotto júnior, 2020). the filter bubble effect is a consequence of the logic of communication behind social media, which, based on user's past behaviors, tailor personalized contents to please and keep them connected (schulz and roessler, 2012). this business model is called the attention market, through which big tech companies compete for users’ attention, processing and selling it to advertisers (wu, 2019). one side effect of this logic is the formation of echo chambers, communities on social media formed by people with similar preferences, where false scientific ideas are more likely to be endorsed than questioned or challenged (höttecke and allchin, 2020). 3.3. values and ideologies characterizing certain misleading science-related information as disinformation, instead of fake news, post-truth or pseudoscience has one fundamental reason: to shade light on purposes and motivations of those who create and disseminate disinformation (swire-thompson and lazer, 2022). this is why it is crucial to recognize the relationship between information and power, especially when cases of scientific disinformation are not merely due to a lack of scientific literacy but are instead driven by anti-democratic agendas (arroio, 2020; feinstein and waddington, 2020; pivaro and girotto júnior, 2020). for instance, the well-documented efforts of corporations to undermine the scientific consensus on the harmful effects of smoking and the reality of climate change are particularly notable (oreskes and conway, 2010). these controversies were intentionally manufactured to sideline science-based public policies and prioritize economic and ideological agendas. in her book why trust science, oreskes (2019) argues that the primary strategy of science deniers is to create the impression that the relevant science is unsettled and that the pertinent scientific issues are still open to debate. oreskes' solution involves two dimensions, both explored in this paper. first, in dialogue with the nature of science's framework, she advocates teaching how science works, emphasizing that there are often sound reasons to trust established scientific claims. the second approach is to expose the ideological and economic motivations behind the science denial, revealing that the objections are not rooted in science but are instead political and ideological. for science educators, valladares (2021) recommends revealing the conflicts of interest, ideological biases, and economic motivations behind science denial, emphasizing it as a political strategy to undermine public trust and highlighting the need to understand the social, political, economic, historical, and epistemic dynamics of science. therefore, efforts to discredit scientific knowledge without the epistemological rigor, or to sway public trust towards the “wrong science” (knowledge outside the specialist consensus) (allchin, 2021), must be examined in the context of underlying values and ideologies. this approach will offer a deeper understanding of the scientific disinformation at hand. for instance, the messages analyzed in papers i and ii propose simplistic and miraculous remedies to fight sars-cov-2, such as adopting an alkaline diet and using vinegar for hand sanitization. simultaneously, these claims cast doubt on the health protocols recommended by expert-based organizations like the world health organization (who). in fact, usually behind movements like anti-vax and anti-mask –such as in the case of corporations trying to deny anthropological climate change– lay down antiscience, anti-technocratic, and anti-state views, along with the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 celebrating the centenary of the 20th century acid-base theory issn 1678-4618 page 7/9 protection of values based on self-determination (das and ahmed, 2021; oreskes, 2019). in this sense, there is evidence that as science-literacy and numeracy increased among us-americans, concern with climate change decreased, and what influences positive awareness among them is more cultural affiliation than scientific reasoning capacity (kahan et al., 2012). in another study, african-us-americans presented lower trust in the national healthcare system, as a possible result of a legacy of racial discrimination in medical research and in the national health system (boulware et al., 2003). therefore, to understand and then change how people grapple with scientific knowledge, it is necessary to comprehend their social and cultural context, addressing values, culture, history and ideologies (feinstein and waddington, 2020; kahan et al., 2012; silva and arroio, 2023). however, caution must be taken when conveying those contents in classroom to avoid the false conclusion that certain values and ideologies are anti-science by nature. or even that to better understand or make science is necessary to adopt a “neutral perspective”, treating values as corrupting influences. first, during the 1960s, the political left in usa criticized science for its military applications, while today, those on the political right critique it for highlighting flaws in contemporary capitalism (oreskes, 2019). second, science’s past and present give plenty of examples of when values have been in favor of a more humanized science. socialist values, for example, were crucial to some geneticists’ critique of eugenic thinking (oreskes, 2019); and indigenous’ philosophies have been decisive to improve the quality of scientific conclusions regarding analyses of risk and uncertainty in environmental disasters (covitt and anderson, 2022). in sum, science as an institution has historically been shaped by values such as technical and economic progress (lacey and mariconda, 2014). this is no different for science education which today formally prioritizes practices, goals, and subjects that reflect values like social participation, emancipation, and justice (silva and sasseron, 2021; silva and arroio, 2023; valladares, 2021). therefore, discussions around those contents seek to contribute to rethinking the teaching of acid-base theories in light of new cultural phenomena. it no longer makes sense for teaching to continue to focus solely on the transmission of traditional contents, given that they are covered in primary and secondary education, and after the many hours spent training students, they are still vulnerable to the information disorders circulating on social media (osborne and pimentel, 2023). scientific education needs to contribute to the development of these students' critical thinking and certainly the teaching of acid-base theories content can lead to this criticality when they are embedded in today’s social context. 4. conclusions this paper is grounded in the thesis that scientific disinformation and misinformation related to acid-base theories are more effectively addressed through multidisciplinary approaches. integrating content from various fields enriches chemistry education by reflecting the complexity of contemporary, real-world issue. this approach promotes a more critical understanding and supports meaningful transformation within the contemporary information ecosystem, helping to mitigate its adverse impacts on society. in this work, analyses of publications on how acid-base theories are addressed in cases of informational disorders revealed that a disciplinary approach heavily focused on chemistry content is often used to debunk erroneous messages, even when the contexts involve socioscientific issues like the covid-19 pandemic. on the other hand, this work defends and gives examples of how other contents (nature of science; traditional and modern media functioning; and values and ideologies) can be brought together with acid-base theories to a better understanding of disinformation and misinformation discussed in the analyzed papers. it should be noted that this paper does not present an exhaustive discussion of content possibilities. other topics are equally relevant and encouraged, such as media language and semiotics, audience interpretation and positionality, and critical approaches to science. the possibilities are vast since critical thinking is not a formula, but a journey (kovach and rosenstiel, 2011). it is important to emphasize that merely addressing a catalog of content is not sufficient to generate meaningful change in addressing the harms caused by disinformation. likewise, although teaching analytical procedures—such as identifying sources, genres, and formats of manipulated or falsified news—can be useful, they are not enough to tackle the complexity of the issue. what is required is the alignment of content with adequate resources, pedagogical principles, methodologies, goals, and competencies capable of fostering an education that is truly transformative. finally, the concepts of acids and bases are deeply intertwined with our daily lives. as the 100th anniversary of their theories approaches, this milestone offers an opportunity to reconsider how these concepts are taught and learned at all educational levels in an era dominated by social media. it is a chance to cultivate critical thinking in the current generation, laying the foundation for the next century of acid-base theories. authors’ contribution conceptualization: erasmo moises dos santos silva; agnaldo arroio; data curation: erasmo moises dos santos silva; formal analysis: erasmo moises dos santos silva; funding acquisition: not applicable; investigation: erasmo moises dos santos silva; methodology: erasmo moises dos santos silva; agnaldo arroio; project administration: agnaldo arroio; resources: erasmo moises dos santos silva; agnaldo arroio; software:erasmo moises dos santos silva; agnaldo arroio; supervision: agnaldo arroio; validation: agnaldo arroio; visualization: erasmo moises dos santos silva; agnaldo arroio; writing – original draft: erasmo moises dos santos silva; writing – review & editing: erasmo moises dos santos silva; agnaldo arroio. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references algarra, r. v. m.; zamora, l. l.; fos, g. m. a.; lópez, p. a. a. magnetized water: science or fraud? journal of chemical education. 2008, 85 (10), 1416–1418. https://doi.org/10.1021/ed085p1416 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 https://doi.org/10.1021/ed085p1416 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1530 celebrating the centenary of the 20th century acid-base theory issn 1678-4618 page 8/9 allchin, d. what counts as science. the american biology teacher. 2012, 74 (4), 291–294. https://doi.org/10.1525/abt.2012.74.4.17 allchin, d. from test tubes to youtube: nature of science in socioscientific issues and history. in emerging computacional media and science education. 2015. allchin, d. who speaks for science? science & education. 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3.1.2.1. teachers 3.1.2.2. students 3.1.3. data collection 3.1.4. data analysis 3.1.5. d1 3.2. r2d2 3.2.1. r2 3.2.2. population and sample 3.2.3. data collection 3.2.4. data analysis 3.2.5. d2 3.3. r3d3 3.3.1. population and sample 3.3.2. data collection and analysis 4. results 4.1. current state, problems and needs of teaching and learning chemistry 4.2. development of context-based small-scale chemistry stem (csscstem) model 4.3. effects of cssc-stem model on students’ learning achievement and learning and innovation skills: r2d2 5. discussion 6. conclusions author’s contribution data availability statement funding acknowledgments references this study aimed to; a) create the context-based small-scale chemistry stem (cssc-stem) model; and b) examine the effects of the cssc-stem model on students’ learning achievements and learning and innovation skills. the research methodology was research and development (r&d). in r1d1, 60 chemistry teachers and 136 students responded to reflect problems and needs about teaching and learning chemistry. in r2d2, 43 and 41 grade 11 students were in an experiment and control groups, respectively. in r3d3, 40 and 36 students were in the experiment and control groups, respectively. the results showed that the experiment group had higher learning achievement in rate of chemical reactions (t = 7.599, p < 0.05) than the control group. in addition, the experimental group had higher critical problem-solving skills (t = 20.968, p < 0.05) and creative thinking skills (t = 23.168, p < 0.05) than control group. the experiment group also gradually improved communication and teamwork skills throughout the model. the r3d3 results aligned with r2d2 showing the reliability of the cssc-stem model. article history received may 05, 2024 accepted august 07, 2024 published october 15, 2024 keywords 1. stem education; 2. small scale laboratory; 3. educational strategies; 4. educational needs; 5. learning and innovation skills section editor habiddin habiddin highlights cssc-stem is a new model. cssc-stem enhanced student learning and innovation skills. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 https://ror.org/01znkr924 mailto:khajornsak.bua@mahidol.ac.th mailto:krununachem@gmail.com mailto:khajornsak.bua@mahidol.ac.th https://orcid.org/0009-0008-4071-5007 https://orcid.org/0000-0003-2836-7552 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 2/16 1. introduction from the past to the present, science has held a pivotal role in our societies, encompassing various aspects of our everyday lives. the synergy between scientific advancement and human creativity has led to the emergence of technologies that enhance our efficiency and effectiveness in both our personal and professional endeavors. the body of scientific knowledge equips individuals with a heightened understanding of natural phenomena, fostering greater awareness. furthermore, the scientific process fosters the development of diverse cognitive skills such as logical, creative, analytical, and critical thinking, while also nurturing practical proficiencies including problemsolving, inquiry, and decision-making capabilities. science plays a crucial role, particularly in enhancing our capacity to make well-informed decisions grounded in reliable and empirical evidence. it contributes to the formation of a modern societal culture referred to as the “knowledge-based society”. given the paramount significance of science as highlighted earlier, it is imperative that everyone strives to become scientifically literate. a scientifically literate individual not only possesses foundational scientific knowledge about natural phenomena and human-made technologies but also can logically and ethically apply this scientific knowledge to their everyday life, thus enabling them to navigate the complexities of the world. these attributes of scientific literacy within individuals contribute to the responsible application, sustainable upkeep, and progressive development of both the natural environment and its resources. this comprehensive perspective nurtures a harmonious and enduring coexistence with our environment (institute for the promotioin for promotion of teaching science and technology (chanprasert, 2014)). the paramount importance of science accentuates the crucial need for effective science education. however, the process of teaching and learning science in thailand is still confronted by various difficulties and obstacles. the results of the ordinary national education test (o-net) in grades 10-12 science subjects throughout the academic years of 2014-2016 remained persistently below the expected threshold, registering at 32.54%, 33.40%, and 31.62% respectively, all falling short of the established standard (national institute of educational testing service (public organization) (niets), 2017). the national education plan b.e. 2560-2579 (a.d. 2017-2036) further highlights the ongoing dissatisfaction with the outcomes of educational advancement, given that students' learning achievements continue to fall below both established standards and the performance of other asian countries. despite a growing inclination among students to seek out additional knowledge, there remains a deficit in their capacity to effectively organize and synthesize the gathered information (office of the education council (onec), 2002). relying solely on lecture-based instruction might prove inadequate in enabling students to fully grasp the intended subject matter, potentially resulting in both inadequate content acquisition and a sense of disinterest towards science learning (passakchai and kuno, 2015). this, in turn, can contribute to a diminished enthusiasm for pursuing further studies in the domains of science and mathematics. the aforementioned phenomenon highlights an issue within science education in schools, potentially resulting in a deficiency of motivation for students to engage in science learning. additionally, this situation can hinder the establishment of connections between scientific knowledge and its practical applications in daily life, as well as its relevance to future pursuits and careers. hence, the ministry of education is actively engaged in revising the basic education core curriculum, with the aim of aligning it more effectively with the development and preparation of students as valuable human resources for the 21st-century global landscape. the focus lies in fostering a meaningful comprehension of science among students while nurturing the essential 21st-century skills vital for both their personal and professional lives. to achieve these objectives and enhance the country’s competitiveness in the face of evolving science and technology, an integrative curriculum has been proposed. this curriculum, designed to span both individual subjects and their intersections, presents a strategic solution for addressing the aforementioned goals (ministry of education, 2017). one of the prominent approaches within the integrative curriculum is stem (science, technology, engineering, and mathematics) education. various studies indicate that stem education has demonstrated a notable enhancement in students' learning achievements when compared to conventional teacher manual-based teaching approaches (khammamung, 2017; wicheansang et al., 2018; khonchaiyapham, 2017; poonruang, 2016; saengpromsri, 2015). consequently, an imperative step is to encourage science educators to embrace and implement stem education not only in the realm of teaching science but also in related subjects. numerous research studies corroborate the assertion that stem education ignites a heightened enthusiasm for learning, fostering a willingness to tackle challenges, and bolstering students’ self-assurance as they engage with science at advanced levels and in subsequent educational endeavors (pornthip siripithrachai, 2017: 50). notably, khammamung (2017) examined the impact of stem education on grade 10 students’ comprehension and critical thinking in the context of chemistry reactions was examined. her findings unveiled that stem education contributed to a heightened eagerness for learning and facilitated the interlinking of science, technology, engineering, and mathematics knowledge. additionally, students demonstrated increased engagement with the subject matter and a propensity for collaborative work within groups. this approach resulted in a statistically significant elevation in students' learning achievement and critical thinking skills at a level of significance of .01. furthermore, poonruang (2016) found that grade 11 students, upon exposure to stem education, exhibited greater advancements in learning achievement and problem-solving prowess within the realm of chemical life topics, compared to their previous achievements at a .05 statistical significance level. additionally, stem education was instrumental in elevating grade 11 students' learning achievement, science process skills, and positive attitudes toward learning chemistry to a level significantly surpassing the outcomes of traditional teaching methods (saengpromsri, 2015). furthermore, in the research by ketsrisakda et al. (2017), the experiment group of students who received instruction through stem education demonstrated superior learning achievement compared to their previous levels at a 0.05 statistical significance level. importantly, the same experiment group outperformed the control group, which was taught through conventional methods, in terms of learning achievement, also reaching a 0.05 statistical significance level. among the myriad skills encompassed by the 21stcentury repertoire, learning and innovation skills take a pivotal stance for students in this era, as these proficiencies prove essential for navigating the complexities of contemporary lives and future careers. the evolving landscape demands a skill set that transcends the conventional, an exigency aptly addressed by learning and innovation skills. nevertheless, the revelations https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 3/16 drawn from the onet (ordinary national education test), and pisa (programme for international student assessment) assessments of thai students highlight a concerning trend. students' onet scores manifest a deficiency, while their pisa scores left behind those of other countries with similar gross domestic product (gdp) standings (national education plan b.e. 2560-2579 (a.d. 2017-2036). the roots of these challenges are multi-fold. one significant contributor lies in the students' disproportionate focus on university entry facilitated by tutoring, which might inadvertently undermine self-regulated learning, problem-solving capabilities, as well as communication and creativity skills. the curriculum and learning systems also merit scrutiny, as they tend to disproportionately emphasize content absorption and the rote memorization of information. consequently, this emphasis tends to overlook the holistic development of skills. the result is a student body lacking proficiencies in creative thinking, innovative approaches, analytical and synthetic reasoning, and effective learning strategies. a noteworthy contributing factor lies in the students’ disproportionate concentration on university admission, often facilitated by tutoring, inadvertently eroding their self-regulated learning, problem-solving abilities, and even communication and creativity skills. moreover, the scrutiny of curricula and learning systems is warranted, as they tend to place undue emphasis on mere content assimilation and rote memorization. consequently, this emphasis undermines the comprehensive development of skills. the outcome is a student populace deficient in essential proficiencies, encompassing creative thinking, innovative approaches, analytical and synthetic reasoning, as well as effective learning strategies (chulawattanatol, 2013). penratanahiran and thongkham (2011) explored the challenges faced by primary school students in relation to the 4cs: critical thinking, communication, collaboration, and creativity. the findings illuminated several areas of concern. specifically, in the domain of critical thinking, it was evident that students displayed shortcomings in observation and problem-solving skills. their grasp of analytical, logical, and critical thinking was also deficient. this deficiency was exemplified by students' inability to assess the reliability of data sources and their tendency to overlook the search for pertinent information, thus culminating in decisions that were not well informed. furthermore, the students demonstrated a lack of proficiency in systematic problem planning and resolution, as well as an inability to conceive fresh approaches when addressing the challenges at hand. in terms of communication, a notable deficiency was observed among students, particularly in their understanding and practical application of effective communication techniques. they exhibited challenges in employing suitable language for reading, writing, and speaking contexts. furthermore, they struggled with competently receiving and comprehending the nuances of conveyed messages. a distinct lack of self-assuredness was evident when expressing themselves to others, notably during classroom presentations. moreover, it was apparent that students sometimes intertwined their viewpoints with factual data, inadvertently leading to misunderstandings among their audience about the intended message. in the realm of collaboration, students displayed a tendency towards self-centeredness, often at the expense of acknowledging and respecting their peers' opinions and capabilities. their capacity to engage effectively in group dynamics was notably compromised. they struggled when it came to cooperative endeavors such as joint planning, decisionmaking, and task execution within teams. while a subset of students exhibited some proficiency in teamwork, their ability to adapt or seamlessly transition into diverse situations or groups remained a challenge. additionally, certain students encountered communication barriers stemming from differences in racial backgrounds and languages, further complicating the collaborative process. additionally, certain students encountered communication barriers stemming from differences in racial backgrounds and languages, further complicating the collaborative process. addressing creativity, a prevalent trend was the students' deficiency in generating novel ideas, which often stemmed from their limited reservoir of supporting knowledge and experiences. furthermore, they exhibited an insufficiency in self-efficacy related to creative thinking, frequently experiencing uncertainty due to their perceived inadequacy and apprehensions about encountering failure. the classroom environment, largely characterized by its teacher-centric nature, also exerted an influence on students' creative tendencies. in such settings, students frequently awaited instructions from the teacher instead of independently contemplating solutions. consequently, students often retreated to the safety of their comfort zones, foregoing ventures into imaginative and creative thinking. this inadvertently hindered their capacity to think outside the conventional framework and inhibited the demonstration of their creativity and innovative ideas. in the present era, our society is undergoing profound and constant transformations, primarily driven by the rapid progress of information and communication technology. this advancement has catalyzed the swift dissemination of new information and knowledge on a global scale. consequently, a significant responsibility rests upon the government's shoulders: that of nurturing a human resource equipped with the vital 21stcentury skills, essential for thriving in an ever-evolving landscape. recognized as a potent pedagogical approach, stem education has garnered widespread acceptance for its capacity to cultivate the 21st-century skills among students (gonzalez and kuenzi, 2012; samahito, 2014; siriphatrachai, 2013; chulawattanatol, 2013; seneewong, 2013; acharry, 2019; chanprasert, 2014). in thailand, stem education has gained prominent recognition as a pedagogical approach integral to preparing young thais for the future. since 2013, it has been progressively integrated into science education across the nation (siriphatrachai, 2013). stem education is centered on fostering a cohesive approach to teaching, amalgamating the disciplines of science, technology, engineering, and mathematics. students engaged in stem education are proactively encouraged to tackle real-world challenges, applying the engineering design process to create innovative solutions and construct knowledge autonomously (pudcha, 2016). the essence of stem education lies in nurturing an active and inquisitive mindset within students, emboldening them to embrace challenges and cultivate the self-assurance required to pursue advanced scientific learning (siriphatrachai, 2013). as an educational paradigm, stem education stands as a catalyst for the development of creative thinking, higher-order cognition, and 21st-century skills (chanprasert, 2014). the implementation of stem education commences by immersing students in locally relevant issues they are familiar with. this approach allows for the construction of new knowledge by challenging existing perspectives and prior experiences. moreover, it empowers students to seamlessly integrate newfound knowledge into their daily lives, thus imparting a profound sense of meaning to their learning. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 4/16 regarding the teaching and learning of chemistry within the educational context of thailand, a prevalent issue persists in most chemistry classrooms concerning laboratory activities. this predicament stems from the scarcity of laboratory equipment and the overwhelming student-to-classroom ratio. with laboratory resources often only accommodating two to three student groups, the limitations in equipment hinder the practical aspect of learning. in response, educators commonly resort to demonstrations and lectures to convey laboratory concepts. regrettably, this approach gives rise to subsequent complications, notably a deficiency in students' hands-on experience with chemistry experiments and a lack of proficiency in scientific processes. additionally, the majority of chemistry experiments featured in textbooks adhere to traditional methodologies, emphasizing stringent procedures to save time during experimentation. a solution to this challenge emerges in the form of smallscale chemistry (ssc) (tamuang et al., 2017), a novel approach to conducting chemistry experiments. ssc offers several advantages, primarily centered around safety, cost-effectiveness, convenience, and efficiency. by utilizing smaller quantities of chemicals and repurposing containers, ssc utilizes familiar substances and materials drawn from students' daily lives. this approach also minimizes the exposure to hazardous chemicals like acids and bases, subsequently reducing the potential risks associated with their usage. notably, ssc enables teachers to better manage situations involving potential chemical leaks, given the diminished quantities employed. embracing ssc empowers chemistry educators with heightened control over laboratory proceedings, cultivating an environment that seamlessly combines efficiency with enhanced safety measures (loei rajabhat university, 2018; acharry, 2019). through ssc, the barriers posed by limited resources and large classroom sizes are mitigated, empowering educators to provide students with a more engaging and practical chemistry education. the existing challenges in the realm of chemistry education in thailand underscore the need for a fresh approach that can truly align with the intended educational objectives. in light of this, chemistry educators should embark on an exploration of diverse and impactful teaching methodologies that place student-centered learning at the forefront. vital to this transformation is the provision of direct experiences and opportunities for self-directed learning and the active construction of knowledge, employing the scientific method and its associated processes. to raise the bar of chemistry education, the cultivation of innovative teaching strategies becomes paramount within the field. given the aforementioned challenges, a pedagogical breakthrough in chemistry education manifests in the contextbased small scale chemistry stem (cssc-stem) model. this innovative framework advocates for the seamless integration of ssc with stem education, harnessing real-world scenarios and localized contextual challenges as effective conduits for learning and understanding. through this model, the barriers to engaging chemistry education are dismantled, paving the way for a more dynamic and meaningful learning journey. the challenges associated with teaching and learning chemistry in thailand indicate that past efforts have not successfully met the established goals. to address this, chemistry educators should explore a range of effective teaching methods that prioritize student-centered learning. it is imperative to offer students more direct experiences and occasions for autonomous learning and knowledge construction, employing the scientific method and processes. to elevate the standard of chemistry education, the development of innovative teaching methods in the field is essential. given the previously highlighted challenges, a pedagogical innovation for chemistry education emerges in the form of the context-based small scale chemistry stem (csscstem) model. this model advocates the integration of ssc with stem education, utilizing real-life situations and local contextual problems to facilitate effective learning. 2. literature review 2.1. stem education the national education act of 1999, section 24(1), emphasizes that educators must align the content and activities with the interests and aptitudes of students, taking into consideration individual differences. it underscores the need for teachers to cultivate skills, thinking processes, management strategies, problem-solving abilities, and the application of knowledge through real-life situations. additionally, it encourages a focus on hands-on learning, practical exercises, critical thinking, action-based learning, cultivating a love for reading, and fostering continuous curiosity (national education act, 1999: 8). further elaborated in the revised version (edition 2) of the national education act of 2002, section 22 states that education must be founded on the principle that every student possesses the capability to learn and develop themselves to the best of their potential (national education act, 2002). ipst (2017) recognizes the significance of science education and acknowledges its paramount aim to achieve the most substantial impact on learners. accordingly, it has established measurement criteria and core learning content for the science curriculum, following the 2008 basic education core curriculum (b.e. 2551). this curriculum outlines the objectives of science education, emphasizing a focus on self-discovery for learners, aiming to derive knowledge primarily through processes such as observation, investigation, experimentation, followed by the systematic organization of acquired results into principles, concepts, and foundational knowledge. the goal of science education is to integrate knowledge and understanding into beneficial applications for society and daily life, while also nurturing critical thinking, imaginative capabilities, problemsolving skills, communication skills, and decision-making abilities (ministry of education, 2017: 3). numerous pedagogical approaches align with the student-centered approach, and all of them are crafted to cultivate the growth of 21st-century skills. stem education stands out as one of these approaches. stem education is a learning approach that arises from the integration of knowledge in the fields of science, technology, engineering, and mathematics, employing engineering processes. it emphasizes having learners apply theoretical knowledge to solve real-life problems and develop novel processes or products for the benefit of society. this method encourages learners to recognize the significance of science and technology knowledge, which forms essential foundational skills for daily life, occupational pursuits, and national development (ministry of education, 2013: 16; saneewong, 2013: 30; siriphatrachai, 2013: 49; thongchai, 2013; chanprasert, 2014; somahito, 2014). implementing education based on the stem approach involves various concepts and characteristics. it integrates different disciplines, including science (s), technology (t), engineering (e), and mathematics (m), by synergizing the strengths of each field's nature and teaching methodologies. this https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 5/16 aids students in creating connections between the content of these four subjects and everyday life and professional practices. it places emphasis on skill development for the 21st-century, challenges students' thinking, provides opportunities for students to express their opinions, and prioritizes the learner. the teaching format encourages thinking and planning, employing a step-bystep process. this teaching methodology promotes comprehensive development in various aspects among students, aligning with the direction of developing quality individuals in the 21st-century (siriphatrachai, 2013; thongchai, 2013). many educators have proposed steps in teaching by stem education (lou et al., 2011; national research council, 2012; schachter, 2012; national center for stem education of institute for the promotion of teaching science and technology, 2015; thongchai, 2013). the authors analyzed the common teaching steps of stem education, and the outcome has been summarized in table 1. table 1. common teaching steps of stem education. lou et al. (2010) schachter )2012( national institute for stem education (2014) national research council (2012) apisit thongchai (2013) common teaching stepts of stem education identify a problem pose a question identify a problem identify a problem identify a problem or need identification of the problem in local context explain the problem imagine gather data and relevant ideas related to the problem explore correct idea gather information gather data and relevant ideas plan plan plan to solve the problem plan and develop desigan and choose method problem-solving design follow the plan construct desigan a method to solve the problem act practice evaluate revise test, evaluate and refine problem-solving methods to improve results test and evaluate test, revise, and evaluate test, improvement and evaluation present problem-solving methods and the results present problemsolving results presentation 2.2. small scale chemistry small scale chemistry (ssc) has been developed from microscale experiments, which originated in 1983 and were first introduced at the college level. it was initially applied to organic chemistry experiments for students. subsequently, its utilization expanded across college and university levels in more than 400 institutions in the united states. ssc is, therefore, a modern instructional method for conducting chemical experiments, focusing on safety, cost-efficiency, convenience, and speed. this approach involves utilizing smaller quantities of chemicals and repurposing containers, which are reusable materials that hold the chemicals during experimentation. these containers are portable, and many of the materials used for chemical reactions are ones that students encounter in their daily lives. by employing minimal amounts of chemicals, the chances of students and teachers coming into contact with hazardous substances are significantly reduced. in the event of a spill or leakage, the impact is relatively mild compared to experiments that involve larger quantities of chemicals. this allows for quicker mitigation of any situations that may arise. kellly and finlayson (2022) mentioned that ssc involves minimizing the quantity of chemicals used in experiments while still yielding satisfactory results. this practice aims to maintain environmental sustainability and prevent pollution by utilizing minimal quantities of chemicals without compromising quality, accuracy, and precision. this approach can reduce chemical usage by up to 80-90%. as a result, ssc offer a higher level of safety compared to traditional chemical experiments and require less time for experimentation. this method has been endorsed by various sources (rajabhat loei university, 2021) as a safer and more time-efficient alternative to current chemical experimentation practices. furthermore, it contributes to a reduction in the volume of hazardous chemical waste (wood, 1990). the instructional technique concerning ssc presently, ssc is increasingly incorporated into high school-level experimentations due to the advantages it offers. ssc is recognized for its time efficiency, safety, and reduced costs since it requires minimal quantities of chemicals. (tontayanon, 2011; singhet et al., 1999). the application of ssc techniques can be effectively integrated into teaching chemistry at both the secondary and tertiary education levels. this approach offers various advantages, including reduced experimentation time and ease of equipment cleanup. consequently, educators can incorporate experiments more frequently, allowing more time for collaborative classroom discussions of experimental outcomes. safety during experimentation is enhanced, while costs associated with chemical procurement and disposal are minimized. notably, every student in the classroom has the opportunity to conduct experiments individually, eliminating the need for group-based experiments. this method is adaptable to students of all ages and aptitudes, resulting in significant learning outcomes comparable to traditional laboratory experiments. therefore, ssc has the potential to yield numerous benefits, including the development of scientific process skills and analytical thinking in students, providing them with direct experiential learning. 3. methodology this study employed a research and development (r&d) methodology in three cycles, namely r1d1, r2d2, and r3d3. r1d1 was conducted during the academic year 2019, from october 2019 to march 2020. r2d2 took place in the first semester of the academic year 2020, from july to august 2020. finally, r3d3 was carried out in the first semester of the academic year 2021, from july to august 2021. the details of r1d1, r2d2, and r3d3 can be illustrated as follows. 3.1. r1d1 3.1.1. r1 the first r&d cycle has been occurred in the 2nd semester of 2019 academic year at srisawatwittayakarnchangwatnan school, nan province, thailand. this cycle aimed to explore teachers’ and students’ perspectives on current state, problems and needs of teaching and learning about chemistry. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 6/16 3.1.2. population and sample 3.1.2.1. teachers the population consisted of 60 chemistry teachers within the nan educational area office’s jurisdiction, located in nan province, thailand. data were gathered from the entire population. 3.1.2.2. students the population comprised 204 grade 11 students who were enrolled in the 2nd semester of the 2019 academic year at srisawatwittayakarnchangwatnan school in nan province, thailand. the sample consisted of 136 grade 11 students who had previously studied chemistry using the ssc approach on chemical reaction rates during the 1st semester of the 2019 academic year. 3.1.3. data collection the questionnaires investigating the viewpoints of both teachers and students regarding the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry comprised three main sections: a) background; b) perspectives on the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry; and c) suggestion for improving teaching and learning chemistry. the perspectives on the current state of teaching and learning chemistry were consisted of 8 items; the perspectives on the problems of teaching and learning chemistry were consisted of 7 items; and the perspectives on the needs of teaching and learning chemistry were consisted of 8 items. the questionnaires exploring the teachers' and students' perspectives on the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry utilized a five-point survey scale, encompassing options from strongly disagree (1), disagree (2), neutral (3), agree (4) to strongly agree (5). the teachers’ and students’ perspective on current state, problems and needs of teaching and learning about chemistry questionnaires was validated the congruence between the questions and the objectives (index of item-objective congruence: ioc) by a panel of five experts. the ioc of questionnaire items related to current state, problems and needs of teaching and learning about chemistry was 1.00 that were acceptable. the researcher has revised and improved the questionnaire according to the recommendations of experts. subsequently, the researchers tried out the current state, problems and needs of teaching chemistry questionnaire (teacher version) with 60 teachers. then, the analysis was conducted to find reliability by calculating cronbach's alpha coefficient, which equals 0.83, that was acceptable. in addition, the researchers tried out the current state, problems and needs of learning chemistry questionnaire (student version) with 136 individuals, who had previously learned through stem education or had experience with ssc. the analysis was conducted to find reliability by calculating cronbach’s alpha coefficient, which equals 0.81, that was acceptable. 3.1.4. data analysis the data derived from the questionnaires exploring the teachers’ and students’ perspectives on the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry were analyzed for frequency, percentage, mean and standard deviation (sd). then, the authors interpreted the mean range of each item and the overall in three dimensions, i.e., current state, problems and needs. 3.1.5. d1 the authors developed the context-based small scale chemistry stem (cssc-stem) model and asked five experts to validate its suitability, correspondence, feasibility, and potential benefits. the results affirmed that the cssc-stem model was qualified. therefore, the cssc-stem model was implemented with the experiment group and examined its effects on their learning achievement and learning and innovation skills in the r2d2 loop. 3.2. r2d2 3.2.1. r2 in this r&d loop, the independent variable was the utilization of the context-based small scale chemistry stem (cssc-stem) model. the dependent variables were students’ learning achievements as well as learning and innovation skills. the content used in this study is the chemical reaction rate in the chemistry subject at the grade 11 level, according to the basic education core curriculum b.e. 2551 (revised version, b.e. 2560). the instruction time for teaching this content was a total of 24 hours. 3.2.2. population and sample the population consisted of 224 grade 11 students who were enrolled in the second semester of the 2019 academic year at srisawatwittayakarnchangwatnan school, nan province, thailand. a sample of 84 grade 11 students was randomly selected from two classrooms. the sample was chosen through cluster random sampling, with classrooms as the sampling units. one classroom was randomly designated as the experimental group, while the other was randomly assigned as the control group. the experimental group, which engaged in learning through the context-based small-scale chemistry stem (cssc-stem) model, consisted of 43 students from classroom 5/7. on the other hand, the control group, who followed the conventional approach using chemistry textbooks and manuals, was comprised of 41 students from classroom 5/5. 3.2.3. data collection the authors created two major research instruments called the learning achievement test and the learning and innovation skills test. the learning achievement test was a multiple-choice exam consisting of four options (a, b. c and d). it comprised the questions related to the rate of chemical reactions, totaling 40 questions. the exam duration is 45 minutes. it is administered both before and after each cssc-stem lesson. the exams for pre-lesson and post-lesson were the same set but with questions and options shuffled. the ioc of the learning achievement test ranged from 0.60 to 1.00 that was in acceptable level. in addition, the learning achievement test was piloted with 40 students, who had completed chemistry. the item difficulty (p) and item discrimination (r) were calculated for each item. only items with difficulty values between 0.20 and 0.80 and discrimination values above 0.20 were selected. preand post-test exams consisted of 10 items each. in total, the learning achievement test were consisted of 40 items. in addition, the researchers utilized https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 7/16 lovett’s method to establish the reliability of the test and found that the reliability of learning achievement test was 0.87, that was acceptable. the learning and innovation skills test consisted of three major parts: a) critical thinking skills; b) creative thinking for innovation skills; and c) communication and collaboration skills. the details of each part were as follows. the critical thinking skills (learning skills) test was in the form of an essay exam. students were required to read the provided situations and answer questions based on them. the assessment of critical thinking skills is conducted both before and after each lesson, and the situations provided for each assessment were different. there were two situations, each with four essay questions, 16 questions in total. each question is worth 4 points, with a maximum score of 32 points. the test duration is 30 minutes. the creative thinking for innovation (learning skills) test was in the form of an essay exam. students were required to read the provided situations and answer questions based on them. the assessment of creative thinking skills for innovation was conducted both before and after the lesson, and the situations provided for assessment were different. there were two situations, each with three essay questions, six questions in total. each question is worth four points, with a maximum score of 24 points. the test duration is 30 minutes. the communication and teamwork skills (innovation skills) test focused on assessing student behaviors in communication and teamwork practices. it included questions related to communication skills in speaking, writing, and comprehension (5 questions), and behaviors of collaboration with others emphasizing teamwork (6 questions). these are measured on a 5-level likert scale ranged from consistently demonstrating the behavior, often demonstrating the behavior, sometimes demonstrating the behavior, rarely demonstrating the behavior, and never demonstrating the behavior (11 items in total). the ioc of critical thinking skills test was 0.80 that was in acceptable level. the ioc of creative thinking for innovation skills test was 0.80 that was in acceptable level. also, the ioc of communication and teamwork skills test ranged from 0.60 to 0.80 that was in acceptable level. 3.2.4. data analysis the researcher analyzed quantitative data using both descriptive statistics, including frequency, percentage, mean, standard deviation, and inferential statistics as independent t-test and dependent t-test. 3.2.5. d2 in the development phase, the researchers employed the data from research 2 (r2) to improve the cssc-stem model and its associated lesson plans for improving grade 11 students’ academic achievement and their learning and innovation skills in the context of chemical reaction rates. 3.3. r3d3 the r3d3 cycle aimed to assess the consistency of the cssc-stem model in fostering students' academic achievements and enhancing their learning and innovation skills. as a result, the procedure of r3d3 replicated that of r2d2, albeit taking place in the subsequent academic year. 3.3.1. population and sample the study population included 216 grade 11 students enrolled in the second semester of the 2021 academic year at srisawatwittayakarnchangwatnan school, nan province, thailand. a sample of 76 grade 11 students was randomly selected from two classrooms through cluster random sampling, using classrooms as the sampling units one classroom was randomly chosen to serve as the experimental group, while the other was randomly assigned as the control group. the experimental group comprised 40 students from classroom 5/7, and the control group consisted of 36 students from classroom 5/5. 3.3.2. data collection and analysis the r3d3 cycle aimed to assess the consistency of the cssc-stem model in fostering students’ academic achievements and enhancing their learning and innovation skills. as a result, the procedure of data collection and analysis in r3d3 loop was replicated that of r2d2. 4. results 4.1. current state, problems and needs of teaching and learning chemistry the teachers expressed their opinions about the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry as table 2. table 2. teachers’ opinions about the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry. aspects mean sd interpretation current state 3.98 0.86 high problems 3.95 0.88 high needs 4.43 0.59 high the chemistry teachers expressed their opinions about the current state, problems and needs of teaching chemistry in the high (mean = 4.17, sd = 0.74), high (mean = 4.20, sd = 0.97) and very high (mean = 4.55, sd = 0.50) levels, respectively. the students expressed their opinions about the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry as table 3. table 3. students’ opinions about the current state, problems and needs of teaching and learning chemistry. aspects mean sd interpretation current state 3.51 0.92 high problems 3.63 0.94 high needs 3.77 0.90 high the responding students reflected the high level of current state (mean = 3.67, sd = 0.91), problems (mean = 3.76, sd = 0.92) and needs (mean = 3.81, sd = 0.96) concerning learning chemistry. 4.2. development of context-based small-scale chemistry stem (cssc-stem) model in this study, the researchers blended ssc and stem education, incorporating various real-life situations within the https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 8/16 students’ local contexts through context-based learning (cbl). the researchers chose to incorporate chemistry content by aligning with chemicals, materials, and scenarios that closely relate to students’ lives, such as cooking, baking, rusting, burning and so on. the laboratory activities created were partly restructured and partly refined from existing ones. the researcher chose to employ chemicals commonly found in daily life and utilized locally available materials and equipment. for instance, transparent drinking straws that had been used were repurposed as experimental tubes, and eggshells and seashells were used as substitutes for calcium carbonate. these materials were safe, cost-effective, and eco-friendly. they were adapted to suit the local context of the students. the teaching steps of cssc-stem model can be shown as table 4. table 4. summarized teaching steps of cssc-stem model. concept and principle of stem education stem education is an approach that integrates knowledge from science, technology, engineering, and mathematics through engineering processes. it emphasizes having students apply theoretical knowledge to solve real-life problems and develop new processes or beneficial products. this leads to students recognizing the significance of scientific and technological knowledge, which are fundamental skills for sustainable living, professional careers, and national development. concept and principle of ssc ssc is a new teaching method for conducting chemical experiments that are highly safe, cost-effective, convenient, and fast. they make chemical experiments easily accessible, using minimal chemicals while maintaining quality, accuracy, and precision. the containers used to hold chemicals in these experiments are reusable materials that can be used again. they are easily transportable. various materials used in conducting chemical reactions in these experiments are common items that students encounter in their daily lives. concept and principle of context-based learning cbl refers to the integration of various situations or events closely related to the students' real-life contexts. these connections aim to bridge classroom learning with real-life situations and challenges, thereby enhancing the students' abilities. by learning from diverse contexts that are interconnected with the chemistry knowledge to be imparted, students are encouraged to fully utilize their knowledge and thinking abilities. moreover, they can effectively transfer these understandings to other situations or events. summarized teaching steps of cssc-stem model identification of the problem in local context gather data and relevant ideas problem solving design practice test, improvement and evaluation presentation the following are descriptions of each teaching step of cssc-stem model. teaching step 1: identification of the problem in local context the teacher begins by evaluating students’ existing knowledge through appropriate methods, ensuring they possess a solid foundation for upcoming material. subsequently, the teacher introduces practical real-world challenges aligned with students' environment, employing captivating and fitting media or technology tailored to each unique problem context. next, students individually pinpoint issues within situations that intrigue them, devising potential solutions before assembling into groups according to their preferences. in these groups, they collaboratively compile and evaluate problems, ultimately selecting a shared area of interest to tackle together. teaching step 2: gather data and relevant ideas each student group collaboratively compiles relevant information and scientific ideas that pertain to problem-solving methodologies in science, mathematics, and technology, which are applicable to the selected issue. concurrently, they establish the problem’s objectives and scope, while also scrutinizing the conditions and limitations that come with solving it. diverse educational materials, such as textbooks, online resources, and informational sheets, can be utilized for data collection. additionally, the teacher employs concise chemical experiments to enhance students' comprehension, thereby contributing to the development of forthcoming problem-solving strategies. teaching step 3: problem-solving design in each student group, they collaboratively devise potential problem-solving methodologies by applying the information collected from the preceding steps. this involves considering locally available materials, situational constraints, and conditions, while also evaluating the feasibility of each approach. eventually, the best problem-solving approach is selected for designing the project. subsequently, the groups jointly establish a sequence of steps for crafting the project, followed by individual student presentations to the class. this allows the teacher and peers to inquire, provide suggestions, and offer additional problem-solving insights. students then take this feedback to refine and enhance their problem-solving method design. teaching step 4: practice students in each group proceed to create projects or develop methods according to the problem-solving steps they have designed. the teacher supervises the group work and provides guidance if students encounter challenges while crafting their projects or refining methods for problem-solving. teaching step 5: test, improvement, and evaluation students conduct testing on their projects or problemsolving methods and subsequently evaluate the outcomes to pinpoint opportunities for enhancement and growth, ensuring the efficacy of their problem-solving endeavors. the iterative process of testing and refining projects or problem-solving methods can be executed multiple times within the allocated timeframe. the teacher underscores the significance of carefully https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 9/16 recording testing outcomes and the specifics of each modification undertaken, facilitating the utilization of this data for forthcoming presentations. teaching step 6: presentation each group of students presents their projects or problemsolving methods along with the relevant principles or design concepts. after the presentation, classmates collectively ask questions, discuss, and provide suggestions to enhance the projects or problem-solving methods. the teacher encourages an interactive and creative presentation atmosphere. the researchers presented the cssc-stem model to a panel of five experts to evaluate its quality in four aspects: suitability, correspondence, feasibility, and potential benefits. the results of expert evaluation of the cssc-stem model are shown in table 5. table 5. assessment of the cssc-stem model's quality by a panel of experts. item statement mean sd interpretation suitability 1. the cssc-stem model is aligned with the utilized concepts/theories in its development. 4.40 0.49 high 2. the cssc-stem model is suitable for improving learning outcomes. 4.40 0.49 high 3. the cssc-stem model is suitable in developing students’ learning and innovation skills. 4.20 0.75 high 4. the component of cssc-stem mode is suitable. 4.40 0.49 high 5. the cssc-stem model is suitable for further development and dissemination on a broader scale. 4.60 0.49 very high 6. the teaching steps of cssc-stem model are undertaken through appropriate analysis and synthesis. 4.60 0.49 very high overall average in suitability 4.43 0.56 high correspondence 7. the cssc-stem model is corresponded with the current state of instructional management issues. 5.00 0.00 very high 8. the cssc-stem model is corresponded with the needs of current teaching management. 4.40 0.49 high 9. the cssc-stem model is corresponded to the development of learning quality according to the curriculum. 4.40 0.49 high 10. all components of the cssc-stem model have internal correspondence. 4.60 0.49 very high 11. the synthesized teaching steps of cssc-stem model are aligned with the cssc-stem conceptual framework. 4.20 0.40 high overall average in correspondence 4.52 0.50 very high feasibility 12. the cssc-stem model shows its creativity. 5.00 0.00 very high 13. the cssc-stem model is possible for application. 4.40 0.49 high 14. the cssc-stem model is possible in developing students’ learning achievement. 4.20 0.40 high 15. the cssc-stem model is possible in developing learning and innovation skills. 5.00 0.00 very high 16. the cssc-stem model has its potential for application in other educational institutions. 4.20 0.75 high overall average in feasibility 4.56 0.57 very high potential benefits 17. the cssc-stem model is beneficial for improving the quality of instructional management. 4.20 0.75 high 18. the cssc-stem model is beneficial for developing students’ learning achievement. 4.40 0.49 high 19. the cssc-stem model is beneficial for developing learning and innovation skills. 4.60 0.49 very high 20. the cssc-stem model is beneficial for other teachers in the same subject. 4.60 0.49 very high 21. the cssc-stem model is beneficial for other teachers in the different subjects. 4.40 0.49 high overall average in potential benefits 4.44 0.57 high the experts evaluated the quality of cssc-stem model regarding its suitability, correspondence, feasibility, and potential benefits in high (mean = 4.43, sd = 0.56), very high (mean = 4.52, sd = 0.50), very high (mean = 4.56, sd = 0.57) and high (mean = 4.44, sd = 0.57) levels, respectively. the researchers utilized the cssc-stem model to create four instructional plans, totaling 24 teaching hours, i.e., meaning of the rate of chemical reaction (6 h), concepts and energy involved in chemical reactions (4 h), factors affecting the rate of chemical reactions (6 h), and fermented pork sausage: like and sure (8 h). in translating the cssc-stem model into practice, the researchers would like to present an example of lesson plan on the factors affecting the rate of chemical reactions as follows. teaching step 1: identification of the problem in local context the teacher presents video clips relevant to student contexts, illustrating the factors that influence the rate of chemical reactions. from video clip 1, two individuals are washing dishes. person 1 takes dishwashing liquid from a bottle using a teaspoon and adds it to a foam of water. they use it to remove grease from a plastic dish. person 2 also takes dishwashing liquid from a bottle using a teaspoon and mixes it with water. they pour the mixture onto the foam to clean the greasy residue from the plastic dish. students predict the outcome of the cleaning process, considering the differences in how person 1 and person 2 washed the dish, and explain the reasons behind it. in video clip 2, there are two bundles of “cha-om” (in thai) or chinese chives (garlic chives). one bundle was placed inside a refrigerator, while another placed outside the refrigerator. students are asked to predict the outcome after leaving them for one day and explain the reasons behind it. from video clip 3, salt crystals and finely ground salt are placed in two plastic glasses. students are asked to predict the outcome of the experiment and explain the reasons behind it. students should be able to conclude that factors affecting the rate of chemical reactions include increasing concentration, increasing surface area, and raising the temperature. these are important factors that contribute to the faster occurrence of chemical reactions. however, sometimes following these methods can lead to time and cost inefficiencies. for instance, in reactions that require acids as starting materials in a production process, increasing the reaction rate by enhancing the acid concentration would result in higher costs. additionally, dealing with the excess acid left after the reaction would require neutralization before disposal, leading to increased expenses. similarly, if the reaction rate is increased by raising the temperature, it could lead to increased fuel consumption, making it impractical. therefore, enhancing the concentration of starting materials or raising the temperature might not always be suitable for promoting rapid reaction rates. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 10/16 teaching step 2: gather data and relevant ideas the teacher sets the context for students to identify problems and define the requirements for problem-solving. student a will prepare a meal which is pineapple curry with boiled meat and eggs. before starting, she prepares the ingredients in two separate bowls for convenience in cooking. in a small bowl, she puts pineapple juice, and in a larger bowl, she places chopped pineapple and sliced meat, with some parts of the meat mixed with the pineapple. while waiting for the cooking time, she peels the boiled eggs to prepare for consumption. by chance, the eggshell pieces fall into the pineapple juice in the bowl prepared to be used in the curry. she notices that gas bubbles start to form rapidly, and within a minute, the smaller eggshell pieces disappear. when she eats the pineapple curry, she notices that some meat pieces are tender while others are chewy, even though they come from the same meat. curious about these two events, the students wonder why the smaller eggshell pieces disappeared in the pineapple juice in a shorter time compared to the larger pieces, and why some meat pieces are tender while others are chewy. she speculates that there might be something causing the eggshell to react differently in the pineapple juice and that mixing pineapple with the meat might influence the tenderness. to address these questions, the students plan to conduct experiments using household materials to investigate both scenarios. the teacher instructs each student group to practice identifying problems and conditions on activity sheet related to finding factors affecting the rate of chemical reactions. the following is one example. identify the problem: how can the eggshell undergo a reaction in orange juice, resulting in varying rates of reaction, and why do certain pieces of the egg have different levels of firmness and stickiness? factors or conditions: conduct an experiment using household materials to address both suspected scenarios. there must be certain elements that cause the eggshell to react differently in orange juice, resulting in varying rates of reaction. additionally, examine whether the presence of pineapple mixed with the egg has an impact on the texture and stickiness of the eggshell or if other factors influence the texture of the eggshell. each student group collaboratively gathers information and scientific ideas related to problem-solving approaches in chemistry, mathematical principles, and relevant technologies. these are pertinent to the selected problem-solving strategies derived from the contextual factors that influence chemical reactions. this enables students to comprehend the issues they have chosen and determine the objectives of problem-solving, problem scope, and analyze conditions or constraints involved. each group is tasked with researching information from various sources such as the internet, textbooks, library resources, and knowledge sheets. they should outline the sequence of study for each activity and knowledge sheet to extract relevant data while indicating the sequence for effective learning. the teacher distributes the experiment sheet: calcium carbonate (caco3) and acetic acid (ch3cooh) affecting the chemical reaction. the purpose of this activity is to guide students in planning the experiment and ensuring they have all the necessary apparatuses ready. the students are directed to follow the steps outlined in the experiment sheet and conduct the experiment regarding the factors influencing the chemical reaction between calcium carbonate (caco3) and acetic acid (ch3cooh). after completing the experiment, students are required to record their findings focusing on the factors affecting the chemical reaction between calcium carbonate (caco3) and acetic acid (ch3cooh). additionally, students should establish the experiment’s objectives, independent variables, dependent variables, controlled variables, and formulate hypotheses before proceeding with the experiment. students in each group should summarize the experimental results as follows. calcium carbonate (caco3) and acetic acid (ch3cooh) affecting the chemical reaction rate of eggshell with orange juice, resulting in varied time of gas bubble formation in tubes 1-4: tube 1. initial surface area of reactants: in this tube, the calcium carbonate (caco3) and acetic acid (ch3cooh) reaction was observed to produce gas bubbles within a certain time frame; tube 2. comparative control tube: this tube served as a control to compare the results of the other tubes. the reaction between calcium carbonate (caco3) and acetic acid (ch3cooh) was allowed to occur naturally; tube 3. concentration of reactants: in this tube, a different concentration of reactants (calcium carbonate and acetic acid) was used to determine its effect on the rate of gas bubble formation; tube 4. temperature: this tube investigated the impact of temperature on the reaction rate by experimenting with a different temperature from the other tubes. the results of this experiment show that various factors, including the initial surface area of reactants, concentration of reactants, and temperature, play a significant role in influencing the rate of chemical reactions. the differences observed in the time taken for gas bubble formation suggest that manipulating these factors can either accelerate or decelerate the reaction process. furthermore, the eggshell and orange juice experiment also demonstrated how the reaction rate can be affected by the nature of the materials involved in the reaction. the teacher distributed the experiment sheet titled “effects of adding potassium iodide (ki) on the decomposition rate of hydrogen peroxide (h2o2)”. this chemistry experiment aims to engage student groups in a concise chemical investigation. collaboratively, students are tasked with gathering scientific concepts from the realm of chemistry, mathematical principles, and relevant technology. the chosen problem-solving approach stems from a specific scenario. the students then proceed to devise an experimental plan and ensure that all necessary apparatus is prepared. upon completion of the experiment following the steps outlined in activity sheet, students are required to record their experimental results on the same sheet. students in each group should conclude that when adding ki solution to hydrogen peroxide (h2o2), the decomposition rate of h2o2 increases. the ki solution returns to its original state after the reaction concludes. further explanation by the teacher: the catalyst participates in the reaction, but once the reaction is complete, the catalyst returns to its original state. this can be observed from the experiment, where the decomposition of hydrogen peroxide is accelerated upon adding potassium iodide. the chemical equations for the reactions are as follows (eq. 1 and 2): h2o2 (aq) + i(aq) → h2o (l) + oi(aq) (1) oi(aq) + h2o2 (aq) → i(aq) + h2o2 (l) + o2 (aq) (2) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 11/16 the acceleration of the reaction will lower the activation energy of the reaction, but the overall energy change of the reaction remains unchanged. the delayed reaction will also lower the activation energy of the reaction, but, like the acceleration, the overall energy change of the reaction remains unchanged. teaching step 3: problem-solving design the teacher instructs the students to collaborate in designing an experiment to create a model for testing the effects of slow reaction rates. each group is provided with one sheet of graph paper and a simplified chemistry experiment kit. the students are tasked with collectively designing a problem-solving method by applying the information gathered from the previous steps. in this design process, each student group should consider using locally available materials and equipment. they are required to brainstorm and outline their plan on the paper before proceeding to draw a draft of the experimental setup. part 1: how can we induce different reaction rates of eggshell dissolution in vinegar? part 2: testing the tenderness and stickiness of meat. the teacher instructs each student group to present their design for the experiment to test the effects of reaction rate alteration. the teacher will randomly select each group to present using the piliapp program. teaching step 4: practice students proceed learning through the cssc-stem model based on their devised plans to address the aforementioned issues. students record the step-by-step process of problem-solving as they work to test the impact of slow reaction rates. during the activity, the teacher will provide guidance and suggestions if students encounter difficulties. teaching step 5: test, improvement, and evaluation after designing and conducting the experiment, students may encounter challenges. what problems did the students encounter, and how did they suggest improving or modifying the experimental design? for groups that didn’t achieve the expected outcomes or faced issues during the experiment, they can address the shortcomings and then proceed to experiment again. the students should have refined their models until they are successfully completed. teaching step 6: presentation each student group present the relationship between s-te-m in their designed plan and process as well as the results of their plan to test the effect of the reaction rate of a chemical reaction. after the presentation, classmates should engage in questioning, discussion, and offering suggestions to enhance the project or problem-solving methods. an example of integrating knowledge from s-t-e-m (science, technology, engineering, and mathematics) is as follows: science: scientific knowledge about factors affecting chemical reactions, including substance concentration, surface area, temperature, catalysts, and reaction accelerators; technology: technologies help the experiment from planning to execution, obtaining results, and data collection e.g. using photography and video recording during the experiment; engineering: using engineering design process in designing problem-solving processes and products; mathematics: measurement and calculation e.g. measuring time, counting gas bubbles, etc. the teacher and students together summarize the knowledge gained from the lesson. chemical reactions in daily life can occur more rapidly or slowly when changing factors affecting the rate of reaction, as follows: nature of reactants: different types of reactants have varying reaction rates. some substances react easily, while others react less readily; surface area: increasing the surface area of reactants leads to more collisions and faster reaction rates; concentration: increasing the concentration of reactants speeds up the reaction, while decreasing it slows it down; temperature: higher temperatures increase the kinetic energy of molecules, resulting in more frequent collisions and faster reactions; catalysts: catalysts lower the activation energy, making the reaction proceed faster, and are not consumed in the process; inhibitors: inhibitors raise the activation energy, leading to slower reactions. finally, the teacher encourages students to apply their constructed knowledge in providing examples of activities or everyday life events that are related to factors influencing the rate of chemical reactions. 4.3. effects of cssc-stem model on students’ learning achievement and learning and innovation skills: r2d2 the researchers evaluated the normal distribution of students' learning achievement scores through the kolmogorovsmirnov test. the analysis indicated that the data adhered to a normal distribution, enabling to proceed with inferential statistics. the comparison between the experiment and control groups’ learning achievement was as follows. table 6. independent t-test of learning achievement scores between the experiment and control groups. group n mean sd t p experiment group 43 28.79 4.378 7.599 0.000 control group 41 21.63 4.247 table 6 showed that the grade 11 students in the experimental group, who were taught using the csscstem model, demonstrated significantly higher learning achievement (t = 7.599, p < 0.05) in the rate of chemical reactions topic compared to the students in the control group. table 7. dependent t-test of learning achievement scores of experiment group at the beginning and the end of cssc-stem model. group n mean sd t p pre-test 43 9.42 2.21 34.242 0.000 post-test 43 28.79 4.38 table 7 showed that the grade 11 students in the experimental group, who learned with the cssc-stem model, exhibited notably enhanced learning achievement in the post-test https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 12/16 (t = 34.242, p < 0.05) for the topic of rate of chemical reactions in comparison to their pre-test performance. table 8. independent t-test of critical problem-solving skills between the experiment and control groups. group n mean sd t p experiment group 43 27.12 2.701 20.968 0.000 control group 41 14.32 2.893 table 8 showed that the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the csscstem model, exhibited markedly improved critical problemsolving skills (t = 20.968, p < 0.05) in the rate of chemical reactions, surpassing the performance of students in the control group. table 9. dependent t-test of critical thinking skills scores of experiment group at the beginning and the end of cssc-stem model. group n mean sd t p pre-test 43 5.40 1.256 50.459 0.000 post-test 43 27.12 2.701 from table 9, the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the cssc-stem model, demonstrated significantly improved critical problemsolving skills in the post-test (t = 50.459, p < 0.05) related to rate of chemical reactions topic, compared to their performance in the pre-test. table 10. independent t-test of creativity and innovation skills between the experiment and control groups. group n mean sd t p experiment group 43 19.60 2.461 23.168 0.000 control group 41 8.71 1.778 from table 10, the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the cssc-stem model, exhibited markedly improved creativity and innovation skills (t = 23.168, p < 0.05) in rate of chemical reactions, surpassing the performance of students in the control group. table 11. dependent t-test of creativity and innovation skills of experiment group at the beginning and the end of cssc-stem model. group n mean sd t p pre-test 43 5.67 1.304 36.843 0.000 post-test 43 19.60 2.461 from table 11, the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the cssc-stem model, demonstrated significantly improved creativity and innovation skills in the post-test (t = 36.843, p < 0.05) related to rate of chemical reactions, compared to their performance in the pre-test. table 12. development of students’ communication and teamwork skills from instructional plans 1 to 4 of the csscstem model. lesson plan total score mean sd 1 55 46.09 2.068 2 55 49.26 2.094 3 55 50.65 1.660 4 55 51.91 1.211 average 55 49.48 2.680 from table 12, the experimental group, which learned through the cssc-stem model, exhibited a gradual enhancement in their communication and collaboration skills across instructional plans 1 to 4. 4.4. effects of cssc-stem model on students’ learning achievement and learning and innovation skills: r3d3 the researchers evaluated the normal distribution of students’ learning achievement scores through the kolmogorovsmirnov test. the analysis indicated that the data adhered to a normal distribution, enabling to proceed with inferential statistics. the comparison between the experiment and control groups’ learning achievement was as follows. table 13. independent t-test of learning achievement scores between the experiment and control groups. group n mean sd t p experiment group 40 33.50 4.358 13.342 0.000 control group 36 22.50 2.408 from table 13, the grade 11 students in the experimental group, who were taught using the cssc-stem model, demonstrated significantly higher learning achievement (t = 13.342, p < 0.05) in rate of chemical reactions compared to the students in the control group. table 14. dependent t-test of learning achievement scores of experiment group at the beginning and the end of cssc-stem model. group n mean sd t p pre-test 40 9.55 2.087 36.658 0.000 post-test 40 33.50 4.385 from table 14, the grade 11 students in the experimental group, who were instructed using the cssc-stem model, exhibited notably enhanced learning achievement in the post-test (t = 36.658, p < 0.05) for rate of chemical reactions in comparison to their pre-test performance. table 15. independent t-test of critical problem-solving skills between the experiment and control groups. group n mean sd t p experiment group 40 26.93 2.693 19.058 0.000 control group 36 14.14 3.155 from table 15, the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the cssc-stem https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 13/16 model, exhibited markedly improved critical problem-solving skills (t = 19.058, p < 0.05) in rate of chemical reactions, surpassing the performance of students in the control group. table 16. dependent t-test of critical thinking skills scores of experiment group at the beginning and the end of cssc-stem model. group n mean sd t p pre-test 40 9.80 1.556 52.079 0.000 post-test 40 26.93 2.693 from table 16, the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the cssc-stem model, demonstrated significantly improved critical problemsolving skills in the post-test (t = 52.079, p < 0.05) related to rate of chemical reactions, compared to their performance in the pretest. table 17. independent t-test of creativity and innovation skills between the experiment and control groups. group n mean sd t p experiment group 40 19.98 2.178 19.065 0.000 control group 36 9.97 2.396 table 17 showed that the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the csscstem model, exhibited markedly improved creativity and innovation skills (t = 19.065, p < 0.05) in rate of chemical reactions, surpassing the performance of students in the control group. table 18. dependent t-test of creativity and innovation skills of experiment group at the beginning and the end of cssc-stem model. group n mean sd t p pre-test 40 6.33 1.118 38.018 0.000 post-test 40 19.98 2.178 table 18 showed the grade 11 students in the experimental group, who received instruction through the csscstem model, demonstrated significantly improved creativity and innovation skills in the post-test (t = 38.018, p < 0.05) related to rate of chemical reactions, compared to their performance in the pre-test. table 19. development of students’ communication and teamwork skills from instructional plans 1 to 4 of the csscstem model. lesson plan total score mean sd 1 55 46.38 1.547 2 55 49.45 1.377 3 55 50.88 1.090 4 55 52.05 0.986 average 55 49.46 1.230 table 19 showed the experimental group, which learned through the cssc-stem model, exhibited a gradual enhancement in their communication and collaboration skills across instructional plans 1 to 4. 5. discussion the researchers found that the teachers expressed a high level of demand for the cssc-stem model, which combines ssc with stem and context-based learning (cbl), because they perceive the potential benefits of ssc with stem and cbl for developing learning and innovation skills. this is consistent with previous works (thongchai, 2013; siriphatraichai, 2013; chaolumbua, 2013; siriphatrachai, 2013; loei rajabhat university, 2018; acharry, 2019). the integrative teaching approach in stem, which incorporates four different disciplines, including science (s), technology (t), engineering (e), and mathematics (m). this amalgamation blends the strengths and teaching methods of each discipline to enable students to establish connections between the four subjects and their daily lives and future careers. this approach emphasizes the development of 21st-century skills, challenges students' thinking, and encourages them to voice their opinions, placing learnercenteredness at its core. the instructional design focuses on training students to think and plan using a step-by-step process. it aims to foster comprehensive growth across various domains and aligns with the development of quality skills for the 21stcentury. additionally, it corresponds with chaiyasit chanchaikaew's work in 2013 and mahasarakham university in 2018, as well as the chemical society of thailand and the dow group in 2019. they noted that ssc offer a safe, cost-effective, convenient, and efficient method for teaching chemistry. this method minimizes the use of chemicals and encourages the reuse of containers, allowing for easy transport. utilizing various materials in chemistry experiments that students encounter in their daily lives with small quantities of chemicals reduces the risk of exposure, making it less dangerous. if an accident occurs, it can be quickly rectified compared to experiments that involve a large quantity of chemicals. ssc thus offer a safer alternative to current chemical experiments, requiring less time. students' desire for integrative learning and ssc stems from the current context, problems, and educational needs, all of which are substantial. their demand arises from a preference for engaging learning that goes beyond theoretical study. as passakchai (2015) stated, relying solely on chemistry theories and lectures can lead to some students misunderstanding, causing genuine frustration and disinterest in chemistry. the cssc-stem model is qualified in views of experts. it is appropriate for enhancing students’ learning outcomes, learning and innovation skills, the researchers incorporated ssc into the process of gathering data related to a problem. they integrated situations inf ssc are close to the students in identifying contextualized problems within the local context, resulting in increased student engagement in learning. as noted by siripatharachai (2013), ssc facilitates comprehensive development in various aspects, aligned with the 21st-century human development approach. this includes enhancing students' understanding of subject matter, higher-ordered thinking skills such as analysis and creative thinking, as well as fostering qualities such as effective teamwork, communication skills, leadership, and the ability to accept constructive criticism from others. the cssc-stem model promotes self-directed learning among students through a diverse range of activities. these activities align with the guidelines for organizing science learning activities specified in the curriculum. additionally, the approach involves studying and analyzing students to understand their potential and needs. it follows a systematic process for creating a https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 14/16 well-structured learning plan, incorporating appropriate and accurate steps. this includes analyzing foundational data related to the current situation and challenges in teaching and learning chemistry at the grade 11. the curriculum, theories, principles, ideas, documents, and research related to ssc, stem and cbl are considered. a panel of expert also provide comments and suggestions to various aspects such as content, language use, activity design, and assessment methods. the cssc-stem model significantly promotes students critical problem-solving skills, creativity and innovation skills and communication and collaboration skills. in alignment with chaolumbua (2015), stem education can foster learners’ skills such as critical thinking, systematic scientific learning, and the creation of new generations of innovators. it supports sustainable innovation and new processes, adapting to the rapidly changing economic landscape. these innovations are fundamentally rooted in knowledge from science, technology, engineering, and mathematics (stem), particularly through stem content learning. this occurs via engineering design processes (edp), which help cultivate desired habits of mind and essential skills for the 21st-century. in accordance with the mentioned context, the edp serves as an accelerator for integrating stem content, aiding the development of essential skills for national progress. in accordance with acharry (2009), the utilization of ssc in learning activities involves the use of minimal quantities of chemicals and reuses containers for chemical experimentation, enhancing portability. various materials employed in chemical reactions are common in everyday life, and students' personal involvement in conducting hands-on experiments fosters curiosity and enthusiasm for learning. this approach, ssc, enables students to develop scientific process skills and swiftly and clearly observe experimental outcomes. simultaneously, teachers' instructional strategies, punctuated with periodic questioning, stimulate greater classroom participation. students become more confident in expressing their doubts and findings, promoting an environment that supports the contextualized learning format of combining chemical experimentation with local contexts. this is congruent with the topic of chemical reaction rates, which the researchers developed, exhibiting significantly higher effectiveness compared to the standard criteria. after learned with ssc combined with stem education, students had significantly higher learning achievement than students undergoing conventional instruction (t = 7.599, p < .05). aligned with the research findings (khammamung, 2017; wicheansang et al., 2018; khonchaiyapham, 2017; poonruang, 2016; saengpromsri, 2015), this is due to the systematic evaluation of the tool's efficacy before its application within the sample group. the researchers recognized the significance of student-centered instructional activities, emphasizing the use of engaging teaching materials. these materials are derived from items close to students' daily lives, enhancing accelerated learning. once students successfully design and implement their projects, they are able to consume their creations, such as pork jerky and marinated meat with pineapple. the designed learning activities also consider individual differences, and the experiences students engage in, resulting in interconnected knowledge acquisition. this interaction fosters students' critical thinking and deepens their understanding, consequently elevating the quality of their learning outcomes. based on these reasons, it can be concluded that employing the cssc-stem model and its lesson plans significantly contributes to students' learning achievement development. it affirms that the csscstem learning activities play a vital role in advancing students' learning quality. the cssc-stem model significantly promotes students learning and innovation skills. siripithayachai (2013) suggests that teachers should employ a science teaching approach aligned with the constructivist concept, which can generate student interest, excitement, challenge, and confidence in learning. this leads to an increased inclination among students to study science at higher levels and achieve success in their studies. pholchayachaya (2014) stated that organizing learning through inquiry-based activities is a method that helps students develop more creative thinking skills. furthermore, creative thinking is a crucial skill for learning in the 21st-century. chanprasert (2014) stated that contemporary teaching must be aligned with the rapidly changing 21st-century society. learners need to develop various skills necessary for the 21st-century. organizing learning in the 21st-century is guided by key principles, such as learnercenteredness, hands-on activities, and objectives aimed at enhancing students' learning capabilities, including advanced thinking skills. the researcher has designed activities in the cssc-stem model that correspond to various skills necessary in the 21st-century. as a result, students' learning and innovation skills are higher compared to those learning through conventional methods. in r3d3, the cssc-stem model still constantly continues to produce positive impacts on grade 11 students’ learning achievement and learning and innovation skills. this phenomenon underscores the consistency and reliability of the newly developed model in this study i.e., the cssc-stem model. 6. conclusions the cssc-stem model developed in this study has been demonstrated as an innovative and effective teaching approach for enhancing grade 11 students' academic performance and fostering their learning and innovation skills in the field of chemical reaction rates in chemistry. the research and development (r&d) methodology progressed from the development phase (r1d1) through the implementation phase (r2d2) and replication phase (r3d3) yield the completed version of cssc-stem model, which is ready to be implemented in other chemistry classroom settings. the challenge lies in determining whether the cssc-stem model is effective for teaching topics beyond chemical reactions, extending to other areas of chemistry or even other scientific subjects such as physics and biology. furthermore, the examination of the impacts of the cssc-stem model on other dependent variables awaits further research conducted by other researchers. authors’ contributions conceptualization: ratanaphun utmeemang; khajornsak buaraphan; data curation: ratanaphun utmeemang; formal analysis: ratanaphun utmeemang; funding acquisition: ratanaphun utmeemang; investigation: ratanaphun utmeemang; methodology: ratanaphun utmeemang; khajornsak buaraphan; project administration: ratanaphun utmeemang; khajornsak buaraphan; resources: ratanaphun utmeemang; software: khajornsak buaraphan; supervision: khajornsak buaraphan; validation: ratanaphun utmeemang; khajornsak buaraphan; visualization: ratanaphun utmeemang; khajornsak buaraphan; writing – original draft: ratanaphun utmeemang; writing – review & editing: khajornsak buaraphan. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 original article, education in https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1561 eclet. quim. 49 | e-1561, 2024 chemistry and correlated areas issn 1678-4618 page 15/16 data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments the authors would like to express their sincere gratitude to all the participants involved in the data collection, the school director for permitting this project, and dr. jirutthitikan pimvichai for her valuable suggestions. references acharry, s. the development of chemistry curriculum via microscale experiments for vocational learners. doctor of education thesis in science education, srinakharinwirot university, bangkok, 2009. chamrat, s. the definition of stem and key features of stem education learning activity. stou education journal. 2017, 10 (2), 13–34. 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course, naviraí, brazil. +corresponding author: claudia andrea lima cardoso, phone: +55 67 3902-2651, email address: claudia@uems.br article info article history: received: august 06, 2022 accepted: july 24, 2023 published: october 03, 2023 keywords: 1. gc×gc/tofms 2. mango 3. mass spectrometry 4. variety ‘coração de boi’ 5. variety ‘espada’ section editors: assis vicente benedetti abstract: the leaves of mangifera indica l. have been used in the medical system of india to treat diseases such as asthma, dysentery, cough, leucorrhea, jaundice, pain, and malaria. the analysis of different varieties of the same species is intended to determine if the compounds have a differential distribution. the present study investigates the volatile compounds from the leaves of two m. indica varieties extracted by hydrodistillation and analyzed by comprehensive twodimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry (gc×gc/tofms). the number of compounds identified by gc×gc/tofms was superior to that obtained by gas chromatography/mass spectrometry (gc/ms) for the same variety of m. indica. this study demonstrates the applicability of the gc×gc/tofms for the comprehensive profiling of essential oils from m. indica, in which 125 and 95 compounds were identified in the varieties ‘espada’ and ‘coração de boi’, respectively. these results show that the compositions of the two analyzed essential oils present differences concerning the gc×gc/tofms and conventional chromatography technique, the gc/ms. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 mailto:claudia@uems.br https://orcid.org/0000-0002-4907-0056 https://orcid.org/0000-0002-7045-5874 mailto:elinaufrgs@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-8127-1990 mailto:thiagoaguayo@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-2029-8003 mailto:euclesio@uems.br https://ror.org/02ggt9460 https://ror.org/015xjsg96 https://ror.org/02ggt9460 original article revista.iq.unesp.br 28 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 1. introduction plant-derived essential oils are known and primarily used for their biological properties (mesquita et al., 2015). combined with this, the major interest of the pharmaceutical, food and cosmetics industries in the use of new oils as well as the consumer receptivity to new products of natural origin, transformed the evaluation methods of these plants into widely used tools in the search for new products (aćimović et al., 2022). the proportion of individual compounds in the oil composition differs from trace levels to over 90% (bassolé and juliani, 2012). then, the complete separation and the correct identification of the essential oil compounds appear to be very important to a better understanding of the mechanisms involved in those biological activities and the prospection of new active compounds (cagliero et al., 2022). mangifera indica l., belonging to the anarcadiaceae family, is one of the 40 species of the mangifera genus that can be found in tropical and subtropical regions of southeastern asia, africa, and latin america (nikhal and mahajan, 2010). its fruits are considered multifunctional foods. however, other parts of this plant, such as bark, flowers, branches, and leaves, have also bioactive compounds (gupta et al., 2022). the leaves of m. indica have been used in the medical system of india to treat diseases such as asthma, dysentery, cough, leucorrhea, jaundice, pain, and malaria (basha et al., 2011). in brazil, the leaves are used as analgesic, anti-inflammatory and the treat hepatitis (oliveira et al., 2022). the study of the aqueous extracts of the bark of a selected variety of m. indica resulted in a pharmaceutical formula, commercially named vimang. the volatile constituents of m. indica fruits present a considerable variation in their chemical composition, which has been extensively investigated (dzamić et al., 2010). the variability of the volatile constituents can be influenced by factors such as the stage of development, variety, and extraction method (pino et al., 2005). the essential oils of m. indica leaves from egyptian varieties have antimicrobial activity (ouf et al., 2021). the latex essential oil of m. indica from the ‘rosa’ and ‘espada’ varieties showed cytotoxic activity against hl-60 human tumor cells (ramos et al., 2014). the volatile compounds in m. indica were usually obtained by hydrodistillation and analyzed by gas chromatography/mass spectrometry (gc/ms) (ansari et al., 2000; berenbaum et al., 1985; dzamić et al., 2010; moreno et al., 2010; oliveira et al., 2017; pino et al., 2005). due to the volatility and polarity of essential oils components, capillary gas chromatography is the preferable technique for their analysis because essential oils are generally complex mixtures of components with similar physicochemical characteristics (aspromonte et al., 2019; rubiolo et al., 2010). however, the satisfactory separation of a complex sample requires a higher peak capacity. in this case, comprehensive twodimensional gas chromatography (gc×gc), a relatively new technique, can be the best alternative (keppler et al., 2018). comprehensive gc×gc, idealized by liu and phillips (1991), has since emerged as the most powerful separation technique for analyzing volatile compounds. the satisfactory separation in complex samples, such as some essential oil, requires a higher peak capacity, achieved using gc×gc. in this technique, two independent separation mechanisms are used to resolve the compounds of complex samples within a single analysis, based on applying two gc columns with different stationary phases connected in series, with a transfer device defined as a modulator. the modulator’s function is continuously isolating, reconcentrating, and introducing small portions of the first (1d) effluent onto a second column (2d). the time required to complete this process is defined as the modulation period. each 1d peak is modulated several times, preserving the 1d separation (adahchour et al., 2008; stefanuto et al., 2021). the gc×gc has the advantage of increasing the resolution and sensitivity of the analysis due to the concentration of the sample fraction through the modulation process allowing the detection of compounds in trace levels as well as the separation of related compounds in the second dimension (baharum et al., 2010). gc×gc is the most powerful separation system now available when combined with mass spectrometry (ms). the time-of-flight mass spectrometer (tofms) can obtain high spectra acquisition rates for the correct peak assignment and quantification in gc×gc. however, its high cost limits its laboratory utilization. some studies used gc×gc with a time-of-flight mass spectrometry detector (gc×gc/tofms) to analyze essential oils (eyres et al., 2007; ieri et al., 2019; jalali et al., 2012; rubiolo et al., 2010; wang et al., 2012). the results obtained by these studies showed an important improvement in the characterization of these samples by gc×gc. in the present study, the volatile compounds of two m. indica were analyzed by gc×gc/tofms to evaluate the difference between the compounds in the varieties, allowing an adequate selection for medicinal and industrial purposes. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 29 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 2. experimental 2.1 samples the leaves of the m. indica variety were collected in campo grande/ms, brazil. the ‘espada’ variety (collected at 20°30’7” s and 54°37’17” w) and the ‘coração de boi’ variety (20°30’13” s and 54°37’14” w) were identified by dr. ronaldo posella zaccaro (centro universitário moura lacerda, ribeirão preto/sp, brazil) and deposited with voucher specimens’ numbers cm105 and cm 107, respectively. all the used solvents and reference standards (linear alkanes) were hplc grade (jt baker and sigma aldrich). the collection was recorded in the sisgen, number af9b3c3. 2.2 essential oil each essential oil was isolated from a 400 g sample of fresh leaves of m. indica by hydrodistillation using a clevenger-type apparatus. the essential oils were recovered, dried with anhydrous sodium sulfate, transferred to dark vials, and finally stored at –4 °c for further analysis. before gas chromatographic analysis, the essential oils (1 mg) were diluted in 1 ml n-hexane. the essential oil yield calculated based on fresh leaves was 0.2% for ‘coração de boi’ and 0.3% for ‘espada’. 2.3 chromatographic analysis a gc×gc/tofms pegasus-iv system (leco, st. joseph, usa) was equipped with a liquid nitrogen quadjet modulator and ctc combi pal autosampler (ctc analytics, carrboro, nc, usa). electron ionization was 70 ev, the mass acquisition was performed in the range of 50 to 550 amu at 100 hz, and the detector voltage was –1,706 v. the injector, transfer line and detector temperature were maintained at 250 °c. a conventional column set was employed: db-5 (5% phenyl–95% dimethylpolysiloxane) with 60 m length, an internal diameter of 0.25 mm, and 0.10 μm of film thickness in the first dimension and a db-17ms (50% phenyl–50% dimethylpolysiloxane) with 2.15 m length, the internal diameter of 0.18 mm and 0.18 μm of film thickness. both columns were acquired from agilent technologies – j&w scientific (palo alto, ca, usa). the temperature program of the first column started at 50 °c for 5 min, heating at 3 °c min–1 till 250 °c. the second column temperature was maintained 10 °c above the temperature of the first column. the modulation period was 10 s, and the hot pulse was 40% of the modulation period. chromatof software version 3.32 was employed for data processing the total ion current chromatogram, including tools such as peak finder and mass spectra deconvolution. data processing was performed using a signal-to-noise ratio equal to three. the criterium for accepting a detected compound was a minimum of 80% similarity with the library. temperature-programmed retention indices (mota et al., 2013) were calculated using a mixture of linear alkane (c6-c30), which was analyzed under the same conditions as the chromatographic analysis of the samples. the volatile components’ identification was based on comparing their mass spectra with those of the database nist 2.0, the comparison of their retention index and mass spectrum (adams, 2007) and the interpretation of the mass spectrum. the results obtained in this study were compared with the data obtained using gc/ms by oliveira et al. (2017). 3. results and discussion some studies show that the main compounds of the essential oils obtained from mango leaves are sesquiterpenes and monoterpenes (dzamić et al., 2010; gerbara et al., 2011; moreno et al., 2010; pino et al., 2005). these results of this study corroborate the data on the composition of m. indica leaves in the ‘espada’ and ‘coração de boi’ varieties. the essential oil from mango contains constituents such as α-gurjunene, trans-caryophyllene, α-humulene, α-selinene, and camphor (kumar et al., 2021). ramos et al. (2014) identified 25 compounds in the essential oil of m. indica leaves using gas chromatography with flame ionization detection (gc-fid) and gc/ms. fontenelle et al. (2017) studied the essential oil from different m. indica leaves by gc/ms, obtaining 20 compounds for the ‘tommy atkins’ variety, 13 for the ‘rosa’ variety, 6 for the ‘muscat’ variety and 15 for the ‘jasmine’ variety. ouf et al. (2021) identified 31 compounds in the ‘alphonso’ variety, 33 compounds in the ‘sidik’ variety, 29 compounds in the ‘waste’ variety, 26 compounds in the ‘zebda’ variety and 31 compounds in the ‘fagrikalan’ variety and trans-caryophyllene (8.06–18.88%), α-selinene (4.33–16.92%), and α-humulene (8.48– 25.98%) were found in the higher concentrations. for the ‘coração de boi’ variety, cyperene, (e)-caryophyllene and α-humulene are the predominant compounds. those compounds were also reported to be the most important in the leaves of the ‘coquinho’ variety by gc/ms analysis (gerbara et al., 2011). the study performed by oliveira et al. (2017) identified 23 volatile compounds such as monoterpenes https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/gas-chromatography-with-flame-ionization-detection#:~:text=gc with flame-ionization detection,the carbon number (cn). original article revista.iq.unesp.br 30 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 and sesquiterpenes from the leaves of m. indica ‘espada’ and ‘coração de boi’ varieties extracted by hydrodistillation and analyzed by gc/ms. in the essential oil of leaves obtained from the ‘espada’ variety, the major compounds were β-selinene (34.90%), cyperene (22.40%), (e)-caryophyllene (16.39%), α-humulene (10.84%), terpinolene (2.31%), and α-selinene (2.31%), while in ‘coração de boi’ variety, the major compounds were cyperene (32.62%), (e)-caryophyllene (26.91%), α-humulene (17.12%), β-selinene (5.70%), myrcene (2.80%), and phellandrene (2.70%) oliveira et al. (2017). the ‘espada’ and ‘coração de boi’ varieties generated essential oils of leaves with 125 and 95 tentatively identified compounds using the gc×gc/tofms technique. due to its superior performance over the gc/ms, the gc×gc/tofms increased the number of identified peaks in m. indica essential oils. in the column setup used, nonpolar in the 1d and medium polar in the 2d, the compounds are separated in the first dimension based on their different volatilities. in the second dimension, the separation is governed by polarity. consequently, compounds with similar volatility had similar or even exact retention times in the 1d and will be resolved in the 2d. the gc×gc/tofms analyses revealed a complex organic compound mixture (figs. 1 and 2). combining a low polar 5% phenyl phase in the first dimension with a medium polar 50% phenyl phase in the second dimension allowed efficient use of the available chromatographic space. figures 1 and 2 highlight the complexity of the m. indica essential oil and the efficiency of gc×gc to reduce the peak coelution, obtaining pure ms spectra and increasing peak detectability. figure 1. color diagram of the essential oils of m. indica ‘espada’ variety obtained by comprehensive twodimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometric detector. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 31 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 figure 2. color diagram of the essential oils of m. indica ‘coração de boi’ variety obtained by comprehensive twodimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometric detector. the experimental linear retention indices show a good agreement between the identified compounds and the linear retention indices reported by literature for 1dgc (bogusz junior et al., 2011). the list of identified compounds is shown in table 1. table 1. percentage composition of essential oils of leaves of m. indica by gc×gc/tofms. kia kib 1tr 2tr compound ‘espada’ (%) ‘coração de boi’ (%) 769 771 7.83 3.29 2-pentenol 0.05 ± 0.01 800 800 8.50 2.02 octane 0.03 ± 0.01 0.05 ± 0.01 800 802 8.50 3.54 caproaldehyde 0.16 ± 0.01 0.16 ± 0.01 848 854 10.17 4.3 2-hexenal 2.10 ± 0.10 1.00 ± 0.10 852 851 10.33 3.97 3-hexen-1-ol 0.44 ± 0.02 0.40 ± 0.03 867 867 10.83 3.85 hexen-1-ol 0.86 ± 0.03 0.81 ± 0.09 867 869 10.83 3.79 santene 1.75 ± 0.09 1.50 ± 0.20 904 902 12.17 4.11 heptanal 0.10 ± 0.01 929 930 13.33 3.93 α-thujene 0.06 ± 0.01 0.10 ± 0.01 932 939 13.50 3.5 α-pinene 1.20 ± 0.10 1.01 ± 0.07 946 944 14.17 2.71 valeric acid 3-methyl 0.07 ± 0.01 975 975 15.50 3.91 sabinene 0.30 ± 0.01 0.34 ± 0.01 989 991 16.17 3.79 myrcene 0.21 ± 0.01 1.60 ± 0.10 1000 1000 16.67 3.89 mmentha-1(7).8-diene 0.21 ± 0.01 0.22 ± 0.01 1006 1005 17.00 4.51 αphellandrene 0.33 ± 0.01 0.23 ± 0.01 1010 1011 17.17 4.01 γ-carene 4.20 ± 0.10 2.70 ± 0.20 1027 1031 18.00 4.14 limonene 0.99 ± 0.05 1.04 ± 0.08 1033 1031 18.33 5.01 β-phellandrene 0.02 ± 0.01 2.80 ± 0.20 1087 1087 21.00 5.22 terpinolene 0.02 ± 0.01 1093 1089 21.30 3.21 p-cimenene 0.05 ± 0.01 0.04 ± 0.01 1110 1108 22.17 5.03 maltrol 0.09 ± 0.01 1128 1128 23.00 8.03 allo-ocimene 0.09 ± 0.01 1134 1134 23.33 5.22 1-terpineol 0.03 ± 0.01 1141 1141 23.67 5.73 cis-verbeneol 0.12 ± 0.01 0.22 ± 0.01 1159 1159 24.50 5.61 karahanaenone 0.41 ± 0.03 0.38 ± 0.02 1176 1177 25.33 5.45 terpinen-4-ol 0.35 ± 0.02 0.37 ± 0.01 continue… https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 32 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 1186 1183 25.83 6.15 p-cimen-8-ol 2.00 ± 0.20 2.90 ± 0.20 1190 1190 26.00 3.36 neo isoverbenol 0.25 ± 0.01 1211 1212 27.00 3.21 2.4-nonadienal 0.25 ± 0.01 1278 1278 30.00 3.27 isopulegyl acetate 0.30 ± 0.01 1300 1300 31.00 3.42 tridecane 0.33 ± 0.02 1331 1330 32.50 4.85 acetate cis-piperitol 0.02 ± 0.01 1334 1333 32.67 7.38 hexyl tiglate 0.08 ± 0.01 0.40 ± 0.02 1338 1339 32.83 6.59 γ-elemene 0.04 ± 0.01 1345 1344 33.17 5.77 verbenol acetate 0.08 ± 0.01 0.17 ± 0.01 1348 1348 33.33 6.12 7-epi -silphiperfol-5-one 0.05 ± 0.01 1369 1368 34.33 4.51 cyclosativene 0.42± 0.02 0.42± 0.02 1372 1373 34.50 3.36 isoledene 0.39± 0.01 0.58± 0.02 1376 1376 34.67 4.73 α-copaene 0.02 ± 0.01 0.04 ± 0.01 1379 1379 34.83 6.02 silpheperfol-6-one 0.02 ± 0.01 1379 1379 34.83 6.85 methyl cinnamate 0.02 ± 0.01 1386 1391 35.17 4.67 β-elemene 2.10 ± 0.20 3.10 ± 0.20 1393 1393 35.50 3.55 jasmone 0.35 ± 0.01 0.47 ± 0.02 1397 1398 35.67 4.53 cyperene 5.00 ± 0.30 7.00 ± 0.30 1405 1404 36.01 4.75 methyl eugenol 0.84 ± 0.04 0.84 ± 0.02 1405 1406 36.01 4.85 italicene 3.50 ± 0.30 2.50 ± 0.10 1409 1409 36.17 5.89 α-gurjunene 0.02 ± 0.01 1414 1417 36.33 6.61 4.8-alpha-epoxy caryophyllane 0.02 ± 0.01 1414 1417 36.33 5.22 sesquitujene 0.02 ± 0.01 1414 1418 36.33 5.10 (e)-caryophyllene 5.20 ± 0.20 6.50 ± 0.30 1423 1423 36.67 5.69 β-duprezianene 0.06 ± 0.01 0.06 ± 0.01 1427 1429 36.83 4.81 cis thujopsene 0.06 ± 0.01 0.05 ± 0.01 1436 1432 37.17 4.95 β-gurjunene 0.47 ± 0.01 0.52 ± 0.02 1445 1444 37.50 5.30 cedrene 1.04 ± 0.07 1.30 ± 0.10 1450 1450 37.67 4.98 epicedrene 0.13 ± 0.01 0.19 ± 0.01 1450 1450 37.67 5.36 cis-muurola-3.5-diene 0.16 ± 0.01 0.15 ± 0.01 1455 1454 37.83 5.23 α –humulene 6.90 ± 0.30 7.20 ± 0.30 1459 1460 38.00 3.46 β-santalene 0.03 ± 0.01 0.02 ± 0.01 1459 1460 38.00 5.23 allo-aromadendrene 2.10 ± 0.20 2.00 ± 0.10 1473 1473 38.50 5.40 α -terpinyl isobutanoate 0.57 ± 0.02 0.50 ± 0.02 1473 1473 38.50 5.22 drima-7.9(11)-diene 4.80 ± 0.20 4.90 ± 0.20 1477 1477 38.67 5.06 β-gurjunene 0.48 ± 0.02 0.45 ± 0.01 1482 1480 38.83 5.25 γ-murolene 0.30 ± 0.01 0.32 ± 0.01 1486 1480 39.00 5.48 germacrene d 0.72 ± 0.02 0.64 ± 0.02 1486 1485 39.00 5.40 β-selinene 10.20 ± 0.20 10.40 ± 0.20 1495 1496 39.33 3.71 asaricinae 0.28 ± 0.01 0.25 ± 0.01 1495 1498 39.33 5.38 α-selinene 6.70 ± 0.10 5.00 ± 0.20 1500 1500 39.50 5.42 biciclogermacrene 0.87 ± 0.01 0.87 ± 0.03 1509 1509 39.83 5.39 farenol 0.22 ± 0.01 0.21 ± 0.01 1509 1509 39.83 5.24 germacrene a 0.60 ± 0.02 0.62 ± 0.01 1517 1518 40.17 5.34 menthyl isovalerate 0.24 ± 0.01 0.24 ± 0.01 1522 1523 40.33 5.51 eugenol acetate 0.85 ± 0.03 0.83 ± 0.02 1526 1526 40.50 5.80 1-phenyl heptan-3-one 0.18 ± 0.01 0.19 ± 0.01 1526 1527 40.50 5.26 vanillin acetate 0.21 ± 0.01 0.21 ± 0.01 1535 1535 40.83 5.58 10-epi-cubenol 0.33 ± 0.01 0.36 ± 0.02 1539 1539 41.00 5.40 α-cadinene 0.13 ± 0.01 0.17 ± 0.01 1543 1543 41.17 5.75 8.14-cedranoxide 0.43 ± 0.02 0.41 ± 0.01 1548 1548 41.33 6.14 silphiperfolan-6-beta-ol 0.02 ± 0.01 1557 1557 41.67 6.93 elemicine 0.03 ± 0.01 0.01 ± 0.01 1561 1561 41.83 5.91 germacrene b 1.31 ± 0.08 2.01 ± 0.12 continue… https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 33 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 1565 1566 42.00 6.32 β-calacorene 0.03 ± 0.01 0.03 ± 0.01 1565 1566 42.00 6.42 davanone b 0.23 ± 0.01 0.32 ± 0.01 1574 1575 42.33 5.67 α-cedrene epoxy 0.28 ± 0.01 0.25 ± 0.01 1574 1575 42.33 6.01 silphiperfol-5-em-3-one a 0.38 ± 0.01 0.35 ± 0.01 1583 1583 42.67 6.26 turmerol 0.75 ± 0.06 0.34 ± 0.01 1583 1583 42.67 6.43 caryophyllene oxide 3.95 ± 0.08 2.15 ± 0.06 1591 1591 43.00 6.36 β-copaen-4-α-ol 0.14 ± 0.01 0.19 ± 0.01 1596 1596 43.17 6.04 turmerone-ar-dihydro 0.60 ± 0.01 0.64 ± 0.02 1600 1600 43.33 3.69 hexadecane 0.01 ± 0.01 1600 1601 43.33 5.15 cedrol 0.02 ± 0.01 1600 1601 43.33 5.92 guaiacol 0.04 ± 0.01 0.04 ± 0.01 1600 1601 43.33 6.25 β-elemenone 0.05 ± 0.01 0.05 ± 0.01 1605 1605 43.50 6.40 sesquilavandulol 0.88 ± 0.03 0.94 ± 0.03 1609 1608 43.67 6.21 platyphyllol 0.17 ± 0.01 0.15 ± 0.01 1609 1608 43.67 6.06 β-atlantol 0.92 ± 0.03 1.12 ± 0.05 1614 1614 43.83 6.42 ethyl chromone 2 0.44 ± 0.02 0.40 ± 0.01 1614 1614 43.83 6.59 βbiotol 3.40 ± 0.10 4.00 ± 0.20 1618 1618 44.00 6.16 butyl anthranilate 0.12 ± 0.01 1632 1631 44.50 6.31 eremoligenol 0.23 ± 0.01 0.27 ± 0.01 1632 1632 44.50 6.55 γ-eudesmol 0.82 ± 0.04 0.89 ± 0.02 1641 1641 44.83 7.52 epoxy allo alloaromadendrene 0.34 ± 0.01 0.31 ± 0.01 1645 1646 45.00 6.15 α-murolol 0.16 ± 0.01 0.13 ± 0.01 1655 1655 45.33 6.55 dihydromyrcene. 1.6 –diol. e 0.14 ± 0.01 0.15 ± 0.01 1655 1655 45.33 6.61 3tujopsanone 1.64 ± 0.08 1.4 ± 0.1 1659 1659 45.50 6.62 atractilone 0.61 ± 0.02 0.63 ± 0.03 1668 1668 45.83 6.46 citronellyl tiglate e 0.15 ± 0.01 0.12 ± 0.01 1677 1677 46.17 6.6 cadelene 1.04 ± 0.06 0.90 ± 0.10 1686 1686 46.50 6.65 α-bisabolol 0.15 ± 0.01 0.13 ± 0.01 1695 1694 46.83 3.7 germacrone 0.20 ± 0.01 0.22 ± 0.01 1700 1700 47.00 3.79 heptadecane 0.41 ± 0.01 0.43 ± 0.02 1705 1705 47.17 6.68 δ-dodecalactone 0.11 ± 0.01 0.14 ± 0.01 1714 1714 47.50 4.91 cedroxide 0.03 ± 0.01 1714 1714 47.50 6.76 α -humulene. 14hydrixy 0.43 ± 0.01 0.52 ± 0.03 1724 1723 47.83 7.03 crisolide 0.44 ± 0.02 0.48 ± 0.03 1738 1740 48.33 7.53 oplopanone 0.29 ± 0.01 0.34 ± 0.01 1748 1748 48.67 7.29 αoxobisabolone 0.20 ± 0.01 1800 1800 50.50 3.85 octadecane 0.23 ± 0.01 0.31 ± 0.01 1897 1898 53.83 4.70 seseline 0.26 ± 0.01 1901 1902 54.00 3.91 laurencene 0.26 ± 0.01 1963 1962 55.83 5.25 tetrahydro rimuene 1.40 ± 0.10 0.75 ± 0.03 2000 2000 57.00 3.94 eicosane 0.34 ± 0.01 2088 2088 59.33 6.16 abietadiene 0.56 ± 0.02 2100 2100 60.00 4.03 heneicosane 0.35 ± 0.01 2115 2116 60.67 5.14 laurensen-2-one 0.64 ± 0.02 0.73 ± 0.03 2176 2175 62.17 6.63 grandiflorene 0.12 ± 0.01 aki: retention index calculated; bki: retention index literature from adams (2007); (-): not identified; 1tr: retention time in the first dimension; 2tr: retention time in the second dimension. furthermore, the gc×gc increased the detectability of the compounds due to using the modulator (baharum et al., 2010), as can be observed in the increase in the number of compounds. these peaks were present at low concentrations, but the improvement of their signal by gc×gc achieved better mass spectra and separation than in the 1d-gc. in several cases, it was found that, despite using two chromatographic separation columns, some compounds were still coeluting. the essential oils have many isomers with similar retention times and mass spectra, especially sesquiterpenes and oxygenated sesquiterpenes. however, peak deconvolution algorithms allowed for resolving chromatographic solutions and extracting the mass spectrum of each https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 34 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p27-36 compound, even in such situations. gc×gc promoted the identification of fivefold more compounds in the two essential oils than gc/ms. the major constituents of ‘espada’ variety essential oil identified by gc×gc/tofms were β-selinene (10.2%), α-humulene (6.9%), α-selinene (6.7%), (e)caryophyllene (5.2%), ciperene (5.0%), drima-7.9(11)diene (4.8%), γ-carene (4.2%), caryophyllene oxide (3.95%), italicene (3.5%) and β-biotol (3.4%). ninetyfive compounds were identified in essential oil of the ‘coração de boi’ variety by gc×gc/tofms and the major constituents were β-selinene (10.4%), α-humulene (7.2%), ciperene (7.0%), (e)-caryophyllene (6.5%), αselinene (5.0%), drima-7.9(11)-diene (4.9%, β-biotol (4.0%) and β-elemene (3.1%). a total of 31 compounds were identified exclusively in the ‘espada’ variety. the two essential oils were characterized by the predominance of β-selinene, (e)-caryophyllene and αhumulene. also, monoterpenes were found in small concentrations in the two oils. the use of gc×gc provided enhanced efficiency, mainly for minor compounds. the results showed a considerable increase in the number of separated compounds. in addition, the analysis of mass spectra data together with the retention index allowed the identification of three times more compounds which reflected a differentiation between the essential oils studied. 4. conclusions this study demonstrates the applicability of the gc×gc/tofms for the comprehensive profiling of m. indica essential oils. it also indicated that twodimensional gas chromatography had a superior resolution, making it possible to identify more compounds. one hundred and twenty-five and ninetyfive compounds were tentatively identified in the two studied essential oils of the ‘espada’ and ‘coração de boi’ varieties, respectively. these results showed that the compositions of the two analyzed essential oils showed differences in relation to the gc×gc/tofms and conventional chromatography technique, the gc/ms. authors’ contribution conceptualization: cardoso, c. a. l.; data curation: cardoso, c. a. l.; formal analysis: cardoso, c. a. l.; castro, t. l. a.; funding acquisition: cardoso, c. a. l.; investigation: cardoso, c. a. l.; simionatto, e.; methodology: cardoso, c. a. l.; caramão, e.; project administration: cardoso, c. a. l.; resources: cardoso, c. a. l.; software: cardoso, c. a. l.; supervision: cardoso, c. a. l.; caramão, e.; validation: cardoso, c. a. l., simionatto, e.; visualization: cardoso, c. a. l.; writing – original draft: cardoso, c. a. l.; simionatto, e.; caramão, e.; writing – review & editing: cardoso, c. a. l.; castro, t. l. a. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references aćimović, m.; rat, m.; pezo, l.; lončar, b.; pezo, m.; miljković, a.; lazarević, j. biological and chemical diversity of angelica archangelica l.—case study of essential oil and its biological activity. agronomy. 2022, 12 (7), 1570. https://doi.org/10.3390/agronomy12071570 adahchour, m.; beens, j.; brinkman, u. a. recent developments in the application of comprehensive 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https://doi.org/10.1590/s1519-99402017000200012 https://doi.org/10.1590/s1519-99402017000200012 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.123 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.123 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.123 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.123 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.123 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.123 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.123 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101783 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101783 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101783 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101783 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101783 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101783 https://doi.org/10.3390/molecules24020226 https://doi.org/10.3390/molecules24020226 https://doi.org/10.3390/molecules24020226 https://doi.org/10.3390/molecules24020226 https://doi.org/10.3390/molecules24020226 https://doi.org/10.3390/molecules24020226 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.11.001 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https://doi.org/10.1007/s13197-020-04816-5 https://doi.org/10.1007/s13197-020-04816-5 https://doi.org/10.1007/s13197-020-04816-5 https://doi.org/10.1007/s13197-020-04816-5 https://doi.org/10.1007/s13197-020-04816-5 https://doi.org/10.1093/chromsci/29.6.227 https://doi.org/10.1093/chromsci/29.6.227 https://doi.org/10.1093/chromsci/29.6.227 https://doi.org/10.1093/chromsci/29.6.227 https://doi.org/10.1021/jf0402633 https://doi.org/10.1021/jf0402633 https://doi.org/10.1021/jf0402633 https://doi.org/10.1021/jf0402633 https://doi.org/10.1155/2014/734946 https://doi.org/10.1155/2014/734946 https://doi.org/10.1155/2014/734946 https://doi.org/10.1155/2014/734946 https://doi.org/10.1155/2014/734946 https://doi.org/10.1155/2014/734946 https://doi.org/10.1155/2014/734946 https://doi.org/10.1002/ffj.1984 https://doi.org/10.1002/ffj.1984 https://doi.org/10.1002/ffj.1984 https://doi.org/10.1002/ffj.1984 https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116251 https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116251 https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116251 https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116251 https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116251 https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116251 https://doi.org/10.1016/j.mencom.2012.01.018 https://doi.org/10.1016/j.mencom.2012.01.018 https://doi.org/10.1016/j.mencom.2012.01.018 https://doi.org/10.1016/j.mencom.2012.01.018 https://doi.org/10.1016/j.mencom.2012.01.018 https://doi.org/10.1016/j.mencom.2012.01.018 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034900537.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034914537.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034932473.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034939681.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129034958241.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035014673.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035030513.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035045289.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035111560.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035122624.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035138337.pdf convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051033161.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051100473.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051124379.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051135098.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051147017.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051154042.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051208961.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051228041.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051248257.pdf original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 47 | n. 1 | 2022 | 17 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 biofuel from hydrocracking of cerbera manghas oil over ni-zn/hzsm-5 catalyst lenny marlinda1+ , danawati hari prajitno2 , achmad roesyadi2 , ignatius gunardi2 , yustia wulandari mirzayanti3 , muhammad al muttaqii4 , agus budianto3 1. university of jambi, department of chemistry, jambi, indonesia. 2. sepuluh nopember institute of technology, department of chemical engineering, surabaya, indonesia. 3. adhi tama institute of technology, department of chemical engineering, surabaya, indonesia. 4. indonesian institute of sciences, research center for chemistry, tangerang selatan, indonesia. +corresponding author: lenny marlinda, phone: +62 81366079067, email address: marlindalenny@unja.ac.id article info article history: received: july 26, 2020 accepted: october 08, 2021 published: january 01, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. the non-edible vegetable oil 2. gasoil like-hydrocarbon 3. h-zsm-5 4. cracking abstract: the effects of reaction temperature on the hydrocarbon composition of biofuel produced in hydrocracking of cerbera manghas oil with ni-zn/hzsm-5 catalyst were investigated. the incipient wetness impregnation method was applied to prepare the ni-zn/hzsm-5 catalysts. furthermore, the properties of catalysts were measured by x-ray diffraction, atomic absorption spectrometry, and nitrogen physisorption. hydrocracking process was carried out in parr usa pressure batch reactor at pressure of 20  5 bar after flowing h2 for 1 h. the reaction with a catalyst/oil ratio of 1 g/150 ml proceeded at various temperatures of 350, 375 and 400 °c for 2 h. gas chromatography-mass spectrometry was used to analyze biofuel. the most abundant hydrocarbon compounds in biofuel were identified as pentadecane and heptadecane (a major diesel fuel compound) with a different amount at different reaction temperatures. it can be said that the hydrodecarboxylation/decarbony lation routes were the predominant reaction pathways and oxygen removal occurred during hydrocracking. the cerbera manghas oil can be recommended as a promising biofeed to produce the gasoil as an alternative transportation fuel. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 mailto:marlindalenny@unja.ac.id http://orcid.org/0000-0001-6961-3815 http://orcid.org/0000-0002-9545-2426 http://orcid.org/0000-0002-4047-8194 http://orcid.org/0000-0002-9130-5138 http://orcid.org/0000-0001-8647-9638 http://orcid.org/0000-0001-5000-3478 http://orcid.org/0000-0003-1758-9707 original article iq.unesp.br/ecletica 18 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 1. introduction when liquid fuel from fossil sources was applied as transportation fuel, the increasing co2 emission rapidly increased. the use of biofuel will be the right step to achieve zero waste. hydrocarbon compounds in biofuel are similar with petroleum diesel fuel so that biofuel can be a substitute for diesel fuel. development of biofuel production technology continues to evolve concurrently with the exploration of vegetable oil as raw materials while maintaining the sustainability of food security. biofuel was already used both in pure form and blending is fatty acid methyl esters (fames), also known as oxygenated biofuels, as reported by romero et al. (2015). the oxygenated biofuel is also known as biodiesel. bio-oil and biodiesel can be grouped as biofuels, which are environmentally friendly alternative fuels that can replace petroleum. however, they both have different hydrocarbon compositions. biodiesel contains hydrocarbon compounds with oxygen atoms in esters. the bio-oil contains a large number of organic compounds, namely alkanes, aromatic hydrocarbons, and phenol derivatives. small amounts of ketones, esters, ethers, sugars, amines and alcohols with an h/c molar ratio higher than 1.5 were identified in bio-oil (lu et al., 2009; wu et al., 2009). the method of high thermal decomposition (pyrolysis) without the addition of o2/air was used to produce it (isahak et al., 2012). fatty acid methyl esters or biodiesel were produced by transesterification of the extracted seed-derived vegetable oils (e.g., rapeseed oil, cotton oil, palm oil, soybean oil, and jatropha seed) and methanol. it was still having the properties that have not been profitable for diesel engines (ayodele et al., 2015; chen et al., 2016; kim et al., 2013; pinto et al., 2013; šimáček et al., 2009; wang et al., 2014). some phenomena, such as blockages in some parts of the fuel system, the appearance of deposit and sludge on the storage system, corrosion on metal parts due to the relatively high-water solubility in fames, causing swelling of rubber components, can be a factor causing engine damage (kim et al., 2013; šimáček et al., 2009; 2011). the limiting properties of fames for the application directly as a fuel in vehicle engines are low energy density, poor oxidation stability of fames (ayodele et al., 2015; chen et al., 2016; kim et al., 2013), which is caused by excess oxygen incorporated in carboxyl or carbonyl groups (chen et al., 2016; kim et al., 2013; romero et al., 2015; wang et al., 2014), the high value of viscosity and pour point, poor calorific value (wang et al., 2014), poor storage stability, and glycerol byproduct menace (ayodele et al., 2015). therefore, fames composed of the different chemical compounds can damage the engine combustion and reduce the engine performance (pinto et al., 2013). the other method for converting vegetable oil to biofuel is hydrocracking applied before in crude oil refinery unit with heterogeneous catalyst. some of the catalysts have been applied in vegetable oils processing into biofuel through the catalytic cracking and hydrocracking. the comos and nimos catalysts (kim et al., 2013; zhang et al., 2014), nimo/zsm-5-alumina (ishihara et al., 2014), como/-al2o3 (bezergianni et al., 2014; pinto et al., 2014; rasyid et al., 2015), ultrastable y (usy) zeolite (li et al., 2014), hzsm-5 based catalyst, e.g., ni or zn supported on hzsm-5 (budianto et al., 2014a; roesyadi et al., 2013), pt, pd, or au supported on h-zsm-5 (budianto et al., 2014b), nizn/hzsm-5 (prajitno et al., 2015), ni or ga supported on hzsm-5 (tamiyakul et al., 2016) were typical catalysts for catalytic cracking or hydrocracking of triglycerides to obtain biofuel. however, the mesoporous zeolite is preferred to support diffusion of the reactants and produce alkane isomers with relatively high yields (chen et al., 2016). wang et al. (2014) deoxygenated soybean oil with the ni/hzsm-5 catalyst through a single-step hydrotreatment process combining deoxygenation of fatty acid into n-paraffin as the main hydrocarbon product and isomerization to obtain isoparaffin. apparently, catalytic activity of ni/sapo-11 is higher than ni/hzsm-5 catalyst in a single-step hydrotreatment process based on the amount of nparaffin produced and oxygenated compounds remaining. hierarchical pore structure becomes a good solution to obtain the size of micropores-mesopores on hzsm-5 in an effort to increase the activity of catalyst, as suggested by liu et al. (2015). with the ni/hzsm-5 catalyst, chen et al. (2016) promoted long-chain unsaturated fames through one-step catalytic hydroprocessing (including deoxygenation and decarboxylation or decarbonylation, followed by isomerization). with the ni/hzsm-5 catalyst (silica to alumina ratio of 25) and metal loading of 10 wt.%, it was found that high selectivity of c5-c18 n-paraffins and isomerization selectivity were 88.2 and 27.0%, respectively (chen et al., 2016). in this case, changes in the si/al ratio affect the acidity of the zeolite and have an impact on variations in the composition of hydrocarbon compounds in the liquid product. based on this, it is remarkably interesting for impregnating double promoter of ni and zn metal into hzsm-5 zeolite. this prepared catalyst is expected to improve the degree of triglycerides hydrocracking when compared to using one active metal only. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 19 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 so far, the fuel produced has characteristics which can maintain the machine durability and do not require substantial modification of conventional machines. problems resulted from the use of fames are resolved through the removal of oxygen atoms in the fatty acid by reaction hydrocracking, i.e., hydrodecarbonylation/decarboxylation (hdc) and hydrodeoxygenation (hdo) (arun et al., 2015; ishihara et al., 2014; kim et al., 2013; silva and sousa, 2013; zhang et al., 2014) and then followed by isomerization. kim et al. (2013) stated it is especially important to understand and control the reactions (i.e., dehydrogenation, isomerization, cyclization, and aromatization) related to the oxygen removal on triglycerides in hydrocracking process to produce biofuel with fuel properties (including cloud point and cetane number). the fuel properties were influenced by hydrocarbon composition, such as (normal, iso-) paraffin, olefins, cycloparaffin, and aromatic. these reaction routes may lead to the formation of hydrocarbons such as n-paraffins, isoparaffins, cycloparaffins, aromatics, and olefins (kim et al., 2013; ishihara et al., 2014; zhang et al., 2014). it is very important to keep the hydrogen partial pressure not too high during the hydrocracking process because it resulted in a low yield of hydrocarbons, as stated by santillan-jimenez and crocker (2012). biofuel derived from nonedible vegetable oil through hydrocracking process is becoming a promising renewable alternative fuel in sustainable energy production. the candlenut, jatropha, rubber seed, cerbera manghas seed, calophyllum inophyllum have been used as sources of nonedible vegetable oils. seeds from these plants contain toxic substances which humans cannot consume, e.g., cerberin is found in cerbera manghas seed. carlier et al. (2014) also reported that dry seeds of cerbera manghas contained a number of compounds: cerberin, deacetyltanghinin, neriifolin, and tanghinin. cerbera manghas trees, part of the ecosystem of the mangrove forests, can reach a height of 12 m. these plants can be found as urban greening plants. their seeds contained a high level of crude cerbera oil of approximately 46–64%. in this work, the influence of reaction temperature for two different composition ratios of metals impregnated on hzsm-5 on the hydrocarbon composition in biofuels by hydrocracking of cerbera manghas oil is discussed. it is expected that characteristics of hydrocarbon composition in the biofuel produced are similar to petroleum-based fuels. based on gas chromatography-mass spectrometry (gcms) analysis, decarboxylation/decarbonylation occurred during hydrocracking was also discussed. 2. materials and methods 2.1 extraction of cerbera manghas dried fruits of cerbera manghas were obtained from plant that grows in keputih, surabaya, indonesia. it is also known as bintaro plant in java island. cerbera manghas oil was extracted from seeds through the process steps that according to previous literature, as shown in fig. 1 (roesyadi, 2016). at first the fruit was split and the seeds were removed from the fruit. these seeds were cleaned from the skin and obtained white oval-shaped seeds. furthermore, the seeds were dried in the sun for 7 days. after drying, the dry seeds were chopped and extracted by hydraulic press to produce oil. oil was stored in an airtight container to prevent oxidation, which can increase free fatty acid levels. cerbera manghas oil from the hydraulic extraction process was obtained as much as 2.5 l from 6 kg of seeds. it can be said that 2 kg of bintaro seeds produce about 0.8 l of oil. figure 2 specify the different conditions of the seed and the obtained oil. figure 1. extraction process of cerbera manghas seeds. (a) the fruit was split into two parts, (b) the seeds were removed from the fruit, (c) the seeds were dried in the sun, (d) the dry seeds were chopped, finally (e, f) the seeds were extracted by hydraulic press. source: adapted from roesyadi (2016). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 20 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 figure 2. different condition of cerbera manghas fruit and the obtained oil. (a) a dried fruit, (b) seed with skin, (c) white oval-shaped seeds seed, (d) oil. source: adapted from roesyadi (2016). 2.2 catalyst preparation zsm-5 zeolite in ammonium form (cbv 8014, sio2/al2o3 ratio of 25, surface area of 400 m2 g–1, na2o of 0.05 wt.%) was provided from zeolyst international. meanwhile, ni(no3)2.6h2o and zn(no3)2.6h2o as the metal precursor were obtained from merck with 98% purity. the calcination process on nh4-zsm-5 zeolite was applied to obtain hzsm-5 zeolite at temperature of 550 °c for 5 h (sartipi et al., 2013). by incipient wetness impregnation method (haber et al., 1995; marlinda et al., 2016; sartipi et al., 2013), hzsm-5 after calcined was impregnated with nickel and zinc to obtain ni-zn/hzsm-5 catalyst. before impregnation, the hzsm-5 zeolite was dried overnight at a temperature of 120 °c. the amount of aqueous metal solutions was calculated according to the total pore volume of hzsm-5 as support, which was obtained from brunauer–emmett–teller (bet) analysis, as shown in table 1. after preparing aqueous metal solutions, firstly the amount of aqueous ni(no3)2.6h2o solution of 1.81 mol l–1 was sprayed slowly to hzsm5 zeolite while stirring and then kept overnight in a desiccator. finally, this catalyst was dried at 120 °c for 12 h. furthermore, in the same way as before, the amount of aqueous zn(no3)2.6h2o solution of 1.62 mol l–1 was sprayed slowly to hzsm-5 zeolite while stirring. before drying at temperature of 120 °c for 12 h, the catalyst was kept overnight in a desiccator. catalysts containing ni and zn salt solution were calcined with air at temperature of 400 °c for 2 h. after calcination, active metal usually exists as a form of metal oxide (kim et al., 2013; romero et al., 1998). the metallic phases of ni and zn were obtained by reducing the metal oxides under flowing hydrogen at a temperature of 450 °c for 3 h. by atomic absorption spectrometry, the metal content was 5.43 wt.% of ni and 1.23 wt.% of zn of the total catalyst weight. the catalyst is denoted as ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst. other prepared catalyst is ni(5.42%)zn(1.11%)/hzsm-5. table 1. the characterization of h-zsm-5 and ni-zn/hzsm-5 catalyst. catalyst surface area (m2 g–1) volume (cm3 g–1) df (nm) actual metal contentg (wt.%) references totala micro meso totalc microd mesoe ni zn hzsm-5 362.77 315.13 47.64 0.245 0.156 0.089 2.709 present study ni(5.43%)zn(1.23%)/hzsm-5 5.43 1.23 present study ni(5.42%)zn(1.11%)/hzsm-5 246.06 205.52 40.54 0.191 0.101 0.090 3.109 5.42 1.11 (roesyadi et al., 2016) a = total surface area bet; b = the surface area mesoporous and microporous obtained from the t-plot; c = total pore volume; d = micropore volume obtained from the t – plot; e = mesoporous volume = vmeso = vtotal – vmikro; f = average pore diameter; g = atomic absorption spectrometry (aas) analysis. source: elaborated by the authors using data from roesyadi et al. (2016). 2.3 characterization of catalyst the various techniques used to characterize catalysts were x-ray diffraction (xrd), atomic absorption spectrometry (aas) and n2 adsorption-desorption. the metal contents of ni dan zn were confirmed with aas. in principle, the distribution of metal on zsm-5 is influenced by the preparation method used (chen et al., 2015). x-ray diffraction was applied to identify phase analysis and the ni-zn/hzsm-5 catalyst crystallinity. x-ray diffraction patterns of the solid catalyst (phillip x-pert diffractometer with cu radiation k) were collected from 2 of 5–90° to identify the peak of crystalline zeolite zsm-5. the existence of the crystalline phase of nio, zno, ni and zn particles was confirmed from the diffraction patterns recorded on 2 = 30–80°. the catalyst surface area was measured by bet calculation on quantachrome novawin version 10.0 according to the adsorption data with the relative pressure (p/po) in range from 0.095 to 0.297 through the recording process of isotherm bet on five points. before the measurement of nitrogen adsorption and desorption isotherms at a temperature of 77 k, the sample was outgassed for 16 h at 300 °c. the pore size http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 21 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 distributions were calculated using adsorption model of barrett–joyner–halenda (bjh). micropores volumes were obtained from the t-plot analysis. total pore volumes were obtained according to the amount of nitrogen adsorbed at relative pressure about 0.99034. mesoporous volumes were obtained from the reduction of the total pore volume by the volume of micropore. 2.4 hydrocracking reaction hydrocracking reactions were carried out in the parr usa pressure batch reactor equipped with a mechanical stirrer. cerbera manghas oil of 150 ml and catalysts of 1 g were transferred in the reactor. to remove air, nitrogen was flowed into the reactor at least 30 min for purging. depending on temperature condition, reaction pressure was changed between 15 and 25 bar after flowing h2 for at least 1 h, as reported in previous study (marlinda et al., 2016). the reaction proceeded at various temperatures, i.e., 350, 375 and 400 °c for 2 h. after a reaction time was reached, the reactor temperature was allowed to reach room temperature. furthermore, biofuel was analyzed by gc-ms, i.e., agilent hp 6890 gc equipped with a capillary column, model agilent 19091s-433 (hp–5ms, phenylmethylsiloxane of 5%). the column dimensions used have an internal diameter of 0.25 mm, film thickness of 0.25 m and a length of 30 m. all hydrocarbon components are identified using the wiley275 and nist02 mass spectral library of data. based on gc-ms analysis, it is possible to estimate the relative percentages of hydrocarbon composition and distribution of products to their carbon numbers. according to barrón et al. (2011), hydrocarbon compounds (including n-paraffin, isoparaffin, cycloparaffin, aromatic, olefin) were grouped in gasoline-like hydrocarbon (c5-c9), kerosene-like hydrocarbon (c10-c13), and gasoil-like hydrocarbon (c14-c22). 3. results and discussion 3.1 oil characterization the clear yellow color of cerbera manghas oil without purification was analyzed by gc-ms. table 2 indicated that the most abundant compound in cerbera manghas oil is oleic acid at 77.76 area%, which agrees with that obtained by marlinda et al. (2016). oleic acid is also the largest constituent of calophyllum inophyllum oil, jatropha curcas oil (chuah et al., 2016) and pongamia pinnata oil (dwivedi and sharma, 2015), as much as 39.8 ± 0.4, 51.2 ± 0.6 and 65.3 wt.%, respectively. table 2. compounds of cerbera manghas oil tested by gc-ms. compound chemical name molecular formula content (%) palmitic acid; c16:0 hexadecanoic acid c15h31cooh 20.29 oleic acid; c18:1 9-octadecenoic acid c17h33cooh 77.76 ethyl palmitate hexadecanoic acid, ethyl ester c18h36o2 1.95 source: elaborated by the authors using data from prajitno et al. (2015). 3.2 catalysts characterization some different techniques were used to obtain the textural properties and metal content of the nizn/hzsm-5 catalyst. figure 3 shows the type of adsorption isotherms classified by international of pure applied chemistry (iupac) for hzsm-5 and nizn/hzsm-5 catalyst. it was clear that a combined pattern of type i and type iv was exhibited in fig. 3b. the type of microporous solids owned by hzsm-5 is type i isotherm, as shown in fig. 3a. it shows an initial curve that rises sharply at very low relative pressure, as reported in previous studies (hao et al., 2012; sartipi et al., 2013; wang et al., 2013). the mesopores and the pore size distribution calculated from the sorption isotherm can be called hysteresis. the presence of hysteresis exhibited with type iv isotherm was seen on high relative pressure of 0.65 towards 0.85, at which n2 desorption does not pass through the adsorption original path (hao et al., 2012; vitale et al., 2013; wang et al., 2013). nickel and zinc impregnated on support can create mesoporous sites in catalyst, so that bulky molecules can diffuse easily to the pores of catalyst, as reported in previous studies (hao et al., 2012; vitale et al., 2013; wang et al., 2013). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 22 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 figure 3. nitrogen adsorption and desorption and bjh pore size distribution of catalyst. (a) hzsm-5; (b) ni(5.42%)zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst. the pore size distributions of the two types of the catalyst were centered at 3.8 nm. however, the slightly narrower pore size distribution and lower peak height were seen on ni–zn impregnated on hzsm-5. reduction of peak height on the catalyst showed that the presence of ni and zn had a considerable influence on the pore structure of hzsm-5. both of the catalysts have a mesoporous structure as the result of the interparticle voids. this pore structure will greatly affect the increase of reactivity of the catalysts, as reported by wang et al. (2013). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 23 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 table 1 shows that micropores volume decreased from 0.156 to 0.101 cm3 g–1, while pore diameter increased from 2.709 to 3.109 nm after ni–zn metals were impregnated on hzsm-5. nevertheless, chen et al. (2016) stated that the internal nickel particles can inhibit the nitrogen molecules into the pore by blocking the micropores of hzsm-5. however, the increase of pore diameter and the presence of mesopores size distribution indicated that fatty acids had a significant probability to diffuse into the pores successfully and react on the active sites. according to bockisch (1998), assuming a typical triglyceride molecule to have a spherical form, its diameter would be 1.5 nm. therefore, if the fatty acids cannot diffuse and react with the active sites located in micropores channel, then these fatty acids will diffuse and react with the active sites located in mesopores channel. while the actual metals content obtained were shown in table 1. x-ray diffraction data of catalyst system shows that the full diffractograms were recorded in the range 2° of 5–90 to see the diffraction peak of nio, zno, ni and zn in the catalyst samples. the characteristic of diffraction peaks of commercial hzsm-5, as shown in fig. 4a, located at 2 of 7.9, 8.8, 23.09, 23.31, 23.69, 23.9 and 24.4°, which indicated a structure type mordenite framework inverted (mfi), as reported by a previous study (marlinda et al., 2016). as shown in fig. 4b and c, diffractograms of catalyst used for the hydrocracking on cerbera manghas oil were almost similar to those of commercial hzsm-5. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 24 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 figure 4. x-ray diffraction pattern of catalysts. (a) commercial hzsm-5 after calcined (marlinda et al., 2016), (b) ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst, (c) ni(5.42%)-zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst. after impregnation with ni–zn, the hzsm-5 framework structure was almost unchanged, but only the intensity of each diffraction peak decreased (chen et al., 2016; niu et al., 2014; wang et al., 2013). figure 4b shows that a small intensity diffraction peak of zno crystallites was observed at 2 of 34.55, 36.32, 47.56, 56.66 and 69.08°. the zn and ni particles were also observed at 2 of 70.94 and 52.06° with low intensity, respectively. while the presence of nio crystallite was not found. figure 4c shows that a small peak diffraction intensity of zno crystallites were observed at 2 of 34.53, 36.19, 47.58 and 69.10°. nio crystallite and ni particle were observed at 2 of 79.23 and 51.96° with low intensity, respectively. while the presence of zn metal was not detected. when incipient wetness impregnation method was applied by means of physical mixing, diffraction peak for zno was obtained at 2 of 36.21°, as observed by niu et al. (2014). in principle, the reduction of zno and nio crystallites with hydrogen will lead to the formation of proton ions (h+), as the bronsted acid. as reported by chen et al. (2016), after reduction of nio with hydrogen, proton ion (h+) was formed (ni2+ + h2→ni + 2h+) so that the catalysts which contained bronsted acid sites (weak strength sites) have contributed to direct isomerization reaction. while lewis acid sites (strong acid sites) may direct the ability of cracking. 3.3 biofuel analysis biofuel produced from hydrocracking of cerbera manghas oil at a temperature of 400 °c with a nizn(2%)/hzsm-5 catalyst and ni-zn(4%)/hzsm-5 (prajitno et al., 2015) still contained many carboxylic acids and compounds containing more oxygen, i.e., 9octadecenal in the range of 5.35–6.11% and ethenone in the range of 0.20–0.37%. table 3 shows that olefins are found in very small quantities while the n-paraffins and cycloparaffins can only be obtained from catalyst with metal loading of 4%. it indicated that the metals impregnated on hzsm-5 have not been able to hydrogenate fatty acid. the gc-ms spectra of biofuel is shown in fig. 5. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 25 eclética química journal, vol. 46, n. 3, 2021, 33-41 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.3.2021.p33-41 original article iq.unesp.br/ecletica 26 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 figure 5. gas chromatography-mass spectrometry spectra of (a) cerbera manghas oil (prajitno et al., 2015), and liquid products produced at 400 °c with (b) ni-zn(2%)/hzsm-5 catalyst, (c) ni-zn(4%)/hzsm-5 catalyst, under pressure 20  5 bar in the batch reactor. table 3. hydrocarbon composition of biofuel produced by hydrocracking at temperature of 400 oc under pressure 20 bar in batch reactor, tested gc-ms. catalyst hydrocarbon composition of biofuel (area%) n-paraffin cycloparaffin aromatic olefin carboxylic acid compound containing oxygen ni-zn(2%)/hzsm-5 0 0 0 0.05 93.09 6.74 ni-zn(4%)/hzsm-5 0.02 0.06 0 0.07 92.99 6.67 gas chromatography-mass spectrometry spectra of cerbera manghas oil and biofuel produced in the various reaction temperatures and metal loading of 5% are shown in fig. 6 and 7, respectively. when fig. 6 and 7 are compared, it can be seen that the compounds with retention time of 10–18 min in gc-ms spectra of cerbera manghas oil disappear after reaction, as reported by a previous study (marlinda et al., 2016). it indicated that the triglycerides containing long chain molecules were converted into short chain molecules by hydroprocessing (including cracking, deoxygenation, and isomerization reaction) with hzsm-5 catalyst, as reported by a previous study (zheng et al., 2015). meanwhile, the number of different compounds with retention time of 0–9 min increased, as shown in fig. 7. the presence of ni and zn metals have contributed to the hydrogenation process of unsaturated fatty acids into n-paraffins. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 27 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 figure 6. gas chromatography-mass spectrometry spectra of cerbera manghas oil. source: adapted from marlinda et al. (2016). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 28 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 29 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 30 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 figure 7. gas chromatography-mass spectrometry spectra of biofuel produced at (a) 350 °c, (b) 375 °c, (c) 400 °c with ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst, and gc-ms spectra of biofuel produced at (d) 350 °c, (e) 375 °c, (f) 400 °c using ni(5.42%)-zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst, under pressure 20  5 bar in the batch reactor. saturated chain hydrocarbons (n-paraffins) have the number of carbon atom from c12 to c24. 3.3.1 effect of temperature on hydrocarbon composition figure 8a shows that biofuel contains a different hydrocarbon composition for each temperature of hydrocracking reactions with ni(5.43%)zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst. it can be seen that, at temperature of 350 °c, biofuel contained n-paraffins of 42.03 area%, but carboxylic acids of merely 15.48 area%, and compounds containing oxygen of 8.69 area%, i.e., octacosanol, were still found. meanwhile, biofuel containing olefins of 20.31 area% and cycloparaffins of 12.48 area% was produced more at temperature of 375 °c. on the other hand, polycyclic aromatic hydrocarbons (pahs) and aromatic are obtained at temperature of 400 °c, i.e., 21.32 and 35.47 area%, respectively. the existence of pahs compounds (including 1-methyl fluorene, phenanthrene, and anthracene) showed that the heating of vegetable oil was not complete. these compounds were not expected to present in biofuel. as reported by vichaphund et al. (2015), deactivation occurred on hzsm-5 surface because of coke derived from pahs compounds. coke on the catalyst surface can be inhibited in the presence of hydrogen during hydrocracking reaction. however, overall, the compounds containing oxygen were still found in biofuel produced at all temperature variables. in principle, this compound should no longer exist in biofuel because the presence of oxygen atoms affects the viscosity and heating value, as reported by a previous study (zheng et al., 2015). furthermore, isoparaffins were not found in biofuel for each reaction temperatures. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 31 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 figure 8. effect of reaction temperature on (a) the hydrocarbon composition, (b) gasoline/kerosene/gasoil yields of liquid hydrocarbon fuel produced using ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst; (c) gasoline/kerosene/gasoil yields of liquid hydrocarbon fuel produced using ni(5.42%)-zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst, under 20 bar in the batch reactor (“c” is elaborated by a previous study (roesyadi et al., 2016)). the cracking of olefins into lighter hydrocarbon compounds was shown by the decrease of olefin at temperatures from 350 to 400 °c, as reported by kim et al. (2013). on the other hand, aromatic hydrocarbon compounds, i.e., 1-methyl-2-(2-propenyl) benzene of 4.5 area%, 1-methylnaphthalene of 4.79 area%, 1,6dimethylnaphthalene of 3.39 area%, 1-ethylnaphthalene of 2.64 area% were found at a temperature http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 32 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 of 400 °c. in fact, aromatics increased with the increasing reaction temperature. this suggests that aromatization reaction on olefin occurred with the presence of hzsm-5 zeolite, as reported by pinto et al. (2014). the cycloparaffins also indicated the functionality of acidic site on hzsm-5. as stated by a previous study (chen et al., 2016), the acidity of hzsm-5 zeolite decreased with the increase of active metal loading and si/al ratio. in addition, the h2 to oil ratio would help the process of hydrogenation on olefins to n-paraffins. the determination of hydrocarbon composition and the degree of isomerization is useful to provide information to evaluate the properties of biofuel, such as cetane number (kim et al., 2013), freezing point, flash point and viscosity (liu et al., 2015). table 4 shows the components containing abundant compounds in biofuel based on group of hydrocarbons at a temperature of 350 °c. the main compound of cycloparaffin was cyclohexane with branched chain resulting in hydrogenation reaction of unsaturated hydrocarbon compounds, as found by zheng et al. (2015). the n-hexadecanoic acid was formed greatly. it was indicated that the saturation of the double bond occurred quite well. the presence of oxygen-containing compounds showed that it would be better for hydrodeoxygenation reaction to occur at temperatures above 350 °c. oxygen-containing compounds decreased from 8.69 to 4.33% at 350 and 400 °c, respectively. the increase of temperature led to the increasing cracking activity. table 4. several abundant compounds in each group for biofuel produced at 350 oc, under 20 bar in the batch reactor* with ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst. compounds area% structure saturated chain hydrocarbon/n-paraffin dodecane/c12h26 0.72 tridecane/c13h28 1.09 tetradecane/c14h30 1.78 pentadecane/c15h32 14.14 hexadecane/c16h34 2.06 heptadecane/c17h34 13.06 octadecane/c18h38 2.47 nonadecane/c19h40 3.05 heneicosane/c21h44 2.13 tricosane 0.76 tetracosane 0.77 aromatic hydrocarbon n-octylbenzene 0.89 (5-methyloctyl) benzene 1.13 cycloparaffin/saturated naphthene 1,1,3-trimethylcyclohexane 2.36 heptylcyclohexane 3.18 1-(cyclohexylmethyl)-2-methylcyclohexane 0,5 cyclohexane, 1-(1,5-dimethylhex. 0.54 continue… http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 33 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 n-octylcyclohexane 0.76 (2-metyhlpropyl) cyclohexana 0.48 (4-octyldodecyl) cyclopentane 1.81 cyclotetradecane 0.22 1,7,11-trimet cyclotetradecane 1.27 cyclopentadecane 0.3 olefin 8-heptadecene 9.78 1-heptadecene 2.44 9-tricosene 0.42 1-hexacosene 0.64 carboxylic acid octanoic acid 0.72 nonanoic acid 1.44 9-octadecenoic acid 0.34 n-decanoic acid/ c10h20o2 2.7 n-hexadecanoic acid 10.28 compounds containing oxygen 3-methyl-2,6-dioxo-4-hexenoic acid 0.9 cyclopentadecanone 1.59 octacosanol 6.2 *adopted from table format in literature zheng et al. (2015). as shown in tab. 4, the presence of pentadecane (c15) and heptadecane (c17) indicated that hdc was the more dominant reaction pathway than hdo. although two of these reactions allowed the formation of n-paraffin, but the h2 supplied for both reaction routes was different so that n-paraffin produced was different based on the number of carbons (pinto et al., 2014; sotelo-boyás et al., 2012; zheng et al., 2015). hydrogenation process on cerbera manghas oil containing tripalmitin proceeded to obtain three palmitic acids and propane. by following the route of decarboxylation and/or decarbonylation without going through the saturation of the first double bond by hydrogenation reaction, pentadecane (c15h32) was immediately produced. in fact, the highest triglycerides in cerbera manghas oil were triolein. triolein was hydrogenated to obtain three oleic acids and propane. it still contained a double bond, so the hydrogenation process on oleic acid into stearic acid occurred. by following the route of decarboxylation and/or decarbonylation, stearic acid was converted into heptadecane (c17h36). furthermore, the aromatic compounds were produced through dehydrogenation process on olefin, i.e., the cracking and aromatization reactions as reported by zheng et al. (2015). with ni(5.42%)-zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst, the highest yield for n-paraffin was found at a temperature of 375 °c. on the other hand, isoparaffin reaches the http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 34 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 highest value of 4.58 area% at 400 °c (roesyadi et al., 2016). a single type of methyl isomer was obtained as isomerization product at 400 °c, as shown in tab. 5. this is similar to the result obtained by chen et al. (2016), who reported that the short-branched isoparaffins were formed because methyl alkanes can pass easily through the hzsm-5 pore. ethyl isomers cannot be found because the molecular size of ethyl alkanes is larger than that of methyl alkanes. isoparaffin increased significantly with the increasing reaction temperature because the literature (chen et al., 2016) stated that isomerization reaction proceeded in endothermic condition. table 5. several abundant compounds in each group for biofuel produced at 400 oc, under 20 bar in the batch reactor*, using ni(5.42%)-zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst. compounds area% structure saturated chain hydrocarbon/n-paraffin undecane/c11h24 0.48 dodecane/c12h26 2.84 tridecane/c13h28 4.2 tetradecane/c14h30 4.45 pentadecane/c15h32 13.17 hexadecane/c16h34 2.91 heptadecane/c17h34 8.85 octadecane/c18h38 1.7 nonadecane/c19h40 1.42 tricosane 0.27 isoparaffin 3-methylheptadecane 1.72 6,9-dimethyltetradecane 0.9 2,6,10,14-tetramethyloctadecane 1.58 3,8-dimethyldecane 0.38 aromatic hydrocarbon phenyloctane /n-octylbenzene 1.03 nonylbenzene 1.31 pentylbenzene 0.78 (1,3-dimethylbutyl) benzene 0.31 1-methyl-2-n-hexylbenzene 0.57 1-methylnaphthalene 2.22 2-ethylnaphthalene 0.66 1-ethyl-2,3-dimethylbenzene/o-xylene 0.05 continue… http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 35 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 2-methyl-1-propenylbenzene 0.39 cycloparaffin/saturated naphthene n-nonylcyclohexane 1.26 1-(1,5-dimethylhexyl)-4-(4-methyl pentyl) cyclohexane 3.42 1-hexyl-3-methylcyclopentane 0.54 (4-methylpentyl) cyclohexane 0.46 1,2-dicyclohexylethane 1.35 1,1,3-trimethylcyclohexane 0.62 7-cyclohexyltridecane 0.11 dicyclohexylmethane 0.68 2,3-dihydro-4-methyl-1h-indene 0.7 olefin 8-heptadecene 4.66 1-heptadecene 0.48 1-docosene 0.13 carboxylic acid octanoic acid 0.95 nonanoic acid 2.12 n-decanoic acid/ c10h20o2 2 n-hexadecanoic acid/palmitat acid 8.74 tetradecanoic acid 2.09 compounds containing oxygen 2-nonadecanone 1 2-hydroxydodecanoic acid ethyl ester 0.35 2-heptadecanone/methyl pentadecyl ketone 1.66 beta-octyl acrolein 0.7 1-oxa-2-cyclohexadecanone 0.37 *adopted from table format in literature zheng et al. (2015). with the increasing reaction temperature, aromatics increased significantly so that n-paraffin (including c15 and c17) and cycloparaffins also decreased for ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst (fig. 8a). it indicated that aromatization and cyclization reaction were favored at temperatures over 350 °c (rocha filho http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 36 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 et al., 1993). according to šimáček et al. (2009; 2011), aromatics also increased because of the increasing cyclization reactions rate. tamiyakul et al. (2016) also reported that the presence of zn2+ and zno detected in hzsm-5 was responsible for n-paraffins dehydrogenation and oxygenates decarboxylation, respectively. as a result, more aromatic yield was produced. 3.3.2 effect of temperature on gasoline/kerosene/gasoil yields gas chromatography-mass spectrometry spectra of biofuel produced was compared to the gc-ms spectra of petroleum fuel (rasyid et al., 2015). the liquid product was identified based on hydrocarbon compounds obtained from the gc-ms analysis. then, the identified hydrocarbon was grouped as gasoline-like hydrocarbon (c5-c9), kerosene-like hydrocarbon (c10c13), and gasoil-like hydrocarbon (c14-c22), as reported by barrón et al. (2011). figure 8b shows gasoline/kerosene/gasoil yields for biofuel produced over ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst, with reaction temperatures in the range of 350–400 °c. as confirmed by fig. 8b data, the various reaction temperatures will affect gasoil/kerosene yields. as a result, gasoil yield decreased, and kerosene yield increased with the increase of temperature. this suggests that the decline in the yield of gasoil due to hydrocracking of long chain hydrocarbons into shorter chain was random reaction mechanism, as reported in a previous study (kim et al., 2013). it is also presented in fig. 8b that the highest gasoline and kerosene yields were obtained at 400 °c at 5.13 and 16.42%, respectively. meanwhile, gasoil yield of 15.12% was obtained at 350 °c. gasoil decreased with the increase of reaction temperature for two type catalyst, which can be seen in fig. 8b and c. if fig. 8b and c are compared based on the yield of gasoil, the characteristic performance of the ni(5.42%)zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst is higher than that of the ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst. the ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst leads to the formation of gasoline and kerosene with increasing temperature. for the ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst, liquid hydrocarbon products in the kerosene range have been produced at 350 °c with several abundant compounds shown in tab. 4. for ni(5.42%)zn(1.11%)/hzsm-5, liquid hydrocarbon products in the kerosene/gasoline range were only produced at 400 °c with several abundant compounds, as shown in tab. 5. differences in reaction temperature affect the constituent of hydrocarbons in biofuel produced. with ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst, at a temperature of 350 °c kerosene contained n-paraffin, i.e., dodecane, n-octylcyclohexane, n-octylbenzene, and pentadecane, while gasoil contained hydrocarbon compound, i.e., heptadecane, octadecane, nonadecane, heneicosane, (5-methyloctyl) benzene, heptylcyclohexane, 1-(cyclohexylmethyl)-2methylcyclohexane, and cyclopentadecane. meanwhile, at reaction temperature of 400 °c, the higher gasoline yield was obtained with composition, i.e., 1,3-diethyl-5methylbenzene, 1-methyl-2-(2-propenyl) benzene, 1,4dimethyl-dihydro-azulene, and 1-methyl-3-(1methylethyl) benzene. in principle, the presence of aromatics increases octane number in gasoline. previously, the hydrocracking of calophyllum inophyllum oil has been done to produce gasoline of 25.63%, kerosene of 17.31% and gasoil of 38.59% with como(10%)/-al2o3 catalyst at 350 °c under pressure of 30 bar (rasyid et al., 2015). 4. conclusions the influence of the reaction temperature in hydrocracking on cerbera manghas oil into biofuel with a catalyst ni-zn/hzsm-5 has been studied. the amount of n-paraffin decreased with the increasing temperature and followed by the increase of cycloparaffins and aromatics. this increasing reaction temperature led to an increase in the activity of cracking on a longer carbon chain molecule into a shorter carbon chain molecule. with ni(5.43%)-zn(1.23%)/hzsm-5 catalyst, highest kerosene was obtained at a temperature of 400 °c. at the same temperature, the higher isoparaffins contained the short-branched isoalkanes in gasoil were detected when the ni(5.42%)zn(1.11%)/hzsm-5 catalyst was used. therefore, reaction routes during hydrocracking are influenced by the reaction temperature and catalyst composition of ni-zn/hzsm-5, which provides acid function and metal function. authors’ contribution conceptualization: marlinda, l.; danawati, h. p. data curation: marlinda, l. formal analysis: marlinda, l. funding acquisition: marlinda, l.; danawati, h. p. investigation: marlinda, l.; danawati, h. p.; roesyadi, a.; gunardi, i.; mirzayanti, y. w.; al muttaqii, m.; budianto, a. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 original article iq.unesp.br/ecletica 37 eclética química journal, vol. 47, n. 1, 2022, 17-39 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p17-39 methodology: marlinda, l.; danawati, h. p.; roesyadi, a.; al muttaqii, m. project administration: marlinda, l.; budianto, a. resources: roesyadi, a. software: not applicable supervision: danawati, h. p.; roesyadi, a.; gunardi, i. validation: danawati, h. p.; roesyadi, a.; gunardi, i.; budianto, a. visualization: marlinda, l. writing – original draft: marlinda, l. writing – review & editing: marlinda, l.; al muttaqii, m.; mirzayanti, y. w. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding dipa-pnbp lppm faculty of science and technology, lecturer research scheme, university of jambi fiscal year 2019 number: sp-dipa042.01.2.400950/2019 dated december 5 2018, according to the research contract agreement number: b/628/un21.18/ pt.01.03/2019 date 07 may 2019. acknowledgments we thank to chemical reaction engineering laboratory, department of chemical engineering, sepuluh nopember institute of technology for all the support, resources, and mentorship they provided. we are also sincerely grateful to muhammad iqbal, victor purnomo, and ricco aditya setiyo wicaksono (the research team member) for their contribution in this work. finally, we would like to thank the university of jambi, for funding this project. references arun, n.; sharma, r. v.; dalai, a. k. green diesel synthesis by hydrodeoxygenation of bio-based feedstocks: strategies for catalyst design and development. renew. sustain. energy rev. 2015, 48, 240–255. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.074 ayodele, o. b.; farouk, h. u.; mohammed, j.; uemura, y.; daud w. m. a. w. hydrodeoxygenation of oleic acid into n and iso-paraffin biofuel using zeolite supported fluor-oxalate modified molybdenum catalyst: kinetics study. j. taiwan inst. chem. eng. 2015, 50, 142–152. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2014.12.014 barrón, c. a. e.; melo-banda, j. a.; dominguez, j. m. e.; hernández, m. e.; 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https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.05.012 https://doi.org/10.1016/b978-0-444-56330-9.00003-6 https://doi.org/10.1016/b978-0-444-56330-9.00003-6 https://doi.org/10.1016/b978-0-444-56330-9.00003-6 https://doi.org/10.1016/b978-0-444-56330-9.00003-6 https://doi.org/10.1016/b978-0-444-56330-9.00003-6 'https:/doi.org/10.1016/j.fuel.2008.10.022 'https:/doi.org/10.1016/j.fuel.2008.10.022 'https:/doi.org/10.1016/j.fuel.2008.10.022 'https:/doi.org/10.1016/j.fuel.2008.10.022 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.03.013 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.03.013 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.03.013 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.03.013 https://doi.org/10.5772/48710 https://doi.org/10.5772/48710 https://doi.org/10.5772/48710 https://doi.org/10.5772/48710 https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.11.002 https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.11.002 https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.11.002 https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.11.002 https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.11.002 https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.013 https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.013 https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.013 https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.013 https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.013 https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.013 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.11.026 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.11.026 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.11.026 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.11.026 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.11.026 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.02.021 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.02.021 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.02.021 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.02.021 https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.02.011 https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.02.011 https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.02.011 https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.02.011 https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.02.011 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.10.024 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.10.024 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.10.024 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.10.024 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.05.043 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.05.043 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.05.043 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.05.043 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.05.002 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.05.002 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.05.002 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.05.002 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.05.002 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054030899.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054039558.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054059062.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054112312.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054132222.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054142502.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054200358.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054235830.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054258927.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054312136.pdf convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129054957853.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055009071.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055029485.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055042986.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055059934.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055113038.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055124396.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055146605.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129055200246.pdf original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 4 | 2022 | 55 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 structural effect on the charge transfer and on the internal reorganization energy: computational study mohamed jabha1,2+ , abdelah el alaoui2 , abdellah jarid3 , el houssine mabrouk1,4 1. university of moulay ismail, faculty of sciences and technics, errachidia, morocco. 2. university of moulay ismail, faculty of sciences, meknes, morocco. 3. university of cadi ayyad, faculty of sciences semlalia, marrakech, morocco. 4. sidi mohamed ben abdellah university, faculty of sciences, fez, morocco. +corresponding author: mohamed jabha, phone: +212614018410, email address: m.jabha@edu.umi.ac.ma article info article history: received: july 26, 2022 accepted: october 10, 2022 published: october 28, 2022 keywords: 1. 2.7-divinylcarbazole 2. benzo-bis-thiadiazole 3. photovoltaic cell 4. dft 5. charge transfer section editors: assis vicente benedetti abstract: the effects of addition of thiophene, bridged phenyl-thiophene, thia-tetra-azacyclopenta-naphthalene, benzobis-thiadiazole, and pyrido(3,4-b)pyrazine to 9-(4-octyloxyphenyl)-2,7-divinylcabazole on the internal reorganization energies, electronic affinity, and ionization potential were studied using density functional theory (dft). these compounds are characterized by their charge exchange potentials (donor-acceptor), which can be applied in energy conversion devices such as photovoltaic cells. the so-called internal reorganization concerns, above all, the positions of holes and points of high electron density on the molecular skeleton. thus, valuable information is provided by the knowledge of the structure, the length of the desired oligomer and the nature of the radicals attached to the oligomer. considering the available data, 2,7-divnylcarbazole (crv-h) is the basic oligomer to carry out this theoretical study by extending the choice of ligands and length order to other oligomers while setting charge mobility as the major objective. the λ+ of all the oligomers studied was lower than their λ– except for the crv-bbt oligomer, indicating a lower hole transfer cost than electron transfer cost with changes in molecular geometry during this process. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 mailto:m.jabha@edu.umi.ac.ma https://orcid.org/0000-0002-8070-8521 https://orcid.org/0000-0003-0392-9467 https://orcid.org/0000-0002-9837-1816 https://orcid.org/0000-0003-1235-479x original article revista.iq.unesp.br 56 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 1. introduction the advent of organic electronics is deeply related to the development of new oligomers with high performance and reproducible properties (muth et al., 2013; rodríguez-monge and larsson, 1995). thus, the design of new oligomer architectures is a task usually accompanied by difficulties, especially the molecular stability that should generate the reproducible properties. oligomers based on 2,7-divinylcarbazole have been the subject of much experimental and theoretical work (huixia et al., 2017; jabha et al., 2018; 2021; leclerc et al., 2006). they have been qualified as promising compounds. thus, taking into account the available data of this nanostructure, a theoretical approach would allow to widen the field of stakes for applications in electronics, optoelectronics and light energy-electric energy conversion. thus, a quantum treatment by means of the density functional theory (dft) seems to be a good way to understand the relationship between the structures and the electronic properties mentioned above. studies such as the one realized by aly (2009) show that carbazole units have properties (high thermal stability, excellent physicochemical, and charge hole transport properties). similarly, derivatives of carbazole have been analyzed by chemical modification (jabha et al., 2018). in general, oligomers and conjugated organic polymers (jabha et al., 2021) have the same mechanism of charge transfer, their rate of hole and electron transfer mainly depends on the reorganization energy due to the geometrical relaxation that accompanies this transfer (andré and brédas, 2002). the reorganization energy is usually expressed as the sum of the internal and external contributions. the internal reorganization energy comes from the change in the equilibrium geometry of the donor and acceptor sites due to charge gain/loss during an electron transfer. the external reorganization energy comes from the electronic and nuclear polarization/decay of a surrounding medium. in this manuscript, the strategy is the theoretical study of the structural properties of a carbazole-based oligomers series, in order to reveal the charge transfer and electronic properties of organic semiconductor materials of different natures. the effect of substitution and nature of substituent grouping on the reorganization energy for hole and electron transfer (λ+ and λ–) and electron affinity and ionization potential are also investigated (schwenn et al., 2011). 2. computational details all calculations were performed using the gaussian 09 series (bally et al., 1991; frisch et al., 1984; green et al., 2005; rassolov et al., 2001). the ground state structure of all oligomers was fully optimized at the level of dft theory and b3lyp functional by choosing 6-31g (d,p) basis set (baker et al., 1995; ochterski et al., 1996; petersson and al‐laham, 1991). the values of highest occupied molecular orbital (homo), lowest unoccupied molecular orbital (lumo), eg levels, dihedral angles, bond lengths and energies of the minima of the compounds were determined from these optimized geometries. in the same way the charge quantities were determined at the same level and on the same optimized structures. for the ultraviolet-visible (uv-vis) spectrum as well as the oscillator power (f), excitation energies and wavelengths of the oligomers, has been chosen the tdbp86/6-31g (d,p) method (becke et al., 1988; burke et al., 1996) for its reliability in such evaluations. 3. results and discussion the 9-(4-octyloxyphenyl)-2.7-divinylcabazole (crvh) (leclerc et al., 2006) is the basic molecule, (fig. 1), in which we substituted the vinyl hydrogen with heterocyclic groups (r). figure 2 presents the different r groups studied by the dft method to investigate the substitution effects on the electronic and optoelectronic properties of the crv-r system (jabha et al., 2022). figure 1. structure of 9-(4-octyloxyphenyl)-2,7divinylcabazole (crv-h); r=h. source: adapted from jabha et al. (2022). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 57 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 figure 2. schema and symbol of r groups. source: adapted from jabha et al. (2022). 3.1 structural properties all oligomers were optimized at the b3lyp/6-31g (d,p) level, and fig. 3 represents the most stable conformations. for a credible study of the structural properties, extractions of the main structural parameters are necessary. based on the optimization of the systems by the dft method at the level of the b3lyp functional under the atomic basis 6-31g (d,p), the geometrical study of the oligomers neutral and charged is completed by the calculation of the various structural parameters which depend on the geometry of the molecules, mainly the dihedral angles, the lengths of the primordial bonds between the base unit note crv and the adjacent groups r (fig. 4). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 58 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 figure 3. different structures optimized by the b3lyp/6-31g(d,p) method. (a) crv-t; (b) crv-pt; (c) crv-pp; (d) crv-ttn; (e) crv-h; (f) crv-bbt. source: adapted from jabha et al. (2022). figure 4. position of the dihedral angles, and the studied bonds. source: adapted from jabha et al. (2022). in the theory of marcus et al. (1989), the charge transfer integral is important for electron transfer because it is one of the factors for calculating the mobility of a material. the other factor is the reorganization energy. the higher the charge transfer https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 59 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 integral and the lower the reorganization energy, the higher the charge transfer rate and mobility. the charge transfer integral represents for exchange electrons between molecules, and strongly affected by the intermolecular and/or intramolecular (interatomic) distance, the shorter the distance, the stronger the orbital overlaps. figures 5 and 6 illustrate the main structural parameters, especially the intramolecular distances and the dihedral angles of the studied systems. figure 5. inter-cyclic lengths (å) obtained by the b3lyp/6-31g method (d,p). figure 6. dihedral angles obtained by the b3lyp/6-31g method (d,p). the dihedral angles between the blocks of conjugated oligomers contribute significantly to the determination of the reorganization energy (λtot) and the charge transport process. thus, comparison of the dihedral angles between charged and neutral counterparts is crucial in the optoelectronic study of these oligomers. the values of the dihedral angles of the neutral and charged forms of all the studied oligomers (fig. 6) are generally close to 180°, which would allow to conclude that the structures are nearly planar, especially the crvbbt based compounds, whose values are 179.94, 179.88, and 179.85° for the neutral, cationic and anionic structure, respectively. it is concluded that the neutral states tend towards flat and rigid structures. in addition, a dramatic reduction of the bond length from the neutral to the anionic or cationic state was observed in fig. 5. as well as the introduction of the groups containing nitrogen atoms at the terminal of the vinyl, would give more flatness to the molecular skeleton, so all the bonds are kept short of about 1.44 å between oligomer crv-bbt and the vinyl unit. this shortening is attributed to the size and electronegativity of the nitrogen atom, as well as influencing the electron density distribution. dipole moments can explain charge transport properties. thus, fig. 7 indicates that the dipole moment of oligomers with planar structures is higher than that of other oligomers in the neutral state. this means that crvbbt and crv-ttn, which show high dipole moments, indicate the presence of significant charge transfer. figure 7. dipole moment of oligomers in the neutral and charged state obtained by b3lyp/6-31g (d,p). when the ground states are excited a sharp change in dipole moment takes place which would have a change in the degree of intermolecular charge transfer. the dipole moment of the oligomers in the neutral and charged states were calculated. the values are presented https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 60 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 in fig. 7. it is clear that crv-bbt and crv-ttn have the highest values of the dipole moments, which make their excited states highly polarized and facilitate the charge transport. these results agree with the reorganization energy. in the excited state, the negative charge tends to localize on the acceptor unit (a) while the positive charge tends to localize on the donor (d). the large separation between the negative and positive charges after excitation reduces the d-a binding energy which facilitates exciton dissociation and transport. conversely, the recombination rate is high and fast in compounds with low dipole moment, which indicates that electrons and holes are more bound in compounds with high dipole moment value namely crv-bbt and crv-ttn than in other compounds with low dipole moment. 3.2 the boundary orbitals figure 8 presents the electronic density of the homo and lumo orbitals of the studied oligomers, which give a qualitative and rational indication of the electronic properties of the studied oligomers. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 61 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 figure 8. the contour plots of homo (a, c, e, g, i, k) and lumo (b, d, f, h, j, l) orbitals of the studied oligomers by dft/b3lyp 6-31g (d,p). source: adapted from jabha et al. (2022). the propagation of the electron density appears very clearly in fig. 8. the electron density of the lumo is stronger around the nitrogenous group, on the other hand the systems related to groups possessing the thiophene are characterized by electron densities spread out on the whole carbon skeleton. thus, at the homo level, the electron density is spread over the whole skeleton of the system. it is important to notice the absence of electron density on the chain linked to the carbazole nitrogen (n). thus, this chain does not present any optical effect. it plays, perhaps, a role of solubilization and stability of the system. 3.3 electronic properties the electronic properties are of fundamental importance for the study of this type of molecules. thus, the knowledge of the energy levels of the homo and lumo orbitals is fundamental for the study of the properties and feasibility of these oligomers to be used as base materials of the active layer of organic solar cells (dufil et al., 2018; jabha et al., 2018). figure 9 groups the energy levels of the systems optimized by the dft method at the level of the b3lyp functional with the base 6-31g (d,p). the values of eg show that the oligomers having a group different from hydrogen, has a semiconductor character, mainly the crv-bbt by the smallest value of gap energy (eg = 1.75). this value allows a good exciton creation, i.e., excitation of the electrons from the homo to the lumo, thus the recombination rate decreases. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 62 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 figure 9. gap energies (eg) calculated by the dft/b3lyp/6-31g(d,p) method. figure 10 shows that the lumo values become lower when moving from crv-h to crv-bbt while the homo varies slightly and remains stable. the decrease in energy of the lumo of crv-bbt (donor) approaches that of the acceptor unit here bis-pcbm as shown in fig. 11. figure 10. evolution of energy levels with respect to the added r group. figure 11. position of the energy levels of oligomers (d) relative to oligomer a (bis-pcbm) studied at the b3lyp level. the homo energy of crv-bbt is high compared to the other oligomers, with the lowest band gap energy indicating that the bbt groups in this molecule have significantly improved the properties of the hole carrier, thus the better stability of the lumo level gives this oligomer a lower homo-lumo gap. as a result, there should be higher carrier mobility and low kinetic stability. as well as the hole acceptor character accompanied by the decrease of the ionization potential (ip) increases. this phenomenon is accompanied by an increase in the conjugation length and the flatness of the structure. these findings are confirmed by the structural parameters (figs. 5 and 6). 3.4 reorganization energy in general, conjugated organic oligomers and polymers undergo charge transfer phenomena via a jump-type mechanism. however, organic oligomers are mainly p-type. therefore, in this case, the charge transfer process is essentially a hole transfer process. the hole transport in organic semiconductor materials between adjacent molecules depended on the reorganization energy. the rate of hole transfer mainly depends on the reorganization energy (λ) due to the geometric relaxation accompanying the charge transfer and the electronic coupling matrix element (v) between the two d-a semiconductors. however, v is related to the bandwidth in conventional solid-state descriptions (camara, 2011; https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 63 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 khoudir et al., 2000; koh et al., 2008; liu et al., 2019; provencher et al., 2014). the hole/electron transfer rate for higher temperature mainly depends on the reorganization energy (λ) due to geometric relaxation (camara, 2011). the importance of λ in charge transfer processes has been widely studied in the context of marcus et al. (1989) and baran et al. (2017) theories. some reorganization energy studies have been performed on isolated molecules (khoudir et al., 2000; marcus et al., 1989). the reorganization energy is usually expressed as the sum of the internal and external contributions. the internal contribution consists of two terms related to the relaxation of the geometry from the neutral to the charged state and from the charged to the neutral state (liu et al., 2019). on the other hand, the external reorganization energy represents the effect of the external environment on the charge transfer. the calculated values of the external reorganization in pure organic phases are negligible in front of the internal reorganization energy values (camara, 2011). therefore, an estimate of the internal reorganization energy can give accurate and important information about the charge mobility in organic semiconductor materials (koh et al., 2008). internal reorganization energies for hole (λ+) and electron (λ–) transfer, adiabatic electron affinity, and potential are also discussed. the reorganization energy for electron (λ–) and hole (λ+) of the oligomers was predicted from energetic calculations at the b3lyp/6-31g(d,p) level based on the optimized neutral, cationic, and anionic geometries at the b3lyp/6-31g(d) level. thus, the reorganization energies for λ+ and λ– transfer are determined by eqs. 1 and 2 (berlin et al., 2003; cheung et al., 2010; sun et al., 2017): λ+ = [e+ (m) – e+ (m+)] + [e (m+) – e (m)] = ipv – hep (1) λ= [e–(m) – e–(m–)] + [e (m–) – e (m)] = eav – eep (2) where e (m), e– (m–), and e+ (m+) are the energy of the neutral state, anion, and cation in their optimized structures, respectively. e+ (m)is the total energy of the cation in the neutral geometry, e (m+) is the total energy of the neutral state in the cation geometry, e– (m) is the total energy of the anion in the neutral geometry, and e (m–) is the total energy of the neutral in anion geometry. the values of the adiabatic (eaa) and vertical (eav) electron affinity and the adiabatic (ipa) and vertical (ipv) ionization potential of the molecules are calculated from according to eqs. 3–6: electronic affinity: eaa = e (m) e– (m–) (3) eav = e (m) e– (m) (4) ionization potential: ipa = e+ (m+) e (m) (5) ipv = e+ (m) e (m) (6) the electron extraction potential (eep) and hole extraction potential (hep) are calculated by the eq. 7 and 8: eep = e (m–) – e– (m–) (7) hep = e+ (m+) – e (m+) (8) figures 12–14 show several parameters related to the studied oligomers: the adiabatic ionization potential, vertical ionization potential and hole extraction potential (fig. 12), adiabatic electron affinity, vertical electron affinity and electron extraction potential (fig. 13) and oligomer hole/electron reorganization energy (fig. 14). figure 12. adiabatic ionization potential (ipa), vertical ionization potential (ipv), hole extraction potential (hep) of oligomers (ev) calculated by b3lyp/631g(d,p). figure 12 shows the lowest value of ionization potential carried by the crv-pt molecule, which gives this molecule the character of an electron donor, as well as the values of the crv-bbt molecule are also slightly small, i.e., this oligomer has an electron donor character. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 64 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 figure 13. adiabatic electron affinity (eaa), vertical electron affinity (eav), electron extraction potential (eep) of oligomers (ev) calculated by b3lyp/6-31g (d,p). in fig. 13, the higher value of electron affinity of the crv-bbt molecule makes this molecule more stable and electron rich, which confirms that this molecule is a strong electron donor. figure 14. oligomer hole/electron reorganization energy (ev) calculated by b3lyp/6-31g(d,p). the oligomer with the bbt moiety has at the lowest value of λ reorganization energy (0.4431 ev). this indicates that the transport of electrons gives the materials based on this compound is favored, likewise this compound to the greatest value of eaa. therefore, the greater the electron affinity the better the electron capture ability. the ip values for the molecules with r groups are all lower than the value of the crv-h oligomer, which can be attributed to the inductive and negative resonance effects of r groups. from the values of ea and ip, it is believed that the systems with r groups can be used as a better organic semiconductor material, for d-π-a-a type devices. as shown in fig. 14, the λ+ of all the studied oligomers was lower than their λ–, except for the crvbbt oligomer, indicating a lower hole transfer cost than electron transfer cost with changes in molecular geometry during this charge transfer. 3.5 excitation state calculation the osc (oligomer semi-conductor) coefficient of the studied molecules was obtained by dft-b3lyp/63g (d,p) method and the maximum absorption wavelength (λmax), oscillator strengths (f) and excitation energy values eex (ev) were obtained. the knowledge of the uv-visible absorptions of the studied oligomers contributes to their evaluation as potential materials in photovoltaic applications. taking the optimized structures at the level b3lyp/6-31g (d,p), we calculated the uv-visible spectra of the oligomers at the level td-dft-bp86/631g(d,p) (burke et al., 1996). 3.5.1 electronic transition, excitation energy and oscillation strength the calculated electronic absorption spectra of the studied oligomers are shown in fig. 15. table 1 presents the λmax, oscillation strengths (f), and excitation energy values eex (ev). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 65 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 figure 15. percent of osc of the molecules studied by the dft-b3lyp/6-3g method (d,p). table 1. electronic transition data obtained by td-dftbp86/6-31g (d, p) calculation for all oligomers models. compound dft-bp86/6-31g (d.p) λmax ‘exp’ (nm)* eex (ev) f λmax (nm) crv-h 3.1182 0.0354 397.62 436 3.5174 0.0051 352.49 3.6101 0.0006 343.44 crv-t 2.6142 0.0222 474.28 466 2.8195 1.2246 439.74 3.0152 0.0061 411.20 cv-bbt 1.1671 0.0027 1062.34 1.3509 0.3658 917.77 1.8504 0.0098 670.04 crv-ttn 1.2660 0.0028 979.37 1.4403 0.3549 860.84 2.0194 0.0317 613.96 crv-pp 1.7405 0.0036 712.35 1.8352 0.2258 675.59 2.5562 0.0051 485.02 crv-pt 2.2100 1.9128 561.02 2.3550 0.0102 526.47 2.4545 0.0408 505.13 *leclerc et al. (2006) as presented in tab. 1, the maximum absorption wavelength λmax of the reference oligomers (crv-h, crv-t) (397.62 and 474.28 nm) correlates perfectly with the available experimental values (of 436 and 466 nm, respectively) (leclerc et al., 2006), suggesting that tdbp86/6-31g (d,p) was a suitable level to predict the evolution of the optoelectronic properties of the oligomers. molecules with gap energies below 2.87 ev absorb light in the visible range and crv-ttn and crv-bbt oligomers absorb in the infrared, so with low excitation energy (1.16–1.26 ev) one can excite electrons from homo to lumo. figure 15 shows that all the substituted molecules have an important proportion of osc, compared to that of the basic oligomer (crv-h), which implies an increase of the rate of excitation in these molecules, as well as the transfer of charge from the homo level to lumo will be easier, with a low energy of excitation. 3.5.2 absorption spectrum figure 16 shows uv-vis spectra of all oligomers calculated at dft-b3lyp/6-31g(d,p) level. figure 16. data of uv-vis spectra of all oligomers calculated at dft-b3lyp/6-31g(d,p) level. source: adapted from jabha et al. (2022). all the studied oligomers have absorption spectral bands obtained by dft method that can be attributed to the intermolecular transfer charge in the structures of these molecules. this indicates that these organic materials could absorb the maximum incident light radiation. the energy range for all the structures studied is generally in the visible and near infrared, however the crv-bbt oligomer has a dual excitation band, one of which is broad like that of the reference oligomer (crvh). 3.5.3 photovoltaic properties theoretically the open circuit voltage (voc) and α were calculated from eqs. 9 and 10 (jabha et al., 2018): voc =│e homo(donor) │ – │elumo (acceptor) │ – 0.3 (9) https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 66 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 α = │e lumo (acceptor) │ – │elumo (donor) │ (10) the voc is obtained when the current through the cell is zero. in the case of organic solar cells, the voc is linearly dependent on the homo level of the donor material and the lumo level of the acceptor material (brabec et al., 2001). in addition, charge losses at the material-electrode interfaces can also affect the voc value (günes et al., 2007). finally, this value decreases with temperature and varies little with light intensity (oukachmih, 2003). the energy levels, voc and α of the studied systems obtained by the dft method are shown in fig. 17. figure 17. illustration of the energy levels and voc and α of the studied systems obtained by the dft method. the theoretical values of the voc of the studied systems are ranked from 0.53 to 1.15 ev taking bispcbm within the solar cell as the semiconductor acceptor. the crv-pp, crv-ttn, and crv-bbt systems exhibit large open-circuit voltage values and low α values. consequently, the lower the α values the greater the electron transfer from the donor lumo levels to the acceptor lumo levels. 4. conclusions in this work, the addition of r = t, pt, pp, ttn, and bbt radical to crv to improve the electronic properties for uses in solar energy conversion devices was analyzed. thus, the result of long conjugated chain structures, a decrease in gap energy and a high dipole moment, has a considerable influence on a charge transfer which is the main link of this conversion. however, this study shows that systems with a smaller energy gap, precisely for the oligomers crvbbt, crv-ttn, are able to absorb sunlight in the visible range and the conversion into electricity is thus ensured. this property allows these systems (crv-bbt, crvttn) to be used to produce and manufacture electronic devices such as photovoltaic cells. considering the ea – (electron affinity) and ip (ionization potential) values, it is believed that the systems with r = bbt, ttn groupings can be used as better organic semiconductor materials, for donor-π-acceptor-acceptor (d-π-a) type devices. authors’ contribution conceptualization: jabha, m.; elalaoui, a.; jarid a. data curation: jabha, m. formal analysis: jabha, m. funding acquisition: not applicable investigation: jabha, m.; mabrouk. e. h. methodology: jabha, m.; elalaoui, a.; jarid, a. project administration: elalaoui, a. resources: not applicable software: not applicable supervision: elalaoui a.; jarid a. validation: elalaoui, a.; jarid a.; mabrouk, e. h. visualization: elalaoui, a.; jarid, a. writing – original draft: jabha, m. writing – review & editing: jabha, m.; jarid, a. data availability statement all data sets were generated and analyzed in the current study. funding not applicable acknowledgments the authors are grateful to the “association marocaine des chimistes théoriciens” (amct) for its pertinent help concerning the programs. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 original article revista.iq.unesp.br 67 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 references aly, s. m. b. transfert d'électron et d’énergie photo-induits dans les polyads, oligomères et polymères organiques et organométalliques. ph.d. thesis, university of sherbrooke, 2009. https://library-rchives.canada.ca/eng/services/serviceslibraries/theses/pages/item.aspx?idnumber=648383653 (accessed 2022-06-15) andré, j.-m.; brédas, j.-l. transfert d’électrons: des polymères conducteurs d'électricité aux diodes organiques électroluminescentes ou une avalanche de prix nobel. bull. acad. r. belg. 2002, 13 (7), 273–289. https://doi.org/10.3406/barb.2002.28296 baker, j.; andzelm, j.; muir, m.; taylor, p. r. oh+h2→h2o+h. the importance of ‘exact exchange’ in density functional theory. chem. phys. lett. 1995, 237 (1–2), 53–60. https://doi.org/10.1016/0009-2614(95)00299-j bally, t.; carrupt, p.-a.; weber, j. comparison of the performances of the 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https://doi.org/10.1103/physreva.38.3098 https://doi.org/10.1103/physreva.38.3098 https://doi.org/10.1103/physreva.38.3098 https://doi.org/10.1021/jp034225i https://doi.org/10.1021/jp034225i https://doi.org/10.1021/jp034225i https://doi.org/10.1021/jp034225i https://doi.org/10.1002/1616-3028 https://doi.org/10.1002/1616-3028 https://doi.org/10.1002/1616-3028 https://doi.org/10.1002/1616-3028 https://doi.org/10.1002/1616-3028 https://doi.org/10.1103/physreva.53.r2915 https://doi.org/10.1103/physreva.53.r2915 https://doi.org/10.1103/physreva.53.r2915 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00673218 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00673218 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00673218 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00673218 https://doi.org/10.1021/jp1049167 https://doi.org/10.1021/jp1049167 https://doi.org/10.1021/jp1049167 https://doi.org/10.1021/jp1049167 https://doi.org/10.1021/jp1049167 https://doi.org/10.1063/1.447079 https://doi.org/10.1063/1.447079 https://doi.org/10.1063/1.447079 https://doi.org/10.1063/1.447079 https://doi.org/10.1002/pip.598 https://doi.org/10.1002/pip.598 https://doi.org/10.1002/pip.598 https://doi.org/10.1002/pip.598 https://doi.org/10.1021/cr050149z https://doi.org/10.1021/cr050149z https://doi.org/10.1021/cr050149z https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.07.012 https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.07.012 https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.07.012 https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.07.012 https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.07.012 https://doi.org/10.17807/orbital.v10i7.1322 https://doi.org/10.17807/orbital.v10i7.1322 https://doi.org/10.17807/orbital.v10i7.1322 https://doi.org/10.17807/orbital.v10i7.1322 https://doi.org/10.17807/orbital.v13i4.1580 https://doi.org/10.17807/orbital.v13i4.1580 https://doi.org/10.17807/orbital.v13i4.1580 https://doi.org/10.17807/orbital.v13i4.1580 https://doi.org/10.17807/orbital.v13i4.1580 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p40-54 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p40-54 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p40-54 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p40-54 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1.2022.p40-54 https://doi.org/10.1007/0-306-48145-6_5 https://doi.org/10.1007/0-306-48145-6_5 https://doi.org/10.1007/0-306-48145-6_5 https://doi.org/10.1007/0-306-48145-6_5 https://doi.org/10.1007/0-306-48145-6_5 https://doi.org/10.1007/0-306-48145-6_5 https://doi.org/10.1002/adfm.200700713 https://doi.org/10.1002/adfm.200700713 https://doi.org/10.1002/adfm.200700713 https://doi.org/10.1002/adfm.200700713 original article revista.iq.unesp.br 68 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 55-68 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p55-68 structure properties. adv. funct. mater. 2008, 18 (2), 332– 340. https://doi.org/10.1002/adfm.200700713 leclerc, n.; michaud, a.; sirois, k.; morin, j.-f.; leclerc, m. synthesis of 2,7-carbazolenevinylene-based copolymers and 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https://doi.org/10.1021/j100345a040 https://doi.org/10.1021/j100345a040 https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/48/484001 https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/48/484001 https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/48/484001 https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/48/484001 https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/48/484001 https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/48/484001 https://doi.org/10.1063/1.470985 https://doi.org/10.1063/1.470985 https://doi.org/10.1063/1.470985 https://doi.org/10.1063/1.470985 https://doi.org/10.1063/1.460447 https://doi.org/10.1063/1.460447 https://doi.org/10.1063/1.460447 https://doi.org/10.1063/1.460447 http://hdl.handle.net/1866/10654 http://hdl.handle.net/1866/10654 http://hdl.handle.net/1866/10654 http://hdl.handle.net/1866/10654 https://doi.org/10.1002/jcc.1058 https://doi.org/10.1002/jcc.1058 https://doi.org/10.1002/jcc.1058 https://doi.org/10.1002/jcc.1058 https://doi.org/10.1063/1.469104 https://doi.org/10.1063/1.469104 https://doi.org/10.1063/1.469104 https://doi.org/10.1063/1.469104 https://doi.org/10.1063/1.469104 https://doi.org/10.1016/j.orgel.2010.11.025 https://doi.org/10.1016/j.orgel.2010.11.025 https://doi.org/10.1016/j.orgel.2010.11.025 https://doi.org/10.1016/j.orgel.2010.11.025 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.11.037 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.11.037 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.11.037 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.11.037 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.11.037 original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 4 | 2023 | 48 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 scientific recreations to favor the learning of the periodic table in high school students with incomplete schooling havdih castro valdiviezo1 , mario adelfo batista zaldívar2+ 1. technical university of manabí , graduate faculty, portoviejo, ecuador. 2. technical university of manabí , faculty of basic sciences, portoviejo, ecuador. +corresponding author: mario adelfo batista zaldívar, phone: (593) 979095691, email address: mariobatzal69@gmail.com article info article history: received: may 22, 2023 accepted: september 26, 2023 published: october 03, 2023 keywords: 1. periodic table 2. chemistry 3. scientific recreations 4. unfinished schooling 5. learning section editors: natany dayani de souza assai abstract: didactic games for science teaching contribute to student learning and break with traditional teaching models. the objective of this study was to implement a didactic guide with scientific recreations to favor the learning of the periodic table in students with incomplete schooling in the 2022–2023 school year. for this purpose, an experimental, field and explanatory research was used. a population study was carried out with 60 students of the first year of high school of the “velasco ibarra” fiscal educational unit. the main theoretical and empirical methods were used, as well as descriptive and inferential statistics for data processing, analysis and interpretation. a didactic guide with scientific recreations was elaborated to favor the learning of the periodic table in students with unfinished schooling, which was applied to the students of the “velasco ibarra” fiscal educational unit, in the 2022–2023 school year. it was corroborated that the didactic guide with scientific recreations applied significantly improved the students’ learning of the periodic table. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 mailto:mariobatzal69@gmail.com https://orcid.org/0009-0005-4534-4741 mailto:hcastro4640@utm.edu.ec https://orcid.org/0000-0002-1623-0332 https://ror.org/02qgahb88 https://ror.org/02qgahb88 original article revista.iq.unesp.br 49 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 1. introduction from the beginning, human beings have been interested in knowing the world around them, trying to explain each of the phenomena existing in nature, which led to what is known today as chemistry, a branch of the natural sciences, which is present in all aspects of everyday life and, therefore, also in the educational field, although there are certain difficulties in this field, both in teaching and learning. in this regard, valdés (2019, p. 15) refers that: “chemistry is one of the branches of science that brings together a large accumulation of abstract and complex information, which hinders the appreciation and understanding of topics in its teaching, causing deficiency in the development of scientific skills”. chemistry as a science implies that students who learn by performing a scientific school activity not only recognize new ideas and identify evidence, but also learn to talk and write about it, to give a better meaning to those ideas and experiments (sanmartí, 2008). tang and rappa (2021) proposed a model intended to support students in the construction of scientific explanations in chemistry, which comprises three main components: (a) the premise: theoretical knowledge that provides the basis for the explanation, (b) the reasoning: logical sequences that follow from the premise, and (c) the result or conclusion: the phenomenon that is explained. according to these authors, since the genre of scientific explanation is not a familiar form of writing for many people, most students find it difficult to write the periodic table in a simple way, as they do not know where to start. on the other hand, garcía posso and posso garcía (2017, p. 582) indicate that: “the lack of adequate teacher training has generated behaviorist practices that do not favor student learning, but favor dependence, lack of creativity and inability to think”. it is worth mentioning that, under this perspective, pérez (2018) suggests that, globally, in recent years, in terms of chemistry teaching, links have been established between structure, properties and practical applications, which generates methodological variations in the teaching-learning process. this shows the need to look for novel methodologies that can really motivate students to learn in a meaningful way. therefore, barahona and constante (2019), mention that the methodology of the learning and teaching process in the baccalaureate is constituted by the objectives, knowledge, attitudes and values that students must learn, a different way of presenting the contents is sought, using innovative and at the same time everyday resources, with the purpose of achieving true knowledge in students. the use of games is often considered in the literature as a test of interest when it comes to getting the student to actively participate in teaching and learning. orlik (2002), in an extensive study on active methodologies in the teaching of science in general, and chemistry in particular, places this resource as one of the most important in this sense. on the other hand, yager (1991) points out that “taking part in focused games” places students in a scenario that facilitates their motivation and allows them to work on a wide range of skills. similarly, didactic games, created individually or in groups, provide students with the opportunity to be creators of their own learning. in this sense, mondeja et al. (2001) specify a set of qualities and requirements that games meet and make them useful in the development of the teaching and learning process: 1. games contribute to dynamize the students’ activity in many forms of teaching organization, where, once motivated, they develop their cognitive activity; 2. they indirectly improve the efficiency of educational processes, since they demand greater reflective activity on the part of the teacher; 3. they must be used in a planned manner in correspondence with the educational intentions and their implications in the classroom. finally, games have two important points in the development of the teaching and learning process, namely: they are a learning tool and, at the same time, a learning strategy, since they mean a different way of working and learning. according to torres (2002), didactic games also interest and promote other qualities in students, such as self-control, honesty, security, care and concentration in work, meditation, the search for other ways to win, according to the rules of the game. to play, to initiate, to understand and connect with others. the different types of games available for chemistry teaching should be explained in different ways. orlik (2002), for example, distinguishes three major types of games applicable to the classroom, which he calls exercise games, occupational games, and knowledge quiz-type games. exercise games can be defined as easy-to-solve minigame problems, usually with pencil and paper, similar in structure to puzzles and word games. as a rule, these games are suitable for individual or small group work. typical examples are word searches or crossword puzzles (rannikmiae et al., 1982). the reverse task is https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 original article revista.iq.unesp.br 50 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 also feasible, i.e., the student himself is the one who designs new crossword puzzles with chemistry or science terms and concepts. occupational games consist of giving each student a job, which they must successfully defend and explain to their peers. for example, occupational games have been designed based on professions in the chemical industry around the production of organic compounds ammonia sulfuric acid, etc. a variant is the class-consultation, where only three roles are assigned to the students: teacher, assistant and inspector, who must answer questions posed by the rest of the class on a particular topic. this variant allows for better preparation of the group before an exam. a third option is to organize the occupational game in the form of a theater, which increases the motivation of the students. the third and last type of games are quizzes that can be organized both in chemistry classes and in an extracurricular context (franco-mariscal et al., 2012). in general, this type of game resembles a television program in many countries and may involve two or more teams of students. the game is preceded by a preparatory stage in which the teacher formulates a task to research both the chemical and general scientific literature on the topic. depending on your level (high school or college) the questions should be of different difficulty. regarding the teaching of the periodic table, a traditional, theoretical and memoristic way has been generalized, which causes disinterest in students to learn and understand chiriboga (2022). in this way, it can be said that, the activities of a teacher in the classroom can be difficult, since it requires planning, an organization with a favorable environment that allows teaching and learning according to the reality of each educational institution and therefore the students. classroom management involves several factors to develop properly helping to improve student learning. in ecuador, there are many shortcomings in the educational context, not having found a global project that meets all the needs of the educational community. in view of this, rengifo ávila and espinoza freire (2019, p. 177) state: ignorance of the importance of education for the development of the country leads to prioritize other sectors, mitigating the formation of citizenship. / the above brings us closer to a painful reality in which there are countless problems at the level of education in ecuador, but it is complex to understand why they are not being solved, if they are key pieces of the country’s development. another problem in ecuador is student dropout, which is also caused by different factors: economic, labor, social and personal. in ecuador, there are 5.7 million people who are in a situation of illiteracy or unfinished schooling, among which we have 692 316 people who require literacy, 979 743 people who require post-literacy, 3 132 586 people who require higher basic education and 927 468 who require baccalaureate (ministry of education, 2019). the ministry of education, as the institution in charge of guaranteeing the right to education, serves the population with incomplete schooling and educational backwardness through extraordinary educational services in three modalities: face-to-face, blended and distance. in view of the above, the general regulations to the organic law of intercultural education of ecuador (ministry of education, 2015) in article 151 states that: the evening session, which can only be offered to persons fifteen years of age or older, applies a blended learning modality through which a special curriculum is developed that determines 70% for face-toface academic activities and 30% for academic activities of independent work under teacher supervision... (p. 46). in another aspect, in evening education, when presenting students over the age of 18 with multiple daily responsibilities, it is difficult to capture their attention, so it is necessary to implement teaching methodologies different from the usual ones. in this regard, rodríguez lorbada (2017) states that there are different theories for adult learning, including: andragogy, transformational learning and experiential learning, and each of these theories converge in the same purpose: to develop learning techniques and experiences that are effective for adult learners. it is imperative to change traditional methodologies for others that involve the students as the main actors in their own teaching-learning process, with the support of the teacher as mediator and strategist in the application of playful activities that reinforce learning (galagovsky, 2007). on the other hand, in the province of manabí, specifically in the canton of portoviejo, there are predominantly families of middle and low social strata that have educational lags, who, despite the inconveniences that have been presented to these people, decide to continue their studies and are called students with unfinished schooling, for which there are night educational institutions that ensure studies in an https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 original article revista.iq.unesp.br 51 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 extraordinary way, adjusting the curricular content with the prioritization established by the ministry of education to serve this student population. one of these institutions is the “velasco ibarra” fiscal educational unit. within the institutional reality of the “velasco ibarra” fiscal educational unit, there are different problems, as follows: − few scientific-recreational activities in theoretical subjects; − insufficient learning skills in students; − scarce pedagogical resources for the correct teaching of the different subjects; − low student interest in classroom activities. in this institution there are multiple insufficiencies in the teaching and learning of the periodic table. in virtue of the above, the objective of this research is to implement a didactic guide with scientific recreations to favor the learning of the periodic table in students with unfinished schooling in the first year of high school at the “velasco ibarra” fiscal educational unit. 2. methodology the research was conducted using a mixed (qualitative-quantitative), explanatory approach and an experimental design. the main theoretical methods were used, namely: historical-logical, analysis-synthesis, inductive-deductive and hypothetical-deductive, to understand the object of study in its development, its history and logic, to discover the essential relationships and general characteristics among them, to determine generalizations and empirical laws, and to reach new conclusions and empirical predictions. the following empirical methods and techniques were used to collect data on the indicators defined by each relevant variable: scientific, participant and covert observation, questionnaire, semi-standardized interview, measurement and the social experiment, due to the largely subjective nature of the object of study and the field of research, and the influence of multiple factors that are difficult to control. for the processing, analysis and interpretation of the data collected, descriptive statistics were used, through the calculation of percentage values, measures of central tendency, measures of dispersion and construction of graphs. a population-based study was carried out, since 100% of the students of the first year of the unified general high school of the “velasco ibarra” fiscal educational unit participated in the research, amounting to 60 students. a quasi-experimental design was used, since a control group and an experimental group were configured. the research was developed in three stages: i) a pretest was made to the students of the two groups (control and experimental) to diagnose the knowledge and previous learning about the chemical elements of the periodic table; ii) the teaching and learning process was developed to the control group with the traditional method and to the experimental group the proposed strategy was applied with the resources and applications considered about the chemical elements of the periodic table and; iii) a post-test was applied to check the feasibility and relevance of the implemented strategy. a didactic guide based on scientific recreations was elaborated to favor the learning of the periodic table in high school students with incomplete schooling, in a collaborative and team way, which consisted of six games, namely: periodic table quiz, chemistry app, quimitris, puzzle, periodic table bingo and the atomic deck, all of them simple games, to experience a higher level of motivation and satisfaction with participative learning. the research variables were: scientific recreations (independent variable) and learning the periodic table (dependent variable). their operationalization appears in table 1. table 1. operationalization of relevant variables of the research. variable dimensions indicators techniques and instruments independent variable playful activities attitudinal level of preparation on the use of technological resources in their learning survey motivational students’ level of motivation survey aptitude acceptance of the ludic resources for their learning survey dependent variable learning the periodic table academic performance percentage of students passed average grade point average pretest posttest https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 original article revista.iq.unesp.br 52 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 the extraneous or extraneous variables identified were: i) teachers’ motivation towards the changes, ii) students’ motivation, iii) students’ previous knowledge about the games and, iv) students’ previous knowledge. the following actions were taken to control these variables: − according to the motivation of teachers, work was done in two directions: a) teachers were motivated to use games for learning the periodic table, and b) teachers were prepared to motivate students about the importance and possibility of learning through games, for which workshops were held on the importance of this and the potential of playful activities to promote learning; − the motivation of the students was controlled through practical activities, individually and in groups, about the relevance and usefulness of learning chemistry through playful activities, which included several examples of how to learn through didactic games. in this way, the students showed greater interest and paid more attention in the demonstrative classes conducted; − with respect to the students’ prior knowledge about the games, in the same practical activities executed to improve their motivation, several of them were demonstrated with some of the same games they would use during the teachinglearning process of the periodic table; − regarding the students’ previous knowledge, an initial diagnosis was made and, based on the results of the same, several academic activities were carried out to level the students in those learning skills they should already have to start learning the contents taught in the subject of the periodic table. 3. results and discussion based on the theoretical and methodological foundations and the contributions of the authors, this didactic guide with scientific recreations was elaborated to favor the learning of the periodic table in students with incomplete schooling in the first year of high school, as shown in table 2. table 2. didactic guide with scientific recreations to favor the learning of the periodic table in students. game description periodic table quiz for teaching the elements of the periodic table in an interactive and simple way. it offers six types of game: guess the number of the element, its name or the group number to which they belong. all accompanied by a system of achievements and levels. it is free and compatible with android devices. chemistry app it has all the information about the elements of the periodic table. by touching any element, you can access its relevant data, allowing you to acquire knowledge and complete information in a simple way. it also contains additional tools to solve chemical reactions. quimitris it is a game based on the classic tetris for learning the elements of the periodic table in a fun way. the tiles, consisting of one, two, three or four chemical elements, fall from the top of the board and must be placed correctly on the periodic table. the game is divided into different levels that progressively increase in difficulty. puzzle it consists of making a periodic table in three dimensions like a puzzle, where each square is a cube and, on each side, different characteristics of each element are represented: 1) name, 2) symbol, 3) atomic number, 4) photograph of the element, 5) representation of food, materials and medicines in whose composition the element is found, 6) group and period. periodic table bingo called quica, it is a game of chance that consists of putting into a bag or drum, a certain number of chips, which contain the atomic number and symbol of a specific chemical element. the game is individual, so each student will have a cardboard, which has the symbol and atomic number of a chemical element at random. the atomic deck the atomic deck is a set of cards, arranged by color, with information about a chemical element, such as: symbol, atomic number, period, group, oxidation states, uses and applications. students will have three cards and must form a word with the symbol of the chemical elements present on them. the results of the survey applied to the students on the use of didactic tools using technologies and the realization of ludic activities to favor learning, corroborated that most of the chemistry teachers do not use auditory didactic resources in their classes to reinforce the content on the chemical elements of the periodic table, knowing that these resources help to improve student learning, since of the total number of respondents, 53% affirm that the teachers do not use auditory didactic resources in the class and another 35% refer that they almost never or sometimes use them. only 12% stated that they almost always use these resources (table 3). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 original article revista.iq.unesp.br 53 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 table 3. absolute (a.f.) and relative frequency (r.f.) of responses to survey questions. no questions always almost always almost always sometimes almost never never a.f. r.f. a.f. r.f. a.f. r.f. a.f. r.f. a.f. r.f. 1 how often are auditory materials such as cds and recordings used in chemistry class? 0 0 7 12% 16 27% 5 8% 32 53% 2 are slides, images, graphic organizers, etc., projected for the explanation of the elements of the periodic table? 10 17% 7 11% 10 17% 9 15% 24 40% 3 in chemistry class, do you practice the chemical elements of the periodic table using three-dimensional materials such as puzzles or 3d cubes? 1 2% 10 17% 14 23% 9 15% 26 43% 4 do you find it useful to learn about the chemical elements of the periodic table through games? 19 32% 12 20% 17 28% 9 15% 3 5% 5 are the lectures given by your chemistry teacher understandable at any time? 4 7% 5 8% 29 48% 21 35% 1 2% in this sense, blandín and solórzano (2018) emphasize the incorporation of innovative strategies in the teaching-learning process of the chemical elements of the periodic table, because for the students this subject is very memoristic, with little understandable data, so it causes fear of the unknown, because of the little or little transmission of what was learned with the everyday, especially because of its complexity, which lies in that concepts with non-visual characters such as the atom must be explained. fifty-five percent of the respondents never and almost never the teachers project slides, images, graphic organizers and others, for the explanation of the elements of the periodic table; and only 28% of the students refer that they always or almost always do it. this corroborates that most teachers do not use, or do it very little, information technologies in the teaching-learning process of this subject, probably because this subject is usually complicated by the amount of information it has and the relationship that exists between it (barazarte and jerez, 2020). fifty-eight percent of the students stated that their teachers have never or almost never implemented threedimensional materials such as puzzles or 3d cubes in their classes on the periodic table, while only 19% always or almost always do so, despite the fact that 52% of the students stated that they always or almost always find it useful to learn through games and that only 15% of the students stated that they understand the teacher. this shows that most teachers do not use, or do it very little, playful activities (games) to teach the theory and practice of the periodic table, despite the potential that these have to promote meaningful learning of students, in contrast to what was stated by barazarte and jerez (2020), who point out that teachers should use more creativity in this subject with entertaining and challenging activities for students, in order to facilitate their learning. some measures of central tendency and dispersion of the results of the pretest and posttest student scores, after applying the proposal to the experimental group and developing the process in the traditional way with the control group, are shown in table 4. table 4. descriptive statistics of the results of the pretest and posttest to the students. groups evaluation range minimum maximum median mean σ control group pretest 6.00 1.00 7.00 4.00 4.00 1.4881 posttest 5.00 2.00 7.00 5.00 4.83 1.1805 experimental group pretest 5.00 1.00 6.00 4.00 3.87 1.2313 posttest 4.00 5.00 9.00 8.00 8.10 0.9076 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 original article revista.iq.unesp.br 54 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 in the control group, both in the pretest and posttest, as well as in the pretest of the experimental group, the great majority of the grades obtained by the students were at the low level (< 7.00 points). however, once the didactic strategy was applied, of the experimental group, 80.6% of the student’s achieved grades of the high level (≥ 8.00 points); therefore, only six students of the group obtained grades of the medium level in the posttest. in the pretest, in both groups, similar mean values were obtained. the analysis of the averages obtained by the students in the grades of both groups in the pretest, corroborate that they had a similar preparation in terms of previous knowledge, with which they started the teaching-learning process of the studied subject, so this previous learning did not influence the final results. this statement was confirmed by means of the student’s t-test for related samples, which reported a p value = 0.842 (p > 0.05); therefore, it can be affirmed with 95% confidence that there are no statistically significant differences between the means obtained by the students in the pretest in the control and experimental groups. on the other hand, from the analysis of the means obtained by the students in the grades of both groups in the posttest, it was found that when applying a student’s t-test for related samples, a value of p < 0.05 was obtained; so it can be affirmed with 95% confidence that there are statistically significant differences between the means obtained by the students in the posttest in the control and experimental groups, which corroborates that the recreations applied did improve the academic performance of the students in terms of the periodic table. this agrees with arce urbina (2022), who points out that experimentation has great value in the teaching of natural sciences, since it is essential for students to assimilate a subject, exposing them to different and novel experiences so that they achieve greater motivation in their learning. likewise, from the analysis of the means obtained by the students in the pretest and posttest grades of the control group, it was found that when applying a student’s t-test for related samples, a value of p = 0.268 (p > 0.05) was obtained; so that it can be affirmed with 95% confidence that there are no statistically significant differences between the means obtained by the students in the pretest and posttest in the control group, which corroborates that the students of the control group did not significantly improve their academic performance in learning the periodic table. this result corroborates cuichán (2018), who refers that, in order to improve student learning in the subject of chemistry, it is necessary that teachers plan their classes with strategies that allow students to assimilate it, in a more attractive, interesting and participatory way during the teaching-learning process, in order to achieve meaningful learning. in this sense, orlik (2002) refers those teachers should incorporate into the curriculum, didactic and playful strategies that allow students to acquire knowledge and skills that are more attractive, interesting and participatory during the teaching-learning process, in order to achieve meaningful learning. 4. conclusions the elaboration of a didactic guide with scientific recreations to favor the learning of the periodic table in students is an effective tool, since it is based on simple games that help students to better understand the concepts on this topic and apply them in practical situations, experience a higher level of motivation and satisfaction with learning, work collaboratively and as a team, to benefit their participation and exchange of knowledge among them. the implementation of the didactic guide with scientific recreations to favor the learning of the periodic table in high school students with incomplete schooling, improved the academic performance and the motivation and attitude of the students towards their learning, as well as their perception and satisfaction with respect to the usefulness of the games to favor learning. authors’ contribution conceptualization: castro valdiviezo, h.; batista zaldívar, m. a. data curation: castro valdiviezo, h.; batista zaldívar, m. a. formal analysis: castro valdiviezo, h.; batista zaldívar, m. a. funding acquisition: not applicable. investigation: castro valdiviezo, h.; batista zaldívar, m. a. methodology: castro valdiviezo, h.; batista zaldívar, m. a. project administration: castro valdiviezo, h. resources: castro valdiviezo, h. software: batista zaldívar, m. a. supervision: batista zaldívar, m. a. validation: castro valdiviezo, h.; batista zaldívar, m. a. visualization: castro valdiviezo, h.; batista zaldívar, m. a. writing – original draft: castro valdiviezo, h. writing – review & editing: batista zaldívar, m. a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 original article revista.iq.unesp.br 55 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 data availability statement the data will be available upon request. funding not applicable. acknowledgments the authors of this article would like to thank the technical university of manabí, represented by its authorities, for the support provided for this research. we would also like to thank the students who participated in this research. references arce urbina, m. e. the value of experimentation in the teaching of natural sciences. the science workshop for children at the atlantic campus of the university of costa rica: an experience to share. education journal. 2019, 26 (1), 147–154. barahona, a.; constante, e. methodological strategies in the teaching-learning process of the subject of chemistry, unit 2, in the international baccalaureate diploma program, eloy alfaro educational unit, period 2018-2019. degree thesis, central university of ecuador, 2019. barazarte, c.; jerez, e. application of the periodic bingo game as a strategy for the teaching-learning of the periodic table in the third year of high school. degree thesis, university of the andes, 2020. blandín, f.; solórzano, r. relevance of innovative 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https://lorbada.com/blog/2017/04/22/teorias-de-aprendizaje-para-adultos-para-disenar-con-eficacia original article revista.iq.unesp.br 56 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 48-56 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 tang, k.-s.; rappa, n. a. the role of metalanguage in an explicit literacy instruction on scientific explanation. int. j. sci. math. educ. 2001, 19 (7), 1311–1331. https://doi.org/10.1007/s10763-020-10121-6 valdés, g. application of augmented reality for the elaboration of chemistry experiments as a support tool in the teaching of their reactions; university of cundinamarca, 2019. yager, r. e. the constructivist learning model: towards real reform in science education. the science teacher. 1991, 58 (6), 52–57. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p48-56 https://doi.org/10.1007/s10763-020-10121-6 https://doi.org/10.1007/s10763-020-10121-6 https://doi.org/10.1007/s10763-020-10121-6 https://doi.org/10.1007/s10763-020-10121-6 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032827628.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032845243.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032857090.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032914107.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129032950322.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033008107.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033049947.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033104603.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033141131.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033158443.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129033224219.pdf original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | 30 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 dengue fusion peptides in interaction with model membranes – a fluorescence study danilo da silva olivier1,2 , graziely ferreira cespedes3 , wallance moreira pazin1,4 , eduardo maffud cilli3 , amando siuiti ito1+ 1. university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and letters of ribeirão preto, ribeirão preto, brazil. 2. universidade federal do tocantins, araguaína campus, araguaína, brazil. 3. são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. 4. são paulo state university, school of technology and applied sciences, presidente prudente, brazil. +corresponding author: amando siuiti ito, phone: +55 11 3021-4574, email address: amandosi@ffclrp.usp.br article info article history: received: july 01, 2020 accepted: october 19, 2020 published: april xx, 2021 keywords 1. dengue virus peptide 2. lipid peptide interaction 3. fluorescence spectroscopy 4. vesicles diffusion coefficient abstract: dengue fever is a widespread infectious disease caused by dengue viruses and responsible for millions of cases per year. one of the key steps during the infection is the fusion between the cell membrane and the lipidic bilayer of the virus, done by the glycoprotein envelope. at the tip of the envelope there is a fusion peptide widely conserved among the four known virus serotypes. here dengue fusion peptides were studied in buffer solution and interacting with model membranes using fluorescence techniques. peptides have the tryptophan residue exposed to aqueous environment when in buffer, while is exposed to a hydrophobic environment when interacting with negatively charged vesicles, as shown by the blue shift of fluorescence emission and increase in the lifetime decay. fluorescence anisotropy results confirm that the residue is in a more restrictive environment when interacting with vesicles. finally, fluorescence correlation spectroscopy results support the importance of electrostatic interaction, showing that dengue peptide promotes a significant increase in diameter of negatively charged vesicles, compared to the absence of effect in the size of neutral vesicles. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 mailto:amandosi@ffclrp.usp.br http://orcid.org/0000-0003-1269-3783 http://orcid.org/0000-0002-6290-9469 http://orcid.org/0000-0002-2157-5933 http://orcid.org/0000-0002-4767-0904 http://orcid.org/0000-0003-4454-6032 original article iq.unesp.br/ecletica 31 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 1. introduction dengue fever is an infectious disease spread in tropical and subtropical areas of the world, affecting around 2 billion people and causing as many as 100 million cases each year1,2. the disease is caused by the dengue virus, a member of the flaviviridae family, a group of enveloped viruses containing a positivesense single-stranded rna genome. the viral particle contains three structural proteins – capsid, membrane precursor and envelope glycoprotein protein (e) – and seven non-structural proteins3,4⁠. as for other enveloped viruses, dengue virus infection depends on a step involving the fusion of the viral envelope with the cell membrane promoted by the envelope glycoprotein e5,6⁠. the glycoprotein e is a dimer complex with 495 amino acids in each subunit, which, under acidic conditions, undergoes a structural change, exposing the fusion peptide and forming a trimer7–10⁠. the segment between residues 98 and 112, called fusion peptide, forms a loop in domain ii of glycoprotein e and inserts into the cell membrane7,9,11,12 in the interaction step between the flavivirus and the host cell. the same sequence is present in the four dengue virus serotypes, which differ by the amino acid sequences flanking the fusion peptide. dengue virus serotype ii is associated with severe symptoms in humans, and the extended sequence 88–123, has been studied, trying to understand the process of fusion with membranes (fig. 1). figure 1. (a) amino acid sequence of serotype ii dengue virus fusion peptide (88–123); the sequence 98–112 is underlined, charged polar residues are indicated in green, hydrophobic residues are in blue and non-charged polar are in red. (b) dengue peptide and tryptophan in new cartoon and cpk representation, respectively. color code is the same as presented in (a). pdb id:1ok83⁠. the peptide has a trp residue in position 101 of the sequence, allowing its direct observation by fluorescence spectroscopy. in this study, we examined the fusion loop peptide and three other peptides from dengue virus serotype ii: the long sequence 88–123, the amino flank 88–111 and the carboxy flank 98–123. due to the involvement in the process of virus fusion with cell membranes, we report here the analysis of the peptides in a buffer medium and interacting with model membranes using fluorescence spectroscopy techniques. as model membranes, we used small unilamellar vesicles (suvs) of neutral lipid 1,2dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocoline (dmpc) and negative 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (dmpg). we also used large unilamellar vesicles (luvs) of neutral lipid 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3phosphocholine (dppc) and negatively charged 1,2dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (dppg). 2. experimental 2.1 peptides synthesis peptides were manually prepared using solid phase peptide synthesis by the 9-fluorenylmethoxylcarbonyl (fmoc) procedure13⁠⁠. ninhydrin test was used to monitor each coupling/deprotection steps. amino acids were purchased in nova biochem corp synpep or advanced chem tech (usa). pa solvents were acquired from labsynth and acros organics (usa). purification of products of synthesis was performed by preparative high performance liquid chromatography (hplc) using c18 phenomenex column. after the purification, peptides were characterized by analytical hplc and mass spectrometry. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 32 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 2.2 preparation of model membranes the lipids dmpc, dmpg, dppc and dmpg were purchased from avanti polar lipids (alabaster, al, usa) as powder. the fluorescent probe 1,19dioctadecyl-3,3,39,39-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (diic18) was from molecular probes (eugene, or, usa). all the reagents were used without further purification. small unilamellar vesicles films of dmpc and dmpg were prepared in standard test tubes by diluting the lipid in 20–30 µl of chloroform, followed by evaporation of the solvent in a stream of n2. after this step, the tube is left under reduced pressure for 2 h. lipid dispersions were prepared by adding citrate buffer up to final concentration equal to 1 mmol l-1 lipid in 2 ml citrate buffer (10 mmol l-1, ph 5.4). after vortexing in temperature above the lipid gel-fluid transition, the content was transferred into a falcon with volume of 50 ml. the suvs were prepared by sonication of the lipid dispersion using the vibracell vc-600 sonicator, with 1/2 in (13 mm) probe tip. the amplitude used during the sonication was set to 37%. to measure the particle size, we used the beckman coulter n5 submicron particle size analyzer. the analysis was made by counts to obtain the percentage distribution and size of the particles. large unilamellar vesicles were prepared from stock solutions of dppc and dppg in chloroform at 40 mmol l-1. dry films emerged by evaporating the solvent under a n2 flow and eliminating the remaining traces of organic solvent under reduced pressure for at least 3 h. multilamellar vesicles (mlvs) were prepared by adding milli-q water onto the films and vortexing them at 45 °c for 2 min above the phase transition temperature of dppc. subsequent extrusion afforded the luvs, as described elsewhere14,15. the mlvs suspension was passed through a polycarbonate membrane with pores measuring 0.1 µm (whatman, sigma aldrich) at least 21 times. 2.3 optical absorption and fluorescence apparatus an amersham ultrospec 2100 pro spectrophotometer was used to obtain optical absorption spectra. steady-state fluorescence measurements were made in a hitachi f-7000 spectrofluorometer; internal calibration was performed to correct the emission spectra intensity, and polarizer filters were employed for anisotropy experiments. fluorescence intensity decays, and time-resolved anisotropy measurements were recorded on a picosecond laser system operating in the timecorrelated single-photon counting mode. the excitation source was a mode-locked ti:sapphire laser (tsunami 3950, pumped by milennia x, spectra physics), which produced laser pulses with 5.0-ps full width at half maximum (fwhm). the pulse repetition rate was adjusted to 8.0 mhz using the 3980 spectra physics pulse picker. the laser wavelength was selected with a third harmonic generator (bbo crystal, gwn-23pl spectra physics), yielding 295 nm excitation pulses that were directed to an l-format edinburgh fl900 spectrometer with a monochromator in the emission channel. single photons were detected by a cooled hamamatsu r3809u microchannel plate photomultiplier, and the instrument response function was ~100 ps. in anisotropy experiments, a soleil– babinet compensator and a glann–taylor polarizer were used in the excitation and emission beam, respectively. data were analyzed by using a commercial software (edinburgh instruments) based on nonlinear least squares method. the quality of the fit was judged by the reduced χ2 values and the residuals distribution. 2.4 fluorescence correlation spectroscopy fluorescence correlation spectroscopy (fcs) experiments were performed in the picoquant microtime 200 instrument, which combined confocal optics (olympus ix-71 inverted microscope) with pulsed excitation and time resolved data acquisition along with a highly sensitive avalanche photodiode detector. a pulsed diode laser operating at an excitation wavelength of 530 nm was employed, and detection was accomplished using a bandpass filter to collect light with a wavelength above 550 nm to remove scattered light. the samples were examined in a microscope slide, where a very small fluorescent volume was selected, and fluctuations in emission were collected. using the software provided by picoquant, fcs measurements allowed determination of the autocorrelation function g(t) for the fluorescence emission. 3. results and discussion 3.1 peptides synthesis the sequence of the peptides obtained in the synthesis and used in this work are presented in tab. 1. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 33 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 the peptides contain serine residues in substitution to cysteine in position 92, 105, 116 and 121. the cysteine residues were replaced by serine residues to avoid dimerization. in previous study, it was verified that this modification did not promote difference in fusion activity16. table 1. peptides sequence. peptide sequence 88 98 112 123 den ii 98-112 drgwgngsglfgkgg den ii 98-123 drgwgngsglfgkgg vtsamfrskk den2nc ii 88-123 krfvskhsmv drgwgngsglfgkgg vtsamfrskk den2n ii 88-111 krfvskhsmv drgwgngsglfgkg 3.2 fluorescence of peptides in buffer 3.2.1 emission spectra the peptides in citrate buffer (10 mm, ph 5.4) solution presented absorption centered in 280 nm due to the presence of tryptophan residue. under excitation at 290 nm, the maximum of fluorescence emission was observed at 358 nm for den ii 98–112 and den ii 98–123 peptides and at 356 nm for den ii 88–111 and den ii 88–123 peptides. the fluorescence spectra are typical of emission from tryptophan immersed in a polar environment (fig. 2). thus, the spectra observed for all peptides in citrate buffer solution indicate that the tryptophan residue in den ii is exposed to the aqueous environment, independent of the sequences flanking the 98–112 fusion loop peptide. figure 2. fluorescence emission of dengue peptides in citrate buffer ph 5.4. peptide concentration 15 μmol l-1, excitation 290 nm. 3.2.2 time-resolved emission time-intensity i(t) decays of all peptides measured at 350 nm were complex, and the experimental data were fitted to multi-exponential curves (eq. 1): 𝐼(𝑡) = 𝐼0∑ 𝛼𝑖𝑒𝑖 −𝑡 𝜏𝑖 (1) where io is the initial intensity, and αi and τi are the normalized pre-exponential factor and the lifetime of component i of the intensity decay, respectively. the best fit of intensity decay profiles of peptides in citrate buffer ph 5.4 was obtained using three exponential functions, as usually found in peptides containing tryptophan (fig. 3). figure 3. time-resolved fluorescence decay for dengue ii fusion peptides in citrate buffer ph 5.4. excitation 290 nm, temperature 45 °c. the occurrence of three lifetimes in the decay of peptides was attributed to the presence of different rotational conformers of the indole ring around the cαcβ bond of the alanyl side chain: in the g+ (gauche plus) rotamers of trp in the peptide chain, electron http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 34 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 transfer processes predominate over fluorescence emission17, leading to sub-nanosecond lifetime component. in the fitted curve for den ii peptides, the value of the long lifetime component was around 3.0 ns, and the intermediate component was circa 1.5 ns; the sub-nanosecond component around 0.3 ns was necessary to fit the experimental decay (tab. 2). the values are within those usually found in peptides, where the trp residue is exposed to aqueous solvent18-21. table 2. time-resolved data from fit of intensity decay to three exponential curves: lifetime components (τi) and normalized pre-exponential factors (αi). peptides in citrate buffer solution, ph 5.4. concentration 15 μmol l-1 excitation 290 nm, emission at 350 nm. temperature 45 °c. peptide lifetime norm. pre-exponential average τ1 / ns τ2 /ns τ3 / ns α1 α2 α3 <τ> / ns den ii 98-112 2.88 1.47 0.25 0.15 0.49 0.36 1.87 den ii 98-123 3.23 1.56 0.39 0.15 0.58 0.27 2.02 den ii 88-111 3.62 1.53 0.26 0.05 0.63 0.32 1.75 den ii 88-123 3.77 1.45 0.28 0.06 0.64 0.30 1.79 the normalized pre-exponential factor for the short component was around 0.30 for all peptides. however, we can notice that the long lifetime component of the peptides with the amino flanking sequence (88–111 and 88–123) presents lower contribution to the decay (normalized pre-exponential around 0.05) compared to the fusion loop peptide (98–112) and the peptide with carboxy flanking sequence (98–123). from the definition of mean values, the average lifetime <τ> was calculated from individual lifetimes and corresponding pre-exponential factors according to eq. 2: ⟨𝜏⟩ = ∑ 𝛼𝑖𝜏𝑖 2 𝑖 ∑ 𝛼𝑖𝜏𝑖𝑖 (2) it is observed that smaller values of average lifetime correspond to the amino flanking peptides. the interaction of trp with charged residues arg, lys and his may contribute to nonradiative de-excitation rate and subsequent decrease in fluorescent emission lifetime. 3.2.3 quenching of fluorescence emission the steady-state fluorescence emission intensity of peptides tryptophan decreased upon the addition of acrylamide into the solution. the decrease in intensity with increase in the concentration of quencher can be described by the stern–volmer equation (eq. 3): 𝐹𝑜 𝐹 = 1 + 𝐾𝑆𝑉[𝑄] (3) where fo is the intensity in the solution without quencher, f is the intensity in the presence of quencher at concentration [q], and ksv is the proportionality constant known as stern–volmer constant. from time-resolved measurements, an equivalent equation can be written as eq. 4. 𝜏𝑜 𝜏 = 1 + 𝐾𝑑𝑖𝑛[𝑄] (4) where τo is the lifetime of the fluorescent molecule in the absence of quencher and τ is the lifetime in the presence of quencher at concentration [q], and kdin is the proportionality constant known as dynamic constant for quenching. quenching of peptides emission was examined through the stern–volmer plot (fig. 4). both parameters fo/f and τo/τ increased linearly with the quencher concentration and the stern–volmer constants (ksv) and the dynamic constant (kdin), obtained from the respective plots, present good agreement (tab. 3), demonstrating the collisional nature of quenching without the formation of nonfluorescent species. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 35 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 figure 4. quenching, by acrylamide, of tryptophan fluorescence in dengue ii peptides. (a) stern–volmer plot using steady-state fluorescence emission. (b) stern–volmer plot from time-resolved data. straight lines are best fits of experimental data to stern–volmer equation. results indicated that trp residues in the peptides are exposed to the solvent, allowing the interaction with the quencher molecules. the quenching results from collisions between acrylamide molecules and tryptophan residues in the peptides are a process dependent on the diffusion of the interacting species in the medium. the collisional constant kq is proportional to the diffusion coefficients of acrylamide and peptides and is determined with eq. 5. 𝐾𝑞 = 𝐾𝑑𝑖𝑛 𝜏 (5) in order to calculate the constant, we used the results of average lifetimes obtained according to eq. 2. the values of collisional constant calculated for all the peptides (tab. 3) are comparable to the results of observations made in antimicrobial and melanotropic peptides21,22 and are consistent with the dimensions of the molecules involved in the process. the collisional constant is proportional to the sum of diffusion coefficients of fluorophore and quencher. we must consider that, in our experiments, the fluorophore is the tryptophan residue bound to the peptide chain, and there is another component in the process, related to the accessibility of the quencher to the indol group of tryptophan. thus, the slightly higher value of kq observed for 88–111 peptide indicates an increased accessibility of the indol group to the quencher, suggesting that the tryptophan in the peptide has a high degree of exposure to the solvent. table 3. steady state (ksv) and time-resolved (kdin) constants for quenching of tryptophan emission by acrylamide. the collisional constants (kq) were calculated from eq. 5. peptide ksv / l mol-1 kdin / l mol-1 kq / 109 l mol-1 s–1 den ii 98–112 16.9 14.1 7.6 den ii 98–123 14.6 13.9 6.9 den ii 88–111 13.1 18.0 10.1 den ii 88–123 12.8 14.0 7.7 3.2.4 fluorescence anisotropy values of steady-state fluorescence anisotropy (ass) of the peptides measured in citrate buffer solution ph 5.4, around 0.020 (tab. 4), are comparable to those observed in peptides with similar number of residues, like melanocyte stimulating hormone (msh) and adrenocorticotropin hormone fragment (acth 1– 24)20,22. as the fluorescence anisotropy originates from the rotational movement of the fluorophore, the relatively low values of anisotropy reflect the rotational freedom of the peptides in aqueous medium. slightly higher values were observed for the sequence 88–123 of the larger peptide. table 4. steady-state anisotropy (ass) and time-resolved components of anisotropy decay: rotational correlation time (φi) and time-zero anisotropy (βi) of component i. peptides in citrate buffer, ph 5.4, concentration 15 μmol l-1, excitation 290 nm, emission set at 350 nm. peptide ass φ1 / ns φ2 / ns β1 β2 r∞ ro rmean 98–112 45 °c 0.017 0.03 0.40 0.21 0.08 -0.006 0.27 0.023 98–123 45 °c 0.019 88–111 45 °c 0.018 0.06 0.56 0.19 0.08 -0.012 0.25 0.019 88–123 45 °c 0.021 0.08 0.55 0.15 0.11 -0.014 0.25 0.027 88–123 25 °c 0.023 0.06 0.65 0.17 0.08 0.006 0.26 0.029 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 36 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 time-resolved data can offer elements for the analysis of steady-state results and the experimental anisotropy decays r(t) were fitted to multi-exponential curves (eq. 6): 𝑟(𝑡) = ∑ 𝛽𝑖𝑒𝑖 −𝑡 𝜑𝑖 + 𝑟∞ (6) where βi and φi are the time-zero anisotropy and rotational correlation time of component i of the anisotropy decay, respectively, and r∞ stands for the residual anisotropy at long time t. the fitted function for anisotropy decay relates to the theoretically derived expression23 (eq. 7): 𝑟(𝑡) = (𝑟0 − 𝑟∞)∑ 𝑓𝑖𝑒𝑖 −𝑡 𝜑𝑖 + 𝑟∞ (7) where ro is the initial anisotropy obtained from the experimental fit of anisotropy decay through (eq. 8) 𝑟0 = ∑ 𝛽 𝑖𝑖 + 𝑟∞ and 𝑓 𝑖 = 𝛽𝑖 ∑ 𝛽𝑖𝑖 (8) from the usual definition of mean value, it is possible to calculate the mean anisotropy from the temporal dependence of intensity and anisotropy14⁠, written from the fitted parameters as eq. 9. 𝑟𝑚 = ∫ 𝑟(𝑡)𝐼(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 ∫ 𝐼(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 = 𝑟∞ + 1 ∑ 𝛼𝑖𝜏𝑖𝑖 ∑ 𝛼𝑖𝛽𝑗𝜏𝑖𝜑𝑗 (𝜏𝑖+𝜑𝑗) 𝑖,𝑗 (9) anisotropy decay profiles, as illustrated in fig. 5 for den ii 98-112, were best fitted to two rotational correlation times in the sub-nanosecond region (tab. 4). for peptides, the short correlation time is ascribed to rotation of the trp residue around its bonding to the peptide chain, and the longer correlation time corresponds to the whole peptide rotations21. the mean anisotropy, calculated from time-resolved data, has values comparable to the results of steady-state measurements. the calculated mean anisotropy contains contributions from fluorescence intensity decay and rotational movement of the fluorophore (eq. 9). as the lifetime of trp did not show large variation in the different peptides, the slightly higher value of anisotropy observed for the sequence 88–123 is consistent with the decrease in rotational diffusion of the longer peptide, associated to its larger dimension. figure 5. fluorescence anisotropy decay for den.ii 98–112 in buffer at 45 °c. also shown best fit to a two exponential decay and graphic of residuals. 3.3 interaction with lipid vesicles the fluorescence of the long peptide 88–123 was measured in the presence of suvs and luvs. suvs of neutral (dmpc) and charged (dmpg) vesicles were prepared by sonication at 25 °c. luvs of neutral (dppc) and charged (dppg) lipids were prepared by extrusion at 45 °c, above the vesicles thermal transition temperature. in the presence of neutral pc vesicles, the spectral position of maximum emission did not change compared to the observations in aqueous buffer. in contrast, in the presence of negatively charged pg vesicles, we observed a ~10 nm blue shift in the emission of tryptophan, accompanied by ~25% increase in intensity, indicating the positioning of the fluorescent residue in a less polar environment in the acidic lipid vesicle. however, the extent of the spectral changes is not very large, indicating that the tryptophan is not inserted deep inside the bilayer. as the interaction occurs with negative lipids, there is also contribution of electrostatic effects, suggesting the positioning of the peptide in the region near to the negative charged phosphate groups of the lipids. the results of the experiments of intensity time decay of the peptides emission in the presence of negatively charged dmpg and dppg vesicles showed that the long lifetime component increased considerably, yielding to mean lifetime remarkably high compared to the values obtained in buffer (tab. 5). the steady-state anisotropy changed markedly in the presence of vesicles, the more pronounced effect observed for the negatively charged luvs or suvs (tab. 6). furthermore, the long rotational correlation time attained values as high as http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 37 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 3.2 ns in dmpg suvs at 25 °c and 1.47 ns in dppg luvs at 45 °c, showing that the rotational diffusion of the peptides greatly slowed down due to the interaction with negative vesicles. the increase in anisotropy and lifetimes is consistent with the insertion of the peptide in the interface region of the negatively charged vesicles20,21, with consequent restriction to the rotational diffusion of tryptophan. table 5. time-resolved data for emission of peptide 88-123 in the presence of lipid vesicles. parameters obtained from fit of intensity decay to three exponential curves: lifetime components (τi) and normalized pre-exponential factors (αi). peptides in citrate buffer solution, ph 5.4. concentration 20 μmol l-1, excitation 290 nm, emission set at 350 nm. temperature 45 °c. system lifetime norm pre-exponential mean τ1 / ns τ2 / ns τ3 / ns α1 α2 α3 <τ> / ns buffer 25 °c 4.6 2.3 0.71 0.09 0.54 0.37 2.58 dmpc – suv 25 °c 4.8 2.3 0.86 0.09 0.56 0.35 2.62 dmpg – suv 25 °c 7.1 3.2 1.20 0.05 0.58 0.36 3.40 buffer 45 °c 3.8 1.5 0.28 0.06 0.64 0.30 1.81 dppc – luv 45 °c 8.0 1.7 0.14 0.05 0.50 0.45 3.54 dppg – luv 45 °c 8.1 2.5 0.17 0.05 0.58 0.36 3.66 table 6. steady-state anisotropy (ass) and time-resolved components of anisotropy decay: rotational correlation time (φi) and time-zero anisotropy (βi) of component i. peptides in citrate buffer, ph 5.4, in medium containing suspension of lipid unilamellar vesicles. peptide concentration 20 μmol l-1, lipid concentration 1 mmol l-1, excitation 290 nm, emission at 350 nm. system ass φ1 / ns φ2 / ns β1 β2 r∞ ro rmean buffer 25 °c 0.023 0.06 0.65 0.17 0.08 0.002 0.260 0.029 dmpc/suv 25 °c 0.034 0.06 0.67 0.14 0.07 0.010 0.253 0.035 dmpg/suv 25 °c 0.083 0.07 3.20 0.21 0.02 0.020 0.250 0.067 buffer 45 °c 0.021 0.08 0.55 0.15 0.11 -0.014 0.246 0.024 dppc/luv 45 °c 0.042 0.04 0.45 0.18 0.10 0.018 0.296 0.042 dppg/luv 45 °c 0.065 0.06 1.47 0.16 0.07 0.015 0.246 0.049 an interesting result was that increase in lifetime was not observed for the peptide in the presence of neutral suvs of dmpc at 25 °c. however, at the temperature of 45 °c the long lifetime component increased in the presence of neutral vesicles of dppc, thus, at high temperature the bilayer structure allows those neutral lipids to interact with the peptide with a significant increase in the calculated mean lifetime of trp emission. the increase in temperature promotes thermal disorganization of the bilayer. at 25 °c the bilayers are in the gel phase and at 45 °c, above the thermal phase transition temperature, the bilayers are in the liquid crystalline phase. in the high temperature the bilayer of the neutral lipids is less packed, making possible the positioning of the peptides so that the tryptophan residue can span regions in the bilayer with decreased polarity compared to the aqueous environment. 3.4 fluorescence correlation spectroscopy effects of the peptide on the size of vesicles in fcs measurements, software (sympho time 64) provided by picoquant, allowed determination of the auto-correlation function g(t) for the fluorescence emission. the algorithm employed for data analysis, adequate to the low intensity emission from microscopic volumes, is based in a combination of time-correlated single-photon counting (tcspc) technique and data acquisition following a specific time-tagged event, or tttr (time-tagged timeresolved) mode24. the time evolution of the fluctuations in intensity can be described by the autocorrelation function g(t), which is dependent on the fluctuations in the concentration of the fluorophores. it was shown that, in the case of emission forming a single fluorescent species, the autocorrelation function relates to the diffusion of the fluorophore within a tiny sampling volume through eq. 10. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 38 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 𝐺(𝑡) = 1 �́� 1 1+𝑡 𝜏𝐷⁄ (10) where n´ and τd are the mean number of molecules and the diffusion time within the illuminated volume, respectively25. the diffusion coefficient d of the emitting subject is inversely proportional to τd and was determined from the experimental autocorrelation function. from d values, the hydrodynamic radius rh of the fluorescent subject was calculated from the stokes– einstein equation (eq. 11): 𝑅𝐻 = 𝑘𝑇 6𝜋𝜂𝐷 (11) where k is the boltzmann constant, and η is the viscosity of the solution. in our experiments, the emitting species was the fluorescent probe diic18. as the probe is bound to the vesicles, the diffusion coefficient and the hydrodynamic radius refer to the whole vesicles. fluorescence correlation spectroscopy experiments were performed in small unilamellar vesicles of dmpc and dmpg containing the fluorescent probe diic18 located in the surface vesicles, using a probe to lipid concentration below 1/100. from the measurements, we observed that the suvs dimensions in buffer, calculated from the correlation curves, were comparable to those obtained from dls (tab. 7). after the addition of peptides, the fcs data for the neutral vesicles changed slightly, indicating the small extent of interaction that could not be observed through changes in the vesicle’s diffusion. however, in the case of negative dmpc vesicles, the vesicles diffusion coefficient was significantly modified due to interaction with the peptides, resulting in a drastic increase in the diameter of the negative suvs (fig. 6). figure 6. autocorrelation function obtained from fcs experiments performed in small unilamellar vesicles of neutral dmpc and negative dmpg containing the fluorescent probe diic18. experiments in citrate buffer ph 5.4, at 45 °c, in the presence and in absence of den ii 88–123 peptide. table 7. diameter (φ) of small unilamellar vesicles of dmpc and dmpg determined from dls and fcs measurements in citrate buffer ph 5.4, in the absence and in presence of den ii 88–123 peptide. also shown diffusion coefficient (d) of the vesicles determined from fcs experiments. system φ / nm dls d / µm2 s-1 fcs φ / nm – fcs dmpc 32.5 dmpc + diic18 32.8 7.51 28.8 dmpc + diic18 + peptide nd 8.18 26.4 dmpg 46.0 dmpg + diic18 47.5 8.43 25.6 dmpg + diic18 + peptide nd 3.24 67.0 the fcs provides an experimental verification, independent of trp fluorescence, revealing that the interaction between the den ii 88–123 fusion peptide and the lipids vesicles has an electrostatic component, involving the charged residues of the peptide and the negatively charged head groups of dmpg vesicles. as a result of the interaction, the vesicles drastically http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 original article iq.unesp.br/ecletica 39 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 30-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p30-40 changed shape and dimension, as revealed by the increase in the diffusion coefficient. 4. conclusions the fluorescence spectroscopy gives information about the local environment around the tryptophan residue in the dengue fusion peptides. the changes in fluorescence characteristics (emission spectrum, timeresolved intensity decay, quenching by acrylamide, steady-state and time-resolved anisotropy) are similar to observations performed in different peptides containing tryptophan, like melanocyte stimulating hormone, adrenocorticotropin hormone and antimicrobial peptides. despite the local character of the information obtained from tryptophan fluorescence, it is possible to draw conclusions concerning the peptides. in buffer solution, intensities and lifetimes are smaller for the amino flanking peptides 88–111 and 88–123, due to the presence of positively charged amino acids lys, arg and his in the sequence that promotes nonradiative pathways to the de-excitation of the tryptophan excited state. the dengue fusion peptides in the buffer have the tryptophan residue exposed to the aqueous environment, interacting with molecules dissolved in the medium. the extent of interaction with the quencher acrylamide depends on the size of the peptides, which affects their translational diffusion. the rotational diffusion was monitored by fluorescence anisotropy measurements and are resulted from the rotation of the trp residue around its bonding to the peptide chain, combined with the rotation of the whole peptide. the model is consistent with the dependence of anisotropy on the size of the peptides. the interaction with lipid vesicles was assessed by changes in spectral position, intensity and timeresolved parameters. compatible with the role that the fusion loop peptide exerts in the process of entry in the cell, the fluorescence of tryptophan residue gives information about the insertion of the nonpolar sequence of fusion peptide into the nonpolar region of lipid vesicles. noticeably, the effect is enhanced in the aggregates containing negatively charged phospholipids. the presence of positive residues in the amino flanking peptides indicates that the electrostatic and hydrophobic interactions are relevant to the process of interaction of serotype ii dengue virus fusion peptide with the membrane. results of fcs experiments using the membrane probe diic18 reveal changes in the size of negative vesicles due to interaction with fusion peptides and are consistent with those obtained from tryptophan fluorescence. acknowledgments emc is a senior researcher of cnpq (grant 301975/2018–3). asi is recipient of cnpq research grant (305771/2016-7). this study was financed in part by the coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior brasil (capes) finance code 001. references [1] bhatt, s., gething, p. w., brady, o. j., messina, j. p., farlow, a. w., moyes, c. l., drake, j. m., brownstein, j. s., hoen, a. g., sankoh, o., myers, m. f., george, d. b., jaenisch, t., wint, g. r. w., simmons, c. p., scott, t. w., farrar, j. j., hay, s. i., the global distribution and burden of dengue, nature 496 (2013) 504-507. https://doi.org/10.1038/nature12060. 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https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1697368 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1697368 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1697368 https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1990.tb00939.x https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1990.tb00939.x https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1990.tb00939.x https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1990.tb00939.x https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1990.tb00939.x https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.09.051 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.09.051 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.09.051 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.09.051 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.09.051 https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.10.005 https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.10.005 https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.10.005 https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.10.005 https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2009.10.005 https://doi.org/10.1016/j.virol.2021.02.012 https://doi.org/10.1016/j.virol.2021.02.012 https://doi.org/10.1016/j.virol.2021.02.012 https://doi.org/10.1016/j.virol.2021.02.012 https://doi.org/10.1063/1.469846 https://doi.org/10.1063/1.469846 https://doi.org/10.1063/1.469846 https://doi.org/10.1063/1.469846 https://doi.org/10.1063/1.469846 https://doi.org/10.1002/bip.10535 https://doi.org/10.1002/bip.10535 https://doi.org/10.1002/bip.10535 https://doi.org/10.1002/bip.10535 https://doi.org/10.1002/bip.20210 https://doi.org/10.1002/bip.20210 https://doi.org/10.1002/bip.20210 https://doi.org/10.1002/bip.20210 https://doi.org/10.1002/bip.20210 https://doi.org/10.1016/j.bpc.2008.10.009 https://doi.org/10.1016/j.bpc.2008.10.009 https://doi.org/10.1016/j.bpc.2008.10.009 https://doi.org/10.1016/j.bpc.2008.10.009 https://doi.org/10.1016/j.bpc.2008.10.009 https://doi.org/10.1007/s00249-013-0930-0 https://doi.org/10.1007/s00249-013-0930-0 https://doi.org/10.1007/s00249-013-0930-0 https://doi.org/10.1007/s00249-013-0930-0 https://doi.org/10.1007/s00249-013-0930-0 https://doi.org/10.1007/s00249-013-0930-0 https://doi.org/10.1007/s002490050249 https://doi.org/10.1007/s002490050249 https://doi.org/10.1007/s002490050249 https://doi.org/10.1007/s002490050249 https://doi.org/10.1021/bi00616a026 https://doi.org/10.1021/bi00616a026 https://doi.org/10.1021/bi00616a026 https://doi.org/10.1021/bi00616a026 https://doi.org/10.1021/bi00616a026 https://doi.org/10.1364/oe.11.003583 https://doi.org/10.1364/oe.11.003583 https://doi.org/10.1364/oe.11.003583 https://doi.org/10.1364/oe.11.003583 https://doi.org/10.1364/oe.11.003583 https://doi.org/10.1088/0034-4885/65/2/203 https://doi.org/10.1088/0034-4885/65/2/203 https://doi.org/10.1088/0034-4885/65/2/203 https://doi.org/10.1088/0034-4885/65/2/203 original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | 75 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 metallo-stannosilicates as inorganic supports to immobilization of lipase from thermomyces lanuginosus for biodiesel production danilo antonio da silva1 , adriano de vasconcellos1 , josé geraldo nery1+ 1. são paulo state university, institute of biosciences, letters and exact sciences, são josé rio preto, brazil. +corresponding author: josé geraldo nery, phone: +55 17 3221-2490, email address: geraldo.nery@unesp.br article info article history: received: september 08, 2020 accepted: february 10, 2021 published: april xx, 2021 keywords 1. stannosilicates 2. biofuels 3. heterogeneous catalysts 4. enzymes immobilization 5. enzymatic catalysis abstract: this study reports the application of metallo-stannosilicates as potential inorganic solid matrixes for enzymes immobilization and their use as a heterogenous catalysts in enzymatic transesterification reactions for the conversion of triacylglycerides into fatty acid ethyl esters (faees). several stannosilicates were synthesized and physicochemical characterized by x-ray powder diffraction (xrd), scanning electron microscopy with energy dispersive x-ray spectrometry (semeds), brunauer–emmett–teller (bet)-n2 surface area analysis and solid-state magic-angle spinning nuclear magnetic resonance (mas nmr 29si and 119sn nuclei) techniques. the experimental results for enzymes immobilization were promising, especially for a nickel ion-exchanged metallostannosilicate, which were able to immobilize 82 ± 6% of thermomyces lanuginosus lipase and also kept a high enzymatic activity (42 ± 3 u mg–1). systematic catalytic reactions for conversion of refined palm oil (elaeis guineensis) using some of these stannosilicates enzymes complexes yielded 63.3 ± 0.7% of faees. it is worth noticing that, when the transesterification reaction was performed with (a) the as-made stannosilicate without enzymes and (b) the equivalent amount of immobilized thermomyces lanuginosus lipase in its free form, the faees yield sharply decreased to < 5.0% and 6.3 ± 0.3%, respectively. this result is a clear evidence of a synergistic effect among the metallo-stannosilicates and the immobilized enzymes. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 mailto:geraldo.nery@unesp.br http://orcid.org/0000-0003-2077-5148 http://orcid.org/0000-0002-2193-0050 http://orcid.org/0000-0003-0647-8921 original article iq.unesp.br/ecletica 76 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 1. introduction the development of alternative biofuels as viable ways to replace or reduce the use of fossil fuels has stimulated the efforts of the scientific community. the energy demand arises from numerous factors, including environmental concerns and the depletion of fossil fuel resources that have stimulated the development of new alternative sources of more sustainable fuels. among the various options, biodiesel is attractive because it is a sustainable and renewable form of energy1. chemically, biodiesel consists of a mixture of fatty acid alkyl esters (faaes) and is predominantly produced, in industrial scale, by means of transesterification reactions using refined vegetable oils as triacylglycerides sources, together with short chain alcohols (methanol or ethanol) and homogeneous catalysts. the appropriate choice of triacylglycerides feedstocks and catalysts are the main challenges and have precluded a faster development of this industry. concerning the available triacylglycerides sources, the use of edible oils has raised ethical and economic questions, one of the reasons to search alternative lipid feedstocks that do not compete with food production2,3. there are several lipids feedstocks for biodiesel production, such as: palm, castor, soybean, cotton, peanuts, jatropha, sunflower (vegetable oils), besides the utilization of animal fats, nonedible and waste oils. considering oils from vegetable origin, the palm tree (elaeis guineensis) is an excellent option due of its low price, relatively high oil content (palm fruit contains approximately 40% of oil) and high productivity (2500–4000 kg hectare–1 year–1). furthermore, palm oil is more saturated and has greater oxidation stability when compared to other vegetable oils, in addition to being an important alternative for the sustainable development of some brazilian regions, mainly in the amazon4,5. another important component in the biodiesel production process is the short chain alcohol source. in brazil, the use of ethanol is a viable option, since the country is the world’s second largest producer of ethanol. however, most industrial biodiesel plants do not have the technology to synthesize biodiesel by applying ethanol as a solvent, since that the production of biodiesel via the ethylic route presents some obstacles, such as high alcohol consumption and difficulty in separating the final products (glycerol and biodiesel), which generates greater energy costs for this process. in terms of catalyst technology, sodium hydroxide (naoh), potassium hydroxide (koh) and sodium methoxide (naoch3) are currently the main homogeneous catalysts employed in the biodiesel industry. their disadvantages are associated with the impossibility of use low-quality feedstocks, with high contents of water and free fatty acids (ffas)6. although not currently applied in industrial scale for biodiesel production, heterogeneous acid catalysts could be an interesting alternative to solve this problem due the fact of being less sensitive to ffas content and perform simultaneously the esterification and transesterification reactions. moreover, the heterogeneous catalyst can be recycled (reused), there is none or very little amount of wastewater produced during the catalytic process and the separation of the catalysts from biodiesel and glycerol is relatively easy. nevertheless, its application in the biodiesel industry is preclude due the necessity of employing longer reaction times, higher reaction temperatures and large alcohol to oil molar ratios7–10. the combination of all these factors has a negative impact in the final price of the biodiesel, therefore the search for new heterogeneous catalysts able to overcome these drawbacks is a technical and scientific challenge. zeolites and mixed octahedral-pentahedraltetrahedral silicates (opt) materials are inorganic microporous framework oxides and can be an interesting option to overcome these challenges. mixed framework opt materials containing coordinated tetrahedra or octahedra, namely stannosilicates, is one of these materials subject of research. stannosilicates and tin-zeotypes materials have been reported as ion exchangers, sorbents and catalysts for several types of reaction, as purification of natural gas with sulfur compounds, like hydrogen sulfides or oxysulfides11, and catalytic reactions for decomposition of propan-2ol and oxidation of cyclohexene12, baeyer–villiger oxidation reactions13, monosaccharide isomerization reactions14,15 and application as heterogeneous catalysts for biofuels production16. tin-based homogeneous and heterogeneous catalysts have been used in transesterification reactions, mainly using refined edible oils as feedstocks and methanol, typically providing high yields of fatty acid methyl esters (fames)17–24. the use of lipases (triacylglycerol acylhydrolases, e.c.3.1.1.3) as catalysts in the biodiesel production is also an attractive option due to their high specificity for the transesterification of triacylglycerides to fames or faees in comparison with the other conventional chemical catalysts employed in industrial biodiesel production. in comparison to the basic homogeneous catalysts, enzymes exhibit high selectivity and catalytic activity under mild operative conditions. in addition, lipases can also catalyze the transesterification of waste feedstocks that contain a high content of free fatty http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 77 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 acids (ffas) and water, therefore decreasing the probability of forming soap and emulsion25. some examples of biodiesel production by enzymatic catalysis are the transesterification of soybean oil (glycine max) by applying different lipases and experimental parameters (quantity of biocatalyst, reaction time, amount of water added and turnover of lipases)26–28, esterification reactions of oleic acid29 and faees production by enzymatic transesterification of triolein30. besides all the advantages of the enzymatic process in comparison to the other ones, there are important drawbacks that preclude their large use in industrial scale process for biodiesel production. between them are the enzymes expensive costs, the difficulty of its separation (recover of the enzymes and reuse in its free form), besides the possible deactivation of enzymes active sites by glycerol, a subproduct of triacylglycerides transesterification. in this context, the enzymes immobilization is a viable alternative for overcoming these obstacles31–36. the use of supports for enzymatic immobilization is an effective way to combine the advantages of both heterogeneous and enzymatic catalysts. enzymatic immobilization consists of locating or confining an enzyme on a solid support or matrix. the methods are basically classified as chemical or physical processes, and the choice of the appropriate support depends of physical-chemical characteristics, such as mechanical, chemical and microbial resistance, thermal stability, high loading capacity, adequate pore diameter and hydrophilic/hydrophobic behavior that allows the immobilization of the enzymes37. several solid materials, such as ceramics, kaolinites, silica, cellulose, polymers and zeolites, have been used as supports for enzymes immobilization. specifically, in the case of zeolites and mixed framework oxides, the aim of the immobilization is to create a zeolite-enzyme complex that can be applied as biocatalysts. it is clear from these studies38–40 that both the zeolites and the enzymes can themselves alone catalyze the transesterification reaction: each one of them have their own particularity that determines the rate and yield of the final product. this study is a sequence of previous work reported by the authors research group16 concerning the application of a metallo-stannosilicate for biodiesel production using edible, nonedible and waste oils as feedstocks. in this paper, several stannosilicates were synthesized using different sol-gel chemical compositions. the stannosilicates were physicochemical characterized and, afterwards, used as heterogeneous catalysts in the transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) by ethanolysis reactions. furthermore, these materials were also studied as potential inorganic solid matrixes for immobilization of thermomyces lanuginosus lipase and tested in enzymatic transesterification reactions with the following aims: are metallo-stannosilicates feasible for use as inorganic supports for enzymes immobilization? what can be learned from catalytic results about the appropriated application of different catalysts in specific reactions for biodiesel production? to the best our knowledge, metallo-stannosilicates were not previously explored as inorganic supports for enzymes immobilization and as heterogeneous catalysts in enzymatic transesterification reactions for biodiesel production by applying the feedstocks (refined palm oil and ethanol) used in this work. 2. experimental 2.1 materials the syntheses of the metallo-stannosilicates, the nickel ion-exchange experiments, the catalytic reactions for biodiesel production and the enzymes immobilization reactions employed the following chemicals: ludox hs-40 colloidal silica (40 wt.% sio2 in water), tin chloride pentahydrate (sncl4•5h2o, 98%), sodium hydroxide (naoh), potassium hydroxide (koh), nickel(ii) sulfate hexahydrate (niso4•6h2o, 98%), bradford reagent (1-1,400 μg ml–1 protein) and enzyme lipolase 100 l (from thermomyces lanuginosus lipase, molecular weight 30 kda, pi 4.4, solution ≥ 100,000 u g–1) were purchased from sigma-aldrich (steinheim, germany) and used as received, without further purification. the thermomyces lanuginosus is a purified enzyme 1,3-specific lipases (ec 3.1.1.3) and industrially produced through the submerged fermentation of a genetically modified aspergillus oryzae fungus41. this lipase was used based on satisfactory results reported by our research group35,36 among other examples of application of this enzyme to biodiesel production42–44. anhydrous ethyl alcohol (99.8%) was purchased from dinâmica chemistry (diadema, brazil). the refined palm oil (elaeis guineensis) predominantly composed by palmitic acid (c16), stearic acid (c18), oleic acid (c18:1) and linoleic acid (c18:2) were obtained from agropalma company (belém, brazil). the gas chromatogram (gc-fid), which illustrates these major components in the oil composition, is illustrated and discussed in the supplementary material. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 78 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 2.2 hydrothermal syntheses of stannosilicates the stannosilicates were synthesized according to experimental procedures adapted from the literature45,46 by hydrothermal crystallization in the na2o-sno2-sio2 oxides system. detailed experimental conditions of all the stannosilicates synthesized are summarized in tab. 1. a typical synthesis for the material named stannosilicate i, using sn4+ (sncl4•5h2o as the tin source) and gel composition of 1na2o:sno2:4sio2:80h2o was performed at the following manner: 14.9 g of sodium hydroxide (naoh) was dissolved in 20 g of water (solution a). a second solution (solution b) was prepared by dissolving 20 g of sncl4•5h2o in 30 g of distilled water. this solution b was added to the solution a and homogenized under 500 rpm of stirring during 60 min at 25 °c of temperature (solution c). finally, solution c was added to 27.4 g of ludox hs-40 colloidal silica (40 wt.% sio2 in water) and this final gel was also kept stirring for 30 min at 500 rpm. the sol-gel solution was transferred to a 125 ml teflon-lined stainless-steel autoclave (parr instruments co., illinois, usa) and kept at 200 °c for 7 days. afterwards, the reactor was cooled down, the product collected by filtration, washed with distilled water and dried at 100 °c for 12 h. table 1. summary of the experimental procedures for the metallo-stannosilicates syntheses. gel composition nomenclature step 1 (solution a) step 2 (solution b) step 3 (solution c)*** step 4 ludox hs-40 / g step 5 (final gel)*** surface area / m2 g–1 naoh / g h2o / g sncl4∙5h2o / g h2o / g 1na2o:sno2:4 sio2:80h2o i* 14.9 20.0 20.0 30.0 add solution b to solution a 27.4 add solution c to ludox hs-40 18.73 2na2o:sno2:4 sio2:80h2o ii* 29.8 20.0 20.0 30.0 27.4 22.40 1na2o:sno2:1 0sio2:80h2o iii** 4.2 10.0 16.0 22.0 54.8 86.95 2na2o:sno2:1 0sio2:80h2o iv** 8.4 10.0 16.0 22.0 54.8 50.45 5na2o:sno2:1 0sio2:80h2o v** 21.1 20.0 16.0 -- add sncl4∙5h2o in solution 54.9 8.16 *time of hydrothermal synthesis = 7 days; **time of hydrothermal synthesis = 21 days; ***the gel was homogenized at 500 rpm for 60 min at ambient temperature of 25 °c. 2.3 nickel ion-exchange experiments prior to the enzyme immobilization, all stannosilicates synthesized were subjected to nickel ion-exchange experiments. the experiments were made as follows: 30 ml of 0.5 mol l–1 niso4 solution (3.94 g of niso4•6h2o was dissolved in 30 ml of distilled water) was added into a teflon bottle. afterwards, 1 g of the stannosilicates was added to this solution and kept stirring at 500 rpm for 60 min and 25 °c of temperature. afterwards, the solution was heated at 80 °c for 24 h. after this period, the nickelstannosilicates were cooled down, collected by filtration, washed with distilled water and dried at 100 °c for 12 h. 2.4 physicochemical characterization of the solid materials 2.4.1 x-ray diffraction, bet-n2 surface area and sem-eds all the stannosilicates synthesized were characterized by xrd using a rigaku miniflex (rigaku, tokyo, japan) operated at 40 kv, 15 ma and using a ni-filtered cu-kα radiation (λ = 1.5418 å) in the range of 2θ from 3 to 80° with goniometer rate of 2° (2θ) min–1. surface area measurements at 77 k were performed on a micromeritics asap 2020 (micrometrics instrument corporation, norcross, usa) using the facilities of the bam federal institute for materials research and testing (division 1.3. structural analysis, berlin, germany). prior to the measurement, all samples were degassed at temperature of 300 °c and pressure of 5 × 10–5 mbar for 3 h, and isotherms were processed by the bet (brunauer–emmett–teller) method47. scanning electron microscopy (sem) and energy-dispersive xray spectrometry (eds) results were recorded on a fei inspect f50 (fei instruments, oregon, usa) using the facilities of the brazilian national laboratory of nanotechnology (lnnano, electron microscopy laboratory, campinas, brazil). the electronic microscope is equipped with a schottky field emission source, probe current at 200 na and an electron beam with accelerating voltages between 0.2 and 30 kv. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 79 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 2.4.2 solid-state mas nmr solid-state magic angle spinning nmr (mas nmr) experiments were performed using the facilities of the bam federal institute for materials research and testing (division 1.3. structural analysis, berlin, germany). the fully hydrated metallo-stannosilicates samples were characterized by 29si and 119sn singlepulse mas nmr using a bruker avance 400 spectrometer (9.4 t). the data were analyzed and processed in the software topspin 3.6.2 version. all the experiments were carried out at room temperature and the samples were filled into zirconia rotors equipped with kel-f caps (bruker, wissembourg, france) of 7 and 4 mm for 29si and 119sn nuclei, respectively. the 29si single-pulse mas nmr spectra were obtained using radiofrequency pulses at the larmor frequency of 79.5 mhz, mas frequency of 6.5 khz, 90° pulse length of 6.0 μs and recycle delay of 300 s. 1h{29si} cross-polarization (cpmas) experiments were also made by applying 90° pulse of 3.0 µs, cross-polarization time of 6.0 ms and repetition time of 3.0 s were used in order to maximize 29si signal intensities. a 50% amplitude cp ramp and tppm15 (decoupling power level is the same as for the 90° 1h pulse of 3.0 μs) was also applied. the 29si chemical shifts were reported relative to kaolinite as secondary reference (δ = 91.5 ppm). the 119sn single-pulse mas nmr spectra were obtained using radiofrequency pulses at the larmor frequency of 149.1 mhz, mas frequency of 12.5 khz, 90° pulse length of 2.5 μs and recycle delay of 600 s. the 119sn chemical shifts were reported relative to sno2 (δ = 604 ppm)48. 2.4.3 zeta potential of the stannosilicates and stannosilicates-lipases complexes the zeta potential of the stannosilicates and stannosilicates-enzymes complexes were measured in a nano zetasizer zs90 equipment (malvern instruments, worcester shire, uk). prior to the measurements, 1 mg of the materials and 1 ml of deionized water were placed in eppendorf tubes and stabilized during 30 min at 25 °c, and then transferred to a dts1060 cell, equipped with golden electrodes. a wide angle (90°) laser doppler velocimetry was used to measure the electrophoretic mobility and the ζ potential (zeta potential), expressed in mv, was calculated by smoluchowski equation49. 2.5 enzymes immobilization on the stannosilicates the enzymes immobilization experiments were made in triplicate, according to adapted procedures from the literature35,50. the initial concentration of 2 mg ml–1 of the commercial lipases (enzyme lipolase 100 l, from thermomyces lanuginosus lipase) was added in a phosphate buffer solution, 20 mmol l–1 and ph 7, according to a proportion of 1:40 (25 µl of commercial lipase:1 ml phosphate buffer:50 mg of stannosilicates) and stirred at 300 rpm for 16 h at room temperature of 25 °c, followed by the separation of stannosilicates-lipases complexes via centrifugation at 12,000 rpm for 1 min. the products were washed twice with deionized water, dried at 25 °c overnight and stored at 4 °c. the amount of the enzymes immobilized was determined according to proposed by bradford51 and based on procedures adapted from the literature52. 2.6 determination of percentual of enzymes immobilized on the stannosilicates the percentual of thermomyces lanuginosus lipase immobilized on the stannosilicates supports were determined by the method described bradford46, which uses bovine serum albumin as standard and its absorption in the ultraviolet wavelength (λ = 595 nm). for these measurements, three different solutions were prepared, previously the measurements: (a) supernatant solution that remain after the enzymes immobilization reactions, (b) a solution with the same quantity of enzymes prepared for the immobilization reaction, diluted in the phosphate buffer solution (20 mm and ph 7) and (c) only the same amount of the phosphate buffer solution, which has its absorbance subtracted of the other solutions. afterwards, a mixture of bradford reagent (1–1,400 μg ml–1 protein, sigma aldrich, germany) and the samples described above were mixed in the proportion of 1:20 (50 µl of solution:950 µl of bradford reagent) and kept out of the luminosity for 20 min. the percentage of enzymes immobilized was calculated from the relationship52 shown in eq. 1: % 𝑒𝑛𝑧𝑦𝑚𝑒𝑠 𝑖𝑚𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑒𝑑 = 𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡 𝑜𝑓 𝑒𝑛𝑧𝑦𝑚𝑒𝑠 (𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑏)−𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡𝑜𝑓 𝑒𝑛𝑧𝑦𝑚𝑒𝑠 𝑎𝑓𝑡𝑒𝑟 𝑖𝑚𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑎) 𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡 𝑜𝑓 𝑒𝑛𝑧𝑦𝑚𝑒𝑠 (𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑏) × 100 (1) http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 80 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 2.7 enzymatic hydrolytic activity of stannosilicates-enzymes complexes the enzymatic hydrolytic activity of stannosilicateenzymes complexes was determined by titrimetric method35,53 and following acs specifications in the sigma standard enzymatic assays for lipases (triacylglycerol acylhydrolases, e.c.3.1.1.3). since that, the enzymatic activity is obtained by a hydrolysis reaction, one unit of lipase activity was defined as the amount stannosilicate-enzymes complexes releasing one mole of ffas from a triacylglyceride source in 1 h of reaction at 40 ± 2 °c, expressed by the unity of u mg–1 (unit of lipase activity/mg of stannosilicateenzymes complexes). in a typical measurement, 10 ml of a mixture containing 20 mmol l–1 at ph 7 of phosphate buffer and a triacylglyceride substrate (refined soybean oil, glycine max) was prepared in the volume proportion of 1:1. this solution was thoroughly mixed and equilibrated at 37 °c. afterwards, 30 mg of the stannosilicates-enzymes complexes was added and the reaction maintained at 37 °c for 30 min. finally, the reaction was quenched by adding 3 ml of ethanol (95 %, sigma aldrich, steinheim, germany) and then cooled to the temperature of 4 °c by using a mixture of ice and ethanol for 10 min. the solution was centrifuged at 12,000 rpm for 1 min and the ffas obtained as a result of the enzymatic hydrolysis reaction were neutralized by a titration with a solution of 50 mmol l–1 naoh in the presence of thymolphthalein as indicator. one unit of stannosilicate-enzymes activity was expressed as micro equivalents of ffas released from the triacylglyceride substrate in 1 h at 37 °c, calculated according to eq. 2: 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑠 𝑚𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 = (𝑁𝑎𝑂𝐻)(𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑡𝑦 𝑜𝑓 𝑁𝑎𝑂𝐻)(1000)(2) 𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑜𝑓 𝑡ℎ𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 (2) naoh = volume (ml) 1000 = conversion factor from 10–3 equivalents to 10–6 equivalents 2 = time conversion factor from 30 min to 1 h (unit definition) mass of the solid = mass (mg) of stannosilicate-lipase complexes used in the hydrolysis reaction 2.8 enzymatic transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) for faees production enzymatic transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) by ethanolysis reaction catalyzed by free enzymes and stannosilicate-enzymes complexes were performed in 10 ml flasks, with an oil:ethanol ratio of 1:4, 3% of stannosilicates-enzymes complexes referred to the oil mass and temperature of 40 ± 2 °c for 48 h. in order to avoid the inactivation of the enzymes, the total amount of ethanol was equally divided and added stepwise over four different time intervals (0, 3, 6 and 12 h after the start of the reaction). afterwards, faees and glycerol were separated by centrifugation at 12,000 rpm for 1 min. 2.9 heterogeneous transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) for faees production syntheses of faees through the heterogeneous transesterification reactions were performed in triplicate (as performed for the enzymatic transesterification reactions) using refined palm oil (elaeis guineensis) as triacylglycerides feedstock. in a typical transesterification reaction, 20.0 g of refined palm oil (ffas content = 0.3 wt.%, acid value of 0.6 mg koh g–1) was added in a 100 ml open glass reactor (catalytic reaction made at atmosphere pressure) with a reflux condenser, in a thermostatic bath equipped with a magnetic stirrer. anhydrous ethyl alcohol was added according to alcohol:oil molar ratio of 1:30. the appropriate amount of catalyst (3% of heterogeneous catalyst referred to oil mass) was added and the mixture heated at 100 °c for 12 h, magnetic stirrer was set at 900 rpm and the reflux temperature adjusted of 10 ± 2 °c. after the reaction time, the mixture was filtered, the excess of alcohol was removed using a rotary evaporator (büchi rotavapor r-210, flawil, switzerland) and glycerol were separated by centrifugation at 12,000 rpm for 1 min. 2.10 quantification of faees yields by gas chromatography (gc-fid) the measurements of faees yields were made under the following experimental conditions: the measurements were made in a gas chromatograph (perkinelmer, massachusetts, usa) using a sample injection volume of 1 ml, helium as gas carrier at a flow rate of 2 ml min–1 and pressure of 83 kpa, injector and detector temperatures of 250 °c. the oven temperature started at 50 °c for 1 min, increased up to 250 °c at a rate of 5 °c min–1. in a typical measurement, solutions of 20 mg ml–1 of the ethyl myristate (c14:0) and ethyl nervonate (c24:1) standards were prepared. additionally, an ethylic nonadecanoate standard solution was prepared in a http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 81 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 concentration of 10 mg ml–1. the range of peaks integration were identified using the ethyl ester standards c14:0, c24:1 and an ethylic ester (c19:0) as the internal standard (is). the faees contents were obtained by integrating the peak areas from c14:0 to c24:1 and subtracting the nonadecanoate area, according to eq. 3: 𝑪 = ∑𝑨−𝑨𝑰𝑺 𝑨𝑰𝑺 𝒙 𝑪𝑰𝑺−𝑽𝑰𝑺 𝒎 𝒙 𝟏𝟎𝟎% (3) ∑a = sum of the areas of all peaks ranging from c14:0 and c24:0 ais = c19:0 internal standard area cis = concentration (mg ml–1) of the c19:0 solution vis = volume of the c19:0 solution added to sample m = mass of the faees sample (mg) 3. results and discussion 3.1 physicochemical characterization of the stannosilicates the xrd patterns of the stannosilicates synthesized according to sol-gel chemical compositions detailed in tab. 1 are shown in fig. 1a. the stannosilicate i presented a xrd pattern characteristic of a crystalline material and has structural similarity with the stannosilicate av-1054. the stannosilicate av-10 has an orthorhombic unit cell (a = 7.945 å, b = 10.344 å and c = 11.625 å) and its gel composition (8.5na2o:5.4sio2:1.0sno2:115h2o) contained lowest sio2:na2o ratio (≈ 0.6) in comparison with stannosilicate i (≈ 4.0). x-ray diffraction patterns of stannosilicate ii (gel composition of 2na2o:sn2o:4sio2:80h2o) indicate the formation of a new microporous material (xrd pattern not reported previously), while the stannosilicate v (gel composition of 5na2o:sn2o:10sio2:80h2o) is similar to phase l46. the effects of the sol-gel composition were observed in the crystallization of these materials. the experimental evidences indicated that sio2:na2o ratio in the range of 5–10, as the ones used for the syntheses of stannosilicates iii (2na2o:sn2o:10sio2:80h2o) and stannosilicates iv (1na2o:sn2o:10sio2:80h2o), induce the formation of tin oxide, clearly noticed in the xrd pattern of the stannosilicate iii (fig. 1a), as most of diffraction peaks were assigned to the sno2 phase (jcpds 41-1445). figure 1. x-ray powder diffraction patterns of metallo-stannosilicates (a) before and (b) after the nickel ionexchange experiments (a.u. = arbitrary units). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 82 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 the 29si single-pulse mas nmr results are shown in fig. 2. the result for stannosilicate i (spectrum not shown) is similar to reported for stannosilicate av1054. the spectrum presents two resonances lines with chemical shift positions at δ1 = 87.0 ppm and δ2 = 88.7 ppm with relative intensities of 1:2 and are associated with the si(2si, 2sn) environment. this similarity between both materials was proved recently by our research group55 in a solid-state nmr study, where the stannosilicate i was used as a model compound for developing a solid-state nmr strategy to verify the connectivity of sio4 and sno6 polyhedral, despite the very low natural abundances of 4.68% for 29si and 8.59% for 29si and 119sn nuclei, respectively. the 29si{119sn} and 119sn{29si} redor (rotationalecho double-resonance) nmr, 29si{119sn} and 119sn{29si} rept-hmqc (recoupled polarization transfer-heteronuclear multiple-quantum correlation) nmr and 2d 29si inadequate nmr experiments using the crystallographic data of the sodium stannosilicate av-10 (chemical composition na2snsi3o9∙2h2o) proved that both stannosilicates consist of the same materials. figure 2. 29si single-pulse mas nmr spectra of stannosilicates ii, iii, iv and v. the 29si single-pulse mas nmr spectra for the stannosilicates ii, iii, iv and v can be analyzed based in the seminal researches for 29si solid-state mas nmr of aluminosilicates structures56,57. deconvolution of the spectrum for the stannosilicate ii have resulted in seven resonance lines with the following chemical shifts values: δ1 = 76.7 ppm, δ2 = 79.1 ppm, δ3 = 80.4 ppm, δ4 = 81.5 ppm, δ5 = 83.7 ppm, δ6 = 84.8 ppm and δ7 = 85.8 ppm. the 29si single-pulse mas nmr spectrum for the stannosilicate iii showed two resonances lines with chemical shifts at δ1 = 102.2 ppm and δ2 = 111.4 ppm, which are associated to the si(3si, 1sn) and si(4si) environments, respectively. the stannosilicate iv showed a spectrum with two resonance lines at δ1 = 101.9 ppm and δ2 = 111.4 ppm positions. the 29si single-pulse mas nmr spectrum for the stannosilicate v shows six resonance lines with the following chemical shift values: δ1 = 76.4 ppm, δ2 = 78.7 ppm, δ3 = 81.0 ppm, δ4 = 85.0 ppm, δ5 = 99.4 ppm and δ6 = 111.6 ppm. the results in the chemical shift range from δ = 97.1 ppm to δ = 111.6 ppm are associated to the si(3si, 1sn) and si(4si) environments. the 119sn single-pulse mas nmr spectra are shown in fig. 3. the stannosilicate iii presents a chemical shift at the position of δ = 604 ppm, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 83 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 therefore confirming the formation of a pure sno2 phase14. the stannosilicates iv presented weak 119sn mas nmr signals (spectra not shown). the 119sn single-pulse mas nmr spectra of the stannosilicates i, ii and v have shown chemical shifts in the range from δ = 660 ppm to δ = 720 ppm, which are assigned to the tin species in the sn4+ oxidation state58,59. figure 3. 119sn single-pulse mas nmr spectra of stannosilicates i, ii, iii and v (*spinning sidebands, mas frequency of 12.5 khz). surface area results obtained by bet-n2 isotherms are shown in tab. 1. the materials have low surface areas and maximum values were observed for the stannosilicates iii and iv (86.95 and 50.45 m2 g–1, respectively), which are similar to the values reported in the literature for the sno2 nanoparticles synthesized by different methods60–62. the morphology of the stannosilicates is shown in figs. 4 and 5. the crystalline stannosilicate i (fig. 4a) consist of micrometric plates with dimensions of 2 × 1 × 0.2 µm. the stannosilicates ii and v (fig. 4b and 4c, respectively) are built up by micrometric plates, while an aggregate of spherical particles with particles size smaller than 100 nm were observed for stannosilicates iii and iv (fig. 5a and 5b, respectively). figure 4. scanning electron microscope images of stannosilicates (a) i, (b) ii and (c) v. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 84 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 figure 5. scanning electron microscope images of stannosilicates (a) iii and (b) iv. 3.2 enzymes immobilization and enzymatic activity of the stannosilicate-enzymes complexes prior to the enzyme immobilization, the stannosilicates were submitted to nickel ion-exchange reactions. the important role played by nickel in enzymes immobilization and enzymatic activity has been reported previously34,35 and was also observed here for the stannosilicates supports nickel-exchanged. the amount of ni2+ incorporated on the stannosilicates were determined by eds analyses and the results are shown in tab. 2. the nickel ion-exchange reactions have not caused significative changes in the stannosilicates structures (fig. 1b). the zeta potential measurements of the as-made stannosilicates and the nickel-stannosilicates are also presented in tab. 2 and the results showed an increase in the surface charge after the nickel-exchange reactions (except for the stannosilicate iii, which presented the lowest amount of nickel), as well as the percentual of immobilized enzymes (tab. 3). the enzymatic activity of stannosilicates-enzymes complexes is also presented in tab. 3: the as-made stannosilicate iii enzymes and stannosilicate iv-ni2+-enzymes presented the highest enzymatic activities of 52.3 ± 3.8 and 58.0 ± 3.2 u mg–1, respectively. table 2. zeta potential (before and after nickel ion-exchange experiments) for the metallo-stannosilicates synthesized and nickel composition determined by energy dispersive x-ray spectroscopy (eds). stannosilicate zeta potencial / mv stannosilicate zeta potencial / mv nickel / % i 34 ± 5 i-ni2+ 12 ± 4 0.5 ± 0.1 ii 44 ± 6 ii-ni2+ 7 ± 2 4.5 ± 0.1 iii 7 ± 4 iii-ni2+ 18 ± 4 < 0.2 iv 40 ± 6 iv-ni2+ 19 ± 3 0.4 ± 0.1 v 58 ± 6 v-ni2+ 17 ± 3 6.3 ± 0.1 table 3. percentage of thermomyces lanuginosus lipase immobilized on the as-made stannosilicates and stannosilicates-nickel materials. in the table also are presented the enzymatic activity results for the as-made stannosilicates-enzymes and stannosilicates-ni2+-enzymes complexes. stannosilicate enzymes immobilized / % enzymatic activity / u mg–1 stannosilicate enzymes immobilized / % enzymatic activity /u mg–1 i 28 ± 10 2.4 ± 0.6 i-ni2+ 29 ± 9 32 ± 9 ii 7.1 ± 0.9 1.0 ± 0.4 ii-ni2+ 33 ± 4 21 ± 3 iii 63 ± 10 52 ± 4 iii-ni2+ 82 ± 6 42 ± 3 iv 39 ± 16 43 ± 8 iv-ni2+ 36 ± 2 58 ± 3 v 5 ± 2 1.6 ± 0.1 v-ni2+ 42 ± 7 28 ± 3 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 85 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 3.3 fatty acid ethyl esters production by transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) using stannosilicates and stannosilicates-enzymes complexes as heterogeneous catalysts fatty acid ethyl esters yields obtained in the heterogeneous transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) are shown in the tab. 4. the asmade stannosilicates i, iii and iv have shown no catalytic activity (faees yields below 5%), while the catalytic conversion of triacylglycerides using the stannosilicates ii (na:sn = 2.0 ± 0.2) and v (na:sn = 4.1 ± 0.7) have yielded 28.3 ± 0.2% and 60.8 ± 0.5%, respectively. the faees yields using the stannosilicates-ni2+-enzymes complexes as enzymatic catalysts are also presented in tab. 4. the triacylglycerides conversion into faees using the stannosilicates-ni2+-enzymes complexes i, iii and iv have yielded the following amounts of faees: stannosilicate i ni2+ enzyme 63.3 ± 0.7%, stannosilicate iii ni2+ enzyme 39.9 ± 0.3 % and stannosilicate iv-ni2+-enzyme 38.5 ± 0.7 %. an example of gas chromatogram (gc-fid) for the highest faees conversion (stannosilicate i ni2+ enzyme as biocatalyst) is illustrated in the supplementary material. it should be noticed that these metallo-stannosilicates in their as-made forms have shown no catalytic activity, nevertheless these positive catalytic results indicate their possible application as solid matrixes for enzymes immobilization. the results indicated that the highest yield of faees was obtained for the stannosilicate i ni2+ enzyme complex, which has 29 ± 9% of enzymes immobilized. in order to verify the possible occurrence of a synergistic effect as reported by other authors34,35, the equivalent amount of enzyme immobilized on this catalyst was used in its free form in the transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) under the same experimental condition. the faees yield of 6.3 ± 0.3% obtained in this reaction is a clear evidence of a synergistic effect among the nickel-stannosilicates used as inorganic supports and the thermomyces lanuginosus lipase applied in transesterification reactions for biodiesel production. table 4. results for the faees yields by the transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) using the asmade stannosilicates and stannosilicate-ni2+-enzymes complexes as heterogeneous catalysts. as-made stannosilicates* faees yield / % stannosilicate-enzymes complexes** faees yield / % i < 5.0 i-ni2+-enzymes 63.3 ± 0.7*** ii 28.3 ± 0.2 ii-ni2+-enzymes 44.6 ± 0.5 iii < 5.0 iii-ni2+-enzymes 39.9 ± 0.3 iv < 5.0 iv-ni2+-enzymes 38.5 ± 0.7 v 60.8 ± 0.5 v-ni2+-enzymes 42.5 ± 0.6 *experimental conditions: reactions were made in an open glass reactor (reflux condenser), temperature = 100 °c, oil:alcohol molar ratio = 1:30, time of reaction = 12 h and amount of catalyst = 3% of catalyst referred to oil mass; **experimental conditions: reactions were made in 10 ml flasks, temperature = 40 ± 2 °c, time of reaction = 48 h, oil:alcohol molar ratio = 1:4 and amount of catalyst = 5% referred to oil mass; ***faees yield for the amount of free enzyme immobilized on this support (29 ± 9%) applied in catalytic reaction = 6.3 ± 0.3%. 4. conclusions several metallo-stannosilicates were synthesized and characterized by xrd, sem, bet-n2 surface area and solid-state mas nmr (29si and 119sn nuclei) techniques. these materials were studied as potential inorganic solid matrixes for immobilization of thermomyces lanuginosus lipase and also as heterogeneous catalysts in the transesterification of refined palm oil (elaeis guineensis) by ethanolysis reactions. the results were promising, since that asmade and nickel-exchanged stannosilicates were able to immobilize from 5 ± 2% to 82 ± 6% of enzymes and presented enzymatic activity varying from 1.0 ± 0.4 u mg–1 to 58 ± 3 u mg–1. some of these as-made materials, when applied as heterogeneous catalysts, presented no catalytic activity. however, when applied as biocatalysts in enzymatic transesterification reactions, stannosilicate-ni+2enzymes produced faees yields varying from 38.5 ± 0.7% to 63.3 ± 0.7%. these results are an evidence of a synergistic effect among the stannosilicates and enzymes, contributing to the advancement of research in the field of biodiesel production since these results were not reported previously for this class of mixed framework oxides. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 original article iq.unesp.br/ecletica 86 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 75-89 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p75-89 acknowledgments we thank the state of são paulo research foundation (fapesp) and national council for scientific and technological development (cnpq) for the grant awards no. #11/51851-5 and no. #406761/2013-2, respectively. d.a.s. thanks capes (proc. no. bex 2428/15-6) and cnpq (proc. no.142029/2012-2) for his fellowships. we acknowledge mr. carsten prinz and ms. annett zimathies (bam federal institute for materials research and testing, division 1.3. structure analyses) for the bet-n2 measurements. we appreciate the assistance of dr. carlos a. o. ramirez and dr jefferson bettini (brazilian national laboratory of nanotecnology, lnnano) for the analysis of semeds. we also thank prof. dr. christian jäger (bam federal institute for materials research and testing, division 1.3. structure analyses) for the solid-state mas nmr experiments and prof. dra. marcia p. dos santos cabrera (são paulo state university, ibilce) for the zeta potential measurements. references [1] singh, s. p., singh, d., biodiesel production through the use of different sources and characterization of oils and their esters as the substitute of diesel: a review, renewable and sustainable energy reviews 14 (1) (2010) 200-216. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.07.017. 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https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 prof. marília oliveira fonseca goulart, federal university of alagoas, institute of chemistry and biotechnology, maceió, brazil. https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil. https://orcid.org/00000002-3315-2129 prof. shelley dawn minteer, university of utah, department of chemistry, salt lake city, usa. http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://orcid.org/0000-0002-4121-0384 https://orcid.org/0000-0001-5460-019x https://orcid.org/0000-0002-6261-1662 https://orcid.org/0000-0002-3950-528x https://orcid.org/0000-0001-8189-2618 https://orcid.org/0000-0002-9896-6318 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0002-5266-7873 https://orcid.org/0000-0001-7668-1381 https://orcid.org/0000-0001-9860-3667 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 https://orcid.org/0000-0002-3315-2129 http://orcid.org/0000-0002-5788-2249 mailto:digite@ctrlk.com.br original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 3 | 2023 | 36 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 novel organophosphorus schiff base ligands: synthesis, characterization, ligational aspects, xrd and biological activity studies yasmin mos’ad jamil1+ , fathi mohammed al-azab1 , nedhal abdulmawla al-selwi1 1. sana’a university , faculty of science, sana’a, yemen. +corresponding author: yasmin mos’ad jamil, phone: +967 771952842, email address: y.jamil@su.edu.ye article info article history: received: november 03, 2022 accepted: may 05, 2023 published: july 01, 2023 keywords: 1. antimicrobial activity 2. antioxidant activity 3. nanoparticles 4. x-ray diffraction section editors: assis vicente benedetti abstract: six complexes have been synthesized from cu(ii), ni(ii), and co(ii) with new bidentate n2 donor schiff base ligand (2-methoxybenzalidene-1-phenylsemicarbazide l1) and tridentate n2o donor organophosphorus schiff base ligand (2-methoxybenzalidenediphenylphosphate-1phenylsemicarbazide l2). both ligands were synthesized and characterized by metal analysis, infrared (ir), ultraviolet visible (uv-vis), and nuclear magnetic resonance (nmr) spectral studies. the chemical structures of the synthesized complexes were characterized using their metal analysis, magnetic susceptibility, molar conductance, ir, and uv-vis spectra. according to molar ratio studies, the complexes have the composition of ml2 for l1 and ml for l2. the x-ray diffraction (xrd) studies showed that the particle size of ligands and l1 complexes were in nano-range. the ligands and their metal complexes have been screened for their antioxidant, antibacterial and antifungal activity. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 mailto:y.jamil@su.edu.ye https://orcid.org/0000-0003-1585-3770 https://orcid.org/0000-0002-5578-2981 mailto:f.alazab@su.edu.ye https://orcid.org/0000-0003-1575-3673 mailto:n.salwi@su.edu.ye https://ror.org/04hcvaf32 original article revista.iq.unesp.br 37 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 1. introduction schiff base compounds are commonly used as ligands in inorganic chemistry to create stable complexes with different transition metal ions (abu-dief et al., 2021). they are prepared by a condensation reaction of aromatic/aliphatic aldehydes and amines to form an azomethine group (ch=n) (abu-yamin et al., 2022). in previous research, many biological activities of schiff base compounds have been documented including antibacterial, antifungal, antimalarial, antiproliferative, analgesic, anti-inflammatory, antiviral, antipyretic, and anticancer properties (camellia et al., 2022; ceramella et al., 2022; ibeji et al., 2022; jamil et al., 2023; kaczmarek et al., 2018; kafi-ahmadi and marjani, 2019; song et al., 2020). a survey of the literature reveals a work devoted to the synthesis, characterization, and biological activities of many metal complexes of schiff base from 2-methoxybenzaldyde (camellia et al., 2022; ibeji et al., 2022; sani and iliyasu, 2018; yusof et al., 2015) in addition, organophosphorus compounds with transition metal ions have been the subject of several studies since complexes of such compounds exhibit biological activity (abd el-wahab and el-sarrag, 2004; brzezińskabłaszczyk et al., 1996; el-khazandar, 1997; ochocki et al., 1995). hence, in the present study, a new schiff base of 2-methoxybenzaldyde and 1-phenylsemicarbazide, its organophosphorus schiff base, and their complexes with cu2+, ni2+, and co2+ were prepared and characterized. the biological activities were investigated for these compounds, such as their antibacterial and antioxidant. 2. experimental 2.1 materials the chemicals, 1-phenylsemicarbazide (riedel-de haën), 2-methoxybenzaldyde (aldrich), diphenyl chlorophosphate (riedel-de haën), triethyl amine (riedel-de haën), bipyridine (aldrich), ferric chloride (aldrich), ascorbic acid (bdh), sodium acetate trihydrate (bdh), glacial acetic acid (bdh) and metals chloride hydrate (cucl2.2h2o, nicl2.6h2o, and cocl2.6h2o) were purchased from bdh. the solvents used were of spectroscopic grade. 2.2 physical measurements elemental analysis for c, h, and n was performed with a vario el fab. chn nr, at central laboratory, faculty of science, cairo university, giza, egypt. conductivity measurements were done with a jenway conductivity meter model 4510 in dimethylformamide (dmf). the magnetic moments were determined by gouy’s method using a magnetic susceptibility balance from johnson metthey and sherwood model. ultraviolet visible (uv-vis) spectra were measured with (specord200, analytilk jena, germany) in the range of 200–900 nm, at sana’a university. fourier-transform infrared (ft-ir) spectra were recorded in transmission mode by an (ft/ir-140, jasco, japan) spectrophotometer in the wavenumber range of 4000– 400 cm–1 (kbr was used as a matrix material for pellets). 1h and 13c nmr spectra for ligands were performed in d6-dmso solvent using tetramethylsilane as an internal standard, at cairo university, giza, egypt. all melting points reported for the compounds are measured in glass capillary tubes in celsius degrees. chloride was determined gravimetrically by silver nitrate (vogel, 1961). the amount of coordinated and uncoordinated water molecules was determined gravimetrically using the weight loss method (vogel, 1961). the x-ray diffraction (xrd) patterns were obtained using xd-2 (shimadzu ed-720) powder x-ray diffractometer at a voltage of 35 kv and a current of 20 ma using cuk(α) radiation in the range of 5° ˂ 2θ ˂ 70° at 1° min–1 scanning rate and a wavelength 1.54056 å at yemen geological survey and mineral resources board. 2.3 synthesis of ligands 2.3.1 synthesis of schiff base (2methoxybenzalidene-1-phenylsemicarbazide l1) the reaction mixture, including an ethanolic solution of amine (1-phenylsemicarbazide) (7.55 g, 0.05 mol) with an ethanolic solution of aldehyde (2methoxybenzaldyde) (6.80 g, 0.05 mol) was refluxed on hot reflux under constant stirring for 2–3 h, then the product was separated on cooling, it was filtered, washed several times with ethanol and ether, then the obtained crystals product was recrystallized by ethanol to give the corresponding schiff base. the reaction is given in fig. 1. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 38 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 figure 1. preparation of schiff base 2-methoxybenzalidene-1-phenylsemicarbazide l1. 2.3.2 synthesis of organophosphorus schiff base (2methoxybenzalidenediphenylphosphate-1phenylsemicarbazide l2) the organophosphorus schiff base l2 was prepared by condensation between a solution of schiff base (4.03 g, 0.015 mol) in dry benzene (50 ml) with a solution of diphenyl chlorophosphate (3.69 g, 0.015 mol) in dry benzene (50 ml) in 1:1 molar ratio in presence of triethyl amine (fig. 2). after complete addition, the reaction mixture was heated under reflux for 2 h. the formed solid (triethyl amine hydrochloride) was filtered and the product was obtained after evaporation in a water bath. figure 2. preparation of organophosphorus schiff base 2-methoxybenzalidenediphenylphosphate-1phenylsemicarbazide l2. + (c2h5)3n-hcl https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 39 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 2.4 synthesis of metal complexes 2.4.1 synthesis of schiff base metal complexes a hot ethanolic solution of metal chloride was added dropwise to an ethanolic solution of schiff base (2 l:1 mol l–1) molar ratio. the mixture was refluxed on a hot plate with stirring for 2–3 h. after evaporation of the solvent, the solid product was washed several times with ethanol and dried over anhydrous cacl2. 2.4.2 synthesis of organophosphorus schiff base metal complexes a solution of metal chloride in 20 ml absolute ethanol was added dropwise to the solution of organophosphorus schiff base in warm absolute ethanol (1 l: 1 mol l–1). after the addition, the mixture was heated under hot reflux for three hours. the solution was evaporated, and the solid complexes were collected using ether. 2.5 determination of the stoichiometry of the formed complexes of molecular structure (molar ratio method) the molar ratio method was described by the molar ratio method (yoe and jones, 1944). the concentrations of metal ions (cu2+, ni2+, and co2+) were kept constant at (1×10–3 mol l–1) in methanol and the concentration of ligands (l1 and l2) was regularly varied in methanol. the absorbance of the prepared solutions was measured at the constant wavelength (λmax). the absorbance values were plotted versus the molar ratio [ligand] / [metal ion]. the intersections of the obtained straight lines indicate the molar ratio of the stable complexes. 2.6 crystallinity and particle size from xrd the percentage of crystallinity, xc (%) was calculated based on the integrated peak areas of the principal peaks (shah et al., 2006). the crystallinity of the complexes is calculated relative to the crystallinity of the ligands as a ratio (eq. 1): 𝑋𝐶 (%) = 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑥 𝐴𝑙𝑖𝑔𝑎𝑛𝑑 × 100 (1) where acomplex and aligand are the areas under the principal peaks of the complex and ligand sample, respectively. x-ray diffraction was also used to determine the average particle size (d) which was estimated by the scherrer equation (akhtar et al., 2015; patterson, 1939) (eq. 2): 𝐷 = 𝐾 𝜆 𝛽 𝑐𝑜𝑠𝜃 (2) where k is scherrer constant and equals 0.94, λ is the xray wavelength of cu-kα radiations (1.5405 å), β is full width at half maximum (fwhm) and θ is bragg diffraction angle in degrees. 2.7 antioxidant activity the total antioxidant activity of the compounds has been studied using ferric-bipyridine reducing capacity (fbrc) (al-azab et al., 2023). it was taken (1 ml, 10–2 mol l–1 fecl3.6h2o) to 10 ml volumetric flask different volumes of the standard antioxidant ascorbic acid (0.1 g l–1) were added (0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1, 0.2 ml). this was followed by 2.0 ml 0.3 mol l–1 acetate buffer (ph 4) and 1.0 ml bipyridine (6.4 × 10–3 mol l–1). the volume was completed to the mark with deionized water. after 10 min of incubation at room temperature, the absorbance was recorded against a blank at 535 nm. the absorbance values were plotted against the concentration of the various antioxidant solutions (fig. 3). similarly, 0.02 ml of (0.1 mg ml–1 methanol) of each tested compound was reacted with 1 ml, 10–2 mol l–1 fecl3.6h2o solution, (6.4 × 10–3 mol l–1) bipyridine and 2.0 ml 0.3 mol l–1 acetate buffer (ph 4). this mixture was diluted to 10 ml with deionized water for the antioxidant assay. the fixed reaction time and fixed state measurement method were used to find out the antioxidant activity of these compounds in methanol as a solvent. all spectrophotometric measurements were measured using uv-vis spectrophotometer (specord200, analytikjena, germany) at sana’a university. figure 3. calibration curve of ascorbic acid with fe-bp complex. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 40 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 2.8 antimicrobial activity the synthesis compounds were exanimated for their antimicrobial activity in the laboratory of microbiology at sana’a university. they germinated four types of bacteria (staphylococcus aureus, bacillus subtilis, escherichia coli, and pseudomonas aeruginosa) and one fungus (candida albicans) on nutrient agar and sabouraud agar solid media respectively. using the filter paper disc method (ericsson et al., 1960), it was prepared one concentration from each compound (1000 µg ml–1) in dmso. then added (100 µl) from each prepared compound on a filter paper (whatman no. l filter paper, 5 mm diameter) which contained the bacteria with agar solid media, all the petri dishes were put in an incubation period at 37 °c for 24 h. gentamicin 120 μg ml–1 was used as a reference substance for bacteria and mycostatin 30 µg ml–1 for fungi. the results were registered by calculating the diameter of the inhibition zone (mm). 3. results and discussion the schiff base ligand (l1) was prepared by the condensation of 1-phenylsemicarbazide with 2methoxybenzaldyde in the molar ratio 1:1. the organophosphorus ligand (l2) was prepared by the condensation of diphenylchlorophosphate with the prepared schiff base (l1) in the molar ratio 1:1. the ligand ratio of (l1) with cu(ii), ni(ii), and co(ii) complexes was found to be 1:2, and the ligand ratio of (l2) with cu(ii), ni(ii), and co(ii) complexes were found to be 1:1. the molar conductance data of the complexes of l1 are 18.44, 20.31, and 21.09 ω–1 cm2 mol–1 in dmf (1 × 10–3 mol l–1). these results show that these complexes are non-electrolytes (aderoju and sherifah, 2015; geary, 1971), so the complexes of l1 are insoluble in water and common organic solvents but soluble in polar solvents such as dmf and dmso. the non-electrolytic nature of these complexes suggests that the chloride anions of the three salts have coordinated with the l1 chelate of metal complexes. the reaction of the synthesized l1 complexes with silver nitrate have been not given a white precipitate, and after digestion with nitric acid, the silver nitrate test gave a positive result. furthermore, the results of molar conductance of l2 complexes (73.75, 84.93, and 77.79) show that these complexes are 1:1 electrolytes in dmf (1 × 10–3 mol l–1) (geary, 1971; shakdofa et al., 2017). the complexes of l2 are slightly soluble in water and soluble in common organic solvents. in the case of l2 complexes, the precipitation was observed upon the addition of silver nitrate to the solution of the complexes (vogel, 1961). l1 and l2 and their complexes were characterized by elemental analyses, ft-ir, 1hnmr, and electronic spectra which are compliant with the proposed structures as shown in fig. 4a and b. table 1 lists some physical and analytical data on the ligands and their complexes. figure 4. proposed structure of (a) l1 complexes; (b) l2 complexes. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 41 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 table 1. some physical properties and elemental analysis of the ligands and their complexes. compound color (yield) m.p . (°c) ʌm (ω–1 cm2 mol–1) f.wt (g mol–1) elemental analysis calculated% (found) c h n p m c12h11n3o2(l1) white (70%) 174 269.30 66.90 (67.04) 5.61 (5.78) 15.60 (15.27) c23h10n3o5p(l2) brown (75%) 153 479.36 65.15 (64.96) 2.94 (3.19) 8.76 (8.90) 7.05 (6.89) [cu(l1)2cl2]∙2h2o green (70%) 240 18.44 709.08 50.81 (51.30) 4.83 (4.88) 11.85 (12.08) 8.96 (9.00) [ni(l1)2cl2]∙2h2o green (50%) 250 20.31 704.22 51.16 (50.99) 4.87 (5.02) 11.93 (12.20) 8.33 (8.75) [co(l1)2cl2]∙2h2o dark blue (57%) 220 21.09 704.46 51.14 (51.36) 4.86 (4.33) 11.92 (11.68) 8.36 (8.13) [cu(l2)cl (h2o)2].cl dark red (17%) 130 73.75 649.84 48.05 (47.85) 2.79 (2.86) 12.93 (13.18) 4.76 (4.55) 9.77 (9.53) [ni(l2)cl (h2o)2].cl red (19%) 108 84.93 644.98 48.41 (48.47) 2.82 (3.00) 13.02 (12.79) 4.80 (4.70) 9.09 (9.00) [co(l2)cl (h2o)2].cl red (23%) 112 77.79 645.22 48.39 (48.01) 2.81 (2.57) 13.02 (13.24) 4.79 (4.99) 9.13 (8.98) 3.1 nuclear magnetic resonance spectral studies 3.1.1 1hnmr spectra of the ligands the 1hnmr spectra of the ligands l1 and l2 (figs. s1 and s2 see supplementary material) exhibited signals which are consistent with the proposed structure. the peaks at 6.019, 6.713, and 5.997, 6.692 ppm are assignable to the protons of the nh groups in the ligands l1 and l2 respectively (el-tabl et al., 2007; shakdofa et al., 2017). azomethine proton appeared as a singlet signal at 8.656 ppm (s, 1h) in l1 (çakır et al., 2003) and this signal disappeared in the l2 spectrum due to a replacement reaction on this group with eliminated hcl and forming a p-c bond. the signals at 3.908 and 3.050 were assigned to (s, 3h, och3) l1 and l2, respectively (çakır et al., 2003). the peaks appearing in the range 6.742–7.831 and 6.717–7.842 ppm may correspond to protons of the aromatic hydrogen of l1 and l2 respectively (galil et al., 2015). 3.1.2 13cnmr spectra of the ligands the 13cnmr spectra (figs. s3 and s4 see supplementary material) showed singlet signals at 161.688 and 160.421 ppm that attributed to carbonyl carbon c=o of the ligands l1 and l2 respectively (carrasco et al., 2020; galil et al., 2015). also, the spectra exhibited two peaks at δ 149.517 and δ 149.623 ppm that were able to be appointed to azomethine carbon c=n of the ligands l1 and l2, respectively (shakdofa et al., 2017). the peaks between 111.241–130.917 and 112.189–130.143 ppm is attributed to aromatic carbon in l1 and l2, respectively (galil et al., 2015). the carbon of the methoxy group appeared at 55.534 and 45.381 ppm in ligands l1 and l2, respectively (yusof et al., 2015). 3.2 ir spectra of the ligands and their complexes important ir bands of the ligands and their complexes are given in table 2 and fig. 5a. the presence of ir bands at 1,655 and 1,602 cm–1 of ligand l1 assigned to υ(c=o) and υ(c=n) respectively (hossain et al., 2019). the strong bands at 3,334 and 3,397 cm–1 are assignable and attributed to υ(nh) of this ligand (nakamoto, 1998). the bands showed at 3,057, 2,958, and 1,267 cm–1 belong to aromatic υ(c-h), aliphatic υ(c-h), and υ(-c-n) stretching mode of vibrations, respectively (jassem et al., 2013). the band at 2,853 cm–1 in its spectrum can be appointed to υ(-o-ch3) (mohapatra et al., 2011). the ir spectra of the complexes (fig. 5a) are characterized by the appearance of broad bands at 3,424, 3,346, and 3,324 cm–1 due to the water molecules in l1(cu), l1(ni), and l1(co) complexes, respectively (gonzález-garcía et al., 2016). in the spectra of all the complexes, no change in the frequency of (c=o) but the 1,602 cm–1 band was shifted to a lower frequency indicating the involvement of the n atom of the azomethine group in coordination (table 2). the bands of υ(nh, nh) disappeared in complexes due to the broad bands of water. new vibrations at 400–600 cm–1 that are not present in the free ligand are attributed to the existence of υ(m-n) and υ(m-nh) (yassin et al., 2020). based on the observations, it has been suggested that the ligand l1 acts as bidentate. although the presence evidence of υ(m-cl) could not be brought in the ir data due to instrumental limitation, the insolubility of l1 complexes in water and their nonhttps://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 42 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 electrolytic nature evinced that 2cl– coordinated with metal in l1 complexes . in the ligand l2 spectrum (fig. 5b), the bands observed at 1,654 and 1,591 cm–1 corresponds to υ(c=o) and υ(c=n), respectively (hossain et al., 2019). the presence of υ(p=o) and υ(p-o-c) is indicated by the appearance of bands at 1,188 and 1,072 cm–1, respectively (elkhazandar, 1997). the coordinated water molecules with metal ions in the complexes were proved by the bands 3,347, 3,407, and 3,312 (aderoju and sherifah, 2015). the ir spectra of the metal complexes of ligand l2 (fig. 5b) proposed that this ligand tridentate with the phosphoryl-oxygen, aminenitrogen, and azomethine-nitrogen due to the shift in the position of υ(p=o), υ(-nh) and υ(c=n) (table 2). table 2. the main ir absorption bands of the ligands and their complexes. compound υ(h2o) υ(nh, nh) υ(-o-ch3) υ(c=n) υ(c=o) υ(p=o) υ(p-o-c) υ(m-n) υ(m-nh) c16h14n4o(l1) 3398 3335 2853 1602 1655 c27h13n4o4p (l2) 3450 3347 2878 1591 1654 1188 1072 [cu(l1)2cl2]∙2h2o 3424 3424 2850 1580 1651 527 428 [ni(l1)2cl2]∙2h2o 3346 3346 2849 1571 1649 558 414 [co(l1)2cl2]∙2h2o 3324 3324 2855 1577 1653 574 424 [cu(l2)cl (h2o)2].cl 3421 3467 3452 2866 1560 1650 1165 1072 516 410 [ni(l2)cl (h2o)2].cl 3407 3407 2850 1617 1655 1160 1067 520 458 [co(l2)cl (h2o)2].cl 3312 3365 3312 2846 1603 1651 1161 1068 517 467 figure 5. infrared spectra. (a) l1 and its complexes; (b) l2 and its complexes. 3.3 electronic spectra and magnetic measurements the absorption spectra of the ligands l1 and l2 and their metal complexes were recorded in dmso in the range of 200–900 nm (table 3). the ligands l1 and l2 exhibited two absorption bands (figs. 6a and b) at 37,037.03, 35,714.28 and 33,333.33, 32,258.06 cm–1 that have been allocated for the π-π* and n-π* transitions, respectively (mohammed et al., 2019). in the metal complexes, the transition of n-π* has been seen but they are shifted to another range. the shift in the transitions has been accounted for by the complexation between ligands with the metal ions. the cu complexes of l1 and l2 exhibited single broad absorption peaks at 13,513.51 and 13,333.33 cm–1 (figs. 6a and b), respectively, attributable to the 2eg→2t2g transition, indicating a distorted octahedral structure (almaydama et al., 2008; gup and kirkan, 2005). the electronic spectra of the l1(ni) and l2(ni) complexes (figs. 5a and b) showed absorption bands at 18,181.81, 15,151.51 and 17,543.85, 15,151.51 cm–1, respectively, attributable to the 3a2g → 3t1g(p) and 3a2g → 3t1g(f) transitions, which is compatible with this complex having the octahedral structure (gup and kirkan, 2005). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 43 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 the electronic spectra of the l1 and l2 complexes with co (figs. 6a and b) exhibited characteristic bands at 20,833.33, 15,873.01, 13,888.88 and 21,739.13, 20,000, 17,543.85 cm–1 assigned to 4t1g→ 4t1g(p), 4t1g→ 4a2g and 4t1g→4t2g(f) transitions. these bands are associated with the octahedral structures (gup and kirkan, 2005). this information with the effective magnetic moment (µeff) data (table 3) of all complexes helped to support the suggested octahedral geometry (al-hakimi et al., 2011; fouda et al., 2008). table 3. electronic spectral and magnetic moment data of the ligands and their complexes. compound µeff (b.m.) (π→π*), transition (n→π*) transition d-d transition band (cm–1) assignments supposed structure c16h14n4o(l1) 37,037.03 33,333.33 c27h13n4o4p(l2) 35,714.28 32,258.06 [cu(l1)2cl2].2h2o 1.88 34,482.75 30,303.03 13,513.51 2eg→2t2g distorted octahedral [ni(l1)2cl2]∙2h2o 2.75 35,714.28 32,258.06 18,181.81 15,151.51 3a2g → 3t1g(p) 3a2g → 3t1g(f) octahedral [co(l1)2cl2]∙2h2o 4.19 35,714.28 32,258.06 20,833.33 15,873.01 13,888.88 4t1g→ 4t1g(p) 4t1g→ 4a2g 4t1g→4t2g(f) octahedral [cu(l2)cl (h2o)2].cl 1.61 37,037.03 33,333.33 13,333.33 2eg→2t2g distorted octahedral [ni(l2)cl (h2o)2].cl 2.39 35,714.28 31,250.00 17,543.85 15,151.51 3a2g → 3t1g(p) 3a2g → 3t1g(f) octahedral [co(l2)cl (h2o)2].cl 4.77 35,714.28 31,250.00 21,739.13 20,000.00 17,543.85 4t1g→ 4t1g(p) 4t1g→ 4a2g 4t1g→4t2g(f) octahedral figure 6. uv-vis spectra. (a) l1 ligand and its complexes; (b) l2 ligand and its complexes. 3.4 molar ratio (stoichiometry) of the studied complexes investigation of the molecular structure of the complexes formed between the metal ions of (cu2+, ni2+, and co2+) with ligands in l1 and l2 in methanol using molar ratio (figs. 7 and 8) revealed the formation of (1:2) (m:l) complexes for l1 and (1:1) (m:l) complexes for l2 under investigation. the results are depicted in table 4. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 44 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 figure 7. molar ratio plot for the complexes between metal ions of (a) cu, (b) ni and (c) co with l1 in methanol. figure 8. molar ratio plot for the complexes between metal ions of (a) cu, (b) ni and (c) co with l2 in methanol. table 4. molar ratios for determination of stoichiometry of the l1 and l2complexes in methanol. l1 [l]/[m] absorbance of complexes cu(ii) λ = 330 ni(ii) λ = 310 co(ii) λ = 310 0.5:1 0.121 0.067 0.043 1:1 0.170 0.099 0.077 1.5:1 0.195 0.143 0.117 2:1 0.230 0.181 0.159 2.5:1 0.232 0.185 0.174 3:1 0.222 0.187 0.184 3.5:1 0.218 0.182 0.190 4:1 0.220 0.184 0.196 l2 [l]/[m] absorbance of complexes cu(ii) λ = 300 ni(ii) λ = 320 co(ii) λ = 320 0.25:1 0.290 0.200 0.313 0.5:1 0.369 0.326 0.399 0.75:1 0.450 0.480 0.483 1:1 0.495 0.531 0.511 1.25:1 0.492 0.555 0.530 1.5:1 0.499 0.558 0.541 1.75:1 0.501 0.563 0.538 2:1 0.509 0.571 0.544 3.5 x-ray diffraction the xrd patterns of the l1 and its complexes are shown in fig. s5a–d (see supplementary material). the decrease of the xrd peak intensities of l1 complexes can be attributed to the reduction in crystallinities due to the complexation. this is in good agreement with the lowering in relative crystallinity calculated for these complexes (the crystallinity calculation in table 5 is based on the integrated area of principal peaks of the complex to the l1 ligand obtaining a relative https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 45 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 crystallinity) (shah et al., 2006). the particle size calculated for l1 and its complexes (2.074–5.552 nm) in the range of nanoparticle size—the nanoparticle size reported in the literature ranges between 1–100 nm (boverhof et al., 2015). the particle size of l2 ligand was found within nanometric range (10.555 nm), nevertheless its complexes appeared as an amorphous character (fig. s5e–h, see supplementary material). from this change, it is expected to improved properties of l2 complexes as compared with l2 ligand. table 5. data of the principal values of intensity of the ligands and l1 complexes from xrd spectra. compound 2θ β d (nm) mean d xc (%) l1 6.780 13.720 18.880 19.960 23.920 28.220 29.900 0.340 0.419 0.459 0.405 0.379 0.295 0.337 4.266 3.480 3.154 3.630 3.905 5.061 4.447 3.991 100 l2 12.799 16.740 25.441 31.040 0.120 0.153 0.121 0.180 12.142 9.464 12.268 8.349 10.555 100 [cu(l1)2cl2]∙2h2o 6.719 13.460 18.599 20.919 31.659 0.352 0.562 0.229 0.237 0.178 4.120 2.576 6.407 6.213 8.455 5.552 10.392 [ni(l1)2cl2]∙2h2o 16.279 32.761 33.579 0.439 0.240 0.232 3.332 6.033 6.241 5.202 18.506 [co(l1)2cl2]∙2h2o 14.600 35.520 57.199 57.579 0.603 0.762 0.745 0.868 2.421 1.995 2.213 1.668 2.074 3.488 3.6 antioxidant activity the ligands and l2 complexes were investigated using fbrc technique to determine the antioxidant activity (alazab et al., 2023). fe(ii)-bipyridine complex produced by the reaction of fe(iii) with antioxidant followed by bipyridine exhibited maximum absorption at 535 nm (fig. 9). total antioxidant activity is based on the redox reaction between compounds and fe(iii) at room temperature. the initial antioxidant concentration is indicated by the concentration of the oxidizing fe(iii). figure 9. stoichiometry outline of fbrc method. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 46 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 the results in table 6 showed that these compounds were found to possess high potent antioxidant activity due presence of a combination of donor sites such as amide oxygen and imine nitrogen (kostova and saso, 2013). table 6. fbrc values express antioxidant activity as mg l–1 for prepared compounds to 1 mg l–1 of ascorbic acid fbrc (mg l–1) sample 0.0248 ± 0.0001 l1 0.0281 ± 0.0004 l2 0.0201 ± 0.0002 [cu(l2)cl (h2o)2].cl 0.0183 ± 0.0002 [ni(l2)cl (h2o)2].cl [ni(l2)cl∙(h2o)2].cl 0.0187 ± 0.0005 [co(l2)cl (h2o)2].cl [co(l2)cl∙(h2o)2].cl 3.7 antibacterial and antifungal screening for l1, l2 and their complexes the synthetic ligands and their metal complexes havbeen examined for their antibacterial and antifungal activities using the disk diffusion method (ericsson et al., 1960) against four types of bacteria (staphylococcus aureus, bacillus subtilis, escherichia coli, and pseudomonas aeruginosa) and one fungus (candida albicans) on nutrient agar and sabouraud dextrose agar (sda) solid media, respectively. the inhibition zone diameter of the compounds is shown in table 7 and fig. 10a–d. from these results, it was noted that: 1no inhibition zone was observed for ligands and their metal complexes against the fungus (candida albicans); 2the metal complexes are more potent bactericides than the ligands; 3the order of antibacterial activity for the compounds with bacillus subtilis was l1(cu) = l2(ni) > l1(ni) > l2(cu) > l2 > l1 > l1(co) = l2(co), with staphylococcus aureus was l2(ni) > l1(cu) > l1(co) > l2(co) > l2 > l1 > l1(ni) = l2(cu), with escherichia coli was l1(co) > l1(cu) > l2(cu) > l2(co) > l2 > l1 > l1(ni) = l2(ni) and with pseudomonas aeruginosa was l1(co) = l2(co) > l1(cu) > l2(ni) > l2 > l1 > l1(ni) = l2(cu). in general, the complexes showed good antibacterial compared to the free ligands. based on the chelation theory (franklin and snow, 1989), the increased inhibition activity of the metal complexes may be explained on the basis that their structures mainly possess c=n bonds. besides, the coordination decreases the polarity of the metal ion due to the partial sharing of its positive charge with donor groups and possible π-electron delocalization inside the chelate ring-shaped during coordination that makes the complexes more lipophilic. this increased lipophilicity enhances the penetration of the metal complexes into lipid membranes, blocks the metal binding sites in the enzymes, and limits the further development of the organisms. table 7. biological activities of the ligands and their metal complexes against bacteria and fungus (zone of inhibition in mm). compound (1000/ml–1) bacteria fungi gram-positive gram-negative candida albicans bacillus subtilis staphylococcus aureus escherichia coli pseudomonas aeruginosa l1 5 3 4 3 0 l2 6 5 6 5 0 [cu(l1)2cl2].2h2o 11 8 9 10 0 [ni(l1)2cl2].2h2o 10 0 0 0 0 [co(l1)2cl2].2h2o 0 7 10 15 0 [cu(l2)cl (h2o)2].cl [cu(l2)cl∙(h2o)2].cl 7 0 8 0 0 [ni(l2)cl (h2o)2].cl [ni(l2)cl∙(h2o)2].cl 11 10 0 7 0 [co(l2)cl (h2o)2].cl [co(l2)cl∙(h2o)2].cl 0 6 7 15 0 gentamicin (120 μg/ml) 29 25 23 28 mycostatin (30 μg/ml) 18 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 47 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 figure 10. antibacterial activity of the ligands and their metal complexes against gram-positive bacterium (a) bacillus subtilis; (b) staphylococcus aureus; (c) pseudomonas aeruginosa; and gram-negative bacterium (d) escherichia coli. 4. conclusions in summary, the synthesis and physicochemical analysis were done for new ligands l1 and l2 with their complexes. in complexes, the ligand l1 acts as neutralbidentate and l2 acts as neutral-tridentate around the metallic ion. electronic properties and magnetic susceptibility suggested octahedral geometry for all complexes. according to xrd, the ligands and l1 complexes were in the nanoscale (2.074–10.555 nm). the ligands and l2 complexes gave high antioxidant activity using fbrc technique. all compounds have been screened for their antibacterial and antifungal activity. authors’ contribution conceptualization: jamil, y. m.; al-azab, f. m. data curation: al-selwi, n. a. formal analysis: jamil, y. m.; al-selwi, n. a. funding acquisition: not applicable. investigation: jamil, y. m.; al-azab, f. m.; al-selwi, n. a. methodology: jamil, y. m.; al-azab, f. m.; al-selwi, n. a. project administration: jamil, y. m.; al-azab, f. m. resources: jamil, y. m.; al-azab, f. m.; al-selwi, n. a. software: al-selwi n. a. supervision: jamil, y. m.; al-azab, f. m. validation: jamil, y. m.; al-azab, f. m. visualization: jamil, y. m.; al-azab, f. m.; al-selwi, n. a. writing – original draft: al-selwi, n. a. writing – review & editing: jamil, y. m. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 48 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study funding not applicable. acknowledgments not applicable. references abd el-wahab, z. h.; el-sarrag, m. r. derivatives of phosphate schiff base transition metal complexes: synthesis, studies and biological activity. spectrochimica acta part a. 2004, 60, 271–277. https://doi.org/10.1016/s13861425(03)00216-6 abu-dief, a. m.; el-metwaly, n. m.; alzahrani, s. o.; bawazeer, a. m.; shaaban s.; adam, m. s. s. targeting ctdna binding and elaborated 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https://doi.org/10.3390/ph15040454 https://doi.org/10.3390/ph15040454 https://doi.org/10.3390/ph15040454 https://doi.org/10.3390/ph15040454 https://doi.org/10.5829/idosi.wasj.2015.33.02.22206 https://doi.org/10.5829/idosi.wasj.2015.33.02.22206 https://doi.org/10.5829/idosi.wasj.2015.33.02.22206 https://doi.org/10.5829/idosi.wasj.2015.33.02.22206 https://doi.org/10.5829/idosi.wasj.2015.33.02.22206 https://doi.org/10.1016/j.mssp.2014.12.073 https://doi.org/10.1016/j.mssp.2014.12.073 https://doi.org/10.1016/j.mssp.2014.12.073 https://doi.org/10.1016/j.mssp.2014.12.073 https://doi.org/10.59628/jast.v1i1.131 https://doi.org/10.59628/jast.v1i1.131 https://doi.org/10.59628/jast.v1i1.131 https://doi.org/10.59628/jast.v1i1.131 https://doi.org/10.59628/jast.v1i1.131 https://doi.org/10.59628/jast.v1i1.131 https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.3.418 https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.3.418 https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.3.418 https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.3.418 https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.3.418 https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.3.418 https://doi.org/10.5012/jkcs.2011.55.3.418 https://doi.org/10.1590/s0100-46702008000300005 https://doi.org/10.1590/s0100-46702008000300005 https://doi.org/10.1590/s0100-46702008000300005 https://doi.org/10.1590/s0100-46702008000300005 https://doi.org/10.1590/s0100-46702008000300005 https://doi.org/10.1590/s0100-46702008000300005 https://doi.org/10.1590/s0100-46702008000300005 https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2015.06.001 https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2015.06.001 https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2015.06.001 https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2015.06.001 https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2015.06.001 https://doi.org/10.1016/0014-2999(95)00809-8 https://doi.org/10.1016/0014-2999(95)00809-8 https://doi.org/10.1016/0014-2999(95)00809-8 https://doi.org/10.1016/0014-2999(95)00809-8 https://doi.org/10.1081/sl-120026609 https://doi.org/10.1081/sl-120026609 https://doi.org/10.1081/sl-120026609 https://doi.org/10.1081/sl-120026609 https://doi.org/10.1081/sl-120026609 https://doi.org/10.9734/ajocs/2022/v11i419131 https://doi.org/10.9734/ajocs/2022/v11i419131 https://doi.org/10.9734/ajocs/2022/v11i419131 https://doi.org/10.9734/ajocs/2022/v11i419131 https://doi.org/10.9734/ajocs/2022/v11i419131 https://doi.org/10.9734/ajocs/2022/v11i419131 https://doi.org/10.1155/2020/7157281 https://doi.org/10.1155/2020/7157281 https://doi.org/10.1155/2020/7157281 https://doi.org/10.1155/2020/7157281 https://doi.org/10.1155/2020/7157281 https://doi.org/10.1155/2020/7157281 https://doi.org/10.3390/antibiotics11020191 https://doi.org/10.3390/antibiotics11020191 https://doi.org/10.3390/antibiotics11020191 https://doi.org/10.3390/antibiotics11020191 https://doi.org/10.1080/10426509708043564 https://doi.org/10.1080/10426509708043564 https://doi.org/10.1080/10426509708043564 https://doi.org/10.1080/10426509708043564 https://doi.org/10.1007/s11243-007-0228-0 https://doi.org/10.1007/s11243-007-0228-0 https://doi.org/10.1007/s11243-007-0228-0 https://doi.org/10.1007/s11243-007-0228-0 https://doi.org/10.1007/s11243-007-0228-0 https://doi.org/10.3109/00365516009065406 https://doi.org/10.3109/00365516009065406 https://doi.org/10.3109/00365516009065406 original article revista.iq.unesp.br 49 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 of inhibition and the minimum inhibitory concentration. scand. j. clin. lab. invest. 1960, 12 (4), 414–422. https://doi.org/10.3109/00365516009065406 fouda, m. f. r.; abd-elzaher, m. m.; shakdofa, m. m.; elsaied, f. a.; ayad, m. i.; el tabl, a. s. synthesis and characterization of a hydrazone ligand containing antipyrine and its transition metal complexes. j. coord. chem. 2008, 61 (12), 1983–1996. https://doi.org/10.1080/00958970701795714 franklin, t. j.; snow, g. a. biochemistry of antimicrobial action; springer, 1989. https://doi.org/10.1007/978-94-0090825-3 galil, m. s. a.; al-hakimi, a. n.; 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ravoof, t. b. s. a.; tiekink, e. r. t.; veerakumarasivam, a.; crouse, k. a.; tahir, m. i. m.; ahmad, h. synthesis, characterization and biological evaluation of transition metal complexes derived from n, s bidentate ligands. int. j. mol. sci. 2015, 16 (5), 11034–11054. https://doi.org/10.3390/ijms160511034 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 https://doi.org/10.4314/bcse.v31i1.7 https://doi.org/10.4314/bcse.v31i1.7 https://doi.org/10.4314/bcse.v31i1.7 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1587511 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1587511 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1587511 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1587511 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1587511 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1587511 https://doi.org/10.1080/07391102.2019.1587511 https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.37893.2778 https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.37893.2778 https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.37893.2778 https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.37893.2778 https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.37893.2778 https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.37893.2778 https://doi.org/10.1021/i560126a015 https://doi.org/10.1021/i560126a015 https://doi.org/10.1021/i560126a015 https://doi.org/10.1021/i560126a015 https://doi.org/10.3390/ijms160511034 https://doi.org/10.3390/ijms160511034 https://doi.org/10.3390/ijms160511034 https://doi.org/10.3390/ijms160511034 https://doi.org/10.3390/ijms160511034 https://doi.org/10.3390/ijms160511034 original article revista.iq.unesp.br 51 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 supplementary materials figure s1. 1hnmr spectrum of l1. figure s2. 1hnmr spectrum of l2. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 52 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 figure s3. 13cnmr spectrum of l1. figure s4. 13cnmr spectrum of l2. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 original article revista.iq.unesp.br 53 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 36-53 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 figure s5. xrd pattern of (a) l1; (b) l1(cu); (c) l1(ni); (d) l1(co); (e) l2; (f) l2(cu); (g) l2(ni); (h) l2(co); https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p36-53 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045130981.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045141988.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045157427.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045206563.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045224675.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045233731.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045248923.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045311715.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045325531.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129045342963.pdf articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 3 | 2023 | 27 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 27-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 the potency of cooperative integrated reading and composition in building chemistry students’ scientific literacy and selfregulated learning habiddin habiddin1+ , cyndi yanis saputri1 , aman santoso1 1. state university of malang , faculty of mathematics and natural sciences, malang, east java, indonesia. +corresponding author: habiddin habiddin, phone: +62 81333886762, email address: habiddin_wuni@um.ac.id article info article history: received: october 02, 2022 accepted: april 12, 2023 published: july 01, 2023 keywords: 1. autonomous learner 2. colligative properties 3. cooperative learning 4. direct instructional 5. pisa result section editors: assis vicente benedetti 0 abstract: the effect of the cooperative integrated reading and composition (circ) approach on scientific literacy and students’ regulated learning in colligative properties of solution was explored. the contribution of the circ approach was measured by investigating whether the improvement in scientific literacy and regulated learning of the circ students are more significant than the improvement for students with the direct instructional teaching method (ditm) after experiencing two different teaching approaches. two groups of students (experiment and comparison) from a public senior high school in east java, indonesia, were involved. the experimental group experienced the colligative properties of solution with the circ teaching approach, while the comparison group experienced the ditm one. we found that scientific literacy and self-regulated learning of students with circ are higher than students with ditm, implying the potency of this approach to be applied to other chemistry topics. this study indicates that circ could be used to improve students’ scientific literacy and self-regulated learning for other chemistry topics. the implication of this study for teaching colligative properties of solution is also discussed. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 mailto:habiddin_wuni@um.ac.id https://orcid.org/0000-0002-3947-2844 https://orcid.org/0000-0002-3946-1723 mailto:cyndisaputri790@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9603-5686 mailto:aman.santoso.fmipa@um.ac.id https://ror.org/00ypgyy34 articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas revista.iq.unesp.br 28 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 27-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 1. introduction educational institutions in the current era are demanded to provide a learning environment supporting the development of students’ soft skills that meet the 21st-century skills requirement. soft skills, also known as behavioural skills, play a crucial role in personal growth that is more nebulous than hard skills (almeida and morais, 2021). their definition is contested, but cimatti (2016) links them to empathy and problem-solving, such as emotional intelligence, teamwork, time management, resilience, and intuitive thinking. although their roles in the academic field have not been systematically uncovered, the pivotal support in other aspects of life has been confirmed (feraco et al., 2022). several soft skills have been considered essential to be mastered by students, including scientific/chemical literacy ability (cigdemoglu et al., 2017; kohen et al., 2020; suwono et al., 2022; wei and lin, 2022), communication skill (chung et al., 2016; kleckner and butz, 2022; skagen et al., 2018), collaborative skill (heeg et al., 2020; kumar et al., 2022; reid et al., 2022), and self-regulated learning (austin et al., 2018; eklund and prat-resina, 2014; seibert et al., 2021). scientific literacy is the capacity to use scientific knowledge, identify questions and draw evidence-based conclusions to understand and help make decisions about the natural world and its changes through human activity (pisa, 2004). it is also defined as the capacity to comprehend scientific processes and interact meaningfully with everyday scientific information (fives et al., 2014). the united nations educational, scientific and cultural organization (unesco) has emphasised that all educational institutions should cultivate students’ scientific literacy (nogueira et al., 2021). building students’ chemical literacy should be the paramount goal of science education teaching in this era (kohen et al., 2020). scientific literacy should also emphasise the character and values that lead students to make the right decisions for a sustainable planet and the protection of fundamental human rights for all (choi et al., 2011). remarkably, the significant contribution of scientific literacy skills to foster the economic growth of a developing country like indonesia is highly considered (laugksch, 2000). these statements imply that scientific literacy is an essential skill to be held by students. with the ultimate goal of arriving at the golden generation by 2045, indonesia should ensure that current indonesian students exhibit sufficient scientific literacy skills. human resources in this generation will hold sufficient soft skills to contribute optimally to the country’s development. however, the lack of students’ scientific literacy has challenged science learning in indonesia (sari et al., 2017). the current programme for international student assessment (pisa) survey in 2018 put indonesian scientific literacy ability within the lower rank (70) among 78 participant countries (pisa, 2018). the result of this survey fits with the findings of several studies in this area. adnan et al. (2021) found that secondary school students in south sulawesi, indonesia, demonstrated low scientific literacy skills. even firstyear students have shown only a moderate level of chemical literacy (djaen et al., 2021). islami et al. (2020) compared the level of scientific literacy skills between novice indonesian and thailand science teachers and found that thai teachers demonstrated a slightly higher performance. this result is supported by the evidence that indonesian students’ mastery of the content, processes and contexts of scientific phenomena is considered insufficient (rochman, 2015). the domination of the direct instructional teaching method (ditm) in many chemistry classes in indonesia may contribute to this issue (fuadi et al., 2020). another valuable skill for students is the ability to learn independently or through self-regulated learning. in some literature, self-regulated learning is also called learning autonomy (eklund and prat-resina, 2014). such ability allows students to monitor, control and regulate their cognition, motivation, and behaviour (saribas and bayram, 2009; schunk, 2011). selfregulated learning is characterised by the reflective application of suitable techniques in each learning circumstance, as well as motivational and metacognitive regulation on the side of the students (seibert et al., 2021). students are intrinsically driven to study in order to self-regulate; this is a fundamental component of theories on self-regulated learning (austin et al., 2018). several studies uncovering the role of self-regulated learning are found in the literature. hermanns and schmidt (2019) found that the stepped tool effectively improved students’ self-regulated learning and ability to solve chemistry questions. another study involving thousands of students taking organic chemistry found that those with self-regulated learning demonstrated higher achievement (austin et al., 2018). talanquer (2010) summarised a slightly different perspective in which students who generate explanations for themselves while studying or solving problems can gain a deeper understanding of the subject matter and improve knowledge transfer. we firmly believe that selfgenerated explanation is also connected to self-generated learning. this claim is built upon the consideration that self-directed students successfully transfer their knowledge and abilities to new contexts (sperling et al., 2016). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas revista.iq.unesp.br 29 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 27-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 in considering the essential role of self-regulated learning, some efforts to promote it have been found. using inquiry based-learning, seibert et al. (2021) promoted students’ self-regulated with multitouch experiment instructions in school laboratories. in other studies, the stepped tool was also employed to facilitate self-regulated learning in organic chemistry classes (hermanns and schmidt, 2019); a virtual lab with inquiry-based learning enhanced scientific literacy in optics and light (putri et al., 2021); and problem-based learning was also applied to improve students’ problemsolving and learning autonomy (kurniawati, 2022). chemistry teaching should be carried out in a way to promote students’ scientific/chemical literacy and selfregulated learning. cigdemoglu and geban (2015) revealed the effectiveness of a context-based approach in improving students’ scientific literacy on the topic of chemical thermodynamics. scrum methodology could also enhance students’ scientific literacy (vogelzang et al., 2020). inquiry based-learning has been applied to promote students’ self-regulated learning (kurniawati, 2022; putri et al., 2021). drawing a conclusion from the previous strategies indicates that some strategies could be employed to improve students’ scientific literacy and self-regulated learning. as the interactive compensatory learning model suggests, no single skill can completely support or obstruct self-regulated learning (hubbard et al., 2019). in this study, we implemented a cooperative integrated reading and composition (circ) approach to promote students’ scientific literacy and self-regulated learning on colligative properties of solutions. circ is a methodology in which students are divided into groups to cooperatively learn the relevant concepts (mubarok and sofiana, 2017). this model is designed to develop reading and writing abilities essential for supporting scientific literacy skills (durukan, 2011). even though this strategy is mainly implemented in the area of social science and literature, its contribution to the area of science education has also been uncovered. ristanto et al. (2021) revealed that circ effectively improved students’ conceptual understanding of the excretory system. in chemistry, implementing circ also improved students’ achievement and motivation (masnaini et al., 2018). in addition, improving reading skills, one of the advantages of using this strategy helps to improve students’ understanding and scientific literacy. to sum up, the primary purpose of this study is to investigate the difference in scientific literacy and self-regulated learning between circ and ditm students. 2. experimental 2.1 research design this quasi-experimental design employed a post-testonly control group design and involved two groups of students (67 in total). the students were chosen because they will embark on the colligative properties of solution class. the group that experienced the circ teaching approach is the experimental group, while the other with ditm is the comparison group. the two groups of students were selected using the convenience sampling technique. the school provided two groups without allowing the authors to choose other groups. such a procedure in which respondents cannot be randomly obtained is called convenience sampling (fraenkel et al., 2011). post-test aiming to measure the improvement of students’ scientific literacy was performed after finishing the interventions (circ and ditm) for the two groups. the assigning procedure for the experiment and comparison groups was determined randomly after considering that the initial ability of the two groups was equal. normality employing kolmogorov-smirnov and independent sample t-tests were applied to confirm the equal initial ability of the two groups. calculating the two tests were carried out using the software spss for windows. students’ average chemistry grade from the previous term was the basis for determining students’ initial ability. 2.2 instrumentation scientific literacy in colligative properties of solution test (sc-cpst) was applied in the post-test to measure the improvement of students’ scientific literacy after interventions. meanwhile, students’ self-regulated learning was identified using an observation sheet assessment during the interventions. meanwhile, students’ self-regulated learning-observation sheet assessment (sgl-osa) was identified during the interventions. both instruments were developed by the authors and were validated before being used for data collection. the instruments have not been used in any previous study. the validation covered content, construct, and face validities involving the chemistry lecturer and school chemistry teacher. they provided feedback on the content, its relevance to secondary school students’ cognitive level, and the language. their feedback was taken into account for refining the final instrument for data collection. the interventions (circ and ditm) were carried out for three meetings with https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas revista.iq.unesp.br 30 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 27-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 100 min each. the post-test was conducted three days after the last meeting of the interventions for 90 min. 2.3 data analysis students’ scientific literacy in the topic of colligative properties of solution for the two groups was measured using the sc-cpst instrument at the post-test. the students’ scientific literacy level was classified according to the organisation for economic co-operation and development (oecd) parameter presented in table 1 (pisa, 2016). the difference in scientific literacy level between the two groups was measured using the independent sample t-test after meeting the normality test as a prerequisite procedure. table 1. the three domains for classifying students’ scientific literacy levels. domains indicators explaining the phenomenon scientifically identify, offer, and evaluates the explanation of various natural and technological phenomena. evaluating and designing scientific questions describe and assesses scientific investigations and propose ways of answering questions scientifically. interpret data and evidence scientifically. analyse and evaluate data, claims and arguments in various representations and draw appropriate scientific conclusions. source: retrieved from pisa (2016). meanwhile, students’ self-regulated learning was observed during the interventions that involved seven well and equal trained observers. the parameter to classify it is presented in table 2 (azwar, 2009). an observation sheet with five likert scales contains five indicators: initiative, creativity, innovation, improvisation, and proactiveness. the complete instrument is available on request. table 2. students’ self-regulated learning parameter. score interval category 𝑋 < 𝑀𝑖 − 1.5 𝑆𝐷𝑖 very low 𝑀𝑖 − 1.5 𝑆𝐷𝑖 < 𝑋 ≤ 𝑀𝑖 − 0.5 𝑆𝐷𝑖 low 𝑀𝑖 − 0.5 𝑆𝐷𝑖 < 𝑋 ≤ 𝑀𝑖 + 0.5 𝑆𝐷𝑖 medium 𝑀𝑖 + 0.5 𝑆𝐷𝑖 < 𝑋 ≤ 𝑀𝑖 + 1.5 𝑆𝐷𝑖 high 𝑀𝑖 + 1.5 𝑆𝐷𝑖 < 𝑋 very high note: 𝑀𝑖 = (xmax + xmin) 1 2 ; 𝑆𝐷𝑖 = (xmax xmin) 1 6 source: elaborated by the authors using data from azwar (2009). 3. results and discussion 3.1 comparing students’ science literacy between the two groups to determine whether the circ is influential in improving students’ scientific literacy, the gained scientific literacy scores between the two groups were compared. the higher contribution of the circ teaching method in improving students’ scientific literacy compared to ditm is indicated by the different scores when answering sc-cpst questions. the average score of circ students was 82.06, which is higher than that of ditm students with 64.00. the statistical procedure (independent t-test) confirms the difference of 0.000 significance value. masnaini et al. (2018) found the superiority of circ to ditm in improving chemistry students’ achievement. in teaching the excretory system in biology class, circ students also demonstrate better performance than ditm students (ristanto et al., 2021). this difference implies that circ is more potent in improving students’ scientific literacy. in addition, this study also indicates that circ applies not only to social and language literature but also to basic science disciplines, including chemistry, biology, and physics. therefore, for basic science fields, we encourage the implementation of this strategy for teaching a topic with coverage of many factual information and rules, such as hydrocarbon. the discrepancy in scientific literacy between both groups can also be identified from their responses explaining the sugar solution’s increase in the boiling point. figure 1 depicts how circ students explain why the boiling point of sugar solution is higher than its pure solvent (water, h2o). the circ student explained that (in english translation) “the sugar molecules prevent the process of water evaporation from equalizing the external pressure, so a bigger temperature is required for it.” his/her answer (fig. 1) reflects that he/she harboured a scientific literacy domain, “explaining phenomena scientifically.” describing or interpreting phenomena scientifically, predicting changes, and identifying appropriate descriptions, explanations, and predictions are all aspects of this framework (tsai, 2015). figure 1 depicts that the student can explain the presence of solute molecules (c6h12o6) inhibiting the evaporation of solvents (h2o) and strengthen by stating that a higher temperature is needed to reach its boiling point. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas revista.iq.unesp.br 31 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 27-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 figure 1. a circ student’s explanation regarding the boiling point of sugar solution. the different phenomena are shown by the answers of ditm students, as presented in fig. 2. the students stated (in english translation) that “the increase in viscosity of solution causes the increase boiling point of a solution.” the student correctly recognized that the boiling point of sugar solution is higher than that of pure water but failed to support his/her answer with scientific argumentation. the student also can calculate the increase in the boiling point of the sugar solution using mathematical equations, but again, presenting the supporting scientific explanation is missing. the student can only explain the cause from the macroscopic aspect related to viscosity. this result reflects the insufficient scientific literacy domain, particularly “explaining phenomena scientifically.” figure 2. a ditm student’s explanation regarding the boiling point of sugar solution. the improvement of students’ ability in improving their scientific literacy is also demonstrated by some students participating in special education in mathematics and science in thailand. at the beginning of the intervention, their ability in this aspect was considered low as they argued that “polyethylene glycol 600’s benefits to the environment include its low toxicity, ability to protect seeds, and low absorption into the human body.” after the intervention (science, technology, society, and environment), students provided a better explanation, as presented in the following sentences: “since it is a non-toxic watersoluble chemical to plants and the environment, physostigmine can be used instead of glyphosate products. the potential for this method to produce acidic soil is a major drawback. soil acidification is easily remedied by amending it with lime (cao)” (chanapimuk et al., 2018). another circ student (fig. 3) explained (in english translation) that attractive interaction between water and sugar molecules hinders the vaporization of water molecules leading to higher temperatures for the solution to hit the boiling point. meanwhile, other ditm students only mentioned that the sugar molecules affect the boiling point of the sugar solution without providing a further explanation to support it. the result of this study is in line with previous studies regarding the impact of several interventions in improving students; scientific literacy, including a context-based approach (cigdemoglu and geban, 2015), scrum methodology (vogelzang et al., 2020), and argumentative practice (cigdemoglu et al., 2017). figure 3. another example of a circ student’s explanation regarding the boiling point of sugar solution. it is essential to regularly test students’ scientific literacy throughout their academic careers to see if the seeds of literacy have taken root in their brains (shwartz et al., 2006). even during the emergence of covid-19, ramachandran et al. (2021) put effort into utilizing a collaborative-based learning approach, problem-solving, and understanding applied scientific data for strengthening scientific literacy through the cultivation of analytical, problem-solving, and teamwork abilities. tsai (2015) found that students in the experimental group might have improved their pisa science competencies, including scientific literacy, after being exposed to online argumentation, which included argumentation instruction and activities. students may benefit from learning how to use deductive and inductive reasoning through the process of constructing and defending an argument. 3.2 students’ self-regulated learning between the two groups students’ self-regulated learning for both groups is derived from the observation sheet. table 3 shows the significant advantages of circ in promoting selfregulated learning over the ditm for all indicators. the number of circ students demonstrating self-regulated learning behaviours is more than 20% higher than ditm students in each indicator. an enormous gap is observed in the initiative indicator. self-regulated learning occurrences for circ students are about 82% on average. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas revista.iq.unesp.br 32 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 27-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 table 3. the self-regulated learning occurrences between circ and ditm students for each indicator. category percentage circ ditm initiative 82.07 58.45 creativity 81.10 61.35 innovation 81.61 62.89 improvisation 84.17 61.98 pro-activeness 82.52 62.49 for five self-regulated learning indicators, circ students also demonstrated better self-regulated learning. table 4 describes that almost 80% of circ students demonstrated very high self-regulated learning, while none of the ditm students did so. meanwhile, only about 61% of ditm students exhibited high selfregulated learning. the self-regulated learning of ditm students ranges from very low to medium, with an almost equal number between categories. on the contrary, none of the circ students exhibited a very low category of self-regulated learning. only a tiny portion of circ students hold a low and medium level of self-regulated learning. these results indicate that the circ teaching method supports the formation of students’ selfregulated learning. table 4. the comparison of self-regulated learning levels between circ and ditm students. category percentage circ ditm very low 0 35.29 low 12.12 26.47 medium 9.09 38.23 high 0 0 very high 78.78 0 the better self-regulated learning of circ students may explain why their scientific literacy ability is better than that of ditm students. compared to students in the comparison group (ditm), those in the experimental group (circ) used metacognitive strategies more frequently; these strategies are linked to self-regulated learning and, as a result, leading to higher achievement outcomes (i.e., more correct responses and/or more thorough scientific explanations) (kadioglu-akbulut and uzuntiryaki-kondakci, 2021). a similar finding was revealed from the study covering 2,648 organic chemistry students in which those with high achievement hold self-regulated learning (austin et al., 2018). another study employing problembased learning teaching approach also improved students’ self-regulated learning (kurniawati, 2022). putri et al. (2021) reported the effectiveness of virtual labs with inquiry-based learning in enhancing students’ scientific literacy. the essential role of self-regulated learning has been found even beyond its contribution to the student’s conceptual understanding. a study involving hundreds of taiwanese undergraduate students uncovered the link between professional development and confidence in one’s own marketability is mediated by the ability to engage in self-regulated learning (hsu et al., 2022). individuals’ optimistic outlooks on self-improvement, driven by intrinsic motivation, are aided by motivational self-regulated learning processes (pintrich, 1999). a person’s effort and persistence in learning are more likely to be exemplary when they are driven by their intrinsic motivation rather than by external pressures or rewards (ryan and deci, 2000). motivated students positively view their abilities and take responsibility for their learning (zimmerman, 1986). students with high levels of self-efficacy (those who are confident in their abilities to succeed) may view themselves as highly employable and, as a result, have a better chance of securing a job in the future (berntson et al., 2008). students with high levels of self-efficacy believe they can successfully complete all course requirements and view obstacles as exciting opportunities to growth (caprara et al., 2008). uzuntiryaki-kondakci et al. (2017) suggest that colleges and universities should give future educators ample chances to hone their professional content knowledge and self-regulation skills in the classroom. 4. conclusions this study reveals that students with the circ approach improved scientific literacy and self-regulated learning more than those with the ditm approach. regarding scientific literacy, circ students exhibited a better performance in all three indicators, as reflected in their answers to the colligative properties of solution questions. circ students’ explanations reflect the mastery of scientific literacy, particularly in explaining phenomena scientifically. circ also contributes more to students’ self-regulated learning in the occurrence number and its level. almost all the circ students performed self-regulated learning behaviours for each indicator. meanwhile, only more than half of ditm students demonstrated these behaviours for each indicator. the level of self-regulated learning for circ students was also mostly in the very high category, while ditm students ranged from very low to medium, and none between high and very high. the results indicate that circ could potentially improve students’ scientific https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas revista.iq.unesp.br 33 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 27-35 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p27-35 literacy, self-regulated learning, and other 21st-century skills. we realise that involving two groups of students is insufficient to offer a general conclusion; however, these results could be a pilot for a future study involving broader respondents and various chemistry topics. considering the type of circ, it may sound like a reasonable exercise to expand this strategy for improving students’ scientific literacy and self-regulated learning in chemistry topics involving many chemical facts and rules. hydrocarbon, matter and measurements, colloidal systems, additive and food chemistry, and other similar topics are examples of chemistry topics that may suit the circ strategy. the result of this study also implies that students’ scientific literacy and self-regulated learning can be promoted using several active learning such as a collaborative-based learning approach. future studies to explore this suggestion will be interesting. authors’ contribution conceptualization: habiddin, h. data curation: saputri, c. y. formal analysis: saputri, c. y. funding acquisition: habiddin, h. investigation: saputri, c. y. methodology: habiddin, h. project administration: habiddin, h.; saputri, c. y. resources: habiddin, h.; saputri, c. y. software: not applicable. supervision: habiddin, h.; santoso, a. validation: santoso, a. visualization: saputri, c. y. writing – original draft: habiddin, h.; saputri, c. y.; santoso, a. writing – review & editing: habiddin, h. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding directorate general of higher education, research and technology, ministry of education, culture, research and technology, republic of indonesia. contract number: 092/e5/pg.02.00.pt/2022. acknowledgments we thank the directorate general of higher education, research and technology, ministry of education, culture, research and technology, republic of indonesia, for funding this study through the penelitian tesis magister (ptm) 2022 scheme. references adnan; mulbar, u.; sugiarti; bahri, a. scientific literacy skills of students: problem of biology teaching in junior high school in south sulawesi, indonesia. int. j. instr. 2021, 14 (3), 847– 860. https://doi.org/10.29333/iji.2021.14349a almeida, f.; morais, j. strategies for developing soft skills among higher engineering courses. j. educ. 2021, 203 (1), 103–112. https://doi.org/10.1177/00220574211016417 austin, a. c.; hammond, n. b.; barrows, 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https://doi.org/10.1039/d1rp00227a https://doi.org/10.1039/d1rp00227a https://doi.org/10.1039/d1rp00227a https://doi.org/10.1039/d1rp00227a https://doi.org/10.1039/d1rp00227a https://doi.org/10.1039/d1rp00227a https://doi.org/10.1039/d1rp00227a https://doi.org/10.17275/per.21.2.8.1 https://doi.org/10.17275/per.21.2.8.1 https://doi.org/10.17275/per.21.2.8.1 https://doi.org/10.17275/per.21.2.8.1 https://doi.org/10.17275/per.21.2.8.1 https://doi.org/10.1006/ceps.1999.1020 https://doi.org/10.1006/ceps.1999.1020 https://doi.org/10.1006/ceps.1999.1020 https://doi.org/10.1006/ceps.1999.1020 https://doi.org/10.33369/atp.v1i1.2716 https://doi.org/10.33369/atp.v1i1.2716 https://doi.org/10.33369/atp.v1i1.2716 https://doi.org/10.33369/atp.v1i1.2716 https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2009.01.014 https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2009.01.014 https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2009.01.014 https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2009.01.014 https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2009.01.014 https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2009.01.014 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c01177 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c01177 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c01177 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c01177 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c01177 https://doi.org/10.1039/b6rp90011a https://doi.org/10.1039/b6rp90011a https://doi.org/10.1039/b6rp90011a https://doi.org/10.1039/b6rp90011a https://doi.org/10.1039/c7rp00220c https://doi.org/10.1039/c7rp00220c https://doi.org/10.1039/c7rp00220c https://doi.org/10.1039/c7rp00220c https://doi.org/10.1039/c7rp00220c https://doi.org/10.1080/00940771.2015.1135099 https://doi.org/10.1080/00940771.2015.1135099 https://doi.org/10.1080/00940771.2015.1135099 https://doi.org/10.1080/00940771.2015.1135099 https://doi.org/10.1080/00940771.2015.1135099 https://doi.org/10.29333/ejmste/11505 https://doi.org/10.29333/ejmste/11505 https://doi.org/10.29333/ejmste/11505 https://doi.org/10.29333/ejmste/11505 https://doi.org/10.29333/ejmste/11505 https://doi.org/10.1080/09500690903369662 https://doi.org/10.1080/09500690903369662 https://doi.org/10.1080/09500690903369662 https://doi.org/10.1080/09500693.2014.987712 https://doi.org/10.1080/09500693.2014.987712 https://doi.org/10.1080/09500693.2014.987712 https://doi.org/10.1039/c6rp00223d https://doi.org/10.1039/c6rp00223d https://doi.org/10.1039/c6rp00223d https://doi.org/10.1039/c6rp00223d https://doi.org/10.1039/c6rp00223d https://doi.org/10.1039/d0rp00066c https://doi.org/10.1039/d0rp00066c https://doi.org/10.1039/d0rp00066c https://doi.org/10.1039/d0rp00066c https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00013 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00013 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00013 https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00013 https://doi.org/10.1016/0361-476x(86)90027-5 https://doi.org/10.1016/0361-476x(86)90027-5 https://doi.org/10.1016/0361-476x(86)90027-5 author guidelines iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | n. 2 | 2021 | instructions for authors before you submit 1. check eclet. quim. j.’s focus and scope eclética química journal is a peer-reviewed quarterly publication of the institute of chemistry of são paulo state university (unesp). it publishes original researches as articles, reviews and short reviews in all areas of chemistry. 2. types of papers a. original articles b. reviews c. short reviews d. communications e. technical notes f. articles in education in chemistry and chemistry-related areas manuscripts submitted for publication as full articles and communications must contain original and unpublished results and should not have been submitted elsewhere either partially or whole. a. original articles the manuscript must be organized in sections as follows: 1. introduction 2. experimental 3. results and discussion 4. conclusions references sections titles must be written in bold and sequentially numbered; only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines iq.unesp.br/ecletica b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quím. j. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. j. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. j. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quím. j. must be obtained before being cited. c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. chem. j. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. j. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim. j., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eqj is also published in other journal, it will be immediately withdrawn from eqj and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. j. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica publication charges eclética química journal is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatecoverletter.docx https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines iq.unesp.br/ecletica example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 4. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 5. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 6. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 7. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associated with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english will be accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templatemanuscript.docx author guidelines iq.unesp.br/ecletica manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum 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editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associated with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index author guidelines iq.unesp.br/ecletica graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the eclet. quim. j. will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/manager/files/templategraphicalabstract.pptx https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines iq.unesp.br/ecletica you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. within the cited information: one author: finnegan states that the primary structure of this enzyme has also been determined (2004). two authors: finnegan and roman state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). three or more authors: finnegan et al. state that the structure of this enzyme has also been determined (2004). at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, 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and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/author http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/user/register author guidelines iq.unesp.br/ecletica review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. j. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. j. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. j. proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. j. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief ecletica@journal.iq.unesp.br letícia amanda miguel and jéssica odoni technical support ecletica@ctrlk.com.br http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/aboutthispublishingsystem mailto:ecletica@journal.iq.unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030429726.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030541069.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030555277.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030624428.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030640286.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030656549.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030726246.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030746645.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030800910.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030812244.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030822157.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030833772.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030844287.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129030900855.pdf convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050641922.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050703729.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050723425.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050731818.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050747513.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050754653.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050814521.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050827212.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129050837809.pdf editorial team revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 3 | 2022 | editorial team editor-in-chief prof. assis vicente benedetti, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editors prof. antonio eduardo mauro, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. horacio heinzen, university of the republic, faculty of chemistry, montevideo, uruguay prof. marcos carlos de mattos, federal university of ceará, center of sciences, fortaleza, brazil prof. maria célia bertolini, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil prof. patrícia hatsue suegama, federal university of grande dourados, faculty of exact and technological sciences, dourados, brazil prof. paulo clairmont feitosa lima gomes, são paulo state university, institute of chemistry, araraquara, brazil editorial board prof. bayardo baptista torres, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. enric brillas, university of barcelona, faculty of chemistry, barcelona, spain prof. francisco de assis leone, university of são paulo, faculty of philosophy, sciences and literature, ribeirão preto, brazil prof. ivano gerardt rolf gutz, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. jairton dupont, federal university of rio grande do sul, institute of chemistry, porto alegre, brazil prof. josé antônio maia rodrigues, university of porto, faculty of sciences, porto, portugal prof. lauro kubota, university of campinas, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. massuo jorge kato, university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil prof. roberto santana da silva, university of são paulo, faculty of pharmaceutical sciences, ribeirão preto, brazil prof. verónica cortés de zea bermudez, university of trás-os-montes and alto douro, school of life and environmental sciences, vila real, portugal editorial production ctrl k produção editorial – araraquara, brazil digite@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 1 | 2022 | 63 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 activated carbon from pumpkin seeds: production by simultaneous carbonization activation for occupational respiratory protection walquíria joseane da silva1 , nivaldo freire de andrade neto1+ , carlos alberto paskocimas1 , juan alberto chaves ruiz2 , fabíola correa carvalho2 , elson longo3 , fabiana villela da motta1 , maurício roberto bomio delmonte1 1. federal university of rio grande do norte, department of materials engineering, natal, brazil. 2. senai institute for renewable energy innovation, natal, brazil. 3. federal university of são carlos, center for the development of functional materials, são carlos, brazil. +corresponding author: nivaldo freire andrade neto, phone: +55 84 33422406, email address: nfandraden@gmail.com article info article history: received: july 21, 2021 accepted: october 26, 2021 published: april 11, 2022 keywords: 1. activated carbon 2. pumpkin seeds 3. simultaneous carbonization-activation 4. high adsorption capacity section editors: elson longo and juan manuel andrés bort abstract: activated carbon materials are derived from carbonaceous sources and used as a technological element for various industrial purposes. these materials are present in most filters (cartridges) in personal respiratory protective equipment. due to this context and to enhance sustainability concepts and human health in the production of materials, this study aimed to produce activated carbon from an abundant agricultural waste in the northeast brazil through a route that not only favors its simultaneous carbonization and activation but also its thermal neutralization. the precursor biomass was characterized by particle size analysis, a standard testing method for moisture and ash content which were characterized by frx, chn, and thermal analysis. the produced activated carbon was characterized by potential of hydrogen (ph), xrd, bet, sem, tpd by ammonia and uvvis analysis. the activated carbons showed yields between 73 and 78%. the morphology varied in function of the biomass interaction with the type and concentration of acid used. the produced samples showed adsorption capacity and selectivity to ammonia gas. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 mailto:nfandraden@gmail.com http://orcid.org/0000-0003-1780-9511 http://orcid.org/0000-0003-1421-2904 http://orcid.org/0000-0002-1915-4291 http://orcid.org/0000-0002-9554-6115 http://orcid.org/0000-0002-4202-1323 http://orcid.org/0000-0001-8062-7791 http://orcid.org/0000-0002-3523-737x http://orcid.org/0000-0001-9016-4217 original article revista.iq.unesp.br 64 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 1. introduction occupational respiratory protection (orp) is often a legal requirement in some countries to guarantee the health and safety of thousands of workers who are exposed to harmful substances which may cause occupational diseases by inhaling contaminated air in the workplace. appropriate respirators shall be used when engineering control measures are not feasible, are being implemented, evaluated, or in emergency cases (connor et al., 2016). respirators are specific personal protective equipment designed to provide respiratory protection (macintyre et al., 2014). protection of some respirators occurs by removing contaminants from the air: respirators of this type include particulate respirators, which filter out airborne particles (connor et al., 2016). they have activated carbon inside their filters (cartridges) and their classification type can vary according to the risk agent to be absorbed. activated carbon is any carbonaceous material with favorable characteristics for adsorption reactions: welldeveloped internal surface area, pore structure, and superficial functional groups (pezoti et al., 2016; poinern et al., 2011) used as an adsorbent, catalyst, catalyst support, and energy storage (shen et al., 2014). on the other hand, activated carbon can also be used as an active surface to be doped or combined with other elements in a wide possibility for industrial applications (shen et al., 2014). easy operation, large-scale production, high efficiency, sensitivity to toxic substances, and the possibility of reuse favors using activated carbon in the adsorption process (shen et al., 2014). activated carbons produced from biomass residues have been an important research area. agricultural biomass and industrial waste have been used as raw material in the preparation of activated carbon (pezoti junior et al., 2014) to find abundant, renewable, and low-cost precursors in contrast to the high production costs on an industrial scale and because of the use of nonrenewable sources of activated commercial carbons (nunes et al., 2015). various types of waste and biomass have recently been processed to obtain activated carbon for several industrial purposes such as coconut shells (nunes et al., 2015), macadamia nuts shells (martins et al., 2014), bamboo (shengsen wang et al., 2015), peach and olive pits (tsyntsarski et al., 2015), pineapple (mahamad et al., 2015), peanut shells (zhang and lu, 2015), rice husks (dalai et al., 2015), sugarcane bagasse (dalai et al., 2015; gonzaga et al., 2018), sewage sludge (huang et al., 2017; wu et al., 2014), waste from palm tree stems (alothman et al., 2014), seeds from platanus orientalis biomass (dodevski et al., 2017), and banana peel (van thuan et al., 2017), among others. pumpkin is a typical fruit in northeastern brazil. oil extraction from its seeds does not have any significant productive or technological relevance in the region. therefore, when these seeds are not reused for planting, they are either intended for human and animal consumption just because of the beneficial nutrients they contain (carvalho et al., 2012) or are discarded (joshi et al., 1993). thus, it is a by-product of the agricultural segment with low technological and commercial impact. traditional methods to produce activated carbon propose the carbonization of biomass followed by the use of activators (whether chemical or physical or a combination of both) in two asynchronous different steps (gonçalves et al., 2016; solísdomínguez et al., 2011). an improvement in the production process has recently been considered so that these steps occur simultaneously. this process is classified as a synchronous one-step process. as a result, the characteristics of the obtained material vary according to these production steps. thus, this paper aimed to synthesize activated carbon from pumpkin seeds using the carbonization route and chemical activation by thermal neutralization. the relationship among the synthesis methodology, reagents, and starting materials used with the characteristics shown by the activated carbon was investigated. adsorption experiments with tpd were carried out with ammonia in the presence of moisture. it became an agent which carried risks caused by accidental inhalation, which is harmful to people’s health in working conditions in all industries where it is employed. moreover, the adsorption potential of aqueous solutions of methylene blue dye was investigated following the ultraviolet-visible (uv-vis) measurements in the absorbance model. furthermore, this investigation may demonstrate the effectiveness of the produced material for environmental applications, human health, and removing pollutants from wastewater. 2. experimental 2.1 characteristics the plant which originates pumpkin belongs to the cucurbita genus (cucurbitaceae family) (hameed et al., 2008) and comprises various wild and domesticated species native to the americas. the plant grows well in hot and dry climates (ferreira et al., 2017). pumpkin has flat edible seeds (njoku et al., 2014). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 65 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 2.2 characterization of the biomass the pumpkin seeds were fragmented into a food commercial crusher for 7 min at 400 w of power and (55 ± 5) hz. the material was deagglomerated using a 200-mesh sieve. the fragmented seeds were then characterized by particle size analysis using laser diffraction, the standard testing method for moisture and ash content, x-ray fluorescence (frx), elementary chemical analysis (chn), and thermal analysis. the distribution curve of the particle size analysis by laser diffraction carried out in the waste was obtained by granulometry in a cilas 1180 device in an aqueous liquid dispersant, and then subjected to the effects of ultrasonic agitation for 60 s. the standard testing method for moisture and ash content was performed according to astm e1755 and e1756, respectively. chemical composition was obtained by frx spectroscopy using an edx-720 shimadzu in a vacuum atmosphere. elementary chemical analysis was performed with 2.7 mg in a pekin elmer analyzer 2400 series ii model connected to a microbalance model autobalance controller. helium gas (18 psi – 900 ml min–1– 913 k) and oxygen (15 psi – 50 ml min–1 – 1198 k) were used. a thermal analysis was performed in a netzsch sta model 449f3 device at a heating rate of 283 k min–1 and a temperature range of 303–1023 k using 10 mg of the sample under synthetic airflow (100 ml min–1). 2.3 pretreatment the precalcination of biomass was performed at 453 k with an isotherm of 1 h and a heating rate of 283 k min–1 in a linn elektro therm furnace. next, the material was pressed into pellets in a stainless-steel matrix in a ratio of 0.3:1 of binder/raw material using 1 ton for 5 min. pellets were fabricated in a cylindrical shape of approximately 25 mm in diameter by 5 mm high. 2.4 synthesis the samples were produced by the carbonization reaction and concomitant to chemical activation. three different acids were used in this process: hydrochloric (clo), sulfuric (sul), and nitric (nit) acids in different concentrations (10%, 30%, 50% in acid:water volume, respectively) for chemical activation. this method was applied according to the following procedure: each pellet obtained (after the pretreatment) was put in an acid solution for 5 min until complete saturation and placed directly into a mullite-cordierite box. the pellets were covered with precalcined raw biomass. the box was immediately closed and heated to 623 k at a heating rate of 283 k min–1 in an air atmosphere for 10 min. the method is illustrated in the flow chart demonstrating the experimental procedure as shown in fig. 1. thermal neutralization was applied to the obtained activated carbons: the samples were heated between 573–673 k for 144 h and then cooled at room temperature. the pellets were deagglomerated in an agate mortar. the nomenclature used to identify the samples were ps (pumpkin seeds) plus the abbreviation of the employed acid + amount (%) of activator used. this nomenclature was used for different amounts of acids and concentrations. 2.5 characterization of activated carbons the following techniques were used to characterize active carbons: potential of hydrogen (ph), x-ray diffraction (xrd), specific surface area using bet (brunauer-emmett-teller), and scanning electron microscopy (sem), temperature-programmed desorption (tpd) by ammonia and uv-vis spectrometer. the ph measures were performed in a diluted aqueous solution with deagglomerated powders of activated carbon produced in a mass ratio of 1:1 (water:sample) under stirring for 10 min at room temperature (298k). the solution was filtered and measured by the electrometric method using a hanna ph21 digital meter with a measuring range of 0–14, resolution of 0.01, an accuracy of ± 0.02, and hi 1110 electrode type. xrd diffractograms were performed by a shimadzu xrd-7000 diffractometer, cukα monochromatic radiation, with an angular range of 2θ range from 10 to 80°, scanning speed of 1° min–1, a step of 0.02°, a voltage of 40 kv and a current of 30 ma. the specific surface area measurements were obtained by a quanta chrome corporation nova model-2000 using the bet method. the samples were previously degassed at 473k for 1 h. the sem micrographs were obtained using a hitachi high-tm3000 microscope. the samples were directly deposited into a metallic holder coated with carbon to fix them. tpd by ammonia was performed in the automated analyzer micromeritics autochem ii 2029. tpd runs occurred with approximately 0.100 g of material at a flow of 50 ml min–1 of helium gas at ambient temperature up to 383 k (heating rate of 283 k min–1), and then up to 573 k. it was then cooled down to 323 k. after 1 min, a gaseous mixture of ammonia and helium https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 66 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 (5% nh3/he) with a flow rate of 50 ml min–1 was introduced for 30 min under the same heating rate. thereafter, the inert gas recirculated in the system at the same flow rate, and the sequence of the described process was repeated by heating at 373 k (283 k min–1, 15 min) and 573 k (283 k min–1, 20 min). the uv-vis spectrometer was performed using a shimadzu uv2600 spectrophotometer at a wavelength range between 400 and 800 nm. figure 1. flowchart of the experimental production procedure for the activated carbon. 3. results and discussion 3.1 characterization of the precursor biomass waste processing in the fragmentation and burning processes was achieved by reducing the particle size through grinding, which provided a more homogenous and uniform characteristic to the raw material. the intrinsic characteristics of the raw material determined the type of grinding used, and therefore conditioned its grinding evolution. the oleaginous nature of the seeds which are sensitive to high temperatures made the traditional use of fragmentation equipment unfeasible. this justified the use of commercial crushers as described in the methodology. the result of particle sizes of the powder obtained after waste fragmentation in natura is shown in the granulometric distribution curve in fig. s1 (supplementary information). the sample shows a wide variation in the particle size, irregular visual appearance, and wide distribution range between 2.5 to 550 mm. the average particle size measured is about 59.75 mm. enlargement in the size distribution technique suggests the presence of rough particles with an irregular shape that is not perfectly spherical, according to the principle of the technique and the fraunhofer theory (beuselinck et al., 1998). after the grinding process, the in natura samples have a level of humidity and ash of 0.10% and 10.44%, respectively. it is known that the presence of moisture in biomass is related to the intrinsic characteristics of the waste such as aspects of cultivation, storage, and production steps, or their combination with each one of the factors. the presence of inorganic impurities is relatively higher than the humidity (only 0.1%), which can indicate a waste that is less saturated with reduced hydration. this may lead to the mass loss being minimized by humidity. the gravimetric variation which represented the standard result and was adapted from the ash content is shown in fig. 2. a reduction in the isotherm time for https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 original article revista.iq.unesp.br 67 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 preserving the thermal stability of the waste during the test ash content did not significantly affect the results. this was one of the viable ways for the variations which were noted to obtain the constant mass. the residue (0.0922 g) quantities were measured after measuring about 10.44% of the ash content. this percentage represents the amount of the remaining mineral part and impurities after degradation of the organic matter after the test and may have a predominant composition by potassium, phosphorus, sulfur, and sodium as shown in the frx results of the in natura sample (tab. 1). the presence of alkali metal oxides, alkaline earth metal, and others with less significant quantities is also observed, which can interact with the activator acid during the carbonization-activation process, thereby causing overposition phases without necessarily exerting a strong influence on the material properties due to the low amounts detected. evaluating the ash content can represent a measure of minerals and other inorganic materials and possible impurities present in the in natura sample of the pumpkin seeds according to the testing method. figure 2. comparative analysis of the weight loss of in natura ground samples during the ash content test for the standard and adapted samples. the amount of volatile matter was quantified by elemental chemical analysis in two test runs. the carbon, nitrogen, and oxygen percentages measured in the analyzed samples are shown in tab. 2. the difference in the carbon percentage between the ps in natura sample and the ps charred sample is very subtle and not significant, which may indicate that all the carbon mass was substantially preserved during the process proposed in this work. table 1. chemical composition of the in natura sample. chemical composition in natura sample (%) k2o 41.67 p2o5 18.61 so3 14.73 na2o 11.41 cao 3.07 fe2o3 2.92 sio2 2.46 zno 2.21 cuo 1.12 mno 0.97 rb2o 0.83 table 2. mean values of the cnh composition of ps samples used in this work in comparison with a commercial sample. in which: ps1 = in natura sample and ps2 = sample used in the standard test method for ash content. samples carbon (%) hydrogen (%) nitrogen (%) ps1 55.64 9.81 5.88 ps2 40.64 2.45 9.99 the thermal characterization of in natura ps is shown in fig. 3. the thermal decomposition occurs in four mass variation steps directly related to the composition of the cucurbita seeds, which are rich in oil, protein, fiber, and micronutrients (joshi et al., 1993). the mass loss that occurs at approximately 383 k can be attributed to moisture, in turn, related to water removal (caputi et al., 1991). next, the second event had a 40.83% weight loss in the range of 415 to 620 k and can be associated with the degradation of the organic matter and with the formation of carbonized material. the third stage occurs quickly at the moment that the temperature reaches a maximum of 653 k with 14.31% weight loss which may be related to the combustion of oils. the fourth decomposition stage occurs between 695–937 k corresponds to 31.66% weight loss which decomposes slowly and may be attributed to protein degradation and thermal decomposition of the other micronutrients. the residue is stable at 923 k and showed a mass change of 7.43%. these results show a reduction of the humidity values and differential thermal stability to the normative parameters applied to biomass in this work. thus, the standard tests and thermal analysis of biomass were fundamental to achieve a carbonization temperature that was favorable to producing the activated carbon. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 68 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 figure 3. thermal analysis curves (tg-dtg) of the in natura ps sample. from the heat treatment applied to obtain the activated carbon, the ignition and activation temperatures are 563~583 and 623 k, respectively. in addition, the gravimetric yield of the powdered and palletized material was 21.93 and 61.41%, respectively. the gravimetric yield in this study was calculated from the ratio of the produced carbon mass and biomass precursor, according to eq. 1. r (%) = (produced carbon (mass)/biomass (mass)) × 100 (1) the yield is the determining factor to control the burning and production process. in this sense, it is a variable that indicates the carbonization efficiency in a process given as a percentage. the carbonization temperature and combustion efficiency are also influenced by other factors such as humidification and volatile content which affect the calorific value of the sample. it was also observed that the yields were variable depending on their morphological aspect. the performance was higher when the sample was compressed into a pellet form. therefore, the processing proposed in this study included the precarbonization together with the pressing procedure. the aim was to minimize the mass loss by moisture and eliminate other components volatilized at 453 k with the precarbonization stage. this was used to increase the carbonization efficiency and enable the process on an industrial scale because the performance in powder form will be low due to the gravimetric yield having little significance when compared with the yields shown in the pellet form. the percentage value of the burn-off is implicit in the results of the gravimetric yield of activated carbon pellets because the carbonization occurred simultaneously to activation. this understanding becomes clearer with the yield definition given by marshall et al. (2000), which defines it as the amount of the precursor remaining after pyrolysis and activation. thus, the total yield of the activated carbon pellet values depends on the activator and proportions used. these results are shown in tab. 3. table 3. total gravimetric yield of activated carbons according to the activator proportions. sample total gravimetric yield (%) psclo10 75.94 psclo30 80.78 psclo50 66.76 psnit10 78.00 psnit30 78.98 psnit50 74.36 pssul10 67.82 pssul30 76.82 pssul50 73.04 yields vary slightly depending on the activator used. although it had high and low peaks for the psclo30 and psclo50 samples, others had yields between 73 and 78%. the analysis of each group demonstrates an increase in the yield in the ratio of 30% activator, and a fall when the activator had a concentration of 50%. however, they are superior to the mean measured in the gravimetric yield of the carbonized pellets (on a dry basis without the activator) in all cases. another variable observed in this phase was the firing atmosphere, which influences carbonization. as described in the methodology, it was decided to maintain a powder-air bed which provides a reducing atmosphere. this use is also a factor that enables the process on an industrial scale, thereby allowing carbonization in large amounts, avoiding the use of reducing atmospheres, and simplifying the process at a low cost. the powder-air bed can be discarded if the mass ratio is considerably higher than for the available oxygen. 3.2 characterization of activated carbons 3.2.1 structural literature shows that the typical procedure to produce activated carbon usually involves washing the produced material with water or using a chemical compound, or both, to promote neutralization of the proposed activation, especially when the chemical activation is applied to eliminate the remaining impregnating chemical agent (hameed et al., 2008; rovani et al., 2016). the thermal neutralization proposal was an alternative to the commonly reported https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 69 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 traditional neutralization methods. the measured ph values are shown in tab. 4. the ph of the carbonized sample with no activator obtained under the same experimental synthesis conditions was also measured for comparison. table 4. ph of activated carbon solutions. samples colorimetric method electrometric method os 7 7.02 psclo50 6 6.99 psnit50 7 7.12 pssul50 6 6.36 samples from the psclo group had very moderate acidity, quite close to neutrality. only samples from the pssul group showed a relative acidity of 6.36, probably due to the presence of residual sulfur still present in the carbon structure, making the structure more stable in the proposed neutralization temperature. therefore, this group was subjected to a new neutralization run at 723 k temperature. after this, the measured ph was around 7.09, with the value approaching neutral given the other samples and a reference sample without an activator which indicates the efficiency of the proposed neutralization. the choice of thermal neutralization over traditional means has the advantage of facilitating the manufacturing process and more viably dealing with the wastes from the process. washing in the industrial field possibly generates residual effluent, which would constitute another step in the process of burdening deployment, maintenance costs of unit operations, and environmental responsibilities associated with it. the xrd diffraction of ps carbonized without acid activation is shown in fig. 4a. the ps sample revealed a typical structure of amorphous materials and types of activated carbon with a larger peak at 20.5°. this may be related to the composition of the remaining mineral part after degradation of the organic matter: mineral components are still present in the composition of the waste and/or residual impurities in a very slight amount after the treatment, but not sufficient to promote forming other stable structures with significant crystallinity under the thermal treatment conditions. the xrd of the produced activated carbons is shown in fig. 4b. compared to fig. 4a, it is noted that an amorphous matrix originally occurs during pyrolysis in overlapping phases when the process is applied in full with the use of the activator simultaneously to carbonization. there was a contour profile presented by the pure carbon plus crystalline phase peaks observed in all groups which varied according to the activator. the identified phases are mixed compounds dispersed in the amorphous matrix and made up of minerals present in biomass associated with the elements of the employed acid. except for psnit samples (fig. 4c), which showed a peak at 2q = 60° of a mixed compound that only exists when a greater amount of activator was used, but without any relative significance. the other groups retained the same profile with each other. it is seen that the activators caused the appearance of different phases in the carbonized material, generating activated carbons with diffraction characteristics depending on the activator used. sulfuric acid was the agent that caused the greatest change in the activated carbon phases because it generated a greater number of peaks than other activators according to the pssul group (fig. 4d). however, the number of dispersed phases of the amorphous base is more discreet in the other group. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 70 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 figure 4 x-ray diffractogram of the (a) carbonized ps, (b) psclo, (c) psnit and (d) pssul samples. the xrd analysis showed that the activated carbon characteristics are associated with the composition and waste processing; when subjected to thermal excitation, it tends to eliminate organic and moisture matters, producing pure carbon or forming thermodynamically stable structures related to the presence of inorganic and/or impurities depending on the additives and/or activating elements. thus, the activated carbon differs from the carbonized sample by the presence of phases resulting from the activator interacting and modifying the structure during processing. this enables us to infer that the activating agent reacted with the biomass during the carbonization process, and carbonization and activation consequently occurred simultaneously as proposed in this work. the morphology of the samples was analyzed by sem according to the images in fig. 5. the in natura waste presented regular, equiaxed, and homogeneous morphology constituted by blocks and dense plaques with a few scattered spherical corpuscles, which are an intrinsic characteristic of the biomass (fig. 5a). a sample was collected to check the surface texture and to prove the effects of the proposed alterations concerning the raw material due to the experimental changes applied to the test ash content. the micrograph of this sample (fig. 5b) shows the permanence of the blocks and characteristic plaques, which in addition to not compromising the test results also caused satisfactory changes in morphology, leaving a matrix with a porous aspect about the initially characterized thick morphology. thus, the plaques are porous with predominantly well-distributed spherical particles on the surface. the samples submitted to the simultaneous activation and carbonization process showed different morphologies evidenced by micrographs (fig. 5c–k). the diameter and pore volume tend to increase in the chemical activation process, and new pores are created due to the reaction between the carbon and activator (yorgun and yıldız, 2015). furthermore, the presence of pores among the plaques was also favored by the simultaneous carbonization, making the biomass pyrolysis occur simultaneously to the activation. it is possible to note an increase in spaces produced by the effects of activating agents in the dense and compact matrix of the in natura waste with varying morphology depending on the activator. the results of specific surface area (sbet), medium pore diameter (dpm), and the total pore volume (vp) are shown in tab. 5. the surface area and pore volume values for each group tended to be directly proportional to the concentration of the activator, except for the psclo50 and pssul50 samples. all the activated carbon samples produced have the same order of magnitude considering all the physical parameters measured in this test; however, the chemical activation with hydrochloric acid showed the best results. table 5. typical parameters determined by bet. samples physical parameters sbet (m2 g–1) vp (cm3 g–1) dpm (å) psclo10 6.77 0.0035 20.68 psclo30 8.93 0.0045 20.58 psclo50 6.42 0.0033 20.77 psnit10 5.08 0.0025 20.35 psnit30 5.48 0.0028 20.44 psnit50 5.60 0.0028 20.09 pssul10 3.68 0.0016 18.43 pssul30 5.29 0.0027 20.59 pssul50 4.45 0.0022 20.50 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 71 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 figure 5. sem micrographs for the (a) biomass, (b) carbonized ps, (c–e) psclo (10, 30 and 50%), (f–h) psnit (10, 30 and 50%) and (i–k) pssul (10, 30 and 50%) samples. the specific area values are not only dependent on the processing applied but also influence the intrinsic characteristics of the raw material and the adsorbate. marshall et al. (2000) explained that low burn-off values can lead to a low adsorption capacity by reducing the surface area. as the surface area is not related only to textural properties, it is possible that the adsorption capacity is not impaired, but also to the physical and chemical properties exhibited during adsorption. the potential of the activated carbon adsorption is not only determined by its total surface area, but also by its inner porous structure, presence of functional groups on the pore surface, and an electrostatic charge of the adsorbent and adsorbate (alam et al., 2007). bansal et al. (1989) explained that the adsorption on activated carbon is influenced by three factors: pore size, chemical structure, and active sites. the pore size determines the adsorption capacity, the chemical structure influences the interaction with polar and nonpolar adsorbates (acidic or basic surface groups), and the active sites determine the type of chemical reactions with other molecules. this may also evidence the reasons why the potential for adsorption of these samples was not compromised, as the tpd results and the uv-vis analysis showed. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 original article revista.iq.unesp.br 72 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 3.2.2 application the tpd test results show that the sample groups have profiles with only one desorption region, constituting a peak at 573 k (fig. 6a–c). this value corresponds to the regeneration temperature of saturated activated carbon; in this case, the test with ammonia gas is appropriate to ensure that this gas is not inhaled by the user during their work as they are using respiratory personal protective equipment without saturation. a filter change is always advisable when saturation occurs from active sites, i.e., when the pores (where adsorption occurs) are completely saturated by the filtrate, reducing the potential of activated carbon and consequently compromising the adsorption capacity. this can vary due to the agent, the concentration, and exposure time of the supposedly contaminated workplace to the risk of contamination by the gaseous chemical agent. in the case of the psclo group sample (fig. 6a), the desorption profile was similar regardless of the amount of activator used in the preparation of activated carbon. the psnit (fig. 6b) and pssul groups (fig. 6c) showed a variation in the desorption profiles for quantities of 30 and 50%, respectively. this behavior should be directly related to the type of interaction between the acid activator and activated carbon which caused changes with increasing concentration. the amount of desorbed ammonia relative to the acid and its concentration is shown in fig. 6d. the psclo group does not have any significant variations in desorption in function for the activator concentration when compared to the other groups. the adsorption had maximum and minimum peaks of 0.20 and 0.16 mol g–1 of ammonia in the psclo10 and psclo30 samples, respectively. the sample produced with 50% hydrochloric acid presented an intermediate value. thus, the similarity of the tpd profiles (fig. 6a) and desorbed volumes in this group (fig. 6d) showed that the percentage of activator, in this case, had little influence on the number of acidic sites on the solid surface. the interaction of activators in the psnit and pssul groups with the biomass is different and opposite to the increasing amount of acid used in the preparation of the activated carbon. it is more convenient to conduct the treatment using only 10% of the activators in all cases. the samples that showed greater amounts of desorbed nh3 were psnit50 (0.24 mol g–1), psnit10, and pssul30 (both 0.21 mol g–1), which may indicate a greater number of acid sites, and therefore higher adsorption capacity and selectivity for ammonia gas. the uv-vis spectroscopy results are shown in the supplementary information in this paper. the spectra show the liquid phase adsorption potential of each material tested with methylene blue dye. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 original article revista.iq.unesp.br 73 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 figure 6. tpd-nh3 profile curve for the (a) psclo, (b) psnit and (c) pssul samples and (d) total volumes of ammonia desorbed by the activated carbon samples. the psclo and psnit groups had adsorption times measured every 2 min and 30 s. the adsorption reaction in the samples from the pssul group occurred slightly slower and was therefore measured every 5 min. after the beginning of adsorption, the spectral intervals were measured (at known time intervals) until the maximum adsorption time between the adsorbate (dye) and the adsorbent (activated carbon). there was only pure methylene blue solution at a concentration of 10-5 ppm at the initial time (t0). thus, the decrease in the characteristic absorption band of methylene blue demonstrated the reactivity of the material. in fig. s2 (supplementary information), the psclo30 sample showed the same reaction time as psclo50, but psclo50 showed a 100% absorbance reduction with the total color reduction of the solution. both psclo10 and psclo30 presented 97% of adsorbed dye, but psclo10 was consumed slightly faster. the psclo50 sample stood out slightly about the total degradation of the dye. the measurement of reaction time intervals was also made every 2 min and 30 s in the activated carbon samples for the psnit group at fig. s3 (supplementary information). the highlight in this group was the psnit30 sample whose performance was better than the others: the dye was degraded by 95% in only 2 min and 30 s. the psnit10 and psnit50 groups showed equal reaction times (17 min and 30 s) and practically the same percentage of adsorbed dye. the total reaction time varied with the acid percentage of the activator used in the synthesis process. the adsorption reaction times of the pssul group were more extensive and variable with the acid synthesis concentration, as can be seen in fig. s4 (supplementary information). the best performance of this group was from the pssul10 sample with 99% dye degradation at 25 min, followed by the pssul30 with 94% at 55 min. the pssul50 sample reached a 50 min reaction time to degrade 89% of methylene blue dye. it was observed that acid concentration in this group was inversely proportional to the degradation performance of the dye for this group. the adsorption reactions in the liquid phase of the pssul showed some instability in the concentration of the methylene blue bands along with the degradation, indicating a possible oscillation of the absorbance dye. it was observed that the dye concentration in the spectra was higher than the initial solution at some moments. the tests were repeated and the results converged at this point, probably caused by some instability in the equipment during the performed readings. such a situation may also indicate a reversible reaction character by the kinetics and thermodynamics of the reaction with this material in the initial moments, but which tends to stabilize over time and adsorb the dye. the pore structure morphology for this group may also have influenced these results because this acid can carry more hydroxide groups on the surface of the waste during the synthesis process to the other acids, and this may have reduced the interactions between the methylene blue molecules and the adsorbent. this possibility of acid treatment influencing the adsorption of methylene blue in activated carbon was reported by shaobin wang et al. (2005). in general, the behavior of the samples from this same group varied little in terms of reactivity among them. such performance may be associated with hydroxide groups and micropores in similar amounts on the material surface. but the lowest adsorption of methylene blue in pssul samples may also have been charged on the surface of the material during acid treatment, which caused little adsorption of negative ions from h2so4 (so4 –) on the positive sites on the surface, which leads to the material surface being less negatively charged, thus making it difficult to adsorb positive charge molecules of methylene blue. however, the adsorption in all the samples occurred in very short intervals of degradation when compared to the average time normally evaluated by studies in the literature which generally report the evolution of the material’s reaction with the dye being measured according to the reactivity of the material and the total reaction time being given in hours (matos et al., 2015). this short reaction time indicates the reaction potential https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 original article revista.iq.unesp.br 74 eclética química journal, vol. 47, special issue 1, 2022, 63-76 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 of the activated carbons produced in the dye adsorption and the high reactivity of the material to wastewater treatment. the liquid phase adsorption performance of a commercial activated carbon for respiratory protection filter was tested for comparative purposes. the spectrum is shown in fig. s5 (supplementary information). the commercial sample degraded 95% in 5 min. the sample which had similar behavior and slightly superior performance to the commercial product in this study was the psnit30 sample, although the commercial sample has a much higher surface area. this confirms the hypotheses in the literature that the surface area and total pore volume are not the only limitations for the adsorption capacity of activated carbons, but also the micropore volume, the charge on the material’s surface, the chemical surface of the adsorbates, and the ph of the solutions (goyal et al., 2001). the surface area had little influence in terms of proportionality of the activator concentration to the adsorption presented by the groups of activated carbon produced in this study. therefore, it is believed that the differential performance of carbonized and acidified samples with nitric acid may reveal greater microporous volume and the chemical and electrical interaction effects of the acid on the carbon surface, which affects the adsorption reaction of the material with the dye and ammonia. one of the main advantages of using activated carbon in adsorbent applications is its post-use. as they are normally produced in burning processes, the repetition of this process makes them suitable for being discarded in nature or even reused, without harming the environment. 4. conclusions the simultaneous carbonization–activation process was efficient for the activated carbon production from pumpkin seeds. activated carbon adsorbed the ammonia gas, but the higher adsorption capacity and selectivity performance at a low temperature was the activated carbon sample activated in 50% nitric acid. the results showed their potential to be used as adsorbent material with this gas. the material was also shown to be suitable for dye adsorption in wastewater with the sample activated in 30% nitric acid. the activated carbons produced in this study are promising materials to be used in cartridges of individual protection equipment for orp by a sustainable technological method with low cost and which is feasible on an industrial scale. authors’ contribution conceptualization: silva, w. j.; andrade neto, n. f. data curation: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; motta, f. v.; bomio, m. r. d. formal analysis: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; ruiz, j. a. c.; carvalho, f. c. funding acquisition: not applicable. investigation: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; carvalho, f. c. methodology: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; ruiz, j. a. c. project administration: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; longo, e.; motta, f. v.; bomio, m. r. d. resources: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; carvalho, f. c.; longo, e.; motta, f. v.; bomio, m. r. d. software: silva, w. j.; ruiz, j. a. c. supervision: silva, w. j.; ruiz, j. a. c.; longo, e.; motta, f. v.; bomio, m. r. d. validation: not applicable. visualization: not applicable. writing – original draft: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; motta, f. v.; bomio, m. r. d. writing – review & editing: silva, w. j.; andrade neto, n. f.; motta, f. v.; bomio, m. r. d. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study funding coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (capes). finance code: 2013/2998/2014. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 307546/2014. acknowledgments not applicable. references alam, m. z.; muyibi, s. a.; mansor, m. f.; wahid, r. activated carbons derived from oil palm empty-fruit bunches: application to environmental problems. j. environ. sci. 2007, 19 (1), 103–108. https://doi.org/10.1016/s10010742(07)60017-5 alothman, z. a.; habila, m. a.; ali, r.; ghafar, a. a.; eldin hassouna, m. s. valorization of two waste streams into https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p63-76 https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.1si.2022.p77-79 https://doi.org/10.1016/s1001-0742(07)60017-5 https://doi.org/10.1016/s1001-0742(07)60017-5 https://doi.org/10.1016/s1001-0742(07)60017-5 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https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20150354 https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20150354 https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20150354 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.02.007 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.02.007 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.02.007 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.02.007 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.02.007 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.02.007 https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.042 https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.042 https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.042 https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.042 https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.042 https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.042 https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.042 https://doi.org/10.2147/ijn.s24790 https://doi.org/10.2147/ijn.s24790 https://doi.org/10.2147/ijn.s24790 https://doi.org/10.2147/ijn.s24790 https://doi.org/10.2147/ijn.s24790 https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.030 https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.030 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104428 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104428 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104428 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104428 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.11.020 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.11.020 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.11.020 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.11.020 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.11.020 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.11.020 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.04.016 https://doi.org/10.1016/j.surfin.2016.10.007 https://doi.org/10.1016/j.surfin.2016.10.007 https://doi.org/10.1016/j.surfin.2016.10.007 https://doi.org/10.1016/j.surfin.2016.10.007 https://doi.org/10.1016/j.surfin.2016.10.007 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.06.014 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.06.014 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.06.014 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.06.014 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.044 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.044 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.044 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.044 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.044 https://doi.org/10.1016/j.ieri.2014.09.037 https://doi.org/10.1016/j.ieri.2014.09.037 https://doi.org/10.1016/j.ieri.2014.09.037 https://doi.org/10.1016/j.ieri.2014.09.037 https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.02.032 https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.02.032 https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.02.032 https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.02.032 https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.01.007 https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.01.007 https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.01.007 https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.01.007 https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.01.007 original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 2 | 2023 | 66 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 synthesis, structural and spectroscopic properties of co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes with 2-((2-chlorobenzylidene)amino) acetohydrazide hydrate and their antimicrobial and antioxidant activities fathi mohammed al-azab1 , yasmin mosa’d jamil1+ , amani ahmed al-gaadbi1 1. sana’a university , faculty of science, sana’a, yemen. +corresponding author: yasmin mos’ad jamil, phone: +967-771952842, email address: y.jamil@su.edu article info article history: received: november 14, 2022 accepted: february 24, 2023 published: april 01, 2023 keywords: 1. schiff base 2. powder x-ray diffraction 3. antioxidant activity section editors: rogéria rocha gonçalves abstract: the current study was purposed to prepare co(ii), ni(ii) and cu(ii) complexes with the ligands derived from 2-chlorobenzaldehyde, glycine and hydrazine hydrate. the obtained compounds were characterized by different physicochemical studies such as elemental analysis, atomic absorption, molar ratio analysis, electronic absorption (uv-vis spectroscopy), magnetic properties, ftir spectroscopy, 1h–nmr, 13c-nmr, conductance measurements and xrd. antimicrobial and antioxidant activities were also calculated. the antibacterial activity was evaluated by the diffusion method against two gram-positive and two gramnegative bacteria, while antifungal activity was assessed against two fungal strains by using the agar method. the ligand with schiff base and hydrazide groups and its complexes showed better biological activity. the results showed that the most metal complexes have much higher antibacterial and antifungal activity compared to the parent ligand. the antioxidant activity of 3.7453 mg of the ligand exhibited excellent activity as the activity of 1 mg of ascorbic acid which is used as a standard antioxidant. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 mailto:y.jamil@su.edu https://orcid.org/0000-0002-5578-2981 mailto:f.alazab@su.edu.ye https://orcid.org/0000-0003-1585-3770 https://orcid.org/0000-0001-5377-7911 mailto:a.aljadabi@su.edu.ye https://ror.org/04hcvaf32 original article revista.iq.unesp.br 67 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 1. introduction 1.1 schiff bases and hydrazides schiff bases are usually prepared by the condensation of a carbonyl compound with a primary amine (malakyan et al., 2016). imine or azomethine groups are present in various natural, natural-derived and nonnatural compounds (safoura, 2014). they are used in many fields such as biological activities, analytical chemistry, corrosion inhibitors, fungicidal, agrochemical, electrical conductivity, magnetism, ion exchange, nonlinear optics, catalysis (emriye, 2016), crystal engineering (al zoubi, 2013), and medical substrates (savalia et al., 2013). hydrazides include c(=o)nhnh2 group, and were produced as far back as 1895 by kurzius (majumdar et al., 2014). hydrazides have been used widely in medicine, catalysis, and analytical chemistry (salawu et al., 2018), and are highly useful starting materials and intermediates in the synthesis of heterocyclic intermediates in the synthesis of heterocyclic molecules. they have been investigated due to their antitumor and biocidal activity, also they have been used widely as antituberculosis compounds because of their ability to form metal chelates (mathew et al., 2006). a large number of different schiff base ligands have been used for excellent selectivity, sensitivity, and stability for specific metal ions such as ag(ii) al(iii), co(ii), cu(ii), gd(iii), hg(ii), ni(ii), pb(ii), y(iii), and zn(ii) (ashraf et al., 2011). the aim of the present work is to synthesize new compounds containing derivatives of ligands via schiff base with hydrazide which is derived from 2-chlorobenzaldehyde, glycine and hydrazine hydrate which reacted with co, ni and cu ions to form new complexes. 2. experimental 2.1 reagents and solutions all chemicals used are commercially available from bdh. 2.2 instrumentation the melting points were determined in glass capillary tubes in degrees celsius. molar conductance in dimethyl sulfoxide (dmso) (10–3 mol l–1 solution at 25 °c) and molar ratio were measured on jenway conductivity meter model 4510. the ligand and its complexes were characterized by comparison of spectroscopic data, infrared (ir) spectra of the ligand and metal complexes were measured using ft/ir – 140, jasco, japan in kbr pellets. 1h and 13c nuclear magnetic resonance (nmr) spectra were recorded in a varian ft – 300 mhz spectrometer in d6-dmso solvent using tetramethylsilane as internal standard. ultraviolet-visible (uv-vis) spectra and antioxidant activity measurements (by ferric-bipyridine method) (specord 200, analytilk jena, germany) using dmso and methanol as the reference and solvent, respectively. the magnetic susceptibilities of the complexes were measured at room temperature using gouy’s method by a magnetic susceptibility balance from johnson metthey and sherwood model. carbon, hydrogen, and nitrogen were estimated by vario elfab. nr. 11042023. the x-ray powder diffraction patterns of the ligand and the solid complexes were obtained using xd-2 (shimadzu ed720), x-ray powder diffractometer at a voltage of 35 kv and current of 20 ma using cukα radiation generator in the range 5° < 2θ < 70° with a 1 min–1 scanning rate and a wavelength of 0.154056 nm. microbiological analysis was carried out using the filter paper disc method. 2.3 synthesis of schiff base hydrazide ((2chlorobenzylidene)amino)acetohydrazide hydrate = l the solid ligand was prepared in 1:1:1 molar ratio as shown in fig. 1 by adding dropwise of an ethanolic solution of glycine (0.01 mol) to an ethanolic solution of the aldehyde (0.01 mol) with stirring. the mixture was refluxed for 3 h with constant stirring and heating (gao, 2013) until light brown solution of the schiff base is formed. then, addition of hydrazine hydrate drop by drop with constant stirring to the hot solution of the first part of the schiff base until light brown precipitate is formed. the resulting precipitate was filtered off and washed with ethanol until the solution become clear then was left to dry. 2.4 synthesis of the complexes generally, all the solid complexes were prepared as shown in fig. 2 by adding dropwise of an methanolic solution of the hydrated metal chlorides (0.008 mol) to an methanolic solution of the ligand (schiff base hydrazide 0.008 mol) with stirring. the mixture of each was refluxed for 4 to 6 h with constant stirring until colored precipitates are formed. all the materials solutions were in 1:1 molar ratio. the resulting precipitates were filtered off and washed with methanol even become a clear solution, then left them to dry. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article iq.unesp.br/ecletica 68 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 1. the schematic diagram of preparation of the ligand source: elaborated by the authors using method from gao (2013). figure 2. the schematic diagram of the synthesis method of the complexes. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article iq.unesp.br/ecletica 69 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 3. results and discussion all the compounds are colored solids and insoluble in common organic solvents except dmso (table 1). molar conductance values of these compounds were in the range of 178–205 s cm2 mol–1, indicating their electrolytic nature (g. mohamed et al., 2006) as recorded in table 2. table 1. some physical properties of the ligand and its complexes. complex proposed formula l (c9h12n3o2cl) [co(l)(h2o)3]cl2 [co(c9h16n3o4cl)]cl2 [ni(l)(h2o)2]cl2 [ni(c9h14n3o3cl)]cl2 [cu(l)(h2o)2]cl2 [cu(c9h14n3o3cl)]cl2 color light brown purple green dark green melting point (°c) 142 160 285 295 yield (%) 96.85 69.87 68.81 82.36 solubility dimethyl sulfoxide soluble soluble soluble soluble dimethylformamide soluble soluble soluble partially soluble diethyl ether partially soluble insoluble insoluble insoluble benzene soluble insoluble insoluble insoluble acetone partially soluble insoluble insoluble insoluble trichloromethane soluble insoluble insoluble insoluble tetrachloromethane soluble insoluble insoluble insoluble hexane soluble insoluble insoluble insoluble methanol soluble soluble soluble partially soluble ethanol insoluble soluble partially soluble partially soluble h2o insoluble soluble soluble soluble table 2. molecular weight, elemental analysis and molar conductance of the ligand and its complexes. complex proposed formula l [co(l)(h2o)3]cl2 [ni(l)(h2o)2]cl2 [cu(l)(h2o)2]cl2 molecular weight calc. 229.66 395.53 377.28 382.13 found 229.69 395.56 377.29 382.14 %c calc. 47.07 27.33 28.65 28.29 found 47.07 27.33 28.65 28.29 %h calc. 5.27 4.08 3.74 3.69 found 5.28 4.09 3.74 3.70 %n calc. 18.30 10.62 11.14 11 found 18.29 10.62 11.14 11.02 %m calc. 14.90 15.56 16.63 found 14.90 15.56 16.64 %ci calc. 15.43 26.89 28.19 27.83 found 15.43 26.90 28.20 27.84 molar conductance (cm2 mol–1 (ω–1) 182 205 178 3.1 molar ratio by conductivity measurements through the conductivity measurements of the ligand with the divalent metals co(ii), ni(ii) and cu(ii) in order to calculate the molar ratio between the ligand and these metals, the following was found: 1. the resulting values were high, indicating that these complexes have a conductive nature (tulu and yimer, 2018). this was also confirmed using silver nitrate; 2. the ratio between these metals and chloride ion was 1:2 (g. mohamed et al., 2006), where the resulting values were located between 186.7– 115.9 s cm2 mol–1; 3. through conductivity measurements for different concentrations of these complexes, conductivity readings were confirmed at a fixed molar value, which represents 1:1 between the ligand and these metals (ghara et al., 2017) as show in fig. 3. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article iq.unesp.br/ecletica 70 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 3. curve of the mole ratio for the ligand and the metals. 3.2 ir spectra of the ligand and its complexes comparing the ir spectral data of the ligand and its complexes (table 3 and fig. 4) confirmed the complexation through the azomethine group υc=n. the band at 1663 cm–1 assigned to υc=n in the free ligand was shifted to lower wave number in the complexes, indicating the participation of the azomethine nitrogen in coordination (jamil et al., 2022; e. mohamed et al., 2014). the ir spectra of the co(ii) complex showed a band at 1654 cm–1 which is characteristic of (c=o) group. this band is indicating coordination of this group through oxygen atom (al-salami et al., 2017). the band at 3106 cm–1 can be assigned to vibration of the nh2 group in the ligand, which shifted to higher frequencies in the complexes, which identifies coordination of the amine nitrogen (demirbaş et al., 2002). the ligand and its complexes show additional broad bands in the range 3373–3436 cm–1 due to the oh stretching of the water molecule, which is confirmed by the elemental analysis and gravimetric studies (alsalami et al., 2017; jamil et al., 2022). low intensity bands observed in far-ir region in the range 528–591 cm–1 and 436–439 cm–1 which may probably be due to the formation m-o and m-n bonds, respectively (alomari, 2010; hossain et al., 2019). other absorption bands of v(n-n) (ali et al., 1997; dzulkifli et al., 2012), v(nh) (ali et al., 1997; ejelonu et al., 2018), v(ar-cl) (emriye, 2016; kapadnis et al., 2016), v(ch2), v(c=c), (e. mohamed et al., 2014), v(ch) (al-salami et al., 2017; e. mohamed et al., 2014), v(nh2) (demirbaş et al., 2002) are given in table 3. table 3. significant ir spectral bands (cm–1) of the ligand and its complexes. compounds l [co(l)(h2o)3]cl2 [ni(l)(h2o)2]cl2 [cu(l)(h2o)2]cl2 c=n 1663w 1616s 1616s 1617m c=o 1685w 1654w 1682w 1685s c=c 1588m 1588m 1586m 1580w c-n 1390m 1412s 1411s 1411m nh 3068w.br 3068w.br 3069w.br 3067w nh2 3106br 3347s 3180w 3250w =c-h 3033w 3031w 3032w 3030w.br n-n 1047s 1046s 1045s 1051m ch2 1465s 1464m 1464m 1458m ph-cl 869m 868w 863m 870w oh 3432br 3408br 3373br 3432br m-n 591m 528m 580w m-o 436m 435m 439w w = weak, m = medium, s = strong, br = broad. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 71 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 4. ir spectra of the ligand and its complexes. 3.3 nmr spectroscopy of the ligand 3.3.1 1hnmr the resonance of protons has been assigned on the basis of their integration and multiplicity pattern. the 1hnmr spectra of the ligand (table 4 and fig. 5) in dmso exhibits signal at 8.55 ppm attributed to ch=n proton (al-salami et al., 2015). the signals within the 6.85 and 6.88 ppm are assigned to the nh and nh2 respectively (mathew et al., 2006). spectra of aromatic range was observed at 7.67–7.70 ppm (sakhare et al., 2015). the signals appeared at 2.50 and 3.20 ppm were indicated the protons of ch2 (al-garawi et al., 2012) and h2o, respectively. 3.3.2 13c nmr the 13cnmr spectra provide further support for the structural characterization of the ligand (table 4 and fig. 6) 13c nmr spectral data of the ligand has signal at 160.35 attributed to carbon of ch=n(neelofar et al., 2017). the aromatic carbon signals are present in the range 115.82–130.08 ppm (oğuzhan et al., 2017). the 13cnmr spectral data of the carbon amide and ch2 group are present at 160.58 (shneine et al., 2017) and 40.00 ppm (neelofar et al., 2017), respectively. the structural formula of the ligand (fig. 7). table 4. 1h and 13c nmr positions (ppm) of the ligand. nmr spectroscopy of the ligand 1hnmr 13c nmr site chemical shift (ppm) site chemical shift (ppm) ch=n8.55 ch=n160.35 nh 6.85 a.r. 115.82-130.08 nh2 6.88 ch2 40.00 a.r. 7.67-7.70 c=o 160.58 ch2 2.50 h2o 3.20 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 72 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 5. 1hnmr spectrum of the ligand. figure 6. 13cnmr spectrum of the ligand. figure 7. the structural formula of the ligand. 3.4 magnetic and electronic of the ligand and its complexes the absorption spectrum of the ligand (fig 11a) shows two absorption bands appearing at 45,454 and 33,333 cm–1. the band appearing at low energy side at 33,333 cm–1 in the ligand is attributed to n-π* transitions of conjugation between the lone pair of electrons of p orbital of n-atom in c=n group and a conjugated π bond of aromatic rings (hossain et al., 2019). the band appearing at higher energy 45,454 cm–1 arise from π-π* transition within the phenyl and π-π* transitions of the c=n group (sarwar et al., 2018). the electronic spectrum of the co(ιι) complex as shown in figs. 8 and 11b and table 5, octahedral is suggested. this is based on the appearance of 13,513 cm–1 in the spectra recorded in dmso solution, which is attributed to the 4t1g→ 4a2g (ν2) transitions (patel et al., 2012; yousef et al., 2016), also co(ii) complex has magnetic moment of 4.8 bohr's magneton, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 73 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 bm, which lie in the range reported for octahedral geometry around the co(ii) ion (sharma et al., 1994; tulu and yimer, 2018). moreover, the purple color of the complex is in good agreement with this reported for octahedral co(ii) complex (tulu and yimer, 2018). the magnetic measurements indicates that ni(ii) complex is a diamagnetic (tulu and yimer, 2018) and the electronic spectra of this complex in dmso solution (fig,11c and table 5) showed two bands in 21,276 and 18,867 cm–1 attributed to 1a1g →1a2 g and 1a1g →b1g transitions, respectively, for square planar ni(ii) complex (fig. 9) and the green color of this complex is additional evidence for square planar structure (aljiboury and al-nama, 2019). the electronic spectrum (fig. 11d) of cu(ii) complex show one band at 21,730 cm–1, assigned to the transitions 2b1g→2a1g, indicating square-planar geometry (table 5 and fig. 10) (mahmood et al., 2013). this geometry is further supported as the values of the magnetic moment obtained 1.87 b.m, which is lying in the range reported for a square-planar structure (mahmood et al., 2013; mishra et al., 2012). the green color of this complex is additional evidence for square planar structure (mahmood et al., 2013). also, the bands at 24,390, 22,222, and 24,691 cm–1 should be attributed to the charge transfer of co(ii) (mahmood et al., 2013), ni(ii) (g. mohamed et al., 2006) and cu(ii) complexes (hossain et al., 2019), respectively. table 5. magnetic moment, electronic spectral data in dmso solution for the ligand and its complexes. compounds l [co(l)(h2o)3]cl2 [ni(l)(h2o)2]cl2 [cu(l)(h2o)2]cl2 µeff (b.m.) 2.6 1.87 uv bands (cm–1) π→π* 45,454 n→π* 33,333 charge transfer bands (cm–1) 24,390 22,222 24,691 d-d transition bands (cm–1) 13,513 18,867, 21,276, 13,698 21,739 supposed structure octahedral square planar square planar figure 8. complex containing the ligand with co(ii). figure 9. complex of the ligand with ni(ii). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 74 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 10. complex of the ligand with cu(ii). figure 11. uv-visible electronic spectra of the ligand and its complexes in dmso solution. (a) for the ligand; (b) for the co complex; (c) for the ni complex; (d) for the cu complex. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article iq.unesp.br/ecletica 75 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 3.5 powder x-ray diffraction of the ligand and its complexes the powder x-ray powder diffraction patterns for the free ligand and its complexes were carried out in order to obtain an idea about the lattice dynamics of the resulted complexes. x-ray of these compounds are recorded and shown in figs. 12 and 13. the values of particle size, strain and relative intensity (%) of compounds are compiled in table 6. the crystallite size could be estimated from x-ray diffraction (xrd) patterns by applying full width at half maximum (fwhm) of the characteristic peaks using debyescherrer eq. 1 (al-maydama et al., 2018; refat et al., 2014a; b) and williamson-hall eq. 2 (abed et al., 2019). 𝐷 = 𝐾𝜆/𝛽 cos 𝜃 (1) 𝐷 = 𝐾𝜆/𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝𝑡 (2) where k is scherrer constant and equals 0.94, λ is the xray wavelength of cu-kα radiation (0.15405 nm), β is fwhm, and θ is bragg diffraction angle in radian. the particle size of these compounds is located within the nano scale range (12.59–35.32 nm). the strain calculated by applying williamson-hall eq. 2 (abed et al., 2019) which mean the slope as eq. 3. 𝑆𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛 (𝜀) = 𝛽 cos 𝜃 / sin 𝜃 (3) it was shown through crystal strain from william’s equation that the ligand, co(ii) and cu(ii) complexes have the property of crystal tensile, while the ni(ii) complex has the property of crystal compressive, which corresponds to the size of the crystals. it was found that the higher the compressive which negative values, the smaller the crystal size, while the higher the tensile with positive values, the higher the crystal size, and this is what was clarified in table 6. the percentage of crystallinity, xc(%), was calculated on the basis of the integrated peak areas of the principal peaks (al-maydama et al., 2018). the crystallinity of the complex is calculated relative to the crystallinity of the ligand as a ratio (eq. 4). 𝑋𝐶(%) = 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑥 𝐴𝑙𝑖𝑔𝑎𝑛𝑑 × 100 (4) where acomplex and aligand are the areas under the principal peaks of the complex and the ligand sample, respectively. the results of these calculations were that the crystalline percentage of the ni(ii) complex is high compared to the ligand, while it was low for the co(ii) and cu(ii) complexes when compared to the ligand. table 6. xrd spectral data of the highest value of intensity of the ligand and its complexes. compounds θ (radian) β(fwhm) (radian) βcosθ 4sinθ d(nm) scherr mean d(nm) w-h d(nm) strain (ε) *10-4 x% l 0.1744 0.004660 0.004589 0.6939 31.55 26.66 31.48 11 100 0.2047 0.006842 0.006699 0.8132 21.62 0.2381 0.005498 0.005343 0.9433 27.11 0.2656 0.005690 0.005490 10.501 26.38 [co(l)(h2o)3]cl2 0.1735 0.008116 0.007994 0.6905 18.12 21.87 20.40 0.2 80.66 0.2000 0.004721 0.004636 0.7947 31.24 0.2311 0.009564 0.009310 0.9161 15.55 0.2663 0.006651 0.006415 10.528 22.57 [ni((l)(h2o)2]cl2 0.1737 0.008186 0.008062 0.6912 17.96 20.76 12.59 –49 130.79 0.2068 0.006650 0.006508 0.8214 22.25 0.2323 0.008796 0.008560 0.9209 16.92 0.2665 0.005794 0.005590 10.535 25.91 [cu(l)(h2o)2]cl2 0.1744 0.00481 0.004727 0.6939 30.64 28 35.32 16 75.99 0.2133 0.005515 0.005390 0.8467 26.87 0.2372 0.007871 0.007651 0.9399 18.93 0.2554 0.004206 0.004061 10.103 35.59 http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 76 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 12. xrd patterns of the ligand and its complexes. (a) for the ligand; (b) for the co complex; (c) for the ni complex; (d) for the cu complex. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 77 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 13. particle size and strain by w-h of the ligand and its complexes. (a) for the ligand; (b) for the co complex; (c) for the ni complex; (d) for the cu complex. 3.6 the ligand as antioxidant the 2((2-chlorobenzylidene)amino)acetohydrazide hydrate=(l) has been synthesized, and the antioxidant properties were studied using ferric-bipyridine reducing capacity of total antioxidants method (naji et al., 2020). as it was found that this ligand can be used as an antioxidant compared to ascorbic acid, which was used as a standard material in this analysis, but with less effectiveness than ascorbic acid, which gave 3.7453 mg compared with ascorbic acid, which was 1 mg, while the standard deviation of this ligand was ± 9.67 × 10–8. 3.7 antimicrobial of the ligand and its complexes this analysis of the ligand and its mineral complexes clearly demonstrated that they have antibacterial and antifungal activity (table 7, figs. 14 and 15). comparison of the biological evaluation of the ligand and its complexes with standards of gentamicin (antibacterial agent), nystatin, miconazole, itraconazole https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 78 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 and metronidazole (antifungal agents). the results of the highest-to-lowest-impact items can be summarized as follows: a. staphylococcus aureus ni > co > cu > ligand b. bacillus subtilis co > cu > ni > ligand c. pseudomonas aeruginosa co > ni > ligand > cu d. escherichia coli ni > ligand > cu e. aspergillus flavus ni > co > cu > ligand f. candida albicans ligand = co > ni > cu from these results, we can summarize that: 1. generally, the active property of the free ligand and complexes against the used strains is enhanced; 2. the growth of s. aureus and a. flavus are inhibited by complex of ni(ii), co(ii), cu(ii), and the ligand, respectively; 3. bacillus subtilis is inhibited by complex of co(ii) more than complexes of cu(ii), ni(ii) and the ligand. the growth of e. coli is just inhibited by complex of ni(ii), the ligand and complex of cu(ii) compared to the complex of co(ii) there is no inhibition; 4. the inhibition zone of co(ii) complex toward p. aeruginosa was more than that of ni(ii), cu(ii) complexes and the ligand. 5. the ligand and complex of co(ii) have the same worthy effect against c. albicans, which are more than complexes of ni(ii) and cu(ii). figure 14. diagram effect of the ligand and its complexes on the growth of bacteria and fungi (zone of inhibition in mm). table 7. effect of the ligand and its complexes on the growth of bacteria and fungi (zone of inhibition in mm). compound (1000 μg ml–1) inhibition zone diameter (mm) bacteria fungi gram positive gram negative staphylococcus aureus bacillus subtilis pseudomonas aeruginosa escherichia coli aspergillus flavus candida albicans control dmso 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 s ta n d ar d antibacterial agent gentamicin 120 μg ml–1 23 22 25 23 a n ti fu n g al a g en t nystatin 100 μg ml–1 25 21 miconazole 50 μg ml–1 8 22 itraconazole 30 μg ml–1 18 20 metronidazole 5 μg ml–1 10 17 l 9 6 7 8 13 17 [co(l)(h2o)3]cl2 15 21 23 0 30 16 [ni (l)(h2o)2]cl2 20 7 9 9 34 17 [cu (l)(h2o)2]cl2 10 15 5.5 5 15 13 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 79 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 figure 15. biological activity of the ligand and its complexes . against (a) staphylococcus aureus; (b) bacillus subtilis (c) pseudomonas aeruginosa; (d) escherichia coli; (e) bacillus subtilis; (f) pseudomonas aeruginosa. according to the concept of cell permeability, since the lipid membrane that surrounds the cell favors the passage of lipid-soluble substances since lipid solubility is an important factor, so the polarity of the metal ion is greatly reduced due to the overlap of the orbitals of the metal ion with the bound. it increases the delocalization of electrons on the chelated rings and enhances the lipophilicity of the complexes, which facilitates the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 original article revista.iq.unesp.br 80 eclética química, vol. 48, n. 2, 2023, 66-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.2.2023.p66-82 penetration of the lipid membranes of microorganisms and facilitates the closure of the metal bonding sites with enzymes. these compounds deactivate various cellular enzymes, which play a vital role in the various metabolic pathways of these organisms. it has also been suggested that the final action of the toxin is denaturation of one or more cell proteins, impairing normal cellular processes (jamil et al., 2022; omer and al-daher, 2019; refat et al., 2015; reiss et al., 2021). 4. conclusions the schiff base hydrazide ligand derived from the condensation of 2-chlorobenzaldehyde, glycine and hydrazine hydrate have been successfully synthesized. these ligand were complexed with using co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions. coordination of amine nitrogen (-nh2) and azomethine nitrogen (-c=n-) with ni(ii) and cu(ii) in additional to oxygen of carbonyl group with co(ii). these compounds have been indicated by various studies; hence, it has been liable for imparting the stability to the complexes. the structures of these compounds were characterized by elemental, 1hnmr, 13cnmr, ftir spectra, molar ratio, xrd diffraction, uv-vis spectra, and magnetic studies. the coordination of the ligand with co(ii), ni(ii) and cu(ii) ions showed molar ratio of 1:1. the complexes of co(ii) and cu(ii) presented square planar geometries, while ni(ii) presented octahedral geometry. antioxidant study for the ligand provided its activity. the ligand with schiff base and hydrazide groups and its complexes showed better biological activity. the results showed that the metal complexes have much higher antibacterial and antifungal activity compare to the parent ligand. it was found that the co(ii) complex was more effective than other metal complexes used against all types of bacteria and it was more effective against p. aeruginosa with diameter inhibition zone of 23 mm, while ni(ii) complex was more effective than other complexes used against two types of fungi and it was more effective against a. flavus than c. albicans. authors’ contribution conceptualization: al-azab, f. m.; jamil, y. m. data curation: al-azab, f. m.; jamil, y. m.; algaadbi, a. a. formal analysis: al-azab, f. m.; jamil, y. m.; algaadbi, a. a. funding acquisition: not applicable. investigation: al-azab, f. m.; jamil, y. m.; al-gaadbi, a. a. methodology: jamil, y. m.; al-azab, f. m. project administration: jamil, y. m.; al-azab, f. m. resources: al-azab, f. m.; jamil, y. m.; al-gaadbi, a. a. software: jamil y. m.; al-gaadbi a. a. supervision: al-azab, f. m.; jamil, y. m. validation: al-azab, f. m. visualization: al-azab, f. m.; jamil, y. m.; al-gaadbi, a. a. writing – original draft: al-gaadbi, a. a. writing – review & editing: jamil, y. m. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references abed, a. h.; khodair z. t.; al-saadi, t. m.; al-dhahir, t. a. study the evaluation of williamson–hall (w-h) strain distribution in silver nanoparticles prepared by sol-gel method. aip conf. proc. 2019, 2123 (1), 020019. https://doi.org/10.1063/1.5116946 al zoubi, w. biological activities of schiff bases and their complexes: a review of recent works. int. j. org. chem. 2013, 3 (3a), 73–95. https://doi.org/10.4236/ijoc.2013.33a008 al-garawi, z. s. m.; 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only the first letter should be in uppercase letter. subsections, numbered as exemplified, should be written in normal and italic letters; only the first letter should be in uppercase letter. example: 1. introduction 1.1 history 2. experimental 2.1 surface characterization 2.1.1 morphological analysis b. reviews review articles should be original and present state-of-the-art overviews in a coherent and concise form covering the most relevant aspects of the topic that is being revised and indicate the likely future directions of the field. therefore, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/editorialpolicies#focusandscope author guidelines revista.iq.unesp.br before beginning the preparation of a review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the review manuscript. the editor will communicate his decision in two weeks. receiving this type of manuscript does not imply acceptance to be published in eclet. quim. it will be peer-reviewed. c. short reviews short reviews should present an overview of the state-of-the-art in a specific topic within the scope of the journal and limited to 5,000 words. consider a table or image as corresponding to 100 words. before beginning the preparation of a short review manuscript, send a letter (one page maximum) to the editor with the subject of interest and the main topics that would be covered in the short review manuscript. d. communications communications should cover relevant scientific results and are limited to 1,500 words or three pages of the journal, not including the title, authors’ names, figures, tables and references. however, communications suggesting fragmentation of complete contributions are strongly discouraged by editors. e. technical notes descriptions of methods, techniques, equipment or accessories developed in the authors’ laboratory, as long as they present chemical content of interest. they should follow the usual form of presentation, according to the peculiarities of each work. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, etc. f. articles in education in chemistry and chemistry-correlated areas research manuscript related to undergraduate teaching in chemistry and innovative experiences in undergraduate and graduate education. they should have a maximum of 25 pages, including figures, tables, diagrams, and other elements. 3. special issues special issues with complete articles dedicated to symposia and congresses and to special themes or in honor of scientists with relevant contributions in chemistry and correlate areas can be published by eclet. quim. under the condition that a previous agreement with editors is established. all the guides of the journal must be followed by the authors. 4. approval ensure all authors have seen and approved the final version of the article prior to submission. all authors must also approve the journal you are submitting to. ethical guidelines before starting the submission process, please be sure that all ethical aspects mentioned below were followed. violation of these ethical aspects may preclude authors from submitting or publishing articles in eclet. quim. a. coauthorship: the corresponding author is responsible for listing as coauthors only researchers who have really taken part in the work, for informing them about the entire manuscript content and for obtaining their permission to submit and publish it. two corresponding authors for an article may be accepted provided both have equivalent contribution to the article, being one of them permanent in the institution. b. nonauthors: explicit permission of a nonauthor who has collaborated with personal communication or discussion to the manuscript being submitted to eclet. quim. must be obtained before being cited. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica author guidelines revista.iq.unesp.br c. unbiased research: authors are responsible for carefully searching for all the scientific work relevant to their reasoning irrespective of whether they agree or not with the presented information. d. citation: authors are responsible for correctly citing and crediting all data taken from other sources. this requirement is not necessary only when the information is a result of the research presented in the manuscript being submitted to eclet. quim. e. direct quotations: the word-for-word reproduction of data or sentences as long as placed between quotation marks and correctly cited is not considered ethical deviation when indispensable for the discussion of a specific set of data or a hypothesis. f. do not cite: master’s degree dissertations and phd theses are not accepted; instead, you must cite the publications resulted from them. g. plagiarism: plagiarism, self-plagiarism, and the suggestion of novelty when the material was already published are unaccepted by eclet. quim. before reviewing a manuscript, the turnitin antiplagiarism software will be used to detect any ethical deviation. h. simultaneous submissions: of the same manuscript to more than one journal is considered an ethical deviation and is conflicted to the declaration has been done below by the authors. i. studies with humans or other animals: before submitting manuscripts involving human beings, materials from human or animals, the authors need to confirm that the procedures established, respectively, by the institutional committee on human experimentation and helsinki’s declaration, and the recommendations of the animal care institutional committee were followed. editors may request complementary information on ethical aspects. copyright notice the corresponding author transfers the copyright of the submitted manuscript and all its versions to eclet. quim., after having the consent of all authors, which ceases if the manuscript is rejected or withdrawn during the review process. when a published manuscript in eclet. quim. is also published in another journal, it will be immediately withdrawn from eclet. quim. and the authors informed of the editor decision. self-archive to institutional, thematic repositories or personal webpage is permitted just after publication. the articles published by eclet. quim. are licensed under the creative commons attribution 4.0 international license. publication charges eclética química is supported by the institute of chemistry/unesp and publication is free of charge for authors. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/ author guidelines revista.iq.unesp.br manuscript preparation cover letter we provide a template to help you prepare your cover letter. to download it, click here. the cover letter must include: 1. identification of authors a. the authors’ full names (they must be written in full and complete, separated by comma) joão m. josé incorrect j. m. josé incorrect joão maria josé correct! b. e-mail addresses and affiliations (neither more nor less than two instances) of all authors; c. orcid id links; d. a plus sign (+) indicating the corresponding author and your contact phone number. example: author full name1+, author full name2 1. university, faculty or institute, city, country. 2. company, division or sector or laboratory, city, country. + author 1: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx, phone: +xx xxxxxxxx author 2: address@mail.com, orcid: https://orcid.org/xxxx-xxxx-xxxx-xxxx, phone: +xx xxxxxxxx 2. authors’ contribution we request authors to include author contributions according to credit taxonomy standardized contribution descriptions. credit (contributor roles taxonomy) is a high-level taxonomy, including 14 roles, that can be used to represent the roles typically played by contributors to scientific scholarly output. the roles describe each contributor’s specific contribution to the scholarly output. a. please, visit this link (https://casrai.org/credit/) to find out which role(s) the authors fit into; b. do not modify the role names; do not write “all authors” in any role. do not combine two or more roles in one line. c. if there are any roles that no author has engaged in (such as funding in papers that were not funded), write “not applicable” in front of the name of the role; d. write the authors’ names according to the american chemistry society (acs) citation style. example: conceptualization: foster, j. c.; o’reilly, r. k. data curation: varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. formal analysis: foster, j. c.; varlas, s. funding acquisition: not applicable. investigation: foster, j. c.; o’reilly, r. k. methodology: coe, j.; o’reilly, r. k. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/8 https://casrai.org/credit/ https://casrai.org/credit/ https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 author guidelines revista.iq.unesp.br project administration: o’reilly, r. k. resources: coe, j. software: not applicable. supervision: o’reilly, r. k. validation: varlas, s.; couturaud, b. visualization: foster, j. c. writing – original draft: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. writing – review & editing: foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. 3. indication of reviewers we kindly ask the authors to suggest five suitable reviewers, providing full name, affiliation, and email. 4. other information a. the authors must write one paragraph remarking the novelty and relevance of the work; b. the corresponding author must declare, on behalf of the other authors, that the manuscript being submitted is original and its content has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere; c. the authors must inform if there is any conflict of interest. 5. acknowledgements and funding acknowledgements and funding information will be requested after the article is accepted for publication. 6. data availability statement a data availability statement informs the reader where the data associate with your published work is available, and under what conditions they can be accessed. therefore, authors must inform if: data will be available upon request; all dataset were generated or analyzed in the current study; or data sharing is not applicable. manuscript we provide a template to help you prepare your manuscript. to download it, click here. 1. general rules only manuscripts written in english are accepted. british or american usage is acceptable, but they should not be mixed. non-native english speakers are encouraged to have their manuscripts professionally revised before submission. manuscripts must be sent in editable files as *.doc, *.docx or *.odt. the text must be typed using font style times new roman and size 12. space between lines should be 1.5 mm and paper size a4, top and bottom margins 2.5 cm, left and right margins 2.0 cm. all contributions must include an abstract (170 words maximum), three to five keywords and a graphical abstract (8 cm wide × 8 cm high). appendix should be included at the end of the main text of the manuscript. supplementary information: all type of articles accepts supplementary information (si) that aims at complementing the main text with material that, for any reason, cannot be included in the article. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/7 author guidelines revista.iq.unesp.br title the title should be concise, explanatory and represent the content of the work. the title must have only the first letter of the sentence in uppercase. the following are not allowed: acronyms, abbreviations, geographical location of the research, en or em dashes (which must be replaced by a colon). titles do not have full point. abstract abstract is the summary of the article. the abstract must be written as a running text not as structured topics, but its content should present background, objectives, methods, results, and conclusion. it cannot contain citations. the text should be written in a single paragraph with a maximum of 170 words. keywords keywords are intended to make it easier for readers to find the content of your text. as fundamental tools for database indexing, they act as a gateway to the text. the correct selection of keywords significantly increases the chances that a document will be found by researchers on the topic, and consequently helps to promote the visibility of an article within a myriad of publications. figures, tables and equations figures, tables and equations must be written with initial capital letter followed by their respective number and period, in bold, without adding zero “table 1”, preceding an explanatory title. tables, figures and equations should appear after the first citation and should be numbered according to the ascending order of appearance in the text (1, 2, 3...). figures, tables, schemes and photographs already published by the same or different authors in other publications may be reproduced in manuscripts of eclet. quim. only with permission from the editor house that holds the copyright. nomenclature, abbreviations, and symbols should follow iupac recommendations. data availability statement the data availability statement informs the reader where the data associate with your work is available, and under what conditions they can be accessed. they also include links (where applicable) to the data set. a. the data are available in a data repository (cite repository and the doi of the deposited data); b. the data will be available upon request; c. all data sets were generated or analyzed in the current study; d. data sharing is not applicable (in cases where no data sets have been generated or analyzed during the current study, it should be declared). graphical abstract the graphical abstract must summarize the manuscript in an interesting way to catch the attention of the readers. as already stated, it must be designed with 8 cm wide × 8 cm high, and a 900-dpi resolution is mandatory for this journal. it must be submitted as *.jpg, *.jpeg, *.tif or *.ppt files as supplementary file. we provide a template to help you prepare your ga. to download it, click here. supplementary information when appropriate, important data to complement and a better comprehension of the article can be submitted as supplementary file, which will be published online and will be made available as links in the original article. this might include additional figures, tables, text, equations, videos or other materials that are necessary to fully document the research contained in the paper or to facilitate the readers’ ability to understand the work. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/libraryfiles/downloadpublic/9 author guidelines revista.iq.unesp.br supplementary material should be presented in appropriate .docx file for text, tables, figures and graphics. all supplementary figures, tables and videos should be referred in the manuscript body as “table s1, s2…”, “fig. s1, s2…” and “video s1, s2 …”. at the end of the main text the authors must inform: this article has supplementary information. supplementary information will be located following the article with a different doi number from that of the article, but easily related to it. citation style guide from 2021 on, the journal will follow the acs citation style. indication of the sources is made by authorship and date. so, the reference list is organized alphabetically by author. each citation consists of two parts: the in-text citation, which provides brief identifying information within the text, and the reference list, a list of sources that provides full bibliographic information. we encourage the citation of primary research over review articles, where appropriate, in order to give credit to those who first reported a finding. find out more about our commitments to the principles of san francisco declaration on research assessment (dora). what information you must cite? a. exact wording taken from any source, including freely available websites; b. paraphrases of passages; c. summaries of another person’s work; d. indebtedness to another person for an idea; e. use of another researchers’ work; f. use of your own previous work. you do not need to cite common knowledge. example: water is a tasteless and odorless liquid at room temperature (common knowledge, no citation needed) in-text citations you can choose the cite your references within or at the end of the phrase, as showed below. within the cited information: one author: finnegan (2004) states that the primary structure of this enzyme has also been determined. two authors: finnegan and roman (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. three or more authors: finnegan et al. (2004) state that the structure of this enzyme has also been determined. preprint reference: finnegan et al. (2004, preprint) state that the structure of this enzyme has also been determined. at the end of the cited information: one author: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan, 2004). two authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan and roman, 2004). three or more authors: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004). preprint reference: the primary structure of this enzyme has also been determined (finnegan et al., 2004, preprint). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsguide.40303 https://sfdora.org/ https://sfdora.org/ author guidelines revista.iq.unesp.br if you need to cite more than one reference in the same brackets, separate them with semicolon and write them in alphabetic order: the primary structure of this enzyme was determined (abel et al., 2011; borges, 2004; castro et al., 2021). bibliographic references article from scientific journals foster, j. c.; varlas, s.; couturaud, b.; coe, j.; o’reilly, r. k. getting into shape: reflections on a new generation of cylindrical nanostructures’ self-assembly using polymer building block. j. am. chem. soc. 2019, 141 (7), 2742−2753. https://doi/10.1021/jacs.8b08648 book hammond, c. the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015. book chapter hammond, c. crystal symmetry. in the basics of crystallography and diffraction, 4th ed.; international union of crystallography texts on crystallography, vol. 21; oxford university press, 2015; pp 99−134. book with editors mom the chemistry professor: personal accounts and advice from chemistry professors who are mothers, 2nd ed.; woznack, k., charlebois, a., cole, r. s., marzabadi, c. h., webster, g., eds.; springer, 2018. website acs publications home page. https://pubs.acs.org/ (accessed 2019-02-21). document from a website american chemical society, committee on chemical safety, task force for safety education guidelines. guidelines for chemical laboratory safety in academic institutions. american chemical society, 2016. https://www.acs.org/content/dam/acsorg/about/governance/committees/chemicalsafety/publications/acs-safetyguidelines-academic.pdf (accessed 2019-02-21). conference proceedings nilsson, a.; petersson, f.; persson, h. w.; jönsson, h. manipulation of suspended particles in a laminar flow. in micro total analysis systems 2002, proceedings of the μtas 2002 symposium, nara, japan, november 3−7, 2002; the netherlands, 2002; pp 751−753. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0504-3_50 governmental and legislation information department of commerce, united states patent and trademark office. section 706.02 rejection of prior art [r07.2015]. manual of patent examining procedure (mpep), 9th ed., rev. 08.2017, last revised january 2018. https://www.uspto.gov/web/offices/pac/mpep/s706.html#d0e58220 (accessed 2019-03-20). preprint fugivara, c. s.; guilherme, l. h.; benedetti, a. v. microstructure of a passive film galvanostatically grown on stainless steel. chemrxiv. 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save and continue. in step 2, you will upload your manuscript. remember it will pass through a double-blind review process. so, do not provide any information on the authorship. in step 3, enter submission’s metadata: authors’ full names, valid e-mail addresses and orcid id links (with “http” not “https”). add title, abstract, contributors and supporting agencies, and the list of references. in step 4, upload the cover letter, the graphical abstract and other supplementary material you want to include in your manuscript. in step 5, you will be able to check all submitted documents in the file summary. if you are certain that you have followed all the rules until here, click in finish submission. review process the time elapsed between the submission and the first response of the reviewers is around three months. the average time elapsed between submission and publication is around seven months. resubmission (manuscripts “rejected in the present form” or subjected to “revision”) must contain a letter with the responses to the comments/criticism and suggestions of reviewers/editors should accompany the revised manuscript. all modifications made to the original manuscript must be highlighted. if you want to check our editorial process, click here. editor’s requirements authors who have a manuscript accepted in eclet. quim. may be invited to act as reviewers. only the authors are responsible for the correctness of all information, data and content of the manuscript submitted to eclet. quim. thus, the editors and the editorial board cannot accept responsibility for the correctness of the material published in eclet. quim. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://pubs.acs.org/userimages/contenteditor/1246030496632/chapter14.pdf https://libguides.williams.edu/citing/acs https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica/about/submissions https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica/login https://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/about/submissions author guidelines revista.iq.unesp.br proofs after accepting the manuscript, eclet. quim. technical assistants will contact you regarding your manuscript page proofs to correct printing errors only, i.e., other corrections or content improvement are not permitted. the proofs shall be returned in three working days (72 h) via email. appeal authors may only appeal once about the decision regarding a manuscript. to appeal against the editorial decision on your manuscript, the corresponding author can send a rebuttal letter to the editor, including a detailed response to any comments made by the reviewers/editor. the editor will consider the rebuttal letter, and if dimmed appropriate, the manuscript will be sent to a new reviewer. the editor decision is final. contact if you have any question, please contact our team: prof. assis vicente benedetti editor-in-chief assis.v.benedetti@unesp.br letícia amanda miguel technical support ecletica@ctrlk.com.br https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica mailto:assis.v.benedetti@unesp.br mailto:ecletica@ctrlk.com.br original article iq.unesp.br/ecletica | vol. 46 | special issue 1 | 2021 | 53 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 production and biochemical characterization of xylanases synthesized by the thermophilic fungus rasamsonia emersonii s10 by solid-state cultivation jéssica de araujo zanoni1 , isabela brunozi de oliveira1 , olavo micali perrone1 , julieth orduña ortega2 , maurício boscolo1 , eleni gomes1 , gustavo orlando bonilla-rodriguez1+ 1. são paulo state university, institute of biosciences, languages and exact sciences, são josé do rio preto, brazil. 2. universidad santiago de cali, facultad de ciencias basicas, cali, colombia. +corresponding author: gustavo orlando bonilla rodriguez, phone: +55 17 3221-2361, email address: gustavo.b.rodriguez@unesp.br article info article history: received: july 03, 2020 accepted: november 11, 2020 published: april xx, 2021 keywords 1. endoxylanases 2. thermostability 3. sugarcane bagasse 4. thermophilic fungus 5. solid-state cultivation abstract: the xylanolytic enzyme complex hydrolyzes xylan, and these enzymes have various industrial applications. the goal of this work was to characterize the endoxylanases produced by the thermophilic fungus rasamsonia emersonii in solid-state cultivation. tests were carried out to evaluate the effects of ph, temperature, glycerol and phenolic compounds on enzyme activity. thermal denaturation of one isolated enzyme was evaluated. the crude extract from r. emersonii was applied to breakdown pretreated sugarcane bagasse, by quantifying the release of xylose and glucose. the optimum ph value for the crude enzymatic extract was 5.5, and 80 °c was the optimum temperature. regarding the stability of the crude extract, the highest values occurred between the ph ranges from 4 to 5.5. several phenolic compounds were tested, showing an increase in enzymatic activity on the crude extract, except for tannic acid. zymography displayed four corresponding endoxylanase bands, which were isolated by extraction from a polyacrylamide gel. the thermodynamic parameters of isolated xylanase c were evaluated, showing a half-life greater than 6 h at 80 °c (optimum temperature), in addition to high melting temperature (93.3 °c) and structural resistance to thermal denaturation. pretreated sugarcane bagasse breakdown by the crude enzymatic extract from r. emersonii has good hemicellulose conversion to xylose. hemicellulose enzymatic bioconversion by endoxylanases from fungus http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 mailto:gustavo.b.rodriguez@unesp.br http://orcid.org/0000-0002-1431-4428 http://orcid.org/0000-0001-7798-1810 http://orcid.org/0000-0003-0740-1862 http://orcid.org/0000-0001-5517-9480 http://orcid.org/0000-0003-4541-6352 http://orcid.org/0000-0003-0935-1387 http://orcid.org/0000-0001-9902-2557 original article iq.unesp.br/ecletica 54 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 1. introduction the negative effects resulting from the growing demand for fossil fuel energy have mobilized the international community in the search for renewable fuels1,2⁠. an alternative is the use of biofuels, and, among them bioethanol, or second-generation ethanol (2g), obtained by the fermentation of sugars present in plant residues3,4⁠. the plant cell wall matrix is lignocellulosic and composed of cellulose fibrils with a protective layer of hemicellulose and lignin. covalent bonds ensure cell wall rigidity and high resistance to microbial degradation5. cellulose is the primary constituent6⁠, followed by hemicellulose, which is composed by different linked monomers, resulting in a branched heteropolysaccharide. these monomers include pentoses (d-xylose, l-arabinopyranose, larabinofuranose), hexoses (d-glucose, d-mannose, dgalactose), hexuronic acids (d-glycuronic, d-4-omethylglycuronic, d-galacturonic) and deoxyhexoses (l-rhamnose and l-fucose)7 ⁠. xylan, a polymer of dxylose, is the primary polymer constituent of hemicelluloses. xylanases degrade xylan by hydrolyzing the β 1,4 glycosidic bonds producing xylooligosaccharides (xos) and β–xylosidases convert them to xylose. however, xylan has more structural complexity, containing β-d-xylopyranoside residues linked by β 1,4 glycosidic bonds associated with other sugars, forming glucuronoxylans, glucuronoarabinoxylans, glucomannans, arabinogalactans and galactoglucomannans8⁠. because of this heterogeneity, their complete hydrolysis requires several enzymes acting synergistically to convert their disaccharides and constituent monosaccharides into its subunits9,10⁠. industry uses enzymes of the xylanolytic complex in different processes. for example, the paper industry uses enzymes in the bleaching stage to replace chlorine, as they promote the removal of xylan linked to the lignin, facilitating the bleaching of lignin11⁠. they are also used in the pretreatment of arabinoxylan found in the substrate in beer production, reducing the viscosity and facilitating the process of filtration. these enzymes are employed in the production of bread, by increasing the volume of the product, making the dough soft and loose12 ⁠. filamentous fungi are the major producers of enzymes of the xylanolytic complex, followed by macromycetes, bacteria, seaweed and some germinating plant seeds8 ⁠. fungal enzymes for biotechnological purposes can be produced in two main ways: by cultivation in solid-state (css) or by submerged culture (csm). the csm is characterized by the high availability of free water in the culture medium13⁠. to promote the aeration necessary for the growth of filamentous fungi, it is necessary to agitate the culture medium, but the constant agitation during the growth of the mycelium can cause morphological changes in the microorganism14⁠, resulting in changes in the metabolite production. cultivation in solid-state is carried out without the presence of free water, and with the humidity necessary for fungal growth15 ⁠, the material is incubated and the product is recovered at the end of the process. the solid substrate provides better conditions for mycelial growth and is similar to the natural environment of fungi, requiring a lower demand of energy16⁠. aeration of the medium does not require agitation when the fungus contact surface with the substrate is assured. the biodegradation of xylan by enzymes from the xylanolytic complex allows to obtain several products, such as xylitol, xylooligosaccharides (xos) and xylose8,17⁠. in recent years, the use of these enzymes in saccharification of plant biomass has gained prominence, since in combination with other enzymes they facilitate the release of monosaccharides from the hemicellulose polymer, thus, yeasts can metabolize them for the production of second generation ethanol4⁠. the enzymatic attack on the lignocellulosic material allows the conversion of polymers into carbohydrate monomers. for an efficient degradation, it is necessary to overcome the structural barrier of this material, and for that pretreatment strategies are adopted. several options can be used; the main ones are physical, chemical and biological pretreatment. also, the combination of these processes is described as more efficient in removing the noncellulosic fraction18⁠. physical pretreatment (grinding, radiation, or heat treatment) is responsible for decreasing polymerization of the material, increasing the surface area. among thermal methods, high temperatures are required, the biomass is mixed with water and are heated to the desired temperature and held at the pretreatment conditions for a controlled time before being cooled19⁠. higher temperatures require shorter treatment times, while lower temperatures require longer treatment times. in this context, it would be helpful to use thermostable enzymes for the next hydrolysis step, thus, the pretreated material could be hydrolyzed at high temperatures, saving refrigeration resources. this study describes a biochemical characterization of endoxylanases from the crude extract of the thermophilic fungi rasamsonia emersonii. in addition, it was investigated the effectiveness of this crude http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 55 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 extract to hydrolyze pretreated sugarcane bagasse to release products, like glucose and xylose. endoxylanases isolation and the analysis of thermostability for the enzyme with the highest activity towards xylan were also carried out. 2. experimental 2.1 materials all chemicals and solvents used for the procedures were analytical grade. 2.2 enzyme production by r. emersonii s10 by solid-state cultivation the thermophilic fungus r. emersonii s10, isolated and identified by a previous work20⁠, was cultivated on sabouraud dextrose agar. from this agar, 20 disks of 1 cm in diameter were extracted and cultivated at 55 °c for 6 days in individual polypropylene bags containing 5 g (1:1:1 w/w) of sugarcane bagasse, wheat bran and corn straw, these were previously washed on distilled water and dried at 47 °c until constant weight. to each bag were added 20 ml of nutrition solution (3.5 g l–1 of (nh)4so4, 3 g l–1 of kh2po4, 0.5 g l–1 of cacl2, 0.5 g l–1 of mgso4-7h2o and 10 g l–1 of tween 80) at ph 5.0. to prepare the enzyme extract, 50 ml of deionized water was added, and the plastic bags were placed on an orbital shaker at 150 rpm for 40 min. the liquid extract containing the enzymes was transferred from the bag and it was vacuum filtered through a 0.45 μm nylon membrane. subsequently, the filtrate was centrifuged at 10,000 xg for 30 min at 4 °c. the supernatant was the used as crude extract in the subsequent procedures. 2.3 biochemical characterization of xylanases from the crude extract to determine the xylanolytic activity, the sample was incubated in 1% (w/v) beechwood xylan at 55 °c for 10 min, and for endoglucanase activity, the sample was incubated with 4% (w/v) of carboxymethylcellulose (cmc) as substrate at 50 °c using a 1:9 enzyme:substrate volume ratio21⁠⁠⁠. the released reducing sugars reacted with 3,5dinitrosalicylic acid (dns) and the activity was quantified using spectrophotometry, being expressed as the product concentration change over time (d[p]/dt)22⁠, which was linear up to 4 min, time adopted for the enzymatic assays. experiments were carried out using a 0.1 mol l–1 acetate buffer ph 5.5, with the exception of the determination of the optimal ph. all experiments to determine the optimal ph (3.0– 9.5) and temperature (30–90 °c) were conducted in three repetitions, and the ph stability of the crude extract was evaluated after 24 h of incubation in this range of ph, at the optimum temperature. for the optimal ph determination, the following buffers (0.1 mol l–1) were used: citrate (ph 3.0 and 3.5), acetate (ph 4, 4.5, 5.0 and 5.5), mes (ph 6.0, 6.5 and 7.0), tris (ph 7.5 and 8.0) and glycine (ph 8.5, 9.0 and 9.5). for the ph stability experiment, the enzyme activity was expressed as the relative activity between the activity before and after the 24 h treatment. the effect of glycerol on the storage conditions of the xylanases was evaluated by their activity, performing every experiment in triplicate. three aliquots of the crude extract were stored in liquid nitrogen (-196 °c), -80 °c freezer, freezer (-20 °c), refrigerator (4 °c) and room temperature (25 °c), with and without glycerol 50% (v/v). the enzyme activity was quantified before and after 24 h of storage. 2.4 effect of phenolic compounds on the xylanolytic activity the inhibition of xylanolytic activity by phenolic compounds was tested on the crude extract at room temperature (24 °c). the following compounds were tested individually at a final concentration of 10 mmol l–1: tannic acid, p-coumaric acid, syringic acid, gallic acid, ferulic acid, 4-hydroxybenzoic acid, vanillin, vanillic acid and syringaldehyde. the enzymatic activity was measured and expressed as percentage for the solutions incubated for 10 min, 24 and 48 h. the activity of the enzyme was compared with that measured prior to incubation, considered to be 100%. 2.5 sugarcane bagasse pretreatment the pretreatment was carried out by a combination of ozonolysis with an alkaline treatment23⁠. after these procedures, the bagasse was either washed or left unwashed. the washed bagasse was rinsed several times with distilled water. both washed and unwashed treated bagasses were dried in a convective oven at 40 °c until constant weight. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 56 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 2.6 enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse hydrolysis was performed using an orbital shaker at 150 rpm in glass flasks with rubber stoppers, containing 0.5 g of washed or unwashed bagasses, 2.5 ml of acetate buffer 0.1 mmol l–1 ph 5.5 and 2.5 ml of crude extract of r. emersonii containing 22 u ml–1 of xylanase (or 110 u per g of sugarcane bagasse) and 17 u ml–1 of endoglucanases (or 85 u per g of sugarcane bagasse). all the tests were conducted in three repetitions. a preliminary test to determine the optimal time and temperature for enzymatic hydrolysis was conducted with untreated sugarcane bagasse. the untreated sugarcane bagasse was hydrolyzed for 6, 12 and 24 h at 50, 60, 70 and 80 °c. maximum hydrolysis was observed with 6 h at 60 °c. the pretreated sugarcane bagasses, washed and unwashed, were hydrolyzed at 60 °c for 2, 4 and 6 h. the material was filtered after hydrolysis, and the soluble fraction was used for quantification of released sugars. experiments were performed using sugarcane bagasse (untreated, washed and unwashed pretreated) with 5 ml of 0.1 mmol l–1 ph 5.5 acetate buffer (without enzyme extract) as a control of hydrolysis. the efficiency in converting hemicellulose (or cellulose) was calculated as in eq. 1: % xylose= c × v × 0.9 m × 100% (1) where c is the concentration (g l–1) of sugars in the soluble fraction hydrolyzed, v is the volume in liters of soluble fraction and m is the hemicellulose (or cellulose) mass in grams. 2.7 quantification of the sugars from the breakdown of the sugarcane bagasse the procedures were done according to perrone et al.23⁠. the obtained hydrolysates from washed and unwashed pretreated sugarcane bagasses were analyzed by chromatography. the quantification of glucose and xylose were carried out using highperformance liquid chromatography (hplc) with a pulsed amperometric detector (hpaec-pad, thermo scientific, dionex, ics-5000). a dionex carbopac pa-1 column was used for separation at 25 °c, using a flow of 1 ml min–1 with ultrapure water (solvent a) and 0.5 mol l–1 naoh (solvent b). elution was carried from 0 to 12 min with 4.8% of solvent b, and from 12 to 16 min with 100% of the same solution. before each injection, the sample was diluted and filtered through a 0.22 µm polyvinylidene fluoride (pvdf) filter unit (merck). 2.8 electrophoretic profile of endoxylanases produced by r. emersonii polyacrylamide gel electrophoresis was performed on the crude extract. the gel was immersed on 1% of triton x-100 at the end of the run to eliminate the residual sds and washed with a 0.1 mmol l–1 ph 5.5 acetate buffer. one vertical strip was separated and used for zymogram analysis24⁠. after that, the strip and the original unstained gel were put side by side and a strip of the gel was cut horizontally to compare the known gel isoforms with the zymogram, a technique used to isolate other enzymes25⁠. the enzymatic activity of the four isolated endoxylanase isoforms was analyzed against different substrates: the synthetic substrates pnpg (specific for β-xylanases) and pnpx (specific for β-glucanases), and the natural polymers cmc (for endoglucanases), beechwood xylan and oat spelt xylan (for endoxylanases). 2.9 thermodynamic analysis of xyl_c isolated from the crude enzymatic extract of r. emersonii among the four isolated isoforms, was selected the xylanase that showed the highest affinity for the complex substrate, confirming the endoxylanase identity for these experiments. the thermodynamic analysis of xyl_c thermal denaturation was done using xylan from beechwood at the optimum ph. after incubation at each temperature samples were cooled in ice overnight, followed by the enzyme assay for residual activity. the calculation of the activation energy ea, the temperature coefficient q10, half-life t1/2 and other parameters of the enzyme related to the thermal denaturation, including the activation energy ea(d), melting temperature tm, δh(d), δg(d) and δs(d), followed the method proposed in the literature26,27⁠ and done in previous studies with other enzymes28,29⁠. the irreversible denatured “i” state is evaluated using the model n ↔ d → i, where n represents the native conformation and d the reversible denatured conformation. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 57 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 3. results and discussion 3.1 production and biochemical characterization of endoxylanases on the crude extract produced by r. emersonii the production of endoxylanases by r. emersonii on solid state cultivation was 473.86 u g–1 after 144 h of cultivation at 55 °c. the substrate combination of equal amounts of sugarcane bagasse, wheat bran, and corn straw (w/w) results on a complex carbon source. the protein expression changes, as recorded for r. emersonii, with different culture media. this fact can be a mechanism directly or indirectly based on the accumulation in the medium of the products and substrates on which the enzymes are working and which will influence their induction30⁠. when analyzing the chemical composition of substrates used to induce xylanase production, it could be inferred that the combination of various substrates, such as sugarcane bagasse, corn straw, and wheat bran, is successful due to the heterogeneity of the composition to which the fungus was subjected. corn straw has higher xylan values than the stalk of the plant, with 26.8% xylan in the straw versus 19.4% xylan in the stalk. in contrast, proteins constitute 1.2% in the fiber and 3.4% in the stem31⁠. sugarcane bagasse has a characteristic chemical composition that is high in cellulose, hemicellulose and lignin, while overall ash values are lower (1.0–5.5%)32⁠, factors that make it attractive for the cultivation of microorganisms that produce lignocellulolytic enzymes. studies use wheat bran as a substratum for the production of biomass because it is rich in starch; however, the oligosaccharides present in its composition are shown to be efficient in inducing cellulase and hemicellulase production33⁠. the optimum ph and temperature of xylanases on the crude enzymatic extract from r. emersonii was 5.5 (fig. 1) and 80 °c (fig. 2), close to those described for talaromyces emersonii, currently classified as r. emersonii, with solid-state wheat and beet pulp cultivation (1:1 w/w) at ph 4.5 and 45 °c30 ⁠. another increase of activity occurred at ph 7.0 and suggests isoforms of the endoxylanases produced by r. emersonii, since the zymogram shown in fig. 3 indicates four bands. figure 1. effect of ph on xylanolytic activity in crude enzymatic extract produced by r. emersonii. stability in relation to ph and optimum ph. the tests were performed at ph 5.5 with beechwood xylan. the symbol represents the average of three replicates. figure 2. effect of incubation temperature on xylanolytic activity from crude enzymatic extract produced by the thermophilic fungus r. emersonii. the tests were performed at ph 5.5 with beechwood xylan. the symbol represents the average of three replicates. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 58 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 figure 3. zymogram of endoxylanases present from crude enzymatic extract produced by the fungus r. emersonii. the gel was stained with 0.1% congo red and detained with 1 mol l–1 nacl. the dark bands show the presence of xylanase and the letters (a, b, c and d) identify the possible isoforms of the enzyme (the image was transformed from color to shades of gray, then into its negative and the contrast became more evident using the free software gimp version 2.8.10 for linux). endoxylanolytic activity remained stable for ph ranging from 4 to 8, with relative activity above 70%, and from 4 to 5.5 with relative activity values above 100% (fig. 1). the chemical species related to the ph can change the tridimensional structure of the enzyme, by protonation or deprotonation of the amino acid side chains on the enzyme surface or affecting the catalytic residues, becoming more favorable or unfavorable to interact with the substrate. among these changes, electrostatic repulsions, destruction of salt bridges and formation of isolated buried charges stand out34⁠. comparative analyses of structural changes in acid, neutral and alkaline xylanases from family 11 shows differences in the amino acid compositions and secondary structure. neutral xylanases have a decrease on hydrophobic residues, while acidophilic xylanases have a decrease on positively charged residues. on the secondary structure, alkaline xylanases show an α helix between β strands, and, in nonalkaline xylanases, this is substituted by a β-turn or a loop35⁠. in the absence and presence of glycerol, the two best storage conditions were obtained in liquid nitrogen at -196 °c with 99% relative activity in the absence and 170% in the presence of 50% glycerol, and in a 80 °c freezer, which kept 90.2% of activity in the absence and 163.8% in the presence of 50% glycerol (fig. 4). figure 4. effect of the storage temperature on the enzymatic activity of endoxylanases present in the crude enzymatic extract produced by r. emersonii. the tests were carried out after 24 h in the presence or in the absence of 50% glycerol (v/v). the results were compared with the enzymatic activity at the beginning of the experiment (control) and expressed in relative activity (%). the bar represents the value of the average of three replicates, the horizontal line represents the standard deviation. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 59 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 the presence of glycerol during the storage process increased the endoxylanase activity on all the tested conditions. the effect of osmolytes on the conformational stability of proteins in adverse situations of cellular stress is known36 ⁠. similarly to sorbitol, it favors protein folding, making the polypeptide chain more compact and less flexible, since it acts by shifting the reaction balance to the less energetic state37⁠. the interaction of the enzyme with the osmolyte is not favorable for its function, so it is excluded from the surface of the protein, where a hydration layer is formed by several highly organized and less flexible water layers. consequently, the unfolded state has a greater contact surface of the polypeptide chain with water molecules, resulting in a larger hydration layer, which will require more energy for stabilization. for this reason, glycerol acts by shifting the reaction balance towards the native state, increasing levels of enzyme catalytic effect38⁠. 3.2 effect of phenolic compounds on the xylanolytic activity on the crude extract from r. emersonii from all the tested phenolics (fig. 5), the only one that decreased the xylanolytic activity was tannic acid, a large molecule with a molecular weight of 1,701.23 kda, which is composed by 10 aromatic rings and 25 hydroxyls, characteristic that could explain the inactivation of the endoxylanolytic activity, according to observations previously cited39⁠. tannins can form a complex with the protein that results in precipitation, thus, the enzyme is removed from the solution, decreasing its catalytic capacity40,41⁠. figure 5. effect of 48 h preincubation at 25 °c of phenolic compounds on the relative activity (%) of endoxylanases on crude extract produced by r. emersonii. the bar represents the value of the average of three replicates, the horizontal line represents the standard deviation. the other compounds analyzed showed a modest or a significant increase of the relative activity compared to the control. the relative activity of the enzymes increased 12% for 4-hydroxybenzoic acid; 16% for vanillic acid; 26% for ferulic acid and 44% for syringic acid in a 30 mmol l–1 final concentration42⁠. phenolic compounds are generated from lignin degradation43⁠ during the pretreatment step of the biomass aiming second generation ethanol production and are reported as enzymatic inhibitors44,45⁠ including hemicellulase inhibition46⁠. some authors propose that phenolic acids at low concentrations can form a hydrophobic layer on the surface of the protein, ensuring more interaction with the substrate; however, at high concentrations the increase in this hydrophobic layer causes protein precipitation due to increased interactions41,42,47⁠. boukari et al.39 proposed the inhibition mechanism by phenolic compounds on family gh11 endo-β-1,4-xylanase. the authors described a noncompetitive inhibition mechanism, and more than one aromatic molecule interacting with the enzyme molecule is necessary to induce complete inactivation. effects on the enzyme activity by the phenolic compound interaction can be produced by forming soluble enzyme-inhibitor complex at low phenolic concentrations, while, at high concentrations, insoluble protein-phenolic complexes decrease the solubility of enzymes45⁠. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 60 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 the interaction of phenolic compounds with proteins involve amino acid residues present at the surface of the protein, and can occur in two ways: hydrophobic aromatic ring stacking with the tryptophan side chains, or hydrogen interacting with basic amino acid residues between their functional groups and phenolic hydroxyl39⁠. 3.3 enzymatic hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse the quantification of xylose was slightly higher in the washed sugarcane bagasse when compared to the nonwashed, in all evaluations, which difference increased with time. in hydrolysis for six hours, the xylose concentration was almost 1.5 times higher with washed sugarcane bagasse than with the unwashed one (tab. 1). glucose release presented a similar behavior. concentration of hemicellulose (14.1%) and cellulose (48.9%) on the insoluble fraction after the pretreatment process23⁠ was used to calculate the hydrolysis efficiency in terms of xylose and glucose. under all analyzed conditions, the conversion of xylose was greater than glucose (tab. 1), presumably due to high xylanolytic activity in the r. emersonii crude enzymatic extract, and pretreated bagasse structural changes, that could affect cellulose and hemicellulose accessibility. the conversion of xylose was greater than glucose under all the analyzed conditions (tab. 1), suggesting that the crude enzymatic extract from r. emersonii has many xylanolytic enzymes. however, auxiliary enzymes are necessary to have a greater effect on the breakdown of the xylan structure and make cellulose more accessible to hydrolysis48 ⁠. analysis of the secretome of t. emersonii shows 266 proteins, and 119 cazymes identified with 40 different glycosyl hydrolase families, while the functional annotation of fungi genome shows represent 55 different glycosyl hydrolase families49 ⁠. the secretion of protein by fungi relate directly to the carbon source used for fungi cultivation, so analyses of different complex carbon sources on the culture medium of r. emersonii can be performed to find how to improve the expression of enzymes for xylan hydrolysis. table 1. sugars obtained by enzymatic hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse with combined ozone and alkaline treatment, using crude enzymatic extract produced by r. emersonii. xylose hydrolysis time / h washed bagasse / mg g–1 yield washed bagasse / % g–1 unwashed bagasse / mg g–1 yield unwashed bagasse / % g–1 2 5.8 ± 0.3 3.7 ± 0.2 4.9 ± 0.3 3.1 ± 0.5 4 7.9 ± 0.3 5.0 ± 1.2 6.4 ± 0.6 4.1 ± 0.4 6 12.4 ± 1.0 7.9 ± 0.6 8.8 ± 0.2 5.6 ± 0.5 glucose hydrolysis time / h washed bagasse / mg g–1 yield washed bagasse / % g–1 unwashed bagasse / mg g–1 yield unwashed bagasse / % g–1 2 6.4 ± 0.3 2.1 ± 0.7 5.3 ± 0.2 1.3 ± 0.2 4 10.0 ± 0.4 1.7 ± 0.6 7.3 ± 0.9 1.3 ± 0.1 6 13.7 ± 0.6 1.7 ± 0.5 7.4 ± 0.2 1.1 ± 0.2 average ± standard deviation (mean values of three independent measurements). as noted earlier, the findings obtained could also be related to the effects of pretreatment on the lignocellulosic material structure. the pretreatment used in this study was proposed by perrone et al.23⁠, where the authors reported that the combined pretreatment of ozone and naoh results in a greater amount of hemicellulose, when compared to the combined pretreatment of ozone with naoh and ultrasound irradiation, and smaller amounts of hemicellulose than the pretreatment using only ozone. still, according to the same authors, the insoluble fraction after the pretreatment has 6.7 mg of total phenolic compounds per gram of sugarcane bagasse. therefore, the phenolic compounds would be present in the pretreated unwashed sugarcane bagasse, which could negatively affect the enzymatic performance and result in a lower yield of released monosaccharides. although our results on the effect of phenolic compounds on endoxylanolytic activity are promising, with the only exception of tannic acid, there is a probability that negative results could be observed when several phenolic compounds are present in the same solution and submitted to higher temperatures. the possible effect of ph resulting from the alkaline pretreatment was also considered, and, for that reason, it was performed an inhibition test with the soluble http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 61 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 fraction obtained after that procedure. in this inhibition test, the crude enzyme extract was diluted in the same volume with the insoluble fraction resulting from the sugar cane bagasse pretreatment process. the mixture remained in contact for 0, 2, 4 and 6 h, and, after each time, endoxylanase activity was evaluated and compared with the values obtained before the test. the maximum value of inhibition of relative activity was 10% for the time of 2 h, remaining essentially constant (9.8%) in 4 h and decreasing to 8.2% after 6 h. the ph was 6.1 after 2 h, 5.9 at 4 h and 5.7 after 6 h for the unwashed bagasse, while the ph was 5.5 for the washed bagasse. a reason for the lower activity may be the higher ph in the unwashed bagasse, above the optimum verified at 5.5. our hydrolysis results are similar to those presented by marques et al.50. in their work, hydrothermally pretreated sugarcane bagasse was hydrolyzed using a mixture (1:1 v/v) of the enzymatic extracts produced by solid-state cultivation of fungi botryosphaeria sp. am01 and saccharicola sp. ejc04. in this case, pretreated bagasse hydrolysis continued at 50 °c for 20 h with an enzymatic load of 150 u g–1 of pretreated bagasse at 5% (m/v) concentration. the authors had 3.56 mg ml–1 of glucose and 1.66 mg ml–1 of xylose⁠. our findings were 1.37 mg ml–1 of glucose and 1.24 mg ml–1 of xylose at 60 °c, using approximately one third of the incubation time and a lower enzymatic load (110 u g–1). our results are similar to those presented by marques and coworkers. in their work, hydrothermally pretreated sugarcane bagasse was hydrolyzed using a mixture (1:1 v/v) of the enzymatic extracts produced by solid-state cultivation of fungi botryosphaeria sp. am01 and saccharicola sp. ejc04. in this case, pretreated bagasse hydrolysis continued at 50 oc for 20 hours with an enzymatic load of 150 u/g of pretreated bagasse at 5 % (m/v) concentration. the authors had 3.56 mg/ml of glucose and 1.66 mg/ml of xylose50⁠. our findings were 1.37 mg/ml of glucose and 1.24 mg/ml of xylose at 60 oc using approximately one third of the incubation time and a lower enzymatic load (110 u/g). table 2 shows more comparisons with the literature. the lower sugar yields in the unwashed sugarcane bagasse could be the result of a sum of factors, such as the inhibitory effect of the residual alkaline ph of the pretreated bagasse that increased ph of the assay above the optimum value, and a potential inhibitory effect of a mixture of phenolic compounds. table 2. comparative xylose and glucose conversion by enzymatic hydrolyze from sugarcane bagasse. organism hydrolysis time / h tempe. / °c sugarcane bagasse / % m/v xylose / mg ml–1 glucose mg ml–1 author rasamsonia emersonii 4 60 5 1.4 1.24 this study thermomyces lanuginosus 24 40 3.5 0.9 na ref.51 ⁠ trichoderma reesei 24 50 2 1.0 1.80 ref.52 ⁠ aspergillus awamor 24 50 2 1.3 3.80 ref.53 botryosphaeria sp. am01 and saccharicola sp. ejc04 20 50 5 1.7 3.56 ref.50 ⁠ ns 50013 by novozymes* 24 50 5 12.5 20.0 ref.53 ⁠ na = not analyzed. *commercial enzyme preparation. 3.4 isolation and evaluation of specific endoxylanase catalysis substrate the four isolated isoforms from polyacrylamide gel were evaluated by hydrolysis of synthetic substrates (pnpx and pnpg) and natural polymers (cmc, beechwood xylan and oat spelt xylan) (tab. 3). none of the enzymes had activity against pnpg and cmc and only xyl_b had activity against synthetic substrates. the enzymes xyl_a, xyl_b and xyl_c showed high activity concerning natural polymers, whereas xyl_d showed lower activity. endoxylanases from r. emersonii are not able to recognize glucose to hydrolyze the glycosidic bond, which limits their action to xylan constituent carbohydrates. this is observed in the gh 11 family of glycosyl hydrolases, composed exclusively of endo β 1,4 xylanases, in which no other activity was observed. they are capable of cleaving internal β 1,4xylosidic bonds, unlike gh10 xylanases, which are also capable of cleaving β 1,3-xylosidic and β 1,4 glycosidic bonds54. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 62 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 table 3. evaluation of activity of endoxylanases produced by r. emersonii. xyl_a xyl_b xyl_c xyl_d u ml–1 sd u ml–1 sd u ml–1 sd u ml–1 sd 4 mmol l–1 pnpg nd nd nd nd 4 mmol l–1 pnpx nd 0.7 0.1 nd nd 4% cmc nd nd nd nd 1% beechwood xylan 35 4 173 5 71 3 5 3 1% oat spelt xylan 35 2 78 3 56 4 10 3 data nd: no detected activity. average ± standard deviation (mean values of three independent measurements). 3.5 thermodynamic analysis of the isolated xyl_c xylanase xyl_c displayed the highest activity when tested against xylan: 70.87 u ml–1 for beechwood xylan and 56.11 u ml–1 for oat spelt xylan. therefore, it was chosen for the thermodynamic analysis. the arrhenius plot (fig. 6), allowed calculating the optimum temperature (80 °c) and the enzymatic activation energy (26.10 kj mol–1). the first-order plot for the effect of temperature on enzyme activity (fig. 7), was used to find the half-life and the firstorder rate of thermal inactivation (kd). the kd rates were used for the first-order arrhenius plot (fig. 8), allowing to determine the activation energy of denaturation (𝐸𝑎(𝑑)), estimated as 99.58 kj mol–1. the temperature coefficient decreases slightly with each increase of 10 °c (tab. 4). figure 6. first-order arrhenius plot showing the effect of temperature on activity of isolated xyl_c produced by r. emersonii using beechwood xylan as substrate. figure 7. first-order plot for the effect of temperature on enzyme activity of isolated xyl_c produced by r. emersonii using beechwood xylan as the substrate. samples were incubated at 50 (•), 60 (■), 70 (▲), 80 (▼) and 90 °c (♦) for 90, 246, 1060 and 1440 min. figure 8. first-order arrhenius plot for determination of activation energy of denaturation (ea(d)) of isolated xyl_c from r. emersonii. the values of kd were taken from the slopes in fig. 7. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 63 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 table 4. temperature coefficient (q10) from xyl_c produced by r. emersonii. values estimated based on arrhenius plot. temp. / °c temp. / k q10 50 313.15 1.35 60 323.15 1.33 70 333.15 1.31 80 343.15 1.29 90 353.15 1.27 95 363.15 1.26 thermodynamic parameters were calculated to evaluate the temperature denaturant effect on the enzyme. enzymes undergo thermal denaturation in two steps: the native enzyme becomes unfolded inactive enzyme when exposed to high temperature and follows to become the inactivated enzyme if the thermal exposition continues55⁠. the first structural modification could be reversible upon cooling, while the second one is irreversible56⁠. table 5 shows the values for the variation of enthalpy, gibbs free energy, entropy and the half-life time related to denaturation. table 5. kinetic and thermodynamic parameters of irreversible thermal inactivation. temp. / °c temp. / k kd / min–1 t½ / min δhd / kj mol–1 δgd / kj mol–1 δsd / j mol–1 50 323.15 0.00012 5056 96.9 114.3 -53.8 60 333.15 0.00007 1670 96.8 119.7 -68.9 70 343.15 0.00143 495 96.7 114.8 -52.7 80 353.15 0.00176 408 96.6 117.6 -59.4 90 363.15 0.00297 262 96.6 119.5 -63.0 some enzymes have an optimal catalytic performance at high temperatures and are useful in high temperatures processes and for brief times; however, when kept at high temperatures for a long time, many enzymes do not have stability to remain active throughout the process. the half-life of xyl_c was approximately 8 h at 50 °c, 27 h at 60 °c, 8 h at 70 °c, 6 h at 80 °c and 4 h at 90 °c. the half-life at 70 °c is larger than the value reported for a mutant xylanase from aspergillus fumigatus produced by heterologous expression at escherichia coli bl21, 42 min at 70 °c57. site directed mutagenesis can improve the stability significantly. alterations of nterminal residues of a xylanase from penicillium janthinellum ma21601 improved the half-life 107-fold higher than the wild-type strain, increasing from 30 s to 53.6 min at 60 °c58⁠. high half-life values at elevated temperatures can be directly related to high melting temperatures (tm). the tm is described as the temperature at which the maximum activity drops by half. for xyl_c, the maximum activity occurred at 80 °c and decreased to 50% of that value at 93.3 °c (fig. 9). there was no significant variation in the enthalpy variation (δhd) of thermal denaturation of xyl_c. the enthalpy values decrease slightly with increasing temperature (tab. 4). this behavior, together with lower entropy values, is related to enzymatic thermostability59⁠. gibbs free energy values found for xyl_c (114.3 kj mol–1) at 50 °c are higher than those reported at 55 °c for wild and mutant enzymes from thermomyces lanuginosus: 108.5 and 112.4 kj mol–1, respectively. the enzymes were produced by liquid cultivation with 2% of corn cobs at 45 °c59⁠. these values suggest that xyl_c is more resistant to unfolding. xyl_c is also more resistant than melanocarpus albomyces xylanase in the presence of glycerol and nacl (96.6 kj mol–1)60. figure 9. determination of melting temperature (tm) for the isolated xyl_c produced by r. emersonii. the tm corresponds to the temperature at which the enzyme activity drops to half of the initial activity. entropy is a measure of disorder in the system; the increase in disorder of the protein structure is a consequence of conformational changes in the protein. conformational changes comprise changes in noncovalent interactions: ion-dipole, hydrogen and van http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 original article iq.unesp.br/ecletica 64 eclética química journal, vol. 46, special issue 1, 2021, 53-67 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v46.1si.2021.p53-67 der waals, and in the rotational positions controlled by the secondary bond structure61⁠. a decrease in entropy values was observed with increasing temperature for xyl_c (tab. 4). negative entropy (δsd) and positive free energy (δgd) values reveal the resistance for the denaturation reaction to occur. the increase in temperature promotes the weakening of polar interactions, and it strengthens hydrophobic interactions54 ensuring resistance of the enzyme to thermal denaturation. 4. conclusions the endoxylanases from solid state culture of r. emersonii present interesting properties, such as the tolerance to a wide ph range, as well as to the presence of diverse phenolic compounds. the enzymes also demonstrate higher activity and stability in the presence of glycerol and this is potentially relevant for industrial applications. the isolate xyl_c has good stability against thermal denaturation, properties which can be positive on the process requiring high temperature and long periods of xylan hydrolysis. on the breakdown of the sugarcane bagasse, r. emersonii crude extract has provided strong hemicellulose conversion values to xylose and can be used in the process of obtaining high-value products, such as xylooligosaccharides and, for the most part, biofuels from lignocellulose residues without any additional area of cultivation. acknowledgments this work was supported by grants from fapesp, cnpq, finep and capes (brazil). jaz received a capes fellowship and joo received financial support from universidad santiago de cali, facultad de ciencias básicas, cali, colombia. references [1] abas, n., kalair, a., khan, n., review of fossil fuels and future energy technologies, futures 69 (2015) 31-49. https://doi.org/10.1016/j.futures.2015.03.003. 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(myrtaceae) is native to brazil and it is known as pitanga. in traditional medicine, this species is used to treat cough, skin allergies and asthma. different parts of this plant displayed insecticidal, antimicrobial, and antioxidant activities. the main phenolic compounds found in the extracts of this species are flavonoids and tannins, which display relevant biological activities. this review shows recent phytochemical studies on e. uniflora, emphasizing the phenolic compounds, including a description of methods of extraction of these metabolites. besides, the diversified biological activities and the potential of this plant for the food industry are reported. the pharmacological and nutraceutical potential attributed to e. uniflora justify the growing scientific interest in this species. article history received august 15, 2024 accepted october 23, 2024 published march 24, 2025 keywords 1. eugenia uniflora; 2. phenolic compounds; 3. nutraceuticals. section editors assis vicente benedetti highlights more demand for natural antioxidants motivates research about phenolic compounds. eugenia uniflora can be used as a functional ingredient by the food industry. distinct applications of e. uniflora spire us to continue the studies on this plant. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 https://ror.org/027s08w94 https://ror.org/027s08w94 https://ror.org/05syd6y78 mailto:cgmagalhaes@uepg.br mailto:cgmagalhaes@uepg.br mailto:isa240698@gmail.com mailto:aalberti@uepg.br mailto:jascari@utfpr.edu.br mailto:senunsd@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-4168-3365 https://orcid.org/0009-0000-7811-4233 https://orcid.org/0000-0002-9787-4630 https://orcid.org/0000-0002-7928-9921 https://orcid.org/0000-0002-7729-8840 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 issn 1678-4618 page 2/8 1. introduction the genus eugenia is one of the most important within the myrtaceae family, which has about 2000 species widespread from southern mexico to argentina, and a small number of species in africa. many of these species present highlighted nutritional values and commercial applications, due to the occurrence of bioactive compounds (saval et al., 2023; santoso et al., 2021). eugenia uniflora l. is native to brazil and it is known as pitanga. it is the most studied species from the eugenia genus, regarding the essential oil composition and bioactivity. considering the economic context, pitanga is a promising fruit to be exploited by agroindustry due to its diversified use, exemplified by juices, jellies, ice creams, and fruit compotes, besides its fresh consumption (luciano et al., 2021a; santoso et al., 2021; vargas et al., 2019). in addition, e. uniflora leaf essential oil is extensively used to produce a range of personal care products due to its astringent characteristics, added to the peculiar and pleasant aroma (tobal and rodrigues, 2019). in brazilian folk medicine, the leaves of the pitanga are used in the form of teas prepared as an infusion or decoction. traditional applications include the treatment of hypercholesterolemia, as a digestive, hepatoprotective, diuretic, antihypertensive, anti-inflammatory, and antimicrobial (bagatini et al., 2023; silva et al., 2023). the occurrence of new or rare e. uniflora secondary metabolites in other plants, especially polyphenolic compounds and volatile terpenoids, is an awakening for research into new activities and applications. due to the importance of e. uniflora in different areas, this work aimed to present a short review of the published studies on methods of extraction and isolation of compounds present in extracts of the leaves and fruits of e. uniflora, as well as some biological activities of this species reported between 2018 and 2024. 2. methodology data relating to e. uniflora l. and bioactive potential were obtained through pubmed and google scholar and published in the last 6 years. the following exclusion criteria were adopted: 1) article whose full text was not accessible in the database; 2) publications that did not include the term “eugenia uniflora” and the specific bioactivity in the abstract or title; 3) articles which are not written in english; and 4) articles in which the phytochemicals used in the biological activity assays were not isolated from that species but were acquired from industries. in this short review, 48 publications were included. 3. extraction and isolation techniques the extraction of phenolic compounds, glycosylated flavonoids, and tannins from the fruits and leaves of e. uniflora has been carried out using conventional and non-conventional extraction techniques, the first being the most used. generally, for the extraction of phenolic compounds, water and organic solvents (ethanol, methanol, acetone, and n-butanol) are used. it is often necessary to mix the solvents to increase efficiency (sobeh et al., 2019). in fruits, the percolation technique with ethanol/water was used to isolate the sesquiterpenoids eugenilone a− n (chen et al., 2023), while hydrolysable tannins, carotenoids, iridoids, anthocyanins, and flavonoids were isolated by maceration with acetone, methanol/water and hcl/methanol (biazotto et al., 2019; rodrigues et al., 2020). combined techniques showed promise in obtaining phenolic compounds in e. uniflora fruits. an example is the maceration with sonication using pure or mixtures of solvents such as methanol, ethanol, water (migues et al., 2018; ramalho et al., 2019; santos et al., 2021), hexane, and ethyl acetate (rashmi and negi, 2022) in obtaining anthocyanins, tannins, flavonoids and phenolic acids. conventional extraction is the most used due to ease of use and low cost. however, unconventional extraction techniques have environmentally important advantages, such as shorter extraction time and amount of solvent, high yield and better reproducibility. unconventional extraction techniques such as supercritical co2 have been used to extract different metabolites from leaves (bezerra et al., 2020; canabarro et al., 2020). souza et al. (2022) described a green method combining the extraction assisted by microwave using natural deep eutectic solvent (nades) composed of choline and lactic acid to isolate bioactive phenolic compounds from the leaves of e. uniflora. the low energy consumption associated with the method's reproducibility was highlighted in that study. different chromatographic techniques are used for the isolation and purification of phenolic compounds present in the leaves and fruits of e. uniflora. thin-layer chromatography (tlc) analysis using silica gel (rashmi et al., 2023), column chromatography (cc) performed on silica gel, sephadex lh-20 and diaion hp-20 (chen et al., 2023; sobeh et al., 2019; tenório et al., 2024), flash chromatography system sepacore® x50 with rp18 column (sobeh et al., 2019), high-performance liquid chromatography (hplc) performed on a reversed-phase octadecylsilanized silica gel (ods) column and with refractive index detector (biazotto et al., 2019; rodrigues et al., 2020), and uv/vis photodiode array detector (ramalho et al., 2019; santos et al., 2021). for the structural elucidation of the isolated substances from e. uniflora, the comparison with standard samples of phenolic compounds (gallic acid, vanillic acid, ellagic acid, p-coumaric acid, ferulic acid) and flavonoids (kaempferol, resveratrol, quercetin, catechin, epicatechin and rutin), for example, is a conventional method. (bagatini et al., 2023). afterwards, the structural elucidation of the isolated metabolites is generally performed using hyphenated techniques. in these cases, the equipment (gas or liquid chromatograph) used for the isolation of the constituents is coupled to a mass spectrometer that is operated by distinct ionization types (bagatini et al., 2023; souza et al., 2022; tenório et al., 2024). additionally, ftir and oneand two-dimensional 1h and 13c nmr spectroscopies are essential techniques also used in the structural elucidation of the isolated metabolites (rashmi and negi, 2022). 4. chemical composition e. uniflora is a source of secondary metabolites from distinct classes, such as phenolic acids, glycosylated flavonoids and their aglycones, triterpenes, and tannins (table 1). the chemical structure of some compounds isolated from e. uniflora is shown in fig. 1. many studies report the analysis of total phenolics found in extracts, as well as the content of flavonoids present in leaves, seeds or fruits of different varieties or stages of maturation of e. uniflora (lazzarotto et al., 2021; fidelis et al., 2022; migues et al., 2018). there are compounds which are commonly found in different parts of e. uniflora. however, since the amount of these compounds varies depending on the part of the plant (bezerra et al., 2020; borsoi et al., 2022), this evidence can direct the scientific interest for a specific part of e. uniflora. qualitative and https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 issn 1678-4618 page 3/8 quantitative profiles of secondary metabolites are influenced by parameters such as storage time, extraction method and solvent. depending on these external factors and plant physiology, the type and content of metabolites during pitanga's maturation certainly change. it was observed that the anthocyanin content increased, while flavonoid and tannin contents decreased in fruits of red, redorange, and purple biotypes from e. uniflora harvested in brazil (chaves et al., 2018). bellaver et al. (2024) evaluated the impact of drying at different temperatures on the retention of phenolic compounds and carotenoids in the pulp of e. uniflora. the results indicated the degradation of those compounds, highlighting the importance of optimizing the drying process and maximizing the fruit's nutraceutical value. santos et al. (2021) reported differences between the content of myricetin, quercetin, and lutein in distinct samples of fruits from the purple variety. this illustrates the variability in the constituents of the fruits belonging to the same plant and highlights the importance of collecting a sample that represents the whole specimen. table 1. chemical composition of e. uniflora. plant part compound class compound reference fruits sesquiterpenes eugenilones a-n chen et al., 2023 pulp, seeds, and leaves phenolic acid gallic acid borsoi et al., 2022; tenório et al., 2024 seeds phenolic acids protocatechuic acid bagatini et al., 2023 daucic acid salicylic acid leaves phenolic acids quinic acid oliveira et al., 2018 4-hydroxybenzoic acid 4-p-coumaroylquinic acid chlorogenic acid leaves, pulp, and fruits phenolic acids p-coumaric acid borsoi et al., 2022; rashmi and neghi, 2022 leaves and pulp phenolic acids ellagic acid bagatini et al., 2023; borsoi et al., 2022 vanillic acid rashmi and neghi, 2022 caffeic acid fruits phenolic acids syringic acid homovanillic acid 3-hydroxybenzoic acid tannic acid pulp 4-hydroxyphenylacetic acid chaves et al., 2018 gallic acid 3-o-[6′-o-acetyl-βd-glucoside] sobeh et al., 2019 gentisic acid 5-o-β-d-glucoside leaves, pulp, and seeds flavonoids myricitrin oliveira et al., 2018; leaves glycosilated flavonoids myricetin-3-o-(2’’-o-galloyl)-α-l-rhamnopyranoside oliveira et al., 2018 myricetin-3-o-(2’’-o-galloyl)-α-l-rhamnopyranoside hydrate pulp hydrolysable tannins valoneic acid dilactone sobeh et al., 2019 sanguiin h1 bagatini et al., 2023 tellimagrandin i leaves hydrolysable tannins tellimagrandin ii tercatain heterophylliin a ellagitannin oliveira et al., 2018 fruits hydrolysable tannins theogallin ramalho et al., 2019 eugeniflorin d2 oliveira et al., 2018 leaves dimmeric tannins camptothin oliveira et al., 2018 gemin/dhippomanin a oenothein b oliveira et al., 2018; ramalho et al., 2019 2″-galloylastragalin bagatini et al. 2023 leaves flavanone isosakuranetin quercetin leaves, seeds flavanols kaempferol borsoi et al., 2022 gallocatechin bagatini et al., 2023 epigallocatechin leaves, seeds glycosilated flavone luteolin 7-o-glucoside fruitsa glycosilated flavonols myricetin-galloyl-hexoside migues et al., 2018 quercetin galloyl hexoside quercetin-rhamnoside quercetin-pentoside quercetin-hexoside glycosilated flavones myricetin-pentoside myricetin-rhamnoside anthocyanins delphinidin-3-hexoside cyanidin-3-hexoside fruitsb anthocyanins malvidin-o-galactoside migues et al., 2018 malvidin-o-pentoside malvidin-o-acetylhexoside petunidin-o-galactoside continue… https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 issn 1678-4618 page 4/8 fruitsa,b anthocyanins pelargonidin-o-rutinoside chaves et al., 2018 delphinidin-o-galactoside pelargonidin-o-glucoside delphinidin-o-glucoside cyanidin-o-galactoside cyanidin-o-glucoside pulp anthocyanins cyanidin 3-glucosyl-rutinoside glycosylated flavones luteolin 7-o-glucuronide chaves et al., 2018 kaempferol-3-o-glucuronide kaempferol-3-o-sophoroside isorhamnetin-3-o-glucoside luteolin-6-c-glucoside pulp flavones isorhamnetin chaves et al., 2018 rhamnetin flavonol catechin chaves et al., 2018 flavanone glycoside eriodictyol-7-o-glucoside fruits stilbene pterostilbene rashmi et al., 2023 naphtoquinone juglone lignan syringaresinol isoflavone biochanin a phenylpropanoid estragole pulp carotenoids rubixanthin borsoi et al., 2022 lutein b-carotene violaxanthin lycopene zeaxanthin source: elaborated by the authors. note: a: purple variety; b: red variety. figure 1. chemical structures of metabolites isolated from e. uniflora. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 issn 1678-4618 page 5/8 5. bioactivity of extracts and isolated substances of e. uniflora the fruits and leaves of e. uniflora are used for the treatment of different symptoms and diseases, such as fever, bronchitis, digestive disorders, gout, and hypertension (chen et al., 2023; fidelis et al., 2022; souza et al., 2018). many published studies support the traditional use of e. uniflora, as described in the sequence. virulence attributes, such as adhesion and biofilm formation, were tested in cultures of nine candida species in the presence and absence of an e. uniflora leaf extract. the results were statistically significant for both c. albicans and non-albicans candida isolates (souza et al., 2018). pseudomonas aeruginosa is an important pathogen for human health, with a great capacity to develop antibiotic resistance. it was chosen to conduct tests with an ethanolic extract of e. uniflora leaves. the results obtained describe the interaction of components of the extract with commercial antibiotics. for ciprofloxacin, amikacin and colistin. the presence of the extract does not alter the antibiotic activity. however, with piperacycline or ceftazidime, the extract of e. uniflora induced synergistic effects increasing antibiotic activity (bobadilla et al., 2018). a crude methanolic extract of e. uniflora leaves was evaluated against helycobacter pylori and presented mic of 128 mg/ml. the composition of the extract was studied by determining total phenolic compounds (19.31%) and total tannins (16.13%) in milligram equivalents of gallic acid per gram of extract, total flavonoids (2.86%) and using ft-icr-esi-ms demonstrating the presence of monomeric saccharides, dimers and trimers, ellagic acid, ellagitannin, galloyl-derivatives, and myricetin and as main compounds. (monteiro et al., 2019). serratia liquefaciens is a relevant bacterium because of its ability to form a biofilm that facilitates infection. an extract containing phenolics from e. uniflora fruit pulp in sub-inhibitory concentrations for s. liquefaciens significantly reduced biofilm formation by the microorganism (rodrigues et al., 2020). an ethanolic extract from the pulp of the pitanga was tested against the colorectal bacteria streptococcus bovis, enterococcus faecalis, e. coli, and s. enterica, demonstrating a significant reduction in the infectious potential of these microorganisms (indrawati et al., 2019). anti-inflammatory and antihyperglycemic activities are linked to traditional uses of the leaves from e. uniflora and were evaluated in the crude methanolic extract, isolating and identifying several phenolic compounds. the extract showed strong antioxidant activity in hacat cells, reducing ros and p38 phosphorylation, and increasing gsh levels (sobeh et al., 2019). the in vivo anti-inflammatory activity was evaluated by the considerable reduction in paw edema caused by carrageenan, in addition to the reduction in acid-induced writing and the increase in latency time in the hot plate test, and reduction in rectal temperature in rats after intraperitoneal injection of brewer's yeast (sobeh et al., 2019). antidiabetic activity was demonstrated in rats with streptozotocin-induced diabetes, strongly reducing serum glucose and lipid peroxidation levels and, at the same time, increasing serum insulin concentration (sobeh et al., 2019). the fraction obtained with ethyl acetate extract of e. uniflora leaves showed a high concentration of phenolic compounds, identifying gallic acid (5.29%), ellagic acid (1.28%) and myricitrin (8.64%) as being the major compounds. this fraction showed anti-inflammatory activity with a significant reduction in paw edema and the number of abdominal contortions induced by acetic acid, and an antinociceptive effect at all doses tested, suggesting the participation of opioid receptors (candeia et al., 2022). a recent discovery of novel secondary metabolites in e. uniflora occurred in studies of fruits and thus may become important in food production. they are sesquiterpenes with rearranged skeletons called eugenilones a-h, some of which have moderate anti-inflammatory activity determined in a model using zebrafish (chen et al., 2022). between the so-called eugenilones an, two of which (a and e) showed significant anti-inflammatory activity by inhibiting the production of cellular factors such as no and tfn—alpha (chen et al., 2023). counting on phenolic compounds with strong antioxidant activities, an ethanolic extract of e. uniflora and fractions showed promising results in hepatoprotection models (syama et al., 2020). at doses of up to 2.0 g/kg administered to rats, no toxic effects could be observed. by the other side, the most active fraction of the extract (500 mg/kg) showed antitoxic effects comparable to silymarin (100 mg/kg) in the model of rat intoxication with ccl4 at the highest dose tested, in the same way that impaired normal bilirubin and alkaline phosphatase levels were restored. the histological study showed the normalization of liver tissues after treatment with the active fraction (syama et al., 2020). cytotoxic activities have been found in different e. uniflora extracts from leaves, seeds, fruit pulp, essential oils, and isolated substances. as an example, the cytotoxic potential of an e. uniflora leaf extract was studied in vitro against dengue virus replication in the huh7it-1 cell line, showing an ic50 of 19.8 µg/ml (dewi et al., 2019). furthermore, phenolic compounds from this plant, such as myricetin, cyanidin -3-o-glucoside, and galloylastragalin, were evaluated by in silico analysis of toxicity assessment and against the mdm2 and bcl-xl proteins, which are responsible for promoting cancer cell growth and malignancy. galloylastragalin showed potent inhibition of those proteins. all the compounds assayed were potentially non-hepatotoxic, non-mutagenic, noncarcinogenic, and non-cytotoxic (kar et al., 2024), which stimulates further evaluation of the anticancer properties of e. uniflora. extracts from the seeds and pulp of the e. uniflora fruit were tested to determine antitumor activities, cytotoxic potential and inhibitory capacity for α-amylase and -glucosidase. the extracts were not cytotoxic to peripheral blood mononuclear cells. the seed extract decreased the cell viability of melanoma cells within 24 hours of exposure. at a concentration of 5 μg/ml, the seed extract inhibited α-amylase (7.73%) and α-glucosidase (15.34%) (borsoi et al., 2022). a specific extract for phenolic compounds from fresh purple pitanga was obtained by homogenizing the seedless fruits with ethanol in an ultra-turrax® mixer. the extract was studied using a parkinson's disease model in which memory impairments are induced by intranasal 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6tetrahydropyridine (mptp) administration in rats. the results of the analyses demonstrated a neuroprotective effect for the fruit phenolic extract, which contains a total phenolic of around 96.5 mg of chlorogenic acid equivalent/ml (savall et al., 2023). the aqueous extract and fraction obtained in acetyl acetate of the leaves from e. uniflora were evaluated in vitro and in vivo assays for their antiophidic action. both samples inhibited the enzymatic action of b. leucurus and b. brazili venoms at low concentrations. in addition, the extract and fraction also demonstrated in vivo antiphonic activity by reducing oedema in the first 0.5 h after treatment (daniele-silva et al., 2024). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 issn 1678-4618 page 6/8 the relevant and diversified biological properties of e. uniflora illustrated here stimulate the continuation of research about this species' therapeutic potential, which can lead to the development of new psychotherapies. 6. food applications the pitanga tree is well adapted to the brazilian climate, which allows its cultivation in almost all parts of the country. due to its ability to thrive in different climatic and soil conditions, the pitanga tree has spread and is currently cultivated in several regions of the world, including south america, central america, the caribbean, florida (where it is the most popular eugenia species), hawaii, mexico, china, india, sri lanka, madagascar, south africa, israel, and mediterranean countries (bezerra et al., 2018; engela et al., 2021; griffis et al., 2018). its high plasticity supports diversified production and stimulates commercial exploitation in different regions of the world. a part of the human consumption of e. uniflora in nature, it was also investigated as a promising ingredient for many food applications. adding bioactive compounds from plants in films could reduce the need for food preservatives. the application of pitanga leaf extract to cassava starch/chitosan films exhibited antifungal activity against aspergillus flavus and a. parasiticus (chakravartula et al., 2020). the second layer of gelatin-based film application promoted antimicrobial effects against s. aureus and l. monocytogenes. furthermore, the addition of phenolic compounds from e. uniflora produced an active film with high antioxidant activity. the bilayer technique allowed for the use of lower concentrations of additives without affecting the water vapor permeability characteristics (luciano et al., 2021a). on the other hand, when the extract was used with a single-layer technique, negative impacts were observed on the physical properties of films derived from cassava starch and chitosan. gas permeability, including o2 and co2, was elevated compared to the control film (iaccheri et al., 2023). the incorporation of a water-in-oil-in-water (w/o/w) emulsion containing hydroalcoholic extract from pitanga leaves into gelatin and/or chitosan films resulted in a film with higher phenolic compounds and antioxidant capacity, able to suppress the growth of s. aureus. (tessaro et al., 2021a; 2021b). the addition of soybean straw crystalline nanocelluloses and the w/o/w emulsion produced a flexible material with high water vapor barriers (tessaro et al., 2021a). in both uses, a film with excellent uv/vis light barrier properties was achieved, which could be ideal for packaging lipid-rich foods. the extract of pitanga leaves was able to prevent lipid oxidation in canola oil (vargas et al., 2019), fresh pork sausages (luciano et al., 2021b), pork burgers (lorenzo et al., 2018; rocchetti et al., 2020) and lamb burgers (carvalho et al., 2019). the shelf life of these products was improved due to the inhibition of the oxidation process. in meat products, factors such as greater water retention (luciano et al., 2021b), control of microbial growth (lorenzo et al., 2018), ph (carvalho et al., 2019; lorenzo et al., 2018; rocchetti et al., 2020), reduction of protein oxidation, and enhancement of red color (carvalho et al., 2019; lorenzo et al., 2018) were perceived with the addition of the leaves extract of e. uniflora (luciano et al., 2021b). the freeze-dried pulp of orange pitanga could also be added to obtain antioxidant properties against lipid and protein oxidation, but the cooking yield and texture characteristics showed significant changes compared to the standard, as well as the low sensory acceptance concerning color in beef patties (romero et al., 2021). pitanga pulp has the potential to be used as an ingredient by the food industry as an innovative, natural option with a health appeal. the addition of pitanga pulp to diet candies (vergara et al., 2022) and diet jellies (tobal and rodrigues, 2019) showed positive physicochemical characteristics, in addition to the maintenance of phenolic compounds after processing. however, anthocyanins, carotenoids and vitamin c levels decreased significantly during storage. both the dietary and control formulations, with added sucrose, were well accepted sensorially, suggesting the addition of pulp as an alternative to encourage the consumption of native fruits with added phenolic compounds and replace artificial colors and flavorings (tobal and rodrigues, 2019; vergara et al., 2022). because the fruit is physically and chemically delicate, its transport to the final consumer is difficult. generally, pitanga is consumed only by people with a pitanga tree (pitangueira) nearby. this fact stimulates the realization of research aiming at preserving fruit and, consequently, of the species. the above data showed the versatile application of e. uniflora and demonstrated the scientific potential of these species, which can stimulate its production and improve its economic value. 7. concluding remarks due to the metabolites from different classes present in e. uniflora, promising pharmacological, nutraceutical, and technological potential are attributed to this species, a part of their application in the food industry. the diversified properties of e. uniflora stimulate the research of new applications for this plant, which can improve the economic value of this natural resource and its sustainable cultivation. authors’ contribution conceptualization: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes; data curation: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; isabela maria macedo simon sola; formal analysis: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes; funding acquisition: not applicable; investigation: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes; methodology: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes; isabela maria macedo simon sola; project administration: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes; resources: not applicable; software: not applicable; supervision: cássia gonçalves magalhães; domingos sávio nunes; validation: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes; visualization: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes; isabela maria macedo simon sola; writing – original draft: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; isabela maria macedo simon sola; writing – review & editing: cássia gonçalves magalhães; aline alberti; jociani ascari; domingos sávio nunes. data availability statement data sharing is not applicable. funding not applicable. acknowledgments not applicable. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 short review https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1589 issn 1678-4618 page 7/8 conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references bagatini, l.; zandoná, g. p.; hoffmann, j. f.; cardoso, j. s.; teixeira, f. c., moroni, l. s.; junges, a.; kempka, a. p.; stefanello, f. m.; rombaldi, c. v. evaluation of eugenia uniflora l. leaf extracts obtained by pressurized liquid extraction: identification of chemical composition, antioxidant, antibacterial, and allelopathic activity. sustain. chem. pharm. 2023, 35, 101214–101219. https://doi.org/10.1016/j.scp.2023.101214 bellaver, m.; 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2. chemistry; 3. students’ achievement. section editors habiddin habiddin highlights students showed strong procedural skills in algorithmic problems. performance declined in conceptual problems, reflecting reliance on memorization. open-ended problems pose challenges but limit creativity and application. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://ror.org/026w31v75 https://ror.org/005bjd415 mailto:p-norhaniza@utm.my mailto:wannorazlina@graduate.utm.my mailto:syaida@graduate.utm.my mailto:ypm1103@gmail.com mailto:p-norhaniza@utm.my mailto:johari_surif@utm.my mailto:mabhadi@utm.my mailto:cheekennee@meta.upsi.edu.my https://orcid.org/0009-0004-7864-4604 https://orcid.org/0009-0009-8557-4807 https://orcid.org/0009-0005-5616-5669 https://orcid.org/0000-0003-2446-8153 https://orcid.org/0000-0001-8383-6601 https://orcid.org/0000-0002-8996-5372 https://orcid.org/0000-0003-3732-604x mailto:habiddin_wuni@um.ac.id mailto:habiddin_wuni@um.ac.id https://orcid.org/0000-0002-3947-2844 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 2/12 1. introduction chemistry can be defined as the branch of science that relates to the properties of composition, element and compound structure, how they change and the release or absorption of energy when they change. chemistry is an important subject as it discusses the composition and structure of things surrounding us (sausan et al., 2018). it also explains the natural phenomena that occur in our daily life, and helps us to solve our problems scientifically. however, it is an unpopular subject among students. this subject requires the students to give an effort in comprehending the concepts. compared to language and other subjects, chemistry is more abstract because it comprises macroscopic, microscopic, and symbolic domains that describe chemical behaviors in different ways. the majority of secondary students think that chemistry is a difficult subject (sausan et al., 2018). the difficulties of learning chemistry make students have a negative perception towards chemistry. studies show they are less interested and less motivated in learning chemistry concepts (sausan et al., 2018). based on results released by the organisation for economic cooperation and development (oecd), malaysia scored 409 in mathematics, 388 in reading and 416 in scientific literacy in the programme for international student assessment (pisa) 2022 (ly et al., 2022). plus, according to azahar and cheng (2024), malaysia’s pisa scores in 2022 were 18% lower in reading, 14% lower in science, and 13% lower in mathematics compared with the oecd average. these differences are larger than they were a decade ago. the advancement of science and technology depends on the professional and well-skilled people who excel in science understanding and can apply scientific knowledge in our daily life (kinge et al., 2020). students have not been given the idea of the method to solve chemistry problems effectively. students are not adequately equipped with the cognitive and affective skills necessary to apply their learning effectively in academic and real-life situations (surif et al., 2014; sarwari and kakar, 2023). to foster a greater interest in acquiring knowledge of chemistry among students, measures need to be taken. recent studies were conducted to emphasize the importance of integrating different problem-solving approaches. these approaches include solving the problem of algorithmic, conceptual, and open-ended, which each play unique roles in enhancing students’ understanding and engagement (surif et al., 2014; sarwari and kakar, 2023). however, there is limited evidence on how integrating these approaches could lead to improved outcomes, particularly in chemistry education. algorithmic problem-solving only focuses on step-by-step procedures and formulas. it is often criticized for promoting rote learning without encouraging deep understanding even it helps students solve structured problems such as stoichiometric problems. conceptual problem-solving approaches emphasize understanding the underlying scientific principles rather than just applying formulas. this method helps students grasp fundamental concepts in chemistry, including acids and bases, atomic structure, and chemical bonding (hagos, 2025). the last problem is openended which has no single correct answer and requires students to evaluate various solutions. it can encourage creativity, higherorder thinking, and the application of knowledge in real-world contexts. plus, it also demonstrates the effectiveness of open-ended problem-solving in fostering students’ abilities to tackle complex, real-life chemistry scenarios (raman et al., 2024). therefore, this study aims to fill these gaps by identifying the achievement levels of high school chemistry students in three types of problem-solving (algorithmic, conceptual, and openended), focusing on three critical areas, namely the mole concept, acid-base reactions, and polymers. these topics were selected due to their importance in understanding both foundational and advanced chemistry concepts. the mole concept addresses algorithmic skills in quantifying chemical reactions; acid-base reactions require both calculation and conceptual understanding, and polymers encourage open-ended thinking related to real-world applications and sustainability (tsaparlis, 2021). by focusing on these areas, the study seeks to enhance chemistry education and improve student performance to meet international standards. 1.1. problem-solving a problem can be described as a situation that arises when there is a disparity between the current position and the desired goal. problem-solving plays a crucial role in all scientific disciplines and solving problems can reveal fundamental concepts underlying those disciplines (frey et al., 2022). problem-solving can be defined as the action taken when there is no solution to a problem. through problem-solving, students can develop a deep understanding of chemical concepts and connect them to practical applications. these skills are also relevant in career preparation, enabling students to design experiments, analyse data, and overcome challenges. with these skills, students become proficient problem-solvers in the field of chemistry and science. however, problem-solving skills in chemistry have been identified as important skills that are lacking among students in current education. students often encounter difficulties when solving problems as it involves critical thinking and in-depth analysis (jamil et al., 2024). in the context of chemistry, problem-solving is crucial because it enables students to apply theoretical knowledge to realworld situations. for example, in a stoichiometry problem, students need to determine the amounts of reactants and products in a chemical reaction. this requires both algorithmic problemsolving (applying formulas and procedures) and conceptual understanding, which requires grasping the law of mass conservation. as for open-ended problem solving, such as chemical equilibrium topics, students must analyse reaction rates and the dynamic nature of reversible reactions. here, open-ended problem-solving becomes important as students explore different conditions (such as temperature or concentration) that can influence the outcome of a reaction. this approach fosters deeper understanding and prepares students to handle real-world applications. the use of problem-solving in these areas supports students’ ability to think critically and apply their chemistry knowledge to complex open-ended problems. it can bridge the gap between theoretical learning and practical application. this approach not only enhances learning outcomes but also prepares students for future careers in stem fields. in this research, different topics are chosen to solve algorithmic, conceptual, and open-ended problems in chemistry, assessing a range of cognitive skills and knowledge. algorithmic problems focus on students’ ability to apply formulas and perform calculations, emphasizing procedural skills in areas like stoichiometry or chemical equations. conceptual problems, on the other hand, assess understanding of core principles and theories, such as atomic structure or thermodynamics, requiring deeper comprehension of how and why processes occur. open-ended problems involve applying chemical knowledge to complex, realworld scenarios, thereby fostering critical thinking, creativity, and problem-solving skills. by using a variety of topics, teachers can evaluate both the practical and theoretical understanding of students across different cognitive domains. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 3/12 1.2. algorithmic problem algorithmic type of problem solving can be defined as a step-by-step process to resolve equations or numerical calculation problems. the correct formula or equations are needed to calculate this type of problem. according to sangguroa and surifa (2021), an algorithmic problem is a problem in which the required data are given, the solution method is known, and the objective is clearly defined. this type of problem does not assess the student’s problem-solving skills but rather emphasizes their capacity to apply acquired knowledge consistently. according to frank et al. (1987), algorithmic problems serve as helpful shortcuts for practicing exercises, but one disadvantage is that they can impede understanding when students encounter real-world problems. algorithmic problems often discourage the development of students’ conceptual understanding. when a student’s initial approach is merely to select which algorithm to apply, it shows that the problem has not been genuinely solved (frank et al., 1987). to reduce dependence on rote learning, students must develop a strong conceptual understanding of chemistry. a few topics in chemistry that are often difficult for students to grasp include chemical equations, stoichiometry, mole concepts, and acid-base reactions (rosa et al., 2022). for instance, the mole concept is a fundamental building block in stoichiometry, which is critical for solving various quantitative problems in chemistry. the urgency in using the mole concept as test material stems from its role in bridging theoretical knowledge with practical applications. a study by diaz and aizman (2024), found that students in a control group struggled with the mole concept in a pretest for stoichiometry, and despite a post-test intervention, many still had trouble. this demonstrates the persistence of misunderstandings, making it an essential area to focus on for improving student learning outcomes. 1.3. conceptual problem conceptual questions typically present students with chemical scenarios that they are unfamiliar with. this question necessitates that students justify their choices, predict future occurrences, explain processes, establish connections between various topics, recognize questions presented in a novel manner, and extract valuable information from multiple sources or broad scopes. students are required to synthesize their answers and evaluate the problem in order to determine an appropriate mathematical tool for solving it. according to cracolice et al. (2008), a conceptual problem necessitates that students focus on enhancing their understanding of the underlying concept rather than relying on memorized procedures. a strong conceptual understanding of the relevant topics is essential for students to successfully solve conceptual questions (haláková and proksa, 2007; hurrel, 2021). one of the problems that students find difficult to understand in chemistry is acid and base concepts. a study by yaman et al. (2019) showed that the main problem faced by students is the understanding of acid and base concepts. they tend to only associate acids with h+ ions and bases with oh– ions, without a deep understanding of the characteristics and reactions of acids and bases. another study by tóthová et al. (2021) and tóthová and rusek (2021) found that students lack the skills necessary to solve conceptual chemistry problems. conceptual problem-solving is essential for students, as it assists students in attaining a more comprehensive and in-depth learning experience. it also helps to strengthen their comprehension and proficiency in applying the knowledge they have acquired to novel situations. students’ critical thinking abilities would be enhanced through improved conceptual problem-solving skills. it also fosters students’ enthusiasm for science and the pursuit of knowledge. this type of problem-solving evaluates students’ understanding of a subject matter, rather than solely assessing their knowledge and problem-solving abilities. it also offers a means to identify and address students’ misconceptions through diagnostic assessment. 1.4. open-ended problem an open-ended problem is a problem that does not have a singular correct answer; instead, it has the possibility of multiple correct answers (fitriana et al., 2018). critical thinking skills, creativity, and problem-solving skills are needed to solve this type of problem (fitriana et al., 2018). according to authority (2010) and aziza (2021), open-ended questions in chemistry are designed to evaluate a student’s understanding of fundamental concepts rather than their ability to memorize specific facts. this approach ensures that students are not impeded from answering the questions solely due to a lack of recall, as there are always multiple alternative paths to arrive at the ultimate solution. it is important to have open-ended problem-solving skills (bayarcal and tan, 2023). this is because creative and adaptable solutions are required to solve many challenging real-world problems in an effective and practical way. one will come out with new ideas and innovations that can improve the world once they have mastered open-ended problem-solving skills (bayarcal and tan, 2023). furthermore, collaboration and teamwork are required to solve open-ended problems which are indirectly able to learn others’ perspectives and experiences. students must acquire problem-solving skills to develop conceptual understanding and the ability to solve real-life problems with scientific skills. specifically, this research aims to examine students’ level of ability in solving these types of problems, which include algorithmic problems, conceptual problems and openended problems. according to the curriculum development department, in malaysia education, the kssm curriculum emphasizes active learning and critical thinking. students are taught to analyze problems, collect data, identify the causes of problems, and formulate solutions in the subject of chemistry. thus, the kssm curriculum helps students to develop problemsolving problems related to chemistry concepts. the change in curriculum from kbsm to kssm may potentially affect students’ performance in solving real-life problems. therefore, a new study is needed to examine how the kssm curriculum influences students' ability to solve problems. in response to these challenges, a study has proposed to examine the students’ level of achievement in solving various types of problems in chemistry (algorithmic, conceptual, and open-ended). thus, this study aims: i) to identify students’ level of achievement in algorithmic problems ii) to identify students’ level of achievement in conceptual problems iii) to identify students’ level of achievement in open-ended problems iv) to compare students’ level of achievement in algorithmic problems, conceptual problems and open-ended problems https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 4/12 2. methodology the study focuses on identifying and comparing the chemistry students’ level of achievement in solving algorithmic, conceptual, and open-ended problems. this methodology section covers aspects such as research design, population and sampling, data collection instruments, and data analysis techniques. 2.1. research design a quantitative study utilizing a descriptive research design was conducted to address the research objectives. this approach involved systematically collecting numerical data to describe and assess key characteristics related to the research topic. the data collection process was executed using a paper-and-pencil test, where participants were asked to complete a series of standardized questions designed to measure their knowledge, skills, or understanding of the subject matter. this method of data collection allowed for straightforward administration and reliable quantification of results, ensuring that the data could be analysed effectively to meet the study’s goals. 2.2. population and sample for this study, purposive sampling was employed by choosing 42 high school chemistry students from a private school in johor bahru. this school was chosen due to its diverse student population, which reflects a range of academic proficiencies and backgrounds, making it an ideal setting to examine different problem-solving abilities in chemistry. the purposive sampling method was selected to ensure that the participants included students with varying levels of proficiency in chemistry, from high achievers to those who struggle with the subject. according to emara et al. (2021). this diversity is crucial for a comprehensive comparison across different cognitive domains related to algorithmic, conceptual, and open-ended problem-solving. the sample size of 42 chemistry students was determined based on the feasibility of conducting in-depth analyses while achieving statistically meaningful comparisons. all the students selected for this study were 17 years old and had been exposed to chemistry from the same year, ensuring they had an equal foundation in the subject. this uniform exposure to chemistry provides a consistent basis for assessing their problem-solving abilities, minimizing any confounding variables related to differing levels of prior knowledge or experience. the sample was evenly distributed across gender, ensuring that the study’s findings are not biased toward a particular demographic group. 2.3. instruments to collect the necessary data, a series of tests was administered to the students. these tests comprised three types of problem-solving questions specifically designed to assess students’ abilities in solving algorithmic, conceptual, and open-ended problems. each test was carefully crafted to ensure clarity and relevance to the chemistry curriculum, allowing students to demonstrate their understanding of key concepts and problemsolving strategies. plus, it was developed based on research objectives to ensure it effectively addressed the key areas of interest. following its development, these tests were validated by two experts who have experience in teaching chemistry for more than 10 years. the experts provided several recommendations, such as revising certain items. despite these suggestions, the experts confirmed that these tests met the requirements and achieved the study’s objectives. 2.3.1. algorithmic problems the algorithmic problems focused on numerical calculations and the application of formulas, requiring students to follow step-by-step procedures. each of these questions requires students to follow a defined set of steps, which is a hallmark of algorithmic problem-solving. table 1 below presents a set of algorithmic questions used in the study to evaluate students’ problem-solving abilities in chemistry. each question is designed to test the application of specific formulas and procedures, reflecting the systematic and procedural nature of algorithmic problem-solving. table 1 includes explanations for how each question relates to the development of these skills, emphasizing the role of algorithmic learning in reinforcing students’ understanding of fundamental chemical concepts. table 1. algorithmic questions in chemistry: assessment of problem-solving skills. questions explanation 1. a gas jar contains 300 cm3 of ammonia gas at room condition. calculate: a) the number of mole of ammonia gas. this question typically uses the formula n= 𝑉 𝑀 , where n is the number of moles, v is the volume of gas, and m is the molar volume. students must identify the relevant values and apply the formula to find the solution. this type of calculation emphasizes the procedural aspect of problem-solving. b) the mass of ammonia gas. this question relates to question (a). after students get the number of moles, students need to calculate the mass of ammonia using formula, mass (g) = number of mole x molar mass. c) the number of atoms in ammonia gas. this question involves avogadro’s constant (6.02×1023) to find the total number of atoms. students need to calculate the number of atoms using a formula. (number of particles = number of mole x avogadro’s constant x number of ammonia atom in one molecule of ammonia gas). d) nitrogen gas can react with hydrogen gas to produce ammonia gas under certain conditions. i) write the balanced chemical equation for the reaction. ii) calculate the volume of hydrogen gas needed in this reaction if 300 cm3 of nitrogen gas is used and measured under the same reaction condition. i) this task assesses students’ understanding of the stoichiometry relationships in chemical reactions, requiring them to recognize the reactants and products involved and ensure that mass is conserved in the equation. this is a critical skill in chemistry that connects algorithmic problem-solving with conceptual understanding. ii) this question typically uses stoichiometry to determine the volume of hydrogen gas required to produce a specific amount of ammonia. it emphasizes the application of theoretical knowledge to practical situations. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 5/12 algorithmic questions in chemistry are essential because they require students to follow established procedures, reinforcing their procedural knowledge and enhancing their problem-solving abilities. by applying systematic approaches to solve specific types of problems, students learn to navigate the complexities of chemical calculations with confidence (vo et al., 2022). these questions often involve mathematical skills, allowing students to practice and strengthen their ability to perform calculations relevant to chemical concepts. furthermore, mastering algorithmic problem-solving fosters confidence, as students become adept at tackling quantitative problems, which serves as a foundation for developing higher-order thinking skills. additionally, these questions are valuable for educators, as they provide insight into students’ understanding of fundamental concepts and their capacity to apply that knowledge in practical scenarios. overall, algorithmic questions play a crucial role in chemistry education by enabling students to effectively solve quantitative problems and prepare for more complex conceptual challenges (rau et al., 2021; tsaparlis, 2021). 2.3.2. conceptual problems the conceptual problems presented scenarios that necessitated a deeper understanding of chemical principles, encouraging students to connect different topics and apply their knowledge creatively (rahmawati et al., 2022). each question targets key aspects of chemical theory, encouraging students to engage in deeper thinking rather than simply recalling memorized facts. table 2 outlines a series of conceptual questions used to evaluate students’ comprehension of fundamental chemical concepts related to acids. each question is crafted to challenge students to think critically and apply their knowledge in new contexts, moving beyond simple recall to engage in deeper analytical thinking. table 2 also provides explanations for how each question relates to conceptual problem-solving, emphasizing the integration of knowledge and the application of scientific principles. table 2. conceptual questions in chemistry: assessment of understanding and application of acid-related concepts. questions explanation i) what is meant by acid? it prompts students to articulate their understanding of acids in terms of their properties and characteristics, such as their ability to produce h⁺ ions in aqueous solutions. this requires students to synthesize knowledge from different areas of chemistry. ii) state the ion that enables an acid to show its acidic properties. this question encourages students to connect the concept of acidity with the ionization process which produce hydrogen ion that can show the acidic properties. iii) suggest the name of acid p and acid q. it requires students to apply their knowledge of chemical nomenclature. this not only tests their ability to identify specific acids but also assesses their familiarity with common acids and their formulas. iv) acid p and acid r have the same concentration. it was found that the ph value of acid p is lower than acid r. explain why the ph value of both acids are different. it challenges them to apply their understanding of concepts such as dissociation and strength of acids. this question emphasizes the importance of understanding that ph is influenced by factors beyond concentration, such as the acid’s inherent strength and degree of ionization. source: elaborated by the authors. these questions exemplify conceptual problem-solving in chemistry because they require students to integrate their knowledge and apply it to new scenarios. they encourage critical thinking and analysis, as students must justify their answers based on scientific principles rather than relying solely on rote memorization. by engaging with these conceptual questions, students deepen their comprehension of acid-related concepts, which is essential for their overall success in chemistry. 2.3.3. open-ended problems the open-ended problems require students to explore multiple pathways to arrive at solutions, fostering critical thinking and creativity (shanta and wells, 2022). the open-ended questions presented here are designed to encourage students to explore complex concepts related to the use of polyvinyl chloride (pvc) in water pipe manufacturing and its environmental implications. table 3 presents a set of open-ended questions designed to assess students’ ability to analyse and articulate complex issues related to the use of pvc in water pipe manufacturing and its environmental impact. each question encourages students to explore practical applications, environmental considerations, and ethical implications, fostering critical thinking, creativity, and problemsolving skills. table 3 contains explanations for how these questions relate to open-ended problem-solving, highlighting the importance of addressing multifaceted problems that allow for several valid responses. table 3. open-ended questions in chemistry evaluating critical thinking and application in real-world contexts. question explanation a) state and explain the importance of using pvc in the manufacture of water pipes. it prompts students to consider the practical applications of pvc in real-world scenarios. this question encourages them to think critically about the material’s properties, such as durability, resistance to corrosion, and cost-effectiveness, which make it a popular choice in plumbing. students must synthesize information and articulate their reasoning, demonstrating a deeper understanding of material science and engineering principles. b) explain how pvc can cause environmental pollution. suggest on ways to solve this problem. it challenges students to examine the broader implications of using pvc, including its production, use, and disposal. this question invites students to engage in environmental science and ethics, requiring them to think about sustainability and the consequences of material choices. by asking for solutions, the question fosters creativity and problem-solving skills, as students must propose practical measures to mitigate pvc-related pollution. source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 6/12 these questions exemplify open-ended problem-solving because they do not have a singular correct answer, allowing for a range of responses based on students’ perspectives and knowledge. they encourage students to analyse complex issues, consider multiple viewpoints, and express their thoughts coherently. such questions are essential for developing students’ higher-order thinking skills and their ability to apply scientific knowledge to real-world problems, thus enhancing their overall learning experience in chemistry and related fields. before administration, the items in each problem were validated by two expert chemistry teachers with ten years of experience each. the tests were pilot-tested with a small group of students to ensure that the questions were appropriate in terms of difficulty and clarity. the tests were designed to be completed within 40 minutes, providing students with sufficient time to think critically and demonstrate their problem-solving abilities. students were instructed to complete the tests independently, providing their responses in writing. the data obtained from the tests were meticulously recorded for further analysis, ensuring that each student’s performance could be accurately assessed and compared. 2.4. data analysis techniques quantitative analysis techniques were applied to analyse the collected data. a set of questions consisting of three types of questions that related to algorithmic, conceptual and open-ended problems was given to the students. the students’ answers were marked, and the marks were referred to the answer scheme. the mark achievement for each problem-solving category was then analysed using spss 27.0. table 4 shows the specification table for each item. table 4. the specification table for each item. no types of question topic total marks 1 algorithmic mole concept 10 2 conceptual acid and base 10 3 open-ended polymer 10 source: elaborated by the authors. descriptive statistics such as frequency and percentage were used to summarize the achievement level of students. the malaysian ministry of education classifies students’ chemistry achievement into two categories based on their assessment scores. table 5 shows the students’ achievement level. this score level of achievement was used to provide clarity and ease of assessment. table 5. level of achievement. marks level of achievement description 0-39 low unable to solve problem 40-100 high able to solve problem source: adapted from surif et al., 2014. based on table 5 a score of 40% or higher is regarded as a passing mark, indicating a higher level of achievement in the subject. conversely, students who score below 40% are considered to have a lower level of achievement in problem-solving skills. the “low” range can help teachers identify areas for improvement, while the “high” range can reinforce proficiency and foster motivation for the students. this score also enables teachers to quickly identify students who may need additional support, making it an effective tool for promoting skill development in chemistry (ely, 2019). this research was supported by interviewing five students to provide deeper insights into the students’ experiences and perceptions regarding problem-solving. 3. results and discussion table 6 shows the frequency and percentage of students’ achievement across three types of questions, which are algorithm problems, conceptual problems and open-ended problems. the data illustrates how students performed in each category. table 6. the frequency and percentage of students’ achievement on the three types of questions. marks level of achievement frequency percentage (%) algorithmic 0-39 low 4 9.52 40-100 high 38 90.5 total 42 100.00 conceptual 0-39 low 7 16.7 40-100 high 35 83.3 total 42 100.00 open-ended 0-39 low 33 78.6 40-100 high 5 11.9 total 42 100.00 source: elaborated by the authors. 3.1. students’ level of achievement in algorithmic problems the findings reveal that the majority of students (90.05%) achieved scores above 40% when solving algorithmic problems, indicating a strong performance in this area. only a small percentage (9.52%) struggled with these problems, suggesting that most students are proficient in applying the required techniques. this is particularly evident in question number one, which assessed students’ understanding of calculations related to the mole concept a fundamental topic in chemistry. the high level of achievement in algorithmic problems can be attributed to students’ reliance on structured problem-solving techniques and consistent practice. these results are consistent with olubunmi (2016) findings, which emphasize that the algorithmic learning method focusing on the three steps of analysis, calculation, and evaluation effectively supports students in mastering mathematical concepts in chemistry. by adhering to these steps, students can systematically approach and solve problems, thereby improving their performance. algorithmic learning methods enhance students’ problemsolving skills and deepen their understanding of fundamental chemical concepts by promoting critical thinking and application over rote memorization. this approach breaks down complex problems into manageable steps, encouraging students to analyze, evaluate, and synthesize information to find solutions. by emphasizing the relationships between different chemical concepts and processes, algorithmic learning helps students grasp underlying principles and apply their knowledge to new situations, fostering a more comprehensive and adaptable understanding of chemistry (vo et al., 2022). this study contributes to existing knowledge by reinforcing the importance of teaching problem-solving techniques in a structured and methodical manner. furthermore, it suggests that when teachers emphasize the process ensuring students demonstrate in writing how they apply specific techniques students are more likely to internalize these methods, leading to better outcomes in examinations. this insight could inform future pedagogical strategies, particularly in designing curricula that prioritize skill development through algorithmic problem-solving. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 7/12 there are five questions provided based on the information in fig. 1. figure 1. algorithmic question. source: elaborated by the authors. all students were able to answer question numbers for (a), 1(b), 1(d)(i) and 1(d)(ii). however, only 14 students can answer question number 1(c) correctly. most of the students answered the question the same as the students’ sample answers. students’ misconceptions about the types of particles because they can’t differentiate between atom, molecule and ions. plus, this misconception also occurs due to students unable to master the chemical formula (chophel, 2022). box 1 show the sample students answers for question 1(c). source: elaborated by the authors. 3.2 students’ level of achievement in conceptual problem secondly, for conceptual problem questions, 83.3% of the students scored a high level of achievement between 40 to 100 marks. only 16.7% of students scored a low level of achievement (0 to 39%). from these findings, we can conclude that most students can solve conceptual problems. for this section, four questions were provided based on the information in fig. 2. figure 2. question for the conceptual problem. source: elaborated by the authors. the main findings of this research reveal several important aspects of students’ understanding and misconceptions in chemistry. first, all students were able to successfully answer the first question [2(i)]. it demonstrates that they are familiar with the basic concept and can effectively elaborate on it. this indicates a strong foundational knowledge in this area, suggesting that the initial teaching strategies or prior exposure to similar questions have been effective. however, the second question [2(ii)] exposed a misconception among students, with one student incorrectly identifying oh– ion instead of h+ ion. this mistake likely stems from confusion between different types of ions or a lack of understanding of their charges, highlighting a common issue in chemistry education where students may confuse similar concepts. for the third question [2(iii)], many students answered correctly but some responded with chemical formulas (e.g., hcl, h₂so₄) instead of the full names of the acids. this finding suggests that while students can recall chemical formulas, they may struggle with translating this knowledge into the required format, such as using the full chemical names. this points to a gap in instruction regarding the importance of chemical nomenclature. the final question [2(iv)] proved to be the most challenging, with many students unable to correctly address all three required points. this difficulty indicates that while students may grasp individual concepts, they struggle to synthesize these concepts into solving more complex, multi-step problems. this highlights a potential area where additional instructional support or practice might be necessary. box 2 shows the sample students answer for question [2(iv)]. source: elaborated by the authors. to score all the points, students must state that acid p ionizes completely in water to produce a high concentration of hydrogen ions. next, they also need to mention that acid r ionizes partially in water to produce low concentrations of hydrogen ions. then, summarize them in a sentence such as the higher the concentration of hydrogen ions, the lower the ph value. this question allowed teachers to analyze the students’ conceptual understanding and their skills in elaboration. based on the answers given by the students, there were slight misconceptions detected in explaining the topic. these findings contribute uniquely to the existing knowledge in chemistry education by providing insights into specific areas where students commonly experience confusion, such as ion identification and the translation of chemical formulas into names. this research underscores the importance of not only testing students’ knowledge but also their ability to apply that knowledge in various forms, suggesting a need for more comprehensive instructional strategies that address these issues. additionally, the study highlights the significance of assessment box 1. sample students’ answer for question 1(c) student 1: n(nh3) = 0.0125 x 6.02 x 1023 = 7.525 x 1021 student 2: n = 0.0125 x 6.02 x 1023 = 7.525 x 1022 box 2. sample students’ answer for question 2(iv) student 1: this is because acid p is strong acid that its degree of ionization in water is higher than acid r, hence its ph value is lower. student 2: the ph of r will be lower as the degree of ionization of r in water is lower, it only partially dissociates in water. thus, the ph of r will be lower. student 3: the ph value of both acids is different because acid p is strong acid which can dissociate fully while acid r is weak acid which can only dissociate partially. thus, ph value of acid r is higher than acid p. student 4: because acid p is monoprotic acid. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 8/12 design in capturing students’ true understanding and the necessity of teaching students how to navigate between different representations of chemical knowledge. overall, this research offers valuable implications for refining educational practices in chemistry, aiming to enhance student understanding and performance. 3.3 students’ level of achievement in open-ended problems based on the results in table 6 above, regarding the students’ achievement level in solving open-ended problems, only 11.90% of the students achieved high-level marks, indicating that they are able to answer open-ended problems effectively. however, 78.60% of them were unable to solve open-ended chemistry problems. open-ended questions not only allow teachers to assess their students’ level of knowledge, but they also help students strengthen fundamental abilities like observation, analysis, and inference, as well as their creative potential in several contexts. divergent thinking is associated with open-ended questions that permit multiple correct responses and various solution strategies. open-ended questions also require students to construct unrestricted responses. polymeric which frequently seen in day-to-day life is also one of the chemistry topics that has a high volume of the notion of a low level of concept mastery (hill, 2020). in addition, the majority of teachers disregarded the development of students’ comprehension of polymer concepts. regarding this research, fig. 3 shows the question of open-ended problems. it consists of two sub-questions, which are about polyvinyl chloride or vinyl (pvc), and this question primarily assesses mastery of factual knowledge rather than higher-order skills. pvc is a type of polymer in which chlorine contains more than 50% of the total component by weight. according to osama, et al. (2020) research, it is made through the polymerization of the vinyl chloride monomer. in malaysia, the current curriculum, which is the secondary school standards-based curriculum (kssm), includes polymer as one of the topics in the form five chemistry subject syllabus. figure 3. open-ended question. source: elaborated by the authors. the main findings of this research indicate significant gaps in students’ understanding and ability to articulate key concepts related to the composition and environmental impact of pvc (polyvinyl chloride). when faced with open-ended questions, many students were able to identify key points but failed to elaborate on them in detail. this lack of detailed explanation suggests that while students may have some surface-level understanding, they do not possess the deeper comprehension required to thoroughly explain the concepts. furthermore, a considerable number of students provided incorrect answers, indicating that they have not yet mastered this essential topic, which is particularly concerning given the relevance of the compounds discussed to their everyday lives. specifically, question 3(a) asked students to state and explain the importance of using pvc in the manufacture of water pipes. the achievement levels of students were varied. this question, contributing 4 marks, revealed that while some students could state the importance of pvc, they struggled to provide a detailed explanation, further highlighting their limited understanding. table 7 shows the level of students’ achievement for question 3(a). table 7. the level of students’ achievement for question 3(a). level of achievement explanation sample students’ answer excellent [4 marks] demonstrates a comprehensive understanding of the importance of pvc in water pipe manufacturing, providing detailed explanations and mentioning multiple benefits. s9. pvc is vital for water pipe manufacturing due to its durability, corrosion resistance, cost-effectiveness, lightweight design and smooth flow. pvc pipes are long-lasting, resistant to corrosion and can withstand various temperature and pressure. they are lightweight, easy to handle and reduce transportation and labor costs. the smooth inner surface minimizes friction losses and prevents scaling or blockages. adequate [2-3 marks] provides some relevant points and explanations, highlighting the durability, corrosion resistance, cost-effectiveness, and other advantages of using pvc in water pipe manufacturing. s4. the importance of using pvc in the manufacture of water pipes is that it pressures drinking water quality due to their high degree of inertness and resistance to corrosion. s5. pvc is a waterproof, isolator in heat and electric. so, it can be used as waterpipes. pvc is not degradable, so it can be using a long time and need not be replaced, pvc manufacturing is low-cos.t limited [1 mark] provides limited or brief explanations, mentioning a few characteristics or properties of pvc without further elaboration. s2 & s3. pvc plastic is corrosion, resistance and chemical-resistant. s6. stable polymer doesn’t break easily. can be used for a long time s7. structure of pvc plastic is stable it doesn’t dissolve in water and it is an insulator of heat and electric s8. pvc is durable and stable, easy to change in shape s10. pvc helps to ensure energy and water by creating virtually leak-free pipes that are not corrosion and resist environmental stress s26 & s28. pvc is chemically stable and does not easily corrode. it is easy to be shaped. s29. pvc plastic is corrosion-resistant and chemical resistance s35. pvc pipes are durable, as the expected lifespan is 100 years or more. s42. the expected lifespan of a pvc pipe is 100 years or more for underground pipes. besides, pvc water mains show a much lower failure rate than non-plastic materials. pvc pipes are safe and durable incomplete [0 mark] it does not provide an answer or explanation for the importance of using pvc in water pipe manufacturing s1. pvc is a polymerized substance. it has a better characteristic than other substances. it is more suitable for the manufacture of water pipes. s11. no idea s21. it is a high-strength thermoplastic material source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 9/12 question 3(b) required students to explain how pvc can cause environmental pollution and suggest solutions. table 8 shows the level of students’ achievement for question 3(b) where it shows students faced even greater challenges. this question, contributing 6 marks, not only tested their knowledge of pvc’s environmental impact but also their ability to propose practical solutions. the results indicated that students are not only struggling with the basic comprehension of the material but also with applying their knowledge to broader environmental contexts. based on table 7 and 8, students’ answers have already been arranged according to the level of students’ achievement, which is excellent, adequate, limited and incomplete. this research found that most of the students can only achieve a level of limited and incomplete. thus, the result shows that students not yet achieve the skill in open-ended questions. to overcome this ineptness, effective strategies must be implemented to ensure that students grasp the concept and are able to think critically and creatively (black, 2018). table 8. the level of students’ achievement for question 3(b). group explanation sample students’ answer excellent [4-6marks] shows a comprehensive understanding of how pvc can cause environmental pollution, mentioning harmful chemicals, additives, and toxic substances associated with pvc production, use, and disposal. they also suggest several solutions to address the problem. s5. pvc is a kind of plastic, it is not degradable, and it needs a variety of processes to decompose pvc, so, if the pvc is disposed of it will cause pollution. besides, when pvc is decomposed it will release toxin gas that also causes air pollution. to solve this problem, we can use degradable materials like plant base to manufacture water pipes to replace pvc. s9. pvc can cause environmental pollution through its production, use and disposal hazardous chemicals and additives used in pvc manufacturing can harm the environment. improper disposal and incineration release toxic substances and microplastics, posing risks to ecosystems and human health. solution include sustainable manufacturing practices, pvc alternatives without harmful additives, improved recycling technologies, proper waste management, responsible consumption and reducing plastic waste at the source. adequate [3 marks] mentions relevant points about how pvc can cause pollution, such as recycling difficulties and the release of harmful substances. however, their suggestions for solving the problem are limited or lack detailed explanations. s2. pvc release many harmful chemicals. pvc is difficult to recycle and it will remain in the environment for a long time. we should use recycled bags to replace pvc. s3. pvc is a stable polymer. it takes such a long period to disintegrate. the discarded pvc will accumulate and end up present in a large amount of unwanted trash that will cause environmental pollution. using natural rubber or latex as an alternative of pvc. s4. if pvc is landfilled, it leaches toxic addictive and releases toxin. to solve this problem, recycle pvc and reduce the usage of pvc. limited [1-2 marks] provides incomplete or brief explanations, mentioning some characteristics or properties of pvc without further elaboration. s1. the production of pvc is not eco-friendly because it releases many harmful chemicals. besides pvc is difficult to recycle and it will remain in the environment for a long time. s7. releasing the manufacture of pvc plastic. use other eco-friendly materials. pvc is hard to dissociate. so, it is hazardous to the environment. s10. the process of making pvc is harmful for the environment. it releases huge amounts of toxic chemicals into the environment. discharged pollutants impact nearby drinking water supplies. using natural rubber and latex be alternative to pvc. incomplete [0 mark] does not provide an answer or explanation about how pvc can cause environmental pollution or suggestions to solve the problem. s6. – s8. pvc is a polymer. it is a stable molecule and it can last for a long time. recycle used pvc to make new products. source: elaborated by the authors. 3.4. comparison of students’ achievement in solving algorithm, conceptual and open-ended problems table 9 shows the minimum score (min), maximum score (max), mean and standard deviation of algorithmic, conceptual and open-ended questions. in algorithmic questions, the minimum score achieved by students is two out of ten, while the maximum score achieved by students is ten out of ten. the mean scores of students in algorithmic questions are 8.00, while the standard deviation of algorithmic questions is 1.87. in conceptual questions, the minimum score achieved by students is three out of ten, while the maximum score achieved by students is seven out of ten. the mean value of conceptual questions score among students is 5.60, while the standard deviation of algorithmic questions is 1.13. in open-ended questions, the minimum score of students is zero out of ten, and the maximum score of students is eight out of ten. the mean value of open-ended questions among students is 3.36, while the standard deviation of open-ended questions is 1.75. table 9. the minimum score, maximum score, mean and standard deviation of algorithmic, conceptual and open-ended questions. n min max mean std. deviation algorithmic 42 2.00 10.00 8.00 1.87 conceptual 42 3.00 7.00 5.60 1.13 open-ended 42 0.00 8.00 3.36 1.75 source: elaborated by the authors. figure 4 shows the level of students’ achievement in algorithmic questions, conceptual questions, and open-ended questions. four students scored low marks on algorithmic questions. 38 students scored high marks in algorithmic questions. seven students scored low marks on conceptual questions. 35 students scored high marks in conceptual questions. 33 students scored low marks in open-ended questions. five students scored high marks on open-ended questions. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 10/12 figure 4. level of students’ achievement in algorithmic questions, conceptual questions, and open-ended questions. source: elaborated by the authors. students are considered to have high marks for a particular type of question if they score between 40 to 100 marks, and low marks if they score between 0 and 39 marks. among algorithmic, conceptual, and open-ended questions, it is evident that students faced the most difficulty with open-ended questions, as the mean of students’ achievement in this category is the lowest. students tend to perform better on algorithmic questions because these questions typically require the application of a welldefined set of steps or procedures to arrive at a correct answer. the structured nature of algorithmic questions allows students to follow a clear path to the solution, reducing the cognitive load required to generate an answer. for example, in chemistry, algorithmic questions might involve calculating molar concentrations or balancing chemical equations, which are tasks that students can practice and master through repetition. algorithmic questions often have a “yes” or “no” answer, or a specific numerical result, making them easier for students to tackle, especially those with lower proficiency (csernoch et al., 2021). on the other hand, conceptual questions demand a deeper understanding of the underlying principles of chemistry. these questions test students’ ability to apply their knowledge to new situations, requiring them to connect different concepts and think critically. while conceptual questions do not always have a straightforward answer, they still often involve a more guided thought process compared to open-ended questions. students may struggle with these questions if they lack a strong foundational understanding or if they are not accustomed to applying concepts in varied contexts. open-ended questions, however, are the most challenging for students, as they require the generation of original responses based on the student’s understanding and interpretation of the concepts learned. these questions do not have a simple “yes” or “no” answer; instead, they require students to express their opinions, synthesize information, and articulate their thought processes in a detailed manner (komildjanovna, 2024). they often require a longer, more elaborated response, such as a paragraph or essay, which can be daunting for students, especially those with lower language proficiency or less confidence in their understanding of the material. the difficulty in mastering open-ended questions lies in the need for students to not only recall information but also organize and communicate their reasoning effectively. as nedjat-haiem and cooke (2021) noted, while students are encouraged to provide as much detail as possible, they often struggle to align their responses with the expected answers. this discrepancy might be due to a lack of practice in structuring their thoughts or a limited ability to apply their knowledge in a less structured, open format. moreover, open-ended questions often assess higher-order thinking skills, such as analysis, synthesis, and evaluation, which can be challenging for students who have primarily been trained in rote memorization or procedural problem-solving. to strengthen the research findings, it is essential to incorporate insights from the respondents’ interviews. table 10 shows the response from five students via interview. table 10. the respondents’ interviews. student response student 1 algorithmic problems: “i like algorithmic questions since i can solve them step-by-step. they are straightforward, and i usually score well.” conceptual problems: “conceptual questions challenge me because i need to think deeply. if i don’t have a solid grasp of the concept, i feel lost.” open-ended problems: “open-ended questions are the worst for me. i feel over helmed by having to come up with my own answers. i often write too little or get confused about what to include.” student 2 algorithmic problems: “i find algorithmic questions the easiest because they follow a clear procedure. i can memorize the steps and practice them, which makes me feel confident.” conceptual problems: “conceptual questions are harder. i struggle to connect the ideas and apply them to new situations. sometimes, i don’t understand what the question is asking.” open-ended problems: “open-ended questions make me anxious. i don’t know how to start or what to write. i worry about not being detailed enough.” student 3 algorithmic problems: “algorithmic questions are like puzzles; i enjoy solving them. i feel like i can rely on my skills and knowledge here.” conceptual problems: “conceptual questions require me to think critically, which is tough. i need more practice relating different concepts.” open-ended problems: “i find open-ended questions intimidating. i can’t express my thoughts clearly, and i’m afraid of getting it wrong since there’s no right answer.” student 4 algorithmic problems: “i perform best in algorithmic questions. the rules are clear, and once i learn them, i can apply them easily.” conceptual problems: “conceptual questions are tricky for me. sometimes i can answer them if i remember the class discussions, but it’s not always easy.” open-ended problems: “i struggle with open-ended questions. i want to provide detailed answers but often end up writing less because i can’t think of what to say.” student 5 algorithmic problems: “i feel comfortable with algorithmic questions. they help me focus on calculations, which i’m good at.” conceptual problems: “conceptual problems make me think differently, and that can be hard. i wish we practised these more.” open-ended problems: “open-ended questions are challenging because they require creativity and articulation. i feel like i need more guidance on how to approach them.” source: elaborated by the authors. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 original article, education in chemistry and correlated areas https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1568 issn 1678-4618 page 11/12 from the response in table 10, it is obvious that students expressed a sense of confidence with algorithmic problems due to their structured nature and clear procedures. most felt they could master these through practice because they managed to answer the questions based on memorized procedures. students generally found conceptual questions more challenging, often requiring a deeper understanding and connection of ideas, which they felt was lacking. students managed to answer the questions only when they successfully related the concepts learned to real-life examples discussed in class. however, when it comes to open-ended questions, there was a consensus that open-ended questions were the most daunting. students reported feelings of anxiety, confusion, and difficulty in articulating their thoughts, indicating a need for more practice and support in this area. the main limitations of this research include potential sample size issues, where a small or non-representative group may limit the generalizability of the findings to a broader population (hennink and kaiser, 2022). differences in problem difficulty, where algorithmic tasks might be easier or more familiar to students, can skew results, making it harder to assess true differences in problem-solving abilities. the influence of teaching methods, time constraints, and subjective grading of open-ended problems may also affect performance, leading to potential biases (carpenter et al., 2020). moreover, factors such as student motivation, and prior knowledge may influence outcomes across problem types. it leads to complicated interpretations of their true achievement levels in algorithmic, conceptual, and openended problem-solving (vo et al., 2024). in conclusion, the differences in student achievement across question types highlight the distinct cognitive demands each type imposes. algorithmic questions were usually more procedural and accessible for students as they involved familiar steps and methods. while, open-ended questions require independent synthesis and expression of knowledge, which can present greater challenges (broman, 2020). this indicates that students may struggle with the cognitive load and self-directed thinking needed for open-ended questions. examining specific difficulties, such as challenges with critical thinking, applying concepts to new situations, or organizing responses, could yield valuable insights (tornee et al., 2019). by further analyzing these issues through interviews or targeted feedback, this research could pinpoint key areas where support is needed, informing interventions to strengthen students’ problem-solving and critical thinking skills in chemistry. 4. conclusions in summary, this study underscores the importance of strengthening students’ conceptual understanding of chemistry and creating a curriculum that fosters balanced problem-solving skills through algorithmic, conceptual, and open-ended questions. the results suggest that kssm assessments should incorporate more conceptual and open-ended questions to encourage students to not only grasp theoretical knowledge but also apply it to real-life scenarios. additionally, the study emphasizes collaborative efforts between teachers and students to cultivate a problem-solving culture in the classroom, where teachers support a studentcentered learning environment and provide academic guidance for students in need. teachers are encouraged to explore diverse instructional approaches to enhance students’ problem-solving abilities. by building a framework that promotes scientific creativity and problem-solving skills through these methods, it is anticipated that students will develop a deeper appreciation for chemistry and its applications in everyday life. authors’ contribution conceptualization: johari surif; data curation: wan nor azlina wan abdullah; syaida ab manaf; formal analysis: wan nor azlina wan abdullah; syaida ab manaf; funding acquisition: not applicable; investigation: wan nor azlina wan abdullah; syaida ab manaf; yam pui mun; methodology: yam pui mun; project administration: nor hasniza ibrahim; abdul hadi bunyamin; chee ken nee; resources: not applicable; software: not applicable; supervision: nor hasniza ibrahim; validation: nor hasniza ibrahim; visualization: yam pui mun; writing – original draft: wan nor azlina wan abdullah; syaida ab manaf; writing – review & editing: wan nor azlina wan abdullah; syaida ab manaf. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments we extend our gratitude to the high school chemistry students from private school in johor bahru. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references authority, s. q. chemistry open-ended questions support materials. learning and teaching scotland, 2010. azahar, s.; cheng, c. understanding malaysia’s decline in pisa scores: causes and consequences. institute of strategic & international studies (isis) malaysia, 2024. aziza, m. 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2. influence of technology; 3. pisa framework; 4. systematic literature review; 5. technology-enhanced learning. section editor assis vicente benedetti highlights the e-module is the most widely used technology to improve chemical literacy. the influence of each technology in improving chemical literacy is explained. potential research gaps in using technology to improve chemical literacy are noted. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 https://ror.org/00ypgyy34 mailto:sri.rahayu.fmipa@um.ac.id mailto:anantaardyansyah@gmail.com mailto:sri.rahayu.fmipa@um.ac.id https://orcid.org/0000-0002-0882-3904 https://orcid.org/0000-0002-5204-4756 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 eclet. quim. 49 | e-1534, 2024 issn 1678-4618 page 2/9 1. introduction science education aims not only to produce young scientists but also to benefit society in general (reiss et al., 1999). everyone should have the necessary scientific knowledge and be able to use the knowledge to explain phenomena scientifically, evaluate and design scientific inquiry, and interpret data and evidence scientifically (oecd, 2023). these competencies are part of scientific literacy, which is important nowadays. although widely used in science education literature, the term “scientific literacy” has no specific consensus on its definition. the term is used in research, discussions, and analyses of science education goals, assessment programs, curriculum policies, programs, and learning resources. however, everyone agrees that students cannot be scientifically literate if they know nothing about the science. scientific literacy has several other terms, but scientific literacy is the most widely recognized (roberts, 2007). regardless of its meaning, scientific literacy is important because it influences various meanings, assessment methods, and topics of interest (laugksch, 2000). increased scientific literacy improves students’ intellect, character, communication, positive behavior, and responsible citizenship (holbrook and rannikmae, 2007). studies show that scientific literacy can foster the principles of democratic education and involve the community in decision-making on socioscientific issues (yacoubian, 2018). with mathematical literacy, scientific literacy is a means to prepare for adult life, which is expected to involve public discussions related to science, technology, environment, and society, thus creating a democratic society (yore et al., 2007). scientific literacy also plays a role in improving communication skills, critical thinking, metacognitive awareness, and understanding of culture and practices in science (cavagnetto, 2010). some other studies mention that scientific literacy can build a better society (roth and barton, 2004), accelerate the realization of sustainable development goals (sdgs) (queirugadios et al., 2020), and develop 21st-century transferable skills (rahayu, 2017). given the importance of scientific literacy, it has become one of the key learning objectives that education, teachers, and policies focus on today. in the chemistry field, scientific literacy is referred to as chemical literacy, which is defined as students’ ability to recognize, define, conceptualize, and analyze chemical concepts at a higher level (shwartz et al., 2006b). chemical literacy is a crucial component of scientific literacy (mozeika and bilbokaite, 2011; stašević et al., 2023), and essential for addressing today’s socio-scientific issues. it encompasses a broad chemistry-related context and is connected to other sciences (shwartz et al., 2006a). improved chemical literacy enables students to use chemical knowledge and skills to solve everyday problems (stašević et al., 2023) and socio-scientific issues (wiyarsi et al., 2021). chemical literacy is not only about understanding chemistry but also about implementing it in daily life (primadianningsih et al., 2023). additionally, it involves the ability to understand and communicate chemical concepts effectively among scientists and chemistry teachers (kohen et al., 2020). understanding chemical literacy has significant implications for distinguishing between basic and advanced chemical learning (shwartz et al., 2005). therefore, developing chemical literacy should be considered one of the primary objectives in chemistry education. a key understanding of chemical literacy is required to develop it. while there is no specific consensus on chemical literacy, it can be defined within a scientific framework because it is part of scientific literacy. the most widely used scientific literacy framework today is the pisa framework. the pisa framework focuses on developing the competencies of a scienceliterate person, namely explaining phenomena scientifically, constructing and evaluating designs for scientific inquiry and interpreting scientific data and evidence critically, and researching, evaluating, and using scientific information for decision-making and action (oecd, 2023). in developing this, students must also understand knowledge (content, procedural, and epistemic) context (personal, local, and global) and have a scientific identity. this concept can be applied to chemical literacy so that the improvement of chemical literacy can be more directed. technology is a significant contributor to the quality of education. thus, there is a growing practice and research on technology-enhanced learning (tel). technology-enhanced learning refers to using information and communication technology in learning and teaching, using various approaches and ways to measure improvement (kirkwood and price, 2014). it also refers to how to design and evaluate effective technology for learning (duval et al., 2017). with the utilization of technology, learning can be more optimal. in addition to learning outcomes, tel supports collaborative learning (tawafak et al., 2018) and increases the satisfaction of the learning process (memon et al., 2022). by understanding the role of technology in a learning objective, it can be understood how technology contributes to achieving learning objectives, including chemical literacy. technologies like videos, simulations, and student response systems in chemistry learning can help reduce cognitive load, encourage discussion and debate, and improve students’ problem-solving skills (seery and mcdonnell, 2013). digital technologies, especially digital applications, and virtual reality, are widely used in chemistry learning because they help provide visualizations, show chemical structures and models, and provide hands-on activities (ali et al., 2023; bellou et al., 2018). the role of technology in chemistry learning is not only as a medium that helps students access material but also as a learning companion that helps students learn in various contexts and use what they learn in everyday life. for example, virtual laboratories can perform experiments in certain contexts (wu et al., 2021). thus, it is important to understand how technology plays a role in improving chemistry learning objectives, especially chemical literacy, which is a fundamental goal in much of world education. overall, this systematic review is essential for informing educators, policymakers, and researchers about the potential of technology-enhanced learning in promoting chemical literacy. by synthesizing the current evidence, this review aims to advance educational practices that effectively cultivate chemical literacy among students, preparing them to engage with the complexities of the modern world. therefore, this systematic literature review aims to map the technology widely used in current chemistry learning and analyze its influence on chemistry learning in the context of chemical literacy. 2. experimental the framework for preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses (prisma) is applied in this literature review. the prisma method follows the guidelines provided by moher et al. (2009). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 eclet. quim. 49 | e-1534, 2024 issn 1678-4618 page 3/9 2.1. eligibility criteria the study only used peer-reviewed papers from multiple indexed databases. the articles we selected had to satisfy the following requirements: (1) they had to address the use of technology in chemistry education or learning; (2) they had to discuss the chemistry literacy component (competencies aspect); and (3) they had to address the direct effects of the use of technology on chemical literacy (4) the selected articles are those published above the year 2000 (this year was chosen because it was the first time the pisa survey was conducted). this review excluded articles that only mentioned scientific literacy without measuring its components. articles that lacked a clear explanation of their methodology were likewise excluded. we do not use review papers; only original, english-language articles are used. 2.2. search query several keywords were combined using the boolean operators and or to search for articles that met the chosen parameters. to identify articles that discuss the use of technology in learning to improve chemical literacy, a series of word combinations were employed, as shown in table 1. these were then entered into a database to retrieve the relevant articles with boolean operators, those keywords are used. table 1. the following keywords were utilized in the article search. technology related keyword chemical literacy related keyword additional keyword technology chemical literacy learning media scientific literacy chemistry ict chemistry learning digital the databases taylor & francis, semantic scholar, and eric were searched for articles using these keywords. to refine the search results, the search also made use of the attributes that were offered. for example, in the taylor & francis database, we could select “chemical literacy” in the title. we employed quotations on the term “chemical literacy” to further refine the results. 2.3. study selection from the initial search of 503 articles, 85 were sourced from eric, 316 from semantic scholar, and 102 from taylor & francis. following the removal of duplicates, articles were selected based on the presence of technology and chemical literacy aspects. titles and abstracts were reviewed, and some articles were excluded for not addressing chemical literacy, lacking technological elements, or not being in english. this process yielded 114 items meeting the initial criteria. these articles underwent a detailed analysis, focusing particularly on the methods and results sections. however, some articles were deemed ineligible due to inaccessible full texts or failure to integrate chemical literacy with technology. consequently, 24 articles met the criteria. a subsequent review of these 24 articles revealed issues such as lack of clarity in results, inadequate description of chemical literacy, and insufficient incorporation of technology in learning. this refinement resulted in 15 articles that fully met the criteria (fig. 1). these selected articles were then subjected to coding analysis and grouped based on similar themes. to facilitate this, excel 365’s pivot table was employed to summarize data, such as the number of articles in each category. additionally, vosviewer provided an overview of the most popular keywords and terms used in the articles. figure 1. flowchart of the literature selection process by prisma method. 3. results and discussion 3.1. an overview of the empirical research included in the review an overview of the 15 publications that are part of this study is provided in table 2. the author and year, journal, subjects, type of research, and technology are all discussed in these articles. here is the summary. most of the articles reviewed were published in 2022, totaling four articles. the research predominantly focused on senior high school students (n = 8). regarding the research type, the articles were primarily characterized by “two-group experiment” studies (n = 5). in terms of technology, the most widely used technology was the e-module (n = 4). in detail, table 3 displays the technologies used in the selected articles. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 eclet. quim. 49 | e-1534, 2024 issn 1678-4618 page 4/9 table 2. overview of 15 articles that included on systematic review. no. author journal subject type of research technology 1 schultz et al. (2022) assess. eval. high. educ. undergraduate student case study search engine 2 frailich et al. (2007) res. sci. technol. educ. senior high school student two group experiment website 3 sulistina and hasanah (2024) int. j. interact. mob. technol. senior high school student r&d one group pre-post augmented reality 4 bortnik et al. (2017) res. learn. technol. undergraduate student two group experiment virtual laboratory 5 pulungan and simamora (2024) j. inov. pemb. kim. senior high school student two group experiment canva 6 subarkah et al. (2020) proc. 1st bandung engl. lang. teach. int. conf. undergraduate student r&d only e-module 7 suliono et al. (2023) j. penelit. pendidik. senior high school student r&d one group pre-post mobile apps 8 techakosit and wannapiroon (2015) procedia soc. behav. sci. expert r&d only augmented reality 9 khery et al. (2020) int. conf. math. sci. educ. undergraduate student two group experiment (postest only) mobile apps 10 sutiani and pasaribu (2023) j. tadris kimiya senior high school student r&d one group pre-post e-module 11 novitasari et al. (2022) eduvest j. univ. stud. senior high school student one group pretestpostest e-module 12 khairi and ikhsan (2022) j. kimia dan pendidik. kimia senior high school student two group experiment (postest only) e-module 13 yuendita and dina (2024) j. penelit. pendidik. ipa senior high school student; teacher r&d only augmented reality 14 heliawati et al. (2022) j. pendidik. ipa indones. undergraduate student two group experiment adobe flash interactive media 15 cahyana et al. (2019) int. j. instr. senior high school student two group experiment website table 3. technologies were used in 15 articles that included on systematic review. technology frequency adobe flash interactive media 1 augmented reality 3 canva 1 e-module 4 mobile apps 2 search engine 1 virtual laboratory 1 website 2 another study found that the most widely used technology in chemistry learning is virtual reality. virtual reality is considered essential in chemistry education because it meets students’ needs for visualization, understanding chemical structures, and engaging in hands-on activities (ali et al., 2023). however, in this review, virtual reality was not one of the technologies examined, suggesting a gap in the utilization of virtual reality for enhancing chemical literacy. another study indicates that the technologies widely used in chemistry learning include simulation-assembled technology, animation, and virtual labs. these three technologies are deemed effective in helping students understand abstract chemical concepts (wu et al., 2021). these technologies have either directly or indirectly been included in this review. based on an analysis using vosviewer (fig. 2), the following is a comprehensive overview of the terminology used in the topic “effects of technology-enhanced learning on chemical literacy”. in general, “chemical literacy,” “scientific literacy”, and “augmented reality” are the dominant keywords in the papers. figure 2. vosviewer result of keywords of “effects of technology-enhanced learning on chemical literacy”. 3.2. technology’s influence on chemical literacy based on pisa frameworks to explain how technology impacts chemical literacy, the program for international student assessment (pisa) framework is used as the primary guide (oecd, 2023). the pisa framework is globally recognized, making it suitable for clarifying chemical literacy, which can be interpreted differently by various researchers. moreover, pisa measurements have been conducted for a long time and encompass “scientific literacy,” which is closely related to chemical literacy. according to this framework, chemical literacy is divided into three main competencies: (1) explaining phenomena scientifically, (2) constructing and evaluating designs for scientific inquiry and interpreting scientific data and evidence critically, and (3) researching, evaluating, and using scientific information for https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 eclet. quim. 49 | e-1534, 2024 issn 1678-4618 page 5/9 decision-making and action. the impact of tel on chemical literacy (cl) will be discussed based on these competencies. the impact of technology will be linked to one of the most affected chemical literacy competencies, as explained in the reviewed articles. a summary of the effects of technology used in learning on chemical literacy is provided in table 4. table 4. the impact of technology use on chemical literacy based on the reviewed articles. no. technology the role of technology cl aspect effect 1 adobe flash interactive media adobe flash technology has become an interactive learning media such as smartphone applications. provides a variety of material presentations in various forms and is equipped with a virtual laboratory (heliawati et al., 2022) ce adobe flash, designed as an app, allows students to access materials in various forms (video, text, audio) that facilitate comprehension. furthermore, the virtual lab enables students to perform simulations, thereby reinforcing their inquiry skills, applying the concepts they have learned, and grasping the fundamental principles of science in everyday life. 2 augmented reality • ar enables the representation of submicroscopic objects on chemical bonding materials. ar represents a potential tool that allows users to represent and manipulate threedimensional chemical structures (techakosit and wannapiroon, 2015). • ar facilitates the visualization of abstract chemical material, such as molecular shapes, thereby enabling students to readily comprehend the diverse representations of chemical compound shapes presented (yuendita and dina, 2024). • ar facilitates learning, and collaboration, and facilitates learning through technology easily, thereby enabling the development of students’ understanding (sulistina and hasanah, 2024). ep • ar provides a visual representation of chemical 3d structures, which enables learners to explore and identify structures that facilitate the understanding of chemical phenomena. • ar provides a visual representation of chemical processes, allowing students to comprehend abstract chemical compounds in a more accessible manner. this facilitates the comprehension of chemical phenomena. • ar offers a more meaningful learning experience, facilitating the development of student comprehension and enabling them to grasp a phenomenon more easily. 3 canva the utilization of canva as a pedagogical tool can facilitate the transfer of knowledge and enhance the ability of educators to engage students in the subject matter (pulungan and simamora, 2024). ep the increased interest in learning and the more organized materials provided by canva have the potential to facilitate the development of student understanding. 4 e-module • electronic modules about the study of chemistry and its applications in everyday life may incorporate a multitude of forms of written, visual, and auditory content (novitasari et al., 2022) • the systematic publication of modules presents certain discourses in the form of scientific social issues sourced from electronic media, such as news and newspapers, which are accurate and reliable (khairi and ikhsan, 2022). • the objective of this learning resource is to assist students in comprehending the subject matter more effectively, provide contextualization, and enhance their reading abilities through an aesthetically pleasing design. the incorporation of visualizations, including images, videos, and graphs, in conjunction with factual examples, encourages students to develop and hone their science literacy skills (sutiani and pasaribu, 2023). • the e-module is designed to enhance student engagement and motivation by incorporating a range of engaging multimedia elements, including animated videos, images, and summary materials. this approach fosters a more enthusiastic and active participation in the learning process, which is crucial for facilitating deeper understanding and meaningful learning outcomes (subarkah et al., 2020). ep • e-modules can be utilized to summarize phenomena in a multimedia format (audio, video, images) that allows students to gain a comprehensive understanding of the context of a phenomenon. • the e-module presents a variety of real-world contexts through everyday media (news and articles) in a systematic manner that allows students to learn more effectively and comprehend science in the context of everyday life. • the incorporation of structured materials with diverse graphical representations allows students to gain deeper contextual insight, thereby facilitating their comprehension of the phenomenon in question. • e-modules present materials in a visually appealing manner, accompanied by instructions tailored to a specific model. this approach has been shown to enhance student motivation and facilitate comprehension of the material. 5 mobile apps • the results indicate that students appreciate the interactivity, accessibility, and convenience of mobile learning. the implementation of a mobile learning system as a supplement to the learning process is relatively straightforward and cost-effective. in designing mobile learning, it is essential to consider motivational factors such as interactivity and attractiveness (suliono et al., 2023). • the application is equipped with a variety of menus, including learning videos and special calculators. these resources allow students to enhance their factual, conceptual, procedural, and metacognitive knowledge about acid-base material through learning videos from the acid-base multimedia. consequently, students can comprehend scientific statements in various conceptual and contextual frameworks (khery et al., 2020). ep • with its various conveniences and interactivity, students become motivated to learn and make it easier to understand chemical concepts, enabling an increased understanding of a phenomenon. • in the application, problems are presented in various forms of visual and audio media that allow students to understand the phenomenon better. 6 search engine the internet offers a vast array of information, fostering an active capacity to assess data. the internet can disseminate both accurate and inaccurate information in various formats, necessitating the critical examination and selection of such information (schultz et al., 2022). re students become trained in researching and finding the information they want. the veracity of information becomes important to determine an action. thus the importance of evaluating information. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 eclet. quim. 49 | e-1534, 2024 issn 1678-4618 page 6/9 7 virtual laboratory virtual laboratories serve as a simulation medium that is learner-centered and inquiry-based, promoting higher levels of critical thinking and retention (bortnik et al., 2017). ce virtual labs enable learners to perform simulations that enhance their comprehension during hands-on experiments and contribute to a deeper understanding of the material. 8 website • the use of web-based media encourages students to construct their knowledge, thereby enhancing their problem-solving and critical-thinking skills (cahyana et al., 2019). • the web can address the overly theoretical nature of current learning by providing more relevant, contextspecific instruction. it offers interactive multimedia that surpasses the limitations of static resources like textbooks in conveying broad, complex, and dynamic subject matter (frailich et al., 2007). ep • self-directed learning using the web requires students to actively construct their knowledge, which leads to a comprehensive understanding and enables them to explain phenomena scientifically. • the context presented on websites can train students to explain phenomena through interactive learning, thereby enhancing their understanding. note: ep = explaining phenomena scientifically; ce = constructing and evaluating designs for scientific inquiry and interpreting scientific data and evidence critically; re = researching, evaluating, and using scientific information for decision-making and action. in table 4, the influence of technology on chemical literacy is explained based on three main competencies. the first competency, explaining phenomena scientifically, is the most impacted by tel. technologies such as augmented reality, canva, e-modules, mobile apps, and websites contribute to the development of this competency. the details of the role of each of these technologies in enhancing chemical literacy will be discussed as follows. first, augmented reality plays a significant role by providing visualizations of compounds, molecules, or atoms at the submicroscopic level, enabling students to gain a more complete and concrete understanding. this enhanced visualization allows students to observe phenomena more effectively, thereby improving their ability to explain phenomena scientifically. similarly, other studies have demonstrated that augmented reality (ar) can provide visualization of chemical structures, enabling students to develop a deeper understanding of the material (abdinejad et al., 2021; fombona-pascual et al., 2022). this visualization capability can reduce cognitive load and enhance spatial ability (habig, 2020). second, canva can also contribute to the first competency of chemical literacy by increasing learning motivation and helping to present materials in a more organized manner, thereby enhancing student understanding. in general, canva is useful for increasing motivation, understanding, active participation, and functionality (vargas et al., 2022). the attractively presented materials in canva make it easier for students to grasp concepts, which aids in learning chemistry (fatihah and ruhiat, 2023). the engaging features of canva are a crucial factor in its ability to improve students’ chemical literacy competencies. furthermore, e-modules are the most widely used technology for improving chemical literacy. e-modules enhance students’ ability to explain phenomena scientifically by providing comprehensive training through written, visual, and audio content. their ease of creation and modification allows them to be associated with specific contexts, approaches, and learning models, enabling students to learn in various situations and stages. another study explained that e-modules in chemistry learning make students more active participants, thereby improving their learning outcomes (logan et al., 2021; nainggolan et al., 2023). the use of e-modules has been shown to produce better learning outcomes and increase motivation compared to conventional media (harefa and silalahi, 2020). this increase in scientific literacy competence through emodules is likely due to the enhanced student engagement stemming from the visual, written, and audio representations that capture their interest. additionally, the use of specific models or approaches further encourages active student participation. furthermore, mobile apps are closely related to the first competency of chemical literacy. they offer high interactivity, which can increase student motivation. additionally, mobile apps can be equipped with diverse menus and content, facilitating well-rounded learning and contributing to enhanced student understanding. these factors collectively improve students’ ability to explain phenomena scientifically. interactivity is the primary feature that supports the use of mobile apps in chemistry (ewais et al., 2021; kim et al., 2014; sadykov et al., 2021). another study noted that mobile apps make materials more accessible and visible (ekins et al., 2013). therefore, the high interactivity provided by mobile apps is a crucial factor in developing and improving scientific literacy. finally, is the website, which significantly influences the first competency of chemical literacy. like e-modules and mobile apps, websites can be customized according to user needs. in terms of explaining phenomena scientifically, websites provide a variety of contexts, allowing students to practice applying their knowledge to different situations independently. websites enhance student understanding, encourage self-learning, and offer resources that help students stay focused on their studies (cole and todd, 2003). other research also emphasizes the web’s ability to support student self-learning (chamimmah et al., 2023). thus, the most notable role of websites is their ability to foster self-directed learning, which in turn increases students’ active involvement in constructing their knowledge. the second competency involves constructing and evaluating designs for scientific inquiry and critically interpreting scientific data and evidence. based on the review of the selected articles, adobe flash interactive media and virtual laboratories can significantly enhance this competency. adobe flash interactive media contributes to this competency primarily due to its virtual laboratory feature. although it is often compared to mobile apps, the virtual laboratory aspect is the most prominent. virtual laboratories allow students to perform simulations, thereby strengthening their inquiry skills. consistent with this, the research on virtual laboratories discussed in this review indicates that they act as simulation media that facilitate student learning. this ultimately improves their understanding of scientific inquiry and hands-on experimental techniques. this is reinforced by research showing that virtual laboratories can improve students’ understanding of basic techniques and concepts (martínez-jiménez et al., 2003). this technology facilitates the practice of chemistry fundamentals by allowing students to visualize, navigate, and simulate related processes and real laboratory environments (almazaydeh et al., 2016). virtual labs are considered the best alternative for equipping students with essential laboratory knowledge and skills (kartimi et al., 2022). thus, the simulation aspect is crucial for developing the second competency of scientific literacy. virtual labs provide a means for students to explore the research process virtually, making them more familiar with real laboratory practices. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 eclet. quim. 49 | e-1534, 2024 issn 1678-4618 page 7/9 the third competency is researching, evaluating, and using scientific information for decision-making and action. this is the most recent addition to the pisa framework, emerging in response to the surge of information and the increasing importance of assessing this information critically. search engines are a key technology that contributes to improving this competency (oecd, 2023). search engines present a wide variety of information quickly, requiring students to assess the validity, accuracy, and appropriateness of the information they encounter. research shows that search engines motivate students to gain navigational experience and increase their desire to learn chemistry by providing interesting, relevant, and challenging information (murov, 2001). in chemistry education, students should be encouraged to search and read literature and to use online databases effectively (gawalt and adams, 2011). thus, search engines that offer abundant data can effectively train students in the third competency of chemical literacy. each technology discussed has a unique role in enhancing chemical literacy. based on this review, we can see how these technologies contribute to improving chemical literacy competencies as defined by the pisa framework. the results of this study can inform the implementation of tel to improve chemical literacy. however, this study has several limitations. first, it only includes english articles, which may exclude other technologies developed to improve chemical literacy. second, this review focuses solely on the technology used, potentially overlooking other factors that contribute to improving science literacy, such as learning models or specific approaches. future research should examine the extent to which each technology affects chemical literacy, considering moderating variables to provide a more comprehensive understanding. thirdly, although the research methodology was designed following established guidelines, the study’s results predominantly feature articles from indonesia. this geographical concentration suggests that the conclusions drawn may be most applicable to the indonesian context. there is a potential for bias, necessitating caution when generalizing findings to other national contexts. readers should take this into account. nevertheless, the research provides valuable insights into how technology influences chemical literacy. 4. conclusions based on the literature review, it is evident that the most widely used technology for improving chemical literacy is the emodule, especially in indonesia, where most of the articles reviewed were from. e-modules are easy to develop and can be tailored to specific needs, making them the most prevalent technology for enhancing chemical literacy. for improving the competency of “explaining phenomena scientifically”, technologies such as augmented reality, canva, e-modules, mobile apps, and websites play a significant role. in enhancing the second competency, “constructing and evaluating designs for scientific inquiry and critically interpreting scientific data and evidence”, adobe flash interactive media and virtual laboratories are particularly effective. finally, for the competency of “researching, evaluating, and using scientific information for decision-making and action”, search engine technology has a notable impact. with this knowledge, educators can better address their students’ needs by identifying specific deficiencies in chemical literacy and selecting the appropriate technology. additionally, practitioners can proportionally combine different technologies in their teaching strategies based on these findings. the results of this study also highlight a gap in the use of certain technologies for improving chemical literacy. for example, the impact of virtual reality on chemical literacy has not been directly studied, indicating an area for future research. authors’ contributions conceptualization: ananta ardyansyah; sri rahayu; data curation: ananta ardyansyah; sri rahayu; formal analysis: ananta ardyansyah; funding acquisition: sri rahayu; investigation: ananta ardyansyah; methodology: ananta ardyansyah; sri rahayu; project administration: ananta ardyansyah; resources: sri rahayu; software: ananta ardyansyah; supervision: sri rahayu; validation: ananta ardyansyah; sri rahayu; visualization: ananta ardyansyah; writing – original draft: ananta ardyansyah; writing – review & editing: ananta ardyansyah; sri rahayu. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding kementerian pendidikan, kebudayaan, riset, dan teknologi republik indonesia. grant no: 066/e5/pg.02.00.pl/2024. acknowledgments we extend our gratitude to the indonesian ministry of education, culture, research, and technology for their support in funding this research through grant 066/e5/pg.02.00.pl/2024. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references abdinejad, m.; talaie, b.; qorbani, h. s.; dalili, s. percepciones de los estudiantes utilizando tecnologías de realidad aumentada y visualización 3d en la educación química. j. sci. educ. technol. 2021, 30 (1), 87–96. https://doi.org/10.1007/s10956-020-09880-2 ali, s. b.; abdul talib, c.; jamal, a. m. digital technology approach in chemistry education: a systematic literature review. j. nat. sci. integr. 2023, 6 (1), 1. https://doi.org/10.24014/jnsi.v6i1.21777 almazaydeh, l.; younes, i.; elleithy, k. an interactive and selfinstructional virtual chemistry laboratory. int. j. emerg. technol. learn. 2016, 11 (7), 70–73. https://doi.org/10.3991/ijet.v11i07.5853 bellou, i.; papaschritos, n. m.; mikropoulos, t. a. digital learning technologies in chemistry education: a review. in digital technologies: sustainable innovations for improving teaching and learning, 2018, 57–80. springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73417-0_4 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https://doi.org/10.29333/iji.2019.12442a https://doi.org/10.3102/0034654310376953 review article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1534 eclet. quim. 49 | e-1534, 2024 issn 1678-4618 page 8/9 chamimmah, n.; indriani, l.; mariono, m. a. the influence of web-based learning on students ' self-regulated learning in high school chemistry learning. int. j. educ. res. rev. 2023, 8 (2), 257–267. https://doi.org/10.24331/ijere.1249689 cole, r. s.; todd, j. b. effects of web-based multimedia homework with immediate rich feedback on student learning. j. chem. educ. res. 2003, 80 (11), 1338–1343. https://doi.org/10.1021/ed080p1338 duval, e.; sharples, m.; sutherland, r. technology enhanced learning: research themes. in springer nature, 2017, pp. 180. https://doi.org/10.1007/978-3-319-02600-8_4 ekins, s.; clark, a. m.; williams, a. j. incorporating green chemistry concepts into mobile chemistry applications and their potential uses. acs sustainable chem. eng. 2013, 1 (1), 8–13. 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https://doi.org/10.1080/09500693.2017.1420266 https://doi.org/10.1007/s10763-007-9089-4 https://doi.org/10.29303/jppipa.v10i1.5689 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035250121.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035301760.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035324824.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035340393.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035401914.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035415729.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035435121.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035448769.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035519857.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035614198.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035631833.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035650496.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035707603.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035720956.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129035740503.pdf original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | n. 4 | 2022 | 27 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 biological evaluation of selected metronidazole derivatives as anti-nitroreductase via in silico approach moriam dasola adeoye1 , abel kolawole oyebamiji2+ , mojeed ayoola ashiru1 , rasheed adewale adigun1 , olabisi hadijat olalere1 , banjo semire3 1. fountain university, faculty of science, osogbo, osun state, nigeria. 2. bowen university, department of chemistry and industrial chemistry, iwo, nigeria. 3. ladoke akintola university of technology, faculty of pure and applied science, ogbomoso, nigeria. +corresponding author: abel kolawole oyebamiji, phone: +2348032493676, email address: abeloyebamiji@gmail.com article info article history: received: february 27, 2022 accepted: july 11, 2022 published: october 28, 2022 keywords: 1. ligand 2. antibacterial 3. gastric 4. phytochemicals 5. adme section editors: assis vicente benedetti abstract: the 1-(2-hydroxyethyl)-2-methyl-5nitroimidazole (2hmn) is a powerful antibacterial and antiparasitic drug used alongside other drugs against helicobacter pylori infection and was investigated the effects of substituents: –oh (a), h (b), –sph (c), –cooh (d), –no2 (e) and –och3 (f) on the interactions of 2hmn with the target nitroreductase rdxa protein for the treatment of the infection. spartan 14 (optimization), pymol 1.7.4.4 (to treat downloaded protein), autodock tool (locate protein binding site), autodock vina 1.1.2 (docking calculation) were used to discover the nonbonding interaction between docked complexes using swissadme and pre-admet software. the band gaps order for the studied compounds were c < a < f < b < d < e, a probability of highest charge distribution and activity for sph substituted derivatives and the ligands conformed to the lipinski’s rule of five. compounds d and e are noninhibitors and nonsubstrate for cytochrome p450 2c9, p450 2d6, p450 2c19 with the same efficient calculated binding affinity (–21.3 kj mol–1) and inhibition constant (7.8) comparable to the standard compound a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 mailto:abeloyebamiji@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-1274-9452 https://orcid.org/0000-0002-8932-6327 https://orcid.org/0000-0002-6742-4698 https://orcid.org/0000-0002-9588-4966 https://orcid.org/0000-0001-6885-0253 https://orcid.org/0000-0002-4173-9165 original article revista.iq.unesp.br 28 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 1. introduction helicobacter pylori (h. pylori), a microaerophilic gram-negative bacterium, has been described as the first formally recognized carcinogenic bacterial, and one of the most successful human pathogens which is believed to be transmitted from person to person through closed contact and exposure to fecal matters or vomit (fig. 1) (bürgers et al., 2008; kayali et al., 2018). these bacteria are typically found in the mucous layer that covers and protects the stomach and small intestine’s tissues (houghton and wang, 2005). its infection, by inflaming the stomach’s inner layer, which is a complicated interplay between the bacterial, the host, and environmental factors, has been established to be the key factor with various gastric diseases such as chronic gastritis, peptic ulcers, and gastric mucosa-associated lymphoid tissue (malt) lymphoma (jemilohun and otegbayo, 2016; wu et al., 2009). although, many other factors, such as the persistent use of anti-inflammatory pain relievers, including aspirin, are responsible for peptic ulcer diseases (bürgers et al., 2008). the clinical use of many 5-nitroimidazoles derivatives, especially metronidazole [1-(2hydroxyethyl)-2-methyl-5-nitroimidazole] (2hmn) as antibiotic for the effective treatment of patients with h. pylori linked gastritis and peptic ulcer ailment, has been listed and approved by the world health organization. metronidazole (a) (fig. 2) has also been used in combination with other antibiotics such as tetracycline, amoxicillin and clarithromycin to treat ulcer. however, it is uncommon to find both bacteria and protozoa to cause ulcer (houghton and wang, 2005). some studies (ghotaslou et al., 2015; kim et al., 2020) in the last few years have reported that h. pylori is exhibiting an increasing double resistance to metronidazole and this has drawn the attention many researchers to study physiological and pharmacological significance of some metronidazole and its derivatives (alawadi et al., 2015). to contribute to this ongoing area of research, this study investigates the relative substituents’ effects on the interactions of some nitroimidazole derivatives on the target; nitroreductase rdxa proteins (pdb id: 3qdl). the roles of computational chemistry for the qualitative and quantitative evaluation of substances and in almost every field of chemistry cannot be overstated. of recent, it is routinely used to accelerate the long and costly drug discovery/design activities, from drug target identification, commonly a receptor or an enzyme, to the design and optimization of new drug-like compounds. thus, each computational chemistry method can impact and accelerate a given phase of the drug discovery process, from structure-based drug design technique molecular docking (stimulation of molecular interaction and generation of potent inhibitory ability, i.e., binding affinity), molecular dynamics for hit identification and lead generation to quantitative structure-activity relationship (qsar) (adejoro et al., 2016). the quantum mechanically derived molecular descriptors and physicochemical variables also dictate the pharmacokinetics of any studied compounds (venkatesh and aravinda, 2017). these calculated descriptors affect their drug-likeness and, ultimately, their absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicity (admet) properties, which are the key factors to be optimized to generate drug candidate in clinical trials (palermo and vivo, 2015). admet properties influence the drug levels and the kinetics of drug exposures to the tissues, and, hence, the performance and pharmacological activities of compounds as drugs (patil, 2016). this study, therefore, determines the adme properties of the studied 2hmn and some other derivatives of nitroimidazole to investigate their oralbioavailability and drug-likeness properties. figure 1. pictorial view of h. pylori. source: bürgers et al. (2008). figure 2. structure of metronidazole [a]. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 29 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 2. materials and methods 2.1 ligand preparation the ligands preparation and computational analyses of the studied compounds were carried out with spartan14 software package at dft/b3lyp/6-311g** level of theory. using molecular editor builder of spartan 14, the equilibrium geometries of each of these compound a–f (tab. 1), were modeled, and their structures were minimized. the compounds were fully optimized (fig. 3) using equilibrium geometry at ground state, with the features in the personal computer spartan 14 software at hf-dft self-consistent field level of theory, to estimate the physicochemical properties; dipole moment, polarizability, solvation energy, partition coefficient (log p), a measure of lipophilicity/ hydrophobicity, frontier orbital energies (ehomo and elumo) of the studied compounds. following their geometry optimization, their energy gaps (ehomo–elumo) were computed. the ehomo and elumo of the modeled molecules were related to the ionization potential (ip), the electron affinity (ea), and the global hardness (η), using koopman’s theorem (1–3) (adeoye et al., 2019). these descriptors help to predict, on theoretical basis, the chemical activities of these compounds. figure 3. structures of (a) [raw protein (3dql)] and (b) [cleaned protein]. source: martínez-júlvez et al. (2012). table 1. two-dimensional (2d) structures of the studied compounds. r1 name a oh 1-(2-hydroxyethyl)-2-methyl-5-nitroimidazole b h n-ethyl-2-methyl-5-nitroimidazole c sph 1-(2-thiophenylethyl)-2-methyl-5-nitroimidazole d cooh 1-(2-carboxylethyl)-2-methyl-5-nitroimidazole e no2 1-(2-nitroethyl)-2-methyl-5-nitroimidazole f och3 1-(2-methoxylethyl)-2-methyl-5-nitroimidazole 2.2 preparation of the studied receptor (protein) the target protein for this study was nitroreductase rdxa protein (pdb id: 3qdl) (martínez-júlvez et al., 2012). the 3d structure (x-ray diffraction) was obtained from the protein data bank and treated with pymol 1.7.4.4 for the removal of water molecules and any other residues apart from the desired molecule. schrödinger (maestro 12.7) (morakinyo et al., 2022) and the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 30 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 references therein attached journals were used to determine the target protein’s active site, in preparation for site specific docking. the structure of the raw protein (3dql) from the data bank and the cleaned protein are as presented in figs. 4a and b. 2.3 molecular docking analysis the optimized compounds were docked into the active pockets of the target h. pylori protease; nitroreductase rdxa protein (pdb id: 3qdl), using two softwares with different algorithm profiles (autodock vina and discovery studio) to predict their binding abilities with the studied receptor (forli et al., 2016; roche et al., 2015). the docking process mainly involves spatial matching and energy matching (meng et al., 2011) between the ligand and the receptor (cleaned protein) for optimal conformation. the grid center (x = 16.082, y = 4.657, z = 10.976) and box size (x = 84, y = 94, z = 46) were used. and the spacing was set to be 1.00 å. 2.4 admet prediction the absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicology of a substance in and through the human body are dealt with by admet characteristics (balani et al., 2005). the modeled ligands (a–f) were evaluated for their adme properties using swissadme software (daina et al., 2017; oyebamiji et al., 2022) for accessing their oral-bioavailability and drug-likeness features. these assist in studying the ligands’ pharmacokinetics and pharmacodynamics properties (iwaloye et al., 2021). molecular weight, hydrogen bond donor (hbd), hydrogen bond acceptor (hba), blood–brain barrier (bbb), human intestinal absorption (hia) are all predicted significant adme properties. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 31 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 figure 4. 2d structure of interaction between compound (a–f) and nitroreductase rdxa protein (pdb id: 3qdl). 3. results and discussion 3.1 calculated descriptors the frontier orbital electron densities of atoms in a molecule can be used to analyze the electron donor acceptor interaction (akintelu et al., 2021). the 2d structures for the studied compounds are as shown on tab. 1. the frontier molecular orbital energies (ehomo and elumo) are used to determine how a molecule interacts with the other species. the ehomo orbital energy donates electron, since it is the outermost (highest energy) orbital containing electrons. in contrast, the elumo orbital accepts electrons since it is the innermost (lowest energy) orbital that can accept electrons (raj et al., 2015). according to the frontier molecular orbital theory, the interaction between the homo and lumo of reactants formed the transition state. the ehomo and elumo are directly related to the ip and ea respectively (eqs. 1 and 2). higher ehomo signify that the compound has stronger ability to donate electron(s) to the neighboring compound, the better ability of its drug-likeness properties, as well as the ability of such compound to inhibit receptor (gao et al., 2010). the band gap (eg/ehomo–elumo) is also an important parameter that reflects the chemical activity of the molecules. the eg and associated molecular/ physicochemical properties are as presented in tab. 2. more so, the homo π-electrons are delocalized on the 5-nitroimidazole ring in compounds a, b, d and e, delocalized on the entire molecules in compound f, but localized on thiophenylethyl substituent of compound c. however, the lumo π-electrons are more localized on the nitro (no2) group substituent of the nitroimidazole ring in compounds a, b, d, e and f, but are more localized on the 5-nitroimidazole ring in compound c. this attests to studied compounds’ intramolecular charge transfer characteristic properties (kulhánek et al., 2012). the lowest and highest eg values were recorded for compound c (3.94 ev) and e (4.63 ev) respectively; a strong indication of highest distribution of charges, and hence, the probability of higher chemical activity of compound c (r = sph3) compared with the other compounds (oyebamiji et al., 2021a). 𝐼𝑃 = 𝐸𝐻𝑂𝑀𝑂 (1) 𝐸𝐴 = 𝐸𝐿𝑈𝑀𝑂 (2) the partition coefficient (lipophilicity / log p) plays important roles in drugs design (méndez-lucio et al., 2017). it has been described as the main physicochemical determinant that influences the bioavailability, permeability, and penetrability of pharmacophore in biological membranes, and toxicity of the compounds. their values are therefore used as determinants in some industrial processes, such as agricultural chemistry, drug formulation and flavoring of finished products (lipinski et al., 2020; oyebamiji et al., 2021b). according to the lipinski’s rule of 5 (mw ≤ 500 amu, logp [octanolwater partition coefficient] ≤ 5, hdb [total number of n–h and o–h bonds] ≤ 5 and hba [total number of n and o atoms] ≤ 10) (erazua et al., 2021), problem is likely to be encountered in the oral usage of this druglike compound if log p value is higher than 5 (stefaniu and pintilie, 2018). the log p for all the studied compounds (tab. 2) were within the acceptable range, which therefore showed that the compounds can be taken https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 32 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 orally. compounds d, e, f have their log p values (0.59– 0.7) less than 1, being closer to that of the standard— metronidazole (0.42). furthermore, for compounds to be useful in drug formulation targeted at central nervous system, and intestinal absorption, their log p should fall in the range; 1.35–1.8 (adegoke et al., 2020). this was observed for compounds b (1.28), while the log p for compound c is slightly greater than 3 (tab. 2). table 2. calculated descriptors for the studied compounds. mol a b c d e f mw (amu) molecular weight 171.15 155.15 277.34 199.16 200.15 185.18 dm (debye) dipole moment 4.55 4.89 2.98 4.29 3.88 3.59 ehomo (ev) highest occupied molecular orbital –6.80 –6.90 –6.26 –7.03 –7.35 –6.95 elumo (ev) lowest unoccupied molecular orbital –2.26 –2.29 –2.32 –2.41 –2.72 –2.39 band gap band gap 4.54 4.61 3.94 4.62 4.63 4.56 hba hydrogen bond accept 5 4 5 5 5 5 hbd hydrogen bond donor 1 0 0 1 0 0 log p lipophilicity 0.42 1.28 3.45 0.70 0.59 0.78 ovality ovality 1.30 1.29 1.47 1.35 1.35 1.36 psa (a2) polar surface area 65.15 46.30 46.06 80.15 85.44 53.77 se (kj/mol) solvation energy –37.24 –27.70 –45.09 –43.64 –34.32 –31.80 note: referenced drug = compound a = metronidazole. solvation energy, a measure of interaction of solute with solvent that leads to stabilization of species in solution, is also highly significant in drugs development. the highest solvation energies recorded for compound c is an indication that its interaction with solvent will be more thermodynamically favored than other studied molecules (choi et al., 2013). the trends in the polar surface area of the compounds (c < b < f< a < d < e) differ from their volumes (b < a< e < f < d < c), and molecular weight (b < a< f < d < e < c) variations. ovality is related to molecular surface area and van der waal’s volume; it increases with increasing structural linearity and deviate from spherical form, which is usually 1 for spherical shape molecules (abdul-hammed et al., 2020). the reported trend in the ovality values of the studied compounds: b (1.29) < a (1.30) < d (1.35) =e (1.35) < f (1.36) < c (1.49), suggests that compound c vary more greatly from spherical shape than the other compounds. the dipole moment and polarizability of molecule which measure the bond properties (induction polarization), charge densities and nonbonding interactions between ligand and receptor of molecules follow the trend: b > a > d > e > f > c. as reported by adeoye et al. (2017) and oyewole et al. (2020), the unpredictable properties of drug-like molecules may arise as a result of large dipole moment value, molecules with better charge distribution and increasing distance will have higher dipole moment and polarizability. thus, the studied compounds may possibly have strong nonbonded connections with the target nitroreductase rdxa proteins (pdb id: 3qdl). 3.2 molecular docking and adme studies a docking study was used to predict the preferred orientation or correct conformation of the ligand in the active site of the protein. the binding energy measure of binding affinity is an important parameter generated from molecular docking to provide information on the strength of the interaction between the ligand and receptor. the interaction is spontaneous; the greater the binding affinity (in term of negativity), the better the inhibition (adeoye et al., 2022; ibrahim et al., 2019). consequently, the five studied compounds (b–f) were docked against the target (pdb id: 3qdl) to determine the nonbonding interactions present in the studied complex using metronidazole (a) as the standard. the calculated binding affinities for the compounds a–f were –18.8, –18.0, –17.2, –21.3, –21.3 and –18.4 kj mol–1, respectively. compounds d and e have the same binding affinity (–21.3 kj mol–1) and inhibition constant (7.8) which were compared with the referenced drug (compound a [metronidazole]) (tab. 3 and fig. 4). it was observed that the addition of –cooh and –no2 to the parent compound enhanced it inhibit activity. also, as shown in tab. 2, lower ability of compounds d and e to donate electron to target compounds as well as their greater capacity to receive from the nearby compounds enhanced it capability to inhibit nitroreductase rdxa proteins than others studied compound as well as the referenced drug (compound a). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 33 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 table 3. calculated scoring, residues, inhibition constant and types of non-bonding interactions between 2hmn derivatives and nitroreductase rdxa protein (pdb id: 3qdl). compounds binding affinity (kj mol–1) residue involved in the interaction inhibition constant k1 (nmol l–1) types of nonbonding interaction involved a –18.8 ser 199, ser 196, lys 198, ser 18, arg 200 6.1 conventional hydrogen bond π-carbon, π-donor hydrogen bond b –18.0 arg 16, lys 198, arg 200, ser 18 5.6 ππ stacked, π-alkyl c c –17.2 phe 3, leu 153 5.2 conventional hydrogen bond, π-donor hydrogen bond d –21.3 arg 16, gln 17, ser 199, ser 196, lys 198, ser 18, arg 200 7.8 conventional hydrogen bond, π-carbon π-donor hydrogen bond e –21.3 ser 199, ser 196, lys 198, arg 16, ser 18, arg 200 7.8 conventional hydrogen bond, π-carbon π-donor hydrogen bond f –18.4 his 17, ser 199, ser 196, lys 198, ser 18, arg 200 5.9 conventional hydrogen bond, π-alkyl, π-cation carbonhydrogen bond note: referenced drug = compound a = metronidazole. these compounds proved to possess highest tendency to inhibit nitroreductase rdxa proteins (pdb id: 3qdl) and may likely be more potent than other studied ligands. the amino acid residues involved in the interactions and the types of nonbonding interactions involved are as displayed in fig. 4 and tab. 3. furthermore, compounds d and e’s adme features with the best efficient calculated binding affinity were comparable with the standard metronidazole (tab. 4). table 4. drug-likeness prediction. compounds molecular weight log p hbd hba violations a 171.156 0.42 1 5 0 b 155.157 1.28 0 4 0 c 277.348 3.45 0 5 0 d 199.166 0.70 1 5 0 e 200.154 0.59 0 5 0 f 185.183 0.78 0 5 0 the higher the hia, the better the compound’s tendency to be absorbed upon oral administration (oyebamiji et al., 2020). as observed in tab. 5, the values of hia for the studied compounds are positive and correlated with the standard. this further proved that the selected compounds have capacities to be absorbed in the intestine. the ability to cross the bbb for compounds d and e are also closer to the existing standard drug (metronidazole), while the molar solubility in aqueous state (log s) values of the selected compounds and standards fall within the recommended range of 1 to 5 (ibrahim et al., 2018). the observed adme factors indicate that the selected compounds and the standards have better absorption and distribution properties. the caco-2 permeability reveals the permeability on lipid absorption and metabolism of the studied compounds (semire et al., 2017). the probability of this was higher in compound d, but little lower than the standard in the ligand e. also, in terms of metabolic activities of the selected ligands, compounds d and e are non-inhibitors and nonsubstrates for microsomal enzymes (cyp450 2c9, cyp450 2d6 and cyp450 2c19), similar to the standard. a noninhibitor of cyp450 means that the molecule will not hamper the biotransformation of the drugs metabolized by cyp450 enzyme (nisha et al., 2016). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 original article revista.iq.unesp.br 34 eclética química journal, vol. 47, n. 4, 2022, 27-36 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 table 5. predicted adme properties of the studied compounds. compound d compound e compound a (metronidazole) mode result probability result probability result probability blood-brain barrier bbb+ 0.114253 bbb+ 0.12801 bbb+ 0.173454 human intestinal absorption hia+ high hia+ high hia+ high caco-2 permeability caco-2 high caco2+ high caco2+ high log s esol –0.67 esol –0.86 esol –1.00 solubility (mg/ml) very soluble 4.32+01 very soluble 2.76+01 very soluble 1.72+01 log s ali –1.00 ali –1.49 ali –1.29 p-gp substrate substrate no substrate no substrate no log p ilogp 0.77 ilogp 0.59 ilogp 1.16 lipinski’s rule yes yes yes cyp450 2d6 substrate noninhibitor no substrate no noninhibitor no cyp450 2c9 inhibitor noninhibitor no noninhibitor no noninhibitor no cyp450 2d6 inhibitor noninhibitor no noninhibitor no noninhibitor no cyp450 2c19 inhibitor noninhibitor no noninhibitor no noninhibitor no cyp450 3a4 inhibitor inhibitor no inhibitor no inhibitor no cyp450 3a4 substrate substrate no substrate substrate substrate substrate synthetic accessibility 2.23 2.53 2.30 ghose 0 0 0 vegar 0 0 0 pain 0, alert 0.12801 0, alert 4. conclusions this study was carried out to determine the effects of substituents: –oh, h, –sph, –cooh, –no2 and –och3 on the chemical activities and interactions of six nitroimidazole derivatives on the target nitroreductase rdxa protein (pdb id: 3qdl) for the treatment of h. pylori infection. the nonbonding interactions and the calculated binding affinities that exist between the six compounds and the nitroreductase rdxa protein were identified. the adme features showed that substituted –cooh and –no2 nitroimidazole derivatives has the same binding energies (kj mol–1) and higher tendency to inhibit target nitroreductase rdxa protein (pdb id: 3qdl) than the referenced drug despite their higher band gaps. the compounds are also noninhibitors and nonsubstrates for microsomal enzymes (cyp450 2c9, cyp450 2d6 and cyp450 2c19), with capacities to be absorbed in the intestine and ability to cross the bbb comparable with the standard. authors’ contribution conceptualization: adeoye, m. d.; oyebamiji, a. k. data curation: adeoye, m. d.; oyebamiji, a. k. formal analysis: adeoye, m. d.; oyebamiji, a. k. funding acquisition: ashiru, m. j.; adigun, r. a. investigation: adeoye, m. d. methodology: adeoye, m. d. project administration: adeoye, m. d. resources: olalere, o. h. software: semire, b. supervision: semire, b. validation: oyebamiji, a. k. visualization: adeoye, m. d.; oyebamiji, a. k. writing – original draft: adeoye, m. d. writing – review & editing: oyebamiji, a. k. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable acknowledgments we are grateful to computational chemistry research laboratory, chemical sciences department, fountain university and mrs. e. t. oyebamiji as well as miss priscilla f. oyebamiji for the assistance in the course of this study. references abdul-hammed, m.; semire, b.; adegboyega, s. a.; oyebamiji, a. k.; olowolafe, t. a. inhibition of cyclooxygenase-2 and thymidylate synthase by dietary sphingomyelins: insights from dft and molecular docking studies. phys. chem. res. 2020, 8 (2), 297–311. https://doi.org/10.22036/pcr.2020.214026.1717 adegoke, r. o.; oyebamiji, a. k.; semire, b. dataset on the dft-qsar, and docking approaches for anticancer activities of 1, 2, 3-triazole-pyrimidine derivatives against human https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.4.2022.p27-36 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state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. +corresponding author: marian rosaly davolos, phone: +55 16 33019634, email address: marian.davolos@unesp.br article info article history: received: march 29, 2022 accepted: december 12, 2022 published: january 01, 2023 keywords: 1. smart fabrics 2. textile properties 3. different uv-protective compound classes 4. uv-blocking ability 5. ultraviolet protection factor section editors: assis vicente benedetti contents 1. introduction 2. textile properties and uv protection relationships of the sun-protective clothing 3. uv-protective compound-containing smart fabrics 3.1 tio2 3.2 zno 3.3 graphene compounds 3.4 mofs 3.5 organic compounds 3.6 inorganic compounds, metal nanoparticles, ldh material and coordination compounds 4. conclusions authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments references abstract: excessive exposure to solar ultraviolet (uv) radiation causes human health damages, such as sunburns and skin cancer. thus, the use of sun-protective clothing is a simple, easy, and practical method for uv protection of the human organism. in this perspective, incorporation, coating, and anchorage of uv-protective compounds in textile fibers have been employed to enhance the uv-blocking ability and/or promote functional finishings to smart fabrics. this review describes recent research efforts on the development of uv-protective compound-containing smart fabrics highlighting the uv-blocking properties and multifunctional activities. different compound class examples and discussions are presented in order to contribute to new insights into sun-protective clothing and future applications of multifunctional textiles. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 mailto:marian.davolos@unesp.br https://orcid.org/0000-0002-7407-0445 https://orcid.org/0000-0003-0111-4096 https://orcid.org/0000-0001-8267-935x https://orcid.org/0000-0001-8326-1465 review article revista.iq.unesp.br 17 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 1. introduction the sun is essential for the earth’s life and its environment (powers and murphy, 2019); consequently, solar radiation effects provide human health benefits, such as physical and mental well-being (flor et al., 2007) and the stimulation of melanin (serre et al., 2018) and vitamin d biosynthesis (baker et al., 2017). however, the excessive solar radiation exposure cause sunburns (sambandan and ratner, 2011), irregular skin pigmentation, immune system depression, premature aging (kockler et al., 2012) and skin cancer (bagde et al., 2018). among electromagnetic radiations emitted by the sun that reach the earth’s surface, the ultraviolet (uv) radiation is the main responsible for photochemical reactions in the human organism (baker et al., 2017). uv radiation may be subdivided into following regions: uvc (200–290 nm), uvb (290–320 nm) and uva (320–400 nm) (velasco et al., 2008). stratospheric ozone layer blocks a high percentage of the incident uvc radiation (baker et al., 2017); therefore, a combination of uvb and uva radiation reaches the terrestrial surface (fourtanier et al., 2012). uv radiation penetrates in the upper and deeper layers on the skin causing cellular damages and immune system function modifications (kockler et al., 2012). thus, sunscreens and uv-blocking fabrics can be used to minimize the human health risks induced by excessive uvb and uva radiation exposure. according to the literature, uv blocking (faure et al., 2013) and uv shielding (parwaiz et al., 2019) are scientific terms commonly used to express the solar uv protection performance of photoprotective materials. however, uv blocking term is more used than uv shielding to designate the photoprotective capacity of textiles (mondal, 2022). the main constituents of photoprotective products are organic and inorganic filters, which are chemical compounds that absorb and/or scatter uv radiation without changes in their physicochemical properties (saito et al., 2021). organic filters are organic molecules composed by chromophore groups that commonly exhibit high degree of the π-conjugated system (saito et al., 2021). the uv absorption capacity of organic filters depends on both the energy differences from electronic transitions between frontier orbitals and molar absorption coefficient (ε). in general, π→π* and/or n→π* transitions give rise the uv absorption mechanism of organic filters (baker et al., 2017; flor et al., 2007). some examples of organic filters are betadiketones and organic compounds derived from: benzophenone, anthranilate, salicylic acid, cinnamic acid, p-aminobenzoic acid and camphor (antoniou et al., 2008). organic filters are widely used in sunscreen applications due to their uvb and/or uva absorption capacity (kockler et al., 2012). furthermore, these organic compounds show solubility in different dispersion mediums, which facilitates the use of them in the manufacturing process of photoprotective products (forestier, 2008; morabito et al., 2011). organic filter decomposition under high temperature and/or oxidizing environment exposure results in changes and/or loss of the uv shielding ability and induces the free radical’s production that could cause dna, elastin and/or collagen damages (s. jain and n. jain, 2010). inorganic filters are inorganic compounds that exhibit uv-visible (uv-vis) absorption capacity and, depending on the refractive index and/or particle size of them, can scatter uv radiation (abuçafy et al., 2016; seixas and serra, 2014). in general, uv-vis absorption process in metal oxides (e.g., zno and tio2) involves electronic transitions between valence band and conduction band (vb→cb). the main advantages of inorganic filters are thermal stability, broad spectrum absorption (seixas and serra, 2014) and low toxicity to the human body (s. wang et al., 2010). for these reasons, inorganic filters are widely incorporated in cosmetic formulations and/or uv-blocking products intended for children and people with skin diseases or sensitive skin (serpone et al., 2007). however, these inorganic compounds can promote photocatalytic reactions (l. wang et al., 2018) that decompose cosmetic ingredients affecting on the uv shielding ability of photoprotective products. the growing concern about deleterious effects of the uv radiation exposure combined with the negative aspects related to the use of commercial inorganic and organic filters has significantly promoted the development of photostable compounds with high uv protection and low toxicity to the human organism and the environment, i.e., uv-protective compounds (saito et al., 2018). in this perspective, uv-protective compounds have been obtained by the coordination of organic filters with transition metals (ahmedova et al., 2002; pettinari et al., 2016), association between inorganic and organic filters (parisi et al., 2016), encapsulation of organic (morabito et al., 2011) or inorganic filters (frizzo et al., 2019), and intercalation of organic filters into inorganic layered matrices (franco et al., 2020; saito et al., 2021). one of the most important manufacturing steps of photoprotective products is the dispersion or incorporation of organic and/or inorganic filters in sunscreens, polymer matrices or textile fibers. sunscreens are emulsions and/or particle dispersions, https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 18 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 whose main purpose is to protect the human skin from uv damages (saito et al., 2019). however, these cosmetic formulations can cause skin allergies depending on the ingredients present in their composition (giokas et al., 2007). thus, the sunprotective clothing is a viable alternative for uv protection due to the lower occurrence of allergic reactions by skin contact and its simple, easy, and practical use. it is important to emphasize that the global smart fabrics market, which includes the promoting and selling of self-cleaning, flame retardant, antibacterial and uv-blocking fabrics, was estimated at us$ 289.5 million in 2012. before the covid-19 pandemic, smart fabrics market projections for 2020 was quoted at us$ 361.9 million, keeping similar growth rates and correcting inflation (sebrae, 2014). 2. textile properties and uv protection relationships of the sun-protective clothing the uv shielding ability of the sun-protective clothing is directly related to the physical and chemical properties of the fabric used in its manufacture. therefore, the chemical composition, weave pattern and optical properties are the main factors that should be considered when making sun uv-blocking fabrics (alebeid and zhao, 2017). in the last decades, several kinds of textile fibers or fiber blends have been used to fabric manufacturing (jabbar and shaker, 2016). polyethylene terephthalate (pet), commonly named polyester, and cotton fibers are the most employed to produce sun-protective fabrics. generally, pet (fig. 1) is obtained by the condensation polymerization process of terephthalic acid and ethylene glycol under specific synthetic conditions (jaffe et al., 2020). in the first step of the pet polymerization, the bis(hydroxyethyl)terephthalate (bhet) monomer is produced by esterification of terephthalic acid. it is important to highlight that the esterification reaction produces a mixture of pet oligomers and bhet; consequently, water and impurity removal is essential to the ultimate achievement of the pet polymer. the next step of the pet polymerization consists in the ester interchange reaction between two bhet molecules to split off a glycol molecule, building polymer molecular weight. this condensation reaction must be catalyzed, being the antimony trioxide (sb2o3) the catalyzer most used. moreover, the melt-polymerization temperatures at or above 285°c are used to promote the uniform stirring of the reactional medium. in the last step, pet polymer is pelletized for melt spinning or putted on a spinning machine and transformed to fiber (jaffe et al., 2020). the main reasons for the using of pet fibers in sunprotective clothing are the low cost, ease of blending with natural fibers and uvb absorption capacity (curtzwiler et al., 2017). its uvb absorption ability is directly related to the presence of aromatic rings and carboxyl groups, i.e., chromophores groups in the polymeric structure. figure 1. polyethylene terephthalate (pet) monomer structure. cotton is a natural fiber formed by dried cell walls of formerly living cells of gossypium genus plants (ioelovich and leykin, 2008; liu, 2018). the cotton fiber formation starts in an ovary of the cotton flower and proceeds in a mature seed-containing cotton bowl (or fruit). thus, fiber development includes initiation, primary cell wall formation for fiber elongation, secondary cell wall biosynthesis for cellulose deposition and cell wall thickening, and maturation. cotton fibers are composed by cellulose (88.0–96.5%), proteins (1.0–1.9%), waxes (0.4–1.2%), pectins (0.4–1.2%), inorganic compounds (0.7–1.6%), and other substances (0.5–8.0%). it is important to emphasize that the chemical composition of cotton fibers depends on the cotton cultivar, growing environment and degree of fiber maturity (liu, 2018). cellulose, major chemical component of cotton fibers, consists in linear β-1,-4-linked chains of d-glucopyranose (fig. 2) produced by photosynthesis process (yue et al., 2012). in the cloth manufacturing, cotton fibers are widely used due to their low cost, softness, high air permeability, moisture-absorptive features, high thermal resistance, and hypoallergenic properties (h. wang and memon, 2020). https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 19 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 figure 2. schematic representation of the simplified cellulose structure. different weft types can be used in weaving stage of the sun-protective fabrics. the weft is the arrangement of intertwined threads that gives rise to fabric. this thread arrangement is classified into plain weave fabric and mesh (pezzolo, 2007). in the plain weave fabric, the thread interweaving turns it more difficult to deform in shear. (mohammed et al., 2000; pezzolo, 2007). while the mesh allows the stretching of the fabric because there are no fixed thread loops in its weft (pezzolo, 2007). plain fabric’s frames are commonly classified in taffeta, twill or satin. the taffeta has a weft design that looks like a chessboard (fig. 3a), which provides a higher mechanical resistant due to its homogeneous shape. twill has a diagonal pattern (fig. 3b), offering less dirt adhesion and easier cleaning, because its weft pattern provides more empty spaces among the plain weave fabric. satin weft presents larger heels between the threads than other plain weave designs (fig. 3c), consequently, this weft design influence on the fabric brightness (pezzolo, 2007). figure 3. schematic representations of plain fabric’s frames: (a) taffeta, (b) twill and (c) satin. after the weaving process, fabrics are submitted to the finishing stages (1st, 2nd, and 3rd stage) of the textile processing. the 1st finishing stage is mainly composed by the brushing, shaving, singeing and scouring processes. in the 2nd finishing stage, also known as dyeing and printing, pigments and/or dyes are adsorbed and/or anchored in the surface of textile fibers. finally, the 3rd finishing stage consists in chemical processes used to generate specific physical-chemical properties in fabrics, e.g., waterproofing ability (pezzolo, 2007). among these chemical processes, the incorporation of nanoparticles in textile fibers has been widely used (chau et al., 2007; costa, 2012; ferreira et al., 2014; sánchez, 2006) in order to create smart fabrics, i.e., fabric with self-cleaning, antibacterial or even flameretardant properties. it is important to point that the 2nd stage can provide textile benefits similar to 3rd stage depending on the physical and chemical properties of pigments and/or dyes used. thus, 2nd and 3rd stage can be understood as the same finishing stage of the textile processing. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 20 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 uv protection on fabrics depends on the fiber type, weft design, fabric thickness, yarn linear density, and the optical properties of pigments or dyes. for example, the solar transmittance decreases, and the diffuse reflectance increases when yarn linear density, i.e., the number of weft yarns per unit length increases (yildirim et al., 2018). besides textile properties, uv shielding capacity can be enhanced by incorporation, coating, or anchorage of uv-protective compounds in the textile fiber surface (table 1a–d). thus, the purpose of this review is to report scientific results about uv-protective compoundcontaining smart fabrics in the period from 2010 to 2021. it is known that the incorporation, coating and/or anchorage of uv-protective compounds in smart fabrics protects human skin against excessive uv radiation exposure and reduces the photodecomposition percentage of textile fibers. nevertheless, this brief review focused in showing the main scientific results and potential applications of uv-blocking fabrics used to minimize the human health hazards. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 21 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 table 1a. examples of uv-protective compound-containing textile fibers described in scientific literature between 2010 and 2012. textile fiber composition uv-protective compound assessment method of the uv shielding performance additional fabric properties reference pet and pet/wool (70:30) blend, pet/cotton (70:30) blend and pet/viscose (70:30) blend monochlorotriazinyl β-cyclodextrin, chitosan, ethylenediamine or dyes (disperse red fb 60, disperse blue 2bl 56 or disperse orange 25) upf ibrahim et al. (2010a) cotton europium(iii) complex upf z. chen and yin (2010) linen metal salts (m(ch3coo)2, where m = cu2+, zn2+ and ca2+), zrocl, ag, zro, tio2 or dyes (c.i basic red 24 or c.i reactive violet 5) upf antibacterial ibrahim et al. (2010b) polyethersulfone tio2 upf antibacterial and self-cleaning mihailović et al. (2010) pet ag/tio2 nanocomposite diffuse reflectance spectra antibacterial, self-cleaning, and anti-staining dastjerdia et al. (2010) wool tio2 diffuse reflectance spectra montazer and pakdel (2010) pet/wool (45:55) blend tio2 diffuse reflectance spectra antibacterial and self-cleaning montazer and seifollahzadeh (2011) cotton zno diffuse reflectance spectra y. li et al. (2011) cotton or viscose monochlorotriazine-β-cyclodextrin, neem seed oil and dyes (reactive red 120, reactive red 141, reactive blue 160, reactive red 195 or reactive red 198) upf antibacterial ibrahim et al. (2011) nylon tio2 diffuse reflectance spectra antibacterial pant et al. (2011) polyethersulfone tio2 upf antibacterial and self-cleaning mihailović et al. (2011) pet sio2-coated zno transmittance spectra waterproofing xue et al. (2011) cotton al upf waterproofing pan et al. (2012) cotton zno transmittance spectra waterproofing and selfcleaning ates and unalan (2012) cotton sio2-coated tio2 and dye (bezaktiv red s-3b 150) upf fakin et al. (2012) cotton zno upf antibacterial and self-cleaning çakir et al. (2012) cotton ag upf antibacterial and waterproofing shateri-khalilabad and yazdanshenas (2013a) cotton zno transmittance spectra y. li et al. (2012) pet: polyethylene terephthalate. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 22 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 table 1b. examples of uv-protective compound-containing textile fibers described in scientific literature between 2013-2016. textile fiber composition uv-protective compound assessment method of the uv shielding performance additional fabric properties reference cotton mg2al-ldh intercalated with 2-hydroxy-4methoxybenzophenone-5-sulfonate anions upf waterproofing zhao et al. (2013) pet sio2-coated zno transmittance spectra waterproofing xue et al. (2013) cotton zno upf bacterial inhibition shateri-khalilabad and yazdanshenas (2013b) cotton zno upf antibacterial zhang et al. (2013) pet tio2 transmittance spectra nazari et al. (2013) cotton tio2 diffuse reflectance spectra self-cleaning sadr and montazer (2014) cotton tio2, zno or cuo upf emam and bechtold (2015) cotton graphene/polyurethane composite upf electrical conductivity and farinfrared emission hu et al. (2015) cotton ag upf antibacterial and waterproofing nateghi and shateri-khalilabad (2015) pet tio2/carbon nanotubes or tio2/nanocarbon black nanocomposites diffuse reflectance spectra electrical conductivity chimeh and montazer (2016) cotton graphene oxide/fe3o4 nanocomposite upf antibacterial, electrical conductivity and magnetic properties mirjalili (2016) cotton graphene oxide/chitosan composite upf tian et al. (2016) cotton ag/agbr-tio2 nanocomposite upf antibacterial rana et al. (2016) pet graphene oxide/sno2 nanocomposite upf electrical conductivity babaahmadi and montazer (2016) cotton zno/chitosan nanocomposite uva and uvb blocking percentages antibacterial raza et al. (2016) pet: polyethylene terephthalate. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 23 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 table 1c. examples of uv-protective compound-containing textile fibers described in scientific literature between 2017 and 2018. textile fiber composition uv-protective compound assessment method of the uv shielding performance additional fabric properties reference cotton zno upf self-cleaning thi and lee (2017) cotton or silk mil-mofs* (mil-68(in)-nh2 or mil-125(ti)-nh2) upf emam and abdelhameed (2017) polyamine 6 tio2 upf antibacterial, self-cleaning, and waterproofing zhou et al. (2017) cotton tio2 and ag upf antibacterial s. li et al. (2017) cotton aloe vera#/chitosan nanocomposite upf antibacterial and waterproofing subramani et al. (2017) cotton au upf antibacterial tang et al. (2017) pet cuo uv protection enhancement antibacterial and self-cleaning rezaie et al. (2017a) wool cuo uv protection enhancement antibacterial rezaie et al. (2017b) pet cuo uv protection enhancement antibacterial and ammonia sensing rezaie et al. (2017c) cotton/nylon (50:50) blend graphene oxide diffuse reflectance spectra antibacterial, antifungal, and electrical conductivity hasani and montazer (2017a) cotton/nylon (50:50) blend graphene oxide diffuse reflectance spectra antibacterial and electrical conductivity hasani and montazer (2017b) cotton tio2/sio2 nanocomposite upf waterproofing xu et al. (2018) cotton zno upf gas sensor subbiah et al. (2018) cotton zno upf antibacterial el-naggar et al. (2018) cotton polyvinylsilsesquioxane/zno composite upf antibacterial and waterproofing mai et al. (2018) pet sio2, zno, tio2 or zro upf antibacterial and self-cleaning ibrahim et al. (2018) cotton polyoxotitanate (ti18mn4o30(oet)20phen3) diffuse reflectance spectra antibacterial and waterproofing n. li et al. (2018) cotton tio2 upf waterproofing d. chen et al. (2018) wool cinnamomum camphora extracts upf antibacterial khan et al. (2018) cotton tio2 upf morshed et al. (2018) pet 3,4‑ethylene dioxythiophene polymer (pedot)/fe3o4 composite transmittance spectra antibacterial, electrical conductivity, microwave attenuation, and magnetic properties sedighi et al. (2018) wool marigold (tagetes erecta) flower extract upf antioxidant shabbir et al. (2018) pet: polyethylene terephthalate. * mil: materials institute lavoisier. mof: metal-organic framework. # natural herbal nanoparticles prepared from shade-dried aloe vera plant. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 24 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 table 1d. examples of uv-protective compound-containing textile fibers described in scientific literature between 2019 and 2021. textile fiber composition uv-protective compound assessment method of the uv shielding performance additional fabric properties reference cotton bipo4 upf self-cleaning jin et al. (2019) silk zno upf waterproofing huang et al. (2019) cotton zno upf x. wang et al. (2019) cotton, aramid or pet mof (inof-1) upf g.-p. li et al. (2020) cotton mofs (cu−btc, zif-8 or zif-67) upf noise reduction zhang et al. (2020) pet mox/polyvinylidene fluoride/chitosan composite (mox = zno, tio2 or sio2) upf bouazizi et al. (2020) cotton mofs (zif(ni), zif-8(zn) or zif-67(co)) upf antibacterial emam et al. (2020) cotton zno upf waterproofing khan et al. (2020) silk graphene oxide upf antibacterial s.-d. wang et al. (2020) cotton zno upf antibacterial noorian et al. (2020) cotton tio2 and hollow glass microspheres upf thermal insulation, flame retardancy and noise reduction pakdel et al. (2020) cotton tio2 transmittance spectra waterproofing and self-cleaning suryaprabha and sethuraman, (2021) wool tio2/ce or zno/ce nanocomposite transmittance spectra antibacterial and self-cleaning zohoori et al. (2021) cotton tio2 upf riaz et al. (2021) wool se uv protection enhancement antibacterial and antifungal razmkhah et al. (2021) cotton ag upf antibacterial čuk et al. (2021) pet: polyethylene terephthalate. mof: metal-organic framework. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 25 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 3. uv-protective compound-containing smart fabrics the growing request for uv-protective textiles, especially for clothes manufacturing, has driven scientific studies about textile fibers with uv shielding properties. therefore, incorporation, coating and/or anchorage of metal oxides, dyes, organic filters, graphene compounds, metal-organic frameworks (mofs), coordination compounds, metal nanoparticles or composites in the fiber surface are widely related in the recent literature (table 1a–d). several different synthetic methods have been used to produce these textile fibers, including pad-dry-cure (z. chen and yin, 2010), electrospinning (pant et al. 2011), hydrothermal (y. li et al., 2011), microwave (y. li et al., 2012; thi and lee, 2017), microwave assisted hydrothermal (ates and unalan, 2012), simple spray coating (rana et al., 2016), electrostatic layer-by-layer self-assembly approach (zhao et al., 2013), solid-phase hot-pressing procedure (g.-p. li et al., 2020) and dip-pad-cure (ibrahim et al., 2010b). among them, the pad-dry-cure method is the most used due to the easier synthetic procedures and high-efficiency fiber coating. in the paddry-cure process, fabrics are soaked in uv-protective compound solution or suspension under specific conditions, e.g., liquor to fabric ratio. then, fabric specimens are padded through two dips and two nips using a padding machine. after padding step, fabrics are dried and cured at specific temperatures and times, which are based on fabric properties. regardless of experimental method and/or fiber type used, uvprotective compounds incorporated, coated and/or anchored improve uv-blocking properties of textile fabrics (fig. 4) as proven by uv-vis spectroscopic measurements, e.g., in vitro uv protection factor (upf) assessment. moreover, these uv-protective compounds can promote other beneficial functions to textile fibers such as antibacterial and self-cleaning properties (table 1a–d). in so many cases, a superhydrophobic coating in the textile fibers is also made to provides waterproofing (table 1a–d). it is important to highlight that multifunctional textile fibers give rise smart fabrics, which offer new insights to clothing manufacturing. figure 4. schematic representation of a uv-protective compound-containing smart fabric. 3.1 tio2 titanium oxide is a commercial inorganic filter commonly used in skin care products due to its uv absorption capacity (abuçafy et al., 2016; seixas and serra, 2014) and low skin toxicity (abuçafy et al., 2016). besides uv shielding ability, tio2 exhibits photocatalytic activity that enable its use in self-cleaning systems (banerjee et al., 2015). according to the literature (yadav et al., 2016), this metal oxide also has antibacterial properties. for these reasons, tio2containing textile fibers have attracted considerable interest in the field of smart fabrics. mihailović et al. (2010; 2011), in two different scientific research publications, investigated the multifunctional properties of polyethersulfone (pes) fabrics loaded with tio2 prepared by oxygen, argon or air rf plasma or corona discharge pretreatment and subsequent dip-pad-cure process with titanium oxide. on both studies, oxygen, argon or air rf plasma and corona discharge pretreatments of pes fibers induced the enhanced deposition of tio2 nanoparticles ensuring excellent self-cleaning properties, uv protection and antibacterial activity. considering uv blocking efficiency of pes fabrics obtained, high upf values (upf > 66) were reached and retained after five laundering cycles. the washing procedure used in the laundering durability test can be summarized as follows: the pes fabrics were washed in the bath containing 0.5% felosan rg-n (bezema) at liquor-to-fabric ratio of 40:1. after 30 min of washing at 40 °c, fabrics were rinsed once with warm water (40 °c) for 3 min and three times (3 min) with cold water. subsequently, fabrics were dried at 70 °c. montazer and pakdel (2010) reported the uvblocking ability of tio2-containing wool textiles obtained by ultrasonic bath method. the tio2-protective https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 26 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 layer on fabric surface provided higher uv absorption in the 300-350 nm region. moreover, the increase of the amount of tio2 on wool surface enhanced the uvb blocking capacity and decreased the uv photodegradation of wool fibers, i.e., photoyellowing of wool textile. in other scientific publication, montazer and seifollahzadeh (2011) prepared multifunctional textiles through enzymatic pretreatment of polyester/wool blend followed by the fiber coating with tio2 nanoparticles. these textile materials also exhibited higher uvb blocking ability and showed self-cleaning and antibacterial properties. pant et al. (2011) successfully prepared an electrospun nylon-6 spider-net like nanofiber mats containing tio2 nanoparticles. the addition of a small amount of tio2 nps improved the hydrophilicity and mechanical strength of nylon-6 nanofiber mats and gave rise to antibacterial and uv blocking properties. nazari et al. (2013) developed uv-blocking polyester fabrics using tio2 as inorganic filter and polysiloxane as cross-linkable agent. the polysiloxane agent promoted the enhance of tio2 nanoparticles absorption and stabilized them on the polyester fiber surface. consequently, the nano-tio2/polysiloxane coating improved the uv-blocking features of polyester fabrics as seen in uv-vis transmission spectra. zhou et al. (2017) reported a facile and eco-friendly way to prepare a novel hybrid polyamine/nano tio2 fabric by a combination of uv irradiation and ultrasonic bath method. the research results indicated that tio2 were fixed on the fiber surface providing photocatalytic, antibacterial, uv blocking and superhydrophobic properties to polyamine fabrics. upf values equal to 56 and 1123 were obtained. sadr and montazer (2014), emam and bechtold (2015), d. chen et al. (2018), morshed et al. (2018), suryaprabha and sethuraman (2021) and riaz et al. (2021) investigated the uv blocking properties of tio2containing cotton fabrics. sadr and montazer (2014) reported the multifunctional features of tio2 nanoparticles coated cotton fabrics obtained by in situ sonosynthesis method. the sonochemical method had no negative influence on cotton fabric fibers and provided the formation of the nano-tio2 coating on the textile surface that led to uv-blocking and self-cleaning properties. moreover, uv-protection rating of these cotton fabrics maintained even after 25 home launderings indicating an excellent washing durability. emam and bechtold (2015) immobilized tio2, zno or cuo particles into cotton and oxidized cotton fabrics by using pad-dry-cure method. the surface interactions between carboxylate groups of cotton fibers and metal oxides, mainly tio2, provided the enhancement of the uv shielding capacity of cotton fabrics as seen in uvvis transmittance spectra and in vitro upf values. d. chen et al. (2018) developed uv-blocking, superhydrophobic and robust cotton fabrics by combination of polyvinylsilsesquioxane (pvs) and nano-tio2. based on structural, thermal, mechanical, and spectroscopic results, the improvement on the uv protection, water repellency and rigidity of the fabrics were attributed to the synergism between the pvs polymer and nano-tio2. morshed et al. (2018) reported to sonochemical synthesis of tio2 nanoparticles in cotton fibers via low temperature sol-gel technique. ultrasonication time, ultrasonic power, and concentration of tetrabutyl titanate affected on upf values of cotton fabrics. suryaprabha and sethuraman (2021) prepared multifunctional cotton fabrics based on the deposition of tio2 sol followed by surface modification using stearic acid (sta). sta-tio2 cotton fabrics exhibited uv-blocking ability and self-cleaning properties. moreover, these superhydrophobic fabrics showed chemical durability and mechanical stability. finally, riaz et al. (2021) reported to the fabrication of cotton fabrics with tio2 nanoparticles modified with two different silane coupling agents using pad-dry-cure method. the presence of modified nanoparticles in the fiber surface improved the uv-blocking performance causing minimum effect on inherent properties of cotton textiles, e.g., sensorial comfort. fakin et al. (2012) investigated the sio2 coated tio2 particles performance in reactive dyeing of cotton fabrics. the incorporation of synthesized particles into the dyeing with reactive dyes brought about an outstanding uv blocking ability of the dyed fabrics even after 15 laundering cycles without considerable negative impact on color and comfortable properties. washing process was performed according to the bs en iso 105c06:2010 (2010) standard. uv protection, comfort, and dyeing properties of cotton fabrics were directly associated to dyeing temperature and amount of dye and sio2 coated tio2 particles. s. li et al. (2017) reported to the development of multifunctional cotton fabrics obtained by hydrothermal deposition of tio2 particles onto fiber surface followed by in situ deposition of ag nanoparticles via reduction method. these fabrics exhibited high antibacterial activity with an inhibition rate higher than 99% against staphylococcus aureus and escherichia coli bacteria. moreover, upf values between 35 and 57 confirmed the uv-blocking capacity of them. using a different twostep coating approach, pakdel et al. (2020) prepared cotton fabrics coated with tio2 and hollow glass microspheres (hgms). the presence of tio2 layer on cotton fibers gave rise to an excellent uv-blocking https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 27 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 activity as proved by upf values higher than 190. in addition, hgms coating reduced the inflammability of cotton fabrics and improved their thermal resistance and sound absorption capacity. therefore, these tio2 + hgms coated cotton fabrics exhibited multifunctional properties, i.e., uv-blocking ability, thermal insulation, flame retardancy and acoustic performance. it is important to highlighting that noise is considered a health hazard (münzel et al., 2020) and it is required to be eliminated for a better performance of humans in different areas (pakdel et al., 2020). in different scientific publications, dastjerdia et al. (2010), rana et al. (2016), chimeh and montazer (2016), xu et al. (2018), bouazizi et al. (2020) and zohoori et al. (2021) reported the development of uv-protective fabrics with different nanocomposites based on tio2. dastjerdia et al. (2010) investigated the multifunctional properties of ag/tio2 nanocomposite coated polyester fabrics prepared by pad-dry-cure method. the results revealed that the nanocomposite coating gives a considerable antibacterial, self-cleaning, anti-staining and uv-blocking capacity to polyester textiles. in this scientific paper, authors focused on showing the main results of characterization techniques without in-depth discussions about physic-chemical phenomena involved. in similar scientific research, rana et al. (2016) reported the preparation of multifunctional cotton fabrics with ag/agbr-tio2 nanocomposite coating by simple spray coating process. the results showed that the nanocomposite coating onto cotton fabrics improved textile mechanical properties and gave rise to antibacterial and uv-blocking abilities. chimeh and montazer (2016) prepared polyester fabrics with nano-tio2/carbon nanotubes or nanotio2/nanocarbon black composites through exhaustion method and post-curing. the composite coating increased the uv blocking capacity of pet textiles as seen in uv-vis reflectance spectra. furthermore, nanotio2/carbon composites imparted photocatalytic activity and electrical conductivity to fabrics. also, xu et al. (2018) successfully prepared superhydrophobic and uvprotective cotton fabrics by the incorporation of tio2/sio2 composite nanoparticles followed by hydrophilization with hexadecyltrimethoxysilane. tio2/sio2 composite nanostructures onto fibers made the textiles rougher, which contributed to the formation of superhydrophobic surfaces, and decreased the uv transmittance of cotton fabrics promoting upf values higher than 80. bouazizi et al. (2020) reported the design and functionalization of new composite-based pet fibers with uv protection. the fixation of mox/polyvinylidene fluoride/chitosan composite (mox = tio2, zno or sio2) into pet fibers improved both the thermal stability and uv protection of textiles. high upf values (80.5 – 113.4) of textiles indicated their excellent uv-blocking capacity. zohoori et al. (2021) prepared wool fabrics coated with tio2/ce or zno/ce nanocomposite coated wool fabrics by ultrasonic method. xrd, edx and sem results showed the formation of nanocomposites and indicated a good distribution of them on the wool surface. the wool fabrics coated with tio2/ce or zno/ce nanocomposites showed lower uv transmission percentage than raw wool fabric indicating an improvement on the uv protection. also, these fabrics exhibited antibacterial and self-cleaning activity. 3.2 zno zinc oxide is also a commercial inorganic filter widely used in cosmetic formulations and/or selfcleaning systems. like tio2, zinc oxide has uvb absorption capacity (flor et al., 2007; seixas and serra, 2014), low skin toxicity (abuçafy et al., 2016), photocatalytic and antibacterial ability (qi et al., 2017). consequently, fabric fibers with zinc oxide or nanocomposite based on zno have been investigated to provide new insights in uv-protective textile manufacturing. y. li et al. (2011) reported the preparation of cotton fabric with zno, in which zno particles were in situ synthesized inside of textile fibers, via two-step hydrothermal method. the results showed that zinc oxide particles were successfully assembled into the lumen and the mesoporous cotton fibers. therefore, uvblocking ability of the cotton fabric was significantly improved by assembling zno inside the fibers. ates and unalan (2012) investigated to self-cleaning, superhydrophobic and uv-blocking properties of zinc oxide nanowire-containing cotton fabric prepared by microwave assisted hydrothermal method and subsequently functionalized with stearic acid. the results showed the superhydrophobic nature of textile fibers, the decrease of the transmission intensity in uv spectral region and considerable degradation of methylene blue under uv light irradiation, one of the main photodegradation methods to investigate self-cleaning properties. çakir et al. (2012) successfully prepared zno coated cotton fabrics that exhibit uv-blocking, self-cleaning and antibacterial properties. it is important to emphasize that zno nanoparticles were synthesized in reverse micelle cores of ps(10912)-b-paa(3638) copolymer obtained by atom transfer radical polymerization. the zno nanoparticles coating onto textile fibers provided https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 28 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 photocatalytic activity on degradation of methylene blue and antibacterial activity against escherichia coli and staphylococcus aureus bacteria. moreover, zno coated cotton fabrics exhibited upf values greater than 60. y. li et al. (2012) investigated uv blocking property and water-wash durability of nano-zno assembled cotton fibers obtained by microwave assisted precipitation and crystallization process synchronously in situ for the first time. uv-vis transmission spectra showed an excellent uv-blocking activity in the 225–380 nm region. the water-washing process of nanozno assembled cotton fibers did not change their uv absorption capacity as seen in uv transmission measurements. the water-washing durability test was carried out in a domestic washer (xqb45-846b national, panasonic), where nano-zno assembled cotton textiles were washed with water (v = 33 l) for 20, 40 and, 60 min. shateri-khalilabad and yazdanshenas (2013b) and zhang et al. (2013) successfully prepared smart fabrics via in situ synthesis of zno on the cotton fiber surface. in both publications, zno coated cotton fabric exhibited high uv-blocking ability as proven in upf values (105.61 [shateri-khalilabad and yazdanshenas, 2013b] and 136 [zhang et al., 2013]). moreover, it showed bacterial inhibition (shateri-khalilabad and yazdanshenas, 2013b) or antibacterial (zhang et al., 2013) activity. the pad-dry-cure method was used by raza et al. (2016) and el-naggar et al. (2018) in the preparation of cotton fabrics coated with chitosan/zno nanocomposites and zno nanoparticles, respectively. nanocomposite (raza et al. 2016) and zno (el-naggar et al., 2018) coated cotton fabrics exhibited antibacterial activity and uv-blocking capacity. thi and lee (2017) reported the development of selfcleaning and uv-blocking cotton fabric with modification of photoactive zno coating via microwave method. zno coated cotton fabrics synthesized at ph range equal 6–7, 8–9 and 10–11 showed upf values of 222.52, 162.68 and 202.57, respectively. in addition, these cotton fabrics exhibited excellent self-cleaning ability proved by high removal degree of the coffee stains under uv irradiation at different air humidity levels. subbiah et al. (2018) successfully prepared nanostructured zno modified cotton fabrics via sol-gel and sputter seed layer-coated sol-gel techniques. all modified cotton fabrics exhibited greater upf values than raw fabric, but the seed layer-initiated sol-gel modified cotton fabric showed the highest upf value (378). moreover, these modified cotton fabrics showed room temperature gas sensing response towards volatile organic compounds enabling their use as gas sensor. mai et al. (2018) reported the development of multifunctional polyvinylsilsesquioxane/zno coated cotton fabrics. composite coatings improved uvblocking, superhydrophobic and antimicrobial properties of cotton fabrics compared to the reference textiles. in addition, polyvinylsilsesquioxane/zno coatings enhanced the mechanical properties of cotton fabrics and did not compromise their thermal stability. x. wang et al. (2019) successfully prepared uvprotective fabrics via grafted polymer brushes for in situ growth of zno on modified cotton fiber using the electroless deposition method. according to the results, the functionalized fabrics exhibited uv blocking properties and wash durability due to the presence of the zno on the inner wall of cotton fibers and the polymertethered structure. khan et al. (2020) reported a novel microwave hydrothermal method to grow aligned zno nanorods on cotton fibers. the zno coated cotton fabrics obtained showed greater upf values than pristine cotton fabric, which indicated that zno nanorods improved the uv protection of cotton textile. moreover, the functionalization of zno coated cotton fabrics with nonfluorinated silane provided superhydrophobic properties and oil–water separation performance. noorian et al. (2020) prepared antibacterial and uvblocking fabrics by pretreatment of cotton fibers with 4aminobenzoic acid (paba) followed by in situ sonochemical synthesis of zno nanoparticles. the paba treatment provided significant sites for the growth of the zno nanoparticles and maintained cross-linking property between oxidized cellulosic fibers and the zno nanoparticles. synergistic effects from zno and paba association imparted upf values higher than 65 and antibacterial activity against e. coli and s. aureus to the cotton fabrics. xue et al. (2011; 2013), in two different scientific research publications, investigated the superhydrophobic and uv-blocking properties of pet fabrics coated with zno/sio2 core/shell particles and hexadecyltrimethoxysilane. the coated pet textiles exhibited superhydrophobic surface and uv-blocking ability as seen in water contact angle and uv-vis spectroscopy results. in addition, the sio2 shell inhibited the photocatalytic activity of zno ensuring the superhydrophobicity of pet surfaces when exposure to uv radiation. huang et al. (2019) also investigated the superhydrophobic and uv-blocking properties of silk fabrics prepared by combining a one-step in situ synthesis of zno nanorods on fiber surface and hydrophobic treatment with n-octadecanethiol. the https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 29 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 presence of zno nanorods in the silk fibers increased surface roughness and induced a rise in upf values of fabrics indicating the improvement of uv-blocking ability. also, obtained superhydrophobic surface showed mechanical and chemical stability. 3.3 graphene compounds singular properties of graphene compounds described in the recent literature (tiwari et al., 2018) explain their several multifunctional applications in different systems and/or devices. in the smart fabric field, uv-blocking, electrical conductivity and/or antibacterial activity are mainly graphene compound properties investigated in the last scientific publications (babaahmadi and montazer, 2016; hasani and montazer, 2017a; b; hu et al., 2015; mirjalili, 2016; tian et al., 2016; s.-d. wang et al., 2020). electrically conducting textiles produce clothes with static dissipation, anti-spark and electromagnetic interference shielding (varesano and tonin, 2008) that can be used in the smart clothing design, e.g., innovative sportswear. hu et al. (2015) prepared multifunctional cotton fabrics coated with graphene and waterborne anionic aliphatic polyurethane composites by pad-dry-cure method. graphene/polyurethane coatings significantly enhanced the upf values indicating high uv-blocking capacity of cotton fabrics. in addition, graphene/polyurethane coated cotton fabrics exhibited far-infrared emissivity up to 0.911 in the wavelength range of 4–18 μm and lower electrical resistivity than pristine cotton fabric. far-infrared emitting fabrics are commonly used in health care and therapeutic clothing manufacturing because the far-infrared radiation (6–15 μm) promotes the enhancement of blood microcirculation and metabolism (vatansever and hamblin, 2012). mirjalili (2016) investigated the uv-blocking, electrical conductivity, magnetic and antibacterial properties of the reduced graphene oxide/fe3o4 nanocomposite coated cotton fabric. uv-blocking ability of the nanocomposite coated cotton fabric was proved by the increase of the upf value compared to raw cotton textile. this fabric also displayed a low electrical resistivity, antibacterial activity, and magnetic properties. tian et al. (2016) successfully prepared cotton fabrics coated with graphene oxide and chitosan by the electrostatic layer-by-layer self-assembly approach. these fabrics showed higher upf values than control cotton fabric and washing durability even after 10 times water laundering. it is important to emphasize that the water laundering durability test of cotton fabrics was performed by following the american association of textile chemists and colorists aatcc 61 (2006). babaahmadi and montazer (2016) investigated electrical conductivity and uv-blocking properties of reduced graphene oxide/sno2 nanocomposite coated pet textile obtained by modified exhaustion method. electrical resistivity decreased and upf value increased with reduced graphene oxide/sno2 nanocomposite coating of pet fibers, which indicated the formation of an electroconductive and uv blocking textile. moreover, electrical resistivity and uv-blocking results demonstrated the good durability of nanocomposites on surface of pet fabrics after 10 washes with deionized water. in different scientific papers, hasani and montazer (2017a; b) reported the multifunctional properties of reduced graphene oxide-coated cotton/nylon fabrics. according to the uv-vis reflectance results, textile materials showed high uv absorption in the 200–400 nm region indicating their potential as uv-protective fabrics. these fabrics also exhibited lower electrical resistance, antibacterial activity against escherichia coli, pseudomonas aeruginosa, staphylococcus aureus and enterococcus faecalis bacteria and antifungal activity against eukaryotic fungus c. albicans. s.-d. wang et al. (2020) successfully prepared a multifunctional silk fabric by grafting graphene oxide (go) nanosheet dispersion onto the fabric surface. the silk fabrics modified with go showed higher upf values than control silk, which indicated the enhancement of uv-blocking properties. furthermore, modified silk fabrics exhibited excellent antibacterial activity against escherichia coli and staphylococcus aureus bacteria. 3.4 mofs zhang et al. (2020) developed a series of multifunctional textiles prepared via in situ modified mofs nanocrystals on the cotton surface. based on structural and spectroscopic characterizations, it was confirmed the existence of chemical bonds between mofs and hydroxyl and/or carboxyl groups belonging to cotton fibers. in addition, a uniform distribution of mofs nanocrystals in textile surface was observed. the mofs/cotton textiles exhibited greater uv blocking activity and acoustic absorption performance than blank cotton that demonstrated their potential use as fabrics for uv protection and noise reduction. according to the literature (münzel et al., 2020), excessive exposure to the noise environment induces adverse cardiovascular effects and mental annoyance. emam et al. (2020) investigated the multifunctional properties of cotton fabrics with zeolitic imidazole https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 30 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 frameworks (zifs). zif(ni), zif-8(zn) and zif-67(co) were in situ synthesized into cotton fabrics before or after silicate modification on the fiber surface. when silicate functionalization was performed before the zifs formation, the silicate acted as cross-linker between zifs and cotton fibers providing the increment of mofs amount in the fabric surface. modified cotton fabrics showed higher upf values than pristine cotton textile and washing durability (aatcc m6, 2010). also, they exhibited antibacterial activity against staphylococcus aureus, bacillus cereus, escherichia coli, and candida albicans bacteria. emam and abdelhameed (2017) reported the incorporation of mil-68(in)-nh2 or mil-125(ti)-nh2 (mil = matériaux de i′institut lavoisier) into cotton or silk textiles using quite simple and one-pot process to produce uv-blocking textiles. all mil-mofs incorporated textiles exhibited uv-blocking activity; however, mil-mofs and metal contents in natural fibers influenced on the upf values obtained. after five washing cycles (aatcc m6, 2010), these textiles showed a slight decrease of upf values, which proved their laundering durability. g.-p. li et al. (2020) investigated the uv-blocking properties of inof-1 coated cotton, polyester or aramid textiles prepared by hot-pressing method. regardless of textile fiber type used, inof-1 coating provided a significantly increasing in the uvblocking performance. moreover, the interactions between inof-1 and textile fibers, as proven in ftir results, enhanced the tensile strength and elongation at break of mof coated textiles. 3.5 organic compounds ibrahim et al. (2010a) investigated the transfer printability and uv blocking properties of polyesterbased textiles obtained by pretreatment of polyester fibers and polyester/wool, polyester/cotton, and polyester/viscose blend fibers with monochlorotriazinyl β-cyclodextrin (mct-β-cd), chitosan or ethylenediamine followed by transfer printing with sublimable disperse dyes. hydrophobic cavities generated via grafting of mct-β-cd, amine functional groups incorporated via aminolysis of the polyester and/or chitosan fixed onto textile matrix afforded an improvement of uv-blocking capacity, transfer printing and fastness properties of modified post-printed fabric samples. in other scientific publication, ibrahim et al. (2011) reported the development of multifunctional cotton and viscose fabrics printed with reactive dyes through combined reactive printing and mct-β-cd loading in one-step followed by subsequent treatment with neem oil. the post-treatment with neem oil provided the improvement of the antibacterial activity of the treated reactive prints without adversely affecting the uv-blocking properties of the final products. subramani et al. (2017) investigated multifunctional properties of the aloe vera-chitosan nanocomposite coated cotton fabric prepared by pad-dry-cure method. cotton fabric coated with herbal nanocomposite exhibited excellent uv-blocking ability (upf > 52), superhydrophobicity, and antibacterial activity against escherichia coli and staphylococcus aureus bacteria. in different scientific publications, khan et al. (2018) and shabbir et al. (2018) reported the development of uv-blocking fabrics from natural plant extracts. khan et al. (2018) successfully prepared uv-blocking and antibacterial fabric by wool treatment with aqueous and alkali extracts of cinnamomum camphora leaves. camphor leaves extract imparted dyeing, uv-blocking and antibacterial properties to wool fabric. shabbir et al. (2018) reported uv-protective and antioxidant finishing of wool fabric dyed with marigold (tagetes erecta) flower extract. carotenoid compounds of marigold extract are main responsible for uv-blocking and antioxidant properties of this organic dye. marigold dyed wool fabrics showed upf values higher than 30 and capacity to capture peroxide reactive species; therefore, dyed fabrics can be used as potential uv-blocking and antioxidant textiles. 3.6 inorganic compounds, metal nanoparticles, ldh material and coordination compounds z. chen and yin (2010) investigated the uv-blocking capacity of eu(iii) complex-containing cotton fabrics prepared by pad-dry-cure method. based on spectroscopic results, eu(iii) complex-cotton fabrics showed higher upf values than blank cotton fabric and red-light emission. these results are similar to the eu(iii) doped ldh intercalated with cinnamate anions reported by saito et al. (2018). the eu(iii) doped ldh material exhibited uv-shielding ability and low-intensity red emission that could be inducing collagen production (saito et al., 2018). thus, eu(iii) complex-containing cotton fabrics can be able to induce the collagen biosynthesis depending on its intensity emission. ibrahim et al. (2010b) prepared functional finishes of linen-containing fabrics by fiber surface modifications using oxygen or nitrogen plasma followed by subsequent dip-pad-cure process with metal salts, nano-scale metal or metal oxides, ionic dyes, quaternary ammonium salt or antibiotics. the linen-based textile results indicated the loading of metal salts, nano-scale metal or metal https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 31 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 oxides or ionic dyes onto the plasma treated substrates provided antibacterial activity and a remarkable improvement in uv blocking capacity. moreover, these functional properties were retained even after 10 laundering cycles (aatcc 124, 1996). in other scientific publication, ibrahim et al. (2018) reported the multifunctional properties of pet fibers obtained via premodification with sodium hydroxide followed by coating with sio2, tio2, zno or zro2 nanoparticles using gelatin as a green binding agent. the results showed an improvement on antibacterial, uv blocking, self-cleaning and softness properties of pet fabrics, which are maintained after 15 laundering cycles (aatcc 135, 2000). in a series of scientific papers (rezaie et al., 2017a; b; c) rezaie and coworkers reported the multifunctional properties of cuo-containing wool and/or polyester fabrics. based on the results of the uv protection enhancement (%) method described by noorian et al. (2015) cuo-containing fabrics exhibited higher uvblocking ability and self-cleaning activity. in addition, these fabrics showed antibacterial activities toward two pathogen bacteria including staphylococcus aureus as gram-positive and escherichia coli as gram-negative bacteria with no adverse effects on human dermal fibroblasts based on mmt cytotoxicity test (montazer et al., 2015). the cuo-containing pet fabrics also exhibited a rapid and effective colorimetric response for ammonia detection indicating their potential as ammonia sensing. zhao et al. (2013) successfully prepared cotton fabrics coated with amino-functionalized mg2alhmbs-ldh (hmbs = 2-hydroxy-4methoxybenzophenone-5-sulfonate anions) by electrostatic layer-by-layer assembly technique. based on thermal analyses, intercalated hmbs showed higher thermal stability than hmbs pristine due to host-guest interactions in the interlayer region. all cotton fabrics assembled with amino-functionalized mg2alhmbs-ldh showed water contact angles greater than 150° suggesting superhydrophobic ability. in addition, these superhydrophobic fabrics exhibited the enhancement of upf values compared to untreated cotton textile demonstrating uv-blocking capacity. sedighi et al. (2018) investigated the multifunctional properties of 3,4‑ethylene dioxythiophene polymer (pedot)/magnetite nanoparticles coated pet fabrics. pedot/magnetite nanoparticles coating improved the uv-blocking capacity of pet fabric especially in uvb and uvc regions. this nanoparticle coating also provided significant antibacterial activity against s. aureus bacteria, electromagnetic interference (emi) shielding behavior and superparamagnetic properties. in this paper, emi shielding corresponds to microwave attenuation ability of these multifunctional pet fabrics. n. li et al. (2018) reported a novel coating technique involving in situ self-assembly of the polyoxotitanate (pot) cage [ti18mn4o30(oet)20phen3] to fabricate multifunctional cotton fabrics in a single step. the pot cage coating imparted excellent uv-blocking performance (89% blocked at 350 nm), hydrophobicity (water contact angle > 148°) and antibacterial activity (escherichia coli, staphylococcus epidermidis, and staphylococcus aureus bacteria) to cotton fabrics. jin et al. (2019) successfully prepared bismuth phosphate (bipo4) nanorods coated cotton fabrics by two-dip-two-nip technique. chitosan and acetic acid acted as cross-linking agents between bipo4 and cotton fibers as seen in uv-vis absorption and ftir results. the coated fabrics exhibited uv-blocking ability confirmed by upf values greater than blank cotton fabric and self-cleaning activity. a series of scientific publications (čuk et al., 2021; nateghi and shateri-khalilabad, 2015; pan et al., 2012; razmkhah et al., 2021; shateri-khalilabad and yazdanshenas, 2013a; tang et al., 2017) reported multifunctional features of metal nanoparticles coated smart fabrics. in this perspective, silver nanoparticles had widely used due to their antibacterial ability. shaterikhalilabad and yazdanshenas (2013a) investigated superhydrophobic, antibacterial, and uv-blocking properties of the silver nanoparticles (agnps) coated cotton fabric. agnps coating was formed on the cotton surface through an alkali preactivation followed by in situ reduction of silver nitrate. then, agnps coated cotton fibers were subjected to superhydrophobic treatment with octyltriethoxysilane (otes). agnps coated cotton fabric showed upf value equal to 266, water contact angle greater than 150° and shedding angle equal to 8°. also, coated fabric exhibited antibacterial activity against gram-negative escherichia coli and gram-positive staphylococcus aureus bacteria. nateghi and shateri-khalilabad (2015) also investigated multifunctional properties of the silver nanowires (agnws) coated cotton fabric prepared by dip-dry method followed by superhydrophobic treatment with danasylan f 8815. sem/edx results indicated a thin and uniform agnws coating on the cotton fibers. agnws coated cotton fabric also exhibited uv-blocking (upf > 113), superhydrophobic (water contact angle > 150° and shedding angle < 10°) and antibacterial properties. in other scientific paper about ag nanoparticles coated textiles, čuk et al. (2021) reported the development of multifunctional fabrics using plant food waste (green tea leaves, avocado seed and pomegranate peel) and alien invasive plant extracts https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 32 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 (japanese knotweed rhizome, goldenrod flowers and staghorn sumac fruit) as reducing agents for the in-situ synthesis of silver nanoparticles in cotton fibers. regardless of the reducing agent used, all silver nanoparticles containing cotton fabrics showed upf values above 50 and antibacterial activity against e. coli and s. aureus bacteria. pan et al. (2012) successfully prepared a superhydrophobic and uv blocking cotton fabric via solgel method and self-assembly using inexpensive and ordinary reagents, aluminum nitrate and sodium stearate. the interactions between aluminum coating and sodium stearate in cotton fabrics was confirmed by xps results. cotton fabric treated with 1.5% al sol and 20 mmol l–1 sodium stearate exhibited excellent hydrophobic properties (water contact angle > 146°) and uv blocking ability (upf = 164). in other scientific publication about nanoparticlecontaining cotton fabrics, tang et al. (2017) reported the development of gold nanoparticles (aunps) coated cotton fabrics prepared by in situ synthesis of aunps onto fiber surface using a heating method. the localized surface plasmon resonance of the aunps imparted the cotton fabric with colors, showing good colorfastness to washing and rubbing. it is important to highlight that the colorfastness to washing and rubbing were evaluated in accordance with australian standard as 2001.4.15– 2006 and australian standard as 2001.4.3–1995, respectively. the aunps coating improved the uvblocking ability of cotton textiles and resulted in uvprotective fabrics with remarkable antibacterial activity. in addition, aunps coated cotton fabrics exhibited catalytic activity, which did not influence on their dyeing with reactive dyes. razmkhah et al. (2021) reported the uv-blocking and antibacterial properties of selenium nanoparticles coated wool fabrics. based on the results of the uv protection enhancement (%) method (noorian et al., 2015), the coated fabrics exhibited uv-blocking ability. in addition, these fabrics showed reasonable bactericidal and fungicidal performances toward escherichia coli, staphylococcus aureus and candida albicans. for comparative purposes, fig. 5 and 6 were made to analyze and discuss the main scientific information of uv-protective compound-containing smart fabrics described above. thus, fig. 5 shows the number of scientific publications for each uv-protective compound class presented in the chemical composition of smart fabrics and fig. 6 illustrates the uv-blocking range of uv-protective compound-containing fabrics. it is important to highlight that uv-blocking range corresponds to the uv-shielding performance of compound class including specific uv spectral region of each compound. analyzing the number of scientific publications about uv-protective compound-containing smart fabrics in the period from 2010 to 2021 (fig. 5), it is observed that tio2, zno and nanocomposites based on tio2 or zno were the most used in the development of uv-blocking fabrics. probably, low human skin toxicity (abuçafy et al., 2016) and uv-shielding (abuçafy et al., 2016; flor et al., 2007; seixas and serra, 2014), self-cleaning (banerjee et al., 2015; qi et al., 2017) and antibacterial (qi et al., 2017; yadav et al., 2016) properties of these oxides and/or nanocomposites combined with several synthetic methods used to obtain them (montazer and pakdel, 2011; montazer and amiri, 2014) encouraged this great number of scientific studies. in general, synthetic approaches use low-cost and easy-to-obtain reagents and, depending on the synthetic route, allow to control the morphology, surface, and particle size of tio2, zno and/or nanocomposites based on tio2 or zno. despite the smaller number of scientific papers, other uv-protective compounds, mainly ldh, mofs and graphene compounds, demonstrate growing potential to be used in the development of novel smart fabrics due to their new multifunctional features, increasingly reported in the recent literature. thus, a promise increasing of scientific publications about this type of smart fabrics could be expected. figure 5. number of scientific publications of the uvprotective compound-containing smart fabrics per uvprotective compound class in the period from 2010 to 2021. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 33 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 another relevant aspect to be considered is that the smart fabrics with ldh, mofs or graphene compounds exhibited uv-blocking range situated in the uvb and uva regions (fig. 6) indicating broad-spectrum action, i.e., capacity to protect the human skin from both uvb and uva radiation. organic compounds or metal nanoparticles containing smart fabrics also had same broad-spectrum behavior, while other fabrics showed uvb-blocking capacity (fig. 6). therefore, uvprotective compound presented in the textile composition determines the uv radiation region that smart fabrics have higher protection efficiency. although organic compounds can undergo decomposition under certain conditions, e.g., high temperature and/or oxidizing environment, the synergistic effects from interactions between these compounds and textile fibers improve their thermal, chemical and/or photochemical stability. moreover, synergistic properties reduce the fiber photodegradation of smart fabrics. in this perspective, molecular interactions between textile fibers and uv-protective compounds provide specific physicochemical properties to textile materials and ensure lower occurrence of skin allergies by fabric contact. figure 6. uv-blocking range of the uv-protective compound-containing smart fabrics per compound class. besides the uv-blocking range, upf values are commonly used to indicate the uv protection of smart fabrics. analogous to sun protection factor (spf) of sunscreens, upf is a parameter defined as the ratio of the average effective uv irradiance calculated for unprotected skin to the average effective uv irradiance calculated for skin protected by the smart fabric (hoffmann et al., 2001). many scientific publications have shown that uv-vis spectroscopic measurements are accurate and reproducible in vitro test method to determining upf (montazer and amiri, 2014), which is obtained by eq. 1: upf = ∫ eλsλdλ 400 290 ∫ eλsλtλdλ 400 290 (1) where eλ is the relative erythemal spectral effectiveness and sλ is the solar spectral irradiance of the source. the tλ corresponds to spectral transmission of the test fabric as a function of wavelength (λ) and the wavelength integration limits refers to the combined uvb and uva wavelength range. according to hoffmann et al. (2001), upf values between 15 to 24 (ratings 15 and 20, respectively) indicate a good uv-protection, upfs of 25 to 39 (ratings 20, 30 and 35, respectively) demonstrate a very good uv-protection, and upfs ≥ 40 correspond to an excellent uv-protection (ratings 40, 45, 50 and 50+). analyzing the upf values of scientific publications cited in this review, it is observed that more than 90% of them exhibited upf values higher than 40. therefore, smart fabrics had an excellent uv-protection regardless on the uv-protective compound presented in the textile fibers. however, some precautions must be considered in the analysis and interpretation of these upf results. one of the most important aspects is the uv-vis transmission measurements, which undergo spectral changes and/or deviations depending on the experimental conditions used and/or optical properties of smart fabrics. in this perspective, opaque and translucent smart fabrics, which exhibit nonlinear behavior of lambert–beer law, must be carefully analyzed to avoid mistakes in the interpretation of upf results. 4. conclusions in this review, recent literature on uv-blocking textiles have been reported to give an overview of their importance and prospects in sun-protective methods. uv-protective compounds incorporated, anchored, or coated textile fibers compose a useful class of uvblocking materials for the development of smart fabrics as proved by the large number of scientific publications in the last years. different uv-protective compounds, mainly tio2 and zno, are used to improve uv-blocking ability of fabrics and, often, they also impart to additional fabric properties, e.g., antibacterial, and self-cleaning activities. analyzing from spectroscopic point of view, the elucidation of uv-blocking mechanisms gives an important information about electronic structure and optical properties of uv-protective textiles; therefore, it can be more investigated and discussed in the literature. a remarkable point is the reduced number of scientific papers that reported the use of organic filters in smart fabrics although these uv-protective compounds have https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 review article revista.iq.unesp.br 34 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 high uv absorption capacity and, depending on their molecular structure, can interact to fiber surface without the presence of cross-linker compounds. upf is a good parameter to indicate the uv-blocking ability of uvprotective compound-containing smart fabrics, however, some aspects must be considered in the analyses and interpretation of upf results. among them, (i) the amount of the uv-protective compound per textile area, (ii) textile thickness, and (iii) textile properties changed by the incorporation, coating and/or anchorage with uvprotective compounds, e.g., textile roughness. in this perspective, new scientific studies need to be undertaken to know the effective contribution of uv-protective compounds in the upf values. considering the growing requirement for simple, cheap, and practical sunprotective products, uv-blocking textiles are one of the best alternatives. thus, scientific research in the field of smart fabric and/or uv-blocking textile, especially uvprotective compounds incorporated, anchored, or coated textile fibers, must be encourage in order to promote new insights in sun-protective clothing and future applications of multifunctional textiles. authors’ contribution conceptualization: lupino, j. h. b.; saito, g. p.; cebim, m. a.; davolos, m. r. data curation: lupino, j. h. b.; saito, g. p.; cebim, m. a.; davolos, m. r. formal analysis: not applicable. funding acquisition: davolos, m. r. investigation: not applicable. methodology: not applicable. project administration: not applicable. resources: not applicable. software: not applicable. supervision: davolos, m. r. validation: lupino, j. h. b.; saito, g. p.; cebim, m. a.; davolos, m. r. visualization: lupino, j. h. b.; saito, g. p.; cebim, m. a.; davolos, m. r. writing – original draft: lupino, j. h. b. writing – review & editing: saito, g. p.; cebim, m. a.; davolos, m. r. data availability statement data sharing is not applicable. in this review, all scientific publications reported were found in the web of sciencetm database (https://wwwwebofscience.ez87.periodicos.capes.gov.br). funding conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant no: 317610/2021. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq) programa institucional de bolsas de iniciação científica (pibic). j.h.b.l scholarship no: 1127 – edital 01/2020. acknowledgments the authors acknowledge the instituto de química universidade estadual paulista (unesp) for the institutional infrastructure and technical support. references aatcc 124. appearance of durable press fabrics after repeated home 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2021-01-21). abuçafy, m. p.; manaia, e. b.; kaminski, r. c. k.; sarmento, v. h.; chiavacci, l. a. gel based sunscreen containing surface modified tio2 obtained by sol-gel process: proposal for a transparent uv inorganic filter. j. nanomater. 2016, 2016, 8659240. https://doi.org/10.1155/2016/8659240 ahmedova, a.; mantareva, v.; enchev, v.; mitewa, m. 2acetylindan-1,3-dione and its cu2+ and zn2+ complexes as promising sunscreen agents. int. j. cosmet. sci. 2002, 24 (2), 103–110. https://doi.org/10.1046/j.1467-2494.2002.00126.x alebeid, o. k.; zhao, t. review on: developing uv protection for cotton fabric. j. text. inst. 2017, 108 (12), 2027– 2039. https://doi.org/10.1080/00405000.2017.1311201 https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/001/aatcc.tm.124.1996.pdf https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/001/aatcc.tm.124.1996.pdf https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/001/aatcc.tm.124.1996.pdf 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https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%2061&item_s_key=00255811&item_key_date=931231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%2061&item_s_key=00255811&item_key_date=931231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%2061&item_s_key=00255811&item_key_date=931231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%2061&item_s_key=00255811&item_key_date=931231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%2061&item_s_key=00255811&item_key_date=931231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%2061&item_s_key=00255811&item_key_date=931231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%20m6&item_s_key=00490394&item_key_date=891231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%20m6&item_s_key=00490394&item_key_date=891231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%20m6&item_s_key=00490394&item_key_date=891231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%20m6&item_s_key=00490394&item_key_date=891231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%20m6&item_s_key=00490394&item_key_date=891231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%20m6&item_s_key=00490394&item_key_date=891231&origin=dssc https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?&input_doc_number=&input_doc_title=&document_name=aatcc%20m6&item_s_key=00490394&item_key_date=891231&origin=dssc https://doi.org/10.1155/2016/8659240 https://doi.org/10.1155/2016/8659240 https://doi.org/10.1155/2016/8659240 https://doi.org/10.1155/2016/8659240 https://doi.org/10.1155/2016/8659240 https://doi.org/10.1046/j.1467-2494.2002.00126.x https://doi.org/10.1046/j.1467-2494.2002.00126.x https://doi.org/10.1046/j.1467-2494.2002.00126.x https://doi.org/10.1046/j.1467-2494.2002.00126.x https://doi.org/10.1080/00405000.2017.1311201 https://doi.org/10.1080/00405000.2017.1311201 https://doi.org/10.1080/00405000.2017.1311201 review article revista.iq.unesp.br 35 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 antoniou, c.; kosmadaki, m. g.; stratigos, a. j.; katsambas, a. d. sunscreens – what’s important to know. j. eur. acad. dermatology venereol. 2008, 22 (9), 1110–1119. 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https://doi.org/10.1002/admi.201900564 review article revista.iq.unesp.br 40 eclética química, vol. 48, n. 1, 2023, 16-40 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.1.2023.p16-40 wang, s.-d.; wang, k.; ma, q.; qu, c.-x. fabrication of the multifunctional durable silk fabric with synthesized graphene oxide nanosheets. mater. today commun. 2020, 23, 100893. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.100893 wang, h.; memon, h. cotton science and processing technology: gene, ginning, garment and green recycling; springer, 2020. xu, l.; shen, y.; ding, y.; wang, l. superhydrophobic and ultraviolet-blocking cotton fabrics based on tio2/sio2 composite nanoparticles. j. nanosci. nanotechnol. 2018, 18 (10), 6879–6886. https://doi.org/10.1166/jnn.2018.15463 xue, c.-h.; yin, w.; jia, s.-t.; ma, j.-z. uv-durable superhydrophobic textiles with uv-shielding properties by coating fibers with zno/sio2 core/shell particles. nanotechnology. 2011, 22 (41), 415603. 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https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/41/415603 https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/41/415603 https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/41/415603 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.03.021 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.03.021 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.03.021 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.03.021 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.03.021 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.03.021 https://doi.org/10.1007/s11814-016-0118-2 https://doi.org/10.1007/s11814-016-0118-2 https://doi.org/10.1007/s11814-016-0118-2 https://doi.org/10.1007/s11814-016-0118-2 https://doi.org/10.1016/s1359-835x(99)00081-0 https://doi.org/10.1016/s1359-835x(99)00081-0 https://doi.org/10.1016/s1359-835x(99)00081-0 https://doi.org/10.1016/s1359-835x(99)00081-0 https://doi.org/10.1007/s10570-012-9714-4 https://doi.org/10.1007/s10570-012-9714-4 https://doi.org/10.1007/s10570-012-9714-4 https://doi.org/10.1007/s10570-012-9714-4 https://doi.org/10.1177/0040517512474362 https://doi.org/10.1177/0040517512474362 https://doi.org/10.1177/0040517512474362 https://doi.org/10.1177/0040517512474362 https://doi.org/10.1177/0040517512474362 https://doi.org/10.1021/acsami.0c18147 https://doi.org/10.1021/acsami.0c18147 https://doi.org/10.1021/acsami.0c18147 https://doi.org/10.1021/acsami.0c18147 https://doi.org/10.1021/acsami.0c18147 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.092 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.092 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.092 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.092 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.092 https://doi.org/10.1039/c7ra09613e https://doi.org/10.1039/c7ra09613e https://doi.org/10.1039/c7ra09613e https://doi.org/10.1039/c7ra09613e https://doi.org/10.1039/c7ra09613e https://doi.org/10.1039/c7ra09613e https://doi.org/10.56042/ijftr.v46i1.25171 https://doi.org/10.56042/ijftr.v46i1.25171 https://doi.org/10.56042/ijftr.v46i1.25171 https://doi.org/10.56042/ijftr.v46i1.25171 original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 2 | 2022 | 100 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 analysis of the pb0.30caxsrytio3 ternary system: the effect of ca2+ and sr2+ cations on the electrical properties of pbtio3 amanda fernandes gouveia1+ , lara kelly ribeiro2 , marcelo assis2 , elson longo2 , juan andrés1 , fenelon martinho lima pontes3 1. university jaume i, department of physical and analytical chemistry, castelló, spain. 2. federal university of são carlos, cdmf, são carlos, brazil. 3. são paulo state university, department of chemistry, bauru, brazil. +corresponding author: amanda fernandes gouveia, phone: +5534964728071, email address: gouveiad@uji.es article info article history: received: september 22, 2021 accepted: may 19, 2022 published: august 17, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. pcst ternary system 2. thin films 3. electrical properties 4. phase transition abstract: powder and thin films of the pb0.30ca0.10sr0.60tio3 (pcst 30/10/60) and pb0.30ca0.60sr0.10tio3 (pcst 30/60/10) ternary system were synthetized by the polymeric precursor method and the thin films deposited on the si/sio2/ti/pt substrate. the effects of the sr2+ and ca2+ cations substitutions on the electrical and structural properties of the pbtio3 were characterized by x-ray diffraction, infrared, and raman spectroscopy. theoretical calculations were performed using the crystal06 program associated with the density functional theory and the b3lyp functional hybrid. structural and electronic properties of the system were analyzed. the band gap values calculated for the pcst 30/10/60 and pcst 30/60/10 models were 3.35 and 3.41 ev, respectively. the results showed an evolution to a greater symmetry in the direction to the cubic srtio3 structure and the phase transition was characterized by the curie temperature dependence. the broad bands above fe-pe phase transition temperature suggest a phase transition diffuse type. it is explained by a local symmetry disorder due to a higher sr2+ and ca2+ cations concentration in the pbtio3 host lattice. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 mailto:gouveiad@uji.es https://orcid.org/0000-0003-3441-3674 https://orcid.org/0000-0002-3206-7774 https://orcid.org/0000-0003-0355-5565 https://orcid.org/0000-0001-8062-7791 https://orcid.org/0000-0003-0232-3957 https://orcid.org/0000-0001-6086-5303 original article revista.iq.unesp.br 101 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 1. introduction ferroelectric ceramics are among the several nanostructured materials (yuan et al., 2021; zhang et al., 2022). the idea that electronic information can be stored in the electrical polarization states of a ferroelectric material is known for a long time. therefore the need for new information technologies, heavy incentive has been given to the development of materials and methods related to ferroelectric semiconductor memory devices by many countries and high-tech companies (e.g. seiko epson corporation, symetrix corporation, ibm, matsushita electric, sharp, fujitsu, ramtron international corporation and many others) focused on the search for new materials that enable the evolution of current ones, or preferably, the creation of new technologies (daglish and kemmitt, 2000; muller et al., 2003). nanostructured ferroelectric memory systems are strong candidates for this mission due to the combination of several and interesting features in a single material (y. yang et al., 2020). in recent years, these systems have been used in the form of nanostructured thin films. in particular, the dynamic random-access memory (dram) (ling et al., 2006), where the material is above the ferroelectric transition temperature or the ferroelectric random-access memory (feram) (crawford, 1971; eshita et al., 2014; 2018; mao et al., 2013), where in the ferroelectric state, below the ferroelectric transition temperature, the ability to reorient the polarization spontaneously has aroused its use as a nonvolatile memory element (han et al., 2013; vopson and tan, 2016). consequently, these memories have expanded, being used in cell phones, digital cameras, electric vehicles, computers (notebooks or pcs), smart cards, etc. (kim and lee, 2006; mao et al., 2013). in this strategic market, there is also the possibility of using products such as identification data (id) tag cards, where large information technology (it) and telecommunications companies are involved. among them, the japanese company matsushita electric (best known for its panasonic household product brand), toshiba, ibm and others in the field stand out. these companies invest millions of dollars a year in the development and improvement of dram and feram memories. surprisingly, the area of ferroelectric memories is relatively unexplored. however, this is a field of particular importance for developing knowledge and technologies related to the properties, and applications on a nanometric scale of ferroelectric memories. among these materials, the one with a perovskite-type structure (abo3 composition) stands out with its high interaction with various metals substrates, insulators, and semiconductor industry (kour and pradhan, 2021; j. lee, 1999). the phenomenon of ferroelectricity in complex oxides of the abo3 perovskite-type can be controlled if the characteristic size of the crystal can also be controlled (at a certain critical size (j. lee, 1999), ferroelectricity can even be suppressed) (ahmadi and araghi, 2021). understanding the properties of abo3 films and their interrelationship at the nanoscale may be the basis for developing a new generation of devices that will allow for the long-awaited transition from microelectronics to nanoelectronics. the perovskite with the abo3 structure is composed by [ao12] and [bo6] clusters and, according to the material, can crystallize, for example, in a cubic, tetragonal and/or orthorhombic structure (souza, 2021). the interest in ferroelectric thin films, especially thin films based on lead (pb), such as pbtio3 (pt) is motivated by its potential applications as nonvolatile ferroelectric memory devices, an application based on the long retention period of the polarization and low polarization fatigue (lázaro et al., 2005; c. yang et al., 2021). both parameters are related to the degradation phenomenon strongly dependent on the preparation process (zhao et al., 2019). aiming at controlling the ferroelectric properties, the coupling between the properties of the pt, catio3 (ct) and srtio3 (st) perovskites opens new possibilities for data storage in dram’s or feram’s elements, which can be prepared to maximize the memory capacity in a small volume. there are several publications that bring different combinations of pt, ct and st perovskites, resulting systems as: pb0.90ca0.10tio3 (f. pontes et al., 2008), pb0.60ca0.20sr0.20tio3, pb0.50ca0.25sr0.25tio3 and pb0.40ca0.30sr0.30tio3 (d. pontes et al., 2014), pb0.60sr0.40tio3 (leal et al., 2004), pb0.74ca0.26tio3 (capeli et al., 2017), pb0.76ca0.24tio3 (d. pontes et al., 2001a; b), and pb0.50sr0.50tio3 (f. pontes et al., 2005). to achieve the great potential of pb0.30caxsrytio3 (pcst) thin films (formed from the combination of pt, ct and st perovskites) for applications in dram or feram semiconductors, one should know how to synthesize these materials and control the stability of the perovskite phase during its processing. in this paper, it was proposed to fix the pb2+ cations concentration in 0.30 and use different concentration of ca2+ and sr2+ cations to obtain distinct pcst ternary systems from that found in the literature. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 original article revista.iq.unesp.br 102 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 2. methods 2.1 experimental procedure the procedure for synthesizing powder and thin films of pb0.30ca0.10sr0.60tio3 and pb0.30ca0.60sr0.10tio3 (abbreviated as pcst 30/10/60 and pcst 30/60/10, respectively) consisted of producing a polymeric resin using the soft chemistry method known as polymeric precursor route. details of the preparation method can be found in literature (longo et al., 2004; d. pontes et al., 2001a; f. pontes et al., 2003; 2004). the resin was burned at 400 °c for 4 h at a heating rate of 5 °c min−1 to form a powder. the power was characterized by x-ray diffraction (xrd) and by raman-spectroscopy to verify the incorporation of the ca2+ and sr2+ cations in the pt host matrix. the ferroelectric thin films were deposited on si/sio2/ti/pt, using spin-coating process at 6500 rpm for 30 s, and crystallized in conventional oven in a twostage heat treatment carried out as follow: initial heating rate of 5 °c min−1 until reach 400 °c and maintained for 4 h in an oxygen atmosphere to pyrolyze the organic material, followed by heating at 700 °c for 2 h at a heating rate of 5 °c min−1 in the same atmosphere for crystallization. measurements of dielectric and ferroelectric properties were taken in the au/thin films/pt/ti/sio2/si multilayer structure configuration. regarding the measurement of electrical properties, circular top au electrodes were prepared by evaporation through a shadow mask with a 4.9 × 10−2 mm2 dot area to obtain an array of capacitors. the deposition was conducted under vacuum down to 10−6 torr. the frequency dependence of the capacitance was measured by an agilent 4294a precision impedance analyzer in the frequency ranging from 100 hz to 10 mhz. the capacitance–voltage (c–v) curves were obtained using an agilent 4294a precision impedance analyzer with an ac signal of 50 mvrms at 100 khz; all measurements were taken at 25 °c. temperature-dependent capacitance measurements of thin films were taken from 10 to 300 k using a closedcycle helium cryostat and a gw instek lcr 819 meter for capacitance measurements; all measurements were performed at 100 khz. for these measurements, circular au electrodes with an area of approximately 4.9 × 10−2 mm2 were deposited (using a shadow mask) by evaporation on the heat-treated film surfaces which served as top electrodes in an au/thin films/pt/ti/sio2/si configuration. 2.2 theoretical procedures theoretical calculations of electronic structure abinitio level for the studied pcst ternary systems were performed using the crystal06 program (dovesi et al., 2005), associated with density functional theory (dft) and the b3lyp functional hybrid (becke, 1993; c. lee et al., 1988). the xcrysden (2019) program was used to draw the density of states of each atom models. the experimental results shown that the pcst ternary systems present a local organization toward to the cubic st structure. therefore, from the unit cell of cubic st optimized structure, expansions in the z-axis were made to simulate a supercell, where the percentages of cations could be simulated accurately. the structural and electronic properties of these materials were analyzed to corroborate the experimental results. 3. results and discussion to verify the formation of the pcst ternary systems the xrd analysis was performed for the powder, as illustrated in fig. 1. from the results, it is possible to affirm that the incorporation of sr2+ and ca2+ cations in the pcst ternary system was effective, obtaining a pure phase without the presence of one or more intermediate stages or even other phases, like pt, ct, st, pbxcaytio3, or pbxsrztio3. figure 1. xrd pattern of the powder of pcst30/10/60, pcst30/60/10, pt, ct, and st heat treated at 700 °c. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 original article revista.iq.unesp.br 103 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 it is observed that the pcst ternary systems have evolved to a higher symmetry, in this case, toward a cubic st structure. however, there are still weak diffraction peaks observed in the system pcst 30/60/10, which correspond to the diffraction planes of pbtio3. from the pikfit program, the lattice parameters were calculated for each system based on the tetragonal structure (tab. 1). table 1 also shows the parameters obtained from the dft calculations. the data show that there is a distortion in the structure, changing from tetragonal to cubic, by increasing the sr2+ cations concentration in the system, as there is a decrease in the parameter c, which indicates the tetragonality factor, while the parameter remains practically unchanged. the same result was theoretically obtained using the crystal06 program, confirming the data obtained experimentally. table 1. lattice parameters (å) for ternary systems. sample experimental theoretical a c c/a a c c/a pcst 30/10/60 3.9117 3.9122 1.000 3.8938 3.8918 0.999 pcst 30/60/10 3.8756 3.8880 1.003 3.8789 3.8771 0.999 to corroborate data of xrd analysis, the microraman spectroscopy was performed. figure 2 illustrates the micro-raman spectra for the pcst ternary systems and for the pt standard system as reference. it is possible to observe a decrease in the tetragonality by the overlap of the micro-raman modes e(1lo)a1(1to) and b1+ea1(2to) with the incorporation of the sr2+ and ca2+ cations into the pt system. the e(1to) soft mode decreases to lower wavelength and tends to complete disappearing, indicating a change of symmetry of a tetragonal to cubic system. figure 2. micro-raman spectra for pbtio3, pcst30/10/60, and pcst30/60/10 systems. the micro-raman spectrum for pcst 30/60/10 system was also analyzed for different temperatures between 20 and 500 °c (fig. 3). this study aimed at investigating the behavior of micro-raman bands as the temperature increases, as well as to search for signs of structural changes. figure 3. micro-raman spectrum for powder of pcst30/60/10 ternary system as function of the temperature. it is well-known that the active micro-raman modes e(1to) and a1(1to) for pure pt, and in particular the e(1to) mode are soft modes, which are directly related to the transition from tetragonal to cubic type. the phase transition temperature can be determined by micro-raman spectroscopy by observing the temperature in which the soft mode disappears. thus, fig. 4 reveals that there was no phase transition from tetragonal to cubic, as the soft mode did not disappear with the increase of temperature, there is only an enlargement of the e(1to) mode. an alternative for this case is an analysis as a function of pressure, i.e., to study the phase transition by applying hydrostatic pressure to the sample inside a diamond cell. another solution is to prepare thin films of this composition and investigate its electrical properties at low temperature, for example, http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 original article revista.iq.unesp.br 104 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 from 10 to 300 k to check if a certain phase transition temperature exists. for the analysis of the pcst ternary systems in powder form and after confirming the ca2+ and sr2+ cations incorporation in the system without the formation of second phase, the thin films were then prepared and characterized. figure 4 illustrates the xrd pattern for the thin films of the pcst ternary systems, as well as the pt, ct and st structures. figure 4. xrd pattern of the thin films of pcst 30/10/60, pcst 30/60/10, pt, ct, and st on si/sio2/ti/pt substrate heat treated at 700 °c. figure 4 allows to affirm that the replacement of the pb2+ cations by ca2+ and sr2+ cations at the a site ([ao12] clusters) caused a drastic change in the xrd patterns of the pt structure. all thin films have a polycrystalline nature. therefore, the striking tetragonal characteristic of the pcst ternary system thin film disappeared due to the substitution in the [ao12] cluster, as can be seen by comparing it with the pt standard. the lattice parameters were also calculated (tab. 2). the xrd pattern of the samples are very similar to the pure st system, proving the complete replacement of ca2+ and sr2+ cations in the pb site, mainly for the sr2+ cations, as also observed in the pcst powder. therefore, it is deduced that the sr2+ cations are responsible for the transition from a tetragonal to a cubic phase; otherwise, an orthorhombic phase or even a mixture of phases would be observed. so, it can be assumed that the effect of substitution of pb by ca2+ cations is less pronounced than the effect of its substitution by sr2+ cations at the [ao12] clusters since it presents a very similar xrd pattern to st structure. this effect can be caused by the change in the type of bond involved, now between sr2+ and ca2+ cations, where sr2+ cations will form a bond with a much higher ionic character (with radial characteristic) than ca2+ cations. this difference in bond type is a determining factor for these structural changes. moreover, it may have a system tending to stabilize a more symmetrical structure. table 2. lattice parameters for the pcst ternary systems thin films. the cubic system was considered for all pcst thin films. sample structure parameters special group *pbtio3 tetragonal a = b = 3.899(0) p4mm c = 4.153(0) *catio3 orthorhombic a = 5.3796(1) pbnm b = 5.4423(3) c = 7.6401(5) *srtio3 cubic a = b = c = 3.905 pm3m pcst 30/60/10 cubic a = b = c = 3.877 pm3m pcst 30/10/60 cubic a = b = c = 3.910 pm3m note. the unit of the parameters (a; b; c) are in å; *data extracted from jcpds forms. to corroborate the xrd data the infrared spectroscopic response was analyzed with reflectance accessory. figure 5 shows the reflectance spectra for thin films, as well as standards for srtio3 and catio3 systems. these standards are important to clearly confirm the evolution to a structure with very similar characteristics of srtio3. as can be seen in fig. 5, there is a similarity between the spectra of thin films and st, assuming three infrared active modes for the cubic structure, much more than that for the system ct, in which the mode identified by c is not present in any sample of pcst thin films (tab. 3). the spectra showed well-defined bands and characteristics of a crystalline material. the bands in the region between 400–1000 cm−1 are due to the longitudinal (lo) and transverse (to) optical modes, which are associated with the crystallinity of the material (liu et al., 2010; f. pontes et al., 2002; 2003). these absorption bands obtained by the reflectance technique in the infrared spectrum are caused by the excitation of http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 original article revista.iq.unesp.br 105 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 optically active vibrations. the main band observed for the different compositions of pcst thin films located in the 600–800 cm−1 region is characterized by the stretch vibration of the ti−o bond (metal-oxygen in the [tio6] clusters). the bands in the shorter wavelength region can be attributed to pb−o, ca−o or sr−o stretch vibrations. figure 5. ft-ir reflectivity spectra for catio3, srtio3, pcst30/10/60, and pcst30/60/10. in the ft-ir spectrum obtained by reflectance, changes in vibrational modes and their displacements are indications of structural evolution, i.e., change from a tetragonal phase to a pseudo cubic, cubic, or orthorhombic phases. therefore, the vibrational analysis of these materials revealed some changes in vibrational modes. these changes occurred both in displacement level and in the band width of vibrational modes. thus, the substitution at a-site in the pt structure corresponds to a change in the distances of the a−o and/or ti−o bonds, and this substitution is responsible for the large coupling effect in the higher energy bands. the difference between the st and ct spectra for the pcst systems and their similarity to st suggest that the [tio6] clusters present greater symmetry for the pcst system in both compositions. the simplicity of this qualitative analysis suggests that the octahedral environment at site ti is symmetrical, not reflecting large distortions to the tetragonal or orthorhombic structure, which could be responsible for the polarization, that is caused by the presence of permanent dipoles within the material. after confirming the effective incorporation of ca2+ and sr2+ cations at a-site into the pt structure, forming pcst ternary system, the nanostructured thin films were characterized for their dielectric and ferroelectric properties. table 3. ft-ir frequencies modes for the st, ct, and pcst thin films. system a b c d srtio3 786.84 541.92 468.63 catio3 794.56 539.99 493.70 430.06 pcst30/60/10 747.31 541.92 460.92 422.35 pcst30/10/60 746.34 541.92 461.88 420.42 figure 6 illustrates the dielectric capacitance results in function of the frequency for the pcst 30/60/10 and pcst 30/10/60 ternary systems. figure 6. dielectric capacitance of the pcst thin films prepared in o2 atmosphere. the results shown that the pcst30/10/60 thin film presents good values of dielectric capacitance, while the thin film with higher ca2+ cations concentrations, the pcst 30/60/10, shows a lower value of dielectric capacitance, which causes an influence in the material's ferroelectric properties. the curves of capacity vs. voltage (c–v curves) for the nanostructured pcst thin films are shown in fig. 7. this graphic represents two measurements: one sweep from a negative to a positive electric field (sweep up), and another from the positive to negative field (sweep down). for the ternary pcst30/10/60 system, the sweep up and sweep down measurement curves are symmetrical and not overlapped due to the ferroelectric nature of the thin film; however, this behavior is less pronounced than in the pure pt system. with the increase of the ca2+ cations and the decreases of sr2+ cations incorporation (pcst30/60/10 system), there is an overlapping of the sweep up and sweep down curves, which is a characteristic due to the non-ferroelectric nature of the material, i.e., a tendency towards a paraelectric phase http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 original article revista.iq.unesp.br 106 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 manifested by the lack of effective local and long-range polarization. figure 7. c−v curves for the pcst thin films prepared in o2 atmosphere. the phase transition of the pcst thin films was also studied by electrical characterization. structural phase transitions are changes in crystal structure caused by changes in an order parameter, which is defined as any physical quantity describing the phase transition. in ferroelectric materials there is a temperature, called curie temperature (tc), in which a structural transition between the paraelectric and ferroelectric phases is observed, that is associated with a change in the material’s crystalline structure to a new symmetry. an important feature of the ferroelectric phase transition is that the dielectric permittivity increases considerably at the transition temperature. figures 8 and 9 illustrate the phase transition temperature for thin films pcst30/10/60 and pct 30/60/10, respectively. figures 8 and 9 show the tc changes as a function of the ca2+ e sr2+ cations concentration. the decrease of the tc is expected since the matrix of the pcst system, pt, has a tc ~763 k, while st has a tc ~105 k for a ferroelectric to paraelectric transition accompanied by a change from tetragonal to cubic structure, respectively. on the other hand, the ct presents an orthorhombic structure at room temperature and tetragonal structure at 1500 k and finally cubic structure at tc ~1580 k. therefore, the results confirm, once again, the strong influence of sr2+ on ca2+ cations and its competition within the crystal lattice of ternary pcst structure. figure 8. dependence of capacitance as a function of temperature for pcst 30/10/60 thin film. figure 9. dependence of capacitance as a function of temperature for pcst 30/60/10 thin film. to check the influence of sr2+ on ca2+ cations in the crystal lattice of pt structure, a theoretical study of the electronic properties of the materials was performed with the analysis of the band gap value and the density of states (dos). figure 10 shows the dos for the ternary pcst systems. for both systems, the contribution of pb, ca, and sr to conduction band is small compared to the contribution of ti atoms. to the valence band there is a prevailing contribution of atomic orbitals from the o atoms. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 original article revista.iq.unesp.br 107 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 (a) (b) figure 10. total dos: (a) pcst 30/10/60 and (b) pcst 30/60/10. 5. conclusions in this study, a very efficient and inexpensive chemical method to produce a good quality of ternary pcst powder and thin films were presented. in the pcst 30/10/60 and pcst 30/60/10 samples was possible to incorporate simultaneously ca2+ and sr2+ cations in the site ao12 in place of pb2+ cations without phase separation, such as pbtio3, catio3, srtio3, or even as complex phase (pb,sr)tio3 or (pb,ca)tio3. the studied systems, pcst 30/60/10 and pcst 30/10/60, presented a tetragonal to cubic phase transition due to the simultaneous incorporation of ca2+ and sr2+ cations at low temperature, thus causing the absence of the ferroelectric nature present in pt at room temperature. the results show that this fact it was more evident in pcst 30/10/60 system, where the concentration of sr2+ cations in the system is greater. these incorporations decreased the tetragonality and significantly reduced the octahedron distortion, promoting the elimination of ferroelectric character at room temperature. this elimination was confirmed in the analysis of dos projected onto the atomic orbitals of pb, then, pb stopped contributing to the conduction band with 6pz atomic orbitals, which is responsible by ferroelectricity. authors’ contribution conceptualization: gouveia, a. f.; pontes, f. m. l. data curation: gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; assis, m.; pontes, f. m. l. formal analysis: gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; assis, m.; pontes, f. m. l. funding acquisition: gouveia, a. f.; longo, e.; pontes, f. m. l. investigation: gouveia, a. f.; pontes, f. m. l. methodology: gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; assis, m.; pontes, f. m. l. project administration: gouveia, a. f.; longo, e.; andrés, j.; pontes, f. m. l. resources: gouveia, a. f.; longo, e.; andrés, j.; software: gouveia, a. f.; pontes, f. m. l. supervision: longo, e.; andrés, j.; validation: gouveia, a. f.; pontes, f. m. l. visualization: gouveia, a. f.; pontes, f. m. l. writing – original draft: gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; assis, m.; pontes, f. m. l. writing – review & editing: gouveia, a. f.; ribeiro, l. k.; longo, e.; andrés, j.; pontes, f. m. l. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. http://revista.iq.unesp.br/ojs/index.php/ecletica/index https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 original article revista.iq.unesp.br 108 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 100-109 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p100-109 funding fundação de amparo à pesquisa do estado de são paulo (fapesp). grant no: 2009/53433-6; 2013/07296-2; 2019/01732-1. universitat jaume i (uji). grant no: posdoc/2019/30; uji-b2019-30. ministerio de ciencia, innovación y universidades (spain). grant no: pgc2018094417-b-i00. acknowledgments this work used experimental resources from centro de desenvolvimento de materiais funcionais (cdmf). a. f. g acknowledges the universitat jaume i for the postdoctoral contract and fapesp for the postdoctoral fellowship. j. a. acknowledges universitat jaume i and the ministerio de ciencia, innovación y universidades (spain) for financially supporting this research. references ahmadi, f.; araghi, h. electro-optical 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https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.08.008 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161649 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161649 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161649 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161649 https://doi.org/10.1002/adfm.201807920 https://doi.org/10.1002/adfm.201807920 https://doi.org/10.1002/adfm.201807920 https://doi.org/10.1002/adfm.201807920 https://doi.org/10.1002/adfm.201807920 original article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 3 | 2023 | 81 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 oil extraction from seeds of carica papaya l.: obtaining the lipid profile and thermal evaluation mariana fonseca1 , marcelo kobelnik1+ , gustavo guadagnucci fontanari2 , marisa spirandeli crespi1 , clóvis augusto ribeiro1 1. são paulo state university , institute of chemistry, araraquara, brazil. 2. federal rural university of amazonia , institute of animal health and production, belém, brazil. +corresponding author: marcelo kobelnik, phone: +55 (17) 98114-1073, email address: mkobelnik@gmail.com article info article history: received: july 18, 2022 accepted: may 18, 2023 published: july 01, 2023 keywords: 1. kinetic evaluation 2. lipid profile 3. papaya oil 4. thermal behavior section editors: assis vicente benedetti abstract: carica papaya l. is frequently found in northern and northeastern brazil, the caribbean and central america. the papaya seed oil was extracted using soxhlet extraction. its oil has low acidity, iodine index, saponification and peroxide values adequate and comparable to other commercially available vegetable oils. the lipid profile of this oil was also obtained by gas chromatography; thermal characterization was performed by thermogravimetry (tg) and differential scanning calorimetry (dsc) under various heating rates. the composition of the innature oil indicates that oleic and palmitic fatty acids are predominant. the dsc analysis under cooling shows that the crystallization phase of this oil is similar to olive oil, and the thermogravimetric results show the thermal decomposition under nitrogen purge gas occurs in only one stage. the activation energy was obtained applying the isoconversional methods proposed by capela and ribeiro, ozawa and friedman. the obtained kinetics data leads to a dependence on the sample mass and purge gases, which results in several kinetic patterns. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 https://orcid.org/0000-0001-9079-4235 mailto:afisbaghiz123@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-5574-8209 https://orcid.org/0000-0003-0777-4570 mailto:deniainurrokhim@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9079-4235 mailto:afisbaghiz123@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9079-4235 mailto:afisbaghiz123@gmail.com https://ror.org/00987cb86 https://ror.org/02j71c790 original article revista.iq.unesp.br 82 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 1. introduction brazil is the largest producer and exporter of papaya, with the largest plantation being in espírito santo state and the northeastern region of the country (fontes et al., 2012). the papaya belonging to the caricaceae family, especially the ‘formosa’ papaya group, is widely consumed in brazil. it is a hybrid of chinese origin, weighing 0.8 to 2.5 kg of yellow or reddish colors, bulky pulp, and sweet with a content of production of more than 70 tons per year (alobo, 2003). its seeds correspond to around 14% of fruit in weight and can be used for extraction of oil for pharmaceutical purposes, with 25% of the industrial income (anuar et al., 2008; xu et al., 2008). papaya is an excellent source of β-carotene, ascorbic acid (alobo, 2003), potassium, other minerals and fibers. in addition, it contains papain, an important enzyme that is an efficient digestive supplement (monetta, 1987). papaya seeds, which constitute about 30–35% of the fruit, are generally discarded, both in domestic consumption and in the food industry (kardash and tur’yan, 2005). in order to make better efficient use of the fruit, it is worth investigating and using its seeds as a source of oil (puangsri et al., 2005). the main purpose of this paper is the extraction, lipid profile by gas chromatography and thermal evaluation of the oil from seeds of papaya (c. papaya l.). the thermal study was carried out through differential scanning calorimetry (dsc) and thermogravimetry (tg). in addition, the physic-chemical properties, i.e., acidity, iodine index, saponification and peroxide index of this oil were evaluated. 2. experimental 2.1 extraction of the oil and lecithin after the first attempts at extraction by soxhlet using hexane as the extracting solvent, the physical-chemical analysis of the oil extracted from the seeds of papaya showed high acid and iodine indexes (table 1) and rancidity odor characteristics after the storage period. therefore, some changes were necessary for this first stage of the work, aiming to obtain oil without the presence of lecithin. this was necessary because lecithin has the property of emulsification and antioxidant effects, but its presence in excess can alter the physicalchemical characteristics of the oil (judde et al., 2003). table 1. indices of acidity, iodine, saponification and peroxide and for different vegetable oils compared to the papaya oil seeds. oil acidity iodine (wijs)g/100g saponification (mg koh/g oil) peroxide (meq of o2/kg oil) cotton -99-119 189-198 - peanut -80-106 187-196 - canola -110-126 182-193 - sesame 0.3 104-120 -- corn -103-128 187–195 < 10 sunflower -120-138 -- soybean 2.0 120-143 188–195 - papaya 0.9167 69.13 189.4 2.97 papaya (only hexane) 15.16 153.6 -- first, to minimize undesired effects, seeds were seeded from the fruit by hand and then washed and cooked in hot water, at a temperature around 70 °c for 4 h, exchanging water at 1-hintervals, in order to eliminate soluble residues dissolved in the water. soon after cooking, the seeds were dried in an oven (tecnal model te 394/1) for 8 h at 70 °c and comminuted in a blender to ensure a larger contact surface between the extracting solvent and the particles. then, the material was properly packed in soxhlet, using hexane as an extraction solvent. after the extraction with the hexane, a new step of extraction of the oil was carried out, now to obtain the lecithin (jangle et al., 2013; patil et al., 2010). the phosphatidylcholine is the main constituent of lecithin and it was separated from papaya oil by extraction with ethanol. the precipitate formed during the extraction was filtered and the excess ethanol present in the oil was removed by evaporation in a rotary evaporator. the extraction product, assigned as lecithin, corresponds to approximately 3% of papaya seeds. natural papaya seed oil was characterized according to analytical indexes for oils and fats. the acid value, which is the amount of koh (in mg) required to neutralize the free fatty acids in 1 g of oil, was determined according to astm 1980-87 (1998). the iodine index, which represents the measure of the unsaturation of oils and fats, was determined according to astm d5554-95 (2011a). finally, the saponification https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 original article revista.iq.unesp.br 83 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 index was also determined, according to the methodology described in astm d5558-95 (2011b). all titrations were performed in triplicate, and the result is presented as an average of the obtained values. 2.2 analysis of fatty acid methyl esters (fame) and thermal analysis the used methodology to obtain the lipid profile by gas chromatography analysis, described below, follows a pattern of analysis and the description is like that previously published in other works (kobelnik et al., 2011; 2012; 2014; 2016; 2021; marques et al., 2015). the lipid methylation to produce fatty acid methyl esters was done by the method described by hartman and lago (1973), with some modifications: sample (30 mg) was diluted in 1.0 ml of n-hexane and saponified under boiling with 1.3 ml of 0.5 mol l–1 sodium hydroxide (in methanol); after cooling, 1.7 ml of the esterification reagent (ammonium chloride solution in methanol and sulphuric acid) was added and heated to boiling; to the cold solution, 2.0 ml of saturated nacl solution were added and the top layer was taken for fame analysis. fatty acid analysis was performed in a shimadzu gc 2010 gas chromatograph equipped with a flame ionization detection, under the following conditions: split injection (1:30 injection volume 1 µl); capillary column sp 2560 (supelco) (100 m  0.25 mm  0.20 μm); injection port and detector temperatures of 250 and 260 °c respectively; initial oven temperature of 140 °c, increasing at 4 °c min–1, to 240 °c, which was maintained for 11 min; and carrier gas of hydrogen at 1.5 ml min–1 flow rate. identification of the fatty acids was achieved by comparing their retention times with pure standards (fame 37, code 47885, sigma chemical co.). data were processed by gc solution software, from shimadzu, kyoto, japan. the results were expressed as a percentage of the area of each peak over the total fatty acid profile. dsc analysis of this oil was carried out from dsc1 stare from mettler toledo. the mass sample used was around 5.5 mg in the aluminum crucible crimped lids and cooled from 25 to –80 °c and subsequently heated from –80 °c up to 25 °c, both at cooling/heating rates of 1, 2.5, 5, and 10 °c min–1 under nitrogen purge gas at a flow rate of 50 ml min–1. simultaneous tg/dtg and dta curves were performed on a ta instruments device, model sdt 2960. the conditions used were platinum crucible, purge gases of nitrogen, and synthetic air, with heating up to 500 °c. the kinetic evaluation was performed using the friedman flynn–wall–ozawa and ribeiro–capela methods, with the dtg curves, which were analyzed in purge gas nitrogen (flow rate from 100 ml min–1), with the heating ratios of 5, 10, 20, and 30 °c min–1 (dias et al., 2015; 2021; fonseca et al., 2018; friedman, 1964; kobelnik et al., 2018a; b). 3. results and discussion 3.1 chemical properties and lipid profile of the oil the solvent selected for the extraction of oil from papaya seeds was hexane. this choice was based on the ease with which this solvent solubilizes the substance of interest and the ease with which it can be removed from the final product, since it has a low boiling point (69 °c). the total fraction of oil extracted with hexane was approximately 24%. chemical properties are among the most important characteristics of oils and fats. the values of acidity, iodine index, saponification index, and peroxide values are chemical properties that are important and show the quality of the oil. table 1 summarizes the chemical properties of this oil and the comparison of other commercially available vegetable oils. the acidity index value shows a large difference in the values, which is due to the different ways of extracting the papaya seed oil. the value presented with extraction done only in hexane indicates that the acidity is very high. however, when the seed drying process has changed, the acid number decreases considerably. this new value corresponds to the presence of 1.403 to 1.87% of oleic acid in the oil sample. in the literature, we see that the papaya seed oil extracted with hexane presents 0.33% in oleic acid, as showed by puangsri et al. (2005), and when papaya seed oil is extracted with petroleum ether, as showed by von loesecke and notle (1937), the acid value is 3.05%. the iodine index obtained before and after the methodology adopted in this work is presented in table 1, which shows the mass of iodine for each 100 g of oil. the work done by von loesecke and notle (1937) showed that the iodine content had a value of 89.8 g of absorbed iodine per 100 g of oil, which is a value much closer to the value obtained after the modifications described by this work. puangsri et al. (2005) showed that the oil extracted with hexane shows an iodine value equal to 66.0 ± 0.2 g of iodine absorbed per 100 g of oil. the indicator of the degree of oxidation is called peroxide index, and it shows the amount of sample that oxidizes the potassium iodide. the value obtained was https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 original article revista.iq.unesp.br 84 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 2.97 meq 1,000 g–1 of oil, which is low and indicates a good state of conservation of papaya seed oil. finally, the saponification value shows the amount of salt formed from the fatty acids present in the sample. as the saponification index is inversely proportional to the average molecular weight of the fatty acids in the oils (damodaran et al., 2010) and the lipid profile shows that the results are concordant, it is concluded that the fatty acids of low molecular weight (palmitic and oleic) are majority in this analyzed oil. in addition, table 2 shows a lipid profile comparison of the oil extracted from papaya seeds with other commercial oils. at room temperature, the oil has a yellow color and characteristic odor. besides, its color is very similar to the color of olive oil. the lipidic profiles obtained of this oil are also shown in table 2. table 2. fatty acid composition of papaya seed oil, olive, and others edible oils. compound/oil papaya+ olive+ canola corn sunflower peanut soybean fatty acid percentage butiric/c4:0 0.34 0.02 caproic/c6:0 0.15 0.03 palmitic/c16:0 14.74 0.04 10.6 0.03 3.95 10.48 7.15 12.78 10.82 estearic/c18:0 4.87 0.02 3.40 0.02 1.52 2.17 3.58 3.30 3.83 araquidic/c20:0 0.37 0.01 0.41 0.01 behenic/c22:0 0.24 0.05 0.10 0.01 tricosanoic/c23:0 0.25 0.03 lignoceric/c24:0 0.05 0.01 palmitoleic/c16:1 0.70 0.03 cis-10-heptadecanoic/17:1 0.10 0.01 oleic/c18:1 n9 74.2 0.1 78.0 0.03 58.19 25.90 79.71 39.46 22.40 cis-11-eicosanoic/20:1 0.34 0.01 0.23 0.01 linoleic/c18:2 4.88 0.01 5.33 0.01 linolenic/c18:3 n3 0.65 0.02 +mean standard deviation. source: elaborated by the authors using data from lipp et al. (2001). the composition of fatty acids shows that papaya oil, like most vegetable oils, is composed mainly of unsaturated fatty acids of long chain (79.39%), but, in the case, approximately 74% is monounsaturated (oleic acid). moreover, the analysis of commercial extra virgin olive oil showed composition very similar with the oil papaya seed. the other fatty acids that were not identified in this study were not quantified, probably because they were below the limit of detection, or were not present in the papaya species used. in addition, the main edible vegetable oils and respective compositions for comparative purposes are the palmitic, stearic, and oleic acids (kalayasiri et al., 1996; su et al., 2014). 3.2 thermal evaluation figures 1 and 2 show, respectively, dsc curves of cooling and heating. the cooling at different heating rates shows that events shift as a function of temperature. besides, the cooling evaluation shows that there are two main events at all heating rates, where the first occurs between –4 and –10 °c and the second has a variable interval due to the heating rates. the baseline change seen in the first event is attributed to an arrangement between the molecules present in the oil, which occurs during the transition from liquid to the solid stage. besides, there is an additional baseline change for heating rate of 10 °c min–1, which is also attributed to an orderly arrangement between molecules during cooling. in addition, this event was not present in the other heating rates, which indicate that this event is dependent on the cooling rate. the second exothermic peak is attributed to the crystallization phase, which occurs in a single stage. the heating shows that there was an exothermic event (to heating rate of 5 and 10°c min–1), which is similar to the event seen in cooling. this event is attributed to a molecular relaxation of the oil molecules due to heating. after this event, it is seen that the oil has an endothermic peak at heating rates of 2.5, 5 and 10 °c min–1, which was attributed to the melting point of the oil, with peaks around –3 °c for these curves. however, for the heating rate of 1 ° c min–1, it did not present a defined peak, but a sequence of events between –17 and 10 °c. furthermore, the heating of 2.5 and 5 °c c min–1 also presents an event between 1 and 10 °c. in other works, it was also seen that during heating and cooling, multiple events occurred, which are successive reactions that are https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 original article revista.iq.unesp.br 85 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 attributed to the different fatty acid compositions that do not allow us to observe a typical melting point (kobelnik et al., 2011; 2012; 2014; 2016; 2021; marques et al., 2015). so, at a heating rate of 10 °c, which is higher than the others, it is possible to see that only one endothermic reaction occurs because there were overlapping reactions attributed due to the components of the fatty acids in the oil. figure 1. dsc curves of papaya oil in nitrogen purge gas (50 ml min–1), under several cooling rates of 1, 2.5, 5 and 10 °c min–1 from 25 to −80 °c, sample mass around 5 mg in aluminum crucible crimped lids, without drilling. figure 2. dsc curves of papaya oil in nitrogen purge gas (50 ml min–1), heating rate of 1, 2.5, 5 and 10 °c min–1 from −80 to 25 °c, sample mass around 5 mg in aluminum crucible crimped lids, without drilling. in addition, a comparison with olive oil was performed. figure 3 shows that the thermal behavior for heating and cooling of olive oil is very similar to that of papaya seed oil, which is attributed to a small difference in the composition of both oils. the first thermal event occurs between –6 and –9 °c to papaya oil and –12 and –15 °c to olive oil. the second event is an exothermic peak around –50 °c for both oils, which is attributed to the crystallization phase. furthermore, it is also possible to see that the differences between both oils during the heating are very small: i) the difference at the first event was 5 °c; and ii) the difference between peaks at the second event (melting point) was 3 °c. besides, olive oil showed an event between 0 and 7 °c, which was attributed to the overlapping transitions (solid–liquid) due to the melting of fatty acids with a higher melting point. figure 3. dsc curves of papaya and olive oil in nitrogen purge gas (50 ml min–1), cooling rate of 10 °c min–1 from 25 to −80 °c, sample mass around 5 mg in aluminum crucible, without drilling. the thermal behavior of this oil evaluated by thermogravimetry, in nitrogen and synthetic air purge gases are shown in figs. 4 and 5, respectively. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 original article revista.iq.unesp.br 86 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 figure 4.tg/dtg and dta curves of papaya seed oil: sample mass around 20 mg, heating rate of 10 °c min–1 in nitrogen purge gas (100 ml min–1), in platinum crucible. figure 5.tg/dtg and dta curves of papaya seed oil: sample mass around 20 mg, heating rate of 10 °c min–1 in synthetic air purge gas (100 ml min–1), in platinum crucible. this oil showed that there was not a variation of mass until the temperature of 315 °c in nitrogen (fig. 4). the thermal decomposition stage occurs in a single step up to 487 °c (mass loss of 99.35%). at the end of the thermal decomposition in nitrogen purge gas, the presence of carbonaceous residues was not observed because pyrolysis takes place, and, therefore, this reaction generates lighter products, which are easily volatilized. in addition, in fig. 6 shows tg/dtg curves of the oil in several heating rates, which were used for the kinetic study in the nitrogen purge gas. it can be seen in dtg curves that the thermal decomposition behavior of the oil is homogeneous. figure 6.tg/dtg curves of papaya seed oil: sample mass around 20 mg, heating rate of 5, 10 and 20 °c min–1 in nitrogen purge gas (100 ml min–1), in platinum crucible. the analysis in synthetic air (fig. 5) shows that the dtg curve had a mass variation between 221 and 285 °c, which is attributed to the smoke point, and correspond to the 3.76% of mass variation. this behavior is very common in many oils, as has been cited in the literature (fontanari et al., 2018; freire et al., 2013; jorge et al., 2005; kobelnik et al., 2021). thermal decomposition occurs up to 468 °c with two main intervals between 285–363 °c and 363–472 °c, which shows that there are overlapping reactions during decomposition and had weight loss of 47.75% and 40.78%, respectively. at the end of the thermal decomposition, the presence of carbonaceous residues that corresponds to 7.15% of the initial mass was observed. if oxygen is available during the reaction, the molecules will start to be oxidized due to the low activation energy required for oxidation; therefore, molecular scission occurs and generates different products during this degradation, causing the appearance of residues at the end of the reaction. the dta (fig. 5) shows different events on this curve. from the beginning of the curve to the temperature of 195 °c, there was no reaction attributed to the sample. the peak of the exothermic reaction occurs at 341 °c, which is attributed to oil oxidation. after this peak, in the progress of the thermal decomposition, it is possible to see two stages of mass loss at 350–423 and 423–491 °c. in addition, the analysis in nitrogen purge gas shows an endothermic event due to oil pyrolysis. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 original article revista.iq.unesp.br 87 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 regarding the kinetic study, the average values of the activation energy (ea) were obtained by capela–ribeiro, flynn–wall–ozawa and friedman methods as aforementioned, and the respective results are shown in table 3. table 3. ea (kj mol–1) and correlation coefficient (r) for decomposition stage. purge gas and sample mass nitrogen temperature ranges (dtg curves) (5 °c min–1) 300 – 471 °c (10 °c min–1) 321 – 480 °c (20 °c min–1) 345 – 495 °c ozawa method *ea(kj mol–1) and (r) 205.4  0.1 (0.99984) friedman method *ea(kj mol–1) and (r) 211.3  0.2 (0.99448) capela–ribeiro method *ea(kj mol–1) and (r) and r 196.6  0.1 (0.9999) figure 7 depicts the relationship between the dependence of the activation energy (ea) with the conversion degree (α), which is defined as α = (m0–mi) / (m0 – mf), where m is the initial mass with the subscripts 0; i and f, respectively are, initial and final thermal decomposition stages. the results show the comparison of activation energy vs conversion degree (α) of three kinetic methods under nitrogen purge gas. however, the papaya oil had different thermal decomposition behaviors at different heating rates in synthetic air, as shown in fig. 8. therefore, the activation energy data under synthetic air are not shown. this happened because tg/dtg curves are not suitable to obtain an adequate displacement to the kinetic calculation. figure 7. activation energy vs conversion degree under nitrogen purge gas. figure 8. tg (a) and dtg (b) curves of papaya seed oil under several heating rates in synthetic air purge gas, with sample mass around 20 mg, heating rate of 5, 10 and 20 °c min–1, in platinum crucible. the analysis under nitrogen purge gas (fig. 7) showed a similar behavior between the ozawa and ribeiro methods, while there was a shift in some points of the kinetic behavior with the analysis by the friedman method in relation to the other two methods. furthermore, the correlation coefficient (r), which is a measure of the proximity of the association of the points in curves, allows the correlation obtained from the kinetic curves to be verified. as the correlation coefficient values are close to 1, there are a strong correlation between the obtained data. in addition, the behavior of this oil in the three methods allowed us to see that there was the same tendency to increase the activation energy in the degree of conversion (). this effect is attributed to the increase in interactions between the fatty acid molecules present in the oil. thus, even during decomposition, an increase in activation energy means that molecular collisions are not sufficient to decrease activation energy, that is, the thermal decomposition of the oil only advances with increasing https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 original article revista.iq.unesp.br 88 eclética química, vol. 48, n. 3, 2023, 81-90 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 temperature, as observed in tg curves. however, nitrogen also causes influence, given that there is no reaction with fatty acid molecules because it is inert. in previous works, with different oils of vegetable origin, it was observed that there is a tendency to have an increase in the activation energy, whether in nitrogen purge gas (kobelnik et al., 2011; 2012; 2014; 2016). 4. conclusions this work presents the results of the physicalchemical analysis and lipid profile by gas chromatography and thermal properties of papaya seed oil. the obtained information about lipid profile reveal that this oil has a predominance of unsaturated fatty acids, being oleic acid majority with 74.17% in your composition, while the percentage of saturated was 20.56. this oil showed that has similar characteristics to olive oil, which may be an alternative source for commercialization. furthermore, the lipid profile showed that there are different types of fatty acids present in the oil. thus, the results obtained by dsc showed that the mixture of fatty acids present in the oil present different thermal behavior in the different heating–cooling ratios. during the dsc analysis, it was observed that there was the crystallization of the oil during cooling, which can be attributed to fatty acids with a larger molecular structure and with a greater presence (oleic/c18:1 n9) since the molecular arrangement is slower than the smaller molecules. furthermore, dsc curves allowed to observe that there was a significant difference between the cooling rate of 1 and 5 °c min–1, which was sufficient for alteration between the relative size and sharpness of the peak of the dsc curves. from tg, it was possible to establish the thermal behavior and kinetics parameters of thermal decomposition of this oil. the kinetic study of this oil using the three calculation methods allowed a better evaluation of the kinetic curves. the data obtained by friedmann did not show good adherence to the methods of ozawa and ribeiro, but this is attributed to differences that occur in the calculation mode proposed by each method, which was not discussed in this work because it was not within its scope. authors’ contribution conceptualization: fonseca, m.; kobelnik, m. data curation: fonseca, m.; kobelnik, m. formal analysis: ribeiro, c. a.; crespi, m. s. funding acquisition: not applicable. investigation: fonseca, m.; kobelnik, m.; fontanari, g. g. methodology: fonseca, m.; kobelnik, m.; fontanari, g. g. project administration: ribeiro, c. a.; crespi, m. s. resources: ribeiro, c. a.; crespi, m. s. software: not applicable. supervision: ribeiro, c. a.; crespi, m. s. validation: fonseca, m.; kobelnik, m.; fontanari, g. g. visualization: kobelnik, m.; ribeiro, c. a.; fonseca, m. writing – original draft: kobelnik, m.; ribeiro, c. a.; fonseca, m. writing – review & editing: kobelnik, m.; ribeiro, c. a.; fonseca, m.; fontanari, g. g. data availability statement the data will be available upon request funding not applicable. acknowledgments not applicable. references anuar, n. s.; zahari, s. s.; taib, i. a.; rahman, m. t. effect of green and ripe carica papaya epicarp extracts on wound healing and during pregnancy. food chem. toxic. 2008, 46 (7), 2384–2389. https://doi.org/10.1016/j.fct.2008.03.025 alobo, a. p. proximate composition and selected functional properties of defatted papaya (carica papaya l.) kernel flour. plant foods hum. nutr. 2003, 58 (3), 1–7. https://doi.org/10.1023/b:qual.0000040319.61845.c2 american society for testing and materials (astm). d1980– 87. standard test method for acid value of fatty acids and polymerizes fatty acids. astm, 1998. american society for testing and materials (astm). d5554– 95. standard test method for determination of the iodine value of fats and oils. astm, 2011a. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.3.2023.p81-90 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2. caffeine; 3. green method; 4. validation; 5. spectrophotometric method. section editor maría natalia besil arismendi highlights development and validation of a new eco-friendly chemometric spectrophotometric. the proposed methods are statistically compared with reported hplc method. can be used for the routine quality control of paracetamol and caffeine analysis. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://ror.org/04hcvaf32 mailto:f.ghaleb@su.edu.ye https://orcid.org/0000-0001-6979-5452 https://orcid.org/0000-0003-1282-8174 https://orcid.org/0000-0002-2512-2325 https://orcid.org/0000-0001-7177-6568 https://orcid.org/0000-0002-0455-8074 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 2/19 1. introduction the combination of paracetamol and caffeine is commonly used as a pain reliever and antipyretic agent in pharmaceutical formulations (uddin et al., 2019). chemically, paracetamol is (n-(4-hydroxyphenyl) acetamide (scheme 1a). paracetamol, also known as paracetamol, is one of the most popular medications commonly used to treat fever (antipyretic) and mild to moderate pain (analgesic agent) (drugbank, 2005a; glavanović et al., 2016; yehia and mohamed, 2016). caffeine is 1,3,7-trimethyl-3,7-dihydro-1h-purine-2,6-dione and its chemical structure (scheme 1b). it is one of the drugs mostly used worldwide as a central nervous system (cns) stimulant of the methylxanthine class (drugbank, 2005b; uddin et al., 2019). 1,3,7-trimethylpurine-2,6-dione caffeine a) n-(4-hydroxyphenyl)acetamide paracetamol b) scheme 1. chemical structure of paracetamol (a) and caffeine (b). source: adapted from drugbank (2005a; b). the field of chemometrics has had a significant impact on analytical chemistry, particularly in the area of spectral analysis, which is important in the quality control of mixed drugs and pharmaceutical formulations involving two or more medications of overlapping spectra (eticha et al., 2018; glavanović et al., 2016; k. patel et al., 2013a). chemometric methods depend on multivariate analysis, which means considering more than one variable at a time in uv spectrophotometry techniques (riddhi and rajashree, 2019). many wavelengths are taken as variables, and the absorbance at each wavelength is considered (gandhi et al., 2017; riddhi and rajashree, 2019). the most important chemometric methods used in multivariate analysis are principal component regression (pcr) and partial least squares (pls). these methods use multivariate calibration using spectrophotometric data along with statistical tools, mathematical models, and software for the determination of combined drugs in pharmaceutical formulations (riddhi and rajashree, 2019). these methods also rely on the calibration of the mathematical model by using absorbance data of calibration standards with known concentrations and then predicting the concentration of unknown samples from their absorbance data (gandhi et al., 2017; riddhi and rajashree, 2019). chemometrics has multiple applications in spectroscopy, including uv-visible spectrophotometry (ashour et al., 2015; attia et al., 2018; belal et al., 2018; darbandi et al., 2020; elfatatry et al., 2016; gholse et al., 2022; manouchehri et al., 2016; mattar and sobhy, 2022; moussa et al., 2021; m. patel et al., 2013b; phechkrajang et al., 2015; putri et al., 2021; sebaiy et al., 2020; v. d. singh and v. k. singh, 2021; vichare et al., 2010), fluorescence spectroscopy (manouchehri et al., 2016; salem et al., 2019; shinde and divya, 2015; walash et al., 2011; zhu et al., 2016), nir spectroscopy (manouchehri et al., 2016; moroni et al., 2022; muntean et al., 2021; muntean et al., 2017; rahman et al., 2020; sun et al., 2021), and ftir spectroscopy (rahman et al., 2020). in addition, chromatography techniques such as liquid chromatography (aminu et al., 2019; mohammed et al., 2021; tsvetkova et al., 2012; vu dang et al., 2020) as well as a variety of other analytical chemistry techniques, such as flow-injection analysis (ortega-barrales et al., 2002; silva et al., 2011). uddin et al. (2019) reported that the classic uv spectral assay could not be used to determine most analytes of interest because they are accompanied in their dose forms by other substances that absorb in the same spectral area. traditional procedures, such as extraction, are difficult to employ because they require a lot of solvent, which comes with hazards of analyte loss or contamination, as well as the likelihood of incomplete separation, which is costly and time-consuming. however, when paired with chemometric methods for determining a combined mixture in pharmaceutical quality control, spectrophotometry as a simple, precise, rapid, and low-cost method may be a great option. they provide benefits when the quality monitoring of pharmaceutical products demands reliable, accurate, and fast analytical procedures. this process avoids prior separation processes and is fast, accurate, and easy to use. one of the tools used to assess the greenness of analytical procedures is the analytical greenness calculator, which is based on the 12 principles of green analytical chemistry. it is a tool for assessing the environmental and occupational risks connected with a certain analytical technique applied in this study (gałuszka et al., 2013), as shown in scheme 2. the criteria scores and the analytical greenness score are linked to a “traffic lights” red-yellow-green sequential color map, with red assigned to the lowest values and green to the highest values, and its value ranges from 0.0 (the lowest score) to 1.0 (perfect score) (tobiszewski et al., 2017), as shown in scheme 3. to the best of our knowledge, no published work has been conducted on developing and validating spectrophotometric methods for the examination of some combined pharmacological compounds using a chemometrics approach in the yemeni market (the republic of yemen). therefore, the present study aims to develop and validate an adequate and green simultaneous spectrophotometric assay method for the determination of paracetamol and caffeine in a combined pharmaceutical formulation-assisted chemometric technique. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 3/19 scheme 2. annotated result of the generic assessment. scheme 3. the span of the colour map used in the graph and the corresponding values. 2. materials and methods 2.1. materials and reagents the reference standard paracetamol and caffeine were obtained from global pharma company, sana’a, yemen. all reagents and chemicals used for the spectrophotometric methods were of analytical grade, and hplc grade was used for the hplc method. deionized water (with a specific conductance of 0.05 µs cm–1) was in-house produced and used for the preparation of all sample solutions. hydrochloric acid, sodium hydroxide, and benzoic acid were obtained from shiba’a pharma company, sana’a, yemen. preparation of standard stock solution: stock solutions of 1000 μg ml–1 of paracetamol and 130 μg ml–1 of caffeine were individually prepared in a 100 ml volumetric flask by dissolving 100 mg paracetamol and 13 mg caffeine separately in water. preparation of hydrochloric acid solution: it was prepared by diluting appropriate amounts of reagent in deionized water to make 0.1 mol l–1. preparation of sodium hydroxide solution: this solution was prepared by dissolving 4.00 g of naoh pellet into a 1000 ml volumetric flask in deionized water to obtain a final concentration of 0.1 mol l–1. preparation of the benzoic acid solution: it was prepared by dissolving appropriate amounts of benzoic acid in methanol. 2.2. instrumentation a double beam uv-vis spectrophotometer (analytik jena), model (specord 200) at sana’a university-faculty of science was used for the absorbance measurements. the hplc system was from jasco and included a uv detector (uv-2070 plus), pump (pu-2089), autosampler (as-2055 plus), column oven (co2067 plus), and a c18 column (10 cm × 4.6 mm, 5 μm). electronic balance (aa-160), denver instrument. electronic balance (gh252), and. electronic balance (gr-120), and. ph meter (3520), jenway. a centrifuge (z326 k) and hermle were also used. 2.3. development procedures to develop accurate, precise, and reliable simultaneous spectrophotometric methods assisted with the chemometrics technique, analytical methods were established and developed to obtain the intended results for quantifying the targeted components. the suitability of the proposed and developed method was decided based on the results of the validation method. this method was studied and experimented for the paracetamol determination with caffeine in marketed pharmaceutical formulations. they were compared to the results of the reference method. 2.3.1. selection of the solvent the effect of the solvent on solubility was studied to choose a suitable solvent. solubility was checked in water, methanol, 0.1 mol l–1 naoh, and 0.1 mol l–1 hcl. the targeted combined active pharmaceutical ingredients in this study were dissolved in volumetric flasks by adding appropriate amounts of selected solvents for the dissolution of the desired active pharmaceutical components without excipients. 2.3.2. selection of the spectral zone analysis after the solvent selection step and before pre-processing the data, the individual pure and mixture absorbance spectra of the targeted pharmaceutical components in an appropriately selected solvent were recorded in the range of 200–400 nm with 0.2 nm intervals. uv spectra of the mixtures analysis were selected among a suitable wavelength range against a solvent blank, providing the greatest amount of information about the two components (shah and jasani, 2017). 2.3.3. construction of the training set twenty-five different concentrations of paracetamol and caffeine binary mixtures were prepared as the training set (calibration set) to construct the model. the absorbencies of these mixtures were measured between 200 and 400 nm at 0.2-nm intervals against a blank. 2.4. validation of the chemometric analysis 2.4.1. construction of the chemometric models the two multivariate calibration models; the partial least square (pls) and principal component regression (pcr), were developed as follows: • the absorbencies of binary mixtures were measured against a blank, and the spectra were saved and extracted into ms excel for model generation and merit figures to evaluate the obtained results; • the pcr and pls models were developed using absorption data at selected spectral zones for analysis at intervals of 0.2 nm using the minitab 17 program; • the leave-one-out (loo) cross-validation method was used to obtain the necessary number of latent variables (optimum number of the principal factors); • the calibration samples, constant, and coefficients at each wavelength were calculated to obtain the predicted concentrations; https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 4/19 • finally, the predicted concentrations of the components were compared with the actual concentrations in each sample and the binary mixture was calculated for each sample; • to determine the precision and accuracy of predictions for the models, the root mean square error of cross-validation (rmsecv), which must be as low as possible for a particular model, was calculated for each method using the following eq. 1 (shah and jasani, 2017): rmsecv = √ ∑(𝑪act−𝑪pre)𝟐 𝑰c (1) where: rmsecv = root means square error of cross-validation c act = actual concentration of the calibration set c pre = predicted concentration of the calibration set i c = total number of samples in the calibration set 2.4.2. validation method and construction of the validation set to validate and evaluate the performance of the proposed and developed spectrophotometric methods assisted by chemometric models, these methods were applied to the validation set. in addition, the performance criteria of the developed methods, including linearity, accuracy, precision (repeatability), and specificity, were validated as per the recommendations of international conference harmonization (ich) and hence determined. 2.5. analytical method procedures 2.5.1. construction of the calibration (training) set several 25 binary mixtures of paracetamol and caffeine were prepared by transferring different aliquots of their standard stock solutions into a series of 50 ml volumetric flasks (table 1). the absorbencies of these mixtures were measured between 200 and 400 nm at 0.2 nm intervals against water as a blank. 2.5.2. construction of the validation set a set of 12 binary mixtures of paracetamol and caffeine was prepared by transferring different volumes into 50 ml volumetric flasks, and the procedure for the construction of the training set was repeated (table 2). 2.5.3. preparation of the test sample approximately 20 tablets of a commercial pharmaceutical formulation tablet containing 500/65 mg of paracetamol/caffeine, respectively, were analysed using the proposed chemometric methods. the sample 500/65 were weighed and finely powdered in a mortar. a quantity of powdered tablets equivalent to 100 mg of paracetamol and 13 mg of caffeine was accurately weighed and transferred into a 100 ml volumetric flask containing 50 ml of water. the mixture was shaken for 5 min, and with frequent shaking, the volume was completed to 100 ml with the selected solvent. the solution was then filtered through 0.45 μm filter paper. 0.8 ml of the filtrate was transferred into a 50 ml volumetric flask and then diluted by completion to 50 ml with water. the absorbance was measured between 200 and 400 nm at 0.2-nm intervals against water as a blank. 2.5.4. preparation of spiked samples powdered tablets of 100 mg paracetamol and 13 mg caffeine in triplicates were accurately weighed and transferred to a 100 ml volumetric flask. then, 50 ml of water was added, and the calculated amount of paracetamol and caffeine from standard solutions was spiked into the sample solution. the mixture was shaken for 5 min, and with frequent shaking the volume completion to 100 ml with the selected solvent was carried out. the solution was then filtered. a total of 0.8 ml of the filtrate was transferred into a 50 ml volumetric flask and then diluted with water up to 50 ml. the absorbance was then measured. 2.5.5. analysis of the marketed formulations the developed method was applied to the measurement of three commercially available samples. it was performed using the marketed formulation with a concentration of 500 mg paracetamol and 65 mg caffeine. the tablet solution prepared in the sample preparation section was diluted with water to prepare solutions with a concentration of 16 μg ml–1 paracetamol and 2.08 μg ml–1 caffeine. the spectra of the prepared solutions were recorded, and then the developed multivariate models pcr and pls were applied to determine the concentrations of paracetamol and caffeine. 2.6. comparing the suggested method with the reference method comparison was carried out with the recovery results of the newly developed methods and that of reference method for each of paracetamol with caffeine according to the united states pharmacopeia (usp, 43). 100 μg ml–1 paracetamol with 13 μg ml–1 caffeine and 360 μg ml–1 of benzoic acid as internal standard solution were prepared by dissolving 100 mg paracetamol with 13 mg caffeine in methanol: glacial acetic acid (95:5) in a 100 ml volumetric flask as standard stock solution. the internal standard solution was prepared in a 100 ml volumetric flask by dissolving 600 mg of benzoic acid in methanol. 5 ml of paracetamol with the caffeine of the standard stock solution and 3 ml of internal standard solution were transferred in methanol: glacial acetic acid (95:5) in a 50 ml volumetric flask. a test sample was prepared by transferring a portion of the powder equivalent to 250 mg paracetamol with 32.5 mg caffeine from nlt 20 finely powdered tablets to a 100 ml volumetric flask. 75 ml of methanol: glacial acetic acid (95:5) as solvent was added as solvent and the solution was shaken for 30 min and then diluted with solvent. two milliliters of this solution and 3 ml of internal standard solution were transferred into 50 ml volumetric flask and diluted with solvent. the standard and test samples of paracetamol with caffeine were injected through an hplc system with a mixture of methanol: glacial acetic acid: and water (28: 3: 69) as the mobile phase at a flow rate of 2 ml/min. uv detection of paracetamol and caffeine was then carried out at 275 nm (united states pharmacopeia and the national formulary (usp 43 nf 38). the united states pharmacopeial convention; 2020). https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 5/19 table 1. composition of the calibration set. mixture no. paracetamol (μg ml–1) caffeine (μg ml–1) mixture no. paracetamol (μg ml–1) caffeine (μg ml–1) 1 10 1.3 14 16 2.34 2 10 1.82 15 16 2.6 3 10 2.08 16 18 1.3 4 10 2.34 17 18 1.82 5 10 2.6 18 18 2.08 6 14 1.3 19 18 2.34 7 14 1.82 20 18 2.6 8 14 2.08 21 20 1.3 9 14 2.34 22 20 1.82 10 14 2.6 23 20 2.08 11 16 1.3 24 20 2.34 12 16 1.82 25 20 2.6 13 16 2.08 --- table 2. results of the predicted concent vrations with the recovery of paracetamol and caffeine in the binary mixture in each sample for the pls model. name paracetamol caffeine constant -0.20039 -0.02079 mixture no. actual conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery actual conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery 1 10 10.07 100.70 1.3 1.30 100.00 2 10 10.01 100.10 1.82 1.82 100.00 3 10 9.84 98.40 2.08 2.08 100.00 4 10 10.09 100.90 2.34 2.35 100.43 5 10 9.92 99.20 2.6 2.60 100.00 6 14 14.02 100.14 1.3 1.30 100.00 7 14 13.96 99.71 1.82 1.80 98.90 8 14 14.02 100.14 2.08 2.08 100.00 9 14 13.98 99.86 2.34 2.35 100.43 10 14 14.04 100.29 2.6 2.59 99.62 11 16 15.98 99.88 1.3 1.29 99.23 12 16 15.90 99.38 1.82 1.81 99.45 13 16 16.05 100.31 2.08 2.09 100.48 14 16 15.91 99.44 2.34 2.33 99.57 15 16 16.15 100.94 2.6 2.61 100.38 16 18 18.01 100.06 1.3 1.30 100.00 17 18 18.11 100.61 1.82 1.80 98.90 18 18 18.00 100.00 2.08 2.08 100.00 19 18 18.06 100.33 2.34 2.34 100.00 20 18 18.19 101.06 2.6 2.59 99.62 21 20 20.09 100.45 1.3 1.33 102.31 22 20 19.82 99.10 1.82 1.81 99.45 23 20 20.00 100.00 2.08 2.10 100.96 24 20 19.87 99.35 2.34 2.34 100.00 25 20 19.89 99.45 2.6 2.60 100.00 mean% 99.99 mean% 99.99 rsd% 0.64 rsd% 0.68 rmsecv 0.093 rmsecv 0.011 3. results and discussion 3.1. development procedures for paracetamol and caffeine determination 3.1.1. selection of the solvent to choose a suitable solvent, solubility was checked in water, methanol, 0.1 mol l–1 naoh, and 0.1 mol l–1 hcl. the drug was found to be soluble in methanol, water, 0.1 mol l–1 naoh, and 0.1 mol l–1 hcl. therefore, water was selected as a diluent that has striking advantages such as being easily available, easy to handle, cheap, and environmentally friendly for implementing the spectrophotometric method, and fig. 1 shows the spectra of paracetamol and caffeine in water. figure 1. uv absorbance spectra of pure and mixed samples of paracetamol and caffeine in water solvent. 0 1 2 3 4 5 6 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 a b so rb an ce λ (nm) para+ caff https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 6/19 3.1.2. selection of the spectral zones for analysis to determine the overlap spectral zones, the absorbance spectra of the pure paracetamol and caffeine samples and that of the sample of the mixed paracetamol with caffeine in water were recorded in the range of 200–400 nm with 0.2 nm intervals. for the analysis, the uv spectra of the mixtures were selected for a suitable wavelength range (210-300 nm) against the water blank. this range provided a great amount of information about the two components, as shown in the paracetamol and caffeine spectra (fig. 1). 3.1.3. construction of the training set to determine the linear range from measuring the absorbance at different concentrations for paracetamol with caffeine, the response was found to be linear in the range of 10–20 μg ml–1 for paracetamol and 1.3–2.6 μg ml–1 for caffeine using 25 different concentrations of paracetamol and caffeine mixtures, as shown in table 1. 3.2. validation of the chemometric analysis for paracetamol and caffeine determination 3.2.1. construction of chemometric models the spectra were saved and extracted into ms excel for model generation. the pcr and pls models were developed using the absorption data for the selected spectral zones using the minitab 17 software. after the pcr and pls models were constructed, the optimum number of principal components of paracetamol and caffeine were obtained and given in table s1–s4 (supplementary material). 3.2.1.1. determination of the optimum number of principal components of paracetamol and caffeine for pls choosing the proper number of principal components for the development of the model was necessary to obtain good predictions. the leave-one-out (loo) cross-validation method was used to obtain the necessary optimum number of principal factors for the pls model. it was found that the optimum number of principal components was three for paracetamol and four for caffeine, as mentioned above and given in tables s1 and s2. 3.2.1.2. determination of constants and coefficients obtained at each wavelength of paracetamol and caffeine for pls models the constant and coefficients at each wavelength were calculated using the minitab 17 program, as illustrated in table s3. 3.2.1.3. determination of predicted concentrations and recovery of paracetamol and caffeine in pls models the predicted or calculated concentrations in μg ml–1 of the paracetamol and caffeine were calculated from the multiple regression eq. 2. the predicted or calculated concentrations of the components were compared with the actual concentrations, and the assay of the binary mixture was performed. the root mean square error of cross-validation (rmsecv) was calculated and found to be low. the low values of rmsecv in table 2indicate that both the precision and accuracy of the pls model for paracetamol and caffeine were very high, and the r2 values in fig. 2 were also of high linearity. the linearity of the developed method of the pls model was tested by constructing a cross-validation of the data in table 2. the results obtained in fig. 2 indicate that the developed method possessed high linearity with r2 = 0.9993 within the method linear range (10–20 μg ml–1) for paracetamol and r2 = 0.9994 within the method linear range (1.3–2.6 μg ml–1) for caffeine. in comparison, uddin et al. (2019) revealed less linearity with r2 values of 0.9928 and 0.9933 assigned for the plsr of paracetamol and caffeine in methanol solvent, respectively. in contrast, the other study (aktaş and kitiş, 2014) that was carried out in 0.1 mol l–1 hcl revealed linearity almost similar to our eco-friendly developed method. predicted (calculated) = constant + ∑ (coefficient × absorbance) (2) figure 2. pls cross-validation for the calibration set of the actual vs. predicted concentration. y = 0.9993x + 0.0102 r² = 0.9993 0 3 6 9 12 15 18 21 24 0 3 6 9 12 15 18 21 24 predicted (conc.) (μg ml-1) (a) paracetamol actual concentration (μg ml-1) y = 0.9994x + 0.0009 r² = 0.9994 0 1 2 3 0 1 2 3 predicted (conc.) (μg ml-1) (b) caffeine actual concentration (μg ml-1) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 7/19 3.2.1.4. determination of the optimum number of principals components and their coefficients of paracetamol and caffeine for pcr the pcr was computed using six principal components (pcs) and a regression analysis of these pcs with a concentration was performed to determine the pc coefficients of paracetamol and caffeine for the pcr model, as shown in table s4. from the treatment of the principal component’s coefficients in (table s4) using the minitab 17 program. regression equations for paracetamol and caffeine were obtained and used to calculate the predicted concentrations, as shown below. response variable (predicted concentration) of paracetamol -0.177 + 1.23301 z1 + 1.1417 z2 + 3.102 z3 + 0.81 z4 + 2.94 z5 + 16.91 z6 response variable (predicted concentration) of caffeine 0.0284 + 0.01374 z1 + 1.5390 z2 + 3.531 z3 + 1.016 z4 + 1.491 z5 + 1.30 z6 where: z is the principal component coefficients. 3.2.1.5. determination of the predicted concentrations and recovery of paracetamol and caffeine in the pcr models the predicted or calculated concentrations in μg ml–1 of the paracetamol and caffeine were calculated from the above regression equations. the predicted or calculated concentrations of paracetamol and caffeine were compared with the actual concentrations, and the assay for binary mixture was performed for each sample. the root mean square error of cross-validation (rmsecv) was calculated and found to be minimal. the small rmsecv values in table 3 indicate that both the precision and accuracy of the pcr model for paracetamol and caffeine were very great, with the r2 values in fig. 3 showing very strong linearity. 3.2.2 validation procedures and construction of the validation set for paracetamol and caffeine determination 3.2.2.1 linearity method the linearity of the developed methods for both the pls and pcr models was tested by constructing a cross-validation of the data, as shown in table 4. the results obtained (figs. 4 and 5) indicated that the developed method possessed high linearity: r2 = 0.9989 and 0.9988 for the pls and pcr models, respectively, within the method linear range (10 – 20 μg ml–1) of paracetamol. whereas r2 = 0.9989 and 0.9987 for the pls and pcr models, respectively, within the method linear range (1.3–2.6 μg ml–1) of caffeine. the linearity of the developed method was better than that of the method in uddin et al. (2019). in addition, another study by alam et al. (2022) showed less linearity with r2 values of 0.9970 and 0.9928 assigned for the linear regression analysis of paracetamol and caffeine using the greener normal-phase hptlc technique, respectively, and with r2 values of 0.9966 and 0.9976 assigned for the linear regression analysis of paracetamol and caffeine using the greener reversed-phase hptlc technique, respectively. 3.2.2.2. construction of validation set the results of the prediction and the percentage recoveries are presented in table 4. the predictive abilities of the models were evaluated by plotting the actual known concentrations against the predicted concentrations shown in figs. 4 and 5. a tremendous agreement between the predicted (calculated) and actual paracetamol and caffeine concentrations for the pls and pcr models can be observed in figs. 4 and 5. figure 3. pcr cross-validation for the calibration set of the actual vs. predicted concentrations. y = 0.9992x + 0.0123 r² = 0.9995 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 predicted (conc.) (μg ml-1) (a) paracetamol actual concentration (μg ml-1) y = 1.0001x + 0.0002 r² = 0.9991 0 1 2 3 0 1 2 3 predicted (conc.) (μg ml-1) (b) caffeine actual concentration (μg ml-1) (3) (4) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 8/19 table 3. results of the predicted concentrations with the recovery of paracetamol and caffeine in the binary mixture in each sample for the pcr models. name paracetamol caffeine constant -0.177 0.0284 mixture no. actual conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery actual conc. (μg ml–1) predicted conc. (μg ml–1) %recovery 1 10 10.09 100.90 1.3 1.30 100.00 2 10 10.04 100.40 1.82 1.82 100.00 3 10 9.85 98.50 2.08 2.08 100.00 4 10 10.10 101.00 2.34 2.35 100.43 5 10 9.93 99.30 2.6 2.60 100.00 6 14 13.97 99.79 1.3 1.31 100.77 7 14 13.94 99.57 1.82 1.80 98.90 8 14 14.02 100.14 2.08 2.09 100.48 9 14 13.99 99.93 2.34 2.35 100.43 10 14 14.07 100.50 2.6 2.59 99.62 11 16 15.99 99.94 1.3 1.30 100.00 12 16 15.88 99.25 1.82 1.81 99.45 13 16 16.05 100.31 2.08 2.10 100.96 14 16 15.90 99.38 2.34 2.32 99.15 15 16 16.15 100.94 2.6 2.61 100.38 16 18 18.01 100.06 1.3 1.30 100.00 17 18 18.05 100.28 1.82 1.78 97.80 18 18 17.91 99.50 2.08 2.08 100.00 19 18 18.04 100.22 2.34 2.34 100.00 20 18 18.11 100.61 2.6 2.59 99.62 21 20 20.08 100.40 1.3 1.32 101.54 22 20 20.00 100.00 1.82 1.81 99.45 23 20 19.98 99.90 2.08 2.10 100.96 24 20 19.87 99.35 2.34 2.35 100.43 25 20 19.96 99.80 2.6 2.61 100.38 mean% 100.00 mean% 100.03 rsd% 0.60 rsd % 0.75 rmsecv 0.079 rmsecv 0.014 table 4. results of the validation set of paracetamol and caffeine for the pls and pcr models. no. method pls pcr para. caff. para. caff. para. caff. actual (μg ml–1) predicted (μg ml–1) %r predicted (μg ml–1) %r predicted (μg ml–1) %r predicted (μg ml–1) %r 1 10 2.34 10.178 101.78 2.344 100.17 10.247 102.47 2.312 98.80 2 10 2.60 10.030 100.30 2.610 100.38 10.096 100.96 2.573 98.96 3 16 1.82 15.912 99.45 1.800 98.90 15.900 99.38 1.784 98.02 4 16 2.08 15.876 99.23 2.056 98.85 15.896 99.35 2.040 98.08 5 20 1.30 19.798 98.99 1.257 96.69 19.746 98.73 1.248 96.00 6 20 2.60 19.905 99.53 2.575 99.04 19.893 99.47 2.545 97.88 7 12 2.808 11.806 98.38 2.864 101.99 11.852 98.77 2.837 101.03 8 12 3.12 11.802 98.35 3.155 101.12 11.829 98.58 3.136 100.51 9 19.2 2.184 18.847 98.16 2.181 99.86 18.812 97.98 2.162 98.99 10 19.2 2.496 19.445 101.28 2.470 98.96 19.431 101.20 2.444 97.92 11 24 1.56 23.865 99.44 1.530 98.08 23.795 99.15 1.514 97.05 12 24 3.12 23.946 99.78 3.129 100.29 23.895 99.56 3.094 99.17 mean% 99.55 -99.53 mean% 99.63 -98.54 rsd% 1.12 -1.42 rsd% 1.29 -1.40 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 9/19 figure 4. pls cross-validation for the validation set of the actual vs. predicted concentrations. figure 5. pcr cross-validation for the validation set of the actual vs. predicted concentrations. 3.2.2.3. precision (repeatability) the repeatability (intraday precision) of the developed method was determined by determining the binary mixture at three different concentrations for paracetamol and caffeine in bulk using three different concentrations (i.e., 10/1.3, 16/1.82 and 20/2.6 μg ml–1 of paracetamol/caffeine, respectively) sequentially in triplicates. the results are reported as percentage rsd. the low values of percentage rsd indicated the high precision of the method. the %rsd values of the developed method were within the acceptable limit as suggested by the usp pharmacopeia, and the results are presented in table 5. 3.2.2.4. accuracy the accuracy of the method was investigated using the standard addition method for three different percentage levels (i.e., 80, 100, and 120%) by recovery experiments. known amounts of standard solutions containing paracetamol and caffeine were added to sample solutions under investigation to make up solutions of 80%, 100%, and 120% levels in triplicate and scanned in the range 200–400 nm. the quantity of drugs recovered at each percentage level was determined using the developed pcr and pls models. the mean percentage recovery for each percentage level showed low values of percentage rsd, and the percentage recovery was within the acceptable limit (90–110%) as suggested by the usp pharmacopeia. this indicates a high accuracy method at all three levels, and the accuracy data are given in tables 6 and 7. 3.2.2.5. specificity (spiking method) the specificity of the method was checked by adding a certain amount of paracetamol and caffeine standard into a known amount of the marketed sample solution, as described earlier (i.e., methodology). specificity data are shown in tables 8 and 9. as can be seen from these data, recovery for paracetamol and caffeine using the developed pcr and pls models are within the acceptable limit (90-110%). this suggests that the methods are free from interference due to the excipients used in the commercial formulation. the above validation indicates the method is simple, rapid, economical, precise, and accurate in addition to being eco-friendly. therefore, it can be used for routine analysis in the quality control of mixtures and commercial products containing paracetamol and caffeine. y = 0.9932x + 0.0319 r² = 0.9989 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 predicted (conc.) (μg ml-1) (a) paracetamol actual concentration (μg ml-1) y = 1.0377x 0.0928 r² = 0.9989 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 0 1 2 3 4 predicted (conc.) (μg ml-1) (b) caffeine actual concentration (μg ml-1) y = 0.9843x + 0.1814 r² = 0.9988 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 predicted (conc.) (μg ml-1) (a) paracetamol actual concentration (μg ml-1) y = 1.0267x 0.0906 r² = 0.9987 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 predicted (conc.) (μg ml-1) (b) caffeine actual concentration (μg ml-1) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 10/19 table 5. results of repeatability and intraday precision using the developed pls and pcr models. amount taken (actual conc.) μg/ml predicted conc. μg ml–1 % recovery acceptable % rsd nmt 2% para. caff. pls pcr pls pcr pls pcr para. caff. para. caff. para. caff. para. caff. para. caff. para. caff. 10 1.3 9.973 1.291 10.059 1.281 99.73 99.31 100.59 98.54 0.12 0.32 0.08 0.28 10 1.3 9.984 1.299 10.048 1.286 99.84 99.92 100.48 98.92 10 1.3 9.996 1.297 10.063 1.288 99.96 99.77 100.63 99.08 16 1.82 16.382 1.912 16.358 1.91 102.39 105.05 102.24 104.95 0.08 0.28 0.04 0.30 16 1.82 16.396 1.914 16.357 1.91 102.48 105.16 102.23 104.95 16 1.82 16.370 1.904 16.347 1.90 102.31 104.62 102.17 104.40 20 2.6 20.365 2.721 20.282 2.715 101.83 104.65 101.41 104.42 0.16 0.41 0.11 0.50 20 2.6 20.387 2.707 20.275 2.714 101.94 104.12 101.38 104.38 20 2.6 20.324 2.699 20.239 2.691 101.62 103.81 101.20 103.50 note: % recovery = predicted conc. (μg/ml) / actual conc. (μg/ml) ×100. table 6. accuracy data for paracetamol by pcr and pls models. %level sample conc. μg ml–1 amount of standard paracetamol μg ml–1 total conc. μg ml–1 predicted conc. μg ml–1 % recovery % rsd pls pcr pls pcr pls pcr 80% 10 8 18 18.427 18.549 102.37 103.05 0.16 0.12 18.464 18.547 102.58 103.04 18.487 18.586 102.71 103.26 100% 10 10 20 20.291 20.302 101.46 101.51 0.21 0.17 20.367 20.361 101.84 101.81 20.362 20.366 101.81 101.83 120% 10 12 22 22.465 22.416 102.11 101.89 0.08 0.14 22.429 22.403 101.95 101.83 22.445 22.358 102.02 101.63 table 7. accuracy data for caffeine by pcr and pls models. %level sample conc. μg ml–1 amount of standard caffeine μg ml–1 total conc. μg ml–1 predicted conc. μg ml–1 % recovery % rsd pls pcr pls pcr pls pcr 80% 1.3 1.04 2.34 2.377 2.333 101.58 99.70 0.49 0.68 2.395 2.355 102.35 100.64 100% 1.3 1.3 2.6 2.399 2.364 102.52 101.03 0.37 0.52 2.690 2.670 103.46 102.69 2.692 2.683 103.54 103.19 2.708 2.698 104.15 103.77 120% 1.3 1.56 2.86 2.981 2.970 104.23 103.85 0.26 0.28 2.966 2.965 103.71 103.67 2.971 2.981 103.88 104.23 table 8. results of specificity for paracetamol using the developed pcr and pls models. name of the marketed sample sample conc. μg ml–1 amount added μg ml–1 total conc. μg ml–1 predicted conc. μg ml–1 % recovery % rsd pls pcr pls pcr pls pcr panadol 16 16 32 31.590 31.524 98.72 98.51 1.64 1.5 32.329 32.206 101.03 100.64 ramol 16 16 32 32.478 32.451 101.49 101.41 1.85 2.0 31.639 31.532 98.87 98.54 amol 16 16 32 31.625 31.514 98.83 98.48 1.58 1.8 32.339 32.332 101.06 101.04 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 11/19 table 9. results of specificity for caffeine using the developed pcr and pls models. name of the marketed sample sample conc. μg ml–1 amount added μg ml–1 total conc. μg ml–1 predicted conc. μg ml–1 % recovery % rsd pls pcr pls pcr pls pcr panadol 2.08 2.08 4.16 4.125 4.044 99.16 97.21 1.17 0.21 4.194 4.056 100.82 97.50 ramol 2.08 2.08 4.16 4.130 4.039 99.28 97.09 0.20 0.47 4.142 4.066 99.57 97.74 amol 2.08 2.08 4.16 4.171 4.091 100.26 98.34 0.73 0.36 4.214 4.112 101.30 98.85 3.3. analysis of the marketed formulations the applicability of the developed methods for the quantification of paracetamol and caffeine in marketed formulations was evaluated using the marketed formulation of 500 mg paracetamol with 65 mg caffeine concentration collected from the local pharmacies in the capital sana’a. tables 10 and 11 summarize the data obtained for paracetamol and caffeine in the analyzed marketed formulations. as can be seen from these data, the paracetamol and caffeine concentrations were within the acceptable limit (90-110%) according to the united states pharmacopeia (usp). 3.4. comparison with the reference method a comparison was carried out with the aid of the spss program using f-test to ensure a non-significant difference between the recovery results of the newly developed methods and that of the reference method for both paracetamol and caffeine. the significance level indicated that the null hypothesis was acceptable because the p-value was greater than the significance level (table 12). as for reference methods, paracetamol and caffeine were determined according to the united states pharmacopeia (usp), as described earlier in the methodology. in addition, the chromatograms in fig. 6 show the results of the analysis for the reference method for the determination of paracetamol and caffeine. table 10. assay results for paracetamol and caffeine in tablets (marketed sample) using the proposed pls method. name of the marketed sample method pls para. caff. para. caff. actual (μg ml–1) predicted (μg ml–1) % recovery % rsd predicted (μg ml–1) % recovery % rsd panadol 16 2.08 16.135 100.84 1.30 2.088 100.38 2 16 2.08 16.434 102.71 2.023 97.26 amol 16 2.08 15.654 97.84 0.03 2.053 98.70 0 16 2.08 15.660 97.88 2.053 98.70 ramol 16 2.08 15.597 97.48 2 2.039 98.03 2 16 2.08 16.132 100.83 2.098 100.87 table 11. assay results for paracetamol and caffeine in tablets (marketed sample) by the pcr proposed method. name of the marketed sample method pcr para. caff. para. caff. actual (μg ml–1) predicted (μg ml–1) % recovery % rsd predicted (μg ml–1) % recovery % rsd panadol 16 2.08 16.253 101.58 0.93 2.007 96.49 1.21 16 2.08 16.469 102.93 1.973 94.86 amol 16 2.08 15.653 97.83 0.01 2.024 97.31 0.03 16 2.08 15.656 97.85 2.025 97.36 ramol 16 2.08 15.620 97.63 2.6 1.996 95.96 1.40 16 2.08 16.215 101.34 2.036 97.88 table 12. results of statistical comparison between the newly developed and reference methods. name of the marketed sample components paracetamol caffeine methods reference method (hplc) pls pcr reference method (hplc) pls pcr panadol mean% 102.12 100.84 101.58 99.27 100.38 96.49 101.67 102.71 102.93 99.32 97.26 94.86 101.90 101.78 102.26 99.30 98.82 95.68 significance level 0.912 0.663 -0.790 0.047 ramol mean% 100.08 97.48 97.63 97.75 98.03 95.96 100.02 100.83 101.34 97.35 100.87 97.88 100.05 99.16 99.49 97.55 99.45 96.92 significance level (α) 0.647 0.789 -0.316 0.586 note: p-value = 0.01. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 12/19 figure 6. chromatogram of paracetamol and caffeine standard with benzoic acid as the internal standard and commercial samples. (a) standard paracetamol and caffeine with benzoic acid as the internal standard; (b) panadol extra sample (commercial); (c) ramol extra sample (commercial). 3.5. greenness evaluation of the developed methods modern analytical chemistry provides various methods and tools for identifying a specific analyte in various samples. the main objectives of greening analytical methods are to minimize energy consumption, eliminate or reduce the use of chemical substances (solvents, reagents, preservatives, additives for ph adjustment, and others), and properly manage analytical waste while increasing operator safety. most of these problems demand reductions, e.g., sample number, reagents, energy, waste, risk, and hazard (gałuszka et al., 2013). this study introduces green analytical methods in the field of pharmaceutical analysis. in this study, water was used as a solvent to prepare the stock solution of one of the analytes and further dilutions to determine paracetamol with caffeine. water is a safe solvent for health, safety, and environmental hazards. the instrument used was a spectrophotometer; hence, the energy used by these methods is safe. the proposed method in this study generates only a small volume of waste compared with the reference hplc method. another important issue is that the toxicity of waste was negligible. in general, agree considers uv-chemometrics methods to be the greenest methods compared to hplc methods. according to the agree scale, the uv-chemometrics method shows a very intense greenness of 0.87. however, the hplc method is less green and shows a very weak intense greenness, 0.45. this comparison is based on the 12 green analytical chemistry principles as follows: a comparison of the results obtained by uv chemometrics and those obtained by hplc methods for the agree program scale is shown in fig. 7. figure 7. generic result of assessment (left) and the corresponding color scale for reference for the comparison of the developed uvchemometrics and reference hplc methods of paracetamol with caffeine according to the 12 principles of green analytical chemistry, performed using the agree program. 1. sample treatment; 2. sample amount; 3. device positioning; 4. sample pre. stages; 5. automation, miniaturization; 6. derivization; 7. waste; 8. analysis throughput; 9. energy consumption; 10. source of the reagents; 11. toxicity; 12. operator’s safety; https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 eclet. quim. 49 | e-1515, 2024 issn 1678-4618 page 13/19 4. conclusions the use of dangerous chemicals has been discouraged using green analytical chemistry. to determine the combined amounts of caffeine and paracetamol in pharmaceutical formulations, a green spectrophotometric method for simultaneous determination-assisted chemometrics that is simple, quick, and cost-effective has been developed. the proposed chemometric models (pls and pcr) can be used to simultaneously determine paracetamol and caffeine in binary mixtures in pharmaceutical dosage forms without excipient interference or from each other, and there is no need for prior physical separation of the two drugs. multivariate calibration models were generated using spectral and concentration matrices. validation of the two models and their application to a commercial pharmaceutical dosage form gave excellent results. as a result, the suggested techniques can be applied to regular quality control of the specified medications in their combination dosage form in standard laboratories. authors’ contributions conceptualization: bushra alattab; fares abdullah alarbagi; data curation: maher ali almaqtari; entesar alhuraishi; formal analysis: bushra alattab; fares abdullah alarbagi; funding acquisition: not applicable; investigation: bushra alattab; fares abdullah alarbagi; methodology: fares abdullah alarbagi; project administration: bushra alattab; fares abdullah alarbagi; resources: not applicable; software: entesar alhuraishi; hussein al-maydama; supervision: bushra alattab; fares abdullah alarbagi; validation: bushra alattab; fares abdullah alarbagi; maher ali almaqtari; visualization: fares abdullah alarbagi; writing – original draft: fares abdullah alarbagi; writing – review & editing: hussein al-maydama. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments the authors would like to thank the chemistry department-factuality of science, sana’a university, global pharma and shiba’a pharma companies, sana’a, yemen for providing the laboratory facilities and the reference standards of the samples drugs as gift samples. references aktaş, a. h.; kitiş, f. spectrophotometric simultaneous determination of caffeine and paracetamol in commercial pharmaceutical by principal component regression, partial least squares and artificial neural 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0.067227 -0.0009 11 16 1.3 14.17486 0.998982 0.167127 0.211254 0.059428 8.95e-05 12 16 1.82 14.41187 1.337918 0.166771 0.208607 0.064014 0.00127 13 16 2.08 14.67569 1.505969 0.163074 0.221245 0.063982 0.000802 14 16 2.34 14.5841 1.607437 0.143083 0.228941 0.070436 0.001214 15 16 2.6 14.91319 1.774835 0.141138 0.240823 0.070132 7.25e-05 16 18 1.3 15.72434 0.95616 0.156724 0.231376 0.065447 0.000162 17 18 1.82 15.91465 1.176127 0.109593 0.212343 0.065423 0.004414 18 18 2.08 15.9445 1.334762 0.10192 0.225312 0.058374 0.005089 19 18 2.34 16.1327 1.493542 0.099248 0.231075 0.058385 0.001423 20 18 2.6 16.36708 1.642257 0.095751 0.233073 0.055706 0.004384 21 20 1.3 17.24382 0.860645 0.108718 0.209636 0.062819 0.002135 22 20 1.82 17.25686 1.14882 0.104635 0.221209 0.063474 -0.01031 23 20 2.08 17.59386 1.363286 0.105134 0.217987 0.079396 0.003633 24 20 2.34 17.55533 1.472502 0.08927 0.228363 0.06883 0.001512 25 20 2.6 17.82869 1.683043 0.114235 0.230266 0.062232 -0.00376 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v49.2024.e1515 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080702201.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080743384.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080816793.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080854471.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080915062.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201080943117.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081022650.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081105214.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081143529.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081220665.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081251984.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081319407.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081339551.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081414181.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081439558.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081506088.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081542537.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081609373.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081651368.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221201081718928.pdf eclet. quim. 50 | e-1538, 2025 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 1/9 1state university of malang, faculty of sciences and mathematics, malang, indonesia. 2sman 3 sidoarjo, chemistry and pkwu, sidoarjo, indonesia. +corresponding author: hayuni retno widarti, phone: +081232458494, email address: hayuni.retno.fmipa@um.ac.id original article enhancing student motivation in reaction rate topics through the integration of instagram-based learning media and the student teams-achievement divisions cooperative model hayuni retno widarti1+ , elvira risva firda amalia1 , deni ainur rokhim1,2 abstract instagram-based learning media can be applied in chemistry learning because it can be accessed at any time, it is not limited by distance or time if you have an internet network and adequate hardware and can increase student learning motivation. this study aimed to ascertain whether applying the instagram-integrated student team-achievement divisions learning model and multi-representation strategies enhances student motivation on reaction rate topics. the nonequivalent control group design with the quasi-experimental technique is the research design. using a random sampling technique, students from malang senior high school’s class xi-science were selected as the research sample. student learning motivation data was descriptively and quantitatively examined, and statistical tests, such as prerequisite analysis tests and hypothesis testing, were used to analyze data on learning outcomes. the results of this experimental research found that in the extremely high category, the percentage of students who were motivated to learn rose from 56 to 85%. these findings show the experimental class’s improvement in learning motivation outperformed that of the control class. article history received january 23, 2024 accepted december 02, 2024 published april 21, 2025 keywords 1. instagram; 2. learning motivation; 3. reaction rate; 4. student teams-achievement divisions; 5. cooperative learning. section editors assis vicente benedetti highlights instagram-based learning can be effectively applied to chemistry education. stad model integrated with instagram enhances collaborative student learning. multi-representation strategies boost motivation in learning reaction rates. student motivation increased significantly, from 56% to 85% after the treatment. %09https:/doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://ror.org/00ypgyy34 mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id mailto:elvira.risva.2331139@students.um.ac.id mailto:deniainurrokhim@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-5574-8209 https://orcid.org/0009-0008-2127-6061 https://orcid.org/0000-0003-0777-4570 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 2/9 1. introduction education stands as a cornerstone in the development of individuals, crucial for fostering intelligence, honing skills, nurturing character, fortifying personality, and fostering a sense of communal unity, thereby contributing to the nation’s advancement (saptono, 2017). this field gets more attention because the country’s quality of education is used as a benchmark for the country’s progress. in the era of digitalization, it brings many positive impacts on people in various sectors of life, especially in education. according to fadlillah (2016), the field of education has experienced significant developments in its direction, which is now not only limited to “education” but has led to “edutainment”. these two approaches essentially do not change the nature of the teaching and learning process in the classroom, but there are differences in planning, strategies, techniques, and teaching methods (afif, 2019). furthermore, the contemporary landscape offers an array of diverse learning outlets, with the advent of numerous mass media platforms, notably the internet and electronic media, emerging as vital reservoirs of knowledge and educational hubs. this will impact on teachers who are no longer the only primary source of knowledge in teaching and learning activities. this change will also create a new paradigm for educators regarding the use of time that must be as efficient as possible to facilitate students' maximum learning outcomes. this can be achieved if educators can make a teaching innovation, i.e., balanced with the increasing quality of teachers (harsanto, 2014). apart from the educators, this all-digital era will also impact students who are born as “digital native generations”, a term for the generation who was born, grew up, grew up and interacted with various kinds of digital media. this condition may impact the psychological aspect, which affects the cognitive map. according to widianingsih (2019), students’ needs, changes and habits tend to follow what they see through the media they see and use the most. the students also have broad opportunities to operate in the digital world anywhere and anytime if there is an internet network and adequate hardware. with this opportunity, from now until the future, education can be implemented without being limited by space and time. this transformation will change the strategy in teaching from conventional media to digital-based so that educators will find it easier to manage classes in learning. thus, student learning activities in the digital era will find a structured and sustainable pattern with a predetermined curriculum flow. the “digital native” generation has a great opportunity to utilize the digital world in education. with the digital world that can be accessed anytime and anywhere and the trend of internet and mobile phone developments, this generation has great potential to learn to explore their potential independently anywhere and anytime. although students learn independently, educators remain responsible for guiding and facilitating students. learning that is carried out independently needs to be directed to stimulate a sense of responsibility and creativity and build logical and critical thinking skills. according to wibowo (2018), independent learning autonomy is rooted in regulated learning, which emphasizes the individual’s capacity to autonomously regulate their learning journey through various modalities, to achieve peak academic achievement. in addition, educators need to develop independent learning by choosing the right and creative learning model that emphasizes the activities of students as actors in learning tasks. this creative learning activity is expected to foster new creativity in students’ thinking, feelings, and attitudes. in the digital era, choosing a diverse and creative learning model is about acquiring skills and fostering social cohesion and national unity with a spirit of inclusivity (anwar, 2004). these models serve as a foundation for educational practice, derived from theories in educational psychology and learning, which are carefully crafted to guide curriculum implementation and its practical implications in the classroom environment. thus, to encourage a spectrum of learning experiences, creativity in designing various learning models becomes a must (warsono, 2013). this is supported by the current state of the education world, which is changing the traditional paradigm to include classroom-based learning, especially the lecture method. as a result, there is a need for alternative methodologies, among which the cooperative learning model stands out as a promising path. cooperative learning emerges as a pedagogical approach wherein students collaborate towards shared objectives. this structured method aims to enhance student engagement, foster leadership qualities, encourage decision-making within groups, and promote cross-cultural interaction and learning (afandi et al., 2013). extensive research underscores the manifold benefits of cooperative learning, transcending mere academic achievement. it cultivates self-assurance, nurtures interpersonal skills, and fosters mutual trust among peers, both individually and collectively. moreover, it nurtures a culture of assistance and collaboration among classmates, eschewing individual competition and fostering a collaborative ethos within the classroom. there are several techniques in the cooperative learning method, including jigsaw, student teams-achievement divisions (stad), nht (numbered heads together), and others. this cooperative learning is suitable for use in all subjects. one of the subjects taught in this era was chemistry. chemistry is one of the science subjects that is usually taught in high school. chemistry is a science discipline that studies matter's structure, properties, and transformation (artini and wijaya, 2020). chemistry subjects in high school provide a comprehensive understanding of substances, covering aspects such as composition, structure, properties, changes, dynamics, and energetics, all explored at the molecular level (astuti, 2020). teaching chemistry lessons in schools can improve thinking skills and stimulate the creative thinking patterns of students (rachman and ahsannunisa, 2017). the large scope of material studied in chemistry makes it a complex and not simple subject, making students’ views of it negative. many students often complain and consider this subject difficult to learn. students' difficulty in understanding chemistry learning is because it is abstract and complex concepts that require a deep understanding to study it (sariati et al., 2020). in addition, chemistry is also often considered a difficult and boring subject by most students (muderawan et al., 2019). some of the difficulties experienced by students in studying chemistry tend to be caused by students not knowing how to learn, having difficulty connecting between concepts, and requiring the ability to utilize logic, mathematics, and language skills (zakiyah et al., 2017). in learning chemistry, students may have difficulty learning complex chemistry materials and use a lot of mathematical calculations to solve problems. one of the chemistry materials often considered difficult to understand is the reaction rate material. based on research conducted by marthafera et al. (2018), it is stated that the low understanding of students’ concepts on the reaction rate material is caused by several factors, one of which is the media and teaching materials that are not by the conditions of students in the classroom so that it affects students’ conceptual understanding. in learning chemistry, students have difficulty learning complex chemistry materials and use a lot of mathematical calculations to solve problems. the concept of reaction rates poses a significant challenge for students studying chemistry. research conducted by marthafera et al. (2018) https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 3/9 highlights that students’ difficulties in grasping the intricacies of reaction rate material stem from various factors, including inadequacies in instructional media and teaching materials that fail to align with classroom dynamics, thus hindering conceptual understanding. furthermore, students encounter hurdles when tackling complex chemistry topics, particularly those involving extensive mathematical calculations. this underscores the need for tailored instructional strategies and supportive learning environments to enhance students’ comprehension and mastery of chemistry concepts, particularly those related to reaction rates. in tandem with technological advancements, the landscape of learning media is undergoing exponential growth and diversification. a notable innovation in the digital era is the emergence of internet-based learning platforms. this surge is propelled by the prevalence of internet usage among teenagers, as evidenced by research conducted jointly by the national high school of passwords (stsn) indonesia and yahoo, revealing that adolescents aged 15-19 constitute a significant portion, accounting for 64% of internet users in indonesia. consequently, there has been a notable shift towards using social media platforms as engaging online learning tools, particularly accentuated during the pandemic due to heightened social media usage among students (annur, 2021). besides, video and image-based learning innovations are interactive and interesting learning media solutions that ask students to learn during the covid-19 pandemic (adawiyah et al., 2021). the existence of these innovations can encourage educators and students who become teachers and content creators to learn chemistry that creates interesting and easy-to-understand content for students (maeskina and hidayat, 2022). media creations can be in the form of images, videos, or writing that will become complete content and be distributed through platforms, one of them being social media (sundawa and trigartanti, 2018). instagram emerges as a promising platform for educational advancement, offering a range of features conducive to learning. this application was first launched in october 2010 and experienced significant user growth after it was officially launched. as of april 2015, the number of users has reached 300 million active users (costill, 2014). the popularity of instagram has reached indonesia, it was recorded that in 2019, indonesia had the most active instagram users (riyanto, 2019). with a total number of active users of as many as 56 million or 20.97% of the total population of the entire indonesian community. instagram facilitates various features that can be developed for students to learn critically and reflect on the meaningful learning process (chun et al., 2016). these include live streaming and facilitating direct teacher-student interaction to comprehensively monitor learning needs. post feeds provide a convenient avenue for students to gather and submit assignments and work, fostering collaboration and engagement within the learning community. moreover, the platform’s video reels offer a creative outlet for presenting educational content in engaging video formats, enhancing comprehension and retention. additionally, instagram tv is a valuable resource for students to access longer-form educational content. it enables them to explore assignments and works in video or animation formats, thus enriching the learning experience with diverse multimedia resources. this application is suitable for keeping teachers or educators connected so they can always relate to students. additionally, instagram tv serves as a valuable resource for students to access longer-form educational content. it enables them to explore assignments and works in video or animation formats, thereby enriching the learning experience with diverse multimedia resources. this application is very suitable for keeping teachers or educators connected so they can always relate to students. instagram’s diverse features and its great potential for integration into learning follow the opinion of mandja (2016), who discovered a statistically significant difference between classrooms that used traditional learning methods and classes that used instagram media. instagram media could enhance learning outcomes suggesting motivation. the study by widarti (2024) echoed similar outcomes, revealing a substantial improvement with a standard gain of 0.82 in the higher performance bracket. it showed a notable surge in students’ learning motivation after incorporating instagram as an integrated learning tool for independent study. these findings underscore the imperative for further investigation to elucidate the potential efficacy of implementing the instagram-integrated stad learning model alongside a multi-representation approach. this forthcoming research explores whether such pedagogical strategies will bolster student motivation and augment learning outcomes, particularly in chemistry, focusing on reaction rate material. 2. experimental 2.1. research design the study conducted falls under the category of quasiexperimental research. it was carried out during the odd semester of the 2022/2023 academic year at senior high school (sma/sekolah menengah atas) negeri 8 malang. employing a random sampling technique, subjects were selected from all six xi (second year of a three-year study period) mayor mathematics and natural sciences (mipa/matematika dan ilmu pengetahuan alam) classes at sma negeri 8 malang, with the control group comprised of xi mipa 1 (consisting of 13 male and 20 female students) and the experimental group comprised of xi mipa 2 (comprising 13 male and 18 female students). the research design adopted is a control group design, specifically a non-equivalent control group design, allowing for the inference of causal relationships. the experimental class implemented the stad learning model supplemented with instagram media. the same learning model is used in the control class without additional treatment, utilizing powerpoint as the learning medium. 2.2. research instruments and procedures the research comprised three sessions, each lasting 2 jp or 2 x 45 minutes for both classes. various instruments were utilized, including a questionnaire to assess learning motivation before and after the study. additionally, learning materials such as lesson plans and student worksheets (lkpd/lembar kerja peserta didik) were employed, having undergone validation by chemistry experts from sma negeri 8 malang and chemistry lecturers. data collection encompassed both test and non-test instruments. the test instrument comprised preand post-test questions featuring 10 multiple-choice items with 5 response options, whereas the nontest instrument consisted of a student learning motivation questionnaire utilizing a 4-point likert scale. the scale utilized in the learning motivation questionnaire presented statements followed by four response choices. the research measurement scale was adapted from riduan’s framework. the values given are one to four for responses that are very less agreeable, less, good, and very good, which describes a very negative position to a very positive position. the level of scale measurement in this study uses intervals. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 4/9 at the outset of the learning sessions, a non-test instrument in the form of a learning motivation questionnaire was administered to both classes utilizing instagram and powerpoint media. this initial step aimed to gauge the level of student motivation towards learning reaction rate material at the onset of the session. subsequently, a pre-test was administered before the commencement of the learning process to assess students’ baseline understanding of the reaction rate material. while the experimental class received instagram media as a form of treatment, the control class utilized powerpoint media without any additional treatment. following the learning sessions, a posttest was administered, and a learning motivation questionnaire was distributed to both the experimental and control classes. this post-test and questionnaire aimed to evaluate the increase in motivation and learning outcomes in the experimental class, which received treatment through instagram social media, compared to the control class. the data processing methodology for the student learning motivation questionnaire involved descriptive quantitative analysis. 3. results and discussion 3.1. learning implementation data information regarding the execution of the learning process was gathered through observations conducted throughout the instructional sessions. two observers, observer i and observer ii, were tasked with this observation process, and the resulting data is presented in fig. 1 (results in percentage). figure 1. histogram of learning implementation. source: elaborated by the authors. the assessment of learning implementation indicated that the control and experimental classes exhibited implementation rates of 92.5 and 93%, respectively. these findings suggest a minimal disparity in the execution of learning activities between the two classes. the learning implementation deficit occurred in the control class due to students’ tardiness in participating in learning both during learning and discipline which was slightly less than in the experimental class, so it affected the enthusiasm for learning in the control class in contrast to the experimental class. 3.2. implementing an instagram-integrated stad learning model the integration of instagram social media into the stad learning model was implemented in class xi mipa 2 at sma negeri 8 malang, comprising 31 students of both genders. stad is a cooperative learning model emphasizing student interaction to help and motivate each other. instructions on reaction rate material occurred during three sessions per meeting, each lasting 45 minutes, throughout september 2022. the experimental and control classes utilized the stad learning model; however, the experimental class employed instagram media, while the control class used powerpoint. the instagram learning media, integrated into the @chemsquad.kimia account, offered accessibility across various devices such as laptops, smartphones, and tablets. content included infographics and videos covering reaction rate material, with each sub-material featuring real-life examples, explanations, sample problems, and discussions. the appearance of the @chemsquad.kimia instagram account utilized in the instructional process is depicted in fig. 2. figure 2. depicts the front view of @chemsquad.kimia instagram account. source: elaborated by the authors. the utilization of instagram-integrated learning media in education involves several features. one such feature is the presentation of teaching media for reaction rate material in the feeds feature, illustrated in fig. 3. figure 3. the presentation of material on instagram feeds feature. source: elaborated by the authors. users can upload infographics as images within the instagram feeds feature, with each post accommodating up to 10 images. additionally, the content or material presented can include supplementary information in the form of a concise narrative, provided through a feature known as caption. furthermore, each post includes a comment feature, enabling students to contribute comments about the material presented or pose questions to the teacher regarding any unclear concepts. this 87 88 89 90 91 92 93 94 95 first meeting second meeting third meeting control class experimental class https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 5/9 allows for collaborative interactions among students, fostering courage in expressing opinions in public forums and promoting independent learning during and outside formal educational settings. figure 4 illustrates these aspects. figure 4. depicts of comment columns across various posts. source: elaborated by the authors. the material was provided through the instagram reels feature, as illustrated in fig. 5. this feature presents short videos with a maximum duration of 2 minutes each. the video uploading system in the reels feature differs from the feeds, allowing for a maximum of one video per upload. despite this distinction, student interaction with teachers remains feasible, as students can comment or pose questions through the comment column. figure 5. depicts the presentation of materials on the instagram reels feature. source: elaborated by the authors. two primary considerations in implementing learning through social media on instagram are the potential improvements in student learning motivation, particularly regarding reaction rate material. learning motivation is crucial in achieving student learning objectives, which originate from within each student. the level of learning motivation varies among students, influenced by numerous internal and external factors, driving students to learn for diverse reasons. students with heightened learning motivation are more inclined to exert greater effort towards achieving their learning objectives. conversely, the effort required to attain these goals decreases when learning motivation is low. 3.3. the impact of instagram media on enhancing learning motivation in the experimental group the study was centered on leveraging instagram media to bolster learning motivation. a motivation questionnaire was administered to 31 students in the experimental class, who were exposed to instagram as a learning medium. the questionnaire aimed to assess learning motivation before and after utilizing instagram-based media. the effectiveness of instagram media was evaluated based on the increased motivation levels preand postexposure to the media in learning reaction rates. the learning motivation data, which comprises quantitative information, was subjected to descriptive analysis to elucidate its implications. 3.3.1. the average analysis of the student learning motivation questionnaire figure 6 graphically depicts the findings, showcasing the average student learning motivation results (results in percentage). figure 6. illustrates the average outcomes of student learning motivation. source: elaborated by the authors. before utilizing media, the average learning motivation stood at 56%, surging by 29% to 85% post-implementation. these results suggest a significant improvement in student learning motivation, attributed to the integration of instagram media. this observation aligns with prior research conducted by widyastuti and puspitasari (2020), which reported a similar increase in student learning motivation upon utilizing instagram as an independent learning resource. the study yielded a z value of 3.300 with an asymp.sig (2-tailed) value of 0.001, further corroborating the efficacy of instagram media in fostering enhanced learning motivation. other social media, such as tiktok, which has been studied by caballero (2024), got positive results. however, the research conducted is still limited to microlearning and small samples. in addition, there are more posts on instagram than on tiktok, according to dubin’s (2024) research. with this comparison, instagram is superior in social media development, and the number of posts and views is expected to increase interaction between users more effectively. with its diverse features, instagram emerges as a promising alternative learning medium, offering meaningful engagement opportunities for students in chemistry education. 3.3.2. analysis of factors affecting the improvement of student learning motivation students’ motivation to learn can come from internal and external factors. this study used three indicators of learning motivation to show the increase in students’ learning motivation. 56 85 0 20 40 60 80 100 before after https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 6/9 3.3.2.1. indicator of encouragement of student morale in learning in this indicator, the results of the learning motivation questionnaire on four supporting aspects consisting of aspects of student interest, activeness, and curiosity about the reaction rate material are presented in table 1. based on table 1, in the aspect of interest in the reaction rate material, there was a significant increase in students who felt very interested in the reaction rate material after being given instagram media, where initially only 8.57% of students then increased to 50.72%. the learning motivation of students who use instagram media as learning media is greater in terms of student interest in learning and the reaction rate. this was also shown during teaching and learning activities, where the experimental class actively discussed the reaction rate material. using instagram as a learning media increases students' enthusiasm, activeness and motivation (fidian, 2017). in the aspect of student activeness during the learning process, there is an increase in students who have very high activeness when learning the reaction rate, with an initial percentage of 27.59% rising to 48.28%. based on this description, the learning motivation of students who use instagram media as learning media has increased in student activeness in the learning process. this was also shown during teaching and learning activities, where the experimental class showed increased activeness by asking more questions when they did not understand and asking many questions during discussions to make learning more meaningful. regarding student curiosity in learning, before being given instagram-integrated learning media, students who were very curious had a percentage of 5.71%. giving instagram afterwards can significantly increase the percentage to 28.57%. using instagram media to display images and videos on the reel and feed features can increase student curiosity about the exposure of reaction rate material. in addition, the comment column can provide a wide platform for students who want to ask questions about material they do not understand. furthermore, other students who understand better can answer these questions, thus creating an open discussion space between one student and another. 3.3.2.2. indicator of desire to succeed in learning in this indicator, the results of the learning motivation questionnaire are obtained in two supporting aspects, namely, there are aspects of student confidence in mastering the material and student confidence in completing the exam presented in table 2. 3.3.2.3. indicators of student interest in using learning media in addition to internal factors, external factors can increase learning motivation, in this case, the use of learning media. students’ interest in the learning media is presented in table 3. based on table 3, students feel very interested in the learning media provided in the reaction rate material, which has a percentage of 57.23%. providing learning media significantly increases students who feel interested in instagram media up to 47.33%. instagram-integrated learning media can attract attention and help students understand reaction rate material. there is a caption feature that contains a written explanation of the material presented in addition to the presentation of material in the form of images and videos contained in the feeds and reels feature. the combination of explanation in the form of writing and interpretation in the form of images makes the presentation of material more varied and attracts students’ attention. the fact that they do not use paper is unrelated to the possibility of using other media. this distinguishes instagram learning media from traditional learning media such as lectures that use notebooks continuously. instagram learning media can be an alternative to creative and environmentally friendly learning innovation because it minimizes paper use. the data analysis of the questionnaire results of student learning motivation above, which increasingly shows changes in the good direction, can be interpreted as increasing student motivation in the learning process. the fulfilment of each aspect of the learning motivation indicator is directly proportional to the appearance of several student attitudes shown during learning such as the emergence of a sense of comfort, helping each other in understanding lessons, not feeling alone so that self-confidence grows, growing attitudes willing to work together, responsibility and a healthy competitive spirit. students motivated during learning will feel encouraged to actively participate in every learning process, such as asking questions, discussing, and expressing opinions during the question-and-answer process at the presentation stage. students’ focus on following the teacher’s instructions during learning will also be maintained by showing it at the stage of presenting material through instagram learning media, where students listen carefully to the presentation of the material in it, and students can make good use of the provided media. according to andrew et al. (2005), two factors influence motivation: attitudes and needs. if students have a positive attitude towards learning, learning motivation will increase, and vice versa. likewise, with students’ needs, if lessons are considered meaningful in students’ lives, then students’ learning motivation will increase, and vice versa. based on the observation results in the initial condition before implementing the stad-type cooperative learning model, students’ learning motivation was still lacking, as indicated by students’ activities during learning tended to be low where most students were still passive, did not dare to ask questions, were not confident in answering questions asked by the teacher, and still lacked cooperation in completing tasks. changes from these conditions began to appear after implementing the stad learning model integrated with instagram learning media, where student motivation to learn began to appear from the initial stage of presenting the material to the final stage of learning by giving awards and quizzes. at the material presentation stage, student activity began to appear as shown by students who actively asked questions about the reaction rate material that was not understood. this attitude appeared in both classes, but the aspect of curiosity about the reaction rate material was more prominent in the experimental class, which was shown by most of the group representatives asking questions, compared to the control class, which needed to be given an additional question stimulus from the teacher first before they arose curiosity. the attitude of daring to ask questions was also shown in the experimental class, which was very prominent during the discussion when answering the exercise questions in the lkpd. students in this class were not afraid to raise their hands to ask questions or ask for directions in working on problems. this is slightly different from the control class where the class tends to be passive in asking questions, so the teacher must check each group to ensure students understanding and the course of discussion in working on exercise questions. regarding cooperation between group members, the experimental class was more organized and organized regarding the division of tasks for each group member. a slight difference was shown in the control https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 7/9 class, where several group members did not work on the division of tasks and were only charged to several members. based on this, the control class is still dominated by several passive students and does not show any motivation to learn during the learning process. at the publication stage, one group representative presented their group discussion results, followed by a questionand-answer process. at this stage, student activeness in the experimental class was seen with all representatives of groups that did not present asking questions to the presenter group. when clarifying the answers, students did not hesitate to enthusiastically express their opinions. student activeness at this stage in the control class was also visible. still, those who dared to ask questions and express opinions were only dominated by a few students, and it seemed that other students began to be distracted by other things, so they did not focus on paying attention to the question-and-answer process during the presentation. however, those who dared to ask questions and express opinions were only dominated by a few students, and it seemed that other students began to be distracted by other things, so they did not focus on paying attention to the question-and-answer process during the presentation. followed by the awarding stage, where the accumulation of award stickers obtained from the reward chart of the two classes was different, where in the experimental class the most active group was successfully fulfilled by the award sticker in the table given, while in the control class, the most active group was not fully fulfilled by the sticker in it. from these results, students’ motivation during the discussion session to ask and answer questions in the experimental class increased in terms of learning activities. the increase in student motivation to learn is due to the application of stad learning. this follows the results of research conducted by yudiasa et al. (2016) which states that using the stad model can increase student learning motivation. increased motivation occurs during learning following the stages of the stad learning process. students focus when the teacher explains the material, cooperate in doing group assignments, actively ask questions during group discussions and presentations, and utilize learning resources during the learning process. the following research by supriyo (2008) shows that the stad cooperative learning model can increase students’ motivation. previous research conducted by widarti (2022) showed that the increase in student learning motivation after using the chem squad instagram account learning media as an independent learning resource for chemistry learning on acid and base material showed an increase in the standard gain value of 0.40 in moderate criteria. banerjee et al. (2014) argue that when students learn with a self-learning approach, it will create an environment where they can learn. a supportive learning atmosphere, as well as innovations in learning that involve the active role of students, will further increase student learning motivation. learning requires creative strategies when using technology, especially for novice students. the most important feature that is directly influenced by engagement is self-concept. instagram social media encourages creative learning. the use of instagram social media in education as an innovative, interactive and creative learning media shows that this application can increase students’ learning motivation which is also very important in achieving maximum learning outcomes. table 1. indicators of encouraging student enthusiasm in learning. aspects average percentage of each score (%) before after 1 2 3 4 1 2 3 4 interest in the material rate reaction 2.86 8.57 68.57 8.57 0 3.57 45.71 50.72 student activity in learning reaction rate 6.90 20.69 31.03 27.59 6.90 13.79 27.59 48.28 students’ curiosity in learning reaction rate 2.86 28.57 51.43 5.71 0 17.14 42.86 28.57 source: elaborated by the authors. table 2. indicator of desire to succeed in learning an average percentage of each score. aspects average percentage of each score (%) before after 1 2 3 4 1 2 3 4 student self-confidence in mastering the material of the rate reaction 17.24 37.93 27.59 6.90 2.86 11.43 20 54.23 student self-confidence in completing an exam 5.71 22.86 48.57 14.29 0 22.86 51.43 17.14 source: elaborated by the authors. table 3. indicators of student interest in using learning media average percentage of each score (%). aspects percentage of each score (%) before after 1 2 3 4 1 2 3 4 student interest in using learning media 17.24 37.93 27.59 6.90% 2.86 11.43 20 54.23 source: elaborated by the authors. 4. conclusions considering the findings and subsequent discussion, it is evident that integrating instagram applications positively affects student motivation and learning outcomes. the research outcomes revealed a notable increase in learning motivation, with students utilizing the instagram-integrated stad learning model registering a remarkable 85% motivation level in the very high category. these findings collectively affirm the efficacy of the instagram-integrated stad learning model in enhancing chemistry learning, particularly regarding reaction rate material, and in augmenting student motivation and learning outcomes. future research efforts are encouraged to explore the application of instagram application in chemistry education across various materials and to investigate further to identify which instagram features are most conducive to the chemistry learning process or other social media that may be able to develop better than instagram. https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 8/9 authors’ contribution conceptualization: hayuni retno widarti; data curation: elvira risva firda amalia; formal analysis: elvira risva firda amalia; funding acquisition: hayuni retno widarti; investigation: elvira risva firda amalia; hayuni retno widarti; methodology: elvira risva firda amalia; project administration: hayuni retno widarti; elvira risva firda amalia; deni ainur rokhim; resources: elvira risva firda amalia; software: deni ainur rokhim; supervision: hayuni retno widarti; validation: hayuni retno widarti; visualization: elvira risva firda amalia; writing – original draft: elvira risva firda amalia; writing – review & editing: deni ainur rokhim data availability statement all data were acquired and analyzed in the present investigation. funding not applicable. acknowledgments not applicable. conflict of interest the authors declare that there is no conflict of interest. references adawiyah, r.; robbia, z. a.; jariah, a.; syukur, a.; jamaluddin. inovasi video pembelajaran kimia sebagai solusi media. jurnal ilmiah profesi pendidikan. 2021, 6 (2), 175–181. https://doi.org/10.29303/jipp.v6i2.185 afandi, m.; chamalah, e.; wardani, p. o. model dan metode pembelajaran di sekolah. unissula press, 2013. afif, n. pembelajaran berbasis masalah perspektif al-qur’an. cv. karya litera indonesia, 2019. andrew, j.; elliot, carol, s.; dweck. handbook of competence and motivation. a division of guilford publications, inc, 2005. annur, c. m. masyarakat indonesia paling banyak akses youtubepada semester i-2021. databoks, 2021 https://databoks.katadata.co.id/datapublish/2021/09/05/masyarakatin donesia-paling-banyak-akses-youtubepada-semester-i-2021# (accessed 2023-04-04). anwar, a. pendidikan kecakapan hidup (life skills education). alfabeta, 2004. artini, n. p. j.; wijaya, i. k. w. b. strategi pengembangan literasi kimia bagi siswa smp. jurnal ilmiah pendidikan citra bakti. 2020, 7 (2), 100–108. 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https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 https://doi.org/10.29303/jipp.v6i2.185 https://databoks.katadata.co.id/datapublish/2021/09/05/masyarakatindonesia-paling-banyak-akses-youtubepada-semester-i-2021 https://databoks.katadata.co.id/datapublish/2021/09/05/masyarakatindonesia-paling-banyak-akses-youtubepada-semester-i-2021 https://doi.org/10.38048/jipcb.v7i2.97 https://doi.org/10.1007/s10639-023-11904-4 https://doi.org/10.1111/modl.12302 https://doi.org/10.1038/s41443-022-00645-6 https://andi.link/hootsuite-we-are-social-indonesian-digital-report-2019/ https://andi.link/hootsuite-we-are-social-indonesian-digital-report-2019/ https://doi.org/10.35508/jikom.v11i1.5150 https://doi.org/10.23887/jpk.v3i1.20944 https://doi.org/10.19109/alkimia.v1i1.1326 https://doi.org/10.21009/econosains.0141.08 https://doi.org/10.23887/jipp.v4i1.15469 original article https://doi.org/10.26850/1678-4618.eq.v50.2025.e1538 issn 1678-4618 page 9/9 wibowo, h.; gani, r. a. motivasi belajar siswa 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https://doi.org/10.24198/jppm.v4i2.14352 editorial revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 1 | 2023 | editorial it is with great satisfaction and pride that the editor announces the first issue of 2023, which contains a review article on sun-protective clothing that can protect against sunburns and skin cancer caused by excessive exposure to solar ultraviolet radiation. it is known that the use of sun-protective clothing is a simple, easy, and practical method for uv protection of the human organism. in the review, the readers may find recent research efforts on the development of uv-protective compound-containing smart fabrics highlighting the uv-blocking properties and multifunctional activities. it describes an update on the progress in the incorporation, coating, and anchorage of uvprotective compounds in textile fibers that may enhance the uv-blocking ability and/or promote functional finishings to smart fabrics. following the review, another review deals with the antioxidant activity of garcinia species, reporting in vitro and in vivo assays, described from the last five years. some species of the garcinia genus are used in the treatment of many diseases and metabolic disorders frequently associated with oxidative stress. the characteristic metabolites found in this genus are xanthones and benzophenones, which have antioxidant properties, among relevant biological potentials. following these reviews, the readers find the in-silico evaluation of some tetrahydroquinoline derivatives with pyrazole and hydrazide moieties against human lung cancer cell lines and the demonstration by molecular docking analysis that some compounds show good binding affinity towards the studied protein. the results may open the door for the design and development of a library of efficient tetrahydroquinolinebased drug-like compounds as potential anti-lung carcinoma agents. in the sequence, a description of a new, quick, easy, affordable, and eco-friendly simultaneous spectrophotometric method for determining a combined sitagliptin and metformin hydrochloride in pharmaceutical formulations is presented, which was validated using two chemometrics techniques; no samples preparation or separation before analysis is needed. the proposed method is dependable to be adopted as an alternative analytical method in the pharmaceutical industry’s quality control. the editor and his team thank all authors for their valuable contributions and reviewers for their outstanding collaboration, and convinced of the high quality of the articles, kindly invite you to submit your manuscript to eclética química. assis vicente benedetti editor-in-chief of eq https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052755200.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052800768.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052828825.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052839145.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052854600.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052902927.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052921799.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052948690.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129053006087.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129053030895.pdf review article revista.iq.unesp.br | vol. 48 | n. 4 | 2023 | 17 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 is the use of the problem-based learning model through instagram effective? a review hayuni retno widarti1+ , allykha baharsyah1 , deni ainur rokhim1,2 , afis baghiz syafrudin1 1. malang state university , department of chemical education, east java, indonesia. 2. sman 3 sidoarjo, chemistry and prakarya, east java, indonesia. +corresponding author: hayuni retno widarti, phone: +62 812-3245-8494, email address: hayuni.retno.fmipa@um.ac.id article info article history: received: november 20, 2022 accepted: july 24, 2023 published: october 03, 2023 keywords: 1. instagram media 2. teaching of chemistry 3. problem-based learning section editors: natany dayani de souza assai contents 1. introduction 2. experimental 2.1 determine the keyword 2.2 literature data selection 2.3 literature data extraction and analysis 3. results and discussion 3.1 application and effectiveness of using instagram media in learning 3.2 pbl on reaction rate material 4. conclusions authors’ contribution data availability statement funding acknowledgments references abstract: chemistry is still considered a difficult subject for students due to a lack of motivation and understanding. implementing a problem-based learning (pbl) model with the media of instagram can help students expand their critical thinking and problem-solving skills. to this end, 20 empirical research articles from inside and outside indonesia were examined using the bibliometric analysis method to find research gaps and novelties as a basis for future research. the review shows various difficulties faced by students in studying chemistry. instagram-based chemistry learning can help the learning process to be fun, innovative, easy to understand and not boring. applying the pbl model to learning can help students develop critical thinking and problem-solving skills. the results of this analysis offer perspectives and innovations for teachers to deal with the problems faced by students, presenting innovations in learning, such as the use of instagram and pbl models. https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 mailto:hayuni.retno.fmipa@um.ac.id https://orcid.org/0000-0001-5574-8209 https://orcid.org/0009-0007-8684-5942 mailto:alikabaharsyah20@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-0777-4570 mailto:deniainurrokhim@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9079-4235 mailto:afisbaghiz123@gamil.com https://ror.org/00ypgyy34 review article revista.iq.unesp.br 18 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 1. introduction essentially, as time progresses, continuous development is inevitable. in light of this circumstance, it is necessary to improve the quality of human resources that can withstand the age of globalization. one of the efforts to improve the quality of human resources is education. in order to achieve the educational goals, it is necessary for the student to really pay attention to the study process in accordance with the applicable curriculum. in indonesia, the 2013 curriculum is based on a scientific approach with four learning models, including discovery, inquiry, problem-based and projectbased learning. what teachers need to do when implementing the 2013 curriculum is to help students develop habits so that they can always increase their awareness of learning, because the 2013 curriculum is applied based on existing problems. for this reason, students are expected to actively participate in the learning process (sariono, 2013). problem solving is part of the reasoning process. this process is generally considered to be the most complex of all the characteristics of intelligence and can be interpreted as a higher-order cognitive process that requires more coordination and control of routines or other basic skills. problem-solving skills include critical, logical and systematic thinking. an integrated teaching process can help students develop the ability to express and execute them in real life and relate what they have learned to life experiences. thus, education should focus on improving skills and unleashing students’ creativity to solve problems. the problem presented is usually taken from the real world, as a context for students to practice critical thinking and problem solving (amir, 2009). memnun et al. (2012) found that the main goal and priority in education today is to train students to be more flexible in solving problems and to deal with all the problems they face. this shows that problem-solving skills play a very important role in the world of education. hamiyah and jauhar (2014) suggested that the indicators of problem-solving skills are divided into four parts: understanding the problem, planning the solution, dealing with the problem according to the plan created and re-examining all the steps. chemistry presents itself as a complex scientific discipline encompassing the examination of matter’s structure, composition, properties, and the alterations it undergoes, often involving energy transformations. the difficulties experienced by students in studying chemistry can be attributed to the inherent complexities of this field. prilianti (2012) suggested that chemistry has characteristics that are mostly abstract, sequential, and fast-developing concepts. he also proposed that difficulties in understanding the subject are rooted in problems understanding chemical concepts. one of the chemistry subjects studied in indonesian high schools is reaction rate. sudarsana (2010) stated that the reaction rate subject taught there is still taught through lectures or memorization of most reaction rate concepts. this encourages teachers to apply the problembased learning (pbl) model to the concept of reaction rate, because the material factors that affect reaction rate are closely related to the real world. in addition, the pbl model can also involve students in being active in the classroom, collaborating and finding solutions to the problems being studied. it is expected that the active participation of all students in their learning and the enhancement of their critical thinking skills will improve their learning outcomes, especially cognitive learning outcomes. while learning and teaching chemistry, the usefulness of a teaching model determines student interest and success. the use of an inappropriate teaching model is a factor that makes learning chemistry difficult for students. they feel that what they learn is not related to their everyday lives. chemistry is abstract and requires student activity to solve various chemistry-related problems. a pbl strategy encompasses a series of learning activities. in short, it requires students to learn through pbl, rather than simply listening, taking notes, and memorizing information. with such strategies, they are proactive in thinking, communicating, researching, and reprocessing, entering data and finally completing it. in addition, problem-solving is done by applying scientific approaches. thinking scientifically is a deductive and inductive thought process. the fact that the thinking process is carried out systematically means that scientific thinking is performed at a specific stage, and empirically means that the problem-solving process is performed with clear data. based on the characteristics of the reaction rate subject, instagram-assisted pbl can be carried out. the number of instagram users in indonesia in 2020 reached 99.9 million people (siahaan et al., 2022). the most important reason for using instagram as a learning medium is that students are familiar with its use. since almost all students already have laptops and gadgets and still use instagram, more educators do not have to pay much to apply it. it is also easy to apply, as it is an app that can be used anywhere. it is also easy to use, as it does not require any special training. furthermore, there are several reasons to consider instagram as a learning medium: 1) instagram can be used at all levels of education; 2) instagram gives https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 review article revista.iq.unesp.br 19 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 students the authority to create digital content on their own and publish it online, which can stimulate student and educator activity in teaching; and 3) instagram allows collaboration between students and educators on a specific project or task to achieve learning objectives. structured learning based on pbl syntax, whose content consists of text, images, or videos or all three, is accompanied by instructions that students can use independently in their learning, without being limited by space and time. indah (2021) proposed that, in relation to students’ needs and characteristics, 94.4% of them use the internet frequently to do tasks and understand content. based on the results obtained in this study, the same percentage of students often use and like the social media instagram. sujiono and widiyatmoko (2014) suggested that pbl is very effective in expanding students’ ability to think critically. the subject of reaction rate is closely related to counting. jayadiningrat and ati (2018) used a pbl model in chemistry learning and found that the application of this pbl can improve problem-solving skills in chemistry subjects, recognizing and formulating the problem, exploring alternative solutions, choosing the best solution and solving problems smoothly. oktaviani et al. (2017) found that using pbl as a learning model on the concept of reaction rate has a very good effect on the creativity aspects of students. through pbl activities, students who acquire knowledge from discoveries made in the problem observation phase in the form of practical images and videos gradually begin to construct all the information found and obtained into their thinking patterns. social media has not been widely used for learning purposes, but this is an effort to make learning activities more fun and learning objectives achievable. the use of instagram can have a positive impact on improving students’ learning skills and understanding. uploads made on instagram can be visualized and displayed in feeds that can be viewed by instagram followers and researchers in general. instagram users can interact and chat with each other by commenting on or liking the uploaded photos and videos that have been published. meanwhile, to interact privately, instagram also offers a chat feature that is commonly referred to as a direct message or dm. instagram can be used on various devices, such as smartphones, laptops and so on (ambarsari, 2021). the features available on instagram really support the learning process: such as the tv function, which can deliver materials from 1 to 60 minutes; the feed post function, which can publish an overview of the material to be delivered; there is a background sound option that can be used to increase students’ enthusiasm; the live feature, which is used by users who are doing activities and want to interact with their followers, as if they were talking directly to them and the audience that can be answered via chat (al mardhiah et al., 2021). instagram’s stories feature consists of a 15-second photo or video upload that will automatically disappear within 24 hours, unless the upload is inserted into the highlights on the instagram account profile. in instagram’s highlights feature, it is possible to create groups of stories according to their categories. this makes it easier for students to review learning materials. instagram also offers a variety of interesting music that can be used as a background. the use of such music can also increase students’ interest in learning (al mardhiah et al., 2021). this is in line with the research on instagram as a learning medium, which shows that the use of instagrambased learning can increase student motivation, as the features of instagram are diverse and interesting, which makes it easier for students to understand (fidian, 2017). irwandani and juariyah (2016) suggested that those who use instagram in their research show that developing products with the help of this social network is feasible, effective and can be used as an alternative for learning, as it can be accessed anytime and anywhere. therefore, this study aims to provide a literature review to analyze the use of instagram for learning purposes, including pbl models. the following is the main research question that this study seeks to answer: is the use of the pbl model using instagram effective for use in the chemistry learning process? 2. experimental the method used to complete this article using the bibliometric literature or article review method. the use of bibliometric analysis techniques can provide an accurate and objective way of measuring an article’s contribution to the advancement of knowledge and is a commonly used tool for analyzing trends and performance on a particular subject (yang et al., 2013). bibliometric analysis is a common method for investigating and analyzing large amounts of scientific data. bibliometric analysis is used in the hope of finding research gaps and novelties as the basis for further research. the bibliometric method of literature review was used to prepare this article. bibliometric analysis techniques can provide an accurate and objective way of measuring an article’s contribution to the advancement of knowledge and are commonly used tools for analyzing https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 review article revista.iq.unesp.br 20 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 trends and the performance of a given subject. bibliometric analysis is a common method for investigating and analyzing large amounts of scientific data and is used in the hope of finding research gaps and novelties that serve as a basis for new research (yang et al., 2013). the researchers investigated journal articles on the effectiveness of learning through instagram on the grounds of a pbl approach in the context of reaction rate. this research used 20 national and international articles through a search on the google scholar platform. the articles used have undergone similar research and were analyzed and summarized. the results of the research are summarized in this article for discussion. according to tranfield et al. (2003), the method used in this study consisted of five steps, namely. 2.1 determine the keyword in this study, the keywords used to search for related literature in google scholar using publish or perish 7 software were “the application of instagram media in learning,” “the effectiveness of instagram media in learning,” and “problem-based learning (pbl) on reaction rate material.” 2.2 literature data selection this was done by reading the title of each article on the research topic when selecting the bibliographic data. as a result, there were references that did not correspond to the research topic, so the inappropriate articles were excluded and the appropriate results were returned: “the use of instagram media in learning” as many as 60 articles, “the effectiveness of instagram media in learning” as many as 14 articles, and “problem-based learning (pbl) based on the reaction rate material” as many as 40 articles. 2.3 literature data extraction and analysis bibliometric analysis was performed using vosviewer software. obtain around 20 journal articles related to the theme, which are then analyzed for the content and intent of these articles. 3. results and discussion the results of the research data contained in this literature review are an analysis and summary of the articles on pbl in the application of instagram in learning, the effectiveness of this social media (tables 1, 2 and 3). table 1. research results related to the application or implementation of instagram media in learning. researcher research title research result muhtar et al. (2017) the two blended learning model designs (moodle and instagram): a comparative study in university level this can improve students’ skills, self-control, and motivation salehudin et al. (2017) using instagram to support creative learning and project-based learning can be freely used to improve students’ creative and high order thinking skills ambarsari (2021) the use of instagram as a media for learning indonesian language and literature in era 4.0 learning with instagram becomes easier for teachers and students, so students can interact freely remotely, but the materials they share with them can be properly delivered qisthi and arifani (2020) the application of project-based learning via instagram to improve efl students’ speaking skill can improve students’ declaring, speaking, or pronouncing skills astuti (2021) distance learning media using instagram as a learning tool to express students’ opinions instagram is quite effective to be used as an alternative media for learning at all levels dewi et al. (2021) implementation of the utilization of google classroom, google meet, and instagram in the online learning process towards the 21st century it can make online learning activities easier for teachers and students. learning that integrates the three media can provide character education for discipline, activeness, achievement of creativity, information literacy, collaboration, and responsibility sari (2021) utilization of learning media using the “instagram reels” feature in indonesian language and literature learning during the covid-19 pandemic it helped educators or teachers to conduct online (online) learning. because the features offered by instagram reel meet their learning needs https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 review article revista.iq.unesp.br 21 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 table 2. research on the effectiveness of instagram media in learning. researcher research title research result irwandani et al. (2020) effectiveness of physics learning media course assisted by instagram on student’s creative thinking skill learning with social media, especially instagram, is said to be effective for students’ creative thinking skills. this result is also consistent with responses from students who were rated “good” for studying physical learning media (plm) courses using social media instagram pratiwi (2019) the effectiveness of media instagram toward the students’ speaking skills of 10th grade state senior high school 4 malang state senior high school 4 malang’s x-class students have a significant impact on instagram media’s speaking skills, which is indicated by preand post-test scores lubis et al. (2020) the effectiveness of using instagram as teaching tools in learning process of 3rd semester of english department students instagram is one of the most effective social media that can be used as a platform for educational and learning processes. instagram was also effectively used as a means of student interaction, especially in discussions related to task activities and explanations sinatrya and aji (2020) the effectiveness of the online flipped classroom learning model using instagram in class x vocational high school instagram in the learning process can be effective using the flipped classroom method. using instagram as a learning model is a new experience for students, and it is easy for them to access and use table 3. research results related to pbl on reaction rate material. researcher research title research result oktaviani et al. (2017) implementation of the problem-based learning model on the creativity of students in the material of reaction rates at state senior high school 4 banda aceh the application of the pbl learning model can improve and develop the creativity of students zahrah et al. (2017) application of practicum with problem-based learning (pbl) model on reaction rate material at state senior high school 1 lembah selawah pbl model with practicum method can improve students’ high order thinking skills on the concept of reaction rate chapter and improve students’ scientific attitude utami et al. (2018) the influence of problem-based learning (pbl) learning model on cognitive learning outcomes of class xi students of state vocational high school 02 manokwari (study on the main material of the reaction rate concept) the percentage of the effect by implementing pbl has a 30% effect on student cognitive learning outcomes dakabesi and luoise (2019) effects of problem-based learning models on critical thinking skills in the context of reaction rate this can improve students’ critical thinking skills and academic ability mayasari et al. (2019) comparison of problem-based learning and guided inquiry learning models on critical thinking ability in reaction rate materials learning with these pbl models has shown that students have higher critical thinking skills than with guided query learning models nangku and rohaeti (2019) the effect of problem-based learning model toward students conceptual understanding and verbal communication skills in reaction rate learning pbl models have a positive impact on student learning outcomes in terms of conceptual comprehension and language communication skills redhana et al. (2019) development of scientific learning devices with problem-based learning models through inductive reasoning on the topic of reaction rate the pbl model, in addition to improving problem-solving skills, helps students in constructing various existing problems into new knowledge, that is easily understood by students suarningtyas and hidayah (2022) development of student e-worksheet based on problem-based learning to practice metacognitive abilities of high school student on reaction rate material pbl students can train metacognitive abilities on the reaction rate material https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 review article revista.iq.unesp.br 22 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 3.1 application and effectiveness of using instagram media in learning atmoko (2012) suggests that instagram is a popular social media application for the public, including students. instagram can inspire and develop creativity for its users because it has photo and video editing features that make it better and more attractive. the media used by the teacher is limited to textbooks, which is less interesting for students so that their motivation in reading the subject matter is very low. therefore, we need media that can increase interest in learning so that students can improve their problem-solving skills. the popularity of instagram makes it effective to be used as a studying platform. that advantage of instagram as a learning-based media, compared to other ones, is that it is more interesting, it is accompanied by illustrations, pictures, it is accessible anytime and anywhere, easy to use, and has no limit on the number of users. nastiti (2019) proposed that instagram can help teachers delivering subject matter, improving learning outcomes, helping students understand the material, and attracting students’ attention—so that this platform is suitable for use as a learning medium. based on the findings in tables 1 and 2, the surveys conducted received positive feedback from students. but despite that, instagram has also its drawbacks. the disadvantages are: (i) too free to access, so students would need parental supervision; (ii) need for a stable internet network, because if there is an internet failure, the learning process will slow down a bit. based on the results contained in table 1, the findings on implementation of this application were called effective. muhtar et al. (2017) have shown its support in teaching and learning activities. in this case, students could improve their language proficiency, skills, selfdiscipline, and motivation. their study aimed to determine the effectiveness of blended learning using two different media (i.e., instagram and moodle) for two different subjects (mathematics and english expression). salehudin et al. (2017) discovered, by implementing instagram media, that students improved creative and critical thinking skills. their study aimed to examine this effect through the interaction of study models aided by instagram and user experience related to conceptual understanding. ambarsari (2021) proposed that instagram can be used as a learning medium, especially in learning indonesian language and literature. instagram makes it easier for teachers and students to interact remotely, with study material being properly notified and communicated. this study aimed to establish the viability of the instagram app as a medium for language and literature learning. for qisthi and arifani (2020), instagram can be a fun and effective tool for learning language skills. this study aimed to examine the impact of using instagram on improving students’ speaking skills. astuti (2021) proposed that the use of instagram in learning is quite effective as an alternative learning media at all levels. this study aimed to determine freedom of expression in social media and examine the use of instagram for learning by students in class xi vocational school in padang. dewi et al. (2021) found that instagram can be convenient for teachers and students in remote learning activities. learning that integrates google classroom, google meet and instagram can provide character building for discipline, activity, the achievement of creativity, information literacy, collaboration, and responsibility. this study aimed to propose innovations during learning methods to achieve students’ cognitive, psychomotor and character traits based on information and communications technology. sari (2021) proposed that the instagram reels feature in indonesian language and literature learning can help educators develop online learning resources that are in line with indonesian language and literature learning needs. the advantages of the instagram reels feature are also considered to be more dominant than its weaknesses. this study aimed to find out whether the instagram reels feature in indonesian language and literature learning can help online learning. irwandani et al. (2020) found that learning physics lessons supported by instagram were effective for students’ creative thinking skills. this result is also consistent with the response of the student who rated her physical learning media (plm) course as “good” through instagram. the aim of this study was to determine the effectiveness of instagram-enabled plm learning and to determine the impact on students’ creative thinking skills. pratiwi (2019) suggested that instagram had a significant impact on the speaking skills of class x students at malang state high school 4, as evidenced by the preand post-test results. the aim of this study was to determine the effectiveness of using instagram for these students’ speaking skills. lubis et al. (2020) found that instagram is also used effectively as a means of student interaction, especially in activity-related discussions and task explanations. in addition, almost all students use this app, so they find it easier to use. the aim of this study was to examine the effectiveness of implementing instagram in distance teaching and learning. sinatrya and aji (2020) proposed using this https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 review article revista.iq.unesp.br 23 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 flipped classroom learning model to determine the effect of implementing instagram on the learning process. this was evidenced by the significant increase before and after the test. the authors considered that using instagram as a learning tool is a new experience that is easy for students to access and use. the aspects that need to be considered in the effectiveness of instagram learning are: (i) instagram should contain useful content with high creativity; (ii) the content contained makes it easier for students to capture abstract ideas or formulations; (iii) it develops students’ interest in reading and other fields of study; (iv) it helps students understand a subject considered difficult by creating content with easy-to-understand vocabulary. there are several reasons to use instagram for research, education and study, including: (i) easy access (it can be accessed anywhere and at any time); (ii) most people, especially students and university students, have instagram; (iii) the resources available are diverse; (iv) the duration of some resources is long enough, so it can be used to transmit material; (v) it can facilitate the interaction of educators and students. 3.2 pbl on reaction rate material pbl is a learning approach in which students are presented with practical problems. the pbl model has been shown to explain the improvement of students’ problem-solving and critical thinking skills. students learning this approach observe the expertise present or try to discover the expertise they want in order to solve the problems they discover. mahyana (2018) proposed that pbl be used as a learning model that can activate learning activities even when students are faced with problems that can stimulate critical thinking skills. learning can be more meaningful and enhanced when students are presented with situations in which the concept applies. in pbl, higher-order thinking skills are more required, because students are faced with a problem that requires them to solve it based on their ability to organize all their knowledge and experience, as well as the external conditions that are available or accessible. rusman et al. (2010) proposed the following characteristics of the pbl model: (i) the problem is the starting point for learning; (ii) the problem posed exists in the real world and is unstructured; (iii) the problem increasingly requires multiple perspectives; (iv) the problems challenge the students’ knowledge, attitudes and skills, which requires the identification of new areas of learning, mainly self-directed learning (v) use of multiple sources of knowledge and information; (vi) learning is collaborative, communicative and collaborative; (vii) the development of research and problem-solving skills is identical to the acquisition of knowledge to find solutions to problems; (viii) integration of the learning process; (ix) pbl includes evaluation and review of the student and user experience of the learning process. based on the survey results shown in table 1, the data from the survey conducted shows positive feedback from the students. the implementation of pbl models in the learning of kinetic chemistry of materials is very effective in applications. oktaviani et al. (2017) found positive results with the implementation of the pbl model in the subject of reaction rate, in which the students’ creativity obtained an average value of 92, which is categorized as very good, which shows that the students’ creativity developed well after the implementation of pbl models in a chemical kinetics class. the aim of this study was to explain the students’ creativity after implementing the pbl model in the reaction rate subject material. utami et al. (2018) showed that 30% of the results came from implementing pbl models in experimental classes. the objectives of this study were to find differences in cognitive learning outcomes between students taught through pbl and conventional learning and to find out how much the pbl model affects the cognitive learning outcomes of class xi grader state vocational high school 02 manokwari. zahrah et al. (2017) found that pbl, as a model that uses practical techniques, can enhance students’ critical thinking about this reaction rate concept and improve their scientific attitudes. this study aimed to determine the effectiveness of pbl models with practical techniques in improving students’ critical thinking. dakabesi and luoise (2019) suggested that students who learned in experiential classes were better at critical thinking than those who learned using traditional models. this study aimed to measure the effectiveness of improving students’ critical thinking skills using pbl models. mayasari et al. (2019) suggested that learning using the pbl model resulted in students’ higher critical thinking skills than using the guided exploratory learning model. the aim of this study was to investigate learning models between pbl and guided questions that would best serve as response rate features in students’ critical thinking skills. nangku and rohaeti (2019) suggested that the implementation of a pbl model positively affects students’ learning outcomes in terms of conceptual understanding and verbal communication skills. the aim of the article was to determine the impact of applying a project-based learning model on students’ conceptual understanding and language skills when learning about https://revista.iq.unesp.br/index.php/ecletica https://doi.org/10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 review article revista.iq.unesp.br 24 eclética química, vol. 48, n. 4, 2023, 17-26 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v48.4.2023.p17-26 reaction rate. redhana et al. (2019) found that the pbl model, in addition to improving problem-solving skills, also helped students transform various existing problems into new knowledge that was easily understood by them. the aim of this research was to advance and represent the characteristics of learning devices that communicate with pbl models through prolegomenon reasoning on the topic of reaction rate. suarningtyas and hidayah (2022) suggested that the student e-worksheet based on pbl could train students’ metacognitive skills in reaction rate material. arends (2008) proposed three learning outcomes achieved by students taught with pbl: (i) research and problem-solving skills; (ii) learning adult role behavior; and (iii) suggested independent learning skills. through problem-solving, students are empowered to use their logical reasoning, problem-solving and higher intellectual skills. ultimately, pbl educates students to become independent learners. improving their problemsolving skills can be very useful in life, as they develop the ability to deal with any problem in the environment. there are certainly advantages and disadvantages to implementing pbl in the learning process. the benefits of pbl include: (i) problem solving can be a very effective and excellent technique for improving students’ understanding; (ii) it can also be satisfactory for improving students’ skills and expanding their knowledge; (iii) pbl can bring joy to students when solving problems; (iv) it can give students the opportunity to apply their knowledge in the real world. on the other hand, the weak points of applying problemsolving learning are: (i) that even when students are not interested or believe that the problem, they are studying is difficult to solve; (ii) they do not understand why they are trying to solve the problem; (iii) there is reluctance to solve problems when they are not at hand; and (iv) when they study, they do not learn what they want to learn. 4. conclusions based on the results of the observations and discussions presented, it can be concluded that applying the pbl model to instagram-based chemistry learning is effective. observations from various studies on the use of pbl models show that it can improve critical thinking skills, solve provided problems and help students understand material more easily, because students do not just record, visualize, and memorize, but are required to actively form new knowledge through the problemsolving process. in addition, the use of instagram in learning can also have a positive influence, increasing creativity and helping students to communicate the subject matter in a concise and easy-to-understand way using the resources provided. however, the application of a pbl model using instagram also has several weaknesses, such as the need for a stable internet connection and, if students find it difficult to understand the problems presented, they tend to be lazy about finding solutions to these problems. authors’ contribution conceptualization: widarti, h. r.; rokhim, d. a. data curation: baharsyah, a.; syafrudin, a. b. formal analysis: baharsyah, a. funding acquisition: not applicable. investigation: not applicable. methodology: baharsyah, a. project administration: widarti, h. r. resources: rokhim, d. a. software: not applicable. supervision: not applicable. validation: not applicable. visualization: baharsyah, a. writing – original draft: widarti, h. r.; baharsyah, a.; rokhim, d. a.; syafrudin, a. b. writing – review & editing: widarti, h. r.; baharsyah, a.; rokhim, d. a.; syafrudin, a. b. data availability statement all data sets were generated or analyzed in the current study. funding not applicable. acknowledgments not applicable. references al mardhiah, n.; maulina, s.; prasetyo, s. k. pemanfaatan media sosial instagram dalam pembelajaran bahasa indonesia di tingkat perguruan tinggi: sebuah gagasan konseptual. prosiding seminar nasional sastra, pedagogik, dan bahasa. 2021, 3 (1), 236–246. ambarsari, 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https://doi.org/10.30862/accej.v1i1.45 https://doi.org/10.30862/accej.v1i1.45 https://doi.org/10.30862/accej.v1i1.45 https://doi.org/10.30862/accej.v1i1.45 https://doi.org/10.30862/accej.v1i1.45 https://doi.org/10.30862/accej.v1i1.45 https://doi.org/10.30862/accej.v1i1.45 https://doi.org/10.1007/s11192-012-0911-6 https://doi.org/10.1007/s11192-012-0911-6 https://doi.org/10.1007/s11192-012-0911-6 https://doi.org/10.1007/s11192-012-0911-6 https://doi.org/10.1007/s11192-012-0911-6 https://doi.org/10.24815/jpsi.v5i2.9826 https://doi.org/10.24815/jpsi.v5i2.9826 https://doi.org/10.24815/jpsi.v5i2.9826 https://doi.org/10.24815/jpsi.v5i2.9826 https://doi.org/10.24815/jpsi.v5i2.9826 convert to pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051931537.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129051945296.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052004849.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052017265.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052031709.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052045973.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052111544.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052146871.pdf c:\program files (x86)\scan\gpyimages\20221129052159624.pdf phenylalanine ammonia lyase: new insights from piperaceae species andreia de araújo morandim-giannetti1, lidiane gaspareto felippe2, vânia aparecida de freitas formenton macedo dos santos2, massuo jorge kato3, maysa furlan2+ 1. fei university center, department of chemical engeneering, são bernardo do campo, brazil. 2. paulista state university, institute of chemistry, araraquara, brazil. 3. university of são paulo, institute of chemistry, são paulo, brazil. original article revista.iq.unesp.br original article revista.iq.unesp.br | vol. 47 | special issue 2 | 2022 | +corresponding author: maysa furlan, phone: +551633019500, email address: maysa.furlan@unesp.br 54 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p17-37 1 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 67-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p67-82 article info article history: received: october 19, 2021 accepted: february 22, 2022 published: august 17, 2022 section editor: assis vicente benedetti keywords 1. peperomia 2. piper 3. phenylalanine ammonia lyase 4. phenylpropanoid derivatives 5. thermal stability abstract: the enzyme pal (phenylalanine ammonia lyase) mediates the key entry point to the general phenylpropanoid pathway, which is involved in the lignification process and in the formation of a myriad of secondary compounds in plants that show a variety of biological activities. soluble fractions containing pal extracted from piper and peperomia species had the optimal catalytic activity analyzed by statistical design model. this analysis revealed that the best conversion of l-phenylalanine to trans-cinnamic acid was ph 9.3 and 58 °c after 25 h, corroborating interesting thermal stability. additionally, the pre-purification of pal using ammonium sulfate precipitation (25-55%) increased its specific activity, approximately 133% in p. aduncum and more than 900% in p. crassinervium. the content of lignin was higher for p. tuberculatum (25.71%), while only a small amount of lignin was observed in peperomia blanda (11.95%). it is interesting to note that peperomia plants are succulent and without significant amounts of lignin. however, the phenylpropanoid biosynthetic pathway is apparently addressed to produce predominantly tetrahydrofuran lignans with biological interest. original article revista.iq.unesp.br 14 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 17-37 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p17-37 1. introduction phenylalanine ammonia lyase (pal, ec 4.3.1.24) (toscano et al., 2018) plays a crucial role at the interface between primary and secondary metabolism in plants it catalyzes the trans-deamination of l-phenylalanine to trans-cinnamic acid, which is the first step in the general phenylpropanoid pathway (huang et al., 2020; levy et al., 2018; machado et al., 2013). this enzyme has an important role in plant growth since it is required to produce the macromolecule lignin in plants, which has a primary structural function and acts as physical and chemical barriers against pathogens (gutiérrez-quequezana et al., 2020; vanholme et al., 2019; you et al., 2020). the phenylpropanoid pathway, one of the most important secondary metabolism pathways, leads to the biosynthesis of a wide range of secondary metabolites, such as flavonoids, isoflavonoids, anthocyanins (dong et al., 2016; mota et al., 2011; prabpree et al., 2018), phenylalanine derivatives (batista junior et al., 2009; 2010; batista et al., 2012; felippe et al., 2012; moraes and kato, 2021; ramos et al., 2013; yoshida et al., 2018; you et al., 2020), phytoalexins (dong et al., 2016), chromenes (batista et al., 2017; kitamura et al., 2006; lago et al., 2004; morandim et al., 2005; salazar et al., 2005; souza et al., 2019), chromanes (batista junior et al., 2012; el babili et al., 2021), amides (garcía-huertas et al., 2018; lopes et al., 2007; lópez et al., 2010; mota et al., 2009), monolignols (macêdo et al., 2020), coumarins (banu et al., 2019), and lignans (dong et al., 2016) (fig. 1). original article revista.iq.unesp.br original article revista.iq.unesp.br 54 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 67-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p67-82 14 eclética química journal, vol. 47, special issue 2, 2022, 67-82 issn: 1678-4618 doi: 10.26850/1678-4618eqj.v47.2si.2022.p67-82 figure 1. phenylpropanoid pathways involved in the formation of lignin. source: adapted from vanholme et al. (2019). in the lignin pathway, three principal enzymes are involved: phenylalanine ammonia lyase (pal), cinnamate 4-hydroxylase, and 4-coumarate: coa ligase (banu et al., 2019; vanholme et al., 2019). in the lignin biosynthesis in plants, pal is the primer enzyme that mediates the formation of the cinnamic acid, which is the first product in the general phenylpropanoid pathway (dong et al., 2016; felippe et al., 2012; klejdus et al., 2013; machado et al., 2013). a series of enzymes are required to produce the cinnamyl alcohols required for the radical reaction: hydroxycinnamoyl coa:shikimate hydroxycinnamoyl transferase, hydroxycinnamoyl coa:quinate hydroxycinnamoyl transferase, p-coumaroyl shikimate 3’-hydroxylase, and ferulate (coniferaldehyde) 5-hydroxylase (kamdee et al., 2014). these units are mainly oxidized by the action of peroxidases and laccases. subsequently, the lignin phenoxyl radicals react to form lignin (a. silva et al., 2019a; veronico et al., 2018; weiss et al., 2020). in this context, in the plant biomass, lignin (whose content depends on plant species and tissues) is associated with cellulose and hemicellulose and prevents biological degradation of these materials, as well as providing mechanical support for plant tissues. therefore, lignin confers strength and rigidity to the cellulose fiber’s assembly (gao et al., 2019). after cellulose, lignin is the second most abundant organic compound in plants, representing approximately 30% of the organic carbon in the biosphere (kamdee et al., 2014). from a functional point of view, lignin imparts strength to cell walls, facilitates water transport, and prevents degradation of wall polysaccharides, thereby acting as a major defense line against pathogens, insects, and other herbivores (tronchet et al., 2010). however, the genetic manipulation of the enzymatic routes, e.g., the pal enzyme production, may favor the optimization of the separation of lignin from the cellulose pulp. this causes a reduction in the cost and pollution during the lignocellulosic processes, once the lignification is controlled by many enzymes including pal (hamedan et al., 2019; liu et al., 2019; toscano et al., 2018). therefore, by reducing the pal activity, it is possible to minimize the lignin content resulting in weak stem physical strength (hussain et al., 2019). this enzyme is mainly responsible for the biosynthesis of many activity compounds. previous studies showed that these classes of secondary metabolites are among the most potent biologically active compounds found in piper and peperomia species, mainly species of the piperaceae (alves et al., 2019; kato and furlan, 2007). species of this family present the following activities: antioxidant (regasini et al., 2008; j. silva et al., 2011; n. silva et al., 2019b; yamaguchi et al., 2006), anxiolytic, antiplatelet (sant’ana et al., 2020), antitumoral (cortez et al., 2017; h. silva et al., 2018), cytotoxic (ferreira et al., 2014; freitas et al., 2014; maleck et al., 2014), trypanocidal (batista junior et al., 2008; felippe et al., 2008; garcía-huertas et al., 2018; martins et al., 2003; mota et al., 2009; regasini et al., 2009), hypertension (durant-archibold et al., 2018), leishmanicidal (araújo-vilges et al., 2017; macêdo et al., 2020; neves et al., 2019; oliveira et al., 2012; m. silva et al., 2021), insecticidal, antifungal, bactericidal, acaricidal, molluscicidal (corral et al., 2018; danelutte et al., 2003; ferreira et al., 2014; lago et al., 2004; 2007; marques et al., 2010; miranda et al., 2003; navickiene et al., 2000; 2003; ramos et al., 2020; reigada et al., 2007; santos et al., 2013; r. silva et al., 2002), anti-inflammatory (arunachalam et al., 2020), larvicidal (mgbeahuruike et al., 2017; pereira filho et al., 2021; pinheiro et al., 2011; n. silva et al., 2019b), antiherbivore (jeffrey et al., 2014), and antimalarial (campelo et al., 2018; moraes et al., 2013; h. silva et al., 2018). additionally, studies on the applications of the pal enzyme have reported its use to treat diseases, such as phenylketonuria (burton et al., 2020; hartnett et al., 2013; levy et al., 2018). this disease is a genetic mutation that inactivates the phenylalanine-4-hydroxylase (burton et al., 2020; levy et al., 2018; sarkissian et al., 2011; vogel et al., 2013), resulting in augmented levels of l-phenylalanine in the bloodstream by the inability to metabolize l-phenylalanine. in excess, phenylalanine itself shows a neurotoxic effect. the lack of treatment at birth leads to severe and irreversible mental retardation (donlon et al., 2004). therefore, pal has gained considerable significance in several clinical and industrial applications in the past three decades. in the clinical field, physicians have used pal to determine the serum level of l-phenylalanine, monitoring patients with phenylketonuria (burton et al., 2020; watanabe et al., 1992) and then to prepare low phenylalanine diets. enzyme substitution therapy with a recombinant form of pal successfully converts the excess l-phenylalanine into harmless metabolites, trans-cinnamic acid, and ammonia, which can be excreted in the urine (rocha et al., 2021). a major industrial application of pal concerns the production of l-phenylalanine from trans-cinnamic acid by reversing the physiological reaction (burton et al., 2020; hamilton et al., 1985). the increasing demand for l-phenylalanine as a precursor of aspartame, a non-calorific sweetener (l-phenylalanyl-l-aspartyl methyl ester), has resulted in an industrial enzymatic process based on rhodotorula cells immobilized in vermiculite, developed by genex corporation in the uk (choudhary and lee, 2018; finkelman and yang, 1985). herein, the results of the expression of pal in leaves of five piperaceae species are reported. the results provide insights into the pal catalytic activities in these species, which are rich sources of the bioactive phenylpropanoid derivatives and open new opportunities to enhance the production of such class of metabolites. furthermore, this study also provides relevant results about the activity effect on its concentration, which represents new opportunities for the industrial and agricultural applications, especially favored by its thermal stability. 2. experimental 2.1 plant material leaves of piper aduncum l. and peperomia obtusifolia (l.) a. dietr. were collected at the institute of chemistry – unesp, araraquara–sp, brazil (-21.806602382914665, -48.19284372352492). these specimens were identified by dr. i. cordeiro (institute of botany, sp). the voucher specimens (cordeiro-pa0 and kato-070) were deposited in the herbarium at the institute of biosciences – usp, são paulo-sp, brazil. leaves of piper tuberculatum jacq. and piper crassinervium kunth were collected at the institute of chemistry unesp), araraquara-sp, brazil (-21.806602382914665, -48.19284372352492), and identified by dr. g. e. d. paredes (universidad nacional pedro ruiz gallo, peru). the voucher specimens (kato-163 and kato-0084) were deposited in the herbarium at the institute of botany, são paulo–sp, brazil. leaves of peperomia blanda (jacq.) were collected at reserva da ripasa, ibaté–sp, brazil (-22.237934727962543, -47.81789620915089) and identified by dr. elsie franklin guimarães (jbrj). the voucher specimen (kato-547) was deposited in the herbarium at the institute of biosciences, usp, são paulo–sp, brazil. 2.2 reagents and standards methanol (hplc-grade) was purchased from mallinckrodt (baker, xalostoc, mexico); ascorbic acid, ethylenediamine tetraacetic acid (edta), sucrose, polyvinylpolypyrrolidone (pvpp), dithiothreitol (dtt), l-phenylalanine, cinnamic acid, boric acid, sodium borate, hydrochloric acid (hcl), and ammonium sulfate were acquired from sigma-aldrich (st. louis, mo, usa). nanopure water (> 18 m cm) was produced using a millipore (bedford, ma, usa) purifier. 2.3 enzyme extraction fresh leaves of piper aduncum, p. tuberculatum, p. crassinervium, as well peperomia blanda and p. obtusifolia (25 g) were ground separately using liquid nitrogen. then, 100 ml of borate buffer 0.1 m (ph 8.8) containing pvpp (10% w/w), sucrose (0.25 m), ascorbic acid (40 mm), edta (1 mm), and dtt (5 mm) were added. the suspensions were stirred for 15 min at 0 °c, filtered through cheesecloth, and centrifuged for 20 min at 4 °c and 11,950 g. 2.4 enzymatic assay the enzymatic assays were carried out by adding 250 µl of borate buffer 0.1 m, 125 µl of enzyme solution (0.2 mg/ml), and 150 µl of l-phenylalanine (10 mm) to eppendorf tubes. the times (1, 6, 13, 20, and 25 h), temperatures (28, 35, 45, 55, and 62 ºc) and ph values (7.8, 8.2, 8.8, 9.4, and 9.8) were modified as suggested by the statistical design to optimize the process (tab. 1). all the reactions were performed under agitation and terminated by adding 25 µl of hcl (6 m), in duplicate assays (toscano et al., 2018). the solutions were stirred, neutralized, and then centrifugated at 7,000 g for 1 min, and the supernatants were analyzed by hplc. table 1. experimental conditions used to optimize the activity of the pal (coded and non-coded variables). coded variables non-coded variables time (min) ph t (ºc) time (min) ph t (ºc) +1 -1 +1 20 8.20 55 +1 +1 +1 20 9.40 55 0 0 0 13 8.80 45 0 + 0 13 9.80 45 0 0 + 13 8.80 62 0 0 1 8.80 45 0 0 13 7.80 45 +1 -1 -1 20 8.20 35 -1 +1 -1 6 9.40 35 0 0 13 8.80 28 -1 -1 -1 6 8.20 35 -1 -1 +1 6 8.20 55 +1 +1 -1 20 9.40 35 -1 +1 +1 6 9.40 55 + 0 0 25 8.80 45 0 0 0 13 8.80 45 hplc analyses were conducted on a shimadzu pump model lc-6ad, with an spd-m20a diode array ultraviolet detector (hplc-dad), sil-10af automatic injector, and cbm-20a controller. separation was achieved on a phenomenex c18 reverse-phase column (25 cm × 4.6 mm, 5 μm) in the isocratic mode, using meoh/h2o (1:1, with 0.1% hoac) at a flow of 1.0 ml min–1 as the mobile phase. the formation of trans-cinnamic acid was monitored at a wavelength of 275 nm. a standard rsm (response surface methodology) design, known as ccrd (central composite rotational design), was used to model and analyze the data. the analysis of variance (anova) using the statistic program 12.0 (statsoft inc., 2014, oklahoma, usa) was used to process the results. the significance of the main factors and their interactions were assessed by the f-test method with a confidence level of 95%. the response surface methodology and a mathematical–statistical tool were employed to model the l-phenylalanine conversion to trans-cinnamic acid using the temperature, ph, and reaction time as variables. the response desirability profiling option, which is given by the geometric mean of all individual desirability (eq. 1), was applied to determine the optimum reaction condition for the pal enzyme. (1) where, d describes the individual desirability and m the number of parameters analyzed. the results of each ccrd were analyzed with the aid of the statistic program software. the data was fitted to a second-order polynomial equation (eq. 2). y=βo +∑βjxj +∑βjjxj2 +∑βjkxjxk (2) 2.5 enzyme pre-purification after determining the optimal reaction condition, new enzymatic extracts were obtained from the same plant species using the experimental procedures described above. in this case, 100 g of plant material and 400 ml of buffer were used. the protein extracts containing pal were fractionated by ammonium sulfate saturation at 0-25, 25-55, and 55-80%. each addition of ammonium sulfate was followed by agitation for 30 min at 4 °c and then centrifugated at 16,300 g for 30 min. the pellets were stored at -80 ºc until use. the pellets were re-suspended in 3 ml of 0.1 mol l–1 borate buffer and submitted to enzymatic assays. the amount of added ammonium sulfate to achieve the desired saturation was determined as described (englard and seifter, 1990). protein was determined by the modified bradford method, using bovine serum albumin (bsa) as standard. 2.6 determination of lignin content leaves of the target plant species were dried at (70 ± 3) ºc for 72 h, knife-ground in order to pass through a 1-mm sieve and be analyzed. the lignin contents were determined using the tappi test method (begović et al., 2018; tappi, 1979). 3. results and discussions the enzyme phenylalanine ammonia lyase (pal) is the initial enzyme involved in the trans-deamination of l-phenylalanine leading to the formation of trans-cinnamic acid. pal is a regulatory enzyme involved in the phenylpropanoid pathway of several plants and provides insights to control the production of these secondary metabolites (akbarian et al., 2021; kawatra et al., 2020). the first step of this work consisted in optimizing the reaction conditions for the measurement of the pal activity. since several piperaceae species belonging to piper (p. aduncum, p. tuberculatum, p. crassinervium) and peperomia (p. blanda and p. obtusifolia) species have been characterized to produce cinnamic acid derivatives, they were considered as potential sources of the pal enzyme. peperomia obtusifolia, which shows chromanes as the major metabolites, was selected as no model plant for pal. another important physiological aspect of these plant species is their relatively easy propagation and fast growth. therefore, crude enzymatic extracts from the five piperaceae species were obtained, and the relative activities of pal determined, monitoring the conversion of phenylalanine into cinnamic acid by hplc. then, the reaction conditions were optimized regarding temperature, ph, and reaction time for each piper and peperomia species (tab. 1 and 2). the results showed that the increase in reaction time also increases the trans-cinnamic acid conversion. the same occurred regarding ph and temperature, with a great reaction observed at around 50 °c and ph 8.8. therefore, in order to investigate the influence of all process variables and determine the optimal pal activity, a statistical study was performed. the statistic 12.0 program helped to analyze the data and to optimize the operation conditions for the pal enzyme. the data were evaluated using the linear and quadratic terms model. the relationship between the proposed model and the theoretical data was outlined and the results are shown in fig. 2. the results evidenced the normality of the residues, since all the points were close to the expected values. table 2. reaction conditions for pal and conversion % of l-phenylalanine into cinnamic acid for each piperaceae species. time (min) ph t (ºc) p. aduncum p. tuberculatum p. crassinervium p. blanda p. obtusifolia (a) (b) (c) (d) (e) 13 8.80 28 14.06 2.23 6.38 1.19 0.77 6 8.20 35 9.14 1.62 3.46 1.05 0.53 20 8.20 35 12.46 4.57 7.74 3.70 3.49 6 9.40 35 14.65 2.06 5.07 1.96 0.41 20 9.40 35 25.81 1.68 18.96 6.64 3.88 13 7.80 45 5.18 0.42 2.58 0.28 0.47 1 8.80 45 6.08 0.32 0.79 2.39 0.01 13 8.80 45 26.93 6.66 13.20 5.90 4.36 13 8.80 45 25.25 5.28 12.16 4.51 3.48 25 8.80 45 32.58 11.85 24.43 8.93 5.72 13 9.80 45 20.02 5.32 16.08 3.62 3.34 6 8.20 55 11.25 2.71 4.04 1.64 1.20 20 8.20 55 11.11 5.36 14.96 3.43 3.71 20 9.40 55 29.17 8.81 14.27 11.74 6.07 6 9.40 55 20.39 5.01 14.80 3.50 1.83 13 8.80 62 24.29 3.35 28.59 6.82 4.69 figure 2. a comparative plot between the experimental and the predicted yield as a function of time (h), temperature (ºc), and ph for the enzymatic extracts from (a) p. aduncum, (b) p. tuberculatum, (c) p. crassinervium, (d) peperomia blanda, and (e) p. obtusifolia. after adjusting the model, the data were analyzed using the desirability function. after 20 h of reaction, the conversion of l-phenylalanine into trans-cinnamic acid did not increase significantly, and it proved to be the best reaction time. the analysis of its thermal resistance showed a maximum performance after 40 ºc, with an even larger increase above 49 ºc. the optimal ph for the reaction was 9.4 (fig. 3). the plot contour surface obtained for the enzymatic extracts illustrates the results (fig. 4). basic ph values (9.0 to 9.8) afforded the best results of l-phenylalanine conversion into trans-cinnamic acid. the thermostability of the enzyme was also evident: optimal reaction occurred at temperatures above 40 ºc. the conversion persisted even after 20 h despite the low rate. the previously described statistical procedure provided the equations, which showed the r2 value at a level of confidence of 95% for p. aduncum (a), p. tuberculatum (b), p. crassinervium (c), p. blanda (d), and p. obtusifolia (e) (tab. 3). figure 3. pal activity from piperaceae species taking independent and dependent variables into account: (a) p. aduncum, (b) p. tuberculatum, (c) p. crassinervium, (d) peperomia blanda, and (e) p. obtusifolia. figure 4. contour surface graphs for the activity of the pal enzyme using response desirability surface/contours. table 3. coefficients of the fitted equations for the construction of the surface response plots. polynomial equation: a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3 + a4x1x2 + a5x1x3 + a6x2x3 + a7x12 + a8x22 + a9x32 linear parameters quadratic parameters r2 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a 0.91284 -1038.26 -2.02 229.43 0.92 0.50 -0.01 0.17 -0.05 -13.35 -0.02 b 0.80069 -202.386 0.514 46.986 -0.539 -0.065*t 0.007 0.171 0.002 -2.978 -0.011 c 0.78952 -476.660 2.136 99.124 0.092 -0.055 -0.014 -0.058 -0.012 -5.127 0.011 d 0.94398 -176.934 -2.275 45.454 -0.814 0.252 0.05 0.132 0.005 -2.969 -0.003 e 0.95724 -134.596 -0.210 30.532 -0.097 0.067 0.001 0.057 -0.006 -1.873 -0.004 besides checking the fit of the model and optimizing the operation conditions, the variables that most influenced the pal activity of the different plant extracts were investigated (fig. 5). figure 5. analysis of the variables that most affect the activity of the pal enzyme. the variables that most influenced the process were ph and time. regarding temperature, pal showed the optimum activity at 58 °c in all plant species, showing thermal stability. these results corroborate their possible application in biotechnological processes. therefore, after determining the pal optimum conditions, an ammonium sulfate precipitation was performed, and fractions of 0-25%, 25-55%, and 55-80 were obtained. the protein content of the enzymatic extracts obtained from leaves was determined and revealed that higher protein concentrations with 25-55% saturation were found in p. aduncum, p. tuberculatum, and p. blanda. however, p. crassinervium and p. obtusifolia displayed a higher protein content in the fraction with 55-80% saturation (fig. 6a). figure 6. (a) protein content in each of the fractions obtained after saline precipitation, (b) comparison of the degree of phenylalanine conversion to cinnamic acid, and (c) percentage of lignin. by analyzing the obtained fraction with 25-55% of saturation with ammonium sulfate, it was verified that the specific activity in the p. aduncum species increased by approximately 133% (tab. 4, fig. 6b). regarding p. tuberculatum, the specific activity decreased by 87.5% after the saline precipitation step. in peperomia blanda, it was possible to verify a reduction in specific activity of 72.6%, also observed in p. tuberculatum. however, in p. crassinervium, the specific activity increased by more than 900% (tab. 4), demonstrating to be an excellent source of pal. table 4. specific activity of pal observed in the extracts and fractions after precipitation. p. aduncum p. tuberculatum p. crassinervium p. blanda p. obtusifolia (a) (b) (c) (d) (e) extract 60 400 100 840 0 0-25% 80 60 130 0 0 25-55% 140 50 1057 230 9 55-85% 0 0 0 20 0 considering the last species studied, p. obtusifolia, it was possible to observe a significant increase in the specific activity of the pal enzyme. however, as the protein concentration was too low (fig. 6b), the use of the species during the attainment of the pal enzyme in a large scale was not feasible (tab. 4). these fractions served as the source of the pal enzyme in further experimental reactions. hplc analyses evidenced that most of the desired enzyme, pal, was concentrated in the fraction with 25-55% saturation, attested to the efficiency of the pal concentration process. the degree of l-phenylalanine conversion to trans-cinnamic acid increased considerably in all cases, which facilitated the subsequent purification process (fig. 6b). starting from the same mass of fresh leaves, the enzymatic extracts from p. crassinervium, p. tuberculatum, and p. blanda precipitated with 25-55% saturation of ammonium sulfate afforded the highest specific activities of pal. however, the major secondary metabolites found in p. obtusifolia are chromanes. they differ from chromenes of p. aduncum, originated from the shikimate pathway and which require the p-hydroxybenzoic acid as a precursor. the chromanes are structurally related to the orsellinic acid, which is produced by the polyketide pathway. therefore, these two distinct biosynthetic routes match with the lower pal activity for p. obtusifolia. in order to better characterize the piperaceae species with a low level of phenylpropanoids pathway, experiments were conducted to examine the original lignin content in each species using the tappi test method (fig. 6c). data analyses of lignin contents demonstrated that the more rigid the leaves, the higher the lignin content (see data for p. aduncum, p. tuberculatum, and p. crassinervium). a small amount of lignin accumulated in the p. blanda species suggested that the biosynthetic pathway operated to produce secondary metabolites such as lignoids. 4. conclusions this work enabled the optimization of the reaction conditions to convert l-phenylalanine to trans-cinnamic acid catalyzed by the pal enzyme extracted from five piperaceae species (piper aduncum, p. tuberculatum, p. crassinervium, peperomia blanda and p. obtusifolia). thenzymee exhibited thermostability, and the best reaction condition was ph 9.3 at a temperature of 58 °c for 25 h. it is important to mention that reaction times longer than 20 h do not give rise to significant improvement in the conversion, which did not justify longer reaction times. pre-purification of the enzyme by ammonium sulfate precipitation showed that the ideal saturation was 25-55% — it increased the enzyme’s concentration and effectively improved phenylalanine’s conversion to cinnamic acid. additionally, the thermal stability of the pal may enable the use of the five studied piperaceae species in specific green industrial processes. authors’ contribution conceptualization: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m.; kato, m. j.; furlan, m. data curation: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m. formal analysis: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m.; kato, m. j.; furlan, m. funding acquisition: kato, m. j.; furlan, m. investigation: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m.; kato, m. j.; furlan, m. methodology: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m. project administration: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; furlan, m. resources: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m.; kato, m. j.; furlan, m. software: not applicable. supervision: morandim-giannetti, a. a.; kato, m. j.; furlan, m. validation: morandim-giannetti, a. a. visualization: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m.; kato, m. j.; furlan, m. writing – original draft: morandim-giannetti, a. a.; felippe, l. g.; santos, v. a. f. f. m.; kato, m. j.; furlan, m. writing – review & editing: morandim-giannetti, a. a.; furlan, m. data availability statement all data generated or analyzed during this study are included in this published article. funding são paulo research foundation (fapesp). grant no: 2013/07600-3; 2014/50926-0. conselho nacional de desenvolvimento científico e tecnológico (cnpq). grant. no: 2014/465637-0. acknowledgments mf and mjk are grateful to the national council for scientific and technological development (cnpq) for their research fellowships. references alves, n. s. f.; setzer, w. n.; silva, j. k. r. the chemistry and biological activities of peperomia pellucida (piperaceae): a critical review. j. ethnopharmacol. 2019, 232, 90–102. https://doi.org/10.1016/j.jep.2018.12.021 akbarian, a.; rahimmalek, m.; sabzalian, m. r.; hodaei, m. sequencing and phylogenetic analysis of phenylalanine ammonia lyase (pal) and chalcone synthase (chs) genes in some iranian endemic species of apiaceae. gene rep. 2021, 23, 101147. https://doi.org/10.1016/j.genrep.2021.101147 arunachalam, k.; 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